JP2554126B2 - 燃料電池スタツク - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池スタツクに係り、特に、生産性、メ
ンテナンスに優れ、性能が安定し、スタツク全体の性能
が向上し、長寿命が図れる燃料電池のスタツク構造に関
する。
ンテナンスに優れ、性能が安定し、スタツク全体の性能
が向上し、長寿命が図れる燃料電池のスタツク構造に関
する。
従来の装置は、特開昭57−80677号公報に記載のよう
に、冷却板と集電部材とをかねた部材がサブスタツク間
の接続と集電系統として作動するようになつている。こ
の発明では、サブスタツクをどのように組み立て、それ
をさらに燃料電池全体に組み上げるかという製造方法に
関連した構造面での考慮がなされていない。また、サブ
スタツク内の燃料電池に不良のものが発生した場合に、
どのようにメンテナンスをするかという点についても考
慮がなされていない。さらに、冷却板と集電部材とをか
ねた部材と燃料電池接触面における燃料と酸化剤との混
合による直接燃焼に対する考慮もなされていない。この
ように従来の装置ではサブスタツクの構成から燃料電池
スタツクへの組み立てに対する構造、及び、不良電池が
発生した場合のメンテナンス方法、さらに、燃料と酸化
剤ガスとの電池内での直接燃料に対する防止構造などの
点で問題がある。
に、冷却板と集電部材とをかねた部材がサブスタツク間
の接続と集電系統として作動するようになつている。こ
の発明では、サブスタツクをどのように組み立て、それ
をさらに燃料電池全体に組み上げるかという製造方法に
関連した構造面での考慮がなされていない。また、サブ
スタツク内の燃料電池に不良のものが発生した場合に、
どのようにメンテナンスをするかという点についても考
慮がなされていない。さらに、冷却板と集電部材とをか
ねた部材と燃料電池接触面における燃料と酸化剤との混
合による直接燃焼に対する考慮もなされていない。この
ように従来の装置ではサブスタツクの構成から燃料電池
スタツクへの組み立てに対する構造、及び、不良電池が
発生した場合のメンテナンス方法、さらに、燃料と酸化
剤ガスとの電池内での直接燃料に対する防止構造などの
点で問題がある。
上記従来技術はサブスタツクの構成から燃料電池スタ
ツクへの組み立てに対する構造、及び、不良電池が発生
した場合の交換方法、さらに、電池内で冷却板と電池と
の接触部間隙での燃料と酸化剤ガスとの直接燃焼防止構
造などの点について考慮されておらず、生産性、メンテ
ナビリテイ、安全性、及び性能、寿命低下などの問題が
あつた。
ツクへの組み立てに対する構造、及び、不良電池が発生
した場合の交換方法、さらに、電池内で冷却板と電池と
の接触部間隙での燃料と酸化剤ガスとの直接燃焼防止構
造などの点について考慮されておらず、生産性、メンテ
ナビリテイ、安全性、及び性能、寿命低下などの問題が
あつた。
本発明の目的は生産性、メンテナビリテイ、安全性に
優れ、性能、寿命を向上することができる燃料電池スタ
ツクを提供することにある。
優れ、性能、寿命を向上することができる燃料電池スタ
ツクを提供することにある。
すなわち本発明は、燃料電池サブスタックが複数個積
層され、かつその積層された上下両端に、側面部に電流
取り出し端子を備えた積層体端板を有し、かつこの積層
体端板のうち下方側の積層体端板の下面側に、燃料電流
サブスタックにガスを供給するガスヘッダを備えるとと
もに、前記燃流電池サブスタックが、電解質板、電極、
セパレータ板からなる単位電池の積層体で、かつその両
端にサブスタック端板を備えて構成され、かつ積層隣接
するサブスタック端板の間に、前記ガスヘッダから供給
されるガスの漏洩を防止するシール材を備えている燃料
