(57)【要約】【課題】高いガスシール性を有し、且つ、耐熱サイクルに優れる信頼性の高いマニホールド機構を提供する。【解決手段】固体電解質層の両面に電極層を配して構成した発電セル５と内部に反応用ガスの通路９、１０を有するセパレータ８を交互に複数積層して構成した燃料電池スタック１と、セパレータ８の厚さ方向に設けたガス導入孔１３、１４を介してガス通路９、１０に連通する絶縁性のマニホールドリング１５、１６を備える。このマニホールドリング１５、１６は、燃料電池の作動温度より高い軟化点を有するガラス層１９と、当ガラス層１９の両面に配した金属層１８、１８とで構成される。本構成では、燃料電池の作動温度下においてもガラス層１９は固化状態を維持しているため、金属層同士の接合部は高いガスシール性を有し、且つ、セパレータ間の絶縁は確実に確保されている。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体電解質層の両面に電極層を配して構成した発電セルと内部に反応用ガスの通路を有するセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記セパレータの厚さ方向に設けたガス導入孔を介して前記ガス通路に連通する絶縁性のマニホールドリングを備え、前記セパレータのガス通路を通して各電極層に反応用のガスを供給するように構成した燃料電池において、前記マニホールドリングは、前記燃料電池の作動温度より高い軟化点を有するガラス層と、当該ガラス層の両面に配した金属層とで構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
固体電解質層の両面に電極層を配して構成した発電セルと内部に反応用ガスの通路を有するセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記セパレータの厚さ方向に設けたガス導入孔を介して前記ガス通路に連通する絶縁性のマニホールドリングを備え、前記セパレータのガス通路を通して各電極層に反応用のガスを供給するように構成した燃料電池において、前記マニホールドリングは、セラミックス層と、ロウ材を介して当該セラミックス層の両面に配した金属層とで構成されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
前記金属層が接するセパレータの表面部位に、前記マニホールドリングの位置決用となる凹部を設けたことを特徴とする請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池。
【請求項４】
前記セパレータに接する前記金属層の表面部位に大きな流路抵抗を奏する細かな溝を複数形成したことを特徴とする請求項１から請求項３までの何れかに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記金属層の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したことを特徴とする請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記金属層と前記セパレータの接触部分が、燃料電池の作動雰囲気中での熱拡散により接合され、シールされていることを特徴とする請求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、積層構造を有する燃料電池に関し、特に燃料電池のマニホールド機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）は第三世代の発電用燃料電池として開発が進んでいる。現在、この固体酸化物形燃料電池は、円筒型、モノリス型、及び平板積層型の３種類が提案されており、何れも酸化物イオン伝導体から成る固体電解質を両側から空気極（カソード）と燃料極（アノード）で挟み込んだ積層構造を有する。この積層体から成る発電セルが、間に燃料極集電体と空気極集電体を介在してセパレータと交互に複数積層されることにより、燃料電池スタックとして構成される。
【０００３】
一例として、前記固体電解質層はイットリアを添加した安定化ジルコニア（ＹＳＺ）等で構成され、前記燃料極層はＮｉ、Ｃｏ等の金属あるいはＮｉ−ＹＳＺ、Ｃｏ−ＹＳＺ等のサーメットで構成され、前記空気極層はＬａＭｎＯ３  、ＬａＣｏＯ３  等で構成され、前記燃料極集電体はＮｉ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記空気極集電体はＡｇ基合金等のスポンジ状の多孔質焼結金属板で構成され、前記セパレータはステンレス等で構成される。
【０００４】
所謂、固体酸化物形燃料電池では、反応用のガスとして空気極側に酸化剤ガス（酸素）  が、燃料極側に燃料ガス  （Ｈ２  、ＣＯ、ＣＨ４  等）  が供給される。空気極と燃料極は、ガスが固体電解質との界面に到達することができるよう、何れも多孔質の層とされている。
空気極側に供給された酸素は、空気極層内の気孔を通って固体電解質層との界面近傍に到達し、この部分で空気極から電子を受け取って酸化物イオン（Ｏ２−）にイオン化される。この酸化物イオンは、燃料極に向かって固体電解質層内を拡散移動する。燃料極との界面近傍に到達した酸化物イオンは、この部分で、燃料ガスと反応して反応生成物（Ｈ２  Ｏ、ＣＯ２  等）を生じ、燃料極に電子を放出する。この電子を別ルートの外部回路にて起電力として取り出すことができる。
【０００５】
ところで、燃料電池では、外部より反応ガスを導入し、積層された発電セルの各々に分配するガス供給機構として、燃料スタックの内部にマニホールドを備えている。このマニホールドは、マニホールドリングと呼ばれるリング部材を各セパレータ間に介在し各々を接合しながら積層方向に延設した管状体であり、燃料ガス導入用と酸化剤ガス導入用の二本から成る。
【０００６】
これらのマニホールド内を流通する反応用ガスは、各積層毎にセパレータとの接合部分で分配させられ、セパレータに設けたガス通路を通して発電セルの電極層に供給されるようになっている。このため、マニホールドリングとセパレータとの連結部分はガス漏れを生じない高いシール性（気密性）が要求されており、また、マニホールドを配設することにより各セパレータ同士が機械的に接触して電気的に短絡しないよう、個々のマニホールドリングには確実な電気絶縁性が要求されている。
尚、係るマニホールド機構は、例えば、特許文献１や特許文献２に開示されている。
【０００７】
【特許文献１】
特開平７−２０１３５３号公報
【特許文献２】
特開平８−２７９３６４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記マニホールドが高いシール性と確実な電気絶縁性が要求されることは既述の通りである。従来、セパレータ間の絶縁性を確保するためにセラミックス製のマニホールドリングを使用し、且つ、ガス漏れしないようセパレータとの接合部分をガラス材にてシールする機構が採られているが、金属製のセパレータとこのセラミックス製のマニホールドリングでは熱膨張率に大きな差があるため、燃料電池作動時の昇降温の繰り返し（熱サイクル）時に、その熱膨脹差で生じる応力によってマニホールドリングが破損したり、接合部分に剥離が生じたりするという問題が有り、且つ、シール部にあっては、燃料電池の作動温度おいてガラス材が溶融した液シールを行うため、シール性に問題を残していた。
【０００９】
本発明は、上記従来の問題点に鑑みて成されたもので、燃料電池の熱サイクルに対し優れた耐久性と高いガスシール性を有するマニホールド機構を備えた燃料電池を提供することを目的としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、請求項１に記載の本発明は、固体電解質層の両面に電極層を配して構成した発電セルと内部に反応用ガスの通路を有するセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記セパレータの厚さ方向に設けたガス導入孔を介して前記ガス通路に連通する絶縁性のマニホールドリングを備え、前記セパレータのガス通路を通して各電極層に反応用ガスを供給するように構成した燃料電池において、前記マニホールドリングは、前記燃料電池の作動温度より高い軟化点を有するガラス層と、当該ガラス層の両面に配した金属層とで構成したことを特徴としている。
本構成では、ガラス層の介在により金属層同士の接合部分が確実に絶縁され、シールされ、ガス漏れが防止されると共に、燃料電池の作動温度下においてもこのガラス層は軟化・溶融せず、常時固化状態を維持するため、各セパレータ間の絶縁は常に確実に確保できる。
【００１１】
また、請求項２に記載の本発明は、固体電解質層の両面に電極層を配して構成した発電セルと内部に反応用のガス通路を有するセパレータを交互に複数積層して構成した燃料電池スタックと、前記セパレータの厚さ方向に設けたガス導入孔を介して前記ガス通路に連通する絶縁性のマニホールドリングを備え、前記セパレータのガス通路を通して各電極層に反応用のガスを供給するように構成した燃料電池において、前記マニホールドリングは、セラミックス層と、ロウ材を介して当セラミックス層の両面に配した金属層とで構成したことを特徴としている。一般的にロウ材は優れた展延性を有するから、燃料電池の作動温度下における金属層とセラミックス層の熱膨張差で生じる応力が緩和され、熱サイクルによるマニホールドリングの破損（例えば、熱応力による金属層とセラミックス層の接合部の剥離）を防止できる。
【００１２】
また、請求項３に記載の本発明は、請求項１または請求項２の何れかに記載の燃料電池において、前記金属層が接するセパレータの表面部位に、前記マニホールドリングの位置決用となる凹部を設けたことを特徴としている。
発電セルの積層工程において、マニホールドリングを容易に、且つ、正確に位置決め・配置できることから、燃料電池スタックの組立が簡素化され、組立工数の低減が図れると共に、マニホールドリングの位置ズレを回避し、ガス漏れによる電池性能の低下を防止できる。
【００１３】
また、請求項４に記載の本発明は、請求項１から請求項３までの何れかに記載の燃料電池において、前記セパレータに接する前記金属層の表面部位に大きな流路抵抗を奏する細かな溝を複数形成したことを特徴としている。
この細かな溝による差圧効果で、セパレータとマニホールドリングの接合面に高いガスシール性（気密性）が得られるようになる。
【００１４】
また、請求項５に記載の本発明は、請求項１から請求項４までの何れかに記載の燃料電池において、前記金属層の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したことを特徴としている。
被覆層を設けることにより、金属層とセパレータの熱拡散による接合の強度が強化される。
【００１５】
また、請求項６に記載の本発明は、求項１から請求項５までの何れかに記載の燃料電池において、前記金属層と前記セパレータの接触部分が、燃料電池の作動雰囲気中での熱拡散により接合され、シールされていることを特徴としている。燃料電池スタックの組立（単セルの積層）は、予め作製しておいたマニホールドリングを用いて行う。尚、当マニホールドリングの作製は、燃料電池の作動温度より高い温度下でガラス層を溶融し、その接着作用により金属層同士を接合することにより行う。
組立後、燃料電池を作動すると、昇温による高温雰囲気中でマニホールドリングの金属層とセパレータの接触部分が熱拡散により接合される。燃料電池の作動中にマニホールドリングのガラスシール（ガラス層）が軟化・溶融することはなく固化状態を維持しており、よって常に高いガスシール性と絶縁が確保されている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明に係る燃料電池の実施形態を説明する。
【００１７】
図１は本発明が適用された平板積層型固体酸化物形燃料電池の構成を示す分解斜視図、図２は図１のＩＩ−ＩＩ断面図である。
【００１８】
図１に示すように、燃料電池スタック１は、固体電解質層の両面に燃料極層と空気極層を配して構成した発電セル５と、燃料極層の外側に配した燃料極集電体６と、空気極層の外側に配した空気極層集電体７と、各集電体６、７の外側に配したセパレータ８とで構成した単セルを、間に絶縁性の燃料用マニホールドリング１５と酸化剤用マニホールドリング１６を介在して多数積層して成る。尚、単セルを構成する各要素は、従来と同様の物性のものが使用できる。
【００１９】
