JPS61161669A - 燃料電池 - Google Patents
燃料電池Info
- Publication number
- JPS61161669A JPS61161669A JP60000232A JP23285A JPS61161669A JP S61161669 A JPS61161669 A JP S61161669A JP 60000232 A JP60000232 A JP 60000232A JP 23285 A JP23285 A JP 23285A JP S61161669 A JPS61161669 A JP S61161669A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature
- unit
- cooling
- heat pipe
- cell
- 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.)
- Pending
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- 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
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
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- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔発明の利用分野〕
本発明は燃料電池に係り、水冷式クーリングホルダーに
はさまれた数セルの燃料電池の中央部近傍のユニットセ
ルをはさんで上下にヒートパイプ式冷却部を設置するこ
とにより、積層された燃料電池の高さ方向の温度分布を
均一化し、電池の高性能化、及び長寿命化を図ることが
できる燃料電池に関する。
はさまれた数セルの燃料電池の中央部近傍のユニットセ
ルをはさんで上下にヒートパイプ式冷却部を設置するこ
とにより、積層された燃料電池の高さ方向の温度分布を
均一化し、電池の高性能化、及び長寿命化を図ることが
できる燃料電池に関する。
従来は燃料と空気の流れ方向に対する２次元的な温度分
布を均一化させるためにリブ付きセパレータ内にヒート
パイプを取付けている。これによれば、゛ヒートパイプ
の加熱部と放熱部が同じセパレータ内に埋め込まれてい
るため、大きな温度差がとれず作動媒体が相変化して熱
輸送するのに適さない。また、積層された燃料電池の高
さ方向を含めた３次元的基度分布はかなり大きな温度プ
ロフィールを形成している。そのため、ユニットセ、Ｉ
・ルをあるピッチで水冷用のクーリングホルダーではさ
んで部分的に温度プロフィールを分割して平坦化しよう
としている。しかし、高さ方向の温度プロフィールを均
一化するために各ユニットセルの間にクーリングホルダ
ーを設置するとｔｏｔａｌの積層高さが増す上に、構造
上も冷却用配置が設置不可能となる。さらに、クーリン
グホルダーを多く設置すると、各マニホールド内で冷却
用配管のため構造が複雑となり、また冷却水を送るため
に所内部力が大きくなる問題もある。
布を均一化させるためにリブ付きセパレータ内にヒート
パイプを取付けている。これによれば、゛ヒートパイプ
の加熱部と放熱部が同じセパレータ内に埋め込まれてい
るため、大きな温度差がとれず作動媒体が相変化して熱
輸送するのに適さない。また、積層された燃料電池の高
さ方向を含めた３次元的基度分布はかなり大きな温度プ
ロフィールを形成している。そのため、ユニットセ、Ｉ
・ルをあるピッチで水冷用のクーリングホルダーではさ
んで部分的に温度プロフィールを分割して平坦化しよう
としている。しかし、高さ方向の温度プロフィールを均
一化するために各ユニットセルの間にクーリングホルダ
ーを設置するとｔｏｔａｌの積層高さが増す上に、構造
上も冷却用配置が設置不可能となる。さらに、クーリン
グホルダーを多く設置すると、各マニホールド内で冷却
用配管のため構造が複雑となり、また冷却水を送るため
に所内部力が大きくなる問題もある。
本発明は積層された燃料電池の高さ方向に温度分布を持
ち、特に従来の水冷、及び空冷を併用する冷却方式の場
合、水冷式クーリングホルダー間−で２次曲線的温度プ
ロフィールを持つため、性能及び寿命に低下をきたして
いたのを、この間の中央部近傍の最も温度の高いユニッ
トセルをヒートパイプ式冷却器ではさむことによシ、ヒ
ートパイプの熱輸送媒体の潜熱移動を利用して、中央部
の高温部を低下させるもので、本発明の目的は、水冷式
クーリングホルダー間における温度分布の均一化を図か
ることができるので、各スタックの性能向上、及び長寿
命化を図れる燃料電池を提供することにある。
ち、特に従来の水冷、及び空冷を併用する冷却方式の場
合、水冷式クーリングホルダー間−で２次曲線的温度プ
ロフィールを持つため、性能及び寿命に低下をきたして
いたのを、この間の中央部近傍の最も温度の高いユニッ
トセルをヒートパイプ式冷却器ではさむことによシ、ヒ
ートパイプの熱輸送媒体の潜熱移動を利用して、中央部
の高温部を低下させるもので、本発明の目的は、水冷式
クーリングホルダー間における温度分布の均一化を図か
ることができるので、各スタックの性能向上、及び長寿
命化を図れる燃料電池を提供することにある。
燃料電池発電システムにおいて、特に積層された電池本
体には象次元的に温度分布を生ずる。燃料、あるいは空
気（酸化剤）の流れ方向の２次元的な温度分布の平坦化
を同様、積層された電池高さ方向に大きな温度分布を生
ずるので、これを回避する必要がある。高さ方向の温度
