JPS62140377A

JPS62140377A - 燃料電池

Info

Publication number: JPS62140377A
Application number: JP60280540A
Authority: JP
Inventors: Hideki Tanaka; 英樹田中; Yoshiyuki Azebiru; 畔蒜　義行
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1985-12-13
Filing date: 1985-12-13
Publication date: 1987-06-23

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、燃料電池に関するもので、特に燃料電池タン
クの支持構造及び燃料電池の冷却＠造に改良を施した燃
料電池に係る。

［発明の技術的背景］燃料電池は、燃わｌの持つ化学エネルギーを電気化学プ
［１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゛でおる。この燃３′１１電池を用いた発電システム
は、比較的小さな規模でも発電の熱効率が４０〜５０％
にも達し、新鋭火力発電をはるかにしのぐと期待されて
いる。また、近年大きな社会問題になっている公害要因
で必る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ｆｆｉの冷却水を必要としない、振
動音が小さいなど、原理的に高い正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
、ざらに、負荷変動に対して応答性が良い等の特徴があ
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。

この種の装置としては、たとえば、特開昭６０−９３７
６５号公報が知られている。

ところで、現在開発が進められている燃料電池は第４図
（Ａ＞、（Ｂ）に示した様な構成を有するものである。

即ら、電解″ｉ１を含浸させた電＠−貿層を挟んで、一
対の多孔負電極を配置してなる単電池を四角柱状に複数
個積層してセルスタック１が構成され、その四つの側面
には反応ガス供給用のマニホールド２が取付けられてい
る。このマニホールド２には、それぞれ水素ガス供給管
３、水素ガス排出管４、空気供給管５及び空気排出＠６
の各種配管路が接続されており、水素ガス及び空気（，
１セルスタツク１内を矢印Ａ、Ｂ方向に流れるように設
計されている。また、セルスタック１の運転温度は高い
方が反応論的には好ましいが、構成月利の耐熱性や電解
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。そのため、セルスタック１内に埋設された
導管内に冷却水を循環ざぜて、燃料電池起動時の加熱と
、運転中に発生する熱を冷却するようにしている。即ち
、この型の燃料電池では、第４図（△〉に示した様に、
冷７；Ｉ］水供給管７及び冷却水排出管８の配管路が配
設され、冷却水はセルスタック１内を破線Ｃのように循
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１の上下端に配設された電力端子（正極）９、電
力端子（負極）１０から、接続導体１１及びブッシング
１２を介してタンク１３外に引き出される。

また、第４図に示した様な燃料電池においては、燃料電
池起動口４の加熱や運転中に発生する熱の冷却を、単電
池を積層して構成されたセルスタック１の全体にわたっ
て均一に行なうために、第５図に示した様に、セルスタ
ック１の内部に、数個の単電池毎に一定間隔で冷却水を
循環させるため、連続してＵ字形に屈曲さ”Ｕた伝熱管
１６を埋設した冷却板１７が積層されている。各伝熱管
１６はマニホールド２の内部に設けられている冷却水供
給分岐管１８及び冷却水排出合流管１９にそれぞれ電気
的に絶縁されて連結されている。この様に構成されたセ
ルスタック内部の冷却水循環経路に冷却水が送り込まれ
、燃）ＦＦＩ電池で発生する熱を冷却している。

以上説明した様な燃料電池の本体はタンク１３内に収納
され、そのタンク１３内には、マニホールド２等から漏
れた水素ガスが空気と混合して反応する危険性を防止す
るた・めに、窒素ガス等の不活性ガスが封入されている
。なお、第４図中１４は窒素ガス供給管であり、１５は
窒素ガス排出管で必る。

