(57)【要約】　　　（修正有）【課題】圧力容器の気密性を担保して圧力容器内から外部へ燃料電池本体で発生した電流を取り出す。また、貫通ブッシングの数を半減させて燃料電池装置の製造コストを低減する。【解決手段】燃料電池本体の非アース極側の電極から延びる貫通ケーブル（６）を圧力容器と絶縁し、かつ、圧力容器の気密を保持して圧力容器（２）を形成する胴金属板（２ａ）を貫通させる一方、燃料電池本体のアース極側の電極に接続した内部ケーブル（８ａ）の先端部および圧力容器の外部の外部装置に接続した外部ケーブル（８ｂ）の先端部の断面を増大させ、ケーブル先端部をその断面を対向させて胴金属板の表裏に密着接合し、該先端部における電流密度を低減させた状態で圧力容器内から圧力容器外へ電流を取り出す。【選択図】　　　図２
2004134247.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧状態の圧力容器（２）内に収容された燃料電池本体（４）から圧力容器外へ電流を取り出すための電流取出方法であって、
接地された該圧力容器を燃料電池本体の正極または負極のいずれか一方にアースし、
燃料電池本体の非アース極側の電極から延びる貫通ケーブル（６）を圧力容器と絶縁し、かつ、圧力容器の気密を保持して圧力容器を形成する胴金属板（２ａ）を貫通させる一方、
燃料電池本体のアース極側の電極に接続した内部ケーブル（８ａ）の先端部および圧力容器の外部の外部装置に接続した外部ケーブル（８ｂ）の先端部の断面を増大させ、ケーブル先端部をその断面を対向させて胴金属板の表裏に密着接合し、該先端部における電流密度を低減させた状態で圧力容器内から圧力容器外へ電流を取り出す、ことを特徴とする電流取出方法。
【請求項２】
加圧状態の圧力容器（２）内に収容された燃料電池本体（４）から圧力容器外へ電流を取り出すための電流取出用端子（１０）であって、
燃料電池本体のアース極側の電極から延びる内部ケーブル（８ａ）を連結するための内側コネクタ（１６ａ）と、外部装置に接続された外部ケーブル（８ｂ）を連結するための外側コネクタ（１６ｂ）と、を備え、
前記内側コネクタおよび外側コネクタは圧力容器を形成する胴金属板（２ａ）の表裏に対向して接合され、かつ、内側コネクタおよび外側コネクタはコネクタ間に通電した際に胴金属板を伝導する電流の電流密度を低減させるように胴金属板と接合する面が大きく形成されている、ことを特徴とする電流取出用端子。
【請求項３】
前記内側コネクタ（１６ａ）および外側コネクタ（１６ｂ）は、胴金属板（２ａ）の表裏面に対向して溶接された金属製の内側プレート（１２ａ）および外側プレート（１２ｂ）を台座にして胴金属板にネジ止めされる、ことを特徴とする請求項２に記載の電流取出用端子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は電流取出方法および電流取出用端子にかかり、より詳細には加圧状態で運転される燃料電池本体を収納した圧力容器内から圧力容器外へ電流を取り出すための電流取出方法および電流取出用端子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に溶融炭酸塩型燃料電池やリン酸型燃料電池等の燃料電池は、高圧下での運転により、反応するガスの濃度が上昇し、また、電極に運ばれるガスの拡散量が増加するため、発電性能が向上することが知られている。このような加圧型の燃料電池では、昇圧設備を設け圧力容器内に収容した燃料電池本体を高圧で運転するため圧力容器内の気密が保たれており、燃料電池本体で発電された電流は、圧力容器に貫通して設けられた貫通ブッシングを通して外部へと取り出される。
【０００３】
現在運転されている発電プラントの圧力容器内の圧力は８〜１０ａｔａであり、電流端子の対地電圧は１０００Ｖ以上におよんでいる。また容器を加圧するガスの温度は、排熱の有効利用による効率向上の観点から、１８０℃以上になる。そのため、圧力容器を貫通する貫通ブッシングには、気密性、電気絶縁性および耐熱性について極めて高い信頼性が要求されている。
【０００４】
図４に一般的な貫通ブッシング３０の構造を側面図により表した。この図中、３３は圧力容器に形成された管台、３２は管台先端に形成されるフランジであり、このフランジ３２にはボルト状の導体３１が貫通している。導体３１は圧力容器内部の燃料電池本体で発生した電流を外部に取り出すもので、材料としては一般に安価で熱伝導率の高い銅などが使用されている。導体３１とフランジ３２との間の絶縁は、フランジ３２の外側および内側に配置された絶縁スリーブ３６、３７をカラー３８を介してナット３９で締結することにより行われている。また、圧力容器内の高圧ガスのシールは、導体３１と絶縁スリーブ３７の接触面、フランジ３２と絶縁スリーブ３７の接触面、およびフランジ３２と絶縁スリーブ３６の接触面の３箇所にＯリング３４を設けることにより行われている。
【０００５】
【特許文献】
特開平６−２５１７９５号公報（第１図、第２図）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
このように貫通ブッシングは気密性、電気絶縁性および耐熱性を担保するために複雑な構造を有している。従来の燃料電池装置では、燃料電池本体の正負いずれの極から延びるケーブルも各々別個に設けた貫通ブッシングに接続されおり、燃料電池本体で発生した電流を貫通ブッシングを介して圧力容器外部に取り出していた。
【０００７】
しかしながらかかる複雑な構造の貫通ブッシングの取り付けは、燃料電池装置の製造コストを増大させ、今後益々需要増大が期待される燃料電池装置の普及を妨げる要因ともなっていた。
【０００８】
本発明は上記問題を解決するために創案されたものである。すなわち本発明は、圧力容器内に収容された燃料電池本体で発生した電流を取り出すために必要とされる貫通ブッシングの数を半減させることで燃料電池装置の製造コストを低減させると同時に、圧力容器の気密性の保持を担保することができる電流取出方法および電流取出用端子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため本発明は、加圧状態の圧力容器（２）内に収容された燃料電池本体（４）から圧力容器外へ電流を取り出すための電流取出方法であって、接地された該圧力容器を燃料電池本体の正極または負極のいずれか一方にアースし、燃料電池本体の非アース極側の電極から延びる貫通ケーブル（６）を圧力容器と絶縁し、かつ、圧力容器の気密を保持して圧力容器を形成する胴金属板（２ａ）を貫通させる一方、燃料電池本体のアース極側の電極に接続した内部ケーブル（８ａ）の先端部および圧力容器の外部の外部装置に接続した外部ケーブル（８ｂ）の先端部の断面を増大させ、ケーブル先端部をその断面を対向させて胴金属板の表裏に密着接合し、該先端部における電流密度を低減させた状態で圧力容器内から圧力容器外へ電流を取り出す、ことを特徴とする電流取出方法を提供する。
【００１０】
本発明はアースされる圧力容器と同電位の電極との間には絶縁が必要ないことに着目したものである。すなわち本発明は、正負いずれかの極とアースした圧力容器から電流を取り出すため、燃料電池本体の非アース極側の電極からは従来の貫通ケーブルを用いて（正確には圧力容器の胴金属板に設けた貫通ブッシングにより）燃料電池の非アース極を外部と連通する一方、燃料電池本体のアース極側の電極から延びる内部ケーブルと圧力容器の外部に設けられた外部ケーブルとを圧力容器の胴金属板を挟み込んで対向した状態で両者を近接して接合することにより圧力容器を貫通することなくアース極側の電流を外部に取り出している。
【００１１】
特に本発明では内部ケーブルおよび外部ケーブルの先端部の断面を増大させてケーブル先端部の電流密度を低減させ、かつ、内部ケーブルと外部ケーブルとを圧力容器の胴金属板を挟んだ状態で対向して胴金属板に接合することにより、アース極側の電流が胴金属板を通過する際の電気抵抗を最小限に抑え、迷走電流の発生も回避している。
本発明の電流取出方法では、アース極側の電流を取り出すために圧力容器を貫通する構造を要しないので圧力容器の気密性確保の問題はそもそも発生せず、またアース極側の電流であるため絶縁性を担保する必要性もない。これにより従来正負両極の電流を取り出すために設けられていた高価な貫通ブッシングの数を半減することができ、燃料電池装置の製造コストを低減することができる。
【００１２】
上記の電流取出方法を実現するため、本発明の電流取出用端子の具体的な構成は、加圧状態の圧力容器（２）内に収容された燃料電池本体（４）から圧力容器外へ電流を取り出すための電流取出用端子（１０）であって、燃料電池本体のアース極側の電極から延びる内部ケーブル（８ａ）を連結するための内側コネクタ（１６ａ）と、外部装置に接続された外部ケーブル（８ｂ）を連結するための外側コネクタ（１６ｂ）と、を備え、前記内側コネクタおよび外側コネクタは圧力容器を形成する胴金属板（２ａ）の表裏に対向して接合され、かつ、内側コネクタおよび外側コネクタはコネクタ間に通電した際に胴金属板を伝導する電流の電流密度を低減させるように胴金属板と接合する面が大きく形成されている、ことを特徴とする。
【００１３】
この電流取出用端子は圧力容器の胴金属板に貫通穴を設けることなくアース極側の電流を取り出すために圧力容器に取り付けられるものである。燃料電池本体のアース極側の電極から延びる内部ケーブルは圧力容器内周面に取り付けられた内側コネクタと連結され、外部装置に接続された外部ケーブルは圧力容器外周面に取り付けられた外側コネクタと連結される。ここで内側コネクタおよび外側コネクタが胴金属板に接合する面はその面積を増大して形成されており、電流が圧力容器の胴金属板を伝導する際の電流密度を低減させている。すなわち本発明の電流取出用端子では、アース極側の電極から電流を取り出す場合に、胴金属板に貫通穴を形成しないため圧力容器の気密性が確保されると同時に、電流が胴金属板を伝導する際の電流密度を疎にすることによって電気抵抗を低減し、また迷走電流の発生も回避されている。なお、内側コネクタおよび外側コネクタはケーブルと同じ材料またはケーブルよりも電気伝導率の大きな材料により製作されるのが好ましい。
【００１４】
また本発明の好ましい実施例によれば、前記内側コネクタ（１６ａ）および外側コネクタ（１６ｂ）は、胴金属板（２ａ）の表裏面に対向して溶接された金属製の内側プレート（１２ａ）および外側プレート（１２ｂ）を台座にして胴金属板にネジ止めされる。
【００１５】
胴金属板を介して内部ケーブルと外部ケーブルを電気的に接続する場合、胴金属板の電気抵抗を低減させるためには内部ケーブルと外部ケーブルとが胴金属板を挟んだ状態で可能な限り近接して接合されることが好ましいが、実際の燃料電池装置のケーブルはその組付けや交換等を考慮して直接胴金属板に接合されるのではなく、ケーブルの一端を胴金属板に取り付けたコネクタに接続される。ここでコネクタの圧力容器への取り付けはネジを用いて行われるが、圧力容器の強度確保および気密性確保の観点から胴金属板に直接ネジがねじ込まれることはなく、胴金属板に溶接により取り付けられたプレートを台座としてコネクタが密着した状態でネジ止めされる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の電流取出方法を実施するための電流取出用端子の実施例を図面に基づき具体的に説明する。
【００１７】
図１は圧力容器の正面透過図および側面透過図である。この圧力容器２は力学的強度を向上させるために両端を閉じた中空円筒形状に形成され、その中心軸を水平にして横向きに地面に固定されている。圧力容器２は炭素鋼を用いて製作され、その内部には燃料電池本体４や改質器５等が収容されており、また、圧力容器は燃料電池の負極とアースされている。この圧力容器内は図示しない昇圧設備で加圧されることによって燃料電池本体４の発電性能を向上させるようになっている。
【００１８】
燃料電池本体４の正極側の電極には貫通ケーブル６が取り付けられ、この貫通ケーブルの先端部は圧力容器２の胴体を形成する胴金属板２ａに設けられた従来から用いられている貫通ブッシング３０の導体３１に接続され、圧力容器の外側に突出した導体には、インバータ、変圧器、その他の電力調整器に接続された貫通ケーブル６が接続されている。このように燃料電池本体の正極側の電流は貫通ブッシング３０によって圧力容器の気密性を担保した上で、かつ、圧力容器と絶縁を保った状態で圧力容器外へ取り出されている。なお貫通ケーブルおよび導体３１の材料には銅が使用されている。
【００１９】
一方、燃料電池本体の負極側の電流は図２および図３に示したように圧力容器底部に設けられた本実施例の電流取出用端子によって圧力容器の外部に取り出されている。
この電流取出用端子１０は、胴金属板２ａの表裏面に対向して溶接された圧力容器と同じ材料（炭素鋼）で製作された同一形状の内側プレート１２ａおよび外側プレート１２ｂを台座として、これにネジ止めされる内側コネクタ１６ａおよび外側コネクタ１６ｂにより構成される。
【００２０】
内側コネクタ１６ａはＬ字型に折り曲げられた銅製の板材であり、その一辺側の面が内側プレート１２ａの上面を覆って密着状態でネジ止めされ、これと直角をなす圧力容器径方向内側に延びる他辺側の面には燃料電池本体の負極側の電極から延びる内部ケーブル８ａを連結し固定するためのネジ孔が形成されている。
【００２１】
外側コネクタ１６ｂも内側コネクタと同様のＬ字型の銅製の板材であり、その一辺側の面が外側プレート１２ｂの上面を覆って密着状態でネジ止めされ、これと直角をなす圧力容器径方向外側に延びる他辺側の面にはインバータ等の外部装置から延びる外部ケーブル８ｂを連結し固定するためのネジ孔が形成されている。
【００２２】
すなわち、内側コネクタ１６ａの一辺側の面と外側コネクタ１６ｂの一辺側の面とは、内側プレート１２ａ、胴金属板２ａおよび外側プレート１２ｂを挟んだ状態で対向している。
【００２３】
燃料電池本体の負極側の電流は内部ケーブル８ａを通じて内側コネクタ１６ａへ通じ、内側コネクタから内側プレート１２ａ、胴金属板２ａおよび外側プレート１２ｂを経て外側コネクタ１６ｂに伝導し、外側コネクタに接続された外側ケーブル８ｂを通じて外部へ取り出される。
【００２４】
ここで内側プレート１２ａ、外側プレート１２ｂおよび胴金属板２ａの材質である炭素鋼の電気抵抗率は常温で銅の１０．７倍、６００Ｋで１２．２倍であるため、内側プレート１２ａが内側コネクタ１６ａの一辺側の面と密着固定される面の面積および外側プレート１２ｂが外側コネクタ１６ｂの一辺側の面と密着固定される面の面積を、ケーブル８ａ，８ｂの断面積の１２倍程度として電流が内側プレート１２ａ、胴金属板２ａおよび外側プレート１２ｂを伝導する際の電流密度を低下させ、電流がこれらを伝導する際の電気抵抗の低減が図られている。
【００２５】
このように内部ケーブル８ａと外部ケーブル８ｂの先端部の断面積をコネクタにより増大させ、その電流密度を低下させた上で圧力容器２の胴金属板２ａ等を挟み込んで両者を対向して接合することにより圧力容器を貫通することなくアース極側の電流を外部に取り出すとともに、迷走電流の発生も回避している。
【００２６】
本発明の電流取出用端子１０では、負極側の電流を取り出すための圧力容器を貫通する部分がないため、▲１▼ガスシールが不要となり構造が簡素化できる、▲２▼管台等がなく部品点数が少ない安価な端子によって高価な貫通ブッシングを代替し、貫通ブッシングの数を半減して燃料電池装置の製造コストを低減することができる、▲３▼電流を取り出す端子の設置スペースを小さくすることができ設置場所の制約が減少する、▲４▼容器の気密に影響する部分がないためガスリーク等に起因する問題や品質の低下を防ぐことができる、等の優れた効果を有する。
【００２７】
なお、本発明は上述した実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々変更できることは勿論である。例えば燃料電池本体の正極側をアースした場合には負極側の電流を貫通ブッシングにより取り出し、正極側の電流を本発明の電流取出用端子を用いて取り出すこともできる。
【００２８】
【発明の効果】
以上述べたように本発明によれば、貫通ブッシングの数を半減して燃料電池装置の製造コストを低減し、圧力容器を貫通する部分をなくすことによりその気密性を担保しつつ燃料電池本体のアース極側の電流を取り出すことができる電流取出方法および電流取出用端子が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図１】圧力容器の正面透過図および側面透過図である。
【図２】本実施例の電流取出用端子の構造を示した正面図である。
【図３】図２のＹ−Ｙ断面図である。
【図４】一般的な貫通ブッシングの構造を示した側面図である。
【符号の説明】
２　圧力容器
２ａ　胴金属板
４　燃料電池本体
５　改質器
６　貫通ケーブル
８ａ　内部ケーブル
８ｂ　外部ケーブル
１０　電流取出用端子
１２ａ　内側プレート
１２ｂ　外側プレート
１６ａ　内側コネクタ
１６ｂ　外側コネクタ
３１　導体
３２　フランジ
３３　管台
３４　Ｏリング
３６、３７　絶縁スリーブ
３８　カラー
３９　ナット
【図１】
2004134247.tif 000003
【図２】
2004134247.tif 000004
【図３】
2004134247.tif 000005
【図４】
2004134247.tif 000006