JPH023792A - 電気絶縁型継手及びその接続方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、燃料電池スタック組立体の流体管路を連結す
るための接続に係り、より詳細には、燃料電池スタック
組立体の内部の流体の圧力による燃料電池スタック組立
体の内部の流体の漏洩噴出を防止することが可能であっ
て電気的に絶縁されている継手、及び、この継手を使用
する接続方法に関する。

［従来の技術］ 燃料電池スタックは、複数の燃料電池を相互に上下に積
み重ね、この積み重ねた燃料電池を相互に電気的に直列
又は並列に接続することにより形成されるものであり、
発電に使用される。この燃料電池スタックによる発電は
、水素濃度の高い燃料と酸素を代表的な例とする酸化剤
とを、電気化学的に反応させることによって行うもので
ある。

燃料電池スタックを使用すれば大きい電気出力を得るこ
とができ、この燃料電池スタックを使用する発電は、実
施する圧力を大きくするほど、すなわち、使用する発電
部、反応物、及び冷却剤等の圧力を高くするほど、発電
の効率を向上させることができる。このように加圧され
る燃料電池スタックは耐圧容器の中に収容しなければな
らない。

また、このような燃料電池スタックを作動させるために
使用する各種の流体、例えば、燃料、空気、及び全ての
冷却剤は、燃料電池スタックの外部から、この燃料電池
スタックの内部に供給しなければならない。代表的な場
合には、マニホールドが反応物及び水等の冷却用流体を
燃料電池スタックの構成部材に分配する。この燃料電池
スタックの構成部材はすなわち燃料電池及び冷却板組立
体である。上記マニホールドは発電部の側部に当て全継
手による接続、クランプ接続、その他の方法で取り付け
られる。これらのマニホールドは、必要に応じて、燃料
電池スタックの発電部から電気的に絶縁される。上記マ
ニホールドが冷却水マニホールドである場合には、燃料
電池スタックの一方の側部に冷却水取入れ用マニホール
ドが設けられ、その燃料電池スタックの反対側の側部に
冷却水排出用マニホールドが設けられる。冷却板組立体
は燃料電池スタックの全ての範囲に亘って分散配設され
、１つの冷却板組立体は概ね６個ないし１０個の燃料電
池の何れかの側部を冷却する。冷却剤マニホールドは電
気的絶縁性を有する継手によって各冷却板組立体に接続
される。これは、冷却板組立体の電荷を冷却剤マニホー
ルドに伝達させないためである。これらの冷却剤マニホ
ールドにはそれぞれ複数の筒状ニップルが取り付けら、
このニップルは各冷却板組立体に１つずつ取り付けられ
ている。また、各冷却板組立体にはさらに他の筒状ニッ
プルが取り付けられており、このニップルは上記ニップ
ルに対応している。この各冷却板組立体の対向している
ニップルはスリーブ又はポースによって連結されている
。このニップルを連結しているスリーブ又はホースは電
気的絶縁材料で作られており、この電気的絶縁材料はポ
リ四弗化エチレン（以下、ＰＥＦＴと略記する）等であ
る。この形状の構造は米国特許出願節９３２，８４９号
（出願臼は１９８６年１１月２０日、出願人はテーラ−
他）に記載されている。マニホールドと冷却板とを接続
している通路は比較的小さく、直径が約１２．７ミリメ
ードル（約０．５インチ）である。従って、このマニホ
ールドと冷却板とを接続している通路の強度は充分であ
る。この充分であるということは、加圧された冷却剤の
漏洩噴出を充分に防止し得る強度を意味している。この
絶縁材料に加えられる圧力は、代表的な場合には、約１
０．５５ないし２１．０９キログラム毎平方センナメー
トル（約１５０ないし３００ポンド毎平方インチ）であ
り、この絶縁材料の温度は摂氏的１７６．７ないし２０
４．４度（華氏約３５０ないし４００度）である。上記
スリーブと冷却板及びマニホールドとの間の絶縁可能の
電圧は約５００ボルト以下である。

多数の燃料電池スタックを使用して大電力発電を行う場
合には、使用されている燃料電池スタックを冷却するた
めに、燃料電池スタックの外部から冷却剤を導入し、こ
の冷却剤を使用されている全ての燃料電池スタックに循
環させる。この冷却を行う時には、冷却剤例えば冷却水
を、各燃料電池スタックの耐圧容器の外部に取り付けで
ある冷却剤供給管から、この各燃料電池スタックの耐圧
容器の中に送り込んで、この各燃料電池スタックＬ２耐
圧容器の中を貫流させる。この冷却水は、既に説明した
ように、燃料電池スタックから冷却剤排出管に排出され
る。この冷却剤排出管は各燃料電池スタックの耐圧容器
の外部に取り付けられている。冷却剤供給管のマニホー
ルド及び冷却剤排出管のマニホールドは燃料電池スタッ
クの耐圧容器の内部に配設されており、この耐圧容器を
管路が貫いている。この管路は他の管路に接続されてお
り、この他方の管路が冷却剤供給管のマニホールド及び
冷却剤排出管のマニホールドから冷却水を排出する。こ
のマニホールドを冷却水の循環路に接続している管路は
個々の冷却板のニップルより太く、その直径は約５０．
８ミリメートル（約２インチ）である。この装置の外に
設置されている給水装置は発電施設の発電部の全ての燃
料電池スタックの燃料電池に作用するがら、マニホール
ドの管路と容器を貫通している管路との間の電気的絶縁
性は、燃料電池スタックを直列に接続した構造の発電部
の高い電圧、例えば３０００ボルトまでの高い電圧を絶
縁できるものでなければならない。

［発明が解決しようとする課題］ 上記従来の高電圧絶縁用継手にあっては、上記絶縁を行
うために、ポリ四弗化エチレン等の材料で作られた太い
スリーブを使用している。この従来のスリーブは被接続
管路の端部にクランプされており、この従来のスリーブ
を非導電性の網状材料等で補強しなければならないとい
う問題点があった。さらに、この絶縁接続用スリーブは
複数の燃料電池スタックを使用する発電部の冷却水循環
装置に強固に接続することができず、これらの接続用ス
リーブが１つでも破裂する恐れがある場合には、各燃料
電池スタックの接続用スリーブの定格流量を大きくしな
ければならないという問題点があった。

このような状況に鑑み、本発明は、複数の燃料電池スタ
ックを使用する発電部の冷却水循環パイプを電気的に絶
縁して接続することかできるように改良された継手、及
び、この継手を使用してパイプを接続する方法を提供す
ることを目的としている。

また、本発明は、燃料電池スタックの外部の冷却水のパ
イプを燃料電池スタックの内部の冷却水パイプに接続す
るために、直径の大きい冷却剤用パイプを使用し得るよ
うに改良された継手、及び、この継手を使用してパイプ
を接続する方法を提供することを目的としている。

さらに、本発明は、３０００ボルト以上の高電圧を絶縁
することができるように改良された継手、及び、この継
手を使用してパイプを接続する方法を提供することを目
的とし、ている。

また、本発明は、約２１．０９キログラム毎平方センチ
メートル（約３００ポンド毎平方インチ）以上の高い圧
力に、破裂することなく耐えることができるように改良
された継手、及び、この継手を使用してパイプを接続す
る方法を提供することを目的としている。

［課題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の電気絶縁型継手、
及び、この継手を使用してパイプを接続する方法におい
ては、燃料電池スタックに対する冷却剤の供給、又は燃
料電池スタックからの冷却剤の排出を行うための冷却剤
パイプとして使用するパイプを、従来使用されてきたパ
イプよりも太くすることができるように改良されている
。本発明の継手はテーパ形であり、２本のパイプを入り
子形にして結合するものである。この継手においては、
電気的絶縁性を有する材料で作られたスリーブを、内側
のパイプと外側のパイプとの間に挾み、このスリーブを
、上記各パイプの非支持側端部より先まで延びるように
する。上記一方のパイプを上記他方のパイプより太くし
て、この細いほうのパイプを上記太いほうのパイプの中
に入り子式に挿入することができる。このようにして、
電気的に絶縁性を有する材料で作られたスリーブを細い
ほうのパイプの外側に取り付ける。この場合、スリーブ
の上記細いほうのパイプに取り付けられる部分はこのス
リーブの端部であり、このスリーブの端部は上記細いほ
うのパイプの非支持側端部を越えて延びる。この細いほ
うのパイプ及びスリーブの非支持側端部を、太いほうの
パイプの直径とほぼ同じ直径になるまで拡大する。この
細いほうのパイプ及びスリーブの拡大された端部を太い
ほうのパイプの中に挿入し、この太いほうのパイプの非
支持側端部を細いほうのパイプの外側に整合するまで細
くする。この太いほうのパイプの非支持側端部を細いほ
うのパイプの外側に整合するまて細くする方法は絞りで
ある。また、この絶縁性を有する継手の非支持側端部を
、細いほうのパイプの非支持側端部、及び太いほうのパ
イプの非支持側端部より先まで延ばす。このような構造
にすることによって、この細いほうのパイプの非支持側
端部、及び太いほうのパイプの非支持側端部とを屈曲し
ないように保護することができる。従って、このテーパ
形の継手は従来のスリーブ形継手より強度が大きく、燃
料電池スタックの通常の作動圧力の下で、破裂又は剥離
を発生することはない。

本発明の上記以外の目的及び長所は、本発明の好ましい
形態と添付した関連図面を用いて行う詳細な説明によっ
て明らかである。

［実施例コ 実施例について図を参照して説明すると、第１図に参考
として従来の継手を示す。この従来の継手は冷却水マニ
ホールド２と冷却水パイプ４とを結合するために使用さ
れるものである。この冷却水パイプ４は燃料電池スタッ
クの耐圧ハウジング（図示せず）を貫いており、冷却水
をこの燃料電池列の耐圧ハウジングに送り込み、又は、
冷却水をこの燃料電池列の耐圧ハウジングから送り出す
作用をするものである。マニホールド２のニップルを符
号６を用いて表わす。この図に示したマニホールドは燃
料電池スタックに冷却水を導入するためのパイプに使用
するマニホールドであり、このマニホールドの頂端部に
冷却水が送り込まれる。

この冷却水は、Ｕ字管８を経由して上記マニホールドに
、矢印Ａの方向に送り込まれる。パイプ４゜８はホース
１０によって連結されており、このホース１０は網目状
に織られた非導電性材料によって補強されている。この
ホース１０は、長さが約６０．９６センチメードル（約
２４インチ）であり、内径が約５，０８センチメートル
（約２インチ）である。このホース１０の端部はパイプ
４゜８の外側に固定されている。この固定を行うために
はクランプその他適当な方法を採用する。既に説明しで
あるように、３０００ボルトの高電圧を絶縁するために
必要な大きさの直径を有する管を結合する場合にホース
を使用すれば、このホースが補強されていても、このホ
ースが、燃料電池列の周囲の高い温度及び高い圧力の作
用によって破れる恐れがある。

次に、第２図に、本発明に基づいて改良された継手を示
す。第２図に示した継手組立体においては、冷却水供給
用バイブ４はステンレス鋼で作られている。このパイプ
４は、直径をステンレス鋼のＵ字管８の直径より小さく
するのが好ましく、このような形状にすれば冷却水を細
いパイプから太いパイプに流すことができる。この関係
は本発明にとって不可欠なものではないが、このように
するのが好ましい理由については、後に詳細に説明する
。細いパイプ４にはスリーブ１２が取り付けである。こ
のスリーブ１２はポリ四弗化エチレン等の絶縁材料で作
られている。また、Ｕ字管８の非支持側端部９はパイプ
４及びスリーブ１２に整合するように絞られて細くされ
ている。これに対して、パイプ４の非支持側端部は入子
形であり、パイプ８の中に出入りできるように取り付け
られ、しかも、このパイプ４の非支持側端部はパイプ８
の内径に一致するまで拡大されている。この構造によっ
て、このパイプ４の非支持側端部とパイプ８とが二重に
結合される。

第３図ないし第５図に、本発明に基づく継手を使用して
行う接続、及びこの接続を形成するための方法の細部を
示す。第３図において、パイプ４゜８の非支持側端部は
、電気的絶縁材料で作られたスリーブ１２と共に使用さ
れる。第３図に示すように、スリーブ１２を用いてパイ
プ４，８の非支持側端部を結合するために、スリーブ１
２の非支持側端部１３を細いほうのパイプ４に整合させ
、このスリーブ１２の非支持側端部１３に対応する細い
ほうのパイプ４の非支持側端部５の先まで突出させる。

