JPH08298131A - Fuel cell - Google Patents

Fuel cell

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JPH08298131A
JPH08298131A JP7105054A JP10505495A JPH08298131A JP H08298131 A JPH08298131 A JP H08298131A JP 7105054 A JP7105054 A JP 7105054A JP 10505495 A JP10505495 A JP 10505495A JP H08298131 A JPH08298131 A JP H08298131A
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JP
Japan
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temperature
cell
fuel cell
cells
cooling
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JP7105054A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaru Okamoto
優 岡本
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Filing date
Publication date
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    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Abstract

PURPOSE: To provide a fuel cell which is allowed to obtain a stable characteristic by setting each cooling plate at a uniform temperature so as to become uniform in flow distribution of cooling water. CONSTITUTION: In a pressure vessel 7 provided with a ventilating gas inlet 9 in a lower part and a ventilating gas outlet 10 in an upper part, a layer product 1 of laminating a plurality of cells 2 is formed. A cooling plate 3 for radiating heat of the cell 2 is arranged between each several sheets of unit cells 2. A gas manifold 6 of supplying fuel and air to the cell 2 is set up in a side surface of the layered product 1. Further in the upper/lower of the cooling plate 3 provided in the uppermost/lowermost in the layer product 1, a plurality of the cells 2 are laminated. A number of the cells 2, provided in the upper/ lower of the uppermost/lowermost cooling plate 3, is set to 3/4 or less 1/2 or more a number of the cells between the cooling plates 3. A gas non-permeable carbon plate 4 with a smooth surface is arranged in the upper/lower of the uppermost/lowermost cell 2, to be fixedly tightened by a fastening plate 5.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料と酸化剤との化学
反応により直接発電を行う燃料電池に係り、特に、単電
池の積層構造に改良を施すことにより、運転の安定性向
上と長寿命化を可能とした燃料電池に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell which directly generates electric power by a chemical reaction between a fuel and an oxidant, and more particularly, by improving the laminated structure of a single cell, the stability of operation and the longevity are improved. The present invention relates to a fuel cell that has a long life.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池本体は、水素と酸素とが電極及
び電解質を介して電気化学反応を起こすことにより発電
する。この電気化学反応は同時に発熱反応であるため、
電池本体はその運転により発熱するが、運転に最適な一
定温度に保つためには、余剰熱を放出させる必要があ
る。このように発生する余剰熱を回収して活用すること
ができればエネルギーの有効利用につながるので、通常
の燃料電池は、本体に冷却媒体を給排するシステムが設
けられ、この冷却媒体によって余剰熱を回収している。
また、改質ガス、空気極排空気、改質器排ガスなどが余
剰熱を含んでいる場合には、熱交換器を介して回収する
ことができる。このようにして回収された余剰熱は、蒸
気、または高温水として、暖房、給湯用、産業用スチー
ムとして、さらに、吸収式冷凍機やヒートポンプとの組
み合わせで、冷房用の熱源として利用される。
2. Description of the Related Art A fuel cell main body generates electric power by causing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen via an electrode and an electrolyte. Since this electrochemical reaction is an exothermic reaction at the same time,
The battery body generates heat due to its operation, but it is necessary to discharge surplus heat in order to maintain a constant temperature optimum for operation. If the excess heat generated in this way can be recovered and utilized, it will lead to effective use of energy.Therefore, a normal fuel cell is provided with a system for supplying / discharging a cooling medium to / from the main body, and the excess heat is supplied by this cooling medium. Collected.
In addition, when the reformed gas, the cathode exhaust air, the reformer exhaust gas, and the like contain excess heat, they can be recovered via the heat exchanger. The surplus heat thus recovered is used as steam or high-temperature water for heating, hot water supply, steam for industrial use, and in combination with an absorption refrigerator or heat pump as a heat source for cooling.

