JPH0845528A - 燃料電池装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セル及びセパレータの積層方向が、収納ケー
スの底面から天板方向に向かうように収納ケースに収納
された燃料電池に対して、収納ケースの側壁から電池ス
タック部の側方に向かって設けられた配管から反応ガス
を給排するタイプの燃料電池装置であって、運転時の燃
料電池の積層方向への熱膨張により配管に加わる歪みを
良好に軽減できる燃料電池装置を提供することを目的と
する。 【構成】 収納ケース２に収納された燃料電池本体１の
支持部材１１による支持位置が、燃料電池本体１のセル
及びセパレータの積層方向に対して垂直な側方にあり、
燃料電池本体１は収納ケース２の底壁２ａ及び天板２ｂ
とは、所定の間隔をあけて設けられているので、運転時
に燃料電池本体１がセル及びセパレータの積層方向に熱
膨張した場合、燃料電池本体１は支持部材１１による支
持位置を基準としてその積層方向上下（天板及び底壁方
向）いずれにも延びる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、収納ケース内部に収納
された燃料電池の側方から反応ガスを給排するようなタ
イプの燃料電池装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、水素、酸素等の可燃成分を
含む反応ガスを用いて発電を行なっている。この反応ガ
スが燃料電池からリークすると爆発を起こす等の危険性
があるので、通常、燃料電池は、図５に示すような装置
を組んで運転を行なっている。

【０００３】即ち、図５に示すように、燃料電池本体４
１を収納ケース４２内に収納し、さらに収納ケース４２
内に窒素ガスなどの不活性ガスを導入して、燃料電池本
体４１の内圧よりも収納ケース４２内の圧力を高くして
反応ガスがリークしないようにして運転しているのであ
る。この燃料電池装置について以下にさらに詳しく説明
を行なう。

【０００４】上記収納ケース４２に収納された燃料電池
本体４１は、セル及びセパレータを収納ケース４２底壁
４２ａ側から天板４２ｂ方向に積層させてなる電池スタ
ック部４３と、この電池スタック部４３を断熱材４４を
介してセル電池スタック部４３の積層方向から上下に締
め付ける締め付け板４５、締付バー４６、ロッド４７お
よびナット４８とを有している。

【０００５】上記燃料電池本体４１の締め付け板４５の
下端面と収納ケース４２の底壁４２ａとの間には、締め
付けバー４６を貫通した状態で据え付け台４９が設けら
れており、この据え付け台４９を締め付け板４５の下端
面と収納ケース４２の底壁４２ａとに固定することによ
って、燃料電池本体４１は収納ケース４２内で支持され
ている。

【０００６】また、この燃料電池本体４１の電池スタッ
ク部４３の各側面には、マニホールド５０が設けられ、
このマニホールド５０には、反応ガス供給または排出の
ための配管５１が接続されている。これらの配管５１は
マニホールド５０の電池スタック部４３の側面と対向す
る側壁から水平方向に延設され、収納ケース４２の側壁
４２ｃを貫通して収納ケース４２外部に導出されてい
る。この配管５１の収納ケース４２の側壁４２ｃを通過
する部分は、収納ケース４２に固定されている。

【０００７】また、配管５１の収納ケース４２内の部分
は、フレキシブル管５１ａが設けられている。上記した
ような形態の燃料装置以外にも、収納ケース内に燃料電
池を収納した燃料電池装置としては、図６に示すよう
に、上記と同様に燃料電池本体４１を収納ケース４２内
で支持し、マニホールド５２を下方が広がった形状に
し、このマニホールド５２下面に配管５３を接続したも
のや、図７に示すように、マニホールド５０の側面に配
管５４を接続し、配管５４を屈曲させて収納ケース４２
の底壁４２ａから外部に導出するものがある。

