JPH09293527A - 燃料電池の電気絶縁ガス分配管 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来の電気絶縁ガス分配管は、ガス分配機能
部分と電気絶縁機能部分とが空間的に分割され、特に電
気絶縁機能部分を限られたスペース内でコンパクトに、
高信頼性に構成することが困難であった。 【解決手段】 金属部材２０と電気絶縁性ガスケット２
１とを交互に複数積層して積層体２２とする。この積層
体２２を加圧板２５と主継手２４のフランジ２４ａとで
挟み、ボルト２６とナット２７とで締着一体化して電気
絶縁ガス分配管１００を組み立てる。この積層体２２に
は積層方向に主ガス流路および主ガス流路から分岐する
副ガス流路が設けられている。そして、副ガス流路と燃
料電池スタック５から延出されたガス配管７ａとが配管
２３およびチューブ継手２８を介して接続されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、燃料電池に接続
される複数のガス分配管を電気的に絶縁して接続する燃
料電池の電気絶縁ガス分配管に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図７は例えば特開昭６１−２４１６８号
公報に記載された従来の内部改質溶融炭酸塩型燃料電池
の電気絶縁ガス配管を示す側断面図である。図におい
て、１は燃料電池セル（以下、セルと言う）、２は燃料
ガスと酸化剤ガスとを仕切るセパレータ板、３は内部に
炭化水素分解触媒３ａを保持している平板状改質器、４
は端板である。５はセル１とセパレータ板２とを交互に
複数積層し、平板状改質器３を所定セル数毎に介在さ
せ、さらに端板４を両端に介装させて構成された燃料電
池スタックである。６ａは燃料ガスを各燃料電池セル１
に分配する燃料ガス入口マニホールド、６ｂは各燃料電
池セル１から排出される燃料ガスを集めて外部に排気す
る燃料ガス出口マニホールドである。７ａは燃料電池ス
タック５側のガス配管、７ｂは反応ガス系側のガス配
管、８はセラミック材料等の電気絶縁材でなりガス配管
７ａとガス配管７ｂとを連結する絶縁管であり、この絶
縁管８により平板状改質器３同士が電気的に絶縁されて
いる。９は燃料電池スタック５と燃料ガス入口マニホー
ルド６ａおよび燃料ガス出口マニホールド６ｂとの電気
的絶縁と燃料ガスの気密を保つための電気絶縁体であ
る。なお、図中、燃料ガスの流れる方向を矢印に示す。

【０００３】つぎに、上記従来の内部改質器溶融塩型燃
料電池の動作について説明する。炭化水素を主成分とす
る燃料とスチームとがガス配管７ｂ、絶縁管８およびガ
ス配管７ａを通して平板状改質器３に供給される。そし
て、燃料とスチームとは平板状改質器３内部で炭化水素
分解触媒３ａの触媒作用により水素と一酸化炭素を主要
成分とする燃料ガスに変質される。変質された燃料ガス
は燃料ガス入口マニホールド６ａ内部で流れの方向を反
転され、各セル１の燃料ガス側電極に分配供給される。
各セル１に供給された燃料ガスは電池反応を行った後、
燃料ガス出口マニホールド６ｂに集められ外部に排出さ
れる。ここで、セル１での電池反応により副生される熱
エネルギはそのほとんどが平板状改質器３を通して炭化
水素分解反応の反応熱として除去され、残りは反応ガス
を熱媒体としてガス冷却により除去される。また、燃料
電池スタック５は、約１Ｖ程度の直流電圧のセル１を多
数直列に接続した積層体であるため、各平板状改質器３
に接続されているガス配管７ａはそれぞれ電位をもって
いる。そして、絶縁管８によりガス配管７ａとガス配管
７ｂとが電気的に絶縁され、セル１同士の電気的短絡が
阻止されている。

【０００４】ここで、ガス配管７ａ，７ｂと絶縁管８と
の接続構造について説明する。セラミック材料等の絶縁
管８をステンレス等の金属からなるガス配管７ａ，７ｂ
に直接接続すると、両材料の熱膨張率の差に基づき昇温
時に熱応力を発生し、絶縁管８に割れを生じてしまう。
そこで、セラミック材料に熱膨張率の近いコバール等の
材料をまず絶縁管８のメタライズ層にロー付けにより接
合し、さらにガス配管７ａ，７ｂと絶縁管８とを接合し
て絶縁継手を構成している。このように構成された絶縁
継手構造は、コンパクト性、組立の簡便性において大き
な利点を有している。

【０００５】図８は例えば特開平２−１１９０５９号公
報に記載された従来の燃料電池の電気絶縁配管継手周り
を示す断面図である。図において、１０はフランジ１０
ａを有し燃料電池スタック５に接続されているガス配
管、１１はフランジ１１ａを有し反応ガス系に接続され
ているガス配管、１２はリング状に形成された電気絶縁
材、１３はリング状に形成されたガスケット、１４はボ
ルト、１５はナット、１６はガスケットである。ここ
で、ガス配管１０、１１はそれぞれ図７に示したガス配
管７ａ，７ｂに対応している。

