JPH09139225A - Fastening device for fuel cell - Google Patents

Fastening device for fuel cell

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JPH09139225A
JPH09139225A JP7317099A JP31709995A JPH09139225A JP H09139225 A JPH09139225 A JP H09139225A JP 7317099 A JP7317099 A JP 7317099A JP 31709995 A JP31709995 A JP 31709995A JP H09139225 A JPH09139225 A JP H09139225A
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JP
Japan
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fuel cell
base plate
pressing plate
bellows
upper base
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Application number
JP7317099A
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Japanese (ja)
Inventor
Katsumi Sato
克己 佐藤
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • H01M8/248Means for compression of the fuel cell stacks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fastening device for a fuel cell, capable of retaining necessary fastening pressure even in a condition where bellows pressure is lost, and eliminating the large size of the fuel cell even in a fuel cell having the many numbers of laminated layers. SOLUTION: A bellows 7 is provided, between an upper part base plate 5 installed in the upper part of a fuel cell 3 and a pushing plate 4 for pushing the fuel cell 3 to a lower part base plate 1, to supply pressure fluid to the bellows 7 from a pressure fluid supply device to generate fastening force for the fuel cell 3. A safety device can retain given fastening force when fastening force for the fuel cell 3 by the bellows 7 is lost. An interval retaining device can retain the interval, between the upper part base plate 5 and the pushing plate 4, at given interval.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、単電池とセパレー
タとを交互に多数積層して形成された積層型燃料電池の
締め付け装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fastening device for a stacked fuel cell, which is formed by alternately stacking a plurality of unit cells and separators.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、燃料電池は、電解質を保持した
マトリックスをカソード及びアノード電極で挟持して単
電池を形成し、この単電池をさらにセパレータを介して
多数積層してスタックとし、これにより燃料電池を形成
されている。セパレータの一方面側には燃料ガスが流さ
れ、その反対面側には酸化剤ガスが流される。すなわ
ち、燃料ガスとして水素ガスを含む可燃性の燃料ガスが
アノード電極側に流され、酸素を含む酸化剤ガスがカソ
ード側に流される。
2. Description of the Related Art Generally, in a fuel cell, a matrix holding an electrolyte is sandwiched between a cathode and an anode electrode to form a unit cell, and a plurality of the unit cells are further stacked via a separator to form a stack. The battery is formed. Fuel gas is caused to flow on one side of the separator, and oxidant gas is caused to flow on the opposite side. That is, a combustible fuel gas containing hydrogen gas as the fuel gas is flown to the anode electrode side, and an oxidant gas containing oxygen is flown to the cathode side.

【0003】この場合、この積層されたスタックに積層
方向に荷重をかけて、セパレータと単電池との接触圧力
を保つことによってガスの漏洩を防いでいる。また、各
部材の電気的接触抵抗は、積層方向の面圧力が大きいほ
ど小さくなるので、積層方向に過重をかけることによっ
て燃料電池の出力を高めることができる。
In this case, a gas is prevented from leaking by applying a load to the stacked stack in the stacking direction to maintain the contact pressure between the separator and the unit cell. Further, the electrical contact resistance of each member decreases as the surface pressure in the stacking direction increases, so that the output of the fuel cell can be increased by applying an excessive weight in the stacking direction.

【0004】一方、燃料電池は、運転時間の経過と共に
各部材が収縮する傾向にあり、強度も低下する、積層方
向の面圧力が大きくなり過ぎると、収縮を促進すること
になる。したがって、積層方向の面圧力は、発電に寄与
する面で常に均一かつ適正な値に保持する必要がある。
On the other hand, in the fuel cell, each member tends to shrink with the lapse of operating time, the strength also decreases, and if the surface pressure in the stacking direction becomes too large, the shrinkage is promoted. Therefore, the surface pressure in the stacking direction needs to be constantly maintained at a uniform and appropriate value in terms of contributing to power generation.

【0005】積層型燃料電池を上下から締め付けて、ガ
スの漏洩を防ぎ、単電池間の電気的接触抵抗を保持する
ための締め付け装置としては、図5に示すような締め付
け装置が従来より用いられている。
Conventionally, a tightening device as shown in FIG. 5 has been used as a tightening device for tightening a stacked fuel cell from above and below to prevent gas leakage and to maintain electric contact resistance between unit cells. ing.

【0006】図5において、積層した燃料電池3は、断
熱材2の絶縁材料を介して下部ベースプレート1及び押
付板4によって挟み、押付板4の上部に、密閉したべロ
ーズ7を単数あるいは複数個設置する。このベローズ7
が設置される上部ベースプレート5と押付板4との間隔
は、下部ベースプレート1に垂直に取り付けられたロッ
ド6で保持されるようになっており、ロッド6は上部ベ
ースプレート5に固定されている。
In FIG. 5, the stacked fuel cells 3 are sandwiched between the lower base plate 1 and the pressing plate 4 with the insulating material of the heat insulating material 2 interposed therebetween, and one or more sealed bellows 7 are provided above the pressing plate 4. Install. This bellows 7
The space between the upper base plate 5 and the pressing plate 4 on which is installed is held by a rod 6 vertically attached to the lower base plate 1, and the rod 6 is fixed to the upper base plate 5.

