(57)【要約】【課題】シール材の破損を防止することにより、燃料電池セルとマニホールドとの接合部の信頼性を向上させることができる燃料電池を提供すること。【解決手段】本発明の燃料電池は、複数の燃料電池セル１１をマニホールド５０に立設してなり、マニホールド５０内のガスが複数の燃料電池セル１１内を通過する。マニホールド５０には、燃料電池セル１１の一端部が挿入される挿入孔５４が複数箇所に設けられる。挿入孔５４の内側面と燃料電池セル１１の一端部の外周面との隙間には、燃料電池セル１１とマニホールド５０とを固定する固定材６１を有する接合部６０が充填される。接合部６０の表面においてマニホールド５０内に露出する部分は、シール材７１を有する封止部７０によって覆われる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルをマニホールドに立設してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記複数の燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、
前記マニホールドに、前記燃料電池セルの一端部が挿入される挿入孔が複数箇所に設けられ、
前記挿入孔の内側面と前記燃料電池セルの一端部の外周面との隙間に、前記燃料電池セルと前記マニホールドとを固定する固定材を有する接合部が充填され、
前記接合部の前記マニホールド内に露出する部分は、シール材を有する封止部によって覆われる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
複数の燃料電池セルをマニホールドに立設してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記複数の燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、
前記マニホールドに、前記複数の燃料電池セルの一端部が複数まとめて挿入される挿入孔が設けられ、
前記挿入孔の内側面と前記燃料電池セルの一端部の外周面との隙間に、及び、隣接する前記燃料電池セルの一端部の外周面同士の隙間に、前記複数の燃料電池セル及び前記マニホールドを固定する固定材を有する接合部が充填され、
前記接合部の前記マニホールド内に露出する部分は、シール材を有する封止部によって覆われる
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
前記固定材は、Ａｇを含有するロウ材であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記シール材は、ガラス、ガラスセラミック、結晶化ガラス、ガラスとセラミックとの複合材のうちのいずれかの材料を、少なくとも含むことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記マニホールドは、アルミニウムの含有量が０．１重量％以上１０重量％以下となる耐熱性合金であることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルをマニホールドに立設してなるとともに、マニホールド内のガスが燃料電池セル内を通過する燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複数の燃料電池セルを容器内に収容した構造を有する燃料電池が種々提案されている。燃料電池セルは、例えば、空気（酸化剤ガス）に接する空気極の表面に対して、固体電解質層（固体酸化物層）と、燃料ガスに接する燃料極とを順次積層することにより構成されている。そして、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが固体電解質層を介して反応（発電反応）することにより、空気極を正極、燃料極を負極とする直流の電力が発生するようになる。また、上記した燃料電池の具体例としては、燃料電池セルの一端部をマニホールドの天板に固定するとともに、燃料電池セルとマニホールドとの接合部の表面において外部に露出する部分を、シール材によって覆うものが提案されている（例えば特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−１８３３７６号公報（図３，図４等）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところが、特許文献１に記載の技術では、燃料電池セルの上端部（他端部）が他部材によって固定されていないため、燃料電池セルの接合強度は比較的弱い。