JPH1032015A - 燃料電池の締付方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 前処理後のスタックへの締付力をばねで付与
するときに、セルに割れが発生しないようにさせる。 【解決手段】 スタック１を上下のホルダー２，３に挾
持させて下部ボルスタ４上に載置する。上ホルダー２上
に、ばね１０、内側ボルスタ４ａ、ベローズ６、外側ボ
ルスタ４ｂの順に配置する。前処理時に、ベローズ６と
ばね１０の併用によりスタック１を締め付ける。前処理
後の高温時にベローズ６の内圧を高める。常温になって
からばね１０による締め付けに切り替えて、ベローズ６
を撤去する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は燃料の有する化学エ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換させるエネルギー
部門で用いる燃料電池のスタックを締め付けるための燃
料電池の締付方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】燃料電池のうち、たとえば、溶触炭酸塩
型燃料電池は、電解質として溶触炭酸塩を多孔質物質に
しみ込ませてなるタイル（電解質板）をカソード（酸素
極）とアノード（燃料極）の両電極で両面から挟み、カ
ソード側に酸化ガスを供給すると共にアノード側に燃料
ガスを供給することによりカソード側とアノード側で各
々反応を行わせて発電を行わせるようにしたものを１セ
ルとし、各セルをセパレータを介し多層に積層してスタ
ックとするようにしてある。

【０００３】上記スタックとした燃料電池は、各セルご
とに電池性能が良好に維持されることが必要であり、電
極反応部においてカソード及びアノードの各電極とタイ
ルとセパレータとが一様な締付圧力分布で接触している
こと、内部マニホールド型の燃料電池にあっては、周辺
部のウェットシール部のシール性が維持されているこ
と、運転中におけるスタックの高さ変化に対して追従性
があること、等が要求される。そのため、燃料電池全体
を一定の締付力で均一に締め付けることが必要である。

【０００４】かかる必要性を満たすための従来の燃料電
池の締付装置としては、図４（イ）に一例を示す如く、
セルをセパレータを介し多層に積層してなるスタック１
を、下部ボルスタ５上の下部ホルダー３上に載置させ、
且つ上記スタック１の上方には上部ホルダー２を置い
て、該上部ホルダー２上に、ガスの供給によって内部の
圧力を制御できるようにしてある金属製の締付用ベロー
ズ６を置き、更に、該ベローズ６上に上部ボルスタ４を
配置して、上下のボルスタ４，５同士を締付ロッド７及
びナット８にて締め付けることによりベローズ６、ホル
ダー２，３を介しスタック１に均一な締付力を付与させ
るようにしたものがある。

【０００５】上記セルを積層してスタックとしてなる燃
料電池は、組立て後、運転開始前に、工場にて脱脂、含
浸等の前処理を施してから現地に搬送し、圧力容器内に
据え付けるようにしているが、含浸は各セルごとにタイ
ル表面の炭酸塩粉末を溶融させてタイルにしみ込ませる
ものであるため、含浸によりタイル部分の厚さが収縮
し、この厚さの収縮が各セルごとに発生するので、スタ
ック全体としては大きな収縮量となる。

【０００６】この大きなスタックの収縮量をベローズ６
の伸び量で吸収させるようにし、更に、燃料電池の運転
中におけるスタック高さの変化分をもベローズ６の伸び
で追従させるようにしている。

【０００７】しかしながら、スタック１の締め付けのた
めにベローズ６を用いた場合、圧力容器内の圧力とベロ
ーズ６内の圧力との差が一定となるようにベローズ６内
の圧力を制御する必要があるため、プラント停止時もベ
ローズ６内の圧力制御が必要となる問題があり、又、特
に、図４（ロ）に一例を示す如く、スタックの途中に中
間ホルダー９を挟み込ませて、上部スタック１ａと下部
スタック１ｂとを別々に締め付けるようにした場合に
は、下部スタック１ｂが中間ホルダー９によって吊られ
る状態となるので、セルの積層数が多くなると、下側に
配置したベローズ６の内圧が高くなり、高圧ガス取締法
の規制を受けることがある。又、図４（イ）において
も、プラント運転圧力によっては、高圧ガス取締法の規
制を受けることがある。

【０００８】そのため、上記問題点のない締め付け方法
として、前処理後に、ベローズを撤去してばねに切り替
え、ばねの力でスタックに締付力を与えるようにした方
法が提案され、実施されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところが、スタックの
締付力をばねで与えるようにすると、発電中はメンテナ
ンスフリーとなって有利であるが、ベローズからばねへ
の切り替え時には、発電時のスタックに所定の締付面圧
を保持させるべく締付力を前処理時よりも強くするよう
に変更設定することになるので、前処理時に高温状態で
あったスタックが常温まで温度降下してからばねによる
締付力を設定すると、セルに割れが発生し易くなるとい
う問題が惹起される。

