JPH0945357A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】絶縁管の強度を増し信頼性の高い燃料電池を提
供すること。 【解決手段】所定数の単位電池ごとに冷却板を配置して
積層体を形成し、積層体の側面に反応ガス供給及び排出
用のガスマニホールドを取り付けるとともに、冷却板に
埋設された伝熱管に冷却水を通流させるための冷却水供
給及び排出用の水マニホールドを取り付け、水マニホー
ルドに大地間との絶縁を保持する絶縁管を接続してなる
燃料電池において、絶縁管の端部に取り付けた絶縁部材
と絶縁管と接続される絶縁ホースを外周部より固定する
固定金具のフランジ間を補強用スタッドで固定している
ので、絶縁管の両端の絶縁を保ちつつ、内圧によって絶
縁ホースに働く剪断力によって絶縁ホースが破損した
り、あるいは抜けたりしないように補強及び取付け位置
が固定される。従って、冷却水が漏れ出す心配がなく、
またスタッドの強度は十分あるので電池容量の増加にも
容易に対応でき、信頼性の高い燃料電池を提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に係わり、特に
単位電池を積層した積層体を冷却する冷却系の絶縁接続
管を備えた燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は燃料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せるエネ
ルギを直接電気エネルギに変換する装置である。現在、
開発が進められている燃料電池は、電解質を含浸させた
電解質層を挟んで１対の多孔質電極を配置してなる単電
池を四角柱状に複数個積層して積層体を構成し、その積
層体の４つの側面に反応ガス供給・排出用のマニホール
ドが取り付けられている。また、この積層体の運転温度
は構成部材の耐熱性の制約から２００℃前後に維持する
ことが望ましい。そのため、積層体内に埋設させた冷却
管に冷却水を循環させて、運転中に発生する熱を除去す
るようにしている。

【０００３】従来の燃料電池、特にその冷却系を図３お
よび図４について説明する。図３において、燃料極と空
気極からなる単位セルがセパレータを介して所定数積層
されてサブスタック１ａが構成され、このサブスタック
１ａを冷却板１ｂを介して複数個積層し、その上下に図
示しない締付板を配置して図示しないタイロッドを用い
て締付けることにより積層体１を構成している。

【０００４】また、積層体１の周囲の４つの側面には、
反応ガスを供給・排出するためのガス供給マニホールド
２及びガス供給マニホールド３が取り付けられている。
冷却板１ｂに埋設されている伝熱管４に冷却水を供給・
排出するための入口水マニホールド５及び出口水マニホ
ールド６が積層体１の周囲に取付けられている。

【０００５】さらに、入口水マニホールド５及び出口水
マニホールド６は、積層体１の下部電位と同電位になっ
ており、大地電位にあるプラント系の配管７とは電気的
に絶縁する必要があるため、各々の水マニホールド５，
６とプラント系の配管７の間には絶縁管８を設けてい
る。この絶縁管８は、図４に示すように絶縁ホース９の
外側に補強ブレード１０が設けられており、その両面に
絶縁ホース９及び補強ブレード１０を芯金１２に取り付
け固定する固定金具１１が配設されている。

【０００６】通常、冷却水は発電部において二相流とな
るように設計されているので、絶縁管８は数ＭＰａの内
圧に耐える必要があり、補強ブレード１０には金属材料
が用いられる。また、絶縁管８の両端を電気的に絶縁す
るために、絶縁ホース９は金具１１及び補強ブレード１
０の外側まで延び、補強ブレード１０と芯金１２の隙間
で絶縁を確保する構造となっている。

【０００７】このような構造の燃料電池では、水マニホ
ールド５，６とプラント系の配管７との間には数ＫＶの
電圧差があり、更に絶縁管８内部にはある程度の電気伝
導度を有する冷却水が流れているので、内部の絶縁距離
が必要とされる程度の絶縁ホース９の長さが必要とな
る。また、水マニホールド５，６とプラント系の配管７
の製作誤差を吸収させるため、絶縁管８は可撓性を持た
せる必要がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記した従来
の絶縁管構造には以下のような問題があった。すなわ
ち、絶縁管８の両端を電気的に絶縁するために絶縁ホー
ス９が金具１１及び補強ブレード１０の外側まで延び、
絶縁ホース９の取り付けは金具１１を締め付けることに
よって行う構造となっている。このような締付け方法の
場合、金具１１と補強ブレード１０の間及び補強ブレー
ド１０と絶縁ホース９の間は非常に大きな摩擦力が働く
ためこの部分からの破損は発生しにくいが、絶縁ホース
９と芯金１２の間は絶縁ホース９が芯金に食い込んだだ
けであり、また絶縁ホース９は絶縁材料であるため高温
状態における強度は他の金属材料に比較して低い。この
ため、絶縁管８に加わる内圧により絶縁ホース９に剪断
力がかかり絶縁ホース９が芯金１２より抜けたり、ある
いは絶縁ホース９自身が破損する恐れがあった。