また、マニホールドは燃料電池セルを支持するものであるため、燃料電池セルの重量等がマニホールドに作用すると、燃料電池セルの上端部同士が離間する方向に変形するなどして、シール材に引張応力が発生する可能性がある。しかも、マニホールドは、高温で気体に曝されるものである。このため、運転時と停止時との間での温度変化に伴って、燃料電池セルとシール材との熱膨張係数差に起因する応力や、燃料電池セルとマニホールドとの熱膨張係数差に起因する応力が発生する可能性がある。これらの場合、シール材に剥れや割れが生じやすくなるため、シール材によるガス封止ができなくなるおそれがある。
【０００５】
本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シール材の破損を防止することにより、燃料電池セルとマニホールドとの接合部の信頼性を向上させることができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するための手段（手段１）としては、複数の燃料電池セルをマニホールドに立設してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記複数の燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドに、前記燃料電池セルの一端部が挿入される挿入孔が複数箇所に設けられ、前記挿入孔の内側面と前記燃料電池セルの一端部の外周面との隙間に、前記燃料電池セルと前記マニホールドとを固定する固定材を有する接合部が充填され、前記接合部の前記マニホールド内に露出する部分は、シール材を有する封止部によって覆われることを特徴とする燃料電池がある。
【０００７】
また、上記課題を解決するための別の手段（手段２）としては、複数の燃料電池セルをマニホールドに立設してなるとともに、前記マニホールド内のガスが前記複数の燃料電池セル内を通過する燃料電池であって、前記マニホールドに、前記複数の燃料電池セルの一端部が複数まとめて挿入される挿入孔が設けられ、前記挿入孔の内側面と前記燃料電池セルの一端部の外周面との隙間に、及び、隣接する前記燃料電池セルの一端部の外周面同士の隙間に、前記複数の燃料電池セル及び前記マニホールドを固定する固定材を有する接合部が充填され、前記接合部の前記マニホールド内に露出する部分は、シール材を有する封止部によって覆われることを特徴とする燃料電池がある。
【０００８】
従って、上記手段１，２に記載の発明によると、シール材を有する封止部は、接合部の表面においてマニホールド外に露出する部分ではなく、接合部の表面においてマニホールド内に露出する部分を覆っている。従って、燃料電池セルの変形等に伴って引張応力が発生したとしても、引張応力は固定材に吸収されてシール材には作用しにくくなるため、シール材が破損しにくくなる。また、シール材がマニホールド内に配置されることにより、シール材と燃料電池セルとの接触面積が小さくなり、シール材と燃料電池セルとの熱膨張係数差に起因する応力も小さくなるため、シール材が破損しにくくなる。以上のことから、シール材によるガス封止を確実に行うことができるため、燃料電池セルとマニホールドとの接合部の信頼性を向上させることができる。
【０００９】
さらに、手段１に記載の発明によれば、マニホールドに設けられた複数の挿入孔に対して、燃料電池セルの一端部がそれぞれ挿入されるため、燃料電池セルを高精度にかつ容易に位置決めすることができる。また、手段２に記載の発明によれば、マニホールドに設けられた１つの挿入孔に対して、複数の燃料電池セルの一端部が複数まとめて挿入される。この場合、複数の挿入孔を有するマニホールドを作製するなどの工程が不要になるため、燃料電池を低コストで製造することができる。
【００１０】
なお、燃料電池を構成するマニホールドは、耐熱性、化学的安定性、強度、燃料電池セルとの熱膨張係数差等を考慮すると、金属製マニホールドであることが好ましい。金属製マニホールドの形成材料の好適例としては、ＳＵＳ４３０、ＳＵＳ４４４、ＳＵＨ２１などのフェライト系ステンレス鋼が挙げられる。
【００１１】