【0007】これらベローズ7は、圧力伝達配管8によ
り連結されており、加圧された圧力流体を加圧流体入口
9より供給しての缶体を膨脹させる。これにより燃料電
池3を締め付ける。この締め付け装置によれば、圧力流
体の圧力を調節することにより、容易に積層方向の面圧
力を一定の値で保持することができるため多くの積層型
燃料電池の締め付け装置に適用されている。
These bellows 7 are connected by a pressure transmission pipe 8 and supplied with a pressurized pressure fluid from a pressurized fluid inlet 9 to expand the can body. This tightens the fuel cell 3. According to this tightening device, the surface pressure in the stacking direction can be easily maintained at a constant value by adjusting the pressure of the pressure fluid, so that the tightening device is applied to many stacking fuel cell tightening devices.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料電
池は、連続して運転される間に収縮し、脆くなる傾向に
あるために、べローズ7や圧力伝達配管8、また圧力流
体供給装置等の腐食、あるいは動作不良に起因した缶体
(ベローズ)の内部圧力が失われる事態に際しては、ガ
スシール機能の低下を招くおそれがある。例えば、積層
方向の面圧力が必要最小限の圧力の値以下まで低下した
とすると、単電池とセパレータとのガスシール機能が失
われて燃料ガスおよび酸化材ガスの漏洩を起こす。これ
により、燃料ガスと酸化剤ガスとが直接燃焼あるいは爆
発等の危険性を生じ、ひいては燃料電池の破壊につなが
ることがある。
However, since the fuel cell tends to contract and become brittle during continuous operation, the fuel cell such as the bellows 7, the pressure transmission pipe 8, the pressure fluid supply device, etc. When the internal pressure of the can body (bellows) is lost due to corrosion or malfunction, the gas seal function may be deteriorated. For example, if the surface pressure in the stacking direction falls below the minimum required pressure value, the gas sealing function between the unit cells and the separator is lost, and fuel gas and oxidant gas leak. As a result, the fuel gas and the oxidant gas may directly burn or explode, which may lead to the destruction of the fuel cell.

【0009】また、一時的な圧力喪失であっても、脆化
した単電池は急激な面圧力の変化により内部で割れを生
じてしまうことがあり、燃料電池内部において直接ガス
が混合するいわゆるクロスリークを起こし、温度の異常
上昇や性能の低下をきたし、これも燃料電池の回復不能
な破壊につながることがある。
Further, even if the pressure is temporarily lost, the brittle unit cell may be internally cracked due to a sudden change in surface pressure, and so-called cross in which the gas is directly mixed inside the fuel cell. It causes a leak, which causes an abnormal rise in temperature and a drop in performance, which may also lead to irreversible destruction of the fuel cell.

【0010】また、燃料電池は、単電池では原理上約
0、8V程度の電圧しか発生せず、流すことの出来る電
流も(100〜200mm)A/cm2程度であるの
で、高い出力を得るためには、電極面積を大きくし、積
層する単電池の数を多くする必要がある。単電池の積層
数が多くなると、燃料電池の運転に伴う収縮量は積層数
に比例して大きくなる。したがって、ベローズ7の動作
距離も同様に大きくなるので、同じ構造のベローズ7で
あればベローズ7の高さが、積層数に比例して増すこと
になるり、締め付け装置が大型化する。
In principle, the fuel cell can generate only a voltage of about 0.8 V in a single cell, and the current that can be passed is (100 to 200 mm) A / cm 2, so that a high output can be obtained. Therefore, it is necessary to increase the electrode area and increase the number of unit cells to be stacked. When the number of stacked unit cells increases, the amount of shrinkage accompanying the operation of the fuel cell increases in proportion to the number of stacked units. Therefore, the operating distance of the bellows 7 also increases, so that if the bellows 7 have the same structure, the height of the bellows 7 increases in proportion to the number of stacked layers, and the tightening device becomes large.

【0011】以上述べたように、ベローズ式締め付け装
置は、容易に締め付け圧力を制御し均一に燃料電池を締
め付けることができる利点があるが、ベローズ圧力が喪
失した場合には、ガスリークや燃料電池の破壊を招くお
それがあり、また、装置が大型化することがあった。
As described above, the bellows type tightening device has an advantage that the tightening pressure can be easily controlled and the fuel cell can be uniformly tightened. However, when the bellows pressure is lost, a gas leak or a fuel cell failure occurs. There is a risk of destruction, and the device may increase in size.

