(57)【要約】【課題】シール機能を十分に発揮することができる共に、簡易かつ高精度に製造できる燃料電池を提供する。【解決手段】燃料電池１０は、複数の平板型の単セル１１０を積層してなる積層体の積層方向に沿って形成され、複数の単セル１１０のそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６と、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間の空隙層へガス流路Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部１４０と、を備える。ガスシール部１４０は、積層方向に沿って、セルフレーム１２０と当接するガラス部材１４１と、このガラス部材１４１と空隙層との隙間を塞ぎ、セパレータ２２０と当接する塞ぎ部材１４２と、が積層されて形成される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の平板型の燃料電池セル（１１０）を積層してなる積層体と、
前記積層体の積層方向に沿って形成され、複数の燃料電池セルのそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路（Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６）と、
前記ガス流路において、前記積層体のうちの隣接する第１板材（１２０）と第２板材（２２０）との間に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間の空隙層へ前記ガス流路を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部（１４０，１４０Ａ）と、
を備え、
前記ガスシール部は、前記積層方向に沿って、前記第１板材と当接するガラス部材（１４１）と、前記ガラス部材と前記空隙層との隙間を塞ぎ、前記第２板材と当接する塞ぎ部材（１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ）と、が積層されて形成される、
燃料電池（１０）。
【請求項２】
前記ガスシール部は、
前記ガラス部材及び前記塞ぎ部材の外周側に設けられ、前記第１板材と前記第２板材との間の空隙層の高さを規定すると共に、前記第１板材と前記第２板材との間を絶縁する高さ調整部材（１４３，１４３Ａ，１４３Ｂ，１４４）を備える、
請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記塞ぎ部材は、前記積層体の焼成時に、前記ガラス部材の軟化収縮に伴い前記積層方向の寸法が増大して、前記ガラス部材との合計の積層方向寸法が焼成前後で同一となるよう変形する特性を有する、
請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記高さ調整部材は、前記第１板材と当接し、積層方向に所定の厚さを有し、かつ、前記ガラス部材側に突出して設けられるストッパ（１４５）を有し、
前記塞ぎ部材は、焼成時に変形した後に前記ストッパに突き当たって、前記第１板材側への増大が規制されるように形成される、
請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記高さ調整部材が、前記第１板材と当接して前記ストッパを含む第１部材（１４３）と、前記第２板材と当接して前記第１部材と積層される第２部材（１４４）と、を有し、前記第１部材及び前記第２部材の少なくとも一方が絶縁性材料で形成される、
請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記塞ぎ部材（１４２）は、前記ガラス部材の軟化収縮に伴い前記積層方向に膨張し、かつ、シール性をもつ膨張材料で形成される、
請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記塞ぎ部材は、
前記ガラス部材の軟化収縮に伴い前記積層方向に膨張する膨張材料（１４２Ａ）と、
前記膨張材料と前記ガラス部材との間に介在する第１平面部と、前記膨張材料と前記第２板材との間に介在する第２平面部と、前記第１平面部及び前記第２平面部を外周側から連結し、前記膨張材料の膨張に伴い前記第１板材側に伸長する箔バネ部とからなる接続部材（１４２Ｂ）と、
を有する、
請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記塞ぎ部材は、
焼成前に収縮した状態で前記ガラス部材と前記第２板材との間に収容され、前記ガラス部材の軟化収縮に伴い前記第１板材側に伸長するバネ部材からなる、
請求項３〜５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項９】
複数の平板型の燃料電池セル（１１０）を積層してなる積層体と、