【００１０】一方、セルに割れが発生しないように、ス
タックが高温状態のときにベローズからばねへの切り替
えを行うと、高温作業になるばかりでなく、ばねは温度
が上昇するとばね定数が小さくなり、温度が下降すると
ばね定数が大きくなるという特性を有することから、大
きい荷重を掛けられないという問題がある。

【００１１】そこで、本発明は、ばねへの切り替え時に
大きい荷重をかけてもセルに割れを発生させにくくする
ことができるようにして、発電時に必要とする所定の締
付面圧が確実に得られるような燃料電池の締付方法を提
供しようとするものである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するために、上下のホルダーで挾持させたスタックを
下部ボルスタで支持させ、上ホルダー上に、内側ボルス
タと外側ボルスタを配置し、上ホルダーと内側ボルスタ
との間にばねを介在させると共に、内側ボルスタと外側
ボルスタとの間にベローズを介在させて、下部ボルスタ
と内側ボルスタに貫通させた締付ロッドの上端と、外側
ボルスタに貫通させた延長ロッドの下端とを着脱自在に
連結し、前処理時に、上記ベローズとばねとの併用によ
りスタックに締付力を付与するようにし、前処理後の高
温状態のときに、上記ベローズの内圧を高めるように
し、常温になってから上記ばねだけの締付力で締め付け
るようにして、ベローズを延長ロッド及び外側ボルスタ
と共に撤去させるようにする燃料電池の締付方法とす
る。

【００１３】高温時にベローズの内圧を高めて常温にな
ってからばねだけの締め付けにするので、大きい荷重を
かけても、セルに割れを発生させにくくすることができ
るようになる。

【００１４】又、中間ホルダーと上ホルダーとの間に上
部スタックを、又、上記中間ホルダーと下ホルダーとの
間に下部スタックをそれぞれ支持させ、上ホルダーの上
部と下ホルダーの下部にそれぞれ内側ボルスタと外側ボ
ルスタを配置し、上ホルダーと上部の内側ボルスタとの
間及び下ホルダーと下部の内側ボルスタとの間にそれぞ
ればねを介在させると共に、上部の内側ボルスタと外側
ボルスタとの間及び下部の内側ボルスタと外側ボルスタ
との間にそれぞれベローズを介在させて、上下部でそれ
ぞれ中間ホルダーと内側ボルスタに貫通させた締付ロッ
ドの一端と、外側ボルスタに貫通させた延長ロッドの一
端とを着脱自在に連結し、前処理時に、上下でベローズ
とばねの併用により上部スタックと下部スタックに締付
力を付与するようにし、前処理後の高温状態のときに、
上記上下のベローズの内圧を高めるようにし、常温にな
ってから上下のばねだけの締付力で締め付けるようにし
て、上下のベローズをそれぞれ延長ロッド及び外側ボル
スタと共に撤去させるようにする燃料電池の締付方法と
すると、前処理時、ベローズとばねとの併用により、下
側のベローズの内圧を過大にすることがなくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
を参照して説明する。

【００１６】図１（イ）（ロ）は本発明の実施の一形態
として、スタックが１段のものについて示すもので、セ
ルをセパレータを介し多層に積層してなるスタック１
を、下部ボルスタ５上に、上下のホルダー２，３で挾持
させた状態として載置し、上ホルダー２の上方に内側ボ
ルスタ４ａと外側ボルスタ４ｂを２重に配置して、内側
ボルスタ４ａと上ホルダー２との間に、燃料電池の運転
中にスタック１に所定の締付面圧を保持させるためのば
ね１０を介在させ、且つ内側ボルスタ４ａと外側ボルス
タ４ｂとの間に前処理時のスタック１の沈み込みに追従
できるだけの伸び量をもつベローズ６を介在させ、更
に、内側ボルスタ４ａと下部ボルスタ５に通した締付ロ
ッド７の上端部に内側ボルスタ４ａ上でナット８を螺合
し、外側ボルスタ４ｂに通した延長ロッド１１の下端部
と締付ロッド７の上端部とを長ナット１２で着脱可能に
連結し、延長ロッド１１の上端部に外側ボルスタ４ｂ上
でナット１３を螺着させてある構成において、前処理時
に、ベローズ６とばね１０とを併用してスタック１に締
付力を付与するようにし、前処理後の高温状態のときに
ベローズ６による締付力を強くし、しかる後、常温状態
でばね１０だけの締付力に切り替えるようにする。

