JPS61128476A

JPS61128476A - 燃料電池

Info

Publication number: JPS61128476A
Application number: JP59249735A
Authority: JP
Inventors: Kazunari Ihara; 井原　和成
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1984-11-28
Filing date: 1984-11-28
Publication date: 1986-06-16

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。

Description

【発明の詳細な説明】［発明の技術分野］本発明は、耐震構造に改良を施した燃料電池に関するも
のである。

［発明の技術的背景］燃料電池は、燃料の持つ化学エネルギーを電気化学プロ
セスで酸化させることにより、酸化反応に伴って放出さ
れる。エネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置
である。この燃料電池を用いた発電プラントは、比較的
小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％にも達し、
新鋭火力をはるかにしのぐと期待されている。ざらに、
近年大きな社会問題になっている公害要因であるＳＯＸ
。

ＮＯｘの排出が極めて少ない、発電装置内に燃焼サイク
ルを含まないので大量の冷却水を必要としない、振動音
が小ざいなど、原理的に高いエネルギー変換効率が期待
できると共に、騒音・排ガス等の環境問題が少なく、さ
らに、負荷変動に対して応答性が良い等の特長があるこ
とから、その開発、実用化の研究に期待と関心が寄せら
れている。

この様な燃料電池発電プラントのうち小規模のものは、
すでに試作され、実験運転の段階に入っている。しかし
、大容量の燃料電池発電プラントの実用化への最大の鍵
は、燃料電池の単器容量をなるべく大きくしてコストを
下げると共に、大型化に伴って生ずる燃料電池中身の耐
震性能の低下を防ぎ、輸送時或いは現地据付は後におい
ても、いかにセルスタックに対する締付力を均等に保持
し燃料電池の長寿命化を図るかにかかつている。

さて、この様な燃料電池の原理を示す断面模型図を第３
図に示した。即ち、−組の多孔質電極１の間に、リン酸
等の電解液を含浸させた電解質層２を介在させて単電池
を形成し、この単電池の両端面に水素ガスＨと空気Ａを
連続して供給する。

この様にすると、反応生成物及び反応残余物りが外部に
連続して除去されるので発電が長期にわたり継続される
。

また、この様な燃料電池の基本的な構成は、第４図に示
す通りである。即ち、電解質マトリックス１１１３の両
側に正極４及び負極５が配設されて四角系の板状をなす
単電池が構成され、この単電池を発電装置として使用す
るために、多数の単電池が直列に結合されて積層されて
いるが、これら単電池の間には、ガスを供給するための
溝を設けたインクコネクタ６が配設され、前記単電池と
交互に積重ねられている。この溝付インタコネクタ６に
は、対向する二側縁に開口する複数の溝が設けられてお
り、−側面の溝を流路とする水素ガス流路７と、他の側
面の溝を流路とする空気流路８は、互いに直行する方向
に配列されている。

ところで、現在開発が進められている燃料電池Ｎは、第
５図（Ａ）（Ｂ）に示す如く、上記の様な単電池を四角
柱状に複数個積層してセルスタック９が構成され、その
四周の側面には反応ガス供給用のマニホールド１０が取
付けられている。このマニホールド１０には、それぞれ
水素ガス供給管１１、水素ガス排出管１２、空気供給管
１３及び空気排出管１４が接続されており、水素ガス及
び空気は、セルスタック９内を矢印Ａ、Ｂの方向に流れ
る様に設計されている。また、セルスタック９の運転温
度は高い方が反応論的には好ましいが、構成材料の耐熱
性や電解質の蒸気圧等の制約から２００’　Ｃ前後に維
持することが望ましい。

従って、セルスタック９内に埋設された導管内に冷却水
を循環させて、燃料電池起動時の加熱と、運転中に発生
する熱を冷却している。即ち、この型の燃料電池では、
第５図（Ａ）に示した様に、冷却水供給管１５及び冷却
水排出管１６が配設され、冷却水はセルスタック９内を
破線Ｃの様に循環している。さらに、燃料電池の出力は
直流で、セルスタック９の上下端に配設された電力端子
（正極）１７、電力端子（負極）１８から、接続導体１
９及びブッシング２０を介してタンク２１外に引出され
る。

また、セルスタック９の上部及び下部には、十字形をし
た締付板２２が配設され、その４つの先端部に設けられ
たばね機構を有する締付金具２３によって上下の締付板
が締付けられ、積層された単電池が上下から固定されて
いる。

以上、説明した様な燃料電池の中身は、タンク２１内に
収納され、タンク２１内には、マニホールド１０やその
他からの反応ガスの漏れを抑制するために窒素ガス等が
封入されている。