前記積層体の積層方向に沿って形成され、複数の燃料電池セルのそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路（Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６）と、
前記ガス流路において、前記積層体のうちの隣接する第１板材（１２０）と第２板材（２２０）との間に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間の空隙層へ前記ガス流路を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部（１４０，１４０Ａ）と、を備える燃料電池（１０）の製造方法であって、
前記積層方向に沿って、前記第１板材と当接するガラス部材（１４１）と、前記ガラス部材と前記空隙層との隙間を塞ぎ、前記第２板材と当接する塞ぎ部材（１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ）と、を積層する積層ステップと、
前記積層体を焼成する焼成ステップと、
前記焼成ステップの結果、前記ガラス部材が軟化収縮すると共に、前記塞ぎ部材の前記積層方向の寸法が増大して、前記ガラス部材と前記塞ぎ部材の合計の積層方向寸法が焼成前後で同一となるよう変形して、前記ガスシール部を形成する形成ステップと、
を含む、燃料電池の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃料電池及び燃料電池の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
金属部品を使った積層型のＳＯＦＣ（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：固体酸化物形燃料電池）では、積層方向に燃料を分配するマニホルド部において、外部にガスが漏れないようにするための「シール」と、上下層の電気的な「絶縁」が必要とされる。このようなシールや絶縁を実現する手法として、例えばマイカガスケットを挟持させる手法（特許文献１参照）や、ガラスを焼成してガスシール部を形成する手法が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１１／１４８７６９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載されるマイカガスケットをガスシール部として用いる場合、一般にマイカ板は表面粗さが大きいため、ガスシール部の表面が平滑でなく空隙が生じやすい。このためシールを完全に行うことができずガスリークが撲滅できない場合がある。また、ガラスを焼成してガスシール部を形成する場合、一般にＳＵＳ板とガラス層とを積層した状態で焼成をおこなうので、電池を多層化した場合は焼成時のガラス軟化に伴いＳＵＳ板が動くので、電池のスタック本体のねじれや傾きなど加工精度に問題が生じる場合がある。
【０００５】
本開示は、シール機能を十分に発揮することができる共に、簡易かつ高精度に製造できる燃料電池及び燃料電池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】
【０００６】
本開示は、複数の平板型の燃料電池セル（１１０）を積層してなる積層体と、前記積層体の積層方向に沿って形成され、複数の燃料電池セルのそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路（Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６）と、前記ガス流路において、前記積層体のうちの隣接する第１板材（１２０）と第２板材（２２０）との間に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間の空隙層へ前記ガス流路を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部（１４０，１４０Ａ）と、を備え、前記ガスシール部は、前記積層方向に沿って、前記第１板材と当接するガラス部材（１４１）と、前記ガラス部材と前記空隙層との隙間を塞ぎ、前記第２板材と当接する塞ぎ部材（１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ）と、が積層されて形成される、燃料電池（１０）である。
【０００７】
