(57)【要約】２つの部材の熱膨張差に起因する応力がガラスシール部に生じることによって２つの部材の間のシール性が低下することを抑制する。電気化学反応単位は、電解質層と電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、１または複数の構成部材と、を備える電気化学反応単位において、単セルと１または複数の構成部材とのうち、第１の方向に互いに対向する２つの部材に接触し、ガラスを含むガラスシール部を備え、ガラスシール部は、第１の方向に直交する第２の方向の寸法である横寸法に対する、第１の方向の寸法である縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子を含む。
2018097174.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
１または複数の構成部材と、を備える電気化学反応単位において、
前記単セルと前記１または複数の構成部材とのうち、前記第１の方向に互いに対向する２つの部材に接触し、ガラスを含むガラスシール部を備え、
前記ガラスシール部は、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法である横寸法に対する、前記第１の方向の寸法である縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子を含むことを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項２】
請求項１に記載の電気化学反応単位において、
前記２つの部材は、前記単セルと、前記第１の方向において少なくとも一部が前記単セルに対向する前記構成部材とであることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項３】
請求項２に記載の電気化学反応単位において、
前記単セルに対向する前記構成部材は、貫通孔が形成され、前記貫通孔を取り囲む部分が前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータであることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項４】
請求項１に記載の電気化学反応単位において、
前記２つの部材は、前記第１の方向に互いに対向する第１の構成部材および第２の構成部材であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項５】
請求項４に記載の電気化学反応単位において、
前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との一方は、インターコネクタであることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記複数の結晶粒子の少なくとも１つの前記縦寸法は、前記ガラスシール部の前記第１の方向の厚さの３０％以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項７】
請求項１から請求項６までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位において、
前記複数の結晶粒子の少なくとも１つの前記縦寸法は、前記ガラスシール部の前記第１の方向の厚さの５０％以上であることを特徴とする、電気化学反応単位。
【請求項８】
複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
複数の前記電気化学反応単位の少なくとも１つは、前記請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位であることを特徴とする、電気化学反応セルスタック。
【請求項９】
電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、
１または複数の構成部材と、
前記単セルと前記１または複数の構成部材とのうち、前記第１の方向に互いに対向する２つの部材に接触し、ガラスを含むガラスシール部と、を備え、
前記ガラスシール部は、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法である横寸法に対する、前記第１の方向の寸法である縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子を含む電気化学反応単位の製造方法において、
前記単セルおよび前記１または複数の構成部材を準備する工程と、
前記２つの部材の間に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む種層と、ガラスとを配置する工程と、
前記２つの部材の間に前記種層と前記ガラスとが配置された状態で、前記ガラスを溶融させ、その後、結晶化させることにより前記ガラスシール部を形成する工程と、を含む、電気化学反応単位の製造方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の電気化学反応単位の製造方法において、
前記２つの部材は、前記単セルと、前記第１の方向において少なくとも一部が前記単セルに対向する構成部材とであることを特徴とする、電気化学反応単位の製造方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の電気化学反応単位の製造方法において、
前記２つの部材は、前記第１の方向に互いに対向する第１の構成部材および第２の構成部材であることを特徴とする、電気化学反応単位の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示される技術は、電気化学反応単位に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」という）が知られている。ＳＯＦＣを構成する燃料電池発電単位は、電解質層と電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む燃料電池単セルと、燃料電池単セルを挟んで第１の方向に互いに対向する一対のインターコネクタと、貫通孔が形成され、該貫通孔を取り囲む部分が燃料電池単セルの周縁部と接合（例えば、接着）され、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータと、を備える。【０００３】
