JP2642703B2 - 空冷式燃料電池の昇温装置 - Google Patents
空冷式燃料電池の昇温装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】 （イ） 産業上の利用分野 本発明は空冷式燃料電池の起動に際し、電池を短時間
で規定温度迄昇温する装置に関するものである （ロ） 従来の技術 一般に電池起動時の昇温は、バーナーの燃料ガスを空
気と混合して加熱ガスとし、電池の冷却チャンネル及び
反応空気チャンネルに循環供給することにより行はれて
いたが、燃料ガス中の含有成分により空気極蝕媒にに悪
影響を及ぼすと共に循環ブロワの熱許容値がら加熱ガス
の温度は200℃程度に制限され、そのため雰囲気温度
（−20℃〜40℃）で保存されてる電池を短時間で昇温す
ることは特に寒冷地において困難であった。又昇温過程
で電池上下からの放熱によりこの部分のセル温度が低く
なり、上下方向に温度勾配が生じて昇温後の電池反応が
有効に行はれないなどの問題があった。
で規定温度迄昇温する装置に関するものである （ロ） 従来の技術 一般に電池起動時の昇温は、バーナーの燃料ガスを空
気と混合して加熱ガスとし、電池の冷却チャンネル及び
反応空気チャンネルに循環供給することにより行はれて
いたが、燃料ガス中の含有成分により空気極蝕媒にに悪
影響を及ぼすと共に循環ブロワの熱許容値がら加熱ガス
の温度は200℃程度に制限され、そのため雰囲気温度
（−20℃〜40℃）で保存されてる電池を短時間で昇温す
ることは特に寒冷地において困難であった。又昇温過程
で電池上下からの放熱によりこの部分のセル温度が低く
なり、上下方向に温度勾配が生じて昇温後の電池反応が
有効に行はれないなどの問題があった。
（ハ） 発明が解決しようとする課題 本発明は前記問題点を解消し、電池昇温温度を上下に
亘り均一化すると共に昇温時間を短縮するものである。
亘り均一化すると共に昇温時間を短縮するものである。
（ニ） 課題を解決するための手段 本発明は、電池スタックの空気流通面と空気供給マニ
ホルドとの間に、供給空気を加熱する２つの薄型熱交換
器を介在させ、前記各熱交換器にバーナーを夫々付設
し、該バーナーで発生せしめられた燃焼ガスを加熱媒体
として前記各熱交換器に互いに上下対向流となるように
流し、且電池スタックの上下端板には、前記各熱交換器
からの排加熱媒体の流通を夫々形成してなることを特徴
とする。
ホルドとの間に、供給空気を加熱する２つの薄型熱交換
器を介在させ、前記各熱交換器にバーナーを夫々付設
し、該バーナーで発生せしめられた燃焼ガスを加熱媒体
として前記各熱交換器に互いに上下対向流となるように
流し、且電池スタックの上下端板には、前記各熱交換器
からの排加熱媒体の流通を夫々形成してなることを特徴
とする。
また、前記空気流通面には、冷却空気と反応空気の各
チャンネルが開口している。
チャンネルが開口している。
（ホ） 作用 本発明では電池昇温用の加熱ガスには、燃焼ガスが混
入しない空気を用いるので、空気極が燃焼生成物により
悪影響を受けることがなく、電池スタックへの供給空気
は、加熱媒体が上下対向流となる２つの熱交換器で加熱
されると共に各熱交換器からの排加熱媒体によりスタッ
ク上下端板を加熱するため、電池スタックの昇温を上下
方向に亘って均一化すると共に昇温時間を短縮化する。
入しない空気を用いるので、空気極が燃焼生成物により
悪影響を受けることがなく、電池スタックへの供給空気
は、加熱媒体が上下対向流となる２つの熱交換器で加熱
されると共に各熱交換器からの排加熱媒体によりスタッ
ク上下端板を加熱するため、電池スタックの昇温を上下
方向に亘って均一化すると共に昇温時間を短縮化する。
（ヘ）実施例 電池スタック（１）はセル積重体を上下端板（２）
（２）間で締付け、その各周面に空気の給排マニホルド
（３）（３）’と燃料ガスの給排マニホルド（４）
（４）’［第６図参照］が取付けらる。
（２）間で締付け、その各周面に空気の給排マニホルド
（３）（３）’と燃料ガスの給排マニホルド（４）
（４）’［第６図参照］が取付けらる。
本発明では第１図の側面図に示すよう空気の供給マニ
ホルド（３）と電池スタック（１）との間に２つの薄型
熱交換器（51）（52）を介在させ、この熱交換器の一方
（51）には下部に、他方の（52）には上部に夫々バーナ
ー（61）（62）が付設されたいる。
ホルド（３）と電池スタック（１）との間に２つの薄型
熱交換器（51）（52）を介在させ、この熱交換器の一方
（51）には下部に、他方の（52）には上部に夫々バーナ
ー（61）（62）が付設されたいる。
各熱交換器（51）（52）は、第４図に示すよう中央に
加熱媒体（印）の通路とその両側に空気（→印）の通
路を形成したユニットを横に積重ね、縦横の寸法がスタ
ック（１）の空気流通面寸法に一致し、厚みが約5cmの
薄型のものである。加熱媒体の通路には受熱面積を大き
くするように穿孔波板を配置し、一対の空気通路には多
数の放熱フインが配置されている。
加熱媒体（印）の通路とその両側に空気（→印）の通
路を形成したユニットを横に積重ね、縦横の寸法がスタ
ック（１）の空気流通面寸法に一致し、厚みが約5cmの
薄型のものである。加熱媒体の通路には受熱面積を大き
くするように穿孔波板を配置し、一対の空気通路には多
数の放熱フインが配置されている。
各バーナー（61）（62）は、第２図及び第３図に示す
よう燃焼ガス（加熱媒体）の分配マニホルドを介して各
熱交換器（51）（52）に取付けられ、各バーナーの燃料
ガスが、対応する熱交換器（51）（52）を互に対向流方
向、即ち熱交換器の一方（51）には下から上向きに、他
方（52）には上から下向きに夫々流通する。
よう燃焼ガス（加熱媒体）の分配マニホルドを介して各
熱交換器（51）（52）に取付けられ、各バーナーの燃料
ガスが、対応する熱交換器（51）（52）を互に対向流方
向、即ち熱交換器の一方（51）には下から上向きに、他
方（52）には上から下向きに夫々流通する。
循環ブロワ（７）でマニホルド（３）より供給された
空気は、この２つの熱交換器（51）（52）により約200
〜230℃に加熱され、これが電池スタック（１）の冷却
空気チャンネルを反応空気チャンネル（いずれも図示せ
ず）に配分（配分率５〜10:1）される。この場合燃焼ガ
スが上下対向流であるために電池スタック（１）は上下
方向で均一に加熱される。
空気は、この２つの熱交換器（51）（52）により約200
〜230℃に加熱され、これが電池スタック（１）の冷却
空気チャンネルを反応空気チャンネル（いずれも図示せ
ず）に配分（配分率５〜10:1）される。この場合燃焼ガ
スが上下対向流であるために電池スタック（１）は上下
方向で均一に加熱される。
一方各熱交換器（51）（52）を夫々通過した排加熱媒
体（→印）は、夫々集収マニホルドと、導管を経て電池
スタック（１）の上下各端板（２）（２）に形設された
流通路（81）（82）を通過後系外に排出されるが、この
際上下端板（２）が加熱されて電池スタック上下からの
放熱を償う。この状態が第５図の電池スタック上下方向
の温度分布図に示され、（Ａ）は本発明の場合、（Ｂ）
は前記上下端板の加熱手段のない場合、（Ｃ）は従来装
置の場合である。
体（→印）は、夫々集収マニホルドと、導管を経て電池
スタック（１）の上下各端板（２）（２）に形設された
流通路（81）（82）を通過後系外に排出されるが、この
際上下端板（２）が加熱されて電池スタック上下からの
放熱を償う。この状態が第５図の電池スタック上下方向
の温度分布図に示され、（Ａ）は本発明の場合、（Ｂ）
は前記上下端板の加熱手段のない場合、（Ｃ）は従来装
置の場合である。
かくして電池スタック（１）が規定作動温度（150〜1
80℃）に昇温するとバーナー（61）（62）の燃焼を停止
し、ついで電池に各反応ガス（空気及び燃料ガス）を供
給して電池反応を開始する。前記昇温により電池スタッ
ク（１）の上下に亘りほゞ均一温度になっているため、
電池反応が正常に行はれ、短時間で電池を起動すること
ができる。
80℃）に昇温するとバーナー（61）（62）の燃焼を停止
し、ついで電池に各反応ガス（空気及び燃料ガス）を供
給して電池反応を開始する。前記昇温により電池スタッ
ク（１）の上下に亘りほゞ均一温度になっているため、
電池反応が正常に行はれ、短時間で電池を起動すること
ができる。
電池運転中第６図に示すよう電池スタック（１）に供
給された空気は、反応に用いられると同時に電池反応熱
を奪い、昇温した空気の一部はダンパー（９）により系
外に排出されると同時に他部は排出量に見合って弁（1
0）より吸入した新鮮な外気と混合され、循環空気の温
度を下げると共に酸素分圧の低下を償う。