同様に、本開示は、複数の平板型の燃料電池セル（１１０）を積層してなる積層体と、前記積層体の積層方向に沿って形成され、複数の燃料電池セルのそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路（Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６）と、前記ガス流路において、前記積層体のうちの隣接する第１板材（１２０）と第２板材（２２０）との間に形成され、前記第１板材と前記第２板材との間の空隙層へ前記ガス流路を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部（１４０，１４０Ａ）と、を備える燃料電池（１０）の製造方法であって、前記積層方向に沿って、前記第１板材と当接するガラス部材（１４１）と、前記ガラス部材と前記空隙層との隙間を塞ぎ、前記第２板材と当接する塞ぎ部材（１４２，１４２Ａ，１４２Ｂ）と、を積層する積層ステップと、前記積層体を焼成する焼成ステップと、前記焼成ステップの結果、前記ガラス部材が軟化収縮すると共に、前記塞ぎ部材の前記積層方向の寸法が増大して、前記ガラス部材と前記塞ぎ部材の合計の積層方向寸法が焼成前後で同一となるよう変形して、前記ガスシール部を形成する形成ステップと、を含む、燃料電池の製造方法である。
【０００８】
これらの構成により、焼成によってガスシール部のガラス部材が軟化収縮しても、これにより発生する第１板材と第２板材との間の空隙層を塞ぎ部材によって塞ぐことができる。これにより、ガスシール部にシール機能を十分に発揮させることができる。また、塞ぎ部材によってガラス部材の収縮分を補完するので、焼成前後でガラス部材と塞ぎ部材の合計の高さ寸法が変わらないようにでき、第１板材と第２板材と間の空隙層の高さを一定に維持できる。これにより、焼成によって積層体の各層のねじれや傾きなどの不具合を生じにくくすることができ、製品の精度を容易に向上させることができる。この結果、本開示に係る燃料電池は、シール機能を十分に発揮することができる共に、簡易かつ高精度に製造できる。
【発明の効果】
【０００９】
本開示によれば、シール機能を十分に発揮することができる共に、簡易かつ高精度に製造できる燃料電池及び燃料電池の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、実施形態に係る燃料電池の構成を示す分解組立図である。
【図２】図２は、図１中のＩＩ−ＩＩ断面図であり、燃料電池のガスシール部の構成を示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示すガスシール部の焼成処理前の状態を示す断面図である。
【図４】図４は、実施形態の変形例のガスシール部の構成を示す断面図である。
【図５】図５は、図４に示すガスシール部の焼成処理前の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照しながら本実施形態について説明する。説明の理解を容易にするため、各図面において同一の構成要素に対しては可能な限り同一の符号を付して、重複する説明は省略する。
【００１２】
［実施形態］
図１及び図２を参照しながら、実施形態に係る燃料電池１０の構成について説明する。燃料電池１０は、燃料ガス及び酸化剤ガスの供給を受けて発電を行う装置であって、本実施形態では固体酸化物形の燃料電池（Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＳＯＦＣ）として構成されている。燃料電池１０は、所謂「平板型」の単セル１１０（燃料電池セル）を複数備えており、セパレータ２２０を介しそれぞれの単セル１１０を積層し直列接続した構成となっている。尚、図１においては、燃料電池１０が備える複数の単セル１１０のうちの１つと、その上下両側に設けられたセパレータ２２０のみが描かれている。以下の説明では、単セル１１０とセパレータ２２０とが積層される方向（図１では上下方向）を「積層方向」と表記し、図１の上側を「積層方向上側」、図１の下側を「積層方向下側」と表記する。
【００１３】
単セル１１０は、電解質と、燃料極と、酸素極と、を有している。電解質は平板状に形成されており、酸素イオン電導性を有する固体電解質である。電解質の材料としては、例えばジルコニアやペロブスカイト酸化物等、公知の材料を用いることができる。
【００１４】
燃料極は、電解質の一方の面上に形成された層であって、燃料ガスの供給を受ける部分である。燃料極は、例えばＹＳＺ等の電解質セラミックスと、Ｎｉ等の触媒金属と、を含むサーメットにより構成された多孔質層である。燃料極に燃料ガスが供給されると、燃料ガスに含まれる水素と、電解質を通過した酸化物イオンとが反応し、電子が放出される。当該電子が、発電により得られる電流として取り出される。
【００１５】
燃料極では、燃料ガスに含まれる炭化水素と水との間における水蒸気改質反応、すなわち内部改質が生じる。内部改質によって生じた水素は、燃料ガスに当初から含まれていた水素と同様に発電に供される。また、水蒸気改質反応は、よく知られているように吸熱反応である。このため、発電で生じた熱が水蒸気改質反応のために用いられると共に、燃料極及びその周辺の温度上昇が抑制される。
【００１６】
