(57)【要約】【課題】密閉部材間で実質的に漏れを生じないよう密閉され、かつ、機械的に強度の高い改良された密閉装置を提供すること。【解決手段】燃料電池セルスタックを構成するよう形成された複数の燃料電池セルと、燃料電池セルスタックの長手方向に配置されつつ燃料電池セルで変換された気体流を流入及び流出させる気体分配器とを備えて成り、熱の作用による相対変位を補正するよう燃料電池セルスタックと気体分配器の間で可動に所定数だけ配置されつつ誘電性材料で形成された長手方向密閉部材３２，３３，３４を備える密閉枠３１を含んで構成された燃料電池セル装置用密閉装置において、長手方向密閉部材３２，３３，３４をそれぞれの端面間に隙間がないよう密に配置するとともに、密閉枠３１の両端間で長手方向密閉部材３２，３３，３４に対して機械的な圧縮力を作用させる加圧装置４０を有する加圧システムを設けた。
2010521049.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池セルスタック（１０）を構成するよう、かつ、該燃料電池セルスタック（１０）の長手方向に対して垂直に当該燃料電池セル内で変換される気体流が貫通して流れるように形成された複数の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルスタック（１０）の長手方向に配置されつつ前記燃料電池セルで変換された気体流を流入及び流出させる気体分配器（２０）と
を備えて成り、特に熱の作用による相対変位を補正するよう前記燃料電池セルスタック（１０）と前記気体分配器（２０）の間で可動に所定数だけ配置されつつ誘電性材料で形成された長手方向密閉部材（３２，３３，３４）を備える密閉枠（３１）を含んで構成された燃料電池セル装置用密閉装置において、
前記長手方向密閉部材（３２，３３，３４）をそれぞれの端面間に隙間がないよう密に配置するとともに、前記密閉枠（３１）の両端間で前記長手方向密閉部材（３２，３３，３４）に対して機械的な圧縮力を作用させる加圧装置（４０）を有する加圧システムを設けたことを特徴とする密閉装置。
【請求項２】
前記加圧システムを前記密閉枠（３１）の両端に設けた加圧装置（４０）を含んで構成するとともに、該加圧装置を、前記密閉枠（３１）の両端間で前記長手方向密閉部材（３２，３３，３４）に対して機械的な圧縮力を作用させるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の密閉装置。
【請求項３】
前記長手方向密閉部材のいずれか（３４）を前記密閉枠（３１）の中央部において不動に配置するとともに、この不動に配置された長手方向密閉部材を長手方向に変位する他の長手方向密閉部材（３２，３３）を介して両側から圧縮するよう構成したことを特徴とする請求項２記載の密閉装置。
【請求項４】
変位可能な前記長手方向密閉部材（３２，３３）をガイド部材（３６，３７）により側方で案内するよう構成したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の密閉装置。
【請求項５】
前記ガイド部材を側方のストッパ（３６，３７）で構成したことを特徴とする請求項４記載の密閉装置。
【請求項６】
前記不動の長手方向密閉部材（３４）を前記ストッパ（３７）で固定したことを特徴とする請求項３又は５記載の密閉装置。
【請求項７】
前記加圧システムを、圧のかけられた流体により加圧されて前記長手方向密閉部材（３２，３３，３４）を圧縮する機械的な圧力を生じさせるベロー形部材（４１）を有する前記加圧装置（４０）を含んで構成したことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の密閉装置。
【請求項８】
前記加圧装置（４０）を、前記ベロー形部材（４１）と前記長手方向密閉部材のうち前記密閉枠（３１）の両端部に設けられたもの（３３）との間に配置されつつ前記ベロー形部材（４１）によって作用する圧縮力を増大させるレバー（４２）を含む構成としたことを特徴とする請求項７記載の密閉装置。
【請求項９】
前記ベロー形部材（４１）を前記密閉枠（３１）の長手方向に対して垂直に設け、前記レバー（４２）を、ほぼ９０°に折曲させて二部分で形成するとともに前記ベロー形部材（４１）と前記密閉枠（３１）の間で回動可能に枢支したことを特徴とする請求項８記載の密閉装置。
【請求項１０】
前記長手方向密閉部材のうち前記密閉枠（３１）の両端部に位置するもの（３３）と前記加圧システムにおける前記加圧装置（４０）の間に垂直方向密閉部材（３５）を設けるとともに、前記長手方向密閉部材（３２，３３，３４）に対する機械的な圧縮力を該垂直方向密閉部材（３５）へ作用させるよう構成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の密閉装置。
【請求項１１】
