(57)【要約】【課題】燃料電池セルを安定的に支持できるマニホールドを提供する。燃料電池セルとマニホールドとを接合する接合材におけるクラックを抑制できるセルスタック装置を提供する。【解決手段】本発明のマニホールド（１００）は、台座（Ｂ）に配置され、燃料電池セル（２００）に反応ガスを供給するためのマニホールドであって、底壁（１１０）と、この底壁（１１０）から上方に延びる側壁（１２０）と、この側壁（１２０）の上端部を塞ぎ、燃料電池セル（２００）が接合される上壁（１３０）と、底壁（１１０）に取り付けられるとともに、台座（Ｂ）に接する複数の突起部（１５０）と、を備えている。突起部（１５０）は、底壁（１１０）を構成する材料と異なる材料で構成されている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
台座に配置され、燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドであって、
底壁と、
前記底壁から上方に延びる側壁と、
前記側壁の上端部を塞ぎ、かつ前記燃料電池セルが接合される上壁と、
前記底壁に取り付けられ、かつ前記台座に接する複数の突起部と、
を備え、
前記突起部は、前記底壁を構成する材料と異なる材料で構成されている、マニホールド。
【請求項２】
前記台座と対向する面の表面粗さＲｚは、０．０１ｚ以上である、請求項１に記載のマニホールド。
【請求項３】
前記底壁の下面の面積に対して、前記突起部と台座とが接触する面積の比は、１５％以下である、請求項１または２に記載のマニホールド。
【請求項４】
前記突起部は、無機材料で構成される、請求項１〜３のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項５】
前記突起部は、前記底壁を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項６】
前記突起部を構成する材料の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である、請求項１〜５のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項７】
前記突起部は、鉱物またはセラミックスで構成される、請求項１〜６のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項８】
前記底壁の下面に形成されたコーティング膜をさらに備え、
前記突起部は、前記コーティング膜を介して前記底壁に取り付けられている、請求項１〜７のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項９】
前記上壁は、クロムを含む材料で構成され、
前記上壁の表面全体に形成されたコーティング膜をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項１０】
上方または下方が開口する箱状のマニホールド本体と、
前記開口を塞ぐ板状部材と、
を備え、
前記マニホールド本体は、
複数の平板部と、
前記平板部を連結する角部と、
を有し、
前記角部の厚さは、前記平板部の厚さよりも小さい、請求項１〜９のいずれか１項に記載のマニホールド。
【請求項１１】
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のマニホールドと、
前記マニホールドから反応ガスが供給される燃料電池セルと、
前記マニホールドと、前記燃料電池セルとを接合する接合材と、
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、マニホールドと、このマニホールドから上方に延びる複数の燃料電池セルとを備えるセルスタック装置が知られている。このようなセルスタック装置として、例えば、国際公開第２０１６／１５８６８４号（特許文献１）が挙げられる。
【０００３】
特許文献１のセルスタック装置は、内側においてシール材によって燃料電池セルの一端を固定している枠体と、この枠体の一端部に接合されており、かつ枠体より剛性が低い板状体とを有するマニホールドを備えることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１５８６８４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１のセルスタック装置を台座に載置し、動作させると、燃料電池セルの発熱により燃料電池セルに近い側のマニホールドの上壁は高温となる。一方で、台座は燃料電池セルよりも低温となるため、台座に直接接している底壁から台座への熱の伝熱が起こる。すなわち、マニホールドは、底壁からの熱損失があり低温化してしまう。そのため、燃料電池セルとマニホールドの間には温度差が生じ、両者の接合材となるシール材には熱応力が発生し、シール材にクラックが発生する場合がある。シール材にクラックが発生すると、クラックがマニホールドの内部空間とマニホールドの外部空間とを繋ぐ通路となり、内部空間に導入された燃料ガスが、内部空間から外部空間へと漏れ出してしまうおそれがある。
【０００６】
そこで、本発明は、セルスタック装置に用いたときに接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができるマニホールドを提供することを一の課題とする。また、本発明は、燃料電池セルとマニホールドとを接合する接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができるセルスタック装置を提供することを他の課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のマニホールドは、台座に配置され、燃料電池セルに反応ガスを供給するためのマニホールドであって、底壁と、この底壁から上方に延びる側壁と、この側壁の上端部を塞ぎ、かつ燃料電池セルが接合される上壁と、底壁に取り付けられ、かつ台座に接する複数の突起部と、を備え、突起部は、底壁を構成する材料と異なる材料で構成されている。
【０００８】
本発明によれば、接合材を用いてマニホールドの上壁に燃料電池セルが接合されたセルスタック装置の動作時において、燃料電池セルがマニホールドよりも高温になる場合に、底壁から台座に高温の熱を伝達する経路は、複数の突起部になる。複数の突起部と台座とが接触しているため、マニホールドと台座との接触面積を低減できる。このため、マニホールドから台座への熱損失を抑制できる。また、突起部及び底壁を構成する材料は異なるので、底壁に取り付ける突起部の自由度が高い。このため、仕様に応じて、マニホールドから台座への熱損失を効果的に抑制できる位置に突起部を設けることができる。したがって、マニホールドの温度低下を効果的に抑制できるため、燃料電池セルを接合する接合材に加えられる応力を抑制できる。よって、接合材におけるクラックを抑制できるので、セルスタック装置に用いたときに接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができる。
【０００９】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、底壁において台座と対向する面の表面粗さＲｚは、０．０１ｚ以上である。
【００１０】
この場合、底壁と台座との接触面積をより低減できるので、マニホールドの温度低下をより抑制できる。このため、燃料電池セルを接合する接合材に加えられる応力をより抑制でき、接合材におけるクラックをより抑制できる。
【００１１】
