JP3010722B2 - 燃料電池のマニホールド締付装置 - Google Patents
燃料電池のマニホールド締付装置Info
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- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
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- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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- Y02E60/50—Fuel cells
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Description
この発明は、燃料電池の電池積層体の側面に取り付け
られ、この電池積層体に反応ガスを供給及び排出するマ
ニホールドの締付装置に関する。
られ、この電池積層体に反応ガスを供給及び排出するマ
ニホールドの締付装置に関する。
燃料電池では、燃料ガスと酸化剤ガスとを反応させて
発電が行われ、爆発性である水素を燃料として用いるこ
とから、ガス漏れ防止は最重要項目の一つである。特に
電極には反応触媒として白金等を使用しているため、燃
料電池内部における異種ガス間の漏れは即爆発の危険を
帯び最も危険である。第14図は、燃料電池の単電池の構
成を示す斜視図、第15図は従来例による燃料電池の電池
積層体の構成図、第16図は第15図の平面図である。 第14図において、マトリックス型燃料電池の基本をな
す単電池1Bは、反応ガス流路を有する一対の燃料電極11
と酸化剤電極13との間に例えば電解質としてのリン酸を
含浸保持させたマトリックス12を挟持してなり、これら
の電極に一方側からは燃料ガスを、他方側からは酸化剤
ガスを供給して電気化学的反応に基づく電気エネルギー
を両極より取り出すよう構成されている。第14図におけ
る矢印は、燃料ガス及び酸化剤ガスの流れの方向を示
す。燃料電池セルスタック１は、第14図に示した単電池
とガス不透過性の導電材からなるセパレート板14とを交
互に多数積層し、更に必要により冷却板を介装して、第
15図に示したように電池積層体1Aとし、この電池積層体
1Aを上下に設けた締付板４を介して皿ばね、タイロッド
３等からなる締付金具により締付け固定されている。更
に電池積層体の４方の側面には燃料ガス及び酸化剤ガス
を互いに直交する方向に給排気するためマニホールド２
が取り付けられている。電池積層体の側面に施されたシ
ール層とマニホールドの開口フランジ面との間からの反
応ガスの漏洩は、電池の効率低下及び燃料ガス中の水素
と酸化剤ガス中の酸素ガスとの爆発的反応を誘起するの
で、電池積層体の側面に施されたシール層とマニホール
ドの開口フランジ面との間から反応ガスが漏洩しないよ
うに、前記マニホールドを電池積層体の側面に取り付け
る必要がある。 このため従来の燃料電池では第16図に示すように電池
積層体の４方の側面にマニホールド２を気密に取り付け
る際、各マニホールドに取り付け金具24を介して皿バネ
25等で加圧締付けして、運転により高温になったとき、
電池積層体とマニホールドとの熱膨張差に起因するマニ
ホールドの伸びにより電池積層体の４方の側面に施され
たシール層とマニホールドの開口フランジ面との接触面
に加わる面圧が低下して反応ガスが漏洩するのを防止し
ていた。
発電が行われ、爆発性である水素を燃料として用いるこ
とから、ガス漏れ防止は最重要項目の一つである。特に
電極には反応触媒として白金等を使用しているため、燃
料電池内部における異種ガス間の漏れは即爆発の危険を
帯び最も危険である。第14図は、燃料電池の単電池の構
成を示す斜視図、第15図は従来例による燃料電池の電池
積層体の構成図、第16図は第15図の平面図である。 第14図において、マトリックス型燃料電池の基本をな
す単電池1Bは、反応ガス流路を有する一対の燃料電極11
と酸化剤電極13との間に例えば電解質としてのリン酸を
含浸保持させたマトリックス12を挟持してなり、これら
の電極に一方側からは燃料ガスを、他方側からは酸化剤
ガスを供給して電気化学的反応に基づく電気エネルギー
を両極より取り出すよう構成されている。第14図におけ
る矢印は、燃料ガス及び酸化剤ガスの流れの方向を示
す。燃料電池セルスタック１は、第14図に示した単電池
とガス不透過性の導電材からなるセパレート板14とを交
互に多数積層し、更に必要により冷却板を介装して、第
15図に示したように電池積層体1Aとし、この電池積層体
1Aを上下に設けた締付板４を介して皿ばね、タイロッド
３等からなる締付金具により締付け固定されている。更
に電池積層体の４方の側面には燃料ガス及び酸化剤ガス
を互いに直交する方向に給排気するためマニホールド２
が取り付けられている。電池積層体の側面に施されたシ
ール層とマニホールドの開口フランジ面との間からの反
応ガスの漏洩は、電池の効率低下及び燃料ガス中の水素
と酸化剤ガス中の酸素ガスとの爆発的反応を誘起するの
で、電池積層体の側面に施されたシール層とマニホール
ドの開口フランジ面との間から反応ガスが漏洩しないよ
うに、前記マニホールドを電池積層体の側面に取り付け
る必要がある。 このため従来の燃料電池では第16図に示すように電池
積層体の４方の側面にマニホールド２を気密に取り付け
