JPS59214169A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS59214169A JPS59214169A JP58087714A JP8771483A JPS59214169A JP S59214169 A JPS59214169 A JP S59214169A JP 58087714 A JP58087714 A JP 58087714A JP 8771483 A JP8771483 A JP 8771483A JP S59214169 A JPS59214169 A JP S59214169A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- manifold
- cooler
- insulating
- potential difference
- insulating member
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/247—Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は、燃料電池の電、気絶縁に係り、特に単位電池
を複数段積層して成る高電圧出力の積層形燃料電池の電
気絶縁構造に関する。
を複数段積層して成る高電圧出力の積層形燃料電池の電
気絶縁構造に関する。
従来、この種の積層形燃料電池として、第１図に示す構
成のものが知られている。第１図（ａ）は正面断面図、
第１図（ｂ）は平面断面図である。第１図に示すように
、単位電池１を複数段積層して成る発電部２をさらに複
数段積層し、且つ発電部２の熱損失を外部に取出すため
、各発電部２間に冷却器３とクーラホルダ４を組合せだ
ものが挿入配置されている。この上下両側にシール＆５
及び集電板６ａ、６ｂ、絶縁板７を順次配置し、全体を
締付金具ｓａ、ｓｂ、と締付ロッド９で締付けることに
よシ固ボしている。発電部２に対し反応ガスの供給、又
は排出を行うマニホルド１０は、反応ガスの漏れを防止
する７−ル材１１を介して、発電部２の各側面を包囲す
るように設けられている。
成のものが知られている。第１図（ａ）は正面断面図、
第１図（ｂ）は平面断面図である。第１図に示すように
、単位電池１を複数段積層して成る発電部２をさらに複
数段積層し、且つ発電部２の熱損失を外部に取出すため
、各発電部２間に冷却器３とクーラホルダ４を組合せだ
ものが挿入配置されている。この上下両側にシール＆５
及び集電板６ａ、６ｂ、絶縁板７を順次配置し、全体を
締付金具ｓａ、ｓｂ、と締付ロッド９で締付けることに
よシ固ボしている。発電部２に対し反応ガスの供給、又
は排出を行うマニホルド１０は、反応ガスの漏れを防止
する７−ル材１１を介して、発電部２の各側面を包囲す
るように設けられている。
このマニホルド１０は絶縁継手１２ａを介して、圧力容
器１３に連結された反応ノｊス給排管に接続されておシ
、この管を介して外部から反応ガスの供給又は排出がで
きるようになっている。同様に、冷却器３と圧力容器１
３の外部に連通された冷媒管との間に絶縁継手１２ｂが
設けられている。また、締付金具８ｂと圧力容器１３に
は絶縁支持台１４が設けられている。このようにして接
地電位である圧力容器１３と、高電位である発電部２又
はマニホルド１０、冷却器３、締付金具８ｂとの間は電
気的にそれぞれ絶縁されている。発電部２で発生した電
気エネルギーはリード線１５ａ。
器１３に連結された反応ノｊス給排管に接続されておシ
、この管を介して外部から反応ガスの供給又は排出がで
きるようになっている。同様に、冷却器３と圧力容器１
３の外部に連通された冷媒管との間に絶縁継手１２ｂが
設けられている。また、締付金具８ｂと圧力容器１３に
は絶縁支持台１４が設けられている。このようにして接
地電位である圧力容器１３と、高電位である発電部２又
はマニホルド１０、冷却器３、締付金具８ｂとの間は電
気的にそれぞれ絶縁されている。発電部２で発生した電
気エネルギーはリード線１５ａ。
１５ｂ１及びブッシング形の端子１６ａ、１６ｂを介し
て外ｆｆ１１に取出されるようになっている。また、マ
ニホルド１０及び冷却器３、締付金具８ａ。
て外ｆｆ１１に取出されるようになっている。また、マ
ニホルド１０及び冷却器３、締付金具８ａ。
８ ｂは、接続線１９によってリード線１５ｂに接続さ
れ、積層電池の一方の電極電位と同電位に保持されるよ
うになっている。
