JPS6139373A - 燃料電池のセルスタツク組立構造 - Google Patents

燃料電池のセルスタツク組立構造

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JPS6139373A
JPS6139373A JP15840884A JP15840884A JPS6139373A JP S6139373 A JPS6139373 A JP S6139373A JP 15840884 A JP15840884 A JP 15840884A JP 15840884 A JP15840884 A JP 15840884A JP S6139373 A JPS6139373 A JP S6139373A
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JP
Japan
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cell
cell stack
unit
manifold
assembly structure
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JP15840884A
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English (en)
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Osamu Yamamoto
修 山本
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Corporate Research and Development Ltd
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Publication date
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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
    • 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
    • H01M8/249Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells comprising two or more groupings of fuel cells, e.g. modular assemblies
    • 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

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  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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】 【発明の属する技術分野】
この発明は方形状をなす単電池の多数個を柱状に積層し
たセルスタックの組立構造に関す−る。
【従来技術とその問題点】
この種の燃料電池は、数−個の単電池を上下方向に積層
し、これを別な締付は手段により単電池に所定の面圧を
与えるよう積層方向に締付けて燃料電池のセルスタック
を構成している。 一方、電池の特性試験の実施、セルスタックへの組み込
み、不良単電池の交換等の取扱いに対して便・宜を図る
ために、あらかじめ10〜20セルの所定個数の単電池
積層体を単位としてこの単電池積層体の両端に端板を当
がって独立したセルユニットを構成し、このセルユニッ
トを複数段積層してセルスタックを構成するようにした
ものが従来より実施されている。かかるセルスタック構
成では、セルユニットを単位として取り扱うようにして
おり、例えば電池の特性試験はセルユニットをセルスタ
ックに組み込む以前の段階で各セルユニットごとに所定
の圧力で締付けた状態で行い、試験の終了後に試験装置
から取り出してセルスタックに組み込むようにしている
。この場合に、電池の特性試験終了後に締付は圧力を解
除するとセルユニット内で単電池の相互間にずれを生じ
てマトリックス、シール部材等に破損が生じたりする問
題があり、セルユニットは試験終了後も所定の締付は圧
を保持したままの組立状態で取り扱えるように′するこ
とが必要である。 このために、本件出願人は先に実願昭59−1519に
より、各セルユニットごとにあらかじめ着脱自在な仮の
締付は具を取付けておき、特性試験の終了後は前記締付
は具によりセルユニットに締付は圧を加えた状態で試験
装置から取り出してセルスタックに組み込み、セルスタ
ック全体を別な締付は手段で所定圧に締付けた後に前記
の締付は具を外し、その後に改めて反応ガス供給用のマ
ニホールドを装着するものを提案している。 しかしながら、上記のようにセルユニットの取扱い時に
締付は具を使用してセルユニットの締付けを行う方式で
は、セルユニットの試験、セルスタックへの組み込み、
および不良電池に伴うセルユニットの交換等の際に、そ
の都度締付は具の着装、締付は操作を行う必要があり、
