JPH06251796A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 収納容器と積層電池スタックとの間に熱応力
歪みを生じさせないような構成にして信頼性が向上する
と共に、収納容器に対する積層電池スタックの支持構造
の簡略化・コンパクト化を図って単電池の積層個数の増
大による大容量化に貢献できる燃料電池を提供する。 【構成】 積層電池スタック１の下部には放射方向に突
出する突起部９ａを有した下部締付板９が設けられ、収
納容器１０には下部締付板９が熱膨脹により伸縮したと
き、前記突起部９ａを積層電池スタック１の中心方向に
スライド可能に保持する振り止め部１３が複数設けら
れ、この振り止め部１３には収納容器１０と積層電池ス
タック１との間を電気的に絶縁する絶縁板１１が形成さ
れている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、積層電池スタックが収
納容器に収納された燃料電池に係り、特に収納容器に対
する積層電池スタックの支持構造に改良を加えた燃料電
池に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、化学エネルギーを有する燃料
を、電気化学プロ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
に変換する装置として、燃料電池が知られている。燃料
電池は通常、発電用の単位電池を積層した積層電池スタ
ックが収納容器に収納されて構成されている。

【０００３】前記積層電池スタックを構成する単位電池
は、一対の多孔質電極を備えており、この電極間に電解
質を保持するマトリックスを挟み、一方の電極の背面に
水素などの燃料ガスを接触させて、他方の電極の背面に
空気などの酸化剤を接触させて、この時に起こる電気化
学反応により生じる電気エネルギーを電極間から取り出
すように構成されている。この場合、燃料ガスとして水
素あるいは天然ガスを改質して得られる改質ガスが用い
られ、酸化剤として空気または酸素が用いられている。
また、マトリックスに保持される電解質としては溶融炭
酸塩、アルカリ溶液、酸性溶液、固体高分子酸化物など
が用いられているが、最近ではリン酸を電解質としたリ
ン酸型燃料電池が商用化の観点から注目されている。

【０００４】ここで図８，図９を参照して従来の燃料電
池の構成を具体的に説明する。図８，図９は、一般的な
燃料電池の概略構成を平面図、側面図にて示したもので
ある。図中１は複数個の単位電池を積み重ねた積層電池
スタックであり、積層電池スタック１は上部締付板２と
下部締付板３とを介して４コーナーに設けたタイロッド
４とナット５とによって締付けられ、組み立てられてい
る。図中６は積層電池スタック１を収納可能な収納容器
である。この収納容器６の下部には円形の下部ベース６
ａが設けられている。下部締付板３および下部ベース６
ａには締付ボルト８などによって絶縁碍子７が締付固定
されている。この絶縁碍子７により積層電池スタック１
は収納容器６に対して電気的に絶縁されつつ支持されて
いる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、積層電池ス
タック１を構成する単位電池の電気化学反応は、その運
転温度が高いほど促進される。そのため、燃料電池の発
電効率は基本的に、単位電池の運転温度が高ければ高い
ほど大きくなる。したがって運転中の積層電池スタック
１の反応熱は、かなりの高温となる。例えばリン酸型燃
料電池における積層電池スタック１の運転中の温度は、
２００℃付近にまで上昇している。一方、積層電池スタ
ック１を収納する収納容器６はせいぜい数１０℃にしか
ならない。このような大きな温度差がある積層電池スタ
ック１と収納容器６とを絶縁碍子７により連結している
燃料電池においては、次のような問題が生じていた。

【０００６】すなわち、燃料電池が運転状態のとき、積
層電池スタック１と収納容器６の下部ベース６ａとでは
大きな温度差により熱膨脹差が生じる。例えば、一辺が
１ｍにもなる積層電池スタック１では熱膨脹差が２〜３
ｍｍに達することもある。したがって、積層電池スタッ
ク１と収納容器６とを連結する絶縁碍子７には、これを
剪断するような熱応力歪みが発生し、この熱応力歪みに
より絶縁碍子７が破損する可能性がある。近年では燃料
電池の実用化に向けてその大形化が進められているた
め、積層電池スタック１と収納容器６との熱膨脹差が広
がり、絶縁碍子７に加わる熱応力歪みが大きくなる傾向
にある。熱応力歪みが大きくなると、絶縁碍子７は破損
され易くなり、燃料電池に対する信頼性が低下するとい
う問題が生じた。

【０００７】このように熱応力歪みの増大は信頼性を損
なう要因となっており、積層電池スタック１と収納容器
６との間に熱応力歪みを生じさせないように、積層電池
スタック１を収納容器６内に固定することが大きな課題
となっている。特に、料電池を用いた大型発電プラント
や自家用のオンサイトプラントの商品化を図る上で燃料
電池に対して厳しい信頼性が要求されている現在、前記
の課題はその解決が強く望まれている。

