JPH0334840Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 この考案は、単位電池を柱状に積層した燃料電
池、特に電池積層体の側面から燃料ガスおよび酸
化ガスからなる反応ガスを給気、排気するマニホ
ールド蓋の開口フランジ面と、前記電池積層体の
側面に施されたシール層との間のガスシール構造
に関する。

〔従来技術とその問題点〕

燃料電池においては電池積層体の側面に燃料ガ
スおよび酸化ガスを互いに直交する方向に給気、
排気するためマニホールドが前記側面の四方に取
付けられる。電池積層体の側面に施されたシール
層とマニホールド蓋の開口フランジ面との間から
の漏洩は、燃料電池の効率低下および燃料ガス中
の水素と酸化ガス中の酸素との爆発的反応を誘起
するので、電池積層体のシール層とマニホールド
蓋の開口フランジ面との間に漏洩を防止するシー
ル構造が必要であり、従来このためにパツキンを
介装したシール構造がとられて来た。以下従来技
術について図面を用いて説明する。第１図は燃料
電池の分解斜視図、第２図は平面図、第３図は従
来技術によるシール構造部の部分拡大図である。

第１図において、単位電池を柱状に積層した燃
料電池積層体１の側面には、酸化ガスの給気用マ
ニホールド２と排気用マニホールド３とが電池積
層体１の対向する側面に、またこれと直角方向の
側面には燃料ガスの給気用マニホールド４と排気
用マニホールド５とが配置されている。電池積層
体１には矢印Ａ，Ｂ方向に設けられた複数列の溝
と、これに直角方向の矢印Ｃ，Ｄ方向に設けられ
た複数列の溝があり、矢印Ａ，Ｂ方向に流れる酸
化ガスと矢印Ｃ，Ｄ方向に流れる燃料ガスとが単
位電池内で電気化学反応をして電気を発生させ
る。

上記マニホールド２，３，４，５には、第２図
に示すようにそれぞれ酸化ガスの入口管２ａ、出
口管３ａおよび燃料ガスの入口管４ａ、出口管５
ａが取付けられている。第２図において、酸化ガ
スの給気、排気マニホールド２，３および燃料ガ
スの給気、排気マニホールド４，５のマニホール
ド蓋の開口フランジ面と、電池積層体１のシール
層の施されたそれぞれの周縁部の側面との間に
は、パツキンが介装されており、マニホールド蓋
と電池積層体１とは図示されていない締付部材で
締付けられる。第３図は上記パツキン部の部分拡
大図であり、マニホールド３のマニホールド蓋の
開口フランジ面の溝のなかに挿入されたパツキン
７が電池積層体１のシール層６と上記開口フラン
ジ面との間に介装されている。ここで電池積層体
１の側面は単位電池の積層からなつているので平
滑でない。従つてこの側面に施されたシール層６
の厚さは単位電池の層ごとに異なることになる。

燃料電池の運転時には酸化ガスは入口管２ａよ
り入り、マニホールド２、電池積層体１、マニホ
ールド３および出口管３ａを経由して排出され
る。一方、燃料ガスは入口管４ａより入り、マニ
ホールド４、電池積層体１、マニホールド５およ
び出口管５ａを経由して排出される。従つてマニ
ホールド蓋の開口フランジ面と電池積層体の側面
に施されたシール層との接合部からこれらの反応
ガスが漏洩しないよう防止する必要がある。この
ため、電池積層体１の側面のシール層６は平滑に
面出しを行なつて、介装されたパツキン７との密
着がはかられる。なお、マニホールドによりカバ
ーされてない電池積層体１の露出部、例えばマニ
ホールド３およびマニホールド４でカバーされな
い電池積層体１の角部では、電池積層体１の側面
の周縁部に施されたシール層により電池積層体１
の内部からのガス漏洩が防止される。