ここで、前記セパレータ８は、表面に酸化防止のためのＡｇメッキ処理等を施した厚さ数ｍｍ程度の四角状ステンレス板（本実施形態ではステンレス板２枚の張り合わせ構造としている）で構成されており、内部に燃料ガスが流通する燃料ガス通路９と、酸化剤ガスが流通する酸化剤ガス通路１０が形成されている。但し、図１に示すように、最下部に位置するセパレータ８については、燃料ガス通路９のみが形成され、一方、最上部のセパレータ８には、酸化剤ガス通路１０のみが形成されている。
【００２０】
燃料ガス通路９の一端は、セパレータ８の左端中央部に設けた燃料ガス導入孔１３に連通しており、他端が前記燃料極集電体６と対面するセパレータ中央のガス吐出孔１１に連通している。また、酸化剤ガス通路１０の一端は、セパレータ８の右端中央部に設けた燃料ガス導入孔１４に連通しており、他端が前記空気極集電体７と対面するセパレータ中央部のガス吐出孔１２に連通している。これらガス導入孔１３、１４は楕円形状を成している。尚、最上部のセパレータ８には酸化剤ガス導入孔１４のみ形成されており、且つ、この酸化剤ガス導入孔１４は下側にのみ開口している。上下端を除く部分の各ガス導入孔１３、１４は何れも板厚方向に貫通するものである。
また、最下部のセパレータ８は、外部からの反応用ガスを導入するためのガス導入通路２４、２５を有し、その分板厚は厚く、この内、燃料ガスが供給される燃料ガス導入通路２５は前記燃料ガス導入孔１３に連通し、酸化剤ガスが供給される酸化剤ガス導入通路２４は前記酸化剤ガス導入孔１４に連通している。
【００２１】
前記燃料ガス導入孔１３の開口部には燃料ガスが流通する燃料用マニホールドリング１５が配設され、前記酸化剤ガス導入孔１４の開口部には酸化剤ガスが流通する酸化剤用マニホールドリング１６が配設されており、単セルを積み上げてスタック化することにより、これら多数のマニホールドリング１５、１６がセパレータ８の各ガス導入孔１３、１４を介して縦方向（積層方向）に連結されて管状のマニホールドが形成されるようになっている。但し、最上部に位置するセパレータ８の酸化剤ガス導入孔１４については貫通孔とせず、既述したように下側にのみ開口する孔構造と成している。この二本のマニホールドには、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスが流通する。
【００２２】
また、図２に示すように、これらのガス導入孔１３、１４の開口縁部には、各マニホールドリング１５、１６をセパレータ面上に正しく位置決するための楕円形状の凹部１７が形成されている。凹部１７を設けることにより、相互の位置ズレを無くして各ガス導入孔１３、１４と各マニホールドリング１５、１６を配置でき、スタック化を容易に行える。位置ズレを無くすことにより、セパレータ８と各マニホールドリング１５、１６の接合部のシール性は向上し、ガス漏れは完全に防止できる。
尚、本実施形態では、各マニホールドリング１５、１６の上下両端面が当接する上下セパレータ８の双方にそれぞれ凹部１７を設けたが、下側に当たるセパレータ８にのみに凹部１７を設けても、位置決めは可能である。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、前記燃料用マニホールドリング１５および酸化剤用マニホールドリング１６は各々ガス導入孔１３、１４の開口形状に合わせた楕円形状に形成されている。各ガス流路を楕円形状としたのは、セパレータ８の長手サイズを延長せずに、円形の場合に比してガス流路体積を大きくできることと、単セル積層時のズレや傾きに対する各ガス導入孔１３、１４と各マニホールドリング１５、１６との整合性をより良好にできること、等の理由によるが、全て円形に統一しても勿論構わない。
【００２４】
図３（ｂ）は上記した各マニホールドリング１５、１６の第１実施形態を示し、中間部に配した絶縁・シール層となるリング状のガラス層１９と、このガラス層１９の両面に配したリング状の金属層１８とで構成される。
本実施形態では、金属層１８としてフェライト基のステンレスを用い、表面に下地ＮｉメッキにＡｇメッキを施した被覆層（メッキ層）が形成されている。フェライト基ステンレスの場合、メッキ層と基材となるステンレスとの密着性において特に優れており、よって、セパレータ表面の銀メッキとの熱拡散による接合の強度が極めて強固になるという利点を有する。メッキ材としては、上記の他、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒ等を用いることができる。
