JPH05121083A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH05121083A
JPH05121083A JP3303906A JP30390691A JPH05121083A JP H05121083 A JPH05121083 A JP H05121083A JP 3303906 A JP3303906 A JP 3303906A JP 30390691 A JP30390691 A JP 30390691A JP H05121083 A JPH05121083 A JP H05121083A
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JP
Japan
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gas
electromotive
electromotive component
heat pipe
component
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Pending
Application number
JP3303906A
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English (en)
Inventor
Yasushi Shimizu
康 清水
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【目的】本発明は、冷却媒体の循環の必要がなく、小型
で起電部品表面の温度勾配を自動的に感知して作動し、
起電部品表面の温度を均一にする燃料電池を提供するこ
とにある。 【構成】本発明は、起電部品1と該起電部品に燃料ガス
7および酸化剤ガス6を互いに隔てて供給するセパレー
タ5とを交互に積層してなる燃料電池において、ヒート
パイプ10を備えた冷却装置を前記積層体内に介装する
ことによって起電部品の高温部の熱量を除去して起電部
品面内の温度分布を均一にするように構成しているの
で、ガスの温度が上昇すると自動的にヒートパイプ10
が作動し、ガス高温部から低温部へ熱を輸送する。した
がって起電部品表面の高温部は冷却され、低温部は加熱
されることになり、ガスの温度は上流から下流まで均一
に近付くので、起電部品表面の温度分布をより均一にす
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に係り、特に、
起電部品表面に生ずる温度分布を均一に保つようにした
燃料電池に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の燃料電池本体の一例を図4を参照
して説明する。
【0003】起電部品1は図4(c)に示すように、通
常、カソード2,電解質板3,アノード4をこの順に積
層した構造を有しており、この起電部品1とセパレータ
5を図4(b)の断面図に示すように、交互に積層して
燃料電池本体を構成している。さらに、図4(a)の斜
視図に示すように、セパレータ5を利用してカソード2
に酸化剤ガス6を、またアノード3に燃料ガス7を供給
してカソード2とアノード4の間に定常的に電圧を生じ
させ、外部に電流を取出すように構成している。なお、
8および9は後記する冷却板及び冷却剤である。
【0004】上述したように、起電部品1に供給される
酸化剤ガス6と燃料ガス7は、起電部品の表面を流れな
がら起電部品1より熱量を得て、下流に向かって徐々に
温度を上げてゆく。したがって、通常の燃料電池では起
電部品に温度勾配を生じ易い。そこで、起電部品表面の
温度勾配を緩やかにするよう、即ち、起電部品表面の最
大温度差を小さく抑えるようにガスの配流に配慮した設
計が為されている。例えば、酸化剤ガス6と燃料ガス7
の配流を直交流とせず、並行流とすることによって、そ
の温度差を小さくする方法が試みられている。
【0005】また、起電部品1全体の冷却のために、酸
化剤ガス6と燃料ガス7の間に、図4(a)に示すよう
に冷却板8を設け、冷却剤9を各々ガスと混合しないよ
うに供給し、起電部品表面の温度分布が、より均一に維
持されるようにしている。
【0006】ところで、起電部品に温度勾配が生ずると
起電部品表面の電気化学反応密度にも不均一が生じるた
め、起電部品の劣化が促進される。すなわち、高温部で
は電気化学反応は活発になり反応が進むので発熱し、さ
らに温度が上昇することになる。したがって、発電が起
電部品の一部で優先的に起こることになる。ガス上流よ
りガス下流の方が通常高温になるが、ガスが下流に向か
うにつれてガス中の反応成分が希薄になり、反応し難く
なるので、通常の燃料電池は熱的に暴走することから逸
