JPH0343652Y2 - - Google Patents
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- Publication number
- JPH0343652Y2 JPH0343652Y2 JP1984050167U JP5016784U JPH0343652Y2 JP H0343652 Y2 JPH0343652 Y2 JP H0343652Y2 JP 1984050167 U JP1984050167 U JP 1984050167U JP 5016784 U JP5016784 U JP 5016784U JP H0343652 Y2 JPH0343652 Y2 JP H0343652Y2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel cell
- spacer
- tightening
- cell stack
- thermal expansion
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
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Classifications
-
- Y—GENERAL 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
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【考案の詳細な説明】
〔考案の属する技術分野〕
本考案は燃料電池特に、その締付構造に関す
る。
る。
第１図はこの種の燃料電池を示すもので、単電
池１は燃料電極２、電解質を保持したマトリツク
ス３、空気電極４およびセパレート板５よりな
り、この単電池１を多数積層して燃料電池積層体
６が構成されている。燃料電池積層体６の両端に
は電力を外部に取出す集電板７が設けられ絶縁板
８を介して上下に締付板９が設けられている。燃
料電池積層体６は締付板９の上部に設けられた皿
バネ１０を締付ロツド１１、ナツト１２で締付け
ることにより積層方向に締付けられている。この
ような構成においては、セル積層体６に加えられ
る締付け荷重を適切な値に保つことが電池の性能
を充分に発揮させるためには重要である。
池１は燃料電極２、電解質を保持したマトリツク
ス３、空気電極４およびセパレート板５よりな
り、この単電池１を多数積層して燃料電池積層体
６が構成されている。燃料電池積層体６の両端に
は電力を外部に取出す集電板７が設けられ絶縁板
８を介して上下に締付板９が設けられている。燃
料電池積層体６は締付板９の上部に設けられた皿
バネ１０を締付ロツド１１、ナツト１２で締付け
ることにより積層方向に締付けられている。この
ような構成においては、セル積層体６に加えられ
る締付け荷重を適切な値に保つことが電池の性能
を充分に発揮させるためには重要である。
しかしながら、燃料電池積層体を構成している
カーボンと締付ロツドの材料である炭素鋼とは熱
膨張係数が異なるため、電池の運転にともなう温
度変化により積層方向の伸び量に差を生じ締付け
荷重が低下する。このため従来は、皿バネのスト
ロークを伸び量の差の５〜10倍とすることにより
締付荷重の低下を防止していたが、皿バネのスト
ロークを長くするためには皿バネを多数用いる必
要があつた。
カーボンと締付ロツドの材料である炭素鋼とは熱
膨張係数が異なるため、電池の運転にともなう温
度変化により積層方向の伸び量に差を生じ締付け
荷重が低下する。このため従来は、皿バネのスト
ロークを伸び量の差の５〜10倍とすることにより
締付荷重の低下を防止していたが、皿バネのスト
ロークを長くするためには皿バネを多数用いる必
要があつた。
この問題を解決するために第２図に示す構造が
提案されている。
提案されている。
第２図の構造が第１図の構造と異なる点は、締
付ロツド１１よりも大きな熱膨張係数を有するス
ペーサ１３が皿バネ１０とナツト１２との間に設
けられている点である。ここでスペーサ１３の長
さｌは、αL、αC、αSをそれぞれ締付ロツド１１、
燃料電池積層体６、スペーサ１３の熱膨張係数、
ｈをセル積層高さとすると、次式で示される値と
なつている。
付ロツド１１よりも大きな熱膨張係数を有するス
ペーサ１３が皿バネ１０とナツト１２との間に設
けられている点である。ここでスペーサ１３の長
さｌは、αL、αC、αSをそれぞれ締付ロツド１１、
燃料電池積層体６、スペーサ１３の熱膨張係数、
ｈをセル積層高さとすると、次式で示される値と
なつている。
ｌ＝（αL−αC）・ｈ／（αS−αL） …(1)
一例として、積層高さｈ＝３ｍの燃料電池積層
体（αC＝４×10-6／℃）を室温（25℃）で締付け
て、190℃の動作温度で運転した場合につき第１
図と第２図の相違を説明する。締付ロツド１１の
材質は軟鋼（α＝11×10-6／℃）とすれば、燃料
電池積層体６の熱膨張2.1mmに対し、締付ロツド
１１の熱膨張は5.8mmとなり、燃料電池積層体と
締付ロツドとの熱膨張差は約3.7mmとなる。第１
図の従来構造においては、この熱膨張差を吸収す
るため、皿バネのストロークの長くし、例えば35
mmとして締付荷重の低下を−10％程度に制限して
いた。このため、必要となる皿バネの枚数は皿バ
ネのバネ定数によつても異なるが、厚さ3.5mmの
皿バネを用いると締付ロツド１本当り10枚を必要
としていた。一方第２図の構成によれば、スペー
サの材質としてガラス積層ポリイミド板（αS＝55
×10-6／℃）を用いると、(1)式によりｌ≒480mm
となり、約480mmのスペーサを用いることにより
計算上は皿バネを用いずに熱膨張差を吸収するこ
とができる。
体（αC＝４×10-6／℃）を室温（25℃）で締付け
て、190℃の動作温度で運転した場合につき第１
図と第２図の相違を説明する。締付ロツド１１の
材質は軟鋼（α＝11×10-6／℃）とすれば、燃料
電池積層体６の熱膨張2.1mmに対し、締付ロツド
１１の熱膨張は5.8mmとなり、燃料電池積層体と
締付ロツドとの熱膨張差は約3.7mmとなる。第１
図の従来構造においては、この熱膨張差を吸収す
るため、皿バネのストロークの長くし、例えば35
mmとして締付荷重の低下を−10％程度に制限して
いた。このため、必要となる皿バネの枚数は皿バ
ネのバネ定数によつても異なるが、厚さ3.5mmの
皿バネを用いると締付ロツド１本当り10枚を必要
としていた。一方第２図の構成によれば、スペー
サの材質としてガラス積層ポリイミド板（αS＝55
×10-6／℃）を用いると、(1)式によりｌ≒480mm
となり、約480mmのスペーサを用いることにより
計算上は皿バネを用いずに熱膨張差を吸収するこ
とができる。
このように、上記第２図の構成によれば、燃料
電池積層体と締付ロツドとの熱膨張差を、締付ロ
ツドより熱膨張係数の大きいスペーサを用いるこ
とにより吸収でき、従来多数必要とした皿バネの
枚数を低減あるいは不要とすることができる利点
がある。
電池積層体と締付ロツドとの熱膨張差を、締付ロ
ツドより熱膨張係数の大きいスペーサを用いるこ
とにより吸収でき、従来多数必要とした皿バネの
枚数を低減あるいは不要とすることができる利点
がある。
しかしながら、第２図の構成においても、下記
のような問題があつた。燃料電池積層体、締付ロ
ツドおよびスペーサは、通常、燃料電池の運転中
等しい温度にはならず、燃料電池積層体部に比較
して締付ロツドやスペーサの温度は低く、その程
度は、燃料電池の負荷や冷却状況によつて変動す
る。従つて、状況によつては燃料電池積層体と締
付ロツドとの熱膨張差を許容できる範囲内に吸収
できない場合が生ずる問題がある。
のような問題があつた。燃料電池積層体、締付ロ
ツドおよびスペーサは、通常、燃料電池の運転中
等しい温度にはならず、燃料電池積層体部に比較
して締付ロツドやスペーサの温度は低く、その程
度は、燃料電池の負荷や冷却状況によつて変動す
る。従つて、状況によつては燃料電池積層体と締
付ロツドとの熱膨張差を許容できる範囲内に吸収
できない場合が生ずる問題がある。
本考案の目的は、上記の問題点に鑑み、燃料電
池積層体と締付ロツドとの熱膨張差を適正な限度
内に吸収するための、新たな締付構造を備えた燃
料電池を提供することにある。
池積層体と締付ロツドとの熱膨張差を適正な限度
内に吸収するための、新たな締付構造を備えた燃
料電池を提供することにある。
上記の目的は、本考案によれば、単電池を複数
積層してなる燃料電池積層体と、この燃料電池積
層体の両端に配置された締付板と、この締付板を
連結して燃料電池積層体を締め付ける締付ロツド
と、この締付ロツドより大きい熱膨張係数を有し
当該締付ロツドに介挿されるスペーサと、該スペ
ーサを所定時に加熱するスペーサ加熱手段とを備