【0012】本発明の目的は、ベローズ圧力が失われる
事態に際しても必要な締め付け圧力を保持することがで
き、積層数の多い燃料電池においても大型となることの
ない燃料電池の締め付け装置を提供するものである。
An object of the present invention is to provide a tightening device for a fuel cell, which can maintain a necessary tightening pressure even when the bellows pressure is lost and does not become large even in a fuel cell having a large number of stacked layers. It is a thing.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、燃料
電池の上部に設置された上部ベースプレートと燃料電池
を下部ベースプレートに押し付けるための押付板との間
に設けられたベローズと、ベローズに圧力流体を供給し
燃料電池の締め付け力を発生させるための圧力流体供給
装置と、ベローズによる燃料電池の締め付け力が喪失し
たときに所定の締め付け力を保持するための安全装置
と、上部ベースプレートと押付板との間隔を所定の間隔
に保持するための間隔保持装置とを備えている。
According to the invention of claim 1, there is provided a bellows provided between an upper base plate installed at an upper portion of the fuel cell and a pressing plate for pressing the fuel cell against the lower base plate, and a bellows. Pressure fluid supply device for supplying pressure fluid to generate the tightening force of the fuel cell, safety device for maintaining a predetermined tightening force when the bellows loses the tightening force of the fuel cell, upper base plate and pressing And a gap holding device for holding a gap between the plate and the plate at a predetermined gap.

【0014】請求項1の発明では、ベローズに供給する
圧力流体の圧力が失われたとき、安全装置が所定の締め
付け力を保持する。また、締め付け力の維持のために押
付板が移動した場合に間隔保持装置は上部ベースプレー
トと押付板との間隔を所定の間隔に保持する。これによ
って、ガスリーク防止機能を維持し燃料電池の各部材の
電気的接触を保持すると共に、締め付け装置の小型化を
可能とする。
According to the first aspect of the present invention, when the pressure of the pressure fluid supplied to the bellows is lost, the safety device holds a predetermined tightening force. Further, when the pressing plate moves to maintain the tightening force, the gap holding device holds the gap between the upper base plate and the pressing plate at a predetermined gap. As a result, the function of preventing gas leakage is maintained, electrical contact between the members of the fuel cell is maintained, and the tightening device can be downsized.

【0015】請求項2の発明は、請求項1の発明におい
て、安全装置は、上部ベースプレートと押付板との間に
通され押付板の移動に伴い回転するロッドと、ロッドに
取り付けられベローズによる押付板への押し付け方向に
対してはロッドの回転を可能としその逆方向の回転を阻
止して燃料電池の締め付け圧力を燃料電池の通常運転状
態の圧力に保持するストッパ付きブロックとを備えてい
る。
According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the safety device includes a rod which is inserted between the upper base plate and the pressing plate and which rotates with the movement of the pressing plate, and is pressed by a bellows attached to the rod. A block with a stopper is provided which allows the rod to rotate in the direction of pressing against the plate and prevents the rod from rotating in the opposite direction to hold the tightening pressure of the fuel cell at the pressure of the normal operating state of the fuel cell.

【0016】請求項2の発明では、燃料電池の収縮に応
じてベローズが膨張してロッドを回転させ、ストッパ付
きブロックを移動させる。ストッパ付きブロックは、そ
の状態での締め付け圧力を燃料電池の通常運転状態の締
め付け圧力として保持する。これにより、ベローズに供
給する圧力流体の圧力が失われたときにおいても通常運
転状態の圧力を保持する。
According to the second aspect of the invention, the bellows expands in response to the contraction of the fuel cell to rotate the rod and move the block with stopper. The block with stopper holds the tightening pressure in that state as the tightening pressure in the normal operation state of the fuel cell. This maintains the pressure in the normal operating state even when the pressure of the pressure fluid supplied to the bellows is lost.

【0017】請求項3の発明は、請求項1の発明におい
て、間隔保持装置は、燃料電池の収縮によりベローズが
膨張して押付板が下方に移動し、上部ベースプレートと
押付板との間隔が所定の上限値より大きくなったとき、
上部ベースプレートと押付板との間隔が所定の間隔にな
るように上部ベースプレートを下方に移動させるように
したものである。
According to a third aspect of the present invention, in the space holding device according to the first aspect, the bellows expands due to contraction of the fuel cell, the pressing plate moves downward, and the distance between the upper base plate and the pressing plate is predetermined. When the value exceeds the upper limit of
The upper base plate is moved downward so that the distance between the upper base plate and the pressing plate becomes a predetermined distance.

【0018】請求項3の発明では、燃料電池の収縮によ
り押付板が下方に移動したとき、間隔保持装置は上部ベ
ースプレートを下方に移動させて、上部ベースプレート
と押付板との間隔を所定の間隔に保持する。これによ
り、締め付け装置の小型化を図る。
According to the third aspect of the present invention, when the pressing plate moves downward due to the contraction of the fuel cell, the distance maintaining device moves the upper base plate downward so that the distance between the upper base plate and the pressing plate becomes a predetermined distance. Hold. As a result, the tightening device is downsized.

