JPH0227503Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 この考案は方形の単位体を積層してなるセルス
タツクとして構成され、該スタツクの相対向する
二側面の一方に入口マニホールドを、他方に出口
マニホールドを配設してスタツク内に反応ガスを
供給するようにしたりん酸を電解質とする燃料電
池において、冷却媒体を通流する冷却管を内蔵し
た冷却体をスタツク内に介装するりん酸形燃料電
池の冷却装置に関する。

〔従来技術とその問題点〕

りん酸形燃料電池のセルスタツクはりん酸電解
質を担持したマトリツクスをガス拡散性のある要
素体をアノードおよびカソードとして挟持して単
位電池を構成し、反応ガスとしてアノードに燃料
ガスを、カソードに酸化剤ガスを供給する溝が形
成されたプレートのそれぞれの間に単位電池を介
装して配設されてなる方形の単位体を多数積重ね
て構成される。燃料電池は反応ガスを前記セルス
タツクに流すことにより、セルスタツク内の単位
電池と電気化学反応をして電気を起こすわけであ
るが、電気エネルギーとして利用されない熱エネ
ルギーは熱となつて発生するので、セルスタツク
を冷却して、燃料電池の運転温度を保持しなけれ
ばならない。

この方法として、電気質液の循環による冷却、
ガスにより冷却、冷却水による冷却等があるが、
電解質液をマトリツクスに担持している場合、セ
ルスタツクを構成している方形の単位体を複数個
積重ねるごとに、冷却管を配備した冷却体を配設
し、冷却媒体としての冷却水を前記冷却管に通流
し、燃料電池の電気化学反応により発生する熱を
冷却し、その運転温度に保持する方法がとられ
る。しかし、この場合従来技術では燃料ガスまた
は酸化ガスの入口側および出口側にそれぞれ冷却
管の入口配管部と出口配管部を設けるのが通常で
ある。以下従来技術について図面を用いて説明す
る。

第１図は従来技術におけるりん酸形燃料電池の
セルスタツクの一例を示す分解斜視図である。符
号１は反応ガスを供給する溝の形成されたプレー
トに介装された単位電池であり、これら単位電池
１はセパレートプレート２を介して積重ねられ
る。燃料電池の発生熱を冷却する冷却管３は冷却
体４の溝４ａのなかに収納され、冷却管３の配列
方向は燃料ガス、または酸化ガスの流れ方向のい
づれかの方向にとられるが、冷却管の各入口配管
は冷却管がマニホールドを貫通して集合管３ａ
に、また各出口配管は同様にして集合管３ｂに集
められる。冷却媒体としての冷却水は熱交換器５
より矢印Ａの方向に流れ、集合管３ａを通つて冷
却体４内の冷却管３を通流してセルスタツクを冷
却した後、集合管３ｂに集められ、矢印Ｂの方向
に流れて、熱交換器５に戻り、冷却されて循環す
る。

したがつて、前述における従来技術では入口マ
ニホールド、セルスタツクおよび出口マニホール
ド内に配列されている冷却管３は反応ガスの雰囲
気、すなわち燃料ガスとしての水素、または酸化
ガスとしての空気の中に存在することになる。し
かしながらりん酸形燃料電池において、マトリツ
クスに担持されたりん酸電解質液の蒸気が漏洩し
て下流側に流れ、セルスタツク側面の反応ガスの
出口マニホールド内ではりん酸の蒸気が飛来して
くることが知られており、このりん酸蒸気を含有
する反応ガスの温度は冷却水の通流する冷却管の
温度より高いため、温度の低い冷却却管表面上で
りん酸蒸気は凝縮して付着し、冷却管のりん酸に
よる腐食を起すという欠点がある。

〔考案の目的〕

本考案は上述したような欠点に鑑み、りん酸形
燃料電池のセルスタツクに介装される冷却体に収
納され、冷却媒体の通流する冷却管およびそれに
接続する配管がりん酸による腐食から保護され、
長時間の運転を可能とするりん酸形燃料電池の冷
却装置を提供することを目的とする。

〔考案の要旨〕

この考案は、方形の単位体を積層してなるセル
スタツクとして構成され、該スタツクの相対向す
る二側面の一方に入口マニホールドを、他方に出
口マニホールドを配設してスタツク内に反応ガス
を供給するようにしたりん酸を電解質とする燃料
電池の冷却装置であつて、冷却媒体を通流する冷
却管を複数本内蔵した冷却体をスタツク内に介装
するものにおいて、前記複数本の冷却管を前記冷
却体の内部でそれぞれ一方側を折り返して、該冷
却管の冷却体への出入口をすべて酸化剤ガスに対
する前記入口マニホールド側に配設し、該冷却体
の出口マニホールド側を反応ガスに対して閉鎖す
るように構成する。これにより、りん酸電解質を
担持するマトリツクスから漏洩して下流側の出口
マニホールドに流れ込むりん酸電解質液の蒸気の
飛来を避け、りん酸蒸気を含有する反応ガスの温
度より低い温度の冷却水の通流する冷却管および
それに接続する配管の表面で凝縮して生じるりん
酸による腐食を起さないようにしたものである。
また、冷却管の冷却体への出入口をすべて酸化剤
ガスに対する入口マニホールド側に配設すること
により、燃料ガスとしての水素による冷却管の水
素脆化を防止するようにしたものである。

〔考案の実施施例〕

以下図面に基づいて実施例を説明する。第２図
は本考案のりん酸形燃料電池への実施例の部分断
面斜視図であり、第３図は冷却管が冷却体に内蔵
された実施例を示す斜視図である。第２図以降に
おいて、第１図と同じ部分には同一符号が付けら
れる。第２図において符号１０はセルスタツクで
あり、上部に配設した上部エンドプレート１０ａ
および下部に配設した下部エンドプレート１０ｂ
を備え、金属からなる冷却管を内蔵した冷却体４
が単位電池とそれを挟持する反応ガスを供給する
溝が形成されたプレートからなる方形の単位体の
複数個の層ごとに配設されている。セルスタツク
１０の側面には酸化ガスとしての空気の入口マニ
ホールド６が取付けられ、その対向するセルスタ
ツク１０の側面には出口マニホールド６ａが取付
けられている。また燃料ガスとしての水素の入口
マニホールド７は空気の流れと直角方向のセルス
タツク１０の側面に取付けられ、その対向するセ
ルスタツク１０の側面には出口マニホールド７ａ
が取付けられている。冷却媒体としての冷却水の
通流する冷却管３は第３図に示されるようにＵ字
形に折り返して形成されて炭素材料からなる冷却
体４に、例えばモールドにより埋設されて内蔵さ
れ、入口管３ｃおよび出口管３ｄは冷却体４の一
方の側面で外部に取出されて露出している。第２
図に戻つて、冷却管３の入口管３ｃおよび出口管
３ｄに接続する入口側の集合管３ａ、出口側の集
合管３ｂ等の配管は空気の入口マニホールド６内
に配設され、入口マニホールド６の外部の冷却水
の入口管３ｅおよび出口管３ｆとマニホールドを
貫通してそれぞれ接続されている。

燃料電池に供給される反応ガスは酸化ガスとし
ての空気が入口管６ｂより矢印Ｃの方向より入口
マニホールド６に入り、セルスタツク１０を通過
し、出口マニホールド６ａに集められ、図示され
てない出口管より排気される。また燃料ガスとし
ての水素は入口管７ｂより矢印Ｄの方向より入口
マニホールド７に入り、空気の流れとは直角の方
向にセルスタツク１０を通過し、出口マニホール
ド７ａに集められ、図示されてない出口管より排
気され、反応ガスはセルスタツク１０の単位電池
と電気化学反応を起こし電気を発生するが、電気
エネルギーに利用されない熱エネルギーは熱を発
生し、燃料電池の温度を上昇させる。このため冷
却媒体としての冷却水を入口管３ｅより送り込
み、入口の集合管３ａを通して、冷却体４の中の
冷却管３内を通流して、発生する熱を冷却し、出
口管３ｄより出て、出口の集合管３ｂに集めら
れ、外部の出口管６ｆより排水され、りん酸形燃
料電池の運転温度は約180℃程度に保持される。
すなわち、本考案では前述のように冷却体４から
露出している冷却管の入口管、出口管およびそれ
らに接続する配管はすべて空気の入口マニホール
ド内に配設され、従つて冷却体４の空気の出口マ
ニホールド側は空気に対して閉鎖される構造の冷
却装置としているので、冷却管およびそれに接続
する配管は空気の出口マニホールドに飛来するり
ん酸の蒸気にさらされない構造としている。

第４図は冷却管３を冷却体４に内蔵する異なる
実施例を示す断面図であり、冷却管を内管３ｍと
外管３ｎよりなる二重管構造としてその先端部を
折り返すことにより、内管３ｍの入口管３ｃより
入つた冷却水は矢印の方向に流れ、内管３ｍ内
と、内管３ｍおよび外管３ｎで区画される流路と
を連通する複数個の孔３ｌを通つて前記流路に流
れ、外管３ｎの出口管３ｄより排水される。

この実施例でも前述と同じ構造がとられ、その
作用は同じである。

第５図は冷却管３が二つ割りの冷却体４ｂ，４
ｃに設けられた溝の中にはめこまれて内蔵されて
いる異なる実施例を示す部分斜視図であり、冷却
管３はＵ字形に配管され、冷却体４ｂ，４ｃには
冷却管３がはめこまれる溝４ｄ，４ｅを冷却管に
沿つて設け、この溝の中に冷却管３を収納し、冷
却体４ｂ，４ｃの面を合せて、冷却管３を冷却体
のなかに内蔵する。冷却体４ｂと４ｃとの合せ面
は、冷却体４ｂ，４ｃの周縁部においてシール材
で被覆してシールする。なお、冷却水は冷却管の
入口管３ｃより入り、冷却管３を通流し、出口管
３ｄより排水される。この実施例でも前述と同じ
構造がとられ、その作用は同じである。

〔考案の効果〕

本考案によるりん酸形燃料電池は電気化学反応
により発生する熱を冷却するため、冷却媒体を通
流する複数本の冷却管を冷却体内で折り返して、
冷却体の出口マニホールド側を反応ガスに対して
閉鎖して、冷却管の入口管および出口管を冷却体
の入口マニホールド側に設けられ、これらに接続
する配管とともに酸化剤ガスの入口マニホールド
内に配設される。このため冷却管およびこれに接
続する配管はりん酸電解質を担持するマトリツク
スから漏洩して下流側の出口マニホールド内に流
れ込むりん酸電解質液の蒸気、すなわちりん酸の
蒸気にさらされないため、りん酸により腐食は生
ぜず、燃料電池の長時間の運転ができるという効
果がある。またりん酸による腐食が生じないた
め、冷却管およびその付属配管に酸に弱い金属、
樹脂等が使用できるという効果がある。

さらに、冷却管の冷却体への出入口をすべて酸
化剤ガスに対する入口マニホールド側に配設した
ことにより、燃料ガスとしての水素による冷却管
の水素脆化を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術を示すりん酸形燃料電池の分
解斜視図、第２図は本考案の実施例を示す部分断
面斜視図、第３図は冷却体を示す斜視図、第４図
は冷却体に内蔵される冷却管の異なる実施例を示
す断面斜視図、第５図は冷却体の異なる実施例を
示す部分斜視図である。 ３：冷却管、４：冷却体、６：空気の入口マニ
ホールド、１０：セルスタツク。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 方形の単位体を積層してなるセルスタツクとし
   て構成され、該スタツクの相対向する二側面の一
   方に入口マニホールドを、他方に出口マニホール
   ドを配設してスタツク内に反応ガスを供給するよ
   うにしたりん酸を電解質とする燃料電池の冷却装
   置であつて、冷却媒体を通流する冷却管を複数本
   内蔵した冷却体をスタツク内に介装するものにお
   いて、前記複数本の冷却管を前記冷却体の内部で
   それぞれ一方側を折り返して、該冷却管の冷却体
   への出入口をすべて酸化剤ガスに対する前記入口
   マニホールド側に配設し、該冷却体の出口マニホ
   ールド側を反応ガスに対して閉鎖したことを特徴
   とするりん酸形燃料電池の冷却装置。