JPH0456076A

JPH0456076A - 燃料電池

Info

Publication number: JPH0456076A
Application number: JP2162576A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Takahashi; 浩之高橋; Mitsuo Noguchi; 野口　満雄; Hiroshi Niwa; 博志丹羽; Noboru Narukawa; 昇成川
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1990-06-22
Filing date: 1990-06-22
Publication date: 1992-02-24

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、格納容器内に単位電池を複数個積層して形成
された電池スタックを収納して構成されている燃料電池
に関する。

（従来の技術）燃料電池（例えば溶融炭酸塩型燃料電池）を構成する単
位電池は、電解質板と、電解質板を挾むようにして配設
される正極と負極の各電極板で構成されている。そして
、単位電池の負極の電極板側に燃料ガス（例えば水素）
を供給すると共に、剤正極の電極板側に酸化ｙガス（例えば空気、二酸化炭素
）を供給し、それぞれのガスと電解質板との間の化学反
応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換
するものである。このような単位電池では得られる超電
力が低いため、高出力の発電プラントを構成するには単
位電池を直列に複数個積層して電池スタックを形成し、
各単位電池の加算出力を得る必要がある。

第１５図は、従来使用されている燃料電池の一例を示す
断面図である。この図に示すように、この燃料電池１０
０は、単位電池１０１を複数個積層して形成される電池
スタック１０２を、格納容器１０３内に収納して構成さ
れている。

電池スタック１０２は、その上部に単位電池１０１の積
層方向に伸縮自在なベローズ１０４が配設されており、
更にこのベローズ１０４の上部ト電池スタック１０２の
下部には、それぞれ４つの締付はロッド１０５ａ、１０
５ｂ、１０５ｃ、１０５　ｄ　（１，０５ｃ　、　　１
０５　ｄは不図示）で連結されている上端板１０６と下
端板１０７が配設されている。

そして、締付はロット］、５ａ、１５ｂ、１．５ｃ。

１５　ｄ　（１，０５ｃ　、　　１．０５　ｄは不図示
）を締上げることにより、ベローズ１０４が伸縮して電
池スタック１０２が単位電池１０１の積層方向に圧縮さ
れることによって、各単位電池１０１に均一な面圧が作
用する。また、電池スタック１０２は、下端板１０７の
下部に配設した支持脚１０８を介して格納容器１０３内
に据付けられている。

格納容器１０３は、その内壁面に断熱材１０９が取付け
られ、更に格納容器１０３内には不活性ガスが封入され
ている。また、格納容器１０３は、その下部に配設した
支持部材１１０によって基礎１１１上に支持されている
。

（発明が解決しようとする課ＷＪ）前記したように従来の燃料電池１００では、電池スタッ
ク１．０２の両面に配設した上端板１０６と下端板１０
７を連結した締付はロッド１０５ａ　、　　１０５　ｂ
　、　　１０５　ｃ　、　　１０５　ｄ　　（１，０５
ｃ　。

１０５ｄは不図示）を締上げてベローズ１．０４を伸縮
させることによって、電池スタック１０２が積層方向に
圧縮されている。

しかしながら、このような構造では耐層上問題があった
。即ち、輸送や地膜等による振動によって水平方向の地
震動が電池スタック１０２に作用した場合、電池スタッ
ク１０２は支持脚１０８を介して格納容器１０３内に据
付けられているだけなので、電池スタック１０２の各単
位電池１０１の積層面に剪断力が生して、積層されてい
る各単位電池１０１間にずれが生じたり、単位電池１０
１に破損が生じる恐れがあった。

また、前記した構成から成る燃料電池１０〔〕を用いて
発電プラントを構成する場合、第１６図に示すように、
大出力を得るためにこの燃料電池１００を複数個配列し
て使用されれているが、この場合も各燃料電池１００は
支持部材１１０を介して基礎１１１上に支持されている
だけなので、地膜が発生した場合、隣接する格納容器１
０３同士が接触して破損したり転倒する恐れがあり、耐
展性に問題があった。

