JPH0821394B2 - 溶融炭酸塩燃料電池用冷却板の製造方法 - Google Patents

溶融炭酸塩燃料電池用冷却板の製造方法

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JPH0821394B2 JP62064222A JP6422287A JPH0821394B2 JP H0821394 B2 JPH0821394 B2 JP H0821394B2 JP 62064222 A JP62064222 A JP 62064222A JP 6422287 A JP6422287 A JP 6422287A JP H0821394 B2 JPH0821394 B2 JP H0821394B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明は,溶融炭酸塩燃料電池用冷却板の製造方法に
関する。
(従来の技術) 近年,次世代の燃料電池として溶融炭酸塩燃料電池の
開発が進められている。溶融炭酸塩燃料電池は,炭酸塩
からなる電解質を高温下で溶融状態にして電極反応を生
起させるもので,りん酸型,固体電解質型等の他の燃料
電池に比べて電極反応が起こり易く,発電効率が高いう
え,高価な貴金属触媒を必要としない等の特徴を有して
いる。
このような溶融炭酸塩燃料電池では1つの単位電池で
得られる起電力が1V程度と低い。したがって,高出力の
発電プラントを構成するには複数の単位電池を直列に積
層した積層構成とし,各単位電池の加算出力を得る必要
がある。このため,この種の燃料電池は次のように構成
される。
すなわち,各単位電池は,一対の多孔質電極板(アノ
ード電極とカソード電極)と,これらの間に介在させた
アルカリ炭酸塩からなる電解質層とで構成される。そし
て,これら単位電池は,導電性のセパレータを介して複
数積層される。スパレータは,各単位電池間を電気的に
接続する機能と,各電極板への反応性ガスの通路を形成
する機能とを兼ね備えたもので,その両面には互いに直
交する関係にガス通路が形成されている。このようにし
て積層された燃料電池積層体の4つの側面には,反応性
ガスの供給,回収機能を発揮するマニホールドがそれぞ
れ当てがわれる。そして,これらマニホールドのうちの
1つに酸化剤ガスを供給するとともに隣接するマニホー
ルドに燃料ガスを供給し,アノード電極においては, H2+CO3 2-→H2O+CO2+2e- なる反応を,またカソード電極においては, 1/202+CO2+2e-→CO3 2- なる反応を生起せしめ,直流出力を得た後,それぞれの
対向するマニホールドからガスを排出させるようにして
いる。
なお,各単位電池の周縁部には,上記両反応ガスが燃
料電池積層体内部において交差混合するのを防止するた
めに溶融炭酸塩によるウエットシールが施される。ま
た,燃料電池積層体とマニホールドとの間にも上記両ガ
スの漏洩を防止するためにウエットシールが施される。
ところで,燃料電池積層体には,上述した化学反応に
よって電力を発生すると同時に熱を発生する。この熱を
除去しない場合には,溶融炭酸塩燃料電池の運転温度範
囲である600〜700℃を越えてしまい,電極反応を促すこ
とが不可能となる。したがって,何等かの手段で燃料電
池積層体を上記温度範囲まで冷却する必要がある。そこ
で従来は,第4図および第5図に示すように,単位電池
とセパレータとを積層した燃料電池積層体1の特定の単
位電池間に導電生の冷却板2を介在させ,この冷却板2
内に形成された図示しない冷媒流路に隣接するマニホー
ルド3間からパイプ4を介して冷媒を通流させる方式が
採用されている。
冷却板2には,一般に単位電池間を小さい電気抵抗で
接続できること,燃料電池積層体1の高さ増加を抑える
ため,できるだけ厚みが薄いこと,冷媒として一般的に
冷却効果の低い空気が使用されるため流路表面積が大き
いことなどが望まれる。このようなことから,冷却板2
を製造する方法としては,従来は,第6図および第7図
に示すように,ステンレス鋼製の板材5に機械加工を施
して流路孔6,冷媒分配・回収用の流路ヘッド部7および
パイプ4を接続するための孔8を形成し,最後に上記各
要素を形成するために設けられた窓部を蓋板9で塞ぎ,
これを気密溶接するとともに孔8にパイプ4を気密接続
方法や,鋳造によって内部に流路孔の形成された平板を
形成し,その後,中子排出窓を蓋板で塞ぎ,これを気密
溶接する方法などが採用されている。
しかしながら,このような従来の冷却板製造方法にあ
っては次のような問題があった。すなわち,機械加工を
主体とする製造方法にあっては,流路孔6が,たとえば
直径10mm,長さ400mm以上になると,この流路孔6の加工
