特許 6077095 マニホールド、及び燃料電池スタック

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】6077095

(24)【登録日】2017年1月20日

(45)【発行日】2017年2月8日

(54)【発明の名称】マニホールド、及び燃料電池スタック

(51)【国際特許分類】

   H01M 8/2484 20160101AFI20170130BHJP

   H01M 8/2485 20160101ALI20170130BHJP

   H01M 8/12 20160101ALN20170130BHJP

【ＦＩ】

   H01M8/24 M

   H01M8/24 S

   !H01M8/12

【請求項の数】7

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2015-252094(P2015-252094)

(22)【出願日】2015年12月24日

【審査請求日】2016年11月15日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】000004064

【氏名又は名称】日本碍子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000202

【氏名又は名称】新樹グローバル・アイピー特許業務法人

(72)【発明者】

【氏名】中村 俊之

(72)【発明者】

【氏名】田中 裕己

(72)【発明者】

【氏名】寺澤 玄太

(72)【発明者】

【氏名】大森 誠

【審査官】 守安 太郎

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１６−０８１８３７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０４９２４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−１５７１９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０６３９３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−２１６６２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｍ ８／２４

Ｈ０１Ｍ ８／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃料電池セルにガスを供給するためのマニホールドであって、
底壁、前記底壁の周縁から上方に延びる側壁、及び前記側壁の上面を延びる溝部、を有するマニホールド本体と、
前記燃料電池セルの下端部が挿入される挿入孔を有し、前記マニホールド本体の上面を塞ぐ蓋部材と、
前記溝部内に充填され、前記マニホールド本体と前記蓋部材とを接合する、ガラス材料からなる第１接合材と、
を備え、
前記溝部は、当該溝部の延在方向と直行する断面における形状が円弧状である、
マニホールド。

【請求項2】

前記溝部の曲率半径は、１．０〜１０ｍｍである、
請求項１に記載のマニホールド。

【請求項3】

前記側壁は、側壁本体部と、前記側壁本体部から外方に延びるフランジ部とを有し、
前記溝部は、前記フランジ部の上面を延びる、
請求項１又は２に記載のマニホールド。

【請求項4】

前記蓋部材は、前記マニホールド本体の上面を塞ぐ蓋本体部と、前記蓋本体部の周縁から前記溝部に向かって延びる挿入部と、を有する、
請求項１から３のいずれかに記載のマニホールド。

【請求項5】

前記溝部は、環状である、
請求項１から４のいずれかに記載のマニホールド。

【請求項6】

前記第１接合材は、結晶化ガラスである、
請求項１から５のいずれかに記載のマニホールド。

【請求項7】

請求項１から６のいずれかに記載のマニホールドと、
前記マニホールドの蓋部材から上方に延びる燃料電池セルと、
を備える、燃料電池スタック。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、マニホールド、及び燃料電池スタックに関するものである。

【背景技術】

【0002】

燃料電池スタックは、マニホールドと、複数の燃料電池セルとを備えている（特許文献１）。各燃料電池セルは、マニホールドから上方に延びるように、マニホールドに支持されている。マニホールドは、各燃料電池セルに燃料ガスを供給するように構成されている。

【0003】

マニホールドは、マニホールド本体と、蓋部材とを有している。蓋部材は、マニホールド本体に接合されており、マニホールド本体の上面を塞いでいる。詳細には、接合材が蓋部材とマニホールド本体とを接合している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１５−１６４０９４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

上述した燃料電池スタックにおいて、マニホールドのガス密閉性を向上させるために、接合材は、マニホールドと蓋部材との隙間を確実に埋めていることが好ましい。

【0006】

本発明の課題は、接合材によってマニホールド本体と蓋部材との隙間を確実に埋めることにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の第１側面に係るマニホールドは、燃料電池セルにガスを供給するように構成されている。このマニホールドは、マニホールド本体と、蓋部材と、第１接合材とを備えている。マニホールド本体は、底壁、底壁の周縁から上方に延びる側壁、及び側壁の上面を延びる溝部、を有する。蓋部材は、燃料電池セルの下端部が挿入される挿入孔を有する。蓋部材は、マニホールド本体の上面を塞ぐ。第１接合材は、溝部内に充填され、マニホールド本体と前記蓋部材とを接合する。第１接合材は、ガラス材料から構成される。溝部は、当該溝部の延在方向と直行する断面における形状が円弧状である。

