特許 6054912 燃料電池及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6054912

(24)【登録日】2016年12月9日

(45)【発行日】2016年12月27日

(54)【発明の名称】燃料電池及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2485 20160101AFI20161219BHJP

   H01M 8/247 20160101ALI20161219BHJP

   H01M 8/24 20160101ALI20161219BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20161219BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 S

   H01M8/24 T

   H01M8/24 R

   !H01M8/12

【請求項の数】10

【全頁数】22

(21)【出願番号】特願2014-123711(P2014-123711)

(22)【出願日】2014年6月16日

(65)【公開番号】特開2015-149271(P2015-149271A)

(43)【公開日】2015年8月20日

【審査請求日】2015年10月28日

(31)【優先権主張番号】特願2013-136710(P2013-136710)

(32)【優先日】2013年6月28日

(33)【優先権主張国】JP

(31)【優先権主張番号】特願2014-3361(P2014-3361)

(32)【優先日】2014年1月10日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000004547

【氏名又は名称】日本特殊陶業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000578

【氏名又は名称】名古屋国際特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】堀田 信行

(72)【発明者】

【氏名】森川 哲也

(72)【発明者】

【氏名】勝田 隼人

(72)【発明者】

【氏名】墨 泰志

【審査官】 太田 一平

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−０５１１２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−１１９１６４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００７７２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００３／０１５４８８６（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／００ − ８／０２９７

Ｈ０１Ｍ ８／０８ − ８／２４９５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電解質層と、該電解質層の一方の面に設けられて燃料ガスに接する燃料極と、該電解質層の他方の面に設けられて酸化剤ガスに接する空気極と、を有する燃料電池セルが、複数積層された燃料電池において、
前記燃料電池には、前記燃料極側の空間に連通する燃料マニホールド及び前記空気極側の空間に連通する酸化剤マニホールドのうち少なくとも一方が、前記積層方向に貫通して開口部にて開口するように設けられ、
且つ、前記燃料マニホールド及び前記酸化剤マニホールドの少なくとも一方には、前記燃料電池を前記積層方向に貫通して外側に突出する貫通部材が配置され、
前記貫通部材には、前記燃料マニホールド及び前記酸化剤マニホールドの少なくとも一方にて、前記開口部と該開口部の径方向における周囲とを覆うように設けられた張出部を備えており、
前記貫通部材が外側に突出する部分である前記開口部の前記径方向における周囲には、該周囲を囲むように、前記燃料電池の外側表面と前記張出部とによって前記積層方向から挟まれるとともに、前記燃料電池の外側表面が広がる平面に沿って、コンプレッションシール材とガラスシール材とが並列に配置されていることを特徴とする燃料電池。

【請求項2】

前記貫通部材の張出部が、前記貫通部材と一体の部材である場合には、該一体の張出部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。

【請求項3】

前記貫通部材はボルトであり、前記張出部が前記ボルトの頭部である場合には、該ボルトの頭部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。

【請求項4】

前記貫通部材の張出部が、前記貫通部材に係合する部材である場合には、該係合する張出部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。

【請求項5】

前記貫通部材はボルトであり、前記張出部が前記ボルトに螺合するナットである場合には、該ナットと前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。

【請求項6】

前記貫通部材はボルトであり、
前記積層方向の一方の開口部側には、前記張出部として前記ボルトの頭部が配置され、該ボルトの頭部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟み、
且つ、前記積層方向の他方の開口部側には、前記張出部として前記ボルトに螺合するナットが配置され、該ナットと前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。

【請求項7】

前記少なくとも一方の前記積層方向に延びるマニホールドに配置された前記貫通部材の周囲に、環状に前記ガラスシール材が配置されるとともに、該ガラスシール材の外周側に、前記コンプレッションシール材が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。

【請求項8】

前記少なくとも一方の前記積層方向に延びるマニホールドに配置された前記貫通部材の周囲に、環状に前記コンプレッションシール材が配置されるとともに、該コンプレッションシール材の外周側に、前記ガラスシール材が配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池。

【請求項9】

前記燃料電池は、ボルト締めによって、前記積層方向に押圧されて組み付けられていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の燃料電池。

【請求項10】

前記請求項１〜９のいずれか１項に記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法において、
前記貫通部材の径方向における周囲を囲むとともに、前記燃料電池の外側表面と前記貫通部材の張出部との間に挟まれるように、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材となるガラス材料とを同一平面上に配置する第１工程と、
前記第１工程の後に、前記燃料電池の外側表面と前記貫通部材の張出部との間を押圧するように圧力を加えて、前記コンプレッションシール材を押圧する第２工程と、
前記第２工程の後に、前記ガラス材料が軟化する温度以上で加熱し、その後冷却することによって、前記ガラスシール材を形成するとともに、該ガラスシール材を、前記燃料電池の外側表面と前記貫通部材の張出部に接合する第３工程と、
を有することを特徴とする燃料電池の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、燃料電池のガスシールに関し、燃料電池内部に２種のガス(燃料ガスおよび空気等の酸化剤ガス)を分離した状態で導入して発電を行う燃料電池及びその製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来より、固体酸化物形燃料電池として、例えば平板状の固体酸化物層（固体電解質層）の一方の側に燃料ガスに接する燃料極を設けるとともに、他方の側に酸化剤ガスに接する空気極を設け、更に燃料極や空気極に到る流路（燃料流路、空気流路）等を設けて燃料電池セルを構成し、この燃料電池セルとインターコネクタ板とを交互に積層してスタック化したもの（燃料電池スタック）が知られている。

【0003】

詳しくは、前記燃料電池セルとしては、例えば、燃料極及び空気極を備えた固体酸化物層からなる単セルと、固体酸化物層に接合されて燃料ガスと酸化剤ガスの流路を分離するセパレータと、燃料極の周囲に配置された燃料極フレームと、空気極の周囲に配置された空気極フレームと、燃料電池セルの板厚方向の外側に配置されたインターコネクタ等から構成されたものが知られている。

【0004】

また、燃料電池スタックでは、積層された燃料電池セルの燃料流路や空気流路に、燃料ガスや空気を供給するため、或いは、燃料電池セルの燃料流路や空気流路から、（反応後の）燃料ガスや空気を排出するために、燃料電池スタックの外縁部分（フレーム部分）に、燃料電池スタックを積層方向に貫くように、燃料ガス用のマニホールドと空気用のマニホールドが設けられたものが知られている。

【0005】

更に、燃料電池スタックでは、積層された各燃料電池セルを一体に固定するために、各燃料電池セルに積層方向に貫く貫通孔（挿通孔）を形成し、この挿通孔にボルトを挿通し、ボルトとナットによって、燃料電池スタックを一体に固定するものが開示されている。

【0006】

しかも、前記マニホールドを挿通孔として利用し、マニホールドにボルトを挿通して燃料電池スタックを固定する技術も知られている。
更に、近年では、燃料電池の積層された単セルの間などからガス（特に燃料ガス）がリーク（漏出）することを防止するために、燃料電池スタックを構成する各部材間（例えばインターコネクタとセパレータとの間など）において、燃料電池セルの外縁部分を枠状に囲むとともに、マニホールドの周囲を囲むように、シール材を配置する技術が開発されている。