パイプ４の端部５とスリーブ１２の端部１３とを拡大す
る。この端部５及び端部１３の拡大は、スリーブ１２の
端部１３の外径がパイプ８の孔の直径より若干小さい大
きさになるまで行う。この拡大された端部５，１３をパ
イプ８の孔に入り子式に挿入し、パイプ８の非支持側端
部９をスリーブ１２及びパイプ４の外側に整合するまで
絞って細くする。第５図に示すように、上記結合部分に
は３つの部分が含まれている。この３つの部分は、パイ
プ８の拡大された部分、スリーブ１２の拡大された部分
、及びパイプ４の拡大された部分が同軸状に配設されて
形成している第１の部分と、この第１の部分に続く形状
であって、パイプ８の拡大された部分のテーパ部分、ス
リーブ１２の拡大された部分のテーパ部分、及びパイプ
４の拡大された部分のテーパ部分が同軸状に配設されて
形成している部分と、パイプ８の細いほうの円筒形部分
、スリーブ１２の細いほうの円筒形部分、及びパイプ４
の細いほうの円筒形部分が同軸状に配設されて形成して
いる部分である。スリーブ１２の非支持側端部１３はパ
イプ４の非支持側端部５を越えて先まで延び、さらに、
このパイプ４の非支持側端部５に隣接しているパイプ８
の孔の表面を覆うように延びて、この結合部分が屈曲さ
れることを防止する作用をする。これに対して、スリー
ブ１２の反対側の非支持側端部１５はバイブ８の非支持
側端部１１を越えて延び、さらに、このバイブ４の外面
に隣接しているバイブ８の表面を覆うように延びて、こ
の部分が屈曲されることを防止する作用をする。冷却水
を流す方向は、矢印Ａで示しであるように、細いほうの
バイブ４から太いほうのバイブ８の中に向かう方向であ
る。このようにするのは、スリーブ１２の端部１３がバ
イブ８の孔の内部表面から剥離しないようにするためで
ある。このような構造にすることによって、流れている
冷却水に、スリーブの端部１３をバイブ８の孔に押し付
ける作用をさせることができる。

［発明の効果］ 以上の説明によって明らかなように、上記接続部分の重
ねられた部分は、内部圧力によって、この接続部分に破
裂又は剥離が発生することを顕著に防止する作用をする
。これは、テーパ部分を外側方向に押す冷却水の力によ
って、この接続部分を強制的に結合させる力のベクトル
の軸線方向の分力が形成からである。この接続部分は、
構造が簡単であり、製造が容易であり、しかも非常に安
定している。また、この接続部分によって燃料電池スタ
ックの構造を簡単にすることができる。その理由は、燃
料電池スタックを保護するために冷却水の流量を増大さ
せても、その燃料電池スタックのハウジングに加えられ
る圧力が増大しないからである。

以上開示した本発明の形態は、本発明の範囲内において
、多くの変更及び改良を加えることができるものであっ
て、本発明を限定するためのものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は冷却剤をマニホールドに供給するため、又は冷
却剤をマニホールドから排出するために、マニホールド
と外側の冷却剤管路とを接続する、従来の継手の部分破
断側面図、第２図は本発明に基づく継手の、２′本の管
路を接続している状態における部分破断側面図、第３図
は本発明に基づく接続を行うために使用される継手の構
成部材の部分破断側面図、第４図は本発明に基づく継手
を構成している第３図に示した構成部材の、第３図の接
続を完了した状態に於ける部分破断側面図、第５図は本
発明の継手の完全に接続された状態の断面図である。 ２・・・冷却水マニホールド、４・・・細いほうの冷却
水バイブ、５・・・細いほうのバイブの非支持側端部、
６・・・ニップル、８・・・太いほうの冷却水パイプ、
９・・・太いほうの冷却水パイプの非支持側端部、１０
・・・ホース、１１・・・太いほうの冷却水パイプの非
支持側端部、１２・・・スリー′ブ、１３・・・スリー
ブの非支持側端部、Ａ・・・冷却剤の流れる方向。 」ｑてトＪ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、第１筒状管路、第２筒状管路、及び筒状スリーブを
   備え、前記第１筒状管路が加圧された流体を通すことが
   でき、前記第１筒状管路の端部が円筒形に成形され（該
   円筒形に成形された端部の直径が前記第１筒状管路の残
   余の部分の直径より大きく、前記第１筒状管路の中央部
   がテーパ形であり、該テーパ形の中央部が前記第１筒状
   管路の円筒形の端部を第１筒状管路の残余の部分に結合
   させる作用を行い、前記第２筒状管路が前記第１筒状管
   路の円筒形の端部と第１筒状管路の残余の部分とを結合
   させる部分で前記第１筒状管路に結合され、前記第２筒
   状管路の内径が前記第１筒状管路の円筒形の端部の直径
   より大きく、前記第２筒状管路が入り子形であり、該入
   り子形部分が前記第１筒状管路に被せられ、第１筒状管
   路の円筒形の端部と共に前記第２筒状管路の内部に入り
   子式に挿入され、前記第２筒状管路が円筒形の端部を有
   し、該第２筒状管路の円筒形の端部の直径が前記第２筒
   状管路の残余の部分の直径より小さく、該第２筒状管路
   の円筒形の端部の直径が前記第１筒状管路の外径よりは
   大きく、前記円筒形の端部が、前記第１筒状管路のテー
   パ形の中央部に隣接する部分と、前記テーパ形の中央部
   を含む第２筒状管路とに被せられ、前記テーパ形の中央
   部が前記第２筒状管路の前記円筒形の端部を第２筒状管
   路の残余の部分に結合している部分であり、前記第２筒
   状管路の前記テーパ形の中央部が前記第１筒状管路のテ
   ーパ形の中央部に被せられ、前記筒状スリーブが電気的
   絶縁材料で作られ、前記第１筒状管路と前記第２筒状管
   路との間に挾まれ、該筒状スリーブがセグメントを含み
   、該セグメントが前記第１筒状管路の外面に被せられた
   前記第１筒状管路の円筒形の端部に形成されたセグメン
   トであり、前記第１筒状管路の円筒形の端部のセグメン
   トが前記第２筒状管路の前記円筒形の重ねられた端部の
   端面を越えて前記第１筒状管路の外側に重なるよう延び
   、前記スリーブがさらに第２の端部セグメントを含み、
   該第２の端部セグメントが第２の拡大された円筒形の端
   部に形成され、該第２の端部セグメントの外径が前記第
   ２筒状管路の孔の直径にほぼ等しく、前記第２の端部セ
   グメントが前記第２筒状管路の孔の中に配設されて、こ
   れに対応する前記第１筒状管路の円筒形の端部の面を越
   えて延び、さらに、前記スリーブがテーパ形セグメント
   を含み、テーパ形セグメントが前記スリーブの中央部に
   形成され、該テーパ形セグメントが前記第１端部セグメ
   ントと第２端部セグメントとの間で延び、前記第１筒状
   管路のテーパ形部分と前記第２筒状管路のテーパ形部分
   との間に挾まれて成る電気絶縁型継手 ２、２本のパイプを電気的に絶縁した状態で接続する接
   続方法であって、第１パイプの直径が第２パイプの直径
   より小さい第１パイプ及び第２パイプを提供する工程と
   、 スリーブの孔の内径が前記第１パイプの外径にほぼ等し
   く、電気的絶縁材料を用いて作られたスリーブを提供す
   る工程と、前記第１パイプの非支持側端部を前記スリー
   ブの中に入り子式に挿入し、前記スリーブを前記第１パ
   イプに被せ、前記第１パイプの前記非支持側端部を前記
   スリーブの内部に配設し、これに対応する前記スリーブ
   の非支持側端部から偏位させる工程と、前記第１パイプ
   の前記非支持側端部、及び、これに対応する前記スリー
   ブの非支持側端部を拡大し、該拡大を前記スリーブの前
   記対応する非支持側端部が前記第２パイプの孔の直径よ
   り若干小さくなるまで行う工程と、前記スリーブの前記
   拡大された部分及び前記第１パイプの前記拡大された部
   分を前記第２パイプの非支持側端部の中に挿入し、これ
   によって、前記スリーブの前記拡大された部分及び前記
   第１パイプの前記拡大された部分を前記第２パイプの孔
   の中で入り子構造にし、前記第２パイプの非支持側端部
   を前記スリーブの非拡大部分及び前記第１パイプの非拡
   大部分に被せる工程と、前記スリーブの非拡大部分の外
   面が前記第２パイプのうちの前記スリーブの非拡大部分
   の非支持側端部から離れているほうの非支持側端部に整
   合するまで前記第２パイプの非支持側端部を細くする工
   程とを有し、前記工程によって、スリーブを第２パイプ
   の非支持側端部を越えて突出させて第１パイプの非拡大
   部分に被せて電気的に絶縁された接続を形成する接続方
   法。