燃料電池のガス配管継手
【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３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（登録商標）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にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケットを介設すると共に、上記ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にセラミックファイバシートからなる絶縁部材を介設し、少なくとも一方のフランジ部の径方向外側にフランジ部同士を離間させる間隙を形成し、この間隙の位置でボルト締めするものである。
【０００８】
【作用】フランジ部とフランジ部との間にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケットが介設され、ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にセラミックファイバシートからなる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、この隙間をボルト締めすることでフランジ部を弾性変形させるので、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２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が介設されている。また、ボルト３３と下部のフランジ部３４との間にも絶縁が施されている。ボルト３３と下部のフランジ部３４との絶縁は、ボルト挿通孔３５内に絶縁部材たる絶縁パイプ４５をボルト３３を覆うように設けると共に、下部のフランジ部３４とボルト頭部４６との間に絶縁部材たる絶縁ワッシャ４７，４８，４９をそれぞれ３層に重ね合わせて設けることにより行われている。
【００１５】フランジ部３４，３６間に介設される電気絶縁部材４１は、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。
【００１６】絶縁パイプ４５は、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ている。三層の絶縁ワッシャ４７，４８，４９のうち中間の絶縁ワッシャ４８はセラミックファイバシートで構成されている。そして、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。
【００１７】また、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が形成されており、この段部６２は上下のフランジ面間に間隙６３を形成するようになっている。それぞれのフランジ部３４，３６は、間隙６３の位置でボルト締めされるようになっている。そして、フランジ部３４，３６は、ボルト締めされることによって互いに近接する方向に弾性変形され、ボルト３３の熱膨張による締付け力の低下を防止するようになっている。
【００１８】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。すなわち、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。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。
【００１９】高温ガスを移送する運転時において、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。
【００２０】このようにフランジ部３４，３６間にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケット６１を介設すると共に、ボルト３３とフランジ部３４との間にセラミックファイバシートからなる絶縁ワッシャ（絶縁部材）４８を介設し、少なくとも一方のフランジ部３４，３６の径方向外側にフランジ部３４，３６同士を離間させる間隙６３を形成し、この間隙６３の位置でボルト締めするようにしたため、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３４，３６の締付け力が維持されガスシール性が確保される。
【００２１】なお、段部６２は下部のフランジ部３４に形成するものとしたがこれに限るものではない。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。
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、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】大型の燃料電池を示す断面図である。
【図３】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
４８ 絶縁ワッシャ（絶縁部材）
６１ シート状ガスケット
６３ 間隙
【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３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（登録商標）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にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケットを介設すると共に、上記ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にセラミックファイバシートからなる絶縁部材を介設し、少なくとも一方のフランジ部の径方向外側にフランジ部同士を離間させる間隙を形成し、この間隙の位置でボルト締めするものである。
【０００８】
【作用】フランジ部とフランジ部との間にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケットが介設され、ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にセラミックファイバシートからなる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、この隙間をボルト締めすることでフランジ部を弾性変形させるので、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２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が介設されている。また、ボルト３３と下部のフランジ部３４との間にも絶縁が施されている。ボルト３３と下部のフランジ部３４との絶縁は、ボルト挿通孔３５内に絶縁部材たる絶縁パイプ４５をボルト３３を覆うように設けると共に、下部のフランジ部３４とボルト頭部４６との間に絶縁部材たる絶縁ワッシャ４７，４８，４９をそれぞれ３層に重ね合わせて設けることにより行われている。
【００１５】フランジ部３４，３６間に介設される電気絶縁部材４１は、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。
【００１６】絶縁パイプ４５は、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ている。三層の絶縁ワッシャ４７，４８，４９のうち中間の絶縁ワッシャ４８はセラミックファイバシートで構成されている。そして、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。
【００１７】また、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が形成されており、この段部６２は上下のフランジ面間に間隙６３を形成するようになっている。それぞれのフランジ部３４，３６は、間隙６３の位置でボルト締めされるようになっている。そして、フランジ部３４，３６は、ボルト締めされることによって互いに近接する方向に弾性変形され、ボルト３３の熱膨張による締付け力の低下を防止するようになっている。
【００１８】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。すなわち、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。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。
【００１９】高温ガスを移送する運転時において、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。
【００２０】このようにフランジ部３４，３６間にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケット６１を介設すると共に、ボルト３３とフランジ部３４との間にセラミックファイバシートからなる絶縁ワッシャ（絶縁部材）４８を介設し、少なくとも一方のフランジ部３４，３６の径方向外側にフランジ部３４，３６同士を離間させる間隙６３を形成し、この間隙６３の位置でボルト締めするようにしたため、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３４，３６の締付け力が維持されガスシール性が確保される。
【００２１】なお、段部６２は下部のフランジ部３４に形成するものとしたがこれに限るものではない。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。
【発明の効果】以上要するに本発明によれば、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】大型の燃料電池を示す断面図である。
【図３】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
４８ 絶縁ワッシャ（絶縁部材）
６１ シート状ガスケット
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にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケットを介設すると共に、上記ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にセラミックファイバシートからなる絶縁部材を介設し、少なくとも一方のフランジ部の径方向外側にフランジ部同士を離間させる間隙を形成し、該間隙の位置でボルト締めすることを特徴とする燃料電池のガス配管継手。
【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にアルミナ繊維を主成分とするセラミックファイバー製のシート状ガスケットを介設すると共に、上記ボルトと少なくとも一方のフランジ部との間にセラミックファイバシートからなる絶縁部材を介設し、少なくとも一方のフランジ部の径方向外側にフランジ部同士を離間させる間隙を形成し、該間隙の位置でボルト締めすることを特徴とする燃料電池のガス配管継手。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【特許番号】特許第３２２１１９６号（Ｐ３２２１１９６）
【登録日】平成１３年８月１７日（２００１．８．１７）
【発行日】平成１３年１０月２２日（２００１．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願平５−３１５１０５
【出願日】平成５年１２月１５日（１９９３．１２．１５）
【公開番号】特開平７−１６９４７２
【公開日】平成７年７月４日（１９９５．７．４）
【審査請求日】平成１２年３月１０日（２０００．３．１０）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【参考文献】
【文献】特開 平２−１１９０５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平２−２０７４５９（ＪＰ，Ａ）
【登録日】平成１３年８月１７日（２００１．８．１７）
【発行日】平成１３年１０月２２日（２００１．１０．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成５年１２月１５日（１９９３．１２．１５）
【公開番号】特開平７−１６９４７２
【公開日】平成７年７月４日（１９９５．７．４）
【審査請求日】平成１２年３月１０日（２０００．３．１０）
【出願人】（０００００００９９）石川島播磨重工業株式会社 (5,014)
【参考文献】
【文献】特開 平２−１１９０５９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開 平２−２０７４５９（ＪＰ，Ａ）
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