【0007】

上述したシール材を用いてガスシールする技術としては、マイカ等の（圧力を加えてシールする）コンプレッションシール材を用いた技術（特許文献１参照）や、ガラスやガラスセラミックからなるシール材を用いた技術（特許文献２、３）や、マニホールドの周囲を同心状に囲むセラミック製のシール材を用いた技術（特許文献４参照）などが提案されえている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２−１２４０２０号公報

【特許文献2】特開２００９−４３５５０号公報

【特許文献3】特開２００２−１４１０８３号公報

【特許文献4】特開２００５−２９４１５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、燃料電池スタックの積層方向に伸びるように形成されたマニホールドにボルトを挿通させてナットで固定する場合には、マニホールドにおける積層方向の開口部（即ち積層方向の端部の板材であるエンドプレートにおける開口部）とボルトの頭部又はナットとの間にてガスがリークし易いので、この間隙をガスシールする必要があるが、従来ではこの検討が十分ではなかった。

【0010】

例えば上述した隙間をコンプレッションシール材を用いてガスシールする場合には、コンプレッションシール材とエンドプレートやボルトの頭部又はナットとの界面からのガス漏れを完全に防止することは難しいという問題があった。また、コンプレッションシール材自身からのガス漏れが生じることもあった。そして、このようにガス漏れ（特に燃料ガスのガス漏れ）が発生すると、発電効率の低下や、漏れたガスの後処理の必要があるという問題があった。

【0011】

また、ガラスを材料とするシール材を用いる場合には、シール性は高いが、強い力が加わった場合などには、ガラス割れが発生することがあった。しかも、ガラスが軟化するような高温環境下では、ガラスが変形して周囲に広がり積層方向の厚さ変化が発生してしまう。その場合、その後の熱サイクルなどでガラス割れが発生したり、さらには、例えばエンドプレートとボルト及びナットとの間の電気的絶縁が保てないことがあった。

【0012】

更に、セラミック製の環状のシール材を用いる場合には、強い力が加わったときに、シール材に割れが生じて、ガス漏れが発生する恐れがあった。
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、シール材の割れを防止するとともに、ガス漏れを好適に防止できる燃料電池及びその製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0013】

（１）本発明は、第１態様（燃料電池）として、電解質層と、該電解質層の一方の面に設けられて燃料ガスに接する燃料極と、該電解質層の他方の面に設けられて酸化剤ガスに接する空気極と、を有する燃料電池セルが、複数積層された燃料電池において、前記燃料電池には、前記燃料極側の空間に連通する燃料マニホールド及び前記空気極側の空間に連通する酸化剤マニホールドのうち少なくとも一方が、前記積層方向に貫通して開口部にて開口するように設けられ、且つ、前記燃料マニホールド及び前記酸化剤マニホールドの少なくとも一方には、前記燃料電池を前記積層方向に貫通して外側に突出する貫通部材が配置され、前記貫通部材には、前記燃料マニホールド及び前記酸化剤マニホールドの少なくとも一方にて、前記開口部と該開口部の径方向における周囲とを覆うように設けられた張出部を備えており、前記貫通部材が外側に突出する部分である前記開口部の前記径方向における周囲には、該周囲を囲むように、前記燃料電池の外側表面と前記張出部とによって前記積層方向から挟まれるとともに、前記燃料電池の外側表面が広がる平面に沿って、コンプレッションシール材とガラスシール材とが並列に配置されていることを特徴とする。

【0014】

本第１態様では、燃料マニホールドや酸化剤マニホールドには貫通部材（例えばボルト）が配置され、この貫通部材が突出する部分、即ちマニホールドの開口部の周囲には、燃料電池（例えば燃料電池スタック）の積層方向における外側表面（例えばエンドプレートの外側表面）と張出部（例えばボルトの頭部又はナット）とによって積層方向から挟まれるとともに、その開口部を囲むように、燃料電池の外側表面が広がる平面（即ちマニホールドの延びる軸方向に対する外周方向：径方向）に沿って、コンプレッションシール材とガラスシール材とが並列に配置されている。

【0015】

従って、コンプレッションシール材及びガラスシール材によって（特に周囲に密着するガラスシール材によって）、燃料電池の外側表面と張出部との間におけるガス漏れを好適に防止することができる。なお、ここで防止とは、完全に防止の意味だけではなく、従来よりも、リークを低減できる意味を含むものである（以下同様）
また、積層方向から大きな力が加わった場合でも、コンプレッションシール材によって、過大な力がガラスシール材に加わることを抑制できるので、ガラスシール材が割れることを防止でき、この点からも好適にガス漏れを防止することができる。

【0016】

更に、高温環境下で使用されてガラスが軟化した場合でも、コンプレッションシール材によって、ガラスシール材の過度の変形が抑制される。よって、積層方向の厚さを維持することが出来、熱サイクルが加わってもガラス割れを抑制することができ、また、安定した電気的絶縁も可能となる。

【0017】

このように、本第１態様では、ガス漏れ（特に燃料ガスのガス漏れ）の発生を好適に防止できるので、発電効率が高く、漏れたガスの後処理の必要が無い（又は後処理が容易である）などの顕著な効果を奏する。

【0018】

なお、ここで、マニホールドとは、積層方向に延びるガス（燃料ガス又は酸化剤ガス）の流路であって、その流路の途中でガスの流路が分岐している。
（２）本発明は、第２態様として、前記貫通部材の張出部が、前記貫通部材と一体の部材である場合には、該一体の張出部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする。

【0019】

本第２態様は、貫通部材の張出部を例示したものである。
（３）本発明は、第３態様として、前記貫通部材はボルトであり、前記張出部が前記ボルトの頭部である場合には、該ボルトの頭部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする。

【0020】

本第３態様は、貫通部材及び張出部を例示したものである。
（４）本発明は、第４態様として、前記貫通部材の張出部が、前記貫通部材に係合する部材である場合には、該係合する張出部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする。
本第４態様は、貫通部材の張出部を例示したものである。
（５）本発明は、第５態様として、前記貫通部材はボルトであり、前記張出部が前記ボルトに螺合するナットである場合には、該ナットと前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする。
本第５態様は、貫通部材及び張出部を例示したものである。
（６）本発明は、第６態様として、前記貫通部材はボルトであり、前記積層方向の一方の開口部には、前記張出部として前記ボルトの頭部が配置され、該ボルトの頭部と前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟み、且つ、前記積層方向の他方の開口部には、前記張出部として前記ボルトに螺合するナットが配置され、該ナットと前記燃料電池の外側表面とによって、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材とを前記積層方向から挟むことを特徴とする。
本第６態様は、貫通部材及び張出部を例示したものである。
（７）本発明は、第７態様として、前記少なくとも一方の前記積層方向に延びるマニホールドに配置された前記貫通部材の周囲に、環状に前記ガラスシール材が配置されるとともに、該ガラスシール材の外周側に、前記コンプレッションシール材が配置されていることを特徴とする。

【0021】

本第７態様では、ガラスシール材の外周側を囲むようにコンプレッションシール材が配置されている。よって、ガラスが軟化した場合でも、ガラスが周囲に広がり難いという利点がある。

