(57)【要約】【課題】熱膨張係数の違いによる単セルの割れ等の不具合の防止とガスリークの防止を両立し得るセパレータ付燃料電池単セルを提供する。【解決手段】本発明のセパレータ付燃料電池単セルは、開口部１２ａを有する板状のセパレータ１２と、このセパレータ１２の上面側に配置され、燃料極層２０、固体電解質層２１、空気極層２２を有する燃料電池単セルＣと、この燃料電池単セルＣとセパレータ１２とを接合する第１接合部３０と、セパレータ１２の上面側に配置された板状のセラミック部材３２と、このセラミック部材３２とセパレータ１２とを接合する第２接合部３１とを備えて構成される。これにより、接合領域Ｊの各部材の熱膨張係数の相違に起因する熱応力により単セルの割れ等の不具合が生じることを防止することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１面と該第１面に対向する第２面を貫通する開口部を有する板状のセパレータと、
前記セパレータの前記第１面側に配置され、燃料極層と、空気極層と、固体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と前記セパレータの前記第１面とを接合する第１接合部と、
を備えるセパレータ付燃料電池単セルにおいて、
前記セパレータの前記第２面側に配置された板状のセラミック部材と、
前記第１接合部と前記セパレータを介して対向する位置において、前記セラミック部材と前記セパレータの前記第２面とを接合する第２接合部と、
を備えることを特徴とするセパレータ付燃料電池単セル。
【請求項２】
前記セラミック部材の幅は、前記第１及び第２の接合部の幅に対して０．５倍から２倍の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項１に記載のセパレータ付燃料電池単セル。
【請求項３】
前記セラミック部材は、酸化物セラミックを用いて形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のセパレータ付燃料電池単セル。
【請求項４】
前記セラミック部材は、前記開口部の周囲に配置された複数の部材からなることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池単セル。
【請求項５】
前記セラミック部材は、前記開口部の周囲に配置された一つの部材であることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池単セル。
【請求項６】
前記セパレータの前記開口部を形成する内側面に配置されるとともに、前記内側面側に露出する前記第１接合部の露出面を封止し、ガラスを含む封止部を更に備え、
前記封止部は前記セラミック部材の少なくとも一部を覆うことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池単セル。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のセパレータ付燃料電池単セルを含む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、セパレータと燃料電池単セルとを接合したセパレータ付燃料電池単セル及びそれを含む燃料電池スタックに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、電解質に固体酸化物を用いた固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ：Solid Oxide Fuel Cell）が知られている。ＳＯＦＣを構成する基本単位である燃料電池単セル（以下、本明細書において「単セル」という）は、例えば、平板状の固体電解質層の両面に配置した燃料極層と空気極層のそれぞれに燃料ガス及び酸化剤ガスを供給することで電力を発生する。このような単セルをセパレータに接合することで、燃料ガスの流路と酸化剤ガスの流路とを隔離する構造が形成される。セパレータは、例えば開口部を有する平板状の金属部材であり、その開口部の周囲の接合領域にロウ材を介して単セルと一体的に接合される。この場合、単セルの変形や割れを抑制しつつ、接合部材を介して単セルとセパレータを確実に接合するとともに、接合領域からのガスリークを防止することが重要となる。
