JPH06124723A - 常圧型燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ガスリークを極力低減して、通常の筐体内部に
燃料電池積層体を収納しても安全で信頼性に優れた常圧
型燃料電池をを提供する。 【構成】反応ガスマニホールド２から露出している積層
体１の四つのコーナー部３と、積層体１と表面と反応ガ
スマニホールド２とのシール部４からガスがリークして
も、リークガス８はマニホールド５によって捕集され、
外部に漏出することが防止される。リークガス８は、ガ
スセンサー６によって検出されるので、ガスのリークを
初期段階で検出して迅速な処置や対応が可能となる。各
コーナー部３のリークガス対策用マニホールド５ごとに
ガスセンサー６を設けておけば、積層体１のどの部分か
らガスがリークしているかを容易に特定できる。リーク
ガス対策用マニホールド５内に圧力の高い窒素ガスなど
を充填したので、圧力差で反応ガスのリーク自体を防止
することもできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池積層体からの
リークガスの捕集・検出を容易に実施できる常圧型燃料
電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギー
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。こので燃料電池は、比較的小さな
規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達し、新鋭火
力をはるかにしのぐとの期待がなされている。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の排出がきわめて少ない、発電装置内に燃焼サイ
クルを含まないので大量の冷却水を必要としない、振動
が小さいなどの理由から騒音・排ガスなどの環境問題が
少ない。さらに、負荷変動に対して応答性が良い、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、実
用化は目前に迫っている。

【０００３】この種の燃料電池としては、例えば特開昭
６０−９３７６５号公報に記載のものが知られている。
即ち、この燃料電池は、図３に示すように、電解質を含
浸させた電解質層を挟んで配置された一対の多孔質電極
を有する単電池と、所定個の単電池ごとに内部に冷媒を
供給、排出して電池を冷却する冷却板とを複数個積層し
て、締付手段２１によって固定して四角柱状の燃料電池
積層体２０を形成し、この燃料電池積層体２０の側面に
反応ガスマニホールド２２を配置し、これら燃料電池積
層体２０及び反応ガスマニホールド２２を円筒形タンク
２３内に収納したものである。燃料電池積層体２０の上
下両端にはそれぞれ電力端子２４が設けられ、ブッシン
グ２５を介してタンク２３外部に引き出されている。ま
た反応ガスマニホールド２２には、空気や燃料ガスなど
の反応ガスの供給あるいは排出管２６が接続されてい
る。

【０００４】このような従来の燃料電池は、反応ガスが
高圧であることから、燃料電池積層体２０を収納するタ
ンク２３としても高圧に耐えるものを使用している。と
ころが、最近では、反応ガス圧力がほぼ大気圧の常圧型
燃料電池の実用化が提案さている。この常圧型燃料電池
は、燃料電池積層体を筐体内に収納するだけで良く、構
成並びにシステムが簡単なため、特に一般需要家のオン
サイトとしての使用に適している。図４は、このような
常圧型燃料電池の一例を示すもので、筐体３０内部に保
温材３２で覆った燃料電池積層体３１と反応ガス製造用
の改質器３３を収納したものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のような常圧型の
燃料電池においては、燃料電池積層体３１を密閉するタ
ンクが存在しないため、燃料電池積層体３１から燃料ガ
ス（一般には水素ガス）がリークし、筐体３０内に溜ま
って爆発などの危険に曝される。

【０００６】これを防止するためには、筐体内部の空気
を換気装置などで常に換気しておく必要があるが、換気
装置の故障などにより大きな事故に至ることが懸念され
る。また、ガスのリークを検出するためのガス検知装置
なども付加されているが、筐体内部でのガス検知では、
検出精度も劣り、リーク位置の特定も困難である。

【０００７】特に、出願人の研究によれば、燃料電池積
層体はその側面にマニホールドを配設して、積層体表面
とマニホールドとの空間を反応ガスの流路としているた
めに、積層体とマニホールドとのシール部からのガスリ
ークが、筐体内部へのガスリークの要因であることが判
明した。しかし、従来の筐体部分にガス検知装置を設け
た場合には、シール部のガスリークを初期段階で検出す
ることは不可能であった。

【０００８】本発明は上記のよう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、反応ガ
スマニホールドと積層体のシール部からのガスリークを
初期段階で検出することができ、しかもリークしたガス
が筐体内部に拡散することを効果的に防止することがで
きる常圧型燃料電池を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、電解質を含浸させた電解質層を挟んで
配置された一対の多孔質電極を有する単電池と、所定個
の単電池ごとに内部に冷媒を供給、排出して電池を冷却
する冷却板とを複数個積層して四角柱状の燃料電池積層
体を形成し、この積層体の側面には、積層体のコーナー
部分が露出するように反応ガスマニホールドを配置し、
これらの反応ガスマニホールドにより積層体の側面に反
応ガス流路を形成し、この反応ガスマニホールドを有す
る燃料電池積層体を筐体内に収納して成る常圧型燃料電
池において、前記積層体の反応ガスマニホルード外に露
出したコーナー部分と、そのコーナー部分を挟んで隣接
する各反応ガスマニホールドの積層体側面に対するシー
ル部が、リークガス対策用マニホールドで覆われている
ことを特徴とする。

【００１０】

【作用】上記のような構成を有する本発明においては、
ガスリークの可能性の高い反応ガスマニホールドと燃料
電池積層体とのシール部がリークガス対策用マニホール
ドによって覆われているので、仮にシール部から反応ガ
スがリークしてもこのリークガス対策用マニホールドに
阻止されて筐体内部に拡散することがない。また、この
リークガス対策用マニホールド部分にガス検知装置を設
けておけば、筐体内部に比較して狭い空間なので小量の
リークガスでも早期に検出することができる。更に、リ
ークガス対策用マニホールド内に予め反応ガス圧よりも
やや高めの窒素ガスを封入したり外部から供給できるよ
うにしておけば、その圧力差でガスリーク自体を封じる
こともできる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１及び図２に従
って具体的に説明する。

【００１２】（１）第１実施例 図１は、本発明の第１実施例を示すものであって、燃料
電池積層体部分の水平断面図である。本実施例におい
て、積層体１の四側面にはそれぞれ反応ガスマニホール
ド２が設けられている。これらの反応ガスマニホールド
２は、積層体１の四つのコーナー部３が露出するように
積層体１の各表面に配置され、両者の接合部分には気密
性を確保するためにシール部４が設けられている。積層
体１の各コーナー部３には、隣接する反応ガスマニホー
ルド２のシール部４を覆うようにリークガス対策用マニ
ホールド５が設けられている。このリークガス対策用マ
ニホールド５には、ガス検知装置を構成するガスセンサ
ー６が設けられている。また、リークガス対策用マニホ
ールド５内部には、予め反応ガス圧よりやや高めの窒素
ガス７が充填あるいは外部から供給されている。

【００１３】更に、燃料電池積層体１には、それを構成
する冷却板に冷却水を供給するための冷却パイプが接続
されている。本実施例では、この冷却パイプの口出し部
１０は前記リークガス対策用マニホールド５を貫通して
積層体１の外部に引き出され、図示しない冷却水マニホ
ールドと接続パイプ１１を介して連結されている。な
お、リークガス対策用マニホールド５に設けられた冷却
パイプの口出し部１０の貫通孔は、シールパッキン１２
によって密封されている。

【００１４】前記のような構成を有する第１実施例にお
いては、反応ガスマニホールド２から露出している積層
体１の四つのコーナー部３と、積層体１と表面と反応ガ
スマニホールド２とのシール部４からガスがリークして
も、リークガス８はマニホールド５によって捕集され、
外部に漏出することが防止される。同時に、リークガス
８は、ガスセンサー６によって検出されるので、ガスの
リークを初期段階で検出して迅速な処置や対応が可能と
なる。更に、各コーナー部３のリークガス対策用マニホ
ールド５ごとにガスセンサー６を設けておけば、積層体
１のどの部分からガスがリークしているかを容易に特定
できる。また、リークガス対策用マニホールド５内に圧
力の高い窒素ガスなどを充填あるいは外部から供給でき
るようにしたので、圧力差で反応ガスのリーク自体を防
止することもできる。

【００１５】（２）第２実施例 図２は本発明の第２実施例を示すもので、前記第１実施
例に比較してリークガス対策用マニホールドのシール性
能と可撓性を向上させたものである。この第２実施例に
おいては、リークガス対策用マニホールド５と反応ガス
マニホールド２との接触部にシールパッキン９が挟み込
まれている。また、反応ガスマニホールド２に設けたブ
ラケット１３にねじ込まれた締め付けねじ１４の先端に
よって、前記シールパッキン９を締め付けている。更
に、リークガス対策用マニホールド５の中央部分を薄肉
の円弧状とすることにより、可撓性を持たせている。

【００１６】このような構成の第２実施例においては、
前記締め付けねじ１４の締め付け度合いを調整すること
により、シールパッキン９の適正なシール力を得ること
ができ、リークガス対策用マニホールド５からのガスリ
ークを効果的に防止できる。また、燃料電池の運転停止
に伴って、積層体１の膨張・収縮があっても、それによ
り生じる反応ガスマニホールド２の相対的な位置ズレを
リークガス対策用マニホールド５の変形によって吸収で
きるため、各シール部４，９のシール性能を維持するこ
とができる。

【００１７】（３）他の実施例 本発明は上記の実施例に限定されるものではなく、リー
クガス対策用マニホールドの形状や反応ガスマニホール
ドとのシール構造などは適宜変形可能である。更に、ガ
ス検知装置を設けることなく、単にリークガス対策用マ
ニホールドを設けてもリーク防止効果が期待できる。

【００１８】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、積層体の
コーナー部にリークガス対策用のマニホールドを設ける
という簡単な手段により、ガスリークを極力低減して、
通常の筐体内部に燃料電池積層体を収納しても安全で信
頼性に優れた常圧型燃料電池を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の常圧型燃料電池の第１実施例を示す横
断面図。

【図２】本発明の第２実施例のコーナー部分を拡大して
示す横断面図。

【図３】従来の高圧型燃料電池の一例を示す縦断面図。

【図４】一般的な常圧型燃料電池の構造を示す部分切り
欠き斜視図。

【符号の説明】

１…燃料電池積層体 ２…反応ガスマニホールド ３…コーナー部 ４…シール部 ５…リークガス対策用マニホールド ６…ガス検知センサー ７…窒素ガス ８…リークガス

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電解質を含浸させた電解質層を挟んで配置
   された一対の多孔質電極を有する単電池と、所定個の単
   電池ごとに内部に冷媒を供給、排出して電池を冷却する
   冷却板とを複数個積層して四角柱状の燃料電池積層体を
   形成し、 この積層体の側面には、積層体のコーナー部分が露出す
   るように反応ガスマニホールドを配置し、これらの反応
   ガスマニホールドにより積層体の側面に反応ガス流路を
   形成し、 この反応ガスマニホールドを有する燃料電池積層体を筐
   体内に収納して成る常圧型燃料電池において、 前記積層体の反応ガスマニホルード外に露出したコーナ
   ー部分と、そのコーナー部分を挟んで隣接する各反応ガ
   スマニホールドの積層体側面に対するシール部が、リー
   クガス対策用マニホールドで覆われていることを特徴と
   する常圧型燃料電池。