JPH1032016A - 燃料電池の締付加熱装置 - Google Patents
燃料電池の締付加熱装置Info
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- JPH1032016A JPH1032016A JP8189023A JP18902396A JPH1032016A JP H1032016 A JPH1032016 A JP H1032016A JP 8189023 A JP8189023 A JP 8189023A JP 18902396 A JP18902396 A JP 18902396A JP H1032016 A JPH1032016 A JP H1032016A
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
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- H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
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- H01M2008/147—Fuel cells with molten carbonates
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 燃料電池の柔構造を保持したままで締付け及
び加熱ができ、これにより過渡運転時に発生する熱歪み
を低減でき、かつ積層された各セルをほぼ均等に短時間
で加熱できる燃料電池の締付加熱装置を提供する。 【解決手段】 燃料電池７の上下面に接しかつ単一のセ
パレータとほぼ同等の柔軟性と熱伝導性を有する１対の
電流取出板１２と、電流取出板の上下面に接しかつ十分
な断熱性能と弾性を有する１対の断熱材１４と、断熱材
の上下面に接しかつ締付け時に断熱材と電流取出板を介
して十分な締付け力を燃料電池に与えることができる１
対の締め付け板１６と、可撓性配管を介して燃料電池に
ガスを供給／排出するガスヘッダ１８と、ガスヘッダに
供給するガスを加熱するガス加熱器２０とを備え、ガス
加熱器により供給ガスを加熱し、このガスにより各セル
を加熱する。
び加熱ができ、これにより過渡運転時に発生する熱歪み
を低減でき、かつ積層された各セルをほぼ均等に短時間
で加熱できる燃料電池の締付加熱装置を提供する。 【解決手段】 燃料電池７の上下面に接しかつ単一のセ
パレータとほぼ同等の柔軟性と熱伝導性を有する１対の
電流取出板１２と、電流取出板の上下面に接しかつ十分
な断熱性能と弾性を有する１対の断熱材１４と、断熱材
の上下面に接しかつ締付け時に断熱材と電流取出板を介
して十分な締付け力を燃料電池に与えることができる１
対の締め付け板１６と、可撓性配管を介して燃料電池に
ガスを供給／排出するガスヘッダ１８と、ガスヘッダに
供給するガスを加熱するガス加熱器２０とを備え、ガス
加熱器により供給ガスを加熱し、このガスにより各セル
を加熱する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、溶融炭酸塩型燃料
電池に係わり、更に詳しくは、燃料電池の柔構造を保持
したままで締付け及び加熱ができる燃料電池の締付加熱
装置に関する。
電池に係わり、更に詳しくは、燃料電池の柔構造を保持
したままで締付け及び加熱ができる燃料電池の締付加熱
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】溶融炭酸塩型燃料電池は、図３に模式的
に示すように、薄い平板状の電解質板１を燃料極（アノ
ード）２と空気極（カソード）３で挟んだセル４と、こ
のセル４を間に挟持するセパレータ５とからなる。セパ
レータ５は、個々のセル４では電圧が低い（０．８Ｖ前
後）ため、これを積層して高電圧を得るために用いられ
る。複数のセルを積層した電池をスタックと呼ぶ。
に示すように、薄い平板状の電解質板１を燃料極（アノ
ード）２と空気極（カソード）３で挟んだセル４と、こ
のセル４を間に挟持するセパレータ５とからなる。セパ
レータ５は、個々のセル４では電圧が低い（０．８Ｖ前
後）ため、これを積層して高電圧を得るために用いられ
る。複数のセルを積層した電池をスタックと呼ぶ。
【０００３】セパレータ５の上下面には、図示しないマ
ニホールドを介して、アノード２に水素を含むアノード
ガスが供給され、カソード３に空気を含むカソードガス
が供給される。この状態で高温（約６５０℃前後）に保
持することにより、各セル４における電機化学反応によ
り発電が生じ、セル面に垂直な方向（図で上下方向）に
電流が取り出される。また、この温度において、電解質
板１に含まれている電解質（溶融炭酸塩）は溶けてお
り、この溶融塩とセパレータとの濡れにより、上下のセ