また、燃料電池発電単位において、第１の方向に互いに対向する２つの構成部材（例えば、上記セパレータとインターコネクタ）の間の空間に、２つの構成部材を電気的に絶縁しつつガスシール性を確保するために、ガラス材料が結晶化して形成されたガラスシール部が配置される場合がある（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８３３７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガラスシール部に接触する２つの構成部材は、燃料電池発電単位の発電動作によって熱膨張する。この際、２つの構成部材の熱膨張差に起因して、ガラスシール部の内の一方の構成部材側の部分と他方の構成部材側の部分とで、各構成部材によって第１の方向に直交する第２の方向に引っ張られる量が異なることがあり、これに伴って、第２の方向に沿ったクラックがガラスシール部に生じ、その結果、構成部材間のシール性が低下するという問題がある。【０００６】
なお、このような課題は、平板形のＳＯＦＣだけでなく、例えば筒形のＳＯＦＣにも共通の課題である。また、このような課題は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」という）を構成する電解セル単位にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池単セルと電解セルとをまとめて、電気化学反応単セルといい、燃料電池発電単位と電解セル単位とをまとめて、電気化学反応単位という。【０００７】
本明細書では、上述した課題の少なくとも一部を解決することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書に開示される技術は、以下の形態として実現することが可能である。【０００９】
（１）本明細書に開示される電気化学反応単位は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、１または複数の構成部材と、を備える電気化学反応単位において、前記単セルと前記１または複数の構成部材とのうち、前記第１の方向に互いに対向する２つの部材に接触し、ガラスを含むガラスシール部を備え、前記ガラスシール部は、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法である横寸法に対する、前記第１の方向の寸法である縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子を含む。本電気化学反応単位によれば、ガラスシール部は、横寸法に対する縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子（以下、「縦長結晶粒子」という）を含む。これにより、シール対象である２つの部材の熱膨張差に起因する応力がガラスシール部に生じても、縦長結晶粒子によって、第１の方向（縦方向）に延びる縦クラックが、第２の方向（横方向）に延びる横クラックより優先的にガラスシール部に生じ易くなるため、縦クラックによって応力を逃がすことができる。すなわち、２つの部材が対向する第１の方向にクラックが優先的に入ることで、第２の方向にクラックが入ることを抑制し、２つの部材の間をガスが通り抜けることを抑制することができる。したがって、シール対象である２つの部材の間のシール性が低下することを抑制することができる。【００１０】
（２）上記電気化学反応単位において、前記２つの部材は、前記単セルと、前記第１の方向において少なくとも一部が前記単セルに対向する前記構成部材とである。本電気化学反応単位によれば、単セルと構成部材との間のシール性が低下することを抑制することができる。【００１１】
（３）上記電気化学反応単位において、前記単セルに対向する前記構成部材は、貫通孔が形成され、前記貫通孔を取り囲む部分が前記単セルの周縁部と接合され、前記空気極に面する空気室と前記燃料極に面する燃料室とを区画するセパレータである。本電気化学反応単位によれば、単セルとセパレータとの間のシール性が低下することを抑制することができる。【００１２】
（４）上記電気化学反応単位において、前記２つの部材は、前記第１の方向に互いに対向する第１の構成部材および第２の構成部材である。本電気化学反応単位によれば、ガラスシール部は、縦長結晶粒子を含む。これにより、第１の構成部材と第２の構成部材との熱膨張差に起因する応力がガラスシール部に生じても、縦長結晶粒子によって、第１の方向（縦方向）に延びる縦クラックが、第２の方向（横方向）に延びる横クラックより優先的にガラスシール部に生じ易くなるため、縦クラックによって応力を逃がすことができる。すなわち、第１の構成部材と第２の構成部材とが対向する第１の方向にクラックが優先的に入ることで、第２の方向にクラックが入ることを抑制し、第１の構成部材と第２の構成部材との間をガスが通り抜けることを抑制することができる。したがって、第１の構成部材と第２の構成部材との間のシール性が低下することを抑制することができる。【００１３】
（５）上記電気化学反応単位において、前記第１の構成部材と前記第２の構成部材との一方は、インターコネクタである。これにより、インターコネクタと、該インターコネクタに対向する構成部材との間のシール性が低下することを抑制することができる。【００１４】
（６）上記電気化学反応単位において、前記複数の結晶粒子の少なくとも１つの前記縦寸法は、前記ガラスシール部の前記第１の方向の厚さの３０％以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、複数の結晶粒子の少なくとも１つの縦寸法は、ガラスシール部の縦方向（第１の方向）の厚さの３０％以上であるため、縦クラックが、横クラックより、さらに優先的にガラスシール部に生じ易くなるため、単セルと構成部材との間、または、第１の構成部材と第２の構成部材との間のシール性が低下することを、より効果的に抑制することができる。【００１５】
