JP2018181406A - 接合構造体および電気化学反応セルスタック - Google Patents

Abstract

【課題】固体酸化物型燃料電地におけるガラスシール部の外部への特定元素の放出を抑制する方法の提供。【解決手段】接合構造体は、第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材とに接触し、ガラスを含むガラスシール部と、を備え、ガラスシール部のうち、少なくとも１つの断面に、ガラスシール部における特定の表面を含む第１の領域Ｒ１と、特定の表面から離間し、第１の領域とは異なる第２の領域Ｒ２とが存在し、第２の領域に含まれるガラスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素を含み、第１の領域に含まれるガラスは、特定元素を含み、かつ、特定元素の含有率が第２の領域における特定元素の含有率より低い。【選択図】図５

Description

本明細書によって開示される技術は、第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材とに接触するガラスシール部と、を備える接合構造体に関する。

水素と酸素との電気化学反応を利用して発電を行う燃料電池の種類の１つとして、固体酸化物を含む電解質層を備える固体酸化物形の燃料電池（以下、「ＳＯＦＣ」ともいう）が知られている。ＳＯＦＣは、一般に、所定の方向（以下、「配列方向」ともいう）に並べて配置された複数の単セルを備える燃料電池スタックの形態で利用される。単セルは、電解質層と、電解質層を挟んで配列方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含んでいる。

燃料電池スタックは、さらに、配列方向に並べて配置された複数の導電性部材を備える。例えば、燃料電池スタックは、導電性部材として、空気極に面する空気室と燃料極に面する燃料室とを仕切るセパレータや、上記配列方向においてセパレータと隣り合い、空気室または燃料室に面するインターコネクタを備える。

また、上記配列方向において互いに隣り合う２つの導電性部材（例えば、上記セパレータとインターコネクタ）の間の空間に、２つの導電性部材を電気的に絶縁しつつガスシール性を確保するために、ガラスを含むガラスシール部が配置される場合がある。ガラスシール部には、ガラス以外に、特定元素が含まれることがある。特定元素の例としては、ガラスシール部と導電性部材との熱膨張率の差を小さくするためのアルカリ金属およびアルカリ土類金属や、ガラスシール部の形成の際におけるガラス質の形成促進のためのホウ素などが挙げられる。このような特定元素を含むガラスシール部を備える燃料電池スタックが発電して高温になると、特定元素がガラスシール部から揮発して、例えば導電性部材を腐食させる等の問題が発生する。

従来から、ガラスシール部からの特定元素の揮発を抑制するための技術として、非結晶のガラスを結晶化させた結晶化ガラスにより形成されたガラスシール部を用いる技術が知られている（例えば特許文献１参照）。また、ガラスの表面にガラス成分を含まないコーディング膜が形成されたガラスシール部を用いる技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２００７−１６１５６９号公報 特開２０１５−１４４１１３号公報

結晶化ガラスにより形成されたガラスシール部を用いる上記従来技術では、完全な結晶化は困難であるため、例えば、ガラスの表面に非結晶部分が残存し、特定元素の揮発を抑制できないといった問題がある。また、ガラスの表面にコーディング膜が形成されたガラスシール部を用いる上記従来技術では、例えば、ガラスシール部が配置される箇所の周辺部材の形状等によってはコーディング膜の形成が困難であったり、コーディング膜の劣化によって特定元素の揮発を抑制できなくなったりするといった問題がある。

なお、このような課題は、配列方向において互いに隣り合う２つの導電性部材の間に配置されたガラスシール部だけでなく、配列方向において互いに隣合う単セルと導電性部材（セパレータ）との間に配置されたガラスシール部、ガス配管同士を繋げた箇所に配置されたガラスシール部も共通の課題である。また、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（以下、「ＳＯＥＣ」ともいう）の一形態である電解セルスタックの製造の際にも共通の課題である。なお、本明細書では、燃料電池スタックと電解セルスタックとをまとめて、電気化学反応セルスタックという。また、このような問題は、電気化学反応セルスタックに限らず、第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材とに接触するガラスシール部と、を備える接合構造体も共通の課題である。

本明細書では、上述した課題を解決することが可能な技術を開示する。

本明細書に開示される技術は、例えば、以下の形態として実現することが可能である。

（１）本明細書に開示される接合構造体は、第１の部材と、第２の部材と、前記第１の部材と前記第２の部材とに接触し、ガラスを含むガラスシール部と、を備える接合構造体において、前記ガラスシール部のうち、少なくとも１つの断面に、前記ガラスシール部における特定の表面を含む第１の領域と、前記特定の表面から離間し、前記第１の領域とは異なる第２の領域とが存在し、前記第２の領域に含まれる前記ガラスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素を含み、前記第１の領域に含まれる前記ガラスは、前記特定元素を含み、かつ、前記特定元素の含有率が前記第２の領域における前記特定元素の含有率より低い。本接合構造体によれば、ガラスシール部における特定の表面を含む第１の領域と、該第１の領域に対して特定の表面とは反対側に位置する第２の領域とは、いずれも、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素とガラスとを含む。また、第１の領域における特定元素の含有率は、第２の領域における特定元素の含有率より低い。これにより、単に非結晶のガラスを結晶化させた結晶化ガラスを用いる場合に比べて、ガラスシール部に含まれる特定元素が該特定の表面を介してガラスシール部の外部に放出されることを、より確実に抑制することができる。また、ガラスシール部と別の材料により形成されたコーティング膜を、ガラスシール部の特定の表面に形成することなく、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を抑制することができる。

（２）上記接合構造体において、前記第１の領域の少なくとも一部は、結晶化している構成としてもよい。本接合構造体によれば、第１の領域が非結晶である場合に比べて、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を、より効果的に抑制することができる。

（３）上記接合構造体において、前記ガラスシール部において露出する全表面について、前記第１の領域が存在する構成としてもよい。本接合構造体によれば、ガラスシール部において外部に露出する全表面を含む領域における特定元素の含有率が低くなっている。これにより、ガラスシール部の全表面が、熱膨張率が相対的に低い材料によって形成された構造になるため、温度変化に対するガラスシール部の強度を向上させることができる。

（４）上記電気化学反応セルスタックにおいて、固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含み、前記第１の方向に並べて配置された複数の単セルと、前記第１の方向に並べて配置される複数の導電性部材と、を有する電気化学反応セルスタックであって、前記複数の導電性部材および前記単セルを含む複数の部材の内、前記第１の方向において少なくとも一部が互いに隣り合う少なくとも１対の部材は、上記（１）から（３）までのいずれか一項に記載の接合構造体に備えられる前記第１の部材および前記第２の部材であり、前記少なくとも１対の部材に接するシール部は、前記接合構造体に備えられる前記ガラスシール部を含むことを特徴とする構成としてもよい。本電気化学反応セルスタックによれば、該電気化学反応セルスタックにおいて、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を抑制することができる。

