JPS62274562A - 固体電解質型燃料電池 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 ３、発明の詳細な説明 ［産業上の利用分野１ この発明は、固体電解質型燃料電池に関するもので、特
にその冷却方式に関するものである。

［固体電解質型燃料電池について］ ここで、簡単に固体電解質型燃料電池について説明して
おく。

第１図はその一例の円筒薄膜形のものである［註１１゜ ｌＯはその全体、１２はその基体管で、多孔質のセラミ
ックス（Ａ１２０３など）からなり、サイズは、たとえ
ば２１ｍ５φｘ５００〜７０（ｍＬ。

基体管１２上に、燃料電極１４．固体電解質１６、空気
電極１８の各層を順に設けて単位セル２０を形成し、イ
ンターコネクタ２２を介して直列に接続する。

なお、燃料電極１４は、高い気孔性の耐熱性金属または
合金（Ｐｔ　、Ｎｉ　、ＮｉＯなど）で作る。

固体電解質１６はイツトリア安定化ジルコニアなどで作
る。

空気電極１日は醇化ガス雰囲気中で安定で、電他作用に
必要な反応を促進する触媒作用を持つ金属または金属酸
化物（Ｐｔ、Ｎｉ、Ｎｉ−Ａｌ。

ＬａＣｏＯ３、ＬａＣｒＯ３など）で作る。

これら燃料電極１４．固体電解質１６．空気電極１８は
、数十〜１００　ＪＬｍ程度の薄さにして、極力電池内
での電圧降下を防いでいる（第１図では各厚みを誇張し
て描いである）。

２４は電流リード皮膜、２６はアルミナ気密皮膜、２８
はエンドキャップ（銅など）で電気出力端子を兼ねる。

基体管１２内を燃料ガス３０　（Ｈ２，Ｃｏ）が流れ、
空気電極１８の外側を空気３２（または０２）が流れて
、約１ｏｏｏ″ｃの高温で、発電を行う０反応生成ガス
３４　（Ｈ２０、ＣＯ２）は基体管１２の端から排出さ
れる。

［従来の技術とその問題点］ 燃料電池の発電反応は、発熱反応であるので、その動作
温度を適正な値に保つには、冷却が必要である。

一方、冷却にヒートパイプを用いるということは、広く
行われている。

そして、燃料電池の冷却への、ヒートパイプの適用は、
リン酸型において１次のように種々提案されている。

［そのｌ］ 第５図【註２１で、 ５０は単位セル、 ５２はガス分離板で、空気の溝５４（紙面と直角方向）
と水素ガスの溝５６（紙面と平行方向）が設けである。

５８は冷却板で、冷却空気の溝６０が設けである。また
空気の溝５４と水素ガスの溝５６も設けてあってガス分
離板５２を兼用している。

単位セル５０とガス分離板５２を数枚ａ層するごとに、
冷却板５８を介在させる。

冷却空気の溝６０の隔壁６２内にヒートバイブロ４を埋
設する（紙面と直角方向）。

そして、冷却空気の溝６０内を流れる空気との間で熱交
換を行い、高温の出口側の熱を低温の入口側に伝達する
。

・その問題点： 冷却板５８にヒートバイブロ４を備えるというのは、あ
くまでも積層構造の燃料電池の話である。　　　　　　
゛ 固体電解質型燃料電池のような高温（約ｔｏｏ。

０Ｃ）で使用する場合は、上記のような円筒状になさざ
るを得す、そのまま技術移入できない。

しその２］ 電解質保持板そのものにヒートパイプを使用する　［註
３１゜ ・その問題点： 固体電解質型燃料電池の場合は、上記のように電解質板
が１００ｇｍとたいへん薄く、また保持板といったちの
が存在しないため、応用できない。

［その他］ いろいろ提案されているが、固体電解質型燃料電池は動
作温度が１０００°Ｇと、従来のリン酸型（約２００’
Ｃ）に比べて非常に高温であり、形状も従来のものに比
べて特殊になるので、従来型の冷却方式をそのまま適用
することはできない。

