JPH06267551A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPH06267551A JPH06267551A JP5053624A JP5362493A JPH06267551A JP H06267551 A JPH06267551 A JP H06267551A JP 5053624 A JP5053624 A JP 5053624A JP 5362493 A JP5362493 A JP 5362493A JP H06267551 A JPH06267551 A JP H06267551A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- cell
- outlet
- cooling water
- reaction gas
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 空気及び燃料等の反応ガス流路出口付近で反
応ガス中に気化・搬出された電解質を凝縮させ、再び電
極板内部へ戻す機能を有する燃料電池を得る。 【構成】 積層体内部の複数の単電池毎に、冷却板を配
置し、冷却水を供給および排出するようにした燃料電池
において、各々の冷却板に一部をＬ形に曲げた伝熱管を
埋設し、伝熱管に供給する冷却水の比較的低温の入口部
分を、反応ガスの流路出口付近に配置する。
応ガス中に気化・搬出された電解質を凝縮させ、再び電
極板内部へ戻す機能を有する燃料電池を得る。 【構成】 積層体内部の複数の単電池毎に、冷却板を配
置し、冷却水を供給および排出するようにした燃料電池
において、各々の冷却板に一部をＬ形に曲げた伝熱管を
埋設し、伝熱管に供給する冷却水の比較的低温の入口部
分を、反応ガスの流路出口付近に配置する。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池の冷却システム
に係り、特に伝熱管を、空気及び燃料等の反応ガス流路
出口付近に、冷却水が比較的低温の単相流部分を配置
し、反応ガス中に気化・搬出された電解質を空気及び燃
料の流路出口付近で凝縮させ、再び電極板内部へ戻す機
能を有し、さらに伝熱管は、セルの高温部で、ピッチを
小さく配置し、セルの高温部で、高い冷却能力を発揮さ
せることで、セル内の温度の均一性を向上させた冷却板
を有する燃料電池に関する。
に係り、特に伝熱管を、空気及び燃料等の反応ガス流路
出口付近に、冷却水が比較的低温の単相流部分を配置
し、反応ガス中に気化・搬出された電解質を空気及び燃
料の流路出口付近で凝縮させ、再び電極板内部へ戻す機
能を有し、さらに伝熱管は、セルの高温部で、ピッチを
小さく配置し、セルの高温部で、高い冷却能力を発揮さ
せることで、セル内の温度の均一性を向上させた冷却板
を有する燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、燃料を電気化学プロセスで
酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。
現在開発が進められている燃料電池は、電解質を含浸さ
せた電解質層を挟んで１対の多孔質電極を配置してなる
単電池を、四角柱状に複数個積層して積層体を構成し、
その４辺の側面には空気及び燃料等の反応ガス供給・排
出用のマニホールドが取り付けられている。また、積層
体の運転温度は、高いほうが反応論的には好ましいが、
構成材料の耐熱性の制約から、200 ℃前後に維持するこ
とが望ましい。そのため、積層体内に埋設された伝熱管
に冷却水を循環させて、運転中に発生する熱を除去する
ようにしている。
酸化させることにより、酸化反応に伴って放出されるエ
ネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置である。
現在開発が進められている燃料電池は、電解質を含浸さ
せた電解質層を挟んで１対の多孔質電極を配置してなる
単電池を、四角柱状に複数個積層して積層体を構成し、
その４辺の側面には空気及び燃料等の反応ガス供給・排
出用のマニホールドが取り付けられている。また、積層
体の運転温度は、高いほうが反応論的には好ましいが、
構成材料の耐熱性の制約から、200 ℃前後に維持するこ
とが望ましい。そのため、積層体内に埋設された伝熱管
に冷却水を循環させて、運転中に発生する熱を除去する
ようにしている。
【０００３】図２に従来の冷却構造の一例を示す。図に
おいて、冷却水を循環させるため、同一ピッチで蛇行す
るように連続180 ゜曲げ成形した伝熱管３を曲げ部を含
めて全て冷却基板４に埋設して冷却板を構成し、この冷
却板を積層体１の内部に複数の単電池２毎に一定間隔で
挿入する。前記伝熱管は、マニホールド５の外側に配設
された集合給水管６および集合排水管７に接続される。
冷却水は、集合給水管６から単相流の形で伝熱管３に入
り、積層体を冷却することによって昇温し、ある位置で