【0008】

第１接合材に熱処理を施すと第１接合材は表面張力の影響によって丸くなるため、断面形状が円弧状の溝部に沿った形状となる。この結果、マニホールド本体と蓋部材との隙間を第１接合材によって確実に埋めることができる。

【0009】

好ましくは、溝部の曲率半径は、１．０〜１０ｍｍである。

【0010】

好ましくは、側壁は、側壁本体部と、前記側壁本体部から外方に延びるフランジ部とを有する。そして、溝部は、フランジ部の上面を延びる。

【0011】

好ましくは、蓋部材は、マニホールド本体の上面を塞ぐ蓋本体部と、蓋本体部の周縁から溝部に向かって延びる挿入部と、を有する。

【0012】

好ましくは、溝部は、環状である。

【0013】

好ましくは、第１接合材は、結晶化ガラスである。

【0014】

本発明の第２側面に係る燃料電池スタックは、上記いずれかのマニホールドと、マニホールドの蓋部材から上方に延びる燃料電池セルと、を備える。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、接合材がマニホールド本体と蓋部材との隙間を確実に埋めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】燃料電池スタックの斜視図。

【図2】燃料電池セルの斜視図。

【図3】燃料電池セルの拡大断面図。

【図4】燃料電池スタックの断面図。

【図5】燃料電池スタックの平面図。

【図6】マニホールド本体部の溝部を示す拡大断面図。

【図7】蓋部材の平面図。

【図8】変形例１に係る燃料電池スタックの断面図。

【図9】変形例２に係る蓋部材の平面図。

【図10】各実施例に係るマニホールドの断面図。

【図11】各比較例に係るマニホールドの断面図。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本発明に係る燃料電池スタックの実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、図１では、図解を容易にするため、マニホールド２０の一部を断面にしている。

【0018】

図１に示すように、燃料電池スタック１００は、複数の燃料電池セル１０と、マニホールド２０と、を備えている。各燃料電池セル１０は、マニホールド２０によって支持されている。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを供給する。

【0019】

［燃料電池セル］
各燃料電池セル１０は、マニホールド２０から上方に延びている。燃料電池セル１０の長手方向（ｘ軸方向）は、上下方向に延びている。また、各燃料電池セル１０は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）に沿って、互いに間隔をあけて配置されている。各燃料電池セル１０は、集電部材（図示省略）を介して互いに電気的に接続されている。集電部材は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、集電部材は、酸化物セラミックスの焼成体又は金属などによって形成されている。

【0020】

図２に示すように、燃料電池セル１０は、複数の発電素子部１１と、支持基板１２とを備えている。各発電素子部１１は、支持基板１２の両面に配置されている。なお、各発電素子部１１は、支持基板１２の片面のみに配置されていてもよい。各発電素子部１１は、燃料電池セル１０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、本実施形態に係る燃料電池セル１０は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図３参照）によって互いに電気的に接続されている。

【0021】

支持基板１２は、燃料電池セル１０の長手方向に延びる複数のガス流路１２１を内部に有している。なお、支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１０の長手方向と同じ方向である。各ガス流路１２１は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路１２１は、燃料電池セル１０の長手方向の両端部において開口している。

【0022】

図３に示すように、支持基板１２は、複数の第１凹部１２３を有している。各第１凹部１２３は、支持基板１２の両面に形成されている。各第１凹部１２３は支持基板１２の長手方向において互いに間隔をあけて配置されている。

【0023】

支持基板１２は、絶縁性である。すなわち、支持基板１２は、電子伝導性を有していない。支持基板１２は、例えば、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、支持基板１２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＭｇＯ（酸化マグネシウム）とＭｇＡｌ_２Ｏ_４（マグネシアアルミナスピネル）とから構成されてもよい。支持基板１２は、多孔質である。支持基板１２の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。

【0024】

各発電素子部１１は、燃料極１３、電解質１４、及び空気極１５を有している。また、各発電素子部１１は、反応防止膜１６をさらに有している。燃料極１３は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。燃料極１３は、燃料極集電部１３１と燃料極活性部１３２とを有する。

【0025】

燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に配置されている。詳細には、燃料極集電部１３１は、第１凹部１２３内に充填されており、第１凹部１２３と同様の外形を有する。各燃料極集電部１３１は、第２凹部１３１ａ及び第３凹部１３１ｂを有している。燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に配置されている。詳細には、燃料極活性部１３２は、第２凹部１３１ａ内に充填されている。

【0026】

燃料極集電部１３１は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極集電部１３１は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹ_２Ｏ_３（イットリア）とから構成されてもよいし、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）とから構成されてもよい。燃料極集電部１３１の厚さ、並びに第１凹部１２３の深さは、５０〜５００μｍ程度である。

【0027】

燃料極活性部１３２は、例えば、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）とから構成され得る。或いは、燃料極活性部１３２は、ＮｉＯ（酸化ニッケル）とＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）とから構成されてもよい。燃料極活性部１３２の厚さは、５〜３０μｍである。

【0028】

電解質１４は、燃料極１３上を覆うように配置されている。詳細には、電解質１４は、あるインターコネクタ１７１から他のインターコネクタ１７１まで燃料電池セル１０の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１０の長手方向において、電解質１４とインターコネクタ１７１とが交互に配置されている。

【0029】

電解質１４は、イオン伝導性を有し且つ電子伝導性を有さない緻密な材料からなる焼成体である。電解質１４は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成され得る。或いは、電解質１４は、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質１４の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

【0030】

反応防止膜１６は、緻密な材料からなる焼成体であり、平面視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部１３２と略同一の形状であり、燃料極活性部１３２と略同じ位置に配置されている。反応防止膜１６は、電解質１４内のＹＳＺと空気極１５内のＳｒとが反応して電解質１４と空気極１５との界面に電気抵抗が大きい反応層が形成される現象の発生を抑制するために設けられている。反応防止膜１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ_２（ガドリニウムドープセリア）から構成され得る。反応防止膜１６の厚さは、例えば、３〜５０μｍ程度である。

【0031】

空気極１５は、反応防止膜１６上に配置されている。空気極１５は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。空気極１５は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極１５は、ＬＳＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＦｅＯ_３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）等から構成されてもよい。空気極１５は、ＬＳＣＦからなる第１層（内側層）とＬＳＣからなる第２層（外側層）との２層によって構成されてもよい。空気極１５の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0032】

電気的接続部１７は、隣り合う発電素子部１１を電気的に接続するように構成されている。電気的接続部１７は、インターコネクタ１７１及び空気極集電膜１７２を有する。インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に配置されている。詳細には、インターコネクタ１７１は、第３凹部１３１ｂ内に埋設（充填）されている。インターコネクタ１７１は、電子伝導性を有する緻密な材料からなる焼成体である。インターコネクタ１７１は、例えば、ＬａＣｒＯ_３（ランタンクロマイト）から構成され得る。或いは、インターコネクタ１７１は、（Ｓｒ，Ｌａ）ＴｉＯ_３（ストロンチウムチタネート）から構成されてもよい。インターコネクタ１７１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。

【0033】

空気極集電膜１７２は、隣り合う発電素子部１１のインターコネクタ１７１と空気極１５との間を延びるように配置される。例えば、図３の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、図３の右側に配置された発電素子部１１のインターコネクタ１７１とを電気的に接続するように、空気極集電膜１７２が配置されている。空気極集電膜１７２は、電子伝導性を有する多孔質の材料からなる焼成体である。

【0034】

空気極集電膜１７２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ_３（ランタンストロンチウムコバルトフェライト）から構成され得る。或いは、空気極集電膜１７２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ_３（ランタンストロンチウムコバルタイト）から構成されてもよい。或いは、空気極集電膜１７２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電膜１７２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。