【０００９】また、前述したように絶縁管８は、ある程
度の長さと可撓性を有する必要があるため、絶縁ホース
９が芯金１２より抜けたり、あるいは絶縁ホース９が破
損する可能性が高かった。

【００１０】更に、電池容量を増加させる場合は、セル
数を増加させることで対応可能であるが、セル温度を一
定にする必要があるため冷却板枚数も増加させる必要が
あり、入口水マニホールド５、出口マニホールド６及び
絶縁管８内の流量が増加するため内径寸法を大きくする
必要がある。このように内径寸法が大きくなると絶縁ホ
ース９に働く剪断力も大きくなるので、さらに絶縁ホー
ス９が芯金１２より抜けたり、あるいは絶縁ホース９が
破損する可能性がさらに高くなる。

【００１１】また万一、絶縁管８の破損が発生すると、
この破損部分より冷却水が漏れ出し電池積層体が冷却水
によって洗われ、電解質の損失及び部材の腐食が引き起
こされる。そうなると、積層体に冷却水が供給されなく
なるため積層体温度が上昇し電池に対して致命的な影響
を及ぼす原因となってしまう。本発明は、上記事情に鑑
みてなされたもので、その目的は絶縁管の強度を増し信
頼性の高い燃料電池を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項１は、所定数の単位電池ごとに冷却
板を配置して積層体を形成し、この積層体の側面に反応
ガス供給及び排出用のガスマニホールドを取り付けると
ともに、前記冷却板に埋設された伝熱管に冷却水を通流
させるための冷却水供給及び排出用の水マニホールドを
取り付け、前記水マニホールドに大地間との絶縁を保持
する絶縁管を接続してなる燃料電池において、前記絶縁
管の端部に取り付けた絶縁部材と前記絶縁管と接続され
る絶縁ホースを外周部より固定する固定金具のフランジ
間を補強用スタッドで固定したことを特徴とする。

【００１３】本発明の請求項２は、所定数の単位電池ご
とに冷却板を配置して積層体を形成し、この積層体の側
面に反応ガス供給及び排出用のガスマニホールドを取り
付けるとともに、前記冷却板に埋設された伝熱管に冷却
水を通流させるための冷却水供給及び排出用の水マニホ
ールドを取り付け、前記水マニホールドに大地間との絶
縁を保持する絶縁管を接続してなる燃料電池において、
前記絶縁管の端部に取り付けたフランジと前記絶縁管と
接続される絶縁ホースを外周部より固定する固定金具の
フランジ間を補強用絶縁スタッドで固定したことを特徴
とする

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図を
参照して説明する。図１は本発明の第１の実施例（請求
項１対応）の断面図であり、既に説明した図３及び図４
の従来例と同一部分には同一符号を付して重複説明は省
略する。

【００１５】同図において、絶縁管を構成する絶縁ホー
ス９と補強ブレード１０を固定する固定金具１１にフラ
ンジを設け、更に絶縁管の芯金１２に絶縁板１３をボル
ト１６によって取り付けて芯金１２のフランジとする。
この絶縁板１３と固定金具１１のフランジ間をスタッド
１４及びナット１５で固定することにより固定金具１１
の取付け位置が固定される。

【００１６】次に、本実施例の作用を説明する。固定金
具１１のフランジと芯金１２に取り付けられた絶縁板１
３との間をスタッド１４及びナット１５によって締付固
定することにより固定金具１１の取付け位置が固定され
るので、固定金具１１と強い摩擦力によって結合してい
る補強ブレード１０及び補強ブレード１０と強い摩擦力
によって結合されている絶縁ホース９の位置も固定され
る。更に、固定金具１１と同電位となるスタッド１４と
芯金１２とは絶縁板１３によって絶縁が保たれている。
従って、絶縁を保ちつつ内圧によって絶縁ホース９に剪
断力が働いてもスタッド１４によって固定及び補強がな
されているので、この部分で絶縁ホース９が抜けたりあ
るいは破損することはない。

【００１７】上述したように、本実施例によると、絶縁
管内圧によって絶縁ホース９に剪断力が働いてもスタッ
ド１４によって絶縁を損なう事なく固定及び補強がなさ
れているので、この部分で絶縁ホース９が抜けたりある
いは破損することはなく、従って冷却水が漏れ出す心配
はない。また、スタッド１４の強度は十分あるので電池
容量の増加にも容易に対応でき、信頼性の高い燃料電池
を提供することができる。

【００１８】図２は本発明の第２の実施例（請求項２対
応）の断面図であり、上記図１と同一部分は同一符号を
付して重複説明は省略する。同図において、絶縁管を構
成する絶縁ホース９と補強ブレード１０を固定する固定
金具１１にフランジを設け、更に芯金１２にもフランジ
１８を設け、固定金具１１のフランジと芯金１２のフラ
ンジ１８間を絶縁スタッド１７及びナット１５で締付け
固定することにより固定金具１１の取付け位置が固定さ
れる。

【００１９】次に、本実施例の作用について説明する。
固定金具１１のフランジと芯金１２のフランジ１８間は
絶縁スタッド１７及びナット１５によって固定金具１１
の取付け位置が固定されるので、固定金具１１と強い摩
擦力によって結合している補強ブレード１０及びこの補
強ブレード１０と強い摩擦力によって結合している絶縁
ホース９の位置も固定されることになる。更に、固定金
具１１と芯金１２とは絶縁スタッド１７によって絶縁を
保たれている。従って、絶縁を保ちつつ内圧によって絶
縁ホース９に剪断力が働いても絶縁スタッド１７によっ
て固定及び補強かがなされているので、この部分で絶縁
ホース９が抜けたりあるいは破損することはない。

【００２０】上述したように本実施例によると、絶縁管
両端の絶縁を保ちつつ絶縁管内圧によって絶縁ホース９
が抜けたりあるいは破損することがなく、また冷却水が
漏れ出す心配はない。また、スタッド１４の強度は十分
あるので電池容量の増加にも容易に対応でき、信頼性の
高い燃料電池を提供することができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
絶縁管の両端の絶縁を保ちつつ、内圧によって絶縁ホー
スに働く剪断力によって絶縁ホースが破損したり、ある
いは抜けたりしないように補強及び取付け位置が固定さ
れているので、冷却水が漏れ出す心配がなく、またスタ
ッドの強度は十分あるので電池容量の増加にも容易に対
応でき、信頼性の高い燃料電池を提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例の断面図。

【図２】本発明の第２の実施例の断面図。

【図３】従来の一般的な燃料電池の冷却系を含む部分斜
視図。

【図４】図３の絶縁管の断面図。

【符号の説明】

１ａ…サブスタック、１ｂ…冷却板、１…積層体、２…
ガス供給マニホールド、３…ガス排出マニホールド、４
…伝熱管、５…入口水マニホールド、６…出口水マニホ
ールド、７…プラント系配管、８…絶縁管、９…絶縁ホ
ース、１０…補強ブレード、１１…固定金具、１２…芯
金、１３…絶縁板、１４…スタッド、１５…ナット、１
６…ボルト、１７…絶縁スタッド。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定数の単位電池ごとに冷却板を配置し
   て積層体を形成し、この積層体の側面に反応ガス供給及
   び排出用のガスマニホールドを取り付けるとともに、前
   記冷却板に埋設された伝熱管に冷却水を通流させるため
   の冷却水供給及び排出用の水マニホールドを取り付け、
   前記水マニホールドに大地間との絶縁を保持する絶縁管
   を接続してなる燃料電池において、前記絶縁管の端部に
   取り付けた絶縁部材と前記絶縁管と接続される絶縁ホー
   スを外周部より固定する固定金具のフランジ間を補強用
   スタッドで固定したことを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 所定数の単位電池ごとに冷却板を配置し
   て積層体を形成し、この積層体の側面に反応ガス供給及
   び排出用のガスマニホールドを取り付けるとともに、前
   記冷却板に埋設された伝熱管に冷却水を通流させるため
   の冷却水供給及び排出用の水マニホールドを取り付け、
   前記水マニホールドに大地間との絶縁を保持する絶縁管
   を接続してなる燃料電池において、前記絶縁管の端部に
   取り付けたフランジと前記絶縁管と接続される絶縁ホー
   スを外周部より固定する固定金具のフランジ間を補強用
   絶縁スタッドで固定したことを特徴とする燃料電池。