(57)【要約】電気化学装置は、複数のセラミックス製電気化学セル１、複数のガス供給部材４Ａおよび複数のガス排出部材４Ｂを備えている。電気化学セル１は、第一のガスと接触する第一の電極６、固体電解質層１５および第二のガスと接触する第二の電極１２Ａ、１２Ｂを備えている。第一のガスを流すガス流路５、第一の貫通孔８および第二の貫通孔９が電気化学セル１に設けられている。ガス供給部材４Ａが第一の貫通孔８に挿通されており、ガス排出部材４Ｂが第二の貫通孔９に挿通されており、隣接するガス供給部材８が互いに気密に連結されることによってガス供給路が形成されており、隣接するガス排出部材９が互いに気密に連結されることによってガス排出路が形成されている。
2008123570.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセラミックス製電気化学セル、複数のガス供給部材および複数のガス排出部材を備えている電気化学装置であって、
前記電気化学セルが、第一のガスと接触する第一の電極、固体電解質層、および第二のガスと接触する第二の電極を備えており、前記第一のガスを流すガス流路が前記第一の電極の内部に形成されており、第一の貫通孔および第二の貫通孔が前記電気化学セルに設けられており、
前記ガス供給部材が前記第一の貫通孔に挿通されており、前記ガス排出部材が前記第二の貫通孔に挿通されており、隣接する前記ガス供給部材が互いに気密に連結されることによってガス供給路が形成されており、隣接する前記ガス排出部材が互いに気密に連結されることによってガス排出路が形成されており、前記ガス供給路および前記ガス排出路が前記ガス流路と連通しており、複数の前記電気化学セルが互いに離間された状態で前記ガス供給部材および前記ガス排出部材によって支持されていることを特徴とする、電気化学装置。
【請求項２】
前記ガス供給部材が、前記第一の貫通孔に挿通されている管状部と、前記管状部の一端に設けられている第一のフランジ部と、前記管状部の他端に設けられている第二のフランジ部とを備えており、前記第一のフランジ部と前記電気化学セルとの間に第一のシール材が設けられており、前記第二のフランジ部と前記電気化学セルとの間に第二のシール材が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の電気化学装置。
【請求項３】
前記第二のフランジ部が前記管状部とは別体の部材からなることを特徴とする、請求項２記載の電気化学装置。
【請求項４】
前記ガス排出部材が、前記第二の貫通孔に挿通されている管状部と、前記管状部の一端に設けられている第一のフランジ部と、前記管状部の他端に設けられている第二のフランジ部とを備えており、前記第一のフランジ部と前記電気化学セルとの間に第一のシール材が設けられており、前記第二のフランジ部と前記電気化学セルとの間に第二のシール材が設けられていることを特徴とする、請求項１記載の電気化学装置。
【請求項５】
前記第二のフランジ部が前記管状部とは別体の部材からなることを特徴とする、請求項４記載の電気化学装置。
【請求項６】
前記ガス供給部材と前記電気化学セルとの熱膨張係数差が２×１０−６（／Ｋ）以下であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つの請求項に記載の電気化学装置。
【請求項７】
前記ガス排出部材と前記電気化学セルとの熱膨張係数差が２×１０−６（／Ｋ）以下であることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つの請求項に記載の電気化学装置。
【請求項８】
前記第一のフランジ部に凹部が形成されており、前記第一のシール材に突起が形成されており、前記第一のフランジ部と前記第一のシール材との熱膨張差によって前記突起と前記凹部とが係合されていることを特徴とする、請求項２または３記載の電気化学装置。
【請求項９】
前記第一のフランジ部に凹部が形成されており、前記第一のシール材に突起が形成されており、前記第一のフランジ部と前記第一のシール材との熱膨張差によって前記突起と前記凹部とが係合されていることを特徴とする、請求項４または５記載の電気化学装置。
【請求項１０】
前記固体電解質層に凹部が形成されており、前記第一のシール材に突起が形成されており、前記固体電解質層と前記第一のシール材との熱膨張差によって前記突起と前記凹部とが係合されていることを特徴とする、請求項２または３記載の電気化学装置。
【請求項１１】
