JPH0982342A - 燃料電池 - Google Patents

燃料電池

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Publication number
JPH0982342A
JPH0982342A JP7233715A JP23371595A JPH0982342A JP H0982342 A JPH0982342 A JP H0982342A JP 7233715 A JP7233715 A JP 7233715A JP 23371595 A JP23371595 A JP 23371595A JP H0982342 A JPH0982342 A JP H0982342A
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JP
Japan
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cooling
cooling medium
power generation
plate
fuel cell
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JP7233715A
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English (en)
Inventor
Tomomichi Asou
智倫 麻生
Ryuta Kondo
龍太 近藤
Kenji Hirumoto
健児 蛭本
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Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
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Publication of JPH0982342A publication Critical patent/JPH0982342A/ja
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
    • H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

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Abstract

(57)【要約】 【目的】 軽量化、低価格化、小型化を図る。 【構成】 内部に冷却媒体の通路を有した樹脂素材から
なる冷却板１２と、冷却板１２と接して設けられた発電
セル１と、発電セル１に外部から接続された集電体１３
とを備え、冷却板１２と発電セル１とが単層または多層
に積層されている。冷却板１２は樹脂素材から形成され
ているので多数の冷却板１２を用いたスタックの場合に
も燃料電池の軽量化を図ることができる。また、各発電
セル１で生じた熱量は冷却板１２内を移動する冷却媒体
によって外部に除去されるので、各発電セル１の温度上
昇が抑制でき安定な起電力を得ることができ、その起電
力は各発電セル１に接続された集電体１３を経て負荷に
供給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は発電セルで生じた発熱
を、冷却板によって冷却する燃料電池に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】従来、この種の発電セルと冷却板とを積
層させた燃料電池スッタクとしては、よく知られている
ように例えば図９に示す構成のものが一般的であった。
以下、その構成について図９を参照しながら説明する。
図９に示すように、発電セル１と冷却銅板２は交互に積
層され端部には集電プレート３が設けられている。各発
電セル１には、燃料ガス入口室４及び酸化剤入口室５が
直行する位置に設けられている。冷却銅板２の内部には
冷却水路６が構成されており、各冷却水路６は冷却水パ
イプ７で連通され、冷却水路６の一端には冷却水入口８
が、他の一端には冷却水出口９が設けられている。燃料
ガスは燃料ガス入口室４を経て発電セル１に供給され、
酸化剤は酸化剤入口室５を経て同じく発電セル１に供給
され、電気化学反応によって燃料側をマイナス極、酸化
剤側をプラス極として発電セル１に起電力が生じる。各
発電セル１で発生した起電力は冷却銅板２を電気的導電
体として直列接続され集電プレート３から外部負荷へ供
給される。発電セル１では電気化学反応によって起電力
が生じると同時に発熱も生じ、その熱量は各冷却銅板２
に伝熱され、冷却水入口８から流入し冷却水路６及び冷
却水パイプ７を経て移動する水によって冷却水出口９か
ら外部に熱移動され、発電セル１が冷却される。電気化
学反応後の燃料ガス及び酸化剤は、各々燃料ガス出口室
１０及び酸化剤出口室１１から排気される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、冷却銅板２は電気的な良導体であると同時
に熱的な良導体であることが必要であるため、固有抵抗
値が小さくかつ熱伝導率が大きな銅素材で冷却銅板２が