分布は積層板の締め付は時の熱応力の発生、−゛あるい
は高さ方向ｉ′ のユニットセルの起電力のバラツキや電池寿命の低下等
を生ずる恐れがある。本発明は、従来のように燃料電池
数セルごとに水冷式のクーリングホルダーを設置して、
まず大きな温度プロフィールをクーリングホルダーのピ
ッチごとの小さな温度分布忙分割する。更に、これらの
Ｓ変分布の中で中央部の最も温度の高いユニットセルの
上下にヒートパイプ式冷却部を設ける。これにより、温
度のピーク値を下げ、クーリングホルダー間の分布を平
坦化することができる。この冷却部は水冷式ではなく、
例えば冷媒等を用いて蒸発潜熱を利用して外部へ放熱す
る方が、所内動力を使わず、大量の発生熱を除去するこ
とが可能である。また、ヒートパイプを埋め込むため、
各マニホールド内で配管する必要が無く、メンテナンス
フリーとなるので組立て、分解が容易でおるなどの利点
を持っている。
体には象次元的に温度分布を生ずる。燃料、あるいは空
気（酸化剤）の流れ方向の２次元的な温度分布の平坦化
を同様、積層された電池高さ方向に大きな温度分布を生
ずるので、これを回避する必要がある。高さ方向の温度
分布は積層板の締め付は時の熱応力の発生、−゛あるい
は高さ方向ｉ′ のユニットセルの起電力のバラツキや電池寿命の低下等
を生ずる恐れがある。本発明は、従来のように燃料電池
数セルごとに水冷式のクーリングホルダーを設置して、
まず大きな温度プロフィールをクーリングホルダーのピ
ッチごとの小さな温度分布忙分割する。更に、これらの
Ｓ変分布の中で中央部の最も温度の高いユニットセルの
上下にヒートパイプ式冷却部を設ける。これにより、温
度のピーク値を下げ、クーリングホルダー間の分布を平
坦化することができる。この冷却部は水冷式ではなく、
例えば冷媒等を用いて蒸発潜熱を利用して外部へ放熱す
る方が、所内動力を使わず、大量の発生熱を除去するこ
とが可能である。また、ヒートパイプを埋め込むため、
各マニホールド内で配管する必要が無く、メンテナンス
フリーとなるので組立て、分解が容易でおるなどの利点
を持っている。
本発明の一実施例を第１図により説明する。まず、本発
明の構造はユニットセル１を数け、例えば本図の場合５
ケをはさんで水冷式クーリングホルダー１６を設置する
。ここで、ユニットセル１は電解質板２をはさんで、−
ヒにアノード３、下にカソード４が配置され、さらにア
ノード３上部には燃料６が流れるための燃料用通路７の
付いたセパレータ５を、カソード４下部には空気８が流
れるための空気用通路９の付いえセパレータ５を設置し
て構成される。そして、５ケのユニットセルｌの中央部
は最も温度が高いので、ここでの除熱用にヒートパイプ
式冷却部１０を中央のユニットセルｌの上下に設置する
。以上の構成を数ピッチ繰シ返して１つの積層された燃
料電池を構成している。
明の構造はユニットセル１を数け、例えば本図の場合５
ケをはさんで水冷式クーリングホルダー１６を設置する
。ここで、ユニットセル１は電解質板２をはさんで、−
ヒにアノード３、下にカソード４が配置され、さらにア
ノード３上部には燃料６が流れるための燃料用通路７の
付いたセパレータ５を、カソード４下部には空気８が流
れるための空気用通路９の付いえセパレータ５を設置し
て構成される。そして、５ケのユニットセルｌの中央部
は最も温度が高いので、ここでの除熱用にヒートパイプ
式冷却部１０を中央のユニットセルｌの上下に設置する
。以上の構成を数ピッチ繰シ返して１つの積層された燃
料電池を構成している。
そこで、次に本発明のヒートパイプ式冷却部１０の構造
を第２図によシ説明する。ヒートパイプ式冷却部１０は
セパレータ５と同様の材質のもので構成され、この内部
に数本のヒートパイプ１１を埋め込む。この際、プレー
ト内が蒸発部になり、外部に放熱部を置き、ここは放熱
用のフィン１２を付ける。
を第２図によシ説明する。ヒートパイプ式冷却部１０は
セパレータ５と同様の材質のもので構成され、この内部
に数本のヒートパイプ１１を埋め込む。この際、プレー
ト内が蒸発部になり、外部に放熱部を置き、ここは放熱
用のフィン１２を付ける。
次に、動作の一例を示す。各ユニットセル１ごとに燃料
６、及び空気８を流すと、アノード３とカソード４で電
気化学反応を生じ、それに伴ない発熱する。ここで生じ
た熱は熱伝導にょシセパレータ５を通って５セルピツチ
に設置された水冷式クーリングホルダー１６を流れる冷
却水１５へ伝わって外部へ流出する。もちろん、燃料電
池のハウジング内へも放熱する。ところで、この場合、
第３図に示すように積層された燃料電池の高さ方向には
クーリングホルダー１６ごとに２次曲線的温度プロフィ
ールが形成される。そこでユニットセル１中央部の高温
状態を低下させるために、ヒートパイプ式冷却部１０を
設置すると、中央部の温度のピーク値は低下し、全体的
に温度分布が平坦化され、しかも電池内の温度レベルは
低くなる。
６、及び空気８を流すと、アノード３とカソード４で電
気化学反応を生じ、それに伴ない発熱する。ここで生じ
た熱は熱伝導にょシセパレータ５を通って５セルピツチ
に設置された水冷式クーリングホルダー１６を流れる冷
却水１５へ伝わって外部へ流出する。もちろん、燃料電
池のハウジング内へも放熱する。ところで、この場合、
第３図に示すように積層された燃料電池の高さ方向には
クーリングホルダー１６ごとに２次曲線的温度プロフィ
ールが形成される。そこでユニットセル１中央部の高温
状態を低下させるために、ヒートパイプ式冷却部１０を
設置すると、中央部の温度のピーク値は低下し、全体的
に温度分布が平坦化され、しかも電池内の温度レベルは
低くなる。
しかし、電池の性能は温度に比例して大きくなるが、逆
