JPH02846Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は燃料電池の発電に伴い該電池中で発生
する熱量を電解液および反応ガスを介して該電池
外に取り出すようにした燃料電池の冷却用熱交換
装置に関する。

周知のように燃料電池はエネルギ変換効率の高
い発電装置ではあるが、反応ガス同志すなわち燃
料ガス例えば水素と酸化ガス例えば空気または酸
素とが電気化学的反応をして電力を発生する際
に、エネルギの変換損失に相当する熱量を電池内
部において発生するので、なんらかの手段でこの
熱量を電池から取り出さなければ電池内の温度が
所定の運転温度を越えてしまうことになる。この
熱量取り出しの手段は電池内の電解液室中の電解
液を電池外の液用熱交換器を通じて循環させると
ともに、ガス室内の反応ガスも電池外のガス用熱
交換器を通じて循環させるようにし、これらの液
用およびガス用熱交換器から液およびガス中の熱
量を取り出す方法が採られる。

従来のかかる熱交換装置の例を第１図に示す。
図中１は燃料電池本体であり、該本体内部は電解
液の液室１ａと、水素ガス用のガス室１ｂと、空
気用のガス室１ｃとに分かれており、液室１ａと
水素ガス室１ｂとの間にガス拡散性の水素側触媒
層１ｄが介在し、液室１ａと空気室１ｃとの間に
は同じくガス拡散性の空気側触媒層が介在してい
る。電気化学反応はこれらの触媒層中で生じ、従
つて発熱も両触媒層中で起こるが、発熱熱量は電
解液並びに水素、空気両ガスに直ちに伝えられ
る。図示のように液１ａ、液用熱交換器２、電解
液タンク３およびポンプＰの順に電解液が流れる
液循環路が形成されており、ポンプＰによつて循
環流が付勢され、電動フアンとして示された第１
の送風手段５ａからの冷却風で液用熱交換器２を
流れる電解液が冷却される。一方水素ガス源Ｈか
ら導入された水素ガスはエジエクタポンプEPの
ノズルから吹き出し、この吹き出しによる付勢作
用を利用して水素室１ｂ、ガス用熱交換器４およ
びエジエクタポンプEPの順で形成されたガス循
環路内で水素ガスが循環される。液循環路の場合
と同様に電動フアンとして示された第２の送風手
段５ｂからの冷却風でガス用熱交換器４を流れる
水素ガスが冷却される。なお図で点線で示されて
いるのはパージ路であつて水素ガスの極く小量を
上述のガス循環路から排出するためのもので本考
案に関連しては無視してよい。さらに空気源Ａか
ら空気室１ｃに導入された反応ガスとしての空気
は、空気室で温められるがそのまま電池１の外に
排出されてよいので熱交換の必要はない。

第１図に示された在来の構成において、燃料電
池を起動する際にはまだ電池の温度が低くて発電
が困難なので、前述の電解液タンク３に設けられ
たヒータ３ａを動作させて電解液を加熱し発電が
早く立ち上がるようにしてやる必要がある。もち
ろんヒータ３ａを動作させている間はフアン５ａ
を停めておき、電池が所定温度に近ずいたときヒ
ータ３ａを切り、所定温度に達した後にフアン５
ａを起動する。一方水素ガスの方は電池が少しで
も発電すると急速に温度が上がるので、ガス用熱
交換器を冷却するフアン５ｂの方は電池起動と同
時ないしは極く小時間の経過却動してやる必要が
ある。このようにとくに起動時において、両熱交
換器への冷却風の供給開始点をずらせる必要があ
り、この点では２個のフアン５ａ，５ｂを設けて
おくのは好都合である。しかし、このように液と
ガスそれぞれについて熱交換器とその冷却用フア
ンとの組を設けることは、それだけ冷却風ダクト
等を含む冷却装置が大がかりになつてしまつて、
所要スペースが大きくなるとともにコストの上昇
を招く。

第２図はこの点を改良した他の従来装置の構成
を示すものである。この構成の第１図のそれと異
なる所は液用熱交換器２とガス用熱交換器４とを
隣接させて縦列配置し、１台の電動フアンとして
示された単一の送風手段５によつて両熱交換器を
同時に冷却する点である。ただし、そのままでは
前述の電池起動時に液用熱交換器２まで冷却され
てしまうことになるので、液用交換器２に２個の
流量調整弁６ａ，６ｂを付属させ、起動時には弁
６ａを閉じるとともに弁６ｂを開いて、液用熱交
換器２を流れる電解液を弁６ｂを通る流路に切り
換え、電解液が冷却されないようにしている。も
ちろん電池温度が所定の運転温度に近づいた時に
は、弁６ａを開きかつ弁６ｂを閉じて電解液が冷
却されるようにする。しかし、この構成において
も高価な流量調整弁を２個追加しなければならな
いことは別としても、流量の切り換えないし調整
が容易でなく、調整弁に故障を生じやすい欠点が
ある。さらに電解液としてりん酸を用いる場合に
は弁の重要部分が腐食などで傷みやすい難点があ
る。

本考案の目的は、上述のような従来技術の欠点
がなく、構成が簡単で液用熱交換器の冷却能力の
切り換えないしは調節が容易な燃料電池の冷却用
熱交換装置を得ることにある。

この目的達成のため、本考案においてはガス用
熱交換器と液用熱交換器と縦列配置して共通の送
風手段により冷却するという第２図に示した従来
技術の長所を生かしつつ、液用熱交換器の冷却能
力を液側で切り換えるかわりに冷却風を切り換え
あるいは調節する手段を採用する。

以下、本考案の実施例を図面を参照しながら詳
細に説明する。第３図は本考案による熱交換装置
の構成の概要を示すもので、第１図および第２図
と共通の部分には同一符号が付されている。図示
のように液用熱交換器２とガス用熱交換器４とを
縦列配置するのは従来の第２図の場合と同様であ
るが、両熱交換器２，４の間に縦列配置された熱
交換器を貫いて流れる冷却風を遮断しあるいはそ
の風量を調整する風量調節器７と冷却風を流路の
側方に逃がす側路手段としての逃がしダクト８と
８とが介装されている。第４図は本考案による熱
交換装置の具体構造を示すもので、前述の風量調
節器は、電解液入口２ａと電解液出口２ｂと内部
の多数の冷却フイン２ｃを備えた液用熱交換器２
の一部切欠き図示部の後方に、枠６ａの内側に複
数枚の開閉板６ｂが配されたブラインド状体とし
て示されている。この風量調節器は単体の形で第
５図ａに示されており、これからわかるように調
節棒の６ｃの上下により開閉板６ｂの角度が調整
不能に構成されている。第４図の風量調節器６の
図の後方に配された逃がしダクト７は、単体の形
で第５図ｂに示されているように、直方体状の箱
体としてなり、図の前後の側壁には冷却風を通す
ための開口７ａ，７ｂがそれぞれ開けられ、図の
右側の側壁には冷却風を側方に逃がしうるよう側
方開口７ｃが開けられている。第４図において、
この逃がしダクト７の後方にはガス用熱交換器４
が配されており、このガス用熱交換器４は水素ガ
ス入口４ａの水素ガス出口４ｂとを備え、その内
部に多数の波形板４ｃが交互に直交して積み重ね
られている。さらにこのガス用熱交換器４の図示
用一部切欠きを通してフアン５ａを内蔵した単一
の速風手段としての送風装置５が示されている。

第４図に示すように燃料電池の正常運転時に
は、液用熱交換器２、風量調節器６、逃がしダク
ト７およびガス用熱交換器４が順に縦列配置され
た縦列配置体中を送風装置５からの冷却風が矢印
Ａに示すように貫流する。この冷却風により、矢
印Ｂの方向に流れる電解液および矢印Ｃの方向に
流れる水素ガスが冷却される。しかし、電池の起
動時には風量調節器６の開閉板６ｂは閉操作さ
れ、送風装置５からの冷却風はガス用熱交換器４
中を貫流するが開閉板６ｂにより遮ぎられて逃が
しダクト７から矢印Ｄに示すように流路の側方に
導かれるので、液用熱交換器２中に冷却風は流れ
ず、従つて電解液は冷却されない。電池の起動後
その温度が立ち上がるに従つて開閉板６ｂを開操
作して行き、電池温度が所定の運転温度に近ずき
あるいは達した時に開閉板６ｂは全開される。

第６図は第４〜５図の風量調整器６と逃がしダ
クト７とが一体化された実施例を示し、この両者
を一体化した風量制御装置８を示している。図示
のように風量制御装置８は図の前後が開口された
枠状体８ａの前半分に調節棒８ｃにより開度調整
が可能な開閉板８ｂを複数個備え、後半分の図の
右側の側壁に逃がし開口８ｂを備え、矢印Ｄで示
すようにこの開口から冷却風を装置の側方に逃が
し得るよう構成されている。

さて、第３図および第４図では液用熱交換器２
とガス用熱交換器４との間に冷却風流路の下流側
から風量調節器６、逃がしダクト７の順で縦列配
置した例を示したが、本考案のもつ効果を得る上
では必ずしもこの順序ないし配置にする必要はな
い。風量調節器６は液用熱交換器２の下流側に配
してもよく、送風装置５はガス用熱交換器４と逃
がしダクト７との間に配してもよいことは容易に
諒解されよう。ただし、冷却風を流路の側方に逃
がす側路手段としての逃がしダクト７をガス用熱
交換器４の下流側に配し、かつ風量調節器６を逃
がしダクト７の下流側に配することが最低必要で
ある。さらに、風量調節器６は前述のようにブラ
インド様の開閉板６ｂを備えた構造のものに限ら
ず、例えば上下あるいは左右操作されるシヤツタ
を備えたもの、アイリス式の絞り構造を備えたも
のなど、風量調節あるいは開閉操作が可能なもの
であればよい。

本考案による燃料電池の冷却用熱交換装置は、
前記説明のとおりそれに組み込まれる風量調節器
および側路手段とも構造が極めて簡単なもので、
コストが安くかつ信頼度が高い。また液用熱交換
器の冷却能力の切り換えないしは調整を従来のよ
うに液側で行なわずに冷却風側で行なつているの
で、調整機構の腐食などの問題がなく、また万一
故障があつても容易に点検や修理が可能である。
さらに冷却能力の切換えや調整は風量調節器だけ
の開閉ないし調整だけですむので調整のための機
構や回路が簡単ですみかつ操作も容易である特長
を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図および第２図は従来の燃料電池の冷却用
熱交換装置の概要構成を示す説明図、第３図以降
は本考案による燃料電池の冷却用熱交換装置の実
施例を示し、その内第３図は熱交換装置全体の概
要構成を示す説明図、第４図は当該熱交換装置の
具体構造を示す一部切欠き斜視図、第５図は当該
熱交換装置に組み込まれる風量調整器および逃が
しダクトをそれぞれ単体の状態で示す斜視図、第
６図は風量調整器と逃がしダクトとを一体化した
風量制御装置を示す斜視図である。図において、 １：燃料電池本体、１ａ：電解液室、１ｂ：ガ
ス室としての水素ガス室、２：液用熱交換器、
４：ガス用熱交換器、５：送風手段としての電動
フアンまたは送風装置、６：風量調節器、７：冷
却風の側路手段としての逃がしダクト、８：風量
調節器と逃がしダクトとを一体化した風量制御装
置、である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 燃料電池本体の電解液室を通じて電解液を流す
   循環路中に挿入された液用熱交換器と前記電池本
   体のガス室を通じて反応ガスを流す循環路中に挿
   入されたガス用熱交換器とを縦列配置して共通の
   送風手段により液用およびガス用両熱交換器に冷
   却風を通流させるようにした熱交換装置におい
   て、前記送風手段により前記縦列配置体中に通流
   する風量を調節可能な風量調節器と該縦列配置体
   中の冷却風を流路の側方に逃がしうる側路手段と
   を該縦列配置体中に組み込み、前記側路手段を前
   記ガス用熱交換器よりも冷却風流路の下流側に配
   置し、前記風量調節器を前記側路手段よりも冷却
   風流路の下流に配置したことを特徴とする燃料電
   池の冷却用熱交換装置。