JPS5833670B2 - 冷却システムを有する燃料電池積層体 - Google Patents

冷却システムを有する燃料電池積層体

Info

Publication number
JPS5833670B2
JPS5833670B2 JP51085914A JP8591476A JPS5833670B2 JP S5833670 B2 JPS5833670 B2 JP S5833670B2 JP 51085914 A JP51085914 A JP 51085914A JP 8591476 A JP8591476 A JP 8591476A JP S5833670 B2 JPS5833670 B2 JP S5833670B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel cell
coolant
cell stack
cooler
electrode
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP51085914A
Other languages
English (en)
Other versions
JPS5213637A (en
Inventor
カール・アンソニー・ライザー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
RTX Corp
Original Assignee
United Technologies Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by United Technologies Corp filed Critical United Technologies Corp
Publication of JPS5213637A publication Critical patent/JPS5213637A/ja
Publication of JPS5833670B2 publication Critical patent/JPS5833670B2/ja
Expired legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • 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
    • H01M8/04067Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
    • H01M8/04074Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28FDETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/04Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of rubber; of plastics material; of varnish
    • HELECTRICITY
    • 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
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/08Fuel cells with aqueous electrolytes
    • 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
    • F28D21/00Heat-exchange apparatus not covered by any of the groups F28D1/00 - F28D20/00
    • F28D2021/0019Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for
    • F28D2021/0043Other heat exchangers for particular applications; Heat exchange systems not otherwise provided for for fuel cells
    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料電池に係り、更に詳細には燃料電池より廃
熱を除去する装置に係る。
燃料電池のパワーセクションは電気的に直列に接続され
た複数個の電池を含んでいる。
燃料電池は水素を含む燃料や空気或は他の酸化剤の如き
反応剤を当技術分野に於て公知の形態にて直流電力を変
換するものである。
燃料電池は反応剤を該電池に運び込む為の流路を提供す
る分離板と分離板との間に挾まれている。
電気化学反応によりその副産物として廃熱が生成し、こ
の廃熱は燃料電池を所要の作動温度に維持するために制
御された形態にて取り除かれる必要がある、効率的な作
動のためには燃料電池を一様な温度に維持し且材利のも
つ適合性に合致した最大限のレベルに維持するのが望ま
しい。
燃料電池のパワーセクションより廃熱を除去する公知の
方法は燃料電池の平面に平行な熱交換面を使用すること
である。
かかる熱交換面はしばしば分離板を貫通する通路の形を
とっており、冷却液を運搬する導管を形成している。
この冷却液と分離板との接触を密にすることにより電池
と冷媒との間の熱伝達性が高められ、これにより両者間
の温度勾配が最少となる。
燃料電池のパワーセクションの出力密度及び熱特性に応
じて、数個の電池より廃熱を除去すべく冷却液通路が各
電池の間に使用されてよく或は一対の電池の間の冷却液
通路が使用されても良い。
後者の方が代表的である。かかる冷却液通路は通常分離
板内に配置されていた3かかる事実のために分離板は比
較的厚くならざるを得なかった。
冷却システムはパワーセクションの一部でアルので、こ
の冷却システムは電池の電気的ポテンシャルをかけられ
た状態にある。
大型のパワーセクションに於てはこの電気的ポテンシャ
ルは倒台或は何千ボルトと言うことさえあり得る。
従って冷却ループを通る電池と地面との間の電流(即ち
分流)は感知し得る電流れないと言うことは重要である
かかる分流はパワーセクションの構成要素やパイプに危
険な腐蝕を発生せしめ得るものであり、且ポテンシャル
的に有害な大きな出力損失を生じせしめ得るものである
かかる理由のために燃料電池の冷却システムには従来よ
り冷却液として誘電性の流体が使用されている。