【０００３】
単セルとセパレータとを接合するために適用可能な種々の技術が提案されている。例えば、特許文献１には、ＳＯＦＣを構成する部材間を接合する際、熱膨張係数が近い接合材料を用いることにより、ガスリークを防止する技術が開示されている。また例えば、特許文献２には、セパレータの両面にガラスを含む封止部を配置して、セパレータの変形と封止部の破損を抑制しつつガスリークを防止し得る技術が開示されている。また例えば、特許文献３には、接合工程温度を低く抑えて、接合時にセラミック部材の割れを防止する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−７４２６８号公報
【特許文献２】特開２０１４−４９３２１号公報
【特許文献３】特開２００９−４６３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に、金属製のセパレータとセラミック部材からなる単セルは材料が異なる。この場合、セパレータの熱膨張係数は単セルの熱膨張係数に比べ大きいものとなる。そのため、ＳＯＦＣの長時間の耐久動作に際しては、セパレータと単セルの熱膨張係数の相違に起因する熱応力が生じ、単セルとセパレータとが接合部で接合（固定）されているため、熱によりセパレータが大きく膨張した場合、単セルがセパレータの熱膨張による応力の影響を大きく受けてしまい、単セルが割れてリーク特性の劣化につながる。特許文献１の技術は、部材間の接合部に、熱膨張係数が各部材に近いガラス系の接合材料を使用しているが、各部材の熱膨張係数の差が大きい場合には熱応力により接合部が割れる可能性がある。特許文献２の技術は、セパレータの両面に封止部を配置することでガスリークを抑制できたとしても、ガラスを含む封止部が割れる懸念がある。特許文献３の技術は、低い接合工程温度の状況下に制約されるので、実際のＳＯＦＣの高温での接合や動作には適用できない点が問題となる。以上のように、上記従来の技術によれば、いずれも、単セルとセパレータとの熱膨張係数の違いにより、単セルとセパレータとを接合する接合部や封止部が割れてしまう場合がある。また、接合部や封止部が割れなかった場合でも、単セルとセパレータとの接合部分（固定部分）で熱膨張係数の差による応力が単セルに集中し、単セルに割れが生じる。よって、ＳＯＦＣの単セルとセパレータを接合する際に、良好なリーク特性を確保しつつ単セルや封止部の割れ等の不具合を確実に防止することは困難であった。
【０００６】
本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、セパレータの両面にそれぞれ接合部を介して単セル及びセラミック部材を接合した構造を採用して、熱膨張係数の違いに基づく熱応力の影響を抑制し、単セルの割れや単セルとセパレータとを接合する接合部や封止部の割れの不具合を防止してガスリークの防止が可能なセパレータ付燃料電池単セル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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明のセパレータ付燃料電池単セルは、第１面と該第１面に対向する第２面を貫通する開口部を有する板状のセパレータと、前記セパレータの前記第１面側に配置され、燃料極層と、空気極層と、固体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と前記セパレータの前記第１面とを接合する第１接合部と、を備えるセパレータ付燃料電池単セルにおいて、前記セパレータの前記第２面側に配置された板状のセラミック部材と、前記第１接合部と前記セパレータを介して対向する位置において、前記セラミック部材と前記セパレータの前記第２面とを接合する第２接合部とを備えて構成される。
【０００８】