前記固体電解質層に凹部が形成されており、前記第一のシール材に突起が形成されており、前記固体電解質層と前記第一のシール材との熱膨張差によって前記突起と前記凹部とが係合されていることを特徴とする、請求項４または５記載の電気化学装置。
【請求項１２】
前記第一のフランジ部の前記第一のシール材に対する接触面が粗面化処理されていることを特徴とする、請求項２または３記載の電気化学装置。
【請求項１３】
前記第一のフランジ部の前記第一のシール材に対する接触面が粗面化処理されていることを特徴とする、請求項４または５記載の電気化学装置。
【請求項１４】
前記セルの前記第一のシール材に対する接触面が粗面化処理されていることを特徴とする、請求項２または３記載の電気化学装置。
【請求項１５】
前記セルの前記第一のシール材に対する接触面が粗面化処理されていることを特徴とする、請求項４または５記載の電気化学装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体酸化物形燃料電池などの電気化学装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池１枚当たりの電圧は１Ｖ程度であるので、大出力を得るには複数枚積層（スタック）しなければならない。そこで、いかに小型で積層数を増やし大出力を得ることができるかが問題となってくる。
ＷＯ  ２００７／０２９８６０  Ａ１の特に図１４では、セラミック製電気化学セルの例えば燃料極の内部に燃料流路を形成し、燃料極の上に固体電解質膜、空気極膜を形成する。そしてセルそのものにガス供給孔とガス排出孔とを設け、セルを直接に複数枚積層してスタックを形成する。このスタック形成のさいに、隣接する各セルのガス供給孔を連続させてガス供給路を形成し、各セルのガス排出孔を連続させることでガス排出路を形成する。
【発明の開示】
【０００３】
ＷＯ  ２００７／０２９８６０  Ａ１記載のようなスタック（集合電池）では、ガス流路を内部に持つセルを固定部材に取り付け、これらをスタックする。しかし、この構造でのセルは構造部材としての役割も持つので、応力が加わりやすい。特にガス流路を内部に持つセルはガス流路を持たないセルよりも構造強度が弱いことから、セルに応力が加わらない構造が望ましい。
本発明の課題は、複数の電気化学セルを過大な応力を加えることなしにスタックすることである。
本発明は、複数のセラミックス製電気化学セル、複数のガス供給部材および複数のガス排出部材を備えている電気化学装置を提供する。この電気化学セルは、第一のガスと接触する第一の電極、固体電解質層および第二のガスと接触する第二の電極を備えており、第一のガスを流すガス流路が第一の電極の内部に形成されており、第一の貫通孔および第二の貫通孔が電気化学セルに設けられている。ガス供給部材が第一の貫通孔に挿通されており、ガス排出部材が第二の貫通孔に挿通されており、隣接するガス供給部材が互いに気密に連結されることによってガス供給路が形成されており、隣接するガス排出部材が互いに気密に連結されることによってガス排出路が形成されている。ガス供給路およびガス排出路がセルのガス流路と連通しており、複数の電気化学セルが互いに離間された状態でガス供給部材およびガス排出部材によって支持されている。
本発明によれば、ガス供給部材が第一の貫通孔に挿通されており、ガス排出部材が第二の貫通孔に挿通されており、隣接するガス供給部材が互いに気密に連結されることによってガス供給路が形成されており、隣接するガス排出部材が互いに気密に連結されることによってガス排出路が形成されている。そして、ガス供給路およびガス排出路がセル内部のガス流路と連通しており、複数の電気化学セルが互いに離間された状態でガス供給部材およびガス排出部材によって支持されている。
ＷＯ  ２００７／０２９８６０  Ａ１におけるセルスタック構造では、電気化学セルは構造部材としての役割も持つので、セル自身に応力が加わる。しかし本発明では、複数の電気化学セルが、互いに離間された状態で、連結されたガス供給部材およびガス排出部材によって支持されているので、応力はガス供給部材およびガス排出部材のみに加わることになり、電気化学セル間に応力が加わることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
図１は、本発明の一実施形態に係る電気化学セル１にガス供給部材４Ａおよびガス排出部材４Ｂを取り付けた状態を示す斜視図である。
図２は、本発明の一実施形態に係る電気化学セル１にガス供給部材４Ａおよびガス排出部材４Ｂを取り付けた状態を示す断面図である。