れ、積層電池の一方の電極電位と同電位に保持されるよ
うになっている。
ところが、」−記構成のものにあって単位電池１の積層
段数が多くなると、第２図に示すように、リード線１５
ａと１５ｂ間の電位差は、単位電池１個当りの発生電圧
をＥｏ１積層段数をＮとするとＮ”Ｅａ となり、段数
Ｎに比例して増大する。
段数が多くなると、第２図に示すように、リード線１５
ａと１５ｂ間の電位差は、単位電池１個当りの発生電圧
をＥｏ１積層段数をＮとするとＮ”Ｅａ となり、段数
Ｎに比例して増大する。
例えば２５０ ｋＷの直流出力を発生する場合のＮ・）
す０は約５００■の高電位差となる。そこでこのＩｉ
（１’ｌ差によるＮ個の単位電池の短絡を防止するため
、マニホルド１０と発電部２又はシール板５との間に設
けられたシール材１１は、絶縁部材を兼ねたものとなっ
ている。一方、第３図に示すように、冷却器３とクーラ
ホルダ４間にも、絶縁部材としての絶縁材１７が設けら
れている。これらのシール材１１や絶縁材１７の絶縁耐
圧は十分Ｎ・Ｅｏを満足するものでなければならない。
す０は約５００■の高電位差となる。そこでこのＩｉ
（１’ｌ差によるＮ個の単位電池の短絡を防止するため
、マニホルド１０と発電部２又はシール板５との間に設
けられたシール材１１は、絶縁部材を兼ねたものとなっ
ている。一方、第３図に示すように、冷却器３とクーラ
ホルダ４間にも、絶縁部材としての絶縁材１７が設けら
れている。これらのシール材１１や絶縁材１７の絶縁耐
圧は十分Ｎ・Ｅｏを満足するものでなければならない。
しかし、単位電池１の電解質としてリン哨が使用されて
いる場合や、電池運転時の動作温ｌ現が２００Ｃ前後と
高い場合にあっては、酸や熱によりシール月１１又は絶
縁材１７の絶縁性が劣化したり、あるいは熱変形により
シール材１，１の厚さが減少したり、さらには割れ等に
よシ、初期の絶縁耐圧を保つことができず、電位差Ｎ−
ＥＯによって絶縁破壊を起すことがある。例えばシール
栃１１部分で絶縁破壊が生じると、積層された単位電池
１はマニホルド１０と接続線１９を介して、短絡回路が
形成され、電池の出力が低下したり出力が零となり、運
転不能になってしまうという欠点がある。
いる場合や、電池運転時の動作温ｌ現が２００Ｃ前後と
高い場合にあっては、酸や熱によりシール月１１又は絶
縁材１７の絶縁性が劣化したり、あるいは熱変形により
シール材１，１の厚さが減少したり、さらには割れ等に
よシ、初期の絶縁耐圧を保つことができず、電位差Ｎ−
ＥＯによって絶縁破壊を起すことがある。例えばシール
栃１１部分で絶縁破壊が生じると、積層された単位電池
１はマニホルド１０と接続線１９を介して、短絡回路が
形成され、電池の出力が低下したり出力が零となり、運
転不能になってしまうという欠点がある。
そこで、シール材１１や絶縁＊Ａ１７の厚みを増やして
、劣化や熱変形による絶縁耐圧低下を防止しようとする
方法が考えられる。しかし、それらの部拐の厚みを増す
ことは不経済であるばかシでなく、絶縁材１７を厚くす
ると冷却器３と単位電池１間の熱伝導が悪くカ）、冷却
性能を低下させてしまうという欠点が生じる。
、劣化や熱変形による絶縁耐圧低下を防止しようとする
方法が考えられる。しかし、それらの部拐の厚みを増す
ことは不経済であるばかシでなく、絶縁材１７を厚くす
ると冷却器３と単位電池１間の熱伝導が悪くカ）、冷却
性能を低下させてしまうという欠点が生じる。
まだ、従来の電気絶縁構造にあっては、絶縁部材の厚み
等の制限や、その絶縁耐力の劣下により、最大積層段数
Ｎ□、工即ち最大出力電圧が制限されてしまうという欠
点がある。
等の制限や、その絶縁耐力の劣下により、最大積層段数
Ｎ□、工即ち最大出力電圧が制限されてしまうという欠
点がある。
本発す］の目的は、絶縁部材の厚みを低減でき、等
しかも劣化又は熱Ｗｉｆｅ、、により絶縁耐力が低下し
ても十分絶縁性を保持することができ、且つ積層段数を
増大させることができる電気絶縁構造を具えだ積層形燃
料電池を提供することにある。
ても十分絶縁性を保持することができ、且つ積層段数を
増大させることができる電気絶縁構造を具えだ積層形燃
料電池を提供することにある。
本発明は、積層された中心段の単位電池の一方の１１Ｌ
極と、マニホールド及び冷却器とを電気的に接続して同
電位とし、これによって、絶縁部材に印加される５ｕ
位差を最大出力電圧の１／２以下に低減したものとする
ことにより、絶縁部材のｊソ、みを低減させるとともに
所要の絶縁耐力を軽減（７、さらに積層段数を増大させ