【０００８】また、燃料電池の大容量化を図るために単
電池の積層個数の増大が求められているが、輸送上の制
約や積層作業の制約などにより単電池の積層個数には限
界がある。したがってその限界内で積層電池スタック１
の積層高さを最大限に確保するためには、単位電池を上
下方向から締付ける締付板２，３や、収納容器６に対す
る積層電池スタック１の支持構造を簡略化・コンパクト
化する必要がある。ところが、積層電池スタック１を収
納容器６内に支持する絶縁碍子７は、絶縁距離を確保す
るために一定の高さ寸法が不可欠であり、しかも締付け
ボルト８の締付けスペースを確保しなければならない。
そのため、絶縁碍子７を簡略化・コンパクト化すること
は非常に困難であった。したがって輸送上の制約などに
よる限界内で単電池の積層個数を増大させることは難し
かった。

【０００９】本発明は、上記のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたもので、その目的は、収納
容器と積層電池スタックとの間に熱応力歪みを生じさせ
ないような構成にして優れた信頼性を確保すると共に、
収納容器に対する積層電池スタックの支持構造の簡略化
・コンパクト化を図って単電池の積層個数の増大による
大容量化に貢献できる燃料電池を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明の燃料電池は、積層電池スタックの下部に
は、この積層電池スタックを収納容器内に支持するスタ
ック下部構造部材が設けられ、収納容器には、スタック
下部構造部材が熱膨脹により伸縮したとき、スタック下
部構造部材を前記積層電池スタックの中心方向にスライ
ド可能に保持する振り止め部が複数設けられ、この振り
止め部には前記収納容器と前記積層電池スタックとの間
を電気的に絶縁する絶縁板が形成されていることを特徴
とする。

【００１１】

【作用】上記のような構成を有する本発明の燃料電池に
おいては、積層電池スタックが運転状態になって、積層
電池スタック側のスタック下部構造部材と収納容器との
間に熱膨脹量に差が生じても、スタック下部構造部材が
振れ止め部内を積層電池スタックの中心方向にスライド
移動するので、スタック下部構造部材に対して熱応力歪
みが加わることがない。またスタック下部構造部材が熱
膨脹によりスライドしても、複数の振れ止め部によりス
タック下部構造部材を保持しているので、確実に積層電
池スタックを収納容器内に固定することができる。さら
に、積層電池スタックと収納容器とを薄い絶縁板によっ
て絶縁しているので、従来のように寸法の大きい絶縁碍
子が不要であり、積層電池スタック高さを低くすること
が可能である。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１から図５に基
づいて具体的に説明する。なお、図８，図９に示した従
来例と同一の部材には、同一符号を付して説明は省略す
る。

【００１３】本実施例においては、図１，図２に示すよ
うに積層電池スタック１の下部にはスタック下部構造部
材として下部締付板９が設けられている。また収納容器
１０には積層電池スタック１を指示するベース１０ａが
設けられており、このベース１０ａ上には受け座１０ｂ
が形成されている。さらに下部締付板９と受け座１０ｂ
との間には両者を絶縁するように薄い絶縁板１１が設け
られている。この絶縁板１１は図５に示すように受け座
１０ｂにはめ込むことのできる切欠部１１ａと、外周に
近接して溝１１ｂとが形成されている。切欠部１１ａは
受け座１０ｂより大きい寸法に設定されている。

【００１４】下部締付板９の周辺４コーナー部分には中
心部分から放射方向に突出する突起部９ａが設けられて
いる。図３，図４に示すように、突起部９ａは耐熱性樹
脂等の絶縁物１２により被覆されている。また収納容器
１０のベース１０ａ上には突起部９ａに近接して、振れ
止め用の受け座１０ｃが設けられている。この受け座１
０ｃ上には振れ止め部１３がボルト１４にて締付けられ
て固定されている。振れ止め部１３には中央に開口部１
３ａが形成されており、ここに絶縁物１２に被覆された
突起部９ａが挿入されている。このとき、開口部１３ａ
は左右から突起部９ａをクリアランスなく保持してい
る。振れ止め部１３は、下部締付板９が熱膨脹により伸
縮したとき、突起部９ａを積層電池スタック１の中心方
向にスライド可能に保持するようになっている。

