JPH0660898A - 燃料電池の加熱装置 - Google Patents
燃料電池の加熱装置Info
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- JPH0660898A JPH0660898A JP4227930A JP22793092A JPH0660898A JP H0660898 A JPH0660898 A JP H0660898A JP 4227930 A JP4227930 A JP 4227930A JP 22793092 A JP22793092 A JP 22793092A JP H0660898 A JPH0660898 A JP H0660898A
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- F28D15/00—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies
- F28D15/02—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes
- F28D15/0266—Heat-exchange apparatus with the intermediate heat-transfer medium in closed tubes passing into or through the conduit walls ; Heat-exchange apparatus employing intermediate heat-transfer medium or bodies in which the medium condenses and evaporates, e.g. heat pipes with separate evaporating and condensing chambers connected by at least one conduit; Loop-type heat pipes; with multiple or common evaporating or condensing chambers
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Abstract
(57)【要約】
【目的】燃料電池の保温中及び発電運転中の積層方向の
温度分布を均一化させ、かつ積層電池の損傷事故または
昇温不能の事態を避ける。 【構成】管材を菱形に折り曲げ途中に電気絶縁体を取り
付け、内部に作動媒体液を封入した熱輸送パイプ１３を
下ダミー板２ａと中央ダミー板２ｂとの間に設けるとと
もに、熱輸送パイプ１３と逆方向に傾斜させた対流型伝
熱管２０を上ダミー板２ｃと中央ダミー板２ｂとの間に
設け、保温運転中は上下の熱を中央へ輸送し、発電運転
中は中央の熱を上下に輸送して温め、積層電池１の積層
方向温度分布を均一化させ、かつ積層電池の損傷事故ま
たは昇温不能の事態を避ける。
温度分布を均一化させ、かつ積層電池の損傷事故または
昇温不能の事態を避ける。 【構成】管材を菱形に折り曲げ途中に電気絶縁体を取り
付け、内部に作動媒体液を封入した熱輸送パイプ１３を
下ダミー板２ａと中央ダミー板２ｂとの間に設けるとと
もに、熱輸送パイプ１３と逆方向に傾斜させた対流型伝
熱管２０を上ダミー板２ｃと中央ダミー板２ｂとの間に
設け、保温運転中は上下の熱を中央へ輸送し、発電運転
中は中央の熱を上下に輸送して温め、積層電池１の積層
方向温度分布を均一化させ、かつ積層電池の損傷事故ま
たは昇温不能の事態を避ける。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、リン酸型燃料電池の
保温運転ならびに発電運転時に積層電池の積層方向の温
度分布を均一にする加熱装置に関する。
保温運転ならびに発電運転時に積層電池の積層方向の温
度分布を均一にする加熱装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】図１０は従来の積層電池の最上部，最下
部に加熱装置を備えたリン酸型燃料電池の保温ヒータ回
路の系統図である。図１０において、燃料電池の積層電
池１は、反応ガスの流路を有する一対の燃料電極と、酸
化剤電極との間に電解質としてのリン酸を含浸させたマ
トリックスを挟持してなる単位セルを多数積層して形成
される。これらの電極に一方側からは燃料ガスを、他方
側からは酸化剤ガスを供給して電気化学的反応に基づく
電気エネルギーを両極より取り出すよう構成されてい
る。１ａ，１ｂはガスの流路を形成するマニホールドで
ある。リン酸型燃料電池は、停止制御運転から発電運転