【０００８】しかし、図６に示す燃料電池装置では、マ
ニホールド５２を下方が広がった形状にすることによっ
て、各セルに均一にガスが供給されるようにしている
が、下方から供給しているのでどうしても不均一になっ
てしまうという問題がある。また図７に示す燃料電池装
置では、収納ケース４２の内部で配管５４を屈曲させて
いるので、その分だけ配管５４が嵩張り、燃料電池装置
の設置面積が増加するという問題がある。

【０００９】従って、図５に示した燃料電池装置の形態
が、各セルに均一にガスを供給でき、しかも燃料電池装
置の設置面積も小さくでき、一般的な形態といえる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかし上記した図５に
示す燃料電池装置では、以下のような問題を生じる。燃
料電池を作動温度に昇温すると、熱によって燃料電池本
体４１の、収納ケース４２側壁４２ｃ方向への膨張及び
電池スタック部４３の積層方向への膨張がおこる。

【００１１】収納ケース４２側壁４２ｃ方向への膨張
は、フレキシブル管５１ａが収納ケース４２側壁４２ｃ
方向に収縮することによって、問題なく解消される。一
方、電池スタック部４３の積層方向への膨張の場合は、
上記したように燃料電池本体４１の下端部が据え付け台
４９によって収納ケース４２の底壁４２ａにに固定され
ているので、燃料電池本体４１は収納ケース４２の底壁
４２ａ方向には膨張できず、収納ケース４２の天板４２
ｂ方向にのみ膨張する。

【００１２】このように、燃料電池本体４１が天板４２
ｂ方向に膨張すると、配管５１のマニホールド５０との
接続位置も上昇し、配管５１が不自然に歪んだ状態にな
り、この熱膨張による歪みが配管５１に集中する。この
ため、収納ケース４２の内部側の配管には、通常のフレ
キシブル管よりも大きな歪みを吸収できる特殊なフレキ
シブル管を用いなければならないという問題があった。

【００１３】またこのような特殊なフレキシブル管を用
いても、大きな歪みが長時間加わると、フレキシブル管
に亀裂などの損傷が発生する可能性があるという問題が
あった。本発明はかかる事情に鑑みて成されたものであ
り、セル及びセパレータの積層方向が、収納ケースの底
面から天板方向に向かうように収納ケースに収納された
燃料電池に対して、収納ケースの側壁から電池スタック
部の側方に向かって設けられた配管から反応ガスを給排
するタイプの燃料電池装置であって、運転時の燃料電池
の積層方向への熱膨張により配管に加わる歪みを良好に
軽減できる燃料電池装置を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、セル
及びセパレータが交互に積層してなる燃料電池本体と、
燃料電池本体を収納する収納ケースと、燃料電池反応ガ
スの供給または排出用の配管と、燃料電池本体を収納ケ
ース内で支持する支持部材と、を有し、燃料電池本体の
セル及びセパレータは、収納ケースの底面側から天板方
向に向かって積層されており、反応ガスの供給または排
出用の配管は、収納ケース側面を貫通して、燃料電池本
体のセル及びセパレータの積層方向に垂直な方向の側面
に接続されている燃料電池装置において、支持部材の燃
料電池本体側の支持位置が、燃料電池本体のセル及びセ
パレータの積層方向に対して垂直な側方にあり、さら
に、燃料電池本体は収納ケースの底面及び天板とは、所
定の間隔をあけて設けられていることを特徴としてい
る。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１の構成に加え
て、燃料電池本体が、セルとセパレータとが交互に積層
された電池スタック部と、電池スタック部の上端部、下
端部に設けられた締め付け板と、当該締め付け板を電池
スタック側に締め付ける、電池スタック部のセル及びセ
パレータの積層方向に垂直な方向の側面に沿って延設さ
れたロッドと、を有しており、支持部材の燃料電池本体
側の支持位置がロッド上にあることを特徴としている。

【００１６】請求項３の発明は、請求項１、２の構成に
加えて、反応ガスの供給または排出用の配管の燃料電池
本体における接続位置と、支持部材の燃料電池本体側の
支持位置との、燃料電池本体下端面からのセル及びセパ
レータの積層方向への高さが同じであることを特徴とし
ている。