【0035】

［マニホールド］
図１及び図４に示すように、マニホールド２０は、各燃料電池セル１０にガスを供給するように構成されている。燃料ガスなどのガスが、導入配管２０１を介して、マニホールド２０の内部空間に供給される。マニホールド２０は、各燃料電池セル１０を支持している。マニホールド２０は、マニホールド本体３と、蓋部材４と、第１接合材５と、を有する。

【0036】

マニホールド本体３は、直方体状であって、上面が開口した内部空間を有する。マニホールド本体３は、底壁３１、側壁３２、及び溝部３３を有している。なお、底壁３１、及び側壁３２は、１つの部材によって構成されている。マニホールド本体３は、例えば、耐熱性を有するような金属によって形成される。より具体的には、マニホールド本体３は、フェライト系ステンレス鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、及びＮｉ基合金よりなる群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。

【0037】

底壁３１は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。底壁３１は、平面視において、長手方向（ｚ軸方向）と幅方向（ｙ軸方向）を有している。側壁３２は、底壁３１の周縁から上方に延びている。すなわち、側壁３２は、底壁３１の長手方向に延びる一対の縁部と短手方向に延びる一対の縁部から延びている。

【0038】

側壁３２は、側壁本体部３２１と、フランジ部３２２と、を有している。側壁本体部３２１は、底壁３１から上方に延びる部分である。フランジ部３２２は、側壁本体部３２１の上端部から外方に延びる部分である。なお、側壁本体部３２１とフランジ部３２２とは一体的に延びている。

【0039】

図４から図６に示すように、溝部３３は、側壁３２の上面を延びている。詳細には、溝部３３は、フランジ部３２２の上面を延びている。溝部３３は、平面視（ｘ軸方向視）において環状である。溝部３３は、溝部３３の延在方向と直行する断面における形状が円弧状である。

【0040】

溝部３３は、側壁３２の上面が延びる方向に沿って延びている。すなわち、溝部３３は、フランジ部３２２の延びる方向に沿って延びている。具体的には、溝部３３は、マニホールド２０の長手方向（ｚ軸方向）及び幅方向（ｙ軸方向）に延びている。したがって、溝部３３は、マニホールド２０の長手方向に延びる部分では、マニホールド２０の長手方向と直行する断面における形状が円弧状である。また、溝部３３は、マニホールド２０の幅方向に延びる部分では、マニホールド２０の幅方向と直行する断面における形状が円弧状である。溝部３３の曲率半径は、１．０〜１０ｍｍ程度とすることが好ましい。

【0041】

図４に示すように、蓋部材４は、マニホールド本体３の上面を塞ぐように構成されている。蓋部材４の外周縁部は、側壁３２上に配置されており、後述する第１接合材５を介して側壁３２に接合されている。

【0042】

蓋部材４は、蓋本体部４１と、挿入部４２とを有している。蓋本体部４１は、マニホールド本体３の上面を塞ぐように構成されている。図７に示すように、蓋本体部４１は、平面視（ｚ軸方向視）が矩形状である。蓋本体部４１は、複数の挿入孔４１１を有している。各挿入孔４１１には、各燃料電池セル１０の下端部が挿入される。各挿入孔４１１は、マニホールド２０の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各挿入孔４１１は、マニホールド２０の長手方向において、互いに間隔をあけて配置されている。

【0043】

図４に示すように、挿入部４２は、蓋本体部４１の周縁から溝部３３に向かって延びている。挿入部４２は、平面視（ｘ軸方向視）が環状である。挿入部４２は、溝部３３内に挿入されている。なお、挿入部４２は、蓋本体部４１の周縁部を下方に折り曲げることによって形成されている。

【0044】

第１接合材５は、溝部３３内に充填されており、マニホールド本体３と蓋部材４とを接合している。詳細には、挿入部４２が挿入された状態の溝部３３内に、第１接合材５は充填されている。なお、第１接合材５を溝部３３内に充填した後に挿入部４２を溝部３３内に挿入してもよいし、挿入部４２を溝部３３内に挿入した後に第１接合材５を溝部３３内に充填してもよい。

