JPH1040946A - 燃料電池の締付装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前処理後の締付ロッドの突出量を小さくし
て、圧力容器の小型化を図る。 【解決手段】 スタック１を上下のホルダー２，３に挾
持させて下部ボルスタ４上に載置する。上ホルダー２上
に、内側ボルスタ５と外側ボルスタ６を配置し、上ホル
ダー２と内側ボルスタ５との間にクッションを介在さ
せ、内側ボルスタ５と外側ボルスタ６との間に前処理用
ベローズ８を介在させる。下部ボルスタ４に立てた締付
ロッド１６の上端を内側ボルスタ５の厚み方向の中間レ
ベルに位置させ、外側ボルスタ６に通した径の小さい延
長ロッド１８の下端を接続する。締付ロッド１６と延長
ロッド１８との接続は、締付ロッド１６の上端部に設け
た内ねじ１５と延長ロッド１８の下端に設けた雄ねじ１
７との螺着により行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】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
料電池の締付装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池の内、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の従来の燃料電
池の締付装置において、燃料電池の組み立て後に含浸の
如き前処理を行わせるようにしたものでは、図４（イ）
（ロ）（ハ）に一例としてスタックが１セットのものに
ついて示す如く、セルをセパレータを介し多層に積層し
てなるスタック１を、下部ボルスタ４上に、上下のホル
ダー２，３で挾持させた状態として載置し、上ホルダー
２の上方に内側ボルスタ５と外側ボルスタ６を２重に配
置して、内側ボルスタ５と上ホルダー２との間に、燃料
電池の運転中の厚さ変化に追従させるためのクッション
としてのばね７を介在させ、且つ内側ボルスタ５と外側
ボルスタ６との間に脱脂、含浸時のスタック１の収縮量
に追従できるだけの大きな伸び量をもつ金属製の前処理
用ベローズ８を介在させ、更に、内側ボルスタ５と下部
ボルスタ４に通した締付ロッド９の上端部に内側ボルス
タ５上でナット１０を螺合し、外側ボルスタ６に通した
延長ロッド１１の下端部と締付ロッド９の上端部とを長
ナット１２で連結し、延長ロッド１１の上端部に外側ボ
ルスタ６上でナット１３を螺着させて、前処理用ベロー
ズ８を介してスタック１側に一定の締付力が付与される
ようにしてある。なお、１４は底部のサポート材であ
る。又、１０′は内側ボルスタ５の下側で締付ロッド９
に螺着させたナットであり、前処理用ベローズ８と延長
ロッド１１を取り外した後に内側ボルスタ５へ向けて締
め付けを行うように、前処理時には内側ボルスタ５の沈
み込み量以上の隙間が内側ボルスタ５に対して形成され
るようにしてある。

【０００５】図４（イ）に示す如く、工場で燃料電池ス
タック１が構成され、締付装置で締付力がスタック１に
与えられるように組み立てられると、運転開始前の作業
として、電解質板製造時に添加した有機物を除去する脱
脂と、炭酸塩粉末を電解質板にしみ込ませる含浸とが前
処理として行われるが、この前処理におけるスタック１
の大きな沈み込みを前処理用ベローズ８の伸びで吸収さ
せるようにしてある。なお、この際、ばね７は前処理用
ベローズ８の締付圧力を伝達するだけであるが、前処理
用ベローズ８の締付力が何らかの理由で低下、あるい
は、なくなった場合は、ばね７が伸びて内側ボルスタ５
がナット１０で拘束されることにより、ばね７がスタッ
ク組立時締付圧力を与えることになる。

【０００６】スタック１の前処理時の沈み込みが前処理
用ベローズ８で吸収されると、図４（ハ）に示す如く、
内側ボルスタ５を締付ロッド９に固定するためにナット
１０と１０′の締め直しを行うと同時に、延長ロッド１
１を長ナット１２より切離し、外側ボルスタ６と前処理
用ベローズ８を取り外して現地へ搬入し圧力容器内に据
え付けるようにしてある。

【０００７】燃料電池は据え付け後、運転が開始される
が、運転中の電極のクリープ等によるスタック１の高さ
（厚さ）の変化及び冷間時と熱間時の締付ロッド９とス
タック１の伸び差は、ばね７の伸びで吸収され、該ばね
７によって、締付圧力の低下が防止される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記従来の
締付装置の場合、締付ロッド９の上端部と延長ロッド１
１の下端部とを、長ナット１２を介して接続するように
してあるため、締付ロッド９の上端は、長ナット１２を
螺着させる分だけ内側ボルスタ５の上方へ或る長さだけ
突出するように設定してあって、前処理時から上方へ突
出している。したがって、前処理時に沈み込みが発生し
て、図４（ロ）において二点鎖線で示す如く内側ボルス
タ５が下降すると、締付ロッド９の上端が内側ボルスタ
５の上方へ更に大きく突出することになり、スタック１
の高さが高いほど締付ロッド９の突出量Ｌが大きくな
る。

【０００９】内側ボルスタ５の上面より上方へ締付ロッ
ド９が突出していると、電池を圧力容器内に収納させる
ためには、高さの高い容器が必要となる問題があり、
又、輸送時の高さも高くなることから、輸送制限に引っ
掛かる場合もある。

【００１０】そこで、本発明は、内側ボルスタの上面か
ら上方へ突出する締付ロッドの突出長さを短くして、容
器高さを低く抑えることができるような燃料電池の締付
装置を提供しようとするものである。

【００１１】

【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、上下のホルダーで挾持させたスタックを
下部ボルスタで支持させ、上ホルダー上に、内側ボルス
タと外側ボルスタを配置し、上ホルダーと内側ボルスタ
との間にクッションを介在させると共に、内側ボルスタ
と外側ボルスタとの間に前処理用ベローズを介在させ
て、下部ボルスタと内側ボルスタに貫通させた締付ロッ
ドの上端と、外側ボルスタに貫通させた延長ロッドの下
端とを着脱自在に連結するようにしてある燃料電池の締
付装置において、上記締付ロッドを、上端部に内ねじを
有し且つ前処理前では上端が内側ボルスタの厚み方向の
中間レベルに位置するような長さとし、更に、上記延長
ロッドを、上記締付ロッドよりも小径とし且つ下端部に
締付ロッドの内ねじに螺着する雄ねじを有する構成と
し、該延長ロッドの雄ねじを締付ロッドの内ねじに着脱
可能に螺着させて延長ロッドと締付ロッドを連結するよ
うにした構成とする。

【００１２】燃料電池の組立て後、含浸処理等の前処理
を行い、このときのスタック全体の沈み込みは前処理用
ベローズで吸収させる。前処理中、スタックの沈み込み
に伴って締付ボルトの上端部が内側ボルスタの上面より
上方に突出するので、前処理後、締付ロッド用のナット
を締付ロッドに締め込み、延長ロッドを取り外して外側
ボルスタ及び前処理用ベローズを撤去し、現地への搬入
を行わせるようにする。この際、締付ロッドの上端は、
内側ボルスタの上面から大きく突出していないので、圧
力容器の小型化を図ることができる。燃料電池の運転中
のスタックの高さ変化はクッションで追従させるように
する。

