JPH044701B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 発明の技術分野 本発明は、複数の単位燃料電池を積層してなる
積層体を備えた燃料電池装置の改良に関する。 発明の背景技術 従来、水素のように酸化され易いガスと、酸素
のように酸化力のあるガスとを電気化学反応プロ
セスを経て反応させることによつて直流電力を得
る燃料電池が広く知られている。この燃料電池
は、通常、一対のガス拡散電極間に電解質マトリ
ツクスを配置するとともに両電極間に負荷を接続
した状態で一方の電極の外面に水素を含んだガス
（燃料）を接触させ、他方の電極の外面に酸素を
含んだガス（酸化剤）を接触させることによつて
上記負荷に直流電力を供給するようにしている。
なお、上記ガス拡散電極には通常、反応の円滑化
を図るために白金等を担持した触媒担持層が付与
されている。また、実用的な発電装置として用い
る場合には、上述した燃料電池を単位燃料電池と
し、この単位燃料電池を複数直列に接続する方式
が採られている。 ところで、上記のように単位燃料電池を複数直
列に接続した燃料電池装置の要部は、一般に、第
１図に示すように構成されている。すなわち、触
媒担持層１ａ，１ｂの付与されたガス拡散電極２
ａ，２ｂ間に電解質マトリツクス３を介在させて
単位燃料電池４を構成し、これら単位燃料電池４
相互間に炭素繊維板等で形成された良導電性のイ
ンタコネクタ５を介在させて積層した積層体Ｘに
構成されている。各インタコネクタ５の内面には
図中太矢印Ｐで示す如く燃料を通流させるための
通路を構成する溝６と、図中太矢印Ｑで示す如く
酸化剤を通流させるための通路を構成する溝７と
が互いに直交する関係に形成されている。また、
インタコネクタ５のうちの幾つかのものには外面
が絶縁被膜で覆われた冷却パイプ８が埋設されて
いる。 しかして、上記のような積層体Ｘを組込んだ従
来の燃料電池装置は、一般に、第２図から第４図
に示すように構成されている。すなわち、厚肉の
銅板あるいは鋼板等で形成された第１の支持板１
１の上面に積層体Ｘの下端面と同一寸法の薄い導
電板１２を敷き、この導電板１２上に導電性接着
剤等を介して積層体Ｘを載置し、さらに上記積層
体Ｘの上端面に同じく導電性接着剤等を介して薄
肉の導電板１３を載置し、この導電板１３上に厚
肉の第２の支持板１４を載置している。そして、
上記状態で、第１の支持板１１の下面と第２の支
持板１４の上面とに、それぞれ図中上下方向に対
向し、かつ積層体Ｘの辺と平行する関係に２組、
つまり４本のロツド１５ａ，１５ｂおよび１６
ａ，１６ｂを平行に配置し、各組をなすロツドの
両端間をボルト１７ａ，１７ｂおよび１８ａ，１
８ｂで一定圧力に締付けることによつて積層体Ｘ
の各単位燃料電池間を一体化させるようにしてい
る。なお、上記ボルト１７ａ，１７ｂ，１８ａ，
１８ｂは絶縁材で形成されたものやロツドとの嵌
合部に絶縁筒の嵌め込まれたものが用いられてい
る。しかして、上記のように組立てた後、積層体
Ｘの側面の必要個所に気密処理を施した後、積層
体Ｘの４つの側面に絶縁材製のパツキン１９を介
して反応流体供給器、つまり角形に形成されたフ
ランジ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを当てが
い、これらフランジ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２
０ｄの両側縁部に突設された突起２１に設けられ
た孔にそれぞれボルト２２を挿し込んで隣接する
フランジの突起２１間を締付けることによつて、
各フランジの周縁部を積層体Ｘの各側面周縁部に
前記パツキン１９を介して密接させ、第２図に示
すように全体として気密構造の装置を構成してい
る。なお、第２図および第３図中２４は、第２の
支持板１４を貫通して外部へ導かれたリードバー
を示している。また、各フランジ２０ａ，２０
ｂ，２０ｃ，２０ｄには、第４図中太白矢印およ
び太黒矢印で示すように燃料および酸化剤を通流
させるパイプ２５が接続されている。さらに各フ
ランジの図中上縁部と下縁部とには、これらフラ