何故ならば、この流体は電流を通し得ないからである。
誘電性の流体により冷却ループ内の分流に関連した問題
が解消されたが、これに関連した不利な点がいくつかあ
る。
例えば、油をベースとしたフッ化炭素或はシリコンの如
き誘電性の流体は燃料電池の温度にて作動し得るもので
あるが高価なものである。
誘電性の冷却液は比熱が小さいので電池を通るその流量
を大きくする必要があり、又冷却液ポンプにより消費さ
れるエネルギにより出力損失を生じる。
流量が多くなればなるほど流路を大きくする必要があり
、これによりパワーセクション及ヒソの接続配管の大き
さ及び費用が増大する。
誘電性の冷却液を使用することには上述の点板外にも不
利な点が幾つかある。
誘電性の冷却液に伝達される熱の量は電池の入口と電池
の出口とに於る温度差の関数である。
もし燃料電池の温度がある最大レベル以上に上昇するこ
とが許されないならば、燃料電池の面積の多くの部分は
必然的にこの最大温度以下の温度にて作動することにな
り、従って燃料電池を横切る方向の温度は非対称なもの
となる。
このことにより燃料電池の出力及び全体の効率は低減さ
れる。
又燃料電池は非常に誘電性流体に敏感である。
電池内に漏洩する誘電性冷却液の量が大きく燃料電池の
性能を低下し或は完全に燃料電池の作動を停止せしめる
ことさえあり得る。
誘電性冷却液は可燃性であり且有害な反応生成物を有す
ると言う事実の他にかかるポテンシャルの問題が存在す
る。
この上述の問題は誘電性冷却液の表面張力特性は小さく
これをシールするのが非常に困難であると言う事実のた
めに益々複雑なものとなっている。
本発明の一つの目的は、上述の不利な点を回避する燃料
電池のパワーセクションの冷却システムを提供すること
である。
本発明の他の目的は、燃料電池のパワーセクションを冷
却するための非常に効率的なシステムを提供することで
あり、このシステムはパワーセクションの内外にて最小
限の空間しか必要としないものである。
従って本発明は燃料電池の冷却器であり、この冷却器に
於ては冷却液が電池と電池の間のチューブ内に運ばれ、
該チューブは分離板の表面に形成された通路にて電池の
電極に隣接して配置されているものである。
換言すれば、冷却液を運搬するチューブは反応ガスを電
池電極に接触せしめるために通常使用されている積層体
の領域内に配置されているものと考えて良い。
一つの好ましい実施例に於ては、このチューブは電池よ
り電気的に絶縁されており且水が冷却液として使用され
ている。
チューブを分離板の表面に形成された通路内に配列する
ことにより、該分離板は通路か分離板内に配置されてい
た従来のものに比べて幾分か小さな厚さとすることがで
きるようになる。
好ましい実施例による単層の燃料電池パワーセクション
或は燃料電池積層体は積層体内の少なくとも一つの分離
板内に複数個のチューブを含んでいる。
このチューブは電池の作動温度に耐えることができ且反
応及び他の電池構成要素と両立し得る任意の誘電性材料
より作られて良い。
或はもしチューブがフッ化元素の如き誘電性材料により
被覆されてチューブ及び冷却流体を分離板のポテンシャ
ルより電気的に絶縁しており、電池積層体内の環境によ
る腐蝕より導電性ナユーブ材料を保護しているならば、
導電性のある材料よりなるナユ−ブが使用されて良い。
感知し得るほどの電流が冷却液を経て電池と地面との間
に流れる(即ち短絡)のを阻止するために、被覆に傷が
存在したり或は被覆が劣化している場合には、冷却シス
テムは冷却器チューブとアースされた冷却水供給システ
ムとの間に高い抵抗値を有する電気的通路を含んでいて
良い。
又各冷却器ナユーブ或はチューブ群直径に比して長さの
長い誘電性ホースにより積層体の冷却液マニホルドに接
続されていて良い。
導電性を制限すべく流量の小さい冷却水に関してこのよ
うにチューブを接続する方法が使用されて冷却液を通る
数十万θはどのインピーダンス通路が得られる。
本発明の好ましい実施例の他の特徴は、冷却器チューブ
或は冷却液マニホルドの非構造的領域に存在する犠牲的
電極(アノード)である。
冷却システムは犠牲的なアノード材料に於る電気腐蝕の
発生が少なくなるよう設計されており、これによりこの
冷却システムが作動している数年の間積層体の構成要素
の保全が維持されることを保証している。
以下に述べる本発明のこれらの特徴及び他の特徴により
積層体の寿命が長くなり且その作動を予見できるように
なる。
非誘電性の冷却液を使用することに対する主要な障害を
克服したので、水はその特性からみて優れた冷却液であ
ると考えられる。
水は非常に安価な冷却液であるのみならずその沸点が低
いので実際的な圧力レベルにて蒸発により廃熱を電池よ
り取り除くことができるものである。
水は蒸発すると一定温度にて熱を吸収し、入口より出ロ
迄一様な温度にて電池が作動し得るようにする。
水の沸騰温度は圧力の関数であるので、電池の温度レベ
ルは水/スナーム冷却液ループ内に於る圧力レベルを変
化させることにより制御されて良い。
水の蒸発熱が大きいと言うことは冷却器を通って循環さ
れる水の単位当りに対して多量の熱が伝達されることを
意味しており、これにより誘電性或は蒸発しない冷却液
に比べて数桁程度だけ冷却液の流量を低減するものであ
る。
従ってこのことによりポンプの大きさは小さくてよく冷
却液を送り出すための動力も小さくてすむ。
更にもし少量の水がチューブより漏洩しても電池には有
害ではない。
勿論水は有害ではない。
以下に添付の図を参照しつつ本発明をその実施例につい
て詳細に説明する。
本発明の一つの実施例として、第1図に示す燃料電池パ
ワープラントの冷却システムについて考える。
このパワープラントはそれぞれ一対の燃料電池積層体1
0.12を含んでいる。
本発明は一つの積層体或は任意の多数の積層体にも適用
し得るものであるので、図示の積層体の数は只単に例と
しての数である。
この実施例に於ては又一つ以上の積層体を含む他の実施
例に於ては、電気的に互に直列に且負荷14を経て例え
ば電気的接続16.18により接続されている。
又燃料電池積層体10,12は符号20で示す如く電気
的にアースされている。
各積層体10.12は複数個の燃料電池22を含んでい
る。
分離板24.24aが隣接する各一対の燃料電池を仕切
っており、該分離板は例えばグラファイトよりなってい
て良い。
分離板24゜24aは電気的に導電性があり、各燃料電
池22を直列にて電気接続するものである。
燃料電池22及び分離板24.24aは第2図に最もよ
く示されている。
各電池22は電解質を保持するマトリックス30により
正極26より隔置された負極28を含んでいる。