（７）上記電気化学反応単位において、前記複数の結晶粒子の少なくとも１つの前記縦寸法は、前記ガラスシール部の前記第１の方向の厚さの５０％以上である構成としてもよい。本電気化学反応単位によれば、複数の結晶粒子の少なくとも１つの縦寸法は、ガラスシール部の縦方向（第１の方向）の厚さの５０％以上であるため、仮に、横クラックが生じたとしても、その横クラックの進展が結晶粒子によって抑制され易くなり、その結果、単セルと構成部材との間、または、第１の構成部材と第２の構成部材との間のシール性が低下することを、より効果的に抑制することができる。【００１６】
（８）本明細書に開示される電気化学反応セルスタックは、複数の前記電気化学反応単位の少なくとも１つは、上記（１）から（７）までのいずれか一項に記載の電気化学反応単位である。【００１７】
（９）本明細書に開示される電気化学反応単位の製造方法は、電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む単セルと、１または複数の構成部材と、前記単セルと前記１または複数の構成部材とのうち、前記第１の方向に互いに対向する２つの部材に接触し、ガラスを含むガラスシール部と、を備え、前記ガラスシール部は、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法である横寸法に対する、前記第１の方向の寸法である縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子を含む電気化学反応単位の製造方法において、前記単セルおよび前記１または複数の構成部材を準備する工程と、前記２つの部材の間に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む種層と、ガラスとを配置する工程と、前記２つの部材の間に前記種層と前記ガラスとが配置された状態で、前記ガラスを溶融させ、その後、結晶化させることにより前記ガラスシール部を形成する工程と、を含む。本電気化学反応単位の製造方法によれば、２つの部材の間に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む種層と、ガラスとを配置して、ガラスを溶融し、結晶化することにより、縦長結晶粒子を含むガラスシール部を形成することができる。【００１８】
（１０）上記電気化学反応単位の製造方法において、前記２つの部材は、前記単セルと、前記第１の方向において少なくとも一部が前記単セルに対向する構成部材とである。本電気化学反応単位の製造方法によれば、単セルと構成部材との間に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む種層と、ガラスとを配置して、ガラスを溶融し、結晶化することにより、縦長結晶粒子を含むガラスシール部を形成することができる。【００１９】
（１１）上記電気化学反応単位の製造方法において、前記２つの部材は、前記第１の方向に互いに対向する第１の構成部材および第２の構成部材である。本電気化学反応単位の製造方法によれば、第１の構成部材および第２の構成部材の間に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む種層と、ガラスとを配置して、ガラスを溶融し、結晶化することにより、縦長結晶粒子を含むガラスシール部を形成することができる。【００２０】
なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、電気化学反応単位（燃料電池発電単位または電解セル単位）、複数の電気化学反応単位を備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、それらの製造方法等の形態で実現することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図４】図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。
【図５】図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【図６】本実施形態の第１のガラスシール材５２の構成を示す説明図である。
【図７】燃料電池スタック１００の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向と呼ぶものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。
【００２３】
燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、第１のエンドプレート１０４と、第２のエンドプレート１０６と、集電板１８とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されている。集電板１８は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。第１のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、第２のエンドプレート１０６は、集電板１８の下側に配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。
【００２４】
燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、第１および第２のエンドプレート１０４，１０６、集電板１８）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、第１のエンドプレート１０４から第２のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる貫通孔１０８を構成している。以下の説明では、貫通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、貫通孔１０８という場合がある。