給された空気は、反応に用いられると同時に電池反応熱
を奪い、昇温した空気の一部はダンパー（９）により系
外に排出されると同時に他部は排出量に見合って弁（1
0）より吸入した新鮮な外気と混合され、循環空気の温
度を下げると共に酸素分圧の低下を償う。
尚昇温時間は閉循環路で行はれるので、第１図ではこ
れらダンパー（９）や弁（10）は省略されている。又２
つの熱交換器（51）（52）は薄型（約5cm程度）である
ので電池昇温中及び運転中循環空気の流通に支障をきた
すおそれはない。
れらダンパー（９）や弁（10）は省略されている。又２
つの熱交換器（51）（52）は薄型（約5cm程度）である
ので電池昇温中及び運転中循環空気の流通に支障をきた
すおそれはない。
第６図の発電システムにおいて（11）はメタノール燃
料改質器で、タンク（12）内のメタノールと水の混合燃
料を気化・改質して水素リッチガスを生成し、これが燃
料ガスとして電池に供給される。この場合バーナー
（61）（62）の燃料として前記混合燃料を用いればよ
い。
料改質器で、タンク（12）内のメタノールと水の混合燃
料を気化・改質して水素リッチガスを生成し、これが燃
料ガスとして電池に供給される。この場合バーナー
（61）（62）の燃料として前記混合燃料を用いればよ
い。
（ト） 発明の効果 本発明によれば、電池昇温用の加熱ガスにはバーナー
燃焼ガスが混入しない空気を用いるので、燃焼生成物に
より空気極蝕媒などのセル構成要素に悪影響を及ぼすこ
とがなく、電池スタックへの供給ガスは、加熱媒体（燃
焼ガス）が上下対向流となる２つの薄型熱交換器で加熱
されると共に各熱交換器からの排加熱媒体がスタック上
下端板を加熱するようにしたので、スタック上下からの
放熱が補償されてスタック温度を上下方向に亘り均一化
すると共に、昇温時間を短縮して電池の起動を速めるこ
とができる。
燃焼ガスが混入しない空気を用いるので、燃焼生成物に
より空気極蝕媒などのセル構成要素に悪影響を及ぼすこ
とがなく、電池スタックへの供給ガスは、加熱媒体（燃
焼ガス）が上下対向流となる２つの薄型熱交換器で加熱
されると共に各熱交換器からの排加熱媒体がスタック上
下端板を加熱するようにしたので、スタック上下からの
放熱が補償されてスタック温度を上下方向に亘り均一化
すると共に、昇温時間を短縮して電池の起動を速めるこ
とができる。
第１図は本発明装置を備える電池の側面図、第２図は同
上の要部斜面図、第３図は要部拡大断面図、第４図は本
発明装置に用いた薄型熱交換器の１例を示す部分斜視
図、第５図は電池スタック上下方向の温度分布を示す特
性図、第６図は本発明装置を備える発電システムの模試
的フロー図で、電池スタックは平面図として示す。 1:電池スタック、2:上下端板、3:空気供給マニホルド、
51,52:薄型熱交換器、61,62:バーナー、7:循環ブロワ、
81,82:流通路、11:メタノール改質器、12:燃料タンク。
上の要部斜面図、第３図は要部拡大断面図、第４図は本
発明装置に用いた薄型熱交換器の１例を示す部分斜視
図、第５図は電池スタック上下方向の温度分布を示す特
性図、第６図は本発明装置を備える発電システムの模試
的フロー図で、電池スタックは平面図として示す。 1:電池スタック、2:上下端板、3:空気供給マニホルド、
51,52:薄型熱交換器、61,62:バーナー、7:循環ブロワ、
81,82:流通路、11:メタノール改質器、12:燃料タンク。
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭63−51058（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−154472（ＪＰ，Ａ) 特開 平２−126567（ＪＰ，Ａ)
Claims (2)
- 【請求項１】電池スタックの空気流通面と空気供給マニ
ホルドとの間に、供給空気を加熱する２つの薄型熱交換
器を介在させ、前記各熱交換器にバーナーを夫々付設
し、該バーナーで発生せしめられた燃焼ガスを加熱媒体
として前記各熱交換器に互いに上下対向流となるように
流し、且電池スタックの上下各端板には、前記各熱交換
器から排加熱媒体の流通路を夫々形成してなることを特
徴とする空冷式燃料電池の昇温装置。 - 【請求項２】前記空気流通面には、冷却空気と反応空気
の各チャンネルが開口していることを特徴とする請求項
１の空冷式燃料電池の昇温装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63280692A JP2642703B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 空冷式燃料電池の昇温装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63280692A JP2642703B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 空冷式燃料電池の昇温装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH02126566A JPH02126566A (ja) | 1990-05-15 |
| JP2642703B2 true JP2642703B2 (ja) | 1997-08-20 |
Family
ID=17628614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63280692A Expired - Fee Related JP2642703B2 (ja) | 1988-11-07 | 1988-11-07 | 空冷式燃料電池の昇温装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2642703B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102120831B1 (ko) * | 2018-12-27 | 2020-06-09 | 레드원테크놀러지 주식회사 | 수소연료전지 시스템 |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2001003218A1 (de) * | 1999-07-05 | 2001-01-11 | Siemens Aktiengesellschaft | Htm-brennstoffzellenanlage und verfahren zum betrieb einer htm-brennstoffzellenanlage |
| DE10121666A1 (de) * | 2001-05-04 | 2002-11-07 | Bayerische Motoren Werke Ag | System aus Brennstoffzelle und Wärmetauscher |
| JP2005190799A (ja) * | 2003-12-25 | 2005-07-14 | Toshiba Fuel Cell Power Systems Corp | 燃料電池発電システム |
| JP5583902B2 (ja) * | 2008-11-20 | 2014-09-03 | 日産自動車株式会社 | 燃料電池システム |
| US9819044B2 (en) | 2013-11-04 | 2017-11-14 | Bosal Emission Control Systems Nv | Apparatus comprising a fuel cell unit and a component, and a stack component for use in such an apparatus |
| JP7033016B2 (ja) * | 2018-06-21 | 2022-03-09 | 本田技研工業株式会社 | 燃料電池モジュール |
-
1988
- 1988-11-07 JP JP63280692A patent/JP2642703B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102120831B1 (ko) * | 2018-12-27 | 2020-06-09 | 레드원테크놀러지 주식회사 | 수소연료전지 시스템 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH02126566A (ja) | 1990-05-15 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |