JPH0450712B2 - - Google Patents
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- JPH0450712B2 JPH0450712B2 JP59126953A JP12695384A JPH0450712B2 JP H0450712 B2 JPH0450712 B2 JP H0450712B2 JP 59126953 A JP59126953 A JP 59126953A JP 12695384 A JP12695384 A JP 12695384A JP H0450712 B2 JPH0450712 B2 JP H0450712B2
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- Japan
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- manifold
- sealing
- sealing material
- battery stack
- seal
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2484—Details of groupings of fuel cells characterised by external manifolds
- H01M8/2485—Arrangements for sealing external manifolds; Arrangements for mounting external manifolds around a stack
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の属する技術分野〕
この発明は、電池積層体の側面と反応ガス給排
用のマニホールドとの間にシール材を介装した燃
料電池に関する。
用のマニホールドとの間にシール材を介装した燃
料電池に関する。
燃料電池において電池積層体の側面に燃料ガス
および酸化ガスを互いに直交する方向に給気、排
気するためマニホールドが前記側面の四方に取付
けられる。電池積層体の側面に施されたシール層
とマニホールド蓋の開口フランジ面との間からの
漏洩は、燃料電池の効率低下および燃料ガス中の
水素と酸化ガス中の酸素との爆発的反応を誘起す
るので、電池積層体のシール層とマニホールド蓋
の開口フランジ面との間に漏洩を防止するシール
構造が必要であり、従来このためにパツキンを介
装したシール構造がとられて来た。以下従来技術
について図面を用いて説明する。第６図は燃料電
池の分解斜視図、第７図は平面図である。
および酸化ガスを互いに直交する方向に給気、排
気するためマニホールドが前記側面の四方に取付
けられる。電池積層体の側面に施されたシール層
とマニホールド蓋の開口フランジ面との間からの
漏洩は、燃料電池の効率低下および燃料ガス中の
水素と酸化ガス中の酸素との爆発的反応を誘起す
るので、電池積層体のシール層とマニホールド蓋
の開口フランジ面との間に漏洩を防止するシール
構造が必要であり、従来このためにパツキンを介
装したシール構造がとられて来た。以下従来技術
について図面を用いて説明する。第６図は燃料電
池の分解斜視図、第７図は平面図である。
第６図において、単位電池を柱状に積層した燃
料電池積層体１の側面には、酸化ガスの給気用マ
ニホールド２と排気用マニホールド３とが電池積
層体１の対向する側面に、またこれと直角方向の
側面には燃料ガスの給気用マニホールド４と排気
用マニホールド５とが配置されている。電池積層
体１には矢印Ａ，Ｂ方向に設けられた複数列の溝
と、これに直角方向の矢印Ｃ，Ｄ方向に設けられ
た複数列の溝があり、矢印Ａ，Ｂ方向に流れる酸
化ガスと矢印Ｃ，Ｄ方向に流れる燃料ガスとが単
位電池内で電気化学反応をして電気を発生させ
る。
料電池積層体１の側面には、酸化ガスの給気用マ
ニホールド２と排気用マニホールド３とが電池積
層体１の対向する側面に、またこれと直角方向の
側面には燃料ガスの給気用マニホールド４と排気
用マニホールド５とが配置されている。電池積層
体１には矢印Ａ，Ｂ方向に設けられた複数列の溝
と、これに直角方向の矢印Ｃ，Ｄ方向に設けられ
た複数列の溝があり、矢印Ａ，Ｂ方向に流れる酸
化ガスと矢印Ｃ，Ｄ方向に流れる燃料ガスとが単
位電池内で電気化学反応をして電気を発生させ
る。
上記マニホールド２，３，４，５には、第７図
に示すようにそれぞれ酸化ガスの入口管２ａ，、
出口管３ａおよび燃料ガスの入口管４ａ、出口管
５ａが取付けられている。第７図において、酸化
ガスの給気、排気マニホールド２，３および燃料
ガスの給気、排気マニホールド４，５のマニホー
ルド蓋の開口フランジ面と、電池積層体１のシー
ル層の施されたそれぞれの周縁部の側面との間に