ンジを介して電池が短絡されないように絶縁処理
が施されている。また、フランジ２０ｄには、内
部の冷却パイプｓと外部とを接続するための接続
機構２６が設けられている。また、これらの図で
は積層体Ｘの各部状態を計測する計測系が省略さ
れている。 背景技術の問題点 上記のように構成された燃料電池装置にあつ
て、その積層体Ｘは、通常、数百個の単位燃料電
池で構成される。単位燃料電池そのものは、極め
て薄いものであり、また高度な加工によつて形成
される。したがつて、数百個の単位燃料電池のな
かには、製作時の原因や組立時の原因で特性不良
のものの存在する確率が高い。しかるに、従来装
置の如き構成であると、全体を組立てた後の試験
時でないと特性不良のものの存在を知ることがで
きない。そして、特性不良のものの存在が判明し
てもそれが数百と云う単位燃料電池のうちのどれ
であるかを見つけることが非常に困難である。し
たがつて、組立て、試験、再組立、再試験……と
云う作業が必要で、能率よく組立てることができ
ない問題があつた。 また、インタコネクに冷却パイプを埋設するの
は、加工に手間がかかり、冷却を均一に行い難い
といつた問題もあつた。 発明の目的 本発明は、このような事情に鑑みてなされたも
ので、その目的とするところは、１回の組立て作
業で目標性能の電池を組立てることができるばか
りか、故障時における交換作業も非常に容易化で
きる燃料電池装置を提供することにある。 発明の概要 すなわち、本発明は、単位燃料電池を複数積層
してなる積層体を備えた燃料電池装置において、
前記積層体は、冷媒を通流させるための流路が形
成されている凹凸あるいは波型の一対の導電性補
助支持体間に前記単位電池を複数積層介在させる
とともに、前記一対の導電性補助支持体間を締付
具で締付けてなるブロツクが複数個積層されたも
ので構成されていることを特徴としている。 発明の効果 上記構成であると、積層体を組立る前に各ブロ
ツク毎に特性確認試験を行ない特性の良いブロツ
クだけ使つて積層体を構成することができるの
で、１回の組立作業で目標通りの性能を発揮する
燃料電池装置を組立てることができる。この場
合、各ブロツクに取付けられた締付具を着脱自在
に設けた場合には、必要な数のブロツクを積層し
て積層体に組立てた後に締付具を取外すことによ
つて、締付具が燃料ガスや酸化剤ガスの流れに影
響を与えるのを防止できる。したがつて、ブロツ
ク化したときに起こり易い弊害の発生を防止でき
る。また、故障した場合であつても、まず、積層
体を構成している各ブロツクに締付具を装着して
締付け、この状態で積層体を各ブロツクに分解
し、分離された各ブロツク毎に特性確認試験を行
ない不良のブロツクを新しいブロツクに交換すれ
ばよいのでその作業も極めて簡単化できる。そし
て、上記のように安定した組立てを行なうことが
できるので、結果として装置としての高性能化を
図ることができる。 発明の実施例 第５図は本発明の前提となる燃料電池装置の外
観を示すもので、この装置は、大きく分けて、第
６図および第７図にも示すように複数の単位燃料
電池を積層してなる積層体３１と、この積層体３
１の両端面に当てがわれた第１、第２の支持体３
２ａ，３２ｂと、これら第１、第２の支持体３２
ａ，３２ｂ間を締付けて前記積層体３１を一体化
させる締付けボルト３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３
３ｄと、前記積層体３１の４側面にそれぞれ気密
に当てがわれたフランジ３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄとで構成されている。 前記積層体３１は、第８図に示すように複数の
積層ブロツク４１を積層して構成されている。各
積層ブロツク４１は、導電性材料で形成された第
１、第２の補助支持体４２ａ，４２ｂと、これら
第１、第２の補助支持体４２ａ，４２ｂ間に第１
図に示した如きインタコネクタをそれぞれ介して
複数の単位燃料電池を積層状態にして介在した単
位燃料電池群４３と、第１、第２の補助支持体４
２ａ，４２ｂに突設された突起４４ａ，４４ｂ，
４５ａ，４５ｂに設けられた孔に挿入され、上記