【００２５】
各貫通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。
【００２６】
各ボルト２２の軸部の外径は各貫通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各貫通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。
【００２７】
また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。
【００２８】
燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、金属により形成されており、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。
【００２９】
図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成する第１のエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成する第２のエンドプレート１０６の下側表面との間には、ガラス材料が結晶化して形成された第１のガラスシール材５２が介在している。ただし、ガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４と第２のエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された第１のガラスシール材５２とが介在している。第１のガラスシール材５２には、上述した各貫通孔１０８やガス通路部材２７の本体部２８の孔に連通する孔が形成されている。第１のガラスシール材５２により、第１のガラスシール材５２を挟んで配列方向に互いに隣り合う２つの導電性部材（例えば、ナット２４と第１のエンドプレート１０４）が電気的に絶縁され、かつ、２つの導電性部材間のガスシール性が確保される。なお、上記ナット２４および第１のエンドプレート１０４は、特許請求の範囲における第１の構成部材および第２の構成部材に相当する。また、第１のガラスシール材５２は、特許請求の範囲におけるガラスシール部に相当する。
【００３０】
（エンドプレート１０４，１０６の構成）
第１および第２のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。第１のエンドプレート１０４は、配列方向に略直交する方向（例えばＸ軸負方向）に突出する第１の突出部１４を備える。第１のエンドプレート１０４の第１の突出部１４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能する。
【００３１】
（集電板１８の構成）
集電板１８は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。集電板１８は、配列方向に略直交する方向（例えばＸ軸正方向）に突出する第２の突出部１６を備える。集電板１８の突出部１６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。
【００３２】
集電板１８と第２のエンドプレート１０６との間には、ガラス材料が結晶化して形成された第２のガラスシール材５４と、マイカ等の絶縁材５７とが介在している。絶縁材５７には、上記各貫通孔１０８に対応する位置に孔が形成されており、この孔の内側に、第２のガラスシール材５４が配置されている。第２のガラスシール材５４には、上述した各貫通孔１０８に連通する孔が形成されている。第２のガラスシール材５４により、第２のガラスシール材５４を挟んで配列方向に互いに隣り合う２つの導電性部材である集電板１８と第２のエンドプレート１０６とが電気的に絶縁され、かつ、集電板１８と第２のエンドプレート１０６との間のガスシール性が確保される。
【００３３】
（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。
【００３４】
図４および図５に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備える。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿入される貫通孔１０８に対応する孔が形成されている。なお、発電単位１０２は、特許請求の範囲における電気化学反応単位に相当する。また、セパレータ１２０は、特許請求の範囲における構成部材に相当する。さらに、一対のインターコネクタ１５０の一方およびセパレータ１２０とは、特許請求の範囲における第１の構成部材および第２の構成部材に相当する。
【００３５】
インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。そのため、あるインターコネクタ１５０は、ある発電単位１０２における後述する空気極１１４に面する空気室１６６に面し、かつ、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における後述する燃料極１１６に面する燃料室１７６に面する。また、燃料電池スタック１００は第１のエンドプレート１０４および集電板１８を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。
【００３６】
単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。
【００３７】
電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、少なくともＺｒを含んでおり、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア）、ＣａＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物（例えばＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。
【００３８】
セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、セパレータ１２０が接合された単セル１１０をセパレータ付き単セルともいう。
【００３９】
空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。すなわち、空気極側フレーム１３０は、配列方向に隣り合うセパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間に配置されている。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。
【００４０】
空気極側フレーム１３０における各貫通孔１０８の内側には、ガラス材料が結晶化して形成された第３のガラスシール材５６が配置されている。すなわち、空気極側フレーム１３０を挟んで隣り合うセパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間には、各マニホールドを取り囲むように第３のガラスシール材５６が配置されている。第３のガラスシール材５６により、第３のガラスシール材５６を挟んで配列方向に互いに隣り合う２つの導電性部材であるセパレータ１２０とインターコネクタ１５０とが電気的に絶縁され、かつ、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間のガスシール性が確保される。なお、第３のガラスシール材５６は、特許請求の範囲におけるガラスシール部に相当する。
【００４１】
燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。
【００４２】
燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、集電板１８の表面に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（または集電板１８）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０との電気的接続が良好に維持される。
【００４３】
空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２の空気極側集電体１３４は、第１のエンドプレート１０４の表面に接触している。このように、空気極側集電体１３４は、空気極１１４とインターコネクタ１５０（または第１のエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とが一体の部材として形成されていてもよい。なお、燃料電池スタック１００は、特許請求の範囲における電気化学反応セルスタックに相当する。また、発電単位１０２を構成する単セル１１０、セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、空気極側集電体１３４、燃料極側フレーム１４０、燃料極側集電体１４４、一対のインターコネクタ１５０、エンドプレート１０４，１０６、集電板１８）、ナット２４、ガス通路部材２７は、電気化学反応セルスタックを構成する複数の構成部材に相当する。
【００４４】
Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。
【００４５】
各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、出力端子として機能する第１のエンドプレート１０４の第１の突出部１４と集電板１８の第２の突出部１６とから、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。
【００４６】
各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。
【００４７】
Ａ−３．ガラスシール材５２，５４，５６の詳細構成：
図６は、本実施形態の第１のガラスシール材５２の構成を示す説明図である。図６には、第１のガラスシール材５２のＸＺ破断面のＳＥＭ画像（２００倍）が示されている。以下、上記配列方向（図６の上下方向であるＺ軸方向）における寸法を「縦寸法」といい、当該配列方向に直交する面方向（図６の左右方向であるＸ軸方向）における寸法を「横寸法」というものとする。
【００４８】
図６に示すように、第１のガラスシール材５２は、複数の縦長結晶粒子２００を含む。縦長結晶粒子２００は、横寸法に対する縦寸法の比率（＝縦寸法／横寸法  以下、「縦横比率」という）が１．５以上である針状に延びた結晶粒子である。すなわち、縦長結晶粒子２００は、第１のガラスシール材５２に接触する２つの構成部材の対向面に平行な方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向  すなわち、２つの構成部材の間に形成され得るガスリーク経路）と交差する方向に延びる結晶粒子である。なお、第１のガラスシール材５２に接触する２つの構成部材は、ボルト２２の上側に嵌められたナット２４および第１のエンドプレート１０４、第２のエンドプレート１０６およびガス通路部材２７や、ガス通路部材２７およびボルト２２の下側に嵌められたナット２４であり、これらが、特許請求の範囲における第１の構成部材および第２の構成部材に相当する。
【００４９】
図６に示すように、複数の縦長結晶粒子２００の中には、縦横比率が１．５を大きく超えるものが含まれる。このように、縦長結晶粒子２００の縦横比率は、３以上、１０以下がより好ましい。また、第１のガラスシール材５２において単位面積あたりに含まれる結晶粒子の内、５０％以上の結晶粒子が縦長結晶粒子２００であることが好ましい。また、少なくとも１つの縦長結晶粒子２００の縦寸法は、第１のガラスシール材５２の縦寸法（配列方向の厚さ）の３０％以上の寸法である。さらに、少なくとも１つの縦長結晶粒子２００の縦寸法は、第１のガラスシール材５２の縦寸法の５０％以上の寸法であることがより好ましい。なお、第１のガラスシール材５２の縦寸法は、次のようにして特定することができる。第１のガラスシール材５２の上端および下端の両方が含まれるＳＥＭ画像を取得し、第１のガラスシール材５２と、当該第１のガラスシール材５２に隣接する構成部材（第１の構成部材、第２の構成部材）との構成物質の相違や視認等に基づき、第１のガラスシール材５２の上端および下端のそれぞれの位置を特定し、その特定された上端の位置と下端の位置との距離から第１のガラスシール材５２の縦寸法を特定することができる。