までの全運転範囲にわたり、（１）リン酸液が固形化を
開始する41.5℃以上に全積層電池を昇温して保温運転す
る必要がある。（２）発電運転中の全積層電池温度が19
0 ℃に均一に昇温，冷却された一定値に制御運転するこ
とが望ましい。しかし、従来は、図１０に示すように積
層電池１を多数積層するための構成材である中央ダミー
板２ｂ、下ダミー板２ａと上ダミー板２ｃとに溝加工を
施し、電気ヒータ３，４を中に埋設して両ヒータ３，４
に通電し、最も低温となる下ダミー板２ａの温度を下部
ダミー板温度センサー８で検出し、この出力を温度コン
トローラ７に入力させ、ヒータリレー６を介して接点６
ａ，６ｂを開閉させ、電気ヒータ３と４とを入り切りし
て、上ダミー板２ｃの温度を確保していた。９はヒータ
電源ＡＣ２００Ｖである。
部に加熱装置を備えたリン酸型燃料電池の保温ヒータ回
路の系統図である。図１０において、燃料電池の積層電
池１は、反応ガスの流路を有する一対の燃料電極と、酸
化剤電極との間に電解質としてのリン酸を含浸させたマ
トリックスを挟持してなる単位セルを多数積層して形成
される。これらの電極に一方側からは燃料ガスを、他方
側からは酸化剤ガスを供給して電気化学的反応に基づく
電気エネルギーを両極より取り出すよう構成されてい
る。１ａ，１ｂはガスの流路を形成するマニホールドで
ある。リン酸型燃料電池は、停止制御運転から発電運転
までの全運転範囲にわたり、（１）リン酸液が固形化を
開始する41.5℃以上に全積層電池を昇温して保温運転す
る必要がある。（２）発電運転中の全積層電池温度が19
0 ℃に均一に昇温，冷却された一定値に制御運転するこ
とが望ましい。しかし、従来は、図１０に示すように積
層電池１を多数積層するための構成材である中央ダミー
板２ｂ、下ダミー板２ａと上ダミー板２ｃとに溝加工を
施し、電気ヒータ３，４を中に埋設して両ヒータ３，４
に通電し、最も低温となる下ダミー板２ａの温度を下部
ダミー板温度センサー８で検出し、この出力を温度コン
トローラ７に入力させ、ヒータリレー６を介して接点６
ａ，６ｂを開閉させ、電気ヒータ３と４とを入り切りし
て、上ダミー板２ｃの温度を確保していた。９はヒータ
電源ＡＣ２００Ｖである。
【０００３】図１１は図１０の保温ヒータ回路によるリ
ン酸型燃料電池の保温中における積層方向温度分布を示
す線図である。図１１において１０は保温中温度カーブ
であり、Ａ点，Ｂ点，Ｃ点はそれぞれ積層電池の最下
部，中央部，最上部を示す。図１１のごとく中央部Ｂ点
の温度は、両端のＡ点，Ｃ点お温度に比べて２０℃高く
なっている。中央部Ｂ点にはセル温度熱電対５が挿入さ
れていて、中央部Ｂ点の温度を検出する。そのために積
層電池１を６０℃に保温することを基準とするのに、最
上部，最下部は保温基準より１０℃以上余分に加熱して
おり、消費電力増が発生している。保温中でも、温度セ
ンサー８の配線ミス、短絡事故、温度コントローラ７の
動作不良により、電気ヒータ３，４により上ダミー板２
ｃ，下ダミー板２ａが連続加熱されて130 ℃〜200 ℃に
達し、直接接触している積層電池１が昇温して焼失する
事故が発生している。また逆に、温度センサー８の断線
により内部温度を検出できずに、電気ヒータ３，４は通
電されないで、積層電池１は外気と同一温度となり、電
池の特性を劣化させることがある。
ン酸型燃料電池の保温中における積層方向温度分布を示
す線図である。図１１において１０は保温中温度カーブ
であり、Ａ点，Ｂ点，Ｃ点はそれぞれ積層電池の最下
部，中央部，最上部を示す。図１１のごとく中央部Ｂ点
の温度は、両端のＡ点，Ｃ点お温度に比べて２０℃高く
なっている。中央部Ｂ点にはセル温度熱電対５が挿入さ
れていて、中央部Ｂ点の温度を検出する。そのために積
層電池１を６０℃に保温することを基準とするのに、最
上部，最下部は保温基準より１０℃以上余分に加熱して
おり、消費電力増が発生している。保温中でも、温度セ
ンサー８の配線ミス、短絡事故、温度コントローラ７の
動作不良により、電気ヒータ３，４により上ダミー板２
ｃ，下ダミー板２ａが連続加熱されて130 ℃〜200 ℃に
達し、直接接触している積層電池１が昇温して焼失する
事故が発生している。また逆に、温度センサー８の断線
により内部温度を検出できずに、電気ヒータ３，４は通
電されないで、積層電池１は外気と同一温度となり、電
池の特性を劣化させることがある。
【０００４】図１２は図１１のリン酸型燃料電池の発電
運転中の積層方向温度分布を示す線図である。１１は発
電中温度カーブである。発電中の積層電池１は、ダミー
板２ａ，２ｃ内の電気ヒータ３，４は通電されないで、
片側は大気と架第の低温にさらされているので、最下端
Ａ点及び最上端Ｃ点は、積層セル１０×２＝２０セルが