本発明のセパレータ付燃料電池単セルによれば、板状のセパレータの開口部の周囲には、第１面側の第１の接合部と第２面側の第２の接合部が対向配置され、第１の接合部を介してセパレータと単セルが接合されるとともに、第２の接合部を介してセパレータとセラミック部材が接合される。よって、セパレータの両面側で対向配置される単セルとセラミック部材は、セラミックからなるので熱膨張係数をほぼ等しくすることができ、セパレータの上下に加わる熱応力が均衡するので、セパレータと単セルとの熱膨張係数の違いによる単セルの割れを抑制することができる。また、第１及び第２の接合部における接合を安定に確保することにより、燃料電池のリーク特性を高めることができる。
【０００９】
本発明のセラミック部材の幅は、第１及び第２の接合部の幅に対して０．５倍から２倍の範囲内に設定することが望ましい。セラミック部材の幅が第１及び第２の接合部の幅の０．５倍よりも短い場合、セパレータの応力分布と同程度のセラミック部材の応力分布を得ることが困難になる。また、セラミック部材の幅が第１及び第２の接合部の幅の２倍よりも長い場合、セラミック部材が反った際にセパレータと干渉し、セラミック部材の剥離の要因となる。
【００１０】
本発明のセラミック部材の材料及び構造は、多様な選択肢がある。例えば、セラミック部材は酸化物セラミックを用いて形成することができる。また、セラミック部材としては、セパレータの開口部の周囲に配置された複数の部材（例えば、４本の長尺板状部材）と、セパレータの開口部の周囲に配置された一つの部材（例えば、セパレータと同様の開口部を有する板状部材）のいずれを用いてもよい。
【００１１】
本発明のセパレータ付燃料電池単セルにおいて、セパレータの開口部を形成する内側面に配置されるとともに、この内側面側に露出する前記第１接合部の露出面を封止し、ガラスを含む封止部を更に設けることができる。この場合、封止部がセラミック部材の少なくとも一部を覆う構造にする必要がある。これにより、燃料電池単セルと、セパレータと、セラミック部材、第１及び第２の接合部を含む接合部分からのガスリークを確実に防止することができる。
【００１２】
また、本発明は、本発明のセパレータ付燃料電池単セルを複数個配置した燃料電池スタックに対しても適用可能である。これにより、燃料電池スタックに含まれる複数の接合部分のそれぞれの接合強度及びリーク特性の向上が可能となる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、セパレータの両面側にそれぞれ接合部を介して単セル及びセラミック部材を接合した構造を有するので、各部材の熱膨張係数の違いによる熱応力がセパレータの上下で均衡し、セパレータと単セルとの熱膨張係数の違いによる単セルの割れ等の不具合を防止することができる。また、セパレータと単セルの接合部分における良好なリーク特性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック１の全体の斜視図である。
【図２】図１の固体酸化物形燃料電池スタック１の模式的な断面図である。
【図３】１個の発電単位２の基本構造に関し、各構成要素を分解した状態の断面構造図である。
【図４】図３の基本構造のうち、単セルＣ、セパレータ１２、接合部３０、３１、セラミック部材３２の構造部分を分解した状態の模式的な斜視図である。
【図５】セラミック部材の構造例として、一つの部材で形成する例と、複数の部材で形成する例を示す図である。
【図６】本発明の接合構造の第１の実施例を示す図である。
【図７】第１の実施例との対比のための第１の比較例を示す図である。
【図８】本発明の接合構造の第２の実施例を示す図である。
【図９】第２の実施例との対比のための第２の比較例を示す図である。
【図１０】本発明の接合構造に関する第１の変形例を示す図である。
【図１１】本発明の接合構造に関する第２の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。ただし、以下に述べる実施形態は、固体酸化物形燃料電池を構成するセパレータ付燃料電池単セルに対して本発明を適用した形態の一例であって、本発明が本実施形態の内容により限定されることはない。
【００１６】