その取扱いが厄介である。このことからなお一層の改善
が望まれていた。
【発明の目的】
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、そ
の目的は特別な締付は具を使用することなくセルユニッ
トを一体構造のまま安全に取り扱えるようにした取扱性
の優れたセルス、タックの組立構造を提供することにあ
る。
【発明の要点】
上記目的を達成するために、この発明はセルスタックを
所定個数の単電池積層体を単位としてこの単電池積層体
の上下両端に端板を配してなる各独立構造のセルユニッ
トの積層組立体として構成するとともに、各セルユニッ
トごとにその外周側面に配備したマニホールドを前記の
上下端板の間にまたがって固定してこの端板間に介装さ
れた単電池積層体を一体に締付は支持し、これによりセ
ルユニットを単位として行う電池の特性試験、セルスタ
ックへの組み込み、交換等の際に、従来のようにその都
度締付は具を着脱操作することなくマニホールド装備の
まま一体の形で取り扱えるようにしたものである。
【発明の実施例】
第1図はセルスタック全体の組立構成図、第2図、第3
図5、および第4図ないし第9図はそれぞれこの発明に
よるセルユニットの異なる実施例を示すものであり、第
2図、第4図はセルユニットの外形斜視図、第3図、第
8図、第9図はマニホールド締結部の構造断面図、第5
図は第4図の縦断側面図、第6図、第7図は第4図にお
ける上下端板の斜視図である。 まず第1図において、セルスタック2oはその詳細構造
を後述する各実施例のセルユニソ1−30を複数段積層
した積層組立体として構成されており、上部のエンドプ
レート40と燃料電池収容容器5oの底部に固定された
下部エンドプレート6oとの間にまたがりセルスタック
20の外周四隅に立てて配備した締付はスタンド70を
介して皿ばね71.ナツト72により積層方向に締付は
固定されている。次ぎに前記したセルユニット30につ
いて、その構造を以下述べる実施例について詳細に説明
する。 第2図、第3図の実施例において、セルユニット30は
所定個数の単電池を上下方向に積層した単電池積層体1
と、該単電池積層体1の上下に重ね合わせた単電池と同
じ方形状の端板2.3と、単電池積層体1の各単電池内
部の反応ガス通路と連通ずるように単電池積層体1の外
周側面の対向面に装着された空気供給、排気用のマニホ
ールド4゜5、および燃料ガス供給、排気用のマニホー
ルド6.7との組立構造としてなり、かつマニホールド
4〜7は上下の端板2,30間に単電池積層体1を介装
支持し、各単電池に所定の面圧を与゛えるように外部か
ら締付は圧力を加えて積層方向に締付けた状態で、マニ
ホールドのフランジがそれぞれ端板2.3の間にまたが
ってその周側面にボルト8を介して締結されている。な
おマニホールドが金属製である場合には、マニホールド
と端板2゜3との間でボルト8に絶縁ボルトを使用する
などして電気的に絶縁されている。 上記の構成によれば、マニホールド4〜7を連結部社と
して端板2と3の間に介装された単電池積層体1が端板
とともに一体に締付は支持されることになり、組立後は
マニホールドの”取付けに際して外部から加えていた締
付は圧力を解除しても単電池積層体1が緩むことがない
。したがってセルユニットを単位として行う電池の特性
試験、セルスタックへの組み込みおよび交換等の際には
、従来方式のように仮の締付は具を用いることなくセル
ユニットの組立体をそのまま自由に取り扱えることが可
能となる。 次ぎに第4図ないし第9図に異なる実施例を示す。この
実施例の完配実施例と異なる点は、マニホールド4〜7
が端板2.3に対し、タイロッド9を介して締結されて
いることである。すなわち第6図、第7図に示すように
、方形状の端板2゜3には、一方の対向辺の間にまたが
って穿孔された貫通穴10と、これと直角な向きの他方
の対向辺の間にまたがるように端板の端面上に凹溝11
が形成されており、この貫通穴10および凹溝11に嵌
め込んだタイロッド9の両端にマニホールド4〜7がナ
ツト12で締結されている。この場合に端板2と3は、
第6図、第7図で示すように上下で対面し合う端板2.
3の同じ辺同士の間で、貫通穴lOと凹溝11とが対向
し合うような関係に配置されており、この状態で第5図
に示す如く、例えばマニホールド4.5は一方−の端板
2に対して凹溝11に通したタイロッド9と結合し、も
う一方の端板3に対しては貫通穴10に通したタイロッ
ドと結合し合っている。なお図示されてないが、マニホ
ールド6.7については、逆に端板2に対しては貫通穴
IDに通したタイロッドと結合し、端板3に対しては凹
溝11に通したタイロッドと結合している。 このように各端板2,3について互いに直角な向きに貫
通穴10と凹溝11とを形成し、マニホールド4.5お
よび6.7に対して貫通穴、凹溝を上下で互い違いに組
み合わせてタイロッドに連結することにより、セルユニ
ットを第1図のようにセルスタック20内に組み込んだ
状態でセルスタック全体を締付彷スタッド70で規定さ
れた所定圧に締付けた際に、前記凹溝11内のタイロッ
ド9は前記締付は圧に拘束されずに環内で動き得るので
、締付はスタンド70による締付は圧が優先して単電池
積層体1に加わることになり、マニホールドには締付は
圧が干渉することがない。したがってマニホールドと単