【００１７】

【作用】収納ケースに収納された燃料電池本体のセル及
びセパレータが、収納ケースの底面側から天板方向に向
かって積層され、反応ガスの供給用または排出用の配管
が、収納ケース側面を貫通して、燃料電池本体のセル及
びセパレータの積層方向に垂直な方向の側面に接続され
ている燃料電池装置において、支持部材による燃料電池
本体側の支持位置が、燃料電池本体のセル及びセパレー
タの積層方向に対して垂直な側方にあり、燃料電池本体
は収納ケースの底面及び天板とは、所定の間隔をあけて
設けられているので、運転時に燃料電池本体がセル及び
セパレータの積層方向に熱膨張した場合、燃料電池本体
は支持部材による支持位置を基準としてその積層方向上
下（天板及び底壁方向）いずれにも延びる。

【００１８】したがって、従来の燃料電池本体の積層方
向下端部を支持した燃料電池装置のように、燃料電池本
体の積層方向の膨張が天板方向一方にのみに向かって起
こる場合と比較して、熱膨張による燃料電池本体の配管
接続位置の上昇が減少し、燃料電池本体の積層方向への
熱膨張によって配管に加わる歪みが小さくなる。この燃
料電池の支持位置は、燃料電池の電池スタック部を締め
付けるためのロッド上に設けることができる。

【００１９】また、反応ガスの供給または排出用の配管
の燃料電池本体における接続位置と、支持部材の燃料電
池本体側の支持位置との、燃料電池本体下端面からのセ
ル及びセパレータの積層方向への高さを同じとすること
で、運転時に燃料電池本体が積層方向に熱膨張した場
合、燃料電池本体は支持部材による支持位置すなわち配
管の接続位置を基準としてその上下に延びる。したがっ
て、燃料電池本体の積層方向への熱膨張による燃料電池
本体の配管接続位置の上昇がほとんどなくなり、配管に
加わる歪みが極めて小さくなる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて詳細に
説明する。図１は本発明の一実施例における燃料電池ス
シテムの一部切欠正面図、図２は同一部切欠平面図で、
燃料電池本体１は収納ケース２の内部に収納されてい
る。燃料電池本体１の電池スタック部３は、セルとセパ
レータとが、収納ケース２の底壁２ａ側から天板２ｂ方
向に向かって、すなわち収納ケース２の上下方向に所定
数積層された周知の構成であり、締め付け板４とＸ字型
の締め付けバー５とロッド６とナット７とにより上下方
向に締め付けられている。

【００２１】締め付け板４は、電池スタック部３の上端
部、下端部に断熱材８を介して設けられており、さらに
この締め付け板４上にはＸ字型の締め付けバー５が、電
池スタック部３、断熱材８及び締め付け板４を上、下か
ら挟むように配されている。このＸ字型締め付けバー５
の締め付け板４との対向面には、突出部５ａが設けられ
ている。

【００２２】締め付け板４及びＸ字型の締め付けバー５
を電池スタック部３側に締め付けるロッド６は、電池ス
タック部３のセル及びセパレータの積層方向に垂直な方
向の側面（以下この側面を電池スタック部３の側面と称
する）に対して平行に、上下に延設されている。このロ
ッド６の上下端部は、締め付けバー５に設けられた孔を
貫通しており、さらに、このロッド６の上下端部にはネ
ジ部（不図示）が形成され、このネジ部にはそれぞれナ
ット７が螺合されている。

【００２３】このナット７を締め付けることによって、
締め付けバー５と締め付け板４とが電池スタック部３方
向に押しつけられ、電池スタック部３が強固に締め付け
られる。また、電池スタック部３の側面には、それぞれ
マニホールド９が設けられており、各々のマニホールド
９には反応ガスを供給または排出するための配管１０が
接続されている。

