(57)【要約】【課題】接合材におけるクラックの発生を抑制できるセルスタック装置を提供する。【解決手段】マニホールド１００は、底板２３と、側板２５と、天板２２と、を備えている。側板２５は、底板２３から上方に延びる。天板２２は、各燃料電池セル１を支持するように構成されている。天板２２は、天板本体部２２１と、外周縁部２２２と、溝部２２３とを有している。外周縁部２２２は、天板本体部２２１よりも下方に位置する。溝部２２３は、天板本体部２２１と外周縁部２２２との間に配置される。【選択図】図４
2019016578.tif 000002
【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、
底板と、
前記底板から上方に延びる側板と、
前記各燃料電池セルを支持するように構成された天板と、
を備え、
前記天板は、天板本体部と、前記天板本体部よりも下方に位置する外周縁部と、前記天板本体部と前記外周縁部との間に配置される溝部と、を有する、
マニホールド。
【請求項２】
前記側板と前記天板とは、1つの部材によって構成されている、
請求項１に記載のマニホールド。
【請求項３】
前記天板は、複数の挿入孔を有している、
請求項１又は２に記載のマニホールド。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載のマニホールドと、
前記天板に支持される燃料電池セルと、
を備えるセルスタック装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マニホールド及びセルスタック装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
セルスタック装置は、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、マニホールドに支持されており、マニホールドから上方に延びている。詳細には、マニホールドに形成された貫通孔内に燃料電池セルの下端部が挿入されており、燃料電池セルの下端部とマニホールドとが接合材によって接合されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【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】
【０００４】
上述したような構成のセルスタック装置において、接合材は、貫通孔からガスが漏出することを防止する機能も有している。このため、接合材にクラックが発生することは好ましくない。そこで、本発明の課題は、接合材におけるクラックの発生を抑制できるセルスタック装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
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、底板と、側板と、天板と、を備えている。側板は、底板から上方に延びる。天板は、各燃料電池セルを支持するように構成されている。天板は、天板本体部と、外周縁部と、溝部とを有している。外周縁部は、天板本体部よりも下方に位置する。溝部は、天板本体部と外周縁部との間に配置される。
【０００６】
従来の構成のセルスタック装置では、マニホールドにおける天板と底板との間での温度分布の偏りによって天板が撓むことがある。撓んだ場所が接合材近傍の場合には、接合材に応力が作用し、接合材にクラックが発生するおそれがあった。したがって、接合材におけるクラックの発生を抑制するためには、天板と底板の間の温度分布が生じた場合において天板が撓むことを抑制することが好ましい。
【０００７】
そこで、本発明の第１側面に係るマニホールドは、外周縁部と天板本体部との間に溝部が形成されている。この溝部によって、天板は水平方向及び鉛直方向に対しての可撓性を得ることができる。この結果、天板と底板の間で温度分布が発生した場合においても、外周縁部および溝部が変形することで接合部に応力が発生することを抑制することができる。
【０００８】
また、外周縁部は、天板本体部よりも下方に位置している。この構成によれば、天板と底板との間で温度分布が生じた場合、外周縁部の変形量が必要以上に大きくなりすぎることを防止できる。この結果、外周縁部の過大な変形量によって天板本体部にねじれが生じて接合材のクラックが生じることを抑制できる。
【０００９】
好ましくは、側板と前記天板とは、1つの部材によって構成されている。
【００１０】
好ましくは、天板は、複数の挿入孔を有している。
【００１１】
本発明の第２側面に係るセルスタック装置は、上記いずれかのマニホールドと、天板に支持される燃料電池セルと、を備えている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、接合材におけるクラックの発生を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】セルスタック装置の斜視図。
【図２】セルスタック装置の断面図。
【図３】図２のIII−III線断面図。
【図４】天板の詳細を示す拡大断面図。
【図５】天板の平面図。
【図６】図３のVI−VI線断面図。
【図７】燃料電池セルの斜視図。
【図８】燃料電池セルの断面図。
【図９】燃料電池セルの拡大断面図。
【図１０】変形例に係るセルスタック装置の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
［セルスタック装置］
以下、本発明に係るマニホールド及びセルスタック装置の実施形態について図面を参照しつつ説明する。図１〜図３に示すように、セルスタック装置１００は、複数の燃料電池セル１と、マニホールド２と、を備えている。
【００１５】
［マニホールド］
マニホールド２は、各燃料電池セル１にガスを分配するように構成されている。マニホールド２は、中空状であり、内部空間を有している。マニホールド２の内部空間には、導入管（図示省略）を介して燃料ガスなどのガスが導入される。マニホールド２は、この内部空間と外部とを連通する複数の貫通孔２７を有している。