は、パツキンが介装されており、マニホールド蓋
と電池積層体１とは図示されていない締付部材で
締付けられる。
に示すようにそれぞれ酸化ガスの入口管２ａ，、
出口管３ａおよび燃料ガスの入口管４ａ、出口管
５ａが取付けられている。第７図において、酸化
ガスの給気、排気マニホールド２，３および燃料
ガスの給気、排気マニホールド４，５のマニホー
ルド蓋の開口フランジ面と、電池積層体１のシー
ル層の施されたそれぞれの周縁部の側面との間に
は、パツキンが介装されており、マニホールド蓋
と電池積層体１とは図示されていない締付部材で
締付けられる。
燃料電池の運転時には酸化ガスは入口管２ａよ
り入り、マニホールド２、電池積層体１、マニホ
ールド３および出口管３ａを経由して排出され
る。一方、燃料ガスは入口管４ａより入り、マニ
ホールド４、電池積層体１、マニホールド５およ
び出口管５ａを経由して排出される。従つてマニ
ホールド蓋の開口フランジ面と電池積層体の側面
に施されたシール層との接合部からこれらの反応
ガスが漏洩しないよう防止する必要がある。
り入り、マニホールド２、電池積層体１、マニホ
ールド３および出口管３ａを経由して排出され
る。一方、燃料ガスは入口管４ａより入り、マニ
ホールド４、電池積層体１、マニホールド５およ
び出口管５ａを経由して排出される。従つてマニ
ホールド蓋の開口フランジ面と電池積層体の側面
に施されたシール層との接合部からこれらの反応
ガスが漏洩しないよう防止する必要がある。
このような要求に対する従来の問題点は、マニ
ホールドとシールされなければならない積層体の
表面が積層体個々の構成要素を製造する際に生じ
る公差、およびこれらの構成要素を組立てる際に
生じる公差のため0.1〜0.3cm程度の不連続部を有
していることである。したがつてかかる用途への
シール材は、この程度の不連続面にも十分適合し
得るものでなければならず、210℃の温度におい
ても電池の作動寿命の期間、シール性を保持しな
ければならない。更に電池積層体構造の簡素化及
びコスト低減のために、シール材料は低圧縮力に
て気密性を維持できること、およびシール施工が
容易であることが望ましい。
ホールドとシールされなければならない積層体の
表面が積層体個々の構成要素を製造する際に生じ
る公差、およびこれらの構成要素を組立てる際に
生じる公差のため0.1〜0.3cm程度の不連続部を有
していることである。したがつてかかる用途への
シール材は、この程度の不連続面にも十分適合し
得るものでなければならず、210℃の温度におい
ても電池の作動寿命の期間、シール性を保持しな
ければならない。更に電池積層体構造の簡素化及
びコスト低減のために、シール材料は低圧縮力に
て気密性を維持できること、およびシール施工が
容易であることが望ましい。
このため従来のシール構造では、例えば第８図
に示すようにフツ素ゴムの水性塗料を単電池１１
およびセパレータ１２からなる積層体側面の不連
続面に塗布し、さらにこの上から平板状のゴムパ
ツキン８を当ててシールをしていた。しかしなが
らこの構造では、まずフツ素系ゴムの塗布層６
は、上述したごとく不連続面の段差をできる限り
なくするために塗料の塗布、乾燥を繰返す必要が
あり、この作業にかなりの時間を要していた。ま
たこの下地処理の不具合により不連続の凸凹が残
つている場合、平板ゴムパツキン８の弾性では充
分起状を吸収できず不完全シール部１４ができシ
ールが確保できない虞れがあつた。また第９図に
示すように、市販されているテトラフルオロエチ
レンの押出し可能なロープ状シール材１３を直接
電池積層体とマニホールドとの間に介装するもの
もあるが、テトラフルオロエチレンのみからなる
シール材では硬すぎるために３〜10Kgｆ／cm2の低
い締付け圧では充分なシール能力が得られなかつ
た。
に示すようにフツ素ゴムの水性塗料を単電池１１
およびセパレータ１２からなる積層体側面の不連
続面に塗布し、さらにこの上から平板状のゴムパ
ツキン８を当ててシールをしていた。しかしなが
らこの構造では、まずフツ素系ゴムの塗布層６
は、上述したごとく不連続面の段差をできる限り
なくするために塗料の塗布、乾燥を繰返す必要が
あり、この作業にかなりの時間を要していた。ま
たこの下地処理の不具合により不連続の凸凹が残
つている場合、平板ゴムパツキン８の弾性では充
分起状を吸収できず不完全シール部１４ができシ
ールが確保できない虞れがあつた。また第９図に
示すように、市販されているテトラフルオロエチ
レンの押出し可能なロープ状シール材１３を直接
電池積層体とマニホールドとの間に介装するもの
もあるが、テトラフルオロエチレンのみからなる
シール材では硬すぎるために３〜10Kgｆ／cm2の低
い締付け圧では充分なシール能力が得られなかつ
た。
本発明は上述のような従来技術における問題点
を解決して、低い締付圧で積層燃料電池側面の不