【０００６】つぎに、従来の電気絶縁配管継手構造につ
いて説明する。ガス配管１０のフランジ１０ａとガス配
管１１のフランジ１１ａとが互いに突き合わせられてい
る。そして、フランジ１０ａとフランジ１１ａとの間に
は両面にガスケット１３があてがわれた電気絶縁材１２
が介装されている。さらに、フランジ１０ａ，１１ａを
挿通するボルト１４にナット１５が螺着され、ボルト１
４とナット１５との締着によりフランジ１０ａ，１１ａ
が締着固定されている。ボルト１４とフランジ１０ａと
の間にはガスケット１６が介装されている。そこで、ボ
ルト１４とナット１５との締着によりフランジ１０ａ，
１１ａとガスケット１４とが圧接され、ガス配管１０，
１１が気密的に接続される。また、電気絶縁材１２およ
びガスケット１３、１６によりガス配管１０，１１が電
気的に絶縁されて接続される。

【０００７】このように構成された電気絶縁管継手構造
は、熱サイクルによる電気絶縁材１２およびガスケット
１３の割れや電気絶縁性に関してリスクが小さく、電気
絶縁機能やガスシール性の面で基本的に高い信頼性が得
られるという利点を有している。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】図７に示される燃料電
池におけるガス分配管は以上のように、セラミック材料
に熱膨張率の近いコバール等の材料をまず絶縁管８のメ
タライズ層にロー付けにより接合し、さらにガス配管７
ａ，７ｂと絶縁管８とを接合する絶縁継手構造を採って
いるので、下記に記載されるように、材料の信頼性およ
びコストの面で不十分であるという課題があった。つま
り、ロー付け用のロー材としては、一般に銀ローが用い
られる。この銀ローは通常の上限使用温度が４００〜５
００℃程度であり、運転動作温度が６５０℃にもなる溶
融炭酸塩型燃料電池には使用が困難である。そこで、銀
ローに比べてより高温動作用の金ローを仕様しなければ
ならず、材料費が高くまた特注品であり、コストの高騰
をもたらすことになる。また、燃料電池スタック５の昇
温など燃料電池スタック５が温度変化するとき、燃料電
池スタック５とガス配管７ａ，７ｂとの温度や熱膨張率
などの違いにより、燃料電池スタック５とガス配管７
ａ，７ｂとの伸び量に違いが生じる。そこで、伸びる方
向が異なる燃料電池スタック５とガス配管７ａ，７ｂと
の接続部において、曲げなどの応力が作用し、ガス配管
７ａ，７ｂと絶縁管８との接続部あるいは絶縁管８にお
いて割れが生じることになる。また、メタライズ層と絶
縁管８との間の接着性については、強度面でバラツキが
発生しやすく、信頼性の面で問題となる。さらに、燃料
電池スタック５のヒートサイクルや緊急時の措置等の勾
配が急な温度変化では、絶縁管８が破損してしまうこと
になる。

【０００９】一方、図８に示される燃料電池におけるガ
ス分配管は以上のように、ガス配管１０，１１のフラン
ジ１０ａ，１１ａ間にガスケット１３が両面にあてがわ
れた電気絶縁材１２を介装し、フランジ１０ａ，１１ａ
をボルト１４とナット１５とで締着する電気絶縁管継手
構造を採っている。そこで、平板状改質器３および各セ
ル１は各々通常例えば１ｃｍ又はそれ以下と薄いため、
燃料電池スタック５より数セルおきに導き出されたガス
配管１０のピッチが短くなる。そして、隣り合うガス配
管１０のフランジ１０ａ同士が接触したり、フランジ１
０ａ，１１ａ同士の接続が困難となり、コンパクト性の
面で問題となる。また、燃料電池スタック５はセル１が
数十から数百程度積層されて構成されるので、燃料電池
スタック５から数セルおきに導き出されるガス配管１０
の本数が多くなり、部品点数の増大をもたらすととも
に、煩雑なボルト締め作業が増大し、組立性が低下して
しまう。さらに、溶融炭酸塩型燃料電池等の高温型燃料
電池の場合には、ガス配管１０，１１を通過するガス温
度が高温であるため、ガス配管１０，１１も高温とな
る。従って、フランジ１０ａ，１１ａをボルト締めして
いるボルト１４の熱膨張や電気絶縁材１２のバインダ飛
散等による寸法収縮が発生し、締め付け力が低下し、ガ
スリークが発生する等の問題がある。そして、増し締め
等の措置により寸法収縮による締め付け力の低下を回復
させることもできるが、ボルト１４の本数が極めて多
く、増し締め等の措置は実質的に不可能である。

【００１０】このように、従来の燃料電池における電気
絶縁ガス分配管は、ガス分配機能部分と電気絶縁機構部
分と空間的に分割して設けており、特に電気絶縁機構部
分に関し、限られたスペース内でコンパクト、かつ、信
頼性の高い状態でいかに設計するか大きな課題であっ
た。