電池積層体1との間のシール性能を損なうおそれがない
。 なお前記のタイロッド9は、燃料電池の運転時の温度上
昇に伴う熱膨張の伸びでマニホールドとセルユニットの
単電池積層体との間のシール性能を低下させないために
は、単電池積層体と熱膨張率がほぼ同じ材質のものを選
定するのがよい、この場合、単電池積層体はカーボン材
質に近くその膨張率は1〜3X10−’/’eであり、
この熱膨張率に近い金属材料としてアンバーが挙げられ
る。一方端板2.3の材質としては、前記と同じ理由か
らカーボン、低膨張率の合金等が用いられる0次ぎに第
8図、第9図により、上記実施例における端板2,3と
マニホールド4〜7との間の締結部の電気的絶縁構造を
示す、第8図の実施例ではマニホールドのフランジ部1
3とタイロッド9との間に絶縁ワッシャ14が介挿され
ている。一方、第9図の実施例では前記絶縁ワッシャ1
4のほかに、さらにタイロッド9のほぼ全長に亙り絶縁
チューブ15が被覆されている。この電気的絶縁構造は
セルユニット内での単電池の短絡を防ぐために重要であ
る。なお第8図、第9図における符号16は、マニホー
ルドのフランジ部13と単電池積層体1との間に介在さ
せたガスシール部材である。
【発明の効果】
以上述べたようにこの発明によれば、セルスタックを所
定個数の単電池積層体を単位としてこの単電池積層体の
上下両端に端板を配してなる各独立構造のセルユニット
の積層組立体として構成するとともに、各セルユニット
ごとにその外周側面に配備したマニホールドを前記の上
下端板の間にまたがって固定して端板間に介装された単
電池積層体を締付は支持したことにより、電池の特性試
験を行う際、あるいはセルスタックへの組み込み時など
、外部からの締付は圧を解除した状態でセルユニットを
単独に取り扱う際にも、従来のように特別なセルユニッ
ト締付は具を使用することなく、セルユニットを構成し
ている単電池積層体を一体に締付は支持したまま安全に
取り扱えることができ、これによってセルユニットの取
扱性および保守管理の改善を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は燃料電池の収容容器とともに示したこの発明の
実施例に係るセルスタック組立構造の全体構成図、第2
図、第4図はそれぞれ第1図におけるセルユニットの異
なる実施例の外形斜視図、第3図は第2図におけるマニ
ホールド締結部の部分拡大断面図、第5図は第4図の縦
断面図、第6図、第7図は第4図における上下端板の構
造を示す斜視図、第8図、第9図はそれぞれ第4図にお
けるマニホールド締結部の電気絶縁構造を示す異なる実
施例の構成断面図である。図において、1:セルユニッ
トの単電池積層体、2.3:セルユニットのmW、4〜
7:マニホールド、8:締結ボルト、9:タイロッド、
lO:貫通穴、11:凹溝、12:締結ナツト、13:
マニホールドのフランジ、14.15:絶縁介在物とし
てのワッシャ、チューブ、20:セルスタック、30:
セルユニット、70:締付はスタンド。 オ 1 口 才20 fb目 77 図 brE2 す 9 圀

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)方形状をなす多数の単電池を上下方向に積層してな
    るセルスタックに対し、その外周側面に各単電池内部の
    反応ガス通路に連通する反応ガス供給用のマニホールド
    を配備し、該マニホールドを通じて外部より反応ガスの
    供給を行う燃料電池のセルスタック組立構造であって、
    前記セルスタックを所定個数の単電池積層体を単位とし
    てこの単電池積層体の上下両側に端板を配してなる各独
    立構造のセルユニットの積層組立体として構成するとと
    もに、各セルユニットごとにその外周側面に配備した各
    マニホールドを前記の上下端板の間にまたがって固定す
    ることにより、上下端板間に介装された単電池積層体を
    一体に締付け支持したことを特徴とする燃料電池のセル
    スタック組立構造。 2)特許請求の範囲第1項に記載の組立構造において、
    マニホールドは、そのフランジ部がセルユニットの上下
    両端に配した端板の側面に直接ボルトを介して締結され
    ていることを特徴とする燃料電池のセルスタック組立構
    造。 3)特許請求の範囲第1項に記載の組立構造において、
    マニホールドは、そのフランジ部がセルユニットの上下
    端に配した端板に対しその対向辺の間にまたがって穿孔
    された貫通穴ないし端面上の凹溝に通したタイロッドに
    ねじ止めされていることを特徴とする燃料電池のセルス
    タック組立構造。 4)特許請求の範囲第3項に記載の組立構造において、
    マニホールドは、セルユニットの上下端板に対して一方
    側が端板の貫通穴に通したタイロッドに、他方側が端板
    の端面凹溝に通したタイロッドにねじ止めされているこ
    とを特徴とする燃料電池のセルスタック組立構造。 5)特許請求の範囲第1項に記載の組立構造において、
    マニホールドとセルユニット側の端板との間が電気的に
    絶縁されていることを特徴とする燃料電池のセルスタッ
    ク組立構造。
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