JPH0665055B2 - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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JPH0665055B2
JPH0665055B2 JP61069051A JP6905186A JPH0665055B2 JP H0665055 B2 JPH0665055 B2 JP H0665055B2 JP 61069051 A JP61069051 A JP 61069051A JP 6905186 A JP6905186 A JP 6905186A JP H0665055 B2 JPH0665055 B2 JP H0665055B2
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04029Heat exchange using liquids
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28DHEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D15/00Heat-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
    • F28D15/02Heat-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
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、燃料電池の冷却系に関するものである。
〔従来の技術〕
従来、燃料電池の冷却系としては、外部の循環ポンプか
ら燃料電池の熱交換器に純水を送り込む通水冷却が一般
的であったが、この方式は通水管内の腐食問題を避ける
ことができず、このためきびしい水質管理を要求される
という欠点があった。
これに代わるものとして、燃料電池の熱交換器にヒート
パイプを用いる方式が提案されており、特開昭57−1
80079号公報、特開昭57−180080号公報、
特開昭57−117657号公報等に示されている。
その一例を第5図に示す。図において、1、2はそれぞ
れ燃料電池の冷却系を構成する冷却板上板、冷却板下板
であり、冷却板下板2の冷却板上板1に対向する側の面
に冷却管3が設置されている。冷却管3は冷却板下板2
の外部において、外部熱交換器5と、接続配管4a、4
bを介して接続されている。
次に、動作について説明する。積層された燃料電池で発
生した熱は、上下から冷却板上板1、冷却板下板2に伝
えられ、さらにこれらにはさまれた冷却管3に伝えられ
る。この熱は冷却管3内に封入されている熱媒体を蒸発
させ、この蒸気は冷却管3より高所に配置されている外
部熱交換器5へ、接続配管4a、4bを経由して導かれ
る。外部熱交換器5において、外部への放熱が行われ、
蒸気は凝縮して液化する。凝縮液は自重によって、接続
配管4a、4bを通って冷却管3に戻る。かくして動力
を用いることなく、熱媒体を循環させて熱輸送を行うこ
とを可能としている。なお、外部熱交換器5は、内部の
蒸気がもつ熱を外部へ放出するためのもので、第5図で
は風冷の場合を示したが、特開昭57−180080号
公報では水冷方式の実施例として挙げている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
ところで、燃料電池の冷却板は、燃料電池の効果的な冷
却のために、積層方向に適切なピッチで多数配置され
る。しかるに上述した従来の装置では、冷却板1組に対
し1個の外部熱交換器5が配置され、この外部熱交換器
5が高さ方向に大きなスペースを占有するために、燃料
電池の限られた積層高さの寸法内にこの外部熱交換器5
を配置することが困難であるという問題点があった。
また仮に配置できたとしても、多数の外部熱交換器5を
構成する関係上、多大のスペースを必要とすること、構
造が複雑になること、多大の製作コストがかかるなどの
欠点を有していた。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、コンパクトでシンプル、且つ安価な燃料電池
の冷却系を提供することを目的とする。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る燃料電池の冷却系は、各々の冷却板にお
ける冷却管をこの冷却管と同じ高さもしくは高位にある
第1のヘツダ管を第1の接続配管でつなぎ、また冷却管
と同じ高さもしくは低位にある第2のヘッダ管を第2の