【0045】

溝部３３内に第１接合材５が挿入された状態において、第１接合材５は溝部３３内を全て埋めていることが好ましい。例えば、溝部３３内に第１接合材５が挿入された状態において、第１接合材５は、溝部３３内から溢れる程度の量で、溝部３３内を充填していることが好ましい。溝部３３内に充填された第１接合材５を硬化させるために、第１接合材５に対して熱処理が施される。例えば、７５０〜９００℃程度の温度で６０〜１８０分程度、第１接合材５を加熱する。

【0046】

第１接合材５は、ガラス材料を含んでいる。好ましくは、第１接合材５は、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＭｇＯ−ＣａＯ系、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ、ＳｉＯ−ＢａＯ系、又はＳｉＯ−ＺｎＯ系が採用され得る。なお、本明細書では、結晶化ガラスとは、全体積に対する「結晶相が占める体積」の割合（結晶化度）が６０％以上であり、全体積に対する「非晶質相及び不純物が占める体積」の割合が４０％未満のガラスを指す。なお、第１接合材５の材料として、非晶質ガラス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０１は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_５−Ａｌ_２Ｏ_３系及びＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。

【0047】

［燃料電池スタック］
以上のように構成されたマニホールド２０に、各燃料電池セル１０が支持されている。詳細には、各燃料電池セル１０の下端部が、蓋部材４の各挿入孔４１１に挿入されている。燃料電池セル１０が挿入された状態の挿入孔４１１内には、第２接合材１０１が充填されている。

【0048】

第２接合材１０１は、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ_２−Ｂ_２Ｏ_３系、ＳｉＯ_２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ_２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、第２接合材１０１の材料として、非晶質ガラス、ろう材、又はセラミックス等が採用されてもよい。具体的には、第２接合材１０１は、ＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ｂ_２Ｏ_５−Ａｌ_２Ｏ_３系及びＳｉＯ_２−ＭｇＯ−Ａｌ_２Ｏ_３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。

【0049】

以上のように構成された燃料電池スタック１００は、次のようにして発電する。マニホールド２０を介して各燃料電池セル１０の各ガス流路１２１内に燃料ガス（水素ガス等）を供給するとともに、支持基板１２の両面を酸素を含むガス（空気等）に曝すことにより、電解質１４の両側面間に生じる酸素分圧差によって起電力が発生する。この燃料電池スタック１００を外部の負荷に接続すると、空気極１５において下記（１）式に示す電気化学反応が起こり、燃料極１３において下記（２）式に示す電気化学反応が起こり、電流が流れる。
（１／２）・Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｏ_２⁻ …（１）
Ｈ_２＋Ｏ_２⁻→Ｈ_２Ｏ＋２ｅ⁻ …（２）

【0050】

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

【0051】

変形例１
上記実施形態では、蓋部材４は、蓋本体部４１と挿入部４２とを有していたが、蓋部材４の構成は特にこれに限定されない。例えば、図８に示すように、蓋部材４は、挿入部４２を有していなくてもよい。

【0052】

変形例２
上記実施形態では、蓋部材４は、複数の挿入孔４１１を有しているが、これに限定されない。例えば、図９に示すように、マニホールド本体３の蓋部材４は、１つの挿入孔４１１を有していてもよい。そして、複数の燃料電池セル１０の下端部が、１つの挿入孔４１１内に挿入されていてもよい。

【実施例】

【0053】

以下に実施例及び比較例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。なお、本発明は、下記実施例に限定されるものではない。

【0054】

（実施例）
実施例１〜３５に係るマニホールドを以下のように作製した。

【0055】

まず、図１０に示すように、上記実施形態と同様の構成のマニホールド２０を実施例１〜３５として作製した。具体的には、マニホールド本体３を準備し、溝部３３内に第１接合材５を充填する。そして、蓋部材４の挿入部４２をマニホールド本体３の溝部３３内に挿入した後、８５０℃で１２０分の熱処理を施す。なお、蓋部材４は、挿入孔４１１を有していない。すなわち、マニホールド２０内は密閉空間となっている。