が極めて困難なものとなり,この結果,冷却板の製作に
多額の費用を必要とする問題があった。また,鋳造によ
って製作する場合には,流路孔6を形成するために細長
い中子を必要とし,鋳造時にこの中子を保持することが
困難で,特性の均一なものを多量に作ることが困難であ
った。
(発明が解決しようとする問題点) 上述の如く,従来の冷却板製造方法では,大面積の冷
却板を作ろうとすると,技術的な困難が伴い,この結
果,冷却特性の優れたものを安価に製造することが困難
であった。
そこで本発明は,大面積の冷却板であっても冷却特性
の優れたものを容易に,かつ安価に製造できる溶融炭酸
塩燃料電池用冷却板の製造方法を提供することを目的と
している。
[発明の構成] (問題点を解決するための手段) 上記目的を達成するために,本発明は,内部に冷媒流
路を有し,単位電池を導電性のセパレータを介して複数
積層してなる燃料電池積層体の特定の単位電池間に介挿
されて,隣接する単位電池と熱的および電気的に接続さ
れる溶融炭酸塩燃料電池用冷却板を製造するに当り,同
一金属で形成された薄板とパイプとを組合せ,これらを
気密溶接して冷媒導入・排出用パイプ付の流路構成体を
形成する工程と,この工程によって得られた流路構成体
の外面に粗面加工を施す工程と,粗面加工の施された前
記流路構成体を鋳型内に配置するとともに上記鋳型内に
前記薄板およびパイプと同じ金属の溶融物を注入して全
体が平板状で,内部に上記流路構成体の主要部が埋め込
まれ,かつ側面から前記冷媒導入・排出用パイプが突出
した構造の鋳物製の冷却板を得る工程とを具備してなる
ことを特徴としている。
(作用) 最初に薄板やパイプを組合わせ,これを気密溶接して
流路構成体を形成しているので,冷媒流路がどのように
長い場合であっても,また,どのように複雑な場合であ
っても,この流路を何等支障なく,つまり技術的な困難
が伴わずに作ることができる。また,内側フィン付パイ
プ等を組み合わせて流路構成体を形成することも簡単に
行なえるので,冷媒との接触面積を充分広くすることが
可能である。また,流路構成体の外面に粗面加工を施し
た後に,これを鋳型内に配置し,この鋳型内に薄板およ
びパイプと同じ金属の溶融物を注入して鋳物製の冷却板
を形成するようにしているので,流路構成体といわゆる
冷却板本体を構成している鋳物との接触面積を広くでき
るとともに,溶融物の注入時に流路構成体の表面部の一
部または全部を溶融させて流路構成体と冷却板本体とを
一体化できる。このようにして形成された冷却板は,流
路構成体と冷却板本体とが同一金属であるため,熱応力
によって流路構成体と冷却板本体とが分離するようなこ
とはない。したがって,冷却板本体と流路構成体との間
の熱抵抗を常に十分小さい値に保存することが可能とな
り,冷却特性の優れた冷却板の出現に寄与できる。
(実施例) 以下,図面を参照しながら本発明の一実施形態を説明
する。
まず,第1図(a),(b)に示すように,製作しよ
うとする冷却板より若干小さい形状の流路構成板21を製
作する。この流路構成体21を製作するときには,ステン
レス鋼板のパイプ22と,ステンレス鋼製の板材23とを組
み合わせ,これらを気密溶接して第1図(b)に示すよ
うに流路部24が複数並行に形成されるとともに流路ヘッ
ド部25が形成されるようにする。なお,パイプ22として
は,第3図に示すように内面にフイン26の形成されたも
のを用いると好ましい結果が得られる。
次に,流路構成体21における流路ヘッド部25の冷媒入
口および冷媒出口に冷媒導入および冷媒排出用のパイプ
27を接続した後,流路構成体21の外面に粗面加工を施し
て外面に凹凸を付けるとともに表面積を広くする。
次に,パイプ27の接続された流路構成体21を鋳型内に
配置し,鋳型内に流路構成体21の構成材料と同じ金属で
ある溶融したステンレスを鋳込んで,第2図(a),
(b)に示すように,流路構成体21がステンレス鋼材28
で覆われ,かつ全体が平板状に形成された鋳物製の冷却
板Aを得た後,必要に応じて表面加工を施して製造工程
を終了する。
このような製造方法であると,冷媒が直接通流する流
路を流路構成体21として最初に製作するので,流路が長
くても,またどのように複雑な場合でも技術的には困難
を伴わずに流路を作ることができ,しかもパイプ22とし
て内側にフィンの付いたものを用いれば冷媒と流路構成
体21との接触面積を大幅に広くできる。また,流路構成
体21の外面に粗面加工を施した後に,これを鋳型内に配
置し,この鋳型内に薄板23およびパイプ22と同じ金属の
溶融物を注入して鋳物製の冷却板Aを形成するようにし
ているので,流路構成体21といわゆる冷却板本体を構成
している鋳物との接触面積を広くできるとともに,溶融
物の注入時に流路構成体21の表面部の一部または全部を
溶融させて流路構成体21と冷却板本体とを一体化でき
る。このようにして形成された冷却板Aは,流路構成体
21と冷却板本体とが同一金属であるため,熱応力によっ
て流路構成体21と冷却板本体とが分離するようなことは
ない。したがって,冷却板本体と流路構成体21との間の
熱抵抗を常に十分小さい値に保持することが可能とな
り,結果として冷却性能の優れたものを製造できる。ま
た,この製造方法では,深孔加工の必要がないため冷却
板Aを薄型にすることもできる。また,この製造方法で
あると,従来の製造方法とは違って,技術的困難が伴わ
ないので比較的短時間に製造でき,製造価格を低下させ
ることができる。
なお,本発明は上記実施例に限定されるものではな
い。すなわち,流路構成体の外面に導電性の耐蝕層を設
けてから鋳込むようにしてもよい。
[発明の効果] (a)まず,薄板とパイプとを組合せ,これらを気密溶
接して冷媒導入・排出用パイプ付の流路構成体を形成し
ているので,どのように長い冷媒流路の場合であって
も,またどのように複雑な冷媒流路の場合であっても簡
単に作ることができる。
(b)上記のようにして形成された流路構成体を鋳型内
に配置し,この鋳型内に溶融金属を注入して全体が平板
状で,内部に流路構成体の主要部が埋め込まれ,かつ側
面から冷媒導入・排出用パイプが突出した構造の鋳物製
の冷却板を得るようにしているので,要求される面積に
簡単に対応でき,内部に冷媒流路を備えた均一な寸法の
冷却板を効率よく多量に作ることができる。
(c)流路構成体の外面に粗面加工を施した後に,これ
を鋳型内に配置し,この鋳型内に薄板およびパイプと同
じ金属の溶融物を注入して鋳物製の冷却板を形成するよ
うにしているので,流路構成体といわゆる冷却板本体を
構成している鋳物との接触面積を広くできるとともに,
溶融物の注入時に流路構成体の表面部の一部または全部
を溶融させて流路構成体と冷却板本体とを一体化でき
る。このようにして形成された冷却板は,流路構成体と
冷却板本体とが同一金属であるため,熱応力によって流
路構成体と冷却板本体とが分離するようなことはない。
したがって,冷却板本体と流路構成体との間の熱抵抗を
常に十分小さい値に保持することが可能となり,冷却特
性に優れたものを製造できる。
【図面の簡単な説明】
第1図(a)は本発明製造方法にしたがって最初に作ら
れる流路構成体の斜視図,同図(b)は同流路構成体の
平面図,第2図(a)は本発明製造方法にしたがって製
造された冷却板の平面図,同図(b)同冷却板の側面
図,第3図は同冷却板に組み込まれるパイプの形状の一
例を説明するための図,第4図は溶融炭酸塩燃料電池の
平面図,第5図は同電池の縦断面図,第6図は溶融炭酸
塩燃料電池に組み込まれた従来の冷却板の斜視図,第7
図は同冷却板の製造方法を説明するための断面図であ
る。 1……燃料電池積層体,2……冷却板,3……マニホール
ド,21……流路構成体,22……パイプ,23……板材,24……
流路部,25……流路ヘッド部,26……フイン,28……鋳込
まれた部材,A……冷却板。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】内部に冷媒流路を有し,単位電池を導電性
    のセパレータを介して複数積層してなる燃料電池積層体
    の特定の単位電池間に介挿されて,隣接する単位電池と
    熱的および電気的に接続される溶融炭酸塩燃料電池用冷
    却板を製造するに当り,同一金属で形成された薄板とパ
    イプとを組合せ,これらを気密溶接して冷媒導入・排出
    用パイプ付の流路構成体を形成する工程と,この工程に
    よって得られた流路構成体の外面に粗面加工を施す工程
    と,粗面加工の施された前記流路構成体を鋳型内に配置
    するとともに上記鋳型内に前記薄板およびパイプと同じ
    金属の溶融物を注入して全体が平板状で,内部に上記流
    路構成体の主要部が埋め込まれ,かつ側面から前記冷媒
    導入・排出用パイプが突出した構造の鋳物製の冷却板を
    得る工程とを具備してなることを特徴とする溶融炭酸塩
    燃料電池用冷却板の製造方法。
  2. 【請求項2】前記パイプとして,内面にフィンを備えた
    もを用いることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載
    の溶融炭酸塩燃料電池用冷却板の製造方法。
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