れている。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、燃料ガ
スあるいは酸化剤ガスのみによって、起電部品の温度分
布を均一に保つには、ガス流量を多くして起電部品に沿
うガスの温度上昇を小さく抑える方法が採られている
が、この方法は有効なガス成分が反応に寄与せずに排出
されることになり、また、同時にガス流量を多くするこ
とは、配管を大きくすることに繋がり、装置が大型化す
ることになるので、好ましくない。
【0008】そこで、排出されたガスを再利用すること
が考えられるが、そのためにはガス循環用送風器等が別
途必要となり、装置全体として複雑化する。また、第3
の作動媒体をセルの冷却のために供給する方法が提案さ
れているが、この方法も装置全体が複雑化することにな
るので、好ましくない。
【0009】本発明は、上記事情に鑑みてなさなれたも
ので、その目的は冷却媒体の循環の必要がなく、小型で
起電部品表面の温度勾配を自動的に感知して作動し、起
電部品表面の温度を均一にする燃料電池を提供すること
にある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、起電部品と該起電部品に燃料ガスおよび
酸化剤ガスを互いに隔てて供給するセパレータとを交互
に積層してなる燃料電池において、ヒートパイプを備え
た冷却装置を前記積層体内に介装することによって起電
部品の高温部の熱量を除去して起電部品面内の温度分布
を均一にするように構成したことを特徴とする。
【0011】
【作用】本発明の燃料電池によると、ガスの温度が上昇
すると自動的にヒートパイプが作動し、ガス高温部から
低温部へ熱を輸送する。したがって、起電部品表面の高
温部は冷却され、その低温部は加熱されることになり、
ガスの温度は上流から下流まで均一に近付くので、起電
部品表面の温度分布をより均一にすることができる。
【0012】
【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。
【0013】図1(a)は本発明の一実施例の斜視図で
あり、一部を切除した燃料電池本体が示されている。同
図に示すように、起電部品1とセパレータ5は交互に積
層されており、酸化剤ガス6と燃料ガス7は両ガスが混
合しないように、起電部品1の両面にそれぞれ分けて供
給される。さらにセパレータ5を2つに分割し、酸化剤
ガス6の流路と燃料ガス7の流路との間にヒートパイプ
10を介装している。このヒートパイプ10は、全ての
セパレータ5に介装してもよいが、特定のセパレータに
のみ介装してもよい。またヒートパイプ10は、その両
面がセパレータ5に密着するように介装してもよく、さ
らに特定の片面のみがセパレータ5に密着するように介
装してもよい。このようなヒートパイプ10に密着する
セパレータ5の内部に流れるガスは、ガスの流れ方向に
温度勾配をもっている。通常、ガスの下流側の温度が上
流側の温度よりも高く、その温度勾配に伴なって起電部
品1にも温度分布が生ずる。
【0014】次に、本実施例の燃料電池の作用について
説明する。
【0015】本実施例の燃料電池は、上記したように構
成されているので、セパレータ5内のガスの高温部に密
着する部分のヒートパイプ10内では作動媒体が蒸発
し、その蒸発潜熱によってその部分は冷却される。図1
(b)はヒートパイプ10の断面図であり、A部は高温
部、B部は低温部と仮定する。A部で蒸発した作動媒体
11はB部に移動し(図1(b)中の白矢印)、B部で
凝縮する。凝縮する際B部に熱を与えるので、熱はA部
からB部へ移動したことになる。凝縮液12はウィック
13の中を毛管作用によって、B部からA部へ移動する
(図1(b)中の黒矢印)。このような原理によって、
B部のヒートパイプに密着するセパレータ内のガスは加
熱され、その部分の起電部品も加熱される。伝熱方向を
図1(a)においては矢印14で示した。
【0016】このように、外部からのエネルギの供給な
しに起電部品の温度勾配に伴なって自動的に、起電部品
の温度分布は均一に近づけられる。なお、ヒートパイプ
は例えば、酸化剤ガスおよび燃料ガスの流れ方向に複数
個に分割して配置しても起電部品の温度分布を均一に近
づける機能には何等影響はない。
【0017】本実施例では、酸化剤ガスと燃料ガスが並
行に流される例について説明したが、両ガスの流れ方向
が相対的に異なった場合においても、本実施例と同様の
効果が得られることは勿論であり、以下の実施例につい
ても全く同様の効果が得られる。
【0018】図2は本発明の他の実施例の斜視図であ
る。図1と同様に一部を切除した燃料電池本体が示され
ている。なお、既に説明した図1と同一構成部分には同
一符号を付して説明する。
【0019】同図に示すように、起電部品1は、セパレ
ータ5によって酸化剤ガス6と燃料ガス7をその両面に
それぞれ分けて供給される。セパレータ5を2つに分割
し、酸化剤ガス6の流路と燃料ガス7の流路との間にヒ
ートパイプ10を介装する。このヒートパイプ10は、
起電部品1とセパレータ5の積層体から外に張り出すよ
うに配設されている。したがって、このヒートパイプ1
0の一部は積層体外部の雰囲気ガスに晒されることにな
る。通常、積層体の外部雰囲気は積層体よりも低温に保
たれており、積層体の熱はヒートパイプ10によって外
部雰囲気中に移動する。そこで、セパレータ5内のガス
温度の高温部から優先的に熱を除去するようにヒートパ
イプ10を配設すれば、起電部品1の高温部の熱量を燃
料電池の積層体の外部に除去することになり、起電部品
1の温度分布は均一に近づくことになる。
【0020】本実施例においてもヒートパイプは、酸化
剤ガスおよび燃料ガスの流れ方向に垂直に、複数個に分
割してもよい。この場合は、酸化剤ガスおよび燃料ガス
の流れ方向の伝熱量は、ヒートパイプが1個からなる場
合の伝熱量に比べて小さくなるが、積層体外部への伝熱
量を両ガスの流れ方向に変化させることができる。ま
た、その変化の制御のために、ヒートパイプの長さ、厚
さ、密度等を変化させることもできる。
【0021】図3は本発明のさらに他の実施例の斜視図
である。図2と同様に一部を切除した燃料電池本体が示
されている。なお、既に説明した図2と同一構成部分に
は同一符号を付して説明する。
【0022】同図に示すように、ヒートパイプ10は、
その一部が酸化剤ガス6あるいは燃料ガス7の供給配管
15に密着している。積層体の熱はヒートパイプ10に
よって、起電部品に供給前の酸化剤ガスあるいは燃料ガ
スに移動し、起電部品に冷却される。このような熱バラ
ンスをシステム化すると、ヒートパイプ10は起電部品
に供給されるガスの予熱器を兼ねることになり、燃料電
池システム全体の熱効率を向上させることができる。
【0023】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ヒートパイプを、起電部品とセパレータからなる積層体
の内部に配設することにより、起電部品に供給されたガ
スの高温部の熱を自動的に除去し、起電部品表面の温度
分布を均一に近づけることができる。したがって、起電
部品表面で起こる電気化学反応の密度分布は均一とな
り、起電部品の寿命を延ばすことができる、という優れ
た効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1(a)は本発明の一実施例の斜視図、図1
(b)は同図(a)のヒートパイプの断面図。
【図2】図2は本発明の他の実施例の斜視図。
【図3】図3は本発明のさらに他の実施例の斜視図。
【図4】図4(a)は一般的な燃料電池本体の斜視図、
図4(b)は同図(a)の断面図、図4(c)は同図
(a)の起電部品の断面図。
【符号の説明】
1…起電部品、2…カソード、3…電解質板、4…アノ
ード、5…セパレータ、6…酸化剤ガス、7…燃料ガ
ス、8…冷却板、9…冷却剤、10…ヒートパイプ、1
1…作動媒体蒸気、12…作動媒体液、13…ウィッ
ク、15…ガス供給配管。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 起電部品と該起電部品に燃料ガスおよび
    酸化剤ガスを互いに隔てて供給するセパレータとを交互
    に積層してなる燃料電池において、ヒートパイプを備え
    た冷却装置を前記積層体内に介装することによって起電
    部品の高温部の熱量を除去して起電部品面内の温度分布
    を均一にするように構成したことを特徴とする燃料電
    池。
JP3303906A 1991-10-24 1991-10-24 燃料電池 Pending JPH05121083A (ja)

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JP3303906A JPH05121083A (ja) 1991-10-24 1991-10-24 燃料電池

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JP3303906A JPH05121083A (ja) 1991-10-24 1991-10-24 燃料電池

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000060687A1 (en) * 1999-04-01 2000-10-12 Plug Power Inc. Fluid flow plate, fuel cell assembly system, and method employing same for controlling heat in fuel cells
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