る際、各マニホールドに取り付け金具24を介して皿バネ
25等で加圧締付けして、運転により高温になったとき、
電池積層体とマニホールドとの熱膨張差に起因するマニ
ホールドの伸びにより電池積層体の４方の側面に施され
たシール層とマニホールドの開口フランジ面との接触面
に加わる面圧が低下して反応ガスが漏洩するのを防止し
ていた。
従来のマニホールド締付装置では、第16図に示すよう
に、皿ばね25等により加圧、締付けを行うが、スタッド
ボルト21、ナット22、バネ押さえ23、取り付け金具24、
皿ばね25と部品点数が多く、また、皿ばねの締込寸法の
測定と締込みを交互に繰り返し行っていたので、組立工
数が多いという問題があった。 更に、電池積層体に比べてマニホールドの熱膨張率が
大きいため、高温になったときシール層とマニホールド
の開口フランジの接触面に加わる面圧が低下してしま
い、その低下量を少なくするために高価な皿ばね25を多
数使用するためコストが高くなるという問題もあった。 また、締付け時に発生する電池積層体の面と平行な分
力及びガスによる内圧によりマニホールドが変形して反
応ガスが漏洩せぬよう、マニホールドに高い剛性が要求
され、非常に薄い鋼板、耐熱性・耐リン酸性を有する樹
脂またはゴムなどの剛性の低い材料からマニホールドを
構成することができないため、厚い鋼板に耐熱・耐リン
酸用コーティングを施した高価な部材でマニホールドを
構成していた。 この発明は、組立部品点数が多くかつ組立工数が多い
取り付け金具を不要とし、取り付けが容易でかつばね機
能を持たせた締付装置を提供することを目的とする。 この発明は、非常に薄い鋼板、耐熱性を有する樹脂ま
たはゴムなどの軽くて剛性の低い材料からマニホールド
を構成し、マニホールドのコスト及び重量を低減させる
マニホールド締付装置を提供することを目的とする。
に、皿ばね25等により加圧、締付けを行うが、スタッド
ボルト21、ナット22、バネ押さえ23、取り付け金具24、
皿ばね25と部品点数が多く、また、皿ばねの締込寸法の
測定と締込みを交互に繰り返し行っていたので、組立工
数が多いという問題があった。 更に、電池積層体に比べてマニホールドの熱膨張率が
大きいため、高温になったときシール層とマニホールド
の開口フランジの接触面に加わる面圧が低下してしま
い、その低下量を少なくするために高価な皿ばね25を多
数使用するためコストが高くなるという問題もあった。 また、締付け時に発生する電池積層体の面と平行な分
力及びガスによる内圧によりマニホールドが変形して反
応ガスが漏洩せぬよう、マニホールドに高い剛性が要求
され、非常に薄い鋼板、耐熱性・耐リン酸性を有する樹
脂またはゴムなどの剛性の低い材料からマニホールドを
構成することができないため、厚い鋼板に耐熱・耐リン
酸用コーティングを施した高価な部材でマニホールドを
構成していた。 この発明は、組立部品点数が多くかつ組立工数が多い
取り付け金具を不要とし、取り付けが容易でかつばね機
能を持たせた締付装置を提供することを目的とする。 この発明は、非常に薄い鋼板、耐熱性を有する樹脂ま
たはゴムなどの軽くて剛性の低い材料からマニホールド
を構成し、マニホールドのコスト及び重量を低減させる
マニホールド締付装置を提供することを目的とする。
上記目的は、請求項１の発明によれば、複数個の単電
池を積層した電池積層体と、この電池積層体の４方の側
面にシール体を介して締付け固定され、燃料ガス及び酸
化剤ガスの給排気が行われるマニホールドとを備え、前
記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させて発電する燃
料電池において、前記それぞれのマニホールドの開口フ
ランジの左右の端部から外側に向かって突出する突出部
と、前記マニホールドとほぼ等しい高さを有する板ばね
をＣ字型に折り曲げたＣ型板ばねとを設け、このＣ型板
ばねの開口部を広げて前記突出部に係合させて前記マニ
ホールドを前記電池積層体の側面に締付け固定すること
によって達成される。 請求項１の発明において、前記マニホールドの突出部
内側に高い剛性を有する部材からなる断面Ｌ字型の補強
枠を重ねて設け、前記Ｃ型板ばねの開口部を前記補強枠
を介して前記マニホールドの突出部に係合させることが
できる。 上記目的は、請求項３の発明によれば、複数個の単電
池を積層した電池積層体と、この電池積層体の４方の側
面にシール体を介して締付け固定され、燃料ガス及び酸
化剤ガスの給排気が行われるマニホールドとを備え、前
記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させて発電する燃
料電池において、前記それぞれのマニホールドの開口フ
ランジの左右の端部から外側に向かって突出する突出部
と、板ばねをＣ字型に折り曲げたＣ型板ばねと、電池積
層体の４隅に位置し上下の締付板に固定された柱とを設
け、この柱に取り付けた前記Ｃ型板ばねの開口部を広げ
て前記突出部に係合させて前記マニホールドを前記電池
積層体の側面に締付け固定することによって達成され
る。 上記目的は、請求項４の発明によれば、複数個の単電
池を積層した電池積層体と、この電池積層体の４方の側
面にシール体を介して締付け固定され、燃料ガス及び酸
化剤ガスの給排気が行われるマニホールドとを備え、前
記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させて発電する燃
料電池において、前記それぞれのマニホールドの開口フ
ランジの左右の端部から外側に向かって突出する突出部