にあまり温度が高いと寿命が低下するなどの問題があり
、システム運転上、許容され得る最高温度Ｔｒｒｍまで
の温度上昇がゆるされるので、冷却水側の流量範囲を低
く抑えることができるので有効である。なお、ヒートパ
イプの作動媒体としては、リン酸型の場合中温度レベル
であるから水が、溶融炭酸塩型の場合、高温度レベルで
あるから液体金属等が有効と考えられる。但し、これら
の絶縁を行うことは必要である。
にあまり温度が高いと寿命が低下するなどの問題があり
、システム運転上、許容され得る最高温度Ｔｒｒｍまで
の温度上昇がゆるされるので、冷却水側の流量範囲を低
く抑えることができるので有効である。なお、ヒートパ
イプの作動媒体としては、リン酸型の場合中温度レベル
であるから水が、溶融炭酸塩型の場合、高温度レベルで
あるから液体金属等が有効と考えられる。但し、これら
の絶縁を行うことは必要である。
以上の発明から明らかなように、本発明によれば、水冷
式グーリングホルダーにはさまれた数セルの燃料電池の
中央部近傍の最も高温部の上下にヒートパイプ式冷却部
を設置し、無動力で高温部の温度を低下できるので、ク
ーリングホルダー間の温度分布が平坦化され、これによ
り温度分布の均一化は電池性能の向上、及び長寿命化を
図ることができるので、高性能な燃料電池を達成するこ
とができる。
式グーリングホルダーにはさまれた数セルの燃料電池の
中央部近傍の最も高温部の上下にヒートパイプ式冷却部
を設置し、無動力で高温部の温度を低下できるので、ク
ーリングホルダー間の温度分布が平坦化され、これによ
り温度分布の均一化は電池性能の向上、及び長寿命化を
図ることができるので、高性能な燃料電池を達成するこ
とができる。
第１図は本発明の一実施例の斜視図、第２図は、本発明
の縦断面図、第３図は本発明の冷却システムと温度分布
の説明図である。 １・・・ユニットセル、５・・・セパレータ、６・・・
燃料、７・・・燃料用通路、９・・・空気用通路、ＩＯ
・・・ヒートパイプ式冷却部、１１・・・ヒートパイプ
、１６・・・水冷式クーリングホルダー。 不１図 （α） も１図 （ｂ） （α） （ｂ）
の縦断面図、第３図は本発明の冷却システムと温度分布
の説明図である。 １・・・ユニットセル、５・・・セパレータ、６・・・
燃料、７・・・燃料用通路、９・・・空気用通路、ＩＯ
・・・ヒートパイプ式冷却部、１１・・・ヒートパイプ
、１６・・・水冷式クーリングホルダー。 不１図 （α） も１図 （ｂ） （α） （ｂ）
Claims (1)
- １、水冷式クーリング・ホルダーにはさまれて積層され
た数セルの燃料電池の中央部のユニットセルをはさんで
上下にヒートパイプ式冷却部材を設置したことを特徴と
する燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60000232A JPS61161669A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60000232A JPS61161669A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61161669A true JPS61161669A (ja) | 1986-07-22 |
Family
ID=11468219
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60000232A Pending JPS61161669A (ja) | 1985-01-07 | 1985-01-07 | 燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS61161669A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000060687A1 (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | Plug Power Inc. | Fluid flow plate, fuel cell assembly system, and method employing same for controlling heat in fuel cells |
| US8679693B2 (en) | 2009-05-11 | 2014-03-25 | Commissariat à l′énergie atomique et aux énergies alternatives | Compact fuel cell |
-
1985
- 1985-01-07 JP JP60000232A patent/JPS61161669A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000060687A1 (en) * | 1999-04-01 | 2000-10-12 | Plug Power Inc. | Fluid flow plate, fuel cell assembly system, and method employing same for controlling heat in fuel cells |
| US8679693B2 (en) | 2009-05-11 | 2014-03-25 | Commissariat à l′énergie atomique et aux énergies alternatives | Compact fuel cell |
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