図３は、電気化学セル１を二つに分解して示す分解斜視図である。
図４は、複数のセル１をガス供給部材およびガス排出部材によって連結し、スタック化した状態を示す斜視図である。
図５は、複数のセル１をガス供給部材およびガス排出部材によって連結し、スタック化した状態を示す断面図である。
図６（ａ）は、第一のシール材とセルとの間の係合方法の一例を示す拡大図であり、（ｂ）は、第一のシール材およびセルの熱膨張を示す拡大図である。
図７（ａ）は、第一のシール材とセルとの間の係合方法の一例を示す拡大図であり、（ｂ）は、第一のシール材およびセルの熱膨張を示す拡大図である。
図８は、第一のフランジ部およびセルの第一のシール材への接触面を粗面化した実施例を示す拡大図である。
図９（ａ）は、セルとフランジ部との接合力を測定する試験方法を説明する模式的断面図であり、図９（ｂ）は、セルとフランジ部とが分離した状態を示す模式的断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００５】
本発明では、電気化学セルは板状であることが好ましい。ただし、平板状には限らず、湾曲した板や円弧状の板でもよい。電気化学セルは、第一のガスと接触する第一の電極、固体電解質膜および、第二のガスと接触する第二の電極を備えている。
ここで、第一の電極、第二の電極は、アノードまたはカソードから選択する。これらのうち一方がアノードである場合には、他方はカソードである。これと同様に、第一のガス、第二のガスは、酸化性ガス、還元性ガスから選択する。
酸化性ガスは、酸素イオンを固体電解質膜へと供給可能なガスであれば特に限定されないが、空気、希釈空気、酸素、希釈酸素が挙げられる。還元性ガスとしては、Ｈ２、ＣＯ、ＣＨ４とこれらの混合ガスを例示できる。
本発明が対象とする電気化学セルは、電気化学反応を生じさせるためのセル一般を意味している。例えば、電気化学セルは、酸素ポンプ、高温水蒸気電解セルとして使用できる。高温水蒸気電解セルは、水素の製造装置に使用でき、また水蒸気の除去装置に使用できる。また、電気化学セルを、ＮＯｘ、ＳＯｘの分解セルとして使用できる。この分解セルは、自動車、発電装置からの排ガスの浄化装置として使用できる。この場合には、固体電解質膜を通して排ガス中の酸素を除去するのと共に、ＮＯｘを電解してＮ２とＯ２とに分解し、この分解によって生成した酸素をも除去できる。また、このプロセスと共に、排ガス中の水蒸気が電解されて水素と酸素とを生じ、この水素がＮＯｘをＮ２へと還元する。また、好適な実施形態では、電気化学セルが、固体酸化物形燃料電池である。
固体電解質の材質は特に限定されず、あらゆる酸素イオン伝導体を利用できる。例えば、イットリア安定化ジルコニア又はイットリア部分安定化ジルコニアであってよく、ＮＯｘ分解セルの場合には、酸化セリウムも好ましい。
カソードの材質は、ランタンを含有するペロブスカイト型複合酸化物であることが好ましく、ランタンマンガナイト又はランタンコバルタイトであることが更に好ましく、ランタンマンガナイトが一層好ましい。ランタンコバルタイト及びランタンマンガナイトは、ストロンチウム、カルシウム、クロム、コバルト（ランタンマンガナイトの場合）、鉄、ニッケル、アルミニウム等をドープしたものであってよい。
アノードの材質としては、ニッケル−マグネシアアルミナスピネル、ニッケル−ニッケルアルミナスピネル、ニッケル−ジルコニア、白金−酸化セリウム、ルテニウム−ジルコニア等が好ましい。
各電気化学セルの形態は特に限定されない。電気化学セルは、アノード、カソードおよび固体電解質層の３層からなっていてよい。あるいは、電気化学セルは、アノード、カソードおよび固体電解質層以外に、例えば多孔質体層を有していて良い。
本発明においては、第一のガスを流すガス流路、第一の貫通孔および第二の貫通孔が電気化学セルに設けられている。ガス流路の形態、第一の貫通孔の個数および場所、第二の貫通孔の個数および場所は特に限定されない。しかし、第一の貫通孔と第二の貫通孔とは分離されている必要がある。
本発明では、ガス供給部材と電気化学セルとを連結する方法、ガス排出部材と電気化学セルとを連結する方法は、特に限定されない。この連結には、例えば、ガラスやセラミックス製接着剤や、機械的結合法を利用できる。また、ガス供給部材と電気化学セルとを気密にシールする方法、ガス排出部材と電気化学セルとを気密にシールする方法は、特に限定されないが、シール材を用いることが好ましい。このようなシール部材の材質は特に限定されないが、電気化学セルの作動温度において耐酸化性と耐還元性を有する必要がある。具体的には、シリカを主成分とするガラス及び結晶化ガラス、金属ろうなどを例示できる。また、Ｏリング、Ｃリング、Ｅリングやメタルジャケットガスケット、マイカガスケットなどのコンプレッションシールも例示できる。