なお、金属製マニホールドとして、クロミア（酸化クロム）被膜を形成する材料（例えば、上記したステンレス鋼）を用いる場合であって、シール材に含まれる材料がガラスである場合、ガラスがクロミアと反応する可能性があるため、シール材の信頼性が低下してしまう。そこで、マニホールドは、アルミニウム（Ａｌ）の含有量が例えば０．１重量％以上１０重量％以下となる耐熱性合金であることが好ましい。アルミニウムの含有量が０．１重量％以上であれば、表面にアルミナ被膜が形成されることによってマニホールドの耐酸化耐久性が向上するため、シール材の信頼性が向上する。なお、アルミニウムの含有量が１０重量％よりも多くなってしまうと、マニホールドの形成材料が硬くなるため、加工しにくくなる。
【００１２】
また、挿入孔の内側面と燃料電池セルの一端部の外周面との隙間、挿入孔の内側面と燃料電池セルの一端部の外周面との隙間、及び、隣接する燃料電池セルの一端部の外周面同士の隙間には、燃料電池セルとマニホールドとを固定する固定材を有する接合部が充填される。ここで、固定材は特に限定されないが、例えばコスト面等を考慮するとロウ材または無機接着剤であることが好ましい。また、固定材がロウ材である場合、ロウ材は貴金属を含有することが好ましい。ロウ材に含まれる貴金属としては、例えば、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、白金（Ｐｔ）などを挙げることができるが、コスト面等を考慮するとＡｇ（銀）であることが好ましい。即ち、固定材は、Ａｇを含有するロウ材であることが好ましい。また、ロウ材に含まれる貴金属がＡｇ（銀）である場合、ロウ材としては、銀と酸化物との混合体、具体的には、Ａｇ−Ａｌ２Ｏ３、Ａｇ−ＣｕＯ、Ａｇ−ＴｉＯ２、Ａｇ−Ｃｒ２Ｏ３、Ａｇ−ＳｉＯ２などが挙げられる。さらに、ロウ材として、銀と他の金属との合金、具体的には、Ａｇ−Ｇｅ−Ｃｒ、Ａｇ−Ｔｉ、Ａｇ−Ａｌ、Ａｇ−Ｐｄなどを用いることもできる。なお、ロウ材は、大気接合によって燃料電池セルを固定するものであることが好ましい。仮に、真空下や還元雰囲気下でロウ付けを行うと、燃料電池セル等の形成材料の特性が変化する可能性があるからである。
【００１３】
さらに、接合部の表面においてマニホールド内に露出する部分は、シール材を有する封止部によって覆われている。なお、シール材は、ガラス、ガラスセラミック、結晶化ガラス、ガラスとセラミックとの複合材のうちのいずれかの材料を、少なくとも含むことが好ましい。特に、シール材はガラスであることが好ましい。この場合、例えば、溶融させたシール材を供給するだけで封止部を形成できるため、シール材によるガス封止を容易に行うことができる。
【００１４】
上記課題を解決するための別の手段（手段３）としては、上記手段１または２に記載の燃料電池の製造方法であって、前記燃料電池セルを前記固定材で固定する固定工程と、前記固定材の表面において前記マニホールド内に露出しうる部分をシール材によって覆う被覆工程と、前記被覆工程後、前記マニホールドを形成するマニホールド形成工程とを含むことを特徴とする燃料電池の製造方法がある。
【００１５】
手段３に記載の発明によると、被覆工程では、接合部の表面においてマニホールド外に露出する部分ではなく、接合部の表面においてマニホールド内に露出する部分を、シール材によって覆っている。従って、燃料電池セルの変形等に伴って引張応力が発生したとしても、引張応力は固定材に吸収されてシール材には作用しにくくなるため、シール材が破損しにくくなる。また、被覆工程においてシール材がマニホールド内に配置されることにより、シール材と燃料電池セルとの接触面積が小さくなり、シール材と燃料電池セルとの熱膨張係数差に起因する応力も小さくなるため、シール材が破損しにくくなる。以上のことから、シール材によるガス封止を確実に行うことができるため、燃料電池セルとマニホールドとの接合部の信頼性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】第１実施形態における燃料電池の概略構成を示す断面図。
【図２】同じく、燃料電池スタックを示す平面図。
【図３】同じく、燃料電池セル及びマニホールドなどを示す分解斜視図。
【図４】同じく、燃料電池セルがマニホールドに立設された状態を示す平面図。
【図５】同じく、燃料電池セルがマニホールドに立設された状態を示す断面図。
【図６】第２実施形態における燃料電池セル及びマニホールドなどを示す分解斜視図。
【図７】同じく、燃料電池セルがマニホールドに立設された状態を示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
［第１実施形態］
以下、本発明を具体化した第１実施形態を図面に基づき詳細に説明する。
