JPH06325786A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH06325786A
JPH06325786A JP5115872A JP11587293A JPH06325786A JP H06325786 A JPH06325786 A JP H06325786A JP 5115872 A JP5115872 A JP 5115872A JP 11587293 A JP11587293 A JP 11587293A JP H06325786 A JPH06325786 A JP H06325786A
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JP
Japan
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cooling air
cells
battery
temp
temperature
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Pending
Application number
JP5115872A
Other languages
English (en)
Inventor
Osamu Tajima
収 田島
Tomotoshi Ikenaga
友俊 池永
Akira Watanabe
明 渡辺
Toru Nakaoka
透 中岡
Shingo Washimi
晋吾 鷲見
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sanyo Electric Co Ltd
Original Assignee
Sanyo Electric Co Ltd
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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】 電池の最適な昇温及び冷却を図ることができ
る燃料電池を提供することを目的とする。 【構成】 電池起動時は電池運転中よりも高温の冷却空
気を、電池運転中は電池起動時よりも低温の冷却空気を
電池スタック内に給排する冷却空気マニホールド6・7
を備えた燃料電池において、前記冷却空気マニホールド
6・7内に整流手段10を設けると共に、該整流手段は
電池起動時は高温の冷却空気を中央部側セル1bよりも
端部側セル1aに多く供給する一方、電池運転中は低温
の冷却空気を端部側セル1aよりも中央部側セル1bに
多く供給することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は冷却空気マニホールドを
備えた燃料電池に関し、詳しくは電池スタックへの冷却
空気の供給手段に関する。
【0002】
【従来の技術】燃料電池は天然ガス,メタノール,石炭
ガス等の燃料を改質して得られる水素と,空気中の酸素
とから電気エネルギーを発生させる装置であり、高い発
電効率を得ることができる。ところで、燃料電池は図1
0に示すように、セル51とガス分離板52とを積層さ
せると共に、数セル毎に冷却プレート53を介装させ
て、これらを上下からエンドプレート54で締め付けて
電池スタック55を構成している。また、電池スタック
55の側面には冷却空気供給マニホールド56が取り付
けられており、該マニホールド56には冷却空気供給配
管57が接続されている。
【0003】一般に、電池の起動時には電池温度が外気
温度まで低下しているため、発電を効率よく行わせるた
めには、200℃程度の高温の冷却空気を供給して電池
を作動温度近傍まで迅速に昇温させる必要がある。一
方、電池温度が電池作動温度近傍まで昇温した後(即
ち、電池運転中)は、100〜120℃程度の低温の冷
却空気を供給して電池温度を一定に保つ必要がある。
【0004】そこで従来は、電池起動時にはスタートア
ップバーナ等によって冷却空気を200℃程度まで加熱
する一方、電池運転中にはフレッシュエアーを大量に取
り込んで冷却空気の温度を100〜120℃程度にまで
下げた後、各冷却空気を冷却空気供給配管57及び冷却
空気供給マニホールド56を介して電池スタック55に
供給することにより、電池の昇温及び冷却を行ってい
た。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記図10
に示す燃料電池においては、冷却空気供給マニホールド
56内における冷却空気の流れは、冷却空気供給配管5