【００５０】
第２のガラスシール材５４および第３のガラスシール材５６のそれぞれについても、複数の縦長結晶粒子２００が含まれる。なお、第２のガラスシール材５４に接触する２つの構成部材は、集電板１８および第２のエンドプレート１０６であり、第３のガラスシール材５６に接触する２つの構成部材は、上側のインターコネクタ１５０およびセパレータ１２０であり、これらが、特許請求の範囲における第１の構成部材および第２の構成部材に相当する。また、ガラスシール材５２，５４，５６は、特許請求の範囲におけるガラスシール部に相当する。
【００５１】
Ａ−４．燃料電池スタック１００の製造方法：
図７は、上述した構成の燃料電池スタック１００の製造方法を示すフローチャートである。まず、上述した燃料電池スタック１００を構成する複数の構成部材（単セル１１０、セパレータ１２０等）が準備される（Ｓ１１０）。次に、上述した第１のガラスシール材５２と第２のガラスシール材５４と第３のガラスシール材５６とが形成されるべき位置（シール対象の２つの部材の間）に、各ガラスシール材５２，５４，５６の結晶化前のガラス材料と、種層とが配置される（Ｓ１２０）。各ガラスシール材５２，５４，５６が形成されるべき位置とは、燃料電池スタック１００において各ガラスシール材５２，５４，５６を挟んで隣り合う第１の構成部材と第２の構成部材との間の空間である。具体的には、第１のガラスシール材５２が形成されるべき位置とは、ナット２４と第１のエンドプレート１０４または第２のエンドプレート１０６との間の空間や、ガス通路部材２７とナット２４または第２のエンドプレート１０６との間の空間である。また、第２のガラスシール材５４が形成されるべき位置とは、第２のエンドプレート１０６と集電板１８との間の空間である。また、第３のガラスシール材５６が形成されるべき位置とは、各発電単位１０２において空気極側フレーム１３０を挟んで隣り合うセパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間の空間である。
【００５２】
種層は、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む物質（当該元素の酸化物でもよい）により形成されている。具体的には、種層は、例えば、ＴｉＯ２粉末により形成されたコート層である。種層は、第１の構成部材と第２の構成部材との少なくとも一方とガラスシール材５２，５４，５６との間に配置される。具体的には、種層は、第１の構成部材と第２の構成部材との互いに対向する２つの対向面の少なくとも一方に形成される。なお、予め、種層に含まれる上記元素を含む種結晶を析出するガラス材料を準備し、後述するＳ１４０での加熱処理により、ガラス材料から種結晶を析出させることにより種層が形成されるとしてもよい。また、構成部材の準備段階（Ｓ１１０）において、予め対向面に種層が形成された構成部材が準備されるとしてもよい。
【００５３】
次に、燃料電池スタック１００を構成する各部材が組み立てられ、ボルト２２およびナット２４によって締結される（Ｓ１３０）。この際には、各部材に形成された貫通孔１０８にボルト２２が挿通される。
【００５４】
次に、Ｓ１３０において各部材が組み立てられてできた構成体が、ガラス材料の軟化温度（例えば７００（℃））で加熱されることにより、ガラス材料が溶融し、その後、結晶化温度（例えば８５０（℃））で加熱されることにより、ガラス材料が結晶化する。また、このとき、種層に含まれる元素が、種結晶として機能することによって、ガラスシール材５２，５４，５６に上記縦長結晶粒子２００が形成される。以上の工程により、上述した構成の燃料電池スタック１００が製造される。
【００５５】
Ａ−５．本実施形態の効果：
燃料電池スタック１００（発電単位１０２）の発電動作による発熱によって、燃料電池スタック１００を構成する各構成部材は熱膨張する。例えば、第３のガラスシール材５６を挟んで隣り合うセパレータ１２０とインターコネクタ１５０とは熱膨張する。セパレータ１２０の熱膨張により、第３のガラスシール材５６の内、セパレータ１２０に隣接する下面側部分には、当該下面側部分をセパレータ１２０とインターコネクタ１５０との対向方向（上記配列方向  以下、「縦方向」という）に直交する面方向（ＸＹ平面方向  以下、「横方向」という）に引っ張る力が加わる。また、インターコネクタ１５０の熱膨張により、第３のガラスシール材５６の内、インターコネクタ１５０に隣接する上面側部分には、当該上面側部分を横方向に引っ張る力が加わる。
【００５６】
ここで、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０とは、材質の相違による熱膨張率が異なるため、互いの熱膨張量が異なる。このため、第３のガラスシール材５６の下面側部分がセパレータ１２０の熱膨張によって横方向に引っ張られる力と、第３のガラスシール材５６の上面側部分がインターコネクタ１５０の熱膨張によって横方向に引っ張られる力との相違によって、第３のガラスシール材５６には横方向の応力が生じる。この横方向の応力が第３のガラスシール材５６に生じると、当該第３のガラスシール材５６に、横方向に延びる横クラックが生じやすくなる。横クラックが生じると、第３のガラスシール材５６内に、空気室１６６と燃料室１７６とを連通するガスリーク経路が形成されることによって、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間のシール性が損なわれるおそれがある。
【００５７】