第１、第２の補助支持体４２ａ，４２ｂ間を締付
けることによつて単位燃料電池群４３の一体化を
図る締付具としての４本のボルト４６とで構成さ
れている。上記第１、第２の補助支持体４２ａ，
４２ｂの各突起を除いた部分の平面寸法は単位燃
料電池群４３の上、下端面と同一寸法に形成され
ている。また、第１の補助支持体４２ａの外面に
は、強度を大きくするためのリブ４７が複数条設
けられており、また、第２の補助支持体４２ｂの
外面にも強度を大きくするための溝４８が複数条
設けられており、これらリブ４７と溝４８とは、
図に示すように各積層ブロツク４１を積層したと
き、上下に隣接する補助支持体のリブ４７と溝４
８とが噛合して位置決め機能をも発揮するように
構成されている。また、各補助支持体は、この補
助支持体に設けられた突起４４ａ，４４ｂ，４５
ａ，４５ｂの位置が突起の幅分だけ異なる２種類
に形成されており、図に示すように各積層ブロツ
ク４１を積層したとき上下に隣接するブロツクの
ボルト４６どうしが当接しない状態で積層できる
ようになつている。また、前記ボルト４６は絶縁
材で形成されたものや突起の孔と嵌合する部分に
絶縁スリーブを嵌め込んだものが用いられてい
る。そして、積層体３１を構成する各積層ブロツ
ク４１としては、前記ボルト４６によつて規定圧
力で締付けられた後、その露出している端面に必
要な気密処理が施された状態で、予備試験装置に
よる特性試験に合格したものだけが用いられてい
る。 しかして、前記第１、第２の支持体３２ａ，３
２ｂは具体的には第９図に示すように構成されて
いる。すなわち、比較的厚肉の鋼板等で単位燃料
電池の端面寸法と同一寸法に形成された角板５１
の一表面に、一部が上記角板５１の４つの頂部か
らそれぞれ外方へ突出する関係に角管５２ａ，５
２ｂをＸ字状に溶接するとともに上記角管５２
ａ，５２ｂの溶接されている面の周縁部に補強板
５３を溶接したものとなつている。なお、角角管
５２ａ，５２ｂの両端部には、前述したボルト３
３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄを挿通するための
孔５４が設けられており、また、角板５１には後
述するリードバーを外部へ向けて突出させるため
の孔５５が形成されている。 しかして、前記積層体３１は、上述した第１、
第２の支持体３２ａ，３２ｂ間に次のように積層
されている。すなわち、第６図に示すように第１
の支持体３２ａの角板５１上に、この角板５１と
同一寸法に形成された導電板６１を接着剤で接着
している。上記導電板６１の図中下図には孔５５
を通して外部に突出するリードバー（図示せず）
が突設されており、また図中上面には、前述した
積層ブロツク４１の第２の補助支持体４２ｂに形
成された溝４８に嵌合し得る突条が形成されてい
る。しかして、導電板６１上に薄いカーボンペー
パを介して第８図に示した積層ブロツク４１を相
互間に薄いカーボンペーパを介在させながら順次
積層している。そして、上記のように積層された
積層体３１の上端面に薄いカーボンペーパを介し
て導電板６１と同様に構成された（但し突条に代
えて溝が設けられている。）導電板６２を当てが
い、この導電板６２上に接着剤を介して第２の支
持体３２ｂの角板５１を当接させ、この状態で第
２の支持体３２ｂと第１の支持体３２ｂとを４本
のボルト３３ａ，３３ｂ，３３ｃ，３３ｄとこれ
らに螺合するナツトとで規定圧力に締付け一本化
したものとなつている。上記のように組立てた
後、積層体３１を構成している各積層ブロツク４
１の第１、第２の補助支持体４２ａ，４２ｂ間を
締付けているボルト４６を取り外し、反応流体の
流れがボルト４６によつて影響を受けるのを防止
する。次に積層体３１の４つの側面に絶縁材製の
パツキン６３を介して第１０図に示すように形成
された反応流体供給器、つまり角形に形成された
フランジ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄを当て
がい、これらフランジ３４ａ，３４ｂ，３４ｃ，
３４ｄの両側縁部に突設された突起７１に設けら
れた孔７２にそれぞれボルト７３を挿し込んで隣
