JPH0341408Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の属する技術分野〕 この考案は電池積層体を構成する単位体相互間
に冷却板を介装し、該冷却板に複数本の冷却管を
配設し、該冷却管に冷却媒体を通流させて電池積
層体を冷却する燃料電池の冷却板の構造に関す
る。

〔従来技術とその問題点〕

燃料電池は電解質層を挟持した燃料電極および
酸化剤電極とからなる単位電池に、反外ガスとし
ての燃料ガスを燃料電極へ、酸化剤ガスを酸化剤
電極に供給する溝が形成されたプレートを配設し
たものを多数積層して電池積層体を構成し、例え
ばりん酸形燃料電池では電解質層をりん酸を含浸
させたマトリツクス層とし、一対の電極はそれぞ
れガス拡散性を有る材料とし、燃料電極には燃料
ガスとして水素を、酸化剤電極には酸化剤ガスと
して酸素を供給し、電池積層体内の単位電池にて
電気化学反応をして電気を起こすものであるが、
電気エネルギーとして利用されないエネルギーは
熱となつて発生するので、電池積層体を冷却して
燃料電池の運転温度を保持しなければならない。
この方法として電解液の循環による冷却、ガスに
よる冷却、冷却水による冷却等があるが、電解液
をマトリツクス層に保持している場合、電池積層
体を構成している単位体を複数個積重ねるごとに
冷却管を備えた冷却板を配設し、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、運転温度を
保持する方法がとられる。この場合冷却板に配設
される冷却管は従来冷却板の周縁に平行に配設さ
れ、冷却板と一体成形または二つ割りにより介装
される。以下従来技術について図面を用いて説明
する。

第１図はりん酸形燃料電池の電池積層体の一例
を示す分解斜視図である。第１図において符号１
はマトリツクス層であり、これを挟持して燃料電
極２と酸化剤電極３が配され、燃料電極２には燃
料ガスを通す溝２ａを有するガス拡散性のリブ付
電極基材２ｂが、酸化剤電極３には前記溝２ａの
方向と直交する方向に設けられた溝３ａを有する
ガス拡散性のリブ付電極基材３ｂが密着してお
り、リブ付電極基材２ｂと３ｂとの間にガス不拡
散性のセパレート板４が介装されて単位電池が構
成され、冷却板５はこれら単位電池の複数個ごと
にセパレート板４を介して介装されている。そし
て第２図に示されるように、入口冷却母管７ａに
取付けられた入口冷却管ヘツダ６ａより分岐した
複数本の同一管径の冷却管６が冷却板５を貫通し
て出口冷却母管７ｂに取付けられた出口冷却管ヘ
ツダ６ｂに接続されている。

さて燃料電池の運転により反応ガスはリブ付電
極基材の溝２ａ，３ａに通じて電極に供給され単
位電池内にて電気化学反応を起こし電気エネルギ
ーが発生するが、電気エネルギーに利用されない
で発生する熱は図示しない冷却水源より冷却水が
入口冷却管ヘツダ６ａに接続される冷却管６に通
流されて冷却板５により除去され、冷却水は出口
冷却管ヘツダ６ｂより排出される。

第２図は前述における冷却板の従来の構造を示
す斜視図である。第２図において方形の冷却板５
内に複数の同一管径の冷却管６が互いに平行に配
設され、冷却管６の管末はそれぞれ入口冷却管ヘ
ツダ６ａおよび出口冷却管ヘツダ６ｂに接続され
ている。

しかしこのよううな冷却管の配列をもつ冷却板
では配設された冷却管の長さが同じであるため、
各冷却管内を通流する冷却水の流速、したがつて
流量同じになり、冷却板の全面にわたり冷却性能
は同じとなる。しかしながら単位電池の燃料電池
運転時の温度分布を実験により適査すると単位電
池の中央部附近が最も温度が高くなることが確認
されている。このため従来の冷却板の構造では冷
却性能が冷却板の全面にわたり均一なため、燃料
電池運転時の電池積層体の温度分布はその温度差
が大きくなり、電池の特性上好ましくないという
欠点がある。

〔考案の目的〕

この考案は前述のような欠点に鑑み、冷却板の
冷却性能を調節して、燃料電池運転時の電池積層
体の温度分布の温度差を少なくする冷却板構造を
提供することを目的とする。

〔考案の要旨〕

上記の目的は本考案によれば、方形の冷却板内
に複数の同一管径の冷却管を前記冷却板の幅方向
に互いに平行に配設し、前記冷却管の管末部をそ
れぞれ入口冷却管ヘツダおよび出口冷却管ヘツダ
に接続してなる燃料電池の冷却板において、前記
ヘツダは前記冷却管が配設された部分冷却板の幅
よりヘツダ両端を実質的に短縮した長さを有する
ものとし、前記冷却管の管末部は前記冷却板の幅
方向の中心部より外方の管末部をＳ字状管末部と
し、該Ｓ字状管末部の長さは前記中心部より外側
にいくにしたがつて長くすることにより達成され
る。

〔考案の実施例〕

以下図面に基づいて本考案の実施例を説明す
る。第３図は本考案の実施例による冷却板の斜視
図である。なお、第３図において第１図、第２図
と同一部品には同じ符号を付している。。第３図
において冷却管６は冷却板５と一体構造で配設さ
れており、複数本の同一管径の冷却管６の管末は
それぞれ入口冷却板ヘツダ６ａと出口冷却管ヘツ
ダ６ｂとに接続されている。そしてヘツダは前記
冷却管が配設された部分の冷却板の幅よりヘツダ
両端を実質的に短縮した長さを有するヘツダ６
ａ，６ｂとし、冷却管の管末部は冷却板の幅方向
の中心部より外方の管末部例えば図の６ｃ，６ｄ
をＳ字状管末部とし、該Ｓ字状管末部の長さを前
記中心部より外側にくにしたがつて長く構成して
ある。このため冷却管６内を通流する冷却媒体と
しての冷却水の流速は圧力損失の大小により冷却
板の中心線部の方が外側部の方より大きくなつて
流量が多くなり、除熱能力が大きくなる。このた
め燃料電池運転時の電池積層体の中央部が周縁部
より温度が高い温度分布に適応し、電池積層体の
温度分布の温度差を少なくする。なお、第３図に
示される冷却管６の配列において、冷却板の中心
線部に冷却管を密に配設することにより冷却板の
中心線部の冷却能力を増大することができる。

また、第３図の実施例によれば、前述の効果以
外に下記の効果がある。冷却板が熱膨張した際に
ヘツダと接続された管末部に熱応力が生ずるが、
この応力は冷却板の幅方向の中心部より外方の管
末部ほど大きい。この応力を緩和するために、ヘ
ツダと冷却板との間に所定の距離を設けている
が、第３図の実施例によれば、Ｓ字状管末部の長
さを中心部より外側にいくにしたがつて長く構成
してあるので、前述の所定の距離を従来装置より
も小とすることができる。さらに、ヘツダの長さ
も従来より小としているので、全体として、燃料
電池積層体が小型となり、図示しない燃料電池の
マニホルドも小型となる。

〔考案の効果〕

以上の説明から明らかなように本考案によれ
ば、冷却板に配設される冷却管の長さを冷却板の
中心線部より外側にいくにしたがつて長くしてい
るため、冷却管を通流する冷却媒体の冷却能力は
冷却板の外側部より中心線部に向つて大きくな
り、このため冷却媒体の通流により燃料電池運転
時の電池積層体の温度分布の温度差を少なくし、
電池の特性を向上させる効果がある。さらに、Ｓ
字状管末部の長さを前記中心部より外側にいくに
したがつて長く構成して冷却管の応力緩和を図
り、またヘツダの長さも従来より小としているの
で、全体として、燃料電池積層体が小型となる効
果もある。

【図面の簡単な説明】

第１図は燃料電池の構成を示す分解斜視図、第
２図は従来技術による冷却板構造の斜視図、第３
図は本考案の実施例による冷却板構造の斜視図、
である。 ５：冷却板、６：冷却管、６ｃ，６ｄ：Ｓ字状
管末部。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 方形の冷却板内に複数の同一管径の冷却管を前
   記冷却板の幅方向に互いに平行に配設し、前記冷
   却管の管末部をそれぞれ入口冷却管ヘツダおよび
   出口冷却管ヘツダに接続してなる燃料電池の冷却
   板において、前記ヘツダは前記冷却管が配設され
   た部分の冷却板の幅よりヘツダ両端を実質的に短
   縮した長さを有するものとし、前記冷却管の管末
   部は前記冷却板の幅方向の中心部より外方の管末
   部をＳ字状管末部とし、該Ｓ字状管末部の長さは
   前記中心部より外側にいくにしたがつて長くした
   ことを特徴とする燃料電池の冷却板。