160 ℃〜170 ℃と規定温度190 ℃より低温となり，低温
のためダミー板２ａ，２ｃに接触する電池からは、要求
される発電出力が得られないという問題があった。
運転中の積層方向温度分布を示す線図である。１１は発
電中温度カーブである。発電中の積層電池１は、ダミー
板２ａ，２ｃ内の電気ヒータ３，４は通電されないで、
片側は大気と架第の低温にさらされているので、最下端
Ａ点及び最上端Ｃ点は、積層セル１０×２＝２０セルが
160 ℃〜170 ℃と規定温度190 ℃より低温となり，低温
のためダミー板２ａ，２ｃに接触する電池からは、要求
される発電出力が得られないという問題があった。
【０００５】図１３は従来のヒートパイプの構成図であ
る。管材１２ａの内径側にウイック材１２ｂを巻き付
け、内部に作動液１２ｆを充填し、一方を加熱部（蒸発
部）１２ｃとし、他方を放熱部（凝縮部）１２ｅとし中
間を断熱部１２ｄとするヒートバイプ１２を形成し加熱
部１２ｃと放熱部１２ｅとの間で熱の輸送が行われる。
る。管材１２ａの内径側にウイック材１２ｂを巻き付
け、内部に作動液１２ｆを充填し、一方を加熱部（蒸発
部）１２ｃとし、他方を放熱部（凝縮部）１２ｅとし中
間を断熱部１２ｄとするヒートバイプ１２を形成し加熱
部１２ｃと放熱部１２ｅとの間で熱の輸送が行われる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】従来の構成では、保温
中の積層電池の積層方向温度分布は、中央部が上下両端
部より２０℃低くなり、また、発電運転中は逆に上下両
端部が中央部より２０℃低くなり、積層方向の温度分布
に差が発生しているが、これは単位電池を積層して構成
するために避けられない問題点となっていた。
中の積層電池の積層方向温度分布は、中央部が上下両端
部より２０℃低くなり、また、発電運転中は逆に上下両
端部が中央部より２０℃低くなり、積層方向の温度分布
に差が発生しているが、これは単位電池を積層して構成
するために避けられない問題点となっていた。
【０００７】この発明は、燃料電池の保温中及び発電運
転中でも積層方向の温度分布を均一化させ、かつ直接電
気ヒータに接触している部分の積層電池の損傷事故また
は付属機器の不具合による積層電池の昇温不能事故を防
止する燃料電池の加熱装置を提供することを目的とす
る。
転中でも積層方向の温度分布を均一化させ、かつ直接電
気ヒータに接触している部分の積層電池の損傷事故また
は付属機器の不具合による積層電池の昇温不能事故を防
止する燃料電池の加熱装置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】単位セルを多数積層して
形成される積層電池に、上下のダミー板に挿入された電
気ヒータと、前記積層電池の中央部に取り付けられたセ
ル温度熱電対と、このセル温度熱電対からの信号により
前記電気ヒータを開閉制御する温度コントローラとを備
えた燃料電池の加熱装置において、管材を菱形に折り曲
げ途中に電気絶縁体を取り付け、内部に作動媒体液を封
入した熱輸送パイプを下ダミー板と中央ダミー板との間
に設け、保温運転中は前記下ダミー板に埋設した辺を加
熱部とし、前記中央ダミー板に取り付けた対向する辺を
放熱部とし、発電運転中は前記中央ダミー板に取り付け
た辺を発熱部とし、前記下ダミー板に埋設した辺を放熱
部とするとともに、管材を菱形に折り曲げ前記熱輸送パ
イプと逆方向に傾斜させ、途中に電気絶縁体を取り付け
内部に作動媒体液を封入し、内部に逆流防止羽根を取り
付けた対流型伝熱管を上ダミー板と中央ダミー板との間
に設け、保温運転中は前記上ダミー板に埋設した辺を発
熱部とし、前記中央ダミー板に取り付けた対向する辺を
放熱部とし、発電運転中は前記中央ダミー板に取り付け
た一辺を発熱部とし、前記上ダミー板に埋設した対向す
る辺を放熱部とすることによって、上記目的を達成す
る。
形成される積層電池に、上下のダミー板に挿入された電
気ヒータと、前記積層電池の中央部に取り付けられたセ
ル温度熱電対と、このセル温度熱電対からの信号により
前記電気ヒータを開閉制御する温度コントローラとを備
えた燃料電池の加熱装置において、管材を菱形に折り曲
げ途中に電気絶縁体を取り付け、内部に作動媒体液を封
入した熱輸送パイプを下ダミー板と中央ダミー板との間
に設け、保温運転中は前記下ダミー板に埋設した辺を加
熱部とし、前記中央ダミー板に取り付けた対向する辺を
放熱部とし、発電運転中は前記中央ダミー板に取り付け
た辺を発熱部とし、前記下ダミー板に埋設した辺を放熱
部とするとともに、管材を菱形に折り曲げ前記熱輸送パ
イプと逆方向に傾斜させ、途中に電気絶縁体を取り付け
内部に作動媒体液を封入し、内部に逆流防止羽根を取り