なお、本明細書に開示される技術は、種々の形態で実現することが可能であり、例えば、複数の電気化学反応単セルを備える電気化学反応セルスタック（燃料電池スタックまたは電解セルスタック）、第１の部材と、第２の部材と、第１の部材と第２の部材とに接触するガラスシール部と、を備える接合構造体、その製造方法等の形態で実現することが可能である。

本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図である。 図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図である。 図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。 図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図である。 図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。 サンプルＳＰの断面のＳＥＭ画像およびＥＤＸの結果を示す説明図である。 ガラスのサンプルの性能評価結果を示す説明図である。 変形例における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図である。 図８のＩＸ−ＩＸの位置における燃料電池スタック１００ａの一部分のＸＺ断面構成を示す説明図である。

Ａ．実施形態：
Ａ−１．構成：
（燃料電池スタック１００の構成）
図１は、本実施形態における燃料電池スタック１００の外観構成を示す斜視図であり、図２は、図１のＩＩ−ＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩの位置における燃料電池スタック１００のＹＺ断面構成を示す説明図である。各図には、方向を特定するための互いに直交するＸＹＺ軸が示されている。本明細書では、便宜的に、Ｚ軸正方向を上方向と呼び、Ｚ軸負方向を下方向というものとするが、燃料電池スタック１００は実際にはそのような向きとは異なる向きで設置されてもよい。図４以降についても同様である。

燃料電池スタック１００は、複数の（本実施形態では７つの）発電単位１０２と、第１のエンドプレート１０４と、第２のエンドプレート１０６と、集電板１８とを備える。７つの発電単位１０２は、所定の配列方向（本実施形態では上下方向（Ｚ軸方向））に並べて配置されている。集電板１８は、最も下に位置する発電単位１０２の下側に配置されている。第１のエンドプレート１０４は、最も上に位置する発電単位１０２の上側に配置され、第２のエンドプレート１０６は、集電板１８の下側に配置されている。なお、上記配列方向（上下方向）は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

燃料電池スタック１００を構成する各層（発電単位１０２、第１および第２のエンドプレート１０４，１０６、集電板１８）のＺ方向回りの周縁部には、上下方向に貫通する複数の（本実施形態では８つの）孔が形成されており、各層に形成され互いに対応する孔同士が上下方向に連通して、第１のエンドプレート１０４から第２のエンドプレート１０６にわたって上下方向に延びる貫通孔１０８を構成している。以下の説明では、貫通孔１０８を構成するために燃料電池スタック１００の各層に形成された孔も、貫通孔１０８という場合がある。なお、後述するように、これらの貫通孔１０８は、特許請求の範囲におけるガス流路に相当するということができる。

各貫通孔１０８には上下方向に延びるボルト２２が挿入されており、ボルト２２とボルト２２の両側に嵌められたナット２４とによって、燃料電池スタック１００は締結されている。

各ボルト２２の軸部の外径は各貫通孔１０８の内径より小さい。そのため、各ボルト２２の軸部の外周面と各貫通孔１０８の内周面との間には、空間が確保されている。図１および図２に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ａ）と、そのボルト２２Ａが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から酸化剤ガスＯＧが導入され、その酸化剤ガスＯＧを各発電単位１０２に供給するガス流路である酸化剤ガス導入マニホールド１６１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｙ軸に平行な２つの辺の内のＸ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｂ）と、そのボルト２２Ｂが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の空気室１６６から排出されたガスである酸化剤オフガスＯＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する酸化剤ガス排出マニホールド１６２として機能する。なお、本実施形態では、酸化剤ガスＯＧとして、例えば空気が使用される。

また、図１および図３に示すように、燃料電池スタック１００のＺ方向回りの外周における１つの辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸正方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｄ）と、そのボルト２２Ｄが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、燃料電池スタック１００の外部から燃料ガスＦＧが導入され、その燃料ガスＦＧを各発電単位１０２に供給する燃料ガス導入マニホールド１７１として機能し、該辺の反対側の辺（Ｘ軸に平行な２つの辺の内のＹ軸負方向側の辺）の中点付近に位置するボルト２２（ボルト２２Ｅ）と、そのボルト２２Ｅが挿入された貫通孔１０８とにより形成された空間は、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出されたガスである燃料オフガスＦＯＧを燃料電池スタック１００の外部へと排出する燃料ガス排出マニホールド１７２として機能する。なお、本実施形態では、燃料ガスＦＧとして、例えば都市ガスを改質した水素リッチなガスが使用される。

燃料電池スタック１００には、４つのガス通路部材２７が設けられている。各ガス通路部材２７は、金属により形成されており、中空筒状の本体部２８と、本体部２８の側面から分岐した中空筒状の分岐部２９とを有している。分岐部２９の孔は本体部２８の孔と連通している。各ガス通路部材２７の分岐部２９には、ガス配管（図示せず）が接続される。また、図２に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１を形成するボルト２２Ａの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス導入マニホールド１６１に連通しており、酸化剤ガス排出マニホールド１６２を形成するボルト２２Ｂの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、酸化剤ガス排出マニホールド１６２に連通している。また、図３に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１を形成するボルト２２Ｄの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス導入マニホールド１７１に連通しており、燃料ガス排出マニホールド１７２を形成するボルト２２Ｅの位置に配置されたガス通路部材２７の本体部２８の孔は、燃料ガス排出マニホールド１７２に連通している。

図２および図３に示すように、ボルト２２の一方の側（上側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の上端を構成する第１のエンドプレート１０４の上側表面との間、および、ボルト２２の他方の側（下側）に嵌められたナット２４と燃料電池スタック１００の下端を構成する第２のエンドプレート１０６の下側表面との間には、第１のガラスシール部５２が介在している。ただし、ガス通路部材２７が設けられた箇所では、ナット２４と第２のエンドプレート１０６の表面との間に、ガス通路部材２７とガス通路部材２７の上側および下側のそれぞれに配置された第１のガラスシール部５２とが介在している。第１のガラスシール部５２には、上述した各貫通孔１０８やガス通路部材２７の本体部２８の孔に連通する孔が形成されている。第１のガラスシール部５２により、第１のガラスシール部５２を挟んで配列方向に互いに隣り合う２つの導電性部材（例えば、ナット２４と第１のエンドプレート１０４）が電気的に絶縁され、かつ、２つの導電性部材間のガスシール性が確保される。なお、ナット２４および第１のエンドプレート１０４と、ナット２４および第２のエンドプレート１０４と、第２のエンドプレート１０４およびガス通路部材２７と、ガス通路部材２７およびナット２４とは、それぞれ、特許請求の範囲における第１の部材および第２の部材、一対の部材に相当する。また、第１のガラスシール部５２は、特許請求の範囲におけるシール部に相当する。また、燃料電池スタック１００は、特許請求の範囲における接合構造体および電気化学反応セルスタックに相当する。

