JPH0317186B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、双極冷却板及びかゝる冷却板を有す
る燃料電池組立体に関し、さらに詳細には、高層
多電池燃料電池組立体の組立前にその構成要素で
ある低層燃料電池の予備試験を可能にする燃料電
池組立体に関する。本発明によると、高層多電池
燃料電池装置の分解を容易にかつ安定に行なうこ
とができる。

燃料電池は、普通の発電所から遠く離れたとこ
ろに設置する主要電源のようなある特定の用途に
おいて、特に有利な電源である。もちろんこれら
の用途では、その電力装置は自蔵式という利点だ
けでなく非常に信頼度が高いという長所も有す
る。

これまで、種々の燃料電池の方式がこれらの目
的を達成するために考え出されてきた。典型的な
燃料電池は、電解質を保持し、その両側にそれと
接触する状態で配設した電極を有する母体材料よ
り成る。反応ガスを各電極の電解質ではない側に
供給する。燃料電池の層状体には、隣接する燃料
電池間にガスを通さない分離板を設ける。燃料電
池は、水素及び空気（酸素）のような反応剤を当
該技術分野で知られているような方法で直流電力
に変換する。電気化学的反応により副成物として
廃熱が生じるが、この熱は電池を所望の動作温度
に維持するため制御された態様で取り除く必要が
ある。最も高い効率で動作させるためには、すべ
ての電池を均一な温度でかつ使用材料の融和特製
に合致する最大のレベルに維持することが望まし
い。

現在行なわれている方法では、実用電圧を得る
ために、多数の燃料電池を電気的には直列に接続
し、高く積み重ねて燃料電池を構成する。たとえ
ば、単一の燃料電池の電圧は、ふつう約0.5ボル
トである。したがつて、もし200個のかゝる0.5ボ
ルト電池を積み重ねると、その装置全体の電圧は
ほゞ100ボルトになる。

高層の燃料電池組立体を構成するためには、
個々の電池をまず第一に作る。個々の電池は、双
極板、陽極、マトリツクス（母体）及び陰極より
成るサンドイツチ構造を有する。個々の電池を積
み重ねその積み重ねたもの全体に外部から荷重を
かけることにより圧縮し、構成要素相互の電気的
接触及び各表面の気密封止が確実になされるよう
にする。このように圧力を加えることは、燃料電
池組立の本質的な部分である。いつたん燃料電池
を積み重ねたものを圧縮したのち、電解質である
りん酸を乾いた母体に加えるが、その際サンドイ
ツチ構造の層から酸が漏れ出るおそれはない。燃
料電池は酸を加えてのちはじめて動作可能とな
る。すなわち、電池は水素のような適当な燃料と
酸素を電池の内部を通過させると電流を発生す
る。上述した燃料電池組立の作業手順は問題ない
ように見えるが、実際には多数の製作上の問題が
ある。大きな問題のひとつは、高層の燃料電池組
立体は組立を終え酸を充填してはじめて試験が可
能であると言うことである。組立体の個々の電池
が規定の制限内の性能をもつという見込みは、極
度に低い。したがつて、たとえば開放回路のよう
な故障の場合、組立体全体を分解し問題の電池を
取り除いて新しい電池と取り換える必要がある。
これは明らかに、危険を伴ないかつ面倒な作業で
ある。その理由は、個々の電池は濃度の高いりん
酸を充填されているからである。さらに、組立体
の再組立は同じように危険であり、かつ困難であ
り、その再組立のあとすべてがうまく機能すると
いう保証はない。したがつて、組立体全体が規定
の性能通り動作する迄には、二度三度これらの作
業を繰り返す必要があるかもしれない。また、一
旦組立体が動作を開始したあとも、他の問題が生
じることがある。たとえば燃料を酸素から分離す
る封止手段あるいはりん酸をガス反応剤から分離
する封止手段が故障し、漏えいを生じることがあ
る。もしこれが起こると、分解して再組立する必
要が再び生じてくる。

以上より、高層組立体の組立以前に燃料電池の
予備試験をする必要があることがわかる。この予
備試験を行なうと、最終組立前に故障した電池を
取り除くことが可能である。

したがつて、本発明の一実施例によると、燃料
電池組立体は層状に配置した複数の燃料電池より
成り、その層状体は頂面と底面をもち、その頂面
及び底面に隣接してそれらに対応する上方及び下
方の双極冷却板を設け、前記双極冷却板は別個の
対向端縁と、さらに前記冷却の表面に沿つてそれ
らの対向端縁に延びる複数の通路を画定する手段
を有し、前記通路の少なくともひとつは前記冷却
板の対応する端縁より手前で終端して締めつけ具
を収容するための凹所を画定することを特徴とす
る。

前述した凹所は、階段状に形成され、また前述
した通路は前記冷却板の表面に沿つて延びるＵ字
型の溝を構成する。その結果、反応ガスは予備試
験の際締めつけ具を定位置に配置したままで通路
を通つて流れる。

好ましくは、凹所は実質的に前記通路に直角に
延びるように設ける。

他の構成要素を取り付けて低層燃料電池を組立
てる前に、母体の層に電解液を加えることは有利
であることが判明している。その理由は、これま
での方法だと電解液が薄い母体内を移行（浸潤）
するのに数日かかるため、この方法によると組立
のスピードを速めることが出来るからである。さ
らに、組立前に電解液を導入するため、母体全体
が浸潤されたということを可視的に確かめること
ができる。

好ましくは、低層燃料電池の少なくとも一方の
露出端縁を機会加工して、その燃料電池の少なく
とも一方の端縁に実質的な平らな表面が形成され
るようにする。この機会加工は、電解液を圧縮し
た燃料電池に導入する以前、あるいはそれ以後に
行なつてもよい。

複数の圧縮した低層燃料電池を締めつけ具をつ
けたまゝ、且つまたひとつの低層燃料電池の上方
冷却板を隣接する低層燃料電池の下方冷却板と接
触するよう組立て、電気的に接続された高層燃料
電池を構成すると便利なことが判明している。

好ましくは、複数のかゝる圧縮低層燃料電池に
締めつけ具とは独立の手段で圧力を加え、その後
個々の圧縮燃料電池からその締めつけ具を取り除
く。上述した従来の方法に対する本発明の利点
は、本発明の双極冷却板を用いると、低層燃料電
池を一時的に圧縮し、この圧縮低層燃料電池を完
全な高層燃料電池へ最終的に組立る以前に、予備
試験を行なうことができる点である。したがつ
て、最終組立前に個々の低層燃料電池における如
何なる故障をも検知することが可能であり、この
ため、完全な高層燃料電池の分解に伴なう面倒な
作業を実質的に減少することができる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施例を
詳細に説明する。第１図に示す低層燃料電池１
は、５個の電池３，５，７，９及び１１より成
る。もつとも、本発明の原理は任意の数の燃料電
池組立体に適用することができる。

電池３，５，７，９及び１１は、上方双極冷却
板１３及び下方双極冷却板１５の間に配置する。
下方双極冷却板に接触するもうひとつの上方双極
冷却板１７は、図示の燃料電池の下方に別の５個
の電池より成る低層燃料電池が設けられることを
示している。

上方及び下方双極冷却板１３及び１５は混成型
である。すなわち、外部表面（別の双極冷却板に
接触する表面）は、冷却ガスを通過させる手段を
支持する。これらの双極冷却板の内側表面に、冷
却ガス手段25とは反対の方向に延びる燃料ガス手
段（図示せず）を設ける。

上方及び下方双極冷却板１３及び１５は、別個
の対向端縁２１及び２３を有する。冷却板に設け
る冷却ガス手段25は、冷却板１３及び１５の表面
に沿つてそれらの端縁２１及び２３の方に延びる
複数の通路１９より成る。通路１９の少なくとも
ひとつの端部は、対応端縁２１あるいは２３の手
前で終端して締めつけ具を受容するための凹所３
５を画定する。凹所３５は、手段25に関して階段
状の構成を有する。第１図において、通路１９の
両端は、それぞれ端縁２１及び２３の手前で終端
して、２つの凹所３５（そこから延びる点線で示
す）を画定する。それらの点線は、燃料電池の層
状体を一時的に圧縮するための締めつけ具（第１
図には図示せず）の取付け位置を示す。