ようとするものである。
極と、マニホールド及び冷却器とを電気的に接続して同
電位とし、これによって、絶縁部材に印加される５ｕ
位差を最大出力電圧の１／２以下に低減したものとする
ことにより、絶縁部材のｊソ、みを低減させるとともに
所要の絶縁耐力を軽減（７、さらに積層段数を増大させ
ようとするものである。
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第４図に本発明の一実施例の全体構成図が示されており
、同図（ａ）、 （ｂ）はそれぞれ正面断面図、平面断
面図である。第１図図示従来例と同一機能・同一構成を
有するものには、同一符号を付して説明を省略する。
、同図（ａ）、 （ｂ）はそれぞれ正面断面図、平面断
面図である。第１図図示従来例と同一機能・同一構成を
有するものには、同一符号を付して説明を省略する。
第４図（ａ）において、第１図（ａ）図示従来例と異な
る点は、集電板６ｂと締付金具８１）間に、絶縁板１８
が挿入され、これによって締付金具８ｂが集電板６ｂか
ら絶縁されている点と、第１図（ａ）に示されたリー
ド線１５ｂとマニホールド１０とを同電位にする接続線
１９が取シ外されている点と、第５図に示すように、マ
ニホールド１０はリード＠１５ｂ側から第Ｎ１番目の単
位１に池１の十′屯極に接続線１９ｂによって連結され
、マニホールド１０と冷却器３及び締付金具８ａとはそ
れぞれ接続線１．９ｂ、１９ｃによって連結されている
点にある。
る点は、集電板６ｂと締付金具８１）間に、絶縁板１８
が挿入され、これによって締付金具８ｂが集電板６ｂか
ら絶縁されている点と、第１図（ａ）に示されたリー
ド線１５ｂとマニホールド１０とを同電位にする接続線
１９が取シ外されている点と、第５図に示すように、マ
ニホールド１０はリード＠１５ｂ側から第Ｎ１番目の単
位１に池１の十′屯極に接続線１９ｂによって連結され
、マニホールド１０と冷却器３及び締付金具８ａとはそ
れぞれ接続線１．９ｂ、１９ｃによって連結されている
点にある。
このように構成されるものであることから、第Ｎ、番目
よ９図において下側部の絶縁部材、即ちシール材１１又
は絶縁材１７、絶縁板７，１８等に印加される最大電位
差はＮ ｓ Ｅ ｏとなシ、同様に上側部の絶縁部材に
印加される最大電位差は（ＮＮ＋）Ｅｏに低減される。
よ９図において下側部の絶縁部材、即ちシール材１１又
は絶縁材１７、絶縁板７，１８等に印加される最大電位
差はＮ ｓ Ｅ ｏとなシ、同様に上側部の絶縁部材に
印加される最大電位差は（ＮＮ＋）Ｅｏに低減される。
このとき、最大電位差Ｎ ＩＥ ｏ又は（Ｎ Ｎ＋
）Ｐ、：ｏは、パッシェンの法則に基づいた気体の最
小火花電圧以下になるようにＮ１を選定する。この最小
火花電圧は、例えば反応ガスの空気中では３３０Ｖ、水
素ガス中では２７０ Ｖ、、圧力容器１３内の窒素ガス
中では２５０ｖとされている。一般には、Ｎ＋＝（Ｎ−
Ｎ＋ ）即ちＮ＋−−Ｎに選定すれば、上側又は下側
の絶縁部材に印加されるｉｊ？；大電位差が同一になり
、両側の絶縁耐圧を最小化することができる。
）Ｐ、：ｏは、パッシェンの法則に基づいた気体の最
小火花電圧以下になるようにＮ１を選定する。この最小
火花電圧は、例えば反応ガスの空気中では３３０Ｖ、水
素ガス中では２７０ Ｖ、、圧力容器１３内の窒素ガス
中では２５０ｖとされている。一般には、Ｎ＋＝（Ｎ−
Ｎ＋ ）即ちＮ＋−−Ｎに選定すれば、上側又は下側
の絶縁部材に印加されるｉｊ？；大電位差が同一になり
、両側の絶縁耐圧を最小化することができる。
−具体例として２５０ ｋ Ａ、Ｖの直流出力を発生す
る積層形燃料電池を考えると、単位電池１の積層段数は
約５００個となシ、Ｎ−Ｅｏは約５００Ｖ、！：なる１
、従って、接続線１９ａを中心段の単位電池１の十電極
に接続すれば、前記絶縁部材に印加される最大電位差は
約２５０Ｖ以下にすることができ、上記いずれのガス中
においても火花放電の発生を抑止することができること
になるっ従って、本実施例によれば、マニホールド１゜
と発電部２又はシール板５との間、及び冷却器３とクー
ラホルダ４との間に印加される電位差を、最大出力電位
差の１／２とするととができることから、それらの間に
形成される微小ギャップや空隙における火花放電の発生
を防止でき、絶縁耐圧が安定に保持される。また、絶縁
部材の厚み等を含めた構造が簡単化でき、特に冷却器３
とクーラホルダ４間の絶縁材１７を薄くすることができ
ることから、冷却効率が向上されるという効果がある。
る積層形燃料電池を考えると、単位電池１の積層段数は
約５００個となシ、Ｎ−Ｅｏは約５００Ｖ、！：なる１
、従って、接続線１９ａを中心段の単位電池１の十電極
に接続すれば、前記絶縁部材に印加される最大電位差は
約２５０Ｖ以下にすることができ、上記いずれのガス中
においても火花放電の発生を抑止することができること
になるっ従って、本実施例によれば、マニホールド１゜
と発電部２又はシール板５との間、及び冷却器３とクー
ラホルダ４との間に印加される電位差を、最大出力電位
差の１／２とするととができることから、それらの間に
形成される微小ギャップや空隙における火花放電の発生
を防止でき、絶縁耐圧が安定に保持される。また、絶縁
部材の厚み等を含めた構造が簡単化でき、特に冷却器３
とクーラホルダ４間の絶縁材１７を薄くすることができ
ることから、冷却効率が向上されるという効果がある。
なお、上記実施例における中心段の単位電池１とマニホ
ールド１０との電気的接続部の詳細構造図が、第６図（
ａ）、 （ｂ）、第７図及び第８図に示されている。単
位電池１は第６図（ａ）の斜視図に示されだように、電
極２０とマトリックス２１、セパレータ２２とを積層し
て形成され、セパレータ２２の相対する角部に、接続線
１９ａを連結する端子２３が形成されている。マニホー
ルド１０ｕ第６図（ａ）図中二点鎖線で示されたように
取付けられるようになっている。このマニホールド１０
には第６図（ｂ）の平面図に示されたように、接続線１
９ａが、連結される端子が形成されている。また、上記
第７図に示されたようにマニホールド１０間及びセパレ
ータ２２とを接続しても効果は同一である。
ールド１０との電気的接続部の詳細構造図が、第６図（
ａ）、 （ｂ）、第７図及び第８図に示されている。単
位電池１は第６図（ａ）の斜視図に示されだように、電
極２０とマトリックス２１、セパレータ２２とを積層し
て形成され、セパレータ２２の相対する角部に、接続線
１９ａを連結する端子２３が形成されている。マニホー
ルド１０ｕ第６図（ａ）図中二点鎖線で示されたように
取付けられるようになっている。このマニホールド１０
には第６図（ｂ）の平面図に示されたように、接続線１
９ａが、連結される端子が形成されている。また、上記
第７図に示されたようにマニホールド１０間及びセパレ
ータ２２とを接続しても効果は同一である。
なお、図示してないが、冷却器３又は締付金具８ａ、
８ｂとマニホールド１０との接続も同様に形成すればよ
い。
８ｂとマニホールド１０との接続も同様に形成すればよ
い。
第８図（ａ）〜（Ｃ）に、セパレーク２２に端子２３を
形成する実施ＩＺＵが示されている。同図（ａ）にはセ
パレータ２２と端子２３を一体形成したもの、同図（ｂ
）、 （Ｃ）にはセパレーク２２に端子２３又は接続線
１９ａを接着又はモールディングにより接続したものが
示されている。また、この引き出し端子２３は上記のよ
うにセパレータ２２に取シ付けても、電極２０に取シ付
けても、効果は同一である。
形成する実施ＩＺＵが示されている。同図（ａ）にはセ
パレータ２２と端子２３を一体形成したもの、同図（ｂ
）、 （Ｃ）にはセパレーク２２に端子２３又は接続線
１９ａを接着又はモールディングにより接続したものが
示されている。また、この引き出し端子２３は上記のよ
うにセパレータ２２に取シ付けても、電極２０に取シ付
けても、効果は同一である。
以上説明したように、本発明によれば、絶縁部材の厚み
を低減することができることから、絶縁構造が簡単化さ
れるとともに冷却効率が向上され、しかも絶縁耐圧が安
定に保持され、且つ積層段数を増やして出力電圧を高電
圧化することができるという効果があるう
を低減することができることから、絶縁構造が簡単化さ
れるとともに冷却効率が向上され、しかも絶縁耐圧が安
定に保持され、且つ積層段数を増やして出力電圧を高電
圧化することができるという効果があるう
第１図＜ａ＞及び（ｂ）は従来例の正面断面図及び平面
断面図、第２図は第１図図示従来例の模式的等価回路図
、第３図は第１図図示従来例の部分詳細図、第４図（ａ
）及び（ｂ）は本発明の一実施例の正面断面図及び平面
断面図、第５図は第４図図示実施例の模式的等価回路図
、第６図（ａ）及び（１））はそれぞれ第７図図示実施
例の部分詳細、第７図及び第８図（ａ）〜（Ｃ）は変形
例を説明するだめの部分詳細図である。 １・・・単位電池、３・・・冷却器、１０・・・マニホ
ールド、１１・・・シール材、１７・・・絶縁材。 代理人 弁理士 高橋明夫 第Ｊ（ＺＪ ：・′ （０−〕 第７／２Ｊ 葛ｇ（Ｅ （′：Ｌ〕