（エンドプレート１０４，１０６の構成）
第１および第２のエンドプレート１０４，１０６は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。第１のエンドプレート１０４は、配列方向に略直交する方向（例えばＸ軸負方向）に突出する第１の突出部１４を備える。第１のエンドプレート１０４の第１の突出部１４は、燃料電池スタック１００のプラス側の出力端子として機能する。

（集電板１８の構成）
集電板１８は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばステンレスにより形成されている。集電板１８は、配列方向に略直交する方向（例えばＸ軸正方向）に突出する第２の突出部１６を備える。集電板１８の突出部１６は、燃料電池スタック１００のマイナス側の出力端子として機能する。

集電板１８と第２のエンドプレート１０６との間には、第２のガラスシール部５４と、マイカ等の絶縁材５７とが介在している。絶縁材５７には、上記各貫通孔１０８に対応する位置に孔が形成されており、この孔の内側に、第２のガラスシール部５４が配置されている。第２のガラスシール部５４には、上述した各貫通孔１０８に連通する孔が形成されている。第２のガラスシール部５４により、第２のガラスシール部５４を挟んで配列方向に互いに隣り合う２つの導電性部材である集電板１８と第２のエンドプレート１０６とが電気的に絶縁され、かつ、集電板１８と第２のエンドプレート１０６との間のガスシール性が確保される。なお、集電板１８と第２のエンドプレート１０６とは、特許請求の範囲における第１の部材および第２の部材は、特許請求の範囲における一対の部材に相当する。また、第２のガラスシール部５４は、特許請求の範囲におけるシール部に相当する。

（発電単位１０２の構成）
図４は、図２に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＸＺ断面構成を示す説明図であり、図５は、図３に示す断面と同一の位置における互いに隣接する２つの発電単位１０２のＹＺ断面構成を示す説明図である。

図４および図５に示すように、発電の最小単位である発電単位１０２は、単セル１１０と、セパレータ１２０と、空気極側フレーム１３０と、空気極側集電体１３４と、燃料極側フレーム１４０と、燃料極側集電体１４４と、発電単位１０２の最上層および最下層を構成する一対のインターコネクタ１５０とを備えている。セパレータ１２０、空気極側フレーム１３０、燃料極側フレーム１４０、インターコネクタ１５０におけるＺ方向回りの周縁部には、上述したボルト２２が挿入される貫通孔１０８に対応する孔が形成されている。

インターコネクタ１５０は、略矩形の平板形状の導電性部材であり、例えばフェライト系ステンレスにより形成されている。インターコネクタ１５０は、発電単位１０２間の電気的導通を確保すると共に、発電単位１０２間での反応ガスの混合を防止する。なお、本実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合、１つのインターコネクタ１５０は、隣接する２つの発電単位１０２に共有されている。すなわち、ある発電単位１０２における上側のインターコネクタ１５０は、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における下側のインターコネクタ１５０と同一部材である。そのため、あるインターコネクタ１５０は、ある発電単位１０２における後述する空気極１１４に面する空気室１６６に面し、かつ、その発電単位１０２の上側に隣接する他の発電単位１０２における後述する燃料極１１６に面する燃料室１７６に面する。また、燃料電池スタック１００は第１のエンドプレート１０４および集電板１８を備えているため、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えておらず、最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていない（図２および図３参照）。

単セル１１０は、電解質層１１２と、電解質層１１２を挟んで上下方向（発電単位１０２が並ぶ配列方向）に互いに対向する空気極１１４および燃料極１１６とを備える。なお、本実施形態の単セル１１０は、燃料極１１６で電解質層１１２および空気極１１４を支持する燃料極支持形の単セルである。

電解質層１１２は、略矩形の平板形状部材であり、少なくともＺｒを含んでおり、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）、ＣａＳＺ（カルシア安定化ジルコニア）等の固体酸化物により形成されている。空気極１１４は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、ペロブスカイト型酸化物（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）、ＬＮＦ（ランタンニッケル鉄））により形成されている。燃料極１１６は、略矩形の平板形状部材であり、例えば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｎｉとセラミック粒子からなるサーメット、Ｎｉ基合金等により形成されている。このように、本実施形態の単セル１１０（発電単位１０２）は、電解質として固体酸化物を用いる固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）である。

セパレータ１２０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１２１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。セパレータ１２０における孔１２１の周囲部分は、電解質層１１２における空気極１１４の側の表面の周縁部に対向している。セパレータ１２０は、その対向した部分に配置されたロウ材（例えばＡｇロウ）により形成された接合部１２４により、電解質層１１２（単セル１１０）と接合されている。セパレータ１２０により、空気極１１４に面する空気室１６６と燃料極１１６に面する燃料室１７６とが区画され、単セル１１０の周縁部における一方の電極側から他方の電極側へのガスのリークが抑制される。なお、セパレータ１２０が接合された単セル１１０をセパレータ付き単セルともいう。

空気極側フレーム１３０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１３１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、マイカ等の絶縁体により形成されている。空気極側フレーム１３０の孔１３１は、空気極１１４に面する空気室１６６を構成する。空気極側フレーム１３０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面の周縁部とに接触している。すなわち、空気極側フレーム１３０は、配列方向に隣り合うセパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間に配置されている。また、空気極側フレーム１３０によって、発電単位１０２に含まれる一対のインターコネクタ１５０間が電気的に絶縁される。また、空気極側フレーム１３０には、酸化剤ガス導入マニホールド１６１と空気室１６６とを連通する酸化剤ガス供給連通孔１３２と、空気室１６６と酸化剤ガス排出マニホールド１６２とを連通する酸化剤ガス排出連通孔１３３とが形成されている。

空気極側フレーム１３０における各貫通孔１０８の内側には、第３のガラスシール部５６が配置されている。すなわち、空気極側フレーム１３０を挟んで隣り合うセパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間には、各マニホールドを取り囲むように第３のガラスシール部５６が配置されている。第３のガラスシール部５６により、第３のガラスシール部５６を挟んで配列方向に互いに隣り合う２つの導電性部材であるセパレータ１２０とインターコネクタ１５０とが電気的に絶縁され、かつ、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０との間のガスシール性が確保される。なお、セパレータ１２０とインターコネクタ１５０とは、特許請求の範囲における第１の部材および第２の部材は、特許請求の範囲における一対の部材に相当する。また、第３のガラスシール部５６は、特許請求の範囲におけるシール部に相当する。

燃料極側フレーム１４０は、中央付近に上下方向に貫通する略矩形の孔１４１が形成されたフレーム状の部材であり、例えば、金属により形成されている。燃料極側フレーム１４０の孔１４１は、燃料極１１６に面する燃料室１７６を構成する。燃料極側フレーム１４０は、セパレータ１２０における電解質層１１２に対向する側の表面の周縁部と、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面の周縁部とに接触している。また、燃料極側フレーム１４０には、燃料ガス導入マニホールド１７１と燃料室１７６とを連通する燃料ガス供給連通孔１４２と、燃料室１７６と燃料ガス排出マニホールド１７２とを連通する燃料ガス排出連通孔１４３とが形成されている。

燃料極側集電体１４４は、燃料室１７６内に配置されている。燃料極側集電体１４４は、インターコネクタ対向部１４６と、電極対向部１４５と、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６とをつなぐ連接部１４７とを備えており、例えば、ニッケルやニッケル合金、ステンレス等により形成されている。電極対向部１４５は、燃料極１１６における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面に接触しており、インターコネクタ対向部１４６は、インターコネクタ１５０における燃料極１１６に対向する側の表面に接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も下に位置する発電単位１０２は下側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２におけるインターコネクタ対向部１４６は、集電板１８の表面に接触している。燃料極側集電体１４４は、このような構成であるため、燃料極１１６とインターコネクタ１５０（または集電板１８）とを電気的に接続する。なお、電極対向部１４５とインターコネクタ対向部１４６との間には、例えばマイカにより形成されたスペーサー１４９が配置されている。そのため、燃料極側集電体１４４が温度サイクルや反応ガス圧力変動による発電単位１０２の変形に追随し、燃料極側集電体１４４を介した燃料極１１６とインターコネクタ１５０との電気的接続が良好に維持される。

空気極側集電体１３４は、空気室１６６内に配置されている。空気極側集電体１３４は、複数の略四角柱状の集電体要素１３５から構成されており、例えば、フェライト系ステンレスにより形成されている。空気極側集電体１３４は、空気極１１４における電解質層１１２に対向する側とは反対側の表面と、インターコネクタ１５０における空気極１１４に対向する側の表面とに接触している。ただし、上述したように、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２は上側のインターコネクタ１５０を備えていないため、当該発電単位１０２の空気極側集電体１３４は、第１のエンドプレート１０４の表面に接触している。このように、空気極側集電体１３４は、空気極１１４とインターコネクタ１５０（または第１のエンドプレート１０４）とを電気的に接続する。なお、空気極側集電体１３４とインターコネクタ１５０とが一体の部材として形成されていてもよい。

Ａ−２．燃料電池スタック１００の動作：
図２および図４に示すように、酸化剤ガス導入マニホールド１６１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して酸化剤ガスＯＧが供給されると、酸化剤ガスＯＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して酸化剤ガス導入マニホールド１６１に供給され、酸化剤ガス導入マニホールド１６１から各発電単位１０２の酸化剤ガス供給連通孔１３２を介して、空気室１６６に供給される。また、図３および図５に示すように、燃料ガス導入マニホールド１７１の位置に設けられたガス通路部材２７の分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料ガスＦＧが供給されると、燃料ガスＦＧは、ガス通路部材２７の分岐部２９および本体部２８の孔を介して燃料ガス導入マニホールド１７１に供給され、燃料ガス導入マニホールド１７１から各発電単位１０２の燃料ガス供給連通孔１４２を介して、燃料室１７６に供給される。

各発電単位１０２の空気室１６６に酸化剤ガスＯＧが供給され、燃料室１７６に燃料ガスＦＧが供給されると、単セル１１０において酸化剤ガスＯＧおよび燃料ガスＦＧの電気化学反応による発電が行われる。この発電反応は発熱反応である。各発電単位１０２において、単セル１１０の空気極１１４は空気極側集電体１３４を介して一方のインターコネクタ１５０に電気的に接続され、燃料極１１６は燃料極側集電体１４４を介して他方のインターコネクタ１５０に電気的に接続されている。また、燃料電池スタック１００に含まれる複数の発電単位１０２は、電気的に直列に接続されている。そのため、出力端子として機能する第１のエンドプレート１０４の第１の突出部１４と集電板１８の第２の突出部１６とから、各発電単位１０２において生成された電気エネルギーが取り出される。なお、ＳＯＦＣは、比較的高温（例えば７００℃から１０００℃）で発電が行われることから、起動後、発電により発生する熱で高温が維持できる状態になるまで、燃料電池スタック１００が加熱器（図示せず）により加熱されてもよい。

各発電単位１０２の空気室１６６から排出された酸化剤オフガスＯＯＧは、図２および図４に示すように、酸化剤ガス排出連通孔１３３を介して酸化剤ガス排出マニホールド１６２に排出され、さらに酸化剤ガス排出マニホールド１６２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示せず）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。また、各発電単位１０２の燃料室１７６から排出された燃料オフガスＦＯＧは、図３および図５に示すように、燃料ガス排出連通孔１４３を介して燃料ガス排出マニホールド１７２に排出され、さらに燃料ガス排出マニホールド１７２の位置に設けられたガス通路部材２７の本体部２８および分岐部２９の孔を経て、当該分岐部２９に接続されたガス配管（図示しない）を介して燃料電池スタック１００の外部に排出される。

Ａ−３．ガラスシール部５２，５４，５６の構成：
本実施形態では、第１のガラスシール部５２と第２のガラスシール部５４と第３のガラスシール部５６とは、いずれも、上下方向に平行な、少なくとも１つの断面が、次の第１条件から第３の条件の全てを満たす。
第１の条件：ガラスシール部５２，５４，５６における特定の表面を含む第１の領域と、該特定の表面から離間し、第１の領域とは異なる第２の領域とが存在する。
第２の条件：第２の領域に含まれるガラスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素を含む。
第３の条件：第１の領域に含まれるガラスは、当該特定元素を含み、かつ、当該特定元素の含有率（ｗｔ％ 以下、同じ）が第２の領域における特定元素の含有率より低い。
以下、第３のガラスシール部５６の構成について具体的に説明する。なお、第１のガラスシール部５２と第２のガラスシール部５４との構成は、第３のガラスシール部５６の構成と略同一であるため、説明を省略する。

図５に拡大して示すように、第３のガラスシール部５６は、マニホールド側領域Ｒ１と、非マニホールド側領域Ｒ２とを含む（第１の条件）。マニホールド側領域Ｒ１は、第１のガラスシール部５２のうち、燃料ガス導入マニホールド１７１に露出するマニホールド側表面５６Ａの全体を含む領域である。非マニホールド側領域Ｒ２は、第３のガラスシール部５６のうち、マニホールド側表面５６Ａから離間し、マニホールド側領域Ｒ１とは異なる領域である。すなわち、マニホールド側領域Ｒ１は、燃料ガス導入マニホールド１７１に流れる燃料ガスＦＧに晒され、非マニホールド側領域Ｒ２は、燃料ガスＦＧに晒されない。

