JPH01246766A

JPH01246766A - 燃料電池用冷却板

Info

Publication number: JPH01246766A
Application number: JP63073092A
Authority: JP
Inventors: Keijiro Yamashita; 山下　慶次郎; Kenji Murata; 謙二村田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1988-03-29
Filing date: 1988-03-29
Publication date: 1989-10-02

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】［発明の目的］（産業上の利用分野）本発明は、燃料電池に使用される冷却板に関する。

（従来の技術）溶融炭酸塩型、リン酸型を始めとする燃料電池では、単
位電池では高々１ｖ程度の起電力しか得られないため、
発電プラントの構成単位に適した直流電圧を得るために
、複数の単位電池を直列に積層して燃料電池積層体を構
成し、各単位電池の加算出力を得るようにしている。こ
うした燃料電池積層体（例えば溶融炭酸塩型の燃料電池
積層体）としては、第８図に示す構造になっている。

即ち、図中の１は単位電池２とセパレータ３とを交互に
積層した燃料電池積層体である。前記単位電池２は、一
対の多孔質電極板、つまりアノード４及びカソード５と
、これらの間に介在されたアルカリ炭酸塩からなる電解
質層Ｂとにより構成されている。前記セパレータ３は、
各単位電池２間の電気的な接続機能と、各電極板４．５
への反応ガスの通路７を形成する機能とを兼ね備えたも
のである。

前記燃料電池積層体ｌの４つの側面には、反応ガスの分
配、回収機能を有する図示しないマニホールドが設けら
れている。これらマニホールドのうちの一つに酸化剤ガ
スＱを供給すると共に、隣接するマニホールドに燃料ガ
スＰを供給することによりアノード４において次式（１
）の反応が、カソード５において次式（２）の反応が生
起され、直流出力を得た後、夫々のマニホールドに対向
するマニホールドからガスを排出させるようになってい
る。

Ｈ２＋ＣＯ３→［２０＋ＣＯ２＋２　ｅ−−・１１）１
　／２０２　＋　Ｃ０２＋２　ｅ　　”Ｃ０３・”（２
）ところで、燃料電池積層体では上記化学反応によって
電力と同時に熱を発生する。特に、燃料電池積層体を構
成する単位電池の寸法が大（面積が大）となり、かつ積
層数が増加すると側面や上下面からでは積層体内部の熱
を充分に除去することが困難となる。こうした積層体で
発生した熱の除去が充分になされないと、溶融炭酸塩燃
料電池の運転温度範囲である６００〜７００℃を越えて
しまい、炭酸塩電解質の蒸発が多くなり、かつ構成部材
の腐蝕が激しくなるという問題を生じる。

このようなことから、燃料電池積層体内部に発生した熱
を均一に冷却するために、第９図に示すように積層体１
１における数セルの積層体単位１２ａ〜１２ｄ毎に冷却
板１３ａ−１３ｅを積層し、各冷却板１３ａ、−１３ｅ
に冷媒供給管１４ａ〜１４ｅ及び冷媒排出管１５ａ〜１
５ｅを連結し、冷媒を流通させることにより燃料電池積
層体を冷却することが行われている。

上述した冷却板は、積層される他の構成要素（積層体単
位）との接触を良好にするために剛性を持たせ、上下面
の平面精度を確保するよう設計されていた。第１０図に
従来の冷□却板の一構成例を示す。図中の２１は冷却板
であり、この冷却板２１は冷媒の流路となる複数の溝２
２が加工された金属製厚板からなる本体部２３と、この
本体部２３上に密閉される蓋体２４とから構成されてい
る。この冷却板２１の稜部には・冷媒供給管２５が連結
され、かつ該稜部に対向する稜部には冷媒排出管２６が
連結されている。こうした構造の冷却板２１において、
冷媒供給管２５から冷媒を供給すると本体部２３の複数
の溝２２と蓋体２４で形成された流路を通って冷媒排出
管２６から排出され、冷却板２１全体が冷却される。

しかしながら、従来の冷却板にあっては剛性を確保する
目的で複数の溝加工施した金属製厚板からなる本体部を
一構成部品として用いているため、重くなるという欠点
が′あった。特に、大型の燃料電池積層体では冷却のた
めに多数の冷却板が必要となるが、これは燃料電池積層
体の自重の増大を招き、その結集積層体を構成する各単
位セルに加わる面圧が上部と下部で著しく変動し、全て
の単位セルに適度な締付圧を加えることが不可能になる
。更に、冷却板の加工上の平面精度不良や、冷却板内の
温度分布に帰因する熱変形により表面に凹凸やうねりが
あっても冷却板そのものの剛性が他の構成部品より高い
ため変形せず、隣接する積層構成部品との接触性が悪化
するという問題もあった。