パレータ間のガスシールが保持される。このシールをウ
ェットシールと呼ぶ。なお、図３においてアノード２と
カソード３の位置は上下逆であってもよい。
ニホールドを介して、アノード２に水素を含むアノード
ガスが供給され、カソード３に空気を含むカソードガス
が供給される。この状態で高温（約６５０℃前後）に保
持することにより、各セル４における電機化学反応によ
り発電が生じ、セル面に垂直な方向（図で上下方向）に
電流が取り出される。また、この温度において、電解質
板１に含まれている電解質（溶融炭酸塩）は溶けてお
り、この溶融塩とセパレータとの濡れにより、上下のセ
パレータ間のガスシールが保持される。このシールをウ
ェットシールと呼ぶ。なお、図３においてアノード２と
カソード３の位置は上下逆であってもよい。
【０００４】上述したようにセパレータ５は、アノー
ドガスとカソードガスを仕切る仕切板、各セルを接続
する電流コレクタ、各セルにアノートガスとカソード
ガスを供給するガスマニホールド、等の機能をになって
いる。本願出願人は、かかるセパレータを精度よく安価
に製造するために、図４に示すようなコルゲートセパレ
ータ５ａ（Ａ）及びプレスセパレータ５ｂ（Ｂ）を創案
し既に実施している。これらのセパレータは、平面精度
が高く、かつ薄肉に構成されており、例えば約１ｍ2 以
上の反応面積を有する場合でも、厚さは約５ｍｍ以下に
すぎず、全体として柔軟性を有する特徴がある。
ドガスとカソードガスを仕切る仕切板、各セルを接続
する電流コレクタ、各セルにアノートガスとカソード
ガスを供給するガスマニホールド、等の機能をになって
いる。本願出願人は、かかるセパレータを精度よく安価
に製造するために、図４に示すようなコルゲートセパレ
ータ５ａ（Ａ）及びプレスセパレータ５ｂ（Ｂ）を創案
し既に実施している。これらのセパレータは、平面精度
が高く、かつ薄肉に構成されており、例えば約１ｍ2 以
上の反応面積を有する場合でも、厚さは約５ｍｍ以下に
すぎず、全体として柔軟性を有する特徴がある。
【０００５】図５は、従来の燃料電池の締付加熱装置の
全体構成図である。従来の溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣ
ＦＣ）では、２枚の剛性の高い締付け板６の間に積層し
た燃料電池（スタック７）を挟持し、この２枚の締付け
板６によりスタック７をほぼ一定の面圧で締付けてい
る。２枚の締付け板６のうち一方（通常は下側）は、ス
タック７にガスを供給し排出するガスヘッダとしての機
能も兼ね、このため少なくとも１００ｍｍ以上の厚さを
有する。また、他方の締付け板６は、ガスヘッダの機能
はないが、締付け時の平面精度を保持するために十分な
剛性を要し、このため少なくとも５０ｍｍ以上の厚さを
有している。更に、これらの締付け板６は、燃料電池の
加熱時に、締付け板と燃料電池を加熱するためにヒータ
（図示せず）を内蔵している。このヒータはスタック７
の昇温やスタック温度を高温に維持するために使われ
る。また、燃料電池で発生した電気（直流電流）は、通
常、上下の締付け板６から外部に取り出される。
全体構成図である。従来の溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣ
ＦＣ）では、２枚の剛性の高い締付け板６の間に積層し
た燃料電池（スタック７）を挟持し、この２枚の締付け
板６によりスタック７をほぼ一定の面圧で締付けてい
る。２枚の締付け板６のうち一方（通常は下側）は、ス
タック７にガスを供給し排出するガスヘッダとしての機
能も兼ね、このため少なくとも１００ｍｍ以上の厚さを
有する。また、他方の締付け板６は、ガスヘッダの機能
はないが、締付け時の平面精度を保持するために十分な
剛性を要し、このため少なくとも５０ｍｍ以上の厚さを
有している。更に、これらの締付け板６は、燃料電池の
加熱時に、締付け板と燃料電池を加熱するためにヒータ
（図示せず）を内蔵している。このヒータはスタック７
の昇温やスタック温度を高温に維持するために使われ
る。また、燃料電池で発生した電気（直流電流）は、通
常、上下の締付け板６から外部に取り出される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】図６は、約１ｍ2 の反
応面積を有するセル面内の温度分布図であり、（Ａ）は
無負荷時、（Ｂ）は定格負荷運転時を示している。この
図は平行流の例であり、両ガス（アノートガスとカソー
ドガス）は図に矢印で示すように上向きに流れる。
応面積を有するセル面内の温度分布図であり、（Ａ）は
無負荷時、（Ｂ）は定格負荷運転時を示している。この
図は平行流の例であり、両ガス（アノートガスとカソー
ドガス）は図に矢印で示すように上向きに流れる。
【０００７】この図から明らかなように、無負荷時
（Ａ）にはセル内温度はほぼ均一であるが、負荷運転時
（Ｂ）には反応熱により出口側温度が約１００℃程度高
くなる。
（Ａ）にはセル内温度はほぼ均一であるが、負荷運転時
（Ｂ）には反応熱により出口側温度が約１００℃程度高
くなる。
【０００８】このため、図５において、積層したスタッ
ク７の上下端に位置するエンドセル７ａは、一方の面が
上下の締付け板６のどちらかに接し、他方の面がスタッ
ク７に接して外側から締付け板６で押さえられている。
この状態で、燃料電池の運転を無負荷から負荷運転に繰
り返し変化させると、上下の厚板（締付け板６）の存在
のため過渡運転時にスタック７の中心部のセルとエンド
セル７ａ（上下端のセル）とで温度差を生じ、エンドセ
ル近傍で歪みが大きくなる問題点がある。
ク７の上下端に位置するエンドセル７ａは、一方の面が
上下の締付け板６のどちらかに接し、他方の面がスタッ
ク７に接して外側から締付け板６で押さえられている。
この状態で、燃料電池の運転を無負荷から負荷運転に繰
り返し変化させると、上下の厚板（締付け板６）の存在
のため過渡運転時にスタック７の中心部のセルとエンド
セル７ａ（上下端のセル）とで温度差を生じ、エンドセ
ル近傍で歪みが大きくなる問題点がある。
【０００９】また、図７に模式的に示すように、定格運
転時は、スタック内に温度勾配が生じているにもかかわ
らず、締付け板の温度分布はほぼ板厚が大きいためほぼ
一定に保持され、この結果、温度分布によるスタック高
さ分布に厚板の締付け力分布が追従できずセル間の当た
りが悪くなる問題点がある。
転時は、スタック内に温度勾配が生じているにもかかわ
らず、締付け板の温度分布はほぼ板厚が大きいためほぼ
一定に保持され、この結果、温度分布によるスタック高
さ分布に厚板の締付け力分布が追従できずセル間の当た
りが悪くなる問題点がある。
【００１０】すなわち、大容量スタックでは、上述した
ようにヒータ板（締付け板６）の温度分布とスタック７
の温度分布は異なり、それに伴い各セルの熱膨張により
各種寸法（高さ、外形）に相違が生じる。また、負荷遮
断等に見られる急速な変化では、厚板構造部（締付け
板）は熱容量が大きく短時間ではスタックの温度変化に
追随できない。そのため、かかる温度分布や過渡変化の
繰り返しによりウェットシールやセルを構成する電解質
板に割れを発生させ、寿命を大幅に低下させる等の悪影
響が生じる。
ようにヒータ板（締付け板６）の温度分布とスタック７
の温度分布は異なり、それに伴い各セルの熱膨張により
各種寸法（高さ、外形）に相違が生じる。また、負荷遮
断等に見られる急速な変化では、厚板構造部（締付け
板）は熱容量が大きく短時間ではスタックの温度変化に
追随できない。そのため、かかる温度分布や過渡変化の
繰り返しによりウェットシールやセルを構成する電解質
板に割れを発生させ、寿命を大幅に低下させる等の悪影
響が生じる。
【００１１】更に、従来の加熱手段では、締付け板に内
蔵されたヒータによりスタックを昇温するため、昇温時
にヒータ板の熱がエンドセルから徐々に中心部のセルに
伝わるため、熱が伝わり難く、昇温にきわめて長時間を
要し、かつ各セルを均等に加熱できない問題点があっ
た。
蔵されたヒータによりスタックを昇温するため、昇温時
にヒータ板の熱がエンドセルから徐々に中心部のセルに
伝わるため、熱が伝わり難く、昇温にきわめて長時間を
要し、かつ各セルを均等に加熱できない問題点があっ
た。
【００１２】本発明は、上述した問題点を解決するため
に創案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃
料電池の柔構造を保持したままで締付け及び加熱がで
き、これにより過渡運転時に発生する熱歪みを低減で
き、かつ積層された各セルをほぼ均等に短時間で加熱で
きる燃料電池の締付加熱装置を提供することにある。
に創案されたものである。すなわち本発明の目的は、燃
料電池の柔構造を保持したままで締付け及び加熱がで
き、これにより過渡運転時に発生する熱歪みを低減で
き、かつ積層された各セルをほぼ均等に短時間で加熱で
きる燃料電池の締付加熱装置を提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、複数の
セルをセパレータを介して積層した燃料電池を締付けこ
れを加熱する燃料電池の締付加熱装置において、燃料電
池の上下面に接し、かつ単一のセパレータとほぼ同等の
柔軟性と熱伝導性を有する１対の電流取出板と、該電流
取出板の上下面に接し、かつ十分な断熱性能と弾性を有
する１対の断熱材と、該断熱材の上下面に接し、かつ締
付け時に該断熱材と該電流取出板を介して十分な締付力
を燃料電池に与えることができる１対の締付け板と、可
撓性配管を介して燃料電池にガスを供給／排出するガス
ヘッダと、ガスヘッダに供給するガスを加熱するガス加
熱器とを備え、締付け板により断熱材と電流取出板を介