第２図は、燃料電池の層状体１を圧縮するため
の締めつけ具として用いるヒンジつきクランプの
斜視図である。ヒンジつきクランプ２７は、スレ
ンレス・ステイールあるいは他の適当な腐食に強
い材料で作る。クランプ２７の厚さは第１図に示
した凹所３５の高さより多少小さい。かくして、
冷却ガスは、通路１９を流れる際、クランプ２７
により妨げられない。これを第４図に示す。ヒン
ジつきピンあるいはロツド２９、圧縮ばねホルダ
ー（３２、第３図）及びヒンジの間に設けた座金
３１は、電気的絶縁材料で作る。この構成による
と、上方及び下方電極（図示せず）の間に５個の
燃料電池１を配置し、その電池を電気的に短絡せ
ずに電気的試験を行なうことができる。第３図
は、ヒンジつきクランプ２７により一時的に圧縮
した複数の燃料電池層状体１の組立体を示す横断
面図である。上方及び下方双極冷却板１３及び１
５はそれぞれ、凹所３５のところでクランプ２７
により係合される。圧縮ばねホルダー３２内の定
位置に保持した圧縮ばね３３は、クランプ２７を
して個々の低層燃料電池１を定位置に保持せし
め、それによりその燃料電池の取扱い、試験及び
機械加工を可能にする。第３図は、双極冷却板１
３及び１５のたゞ一方の側の端縁２３を示すが、
本発明の好ましい実施例では、反対側の端縁２１
（第１図）もまたクランプ２７と同様な第２のク
ランプにより保持固定される。さらに、クランプ
２７は、本発明に用いる締めつけ具の一例を示す
にすぎず、任意の普通用いる締めつけ手段を用い
ることが出来る。

第４図は、燃料電池を積み重ねたものを組立て
そして予備試験する方法を斜視図で示す。基体３
９、可動冷却手段47、４つのコーナー・ポスト４
１（そのうち２つだけを示す）、燃料入口手段49
及び空気出口手段51より成る密閉スタンド３７を
用い、複数の低層燃料電池１を積み重ねて高層燃
料電池を組立てる。本発明の好ましい実施例で
は、４つのコーナーポスト４１のうち３つだけを
基体３９に剛性的に取り付ける。残り１つのポス
トは、このポストを取り除くことができるようね
じで基体３９へ取り付け、低層燃料電池の積み上
げ及びそれらの位置的符号を容易にする。一旦複
数の低層電池１の組立てを完了すると、取り外し
可能なコーナーポスト４１（図示せず）を密閉ス
タンド３７の基体３９へ取り付け、高層燃料電池
の最終組立ての用意完了の状態にする。

第４図には図示しないが、Ｕ字型ガス通路は燃
料電池１をＺ字型の通路をたどる。このＺ字型の
通路を設けた結果、燃料ガスは燃料入口手段49内
へ流入し、空気は出口手段51から出る。このＺ字
型の通路により反応プロセス時一層均一な温度分
布が得られる。

低層燃料電池１の端表面は、好ましくは、平ら
でスムースなものである必要がある。しかしなが
ら、双極冷却板１３及び１５はそれぞれ、高温で
成形して作るため冷却時に収縮するので、その端
表面は平らでない。第５図は、５個の電池より成
る低層電池１の横断面図であるが、その燃料電池
１及び双極冷却板１３及び１５の寸法の不揃いの
問題を例示するため誇張して示されている。この
問題を最小限に押さえるために、問題の端表面を
機械加工して、実質的に平らな表面にし、反応ガ
ス相互間の効果的な封止を可能にする。電池１の
機械加工は、その電池１をその対向端縁２３及び
２１のそれぞれにおいてクランプ２７により保持
することにより行なわれる。反応ガスの出入口で
ある電池の露出端縁を、それに続いて機械加工
（たとえば研削）して、実質的に平らな表面を形
成する。好ましくは、電解液を電池へ加える前に
この機械加工を行なう。しかしながら、これは必
要条件ではない。

機械加工した電池１に、任意の普通の方法で電
解液を加えることにより活性化する。活性化した
電池１を電気的に試験し、密閉スタンド３７（第
４図）内部での最終組立て開始する。

上記及び下部の双極冷却板１３及び１５、及び
ヒンジ付きクランプ２７を含む複数の５個の燃料
電池１を、スタンド３７の基体３９上に置く。冷
却剤ガスケツト４３と、冷却剤手段47のフランジ
４５の間にクランプ２７をはめる。冷却手段47
は、スタンド３７へ移動可能に取り付け、手段47
が電池１の方へ、またそれから離脱する方向に移
動できるようにする。燃料入口手段49と空気出口
手段51にガスケツト５３を設ける。ガスケツト５
３及び４３のそれぞれは、電池１の端縁を密閉ス
タンド３７に合致させることにより、反応ガスで
ある水素及び空気を互いに分離させる。

スタンド３７上に所望の数の低層電池１を置
き、そのスタンドの基体３９に取り外し可能なポ
ストを取り付けたのち、高層燃料電池の頂部上に
密閉頂部板（図示せず）を配置する。複数の低層
燃料電池１より成る高層燃料電池を、クランプ２
７により加える圧力とは独立の手段により圧力を
加えて圧縮する。たとえば、頂部密閉板に設けた
ねじジヤツキを締めて、高層燃料電池を圧縮す
る。いつたん所望の圧力が加えられると、冷却手
段47を燃料電池の端縁から後退させて、ヒンジ付
きクランプ２７を取り外す。クランプ２７を取り
外してのち、冷却手段47を再配置して電池１の端
表面を封止する。高層燃料電池はこれで運転に入
る前の最終試験を行なえる状態にある。もちろ
ん、任意の普通の手段で電気試験を行なうがこれ
は本発明の一部を構成しないことに注意された
い。

【図面の簡単な説明】

第１図は、上部及び下部冷却板部材をもつ単一
の低層燃料電池を組立てた状態で示す斜視図、第
２図は、低層燃料電池を一時的に圧縮するに適し
た締めつけ具（圧縮ばねは図示せず）の斜視図、
第３図は、複数の締めつけ具（圧縮ばねは図示せ
ず）と低層燃料電池の横断面図、第４図は、高層
燃料電池密閉手段の基体に最下層の低層燃料電池
を置いた状態で示す斜視図、第５図は、単一の低
層燃料電池、介在封止手段（ガスケツト）及びマ
ニホルドを示す横断面図である。 １……低層燃料電池体、３，５，７，９，１１
……燃料電池、１３，１５……上方及び下方双極
冷却板、３５……凹所、２７……ヒンジ付きクラ
ンプ、３２……圧縮ばねホルダー、３３……圧縮
ばね。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数の単一燃料電池を積み重ねて層状体に
   し、前記層状体は頂面及び底面を有し、前記頂面
   及び底面に隣接してそれぞれに対応する上方及び
   下方の双極冷却板を設け、前記冷却板は別個の対
   向端縁と前記対向端縁の方に前記冷却板の表面に
   沿つて延びる複数の通路を画定する手段を有し、
   少なくとも前記通路の一方の端部は前記冷却板の
   対応端縁の手前で終端して締めつけ具を受容する
   凹所を画定することを特徴とする燃料電池組立
   体。 ２ 前記通路の両方の端部は、前記冷却板の対応
   端縁の手前で終端して締めつけ具を受容する凹所
   を画定することを特徴とする前記第１項記載の燃
   料電池組立体。 ３ 前記凹所は、階段状の構成をもつことを特徴
   とする前記第１項記載の燃料電池組立体。 ４ 前記凹所は、前記冷却板の端縁に沿つて階段
   状の構成を有することを特徴とする前記第２項記
   載の燃料電池組立体。 ５ 前記通路を有する冷却板の表面とは反対の表
   面は、平らであることを特徴とする前記第１，
   ２，３あるいは４項記載の燃料電池組立体。 ６ 前記通路は、前記冷却板の表面に沿つて延び
   るＵ字型のみぞであることを特徴とする前記第１
   項ないし５項のうち任意の１項に記載の燃料電池
   組立体。 ７ 前記凹所は、前記冷却板の表面に沿つて延び
   る前記通路に対して直角に形成することを特徴と
   する前記第１項ないし第６項のうち任意の１項に
   記載の燃料電池組立体。