構成されているので、冷却銅板２の重量が非常に大きく
なり、燃料電池を軽量化できないという課題を有してい
た。
【０００４】さらに銅素材は素材費が高く、また冷却銅
板２の冷却水路６を蛇行させるなどして冷却効率を増大
させようとすると冷却銅板２の加工費が増大し、燃料電
池を低価格化できないという課題を有していた。
【０００５】さらに冷却銅板２の低価格化のために冷却
水路６を直通路などとすれば、冷却効率が低下し、スタ
ックでの冷却銅板２の必要枚数が増加し、結果的に燃料
電池が大きなものとなり、小型化と軽量化ができないと
いう課題を有していた。
【０００６】さらに銅素材からは冷却水に銅イオンが溶
出するので、発電セル１で水分が必要な場合には、冷却
水の水回路とは別に他の水回路を設けなければならず、
システムが複雑となるという課題を有していた。
【０００７】本発明は、このような従来の課題を解決す
るもので、燃料電池の軽量化、低価格化、小型化及びシ
ステムの簡素化を図り、社会生活の中に普及でき得る燃
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】本発明は上記目的を達成
するために以下の構成より成る。すなわち、内部に冷却
媒体の通路を有した樹脂素材からなる冷却板と、前記冷
却板に設けられた冷却媒体入口部、及び冷却媒体出口部
と、前記冷却板と接して設けられた発電セルと、前記発
電セルに外部から接続された集電体とを備え、前記冷却
板と前記発電セルとが単層または多層に積層された構成
としている。
【０００９】また第２の構成としては、内部に冷却媒体
の通路を有した樹脂素材からなる冷却板と、前記冷却板
に設けられた冷却媒体入口部、及び冷却媒体出口部と、
前記冷却板の板厚方向に貫通して設けられた貫通部と、
前記貫通部に設けられた導電体と、前記冷却板及び前記
導電体と接して設けられた発電セルとを備え、前記冷却
板と前記発電セルとが単層または多層に積層された構成
としている。
【００１０】また第３の構成としては、貫通部に固体導
電体を備えた構成としている。また第４の構成として
は、貫通部に流動状導電体を備えた構成としている。
【００１１】また第５の構成としては、貫通部に多孔質
導電体を備えた構成としている。また第６の構成として
は、厚みを有し樹脂素材からなる枠体と、前記枠体で囲
まれて形成された空間部と、前記枠体に設けられて前記
空間部と連通した冷却媒体入口部と、前記枠体に設けら
れて前記空間部と連通した冷却媒体出口部と、前記空間
部と密着するように前記枠体の一方の面に設けられた第
１のプレートと、前記第１のプレートに対向して前記枠
体の他方の面に設けられた第２のプレートとを備えた冷
却体と、前記冷却体と接して設けられた発電セルと、前
記発電セルに外部から接続された集電体とを備え、前記
冷却体と前記発電セルとが単層または多層に積層された
構成としている。
【００１２】また第７の構成としては、厚みを有し樹脂
素材からなる枠体と、前記枠体で囲まれて形成された空
間部と、前記枠体に設けられて前記空間部と連通した冷
却媒体入口部と、前記枠体に設けられて前記空間部と連
通した冷却媒体出口部と、前記空間部と密着するように
前記枠体の一方の面に設けられたイオンを溶出しない第
１の耐食板と、前記第１の耐食板に対向して前記枠体の
他方の面に密着して設けられたイオンを溶出しない第２
の耐食板とを備えた耐食冷却体と、前記耐食冷却体の厚
さ方向に貫通して設けられた貫通部と、前記貫通部に設
けられた導電体と、前記耐食冷却体と接して設けられた
発電セルとを備え、前記耐食冷却体と前記発電セルとが
単層または多層に積層された構成としている。
【００１３】また第８の構成としては、空間部に流路を
構成するしきり部を備えた構成としている。
【００１４】また第９の構成としては、空間部に流路を
構成するしきり部と、前記しきり部に設けられた貫通部
と、前記貫通部に設けられた導電体とを備えた構成とし
ている。
【００１５】また第１０の構成としては、冷却媒体出口
部と冷却媒体入口部を連結する冷却媒体循環路と、前記
冷却媒体循環路に設けられた循環ポンプ及び放熱部と、
前記放熱部に送風する放熱ファンとを備えた構成として
いる。
【００１６】また第１１の構成としては、冷却媒体入口
部の温度を検知する第１の温度検知手段と、前記温度検
知手段で得られる第１の検知値に基づいて放熱ファンを
運転制御するファン制御部とを備えた構成としている。
【００１７】また第１２の構成としては、冷却媒体出口
部の温度を検知する第２の温度検知手段と、前記温度検
知手段で得られる第２の検知値に基づいて燃料を閉止す
る閉止弁部とを備えた構成としている。
【００１８】また第１３の構成としては、冷却媒体出口
部と冷却媒体入口部を連結する冷却媒体循環路と、前記
冷却媒体循環路に設けられた循環ポンプ及び燃料を予熱
する予熱部とを備えた構成としている。
【００１９】また第１４の構成としては、冷却媒体が水
であり、冷却媒体出口部と冷却媒体入口部を連結する冷
却媒体循環路と、前記冷却媒体循環路に設けられた循環
ポンプと、前記冷却媒体循環路に設けられた加湿部と、
前記加湿部と前記発電セルを連結する燃料供給路とを備
えた構成としている。