7から直接供給される部分が最も流速が速く、冷却空気
供給配管57から積層方向に離れるに従って流速が遅く
なる。したがって、電池運転中においては、放熱が起こ
りにくい中央部側セル51bに低温の冷却空気を多量に
供給できるため、電池スタック55の積層方向の温度の
均一化を図ることができるが、電池起動時においては以
下に示すような課題が生じる。
【0006】一般に、上下のエンドプレート54と接す
る端部側セル51aは、一方の面が発熱体であるセル5
1と接していないため昇温速度が遅く、上下両面がセル
51と接する中央部側セル51bは昇温速度が速いにも
係わらず、上記構成では高温の冷却空気が昇温速度が速
い中央部側セル51bに多量に供給され、昇温速度が遅
い端部側セル51aには供給されにくい。したがって、
電池スタック55内の中央部側セル51bと端部側セル
51aとの温度格差が一層拡大する。
【0007】本発明は上記課題に鑑みてなされたもので
あり、電池の最適な昇温及び冷却を図ることができる燃
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】本発明は上記課題を解決
するため、以下のことを特徴とする。 電池起動時は電池運転中よりも高温の冷却空気を、
電池運転中は電池起動時よりも低温の冷却空気を電池ス
タック内に給排する冷却空気マニホールドを備えた燃料
電池において、前記冷却空気マニホールド内に整流手段
を設けると共に、該整流手段は電池起動時は高温の冷却
空気を中央部側セルよりも端部側セルに多く供給する一
方、電池運転中は低温の冷却空気を端部側セルよりも中
央部側セルに多く供給することを特徴とする。 前記整流手段は風船であり、該風船は電池起動時は
膨張して高温の冷却空気を中央部側セルよりも端部側セ
ルに多く供給する一方、電池運転中は収縮して端部側セ
ルよりも中央部側セルに多く供給するよう形状が変化す
ることを特許とする。
【0009】
【作用】上記構成の如く整流手段を備えていれば、電池
起動時には高温の冷却空気を昇温速度が遅い端部側セル
に集中的に供給することができるので、昇温速度が速い
中央部側セルとの温度格差を抑制して電池を最適に昇温
することができる。また、電池運転中には低温の冷却空
気を電池スタック内の放熱が起こりにくい中央部側セル
に集中的に供給することができるので、中央部側セルを
集中的に冷却して電池温度を略一定にすることができ
る。
【0010】
【実施例】
(第一実施例)図1は本発明の第一実施例に係る燃料電
池の概略断面図であり、図2はその概略斜視図であり、
電解質板を介してアノードとカソード(いずれも図示ぜ
す)とを配したセル1と,ガス分離板2とを交互に積層
させると共に、数セル毎に冷却プレート3を介装させ
て、これらを上下からエンドプレート4で締め付けて電
池スタック5を構成している。また、電池スタック5の
対向する一側面には冷却空気供給マニホールド6及び冷
却空気排出マニホールド7が夫々取り付けられており、
これら各マニホールド6・7には夫々冷却空気供給配管
8及び冷却空気排出配管9が溶接等によって接続されて
いる。
【0011】ここで、冷却空気供給マニホールド6の内
部であってその略中央部分(即ち、冷却空気供給配管8
から供給された冷却空気が最初にマニホールド6内に入
る部分)には、耐熱耐酸性のテフロンから成る風船10
が設けられ、該風船10は図2に示すように、中央部に
介した支持板11によって冷却空気供給マニホールド6
の左右両側面6a・6bに固定されている。また、風船
10の一端にはゴム管12が取り付けられており、この
ゴム管12を介して風船10内にガスを供給することに
より風船10が膨張し、ゴム管12を介して風船10内
のガスを吸引することにより風船10が収縮するように
構成されている。尚、風船10内に供給するガスとして
は、電池の停止時や保存時等に使用する窒素ガスや炭酸
ガス等のパージガスを使用することができる。
【0012】以下、上記の如く構成された燃料電池にお
ける起動時及び運転中の冷却空気の流れについて、図1
及び図3を用いて具体的に説明する。尚、図1は起動時
における冷却空気の流れを、図3は運転中における冷却
空気の流れを夫々示している。先ず、電池の起動時に
は、電池温度は外気温度まで低下しているため、発電を
効率よく行わせるためには、電池の運転中に供給する冷
却空気よりも温度の高い冷却空気を供給して電池を作動
温度近傍まで迅速に昇温させる必要がある。この場合、
上下のエンドプレート4と接する端部側セル1aは、中
央部側のセル1bに比べて熱が伝わりにくいため、昇温
速度が遅い。したがって、電池の起動時には、中央部側
