燃料電池のガス配管継手

【目的】高温の条件下でガス配管の電気絶縁性を確保しつつボルトの締付け力の低下によるガスリークの発生を未然に防止することを可能とする。
【構成】フランジ部３４とフランジ部３６とを突き合わせてボルト締めしてなる燃料電池のガス配管継手において、上記フランジ部３４とフランジ部３６との間、および上記ボルト３３と少なくとも一方のフランジ部３４（３６）との間にそれぞれ電気絶縁部材４１，４４を介設すると共に、フランジ部３４，３６間にボルト締めしたときにフランジ部３４，３６を弾性変形させる間隙５３，５４を形成したことを特徴としている。

【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ガス配管継手に係り、特に高温のガス配管の電気絶縁性を確保しつつボルトによる締付け力の低下を防止することのできる燃料電池のガス配管継手に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】図４は燃料電池の一例を示すものであり、図示するように、容器１内にはボルト２で上下に締付けられる電池本体（単セルの積層体）３が収容されている。この燃料電池本体３の下部に設けられたホルダ４にはアノード（燃料）側の入口ガス配管５および出口ガス配管６が接続されると共にカソード（酸化剤）側の入口ガス配管７および出口ガス配管８が接続されている。これら容器１内の各ガス配管５〜８にはフランジ部１１，１２を互いに突き合わせてボルト締めしてなる継手１３が介設されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】ところで、燃料電池の電位を確保するためには容器１内の電池本体側配管（例においてはホルダ４の各配管部分）において容器１と電気絶縁する必要がある。
【０００４】一方、出力の高い大型の燃料電池においては各ガス配管５〜８を通過するガスの運転温度は高温（700 度）になり、各ガス配管温度も高温になる。したがって、フランジ部１１，１２間にテフロンを使用したパッキンを介設してもテフロンの使用限界温度が低い（200 〜220 度）ことから電気絶縁には限界があり、また、継手１３部分においてはボルトが熱膨張して締付け力が弱められ、ガスリークが発生する問題がある。
【０００５】本発明は上記問題点を有効に解決すべく創案されたものである。
【０００６】本発明はガス配管の電気絶縁性を確保しつつボルトの締付け力の低下によるガスリークの発生を未然に防止することのできる燃料電池のガス配管継手を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明はフランジ部とフランジ部とを突き合わせてボルト締めしてなる燃料電池のガス配管継手において、上記フランジ部とフランジ部との間、および上記ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にそれぞれ電気絶縁部材を介設すると共に、フランジ部間にボルト締めしたときにフランジ部を弾性変形させる間隙を形成したものである。
【０００８】
【作用】フランジ部とフランジ部との間、およびボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にそれぞれ電気絶縁部材が介設され、ガス配管の継手において電気絶縁される。また、フランジ部間に間隙が形成され、この隙間によりボルトを締付けたときにフランジ部が弾性変形するので、フランジ部はバネ効果を発揮する。したがって、ボルトが熱膨張してもボルトによる締付け力がフランジ部の弾性力で補われ、フランジ部に対する締付け力を維持できる。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の一実施例を添付図面に基づいて詳述する。
【００１０】図３は高出力の大型燃料電池を示すものである。
【００１１】図示するように、容器２１内にはボルト２２で締付けられる電池本体（スタック）２３，２４が上下に配置されると共に、これら電池本体２３，２４にガスを均一に分配し、かつ電池本体２３，２４の締付けを安定させるための中間ホルダ２５が配置されている。中間ホルダ２５にはアノード（燃料）側の入口ガス配管２６および出口ガス配管２７が接続されると共にカソード（酸化剤）側の入口ガス配管２８および出口ガス配管２９が接続されている。これらガス配管２６〜２９は容器２１内に立ち上げて中間ホルダ２５に接続されている。
【００１２】３１は下部ホルダであり、この下部ホルダ３１は容器２１と導通して同電位となっている。なお、容器２１に収容された電池本体を１ユニットとしてこれを直列に接続する場合には下部ホルダ３１において絶縁する必要がある。また、数ユニットの電池本体を直列に接続し高電圧化を図る場合、電池本体のすべての部分を電気的に対地（容器）と絶縁する必要がある。
【００１３】各ガス配管２６〜２９には図１に示すようにフランジ付配管３０ａとフランジ付配管３０ｂとを連結する継手３２が介設され、この継手３２はボルト３３を下部のＳＵＳ製フランジ部３４に形成されたボルト挿通孔３５および上部のＳＵＳ製フランジ部３６に形成されたボルト挿通孔３７に挿通させてナット３８で締め付けて構成されるものである。
【００１４】特に、フランジ部３４，３６間には電池本体２３，２４の電位を確保するためにフランジ部３４のフランジ面とフランジ部３６のフランジ面との接触を切断する電気絶縁部材４１が介設され、この電気絶縁部材４１はアルミナ製の絶縁ガスケット４２により構成されている。リング状に形成された絶縁ガスケット４２にはボルト３３を挿通させる挿通穴４３が形成されている。また、ボルト３３と下部のフランジ部３４との間にもこれらの接触を切断する電気絶縁部材４４が介設され、この電気絶縁部材４４はボルト挿通孔３５内にボルト３３を覆うように設けられたセラミック製絶縁パイプ４５を有すると共に下部のフランジ部３４とボルト頭部４６との間に３層に重ね合わされた絶縁ワッシャ４７〜４９を有する。中間に位置する絶縁ワッシャ４８はカオウオールシートで構成され、その上下に位置する絶縁ワッシャ４７，４９は上下面にセラミック溶射層が施されたＳＵＳ材で構成されている。
【００１５】また、絶縁ガスケット４２とこれを上下に挾むフランジ部３４，３６との間にはリング状の摺動材５１，５２が介設されており、この摺動材５１，５２はフランジ面と絶縁ガスケット４２との水平方向の熱膨張差により絶縁ガスケット４２にクラックが発生することを防止するために比較的軟質の銅あるいはモネルで構成されている。摺動材５１，５２の摺動面には摺動性および耐摩耗性を確保するために金メッキ層が施されている。
【００１６】また、摺動材５１，５２はボルト締めしたときにフランジ部３４，３６を弾性変形させる間隙５３，５４を形成する。図示例にあっては摺動材５１，５２が絶縁ガスケット４３を間に挾んで上下に介設されているので、下部のフランジ部３４と絶縁ガスケット４２との間に間隙５３が形成されると共に、絶縁ガスケット４２と上部のフランジ部３６との間に間隙５４が形成される。これらの間隙５３，５４はフランジ部３４，３６間の内周側が摺動材５１，５２で閉じられてフランジ部３４，３６間を外周側に開放するようになっている。したがって、各フランジ部３４，３６はボルト締めされることにより強制的に互いに近接する方向に変形するために、元の平坦なフランジ面に復帰しようとするバネ力を発揮する。
【００１７】高温ガスを移送する運転時において、ほとんど熱変形しない絶縁ガスケット４２に対しボルト３３が軸方向に熱膨脹しても、ボルト３３の締付けによりフランジ部３４，３６が互いに近接させる方向に弾性変形している限り、その弾性力がボルト３３の締付け力を補うことになり、ボルト３３による締付け力の低下を防止できる。
【００１８】このようにフランジ部３４，３６間、およびフランジ部３６とボルト３３との間に電気絶縁部材４１，４４が介設されると共に、ボルト締めしたときにフランジ部３４，３６を弾性変形させるため、継手３２においてはガス配管２６〜２９の電気絶縁を確保しつつフランジ部３４，３６のバネ効果によりフランジ部３３，３６の締付け力が維持されガスシール性が確保される。
【００１９】図２は第２の実施例を示すものである。
【００２０】図２においてはフランジ部３４，３６間に介設される電気絶縁部材４１がアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製シート状ガスケット６１で構成されている。このガスケット６１はセラミックファイバにシリカ系等のバインダを加えてなるものである。セラミックファイバにバインダを加えたガスケット６１は耐食性の強い電解質である炭酸塩に対して健全である。
【００２１】また、運転温度が上昇するとバインダのみが飛散および焼結して収縮してしまうため、ガスケット６１の厚さは多少減少するが、フランジ部材３４，３６がボルト締めされて弾性変形しているので、ガスケット６１の厚さの減少に伴うフランジ部３４，３６の締付け力の低下をフランジ部３４，３６の弾性変形で補うことができる。なお、ガスケット６１は一度収縮すると後に温度変化があってもガスケット６１の厚さに変化は生じない。したがって、室温と運転温度（700 度程度）との間の熱サイクルの繰り返し（温度の上下変動）があっても、本実施例にあっては安定したガスシール性を発揮できる。
【００２２】また、ボルト３３と下部のフランジ部３４との間に介設される電気絶縁部材４４にあっては絶縁パイプ４５がボルト３３の周りに巻き付けてなるセラミックファイバシートで構成されると共に中間の絶縁ワッシャ４８がセラミックファイバシートで構成されている。
【００２３】さらに、下部のフランジ部３４のフランジ面には径方向内側を隆起させてなる段部６２が形成され、この段部６２は上下のフランジ面間に間隙６３を形成する。したがって、上記実施例と同様にボルト締めしたときにフランジ部３４，３６が弾性変形し、ボルト３３の熱膨張による締付け力の低下を防止できる。なお、段部６２は上部のフランジ部３６のフランジ面あるいは双方のフランジ部３４，３６のフランジ面に形成してもよい。
【００２４】
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、フランジ部とフランジ部との間、およびボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にそれぞれ電気絶縁部材を介設すると共に、フランジ部間にボルト締めしたときにフランジ部を弾性変形させる間隙を形成したので、高温下においてガス配管の電気絶縁性を確保しつつボルトの締付け力の低下を防止でき、ガスシール性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガス配管の継手を示す断面図である。
【図２】本発明の第２の実施例を示す断面図である。
【図３】大型の燃料電池を示す断面図である。
【図４】小型の燃料電池を示す断面図である。
【符号の説明】
２６〜２９ガス配管
３３ボルト
３４，３６フランジ部
４１，４４電気絶縁部材
５３，５４，６３，間隙

【特許請求の範囲】
【請求項１】フランジ部とフランジ部とを突き合わせてボルト締めしてなる燃料電池のガス配管継手において、上記フランジ部とフランジ部との間、および上記ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にそれぞれ電気絶縁部材を介設すると共に、フランジ部間にボルト締めしたときにフランジ部を弾性変形させる間隙を形成したことを特徴とする燃料電池のガス配管継手。

【図１】