［背景技術の問題点］ところで、第５図（Ａ）（８）に示した様な燃料電池に
おいては、その単器容量は単電池面積とその積Ｉｔ個数
に比例する。しかし、単電池を構成する多孔質電極板は
、全面均一な厚さに成形する製作上の制約や、脆い材質
であることからの積層作業の制約、さらには、全面均一
な締付力が得られにくい等の制約より、その面積を大幅
に増大することは困難であり、また単電池の積層個数も
輸送上の制約或いは積層作業のｔｉｌｌ約等のため限界
があることより、セルスタック１個当たりの容量は２０
０〜５００ｋＷに抑制される。従って、大容量の燃料電
池発電プラントの実用化に際しては、数十個或いは数百
側の燃料電池を併設する必要がある。

ところが、従来の燃料電池は、セルスタックを構成する
単電池の面積を極力大きなものとし、またその積層枚数
を増加することで、その容量の増大を計ったものであっ
て、どうしてもセルスタック９の高さが高くなるため、
セルスタック９の下部のみをタンク２１に固定しただけ
では、輸送時の加速度、Ｉｊ撃、或いは現地据付は後の
地震などに対して、セルスタック９の上部が激しく振れ
る状態となり、セルスタック９の下部積層面では面圧が
極端に変動する。そこで、この様な現象を防止するため
には、燃料電池中身をタンクに固定する振れ止め装置を
設ける必要がある。この場合、セルスタック９をその下
部で固定し、さらに上部でもタンク２１に固定すれば、
振動に対して万全であるが、例えば、タンク２１とセル
スタック９の上部をボルト相互に締結しようとすると、
タンク２１の上部でタンク２１を上下に切断し、その切
断部に胴継ぎ７ランジを設け、タンク２１とセルスタッ
ク９とのボルト締め作業が終了後、再び胴継ぎ７ランジ
をボルト等で締付け、上下に切断したタンクを連結しな
ければならず、コスト高となる。また、セルスタックと
タンクとの間にスペーサを取りつけても、寸法公差の点
で多少の隙間が生じて、輸送時の振ｖＪｍ撃で構造物が
破損したり、一定に保つべきセルスタックの面圧が変動
して電気出力の低下１品質、寿命の低下につながる。

その上、大容量の発電装置は、複数個の燃料電池を直列
に接続することで構成されるため、セル電位が高くなる
。そこで、セルスタックの上端部・は下部の電位とセル
スタックに付設されるマニホールド、締付板とを同電位
にする必要があるので、これらの部材とタンクとの間で
絶縁耐力の高い振れ止め構造が要求されている。

［発明の目的］本発明は、上述の如き欠点を解消じんとして提案された
もので、その目的は、タンク構成を複雑にすることなく
、十分な振れ止め効果と絶縁性能を有し、寿命の長い高
品質の燃料電池を提供することにある。

［発明の概要］本発明の燃料電池は、セルスタックの上端部にタンク側
に向けて絶縁支持碍子を配設し、一方、前記支持碍子と
対向するタンクの内壁部にネジ座を設け、これにタンク
外部からジヤツキボルトをねじ込み操作して、各絶縁碍
子に各ジヤツキボルトを当接させたもので、ジヤツキボ
ルトにより十分な振れ止め効果と、絶縁碍子により絶縁
性能を得る様にしたものである。

［発明の実施例］進んで、本発明の一実施例を第１図及び第２図に基づい
て具体的に説明する。なお、第４図乃至第５図の従来型
と同一の部材については、同一符号を付し説明は省略す
る。

本実施例において、セルスタック９の上端部の四辺の中
央部に、それぞれタンク２１側に向けて支え板２４を介
して例えば絶縁支持碍子２５のような絶縁支持構造物が
配設されている。ざらにその絶縁碍子２５のタンク側端
面には例えば金物で出来た受は板２６が取付固定されて
いる。一方タンク２１の上部側壁には、前記絶縁支持碍
子２５、及び受は板２６に対向する位置に、ジヤツキボ
ルト２７を当接させるためにタンク２１を貫通するネジ
座２８が設けられている。そして、ジヤツキボルト２ア
がタンク２１の外側よりねじ込まれている。

このジヤツキボルト２７は全ネジとし、片端にば６穴付
としておき、ネジ座２８に完全に埋没してしまうまで六
角スパナなどを用いてねじ込まれ、前記量は板２６に当
接している。さらにタンク貫通部のシールのため、ジヤ
ツキボルト２７の外側に、あらかじめネジ座２８に設け
られているシール用ねじ穴にめくら栓２９をねじ込みシ
ールして、全体が形成されている。

