(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤ガスに接する空気極と、燃料ガスに接する燃料極と、前記空気極と前記燃料極との間に配置された平板形状の電解質層と、を有する燃料電池単セルと、
前記燃料電池単セルの側面を囲むように配置されたフレームと、
前記フレームに積層されるとともに、前記燃料電池単セルの周縁部に接合され、前記酸化剤ガスと前記燃料ガスとを隔てるセパレータと、
前記セパレータに積層されたコンプレッションシール材と、
前記コンプレッションシール材に積層されるとともに、前記燃料電池単セルと電気的に接続されるインターコネクタと、
前記フレームと前記セパレータと前記コンプレッションシール材と前記インターコネクタとの積層方向に形成され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスが流通されるガス流路と、
を備えたインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、
前記積層方向から見た場合に、
前記ガス流路を形成する前記セパレータ及び前記フレームにおける第１の内周面の前記コンプレッションシール材側の第１の開口端は、前記ガス流路を形成する前記コンプレッションシール材における第２の内周面の前記セパレータ側の第２の開口端より内周側にあり、
且つ、前記第１の開口端と前記第２の開口端との間の位置に、前記セパレータと前記フレームとを接合する溶融部の表面と、ガラスを含むガラスシール部と、を備えたことを特徴とするインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項２】
前記溶融部の表面は、前記第１の開口端からの距離が等しい位置に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項３】
前記溶融部の表面の少なくとも一部は、線状に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項４】
前記第１の開口端と前記第２の開口端と前記溶融部の表面とを前記積層方向から見た場合に、前記溶融部の表面の少なくとも一部は、前記第１の開口端と前記第２の開口端との中点よりも、前記第１の開口端側に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項５】
前記溶融部の表面は、前記ガラスシール部よりも内側に配置されるとともに、前記ガラスシール部と離間していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項６】
前記溶融部の表面の少なくとも一部は、前記ガラスシール部と接していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項７】
前記第１の開口端と前記ガラスシール部の内周側との間に、第１の前記溶融部の表面を備えるとともに、前記ガラスシール部の外周側と前記第２の開口端との間に、第２の前記溶融部の表面を備えたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項８】
前記フレームにおける前記ガス流路と、前記フレームで区画される空間とを連通する連通路を備えたことを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項９】
前記溶融部は、レーザ溶接により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜８
のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体。
【請求項１０】
前記請求項１〜９のいずれか１項に記載のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体を複数備えるとともに、前記複数のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体のガス流路によりマニホールドが形成されていることを特徴とする燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体と、そのインターコネクタ−燃料電池単セル複合体を複数備えた燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、例えば平板状の固体電解質層の一方の側に燃料ガスに接する燃料極を設けるとともに、他方の側に酸化剤ガスに接する空気極を設けた燃料電池単セルが知られている。
【０００３】
更に、燃料電池単セルに、燃料極集電体や空気極集電体やインターコネクタを加えて発電単位とし、この発電単位を積層してスタック化したもの（燃料電池スタック）が知られている。
【０００４】
詳しくは、前記発電単位としては、例えば、燃料極、空気極及び固体電解質層からなる燃料電池単セルと、固体電解質層に接合されて燃料ガスと酸化剤ガスの流路を隔てるセパレータと、燃料極の周囲に配置された燃料極フレームと、空気極の周囲に配置された空気極フレームと、燃料電池単セルの板厚方向の外側に配置されたインターコネクタ等から構成されたものがある。
【０００５】
また、燃料電池スタックでは、各発電単位の燃料流路や空気流路に、燃料ガスや酸化剤ガスを供給するため、或いは、各燃料流路や空気流路から、発電後の燃料ガスや酸化剤ガスを排出するために、燃料電池スタックの外縁部分（フレーム部分）に、燃料ガス用のマニホールド（燃料マニホールド）と酸化剤ガス用のマニホールド（空気マニホールド）が設けられたものが知られている。
【０００６】
更に、燃料電池スタックでは、各発電単位を一体に固定するために、燃料電池スタックの積層方向に形成されたボルト挿通孔にボルトを挿通し、ボルトとナットによって、燃料電池スタックを一体に固定するものが知られている。なお、前記マニホールドをボルト挿通孔として利用し、マニホールドにボルトを挿通して燃料電池スタックを固定する技術も知られている。
【０００７】
また、近年では、燃料電池スタックを構成する各部材の間（例えば金属製のインターコネクタと金属製のセパレータとの間）から、ガス（特に燃料ガス）がリーク（漏出）することを防止するために、マニホールド（ガスが燃料ガスの場合には、燃料マニホールド）の周囲を囲むように、シール材を配置する技術が開発されている。
【０００８】
上述したシール材を用いてガスシールする技術としては、圧力を加えてシールする例えばマイカからなるコンプレッションシール材を用いた技術（特許文献１参照）や、ガラスやガラスセラミックからなるシール材を用いた技術（特許文献２、３）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２０１２−１２４０２０号公報
【特許文献２】特開２００９−４３５５０号公報
【特許文献３】特開２００２−１４１０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、例えばセパレータとインターコネクタとの間をコンプレッションシール材を用いてシールする場合には、コンプレッションシール材とその周囲の部材との界面からのガス漏れを完全に防止することは難しいという問題があった。
【００１１】
また、ガラスを材料とするシール材（ガラスシール材）を用いる場合には、シール性は高いが、強い力が加わった場合などには、ガラス割れが発生する恐れがあった。
この対策として、例えばマニホールドの周囲に、ガラスシール材とコンプレッションシール材とを環状に配置することが考えられるが、本願発明者等の研究によれば、必ずしもシール性が十分では無いという問題があった。
【００１２】
具体的には、マニホールドの周囲に環状にガラスシール材を配置し、更にガラスシール材の外周にコンプレッションシール材を配置する場合には、従来に比べてシール性は改善するものの、燃料電池の運転等に伴う温度変化（熱サイクル）によって、金属製のセパレータが変形することがあった。
【００１３】
このセパレータが変形すると、セパレータに接触しているガラスシール材が損傷し、その結果、セパレータとインターコネクタとの間のシール性が低下して、ガスがリークする恐れがある。そして、このようにガス（特に燃料ガス）がリークすると、発電効率の低下や、リークしたガスの後処理が必要になるという問題があった。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、熱サイクルが加わるような場合でも、ガスのリークを好適に抑制できるインターコネクタ−燃料電池単セル複合体（以下「複合体」ともいう）及び燃料電池スタック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】
【００１５】
（１）本発明の第１態様（インターコネクタ−燃料電池単セル複合体）は、酸化剤ガスに接する空気極と、燃料ガスに接する燃料極と、前記空気極と前記燃料極との間に配置された平板形状の電解質層と、を有する燃料電池単セルと、前記燃料電池単セルの側面を囲むように配置されたフレームと、前記フレームに積層されるとともに、前記燃料電池単セルの周縁部に接合され、前記酸化剤ガスと前記燃料ガスとを隔てるセパレータと、前記セパレータに積層されたコンプレッションシール材と、前記コンプレッションシール材に積層されるとともに、前記燃料電池単セルと電気的に接続されるインターコネクタと、前記フレームと前記セパレータと前記コンプレッションシール材と前記インターコネクタとの積層方向に形成され、前記酸化剤ガス又は前記燃料ガスが流通されるガス流路と、を備えたインターコネクタ−燃料電池単セル複合体において、前記積層方向から見た場合に、前記ガス流路を形成する前記セパレータ及び前記フレームにおける第１の内周面の前記コンプレッションシール材側の第１の開口端は、前記ガス流路を形成する前記コンプレッションシール材における第２の内周面の前記セパレータ側の第２の開口端より内周側にあり、且つ、前記第１の開口端と前記第２の開口端との間の位置に、前記セパレータと前記フレームとを接合する溶融部の表面と、ガラスを含むガラスシール部と、を備えている。
【００１６】
本第１態様では、セパレータ及びフレームにおけるガス流路の第１の内周面のコンプレッションシール材側の第１の開口端は、コンプレッションシール材におけるガス流路の第２の内周面のセパレータ側の第２の開口端より内周側にあり、且つ、第１の開口端と第２の開口端との間の位置に、セパレータとフレームとを接合する溶融部の表面と、ガラスを含むガラスシール部とを備えている。つまり、本第１態様では、第１の開口端と第２の開口端との間に、セパレータとフレームとを接合する溶融部とガラスシール部とを備えている。
【００１７】
従って、燃料電池の運転等に伴う熱サイクルが加わった場合でも、セパレータとフレームとは強固に接合しているので、例えばセパレータがフレームから浮き上がるようなセパレータの変形を抑制できる。これにより、セパレータに接するガラスシール部の損傷を抑制できるので、コンプレッションシール材とガラスシール部とが配置された部位、即ち、セパレータとインターコネクタとの間におけるガスのリークを抑制できる。
【００１８】
特に、リークするガスが燃料ガスの場合には、発電効率の低下や、リークした燃料ガスの後処理の必要があるが、本第１態様では、このような問題の発生を抑制できるという顕著な効果を奏する。
【００１９】
（２）本発明の第２態様では、前記溶融部の表面は、前記第１の開口端からの距離が等しい位置に形成されている。
本第２態様では、セパレータとフレームとの接合位置（即ち溶融部の位置）は、第１の開口端から等しい距離にあるので、第１の開口端近傍においてセパレータに加わる力が略均等になる。これによって、セパレータの変形を効果的に抑制できる。
【００２０】
（３）本発明の第３態様では、前記溶融部の表面の少なくとも一部は、線状に形成されている。
本第３態様では、溶融部の表面の少なくとも一部は、線状に形成されているので、セパレータを広い範囲にわたってフレームに固定できる。これによって、セパレータの変形をより効果的に抑制できる。
【００２１】
（４）本発明の第４態様では、前記第１の開口端と前記第２の開口端と前記溶融部の表面とを前記積層方向から見た場合に、前記溶融部の表面の少なくとも一部は、前記第１の開口端と前記第２の開口端との中点よりも、前記第１の開口端側に配置されている。
【００２２】
本第４態様では、溶融部の表面の少なくとも一部は、第１の開口端と第２の開口端との中点よりも内側（第１の開口端側）に配置されている。つまり、セパレータは、第１の開口端に近い位置にてフレームに固定されている。これによって、セパレータの内側の端部が浮き上がり難くなるので、セパレータの変形をより効果的に抑制できる。
【００２３】
なお、溶融部の表面のうち、積層方向から見た場合に第１の開口端に最も近い点が、当該点と当該溶融部の表面を含む積層方向に垂直な平面におけるガス流路の中心とを結んだ直線において、第１の開口端と第２の開口端との中点よりも、第１の開口端側に配置されていればよい。より好ましくは、当該ガス流路の周方向５０％以上の範囲で溶融部の表面が、第１の開口端と第２の開口端との中点よりも、第１の開口端側に配置されているのがよい。さらに好ましくは、当該ガス流路の周方向全てにおいて、溶融部の表面が、第１の開口端と第２の開口端との中点よりも、第１の開口端側に配置されているのがよい。
【００２４】
（５）本発明の第５態様では、前記溶融部の表面は、前記ガラスシール部よりも内側に配置されるとともに、前記ガラスシール部と離間している。
本第５態様では、ガラスシール部と第１の開口端との間に、溶融部が設けられている。これによって、セパレータの変形を効果的に抑制できる。
【００２５】
より好ましくは、当該ガス流路の周方向５０％以上の範囲で溶融部の表面が、ガラスシール部よりも内側に配置されるとともに、ガラスシール部と離間しているのがよい。さらに好ましくは、当該ガス流路の周方向全てにおいて、溶融部の表面が、ガラスシール部よりも内側に配置されるとともに、ガラスシール部と離間しているのがよい。
【００２６】
（６）本発明の第６態様では、前記溶融部の表面の少なくとも一部は、前記ガラスシール部と接している。
本第６態様では、溶融部とガラスシール部とが接しているので、ガラスシール部の材料を溶融させてガラスシール部を形成する際に、溶融部の表面がダムの働きをして、ガラスシール部の溶融した材料が周囲に流れ出すことを抑制できる。よって、好適にガラスシール部を形成できる。
【００２７】
（７）本発明の第７態様では、前記第１の開口端と前記ガラスシール部の内周側との間に、第１の前記溶融部の表面を備えるとともに、前記ガラスシール部の外周側と前記第２の開口端との間に、第２の前記溶融部の表面を備えている。
【００２８】
本第７態様では、ガラスシール部の両側に、第１の溶融部と第２の溶融部とを備えているので、セパレータを強固にフレームに固定することができる。これによって、セパレータの変形を一層効果的に抑制できる。
【００２９】
（８）本発明の第８態様では、前記フレームにおける前記ガス流路と、前記フレームで区画される空間とを連通する連通路を備えている。
本第８態様では、連通路により、フレームのガス流路とフレームで区画される空間（例えば燃料流路や空気流路）とを、ガスの流通が可能なように連通することができる。
【００３０】
（９）本発明の第９態様では、前記溶融部は、レーザ溶接により形成されたものである。
本第９態様では、レーザ溶接によって、容易に溶接が可能となる。
【００３１】
（１０）本発明の第１０態様（燃料電池スタック）は、前記第１〜第９のいずれかの態様のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体を複数備えるとともに、前記複数のインターコネクタ−燃料電池単セル複合体のガス流路によりマニホールドが形成されている。
【００３２】
本第１０態様では、マニホールドの周囲からのガスのリークを効果的に抑制できる。よって、燃料電池スタックの発電効率の低下を抑制できるとともに、リークしたガスの後処理の必要性が少ないという利点がある。
【００３３】
＜以下に、本発明の各構成について説明する＞
前記コンプレッションシール材とは、積層方向における押圧によって自身が変形して積層方向の周囲の構成に密着してガスシールを行う部材である。このコンプレッションシール材としては、例えばマイカ又はバーミキュライトからなるシート状等の部材を用いることができる。
【００３４】
このコンプレッションシール材としては、ガスシール性に加え、一定以上は圧縮されない弾性ストッパーとしての機能や、電気絶縁性等を有するものを採用できる。
前記ガラスシール部を構成する材料としては、通常のガラス（例えば非結晶化ガラス）を用いることができるが、それ以外に、結晶化ガラス、部分結晶化ガラス（半結晶化ガラス）を用いることができる。また、ガラス成分以外に、セラミックなど各種の材料を添加してもよい。
【００３５】
なお、ガラスの組成としては特に限定されず、燃料電池の製造時に、加熱によって軟化し、積層方向の部材に密着してガスシールできる周知の材料から適宜選択して使用することができる。
【００３６】
また、ガラスシール部を形成する際には、プリフォーム（仮焼したガラス）やシート状
のガラス材料を配置する方法や、ガラスペーストによる印刷、ガラス材料のディスペンサーによる塗布などの方法を採用できる。
【００３７】
前記各発電単位を積層方向から押圧する部材として、ボルトを使用する場合には、ボルトの熱膨張係数としてガラスシール部の熱膨張係数より大きいものが好ましい。これにより、燃料電池の運転時等（ガラスが軟化しないとき）に、ボルトによってガラスシール部に圧縮応力をかけることができるので、引張応力が加わる場合に比べてガラスの割れを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】実施例１の燃料電池スタックを示す斜視図である。
【図２】実施例１の燃料電池スタックを積層方向に破断して、その一部を模式的に示す断面図（即ち図１のＡ−Ａ断面を模式的に示す断面図）である。
【図３】発電単位を分解して示す斜視図である。
【図４】（ａ）は空気極絶縁フレームを示す平面図、（ｂ）はセパレータを示す平面図、（ｃ）は燃料極フレームの表側（上面側）を示す平面図、（ｄ）は燃料極フレームの裏側（下面側）を示す平面図である。
【図５】複合体の上面側を示す平面図である。
【図６】複合体の下面側を示す平面図である。
【図７】複合体の上に空気極絶縁フレームを配置した状態を示す平面図である。
【図８】（ａ）は実施例１のガスシール部近傍において、複合体に空気極絶縁フレームが積層された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ断面（但しインターコネクタを積層した状態）を示す断面図である。
【図９】（ａ）は燃料電池スタックを燃料マニホールドに沿って積層方向に破断して、燃料ガスの流路を示す説明図、（ｂ）は燃料電池スタックを空気マニホールドに沿って積層方向に破断して、空気の流路を示す説明図である。
【図１０】溶接治具装置をレーザの照射方向に沿って破断して示す断面図である。
【図１１】ガラスシール部の形成手順を示す説明図である。
【図１２】（ａ）は実施例２のガスシール部近傍において、複合体に空気極絶縁フレームが積層された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ断面（但しインターコネクタを積層した状態）を示す断面図である。
【図１３】（ａ）は実施例３のガスシール部近傍において、複合体に空気極絶縁フレームが積層された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ断面（但しインターコネクタを積層した状態）を示す断面図である。
【図１４】（ａ）は実施例４のガスシール部近傍において、複合体に空気極絶縁フレームが積層された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ断面（但しインターコネクタを積層した状態）を示す断面図である。
【図１５】実施例５の燃料極プレートを示す平面図である。
【図１６】（ａ）は実施例５のガスシール部近傍において、複合体に空気極絶縁フレームが積層された状態を示す平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ断面（但しインターコネクタを積層した状態）を示す断面図である。
【図１７】実施例７の発電単位に用いられる金属板及び空気極絶縁フレーム等を分解して示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３９】
以下、本発明が適用されたインターコネクタ−燃料電池単セル複合体及び燃料電池スタックの実施例について、図面を用いて説明する。なお、以下では、燃料電池として固体酸化物燃料電池を例に挙げて説明するが、「固体酸化物形」は省略することもある。
【実施例１】
【００４０】