図１は、本実施形態に係る固体酸化物形燃料電池スタック（以下、「燃料電池スタック」という）１の全体の斜視図を示している。また、図２は、図１の燃料電池スタック１の模式的な断面図を示している。燃料電池スタック１は、発電単位２を複数個（例えば２０個）備えている。発電単位２は、１対のインターコネクタ５と、燃料電池単セル（以下、単に「単セル」ともいう）Ｃと、空気極側集電体１０と、空気極側絶縁フレーム１１と、セパレータ１２と、燃料極側フレーム１３と、絶縁フレーム１４と、燃料極側集電体１５と、単セルＣ及びセパレータ１２の間の接合領域Ｊに配置された接合部３０、３１及びセラミック部材３２とを備えている。発電単位２の詳しい説明は後で説明する。
【００１７】
燃料電池スタック１には、発電単位２の連続する方向における両端部（図１では上端部と下端部）に、エンドプレート３、４が配置されている。さらに、燃料電池スタック１は複数のボルトＢ１〜Ｂ８及び複数のナットＮによって一体的に固定されている。なお、本実施形態では、燃料電池スタック１の四隅にある４つの貫通穴Ｈに締結ボルトＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７を挿通させ、燃料電池スタック１の下面から突出する締結ボルトＢ１、Ｂ３、Ｂ５、Ｂ７の下端部分にナット（図示略）を螺着させる。また、残り４つの貫通穴Ｈにガス流通用締結ボルトＢ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８を挿通させ、燃料電池スタック１のエンドプレート３、４から突出するガス流通用締結ボルトＢ２、Ｂ４、Ｂ６、Ｂ８の両端部分にナットＮを螺着させる。その結果、燃料電池スタック１は複数の発電単位２を有する。
【００１８】
本実施形態では、説明の便宜上、各図面の方向を基準に「上」、「下」等の方向を表記するが、実際の燃料電池スタック１の方向性を規定するものではない。燃料電池スタック１内において隣接する単セルＣ同士の間に配置されるインターコネクタ５は１枚配置されていればよい。従って、燃料電池スタック１内の一つの発電単位２の下側のインターコネクタ５は隣接する発電単位２の上側のインターコネクタ５と共用となっている。また、燃料電池スタック１の両端部に配置されるエンドプレート３、４は、燃料電池スタック１から出力される電流の出力端子となっていてもよいし、エンドプレート３と発電単位２との間、及びエンドプレート４と発電単位２との間に電流の出力端子を電気的に接続する導電板を配置してもよい。
【００１９】
さらに、エンドプレート３、４に最も近い発電単位２においては、エンドプレート３、４と単セルＣとの間にインターコネクタ５を配置しなくてもよい。
【００２０】
次に、燃料電池スタック１を構成する発電単位２の基本構造について説明する。図３は、１個の発電単位２の基本構造に関し、各構成要素を分解した状態の断面構造を示している。なお、図３においては、図２の両側の流路構造については省略している。図３に示す発電単位２は、上側のインターコネクタ５ｔ及び下側のインターコネクタ５ｂと、単セルＣと、空気極側集電体１０と、空気極側絶縁フレーム１１と、セパレータ１２と、燃料極側フレーム１３と、絶縁フレーム１４と、燃料極側集電体１５と、単セルＣ及びセパレータ１２の間の接合領域Ｊに配置された接合部３０、３１及びセラミック部材３２とを備えている。このうち、単セルＣ及びセパレータ１２は、接合部３０、３１及びセラミック部材３２とともに、本発明の一体的なセパレータ付燃料電池単セルを構成する。
【００２１】