隣接するガス供給部材、隣接するガス排出部材を互いに連結する方法は特に限定されず、この連結には、例えば、ガラスやセラミックス製接着剤や、機械的結合法を利用できる。また、この気密シール方法は、特に限定されないが、上記したシール材を用いることが好ましい。
好適な実施形態においては、ガス供給部材および／ガス排出部材が、貫通孔に挿通されている管状部と、管状部の一端に設けられている第一のフランジ部と、管状部の他端に設けられている第二のフランジ部とを備えており、第一のフランジ部と電気化学セルとの間に第一のシール材が設けられており、第二のフランジ部と電気化学セルとの間に第二のシール材が設けられている。これによって、ガス供給部材および／またはガス排出部材と電気化学セルとの間のシールの気密性が一層向上する。
ガス供給部材および／ガス排出部材が管状部である場合には、管状部の具体的形態は限定されない。管状部の横断面形状は、例えば、真円形、楕円形、三角形、四角形、六角形などの多角形であってよい。
以下、適宜図面を参照しつつ、本発明をさらに詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る電気化学セル１にガス供給部材４Ａおよびガス排出部材４Ｂを取り付けた状態を示す斜視図であり、図２は、本発明の一実施形態に係る電気化学セル１にガス供給部材４Ａおよびガス排出部材４Ｂを取り付けた状態を示す断面図である。図３は、電気化学セル１を二つに分解して示す分解斜視図である。
特に図２、図３に示すように、電気化学セル１の第一の電極６の内部に、第一のガスを流すためのガス流路５が形成されている。第一の電極６は平板状をなしており、第一の電極６の両方の主面および側面全てに、それぞれ、固体電解質層１５が設けられている。両方の主面上にある各固体電解質層１５上には、それぞれ、第二の電極１２Ａ、１２Ｂが形成されている。セル１の両方の主面には、第二の電極１２Ａ、１２Ｂが露出するとともに、セル１の下方には、第一の電極６に電気的に導通する接続パッド１２が露出している。
電気化学セル１には、所定箇所に、第一の貫通孔２および第二の貫通孔３が形成されている。第一の貫通孔２内には、ガス供給部材４Ａが挿入され、気密にシールされている。本例では、ガス供給部材４Ａは、第一のフランジ部４ａ、管状部４ｂおよび第二のフランジ部４ｃを備えている。そして、管状部４ｂは第一の貫通孔２に挿通されている。第一のフランジ部４ａとセル１の一方の主面１ａとの間には、シール材７Ａが介在している。第二のフランジ部４ｃとセル１の他方の主面１ｂとの間には、シール材７Ｂが介在している。本例では、第二のフランジ部４ｃを、管状部にはめ込み可能なワッシャーとしており、これによって気密シールを確実なものとできる。ガス供給路８は、分配孔１０を通じてセル内部のガス流路５に連通している。
第二の貫通孔３内には、ガス供給部材４Ｂが挿入され、気密にシールされている。本例では、ガス供給部材４Ｂは、第一のフランジ部４ａ、管状部４ｂおよび第二のフランジ部４ｃを備えている。そして、管状部４ｂは第二の貫通孔３に挿通されている。第一のフランジ部４ａとセル１の一方の主面１ａとの間には、シール材７Ｂが介在している。第二のフランジ部４ｃとセル１の他方の主面１ｂとの間には、シール材７Ｂが介在している。本例では、第二のフランジ部４ｃを、管状部にはめ込み可能なワッシャーとしており、これによって気密シールを確実なものとできる。ガス排出路９はセル内部のガス流路５に連通している。
セルとガス供給部材、ガス排出部材とを連結する際に、両材料の熱膨張の違いから、より強度の弱いセルに熱応力が加わり、これが原因となってセルが破壊する可能性が考えられる。これを防ぐために、ガス供給部材と電気化学セルとの熱膨張係数差を２×１０−６（／Ｋ）以下とすることが好ましく、また、ガス排出部材と電気化学セルとの熱膨張係数差が２×１０−６（／Ｋ）以下とすることが好ましい。これら熱膨張係数差の測定は、２５℃から８００℃の間で行ったものである。