【００１５】このような構成を有する本実施例の燃料電
池において、積層電池スタック１が運転状態になると、
下部締付板９と収納容器１０のベース１０ａとの間に生
じる熱膨脹量の差は、下部締付板９の中心部分から放射
方向に生じるが、各コーナーの振れ止め部１３に対して
突起部９ａが中心方向に向かってスライドするので、各
部材に無理な力が加わることがない。本実施例によれば
熱膨脹差が２〜３ｍｍ程度ならば十分吸収できることが
でき、近年の大形化で一辺が１ｍにもなる積層電池スタ
ックに対応することができる。また、下部締付板９が中
心方向に向かってスライドしても振れ止め部１３を周辺
部分に複数配置してあるので、全体としては確実に固定
できるものとなっている。しかも、開口部１３ａが左右
から突起部９ａをクリアランスなく保持しているので、
各突起部９ａにおいて下部締付板９の中心方向と直交す
る水平方向の振れに対しては振れ止め部１３の開口部１
３ａがこれを拘束することができる。

【００１６】さらに積層電池スタック１は絶縁板１１に
よって絶縁支持し、単にベース１０ａ上の受け座１０ｂ
に嵌め込むだけなので従来例における絶縁碍子７と比べ
て大幅に積層電池スタック高さを低減することができ
る。しかも、外周付近に溝１１ｂを設けたことによっ
て、所望の絶縁絶面距離を確保することができる。さら
に絶縁板１１は単に荷重を支持するだけの構造で良いた
め、簡易な構造をとることができる。

【００１７】以上のように本実施例の燃料電池によれ
ば、積層電池スタック１と収納容器１０との間に熱応力
歪みを生じさせないような構成にすることにより優れた
信頼性を確保することができた。と同時に積層電池スタ
ック１の支持構造の高さ低減を図って、単電池の積層個
数の増大による大容量化に貢献できた。

【００１８】なお本発明は、前記の実施例に限定される
ものではなく、図６，図７に示すような他の実施例も包
含するものである。すなわち、下部締付板９の周辺４コ
ーナー部分には、中心部分から放射方向に切欠溝９ｂを
設け、耐熱性樹等の絶縁物１５により絶縁した絶縁振れ
止め部１６を装着し、受け座１０ｃにボルト１４で締付
けて固定することによっても、上記と同様の効果を有す
る信頼性の高い大容量の燃料電池を提供することができ
る。また図示しないが、前記溝は中心部分から放射方向
に切り欠く溝であるならば、その位置は下部締付板周辺
の４コーナー部分に限らず周辺のどの位置でも構わな
い。

【００１９】

【発明の効果】以上に述べたように、本発明によれば、
収納容器と積層電池スタックとの間に熱応力歪みを生じ
させないような構成にして優れた信頼性を確保でき、且
つ収納容器に対する積層電池スタックの支持構造の簡略
化・コンパクト化を図って単電池の積層個数の増大によ
る大容量化に貢献できた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池の一実施例を示す平面図。

【図２】本発明の燃料電池の一実施例を示す側面図。

【図３】本発明の燃料電池の一実施例を示す下部締付板
コーナー部の部分平面図。

【図４】本発明の燃料電池の一実施例を示す下部締付板
コーナー部の部分側面図。

【図５】本発明の燃料電池の一実施例を示す下部締付板
コーナー部の部分側面図。

【図６】本発明の燃料電池の他の実施例を示す下部締付
板コーナー部の部分平面図。

【図７】本発明の燃料電池の他の実施例を示す下部締付
板コーナー部の部分側面図。

【図８】従来の一般的な燃料電池の一例を示す平面図。

【図９】従来の一般的な燃料電池の一例を示す側面図。

【符号の説明】

１…積層電池スタック ２…上部締付板 ３…下部締付板 ４…タイロッド ５…ナット ６…収納容器 ７…絶縁碍子 ８…締結ボルト ９…下部締付板 ９ａ…放射方向に突出する突起部 ９ｂ…放射方向に切欠溝 １０…収納容器 １０ａ…ベース １０ｂ…受け座 １０ｃ…振れ止め部用の受け座 １１…絶縁板 １１ａ…切欠部 １１ｂ…溝 １２…耐熱性樹等の絶縁物 １３…振れ止め部 １４…ボルト １５…耐熱性樹等の絶縁物 １６…絶縁振れ止め部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 複数個の単位電池を積み重ねた積層電池
   スタックが収納容器に収納された燃料電池において、 前記積層電池スタックの下部には、積層電池スタックを
   下方から支持するスタック下部構造部材が設けられ、 前記収納容器には、前記スタック下部構造部材が熱膨脹
   により伸縮したとき、スタック下部構造部材を前記積層
   電池スタックの中心方向にスライド可能に保持する振り
   止め部が複数設けられ、 前記振り止め部には前記収納容器と前記積層電池スタッ
   クとの間を電気的に絶縁する絶縁板が形成されているこ
   とを特徴する燃料電池。