連続面を吸収でき、しかもシール施工の容易な信
頼性の高いマニホールドシールが可能な燃料電池
を得ることを目的とする。
を解決して、低い締付圧で積層燃料電池側面の不
連続面を吸収でき、しかもシール施工の容易な信
頼性の高いマニホールドシールが可能な燃料電池
を得ることを目的とする。
本発明によれば上述の目的は、ポリテトラフル
オロエチレン100重量部に対し、分子量が5000以
下のフツ素系ゴム30〜80重量部添加したシール材
を帯状またはロープ状に成形することにより、達
成される。フツ素系ゴムの含有量は、本シール材
のシール性を左右する重要なものであるが、電池
積層体側面の組立公差による不連続面0.1〜0.3cm
を吸収するには、分子量が5000以下のフツ素系ゴ
ムを30〜80重量部添加するのが最適である。また
本発明のシール材はこのような素材構成であるた
め、塑性変形を容易に起こし伸展性がよい。その
ために低締付圧にて十分なシール性が得られる。
オロエチレン100重量部に対し、分子量が5000以
下のフツ素系ゴム30〜80重量部添加したシール材
を帯状またはロープ状に成形することにより、達
成される。フツ素系ゴムの含有量は、本シール材
のシール性を左右する重要なものであるが、電池
積層体側面の組立公差による不連続面0.1〜0.3cm
を吸収するには、分子量が5000以下のフツ素系ゴ
ムを30〜80重量部添加するのが最適である。また
本発明のシール材はこのような素材構成であるた
め、塑性変形を容易に起こし伸展性がよい。その
ために低締付圧にて十分なシール性が得られる。
以下図面に基づいて本発明の実施例を説明す
る。第１図ないし第５図は本発明の実施例を示
し、第６図ないし第９図と同一の部分には同一の
番号が付されている。成形可能なシール材は、ま
ずある配向性を持つたポリテトラフルオロエチレ
ン（以下PTFEという）の微小片100重量部に対
し、分子量5000以下のフツ素ゴムを30〜80重量部
添加し、混練後ペースト押出しにて成形する。フ
ツ素ゴムの量は、電池積層体側面の組立公差によ
る不連続面0.1〜0.3cmの場合は、30〜80重量部が
よく、その稠度は40〜50を示す。フツ素ゴムの量
は添加量が増えるに従い稠度が増えて柔らかくな
り、積層体側面の凹凸に対するなじみはよくなる
が、低分子量のフツ素ゴムは210℃付近で数％の
加熱減量があるため、多量に添加することはシー
ル寿命を縮めることになる。また低分子量のフツ
素ゴムを多量に添加すると締付荷重の耐圧力が低
下するため、不整合のスキマから外部へガスが洩
出したりしてシール能力が低下する。逆にフツ素
ゴムを30重量部以下にすると従来より問題となつ
ているように初期的シールが得られない。次にこ
のようなシール剤を電池積層体の側面とマニホー
ルドとの間に介装した際の好ましい実施例構造を
説明する。
る。第１図ないし第５図は本発明の実施例を示
し、第６図ないし第９図と同一の部分には同一の
番号が付されている。成形可能なシール材は、ま
ずある配向性を持つたポリテトラフルオロエチレ
ン（以下PTFEという）の微小片100重量部に対
し、分子量5000以下のフツ素ゴムを30〜80重量部
添加し、混練後ペースト押出しにて成形する。フ
ツ素ゴムの量は、電池積層体側面の組立公差によ
る不連続面0.1〜0.3cmの場合は、30〜80重量部が
よく、その稠度は40〜50を示す。フツ素ゴムの量
は添加量が増えるに従い稠度が増えて柔らかくな
り、積層体側面の凹凸に対するなじみはよくなる
が、低分子量のフツ素ゴムは210℃付近で数％の
加熱減量があるため、多量に添加することはシー
ル寿命を縮めることになる。また低分子量のフツ
素ゴムを多量に添加すると締付荷重の耐圧力が低
下するため、不整合のスキマから外部へガスが洩
出したりしてシール能力が低下する。逆にフツ素
ゴムを30重量部以下にすると従来より問題となつ
ているように初期的シールが得られない。次にこ
のようなシール剤を電池積層体の側面とマニホー
ルドとの間に介装した際の好ましい実施例構造を
説明する。
第１図は、マニホールドシール部の断面を示
す。また第２図は第１図のＺ−Ｚ断面を示す。１
は電池積層体であり、マニホールドフランジ面７
にはシール部に相当する部分に半円形の溝１５が
加工され、その溝１５にシール材１６がセツトさ
れ３〜10Kgｆ／cm2で不整合面１０に圧接されてい
る。このため、シール材１６はフランジ面７の肩
１７にて外部へ伸展していくことが防止される。
溝１５は半円形に限らず、四角、三角形でも適用
可能である。さらにより効果的に外部への伸展を
防止する構成を第３図に示す。この構成では、第
１図の構成に加え、シール材１６が外部へ伸展し
ていくのをより防止するためにマニホールドフラ
ンジ面７の溝１５の両側に溝１８を設け、その溝
には市販のPTFEのロープ状のシール材１９を充
填している。シール材１９はガスシール性を必要