酸素極は、電解質のうち燃料極とは反対側の面上に形成された層であって、酸化剤ガス（本実施形態では空気である）の供給を受ける部分である。酸素極は、例えばペロブスカイト型酸化物のような導電性セラミックスにより構成された多孔質層である。酸素極に空気が供給されると、空気に含まれる酸素が外部から供給される電子を受け取ることにより、酸化物イオンが生じる。酸化物イオンは、電解質を通って燃料極に到達した後、上記のように水素と反応する。
【００１７】
本実施形態では、単セル１１０は、積層方向上側（図１の上側）から酸素極、電解質、燃料極、の順で積層されて構成されている。
【００１８】
単セル１１０はセルフレーム１２０に保持されている。セルフレーム１２０は、単セル１１０よりも一回り大きな矩形の板であり、ステンレスにより形成されている。セルフレーム１２０の中央には、単セル１１０の外形に沿って矩形の貫通穴が形成されている。単セル１１０は、当該貫通穴の縁に形成された段部により保持されている。
【００１９】
図１に示されるように、セルフレーム１２０のうち単セル１１０の外側となる位置には、燃料ガス穴１２１と、燃料ガス穴１２２と、空気穴１２３と、空気穴１２４と、が形成されている。図１には、外部から供給され燃料電池１０を通過する燃料ガスの流れが、矢印Ａ１、Ａ２、Ａ３により示されている。また、外部から供給され燃料電池１０を通過する空気の流れが、矢印Ａ４、Ａ５、Ａ６により示されている。
【００２０】
燃料ガス穴１２１は、セルフレーム１２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。燃料ガスは、燃料ガス穴１２１を下方から上方に向かって流れながら（矢印Ａ１）、その一部が単セル１１０の燃料極の下方側に流入し、燃料極に沿って流れる（矢印Ａ２）。これにより、燃料ガスが単セル１１０の燃料極に供給され、発電に供される。
【００２１】
燃料ガス穴１２２は、燃料ガス穴１２１と同様に、セルフレーム１２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。燃料ガス穴１２２が形成されている辺と、燃料ガス穴１２１が形成されている辺とは、互いに平行となっている。燃料ガスは、燃料ガス穴１２２を上方から下方に向かって流れている（矢印Ａ３）。単セル１１０の燃料極に沿って流れた燃料ガス（矢印Ａ２）は、燃料ガス穴１２２に到達し、その後は矢印Ａ３で示される燃料ガスの流れに合流する。
【００２２】
空気穴１２３は、セルフレーム１２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。空気穴１２３が形成されている辺と、燃料ガス穴１２１が形成されている方の辺とは、互いに垂直となっている。空気は、空気穴１２３を下方から上方に向かって流れながら（矢印Ａ４）、その一部が単セル１１０の酸素極の上方側に流入し、酸素極に沿って流れる（矢印Ａ５）。これにより、空気が単セル１１０の酸素極に供給され、発電に供される。
【００２３】
空気穴１２４は、空気穴１２３と同様に、セルフレーム１２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。空気穴１２４が形成されている辺と、空気穴１２３が形成されている辺とは、互いに平行となっている。空気は、空気穴１２４を上方から下方に向かって流れている（矢印Ａ６）。単セル１１０の酸素極に沿って流れた空気（矢印Ａ５）は、空気穴１２３に到達し、その後は矢印Ａ６で示される空気の流れに合流する。
【００２４】
セパレータ２２０は、ステンレスにより形成された板状の部材である。上面視におけるセパレータ２２０の外形は、セルフレーム１２０の外形と概ね同一である。導電性の部材であるセパレータ２２０により、積層された全ての単セル１１０が電気的に直列接続されている。
【００２５】
セパレータ２２０のうち単セル１１０よりも外側となる位置には、燃料ガス穴２２１と、燃料ガス穴２２２と、空気穴２２３と、空気穴２２４と、が形成されている。
【００２６】
燃料ガス穴２２１は、セルフレーム１２０の燃料ガス穴１２１と同様に、セパレータ２２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。それぞれの燃料ガス穴２２１が形成されている位置は、上面視においてそれぞれの燃料ガス穴１２１と重なる位置である。このため、矢印Ａ１で示される燃料ガスの流れは、燃料ガス穴１２１と燃料ガス穴２２１とを交互に通過する流れとなっている。
【００２７】
燃料ガス穴２２２は、セルフレーム１２０の燃料ガス穴１２２と同様に、セパレータ２２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。それぞれの燃料ガス穴２２２が形成されている位置は、上面視においてそれぞれの燃料ガス穴１２２と重なる位置である。このため、矢印Ａ３で示される燃料ガスの流れは、燃料ガス穴１２２と燃料ガス穴２２２とを交互に通過する流れとなっている。
【００２８】