（ｂ）（Ｃ）
断面図、第２図は第１図図示従来例の模式的等価回路図
、第３図は第１図図示従来例の部分詳細図、第４図（ａ
）及び（ｂ）は本発明の一実施例の正面断面図及び平面
断面図、第５図は第４図図示実施例の模式的等価回路図
、第６図（ａ）及び（１））はそれぞれ第７図図示実施
例の部分詳細、第７図及び第８図（ａ）〜（Ｃ）は変形
例を説明するだめの部分詳細図である。 １・・・単位電池、３・・・冷却器、１０・・・マニホ
ールド、１１・・・シール材、１７・・・絶縁材。 代理人 弁理士 高橋明夫 第Ｊ（ＺＪ ：・′ （０−〕 第７／２Ｊ 葛ｇ（Ｅ （′：Ｌ〕
（ｂ）（Ｃ）
Claims (1)
- １、複数段に積層された単位電池と、導電性材料により
一体形成され前記各単位電池の反応ガス給排日に第１の
絶縁部材を介して取り付けられる反応ガス給排マニホー
ルドと、導電性材料により一体形成され前記単位電池間
に第２の絶縁部材を介して適宜挿入配置される冷却器と
、を具えて成る積層形の燃料電池において、前記積層さ
れた中心段の単位電池の一方の電極と前記マニホールド
及び前記冷却器とを電気的に接続したことを特徴とする
燃料１ｉ′ｉ、池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58087714A JPS59214169A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP58087714A JPS59214169A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59214169A true JPS59214169A (ja) | 1984-12-04 |
| JPH0160907B2 JPH0160907B2 (ja) | 1989-12-26 |
Family
ID=13922565
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP58087714A Granted JPS59214169A (ja) | 1983-05-20 | 1983-05-20 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59214169A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1839355A2 (en) * | 2004-12-23 | 2007-10-03 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel cell system including a unit for electrical isolation of a fuel cell stack from a manifold assembly and method therefor |
-
1983
- 1983-05-20 JP JP58087714A patent/JPS59214169A/ja active Granted
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP1839355A2 (en) * | 2004-12-23 | 2007-10-03 | Fuelcell Energy, Inc. | Fuel cell system including a unit for electrical isolation of a fuel cell stack from a manifold assembly and method therefor |
| EP1839355A4 (en) * | 2004-12-23 | 2009-08-05 | Fuelcell Energy Inc | FUEL CELL SYSTEM COMPRISING A UNIT FOR THE ELECTRICAL INSULATION OF A FUEL CELL STACK OF A CRANK ASSEMBLY AND METHOD THEREOF |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0160907B2 (ja) | 1989-12-26 |
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