ａ）まず、本実施例１の燃料電池スタックの概略構成について説明する。
図１に示すように、本実施例１の燃料電池スタック１は、燃料ガス（例えば水素）と酸化剤ガス（例えば空気、詳しくは空気中の酸素）との供給を受けて発電を行う装置である。
【００４１】
なお、図面においては、酸化剤ガスは「Ｏ」で示し、燃料ガスは「Ｆ」で示す。また、「ＩＮ」はガスが導入されることを示し、「ＯＵＴ」はガスが排出されることを示す。なお、燃料電池スタック１において上下とは、図１及び図２における上下と同様とする。
【００４２】
この燃料電池スタック１は、図１の上下方向（積層方向）の両端に配置されたエンドプレート３、５と、その間に配置された平板状の複数（例えば２０段）の発電単位７とが積層されたものである。
【００４３】
また、エンドプレート３、５と各発電単位７とには、それらを積層方向に複数（例えば８本）のボルト挿通孔９が設けられている。このボルト挿通孔９のうちの２本は、酸化剤ガスのガス流路である空気マニホールド１０Ａとして用いられ、他の２本は、燃料ガスのガス流路である燃料マニホールド１０Ｂとして用いられる（なお、図面では、マニホールド（１０と総称する）の一部のみが記載されている）。
【００４４】
そして、各ボルト挿通孔９に配置された各ボルト１１ａ、１１ｂ、１１ｃ、１１ｄ、１１ｅ、１１ｆ、１１ｇ、１１ｈ（１１と総称する）と各ボルト１１に螺合する各ナット１３とによって、両エンドプレート３、５と各発電単位７とが一体に固定されている。
【００４５】
このボルト１１のうちの特定（４本）のボルト１１ｂ、１１ｄ、１１ｆ、１１ｈには、軸方向（図１の上下方向）に沿って、酸化剤ガス又は燃料ガスが流れる内部流路１４が形成されている。なお、ボルト１１ｂは燃料ガスの排出に用いられ、ボルト１１ｄは酸化剤ガスの排出に用いられ、ボルト１１ｆは燃料ガスの導入に用いられ、ボルト１１ｈは酸化剤ガスの導入に用いられる。
【００４６】
ｂ）次に、発電単位７等の構成について、詳しく説明する。
図２及び図３に模式的に示すように、発電単位７は、積層方向（図２の上下方向）の両側に配置された一対のインターコネクタ１７ａ、１７ｂ（１７と総称する）の間に、燃料電池単セル１９等の発電に必要な構成を配置したものである。
【００４７】
詳しくは、各発電単位７は、金属製のインターコネクタ１７ａと、空気極絶縁フレーム２１及びガラスシール部２３と、金属製のセパレータ２５及びセパレータ２５に接合された燃料電池単セル１９（以下、単セルともいう）と、金属製の燃料極フレーム２７と、金属製のインターコネクタ１７ｂ等が積層されたものである。
【００４８】
このうち、インターコネクタ１７ａと空気極絶縁フレーム２１及びガラスシール部２３とセパレータ２５と燃料極フレーム２７とインターコネクタ１７ｂとは、発電単位の外周の縁部において、隣接する部材同士が直接に接触して積層されている。
【００４９】
なお、空気極絶縁フレーム２１及びガラスシール部２３によって、後に詳述するように、燃料ガスのリークを防止するガスシール部２９が構成されている。また、積層された各部材１７および２７には、各ボルト挿通孔９の一部を構成する各孔部３０が形成されている。
【００５０】
また、単セル１９は、いわゆる燃料極支持膜形タイプの板状の構造を有しており、平板形状の固体電解質（固体酸化物）からなる電解質層３１と、その一方の側（図２の上方）
に形成された平板形状の空気極（カソード）３３と、他方の側（図２の下方）に形成された平板形状の燃料極（アノード）３５とが一体に積層されたものである。
【００５１】
空気極絶縁フレーム２１の枠内の流路（酸化剤ガスが流れる空気流路）３７には、インターコネクタ１７と一体の凸状の空気極集電体３９（図２参照）が配置されている。燃料極フレーム２７の枠内の流路（燃料ガスが流れる燃料流路）４１には、燃料極集電体４３が配置されている。なお、セパレータ２５が接合された単セル１９によって、空気流路３７と燃料流路４１とが隔てられている。
【００５２】
ここで、セパレータ２５及び燃料極フレーム２７、燃料極フレーム２７及びインターコネクタ１７ｂは、後述するように、それぞれレーザ溶接されて一体となっている。なお、図２では、レーザ溶接された溶融部（即ちレーザ痕）Ｌを、黒色の楔型で示す。
【００５３】
よって、セパレータ２５と、セパレータ２５に接合された単セル１９と、燃料極フレーム２７と、燃料流路４１に収容された燃料極集電体４３と、インターコネクタ１７ｂとは、一つの一体のパッケージとして構成されている。この一つのパッケージを、インターコネクタ−燃料電池単セル複合体４５と称する（以下では、単に複合体４５と記す）。
【００５４】
なお、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とインターコネクタ１７とについては、その積層部分における厚みは、セパレータ２５よりは、燃料極フレーム２７及びインターコネクタ１７の厚みが大きい。例えば、セパレータ２５の厚みとしては、０．０５ｍｍ〜３ｍｍの範囲、燃料極フレーム２７の厚みとしては、０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲、インターコネクタ１７の厚みとしては、０．３ｍｍ〜３ｍｍの範囲を採用できる。
【００５５】
以下、各構成について、更に詳しく説明する。
＜インターコネクタ１７＞
インターコネクタ１７は、導電性を有する板材（例えばＳＵＳ４３０等のステンレス鋼等の金属板）からなる。このインターコネクタ１７は、単セル１９間の導通を確保し、且つ、単セル１９間（従って発電単位７間）でのガスの混合を防止するものである。
【００５６】
なお、インターコネクタ１７は、隣接する発電単位７間に配置される場合は、１枚配置されていればよい。また、燃料電池スタック１の上端及び下端のインターコネクタ１７は、エンドプレート３、５として用いられている。
【００５７】
＜空気極絶縁フレーム２１＞
図３及び図４（ａ）に示すように、空気極絶縁フレーム２１は、電気絶縁性を有し、厚み方向から見た平面視で四角枠状の板材である。空気極絶縁フレーム２１には、例えば、軟質マイカからなるマイカフレーム（即ちコンプレッションシール材）が用いられる。この空気極絶縁フレーム２１には、平面視でその中央部に、空気流路３７を構成する矩形状の開口部２１ａが形成されている。
【００５８】
また、空気極絶縁フレーム２１において、図４（ａ）の左右にて対向する枠部分には、酸化剤ガスの流路として、一対の長孔である孔部３０（３０ｄ1、３０ｈ1）が形成されている。なお、各孔部３０ｄ1、３０ｈ1に隣接して、酸化剤ガスが流れる複数のスリット（即ち酸化剤ガスの連通路）４７が形成されている。
【００５９】
一方、図４（ａ）の上下にて対向する枠部分には、燃料ガスの流路として、一対の長孔である孔部３０（３０ｂ1、３０ｆ1）が形成されている。なお、各孔部３０ｂ1、３０ｆ1の内周側には、後述するガラスシール材からなるガラスシール部２３が環状に配置されている（図３参照）。
【００６０】
＜セパレータ２５＞