【0003】このような燃料電池のうち、電池本体の冷
却媒体として冷却水を用いるものの一例を図5及び図6
を参照して以下に説明する。すなわち、下部に換気ガス
入口9、上部に換気ガス出口10が設けられた圧力容器
7内に、セル(単電池)2を複数個積層した積層体1が
形成されている。セル2は、マトリックス(電解質層)
を挟んで電極(燃料極、空気極)を積層したものであ
り、セル2一つ当たりの出力電圧では不十分なため、上
記のように積層体1として複数直列に接続することによ
り、電圧を向上させて用いられている。そして、数枚の
単セル2毎の間には、セル2の熱を放出するための冷却
板3が配置されている。
An example of such a fuel cell using cooling water as a cooling medium for the cell body is shown in FIGS. 5 and 6.
Will be described below. That is, a laminated body 1 in which a plurality of cells (unit cells) 2 are laminated is formed in a pressure vessel 7 having a ventilation gas inlet 9 in the lower part and a ventilation gas outlet 10 in the upper part. Cell 2 is a matrix (electrolyte layer)
Since the electrodes (fuel electrode, air electrode) are laminated with the cell sandwiched between them, and the output voltage per cell 2 is insufficient, by connecting a plurality of stacked bodies 1 in series as described above, It is being improved and used. A cooling plate 3 for radiating heat of the cells 2 is arranged between every several single cells 2.

【0004】また、積層体1の最上下には、ガスシール
(ガスの漏洩防止)を行うために表面が滑らかでガス不
透過性の炭素板4が配置されている。そして、上下の炭
素板4の更に上下は、積層体1に必要な面圧を加えるた
めの締付板5によって締め付け固定されている。さら
に、積層体1の側面には、各セル2に燃料及び空気を供
給するガスマニホールド6が設置されている。なお、本
従来例は、高い発電効率を得るために、電池を大気圧以
上の圧力で運転させる加圧型燃料電池であり、圧力容器
7内の換気を窒素が主成分の換気ガス8により行うもの
である。
A carbon plate 4 having a smooth surface and a gas impermeability is arranged at the uppermost lower part of the laminated body 1 for gas sealing (preventing gas leakage). Further, the upper and lower parts of the upper and lower carbon plates 4 are clamped and fixed by a tightening plate 5 for applying a necessary surface pressure to the laminated body 1. Further, a gas manifold 6 that supplies fuel and air to each cell 2 is installed on the side surface of the stack 1. The conventional example is a pressurized fuel cell in which the cell is operated at a pressure higher than atmospheric pressure in order to obtain high power generation efficiency, and the pressure vessel 7 is ventilated by a ventilation gas 8 containing nitrogen as a main component. Is.

【0005】以上のような従来例の作用は以下の通りで
ある。すなわち、燃料電池の運転中、換気ガス8が、容
器下部の換気ガス入口9から圧力容器7内に供給され
る。喚起ガス8は、セル2の温度よりも低い温度で供給
されるが、セル2からの放熱により加熱されて上昇し、
容器上部の換気ガス出口10から排出される。セル2の
冷却媒体である水は、冷却効率を向上させ、改質用及び
冷暖房用の蒸気を取り出す必要性から、図6に示すよう
に、冷却板3における冷却水の入口においては水のみの
状態(単相流)で、冷却水の出口においては水と蒸気が
混在する二相流とする方法がとられている。冷却板3が
このような二相流を流出するためには、セル2から冷却
板3への入熱量をある一定値以上としなければならな
い。
The operation of the conventional example as described above is as follows. That is, during the operation of the fuel cell, the ventilation gas 8 is supplied into the pressure vessel 7 from the ventilation gas inlet 9 at the bottom of the vessel. The stimulating gas 8 is supplied at a temperature lower than the temperature of the cell 2, but is heated by the heat released from the cell 2 and rises,
It is discharged from the ventilation gas outlet 10 at the top of the container. Water, which is the cooling medium of the cell 2, is required to improve the cooling efficiency and take out the steam for reforming and heating / cooling. Therefore, as shown in FIG. In the state (single-phase flow), a method is adopted in which the outlet of the cooling water is a two-phase flow in which water and steam are mixed. In order for the cooling plate 3 to flow out such a two-phase flow, the amount of heat input from the cell 2 to the cooling plate 3 must be a certain value or more.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、以上の
ような従来技術においては、最上下の冷却板3における
入熱量は、他の冷却板3と比較して1/2程度しかな
い。したがって、図6に示すように、最上下の冷却板3
においては、入口から出口まで蒸気を含まない単相流と
なるため、冷却水の排流が全体に均一とならず、冷却板
3毎の圧損が異なり、燃料電池の特性が不安定となる。
However, in the prior art as described above, the heat input amount in the lowermost cooling plate 3 is only about half that of the other cooling plates 3. Therefore, as shown in FIG. 6, the lowermost cooling plate 3
In the above, since there is a single-phase flow that does not contain steam from the inlet to the outlet, the exhaust flow of the cooling water is not uniform throughout, the pressure loss differs for each cooling plate 3, and the characteristics of the fuel cell become unstable.

【0007】また、最上層のセル2の場合、各セル2に
よって加熱された換気ガス8が当該セル2に達するた
め、当該セル2の温度は一定温度以上に保持される。し
かし、喚起ガス8は、圧力容器7下部の換気ガス入口9
から供給される時には、セル2の温度よりも低い温度な
ので、最下層のセル2の温度は低く、出力電圧が低くな
る。このように、一部に特性の違うセル2があると、電
流密度の偏在などによる寿命の劣化が起こることがあ
る。
In the case of the uppermost cell 2, the ventilation gas 8 heated by each cell 2 reaches the cell 2, so that the temperature of the cell 2 is maintained at a certain temperature or higher. However, the evoked gas 8 is the ventilation gas inlet 9 below the pressure vessel 7.
Since the temperature is lower than the temperature of the cell 2 when supplied from, the temperature of the lowermost cell 2 is low and the output voltage is low. As described above, if there are cells 2 having different characteristics, the life may be deteriorated due to uneven distribution of current density.

【0008】本発明は、以上のような従来技術の問題点
を解決するために提案されたものであり、その目的は、
各冷却板を均一の温度とすることにより冷却水の配流を
均一にし、安定した特性の得られる燃料電池を提供する
ことである。
The present invention has been proposed to solve the above-mentioned problems of the prior art, and its purpose is to:
It is an object of the present invention to provide a fuel cell in which cooling water is evenly distributed by making each cooling plate have a uniform temperature and stable characteristics can be obtained.

【0009】本発明の他の目的は、各単電池が均一の発
電能力を持つことにより、運転の安全性や長寿命化を実
現できる燃料電池を提供することである。
Another object of the present invention is to provide a fuel cell in which each unit cell has a uniform power generation capacity, so that operational safety and long life can be realized.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1記載の発明は、電解質を含浸させたマト
リックスを挟んで燃料極と空気極とが積層された単電池
と、前記単電池が互いに電気的に直列に接続されるよう
に複数積層された積層体と、前記積層体における所定の
数の単電池ごとに挿入された冷却板とを有し、燃料と酸
化剤との化学反応により発電を行う燃料電池において、
前記積層体における冷却板のうち、最上に配置された冷
却板の上及び最下に配置された冷却板の下に、更に前記
単電池が積層されていることを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a unit cell in which a fuel electrode and an air electrode are laminated with a matrix impregnated with an electrolyte sandwiched therebetween, A plurality of stacked units are formed so that the unit cells are electrically connected to each other in series, and a cooling plate inserted for each of a predetermined number of unit cells in the stacked unit, and a fuel and an oxidizer In a fuel cell that generates electricity by chemical reaction,
Among the cooling plates in the stack, the unit cell is further stacked on the cooling plate arranged at the top and below the cooling plate arranged at the bottom.

【0011】請求項2記載の発明は、請求項1記載の燃
料電池において、前記積層体は、換気ガスを給排可能な
圧力容器内に収容され、前記圧力容器の下部に、換気ガ
スを供給可能な換気ガス入口が設けられ、前記圧力容器
の上部に、換気ガスを排出可能な換気ガス出口が設けら
れ、前記換気ガス入口から供給される喚起ガス温度が、
前記冷却板間における単電池の最低温度以上、且つ最高
温度以下に設定されていることを特徴とする。
According to a second aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first aspect, the laminated body is housed in a pressure container capable of supplying and discharging ventilation gas, and the ventilation gas is supplied to a lower portion of the pressure container. A possible ventilation gas inlet is provided, a ventilation gas outlet capable of discharging ventilation gas is provided on the upper part of the pressure vessel, and the temperature of the evoked gas supplied from the ventilation gas inlet is
It is characterized in that the temperature between the cooling plates is set to be equal to or higher than the minimum temperature and equal to or lower than the maximum temperature of the unit cell.

【0012】請求項3記載の発明は、請求項1記載の燃
料電池において、前記積層体の上下は締付板により締付
け固定され、上部及び下部の締付板の少なくとも一方に
加熱手段が設けられていることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, in the fuel cell according to the first aspect, the upper and lower portions of the laminated body are clamped and fixed by fastening plates, and heating means is provided on at least one of the upper and lower fastening plates. It is characterized by

【0013】請求項4記載の発明は、請求項3記載の燃
料電池において、前記積層体における最下部の単電池の
温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段によ
り検出された温度に基づいて、前記加熱手段を制御する
制御手段とが設けられていることを特徴とする。
According to a fourth aspect of the present invention, in the fuel cell according to the third aspect, temperature detecting means for detecting the temperature of the lowermost unit cell in the stack, and temperature detected by the temperature detecting means are used. And a control means for controlling the heating means.

【0014】[0014]

【作用】以上のような構成を有する本発明の作用は以下
の通りである。すなわち、請求項1記載の発明では、最
上下の冷却板の上下に更に単電池が積層されているの
で、これらの単電池の発熱により、最上下の冷却板にお
いても他の冷却板と同等の熱入力が得られる。このた
め、最上下の冷却板3の出口から流出する冷却水は、他
の冷却板3と同様に二相流となり、冷却水の排流が全体
に均一となる。
The operation of the present invention having the above construction is as follows. That is, in the invention according to claim 1, since the unit cells are further stacked above and below the lowermost cooling plate, the heat generation of these unit cells causes the uppermost cooling plate to be equivalent to other cooling plates. Heat input is obtained. Therefore, the cooling water flowing out from the outlet of the lowermost cooling plate 3 becomes a two-phase flow like the other cooling plates 3 and the drainage of the cooling water becomes uniform throughout.

【0015】請求項2記載の発明では、圧力容器下部の
換気ガス入口から供給される換気ガスが、冷却板の間の
単電池の最低温度以上、且つ最高温度以下に制御されて
いるので、この換気ガスにより、積層体における最下部
の単電池の温度が過熱され、冷却板の間の単電池の最低
温度以上、最高温度以下に保持される。
According to the second aspect of the present invention, the ventilation gas supplied from the ventilation gas inlet at the bottom of the pressure vessel is controlled to be higher than or equal to the minimum temperature and lower than or equal to the maximum temperature of the unit cell between the cooling plates. As a result, the temperature of the lowest unit cell in the stack is overheated, and the unit cell between the cooling plates is kept at a temperature higher than the lowest temperature and lower than the highest temperature.

【0016】請求項3記載の発明では、下部の締付板に
加熱手段が設けられているので、加熱手段によって加熱
することにより、最下部の単電池の温度が、冷却板の間
の単電池の最低温度以上、最高温度以下に保持される。
According to the third aspect of the present invention, since the heating means is provided on the lower clamping plate, the temperature of the lowermost unit cell is kept at the minimum value of the unit cells between the cooling plates by heating by the heating means. It is maintained above the temperature but below the maximum temperature.

【0017】請求項4記載の発明では、加熱手段による
加熱に際して、最下部の単電池の温度が温度検出手段に
よって測定され、この測定値が冷却板の間の単電池の最
低温度以上、最高温度以下となるように、制御手段によ
って加熱手段の加熱温度が制御される。
In the invention according to claim 4, the temperature of the lowermost unit cell is measured by the temperature detecting means during heating by the heating means, and the measured value is not less than the minimum temperature and not more than the maximum temperature of the cell between the cooling plates. Therefore, the heating temperature of the heating means is controlled by the control means.

【0018】[0018]

【実施例】本発明による燃料電池の実施例を、図1乃至
図4を参照して以下に説明する。なお、図5に示した従
来技術と同一の部材は同一の符号を付し、説明は省略す
る。
EXAMPLES Examples of the fuel cell according to the present invention will be described below with reference to FIGS. The same members as those of the conventional technique shown in FIG. 5 are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted.

【0019】(1)第1実施例 請求項1及び請求項2記載の発明に対応する一実施例を
第1実施例として、図1、図2を参照して以下に説明す
る。なお、本実施例は、電池を大気圧以上の圧力で運転
させる加圧型燃料電池であり、窒素が主成分の換気ガス
を用いて圧力容器の換気を行うものである。
(1) First Embodiment An embodiment corresponding to the invention described in claims 1 and 2 will be described below as a first embodiment with reference to FIGS. 1 and 2. It should be noted that the present embodiment is a pressurized fuel cell in which the cell is operated at a pressure of atmospheric pressure or higher, and the pressure vessel is ventilated using a ventilation gas whose main component is nitrogen.