接するフランジの突起７１間を締付けることによ
つて各フランジの周縁部を積層体３１の各側面周
縁部に前記パツキン６３を介して密接させ、第５
図に示すように全体として気密構造の装置を構成
している。なお、第５図および第６図中７４は、
第２の支持体３２ｂを貫通して外部へ導かれたリ
ードバーを示している。また、各フランジ３４
ａ，３４ｂ，３４ｃ，３４ｄには、第７図中太白
矢印および太黒矢印で示すように燃料および酸化
剤を通流させるパイプ７５が接続されている。さ
らに各フランジの図中上縁部と下縁部とには、こ
れらフランジを介して電池が短絡されないように
絶縁処理が施されている。また、何れかのフラン
ジには、内部の冷却パイプと外部とを接続するた
めの接続機構（図示せず）が設けられている。ま
た、これらの図では積層体３１の各部状態を計測
する計測系が省略されている。 このような構成であれば、組立時には、前述の
如く、予め予備試験において合格した積層ブロツ
ク４１を積層して積層体３１を構成すればよく、
極めてその作業が簡単となる。また故障時におい
ても特性不良の積層ブロツク４１を交換すればよ
く、その作業は従来装置に較べて大幅に簡単とな
り結局、前述した効果が得られることになる。 上記構造の燃料電池装置において、本発明の一
実施例では、第１、第２の補助支持体として軽量
化・機械的強度の向上を図るために、第１１図に
示すように薄い導電板にプレス加工を施して凹凸
構成とした補助支持体８１を用いている。そし
て、この場合、凹部８２内に絶縁膜を形成するこ
とによつて、上部凹部８２内に絶縁ノズル８３
ａ，８３ｂを介して冷却液を通流させるようにし
ている。このような補助支持体であると、軽量で
かつ機械的強度が大で分解・組立て時に有利とな
り、しかも電池の面内温度分布が均一となるよう
に冷却できる。また、補助支持体の厚みを減少さ
せるために第１２図に示すように導電性の波板で
形成された補助支持体９１を用いてもよい。この
場合には、単位燃料電池群の最外端に位置するイ
ンタコレクタの面も上記波板に合致する波状面に
形成する必要があることは勿論である。

【図面の簡単な説明】

第１図は一般的な燃料電池装置の要部だけを局
部的に取り出して示す図、第２図は第１図に示し
た要部を組込んでなる従来の燃料電池装置の外観
図、第３図は第２図におけるＡ−Ａ線切断矢視
図、第４図は第２図におけるＢ−Ｂ線切断矢視
図、第５図は本発明の前提となる燃料電池装置の
外観図、第６図は第５図におけるＦ−Ｆ線切断矢
視図、第７図は第５図におけるＧ−Ｇ線切断矢視
図、第８図は同装置における積層体の分解斜視
図、第９図は同装置における第１および第２の支
持体の斜視図、第１０図は同装置におけるフラン
ジの斜視図、第１１図および第１２図は補助支持
体の変形例をそれぞれ示す斜視図である。 ３１……積層体、３２ａ……第１の支持体、３
２ｂ……第２の支持体、３３ａ，３３ｂ，３３
ｃ，３３ｄ……ボルト、３４ａ，３４ｂ，３４
ｃ，３４ｄ……フランジ、４１……積層ブロツ
ク、４２ａ，４２ｂ……補助支持体、８１，９１
……補助支持体（導電性支持体）、４６……締付
具としてのボルト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単位燃料電池を複数積層してなる積層体を備
   えた燃料電池装置において、 前記積層体は、冷媒を通流させるための流路が
   形成されている凹凸あるいは波型の一対の導電性
   補助支持体間に前記単位電池を複数積層介在させ
   るとともに、前記一対の導電性補助支持体間を締
   付具で締付けてなるブロツクが複数個積層された
   もので構成されていることを特徴とする燃料電池
   装置。 ２ 前記導電性補助支持体は、凹凸を有する凹凸
   板で構成され、この凹部を冷却媒体通路として用
   いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の燃料電池装置。 ３ 前記締付具は、着脱自在に構成されたもので
   あることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
   の燃料電池装置。