本発明は上記した課題を解決する目的でなされ、耐展性
に優れ信頼性の高い燃料電池を提供しようとするもので
ある。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）前記した課題を解決するために第１の本発明は、単位電
池を複数個積層して形成された電池スタックを格納容器
内に収納して成る燃料電池において、少なくとも前記電
池スタックの周面と格納容器間に断熱材を充填したこと
を特徴としている。

また、第２の本発明は、単位電池を複数個積層して形成
された電池スタックを格納容器内に収納して成る燃料電
池において、前記電池スタックの上部と格納容器内の上
面間に、前記単位電池の積層方向に伸縮自在あるいは移
動自在の前記電池スタックの締付は手段を接続したこと
を特徴とじている。

また、第３の本発明は、単位電池を複数個積層して形成
された電池スタックを格納容器内に収納して成る燃料電
池において、前記電池スタックが収納されている前記格
納容器をその重心近傍で弾性を有する支持手段を介して
支持したことを特徴としている。

また、第４の本発明は、単位電池を複数個積層して形成
された電池スタックを格納容器内に収納して成る燃料電
池において、前記電池スタックが収納されている前記格
納容器を複数個配列し、隣接する前記格納容器間を連結
部材を介して連結したことを特徴としている。

（作用）第１の本発明によれば、輸送や地質によって生じる水平
方向の地震動が電池スタックに作用した場合でも、電池
スタックの周面と格納容器間に充填した断熱材によって
電池スタックの変位を抑制することができ、耐展性の向
上を図ることができる。

また、第２の本発明によれば、電池スタックの上部と格
納容器内の上面間に接続した伸縮自在あるいは移動自在
の締付は手段によって電池スタックを所望の圧縮力で締
付ける構成により、電池スタックが締付は手段を介して
格納容器に固定されることによって、耐震性の向上を図
ることができる。

また、第３の本発明によれば、電池スタックが収納され
ている格納容器をその重心近傍で弾性を有する支持手段
を介して支持する構成により、地膜による水平方向の地
膜動毛弾性を有する支持手段の弾性変形によって吸収す
ることができ、耐展性の向上を図ることができる。

また、第４の本発明によれば、複数個配列した電池スタ
ックが収納されている各格納容器間を連結部材を介して
連結した構成により、複数個の格納容器が一体化される
ことによって各格納容器の固有振動数が高くなるので、
耐展性の向上を図ることができる。

（実施例）以下、本発明を図示の実施例に基づいて詳細に説明する
。

〈実施例１〉第１図は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池を示す
縦断面図、第２図は、そのＩ−１線切断断面図である。

両図に示すように、この燃料電池１は、格納容器２内に
単位電池３を複数個積層して形成される電池スタック４
を収納することによって構成されている。

単位電池３は、第３図に示すように、電解質板５と、そ
の両面に配置される正極６と負極７とで構成されており
、積層される各単位電池３間には、隣接する一方の単位
電池３の燃料ガス流路８と他方の単位電池３の酸化剤ガ
ス流路９を区分するセパレータ１０が介装されている。

また、各正、負の電極６．７とセパレータ１０間には、
ガス流路の確保と、電解質５と正、負の電極６，７とを
均一に接触させるためのガスチャンネル１１が配設され
ている。

単位電池３を複数積層して形成された電池スタック４は
、その上部に単位電池３の積層方向に沿って伸縮自在な
ベローズ１２が配設されており、更にこのベローズ１２
の上部と電池スタック４の下部には、それぞれ４つの締
付はロッド１３ａ。