【００２０】
【作用】上記構成により本発明の燃料電池発電システム
は以下の作用を果たす。
【００２１】冷却板は樹脂素材から形成されているので
多数の冷却板を用いたスタックの場合にも燃料電池の軽
量化を図ることができる。各発電セルで生じた熱量は冷
却板内を移動する冷却媒体によって外部に除去されるの
で、各発電セルの温度上昇が抑制でき安定な起電力を得
ることができ、その起電力は各発電セルに接続された集
電体を経て負荷に供給される。
【００２２】また、冷却板は樹脂素材から形成されてい
るので多数の冷却板を用いたスタックの場合にも燃料電
池の軽量化を図ることができ、各発電セルの起電力は冷
却板内に設けられた導電体によって電気的に接続される
ので、外部から接続される集電体が不要となり構成を簡
素化できると共に、外部への電流の漏れを防止でき発電
出力を効率よく負荷に供給できる。従って所定の発電出
力に対しては小型化及び軽量化を図ることができる。
【００２３】また、冷却板の貫通部に導電体を保持する
のが容易となり発電セルと冷却板を多層に積層する場合
にも、組み立て作業中において貫通部からの固体導電体
の脱落を防止でき、組み立て性が向上できる。
【００２４】また、冷却板の貫通部の体積と少なくとも
同量以上の流動状導電体を注入することにより、発電セ
ルとの接触電気抵抗を確実に小さくすることができ、発
電セル間での接触電気抵抗による電圧降下を小さくでき
外部負荷への供給電力を大きくできる。
【００２５】また、冷却板の貫通部の板厚方向の長さと
少なくとも同等以上の長さを有する多孔質導電体を設け
ることにより、発電セル間に挟まれた多孔質導電体は発
電セルに接触したままで積層方向の組み立て精度まで押
しつぶされるので、発電セルとの接触電気抵抗を確実に
小さくすることができ、発電セル間での接触電気抵抗に
よる電圧降下を小さくでき外部負荷への供給電力を大き
くできる。
【００２６】また、枠体と第１のプレートと第２のプレ
ートで囲まれた空間を冷却媒体の流路として広く構成す
ることができ、発電セルからの冷却熱量を大きくできる
ので、発電セルの発電出力密度の増大に伴って増大する
冷却熱量の増大にも対応でき、燃料電池の軽量化を図る
と共に高出力化を図ることができる。
【００２７】また、冷却媒体中にイオンが溶出しないの
で、冷却媒体が漏洩し発電セルに含浸した場合にも発電
セルが劣化されない。また、発電セル内の腐食性の物質
が漏洩した場合にも耐食冷却体が劣化されないので燃料
電池の長寿命化をはかることができる。
【００２８】また、空間部を流れる冷却媒体を空間部全
体に蛇行させることができ、流れの淀み領域を減少させ
ることができ、冷却板の冷却熱量を増大させることがで
きるので、発電セルの発電出力を大きくできる。
【００２９】また、空間内のしきり部に導電体を設けて
いるので、冷却媒体の流れを遮ることなしに発電セルに
対応して導電体を配置することがでぎ、発電セル間での
電気抵抗による電圧降下を小さくでき外部負荷への供給
電力を大きくできる。
【００３０】また、発電セルの冷却によって温度上昇し
た冷却媒体は、循環ポンプによって冷却媒体循環路を移
動し放熱部に到達し、放熱ファンによって温度降下され
た後、再度、冷却媒体入口から供給されるので、冷却媒
体を外部に放出するのではなく循環させて再利用できる
ので、冷却媒体資源の有効利用を図ることができる。
【００３１】また、発電セルの所定運転温度より低い温
度から起動させる場合に、発電に伴う発熱により発電セ
ルが所定運転温度に対応した第１の検知値に達するま
で、放熱ファンを停止させておくことができるので、燃
料電池の起動時間を短くでき、発電需用に迅速に対応で
きる。
【００３２】また、何らかの原因により冷却熱量が低下
し、発電セルが異常に温度上昇すると、その温度上昇に
応じて冷却媒体出口部の温度も上昇するので、第２の検
知値まで温度上昇した際に燃料の供給を閉止して電気化
学反応を停止させ、発電セルの破損を未然に防止でき
る。
【００３３】また、発電セルの冷却によって昇温された
冷却媒体から燃料に予熱熱量が伝熱されるので、冷却媒
体の温度を下げるための放熱量を燃料の予熱昇温として
回収できるので、発電に伴う発熱量を燃料の予熱として
回収できることとなり、総合効率を大きくできる。
【００３４】また、加湿部には冷却媒体である水が発電
セルの冷却によって温度上昇されて供給され、燃料は加
湿部を経て燃料供給路から発電セルに供給されるので、
燃料は加湿部を通過する際に高温の水蒸気を含んだ状態
となり、燃料に高温の水蒸気を含ませて発電セルでの発
電効率を増大させる場合にも、加湿部を別手段によって
昇温させる必要がなく、総合効率を大きくできる。
【００３５】
【実施例】以下本発明の実施例を図面を参照して説明す
る。
【００３６】図１（ａ）は本発明の第１の実施例の燃料
電池の正面図であり、図１（ｂ）はその側面図である。
【００３７】図１（ａ）及び図１（ｂ）において、発電
セル１と冷却板１２は交互に積層され、複数の集電体１
３が各発電セル１に順次接続されて設けられている。各
発電セル１には、燃料ガス入口室４及び酸化剤入口室５
が直行する位置に設けられている。冷却板１２の内部に
は流路１４が構成されており、各流路１４は連結パイプ
