JPH0582152A - 燃料電池のマニホールド取付け構造 - Google Patents

燃料電池のマニホールド取付け構造

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JPH0582152A
JPH0582152A JP3240052A JP24005291A JPH0582152A JP H0582152 A JPH0582152 A JP H0582152A JP 3240052 A JP3240052 A JP 3240052A JP 24005291 A JP24005291 A JP 24005291A JP H0582152 A JPH0582152 A JP H0582152A
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JP
Japan
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manifold
cell stack
stud bolt
mounting structure
fuel cell
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Pending
Application number
JP3240052A
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English (en)
Inventor
Takashi Ouchi
崇 大内
Yoshiaki Ozawa
芳明 小澤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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    • 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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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】燃料電池の運転,停止に伴うヒートサイクルが
基で生じるセルスタックとマニホールドとの熱膨張差を
巧みに吸収して、マニホールドに熱応力が加わることが
ないように構成したマニホールドの取付け構造を提供す
る。 【構成】セルスタック1の周側面に配置した反応ガス給
排用マニホールド2うち、セルスタックを挟んで互いに
対向し合う一対のマニホールドに対し、セルスタックを
貫通してマニホールドの上下端に設けた座金8の間にそ
れぞれスタッドボルト11,12を架設してマニホール
ドを締結支持するとともに、マニホールドの上端側に配
したスタッドボルト11が貫通するセルスタックの絶縁
板4にはスタッドボルトの通し穴として上下方向に長い
長溝14を設けてスタッドボルトを上下可動に遊嵌支持
し、セルスタックとマニホールドとの間の生じた熱膨張
差を上部スタッドボルトの遊嵌貫通部で吸収させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池のセルスタッ
クの周側面に配置した反応ガス給排用マニホールドの取
付け構造に関する。
【0002】
【従来の技術】周知のように燃料電池の本体は、基本的
に、多数枚の単セルを冷却板,上下締付板などとともに
積層してなるセルスタックと、セルスタックの各単セル
に燃料ガス,空気を供給するようにセルスタックの周側
面に配置した反応ガス給排用のマニホールドとから構成
されている。ここで、従来における燃料電池の組立構造
を図3に示す。図において、1はセルスタック、2はセ
ルスタックの周側面をカバーして各側面ごとに配置した
反応ガス給排用のマニホールドであり、セルスタック1
は上下に積み重ねた単セルの積層体に対して、その上下
端部に締付板3,絶縁板4,集電板5,ダミー板6を重
ね合わせた上で、上下締付板3の間に架け渡したスタッ
ドボルト7でセルスタック全体を加圧締結するようにし
ている。
【0003】一方、マニホールド2はセルスタック1に
対して次のように取付けられている。すなわち、マニホ
ールド2の上下端に座金8を設け、ここに通したボルト
9をセルスタック1の構成部材,例えば絶縁板4にねじ
込んで締結固定する。これにより、マニホールド2の取
付けと同時に、マニホールド2の周縁に設けた気密シー
ル用のバッキン10がセルスタック1の側面との間に加
圧挟持される。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前記のよう
にマニホールド2をその上下端でボルト9を介してセル
スタック1に固定的に締結した取付け構造では、燃料電
池の運転,停止に伴うヒートサイクルが作用すると次の
ような不具合が生じる。すなわち、マニホールド2はス
テンレスなどの鋼板で作られているのに対し、セルスタ