して燃料電池を締付け、ガス加熱器により供給ガスを加
熱し、該ガスにより各セルを加熱する、ことを特徴とす
る燃料電池の締付加熱装置が提供される。
セルをセパレータを介して積層した燃料電池を締付けこ
れを加熱する燃料電池の締付加熱装置において、燃料電
池の上下面に接し、かつ単一のセパレータとほぼ同等の
柔軟性と熱伝導性を有する１対の電流取出板と、該電流
取出板の上下面に接し、かつ十分な断熱性能と弾性を有
する１対の断熱材と、該断熱材の上下面に接し、かつ締
付け時に該断熱材と該電流取出板を介して十分な締付力
を燃料電池に与えることができる１対の締付け板と、可
撓性配管を介して燃料電池にガスを供給／排出するガス
ヘッダと、ガスヘッダに供給するガスを加熱するガス加
熱器とを備え、締付け板により断熱材と電流取出板を介
して燃料電池を締付け、ガス加熱器により供給ガスを加
熱し、該ガスにより各セルを加熱する、ことを特徴とす
る燃料電池の締付加熱装置が提供される。
【００１４】上記本発明の構成によれば、断熱材の外側
に配置された締付け板により、断熱材と電流取出板とを
介して燃料電池が締付けられる。断熱材は、十分な断熱
性能と弾性を有し、電流取出板は、単一のセパレータと
ほぼ同等の柔軟性と熱伝導性を有しているので、従来の
ように加熱部分に厚板構造部材がなく、燃料電池の柔構
造を保持したままで締付け及び加熱ができ、これにより
過渡運転時に発生する熱歪みを低減し、熱歪みの繰り返
しによるタイル割れを防止でき、かつ締付け構造が柔構
造となるので、締付け力分布が改善される。
に配置された締付け板により、断熱材と電流取出板とを
介して燃料電池が締付けられる。断熱材は、十分な断熱
性能と弾性を有し、電流取出板は、単一のセパレータと
ほぼ同等の柔軟性と熱伝導性を有しているので、従来の
ように加熱部分に厚板構造部材がなく、燃料電池の柔構
造を保持したままで締付け及び加熱ができ、これにより
過渡運転時に発生する熱歪みを低減し、熱歪みの繰り返
しによるタイル割れを防止でき、かつ締付け構造が柔構
造となるので、締付け力分布が改善される。
【００１５】また、従来のように加熱部分に厚板構造部
材がないため、熱容量が小さくなっており、かつ可撓性
配管（例えばベローズ）を介して燃料電池にガスヘッダ
が連結され、このガスヘッダを介してガス加熱器で加熱
したガスを各セルに供給して加熱するので、過渡時でも
スタックのエンド部近傍セルと中心部セルの温度差を小
さくでき、積層された各セルをほぼ均等に短時間で加熱
できる。
材がないため、熱容量が小さくなっており、かつ可撓性
配管（例えばベローズ）を介して燃料電池にガスヘッダ
が連結され、このガスヘッダを介してガス加熱器で加熱
したガスを各セルに供給して加熱するので、過渡時でも
スタックのエンド部近傍セルと中心部セルの温度差を小
さくでき、積層された各セルをほぼ均等に短時間で加熱
できる。
【００１６】本発明の好ましい実施形態によれば、前記
電流取出板の少なくとも一方は、燃料電池にガスを供給
／排出するガス通路を有し、前記可撓性配管の一端は該
ガス通路に連通し、他端はガスヘッダに連通している。
この構成により、電流取出板を柔構造に保持したまま、
可撓性配管及び電流取出板のガス通路を介して燃料電池
にガスを供給／排出することができる。
電流取出板の少なくとも一方は、燃料電池にガスを供給
／排出するガス通路を有し、前記可撓性配管の一端は該
ガス通路に連通し、他端はガスヘッダに連通している。
この構成により、電流取出板を柔構造に保持したまま、
可撓性配管及び電流取出板のガス通路を介して燃料電池
にガスを供給／排出することができる。
【００１７】また、前記ガス加熱器は、電気ヒータ又は
ガスバーナを内蔵する。この構成により、放熱ロスを低
減し、燃料電池に供給するガスを効率良く加熱でき、昇
温時間を短縮することができる。
ガスバーナを内蔵する。この構成により、放熱ロスを低
減し、燃料電池に供給するガスを効率良く加熱でき、昇
温時間を短縮することができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の好ましい実施形態
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は、本発明による燃料電池の締付加熱装置の全
体構成図である。この図に示すように、本発明の締付加
熱装置１０は、積層した燃料電池７（スタック）を締付
け、これを加熱するようになっている。
を図面を参照して説明する。なお、各図において、共通
する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略す
る。図１は、本発明による燃料電池の締付加熱装置の全
体構成図である。この図に示すように、本発明の締付加
熱装置１０は、積層した燃料電池７（スタック）を締付
け、これを加熱するようになっている。