１５で連通され、流路１４の一端には冷却媒体入口部１
６が、他の一端には冷却媒体出口部１７が設けられてい
る。
【００３８】上記構成において、燃料ガスは燃料ガス入
口室４を経て発電セル１に供給され、酸化剤は酸化剤入
口室５を経て同じく発電セル１に供給され、電気化学反
応によって燃料側をマイナス極、酸化剤側をプラス極と
して発電セル１に起電力が生じる。各発電セル１で発生
した起電力は集電体１３を電気的導電体として直列接続
され外部負荷へ供給できる。発電セル１では電気化学反
応によって起電力が生じると同時に発熱も生じ、その熱
量は各冷却板１２に伝熱され、冷却媒体入口部１６から
流入し流路１４及び連結パイプ１５を経て移動する冷却
媒体によって冷却媒体出口部１７から外部に熱移動さ
れ、発電セル１が冷却される。電気化学反応後の燃料ガ
ス及び酸化剤は、各々燃料ガス出口室１０及び酸化剤出
口室１１から排気される。冷却板１２は樹脂素材から形
成されているので多数の冷却板１２を用いたスタックの
場合にも燃料電池の軽量化を図ることができる。各発電
セル１で生じた熱量は冷却板１２内を移動する冷却媒体
によって外部に除去されるので、各発電セル１の温度上
昇が抑制でき安定な起電力を得ることができる。
【００３９】図２は本発明の第２の実施例の燃料電池の
構成図であり、図１と同符号のものは相当する構成要素
であり、詳細な説明は省略する。図２において、発電セ
ル１と冷却板１２は交互に積層され、冷却板１２の一部
には板厚方向に貫通して貫通部１８が設けられており、
貫通部１８には導電体１９が発電セル１に接続して設け
られており、端部の集電プレート３に接続されている。
各発電セル１には、燃料ガス入口室４及び酸化剤入口室
５が直行する位置に設けられており、燃料ガス入口室４
の上流側には加湿部２０、予熱部２１及び閉止弁部２２
が順次設けられており、閉止弁部２２は、冷却媒体出口
部１７に密着して設けられた第２の温度検知手段２３と
接続されている。冷却媒体出口部１７の下流側には加湿
部２０、予熱部２１、放熱部２４及び循環ポンプ２５が
冷却媒体循環路２６によって順次連結され、冷却媒体循
環路２６は冷却媒体入口部１６に接続されている。放熱
部２４の近傍には放熱ファン２７が設けられており、放
熱ファン２７は、冷却媒体入口部１６に密着して設けら
れた第１の温度検知手段２８と、ファン制御部２９を介
して接続されている。
【００４０】上記構成において、燃料ガスは燃料ガス入
口室４を経て発電セル１に供給され、酸化剤は酸化剤入
口室５を経て同じく発電セル１に供給され、電気化学反
応によって燃料側をマイナス極、酸化剤側をプラス極と
して発電セル１に起電力が生じる。各発電セル１で発生
した起電力は、導電体１９を電気的導電体として直列接
続され集電プレート３から外部負荷へ供給される。各発
電セル１の起電力は冷却板１２内に設けられた導電体１
９によって電気的に接続されるので、外部から接続され
る集電体が不要となり構成を簡素化できると共に、外部
への電流の漏れを防止でき発電出力を効率よく負荷に供
給できる。
【００４１】発電セル１では電気化学反応によって起電
力が生じると同時に発熱も生じ、その熱量は各冷却板１
２に伝熱され、冷却媒体入口部１６から流入し流路１４
及び連結パイプ１５を経て移動する冷却媒体である水に
よって、冷却媒体出口部１７から外部に熱移動され、発
電セル１が冷却される。冷却板１２は樹脂素材から形成
されているので多数の冷却板１２を用いたスタックの場
合にも燃料電池の軽量化を図ることができる。
【００４２】発電セル１の冷却によって温度上昇した冷
却媒体である水は、冷却媒体出口部１７から流出した
後、加湿部２０に供給され所定水位の液溜りを保持しつ
つ、予熱部２１に供給される。加湿部２０の液溜りには
燃料ガスがバブリングされ、液溜りの水は温度上昇され
ているので、燃料ガスは加湿部２０を通過する際に高温
の水蒸気を含んだ状態となり、燃料ガスに高温の水蒸気
を含ませて発電セル１での発電効率を増大させる場合に
も、加湿部２０を例えば電気ヒーターなどの別手段によ
って昇温させる必要がなく、総合効率を大きくできる。
予熱部２１においては、予熱部２１に供給された冷却媒
体である水を高温側として、予熱部２１を通過する燃料
ガスに熱量が伝えられるので、発電セル１の冷却によっ
て昇温された冷却媒体から燃料ガスに予熱熱量が伝熱さ
れるので、冷却媒体の温度を下げるための放熱量を燃料
ガスの予熱昇温として回収できるので、発電に伴う発熱
量を燃料ガスの予熱として回収できることとなり、例え
ば電気ヒーターなどの別手段によって燃料ガスを昇温さ
せる必要がなく総合効率を大きくできる。
【００４３】放熱部２４に供給された冷却媒体である水
は、放熱ファン２７によって温度が下げられ、循環ポン
プ２５によって冷却媒体循環路２６を経て、冷却媒体入
口部１６から冷却板１２に循環供給されるので、冷却媒
体である水を外部に放出するのではなく循環させて再利
用できるので、水資源の有効利用を図ることができる。
冷却板１２に供給される冷却媒体である水の温度は、冷
却媒体入口部１６に設けられた第１の温度検出手段２８
によって第１の検知値として検出され、この第１の検知
値に基づいてファン制御部２９により放熱ファン２７を