のセル1bよりも端部側セル1aに温度の高い冷却空気
を集中的に供給する必要がある。
【0013】そこで、スタートアップバーナ等によって
冷却空気を200℃程度まで加熱すると共に、ゴム管1
2を介して風船10内にパージガスを供給して風船10
を膨張させる。すると、マニホールド6内の冷却空気流
路のうち、主に中央部側のセル1bに冷却空気を供給す
る流路が閉塞されるので、冷却空気供給配管8から供給
された200℃程度の温度の高い冷却空気は、端部側セ
ル1aに集中的に供給される。その結果、電池スタック
5内の各セル1を略均等に昇温させることができる。
【0014】その後、電池温度が電池作動温度近傍まで
昇温すると、電池温度を一定に保つために電池を冷却す
る必要がある。この場合、電池スタック5内の中央部側
のセル1bは、端部側セル1aに比べて熱が拡散しにく
いため、電池スタック5の中央部の温度が高くなる。し
たがって、電池の運転中には、端部側セル1aよりも中
央部側のセル1bに冷却空気を集中的に供給する必要が
ある。
【0015】そこで、フレッシュエアーを大量に取り込
んで電池の起動時には200℃程度であった冷却空気の
温度を100〜120℃程度にまで下げると共に、ゴム
管12を介して風船10内のパージガスを吸引して風船
10を収縮させる。すると、電池起動時には閉塞されて
いたマニホールド6内の中央部側の冷却空気流路が確保
される。この場合、冷却空気供給配管8を介して供給さ
れる100〜120℃程度の温度の低い冷却空気は、マ
ニホールド6の中央部分で最も流速が速いため、冷却空
気は中央部側のセル1bに集中的に供給される。その結
果、電池スタック5の積層方向の温度を略均一にするこ
とができる。
【0016】このように、電池の起動時及び運転中で風
船10の形状を変化させることにより、電池の最適な昇
温及び冷却を図ることができる。尚、上記第一実施例に
おいては、冷却空気供給マニホールド6内にのみ風船1
0を設けたが、冷却空気排出マニホールド7にのみ設け
てもよく、また冷却空気供給マニホールド6及び冷却空
気排出マニホールド7の両方に設けることも可能であ
る。更に、上記第一実施例においては、風船10を一個
だけ設けたが、例えば図4及び図5に示すように、風船
10を4個設けることも可能である。
【0017】(第二実施例)図6及び図7は本発明の第
二実施例に係る燃料電池の概略断面図であり、整流手段
として風船10を使用する代わりに形状記憶合金製のバ
ネ20を用いた金属板21を使用する他は、上記第一実
施例と略同様の構成である。尚、上記第一実施例と同様
の機能を有する構成部分については第一実施例と同様の
番号を付して説明を省略する。
【0018】本第二実施例における整流手段は、SUS
やアルミ等から成る2枚の金属板21で構成されてお
り、各金属板21は支持棒22によって上記第一実施例
と同様に冷却空気供給マニホールド6のの左右両側面6
a・6bに固定されている。また、各金属板21の間に
は形状記憶合金製のバネ20が介在されている。形状記
憶合金製のバネ20は、例えば200℃程度の温度にな
ると伸長し、100〜120℃程度の温度になると収縮
するよう構成されている。したがって、電池の起動時に
は、冷却空気供給マニホールド6内に200℃程度の温
度の高い冷却空気が供給されるため、図6に示すように
バネ20が膨張し、金属板21間の角度θ1 が大きくな
る。すると、マニホールド6内の冷却空気流路のうち、
主に中央部側のセル1bに冷却空気を供給する流路が閉
塞されるので、冷却空気供給配管8から供給された20
0℃程度の温度の高い冷却空気は、端部側セル1aに集
中的に供給される。その結果、電池スタック5内の各セ
ル1を略均等に昇温させることができる。
【0019】一方、電池の運転中には、冷却空気マニホ
ールド6内に100〜120℃程度の温度の低い冷却空
気が供給されるため、図7に示すようにバネ20が収縮
し、金属板21間の角度θ2 (θ2 <θ1 )が小さくな
る。すると、すると、電池起動時には閉塞されていたマ
ニホールド6内の中央部側の冷却空気流路が確保され
る。この場合、冷却空気供給配管8を介して供給される
100〜120℃程度の温度の低い冷却空気は、マニホ
ールド6の中央部分で最も流速が速いため、冷却空気は
中央部側のセル1bに集中的に供給される。その結果、
電池スタック5の積層方向の温度を略均一にすることが
できる。
【0020】尚、上記第二実施例においては、冷却空気
供給マニホールド6内にのみ金属板21を設けたが、冷
却空気排出マニホールド7にのみ設けてもよく、また冷