付けた対流型伝熱管を上ダミー板と中央ダミー板との間
に設け、保温運転中は前記上ダミー板に埋設した辺を発
熱部とし、前記中央ダミー板に取り付けた対向する辺を
放熱部とし、発電運転中は前記中央ダミー板に取り付け
た一辺を発熱部とし、前記上ダミー板に埋設した対向す
る辺を放熱部とすることによって、上記目的を達成す
る。
【０００９】また、単位セルを多数積層して形成される
積層電池に上下のダミー板を備え、このダミー板を加熱
する燃料電池の加熱装置において、管材を菱形に折り曲
げ途中に電気絶縁体を取り付け、内部に作動媒体液を封
入し縦方向の辺に加熱ヒータを取り付けた電熱熱流パイ
プを、上ダミー板と中央ダミー板との間及び下ダミー板
と中央ダミー板との間に設け、保温運転中は前記加熱ヒ
ータを加熱部とし、前記上ダミー板と前記中央ダミー板
とに埋設した横方向の辺及び前記下ダミー板と前記中央
ダミー板とに埋設して横方向の辺を放熱部とし、発電運
転中は前記中央ダミー板を加熱部とし、前記上ダミー板
及び下ダミー板を放熱部とすることによって、上記目的
を達成する。
積層電池に上下のダミー板を備え、このダミー板を加熱
する燃料電池の加熱装置において、管材を菱形に折り曲
げ途中に電気絶縁体を取り付け、内部に作動媒体液を封
入し縦方向の辺に加熱ヒータを取り付けた電熱熱流パイ
プを、上ダミー板と中央ダミー板との間及び下ダミー板
と中央ダミー板との間に設け、保温運転中は前記加熱ヒ
ータを加熱部とし、前記上ダミー板と前記中央ダミー板
とに埋設した横方向の辺及び前記下ダミー板と前記中央
ダミー板とに埋設して横方向の辺を放熱部とし、発電運
転中は前記中央ダミー板を加熱部とし、前記上ダミー板
及び下ダミー板を放熱部とすることによって、上記目的
を達成する。
【００１０】
【作用】この発明においては、積層電池の上ダミー板と
中央ダミー板との間に対流型電熱管を埋設し、保温運転
中は上ダミー板のヒータの熱を対流により中央ダミー板
へ輸送して積層電池の中央部を温め、発電運転中は中央
部の熱を上ダミー板へ輸送して上ダミー板及び上部積層
電池を温めて均一化を図るとともに、積層電池の下ダミ
ー板と中央ダミー板との間に熱輸送パイプを設けて、保
温運転中は下ダミー板の熱を中央部へ輸送して積層電池
の中央部を温め、発電運転中は中央部の熱を下ダミー板
へ輸送して下ダミー板及び下部積層電池を温めて均一化
を図る。
中央ダミー板との間に対流型電熱管を埋設し、保温運転
中は上ダミー板のヒータの熱を対流により中央ダミー板
へ輸送して積層電池の中央部を温め、発電運転中は中央
部の熱を上ダミー板へ輸送して上ダミー板及び上部積層
電池を温めて均一化を図るとともに、積層電池の下ダミ
ー板と中央ダミー板との間に熱輸送パイプを設けて、保
温運転中は下ダミー板の熱を中央部へ輸送して積層電池
の中央部を温め、発電運転中は中央部の熱を下ダミー板
へ輸送して下ダミー板及び下部積層電池を温めて均一化
を図る。
【００１１】この発明においては、積層電池の上ダミー
板と中央ダミー板との間及び下ダミー板と中央ダミー板
との間にぞれぞれ電熱熱流バイプを設け、保温運転中は
加熱部ヒータの熱を上ダミー板と中央部及び下ダミー板
と中央部へ輸送して、積層電池の温度の均一化を図り、
発電運転中は、中央部の熱をそれぞれ上ダミー板及び下
ダミー板へ輸送して温め、積層電池の温度を均一化させ
ることができる。
板と中央ダミー板との間及び下ダミー板と中央ダミー板
との間にぞれぞれ電熱熱流バイプを設け、保温運転中は
加熱部ヒータの熱を上ダミー板と中央部及び下ダミー板
と中央部へ輸送して、積層電池の温度の均一化を図り、
発電運転中は、中央部の熱をそれぞれ上ダミー板及び下
ダミー板へ輸送して温め、積層電池の温度を均一化させ
ることができる。
【００１２】
【実施例】実施例１ 図１はこの発明の熱輸送パイプと対流型伝熱管とを備え
た加熱装置の実施例を示す構成図である。図２は図１の
熱輸送パイプの構成図、図３は図１の対流型伝熱管の構
成図である。図１において図１０と同じ部位は同じ符号
を付してある。図１において、積層電池１は下ダミー板
２ａ、中央ダミー板２ｂ、上ダミー板２ｃを有し、下ダ
ミー板２ａと上ダミー板２ｃにそれぞれ電気ヒータ３，
４を備える。中央ダミー板２ｂに図示しないセル温度熱
電対を備え、このセル温度熱電対からの信号により、電
気ヒータ３，４を開閉制御する温度コントローラ７を備
える。この例は、下ダミー板２ａと中央ダミー板２ｂと
の間に熱輸送パイプ１３を設け、上ダミー板２ｃと中央
ダミー板２ｂとの間に対流型伝熱管２０を設けた。
た加熱装置の実施例を示す構成図である。図２は図１の
熱輸送パイプの構成図、図３は図１の対流型伝熱管の構
成図である。図１において図１０と同じ部位は同じ符号
