(57)【要約】【課題】壁部と高温配管との熱膨張差を吸収しつつ、十分なシールが可能なガスシール構造を提供する。【解決手段】壁部１とこれを貫通する高温配管２との間をシールするガスシール構造において、壁部１に開けられた貫通穴１ａの内壁と、貫通穴１ａを貫通する高温配管２の外壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、高温配管２の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材３の間に、粉体４を挟み込んで成る構成とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記壁部に開けられた貫通穴の内壁と、該貫通穴を貫通する前記配管の外壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、
前記シール部材は、前記配管の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に、粉体を挟み込んで成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項２】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記壁部に開けられた貫通穴の内壁と、該貫通穴を貫通する前記配管の外壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、
前記シール部材は、耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項３】
前記貫通穴は、前記配管の長手方向の一方に向かって縮径するテーパ状を成すことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のガスシール構造。
【請求項４】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記配管に固定された押さえ板と前記壁部との間に、シール部材を挟み込むガスシール構造であって、
前記シール部材は、前記配管を取り囲むようにして内側から外側にかけて少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に粉体を充填して成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項５】
前記押さえ板に、前記耐熱部材の間へと連通する粉体の供給口及び排気口を設けたことを特徴とする請求項４に記載のガスシール構造。
【請求項６】
前記耐熱部材の間は、その幅が前記配管の長手方向の一方に向かって縮小するテーパ状を成すことを特徴とする請求項４又は請求項５に記載のガスシール構造。
【請求項７】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記配管に固定された押さえ板と前記壁部との間に、シール部材を挟み込むガスシール構造であって、
前記シール部材は、前記配管を取り囲むようにして設けた耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項８】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記壁部は有底筒状の継手部を成し、該継手部の底部に一つの前記配管が貫通固定され、別の前記配管が前記底部と反対側の開口部より挿入されて、前記別の配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、
前記シール部材は、前記別の配管の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に、粉体を挟み込んで成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項９】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記壁部は有底筒状の継手部を成し、該継手部の底部に一つの前記配管が貫通固定され、別の前記配管が前記底部と反対側の開口部より挿入されて、前記別の配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、
前記シール部材は、耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項１０】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記壁部は筒状の継手部を成し、該継手部の一端の開口部より一つの前記配管が挿入され、別の前記配管が前記継手部の他端の開口部より挿入されて、それぞれの前記配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、
前記シール部材は、前記配管の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に、粉体を挟み込んで成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項１１】
壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、
前記壁部は筒状の継手部を成し、該継手部の一端の開口部より一つの前記配管が挿入され、別の前記配管が前記継手部の他端の開口部より挿入されて、それぞれの前記配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、
前記シール部材は、耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とするガスシール構造。
【請求項１２】
前記耐熱部材は、繊維状のセラミック部材を綿状に構成したものであることを特徴とする請求項１〜請求項１１のいずれかに記載のガスシール構造。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池等におけるガスシール構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、燃料電池等にガスを供給するための配管部においては、例えば壁部に高温配管が貫通する部分が存在している。そして、この部分については、壁部と高温配管との熱膨張差により隙間が発生することがある。このため、この隙間による壁部内側と外側との間のリークが問題となる。
【０００３】
特に、壁部がセラミック部材より成り、高温配管がＳＵＳ等の金属部材より成る場合は、高温配管の伸縮が大きく、隙間が大きくなってリークが助長されることとなりやすい。そこで、このような隙間には、従来より、セラミックウール等の繊維状の耐熱部材を充填することにより、隙間を小さくするとともに、壁部と高温配管との熱膨張差を吸収する方法が採られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述したような、繊維状の耐熱部材を隙間に充填する方法は、繊維状の耐熱部材に弾力性があることで熱膨張差を吸収しやすい反面、その部材内部には依然として隙間が存在しており、シールが不十分であって、その部材内部の隙間をガスが通ることによるリークが問題となる。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点に鑑み、壁部と高温配管との熱膨張差を吸収しつつ、十分なシールが可能なガスシール構造を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記壁部に開けられた貫通穴の内壁と、該貫通穴を貫通する前記配管の外壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、前記配管の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に、粉体を挟み込んで成ることを特徴とする。
【０００７】
或いは、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記壁部に開けられた貫通穴の内壁と、該貫通穴を貫通する前記配管の外壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とする。
【０００８】
また、前記貫通穴は、前記配管の長手方向の一方に向かって縮径するテーパ状を成すことを特徴とする。
【０００９】
他の構成として、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記配管に固定された押さえ板と前記壁部との間に、シール部材を挟み込むガスシール構造であって、前記シール部材は、前記配管を取り囲むようにして内側から外側にかけて少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に粉体を充填して成ることを特徴とする。
【００１０】
そして、前記押さえ板に、前記耐熱部材の間へと連通する粉体の供給口及び排気口を設けたことを特徴とする。また、前記耐熱部材の間は、その幅が前記配管の長手方向の一方に向かって縮小するテーパ状を成すことを特徴とする。
【００１１】
或いは、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記配管に固定された押さえ板と前記壁部との間に、シール部材を挟み込むガスシール構造であって、前記シール部材は、前記配管を取り囲むようにして設けた耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とする。
【００１２】
別の構成として、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記壁部は有底筒状の継手部を成し、該継手部の底部に一つの前記配管が貫通固定され、別の前記配管が前記底部と反対側の開口部より挿入されて、前記別の配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、前記別の配管の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に、粉体を挟み込んで成ることを特徴とする。