電池スタックにおいて、前記燃料電池サブスタックの上
下端に設けられているサブスタック端板の側面に、燃料
電池の運転時には燃料電池サブスタック間の電流接続端
子となり、かつ燃料電池の組立て分解時には、燃料電池
サブスタックの締め付けボルトのフランジとなる端子を
設けるとともに、燃料電池の運転時にはこの燃料電池サ
ブスタックの端子同志を電気良導体板を介して接続する
ようにし所期の目的を達成するようにしたものである。
層され、かつその積層された上下両端に、側面部に電流
取り出し端子を備えた積層体端板を有し、かつこの積層
体端板のうち下方側の積層体端板の下面側に、燃料電流
サブスタックにガスを供給するガスヘッダを備えるとと
もに、前記燃流電池サブスタックが、電解質板、電極、
セパレータ板からなる単位電池の積層体で、かつその両
端にサブスタック端板を備えて構成され、かつ積層隣接
するサブスタック端板の間に、前記ガスヘッダから供給
されるガスの漏洩を防止するシール材を備えている燃料
電池スタックにおいて、前記燃料電池サブスタックの上
下端に設けられているサブスタック端板の側面に、燃料
電池の運転時には燃料電池サブスタック間の電流接続端
子となり、かつ燃料電池の組立て分解時には、燃料電池
サブスタックの締め付けボルトのフランジとなる端子を
設けるとともに、燃料電池の運転時にはこの燃料電池サ
ブスタックの端子同志を電気良導体板を介して接続する
ようにし所期の目的を達成するようにしたものである。
サブスタツク端板の電流接続用とサブスタツク締め付
けボルト用とをかねた端子は、サブスタツクを専用製造
設備で製作し、スタツクを組み立てる際に、締め付けボ
ルトで上・下端板間を締め付けておくことにより、運
搬、組み立て中の燃料電池の破損、及び、取り扱い性を
向上し、作業性が大幅に向上し、端板に位置合わせ、位
置ずれ防止用のピン孔を設けることにより、その効果は
さらに大きくなる。また、サブスタツクを複数個積層
し、スタツクを構成した場合、サブスタツク接触部にシ
ール構造が設けられているため、その間隙を通しての燃
料と酸化剤ガスとの直接燃焼が防止でき、該サブスタツ
ク間の接触面積が減少したことによる電気的な接触抵抗
の増大に対しては、電流接続用端子間に銅、あるいは、
銀など電気良導体を接続することにより、電気抵抗の増
大を防ぐことができ、性能の良いスタツクを作ることが
できる。また、サブスタツクを構成する燃料電池に不良
なものが発生した場合には、電流接続体をはずし、締め
付けボルトを取り付けることにより、不良セルを含むサ
ブスタツクを容易に交換することができる。
けボルト用とをかねた端子は、サブスタツクを専用製造
設備で製作し、スタツクを組み立てる際に、締め付けボ
ルトで上・下端板間を締め付けておくことにより、運
搬、組み立て中の燃料電池の破損、及び、取り扱い性を
向上し、作業性が大幅に向上し、端板に位置合わせ、位
置ずれ防止用のピン孔を設けることにより、その効果は
さらに大きくなる。また、サブスタツクを複数個積層
し、スタツクを構成した場合、サブスタツク接触部にシ
ール構造が設けられているため、その間隙を通しての燃
料と酸化剤ガスとの直接燃焼が防止でき、該サブスタツ
ク間の接触面積が減少したことによる電気的な接触抵抗
の増大に対しては、電流接続用端子間に銅、あるいは、
銀など電気良導体を接続することにより、電気抵抗の増
大を防ぐことができ、性能の良いスタツクを作ることが
できる。また、サブスタツクを構成する燃料電池に不良
なものが発生した場合には、電流接続体をはずし、締め
付けボルトを取り付けることにより、不良セルを含むサ
ブスタツクを容易に交換することができる。
以下、本発明の一実施例を第１図ないし第８図により
説明する。
説明する。
第１図は溶融炭酸塩型燃料電池（以下MCFCと略す）の
サブスタックの組み立て状況を示すものである。サブス
タック10は燃料電池１が数十枚で構成され、サブスタッ
ク端板2,3が端部に設けられている。サブスタツク10は
燃料電池１を構成する電解質板中のバインダー焼出時に
必要なガス、及び、サブスタツクが正常に作動するかど
うかを確認するために必要な燃料、酸化剤ガスの供給を
受けるためにガスヘツダ20の間に設置され、ガス供給管
23よりガスが供給され、排気管22へ排出できるようなガ
ス流路がサブスタツク内に構成される。また、サブスタ
ツク10は炭酸塩が溶融し、電解質板中へ含浸した後、燃
料、酸化剤ガスを供給した時、電池外へ漏れないよう
に、溶融炭酸塩のウエツトシールを有効に作用させるた
め、サブスタツク10、ガスヘツダ20を端板32を介してピ
ストン34により荷重が加えられるようになつている。第
１図には示されていないが、ガスヘッダ20とサブスタッ
ク端板2,3との接触面にはガスシール材が設けられてい
る。
サブスタックの組み立て状況を示すものである。サブス
タック10は燃料電池１が数十枚で構成され、サブスタッ
ク端板2,3が端部に設けられている。サブスタツク10は
燃料電池１を構成する電解質板中のバインダー焼出時に
必要なガス、及び、サブスタツクが正常に作動するかど
うかを確認するために必要な燃料、酸化剤ガスの供給を
受けるためにガスヘツダ20の間に設置され、ガス供給管
23よりガスが供給され、排気管22へ排出できるようなガ
ス流路がサブスタツク内に構成される。また、サブスタ
ツク10は炭酸塩が溶融し、電解質板中へ含浸した後、燃
料、酸化剤ガスを供給した時、電池外へ漏れないよう
に、溶融炭酸塩のウエツトシールを有効に作用させるた
め、サブスタツク10、ガスヘツダ20を端板32を介してピ
ストン34により荷重が加えられるようになつている。第
１図には示されていないが、ガスヘッダ20とサブスタッ
ク端板2,3との接触面にはガスシール材が設けられてい
る。
MCFC作動温度である650℃までは、周囲に設置された
加熱器、例えば、電気ヒータなどで外部から熱35を供給
することになり、650℃に達し、サブスタツク10のガス
シールが設計仕様を満足すれば、燃料、酸化剤ガスが供
給され、開路電圧、負荷特性のチエツクを行う。もし、
この時に設計仕様を満足できなければ、このサブスタツ
クは不採用とする。このようにスタツクを構成する以前
にサブスタツクの性能をチエツクできるため、スタツク
を組み立てた後の初期不良を大幅に低減できる。
加熱器、例えば、電気ヒータなどで外部から熱35を供給
することになり、650℃に達し、サブスタツク10のガス
シールが設計仕様を満足すれば、燃料、酸化剤ガスが供
給され、開路電圧、負荷特性のチエツクを行う。もし、
この時に設計仕様を満足できなければ、このサブスタツ
クは不採用とする。このようにスタツクを構成する以前
にサブスタツクの性能をチエツクできるため、スタツク
を組み立てた後の初期不良を大幅に低減できる。
第２図は第１図において性能確認されたサブスタツク
10を運搬するために、サブスタツク端板2,3の電流取り
出しおよび締め付け用の端子４の間に締め付けボルト36
を第１図で温度を常温まで降温後、加圧状態で取り付
け、ピストン34の荷重を取り除いて、取りはずした状態
を示す。サブスタツク10は締め付けボルト36により所定
の面圧が加えられた状態で運搬され、サブスタツクを一
つの要素として取り扱うことができる。
10を運搬するために、サブスタツク端板2,3の電流取り
出しおよび締め付け用の端子４の間に締め付けボルト36
を第１図で温度を常温まで降温後、加圧状態で取り付
け、ピストン34の荷重を取り除いて、取りはずした状態
を示す。サブスタツク10は締め付けボルト36により所定
の面圧が加えられた状態で運搬され、サブスタツクを一
つの要素として取り扱うことができる。
第３図、第６図は第２図の矢視方向III,VIから見たサ
ブスタック端板2,3の平面図である。第３図はサブスタ
ックの上側のサブスタック端板２の平面であり、サブス
タック端板の周囲側面に電流接続と締め付けボルト用と
を兼ねた端子４が設けられ、本図の場合は内部マニホー
ルド構造の電池であり、マニホールド５の周囲にシール
用のシール溝６が設けられている。第４図に第３図のマ
ニホールド部の断面IV−IVを示すが、マニホールド５を
囲むように設けられたシール溝６には、シール材，例え
ば中間メタルオーリング９が設置され、隣接するサブス
タック端板間にできる間隙での燃料、酸化剤ガスの直流
燃焼を防ぐことができる。また、サブスタツクを複数個
積層する場合には、内部マニホールドの位置がずれ、各
サブスタツクへの流量配分が不均一にならないように、
サブスタック端板２には位置合わせ、位置ずれ防止用の
孔７が複数個設けられている。第５図は第３図の位置合
わせ、位置ずれ防止用の孔部の断面Ｖ−Ｖを示す。
ブスタック端板2,3の平面図である。第３図はサブスタ
ックの上側のサブスタック端板２の平面であり、サブス
タック端板の周囲側面に電流接続と締め付けボルト用と
を兼ねた端子４が設けられ、本図の場合は内部マニホー
ルド構造の電池であり、マニホールド５の周囲にシール
用のシール溝６が設けられている。第４図に第３図のマ
ニホールド部の断面IV−IVを示すが、マニホールド５を
囲むように設けられたシール溝６には、シール材，例え
ば中間メタルオーリング９が設置され、隣接するサブス
タック端板間にできる間隙での燃料、酸化剤ガスの直流
燃焼を防ぐことができる。また、サブスタツクを複数個
積層する場合には、内部マニホールドの位置がずれ、各
サブスタツクへの流量配分が不均一にならないように、
サブスタック端板２には位置合わせ、位置ずれ防止用の
孔７が複数個設けられている。第５図は第３図の位置合
わせ、位置ずれ防止用の孔部の断面Ｖ−Ｖを示す。
第６図は第３図の矢視方向VIから見たサブスタック端
板３の平面図を示す。この下側のサブスタック端板も上
側のサブスタック端板２の電流接続と締め付けボルト用
フランジとを兼ねた端子４と同様の位置に端子４が設け
られている。下側のサブスタック端板３では上側と異な
り、マニホールド５の周囲にシール溝はなく、上側と下
側とのサブスタック端板でシール構造を形成する。ま
た、位置ずれ防止、位置合わせ用の孔７は上側のサブス
タック端板と対応する位置に設けられていることは当然
である。
板３の平面図を示す。この下側のサブスタック端板も上
側のサブスタック端板２の電流接続と締め付けボルト用
フランジとを兼ねた端子４と同様の位置に端子４が設け
られている。下側のサブスタック端板３では上側と異な
り、マニホールド５の周囲にシール溝はなく、上側と下
側とのサブスタック端板でシール構造を形成する。ま
た、位置ずれ防止、位置合わせ用の孔７は上側のサブス
タック端板と対応する位置に設けられていることは当然
である。
第７図は第２図に示す性能が設計仕様を満足するサブ
スタツク10を複数個積層した燃料電池スタツクを示す。
サブスタック10は、サブスタック端板２とそれに隣接し
ているサブスタックのサブスタック端板３が接するよう
に積まれる。すなわち、直列に積まれる。そして隣接し
ているサブスタック端板に設けられている端子の間に電
気良導体例えば、銅、あるいは、銀などの板が接続され
ている。こうすることにより、第３図で示したマニホー
ルドのシールに用いたシール材とサブスタック端板との
接触面だけによる接触面積低下による電気抵抗の増大を
防止し、スタツクとしての性能低下を防ぐことができ
る。このように、サブスタツクを複数個積層しても、サ
ブスタツク間の位置ずれが発生せず、スタツクの下側に
ガスヘツダ20を設置し、スタツク端板21と締め付け板3
1,32との間に電気絶縁材30を設ければ、スタツキングボ
ルト33をバネ34を用いて所定の面圧に加圧すれば、ガス
ヘツダの給気管23へ設計仕様のガスを流すことにより発
電することができる。発生した電流はスタツクの上下に
設けた電流取り出し端子24から外部へ取り出される。ま
た、サブスタツク間の電流接続端子に電圧測定ケーブル
を取り付けることにより、各サブスタツクの性能変化を
モニタすることができ、不良な電池が発生したサブスタ
ツクについては交換すべきかどうかを容易に判定するこ
とができ、もし交換するならばスタツク温度を降温し、
サブスタツクに締め付けボルトを取り付けるだけで交換
ができ、メンテナンスが非常に容易である。
スタツク10を複数個積層した燃料電池スタツクを示す。
サブスタック10は、サブスタック端板２とそれに隣接し
ているサブスタックのサブスタック端板３が接するよう
に積まれる。すなわち、直列に積まれる。そして隣接し
ているサブスタック端板に設けられている端子の間に電
気良導体例えば、銅、あるいは、銀などの板が接続され
ている。こうすることにより、第３図で示したマニホー
ルドのシールに用いたシール材とサブスタック端板との
接触面だけによる接触面積低下による電気抵抗の増大を
防止し、スタツクとしての性能低下を防ぐことができ
る。このように、サブスタツクを複数個積層しても、サ
ブスタツク間の位置ずれが発生せず、スタツクの下側に
ガスヘツダ20を設置し、スタツク端板21と締め付け板3
1,32との間に電気絶縁材30を設ければ、スタツキングボ
ルト33をバネ34を用いて所定の面圧に加圧すれば、ガス
ヘツダの給気管23へ設計仕様のガスを流すことにより発
電することができる。発生した電流はスタツクの上下に
設けた電流取り出し端子24から外部へ取り出される。ま
た、サブスタツク間の電流接続端子に電圧測定ケーブル
を取り付けることにより、各サブスタツクの性能変化を
モニタすることができ、不良な電池が発生したサブスタ
ツクについては交換すべきかどうかを容易に判定するこ
とができ、もし交換するならばスタツク温度を降温し、
サブスタツクに締め付けボルトを取り付けるだけで交換
ができ、メンテナンスが非常に容易である。
第８図は第７図の縦断面図を示す。上・下のサブスタ
ツクサブスタック端板2,3の間には位置ずれ部止、位置
合わせ用の孔７にピン８が入れられている。スタツク下
部に設けたガスヘツダへ供給されたガスは内部マニホー
ルド５に流入し、燃料電池１へ分岐しながら上側サブス
タツクへと流れて行く。このようなマニホールド構造で
は、上側サブスタツクへガス37が流れて行くにつれ流量
が減少するため、各サブスタツクへの流量配分が均一と
なるように、上側のサブスタツクマニホールド寸法を小
さくする。こうすることにより、高積層スタツクでも流
量配分が均一となり、性能の良い燃料電池スタツクを達
成することができる。
ツクサブスタック端板2,3の間には位置ずれ部止、位置
合わせ用の孔７にピン８が入れられている。スタツク下
部に設けたガスヘツダへ供給されたガスは内部マニホー
ルド５に流入し、燃料電池１へ分岐しながら上側サブス
タツクへと流れて行く。このようなマニホールド構造で
は、上側サブスタツクへガス37が流れて行くにつれ流量
が減少するため、各サブスタツクへの流量配分が均一と
なるように、上側のサブスタツクマニホールド寸法を小
さくする。こうすることにより、高積層スタツクでも流
量配分が均一となり、性能の良い燃料電池スタツクを達
成することができる。
本発明によれば、メンテナンスが容易で、シール性能