【００１１】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたもので、複数のガス配管を設けている燃
料電池スタックの各ガス配管の電気絶縁性を確保しつ
つ、短いピッチのガス配管でも接続でき、ボルト等の部
品点数を削減でき、さらにボルトの締め付け力低下によ
るガスリークの発生を未然に防止することができ、信頼
性の高い、安価な、かつ、コンパクトな燃料電池の電気
絶縁ガス分配管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】この発明の第１の発明に
係る燃料電池の電気絶縁ガス分配管は、燃料電池セルを
多数積層してなる燃料電池スタックの一側面から該燃料
電池セルの複数セル毎に延出された複数のガス配管と外
部側のガス配管とを接続する燃料電池の電気絶縁ガス分
配管であって、平板状の金属部材と平板状の電気絶縁性
ガスケットとを交互に複数積層して構成され、該金属部
材および電気絶縁性ガスケットを積層方向に貫通する主
ガス流路が設けられ、さらに該金属部材のそれぞれに該
主ガス流路から分岐して外表面に至る副ガス流路が形成
された積層体と、外部側のガス配管と主ガス流路とを接
続する主継手と、燃料電池スタックから延出された複数
のガス配管と複数の副ガス流路とをそれぞれ接続する副
継手と、積層体を締結一体化する締結手段とを備えたも
のである。

【００１３】この発明の第２の発明に係る燃料電池の電
気絶縁ガス分配管は、上記第１の発明において、電気絶
縁性ガスケットが、電気絶縁性部材と、電気絶縁性部材
を挟んで相対して配置された一対のガスケットとから構
成されているものである。

【００１４】この発明の第３の発明に係る燃料電池の電
気絶縁ガス分配管は、上記第１の発明において、電気絶
縁性ガスケットが、電気絶縁性無機材料を主成分とする
ガスケットであるものである。

【００１５】この発明の第４の発明に係る燃料電池の電
気絶縁ガス分配管は、上記第１乃至第３のいずれかの発
明において、締結手段が、積層体の積層方向の両端にそ
れぞれ配された一対の加圧板と、一対の加圧板に積層方
向に挿通されたボルトと、ボルトに螺着されて一対の加
圧板同士を締着するナットとから構成され、さらにボル
トと積層体との間に断熱材を介装したものである。

【００１６】この発明の第５の発明に係る燃料電池の電
気絶縁ガス分配管は、上記第１乃至第３のいずれかの発
明において、締結手段が、積層体の積層方向の両端にそ
れぞれ配された一対の加圧板と、一対の加圧板に積層方
向に挿通されたボルトと、ボルトに螺着されて一対の加
圧板同士を締着するナットとから構成され、一対の加圧
板の少なくとも一方が、ボルトとナットの締着により弾
性変形するようになっているものである。

【００１７】この発明の第６の発明に係る燃料電池の電
気絶縁ガス分配管は、上記第１乃至第３のいずれかの発
明において、締結手段が、積層体の積層方向の両端にそ
れぞれ配された一対の加圧板と、一対の加圧板に積層方
向に挿通されたボルトと、ボルトに螺着されて一対の加
圧板同士を締着するナットとから構成され、ボルトが金
属部材の熱膨張係数より小さい熱膨張係数を有する材料
で作製されているものである。

【００１８】この発明の第７の発明に係る燃料電池の電
気絶縁ガス分配管は、上記第１乃至第３のいずれかの発
明において、積層体が積層方向に複数の積層体ブロック
に分割され、複数の積層体ブロックがそれぞれ締結手段
により締結一体化され、さらに複数の積層体ブロックの
それぞれの主ガス流路が主継手により外部側のガス配管
にそれぞれ接続されているものである。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
について説明する。 実施の形態１．図１はこの発明の実施の形態１に係る電
気絶縁ガス分配管を適用した燃料電池を示す側面図、図
２はこの発明の実施の形態１に係る電気絶縁ガス分配管
の構成を示す断面図、図３はこの発明の実施の形態１に
係る電気絶縁ガス分配管と燃料電池スタックとの連結部
構造を示す構成図であり、図において図８に示した従来
の燃料電池と同一または相当部分には同一符号を付し、
その説明を省略する。

【００２０】図において、１８は燃料ガスを供給する外
部側ガス供給配管、１９は燃料電池スタック５から排出
された燃料ガスを排気する外部側ガス排気配管である。
１００は電気絶縁ガス分配管、２０はステンレスなどか
らなる平板状の金属部材であり、この金属部材２０は貫
通孔２０ａがその軸心を通るように穿設され、さらに貫
通孔２０ｂが軸心と直交し、貫通孔２０ａと外表面とを
連通するように穿設されている。２１はアルミナ繊維を
主成分とし、タルタ鉱物を充填して形成された電気絶縁
性ガスケットであり、この電気絶縁性ガスケット２１は
貫通孔２１ａが軸心を通るように穿設されている。２２
は金属部材２０と電気絶縁性ガスケット２１とを交互に
複数積層してなる積層体であり、この積層体２２を構成
する金属部材２０と電気絶縁性ガスケット２１との貫通
孔２０ａ，２１ａが主ガス流通を構成し、貫通孔２０ｂ
が副ガス流通を構成している。