【００１３】又、架台で固定した中間ホルダーと上ホル
ダーとの間に上部スタックを、又、上記中間ホルダーと
下ホルダーとの間に下部スタックをそれぞれ支持させ、
上ホルダーの上部と下ホルダーの下部にそれぞれ内側ボ
ルスタと外側ボルスタを配置し、上ホルダーと上部の内
側ボルスタとの間及び下ホルダーと下部の内側ボルスタ
との間にそれぞれクッションを介在させると共に、上部
の内側ボルスタと外側ボルスタとの間及び下部の内側ボ
ルスタと外側ボルスタとの間にそれぞれ前処理用ベロー
ズを介在させて、上下部でそれぞれ中間ホルダーと内側
ボルスタに貫通させた締付ロッドの一端と、外側ボルス
タに貫通させた延長ロッドの一端とを着脱自在に連結す
るようにしてある燃料電池の締付装置において、上記上
部の締付ロッドを、上端部に内ねじを有し且つ前処理前
では上端が内側ボルスタの厚み方向の中間レベルに位置
するような長さとし、更に、上記上部の延長ロッドを、
上記上部の締付ロッドよりも小径とし且つ下端部に締付
ロッドの内ねじに螺着する雄ねじを有する構成とし、該
上部の延長ロッドの雄ねじを上部の締付ロッドの内ねじ
に着脱可能に螺着させて延長ロッドと締付ロッドを連結
するようにし、更に、上記下部の締付ロッド及び延長ロ
ッドを、上部の締付ロッド及び延長ロッドと上下で対称
な構成とすると、スタックの高さを高くしても全体的に
小型化を図ることができるようになる。

【００１４】更に、中間ホルダーの支持を、架台に代え
て締付ロッド自身で行わせるようにすると、架台を用い
ない分、圧力容器の径を小さくすることができる。

【００１５】更に又、中間ホルダーの支持を締付ロッド
自身で行わせるようにした構成において、下部の締付ロ
ッドの下端部に設けた内ねじに、小径とした下部の延長
ロッドの上端部の雄ねじを螺着させることに代えて、下
部の締付ロッドの下端部と下部の延長ロッドの上端部と
を長ナットで着脱可能に連結するようにしても、締付ロ
ッドを上方へ大きく突出させることがない。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１７】図１（イ）（ロ）（ハ）は本発明の実施の
一形態として、図４（イ）（ロ）（ハ）に示した締付装
置と同様にスタックが１セットの場合を示すもので、燃
料電池のスタック１を上下のホルダー２，３で挟み、上
ホルダー２と内側ボルスタ５との間にクッションとして
のばね５を介在させ、内側ボルスタ５と外側ボルスタ６
との間に前処理用のベローズ８を介在させ、下部ボルス
タ４、内側ボルスタ５、外側ボルスタ６間に締付ロッド
及び延長ロッドを通し、前処理時に前処理用ベローズ８
を利用してスタック１に均一な締付力を付与できるよう
にし、前処理終了後に、延長ロッドを切り離して外側ボ
ルスタ６及び前処理用ベローズ８を取り外すようにして
ある構成において、上記締付ロッドとして、前処理前に
は内側ボルスタ５の厚み方向の中間部に上端が位置する
ように長さを短くし且つ上端部に内ねじ１５を有する締
付ロッド１６を用い、一方、延長ロッドとして、上記締
付ロッド１６よりも小径とし且つ下端部に締付ロッド１
６の内ねじ１５に螺着し得る雄ねじ１７を突設した延長
ロッド１８を用い、締付ロッド１６の上端部の内ねじ１
５に延長ロッド１８の下端部の雄ねじ１７を螺着させる
ことにより締付ロッド１６に延長ロッド１８を着脱可能
に連結した構成とする。なお、図１（イ）（ロ）（ハ）
において、図４（イ）（ロ）（ハ）と同一部分には同一
符号が付してある。

【００１８】図１（イ）に示す如き前処理前の状態で
は、図１（ロ）に拡大して示す如く、延長ロッド１８の
下端部の雄ねじ１７が締付ロッド１６の内ねじ１５に螺
着されて、締付ロッド１６と延長ロッド１８とが一体に
接続されていて、締付ロッド１６の上端は内側ボルスタ
５の厚み方向の中間部にあって、内側ボルスタ５の上面
から上方へは突出していない状態にある。又、このと
き、締付ロッド１６の締付用のナット１０には延長ロッ
ド１８が遊嵌状態に挿通している状態となっている。