【００１８】
図１に示されるように、本実施形態の燃料電池１は、断熱構造を有する容器２を備えている。容器２内には、発電の最小単位である燃料電池セル１１を複数整列してなる燃料電池スタック１０が設けられている。また、容器２内には、燃料電池スタック１０の上方に存在する燃焼領域３を上下方向に通過する空気供給管４と、燃焼領域３の上方に配置された改質器５と、改質器５の上方に配置された熱交換部６とが設けられている。なお、容器２は、耐熱性金属からなる枠体７と、枠体７の内面に設けられた断熱材８とによって構成されている。
【００１９】
図２に示されるように、容器２内には３列の燃料電池スタック１０が設けられている。なお、隣接する燃料電池スタック１０においては、それぞれの燃料電池スタック１０の端部に位置する燃料電池セル１１が、導電部材４１を介して互いに電気的に接続されている。従って、本実施形態では、全ての燃料電池セル１１が直列接続されるようになっている。
【００２０】
また、本実施形態の燃料電池セル１１は、電極支持体１３、燃料極１４、固体電解質層１５及び空気極１６を備え、発電反応により電力を発生するようになっている。電極支持体１３は、断面略長円形状の柱状をなし、複数（本実施形態では４個）の燃料ガス通過孔１２を備えている。なお、電極支持体１３の形成材料としては、例えば、Ｙ、Ｌｕ、Ｙｂ、Ｔｍ、Ｅｒ、Ｈｏ、Ｄｙ、Ｇｄ、Ｓｍ、Ｐｒ等の希土類元素の酸化物の少なくとも１つと、Ｎｉ及びＮｉＯの少なくとも１つと、を混合した金属セラミック材料の混合物（サーメット）を使用することができる。また、Ａｌ２Ｏ３、ＭｇＯ、ＭｇＡｌ２Ｏ４などのセラミック材料で形成した多孔質であってもよい。
【００２１】
図２に示されるように、燃料極１４は、電極支持体１３の外周面に貼付され、燃料ガス通過孔１２を介して電極支持体１３内に供給された燃料ガスに接することにより、燃料電池セル１１における負電極として機能するようになっている。なお、燃料極１４の形成材料としては、例えば、Ｓｃ、Ｙ、Ｃａなどにより安定化されたＺｒＯ２系セラミック、及び、希土類元素（Ｓｍ、Ｇｄなど）をドープしたＣｅＯ２系セラミック等のうち、少なくとも１つのセラミック材料と、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｎｉ、Ｆｅ等の金属材料及びそれら金属材料の合金のうちの少なくとも１つと、を混合した金属セラミック材料の混合物（サーメット）を用いることができる。本実施形態の燃料極１４は、イットリア安定化ジルコニアとニッケルとの混合物（Ｎｉ−ＹＳＺ）によって形成されている。
【００２２】
また、固体電解質層１５は、燃料極１４の外側面全体に貼付されている。なお、固体電解質層１５の形成材料としては、例えば、ＺｒＯ２系セラミック、ＬａＧａＯ３系セラミック、ＢａＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＣｅＯ３系セラミック、ＳｒＺｒＯ３系セラミック、ＣａＺｒＯ３系セラミックなどを用いることができる。本実施形態の固体電解質層１５は、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）などのＺｒＯ２系セラミックによって形成されている。また、固体電解質層１５の熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２８５；２００３に規定されるものであり、具体的には８〜１０ｐｐｍ／℃程度となっている。なお、固体電解質層１５の熱膨張係数は、常温〜３００℃間の測定値の平均値をいう。固体電解質層１５は、酸素イオン伝導性固体電解質体として機能するようになっている。
【００２３】
図２に示されるように、空気極１６は、固体電解質層１５の外側面の一部に貼付され、空気供給管４を介して隣接する燃料電池セル１１間に供給された空気（酸化剤ガス）に接することにより、燃料電池セル１１における正電極として機能するようになっている。なお、空気極１６の形成材料としては、例えば、金属材料、金属の酸化物、金属の複合酸化物などを挙げることができる。金属材料の好適例としては、Ｐｔ、Ａｕ、Ａｇ、Ｐｄ、Ｉｒ、Ｒｕ、Ｒｈ等やそれらの合金などがある。金属の酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｃｏ、Ｍｎ、Ｆｅの酸化物（Ｌａ２Ｏ３、ＳｒＯ、Ｃｅ２Ｏ３、Ｃｏ２Ｏ３、ＭｎＯ２、ＦｅＯ）などがある。金属の複合酸化物の好適例としては、例えば、Ｌａ、Ｐｒ、Ｓｍ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ｍｎを含有する複合酸化物（Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＦｅＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＣｏ１−ｙＦｅｙＯ３系複合酸化物、Ｌａ１−ｘＳｒｘＭｎＯ３系複合酸化物、Ｐｒ１−ｘＢａｘＣｏＯ３系複合酸化物、Ｓｍ１−ｘＳｒｘＣｏＯ３系複合酸化物）などがある。
【００２４】
図２に示されるように、電極支持体１３の外周面において空気極１６の反対側に位置する箇所には、インターコネクタ１７が貼付されている。インターコネクタ１７は、電極支持体１３の外周面において燃料極１４が貼付されていない領域に配置されている。また、インターコネクタ１７の両端には、燃料極１４の両端及び固体電解質層１５の両端が接合されている。なお、インターコネクタ１７の形成材料としては、ランタンクロマイト系のペロブスカイト型酸化物（ＬａＣｒＯ３系酸化物）を用いることができる。
【００２５】
さらに、隣接する燃料電池セル１１の間には、集電部材１８が設けられている。集電部材１８は、一方の燃料電池セル１１に設けられたインターコネクタ１７と他方の燃料電池セル１１に設けられた空気極１６とを電気的に接続するようになっている。なお、各燃料電池スタック１０の両端部（図２では上端部及び下端部）に位置する燃料電池セル１１には、上述した導電部材４１が設けられている。導電部材４１には、電力取出手段（図示略）が接続されるようになっている。なお、集電部材１８は、金属やセラミック材料からなる部材、または、金属繊維や合金繊維からなるフェルトに対して、所定の表面処理を施すことにより形成されるようになっている。
【００２６】
そして、図１，図３〜図５に示されるように、複数の燃料電池セル１１は、容器２内に設けられたマニホールド５０に立設されるようになっている。本実施形態のマニホールド５０は、金属板（厚さ１．５ｍｍ）の折曲加工によって形成されている。マニホールド５０は、主として鉄（Ｆｅ）を主成分とする金属材料によって形成され、３重量％のアルミニウム（Ａｌ）を含有する耐熱性合金である。そして、マニホールド５０の表面にはアルミナの被膜が形成されている。マニホールド５０の熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２８５；２００３に規定されるものであり、具体的には１０ｐｐｍ／℃以上１２ｐｐｍ／℃以下となっている。なお、マニホールド５０の熱膨張係数は、常温〜３００℃間の測定値の平均値をいう。
【００２７】
また、マニホールド５０は、開口部５１を有する箱状のマニホールド本体５２と、開口部５１を塞ぐ天板５３とからなっている。天板５３は、下面が開口する箱状をなしている。また、天板５３には、複数のスリット５４（挿入孔）が等間隔に配置されている。各スリット５４は、天板５３の幅方向に沿って延びており、互いに平行をなしている。なお、スリット５４の長さＡ１（図４参照）は、燃料電池セル１１の下端部をスリット５４の底面５５に載置できる程度であって、燃料電池セル１１が天板５３の側方に突出しない程度の大きさに設定されている。即ち、スリット５４の長さＡ１は、燃料電池セル１１の幅Ａ２（図４参照）よりも大きくなっている。また、スリット５４の幅Ａ３（図４参照）は、燃料電池セル１１の厚さＡ４（図４参照）よりも大きくなっている。なお、各スリット５４内には、燃料電池セル１１の下端部（一端部）が挿入され、燃料電池セル１１の下端部の外周面は、スリット５４の側面５６から離間するようになっている。
【００２８】
図５に示されるように、スリット５４の内側面（側面５６）と燃料電池セル１１の下端部の外周面との隙間には、貴金属である銀（Ａｇ）を含有するロウ材６１（固定材）で構成された接合部６０が充填されている。ロウ材６１は、燃料電池セル１１をマニホールド５０に固定するためのものである。なお、ロウ材６１は、燃料電池セル１１の下端部において、下端面を除く領域を覆うようになっている。また、ロウ材６１は、スリット５４内に配置される領域に加えて、マニホールド５０内に突出する領域とマニホールド５０外に突出する領域とを覆うようになっている。
【００２９】
さらに、接合部６０の表面においてマニホールド５０内に露出する部分は、シール材７１を有する封止部７０によって覆われている。本実施形態のシール材７１は、無機材料であるガラス（ＳＣＨＯＴＴ社製  Ｇ０１８−３１１）を含むものである。シール材７１の熱膨張係数は、ＪＩＳ  Ｚ  ２２８５；２００３に規定されるものであり、具体的には８〜１２ｐｐｍ／℃程度となっている。なお、シール材７１の熱膨張係数は、常温〜３００℃間の測定値の平均値をいう。
【００３０】
なお、図１に示されるように、マニホールド５０には、燃料電池セル１１の内部に燃料ガスを供給する燃料ガス供給管５７が接続され、この燃料ガス供給管５７は改質器５に接続されている。改質器５には、被改質ガスを供給する被改質ガス供給管５８が接続されている。よって、被改質ガスは、外部から被改質ガス供給管５８を介して改質器５に供給され、改質器５で燃料ガスに改質される。そして、燃料ガスは、燃料ガス供給管５７を介してマニホールド５０に供給される。
【００３１】
また、熱交換部６は、燃料電池セル１１の上方で燃焼された排ガスを排出する排ガス通路２１と、燃焼領域３を介して燃料電池スタック１０に対向して配置される空気収容室２２とによって構成されている。排ガス通路２１は、燃料電池セル１１の上方から外部に向けて排ガスを排出するように構成されている。空気収容室２２は、外部から導入された空気を溜めておくものであり、空気供給管４に連通している。また、排ガス通路２１は、空気収容室２２の周囲を包囲するように配置されており、排ガス通路２１内の排ガスと空気収容室２２内の空気との間で熱交換が行われるようになっている。
【００３２】
従って、本実施形態の燃料電池１では、外部からの空気が空気収容室２２に導入され、空気供給管４を介して隣接する燃料電池セル１１の間に供給される。また、被改質ガスは、被改質ガス供給管５８を介して改質器５内に供給され、改質器５によって燃料ガスに改質される。そして、燃料ガスは、燃料ガス供給管５７を介してマニホールド５０内に供給され、マニホールド５０内のガスは、複数の燃料電池セル１１の燃料ガス通過孔１２内を通過する。その結果、燃料ガス中の水素と空気中の酸素とが固体電解質層１５を介して反応（発電反応）し、空気極１６を正極、燃料極１４を負極とする直流の電力が発生する。
【００３３】
なお、発電に用いられなかった余剰の燃料ガスは、燃料ガス通過孔１２の上端から燃焼領域３内に導かれ、発電に用いられなかった余剰の空気は、燃焼領域３内に導かれる。このとき、余剰の燃料ガスと余剰の空気とが反応して燃焼し、燃焼ガスが発生する。その後、燃焼ガスが燃焼ガス導入口２３を介して熱交換部６の排ガス通路２１に導入され、熱交換部６の上端から排出される。
【００３４】
次に、燃料電池１の製造方法を説明する。
【００３５】
まず、燃料電池セル１１を、従来周知の手法に従って形成する。具体的には、電極支持体１３となる押出成形体上に燃料極１４となるグリーンシートを積層し、焼成する。次に、燃料極１４上に固体電解質層１５となるグリーンシートを積層し、焼成する。さらに、固体電解質層１５上に空気極１６の形成材料を印刷した後、焼成する。この時点で、燃料電池セル１１が形成される。
【００３６】
次に、固定工程を行い、燃料電池セル１１をロウ材６１で固定する。具体的には、天板５３に設けられたスリット５４の内側面と、燃料電池セル１１の下端部の外周面とのそれぞれにロウ材６１を配置する。例えば、ペースト状のロウ材６１を、スリット５４の内側面と、燃料電池セル１１の下端部の外周面とにそれぞれ印刷する。なお、印刷によってロウ材６１を配置する代わりに、ディスペンサを用いてロウ材６１を配置するようにしてもよい。
【００３７】
次に、ロウ材６１を溶融し、燃料電池セル１１を天板５３に接合する。具体的には、燃料電池セル１１の下端部を天板５３のセパレータ５４に挿入した状態で、大気雰囲気下で、例えば８５０〜１１００℃で加熱する。その結果、燃料電池セル１１側のロウ材６１と天板５３側のロウ材６１とがそれぞれ溶融し、スリット５４の内側面と燃料電池セル１１の下端部の外周面との隙間にロウ材６１が充填され、燃料電池セル１１が天板５３に接合される。即ち、ロウ材６１は、大気接合によって燃料電池セル１１を固定するものである。
【００３８】
続く被覆工程では、ロウ材６１の表面においてマニホールド５０内に露出しうる部分をシール材７１によって被覆する。具体的には、シール材７１を含むペーストを印刷することにより、ロウ材６１の表面に対してシール材７１を配置する。さらに、シール材７１を含むペーストを、大気雰囲気下で、ロウ材６１の溶融時よりも低い温度（本実施形態では７００℃以上９５０℃以下）で加熱する。その結果、ペーストが溶融し、シール材７１が形成される。なお、ペーストの印刷及び溶融によってシール材７１を形成する代わりに、溶融させたペーストを、ディスペンサなどを用いてロウ材６１の表面に供給することによって、シール材７１を形成してもよい。