【００２１】２３は貫通孔２０ｂに連通するように金属
部材２０の外周面から延設された副継手としての配管、
２４は外部側ガス供給配管１８あるいは外部側ガス排気
配管１９と積層体２２の主ガス流通とを連結する主継手
であり、この主継手２４はフランジ２４ａ，２４ｂが両
端にそれぞれ設けられている。このフランジ２４ａは加
圧板として機能する。２５は加圧板、２６は積層体２２
を挟んで配設された加圧板２５とフランジ２４ａとに積
層方向に挿通されたボルト、２７はボルト２６に螺着さ
れて加圧板２５とフランジ２４ａとを締着するナットで
あり、ボルト２６とナット２７とから締着手段が構成さ
れている。２８はガス配管７ａと配管２３とを連結する
チューブ継手であり、このチューブ継手２８は本体２８
ａと袋ナット２８ｂとから構成されている。２９、３０
は外部側ガス供給配管１８あるいは外部側ガス排気配管
１９のフランジ１８ａ，１９ａと主継手２４のフランジ
２４ｂとを締着するボルトおよびナットである。なお、
図１中、矢印は燃料ガスの流れを示す。

【００２２】このように構成された電気絶縁ガス分配管
１００を組み立てるには、金属部材２０と電気絶縁性ガ
スケット２１とを交互に複数積み重ねて積層体２２を構
成する。そして、積層体２２の上下端に主継手２４と加
圧板２５とを配置する。この時、積層体２２の下端には
主継手２４のフランジ２４ａが宛てがわれている。つい
で、加圧板２５とフランジ２４ａとにボルト２６を挿通
し、ボルト２６にナット２７を螺着する。そして、ボル
ト２６にナット２７を締着し、主継手２４、加圧板２５
および積層体２２を締着一体化して電気絶縁ガス分配管
１００を組み立てる。

【００２３】ついで、燃料電池スタック５の平板状改質
器３から延出されたガス配管７ａと配管２３とをチュー
ブ継手２８の本体２８ａに挿入し、袋ナット２８ｂを締
着して連結する。さらに、主継手２４のフランジ２４ｂ
と外部側ガス供給配管１８のフランジ１８ａとを突き合
わせ、ボルト２９をフランジ２４ｂ，１８ａを通し、ボ
ルト２９にナット３０を締着して連結して、燃料電池ス
タック５の燃料ガス供給側への電気絶縁ガス分配管１０
０の組み付けが完了する。なお、燃料電池スタック５の
燃料ガス排出側への電気絶縁ガス分配管１００の組み付
けも、同様に行われる。

【００２４】つぎに、この実施の形態１の動作について
説明する。炭化水素を主成分とする燃料とスチームとが
外部側ガス供給配管１８から主継手２４を介して積層体
２２に供給される。そして、積層体２２の貫通孔２０
ａ，２１ａからなる主ガス流路を流通し、各金属部材２
０の貫通孔２０ｂを流通して配管２３に導かれる。さら
に、ガス配管７ａを介して平板状改質器３に供給され
る。そして、燃料とスチームとは平板状改質器３内部で
炭化水素分解触媒３ａの触媒作用により水素と一酸化炭
素を主要成分とする燃料ガスに変質される。変質された
燃料ガスは、燃料電池スタック５内に積層方向に設けら
れた貫通孔（図示せず）を介して各セル１の燃料ガス側
電極に分配供給される。各セル１に供給された燃料ガス
は電池反応を行った後、燃料電池スタック５内に積層方
向に設けられた貫通孔（図示せず）を介して平板状改質
器３に戻される。その後、ガス配管７ａおよび配管２３
を介して積層体２２に集められ、主継手２４および外部
側ガス排気配管１９を介して外部に排気される。

【００２５】このように、この実施の形態１によれば、
積層体２２が金属部材２０と電気絶縁性ガスケット２１
とを交互に積み重ねて構成されているので、燃料電池ス
タック５から延出されているガス配管７ａの積層方向の
ピッチが短い場合でも、金属部材２０の厚みを調整する
ことにより対応することができる。また、ガス配管７ａ
相互の電気絶縁が電気絶縁性ガスケット２１により達成
できるので、ガス配管７ａと配管２３との接続にチュー
ブ継手２８を用いることができる。そこで、ガス配管７
ａと配管２３との接続部にフランジ構造を採る必要がな
く、コンパクト性および組立の簡便性に優れて、かつ、
燃料電池スタック５のヒートサイクルや緊急時の措置な
どの勾配が急な温度変化に対しても十分な強度が得ら
れ、信頼性に優れている。さらに、ボルト、ナットが不
要となり、部品点数が削減でき、組立性を向上させるこ
とができる。また、電気絶縁ガス分配管１００の締着が
ボルト２６とナット２７により一括して行われるので、
ボルトの増し締め作業が簡易に行われ、ボルトの締め付
け力によるガスリークの発生を防止することができる。
また、電気絶縁性ガスケット２１がアルミナ繊維を主成
分とし、タルタ鉱物を充填させて作製されているので、
ガスシールを単一部品で構成でき、ガスシール箇所が少
なく、優れた信頼性が得られる。

【００２６】なお、上記実施の形態１では、チューブ継
手２８によりガス配管７ａと配管２３とを接続するもの
としているが、ガス配管７ａと配管２３とを溶接により
接続するものとしてもよい。この場合、優れた接続強度
が得られ、信頼性を向上させることができるとともに、
接続部の積層方向の突出量が極めて少なく、ガス配管７
ａの積層方向のピッチを小さくでき、コンパクト性を一
層向上させることができる。

