JPH0878038A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 積層体１は複数の単セル２と冷却板３から成
っており、積層体１の四辺からなる全側面には、各マニ
ホールド７が形成されている。冷却板３には、冷却水で
冷却するように冷却管９が固定されて冷却板３のコーナ
部より冷却管９の端部９ａが外側へ突出している。取付
部材としてのクランプ１１は上部が開口し、下部の環状
部が冷却管９の端部９ａを挟持しており、上部の開口に
電極板としての電圧センサ１０を挟みボルト１２とナッ
トにより接触抵抗を極力低くして取付けられる。 【効果】 冷却板に損傷を与えず、電圧センサ−を簡単
に確実に取付け取外しができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池の電圧を測定
する電圧センサを取付けるに好適な燃料電池に関する。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池は、燃料の有する化学エネルギ
ー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
に変換する装置である。この燃料電池を用いた発電シス
テムは、比較的小さな規模でも発電効率が４０〜５０％
にも達し、新鋭の火力発電をはるかにしのぐもので、大
きな期待がされている。

【０００３】また、燃料電池は、近年大きな社会問題に
成っている公害要因であるＳＯｘ，ＮＯｘの排出が極め
て小さく、さらに、電気化学的に直接電気を得ることが
できるため原理的に高いエネルギー変換効率が期待でき
ると共に、騒音・排ガス等の環境問題が少なく、加えて
負荷変動に対して応答性がよい等の特徴があることか
ら、その開発・実用化の研究に期待と関心が寄せられて
いる。

【０００４】前述のごとく燃料電池発電プラントは、ク
リーンなエネルギーであるため、特に、大都市部におけ
る分散電源として適用が期待されている。現在検討中の
燃料電池発電プラントでは、５ＭＷ〜１１ＭＷの出力で
ある。

【０００５】一方、このような大都市部における火力代
替用プラントとして燃料電池発電プラントを可能として
いるのは、特に、燃料電池本体の高出力化であり、近年
における高性能触媒の開発、大型セル製造技術の開発等
により１スタック当たり５００ＫＷ〜１０００ＫＷの出
力が可能となってきたためである。

【０００６】それでも１プラント当たり１０本前後のス
タックが必要であり、高電圧を得るために各燃料電池を
直列に連結し使用されている。この場合、燃料電池は直
列に連結されているため、燃料電池のうちの１本でも問
題が生じると所定の出力を得ることができなくなるばか
りかプラント全体の停止にもつながることがあり大きな
損失が生じることとなる。そのため、燃料電池のスタッ
ク１本１本には高い信頼性が要求されている。

【０００７】一方、リン酸型燃料電池は、電解質として
リン酸を使用しており、また、セルの高出力化を得るた
めに、高温（２００℃程度）、高圧（７〜９Ｋｇ／ｃｍ
２）で運転されており、電池本体の構造部品あるいはセ
ル等は非常に過酷な状態で使用されざるを得ず、運転中
にセルや構造部品に問題が生じることがある。そのた
め、電池本体を高信頼度に設計・製作すると共に、外部
より精度よく電池本体内部の状態を診断し、重大な損傷
が発生する前に損傷箇所を早期に発見できる方法が望ま
れている。

【０００８】一般に、燃料電池本体の内部の単セルや構
造物に問題が生じると燃料電池の出力は低下する。その
ため、燃料電池本体内部の状態を直接診断する方法とし
ては、出力電圧を常時監視する方法が有効である。

【０００９】図７は、この種の従来の燃料電池の外観説
明図である。

【００１０】図中、１は複数の単セル２と発生熱を冷却
する冷却板３からなる積層体、４は上下で積層体１を締
め付ける締付板、５は積層体１と締付板４との間に挿入
するスペーサ、６はシール材、７は反応ガス供給排出用
マニホールド、８はマニホールド７への接続管をそれぞ
れ示している。

【００１１】図８は、従来の電圧センサの取付けを示す
上面図で、図９は図８のＡ方向からの側面図で、積層体
１の複数の単セル２を挟む冷却板３と冷却板３との間の
電圧を測定するようにそれぞれの冷却板３に電圧センサ
１０を取付けている。

【００１２】すなわち、図示するようにマニホールド７
とマニホールド７との間となる外側の冷却板３のコーナ
部３ａである隙間に下穴３ｂを形成し、この下穴３ｂに
電圧センサ１０の先端１０ａを挿入し固定している。