と、電池積層体の幅よりも大きい長さの板ばねをＣ字型
に折り曲げた大型Ｃ型板ばねとを設け、この大型Ｃ型板
ばねの開口部を広げて前記対向する２つのマニホールド
の突出部に係合させて、前記マニホールドを前記電池積
層体の側面に締付け固定することによって達成される。
池を積層した電池積層体と、この電池積層体の４方の側
面にシール体を介して締付け固定され、燃料ガス及び酸
化剤ガスの給排気が行われるマニホールドとを備え、前
記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させて発電する燃
料電池において、前記それぞれのマニホールドの開口フ
ランジの左右の端部から外側に向かって突出する突出部
と、前記マニホールドとほぼ等しい高さを有する板ばね
をＣ字型に折り曲げたＣ型板ばねとを設け、このＣ型板
ばねの開口部を広げて前記突出部に係合させて前記マニ
ホールドを前記電池積層体の側面に締付け固定すること
によって達成される。 請求項１の発明において、前記マニホールドの突出部
内側に高い剛性を有する部材からなる断面Ｌ字型の補強
枠を重ねて設け、前記Ｃ型板ばねの開口部を前記補強枠
を介して前記マニホールドの突出部に係合させることが
できる。 上記目的は、請求項３の発明によれば、複数個の単電
池を積層した電池積層体と、この電池積層体の４方の側
面にシール体を介して締付け固定され、燃料ガス及び酸
化剤ガスの給排気が行われるマニホールドとを備え、前
記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させて発電する燃
料電池において、前記それぞれのマニホールドの開口フ
ランジの左右の端部から外側に向かって突出する突出部
と、板ばねをＣ字型に折り曲げたＣ型板ばねと、電池積
層体の４隅に位置し上下の締付板に固定された柱とを設
け、この柱に取り付けた前記Ｃ型板ばねの開口部を広げ
て前記突出部に係合させて前記マニホールドを前記電池
積層体の側面に締付け固定することによって達成され
る。 上記目的は、請求項４の発明によれば、複数個の単電
池を積層した電池積層体と、この電池積層体の４方の側
面にシール体を介して締付け固定され、燃料ガス及び酸
化剤ガスの給排気が行われるマニホールドとを備え、前
記燃料ガスと前記酸化剤ガスとを反応させて発電する燃
料電池において、前記それぞれのマニホールドの開口フ
ランジの左右の端部から外側に向かって突出する突出部
と、電池積層体の幅よりも大きい長さの板ばねをＣ字型
に折り曲げた大型Ｃ型板ばねとを設け、この大型Ｃ型板
ばねの開口部を広げて前記対向する２つのマニホールド
の突出部に係合させて、前記マニホールドを前記電池積
層体の側面に締付け固定することによって達成される。
請求項１に係るこの発明は、Ｃ型板ばねの開口部を広
げて隣り合うマニホールド突出部に係合させ、Ｃ型板ば
ねの形状復元力によりマニホールドを電池積層体の側面
に締め付け固定することにより、皿ばねを用いることな
く十分なばね機能を持たせ、部品点数や組立工数の低減
が図れる一方Ｃ型板ばねをマニホールドの全高に渡る高
さとすることにより、隣り合う二つのマニホールドの開
口フランジ面に跨る部屋をＣ型板ばねを利用して形成
し、万一、マニホールド開口フランジ面の垂直辺からガ
スがリークし、皿にはこの漏洩ガスから火焔が発生した
場合に、これらの漏洩ガスや火焔をＣ型板ばねで囲われ
た空間に集め、ガス検知器や温度検知器による事故検出
の感度を向上させ、あるいはＣ型板ばねの上下端に別途
のダクトを接続して漏洩ガスを外部に導くなど、締付部
材としてのＣ型板ばねを事故処理に役立てることができ
る。 ちなみに、マニホールド開口フランジ面の左右の垂直
辺は前後に凹凸の生じやすい電池積層体のシール面と直
行して接触するため、電池積層体の上下端に配置される
集電板や絶縁板をシール面とするマニホールド開口フラ
ンジの上下の水平辺よりもシール条件が悪く、Ｃ型板ば
ねによる上記部屋の形成はマニホールド開口フランジ面
の垂直辺において特に有効である。 請求項２に係るこの発明は、高い剛性を有する断面Ｌ
字型の補強枠をマニホールド突出部内側に重ね、この補
強枠を介して請求項２のＣ型板ばねを用いてマニホール
ドを締付け固定することにより、締付力の電池積層体の
面と平行な分力は補強枠に負担させ、マニホールドはガ
スの内圧のみに耐える剛性の薄い材料で構成することが
できる。 請求項３に係るこの発明は、電池積層体の面と平行な
分力及びガスによる内圧により撓むことのない剛性を有
する柱にＣ型板ばねを取り付け、このＣ型板ばねの開口
部を広げて隣合うマニホールドの左右のフランジの突出
部に係合させ、マニホールドに電池積層体の面と平行な
分力及びガスによる内圧に対抗する力を柱で支持させる
ので、マニホールドは内圧のみに耐える剛性を有する薄
い材料でマニホールドを構成することができる。 請求項４に係るこの発明は、電池積層体の幅よりも大
きい長さの一枚の板ばねをＣ字型に折り曲げた大型Ｃ型
板ばねの開口部を広げて隣合うマニホールドの左右のフ
ランジの突出部に係合させて、Ｃ型板バネの形状復元力
によりマニホールドを電池積層体の側面に締付け固定す
る。その結果、電池積層体の面に垂直な方向の締付け力
によりマニホールドは電池積層体の側面に垂直に押し付
けられ、電池積層体の面と平行な分力は発生しないの
で、マニホールドを内圧のみに耐える剛性を有する薄い
材料で構成することができる。
げて隣り合うマニホールド突出部に係合させ、Ｃ型板ば
ねの形状復元力によりマニホールドを電池積層体の側面