し背景技術の問題点］ ■第１の問題点しかしながら、上述の燃料電池においては、タンク１３
の下部に、水素ガス供給管３、水素ガス排出管４、空気
供給管５、空気排出管６、冷却水供給管７、冷却水排出
管８、ブッシング１２、窒素ガス供給管１４、窒素ガス
排出管」５及び図示していない各種の配管類、配線ダク
ト等が取付けられているので、タンク１３の下部のスペ
ースが非常に狭いものとなっていた。その結果、タンク
１３を支持するために配設するタンク脚１６の取付はス
ペースが充分でなく、タンク脚１６の大きさ及び設置数
を縮小しなければならないといった欠点があった。また
、タンク１３の０Ｉｉｉ１部の直径が小さい場合は、タ
ンク下部にタンク脚１６を取付けるスペースがなく、取
付けが困難な場合もあった。

一方、前）ホの様にタンク下部にスペースがない場合に
、タンク脚１６をタンク１３の胴体部分の側面に取付り
てタンク１３を支持することが考えられる。しかし、第
４図に示した様に、一般にタンク１３は上下に切離すこ
とができる様に構成されているので、その胴部には上下
タンクを接合するためのフランジ１７が取付りられて（
ｒ３す、このフランジ１７を避りてタンク脚１６を取付
けると、構造が複雑化するばかりでなく、外径寸法も大
きくなり、燃料電池の設置スペースが増大してしまうの
で望ましいものではなかった。

■第２の問題点上述した問題点に加えて、前記の様な構成を有する燃料
電池に（１３いては、冷却板１７に埋設された伝熱管１
６に冷却水を循環させるためには、マニホールド２を貫
通している冷却水供給管７と冷却水供給分岐管１８との
接続、冷却水供給分岐管１８と伝熱管１６との接続、伝
熱管１６と冷却水排出合流管１９との接続、さらに冷却
水排出合流管１９と冷却水排出管８との接続を行なわな
ければならない。そして、これらすべての接続部は、マ
ニホールド２の内部にある。

そのため、燃料電池組立作業時に、冷却水循環系統の接
続作業とセルスタック側面へのマニホールド取付（ブ作
業を同時に行なわなければならず、組立作業に多大の時
間がかかると共に、燃料電池組立完了後は、冷却水循環
系統の各接続部はマニホールド内部に収納されてしまう
ので、これらの接続部の点検を外部から行なうことはで
きない。

そこで、燃料電池組立後は、冷却水循環系統に窒素ガス
等を加圧密封して漏れ試験を実施し、その良否を判定し
ているが、万一、前記接続部で漏れが発見された場合は
、マニホールドを取外し、漏れ部分を探索し、その接続
部を補修したり或いは再接続する等の処置を施して、再
度マニホールドを取付すなＣプればならず、点検・保守
作業に多大な時間を要していた。

また、燃料電池運転中に、前記接続部に過大な圧力が加
わったり、緩みが生じて、漏れが発生した場合には、高
圧力の冷却水がセルスタックの側面に直接ふりかかり、
燃料電池を損傷するという欠点もあった。

［発明の目的コ本発明は、上述した従来の燃料電池の欠点を解消する、
為に提案されたもので、その第１の発明の目的は、タン
ク下部に配置される各種配管類をタンク脚として用いる
ことによって、タンク下部に効率良くタンク脚を取付（
ブることかできる燃料電池を提供することにある。

また、第２の発明の目的は、前記に加え、燃料電池組立
完了後においても、冷却水系統の接続部の保守・点検作
業を容易に行なうことのできる燃料電池を提供すること
にある。

［発明の概要］本件出願の第１の発明は、セルスタックに反応ガスを供
給・排出するための各種配管類、或いはセルスタックを
冷却する冷却水を供給・排出するための配管類が引出さ
れているタンク下部に、中空状のタンク脚を配設し、そ
の内部に各種の反応ガス或いは冷却水等を通すように構
成したことにより、タンク下部を整然とした構成にし、
また、タンクの安定性及び耐震性を大幅に向上したもの
で必る。

また、第２発明は、セルスタックに一定間隔毎に配置し
た冷却板の隅部より、冷却板に埋設された伝熱管の端部
を引出して、冷却水循環系統の各種接続部をマニホール
ドの外部に配設したことにより、冷却水循環系統の保守
・点検作業をマニホールド外部より容易に行えるように
したものである。

［発明の実施例］以下、本発明の一実施例を第１図乃至第３図を参照して
具体的に説明する。なお、第４図及び第５図の従来型と
同一の部材については同一の符号を付して説明は省略す
る。

■第１実施例＊４苦成＊本実施例において、タンク１３に配設されている各種の
配管（水素ガス供給管３、水素ガス排出管４、空気供給
管５、空気排出管６、冷却水供給管７、冷却水排出管８
、窒素ガス供給管１４、窒素ガス排出管１５等）のフラ
ンジ部３ａ、４ａ。

５ａ、６ａ、７ａ、８ａ、１４ａ、’１５ａに、分岐部
３ｂ、４．ｂ、５ｂ、６ｂ、７ｂ、８ｂ、１４ｂ、１５
ｂを有する中空状のタンク脚２０が接続され、このタン
ク脚２０の他端がベース２１に固定されている。この中
空状のタンク脚２０は、それが接続されている前記各種
配管を並用できるように、また、前記各種配管をその分
岐部より外部に接続できるにうに構成されている。さら
に、タンク脚２０は第１図（Ａ＞に示した様に、タンク
１３に対して、均一に放射状になるように配置されてい
る。

＊作用＊以上の様な構成を有する本実施例においては、燃料電池
のタンク１３は、均一に放射状に配設されたタンク脚２
０によってベース２１に固定されるので、安定性及び耐
震性が大幅に向上される。

また、燃′ＡＳｌ電池のタンク１３内を楯Ｉ莱する各種
配管、例えば、水素ガスは、水素ガス供給管３に接続さ
れたタンク脚２０に形成された分岐部３ｂを通ってマニ
ホールド２内に送られ、マニホールド２内を循環した後
、水素ガス排出管４に接続されたタンク脚２０及びその
分岐部４ｂを通って外部に送られる。

この様に、中空状のタンク脚２０が燃料電池のタンク１
３の支持部ヰΔとなると同時に、各種配管として利用で
きるので、タンク１３の下部を整然とした構造とするこ
とができ、また、タンク下部のスペースも余裕の必るも
のとすることができる。

その結果、タンク下部に配設されているブッシング１２
等の点検、交換作業等も楽に行なうことができる。

■第２実施例＊構成＊本実施例において、第２図に示した様に、単電池を四角
柱状に復数個積層して構成されたセルスタック１の側面
に、反応ガス流路の形成された反応ガス供給、排出用マ
ニホールド２が配設されている。また、前記セルスタッ
ク１の内部には、数個の単電池毎に一定間隔で、冷却水
を循環させるための伝熱管１６が配設されている。この
伝熱管１６の両端部１６ａ、１６ｂがそれぞれ外側に折
曲げられて、冷却板１７の隅部１７ａ、１７ｂより外部
に取り出せるように形成されている。

また、前記伝熱管１６の両端部１６ａ、１６ｂが引出さ
れる側面に配設されるマニホールド２２は、冷却板１７
の隅部１７ａ、１７ｂより外部に引出された伝熱管１６
がマニホールド２２の外部に位置されるように、その幅
が他の側面に配設されるマニホールド２より小さく構成
されている。

また、冷却水供給分岐管１８と冷却水供給管７、及び冷
却水排出合流管１９と冷却水排出管８とは、フランジ７
ａ及び８ａを介してタンク１３の外部で接続されている
。

＊作用＊この様に構成された本実施例においては、伝熱管１６の
両端部１６ａ、１６ｂがマニホールド２２の外部にある
ので、冷却水供給管７と冷却水供給分岐管１８との接続
部、冷却水供給分岐管１８と伝熱管１６との接続部、伝
熱管１６と冷却水排出合流管１９との接続部、ざらに、
冷却水耕出合流管１９と冷却水１ＪＬ出管８との接続部
をすべてマニホールド２２の外部に配設することができ
る。