【００１９】前処理によりスタック１に沈み込みが発生
すると、図１（ロ）において二点鎖線で示す如く、内側
ボルスタ５が下降して締付ロッド１６の上端が内側ボル
スタ５の上面より上方へ突出する（突出量ΔＬ）ので、
内側ボルスタ５上で締付ロッド１６に対しナット１０の
締め込みを行い、しかる後、延長ロッド１８を締付ロッ
ド１６から取り外して外側ボルスタ６及び前処理用ベロ
ーズ８を撤去する（図１（ハ）参照）。

【００２０】延長ロッド１８を取り外した後の締付ロッ
ド１６の突出量ΔＬは、従来の締付装置における締付ロ
ッド９の突出量Ｌに比して、小さいため、その分だけ、
スタック１を収納させる圧力容器の小型化が可能とな
り、現地への搬入が容易になると共に、据え付けのスペ
ースを小さくすることが可能となる。

【００２１】上記において、延長ロッド１８は従来の締
付装置における延長ロッド１１よりも小径となるが、延
長ロッド１８は温度条件が低い前処理時のみの使用であ
るから、設計温度を実使用温度に合わせることができ、
何ら支障なく使用することができる。又、従来では前処
理時に、ナット１０を締付ロッド９の上端部に予め螺着
させておいて、スタック１の沈み込み分だけ再び締め込
むような作業を行う必要があったが、その点本発明で
は、前処理時に、ナット１０は延長ロッド１８に遊嵌さ
せておくだけであるから、締め込み作業も一回だけ行え
ばよいので有利である。

【００２２】次に、図２（イ）（ロ）は本発明の他の実
施の形態として、高積層化を行うようにした場合を示す
もので、スタック１を上部スタック１ａと下部スタック
１ｂの２セットとし、且つ架台２０に支持させた中間ホ
ルダー１９上に、上部スタック１ａを配置すると共に、
上部スタック１ａ上に、図１（イ）（ロ）（ハ）に示し
たと同様に、上ホルダー２、ばね７、内側ボルスタ５、
前処理用ベローズ８、外側ボルスタ６の順に配置して、
中間ホルダー１９に固定した締付ロッド１６、延長ロッ
ド１８、ナット１３にて上部スタック１ａに所定の締付
力を付与するようにし、且つ中間ホルダー１９の下側に
は、下部スタック１ｂを配置すると共に、中間ホルダー
１９の上側の上記構成と同一のものを配置して、上下対
称とし、中間ホルダー１９より下側の下部スタック１ｂ
は締付装置で吊った構成としたものである。

【００２３】図２（イ）（ロ）に示すように構成した場
合には、組立て後、前処理を行って上部スタック１ａと
下部スタック１ｂの沈み込み分が各々上下の前処理用ベ
ローズ８の伸びで吸収されると、ナット１０を締付ロッ
ド１６の端部に締め込むことにより内側ボルスタ５を上
下ともに締付ロッド１６に保持させた後、上下ともに延
長ロッド１８、外側ボルスタ６、前処理用ベローズ８を
取り外して現地へ搬入して据え付けるようにする。これ
により、スタックの高さを高くしても全体的に小型化が
図れ、上記実施の形態の場合と同様な効果が得られる。

【００２４】図３（イ）（ロ）は図２（イ）（ロ）の変
形例を示すもので、中間ホルダー１９を架台２０で支持
する代りに、締付ロッド１６を中間ホルダー１９に固定
すると共に、中間ホルダー１９より下方の締付ロッド１
６の下端をサポート部材１４で支持させて、中間ホルダ
ー１９を締付ロッド１６で受けるようにしたものであ
る。なお、図では、延長ロッド１８、外側ボルスタ６、
前処理用ベローズ８を取り外す前の状態を示している。

【００２５】このようにすると、図２（イ）（ロ）に示
す架台２０を不要にでき、燃料電池を圧力容器に入れて
使用するときに、容器の径を大きくしなくて済む利点が
ある。