を付してある。図１において、積層電池１は下ダミー板
２ａ、中央ダミー板２ｂ、上ダミー板２ｃを有し、下ダ
ミー板２ａと上ダミー板２ｃにそれぞれ電気ヒータ３，
４を備える。中央ダミー板２ｂに図示しないセル温度熱
電対を備え、このセル温度熱電対からの信号により、電
気ヒータ３，４を開閉制御する温度コントローラ７を備
える。この例は、下ダミー板２ａと中央ダミー板２ｂと
の間に熱輸送パイプ１３を設け、上ダミー板２ｃと中央
ダミー板２ｂとの間に対流型伝熱管２０を設けた。
【００１３】図２において、熱輸送パイプ１３は図１３
に示した従来のヒートパイプ１２を応用したものであ
り、管材１２ａを菱形に折り曲げ途中に電気絶縁体１４
を取り付け、管材１２ａの内側にウイック材１２ｂを巻
き付け、内部に作動媒体液１２ｆを封入して構成され、
保温運転中は下ダミー板２ａに埋設された辺を加熱部１
２ｃとし、対向する他辺を中央ダミー板２ｂに埋設して
放熱部１２ｅとしている。１２ｄは断熱部、１２ｇは蒸
気流、１２ｈは凝縮流である。図３において、対流型伝
熱管２０は、管材１２ａを菱形に折り曲げ、熱輸送パイ
プ１３と逆方向に傾斜させ、途中に電気絶縁体１４及び
逆流防止羽根１８を取り付け、管材１２ａの内側にウイ
ック材１２ｂを巻き付け、内部に作動媒体液１２ｆを封
入して構成され、保温運転中は上ダミー板２ｃに埋設さ
れた辺を発熱部１２ｃとし、対向する中央ダミー板２ｂ
に埋設れれた他辺を放熱部１２ｅとしている。ヒータの
熱を作動媒体液に吸収させ蒸発させ、蒸気は断熱部，電
気絶縁体１４を通り放熱部１２ｅで放熱して中央ダミー
板２ｂを加熱し、凝縮して熱輸送サイクルを形成する。
傾斜管と逆流防止羽根１８を備えているので、自然対流
が促進され、気化した蒸気は放熱部１２ｅの管材１２ａ
内を流通する。このようにして上下ダミー板の熱により
中央ダミー板２ｂを加熱し、積層電池１の温度を均一化
させることができる。
に示した従来のヒートパイプ１２を応用したものであ
り、管材１２ａを菱形に折り曲げ途中に電気絶縁体１４
を取り付け、管材１２ａの内側にウイック材１２ｂを巻
き付け、内部に作動媒体液１２ｆを封入して構成され、
保温運転中は下ダミー板２ａに埋設された辺を加熱部１
２ｃとし、対向する他辺を中央ダミー板２ｂに埋設して
放熱部１２ｅとしている。１２ｄは断熱部、１２ｇは蒸
気流、１２ｈは凝縮流である。図３において、対流型伝
熱管２０は、管材１２ａを菱形に折り曲げ、熱輸送パイ
プ１３と逆方向に傾斜させ、途中に電気絶縁体１４及び
逆流防止羽根１８を取り付け、管材１２ａの内側にウイ
ック材１２ｂを巻き付け、内部に作動媒体液１２ｆを封
入して構成され、保温運転中は上ダミー板２ｃに埋設さ
れた辺を発熱部１２ｃとし、対向する中央ダミー板２ｂ
に埋設れれた他辺を放熱部１２ｅとしている。ヒータの
熱を作動媒体液に吸収させ蒸発させ、蒸気は断熱部，電
気絶縁体１４を通り放熱部１２ｅで放熱して中央ダミー
板２ｂを加熱し、凝縮して熱輸送サイクルを形成する。
傾斜管と逆流防止羽根１８を備えているので、自然対流
が促進され、気化した蒸気は放熱部１２ｅの管材１２ａ
内を流通する。このようにして上下ダミー板の熱により
中央ダミー板２ｂを加熱し、積層電池１の温度を均一化
させることができる。
【００１４】図４は図１の加熱装置の保温運転中におけ
る積層電池の積層方向温度分布を示す線図であり、横軸
は積層電池温度、縦軸は積層電池の位置を示す。Ａ点は
最下部，Ｂ点は中央部，Ｃ点は最上部を示し、各部の温
度は目標温度６０℃に対し±５℃の範囲に納まってい
る。図５は図１の加熱装置の発電運転中における積層方
向温度分布を示す線図であり、横軸は積層電池の温度、
縦軸は積層電池の位置を示す。発電運転中は中央部の高
温度の熱が熱輸送パイプ１３及び対流型伝熱管２０によ
り保温運転中とは逆方向の対流により、上下部へ熱輸送
され、目標温度１９０℃に対し両端部の１９０℃以下の
温度となるセル数を従来より減少させ、積層電池全体の
温度を均一化させる。
る積層電池の積層方向温度分布を示す線図であり、横軸
は積層電池温度、縦軸は積層電池の位置を示す。Ａ点は
最下部，Ｂ点は中央部，Ｃ点は最上部を示し、各部の温
度は目標温度６０℃に対し±５℃の範囲に納まってい
る。図５は図１の加熱装置の発電運転中における積層方
向温度分布を示す線図であり、横軸は積層電池の温度、
縦軸は積層電池の位置を示す。発電運転中は中央部の高
温度の熱が熱輸送パイプ１３及び対流型伝熱管２０によ
り保温運転中とは逆方向の対流により、上下部へ熱輸送
され、目標温度１９０℃に対し両端部の１９０℃以下の
温度となるセル数を従来より減少させ、積層電池全体の
温度を均一化させる。
【００１５】実施例２ 図６はこの発明の電熱熱流パイプを備えた加熱装置の構