【0022】

（８）本発明は、第８態様として、前記少なくとも一方の前記積層方向に延びるマニホールドに配置された前記貫通部材の周囲に、環状に前記コンプレッションシール材が配置されるとともに、該コンプレッションシール材の外周側に、前記ガラスシール材が配置されていることを特徴とする。

【0023】

本第８態様では、コンプレッションシール材の外側を囲むようにガラスシール材が配置されている。よって、ガラスシール材の面積を十分に確保することができるので、ガラスによるガスシール性が高いという利点がある。

【0024】

（９）本発明は、第９態様として、前記燃料電池は、ボルト締めによって、前記積層方向に押圧されて組み付けられていることを特徴とする。
本第９態様では、ボルト（及びボルトに螺合するナット）によって、燃料電池を締め付け押圧して固定するので、固定が容易であるとともに、確実に固定できるという利点がある。

【0025】

（１０）本発明は、第１０態様（燃料電池の製造方法）として、前記第１〜第９態様のいずに記載の燃料電池を製造する燃料電池の製造方法において、前記貫通部材の径方向における周囲を囲むとともに、前記燃料電池の外側表面と前記貫通部材の張出部との間に挟まれるように、前記コンプレッションシール材と前記ガラスシール材となるガラス材料とを同一平面上に配置する第１工程と、前記第１工程の後に、前記燃料電池の外側表面と前記貫通部材の張出部との間を押圧するように圧力を加えて、前記コンプレッションシール材を押圧する第２工程と、前記第２工程の後に、前記ガラス材料が軟化する温度以上で加熱し、その後冷却することによって、前記ガラスシール材を形成するとともに、該ガラスシール材を、前記燃料電池の外側表面と前記貫通部材の張出部に接合する第３工程と、を有することを特徴とする。

【0026】

本第１０態様では、貫通部材の径方向における周囲を囲むとともに、燃料電池の外側表面と貫通部材の張出部との間に挟まれるように、コンプレッションシール材とガラスシール材となるガラス材料を同一平面上に配置する。その後、燃料電池の積層方向より圧力を加えて、コンプレッションシール材を押圧した後に、ガラス材料が軟化する温度以上で加熱し、その後冷却する（即ち軟化したガラス材料を冷却して固化させる）。これによって、ガラスシール材を形成するとともに、ガラスシール材を、燃料電池の外側表面や貫通部材の張出部に接合する。

【0027】

この製造方法によって、上述した燃料電池を好適に製造することができる。
なお、以下に、本発明の各構成について説明する。
・コンプレッションシール材とは、（積層方向における）押圧によって自身が変形して周囲（積層方向）の構成に密着してガスシールを行う部材である。このコンプレッションシール材としては、例えばマイカ又はバーミキュライトからなるシート状等の部材を用いることができる。

【0028】

このコンプレッションシール材としては、ガスシール性に加え、一定以上は圧縮されない弾性ストッパーとしての機能や、電気絶縁性等を有するものを採用できる。
・ガラスシール材としては、通常のガラス（例えば非結晶化ガラス）を用いることができるが、それ以外に、結晶化ガラス、部分結晶化ガラス（半結晶化ガラス）を用いることができる。また、ガラス成分以外に、セラミックなど各種の材料を添加してもよい。

【0029】

なお、ガラスの組成としては特に限定されず、燃料電池の製造時に、加熱によって軟化し、積層方向の部材に密着してガスシールできる周知の材料から適宜選択して使用することができる。

【0030】

また、ガラスシール材を形成する際には、プリフォーム（仮焼したガラス）やシート状のガラス材料を配置する方法や、ガラスペーストによる印刷、ガラス材料のディスペンサーによる塗布などの方法を採用できる。

【0031】

なお、ガラスシール材は、燃料マニホールドの開口部の周囲のみに配置してもよい。
・各燃料電池セルを積層方向から押圧する部材として、ボルトを使用する場合には、ボルトの熱膨張係数としてガラスシール材の熱膨張係数より大きいものが好ましい。これにより、燃料電池の運転時等（ガラスが軟化しないとき）に、ボルトによってガラスシール材に圧縮応力をかけることができるので、（引張応力が加わる場合に比べて）ガラスの割れを低減できる。

【0032】

・また、ガラスシール材に十分な圧縮力を加えるためには、（ボルトに螺合する）ナットの直下、即ち、ナットをボルトの軸方向に沿って投影した場合に、その投影領域内にガラスシール材が一部又は全体が存在するように配置することが望ましい。なお、ナットの外径の２倍（ナットの径方向の寸法の２倍）の範囲内にガラスシール材が存在していることが好ましい。

【0033】

・なお、積層方向に延びる燃料マニホールド及び空気マニホールドと、これらのマニホールドに挿入される前記ボルトとを、同軸に配置することができる。

【図面の簡単な説明】

【0034】

【図1】（ａ）は実施例１の固体酸化物形燃料電池の平面図、（ｂ）はその固体酸化物形燃料電池の側面図である。

【図2】固体酸化物形燃料電池を（燃料マニホールドに貫挿されたボルトの軸部に沿って）積層方向に破断した状態を示す説明図である。

【図3】固体酸化物形燃料電池のカセットを分解した状態を示す斜視図である。

【図4】固体酸化物形燃料電池のカセットとガスシール部との積層部分を分解して示す斜視図である。

【図5】カセット上に配置されたコンプレッションシール材及びガラスシール材からなるガスシール部を示す平面図である。

【図6】第１ガスシール部をナットの下面に沿って（軸部に垂直に）破断した状態を示す断面図である。

【図7】（ａ）は燃料ガスの流路を示す説明図、（ｂ）は空気の流路を示す説明図である。

【図8】固体酸化物形燃料電池の製造手順の一部を示す説明図である。

【図9】固体酸化物形燃料電池の製造手順の一部を示す説明図である。

【図10】ガラスシール材によるシールの状態を示す説明図である。

【図11】実施例２の固体酸化物形燃料電池を（燃料マニホールドに貫挿されたボルトの軸部に沿って）積層方向に破断した状態を示す説明図である。

【図12】第１ガスシール部をナットの下面に沿って（軸部に垂直に）破断した状態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0035】

以下、本発明が適用された燃料電池及びその製造方法の実施例について、図面を用いて説明する。なお、以下では、燃料電池として固体酸化物燃料電池を例に挙げて説明する。

【実施例1】

【0036】

ａ）まず、本実施例１の固体酸化物形燃料電池の概略構成について説明する。
図１に示す様に、固体酸化物形燃料電池２０１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気：詳しくは空気中の酸素）との供給を受けて発電を行う装置である。以下「固体酸化物形」は省略することもある。

【0037】

この燃料電池２０１は、発電単位（発電セル）である平板形の燃料電池セル２０３が、複数個（例えば２４段）積層された燃料電池スタック２０５と、燃料電池スタック２０５を積層方向（図１（ｂ）の上下方向）貫く複数のボルト２１１〜２１８と、各ボルト２１１〜２１８の端部（ここでは上部）に螺合する各ナット２１９（総称）とを備えている。

【0038】

なお、前記燃料電池スタック２０５は、複数個の燃料電池セル２０３が電気的に直列に接続されたものである。
また、図１（ａ）、（ｂ）に示す様に、各ボルト２１１〜２１８のうち、第２ボルト２１２に螺合するナット２１９には、燃料ガスを燃料電池２０１に供給する燃料ガス導入管２２１が設けられ、第４ボルト２１４に螺合するナット２１９には、空気を燃料電池２０１に供給する空気導入管２２３が設けられ、第６ボルト２１６に螺合するナット２１９には、発電後の燃料ガスを燃料電池２０１から排出する燃料ガス排出管２２５が設けられ、第８ボルト２１８に螺合するナット２１９には、発電後の酸化剤ガス（以下、単に空気と記すこともある）を燃料電池２０１から排出する空気排出管２２７が設けられている。

【0039】

以下、各構成について説明する。
・図２に示す様に、前記燃料電池スタック２０５を構成する各燃料電池セル２０３は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの板状の燃料電池セル２０３であり、この燃料電池セル２０３には、上下一対の（導電性を有する）インターコネクタ２４３、２４３の間に、燃料ガスが流れる燃料流路２３１と空気が流れる空気流路２３３とが分離して設けられている。

【0040】

また、燃料電池セル２０３には、燃料流路２３１側に、板状の燃料極（アノード）２３５が配置されているとともに、燃料極２３５の表面（図２上側）には、薄膜の固体電解質層である固体酸化物層２３７が形成されている。更に、固体酸化物層２３７の表面（図２上側）には、薄膜の空気極（カソード）２３９が形成されている。なお、燃料極２３５と固体酸化物層２３７と空気極２３９とをセル本体（単セル）２４１と称する。

【0041】

更に、燃料電池セル２０３内には、燃料極２３５と図２下側のインターコネクタ２４３との間に、（金属メッシュ等からなる通気性を有する）燃料極側集電体２５３が配置され、また、各インターコネクタ２４３の一方（図２下方）の表面には、空気極側集電体２５５となるブロック状の多数の凸部が一体に形成されている。

【0042】

また、この燃料電池セル２０３は、セル本体（単セル）２４１を囲むように、空気極２３９側のシート状のガスシール部（内部ガスシール部）２４５と、セル本体（単セル）２４１の外縁部（詳しくは固体酸化物層２３７の外縁部）の上面に接合して空気流路２３３と燃料流路２３１との間を遮断するセパレータ２４７と、燃料流路２３１側に配置された燃料極フレーム２４９とを備えており、それらが積層されて一体に構成されている。

【0043】

なお、燃料電池２０１の積層方向の両端の（インターコネクタ２４３と同様な導電性を有する）板材を、エンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂと称する。
また、本実施例１では、後に詳述するように、前記燃料電池セル２０３内のガスシール部２４５に加え、一方のエンドプレート２５１Ａと所定のナット２１９との間をガスシールする第１ガスシール部３００と、他方のエンドプレート２５１Ｂと所定のボルト２１２、２１６との間をガスシールする第２ガスシール部３１０を備えている。

【0044】

ここで、固体酸化物層２３７としては、ＹＳＺ、ＳｃＳＺ、ＳＤＣ、ＧＤＣ、ペロブスカイト系酸化物等の材料が使用できる。また、燃料極２３５としては、Ｎｉ及びＮｉとセラミックとのサーメットが使用でき、空気極２３９としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットが使用できる。

【0045】

更に、インターコネクタ２４３、エンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂ、セパレータ２４７、燃料極フレーム２４９としては、例えばＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４等のフェライト系ステンレスからなる金属板が使用できる。また、各ボルト２１１〜２１８やナット２１９は、例えばインコネル（登録商標）からなる金属部材を採用できる。

【0046】

なお、各金属板の熱膨張係数としては、８〜１４×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）の範囲を採用でき、ボルト２１１〜２１８やナット２１９の熱膨張係数としては、金属板より熱膨張係数が大きな例えば１６×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）を採用できる。

【0047】

・以下に、燃料電池セル２０３を構成する各部材について、更に詳細に説明する。
なお、燃料電池セル２０３の平面形状は正方形であるので、燃料電池セル２０３を構成する各部材の平面形状も正方形である。

【0048】

図３に分解して示す様に、燃料極側集電体２５３が載置されたインターコネクタ２４３と、燃料極フレーム２４９と、セル本体（単セル）２４１に接合されたセパレータ２４７とは、同図の上下方向に積層されて、（後述するレーザー溶接によって）一体となって、燃料電池のカセット２５７として構成されている。

【0049】

このうち、インターコネクタ２４３は、正方形の板材であり、その外縁部には、前記ボルト２１１〜２１８が貫挿される挿通孔（第１〜第８挿通孔）２６１〜２６８が、ほぼ等間隔に形成されている。つまり、インターコネクタ２４３の四隅と各辺の中点に対応する位置に、８箇所に挿通孔２６１〜２６８（なお、各部材における挿通孔には同じ番号を付す）が形成されている。

【0050】

前記挿通孔２６１〜２６８のうち、四隅の第１、第３、第５、第７挿通孔２６１、２６３、２６５、２６７は、燃料ガスや空気のガス流路として用いられない丸孔である。
また、対向する辺に設けられた第２、第６挿通孔２６２、２６６は、辺に沿った寸法が長い長円形である、このうち、第２挿通孔２６２が、燃料ガスを燃料電池セル２０３内の燃料流路２３１に導入する燃料ガスの導入路（燃料ガスの導入側の燃料マニホールド）である。一方、第６挿通孔２６６が、燃料ガスを燃料電池セル２０３内の燃料流路２３１から排出する燃料ガスの排出路（燃料ガスの排出側の燃料マニホールド）である。

【0051】

更に、他の対向する辺に設けられた第４、第８挿通孔２６４、２６８は丸孔であり、このうち、第４挿通孔２６４が、空気を燃料電池セル２０３内の空気流路２３３に導入する空気の導入路（空気の導入側の空気マニホールド）である。一方、第８挿通孔２６８が、空気を燃料電池セル２０３内の空気流路２３３から排出する空気の排出路（空気の排出側の空気マニホールド）である。

【0052】

なお、エンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂについては、全ての挿通孔は、前記四隅の第１、第３、第５、第７挿通孔２６１、２６３、２６５、２６７と同様な（平面視の形状及び寸法）丸孔である。

【0053】

なお、各燃料マニホールドや空気マニホールドと、各燃料マニホールドや空気マニホールドに挿通される各ボルト２１１〜２１８とは、それぞれ同軸に配置されている。
前記燃料極フレーム２４９は、正方形の枠状の板材であり、その外縁部には、前記ボルト２１１〜２１８が貫挿される前記第１〜第８挿通孔２６１〜２６８が形成されている。

【0054】

このうち、第２、第６挿通孔２６２、２６６には、長手方向に（貫通孔である）スリット２７１、２７３が形成されており、燃料極フレーム２４９のインターコネクタ２４３側（同図下側）には、各スリット２７１、２７３と枠内の開口部２７５とを連通するように、複数の（燃料ガスの流路となる）溝２７７、２７９が形成されている。

