JPH0660902A - 燃料電池用締付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 締付装置の小型化を図る。 【構成】 上下に分割した燃料電池スタック１ａと１ｂ
を中間ホルダー１０を挟んで上下対称的に配置する。中
間ホルダー１０に締付ロッド７を固定する。上部のスタ
ック１ａは上部ホルダー２上のベローズ又はクッション
４を介し締付力を与えて反力を締付ロッド７にもたせ
る。下部のスタック１ｂも同様に締付力を与えて吊下げ
支持する。下部ボルスタ６に通した締付ロッド７の下端
を支持材１２に支持させる。これにより締付ロッド７自
体で中間ホルダー１０を支持させ、中間ホルダー１０の
支持用架台をなくし、横方向の寸法を小さくする。

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め付けるための燃料電
池用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変化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に、燃料電池を
締付装置で締め付けることが行われているが、燃料電池
の高出力が得られるようにするために、セルの積層数を
多くして高積層化を図ろうとする場合には、図２の如
く、下部ホルダー３上にセルを高く積層した燃料電池ス
タック１を載置し、該スタック１上に上部ホルダー２を
載置し、更に上部ホルダー２の上に大きな伸び量を有す
る金属製のベローズ又はクッション４を載せ、全体を上
下のボルスタ５，６で挾持させ、締付ロッド７及びナッ
ト８にてスタック１に締付力を付与させるようにしてい
る。

【０００５】上記のように締付けを終えて組み立てられ
た燃料電池は、運転開始前に、タイルの製造時に添加し
た有機物を除去する脱脂処理と、炭酸塩の粉末を溶融さ
せてタイルにしみ込ませる含浸処理が行われるが、含浸
により各セルごとにタイル部分の厚さ減少に伴いスタッ
ク全体に大きな収縮量が生じ、特に、高積層とするほ
ど、スタック１の収縮量が大きくなり、この大きな収縮
量は、上記ベローズ又はクッション４の大きな伸び量に
より追従させることができて、締付力を一定に保つこと
ができる。

【０００６】しかし、図２に示す如く、セルの積層段数
を高くした場合の燃料電池は、運転中に、スタック１の
上層部と下層部とで締付面圧が燃料電池自体の自重で異
なって来て、下層部では締付面圧が高くなって電極のク
リープ現象が激しくなって来て電池の寿命に悪影響を与
えることになると共に、各段への電極にガスが均等に流
れにくくなって電池の性能を悪くする、等の問題が出て
来るおそれがあり、又、セルの積層段数が多いと上記含
浸時のスタック１の収縮量が大きく、この大きな収縮量
によってスタック全体が傾き、構造が不安定となるおそ
れがある。

【０００７】かかるおそれを解消するものとして、図３
に示す如くスタック１を上部スタック１ａと下部スタッ
ク１ｂに分割して、上下のスタック１ａ，１ｂを架台９
で支持されている中間ホルダー１０を挟んで上下に配置
させ、且つ上部スタック１ａ上には、上部ホルダー２、
ベローズ又はクッション４を介して上部ボルスタ５を載
置して、中間ホルダー１０に固定された締付ロッド７と
ナット８で上部スタック１ａに所定の締付力を付与させ
るようにすると共に、中間ホルダー１０の下側には、下
部スタック１ｂ、下部ホルダー３、ベローズ又はクッシ
ョン４、下部ボルスタ６を、上部側とは対称的に配置し
て、締付ロッド７及びナット８にて吊下げ支持させるよ
うにし、上下のスタック１ａ，１ｂの各上層部と下層部
の締付面圧の差を小さくすると共に、スタックの傾きを
低減できるようにすることが考えられる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、中間ホルダ
ー１０を架台９で固定支持する構成にすると、架台９の
ために、横方向に大きなスペースが必要となって、燃料
電池を加圧型とするため圧力容器内に入れる場合に該圧
力容器の径を大きくしなければならない、という問題が
生じる。

【０００９】そこで、本発明は、中間ホルダーを用いて
スタックを上下に分けて支持させるようにした構成にお
いて、架台なしで中間ホルダーを固定支持するように
し、横方向に広いスペースを必要としないようにしよう
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、中間ホルダーの上側に、上部スタック、
上部ホルダー、上部スタックの収縮量に追従して伸び得
る伸縮部材、上部ボルスタを配して、該上部ボルスタと
中間ホルダーとの間で上部スタックに締付力を付与する
ようにし、且つ中間ホルダーの下側に、下部スタック、
下部ホルダー、伸縮部材、下部ボルスタを、中間ホルダ
ーの上側と対称的になるようにした構成において、下部
ボルスタに通した締付ロッドの下端を支持材に支持させ
るようにし、締付ロッドで中間ホルダーを固定支持する
ようにした構成とする。

【００１１】

【作用】中間ホルダーを締付ロッドで直接支持させるよ
うにすると、中間ホルダーを支持するための架台が省略
でき、横方向の寸法を小さくできて、据付けに広いスペ
ースが必要でなくなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

