JPS6262081A - 配管の接続構造 - 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】 〔発明の属する技術分野〕 この発明は、電位が与えられた金属管を外表面が補強材
で被覆された弗素樹脂管に挿入し、この挿入部を補強材
の外側からかしめ管により加圧してなる配管の接続構造
に関する。

〔従来技術とその問題点〕

金属管と弗素樹脂管とをかしめにより接続するような配
管構造において、弗素樹脂管の強度を増すために、その
外周を補強材で被覆する技術は周知である。例えば、こ
の補強材として金属ワイヤを編組構造としたものを用い
、弗素樹脂管をこの金属ワイヤー組で被覆するものが知
られている。

この場合、かしめ管と弗素樹脂管との境には、弗素樹脂
管の屈曲による応力が特に加わるため、通常かしめ管は
補強材を包んだ状態でかしめることになる。このような
接続構造は、一般の配管系統において広く用いられてい
る。

ところが、この金属配管に電位が与えられ、弗素樹脂と
の接続部に絶縁機能が要求される場合には様子が変わっ
てくる。すなわち、通常かしめ管は金属からなる導電材
であるため、補強劇に金属ワイヤ等導電材を用いると、
その接続部において金属管−かしめ管−補強材の導電路
が形成されてしまい、絶縁を保つことができない。した
がって、金属配管に電位が加わる場合には、補強材の材
質あるいは配管接続部に材質的、゛構造的な制約が加わ
ってくる。

電気−化学的反応により発電を行なう燃料電池の容器内
の配管系統には、このような絶縁配管が要求される接続
部が随所に見られる。例えばセルに燃料ガスまたは酸化
剤ガスを導びく反応ガス系統には、セルのガス導入部お
よび排出部に２つ（燃料ガス系統と酸化剤ガス系統）づ
つこの接続配管が設けられており、単セルを鰐百セル積
層してなるりん酸型燃料電池においては、−セルを数十
セル単位に積Ｊ−シたセルプロ、りあたりに同数の接続
配管が設けられている。また、セルを冷却するために、
冷却媒体をセル間に介装された冷却器に供給する冷却媒
体系統にも、そのような接続配管がセルごとおよびセル
プロ、りごとに設けられており、これら反応ガス系統と
冷却媒体系統をあわせた接続配管の総数はかなりの数に
なる。したがって、燃料電池においては、この接続配管
の絶縁性能を向上することが、その実用化を図る上で一
つの重要な課題となっている。

ところで、このような接続配管は電池を収納する圧力容
器内に配置されるものであるが、燃料電池は周知のよう
に化学反応により電気を生じるものであるから、その運
転中電池はかなりの温度に達し、例えばりん酸ｍ燃料電
池では１８０℃以上にもなる。更にりん酸型燃料電池は
その運転中に電解質であるりん酸が霧状になって排出ガ
スとともに飛散することが知られており、りん酸は腐食
性を有することから、その程度によっては構成部材の腐
食が進行する。

したがっ【、燃料電池の配管系統に多数用いられる接続
配管は、絶縁機能が要求されるのみならず、その材質、
特に補強材の選定にあたっては、耐熱、耐食性を満足す
るものでなければならない。

従来、これらの要求を満たすべくさまざまな試みがなさ
れたが、既存の補強材を用いたものでは、絶縁性と耐熱
性の両者を満たすものが見当たらず、例えば補強材に金
属ワイヤ編組を用いたものでは、耐熱性は満足するが絶
縁性に劣るという欠点があった（この理由は後述する）
。

以下に図面を用いて、燃料電池における従来の配管接続
構造をより具体的に説明する。

第４図、第５図、！６図は複数のプロ、りを積層した索
料電池の電池積層体に、反応ガスと冷媒とを給排する管
路をそれぞれ分離して示した断面図であり、第４図は酸
化ガスを、第５図は燃料ガスを、第６図は冷媒を給排す
る管路をそれぞれ示している。第４図において電池積層
体は複数のブｎと排出マニホールド羽とが、プロ、り２
ＯＡ、２０Ｂ。

２０Ｃ等の対向する側面にそれぞれ装着されている。

および分岐管部を辿って各プロ、りに供給される。

排出される。

第５図においても、複数のプロ、り２ＯＡ、２０Ｂ。

２０Ｃ等の対向する側面には、燃料ガスを給排するため
の供給マニホールド四と排出マニホールドＩが装着され
ている。この供給マニホールド四には、図示しないガス
循環装置により燃料ガスが、供給主配管３１から分岐管
３２を通って各プロ、りに供給される。そしてプロ、り
内の電池内部での未反応ガスは、排出マニホールド（資
）を介して分岐’９３３から燃料ガス排出主配管あを通
って排出される。

また第６図においては、各プロ、り２ＯＡ、２０Ｂ。

２０Ｃに冷媒が、図示しない循環装置により冷媒排出主
配管加から分岐管３７を通って供給される。各プロ、り
に供給された冷媒は、各プロ、り内にある入口へラダあ
から連結管４０を通り、各冷却器３９の冷却管４１を通
流して単電池の電気化学反応により生じる熱を除去した
後、連結管４３から出口ヘッダ４４を通り、さらに冷媒
排出主配管４５を通って外部に排出される。

第７図は、燃料ｉ！ａξこ介装される冷却器およびその
冷却管構造を示すものである。図において、各冷却器３
９の冷却管４１に冷却媒体を分配する連結管４０は、電
気絶縁ホース４６を介して入口へ、ダあと接続されてい
る。また、出口へ、ダ４４においても、冷却管４１をで
た冷却媒体は連結管４３により集められ、電気絶縁ホー
ス４７を介して出口へ、ダ４４に接続されている。

つぎにこのような反応ガスと冷媒とが通流する管路の電
気絶縁について説明する。第４図、第５図において、灰
石ガスとしての酸化剤ガスと燃料ガスを給排するために
、各プロ、り２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃに装着されたマニ
ホールドｎ、２３および２９．３０．０電位は、ｆｆ１
Ｎ電池の車セルよりシール材等の電気絶磁体を通して流
れる漏洩電流を極力少なくするために、そのマニホール
ドが装着されたプロ、り内の特定の単セルと同電位にさ
れている。また電池積層体は各プロ、り２０Ａ、２０Ｂ
、２０Ｃが電気的に直列にｗ続されているために、各マ
ニホールドはガス供給、排出主配管冴、２７および３１
　、３４より電気絶縁ホース４８　、４９および父、５
１によって各電池積層体と電気絶縁されている。

つぎに冷媒の管路の電気絶縁について説明する。

第６図において各冷却器３９は積層された単電池と電気
的に直列に接続されているために相互に電気絶縁を行う
必要がある。このため供給側、排出側のそれぞれの入口
、出ロヘッダア、４４から冷却管４１に至る連結管４０
　、４３の途中に、電気絶縁ホース４６　、４７を介在
させて電気絶縁を行なっている。さらに第６図において
、冷媒供給主配管あ、冷媒排出主配管４５と各プロ、り
円２ＯＡ、２０Ｂ、２０Ｃに装着されるそれぞれの入口
、出口へ、ダア、４４との間に介在させた電気Ｐ３　ｋ
ｉｔｅホース５２　、５３は、冷媒を通しの供給、排出
主配管２４．２７と燃料ガスの供給、排出主配管３１　
、３４と冷媒の供給、排出主配管ア、４５は図に示すよ
う′にアースされている。

つぎに前述した従来の電気絶縁ホースについて説明する
。第８図は従来の電気絶縁ホースの部分断面図であり、
第９図は第８図の円Ｒ部の拡大断面図である。第８図、
第９図において、（イ）は電気絶縁ホースであり、内管
としての絶縁パイプ２は誘電性の材料、例えば耐熱性と
耐酸性のあるポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦ
Ｅという）が使用されている。そして絶縁パイプ２の外
囲を金属ワイヤ編組間で包んでいる。これは絶縁バイブ
２内を通流する流体の圧力が最大１６％Ｇの高圧である
ため、金属ワイヤ編組間で補強するためである。

絶縁パイプ２には先端外周にかませ溝１０が形成された
芯金バイブ６の一端が挿入され、芯金バイブロの他端は
管路の・Ｓ端に設けられた二、プル４に袋す、ト８によ
り気密に取付けられている。また、金属ワイヤ編組側と
Ｉ８縁パイプ２は第９図に示すように芯金バイブロを囲
み、金属ワイヤ編組間を包むかしめリング９によりかし
められて気密が保たれる。かしめリング９の端部には豆
上縁９ａが形成されており、かしめ時にこの豆上縁が芯
金パイプにくいこみ、かしめリング９のずれ等を防いで
いる。

ところが、絶縁ホースの補強材として金属ワイヤ編組を
用いていた従来の配管構造では、かしめリングで接続部
をかしめる際、金属ワイヤが絶縁パイプを破って貫通す
る虞れがあり、金属ワイヤ編組が芯金バイブロに達して
その絶縁を保てなくなるという問題があった。

また、補強材に金属ワイヤを用いると、金属ワイヤ７Ｊ
）らかしめリング９およびその豆上縁９ａを経て芯金バ
イブロに至る導電路が形成されてしまうので、かしめに
あたっては、絶縁パイプ２を豆上縁９ａと芯金バイブロ
との間に介装させることにより、その絶縁を図るように
している。ところがこのような構成では、室上縁９ａが
芯金バイブロに喰い込むことができず、しかも絶縁パイ
プ２はテフロンからなる低摩擦材料であるため、かしめ
リング９でこの絶縁パイプ２をかしめたところで十分な
摩擦力が得られず、絶縁パイプと芯金パイプとが空廻り
して気密が不十分になるという問題があった。

〔発明の目的〕

本発明は上記に鑑みなされたものであり、定位が与えら
れた金属管と補強被覆が形成された弗素樹脂管とを気密
に、しかも電気絶縁的に接続することのできる配管の接
続構造、特に燃料′電池配管の絶縁部に用いるに好適な
接続構造を提供することを目的とする。

〔発明の要旨〕

この目的は本発明によれば、電位が与えられた金属管を
外表面が補強材で被覆された弗素樹脂管に挿入し、この
挿入部を補強材の外側からかしめ管により加圧接続して
なるものにおいて、補強材を弗素樹脂で表面処理された
ガラス繊維編組とすることにより達成される。

〔発明の実施例〕

以下図面に基づいて本発明の詳細な説明する。

第１図は第４図ないし第６図に示す反応ガスや冷媒の管
路に用いられる本発明の実施例による燃料電池配管の絶
縁構造を示す断面図であり、第２図は第１図の円Ｐ部の
拡大断面図である。なおｇＩ図、第２図において第４図
ないし第９図と同一部品には同じ符号を付している。

第１図においてｌは電気絶縁ホースであり、誘電性の材
料である弗素樹脂、例えばテフロン樹脂からなる絶縁パ
イプ２の外表面を弗素樹脂により表面処理されたガラス
繊維の編組ブレード３により被覆して構成している。芯
金バイブ６は、管路５の管端に取付けられたニップル４
に、袋す、ト８を介して気密に接続されている。そして
芯金バイブロの他方の管端は絶縁パイプ２に挿入され、
かしめリング９により２００〜４００　ｋｇｆ／１ｙｒ
ｔｌの面圧でかしめられる。絶縁パイプの補強材はガラ
ス繊維よりなる絶縁部であるため、かしめリング９の室
上縁９ａは芯金バイブロに直接喰い込み芯金パイプから
のずれを防止する。このため芯金バイブロと絶縁パイプ
２とは袋す、ト８を締付けても、従来のように空廻りし
て締付が緩むことなく気密が保持できる。

つぎにこのガラス繊維の編組ブレード３について説明す
る。ガラス繊維の編組ブレードは、線径０．００１〜０
．０５ＩｌｌＩ！のＥガラスヤーンを数十本束ねて線径
０．２〜０．５＋ａｍ紐とし、さらに編組構造とするＯ
この際ガラスヤーンを機械的に束ねることは非常に困難
であり、また束ねられたとしてもヤーンが毛立ちし、紐
の引張強度が弱くなる。このためガラス繊維を束ねる際
ζこは一般的に特殊な集束剤が使用される。ところが、
この集束剤は、耐熱性。