【００１９】図１において、本発明の締付加熱装置１０
は、燃料電池７の上下面に接する１対の電流取出板１２
と、電流取出板１２の上下面に接する１対の断熱材１４
と、断熱材１４の上下面に接する１対の締付け板１６
と、燃料電池７にガスを供給／排出するガスヘッダ１８
と、ガスヘッダ１８に供給するガスを加熱するガス加熱
器２０とを備えている。
は、燃料電池７の上下面に接する１対の電流取出板１２
と、電流取出板１２の上下面に接する１対の断熱材１４
と、断熱材１４の上下面に接する１対の締付け板１６
と、燃料電池７にガスを供給／排出するガスヘッダ１８
と、ガスヘッダ１８に供給するガスを加熱するガス加熱
器２０とを備えている。
【００２０】電流取出板１２は、熱伝導性と電気伝導性
の高い金属材料（例えば、銅、ステンレス等）で形成さ
れた平板であり、単一のセパレータの厚さ（例えば約５
ｍｍ）からその２〜３倍（約１０〜１５ｍｍ）の厚さを
有し、セパレータとほぼ同等の柔軟性と熱伝導性を有し
ている。また、電流取出板１２の燃料電池７と接する面
は、燃料電池の全面をほぼ均一の面圧で保持できるよう
に高い平面精度で仕上げられている。また、各電流取出
板１２には、それぞれ電流端子１２ａが一体成形され、
或いは溶接等で接続されている。
の高い金属材料（例えば、銅、ステンレス等）で形成さ
れた平板であり、単一のセパレータの厚さ（例えば約５
ｍｍ）からその２〜３倍（約１０〜１５ｍｍ）の厚さを
有し、セパレータとほぼ同等の柔軟性と熱伝導性を有し
ている。また、電流取出板１２の燃料電池７と接する面
は、燃料電池の全面をほぼ均一の面圧で保持できるよう
に高い平面精度で仕上げられている。また、各電流取出
板１２には、それぞれ電流端子１２ａが一体成形され、
或いは溶接等で接続されている。
【００２１】更に、図１に示すように電流取出板１２の
少なくとも一方（この図では下側）は、燃料電池７にガ
スを供給／排出するガス通路１２ｂが板を貫通して設け
られている。
少なくとも一方（この図では下側）は、燃料電池７にガ
スを供給／排出するガス通路１２ｂが板を貫通して設け
られている。
【００２２】断熱材１４は、十分な断熱性能と弾性を有
する材料、例えば、耐火材や硬質の保温材で形成されて
いる。この断熱材１４は、少なくとも燃料電池７の最高
温度（約７００℃）以上に高温と、電流取出板１２を介
して燃料電池７を挟持するための面圧（例えば約３ｋｇ
／ｍｍ2 ）とに長期間耐える耐熱強度と機械的強度を有
する。また、燃料電池７の運転中の熱変形に対応して、
燃料電池７を挟持する面圧を保持しながら上下方向にわ
ずかに変形する程度の弾性（弾性係数）を有しているこ
とが必要である。
する材料、例えば、耐火材や硬質の保温材で形成されて
いる。この断熱材１４は、少なくとも燃料電池７の最高
温度（約７００℃）以上に高温と、電流取出板１２を介
して燃料電池７を挟持するための面圧（例えば約３ｋｇ
／ｍｍ2 ）とに長期間耐える耐熱強度と機械的強度を有
する。また、燃料電池７の運転中の熱変形に対応して、
燃料電池７を挟持する面圧を保持しながら上下方向にわ
ずかに変形する程度の弾性（弾性係数）を有しているこ
とが必要である。
【００２３】更に、図１に示すように断熱材１４の少な
くとも一方（この図では下側）には、電流取出板１２の
ガス通路１２ｂとガスヘッダ１８を連結する配管を通す
ための十分大きな開口部１４ａが設けられている。この
開口部１４ａの隙間には、弾力性のある断熱材（例えば
カオール等）を充填するのがよい。
くとも一方（この図では下側）には、電流取出板１２の
ガス通路１２ｂとガスヘッダ１８を連結する配管を通す
ための十分大きな開口部１４ａが設けられている。この
開口部１４ａの隙間には、弾力性のある断熱材（例えば
カオール等）を充填するのがよい。
【００２４】上下１対の締付け板１６は、燃料電池を断
熱材と電流取出板を介して締付けるため耐高温クリープ
材料を必要とせず、更に従来の締付け板６のように、燃
料電池を直接締付ける場合と異なり高い平面精度を必要
としない。また、この締付け板１６は、適当な締付け装
置２２、例えば加圧用ベローズ、圧縮ばね、液圧シリン
ダ、等により所定の面圧で挟持されている。この締付け
装置２２は、その他の周知の手段を用いることができ
る。なお、締付け板１６は各ばね毎に分割されていても
よい。
熱材と電流取出板を介して締付けるため耐高温クリープ
材料を必要とせず、更に従来の締付け板６のように、燃
料電池を直接締付ける場合と異なり高い平面精度を必要
としない。また、この締付け板１６は、適当な締付け装
置２２、例えば加圧用ベローズ、圧縮ばね、液圧シリン
ダ、等により所定の面圧で挟持されている。この締付け
装置２２は、その他の周知の手段を用いることができ
る。なお、締付け板１６は各ばね毎に分割されていても
よい。
【００２５】ガスヘッダ１８は、アノードガス用の入口