【００２５】
また、ガラス層１９としては、燃料電池の作動温度（７５０℃程度）より高い８００℃以上の軟化点を持つガラス材が用いられる。従って、燃料電池の作動中にガラス層１９が溶融することはなく、ガラス層１９は常に固化状態を維持しているため、金属層間、即ち、セパレータ間の絶縁は常に確実に確保されることになる。
因みに、燃料電池の作動温度において軟化したガラス材によってマニホールドの流路接合部をシールをするといった構造が従来より採られている一般的なガスシール機構である。
【００２６】
また、ガラス材として金属層１８とほぼ同じ熱膨張率を有する、例えば、ＳｉＯ２  −Ｂ２  Ｏ３  −ＣａＯ等（熱膨張係数：１０．５×１０−６  ／℃）を用いることにより、燃料電池の昇降温過程に伴う熱応力の発生を無くし、熱サイクルに耐え得る絶縁層を形成することができる。
因みに、金属層１８（例えば、ＳＵＳ４３０）の熱膨張係数は１０．６×１０−６  ／℃程度である。
【００２７】
次に、図４は、これらマニホールド１５、１６の第２の実施形態を示し、中間部にリング状のセラミックス層２０を配すると共に、ロウ材２１を介してこのセラミックス層２０の両面に金属層１８を接合した構造を有する。
本構成の場合では、燃料電池の作動温度より高い軟化点を持つロウ材２１を使用しており、例えば、軟化点が８７０℃のＪＩＳ規格ＢＡｇ−８等の銀ロウ等が好適である。特に、銀ロウは軟化点が高いばかりでなく展延性も優れているため、この展延性により燃料電池の作動温度における金属層１８とセラミックス層２０の熱膨張差で生じる応力を緩和することができ、燃料電池の熱サイクルで生じ易い金属層１８とセラミックス層２０の剥離が防止できる。
尚、この場合も、前記第１実施形態と同様に、金属層１８の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成することが好ましい。
【００２８】
また、図５に示すように、図３（ｂ）に示したマニホールドリング１５、１６おいて、セパレータ８と接触する金属層１８の表面部位に細かな溝１８ａを多数形成する構造にすると良い。
金属同士の接触面に設けた細かな溝１８ａは大きな流路抵抗を有しているため、各マニホールド内に反応用のガスが導入されても溝１８ａによる差圧効果で溝内にガスが流れ込むことはなく、セパレータ８と各マニホールドリング１５、１６との接合面でのガス漏れが防止され、平滑な金属面同士を接合する場合に比べて接合部のガスシール性をより高いものにできる。係る構造は、図４に示した構造のマニホールドリング１５、１６にも勿論適用されるものである。
尚、この溝１８ａは極めて繊細なものであるが、図５では分かり易く強調して大きく描いてある。
【００２９】
次に、図６に基づいて本発明の燃料電池の組立を説明する。
組立に際しては、単セルの積層に先立って、燃料電池の作動温度より高い８００℃以上の高温雰囲気中にてガラス材による絶縁シールをして、例えば、図３に示すような、中間部にガラス層１９を配したマニホールドリング１５、１６を作製しておく。上記した高温雰囲気中においてガラス層１９は溶融し、冷却・固化時の接着作用により両面に配した金属層１８、１８はガラス材を介して接合される。
また、図４に示すような、中間部にセラミックス層２０を配した構造のマニホールドリング１５、１６の場合は、銀ロウ２１の軟化点８７０℃以上の高温雰囲気中で銀ロウを溶融し、上記同様、その接着作用によりセラミックス層２０と金属層１８を接合して作製する。
【００３０】
マニホールドリング１５、１６の作製後、セパレータ８の燃料ガス導入孔１３の開口部に燃料用マニホールドリング１５を配置し、酸化剤ガス導入孔１４の開口部に酸化剤用マニホールドリング１６を配置しながら、順次単セルを積層して燃料電池スタック１を組み立てる。組み上げた燃料電池スタック１は、各セパレータ８の角部に設けた取付孔２３に挿通されている４本の締付棒２２により四隅で支持され、図示しないボルト等により上部から積層方向に締め付けされることにより複数の単セルが密着させられ、一体的に固定される。これで、燃料電池の組立は完了する。
