(57)【要約】【課題】  スタックに面圧を供給する油圧装置部がスタック締結部に対して着脱可能なので、油圧シリンダを用いてスタックに面圧を供給することができるスタック面圧装置の提供。【解決手段】上面にスタックが積載されるベースと、前記スタックを加圧するように前記スタックの上側に設置される板状の面圧板と、その上端部が前記面圧板の縁部を貫通して突出するように、前記ベースに垂直に設置される複数の垂直梁とを含むスタック面圧装置であって、前記各垂直梁の上側部にはネジ部が設けられ、前記ネジ部には前記面圧板の上面および下面に接してナットが締結され、前記面圧板の上面には油圧シリンダのヘッダーとの結合のための結合溝が設けられたことを特徴とする、スタック面圧装置を提供する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面にスタックが積載されるベースと、前記スタックを加圧するように前記スタックの上側に設置される板状の面圧板と、その上端部が前記面圧板の縁部を貫通して突出される
ように、前記ベースに垂直に設置される複数の垂直梁とを含むスタック面圧装置であって、
前記各垂直梁の上側部にはネジ部が設けられ、前記ネジ部には前記面圧板の上面および下面に接してナットが締結され、
前記面圧板の上面には油圧シリンダのヘッダーとの結合のために結合溝が設けられたことを特徴とする、スタック面圧装置。
【請求項２】
油圧シリンダが設置される油圧板、および下部に垂直梁挿入溝が設けられて前記垂直梁のネジ部に着脱できるように締結される連結梁をさらに含み、
前記油圧板は前記連結梁によって前記面圧板の上側に着脱できるように設置され、
前記油圧シリンダのヘッダーは締結部材によって前記面圧板の結合溝に結合されることを特徴とする、請求項１に記載のスタック面圧装置。
【請求項３】
前記ベースのスタックが積載される上面部には、スプリングボックスが取り付けられることを特徴とする、請求項１または２に記載のスタック面圧装置。
【請求項４】
垂直梁の下端部は、垂直梁にかかる荷重を測定し得るように、ロードセルによって結合支持されることを特徴とする、請求項１または２に記載のスタック面圧装置。
【請求項５】
前記垂直梁の下端部上で前記ロードセルの上側に冷却装置が設置されることを特徴とする、請求項４に記載のスタック面圧装置。
【請求項６】
前記冷却装置は、下端の閉塞した垂直梁結合部を備えて前記垂直梁の下端部が締結され、その下部に延設されたボルト部によって前記ロードセルに締結されることを特徴とする、請求項５に記載のスタック面圧装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融炭酸塩燃料電池のスタック面圧装置に係り、さらに詳しくは、スタック締結部の上部に着脱可能な油圧装置部を設置し、垂直梁の下部にロードセルおよび冷却装置を設置することにより、油圧シリンダを用いて面圧を供給することができ、スタックの変化および面圧の変化を持続的に観察することができるスタック面圧装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池(Fuel cell)は、反応物の酸化、還元による化学エネルギーを電気エネルギーに変える発電装置である。既存の他の化学エネルギーとは異なり、燃料電池は、副産物として排出されるものが水（Ｈ2Ｏ）だけなので公害および騒音が殆どないうえ、反応が簡単であることから、次世代代替エネルギーとして脚光を浴びている。
特に、燃料電池の中でも、溶融炭酸塩燃料電池（ＭＣＦＣ：Molten Carbonate Fuel Cell）は、炭酸塩の溶融物を電解質として用いて作動温度が６００℃以上であるため、電気化学反応の速度が速くて低温型燃料電池とは異なり白金などの貴金属触媒を必要とせず、電気と高温を共に利用する場合には６０％以上の熱効率を期待することができるから、石炭ガス化による複合熱併合発電が可能である。
【０００３】
溶融炭酸塩燃料電池の単位セルは、電気化学反応が起こる燃料極（アノード）および酸素極（カソード）、燃料ガスと酸化剤ガスの流路を形成する分離板、電荷を捕集する集電板、電解質、並びに溶融された炭酸塩を収容するマトリックスから構成される。溶融炭酸塩燃料電池は、燃料極に燃料ガスを供給し且つ酸素極に酸化剤ガスを供給すると、それぞれの電極で電気化学反応が起こって直流電力を得ることができる。
【０００４】
このような単位セルの電圧は定格放電の際に約０．８〜１．２Ｖと低いため、実際発電では、基本構成である単位セルを多数積層して電圧を高め、セル面積を増加させて高出力化を達成する。このように単位セルを多段積層した構造をスタック(stack)という。
【０００５】
このようなスタックは、前述したように多数の単位セルを積層させた状態であるから、単位セル間に隙間が設けられると、内部抵抗が発生して電気的な流れが円滑ではないという問題点があった。このため、スタックは、内部抵抗を減らすために面圧装置によって単位セル間に接触力を増大させ、電気的流れを円滑にするために面圧を提供する。
【０００６】
ところが、従来のスタック面圧装置は、スタックの上部に油圧シリンダが固定されるように設置されるため、スタックの運転温度である６００℃の高温では油圧シリンダが耐えられる。
【０００７】
また、従来のスタック面圧装置は、スタックに面圧が供給された後、単純に上板と下板との間にスタックが締結された状態であるため、スタックの高さに変化が発生した場合には柔軟に対処することができないという問題点があった。
【０００８】
また、従来のスタック面圧装置は、スタックの変化および面圧の変化を観察することができないため、スタックに加えられる面圧の大きさを調節することができないという問題点があった。具体的には、従来のスタック面圧装置は、スタックの変化を観察することができないため、スタックに加えられる面圧が大きい場合にはスタックに無理が生じてそれぞれの単位セルが壊れる一方、面圧が小さい場合には単位セル間の接触力を増加させることができなくて電気的流れが円滑ではなく、電圧が正常に供給されないという問題点があった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためのもので、その目的とするところは、スタックに面圧を供給する油圧装置部がスタック締結部に対して着脱可能なので、油圧シリンダを用いてスタックに面圧を供給することができるスタック面圧装置を提供することにある。
【００１０】
本発明の他の目的は、ベースにスプリングボックスを設置することにより、スタックに供給される面圧から緩衝作用が可能であって高さの変化および面圧の変化に柔軟性を提供することにより、一定の面圧がスタックに維持できるスタック面圧装置を提供することにある。
【００１１】
本発明の別の目的は、スタックの運転中に各垂直梁にかかる荷重を確認することができるようにロードセルおよび冷却装置を設置することにより、６００℃以上の高温でもスタックの変化および面圧の変化を持続的に観察することができるスタック面圧装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明のスタック面圧装置は、上面にスタックが積載されるベースと、前記スタックを加圧するように前記スタックの上側に設置される板状の面圧板と、その上端部が前記面圧板の縁部を貫通して突出されるように、前記ベースに垂直に設置される複数の垂直梁とを含むスタック面圧装置であって、前記各垂直梁の上側部にはネジ部が設けられ、前記ネジ部には前記面圧板の上面および下面に接してナットが締結され、前記面圧板の上面には油圧シリンダのヘッダーとの結合のために結合溝が設けられたことを特徴とする。
【００１３】
また、油圧シリンダが設置される油圧板、および下部に垂直梁挿入溝が設けられて前記垂直梁のネジ部に着脱できるように締結される連結梁をさらに含み、前記油圧板は前記連結梁によって前記面圧板の上側に着脱できるように設置され、前記油圧シリンダのヘッダーは締結部材によって前記面圧板の結合溝に結合されることを特徴とする。
【００１４】
また、前記ベースのスタックが積載される上面部にはスプリングボックスが取り付けられることを特徴とする。
【００１５】
また、垂直梁の下端部は、垂直梁にかかる荷重を測定し得るように、ロードセルによって結合支持されることを特徴とする。
【００１６】
また、前記垂直梁の下端部上で前記ロードセルの上側に冷却装置が設置されることを特徴とする。
【００１７】
また、前記冷却装置は、下端の閉塞した垂直梁結合部を備えて前記垂直梁の下端部が締結され、その下部に延設されたボルト部によって前記ロードセルに締結されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上述したように、本発明に係るスタック面圧装置は、スタックに面圧を供給する油圧装置部がスタック締結部に対して着脱可能なので、油圧シリンダを用いてスタックに面圧を供給することができるという効果があり、ベースにスプリングボックスを設置することにより、スタックに供給される面圧から緩衝作用が可能なので、高さの変化および面圧の変化に柔軟性を提供して一定の面圧がスタックに維持されるという利点がある。
【００１９】
また、本発明に係るスタック面圧装置は、スタックの運転中に、各垂直梁にかかる荷重を確認することができるように、ロードセルおよびロードセルの周囲に冷却装置を設置することにより、６００℃以上の高温でもスタックの変化および面圧の変化を持続的に観察することができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の理解を助けるために好適な実施例を提供する。下記の実施例は本発明をより容易に理解するために提供されるもので、本発明を限定するものではない。以下に添付図面を参照しながら、本発明について詳細に説明する。
【００２１】
図１〜図９は本発明に係るスタック面圧装置を示すもので、図１はスタック面圧装置の一部が分解された構成図、図２は垂直梁の概略図、図３は連結梁の一部を示す断面図、図４および図５は本発明に係る油圧装置部の作動前後状態を示す構成図、図６は図１の一部領域を拡大した一部断面図である。また、図７および図８は冷却装置に設けられた流路の様々な実施例を示す断面図、図９は冷却装置とロードセルとの他の結合例を示す断面図である。
【００２２】
図１に示すように、本発明に係るスタック面圧装置１は、大きく、スタックＳが配置されるスタック締結部１００と、前記スタック締結部１００に面圧を加える油圧装置部２００とから構成される。
【００２３】
スタック締結部１００は、スタックＳが配置されて固定される装置であって、上部にスタックＳが配置されるベース１１０と、前記ベース１１０に設置される複数の垂直梁１２０と、前記垂直梁１２０の上端が突出するように前記垂直梁１２０に設置される面圧板１３０とから構成される。
【００２４】
ベース１１０は、スタックＳを支持し得るように、金属材のように重量感のある材料を用いて円筒状に製造される。このようなベース１１０の下部には、螺合されてベース１１０の平衡を調節することが可能な４つの支持脚１１１が備えられる。
【００２５】
ベース１１０の上部には、弾性的に出没するスプリングボックス１１２がさらに設置できる。スプリングボックス１１２は、スタックＳと類似の大きさに製造され、スタックＳに一定の面圧を供給する。具体的に、スプリングボックス１１２は、通常、ベース１１０の上部に突出した状態を維持し、上部にスタックＳが配置されて面圧が供給されると、スタックＳに加えられる面圧を吸収して高さの変化に柔軟性を提供するので、スタックＳの変化に関係なく一定の面圧を供給することができる。
【００２６】
垂直梁１２０は、図２に示すように、上、下側にネジ１２１ａ、１２１ｂが設けられた棒状に製造される。このような垂直梁１２０は、スタックＳが配置されるベース１１０の上面に垂直に多数個が対称となるように設置できるが、好ましくは、４つの垂直梁が設置される。ここで、垂直梁１２０の下端はベース１１０の内側に螺合によって設置される。垂直梁１２０の上側に設けられたネジ１２１ａにはナット１２２が結合するが、これは後述する面圧板１３０を固定させるためである。前記ナット１２２は、前記面圧板１３０が垂直梁１２０に設置されたときに面圧板１３０の上、下側に位置するよう、各垂直梁１２０に上下２つずつ締結され、必要に応じては面圧板１３０の上側または下側にさらに締結されてもよい。
【００２７】
ここで、垂直梁１２０の中央領域には締結用タップ１２３がさらに形成されてもよい。タップ１２３は、図２の拡大図示した領域（Ｂ−Ｂ線に沿った断面図）での如く、前記ナット１２２の締結を容易にすることができるよう、垂直梁１２０の中央領域に両側が一部切り取られた形状を持つ。したがって、垂直梁１２０をベース１１０に対して着脱する場合には、スパナなどを用いると、タップ１２３に容易に設置することができる。
【００２８】
面圧板１３０は、四角板状であって、垂直梁１２０に設置されてスタックＳの上部に配置される。具体的には、面圧板１３０は、垂直梁１２０に対応する４つの領域にそれぞれ垂直梁設置孔１３１が設けられ、前記垂直梁１２０が垂直梁設置孔１３１を貫通して垂直梁１２０の上端が面圧板１３０の上部に突出するように設置される。この際、面圧板１３０は、スタックＳに対して平行な状態を保ちながら、前述したように垂直梁１２０に結合したナット１２２によって架設される。このような面圧板１３０は、中央領域には後述する油圧シリンダヘッダー２３１との結合のための結合溝１３２がさらに設けられる。
【００２９】
前述したように構成されたスタック締結部１００の上部には、前記面圧板１３０を介してスタックＳに面圧を供給する油圧装置部２００が設置される。前記油圧装置部２００は前記スタック締結部１００に着脱できる。油圧装置部２００は、前記垂直梁１２０の上端に結合する連結梁２１０と、前記連結梁２１０に設置される油圧板２２０と、前記油圧板２２０に設置され、下部は前記面圧板１３０に締結できる油圧シリンダ２３０とを含む。
【００３０】
連結梁２１０は、図３に示すように、上側にネジ２１１が設けられ、下側には垂直梁挿入溝２１３が設けられた棒状に製造され、前記垂直梁１２０に対応して設置される。具体的に、連結梁２１０の上側は前記垂直梁１２０と類似の大きさを有し、連結梁２１０の下側は前記垂直梁１２０が挿入されるように拡径されて垂直梁１２０の周りより大きく形成される。連結梁２１０の上側に設けられたネジ２１１にはナット２１２が結合するが、これは後述の油圧板２２０を固定させるためである。前記ナット２１２は、前記油圧板２２０が連結梁２１０に設置されたとき、これを固定させるように各連結梁２１０に２つずつ設置されて油圧板２２０の上下側で密着して結合する。また、垂直梁挿入溝２１３は、内側に雌ネジ部２１４が設けられ、前記垂直梁１２０の上側ネジ１２１ａに螺合される。
【００３１】
油圧板２２０は、連結梁２１０に対応する４つの領域に連結梁設置孔２２１が設けられ、前述したようにナット２１２によって連結梁２１０と結合する。このような油圧板２２０の中央領域には、後述する油圧シリンダ２３０の設置のためのシリンダ設置孔２２２がさらに設けられる。また、油圧板２２０の上部両側には、クレーンを用いて油圧板２２０および油圧シリンダ２３０を持ち出すことができるように着脱環２２３が設けられている。
【００３２】
油圧シリンダ２３０は、前記面圧板１３０に着脱可能に締結されてスタックＳに面圧を供給するためのもので、前記油圧板２２０に中央領域が取り付けられる。このような油圧シリンダ２３０の下部には油圧シリンダヘッダー２３１が設けられる。前記油圧シリンダヘッダー２３１は前記面圧板１３０に締結可能に設置される。すなわち、油圧シリンダヘッダー２３１の周りには面圧板１３０の結合溝１３２に対応する面圧板結合孔２３２が設けられ、前記油圧シリンダヘッダー２３１と前記面圧板１３０とが締結部材２３３によって互いに締結される。ここで、締結手段２３３としては部分ネジを用いることが好ましい。
【００３３】
図４および図５は油圧装置部２００の作動状態を示す構成図である。図４はスタックＳに面圧が提供される過程を示すもので、スタックＳに面圧が加えられると、面圧板１３０がスタックＳを向かって（矢印方向）移動することができるように、ナット１２２を各垂直梁１２０上で面圧板１３０から十分離隔させて締結しておく。一定の時間スタックＳに面圧が供給されて圧縮が行われると、図５に示すように、ナット１２２を面圧板１３０の上、下側に密着結合させて面圧板１３０を固定させる。
【００３４】
前述したように、本発明に係るスタック面圧装置の作動が終わると、前記油圧装置部２００は除去される。まず、油圧装置部２００は、複数の締結部材２３３、および油圧板２２０の上部に設置されるそれぞれのナット２１２が除去される。この際、油圧装置部２００は、着脱環２２３にクレーンなどの装備を連結することにより、油圧板２２０、油圧シリンダ２３０および油圧シリンダヘッダー２３１が除去される。その後、垂直梁１２０に結合した４つの連結梁２１０を除去すると、油圧装置部２００の除去が完了する。
【００３５】
本発明に係るスタック面圧装置１には、ロードセル３００と冷却装置４００がさらに設置できる。
【００３６】
図６に示すように、ロードセル３００は、ベース１１０の内側に設置されたそれぞれの垂直梁１２０の下部に設置され、スタックＳに加えられる荷重の変化量を測定する。ロードセル３００の中央領域には、前記垂直梁１２０の下端部に設けられるネジ１２１ｂと螺合される垂直梁結合部３１０が設けられる。このようなロードセル３００は、スタックＳの運転中に、垂直梁１２０にかかる荷重を示すことにより、スタックＳの変化および面圧の変化を持続的に観察することができるという効果がある。
【００３７】
冷却装置４００は、垂直梁１２０の下端部上で前記ロードセル３００の上側にそれぞれ設置され、周囲を所定の設定温度に冷却する。冷却装置４００は、ロードセル３００と同様に、中央領域に垂直梁結合部４１０が設けられて垂直梁１２０のネジ１２１ｂと螺結合される。その後、冷却装置４００は垂直梁１２０に溶接によって完全に付着する。このような冷却装置４００は、スタックＳの運転温度である６００℃以上の高温で前記ロードセル３００が作動不可能なので、ロードセル３００の周辺温度と垂直梁１２０の下端部上の温度を低めるために設置される。
【００３８】
冷却装置４００は、図６に示すように、両側には冷却水（図示せず）の流入、流出のための流入管４２０および流出管４３０が設けられ、内側には前記流入管４２０と前記流出管４３０とを連結する流路４４０が設けられる。冷却水は、流入管４２０を介して流入し、ジグザグ状に設けられた流路４４０を経て流出管４３０から抜け出ながら、垂直梁１２０の温度と周囲の温度を低める。ここで、流路４４０は多様な方法で製造できる。
【００３９】
図７および図８に示すように、流路４４０は、冷却装置４００の内側から外側に巡回するように、或いは下側から上側に巡回するように設置できる。好ましくは、流路４４０は、図６に示すように、垂直梁１２０に直接接触して巡回するように設置される。前述したように流路４４０が垂直梁１２０に直接接触するように設置されると、冷却効率を高めることができるという利点がある。
【００４０】
図９は冷却装置４００とロードセル３００との他の結合例を示す。図９に示すように、冷却装置４００は、中央領域に下端の閉塞した垂直梁結合部４１０ａが設けられ、下部にはボルト部４５０が延設され、これによりロードセル３００に結合できる。また、ロードセル３００の中央領域には前記ボルト部４５０に対応する垂直梁結合部３１０ａが設けられることにより、前記冷却装置４００とロードセル３００とは直接螺合できる。このように冷却装置４００とロードセル３００とが直接結合すると、別途の溶接なしで容易に冷却装置４００を設置することができるという効果がある。
【００４１】
一方、本発明は、前述した好適な実施例に限定されないことは言うまでもない。当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の要旨から外れない範囲内において各種改良、変更、代替または付加を加えて実施し得ることは理解できるであろう。このような改良、変更、代替または付加による実施が特許請求の範囲に属するものであれば、それらの技術思想も本発明に属するものと見なすべきである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明に係るスタック面圧装置の一部が分解された状態を示す構成図である。
【図２】本発明に係る垂直梁の概略図である。
【図３】本発明に係る連結梁の一部を示す断面図である。
【図４】本発明に係るスタック面圧装置の作動前状態を示す構成図である。
【図５】本発明に係るスタック面圧装置の作動後状態を示す構成図である。
【図６】図１の「Ａ」領域を拡大して示す断面図である。
【図７】本発明に係る冷却装置に設けられた流路の第１変形例を示す断面図である。
【図８】本発明に係る冷却装置に設けられた流路の第２変形例を示す断面図である。
【図９】本発明に係る冷却装置とロードセルとの他の結合例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４３】
１    スタック面圧装置
Ｓ    スタック
１００    スタック締結部
１１０    ベース
１１１    支持脚
１１２    スプリングボックス
１２０    垂直梁
１２１ａ、１２１ｂ    ネジ
１２２    ナット
１２３    タップ
１３０    面圧板
１３１    垂直梁設置孔
１３２    結合溝
２００    油圧装置部
２１０    連結梁
２１１    ネジ
２１２    ナット
２１３    垂直梁挿入溝
２１４    雌ネジ部
２２０    油圧板
２２１    連結梁設置孔
２２２    シリンダ結合溝
２２３    着脱環
２３０    油圧シリンダ
２３１    油圧シリンダヘッダー
２３２    面圧板結合孔
２３３    締結手段
３００    ロードセル
３１０    垂直梁結合部
４００    冷却装置
４１０    垂直梁結合部
４２０    流入管
４３０    流出管
４４０    流路
４５０    ボルト部
【図１】
2008166285.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2008166285.tif 000009
【図８】
2008166285.tif 000010
【図９】
2008166285.tif 000011
【外国語明細書】
2008166285000001.pdf