JPS599872A - 燃料電池組立体 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、双極冷却板及びか＼る冷却板を有する燃料電
池組立体に関し、さらに詳細には、高層多電油燃料電池
組立体の組立前にその構成要素である低層燃料電池の予
備試験を可能にする燃料電池組立体に関する。本発明に
よると、高層多電油燃料電池装置の分解を容易にかつ安
全に行なうことかできる。

燃料電池は、普通の発電所から遠く離れたところに設置
する主要電源のようなある特定の用途において、特に有
利な電源である。もちろんこれらの用途では、その電力
装置は自蔵式という利点たけでなく非常に信頼度が高い
という長所も有する。

これまで、種々の燃料電池の方式がこ１１らの目的を達
成するために考え出されてきた。典型的な燃料電池は、
電解質を保持し、その両側にそれと接触する状態で配設
した電極を有する母体材料より成る。反応ガスを各室・
極の電解質ではない側に供給する。燃料電池の層状体に
は、隣接する燃料電池間にガスを通さない分離板を設け
る。燃料電池は、水素及び空気（酸素）のような反応剤
を当該技術分野で知られているような方法で直流電力に
変換する。電気化学的反応により副成物として廃熱が生
じるが、この熱は電池を所望の動作温度に維持するため
制御された態様で取り除く必要かある。最も高い効率で
動作させるためには、すべての電池を均一な温度でかつ
使用材料の融和特性に合致する最大のレベルに維持する
ことが望ましい。

現在性なわれている方法では、実用電圧を得るために、
多数の燃料電池を電気的には直列に接続し、高く積み重
ねて燃料電池を構成する。

たとえば、単一の燃料電池の電圧は、ふつう約０．５ボ
ルトである。したがって、もし２００個のか＼る０、５
ボルト電池を積み重ねると、その装ｆ１体の電圧ははソ
１００ボルトになる。

高層の燃料電池組立体ｉ構成するためには、個々の電池
をまず第一に作る。個々の電池は、双極板、陽極、マト
リックス（母体）及び陰極より成るサンドイッチ構造を
有する。個々の電池を積み重ねその積み重ねたもの全体
に外部から負荷をかけることにより圧縮し、構成要塞相
互の電気的接触及び各表面の気密封止が確実になされる
ようにする。このように圧力を加えることは、燃料電池
組立の本質的な部分で、ある。

いったん燃料電池を積み重ねたものを圧縮したのち、電
解質であるりん酸を乾いた母体に加えるか、その際サン
ドイッチ構造の層から酸が漏れ出るおそれはない。、燃
料電池は酸を加えてのちはじめて動作＝Ｊ能となる。す
なわち、電池は水素のような適当な燃料と酸素を電池の
内部を通過させると電流を発生する。上述した燃料電池
組立の作業手順は問題ないように見えるが、実際には多
数の製作上の問題がある。大きな問題のひとつは、高層
の燃料電池組立体は組立を終え酸を充填してはじめて試
験か可能であると１Ｓうことである。組立体の個々の電
池が規定の制限内の性能をもつという見込みは、極度に
低い。したかつて、たとえは開放回路のような故障の場
合、組立体全体を分解し問題の電池を取り除いて新しい
電池と取り換える必要がある。

こわは明らかに、危険を伴ないかつ面倒な作業である。

その理由は、個々の電池は種度の高いりん酸を充填され
ているからである。さらに、組立体の再組立は同じよう
１ど危険であり、かつ困難であり、その再組立のあ吉す
へてがうまく機能するという保証はない。したがって、
組立体全体が規定の性能通り動作する迄には、二度三度
こ２１らの作業を繰り返す必要かあるかもしオコない。

また、一旦組立体が動作を開始したあとも、他の問題か
生しることかある。たとえは燃料を酸素から分離する封
止手段あるいはりん酸をガス反応剤から分離する封止手
段が故障し、漏えいを生じることがある。もしこれが起
こると、分解して再組立する必要が再ひ生じてくる。

以上より、高層組立体の組立以前に燃料電池の予備試験
をする必要があることがわかる。この予備試験を行なう
と、最終組立前に故障した電／ＩＩ２を取り除くことが
可能である。

したがって、本発明の一実施例によると、燃料電池組立
体は層状に配置した複数の燃料電池より成り、その層状
体は頂面とｊ圧面をもち、その頂面及び底面に隣接して
それらに対応する上部及び下部の双極冷却板を設け、前
記双極冷却板は別個の対向端縁と、さらに前記冷却板の
表面に沿ってそれらの対向端縁に延ひる複数の通路を画
定する手段を荷し、前記通路の少なくともひとつは前記
冷却板の対応する端縁より手前で終端して締めつけ具を
収容するための凹所を画定することを特徴とするｇ 本発明はさらに、燃料電ｌ＋１２組立体を予備試験しか
つ組立てる方法に関し、その方法は上部及び下部の冷却
板の間に複数の燃料電池を配置して低層燃料電池ルを形
成し、前記上部及び下部の冷却板は別個の対向端縁と、
前記冷却板の表面沿ってｎｉｊ記対向端縁の方に延ひる
複数の通路を画定する手段を有し、少なくともひとつの
前記Ｊｌｉ路はｉｉｉ記冷却板の対応端縁の手前で終端
して締めつけ具を収容する凹所を画定し、前記方法はさ
らに前記上部及び下部の冷却板の前記凹所に締めつけ具
を付設して前記組立体を圧縮し、ｖ１１記月二縮した組
立体に電解液を導入して前記燃料電池を活性化し、前記
活性化した燃料型〆ｍを電気的に試験することより成る
。

１〕１１記冷却板の表１１１１に沿って延ひる通路の両
端は、その板の対応端縁の手前で終端して取り外しｉす
能な締めつけ具を受容する凹所を画定することか望まし
い。

前述した凹所は、階段状に形成さね、また前述した通路
は前記冷却板の表面に沿って延びるＵ字型の溝を構成す
る。その結果、反応ガスはり備試験の際締めつけ具を定
位置に配置したままで通路を通って流れる。

好ましくは、凹所は実質的に前記通路に直角に延ひるよ
うに設ける。

他の構成要素を取り付けて低層燃料型／ｗ　ｉ組立てる
前に、母体の７層に電解液を加えることは有利であるこ
とが判明している。その理由は、こわまての方法だと電
解液か薄いＩＪ体内を移行（浸潤）するのに数日かかる
ため、この方法によると組立のスピードを速めることか
出来るからである。さらに、組立前に電解液を導入する
ため、母体全体が浸潤さ■たということを＋＋Ｊ視的に
確かめることができる。

好ましくは、低層燃料電池の少なくとも一方の蕗出端縁
を機械加工して、その燃料電池の少なくとも一方の端縁
に実質的に平らな表面か形成さＪ］るようにする。この
機械加工は、電解液を圧縮した燃料電池に導入する以ｉ
ｉＪ、あるいはそ才１以後に行なってもよい。

複数の圧縮した低層燃・料電池を締めつけ具をつけたま
＼、且つまたひとつの低層燃料電池の上方冷却板を隣接
する低層燃料電池の下方冷却板と接触するよう組立て、
電気的に接続さ第１た高層燃料電池を構成すると便利な
ことか判明している。

好ましくは、複数のカバる圧縮低層燃料電池に締めつけ
具とは独立の手段で圧力を加え、その後個々の圧縮燃料
電池からその締めつけ具を取り除く。上述した従来の方
法に対する本発明の利点は、本発明の双極冷却板を用い
ると、低層燃料量１ｌＩ２を一時的に圧縮し、この圧縮
低層燃料電池を完全な高層燃料電池へ最終的に組立る以
前に、予備試験を行なうことかできる点である。したが
って、最終組立前に個々の低層燃料電池における如何な
る故障をも検知することか可能であり、このため、完全
な高層燃料電池の分解に伴なう面倒な作業を実質的に減
少することができる。

以上、添付図面を参°照して、本発明の実施例を詳細に
説明する。第１図に示す低層燃料電池１は、５個の電池
３，５，７，９及び１１より成る。

もつとも、本発明の原理は任意の数の燃料電池組立体に
適用することができる。

電７１１Ｉ２３　、５　、７　、９及び１１は、」二方
双極冷却板１３及び下方双極冷却板１５の間に配置する
。下方双極冷却板に接触するもうひとつの上方双極冷却
板１７は、図示の燃料電池の下方に別の５個の電池より
成る低層燃料電池が設けられることを示している。