【0020】(a)第1実施例の構成 まず、本実施例の構成を説明する。すなわち、本実施例
においては、図1に示すように、積層体1において最も
上にある冷却板3の更に上に、複数のセル(単電池)2
が積層されている。また、積層体1において最も下にあ
る冷却板3の更に下に、複数のセル2が積層されてい
る。このように、最上下の冷却板3の上下に設けられた
セル2の数は、冷却板3の間に積層されたセル数の3/
4以下、1/2以上とする。そして、最上下層のセル2
の更に上下には炭素板4が設けられ、積層体1はこれら
の炭素板4の上下から締付け板5によって締付け固定さ
れている。
(A) Structure of the First Embodiment First, the structure of the present embodiment will be described. That is, in the present embodiment, as shown in FIG. 1, a plurality of cells (unit cells) 2 are further provided on the uppermost cooling plate 3 in the stack 1.
Are stacked. Further, a plurality of cells 2 are stacked below the lowest cooling plate 3 in the stack 1. Thus, the number of cells 2 provided above and below the lowermost cooling plate 3 is 3 / the number of cells stacked between the cooling plates 3.
4 or less and 1/2 or more. And the cell 2 of the lowermost layer
Further, carbon plates 4 are provided on the upper and lower sides of the carbon plate 4, and the laminated body 1 is clamped and fixed by clamping plates 5 from above and below the carbon plates 4.

【0021】(b)第1実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用は以下の通り
である。すなわち、最上下の冷却板3には、その上下に
セル2が積層されているので、運転時には、これらのセ
ル2の発熱により、他の冷却板3と同等の熱入力があ
る。したがって、これら最上下の冷却板3の出口におけ
る冷却水は、他の冷却板3の出口と同様に二相流とな
る。
(B) Operation of the first embodiment The operation of the present embodiment having the above-mentioned structure is as follows. That is, since the cells 2 are laminated on the uppermost and lowermost cooling plates 3, there is a heat input equivalent to that of the other cooling plates 3 due to the heat generation of these cells 2 during operation. Therefore, the cooling water at the outlet of the uppermost cooling plate 3 becomes a two-phase flow like the outlets of the other cooling plates 3.

【0022】また、最下層におけるセル2の温度は、下
部の締付板5からの放熱のために、図2(A)に示すよ
うに、冷却板3間におけるセル2の最低温度よりも低く
なる場合がある。そこで、本実施例においては、換気ガ
ス8を、冷却板3間のセル2の最低温度以上、且つ最高
温度以下に制御して、換気ガス入口9より供給する。す
ると、換気ガス8によって下部の締付板5が加熱され、
最下部のセル2の温度が冷却板3間のセル2の最低温度
以上、最高温度以下に保持される。
Further, the temperature of the cells 2 in the lowermost layer is lower than the lowest temperature of the cells 2 between the cooling plates 3 as shown in FIG. 2A because of the heat radiation from the lower tightening plate 5. May be. Therefore, in this embodiment, the ventilation gas 8 is supplied to the ventilation gas inlet 9 by controlling the ventilation gas 8 to a temperature not lower than the minimum temperature and not higher than the maximum temperature of the cells 2 between the cooling plates 3. Then, the lower clamping plate 5 is heated by the ventilation gas 8,
The temperature of the lowermost cell 2 is maintained at the minimum temperature or higher and the maximum temperature or lower of the cells 2 between the cooling plates 3.

【0023】一方、上記のように供給された換気ガス8
は、圧力容器7内を上昇しながら各セル2からの放熱に
よって加熱されるので、その温度は、図2(B)に示す
ように、各セル2の平均温度程度に保持される。このよ
うな換気ガスが、最上部の冷却板3の上に積層されたセ
ル2にまで達するので、最上層のセル2から換気ガスへ
の放熱はほとんどなく、当該セル2は冷却板3の間のセ
ル2の最低温度以上、最高温度以下に保持される。
On the other hand, the ventilation gas 8 supplied as described above
Is heated by the heat radiation from each cell 2 while rising in the pressure vessel 7, the temperature is maintained at about the average temperature of each cell 2 as shown in FIG. 2B. Since such ventilation gas reaches the cell 2 stacked on the uppermost cooling plate 3, there is almost no heat radiation from the uppermost cell 2 to the ventilation gas, and the cell 2 is placed between the cooling plates 3. The temperature of the cell 2 is maintained above the minimum temperature and below the maximum temperature.

【0024】(c)第1実施例の効果 以上のような本実施例の効果は以下の通りである。すな
わち、最上下の冷却板3の出口側の流れが、他の冷却板
3と同様に二相流となるため、冷却水の配流が均一とな
り、運転効率が安定する。
(C) Effects of First Embodiment The effects of this embodiment as described above are as follows. That is, since the flow on the outlet side of the lowermost cooling plate 3 becomes a two-phase flow like the other cooling plates 3, the distribution of the cooling water becomes uniform and the operation efficiency becomes stable.

