JP2007103219A - 燃料電池用冷却装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小型の電子機器に搭載可能であり、かつ冷却効率の良好な燃料電池用冷却装置を提供すること。
【解決手段】液体燃料を通す１本の流路１１を複数回の折返し状態で内蔵した平板状の本体部と、その本体部に貼り合わせられる基板１２ａ，１３ａ上に複数の放熱フィン１２ｂ，１３ｂを立設してなる金属製の放熱部材１２とからなり、本体部には流路の側部に放熱用の金属部分を位置させる。流路１１の側部に位置する金属部分が流路１１を通る液体燃料から熱を奪うので、放熱部材１２の放熱フィン１２ｂ，１３ｂから逃げる熱の総量が増加し、高い放熱効果を得ることができる。しかも、従来のような放熱フィンを取り付ける場合に比べても場所を取らず、燃料電池全体をコンパクトに設計することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、携帯可能な小型の電子機器、コンピュータ電源等に用いられる燃料電池の技術分野に属し、詳しくは直接型メタノール燃料電池に好適に用いられる燃料電池用冷却装置に関するものである。

近年、環境問題や資源関連への対策が重要視され、その対策の一つとして燃料電池の開発が活発に行われている。中でも、直接型メタノール燃料電池は、燃料のメタノールを改質又はガス化せず、直接プロトンを取り出すことにより発電を行うので、構造がシンプルで小型化、軽量化が容易であることから、携帯可能な小型の電子機器、コンピュータ等の電源として注目されている。

この直接型メタノール燃料電池は、プロトン導電性固体高分子膜からなる電解質の両側を介して負極と正極とが対設され、負極に燃料としてのメタノール水溶液を、正極に空気などの酸化剤ガスを供給する構成を有する単電池セルが複数個積層されたセルスタックを備えており、さらに、各単電池セルにメタノール水溶液を供給する構成、各単電池セルに酸化剤ガスを供給する構成及び各単電池セルの電気化学反応によって生成した反応生成物を排出する構成を備えている。

上記した各単電池セルにメタノール水溶液を供給する構成、各単電池セルに酸化剤ガスを供給する構成及び反応生成物を排出する構成としては、流路溝とマニホールドを有するセパレータが知られている。このセパレータにおるけ流路溝やマニホールドは、負極にメタノール水溶液を供給し、正極に酸化剤ガスを供給する役割を果たすだけでなく、負極からは生成した二酸化炭素と反応に使用されなかった一部のメタノール水溶液を、正極からは生成した水と反応に寄与しなかった空気を反応生成物ととにも排出する役割も果たしている。

このような直接型メタノール燃料電池は、負極にメタノール水溶液を供給し、正極に酸化剤ガスを供給すると、負極ではメタノールと水が反応する電気化学反応によって二酸化炭素が生成するとともに水素イオンと電子を放出し、正極では電解質を通過してきた前記水素イオンと空気中の酸素とが電子を取り込む電気化学反応によって水を生成し、外部回路に電気エネルギーを得ることができる。
特開２００４−２６５７８７号公報 特開２００５−２０９５８４号公報

上記のような直接型メタノール燃料電池は、液体燃料としてのメタノール水溶液と酸化剤ガスとを直接供給して発電を行うようになっているが、冷却したメタノール水溶液を使用した方が発電の効率が高いことが分かっている。このため、セル部分を冷却するようにしているが、より発電効率を上げるためには、燃料パイプを冷やしてメタノール水溶液を直接冷却した方が得策である。ところが、通常の冷却器はファンを使用する構造で嵩張るため、携帯可能な小型の電子機器には搭載しづらいという問題点があり、一般には放熱フィンを燃料パイプに適宜取り付けているのが現状である。

本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、小型の電子機器に搭載可能であり、かつ冷却効率の良好な燃料電池用冷却装置を提供することにある。

上記の目的を達成するため、本発明の燃料電池用冷却装置は、燃料電池で使用する液体燃料を電池作動時に冷却する装置であって、液体燃料を通す１本の流路を複数回の折返し状態で内蔵した平板状の本体部と、その本体部に貼り合わせられる基板上に複数の放熱フィンを立設してなる金属製の放熱部材とからなり、本体部には流路の側部に放熱用の金属部分を位置させたことを特徴としている。

そして、上記構成の燃料電池用冷却装置において、液体燃料を通す１本の流路を燃料パイプで構成してもよいし、或いは溝で構成してもよい。

本発明の燃料電池用冷却装置は、流路の側部に位置する金属部分が流路を通る液体燃料から熱を奪うので、放熱部材の放熱フィンから逃げる熱の総量が増加し、高い放熱効果を得ることができる。しかも、従来のような放熱フィンを取り付ける場合に比べても場所を取らず、燃料電池全体をコンパクトに設計することができる。

図１は本発明に係る燃料電池用冷却装置の一例を示す斜視図、図２は図１のＡ−Ａ断面図、図３は図１の燃料電池用冷却装置を分解して示す説明図である。

この冷却装置１０は、直接型メタノール燃料電池に用いられるもので、図中１１は燃料液体であるメタノール水溶液が通る燃料パイプである。そして、燃料パイプ１１は図示の如く途中で２回の折返し状態となっており、この折り返した部分が冷却装置１０の一部を構成する。この燃料パイプ１１には樹脂パイプを用いるのが好ましい。燃料パイプ１１にアルミニウム製やステンレス製のパイプを使用する場合はパイプの内部に樹脂をコーティングして保護層を形成する。燃料は循環して再使用される場合があるので、燃料中に蟻酸等の発電の副生成物が存在する可能性があり、金属製パイプでは耐久性に課題がある。そこで、アルミニウムやステンレス等の金属製パイプに耐食性の保護層が必要となる。

冷却装置１０は、上記の燃料パイプ１１の他に、金属製の２つの放熱部材１２，１３と金属製の角棒からなる５本のスペーサー１４とを有している。これらの放熱部材１２，１３とスペーサー１４はアルミニウム製であることが好ましい。放熱部材１２，１３は、それぞれ基板１２ａ，１３ａ上に複数の放熱フィン１２ｂ，１３ｂをろう付けで立設したものであり、両者は全く同じものでもよいし、少し異なったものでもよい。そして、放熱フィン１２ｂ，１３ｂは図示のような棒状の他に板状のものもあるが、用途に応じて適宜選択すればよい。

そして、図３に示すように、折返し状態となった燃料パイプ１１の間と両側にそれぞれスペーサー１４を配置し、隙間に導電性の接着剤を挟んだ状態で、放熱部材１２，１３によりサンドイッチすることで図１に示す冷却装置１０が作製される。したがって、この冷却装置１０では、燃料パイプ１１の一部分とスペーサー１４とが接着剤により一体化して本体部を構成することになる。

この冷却装置１０では、燃料パイプ１１の中をメタノール水溶液が通ると、メタノール水溶液の熱が燃料パイプ１１に隣接するスペーサー１４に伝導し、その熱はスペーサー１４を介して放熱部材１２，１３により効率良く放熱される。

図４は本発明に係る燃料電池用冷却装置の別の例を示す斜視図、図５は図４のＡ−Ａ断面図、図６は図４の燃料電池用冷却装置を分解して示す説明図である。

この冷却装置２０は、直接型メタノール燃料電池に用いられるもので、液体燃料であるメタノール水溶液を通すための１本の流路となる溝２１ａを形成した樹脂製の本体部２１と、その本体部２１に貼り合わせられる基板２２ａ上に複数の放熱フィン２２ｂを立設してなる金属製の放熱部材２２とからなり、これら両者が接着剤としてのボンディングシート２３により貼り合わせられている。

本体部２１は、ガラスエポキシ樹脂製の平板からなり、それに２回の折返し状態で１本の溝２１ａを切削加工するとともに、その溝２１ａの間に位置するようにして溝２１ａと平行な細長状の４本の凹所２１ｂをも切削加工している。

一方、放熱部材２２は、基板２２ａ上に複数の放熱フィン２２ｂをろう付けで立設したものであり、さらにその基板２２ａの反対面には、本体部２１の溝２１ａに嵌合する４本のプレート２２ｃをろう付けで立設している。この放熱部材２２は、全体がアルミニウム製であることが好ましい。