【0019】[0019]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。図1は、本発明の第1の実施の形態を示すブロッ
ク構成図である。この第1の実施の形態は、安全装置と
して、ロッド6にネジ部を施しそのネジ部と係合するス
トッパ付きブロック10aを備えている。この安全装置
により、ベローズ7による燃料電池3の締め付け力が喪
失したときに所定の締め付け力を保持する。また、間隔
保持装置として、スプリングロッド13に設けられ上部
ベースプレート5を押し下げるためのスプリング12
と、このスプリング12を保持するためのナット14及
びリング15と、上部ベースプレート5と押付板4との
間隔の上限及び下限を定めたリミッタブロック11と、
ストッパ付きブロック10bとを備え、スプリング12
は上部ベースプレート5を押し下げるように作用し、燃
料電池3の収縮により押付板4が下方に移動しリミッタ
ブロックで定めた上限に達したときは、上部ベースプレ
ート5をリミッタブロックで定めた下限まで下方に押し
下げる。そして、その際にストッパ付きブロック10b
は、上部ベースプレート5の位置を保持することにな
る。これにより、上部ベースプレート5と押付板との間
隔は所定の間隔に保持される。
Embodiments of the present invention will be described below. FIG. 1 is a block diagram showing the first embodiment of the present invention. The first embodiment is provided with, as a safety device, a block 10a with a stopper, which is provided with a threaded portion on the rod 6 and engages with the threaded portion. This safety device maintains a predetermined tightening force when the tightening force of the fuel cell 3 by the bellows 7 is lost. Further, as a space maintaining device, a spring 12 provided on the spring rod 13 for pushing down the upper base plate 5 is used.
A nut 14 and a ring 15 for holding the spring 12, and a limiter block 11 that defines upper and lower limits of the distance between the upper base plate 5 and the pressing plate 4.
A block with a stopper 10b and a spring 12
Acts to push down the upper base plate 5, and when the pressing plate 4 moves downward due to contraction of the fuel cell 3 and reaches the upper limit defined by the limiter block, the upper base plate 5 is lowered downward to the lower limit defined by the limiter block. Push down. Then, at that time, the block with stopper 10b
Holds the position of the upper base plate 5. Thereby, the space between the upper base plate 5 and the pressing plate is maintained at a predetermined space.

【0020】図1において、図5に示した従来例と同一
要素には同一符号を付し、その説明は省略する。図5に
示した従来例と同様に、積層された燃料電池3は、断熱
材2の絶縁材料を介してベースプレート1及び押付板4
によって挟まれ配置される。押付板4の上部には、密閉
したベローズ7が単数又は複数個設けられる。下部ベー
スプレート1に垂直に取り付けられたロッド6は、上部
ベースプレート5に固定されている。従って、ベローズ
7は上部ベースプレート5と押付板4との間に設置され
ることになる。
In FIG. 1, the same elements as those of the conventional example shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Similar to the conventional example shown in FIG. 5, the stacked fuel cells 3 have the base plate 1 and the pressing plate 4 with the insulating material of the heat insulating material 2 interposed therebetween.
It is sandwiched between and placed. A single or a plurality of sealed bellows 7 are provided on the top of the pressing plate 4. A rod 6 vertically attached to the lower base plate 1 is fixed to the upper base plate 5. Therefore, the bellows 7 is installed between the upper base plate 5 and the pressing plate 4.

【0021】ベローズ7は圧力伝達配管8により連結さ
れており、加圧された流体が加圧流体入口9より供給さ
れ缶体(ベローズ)を膨脹させる。これにより、燃料電
池3を締め付ける。さらに、ロッド6のネジ加工を施し
た部分を貫通して、ストッパ付きブロック10aが押付
板4に固定して設置されている。そして、そのストッパ
付きブロック10aには、上部ベースプレート5と押付
板4との間隔の上限及び下限を定めたリミッタブロック
11が設けられている。また、上部ベースプレート5に
も同様に、ロッド6のネジ加工を施した部分を貫通して
ストッパ付きブロック10bが固定されている。
The bellows 7 are connected by a pressure transmission pipe 8, and a pressurized fluid is supplied from a pressurized fluid inlet 9 to expand the can body (bellows). This tightens the fuel cell 3. Further, a block 10a with a stopper is fixedly installed on the pressing plate 4 through the threaded portion of the rod 6. The block 10a with a stopper is provided with a limiter block 11 that defines the upper limit and the lower limit of the distance between the upper base plate 5 and the pressing plate 4. Similarly, a block 10b with a stopper is fixed to the upper base plate 5 by penetrating the threaded portion of the rod 6.

【0022】次に、スプリングロッド13は、その一端
が押付板4に接合して配置され、スプリングロッド13
は上部ベースプレート5に置けられた穴を貫通し、そこ
にスプリング12がスプリングロッド13に挿入されて
いる。そして、リング15およびナット14により、ス
プリング12は保持されベースプレート5と挟まれるよ
うにする。ここで、スプリング2は、ナット14によっ
て所要量だけ締め込んであり、常にスプリング反力が作
用した状態にあり押付板4に上部ベースプレート5が押
し付けられることになる。
Next, the spring rod 13 is arranged such that one end thereof is joined to the pressing plate 4, and the spring rod 13 is
Penetrates a hole formed in the upper base plate 5, and the spring 12 is inserted into the spring rod 13 there. The spring 12 is held by the ring 15 and the nut 14 so as to be sandwiched between the spring 12 and the base plate 5. Here, the spring 2 is tightened by the nut 14 by a required amount, and the spring reaction force is always applied, so that the upper base plate 5 is pressed against the pressing plate 4.