この実施例に於る電解質はリン酸である。
分離板24.24aの一方の面に於る溝部32.32a
はそれぞれ反応剤を負極28に伝達するものである。
又分離板24.24aの対向面に於る溝部34.34a
はそれぞれ酸化剤を正極26に伝達するものである。
酸化剤を伝達する溝は反応剤を伝達する溝に対して垂直
であり、それぞれ分離板の一方の側より他方の側に延び
ており、又マニホルド(図示せず)に接続されている。
この実施例に於ては電極は公知のガス拡散型であり、こ
れは酸化剤としての空気及び反応剤としての水素含有ガ
スに対して使用するのに適しているものである。
燃料電池22及び分離板24.24aのこれまでの説明
は只単にこの好ましい実施例を説明するためのものであ
って、本発明の範囲を特定の燃料電池の型に或は特定の
板材料或は形状に限定するものではない。
第1図に示す冷却システムに戻るが、各燃料電池の積層
体10.12はそれぞれ冷却器36゜38を含んでいる
この冷却器36,38はある非誘電性の冷却液が各積層
体の電池と熱伝達の関係をもつよう設計されている。
かかる好ましい実流側に於ては、冷却液は水である。
又冷却システムは循環系40を含んでいる。
循環系40は水を冷却器36.3Bに分配するための冷
却液供給ライン42と、水としてでてくる冷却液及び冷
却器36.38よりでてくる蒸気を収集するための冷却
液収集ライン44と、水より蒸気を分離するための蒸気
分離器46と、水を冷却システムに循環させるためのポ
ンプ48と、分離器46より冷却液供給ライン42へ水
を戻すための導管50とを含んでいる。
又循環系40はこの循環系に補充用の水を追加するため
の導管52を含んでいる。
この補充用の水は水タンクよりきてよく或は熱交換器或
はコンデンサの如きパワープラント内の他の装置より凝
縮されて良い。
水の内の蒸気の部分は導管54を経て分離器46より取
り除かれるようになっている。
蒸気が水素を生成すべく蒸気再生反応に使用されて良い
或は又蒸気は単に凝縮されて導管52を経て循環系に戻
されてよい。
この余剰の蒸気が如何にして使われるかと言うことは本
発明の一部を成すものではない。
循環系40に使用されている導管は導電性のあるもので
ある(即ち銅或は鋼鉄製のパイプ或はチューブである)
これらの導管は符号53にて示される位置に電気的にア
ースされているが、任意の位置にてアースされて良いO 本発明の要件ではないが、この実施例に於る各冷却器3
6.38は同一のものであり、対応する部分には同一の
符号を付しである。
各冷却器は分離板24aを貫通する複数個の冷却器チュ
ーブ60と流体的に連通接続された入口空間及び出口空
間56.58を含んでいる。
このチューブ60及び分離板24aは第2図及び第3図
に明瞭に示されている。
冷却器チューブ60は分離板24aに形成された通路6
2内に配置されている。
通路62は溝部32aと交互になっており又これと平行
である。
制作誤差のためにチューブ60と通路62の壁との間の
空気隙間を避けることは困難である。
空気は熱の伝導性が悪いので、このシステムの熱伝達性
を最大限にするためには、これらの空気隙間は作動温度
に於て電解質と両立し得る燃伝達性グリースで充満され
て良い。
チューブ60はヘッダー66.6B(第3図参照)によ
り接続されており、共通の入口端部70及び共通の出口
端部72を有している。
ヘッダー66.68及びチューブ端部70.72は分離
板24aの外部に配置されているが必ずしもそうである
必要はない0 チューブ60は銅の如き電導性のある材料より作られて
いる。
燃料電池の積層内にて生成された電流が冷却水内を流れ
る(これによって潜在的に電池を短絡し且ナユーブ60
及び他の冷却システムの要素を腐蝕する可能性のある分
流が生じる)のを阻止すべく、チューブ60の外周面は
誘電性材料の被覆73を有している。
この誘電性材料は燃料電池の積層体の環境に耐え得るも
のであれば任意のものであって良い。
この実施例に於てはチューブ60の外壁面は誘電性材料
により被覆されているが、チューブ60の内壁面に被覆
することによっても同様の結果が遠戚され得る。
被覆の厚さは燃料電池の積層体の所要の寿命期間その被
覆を横切る方向の電位降下に耐え得るに充分でなければ
ならないが、このシステムの熱伝達率を過剰に低減する
ほど厚くすることはできない。
0.21crLの内径と0.32crfLの外径とを有
し且冷却液としての水を運搬する銅管60を有する本発
明による一つの積層体に於ては、チューブの外周面との
0.025crfL厚さのポリテトラフロロエチレン(
PTFE)の被覆は2000Vの電圧に耐え旦夕なくと
も4万時間作動し得ると言うことが計算された。
その計算に於ては燃料電池の最大温度が204℃と仮定
され且燃利電池に使用される電解質は燐酸と仮定された
この実施例に於てはPTFE が誘電性材料として使
用されているが、任意のフッ化炭素ポリマーが使用され
て良い。
分離板内の冷却器チューブの好ましい数及び大きさ又冷
却器チューブを担持する分離板の数は当業者により決定
されてよく又本発明の一部をなすものではない。
しかし本発明の重要な特徴の一つは、水が冷却液として
使用されてよく又その水の高い蒸発熱及び熱伝達特性の
ために冷却液の流量が小さくてすみ、これにより小さな
直径の冷却器チューブ及び他の冷却器導管が使用できる
ことである。
又このことにより従来の冷却システムによりこれまで積
層体の内外に占められていた空間を低減することができ
る。
例えば第3図より明らかな如く、本発明の形態により分
離板内に冷却器チューブを閉じ込めることにより、分離
板24と比べて分離板24aの厚さの増加は非常に小さ
いものとなる。
只一つ増加するものはガスを運搬する溝32aの大きさ
を増大する必要により生じるものであり、従ってこれら
の溝は燃料電池を正常に作動させるのに充分な量の反応
剤を運搬し得るようになっている。
かくして従来技術に比較して冷却器チューブと電池との
間の必要な距離は低減され冷却器の熱伝達機能が改善さ
れる。
従来技術によれば分離板内の通路にチューブを配列でき
るようにするために該分離板は二つに分割される必要が
あった。
かかる構造に於ては分割された二つの分離板の間には隙
間が生じるものであった。
この事実及びより厚い厚さのために従来の分離板に於て
はより大きな■2R降下が得られる。
又単−の分離板構造は費用と言う見地からかなり望まし
いものである。
燃料電池の酸素側(即ち酸素雰囲気中)よりも電池の水
素側(即ち水素雰囲気中)に冷却チューブをおくのが望
ましい。