に締め付け固定することにより、皿ばねを用いることな
く十分なばね機能を持たせ、部品点数や組立工数の低減
が図れる一方Ｃ型板ばねをマニホールドの全高に渡る高
さとすることにより、隣り合う二つのマニホールドの開
口フランジ面に跨る部屋をＣ型板ばねを利用して形成
し、万一、マニホールド開口フランジ面の垂直辺からガ
スがリークし、皿にはこの漏洩ガスから火焔が発生した
場合に、これらの漏洩ガスや火焔をＣ型板ばねで囲われ
た空間に集め、ガス検知器や温度検知器による事故検出
の感度を向上させ、あるいはＣ型板ばねの上下端に別途
のダクトを接続して漏洩ガスを外部に導くなど、締付部
材としてのＣ型板ばねを事故処理に役立てることができ
る。 ちなみに、マニホールド開口フランジ面の左右の垂直
辺は前後に凹凸の生じやすい電池積層体のシール面と直
行して接触するため、電池積層体の上下端に配置される
集電板や絶縁板をシール面とするマニホールド開口フラ
ンジの上下の水平辺よりもシール条件が悪く、Ｃ型板ば
ねによる上記部屋の形成はマニホールド開口フランジ面
の垂直辺において特に有効である。 請求項２に係るこの発明は、高い剛性を有する断面Ｌ
字型の補強枠をマニホールド突出部内側に重ね、この補
強枠を介して請求項２のＣ型板ばねを用いてマニホール
ドを締付け固定することにより、締付力の電池積層体の
面と平行な分力は補強枠に負担させ、マニホールドはガ
スの内圧のみに耐える剛性の薄い材料で構成することが
できる。 請求項３に係るこの発明は、電池積層体の面と平行な
分力及びガスによる内圧により撓むことのない剛性を有
する柱にＣ型板ばねを取り付け、このＣ型板ばねの開口
部を広げて隣合うマニホールドの左右のフランジの突出
部に係合させ、マニホールドに電池積層体の面と平行な
分力及びガスによる内圧に対抗する力を柱で支持させる
ので、マニホールドは内圧のみに耐える剛性を有する薄
い材料でマニホールドを構成することができる。 請求項４に係るこの発明は、電池積層体の幅よりも大
きい長さの一枚の板ばねをＣ字型に折り曲げた大型Ｃ型
板ばねの開口部を広げて隣合うマニホールドの左右のフ
ランジの突出部に係合させて、Ｃ型板バネの形状復元力
によりマニホールドを電池積層体の側面に締付け固定す
る。その結果、電池積層体の面に垂直な方向の締付け力
によりマニホールドは電池積層体の側面に垂直に押し付
けられ、電池積層体の面と平行な分力は発生しないの
で、マニホールドを内圧のみに耐える剛性を有する薄い
材料で構成することができる。
以下、図に基づいてこの発明の実施例を説明する。 第１図は、請求項１に係るＣ型板ばねを用いたマニホ
ールド締付装置の実施例を示す燃料電池セルスタックの
正面図、第２図は第１図の平面図、第３図は第２図の要
部拡大図、第４図はＣ型板ばねの平面図である。 第１図において、燃料電池を構成する単電池1Bは、第
14図に示したように反応ガス流路を有する一対の燃料電
極11と酸化剤電極13との間にたとえば電解質としてのリ
ン酸を含浸保持させたマトリックス12を挟持してなり、
これらの電極に一方側からは燃料ガスを、他方側からは
酸化剤ガスを供給して電気化学的反応に基づく電気エネ
ルギーを両電極から取り出すよう構成されている。燃料
電池セルスタック１は単電池1Bとガス不透過性の導電材
からなるセパレート板14とを交互に多数積層し、更に必
要により冷却板を介装して、電池積層体1Aとなし、この
電池積層体1Aを上下に設けた締付板４を介して皿ばね、
タイロッド３などからなる締付金具により締付け固定さ
れている。更に電池積層体1Aの４方の側面には、燃料ガ
ス及び酸化剤ガスを互いに直交する方向に給排気するた
めマニホールド２が取り付けられている。 第２図及び第３図において、各マニホールド２の開口
フランジの左右の端部には外側に突出する突出部2aが形
成される一方、マニホールド２とほぼ等しい高さを有す
る１枚の板ばねが断面Ｃ字型に折り曲げられて形成され
たＣ型板ばね16が設けられ、このＣ型板ばね16（第４
図）は開口部16aが鉄棒などでこじ開けられ、隣り合う
マニホールド２の突出部2aに係合されている。このＣ型
板ばね16は、電池積層体1Aの４隅にそれぞれ１個ずつ取
り付けられる。 第４図において、Ｃ型板ばね６は、マニホールド２の
全高に渡る１枚の板ばねがＣ字状断面に折り曲げられて
構成され、内側に屈曲された先端が対向して開口部6aを
形成している。このＣ型板ばね６は第３図の係合状態に
おいて図示の通り弾的に湾曲変形し、開口部16aを閉じ
ようとする弾性力の電池積層体1Aに向かう分力により、
各マニホールド２を電池積層体１の４方の側面に締め付
け固定している。Ｃ型板ばね16はマニホールド２の突出
部2a全体を均一に締付けるので、マニホールド２は特に
剛性を強くしなくとも電池積層体1Aとの間に隙間を生じ
ることはない。 再び第３図において、マニホールド２の全高に渡るＣ
型板ばね16は、隣り合う二つのマニホールド２の開口フ
ランジ面に跨がる部屋45を形成する。この部屋45は、マ
ニホールド２の突出部2aに沿う開口フランジ面の垂直辺
から万一ガスがリークし、更にこの漏洩ガスから火焔が
発生した場合に、これらの漏洩ガスや火焔を集める空間
を構成する。そこで、部屋45にガス検知器や温度検知器
を設置すれば事故検出の感度を向上させることができ、
またＣ型板ばね16の上下開口端に別途のダクトを接続す
れば漏洩ガスを外部に導くことができるなど、締付部材
としてのＣ型板ばね16を事故処理にも役立てることがで
きる。 第５図は請求項２に係る実施例を示すマニホールド締