沸騰し、二相流となって、集合配水管７を経て排出され
る。
おいて、冷却水を循環させるため、同一ピッチで蛇行す
るように連続180 ゜曲げ成形した伝熱管３を曲げ部を含
めて全て冷却基板４に埋設して冷却板を構成し、この冷
却板を積層体１の内部に複数の単電池２毎に一定間隔で
挿入する。前記伝熱管は、マニホールド５の外側に配設
された集合給水管６および集合排水管７に接続される。
冷却水は、集合給水管６から単相流の形で伝熱管３に入
り、積層体を冷却することによって昇温し、ある位置で
沸騰し、二相流となって、集合配水管７を経て排出され
る。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ここで
問題となるのが、電解質として含浸してあるリン酸の搬
出とセル内での大きな温度差である。リン酸の搬出が継
続して行われ、その量が一定程度に達すると、電池の寿
命を脅かすことになりかねない。
問題となるのが、電解質として含浸してあるリン酸の搬
出とセル内での大きな温度差である。リン酸の搬出が継
続して行われ、その量が一定程度に達すると、電池の寿
命を脅かすことになりかねない。
【０００５】このため、冷却水の比較的低温の単相流部
分を空気出口または燃料出口付近になるように冷却水を
供給していたが、空気出口と燃料出口は異なる位置のた
め、どちらか一方の出口付近からしか、冷却水を供給で
きないため、空気または燃料のどちらか一方からは比較
的多量のリン酸が失われることになる。
分を空気出口または燃料出口付近になるように冷却水を
供給していたが、空気出口と燃料出口は異なる位置のた
め、どちらか一方の出口付近からしか、冷却水を供給で
きないため、空気または燃料のどちらか一方からは比較
的多量のリン酸が失われることになる。
【０００６】また、電池の平面内の発熱量は一般に不均
一で発熱量の大きいところほど、伝熱管のピッチを小さ
くして最高温度点を低くする必要がある。ところが、冷
却管の曲げ半径はその外径の1.5 〜２倍以下に小さくす
ることは困難なため、冷却管ピッチは、その外径の３〜
４倍以下にはできなかった。
一で発熱量の大きいところほど、伝熱管のピッチを小さ
くして最高温度点を低くする必要がある。ところが、冷
却管の曲げ半径はその外径の1.5 〜２倍以下に小さくす
ることは困難なため、冷却管ピッチは、その外径の３〜
４倍以下にはできなかった。
【０００７】燃料電池の信頼性向上と長寿命化が大きな
技術課題となっている現在、上記の問題は解決が急がれ
るものの１つである。本発明は、上記のような問題を解
決するために成されたものであり、空気及び燃料等の反
応ガス流路出口付近で反応ガス中に気化・搬出された電
解質を凝縮させ、再び電極板内部へ戻す機能を有し、ま
たセルの高温部で、高い冷却能力を発揮させることで、
セル内の温度の均一性を向上させた冷却板を有する燃料
電池を提供することを目的とする。
技術課題となっている現在、上記の問題は解決が急がれ
るものの１つである。本発明は、上記のような問題を解
決するために成されたものであり、空気及び燃料等の反
応ガス流路出口付近で反応ガス中に気化・搬出された電
解質を凝縮させ、再び電極板内部へ戻す機能を有し、ま
たセルの高温部で、高い冷却能力を発揮させることで、
セル内の温度の均一性を向上させた冷却板を有する燃料
電池を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】反応ガスの流路には、当
該位置の圧力・温度に従って電解質蒸気の蒸気圧の平衡
状態を保つべく、反応ガスの移動と共に、継続して電解
質が気化する。またガス流路の下流に行くに従って温度
が上昇し、気化量は多くなるが、当該ガス流路の出口付
近を冷却することにより、反応ガス中の電解質を凝縮さ
せて再び電極板内へ回収することが可能で、結果的に電
解質の気化・搬出量を低減できる。また予想されるセル
の高温部で、高い冷却能力を発揮させるべく、伝熱管を
適正配置することで、セル内の温度の均一性を向上さ
せ、発電特性を向上させることができる。
該位置の圧力・温度に従って電解質蒸気の蒸気圧の平衡
状態を保つべく、反応ガスの移動と共に、継続して電解
質が気化する。またガス流路の下流に行くに従って温度
が上昇し、気化量は多くなるが、当該ガス流路の出口付
近を冷却することにより、反応ガス中の電解質を凝縮さ
せて再び電極板内へ回収することが可能で、結果的に電
解質の気化・搬出量を低減できる。また予想されるセル
の高温部で、高い冷却能力を発揮させるべく、伝熱管を
適正配置することで、セル内の温度の均一性を向上さ
せ、発電特性を向上させることができる。
【０００９】上記の目的を達成するためには、本発明に
おいては、伝熱管の一部をＬ形に曲げることによって、
空気及び燃料の出口付近に、冷却水が比較的低温の単相
流部分を配置し、空気及び燃料等の反応ガス流路出口付
近で、反応ガス中に気化・搬出された電解質を凝縮さ
せ、再び電極板内部へ戻す機能を、さらに予想されるセ