えることによつて達成される。
積層してなる燃料電池積層体と、この燃料電池積
層体の両端に配置された締付板と、この締付板を
連結して燃料電池積層体を締め付ける締付ロツド
と、この締付ロツドより大きい熱膨張係数を有し
当該締付ロツドに介挿されるスペーサと、該スペ
ーサを所定時に加熱するスペーサ加熱手段とを備
えることによつて達成される。
第３図はその実施例を示すもので、締付ロツド
１１に介挿されたスペーサ１３にはスペーサ加熱
手段としてのヒータ１５が取り付けられている。
また、締付ロツド１１にストレンゲージ１７を貼
付け、締付ロツド１１に加わる軸方向の応力をス
トレンゲージ１７で測定している。電源回路１６
は締付面圧を測定するストレンゲージ１７からの
信号を入力する演算器１８に接続され、演算器１
８からの制御信号で動作する。このような構成で
締付荷重が設定値よりも低い場合には、演算器の
制御信号はヒータを加熱するような信号を発し、
高い場合にはヒータへの通電は停止される。この
結果、締付荷重が設定値よりも低い場合には、ヒ
ータによりスペーサが加熱されて熱膨張するの
で、スペーサが熱膨張した分だけ締付ロツドに引
張り荷重が追加され締付荷重が増加する。そし
て、締付荷重が設定値に達した時点でヒータへの
通電が停止され、締付荷重の増加も停止する。し
たがつて、燃料電池積層体の温度よりもスペーサ
部の温度が低い場合に生じる熱膨張差を吸収する
ことが可能となる。
１１に介挿されたスペーサ１３にはスペーサ加熱
手段としてのヒータ１５が取り付けられている。
また、締付ロツド１１にストレンゲージ１７を貼
付け、締付ロツド１１に加わる軸方向の応力をス
トレンゲージ１７で測定している。電源回路１６
は締付面圧を測定するストレンゲージ１７からの
信号を入力する演算器１８に接続され、演算器１
８からの制御信号で動作する。このような構成で
締付荷重が設定値よりも低い場合には、演算器の
制御信号はヒータを加熱するような信号を発し、
高い場合にはヒータへの通電は停止される。この
結果、締付荷重が設定値よりも低い場合には、ヒ
ータによりスペーサが加熱されて熱膨張するの
で、スペーサが熱膨張した分だけ締付ロツドに引
張り荷重が追加され締付荷重が増加する。そし
て、締付荷重が設定値に達した時点でヒータへの
通電が停止され、締付荷重の増加も停止する。し
たがつて、燃料電池積層体の温度よりもスペーサ
部の温度が低い場合に生じる熱膨張差を吸収する
ことが可能となる。
ヒータの加熱制御は、上述のようにストレンゲ
ージの信号によらずに、燃料電池の負荷に応じて
あらかじめ定められた制御を行うようにすること
もできる。なお、上記のような加熱手段を、締付
ロツド部に設けて、スペーサを使用しない方式も
考えられるがこの場合は、ヒータによる加熱頻度
が高くなり、省エネルギ上好ましくない。
ージの信号によらずに、燃料電池の負荷に応じて
あらかじめ定められた制御を行うようにすること
もできる。なお、上記のような加熱手段を、締付
ロツド部に設けて、スペーサを使用しない方式も
考えられるがこの場合は、ヒータによる加熱頻度
が高くなり、省エネルギ上好ましくない。
スペーサを設けて、このスペーサを加熱する本
考案の方式によれば、ほとんどの場合スペーサで
熱膨張差が吸収でき、許容限度を超える場合にの
みヒータを加熱すればよいので省エネルギ上好適
である。
考案の方式によれば、ほとんどの場合スペーサで
熱膨張差が吸収でき、許容限度を超える場合にの
みヒータを加熱すればよいので省エネルギ上好適
である。
以上の説明から明らかなように、本考案によれ
ば、締付ロツドより大きな熱膨張係数を有するス
ペーサを締付ロツドに介挿し、該スペーサを所定
時に加熱して、セル積層体と締付ロツドとの熱膨
張差をスペーサの熱膨張により吸収するようにし
たため、多数の皿バネを用いることなく適正な限
度内に熱膨張差を吸収することができる新たな締
付構造を備えた燃料電池を提供することができ
る。
ば、締付ロツドより大きな熱膨張係数を有するス
ペーサを締付ロツドに介挿し、該スペーサを所定
時に加熱して、セル積層体と締付ロツドとの熱膨
張差をスペーサの熱膨張により吸収するようにし
たため、多数の皿バネを用いることなく適正な限
度内に熱膨張差を吸収することができる新たな締
付構造を備えた燃料電池を提供することができ
る。
第１図は従来の燃料電池の締付構造を示す正面
図、第２図は従来の構造を改良する構造として提