【0025】また、最上下部に配置されたセル2の温度
は冷却板3間のセル2の最低温度以上、最高温度以下と
なるため、すべてのセル2が均一な温度分布となる。し
たがって、各セル2が均一の発電能力を持つことがで
き、運転の安全性や長寿命化を実現できる。
Further, since the temperature of the cells 2 arranged at the uppermost lower part is higher than or equal to the lowest temperature and lower than or equal to the highest temperature of the cells 2 between the cooling plates 3, all cells 2 have a uniform temperature distribution. Therefore, each cell 2 can have a uniform power generation capability, and safety of operation and a long life can be realized.

【0026】(2)第2実施例 請求項1、請求項3及び請求項4記載の発明に対応する
一実施例を、第2実施例として、図3、図4を参照して
以下に説明する。なお、請求項3記載の加熱手段は電気
ヒーター、請求項4記載の温度検出手段は熱電対、制御
手段は制御回路とし、第1実施例と同一の部材は同一の
符号を付し、説明は省略する。また、本実施例は、電池
を大気圧で運転する常圧型燃料電池であり、換気ガスを
用いないものである。
(2) Second Embodiment An embodiment corresponding to the invention described in claims 1, 3 and 4 will be described below as a second embodiment with reference to FIGS. 3 and 4. To do. The heating means described in claim 3 is an electric heater, the temperature detection means described in claim 4 is a thermocouple, and the control means is a control circuit. The same members as those in the first embodiment are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted. Omit it. Further, the present embodiment is an atmospheric pressure type fuel cell in which the cell is operated at atmospheric pressure, and does not use ventilation gas.

【0027】(a)第2実施例の構成 まず、本実施例の構成を説明する。すなわち、本実施例
は、図3に示すように、圧力容器を有さず、下部の締付
板5に電気ヒーター11が取り付けられている。また、
最下部のセル2には熱電対12が設けられている。電気
ヒーター11及び熱電対12は、図示しない制御回路に
接続され、最下部のセル2がある温度範囲に保持される
ように、熱電対12において測定された温度に応じて、
制御回路によって電気ヒーター11の発熱が制御される
構成となっている。
(A) Configuration of the Second Embodiment First, the configuration of the present embodiment will be described. That is, in this embodiment, as shown in FIG. 3, the pressure vessel is not provided, and the electric heater 11 is attached to the lower fastening plate 5. Also,
The lowermost cell 2 is provided with a thermocouple 12. The electric heater 11 and the thermocouple 12 are connected to a control circuit (not shown), and according to the temperature measured by the thermocouple 12, so that the lowermost cell 2 is maintained in a certain temperature range.
The control circuit controls the heat generation of the electric heater 11.

【0028】(b)第2実施例の作用 以上のような構成を有する本実施例の作用は以下の通り
である。すなわち、最上下の冷却板3には、その上下に
セル2が積層されているので、これらのセル2の発熱に
より、他の冷却板3と同等の熱入力がある。したがっ
て、これら最上下の冷却板3の出口においては、他の冷
却板3と同様に二相流となる。
(B) Operation of the second embodiment The operation of this embodiment having the above-mentioned structure is as follows. That is, since the cells 2 are stacked above and below the uppermost cooling plate 3, the heat generated by these cells 2 has the same heat input as that of the other cooling plates 3. Therefore, at the outlets of these lowermost cooling plates 3, a two-phase flow is formed, like the other cooling plates 3.

【0029】また、電気ヒーター11により下部の締付
板5を加熱することによって、最下部のセル2が加熱さ
れる。この際、図4に示すように、熱電対12によって
最下部のセル2の温度が測定され、このセル2の温度が
冷却板3の間のセル2の最低温度以上、最高温度以下と
なるように、制御回路によって電気ヒーター11の加熱
温度が制御される。
By heating the lower clamping plate 5 with the electric heater 11, the lowermost cell 2 is heated. At this time, as shown in FIG. 4, the temperature of the lowermost cell 2 is measured by the thermocouple 12 so that the temperature of the cell 2 becomes equal to or higher than the minimum temperature of the cells 2 between the cooling plates 3 and equal to or lower than the maximum temperature thereof. In addition, the heating temperature of the electric heater 11 is controlled by the control circuit.