本発明のマニホールドにおいて、底壁の下面の面積に対して、突起部と台座とが接触する面積の比（接触する面積／下面の面積）は、１５％以下、より好ましくは１０％以下である。
【００１２】
この場合、底壁と台座との接触面積が小さいので、マニホールドの温度低下をより抑制できる。このため、燃料電池セルを接合する接合材に加えられる応力をより抑制でき、接合材におけるクラックをより抑制できる。
【００１３】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、突起部は、無機材料で構成される。
【００１４】
マニホールドを備えるセルスタック装置は高温で作動するとともに、突起部にはセルスタック装置全体の荷重がかかるが、無機材料では金属材料と比較して高温クリープ現象に対する耐性が高い。したがって、突起部の材料として、無機材料で構成されることが好ましい。
【００１５】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、突起部は、底壁を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されている。
【００１６】
これにより、台座と接触する突起部は、底壁よりも熱伝導率が小さいので、マニホールドから台座への熱損失をより抑制できる。このため、マニホールドの温度の低下をより抑制できるので、燃料電池セルを接合する接合材におけるクラックをより抑制できる。
【００１７】
本発明のマニホールドにおいて、突起部を構成する材料の熱伝導率は、好ましくは４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下、より好ましくは２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下である。
【００１８】
この場合、マニホールドから台座への熱伝導によるマニホールドの温度低下をより抑制できる。このため、燃料電池セルをより安定的に支持できる。
【００１９】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、突起部は、鉱物またはセラミックスで構成される。
【００２０】
鉱物またはセラミックスで構成される突起部は、底壁に容易に取り付けることができる。
【００２１】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、底壁の下面に形成された第１のコーティング膜をさらに備え、突起部は、コーティング膜を介して底壁に取り付けられている。
【００２２】
コーティング膜により、突起部を底壁に容易に取り付けることができる。なお、突起部とコーティング膜とは同じ材料で形成してもよく、コーティング膜の一部を突起状に形成してもよい。
【００２３】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、上壁は、クロムを含む材料で構成され、上壁の表面全体に形成されたコーティング膜をさらに備える。
【００２４】
コーティング膜により、上壁を構成するクロムが揮発することを防止できる。
【００２５】
本発明のマニホールドにおいて好ましくは、上方または下方が開口する箱状のマニホールド本体と、開口を塞ぐ板状部材と、を備え、マニホールド本体は、複数の平板部と、平板部を連結する角部と、を有し、角部の厚さは、平板部の厚さよりも小さい。
【００２６】
箱状のマニホールド本体において平板部の厚さよりも角部の厚さが小さい。このため、セルスタック装置の動作時に、高温になり温度分布が生じると、角部が優先的に変形する。角部が歪みを吸収できるので、燃料電池セルとマニホールドとの接合領域の変形を抑制できる。したがって、マニホールドと燃料電池セルとを接合する接合材に、マニホールドの変形に起因したクラックを抑制することができる。
【００２７】
本発明のセルスタック装置は、上記いずれかのマニホールドと、このマニホールドから反応ガスが供給される燃料電池セルと、マニホールドと燃料電池セルとを接合する接合材と、を備える。
【００２８】
本発明のセルスタック装置によれば、台座との接触面積を低減するとともに、設計上の自由度が高い突起部を含むマニホールドを備えている。このため、セルスタック装置の動作時において、燃料電池セルがマニホールドよりも高温になっても、マニホールドから台座への熱損失を低減できるため、燃料電池セルとマニホールドとの温度差を低減できる。したがって、燃料電池セルとマニホールドとを接合する接合材に加えられる応力を抑制できる。よって、接合材におけるクラックを抑制できるので、燃料電池セルとマニホールドとを接合する接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明は、セルスタック装置に用いたときに接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができるマニホールドを提供することができる。また、本発明は、燃料電池セルとマニホールドとを接合する接合材から反応ガスが漏れ出すことを抑制できるセルスタック装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】実施の形態１のセルスタック装置を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１のセルスタック装置を示す断面図である。
【図３】実施の形態１のセルスタック装置を示す断面図である。
【図４】実施の形態１のマニホールドを構成する上壁を示す平面図である。
【図５】実施の形態１の燃料電池セルを示す斜視図である。
【図６】実施の形態１の燃料電池セルを示す断面図である。
【図７】実施の形態１のセルスタック装置を示す拡大断面図である。
【図８】実施の形態１のセルスタック装置の製造方法を示す断面図である。
【図９】実施の形態１のセルスタック装置の製造方法を示す断面図である。
【図１０】実施の形態２のセルスタック装置を示す断面図である。
【図１１】実施の形態２のセルスタック装置を示す断面図である。
【図１２】実施の形態３のセルスタック装置を示す断面図である。
【図１３】比較例のセルスタック装置を示す断面図である。
【図１４】変形例３のセルスタック装置を示す断面図である。
【図１５】変形例４のセルスタック装置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照符号を付しその説明は繰り返さない。
【００３２】
（実施の形態１）
図１〜図７を参照して、本発明の一実施の形態であるセルスタック装置及びマニホールドについて説明する。セルスタック装置及びマニホールドは、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）に用いられる。各図におけるｘ軸方向、ｙ軸方向、及びｚ軸方向のそれぞれは、各燃料電池セル及び支持基板の長手方向、短手方向（幅方向）、及び厚さ方向に対応する。
【００３３】
［セルスタック装置］
図１〜図３に示すように、セルスタック装置１は、マニホールド１００と、複数の燃料電池セル２００と、第１接合材３とを備えている。各燃料電池セル２００は、マニホールド１００によって支持されている。第１接合材３は、マニホールド１００と、各燃料電池セル２００とを接合する。
【００３４】
図３に示すように、セルスタック装置１及びマニホールド１００は、台座Ｂに配置される。台座Ｂは、セルスタック装置１及びマニホールド１００を下方から支持する。
【００３５】
［マニホールド］
図１〜図３に示すように、マニホールド１００は、燃料電池セル２００に反応ガスを供給する。マニホールド１００は、中空状であり、内部空間を有している。図１に示すように、マニホールド１００の内部空間には、導入配管１０１を介して燃料ガスなどのガスが供給される。図２に示すように、マニホールド１００は、この内部空間と外部とを連通する複数の挿入孔１３１を有している。