その結果、マニホールドの取付は作業と冷却水循環系統
のすべての接続作業とを、それぞれ独立して行なうこと
ができる。

この様に本実施例の燃料電池においては、冷却水循環系
統の接続部から万一冷却水が漏れたり、或いは、燃料電
池組立作業完了時に冷却水循環系統の水漏れ試験及び検
査等を行なう場合にも、マニホールド２を取外さずに容
易に補修、試験及び検査等を行なうことができる。

■他の実施例なａ３、本発明は上述の実施例に限定されるものではな
く、中空状のタンク脚の内部を２分割して、２つの配管
を一つのタンク肺内に収納しても良い。

この場合、タンク脚にそれぞれの配管に対応する分岐部
を設ける。

また、第２の発明においては、伝熱管を取出すセルスタ
ック側面は、任意に選定することができ、それに対応す
るマニホールドの幅を小さくすれば良い。

［発明の効果］以上の通り、本発明ににれば、タンク下部に配置される
各種配管類をタンク脚として用いることによって、タン
ク下部に効率良くタンク脚を取付けることができ、また
、燃料電池タンクの耐震性及び安定性を大幅に向上でき
る。ざらに、冷却水系統の各接続部をマニホールドの外
部に配設したことにより、燃料電池組立完了後において
も、冷却水系統の接続部の保守・点検作業を容易に行な
うことのできる燃１′」電池を提供することができる。

【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平
面図、（Ｂ）は正面図、第２図は、本発明の燃料電池に
用いられるセルスタックの構成を示す横断面図、第３図
は、第２図の縦断面図、第４図（Ａ＞は、従来の燃わ１
電池の構成を示す平面図、（Ｂ）は正面図、第５図は、
従来の燃料電池に用いられるセルスタックの（構成を示
す横断面図でおる。１・・・セルスタック、２・・・マニホールド、３・・
・水素ガス供給管、４・・・水素ガス排出管、５・・・
空気供給管、６・・・空気排出管、７・・・冷却水供給
管、８・・・冷却水排出管、９・・・電力端子（正極）
、１０・・・電力端子（負極）、１１・・・接続導体、
１２・・・ブッシング、１３・・・タンク、１４・・・
窒素ガス供給管、１５・・・窒素ガス排出管、１６・・
・伝熱管、１７・・・冷却板、１８・・・冷却水供給分
岐管、１９・・・冷却水排出合流管、２０・・・中空タ
ンク脚、２１・・・ベース、２２・・・マニホールド。

Claims

【特許請求の範囲】１）素電池を複数個積層してなる四角柱状のセルスタッ
クを収納するタンク下部から、前記セルスタックに反応
ガスを供給・排出するための各種配管類、或いは、前記
セルスタックを冷却する冷却水を供給・排出するための
配管類を引出すと共に、前記タンク下部にタンク本体を
支えるための支持部材を配設した燃料電池において、前記タンクを支えるタンク脚を中空状のものとし、その
内部に各種の反応ガス或いは冷却水等を通すように構成
したことを特徴とする燃料電池。２）素電池を複数個積層してなる四角柱状のセルスタッ
クを収納するタンク下部から、前記セルスタックに反応
ガスを供給・排出するための各種配管類、或いは、前記
セルスタックを冷却する冷却水を供給・排出するための
配管類を引出すと共に、前記タンク下部にタンク本体を
支えるための支持部材を配設した燃料電池において、前記タンクを支えるタンク脚を中空状のものとし、その
内部に各種の反応ガス或いは冷却水等を通すように構成
し、更に、前記セルスタックに一定間隔毎に配置した冷
却板より、冷却板に埋設された伝熱管の端部を引出して
、この伝熱管端部と冷却水循環系統との接続部をマニホ
ールドの外部に配設したことを特徴とする燃料電池。３）前記伝熱管が引出される側面に配設されるマニホー
ルドの幅を小さくしたことを特徴とする特許請求の範囲
第２項記載の燃料電池。