JPH01281681A - 燃料電池スタツク - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は燃料電池スタックに係り、特に、生産性、メン
テナンスに優れ、性能が安定し、スタック全体の性能が
向上し、長寿命が図れる燃料電池のスタック構造に関す
る。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特開昭５７−８０６７７号公報に記載の
ように、冷却板と集電部材とをかねた部材がすジスタッ
ク間の接続と集電系統として作動するようになっている
。この発明では、サブスタックをどのように組み立て、
それをさらに燃料電池全体に組み上げるかという製造方
法に関連した構造面での考慮がなされていない、また、
サブスタック内の燃料電池に不良のものが発生した場合
に、どのようにメンテナンスをするかという点について
も考慮がなされていない、さらに、冷却板と集電部材と
をかねた部材と燃料電池接触面における燃料と酸化剤と
の混合による直接燃焼に対する考慮もなされていない、
このように従来の装置ではサブスタックの構成から燃料
電池スタックへの組み立てに対する構造、及び、不良電
池が発生した場合のメンテナンス方法、さらに、燃料と
酸化剤ガスとの電池内での直接燃料に対する防止構造な
どの点で問題がある。

（発明が解決しようとする課題〕 上記従来技術はサブスタックの構成から燃料電池スタッ
クへの組み立てに対する構造、及び、不良電池が発生し
た場合の交換方法、さらに、電池内で冷却板と電池との
接触部間隙での燃料と酸化剤ガスとの直接燃焼防止構造
などの点について考慮されておらず、生産性、メンテナ
ビリティ、安全性、及び性能、寿命低下などの問題があ
った。

本発明の目的は生産性、メンテナビリティ、安全性に優
れ、性能、寿命を向上することができる燃料電池スタッ
クを提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は、サブスタックを構成する端板にシール構造
と隣接するサブスタック間の電流接続用とサブスタック
の締め付けボルト用とをかねた端子とを設け、あらかじ
めサブスタックを専用製造設備で製作し、このサブスタ
ックを積層することにより達成される。

〔作用〕

サブスタック端板の電流接続用とサブスタック締め付け
ボルト用とをかねた端子は、サブスタックを専用製造設
備で製作し、スタックを組み立てる際に、Ｓめ付けボル
トで上・下端板間を締め付けておくことにより、運搬、
組み立て中の燃料電池の破損、及び、取り扱い性を向上
し５作業性が大幅に向上し、端板に位置合わせ、位置ず
れ防止用のピン孔を設けることにより、その効果はさら
に大きくなる。また、サブスタックを複数個積層し、ス
タックを構成した場合、サブスタック接触部にシール構
造が設けられているため、その間隙を通しての燃料と酸
化剤ガスとの直接燃焼が防止でき、該サブスタック間の
接触面積が減少したことによる電気的な接触抵抗の増大
に対しては、電流接続用端子間に銅、あるいは、銀など
電気良導体を接続することにより、電気抵抗の増大を防
ぐことができ、性能の良いスタックを作ることができる
。また、サブスタックを構成する燃料電池に不良なもの
が発生した場合には、電流接続体をはずし、ｍめ付けボ
ルトを取り付けることにより、不良セルを含むサブスタ
ックを容易に交換することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図ないし第８図により説
明する。

第１図は８融炭酸塩型燃料電池以下、　　（ＭＣＦＣと
略す）サブスタックの組み立て状況を示すものである。

サブスタック１０は燃料電池１が数十枚で構成され、サ
ブスタック締め付け板２，３が端部に設けられている。

サブスタック１０は燃料電池１を構成する電解質板中の
バインダー焼出時に必要なガス、及び、サブスタックが
正常に作動するかどうかを確認するために必要な燃料１
ｍ化剤ガスの供給を受けるためにガスヘッダ２０の間に
設置され、ガス供給管２３よりガスが供給され、排気管
２２へ排出できるようなガス流路がサブスタック内に構
成される。また、サブスタックｌＯは炭酸塩が溶融し、
電解質板中へ含浸した後、燃料。

酸化剤ガスを供給した時、電池外へ漏れないように、溶
融炭酸塩のウェットシールを有効に作用させるため、サ
ブスタック１０、ガスへラダ２０を端板３２を介してピ
ストン３４により荷重が加えられるようになっている。

第１図には示されていないが、ガスへラダ２０とサブス
タック締め付け板２，４との接触面にはガスシール材が
設けられている。

ＭＣＦＣの作動温度である６５０℃までは、周囲に設置
された加熱器１例えば、電気ヒータなどで外部から熱３
５を供給することになり、６５０℃に達し、サブスタッ
ク１０のガスシールが設計仕様を満足すれば、燃料、酸
化剤ガスが供給され。

開路電圧、負荷特性のチエツクを行う。もし、この時に
設計仕様を満足できなければ、このサブスタックは不採
用とする。このようにスタックを構成する以前にサブス
タックの性能をチエツクできるため、スタックを組み立
てた後の初期不良を大幅に低減できる。

第２図は第１図において性能確認されたサブスタック１
０を運搬するために、サブスタック締め付け板２，３の
電流取り出し及び締め付け用端子４の間に締め付けボル
ト３６を第１図で温度を常温まで降温後、加圧状態で取
り付け、ピストン３４の荷重を取り除いて、取りはずし
た状態を示す、サブスタック１０は締め付けボルト３６
により所定の面圧が加えられた状態で運搬され、サブス
タックを一つの要素として取り扱うことができる。

第３図、第６図は第２図の矢視方向ＩＩＩ、ＶＩから見
たサブスタック締め付け板２，３の平面図である。第３
図はサブスタックの上側締め付け板２の平面であり、締
め付け板の周辺に電流接続と締め付けボルト用とをかね
た端子４が設けられ、本図の場合は内部マニホールド構
造電池であり、マニホールド５と３の周囲にシール朋の
溝６が設けられている。第４図に第３図のマニホールド
部の断面ＩＶ−ｒＶを示すが、マニホールド５を囲むよ
うに設けられたシール溝６には、例えば、中空メタルホ
ーリング３７が設置され、隣接するサブスタック締め付
け板間にできる間隙での燃料、酸化剤ガスの直接燃焼を
防ぐことができる。また、サブスタックを複数個積層す
る場合には、内部マニホールドの位置がずれ、各サブス
タックへの流量配分が不均一にならないように、締め付
け板には位に合わせ、位置ずれ防止用の孔７が複数個設
けられている。第５図は第３図の位置合わせ、位置ずれ
防止用の孔部の断面■−■を示す。

第６図は第３図の矢視方向■から見たサブスタックの下
側締め付け板３の平面図を示す、この締め付け板も上側
締め付け板２の電流接続と締め付けボルト用とをかねた
端子４と同様の位置に端子４が設けられている。下側締
め付け板３では上側と異なり、マニホールド５の周囲の
シール溝はなく、上側と下側との締め付け板でシール構
造を形成する。また１位置ずれ防止１位置合わせ用の孔
７は上側締め付け板と対応する位置に設けられているこ
とは当然である。

第７図は第２図に示す性能が設計仕様を満足するサブス
タック１０を複数個積層した燃料電池スタックを示す、
サブスタック１０はサブスタック締め付け板２，３が上
側２と下側３とが接するように、すなわち、直列に積ま
れ、上・下締め付け板の電流接続と締め付けボルト用と
をかねた端子間に電気良導体１例えば、銅、あるいは、
銀などの板が接続されている。こうすることにより、第
３図で示したマニホールドのシールに用いたシール材と
締め付け板との接触面だけによる接触面積低下による電
気抵抗の増大を防止し、スタックとしての性能低下を防
ぐことができる。このように、サブスタックを複数個積
層しても、サブスタック間の位置ずれが発生せず、スタ
ックの下側にガスヘッダ２０を設置し、スタック端板２
１と締め付け板３１．３２との間に電気絶縁材３ｏを設
ければ、スタッキングボルト３３をバネ３４を用いて所
定の面圧に加圧すれば、ガスヘッダの給気管２３へ設計
仕様のガスを流すことにより発電することができる０発
生した電流はスタックの上下に設けた電流取り出し端子
２４から外部へ取り出される。また、サブスタック間の
電流接続端子に電圧測定ケーブルを取り付けることによ
り、各サブスタックの性能変化をモニタすることができ
、不良な電池が発生したサブスタックについては交換す
べきかどうかを容易に判定することができ、もし交換す
るならばスタック温度を降温し、サブスタックに締め付
けボルトを取り付けるだけで交換ができ、メンテナンス
が非常に容易である。

第８図は第７図の縦断面図を示す、上・下のサブスタッ
ク締め付け板２，３の間には位置ずれ部止、位置合わせ
用の孔７にピン８が入れられている。スタック下部に設
けたガスヘッダへ供給されたガスは内部マニホールド５
に流入し、燃料電池１へ分岐しながら上側サブスタック
へと流れて行くにのようなマニホールド構造では、上側
サブスタックへガス３７が流れて行くにつれ流量が減少
するため、各サブスタックへの流量配分が均一となるよ
うに、上側のサブスタックマニホールド寸法を小さくす
る。こうすることにより、高積層スタックでも流量配分
が均一となり、性能の良い燃料電池スタックを達成する
ことができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、メンテナンスが容易で、シール性能に
優れ、電気抵抗が低減し、性能の良い燃料電池スタック
が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例のサブスタック組み立て状況
を示す図、第２図は組み立てを終了し。 運「ａ状況にあるサブスタックの側面図、第３図は第２
図の■矢視平面図、第４図、第５図は第３図のそれぞれ
ｒＶ−ＴＶ、Ｖ−Ｖ断面図、第６図は第３図の矢視方向
■から見たサブスタック締め付け板の平面図、第７図は
サブスタックを積層した燃料電池スタック、第８図は第
７図の縦断面図である。 １・・・燃料電池、２・・・サブスタック上側締め付け
板、３・・・サブスタック下側締め付け板、４・・・電
流接続と締め付けボルト用とをかねた端子、５・・・内
部マニホールド、６・・・シール溝、７・・・位置ずれ
防止。 位置合わせ用穴、１０・・・サブスタック、１１・・・
電流接続体、２０・・・ガスヘッダ、３６・・・サブス
タック締め付け用ボルト。 第１図 第３図 第４図 第５図 第６図 第７図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電解質板、電極、及び、セパレータ板から構成され
   、前記電極と前記セパレータ板との間に燃料、酸化剤ガ
   ス用の流路が形成され、燃料電池の複数枚が積層された
   燃料電池スタックにおいて、 複数の前記燃料電池を直列に積層し、その両端に片側に
   だけガス流路を形成し、その反対側の面には、前記燃料
   、酸化剤ガスの混合を防止するシール構造と隣接するサ
   ブスタック間の電流接続用と前記サブスタックの締め付
   けボルト用とをかねた端子とを備えた端板を設けたサブ
   スタックを直列に複数個積層したことを特徴とする燃料
   電池スタック。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記サブスタック
   の前記端板の隣接する接面に前記サブスタックを積層す
   る際の位置合わせ、及び位置ずれ防止用のピンを入れる
   開口部を複数個設けたサブスタックを複数個積層したこ
   とを特徴とする燃料電池スタック。 ３、特許請求の範囲第２項において、 前記燃料電池への燃料、酸化剤ガス供給を内部マニホー
   ルド構造とし、ガス供給用のヘッダを前記燃料電池をス
   タックの一番下に設け、前記各サブスタックの内部マニ
   ホールド寸法を上部の前記サブスタックになる程その断
   面積が小さくなるようにしたことを特徴とする燃料電池
   スタック。