図３において、発電単位２の発電機能を担う単セルＣは、下層側から順に、燃料極層２０と、固体電解質層２１と、空気極層２２とが積層形成されてなる。燃料極層２０は、燃料ガスに接触し、単セルＣのアノードとして機能する。燃料極層２０の材料としては、例えば、Ｎｉ、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金などの金属を用いることができる。固体電解質層２１は、イオン導電性を有する各種の固体電解質からなる。固体電解質層２１の材料としては、例えば、ＹＳＺ（イットリア安定化ジルコニア）、ＳｃＳＺ（スカンジア安定化ジルコニア)、ＳＤＣ（サマリウムドープセリア）、ＧＤＣ（ガドリニウムドープセリア）、ペロブスカイト系酸化物等を用いることができる。空気極層２２は、酸化剤ガス（空気、詳しくは空気中の酸素）に接触し、単セルＣのカソードとして機能する。空気極層２２の材料としては、例えば、ＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）、ＬＳＭ（ランタンストロンチウムマンガン酸化物）等の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を用いることができる。
【００２２】
上下のインターコネクタ５ｔ、５ｂは、それぞれ板状の金属部材であり、単セルＣとその上層及び下層に隣接する上下の単セルＣ（又はエンドプレート３、４）との間の電気的接続を担う。上側のインターコネクタ５ｔは、空気極側集電体１０を介して単セルＣの空気極層２２と電気的に接続され、下側のインターコネクタ５ｂは燃料極側集電体１５を介して単セルＣの燃料極層２０と電気的に接続される。空気極側集電体１０は、例えば、Ａｇ−Ｐｄ等の金属材料を用いて形成され、燃料極側集電体１５は、例えば、通気性を有するニッケルフェルト等の材料を用いて形成される。
【００２３】
上下のインターコネクタ５ｔ、５ｂの間の外周領域には、上から順に空気極側絶縁フレーム１１、セパレータ１２、燃料極側フレーム１３、絶縁フレーム１４が配置されている。このうち、ガス流路を隔離する役割を有するセパレータ１２は、可撓性を有する板状の金属部材であり、中央に形成された開口部１２ａを取り囲む接合領域Ｊにおいて固体電解質層２１の外周側と接合されている。この接合領域Ｊの近傍の具体的な構造については後述する。空気極側絶縁フレーム１１は、空気極側集電体１０を取り囲むように配置され、燃料極側フレーム１３は、燃料極層２０及び固体電解質層２１を取り囲むように配置され、絶縁フレーム１４は、燃料極側集電体１５を取り囲むように配置される。
【００２４】
図４は、図３の発電単位２の基本構造のうち、単セルＣ、セパレータ１２、接合部３０、３１、セラミック部材３２の構造部分を分解した状態の模式的な斜視図を示している。図３及び図４から理解できるように、方形の開口部１２ａを有するセパレータ１２の下方に単セルＣが配置され、平面視で開口部１２ａの周囲に配置された接合部３０によってセパレータ１２の下面（第１面）と単セルＣの上面が接合されている。また、セパレータ１２の上方にセラミック部材３２が配置され、平面視で開口部１２ａの周囲に配置された接合部３１によってセパレータ１２の上面（第２面）とセラミック部材３２の下面が接合されている。接合部３０、３１及びセラミック部材３２は、いずれも平面視で図３の接合領域Ｊに重なる位置に配置されている。
【００２５】
接合部３０、３１の材料としては、例えば、Ａｇを含むロウ材が用いられる。Ａｇを含むロウ材は、例えば、Ａｇと酸化物（アルミナ等）の混合体や、Ａｇと他の金属の合金とすることができる。セラミック部材３２の材料としては、例えば、酸化物セラミックが用いられる。セラミック部材３２の材料は、熱膨張係数が単セルＣと近いことが望ましい。各部材の熱膨張係数の具体例として、約１０００度において、セパレータ１２が１４ｐｐｍ／Ｋ、接合部３０のＡｇロウ材が２２ｐｐｍ／Ｋ、固体電解質層２１及びセラミック部材３２が１０ｐｐｍ／Ｋのような値となる。また、各部材の厚さの具体例として、セパレータ１２が０．０２〜０．３ｍｍ程度、単セルＣが０．３〜２ｍｍ程度、接合部３０、３１の各々が１０〜１００μｍ程度、セラミック部材３２が０．５〜２ｍｍ程度になる。
【００２６】
また、図５に示すように、セラミック部材３２の構造としては、一つの部材で形成してもよいが、複数の部材を組み合わせて形成してもよい。すなわち、図５（Ａ）には、板状部材にセパレータ１２の開口部１２ａに重なる開口部を形成したリング状の一つの部材からなるセラミック部材３２の例を示している。一方、図５（Ｂ）には、４つの長尺の板状部材をセパレータ１２の開口部１２ａの各辺に沿って配置したセラミック部材３２の例を示している。
【００２７】
