JPH05299110A - 燃料電池の締付装置 - Google Patents

燃料電池の締付装置

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JPH05299110A
JPH05299110A JP4122931A JP12293192A JPH05299110A JP H05299110 A JPH05299110 A JP H05299110A JP 4122931 A JP4122931 A JP 4122931A JP 12293192 A JP12293192 A JP 12293192A JP H05299110 A JPH05299110 A JP H05299110A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スタックを挾持させた上下のホルダーが高温
状態でも曲がりを少なくして電池性能の低下を防止す
る。 【構成】 スタックSを、締付力でも撓み得る薄い上下
のホルダー11と12で挾持させる。締付ロッド6を介
して上下の押え板4と5を互に接近する方向へ締め付け
るようにする。上下のホルダー11,12と上下の押え
板4,5との間に、剛性球層13と14をそれぞれ介在
させて、剛性球層13,14を介してスタックSを締め
付けるようにする。剛性球層13,14は、上下のホル
ダー11,12とその外側に配したフレーム15とプレ
ート16とで形成される空間内に熱膨張の少ない多数の
剛性球17を詰め込んで構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料の有する化学エネル
ギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー部門
で用いる燃料電池のスタックを締付けるための燃料電池
の締付装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池のうち、たとえば、溶融炭酸塩
型燃料電池は、電解質として溶融炭酸塩を多孔質物質に
しみ込ませてなるタイル(電解質板)をカソード(酸素
極)とアノード(燃料極)の両電極で両面から挟み、カ
ソード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料
ガスを供給することによりカソード側とアノード側で各
々反応を行わせて発電を行わせるようにしたものを1セ
ルとし、各セルをセパレータを介し多層に積層してスタ
ックとするようにしてある。
【0003】上記スタックとした燃料電池は、各セルご
とに電池性能が良好に維持されることが必要であり、電
極反応部においてカソード及びアノードの各電極とタイ
ルとセパレータとが一様な圧力分布で接触しているこ
と、内部マニホールド型の燃料電池にあっては、周辺部
のウェットシール部のシール性が維持されていること、
運転中におけるスタックの高さ減少に対して追従性があ
ること、等が要求される。そのため、燃料電池全体を一
定の締付力で均一に締め付けることが必要である。
【0004】かかる必要性を満たすための従来の燃料電
池の締付装置としては、図3に一例を示す如く、セルを
セパレータを介して積層してなるスタックSを、上下の
ホルダー1と2にて挾持させ、更に、上記上部のホルダ
ー1の外側に、空気等の流体を封入して膨らませてある
金属製のベローズ3を挟んで上下の押え板4と5を配置
し、該上下の押え板4,5同士を複数の締付ロッド6で
つなぎ、該各締付ロッド6の両端に螺合させた各ナット
7を均等に締め付けることによりベローズ3、ホルダー
1,2を介してスタックSに均一な締付力を付与させる
ようにしたものがある。
【0005】上記従来の締付装置では、上下の押え板
4,5同士を互に接近する方向へ締め付けることにより
ベローズ3が受けた圧縮力の反力により上下のホルダー
1,2がスタックSの上下面に一様な圧力分布で押し付
けられてスタックSを均一に締め付けることができ、
又、運転中のスタックSの高さの減少はベローズ3で追
従させることができるようにしてある。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
締付装置の場合は、燃料電池の運転開始前のコールド状
態では上下のホルダー1,2がスタックSに均一に押し
付けられているので、スタックS全体を均一に締め付け
ることができるが、燃料電池が運転されて高温状態にな
って来ると、上下のホルダー1,2が板厚方向の温度差
により図4に示す如く周辺部が外側へ反るような曲がり
が生じる。
【0007】図4の如く、上下のホルダー1,2に曲が
りが生じると、スタック全体を全面にわたり均一に締
め付けることができなくなり、各セルの電極の接触(当
り)が不均一となって、接触の悪い部分が生じて来るこ
とにより内部電気抵抗が上昇し、電池性能が低下するこ
と、内部マニホールド型の燃料電池にあっては、上下
ホルダー1,2の曲がりがあると、中央部に荷重が集中
して周辺部では締付力が弱くなるので、ウェットシール
部でのシール性が損われ、ガスリークが生じること、等
の問題が生じるため、上下のホルダー1,2の曲がりを
小さくすることが必要である。
【0008】上記上下のホルダー1,2の高温状態での
曲がりを小さくするためには、該上下のホルダー1,2
の板厚を厚くして剛性を大きくすることが考えられる
が、上下のホルダー1,2を厚板としても、過渡的な温
度差を考えると、曲がりを避けることができず、又、上
下のホルダー1,2が厚板になると、全体の高さが高く
なるばかりでなく、ホルダー1,2の製作、取扱いも大
変となる。
【0009】そこで、本発明は、上下のホルダーを厚板
にすることなく、高温状態時での曲がりによるスタック
締付力の不均一をなくし、高温状態でもスタックを均一
に締め付けることができるようにした燃料電池の締付装
置を提供しようとするものである。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、タイルをカソードとアノードの両電極で
両面から挟んでなるセルをセパレータを介し積層して構
成したスタックを、上下の薄板からなるホルダーで挾持
させ、該上下の各ホルダーとその外側に配置する上下の
押え板との間に、フレーム内に熱膨張の少ない剛性球を
移動自在に密に詰め込んでなる剛性球層を介在させた構
成とする。
【0011】上記剛性球は、鋼製又はセラミックス製と
し、同一径のものを詰めるか、又は異径のものを混ぜ合
わせて詰めるようにする。
【0012】又、上下のホルダーとその外側の押え板と
の間に金属製ベローズを介在させた構成において、上下
のホルダーに、高温状態になる前に予め中央部が外側へ
突出するように曲げてあって高温状態で水平状態に曲が
るようにしてあるホルダーを用いた構成としてもよい。
【0013】
【作用】スタックの各セルごとにカソードには酸化ガス
が供給され、アノードには燃料ガスが供給されることに
よって運転が開始されて温度が上昇して行くと、スタッ
クと接している上下のホルダーは熱的変形を受けて周辺
部が外方へ反るように曲がって来るが、上下のホルダー
は薄板で締付力でも曲がり易いようにしてあるため、剛
性球層を介して上下のホルダーに付与される締付力によ
り変形でき、しかも各剛性球の移動による剛性球層の変
形によって上下のホルダーの曲がりが小さくなる。これ
によりスタックを全面にわたり均一に締め付けることが
可能となる。
【0014】上下のホルダーを予め反対方向に曲げてお
き、高温状態で水平状態になるようにしたものでは、高
温状態でもスタックの均一締付けが可能となる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。
【0016】図1は本発明の一実施例を示すもので、図
3に示す従来のスタックSと同様に、タイルをカソード
とアノードの両電極で両面から挟み、カソード側に酸化
ガスが、又、アノード側に燃料ガスがそれぞれ供給され
るようにしてあるセルをセパレータを介し積層した構成
のスタックSを、板厚方向の温度差によっても曲がるし
且つ締付力でも平らになるようなフレキシビリティが持
たせてある薄板の上下各ホルダー11と12で挾持さ
せ、該上下のホルダー11と12の各外側に、剛性球層
13,14を配置し、上下ホルダー11,12の変形を
剛性球層13,14で抑えるようにする。
【0017】すなわち、スタックSに締付力を付与させ
るための締付架構として、剛性を有する上下の押え板4
と5を複数本の締付ロッド6でつないで、加圧ばね8を
介し締付ナット7により上下の押え板4,5を互に接近
する方向に締め付けるようにしたものを使用し、上記上
下のホルダー11と12で挾持された状態のスタックS
を、上記上下の押え板4と5の間に位置させ、上記上部
ホルダー11と上部押え板4との間、及び下部ホルダー
12と下部押え板5との間に、ホルダー11,12の平
面形状に合わせて筒形に形成したフレーム15と該フレ
ーム15内に嵌入できる大きさのプレート16と上記ホ
ルダー11,12とで形成される定容積内に熱膨張の少
ない鋼製又はセラミックス製の多数の剛性球17を詰め
込んでなる剛性球層13,14を介在させ、剛性球層1
3のプレート16は上部押え板4に固定し、又、剛性球
層14のプレート16は下部押え板5に固定する。
【0018】上記剛性球層13,14は、押え板4,5
を締め付けることにより生じた締付力がホルダー11,
12に伝えられてスタックSを締め付けることができる
ように、球径の小さい多数の剛性球17がフレーム15
内に密に詰め込んであると共に、各剛性球17は任意の
方向へ移動できるようにしてある。
【0019】上記フレーム15内に詰め込む剛性球17
は、同一径のものを用いる場合と、異径のものを用いる
場合がある。異径の剛性球17を混ぜて詰め込む場合
は、たとえば、大、中、小の3種類程度の剛性球を用い
ることにより大きい剛性球間に小径の剛性球が入り込ん
で埋めることができるので、空孔部を小さくすることが
できてホルダー11,12に対して均一な面圧が得られ
る利点がある。
【0020】締付ロッド6を介して上下の押え板4と5
を互に接近する方向へ締め付けると、多数の剛性球17
が密に詰め込まれて形成されている剛性球層13,14
を介して締め付け力がホルダー11,12へ伝えられ
て、スタックSを締め付けることができる。
【0021】燃料電池が運転されると、温度が上昇して
高温状態(約650℃)になるが、かかる高温状態にな
ると、スタックSと接している上下のホルダー11,1
2は板厚方向の温度差で周辺部が外方へ反るような曲が
りが生じることになる。
【0022】本発明では、上下のホルダー11,12が
薄板であり締付力で撓むことができるようにしてあるこ
と、該上下のホルダー11,12が剛性球層13,14
に接触して押圧されていることから、上記高温状態で上
下のホルダー11,12が温度差で曲がろうとする場合
にも、締付力と剛性球層13,14で押されてホルダー
11,12が撓み得るので、ホルダー11,12を水平
状態にすることができ、スタックSを高温状態でも均一
に締め付けることが可能となる。
【0023】次に、図2は本発明の他の実施例を示すも
ので、図3に示す従来方式と同様に、上下のホルダー
1,2で挾持させたスタックSを、金属製のベローズ3
を挟んで上下の押え板4,5間に配置し、上下の押え板
4,5を締付ロッド6で所定の締付力で締め付けてスタ
ックSを均一に締め付けるようにした構成の締付装置に
おいて、上記上下のホルダー1,2に代えて、高温状態
時に水平状態になるような変形を考慮して予め中央部分
が外側へ変形するような曲がりを与えておいたホルダー
18,19を用いるようにしたものである。図中、図3
と同一のものには同一符号が付してある。
【0024】この実施例では、高温状態のときに上下の
ホルダーが温度差で曲がることを考慮して、コールド状
態のときに予め図2(A)の如く高温状態での曲がりと
は反対方向に曲げられた上下ホルダー18,19を用い
ているので、燃料電池が運転されて高温状態で上下のホ
ルダー18,19が温度差で曲がると、図2(B)に示
す如く水平状態に変形することができる。これにより高
温状態で上下のホルダー18,19が一様な圧力分布で
スタックSを押し付けることができて、スタックSを均
一に締め付けることが可能となる。
【0025】
【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池の締
付装置によれば、スタックを上下のホルダーで挾持させ
たものを、熱膨張の少ない剛性球を詰め込んでなる剛性
球層を介して上下の押え板間に配置し、上下の押え板を
互に接近する方向へ締め付けることにより剛性球層を介
してスタックを締め付けるようにし、且つ上下のホルダ
ーを締付力が撓み得る厚さとしてあるので、上下のホル
ダーが高温状態で熱的な変形を生じるときでも剛性球層
により上下ホルダーの変形が抑えられ、高温状態でも上
下ホルダーを水平状態に維持できてスタックを均一に締
め付けることができ、これにより電池性能の低下を防止
できると共に、内部マニホールド型燃料電池にあっては
ウェットシール部のシール性の向上が図れる、という優
れた効果を奏し得られ、又、上下のホルダーを、高温状
態で曲がることを考慮して予め反対方向に曲げた構成と
しておくことにより、高温状態で上下のホルダーが曲が
るとき水平状態にすることができ、高温状態でもスタッ
クの締め付けを均一に行うことができて、上記電池性能
の低下防止、シール性の向上、等が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の燃料電池の締付装置の一実施例を示す
概略断面図である。
【図2】本発明の燃料電池の締付装置の他の実施例を示
すもので、(A)はコールド時の状態を示す概略断面
図、(B)は高温状態で上下ホルダーが熱変形したとき
の状態を示す概略図である。
【図3】従来の燃料電池の締付装置の一例を示す概略側
面図である。
【図4】図3の状態から上下ホルダーが熱変形したとき
の状態を示す概略図である。
【符号の説明】
1 上部ホルダー 2 下部ホルダー 3 金属製ベローズ 4 上部押え板 5 下部押え板 6 締付ロッド 11 上部ホルダー 12 下部ホルダー 13,14 剛性球層 15 フレーム 17 剛性球 18 上部ホルダー 19 下部ホルダー

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 タイルをカソードとアノードの両電極で
    両面から挟んでなるセルをセパレータを介し積層して構
    成したスタックを、上下の薄板としたホルダーで挾持さ
    せ、該上下の各ホルダーとその外側に配置する上下の押
    え板との間に、熱膨張の少ない多数の剛性球を密に詰め
    込んで形成した剛性球層を介在させ、上記上下の押え板
    同士を締付ロッドを介し締め付けるようにしたことを特
    徴とする燃料電池の締付装置。
  2. 【請求項2】 タイルをカソードとアノードの両電極で
    両面から挟んでなるセルをセパレータを介し積層して構
    成したスタックを、上下のホルダーで挾持させ、更に、
    上記上下のホルダーとその外側に配置する上下の押え板
    との間に金属製のベローズを介在させ、上下の押え板同
    士を締付ロッドを介し締め付けるようにしてある燃料電
    池の締付装置において、上記上下のホルダーに、高温状
    態で曲がる方向とは反対方向に予め曲げてある構成のホ
    ルダーを用いたことを特徴とする燃料電池の締付装置。
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