ヘッダ１８ａと出口ヘッダ１８ｂ、及びカソードガス用
の入口ヘッダ１８ｃと出口ヘッダ１８ｄの少なくとも４
系統からなる。各ガスヘッダ１８ａ〜１８ｄは、それぞ
れ可撓性配管１９を介して燃料電池７の各内部マニホー
ルドに連結されている。すなわち、可撓性配管１９の一
端は電流取出板１２の各ガス通路１２ｂに連通し、他端
はガスヘッダ１８ａ〜１８ｄに連通している。この構成
により、電流取出板１２を柔構造に保持したまま、可撓
性配管１９及び電流取出板１２のガス通路１２ｂを介し
て燃料電池７にガスを供給／排出することができる。
ヘッダ１８ａと出口ヘッダ１８ｂ、及びカソードガス用
の入口ヘッダ１８ｃと出口ヘッダ１８ｄの少なくとも４
系統からなる。各ガスヘッダ１８ａ〜１８ｄは、それぞ
れ可撓性配管１９を介して燃料電池７の各内部マニホー
ルドに連結されている。すなわち、可撓性配管１９の一
端は電流取出板１２の各ガス通路１２ｂに連通し、他端
はガスヘッダ１８ａ〜１８ｄに連通している。この構成
により、電流取出板１２を柔構造に保持したまま、可撓
性配管１９及び電流取出板１２のガス通路１２ｂを介し
て燃料電池７にガスを供給／排出することができる。
【００２６】ガス加熱器２０は、アノードガス用又はカ
ソードガス用のどちらか又は両方を有し、ガスヘッダ１
８に供給するガスを加熱するようになっている。また、
このガス加熱器２０は電気ヒータ又はガスバーナを内蔵
している。この構成により、放熱ロスを低減し、燃料電
池に供給するガスを効率良く加熱でき、昇温時間を短縮
することができる。なお、アノードガス用の加熱器２０
は、アノードガスが可燃性であるため間接加熱であるの
がよい。カソードガス用の加熱器２０は、カソードガス
の主成分が空気であるため、間接加熱及び直接加熱の両
方を用いることができる。
ソードガス用のどちらか又は両方を有し、ガスヘッダ１
８に供給するガスを加熱するようになっている。また、
このガス加熱器２０は電気ヒータ又はガスバーナを内蔵
している。この構成により、放熱ロスを低減し、燃料電
池に供給するガスを効率良く加熱でき、昇温時間を短縮
することができる。なお、アノードガス用の加熱器２０
は、アノードガスが可燃性であるため間接加熱であるの
がよい。カソードガス用の加熱器２０は、カソードガス
の主成分が空気であるため、間接加熱及び直接加熱の両
方を用いることができる。
【００２７】図２は、本発明の技術的手段を模式的に示
す図である。この図に示すように、熱容量の大きな上下
エンドヒート板（締付け板６）をなくし、柔構造，軽量
化したので、スタッートアップの高速化とガス加熱を可
能にすることができる。上述した本発明の構成により、
断熱材１４の外側に配置された締付け板１６により、断
熱材１４と電流取出板１２とを介して燃料電池７を締付
けるので、燃料電池７の柔構造を保持したままで締付け
及び加熱ができ、これにより過渡運転時に発生する熱歪
みを低減し、熱歪みの繰り返しによるタイル割れを防止
でき、かつ締付け構造が柔構造となるので、締付け力分
布が改善される。
す図である。この図に示すように、熱容量の大きな上下
エンドヒート板（締付け板６）をなくし、柔構造，軽量
化したので、スタッートアップの高速化とガス加熱を可
能にすることができる。上述した本発明の構成により、
断熱材１４の外側に配置された締付け板１６により、断
熱材１４と電流取出板１２とを介して燃料電池７を締付
けるので、燃料電池７の柔構造を保持したままで締付け
及び加熱ができ、これにより過渡運転時に発生する熱歪
みを低減し、熱歪みの繰り返しによるタイル割れを防止
でき、かつ締付け構造が柔構造となるので、締付け力分
布が改善される。
【００２８】また、従来のように加熱部分に厚板構造部
材がないため、熱容量が小さくなっており、かつ可撓性
配管１９（例えばベローズ）を介して燃料電池にガスヘ
ッダ１８が連結され、このガスヘッダ１８を介してガス
加熱器２０で加熱したガスを各セルに供給して加熱する
ので、過渡時でもスタックのエンド部近傍セルと中心部
セルの温度差を小さくでき、積層された各セルをほぼ均
等に短時間で加熱できる。
材がないため、熱容量が小さくなっており、かつ可撓性
配管１９（例えばベローズ）を介して燃料電池にガスヘ
ッダ１８が連結され、このガスヘッダ１８を介してガス
加熱器２０で加熱したガスを各セルに供給して加熱する
ので、過渡時でもスタックのエンド部近傍セルと中心部
セルの温度差を小さくでき、積層された各セルをほぼ均
等に短時間で加熱できる。
【００２９】なお、本発明は上述した実施形態に限定さ
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
れず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できる
ことは勿論である。
【００３０】
【発明の効果】上述したように、本発明によれば、ヒ
ータ設備、厚板構造がなくなり、燃料電池の締付加熱装
置を軽量で低コストにでき、熱容量が小さくなり起動
時間を短くすることができ、かつ、ヒータ板等の厚板
をなくし、ガス加熱することでスタック積層方向の温度
分布を均一にすることができる。
ータ設備、厚板構造がなくなり、燃料電池の締付加熱装
置を軽量で低コストにでき、熱容量が小さくなり起動
時間を短くすることができ、かつ、ヒータ板等の厚板
をなくし、ガス加熱することでスタック積層方向の温度
分布を均一にすることができる。
【００３１】従って、本発明の燃料電池の締付加熱装置
は、燃料電池の柔構造を保持したままで締付け及び加熱
ができ、これにより過渡運転時に発生する熱歪みを低減
でき、かつ積層された各セルをほぼ均等に短時間で加熱
できる、等の優れた効果を有する。
は、燃料電池の柔構造を保持したままで締付け及び加熱
ができ、これにより過渡運転時に発生する熱歪みを低減
でき、かつ積層された各セルをほぼ均等に短時間で加熱
できる、等の優れた効果を有する。
【図１】本発明による燃料電池の締付加熱装置の全体構
成図である。
成図である。
【図２】本発明の技術的手段を模式的に示す図である。
【図３】溶融炭酸塩型燃料電池の模式図である。
【図４】セパレータの構成図である。
【図５】従来の燃料電池の締付加熱装置の全体構成図で
ある。
ある。
【図６】セル面内の温度分布図である。
【図７】定格運転時のスタック高さ分布を示す模式図で
ある。
ある。
１ 電解室板 ２ アノード ３ カソード ４ セル ５ セパレータ ６ 締付け板 ７ スタック ７ａ エンドセル １０ 締付加熱装置 １２ 電流取出板 １２ａ 電流端子 １２ｂ ガス通路 １４ 断熱材 １４ａ 開口部 １６ 締付け板 １８，１８ａ〜１８ｄ ガスヘッダ １９ 可撓性配管（ベローズ） ２０ ガス加熱器 ２２ 締付け装置
Claims (3)
- 【請求項１】 複数のセルをセパレータを介して積層し
た燃料電池を締付けこれを加熱する燃料電池の締付加熱
装置において、 燃料電池の上下面に接し、かつ単一のセパレータとほぼ
同等の柔軟性と熱伝導性を有する１対の電流取出板と、
該電流取出板の上下面に接し、かつ十分な断熱性能と弾
性を有する１対の断熱材と、該断熱材の上下面に接し、
かつ締付け時に該断熱材と該電流取出板を介して十分な
締付力を燃料電池に与えることができる１対の締付け板
と、可撓性配管を介して燃料電池にガスを供給／排出す
るガスヘッダと、ガスヘッダに供給するガスを加熱する
ガス加熱器とを備え、 締付け板により断熱材と電流取出板を介して燃料電池を
締付け、ガス加熱器により供給ガスを加熱し、該ガスに
より各セルを加熱する、ことを特徴とする燃料電池の締
付加熱装置。 - 【請求項２】 前記電流取出板の少なくとも一方は、燃
料電池にガスを供給／排出するガス通路を有し、前記可
撓性配管の一端は該ガス通路に連通し、他端はガスヘッ
ダに連通している、ことを特徴とする請求項１に記載の
燃料電池の締付加熱装置。 - 【請求項３】 前記ガス加熱器は、電気ヒータ又はガス
バーナを内蔵する、ことを特徴とする請求項１に記載の
燃料電池の締付加熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8189023A JPH1032016A (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 燃料電池の締付加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8189023A JPH1032016A (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 燃料電池の締付加熱装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1032016A true JPH1032016A (ja) | 1998-02-03 |
Family
ID=16234016
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8189023A Pending JPH1032016A (ja) | 1996-07-18 | 1996-07-18 | 燃料電池の締付加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH1032016A (ja) |
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002216803A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Sony Corp | 燃料電池及びその製法並びに使用方法 |