【0023】図2は、ストッパ付きブロック10の詳細
図である。図2に示すようにストッパ付きブロック10
の内部には、歯車付き軸16がロッド6のネジ部と噛み
合うように固定されており、押付板4あるいは上部ベー
スプレート5の移動に伴い回転する。この歯車付き軸1
6の歯車には、図2に示すようにストッパ17が取り付
けられており、図2中の歯車部分に記した矢印方向の回
転は許し、逆方向の回転に対しては、ストッパ17の先
端が歯車に噛み合って回転を阻止する構成となってい
る。これにより、ストッパ付きブロック10aは押付板
4の上方への移動を阻止し、ストッパ付きブロック10
bは上部ベースプレート5の上方への移動を阻止する。
FIG. 2 is a detailed view of the block 10 with stopper. As shown in FIG. 2, the block with stopper 10
A shaft 16 with a gear is fixed in the inside of so as to mesh with the threaded portion of the rod 6, and rotates with the movement of the pressing plate 4 or the upper base plate 5. This geared shaft 1
A stopper 17 is attached to the gear No. 6 as shown in FIG. 2, and rotation in the direction of the arrow shown in the gear portion in FIG. 2 is allowed. It is configured to mesh with gears and prevent rotation. As a result, the block with stopper 10a prevents the pressing plate 4 from moving upward, and the block with stopper 10
b prevents the upper base plate 5 from moving upward.

【0024】次に、図3にリミッタブロック11の詳細
図を示す。押付板4に設置されたストッパ付きブロック
10の内部には、図3に示すようにバネ18によって常
に押し上げられている端子バー19が設けられている。
この端子バー19は上部ベースプレート5に接してお
り、この端子バー19には、図3のような位置にバー2
0が設置されると共に、このバー20が上部ベースプレ
ート5の移動と共に上下する。このバー20が上部の限
界、つまり上限に来たときに上限マイクロスイッチ21
が動作する。同様に、バー20が下部の限界、つまり下
限に来たときに下限マイクロスイッチ22が動作する。
Next, FIG. 3 shows a detailed view of the limiter block 11. As shown in FIG. 3, a terminal bar 19 that is constantly pushed up by a spring 18 is provided inside the stopper-equipped block 10 installed on the pressing plate 4.
The terminal bar 19 is in contact with the upper base plate 5, and the terminal bar 19 has the bar 2 at the position shown in FIG.
0 is installed and the bar 20 moves up and down as the upper base plate 5 moves. When the bar 20 reaches the upper limit, that is, the upper limit, the upper limit micro switch 21
Works. Similarly, the lower limit microswitch 22 operates when the bar 20 reaches the lower limit, or lower limit.

【0025】ここで、上限マイクロスイッチ21が動作
すると、ベローズ7に供給する加圧流体の圧力を無くす
ように、また、下限マイクロスイッチ22が作用すると
加圧流体の圧力が回復するように、それらの信号はリー
ド線23を介して加圧流体供給装置に送出されるように
構成されている。
Here, when the upper limit microswitch 21 operates, the pressure of the pressurized fluid supplied to the bellows 7 is eliminated, and when the lower limit microswitch 22 acts, the pressure of the pressurized fluid recovers. Signal is sent to the pressurized fluid supply device via the lead wire 23.

【0026】いま、燃料電池3が収縮し、ベローズ7の
内部圧力による膨脹によって燃料電池3を締め付ける場
合を考える。その際には、ストッパ付きブロック10a
により、押付板4は燃料電池3の収縮方向への移動は可
能となるが、膨脹方向への移動は出来ないようになる。
また、燃料電池3の弾性変形の反力によって、押付板4
が燃料電池3の膨脹方向に押し戻されることはない。従
って、押付板4はその時点の位置に拘束されるため、反
力が燃料電池3自体に作用して締め付け圧力が保持され
る。
Now, consider a case where the fuel cell 3 contracts and the bellows 7 expands due to the internal pressure to tighten the fuel cell 3. In that case, the block with stopper 10a
As a result, the pressing plate 4 can move in the contracting direction of the fuel cell 3, but cannot move in the expanding direction.
Further, due to the reaction force of the elastic deformation of the fuel cell 3, the pressing plate 4
Are not pushed back in the direction of expansion of the fuel cell 3. Therefore, since the pressing plate 4 is restrained at the position at that time, the reaction force acts on the fuel cell 3 itself and the tightening pressure is maintained.