成図である。図７は図６の電熱熱流パイプの構成図であ
る。図６において図１０と同じ部位は同じ符号を付して
ある。図６においては、積層電池の上ダミー板２ａと中
央ダミー板２ｂとの間及び下ダミー板２ａと中央ダミー
板２ｂとの間にそれぞれ電熱熱流パイプ１５を取りつけ
た。電熱熱流パイプ１５は、管材１２ａを菱形に折り曲
げ途中に電気絶縁体１４を取り付け、内部に作動媒体液
１２ｆを封入し、縦方向の辺に加熱ヒータ１９を取り付
けて構成される。保温運転中は、加熱ヒータ１９を加熱
部とし、上ダミー板２ｃと中央ダミー板２ｂ及び下ダミ
ー板２ａと中央ダミー板２ｂとに埋設された横方向の辺
を放熱部とし、加熱ヒータ１９をヒータコントローラ２
１，２２で開閉制御している。加熱ヒータ１９には、過
熱防止センサー１６を備え、過熱しないように監視して
いる。管材１２ａの上部に気泡抜き１７を備える。図示
しないセル温度熱電対の指示温度が60°±３℃となるよ
うに設定し、熱電対からの信号を温度コントローラ２
１，２２により加熱ヒータ１９を開閉する。加熱された
作動媒体液１２ｆは、菱形閉ループリング構造により自
然対流で入力側電気絶縁体１４（断熱部）のパイプ内を
上昇して放熱部１２ｅに流れこみ、ダミー板溝内で放熱
しながら冷却されて比重が大きくなり、下り傾斜してい
るので出口側の電気絶縁体１４（断熱部）を通過して下
側の放熱部１２ｅに戻る。加熱部下側の縦パイプ部には
逆流防止用の逆流防止羽根１８を備えている。この例に
よれば、加熱ヒータで加熱された蒸気により上下ダミー
板２ｃ，２ａを間接的に加熱し、積層電池の上下端を保
温できる。
成図である。図７は図６の電熱熱流パイプの構成図であ
る。図６において図１０と同じ部位は同じ符号を付して
ある。図６においては、積層電池の上ダミー板２ａと中
央ダミー板２ｂとの間及び下ダミー板２ａと中央ダミー
板２ｂとの間にそれぞれ電熱熱流パイプ１５を取りつけ
た。電熱熱流パイプ１５は、管材１２ａを菱形に折り曲
げ途中に電気絶縁体１４を取り付け、内部に作動媒体液
１２ｆを封入し、縦方向の辺に加熱ヒータ１９を取り付
けて構成される。保温運転中は、加熱ヒータ１９を加熱
部とし、上ダミー板２ｃと中央ダミー板２ｂ及び下ダミ
ー板２ａと中央ダミー板２ｂとに埋設された横方向の辺
を放熱部とし、加熱ヒータ１９をヒータコントローラ２
１，２２で開閉制御している。加熱ヒータ１９には、過
熱防止センサー１６を備え、過熱しないように監視して
いる。管材１２ａの上部に気泡抜き１７を備える。図示
しないセル温度熱電対の指示温度が60°±３℃となるよ
うに設定し、熱電対からの信号を温度コントローラ２
１，２２により加熱ヒータ１９を開閉する。加熱された
作動媒体液１２ｆは、菱形閉ループリング構造により自
然対流で入力側電気絶縁体１４（断熱部）のパイプ内を
上昇して放熱部１２ｅに流れこみ、ダミー板溝内で放熱
しながら冷却されて比重が大きくなり、下り傾斜してい
るので出口側の電気絶縁体１４（断熱部）を通過して下
側の放熱部１２ｅに戻る。加熱部下側の縦パイプ部には
逆流防止用の逆流防止羽根１８を備えている。この例に
よれば、加熱ヒータで加熱された蒸気により上下ダミー
板２ｃ，２ａを間接的に加熱し、積層電池の上下端を保
温できる。
【００１６】図８は図７の過熱装置の保温運転中におけ
る積層電池の積層方向温度分布を示す線図であり、横軸
は戦争電池温度，縦軸は積層温度の位置を示す。Ａ点は
最下部，Ｂ点は最上部，Ｃ点は最上部を示し、各部の温
度は60°±２℃の範囲に均一化される。図９は図７の加
熱装置の発電運転中における積層方向温度分布を示す線
図であり、横軸は積層電池の温度，縦軸は積層電池の位
置を示す。発電運転中は、加熱ヒータ１９は断となり、
上側の電熱熱流パイプ１５は中央ダミー板２ｂの熱を上
ダミー板２ｃへ輸送して上ダミー板２ｃを温め、下側の
電熱熱流パイプ１５ｂは中央ダミー板２ｂの熱を下ダミ
ー板２ａへ輸送して下ダミー板２ａを温め、積層電池の
温度を均一化させている。その結果、発電運転中は各部
の温度は190 °に均一化され、上下端の低温となる電池
のセル数を従来より減少させている。
る積層電池の積層方向温度分布を示す線図であり、横軸
は戦争電池温度，縦軸は積層温度の位置を示す。Ａ点は
最下部，Ｂ点は最上部，Ｃ点は最上部を示し、各部の温
度は60°±２℃の範囲に均一化される。図９は図７の加
熱装置の発電運転中における積層方向温度分布を示す線
図であり、横軸は積層電池の温度，縦軸は積層電池の位
置を示す。発電運転中は、加熱ヒータ１９は断となり、
上側の電熱熱流パイプ１５は中央ダミー板２ｂの熱を上
ダミー板２ｃへ輸送して上ダミー板２ｃを温め、下側の