【００１６】
マニホールド２は、各燃料電池セル１を支持している。マニホールド２は、マニホールド本体２１と、底板２３とを備えている。マニホールド本体２１と底板２３とは、互いに別部材であって接合されている。なお、マニホールド本体２１と底板２３とは、一体的に形成されていてもよい。このマニホールド本体２１と底板２３とによって、マニホールド２の内部空間を画定している。
【００１７】
底板２３は、平面視（ｘ軸方向視）において、矩形状である。底板２３は、マニホールド本体２１の下面を塞ぐように、マニホールド本体２１に接合されている。
【００１８】
マニホールド本体２１は、略直方体状であって、下面が開口した内部空間を有する。マニホールド本体２１は、天板２２と、一対の第１側板２４と、一対の第２側板２５と、を有している。また、マニホールド本体２１は、フランジ部２６を有している。なお、第１側板２４及び第２側板２５が、本発明の側板の一例である。
【００１９】
各第１側板２４は、天板２２の周縁部から下方に延びている。言い換えると、各第１側板２４は、底板２３から上方に延びている。一対の第１側板２４は、各燃料電池セル１の主面が向く方向（ｚ軸方向）において、互いに対向している。すなわち、各第１側板２４は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに対向するように配置されている。
【００２０】
各第２側板２５は、天板２２の周縁部から下方に延びている。言い換えると、各第２側板２５は、底板２３から上方に延びている。各第２側板２５は、燃料電池セル１の側面が向く方向（ｙ軸方向）において、互いに対向している。すなわち、各第２側板２５は、マニホールド２の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに対向するように配置されている。
【００２１】
図４及び図５に示すように、天板２２は、天板本体部２２１と、外周縁部２２２と、溝部２２３とを有している。天板２２は、平面視（ｘ軸方向視）において、略矩形状である。
【００２２】
天板本体部２２１は、平面視（ｘ軸方向視）において、略矩形状である。天板本体部２２１は、燃料電池セル１の配列方向（ｚ軸方向）に延びている。すなわち、天板本体部２２１の長手方向は、燃料電池セル１の配列方向（ｚ軸方向）に沿っている。
【００２３】
天板本体部２２１は、各燃料電池セル１が取り付けられるように構成されている。詳細には、天板本体部２２１は、複数の貫通孔２７を有している。各貫通孔２７は、天板本体部２２１の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各貫通孔２７は、天板本体部２２１の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。
【００２４】
外周縁部２２２は、環状であり、天板本体部２２１の外方に配置されている。すなわち、外周縁部２２２は、天板本体部２２１を囲むように配置されている。なお、外周縁部２２２は、天体本体部２２１と間隔をあけて配置されている。
【００２５】
外周縁部２２２の上面は、湾曲面によって構成されていてもよいし、平面によって構成されていてもよい。本実施形態では、外周縁部２２２は、上方に膨らむように湾曲している。このため、外周縁部２２２が延びる方向と直交する切断面において、外周縁部２２２の上面及び下面は、円弧上に形成されている。
【００２６】
外周縁部２２２は、天板本体部２２１よりも下方に位置している。例えば、天板本体部２２１の上面と外周縁部２２２の上面との距離ｄは、０．１〜２０ｍｍ程度とすることができる。なお、外周縁部２２２の上面が湾曲面によって構成されている場合、距離ｄとは、外周縁部２２２の上端と天板本体部２２１の上面との距離とすることができる。この外周縁部２２２から、上記第１側板２４及び第２側板２５が下方に延びている。
【００２７】
溝部２２３は、天板本体部２２１と外周縁部２２２との間に配置されている。溝部２２３は、環状に形成されている。すなわち、溝部２２３は、天体本体部２２１を囲むように配置されている。溝部２２３は、第１側部２２３ａ、第２側部２２３ｂ、及び底部２２３ｃによって構成されている。
【００２８】
第１側部２２３ａは、天板本体部２２１の外周縁部から下方に延びている。第１側部２２３ａは、環状に形成されている。
【００２９】
第２側部２２３ｂは、環状に形成されている。第２側部２２３ｂは、第１側部２２３ａと対向するように延びている。第２側部２２３ｂは第１側部２２３ａと間隔をあけて配置されている。なお、第２側部２２３ｂは、第１側部２２３ａを囲むように第１側部２２３ａの外方に配置されている。
【００３０】
第２側部２２３ｂは、第２側壁２５と対向するように延びている。第２側部２２３ｂは、第２側壁２５と間隔をあけて配置されている。なお、第２側部２２３ｂは、第２側壁２５の内方に配置されている。この第２側部２２３ｂの上端部と、第２側壁２５の上端部とを連結するように、外周縁部２２２が延びている。
【００３１】
底部２２３ｃは、第１側部２２３ａの下端部と第２側部２２３ｂの下端部とを連結するように構成されている。底部２２３ｃは、環状に形成されている。詳細には、底部２２３ｃは、下方に膨らむように湾曲している。このため、底部２２３ｃが延びる方向と直交する切断面において、底部２２３ｃの上面及び下面は、円弧状に形成されている。なお、底部２２３ｃは、底板２３と間隔をあけて配置されている。すなわち、底部２２３ｃは底板２３と接触していない。この底部２２３ｃと底板２３との間隔は、例えば、０．１〜２０ｍｍ程度とすることができる。
【００３２】
第１側板２４又は天板２２に、ガス導入口（図示省略）が形成されている。なお、天板２２にガス導入口が形成される場合、天板本体部２２１にガス導入口を形成することができる。このガス導入口が形成された第１側板２４又は天板２２に、導入管２０１が取り付けられる。ガス導入口は、幅方向（ｙ軸方向）の中央に形成されていることが好ましい。このガス導入口から、マニホールド２の内部空間にガスが導入される。