非マニホールド側領域Ｒ２に含まれるガラスは、主成分のＳｉＯ_２（酸化ケイ素）と、Ｎａ（ナトリウム）と、Ｋ（カリウム）とＢ（ホウ素）とを含む（第２の条件）。マニホールド側領域Ｒ１に含まれるガラスは、非マニホールド側領域Ｒ２と同様、主成分のＳｉＯ_２と、Ｎａと、ＫとＢとを含む。ただし、マニホールド側領域Ｒ１におけるＮａの含有率は、非マニホールド側領域Ｒ２におけるＮａの含有率より低い。また、マニホールド側領域Ｒ１におけるＫの含有率は、非マニホールド側領域Ｒ２におけるＫの含有率より低い。（第３の条件）。すなわち、第３のガラスシール部５６では、燃料ガス導入マニホールド１７１に露出するマニホールド側表面５６Ａ付近の領域における特定元素（Ｎａ，Ｋ）の含有率は、マニホールド側表面５６Ａから離間した領域における特定元素（Ｎａ，Ｋ）の含有率より低い。さらに、マニホールド側領域Ｒ１の少なくとも一部は、結晶化している。マニホールド側領域Ｒ１の全体が結晶化していることが好ましい。マニホールド側領域Ｒ１は、特許請求の範囲における第１の領域に相当し、非マニホールド側領域Ｒ２は、特許請求の範囲における第２の領域に相当する。また、マニホールド側表面５６Ａは、特許請求の範囲における特定の表面に相当する。また、アルカリ金属であるＮａおよびＫは、特許請求の範囲における特定元素に相当する。

なお、第３のガラスシール部５６の熱膨張率と、該第３のガラスシール部５６に接触する導電性部材（例えばセパレータ１２０やインターコネクタ１５０）の熱膨張率との差は、極力小さいことが好ましい。温度変化による第３のガラスシール部５６と導電性部材との熱膨張量の差に起因して第３のガラスシール部５６と導電性部材とが剥離することを抑制するためである。例えば、第３のガラスシール部５６に接触しているインターコネクタ１５０の熱膨張率が１０（ｐｐｍ／Ｋ）以上、１２（ｐｐｍ／Ｋ）であるフェライト系ステンレスにより形成されている場合、第３のガラスシール部５６の熱膨張率は８（ｐｐｍ／Ｋ）以上、１２（ｐｐｍ／Ｋ）以下であることが好ましい。ガラスの主成分である石英（ＳｉＯ_２）の熱膨張率は、６（ｐｐｍ／Ｋ）程度であり、比較的に低い。そこで、熱膨張率の向上のために、上述したように、第３のガラスシール部５６にはアルカリ金属やアルカリ土類金属が含まれている。第３のガラスシール部５６の熱膨張率は、例えば、次の方法により特定することができる。まず、第３のガラスシール部５６と同じ組成のガラスを所定温度で熱処理することで結晶化させ、所定の形状に切り出しした後に、一般的な熱膨張測定装置（ＴＭＡ）を用いて昇温し、温度上昇とともにどれだけ膨張するかを測定する。これにより、第３のガラスシール部５６の熱膨張率の値を特定することができる。

Ａ−４．ガラスシール部５２，５４，５６の形成方法：
ガラスシール部５２，５４，５６の形成方法について、第３のガラスシール部５６を例に挙げて説明する。まず、結晶化前のガラス粉末にバインダおよび溶媒を添加してペーストを作製する。作製したペーストを、一対の部材（セパレータ１２０とインターコネクタ１５０）の間に塗布して乾燥させ、軟化温度以上に加熱することによってガラスを溶融する。さらに、溶融したガラスを結晶化温度以上に加熱することによって安定な結晶を析出させる。ここで、結晶化する前の溶融したガラスの状態で、該ガラスに含まれる元素のマイグレーションを起こすことにより、マニホールド側表面５６Ａ付近の領域（マニホールド側領域Ｒ１）における特定元素（Ｎａ，Ｋ）の含有率を、マニホールド側表面５６Ａから離間した領域（非マニホールド側領域Ｒ２）における特定元素（Ｎａ，Ｋ）の含有率より低くすることができる。具体的には、結晶化前のガラスのマニホールド側表面５６Ａ側を水素雰囲気に晒しつつ、結晶化前のガラスを結晶化温度以上に加熱する。これにより、ガラスのマニホールド側表面５６Ａ側の領域（マニホールド側領域Ｒ１）を、特定元素の含有率を低減しつつ結晶化させることができる。なお、結晶の状態は、例えばＸ線回折分析による結晶構造解析等の公知の方法により確認することができる。

図６は、元素のマイグレーション後におけるガラスシール部のサンプルＳＰの断面のＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）画像およびＥＤＸ（エネルギー分散型Ｘ線分析）の結果を示す説明図である。図６上段には、サンプルＳＰと、そのサンプルＳＰを上下方向で挟むように配置された一対のステンレス部材Ｗ１，Ｗ２との断面構成のＳＥＭ画像が示されている。図６下段には、サンプルＳＰのＡ部分に含まれるガラスの主成分のＳｉと、特定元素であるＮａおよびＫとのそれぞれのＥＤＸの結果が示されている。左の図はＳｉの分析結果であり、中央の図はＮａの分析結果であり、右図はＫの分析結果である。ＥＤＸの結果では、明るい箇所ほど、分析対象の元素の濃度が高いことを意味する。なお、結晶化前のサンプルＳＰの組成は、ＳｉＯ_２（酸化ケイ素）（６５ｗｔ％）、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）（７ｗｔ％）、Ｂ_２Ｏ_３（酸化ホウ素）（１０ｗｔ％）、ＺｎＯ（酸化亜鉛）（５ｗｔ％）、Ｎａ_２Ｏ（酸化ナトリウム）（８ｗｔ％）、Ｋ_２Ｏ（酸化カリウム）（５ｗｔ％）である。

図６上段に示すように、サンプルＳＰは、２つのステンレス部材Ｗ１，Ｗ２に上下方向で挟まれており、２つのステンレス部材Ｗ１，Ｗ２の間に形成された隙間を第１の空間Ｑ１と第２の空間Ｑ２とに区画している。第１の空間Ｑ１（サンプルＳＰの右側の空間）は水素雰囲気であり、第２の空間Ｑ２（サンプルＳＰの左側の空間）は大気雰囲気である。このような雰囲気の中で、結晶化前のサンプルＳＰを結晶化温度以上に加熱することによりサンプルＳＰを形成した。図６の下段のＥＤＸの結果によれば、サンプルＳＰの第１の空間Ｑ１側では、第２１の空間Ｑ２側に比べて、ＮａおよびＫが少ない。このことは、サンプルＳＰでは、水素雰囲気に露出している特定の表面付近におけるＮａおよびＫの含有率が、該特定の表面から離間した領域におけるＮａおよびＫの含有率より低いことを意味する。

Ａ−５．性能評価：
ガラスの組成および上述の元素のマイグレーションの有無の少なくとも一方が互いに異なるガラスを含むサンプル（サンプル１〜４）を作成し、特定元素の放出抑制についての評価を行った。各サンプルは、フェライト系ステンレス板上にガラスが形成されたテストピースである。図７は、サンプルの性能評価結果を示す説明図である。