図３及び図４（ｂ）に示すように、セパレータ２５は、平面視で四角枠状の導電性を有する板材（例えばＳＵＳ４３０等のステンレス鋼等の金属板）である。このセパレータ２５には、平面視でその中央部に、矩形状の開口部２５ａが設けられている。
【００６１】
また、セパレータ２５において、図４（ｂ）の左右にて対向する枠部分には、酸化剤ガスの流路として、一対の長孔である孔部３０（３０ｄ2、３０ｈ2）が形成されている。なお、各孔部３０ｄ2、３０ｈ2の中央部分は、燃料極フレーム２７の孔部３０ｄ3、３０ｈ3（図４（ｃ）参照）と内側の形状が一致するように、内側（開口部２５ａ側）に凸となっている。
【００６２】
一方、図４（ｂ）の上下にて対向する枠部分には、燃料ガスの流路として、一対の長孔である孔部３０（３０ｂ2、３０ｆ2）が形成されている。
なお、図３に示すように、開口部２５ａに沿った内周縁部（下面側）に、単セル１９の外周縁部（上面側）がろう付け接合されている。つまり、単セル１９は、セパレータ２５の開口部２５ａを閉塞するように接合されている。
【００６３】
＜燃料極フレーム２７＞
図３及び図４（ｃ）、（ｄ）に示すように、燃料極フレーム２７は、平面視で導電性を有する例えばＳＵＳ４３０等のステンレスなどからなる四角枠状の板材である。この燃料極フレーム２７には、平面視でその中央部に、燃料流路４１を構成する矩形状の開口部２７ａが形成されている。
【００６４】
また、燃料極フレーム２７において、図４（ｃ）の左右にて対向する枠部分には、酸化剤ガスの流路として、一対の長孔である孔部３０（３０ｄ3、３０ｈ3）が形成されている。一方、図４（ｃ）の上下にて対向する枠部分には、燃料ガスの流路として、一対の長孔である孔部３０（３０ｂ3、３０ｆ3）が形成されている。
【００６５】
なお、図４（ｄ）に示すように、燃料極フレーム２７の裏側（図２の下方の面側：下面側）には、各孔部３０ｂ3、３０ｆ3と開口部２７ａとを連通するように溝（即ち燃料ガスの連通路）４９が形成されている。
【００６６】
＜燃料電池単セル１９＞
燃料電池単セル１９は、上述のように、電解質層３１と空気極３３と燃料極３５とが一体に積層されたものである。
【００６７】
このうち、電解質層３１を構成する材料としては、例えば、ジルコニア系、セリア系、ペロブスカイト系の電解質材料が挙げられる。ジルコニア系材料では、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）、スカンジア安定化ジルコニア（ＳｃＳＺ）、及びカルシア安定化ジルコニア（ＣａＳＺ）を挙げることができ、一般的には、イットリア安定化ジルコニア（ＹＳＺ）が使用される例が多い。セリア系材料では、いわゆる希土類元素添加セリアが使われ、ペロブスカイト系材料では、ランタン元素を含有するペロブスカイト型複酸化物が使われる。
【００６８】
空気極３３を構成する材料としては、ペロブスカイト系酸化物、各種貴金属及び貴金属とセラミックとのサーメットなどを使用できる。
燃料極３５を構成する材料としては、例えば、Ｎｉ及びＦｅ等の金属と、Ｓｃ、Ｙ等の希土類元素のうちの少なくとも１種により安定化されたジルコニア等のＺｒＯ２系セラミック、ＣｅＯ系セラミックなどのセラミックとの混合物が挙げられる。また、Ｎｉ等の金
属、或いは、Ｎｉと前記セラミックとのサーメットやＮｉ基合金を使用できる。
【００６９】
ｃ）次に、複合体４５について説明する。
図５及び図６に示すように、複合体４５は、平面視で矩形状の板状の部材である。
この複合体４５は、上述したように、セパレータ２５と、セパレータ２５に接合された燃料電池単セル１９と、燃料極フレーム２７と、燃料流路４１に収容された燃料極集電体４３と、インターコネクタ１７ｂとが重ね合わされ、レーザ溶接によって、一体に構成されたものである。
【００７０】
つまり、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とは、図５及び図６に示すように、レーザ溶接によって形成された線状の溶融部Ｌ１〜Ｌ５（Ｌと総称する）によって、一体に接合されている。
【００７１】
具体的には、セパレータ２５の外周に沿って、外周より僅かに内側（例えば約２ｍｍ内側）にて、セパレータ２５の表面から矩形状にレーザ溶接されており、これにより第１溶融部Ｌ１が形成されている。また、セパレータ２５の四隅の孔部３０の周に沿って、内周より僅かに外側（例えば約２ｍｍ外側）にて、セパレータ２５の表面からレーザ溶接されており、これにより第２溶融部Ｌ２が形成されている。同様に、セパレータ２５の対向する孔部３０ｄ2、３０ｈ2の周に沿って、孔部３０ｄ2、３０ｈ2の周より僅かに外側（例えば約２ｍｍ外側）にて、セパレータ２５の表面からレーザ溶接されており、これにより第３溶融部Ｌ３が形成されている。
【００７２】
なお、セパレータ２５の対向する孔部３０ｂ2、３０ｆ2の内周より内側に形成されたレーザ溶接部分（第４溶融部Ｌ４）については、後に詳述する。
一方、図６に示すように、インターコネクタ１７ｂ及び燃料極フレーム２７も、レーザ溶接によって一体に接合されている。
【００７３】
具体的には、インターコネクタ１７ｂの外周に沿って、外周より僅かに内側（例えば約１ｍｍ内側）にて、インターコネクタ１７ｂの表面から矩形状にレーザ溶接されており、これにより第５溶融部Ｌ５が形成されている。
【００７４】
なお、図６に一点鎖線で示すように、インターコネクタ１７ｂの外周縁部に設けられた８箇所の孔部３０の外周にも、レーザ溶接によって溶融部を設けてもよい。但し、この場合には、燃料極フレーム２７の溝４９に重なる部分にはレーザ溶接を行わない。
【００７５】
また、図７に示すように、複合体４５のセパレータ２５の表面に空気極絶縁フレーム２１が重ね合わされる。
これにより、セパレータ２５の孔部３０ｄ2、３０ｈ2から空気極絶縁フレーム２１のスリット４７を介して開口部２１ａ（即ち空気流路３７）に到るように、酸化剤ガスのガス流路が構成される。
【００７６】
ｄ）次に、本実施例１の要部であるガスシール部２９及びその近傍の構成について説明する。
図８に示すように、本実施例１では、燃料マニホールド１０Ｂの周囲に、ガスシール部２９等の燃料ガスの漏出を防止する構成が設けられている。
【００７７】
詳しくは、平面視で、セパレータ２５及び燃料極フレーム２７において、燃料ガスが流れる孔部３０（３０ｂ2、３０ｂ3、３０ｆ2、３０ｆ3）は、第１の内周面Ｎ１を備えている。また、空気極絶縁フレーム２１において、燃料ガスが流れる孔部３０（３０ｂ1、３０ｆ1）は、第１の内周面Ｎ１の外周側に第２の内周面Ｎ２を備えている。なお、空気極
絶縁フレーム２１では、燃料ガスは、ガラスシール部２３が機能している間は、空気極絶縁フレーム２１を貫く貫通孔である孔部３０ｂ２、３０ｆ２の一部（詳しくはガラスシール部２３より内側）を流れる。
【００７８】
そして、この第１の内周面Ｎ１のコンプレッションシール材側（即ち空気極絶縁フレーム２１側）の第１の開口端Ｋ１と第２の内周面Ｎ２のセパレータ側の第２の開口端Ｋ２との間において、セパレータ２５とインターコネクタ１７ａとの間をガスシールするガラスシール部２３と、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とをレーザ溶接によって接合する溶融部Ｌ（第４溶融部Ｌ４）とが、第１の開口端Ｋ１の全周を囲むように、環状に配置されている。