【００３６】
マニホールド１００は、実質的に直方体状である。マニホールド１００は、図３に示すように、上方が開口する箱状のマニホールド本体と、開口を塞ぐ板状部材とを備えている。詳細には、マニホールド本体は、底壁１１０と、側壁１２０と、第１フランジ部１４０と、突起部１５０とを備えている。マニホールド本体の開口を塞ぐ板状部材は、上壁１３０である。
【００３７】
底壁１１０、側壁１２０、及び第１フランジ部１４０は、一体成形されている。一体成形された底壁１１０、側壁１２０及び第１フランジ部１４０と、上壁１３０とは、互いに別部材であり、接合されている。
【００３８】
底壁１１０、側壁１２０、上壁１３０、及び第１フランジ部１４０は、例えば、耐熱性を有するような金属で構成されている。このような金属は、例えばクロム及び鉄を含む金属であり、具体的にはステンレス鋼などである。
【００３９】
底壁１１０は、台座Ｂに当接する。底壁１１０は、平面視（ｘ軸方向視）が矩形状である。底壁１１０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。
【００４０】
底壁１１０は、上面１１１と、下面１１２とを有している。上面１１１は、鉛直方向上側の面であり、上壁１３０と対向する。下面１１２は、鉛直方向下側の面であり、台座Ｂと対向する。上面１１１及び下面１１２は、平坦な面である。
【００４１】
側壁１２０は、底壁１１０から上方に延びる。側壁１２０は、図１に示すように、一対の第１側壁１２１と、一対の第２側壁１２２とを有している。
【００４２】
一対の第１側壁１２１は、底壁１１０の対向する一対の縁部のそれぞれから上方に延びている。詳細には、各第１側壁１２１は、底壁１１０の縁部のうち、長手方向（ｚ軸方向）に延びる一対の縁部から上方に延びている。第１側壁１２１は、マニホールド１００の長手方向（ｚ軸方向）に延びている。すなわち、複数の燃料電池セル２００の並ぶ方向に延びている。一対の第１側壁１２１は、マニホールド１００の幅方向（ｙ軸方向）において、互いに対向している。
【００４３】
一対の第２側壁１２２は、底壁１１０の残りの対向する縁部から上方に延びている。詳細には、各第２側壁１２２は、底壁１１０の縁部のうち、幅方向（ｙ軸方向）に延びる一対の縁部から上方に延びている。また、各第２側壁１２２は、マニホールド１００の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。すなわち、各第２側壁１２２は、燃料電池セル２００の幅方向に延びている。各第２側壁１２２は、マニホールド１００の長手方向（ｚ軸方向）において、互いに対向している。一対の第２側壁１２２のうち、一方の第２側壁１２２に導入配管１０１が接続されている。このため、一方の第２側壁１２２は、導入配管１０１が接続されるための貫通孔を有している。
【００４４】
第１フランジ部１４０は、側壁１２０の上端部から外方に延びている。詳細には、第１フランジ部１４０は、各第１側壁１２１及び各第２側壁１２２の上端から外方に延びている。第１フランジ部１４０は、環状である。
【００４５】
第１側壁１２１と第２側壁１２２との第１境界部１０２は、Ｒ形状である。具体的には、第１側壁１２１と、第２側壁１２２との第１境界部１０２の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第１境界部１０２の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば３〜３０ｍｍである。４つの第１境界部１０２は、マニホールド１００の高さ方向に延びる。
【００４６】
図３に示すように、底壁１１０と側壁１２０との第２境界部１０３は、Ｒ形状である。具体的には、底壁１１０と、第１側壁１２１及び第２側壁１２２との第２境界部１０３の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第２境界部１０３の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば２〜２０ｍｍである。第２境界部１０３は、環状である。
【００４７】
側壁１２０と第１フランジ部１４０との第３境界部１０４は、Ｒ形状である。具体的には、第１側壁１２１及び第２側壁１２２と、第１フランジ部１４０との第３境界部１０４の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第３境界部１０４の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば１〜１０ｍｍである。第３境界部１０４は、環状である。
【００４８】
なお、本明細書における「Ｒ形状」とは、円弧状に湾曲している形状である。また、第１〜第３境界部１０２〜１０４の内側面とは、マニホールド１００の内部空間を臨む面である。第１〜第３境界部１０２〜１０４の外側面とは、マニホールド１００の外側を臨む面である。
【００４９】
上壁１３０は、側壁１２０の上端部を塞ぐように構成されている。具体的には、上壁１３０は、側壁１２０の上面を閉じる。上壁１３０の外周縁部は、第１フランジ部１４０上に配置されており、第１フランジ部１４０に接合されている。上壁１３０は、例えば、接合材、溶接などによって、第１フランジ部１４０に接合されている。
【００５０】
上壁１３０には、燃料電池セル２００が接合される。本実施の形態では、図４に示すように、上壁１３０は、複数の挿入孔１３１を有している。各挿入孔１３１には、各燃料電池セル２００の下端部が挿入される。各挿入孔１３１は、マニホールド１００の幅方向（ｙ軸方向）に延びている。また、各挿入孔１３１は、マニホールド１００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。
【００５１】
図３に示すように、マニホールド１００の内部空間の高さ方向（ｘ軸方向）において、第３境界部１０４と上壁１３０との間に隙間部が形成されている。すなわち、上壁１３０の下面と第１フランジ部１４０の上面とは接触している一方、上壁１３０の下面と第３境界部１０４の内側面とは接触していない。隙間部は、全周に亘って形成されている。
【００５２】
突起部１５０は、底壁１１０に複数取り付けられている。詳細には、複数の突起部１５０は、底壁１１０の下面１１２に取り付けられている。このため、図３に示すように、台座Ｂにマニホールド１００を配置すると、複数の突起部１５０が台座Ｂに接する。複数の突起部１５０は、底壁１１０の下面１１２に、偏析せずに、分散している。このため、マニホールド１００は、安定して台座Ｂに配置される。
【００５３】
複数の突起部１５０の少なくとも１つは、中央部に取り付けられている。つまり、複数の突起部１５０は、周縁部または角部のみに取り付けられているのではない。
【００５４】
詳細には、突起部１５０は、底壁１１０の下面１１２を長手方向（ｚ軸方向）に３等分したときに、３つの領域のそれぞれに、少なくとも１つの突起部１５０が取り付けられている。また、突起部１５０は、下面１１２を幅方向（ｙ軸方向）に３等分したときに、３つの領域のそれぞれに、少なくとも１つの突起部１５０が取り付けられている。
【００５５】
また、突起部１５０の個数は複数であれば限定されないが、５個以上であることが好ましく、１０個以上であることがより好ましい。
【００５６】