何故ならば酸素雰囲気は水素雰囲気よりも腐蝕性が大き
く且多くの材料は正極よりも負極にふされしいからであ
る。
しかし適当な材料が選択される限り或は長寿命と言うこ
とが問題でなければ、このチューブはいずれの側に配置
されても良い。
作動に於ては、液状の水が導管74を経てチューブ60
に入る。
電池22により生成された熱が水の一部を蒸気に変える
(即ち二相冷却である)。
蒸気と水との混合物がチューブ60よりでて導管76を
経て分離器46に供給され、この分離器46に於て水は
循環系40内に保存され、蒸気はパワープラントの他の
場所にて使用される。
この実施例に於てはグラファイト分離板24゜24aは
多孔性であり、燐酸電解質で飽和されようとする傾向が
ある。
又冷却器チューブ60は電解質で飽和された電池の電極
28に接触していて良い。
かかる理由のためにチューブ60上の誘電性の被覆73
は燐酸と両立し得るものでなければならない。
又望ましいことではないが電解質が誘電性被覆内の欠損
部を充満し、これにより冷却器チューブに良好な電気的
通路が得られる。
高い信頼性を保護すべく本発明の好ましい実施例に於て
は、一つ或はそれ以上の冷却器チューブ上に設けられた
誘電性被覆は初めから良好ではなく或はパワープラント
の作動のうちの初期に於て良好ではなくなると言う仮定
のもとにパワープラントが設計されている。
例えば出入口の空間及び再循環系を含む冷却システムが
完全に導電性があり且電気的にアースされていると仮定
しよう。
その場合には冷却器チューブの誘電性被覆内の欠損部に
よりパワープラントが短絡することがあり得るであろう
何故ならば、電極28からの或は分離板24aからの電
流が(電極或は分離板に直接接触して或は欠損部内の電
解質を経て)誘電性被覆の欠損位置にて冷却器チューブ
内に流れ込み冷却システムの冷却液及び導管を経て地面
に流れ込むからである。
このようなことがおこるのを阻彪すべく第1図に示す好
ましい実施例に於ては、導管74 、76が出入口空間
56.58を冷却器チューブの端部70.72に接続し
ており又それぞれ誘電性壁部7B、80が設けられてい
る。
この誘電性壁部78.80の直径に対する長さの比は、
もし誘電性被覆内に傷があれば、分離板24aと出入口
空間との間の電位差による冷却液内の電流の大きさが充
分低いレベルに低減されるよう選択されており、この電
流はこのような特徴がない場合よりも小さい6〜8桁程
度小さい大きさである。
例えば誘電性壁部78が0.45crfLの内径と13
.3αの長さを有するポリテトラフロロエチレン製のホ
ースであると仮定しよう。
又作動温度に於ろ水の導電率が10マイクロモーと仮定
しよう。
更に冷却器チューブ70より入口空間56迄の電位降下
が300Vであると仮定しよう。
その結果得られる電流は約36X10−’Aであろう。
電流をこのような低いレベルに低減することにより、燃
料電池の短絡と言う問題は解消される。
更にこの分流を低減するためにこの特定の実施例に於て
は、循環系40を出入口空間56 、58に接続する導
管88が誘電性壁部90を含んでおりこれら出入口空間
と循環系40との間の冷却液を通る高い抵抗値を有する
電気的通路を作り出している。
出入口空間56.58は電気的コネクタ82.84によ
り各積層の電位の低い端部に電気的に接続されている。
従って冷却器チューブの端部70,72と出入口空間5
6.58との間の最大電位降下は分離板24aの電位と
各積層体の電位の低い端部における電位との間の電位差
である。
直列に接続された電位積層体群内に第一の積層体がなけ
れば、この電位差は常に出入口空間が循環系40を経て
直接アースされている場合の電位差よりも小さい。
短絡と言う問題を解決することにより、誘電性壁部7B
、80により作られた高い抵抗値を有する電気的通路の
電位の高い端部である冷却器ナユーブの端部70.72
に於て腐蝕と言う問題が生じる。
金属チューブの端部70.72は正極として作用し、一
方高い抵抗値を有する電気的通路の他の端部に於る導管
74,76の金属部は負極として作用する。
このチューブ端部70,72に於る腐蝕の速度は電解質
通路の抵抗及び印加電圧の差によって決定される。
短期間に対してはチューブ端部70,72のこの腐蝕は
電流が非常に小さいために極くわずかなものであるが、
長期間(即ち数年)に対しては腐蝕の程度は重要な問題
である。
かかる腐蝕より保護するためにチューブ端部70.72
は各々犠牲的な電極材料を含んでいる。
この犠牲的な材料は単にチューブ端部の延長部上であっ
てよく或は第1図の如く例えば冷却器のチューブ端部に
取り付けられた亜鉛製のインサート86(第4図に示す
)であって良い。
チューブ材料よりも低い電位に於て腐蝕する任意の材料
が犠牲的電極材料として使用されて良い。
これと同様な構造が循環系40と出入口空間56.58
との間に於る高い抵抗値を有する電気的通路の電位の高
い端部92に設けられている。
更に分流の大きさを最小限にするためには、少くとも約
2万β/crrLの抵抗率を有する水の如き良質の水が
冷却液として使用されるのが好ましい。
しかし長寿命と言うことが一つの要因ではなく或は冷却
液の低抵抗率が冷却システムの他の特徴により補償され
るならば許容できる抵抗率の最小値は遥に小さなもので
あろう。
上述の好ましい実施例に於ては分流を完全に除去すべく
ナユーブ60は誘電性材料にて被覆されているが、場合
によっては分流及び電気化学的腐蝕の速度を許容し得る
レベルに低減するためには、電流が冷却液を通って流れ
るようにして只単に冷却システムの他の特徴に頼ること
が望ましいこともある。
その場合電解質と両立し得る導電性被覆がチューブ60
上に使用されている。
以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例にのみ限られるものでは
なく、本発明の範囲内にて種々の変更並びに修正が可能
であることは当業者にとって明らかであろう。
【図面の簡単な説明】 第1図は互に電気的に直列に接続された二つの燃料電池
積層体を有し見本発明の特徴を有する燃料電池パワープ
ラントの一部を示す肩囲的断面図である。 第2図は第1図の線2−2に沿った拡大断面図である。 第3図は第1図の一つの積層体内の分離板、燃料電池及
び冷却器ナユーブの一部を破断じた肩囲的斜視図である
。 第4図は第1図の積層体内にて使用されている犠牲的電
極(アノード)の拡大断面図である。 10.12・・・・・・燃料電池積層体、14・・・・
・・負荷、16.18・・・・・・電気的接続、20・
・・・・・アース、22・・・・・・燃料電池、24.
