JPH08287940A - 燃料供給パイプのシール構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、燃料ガスと空気とのシール性能を向
上し、生産性及びメンテナンスを高めて低コスト高品質
の製品を得ることを目的とする。 【構成】厚み方向に貫通孔(1a)を有した、固体電解質燃
料電池の管板(1) と、該管板を貫通する燃料供給パイプ
(7) との間で電気的絶縁と気体のシールを行うシール構
造において、前記管板(1) と燃料供給金属パイプ(7) の
間に設けられ、一面が前記管板の一方の主面と接するつ
ば状のフランジ部(2a)を有し、フランジ部(2a)と反対側
の筒状部分が前記管板(1) の他方の主面側に突出され、
該突出部分はねじ切り部(2b)となっているスペーサ(2)
と、スペーサ(2) のねじ切り部(2b)に嵌合されてスペー
サ(2) を前記管板(1) に固定するスペーサ固定ナット
(5) と、スペーサ(2) 及びスペーサ固定ナット(5) と管
板(1) とが接する面に設けられた絶縁材(3,6) とを具備
することを特徴とする燃料供給パイプのシール構造。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池
（以下、ＳＯＦＣと呼ぶ）の燃料供給パイプのシール構
造に関する。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来のＳＯＦＣを示す。つば部31
ａを有する燃料供給パイプ31は、上部管板32に設けられ
た座ぐり部32ａにリング状の絶縁材33を介して燃料供給
パイプ固定ナット34によって固定されている。前記燃料
供給パイプ31の上部は空間アに開放されており、この空
間は図示しない燃料供給配管に接続されている。また、
燃料供給パイプ31の下部は下部管板35に固定された固体
電解質セル基体管36の先端部分で開放されている。

【０００３】上部管板32の上の空間アには、燃料である
水素を含む気体が満たされており、矢印に示すように流
れて前記セル基体管36の内部を下から上へ流れる間に前
記セル基体管36を通った酸素と反応し、その結果生じた
水蒸気を含む排ガスとなって上部管板32と下部管板35と
の間の空間イに流出する。下部管板35の下部の空間ウに
は空気が満たされている。

【０００４】装置全体は温度約１０００℃に保たれた中
に置かれており、この高温環境のもとで固体電解質中を
酸素が拡散して燃料の水素と反応し、水蒸気となる。そ
の際に固体電界質部分の上下に電位差を生じ、発電が行
われる。

【０００５】シール部分は上部管板32の部分と下部管板
35の部分との２ケ所にあるが、下部管板部分は前記セル
気体管36のつば部36ａが絶縁性のあるセラミックスによ
って構成されているために、下部管板35との間の絶縁に
関する配慮を行わなくても良い。

【０００６】一方、上部管板部分は金属でできた上部管
板32と燃料供給パイプ31の間でシールを行うため、直接
この２者を接触させると燃料供給パイプ36がアースに落
ちることになる。上部管板32はアースされている。

【０００７】本来ならば燃料供給パイプ31がアースに落
ちていても問題はないが、万一高温による熱変形などに
よって、燃料供給パイプ31がセル基体管36に接触したり
した場合の危険防止のために、燃料供給パイプ31は上部
管板32と絶縁されている。

【０００８】即ち、燃料供給パイプ31のつば部31ａと上
部管板32の座ぐり部32ａとの間および燃料供給パイプ固
定ナット34との間には絶縁材33が置かれ、また燃料供給
パイプ31の位置が左右にずれて上部管板32と接すること
を防ぐために、燃料供給パイプ31のつば部31ａの外周に
はリング状の絶縁スペーサ38が置かれている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば以下に列挙する問題点を有する。 (1) 大きな管板に多数のセルと取り付ける構造であるた
め、多数の座ぐり加工，及び内面ねじ加工を行う。従っ
て、大きな管板に対する加工工数が膨大となって、大型
加工機械を占有する時間が長くなるとともに、加工ミス
の危険が増す。