案されている締付構造を示す正面図、第３図は本
考案の実施例を示す正面図である。 １：単電池、６：燃料電池積層体、１１：締付
ロツド、１３：スペーサ、１５：スペーサ加熱手
段としてのヒータ。
図、第２図は従来の構造を改良する構造として提
案されている締付構造を示す正面図、第３図は本
考案の実施例を示す正面図である。 １：単電池、６：燃料電池積層体、１１：締付
ロツド、１３：スペーサ、１５：スペーサ加熱手
段としてのヒータ。
Claims (1)
- 単電池を複数積層してなる燃料電池積層体と、
この燃料電池積層体の両端に配置された締付板
と、この締付板を連結して燃料電池積層体を締め
付ける締付ロツドと、この締付ロツドより大きな
熱膨張係数を有し当該締付ロツドに介挿されるス
ペーサと、該スペーサを所定時に加熱するスペー
サ加熱手段とを備えたことを特徴とする燃料電
池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984050167U JPS60162366U (ja) | 1984-04-05 | 1984-04-05 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP1984050167U JPS60162366U (ja) | 1984-04-05 | 1984-04-05 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS60162366U JPS60162366U (ja) | 1985-10-28 |
| JPH0343652Y2 true JPH0343652Y2 (ja) | 1991-09-12 |
Family
ID=30568047
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP1984050167U Granted JPS60162366U (ja) | 1984-04-05 | 1984-04-05 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS60162366U (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4595318B2 (ja) * | 2003-12-02 | 2010-12-08 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池スタックおよびその締付方法 |
| WO2005045981A1 (ja) * | 2003-11-07 | 2005-05-19 | Nissan Motor Co., Ltd. | 燃料電池スタック及びその締付け方法 |
| JP5007917B2 (ja) * | 2006-03-30 | 2012-08-22 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池スタック構造体及びその製造方法 |
| FR3045215B1 (fr) * | 2015-12-15 | 2023-03-03 | Commissariat Energie Atomique | Systeme de serrage autonome d'un empilement a oxydes solides de type soec/sofc a haute temperature |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5689019U (ja) * | 1979-12-12 | 1981-07-16 | ||
| JPS5814472A (ja) * | 1981-07-17 | 1983-01-27 | Hitachi Ltd | 燃料電池 |
| JPS6145364U (ja) * | 1984-08-27 | 1986-03-26 | サンデン株式会社 | 即席食品の容器 |
-
1984
- 1984-04-05 JP JP1984050167U patent/JPS60162366U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS60162366U (ja) | 1985-10-28 |
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