図７に示すように、サンプル１とサンプル２とは、ガラスの組成が互いに同じであり、具体的には、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３とＣａＯ（酸化カルシウム）とＭｇＯ（酸化マグネシウム）とを含む。ただし、サンプル１のガラスは、上述の元素のマイグレーションが意図的に行われた後のものであり、サンプル２では、元素のマイグレーションを行われていないものである。また、サンプル３とサンプル４とは、ガラスの組成が互いに同じであり、具体的には、ＳｉＯ_２とＢ_２Ｏ_３とＮａ_２ＯとＫ_２Ｏとを含む。ただし、サンプル３のガラスは、上述の元素のマイグレーションが意図的に行われた後のものであり、サンプル４では、元素のマイグレーションを行われていないものである。

本評価では、最も放出され易いＢの放出について評価を行った。具体的には、アルミナ板の上にサンプルを配置し、該サンプルの上にＬＳＣＦ（ランタンストロンチウムコバルト鉄酸化物）を塗布した積層体を作成し、その積層体を容器（図示せず）に入れて、その容器に蓋を閉めて容器内を密閉する。そして、積層体が収容された容器を、約８００（℃）で約１００時間放置した後に常温に戻す性能試験を行った。次に、性能試験の前後の積層体について、ＸＲＦ分析（蛍光Ｘ線元素分析）を行うことによって、Ｂの放出量を特定した。

その結果、元素のマイグレーションが行われていないサンプル２，４では、Ｂの放出が検出された。具体的には、サンプル２では、性能試験の前のＢの含有量に対する性能試験後のＢの減少量の割合（以下、「Ｂ放出割合」という）が０．２（％）であり、サンプル４では、Ｂ放出割合は０．３（％）であった。一方、元素のマイグレーションが行われたサンプル１，３では、Ｂの放出が検出されなかった。具体的には、サンプル１，３のいずれも、Ｂ放出割合が０．１（％）未満（検出限界以下）であった。これらの評価結果によれば、ガラスに元素のマイグレーションを行わせてマニホールド側領域Ｒ１と非マニホールド側領域Ｒ２とを形成することにより、ガラスに含まれるＢの放出を抑制することができることが分かる。また、Ｂは、アルカリ金属やアルカリ土類金属よりもガラスから放出され易い。このため、本性能評価は、ガラスに元素のマイグレーションを行わせてマニホールド側領域Ｒ１と非マニホールド側領域Ｒ２とを形成することにより、ガラスに含まれるアルカリ金属（Ｎａ，Ｋ）やアルカリ土類金属（Ｍｇ，Ｃａ）の放出をも抑制することができるといえる。

Ａ−６．本実施形態の効果：
本実施形態の燃料電池スタック１００によれば、ガラスシール部５２，５４，５６における特定の表面（マニホールド側表面５６Ａ）を含む第１の領域（マニホールド側領域Ｒ１）と、該第１の領域に対して特定の表面とは反対側に位置する第２の領域（非マニホールド側領域Ｒ２）とは、いずれも、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素とガラスとを含む。また、第１の領域における特定元素の含有率は、第２の領域における特定元素の含有率より低い。これにより、単に非結晶のガラスを結晶化させた結晶化ガラスを用いる場合に比べて、ガラスシール部に含まれる特定元素が該特定の表面を介してガラスシール部の外部に放出されることを、より確実に抑制することができる。また、ガラスシール部と別の材料により形成されたコーティング膜を、ガラスシール部の特定の表面に形成することなく、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を抑制することができる。

また、本実施形態によれば、マニホールド側領域Ｒ１の少なくとも一部は、結晶化している。これにより、Ｒ１全体が非結晶である場合に比べて、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を、より効果的に抑制することができる。

また、本実施形態によれば、マニホールド側領域Ｒ１は、第３のガラスシール部５６のうち、燃料ガス導入マニホールド１７１に露出するマニホールド側表面５６Ａの全体を含む領域である。すなわち、第３のガラスシール部５６において燃料ガス導入マニホールド１７１に露出するマニホールド側表面５６Ａ全体を含む領域における特定元素の含有率が低くなっている。これにより、マニホールド側表面５６Ａ全体が、熱膨張率が相対的に低い材料（アルカリ金属等）によって形成された構造になるため、温度変化に対するガラスシール部の強度を向上させることができる。

Ｂ．変形例：
本明細書で開示される技術は、上述の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の形態に変形することができ、例えば次のような変形も可能である。

上記実施形態では、燃料電池スタック１００における第１〜第３のガラスシール部５２，５４，５６のそれぞれについて、少なくとも１つの断面が上述の第１から第３の条件の全てを満たすとしたが、これに限らず、第１〜第３のガラスシール部５２，５４，５６の少なくとも１つについて、少なくとも１つの断面が上述の第１から第３の条件の少なくとも１つを満たさないとしてもよい。また、第１〜第３のガラスシール部５２，５４，５６以外のシール部について、少なくとも１つの断面が上述の第１から第３の条件の全てを満たすとしてもよい。例えば、セパレータ１２０と電解質層１１２（単セル１１０）との間のシール対象箇所について、接合部１２４の代わりにガラスシール部を配置するとして、該ガラスシール部が、少なくとも１つの断面が上述の第１から第３の条件の少なくとも１つを満たすとしてもよい。この場合、セパレータ１２０および電解質層１１２（単セル１１０）が、特許請求の範囲における第１の部材および第２の部材、一対の部材に相当する。また、ガラスが特定元素を複数種類含む場合、複数種類の特定元素のうちの少なくとも１つの種類の元素について、上記第２の条件および第３の条件が満たされればよい。

また、上記実施形態では、各ガラスシール部５２，５４，５６は、一対の部材の間に配置されていたが、これに限らず、ガラスシール部は、一対の部材に跨がるように配置されるとしてもよい。要するに、ガラスシール部は、一対の部材（第１の部材と第２の部材）の両方に接触していればよい。さらに、ガラスシール部は、露出する全表面について第１の領域（マニホールド側領域Ｒ１）が存在するとしてもよい。第１の領域は、熱膨張率が相対的に高いアルカリ金属等の含有率が低い。すなわち、ガラスシール部の表面全体は、熱膨張率が相対的に低い材料によって形成された構造になる。このため、ガラスシール部全体が温度変化に対して変形し難くなることによってガラスシール部の強度が向上する。

上記実施形態では、マニホールド側領域Ｒ１は、第１のガラスシール部５２のうち、マニホールド側表面５６Ａの全体を含む領域であるとしたが、これに限定されず、マニホールド側領域Ｒ１は、マニホールド側表面５６Ａの一部だけを含む領域であるとしてもよい。このような構成でも、マニホールド側領域Ｒ１が、マニホールド側表面５６Ａの全体を含まない領域である場合に比べて、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を抑制することができる。