ルの高温部で、高い冷却能力を発揮させるべく、伝熱管
のピッチを小さくするなど適正配置することで、セル内
の温度の均一性を向上させる機能を冷却板に持たせたも
のである。
おいては、伝熱管の一部をＬ形に曲げることによって、
空気及び燃料の出口付近に、冷却水が比較的低温の単相
流部分を配置し、空気及び燃料等の反応ガス流路出口付
近で、反応ガス中に気化・搬出された電解質を凝縮さ
せ、再び電極板内部へ戻す機能を、さらに予想されるセ
ルの高温部で、高い冷却能力を発揮させるべく、伝熱管
のピッチを小さくするなど適正配置することで、セル内
の温度の均一性を向上させる機能を冷却板に持たせたも
のである。
【００１０】
【作用】かかる発明によれば、電解質が反応ガス中に気
化・搬出されても空気及び燃料の出口付近で、集合給水
管から供給された、より温度の低い冷却水で電解質を凝
縮させ、再び電極板内部へ戻すことが可能である。また
冷却水は冷却板の内部を通過しながら電池の反応熱を吸
収し、温度を上げ、ある点で沸騰を開始し、二相流とな
って、集合排水管へと流れる。かかる作用で、結果的に
電解質の損失を押さえ、燃料電池の長寿命化に寄与する
ことができる。さらに予想されるセルの高温部で、高い
冷却能力を発揮させるべく、伝熱管のピッチを小さくす
るなど適正配置することで、セル内の温度の均一性を向
上させ、結果的に発電特性を向上させることができる。
化・搬出されても空気及び燃料の出口付近で、集合給水
管から供給された、より温度の低い冷却水で電解質を凝
縮させ、再び電極板内部へ戻すことが可能である。また
冷却水は冷却板の内部を通過しながら電池の反応熱を吸
収し、温度を上げ、ある点で沸騰を開始し、二相流とな
って、集合排水管へと流れる。かかる作用で、結果的に
電解質の損失を押さえ、燃料電池の長寿命化に寄与する
ことができる。さらに予想されるセルの高温部で、高い
冷却能力を発揮させるべく、伝熱管のピッチを小さくす
るなど適正配置することで、セル内の温度の均一性を向
上させ、結果的に発電特性を向上させることができる。
【００１１】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図１を参照して説
明する。図１において、伝熱管３は、空気出口８及び燃
料の出口９付近で冷却水が比較的低温の単相流部分10
（斜線部）を配置し、さらに予想されるセルの高温部11
で、伝熱管のピッチ12を小さくするよう配置され、かつ
冷却水を空気及び燃料の出口側から入れるようにしてあ
り、伝熱管３の両端はマニホールドの外側で集合給排配
水管６、７に連結し、冷却水を供給および排出するよう
にした。
明する。図１において、伝熱管３は、空気出口８及び燃
料の出口９付近で冷却水が比較的低温の単相流部分10
（斜線部）を配置し、さらに予想されるセルの高温部11
で、伝熱管のピッチ12を小さくするよう配置され、かつ
冷却水を空気及び燃料の出口側から入れるようにしてあ
り、伝熱管３の両端はマニホールドの外側で集合給排配
水管６、７に連結し、冷却水を供給および排出するよう
にした。
【００１２】かかる構造の燃料電池冷却板においては、
電解質が反応ガス中に気化・搬出されても、空気及び燃
料等の反応ガス流路出口付近で、集合給水管から供給さ
れた、より温度の低い冷却水によって電解質が凝縮さ
れ、再び電極板内部へ戻ることになる。また予想される
セルの高温部で、伝熱管の曲げピッチを小さくするよう
配置しているため、冷却能力が高く、セルの高温部を従
来より低い温度に抑制することができる。尚、伝熱管は
Ｌ形に曲げられているため、曲げ半径の限界によるピッ
チの制約は無く、従来より小さなピッチで配置すること
ができる。
電解質が反応ガス中に気化・搬出されても、空気及び燃
料等の反応ガス流路出口付近で、集合給水管から供給さ
れた、より温度の低い冷却水によって電解質が凝縮さ
れ、再び電極板内部へ戻ることになる。また予想される
セルの高温部で、伝熱管の曲げピッチを小さくするよう
配置しているため、冷却能力が高く、セルの高温部を従
来より低い温度に抑制することができる。尚、伝熱管は
Ｌ形に曲げられているため、曲げ半径の限界によるピッ
チの制約は無く、従来より小さなピッチで配置すること
ができる。
【００１３】かかる構造の燃料電池冷却板では、電解質
が反応ガス中に気化・搬出されても空気及び燃料等の反
応ガス流路出口付近の低温部で電解質を凝縮させ、再び
電極板内部へ戻すことが可能で、結果的に電解質の損失
を押さえ、燃料電池の長寿命化に寄与することができ
る。また、セルの高温部で、冷却能力を高めることで、
セルの高温部をより低い温度に抑制可能で、結果的に発
電特性を高めることができる。
が反応ガス中に気化・搬出されても空気及び燃料等の反
応ガス流路出口付近の低温部で電解質を凝縮させ、再び
電極板内部へ戻すことが可能で、結果的に電解質の損失
を押さえ、燃料電池の長寿命化に寄与することができ
る。また、セルの高温部で、冷却能力を高めることで、
セルの高温部をより低い温度に抑制可能で、結果的に発
電特性を高めることができる。
【００１４】以上、本発明の実施例として、冷却水を単
相流で供給し、冷却板内部で沸騰し二相流となって排出
する例について説明したが、入口から出口まですべて単
相流の場合についても同様の効果がある。
相流で供給し、冷却板内部で沸騰し二相流となって排出
する例について説明したが、入口から出口まですべて単
相流の場合についても同様の効果がある。
【００１５】
【発明の効果】本発明によれば、複数の伝熱管の両端
を、各々、基板外で集合・構成させた冷却板を配置し、
集合給排水配管によって冷却水を供給および排出するよ
うにした燃料電池において、反応ガス中に気化・搬出さ
れた電解質を空気及び燃料等の反応ガス流路の出口付近
で凝縮させ、再び電極板内部へ戻す機能を有し、またセ
ルの高温部で、高い冷却能力を発揮させ、セル内の温度
の均一性を向上させた冷却板を提供することで、電解質
の損失を押さえ、燃料電池の長寿命化を図り、さらに高
発電特性に寄与することができる。
を、各々、基板外で集合・構成させた冷却板を配置し、
集合給排水配管によって冷却水を供給および排出するよ
うにした燃料電池において、反応ガス中に気化・搬出さ
れた電解質を空気及び燃料等の反応ガス流路の出口付近
で凝縮させ、再び電極板内部へ戻す機能を有し、またセ
ルの高温部で、高い冷却能力を発揮させ、セル内の温度
の均一性を向上させた冷却板を提供することで、電解質
の損失を押さえ、燃料電池の長寿命化を図り、さらに高
発電特性に寄与することができる。
【図１】本発明の一実施例を示す斜視図。
【図２】従来の燃料電池を示す斜視図。
１…積層体 ２…単電池 ３…伝熱管 ４…冷却基板 ５…マニホールド ６…集合給水管 ７…集合排水管 ８…空気出口 ９…燃料出口 10…単相流部分 11…セルの高温部 12…伝熱管ピッチ
Claims (2)
- 【請求項１】 電解質を含浸させた電解質層を挟んで１
対の多孔質電極を配置してなる単電池を複数個積層して
四角柱状の積層体を形成し、この積層体の側面との間に
反応ガス流路を形成する反応ガス供給・排出または流路
反転用のマニホールドを配置し、前記積層体内部の複数
の単電池毎に、冷却板を配置し、冷却水を供給および排
出するようにした燃料電池において、各々の冷却板に一
部をＬ形に曲げた伝熱管を埋設し、伝熱管に供給する冷
却水の比較的低温の入口部分を、反応ガスの流路出口付
近に配置した冷却板を有することを特徴とする燃料電
池。 - 【請求項２】 各々の伝熱管は、セルの高温部で、伝熱
管ピッチを小さくするように配置したことを特徴とする
請求項１記載の燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053624A JPH06267551A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5053624A JPH06267551A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06267551A true JPH06267551A (ja) | 1994-09-22 |
Family
ID=12948069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5053624A Pending JPH06267551A (ja) | 1993-03-15 | 1993-03-15 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH06267551A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4850844B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2012-01-11 | ユーティーシー パワー コーポレイション | 電解質凝縮ゾーンを有する燃料電池 |
| CN109273794A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-25 | 上海交通大学 | 一种汽车动力电池温度控制设备 |
-
1993
- 1993-03-15 JP JP5053624A patent/JPH06267551A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4850844B2 (ja) * | 2004-12-22 | 2012-01-11 | ユーティーシー パワー コーポレイション | 電解質凝縮ゾーンを有する燃料電池 |
| CN109273794A (zh) * | 2018-09-14 | 2019-01-25 | 上海交通大学 | 一种汽车动力电池温度控制设备 |
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