耐薬品性が低いため、燃料電池の運転温度２００℃では
使用できない。そこで本実施例ではガラス繊維を紐状に
集束させた後、この集束剤を３８０°Ｃ近くで征焼で除
去し、しかろ後ＰＴＦＥ（ポ１１テトラフルオロエチレ
ン）のディスバージョンにテ弗素樹脂の表面処理を施こ
し、ヤーンの毛立ちをなくし、編組の紐同志の擦れによ
るヤーンの切断をなくするようにした。この表面処理に
よって２００℃での引張強度は約１０−２０％程、覚増
加した。

ところで、りん酸型燃料電池では電解質であるりん酸が
電池運転中排出ガスとともに飛散し、りん酸は腐食性を
有するため電池構成要素は常に腐食の危惧にさらされて
いる。この配管構造もそのようなりん酸ミストの雰囲気
中にｌかれるため、りん酸による腐食の危惧をまぬがれ
ない。ところが本発明の絶縁ホースは耐薬品性に優れた
弗素樹脂により表面を覆われているため、りん酸により
ガラス繊維が腐食するおそれはない。つまり、表面処理
によりガラス繊維織布の表面を覆う弗素樹脂の被膜は、
耐熱性に劣る集束剤に代わってガラス繊維の電文ちを防
ぐとともに、りん酸によるガラス繊維織布の腐食を防ぐ
コーティング剤の役割を兼ねている。

なお、りん酸に耐するガラス繊維の耐食性をより高める
ために、例えば第３図のようにガラス繊維の編組ブレー
ド３の外表面をＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パー
フルオロアルキルビニルエーテル共重合体）からなるチ
ューブ１１により被覆し【もよい。

〔発明の効果〕

以上の説明から明らかなように本発明によれば、電位が
与えられた金属管が挿入される弗素樹脂管の外表面を、
弗素樹脂で表面処理されたガラス繊維編組の補強材によ
り覆い、金属管の挿入部を補強材の外側からかしめ管に
より加圧して金属管と弗素樹脂管とを接続するようにし
たため、気密で絶縁性能に優れた配管の接続構造を提供
することができる。

特にこの接続配管を燃料電池の圧力容器内のような高温
の腐食性雰囲気においた場合、ガラス繊維編組の表面に
施された弗素樹脂の被膜が耐熱性。

耐薬品性を有することと相俟って、苛酷な条件下におい
ても、絶縁信頼度の高い配管の接続構造を−提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例による燃料電池配管の絶縁構造
を示す部分断面図、第２図は第１図の円Ｐ部の拡大断面
図、第３図は本発明の異なる実施例による燃料電池配管
の絶縁構造を示す部分断面図、薦４図は燃料電池の酸化
剤ガスの管路を示す系統断面図％第５図は燃料電池の燃
料ガスの管路を示す系統断面図、第６図は燃料電池の冷
媒の管路を示す系統断面図、第７図は第６図の冷却器の
配管構造を示す斜視図、第８図は従来の燃料電池配管の
絶縁構造を示す部分断面図、第９図は第８図の円Ｒ部の
拡大断面図である。 ｔ：ｖＬ気絶縁ホース％２：内管、３ニガラス繊維編組
、９：かしめ管、９ａ：ｆｉ上縁、１０：かませ溝。 第１図 第２図 第３図 第４図 第７図 第８図 第９図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電位が与えられた金属管と、この金属管の先端が挿
   入される弗素樹脂管と、この弗素樹脂管の外表面を覆う
   補強材と、この補強材の外周より当該挿入部を径方向に
   圧するかしめ管とを有するものにおいて、前記補強材が
   弗素樹脂で表面処理されたガラス繊維編組であることを
   特徴とする配管の接続構造。 ２）特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、配管接
   続部は高温室内にあることを特徴とする配管の接続構造
   。 ３）特許請求の範囲第２項記載のものにおいて、高温室
   は燃料電池の容器であることを特徴とする配管の接続構
   造。