【００１０】(2) ねじ部分の温度が９００℃近くまで上
昇するために焼付いて外れなくなる場合があり、その場
合に管板の再生が難しい。 (3) ガスのシールが不十分になり、リークが発生する頻
度が大きい。これは、次のようなことが原因である。i)
管板側のシール面となる部分は座ぐり部の穴の奥であ
り，加工精度を出しにくい。ii) 管板側のねじ加工部分
の平行度が悪いためにシール面の押しつけ面圧が全周一
様にならない（特に、管板全体が長期間使用によって反
ったように変形した場合に、外周部分に位置するセルの
シール面が斜めになり、それを再加工するとねじの中心
軸と傾いてしまう）。

【００１１】(4) 組立が終了してしまうまで絶縁のチェ
ックを行えない。 本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、固体電解質
燃料電池の燃料ガスと空気とのシール性能を向上し、生
産性及びメンテナンスを高めて低コスト高品質の製品と
しえる燃料供給パイプのシール構造を提供することを目
的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明では、管板へのね
じ加工を止め、単純な通し穴とする。また、シール面は
穴の奥ではなく表面に設け、加工をしやすくする。その
ために、以下のような構造とした。

【００１３】(1) 管板と燃料供給パイプの間にスペーサ
を入れ、このスペーサと管板との間を絶縁した。 (2) スペーサは片側につば状のフランジを有する円筒形
であり、反対側にねじを切った構造で、このフランジ
と、ねじ部に嵌められたスペーサ固定ナットで管板を挟
みこんで固定した。

【００１４】即ち、本発明は、厚み方向にスペーサ装着
用の貫通孔を有した、固体電解質燃料電池の管板と、該
管板を貫通する燃料供給パイプとの間で電気的絶縁と気
体のシールを行うシール構造において、前記管板と燃料
供給パイプの間に設けられ、一面が前記管板の一方の主
面と接するつば状のフランジ部を有するとともに、この
フランジ部と反対側の筒状部分が前記管板の他方の主面
側に突出され、かつこの突出部分はねじ切り部となって
いる円筒形状のスペーサと、このスペーサのねじ切り部
に嵌合されて前記スペーサを前記管板に固定するスペー
サ固定ナットと、前記スペーサ及びスペーサ固定ナット
と管板とが接する面に設けられた絶縁材とを具備するこ
とを特徴とする燃料供給パイプのシール構造である。

【００１５】本発明において、前記絶縁材としては、ア
ルミナ，シリカ，ジルコニア，チタニア，ムライト，コ
ージェライト，窒化珪素等の電気伝導性のないセラミッ
クスの焼結体、あるいはそれを繊維状にしてシート加工
したもの、あるいはそれを溶射としてコーティングした
ものが挙げられる。

【００１６】

【作用】本発明において、スペーサと管板との間にある
絶縁材の層のために、スペーサと管板とは電気的に絶縁
される。従って、スペーサと燃料供給パイプとの間は絶
縁する必要はない。また、スペーサのフランジ部の一面
と管板の表面とが絶縁材を介して密着し、そのために管
板上下のガスの流通が妨げられてシールされる。更に、
スペーサと燃料供給パイプとは直接接触して密着してシ
ールとなる。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。 （実施例１）図１を参照する。図中の符番１は、略中央
部にスペーサ装着用の貫通孔１ａを有し、この貫通孔１
ａの下部周縁に環状の突起部１ｂを設けた金属製の管板
である。この管板１は、円筒状のスペーサ２のフランジ
部２ａとその表面に施したアルミナ皮膜３を介して接触
している。また、管板１はスペーサ２とその表面に施し
たアルミナ皮膜４を介して接触している。なお、管板１
の突起部１ｂはシール面の加工を容易にするために設け
ているもので、管板１の下面側を全面的に仕上げてもよ
いし、浅く座ぐってもよい。但し、従来例のように深い
座ぐりとすると、加工精度が悪化するので望ましくな
い。

【００１８】前記スペーサ２のフランジ部２ａと反対側
は円筒状となっており、この円筒状部分が管板１の表面
より上方に突出している。また、この円筒状部分の外周
面，内周面にはねじが切ってあり、このねじ切り部２ｂ
にはスペーサ固定ナット５がはめ合わされている。この
ねじ切り部２ｂを締め付けることにより、スペーサ２の
フランジ部２ａと管板１の突起部１ｂは強く押し付けら
れて密着し、ガスの流れが阻止される。前記スペーサ固
定ナット５と管板１の上面との接触部分にも、絶縁材と
してのアルミナ皮膜６が挟まれている。前記アルミナ皮
膜３，４，６によりスペーサ２と管板１とは電気的に絶
縁されている。

【００１９】なお、前記アルミナ皮膜３，４，６はアル
ミナ溶射により形成したものであるが、これに限らず、
ジルコニア溶射などのセラミックス溶射であれば良く、
また、溶射皮膜として表面にコーティングせず、セラミ
ックスファイバーシート等の絶縁材料をジート状にした
ものを挟み込んでもよい。

【００２０】前記スペーサ２の内側には座ぐり部２ｃが
設けてあり、この座ぐり部２ｃの底面と金属製の燃料供
給パイプ７のつば部７ａが接している。このつば部７ａ
は、スペーサ２の座ぐり部２ｃ内面に切られた内ねじ部
と嵌合とする燃料パイプ固定ナット８により押さえつけ
られている。

【００２１】このように、上記実施例１は、略中央部に
スペーサ装着用の貫通孔１ａ，環状の突起部１ｂを有し
た管板１と燃料供給パイプ７間に設けられ、管板１の裏
面と接するフランジ部２ａを有するとともに，管板１の
表面側から突出する筒状部分にねじ切り部２ｂ，座ぐり
部２ｃを有したスペーサ２と、前記スペーサ２のねじ切
り部２ｂに嵌め合わされたスペーサ固定ナット５と、前
記管板１とスペーサ２のフランジ部２ａ，スペーサ固定
ナット５間にそれぞれ両者に接して設けられたアルミナ
皮膜３，６と、前記スペーサ２の内側と燃料供給パイプ
７間に設けられた燃料パイプ固定ナット８とを具備した
構成になっている。

【００２２】上記実施例１では、スペーサ２の座ぐり部
２ｃの深さを適当に選定することによって従来例の管板
と燃料供給パイプとの位置関係を変えずに新構造とする
ことができる。即ち、従来例でねじの焼付等によって損
傷した管板に通し穴を明けることによって本実施例の構
造へと変更することが可能である。従って、従来例の補
修用としての利用が可能である。

【００２３】また、シール面の加工は座ぐり部について
は従来例と略同一形状であるが、従来例では管板に直接
加工していたのに対し、本実施例ではスペーサ２という
小さい部品に加工するので生産性が高く、また座ぐり部
底面の平坦度，ねじの平行度等の精度も出しやすい。

【００２４】（実施例２）図２を参照する。但し、図１
と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中の符番
21はフランジである。このフランジ21は、実施例１のフ
ランジと同様に下部にフランジ部２ａを有し、上部にね
じ切り部を有しているが、実施例１のように内側面には
ねじ切り部を有していない。また、燃料供給パイプ７の
つば部７ａは管板１の表面より少し高い位置に設けられ
ており、そのつば部７ａの下端面にはフランジ21の上端
面が接している。更に、前記フランジ21のねじ切り部21
ａには、スペーサ固定ナット６とねじ面を共有する燃料
供給パイプ固定ナット22が締め付けられている。この締
め付けの際、前記スペーサ固定ナット22の一部の下面
は、前記燃料供給パイプ７のつば部７ａの上面と接した
状態になる。

【００２５】実施例２によれば、シール面が端面となっ
ているために実施例１よりも更に精度を出しやすく、ま
た点検などで燃料供給パイプを取り外した際などに、シ
ール面の点検や傷の手直しなどがやりやすい。また、実
施例１と比べ、スペーサへの内ねじ加工，中ぐりが不要
となり、実施例１よりも更に加工工数が減少する。

【００２６】

【発明の効果】以上詳述した如く本発明によれば、以下
の効果を有する。 (1) 大きな部材である管板への加工が単純な通し穴とな
り、また、管板のシール面が表面にあるので加工精度が
高まるためにシール性が向上するとともに、生産性が高
い。

【００２７】(2) ねじ部分が焼付いた場合に、スペーサ
部分のみを破壊することで容易に汚臭することができ
る。 (3) 加工精度を要求される部分が小さいスペーサに集め
られているため、加工精度を高めることが容易でシール
性が向上する。また、生産性が高まるため低コストとな
る。

【００２８】(4) スペーサを管板に固定した段階で管板
とスペーサとの間の絶縁チェックが可能である。従っ
て、燃料供給パイプ取り付け時には管板との絶縁に気を
使う必要がなく、効率の良い作業ができる。

【００２９】以上の(1) 〜(4) によって固体電解質燃料
電池の燃料ガスとの空気とのシール性能が向上し、生産
性及びメンテナンス性が高まって低コスト高品質の製品
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１に係る燃料供給パイプのシー
ル構造の説明図。

【図２】本発明の実施例２に係る燃料供給パイプのシー
ル構造の説明図。

【図３】従来の燃料供給パイプのシール構造の説明図。

【符号の説明】

１…管板、 ２，21…スペーサ、 ２ａ…
フランジ部、２ｂ，21ａ…ねじ切り部、２ｃ…座ぐり
部、 ３，４，６…アルミナ皮膜、５，８…固定ナッ
ト、 ７，22…燃料供給パイプ。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年７月６日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００１

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、固体電解質燃料電池の
燃料供給パイプのシール構造に関する。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００２

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００２】

【従来の技術】図３は従来の固体電解質燃料電池を示
す。つば部31ａを有する燃料供給パイプ31は、上部管板
32に設けられた座ぐり部32ａにリング状の絶縁材33を介
して燃料供給パイプ固定ナット34によって固定されてい
る。前記燃料供給パイプ31の上部は空間アに開放されて
おり、この空間は図示しない燃料供給配管に接続されて
いる。また、燃料供給パイプ31の下部は下部管板35に固
定された固体電解質セル基体管36の先端部分で開放され
ている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００９

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来技
術によれば以下に列挙する問題点を有する。 (1) 多数のセルを取り付ける構造であるため、多数の座
ぐり加工，及び内面ねじ加工を行う。従って、大きな管
板に対する加工工数が膨大となって、大型加工機械を占
有する時間が長くなるとともに、加工ミスの危険が増
す。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２４】（実施例２）図２を参照する。但し、図１
と同部材は同符号を付して説明を省略する。図中の符番
21はスペーサである。このスペーサ21は、実施例１のス
ペーサと同様に下部にフランジ部２ａを有し、上部にね
じ切り部を有しているが、実施例１のように内側面には
ねじ切り部を有していない。また、燃料供給パイプ７の
つば部７ａは管板１の表面より少し高い位置に設けられ
ており、そのつば部７ａの下端面にはスペーサ21の上端
面が接している。更に、前記スペーサ21のねじ切り部21
ａには、スペーサ固定ナット６とねじ面を共有する燃料
供給パイプ固定ナット22が締め付けられている。この締
め付けの際、前記スペーサ固定ナット22の一部の下面
は、前記燃料供給パイプ７のつば部７ａの上面と接した
状態になる。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２７

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２７】(2) ねじ部分が焼付いた場合に、スペーサ
部分のみを破壊することで容易に補修することができ
る。 (3) 加工精度を要求される部分が小さいスペーサに集め
られているため、加工精度を高めることが容易でシール
性が向上する。また、生産性が高まるため低コストとな
る。

【手続補正６】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図３

【補正方法】変更

【補正内容】

【図３】

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 厚み方向にスペーサ装着用の貫通孔を有
   した、固体電解質燃料電池の管板と、該管板を貫通する
   金属製の燃料供給パイプとの間で電気的絶縁と気体のシ
   ールを行うシール構造において、 前記管板と燃料供給パイプの間に設けられ、一面が前記
   管板の一方の主面と接するつば状のフランジ部を有する
   とともに、このフランジ部と反対側の筒状部分が前記管
   板の他方の主面側に突出され、かつこの突出部分はねじ
   切り部となっている円筒形状のスペーサと、 このスペーサのねじ切り部に嵌合されて前記スペーサを
   前記管板に固定するスペーサ固定ナットと、 前記スペーサ及びスペーサ固定ナットと管板とが接する
   面に設けられた絶縁材とを具備することを特徴とする燃
   料供給パイプのシール構造。
2. 【請求項２】 前記絶縁材は、アルミナ，シリカ，ジル
   コニア，チタニア，ムライト，コージェライト，窒化珪
   素等の電気伝導性のないセラミックスの焼結体、あるい
   はそれを繊維状にしてシート加工したもの、あるいはそ
   れを溶射としてコーティングしたものであることを特徴
   とする請求項１記載の燃料供給パイプのシール構造。