図４は、複数のセル１をガス供給部材およびガス排出部材によって連結し、スタック化した状態を示す斜視図であり、図５は、同じく断面図である。複数のガス供給部材４Ａが互いにシール材７Ｃを介して連結されることにより、ガス供給路を形成する。また、複数のガス排出部材４Ｂが互いにシール材７Ｃを介して連結されることにより、ガス排出路を形成する。これら連結されたガス供給部材およびガス排出部材によって複数のセルが固定され、互いに離間された状態で保持されている。
特に図３に示すように、第一のガスは、ガス供給路から分配孔１０を介してガス流路５内に供給され、矢印Ａ、Ｂ、Ｃのように流れ、ガス排出路内に入り、連結されたガス排出部材を介して外部へと排出される。
ガス供給部材、ガス排出部材の材質は、セルを構成するセラミックスよりも機械的強度が高ければ特に限定されないが、セルとの熱膨張係数差が２×１０−６（／Ｋ）以下の材料、例えばジルコニア、マグネシア、スピネルセラミックス、さらにこれらを複合した材料などを例示できる。また、電気化学セルの作動温度において耐酸化性および耐還元性を有していれば金属であってもよく、純金属であっても合金であってもよいが、ニッケル、インコネル、ニクロムなどのニッケル基合金、ステンレスなどの鉄基合金、ステライトなどのコバルト基合金が好ましい。
好適な実施形態においては、第一のフランジ部に凹部が形成されており、第一のシール材に突起が形成されており、第一のフランジ部と第一のシール材との熱膨張差によって突起と凹部とが係合されている。
図６（ａ）は、この実施形態に係る構造を模式的に示す断面図であり、図６（ｂ）は、第一のフランジ部と第一のシール材との熱膨張の方向を示す断面図である。
図６（ａ）に示すように、第一のシール材１７のうち、セル側の接触面１７ｃには特に突起を設けず、第一のフランジ部４ａに対する接触面１７ｂには突起１７ａを設ける。突起１７ａは、好ましくは、供給孔または排出孔２（３）の両側に少なくとも一対設け、さらに好ましくはフランジ部の全周にわたって設ける。一方、第一のフランジ部４ａのシール材への接触面２０には凹部２２を形成する。そして、フランジ部に設けられた各凹部２２に対して、それぞれ、突起１７ａをはめ合わせる。
ここで、本実施形態では、セル１表面の固体電解質膜の熱膨張係数とシール材１７の熱膨張係数との差を小さくし、あるいは等しくする。セル１とフランジ部との接合工程における冷却時に、シール材１７およびセル１は矢印Ｅのように収縮するが、このときにシール材とセルとの間での収縮差が小さく、このためシール材とセルとの接合強度を高くできる。一方、本実施形態では、シール材１７の熱膨張係数よりもフランジ部４ａの熱膨張係数を大きくする。冷却時には、フランジ部４ａは矢印Ｄのように熱収縮するが、この収縮量は、シール材およびセルの収縮量よりも大きい。この結果、シール材の各突起１７ａは、外側界面３１に沿って、フランジ部４ａに対して強固に接着する。なお、突起１７ａの内側は、隙間ないし弱接着領域３０が生ずることがある。
このような強固な接着領域３１を形成することによって、フランジ部とセルとの接着強度を向上させることができる。
上記の作用効果の観点からは、セル１表面の固体電解質膜の熱膨張係数とシール材１７の熱膨張係数との差は、１．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、０．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、上記の作用効果の観点からは、シール材１７の熱膨張係数とフランジ部４ａの熱膨張係数との差は、２．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが好ましく、３．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが更に好ましい。また、この差が大きくなり過ぎると、かえって接合強度が低下する傾向があるので、シール材１７の熱膨張係数とフランジ部４ａの熱膨張係数との差は、４．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、３．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、他の実施形態では、固体電解質膜の熱膨張係数とシール材１７の熱膨張係数との差を小さくし、あるいは等しくする。また、本実施形態では、シール材１７の熱膨張係数よりもフランジ部の熱膨張係数を小さくする。これによって、冷却時に、セルおよびシール材が、フランジ部よりも大きく熱収縮する。この結果、シール材の各突起１７ａは、内周側界面に沿って、フランジ部４ａに対して強固に接着する。なお、突起１７ａの外側は、隙間ないし弱接着領域が生ずることがある。