【００１３】このように、電圧センサ１０は、単セル２
の１枚１枚に取付けることは困難であるため、反応熱を
取り除くために数枚の単セル毎に冷却水が流れる冷却管
９を挿入した冷却板３に形成される下穴３ｂに取付け
る。

【００１４】電圧センサ１０のそれぞれは冷却板３に接
触し、電気抵抗の低い棒状の電極で、この電極から図示
しないリード線によって電圧測定器に接続されている。
これによって、サブスタック間（冷却板と冷却板間）の
出力電圧を測定し、サブスタック間内のセル電圧を求
め、この値を用いて燃料電池の出荷時の初期特性の把握
および検査を行う。また、運転中にも常時監視がされ燃
料電池の特性を把握する。

【００１５】なお、各冷却管９は、大地から絶縁されて
いる。

【００１６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の電圧センサ１０の取付けでは次のような問題が
ある。

【００１７】まず、冷却板３に形成された下穴３ｂへ電
圧センサ１０の挿入の仕方および接触状態により測定さ
れる電圧が変動することがある。この場合、出荷時の初
期特性の検査や運転中の燃料電池の特性把握の判断を誤
るおそれがある。

【００１８】また、冷却板３に電圧センサ１０を取付け
るために下穴３ｂを形成させるがこの下穴３ｂよりリン
酸が冷却板３内に侵入し、冷却板３内に挿入されている
冷却管９が腐食し冷却水の水漏れが発生する危険性があ
る。

【００１９】また、出荷時の初期特性の検査時には、積
層された全サブスタックについて電圧の診断を行うが、
実際の運転時には、数個所のみの診断でよいために出荷
時に全ての冷却板に取付けられた電圧センサ１０を多数
取外す必要がある。

【００２０】このとき、冷却板３のコーナ部３ａの下穴
３ｂに電圧センサ１０を挿入し固定した方法では出荷時
に電圧センサ１０を冷却板３に損傷を与えず取外すこと
は困難であるといった問題がある。

【００２１】そこで、本発明は、冷却板を損傷させるこ
となく簡単な手段により電圧センサを取付け取外し可能
とする燃料電池を提供することを目的とする。

【００２２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、電解
質保持マトリックスを挟んで対向する燃料極と空気極と
を有する単セルと、この単セルを冷却する冷却板をそれ
ぞれ複数枚ずつ交互に積層して電気化学的反応により電
気を得ると共に、得られた電圧を測定するための電圧セ
ンサを配置して構成される燃料電池において、冷却板に
配設され冷却水を流す冷却管に取付け・取外し自在に設
けられた取付部材に電圧センサを取付けるようにしたも
のである。

【００２３】請求項２の発明は、請求項１記載の燃料電
池において、冷却管にクランプを用いて電圧センサを取
付けるようにしたものである。

【００２４】請求項３の発明は、請求項１記載の燃料電
池において、冷却管に設けた取付座に電圧センサを取付
けるようにしたものである。

【００２５】請求項４の発明は、請求項１乃至請求項３
記載の燃料電池において、取付部材またはクランプ若し
くは取付座の材質を冷却管の材質と同種類とするように
したものである。

【００２６】

【作用】請求項１の発明によれば、冷却管に電圧センサ
が取付部材により取付け取外し自在に取付けられる。こ
れにより、冷却板に電圧センサを取付けないために冷却
板に損傷を与えることがなく冷却管に電圧センサを取付
けるため確実に取付部材によって取付けられ、運転中に
接触状態が変化することから回避され、電圧測定値の信
頼性が向上する。さらに、出荷時の電圧センサの取外し
が簡単で作業性が向上する。

【００２７】請求項２の発明によれば、冷却管にクラン
プを用いて電圧センサが取付けられる。これにより、冷
却板に損傷を与えることなく、また、冷却管にクランプ
を用いて確実に、かつ、簡単に電圧センサが取付けら
れ、取外しも簡単にできる。

【００２８】請求項３の発明によれば、冷却管に取付座
を用いて電圧センサが取付けられる。これにより、確実
に取付座に電圧センサが取付けられるから信頼性が向上
する。

【００２９】請求項４の発明によれば、冷却管と同種類
の取付部材を用いることにより取付部材の腐食が防止さ
れる。

【００３０】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。

【００３１】図１は、本発明の一実施例を示す電圧セン
サを取付けた上面説明図で、図２は、図１のＢ矢印方向
からの部分側面図である。

【００３２】図において、積層体１は複数の単セル２と
冷却板３から成っており、積層体１の四辺からなる全側
面には、各マニホールド７が形成されている。冷却板３
には、冷却水で冷却するように冷却管９が固定されて冷
却板３のコーナ部３ａより冷却管９の端部９ａ，９ｂが
外側へ突出している。

【００３３】さらに、冷却管９の端部９ａには、電圧セ
ンサ１０を取付けるクランプ１１が取付けられ、このク
ランプ１１によって電圧センサ１０を固定している。す
なわち、図３に示すように、取付部材としてのクランプ
１１は上部が開口し、下部の環状部が冷却管９の端部９
ａを挟持しており、上部の開口に電極板としての電圧セ
ンサ１０を挟みボルト１２とナット１２ａにより接触抵
抗を極力低くして取付けられる。

【００３４】なお、冷却管９の端部９ａ，９ｂは大地か
ら絶縁され、電圧センサ１０は図示省略するリード線に
より電圧測定器に接続されている。

【００３５】上記構成で、電圧センサ１０を取付けると
きクランプ１１を用いてボルト１２とナット１２ａによ
り電圧センサ１０が取付けられる。また、電圧センサ１
０を取外すときナット１２ａを緩めてボルト１２を外し
て電圧センサ１０を取外す。

【００３６】このように、クランプ１１の下部の円壁が
端部９ａの外周面に接触され、電圧センサ１０とクラン
プ１１とは電気的接触を保ちつつ固定される。このた
め、電圧センサ１０と冷却板３は、クランプ１１および
端部９ａを介して電気的導通を保ちつつ固定される。

【００３７】この結果、運転中に電圧センサ１０と冷却
管９の端部９ａとの接触状態が変化することがなく、接
触状態の変化によって、電圧が変動することを回避し、
測定される電圧値の信頼性が向上する。

【００３８】また、冷却板３に電圧センサ１０を取付け
るための下穴３ｂを開ける必要がないため、冷却板３内
にリン酸が侵入することがなく冷却板３内に挿入されて
いる冷却管９が腐食するおそれがない。

【００３９】また、出荷時の初期特性の検査時に積層さ
れた全サブスタックについて診断を行うために全冷却板
３に取付けられた電圧センサ１０を出荷時に取り外す作
業もクランプ１１を緩めることによって行えるので作業
性が大幅に向上するばかりか冷却板３に損傷を与えるお
それもなくなる。

【００４０】また、リン酸型燃料電池は、電解質として
リン酸を使用しており、また、セルの高出力を得るため
に、高温（２００℃程度）、高圧（７〜９Ｋｇ／ｃｍ
２）で運転されている。そのため、上記クランプ１１が
腐食することが考えられるためクランプ１１の材質には
耐食性のあるステンレス等を用いることが好ましい。

【００４１】さらに、冷却管９とクランプ１１とが異種
金属では腐食が助長されるので冷却管９とクランプ１１
は同種の金属とすることが耐食性の面から好ましい。

【００４２】図４は、本発明の他の実施例を示す電圧セ
ンサを取付けた上面説明図で、図５は、図４のＣ矢印方
向からの部分側面図である。

【００４３】図中、冷却管９の端部９ａには取付部材と
しての板状の電気的導電性の良い取付座１３が溶接して
固定され、この取付座１３にボルト穴１３ａが形成され
ている。取付座１３のボルト穴１３ａには、締付具とし
てボルト１４が電極板としての電圧センサ１０を挟持し
て貫通してボルト１４の先端がナット１５で締め付けら
れている。

【００４４】なお、冷却管９の端部９ａ，９ｂは、大地
から絶縁され、電圧センサ１０は図示省略するリード線
によって電圧測定器に接続されている。

【００４５】この構成で、電圧センサ１０を取付けると
き、図６に示すように取付座１３のボルト穴１３ａに電
圧センサ１０の先端に形成される取付用リング１０ｂの
穴が合うようにする。

【００４６】そして、上方からボルト１４を貫通させボ
ルト１４をナット１５で締め付ける。これにより、電圧
センサ１０は取付座１３へ取付けられる。

【００４７】また、電圧センサ１０を取り外すとき、下
部のナット１５を緩めてボルト１４を上方に貫いて電圧
センサ１０を取り外す。

【００４８】このように、冷却管９の端部９ａに電気的
導通のある材質で作られた取付座１３を溶接し、そこに
電圧センサ１０をボルト１４とナット１５により固定す
る。これにより、電圧センサ１０と冷却板３は取付座１
３および端部９ａを介して電気的導通を保ちつつ固定さ
れる。

【００４９】この実施例では、電圧センサ１０は冷却板
３と電気的導通のある取付座１３により固定されるため
上述したクランプ１１による取付けよりも固定が確実に
なされるのでより信頼性を向上することができる。

【００５０】なお、本発明では、冷却管９に電圧センサ
１０を取付けるため取付手段としてクランプ１１等によ
る場合と取付座１３による場合について説明したが、本
発明はこれに限ることなく冷却管９に電圧センサ１０が
電気的に導電性が良く取付けられ、また、取外しができ
るものであればよい。

【００５１】

【発明の効果】以上説明したように請求項１の発明によ
れば、冷却管に電圧センサを取付部材により取付け取外
し自在に取付けるようにしたために冷却板に損傷を与え
ることがなく、また、冷却管に電圧センサを取付けるた
め確実に取付けられ、運転中に接触状態が変化すること
から回避され、電圧測定値の信頼性が向上し、出荷時の
電圧センサの取外しが簡単で作業性が向上する。

【００５２】請求項２の発明によれば、冷却管にクラン
プを用いて電圧センサを取付けるようにしたために冷却
板に損傷を与えることなく、また、確実に、かつ、簡単
に電圧センサが取付けられ、取外しも簡単にできる。

【００５３】請求項３の発明によれば、冷却管に取付座
を用いて電圧センサを取付けるようにしたために確実に
電圧センサが取付けられるから信頼性が向上する。

【００５４】請求項４の発明によれば、冷却管と同種類
の取付部材を用いることにより取付部材の腐食が防止さ
れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電圧センサを取付ける
説明図である。

【図２】図１のＢ矢印方向からの側面図である。

【図３】図２のＢ−Ｂ方向からのクランプを示す断面図
である。

【図４】本発明の他の実施例を示す電圧センサを取付け
る説明図である。

【図５】図４のＣ矢印方向からの部分側面図である。

【図６】図５の取付座へ電圧センサを取付ける状態を示
す説明図である。

【図７】燃料電池本体の概略斜視図である。

【図８】従来例を示す電圧センサを取付ける説明図であ
る。

【図９】図８のＡ矢印方向からの電圧センサの取付けを
示す側面図である。

【符号の説明】

１ 積層体 ２ 単セル ３ 冷却板 ３ａ コーナ部 ３ｂ 下穴 ４ 締付板 ５ スペーサ ６ シール材 ７ マニホールド ８ 接続管 ９ 冷却管 ９ａ，９ｂ 端部 １０ 電圧センサ １０ａ 先端 １０ｂ 取付用リング １１ クランプ １２ ボルト １２ａ ナット １３ 取付座 １４ ボルト １５ ナット

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電解質保持マトリックスを挟んで対向す
   る燃料極と空気極とを有する単セルと、この単セルを冷
   却する冷却板をそれぞれ複数枚ずつ交互に積層して電気
   化学的反応により電気を得ると共に、得られた電圧を測
   定するための電圧センサを配置して構成される燃料電池
   において、 前記冷却板に配設され冷却水を流す冷却管に取付け・取
   外し自在に設けられた取付部材に前記電圧センサを取付
   けたことを特徴とする燃料電池。
2. 【請求項２】 前記冷却管にクランプを用いて前記電圧
   センサを取付けたことを特徴とする請求項１記載の燃料
   電池。
3. 【請求項３】 前記冷却管に設けた取付座に前記電圧セ
   ンサを取付けたことを特徴とする請求項１記載の燃料電
   池。
4. 【請求項４】 前記取付部材または前記クランプ若しく
   は前記取付座の材質を冷却管の材質と同種類としたこと
   を特徴とする請求項１乃至請求項３記載の燃料電池。