【００１７】詳述すると、先ず、運転開始前の作業とし
て、前処理容器内に入れて脱脂や含浸等の前処理作業を
行うときに、ベローズ６内にガスを供給し、ベローズ６
とばね１０とを併用してスタック１に均一な締付力を付
与させるようにする（図１（イ）参照）。これにより、
前処理時のスタック１の沈み込みをベローズ６のみの伸
びで吸収させるようにする。

【００１８】前処理が終了した後、スタック１の締め付
けをベローズ６とばね１０との併用からばね１０に切り
替えるようにするが、このとき、電池は高温状態となっ
ているので、ばね１０の高温時と常温時のばね定数の変
化分を補正する如く、ベローズ６の内圧を更に上げるよ
うに制御して締付力を高めるようにし、この状態を、電
池が常温になるまで維持させる。

【００１９】電池が常温になると、電池を前処理容器か
ら出し、ナット８の締め込みを行って、発電時にスタッ
ク１が必要とする締付面圧が得られているため、ばね１
０の締付のみとし、しかる後、延長ロッド１１を長ナッ
ト１２の部分で取り外し、外側ボルスタ４ｂ及びベロー
ズ６を撤去する（図１（ロ）参照）。

【００２０】上記の状態とした電池を現地へ搬入し圧力
容器内に据え付けるようにし、電池運転中のクリープ等
によるスタック１の高さの変化をばね１０の伸びで吸収
させるようにする。

【００２１】本発明においては、上述したように、前処
理時に、ベローズ６とばね１０を併用するので、スタッ
ク１の沈み込みの吸収を容易に行うことができ、温度変
化や沈み込みの傾きを容易に吸収することができる。
又、前処理後、高温時にベローズ６によって締付圧をか
けることで、ばね１０への切り替え時に大きな荷重がか
かっていてもセルに割れを発生させにくくすることがで
きると共に、高温状態での切り替え作業をなくすことが
できる。このように、常温での部材強度が高いときにば
ね１０による締め付けへの変更を行うことから、健全性
の面で望ましいものとなり、発電時にスタック１に所定
の締付面圧を確実に保持させることができる。又、ベロ
ーズを撤去することにより高圧ガス取締法の規制を受け
ることはない。

【００２２】因に、図２は本発明を採用した場合のスタ
ック１の中央部締付面圧の経時的変化の一例を示すもの
である。

【００２３】次に、図３（イ）（ロ）は高積層化を行っ
た電池への適用例を示すもので、スタック１を上部スタ
ック１ａと下部スタック１ｂの２段とし、且つ架台１４
に支持させた中間ホルダー９上に、上部スタック１ａを
配置すると共に、上部スタック１ａ上に、図１（イ）
（ロ）に示したと同様に、上ホルダー２、ばね１０、内
側ボルスタ４ａ、ベローズ６、外側ボルスタ４ｂの順に
配置して、中間ホルダー９に固定した締付ロッド７、延
長ロッド１１、ナット１３等によって上部スタック１ａ
に所定の締付力を付与できるようにし、且つ中間ホルダ
ー９の下側には、下部スタック１ｂを配置すると共に、
中間ホルダー９の上側の上記構成と同一のものを配置し
て、上下対称とし、中間ホルダー９より下側の下部スタ
ック１ｂは締付装置で吊った構成において、図１（イ）
（ロ）の場合と同様に、前処理時には、上下の各ベロー
ズ６とばね１０とを併用して上部スタック１ａと下部ス
タック１ｂに均一な締付力を付与させるようにし、前処
理後の高温時に、上下のベローズ６の内圧を更に高める
ようにし、常温となってから上下のばね１０に切り替え
るようにする。

【００２４】図３（イ）（ロ）に示すような上下２段と
したスタック１ａ，１ｂに採用した場合にも、図１
（イ）（ロ）の場合と同様な作用効果が奏し得られるも
のであり、更に、ベローズを撤去することにより、高圧
ガス取締法の規制を受けないようにすることができる。

【００２５】なお、図３（イ）（ロ）では中間ホルダー
９を架台１４で固定支持させるようにした場合を示した
が、中間ホルダー９よりも下側の締付ロッド７の下端を
サポート部材で支持させるようにした場合にも適用でき
ること、その他本発明の要旨を逸脱しない範囲内におい
て種々変更を加え得ることは勿論である。