空気穴２２３は、セルフレーム１２０の空気穴１２３と同様に、セパレータ２２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。それぞれの空気穴２２３が形成されている位置は、上面視においてそれぞれの空気穴１２３と重なる位置である。このため、矢印Ａ４で示される空気の流れは、空気穴１２３と空気穴２２３とを交互に通過する流れとなっている。
【００２９】
空気穴２２４は、セルフレーム１２０の空気穴１２４と同様に、セパレータ２２０のうち１つの辺に沿って４つ並ぶように形成された貫通穴である。それぞれの空気穴２２４が形成されている位置は、上面視においてそれぞれの空気穴１２４と重なる位置である。このため、矢印Ａ６で示される空気の流れは、空気穴１２４と空気穴２２４とを交互に通過する流れとなっている。
【００３０】
なお、燃料ガス穴１２１，２２１を燃料ガスが通過する流路Ａ１と、燃料ガス穴１２２，２２２を燃料ガスが通過する流路Ａ３は、「複数の平板型の単セル１１０を積層してなる積層体の積層方向に沿って形成され、複数の単セル１１０のそれぞれに供給する燃料ガスが流れるガス流路Ａ１、Ａ３」とも表現することができる。また、空気穴１２３，２２３を空気が通過する流路Ａ４と、空気穴１２４，２２４を空気が通過する流路Ａ６は、「複数の平板型の単セル１１０を積層してなる積層体の積層方向に沿って形成され、複数の単セル１１０のそれぞれに供給する空気（酸化剤ガス）が流れるガス流路Ａ４，Ａ６」とも表現することができる。
【００３１】
セパレータ２２０のうち単セル１１０の燃料極側（図１では上側）の面２１１には凹部が形成されており、当該凹部が燃料ガスの流れる流路２１０となっている。流路２１０は、単セル１１０の燃料極に燃料ガスを供給するための流路であるから、図１において矢印Ａ２で示される燃料ガスの流れは、流路２１０における燃料ガスの流れである。
【００３２】
セパレータ２２０のうち単セル１１０の酸素極側（図１では下側）の面（不図示）と、酸素極との間には、空気の流れる流路２５０が形成されている。矢印Ａ５で示される空気の流れは、流路２５０における空気の流れである。
【００３３】
このように、本実施形態では、単セル１１０の燃料極を燃料ガスが流れる方向（矢印Ａ２）と、単セル１１０の酸素極を空気が流れる方向（矢印Ａ５）とが、互いに直行するようなクロスフロー方式が採用されている。このような態様に替えて、それぞれの流れが互いに同じ方向となるコフロー方式や、それぞれの流れが互いに反対方向となるカウンタフロー方式を採用してもよい。
【００３４】
その他の構成について説明する。セパレータ２２０のうち単セル１１０の燃料極側（図１では上面側）と、セルフレーム１２０との間には、スペーサ２３０が配置されている。スペーサ２３０は、セパレータ２２０とセルフレーム１２０との間の隙間を所定の大きさに保つよう、両者の間に挿入された板状の部材である。スペーサ２３０は、セパレータ２２０とセルフレーム１２０との間における燃料ガスの流れ、及び空気の流れを妨げることの無いように、上面視において燃料極や燃料ガス穴１２１等を避ける位置に設けられている。本実施形態では、スペーサ２３０はステンレスにより形成されている。
【００３５】
セパレータ２２０のうち単セル１１０の酸素極側（図１では下面側）と、セルフレーム１２０との間には、スペーサ１３０が配置されている。スペーサ１３０は、スペーサ２３０と同様に、セパレータ２２０とセルフレーム１２０との間の隙間を所定の大きさに保つよう、両者の間に挿入された板状の部材である。スペーサ１３０は、セパレータ２２０とセルフレーム１２０との間における燃料ガスの流れ、及び空気の流れを妨げることの無いように、上面視において酸素極や燃料ガス穴１２１等を避ける位置に設けられている。本実施形態では、スペーサ１３０はセラミックスにより形成されている。
【００３６】
また、ガス流路Ａ１、Ａ３、Ａ４、Ａ６には、セルフレーム１２０（第１板材）とセパレータ２２０（第２板材）との間に形成され、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間の空隙層へガス流路を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部１４０が設けられている。なお、図１には、セルフレーム１２０の燃料ガス穴１２１と、セパレータ２２０の燃料ガス穴２２１との間のみにガスシール部１４０が図示されているが、実際には、セルフレーム１２０の燃料ガス穴１２１，１２２及び空気穴１２３，１２４と、セパレータ２２０の燃料ガス穴２２１，２２２及び空気穴２２３，２２４との間にそれぞれ設けられている。
【００３７】
ガスシール部１４０は、図２に示すように、積層方向に沿って、積層方向下側のセルフレーム１２０と当接するガラス部材１４１と、このガラス部材１４１と空隙層との隙間を塞ぎ、積層方向上側のセパレータ２２０と当接する塞ぎ部材１４２とが、積層されて形成される。ガラス部材１４１の上側に塞ぎ部材１４２が積層される構成をとる。