突起部１５０を構成する材料は、底壁１１０を構成する材料と異なる材料で構成されていれば特に限定されないが、金属を除く材料で構成されていることが好ましく、無機材料で構成されていることがより好ましい。無機材料としては、セラミックスであることが好ましい。ＳＯＦＣは高温で作動するが、金属材料は高温環境下で一定応力を連続的に与えられると高温クリープ変形が発生し、形状が変わってしまう恐れがある。マニホールド１００の底壁１１０に取り付けられて台座に接する突起部１５０には、セルスタック装置１全体の荷重がかかるため、高温クリープ変形が懸念される。一方、無機材料では金属材料と比較して高温クリープ現象に対する耐性が高いため、台座と接する突起部１５０として無機材料を用いることが好ましい。
【００５７】
また、突起部１５０は、底壁１１０を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されていることが好ましい。このような材料として、例えば、鉱物、セラミックス、ガラス、または繊維が挙げられる。鉱物としては、例えば、マイカ（雲母）、バーミキュライト、石英などが挙げられる。セラミックスとしては、例えば、アルミナ、ジルコニア、シリカ、酸化鉄、酸化クロムなどが挙げられる。ガラスとしては、例えば、結晶化ガラスなどが挙げられる。結晶化ガラスとしては、例えば、ＳｉＯ２−Ｂ２Ｏ３系、ＳｉＯ２−ＣａＯ系、または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。繊維としては、例えば、石英ウール、アルミナ、シリカアルミナなどが挙げられる。
【００５８】
突起部１５０を構成する材料の熱伝導率は、４０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることが好ましく、２０Ｗ／ｍ・Ｋ以下であることがより好ましい。底壁１１０から台座Ｂへの熱伝導を低減できるので、熱伝導率は低いほど好ましいが、容易に実現できる観点から、下限値は、例えば０．０１Ｗ／ｍ・Ｋである。
【００５９】
上記熱伝導率は、レーザーフラッシュ法により７５０℃で測定される値である。
【００６０】
台座Ｂと対向する面の表面粗さＲｚは、０．０１ｚ以上であることが好ましく、０．０５ｚ以上であることがより好ましい。底壁１１０と台座Ｂとの接触面積を低減できるので、表面粗さＲｚは高いほど好ましいが、セルスタック装置１の高さを考慮すると、上限値は、例えば１０ｚである。
【００６１】
上記「台座Ｂと対向する面」とは、実施の形態１では、底壁１１０の下面１１２と突起部１５０とで構成される面である。上記表面粗さＲｚは、ＪＩＳ  Ｂ０６０１に準拠して測定される値である。
【００６２】
底壁１１０の下面１１２の面積に対する、突起部１５０と台座Ｂとが接触する面積の比は、１５％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。
【００６３】
突起部１５０は、下方に突出する凸形状である。突起部１５０は、例えば、下方（下面１１２から台座Ｂに）に向けて幅が小さい。突起部１５０は、部材として設けられる突起部と、粒子からなる突起部とを含む。突起部１５０と台座Ｂとの接触は、点接触であってもよい。また、突起部１５０が部材である場合には、例えば、平面視において矩形の片状であってもよく、繊維の切片であってもよい。
【００６４】
［燃料電池セル］
図１〜図３に示すように、各燃料電池セル２００は、マニホールド１００から上方に延びている。詳細には、各燃料電池セル２００は、マニホールド１００の上壁１３０から上方に延びている。燃料電池セル２００の下端部２０１は、マニホールド１００の挿入孔１３１内に挿入されている。なお、燃料電池セル２００の下端部２０１が挿入孔１３１内に挿入された状態において、燃料電池セル２００の下端部２０１の外周面と挿入孔１３１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が充填されている。
【００６５】
各燃料電池セル２００は、マニホールド１００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。図２に示すように、各燃料電池セル２００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２００の間に配置されており、隣り合う各燃料電池セル２００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２００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または金属などによって形成されている。
【００６６】
図５に示すように、燃料電池セル２００は、支持基板２１０と、複数の発電素子部２２０とを備えている。各発電素子部２２０は、支持基板２１０の両面に支持されている。なお、各発電素子部２２０は、支持基板２１０の片面のみに支持されていてもよい。各発電素子部２２０は、燃料電池セル２００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、本実施の形態に係る燃料電池セル２００は、いわゆる横縞型の燃料電池セルである。
【００６７】
各発電素子部２２０は、電気的接続部２６０（図６参照）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２００の上端部２０２側において、支持基板２１０の一方面に形成された発電素子部２２０と他方面に形成された発電素子部２２０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２２０は、直列に接続されている。
【００６８】
支持基板２１０は、燃料電池セル２００の長手方向に延びる複数のガス流路２１１を内部に有している。ガス流路２１１は、マニホールド１００の挿入孔１３１を介して、マニホールド１００の内部空間と連通している。
【００６９】
支持基板２１０の長手方向（ｘ軸方向）は、燃料電池セル２００の長手方向と同じ方向である。各ガス流路２１１は、互いに実質的に平行に延びている。各ガス流路２１１は、燃料電池セル２００の長手方向の両端部において開口している。
【００７０】
図６に示すように、支持基板２１０は、複数の第１凹部２１２を有している。各第１凹部２１２は、支持基板２１０の両面に形成されている。各第１凹部２１２は支持基板２１０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。
【００７１】
支持基板２１０は、絶縁性である。すなわち、支持基板２１０は、電子伝導性を有していない。支持基板２１０は、例えば、セラミックスで形成される。具体的には、支持基板２１０は、ＣＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）から構成されてもよいし、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２１０は、多孔質である。支持基板２１０の気孔率は、例えば、２０〜６０％である。
【００７２】
各発電素子部２２０は、燃料極２３０、電解質２４０、及び空気極２５０を有している。また、各発電素子部２２０は、反応防止膜２２１をさらに有している。
【００７３】
燃料極２３０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２３０は、燃料極集電部２３１と、燃料極活性部２３２とを有する。燃料極集電部２３１は、第１凹部２１２内に配置されている。各燃料極集電部２３１は、第２凹部２３１ａ及び第３凹部２３１ｂを有している。燃料極活性部２３２は、第２凹部２３１ａ内に配置されている。
【００７４】