【００７９】
つまり、ガラスシール部２３と第４溶融部Ｌ４とは、第１の開口端Ｋ１及び第２の開口端Ｋ２と相似形状であり、ガラスシール部２３と第４溶融部Ｌ４とは、同芯状に並列に配置されている。なお、ガラスシール部２３と第４溶融部Ｌ４とは接触していない。
【００８０】
この第４溶融部Ｌ４の表面は、第１の開口端Ｋ１からの距離が等しい位置となるように、ガラスシール部２３より内側に形成されている。なお、第４溶融部Ｌ４と第１の開口端Ｋ１との間隔（距離）は、例えば２ｍｍである。
【００８１】
また、第４溶融部Ｌ４は、第１の開口端Ｋ１と第２の開口端Ｋ２との中線（従って中点）よりも、第１の開口端Ｋ１側に配置されている。つまり、第１の開口端Ｋ１と第２の開口端Ｋ２との間隔（幅）は、例えば６ｍｍであり、その幅における中線よりも内側に第４溶融部Ｌ４が形成されている。
【００８２】
ガラスシール部２３を構成するガラスシール材は、ガラスを含む（例えばガラスを主成分とする）ガス封止材である。ここでは、例えば、市販の結晶化ガラスのプリフォーム（仮焼結体）を用いることができ、その軟化点は例えば７７０℃である。
【００８３】
このガラスシール材としては、熱膨張係数が周囲の金属板（例えばフェライト系ステンレス製）の熱膨張係数に近いもの、例えば熱膨張係数が８〜１４×１０−６／Ｋ（２０〜３００℃）が望ましく（例えば１１×１０−６／Ｋ（２０〜３００℃））、例えばＳＣＨＯＴＴ社製のＧ０１８−３１１を用いることができる。
【００８４】
なお、燃料電池スタック１の運転温度は、例えば７００℃であるが、ガラスシール部２３近傍では、６５０℃程度であるので、ガラスシール材として、運転時のガラスシール部２３の温度より軟化点の高いものが用いられる。
【００８５】
ｅ）次に、本実施例１におけるガスの流路について、簡単に説明する。
＜燃料ガスの流路＞
図９（ａ）に示すように、外部から燃料電池スタック１内の燃料マニホールド１０Ｂに導入された燃料ガスは、各発電単位７の燃料極フレーム２７の溝４９を介して、各燃料流路４１に導入される。
【００８６】
そして、発電単位７内にて発電に寄与した残余の燃料ガスは、燃料極フレーム２７の他の溝４９を介して、他の燃料マニホールド１０Ｂに排出される。その後、他の燃料マニホールド１０Ｂから燃料電池スタック１外に排出される。
【００８７】
＜空気の流路＞
図９（ｂ）に示すように、外部から燃料電池スタック１内の空気マニホールド１０Ａに導入された酸化剤ガスは、各発電単位７の空気極絶縁フレーム２１のスリット４７を介し
て、各空気流路３７に導入される。
【００８８】
そして、発電単位７内にて発電に寄与した残余の酸化剤ガスは、空気極絶縁フレーム２１の他のスリット４７を介して、他の空気マニホールド１０Ａに排出される。その後、他の空気マニホールド１０Ａから燃料電池スタック１外に排出される。
【００８９】
ｆ）次に、燃料電池スタック１の製造方法について説明する。
＜各部材の作製方法＞
まず、燃料電池単セル１９を、従来の周知の手法に従って作製する。
【００９０】
具体的には、燃料極３５となるグリーンシート上に電解質層３１となるグリーンシートを積層し、焼成する。更に、この積層体の電解質層３１上に空気極３３の形成材料を印刷した後に、焼成する。これによって、燃料電池単セル１９が形成される。
【００９１】
次に、ステンレス板を打ち抜くことで、セパレータ２５、燃料極フレーム２７、インターコネクタ１７を作製する。また、マイカシートを所定形状にカットすることによって、空気極絶縁フレーム２１を作製する。
【００９２】
＜レーザ溶接の方法＞
次に、セパレータ２５及び燃料極フレーム２７と、燃料極フレーム２７及びインターコネクタ１７ｂとを、それぞれレーザ溶接によって接合する。
【００９３】
具体的には、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とにおける各孔部３０の位置を合わせつつ、図１０に示すように、セパレータ２５及び燃料極フレーム２７を重ね合わせた状態で、溶接治具装置５１（即ち上治具５３と下治具５５との間）に配置する。そして、図示しない固定部材によって、上治具５３と下治具５５とを上下方向から締め付けることで、セパレータ２５及び燃料極フレーム２７を固定する。なお、溶接治具装置５１の上治具５３には、溶接部位を露呈させる開口部５７が形成されている。
【００９４】
そして、レーザ照射装置５９を用い、所定の照射条件（例えば出力が１５０Ｗ、ビーム径が０．１ｍｍ程度）にて、上治具５３の開口部５７に沿って、レーザＬＬを照射する。ここでは、セパレータ２５側からレーザＬＬを照射し、燃料極フレーム２７にセパレータ２５をレーザ溶接する。
【００９５】
なお、レーザ照射装置５９としては、例えばファイバーレーザなどの照射装置が用いられる。ファイバーレーザは、波長が１０８０ｎｍのレーザＬＬを照射する固体レーザである。ここでは、図示しないＸ−Ｙテーブルを用いて溶接治具装置５１を水平方向に移動させることで、上治具５３の開口部５７に沿ってレーザＬＬを照射するように構成している。
【００９６】
次に、レーザ溶接の後、接合したセパレータ２５及び燃料極フレーム２７を、溶接治具装置５１から一旦取り出す。そして、セパレータ２５を、ろう付けによって燃料電池単セル１９の電解質層３１に対して固定する。
【００９７】
具体的には、電解質層３１とセパレータ２５とのそれぞれにろう材を配置し、大気雰囲気下で、例えば８５０〜１１００℃で加熱することにより、ろう材を溶融させ、その後冷却して、電解質層３１とセパレータ２５とを接合する。
【００９８】
その後、前記と同様の溶接治具装置５１を用いて、燃料極フレーム２７の表面（裏側）に、インターコネクタ１７ｂをレーザ溶接する。なお、燃料極フレーム２７とインターコ
ネクタ１７ｂとの間には、燃料極集電体を配置しておく。ここでは、インターコネクタ１７ｂ側からレーザＬＬを照射する。なお、インターコネクタ１７ｂは、セパレータ２５よりも厚いため、レーザ出力を３００Ｗとしてレーザ溶接を行う。
【００９９】
これによって、複合体４５が形成される。
＜ガラスシール部２３の形成方法＞
次に、図１１（ａ）に示すように、各複合体４５の間に、空気極絶縁フレーム２１とガラスシール部２３となるガラスシール材料２３ａとを配置する。
【０１００】
詳しくは、前記図８に示すように、各セパレータ２５の表面の同一平面上において、孔部３０（従って第１の開口端Ｋ１）の外周を完全に囲むように環状のガラスシール材料２３ａを配置するとともに、ガラスシール材料２３ａの外周を完全に囲むように空気極絶縁フレーム２１を配置する。
【０１０１】
なお、前記各空気極絶縁フレーム２１及び各ガラスシール材料２３ａの配置は、各孔部３０（従ってボルト挿通孔９）に各ボルト１１を挿通する際に同時に行う。