【0055】

前記セパレータ２４７は、正方形の枠状の板材であり、その外縁部には、前記ボルト２１１〜２１８が貫挿される前記第１〜第８挿通孔２６１〜２６８が形成されている。
そして、上述した構成の燃料電池のカセット２５７は、図４に示すように、間にシート状のガスシール部２４５を介して積層されている。

【0056】

前記ガスシール部２４５は、図５に示すように、マイカからなるシート状のコンプレッションシール材２９１と、ガラスからなるガラスシール材２９３とから構成されている。なお、コンプレッションシール材２９１及びガラスシール材２９３は、電気絶縁性を有している。

【0057】

具体的には、燃料電池セル２０３の積層方向（図５の紙面の厚み方向）に延びる燃料マニホールドの周囲には、燃料電池スタック２０５を構成するインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂ）やセパレータ２４７によって積層方向から挟まれるとともに、燃料マニホールドを外側（外周側）から囲むように、燃料電池セル２０３が広がる平面（紙面の広がる平面）に沿って、コンプレッションシール材２９１とガラスシール材２９３とが順番に並列に配置されている。

【0058】

つまり、ボルト２１２、２１６、従って燃料マニホールドである第２、第６挿通孔２６２、２６６の軸方向から見て（平面視にて）、燃料マニホールドの周囲を軸方向と垂直の径方向から囲むように、ガラスシール材２６３とコンプレッションシール材２９１とが、同心状に配置されている。すなわち、内側に環状のガラスシール材２９３が配置され、その外周側を全て囲むように、コンプレッションシール材２９１が配置されている。

【0059】

詳しくは、コンプレッションシール材２９１は、正方形の枠状の部材であり、その外縁部には、前記ボルト２１１〜２１８が貫挿される前記第１〜第８挿通孔２６１〜２６８が形成されている。なお、コンプレッションシール材２９１の厚みは、組み付ける前は０．４０ｍｍであり、組み付け後（圧縮後）は０．３６ｍｍである。

【0060】

このうち、第１、第３、第５、第７挿通孔２６１、２６３、２６５、２６７は丸孔であり、第４、第８挿通孔２６４、２６８は、それより直径が大きな丸孔であり、第２、第６挿通孔２６２、２６６は、長円形の長孔である。

【0061】

また、コンプレッションシール材２９１には、空気の流路として、各第４、第８挿通孔２６４、２６８と枠内の開口部２９９と連通するように、それぞれ連通路２９５、２９７が設けられている。

【0062】

また、第２、第６挿通孔２６２、２６６の内周側には、積層方向（図５の紙面と垂直方向）から見て、セパレータ２４７の第２、第６挿通孔２６２、２６６の周囲を囲むように、厚み０．３ｍｍ×幅３．０ｍｍの環状のガラスシール材２９３が配置されている。

【0063】

このガラスシール材２９３は、ガラスを含む（例えばガラスを主成分とする）ガス封止材である。ここでは、例えば、市販の結晶化ガラスのプリフォーム（仮焼結体）を用いることができ、その軟化点は例えば７７０℃である。

【0064】

また、このガラスシール材２９３としては、熱膨張係数が周囲の金属板（例えばフェライト系ステンレス製）の熱膨張係数に近いもの、例えば熱膨張係数が８〜１４×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）が望ましく（例えば１１×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃））、例えばＳＣＨＯＴＴ社製のＧ０１８−３１１を用いることができる。

【0065】

なお、燃料電池２０１の運転温度は、例えば７００℃であるが、ガスシール部２４５近傍では、６５０℃程度であるので、ガラスシール材２９３として、運転時のガスシール部２４５の温度より軟化点の高いものが用いられる。

【0066】

ｂ）次に、本実施例１の要部である第１ガスシール部３００及び第２ガスシール部３１０について説明する。
前記図２に示す様に、本実施例１の燃料電池２０１では、燃料マニホールドを構成する第２挿通孔２６２及び第６挿通孔２６６の一方（同図上方）の開口端（開口部）２６７ａをガスシールするために、第１ガスシール部３００が設けられ、他方（同図下方）の開口端（開口部）２６７ｂをガスシールするために、第２ガスシール部３１０が設けられている。

【0067】

詳しくは、第１ガスシール部３００は、図２の上方の一方のエンドプレート２５１Ａと（燃料マニホールドである第２、第６挿通孔２６２、２６６の一方の開口部２６７ａ側に配置された）各ナット２１９との間、つまり、一方のエンドプレート２５１Ａの上面２５２ａと各ナット２１９の下面２１９ａとの間をガスシールするように設けられている。

【0068】

なお、ナット２１９は、図２の上方から見て、燃料マニホールドの一方（図２上方）の開口部２６７ａを覆うように設けられている。
同様に、第２ガスシール部３１０は、図２の下方の他方のエンドプレート２５１Ｂと（燃料マニホールドである第２、第６挿通孔２６２、２６６の他方の開口部２６７ｂ側に配置された）各ボルト２１２、２１６の頭部２１０の間、つまり、他方のエンドプレート２５１Ｂの下面２５２ｂと各ボルト２１２、２１６の頭部２１０の上面２１０ｂとの間をガスシールするように設けられている。

【0069】

なお、ボルト２１２、２１６の頭部２１０９は、図２の下方から見て、燃料マニホールドの他方（図２下方）の開口部２６７ｂを覆うように設けられている。
このうち、第１ガスシール部３００は、図６に示すように、同一平面上にて、各ボルト２１２、２１６の軸部２２０（及び各挿通孔２６２、２６６）の周囲を囲むように配置された環状のコンプレッションシール材３４７と、コンプレッションシール材３４７の外側の周囲を囲むように配置された（ナット２１９やエンドプレート２５１Ａに接合した）環状のガラスシール材３４９とから構成されている。

【0070】

具体的には、ボルト２１２、２１６のうち、燃料電池スタック２０５から（図２の上方に）突出する部分の径方向における周囲には、その周囲を外側（外周側）から囲むように、エンドプレート２５１Ａ及びナット２１９によって、燃料電池セル２０３の積層方向（図６の紙面の厚み方向）から挟まれるとともに、燃料電池セル２０３が広がる平面（紙面の広がる平面）に沿って、コンプレッションシール材３４７とガラスシール材３４９とが順番に並列に配置されている。

【0071】

つまり、図６に示すように、ボルト２１２、２１６の軸方向から見て（平面視にて）、ボルト２１２、２１６の軸部２２０の周囲を囲むように、即ち、軸部２２０を軸方向と垂直の径方向から囲むように、コンプレッションシール材３４７とガラスシール材３４９とが、同心円状に配置されている。すなわち、内側に環状のコンプレッションシール材３４７が配置され、その外周側を全て囲むように、環状のガラスシール材３４９が配置されている。

【0072】

同様に（図２参照）、第２ガスシール部３１０は、同一平面上にて、各ボルト２１２、２１６の軸部２２０（及び各挿通孔２６２、２６６）の周囲を囲むように配置された環状のコンプレッションシール材３５１と、コンプレッションシール材３５１の外側の周囲を囲むように配置された（各ボルト２１２、２１６の頭部２１０やエンドプレート２５１Ｂに接合した）環状のガラスシール材３５３とから構成されている。