電熱熱流パイプ１５ｂは中央ダミー板２ｂの熱を下ダミ
ー板２ａへ輸送して下ダミー板２ａを温め、積層電池の
温度を均一化させている。その結果、発電運転中は各部
の温度は190 °に均一化され、上下端の低温となる電池
のセル数を従来より減少させている。
【００１７】
【発明の効果】この発明によれば、積層電池の上ダミー
板と中央ダミー板との間に対流型伝熱管を埋設し、下ダ
ミー板と中央ダミー板との間に熱輸送パイプを埋設し、
保温運転中は上下の電気ヒータにより加熱された作動媒
体液の蒸気により中央ダミー板を温め、発電運転中は高
温となる積層電池の中央部の熱により作動媒体液を加熱
してその蒸気により上下ダミー板を温めることにより、
積層電池の上部，中央部，下部の温度を均一化して発電
出力を向上させる。また、上下端の熱を中央部へ対流さ
せることにより、上下端の積層電池の過熱損傷事故を防
止できて、かつ中央部の熱で上下端を温めるので昇温不
能の事態を避けることができる。
板と中央ダミー板との間に対流型伝熱管を埋設し、下ダ
ミー板と中央ダミー板との間に熱輸送パイプを埋設し、
保温運転中は上下の電気ヒータにより加熱された作動媒
体液の蒸気により中央ダミー板を温め、発電運転中は高
温となる積層電池の中央部の熱により作動媒体液を加熱
してその蒸気により上下ダミー板を温めることにより、
積層電池の上部，中央部，下部の温度を均一化して発電
出力を向上させる。また、上下端の熱を中央部へ対流さ
せることにより、上下端の積層電池の過熱損傷事故を防
止できて、かつ中央部の熱で上下端を温めるので昇温不
能の事態を避けることができる。
【００１８】また、この発明によれば、積層電池の上ダ
ミー板と中央ダミー板との間、及び下ダミー板と中央ダ
ミー板との間にそれぞれ電熱熱流パイプを埋設し、保温
運転中はそれぞれの加熱ヒータにより作動媒体液を加熱
して上ダミー板と中央ダミー板及び下ダミー板と中央ダ
ミー板を温め、発電運転中は高温となる中央ダミー板の
熱により作動媒体液を加熱して上下ダミー板を温めるこ
とにより、積層電池の上部，中央部，下部の温度を均一
化して発電出力を向上させる。また、中央部の熱で上下
端を温めるので、昇温不能の事態を避けることができ
る。さらに、加熱部が停止しても作動媒体液の熱容量を
もたせることにより、積層電池の急な温度低下を防止す
ることができる。
ミー板と中央ダミー板との間、及び下ダミー板と中央ダ
ミー板との間にそれぞれ電熱熱流パイプを埋設し、保温
運転中はそれぞれの加熱ヒータにより作動媒体液を加熱
して上ダミー板と中央ダミー板及び下ダミー板と中央ダ
ミー板を温め、発電運転中は高温となる中央ダミー板の
熱により作動媒体液を加熱して上下ダミー板を温めるこ
とにより、積層電池の上部，中央部，下部の温度を均一
化して発電出力を向上させる。また、中央部の熱で上下
端を温めるので、昇温不能の事態を避けることができ
る。さらに、加熱部が停止しても作動媒体液の熱容量を
もたせることにより、積層電池の急な温度低下を防止す
ることができる。
【図１】この発明の実施例１による加熱装置を備えた燃
料電池の構成図である。
料電池の構成図である。
【図２】図１の熱輸送パイプの構成図である。
【図３】図１の対流型伝熱管の構成図である。
【図４】図１の燃料電池の保温運転中における積層電池
の積層方向温度分布を示す線図である。
の積層方向温度分布を示す線図である。
【図５】図１の燃料電池の発電運転中における積層電池
の積層方向温度分布を示す線図である。
の積層方向温度分布を示す線図である。
【図６】この発明の実施例２による加熱装置を備えた燃
料電池の構成図である。
料電池の構成図である。
【図７】図６の電熱熱流パイプの構成図である。
【図８】図６の燃料電池の保温運転中における積層電池
の積層方向温度分布を示す線図である。
の積層方向温度分布を示す線図である。
【図９】図６の燃料電池の発電運転中における積層電池
の積層方向温度分布を示す線図である。
の積層方向温度分布を示す線図である。
【図１０】従来の燃料電池の保温ヒータ回路の系統図で
ある。
ある。
【図１１】図１０の燃料電池の保温運転中の積層方向温
度分布を示す線図である。
度分布を示す線図である。
【図１２】図１０の燃料電池の発電運転中の積層方向温
度分布を示す線図である。
度分布を示す線図である。
【図１３】従来のヒートパイプの構成図である。
１ 積層電池 ２ａ 下ダミー板 ２ｂ 中央ダミー板 ２ｃ 上ダミー板 ３ 電気ヒータ ４ 電気ヒータ ５ セル温度熱電対 ７ 温度コントローラ ８ 下部ダミー板温度センサー １２ ヒートパイプ １２ａ 管材 １２ｂ ウイック材 １２ｃ 加熱部 １２ｄ 断熱部 １２ｅ 放熱部 １２ｆ 作動媒体液 １２ｇ 蒸気流 １２ｈ 凝縮液 １３ 熱輸送パイプ １４ 電気絶縁体 １５ 電熱熱流パイプ １６ 過熱防止センサー １８ 逆流防止羽根 １９ 加熱ヒータ ２０ 対流型伝熱管 ２１ ヒータコントローラ ２２ ヒータコントローラ