付装置の要部拡大平面図である。第５図において、マニ
ホールド２の開口フランジの端部に形成された突出部2a
の内側に、高い剛性を有する部材からなる断面Ｌ字型の
補強枠９が重ねて設けられ、締付金具６の係合部31a,32
aは補強枠９を介して突出部2aに係合している。図５に
おいて、Ｆは締付金具６からマニホールド２に作用する
締付力、F1及びF2はＦの分力で、マニホールド２は分力
F1により電池積層体1Aの側面に押し付けられる。P0は、
ガスの内圧によりマニホールド２に加わる力で、特にＰ
はＦの分力F2と同じ向きの力である。従って、マニホー
ルド２の開口フランジには、電池積層体1Aの側面に添っ
て分力F2と内圧Ｐが作用する。ここで、P0＝Ｐである。 そこで、図５の実施例においては補強枠９を設け、締
付力Ｆの電池積層体側面と平行な分力F2は補強枠９に負
担させるようにしている。これにより、マニホールド２
はガスの内圧P0のみに絶えられればよく、非常に薄い鋼
板，耐熱性・耐酸性を有する樹脂（例えばフッ素樹脂）
やゴム（例えばバイトンドゴム）などの剛性の低い材料
で達成することが可能となる。 第６図は、この発明の請求項３に係る実施例を示すマ
ニホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタックの正
面図、第７図は第６図の平面図、第８図は第６図のマニ
ホールド締付装置の要部拡大図である。 請求項３に係るマニホールド締付装置は、マニホール
ド２の開口フランジの左右の端部から外側に向かって突
出する突出部2aと、板ばねをＣ字型に折り曲げたＣ型板
ばね26と、電池積層体1Aの４隅に位置し、上下の締付板
４に固定された柱21とを備え、Ｃ型板ばね26はボルト22
及びナット23により柱21に取り付けられている。Ｃ型板
ばね26は開口部26aを広げてマニホールドの突出部2aに
係合させる。 このようなマニホールド締付装置によれば、Ｃ型板ば
ね26をボルト22及びナット23により、第５図に示した分
力F2及びガスによる内圧Ｐにより撓むことのない剛性を
有する柱21に取り付けるので、マニホールド２は、内圧
P0のみに耐える剛性を有する材料で構成すればよい。従
って、マニホールド２は、非常に薄い鋼板、耐熱性・耐
リン酸性を有する樹脂（例えばフッ素樹脂）やゴム（例
えばバイトンゴム）などの剛性の低い材料で構成するこ
とが可能となる。 第９図は請求項３に係る他の実施例を示すマニホール
ド締付装置の要部拡大図である。第９図の実施例では、
Ｃ型板ばね26はボルト24を介して、電池積層体1Aの４隅
に位置し上下の締付板４に固定された柱21に取り付けら
れている。Ｃ型板ばね26は開口部26aを広げてマニホー
ルドの突出部2aに係合させ、マニホールド２を電池積層
体1Aの４方の側面に締付け固定する。この実施例におい
ても第９図の実施例と同様に、マニホールド２は内圧P0
のみに耐える剛性を有する材料で構成することが可能で
ある。 第10図はこの発明の請求項４に係る実施例を示すマニ
ホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタックの正面
図、第11図は第10図の平面図、第12図は第11図の要部拡
大図である。請求項４に係るマニホールド締付装置は、
それぞれのマニホールドの開口フランジの左右の端部か
ら外側に向かって突出する突出部2aと、電池積層体1Aの
幅よりも大きい長さの板ばねをＣ字型に折り曲げた大型
Ｃ型板ばね30とを備える。この大型Ｃ型板ばね30の開口
部30aを広げて対向する２つのマニホールド２の突出部2
aに係合させ、マニホールド２を電池積層体1Aの４方の
側面に固定する。 第12図は第11図の大型Ｃ型板ばね及びガスの内圧によ
りマニホールドに加わる力を示す説明図で、Ｆは大型Ｃ
型板ばね30により発生する締付力、F3及びF4は電池積層
体1Aの面と垂直及び平行なＦの分力である。分力F3によ
りマニホールド２は電池積層体1Aの側面に押し付けら
れ、分力F4はマニホールド２の両端でバランスして打消
し合うので、マニホールド２は内圧P0（＝Ｐ）のみに耐
える剛性を有すればよく、マニホールド２は、非常に薄
い鋼板、耐熱性・耐リン酸性を有する樹脂（例えばフッ
素樹脂）やゴム（例えばバイトンゴム）などの剛性の低
い材料で構成することが可能である。 第13図は、この発明の請求項２ないし請求項４に係る
マニホールドに用いる補強梁の斜視図である。上述した
ようにマニホールド２は内圧P0（＝Ｐ）のみに耐える剛
性に構成される。内圧P0は数百mm水柱以下であるため、
マニホールド２は非常に薄い鋼板、耐熱性、耐リン酸性
を有する樹脂（例えばフッ素樹脂）またはゴム（例えば
バイトンゴム）などの剛性の低い材料で構成可能であ
り、その場合に第13図に示す補強梁40をマニホールド２
に取り付ければその取扱いが容易になる。
ールド締付装置の実施例を示す燃料電池セルスタックの
正面図、第２図は第１図の平面図、第３図は第２図の要
部拡大図、第４図はＣ型板ばねの平面図である。 第１図において、燃料電池を構成する単電池1Bは、第
14図に示したように反応ガス流路を有する一対の燃料電
極11と酸化剤電極13との間にたとえば電解質としてのリ
ン酸を含浸保持させたマトリックス12を挟持してなり、
これらの電極に一方側からは燃料ガスを、他方側からは
酸化剤ガスを供給して電気化学的反応に基づく電気エネ
ルギーを両電極から取り出すよう構成されている。燃料
電池セルスタック１は単電池1Bとガス不透過性の導電材
からなるセパレート板14とを交互に多数積層し、更に必
要により冷却板を介装して、電池積層体1Aとなし、この
電池積層体1Aを上下に設けた締付板４を介して皿ばね、
タイロッド３などからなる締付金具により締付け固定さ
れている。更に電池積層体1Aの４方の側面には、燃料ガ
ス及び酸化剤ガスを互いに直交する方向に給排気するた
めマニホールド２が取り付けられている。 第２図及び第３図において、各マニホールド２の開口
フランジの左右の端部には外側に突出する突出部2aが形
成される一方、マニホールド２とほぼ等しい高さを有す
る１枚の板ばねが断面Ｃ字型に折り曲げられて形成され
たＣ型板ばね16が設けられ、このＣ型板ばね16（第４
図）は開口部16aが鉄棒などでこじ開けられ、隣り合う
マニホールド２の突出部2aに係合されている。このＣ型
板ばね16は、電池積層体1Aの４隅にそれぞれ１個ずつ取
り付けられる。 第４図において、Ｃ型板ばね６は、マニホールド２の
全高に渡る１枚の板ばねがＣ字状断面に折り曲げられて
構成され、内側に屈曲された先端が対向して開口部6aを
形成している。このＣ型板ばね６は第３図の係合状態に
おいて図示の通り弾的に湾曲変形し、開口部16aを閉じ
ようとする弾性力の電池積層体1Aに向かう分力により、
各マニホールド２を電池積層体１の４方の側面に締め付
け固定している。Ｃ型板ばね16はマニホールド２の突出
部2a全体を均一に締付けるので、マニホールド２は特に
剛性を強くしなくとも電池積層体1Aとの間に隙間を生じ
ることはない。 再び第３図において、マニホールド２の全高に渡るＣ
型板ばね16は、隣り合う二つのマニホールド２の開口フ
ランジ面に跨がる部屋45を形成する。この部屋45は、マ
ニホールド２の突出部2aに沿う開口フランジ面の垂直辺
から万一ガスがリークし、更にこの漏洩ガスから火焔が
発生した場合に、これらの漏洩ガスや火焔を集める空間
を構成する。そこで、部屋45にガス検知器や温度検知器
を設置すれば事故検出の感度を向上させることができ、
またＣ型板ばね16の上下開口端に別途のダクトを接続す
れば漏洩ガスを外部に導くことができるなど、締付部材
としてのＣ型板ばね16を事故処理にも役立てることがで
きる。 第５図は請求項２に係る実施例を示すマニホールド締
付装置の要部拡大平面図である。第５図において、マニ
ホールド２の開口フランジの端部に形成された突出部2a
の内側に、高い剛性を有する部材からなる断面Ｌ字型の
補強枠９が重ねて設けられ、締付金具６の係合部31a,32
aは補強枠９を介して突出部2aに係合している。図５に
おいて、Ｆは締付金具６からマニホールド２に作用する
締付力、F1及びF2はＦの分力で、マニホールド２は分力
F1により電池積層体1Aの側面に押し付けられる。P0は、
ガスの内圧によりマニホールド２に加わる力で、特にＰ
はＦの分力F2と同じ向きの力である。従って、マニホー
ルド２の開口フランジには、電池積層体1Aの側面に添っ
て分力F2と内圧Ｐが作用する。ここで、P0＝Ｐである。 そこで、図５の実施例においては補強枠９を設け、締
付力Ｆの電池積層体側面と平行な分力F2は補強枠９に負
担させるようにしている。これにより、マニホールド２
はガスの内圧P0のみに絶えられればよく、非常に薄い鋼
板，耐熱性・耐酸性を有する樹脂（例えばフッ素樹脂）
やゴム（例えばバイトンドゴム）などの剛性の低い材料
で達成することが可能となる。 第６図は、この発明の請求項３に係る実施例を示すマ
ニホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタックの正
面図、第７図は第６図の平面図、第８図は第６図のマニ
ホールド締付装置の要部拡大図である。 請求項３に係るマニホールド締付装置は、マニホール
ド２の開口フランジの左右の端部から外側に向かって突
出する突出部2aと、板ばねをＣ字型に折り曲げたＣ型板
ばね26と、電池積層体1Aの４隅に位置し、上下の締付板
４に固定された柱21とを備え、Ｃ型板ばね26はボルト22
及びナット23により柱21に取り付けられている。Ｃ型板
ばね26は開口部26aを広げてマニホールドの突出部2aに
係合させる。 このようなマニホールド締付装置によれば、Ｃ型板ば
ね26をボルト22及びナット23により、第５図に示した分
力F2及びガスによる内圧Ｐにより撓むことのない剛性を
有する柱21に取り付けるので、マニホールド２は、内圧
P0のみに耐える剛性を有する材料で構成すればよい。従
って、マニホールド２は、非常に薄い鋼板、耐熱性・耐
リン酸性を有する樹脂（例えばフッ素樹脂）やゴム（例
えばバイトンゴム）などの剛性の低い材料で構成するこ
とが可能となる。 第９図は請求項３に係る他の実施例を示すマニホール
ド締付装置の要部拡大図である。第９図の実施例では、
Ｃ型板ばね26はボルト24を介して、電池積層体1Aの４隅
に位置し上下の締付板４に固定された柱21に取り付けら
れている。Ｃ型板ばね26は開口部26aを広げてマニホー
ルドの突出部2aに係合させ、マニホールド２を電池積層
体1Aの４方の側面に締付け固定する。この実施例におい
ても第９図の実施例と同様に、マニホールド２は内圧P0
のみに耐える剛性を有する材料で構成することが可能で
ある。 第10図はこの発明の請求項４に係る実施例を示すマニ
ホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタックの正面
図、第11図は第10図の平面図、第12図は第11図の要部拡
大図である。請求項４に係るマニホールド締付装置は、
それぞれのマニホールドの開口フランジの左右の端部か
ら外側に向かって突出する突出部2aと、電池積層体1Aの
幅よりも大きい長さの板ばねをＣ字型に折り曲げた大型
Ｃ型板ばね30とを備える。この大型Ｃ型板ばね30の開口
部30aを広げて対向する２つのマニホールド２の突出部2
aに係合させ、マニホールド２を電池積層体1Aの４方の
側面に固定する。 第12図は第11図の大型Ｃ型板ばね及びガスの内圧によ
りマニホールドに加わる力を示す説明図で、Ｆは大型Ｃ
型板ばね30により発生する締付力、F3及びF4は電池積層
体1Aの面と垂直及び平行なＦの分力である。分力F3によ
りマニホールド２は電池積層体1Aの側面に押し付けら
れ、分力F4はマニホールド２の両端でバランスして打消
し合うので、マニホールド２は内圧P0（＝Ｐ）のみに耐
える剛性を有すればよく、マニホールド２は、非常に薄
い鋼板、耐熱性・耐リン酸性を有する樹脂（例えばフッ
素樹脂）やゴム（例えばバイトンゴム）などの剛性の低
い材料で構成することが可能である。 第13図は、この発明の請求項２ないし請求項４に係る
マニホールドに用いる補強梁の斜視図である。上述した
ようにマニホールド２は内圧P0（＝Ｐ）のみに耐える剛
性に構成される。内圧P0は数百mm水柱以下であるため、
マニホールド２は非常に薄い鋼板、耐熱性、耐リン酸性
を有する樹脂（例えばフッ素樹脂）またはゴム（例えば
バイトンゴム）などの剛性の低い材料で構成可能であ
り、その場合に第13図に示す補強梁40をマニホールド２
に取り付ければその取扱いが容易になる。
以上の通り、この発明の請求項１によれば、マニホー
ルド締付装置の部品点数が少なくて済む他、Ｃ型板ばね
によりマニホールド開口フランジの垂直辺に沿う部屋を
形成し、万一ガス漏れが生じた場合にこの部屋に漏洩ガ
スを集めて事故の拡大を防ぐことができる。 更に、この発明の請求項２ないしは請求項４によれ
ば、マニホールド締付力の電池積層体の側面面と平行な
分力がマニホールドに作用しないようにして、マニホー
ルドを内圧のみに耐える剛性の薄い材料で構成すること
が可能になる。
ルド締付装置の部品点数が少なくて済む他、Ｃ型板ばね
によりマニホールド開口フランジの垂直辺に沿う部屋を
形成し、万一ガス漏れが生じた場合にこの部屋に漏洩ガ
スを集めて事故の拡大を防ぐことができる。 更に、この発明の請求項２ないしは請求項４によれ
ば、マニホールド締付力の電池積層体の側面面と平行な
分力がマニホールドに作用しないようにして、マニホー
ルドを内圧のみに耐える剛性の薄い材料で構成すること
が可能になる。
第１図はこの発明の請求項１に係る発明の実施例を示す
マニホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタックの
正面図、第２図は第１図の平面図、第３図は第２図の要
部拡大図、第４図は第３図におけるＣ型板ばねの平面
図、第５図はこの発明の請求項２に係る実施例を示すマ
ニホールド締付装置を備えた要部平面図、図６はこの発
明の請求項３に係る実施例を示すマニホールド締付装置
を備えた燃料電池セルスタックの正面図、第７図は第６
図の平面図、第８図は第７図の要部拡大図、第９図はこ
の発明の請求項３に係る異なる実施例を示すマニホール
ド締付装置の平面図、第10図は請求項４に係る実施例を
示すマニホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタッ
クの正面図、第11図は第10図の平面図、第12図は第11図
のＣ型板ばね及びガスの内圧によりマニホールドに加わ
る力をし示す説明図、第13図はマニホールドに用いる補
強用梁の斜視図、第14図は燃料電池の単電池の構成を示
す斜視図、第15図は従来例による燃料電池の電池積層体
を示す側面図、第16図は第15図の平面図である。 1:燃料電池セルスタック、1A:電池積層体、1B:単電池、
2:マニホールド、2a:突出部、16,26:C型板ばね、16a,26
a,30a:開口部、21:柱、22、24:ボルト、30:大型Ｃ型板
ばね、31a,32a:係合部、23:ナット。
マニホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタックの
正面図、第２図は第１図の平面図、第３図は第２図の要
部拡大図、第４図は第３図におけるＣ型板ばねの平面
図、第５図はこの発明の請求項２に係る実施例を示すマ
ニホールド締付装置を備えた要部平面図、図６はこの発
明の請求項３に係る実施例を示すマニホールド締付装置
を備えた燃料電池セルスタックの正面図、第７図は第６
図の平面図、第８図は第７図の要部拡大図、第９図はこ
の発明の請求項３に係る異なる実施例を示すマニホール
ド締付装置の平面図、第10図は請求項４に係る実施例を
示すマニホールド締付装置を備えた燃料電池セルスタッ
クの正面図、第11図は第10図の平面図、第12図は第11図
のＣ型板ばね及びガスの内圧によりマニホールドに加わ
る力をし示す説明図、第13図はマニホールドに用いる補
強用梁の斜視図、第14図は燃料電池の単電池の構成を示
す斜視図、第15図は従来例による燃料電池の電池積層体
を示す側面図、第16図は第15図の平面図である。 1:燃料電池セルスタック、1A:電池積層体、1B:単電池、
2:マニホールド、2a:突出部、16,26:C型板ばね、16a,26
a,30a:開口部、21:柱、22、24:ボルト、30:大型Ｃ型板