［問題点を解決するための手段］ 第１図のように、 （１）基体管１２の内部に、フィン付きのヒートパイプ
４０を入れ、フィン４６を基体管１２の内面に接触させ
。

（２）フィン４６の形状を、らせん状にするか、または
円板状にしてそれにガスの通路４８を設ける、 こと岬こより、上記の問題の解決を図ったものである。

〔その説明］ ４０はヒートパイプの全体を示す（第１図）。

上記のように、固体電解質型燃料電池１０は１００Ｑ’
ｃという高温で動作するから、ヒートパイプ４０も高温
用のものでなければならない。

そこで、たとえば第２図のように、密閉容器４１を２層
構造とし、外層４２を熱伝導性がよくかつ耐食性のある
セラミックス製（ＳｉＣなど）とし、内層４４を＃熱金
属製（タングステン、タンタル、モリブデン、インコネ
ルなと）としていまたフィン４６も外層４２と同様な材
料で作る。

なお、このフィン４６を付けるのは、■ヒートパイプ４
０を基体管１２の直径方向の中央にごくとともに（つま
りスペーサの効果）、■燃料ガス３０の流路を確保し、
燃料電池を効率よく冷却し、■また長手方向の温度を均
一にするためである。

燃料ガス３０の流路を確保するためのフィン４６の形状
は、第１図のように、らせん状でもよいが、第２図のよ
うに円板状にして、それに溝状（第３図）、窓状（第４
図）などのガス通路４８を設けるようにしてもよい。

動作流体としては、Ｎａ、Ｃｓ、に、Ｌｉなどを使う。

ヒートパイプ４０の片端は、第１図のように、原則とし
て、燃料電池１０の外に出し、そこで放熱し、排熱を再
利用し、電池システム全体の効率をアップする。

また、この外に出た部分を利用して、ＴＬ池のスタート
アップ時に、効率よく加熱することができる［註４１゜ ただし、体発明においては、ヒートパイプ４０を燃料電
池１０の外に出さない場合も含む、それは、ヒートパイ
プ４０を燃料電池１０の外に出さなくても、電池内の温
度分布を均一にし、発電効率をアップすることができる
という作用があるからである。

［作　用］ 燃料電池１０で発生した高熱は、放射およびフィン４６
による伝導によりヒートパイプ４０に入り、外部に排出
されるか、または全体の均一化が図られる。

［発明の効果１ （１）ヒートパイプによって効果的に冷却することがで
きる。

（２）上記のように、ヒートパイプの片端を燃料電池の
外に出すことにより、排熱として利用でき、電池全体の
効率がアップする。また、発電を開始するときにも、ヒ
ートパイプの片端を加熱することにより、電池を急速に
昇温させることができる。

（３）電池内の温度分布を均一にすることにより、電池
全体の発電効率がアップする。

（４）フィン付きのヒートパイプを使い、フィンを基体
管の内面に接触させるようにしたので、ヒートパイプ４
０を基体管１２の中央に支持することができ、またフィ
ン４６による熱伝導も利用することができる。

（５）フィンの形状を、らせん状にするか、または□円
板状にしてそれにガスの通路を設けたので、燃料ガス３
０または反応生成ガス３４の流れに支障がない。

【図面の簡単な説明】

第１図は体発明の詳細な説明図、 第２図は、ヒートパイプ４０の一部の断面図、第３図と
第４図は、フィンの形状の説明図。 第５図は従来技術の一例の説明図。 １０：燃料電池　　　１２：基体管 １４：燃料電極　　　１６：固体電解質１８：空気電極
　　　２０：単位セル ３０：燃料ガス　　　３２：空気 ３４：反応生成ガス　４０：ヒートパイプ４１：ｖ、閉
容器　　　４２：外層 ４４：内層　　　　　４６：フイン ４８：ガス通路 ［参考文献］ ［１１吉沢編、燃料電池の電力貯蔵システム。 ２．８７〜９２．講談社

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）多孔質セラミックス管を基体管とし、その外側に
   、燃料電極、固体電解質、空気電極の層を順に設けた、
   円筒形の固体電解質型燃料電池において、 前記基体管の内部に、フィン付きのヒートパイプを入れ
   、フィンを基体管の内面に接触させるとともに、フィン
   の形状を、らせん状にするか、または円板状にして上記
   フィンの空隙をガスの通路としたことを特徴とする、固
   体電解質型燃料電池。
2. （２）ヒートパイプの密閉容器は、熱伝導性のよいセラ
   ミックス製の外層と、耐熱金属製の内層からなる２層構
   造で、フィンも熱伝導性のよいセラミックス製であるこ
   とを特徴とする、特許請求の範囲第１項に記載の、固体
   電解質型燃料電池。