（発明が解決しようとする課題）本発明は、上記従来の課題を解決するためになされたも
ので、軽量でかつ柔軟性を有し、積層構成部品との相互
の締付に際して該積層構成部品と良好な接触を保つこと
が可能な燃料電池用冷却板を提供しようとするものであ
る。

［発明の構成］（課題を解決するための手段）本発明は、単位電池とセパレータを交互に積層した燃料
電池積層体に該積層体の温度制御のために少なくとも１
枚以上積層される冷却板において、上下の板材を薄板に
より形成し、かつ該上下板材間を冷媒流路の形成を兼ね
る複数のバネ体で支持したことを特徴とする燃料電池用
冷却板である。

（作用）本発明によれば、上下の板材を薄板により形成し、かつ
該上下板材間を冷媒流路の形成を兼ねる複数のバネ体で
支持した構造とすることによって、積層構成部品との相
互の締付に際してバネ板の弾性作用が働くため、該板材
表面に凹凸やうねりがあっても該積層構成部品と良好な
面接触を保つことができる。また、全体を薄い板材とバ
ネ体のみで構成することができるため前述した第１Ｏ図
図示の従来の冷却板に比べて軽量な冷却板を得ることが
できる。

（実施例）以下、本発明の実施例を図面を参照して詳細に説明する
。

第１図は、例えば溶融炭酸塩燃料電池積層体中に１Ｏ単
位セル毎に積層される冷却板を示す斜視図、第２図は第
１図の要部断面図である。図中の３１．３２は正方形の
５ＵＳ３１０製の枠板３３の上下面に固定された板材で
ある。これら上下の板材３１．３２は、厚さ０．３　ｒ
ｍの５ＵＳ３１０製の薄板から形成されている。前記板
材８１．３２間には、第２図に示すように厚さ０．１５
ａｕ＋の５ＵＳ３１０板を曲げてＳ字状に加工したバネ
体としての複数の支持部材３４が配置され、かつ各支持
部材３４は上下の板材３１゜３２に対してアモルファス
Ｎｉろうにより接合されている。こうした上下の板材３
１．３２と各支持部材３４により、該支持部材３４の長
手方向に沿って流路３５が形成される。なお、隣接する
前記Ｓ字状の支持部材３４．３４は強度の方向性をなく
すため、両者の中間面に関して対称となるよう配置され
ている。

また、前記枠体３３の稜部には冷媒供給管３６が連結さ
れ、かつ該稜部に対向する稜部には冷媒排出管３７が連
結されている。

このような構成の冷却板において、冷媒供給管３Ｂから
冷媒（例えば空気）を供給すると、上下の板材３１．３
２と各支持部材３４により該支持部材３４の長手方向に
沿って形成されたを通って冷媒排出管３７から排出され
、冷却板全体が冷却される。

また、本実施例の冷却板を溶融炭酸塩燃料電池積層体中
にｌＯ単位セル毎に積層し、圧力ＬＫ９／ｃｄで締付を
行なったところ、各支持部材３４の弾性作用により隣接
する積層構成部品であるセパレータと良好に面接触して
十分な電気伝導及び熱伝導を行なわせることができた。

更に、全体の重量は外形状が第１図図示のものと同様な
前述した第１０図図示の従来の冷却板の約１／３であり
、積層体の自重を大幅に低減できた。

なお、本発明に係わる冷却板は第１図に示す構造のもの
に限定されず、以下に説明する第３図、第４図に示す構
造にしてもよい。

即ち、第３図に示す冷却板は厚さ０．２ＪＩＩＩの５Ｕ
Ｓ３１０Ｓ製の薄板からなる上下の板材３１．３２間に
、巻き径１２Ｍのインコネル７１８製のコイル状バネ体
３８を複数載置して接合し、その長手方向に流路を形成
した構造になっている。かかる構成の冷却板を溶融炭酸
塩燃料電池積層体中にｌＯ単位セル毎に積層し、圧力Ｉ
　Ｋ９／ｄで締付を行なったところ、各コイル状バネ体
３８の弾性作用により隣接する積層構成部品であるセパ
レータと良好に面接触して十分な電気伝導及び熱伝導を
行なわせることができ、しかも軽量化により積層体の自
重を大幅に低減できた。なお、インコネル７１８製のコ
イル状バネ体３８に比べてコイルの巻き径が４／１００
〜１０／　１００のＳＩ３Ｎ４製のコイル状バネ体を該
コイル状バネ体３８の間に全数がそのバネ体３８の半分
以下となるように配置してもよい。また、６５０℃の電
池作動温度で液状となるロウ材を含浸した多孔質板をコ
イル状バネ体と上下の板材の間に介在されてもよい。

第４図の冷却板は、厚さ０．２ｍｚの５ＵＳ３１０Ｓ製
の薄板からなる上下の板材３１．３２間に、長さ５０Ｍ
１直径１２ａｕのインコネル７５０製の薄肉パイプ状バ
ネ体３９をメツシュ状又は焼結体からなる多孔質板４０
ａ　、　４０ｂを介して複数載置、接合し、その長手方
向に流路を形成した構造になっている。かかる構成の冷
却板を溶融炭酸塩燃料電池積層体中にＩＯ単位セル毎に
積層し、圧力ｌＫｙ／ｄで締付を行なったところ、各肉
薄パイプ状バネ体３９及び多孔質板４０ａ　、　４０ｂ
の弾性作用により隣接する積層構成部品であるセパレー
タと良好に面接触して十分な電気伝導及び熱伝導を行な
わせることができ、しかも軽量化により積層体の自重を
大幅に低減できた。また、パイプ状バネ体３９と上下の
板材３１．３２間に多孔質板４０ａ　、　４０ｂを介在
させることによつて、それらの間の電子伝導性を良好に
できる。なお、前記肉薄バイブ状バネ体の両端をテーバ
状にしてもよい。また、前記多孔質板４０ａ　、　４０
ｂに６５０℃の電池作動温度で液状となるロウ材を含浸
させもよい。

上記第３図、第４図に示すコイル、バイブをバネ体とし
て用いた場合には、前述した作用の他に温度の高い部分
はどこれらのバネ体の熱膨張により上下の板材との接触
性が向上し熱伝導性がよくなるので、局所加熱部はど除
熱能が高くなるという自律性を持たせることも可能とな
る。特に、動作温度近傍で液状となるロウ材を含浸した
多孔質板を介在させた場合には、この効果が顕著となる
のみならず、上下の板材板との固定接合の場合に生じる
相互のひきつれ防止にも効果がある。

また、第５図及び第６図に示すようにインコネル７１８
製板を加工して上下方向にかつ交互にＶ字状に屈曲させ
た形状のバネ体４１を用いてもよい。

更に、第７図に示すように上下の板材３１．３２の間に
内側に屈曲させた枠板３３°を配置して冷却板を構成し
てもよい。かかる構成によれば、溶融炭酸塩燃料電池積
層体中にｌθ単位セル毎に積層し、圧力ｌＫ９／Ｃｒｊ
で締付を行なった場合、内部のバネ体と共に上下の板材
３１．３２も枠板３３°の屈曲部により変形できるため
、隣接する積層構成部品であるセパレータと一層良好に
面接触させて十分な電気伝導及び熱伝導を図ることが可
能となる。

［発明の効果］以上詳述した如く、本発明によれば軽量でかつ柔軟性を
有し、積層構成部品との相互の締付に際して該積層構成
部品と良好な接触を保つことができ、ひいては垂直方向
の電気伝導及び熱伝導を損わずに良好な温度制御を行な
うことの可能な燃料電池用冷却板を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す部分切欠した冷却板の
斜視図、第２図は第１図の冷却板の要部断面図、第３図
及び第４図は夫々本発明の他の実施例を示す冷却板の要
部拡大斜視図、第５図は本発明に使用するバネ体の他の
例を示す斜視図、第６図は第５図のＡ矢視図、第７図は
本発明の更に他の実施例を示す冷却板の斜視図、第８図
は代表的な燃料電池積層体を示す分解斜視図、第９図は
冷却板を積層した積層体を示す斜視図、第１０図は従来
の燃料電池の冷却板を示す部分切欠した斜視図である。１　、１１・・・燃料電池積層体、２・・・単位電池、
３・・・セパレータ、４・・・アノード、５・・・カソ
ード、６・・・電解質層、１３ａ　〜１３ｅ−冷却板、
１４ａ　”””　１４ｅ　ｓ３６・・・冷媒供給管、１
５ａ　−１５ｅ　１３７・・・冷媒排出管、３１、３２
・・・板材、３４・・・Ｓ字状支持部材、３５・・・流
路、３８・・・コイル状バネ体、３９・・・バイブ状バ
ネ体、４０ａ　、　４０ｂ・・・多孔質板、４１・・・
バネ体。出願人代理人　弁理士　鈴江武彦第３図３日第４図第５図第６図第７図第８図第９図〜　＼

Claims

【特許請求の範囲】

（１）、単位電池とセパレータを交互に積層した燃料電
池積層体に該積層体の温度制御のために少なくとも１枚
以上積層される冷却板において、上下の板材を薄板によ
り形成し、かつ該上下板材間を冷媒流路の形成を兼ねる
複数のバネ体で支持したことを特徴とする燃料電池用冷
却板。
（２）、バネ体は、長手方向が冷媒流路方向に沿うよう
に配置され、燃料電池積層体の積層面に対して垂直な断
面が少なくとも１つ以上の曲面をもつ形状の弾性を有す
る細長い薄板であることを特徴とする請求項１記載の燃
料電池用冷却板。
（３）、バネ体は、長手方向が冷媒流路方向に沿うよう
に配置された弾性コイルであることを特徴とする請求項
１記載の燃料電池用冷却板。