JPH117975A - 燃料電池締付制御装置 - Google Patents

燃料電池締付制御装置

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JPH117975A
JPH117975A JP9162358A JP16235897A JPH117975A JP H117975 A JPH117975 A JP H117975A JP 9162358 A JP9162358 A JP 9162358A JP 16235897 A JP16235897 A JP 16235897A JP H117975 A JPH117975 A JP H117975A
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JP
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tightening
bellows
fuel cell
fastening
pressure
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JP9162358A
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Tadashi Yoshida
正 吉田
Tadashi Takashima
正 高島
Hiroaki Suzuki
浩明 鈴木
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YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCH
YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
Original Assignee
YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCH
YOYU TANSANENGATA NENRYO DENCHI HATSUDEN SYST GIJUTSU KENKYU KUMIAI
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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
    • 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

(57)【要約】 【課題】燃料電池スタックの締付器具として締付ベロー
ズと締付バネを並列に配列して用いる場合、スタックの
温度変化によって生ずる締付バネのストローク変化によ
り燃料電池スタックの締付力に変動が生じる。 【解決手段】締付バネ14の端部に感圧シート17を設
置し、その検知信号を締付ベローズ制御盤20に送信
し、その信号を制御部21によって、燃料電池スタック
9全体の締付力が規定の値となるように締付ベローズ1
3の内圧を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、平板型単電池を積
層して成る燃料電池スタックを締め付けるための燃料電
池締付制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】燃料電池スタックの構成は、例えば、溶
融炭酸塩型燃料電池(作動温度650℃)の場合、電解
質液である溶融炭酸塩を含浸させた多孔質セラミック板
(電解質板)をアノード(燃料極)とカソード(酸素
極)で挟み、それに燃料ガスおよび酸化材ガスを供給排
出し、且つ電気を導通させる機能を合わせ持つセパレー
タを交互に何層にも積層して成る燃料電池本体に、セパ
レータへガスを供給するためのガスヘッダを積層し、そ
れら全体を締付装置に組み込むものである。締付力を付
加するのは、各部品間の接触性を良くして電気導電性を
確保するためと、ガスシール性を確保するためである。
この締付力は適正な値に常に保つ必要がある。従来か
ら、締付力を適正な値に保つための締付装置として、締
付ベローズとその内圧を制御する締付ベローズ制御盤が
多く用いられてきた。
【0003】即ち、溶融炭酸塩型燃料電池のような高温
型の燃料電池では、温度変化によるスタック全体の高さ
方向の寸法変化が大きく、締付バネの様にストロークで
締付力が変化する締付器具を用いると、燃料電池の起動
停止(昇温高温を含む)や運転中に締付力が変化してし
まう。また、長時間運転を行っていると、適正な発電性
能やガスシール性を確保するために締付力を変化させる
必要のあることが生じる。よって、締付ベローズを用い
る場合が多い。
【0004】しかし、締付ベローズのみで締め付ける場
合は、締付ベローズ又は締付ベローズ制御盤に何らかの
異常が発生して、締付力が抜けてしまう可能性がある。
締付力が一度でも制限値以下になってしまうと、燃料電
池に回復不能の損害を与えることになり、電池性能が大
きく下がってしまう。これを防ぐために、従来技術とし
て、特開平8−45535号公報に示す様に、締付ベロ
ーズと締付バネを並列に配置し、締付ベローズの内圧が
抜けた場合でもバネにより最低面圧を確保する構成とし
たものである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】特開平8−45535
号公報に示す構成では、締付ベローズと締付バネが負担
する締付力の割合を、締付ベローズが1〜2割程度、締
付バネが9〜8割程度としている。これにより締付ベロ
ーズの内圧制御をラフなものにできるとしている。しか
し、このようにすると、高積層型、高温型の燃料電池ス
タックでは、温度変化による寸法変化がかなり大きなも
のとなるため、適正な締付力を確保することが困難にな
ることが問題である。また、長時間運転を行っている際
に締付力を変化させる必要が生じた場合に対応がつかな
いことが問題である。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明の燃料電池締付制
御装置は、上,下の支持板間に燃料電池本体を配置し、
両支持板間を締付ロッドで締付け、燃料電池本体を支持
板間に挟持し、一方側支持板と燃料電池本体との間にベ
ローズ及び締付バネを配置し、ベローズ及び締付バネと
一方側支持板との間にベローズ及び締付バネの押圧力を
検知する圧力検知手段を配置し、圧力検知手段の検知値
に応じてベローズに媒体を流入するのを制御して燃料電
池本体へ加える締付圧を所望の締付圧に保持する制御部
を設けることにある。
【0007】
【発明の実施の形態】以下、本発明の燃料電池締付制御
装置の実施例を図1および図3により説明する。図1は
燃料電池締付制御装置の全体図であり、全体図の要部を
図2及び図3に示している。圧力容器1は設置面2に配
置した支持台3に支持されている。圧力容器底面に設け
た主柱4に下側支持板5を固定し、下側支持板5と上側
支持板6との間に締付ロッド7を配置している。締付ロ
ッド7の両端に形成したネジ部(図示せず)をこれに対
応する両支持板に設けた貫通孔に挿入して、ネジ部にナ
ット8を装着した状態で、この内側に燃料電池スタック
9と燃料電池スタック9を締め付ける締付器具10を配
置し、ネジ部でナット8を回転して締付け、両支持板間
に燃料電池スタック9と締付器具10を挟持する。
【0008】締付器具10付近の構造は図2,図3に示
し説明する。燃料電池スタック9は保温板9A,9Bで
包囲して密閉し、縦長の略矩形断面形状を形成してい
る。保温板9Bの上側に配置された下側端板11と上側
端板12との間に図3のように4個の締付ベローズ13
と、締付ベローズ間に5個の締付バネ14を配置してい
る。締付ベローズ13及び下側端板11には貫通孔15
及び貫通路16を形成している。貫通路16よりN2
ス等の不活性ガスを締付ベローズ13に導入している。
又圧力容器1には外部より不活性ガスを導入して、その
内圧を高めている。上側端板12と締付バネ14との間
に感圧シート17を配置している。感圧シート17は燃
料電池スタック9を締付バネ14が押圧するのに応じ
て、締付ベローズ13に不活性ガスを注入する。その制
御は締付ベローズ制御盤20にて行う。
【0009】即ち、締付バネ14が燃料電池スタック9
の押圧力に応じた感圧シート15からの検知信号は、線
20Aを介して制御部21に入力する。制御部21には
燃料電池スタック9の計測に対する規定の基準押圧力が
記憶されている。制御部21は、感圧シート17からの
押圧力の検知信号から締付バネ14の押圧力を演算し、
締付ベローズ13の内圧からその押圧力を演算して、両
者の和と基準押圧力との差を演算する。その差がなくな
るように制御バルブ22或いは23を開閉して、締付ベ
ローズ13の内圧を制御する。
【0010】制御バルブ23は閉じている締付バルブを
開放して締付ベローズ13に注入したN2ガスを排気し
て、締付ベローズ13の圧力を下げる。締付バルブ23
の制御も制御部21で行っている。24は圧力を緩和す
るバッファーである。25は締付バルブ22−バッファ
ー24−貫通路16に連通している配管である。26は
配管、27は制御弁である。
【0011】圧力容器中に収納された燃料電池スタック
9は高温高圧下において運転を行う。締付ベローズ13
の内部にはN2ガス等の不活性ガスを導入し、その内圧
を圧力容器1の外部に設置した締付ベローズ制御盤20
によって行う。締付ベローズ13が発生する締付力は、
締付ベローズ13の内圧P2と圧力容器1の内圧P1との
差(P2−P1)によって決定される。そこで、燃料電池
スタック9全体の締付力が規定の値になるよう差圧(P
2−P1)を締付ベローズ制御盤20に設けた差圧調節機
構により行う。燃料電池スタック9全体の締付力は、締
付ベローズ13により発生する締付力と締付バネ14に
より発生する締付力の和である。締付バネ14にはその
端部に感圧シート17を設置しておき、感圧シート17
の検知信号を締付ベローズ制御盤20に送信する。
【0012】制御部21では感圧シート17の検知信号
により締付バネ14の締付力を演算し、燃料電池スタッ
ク1全体が規定の締付力となるのに必要な締付ベローズ
13の締付力を演算によって求め、締付ベローズがこの
締付力を発生するように差圧(P2−P1)を制御部21
で調整する。
【0013】即ち、調整は上述したように感圧シート1
7からの押圧力の検知信号と基準押圧力とを比較して、
締付バネ14が燃料電池スタック9を押圧する押圧力が
弱い時には、制御部21での演算結果により検知信号と
基準押圧力との差分だけタイマによりある時間だけ締付
バルブ22の開放し、締付ベローズ13にN2ガスを注
入し、締付ベローズ13と締付バネ14が燃料電池スタ
ック9を押圧する押圧力を所定値にする。
【0014】これとは逆に締付バネ14が燃料電池スタ
ック9を押圧する押圧力が強い時には、制御部21より
閉じている制御バルブ23を開放して締付ベローズ13
に注入したN2ガスを排気して、締付ベローズ13の圧
力を下げ、締付ベローズ13と締付バネ14が燃料電池
スタック9を押圧する押圧力を適宜な値にする。
【0015】この実施例では、締付ベローズ13下側に
貫通路16に連通する貫通孔15を設けているので、締
付ベローズ13の横側に設けたのに比べて、貫通孔15
が圧縮されて変形することもなく、常に一定量のN2
スを締付ベローズ13に供給,排気できる。
【0016】図1に示すように、締付ベローズ制御盤2
0における制御系統を2系統とし、また、図3に示すよ
うに、締付ベローズ13を4個、締付バネ14を5個並
列配置した構成としている。従って、締付ベローズ13
の2個を締付ベローズ制御盤20の1系統で制御し、感
圧シート17を締付バネの全数(5個)各々の端部に設
置して、その検知信号を締付ベローズ制御盤20の各々
の系統へ送信する構成としている。締付ベローズ13,
締付バネ14の個数、及び締付ベローズ制御盤20の系
統数については、燃料電池スタック9の規模等に合わせ
ていかようにも変えることができることは言うまでもな
い。
【0017】次に、本発明の別の実施例を図4により説
明する。第1の実施例との相違は、燃料電池スタック9
を締付ける締付ロッド7に歪ゲージ30を設置し、締付
ロッド7の変形量をその出力信号とし、締付ベローズ制
御盤20の制御部21に送信する構成するものである。
制御部21ではこの出力信号を元に全体締付力を演算
し、その締付力が規定の締付力となるよう締付バネ14
に発生する締付力を、差圧(P2−P1)を調整すること
により制御する。
【0018】また、締付ロッド7に歪ゲージ30を設置
せずに、燃料電池スタック9のどこかの面全体、例え
ば、締付ベローズ13と締付ベローズ13を設置した面
全体に感圧シートを設置し、その検知信号を締付ベロー
ズ制御盤20へ送信して、上記と同様の制御を行っても
よい。
【0019】
【発明の効果】以のように本発明によれば、高積層高温
型の燃料電池スタック9において、温度変化により締付
バネ14のストロークが大きく変化して、締付バネ14
による締付力が大きく変化した場合に、感圧シート15
からの押圧力の検知信号と基準押圧力とを比較して、締
付ベローズ13と締付バネ14が燃料電池スタック9を
押圧する押圧力を、制御部21での演算結果により所定
圧力になるように締付ベローズ13を印圧しているの
で、締付ベローズ13と締付バネ14が所定値で燃料電
池スタック9を押圧しており、燃料電池スタック全体の
締付力を保持している。この結果、押圧力が強過ぎて、
燃料電池スタック9に使用している例えばアノード,カ
ソード等の多孔質焼結体の孔合を変形して電解反応を悪
くしたり、或いは押圧力が弱過ぎて、燃料電池スタック
9の電解反応が悪くなり、性能の再回復を不可能にする
等が生じることがなく、燃料電池スタック9の性能を高
精度で保持することができる。また、長時間運転によ
り、燃料電池スタック全体の締付力を変える必要を生じ
た場合、或いは締付バネのバネ材のクリープ等により締
付バネの締付力が変化した場合でも、燃料電池スタック
全体の締付力を締付ベローズ13により制御することが
できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例として示した燃料電池締付制御
装置の構成図である。
【図2】図1の締付器具10の断面図である。
【図3】図1の締付器具10の平面図である。
【図4】本発明の他の実施例として示した燃料電池締付
制御装置の構成図である。
【符号の説明】
1…圧力容器、7…締付ロッド、9…燃料電池スタッ
ク、11及び12…下側端板及びと上側端板、13…締
付ベローズ、14…締付バネ、17…感圧シート、20
…締付ベローズ制御盤、21…制御部、22、23…制
御バルブ。

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 上,下の支持板間に燃料電池本体を配置
    し、両支持板間を締付ロッドで締付け、燃料電池本体を
    支持板間に挟持するものにおいて、一方側支持板と燃料
    電池本体との間にベローズ及び締付バネを配置し、ベロ
    ーズ及び締付バネと一方側支持板との間にベローズ及び
    締付バネの押圧力を検知する圧力検知手段を配置し、圧
    力検知手段の検知値に応じてベローズへの媒体の出入を
    制御して燃料電池本体へ加える締付圧を所望の締付圧に
    保持する制御部を設けること特徴とする燃料電池締付制
    御装置。
  2. 【請求項2】 上記圧力検知手段の検知値に応じて媒体
    を出入する貫通孔を燃料電池本体と対応するベローズ側
    に設けることを特徴とする請求項1記載の燃料電池締付
    制御装置。
  3. 【請求項3】 上記圧力検知手段を締付ロッドに設ける
    ことを特徴とする請求項1記載の燃料電池締付制御装
    置。
  4. 【請求項4】 上記圧力検知手段として締付ベローズ及
    び締付バネと燃料電池本体との間に感圧シートを設置し
    たことを特徴とする請求項1記載の燃料電池締付制御装
    置。
  5. 【請求項5】 上記圧力検知手段を締付ロッドに歪ゲー
    ジを設けることを特徴とする請求項1記載の燃料電池締
    付制御装置。
JP9162358A 1997-06-19 1997-06-19 燃料電池締付制御装置 Pending JPH117975A (ja)

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