24a・・・・・・分離板、26・・・・・・正極、2
8・・・・・・負極、30・・・・・・電解質を保持し
ているマトリックス、32.32a、34゜34a・・
・・・・溝部、36.38・・・・・・冷却器、40・
・・・・・循環系、42・・・・・・冷却液供給ライン
、44・・・・・・冷却液収集ライン、46・・・・・
・蒸気分離器、48・・・・・・ポンプ、50,52・
・・・・・導管、53・・・・・・アース、54・・・
・・・導管、56・・・・・・入口空間、58・・・・
・・出口空間、60・・・・・・冷却器チューブ、62
・・・・・・通路、66.68・・・・・・ヘッダー
70・・・・・・入口端部、72・・・・・・出口端部
、73・・・・・・被覆、74.76・・・・・・導管
、78,80・・・・・・誘電性壁部、82,84・・
・・・・電気的コネクター、86・・・・・・インサー
ト、88・・・・・・導管、90・・・・・・誘電性壁
部、92・・・・・・ポテンシャルの高い端部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 電気的に直列に接続された複数個の電池と、互に隣
    接する二つの電池の間に配置された導電性の分離板とを
    含み、前記分離板の両面の各一つは各電池に面しており
    、前記各電池は互に隔置された正極と負極と電解質を保
    持すべく両電極間に配置されたマ) IJラックス含ん
    でおり、前記分離板の両面は各々前記電極より隔置され
    た部分を含み酸化剤及び反応剤のガスをそれぞれ前記正
    極及び前記負極に接触させるためのガス用空隙を各分離
    板と電極との間に郭定しており、冷却液を前記電池に対
    し熱交換関係にもたらすべく前記分離板の少なくとも一
    つに形成された通路内に配置された複数個の冷却器チュ
    ーブを含む冷却装置を有する燃料電池積層体にして、前
    記冷却液として水が使用され、前記冷却器チューブは内
    面及び外面を有する導電性の壁を有し、前記外面上には
    前記電池に使用される電解質と両立し得る誘電性材料よ
    りなる連続した被覆が設けられており、前記冷却装置を
    冷却液循環装置へ接続する導管手段が設けられており、
    該導管手段は電気的に接地されており且前記冷却液を経
    て導通する電流経路に対し高い電気抵抗を呈するよう構
    成されていることを特徴とする燃料電池積層体。 2、特許請求の範囲第1項の燃料電池積層体にして、前
    記電池は各々リン酸電解質を含み、前記誘電性材料はフ
    ッ化炭素ポリマーであることを特徴とする燃料電池積層
    体。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項の燃料電池積層体
    にして、前記冷却器チューブは前記の高い電気抵抗の通
    路の電位の高い端部に犠牲的電極材料を含むことを特徴
    とする燃料電池積層体。
JP51085914A 1975-07-21 1976-07-19 冷却システムを有する燃料電池積層体 Expired JPS5833670B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US05/597,614 US3964930A (en) 1975-07-21 1975-07-21 Fuel cell cooling system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5213637A JPS5213637A (en) 1977-02-02
JPS5833670B2 true JPS5833670B2 (ja) 1983-07-21

Family

ID=24392234

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP51085914A Expired JPS5833670B2 (ja) 1975-07-21 1976-07-19 冷却システムを有する燃料電池積層体

Country Status (7)

Country Link
US (1) US3964930A (ja)
JP (1) JPS5833670B2 (ja)
CA (1) CA1065395A (ja)
DE (1) DE2631113C2 (ja)
FR (1) FR2319208A1 (ja)
GB (1) GB1558081A (ja)
IL (1) IL49873A (ja)

Families Citing this family (94)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4157327A (en) * 1977-12-27 1979-06-05 United Technologies Corporation Thermally conductive caulk
US4182795A (en) * 1978-07-10 1980-01-08 Energy Research Corporation Fuel cell thermal control and reforming of process gas hydrocarbons
US4169917A (en) * 1978-07-10 1979-10-02 Energy Research Corporation Electrochemical cell and separator plate thereof
US4233369A (en) * 1979-10-29 1980-11-11 United Technologies Corporation Fuel cell cooler assembly and edge seal means therefor
US4245009A (en) * 1979-10-29 1981-01-13 United Technologies Corporation Porous coolant tube holder for fuel cell stack
US4310605A (en) * 1980-09-22 1982-01-12 Engelhard Minerals & Chemicals Corp. Fuel cell system
US4467018A (en) * 1981-07-31 1984-08-21 Electric Power Research Institute Manifold dielectric barrier for a fuel cell electrical power generation system
US4582765A (en) * 1981-08-25 1986-04-15 The United States Of America As Represented By The United States Department Of Energy Fuel cell system with coolant flow reversal
JPS58220368A (ja) * 1982-06-15 1983-12-21 Toshiba Corp 燃料電池
US4478918A (en) * 1981-12-25 1984-10-23 Tokyo Shibaura Denki Kabushiki Kaisha Fuel cell stack
DE3218410A1 (de) * 1982-05-15 1983-11-17 Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn GmbH & Co KG, 5790 Brilon Galvanisches element, insbesondere metall-luft-zelle
JPS5973855A (ja) * 1982-10-19 1984-04-26 Toshiba Corp 燃料電池装置
CA1229376A (en) * 1983-06-02 1987-11-17 John Werth Fuel cell crimp-resistant cooling device with internal support
EP0128023B1 (en) 1983-06-02 1987-10-21 Engelhard Corporation Cooling assembly for fuel cells
JPS60101381U (ja) * 1983-12-16 1985-07-10 株式会社 富士電機総合研究所 燃料電池の冷却板構造
US4567119A (en) * 1984-03-12 1986-01-28 Hughes Aircraft Company Nickel-hydrogen bipolar battery
US4548875A (en) * 1984-03-27 1985-10-22 Westinghouse Electric Corp. Heated transportable fuel cell cartridges
US4664988A (en) * 1984-04-06 1987-05-12 Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Fuel cell electrode substrate incorporating separator as an intercooler and process for preparation thereof
US4629537A (en) * 1985-05-17 1986-12-16 Hsu Michael S Compact, light-weight, solid-oxide electrochemical converter
JPH0624135B2 (ja) * 1985-10-30 1994-03-30 東京電力株式会社 燃料電池発電システム
CA1297310C (en) * 1987-06-15 1992-03-17 Martin L. Abrams Fuel cell stack cooling system
JPH01149372A (ja) * 1987-12-04 1989-06-12 Toshiba Corp 燃料電池
US5023151A (en) * 1990-10-01 1991-06-11 International Fuel Cells Corporation Power plant cogeneration control
US5242764A (en) * 1991-12-17 1993-09-07 Bcs Technology, Inc. Near ambient, unhumidified solid polymer fuel cell
US5318863A (en) * 1991-12-17 1994-06-07 Bcs Technology, Inc. Near ambient, unhumidified solid polymer fuel cell
DK0671058T3 (da) * 1992-11-25 1997-02-17 Michael S Hsu Integration af termisk udstråling med regenerativ opvarmning i en elektrokemisk højtemperaturomformer
US5338622A (en) * 1993-04-12 1994-08-16 Ztek Corporation Thermal control apparatus
DE69514907T2 (de) * 1994-03-21 2000-06-29 Ztek Corp Elektrochemischer Konverter mit optimaler Druckverteilung
US5693201A (en) * 1994-08-08 1997-12-02 Ztek Corporation Ultra-high efficiency turbine and fuel cell combination
US5501781A (en) * 1994-08-08 1996-03-26 Ztek Corporation Electrochemical converter having internal thermal integration
US5948221A (en) * 1994-08-08 1999-09-07 Ztek Corporation Pressurized, integrated electrochemical converter energy system
US5804326A (en) * 1996-12-20 1998-09-08 Ballard Power Systems Inc. Integrated reactant and coolant fluid flow field layer for an electrochemical fuel cell
KR100216496B1 (ko) * 1997-03-11 1999-08-16 허동수 연료 전지 발전 시스템의 냉각단에 사용되는 냉각 튜브 및 그 제조방법
US6030718A (en) * 1997-11-20 2000-02-29 Avista Corporation Proton exchange membrane fuel cell power system
US6387556B1 (en) 1997-11-20 2002-05-14 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems and methods of controlling a fuel cell power system
USRE39556E1 (en) * 1997-11-20 2007-04-10 Relion, Inc. Fuel cell and method for controlling same
US6096449A (en) * 1997-11-20 2000-08-01 Avista Labs Fuel cell and method for controlling same
GB9814120D0 (en) * 1998-07-01 1998-08-26 British Gas Plc Cooling of fuel cell stacks
ATE295616T1 (de) * 1998-09-22 2005-05-15 Ballard Power Systems Kühlsubsystem mit frostschutzmittel
AU1369200A (en) 1998-12-01 2000-06-19 Ballard Power Systems Inc. Method and apparatus for controlling the temperature within an electrochemical fuel cell
JP4842420B2 (ja) 1999-09-28 2011-12-21 トヨタ自動車株式会社 冷却液、冷却液の封入方法および冷却システム
US6428918B1 (en) 2000-04-07 2002-08-06 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power systems, direct current voltage converters, fuel cell power generation methods, power conditioning methods and direct current power conditioning methods
US6468682B1 (en) 2000-05-17 2002-10-22 Avista Laboratories, Inc. Ion exchange membrane fuel cell
US7326480B2 (en) * 2000-05-17 2008-02-05 Relion, Inc. Fuel cell power system and method of controlling a fuel cell power system
US6630259B2 (en) 2001-05-23 2003-10-07 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power system performing AC inversion, method of distributing AC power, and method of operating a fuel cell power system
US6497974B2 (en) 2001-05-23 2002-12-24 Avista Laboratories, Inc. Fuel cell power system, method of distributing power, and method of operating a fuel cell power system
US6532792B2 (en) 2001-07-26 2003-03-18 Avista Laboratories, Inc. Method of compensating a MOS gas sensor, method of manufacturing a MOS gas sensor, MOS gas sensor, and fuel cell system
US20030035984A1 (en) 2001-08-15 2003-02-20 Colborn Jeffrey A. Metal fuel cell system for providing backup power to one or more loads
DE10150258A1 (de) * 2001-10-11 2003-04-17 Degussa Leitungssystem für Fluide und Gase in einer Brennstoffzelle
US6740440B2 (en) 2002-09-23 2004-05-25 General Motors Corporation Inexpensive dielectric coolant for fuel cell stacks
US6977121B2 (en) * 2003-04-03 2005-12-20 Utc Fuel Cells, Llc Fuel cell power plant having a fuel concentration sensor cell
DE10316996A1 (de) * 2003-04-11 2004-10-28 Degussa Ag Leitungssystem für Fluide und Gase in einer Brennstoffzelle
FR2856198B1 (fr) * 2003-06-16 2005-12-16 Renault Sa Cogeneration d'electricite par utilisation de l'effet seebeck a l'interieur d'une pile a combustible
US20050275233A1 (en) * 2004-06-15 2005-12-15 Lisa Leighton Ergonomic propane tank carrier and stabilizer
NZ553332A (en) * 2004-09-08 2010-12-24 Honeywell Int Inc Colorant treated ion exchange resins, method of making, heat transfer systems and assemblies containing the same, and method of use
RU2007112832A (ru) * 2004-09-08 2008-10-20 Хонейвелл Интернэшнл Инк. (Us) Окрашенные теплоносители, содержащие их устройства теплопередачи и агрегаты, содержащие такие устройства
US20090266519A1 (en) * 2004-09-08 2009-10-29 Honeywell International Inc. Heat transfer system, fluid, and method
US8658326B2 (en) 2004-09-08 2014-02-25 Prestone Products Corporation Heat transfer system, fluid, and method
KR101207886B1 (ko) * 2004-09-08 2012-12-05 프레스톤 프로닥츠 코포레이션 부식 억제제, 부식 억제 열 전달 유체, 및 이들의 사용
WO2006029327A2 (en) * 2004-09-08 2006-03-16 Honeywell International Inc. Treated ion exchange resins, method of making, assemblies and heat transfer systems containing the same, and method of use
DE102006047493B4 (de) 2006-10-05 2010-01-07 Ws Reformer Gmbh Brennstoffzellensystem und Verfahren zur Erzeugung von Strom und Wärme aus flüssigen und gasförmigen Brennstoffen
DE102007044634B4 (de) * 2007-09-19 2009-09-10 Zentrum für Sonnenenergie- und Wasserstoff-Forschung Baden-Württemberg Gemeinnützige Stiftung Hochtemperatur-Polymer-Elektrolyt-Membran-Brennstoffzelle (HT-PEMFC) einschließlich Vorrichtungen zu deren Kühlung
DE102007060428B3 (de) * 2007-12-14 2009-05-07 Airbus Deutschland Gmbh Verdampfungsgekühltes Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Betreiben eines verdampfungsgekühlten Brennstoffzellensystems sowie seine Verwendung in einem Luftfahrzeug
US7951281B2 (en) * 2008-06-04 2011-05-31 Corning Incorporated Methods for diminishing or preventing the deposition of a metal oxide on an electrode surface
US8486552B2 (en) * 2008-06-30 2013-07-16 Lg Chem, Ltd. Battery module having cooling manifold with ported screws and method for cooling the battery module
US9140501B2 (en) * 2008-06-30 2015-09-22 Lg Chem, Ltd. Battery module having a rubber cooling manifold
US9759495B2 (en) * 2008-06-30 2017-09-12 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly having heat exchanger with serpentine flow path
US8403030B2 (en) * 2009-04-30 2013-03-26 Lg Chem, Ltd. Cooling manifold
US8663829B2 (en) * 2009-04-30 2014-03-04 Lg Chem, Ltd. Battery systems, battery modules, and method for cooling a battery module
US20100275619A1 (en) * 2009-04-30 2010-11-04 Lg Chem, Ltd. Cooling system for a battery system and a method for cooling the battery system
US8399118B2 (en) * 2009-07-29 2013-03-19 Lg Chem, Ltd. Battery module and method for cooling the battery module
US8399119B2 (en) * 2009-08-28 2013-03-19 Lg Chem, Ltd. Battery module and method for cooling the battery module
US8662153B2 (en) 2010-10-04 2014-03-04 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly, heat exchanger, and method for manufacturing the heat exchanger
US9605914B2 (en) 2012-03-29 2017-03-28 Lg Chem, Ltd. Battery system and method of assembling the battery system
US9105950B2 (en) 2012-03-29 2015-08-11 Lg Chem, Ltd. Battery system having an evaporative cooling member with a plate portion and a method for cooling the battery system
US9379420B2 (en) 2012-03-29 2016-06-28 Lg Chem, Ltd. Battery system and method for cooling the battery system
KR101337961B1 (ko) * 2012-05-07 2013-12-09 현대자동차주식회사 연료전지 스택용 매니폴드 블록
US8852781B2 (en) 2012-05-19 2014-10-07 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly and method for manufacturing a cooling fin for the battery cell assembly
US9306199B2 (en) 2012-08-16 2016-04-05 Lg Chem, Ltd. Battery module and method for assembling the battery module
US9083066B2 (en) 2012-11-27 2015-07-14 Lg Chem, Ltd. Battery system and method for cooling a battery cell assembly
US8852783B2 (en) 2013-02-13 2014-10-07 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly and method for manufacturing the battery cell assembly
US9647292B2 (en) 2013-04-12 2017-05-09 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly and method for manufacturing a cooling fin for the battery cell assembly
US9184424B2 (en) 2013-07-08 2015-11-10 Lg Chem, Ltd. Battery assembly
US9257732B2 (en) 2013-10-22 2016-02-09 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly
US9444124B2 (en) 2014-01-23 2016-09-13 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly and method for coupling a cooling fin to first and second cooling manifolds
US10770762B2 (en) 2014-05-09 2020-09-08 Lg Chem, Ltd. Battery module and method of assembling the battery module
US10084218B2 (en) 2014-05-09 2018-09-25 Lg Chem, Ltd. Battery pack and method of assembling the battery pack
US9484559B2 (en) 2014-10-10 2016-11-01 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly
US9412980B2 (en) 2014-10-17 2016-08-09 Lg Chem, Ltd. Battery cell assembly
US9786894B2 (en) 2014-11-03 2017-10-10 Lg Chem, Ltd. Battery pack
US9627724B2 (en) 2014-12-04 2017-04-18 Lg Chem, Ltd. Battery pack having a cooling plate assembly
DE102015214956A1 (de) 2015-08-05 2017-02-09 Volkswagen Ag Brennstoffzellensystem sowie Fahrzeug mit einem solchen
US11264625B2 (en) * 2018-09-12 2022-03-01 Fuelcell Energy, Inc. Two-phase water cooling in an electrochemical hydrogen separator
US11050069B2 (en) 2019-08-22 2021-06-29 Doosan Fuel Cell America, Inc. Fuel cell cooler plate

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3455743A (en) * 1966-02-01 1969-07-15 United Aircraft Corp Fuel cell with heat and water vapor removing means
DE1671882A1 (de) * 1967-02-09 1971-04-08 Siemens Ag Verfahren zur Abfuehrung der bei der elektrochemischen Umsetzung von Brennstoffen in Brennstoffelementen gebildeten Waerme
US3507702A (en) * 1967-02-15 1970-04-21 United Aircraft Corp Fuel cell system including cooling and humidifying means
DE1671974A1 (de) * 1967-03-22 1971-12-23 Varta Ag Verfahren und Vorrichtung zur Kuehlung einer Brennstoffbatterie ueber den Elektrolytkreislauf
US3498844A (en) * 1967-08-21 1970-03-03 United Aircraft Corp Fuel cell waste heat and water removal system
US3698957A (en) * 1970-12-16 1972-10-17 United Aircraft Corp Fuel cell system having a natural circulation boiler
US3761316A (en) * 1971-03-29 1973-09-25 United Aircraft Corp Fuel cell with evaporative cooling
US3801372A (en) * 1971-08-18 1974-04-02 United Aircraft Corp Fuel cell system comprising separate coolant loop and sensing means
US3834945A (en) * 1973-02-05 1974-09-10 Eltra Corp Water-cooled industrial battery
US3923546A (en) * 1974-12-13 1975-12-02 United Technologies Corp Corrosion protection for a fuel cell coolant system

Also Published As

Publication number Publication date
GB1558081A (en) 1979-12-19
DE2631113A1 (de) 1977-02-10
IL49873A0 (en) 1976-08-31
CA1065395A (en) 1979-10-30
IL49873A (en) 1978-07-31
DE2631113C2 (de) 1986-04-24
FR2319208B1 (ja) 1980-07-18
JPS5213637A (en) 1977-02-02
FR2319208A1 (fr) 1977-02-18
US3964930A (en) 1976-06-22

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JPS5833670B2 (ja) 冷却システムを有する燃料電池積層体
US3969145A (en) Fuel cell cooling system using a non-dielectric coolant
US3964929A (en) Fuel cell cooling system with shunt current protection
US4583583A (en) Fuel cell crimp-resistant cooling device with internal coil
US4945010A (en) Cooling assembly for fuel cells
JPH0421250Y2 (ja)
US20100068599A1 (en) Fuel cell stack
JPS61173470A (ja) 電気化学的電池の為の積極冷却型冷却装置
CN102272995B (zh) 包括热交换器的燃料电池系统
US20220131209A1 (en) Thermal Management of Battery Modules
EP3118923B1 (en) Electrolyte-circulating battery
US8703357B2 (en) Fuel cell stack
US20040023089A1 (en) Polymer electrolyte membrane fuel cell system comprising a cooling medium distribution space and cooling medium collection space, and with cooling effected by fluidic media
EP3660187A2 (en) Bipolar plate for use in an electrochemical device
DE2631132C2 (de) Brennstoffzellenkühlsystem
EP0128023B1 (en) Cooling assembly for fuel cells
JPS6240832B2 (ja)
JPS5983361A (ja) 燃料電池セル集積体
CA1229376A (en) Fuel cell crimp-resistant cooling device with internal support
JPS62103983A (ja) 燃料電池発電システム
JPH0514457Y2 (ja)
JPS6266581A (ja) 燃料電池
JPS63128562A (ja) 燃料電池
JP2003217628A (ja) 燃料電池ユニット
JP2005190763A (ja) 燃料電池