【0073】

具体的には、ボルト２１２、２１６のうち、燃料電池スタック２０５から（図２の下方に）突出する部分の径方向における周囲には、その周囲を外側（外周側）から囲むように、エンドプレート２５１Ｂ及びボルト２１２、２１６の頭部２１０によって、燃料電池セル２０３の積層方向から挟まれるとともに、燃料電池セル２０３が広がる平面に沿って、コンプレッションシール材３５１とガラスシール材３５３とが順番に並列に配置されている。

【0074】

つまり、図６に示すように、ボルト２１２、２１６の軸方向から見て（平面視にて）、ボルト２１２、２１６の軸部２２０の周囲を囲むように、即ち、軸部２２０を軸方向と垂直の径方向から囲むように、コンプレッションシール材３５１とガラスシール材３５３とが、同心円状に配置されている。すなわち、内側に環状のコンプレッションシール材３５１が配置され、その外周側を全て囲むように、環状のガラスシール材３５３が配置されている。

【0075】

前記第１、第２ガスシール部３００、３１０では、各コンプレッションシール材３４７、３５１は、前記ガスシール部２４５と同様に、マイカからなるシート状の部材であり、各ガラスシール材３４９、３５３は、ガラスから構成されている。なお、両コンプレッションシール材３４７、３５１及び各ガラスシール材３４９、３５３も、電気絶縁性を有している。

【0076】

詳しくは、各コンプレッションシール材３４７、３５１は、外径１７ｍｍ×内径１１ｍｍ）の円環であり、組み付ける前の厚みは０．５ｍｍであり、組み付け後（圧縮後）の厚みは０．４ｍｍである。

【0077】

また、各ガラスシール材３４９、３５３は、ガラスを含む（例えばガラスを主成分とする）ガス封止材である。ここでは、前記ガスシール部２４５と同様に、例えば、市販の結晶化ガラスのプリフォーム（仮焼結体）を用いることができ、その軟化点は例えば７７０℃である。

【0078】

また、このガラスシール材３４９、３５３としては、前記ガスシール部２４１と同様に、熱膨張係数が周囲の金属板（例えばフェライト系ステンレス製）の熱膨張係数に近いもの、例えば熱膨張係数が８〜１４×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃）が望ましく（例えば１１×１０^−６／Ｋ（２０〜３００℃））、例えばＳＣＨＯＴＴ社製のＧ０１８−３１１を用いることができる。

【0079】

なお、燃料電池２０１の運転温度は、例えば７００℃であるが、第１、第２ガスシール部３００、３１０近傍では、６４０℃程度であるので、ガラスシール材３４９、３５３として、運転時の第１、第２ガスシール部３００、３１０の温度より軟化点の高いものが用いられる。また、ガスシール部２４５のガラスシール材２９３と、第１、第２ガスシール部３００、３１０のガラスシール材３４９、３５３として、異なる材料（例えば軟化点が異なる材料）を用いてもよい。

【0080】

なお、第１、第３、第４、第５、第７、第８ボルト２１１、２１３、２１４、２１５、２１７、２１８及びそれらに螺合するナット２１９については、ガスシールする必要は無いので、単に、スペーサとして、第１、第２ガスシール部３００、３１０で使用されたと同様な環状のマイカからなるコンプレッションシール材（図示せず）のみが使用されている。

【0081】

或いは、空気マニホールドに対応する第４、第８挿通孔２６４、２６８の開口部を、燃料マニホールドと同様にガスシールするように、第１、第２ガスシール部３００、３１０と同様な構成のガスシール部（図示せず）を設けてもよい。

【0082】

又は、第１〜第８挿通孔２６１〜２６８の全ての開口部を全てガスシールするように、第１、第２ガスシール部３００、３１０と同様な構成のガスシール部（図示せず）を設けてもよい。

【0083】

ｃ）次に、本実施例１におけるガスの流路について簡単に説明する。
＜燃料ガスの流路＞
図７（ａ）に示すように、燃料ガス導入管２２１から燃料電池スタック２０５内に導入された燃料ガスは、第２ボルト２１２が挿通される（導入側の燃料マニホールドである）第２挿通孔２６２に導入される。

【0084】

なお、第２ボルト２１２の先端（同図上方）には、軸方向に溝（図示せず）が形成してあり、この溝を介して燃料ガス導入管２２１内の空間と第２挿通孔２６２内とが連通している（燃料ガスの排出側と、空気の導入側及び排出側も、同様な構造となっている）。

【0085】

この燃料ガスは、第２挿通孔２６２から、各燃料電池セル２０３の燃料極フレーム２４９の溝２７７を介して、燃料電池セル２０３の内部の燃料流路２３１内に導入される。
その後、燃料電池セル２０３内にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、燃料極フレーム２４９の他の溝２７９を介して、第６ボルト２１６が挿通される（排出側の燃料マニホールドである）第６挿通孔２６６を介して、燃料ガス排出管２２５から燃料電池スタック２０５外に排出される。

【0086】

＜空気の流路＞
図７（ｂ）に示すように、空気導入管２２３から燃料電池スタック２０５内に導入された空気は、第４ボルト２１４が挿通される（導入側の空気マニホールドである）第４挿通孔２６４に導入される。

【0087】

この空気は、第４挿通孔２６４から、各燃料電池セル２０３のコンプレッションシール材２９１の連通路２９５を介して、燃料電池セル２０３の内部の空気流路２３３内に導入される。

【0088】

その後、燃料電池セル２０３内にて発電に寄与した残余の空気は、コンプレッションシール材２９１の他の連通路２９７を介して、第８ボルト２１８が挿通される（排出側の空気マニホールドである）第８挿通孔２６８を介して、空気排出管２２７から燃料電池スタック２０５外に排出される。

【0089】

ｄ）次に、燃料電池２０１の製造方法について説明する。
図８（ａ）に示すように、定法に従って、燃料極２３５と固体酸化物層２３７と空気極２３９とが一体となった（正方形の板状の）セル本体（単セル）２４１を作製し、このセル本体（単セル）２４１の外縁部に枠状のセパレータ２４７をろう付けする。

【0090】

次に、図８（ｂ）に示すように、燃料極フレーム２４９をセパレータ２４７とインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ｂ）とで挟み、レーザー溶接によって、燃料極フレーム２４９とセパレータ２４７とインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ｂ）とを一体に接合して燃料電池のカセット２５７を作製する。

【0091】

なお、レーザー溶接によって、燃料マニホールドである第２、第６挿通孔２６２、２６６と、空気マニホールドである第４、第８挿通孔２６４、２６８との周囲を、それぞれ環状に接合するとともに、セパレータ２４７とインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ｂ）との外縁部を環状に接合する。

【0092】

従って、燃料電池のカセット２５７の内部の燃料流路２３１と燃料マニホールド（第２、第６挿通孔２６２、２６６）と空気マニホールド（第４、第８挿通孔２６４、２６８）との間のガスリークは完全に防止される。

【0093】

次に、図８（ｃ）に示すように、各燃料電池のカセット２５７の間に、コンプレッションシール材２９１及びガラスシール材２９３（となるガラス材料）からなるガスシール部２４５を配置する。