上記実施形態では、特定元素として、ＮａおよびＫを例示したが、これに限定されず、特定元素は、他のアルカリ金属（例えばＬｉ（リチウム）、Ｃｓ（セシウム）等）でもよいし、アルカリ土類金属（例えばＭｇ（マグネシウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｓｒ（ストロンチウム）、Ｂａ（バリウム））でもよい。

上記実施形態では、第１の領域（マニホールド側領域Ｒ１）と第２の領域（非マニホールド側領域Ｒ２）とは、含有する元素が互いに同じであったが、これに限らず、第１の領域と第２の領域とは、少なくともガラスの主成分（ＳｉＯ_２）と、互いに同じ特定元素とを含んでいればよく、これら以外に、互いに異なる元素を含むとしてもよい。例えば、外部に露出する第１の領域だけにＳ（硫黄）またはＳの化合物を含むとしてもよい。

上記実施形態では、マニホールド側領域Ｒ１が第３のガラスシール部５６のマニホールド側表面５６Ａ側のみに存在したが、これに限らず、例えば、第３のガラスシール部５６のマニホールド側表面５６Ａとは反対の表面側にもマニホールド側領域Ｒ１が存在するとしてもよい。なお、このような形態は、第３のガラスシール部５６となる結晶化前のガラスに対して、該ガラスによって仕切られる２つの空間の両方を水素雰囲気とすることにより作成することができる。

上記実施形態では、ガラスシール部５２，５４，５６の形成方法として、特定の表面側を水素雰囲気に晒す方法を例示したが、これに限定されず、例えば、結晶化前のガラスに電圧を印加する方法でもよい。結晶化前のガラスに電圧を印加することにより、プラスに帯電した特定元素をマイナス側（特定の表面側）に移動させることができる。また、結晶化前のガラスの特定の表面側を水素雰囲気にする方法でもよい。この場合、水素雰囲気に晒された表面側の領域に、マイナスに帯電した特定元素を移動させる、もしくは、プラスに帯電した特定元素を他の領域に移動させることができる。

また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００の構成が、平板形の単セル１１０を複数備える構成であるが、本発明は、他の構成、例えば国際公開第２０１２／１６５４０９号に記載されているように、略円筒形の単セル１１０ａを複数備える燃料電池スタック１００ａにも同様に適用可能である。図８は、変形例における燃料電池スタック１００ａの構成を概略的に示す説明図であり、図９は、図８のＩＸ−ＩＸの位置における燃料電池スタック１００ａの一部分のＸＺ断面構成を示す説明図である。図８に示す変形例における燃料電池スタック１００ａは、Ｚ方向に互いに所定間隔をあけて並べて配置された複数の発電単位１０２ａを備える。複数の発電単位１０２ａは、隣り合う発電単位１０２ａ間に配置された集電部８７０を介して電気的に直列に接続されている。各発電単位１０２ａは、扁平柱形状の外観を有し、電極支持体８３０と、単セル１１０ａと、インターコネクタ８１０とを備える。単セル１１０ａは、燃料極８４０と、電解質層８５０と、空気極８６０と、中間層９００とを含む。なお、図８および図９に示す変形例におけるＺ方向は、特許請求の範囲における第１の方向に相当する。

電極支持体８３０は、略楕円形状の断面を有する柱状体であり、多孔質材料で形成されている。電極支持体８３０の内部には、柱状体の延伸方向に延びる複数の燃料ガス流路８２０が形成されている。燃料極８４０は、電極支持体８３０の側面の内、互いに平行な一対の平坦面の一方と、各平坦面の端部同士をつなぐ２つの曲面とを覆うように設けられている。電解質層８５０は、燃料極８４０の側面を覆うように設けられている。空気極８６０は、電解質層８５０の側面の内、電極支持体８３０の平坦面上に位置する部分を覆うように設けられている。ただし、電解質層８５０と空気極８６０との間には、中間層９００が配置されている。また、中間層９００と電解質層８５０との間には、中間層９００と電解質層８５０との相互拡散により生成された固溶体層（図示せず）が存在する。インターコネクタ８１０は、燃料極８４０および電解質層８５０が設けられていない側の電極支持体８３０の平坦面上に設けられている。集電部８７０は、発電単位１０２ａの空気極８６０と、その発電単位１０２ａに隣り合う発電単位１０２ａのインターコネクタ８１０とを電気的に接続する。燃料電池スタック１００ａは、さらに、燃料ガスＦＧが供給される内部空間を有するマニホールド９５０を備える。マニホールド９５０の天板９５２には、複数の開口部９５０Ａが形成されており、複数の開口部９５０Ａのそれぞれに各単セル１１０ａの電極支持体８３０の下端部が挿入されている。そして、電極支持体８３０の外周面と開口部９５０Ａとの間に、ガラスシール部９６０が介在している。ガラスシール部９６０により、ガラスシール部９６０を挟んで互いに隣り合う電極支持体８３０とマニホールド９５０との間のガスシール性が確保される。空気極８６０の外側に酸化剤ガスが供給され、マニホールド９５０を介して電極支持体８３０に形成された燃料ガス流路８２０に燃料ガスが供給され、所定の作動温度まで加熱されると、燃料電池スタック１００ａにおいて発電が行われる。

このような構成の燃料電池スタック１００ａにおいても、上記実施形態と同様に、少なくとも１つのガラスシール部９６０において、少なくとも１つの断面が、上述の第１条件から第３の条件の全てを満たすとしてもよい。例えば、ガラスシール部９６０は、マニホールド９５０の内部空間に露出するガラスシール部９６０の下面９６０Ａを含む第１の領域と、該下面９６０Ａから離間し、第１の領域とは異なる第２の領域とが存在する。第２の領域に含まれるガラスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素を含む。第１の領域に含まれるガラスは、特定元素を含み、かつ、特定元素の含有率が第２の領域における特定元素の含有率より低い、としてもよい。このような構成でも、ガラスシール部９６０の外部への特定元素の放出を抑制することができる。

また、上記実施形態において、燃料電池スタック１００に含まれる発電単位１０２の個数は、あくまで一例であり、発電単位１０２の個数は燃料電池スタック１００に要求される出力電圧等に応じて適宜決められる。

また、上記実施形態では、各ボルト２２の軸部の外周面と各貫通孔１０８の内周面との間の空間を各マニホールドとして利用しているが、これに代えて、各ボルト２２の軸部に軸方向の孔を形成し、その孔を各マニホールドとして利用してもよい。また、各マニホールドを各ボルト２２が挿入される各貫通孔１０８とは別に設けてもよい。

また、上記実施形態では、２つの発電単位１０２が隣接して配置されている場合には、１つのインターコネクタ１５０が隣接する２つの発電単位１０２に共有されるとしているが、このような場合でも、２つの発電単位１０２がそれぞれのインターコネクタ１５０を備えてもよい。また、上記実施形態では、燃料電池スタック１００において最も上に位置する発電単位１０２の上側のインターコネクタ１５０や、最も下に位置する発電単位１０２の下側のインターコネクタ１５０は省略されているが、これらのインターコネクタ１５０を省略せずに設けてもよい。