【００３３】
マニホールド２の内部空間に導入されるガスの流速は、ガス導入口において、０．６０〜４５ｍ／ｓ程度とすることが好ましい。なお、この流速は、燃料電池セル１の発電時、０℃・１ａｔｍ換算における流速である。流速は、マニホールド２内に導入される流量とガス導入口の断面積とから算出することができる。
【００３４】
フランジ部２６は、各第１側板２４及び各第２側板２５の下端部から外方に延びている。フランジ部２６は、環状である。このフランジ部２６に底板２３が接合されている。例えば、接合材又は溶接などによって、底板２３をフランジ部２６に接合する。底板２３とフランジ部２６との対向する各面同士を接合してもよいし、底板２３及びフランジ部２６の側面同士を接合してもよい。
【００３５】
マニホールド本体２１は、１つの部材によって構成されている。すなわち、天板２２と各第１側板２４と各第２側板２５と各フランジ部２６とは、１つの部材によって構成されている。例えば、マニホールド本体２１は、１枚の金属板をプレス加工することによって形成することができる。マニホールド本体２１の板厚は、例えば、０．５〜３．０ｍｍ程度とすることができる。
【００３６】
マニホールド本体２１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２１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。なお、底板２３も、上記の群から選ばれる少なくとも１種から形成されている。
【００３７】
図４に示すように、天板本体部２２１と、第１側部２２３ａとの第１境界部２０ａの内側面は、湾曲面によって構成されている。すなわち、第１境界部２０ａの内側面は、Ｒ形状である。同様に、第１境界部２０ａの外側面も湾曲面によって構成されている。なお、第１境界部２０ａの内側面とはマニホールド２の内部空間を臨む面であり、外側面とはマニホールド２の外部を臨む面である。
【００３８】
図６に示すように、第１側板２４と第２側板２５との第２境界部２０ｂの内側面は、湾曲面によって構成されている。すなわち、第２境界部２０ｂの内側面は、Ｒ形状である。同様に、第２境界部２０ｂの外側面も湾曲面によって構成されている。なお、第２境界部２０ｂの内側面とはマニホールド２の内部空間を臨む面であり、外側面とはマニホールド２の外部を臨む面である。また、第１側部２２３ａの角部、及び第２側部２２３ｂの角部の各内側面及び各外側面も、湾曲面によって構成されている。
【００３９】
図４に示すように、第１側板２４及び第２側板２５と、フランジ部２６との第３境界部２０ｃの内側面は、湾曲面によって構成されている。すなわち、第３境界部２０ｃの内側面は、Ｒ形状である。同様に、第３境界部２０ｃの外側面も湾曲面によって構成されている。なお、第３境界部２０ｃの内側面とはマニホールド２の内部空間を臨む面であり、外側面とはマニホールド２の外部を臨む面である。
【００４０】
マニホールド２の内部空間の高さ方向（ｘ軸方向）において、第３境界部２０ｃと底板２３との間に隙間が形成されている。すなわち、底板２３の上面とフランジ部２６の下面とは接触している一方、底板２３の上面と第３境界部２０ｃの内側面とは接触していない。この隙間部は、全周に亘って形成されている。
【００４１】
［燃料電池セル］
図１から図３に示すように、各燃料電池セル１は、マニホールド２に取り付けられている。各燃料電池セル１は、マニホールド２から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル１は、マニホールド２の天板２２から上方に延びている。燃料電池セル１の下端部は、貫通孔２７内に挿入されている。この際、燃料電池セル１の下端部は天板２２から下方に突出していてもよい。燃料電池セル１の長手方向（ｘ軸方向）の長さは１００〜３００ｍｍ程度とすることができる。なお、燃料電池セル１の下端部が貫通孔２７内に挿入された状態において、燃料電池セル１の下端部の外周面と貫通孔２７の内壁面との間には隙間が形成されている。この隙間に第１接合材３が充填されていてもよい。
【００４２】
各燃料電池セル１は、マニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに間隔をあけて配置されている。なお、図１では各燃料電池セル１が１列に配置されているが、各燃料電池セル１は、複数列に配置されていてもよい。燃料電池セル１の枚数は、例えば、１列につき１〜５０枚程度である。各燃料電池セル１は、各主面がマニホールド２の長手方向（ｚ軸方向）を向くように配置されている。すなわち、燃料電池セル１の配列方向は、マニホールド２の長手方向に沿っている。
【００４３】
各燃料電池セル１は、第１集電部材４を介して互いに電気的に接続されている。第１集電部材４は、各燃料電池セル１の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル１を接続している。なお、第１集電部材４は、第２接合材５によって各燃料電池セル１に接合されている。第１集電部材４は、導電性を有する材料から形成されている。例えば、第１集電部材４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。
【００４４】
図７に示すように、燃料電池セル１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の両面に支持されている。なお、各発電素子部１１は、支持基板１２の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部１１は、燃料電池セル１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１は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。