としないが適当な歪を伸展性の少ないものがよ
い。このようにシール面に溝を設けることによ
り、シール材の長期的な塑性変形を低減すること
ができる。
す。また第２図は第１図のＺ−Ｚ断面を示す。１
は電池積層体であり、マニホールドフランジ面７
にはシール部に相当する部分に半円形の溝１５が
加工され、その溝１５にシール材１６がセツトさ
れ３〜10Kgｆ／cm2で不整合面１０に圧接されてい
る。このため、シール材１６はフランジ面７の肩
１７にて外部へ伸展していくことが防止される。
溝１５は半円形に限らず、四角、三角形でも適用
可能である。さらにより効果的に外部への伸展を
防止する構成を第３図に示す。この構成では、第
１図の構成に加え、シール材１６が外部へ伸展し
ていくのをより防止するためにマニホールドフラ
ンジ面７の溝１５の両側に溝１８を設け、その溝
には市販のPTFEのロープ状のシール材１９を充
填している。シール材１９はガスシール性を必要
としないが適当な歪を伸展性の少ないものがよ
い。このようにシール面に溝を設けることによ
り、シール材の長期的な塑性変形を低減すること
ができる。
更に他の実施例として電池のメンテナンスを考
慮した場合の構造を第４図に示す。すなわち、電
池積層体１とマニホールド２，３，４または５は
脱着が容易であることが好ましい。このため、ま
ず積層体１のマニホールドシール部にシール材１
６を10Kgｆ／cm2で圧接し充分に積層体１の不整合
面に馴染ませた後、板厚が0.1〜0.2mmの枠状にし
たフツ素樹脂シート２０を貼付ける。マニホール
ド７側にも同様にシール材１６および枠状フツ素
樹脂シート２０を10Kgｆ／cm2でマニホールドに圧
接する。シール面２１，２２は予め面出しされて
いるのでかなりの平相度があり、そのまま互いに
圧接するのみでシールが可能となる。フツ素樹脂
シート２０は非接着性であるため容易に脱着でき
る。またシール面２１，２２との間にPTFEの多
孔性シート２３（例えば日東電気工業社製商品名
シールテープ等）を挟んでシールすることもでき
る。
慮した場合の構造を第４図に示す。すなわち、電
池積層体１とマニホールド２，３，４または５は
脱着が容易であることが好ましい。このため、ま
ず積層体１のマニホールドシール部にシール材１
６を10Kgｆ／cm2で圧接し充分に積層体１の不整合
面に馴染ませた後、板厚が0.1〜0.2mmの枠状にし
たフツ素樹脂シート２０を貼付ける。マニホール
ド７側にも同様にシール材１６および枠状フツ素
樹脂シート２０を10Kgｆ／cm2でマニホールドに圧
接する。シール面２１，２２は予め面出しされて
いるのでかなりの平相度があり、そのまま互いに
圧接するのみでシールが可能となる。フツ素樹脂
シート２０は非接着性であるため容易に脱着でき
る。またシール面２１，２２との間にPTFEの多
孔性シート２３（例えば日東電気工業社製商品名
シールテープ等）を挟んでシールすることもでき
る。
第５図は電池積層体１とマニホールドフランジ
７との間に絶縁板を介してシール材１６をシール
部の不整合面１０に圧接する構造である。絶縁板
２４は前述したと同様にシール材１６のはみ出し
現象を防止するために、凹形状をしたものがよ
い。フランジ７とのシールは、絶縁板２４の材質
をフツ素系ゴムを用いれば容易にシールすること
ができる。
７との間に絶縁板を介してシール材１６をシール
部の不整合面１０に圧接する構造である。絶縁板
２４は前述したと同様にシール材１６のはみ出し
現象を防止するために、凹形状をしたものがよ
い。フランジ７とのシールは、絶縁板２４の材質
をフツ素系ゴムを用いれば容易にシールすること
ができる。
また、絶縁板２４を弾性体で構成するとシール
材１６をより効果的に圧接することができる。
材１６をより効果的に圧接することができる。
以上の説明から明らかなようにこの発明によれ
ば、電池積層体の側面に適度な柔軟性を有するシ
ール材を配置して積層電池とマニホールド間のシ
ールを行う構成としたので、低締付圧にて高いシ
ール性が得られ、シール施工コストが安価にでき
るという効果がある。
ば、電池積層体の側面に適度な柔軟性を有するシ
ール材を配置して積層電池とマニホールド間のシ
ールを行う構成としたので、低締付圧にて高いシ
ール性が得られ、シール施工コストが安価にでき
るという効果がある。
第１図はこの発明の実施例の断面図、第２図は
第１図のＺ−Ｚ断面である電池積層体側面の断面
図、第３図、第４図、第５図はこの発明の異なる
実施例の断面図、第６図は燃料電池の分解斜視
図、第７図は燃料電池の平面図、第８図、第９図
は従来のマニホールドシール構造の断面図であ
る。 １；燃料電池積層体、７；マニホールドフラン
ジ面、１５；溝、１６；シール材。
第１図のＺ−Ｚ断面である電池積層体側面の断面
図、第３図、第４図、第５図はこの発明の異なる
実施例の断面図、第６図は燃料電池の分解斜視