【0027】一方、燃料電池3の運転に伴う収縮によっ
て押付板4が下方に下がると、リミッタブロック11と
上部ベースプレート5との間に隙間が生じる。さらに燃
料電池が収縮すると、ついには、リミッタブロック11
の上限マイクロスイッチ21が動作してベローズ7の流
体圧力が自動的に抜けることになる。そうすると、べロ
ーズ7の反力が失われるので、上部ベースプレート5は
スプリング12により押し下げられて、再び上部ベース
プレート5とリミッタブロック11との間隔は小さくな
り、端子バー19は押し下げられる。さらに、間隔が小
さくなると下限マイクロスイッチ22が動作して、再び
ベローズ7に圧力が加えられる。燃料電池3が収縮を継
続する限り、この一連の動作を繰り返すので、上部ベー
スプレート5は、あたかも押付板4との間隔をほぼ一定
に保つように燃料電池3の収縮に応じて常に移動を繰り
返す。
On the other hand, when the pressing plate 4 moves downward due to contraction accompanying the operation of the fuel cell 3, a gap is created between the limiter block 11 and the upper base plate 5. When the fuel cell further contracts, the limiter block 11 is finally released.
The upper limit micro switch 21 operates to automatically release the fluid pressure of the bellows 7. Then, since the reaction force of the bellows 7 is lost, the upper base plate 5 is pushed down by the spring 12, the gap between the upper base plate 5 and the limiter block 11 becomes small again, and the terminal bar 19 is pushed down. Further, when the interval becomes smaller, the lower limit micro switch 22 operates and pressure is applied to the bellows 7 again. As long as the fuel cell 3 continues to contract, this series of operations is repeated, so that the upper base plate 5 constantly repeats movement in accordance with the contraction of the fuel cell 3 so as to keep the distance from the pressing plate 4 substantially constant.

【0028】このように、この第1の実施の形態によれ
ば、極めて簡易な機構により、必要な締め付け圧力を常
時保持すると共に、上部ベースプレート5と押付板4と
の間隔がほぼ一定に保たれるので、ベローズ7の必要な
動作距離は上下限マイクロスイッチの間隔程度の設計で
良いことになる。これにより、極めて小型の締め付け装
置を提供することが可能となる。
As described above, according to the first embodiment, the required tightening pressure is constantly maintained and the distance between the upper base plate 5 and the pressing plate 4 is kept substantially constant by the extremely simple mechanism. Therefore, the required operating distance of the bellows 7 may be designed to be the distance between the upper and lower limit microswitches. This makes it possible to provide a very compact tightening device.

【0029】次に、本発明の第2の実施の形態を図4に
示す。この第2の実施の形態は、第1の実施の形態にお
ける間隔保持装置のスプリング12に代えて、サーボモ
ータ26により上部ベースプレート5を下方に押し付け
るようにしたものである。すなわち、スプリング12、
スプリングロッド13、ナット14、リング15に代え
て、上部ベースプレート5に押し付け力を供給するため
のギヤ付きナット24、ギヤ付きナット24に回転力を
伝達するためのウォームギヤ25、ウォームギヤ25に
回転力を与えるサーボモータ26としたものである。
Next, FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention. In the second embodiment, the upper base plate 5 is pressed downward by a servo motor 26 in place of the spring 12 of the spacing device in the first embodiment. That is, the spring 12,
Instead of the spring rod 13, the nut 14, and the ring 15, a nut with gear 24 for supplying a pressing force to the upper base plate 5, a worm gear 25 for transmitting a torque to the nut 24 with a gear, and a worm gear 25 with torque. The servo motor 26 is given.

【0030】図4において、図1に示した第1の実施の
形態と同一要素には、同一符号を付し、その説明は省略
する。積層された燃料電池3は、断熱材2の絶縁材料を
介してベースプレト1及び押付板4によって挟まれ設け
られる。押付板4の上部には、密閉したベローズ7が設
けられている。下部ベースプレート1に垂直に取り付け
られたロッド6には上部ベースプレート5が固定され、
押付板4と上部ベースプレート5との間にベローズ7は
配置されることになる。
In FIG. 4, the same elements as those of the first embodiment shown in FIG. 1 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. The stacked fuel cells 3 are sandwiched by the base plate 1 and the pressing plate 4 with the insulating material of the heat insulating material 2 interposed therebetween. A sealed bellows 7 is provided on the top of the pressing plate 4. The upper base plate 5 is fixed to the rod 6 vertically attached to the lower base plate 1,
The bellows 7 is arranged between the pressing plate 4 and the upper base plate 5.

【0031】ベローズ7は圧力伝達配管8により連結さ
れており、加圧された流体を加圧流体入口9より供給し
て缶体(ベローズ)を膨脹させることにより、燃料電池
3を締め付ける。さらに、ロッド6のネジ加工を施した
部分を貫通して、ストッパ付きブロック10aを押付板
4に固定して設置している。また、上部ベースプレート
5にも、同様に、ロッド6のネジ加工を施した部分を貫
通してストッパ付きブロック10bが固定されている。
The bellows 7 are connected by a pressure transmission pipe 8, and a pressurized fluid is supplied from a pressurized fluid inlet 9 to expand the can body (bellows) to tighten the fuel cell 3. Further, the block with a stopper 10a is fixedly installed on the pressing plate 4 by penetrating the threaded portion of the rod 6. Similarly, a block 10b with a stopper is fixed to the upper base plate 5 as well by penetrating the threaded portion of the rod 6.