【００４５】
各発電素子部１１は、電気的接続部１７（図８参照）によって互いに電気的に接続されている。また、燃料電池セル１の上端部側において、支持基板１２の一方面に形成された発電素子部１１と他方面に形成された発電素子部１１とが第２集電部材６（図２参照）によって電気的に接続されている。なお、各発電素子部１１は、直列に接続されている。
【００４６】
図３に示すように、支持基板１２は、支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）に延びる複数のガス流路１２１を内部に有している。ガス流路１２１は、マニホールド２の内部空間と連通している。各ガス流路１２１は、支持基板１２の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置されている。すなわち、各ガス流路１２１は、マニホールド２の幅方向（ｙ軸方向）において互いに間隔をあけて配置される。各ガス流路１２１の面積は、０．１〜３０ｍｍ２程度とすることができる。
【００４７】
支持基板１２の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル１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、支持基板１２の長手方向の両端面において開口している。
【００４８】
図８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。
【００４９】
支持基板１２は、電子伝導性を有さない多孔質の材料によって構成される。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Ｙ２Ｏ３（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ＭｇＡｌ２Ｏ４（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の気孔率は、例えば、２０〜６０％程度である。
【００５０】
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構成される焼成体である。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。
【００５１】
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。
【００５２】
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Ｙ２Ｏ３（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。
【００５３】
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。
【００５４】
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から次のインターコネクタ１７１まで長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル１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。
【００５５】
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構成される焼成体である。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。
【００５６】
反応防止膜１６は、緻密な材料から構成される焼成体である。反応防止膜１６は、電解質１４と空気極１５との間に配置されている。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。
【００５７】
反応防止膜１６は、希土類元素を含むセリアを含んだ材料から構成されている。反応防止膜１６は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（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。
【００５８】
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構成される焼成体である。空気極１５は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（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）ＦｅＯ３（ランタンストロンチウムフェライト）、ＬＮＦ＝Ｌａ（Ｎｉ，Ｆｅ）Ｏ３（ランタンニッケルフェライト）、又は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（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から構成される第１層（内側層）とＬＳＣから構成される第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。
【００５９】
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及び空気極集電部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構成される焼成体である。インターコネクタ１７１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（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）ＴｉＯ３（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。