運転制御するので、発電セル１の所定運転温度より低い
温度から起動させる場合に、発電に伴う発熱により発電
セル１が所定運転温度に対応した第１の検知値に達する
まで、放熱ファン２７を停止させておくことができるの
で、燃料電池の起動時間を短くでき、発電需用に迅速に
対応できる。冷却板１２から流出する冷却媒体である水
の温度は、冷却媒体出口部１７に設けられた第２の温度
検出手段２３によって第２の検知値として検出され、こ
の第２の検知値に基づいて閉止弁２２が開閉制御される
ので、何らかの原因により冷却熱量が低下し、発電セル
１が異常に温度上昇すると、その温度に応じて冷却媒体
出口部１７の温度も上昇するので、第２の検知値まで温
度上昇した際に燃料の供給を閉止して電気化学反応を停
止させ、発電セル１の破損を未然に防止できる。
【００４４】図３は本発明の第３の実施例の燃料電池の
要部断面図であり、図２と同符号のものは相当する構成
要素であり、詳細な説明は省略する。図３において、固
体導電体３０は、銅素材の円筒形状で冷却板１２の厚さ
と等しい高さを有し、円筒形状の貫通部１８に摺動挿入
されている。
【００４５】上記構成において、固体導電体３０は貫通
部１８との接触面での摩擦抵抗力によって、冷却板１２
の貫通部１８に保持するのが容易となり発電セル１と冷
却板１２を多層に積層する場合にも、組み立て作業中に
おいて貫通部１８からの固体導電体３０の脱落を防止で
き、組み立て性が向上できる。
【００４６】図４は本発明の第４の実施例の燃料電池の
要部断面図であり、図２と同符号のものは相当する構成
要素であり、詳細な説明は省略する。図４において、３
１は銀ペーストなどの流動状導電体であり、冷却板１２
の貫通部１８に封入されている。
【００４７】上記構成において、冷却板１２の貫通部１
８の体積と少なくとも同量以上の流動状導電体３１を注
入することにより、余剰な流動状導電体３１は、冷却板
１２と発電セル１との間隙部にしみだして広がるので、
発電セル１との接触電気抵抗を確実に小さくすることが
でき、発電セル１間での接触電気抵抗による電圧降下を
小さくでき外部負荷への供給電力を大きくできる。
【００４８】図５は本発明の第５の実施例の燃料電池の
要部断面図であり、図２と同符号のものは相当する構成
要素であり、詳細な説明は省略する。図５において、３
２はニッケル素材などを焼結させた多孔質導電体であ
り、冷却板１２の板厚方向の長さと少なくとも同等以上
の長さを有して、冷却板１２の貫通部１８に挿入されて
いる。
【００４９】上記構成において、スタックの組み立てる
際に、多孔質導電体３２は発電セル１間に挟まれた状態
となり、発電セル１に接触したままで積層方向の組み立
て精度まで押しつぶされるので、発電セル１との接触電
気抵抗を確実に小さくすることができ、発電セル１間で
の接触電気抵抗による電圧降下を小さくでき外部負荷へ
の供給電力を大きくできる。
【００５０】図６（ａ）は本発明の第６の実施例の燃料
電池の正面図であり、図６（ｂ）はその側面図であり、
図１と同符号のものは相当する構成要素であり、詳細な
説明は省略する。図６（ａ）及び図６（ｂ）において、
３３は樹脂素材からなる厚みを有する枠体であり、枠体
３３で囲まれた空間部３４に密着して第１のプレート３
５及び第２のプレート３６が設けられ、空間部３４に連
通して冷却媒体入口部１６及び冷却媒体出口部１７が設
けられており、空間部３４を冷却媒体の流路とする冷却
体３７が構成されている。発電セル１と冷却体３７は交
互に積層され、複数の集電体１３が各発電セル１に順次
接続されて設けられている。各発電セル１には、燃料ガ
ス入口室４及び酸化剤入口室５が直行する位置に設けら
れている。近接する冷却媒体出口部１７と冷却媒体入口
部１６は、連結パイプ１５で順次連通されている。
【００５１】上記構成において、燃料ガスは燃料ガス入
口室４を経て発電セル１に供給され、酸化剤は酸化剤入
口室５を経て同じく発電セル１に供給され、電気化学反
応によって燃料側をマイナス極、酸化剤側をプラス極と
して発電セル１に起電力が生じる。各発電セル１で発生
した起電力は集電体１３を電気的導電体として直列接続
され外部負荷へ供給できる。発電セル１では電気化学反
応によって起電力が生じると同時に発熱も生じ、その熱
量は各冷却体３７に伝熱され、冷却媒体入口部１６から
流入し空間部３４及び連結パイプ１５を経て移動する冷
却媒体によって冷却媒体出口部１７から外部に熱移動さ
れ、発電セル１が冷却され、電気化学反応後の燃料ガス
及び酸化剤は、各々燃料ガス出口室１０及び酸化剤出口
室１１から排気される。枠体３３と第１のプレート３５
と第２のプレート３６で囲まれた空間部３４を冷却媒体
の流路として広く構成することができるので、発電セル
１からの冷却熱量を大きくでき、発電セル１の発電出力
密度の増大に伴って増大する冷却熱量の増大にも対して
も発電セル１の温度を所定温度に保つことができ、燃料
電池の発電出力を安定に保つことができると共に高出力
化を図ることができる。冷却体３７は樹脂素材から形成
されており、しかも内部に空間部３４を有しているの
で、多数の冷却体３７を用いたスタックの場合にも燃料
電池の軽量化を図ることができる。
【００５２】図７（ａ）は本発明の第７の実施例の燃料
電池の正面図であり、図７（ｂ）はその側面図であり、
図１と同符号のものは相当する構成要素であり、詳細な
説明は省略する。図７（ａ）及び図７（ｂ）において、
３３は樹脂素材からなる厚みを有する枠体であり、枠体
３３で囲まれた空間部３４に密着して第１の耐食板３８
及び第２の耐食板３９が設けられ、空間部３４に連通し
て冷却媒体入口部１６及び冷却媒体出口部１７が設けら
れており、空間部３４を冷却媒体の流路とする耐食冷却
体４０が構成されている。発電セル１と耐食冷却体４０
は交互に積層され、耐食冷却体４０の一部には板厚方向
に貫通して貫通部１８が設けられており、貫通部１８に
は導電体１９が発電セル１に接続して設けられており、
端部の集電プレート３に接続されている。各発電セル１
には、燃料ガス入口室４及び酸化剤入口室５が直行する
位置に設けられている。近接する冷却媒体出口部１７と
冷却媒体入口部１６は、連結パイプ１５で順次連通され
ている。
【００５３】上記構成において、燃料ガスは燃料ガス入
口室４を経て発電セル１に供給され、酸化剤は酸化剤入
口室５を経て同じく発電セル１に供給され、電気化学反
応によって燃料側をマイナス極、酸化剤側をプラス極と
して発電セル１に起電力が生じる。各発電セル１で発生
した起電力は、導電体１９を電気的導電体として直列接
続され集電プレート３から外部負荷へ供給される。発電
セル１では電気化学反応によって起電力が生じると同時
に発熱も生じ、その熱量は各耐食冷却体４０に伝熱さ
れ、冷却媒体入口部１６から流入し空間部３４及び連結
パイプ１５を経て移動する冷却媒体によって冷却媒体出
口部１７から外部に熱移動され、発電セル１が冷却され
る。電気化学反応後の燃料ガス及び酸化剤は、各々燃料
ガス出口室１０及び酸化剤出口室１１から排気される。
耐食冷却体４０を通過する冷却媒体中にはイオンが溶出
しないので、例えば経年劣化などにより冷却媒体が漏洩
し発電セル１に含浸した場合にも発電セル１がイオンに
よって劣化されることがなく、また、発電セル１内の腐
食性の物質が漏洩した場合にも耐食冷却体４０が劣化さ
れないので燃料電池の長寿命化をはかることができる。
【００５４】図８（ａ）は本発明の第８の実施例の冷却
体の上面図であり、図８（ｂ）はその断面図であり、図
６と同符号のものは相当する構成要素であり、詳細な説
明は省略する。図８（ａ）及び図８（ｂ）において、３
３は樹脂素材からなる厚みを有する枠体であり、枠体３
３には交互に突き出したしきり部４１が設けられてお
り、しきり部３４によって空間部３４は蛇行した連続空
間となり、空間部３４に密着して設けられた第１のプレ
ート３５及び第２のプレート３６によって、冷却媒体入
口部１６及び冷却媒体出口部１７を各々入口部、出口部
とする冷却媒体の流路が構成されている。各しきり部４
１には貫通部１８が設けられ、貫通部１８には導電体１
９が設けられている。
【００５５】上記構成において、冷却媒体入口部１６よ
り流入した冷却媒体は、蛇行した空間部３４を流路とし
て通過し、冷却媒体出口部１７から流出するので、空間
部３４を通過する冷却媒体を空間部３４全体に蛇行させ
ることができ、流れの淀み領域を減少させることがで
き、冷却体３７の冷却熱量を増大させることができるの
で、発電出力の増大に伴って増加する発熱量を効果的に
冷却できるので、発電セルの発電出力を大きくできる。
また、空間部３４内のしきり部４１に導電体を設けてい
るので、冷却媒体の流れを遮ることなしに発電セルに対
応して導電体１９を配置することがでぎ、発電セル１間
での電気抵抗による電圧降下を小さくでき外部負荷への
供給電力を大きくできる。
【００５６】
【発明の効果】以上説明したように本発明の燃料電池
は、以下に述べる効果を有するものである。
【００５７】すなわち、冷却板は樹脂素材から形成され
ているので多数の冷却板を用いたスタックの場合にも燃
料電池の軽量化を図ることができる。各発電セルで生じ
た熱量は冷却板内を移動する冷却媒体によって外部に除
去されるので、各発電セルの温度上昇が抑制でき安定な
起電力を得ることができ、その起電力は各発電セルに接
続された集電体を経て負荷に供給できる。
【００５８】また、冷却板は樹脂素材から形成されてい
るので多数の冷却板を用いたスタックの場合にも燃料電
池の軽量化を図ることができ、各発電セルの起電力は冷
却板内に設けられた導電体によって電気的に接続される
ので、外部から接続される集電体が不要となり構成を簡
素化できると共に、外部への電流の漏れを防止でき発電
出力を効率よく負荷に供給できる。従って所定の発電出
力に対しては小型化及び軽量化を図ることができる。
【００５９】また、貫通部に固体導電体を設けているの
で、冷却板の貫通部に導電体を保持するのが容易となり
発電セルと冷却板を多層に積層する場合にも、組み立て
作業中において貫通部からの固体導電体の脱落を防止で
き、組み立て性が向上できる。
【００６０】また、貫通部に流動状導電体を設けている
ので、冷却板の貫通部の体積と少なくとも同量以上の流
動状導電体を注入することにより、余剰の流動状導電体
は冷却板と発電セルとの接触面に広がるので、発電セル
との接触電気抵抗を確実に小さくすることができ、発電
セル間での接触電気抵抗による電圧降下を小さくでき外
部負荷への供給電力を大きくできる。
【００６１】また、貫通部に多孔質導電体を、冷却板の
貫通部の板厚方向の長さと少なくとも同等以上の長さを
有する多孔質導電体を設けることにより、発電セル間に
挟まれた多孔質導電体は発電セルに接触したままで積層
方向の組み立て精度まで押しつぶされるので、発電セル
との接触電気抵抗を確実に小さくすることができ、発電
セル間での接触電気抵抗による電圧降下を小さくでき外
部負荷への供給電力を大きくできる。
【００６２】また、樹脂素材からなる枠体と第１のプレ
ート及び第２のプレートで囲まれた空間を冷却媒体の流
路として広く構成することができ、発電セルからの冷却
熱量を大きくできるので、発電セルの発電出力密度の増
大に伴って増大する冷却熱量の増大にも対応でき、燃料
電池の軽量化を図ると共に高出力化を図ることができ
る。
【００６３】また、樹脂素材からなる枠体と、イオンを
溶出しない第１の耐食板及び第２の耐食板とで冷却媒体
流路が形成されているので、冷却媒体中にイオンが溶出
しないので、冷却媒体が漏洩し発電セルに含浸した場合
にも発電セルが劣化されず、また発電セル内の腐食性の
活物質が漏洩した場合にも耐食冷却体が劣化されないの
で、燃料電池の長寿命化をはかることができる。
【００６４】また、冷却体の空間部に流路を構成するし
きり部を備えているので、空間部を流れる冷却媒体を空
間部全体に蛇行させることができ、流れの淀み領域を減
少させることができるので、冷却体の冷却熱量を増大さ
せることができ、発電セルの発電出力を大きくできる。
【００６５】また、冷却体の空間部内のしきり部に導電
体を設けているので、冷却媒体の流れを遮ることなしに
発電セルの発電面に対応して導電体を配置することがで
き、発電セル間での電気抵抗による電圧降下を小さくで
き外部負荷への供給電力を大きくできる。
【００６６】また、冷却媒体出口部と前記冷却媒体入口
部を連結する冷却媒体循環路に放熱部を設けているの
で、発電セルの冷却によって温度上昇した冷却媒体は、
循環ポンプによって冷却媒体循環路を移動し放熱部に到
達し、放熱ファンによって温度降下された後、再度、冷
却媒体入口から供給されるので、冷却媒体を外部に放出
するのではなく循環させて再利用できるので、冷却媒体
資源の有効利用を図ることができる。
【００６７】また、冷却媒体入口部温度の第１の検知値
に基づいて放熱ファンを運転制御するので、発電セルの
所定運転温度より低い温度から起動させる場合に、発電
に伴う発熱により発電セルが所定運転温度に対応した第
１の検知値に達するまで、放熱ファンを停止させておく
ことができるので、所定運転温度までの昇温時間が短く
でき燃料電池の起動時間を短くできるので、発電需用に
迅速に対応できる。
【００６８】また、冷却媒体出口部温度の第２の検知値
に基づいて、閉止弁部により燃料を閉止するので、何ら
かの原因により冷却熱量が低下し、発電セルが異常に温
度上昇すると、その温度上昇に応じて冷却媒体出口部の
温度も上昇するので、第２の検知値まで温度上昇した際
に燃料の供給を閉止して電気化学反応を停止させ、発電
セルの破損を未然に防止できる。
【００６９】また、冷却媒体循環路に昇温された冷却媒
体によって、燃料を予熱する予熱部を設けているので、
発電セルの冷却によって昇温された冷却媒体から燃料に
予熱熱量が伝熱されるので、放熱部での放熱量を燃料の
予熱昇温として回収できるので、発電に伴う発熱量を燃
料の予熱として回収できることとなり、総合効率を大き
くできる。
【００７０】また、冷却媒体循環路に加湿部を設けてい
るので、加湿部には冷却媒体である水が発電セルの冷却
によって温度上昇されて供給され、燃料は加湿部を経て
燃料供給路から発電セルに供給されるので、燃料は加湿
部を通過する際に高温の水蒸気を含んだ状態となり、燃
料に高温の水蒸気を含ませて発電セルでの発電効率を増
大させる場合にも、加湿部を別手段によって昇温させる
必要がなく、総合効率を大きくできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）本発明の第１の実施例における燃料電池
の正面図 （ｂ）同実施例における側面図
【図２】本発明の第２の実施例における燃料電池の構成
図
【図３】本発明の第３の実施例における燃料電池の要部
断面図
【図４】本発明の第４の実施例における燃料電池の要部
断面図
【図５】本発明の第５の実施例における燃料電池の要部
断面図
【図６】（ａ）本発明の第６の実施例における燃料電池
の正面図 （ｂ）同実施例における側面図
【図７】（ａ）本発明の第７の実施例における燃料電池
の正面図 （ｂ）同実施例における側面図
【図８】（ａ）本発明の第８の実施例における冷却板の
上面図 （ｂ）同実施例における断面図
【図９】（ａ）従来の燃料電池の正面図 （ｂ）同従来例における側面図
【符号の説明】
１２ 冷却板 １３ 集電体 １６ 冷却媒体入口部 １７ 冷却媒体出口部 １８ 貫通部 １９ 導電体 ２０ 加湿部 ２１ 予熱部 ２２ 閉止弁 ２３ 第２の温度検知手段 ２４ 放熱部 ２５ 循環ポンプ ２７ 放熱ファン ２８ 第１の温度検知手段 ２９ ファン制御部 ３０ 固体導電体 ３１ 流動状導電体 ３２ 多孔質導電体 ３３ 枠体 ３４ 空間部 ３５ 第１のプレート ３６ 第２のプレート ３７ 冷却体 ３８ 第１の耐食板 ３９ 第２の耐食板 ４０ 耐食冷却体 ４１ しきり部