次に、図３の発電単位２の基本構造のうち、単セルＣ、セパレータ１２、接合部３０、３１、セラミック部材３２を含む部分の接合構造に関する具体的な実施例について説明する。図６は、本発明の接合構造に関する第１の実施例を説明する図であり、図２の接合領域Ｊの近傍における単セルＣ、セパレータ１２、接合部３０、３１、セラミック部材３２を含む範囲を拡大して示している。接合領域Ｊには、下層側から順に、単セルＣの燃料極層２０及び固体電解質層２１の外周領域、接合部３０、セパレータ１２のうちの開口部１２ａの周囲の領域、接合部３１、セラミック部材３２が積層されている。図６の例では、接合領域Ｊが開口部１２ａの周囲に亘って幅Ｗで形成され、接合部３０、３１及びセラミック部材３２についても同様の幅Ｗで形成される。
【００２８】
ここで幅Ｗとは、セパレータ１２の第１面の外周と内周との距離が最短となる直線を含み、かつ、該第１面に垂直な方向に、セラミック部材３２と単セルＣとセパレータ１２とを含む断面を出し、この断面においての発電単位２同士の積層方向に垂直な方向のセラミック部材３２の長さである。
【００２９】
ここで、図７は、図６に示す第１の実施例との対比のために、図６と同様の範囲を異なる構造により構成した第１の比較例を示している。図７に示す第１の比較例は、セパレータ１２と単セルＣの間が接合部３０により接合され、図６の接合部３１及びセラミック部材３２が設けられていない構造を有する。第１の比較例によれば、セパレータ１２と、接合部３０と、単セルＣの固体電解質層２１は、前述したように互いに熱膨張係数が異なるので、それぞれの界面に熱応力が発生する。特に、繰り返し熱サイクルが加えられる場合には、固定端となる接合部３０の両端部に熱応力が集中することになり、例えば、位置Ｐで単セルＣを引張る方向又は押し込む方向に力が加わって単セルＣの割れが発生する恐れがある。そして、位置Ｐで単セルＣの割れが発生した場合、その部分からガスリークを生じる要因となり、燃料電池の耐久性の劣化は避けられない。
【００３０】
これに対し、図６に示す第１の実施例によれば、接合領域Ｊ（図２）において、セパレータ１２の上側に接合部３１を介してセラミック部材３２を配置し、下側に接合部３０を介して単セルＣが配置された構造を有している。よって、セパレータ１２の接合領域Ｊにおける熱膨張が上側のセラミック部材３２と単セルＣとの熱膨張に対して追従するように作用する。言い換えれば、接合領域Ｊにおいて、セパレータ１２の熱膨張はセパレータ１２の上下側に接合部３０、３１を介して接合されたセラミック部材３２と単セルＣとによって抑制されている。従って、セパレータの上下で熱応力が均衡し、第１の比較例のようにセパレータ１２の上側が露出した構造と比べ、熱応力の集中を緩和する効果がある。その結果、熱応力の集中に起因する単セルＣの割れの発生を防止できるとともに、その結果として接合部分からのガスリークを抑制する効果も得られる。
【００３１】
次に図８は、本発明の接合構造に関する第２の実施例を説明する図であり、図６と同様の範囲を拡大して示している。第２の実施例は、第１の実施例と同様の接合部３０、３１及びセラミック部材３２に加えて、開口部１２ａの内側面に配置される封止部３３が設けられている。封止部３３は、ガラスを含む封止材により形成され、固体電解質層２１の上面から、接合部３０、セパレータ１２、接合部３１、セラミック部材３２に至る範囲を一体的に覆う形状を有する。第２の実施例は、第１の実施例の構造に封止部３３を加えることで、単セルＣ及びセパレータ１２の接合領域Ｊにおけるガスシール性能の向上を図るものである。
【００３２】
ここで、図９は、図８に示す第２の実施例との対比のために、図７の第１の比較例をベースに構成した第２の比較例を示している。図９に示す第２の比較例においては、セパレータ１２と単セルＣの間に、外周側の接合部４０と内周側の封止部４１が並んで配置されている。すなわち、本実施形態の接合部３０が幅Ｗ（図６）であるが、その領域をそれぞれ幅Ｗ／２の接合部４０と封止部４１とに区分したものである。接合部４０は、図８の接合部３０と同様の材料で形成され、封止部４１は、図８の封止部３３と同様の材料で形成される。接合部４０は主にセパレータ１２と単セルＣを接合する役割があり、封止部４１は主に接合部４０を内周側からシールする役割がある。しかし、第２の比較例の構造では、セパレータ１２及び単セルＣの熱膨張係数の違いがあるため、熱サイクルによる熱応力が封止部４１に加わると、その材料であるガラスの割れが発生する恐れがある。また、単セルＣの割れに関しては、図７に示す第１の比較例と同様の問題が残存している。
【００３３】
これに対し、図８に示す第２の実施例によれば、封止部３３が接合領域Ｊの各部材の側面を覆うように配置されるので、図９とは異なり、封止部３３の上下に熱膨張係数が異なる部材が配置される構造とはならない。よって、熱サイクルが加えられた状況であっても封止部３３を構成するガラスの割れを防止することができる。また、封止部３３の断面形状に応じた十分なガスシール性能を確保することができる。第２の実施例において、単セルＣの割れを防止する効果は第１の実施例（図６）と同様であるが、封止部３３を設けたことによりガスシール性能の向上を見込むことができる。
【００３４】
次に、本発明の接合構造のサイズに関連する変形例について説明する。本実施形態では、接合領域Ｊに配置される接合部３０、３１及びセラミック部材３２がいずれも幅Ｗで形成される例を示したが、セラミック部材３２は幅Ｗと異なる幅で形成することができる。具体的には、常温から３００℃において、接合領域Ｊの幅Ｗ（接合部３０、３１の幅）に対して、セラミック部材３２の幅を０．５倍から２倍の範囲内（０．５Ｗ〜２Ｗ）に設定することが望ましい。
【００３５】
第１の実施例（図６）に関し、図１０は、セラミック部材３２を前述の幅の下限（０．５Ｗ）に設定した場合の変形例を示し（セラミック部材３２ａ）、図１１は、セラミック部材３２を前述の幅の上限（２Ｗ）に設定した場合の変形例を示す（セラミック部材３２ｂ）。いずれの変形例を採用する場合においても、接合領域Ｊにおける熱応力の均衡に基づく作用効果を得ることができる。図１０の変形例に示す下限０．５Ｗよりも小さい幅のセラミック部材３２を用いると、セパレータ１２の上側でセラミック部材３２がセパレータ１２の熱膨張を抑制できず、セパレータ１２の熱膨張により単セルＣに熱応力が集中し、単セルＣが割れる恐れがある。また、図１１の変形例に示す上限２Ｗよりも大きい幅のセラミック部材３２を用いると、セラミック部材３２が反ったときにセパレータ１２と部分的に干渉し、セラミック部材３２が剥離する恐れがある。ただし、前述の範囲内において、セラミック部材３２の幅をＷ〜２Ｗの範囲内に設定することがより好ましい。以上のセラミック部材３２の幅の許容範囲については、第１の実施例だけではなく、第２の実施例（図８）に関しても同様である。
【００３６】
以上、本実施形態に基づき本発明の内容を具体的に説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で多様な変更を施すことができる。すなわち、本実施形態のセパレータ付燃料電池単セルに関し、接合領域Ｊにおける単セルＣ、セパレータ１２、接合部３０、３１、セラミック部材３２のそれぞれの材料、断面形状、サイズ等については、本発明の作用効果を得られる限り多様な選択が可能である。また、その他の点についても上記実施形態により本発明の内容が限定されるものではなく、本発明の作用効果を得られる限り、上記実施形態に開示した内容には限定されることなく適宜に変更可能である。
【符号の説明】
【００３７】
１…固体酸化物形燃料電池スタック
２…発電単位
３、４…エンドプレート
５…インターコネクタ
１０…空気極側集電体
１１…空気極側絶縁フレーム
１２…セパレータ
１３…燃料極側フレーム
１４…絶縁フレーム
１５…燃料極側集電体
２０…燃料極層
２１…固体電解質層
２２…空気極層
３０、３１…接合部
３２…セラミック部材
３３…封止部
Ｃ…単セル
Ｂ１〜Ｂ８…ボルト
Ｊ…接合領域
Ｈ…貫通孔
Ｎ…ナット
【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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