異なる大きさの前記燃料電池セルスタックの延長部のための前記密閉枠（３１）を複数かつ同一の前記長手方向密閉部材（３２）で形成するとともに、該長手方向密閉部材を、所定の前記燃料電池セルの数量に一致するよう規格化したことを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の密閉装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１の前提部分に記載した燃料電池セル装置用密閉装置に関するものである。
【０００２】
本発明による密閉装置用の燃料電池セル装置は、燃料電池セルスタック（以下単に「セルスタック」という。）を構成するよう、かつ、該セルスタックの長手方向に対して垂直に当該燃料電池セル（以下単に「セル」という。）内で変換される気体流（燃焼ガス流、酸化ガス流、排ガス流）が貫通して流れるように形成された複数のセルを含んで構成されている。さらに、通常、セルスタックにおける互いに対向する２つの長手方向側面に配置されつつセルで変換された気体流を流入及び流出させる気体分配器（マニホルド）が設けられている。また、セルスタックと気体分配器の間には密閉装置が設けられており、この密閉装置は、これら両者を互いに対してシールする機能を果たすものである。
【背景技術】
【０００３】
従来、この密閉装置は、セルスタックと気体分配器の間で可動に所定数だけ配置されつつ、電気的な絶縁のために誘電性材料で形成された長手方向密閉部材を備える密閉枠を含んで構成されている。
【０００４】
上記のような燃料電池セル装置を常温から例えば６５０℃まで加熱する際又はその逆に冷却する場合には、誘電性材料で形成された複数の密閉部材の大きな相対変位が生じるため、この相対変位を相殺するよう密閉部材が長手方向に所定量だけ変位するようになっている。また、セルスタックの両端には、通常、このセルスタックと気体分配器の垂直方向縁部の間において、密閉装置の密閉枠を包囲するように覆う垂直方向密閉部材が設けられている。
【０００５】
従来においては、上記のような密閉部材間の相対変位を補正するために、密閉部材における互いに当接する端面に溝を形成し、該溝にキーを嵌合して密閉部材同士を接合するとともに、丸孔又は長孔に収容されたピンによって密閉部材を側方方向に案内するようになっている。
【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、上記のような従来の方法では、キーと溝の間に必要な隙間（はめあい公差）により継続的にわずかに漏れが生じる上、密閉部材が、側方からの力が作用する際にキーでの接合部で破損する可能性があるという問題がある。
【０００７】
図１及び図２には従来における燃料電池セル装置用の密閉装置における長手方向密閉部材の平面図（図１）、使用図（図１ａ）及び斜視図（図３）が示されており、互いに当接する長手方向密閉部材の端面に設けられた溝５４にはキー５３が嵌設されている。また、密閉部材５２は、該密閉部材５２における丸孔５５又は長孔５６内い収容されたピンによって側方方向へ案内されている。そして、上述の漏れが符号５７で示されている。
【０００８】
本発明は上記問題にかんがみてなされたもので、その目的とするところは、特に密閉部材間で実質的に漏れを生じないよう密閉され、かつ、機械的に強度の高い改良された冒頭に記載したような密閉装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、請求項１記載の特徴を有する密閉装置によって達成される。また、本発明の好ましい実施形態は、各従属請求項に記載されている。
【００１０】
本発明は、セルスタックを構成するよう、かつ、該セルスタックの長手方向に対して垂直に当該セル内で変換される気体流が貫通して流れるように形成された複数のセルと、前記セルスタックの長手方向に配置されつつ前記セルで変換された気体流を流入及び流出させる気体分配器とを備えて成り、特に熱の作用による相対変位を補正するようセルスタックと気体分配器の間で可動に所定数だけ配置されつつ誘電性材料で形成された長手方向密閉部材を備える密閉枠を含んで構成された燃料電池セル装置用密閉装置において、前記長手方向密閉部材をそれぞれの端面間に隙間がないよう密に配置するとともに、前記密閉枠の両端間で前記長手方向密閉部材に対して機械的な圧縮力を作用させる加圧装置を有する加圧システムを設けたことを特徴としている。
【００１１】
本発明の密閉装置によれば、上述のような手間のかかる溝やこれに嵌合するキーなどが不要となるとともに、継続的な漏れ及びキー接合部での破損の可能性を解消することが可能である。そして、圧力のみを要するため、長手方向密閉部材に対する負荷も改善することができる。
【００１２】
また、本発明の他の実施形態は、加圧システムを密閉枠の両端に設けた加圧装置を含んで構成するとともに、該加圧装置を、密閉枠の両端間で長手方向密閉部材に対して機械的な圧縮力を作用させるよう構成したことを特徴としている。この場合、長手方向密閉部材に作用する機械的な圧縮力が密閉枠の両端に一様かつ対称に作用することとなる。
【００１３】
また、このような実施形態において、長手方向密閉部材のいずれかを密閉枠の中央部において不動に配置するとともに、この不動に配置された長手方向密閉部材を長手方向に変位する他の長手方向密閉部材を介して両側から圧縮するよう構成することが考えられる。
【００１４】
また、本発明の他の実施形態は、変位可能な長手方向密閉部材をガイド部材により側方で案内するよう構成したことを特徴としている。この際、ガイド部材を側方のストッパで構成すること、及び不動の長手方向密閉部材をストッパで固定することが考えられる。
【００１５】
また、本発明の他の実施形態は、加圧システムを、圧のかけられた流体（気体又は液体）により加圧されて長手方向密閉部材を圧縮する機械的な圧力を生じさせるベロー形部材を有する加圧装置を含んで構成したことを特徴としている。このとき、加圧装置を、ベロー形部材と長手方向密閉部材のうち密閉枠の両端部に設けられたものとの間に配置されつつベロー形部材によって作用する圧縮力を増大させるレバーを含む構成とすることが考えられる。
【００１６】
また、ベロー形部材を密閉枠の長手方向に対して垂直に設け、レバーを、ほぼ９０°に折曲させて二部分で形成するとともにベロー形部材と密閉枠の間で回動可能に枢支することができるとともに、長手方向密閉部材のうち密閉枠の両端部に位置するものと加圧システムにおける加圧装置の間に垂直方向密閉部材を設けるとともに、長手方向密閉部材に対する機械的な圧縮力を該垂直方向密閉部材へ作用させるよう構成することも可能である。
【００１７】
さらに、本発明の他の実施形態は、異なる大きさのセルスタックの延長部のための密閉枠を複数かつ同一の長手方向密閉部材で形成するとともに、該長手方向密閉部材を、所定のセルの数量に一致するよう規格化したことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、密閉部材間で実質的に漏れを生じないよう密閉され、かつ、機械的に強度の高い改良された密閉装置を提供することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】従来における密閉装置における長手方向密閉部材を示す平面図である。
【図１ａ】従来における密閉装置における長手方向密閉部材を拡大して示す断面図である。
【図２】従来における密閉装置における長手方向密閉部材を示す斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態に係る密閉装置を備えた燃料電池セル装置の分解斜視図である。
【図４】本発明の一実施形態に係る燃料電池セル装置用密閉装置の平面図である。
【図５】図４における中央部を拡大して示す図である。
【図６】図４における密閉装置の端部領域を示す平面図である。
【図７】図４における密閉装置の端部領域を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２１】
図３には燃料電池セル装置の概要が分解斜視図で示されており、この燃料電池セル装置は、セルスタック１０を形成する複数のセルを含んで構成されている。これらセルは、セルスタック１０の長手方向に対して垂直に（図３における上方から下方へ）、当該セル内で変換される気体流が貫通して流れるように形成されている。
【００２２】
また、セルスタック１０は、端板１２の中間部において、当該セルスタック１０の両端に設けられたプレッシャプレート１１の間でサポートバー１３によって支持されている。このセルスタック１０における互いに対向する長手側（図３における上側及び下側）にはそれぞれ気体分配器（マニホルド）２０が設けられており、この気体分配器２０は、セルにおいて変換される気体流、すなわち燃焼ガス、酸化ガス及び排ガスの流入並びに流出を行うものである。
【００２３】
ところで、この気体分配器２０とセルスタック１０の間の密閉を行うために、図４において符号３０で示す密閉装置が設けられている。この密閉装置３０は、気体分配器２０に取り付けられているとともに、この気体分配器２０と共にセルスタック１０に対して着脱自在となっている。
【００２４】
また、密閉装置３０は所定数の長手方向密閉部材３２，３３，３４を包含する密閉枠３１を含んで構成されており、これら長手方向密閉部材３２，３３，３４は、気体分配器２０の長手方向縁部に沿って連続して設けられつつ該長手方向縁部をセルスタック１０の縁部に対してシールするものである。さらに、セルスタック１０の両端における気体分配器２０の垂直方向縁部には垂直方向密閉部材３５が設けられており、この垂直方向密閉部材３５は、密閉枠３１を包囲するようにシールするものである。
【００２５】
ここで、各密閉部材３２，３３，３４，３５は誘電性材料で形成されており、この誘電性材料は、セルスタック１０に配置された各セルを互いに電気的に絶縁するのに適している。
【００２６】
また、特に燃料電池セル装置の常温から約６５０℃への加熱時又はその逆の冷却時に生じる、特に熱の作用によるセルスタック１０と気体分配器２０の間の相対的な変位を補正するために、長手方向密閉部材３２，３３，３４は、少なくとも部分的に長手方向へ変位するように配置されている。
【００２７】
さらに、密閉枠３１における長手方向密閉部材３２，３３，３４はそれぞれの端面で隙間なく互いに接触している（すなわち、ある密閉部材の端面が、隣接する他の密閉部材の端面に接触している）とともに、長手方向密閉部材３２，３３，３４を密閉枠３１の両端の間で長手方向に加圧力（圧縮力）を機械的に生じさせる加圧システムが設けられている。
【００２８】
図示の実施形態において、加圧システムはセルスタック１０の長手方向に見た密閉枠３１の両端に設けられた加圧装置４０を含んで構成されており、この加圧装置４０は、長手方向密閉部材３２，３３，３４に対して、密閉枠３１あるいはセルスタック１０の両端から中心方向への機械的な圧縮力を生じさせるものである。
【００２９】
そして、図４及び拡大断面図である図５に示すように、密閉枠３１の中心部には長手方向密閉部材３４が変位しないよう、又は不動に固定して設けられており、該長手方向密閉部材３４に対して、両側から長手方向密閉部材３２，３３を介して加圧（圧縮）がなされる。
【００３０】
また、同様に図４及び図５に示すように、長手方向に変位可能に配置された長手方向密閉部材３２，３３は、その側方でガイド部材によって案内されている。ここで、このガイド部材は、本実施の形態においては、長手方向密閉部材３２，３３，３４の両側（図中の上側及び下側）に設けられたストッパ３６，３７で形成されている。なお、上述のとおり固定された長手方向密閉部材３４は、ストッパ３７により、側方で長手方向に対して不動にされている。
【００３１】
図６及び図７にはそれぞれ密閉装置３０の加圧システムにおける加圧装置４０の平面図及び斜視図が示されており、この加圧装置４０は、気体分配器２０の端部におけるハウジング４６内に収容されている。この加圧装置４０はベロー形部材４１を含んで構成されており、このベロー形部材４１は、圧縮空気、油圧油などの圧のかかった流体により加圧されて長手方向密閉部材３２，３３，３４を押圧するための機械的な圧縮力を生じさせるものである。
【００３２】
すなわち、ベロー形部材４１への加圧がなされると、該ベロー形部材４１は、図中矢印で示す方向に移動する。そして、このベロー形部材４１はレバー４２を介して密閉枠３１の延長部に接続されており、このレバー４２は、約９０°折曲した形状に形成されている。ここで、レバー４２における比較的長い第１の延長部４３はベロー形部材４１に接触しており、比較的短い第２の延長部４４は密閉枠３１における密閉部材に対して力を作用させるようになっている。
【００３３】
そして、レバー４２は、湾曲した矢印で示すように枢軸４５において回動可能に枢支されており、ベロー形部材４１により生じ密閉部材に対して作用する矢印で示した力を増大させるものである。このような力は、密閉枠３１に設けられた垂直方向密閉部材３５を介して間接的に、密閉枠３１の両端に設けられた長手方向密閉部材３３へ作用する。この垂直方向密閉部材３５は加圧装置４０によって長手方向密閉部材３２，３３，３４を押圧する圧縮力下にあるため、当該箇所において信頼性の高い確実なシールがなされることになる。また、レバー４２の第２の延長部４４と垂直方向密閉部材３５の間には更に中間部材４７が設けられており、この中間部材４７により、作用する力の均一化及び摩耗低減を図ることが可能である。
【００３４】
なお、密閉枠３１及び長手方向密閉部材３２，３３，３４の長さ及び一部をこれらがセルの所定の数量に一致するように規格化すれば、密閉枠３１を、その長手方向において、同部分から成る異なる数量のセルによって異なる大きさに形成されたセルスタックに対して製作することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１０          セルスタック
１１          プレッシャプレート
１２          端板
１３          サポートバー
２０          気体分配器（マニホルド）
３０          密閉装置
３１          密閉枠
３２，３３，３４  長手方向密閉部材
３５          垂直方向密閉部材
３６，３７    ストッパ
４０          加圧装置
４１          ベロー形部材
４２          レバー
４３          第１の延長部
４４          第２の延長部
４５          枢軸
４６          ハウジング
４７          中間部材
５２          密閉部材
５３          キー
５４          溝
５５          丸孔
５６          長孔
５７          漏れ
【図１】
2010521049.tif 000003
【図１ａ）】
2010521049.tif 000004
【図２】
2010521049.tif 000005
【図３】
2010521049.tif 000006
【図４】
2010521049.tif 000007
【図５】
2010521049.tif 000008
【図６】
2010521049.tif 000009
【図７】
2010521049.tif 000010
【国際調査報告】
2010521049.tif 000011
2010521049.tif 000012
2010521049.tif 000013
2010521049.tif 000014