【００３９】
被覆工程後、マニホールド５０を形成するマニホールド形成工程を行う。具体的には、マニホールド本体５２の開口部５１の開口端面上に、天板５３の開口端面を載置する。そして、ペースト状の接合材（図示略）を天板５３とマニホールド本体５２との間に流し込み、乾燥及び熱処理を行う。その結果、マニホールド本体５２と天板５３とが接合材を介して互いに固定され、マニホールド５０が形成される。この時点で、燃料電池セル１１が形成される。
【００４０】
次に、複数の燃料電池セル１１を集電部材１８を介して一体化することにより、燃料電池スタック１０を形成する。そして、３つの燃料電池スタック１０等を容器２内に収容する工程を行えば、燃料電池１が完成する。
【００４１】
従って、本実施形態によれば以下の効果を得ることができる。
【００４２】
（１）本実施形態の燃料電池１では、シール材７１を有する封止部７０が、接合部６０の表面においてマニホールド５０外に露出する部分ではなく、接合部６０の表面においてマニホールド５０内に露出する部分を覆っている。従って、燃料電池セル１１の変形等に伴って引張応力が発生したとしても、引張応力はロウ材６１に吸収されてシール材７１には作用しにくくなるため、シール材７１が破損しにくくなる。また、シール材７１がマニホールド５０内に配置されることにより、シール材７１と燃料電池セル１１との接触面積が小さくなり、シール材７１と燃料電池セル１１との熱膨張係数差に起因する応力も小さくなるため、シール材７１が破損しにくくなる。以上のことから、シール材７１によるガス封止を確実に行うことができるため、燃料電池セル１１とマニホールド５０との接合部６０の信頼性を向上させることができる。
【００４３】
（２）本実施形態によれば、マニホールド５０の天板５３に設けられた複数のスリット５４に対して、燃料電池セル１１の下端部がそれぞれ挿入されるため、燃料電池セル１１を高精度にかつ容易に位置決めすることができる。
【００４４】
（３）本実施形態では、シール材７１を有する封止部７０が、接合部６０の表面においてマニホールド５０内に露出する部分を覆っているため、接合部６０を構成するロウ材６１が、マニホールド５０内の燃料ガス（水素）に対して直接接触しなくなる。その結果、ロウ材６１への水素の移動が阻止されるため、ロウ材６１中での水素の拡散が抑制され、水素と酸素との反応を起因とするボイドの発生を防止することができる。
【００４５】
（４）本実施形態において用いられるロウ材６１は、銀を含み、大気雰囲気下でロウ付けの温度に到達したとしても酸化しにくいため、大気雰囲気下でのロウ付けが可能となる。従って、ロウ付け時における燃料電池セル１１（特に空気極１６）の性能低下を防止することができる。具体的に言うと、空気極１６が例えばＬＳＣＦ（Ｌａ０．６Ｓｒ０．４Ｃｏ０．２Ｆｅ０．８Ｏ３）によって構成される場合に、ＬＳＣＦの結晶構造が変化することに起因する性能低下を防止することができる。さらに、燃料電池セル１１の性能低下を防止するために、ロウ付け時の雰囲気をアルゴン（Ａｒ）等の不活性ガスにしなくても済むため、装置や工程の複雑化を防止することができる。
【００４６】
（５）本実施形態では、マニホールド５０内の燃料ガスが燃料電池セル１１の下端部から電極支持体１３内に導かれるため、例えば配管等を用いたりしなくても、マニホールド５０から燃料電池セル１１に燃料ガスを供給することができる。
【００４７】
（６）本実施形態では、発電に寄与しなかった余剰の燃料ガスと余剰の空気とが燃焼領域３内で反応して燃焼し、燃焼ガスとなる。そして、燃焼ガスは、排ガス通路２１に導かれて空気収容室２２内の空気との間で熱交換されることにより、発電に用いられる空気収容室２２内の空気を加熱する。その結果、燃料電池セル１１の加熱を開始してから発電が行われるまでの時間（起動時間）を大幅に短縮することができる。さらに、本実施形態では、燃焼領域３内に改質器５が配置されるため、燃焼ガスによって改質器５を直接加熱することができる。その結果、改質に必要な熱が改質器５に対して十分に供給されるため、改質器５の改質性能が向上する。
【００４８】
［第２実施形態］
以下、本発明を具体化した第２実施形態を図面に基づき説明する。
【００４９】