| JP2003023705A (ja) * | 2001-07-04 | 2003-01-24 | Equos Research Co Ltd | 燃料電池装置 |
| WO2004077587A3 (de) * | 2003-02-27 | 2005-04-07 | Forschungszentrum Juelich Gmbh | Herstellung eines hochtemperatur-brennstoffzellenstapels |
| JP2005536851A (ja) * | 2002-08-21 | 2005-12-02 | ユーティーシー フューエル セルズ，エルエルシー | 燃料電池システムのための端部電池熱疎隔 |
| US7160640B2 (en) | 2003-01-15 | 2007-01-09 | Ballard Power Systems Inc. | Fuel cell stack with passive end cell heater |
| WO2006068316A3 (en) * | 2004-12-22 | 2007-05-03 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| JP2007294330A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Toyota Motor Corp | 熱の利用効率が高い燃料電池 |
| WO2010109917A1 (ja) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池スタック |
| US8273492B2 (en) | 2004-12-22 | 2012-09-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Load applying mechanism in a fuel cell system |
-
1996
- 1996-07-18 JP JP8189023A patent/JPH1032016A/ja active Pending
Cited By (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002216803A (ja) * | 2001-01-19 | 2002-08-02 | Sony Corp | 燃料電池及びその製法並びに使用方法 |
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| JP4782419B2 (ja) * | 2002-08-21 | 2011-09-28 | ユーティーシー パワー コーポレイション | 燃料電池システムのための端部電池熱疎隔 |
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| WO2006068316A3 (en) * | 2004-12-22 | 2007-05-03 | Honda Motor Co Ltd | Fuel cell system |
| US8273492B2 (en) | 2004-12-22 | 2012-09-25 | Honda Motor Co., Ltd. | Load applying mechanism in a fuel cell system |
| US8197985B2 (en) | 2004-12-22 | 2012-06-12 | Honda Motor Co., Ltd. | Fuel cell system with load applying mechanism |
| JP2007294330A (ja) * | 2006-04-27 | 2007-11-08 | Toyota Motor Corp | 熱の利用効率が高い燃料電池 |
| US7998636B2 (en) | 2009-03-27 | 2011-08-16 | Panasonic Corporation | Polymer electrolyte fuel cell stack |
| CN101971405A (zh) * | 2009-03-27 | 2011-02-09 | 松下电器产业株式会社 | 固体高分子型燃料电池组 |
| WO2010109917A1 (ja) * | 2009-03-27 | 2010-09-30 | パナソニック株式会社 | 固体高分子形燃料電池スタック |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20040318 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20040427 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20040928 |