JP3426701B2 - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
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- JP3426701B2 JP3426701B2 JP11803294A JP11803294A JP3426701B2 JP 3426701 B2 JP3426701 B2 JP 3426701B2 JP 11803294 A JP11803294 A JP 11803294A JP 11803294 A JP11803294 A JP 11803294A JP 3426701 B2 JP3426701 B2 JP 3426701B2
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- Japan
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- cooling
- manifold
- flow
- drainage
- water supply
- Prior art date
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、複数の単セルからなる
複数のサブスタックと複数の冷却板とが交互に積層さ
れ、各冷却板内の冷却管の両端が各々給水用マニホール
ド及び排水用マニホールドに接続されている燃料電池に
関する。
複数のサブスタックと複数の冷却板とが交互に積層さ
れ、各冷却板内の冷却管の両端が各々給水用マニホール
ド及び排水用マニホールドに接続されている燃料電池に
関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池では、天然ガス等を改質して得
られた水素と、酸化剤である空気とが燃料電池本体内に
供給され、リン酸液等の電解質を介して化学反応が生起
されて電気エネルギが発生されている。また、燃料電池
の発電時に発生する熱が冷却水によって冷却される際
に、冷却水に捨てられた熱エネルギが回収されて有効利
用され、これによっても効率的なエネルギ発生システム
が実現されている。
られた水素と、酸化剤である空気とが燃料電池本体内に
供給され、リン酸液等の電解質を介して化学反応が生起
されて電気エネルギが発生されている。また、燃料電池
の発電時に発生する熱が冷却水によって冷却される際
に、冷却水に捨てられた熱エネルギが回収されて有効利
用され、これによっても効率的なエネルギ発生システム
が実現されている。
【０００３】このような燃料電池は、図５に示すよう
に、最小単位の発電機能を有する一つの単電池１（以
下、単セルという）が多数積層された図４に示すような
積層体構造（セルスタック構造）により構成されてい
る。このような単セル１には、図５に示すように、電解
質を保持したマトリックス２が設けられている。このマ
トリックス２の両側に、各々、矢印Ａ方向から燃料であ
る水素が供給される燃料極３と、矢印Ｂ方向から空気が
供給される酸化剤極４とが配置されている。この燃料極
３側には、水素を流すためのリブ付電極基材５が配置さ
れ、酸化剤極４側には、空気を流すためのリブ付電極基
材６が配置されている。これらリブ付電極基材５，６の
上下両面には、絶縁性のセパレータ７，７が配置されて
いる。これらにより、一つの単セル１が構成され、多数
の単セル１が積層されている。この単セル１が５〜１０
個積層される毎に、水冷式の冷却板８が介装されて、図
４に示すように、１つのサブスタック９が構成されてい
る。多数のサブスタック９と、多数の冷却板８とが交互
に積層されてセルスタック構造が形成されている。な
お、このセルスタック構造の最上部と最下部とには、締
付板１０，１０が設けられている。
に、最小単位の発電機能を有する一つの単電池１（以
下、単セルという）が多数積層された図４に示すような
積層体構造（セルスタック構造）により構成されてい
る。このような単セル１には、図５に示すように、電解
質を保持したマトリックス２が設けられている。このマ
トリックス２の両側に、各々、矢印Ａ方向から燃料であ
る水素が供給される燃料極３と、矢印Ｂ方向から空気が
供給される酸化剤極４とが配置されている。この燃料極
３側には、水素を流すためのリブ付電極基材５が配置さ
れ、酸化剤極４側には、空気を流すためのリブ付電極基
材６が配置されている。これらリブ付電極基材５，６の
上下両面には、絶縁性のセパレータ７，７が配置されて
いる。これらにより、一つの単セル１が構成され、多数
の単セル１が積層されている。この単セル１が５〜１０
個積層される毎に、水冷式の冷却板８が介装されて、図
４に示すように、１つのサブスタック９が構成されてい
る。多数のサブスタック９と、多数の冷却板８とが交互
に積層されてセルスタック構造が形成されている。な
お、このセルスタック構造の最上部と最下部とには、締
付板１０，１０が設けられている。
【０００４】上述した冷却板８と、これに冷却水を給水
／排水するシステムとは、以下のように構成されてい
る。冷却板８には、図７に示すように、一対のホルダー
１１ａ，１１ｂからなる冷却基板１１が備えられてい
る。この冷却基板１１内には、良熱伝導充填材１３を介
して金属製の冷却管１２が埋設されている。この冷却管
１２は、図４に示すように、蛇行ループ状に構成されて
いる。また、この冷却板８は、図４に示すように、セル
スタック構造の下側から上側に、例えば、No.1,N0.2 …
No.40,N0.41 の番号が付されている。さらに、セルスタ
ック構造の側部には、冷却水の給水用マニホールド１４
及び排水用マニホールド１５が立設されている。冷却管
１２の給水側端部には、各々、ニップル１６が設けら
れ、冷却管１２の排水側端部には、各々、ニップル１７
が設けられている。さらに、図４及び図７に示すよう
に、給水用マニホールド１４には、各冷却管１２への給
水のためのニップル１８が設けられ、排水用マニホール
ド１５には、各冷却管１２からの排水のためのニップル
１９が設けられている。ニップル１６とニップル１８と
が、各々、絶縁ホース２０により連結され、ニップル１
７とニップル１９とが、各々、絶縁ホース２０により連
結されている。これにより、給水用マニホールド１５か
ら供給された冷却水は、ニップル１８、絶縁ホース２０
及びニップル１６を介して各冷却管１２に供給され、各
冷却管１２を流通した後、ニップル１７、絶縁ホース２
０及びニップル１９を介して排水用マニホールド１５に
排出される。
／排水するシステムとは、以下のように構成されてい
る。冷却板８には、図７に示すように、一対のホルダー
１１ａ，１１ｂからなる冷却基板１１が備えられてい
る。この冷却基板１１内には、良熱伝導充填材１３を介
して金属製の冷却管１２が埋設されている。この冷却管
１２は、図４に示すように、蛇行ループ状に構成されて
いる。また、この冷却板８は、図４に示すように、セル
スタック構造の下側から上側に、例えば、No.1,N0.2 …
No.40,N0.41 の番号が付されている。さらに、セルスタ
ック構造の側部には、冷却水の給水用マニホールド１４
及び排水用マニホールド１５が立設されている。冷却管
１２の給水側端部には、各々、ニップル１６が設けら
れ、冷却管１２の排水側端部には、各々、ニップル１７
が設けられている。さらに、図４及び図７に示すよう
に、給水用マニホールド１４には、各冷却管１２への給
水のためのニップル１８が設けられ、排水用マニホール