【００２６】又、図３の場合、下部の前処理用ベローズ
８と延長ロッド１８を取り外した後、サポート部材１４
に下部の締付ロッド１６の下端部を支持させるために、
下部の締付ロッド１６の下方への突出量を、上部の締付
ロッド１６の上方への突出量よりも大きくする必要があ
るため、上部よりも下部の締付ロッド１６の長さを長く
してもよく、あるいは、図４に示したと同様な、長ナッ
ト１２による連結構造としてもよい。

【００２７】なお、上記各実施の形態では、燃料電池の
運転中の厚さ変化に追従させるためのクッションとして
ばね７を用いた場合を示したが、ベローズを用いるよう
にしてもよいこと、その他本発明の要旨を逸脱しない範
囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

【００２８】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池の締
付装置によれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 上下のホルダーで挾持させたスタックを下部ボルス
タで支持させ、上ホルダー上に、内側ボルスタと外側ボ
ルスタを配置し、上ホルダーと内側ボルスタとの間にク
ッションを介在させると共に、内側ボルスタと外側ボル
スタとの間に前処理用ベローズを介在させて、下部ボル
スタと内側ボルスタに貫通させた締付ロッドの上端と、
外側ボルスタに貫通させた延長ロッドの下端とを着脱自
在に連結するようにしてある燃料電池の締付装置におい
て、上記締付ロッドを、上端部に内ねじを有し且つ前処
理前では上端が内側ボルスタの厚み方向の中間レベルに
位置するような長さとし、更に、上記延長ロッドを、上
記締付ロッドよりも小径とし且つ下端部に締付ロッドの
内ねじに螺着する雄ねじを有する構成とし、該延長ロッ
ドの雄ねじを締付ロッドの内ねじに着脱可能に螺着させ
て延長ロッドと締付ロッドを連結するようにした構成と
してあるので、前処理後に延長ロッドを取り外した状態
で、締付ロッドを内側ボルスタの上方へ大きく突出させ
ることがなく、したがって、スタックを収納させる圧力
容器の小型化を図ることができる。 (2) スタックを、架台で固定した中間ホルダーを挟んで
上下２セットに配置し、且つ上部及び下部の締付ロッド
と上部及び下部の延長ロッドとを、(1) 項に記載したと
同様に内ねじと雄ねじによって着脱可能に連結できるよ
うにして、上下で対称な構成とすることにより、スタッ
クの高さを高くしても全体的に小型化を図ることができ
る。 (3) 中間ホルダーの支持を、架台に代えて締付ロッド自
身で行わせるようにすることによって、架台を不要とす
ることができて、圧力容器の径を小さくすることがで
き、圧力容器をより小型化することができる。 (4) 中間ホルダーの支持を締付ロッド自身で行わせるよ
うにした構成において、下部の締付ロッドの下端部に設
けた内ねじに、小径とした下部の延長ロッドの上端部の
雄ねじを螺着させることに代えて、下部の締付ロッドの
下端部と下部の延長ロッドの上端部とを長ナットで着脱
可能に連結するようにしても、締付ロッドを上方へ大き
く突出させることがない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池の締付装置の実施の一形態を
示すもので、（イ）は前処理時の状態を示す概略側面
図、（ロ）は（イ）のＡ部拡大断面図、（ハ）は運転時
の状態を示す概略側面図である。

【図２】本発明の他の実施の形態を示すもので、（イ）
は前処理時の状態を示す概略側面図、（ロ）は運転時の
状態を示す概略側面図である。

【図３】図２の変形例を示すもので、（イ）は前処理時
の状態を示す概略側面図、（ロ）は運転時の状態を示す
概略側面図である。

【図４】従来の燃料電池の締付装置の一例を示すもの
で、（イ）は前処理時の状態を示す概略側面図、（ロ）
は（イ）のＢ部拡大断面図、（ハ）は運転時の状態を示
す概略側面図である。