燃料極集電部２３１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、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２３１の厚さ、すなわち第１凹部２１２の深さは、５０〜５００μｍである。
【００７５】
燃料極活性部２３２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）とから構成されてもよいし、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２３２の厚さは、５〜３０μｍである。
【００７６】
電解質２４０は、燃料極２３０上を覆うように配置されている。詳細には、電解質２４０は、あるインターコネクタ２６１から他のインターコネクタ２６１まで燃料電池セル２００の長手方向に延びている。すなわち、燃料電池セル２００の長手方向において、電解質２４０とインターコネクタ２６１とが交互に配置されている。
【００７７】
電解質２４０は、イオン伝導性を有し、か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２４０は、例えば、ＹＳＺ（８ＹＳＺ）（イットリア安定化ジルコニア）から構成されてもよいし、ＬＳＧＭ（ランタンガレート）から構成されてもよい。電解質２４０の厚さは、例えば、３〜５０μｍである。
【００７８】
反応防止膜２２１は、緻密な材料から構成される焼成体であり、平面視（ｚ軸方向視）において、燃料極活性部２３２と略同一の形状であり、燃料極活性部２３２と略同じ位置に配置されている。反応防止膜２２１は、電解質２４０内のＹＳＺと空気極２５０内のＳｒとが反応して電解質２４０と空気極２５０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２２１は、例えば、ＧＤＣ＝（Ｃｅ，Ｇｄ）Ｏ２（ガドリニウムドープセリア）から構成される。反応防止膜２２１の厚さは、例えば、３〜５０μｍである。
【００７９】
空気極２５０は、反応防止膜２２１上に配置されている。空気極２５０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２５０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）から構成されてもよいし、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）、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。また、空気極２５０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２５０の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００８０】
電気的接続部２６０は、隣り合う発電素子部２２０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２６０は、インターコネクタ２６１及び空気極集電膜２６２を有する。インターコネクタ２６１は、第３凹部２３１ｂ内に配置されている。インターコネクタ２６１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２６１は、例えば、ＬａＣｒＯ３（ランタンクロマイト）から構成されてもよいし、（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２６１の厚さは、例えば、１０〜１００μｍである。
【００８１】
空気極集電膜２６２は、隣り合う発電素子部２２０のインターコネクタ２６１と空気極２５０との間を延びるように配置される。空気極集電膜２６２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。空気極集電膜２６２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）から構成されてもよいし、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し、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２６２の厚さは、例えば、５０〜５００μｍである。
【００８２】
図７に示すように、燃料電池セル２００の下端部２０１は、緻密膜２２２によって覆われている。詳細には、緻密膜２２２は、支持基板２１０を覆っている。緻密膜２２２は、下端部側に形成された発電素子部２２０と電気的に接続されている。詳細には、緻密膜２２２は、電気的接続部２６０と電気的に接続されている。緻密膜２２２は、空気極集電膜２６２と支持基板２１０との間から近位側に向かって延びている。
【００８３】
緻密膜２２２は、緻密膜２２２の内側の空間を流れる燃料ガスと緻密膜２２２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２２２の気孔率は、例えば、１０％以下である。また、緻密膜２２２は、絶縁性セラミックスで構成されている。
【００８４】
具体的には、緻密膜２２２は、上述した電解質２４０と反応防止膜２２１とによって構成することができる。緻密膜２２２を構成する電解質２４０は、支持基板２１０を覆っており、インターコネクタ２６１から支持基板２１０の下端近傍まで延びている。また、緻密膜２２２を構成する反応防止膜２２１は、電解質２４０と空気極集電膜２６２との間に配置されている。なお、緻密膜２２２は、電解質２４０のみで構成されていてもよいし、電解質２４０及び反応防止膜２２１以外の材料によって構成されていてもよい。
【００８５】
［第１接合材］
第１接合材３は、燃料電池セル２００をマニホールド１００に固定する。詳細には、第１接合材３は、燃料電池セル２００の下端部２０１とマニホールド１００の上壁１３０とを接合している。また、第１接合材３は、緻密膜２２２と接触している。なお、燃料電池セル２００がマニホールド１００に固定された状態において、挿入孔１３１とガス流路２１１とが連通している。
【００８６】
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、またはＳｉＯ２−ＭｇＯ系が採用され得る。なお、第１接合材３の材料として、非晶質ガラス、ろう材、また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。
【００８７】
［製造方法］
続いて、本実施の形態のセルスタック装置１及びマニホールド１００の製造方法について図１〜図９を参照して説明する。
【００８８】
まず、底壁１１０と、この底壁１１０から上方に延びる側壁１２０と、この側壁１２０の上端部を塞ぎ、挿入孔１３１を有する上壁１３０とを含むマニホールド本体を準備する。
【００８９】
次に、突起部１５０を底壁１１０の下面１１２に取り付ける。この工程では、例えば以下のように実施する。底壁１１０を構成する材料の熱伝導率よりも小さい熱伝導率を有する材料で構成されている突起部１５０となる材料を準備する。突起部１５０となる材料として、例えば、結晶化ガラスなどのガラスとなる材料などを準備する。この材料を、底壁１１０の下面１１２に接するように配置して、焼き付ける。この場合、下面１１２に突起部１５０が直接取り付けられる。なお、焼付けは、後述する第１接合材３及び第２接合材５の熱処理と同時に実施してもよい。あるいは、突起部１５０となる材料として、マイカなどの鉱物、アルミナなどのセラミックスを準備する。この材料の一部に接着部材（図示せず）を形成し、この接着部材を底壁１１０の下面１１２に取り付ける。この場合、下面１１２に接着部材を介して突起部１５０が取り付けられる。