【００６０】
空気極集電部１７２は、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８の左側に配置された発電素子部１１の空気極１５と、インターコネクタ１７１とを電気的に接続するように、空気極集電部１７２が配置されている。空気極集電部１７２は、電子伝導性を有する多孔質の材料から構成される焼成体である。
【００６１】
空気極集電部１７２は、例えば、ＬＳＣＦ＝（Ｌａ，Ｓｒ）（Ｃｏ，Ｆｅ）Ｏ３（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、空気極集電部１７２は、ＬＳＣ＝（Ｌａ，Ｓｒ）ＣｏＯ３（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、空気極集電部１７２は、Ａｇ（銀）、Ａｇ−Ｐｄ（銀パラジウム合金）から構成されてもよい。空気極集電部１７２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍ程度である。
【００６２】
図９に示すように、燃料電池セル１の下端部は、緻密膜１８によって覆われている。詳細には、緻密膜１８は、支持基板１２を覆っている。緻密膜１８は、空気極集電部１７２と支持基板１２との間から下方に向かって延びている。
【００６３】
緻密膜１８は、緻密膜１８の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜１８の外側の空間を流れる空気との混合を防止するガスシール機能を発揮する。このガスシール機能を発揮するため、この緻密膜１８の気孔率は、例えば、１０％以下である。また、緻密膜１８は、絶縁性セラミックスで構成されている。
【００６４】
具体的には、緻密膜１８は、上述した電解質１４と反応防止膜１６とによって構成することができる。緻密膜１８を構成する電解質１４は、支持基板１２を覆っており、インターコネクタ１７１から支持基板１２の下端近傍まで延びている。また、緻密膜１８を構成する反応防止膜１６は、電解質１４と空気極集電部１７２との間に配置されている。なお、緻密膜１８は、電解質１４のみで構成されていてもよいし、電解質１４及び反応防止膜１６以外の材料によって構成されていてもよい。
【００６５】
［第1接合材］
第１接合材３は、燃料電池セル１をマニホールド２に固定する。詳細には、第１接合材３は、燃料電池セル１とマニホールド２の天板２２とを接合している。第１接合材３は、燃料電池セル１の下端部とマニホールド２の天板２２とを接合している。また、第１接合材３は、燃料電池セル１の外周面と貫通孔２７の内壁面との隙間をシールする機能も有している。なお、第１接合材３は、緻密膜１８と接触している。
【００６６】
第１接合材３は、例えば、結晶化ガラスである。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、又はＳｉＯ２−ＭｇＯ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３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１接合材３は、ＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ｂ２Ｏ５−Ａｌ２Ｏ３系及びＳｉＯ２−ＭｇＯ−Ａｌ２Ｏ３−ＺｎＯ系よりなる群から選ばれる少なくとも一種である。
【００６７】
［発電方法］
以上のように構成されたセルスタック装置１００は、次のようにして発電する。マニホールド２を介して各燃料電池セル１のガス流路１２１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、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。このセルスタック装置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）・Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      …（１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−          …（２）
【００６８】
［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。
【００６９】
変形例１
上記実施形態では、燃料電池セル１は、複数の発電素子部１１を有している横縞型であったが、燃料電池セル１は、長手方向に延びる一つの発電素子部を有するような縦縞型であってもよい。また、燃料電池セル１は、横縞円筒型であってもよい。
【００７０】
変形例２
上記実施形態では、天板２２，一対の第１側板２４，及び一対の第２側板２５によってマニホールド本体２１が構成されていたが、これに限定されない。例えば、図１０に示すように、一対の第１側板２４、一対の第２側板２５、及び底板２３によってマニホールド本体を構成し、天板２２によって、そのマニホールド本体の上面を塞いでいてもよい。すなわち、一対の第１側板２４、一対の第２側板２５、及び側板２３が一つの部材によって形成されていてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１    燃料電池セル
２    マニホールド
２２    天板
２２１    天板本体部
２２２    外周縁部
２２３    溝部
２３    底板
２４，２５    側板
２７    挿入孔
【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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【図１０】
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