Claims (2)
- 【請求項１】単位セルを多数積層して形成される積層電
池に、上下のダミー板に挿入された電気ヒータと、前記
積層電池の中央部に取り付けられたセル温度熱電対と、
このセル温度熱電対からの信号により前記電気ヒータを
開閉制御する温度コントローラとを備えた燃料電池の加
熱装置において、管材を菱形に折り曲げ途中に電気絶縁
体を取り付け、内部に作動媒体液を封入した熱輸送パイ
プを下ダミー板と中央ダミー板との間に設け、保温運転
中は前記下ダミー板に埋設した辺を加熱部とし、前記中
央ダミー板に取り付けた対向する辺を放熱部とし、発電
運転中は前記中央ダミー板に取り付けた辺を発熱部と
し、前記下ダミー板に埋設した辺を放熱部とするととも
に、管材を菱形に折り曲げ前記熱輸送パイプと逆方向に
傾斜させ、途中に電気絶縁体を取り付け内部に作動媒体
液を封入し、内部に逆流防止羽根を取り付けた対流型伝
熱管を上ダミー板と中央ダミー板との間に設け、保温運
転中は前記上ダミー板に埋設した一辺を発熱部とし、前
記中央ダミー板に取り付けた対向する辺を放熱部とし、
発電運転中は前記中央ダミー板に取り付けた辺を発熱部
とし、前記上ダミー板に埋設した対向する辺を放熱部と
することを特徴とする燃料電池の加熱装置。 - 【請求項２】単位セルを多数積層して形成される積層電
池に上下のダミー板を備え、このダミー板を加熱する燃
料電池の加熱装置において、管材を菱形に折り曲げ途中
に電気絶縁体を取り付け、内部に作動媒体液を封入し縦
方向の辺に加熱ヒータを取り付けた電熱熱流パイプを、
上ダミー板と中央ダミー板との間及び下ダミー板と中央
ダミー板との間に設け、保温運転中は前記加熱ヒータを
加熱部とし、前記上ダミー板と前記中央ダミー板とに埋
設した横方向の辺及び前記下ダミー板と前記中央ダミー
板とに埋設して横方向の辺を放熱部とし、発電運転中は
前記中央ダミー板を加熱部とし、前記上ダミー板及び下
ダミー板を放熱部とすることを特徴とする燃料電池の加
熱装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4227930A JPH0660898A (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | 燃料電池の加熱装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4227930A JPH0660898A (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | 燃料電池の加熱装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0660898A true JPH0660898A (ja) | 1994-03-04 |
Family
ID=16868520
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4227930A Pending JPH0660898A (ja) | 1992-08-04 | 1992-08-04 | 燃料電池の加熱装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0660898A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101881569A (zh) * | 2010-07-19 | 2010-11-10 | 王永刚 | 变工况无倾角热管换热器 |
| JP2012026723A (ja) * | 2011-11-10 | 2012-02-09 | Tai-Her Yang | 自然サーモキャリアの熱作動で対流する放熱システム |
-
1992
- 1992-08-04 JP JP4227930A patent/JPH0660898A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101881569A (zh) * | 2010-07-19 | 2010-11-10 | 王永刚 | 变工况无倾角热管换热器 |
| JP2012026723A (ja) * | 2011-11-10 | 2012-02-09 | Tai-Her Yang | 自然サーモキャリアの熱作動で対流する放熱システム |
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