【0094】

詳しくは、前記図５に示すように、各セパレータ２４７の表面の同一平面上において、燃料マニホールド（第２、第６挿通孔２６２、２６６）を完全に囲むように環状のガラスシール材２９３（となるガラス材料）を配置するとともに、ガラスシール材２９３（となるガラス材料）の周囲を完全に囲むようにコンプレッションシール材２９１を配置する。

【0095】

また、図９に示すように、一方のエンドプレート２５１Ａの表面の同一平面上において、燃料マニホールド（第２、第６挿通孔２６２、２６６）の上端側の開口部２６７ａを完全に囲むように環状のコンプレッションシール材３４７を配置するとともに、コンプレッションシール材３４７の外側の周囲を完全に囲むように、コンプレッションシール材３４７の圧縮後の厚みよりより薄い（厚み０．３ｍｍ）環状のガラスシール材３４９（となるガラス材料）を配置する。

【0096】

ここで、コンプレッションシール材３４７としては、その外径がナット２１９の（最小の）外径よりも小さいものを用い、ガラスシール材３４９が、エンドプレート２５１Ａとナット２１９とで挟まれるようにする。

【0097】

同様に、他方のエンドプレート２５１Ｂの表面の同一平面上において、燃料マニホールド（第２、第６挿通孔２６２、２６６）の下端側の開口部２６７ｂを完全に囲むように環状のコンプレッションシール材３５１を配置するとともに、コンプレッションシール材３５１の外側の周囲を完全に囲むように、コンプレッションシール材３５１の圧縮後の厚みよりより薄い（厚み０．３ｍｍ）環状のガラスシール材３５３（となるガラス材料）を配置する。

【0098】

ここで、コンプレッションシール材３５１としては、その外径がボルト２１２、２１６の頭部２１０の（最小の）外径よりも小さいものを用い、ガラスシール材３５３が、エンドプレート２５１Ｂと頭部２１０とで挟まれるようにする。

【0099】

なお、前記各コンプレッションシール材３４７、３５１及び各ガラスシール材３４９、３５３（となるガラス材料）の配置は、各挿通孔２６２、２６６に各ボルト２１２、２１６を挿通する際に同時に行う。また、同様に、燃料マニホールド以外の各挿通孔２６１、２６３、２６４、２６５、２６７、２６８の開口部に対し、（スペーサとして）コンプレッションシール材を配置する。

【0100】

その後、ボルト２１１〜２１８及びナット２１９を締め付けることによって、燃料電池スタック２０５を積層方向（図９の上下方向）に押圧して、燃料電池スタック２０５を一体化する。

【0101】

この段階では、図１０（ａ）に示すように、コンプレッションシール材２９１の厚みは０．３６ｍｍであり、（軟化する前の）ガラスシール材２９３（となるガラス材料）の厚み０．３０ｍｍより大きいので、ガラスシール材２９３（となるガラス材料）とインターコネクタ２４３との間には、若干の隙間がある。

【0102】

同様に、この段階では、コンプレッションシール材３４７、３５１の厚みは０．４ｍｍであり、（軟化する前の）ガラスシール材３４９、３５３（となるガラス材料）の厚み０．３ｍｍより大きいので、ガラスシール材３４９、３５３（となるガラス材料）とナット２１９又はエンドプレート２５１Ｂ）との間には、若干の隙間がある。

【0103】

次に、燃料電池スタック２０５（詳しくはガラスシール材２９３、３４９、３５３となるガラス材料）を、ガラスの結晶化温度以上の例えば８５０℃に２時間加熱し、ガラスを結晶化させる。ガラスの軟化点（７７０℃）から結晶化温度の昇温過程で、ガラスシール材２９３、３４９、３５３は軟化する。

【0104】

従って、燃料電池スタック２０５中のガラスシール材２９３は、図１０（ｂ）に示すように、自身の表面張力によって丸くなって、上方に凸の状態となり、最終的に上方のインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ａ）に接触する。さらに、８５０℃−２時間の加熱によってガラスは結晶化する。

【0105】

同様に、燃料電池スタック２０５外のガラスシール材３４９は、その周囲の部材であるエンドプレート２５１Ａの表面及びナット２１９の表面に密着するとともに、ガラスシール材３５３は、その周囲の部材であるエンドプレート２５１Ｂ及びボルト２１２、２１６の頭部２１０の表面に密着する。

【0106】

その後、冷却することによって、図１０（ｃ）に示すように、燃料電池スタック２０５内のガラスシール材２９３は、セパレータ２４７とインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ａ）とに強固に接合する。

【0107】

同様に、燃料電池スタック２０５外のガラスシール材３４９は、エンドプレート２５１Ａ及びナット２１９に強固に接合するとともに、ガラスシール材３５３は、エンドプレート２５１Ｂ及びボルト２１２、２１６の頭部２１０に強固に接合する。

【0108】

なお、ガラスを加熱するとガラスシール材２９３、３４９、３５３が軟化するが、上述のように、ボルト２１１〜２１８の熱膨張係数は、セパレータ２４７、インターコネクタ２４３、燃料極フレーム２４９、エンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂ等のような積層方向に配置された金属板の熱膨張係数や、ガラスシール材２９３の熱膨張係数より大きいので、ガラスの加熱時には、燃料電池スタック２０５は全体が緩んだ状態となる（ボルト２１１〜２１８の押圧力は減るが、無くなっている訳ではない）。

【0109】

その後、冷却されると、ボルト２１１〜２１８等が積層方向に縮んで（元に戻って）圧縮場となっているので、ガラスシール材２９３、３４９、３５３が圧縮された状態で封止される（即ちガラスによって封止される）。

【0110】

このようにして、ガスシールの構成が実現されるとともに、燃料電池２０１が完成する。
ｄ）本実施例１の効果について説明する。

【0111】

＜第１、第２ガスシール部３００、３１０による効果＞
本実施例１では、燃料マニホールドである第２、第６挿通孔２６２、２６６の積層方向における両開口部２６７ａ、２６７ｂの周囲には、第１、第２ガスシール部３００、３１０が設けられている。即ち、一方のエンドプレート２５１Ａとナット２１９との間には、第１ガスシール部３００が設けられ、他方のエンドプレート２５１Ｂとボルト２６２、２６６の頭部２１０との間には、第２ガスシール部３１０が設けられている。

【0112】

詳しくは、第１ガスシール部３００では、第２、第６挿通孔２６２、２６６の一方の開口部２６７ａを囲むように、エンドプレート２５１Ａが広がる平面に沿って、環状のコンプレッションシール材３４７が配置され、更にそのコンプレッションシール材３４７を同一平面上にて径方向外側から囲むように、ガラスシール材３４９が並列に配置されている。

【0113】

同様に、第２ガスシール部３１０では、第２、第６挿通孔２６２、２６６の他方の開口部２６７ｂを囲むように、エンドプレート２５１Ｂが広がる平面に沿って、環状のコンプレッションシール材３５１が配置され、更にそのコンプレッションシール材３５１を同一平面上にて径方向外側から囲むように、ガラスシール材３５３が並列に配置されている。