【００３１】
上記した燃料電池の組立においては、各ガス導入孔１３、１４の開口縁部にそれぞれ位置決め用の凹部１７が設けてあるから、単セル積層時の各マニホールドリング１５、１６の配置は容易であり、且つ、双方の孔位置がずれることなくセパレータ面上の正確な部位に配設できる。
【００３２】
また、既述したように、セパレータ間に介在されている燃料極集電体６と空気極集電体７はそれぞれスポンジ状の多孔質焼結金属で構成されているから、スタックの締め付けによりこれらスポンジ状部材が弾性変形し、各マニホールドリング１５、１６は上下のセパレータ８の間に或る程度の弾力を持って圧接・挟持された状態となっており、この弾力により、振動や外部衝撃による各マニホールドリング１５、１６の移動が拘束され、各マニホールドリング１５、１６がスタック組立後に位置ズレを起こすことが防止できる。
このように、本発明では、組立の際にマニホールドリング１５、１６を固定するための特別な部材を要さず、締め付けによる各集電体６、７の弾性変形を利用した弾力的固着構造として、スタック組立の更なる簡素化を図っている。
【００３３】
この状態で  燃料電池を作動させると、昇温時の高温雰囲気（７００〜７５０℃程度）により、各マニホールドリング１５、１６の上下金属層１８と、これに接する上下セパレータ８とが金属同士の熱拡散により接合される。但し、既述したように、各マニホールドリング１５、１６で用いるガラス層１９やロウ剤２１の軟化点は８００℃以上であるから、各マニホールドリング１５、１６の絶縁シールが燃料電池の作動中にその熱で軟化することはなく、常に固化状態を維持している。
このように、本発明では、金属同士の熱拡散接合を利用してガスシール性に優れる燃料電池スタックの組み立てが行える。これにより、各々のマニホールドリング１５、１６がそれぞれセパレータ８の各ガス導入孔１３、１４を介して縦方向（積層方向）に連結されて燃料ガス用と酸化剤ガス用の２本の管状マニホールド（連結された状態は図示せず）が形成される。
【００３４】
上記構成の燃料電池スタック１においては、外部から供給される燃料ガスと酸化剤ガスは、それぞれ最下層部に位置するセパレータ８の側部に設けた開口２５ａ、２４ａより燃料ガス導入路２５と酸化剤ガス導入路２４を介して燃料ガス用マニホールドと酸化剤ガス用マニホールドに個々に導入される。
尚、図示しないが、開口２５ａには、外部より燃料ガスを供給するための燃料ガス供給管が接続され、開口２４ａには、外部より酸化剤ガスを供給するための酸化剤ガス供給管が接続されているものとする。そして、これら各ガス供給管より導入された反応用のガスは、縦方向に延びるマニホールドの管内を流通する過程で、それぞれ各層（単セル）のガス導入孔１３、１４より分配されながら各々セパレータ８の各ガス通路を通して各発電セル５の電極部に供給されていく。
【００３５】
即ち、燃料ガス用マニホールド内の燃料ガスは、各セパレータ８の燃料ガス導入孔１３から燃料ガス通路９に導入され、通路末端の燃料ガス吐出孔１１より吐出して対面する燃料極集電体６に供給され、拡散しながらここを通過して発電セル５の燃料極層に達する。
一方、酸化剤ガス用マニホールド内の酸化剤ガスは、各セパレータ８の酸化剤ガス導入孔１４から酸化剤ガス通路１０に導入され、通路末端の酸化剤ガス吐出孔１２より吐出して対面する空気極極集電体７に供給され、拡散しながらここを通過して発電セル５の空気極層に達する。
尚、以降、各単セル内での電気化学反応は従来技術の欄で述べた通りであり、この電気化学反応で生じた高温の排ガスは所定の排気ルートで各単セルよりスタック外に排出されることになる。
【００３６】
ここで、各マニホールドを構成する各マニホールドリング１５、１６とセパレータ８の各ガス導入孔１３、１４は、セパレータ側に設けた位置決め凹部１７にって孔位置が確実に整合しており、且つ、両者の接触部分は熱拡散接合によるシールと接触面の細かな溝１８ａによる差圧の相乗効果で高いシール性が得られており、ガス漏れは生じない。
また、各マニホールドリング１５、１６においては、両面の金属層１８がガラス層１９（もしくは、ロウ材２１を介してセラミックス層２０）により絶縁され、接合されており、しかも、燃料電池の作動温度範囲内では、これらガラス層１９やロウ材２１は軟化せずに固化状態を維持していると共に、ガラス層１９にあっては金属層１８とほほ同じ熱膨張率を有し、ロウ材２１にあってはその展延性により金属層１９とセラミックス層２０の熱膨張差を緩和するため、熱サイクルに伴う熱応力による各マニホールドリング１５、１６の破損を回避して、高いシール性を保持している。
【００３７】
以上、本実施形態の燃料電池スタック１では、燃料用マニホールドと酸化剤用マニホールドは各１本の配設としたが、これに限るものではなく、反応用ガスの供給量等に応じて、複数設けることも勿論可能である。
【００３８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１に記載の発明によれば、燃料電池の作動温度より高い軟化点を有するガラス層と、このガラス層の両面に配した金属層とでマニホールドリングを構成したので、ガラス層により金属層の接合部分は高いガスシール性を有すると共に、燃料電池の作動温度下においてガラス層は溶融することなく常に固化状態を維持しているため、各セパレータ間の絶縁は確実に確保される。
【００３９】
また、請求項２に記載の発明によれば、セラミックス層と、ロウ材を介してセラミックス層の両面に配した金属層とでマニホールドリングを構成したので、燃料電池の作動温度下における金属層とセラミックス層の熱膨張差で生じる熱応力がこのロウ材の持つ展延性により緩和され、熱サイクルによるマニホールドリングの破損を防止できると共に、高いシール性を確保することができる。
【００４０】
また、請求項３に記載の発明によれば、金属層と接するセパレータの表面部位に凹部を設けたので、スタック化の際の各マニホールドリングの位置決めが容易に、且つ、正確に行えるようになり、燃料電池スタックの組立が簡素化され工数の低減が図れると共に、マニホールドリングの位置ズレを回避し、ガス漏れによる電池性能の低下を防止できるようになる。
【００４１】
また、請求項４に記載の発明によれば、セパレータと接する金属層の表面部位に細かな溝を複数形成したので、この溝による差圧効果により、セパレータとマニホールドリングの接合部に高いシール性が得られるようになる。
【００４２】
また、請求項５に記載の発明によれば、金属層の表面に、Ｎｉ、Ａｇ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｃｒの内の何れかで成る被覆層を少なくとも１層以上形成したので、金属層とセパレータの熱拡散による接合の強度をより一層強化できる。
【００４３】
さらに、請求項６に記載の発明によれば、金属層とセパレータの接触部分が、燃料電池の作動雰囲気中での熱拡散接合によりシールされているので、接合のための特別な部材や加工、処理等を一切必要とせず、よって燃料電池スタックの組立が簡素化され、且つ、接合部分のシール性は高いものとなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る燃料電池の構成を示す分解斜視図。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ断面図。
【図３】本発明の燃料電池に使用するマニホールドリングを示し、（ａ）は斜視図、（ｂ）は側面図。
【図４】図３とは別のマニホールドリングの側面図。
【図５】図４とは別のマニホールドリングの側面図。
【図６】本発明に係る燃料電池の組立を示す斜視図。
【符号の説明】
１  燃料電池スタック
５  発電セル
８  セパレータ
９  燃料ガス通路
１０  酸化剤ガス通路
１３  燃料ガス導入孔
１４  酸化剤ガス導入孔
１５  燃料用マニホールドリング
１６  酸化剤用マニホールドリング
１７  凹部
１８  金属層
１８ａ  溝
１９  ガラス層
２０  セラミックス層
２１  ロウ材（銀ロウ）
【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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