【００２７】また、上記実施の形態１では、ガスケット
を構成するセラミック繊維であるアルミナ繊維を用い、
無機材料系充填物であるタルク鉱物を用いるものとして
いるが、この発明はこれに限定されるものではなく、セ
ラミック繊維としてはアルミナ繊維の他に例えばジルコ
ニア繊維を用いることができ、また無機材料系充填物と
してはタルク鉱物の他に例えばセピオライト鉱物を用い
ることができる。

【００２８】実施の形態２．上記実施の形態１では、セ
ラミック繊維を主成分とし、無機材料系充填物を充填し
てなる電気絶縁性ガスケット２１を用いるものとしてい
るが、この実施の形態２では、一対のガスケットにより
電気絶縁部材であるアルミナ焼結体を挟み込んで構成さ
れた電気絶縁性ガスケットを用いるものとしている。こ
の場合、アルミナ焼結体のような弾性に乏しい電気絶縁
部材も市販のガスケットと組み合わせることにより利用
することができ、汎用材料の利用により低コスト化が図
られる。また、ガスシールはガスシール性の機能のみを
果たせばよく、ガスシール性を向上させることができ
る。

【００２９】実施の形態３．図４はこの発明の実施の形
態３に係る燃料電池の電気絶縁ガス分配管を示す一部破
断側面図である。この実施の形態３では、ブランケット
断熱材３１が金属部材２０と電気絶縁性ガスケット２１
とからなる積層体２２を包囲するように配設されてい
る。なお、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成
されている。

【００３０】つぎに、この実施の形態３の特徴とする動
作について説明する。電気絶縁ガス分配管１００の主ガ
ス流路内を高温の反応ガスが通過し、金属部材２０が高
温となる。そして、ボルト２６は、ブランケット断熱材
３１により金属部材２０から断熱されており、金属部材
２０からの輻射熱により加熱されず、ボルト２６と金属
部材２０との間に温度差が発生する。ここで、３０ｍｍ
のブランケット断熱材３１を用いた場合、ボルト２６と
金属部材２０との温度差は約１５０℃となる。この温度
差に起因して、ボルト２６の熱膨張量は金属部材２０の
熱膨張量に比べて小さく、この熱膨張量の差が積層体２
２の締着力を増大するように作用する。

【００３１】このように、この実施の形態３によれば、
積層体２２を包囲するように配設されたブランケット断
熱材３１が、燃料電池の運転中に高温となる金属部材２
０からボルト２６を断熱するように作用し、ボルト２６
の熱膨張量を金属部材２０の熱膨張量より小さくしてい
る。そこで、積層体２２の締着力が増大し、増し締めの
手間が省けるとともに、ガスシール性を確保することが
できる。

【００３２】実施の形態４．図５はこの発明の実施の形
態４に係る燃料電池の電気絶縁ガス分配管を示す一部破
断側面図である。この実施の形態４では、積層体２２を
構成する電気絶縁性ガスケット２１のうち最上部に配置
されている電気絶縁性ガスケット２１には、貫通孔２１
ａが設けられていない。また、積層体２２を構成する金
属部材２０のうち最上部に配置されている金属部材２０
の貫通孔２０ａは、その上端が塞口されている。さら
に、主継手２４を挿通させる開口２５ａが設けられた加
圧板２５を積層体２２の下端に配し、一対の加圧板２
５，２５により積層体２２と主継手２４のフランジ２４
ａとを締結一体化するように構成されている。さらにま
た、加圧板２５はボルト２６およびナット２７による締
着力により弾性変形する大きさおよび材質のもので作製
されている。ここで、電気絶縁性ガスケット１枚当たり
の最大クリープによる縮み量が（初期縮み量を除いて）
０．０５ｍｍ、ガスケット数が４０枚とすれば、０．０
５×４０＝２ｍｍとなり、２ｍｍを目処に弾性変形量を
設計すればよい。なお、他の構成は、上記実施の形態１
と同様に構成されている。

【００３３】つぎに、この実施の形態４の特徴とする動
作について説明する。一対の加圧板２５，２５がボルト
２６およびナット２７により締着されると、上側の加圧
板２５は下方に湾曲し、下側の加圧板２５は上方に湾曲
する。この加圧板２５には弾性力により元の状態に復帰
しようとする復元力が発生する。この復元力は、積層体
２２を締着するように作用し、一対の加圧板２５，２５
による積層体２２の締着力を増大させる。そして、上側
の加圧板２５が大きく弾性変形し、加圧板２５と電気絶
縁性ガスケット２１との間に隙間が生じたとしても、積
層体２２を構成する金属部材２０のうち最上部に配置さ
れている金属部材２０の貫通孔２０ａは、その上端が塞
口されており、ガスシール性には何ら影響を及ぼさな
い。また、下側の加圧板２５が大きく弾性変形し、加圧
板２５と主継手２４のフランジ２４ａとの間に隙間が生
じたとしても、加圧板２５の締着力がフランジ２４ａに
作用し、該フランジ２４ａと電気絶縁性ガスケット２１
との間のガスシールが確保される。