上方及び下方双極冷却板１６及び１５は混成型である。

すなわち、外部表面（別の双極冷却板に接触する表面）
は、冷却ガスを通過する手段を指示する。・こｔｌらの
双極冷却板の内側表面に、冷却ガス手段２５とは反対の
方向に延びる燃料ガス手段（図示せず）を設ける。

上方及び下方双極冷却板１３及び１５は、別個の対向端
縁２１及び２６を有する。冷却板に設ける冷却ガス手段
２５は、冷却板１６及び１５の表面に沿ってそ才１らの
端縁２１及び２６の方に延びる複数の通路１９より成る
。通路１９の少なくともひとつの端部は、対応端縁２１
あるいは２３の手前で終端して締めつけ具を受容するた
めの凹所６５を画定する。

凹所６５は、手段２５に関して階段状の構成を有する。

第１１ス１において、通路１９の両端は、それぞれ端縁
２１及び２３の手前で終端して、２つの凹所ろ５（そこ
から延ひる点線で示す）を画定する。

それらの点線は、燃料電池の層状体を一時的に圧縮する
ための締めつけ具（第１図には図示せず）の取付は位置
を示す。

第２図は、燃料電池の層状体１を圧縮するための締めつ
け具として用いるヒンジつきクランプの斜視図である。

ヒンジつきクランプ２７は、ステンレス・ステイールあ
るいは他の適当な腐食に強い材料で作る。クランプ２７
の厚さは第１図に示した凹所６５の高さより多少小さい
。かくして、冷却ガスは、通路１９を流わる際、クラン
プ２７により妨げらねない。これを第４図に示す。

ヒンジつきピンあるいはロッド２９、圧縮はねホルダー
（６２、第６図）及びヒンジの間に設けた座金６１は、
電気的絶縁材料で作る。この構成によると、上方及び子
方電極（図示せず）の間に５個の燃料電池１を配置し、
その電池を電気的に短絡せずに電気的試験を行なうこと
ができる。

第６図は、ヒンジつきクランプ２７により一時的に圧縮
した複数の燃料電池層状体１の組立体を示す横断面図で
ある。上方及び下方双極冷却板１６及び１５はそれぞれ
、凹所３５のところでクランプ２７により係合される。

圧縮ばねホルダー６２内の定位置に保持した圧縮はね６
６は、クランプ２７をして個々の低層燃料電池１を定位
置に保持せしめ、それによりその燃料電池の取扱い、試
験及び機械加工をｂ」能にする。第６図は、双極冷却板
１３及び１５のたシ一方の側の端縁２６を示すが、本発
明の好ましい実施例では、反対側の端縁２１（第１図）
もまたクランプ２７と同様な第２のクランプにより保持
固定される。さらに、クランプ２７は、本発明に用いる
締めつけ具の一例を示すにすぎず、任意の普通用いる締
めっけ手段を用いることが出来る。

第４図は、燃料量１ｔ１２を積み重ねたものを組立てそ
して予備試験する方法を斜視図で示す。基体３９、’Ｊ
動冷却手段４７．４つのコーナー・ボスト４１（そのう
ち２．つだけを示す）、燃料入口手段４９及び空気１申
口手段５１より成る密閉スタンド３７を用い、複数の低
層燃料型／１ｉ２１を積み重ねて高層燃料電池を組立て
る。本発明の好ましい実施例では、４つのコーナーポス
ト４１のうち６つたりを基体６９に剛性的に取り付ける
。残り１つのポストは、このポストを取り除くことがで
きるようねじて基体ろ９へ取り付け、低層燃料電池の積
み上は及びそれらの位置的符合を容易にする。一旦複数
の低層電／ｌｉ！１の組立てを完了すると、取り外し可
能なコーナーポスト４１（図示せず）を密閉スタンド６
７の基体６９へ取り付け、高層燃料電池の最終組立ての
用意完了の状態にする。

第４図には図示しないが、Ｕ字型カス通路は燃料電池１
内を２字型の通路をたどる。この２字型の通路を設けた
結果、燃料ガスは燃料入口手段４９内へ流入し、空気は
出口手段５１から出る。

この２字型の通路により反応プロセス時一層均一な温度
分布か得られる。

低層燃料電池１の端表面は、好ましくは、平ラチスムー
スなものである必要がある。しかしながら、双極冷却板
１６及び１５はそ才１そわ、１穴、渦で成形して作るた
め冷却時に収縮するので、その端表面は平らでない。第
５図は、５個の電池より成る低層電／ｌＩ２１の横断面
図であるか、その燃料室ｌｌＩ！１及び双極冷却板１６
及び１５の寸法の不揃いの問題を例示するため誇張して
示されている。この問題を最小限に押さえるために、問
題の端表面を機械加工して、実質的に平らな表面にし、
反応ガス相互間の効果的な封止をｉｊＪ能にする。電池
１の機械加工は、その電池１をその対向端縁２ろ及び２
１のそ第１それにおいてクランプ２７により保持するこ
とにより行なわれる。反応ガスの出入口である電池の露
出端縁を、それに続いて機械加工（たとえば研削）して
、実質的に平らな表面を形成する。好ましくは、電解液
を電池へＩ１１］える前にこの機械加工を行なう。しか
しながら、これは必要条件ではない。

機械加工した電池１に、任意の落通の方法で電解液を加
えることにより活性化する。活性化１、た宙ｌｌｉ！１
を′ｃ１１気的に試験し、密閉スタンドろ７（第／ｌ　
１７．１　）内部での最終組立てを開始する。

１−ｉｌｌ（及び下８４もの双極冷却板１ろ及び１５、
及びヒンジイ、１きクランプ２７を含む複数の５個の燃
料室／ｌｉ！１を、スタンド６７の基体６９上に置く。

冷却剤ガスケット４３と、冷却剤手段４７のフランジ４
５の間にクランプ２７をはめる。冷却手段４７は、スタ
ンド、ｌＳ７へ移動５Ｊ能に取り付け、手段４７が電／
１Ｉ２１の方へ、またそれから離脱する方向に移動てき
る」：うにする。燃料入口手段４９と空気出口手段５１
にガスケット５ろを設ける。ガスケット５６及び４３の
そ才１そ才１は、電／１ｉ２１の端縁を密閉スタンド３
７に合致させることにより、反応カスである水素及び空
気を互いに分離させる。