【００１３】図１は本発明の一実施例を示すもので、図
３に示してある場合と同様に、中間ホルダー１０を用い
て上部の燃料電池スタック（以下、下部スタックとい
う）１ａと下部の燃料電池スタック（以下、下部スタッ
クという）１ｂとを、各々上下のホルダー２，３、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又
はクッション４、上下のボルスタ５，６を介し複数本の
締付ロッド７にて上下対称的に支持させるようにしてあ
る構成において、上記中間ホルダー１０に貫通させた各
締付ロッド７の中間部分に、ナット１１を中間ホルダー
１０を挟むように螺合し、各締付ロッド７を中間ホルダ
ー１０に固定するようにして、上記各締付ロッド７の上
端部と下端部に螺合させたナット８を介し上下のボルス
タ５，６を中間ホルダー１０方向へ押し付けるように締
付けることにより、金属製のベローズ又はクッション４
を圧縮した状態で上下のスタック１ａ，１ｂに所定の締
付力を付与させるようにし、且つ上記各締付ロッド７の
下端を支持材１２に支持させ、締付ロッド７を中間ホル
ダー１０の脚として使用して全荷重を締付ロッド７で受
け持たせるようにする。

【００１４】１３は上下のホルダー２，３を安定させる
ため締付ロッド７に係合させるようにした支持プレート
である。

【００１５】中間ホルダー１０を貫通させた締付ロッド
７をナット１１にて中間ホルダー１０に固定し、上下両
端のナット８にてベローズ又はクッション４、上下のホ
ルダー２，３を介して上下のスタック１ａ，１ｂに所定
の締付力を付与させると、その締付力によりスタック１
ａ，１ｂは所定の面圧が保持されるが、上記締付けの反
力は締付ロッド７に作用し、該締付ロッド７に持たされ
る。

【００１６】したがって、上記締付ロッド７の下端を支
持材１２に支持させて、該締付ロッド７のみで中間ホル
ダー１０を介し燃料電池の全荷重を支持するようにして
も、締付ロッド７に上記締付け反力が作用していること
を利用することになるため、中間ホルダー１０の支持を
締付ロッド７で行わせることができる。

【００１７】上記のように中間ホルダー１０を締付ロッ
ド７で支持するようにすると、図３に示す架台９をなく
すことができ、これに伴い横方向の寸法を小さくするこ
とができ、圧力容器に入れて運転するときの該容器の径
を小さくすることが可能となる。

【００１８】なお、本発明は上記実施例に限定されるも
のではなく、たとえば、上部ホルダー２及び下部ホルダ
ー３を断熱材として機能するものとしてもよいこと、締
付ロッド７を長尺として中間ホルダー１０を貫通させた
場合を示したが、締付ロッド７を上側と下側に分けて中
間ホルダー１０に固定してもよいこと、等は勿論であ
り、又、中間ホルダー１０には図示してないが、内部マ
ニホールド型燃料電池の場合は各セルの周辺部に形成さ
れている酸化ガス及び燃料ガスの各給排用マニホールド
に連通する酸化ガス及び燃料ガスの各給排用流路を中間
ホルダー１０に設け、中間ホルダー１０から上下のスタ
ック１ａ，１ｂにガスを分配できるようにすることは当
然のことである。

【００１９】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池用締
付装置によれば、燃料電池スタックを上下に分割し、中
間ホルダーを用いて該中間ホルダーに上下のスタックを
支持させるようにした構成において、中間ホルダーを、
該中間ホルダーに固定してスタックに締付力を付与させ
るようにする締付ロッドにて支持させるようにするの
で、中間ホルダーを用いてスタックを支持することか
ら、セルを高積層したときでも締付面圧の不均衡を少な
くし且つスタックの収縮時に傾く不安定化も防止でき、
これに伴いガス給排用の配管の伸びの吸収も容易にな
る、という効果を維持しながら、本来中間ホルダーの支
持に用いられる架台を不要にできて、必然的に横方向の
寸法を小さくすることができて小型化を図ることがで
き、燃料電池を加圧容器に入れて使用するときに該容器
の径を大きくしなくてすむ、という優れた効果を奏し得
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す概略側面図である。

【図２】従来の燃料電池用締付装置の一例を示す概略側
面図である。

【図３】中間ホルダーを用いる場合の一般に考えられる
中間ホルダーの支持方式を示す概略側面図である。

【符号の説明】

１ａ 上部の燃料電池スタック（上部スタック） １ｂ 下部の燃料電池スタック（下部スタック） ２ 上部ホルダー ３ 下部ホルダー ４ ベローズ又はクッション（伸縮部材） ５ 上部ボルスタ ６ 下部ボルスタ ７ 締付ロッド １０ 中間ホルダー １２ 支持材

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 中間ホルダーの上側に、上部の燃料電池
   スタック、上部ホルダー、上部スタックの収縮量に追従
   して伸び得る伸縮部材、上部ボルスタを配して、中間ホ
   ルダーに固定した締付ロッドにて上部スタックを上部ボ
   ルスタと中間ホルダーとの間で締付けるようにし、且つ
   上記中間ホルダーの下側に、対称的に下部の燃料電池ス
   タック、下部ホルダー、下部スタックの収縮量に追従し
   て伸び得る伸縮部材、下部ボルスタを配して、中間ホル
   ダーに固定した締付ロッドにて下部スタックを下部ボル
   スタと中間ホルダーとの間で締付けるようにし、上記下
   部ボルスタに通した締付ロッドの下端を支持材に支持さ
   せて、該締付ロッドで上記中間ホルダーを支持するよう
   にしたことを特徴とする燃料電池用締付装置。