【符号の説明】

１ スタック １ａ 上部スタック １ｂ 下部スタック ２ 上ホルダー ３ 下ホルダー ４ 下部ボルスタ ５ 内側ボルスタ ６ 外側ボルスタ ７ ばね（クッション） ８ 前処理用ベローズ ９ 締付ロッド １０ ナット １０′ ナット １１ 延長ロッド １２ 長ナット １３ ナット １４ サポート部材 １５ 内ねじ １６ 締付ロッド １７ 雄ねじ １８ 延長ロッド １９ 中間ホルダー ２０ 架台

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下のホルダーで挾持させたスタックを
   下部ボルスタで支持させ、上ホルダー上に、内側ボルス
   タと外側ボルスタを配置し、上ホルダーと内側ボルスタ
   との間にクッションを介在させると共に、内側ボルスタ
   と外側ボルスタとの間に前処理用ベローズを介在させ
   て、下部ボルスタと内側ボルスタに貫通させた締付ロッ
   ドの上端と、外側ボルスタに貫通させた延長ロッドの下
   端とを着脱自在に連結するようにしてある燃料電池の締
   付装置において、上記締付ロッドを、上端部に内ねじを
   有し且つ前処理前では上端が内側ボルスタの厚み方向の
   中間レベルに位置するような長さとし、更に、上記延長
   ロッドを、上記締付ロッドよりも小径とし且つ下端部に
   締付ロッドの内ねじに螺着する雄ねじを有する構成と
   し、該延長ロッドの雄ねじを締付ロッドの内ねじに着脱
   可能に螺着させて延長ロッドと締付ロッドを連結するよ
   うにした構成を有することを特徴とする燃料電池の締付
   装置。
2. 【請求項２】 架台で固定した中間ホルダーと上ホルダ
   ーとの間に上部スタックを、又、上記中間ホルダーと下
   ホルダーとの間に下部スタックをそれぞれ支持させ、上
   ホルダーの上部と下ホルダーの下部にそれぞれ内側ボル
   スタと外側ボルスタを配置し、上ホルダーと上部の内側
   ボルスタとの間及び下ホルダーと下部の内側ボルスタと
   の間にそれぞれクッションを介在させると共に、上部の
   内側ボルスタと外側ボルスタとの間及び下部の内側ボル
   スタと外側ボルスタとの間にそれぞれ前処理用ベローズ
   を介在させて、上下部でそれぞれ中間ホルダーと内側ボ
   ルスタに貫通させた締付ロッドの一端と、外側ボルスタ
   に貫通させた延長ロッドの一端とを着脱自在に連結する
   ようにしてある燃料電池の締付装置において、上記上部
   の締付ロッドを、上端部に内ねじを有し且つ前処理前で
   は上端が内側ボルスタの厚み方向の中間レベルに位置す
   るような長さとし、更に、上記上部の延長ロッドを、上
   記上部の締付ロッドよりも小径とし且つ下端部に締付ロ
   ッドの内ねじに螺着する雄ねじを有する構成とし、該上
   部の延長ロッドの雄ねじを上部の締付ロッドの内ねじに
   着脱可能に螺着させて延長ロッドと締付ロッドを連結す
   るようにし、更に、上記下部の締付ロッド及び延長ロッ
   ドを、上部の締付ロッド及び延長ロッドと上下で対称な
   構成としたことを特徴とする燃料電池の締付装置。
3. 【請求項３】 中間ホルダーの支持を、架台に代えて締
   付ロッド自身で行わせる請求項２記載の燃料電池の締付
   装置。
4. 【請求項４】 下部の締付ロッドの下端部に設けた内ね
   じに、小径とした下部の延長ロッドの上端部の雄ねじを
   螺着させることに代えて、下部の締付ロッドの下端部と
   下部の延長ロッドの上端部とを長ナットで着脱可能に連
   結するようにした請求項３記載の燃料電池の締付装置。