その後、上述したように、各発電単位７を構成して積層した状態で、ボルト１１及びナット１３を締め付けることによって、燃料電池スタック１を積層方向（図１１の上下方向）に押圧して、燃料電池スタック１を一体化する。
【０１０２】
この段階では、空気極絶縁フレーム２１の厚みは例えば０．３６ｍｍであり、（軟化する前の）ガラスシール材料２３ａの厚み（例えば０．３０ｍｍ）より大きいので、ガラスシール材料２３ａとインターコネクタ１７ａとの間には、若干の隙間がある。
【０１０３】
次に、燃料電池スタック１（詳しくはガラスシール材料２３ａ）を、ガラスの結晶化温度以上の例えば８５０℃に２時間加熱し、ガラスを結晶化させる。ガラスの軟化点（７７０℃）から結晶化温度の昇温過程で、ガラスシール材料２３ａは軟化する。
【０１０４】
従って、燃料電池スタック１中のガラスシール材料２３ａは、図１１（ｂ）に示すように、自身の表面張力によって丸くなって、上方に凸の状態となり、最終的に上方のインターコネクタ１７ａに接触する。さらに、８５０℃−２時間の加熱によってガラスは結晶化する。
【０１０５】
その後、冷却することによって、図１１（ｃ）に示すように、燃料電池スタック１内のガラスシール部２３は、セパレータ２５とインターコネクタ１７ａとに強固に接合する。
なお、ガラスを加熱するとガラスシール材料２３ａが軟化するが、ボルト１１の熱膨張係数は、セパレータ２５、インターコネクタ１７、燃料極フレーム２７等のような積層方向に配置された金属板の熱膨張係数や、ガラスシール材料２３ａの熱膨張係数より大きいので、ガラスの加熱時には、燃料電池スタック１は全体が緩んだ状態となる（但しボルト１１の押圧力は減るが、無くなっている訳ではない）。
【０１０６】
その後、冷却されると、ボルト１１等が積層方向に縮んで（元に戻って）圧縮場となっているので、ガラスシール部２３が圧縮された状態で封止される（即ちガラスによって封止される）。
【０１０７】
このようにして、ガスシールの構成が実現されるとともに、燃料電池スタック１が完成する。
ｇ）次に、本実施例１の効果について説明する。
【０１０８】
本実施例１では、積層方向から見た場合に、セパレータ２５及び燃料極フレーム２７に
おける燃料マニホールド１０Ｂの第１の内周面Ｎ１の第１の開口端（即ち、セパレータ２５においてコンプレッションシール材である空気極絶縁フレーム２１が配置されている側の第１の開口端）Ｋ１は、空気極絶縁フレーム２１における燃料マニホールド１０Ｂの第２の内周面Ｎ２の第２の開口端（即ち、空気極絶縁フレーム２１がセパレータ２５に接する表面の内周）Ｋ２より内周側にある。また、第１の開口端Ｋ１と第２の開口端Ｋ２との間の位置に、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とを接合する溶融部Ｌの表面と、ガラスシール部２３とを備えている。なお、溶融部Ｌは、ガラスシール部２３と第１の開口端Ｋ１との間に設けられている。
【０１０９】
つまり、本実施例１では、第１の開口端Ｋ１と第２の開口端Ｋ２との間に、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とを接合する溶融部Ｌとガラスシール部２３とを備えている。
従って、燃料電池スタック１の運転等に伴う熱サイクルが加わった場合でも、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とは強固に接合しているので、例えばセパレータ２５が燃料極フレーム２７から浮き上がるようなセパレータ２５の変形を抑制できる。これにより、セパレータ２５に接するガラスシール部２３の損傷を抑制できるので、空気極絶縁フレーム２１とガラスシール部２３とが配置された部位、即ち、セパレータ２５とインターコネクタ１７との間におけるガスのリークを抑制できる。
【０１１０】
特に、リークするガスが燃料ガスの場合には、発電効率の低下や、漏れた燃料ガスの後処理の必要があるが、本実施例１では、このような問題の発生を抑制できるという顕著な効果を奏する。
【０１１１】
また、本実施例１では、セパレータ２５と燃料極フレーム２７との接合位置（即ち溶融部Ｌの位置）は、第１の開口端Ｋ１から等しい距離にあるので、第１の開口端Ｋ１近傍においてセパレータ２５に加わる力が略均等になる。これによって、セパレータ２５の変形を効果的に抑制できる。
【０１１２】
更に、本実施例１では、溶融部Ｌの表面は、線状に形成されているので、セパレータ２５を広い範囲にわたって燃料極フレーム２７に固定できる。これによって、セパレータ２５の変形をより効果的に抑制できる。
【０１１３】
しかも、本実施例１では、第１の開口端Ｋ１と第２の開口端Ｋ２と溶融部Ｌの表面とを積層方向から見た場合に、溶融部Ｌの表面は、第１の開口端Ｋ１と第２の開口端Ｋ２との中点よりも内側（第１の開口端Ｋ１側）に配置されている。つまり、セパレータ２５は、第１の開口端Ｋ１に近い位置にて燃料極フレーム２７に固定されている。これによって、セパレータ２５の内側の端部が浮き上がり難くなるので、セパレータ２５の変形をより効果的に抑制できる。
【０１１４】
また、本実施例１では、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とは、レーザ溶接によって接合するので、容易に溶接が可能である。
【実施例２】
【０１１５】
次に、実施例２について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例２では、ガスシール部近傍の構成が実施例１と異なるので、異なる点を説明する。なお、実施例１と同様な部材の番号は同じ番号を使用する（以下同様）。
【０１１６】
図１２に示すように、本実施例２では、平面視で、第１の内周面Ｎ１の第１の開口端Ｋ１と第２の内周面Ｎ２の第２の開口端Ｋ２との間に、実施例１と同様な環状のガラスシール部２３が形成されている。また、ガラスシール部２３と第２の開口端Ｋ２との間には、環状の溶融部Ｌが形成されている。
【０１１７】
本実施例２でも、前記実施例１と同様な効果を奏する。
【実施例３】
【０１１８】
次に、実施例３について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例３では、ガスシール部近傍の構成が実施例１と異なるので、異なる点を説明する。
【０１１９】
図１３に示すように、本実施例３では、平面視で、第１の内周面Ｎ１の第１の開口端Ｋ１と第２の内周面Ｎ２の第２の開口端Ｋ２との間に、実施例１と同様な環状のガラスシール部２３が配置されている。また、ガラスシール部２３と第１の開口端Ｋ１との間に、環状の内側の溶融部Ｌinが形成されるとともに、ガラスシール部２３と第２の開口端Ｋ２との間に、環状の外側の溶融部Ｌoutが形成されている。
【０１２０】
本実施例３でも、前記実施例１と同様な効果を奏するとともに、溶融部Ｌが二重となっているので、セパレータ２５が一層変形し難いという利点がある。
【実施例４】
【０１２１】
次に、実施例４について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例４では、ガスシール部近傍の構成が実施例１と異なるので、異なる点を説明する。
【０１２２】
図１４に示すように、本実施例４では、平面視で、第１の内周面Ｎ１の第１の開口端Ｋ１と第２の内周面Ｎ２の第２の開口端Ｋ２との間に、実施例１と同様な環状のガラスシール部２３が配置されている。また、ガラスシール部２３の内周に沿って、環状の溶融部Ｌが形成されている。つまり、ガラスシール部２３と溶融部Ｌとは接触している。
【０１２３】
本実施例４でも、前記実施例１と同様な効果を奏する。特に本実施例４では、溶融部Ｌはガラスシール部２３と接触するように形成されているので、ガラスが溶融した際には、溶融部Ｌがガラスの流出を防止するダムとして機能する。そのため、ガラスシール部２３の形成位置がずれ難いという利点がある。
【０１２４】
なお、溶融部Ｌは、レーザ溶接によって形成されるので、溶融部Ｌの表面には、若干の凹凸があり、この凹凸がダムの機能を有する。
【実施例５】
【０１２５】
次に、実施例５について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例５では、燃料極フレームの形状及びガスシール部近傍の構成が実施例１と異なるので、異なる点を説明する。
【０１２６】
図１５に示すように、本実施例５では、燃料極フレーム６１は、燃料ガスの流路である孔部３０ｂ3、３０ｆ3と中央の開口部６１ａとを連通するために、実施例１のような溝でなく、厚み方向に貫通したスリット６３を備えている。
【０１２７】
そして、本実施例５では、図１６に示すように、平面視で、第１の内周面Ｎ１の第１の開口端Ｋ１と第２の内周面Ｎ２の第２の開口端Ｋ２との間に、実施例１と同様な環状のガラスシール部２３が配置されている。また、ガラスシール部２３と第１の開口端Ｋ１との間には、一部が欠けた状態の環状の溶融部Ｌが形成されている。
【０１２８】
つまり、セパレータ２５には、ほぼ環状に溶融部Ｌが形成されているが、燃料極フレー
ム２７のスリット６３の上方（図１６（ｂ）の上方）の位置には、溶融部Ｌが形成されていない。
【０１２９】
本実施例５でも、前記実施例１とほぼ同様な効果を奏する。
【実施例６】
【０１３０】
次に、実施例６について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
図示しないが、本実施例５では、燃料マニホールドの周囲を囲むように、実施例１のようなガラスシール部と溶融部とを同芯状に環状に設けるのではなく、空気マニホールドの周囲を囲むように、実施例１のようなガラスシール部と溶融部とを同芯状に環状に設けるものである。
【０１３１】
この場合には、実施例１の燃料マニホールドに酸化剤ガスを供給するとともに、空気マニホールドに燃料ガスを供給する構成とする。また、燃料電池単セルの構成としては、酸化剤ガスが供給側される側に空気極を配置し、燃料ガスが供給される側に燃料極を配置する。
【０１３２】
本実施例６では、空気マニホールドからの酸化剤ガスのリークを抑制することができる。
【実施例７】
【０１３３】
次に、実施例７について説明するが、前記実施例１と同様な内容の説明は省略する。
本実施例７では、燃料マニホールド及び空気マニホールドの周囲を囲むように、実施例１のようなガラスシール部と溶融部とを同芯状に環状に設けるものである。
【０１３４】
この場合には、図１７に示すように、実施例１の空気極絶縁セパレータに代えて、四角枠状の空気極絶縁フレーム７１とステンレスからなる四角枠状の金属板７３とを用いる。なお、他の構成は実施例１と同様である。
【０１３５】
詳しくは、空気極絶縁フレーム７１では、燃料マニホールドに対応する長孔である対向する一対の孔部７５ｂ、７５ｆには、実施例１と同様な環状のガラスシール部７７ｂ、７７ｆが配置されている。同様に、空気マニホールドに対応する長孔である一対の孔部７５ｄ、７５ｈにも、実施例１と同様な環状のガラスシール部７７ｄ、７７ｈが配置されている。
【０１３６】
また、金属板７３では、燃料マニホールドに対応する長孔である対向する一対の孔部７９ｂ、７９ｆが設けられるとともに、空気マニホールドに対応する長孔である一対の孔部７９ｄ、７９ｈが設けられている。更に、金属板７３の上面には、孔部７９ｄ、７９ｈと金属板７３の中央の開口部７３ａと連通するように、溝８１ｄ、８１ｈが形成されている。
【０１３７】
なお、空気極絶縁フレーム７１及び金属板７３の四隅には、実施例１と同様な孔部３０が形成されている。
また、図示しないが、各ガラスシール部７７ｄ、７７ｄ、７７ｆ、７７ｈと実施例１の第１の開口端Ｋ１との間には、セパレータ２５と燃料極フレーム２７とをレーザ溶接することにより形成される、実施例１と同様な構成の溶融部Ｌが設けられている。
【０１３８】
本実施例７では、燃料マニホールドからの燃料ガスのリークを抑制できるとともに、空気マニホールドからの酸化剤ガスのリークも抑制することができる。
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、種々の態様を採ることができる。
【０１３９】
（１）例えば、本発明は、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）に限らず、運転温度域が約６００℃以上の高温タイプの燃料電池、例えば溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）等に適用可能である。
【０１４０】
（２）また、燃料電池スタックを構成する各部材、例えば、インターコネクタ、セパレータ、燃料電池単セル、空気極絶縁フレーム、燃料極フレーム、空気極集電体、燃料極集電体としては、周知の各種の構成を採用できる。
【０１４１】
（３）更に、各実施例の構成は、本発明の範囲内で、適宜、組み合わせることが可能である。
【符号の説明】
【０１４２】
１…燃料電池スタック
１０、１０Ａ、１０Ｂ…マニホールド
１７、１７ａ、１７ｂ…インターコネクタ
１９…燃料電池単セル
２１、７１…空気極絶縁フレーム
２３…ガラスシール部
２５…セパレータ
２７、６１…燃料極フレーム
２９…ガスシール部
３０…孔部
３１…電解質層
３３…空気極
３５…燃料極
３７…空気流路
４１…燃料流路
４５…インターコネクタ−燃料電池単セル複合体
４９…溝（連通路）
Ｋ１…第１の開口端
Ｋ２…第２の開口端
Ｌ、Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３、Ｌ４、Ｌ５、Ｌin、Ｌout…溶融部
Ｎ１…第１の内周面
Ｎ２…第２の内周面
【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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【図１６】
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【図１７】
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