なお、この振れ止め構造と、従来から用いられているセ
ルスタック９の締付板２２及び締付金具２３の位置関係
は、第２図に示した様に、互いにぶつかり合わない様に
なっている。即ち、十字形をした締付板２２は、その先
端部が四角形状のセルスタックの対角線方向に伸びてお
り、一方、本発明の振れ止め構造は、セルスタック９の
四辺の中央部に配設されている。

この様に構成された本発明の燃料電池においては、タン
ク２１に配設されたネジ座２８に取付けられたジヤツキ
ボルト２７を緩めるか又は完全に取外して置き、タンク
２１を燃料電池中身に被せ、ジヤツキボルト２７をセル
スタック側に配設されている絶縁碍子２５の端面受は板
２６と当接する位置まで締付け、最後にめくら栓２９を
ねじ込んで組立を完了する。

以上述べた様に、ジヤツキボルト２７が絶縁碍子２５と
四方向で対向しているので、輸送時の加速度及び衝撃、
或いは現地据付は後の地震に対して十分な振れ止め効果
を有する。また、絶縁碍子２５を用いているので、絶縁
性も保持される。さらに、安定性が高まるため、燃料電
池の締付力に急激な変動を与えることなく、よって出力
される電気エネルギーの効率低下も防止できる。また、
セルスタック９の熱サイクルによる縦方向の伸縮に対し
ても、ジヤツキボルト２７と受は板２６とは、その接合
面において上下にスライドするので、絶縁碍子２５は曲
げ力を受けず、セルスタック９も締付力変化を受けるこ
とはない。

また組立時の制作誤差による縦および横方向の位置ずれ
に対しても、受は板２６の巾の分が許容できるので組立
が簡単であり、しかもジヤツキボルト２７は圧縮荷重の
み受けるため、ジヤツキボルト２７およびネジ座２８は
Ｍ３０程度以下とすることができ、コンパクトで安価で
ある。よって図示しないが４方向に限らずさらに多くを
取付けても、簡単に組立られ複雑化することはないので
、大形化に応じて対処できる優れた構造である。

［発明の効果］以上の通り、本発明によれば、タンク構成を複雑にする
ことなく簡単に組立られ、輸送時の加速度２ｗＥ撃或い
は現地据付は後の地震に対して、十分な撮れ止め効果と
絶縁性能を有し、寿命の長い高品質の燃料電池を提供す
ることにある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の燃料電池の一実施例を示す縦断面図、
第２図はその横断面図である。第３図は燃料電池の原理
を示す断面模型図、第４図は燃料電池の基本構成を示す
斜視図、第５図（Ａ）は現在開発が進められている燃料
電池の概略構成を示す平面図、第５図（Ｂ）はその縦断
面図である。Ｎ・・・燃料電池、１・・・多孔質電極、２・・・電解
質層、３・・・電解質マトリックス層、４・・・正極、
５・・・負極、６・・・溝付インタコネクタ、７・・・
水素ガス流路、８・・・空気流路、９・・・セルスタッ
ク、１９・・・マニホールド、１１・・・水素ガス供給
管、１２・・・水素ガス排出管、１３・・・空気供給管
、１４・・・空気排出管、１５・・・冷却水供給管、１
６・・・冷却水排出管、１７・・・電力端子（正極）、
１８・・・電力端子（負極）、１９・・・接続導体、２
０・・・ブッシング、２１・・・タンク、２２・・・締
付板、２３・・・締付金具、２４・・・支え板、２５・
・・絶縁支持碍子、２６・・・受は板、２７・・・ジヤ
ツキボルト、２８・・・ネジ座、２９・・・めくら栓。（７３１７，）代理人　弁理士　間近　憲佑（外１名）
第１図第２図第３図第４図

Claims

【特許請求の範囲】一対の電極間に電解質層を介在させて複数個の矩形平板
状の単電池を四角柱状に積層し、これら単電池を上下の
締付板で締結してセルスタックを形成し、このセルスタ
ックをタンク内に収納して成る燃料電池において、セルスタックの上端部の四辺の中央部に、タンク側に向
けて絶縁支持構造物が配設され、一方、タンクの上部に
は前記絶縁支持構造物と対向する位置にネジ座が設けら
れ、このネジ座にタンク外部から操作できるジャッキボ
ルトを配設して、その先端と前記絶縁支持構造物とを当
接させ、タンクにセルスタックを絶縁支持させたことを
特徴とする燃料電池。