【0032】そして、押付板4には、リミッタブロック
11が取り付けられている。上部ベースプレート5に取
り付けられたストッパ付きブロック10bの上部には、
ロッド6に取り付けられたギア付きナット24が設置さ
れており、このギヤ付きナット24はウォームギヤ25
を介してサーボモータ26により回転されるように構成
されている。
A limiter block 11 is attached to the pressing plate 4. On the upper part of the block with stopper 10b attached to the upper base plate 5,
A nut 24 with a gear attached to the rod 6 is installed, and the nut 24 with a gear is a worm gear 25.
It is configured to be rotated by the servo motor 26 via.

【0033】このリミッタブロック11の内部には、図
3に示したようにバネ18によって常に押し上げられて
いる端子バー19が上部ベースプレート5に接してい
る。この端子バー19には、図3のような位置にバー2
0が設置されると共に、このバー20が上部ベースプレ
ート5の移動と共に上下する。このバー20が上部の限
界にきたときに動作する上限マイクロスイッチ21と、
バー20が下方の限界にきたときに動作する下限マイク
ロスイッチ22が固定されている。図3には、記載しな
いが、上限マイクロスイッチ21が動作すると、サーボ
モータ26が回転してナット22が下がる方向に回転す
るように、また、下限マイクロスイッチ22が作用する
とサーボモータ26の回転が停止するように構成する。
Inside the limiter block 11, a terminal bar 19 which is constantly pushed up by a spring 18 is in contact with the upper base plate 5 as shown in FIG. This terminal bar 19 has a bar 2 at a position as shown in FIG.
0 is installed and the bar 20 moves up and down as the upper base plate 5 moves. An upper limit micro switch 21 that operates when the bar 20 reaches the upper limit,
A lower limit microswitch 22 is fixed which operates when the bar 20 reaches the lower limit. Although not shown in FIG. 3, when the upper limit microswitch 21 operates, the servomotor 26 rotates so that the nut 22 lowers, and when the lower limit microswitch 22 acts, the rotation of the servomotor 26 is prevented. Configure to stop.

【0034】このように構成することにより、燃料電池
3が収縮を継続する限り、この一連の動作を繰り返すの
で、上部ベースプレート5は、あたかも押付板4との間
隔をほぼ一定に保つように燃料電池3の収縮に応じて常
に移動を繰り帰す作用をするので、第1の実施の形態と
同様の効果が得られることは明らかである。
With this configuration, as long as the fuel cell 3 continues to contract, this series of operations is repeated, so that the upper base plate 5 keeps the space between the upper base plate 5 and the pressing plate 4 almost constant. It is obvious that the same effect as that of the first embodiment can be obtained because it has the action of always returning according to the contraction of 3.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ベ
ローズが燃料電池を直接押している押付板の位置が燃料
電池の運転時間の経過に伴って収縮すると、その収縮に
応じて押付板が移動し、押付板の位置が収縮方向とは逆
方向の移動は拘束して押付板の位置を保持し、かつ、押
付板が燃料電池の収縮により一定の距離だけ下方に移動
した場合に、上部ベースプレートを所定の間隔まで押し
下げるようにしているので、押付板が荷重方向の逆向き
(燃料電池の膨脹方向)に戻ること無く、その時点の位
置に拘束される。
As described above, according to the present invention, when the position of the pressing plate where the bellows directly presses the fuel cell contracts as the operating time of the fuel cell elapses, the pressing plate responds to the contraction. Moves, the position of the pressing plate is restrained from moving in the direction opposite to the contracting direction to hold the position of the pressing plate, and when the pressing plate moves downward by a certain distance due to contraction of the fuel cell, Since the upper base plate is pushed down to a predetermined distance, the pressing plate is restrained at the position at that time without returning to the reverse direction of the load direction (the expansion direction of the fuel cell).

【0036】従って、通常運転時の面圧に対応する燃料
電池の弾性変形によって生ずる反力が、燃料電池自体に
作用して締め付け圧力が保持されることになる。このこ
とから、単電池とセパレータとのガスシール機能が維持
されると共に、燃料電池の急激な膨脹も回避される。ま
た、ベローズの構造は、必要最小限の動作距離のもので
良いので、燃料電池の積層数によらない小型の締め付け
装置が可能となる。
Therefore, the reaction force generated by the elastic deformation of the fuel cell corresponding to the surface pressure during normal operation acts on the fuel cell itself and the tightening pressure is maintained. Therefore, the gas sealing function between the unit cell and the separator is maintained, and the rapid expansion of the fuel cell is avoided. Further, since the structure of the bellows may have a minimum required working distance, a compact tightening device that does not depend on the number of stacked fuel cells can be provided.

【0037】このように、本発明は簡易な機構により、
必要な締め付け圧力を保持しつつ、燃料電池のガスシー
ル機能を維持することが可能となる。また、燃料電池の
急激の膨脹に伴う破壊を防止して、燃料電池の回復不能
な性能低下を防止するだけでなく、ベローズの動作距離
を燃料電池積層枚数に無関係に必要最小限にすることが
できる。
As described above, the present invention has a simple mechanism,
It is possible to maintain the gas sealing function of the fuel cell while maintaining the required tightening pressure. In addition to preventing damage due to sudden expansion of the fuel cell to prevent unrecoverable deterioration of performance of the fuel cell, the operating distance of the bellows can be minimized regardless of the number of stacked fuel cells. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の第1の実施の形態を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of the present invention.

【図2】本発明におけるストッパ付きブロックの説明
図。
FIG. 2 is an explanatory diagram of a block with a stopper according to the present invention.

【図3】本発明におけるリミッタブロックの説明図。FIG. 3 is an explanatory diagram of a limiter block according to the present invention.

【図4】本発明の第2の実施の形態を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing a second embodiment of the present invention.

【図5】従来例の構成図。FIG. 5 is a configuration diagram of a conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 下部ベースプレート 2 断熱材 3 燃料電池 4 押付板 5 上部ベースプレート 6 ロッド 7 ベローズ 8 圧力伝達配管 9 加圧流体入口 10 ストッパ付きブロック 11 リミッタブロック 12 スプリング 13 スプリングロッド 14 ナット 15 リング 16 歯車付き軸 17 ストッパ 18 バネ 19 端子バー 20 バー 21 上限マイクロスイッチ 22 下限マイクロスイッチ 23 リード線 24 ギヤ付きナット 25 ウォームギヤ 26 サーボモータ 1 Lower Base Plate 2 Heat Insulation Material 3 Fuel Cell 4 Pressing Plate 5 Upper Base Plate 6 Rod 7 Bellows 8 Pressure Transmission Pipe 9 Pressurized Fluid Inlet 10 Block with Stopper 11 Limiter Block 12 Spring 13 Spring Rod 14 Nut 15 Ring 16 Geared Shaft 17 Stopper 18 Spring 19 Terminal Bar 20 Bar 21 Upper Micro Switch 22 Lower Micro Switch 23 Lead Wire 24 Nut with Gear 25 Worm Gear 26 Servo Motor

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単電池とセパレータとを交互に多数積層
して形成された燃料電池を上下から締め付けて、前記単
電池に供給する燃料ガス及び酸化剤ガスの漏洩を防ぐと
共に、前記単電池間の電気的接触を保持するための燃料
電池の締め付け装置において、前記燃料電池の上部に設
置された上部ベースプレートと前記燃料電池を下部ベー
スプレートに押し付けるための押付板との間に設けられ
たベローズと、前記ベローズに圧力流体を供給し前記燃
料電池の締め付け力を発生させるための圧力流体供給装
置と、前記ベローズによる前記燃料電池の締め付け力が
喪失したときに所定の締め付け力を保持するための安全
装置と、前記上部ベースプレートと前記押付板との間隔
を所定の間隔に保持するための間隔保持装置とを備えた
ことを特徴とする燃料電池の締め付け装置。
1. A fuel cell formed by alternately stacking a plurality of unit cells and separators is clamped from above and below to prevent leakage of a fuel gas and an oxidant gas supplied to the unit cells, and between the unit cells. In a tightening device of a fuel cell for maintaining the electrical contact of, a bellows provided between an upper base plate installed on the upper part of the fuel cell and a pressing plate for pressing the fuel cell to the lower base plate, A pressure fluid supply device for supplying a pressure fluid to the bellows to generate a tightening force of the fuel cell, and a safety device for maintaining a predetermined tightening force when the bellows loses the tightening force of the fuel cell. And a gap holding device for holding the gap between the upper base plate and the pressing plate at a predetermined gap. Batteries tightening device.
【請求項2】 前記安全装置は、前記上部ベースプレー
トと前記押付板との間に通され前記押付板の移動に伴い
回転するロッドと、前記ロッドに取り付けられ前記ベロ
ーズによる前記押付板への押し付け方向に対しては前記
ロッドの回転を可能としその逆方向の回転を阻止して前
記燃料電池の締め付け圧力を前記燃料電池の通常運転状
態の圧力に保持するストッパ付きブロックとを備えたこ
とを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の締め付け装
置。
2. The safety device includes a rod which is inserted between the upper base plate and the pressing plate and which rotates as the pressing plate moves, and a pressing direction of the bellows attached to the rod to the pressing plate. In contrast to the above, a block with a stopper is provided, which enables rotation of the rod and prevents rotation in the opposite direction to hold the tightening pressure of the fuel cell at the pressure of the normal operating state of the fuel cell. The tightening device for a fuel cell according to claim 1.
【請求項3】 前記間隔保持装置は、前記燃料電池の収
縮により前記ベローズが膨張して前記押付板が下方に移
動し、前記上部ベースプレートと前記押付板との間隔が
所定の上限値より大きくなったとき、前記上部ベースプ
レートと前記押付板との間隔が所定の間隔になるように
前記上部ベースプレートを下方に移動させるようにした
ことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池の締め付け
装置。
3. In the gap holding device, the bellows expands due to contraction of the fuel cell, the pressing plate moves downward, and the gap between the upper base plate and the pressing plate becomes larger than a predetermined upper limit value. The fastening device for a fuel cell according to claim 1, wherein the upper base plate and the pressing plate are moved downward so that the distance between the upper base plate and the pressing plate is a predetermined distance.
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