【００２４】これら配管１０は、マニホールド９の電池
スタック部３の側面と対向する側壁から水平に延設さ
れ、収納ケース２の側壁２ｃを貫通して収納ケース２外
部に導出されており、配管１０の収納ケース２の側壁を
通過する部分は、収納ケース２の 側壁２ｃに固定され
ている。また、配管１０の収納ケース２内に位置する部
分には、フレキシブル管１０ａが設けられている。

【００２５】また、燃料電池本体１は、支持部材１１に
より収納ケース２内に支持されており、燃料電池本体１
の下端面と収納ケース２の底壁、および燃料電池本体１
の上端面と収納ケース２の天板との間には、各々所定の
間隔が設けられている。上記支持部材１１はＬ字形状に
屈曲しており、一方の端部は、収納ケース２の底壁２ａ
に固定されている。また、支持部材１１のもう一方の端
部には、クランプ部１１ａが形成されており、このクラ
ンプ部１１ａがロッド６の中央部にクランプ固定され、
燃料電池本体１を支持している。

【００２６】各クランプ部１１ａの燃料電池本体１の下
端面からの高さは、マニホールド９への配管１０の接続
位置の燃料電池本体１の下端面からの高さと同じであ
る。すなわち、収納ケース２の底壁からのクランプ部１
１ａの高さと配管１０の高さとが同じになるように、支
持部材１１の支持位置の高さが設定されている。各クラ
ンプ部１１ａは、図３および図４に詳細に示すように、
２枚の厚板１１０と、これら２枚の厚板１１０を貫通す
る４本のボルト１１１と、これらボルト１１１に螺合す
るナット１１２とにより構成されている。すなわち、各
厚板１１０には、ロッド６が嵌合する半円柱形の溝が短
辺方向すなわち上下方向に沿って形成されていると共
に、ボルト１１１が貫通する４個のボルト孔が厚み方向
すなわち水平方向に沿って形成されている。ボルト孔
は、溝の両側に２個ずつ配置されている。したがって、
２枚の厚板１１０でロッド６を挟み込み、ボルト孔にボ
ルト１１１を貫通させて、ボルト１１１にナット１１２
を螺合させて締め付けることにより、２枚の厚板１１１
によりロッド６が強固に挟持される。

【００２７】次に動作を説明する。燃料電池本体１の運
転が開始され、燃料電池本体１の温度が上昇すると燃料
電池本体１の電池スタック部３の積層方向への熱膨張が
起こる。このとき、燃料電池本体１は、支持部材１１の
クランプ部１１ａによりロッド６を支持されており、燃
料電池本体１の上下には収納ケース２の底壁２ａと天板
２ｂとの間に所定の間隔があけられているので、クラン
プ部１１ａによる支持位置を基準としてその積層方向上
下いずれにも延びる。この支持位置は、マニホールド９
への配管１０の接続位置と同じ高さであるので、燃料電
池本体１の熱膨張によってマニホールド９への配管１０
の接続位置の高さが変化することはほとんどなく、配管
１０に加わる上下方向の歪みは極めて小さい。尚、燃料
電池本体１の熱膨張は、上記した積層方向以外に収納ケ
ース２の側壁２ｃ方向にも起こるが、この膨張は、フレ
キシブル管１０ａが収納ケース２側壁２ｃ方向に収縮す
ることによって、問題なく解消される。

【００２８】このように、配管１０に加わる歪みが小さ
くなることによって、配管１０の収納ケース２内部の部
分を構成するフレキシブル管として、大きな歪みに耐え
得る特殊なフレキシブル管を用いる必要がなく、通常の
安価なフレキシブル管を用いることができる。しかも、
通常のフレキシブル管を用いても、長期間の使用により
フレキシブル管に亀裂などの損傷が発生することがな
い。 （その他の事項） 上記実施例では、支持部材１１の燃料電池本体１側
の支持位置とマニホールド９への配管１０の接続位置と
を同じ高さにしたが、これに限ることはなく、支持部材
１１の燃料電池本体１側の支持位置が燃料電池本体１の
セル及びセパレータの積層方向に対して垂直な側方にあ
り、燃料電池本体１の下端面及び上端面と収納ケース２
の底壁２ａ及び天板２ｂとの間に燃料電池本体１の積層
方向上下への膨張を見込んだ所定の間隔があけられてい
ればよい。