スタンドろ７」二に所望の数の低層電池１を置き、その
スタンドの基体ろ９に取り外し可能なポストを取りイ（
１けたのち、高層燃料電池の頂部」二に密閉１１１部板
（図示せず）を配置する。複数の低層燃料電池１より成
る高層燃料電池を、クランプ２７により１１［］える圧
力とは独立の手段により圧力を加えて圧縮する。たとえ
は、Ｉｎ部密閉仮に設りたねしジヤツキを締めて、高層
燃料電池を圧縮する。いったん所望の圧力か加えら打る
と、冷却手段４ノを燃料電池の端縁から後退させて、ヒ
ンジ伺きクランプ２７を取り外す。クランプ２７を取り
外してのち、冷却手段４７を１１１配置して電池１の端
表面を封止する。高層燃料型１１１２はこれで運転に入
る前の最終試験を行なえる状態にある。もちろん、任意
の普通の手段で電気試験を行なうがこれは本発明の一部
を構成しないことに注意されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は、」二部及び下部冷却板部材をもつ単一の低層
燃料電池を組立てた状態で示す斜視図、第２図は、低層
燃料電池を一時的に圧縮するに適した締めつけ具（圧縮
はねは図示せず）の斜視図、第６図は、複数の締めっけ
具（圧縮はねは図示せず）と低層燃料電池の横断面図、
第４図は、高層燃料電池密閉手段の基体に最下層の低層
燃料電池を置いた状態で示す斜視図、第５図（４、単一
の低層燃料電池、介在封止手段（ガスケット）及びマニ
ホルドを示す横断面図である。 １・・低層燃料電池体、３，５．７，９．１１　・・・
燃料７は池、１３　、１５・・・上方及び下方双極冷却
板、６５・凹所、２７・・・ヒンジ付きクランプ、６２
・・・圧縮はねポルター、３３・・・圧縮はね。 内面の浄書・′１・゛づ、：１“・°ニー℃万なし〕Ｆ
３４ □ 手　　続　　補　　正　　書　　（方式）％式％ ３　補正をする者 事件との関係　特許出願人 住所　　　アメリカ合衆国、ペンシルへニア州。 ピッツバーグ・ゲイトウェイ・センター（番地ナノ） 名称（７１１）ウェスチングハウス・エレクトリックコ
ーポレーション 代表者　　　セオドル・スターン 国　籍　　アメリカ合衆国 ４代理人 住　所　　神戸市中央区京町７６番地の２入圧ビル ウェスチングハウス・エレクトリック・ジャパンＫＫ５
　補正の対象　　図面 ７　補正の内容　　別紙のとおり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、小数の単一燃料電池を積み重ねて層状体にし、Ｉ′
   ｉｉｌ記層状体は頂面及び底面を有し、前記頂面及び底
   面に隣接してそれぞれに対応する上部及びド部の双極冷
   却板を設け、前記冷却板は別個の対向端縁と前記対向端
   縁の方に前記冷却板の表面に沿って延ひる複数の通路を
   画定する手段を有し、少なくとも前記通路の一方の端部
   は前記冷却板の対応端縁の手前で終端して締めつけ具を
   受容する凹所を画定することを特徴とする燃料電池組立
   体。 ２、　前記通路の両方の端部は、前記冷却板の対応端縁
   の手前で終端して締めつけ具を受容する凹所を画定する
   ことを特徴とする前記第１項記載の燃料電池組立体。 ３、　　ｎｉｌ記凹所は、階段状の構成をもつことを特
   徴とする前記第１項記載の燃料電池組立体。 ４、　　ｎｉｌ記凹所は、前記冷却板の端縁に沿って階
   段状の構成を有することを特徴とする前記第２項記載の
   燃料電池組立体。 ５、　前記通路を有する冷却板の表面とは反対の表面は
   、平らであることを特徴とする前記第１゜２、ろあるい
   は４項記載の燃料電池組立体。 ６、　前記通路は、前記冷却板の表面に沿って延びるＵ
   字型の溝であることを特徴とする前記第１項ないし５項
   のうち任意の１項に記載の燃料電池組立体。 乙　前記凹所は、前記冷却板の表面に沿って延びる前記
   通路に対して直角に形成することを特徴とする前記第１
   項ないし第６項のうち任意の１項に記載の燃料電池組立
   体、 ８、　低層燃料電池を構成するため上部及び下部の冷却
   板の間に複数の燃料電池を設置し、前記」二部及び下部
   の冷却板は別個の対向端縁とその表向に沿って前記対向
   端縁の方に延びる複数の通路を画定する手段を有し、前
   記通路のうち少なくとも一方の端部は前記冷却板の対応
   端縁の手前で終端して締めつけ具を受容する凹所を画定
   し、前記上部及び下部冷却板の前記凹所に締めつけ具を
   付設して前記低層燃料電池を圧縮し、前記圧縮した燃料
   電池に電解液を導入して前記燃料電池を活性化し、ｍＪ
   記活性化した燃料電池を電気的に試験することより成る
   燃料電池の組立及び予備試験を行なう方法。 ９、　前記複数の燃料電池の少なくとも一方の露出端縁
   を機械加工して実質的に平らな表面をその少なくとも一
   方の端縁に形成し、前記機械加工は電解液導入前に行な
   うことを特徴とする前記第８項記載の方法。 １０、　　締めつけ具を取り付けた複数の圧縮燃料室１
   ｍを上部の冷却板が隣接する燃料電池の土部の冷却板と
   接触するよう組立てて、電気接続した高層燃料電池を形
   成することを特徴とする前記第９項記載の方法。 １１、　　前記締めつけ具とは独立の手段により、組立
   完了した高層燃料電池に圧力を加え、前記締めつけ具を
   前記複数の圧縮燃料電池から取り外して、前記独立の圧
   力手段により前記高層燃料電油が圧縮状態を維持できる
   ようにすることを特徴とする前記第１０項記載の方法。 １２、　　前記電池の組立前に燃料電池の母体層に電解
   液を導入することを特徴とする前記第８項ないし第１１
   項のうち任意の１ＪＪ４に記載の方法。