【００３８】
また、ガスシール部１４０は、ガラス部材１４１及び塞ぎ部材１４２の外周側に設けられ、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間の空隙層の高さを規定すると共に、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間を絶縁する高さ調整部材１４３，１４４を備える。高さ調整部材は、積層方向下側のセルフレーム１２０と当接する板状の第１部材１４３と、積層方向上側のセパレータ２２０と当接して第１部材１４３と積層される第２部材１４４と、を有する。本実施形態では、第１部材１４３が絶縁性材料（例えばマイカ）で形成されており、第２部材１４４は、絶縁性材料以外の材料（例えばステンレス）で形成されている。
【００３９】
また、第１部材１４３は、第２部材１４４に対して相対的に内周側（ガラス部材１４１側）に突出するよう配置されており、第１部材１４３のこの突出部分がストッパ１４５として機能する。したがって、ストッパ１４５は、第１部材１４３と同様に積層方向下側のセルフレーム１２０と当接し、積層方向に所定の厚さを有し、かつ、ガラス部材１４１側に突出して設けられる。
【００４０】
本実施形態では、塞ぎ部材１４２は、ガラス部材１４１の軟化収縮に伴い積層方向に膨張し、かつ、シール性をもつ膨張材料で形成される。塞ぎ部材１４２は、焼成時に変形した後に、高さ調整部材のストッパ１４５に突き当たって、セルフレーム１２０側への増大が規制されるように形成される。
【００４１】
なお、高さ調整部材１４３，１４４は、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間を絶縁できればよく、第２部材１４４が絶縁性材料で形成され、第１部材１４３は絶縁性材料以外で形成される構成でもよいし、第１部材１４３及び第２部材１４４の両方が絶縁性材料で形成されてもよい。また、第１部材１４３と第２部材１４４とを積層した形状を一体的な部材で形成して高さ調整部材として用いることもできる。
【００４２】
また、高さ調整部材１４３，１４４による絶縁機能は、ガスシール部１４０が空気層（空気が単セル１１０の酸素極の上方側を矢印Ａ５の向きに流れる階層）に形成されるときに必須である。しかし、ガスシール部１４０が、燃料層（燃料ガスが単セル１１０の燃料極の下方側を矢印Ａ２の向きに流れる階層）に形成される場合には、高さ調整部材１４３，１４４の絶縁機能は必須ではなく、第１部材１４３及び第２部材１４４が共に絶縁性材料以外で形成されてもよいし、または、高さ調整部材１４３，１４４自体を設けない構成としてもよい。
【００４３】
図２及び図３を参照して、ガスシール部１４０の製造方法について説明する。ガスシール部１４０は、積層体を焼成処理することによって形成される。焼成処理では、積層方向に荷重をかけ続けられながら、ガラスが軟化する８００℃程度まで積層体が加熱される。焼成前の段階では、図３に示すように、積層体を組み立てた状態で、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間隙にガラス部材１４１と塞ぎ部材１４２とが積層方向に直列に挿入される（積層ステップ）。このとき、塞ぎ部材１４２は、セパレータ２２０と接着されており、セパレータ２２０と塞ぎ部材１４２との間のみシールされた状態となっている。また、この間隙に高さ調整部材の第１部材１４３及び第２部材１４４も積層方向に直列に配列されて挿入される。第１部材１４３は、ストッパ１４５が塞ぎ部材１４２の端面と対向するように、第２配置に対して相対的に内側（ガラス部材１４１側）突出して配置される。このとき、セルフレーム１２０とセパレータ２２０とは、高さ調整部材１４３，１４４によって支持されている。この状態で積層体が焼成される（焼成ステップ）。
【００４４】
焼成処理の過程では、ガラス部材１４１が高温により軟化して、図３に矢印で示すように積層方向下側に向けて収縮しながら結晶化してゆく。その結果、図２に示すように縮小して緻密化され、シール機能を発揮できる状態に遷移する。また、塞ぎ部材１４２は、このようなガラス部材１４１の収縮に合わせて高温により膨張し、ガラス部材１４１を収縮方向に加圧する。塞ぎ部材１４２は、ガラス部材の収縮変形に追従するように、図３に矢印で示すように積層方向下側に向けてストッパ１４５と突き当たるまでセルフレーム１２０側に膨張する。この結果、図２に示すようなガスシール部１４０が形成される（形成ステップ）。
【００４５】