【0030】(c)第2実施例の効果 以上のような本実施例の効果は以下の通りである。すな
わち、最上下の冷却板3の出口側の流れが、他の冷却板
3と同様に二相流となるため、第1実施例と同様に、冷
却水の配流が均一となり、運転効率が安定する。
(C) Effects of the Second Embodiment The effects of this embodiment as described above are as follows. That is, the flow on the outlet side of the lowermost cooling plate 3 becomes a two-phase flow like the other cooling plates 3, so that the cooling water is evenly distributed and the operation efficiency is stable as in the first embodiment. To do.

【0031】また、最下部に配置されたセル2の温度は
冷却板3間のセル2の最低温度以上、最高温度以下とな
るため、すべてのセルが均一な温度分布となる。したが
って、圧力容器を有さず、換気ガスを用いない常圧型燃
料電池においても、各セル2が均一の発電能力を持つこ
とができ、運転の安全性や長寿命化を実現できる。
Further, since the temperature of the cell 2 arranged at the lowermost portion is higher than or equal to the lowest temperature and lower than or equal to the highest temperature of the cells 2 between the cooling plates 3, all cells have a uniform temperature distribution. Therefore, even in a normal-pressure fuel cell that does not have a pressure vessel and does not use ventilation gas, each cell 2 can have a uniform power generation capacity, and operational safety and a long life can be realized.

【0032】(3)他の実施例 本発明は以上のような実施例に限定されるものではな
く、各部材の数量、種類等は適宜変更可能である。例え
ば、セルの積層数は、所望の電圧に応じて自由に増減さ
せることができ、これに応じて冷却板の数も増減可能で
ある。また、加熱手段及び温度検出手段は電気ヒーター
11及び熱電対12に限定されるものではない。たとえ
ば、加熱手段として、配管を流れる蒸気により加熱する
装置を設けることも可能である。そして、加熱手段は、
下部の締付板5ばかりでなく、上部の締付板5に設ける
ことも可能である。さらに、制御手段として専用の回路
を用いる他、コンピュータを用いることも可能である。
(3) Other Embodiments The present invention is not limited to the embodiments described above, and the quantity, type, etc. of each member can be changed appropriately. For example, the number of stacked cells can be freely increased or decreased according to a desired voltage, and the number of cooling plates can be increased or decreased accordingly. Further, the heating means and the temperature detecting means are not limited to the electric heater 11 and the thermocouple 12. For example, as the heating means, it is possible to provide a device for heating with steam flowing through the pipe. And the heating means is
It is possible to provide not only the lower tightening plate 5 but also the upper tightening plate 5. Furthermore, a computer can be used as well as a dedicated circuit as the control means.

【0033】[0033]

【発明の効果】以上にような本発明によれば最上下の冷
却板の上下に更に単電池を積層するという構成により、
各冷却板を均一の温度として冷却水の配流を均一にし、
安定した特性の得られる燃料電池を提供することができ
る。
As described above, according to the present invention, by the constitution in which the unit cells are further stacked above and below the lowermost cooling plate,
Make each cooling plate a uniform temperature to make the distribution of cooling water uniform,
A fuel cell having stable characteristics can be provided.

【0034】また、本発明によれば、最上下の単電池の
温度を冷却板の間の単電池の最低温度以上、且つ最高温
度以下とすることにより、各セルが均一の発電能力を持
ち、運転の安全性や長寿命化を実現できる燃料電池を提
供することができる。
Further, according to the present invention, by setting the temperature of the uppermost unit cell to be equal to or higher than the minimum temperature of the unit cell between the cooling plates and equal to or lower than the maximum temperature, each cell has a uniform power generation capacity and can be operated. It is possible to provide a fuel cell that can realize safety and a long life.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の燃料電池の第1実施例を示す構成図で
ある。
FIG. 1 is a configuration diagram showing a first embodiment of a fuel cell of the present invention.

【図2】図1に示す実施例における積層体の積層方向の
温度分布図(A)及び換気ガスの積層方向の温度分布図
(B)である。
FIG. 2 is a temperature distribution diagram (A) in a stacking direction and a temperature distribution diagram (B) in a stacking direction of a ventilation gas in the stacked body in the example shown in FIG.

【図3】本発明の燃料電池の第2実施例を示す構成図で
ある。
FIG. 3 is a configuration diagram showing a second embodiment of the fuel cell of the present invention.

【図4】図3に示す実施例における積層体の積層方向の
温度分布図である。
FIG. 4 is a temperature distribution diagram in the stacking direction of the stack in the example shown in FIG.

