JPH01175173A - 燃料電池の冷却板構造 - Google Patents
燃料電池の冷却板構造Info
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- JPH01175173A JPH01175173A JP62332378A JP33237887A JPH01175173A JP H01175173 A JPH01175173 A JP H01175173A JP 62332378 A JP62332378 A JP 62332378A JP 33237887 A JP33237887 A JP 33237887A JP H01175173 A JPH01175173 A JP H01175173A
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- pipe
- cooling pipe
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- H01M8/04007—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids related to heat exchange
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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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】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、セルスタック内に組み込んで燃料電池の発
生熱を水冷により除熱する冷却板構造に関する。
生熱を水冷により除熱する冷却板構造に関する。
まず頭記の冷却板を装備した燃料電池のセルスタック構
成を第３図に示す０図において１は電解質を保持したマ
トリックス層１１．燃料極１２． Ｍ化剤極１３．リブ
付き電極基材１４．１５．およびセパレータ１６より成
る単セルであり、かかる単セル１の多数個を積層してセ
ルスタック２を構成しており、さらに前記のセルスタッ
ク２には数セル置きに水冷式の冷却板３が介装されてい
る。この冷却板３は前記したリプ付き電極基材１４．１
５およびセパレータ１６と熱膨張係数が略等しいカーボ
ン製の冷却基板４と、該冷却基板４の層内に埋設して並
置配管された金属製の冷却パイプ５との組立体として成
り、かつ各冷却パイプ５はヘンダバイプ６に一括接続し
た上で外部の冷却水供給ラインに接続さている。
成を第３図に示す０図において１は電解質を保持したマ
トリックス層１１．燃料極１２． Ｍ化剤極１３．リブ
付き電極基材１４．１５．およびセパレータ１６より成
る単セルであり、かかる単セル１の多数個を積層してセ
ルスタック２を構成しており、さらに前記のセルスタッ
ク２には数セル置きに水冷式の冷却板３が介装されてい
る。この冷却板３は前記したリプ付き電極基材１４．１
５およびセパレータ１６と熱膨張係数が略等しいカーボ
ン製の冷却基板４と、該冷却基板４の層内に埋設して並
置配管された金属製の冷却パイプ５との組立体として成
り、かつ各冷却パイプ５はヘンダバイプ６に一括接続し
た上で外部の冷却水供給ラインに接続さている。
また冷却基板４に冷却パイプ５を埋設配管する方法とし
ては、上下二つ側構造の冷却基板４の合わせ面に形成し
た複数列のパイプ溝内に各冷却パイプ５を収容する方式
、あるいは−枚の冷却基板４の面上に複数列のＵ字形パ
イプ溝を形成し、かつこの溝内に各冷却パイプ５を収容
した上で溝を同じカーボン材より成る蓋で塞ぐようにし
た方式等で実施されてている。なお当該冷却板３は燃料
電池の定常運転時には冷却パイプ５に外部より水等の冷
却媒体を通流して電池の発熱を除熱する他、特に燃料電
池の起動時には冷却パイプ５に温水を通流して低温状態
にある電池本体を起動温度にまで昇温させるように使用
する。
ては、上下二つ側構造の冷却基板４の合わせ面に形成し
た複数列のパイプ溝内に各冷却パイプ５を収容する方式
、あるいは−枚の冷却基板４の面上に複数列のＵ字形パ
イプ溝を形成し、かつこの溝内に各冷却パイプ５を収容
した上で溝を同じカーボン材より成る蓋で塞ぐようにし
た方式等で実施されてている。なお当該冷却板３は燃料
電池の定常運転時には冷却パイプ５に外部より水等の冷
却媒体を通流して電池の発熱を除熱する他、特に燃料電
池の起動時には冷却パイプ５に温水を通流して低温状態
にある電池本体を起動温度にまで昇温させるように使用
する。
ところで上記構造のままでは、冷却基板４に形成したパ
イプ溝の加工精度、冷却パイプの寸法公差等が起因して
冷却パイプ５の周面全域を完全に冷却基板４のパイプ溝
面に密着させることが実際面で極めて難しく、両者の間
には僅かながら空隙の残ることが避けられない、しかも
空隙の熱抵抗は冷却基板４．冷却パイプ５の熱抵抗に比
べて桁違いに太き（、したがって前記のような空隙が冷
却基板４のパイプ溝と冷却パイプ５との間に僅がでも残
っていると冷却基Ｆｉ、４と冷却パイプ５との間の伝熱
性が著しく低下するようになる。
イプ溝の加工精度、冷却パイプの寸法公差等が起因して
冷却パイプ５の周面全域を完全に冷却基板４のパイプ溝
面に密着させることが実際面で極めて難しく、両者の間
には僅かながら空隙の残ることが避けられない、しかも
空隙の熱抵抗は冷却基板４．冷却パイプ５の熱抵抗に比
べて桁違いに太き（、したがって前記のような空隙が冷
却基板４のパイプ溝と冷却パイプ５との間に僅がでも残
っていると冷却基Ｆｉ、４と冷却パイプ５との間の伝熱
性が著しく低下するようになる。
一方、このための対策として、冷却パイプ５を冷却基板
４のパイプ溝内に収容した後に溝内の残余空隙を埋め尽
（すように伝熱性の高いグラファイト、セラミック材と
熱便化性樹脂とを混合した充填体を充填して冷却基板４
と冷却パイプ５との間の伝熱抵抗の低減化を図るように
したものが同じ出願人より実願昭６０−１０１３８１と
して既に提案されている。
４のパイプ溝内に収容した後に溝内の残余空隙を埋め尽
（すように伝熱性の高いグラファイト、セラミック材と
熱便化性樹脂とを混合した充填体を充填して冷却基板４
と冷却パイプ５との間の伝熱抵抗の低減化を図るように
したものが同じ出願人より実願昭６０−１０１３８１と
して既に提案されている。
ところで前記した既提案の構造では燃料電池の実運転結
果から次記のような問題点の派生することが判明した。
果から次記のような問題点の派生することが判明した。
すなわち前記構成では冷却基板と冷却パイプとの間が熱
硬化性樹脂の介在の下で結着し合っている。このために
５！ｉ！種材料であるカーボン製の冷却基板と金属製の
冷却パイプとの熱膨張率の差が原因し、燃料電池の運転
、停止を繰り返す長期使用の間には特に冷却パイプと固
形物である充填体との間が剥離して両者間の接触熱抵抗
が増大するようになる他、前記熱膨張率の差から冷却基
板に不当な熱応力が加わり、最悪の場合にはカーボンの
冷却基板にクラックが生じるおそれがある。
硬化性樹脂の介在の下で結着し合っている。このために
５！ｉ！種材料であるカーボン製の冷却基板と金属製の
冷却パイプとの熱膨張率の差が原因し、燃料電池の運転
、停止を繰り返す長期使用の間には特に冷却パイプと固
形物である充填体との間が剥離して両者間の接触熱抵抗
が増大するようになる他、前記熱膨張率の差から冷却基
板に不当な熱応力が加わり、最悪の場合にはカーボンの
冷却基板にクラックが生じるおそれがある。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的は溝加工上の寸法精度、冷却パイプの寸法公差等
を吸収し、冷却基板と冷却パイプとの間に僅かな空隙も
残すことなく両者間に長期安定した高い伝熱性を保持さ
せるとともに、併せて冷却基板と冷却パイプとの間の膨
張、収縮差により冷却基板に加わる不当な熱応力も良好
に吸収できるようにした燃料電池の冷却板構造を提供す
ることにある。
の目的は溝加工上の寸法精度、冷却パイプの寸法公差等
を吸収し、冷却基板と冷却パイプとの間に僅かな空隙も
残すことなく両者間に長期安定した高い伝熱性を保持さ
せるとともに、併せて冷却基板と冷却パイプとの間の膨
張、収縮差により冷却基板に加わる不当な熱応力も良好
に吸収できるようにした燃料電池の冷却板構造を提供す
ることにある。
上記問題点を解決するために、この発明によれば、セル
スタックに組み込まれたカーボン製の冷却基板と、該冷
却基板の溝内に収容して配管された金属製の冷却パイプ
との組立体として成る冷却板において、前記冷却パイプ
の外周面に伝熱性が高く、かつ変形可能な柔軟性のある
材料から成る第１の被覆層と、第１の被覆層を囲繞する
耐腐食性材料から成る第２の被覆層を被覆した上で冷却
パイプを冷却基板のパイプ溝内に加圧収容して構成する
ものとする。
スタックに組み込まれたカーボン製の冷却基板と、該冷
却基板の溝内に収容して配管された金属製の冷却パイプ
との組立体として成る冷却板において、前記冷却パイプ
の外周面に伝熱性が高く、かつ変形可能な柔軟性のある
材料から成る第１の被覆層と、第１の被覆層を囲繞する
耐腐食性材料から成る第２の被覆層を被覆した上で冷却
パイプを冷却基板のパイプ溝内に加圧収容して構成する
ものとする。
上記の構成で、第１の被覆層はカーボンを添加したシリ
コーンゴム系の材料、あるいは膨張黒鉛のシート、ない
しテープを冷却パイプの周面に被着、ないし巻き付けた
ものであり、また第２の被覆層としてはふっ素糸樹脂の
熱収縮チューブを第１の被覆層の周囲に被着させたもの
が使用される。
コーンゴム系の材料、あるいは膨張黒鉛のシート、ない
しテープを冷却パイプの周面に被着、ないし巻き付けた
ものであり、また第２の被覆層としてはふっ素糸樹脂の
熱収縮チューブを第１の被覆層の周囲に被着させたもの
が使用される。
かかる構成により、冷却基板側のパイプ溝の加工誤差等
を吸収して冷却パイプと冷却基板との間には残余間隙を
残すことなく密接な嵌め合いが得られ、これにより冷却
基板と冷却パイプとの間の伝熱性を高めることができる
他、冷却パイプ側の最外周には耐腐食性の第２被覆層を
被着したのでりん酸等の電解質に対して冷却パイプを安
全に保護できる。しかも燃料電池の運転、停止等に伴う
熱膨張、収縮が加わっても前記の密着した嵌め合い状態
は不変であり、従来構造に見られるような剥離現象もな
く安定した伝熱性を保持できる他１、冷却パイプと冷却
基板との間の熱膨張差も被覆層が吸収するので冷却基板
に不当な熱応力が加わることもない。
を吸収して冷却パイプと冷却基板との間には残余間隙を
残すことなく密接な嵌め合いが得られ、これにより冷却
基板と冷却パイプとの間の伝熱性を高めることができる
他、冷却パイプ側の最外周には耐腐食性の第２被覆層を
被着したのでりん酸等の電解質に対して冷却パイプを安
全に保護できる。しかも燃料電池の運転、停止等に伴う
熱膨張、収縮が加わっても前記の密着した嵌め合い状態
は不変であり、従来構造に見られるような剥離現象もな
く安定した伝熱性を保持できる他１、冷却パイプと冷却
基板との間の熱膨張差も被覆層が吸収するので冷却基板
に不当な熱応力が加わることもない。
第１図、第２図はそれぞれ本発明実施例による冷却板の
構造図を示すものであり、冷却板３はカーボン類の冷却
基板４と、該冷却基板に形成したパイプ溝４１内に収め
て配管した次記構成の冷却パイプとの組立体として成る
。すなわち冷却パイプはその内部に冷却媒体が還流する
金属製冷却パイプ５に対し、該冷却パイプ外周面の略全
長域に第１の被覆層７．第２の被覆層８を被覆したもの
であり、ここで前記第１の被覆層７は伝熱性が高く。
構造図を示すものであり、冷却板３はカーボン類の冷却
基板４と、該冷却基板に形成したパイプ溝４１内に収め
て配管した次記構成の冷却パイプとの組立体として成る
。すなわち冷却パイプはその内部に冷却媒体が還流する
金属製冷却パイプ５に対し、該冷却パイプ外周面の略全
長域に第１の被覆層７．第２の被覆層８を被覆したもの
であり、ここで前記第１の被覆層７は伝熱性が高く。
かつ変形可能な柔軟材料、例えばカーボン等を添加した
シリコーンゴム系材料１あるいはガスケット材料として
知られている膨張黒鉛のシート、テープが冷却パイプ５
の周面に被着ないし巻き付ける等して被覆されている。
シリコーンゴム系材料１あるいはガスケット材料として
知られている膨張黒鉛のシート、テープが冷却パイプ５
の周面に被着ないし巻き付ける等して被覆されている。
また第２の被覆層８には電解質に対して耐腐食性を有す
る材料５例えば厚みが５０μｍ程度であるふっ素樹脂の
熱収縮チューブを用いて前記した第１の被覆層７を囲繞
して密着するように熱を加えて被着されている。なお第
１．第２の被覆層を被覆した冷却パイプの仕上がり外径
は冷却基板側のパイプ溝寸法よりも僅か大とように余裕
度を持たせである。
る材料５例えば厚みが５０μｍ程度であるふっ素樹脂の
熱収縮チューブを用いて前記した第１の被覆層７を囲繞
して密着するように熱を加えて被着されている。なお第
１．第２の被覆層を被覆した冷却パイプの仕上がり外径
は冷却基板側のパイプ溝寸法よりも僅か大とように余裕
度を持たせである。
また第１図の実施例では冷却基板４は分割板４２と４３
を重ね合わせた上下二つ側構造であって、その合わせ面
に複数列のパイプ溝４１が形成されおり、このパイプ溝
４１内に前記のように第１．第２の被覆層７．８を被覆
した冷却パイプ５を収めて分割板４２と４３との間に加
圧挟持されている。
を重ね合わせた上下二つ側構造であって、その合わせ面
に複数列のパイプ溝４１が形成されおり、このパイプ溝
４１内に前記のように第１．第２の被覆層７．８を被覆
した冷却パイプ５を収めて分割板４２と４３との間に加
圧挟持されている。
かかる構成により、冷却基板４のパイプ溝４１と冷却パ
イプ５との寸法誤差を吸収して冷却パイプとの間に僅か
な間隙も残すことなく密接した嵌め合いが状態が得られ
、これにより冷却基板４と冷却パイプ５との間に高い伝
熱性を確保することができる。また第２の被覆層８は耐
腐食性があり、これにより冷却パイプ５を燃料電池の電
解質より安全に保護できる。しかも燃料電池の運転、停
止等に伴う温度パイプ５と冷却基板４との間の熱膨張、
収縮差も第１の被覆層７で吸収されるので、冷却基板４
に不当な熱応力が加わるおそれも全くなくなる。
イプ５との寸法誤差を吸収して冷却パイプとの間に僅か
な間隙も残すことなく密接した嵌め合いが状態が得られ
、これにより冷却基板４と冷却パイプ５との間に高い伝
熱性を確保することができる。また第２の被覆層８は耐
腐食性があり、これにより冷却パイプ５を燃料電池の電
解質より安全に保護できる。しかも燃料電池の運転、停
止等に伴う温度パイプ５と冷却基板４との間の熱膨張、
収縮差も第１の被覆層７で吸収されるので、冷却基板４
に不当な熱応力が加わるおそれも全くなくなる。
第２図は本発明の別な実施例を示すもので、第１図との
相違点は冷却基板４の片側面に開口するＵ字形のパイプ
溝４１内に先述した被覆層７，８付きの冷却パイプ５を
収納した後に、パイプ溝４１の開口部を冷却基板４と同
じカーボン材質の蓋４４で塞ぐようにした点にあり、前
記第１図の実施例と同様な効果を奏することができる。
相違点は冷却基板４の片側面に開口するＵ字形のパイプ
溝４１内に先述した被覆層７，８付きの冷却パイプ５を
収納した後に、パイプ溝４１の開口部を冷却基板４と同
じカーボン材質の蓋４４で塞ぐようにした点にあり、前
記第１図の実施例と同様な効果を奏することができる。
なお、上記の各実施例で冷却パイプの耐腐食性を確実に
するには第２被覆層８にピンホール等が無いことが必要
である。かかる点に付いて先記のように第１被覆層７と
して電気導電性のある材料を用いることにより、例えば
金属製冷却パイプ５の端部を絶縁材で被覆した状態でパ
イプを水槽内に浸漬し、この状態で中心の金属パイプと
水に接する外周の第２被覆層との間で導通テストを行う
ことで簡単に第２被覆層８の健全性をチエツクすること
ができる。
するには第２被覆層８にピンホール等が無いことが必要
である。かかる点に付いて先記のように第１被覆層７と
して電気導電性のある材料を用いることにより、例えば
金属製冷却パイプ５の端部を絶縁材で被覆した状態でパ
イプを水槽内に浸漬し、この状態で中心の金属パイプと
水に接する外周の第２被覆層との間で導通テストを行う
ことで簡単に第２被覆層８の健全性をチエツクすること
ができる。
以上述べたようにこの発明によれば、セルスタックに組
み込まれたカーボン類の冷却基板と、該冷却基板の溝内
に収容して配管された金属製の冷却パイプとの組立体と
して成る冷却板において、前記冷却パイプの外周面に伝
熱性が高く、がっ変形可能な柔軟性のある材料から成る
第１の被覆層と、第１の被覆層を囲繞する耐腐食性材料
がら成る第２の被覆層を被覆した上で冷却パイプを冷却
基板のパイプ溝内に加圧収容して構成したことにより、
冷却基板側のパイプ溝とここに収容される冷却パイプと
の間の寸法誤差、熱膨張差を吸収して冷却パイプを溝内
へ密接に嵌め合わせ、両者間に安定した高い伝熱性と電
解質に対する耐腐食性を確保することができる他、併せ
て冷却基板に加わる不当な熱応力も被覆層で吸収できる
等、伝熱性、信鯨性の面で優れた燃料電池の冷却板構造
が得られる。
み込まれたカーボン類の冷却基板と、該冷却基板の溝内
に収容して配管された金属製の冷却パイプとの組立体と
して成る冷却板において、前記冷却パイプの外周面に伝
熱性が高く、がっ変形可能な柔軟性のある材料から成る
第１の被覆層と、第１の被覆層を囲繞する耐腐食性材料
がら成る第２の被覆層を被覆した上で冷却パイプを冷却
基板のパイプ溝内に加圧収容して構成したことにより、
冷却基板側のパイプ溝とここに収容される冷却パイプと
の間の寸法誤差、熱膨張差を吸収して冷却パイプを溝内
へ密接に嵌め合わせ、両者間に安定した高い伝熱性と電
解質に対する耐腐食性を確保することができる他、併せ
て冷却基板に加わる不当な熱応力も被覆層で吸収できる
等、伝熱性、信鯨性の面で優れた燃料電池の冷却板構造
が得られる。
第１図、第２図はそれぞれ本発明の異なる実施例の構成
断面図、第３図は冷却板を装備した燃料電池のセルスタ
ック構成図である。各図において、２：セルスタック、
３：冷却板、４：冷却基板、４１：パイプ溝、５：冷却
パイプ、７：第１の被覆層 １ 月 隼 ？？２］
断面図、第３図は冷却板を装備した燃料電池のセルスタ
ック構成図である。各図において、２：セルスタック、
３：冷却板、４：冷却基板、４１：パイプ溝、５：冷却
パイプ、７：第１の被覆層 １ 月 隼 ？？２］
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）セルスタックに組み込まれたカーボン製の冷却基板
と、該冷却基板のパイプ溝内に収めて配管された金属製
の冷却パイプとの組立体として成り、前記冷却パイプに
外部より冷却媒体を通流して燃料電池の発生熱を除熱す
るようにした燃料電池の冷却板構造において、前記冷却
パイプの外周面に伝熱性が高く、かつ変形可能な柔軟性
のある材料から成る第１の被覆層と、第１の被覆層を囲
繞する耐腐食性材料から成る第２の被覆層を被覆した上
で冷却パイプを冷却基板のパイプ溝内に加圧収容したこ
とを特徴とする燃料電池の冷却板構造。 ２）特許請求の範囲第１項記載の冷却板構造において、
第１の被覆層としてカーボンを添加したシリコーンゴム
系の材料を冷却パイプの周面に被覆したことを特徴とす
る燃料電池の冷却板構造。 ３）特許請求の範囲第１項記載の冷却板構造において、
第１の被覆層として膨張黒鉛のシートないしテープを冷
却パイプの周面に巻き付けたことを特徴とする燃料電池
の冷却板構造。 ４）特許請求の範囲第１項記載の冷却板構造において、
第２の被覆層としてふっ素系樹脂の熱収縮チューブを第
１の被覆層の外周に被着させたことを特徴とする燃料電
池の冷却板構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62332378A JPH01175173A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 燃料電池の冷却板構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62332378A JPH01175173A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 燃料電池の冷却板構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01175173A true JPH01175173A (ja) | 1989-07-11 |
Family
ID=18254297
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62332378A Pending JPH01175173A (ja) | 1987-12-28 | 1987-12-28 | 燃料電池の冷却板構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01175173A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005515585A (ja) * | 2001-06-04 | 2005-05-26 | アキュメントリクス・コーポレーション | 水平式燃料電池管システムと方法 |
| JP2016029660A (ja) * | 2011-01-26 | 2016-03-03 | エルジー ケム． エルティーディ． | 組立効率の良い冷却部材及びそれを用いたバッテリーモジュール |
-
1987
- 1987-12-28 JP JP62332378A patent/JPH01175173A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005515585A (ja) * | 2001-06-04 | 2005-05-26 | アキュメントリクス・コーポレーション | 水平式燃料電池管システムと方法 |
| JP2011054556A (ja) * | 2001-06-04 | 2011-03-17 | Acumentrics Corp | 水平式燃料電池管システムと方法 |
| JP2016029660A (ja) * | 2011-01-26 | 2016-03-03 | エルジー ケム． エルティーディ． | 組立効率の良い冷却部材及びそれを用いたバッテリーモジュール |
| EP2650960B1 (en) * | 2011-01-26 | 2020-01-01 | LG Chem, Ltd. | Cooling element having improved assembly productivity and battery modules including same |
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