に優れ、電気抵抗が低減し、性能の良い燃料電池スタツ
クが得られる。
に優れ、電気抵抗が低減し、性能の良い燃料電池スタツ
クが得られる。
第１図は本発明の一実施例のサブスタツク組み立て状況
を示す図、第２図は組み立てを終了し、運搬状況にある
サブスタツクの側面図、第３図は第２図のIII矢視平面
図、第４図、第５図は第３図のそれぞれIV−IV,V−Ｖ断
面図、第６図は第３図の矢視方向VIから見たサブスタツ
ク締め付け板の平面図、第７図はサブスタツクを積層し
た燃料電池スタツク、第８図は第７図の縦断面図であ
る。 １……燃料電池、２……サブスタツク上側締め付け板、
３……サブスタツク下側締め付け板、４……電流接続と
締め付けボルト用とをかねた端子、５……内部マニホー
ルド、６……シール溝、７……位置ずれ防止、位置合わ
せ用穴、10……サブスタツク、11……電気良導体板、20
……ガスヘツダ、36……サブスタツク締め付け用ボル
ト。
を示す図、第２図は組み立てを終了し、運搬状況にある
サブスタツクの側面図、第３図は第２図のIII矢視平面
図、第４図、第５図は第３図のそれぞれIV−IV,V−Ｖ断
面図、第６図は第３図の矢視方向VIから見たサブスタツ
ク締め付け板の平面図、第７図はサブスタツクを積層し
た燃料電池スタツク、第８図は第７図の縦断面図であ
る。 １……燃料電池、２……サブスタツク上側締め付け板、
３……サブスタツク下側締め付け板、４……電流接続と
締め付けボルト用とをかねた端子、５……内部マニホー
ルド、６……シール溝、７……位置ずれ防止、位置合わ
せ用穴、10……サブスタツク、11……電気良導体板、20
……ガスヘツダ、36……サブスタツク締め付け用ボル
ト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 内山 好弘 茨城県土浦市神立町502番地 株式会社 日立製作所機械研究所内 (72)発明者 大塚 馨象 茨城県日立市幸町３丁目１番１号 株式 会社日立製作所日立工場内 (56)参考文献 特開 昭61−148770（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−862（ＪＰ，Ｕ)
Claims (2)
- 【請求項１】燃料電池サブスタックが複数個積層され、
かつその積層された上下両端に、側面部に電流取り出し
端子を備えた積層体端板を有し、かつこの積層体端板の
うち下方側の積層体端板の下面側に、燃料電流サブスタ
ックにガスを供給するガスヘッダを備えるとともに、 前記燃流電池サブスタックが、電解質板、電極、セパレ
ータ板からなる単位電池の積層体で、かつその両端にサ
ブスタック端板を備えて構成され、 かつ積層隣接するサブスタック端板の間に、前記ガスヘ
ッダから供給されるガスの漏洩を防止するシール材を備
えている燃料電流スタックにおいて、 前記燃料電池サブスタックの上下端に設けられているサ
ブスタック端板の側面に、燃料電池の運転時には燃料電
池サブスタック間の電流接続端子となり、かつ燃料電池
の組立て分解時には、燃料電池サブスタックの締め付け
ボルトのフランジとなる端子を設けるとともに、燃料電
池の運転時にはこの燃料電池サブスタックの端子同志を
電気良導体板を介して接続するようにしたことを特徴と
する燃料電池スタック。 - 【請求項２】前記燃料電池サブスタックのサブスタック
端板に、燃料電池サブスタックの積層位置合わせおよび
位置ずれを防止するピンおよびそのピンが嵌合される開
口部が設けられてなる特許請求の範囲第１項記載の燃料
電池スタック。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
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