図、第７図は燃料電池の平面図、第８図、第９図
は従来のマニホールドシール構造の断面図であ
る。 １；燃料電池積層体、７；マニホールドフラン
ジ面、１５；溝、１６；シール材。
Claims (1)
- １ 電池積層体の側面とマニホールドとの間にシ
ール材を介装し、このシール材を３〜10Kgｆ／cm2
の締付圧にて挟持してなる燃料電池において、前
記シール材はポリテトラフルオロエチレン100重
量部に対し、分子量が5000以下のフツ素系ゴムを
30〜80重量部添加してなる混合物を帯状またはロ
ープ状に成形してなることを特徴とする燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59126953A JPS617572A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP59126953A JPS617572A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS617572A JPS617572A (ja) | 1986-01-14 |
| JPH0450712B2 true JPH0450712B2 (ja) | 1992-08-17 |
Family
ID=14947979
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP59126953A Granted JPS617572A (ja) | 1984-06-20 | 1984-06-20 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS617572A (ja) |
Families Citing this family (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63974A (ja) * | 1986-06-18 | 1988-01-05 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS632371U (ja) * | 1986-06-20 | 1988-01-08 | ||
| JP2008010279A (ja) * | 2006-06-28 | 2008-01-17 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池及び燃料電池の製造方法 |
| JP5146899B2 (ja) | 2006-10-24 | 2013-02-20 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| WO2009078045A1 (en) * | 2007-12-18 | 2009-06-25 | Ansaldo Fuel Cells S.P.A. | Gasketing system for fuel cells having a v-shaped profile |
| JP5402103B2 (ja) * | 2009-03-09 | 2014-01-29 | 凸版印刷株式会社 | ガス透過度測定装置 |
| CN103201544B (zh) * | 2010-10-29 | 2015-04-22 | 炭研密封精工株式会社 | 机械密封件 |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58112268A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-04 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
-
1984
- 1984-06-20 JP JP59126953A patent/JPS617572A/ja active Granted
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58112268A (ja) * | 1981-12-26 | 1983-07-04 | Toshiba Corp | 燃料電池 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS617572A (ja) | 1986-01-14 |
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| JPS61128475A (ja) | 燃料電池 |
Legal Events
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| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |