(57)【要約】【課題】セルスタックを支承する部材への熱伝導が少ないセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供する。【解決手段】本開示のセルスタック装置１は、複数の燃料電池セルと、燃料電池セルの下部を保持する保持部材（マニホールド３）とを有するセルスタック２と、セルスタック２が載置される台座４と、保持部材に係合する金具上部６Ａと、金具上部６Ａから延設され、台座４の側部に係合する金具下部６Ｂとを有し、保持部材と台座４との側方に配設されているスタック固定金具６と、を備える。この構成により、セルスタック２を下側から支承する部材へ逃げる熱が低減され、セルスタックの温度の低下が抑制される。【選択図】図１
2019050111.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料電池セルと、該燃料電池セルの下部を保持する保持部材とを有するセルスタックと、
前記セルスタックが載置される台座と、
前記保持部材に係合する金具上部と、該金具上部から延設され、前記台座の側部に係合する金具下部とを有し、前記保持部材と前記台座との側方に配設されているスタック固定金具と、
を備えるセルスタック装置。
【請求項２】
前記金具下部は、前記台座に向けて突出する突起部を複数個有し、
前記台座は断熱材からなり、
前記突起部が前記台座に刺し込まれている、請求項１に記載のセルスタック装置。
【請求項３】
前記金具下部は、前記台座に向けて突出する凸部を有し、
前記台座は、その側面に前記凸部と対応する凹部を有し、
前記凸部が前記凹部に嵌入されている、請求項１に記載のセルスタック装置。
【請求項４】
前記金具上部は、その上端部が、前記保持部材に設けられた突形状部に係止可能な、フック形状または折り返し形状である、請求項１〜３のいずれか１つに記載のセルスタック装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１つに記載のセルスタック装置と、該セルスタック装置を収容する収納容器と、を備える燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記セルスタック装置の側方に、該セルスタック装置を囲う断熱材を備え、
前記スタック固定金具が、前記断熱材に向けて突出する突起部もしくは凸部を有して、前記断熱材と係合している、請求項５に記載の燃料電池モジュール。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機と、前記燃料電池モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと、を備える燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、セルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、次世代エネルギーとして、燃料ガス（水素含有ガス）と空気（酸素含有ガス）とを用いて発電を行うセルスタック装置を収納容器内に収容した燃料電池モジュールや、燃料電池モジュールを外装ケース内に収納した燃料電池装置が、種々提案されている。
【０００３】
燃料電池モジュール内において、セルスタック装置は、断熱材に囲われるようにして収容されているのであるが、搬送時の振動などによりセルスタック装置が位置ずれを起こすと、その移動によって、収納容器内のセルスタック装置が破損したり、燃料電池モジュールが損傷したりするおそれがあった。
【０００４】
そのため、従来、セルスタック装置は、燃料電池モジュール内で位置決めされた後、保持金具やねじ等を使用して、収納容器の筐体や収納容器内に設けられた隔壁等の強固な部位に、締結固定されている（たとえば、特許文献１等を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第２０１５／００５４４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述のセルスタック装置の固定方法では、固定に用いられるねじや締結金具，連結用金具等を介した、筐体や隔壁等への熱伝導が大きく、セルスタック装置の温度が低下しやすいという問題があった。
【０００７】
本開示の目的は、セルスタックを支承する部材への熱伝導が少ないセルスタック装置、燃料電池モジュールおよび燃料電池装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示のセルスタック装置は、複数の燃料電池セルと、該燃料電池セルの下部を保持する保持部材とを有するセルスタックと、前記セルスタックが載置される台座と、前記保持部材に係合する金具上部と、該金具上部から延設され、前記台座の側部に係合する金具下部とを有し、前記保持部材と前記台座との側方に配設されているスタック固定金具と、を備えることを特徴とするものである。
【０００９】
本開示の燃料電池モジュールは、上述の特徴を有するセルスタック装置と、該セルスタック装置を収容する収納容器と、を備える。
【００１０】
また、本開示の燃料電池装置は、上述の特徴を有する燃料電池モジュールと、該燃料電池モジュールを作動させるための補機と、前記燃料電池モジュールおよび前記補機を収容する外装ケースと、を備える。
【発明の効果】
【００１１】
本開示のセルスタック装置によれば、セルスタックから、セルスタックを下側から支承する部材へ逃げる熱を、低減することができる。その結果、セルスタック装置の温度の低下が抑制され、これを用いた燃料電池モジュールの発電効率の低下、および、それを用いた燃料電池装置の発電効率の低下を、抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】（ａ）は第１実施形態のセルスタック装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、用いられているスタック固定金具の正面図と側面図である。
【図２】（ａ）は第２実施形態のセルスタック装置の構成を示す斜視図であり、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、用いられているスタック固定金具の正面図と側面図である。
【図３】（ａ）は第３実施形態のセルスタック装置の構成を示す断面図であり、（ｂ），（ｃ）はそれぞれ、用いられているスタック固定金具の正面図と側面図である。
【図４】実施形態の燃料電池装置の構成を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
実施形態における燃料電池モジュール１０の基本的な構成は、以下で説明する第１〜第３実施形態において共通である。燃料電池モジュール１０は、その縦方向断面図を図３（ａ）に示すように、複数の内部断熱材（１２Ａ，１２Ｂ等）により筐体（収納容器１１）の内側に形成されたスタック収納室Ｓ内に、燃料ガスと酸素含有ガスとを用いて発電を行うセルスタック装置１を収容した構成をとる。
【００１４】
第１実施形態のセルスタック装置１は、図１（ａ）に示すように、複数の柱状の燃料電池セルが所定方向に配列されたセルスタック２と、各燃料電池セルの下部（根元部）を保持する保持部材（マニホールド３）と、マニホールド３の下側に配置された直方体状の台座４と、セルスタック２の上方に配設された改質器５等から構成されている。
【００１５】
セルスタック２は、内部を燃料ガスが下端から上端に向けて流通するガス流路を有する、中空平板型の柱状の燃料電池セルが、一列に立設されたものである。各燃料電池セルの下端は、絶縁性接着材でマニホールド３に固定されている。なお、燃料電池セルとしては、柱状のものであればよく、たとえば円筒型や横縞型にも適用できる。
【００１６】
マニホールド３は、改質器５で改質された燃料ガスを各燃料電池セルに分配する部分であり、その内部を燃料ガスが燃料電池セル配列方向に流通する。マニホールド３の上面の周状外縁部には、後記する固定金具を係止可能な周状の溝３ｂが、縁部から上に延設された突形状部（フランジ３ａ）の内縁側に形成されている。
【００１７】
また、セルスタック装置１側方の配列方向の左右両側には、側部断熱材１２Ａ，１２Ｂ〔図３（ａ）参照〕が配設され、セルスタック装置１の下方には、下部断熱材を兼用する台座４が配置されている。このように、燃料電池モジュール１０は、スタック収納室Ｓの周りに、断熱材１２Ａ，１２Ｂおよび断熱材を兼用する台座４が配置されているため、セルスタック装置１は高温に保たれ、高い発電効率を維持することができる。
【００１８】
なお、前述の側部断熱材１２Ａ，１２Ｂおよび下部断熱材を兼用する台座４等、スタック収納室Ｓ周りの各内部断熱部材には、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２系またはＳｉＯ２−ＭｇＯ−ＣａＯ系を主成分とする繊維状体からなる断熱材が、好適に用いられる。
【００１９】
そして、第１実施形態のセルスタック装置１における、マニホールド３（保持部材）と台座４との側方には、これらの間を連結するスタック固定金具６が配設されている。このスタック固定金具６は、セルスタック２に繋がるマニホールド３を、台座４に対して固定するためのものである。スタック固定金具６は、図１（ｂ）の正面図および図１（ｃ）の側面図に示すように、マニホールド３に係合する部位（６ｃ）を有する金具上部６Ａと、金具上部６Ａから延設され、台座４の側部に係合する部位（６ｄ）を有する金具下部６Ｂとから構成されている。
【００２０】
金具上部６Ａは、図１（ｃ）に示すように、その上端部６ｃが、他部材と係合可能なフック形状または折り返し形状に形成されている。この形状により、先に述べたマニホールド３のフランジ部３ａおよび溝３ｂに対して、上端部６ｃを引っ掛けて係止することができる。
【００２１】
一方、スタック固定金具６の金具下部６Ｂには、台座４に向けて突出する突起部６ｄが複数設けられている。突起部６ｄ個々は、突起部６ｄを台座４の側部（側面）に刺し込むことができるよう、三角形状や台形状，棒状等の尖った形状または鋭角な形状に形成されている。なお、金具下部６Ｂおよびその突起部６ｄは、金属等、台座４を構成する下部断熱材より硬い材料を用いて形成されているため、これら突起部６ｄは、台座４の側部（側面）に、側方から容易に刺し込むことが可能である。
【００２２】
このスタック固定金具６により、第１実施形態のセルスタック装置１は、連結用や接続のための他の部材を用いず、ねじ等の締結部材も使用せずに、セルスタック２の下部およびそれに繋がるマニホールド３を、台座４に係止することができる。
【００２３】
すなわち、以上の構成により、第１実施形態のセルスタック装置１は、スタックを固定するための部品点数が少なく、これらの部品を介した伝熱経路が少ない構成とすることができる。その結果、スタック固定用の部材を通じて熱が逃げる、いわゆる「熱引き」現象が抑制され、セルスタック装置１およびそれを用いた燃料電池モジュール１０の温度低下を抑制することができる。
【００２４】
また、セルスタック装置１が台座４の上に固定されるので、燃料電池モジュール１０の筐体（収納容器１１）内でのセルスタック装置１の位置ずれの発生を防ぐことができる。これにより、搬送時等に発生する、セルスタック装置１の破損や損傷等を抑制することができる。
【００２５】
しかも、前述のスタック固定金具６は、セルスタック２およびマニホールド３をねじ等を用いて筐体等に締結する従来のスタック固定方法に比べ、穴あけ作業や締結作業が不要で、スタック固定金具６を台座４に刺し込むだけで、素早く固定作業を完了することができる。そのため、第１実施形態のセルスタック装置１は、スタック固定作業の手間や工数を大幅に低減することが可能である。これにより、セルスタック装置１およびそれを用いた燃料電池モジュール，燃料電池装置の製造コストを低減することができる。
【００２６】
つぎに、図２に示す第２実施形態において、セルスタック装置１のスタック固定金具７は、第１実施形態のスタック固定金具６（突起部６ｄ）とは異なる、別の形状の突起（凸部７ｅ）を、複数備えている。
【００２７】
また、マニホールド３の下側に位置する台座４は、その側面に、上述の凸部７ｅの突出形状に対応する凹部４ａが形成されており、この凹部４ａに、側方から、凸部７ｅが嵌入されている。それ以外は、図１に示す第１実施形態のセルスタック装置１と同様である。
【００２８】
図２（ｂ）の正面図および図２（ｃ）の側面図に示すように、スタック固定金具７も、マニホールド３に係合する部位（７ｃ，７ｄ）を有する金具上部７Ａと、金具上部７Ａから延設され、台座４の側部に係合する部位（７ｅ）を有する金具下部７Ｂとから構成されている。
【００２９】
金具上部７Ａは、図２（ｂ）に示すように、その上端部７ｃが、マニホールド３側に直角に折り曲げられているとともに、金具上部７Ａの略中央には、マニホールド３の周状外縁部の側面（外周側面）に設けられた係合用突起３ｃに嵌め入れることのできる穴（貫通孔７ｄ）が形成されている。この形状により、先に述べたマニホールド３のフランジ３ａに対して、上端部７ｃを引っ掛けて係止することができる。
【００３０】
また、金具下部７Ｂには、台座４に向けて突出する凸部７ｅが複数設けられている。凸部７ｅ個々の形状は、先に述べた台座４側面の凹部４ａに挿入可能な形に形成されている。なお、金具下部７Ｂおよびその凸部７ｅも、金属等、台座４を構成する下部断熱材より硬い材料を用いて構成することが望ましい。
【００３１】
以上の構成により、第２実施形態のセルスタック装置１も、第１実施形態と同様、締結部材等を使用せずに、金具上部７Ａの上端部７ｃをマニホールド３の縁部に係合させ、金具下部７Ｂの凸部７ｅを台座４側面の凹部４ａに嵌入させるだけで、簡単に素早く、セルスタック２の下部およびそれに繋がるマニホールド３を、台座４に係止することができる。
【００３２】
また、第１実施形態と同様、スタックを固定するための部品点数が少なく、これらの部品を介した伝熱経路が少ない構成であるため、スタック固定用の部材を通じて熱が逃げる熱引き現象が抑制される。これにより、セルスタック装置１およびそれを用いた燃料電池モジュール１０の温度低下を抑制することができる。
【００３３】
つぎに、図３に示す第３実施形態において、セルスタック装置１のスタック固定金具８が、図１に記載のスタック固定金具６と異なる点は、台座４に対向する一面に、第１実施形態（突起部６ｄ）と同様の突起部８ｄを備えることに加え、内部断熱部材に対向する反対側の面に、側部断熱材１２Ａまたは１２Ｂに向けて突出する突起部８ｅを有する点である。
【００３４】
すなわち、図３（ｂ）の正面図および図３（ｃ）の側面図に示すように、スタック固定金具８も、マニホールド３に係合する部位（８ｃ）を有する金具上部８Ａと、金具上部８Ａから延設され、台座４の側部に係合する部位（８ｄ）を有する金具下部８Ｂとから構成されている。
【００３５】
金具上部８Ａは、その上端部８ｃが、スタック固定金具６と同様、他部材と係合可能なフック形状または折り返し形状に形成されており、マニホールド３のフランジ３ａおよび溝３ｂに対して、上端部８ｃを引っ掛けて係止することが可能である。
【００３６】
また、金具下部８Ｂは、図１における台座４側の突起部６ｄと同様の、台座４に向けて突出する突起部８ｄが複数設けられている一方、その反対側の面〔図３（ｂ）においては紙面表側の面であり図３（ｃ）においては図示左側の面〕にも、側部断熱材１２Ａまたは１２Ｂに向けて突出する突起部８ｅが形成されている。
【００３７】
なお、台座４側の突起部８ｄ、および、側部断熱材１２Ａまたは１２Ｂ側の突起部８ｅともに、対面する各断熱部材と台座４に刺し込むことができるように、三角形状や台形状，棒状等の尖った形状または鋭角な形状に形成されている。
【００３８】
ここで、たとえば図３（ａ）の断面図の左側のように、台座４と側部断熱材１２Ａとの間にスタック固定金具８が配設された場合、第１実施形態と同様、セルスタック２の下部およびそれに繋がるマニホールド３が、下部の断熱材を兼用する台座４に係止されることに加え、側部断熱材１２Ａ側に設けられた突起部８ｅが、側部断熱材１２Ａの側面に突き刺さって、台座４と側部断熱材１２Ａとの間を位置固定するように連結する。また、図示右側の側部断熱材１２Ｂ側も、同様に断熱部材間が連結される。
【００３９】
したがって、以上の構成によれば、第３実施形態のセルスタック装置１も、第１実施形態と同様、締結部材等を使用せずに、マニホールド３が台座４に固定され、伝熱経路が少ない構成とすることができる。その結果、スタック固定用の部材を通じて熱が逃げる熱引き現象が抑制され、セルスタック装置１およびそれを用いた燃料電池モジュール１０の温度低下を抑制することができる。
【００４０】
さらに、反対側に形成された突起部８ｅにより、台座４と、側部断熱材１２Ａまたは１２Ｂとの間も連結されることから、前述のマニホールド３の台座４への固定を、より強固なものとすることができる。したがって、搬送時の揺れ等に起因する、セルスタック装置１の破損や損傷等の発生を、より抑制することができる。
【００４１】
なお、以上の第３実施形態の構成によっても、第１，第２実施形態に比べ、特に固定作業の手間や工数が増えるものではないため、スタック固定金具８を用いたセルスタック装置１および燃料電池モジュール，燃料電池装置の製造コストの低減を、維持することができる。
【００４２】
つぎに、図４は、本実施形態の燃料電池装置２０の一例を示す透過斜視図である。燃料電池装置２０は、前述の燃料電池モジュール１０と、燃料電池モジュール１０を動作させるための補機と、燃料電池モジュール１０および補機を収納する外装ケースとを備えている。なお、図４においては一部構成を省略して示している。
【００４３】
燃料電池装置２０は、図４に示すように、各支柱２１と外装板（図示省略）から構成される外装ケース内に、前記の実施形態の燃料電池モジュール１０を収容したものである。この外装ケース内には、図示した燃料電池モジュール１０の他、蓄熱用のタンク、発電した電力を外部に供給するためのパワーコンディショナ、ポンプやコントローラ等の補機類が配設される。
【００４４】
本実施形態の燃料電池装置２０によれば、燃料電池モジュール１０を備えることにより、信頼性の向上した燃料電池装置とすることができる。
【００４５】
以上、本発明について詳細に説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更、改良等が可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１  セルスタック装置
２  セルスタック
３  マニホールド
４  台座
４ａ  凹部
６  スタック固定金具
６Ａ  金具上部
６Ｂ  金具下部
７  スタック固定金具
７Ａ  金具上部
７Ｂ  金具下部
８  スタック固定金具
８Ａ  金具上部
８Ｂ  金具下部
１０  燃料電池モジュール
１２Ａ，１２Ｂ  側部断熱材
２０  燃料電池装置
【図１】
2019050111.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2019050111.tif 000006