接続配管でつなぎ、これら第1、第2のヘッダ管を共通
の第1、第2のマニホールド管でつなぎ、上部に配置し
た外部熱交換器の上端部と第1のマニホールド管と、下
端部を第2のマニホールド管と接続して、冷却管−接続
配管−マニホールド管−外部熱交換器で密閉ループを構
成させるとともに、この密閉ループの中に、少なくとも
燃料電池の最上部の冷却板の高さ以上の液面を維持でき
る量の熱媒体を封入したものである。
〔作用〕
この発明における燃料電池の冷却系は、各々の冷却板に
配置された冷却管において発生した熱媒体の蒸気が、第
1のマニホールド管を経由して上部に配置した外部熱交
換器に至り、外部熱交換器において外部への放熱により
凝縮し液化した熱媒体が、第2のマニホールド管を経由
して冷却管に戻るという伝熱機構を構成する。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を第1図、第2図に基づいて
説明する。第2図は、多数の冷却板6より構成される燃
料電池15と冷却系14との組合せを概念的に示したも
ので、第1図は1枚の冷却板6についての冷却系を示し
たものである。
第1図において、7は冷却板6に設置された冷却管で、
複数の冷却管7は冷却板6の中で並列に熱媒体が流れる
ように構成・配列され、対応する複数の第1、第2の接
続配管8a、8bに接続される。第1の接続配管8aは
冷却管7よりも高位にある第1のヘツダ管9aにつなが
れ、第1のヘツダ管9aは上下につながる第1のマニホ
ールド管10aに接続される。もう一方の第2の接続配
管8bは、冷却管7よりも低位にある第2のヘツダ管9
bにつながれ、第2のヘツダ管9bは上下につながる第
2のマニホールド管10bに接続される。
第2図において、6、7、8a、8b、9a、9b、1
0a、10bは、第1図と同じものを多少概念的に描い
ている。第1、第2のヘツダ管9a、9bは、1枚の冷
却板6に対し1組配置され、燃料電池15の積層方向に
冷却板6の数だけ配置されるが、第1、第2のマニホー
ルド管10a、10bはこれらを垂直方向に連通させる
もので、1対で構成される。11は胴体13とチューブ
12より構成され、燃料電池15の最上部6冷却板6よ
り高位に配置された外部熱交換器である。
第1のマニホールド管10aは、外部熱交換器11のチ
ューブ12の端の上部に接続され、一方の第2のマニホ
ールド管10bは外部熱交換器11のチューブ12のも
う一方の端の下部に接続される。このようにして、冷却
管7、第1、第2の接続配管8a、8b、第1、第2の
ヘツダ管9a、9b、第1、第2のマニホールド管10
a、10b、外部熱交換器11のチューブ12は1つの
閉ループの冷却系14を構成する。冷却系14には、内
部を真空に排気したあと、水、フロンなどの熱媒体を、
少なくとも燃料電池15の最上部の冷却板6の高さ以上
の液面が維持できる量だけ封入している。
次に、動作について説明する。積層された燃料電池15
で発生した熱は冷却板6に伝えられ、さらにその熱は冷
却板6内の冷却管7に伝えられ、この熱は、冷却管7内
に封入されている熱媒体を蒸発させる。蒸発潜熱を奪っ
た熱媒体の蒸気は浮力により、上り勾配をもった第1の
接続配管8aに導かれ、第1のヘツダ管9aを経由して
第1のマニホールド管10aに導かれる。冷却板6毎に
配置された多数の第1のヘツダ管9aから出てきた蒸気
は、1本の第1のマニホールド管10aに集合され、さ
らに浮力によって蒸気は第1のマニホールド管10a内
を上昇して液面に到達する。
蒸気は、第1のマニホールド管10a内をさらに上昇
し、外部熱交換器11のチューブ12に到達する。外部
熱交換器11の胴体13には冷却水を通水しているが、
この冷却水との熱交換により、チューブ12内の蒸気が
凝縮し液化する。チューブ12内の凝縮液は自重によっ
て第2のマニホールド管10bに至り、さらに凝縮液は
マニホールド管10b内を落下して液面に至り、液は第
2のマニホールド管10b、第2のヘツダ管9b、第2
の接続配管8bを経由して冷却管7に戻る。かくして相
変化に伴う潜熱の吸収、放出を利用したいわゆるヒート
パイプとしての冷却系が構成される。
この方式は燃料電池15の積層方向に多数配置された冷
却板6の冷却管7を1対の第1、第2のマニホールド管
10a、10bに接続させることで、外部熱交換器11
の共通化を可能とするもので、従来技術で冷却板1枚に
対し1個の外部熱交換器を要した構成に比べ、大幅なコ
ンパクト化を図ることができる。ここで、第2図の実施
例においては第1、第2のマニホールド管10a、10
bを底部で連通させた例を示したが、ここは必ずしも連
通させる必要はない。
なお、上記実施例では、冷却管7の構成として1往復流
れの場合を示したが、特にこの構成に限定するものでは
なく、2以上の往復数の流れであってもよく、また片道
流れの構成でもよく同じ効果を奏する。片道流れ構成の
場合の実施例を第3図、第4図に示す。第3図、第4図
において、6〜15は、第1図、第2図と同じものを示
す。第3図、第4図は冷却管7の流れの構成が異なるの
みで、冷却系構成、伝熱の機構などは第1図、第2図の
実施例と全く同一である。
なお、第3図、第4図の構成において、冷却板6内の冷
却管7は接続配管8b側から接続配管8a側に向けて上
向きの勾配をもつように配置してもよい。
また上記第1図〜第4図の実施例において、外部熱交換
器11のチューブ12は、図示のように水平配置でもよ
いが、凝縮液の還流をスムーズにするために、第1のマ
ニホールド10aとの接続位置から第2のマニホールド
10bとの接続位置にかけて下向きの勾配をもたせて配
置してもよく、さらには、外部熱交換器11を、チュー
ブ12が垂直方向を向くように配置し、チューブ12の
上端を第1のマニホールド管10aに、チューブ12の
下端を第2のマニホールド管10bに接続するように構
成してもよい。
なお上記実施例では、シエルアンドチューブ方式の外部
熱交換器11を配置した例を述べたが、外部熱交換器1
1はどのような形式でもよく、また外部熱交換器11の
冷却媒体も水に限定される訳ではなく、例えばフイン付
きの風冷方式でもよい。
また上記実施例においては、蒸気の流れをスムーズにす
るために、第1の接続配管8aと第2の接続配管8bに
勾配をもたせたが、必ずしも両者に勾配をもたせる必要
はなく、どちらか一方を水平に配置してもよく、さらに
両者を水平に配置してもよく、所期の目的を達成する。
この場合は、構造がさらにシンプルになり製作が容易に
なるという利点がある。
さらに、上記実施例では、燃料電池1基に対し1個のみ
外部熱交換器を配置した例を述べたが、冷却板を積層方
向に複数のブロックに分け、各ブロック毎にマニホール
ド管と外部熱交換器を配置してもよい。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、燃料電池の積層方向
に配置された複数の冷却管を共通の第1、第2のマニホ
ールド管でつなぎ、上部に配置した外部熱交換器の上端
部と第1のマニホールド管と、下端部を第2のマニホー
ルド管と接続して閉ループの冷却系を構成したので、コ
ンパクトで構造がシンプルで且つ安価な冷却系を備えた
燃料電池を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図、第2図はこの発明の一実施例による燃料電池の
冷却系を示す要部斜視図、系統図、第3図、第4図はこ
の発明の他の実施例による燃料電池の冷却系を示す要部
斜視図、系統図、第5図は従来の燃料電池の冷却系を示
す斜視図である。 図において、6は冷却板、7は冷却管、8a、8bは第
1、第2の接続配管、9a、9bは第1、第2のヘツダ
管、10a、10bは第1、第2のマニホールド管、1
1は外部熱交換器、14は冷却系、15は燃料電池であ
る。 尚、図中同一符号は同一、又は相当部分を示す。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】燃料電池の積層方向に配置された複数の各
    冷却板にそれぞれ設置され、並列に熱媒体が流れる複数
    の冷却管と、この冷却管と同じ高さもしくは高位にある
    第1のヘツダ管と、この第1のヘッダ管と前記各冷却管
    の一端側とを接続する第1の接続配管と、前記冷却管と
    同じ高さもしくは低位にある第2のヘッダ管と、この第
    2のヘッダ管と前記各冷却管の他端側とを接続する第2
    の接続配管と、前記複数の冷却板の内最上部の前記冷却
    板よりも高い位置に配置された外部熱交換器と、この外
    部熱交換器の上端部と前記第1のヘッダ管とを接続する
    第1のマニホールド管と、前記外部熱交換器の下端部と
    前記第2のヘッダ管とを接続する第2のマニホールド管
    とによって、密閉ループを構成し、この密閉ループ内部
    に前記最上部の前記冷却板よりも高い位置の液面を維持
    できる量の熱媒体を封入した冷却系を備えたことを特徴
    とする燃料電池。
JP61069051A 1986-03-25 1986-03-25 燃料電池 Expired - Lifetime JPH0665055B2 (ja)

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