【００１３】
或いは、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記壁部は有底筒状の継手部を成し、該継手部の底部に一つの前記配管が貫通固定され、別の前記配管が前記底部と反対側の開口部より挿入されて、前記別の配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とする。
【００１４】
また、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記壁部は筒状の継手部を成し、該継手部の一端の開口部より一つの前記配管が挿入され、別の前記配管が前記継手部の他端の開口部より挿入されて、それぞれの前記配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、前記配管の長手方向に少なくとも二重に設けた耐熱部材の間に、粉体を挟み込んで成ることを特徴とするガスシール構造。
【００１５】
或いは、壁部とこれを貫通する配管との間をシールするガスシール構造において、前記壁部は筒状の継手部を成し、該継手部の一端の開口部より一つの前記配管が挿入され、別の前記配管が前記継手部の他端の開口部より挿入されて、それぞれの前記配管外壁と前記継手部内壁との間に、シール部材を充填するガスシール構造であって、前記シール部材は、耐熱部材中に粉体を混入して成ることを特徴とする。
【００１６】
また、前記耐熱部材は、繊維状のセラミック部材を綿状に構成したものであることを特徴とする。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。本発明では、上述したセラミックウール等の繊維状の耐熱部材を、耐熱性の粉体で目詰まりさせて、抵抗を増加させることによりリークを止め、漏れ量を許容値以下にする方法を用いている。この場合、壁部内側と外側の差圧は２０００〜５０００Ｐａ程度と比較的小さいものであり、また微細な流量のリークを許容するものとする。
【００１８】
具体的な効果としては、例えば、従来のセラミックウール等のみでシールしていた場合は、漏れ量が５ｌ／ｍｉｎ．であったものが、本発明のようにセラミックウール等を粉体で目詰まりさせるシール構造により、０．０２ｌ／ｍｉｎ．まで低減することが可能となっている。
【００１９】
また本発明では、セラミックウールとして繊維状のアルミナ或いはシリカを綿状に構成したものを用いている。一方、粉体としてはアルミナ等の耐熱性の粉を用い、直径が１０μｍ前後の比較的大きな粒子に、直径が１〜２μｍ程度の小さな粒子を、重量で８：２程度の割合で混合したものを用いている。これにより、大きな粒子の間に小さな粒子が入り込んだ構成としている。
【００２０】
この場合、粉体を小さな粒子のみで構成すると、粒子同士が凝縮してしまって塊となり、粒子が見掛け上大きくなる。そこで、意図的に大きな粒子を入れることによって、このような凝縮を防止し、粉体の流動性を増すようにしている。その他、上述したアルミナ，シリカ等のセラミック材料は、耐熱性のみならず電気絶縁性も有しており、これらを使用することにより燃料電池内の短絡を防止する働きも持たせている。
【００２１】
図１は、本発明のガスシール構造の、第１の実施形態を模式的に示す断面図である。同図（ａ）は標準的な構成を示し、同図（ｂ）は受け部及び重石を設けた構成を示している。同図に示すように、例えばセラミック部材或いは金属部材より成る壁部１が水平に配置され、これに貫通穴１ａが開けられている。そして、この貫通穴１ａを高温配管２が上下に貫通している。
【００２２】
貫通穴１ａ内壁と高温配管２外壁との間には、例えば上記セラミックウールより成り円板状をした耐熱部材３が、その中央の貫通穴３ａに高温配管２が貫通した状態で２枚填め込まれ、これらの間に上述した粒子構成の粉体４が上下より挟み込まれつつ充填されている。このような構成により、耐熱部材３をガスが通り抜けても粉体４で受けとめられ、リークが防止される。さらには、耐熱部材３が粉体４により目詰まりし、耐熱部材３をガスが通り抜けられないようになって、リークが防止される。また、耐熱部材３中の粉体４が飛散しても、暫くすると予め設けられていた粉体４から供給されるといった自己修復性を有している。
【００２３】
また、特に同図（ｂ）に示すように、耐熱部材３及び粉体４を受ける例えばリング状の受け部１ｂを、貫通穴１ａの内側へと突設するようにして壁部１の下面に設け、更に例えばセラミック部材よりなるリング状の重石５を、高温配管２が貫通した状態で耐熱部材３及び粉体４の上に載置するようにしても良い。これにより、耐熱部材３及び粉体４が貫通穴１ａに確実に保持され、また重石５により押し固められることでシール性が向上する。
【００２４】
図２は、本発明のガスシール構造の、第２の実施形態を模式的に示す断面図である。同図（ａ）は標準的な構成を示し、同図（ｂ）は受け部及び重石を設けた構成を示している。本実施形態では、上記貫通穴１ａを下方に向かって縮径するテーパ穴とし、これに円板状をした耐熱部材３が、その中央の貫通穴３ａに高温配管２が貫通した状態で２枚填め込まれ、これらの間に上述した構成の粉体４が挟み込まれつつ充填された構成としている。このようなテーパ穴により、縮径部分で耐熱部材３や粉体４の充填密度が増し、また確実に保持されてシール性が向上する。
【００２５】
さらに、同図（ｂ）に示すように、耐熱部材３及び粉体４を受ける例えばリング状の受け部１ｂを、貫通穴１ａの内側へと突設するようにして壁部１の下面に設け、更に例えばセラミック部材よりなるリング状の重石５を、高温配管２が貫通した状態で耐熱部材３及び粉体４の上に載置するようにしても良い。これにより、耐熱部材３及び粉体４が貫通穴１ａに更に確実に保持され、また重石により押し固められることでシール性が更に向上する。
【００２６】
図３は、本発明のガスシール構造の、第３の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、貫通穴１ａを高温配管２が上下に貫通していることは、上記２つの実施形態と同様であるが、貫通穴１ａ内壁と高温配管２外壁との間には何も充填されない。その代わり、壁部１の上面に、高温配管２更には貫通穴１ａを取り囲むようにして、リング状の耐熱部材３を内側と外側の二重に設け、これらの間に粉体４を充填している。
【００２７】
そして、大径の円板状の押さえ板６を、その中央の貫通穴６ａに高温配管２が貫通した状態で、耐熱部材３及び粉体４の上に載置して、壁部１との間で挟み込む構成としている。貫通穴６ａ上部周縁部と高温配管２外壁との間には接合部７が設けられており、これにより高温配管２に押さえ板６を固定するとともに、貫通穴６ａにおけるリークを防止している。なお、高温配管２及び押さえ板６を共に金属部材とした場合は、接合部７は溶接部となり、高温配管２及び押さえ板６を共にセラミック部材とした場合は、接合部７は接着部となる。
【００２８】
このような構成により、耐熱部材３をガスが通り抜けても粉体４で受けとめられ、壁部１と押さえ板６との間のリークが防止される。さらには、耐熱部材３が粉体４により目詰まりし、耐熱部材３をガスが通り抜けられないようになって、壁部１と押さえ板６との間のリークが防止される。そして結果的に、貫通穴１ａにおけるリークが防止されたことと同等になる。なお、耐熱部材３は打ち抜きにより作製しても良いし、帯状のものを用いてその両端を接合し、リング状にすることにより作製しても良い。このことは、他の実施形態における耐熱部材についても同様である。
【００２９】
本実施形態では、貫通穴１ａの径を余裕のある大きさとして、高温配管２との隙間を設けることができるので、壁部１と高温配管２との配置関係についての自由度が増す。なお、押さえ板６外周縁部下部と壁部１上面との間に、ＳＵＳ等の金属製或いはセラミック製のリング状をしたストッパー８を設けている。これにより、押さえ板６と壁部１との距離がこのストッパー８の高さより小さくならないように規制し、耐熱部材３と粉体４が押さえ板６に押し潰されてしまわないようにしている。以下、押さえ板６を用いる実施形態では、このようなストッパー８用いることができる。その他、組立時に押さえ板を重石と兼用する構成や、押さえ板と重石とを併用する構成としても良い。
【００３０】
図４は、本発明のガスシール構造の、第４の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、上記第３の実施形態の構成に加えて、二重に設けた耐熱部材３間（粉体４が充填される所）へと連通する供給口６ｂを押さえ板６に設けている。また、高温配管２を挟んで供給口６ｂと反対側の位置に、二重に設けた耐熱部材３間へと同じく連通する排気口６ｃを押さえ板６に設けている。
【００３１】
これにより、耐熱部材３間における粉体４の凝縮や飛散等によりその嵩が減少した場合でも、供給口６ｂから粉体４を供給しつつ排気口６ｃから余分な空気を排出することができるので、粉体４が常に充填された状態を保つことができる。また図示しないが、供給口６ｂに粉体４を供給するホッパを接続しておけば、耐熱部材３間における粉体４の減少に伴いホッパから自動的に粉体４が供給されるので尚良い。
【００３２】
図５は、本発明のガスシール構造の、第５の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、上記第１の実施形態で示したような、耐熱部材３により粉体４を挟み込む構成の代わりに、耐熱部材３内に粉体４を混入した（まぶした）シール材９を用いた構成としている。これにより、粉体４を別途充填する工程が不用となるので、組立性が向上する。また、ここでは図示しないが、上述したように、受け部１ｂを設けたり、貫通穴１ａをテーパ穴としたりすることにより、上記と同様の効果が得られるので尚良い。なお、同図ではシール材９を３層に積層した構造が描いてあるが、このような層数に限定されるものではない。
【００３３】
図６は、本発明のガスシール構造の、第６の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、上記第３の実施形態で示した構成に加えて、リング状の耐熱部材３を内側から外側にかけて多重に設け、これらの間に粉体４を充填した構成としている。このように、耐熱部材３及び粉体４を多層化することで、ガスの通過に対する抵抗が増え、シール性が向上する。このことは、耐熱部材３及び粉体４を用いる他の実施形態においても同様である。
【００３４】
図７は、本発明のガスシール構造の、第７の実施形態を模式的に示す断面図である。本実施形態では、上記第３の実施形態で示した構成に加えて、内側と外側に配置したリング状の耐熱部材３間の、粉体４を充填する部分を、その幅が下方に向かって縮小するテーパ状としている。これにより、その縮小部分で粉体４の充填密度が増し、シール性が向上する。
【００３５】
図８は、本発明のガスシール構造の、第８の実施形態を模式的に示す断面図である。同図（ａ）では、有底リング状のケーシング１０を壁部１の上面に設け、これと貫通穴１ａとに高温配管２を上下に貫通させた構成としている。そして、ケーシング１０と高温配管２との間にシール材９を充填している。また同図（ｂ）では、有底筒状のケーシング１１を逆さにして壁部１の上面に設け、これと貫通穴１ａとに高温配管２を上下に貫通させた構成としている。
【００３６】
そして、ケーシング１１と高温配管２との間にシール材９を充填している。これらのように、シール部をブロック化する構成により、部品点数が少なくなり、また組立性が向上する。なお、シール材９の代わりに、上記第１の実施形態等で示したような、耐熱部材３と粉体４を配管の長手方向に積層したものを使用しても構わない。さらには、耐熱部材３及び粉体４並びにシール材９を併用した構成としても良い。このことは、他の実施形態においても同様である。
【００３７】
図９は、本発明のガスシール構造の、第９の実施形態を模式的に示す断面図である。ここでは配管同士をフレキシブルに繋ぐ継手構造を示している。同図（ａ）は、有底筒状の継手１２の底部１２ａに高温配管２が貫通固定され、別の高温配管２が反対側の開口部より挿入されて、その高温配管２外壁と継手１２内壁との間に、シール材９が充填された構成である。これにより、同図の寸法Ａ及びＢで示した配管の移動量、ひいてはこれらの配管に連結する機器の移動量が吸収される。
【００３８】
また同図（ｂ）は、筒状の継手１３の一端の開口部より高温配管２が挿入され、別の高温配管２が他端の開口部より挿入されて、それらの高温配管２外壁と継手１２内壁との間に、それぞれシール材９が充填された構成である。このように、シール材を２箇所に設けることで、自在継手として配管の傾きも吸収することができる。なお、シール材９の代わりに、耐熱部材３と粉体４を配管の長手方向に積層したものを使用しても構わない。
【００３９】
図１０は、本発明のガスシール構造を応用した継手構造を模式的に示す図である。同図（ａ）は正面断面図、同図（ｂ）は平面図である。ここでは並設された２本の配管１４の先端に、それぞれ外形が略円柱形状のチャンバー１５が連通している。そして、そのチャンバー１５それぞれに、アーム様の通路１６それぞれの一端が本発明のガスシール構造Ｓで連結されている。最後に、通路１６の他端同士がガスシール構造Ｓで連結されている。
【００４０】
このような構成において、通路１６はガスシール構造Ｓの中心を軸Ｘとして回転自在であり、平面より見た通路１６同士の成す角度が自由に設定可能であるので、配管１４同士間の距離の変化を吸収することができる。しかも、ガスシール構造Ｓのシール部は回転のみに対応すればよいので、リークが発生しにくい。
【００４１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、壁部と高温配管との熱膨張差を吸収しつつ、十分なシールが可能なガスシール構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のガスシール構造の第１の実施形態を模式的に示す断面図。
【図２】本発明のガスシール構造の第２の実施形態を模式的に示す断面図。
【図３】本発明のガスシール構造の第３の実施形態を模式的に示す断面図。
【図４】本発明のガスシール構造の第４の実施形態を模式的に示す断面図。
【図５】本発明のガスシール構造の第５の実施形態を模式的に示す断面図。
【図６】本発明のガスシール構造の第６の実施形態を模式的に示す断面図。
【図７】本発明のガスシール構造の第７の実施形態を模式的に示す断面図。
【図８】本発明のガスシール構造の第８の実施形態を模式的に示す断面図。
【図９】本発明のガスシール構造の第９の実施形態を模式的に示す断面図。
【図１０】本発明のガスシール構造を応用した継手構造を模式的に示す図。
【符号の説明】
１    壁部
２    高温配管
３    耐熱部材
４    粉体
５    重石
６    押さえ板
７    接合部
８    ストッパー
９    シール材
１０，１１    ケーシング
１２，１３    継手
【図１】
2004347020.tif 000003
【図２】
2004347020.tif 000004
【図３】
2004347020.tif 000005
【図４】
2004347020.tif 000006
【図５】
2004347020.tif 000007
【図６】
2004347020.tif 000008
【図７】
2004347020.tif 000009
【図８】
2004347020.tif 000010
【図９】
2004347020.tif 000011
【図１０】
2004347020.tif 000012