このような強固な接着領域を形成することによって、フランジ部とセルとの接着強度を向上させることができる。
上記の作用効果の観点からは、固体電解質膜の熱膨張係数とシール材１７の熱膨張係数との差は、１．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、０．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、上記の作用効果の観点からは、シール材１７の熱膨張係数とフランジ部の熱膨張係数との差は、２．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが好ましく、３．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが更に好ましい。また、この差が大きくなり過ぎると、かえって接合強度が低下する傾向があるので、シール材１７の熱膨張係数とフランジ部の熱膨張係数との差は、４．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、３．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、好適な実施形態においては、セルに凹部が形成されており、第一のシール材に突起が形成されており、セルと第一のシール材との熱膨張差によって突起と凹部とが係合されている。
図７（ａ）は、この実施形態に係る構造を模式的に示す断面図であり、図７（ｂ）は、セルと第一のシール材との熱膨張の方向を示す断面図である。
図７（ａ）に示すように、第一のシール材２７のうち、フランジ部側の接触面２７ｂには特に突起を設けず、セルに対する接触面２７ｃには突起２７ａを設ける。突起２７ａは、好ましくは、供給孔または排出孔２（３）の両側に少なくとも一対設け，さらに好ましくはフランジ部の全周にわたって設ける。一方、セル１表面の固体電解質膜のシール材への接触面１ａには凹部１ｄを形成する。そして、セルに設けられた各凹部１ｄに対して、それぞれ、突起２７ａをはめ合わせる。
ここで、本実施形態では、フランジ部４ａの熱膨張係数とシール材２７の熱膨張係数との差を小さくし、あるいは等しくする。セルとフランジ部との接合工程における冷却時に、シール材２７およびフランジ部４ａは矢印Ｄのように収縮するが、このときにシール材とフランジ部との間での収縮差が小さく、このためシール材とフランジ部との接合強度を高くできる。一方、本実施形態では、シール材２７の熱膨張係数よりもセル１表面の固体電解質膜の熱膨張係数を小さくする。冷却時には、セル１は矢印Ｅのように熱収縮するが、この収縮量は、シール材およびフランジ部の収縮量よりも小さい。この結果、シール材の各突起２７ａは、内側界面３２に沿って、セル１に対して強固に接着する。なお、突起２７ａの外側は、隙間ないし弱接着領域３０が生ずることがある。
このような強固な接着領域３２を形成することによって、フランジ部とセルとの接着強度を向上させることができる。
上記の作用効果の観点からは、フランジ部４ａの熱膨張係数とシール材２７の熱膨張係数との差は、１．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、０．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、上記の作用効果の観点からは、シール材２７の熱膨張係数とセルの熱膨張係数との差は、２．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが好ましく、３．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが更に好ましい。また、この差が大きくなり過ぎると、かえって接合強度が低下する傾向があるので、シール材２７の熱膨張係数とセルの熱膨張係数との差は、４．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、３．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、他の実施形態では、フランジ部の熱膨張係数とシール材２７の熱膨張係数との差を小さくし、あるいは等しくする。また、本実施形態では、シール材２７の熱膨張係数よりも固体電解質膜の熱膨張係数を大きくする。冷却時には、セル１の熱収縮量は、シール材およびフランジ部の収縮量よりも大きい。この結果、シール材の各突起２７ａは、外側界面に沿って、セル１に対して強固に接着する。なお、突起２７ａの内側は、隙間ないし弱接着領域３０が生ずることがある。