これに対し、本実施形態によれば、第３のガラスシール材５６は、縦横比率が１．５以上である複数の縦長結晶粒子２００を含む。これにより、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との熱膨張差に起因する横方向の応力が第３のガラスシール材５６に生じても、縦長結晶粒子２００によって、縦方向に延びる縦クラックが、横クラックより優先的に第３のガラスシール材５６に生じ易くなるため、縦クラックによって横方向の応力を逃がすことができ、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間のシール性が低下することを抑制することができる。また、第１のガラスシール材５２および第２のガラスシール材５４についても同様に、複数の縦長結晶粒子２００を含むため、これらを挟んで隣り合う２つの構成部材の熱膨張差に起因する応力によって当該２つの構成部材の間のシール性が低下することを抑制することができる。
【００５８】
また、本発明は、次のような構成であるとしてもよい。
「電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含む、複数の単セルと、
１または複数の構成部材と、を備える電気化学反応セルスタックにおいて、
前記複数の単セルと前記１または複数の構成部材とのうち、前記第１の方向に互いに対向する２つの部材に接触し、ガラスを含むガラスシール部を備え、
前記ガラスシール部は、前記第１の方向に直交する第２の方向の寸法である横寸法に対する、前記第１の方向の寸法である縦寸法の比率が１．５以上である複数の結晶粒子を含むことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。」
【００５９】
また、各ガラスシール材５２，５４，５６に含まれる複数の縦長結晶粒子２００の少なくとも１つの縦寸法は、各ガラスシール材５２，５４，５６の縦方向の厚さの３０％以上の寸法である。このため、縦クラックが、横クラックより、さらに優先的に各ガラスシール材５２，５４，５６に生じ易くなることによって、各ガラスシール材５２，５４，５６を挟んで隣り合う２つの構成部材の間のシール性が低下することを、より効果的に抑制することができる。さらに、複数の縦長結晶粒子２００の少なくとも１つの縦寸法は、各ガラスシール材５２，５４，５６の縦方向の厚さの５０％以上の寸法であることが好ましい。これにより、仮に、横クラックが生じたとしても、その横クラックの進展が縦長結晶粒子２００によって抑制され易くなり、その結果、上記２つの構成部材の間のシール性が低下することを、より効果的に抑制することができる。なお、各ガラスシール材５２，５４，５６の縦方向の厚さは、それぞれのシール対象の２つの部材の上下方向に対向している部分同士の離間距離に等しい。
【００６０】
また、本実施形態の燃料電池スタック１００の製造方法によれば、各ガラスシール材５２，５４，５６を挟んで隣り合う２つの構成部材の間に、Ｂａ、Ｃａ、Ｍｇ、Ａｌ、Ｌａ、Ｔｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｃｅの少なくとも１種類の元素を含む種層と、ガラス材料とを配置して、ガラス材料を溶融し、結晶化することにより、縦長結晶粒子２００を含む各ガラスシール材５２，５４，５６を効率よく形成することができる。
【００６１】
Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。
【００６２】
上記実施形態では、ガラスシール部として、互いに対向する２つの構成部材の間に挟まれるガラスシール材５２，５４，５６を例示したが、これに限定されず、例えば、上記２つの構成部材に接触しつつ、当該２つの構成部材の間に配置されてないガラスシール部でもよい。例えば、図４において、セパレータ１２０と単セル１１０とを接合する接合部１２４の右側面側と、セパレータ１２０の上面や右側面側と単セル１１０の上面とを覆うように配置されたガラスシール材でもよい。また、接合部１２４に代えてガラスシール部により、セパレータ１２０と単セル１１０とを接合および封止するようにしてもよい。さらに、セパレータ１２０と単セル１１０との間に接合材１２４とガラスシール材とを両方配置して、セパレータ１２０と単セル１１０とを接合および封止するようにしてもよい。また、単セル１１０とセパレータ１２０とが互いに対向する部分同士の間にガラスシール材が配置されているようにすることが好ましい。上述の場合、セパレータ１２０が、特許請求の範囲における構成部材に相当する。また、ガラスシール材は、特許請求の範囲におけるガラスシール部に相当する。また、このような場合は、セパレータ１２０や単セル１１０のガラスシール材が接触する箇所に種層を形成しておくことで、ガラスシール材に上記縦長結晶粒子２００を形成することができる。
【００６３】
また、ガラスシール材５２，５４，５６の少なくとも１つは、縦長結晶粒子２００を含まないとしてもよい。また、各ガラスシール材５２，５４，５６の内の一部がガラス以外の材料で形成されていてもよい。なお、ガラスシール部（ガラスシール材５２，５４，５６など）の上下方向に平行な少なくとも１つの断面（例えば図６のＸＺ破断面）において、ガラスシール部の所定面積内における縦長結晶粒子２００の面積の割合（以下、縦長結晶粒子２００の面積率という）は、１５％以上であることが好ましく、２０％以上であることがより好ましい。なお、縦長結晶粒子２００の面積率は、ガラスシール部の断面のＳＥＭ画像について、ガラスシール部の所定面積内に含まれる縦長結晶粒子２００の面積を算出することにより求めることができる。
【００６４】
また、上記実施形態では、ガラスシール部に接触する２つの構成部材として、ナット２４と第１のエンドプレート１０４または第２のエンドプレート１０６、ガス通路部材２７とナット２４または第２のエンドプレート１０６、第２のエンドプレート１０６と集電板１８、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０としているが、これに限定されない。例えば、燃料電池スタック１００が、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０または集電板１８との間にガラスシール部が配置された構成である場合、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０または集電板１８とが、２つの構成部材に相当する。
【００６５】
また、各ガラスシール材５２，５４，５６に含まれる複数の縦長結晶粒子２００の縦寸法は、各ガラスシール材５２，５４，５６の縦方向の厚さの３０％未満の寸法であってもよい。
【００６６】
図７に示す燃料電池スタック１００の製造方法において、Ｓ１２０において、種層を配置しないとしてもよい。ただし、種層を配置することにより、より確実に縦長結晶粒子２００を形成させることができる。
【００６７】
また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。
【００６８】
また、上記実施形態では、各ボルト２２の軸部の外周面と各貫通孔１０８の内周面との間の空間を各マニホールドとして利用しているが、これに代えて、各ボルト２２の軸部に軸方向の孔を形成し、その孔を各マニホールドとして利用してもよい。また、各マニホールドを各ボルト２２が挿入される各貫通孔１０８とは別に設けてもよい。
【００６９】
また、上記実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合には、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されるとしているが、このような場合でも、２つの発電単位１０２がそれぞれのインターコネクタ１５０を備えてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１５０や、最も下に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１５０は省略されているが、これらのインターコネクタ１５０を省略せずに設けてもよい。
【００７０】
また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４は、空気極側集電体１３４と同様の構成であってもよく、燃料極側集電体１４４と隣接するインターコネクタ１５０とが一体部材であってもよい。また、空気極側フレーム１３０ではなく燃料極側フレーム１４０が絶縁体であってもよい。また、空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０は、多層構成であってもよい。
【００７１】
また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。
【００７２】
また、上記実施形態において、都市ガスを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを得るとしているが、ＬＰガスや灯油、メタノール、ガソリン等の他の原料から燃料ガスＦＧを得るとしてもよいし、燃料ガスＦＧとして純水素を利用してもよい。
【００７３】
本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられた構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。
【００７４】
また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００は複数の平板形の発電単位１０２が積層された構成であるが、本発明は、他の構成、例えば国際公開第２０１２／１６５４０９号に記載されているように、複数の略円筒形の燃料電池単セルが直列に接続された構成にも同様に適用可能である。この場合、ガラスシール部に接触する２つの構成部材は、例えば、単セルと、単セルの一端側の部分が挿入される孔が形成されたケース（マニホールド）とであってもよい。この場合、ガラスシール部は、ケースにおける単セルの一端側の部分が挿入される孔を形成する内壁面と単セルの外周面とに接触するように配置される、ケースは、特許請求の範囲における構成部材に相当する。
【００７５】
また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（ＳＯＥＣ）の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、貫通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、貫通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにも、上記実施形態と同様に、２つの構成部材の熱膨張差に起因する応力によって当該２つの構成部材の間のシール性が低下することを抑制することができる。
【符号の説明】
【００７６】
１４：第１の突出部  １６：第２の突出部  １８：集電板  ２２：ボルト  ２４：ナット  ２７：ガス通路部材  ２８：本体部  ２９：分岐部  ５２，５４，５６：ガラスシール材  ５７：絶縁材  １００：燃料電池スタック  １０２：発電単位  １０４，１０６：エンドプレート  １０８：貫通孔  １１０：単セル  １１２：電解質層  １１４：空気極  １１６：燃料極  １２０：セパレータ  １２１：孔  １２４：接合部  １３０：空気極側フレーム  １３１：孔  １３２：酸化剤ガス供給連通孔  １３３：酸化剤ガス排出連通孔  １３４：空気極側集電体  １３５：集電体要素  １４０：燃料極側フレーム  １４１：孔  １４２：燃料ガス供給連通孔  １４３：燃料ガス排出連通孔  １４４：燃料極側集電体  １４５：電極対向部  １４６：インターコネクタ対向部  １４７：連接部  １４９：スペーサー  １５０：インターコネクタ  １６１：酸化剤ガス導入マニホールド  １６２：酸化剤ガス排出マニホールド  １６６：空気室  １７１：燃料ガス導入マニホールド  １７２：燃料ガス排出マニホールド  １７６：燃料室  ２００：縦長結晶粒子  ＦＧ：燃料ガス  ＦＯＧ：燃料オフガス  ＯＧ：酸化剤ガス  ＯＯＧ：酸化剤オフガス
【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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【国際調査報告】
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