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】内部に冷却媒体の通路を有した樹脂素材か
    らなる冷却板と、前記冷却板に設けられた冷却媒体入口
    部及び冷却媒体出口部と、前記冷却板と接して設けられ
    た発電セルと、前記発電セルに外部から接続された集電
    体とを備え、前記冷却板と前記発電セルとが単層または
    多層に積層された燃料電池。
  2. 【請求項２】内部に冷却媒体の通路を有した樹脂素材か
    らなる冷却板と、前記冷却板に設けられた冷却媒体入口
    部及び冷却媒体出口部と、前記冷却板の板厚方向に貫通
    して設けられた貫通部と、前記貫通部に設けられた導電
    体と、前記冷却板及び前記導電体と接して設けられた発
    電セルとを備え、前記冷却板と前記発電セルとが単層ま
    たは多層に積層された燃料電池。
  3. 【請求項３】貫通部に固体導電体を備えた請求項２記載
    の燃料電池。
  4. 【請求項４】貫通部に流動状導電体を備えた請求項２記
    載の燃料電池。
  5. 【請求項５】貫通部に多孔質導電体を備えた請求項２記
    載の燃料電池。
  6. 【請求項６】厚みを有し樹脂素材からなる枠体と、前記
    枠体で囲まれて形成された空間部と、前記枠体に設けら
    れ前記空間部と連通した冷却媒体入口部と、前記枠体に
    設けられ前記空間部と連通した冷却媒体出口部と、前記
    空間部と密着するように前記枠体の一方の面に設けられ
    た第１のプレートと、前記第１のプレートに対向して前
    記枠体の他方の面に設けられた第２のプレートとを備え
    た冷却体と、前記冷却体と接して設けられた発電セル
    と、前記発電セルに外部から接続された集電体とを備
    え、前記冷却体と前記発電セルとが単層または多層に積
    層された燃料電池。
  7. 【請求項７】厚みを有し樹脂素材からなる枠体と、前記
    枠体で囲まれて形成された空間部と、前記枠体に設けら
    れ前記空間部と連通した冷却媒体入口部と、前記枠体に
    設けられ前記空間部と連通した冷却媒体出口部と、前記
    空間部と密着するように前記枠体の一方の面に設けられ
    たイオンを溶出しない第１の耐食板と、前記第１の耐食
    板に対向して前記枠体の他方の面に密着して設けられた
    イオンを溶出しない第２の耐食板とを備えた耐食冷却体
    と、前記耐食冷却体の厚さ方向に貫通して設けられた貫
    通部と、前記貫通部に設けられた導電体と、前記耐食冷
    却体と接して設けられた発電セルとを備え、前記耐食冷
    却体と前記発電セルとが単層または多層に積層された燃
    料電池。
  8. 【請求項８】空間部に流路を構成するしきり部を備えた
    請求項６又は請求項７記載の燃料電池。
  9. 【請求項９】空間部に流路を構成するしきり部と、前記
    しきり部に設けられた貫通部と、前記貫通部に設けられ
    た導電体とを備えた請求項７記載の燃料電池。
  10. 【請求項１０】冷却媒体出口部と冷却媒体入口部を連結
    する冷却媒体循環路と、前記冷却媒体循環路に設けられ
    た循環ポンプ及び放熱部と、前記放熱部に送風する放熱
    ファンとを備えた請求項１、２、６又は７記載の燃料電
    池。
  11. 【請求項１１】冷却媒体入口部の温度を検知する第１の
    温度検知手段と、前記第１の温度検知手段で得られる第
    １の検知値に基づいて放熱ファンを運転制御するファン
    制御部とを備えた請求項１０記載の燃料電池。
  12. 【請求項１２】冷却媒体出口部の温度を検知する第２の
    温度検知手段と、前記第２の温度検知手段で得られる第
    ２の検知値に基づいて燃料を閉止する閉止弁部とを備え
    た請求項１０記載の燃料電池。
  13. 【請求項１３】冷却媒体出口部と前記冷却媒体入口部を
    連結する冷却媒体循環路と、前記冷却媒体循環路に設け
    られた循環ポンプ及び燃料を予熱する予熱部とを備えた
    請求項１、２、６又は７記載の燃料電池。
  14. 【請求項１４】冷却媒体が水であり、冷却媒体出口部と
    冷却媒体入口部を連結する冷却媒体循環路と、前記冷却
    媒体循環路に設けられた循環ポンプと、前記冷却媒体循
    環路に設けられた加湿部と、前記加湿部と前記発電セル
    を連結する燃料供給路とを備えた請求項１、２又は７記
    載の燃料電池。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2000243422A (ja) * 1999-02-23 2000-09-08 Toyota Motor Corp 燃料電池システムおよび燃料電池の冷却方法
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