また、接着剤としてのボンディングシート２３には、本体部２１の４本の凹所２１ｂに対応する４本の開口２３ａが設けられている。

そして、図５に示すように、本体部２１と放熱部材２２の間にボンディングシート２３を介在させ、放熱部材２２の裏面にあるプレート２２ｃがボンディングシートの開口２３ａを通って本体部２１の凹所２１ｂに入るようにして３者を重ね合わせ、この状態で熱圧を掛けて本体部２１と放熱部材２２とをボンディングシート２３により貼り合わせることで図４に示す冷却装置２０が作製される。なお、図中２４は燃料パイプを繋ぐための接続部材である。

この冷却装置２０では、本体部２１の溝２１ａの中をメタノール水溶液が通ると、メタノール水溶液の熱が溝２１ａに隣接するプレート２２ｃに伝導し、その熱はプレート２２ｃを介して放熱部材２２により効率良く放熱される。

図７は本発明に係る燃料電池用冷却装置の別の例を示す斜視図、図８は図７のＡ−Ａ断面図、図９は図７の燃料電池用冷却装置を分解して示す説明図である。

この冷却装置３０は、直接型メタノール燃料電池に用いられるもので、液体燃料であるメタノール水溶液を通すための１本の流路となる溝３１ａを形成した金属製の本体部３１と、その本体部３１に貼り合わせられる基板３２ａ上に複数の放熱フィン３２ｂを立設してなる金属製の放熱部材３２とからなり、これら両者が接着剤としてのボンディングシート３３により貼り合わせられている。

本体部３１は、アルミニウム製の平板からなり、それに２回の折返し状態で１本の溝３１ａを切削加工し、その溝３１ａの内面には耐蝕性を付与するために樹脂コーティングによる保護層３１ｂを形成している。

一方、放熱部材３２は、基板３２ａ上に複数の放熱フィン３２ｂをろう付けで立設したものである。この放熱部材３２は、全体がアルミニウム製であることが好ましい。

そして、図８に示すように、本体部３１と放熱部材３２の間にボンディングシート３３を介在させるようにして３者を重ね合わせ、この状態で熱圧を掛けて本体部３１と放熱部材３２とをボンディングシート３３により貼り合わせることで図１に示す冷却装置３０が作製される。なお、図中３４は燃料パイプを繋ぐための接続部材である。

この冷却装置３０では、本体部３１の溝３１ａの中をメタノール水溶液が通ると、メタノール水溶液の熱が本体部３１を構成するアルミニウムに伝導し、さらに放熱部材３２に伝わって効率良く放熱される。

以上、本発明の実施の形態について詳細に説明してきたが、本発明による燃料電池用冷却装置は、上記実施の形態に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能であることは当然のことである。

図１は本発明に係る燃料電池用冷却装置の一例を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 図１の燃料電池用冷却装置を分解して示す説明図である。 本発明に係る燃料電池用冷却装置の別の例を示す斜視図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 図４の燃料電池用冷却装置を分解して示す説明図である。 本発明に係る燃料電池用冷却装置の別の例を示す斜視図である。 図７のＡ−Ａ断面図である。 図７の燃料電池用冷却装置を分解して示す説明図である。

符号の説明

１０ 冷却装置
１１ 燃料パイプ
１２，１３ 放熱部材
１２ａ，１３ａ 基板
１２ｂ，１３ｂ 放熱フィン
１４ スペーサー
２０ 冷却装置
２１ 本体部
２１ａ 溝
２１ｂ 凹所
２２ 放熱部材
２２ａ 基板
２２ｂ 放熱フィン
２２ｃ プレート
２３ ボンディングシート
２３ａ 開口
２４ 接続部材
３０ 冷却装置
３１ 本体部
３１ａ 溝
３１ｂ 保護層
３２ 放熱部材
３２ａ 基板
３２ｂ 放熱フィン
３３ ボンディングシート
３４ 接続部材

Claims (3)

1. 燃料電池で使用する液体燃料を電池作動時に冷却する装置であって、液体燃料を通す１本の流路を複数回の折返し状態で内蔵した平板状の本体部と、その本体部に貼り合わせられる基板上に複数の放熱フィンを立設してなる金属製の放熱部材とからなり、本体部には流路の側部に放熱用の金属部分を位置させたことを特徴とする燃料電池用冷却装置。
2. 液体燃料を通す１本の流路を燃料パイプで構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用冷却装置。
3. 液体燃料を通す１本の流路を溝で構成したことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用冷却装置。
   

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