ック1を構成している単セルの電極基材はカーボン製で
ある。このために、金属とカーボンとの熱膨張率の差か
ら燃料電池の運転,停止に伴うヒートサイクルにより、
セルスタック1とマニホールド2との間には特にセルス
タックの積層方向(長手方向)で熱膨張,収縮差が生
じ、これが基でマニホールド2の取付け部分に過大な熱
的応力が加わるほか、熱膨張が大きいマニホールド2に
反り(上下端が固定されてので中央部が湾曲する)が生
じてパッキン10への加圧力が低下し、この結果として
パッキン10のシール機能が維持ずに反応ガスがセルス
タック1とマニホールド2との間から漏れ出るようにな
る。
【0005】また、特にマニホールド2の外枠を中空構
造のフレームで枠組し、この外枠をセルスタックの層内
に組み込んだ冷却板に対する冷却材供給用のヘッダとし
て使用するようにし冷却材ヘッダ兼用のマニホールドに
おいては、燃料電池の起動時に冷却材を常温から燃料電
池の運転温度近くまで加熱昇温して流すようにしている
ことから、過渡的にセルスタック1とマニホールド2と
の間に大きな温度差が生じるようになり、前記した熱膨
張差がより一層大きく現れるようになる。なお、冷却材
ヘッダ兼用のマニホールドの構成は、例えば特開平1−
231274号公報に開示されて既に公知である。
【0006】本発明は上記の点にかんがみなされたもの
であり、その目的は燃料電池の運転,停止に伴うヒート
サイクルが基で生じるセルスタックとマニホールドとの
熱膨張差を巧みに吸収して、マニホールドに熱応力が加
わることがないように構成したマニホールドの取付け構
造を提供することにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるマニホールドの取付け構造において
は、セルスタックを挟んで互いに対向し合う一対のマニ
ホールドに対し、セルスタックを貫通してマニホールド
の上下端に設けた座金の間にそれぞれスタッドボルトを
架設してマニホールドを締結するとともに、マニホール
ドの上下端いずれか一方に配したスタッドボルトをセル
スタックに対し上下可動に遊嵌して貫通させて構成する
ものとする。
【0008】また、前記構成の実施態様として、マニホ
ールドを締結するスタッドボルトがセルスタックの上下
端部に積層した絶縁板,ないしダミー板を貫通してお
り、かつ遊嵌側のスタッドボルトが貫通する部材には、
スタッドボルトの通し穴として上下方向に長い長溝,な
いし長穴を設けた構成がある。
【0009】
【作用】上記の構成において、マニホールドの上下端に
結合したスタッドボルトのうち、セルスタックを遊嵌式
に貫通させたスタッドボルトは、セルスタックの貫通部
で上下方向に拘束されることなしに支持されている。し
たがって、セルスタックとマニホールドとの間に生じた
熱膨張差は、前記した遊嵌側のスタッドボルトと、この
スタッドボルトに対するセルスタックの貫通穴ととの間
で吸収されることになるので、マニホールドに熱的応力
の加わることが防止される。
【0010】
【実施例】以下本発明の実施例を図1,図2に基づいて
説明する。なお、図中で図3に対応する同一部材には同
じ符号が付してある。すなわち、図1,図2に示すマニ
ホールドの取付け構造においては、まず、セルスタック
1を挟んでその両側に向かい合わせに配備した一対のマ
ニホールド2に対し、セルスタック1の上下端部に組み
込んだ絶縁板4を貫通してマニホールド2の上下端に設
けた座金8の間にそれぞれスタッドボルト11,12を
架設し、このスタッドボルト11にナット13を螺合し
てマニホールド2を締結支持している。そして、特にマ
ニホールド2の上端側に配したスタッドボルト11が貫
通するセルスタック側の絶縁板4に対しては、スタッド
ボルト11の通し穴として上下方向に長い断面U字状の
長溝14が形成されており、この長溝13にスタッドボ
ルト11が遊嵌している。
【0011】また、図示実施例におけるマニホールド2
は冷却材ヘッダを兼用したものであり、その構造は中空
フレームを額縁状に枠組してなる外枠2aと、外枠2a
の開放端面に被せた蓋板2bとからなり、反応ガスは蓋
板2bに設けた管継手2cを通じて供給される。一方、
冷却材は前記外枠2aの中空フレームに取付けた管継手
2dを通じて外部から導入し、該中空フレームとセルス
タック1の層内に組み込んだ各冷却板(図示せず)との
間に分岐配管した冷却パイプ(図示せず)を通じて冷却
板に流すように構成されている。なお、図1ではセルス
タック1の前後に配置したマニホールドの支持構造のみ
が描かれているが、図示されてない左右一対のマニホー
ルドに対しても同様な支持構造を採用するものとする。
【0012】かかる構成により、マニホールド2の下端
側に配したスタッドボルト12はセルスタック1の貫通
部で固定的に拘束されるのに対し、上端側に配したスタ
ッドボルト11は上下方向に可動となるようにセルスタ
ック1を遊嵌式に貫通している。したがって、燃料電池