【0056】

各実施例において第１接合材５、マニホールド本体３、及び蓋部材４の材料は表１に示す通りである。また、実施例１〜３５におけるマニホールドの溝部３３の曲率半径は、表１に示す通りである。なお、実施例１〜３５におけるマニホールド２０において、溝部３３の曲率半径、並びに、第１接合材５、マニホールド本体３、及び蓋部材４の材料以外は互いに同じ構成とした。

【0057】

（比較例）
図１１に示すように、比較例１〜７に係るマニホールド２０は、溝部３３の断面形状が矩形状である。なお、溝部３３の深さは５ｍｍ、幅は５ｍｍである。また、各比較例における第１接合材５、マニホールド本体３、及び蓋部材４の材料は表１に示す通りである。その他の構成は、上記実施例１〜３５と同様である。

【0058】

（評価方法）
以上のようにして作製された実施例１〜３５、及び比較例１〜７に係るマニホールド２０に対して、ガスリークの発生の有無を確認した。まず、各実施例及び比較例に係るマニホールド２０に、導入配管２０１を介して加圧ガスを導入した。次に、マニホールド２０内の圧力を圧力計により測定した。具体的には、印加圧を１０ｋＰａとし、そのときのガスリーク量（ｃｃ／ｍｉｎ）を測定した。この評価結果を表１に示した。なお、表１では、０．１ｃｃ／ｍｉｎ未満（検出下限界値未満）の場合を「◎」と評価し、０．１ｃｃ／ｍｉｎ以上５ｃｃ／ｍｉｎ未満の場合を「○」と評価し、５ｃｃ／ｍｉｎ以上の場合を「×」と評価した。

【0059】

【表1】

【0060】

表１に示すように、比較例１〜７では、評価が「×」となった。これに対して、実施例１〜３５では、評価が「◎」又は「○」となり、「×」の評価にならなかった。このように、実施例１〜３５では評価が「×」とならなかったのに対して、比較例１〜７では評価が「×」となった理由は、溝部３３の断面形状の違いによるものと考えられる。すなわち、第１接合材５を溝部３３内に充填させて熱処理を施すと、第１接合材５は表面張力の影響で丸くなる性質を有する。このため、比較例１〜７のように断面形状が矩形状の溝部３３内に充填された第１接合材５は、溝部３３の角部において隙間が形成され、十分に接合されなくなる。これに対して、実施例１〜３５のように溝部３３の断面形状が円弧状であると、熱処理後の第１接合材５は、溝部３３の形状に沿うような形状となり、隙間が形成されない。この結果、実施例１〜３５は、比較例１〜７に比べて、接合強度が強くなり、ガスの密閉性が高くなるものと考えられる。

【0061】

また、溝部３３の曲率半径を１．０〜１０ｍｍとした実施例２〜４、７〜９、１２〜１４、１７〜１９、２２〜２４、２７〜２９、３２〜３４に係るマニホールド２０では、ガスの密閉性がより高くなっていることが分かった。これは、熱処理後の第１接合材５が、曲率半径１．０〜１０ｍｍの溝部３３に沿った形状となるためであると考えられる。

【符号の説明】

【0062】

３ ：マニホールド本体
３１ ：底壁
３２ ：側壁
３２１ ：側壁本体部
３２２ ：フランジ部
３３ ：溝部
４ ：蓋部材
４１ ：蓋本体部
４１１ ：挿入孔
４２ ：挿入部
５ ：第１接合材
１０ ：燃料電池セル
２０ ：マニホールド
１００ ：燃料電池スタック

【要約】

【課題】接合材によってマニホールド本体と蓋部材との隙間を確実に埋める。
【解決手段】マニホールド２０は、マニホールド本体３と、蓋部材４と、第１接合材５とを備えている。マニホールド本体３は、底壁３１、底壁３１の周縁から上方に延びる側壁３２、及び側壁３２の上面を延びる溝部３３、を有する。蓋部材４は、マニホールド本体３の上面を塞ぐ。第１接合材５は、溝部３３内に充填され、マニホールド本体３と蓋部材４とを接合する。第１接合材５は、ガラス材料から構成される。溝部３３は、当該溝部３３の延在方向と直行する断面における形状が円弧状である。
【選択図】図４

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】