【００２９】上記した実施例の燃料電池本体１ならば、
ロッド６上どこを支持位置としてもよい。 上記実施例では、支持部材１１の収納ケース２側の
固定位置を、収納ケース２の底壁２ａとしたがこれに限
ることはなく、収納ケース２の側壁２ｃや天板２ａに固
定してもよい。

【００３０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、支
持部材の燃料電池本体側の支持位置が、燃料電池本体の
セル及びセパレータの積層方向に対して垂直な側方にあ
り、しかも燃料電池本体は収納ケースの底面及び天板と
は、所定の間隔をあけて設けられていることから、運転
時に燃料電池本体がセル及びセパレータの積層方向へ熱
膨張した場合、燃料電池本体は支持部材による支持位置
を基準としてその積層方向上下何れにもに延びることが
可能となった。

【００３１】したがって、燃料電池本体の下端面を支持
しているため、積層方向の膨張の際に燃料電池本体が一
方方向にしか延びることができなかった従来の燃料電池
装置と比較して、燃料電池本体の配管接続位置の上昇が
減少し、配管に加わる歪みが小さくなるという効果を奏
する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例における燃料電池装置の一部
切欠正面図である。

【図２】本発明の一実施例における燃料電池装置の一部
切欠平面図である。

【図３】本発明の一実施例における燃料電池装置に備え
られたクランプ部の正面図である。

【図４】本発明の一実施例における燃料電池装置に備え
られたクランプ部の平面図である。

【図５】従来の燃料電池装置の一部切欠正面図である。

【図６】別の従来の燃料電池装置の概略正面図である。

【図７】別の従来の燃料電池装置の概略正面図である。

【符号の説明】

１ 燃料電池本体 ２ 収納ケース ３ 電池スタック部 ６ ロッド １０ 配管 １１ 支持部材

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 セル及びセパレータを交互に積層してな
   る燃料電池本体と、 燃料電池本体を収納する収納ケースと、 燃料電池反応ガスの供給または排出用の配管と、 燃料電池本体を収納ケース内で支持する支持部材と、 を有し、 上記燃料電池本体のセル及びセパレータは、収納ケース
   の底面側から天板方向に向かって積層されており、 上記反応ガスの供給または排出用の配管は、収納ケース
   側面を貫通して、燃料電池本体のセル及びセパレータの
   積層方向に垂直な方向の側面に接続されている燃料電池
   装置において、 上記支持部材の燃料電池本体側の支持位置が、燃料電池
   本体のセル及びセパレータの積層方向に対して垂直な側
   方にあり、 さらに、燃料電池本体は収納ケースの底面及び天板と
   は、所定の間隔をあけて設けられていることを特徴とす
   る燃料電池装置。
2. 【請求項２】 上記燃料電池本体は、 セルとセパレータとが交互に積層された電池スタック部
   と、 上記電池スタック部の上端部、下端部に設けられた締め
   付け板と、 当該締め付け板を電池スタック側に締め付ける、電池ス
   タック部のセル及びセパレータの積層方向に垂直な方向
   の側面に沿って延設されたロッドと、 を有しており、 上記支持部材の燃料電池本体側の支持位置がロッド上に
   あることを特徴とする請求項１記載の燃料電池装置。
3. 【請求項３】 上記反応ガスの供給または排出用の配管
   の燃料電池本体における接続位置と、 上記支持部材の燃料電池本体側の支持位置との、 燃料電池本体下端面からのセル及びセパレータの積層方
   向への高さが同じであることを特徴とする請求項１、２
   記載の燃料電池装置。