【００９０】
上記工程を実施することによって、突起部１５０を備えるマニホールド１００を製造できる。また、複数の燃料電池セル２００を準備する。
【００９１】
そして、図８に示すように、第１集電部材４、及び第２接合材５によって、各燃料電池セル２００を互いに接続し、セル集合体３００を作製する。なお、この段階では第２接合材５は焼成されておらず、各燃料電池セル２００は互いに仮止めの状態である。
【００９２】
次に、図９に示すように、セル集合体３００の各燃料電池セル２００の下端部２０１をマニホールド１００の各挿入孔１３１に挿入する。なお、各燃料電池セル２００が厚さ方向に沿って所定の間隔を保持するための治具を用いてもよい。
【００９３】
次に、図２及び図３に示すように、挿入孔１３１に挿入された燃料電池セル２００とマニホールドの上壁１３０とを接合するように第１接合材３を塗布する。なお、第１接合材３は、燃料電池セル２００の付け根に沿って塗布されている。また、第１接合材３は、燃料電池セル２００の下端部２０１の外周面と挿入孔１３１の内壁面との隙間に充填されていてもよい。
【００９４】
次に、第１接合材３及び第２接合材５を熱処理する。この熱処理によって、第１接合材３及び第２接合材５が固化され、セルスタック装置１が完成する。詳細には、第２接合材５が焼成されることによって、各燃料電池セル２００と第１集電部材４とが固定される。また、第１接合材３が焼成されることによって、非晶質材料の温度が結晶化温度まで到達する。そして、結晶化温度下にて材料の内部で結晶相が生成されて、結晶化が進行していく。この結果、非晶質材料が固化・セラミックス化されて、結晶化ガラスとなる。これにより、結晶化ガラスで構成される第１接合材３が機能を発揮し、各燃料電池セル２００の下端部２０１がマニホールド１００の上壁１３０に固定される。
【００９５】
［動作］
本実施の形態のセルスタック装置１の動作について、図１〜図７を参照して説明する。セルスタック装置１は、例えば以下のように動作する。
【００９６】
マニホールド１００を介して各燃料電池セル２００のガス流路２１１内に燃料ガス（水素ガス等）を流すとともに、支持基板２１０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２４０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１を外部の負荷に接続すると、空気極２５０において下記の式１に示す電気化学反応が起こり、燃料極２３０において下記の式２に示す電気化学反応が起こる。
（１／２）Ｏ２＋２ｅ−→Ｏ２−      ・・・（式１）
Ｈ２＋Ｏ２−→Ｈ２Ｏ＋２ｅ−         ・・・（式２）
さらに、支持基板２１０のガス流路２１１を流れる燃料ガスのうち発電に使用されなかった余剰燃料ガスは、ガス流路２１１の他端側に位置する排出口から外部に排出される。そして、排出口から排出される余剰燃料ガスと、酸素を含むガスとを混合して、燃焼する。
【００９７】
［作用］
続いて、本実施の形態のマニホールド１００及びセルスタック装置１の作用について、図１３に示す比較例と比較して説明する。なお、図１３に示す比較例のマニホールド４０９及びセルスタック装置９は、本実施の形態の突起部１５０を備えていない。
【００９８】
比較例のセルスタック装置９を台座Ｂに配置して、発電すると、セルスタック装置９の上部の温度が高くなる場合がある。また、余剰の反応ガスを燃焼させる場合には、燃焼時には、セルスタック装置９の上部の温度が高くなる。つまり、セルスタック装置９の動作時に、燃料電池セルがマニホールドよりも高温になる場合がある。この場合、マニホールド４０９から台座Ｂに向けての熱伝導により、マニホールド４０９の温度がさらに低下してしまう。その結果、燃料電池セル２００とマニホールド４０９との温度分布が大きくなり、マニホールド４０９と燃料電池セル２００とを接合している第１接合材３に応力が加えられる。その結果、第１接合材３にクラックが発生してしまう。
【００９９】
一方、本実施の形態では、図３に示すように、マニホールド１００の底壁１１０の下面１１２に、底壁１１０を構成する材料と異なる材料で構成される複数の突起部１５０を設けて、台座Ｂと接触させている。これにより、マニホールド１００から台座Ｂへの伝熱経路を突起部１５０に限定できるので、マニホールド１００の下面１１２と台座Ｂとの接触面積を低減できる。それに加えて、突起部１５０は、底壁１１０と異なる材料で形成されているので、突起部１５０の種々の形態を実施でき、突起部１５０の設置位置の制約が小さい。このため、燃料電池セル２００の加熱度合などを考慮して、マニホールド１００の底壁１１０からの熱損失を生じさせにくい位置に突起部１５０を設けることができる。このため、マニホールド１００から台座Ｂに向けての熱損失を効果的に低減できるので、マニホールド１００の底壁１１０の温度の低下を効果的に抑制できる。その結果、マニホールド１００の温度の低下を抑制できるので、セルスタック装置１の温度分布が小さくなる。したがって、マニホールド１００と燃料電池セル２００とを接合している第１接合材３に加えられる応力を抑制できる。第１接合材３の応力集中を緩和することによって、第１接合材３におけるクラックを抑制できる。よって、マニホールド１００を備えるセルスタック装置１は、第１接合材３から反応ガスが漏れ出すことを抑制することができる。
【０１００】
さらに、突起部１５０により、熱損失を低減できるので、セルスタック装置１の発電効率を向上できる。
【０１０１】
特に、マニホールド１００の底壁１１０の下面１１２に、底壁１１０を構成する材料よりも熱伝導率の低い材料で構成される突起部１５０を設けて、突起部１５０を台座Ｂと接触させることが好ましい。これにより、マニホールド１００から台座Ｂへの伝熱経路を低熱伝導材に限定できる。このため、マニホールド１００から台座Ｂに向けての熱損失をより低減できるので、マニホールド１００の底壁１１０の温度の低下を抑制できる。したがって、第１接合材３に加えられる応力を抑制できるので、第１接合材３におけるクラックを効果的に抑制できる。よって、セルスタック装置１は、第１接合材３から反応ガスが漏れ出すことを効果的に抑制することができる。
【０１０２】
（実施の形態２）
図１０及び図１１に示す実施の形態２のマニホールド１０７及びセルスタック装置７は、基本的には実施の形態１のマニホールド１００及びセルスタック装置１と同様の構成を備えているが、図１０及び図１１に示すようにコーティング膜１６０をさらに備えている点において異なる。
【０１０３】
図１０に示すように、コーティング膜１６０は、底壁１１０の下面１１２に形成されている。突起部１５０は、コーティング膜１６０を介して底壁１１０に取り付けられている。突起部１５０の少なくとも一部は、コーティング膜１６０から下方に突出している。なお、突起部１５０と同じ部材がコーティング膜１６０に埋設されていてもよい。
【０１０４】
また、図１０及び図１１に示すように、コーティング膜１６０は、露出する表面全体に形成されている。つまり、コーティング膜１６０が、外部に露出する。具体的には、コーティング膜１６０は、底壁１１０、側壁１２０、上壁１３０及び第１フランジ部１４０の表面全体に形成されている。つまり、コーティング膜１６０は、底壁１１０、側壁１２０、上壁１３０及び第１フランジ部１４０の外側面及び内側面の全体に形成されている。外側面とは、マニホールド１００の外部を臨む面であり、内側面とは、マニホールド１００の内部空間を臨む面である。
【０１０５】