【0114】

従って、コンプレッションシール材３４７、３５１及びガラスシール材３４９、３５３によって（特に周囲に密着するガラスシール材３４９、３５３によって）、各エンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂとボルト２６２、２６６の頭部２１０やナット２１９との間におけるガス漏れを好適に防止することができる。

【0115】

また、積層方向から大きな力が加わった場合でも、コンプレッションシール材３４７、３５１によって、過大な力がガラスシール材３４９、３５３に加わることを抑制できるので、ガラスシール材３４９、３５３が割れることを防止でき、この点からも好適にガス漏れを防止することができる。

【0116】

更に、高温環境下で使用されてガラスが軟化した場合でも、コンプレッションシール材３４７、３５１によって、ガラスシール材３４９、３５３の過度の変形が抑制される。
また、コンプレッションシール材３４５、３５１及びガラスシール材３４５、３５３によって、エンドプレート２５１Ａ、２５１Ｂとボルト２６２、２６６やナット２１９との間の電気的絶縁を確実に行うことができる。

【0117】

＜燃料電池スタック２０５内のガスシール部２４５による効果＞
本実施例１では、燃料マニホールドである第２、第６挿通孔２６２、２６６と、空気マニホールドである第４、第８挿通孔２６４、２６８との周囲には、セパレータ２４７やインターコネクタ２４３（又はエンドプレート２５１Ｂ）によって積層方向から挟まれるとともに、各マニホールドを囲むように、ガスシール部２４５が配置されている。

【0118】

詳しくは、各マニホールドを囲むように、燃料電池セル２０３が広がる平面（即ち各マニホールドの径方向）に沿って、環状のガラスシール材２９３が配置され、更にそのガラスシール材２９３を同一平面上にて径方向から囲むように、コンプレッションシール材２９１が並列に配置されている。

【0119】

従って、コンプレッションシール材２９１及びガラスシール材２９３によって（特に周囲に密着するガラスシール材２９３によって）、各マニホールドとセパレータ２４７やインターコネクタ２４３等との間におけるガス漏れを好適に防止することができる。

【0120】

また、積層方向から大きな力が加わった場合でも、コンプレッションシール材２９１によって、過大な力がガラスシール材２９３に加わることを抑制できるので、ガラスシール材２９３が割れることを防止でき、この点からも好適にガス漏れを防止することができる。

【0121】

更に、高温環境下で使用されてガラスが軟化した場合でも、コンプレッションシール材２９１によって、ガラスシール材２９３の過度の変形が抑制されるので、ガラスが周囲に広がって電気接続性が低下することを防止できる。

【0122】

＜総合的な効果＞
このように、本実施例１では、燃料ガスのガス漏れの発生を好適に防止できるので、発電効率が高く、漏れたガスの後処理の必要が無い（又は後処理が容易である）という顕著な効果を奏する。

【0123】

また、本実施例１では、ボルト２１１〜２１８とナット２１９とによって、燃料電池スタック２０５を締め付け押圧して固定するので、固定が容易であるとともに、確実に固定できるという利点がある。

【0124】

更に、燃料電池２０１の運転の実施（ＯＮ）及び停止（ＯＦＦ）に応じて、燃料電池２０１の温度が変動するが、本実施例１では、上述した構成（各部の熱膨張係数の関係）によって、温度が変動しても、ガラスシール材３４９、３５３等を常に押圧できるので、その点からも、ガス漏れを防止できるという利点がある。

【実施例2】

【0125】

次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例２は、実施例１とは、燃料電池の第１、第２ガスシール部の構成が異なるので、第１、第２ガスシール部について説明する。なお、その他の構成については、前記実施例１と同様な番号を使用する。

【0126】

図１１に示すように、本実施例２の燃料電池４０１は、前記実施例１と同様に、燃料マニホールドを構成する第２、第４挿通孔２６２、２６４の両方の開口部２６７ａ、２６７ｂをガスシールするように、第１ガスシール部４０３及び第２ガスシール部４０５を備えている。

【0127】

このうち、第１ガスシール部４０３は、図１２に示すように、同一平面上にて、各ボルト２１２、２１６の軸部２２０（及び各挿通孔２６２、２６６）の周囲を囲むように配置された環状のガラスシール材４０７と、ガラスシール材４０７の外側の周囲を囲むように配置された環状のコンプレッションシール材４０９とから構成されている。

【0128】

この第１ガスシール部４０３によって、前記実施例１と同様に、エンドプレート３５１Ａとナット２１９との間がガスシールされる。
同様に、第２ガスシール部４０５は、同一平面上にて、各ボルト２１２、２１６の軸部２２０（及び各挿通孔２６２、２６６）の周囲を囲むように配置された環状のガラスシール材４１１と、ガラスシール材４１１の外側の周囲を囲むように配置された環状のコンプレッションシール材４１３とから構成されている。

【0129】

この第２ガスシール部４０５によって、前記実施例１と同様に、エンドプレート３５１Ｂとボルト２１２、２１６の頭部２１０との間がガスシールされる。
本実施例２においても、前記実施例１と同様な効果を奏する。

【0130】

以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、種々の態様を採ることができる。
（１）例えば、空気マニホールドに対応する挿通孔の開口部を、燃料マニホールドと同様にガスシールするように、第１、第２ガスシール部と同様なガスシール部を設けてもよい。

【0131】

（２）また、全ての挿通孔の開口部をガスシールするように、第１、第２ガスシール部と同様なガスシール部を設けてもよい。
（３）更に、燃料電池スタックを積層方向に押圧する方法としては、上述したボルト及びナットの螺合による締め付け以外に、例えば積層方向に荷重を加えるように錘を乗せる方法、バネを利用して積層方向に押圧する方法などが挙げられる。

【0132】

（４）前記ボルトとしては、例えば（内部に空間の無い）中実のボルトや、（例えば軸方向に沿って空間がある）中空のボルトなどを採用できる。
なお、各燃料マニホールドや空気マニホールドと、各燃料マニホールドや空気マニホールドに挿通される各ボルトとは、それぞれ同軸に配置されていなくともよい（図示せず）。また、各ボルトは、各燃料マニホールドや空気マニホールドの外部に配置されていてもよい（図示せず）。

【0133】

（５）また、本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に限らず、運転温度域が約６００℃以上の高温タイプの燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等に適用可能である。

【符号の説明】

【0134】

２０１、４０１…燃料電池
２０３…燃料電池セル
２０５…燃料電池スタック
２１０…頭部
２１１、２１２、２１３、２１４、２１５、２１６、２１７、２１８…ボルト
２１９…ナット
２２０…軸部
２３５…燃料極
２３７…固体酸化物層（固体電解質層）
２３９…空気極
２４１…セル本体（単セル）
２４５…ガスシール部（内部ガスシール部）
２５１Ａ、２５１Ｂ…エンドプレート
２６１、２６２、２６３、２６４、２６５、２６６、２６７、２６８…挿通孔
２５７…カセット
２９１、３４７、３５１、４０９、４１３…コンプレッションシール材
２９３、３４９、３５３、４０７、４１１…ガラスシール材
２６７ａ、２６７ｂ…開口部
３００、４０３…第１ガスシール部
３１０、４０５…第２ガスシール部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】