【図5】従来の燃料電池の一例を示す構成図である。FIG. 5 is a configuration diagram showing an example of a conventional fuel cell.

【図6】図5に示す従来例における冷却板内の冷却水温
度分布図である。
6 is a cooling water temperature distribution diagram in a cooling plate in the conventional example shown in FIG.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…積層体 2…セル(単電池) 3…冷却板 4…炭素板 5…締付板 6…ガスマニホールド 7…圧力容器 8…換気ガス 9…換気ガス入口 10…換気ガス出口 11…電気ヒーター 12…熱電対 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Laminated body 2 ... Cell (single cell) 3 ... Cooling plate 4 ... Carbon plate 5 ... Tightening plate 6 ... Gas manifold 7 ... Pressure vessel 8 ... Ventilation gas 9 ... Ventilation gas inlet 10 ... Ventilation gas outlet 11 ... Electric heater 12 ... Thermocouple

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 電解質を含浸させたマトリックスを挟ん
で燃料極と空気極とが積層された単電池と、前記単電池
が互いに電気的に直列に接続されるように複数積層され
た積層体と、前記積層体における所定の数の単電池ごと
に挿入された冷却板とを有し、燃料と酸化剤との化学反
応により発電を行う燃料電池において、 前記積層体における冷却板のうち、最上に配置された冷
却板の上及び最下に配置された冷却板の下に、更に前記
単電池が積層されていることを特徴とする燃料電池。
1. A unit cell in which a fuel electrode and an air electrode are stacked with a matrix impregnated with an electrolyte sandwiched therebetween, and a stacked body in which a plurality of the unit cells are stacked so as to be electrically connected to each other in series. In a fuel cell that has a cooling plate inserted for each of a predetermined number of unit cells in the stack, and that generates power by a chemical reaction between a fuel and an oxidant, among the cooling plates in the stack, A fuel cell, wherein the unit cell is further stacked on the arranged cooling plate and below the arranged cooling plate.
【請求項2】 前記積層体は、換気ガスを給排可能な圧
力容器内に収容され、 前記圧力容器の下部に、換気ガスを供給可能な換気ガス
入口が設けられ、 前記圧力容器の上部に、換気ガスを排出可能な換気ガス
出口が設けられ、 前記換気ガス入口から供給される喚起ガス温度が、前記
冷却板間における単電池の最低温度以上、且つ最高温度
以下に設定されていることを特徴とする請求項1記載の
燃料電池。
2. The laminated body is housed in a pressure vessel capable of supplying and discharging ventilation gas, a ventilation gas inlet capable of supplying ventilation gas is provided at a lower portion of the pressure vessel, and an upper portion of the pressure vessel is provided. A ventilation gas outlet capable of discharging ventilation gas is provided, and the temperature of the arousal gas supplied from the ventilation gas inlet is set to a minimum temperature of the unit cells between the cooling plates or more and a maximum temperature or less. The fuel cell according to claim 1, wherein the fuel cell is a fuel cell.
【請求項3】 前記積層体の上下は締付板により締付け
固定され、 上部及び下部の締付板の少なくとも一方に加熱手段が設
けられていることを特徴とする請求項1記載の燃料電
池。
3. The fuel cell according to claim 1, wherein the top and bottom of the stack are clamped and fixed by tightening plates, and heating means is provided on at least one of the upper and lower tightening plates.
【請求項4】 前記積層体における最下部の単電池の温
度を検出する温度検出手段と、 前記温度検出手段により検出された温度に基づいて、前
記加熱手段を制御する制御手段とが設けられていること
を特徴とする請求項3記載の燃料電池。
4. A temperature detecting means for detecting the temperature of the lowermost unit cell in the stack, and a control means for controlling the heating means based on the temperature detected by the temperature detecting means are provided. The fuel cell according to claim 3, wherein:
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6689499B2 (en) * 2001-09-17 2004-02-10 Siemens Westinghouse Power Corporation Pressurized solid oxide fuel cell integral air accumular containment
WO2004079838A3 (en) * 2003-03-05 2004-11-04 Sony Corp Separator, fuel cell device, and method of regulating temperature of fuel cell device
KR101866955B1 (en) * 2017-04-19 2018-06-12 주식회사 한국연료전지 the fuel cell stack cooling system
CN114551929A (en) * 2022-04-22 2022-05-27 苏州氢澜科技有限公司 Liquid cooling stack battery assembly and hydrogen fuel cell stack

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