本実施形態では、マニホールドの構造が前記第１実施形態とは異なっている。詳述すると、図６，図７に示されるように、マニホールド１５０は、開口部１５１を有する箱状のマニホールド本体１５２と、開口部１５１を塞ぐ矩形板状の底板１５３とからなっている。なお、マニホールド本体１５２及び底板１５３は、ペースト状の接合材（図示略）をマニホールド本体１５２と底板１５３との間に流し込んで乾燥及び熱処理を行うことにより、互いに固定されるようになっている。
【００５０】
また、マニホールド本体１５２において開口部１５１の反対側に位置する天板部１５４には、平面視矩形状をなす挿入孔１５５が設けられている。挿入孔１５５の幅Ｂ１（図６参照）は、燃料電池セル１１１の幅Ｂ２（図６参照）よりも大きくなっている。また、挿入孔１５５の幅Ｂ３（図６，図７参照）は、燃料電池セル１１１の厚さＢ４（図６，図７参照）よりも大きくなっている。詳述すると、幅Ｂ３は、全ての燃料電池セル１１１の下端部を挿入孔１５５内に挿入できる程度の大きさに設定されている。なお、挿入孔１５５内には、各燃料電池セル１１１の下端部が挿入され、燃料電池セル１１１の下端部の外周面が挿入孔１５５の内側面から離間するとともに、隣接する燃料電池セル１１１の下端部の外周面同士が互いに離間している。また、挿入孔１５５の開口端部には、環状の折り返し部１５６が形成されている。
【００５１】
図６，図７に示されるように、挿入孔１５５の内側面と燃料電池セル１１１の下端部の外周面との隙間、及び、隣接する燃料電池セル１１１の下端部の外周面同士の隙間には、ロウ材１６１（固定材）で構成された接合部１６０が充填されている。ロウ材１６１は、各燃料電池セル１１１をマニホールド１５０に固定するためのものである。さらに、接合部１６０の表面においてマニホールド１５０内に露出する部分は、シール材１７１を有する封止部１７０によって覆われている。
【００５２】
従って、本実施形態では、マニホールド１５０に設けられた１つの挿入孔１５５に対して、複数の燃料電池セル１１１の下端部が複数まとめて挿入される。この場合、上記第１実施形態の工程、具体的には、複数のスリット５４を有する天板５３を作製するなどの工程が不要になるため、燃料電池１を低コストで製造することができる。
【００５３】
なお、本実施形態を以下のように変更してもよい。
【００５４】
・上記各実施形態では、燃料電池セル１１，１１１を固定する固定材としてロウ材６１，１６１が用いられていたが、無機接着剤などの他の材料を固定材として用いてもよい。なお、無機接着剤としては、セラミック系接着剤、ガラス系接着剤、セメント系接着剤などが挙げられるが、特には、１２００℃程度の耐熱性を有するシリカ−アルミナ系無機接着剤であることが好ましい。
【００５５】
・上記第１実施形態では、マニホールド本体５２と天板５３とをペースト状の接合材を介して互いに固定することにより、マニホールド５０を形成していた。しかし、マニホールド本体５２と天板５３とを溶接することによって、マニホールド５０を形成するようにしてもよい。同様に、第２実施形態では、マニホールド本体１５２と底板１５３とをペースト状の接合材を介して互いに固定することにより、マニホールド１５０を形成していた。しかし、マニホールド本体１５２と底板１５３とを溶接することによって、マニホールド１５０を形成するようにしてもよい。
【００５６】
・上記第２実施形態では、接合部１６０の表面においてマニホールド１５０内に露出する部分が、ガラス（シール材７１）を含むペーストによって覆われていたが、ガラスシートなどの他の部材によって覆われていてもよい。
【００５７】
次に、特許請求の範囲に記載された技術的思想のほかに、前述した実施形態によって把握される技術的思想を以下に列挙する。
【００５８】
（１）上記手段１において、前記燃料電池セルの一端部の外周面が、挿入孔の内側面から離間していることを特徴とする燃料電池。
【００５９】
（２）上記手段２において、隣接する前記燃料電池セルの一端部の外周面同士が互いに離間していることを特徴とする燃料電池。
【符号の説明】
【００６０】
１…燃料電池
１１，１１１…燃料電池セル
５０，１５０…マニホールド
５４…挿入孔としてのスリット
６０，１６０…接合部
６１，１６１…固定材としてのロウ材
７０，１７０…封止部
７１，１７１…シール材
１５５…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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