詳細には、コーティング膜１６０は、底壁１１０の上面１１１、下面１１２及び側面の全体に形成されている。また、コーティング膜１６０は、側壁１２０の内側面及び外側面の全体に形成されている。また、上壁１３０の上面、下面、側面、及び挿入孔１３１を構成する内壁面の全体に形成されている。また、コーティング膜１６０は、第１フランジ部１４０の上面、下面及び側面の全体に形成されている。なお、マニホールドの各部材を被覆するコーティング膜は、同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
【０１０６】
コーティング膜１６０は、例えばガラス、セラミックスなどで構成されており、ガラスで構成されていることがより好ましい。ガラスとしては、例えば結晶化ガラスを用いることができる。この結晶化ガラスは、第１接合材３と同様の材料であってもよい。セラミックスとしては、アルミナ、シリカ、ペロブスカイト系材料、スピネル系材料などを用いることができる。コーティング膜１６０は、複数の層で構成されてもよい。
【０１０７】
コーティング膜１６０の厚みは、例えば３〜２００μｍである。コーティング膜１６０の気孔率は、例えば０〜３０％である。
【０１０８】
なお、実施の形態２における「台座Ｂと対向する面」は、下面１１２に形成されたコーティング膜１６０と突起部１５０とで形成される面である。
【０１０９】
また、突起部１５０は、コーティング膜１６０と同じ材料であってもよく、異なる材料であってもよい。
【０１１０】
実施の形態２のマニホールドの製造方法は、基本的には実施の形態１と同様であるが、突起部１５０を形成する工程に先立って、コーティング膜１６０を形成する工程を備えている点において異なる。
【０１１１】
具体的には、まず、実施の形態１と同様に、底壁１１０、側壁１２０及び上壁１３０を備えるマニホールド本体を準備する。次に、マニホールド本体の表面全体、つまり露出する面全体に、コーティング膜１６０となるペーストを形成する。ペーストは、例えばガラス粉末を含み、クロムは含まない。ペーストは、例えば、塗布、ディッピング法などによって形成される。
【０１１２】
次に、底壁１１０の下面に形成されたペーストに、突起部１５０となる材料を付着して、この状態で焼成する。この工程では、焼成容器（セッター）に突起部となる材料を配置し、次いで、この材料上に底壁１１０の下面１１２を配置し、この状態で焼成してもよい。
【０１１３】
上記工程を実施することによって、実施の形態２のマニホールド１０７を製造できる。なお、コーティング膜１６０と突起部１５０とは同じ材料で形成してもよく、コーティング膜１６０の一部を下方に突出するように突起部１５０を形成してもよい。
【０１１４】
以上説明したように、実施の形態２のマニホールド１０７及びセルスタック装置７は、コーティング膜１６０を介して突起部１５０が底壁１１０に取り付けられている。コーティング膜１６０によって、突起部１５０を容易に下面１１２から突出させる構造を容易に実現できる。
【０１１５】
また、マニホールド本体を構成する材料がクロムを含んでいる場合、コーティング膜１６０により、クロムが揮発することを防止できる。このため、燃料電池セル２００の発電素子部２２０及び第１接合材３にクロムが付着することを防止できる。したがって、燃料電池セル２００の発電素子部２２０及び第１接合材３の劣化を防止できる。
【０１１６】
このように、本発明の突起部は、実施の形態１のように底壁１１０の下面１１２に直接取り付けられてもよく、下面１１２の一部に接着部材を介して取り付けられていてもよく、実施の形態２のように下面１１２に形成されたコーティング膜１６０を介して取り付けられてもよい。
【０１１７】
また、コーティング膜１６０は、底壁１１０、側壁１２０及び上壁１３０の全体に形成されてもよく、一部に形成されてもよい。
【０１１８】
（実施の形態３）
図１２に示す実施の形態３のマニホールド１０８は、基本的には実施の形態１のマニホールド１００と同様の構成を備えているが、側壁１２０及び上壁１３０が一体である点において異なる。実施の形態１のマニホールド１００においては、側壁１２０の上面が開口し、その上面を上壁１３０が塞いでいる。実施の形態３のマニホールド１０８においては、側壁１２０の下面が開口し、その下面を底壁１１０が塞いでいる。
【０１１９】
詳細には、マニホールド本体は、上壁１３０、側壁１２０、及び第２フランジ部１４１を有している。上壁１３０には、上述した複数の挿入孔１３１が形成されている。側壁１２０は、上壁１３０の周縁部から下方に延びている。第２フランジ部１４１は、側壁１２０の下端部から外方に延びている。
【０１２０】
上壁１３０、側壁１２０及び第２フランジ部１４１は、一体成形されている。一体成形された上壁１３０、側壁１２０及び第２フランジ部１４１と、底壁１１０とは、互いに別部材である。底壁１１０は、第２フランジ部１４１に接合されている。
【０１２１】
上壁１３０と側壁１２０との第４境界部１０５は、Ｒ形状である。具体的には、上壁１０と、第１側壁１２１及び第２側壁１２２との第４境界部１０５の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第４境界部１０５の内側面及び外側面の曲率半径は、例えば２〜２０ｍｍである。第４境界部１０５は、環状である。
【０１２２】
側壁１２０と、第２フランジ部１４１との第５境界部１０６は、Ｒ形状である。具体的には、第１側壁１２１及び第２側壁１２２と、第２フランジ部１４１との第５境界部１０６の内側面及び外側面は、Ｒ形状である。この第５境界部１０６の側面及び外側面の曲率半径は、例えば１〜１０ｍｍである。第５境界部１０６は、環状である。
【０１２３】
なお、第４境界部１０５及び第５境界部１０６の内側面とは、マニホールド１００の内部空間を臨む面である。第４境界部１０５及び第５境界部１０６の外側面とは、マニホールド１００の外側を臨む面である。
【０１２４】
実施の形態３のマニホールド１０８及びセルスタック装置８は、実施の形態１と同様の効果を有する。
【０１２５】
変形例１
ここで、上述した実施の形態１〜３のセルスタック装置は、支持基板２１０の１つの主面上に複数の発電素子部２２０が配置された横縞型を例に挙げて説明したが、本発明のセルスタック装置は、支持基板の１つの主面上に１つの発電素子が配置される縦縞型であってもよい。また、本実施の形態のセルスタック装置１は、円筒平板型の支持基板２１０を備えているが、本発明のセルスタック装置は、円筒型の支持基板を備えていてもよい。
【０１２６】
変形例２
また、導入配管１０１は、マニホールド１００の側壁１２０に取り付けられているが、導入配管１０１の取り付け位置はこれに限定されない。例えば、導入配管１０１は、マニホールド１００の上壁１３０に取り付けられていてもよい。
【０１２７】
変形例３
図１４に示すように、マニホールド本体において、角部が他の部分よりも薄くなるように構成されていてもよい。詳細には、マニホールド本体は、複数の平板部と、この平板部を連結する角部とを有している。平板部は、平坦な板状の部分である。なお、角部は、角を形成する部分、すなわち、角近傍である。実施の形態では、複数の平板部は、底壁１１０の大部分を占める矩形状の平板部と、第１側壁１２１及び第２側壁１２２の大部分を占める４つの矩形状の平板部と、第１フランジ部１４０の大部分を占める環状の平板部とを有している。角部は、第１〜第３境界部１０２〜１０４であるので、環状の隅角部を含む。このように、本実施の形態のマニホールド本体は、複数の平板部と、複数の角部とからなる。
【０１２８】
なお、角部はＲ形状であるが、角部の形状は特に限定されない。角部は、複数の平面部が直交してなる直角であってもよく、複数の平面部の交差部分を平面状に湾曲している形状（Ｃ面取りされた形状）であってもよい。
【０１２９】