１３ｂ、１３ｃ、１３ｄで連結されている上端板１４と
下端板１５が配設されている。そして、この電池スタッ
ク４は、締付はロッド１３ａ、１３ｂ、ｉ３ｃ、１３ｄ
を締上げてベローズ１２を伸縮させることによって単位
電池３の積層方向に圧縮されて締付けられるので、各単
位電池３に均一な面圧が作用される。また、電池スタッ
ク４は、下端板１５の下部に設けた支持脚１６を介して
格納容器２内に据付けられている。

電池スタック４の周面と格納容器２間には、断熱材１７
ｇが稠密に充填されており、更に格納容器２の内壁面全
体にも断熱材１７ｂが取付けられている。断熱材１７ａ
、１７ｂは、例えばアスベスト製やセラミックスファイ
バー製から成る剛性の高いものが用いられる。電池スタ
ック４の周面と格納容器２間に充填された断熱材１７ａ
は、電池スタック４の周囲と当接して、電池スタック４
を周囲から保持している。格納容器２は、その下部に配
設した支持部材１８によって基礎１９上に支持されてい
る。また、格納容器２内には不活性ガスが封入されてい
る。

尚、図では省略したが前記燃料電池１には、燃料ガスや
酸化剤ガスを供給、排出するための配管および冷却系統
の配管等が接続されている。

第１の実施例に係る燃料電池１は上記のように構成され
ており、地震が発生した際に水平方向の地震動が基礎１
９、支持部材１８を介して格納容器２内の電池スタック
４に伝達された場合でも、電池スタック４の揺れは、そ
の周囲に設けた断熱材１７ｇによって抑制されることに
より、積層されている各単位電池３相互間にずれ等が生
じることが防止されるので、耐震性の向上を図ることが
できる。

また、前記した実施例において、電池スタック４の周囲
と格納容器２間に、断熱材として耐熱レンガやセラミッ
クスを配設する構成も可能であり、更に、電池スタック
４の周囲に前記したアスベスＩ・製やセラミックスファ
イバー製等の断熱材を配設して、その外側に耐熱レンガ
やセラミックス等の断熱材を配設する構成も可能である
。

第４図は、本発明の第１の実施例における変形例を示し
たものであり、この変形例では、電池スタック４の周面
と格納容器２間に、電池スタック４の周囲に適当な隙間
２０が形成されるようにして断熱４４１７　ａが充填さ
れている。他の構成は前記した実施例と同様である。

このようにこの変形例では、断熱材１７ａを電池スタッ
ク４と接することなく、適当な隙間２０を設けて充填し
たことにより、断熱材１７ａは、油密時（運転時）には
本来の断熱を行う。そして、地質時に水平方向の地震動
が基礎１９、支持部材１８を介して電池スタック４に伝
達された場合に、電池スタック４が断熱材１７ａに接し
て電池スタック４の揺れを制限することによって、耐震
効果を発揮することができる。

〈実施例２〉第５図は、本発明の第２の実施例に係る燃料電池を示す
断面図である。尚、第１の実施例と同一部分あるいは相
当する部分には同一符号を付してその詳細な説明は省略
する。

この燃料電池１は、格納容器２内に配設した単位電池３
を複数個積層して形成されている電池スタック４の上部
と格納容器２内の上面２ａとの間に、断熱材１７Ｃを介
して単位電池３の積層方向に沿って伸縮自在のベローズ
１２が接続されている。

ベローズ１２の上部は、格納容器２内の上面２ａに溶接
等によって固定されている。また、ベローズ１２の上部
には、格納容器２を貫通して導管２１が接続されており
、この導管２１を通して外部の装！（不図示）により、
所定の圧力に設定された流体２２がベローズ１２内に供
給される。

格納容器２の内壁面には断熱材１７ｂが取付けられてお
り、また、電池スタック４は、下端板１５の下部に設け
た支持脚１６を介して格納容器２内に据付けられ、更に
、格納容器２は、支持部材１８を介して基礎１９上に支
持されている。また、格納容器２内には不活性ガスが封
入されている。

第２の実施例に係る燃料電池１は上記のように構成され
ており、ベローズ１２がその内部に供給される所定の圧
力（格納容器２内に封入されている不活性ガス雰囲気以
上の圧力）に設定された流体２２により、電池スタック
４が単位電池３の積層方向に断熱材１７Ｃを介して所望
の圧力で圧縮されるまで伸縮することによって、電池ス
タック４を所望の圧縮力で容品に締付けることができる
。

この時、ベローズ１２の上部が接続される格納容器２内
の上面には、電池スタック４の締付は圧縮力に対応した
引張力が負荷される。

このようにこの実施例では、電池スタック４は下部が支
持脚１６を介して格納容器２に固定されると共に、上部
がベローズ１２を介して格納容器２に固定されているの
で、地震が発生した際に水平方向の地震動が基礎１９、
支持部材１８を介して格納容器２内の電池スタック４に
伝達された場合でも、水平方向の揺れを抑制することが
でき、耐震性の向上を図ることができる。

また、ベローズ１２を、下部を断熱材１７Ｃを介して電
池スタック４に固定し、上部を格納容器２内の上面に固
定した構成によって、従来のように電池スタック４の周
囲に配設される締付は部材（ベローズ］２の上部と電池
スタック４の下部に配設される。に端板と下端板、上端
板と下端板間に連結される締付はロッド）が不要となる
ので、格納容器２の小型化を図ることができる。そして
、格納容器２の小型化によって格納容器２の表面からの
放熱が減少するので、発電効率の向上を図ることができ
る。

第６図は、本発明の第２の実施例における変形例を示し
たものであり、この変形例では、前記したベローズ１２
の代わりに第１の容器２３と、この容器２３の外側にＯ
リング２４を介して気密状態で配設した第２の容器２５
とで電池スタック４の締付は手段が構成されている。

第１の容器２２と第２の容器２５は、それぞれ−・端側
に開口部２３ａ、２５ａが形成されており、各開口部２
３ａ、２５ａが対向するようにして、第１の容器２３が
第２の容器２５内に単位電池３の積層方向に移動可能に
挿入されている。また、第１の容器２３の下部２３ｂは
断熱材を介して電池スタック４の上部に固定され、第２
の容器２５の上部２５ｂは格納容器２内の上面に溶接等
によって固定されている。第２の容器の上部２５ｂには
、前記同様格納容器２を貫通して導管２１が接続されて
おり、この導管２１を通して外部の装置（不図示）から
、所定の圧力に設定された流体２２が第１．第２の容器
２３．２５内に供給されることによって、第１の容器２
３が単位電池３の積層方向に移動する。

このようにこの変形例では、導管２１を通して外部から
第１．第２の容器２３．２５内に、所定の圧力（格納容
器２内に封入されている不活性ガス雰囲気以上の圧力）
に設定された流体２１を供給することにより、第１の容
器２３が第２の容器２５内を０リング２４を介して気密
状態を保ちながら下方（単位電池３の積層方向）に移動
する。

よって、前記同様電池スタック４が単位電池３の積層方
向に所望の圧力で圧縮されるので、電池スタック４を所
望の圧縮力で容品に締付けることができる。

〈実施例３〉第７図は、本発明の第３の実施例に係る燃料電池を示す
断面図である。尚、第１の実施例と同一部分あるいは相
当する部分には同一符号を付しその詳細な説明は省略す
る。

この燃料電池１は、基礎１９に形成した切欠き部１９ａ
内に配置されている格納容器２の外面に、その重心近傍
に位置するようにして支持板２６が配設されており、こ
の支持板２６と基礎１９との間に格納容器２を支持する
鉛プラグ２７入り積層ゴム２８が介装されている。積層
ゴム２８の両面には、それぞれ上端板２９と下端板３０
が取付けられており、上端板２９が支持板２６の下部に
、下端板３０が基礎１９上にそれぞれ固定されている。

内壁面に断熱材１７ｂが取付けられている格納容器２内
には、単位電池３を複数個積層した電池スタック４と、
その上部に配設した単位電池３の積層方向に伸縮自在な
ベローズ１２と、ベローズ１２の上部に設けた上端板１
４と、電池スタック４の下部に設けた下端板１５と、上
端板１４と下端板１５間に連結した４つの締付はロッド
１３ａ。

１３　ｂ　、　　１３　ｃ　、　　１．３　ｄ　（１３
ｃ　、　　１３　ｄは不図示）が配設されている。

電池スタック４は、締付はロッド１３ａ、１３ｂ、１３
ｃ、１３ｄ　（１３ｃ、］、３ｄは不図示）を締上げて
ベローズ１２を伸縮させることによって、単位電池３の
積層方向に圧縮されて締付けられるので、各単位電池３
に均一な血圧が作用される。また、電池スタック４は、
下端板１５の下部に設けた支持脚１６を介して格納容器
２内に据付けられている。

第３の実施例に係る燃料電池１は上記のように構成され
ており、水平方向の地震動を有する地質が発生した場合
、一定値以下の地震動に対しては、積層ゴム２８内に設
けた鉛プラグ２７の初期剛性により支持板２６を介して
格納容器２に地層力が伝達される。この時の地層力は小
さいので格納容器２はほとんど影響を受けない。そして
、それ以上に大きな地膜動に対しては、鉛プラグ２７入
り積層ゴム２８の履歴特性によって地震エネルギを積層
ゴム２８の振動エネルギーに変換し、格納容器２に伝達
される地震力を低減することができる。また、格納容器
２をその重心近傍で、ねじれ変形に対する剛性が高く水
平方向の地痕動に対して免震を行う鉛プラグ２７入り積
層ゴム２８で支持することにより、地震時に格納容器２
にロッキング振動が生じることはない。

〈実施例４〉第８図は、本発明の第４の実施例に係る燃料電池を示す
側面図、第９図は、その平面図である。

尚、第１の実施例と同一部分あるいは相当する部分には
同一符号を付しその詳細な説明は省略する。

この実施例では、燃料電池１を複数個（図では６個）配
置することによって燃料電池発電プラントが構成されて
いる。各格納容器２は、基礎１９上に支持部材１８を介
して支持されている。格納容器２内には、前記した各実
施例に示したように単位電池を複数積層した電池スタッ
クと、電池スタックを単位電池の積層方向に締付ける締
付は手段等か配設されている。

そして、隣接する各格納容器２の対向する外面の上部に
は、それぞれ受部３１ａを設けた連結治具３１が溶接等
で接合されており、この連結治具３１間には、両端に球
部３２ａが形成されている連結部材３２が連結されてい
る。連結部材３２の球部３２ａは連結治具３１の受部３
１ａに上方から嵌入されており、各格納容器２は連結さ
れる連結部材３２によって一体化された構造になってい
る。

第４の実施例に係る燃料電池１は上記のように構成され
ており、水平方向の地股動を有する地質が発生した場合
でも隣接する各格納容器２同士が連結部材３２を介して
連結されているので、各格納容器２の相対変位が拘束さ
れて固有振動数が高くなり、耐展性の向上を図ることが
できる。

また、第１０図に示すように、外側に位置する格納容器
２の外面に格納容器２を側面から支持する支持具３３を
配設しても良い。この場合、格納容器２を支持具３３で
支持することによって、より各格納容器２の相対変位を
拘束することができるので耐展性が向上する。

また、各格納容器２間を連結する連結部材３２の連結治
具３１への接続は、前記実施例以外にも例えば第１１図
（ａ）、（ｂ）、第１２図に示すように、連結治具３１
に形成した挿入穴３１ｂに連結部材３２の屈曲端部３２
ｂを挿入する構造や、連結治具３１に形成した挿入部３
１ｃに連結部材３２の端部３２ｂを挿入し、ビン３４で
連結部キイ３２を挿入部３１ｃに連結する構造でもよい
。

第１３図、第１４図は、本発明の第４の実施例における
変形例を示したものであり、この変形例では、上下方向
に幅を有する板状に形成された連結部材３２を、隣接す
る各格納容器２間を溶接等によって連結した構成である
。このようにこの変形例では、上下方向に幅を有する板
状の連結部材３２によって隣接する各格納容器２間を溶
接等によって連結したことにより、地震時に格納容器２
の剪断変形をより拘束することができるので耐震性が向
上する。

［発明の効果］以上、実施例に基づいて具体的に説明したように本発明
によれば、耐展性の向上を図ることができ、信頼性の高
い燃料電池を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例に係る燃料電池を示す
縦断面図、第２図は、そのＩ−１線切断横断面図、第３
図は、単位電池の構成を示す断面図、第４図は、本発明
の第１の実施例に係る燃料電池の変形例を示す横断面図
、第５図は、本発明の第２の実施例に係る燃料電池を示
す縦断面図、第６図は、本発明の第２の実施例に係る燃
料電池の要部の変形例を示す概略図、第７図は、本発明
の第３の実施例に係る燃料電池を示す縦断面図、第８図
、第９図は、それぞれ本発明の第４の実施例に係る燃料
電池を示す側面図と平面図、第１０図は、第８図に示し
た本発明の第４の実施例に係る燃ｙ−ｉ　ｆＩ！池の側
面に支持具を設けた状態を示す側面図、第１１図、第１
２図は、それぞれれ本発明の第４の実施例に係る燃料電
池における連結部材の他の連結構造を示す概略図、第１
３図、第１４図は、それぞれ本発明の第４の実施例に係
る燃＃１電池の変形例を示す側面図と平面図、第１５図
、第１６図は、それぞれ従来の燃料電池を示す縦断面図
と側面図である。１・・・燃料電池３・・・単位電池５・・・電解電解質板７・・・負極１２・・・ベローズ１３ａ、１３ｂ。１４・・・上端板１６・・・支持脚１７ａ、１７ｂ、１７ｃｍ・−断熱材１８・・・支持部材　　１９・・・基礎２１・・・導管
　　　　２２・・・流体２３・・・第１の容器　２５・
・・第２の容器ドク２・・・格納容器４・・・電池スタッ６・・・正極Ｏ・・・セパレータ３ｃ、１３ｄ・・・締付は口１５・・・下端板２７・・・鉛プラグ３１・・・連結治其３３・・・支持具２８・・・積層ゴム３２・・連結部材３４・・・ビン

Claims

【特許請求の範囲】

（１）単位電池を複数個積層して形成された電池スタッ
クを格納容器内に収納して成る燃料電池において、少な
くとも前記電池スタックの周面と格納容器間に断熱材を
充填したことを特徴とする燃料電池。
（２）単位電池を複数個積層して形成された電池スタッ
クを格納容器内に収納して成る燃料電池において、前記
電池スタックの上部と格納容器内の上面間に、前記単位
電池の積層方向に伸縮自在あるいは移動自在の前記電池
スタックの締付け手段を接続したことを特徴とする燃料
電池。
（３）前記締付け手段は、流体圧による加圧手段によっ
て伸縮あるいは移動することを特徴とする請求項２記載
の燃料電池。
（４）単位電池を複数個積層して形成された電池スタッ
クを格納容器内に収納して成る燃料電池において、前記
電池スタックが収納されている前記格納容器をその重心
近傍で弾性を有する支持手段を介して支持したことを特
徴とする燃料電池。
（５）単位電池を複数個積層して形成された電池スタッ
クを格納容器内に収納して成る燃料電池において、前記
電池スタックが収納されている前記格納容器を複数個配
列し、隣接する前記格納容器間を連結部材を介して連結
したことを特徴とする燃料電池。