JPS63294670A - 空冷式燃料電池 - Google Patents

空冷式燃料電池

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Publication number
JPS63294670A
JPS63294670A JP62130201A JP13020187A JPS63294670A JP S63294670 A JPS63294670 A JP S63294670A JP 62130201 A JP62130201 A JP 62130201A JP 13020187 A JP13020187 A JP 13020187A JP S63294670 A JPS63294670 A JP S63294670A
Authority
JP
Japan
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air
flow path
gas flow
cooling
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
Application number
JP62130201A
Other languages
English (en)
Inventor
Kenro Mitsuta
憲朗 光田
Akira Sasaki
明 佐々木
Shuichi Matsumoto
秀一 松本
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.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
Priority to JP62130201A priority Critical patent/JPS63294670A/ja
Publication of JPS63294670A publication Critical patent/JPS63294670A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • H01M8/04014Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
    • 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

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、空冷式燃料電池に関し、特に冷却ガス及び
酸化剤ガスの供給方法に関すふものである。
〔従来の技術〕
第2図は例えば特開昭58−1’78964号公報に示
された一般的な空冷式燃料電池の積層体を示す斜視図で
ある。図において、(1)は積層体、(2)は冷却板、
(3)は冷却板に設けられた冷却ガス流路%(4)Vi
酸化剤電極とガス分離板との聞く設けられた酸化剤ガス
流路、(5)は燃料電極とガス分離板との間に設けられ
た燃料ガス流路であり、ごく一般的なものなのでwEz
図にはあまり詳細には示していないが、燃料電極と酸化
剤IE極間に電解質マトリックスを介在した単電池、お
よび上記燃料1極に対設する燃料ガス流路(5)と上記
酸化剤電極に対設する酸化剤ガス流路(4)とを分離す
るガス分離板を交互に積層し、上記酸化剤ガス流路に並
行する冷却ガス流路(3)を有する冷却板(2)を上記
単電池とガス分離板の数個毎に挿入して積層体(1)が
構成されている。なお1図中、実線矢印は空気の、破線
矢印は燃料ガスの流れる方向を示す。
また@3図は、同じく特開昭58−1’78964号公
報に示された従来の空冷式燃料電池の空気供給経路を示
す説明図であり1図において、(6)は冷却ガス及び酸
化剤ガスの入口側マニホールド、(7)は冷却ガス及び
酸化剤ガスの出口側マニホールド、(8)は燃料ガスの
入口側マニホールド、(9)は燃料ガスの出口側マニホ
ールド、αGは循環ルート、(6)は空気出口、(2)
は空気入口、Q3はブロワ、α4は空気出口流量の調整
弁、(ト)は空気入口流量の調整弁、α・は熱交換器で
ある。
次に動作にりhて説明する。ニアコンプレッサーなどか
ら送り込まれる空気は、空気入口(至)から循環ルート
αOに入りプロワ(至)で加速されて、冷却ガス及び酸
化剤ガスの入口側マニホールド(6)に入る。ここで、
空気は冷却ガス流路(3)と酸化剤ガス流路(4)に分
割して流れるが、量的には開口面積の大きな冷却ガス流
路(3)に大半が流れ込む。燃料電池スタック(1)で
は電池反応により生じた熱は主として冷却ガス流路(3
)から空気へ伝達され、空気と共に冷却ガス及び酸化剤
ガスの出口側マニホールド(7)に排出され、熱交換器
を通って熱が回収された後、一部は空気出口Ql)から
外部へ排出され、残りは循環ルートαOに乗って再び入
口側(6)へ戻されるり 酸化剤ガス流路(4)では電池反応により空気中の酸素
が消費され、水蒸気が排出される。従って循環ルートα
Oでは常に新しい空気を流入面し古い空気を排出(ロ)
する必要があり、新し^空気の流入が不充分であると循
環ルー) QO内には酸素が不足し。
水蒸気を過剰に含むガスが充満することになる。
〔発明が解決しようとする問題点〕
従来の空冷式燃料電池は以上のように構成されており、
冷却と電池反応という2つの機能の制御を空気の供給、
排出という共通した制御方法でのみ制御しているため、
冷却と電池反応という2つの機能が必ずしも適切に制御
できず%また。酸素が消費され水蒸気が付加された酸化
剤ガスとして不都合なガスが酸化剤ガス流路〈還流する
と論う問題点があった。
この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、酸素が消費され水蒸気が付加された酸化剤ガ
スとして不都合なガスが酸化剤ガス流路に還流すること
がなく、シかも冷却と電池反応という2つの機能を別個
に制御できる空冷式燃料電池を得ることを目的と中る。
〔問題点を解決するための手段〕
この発明に係る空冷式燃料゛電池は、燃料IIE極と酸
化剤電極間に電解質マトリックスを介在した単電池、お
よび上記燃料[甑に対設する燃料ガス流路と上記酸化剤
鵞甑に対設する酸化剤ガス流路とを分離するガス分離板
を交互(積層し、上記酸化剤ガス流路に並行すみ冷却ガ
ス流路を有する冷却板を上記単電池とガス分離板の数個
毎に挿入して構成する積層体、上記酸化剤ガス流路と冷
却ガス流路の開口部がある上記積層体の一端に設けられ
た排出マニホールド、上記酸化剤ガス流路と冷却ガス流
路の開口部がある上記積層体の他端に設けられた分配マ
ニホールド、上記積層体の一端の冷却ガス流路の開口部
から空気を導入して上記積層体の他端の冷却ガス流路の
開口部から上記分配マニホールドへ放出し、その放出空
気の少なくとも一部を上記積層体の他端の酸化剤ガス流
路の開口部に導入して上記積層体の一端の酸化剤ガス流
路の開口部から上記排出マニホールドに放出して排出す
る空気供給排出手段、並びに上記放出空気から上記酸化
剤ガス流路に導入する空気の割合を制御する制御手段を
備えた本のである。
〔作用〕
この発明における空冷式燃料電池は、冷却ガス流路に供
給された空気の少なくとも一部が酸化剤ガス流路に導入
され、酸化剤ガス流路で反応に供されて排出マニホール
ドより排出されるので、酸素が消費され水蒸気が付加さ
れた酸化剤ガスとして不都合なガスが酸化剤ガス流路に
還流することがなく%また1割合制御手段により冷却に
供された空気から酸化剤ガス流路に導入する空気の割合
を制御中るので、冷却と電池反応という2つの機能を別
個に適切に制御できる。
〔実施例〕
以下、この発明の一実施例を図について説明する。第1
図において、@は排出マニホールドであり、酸化剤ガス
流路(3)と冷却ガス流路(図示せず)の開口部がある
積層体(1)の一端に設けられている。
(イ)は分配マニホールドであり、酸化剤ガス流路(3
)と冷却ガス流路の開口部がある@屠体(1)の他端(
設けられている。6!3Vi冷却管、(ハ)は冷却板へ
の冷却管の挿入部である。冷却管□□□は一般に、水冷
式燃料電池1例えば特公昭58−33670号公報に記
載されているような技術にて配管することができるが、
実施例の場合、冷却板〔2)に設けられた冷却ガス流路
(3) K空気を導入する為だけの役割であるから電池
内部にまで配管されている必要はなく、挿入部(財)に
お−て固定されていればよい。挿入部(財)における固
定は例えばフッ素樹脂でコーティングされた鋼管又はス
テンレス管をカーボン材で構成された上下分割される円
筒形の冷却ガス流路部分で押える形態で良匹。仮りに冷
却管−や冷却管の挿入部(財)において排出マニホール
ド(財)内へ空気のもれを生じて本、を池反応にほとん
ど影響しない0次に動作について主に従来例との相違点
を中心に説明する。エアエンプレツサなどから送り込ま
れる空気は白抜き矢印で示すように、空気入口(至)か
ら循環ルートα1に入り、プロワ(至)で加速されて冷
却管(至)に入ふ。さらに細分化され、冷却管の挿入部
(財)を経て、冷却板に設けられた冷却ガス流路(3)
を通る。この間にセルで発生した熱を受は取り分配マニ
ホールド(イ)に排出される。この間反応ガス流路を通
らないので空気中の酸素は消費されない。セルとの熱交
換を終えた空気の一部は循環〜−トαO′ft1i!っ
て、熱交換器で熱を受は渡した後。
再び冷却管(至)に入り循環を繰り返し、これにより冷
却ガスルートを形成する、 また分配マニホールド(イ)に排出された空気の一部は
実線矢印で示すように、酸化剤電極に対設する酸化剤ガ
ス流路を通って冷却ガスとは逆向きに電池(1)内を移
動し、この間セルで反応により酸素が消費され水蒸気が
付加されて排出マニホールド?D内に放出され、すべて
出口(ロ)より排出される。
これにより上記冷却ガス〃−Fとは異なる反応ガスルー
トが形成される。酸素の消費と水蒸気の付加は反応ガス
ルート内でのみ起こり、冷却ガスルート内では起こらな
い。従って、いくら循環を繰り返しても空気の組成は変
化せず新鮮である。従って反応ガスルートには常に新鮮
な空気が流れる。
また1反応ガスルートには、すでにセルと熱交換を終え
た空気が供給されるのでセルが酸化剤ガス流路入口側で
異常に冷却又は過熱されることがなく、七μ間の温度が
均一に保たれ、特性が安定し、寿命が長くなる効果もあ
りn また、排出マニホールドシDの出口(9)部に設けられ
た制御手段すなわち調整弁α4により1分配マニホール
ド(至)に放出される空気から酸化剤ガス流路に導入す
る空気の割合を制御するので、冷却ガスルートの流速(
影響されずに反応ガスルートの流速を自由に選択でき、
冷却と電池反応という2つの機能を別個に制御できる。
なお上記実施例では冷却ガスルートを循環ルートとした
が、小型の発電システムでは循環ルートとするよりも分
配マニホールド翰から外部へ排出してしまう糸の方がコ
ストが安くなる場合がある。
しかしこのような場合にも本発明の効果は現存し。
循環ルートを組むことはこの発明の必要条件ではない。
〔発明の効果〕
以上のように、この発明によれば、燃料電極と酸化剤t
li間に電解質マトリックスを介在した単電池、および
上記燃料電極に対設する燃料ガス流路と上記酸化剤′f
IL極に対設する酸化剤ガス流路とを分離するガス分離
板を交互に積層し、上記酸化剤ガス流路に並行する冷却
ガス流路を有する冷却板を上記単電池とガス分離板の数
個毎に挿入して構成する積層体、上記酸化剤ガス流路と
冷却ガス流路の開口部がある上記積層体の一端に設けら
れた排出マニホールド、上記酸化剤ガス流路と冷却ガス
流路の開口部がある上記積層体の他端に設けられた分配
マニホー〃ド、上記積層体の一端の冷却ガス流路の、開
口部から空気を導入して上記積層体の他端の冷却ガス流
路の開口部から上記分配マニホールドへ放出し、その放
出空気の少なくとも一部を上記積層体の他端の酸化剤ガ
ス流路の開口部に導入して上記積層体の一端の酸化剤ガ
ス流路の開口部から上記排出マニホールドに放出して排
出する空気供給排出手段、並びに上記放出空気から上記
酸化剤ガス流路に導入する空気の割合を制御する制御手
段を備えたので、酸素が消費され水蒸気が付加された酸
化剤ガスとして不都合なガスが酸化剤ガス流路に還流す
ることがなく、シかも冷却と電池反応という2つの機能
を別侭に制御できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
@1図はこの発明の一実施例による空冷式燃料電池の空
気供給経路を示す説明図、第2図は一般的な燃料電池積
層体を示す斜視図、第3図は従来の空冷式燃料電池の空
気供給経路を示す説明図である。 図VCおいて、(1)は積層体、(2)は冷却板、(3
)は冷却ガス流路、(4)は酸化剤ガス流路、(5)は
燃料ガス流路、00は循環ルート、(2)は空気入口、
(2)は空気出口、CLlはプロワ、α尋、Q5は流i
t調整弁、αI19は熱交[!、 @は排出マニホール
ド、器は分配マニホールド、Qは冷却ガス導入管である
。 なお、各図中同一符号は同一または相当部分を示すもの
とする〇

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)燃料電極と酸化剤電極間に電解質マトリックスを
    介在した単電池、および上記燃料電極に対設する燃料ガ
    ス流路と上記酸化剤電極に対設する酸化剤ガス流路とを
    分離するガス分離板を交互に積層し、上記酸化剤ガス流
    路に並行する冷却ガス流路を有する冷却板を上記単電池
    とガス分離板の数個毎に挿入して構成する積層体、上記
    酸化剤ガス流路と冷却ガス流路の開口部がある上記積層
    体の一端に設けられた排出マニホールド、上記酸化剤ガ
    ス流路と冷却ガス流路の開口部がある上記積層体の他端
    に設けられた分配マニホールド、上記積層体の一端の冷
    却ガス流路の開口部から空気を導入して上記積層体の他
    端の冷却ガス流路の開口部から上記分配マニホールドへ
    放出し、その放出空気の少なくとも一部を上記積層体の
    他端の酸化剤ガス流路の開口部に導入して上記積層体の
    一端の酸化剤ガス流路の開口部から上記排出マニホール
    ドに放出して排出する空気供給排出手段、並びに上記放
    出空気から上記酸化剤ガス流路に導入する空気の割合を
    制御する制御手段を備えた空冷式燃料電池。
JP62130201A 1987-05-26 1987-05-26 空冷式燃料電池 Pending JPS63294670A (ja)

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