ド１５には、各冷却管１２からの排水のためのニップル
１９が設けられている。ニップル１６とニップル１８と
が、各々、絶縁ホース２０により連結され、ニップル１
７とニップル１９とが、各々、絶縁ホース２０により連
結されている。これにより、給水用マニホールド１５か
ら供給された冷却水は、ニップル１８、絶縁ホース２０
及びニップル１６を介して各冷却管１２に供給され、各
冷却管１２を流通した後、ニップル１７、絶縁ホース２
０及びニップル１９を介して排水用マニホールド１５に
排出される。
【０００５】次に、このような燃料電池であって電解質
に例えばリン酸液を用いた燃料電池が駆動される際に
は、反応気体、特に空気中にリン酸液が多少蒸発するこ
とがある。このようなリン酸液の蒸発は、僅かであはあ
るが、長期にわたり電池が作動されたときには、相当な
量に達し、場合によっては電池が作動できなくなること
がある。
に例えばリン酸液を用いた燃料電池が駆動される際に
は、反応気体、特に空気中にリン酸液が多少蒸発するこ
とがある。このようなリン酸液の蒸発は、僅かであはあ
るが、長期にわたり電池が作動されたときには、相当な
量に達し、場合によっては電池が作動できなくなること
がある。
【０００６】このようなリン酸液の蒸発を防止するた
め、蒸発したリン酸液を回収して電池に戻すことができ
る燃料電池の冷却システムが特開昭６４−１４８７６号
公報に開示されている。この冷却システムでは、冷却板
８の冷却管１２に、この管内の所定圧力に対する飽和温
度より十分低い温度（例えば、飽和温度が１８０℃の場
合には、１６０℃に設定される。以下、この温度を設定
温度という）の単相流である冷却水が給水用マニホール
ド１４を介して供給される。単相流の冷却水は、冷却管
１２内を進むうちに次第に温度が上昇していき、飽和温
度に達すると沸騰する。この沸騰した冷却水は、残りの
冷却管１２内を進むとき気液２相流となり、排出用マニ
ホールド１５を介して排出される。
め、蒸発したリン酸液を回収して電池に戻すことができ
る燃料電池の冷却システムが特開昭６４−１４８７６号
公報に開示されている。この冷却システムでは、冷却板
８の冷却管１２に、この管内の所定圧力に対する飽和温
度より十分低い温度（例えば、飽和温度が１８０℃の場
合には、１６０℃に設定される。以下、この温度を設定
温度という）の単相流である冷却水が給水用マニホール
ド１４を介して供給される。単相流の冷却水は、冷却管
１２内を進むうちに次第に温度が上昇していき、飽和温
度に達すると沸騰する。この沸騰した冷却水は、残りの
冷却管１２内を進むとき気液２相流となり、排出用マニ
ホールド１５を介して排出される。
【０００７】このような冷却システムでは、図８に示す
ように、単相流の冷却水が冷却管１２内に流入してから
沸騰するまでの領域（図８中Ｌ３、単相流領域、リン酸
液凝縮領域）では、反応後の排空気が単相流の冷却水に
よって冷却されて、蒸発されたリン酸液が凝縮される。
一方、冷却水が沸騰して気液２相流となっている領域
（図８中Ｌ４、気液２相流領域、電気化学反応領域）で
は、電気化学反応が生起され、実質的に等温冷却されて
いる。これにより、蒸発したリン酸液が回収されて電池
に戻されている。
ように、単相流の冷却水が冷却管１２内に流入してから
沸騰するまでの領域（図８中Ｌ３、単相流領域、リン酸
液凝縮領域）では、反応後の排空気が単相流の冷却水に
よって冷却されて、蒸発されたリン酸液が凝縮される。
一方、冷却水が沸騰して気液２相流となっている領域
（図８中Ｌ４、気液２相流領域、電気化学反応領域）で
は、電気化学反応が生起され、実質的に等温冷却されて
いる。これにより、蒸発したリン酸液が回収されて電池
に戻されている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た冷却システムでは、図４及び図７に示すように、給水
／排水用マニホールド１４，１５に、多数のニップル１
８，１９が取付けられており、給水側と、排水側とが共
に同じ構造である。そのため、給水用マニホールド１４
から各冷却管１２に供給される冷却水流量は、重力の影
響によってセルスタック構造の下側ほど多くなってお
り、排水用マニホールド１５に排出される冷却水流量
も、セルスタック構造の下側ほど多くなっている。この
一例として、図１３に、No.1,N0.2 …No.40,N0.41 の各
冷却板８の各冷却管１２から排水用マニホールド１５に
流れ込む冷却水流量を近似計算により求めたグラフを示
す。この図１３のグラフによっても、No.1とN0.41 の最
上部及び最下部の冷却管を除いて、各冷却管を流れる冷
却水流量は、セルスタック構造の下側ほど多くなってお
り、セルスタック構造の上側と下側とでは不均一になっ
ている。なお、No.1とN0.41 の最上部及び最下部の冷却
管の流量が増大されているのは、これらの冷却管が各々
締付板１０，１０に隣接しているため、冷却板８に浸入
する入熱が半分となっており、冷却水が単相流として流
れ、その結果、最上部及び最下部の冷却管内の流量が過
大となるためである。
た冷却システムでは、図４及び図７に示すように、給水
／排水用マニホールド１４，１５に、多数のニップル１
８，１９が取付けられており、給水側と、排水側とが共
に同じ構造である。そのため、給水用マニホールド１４
から各冷却管１２に供給される冷却水流量は、重力の影
響によってセルスタック構造の下側ほど多くなってお
り、排水用マニホールド１５に排出される冷却水流量
も、セルスタック構造の下側ほど多くなっている。この
一例として、図１３に、No.1,N0.2 …No.40,N0.41 の各
冷却板８の各冷却管１２から排水用マニホールド１５に
流れ込む冷却水流量を近似計算により求めたグラフを示
す。この図１３のグラフによっても、No.1とN0.41 の最
上部及び最下部の冷却管を除いて、各冷却管を流れる冷
却水流量は、セルスタック構造の下側ほど多くなってお
り、セルスタック構造の上側と下側とでは不均一になっ
ている。なお、No.1とN0.41 の最上部及び最下部の冷却
管の流量が増大されているのは、これらの冷却管が各々
締付板１０，１０に隣接しているため、冷却板８に浸入
する入熱が半分となっており、冷却水が単相流として流
れ、その結果、最上部及び最下部の冷却管内の流量が過
大となるためである。
【０００９】上記のように、冷却水流量はセルスタック
構造の上側と下側とでは不均一になっているため、以下
のような問題がある。すなわち、図８に示すように、冷
却水流量Ｑがセルスタック構造の上側と下側とで均一で
ある場合には、気液２相流に変化する開始点は、図８中
のＰ２ に維持されている。しかしながら、冷却水流量
Ｑが大である場合には、気液２相流への開始点は、Ｐ
２ からＰ５ へと変化する。その結果、気液２相流領
域（等温冷却領域）が狭くなり、冷却効果が大幅に低下
し、「HOT AEREA 」の温度が高くなり、セル材料の腐食
が加速される虞れがある。また、セル面内の温度分布が
不均一になり、リン酸のバランスが崩れ、応答特性の規
則性が阻害される虞れもある。一方、冷却水流量Ｑが小
である場合には、気液２相流への開始点は、Ｐ２ から
Ｐ４ へと変化する。その結果、単相流領域（リン酸凝
縮領域）が狭くなり、リン酸回収効果が大幅に低下し、
燃料電池の寿命低下を招来し、しかも、過冷却される結
果電池電圧特性の低下を生起する虞れもある。
構造の上側と下側とでは不均一になっているため、以下
のような問題がある。すなわち、図８に示すように、冷