次に本実施形態に係る燃料電池１０の効果について説明する。本実施形態の燃料電池１０は、複数の平板型の単セル１１０を積層してなる積層体と、積層体の積層方向に沿って形成され、複数の単セル１１０のそれぞれに供給する燃料ガス及び酸化剤ガスのいずれか一方が流れるガス流路Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６と、ガス流路Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６において、積層体のうちの隣接するセルフレーム１２０とセパレータ２２０との間に形成され、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間の空隙層へガス流路Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６を流れるガスが流出することを防止するためのガスシール部１４０と、を備える。ガスシール部１４０は、積層方向に沿って、セルフレーム１２０と当接するガラス部材１４１と、このガラス部材１４１と空隙層との隙間を塞ぎ、セパレータ２２０と当接する塞ぎ部材１４２と、が積層されて形成される。
【００４６】
この構成により、焼成によってガスシール部１４０のガラス部材１４１が軟化収縮しても、これにより発生するセルフレーム１２０とセパレータ２２０との間の空隙層を塞ぎ部材１４２によって塞ぐことができる。これにより、ガスシール部１４０にシール機能を十分に発揮させることができる。また、塞ぎ部材１４２によってガラス部材１４１の収縮分を補完するので、焼成前後でガラス部材１４１と塞ぎ部材１４２の合計の高さ寸法が変わらないようにでき、セルフレーム１２０とセパレータ２２０と間の空隙層の高さを一定に維持できる。これにより、焼成によって積層体の各層のねじれや傾きなどの不具合を生じにくくすることができ、製品の精度を容易に向上させることができる。この結果、本実施形態の燃料電池１０は、シール機能を十分に発揮することができる共に、簡易かつ高精度に製造できる。
【００４７】
また、本実施形態の燃料電池１０において、ガスシール部１４０は、ガラス部材１４１及び塞ぎ部材１４２の外周側に設けられ、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間の空隙層の高さを規定すると共に、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間を絶縁する高さ調整部材１４３，１４４を備える。
【００４８】
この構成により、焼成により変形しない高さ調整部材１４３，１４４によってセルフレーム１２０とセパレータ２２０と間が支持されるので、焼成処理前の段階から焼成後のガスシール部１４０の最終的な積層方向高さを規定することができ、焼成前後で空隙層の高さの一定化をより一層安定して行うことができる。また、高さ調整部材１４３，１４４により、セルフレーム１２０とセパレータ２２０との間を絶縁できるので、ガスシール部１４０に絶縁機能も発揮させることができる。
【００４９】
また、本実施形態の燃料電池１０において、塞ぎ部材１４２は、積層体の焼成時に、ガラス部材１４１の軟化収縮に伴い積層方向の寸法が増大して、ガラス部材１４１との合計の積層方向寸法が焼成前後で同一となるよう変形する特性を有する。
【００５０】
この構成により、より一層確実に焼成前後でガラス部材１４１と塞ぎ部材１４２との合計の高さを一定に保つことができ、加工精度を向上できる。
【００５１】
また、本実施形態の燃料電池１０において、高さ調整部材は、セルフレーム１２０と当接し、積層方向に所定の厚さを有し、かつ、ガラス部材１４１側に突出して設けられるストッパ１４５を有する。塞ぎ部材１４２は、焼成時に変形した後にストッパ１４５に突き当たって、セルフレーム１２０側への増大が規制されるように形成される。
【００５２】
この構成により、塞ぎ部材１４２の過度の膨張を防止でき、また、ガラス部材１４１の最低限の領域を確実に確保できるので、シール機能をより確実にできる。
【００５３】
また、本実施形態の燃料電池１０において、高さ調整部材が、セルフレーム１２０と当接してストッパ１４５を含む第１部材１４３と、セパレータ２２０と当接して第１部材１４３と積層される第２部材１４４と、を有し、第１部材１４３が絶縁性材料で形成される。
【００５４】
この構成により、高さ調整部材が第１部材１４３と第２部材１４４の２部材で構成されるので、高さ調整部材の配置や形状の自由度を向上できる。また、高さ調整部材のうち第１部材のみが絶縁性材料で形成されるので、絶縁性材料の割合を少なくでき、低コスト化を図ることができる。
【００５５】
また、本実施形態の燃料電池１０において、塞ぎ部材１４２は、ガラス部材１４１の軟化収縮に伴い積層方向に膨張し、かつ、シール性をもつ膨張材料で形成される。
【００５６】
この構成により、膨張材料を空隙層に挿入して焼成を行うことで、塞ぎ部材１４２を簡易に製造できる。
【００５７】
［変形例］
図４及び図５を参照して変形例を説明する。上記実施形態では、塞ぎ部材１４２として膨張材料を適用する構成を例示したが、ガラス部材１４１と空隙層との隙間を封止することができれば塞ぎ部材は他の形態としてもよい。例えば図４に示すように、ガスシール部１４０Ａにおいて、膨張材料１４２Ａと、この膨張材料１４２Ａを積層方向両側から挟持する接続部材１４２Ｂとを組み合わせて、塞ぎ部材として用いる構成としてもよい。