【００３４】このように、この実施の形態４によれば、
ボルト２６およびナット２７の締着により加圧板２５が
弾性変形するように作製されているので、加圧板２５の
復元力が積層体２２の締着力を増大させるように作用す
る。そこで、ボルト２６の熱膨張による締め付け力の低
下や電気絶縁性ガスケット２１の収縮による締め付け力
の低下を防止でき、増し締めの手間が省けるとともに、
ガスシール性を確保することができる。また、最上部の
金属部材２０の貫通孔２０ａが上端で塞口され、一対の
加圧板２５，２５で積層体２２と主継手２４のフランジ
２４ａとを締結一体化しているので、加圧板２５の機能
が加圧機能のみとなり、加圧板２５の弾性変形量が大き
くなっても、十分なガスシール性を確保することができ
る。

【００３５】なお、上記実施の形態４では、最上部の金
属部材２０の貫通孔２０ａの上端を塞口し、一対の加圧
板２５，２５で積層体２２と主継手２４のフランジ２４
ａとを締結一体化するようにして、加圧板２５の弾性変
形量が大きくなってもガスシール性を確保できるように
構成しているが、加圧板２５の弾性変形量が小さく、加
圧板２５と電気絶縁性ガスケット２１との間に隙間が生
じないような場合には、上記実施の形態１の構成で、加
圧板２５および主継手２４のフランジ２４ａを弾性変形
する大きさ、材質に設定すればよい。

【００３６】実施の形態５．この実施の形態５では、線
膨張係数が金属部材２０の線膨張係数より小さい材料で
ボルト２６を作製するものとしている。ここで、ボルト
２６の材料として例えば炭素鋼を、金属部材２０の材料
として例えばステンレス鋼を用いることができる。な
お、他の構成は、上記実施の形態１と同様に構成されて
いる。

【００３７】この実施の形態５によれば、燃料電池の運
転中に金属部材２０が高温となり大きく熱膨張する。一
方、ボルト２６は金属部材２０に比べて低温であるとと
もに線膨張係数が小さく、その熱膨張量は金属の熱膨張
量に比べて小さい。そこで、加圧板２５および主継手２
４のフランジ２４ａを介しての積層体２２の締着力が増
大され、増し締めの手間が省けるとともに、ガスシール
性を確保することができる。

【００３８】実施の形態６．図６はこの発明の実施の形
態６に係る電気絶縁ガス分配管を適用した燃料電池を示
す側面図である。この実施の形態６では、積層体２２を
積層方向に３つの積層体ブロック２２ａに分割し、各積
層体ブロック２２ａをそれぞれ一対の加圧板２５，２５
で挟み、ボルト２６およびナット２７により締着一体化
している。また、積層体ブロック２２ａを構成する１つ
の金属部材２０から主継手２４を延設させている。そし
て、外部側ガス供給配管１８と各積層体ブロック２２ａ
の主継手２４とを接続している。また、外部側ガス供給
配管１８のフランジ１８ａと主継手２４のフランジ２４
ｂとの間にオリフィスなどの圧損要素３２を介装してい
る。なお、他の構成は上記実施の形態１と同様に構成さ
れている。

【００３９】この実施の形態６では、燃料とスチームか
らなる反応ガスが外部側ガス供給配管１８から圧損要素
３２を介して各積層体ブロック２２ａにそれぞれ供給さ
れる。そして、各積層体ブロック２２ａから配管２３お
よびガス配管７ａを介して燃料電池スタック５に供給さ
れる。

【００４０】一般に、高積層な燃料電池スタック５では
電気絶縁ガス分配管１００が高くなる。そこで、多くの
金属部材２０および電気絶縁性ガスケット２１を一括に
組み立てるのが、組立作業上困難であった。また、積層
数が増すにしたがって、金属部材２０および電気絶縁性
ガスケット２１に高度な平面度が要求され、コスト増を
もたらすことになる。さらに、電気絶縁ガス分配管１０
０が高くなるにしたがい、積層方向におけるガス分配性
が低下し、燃料電池スタック５に積層方向で均一なガス
供給ができなくなってしまう。

【００４１】この実施の形態６によれば、積層体２２が
３つの積層体ブロック２２ａに分割されているので、積
層体ブロック２２ａを構成する金属部材２０と電気絶縁
性ガスケット２１の個数を少なくできる。そこで、金属
部材２０と電気絶縁性ガスケット２１とを簡易に一括に
組み立てられ、組立作業性を向上させることができる。
また、金属部材２０および電気絶縁性ガスケット２１に
高度な平面度が要求されず、低コスト化を図ることがで
きる。さらに、接続部に圧損要素３２を介装しているの
で、積層方向における均一なガス分配性が得られ、燃料
電池スタック５に積層方向で均一なガス供給ができる。

【００４２】ここで、上記実施の形態６によれば、圧損
要素３２により各積層体ブロック２２ａへの反応ガスの
供給量をブロック毎に適宜調節することができる。そこ
で、積層体ブロック２２ａ毎にガス量および組成のガス
調節を独立して可能であり、燃料電池スタック５を各積
層体ブロック２２ａに対応する区分に分けて、各異なる
条件でガスの供給を行うことにより、燃料電池スタック
５の各区分で独立した運転が可能となるなど、燃料電池
スタック５の柔軟な運転を実現することができる。

【００４３】なお、上記各実施の形態では、電気絶縁ガ
ス分配管１００を、平板状改質器３を内蔵した燃料電池
の各平板状改質器３に燃料ガスを分配して供給し、電池
反応に供せられた燃料ガスを燃料電池から回収して排気
するものに適用するものとして説明しているが、酸化剤
ガスや冷却流体の給排に適用しても同様の効果を奏す
る。また、上記各実施の形態では、電気絶縁ガス分配管
１００を、燃料ガスの給排に適用するものとして説明し
ているが、燃料ガスの給排のいずれかに適用してもよ
い。そして、電気絶縁ガス分配管１００を例えば燃料ガ
スの供給に適用した場合には、燃料電池スタック５に燃
料ガス入口マニホールド６ａおよび燃料ガス出口マニホ
ールド６ｂを設けばよい。この場合、電気絶縁ガス分配
管１００を介して平板状改質器３に供給され、平板状改
質器３で改質された燃料ガスを燃料ガス入口マニホール
ド６ａにより反転させて各セル１に供給し、さらに各セ
ル１から排出された燃料ガスを燃料ガス出口マニホール
ド６ｂから外部に排気させることになる。また、上記各
実施の形態では、電気絶縁ガス分配管１００を、平板状
改質器３を内蔵した燃料電池に適用するものとして説明
しているが、平板状改質器３を内蔵していない燃料電池
に適用しても同様の効果を奏する。この場合、例えばセ
パレータ板２からガス配管７ａを延出させ、該ガス配管
７ａと電気絶縁ガス分配管１００とを接続するようにす
ればよい。

【００４４】

【発明の効果】この発明は、以上のように構成されてい
るので、以下に記載されるような効果を奏する。

【００４５】この発明の第１の発明によれば、燃料電池
セルを多数積層してなる燃料電池スタックの一側面から
該燃料電池セルの複数セル毎に延出された複数のガス配
管と外部側のガス配管とを接続する燃料電池の電気絶縁
ガス分配管であって、平板状の金属部材と平板状の電気
絶縁性ガスケットとを交互に複数積層して構成され、該
金属部材および電気絶縁性ガスケットを積層方向に貫通
する主ガス流路が設けられ、さらに該金属部材のそれぞ
れに該主ガス流路から分岐して外表面に至る副ガス流路
が形成された積層体と、外部側のガス配管と主ガス流路
とを接続する主継手と、燃料電池スタックから延出され
た複数のガス配管と複数の副ガス流路とをそれぞれ接続
する副継手と、積層体を締結一体化する締結手段とを備
えているので、燃料電池スタックから延出されているガ
ス配管相互の電気絶縁性を確保しつつ、ピッチの小さい
ガス配管にも接続でき、ボルト等の部品点数を削減で
き、信頼性の高い、安価な、かつ、コンパクトな燃料電
池の電気絶縁ガス分配管が得られる。

【００４６】この発明の第２の発明によれば、上記第１
の発明において、電気絶縁性ガスケットが、電気絶縁性
部材と、電気絶縁性部材を挟んで相対して配置された一
対のガスケットとから構成されているので、汎用部材を
使用でき、低コスト化を図ることができるとともに、ガ
スケットはガスシール性の機能のみを果たせばよく、ガ
スシール性を向上させることができる。

【００４７】この発明の第３の発明によれば、上記第１
の発明において、電気絶縁性ガスケットが、電気絶縁性
無機材料を主成分とするガスケットであるので、ガスケ
ット１部品で電気絶縁性とガスシール性の機能を果た
し、部品点数の削減を図ることができる。

【００４８】この発明の第４の発明によれば、上記第１
乃至第３のいずれかの発明において、締結手段が、積層
体の積層方向の両端にそれぞれ配された一対の加圧板
と、一対の加圧板に積層方向に挿通されたボルトと、ボ
ルトに螺着されて一対の加圧板同士を締着するナットと
から構成され、さらにボルトと積層体との間に断熱材を
介装したので、燃料電池の運転中において、ガス配管相
互の電気絶縁性を確保しつつ、積層体の締め付け力の低
下が抑えられ、ガスシール性を確保することができる。

【００４９】この発明の第５の発明によれば、上記第１
乃至第３のいずれかの発明において、締結手段が、積層
体の積層方向の両端にそれぞれ配された一対の加圧板
と、一対の加圧板に積層方向に挿通されたボルトと、ボ
ルトに螺着されて一対の加圧板同士を締着するナットと
から構成され、一対の加圧板の少なくとも一方が、ボル
トとナットの締着により弾性変形するようになっている
ので、ガス配管相互の電気絶縁性を確保しつつ、積層体
の締め付け力の低下が抑えられ、ガスシール性を確保す
ることができる。

【００５０】この発明の第６の発明によれば、上記第１
乃至第３のいずれかの発明において、締結手段が、積層
体の積層方向の両端にそれぞれ配された一対の加圧板
と、一対の加圧板に積層方向に挿通されたボルトと、ボ
ルトに螺着されて一対の加圧板同士を締着するナットと
から構成され、ボルトが金属部材の熱膨張係数より小さ
い熱膨張係数を有する材料で作製されているので、ガス
配管相互の電気絶縁性を確保しつつ、積層体の締め付け
力の低下が抑えられ、ガスシール性を確保することがで
きる。

【００５１】この発明の第７の発明によれば、上記第１
乃至第３のいずれかの発明において、積層体が積層方向
に複数の積層体ブロックに分割され、複数の積層体ブロ
ックがそれぞれ締結手段により締結一体化され、さらに
複数の積層体ブロックのそれぞれの主ガス流路が主継手
により外部側のガス配管にそれぞれ接続されているの
で、高積層による各金属部材の部材精度による高さのバ
ラツキを緩和して面圧を均一にし、ガスシール性を確保
することができるとともに、積層体の組立を容易にする
ことができる。また、各積層体ブロック毎にガスの給排
の調節ができ、より均一で柔軟なガス供給が可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の実施の形態１に係る電気絶縁ガス
分配管を適用した燃料電池を示す側面図である。

【図２】 この発明の実施の形態１に係る電池絶縁ガス
分配管の構造を示す断面図である。

【図３】 この発明の実施の形態１に係る電池絶縁ガス
分配管と燃料電池スタックとの連結部構造を示す構成図
である。

【図４】 この発明の実施の形態３に係る電池絶縁ガス
分配管を示す一部破断側面図である。

【図５】 この発明の実施の形態４に係る電池絶縁ガス
分配管を示す一部破断側面図である。

【図６】 この発明の実施の形態６に係る電気絶縁ガス
分配管を適用した燃料電池を示す側面図である。

【図７】 従来の燃料電池の電気絶縁ガス配管を示す側
断面図である。

【図８】 従来の燃料電池の電気絶縁配管継手周りを示
す断面図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池セル、５ 燃料電池スタック、７ａ ガス
配管、１８ 外部側ガス供給配管（外部側のガス配
管）、１９ 外部側ガス排気配管（外部側のガス配
管）、２０ 金属部材、２０ａ、２１ａ 貫通孔（主ガ
ス流路）、２０ｂ 貫通孔（副ガス流路）、２１ 電気
絶縁性ガスケット、２２ 積層体、２２ａ 積層体ブロ
ック、２３ 配管（副継手）、２４ 主継手、２４ａ
フランジ（加圧板）、２５ 加圧板、２６ ボルト（締
結手段）、２７ ナット（締結手段）、３１ ブランケ
ット断熱材。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 燃料電池セルを多数積層してなる燃料電
   池スタックの一側面から該燃料電池セルの複数セル毎に
   延出された複数のガス配管と外部側のガス配管とを接続
   する燃料電池の電気絶縁ガス分配管であって、 平板状の金属部材と平板状の電気絶縁性ガスケットとを
   交互に複数積層して構成され、該金属部材および電気絶
   縁性ガスケットを積層方向に貫通する主ガス流路が設け
   られ、さらに該金属部材のそれぞれに該主ガス流路から
   分岐して外表面に至る副ガス流路が形成された積層体
   と、 前記外部側のガス配管と前記主ガス流路とを接続する主
   継手と、 前記燃料電池スタックから延出された複数の前記ガス配
   管と複数の前記副ガス流路とをそれぞれ接続する副継手
   と、 前記積層体を締結一体化する締結手段とを備えたことを
   特徴とする燃料電池の電気絶縁ガス分配管。
2. 【請求項２】 電気絶縁性ガスケットが、電気絶縁性部
   材と、前記電気絶縁性部材を挟んで相対して配置された
   一対のガスケットとから構成されていることを特徴とす
   る請求項１記載の燃料電池の電気絶縁ガス分配管。
3. 【請求項３】 電気絶縁性ガスケットが、電気絶縁性無
   機材料を主成分とするガスケットであることを特徴とす
   る請求項１記載の燃料電池の電気絶縁ガス分配管。
4. 【請求項４】 締結手段が、積層体の積層方向の両端に
   それぞれ配された一対の加圧板と、前記一対の加圧板に
   積層方向に挿通されたボルトと、前記ボルトに螺着され
   て前記一対の加圧板同士を締着するナットとから構成さ
   れ、さらに前記ボルトと積層体との間に断熱材を介装し
   たことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
   燃料電池の電気絶縁ガス分配管。
5. 【請求項５】 締結手段が、積層体の積層方向の両端に
   それぞれ配された一対の加圧板と、前記一対の加圧板に
   積層方向に挿通されたボルトと、前記ボルトに螺着され
   て前記一対の加圧板同士を締着するナットとから構成さ
   れ、前記一対の加圧板の少なくとも一方が、前記ボルト
   と前記ナットの締着により弾性変形するようになってい
   ることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の
   燃料電池の電気絶縁ガス分配管。
6. 【請求項６】 締結手段が、積層体の積層方向の両端に
   それぞれ配された一対の加圧板と、前記一対の加圧板に
   積層方向に挿通されたボルトと、前記ボルトに螺着され
   て前記一対の加圧板同士を締着するナットとから構成さ
   れ、前記ボルトが金属部材の熱膨張係数より小さい熱膨
   張係数を有する材料で作製されていることを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池の電気絶縁
   ガス分配管。
7. 【請求項７】 積層体が積層方向に複数の積層体ブロッ
   クに分割され、前記複数の積層体ブロックがそれぞれ締
   結手段により締結一体化され、さらに前記複数の積層体
   ブロックのそれぞれの主ガス流路が主継手により外部側
   のガス配管にそれぞれ接続されていることを特徴とする
   請求項１乃至３のいずれかに記載の燃料電池の電気絶縁
   ガス分配管。