また、上記実施形態において、燃料極側集電体１４４は、空気極側集電体１３４と同様の構成であってもよく、燃料極側集電体１４４と隣接するインターコネクタ１５０とが一体部材であってもよい。また、空気極側フレーム１３０ではなく燃料極側フレーム１４０が絶縁体であってもよい。また、空気極側フレーム１３０や燃料極側フレーム１４０は、多層構成であってもよい。

また、上記実施形態における各部材を形成する材料は、あくまで例示であり、各部材が他の材料により形成されてもよい。

また、上記実施形態において、都市ガスを改質して水素リッチな燃料ガスＦＧを得るとしているが、ＬＰガスや灯油、メタノール、ガソリン等の他の原料から燃料ガスＦＧを得るとしてもよいし、燃料ガスＦＧとして純水素を利用してもよい。

本明細書において、部材（または部材のある部分、以下同様）Ａを挟んで部材Ｂと部材Ｃとが互いに対向するとは、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとが隣接する形態に限定されず、部材Ａと部材Ｂまたは部材Ｃとの間に他の構成要素が介在する形態を含む。例えば、電解質層１１２と空気極１１４との間に他の層が設けられた構成であっても、空気極１１４と燃料極１１６とは電解質層１１２を挟んで互いに対向すると言える。

また、上記実施形態では、燃料ガスに含まれる水素と酸化剤ガスに含まれる酸素との電気化学反応を利用して発電を行うＳＯＦＣを対象としているが、本発明は、水の電気分解反応を利用して水素の生成を行う固体酸化物形の電解セル（ＳＯＥＣ）の最小単位である電解セル単位や、複数の電解セル単位を備える電解セルスタックにも同様に適用可能である。なお、電解セルスタックの構成は、例えば特開２０１６−８１８１３号公報に記載されているように公知であるためここでは詳述しないが、概略的には上述した実施形態における燃料電池スタック１００と同様の構成である。すなわち、上述した実施形態における燃料電池スタック１００を電解セルスタックと読み替え、発電単位１０２を電解セル単位と読み替えればよい。ただし、電解セルスタックの運転の際には、空気極１１４がプラス（陽極）で燃料極１１６がマイナス（陰極）となるように両電極間に電圧が印加されると共に、貫通孔１０８を介して原料ガスとしての水蒸気が供給される。これにより、各電解セル単位において水の電気分解反応が起こり、燃料室１７６で水素ガスが発生し、貫通孔１０８を介して電解セルスタックの外部に水素が取り出される。このような構成の電解セル単位および電解セルスタックにおけるガラスシール部に本発明を適用することにより、ガラスシール部の外部への特定元素の放出を抑制することができる。

また、上記実施形態では、接合構造体として、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）を例に説明したが、本発明は、溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）といった他のタイプの燃料電池（または電解単セル）や高温（５００℃以上）で使用されるガス配管のつなぎ目にも適用可能である。

１４：突出部 １６：突出部 １８：集電板 ２２：ボルト ２４：ナット ２７：ガス通路部材 ２８：本体部 ２９：分岐部 ５２，５４，５６：ガラスシール部 ５６Ａ：マニホールド側表面 ５７：絶縁材 １００，１００ａ：燃料電池スタック １０２，１０２ａ：発電単位 １０４，１０６：エンドプレート １０８：貫通孔 １１０，１１０ａ：単セル １１２，８５０：電解質層 １１４，８６０：空気極 １１６：燃料極 １２０：セパレータ １２１：孔 １２４：接合部 １３０：空気極側フレーム １３１：孔 １３２：酸化剤ガス供給連通孔 １３３：酸化剤ガス排出連通孔 １３４：空気極側集電体 １３５：集電体要素 １４０：燃料極側フレーム １４１：孔 １４２：燃料ガス供給連通孔 １４３：燃料ガス排出連通孔 １４４：燃料極側集電体 １４５：電極対向部 １４６：インターコネクタ対向部 １４７：連接部 １４９：スペーサー １５０：インターコネクタ １６１：酸化剤ガス導入マニホールド １６２：酸化剤ガス排出マニホールド １６６：空気室 １７１：燃料ガス導入マニホールド １７２：燃料ガス排出マニホールド １７６：燃料室 ８１０：インターコネクタ ８２０：燃料ガス流路 ８３０：電極支持体 ８４０：燃料極 ８７０：集電部 ９００：中間層 ９５０：マニホールド ９５０Ａ：開口部 ９５２：天板 ９６０：ガラスシール部 ９６０Ａ：下面 ＦＧ：燃料ガス ＦＯＧ：燃料オフガス ＯＧ：酸化剤ガス ＯＯＧ：酸化剤オフガス Ｑ１：第１の空間 Ｑ２：第２の空間 Ｒ１：マニホールド側領域 Ｒ２：非マニホールド側領域 Ｗ１，Ｗ２：ステンレス部材

Claims (4)

1. 第１の部材と、
   第２の部材と、
   前記第１の部材と前記第２の部材とに接触し、ガラスを含むガラスシール部と、を備える接合構造体において、
   前記ガラスシール部のうち、少なくとも１つの断面に、前記ガラスシール部における特定の表面を含む第１の領域と、前記特定の表面から離間し、前記第１の領域とは異なる第２の領域とが存在し、
   前記第２の領域に含まれる前記ガラスは、アルカリ金属およびアルカリ土類金属の少なくとも１つの特定元素を含み、
   前記第１の領域に含まれる前記ガラスは、前記特定元素を含み、かつ、前記特定元素の含有率が前記第２の領域における前記特定元素の含有率より低い、ことを特徴とする、接合構造体。
2. 請求項１に記載の接合構造体において、
   前記第１の領域の少なくとも一部は、結晶化していることを特徴とする、接合構造体。
3. 請求項１または請求項２に記載の接合構造体において、
   前記ガラスシール部において露出する全表面について、前記第１の領域が存在することを特徴とする、接合構造体。
4. 固体酸化物を含む電解質層と前記電解質層を挟んで第１の方向に互いに対向する空気極および燃料極とを含み、前記第１の方向に並べて配置された複数の単セルと、
   前記第１の方向に並べて配置される複数の導電性部材と、を有する電気化学反応セルスタックであって、
   前記複数の導電性部材および前記単セルを含む複数の部材の内、前記第１の方向において少なくとも一部が互いに隣り合う少なくとも１対の部材は、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の接合構造体に備えられる前記第１の部材および前記第２の部材であり、
   前記少なくとも１対の部材に接するシール部は、前記接合構造体に備えられる前記ガラスシール部を含むことを特徴とする、電気化学反応セルスタック。