角部の厚さＴ２は、平板部の厚さＴ１よりも小さい。このため、角部は、平面部よりも優先して変形する部位であり、変形可能部である。複数の平板部の厚さが異なる場合には、最小の厚さを厚さＴ１とする。マニホールド本体は複数の角部を有し、複数の角部の厚さが異なる場合には、最小の厚さをＴ２とする。本実施の形態では、すべての角部の厚さＴ２が平板部の厚さＴ１よりも小さい。なお、厚さＴ１、Ｔ２は、板厚である。
【０１３０】
角部の厚さＴ２は、平板部の厚さＴ１の７０．０％以上９９．５％以下であることが好ましく、７５．０％以上９８．０％以下であることがより好ましい。７０．０％以上の場合、マニホールドの強度を向上でき、７５．０％以上の場合、マニホールドの強度をより向上できる。９９．５％以下の場合、変形しやすいので、第１接合材３の変形を抑制することで、第１接合材３におけるクラックを抑制でき、９８．０％以下の場合、第１接合材３におけるクラックを効果的に抑制できる。また、７０．０％以上の場合、加工時にマニホールドの角部が破断することを防止できる。
【０１３１】
平板部の厚さＴ１は、例えば、０．５ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。角部の厚さＴ２は、例えば、０．３５ｍｍ以上３．９ｍｍ以下である。
【０１３２】
なお、図１４のマニホールド本体は複数の角部を有しており、すべての角部の厚さＴ２が平板部の厚さＴ１よりも小さいが、本発明のマニホールドはこれに限定されない。マニホールドが複数の角部を有する場合には、複数の角部の少なくとも１つの角部が平板部の厚さよりも小さい。この場合であっても、厚さの小さい角部が優先的に変形するので、同様の効果を有する。
【０１３３】
また、マニホールド１００が複数の角部を有する場合には、複数の角部の少なくとも１つの角部が平板部の厚さよりも小さければ、他の角部が平板部の厚さと同じであっても、大きくてもよい。マニホールド１００において、底壁１１０と側壁１２０との第２境界部２０３の厚さが平板部の厚さよりも小さいことが好ましい。この場合、側壁１２０と第１フランジ部１４０との第３境界部１０４の厚さは、平板部の厚さよりも大きくてもよい。
【０１３４】
本変形例の製造方法において、上方が開口する箱状のマニホールド本体を準備する工程では、例えば、角部となる部分が平板部となる部分よりも薄い板状の材料を準備して、箱状にプレス成形する。具体的には、例えば以下のように実施する。マニホールド本体となる平板状の材料を準備する。この材料において、角部となる部分の厚さを他の部分よりも薄くなるように加工する。加工された材料に対して、深絞り加工を行って、底壁１１０と側壁１２０と第１フランジ部１４０とからなるマニホールド本体を形成する。なお、上方が開口する箱状のマニホールド本体を準備する工程において、プレス加工により箱状に成型した後に、切削加工により、角部となる部分の厚さを他の部分よりも薄くしてもよい。
【０１３５】
変形例４
図１４に示すように、側壁１２０及び上壁１３０が一体であって、側壁１２０の下面が開口し、その下面を底壁１１０が塞いでいる構造の場合であっても、マニホールド本体において、角部が他の部分よりも薄くなるように構成されていてもよい。
【０１３６】
具体的には、上壁１３０と側壁１２０との第４境界部２０５は、Ｒ形状であり、角部を構成する。すなわち、上壁１３０と側壁１２０との第４境界部１０５の厚さＴ２は、平板部の厚さＴ１よりも小さいことが好ましい。この場合、側壁１２０と第２フランジ部１４１との第５境界部１０６は、Ｒ形状であるが、平板部の厚さよりも小さくてもよく、大きくてもよい。
【０１３７】
変形例５
また、本実施の形態では、第１側壁１２１及び第２側壁１２２は底壁１１０から略垂直に上方に延びているが、本発明のマニホールドは、これに限定されない。例えば、第１側壁１２１及び第２側壁１２２の少なくとも一方は、上方に向かって外方に広がるように傾斜していてもよい。また、例えば、第１側壁１２１及び第２側壁１２２の少なくとも一方は、下方に向かって外方に広がるように傾斜していてもよい。
【０１３８】
なお、実施の形態１、２及び変形例３のように上方が開口するマニホールド本体の側壁１２０は、底壁１１０から上方に向かって広がるように傾斜していることが好ましい。実施の形態３及び変形例４のように下方が開口するマニホールド本体の側壁１２０は、上壁１３０から下方に向かって広がるように傾斜していることが好ましい。
【０１３９】
以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、各実施の形態の特徴を適宜組み合わせることも当初から予定している。また、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した実施の形態ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１４０】
１，７，８            ：セルスタック装置
３                    ：第１接合材
４                    ：第１集電部材
５                    ：第２接合材
６                    ：第２集電部材
１００，１０７，１０８：マニホールド
１０１                ：導入配管
１０２                ：第１境界部
１０３                ：第２境界部
１０４                ：第３境界部
１０５                ：第４境界部
１０６                ：第５境界部
１１０                ：底壁
１１１                ：上面
１１２                ：下面
１２０                ：側壁
１２１                ：第１側壁
１２２                ：第２側壁
１３０                ：上壁
１３１                ：挿入孔
１４０                ：第１フランジ部
１４１                ：第２フランジ部
１５０                ：突起部
１６０                ：コーティング膜
２００                ：燃料電池セル
２０１                ：下端部
２０２                ：上端部
２１０                ：支持基板
２１１                ：ガス流路
２１２                ：第１凹部
２２０                ：発電素子部
２２１                ：反応防止膜
２２２                ：緻密膜
２３０                ：燃料極
２３１                ：燃料極集電部
２３１ａ              ：第２凹部
２３１ｂ              ：第３凹部
２３２                ：燃料極活性部
２４０                ：電解質
２５０                ：空気極
２６０                ：電気的接続部
２６１                ：インターコネクタ
２６２                ：空気極集電膜
３００                ：セル集合体
Ｂ                    ：台座
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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