ばね、31a,32a:係合部、23:ナット。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平１−186762（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−122972（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−45768（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−169961（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01M 8/00 - 8/24
Claims (4)
- 【請求項１】複数個の単電池を積層した電池積層体と、
この電池積層体の４方の側面にシール体を介して締付け
固定され、燃料ガス及び酸化剤ガスの給排気が行われる
マニホールドとを備え、前記燃料ガスと前記酸化剤ガス
とを反応させて発電する燃料電池において、前記それぞ
れのマニホールドの開口フランジの左右の端部から外側
に向かって突出する突出部と、前記マニホールドとほぼ
等しい高さを有する板ばねをＣ字型に折り曲げたＣ型板
ばねとを設け、このＣ型板ばねの開口部を広げて前記突
出部に係合させて前記マニホールドを前記電池積層体の
側面に締付け固定することを特徴とする燃料電池のマニ
ホールド締付装置。 - 【請求項２】前記マニホールドの突出部内側に高い剛性
を有する部材からなる断面Ｌ字型の補強枠を重ねて設
け、前記Ｃ型板ばねの開口部を前記補強枠を介して前記
マニホールドの突出部に係合させることを特徴とする請
求項１に記載の燃料電池のマニホールド締付装置。 - 【請求項３】複数個の単電池を積層した電池積層体と、
この電池積層体の４方の側面にシール体を介して締付け
固定され、燃料ガス及び酸化剤ガスの給排気が行われる
マニホールドとを備え、前記燃料ガスと前記酸化剤ガス
とを反応させて発電する燃料電池において、前記それぞ
れのマニホールドの開口フランジの左右の端部から外側
に向かって突出する突出部と、板ばねをＣ字型に折り曲
げたＣ型板ばねと、電池積層体の４隅に位置し上下の締
付板に固定された柱とを設け、この柱に取り付けた前記
Ｃ型板ばねの開口部を広げて前記突出部に係合させて前
記マニホールドを前記電池積層体の側面に締付け固定す
ることを特徴とする燃料電池のマニホールド締付装置。 - 【請求項４】複数個の単電池を積層した電池積層体と、
この電池積層体の４方の側面にシール体を介して締付け
固定され、燃料ガス及び酸化剤ガスの給排気が行われる
マニホールドとを備え、前記燃料ガスと前記酸化剤ガス
とを反応させて発電する燃料電池において、前記それぞ
れのマニホールドの開口フランジの左右の端部から外側
に向かって突出する突出部と、電池積層体の幅よりも大
きい長さの板ばねをＣ字型に折り曲げた大型Ｃ型板ばね
とを設け、この大型Ｃ型板ばねの開口部を広げて前記対
向する２つのマニホールドの突出部に係合させて、前記
マニホールドを前記電池積層体の側面に締付け固定する
ことを特徴とする燃料電池のマニホールド締付装置。
Applications Claiming Priority (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4906990 | 1990-02-28 | ||
| JP13448490 | 1990-05-24 | ||
| JP17835290 | 1990-07-05 | ||
| JP2-178352 | 1990-07-05 | ||
| JP2-134484 | 1990-07-05 | ||
| JP2-49069 | 1990-07-05 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04174976A JPH04174976A (ja) | 1992-06-23 |
| JP3010722B2 true JP3010722B2 (ja) | 2000-02-21 |
Family
ID=27293509
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02287619A Expired - Lifetime JP3010722B2 (ja) | 1990-02-28 | 1990-10-25 | 燃料電池のマニホールド締付装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3010722B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5175450B2 (ja) * | 2006-04-05 | 2013-04-03 | 東芝燃料電池システム株式会社 | 燃料電池 |
| GB2502521A (en) * | 2012-05-28 | 2013-12-04 | Intelligent Energy Ltd | A fuel cell stack and a method of assembling a fuel cell stack |
-
1990
- 1990-10-25 JP JP02287619A patent/JP3010722B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04174976A (ja) | 1992-06-23 |
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