却空気供給マニホールド6及び冷却空気排出マニホール
ド7の両方に設けることも可能である。更に、上記第二
実施例においては、金属板21を一個だけ設けたが、例
えば図8及び図9に示すように、金属板21を4個設け
ることも可能である。 〔その他の事項〕本発明における整流手段としては、風
船や金属板等に限定されるものではなく、例えば可変式
の整流板等を使用することも可能である。
【0021】
【発明の効果】以上の本発明によれば、電池起動時には
高温の冷却空気を昇温速度が遅い端部側セルに集中的に
供給することができるので、昇温速度が速い中央部側セ
ルとの温度格差を抑制して電池を最適に昇温することが
できる。また、電池運転中には低温の冷却空気を電池ス
タック内の放熱が起こりにくい中央部側セルに集中的に
供給することができるので、中央部側セルを集中的に冷
却して電池温度を略一定にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第一実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図2】本発明の第一実施例に係る燃料電池の概略斜視
図である。
【図3】本発明の第一実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図4】本発明の第一実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図5】本発明の第一実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図6】本発明の第二実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図7】本発明の第二実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図8】本発明の第二実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図9】本発明の第二実施例に係る燃料電池の概略断面
図である。
【図10】従来の燃料電池の概略断面図である。
【符号の説明】
1a 端部側セル 1b 中央部側セル 5 電池スタック 6 冷却空気供給マニホールド 7 冷却空気排出マニホールド 10 整流手段
フロントページの続き (72)発明者 中岡 透 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内 (72)発明者 鷲見 晋吾 守口市京阪本通2丁目18番地 三洋電機株 式会社内

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電池起動時は電池運転中よりも高温の冷
    却空気を、電池運転中は電池起動時よりも低温の冷却空
    気を電池スタック内に給排する冷却空気マニホールドを
    備えた燃料電池において、 前記冷却空気マニホールド内に整流手段を設けると共
    に、該整流手段は電池起動時は高温の冷却空気を中央部
    側セルよりも端部側セルに多く供給する一方、電池運転
    中は低温の冷却空気を端部側セルよりも中央部側セルに
    多く供給することを特徴とする燃料電池。
  2. 【請求項2】 前記整流手段は風船であり、該風船は電
    池起動時は膨張して高温の冷却空気を中央部側セルより
    も端部側セルに多く供給する一方、電池運転中は収縮し
    て端部側セルよりも中央部側セルに多く供給するよう形
    状が変化することを特徴とする請求項1記載の燃料電
    池。
JP5115872A 1993-05-18 1993-05-18 燃料電池 Pending JPH06325786A (ja)

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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US8557462B2 (en) 2009-01-14 2013-10-15 Samsung Sdi Co., Ltd. Fuel cell stack and fuel cell system using the same
WO2020027400A1 (ko) * 2017-12-04 2020-02-06 인하대학교 산학협력단 연료전지용 분리판 및 이를 포함하는 연료전지 스택

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