さて、燃料電池の運転は一般に室温より高い温
度、例えばりん酸型燃料電池では約200℃の温度
で運転されるから、室温と運転温度との温度差に
より電池積層体１とマニホールド２，３，４，５
のマニホールド蓋の各開口フランジ面との間に熱
膨脹差による寸法変化が生じる。従つてこの熱膨
脹差による変化をなんらかの手段で吸収すること
が必要になるが、従来のマニホールドの取付構造
では、パツキン７がシール層６と粘着してしま
い、熱膨脹差が生じた場合にシール層６が過大な
応力や歪が生じ、さらに前述のようにシール層の
厚さが単位電池層ごとに異なるため応力や歪の局
所的過大をも伴い、運転、停止に伴うヒートサイ
クルが繰返されると、シール層６に疲労によるひ
び割れやクラツクが生じ、気密性が低下するとい
う欠点があつた。これは、パツキン７が平板枠状
の場合には特に著しいものであつた。

〔考案の目的〕

この考案は上記の点に鑑み、室温と運転温度と
の温度差に伴う運転、停止によるヒートサイクル
の繰返しを受けた場合にも、電池積層体とマニホ
ールド蓋との間の気密性を十分確保できる燃料電
池を提供することを目的とする。

〔考案の要旨〕

上記目的を達成するため、この考案によれば単
位電池を柱状に積層した燃料電池積層体と、開口
フランジを有する反応ガス給排用のマニホールド
と、前記燃料電池積層体側面の周縁部に前記開口
フランジに対向して設けられたシール層とを備え
た燃料電池において、前記燃料電池積層体と熱膨
張係数のほぼ等しい材料からなる枠状の座を前記
開口フランジと前記シール層との間に介装するも
のとする。

〔考案の実施例〕

以下図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。なお、図面には第１〜３図と同じ部分に対し
ては同じ符号が付けられている。第４図におい
て、電池積層体１の側面の周縁部に施されたシー
ル層と酸化ガスの供給、排気マニホールド２，３
および燃料ガスの供給、排気用マニホールド４，
５の開口フランジ面との間に、電池積層体１と熱
膨脹係数のほぼ等しい材料、例えばアンバー、カ
ーボン等からなる枠状の座８が介装され、各マニ
ホールドの開口フランジ面のパツキン溝にＯリン
グパツキン９が挿入される。なお、上記のように
座８を介装した構造をもつ本実施例において、反
応ガスによる燃料電池の運転、電気化学反応は従
来技術と同じである。

第５図は電池積層体１とマニホールド３との結
合をはなして図示したものであり、電池積層体１
の側面の周縁部に施されたシール層とマニホール
ド３の開口フランジ面３ｂとの間に介装される枠
状の座８とマニホールドの開口フランジ面３ｂに
設けられたパツキン溝３ｃのなかにＯリングパツ
キン９が示されている。第６図は第４図における
円ｐ部の拡大斜視図で、枠状の座８およびＯリン
グパツキン９の取付状況が示されている。

さて、電池積層体１の側面のシール層６と各マ
ニホールドの開口フランジ面との間のシールは上
記の実施例で説明したように枠状の座８を介装し
て行なわれる。従つてシールはシール層６と枠状
の座８との間および枠状の座８と開口フランジ面
との間で行なわれることになる。前者のシール層
６と枠状の座８との間においては、シール層６の
面出しを行ない、座８との密着を行なえば気密が
保たれる。なお、座８は電池積層体１と熱膨脹係
数がほゞ等しい材料であるので、燃料電池の運転
により温度が上昇しても、電池積層体１と座８と
の間に温度差による熱膨脹差は著しく小さい。従
つてシール層６には過大な応力や歪が生じない。

一方、座８と各マニホールドの開口フランジ面
との間においては、各マニホールドの開口フラン
ジ面に設けられたパツキン溝のなかに挿入された
Ｏリングパツキン９が座８と開口フランジ面との
間に介装され、Ｏリングパツキン９および開口フ
ランジ面を座８に密着させて気密が保たれるが、
燃料電池の運転により運転温度が上昇して、室温
との温度差による座８とマニホールド蓋との熱膨
脹差が生じても、座８とＯリングパツキン９およ
び開口フランジ面とは滑動して熱膨脹差を吸収す
ることができる。またふつ素樹脂材料の被覆を座
８の開口フランジ側の表面に施せば、ふつ素樹脂
材料により摩擦が低減して上記の熱膨脹差を吸収
する滑動性はさらによくなる。なお、ふつ素樹脂
材料を座８の表面に被覆した場合、ふつ素樹脂材
料のシール性により、Ｏリングパツキンを取除い
ても、座８と開口フランジ面３ｂとの当接面の機
械精度を高くすれば、気密が十分保たれると同時
に熱膨脹差をも滑動により吸収することができ
る。なお、第４図においては、Ｏリングパツキン
９がマニホールドの開口フランジ面のパツキン溝
に取付けられているが、枠状の座８にパツキン溝
を設けて、Ｏリングパツキンを挿入してもよい。
また平パツキンを使用する場合は必ずしもパツキ
ン溝を設ける必要のないことはいうまでもない。
更に第７図に示すように、枠状の座８と電池積層
体１との間に平ゴムパツキン１０を介装してもよ
い。座の剛性は平ゴムパツキンの剛性より高いの
で、熱膨張による平ゴムパツキンの変形は、座の
熱膨張による変形に追従する。従つて、第７図の
実施例のように、シール層と座との間に平ゴムパ
ツキンがあつても電池積層体と座との間に熱膨張
差が生じなければシール層に過大な応力は発生し
ない。

〔考案の効果〕

以上述べたように、この考案は燃料電池の電池
積層体と熱膨脹係数がほゞ等しい材料からなる枠
状の座を電池積層体の側面の周縁部に施されたシ
ール層とマニホールド蓋の開口フランジ面との間
に介装することにより、燃料電池運転時における
室温より高い運転温度、例えばりん酸型燃料電池
では約200℃程度になつても、電池積層体と枠状
の座との温度差による熱膨脹差はわずかであり、
このため電池側面に施された機械強度の低いシー
ル層に加わる応力や歪は小さい。また枠状の座と
パツキンおよびマニホールド蓋の開口フランジ面
とは温度差による熱膨脹差をその接触面で滑動す
ることにより吸収し、応力の発生をなくしてい
る。従つて燃料電池の運転、停止に伴う運転温度
と室温との温度差によるヒートサイクルの繰返し
をうけても、シール層の疲労によるひび割れやク
ラツクが生ぜず、十分な気密性を確保できる効果
がある。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は単位電池を柱状に積層し
た燃料電池の構成を示した図であり、第１図はそ
の分解斜視図、第２図はその平面図、第３図は上
記燃料電池において、従来技術によるシール構造
を示す部分拡大斜視図、第４図以降は本考案によ
る実施例を示す図であり、第４図は本考案による
ガスシール構造を用いた燃料電池の断面平面図、
第５図は電池積層体とマニホールドとの結合を離
した状態を示す分解斜視図、第６図は座を介装し
た電池積層体とマニホールドとの間のガスシール
構造を示す部分拡大斜視断面図、第７図は本考案
の他の実施例を示す部分拡大斜視断面図である。 １：電池積層体、２：酸化ガス供給用マニホー
ルド、３：酸化ガス排気用マニホールド、４：燃
料ガス供給用マニホールド、５：燃料ガス排気用
マニホールド、６：シール層、８：座、９：Ｏリ
ングパツキン。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 単位電池を柱状に積層した燃料電池積層体と、
   開口フランジを有する反応ガス給排用のマニホー
   ルドと、前記燃料電池積層体側面の周縁部に前記
   開口フランジに対向して設けられたシール層とを
   備えた燃料電池において、前記燃料電池積層体と
   熱膨張係数のほぼ等しい材料からなる枠状の座を
   前記開口フランジと前記シール層との間に介装し
   たことを特徴とする燃料電池。