【００５８】
膨張材料１４２Ａは、ガラス部材１４１の軟化収縮に伴い積層方向に膨張する性質をもつ材料であればよく、この構成の場合には上記実施形態の塞ぎ部材１４２と異なり材料自体にシール性は要しない。このような膨張材料１４２Ａとしては、例えばインタラムマットが挙げられる。
【００５９】
接続部材１４２Ｂは、膨張材料１４２Ａとガラス部材１４１との間に介在する第１平面部１４２Ｅと、膨張材料１４２Ａとセパレータ２２０との間に介在する第２平面部１４２Ｃと、第１平面部１４２Ｅ及び第２平面部１４２Ｃを外周側から連結し、膨張材料１４２Ａの膨張に伴いセルフレーム１２０側に伸長する箔バネ部１４２Ｄとから成る。接続部材１４２Ｂは、例えばステンレスで形成される。接続部材１４２Ｂは、積層方向下側にて第１平面部１４２Ｅがガラス部材１４１と接着され、また、積層方向上側にて第２平面部１４２Ｃがセパレータ２２０と溶接などによって接着されており、これにより塞ぎ部材のシール性が担保されている。
【００６０】
また、この構成では、高さ調整部材のうち上記実施形態の第１部材１４３に相当する要素として、上記実施形態の第１部材１４３と同様に第２部材１４４が積層される外周側部材１４３Ａと、ガラス部材１４１より内周側に配置され箔バネ部１４２Ｄが積層される内周側部材１４３Ｂとを備える。外周側部材１４３Ａの内周側端部は、図４に示すように接続部材１４２Ｂの第１平面部１４２Ｅと当接するストッパとして機能している。外周側部材１４３Ａ及び内周側部材１４３Ｂは、上記実施形態の第１部材１４３と同様に絶縁性材料（例えばマイカ）で形成されている。
【００６１】
この構成では、図５に示すように、焼成前には、ガラス部材１４１がセルフレーム１２０の上に載置され、ガラス部材１４１とセパレータ２２０との間の空隙層に接続部材１４２Ｂが箔バネ部１４２Ｄを圧縮した状態で収容され、さらに膨張材料１４２Ａが接続部材１４２Ｂの第１平面部と第２平面部との間に挟持される。このとき、接続部材１４２Ｂの第２平面部１４２Ｃは、セパレータ２２０と溶接などによって接着されており、セパレータ２２０と接続部材１４２Ｂとの間のみシールされた状態となっている。そして、焼成処理によって、ガラス部材１４１が収縮変形に合わせて膨張材料１４２Ａが熱膨張し、接続部材１４２Ｂの第１平面部１４２Ｅを介してガラス部材１４１を収縮方向に加圧する。また、膨張材料１４２Ａの膨張に応じて、接続部材１４２Ｂの箔バネ部１４２Ｄがセルフレーム１２０側に伸長して、第１平面部１４２Ｅが高さ調整部材の外周側部材１４３Ａと突き当たるまで押し下げる。この結果、図４に示すようなガスシール部１４０Ａが形成される。
【００６２】
上記実施形態の塞ぎ部材１４２は、この他にも、上記変形例の接続部材１４２Ｂのみを用いる構成や、焼成前に収縮した状態でガラス部材１４１とセパレータ２２０との間に収容され、ガラス部材１４１の軟化収縮に伴いセルフレーム１２０側に伸長する皿バネなどのバネ部材を適用する構成に置き換えることもできる。
【００６３】
以上、具体例を参照しつつ本実施形態について説明した。しかし、本開示はこれらの具体例に限定されるものではない。これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本開示の特徴を備えている限り、本開示の範囲に包含される。前述した各具体例が備える各要素およびその配置、条件、形状などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。前述した各具体例が備える各要素は、技術的な矛盾が生じない限り、適宜組み合わせを変えることができる。
【００６４】
上記実施形態では、図２などに、下方の第１板材としてセルフレーム１２０が配置され、上方の第２板材としてセパレータ２２０が配置され、これらの板材の間にガスシール部１４０が形成される構成を例示したが、これとは逆に、下方の第１板材としてセパレータ２２０が配置され、上方の第２板材としてセルフレーム１２０が配置される構成としてもよい。また、第１板材と第２板材は、セルフレーム１２０やセパレータ２２０以外の部材を適用してもよい。
【符号の説明】
【００６５】
１０：燃料電池
１１０：単セル（燃料電池セル）
１２０：セルフレーム（第１板材）
１４０，１４０Ａ：ガスシール部
１４１：ガラス部材
１４２：塞ぎ部材
１４２Ａ：膨張材料（塞ぎ部材）
１４２Ｂ：接続部材（塞ぎ部材）
１４３，１４３Ａ，１４３Ｂ，１４４：高さ調整部材
１４５：ストッパ
２２０：セパレータ（第２板材）
Ａ１，Ａ３，Ａ４，Ａ６：ガス流路
【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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