却水流量Ｑがセルスタック構造の上側と下側とで均一で
ある場合には、気液２相流に変化する開始点は、図８中
のＰ２ に維持されている。しかしながら、冷却水流量
Ｑが大である場合には、気液２相流への開始点は、Ｐ
２ からＰ５ へと変化する。その結果、気液２相流領
域（等温冷却領域）が狭くなり、冷却効果が大幅に低下
し、「HOT AEREA 」の温度が高くなり、セル材料の腐食
が加速される虞れがある。また、セル面内の温度分布が
不均一になり、リン酸のバランスが崩れ、応答特性の規
則性が阻害される虞れもある。一方、冷却水流量Ｑが小
である場合には、気液２相流への開始点は、Ｐ２ から
Ｐ４ へと変化する。その結果、単相流領域（リン酸凝
縮領域）が狭くなり、リン酸回収効果が大幅に低下し、
燃料電池の寿命低下を招来し、しかも、過冷却される結
果電池電圧特性の低下を生起する虞れもある。
【００１０】本発明は、上述したような事情に鑑みてな
されたものであって、複数個積層された冷却板内の冷却
管を流れる冷却水の流量をセルスタック構造の上側と下
側とで可能な限り均一にし、これにより、冷却効果の低
下防止、セル面内の温度分布の均一化、燃料電池の寿命
低下防止、電池電圧特性の低下防止等を図ることができ
る燃料電池を提供することにある。
されたものであって、複数個積層された冷却板内の冷却
管を流れる冷却水の流量をセルスタック構造の上側と下
側とで可能な限り均一にし、これにより、冷却効果の低
下防止、セル面内の温度分布の均一化、燃料電池の寿命
低下防止、電池電圧特性の低下防止等を図ることができ
る燃料電池を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明の請求項１に係る燃料電池は、複数の単セル
からなる複数のサブスタックと複数の冷却板とが交互に
積層されたセルスタック構造と、上記セルスタック構造
の側部に立設された給水用マニホールドと排水用マニホ
ールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却管の給水
側端部および排水側端部が各々上記給水用マニホールド
および上記排水用マニホールドに接続されており、上記
冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存在するよ
うな条件で運転される燃料電池において、上記複数の冷
却板のうち、その上側および下側の両方が上記サブスタ
ックに隣接している冷却板内に通されている冷却管は、
上側にあるものほど上記給水用マニホールドおよび上記
排水用マニホールドの上側に接続されており、上記排水
用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与して冷却水
の流を抑制する流抑制手段が設けられており、かつ、上
記排水用マニホールド内において冷却水は下から上へと
流れるようになっており、 上記排水用マニホールドは円
筒状管からなり、 上記流抑制手段は、上記排水用マニホ
ールドをなす上記円筒状管よりも径が小 さい一端が閉じ
られた円筒状管からなり、 上記円筒状管からなる上記流
抑制手段は、上記円筒状管からなる上記排水用マニホー
ルド内において上記冷却管の接続部から最も離れた位置
に配置され、 上記排水用マニホールド内において冷却水
は上記流抑制手段をなす上記円筒状管の外側を下から上
へと流れる、ことを特徴としている。
め、本発明の請求項１に係る燃料電池は、複数の単セル
からなる複数のサブスタックと複数の冷却板とが交互に
積層されたセルスタック構造と、上記セルスタック構造
の側部に立設された給水用マニホールドと排水用マニホ
ールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却管の給水
側端部および排水側端部が各々上記給水用マニホールド
および上記排水用マニホールドに接続されており、上記
冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存在するよ
うな条件で運転される燃料電池において、上記複数の冷
却板のうち、その上側および下側の両方が上記サブスタ
ックに隣接している冷却板内に通されている冷却管は、
上側にあるものほど上記給水用マニホールドおよび上記
排水用マニホールドの上側に接続されており、上記排水
用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与して冷却水
の流を抑制する流抑制手段が設けられており、かつ、上
記排水用マニホールド内において冷却水は下から上へと
流れるようになっており、 上記排水用マニホールドは円
筒状管からなり、 上記流抑制手段は、上記排水用マニホ
ールドをなす上記円筒状管よりも径が小 さい一端が閉じ
られた円筒状管からなり、 上記円筒状管からなる上記流
抑制手段は、上記円筒状管からなる上記排水用マニホー
ルド内において上記冷却管の接続部から最も離れた位置
に配置され、 上記排水用マニホールド内において冷却水
は上記流抑制手段をなす上記円筒状管の外側を下から上
へと流れる、ことを特徴としている。
【００１２】また、請求項２に係る燃料電池は、複数の
単セルからなる複数のサブスタックと複数の冷却板とが
交互に積層されたセルスタック構造と、上記セルスタッ
ク構造の側部に立設された給水用マニホールドと排水用
マニホールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却管
の給水側端部および排水側端部が各々上記給水用マニホ
ールドおよび上記排水用マニホールドに接続されてお
り、上記冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存
在するような条件で運転される燃料電池において、上記
複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が上記
サブスタックに隣接している冷却板内に通されている冷
却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホールドお
よび上記排水用マニホールドの上側に接続されており、
上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、上記流抑制手段は、
上記排水用マニホールド内に介装された複数のオリフイ
スからなり、これら複数のオリフィスの開口径は、下方
にあるものほど小さい、ことを特徴としている。
単セルからなる複数のサブスタックと複数の冷却板とが
交互に積層されたセルスタック構造と、上記セルスタッ
ク構造の側部に立設された給水用マニホールドと排水用
マニホールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却管
の給水側端部および排水側端部が各々上記給水用マニホ
ールドおよび上記排水用マニホールドに接続されてお
り、上記冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存
在するような条件で運転される燃料電池において、上記
複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が上記
サブスタックに隣接している冷却板内に通されている冷
却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホールドお
よび上記排水用マニホールドの上側に接続されており、
上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、上記流抑制手段は、
上記排水用マニホールド内に介装された複数のオリフイ
スからなり、これら複数のオリフィスの開口径は、下方
にあるものほど小さい、ことを特徴としている。
【００１３】さらに、請求項３に係る燃料電池は、複数
の単セルからなる複数のサブスタックと複数の冷却板と
が交互に積層されたセルスタック構造と、上記セルスタ
ック構造の側部に立設された給水用マニホールドと排水
用マニホールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却
管の給水側端部および排水側端部が各々上記給水用マニ
ホールドおよび上記排水用マニホー ルドに接続されてお
り、上記冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存
在するような条件で運転される燃料電池において、上記
複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が上記
サブスタックに隣接している冷却板内に通されている冷
却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホールドお
よび上記排水用マニホールドの上側に接続されており、
上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、上記複数の冷却板の
うち、その上側のみが上記サブスタックに隣接している
最下部に位置する冷却板内の冷却管の排出側端部が、少
なくともこの冷却板よりも上方に位置する上記排水用マ
ニホールドの部位に、接続ホースにより接続されてお
り、この接続ホースの内径は上記排水用マニホールドの
内径より小さくされている、ことを特徴としている。
の単セルからなる複数のサブスタックと複数の冷却板と
が交互に積層されたセルスタック構造と、上記セルスタ
ック構造の側部に立設された給水用マニホールドと排水
用マニホールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却
管の給水側端部および排水側端部が各々上記給水用マニ
ホールドおよび上記排水用マニホー ルドに接続されてお
り、上記冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存
在するような条件で運転される燃料電池において、上記
複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が上記
サブスタックに隣接している冷却板内に通されている冷
却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホールドお
よび上記排水用マニホールドの上側に接続されており、
上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、上記複数の冷却板の
うち、その上側のみが上記サブスタックに隣接している
最下部に位置する冷却板内の冷却管の排出側端部が、少
なくともこの冷却板よりも上方に位置する上記排水用マ
ニホールドの部位に、接続ホースにより接続されてお
り、この接続ホースの内径は上記排水用マニホールドの
内径より小さくされている、ことを特徴としている。
【００１４】さらに、請求項４に係る燃料電池は、複数
の単セルからなる複数のサブスタックと複数の冷却板と
が交互に積層されたセルスタック構造と、上記セルスタ
ック構造の側部に立設された給水用マニホールドと排水
用マニホールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却
管の給水側端部および排水側端部が各々上記給水用マニ
ホールドおよび上記排水用マニホールドに接続されてお
り、上記冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存
在するような条件で運転される燃料電池において、上記
複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が上記
サブスタックに隣接している冷却板内に通されている冷
却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホールドお
よび上記排水用マニホールドの上側に接続されており、
上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、上記複数の冷却板の
うち、その下側のみが上記サブスタックに隣接している
最 上部に位置する冷却板内に通されている冷却管の排出
側端部が、上記排水用マニホールドの接続部位に、この
接続部位までの距離より長い接続ホースにより接続され
ている、ことを特徴としている。
の単セルからなる複数のサブスタックと複数の冷却板と
が交互に積層されたセルスタック構造と、上記セルスタ
ック構造の側部に立設された給水用マニホールドと排水
用マニホールドとを備え、各冷却板内に配設された冷却
管の給水側端部および排水側端部が各々上記給水用マニ
ホールドおよび上記排水用マニホールドに接続されてお
り、上記冷却管内に単相流領域と気液２相流領域とが存
在するような条件で運転される燃料電池において、上記
複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が上記
サブスタックに隣接している冷却板内に通されている冷
却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホールドお
よび上記排水用マニホールドの上側に接続されており、
上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、上記複数の冷却板の
うち、その下側のみが上記サブスタックに隣接している
最 上部に位置する冷却板内に通されている冷却管の排出
側端部が、上記排水用マニホールドの接続部位に、この
接続部位までの距離より長い接続ホースにより接続され
ている、ことを特徴としている。
【００１５】
【作用】従来、排水用マニホールド内では、重量の影響
によりセルスタック構造の下側ほど冷却水が流れ易かっ
たが、本発明によれば、排水用マニホールド内に、冷却
水に流抵抗を付与して冷却水の流れを抑制する流抑制手
段が設けられている。そのため、この排水用マニホール
ド内での流抑制手段による流抵抗により、排水側マニホ
ールドでは、下側ほど圧力損失が大きくなる。その結
果、この圧力損失が、下側ほど冷却水を多く流そうとす
る重量の影響と相殺し、これにより、冷却管内に入る冷
却水の流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一に
される。なお、部分負荷運転時であっても同じ作用が得
られる。
によりセルスタック構造の下側ほど冷却水が流れ易かっ
たが、本発明によれば、排水用マニホールド内に、冷却
水に流抵抗を付与して冷却水の流れを抑制する流抑制手
段が設けられている。そのため、この排水用マニホール
ド内での流抑制手段による流抵抗により、排水側マニホ
ールドでは、下側ほど圧力損失が大きくなる。その結
果、この圧力損失が、下側ほど冷却水を多く流そうとす
る重量の影響と相殺し、これにより、冷却管内に入る冷
却水の流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一に
される。なお、部分負荷運転時であっても同じ作用が得
られる。
【００１６】請求項１記載の発明によれば、この冷却管
内の冷却水流量の均一化が、排水用マニホールド内に挿
入された筒状管により実現されている。即ち、この筒状
管によって排水用マニホールド内の冷却水に流抵抗が付
与されている。
内の冷却水流量の均一化が、排水用マニホールド内に挿
入された筒状管により実現されている。即ち、この筒状
管によって排水用マニホールド内の冷却水に流抵抗が付
与されている。
【００１７】請求項２記載の発明によれば、上記冷却管
内の冷却水流量の均一化が、排水用マニホールド内に介
装された開口径が下のものほど小さい複数のオリフィス
により実現されている。即ち、このオリフィスによって
排水用マニホールド内の冷却水に流抵抗が付与されてい
る。
内の冷却水流量の均一化が、排水用マニホールド内に介
装された開口径が下のものほど小さい複数のオリフィス
により実現されている。即ち、このオリフィスによって
排水用マニホールド内の冷却水に流抵抗が付与されてい
る。
【００１８】さらに、従来、最上部及び最下部の冷却管
が各々締付板に隣接されているため、冷却板に浸入する
入熱が半分となっており、冷却水が単相流として流れ、
その結果、最上部及び最下部の冷却管内の流量が過大と
なっている。しかし、請求項３記載の発明によれば、最
下部に位置する冷却板内の冷却管の排出口が、少なくと
もこの冷却板よりも上方に位置する排水用マニホールド
の部位に、接続ホースにより接続されている。これによ
り、最下部の冷却管内の冷却水は、排水用マニホールド
の上方部位に排出され、接続ホースでの圧力損失と重量
の影響による流量の増加分とが相殺されると共に、下方
から上方に接続される結果比較的長くなった接続ホース
内の分圧損失が比較的大きくなっている。その結果、最
下部の冷却管内を流れる冷却水の流量が抑制される。さ
らに、請求項４記載の発明によれば、最上部に位置する
冷却板内の冷却管の排出口が、排水用マニホールドの接
続部位に、この部位までの距離より長い接続ホースによ
り接続されている。これにより、比較的長い接続ホース
内の分圧損失が比較的大きくなっている結果、最上部の
冷却管内を流れる冷却水の流量が抑制される。
が各々締付板に隣接されているため、冷却板に浸入する
入熱が半分となっており、冷却水が単相流として流れ、
その結果、最上部及び最下部の冷却管内の流量が過大と
なっている。しかし、請求項３記載の発明によれば、最
下部に位置する冷却板内の冷却管の排出口が、少なくと
もこの冷却板よりも上方に位置する排水用マニホールド
の部位に、接続ホースにより接続されている。これによ
り、最下部の冷却管内の冷却水は、排水用マニホールド
の上方部位に排出され、接続ホースでの圧力損失と重量
の影響による流量の増加分とが相殺されると共に、下方
から上方に接続される結果比較的長くなった接続ホース
内の分圧損失が比較的大きくなっている。その結果、最
下部の冷却管内を流れる冷却水の流量が抑制される。さ
らに、請求項４記載の発明によれば、最上部に位置する
冷却板内の冷却管の排出口が、排水用マニホールドの接
続部位に、この部位までの距離より長い接続ホースによ
り接続されている。これにより、比較的長い接続ホース
内の分圧損失が比較的大きくなっている結果、最上部の
冷却管内を流れる冷却水の流量が抑制される。
【００１９】
【実施例】以下、本発明の実施例に係る燃料電池を図面
を参照しつつ説明する。なお、従来と同じ部材に関して
は、同じ符号を付す。
を参照しつつ説明する。なお、従来と同じ部材に関して
は、同じ符号を付す。
【００２０】図１及び図２は、本発明の第１実施例に係
る燃料電池を示し、図１は、本発明の第１実施例に係る
燃料電池の部分切欠を含む斜視図であり、図２（ａ）
は、図１に示す燃料電池に装着された排水用マニホール
ドの断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ線に沿
う断面図である。
る燃料電池を示し、図１は、本発明の第１実施例に係る
燃料電池の部分切欠を含む斜視図であり、図２（ａ）
は、図１に示す燃料電池に装着された排水用マニホール
ドの断面図、図２（ｂ）は、図２（ａ）のｂ−ｂ線に沿
う断面図である。
【００２１】図１に示すように、多数のサブスタック９
と、多数の冷却板８とが交互に積層されてセルスタック
構造が形成されている。このセルスタック構造の最上部
と最下部とには、締付板１０，１０が設けられている。
と、多数の冷却板８とが交互に積層されてセルスタック
構造が形成されている。このセルスタック構造の最上部
と最下部とには、締付板１０，１０が設けられている。
【００２２】この冷却板８に冷却水を給水／排水するた
めの冷却システムは、以下のように構成されている。冷
却板８内に設けられた冷却管１２は、蛇行ループ状に構
成されている。また、この冷却板８は、セルスタック構
造の下側から上側に、例えば、No.1,N0.2 …No.40,N0.4
1 の番号が付されている。
めの冷却システムは、以下のように構成されている。冷
却板８内に設けられた冷却管１２は、蛇行ループ状に構
成されている。また、この冷却板８は、セルスタック構
造の下側から上側に、例えば、No.1,N0.2 …No.40,N0.4
1 の番号が付されている。
【００２３】さらに、セルスタック構造の側部には、冷
却水の給水用マニホールド１４及び排水用マニホールド
１５が立設されている。冷却管１２の給水側端部には、
各々、ニップル１６が設けられ、冷却管１２の排水側端
部には、各々、ニップル１７が設けられている。さら
に、図１に示すように、給水用マニホールド１４には、
各冷却管１２への給水のためのニップル１８が設けら
れ、図２にも示すように、排水用マニホールド１５に
は、各冷却管１２からの排水のためのニップル１９が設
けられている。
却水の給水用マニホールド１４及び排水用マニホールド
１５が立設されている。冷却管１２の給水側端部には、
各々、ニップル１６が設けられ、冷却管１２の排水側端
部には、各々、ニップル１７が設けられている。さら
に、図１に示すように、給水用マニホールド１４には、
各冷却管１２への給水のためのニップル１８が設けら
れ、図２にも示すように、排水用マニホールド１５に
は、各冷却管１２からの排水のためのニップル１９が設
けられている。
【００２４】さて、本実施例では、図２に示すように、
排水用マニホールド１５内には、冷却水に流抵抗を付与
して冷却水の流を抑制する円筒状管３０（流抑制手段）
が挿入されて、排水用マニホールド１５内壁との間にボ
ルト３０ａ等により固定されている。このように構成さ
れているため、排水用マニホールド１５内での円筒状管
３０による流抵抗により、排水用マニホールド１５内で
は、下側ほど圧力損失が大きくなる。その結果、この圧
力損失が、下側ほど冷却水を多く流そうとする重量の影
響と相殺し、これにより、冷却管１２内に入る冷却水の
流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一にされ
る。図１０に、定格負荷運転時において、No.1,N0.2 …
No.40,N0.41 の各冷却板８の各冷却管１２から排水用マ
ニホールド１５に流れ込む冷却水流量を近似計算により
求めたグラフを示す。このグラフによれば、冷却管１２
内に入る冷却水の流量がセルスタック構造の上側と下側
とで均一にされている。なお、このグラフでは、最上部
及び最下部（No.1とN0.41 ）の冷却管の流量制御分が含
まれていないため、No.1とN0.41 の冷却管１２の流量が
大きく表示されているが、実際には、均一化されてい
る。また、図１１に、図１０と同じように、冷却水流量
を近似計算により求めたものであって、５０％負荷運転
時の場合を示す。この場合にも、冷却管１２内に入る冷
却水の流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一に
されている。
排水用マニホールド１５内には、冷却水に流抵抗を付与
して冷却水の流を抑制する円筒状管３０（流抑制手段）
が挿入されて、排水用マニホールド１５内壁との間にボ
ルト３０ａ等により固定されている。このように構成さ
れているため、排水用マニホールド１５内での円筒状管
３０による流抵抗により、排水用マニホールド１５内で
は、下側ほど圧力損失が大きくなる。その結果、この圧
力損失が、下側ほど冷却水を多く流そうとする重量の影
響と相殺し、これにより、冷却管１２内に入る冷却水の
流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一にされ
る。図１０に、定格負荷運転時において、No.1,N0.2 …
No.40,N0.41 の各冷却板８の各冷却管１２から排水用マ
ニホールド１５に流れ込む冷却水流量を近似計算により
求めたグラフを示す。このグラフによれば、冷却管１２
内に入る冷却水の流量がセルスタック構造の上側と下側
とで均一にされている。なお、このグラフでは、最上部
及び最下部（No.1とN0.41 ）の冷却管の流量制御分が含
まれていないため、No.1とN0.41 の冷却管１２の流量が
大きく表示されているが、実際には、均一化されてい
る。また、図１１に、図１０と同じように、冷却水流量
を近似計算により求めたものであって、５０％負荷運転
時の場合を示す。この場合にも、冷却管１２内に入る冷
却水の流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一に
されている。
【００２５】さらに、本実施例では、図１に示すよう
に、最下部（No.1）の冷却管１２の排出口のニップル１
７と、排水用マニホールド１５の上から２番目（No.40
）のニップル１９とが比較的長い絶縁ホース３１（接
続ホース）により接続されている。従来、最下部（No.
1）の冷却管１２が締付板１０に隣接されているため、
冷却板８に浸入する入熱が半分となっており、冷却水が
単相流として流れ、最下部の冷却管１２内の流量が過大
となっているが、本実施例では、上記のように構成され
ているため、最下部（No.1）の冷却管１２内の冷却水
は、排水用マニホールド１５の上方部位に排出され、絶
縁ホース３１での圧力損失と重量の影響による流量の増
加分とが相殺されると共に、比較的長い絶縁ホース３１
内の分圧損失が比較的大きくなっている。その結果、最
下部（No.1）の冷却管内を流れる冷却水の流量が抑制さ
れる。
に、最下部（No.1）の冷却管１２の排出口のニップル１
７と、排水用マニホールド１５の上から２番目（No.40
）のニップル１９とが比較的長い絶縁ホース３１（接
続ホース）により接続されている。従来、最下部（No.
1）の冷却管１２が締付板１０に隣接されているため、
冷却板８に浸入する入熱が半分となっており、冷却水が
単相流として流れ、最下部の冷却管１２内の流量が過大
となっているが、本実施例では、上記のように構成され
ているため、最下部（No.1）の冷却管１２内の冷却水
は、排水用マニホールド１５の上方部位に排出され、絶
縁ホース３１での圧力損失と重量の影響による流量の増
加分とが相殺されると共に、比較的長い絶縁ホース３１
内の分圧損失が比較的大きくなっている。その結果、最
下部（No.1）の冷却管内を流れる冷却水の流量が抑制さ
れる。
【００２６】さらに、本実施例では、最上部（N0.41 ）
の冷却管１２の排出口のニップル１７が、比較的長い絶
縁ホース３２（接続ホース）により、排水用マニホール
ドの最上部（N0.41 ）のニップル１９に接続されてい
る。従来、最上部（N0.41 ）の冷却管１２でも、最下部
（No.1）の場合と同様の理由により、流量が過大となっ
ているが、本実施例では、上記のように構成されている
ため、比較的長い絶縁ホース３２内の分圧損失が比較的
大きくなっている結果、最上部（N0.41 ）の冷却管１２
内を流れる冷却水の流量が抑制されている。
の冷却管１２の排出口のニップル１７が、比較的長い絶
縁ホース３２（接続ホース）により、排水用マニホール
ドの最上部（N0.41 ）のニップル１９に接続されてい
る。従来、最上部（N0.41 ）の冷却管１２でも、最下部
（No.1）の場合と同様の理由により、流量が過大となっ
ているが、本実施例では、上記のように構成されている
ため、比較的長い絶縁ホース３２内の分圧損失が比較的
大きくなっている結果、最上部（N0.41 ）の冷却管１２
内を流れる冷却水の流量が抑制されている。
【００２７】なお、排水用マニホールド１５の上から３
番目（No.39 ）以降のニップル１９は、各々、１段上の
冷却管１２のニップル１７に絶縁ホース２０により接続
されている。また、給水用マニホールド１４のニップル
１８は、各々、冷却管１２の入口側のニップル１６に絶
縁ホース２０により接続されている。
番目（No.39 ）以降のニップル１９は、各々、１段上の
冷却管１２のニップル１７に絶縁ホース２０により接続
されている。また、給水用マニホールド１４のニップル
１８は、各々、冷却管１２の入口側のニップル１６に絶
縁ホース２０により接続されている。
【００２８】次に、図３を参照して本発明の第２実施例
に係る燃料電池を説明する。図３（ａ）は、本発明の第
３の実施例に係る燃料電池に装着された排水用マニホー
ルドの断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ線に
沿う断面図である。
に係る燃料電池を説明する。図３（ａ）は、本発明の第
３の実施例に係る燃料電池に装着された排水用マニホー
ルドの断面図、図３（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ線に
沿う断面図である。
【００２９】本実施例では、３個のオリフィス３４，３
５，３６が排水用マニホールド１５内に設けられてい
る。上側のオリフィス３４は、最上部（No.41 ）のニッ
プル１９の上方に位置され、中段のオリフィス３５は、
No.20 のニップル１９の上方に位置され、下側のオリフ
ィス３６は、No.10 のニップル１９の上方に位置されて
いる。また、下方のオリフィスほど、開口の径が小さく
されている。例えば、開口の径が上から、順次、２５m
m、１５mm、１０mmとされている。
５，３６が排水用マニホールド１５内に設けられてい
る。上側のオリフィス３４は、最上部（No.41 ）のニッ
プル１９の上方に位置され、中段のオリフィス３５は、
No.20 のニップル１９の上方に位置され、下側のオリフ
ィス３６は、No.10 のニップル１９の上方に位置されて
いる。また、下方のオリフィスほど、開口の径が小さく
されている。例えば、開口の径が上から、順次、２５m
m、１５mm、１０mmとされている。
【００３０】本実施例でも、これらオリフィス３４，３
５，３６の流抵抗により、下側ほど圧力損失が大きくな
り、重量の影響と相殺されて、冷却管１２内に入る冷却
水の流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一にさ
れる。図１１に、No.1,N0.2…No.40,N0.41 の各冷却板
８の各冷却管１２から排水用マニホールド１５に流れ込
む冷却水流量を近似計算により求めたグラフを示す。こ
のグラフによれば、図９の場合と異なり、オリフィス３
４，３５，３６ごとに対応した流量の変化は見られる
が、全体的には、一番均一化されている。また、図１２
に、図９と同じように、冷却水流量を近似計算により求
めたものであって、５０％負荷運転時の場合を示す。こ
の場合にも、冷却管１２内に入る冷却水の流量がセルス
タック構造の上側と下側とで均一化されている。
５，３６の流抵抗により、下側ほど圧力損失が大きくな
り、重量の影響と相殺されて、冷却管１２内に入る冷却
水の流量がセルスタック構造の上側と下側とで均一にさ
れる。図１１に、No.1,N0.2…No.40,N0.41 の各冷却板
８の各冷却管１２から排水用マニホールド１５に流れ込
む冷却水流量を近似計算により求めたグラフを示す。こ
のグラフによれば、図９の場合と異なり、オリフィス３
４，３５，３６ごとに対応した流量の変化は見られる
が、全体的には、一番均一化されている。また、図１２
に、図９と同じように、冷却水流量を近似計算により求
めたものであって、５０％負荷運転時の場合を示す。こ
の場合にも、冷却管１２内に入る冷却水の流量がセルス
タック構造の上側と下側とで均一化されている。
【００３１】なお、本発明は、上述した実施例に限定さ
れないのは勿論であり、種々変形可能である。特に、実
施例で示した流抑制手段は、単なる例示であり、具体的
には種々のものを流抑制手段として用いることができ
る。
れないのは勿論であり、種々変形可能である。特に、実
施例で示した流抑制手段は、単なる例示であり、具体的
には種々のものを流抑制手段として用いることができ
る。
【００３２】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、排
水用マニホールド内での流抑制手段による流抵抗によ
り、排水用マニホールド内では、下側ほど圧力損失が大
きくなる。その結果、この圧力損失が、下側ほど冷却水
を多く流そうとする重量の影響と相殺し、これにより、
冷却管内に入る冷却水の流量がセルスタック構造の上側
と下側とで均一にされる。なお、部分負荷運転時であっ
ても同じ作用が得られる。その結果、図８に示す単相流
領域（リン酸凝縮領域）及び気液２相流領域（等温冷却
領域）が最適な範囲で確保される。これにより、冷却効
果が最適な状態で維持される。即ち、「HOT AREA」の温
度が高くなることがないため、セル材料の腐食が促進さ
れることがない。また、セル面内の温度分布が均一に維
持されるため、リン酸のバランスが維持され、応答特性
の規則性が確保される。更に、リン酸回収効果が正常に
作用するため、燃料電池の寿命低下や電圧特性の低下が
生起されることがない。なお、部分負荷運転時であって
も同じ効果が得られることは勿論である。
水用マニホールド内での流抑制手段による流抵抗によ
り、排水用マニホールド内では、下側ほど圧力損失が大
きくなる。その結果、この圧力損失が、下側ほど冷却水
を多く流そうとする重量の影響と相殺し、これにより、
冷却管内に入る冷却水の流量がセルスタック構造の上側
と下側とで均一にされる。なお、部分負荷運転時であっ
ても同じ作用が得られる。その結果、図８に示す単相流
領域（リン酸凝縮領域）及び気液２相流領域（等温冷却
領域）が最適な範囲で確保される。これにより、冷却効
果が最適な状態で維持される。即ち、「HOT AREA」の温
度が高くなることがないため、セル材料の腐食が促進さ
れることがない。また、セル面内の温度分布が均一に維
持されるため、リン酸のバランスが維持され、応答特性
の規則性が確保される。更に、リン酸回収効果が正常に
作用するため、燃料電池の寿命低下や電圧特性の低下が
生起されることがない。なお、部分負荷運転時であって
も同じ効果が得られることは勿論である。
【図１】本発明の第１実施例に係る燃料電池の部分切欠
を含む斜視図。
を含む斜視図。
【図２】図２（ａ）は、図１に示す燃料電池に装着され
た排水用マニホールドの断面図、図２（ｂ）は、図２
（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
た排水用マニホールドの断面図、図２（ｂ）は、図２
（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図３】図３（ａ）は、本発明の第２の実施例に係る燃
料電池に装着された排水用マニホールドの断面図、図３
（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
料電池に装着された排水用マニホールドの断面図、図３
（ｂ）は、図３（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図４】従来に係る燃料電池の部分切欠を含む斜視図。
【図５】従来に係る燃料電池の単セルの分解斜視図。
【図６】従来に係る冷却板の断面図。
【図７】図７（ａ）は、従来に係る燃料電池に装着され
た排水用マニホールドの断面図、図７（ｂ）は、図７
（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
た排水用マニホールドの断面図、図７（ｂ）は、図７
（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図。
【図８】冷却管の単相流領域及び気液２相流領域を示す
図。
図。
【図９】本発明の第１実施例に係る燃料電池（筒状管装
着）の定格負荷運転時の各冷却管の流量分布を示すグラ
フ。
着）の定格負荷運転時の各冷却管の流量分布を示すグラ
フ。
【図１０】本発明の第１実施例に係る燃料電池（筒状管
装着）の５０％負荷運転時の各冷却管の流量分布を示す
グラフ。
装着）の５０％負荷運転時の各冷却管の流量分布を示す
グラフ。
【図１１】本発明の第２実施例に係る燃料電池（３個の
オリフィス装着）の定格負荷運転時の各冷却管の流量分
布を示すグラフ。
オリフィス装着）の定格負荷運転時の各冷却管の流量分
布を示すグラフ。
【図１２】本発明の第２実施例に係る燃料電池（３個の
オリフィス装着）の５０％負荷運転時の各冷却管の流量
分布を示すグラフ。
オリフィス装着）の５０％負荷運転時の各冷却管の流量
分布を示すグラフ。
【図１３】従来に係る燃料電池の各冷却管の流量分布を
示すグラフ。
示すグラフ。
１ 単セル
８ 冷却板
９ サブスタック
１２ 冷却管
１４ 給水用マニホールド
１５ 排水用マニホールド
３０ 円筒状管（流抑制手段）
３１ 絶縁ホース（接続ホース）
３２ 絶縁ホース（接続ホース）
３４ オリフィス
３５ オリフィス
３６ オリフィス
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 昭62−145659（ＪＰ，Ａ)
特開 昭61−147467（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−217862（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−298653（ＪＰ，Ａ)
特開 平１−281682（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/24
Claims (4)
- 【請求項１】複数の単セルからなる複数のサブスタック
と複数の冷却板とが交互に積層されたセルスタック構造
と、上記セルスタック構造の側部に立設された給水用マ
ニホールドと排水用マニホールドとを備え、各冷却板内
に配設された冷却管の給水側端部および排水側端部が各
々上記給水用マニホールドおよび上記排水用マニホール
ドに接続されており、上記冷却管内に単相流領域と気液
２相流領域とが存在するような条件で運転される燃料電
池において、 上記複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が
上記サブスタックに隣接している冷却板内に通されてい
る冷却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホール
ドおよび上記排水用マニホールドの上側に接続されてお
り、 上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、 上記排水用マニホールドは円筒状管からなり、 上記流抑制手段は、上記排水用マニホールドをなす上記
円筒状管よりも径が小さい一端が閉じられた円筒状管か
らなり、 上記円筒状管からなる上記流抑制手段は、上記円筒状管
からなる上記排水用マニホールド内において上記冷却管
の接続部から最も離れた位置に配置され、 上記排水用マニホールド内において冷却水は上記流抑制
手段をなす上記円筒状管の外側を下から上へと流れる、
ことを特徴とする、燃料電池。 - 【請求項２】複数の単セルからなる複数のサブスタック
と複数の冷却板とが交互に積層されたセルスタック構造
と、上記セルスタック構造の側部に立設された給水用マ
ニホールドと排水用マニホールドとを備え、各冷却板内
に配設された冷却管の給水側端部および排水側端部が各
々上記給水用マニホールドおよび上記排水用マニホール
ドに接続されており、上記冷却管内に単相流領域と気液
２相流領域とが存在するような条件で運転される燃料電
池において、 上記複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が
上記サブスタックに隣接している冷却板内に通されてい
る冷却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホール
ドおよび上記排水用マニホールドの上側に接続されてお
り、 上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、 上記流抑制手段は、上記排水用マニホールド内に介装さ
れた複数のオリフイスからなり、これら複数のオリフィ
スの開口径は、下方にあるものほど小さい、 ことを特徴
とする燃料電池。 - 【請求項３】複数の単セルからなる複数のサブスタック
と複数の冷却板とが交互に積層されたセルスタック構造
と、上記セルスタック構造の側部に立設された給水用マ
ニホールドと排水用マニホールドとを備え、各冷却板内
に配設された冷却管の給水側端部および排水側端部が各
々上記給水用マニホールドおよび上記排水用マニホール
ドに接続されており、上記冷却管内に単相流領域と気液
２相流領域とが存在するような条件で運転される燃料電
池において、 上記複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が
上記サブスタックに隣接している冷却板内に通されてい
る冷却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホール
ドおよび上記排水用マニホールドの上側に接続されてお
り、 上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、 上記複数の冷却板のうち、その上側のみが上記サブスタ
ックに隣接している最下部に位置する冷却板内の冷却管
の排出側端部が、少なくともこの冷却板よりも上方に位
置する上記排水用マニホールドの部位に、接続ホースに
より接続されており、この接続ホースの内径は上記排水
用マニホールドの内径より小さくされている、 ことを特
徴とする燃料電池。 - 【請求項４】複数の単セルからなる複数のサブスタック
と複数の冷却板とが交互に積層されたセルスタック構造
と、上記セルスタック構造の側部に立設された給水用マ
ニホールドと排水用マニホールドとを備え、各冷却板内
に配設された冷却管の給水側端部および排水側端部が各
々上記給水用マニホールドおよび上記排水用マニホール
ドに接続されており、上記冷却管内に単相流領域と気液
２相流領域とが存在するような条件で運転される燃料電
池において、 上記複数の冷却板のうち、その上側および下側の両方が
上記サブスタックに隣接している冷却板内に通されてい
る冷却管は、上側にあるものほど上記給水用マニホール
ドおよび上記排水用マニホールドの上側に接続されてお
り、 上記排水用マニホールド内に、冷却水に流抵抗を付与し
て冷却水の流を抑制する流抑制手段が設けられており、
かつ、上記排水用マニホールド内において冷却水は下か
ら上へと流れるようになっており、 上記複数の冷却板のうち、その下側のみが上記サブスタ
ックに隣接している最上部に位置する冷却板内に通され
ている冷却管の排出側端部が、上記排水用マニホールド
の接続部位に、この接続部位までの距離より長い接続ホ
ースにより接続されている、 ことを特徴とする燃料電
池。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11803294A JP3426701B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 燃料電池 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11803294A JP3426701B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 燃料電池 |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07326378A JPH07326378A (ja) | 1995-12-12 |
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ID=14726369
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP11803294A Expired - Fee Related JP3426701B2 (ja) | 1994-05-31 | 1994-05-31 | 燃料電池 |
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| JP (1) | JP3426701B2 (ja) |
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|---|---|---|---|---|
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-
1994
- 1994-05-31 JP JP11803294A patent/JP3426701B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07326378A (ja) | 1995-12-12 |
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