JPS61147472A - 燃料電池のユニツト構造 - Google Patents

燃料電池のユニツト構造

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JPS61147472A
JPS61147472A JP59255449A JP25544984A JPS61147472A JP S61147472 A JPS61147472 A JP S61147472A JP 59255449 A JP59255449 A JP 59255449A JP 25544984 A JP25544984 A JP 25544984A JP S61147472 A JPS61147472 A JP S61147472A
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JP
Japan
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end plate
tightening
cell
unit
clamping
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Pending
Application number
JP59255449A
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English (en)
Inventor
Toshio Hirota
広田 俊夫
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Fuji Electric Co Ltd
Original Assignee
Fuji Electric Co Ltd
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Publication date
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Publication of JPS61147472A publication Critical patent/JPS61147472A/ja
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/24Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
    • H01M8/2465Details of groupings of fuel cells
    • H01M8/247Arrangements for tightening a stack, for accommodation of a stack in a tank or for assembling different tanks
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

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】 〔発明の嘱する技術分野〕 この発明は端板間に複数の単位セルを積層してなる二二
、トセルを多数個柱状に積層iし、所定の締付は圧を加
えてなる燃料電池のユニット構造に関する。
〔従来技術とその問題点〕
一般に燃料電池の単位セルは電解買を保持するマトリ、
クス層と、これを挾持する多孔性の燃料電極および酸化
剤!極と、これら電極に異なる反応ガスを供給する手段
(例えば溝の形成されたプレート等)からなり、この単
位セルを締付部材により積層方向に締付けて燃料電池の
セルスタックを構成している。
この場合、従来は数セルないし数10セルの単位電池を
あらかじめ積層してユニットセルを構成し、このユニッ
トセルを複数積み重ねてセルスタックを構成する構造が
とられて来ている。単位電池をあらかじめユニットセル
で構成し、セルスタックに積層する前にユニットセルで
の特性試験を行なうことにより、特性の良好なユニット
セルだけをセルスタックに組むことができ、不良な単位
電池のセルスタックへの組み込みを避けることができる
しかしながら、ユニットセルでの特性試験はユニットセ
ルを所定の圧力で締付けた状態で行なわれるため、試験
を終えたユニットセルをセルスタックに組み込む際、締
付は圧を開放すると電池のマトリ、クスやシール材等に
破損を生じたり、電気抵抗および熱抵抗が大きくなると
いう問題があり、試験終了後もユニットセルを締付けた
ままセルスタックに組むことが要望されていた。
この要望に対して本願発明者は、先に実願昭59−15
19により、ユニットセルの両端Iこ端板を配しこの端
板を締付部材番こより連結することにより、ユニ、)セ
ルに所定の面圧を加えた状態でセルスタックに組み込む
ことのできる構造を提案している。
しかしながら、ユニットセルの端板としてアンバーのよ
うな金属を用いると、端板の自重でセルスタック全体が
重くなり、スタ、りの上部と下部とで面圧が変わるとい
う問題があった。また、アンバーはりん酸に対する耐食
性に劣るという欠点があった。このため1gs板として
磨くで耐食性のあルカーホンを用いることが検討された
が、カーボンは剛性が低く撓みやすいため、実願昭59
−1519のように端板の両端だけを押さえてユニット
セルを締め付けたのでは端板が反ってしまい、セルに均
等な締め付は圧を加えることができない。セルの試験に
際しては、運転時と同一の状態を得るため、セルに3砂
9の面圧を与える必要があるが、このような面圧を先に
提案した構成から得ようとすると、セルの締め付は圧に
片寄りが生じ、マトリ、クスが破損するおそれがある。
〔発明の目的〕
本発明は、前述のような点に鑑み、ユニ、ト積層体の両
端面に配設される端板として剛性の低いカーボンを用い
ても、セルに所要の面圧を加えることのできる燃料電池
のユニ、ト構造を提供することを目的とする。
〔発明の要旨〕
上記目的を達成するため、本願発明者は種々検討した結
果、運転、試験時においては、接触抵抗を低減するため
、セルには3(−の面圧を加える必要があるが、セルの
試験時、あるいは交換時においては、セルに0.5に4
/cI/lの均一な面圧さえ加えておけば電池の性能は
劣化しないという知見を得た。そしてカーボン製の端板
であっても締付圧を一様に加えれば、0.5(−の均一
な面圧を得ることができ、マトリ、クスは破損しないこ
とを見い出した。
したがって、上記の目的は、本発明によれば、カーボン
材の端板間に複数の単位セルを介装してなるユニットセ
ルを複数積層し、所定の締付圧を加えてなるセルスタッ
クにおいて、前記端板の面方向に貫通して一様に設けら
れた溝または孔と、この溝または孔に着脱自在に配され
る剛性のある押さえ部材と、前記ユニットセルの両端板
に配された当該押さえ部材の端部をそれぞれ連結する締
付部材とを有することにより達成される。
〔発明の実施例〕
以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。
第1図は本発明の実施例によるユニ、ト構造の部分分解
斜視図である。第1図において単位セルlを複数個積層
してなるユニ、ト積層体の両端には端板3と端板4が配
され、ユニットセルを捕成しテイル。ユニットセルは単
位セルを複数積層するごとに冷却板2を介挿しており、
端板3,4はいづれもカーボン材からなっている。端板
3の面には、端板3の面方向にX適する四組の二本の溝
3e、3fが端板の周縁に沿って一様に配列して設けら
れ、また端板4の面には上部の端板3の溝3e、3fと
対応する位置に二本の溝4e、4fが同様に四組設けら
れている。
押さえ部材としての締付バー13は四個の$3eに、ま
た締付バー14は四個の溝4eにそれぞれ着脱自在に設
けられている。そして締付バー13 、14を締付部材
としての締付ねじ15の連結1i1s15eに挿入し締
付バー13 、14のビン孔13h、14hと連結部1
5eの孔15hとにピン15pを貫通して締付バーと締
付ねじを連結し、ターンバックル15tにより締付ねじ
15を締付け、締付バー13 、14を介してユニット
セルに所定の面圧を加えるようにしている。
第2図は第1図に示すユニットセルを積重ねた状態を示
す正面図であり、第3図はその部分側面図である。第2
図においてユニットセルの端板3の四個の溝3eに四個
の締付バー13を、また端板4の四個の溝4eに四個の
締付バー14を嵌めこみ、締付バーの両端に連結された
締付ねじ15を用いてユニットセルを締付けている。ま
たこのユニットセルの下部にある他のユニットセルも同
様に、端板31の四個の溝31fに四個の締付バー13
aを、端板41の四個の1k41fに四個の締付バー1
4aを嵌めこみ、締付バーの両端に連結された締付ねじ
15gにより締付けられている。なおこの実施例では、
締付ねじ15 、15 aは#J、3図に示すように、
各ユニットセルに取付けられた反応ガス給排用のマニホ
ールド16の外側に配設されているが、ユニットセルの
対向する一対の側面だけにマニホールドを設けるもので
は、このマニホールドを有しないユニylltmに締付
ねじが配されるよう端板の溝の同きを考慮することが望
ましい。
上記のようにこの実施例では、端板に押さえ部材が嵌め
込まれる溝を一様に設けて、複数の押さえ部材と締付部
材によりユニットセルを締め付けているので、セルにほ
ぼ均等な面圧を加えることができる。したがって端板は
弾性率が小さいカーボン材であるが、剛性の高い押さえ
部材が一様に配されているので端板の反りがなくなり、
ユニ。
トセルに0.5 wcdの均一な面圧さえ加えておけば
、マトリ、クスが破損する虞れはない。
つぎにユニットセルの試験について説明する。
第4図は単独のユニットセルを試験容器に収納した状態
を示す部分断面図である。第4図においてユニットセル
の端板3,4に対応してそれぞれダミ一端板加、40が
その外側に配設されている。そしてダミ一端板(9)、
40にもそれぞれ四組の溝30e。
30fおよび40e、40fをそれぞれ端板3,4の溝
3e。
3fおよび4e、4fと対応する位置に設けられている
。これにより、試験容器にユニットセルを設置する際お
よび試験容器からユニットセルを取りはずす際に、締付
バーを溝3eと30eとからなる孔および溝4eと40
8とからなる孔に挿入でき、ユニ。
トセルの締付圧を少なくとも0.5 wcrjIに保つ
ことができる。
試験を行なう場合には、まず、所定の面圧に保持された
ユニ、ト積層体を試験容器間の支持台50aに配設した
剛性のあるエンドプレート51にダミ一端板40.集電
板52.絶縁板8を介して配設する。′また上部にもダ
ミ一端1娼集電板52.絶縁板シを介して剛性のあるエ
ンドプレー1−51aを設置する。そして上部エンドプ
レー)51a、 下部エンドプレート51を通して締付
スタッド昭をエンドプレートの四隅に設け、上部エンド
プレート51aに皿ばね53gを介してすyト53bに
よりダミ一端板付きのユニ、ト積層体を締付ける。
前述したように、端板にカーボンを用いた本願発明では
、締付バー13と締付ねじ15かもなる加圧手段で試験
に必要な一様な面圧< 3 Np、、’、 >を得るこ
とは困磯であるが、この構成によると、エンドプレート
は剛性であるため、運転時に必要な約3に輸の面圧をユ
ニットセルに均等にかけることができ、端板は反りおよ
びこれによる破損も生ぜずに良好な試験を行なうことが
できる。
試験終了後は試験容器力をフランジ部から分離して開放
し、エンドプレートにより締付けられた状態で締付バー
をダミ一端板と端板との4からなる孔に挿入し、締付ね
じにより少なくとも面圧が0.5(−となるように紬付
ける。この後、締付スタ、ド&を緩めて上部エンドプレ
ート51aを取外す。
ユニットセル試験の前後において、いづれの場合にもユ
ニットセルは締付バーおよび締付ねじにより、単位電池
の健全性を保つのに必要な面圧を均−化加えることがで
きる。
試験完了後、ユニットセルの複数個を前述のように積層
してセルスタックを構成し、セルスタ。
りの締付板により締付面圧約3(−で締付けた後、締付
バー、締付ねじが取外される。
燃料電池の運転中万一単位電池が不良となった場合には
燃料電池停止後各ユニットセルを締付バー、締付ねじに
より締付けて、不良のユニ、ト積層体を取外し、交換や
修理を行なう。
なお、ユニットセルがセルスタックとして締め付けられ
た後は、ユニットセルの押さえ部材および締付部材は取
り外されるが、この実施例のように、押さえ部材を相重
なる端板に叉がるよ5端板の溝を形成した場合には、セ
ルスタック組み又て後、この溝にダミーの棒材を挿入し
ておけば、この棒材はユニットセル関のずれを防止する
機能を果たす。
また上記実施例に限らず、押さえ部材の端板への挿入状
態は、端板の両側端に渡って一様に設けられた複数の孔
であってもよいが、この孔は棒材を挿入した際、少し余
裕があるくらいの径を有することが望ましい。
次に、このよ5 ナユニットセルをセルスタックに積み
上げるための積層方法について説明する。
端板としてカーボンを用いたものでは、カーボンの剛性
が低いため、端板の面方向に貫通して配された剛性のあ
る押さえ部材を利用して、ユニ、トを吊り上げることが
有利である。
以下図面に基づいて押さえ部材を利用した実施例を説明
する。
第5図、第6図において、符号印は単位セルを数個積重
ねたセル集合体であり、冷却管61を配設した冷却板6
2がこのセル集合体ごとに介装されており、この単位セ
ルの集合体ωと冷却板62からなる積層単位体の数十個
を積重ねてその上端に上部端飯田を、下端に下部端板B
を設けてユニットセル6を構成している。ユニットセル
印の上部端板Bの溝飴と下部端板64の溝67には、上
部締付はパー団と下部締付はバーωがそれぞれ挿入され
ており、締付けねじ70により締付けてユニットセルの
締め付は圧を保持している。下部締付はパー69の両端
に設けられた連結穴71は、吊り金具としての締付けね
じ70の下端に設けられた貫通穴72と連結金具73に
より連結されており、また締付ねじ70の上端に設けら
れた割溝を有する連結部74は、剛性枠体75の連結部
76とビン77により、連結されている。これにより、
締付は手段を取り付けたユニットセルを吊り上げ、ユニ
ットセルの積層作業を行なうことができる。
なお、締付ねじ70のターンバックル78を調整するこ
と番こより、吊り上げ時に傾むいたユニットセルの傾む
きを垂直とすることができる。また積層作業を終えた後
は、締付けねじ70および剛性枠体75は取りはずされ
る。
〔発明の効果〕
以上の説明から明らかなように、本発明によればユニッ
トセルの両端に配される端板の材料をカーボン材として
も、端板に剛性のある複数の押さえ部材を配列してユニ
ットセルをo、sKf、Hのほぼ均等な面圧で締付ける
ことができるため、端板に反りが生ずる虞れはない。し
たがって単位セル間のシールのはがれによるガス洩れや
、マトリ、クスの分離破損が生じたり、電気および熱抵
抗が増加しない。また端板はカーボン材を使用している
のでマトリ、クスの電解質、例えばりん酸に対して耐食
性があり、長期間の運転が可能となるという効果がある
。また万一、セルスタックに積層後、単位セルの一つに
不良品が生じた場合でもユニ。
ト積層体単独で所定の締付面圧を加えることができるた
め、不良の単位セルを有するユニ、ト積層体だけを交換
することができ、電池の保守、管理が容易となる効果が
ある。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例による締付部材を取り付けたユ
ニ、ト積層体の部分分解斜視図、第2図は第1図の締付
部材を取付けたユニ、ト積1iA体の正面図、第3図は
第2図の部分側面図、第4図は本発明の実施例によるユ
ニ、ト積層体の試験状態を示す部分断面図、第5図、第
6図は本発明の締付部材を用いてユニ、トを積層する状
態を示す正面図および側面図、である。 l:単位セル、3.4.63.64:端板、13.14
.68.69:締付パー、15,70:締付ねじ。 才1(3) 士2図      p3q f′4 図 才5閃 手続補正書(口先 昭和61年1月2′1日 4、代 理 人 住  所  川崎市川崎区田辺新田1番1号補正の内容 1、明細書第4頁第16行目に「試験時、あるいは」と
あるを削除する。 2、明細書第6頁第14行目に記載の「している。」の
後に次の文を挿入する。 「また端板3.4の溝3e、3f、4e、4fには、セ
ルの積層方向に締付部材が達しない深さの逃げ溝3g、
3h、4g、4hが設けられており、締付バー13.1
4はその側面に設けられた凸部13f 、 14fで締
付力を伝達するようになっている。つまり締付バー13
.14の片1’3g 、 14gは締付バーの剛性を高
めるもので、逃げ溝の底部とは隙間を有している。これ
により、端板の厚みを増すことな(締付バーの剛性を高
めることができ、しかもカーボン材からなる端板に局部
的な力が加わることを防ぐことができる。」 3、第2図、第3図をそれぞれ別紙のとおり訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. カーボン材の端板間に複数の単位セルを介装してなるユ
    ニットセルを複数積層し、所定の締付圧を加えてなるセ
    ルスタックにおいて、前記端板の面方向に貫通して一様
    に設けられた溝または孔と、この溝または孔に着脱自在
    に配される剛性のある押さえ部材と、前記ユニットセル
    の両端板に配された当該押さえ部材の端部をそれぞれ連
    結する締付部材とを有することを特徴とする燃料電池の
    ユニット構造。
JP59255449A 1984-12-03 1984-12-03 燃料電池のユニツト構造 Pending JPS61147472A (ja)

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