【００２６】

【発明の効果】以上述べた如く、本発明の燃料電池の締
付方法によれば、次の如き優れた効果を発揮する。 (1) 上下のホルダーで挾持させたスタックを下部ボルス
タで支持させ、上ホルダー上に、内側ボルスタと外側ボ
ルスタを配置し、上ホルダーと内側ボルスタとの間にば
ねを介在させると共に、内側ボルスタと外側ボルスタと
の間にベローズを介在させて、下部ボルスタと内側ボル
スタに貫通させた締付ロッドの上端と、外側ボルスタに
貫通させた延長ロッドの下端とを着脱自在に連結し、前
処理時に、上記ベローズとばねとの併用によりスタック
に締付力を付与するようにし、前処理後の高温状態のと
きに、上記ベローズの内圧を高めるようにし、常温にな
ってから上記ばねだけの締付力で締め付けるようにし
て、ベローズを延長ロッド及び外側ボルスタと共に撤去
させるようにするので、ばねへの切り替え時に大きい荷
重がかかっていてもセルに割れを発生させにくくするこ
とができ、発電時の締付面圧を確実に保持させることが
できる。 (2) 中間ホルダーを介して上部スタックと下部スタック
とを配置した燃料電池に採用すると、前処理時にベロー
ズとばねとを併用したことにより、下側に配置したベロ
ーズの内圧を過大にする必要がなくなり、高積層化が容
易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池の締付方法の実施の一形態を
示すもので、（イ）は前処理時の概略側面図、（ロ）は
現地発電時の概略側面図である。

【図２】締付面圧の経時変化の一例を示すグラフであ
る。

【図３】高積層化した電池への適用例を示すもので、
（イ）は前処理時の概略側面図、（ロ）は発電時の概略
側面図である。

【図４】従来の燃料電池の締付装置の例を示すもので、
（イ）はスタックを１段とした場合の概略側面図、
（ロ）はスタックを２段とした場合の概略側面図であ
る。

【符号の説明】

１ スタック １ａ 上部スタック １ｂ 下部スタック ２ 上ホルダー ３ 下ホルダー ４ａ 内側ボルスタ ４ｂ 外側ボルスタ ５ 下部ボルスタ ６ ベローズ ７ 締付ロッド ９ 中間ホルダー １０ ばね １１ 延長ロッド

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 上下のホルダーで挾持させたスタックを
   下部ボルスタで支持させ、上ホルダー上に、内側ボルス
   タと外側ボルスタを配置し、上ホルダーと内側ボルスタ
   との間にばねを介在させると共に、内側ボルスタと外側
   ボルスタとの間にベローズを介在させて、下部ボルスタ
   と内側ボルスタに貫通させた締付ロッドの上端と、外側
   ボルスタに貫通させた延長ロッドの下端とを着脱自在に
   連結し、前処理時に、上記ベローズとばねとの併用によ
   りスタックに締付力を付与するようにし、前処理後の高
   温状態のときに、上記ベローズの内圧を高めるように
   し、常温になってから上記ばねだけの締付力で締め付け
   るようにして、ベローズを延長ロッド及び外側ボルスタ
   と共に撤去させるようにすることを特徴とする燃料電池
   の締付方法。
2. 【請求項２】 中間ホルダーと上ホルダーとの間に上部
   スタックを、又、上記中間ホルダーと下ホルダーとの間
   に下部スタックをそれぞれ支持させ、上ホルダーの上部
   と下ホルダーの下部にそれぞれ内側ボルスタと外側ボル
   スタを配置し、上ホルダーと上部の内側ボルスタとの間
   及び下ホルダーと下部の内側ボルスタとの間にそれぞれ
   ばねを介在させると共に、上部の内側ボルスタと外側ボ
   ルスタとの間及び下部の内側ボルスタと外側ボルスタと
   の間にそれぞれベローズを介在させて、上下部でそれぞ
   れ中間ホルダーと内側ボルスタに貫通させた締付ロッド
   の一端と、外側ボルスタに貫通させた延長ロッドの一端
   とを着脱自在に連結し、前処理時に、上下でベローズと
   ばねの併用により上部スタックと下部スタックに締付力
   を付与するようにし、前処理後の高温状態のときに、上
   記上下のベローズの内圧を高めるようにし、常温になっ
   てから上下のばねだけの締付力で締め付けるようにし
   て、上下のベローズをそれぞれ延長ロッド及び外側ボル
   スタと共に撤去させるようにすることを特徴とする燃料
   電池の締付方法。