の運転,停止に伴ってセルスタック1とマニホールド2
との間で上下の長手方向(セルスタックの積層方向)に
生じた熱膨張,収縮差は前記したセルスタック側の長溝
14とスタッドボルト11との間で吸収され、マニホー
ルド2に熱的応力の加わることがなくなる。さらに、マ
ニホールド2に反りの発生がないので、セルスタック1
とマニホールド2との間に介挿したパッキン10のシー
ル機能を確保して反応ガスの不測な漏出を防止できる。
【0013】特に、図2で述べたようにマニホールド2
が冷却材ヘッダを兼ねた構成では、燃料電池の起動時に
マニホールド2の中空構造の外枠2aに流す冷却材を加
熱昇温するようにしているため、セルスタック1とマニ
ホールド2との間の熱膨張差が大きく現れるが、前記の
取付け構造を採用することにより、熱膨張差に起因して
マニホールド2に及ぼす熱応力などの障害を効果的に防
止できる。
【0014】なお、図示実施例では、マニホールド2の
上下端に配したスタッドボルト11,12がセルスタッ
ク1の絶縁板4を貫通して架設されているが、絶縁板よ
りも内側に並ぶダミー板6を貫通してここにスタッドボ
ルトを架設させることもできる。また、遊嵌側の上部ス
タッドボルト11に対するボルト通し穴としては、図示
例の長溝14の代わりに上下方向に長い長穴を穿孔して
もよい。さらに、図示例ではマニホールド2の上端側に
配したスタッドボルト11がセルスタック1を遊嵌式に
貫通しているが、逆に下端側のスタッドボルト12をセ
ルスタック1に遊嵌式に貫通支持して実施することもで
きる。
【0015】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によるマニホ
ールドの取付け構造によれば、セルスタックとマニホー
ルドとの熱膨張差を巧みに吸収してマニホールドに熱的
応力が加わるのを防止することができ、これによりマニ
ホールドの取付け部品の疲労破壊,並びにセルスタック
とマニホールドとの間に介挿したパッキンのシール機能
低下を防止して信頼性の向上化が図れ、特に冷却材ヘッ
ダ兼用のマニホールドに対する取付け構造として極めて
効果的である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の構成を示す分解斜視図
【図2】図1の組立状態を表す側面図
【図3】従来における燃料電池の組立構成図
【符号の説明】
1 セルスタック 2 マニホールド 4 絶縁板 6 ダミー板 8 座金 10 パッキン 11 スタッドボルト(上端側) 12 スタッドボルト(下端側) 13 長溝

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】セルスタックの周側面に配置した反応ガス
    給排用マニホールドの取付け構造であって、セルスタッ
    クを挟んで互いに対向し合う一対のマニホールドに対
    し、セルスタックを貫通してマニホールドの上下端に設
    けた座金の間にそれぞれスタッドボルトを架設してマニ
    ホールドを締結するとともに、マニホールドの上下端い
    ずれか一方に配したスタッドボルトをセルスタックに対
    し上下可動に遊嵌して貫通支持させたことを特徴とする
    燃料電池のマニホールド取付け構造。
  2. 【請求項2】請求項1記載のマニホールド取付け構造に
    おいて、マニホールドを締結するスタッドボルトがセル
    スタックの上下端部に積層した絶縁板,ないしダミー板
    を貫通しており、かつ遊嵌側のスタッドボルトが貫通す
    る部材には、スタッドボルトの通し穴として上下方向に
    長い長溝,ないし長穴を設けたことを特徴とする燃料電
    池のマニホールド取付け構造。
  3. 【請求項3】請求項1記載のマニホールド取付け構造に
    おいて、マニホールドが冷却材の給排用ヘッダを兼用す
    るものであることを特徴とする燃料電池のマニホールド
    取付け構造。
JP3240052A 1991-09-20 1991-09-20 燃料電池のマニホールド取付け構造 Pending JPH0582152A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008041475A (ja) * 2006-08-08 2008-02-21 Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp 燃料電池スタック
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DE102022214431A1 (de) * 2022-12-29 2024-07-04 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Brennstoffzellenvorrichtung

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