上記の作用効果の観点からは、フランジ部の熱膨張係数とシール材２７の熱膨張係数との差は、１．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、０．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、上記の作用効果の観点からは、シール材の熱膨張係数と固体電解質膜の熱膨張係数との差は、２．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが好ましく、３．０×１０−６（／Ｋ）以上であることが更に好ましい。また、この差が大きくなり過ぎると、かえって接合強度が低下する傾向があるので、シール材２７の熱膨張係数と固体電解質膜の熱膨張係数との差は、４．０×１０−６（／Ｋ）以下であることが好ましく、３．５×１０−６（／Ｋ）以下であることが更に好ましい。
また、好適な実施形態においては、第一のフランジ部の第一のシール材に対する接触面が粗面化処理されている。また、好適な実施形態においては、セルの第一のシール材に対する接触面が粗面化処理されている。このような粗面化処理を行うことによって、ガス供給菅（排出菅）とセルとの接着強度を増大させることができる。
例えば、図８の例では、フランジ部４ａとセル１との間にシール材３７を介在させ，シールを行っている。ここで、フランジ部４ａの接触面２６を粗面化処理しており、また、セル１のシール材３７への接触面２８も粗面化処理している。この結果、シール材３７の接触面３７ａと２６との接着強度、シール材の接触面３７ｂとセルの接触面２８との接着強度を向上させることができる。
この粗面化処理は特に限定されないが、耐水研磨紙，サンドブラストを例示できる。
この実施形態の作用効果の観点からは、フランジ部４ａの接触面２６、セルの接触面２８の算術平均表面粗さＲａは、７０μｍ以上であることが好ましく、９０μｍ以上であることが更に好ましい。
以下、図１〜図５に示すようなセル１、ガス供給菅およびガス排出菅の連結構造を作製した。
具体的には、セルの固体電解質はイットリア安定化ジルコニアによって作製し、空気極は、ランタンストロンチウムマンガナイトによって作製し、燃料極はＮｉ／ＹＳＺサーメットによって作製した。ガス供給菅、排出菅、ワッシャーは、酸化マグネシウムから作製した。フランジ部４ａの長さ寸法は５．５ｍｍとした。シール材はＬｉＯ２−Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系ガラスによって作製した。
セル表面の固体電解質膜の熱膨張係数は、１０．６×１０−６（／Ｋ）であり、ガス供給管、排出管の熱膨張係数は、１３．２×１０−６（／Ｋ）であり、シール材の熱膨張係数は１０．０×１０−６（／Ｋ）である。接着に際しては、セル、ガス供給菅、ガス排出菅およびシール材の組み立て体を１０００°Ｃで加熱した。
ただし、例１では、フランジ部の接触面を表面処理しなかった（図２、図５）。例２、３では、フランジ部の接触面を耐水研磨紙によって粗面化した（図８）。例４では、フランジ部の接触面を粗面化処理せず、凹部２２を形成し、シール材側に突起１７ａを形成した（図６）。
得られた各接着体の接合強度を測定し、結果を表１に示した。
図９（ａ）、（ｂ）は、接合強度の測定方法を示す模式図である。
すなわち、図９（ａ）に示すように、セル１を台座３０に強固に固定した。そして、ガス供給菅４Ａに対して応力Ｆを加えた。図９（ｂ）に示すように、ガス供給菅４Ａがセル１から剥離したときの応力Ｆを測定強度とした。
【表１】
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表１の結果から、接触面を粗面化処理したり、凹部２２を形成することで、フランジ部の接合強度が著しく向上することがわかる。
本発明の特定の実施形態を説明してきたけれども、本発明はこれら特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲の範囲から離れることなく、種々の変更や改変を行いながら実施できる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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