JPH04296463A

JPH04296463A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH04296463A
Application number: JP3062085A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Maekawa; 全前川; Shinichi Ikeda; 池田　紳一
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-03-26
Filing date: 1991-03-26
Publication date: 1992-10-20

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】［発明の目的］

【０００２】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池に係り、特に
、燃料電池本体の積層方法、締付け方法及び電力端子の
接続方法に改良を施した燃料電池に関するものである。

【０００３】

【従来の技術】燃料電池は、燃料のもつ化学エネルギー
を、電気化学プロセスで酸化させることにより、酸化反
応に伴って放出されるエネルギーを、直接電気エネルギ
ーに変換する装置である。この燃料電池を用いた発電シ
ステムは、比較的小さな規模であっても、発電の熱効率
が４０〜５０％にも達し、新鋭火力発電をはるかにしの
ぐと期待されている。

【０００４】また、近年大きな社会問題になっている公
害要因であるＳＯｘ、ＮＯｘ　の排出が極めて少なく、
発電装置内に燃料サイクルを含まないため、大量の冷却
水を必要とせず、振動も小さいことなどから、騒音・排
ガス等の環境問題が少ないという利点がある。さらに、
負荷変動に対して応答性が良く、原理的に高い変換効率
が期待できると共に、発電と同時に熱も利用するコジェ
ネシステムに向いている等の特徴があることから、その
研究開発に期待と関心が寄せられている。

【０００５】この種の装置としては、たとえば、特開昭
６０−９３７６５号公報に示されたものが知られている
。即ち、電池本体は、図２に示す様に、発電のために用
いられる多数のセル１５とこれらのセル１５で発生する
熱を排出するための冷却板１４の積層体、その積層体を
上下方向から締付ける上部締付板３及び下部締付板９、
反応ガス供給・排出用マニホールド（以下、マニホ―ル
ドと称す）６、冷却水供給・排出用マニホールド１３、
電気出力取出し用ブスバー１０等によって構成されてい
る。そして、前記セル１５には燃料ガスと空気が、また
、冷却板１４には水等の冷媒が外部から供給、排出され
るように構成されている。

【０００６】また、一般に、反応ガス圧力が高圧の場合
には、上記積層体を円筒形タンクに収納しているが、反
応ガス圧力がほぼ大気圧の場合には、上記積層体の１個
または複数個を１つの筐体内に収納して用いている。こ
の様な常圧形燃料電池は、構造、システムが簡単なため
、一般需要家のオンサイトとしての使用に適している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記の様なオンサイト
用燃料電池には、その需要規模により、たとえば５０ｋ
Ｗ〜１０００ｋＷの出力幅があるが、これらの各出力段
階に対して、それぞれ異なったセルサイズで設計するの
は、セルを大量生産する上で好ましくない。そのため、
セルサイズは１種類とし、セルの積層数を変化させるこ
とによって出力を調整することが一般に行なわれている
。

【０００８】ところが、出力が１０００ｋＷに達すると
、現在の技術では、積層されるセルの高さが陸上輸送限
界を大きく越えてしまうため、さらに大きなセルを製作
するか、または複数の積層体を必要としていた。

【０００９】また、セル１５は比較的脆い材料で構成さ
れているため、製作時の取扱いや大量生産に適した寸法
形状とする必要があり、現在の技術では、１辺が約１ｍ
程度の正方形のものが適当と考えられている。また、電
池本体の効率、直交変換器の性能上の制約から、電圧を
大きくし、電流を抑制することが望ましい。このため、
大容量のオンサイト用燃料電池としては、正方形セルを
積層した複数の積層体を直列に接続した状態で、できる
だけ小さい筐体に収納する必要がある。

【００１０】図３は、従来の積層体２個を直列に接続し
た状態で１個の筐体内に収納する場合の、積層体の配置
及び接続方法の一例を示したものである。即ち、第１の
積層体４及び第２の積層体５は、共に負極を上にした状
態で設置されている。この２個の積層体を直列に接続す
るため、集電板を兼ねている第１の積層体の下部締付板
９ａと、第２の積層体の上部締付板３ｂとが、第１のブ
スバー１０ａによって接続されている。

【００１１】また、第２の積層体５の正極側端子を、第
１の積層体４の負極側端子１と同じ高さから筐体外部に
引出す場合には、第２の積層体５の下部締付板９ｂに位
置する正極側端子と筐体壁（図示せず）との間に、第２
のブスバー１０ｂが配設される。

【００１２】この場合、以下の点を考慮する必要がある
。即ち、機械的強度上の理由から、前記ブスバー１０ａ
，１０ｂは、マニホールド６の側面から、セルの積層高
さに応じて複数個の支持碍子１１ａ，１１ｂにより支持
する必要がある。また、複数個の支持碍子１１ａ，１１
ｂでブスバー１０ａ，１０ｂを支持する場合、ブスバー
の熱膨脹を吸収する必要性から、支持碍子１１に対して
スライド可能な構成とする必要がある。

【００１３】また、絶縁設計上の理由から、ブスバー１
０ａ，１０ｂと対向するマニホールド６の間の耐電圧距
離、すなわち支持碍子１１の長さ：ｈ１　、第１の積層
体４と第２の積層体５との間に取付けられる第１のブス
バー１０ａの締付けボルト１２ａと第２の積層体５のマ
ニホールド６の間の耐電圧距離：ｈ２　、第２の積層体
５と筐体との間に取付けられる第２のブスバー１０ｂの
締付けボルト１２ｂと筐体壁の間の耐電圧距離：ｈ３　
は、大容量機の場合、微汚損等を考えて、大気中で少な
くとも３０〜４０ｍｍ必要とされる。

【００１４】従って、２個の積層体を直列に接続した状
態で一つの筐体内に収納して成る燃料電池は、積層高さ
を抑制できる点で、単一の積層体から構成した場合に比
較して有利な反面、以下の様な問題点があった。即ち、
ブスバーの耐電圧距離を確保するため、筐体長さ■が長
くなり、容積効率上不利であった。また、絶縁支持構造
が多く、絶縁部品の点数も多いため、信頼性の点からも
不利であった。さらに、構成部品を削除できないため、
パッケージ化によるコスト削減が望めないという欠点も
あった。

【００１５】本発明は、上記の様な従来技術の問題点を
解決するために提案されたもので、その目的は、２個の
積層体を１個の筐体に収納する場合に、筐体の小形化及
び積層体の接続構造の簡略化が可能で、信頼性が高く、
安価で取扱いの容易な燃料電池を提供することにある。

【００１６】［発明の構成］

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は、電解質層を挟
んで配置された一対の多孔質電極から成るセルと冷却板
とを複数個積層して積層体を形成し、この積層体を上下
締付板により締付けて固定し、また、前記積層体の側面
に反応ガス供給・排出用のマニホールドを配置して成る
電池本体２個を、１個の筐体に収納した燃料電池におい
て、一つの下部締付板上に前記２個の積層体をその極性
が逆になるように配置し、また、前記下部締付板に、積
層体間の電気的接続機能を持たせたことを特徴とするも
のである。

【００１８】

【作用】本発明による燃料電池においては、下部締付板
に積層体間の電気的接続機能を持たせ、その上に２個の
積層体を極性が逆になるように配置したので、２個の積
層体は下部締付板を介して直列に接続される。これによ
り、積層体間に取付けられていたブスバー及びその支持
碍子が不要になる。また、正極側端子と負極側端子が同
じ高さに引き出されるため、積層体と筐体壁間に取付け
られていたブスバー及びその支持碍子も不要になる。そ
の結果、これらの耐電圧距離分だけ筐体長さを縮めるこ
とが可能となり、しかも、絶縁部品の削減と構造の簡潔
化により信頼性の向上とコストダウンが望める。

【００１９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１に基づいて具
体的に説明する。なお、図３に示した従来型と同一の部
材には同一符号を付して、説明は省略する。

【００２０】本実施例においては、図１に示した様に、
複数の絶縁支持碍子８に支持された１枚の共通下部締付
板７上に、２つの積層体、即ち、第１の積層体４及び第
２の積層体５が配設されている。この場合、第１の積層
体４においては負極が上に、第２の積層体５では正極が
上になるように配設されている。また、共通下部締付板
７は電気的接続機能を有し、両積層体下面と同電位にな
っており、２つの積層体４，５は直列に接続されている
。

【００２１】なお、第１の積層体４の上部締付板３ａは
負極側端子１と、第２の積層体５の上部締付板３ｂは正
極側端子２とそれぞれ接続されている。

【００２２】この様な構成を有する本実施例の燃料電池
においては、共通下部締付板７に両積層体間の電気的接
続機能を持たせたことにより、図３に示した様な積層体
間に取付けられる第１のブスバー１０ａ及びその支持碍
子１１ａが不要になる。その結果、２つの積層体４，５
の間隔Ｌは、上部締付板３ａ，３ｂ間の耐電圧距離のみ
を考慮すれば良いので、従来に比べて大幅に縮小するこ
とができる。また、正極側端子２と負極側端子１が同じ
高さにあるため、従来、第２の積層体５と筐体壁間に配
設していた第２のブスバー１０ｂ及びその支持碍子１１
ｂも不要になる。　　さらに、本構成の燃料電池の組立
方法について簡単に説明する。なお、リン酸型燃料電池
は、電極板連続処理設備、積層専用自動機、外装部品取
付治具等を備えた量産工場で生産される段階となってい
る。以下に、実施例に示す構成の燃料電池積層体の積層
・組立方法について簡単に説明する。

【００２３】（１）回転台に下部締付板を据え付ける。（２）下部締付板の四隅のうち、対角となる２つの隅に
、それぞれＸ方向、Ｙ方向のガイドバーを立てる。（３）積層専用自動機により、ガイドバーに沿って、下
から酸素極、燃料極、セパレータの順に積層して、第１
の積層体を形成する。（４）下部締付板を回転台ごと１８０度回転し、下から
燃料極、酸素極、セパレータの順に積層して、第２の積
層体を形成する。なお、積層順序の変更は、ライン制御
計算機の積層パターンデータを変更することにより、容
易に実施できる。（５）ガイドを撤去し、上部締付板を取付け、前記積層
体を締付ける。（６）専用取付け治具にマニホールドを背中合せに装填
し、２つの積層体４，５の間に挿入して、２つのマニホ
ールド６を同時に取付ける。（７）各々の積層体４，５の他の側面に、残りのマニホ
ールド６を取付け、締付ける。（８）他の外装部品を取付ける。（９）２つの積層体４，５全体を下部締付板７ごと吊り
上げ、締付板下面に支持碍子８を取付ける。

【００２４】この様に、本実施例によれば、筐体長さＬ
を縮めることが可能になり、絶縁部品数の削減と構造の
簡潔化により、燃料電池の信頼性が向上され、コストダ
ウンが可能となる。また、２個の積層体が１個の共通下
部締付板上に配置されているため、２個の積層体を１つ
のユニットとして扱うことができ、輸送・据付けが容易
になる。さらに、量産工場の自動化設備に適した構造に
なる。

【００２５】

【発明の効果】以上述べた様に、本発明によれば、２個
の積層体を１個の筐体に収納する場合に、下部締付板に
積層体間の電気的接続機能を持たせ、その上に２個の積
層体をその極性が逆になるように配置することにより、
筐体の小形化及び積層体の接続構造の簡略化が可能で、
信頼性が高く、安価で取扱いの容易な燃料電池を提供す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池の一実施例を示す側面図

【図
２】従来から用いられている一般的な燃料電池の構成を
示す側面図

【図３】従来の燃料電池の一例を示す側面図

【符号の説明】

１…負極側端子２…正極側端子３…上部締付板４…第１の積層体５…第２の積層体６…マニホールド７…共通下部締付板８…支持碍子９…下部締付板１０…ブスバー１１…支持碍子１２…締付けボルト１４…冷却板１５…セル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】　　電解質層を挟んで配置された一対の多
孔質電極から成るセルと冷却板とを複数個積層して積層
体を形成し、この積層体を上下締付板により締付けて固
定し、また、前記積層体の側面に反応ガス供給・排出用
のマニホールドを配置して成る電池本体２個を、１個の
筐体に収納した燃料電池において、一つの下部締付板上
に前記２個の積層体をその極性が逆になるように配置し
、また、前記下部締付板に、積層体間の電気的接続機能
を持たせたことを特徴とする燃料電池。