JPH10223237A - 燃料電池の冷却板構造 - Google Patents
燃料電池の冷却板構造Info
- Publication number
- JPH10223237A JPH10223237A JP9023387A JP2338797A JPH10223237A JP H10223237 A JPH10223237 A JP H10223237A JP 9023387 A JP9023387 A JP 9023387A JP 2338797 A JP2338797 A JP 2338797A JP H10223237 A JPH10223237 A JP H10223237A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cooling
- cooling water
- cooling plate
- pipe
- pressure
- 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
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-
- 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
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】積層構造の燃料電池において、各冷却板の温度
分布を均一に保ち、セミブロックの温度分布を一定化す
る。 【解決手段】冷却板内の冷却管１にオリフィスなどの絞
り２を設置し、冷却水の圧力を絞り２の前後で急減させ
て沸騰開始地点を常に一定化させる構造。
分布を均一に保ち、セミブロックの温度分布を一定化す
る。 【解決手段】冷却板内の冷却管１にオリフィスなどの絞
り２を設置し、冷却水の圧力を絞り２の前後で急減させ
て沸騰開始地点を常に一定化させる構造。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明は、主としてリン酸
型燃料電池の冷却板の構造に関する。
型燃料電池の冷却板の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】図６は電池積層体の斜視図である。図に
おいて電池積層体は単電池を複数積層したセミブロック
１１間に冷却板１２が介装される構造である。冷却板１
２の構造は平板状の冷却基板１３とこの内部に埋設され
た冷却管１４および充填剤１５からなっている。また、
冷却管１４内を流れる冷却水の供給と排出は、共通供給
配管２１ａから分岐管１７，冷却管１４，および共通排
出配管２１ｂまでの接続とＰからの冷却水供給とＲから
の冷却水排出による。ここで、発電によってセミブロッ
ク１１に生ずる熱は冷却基板１３，冷却管１４を伝わり
冷却管１４内を流れる冷却水によって除熱されてセミブ
ロック１１の運転温度が維持される。
おいて電池積層体は単電池を複数積層したセミブロック
１１間に冷却板１２が介装される構造である。冷却板１
２の構造は平板状の冷却基板１３とこの内部に埋設され
た冷却管１４および充填剤１５からなっている。また、
冷却管１４内を流れる冷却水の供給と排出は、共通供給
配管２１ａから分岐管１７，冷却管１４，および共通排
出配管２１ｂまでの接続とＰからの冷却水供給とＲから
の冷却水排出による。ここで、発電によってセミブロッ
ク１１に生ずる熱は冷却基板１３，冷却管１４を伝わり
冷却管１４内を流れる冷却水によって除熱されてセミブ
ロック１１の運転温度が維持される。
【０００３】冷却は冷却効率の良い二相冷却方式であ
り、この冷却板内の冷却水温度を図７、冷却水圧力を図
８に示す。飽和蒸気圧よりも高圧力の加圧水状態で冷却
板に供給された冷却水の温度ｔ4 は、セミブロック１１
が発生する熱を吸収して上昇していく。そして、冷却水
の温度と圧力が飽和状態になった時点、すなわち温度ｔ
5 にて沸騰が開始され、その後の冷却水は沸騰によって
吸熱し、温度は上昇せずにむしろ配管との摩擦による圧
力損失で圧力の低下によって下降して排出部にてｔ6 に
なる。冷却水圧力は図８のようにＰ4 からＰ5 と多少減
少して排出部にてＰ6 と減少する。
り、この冷却板内の冷却水温度を図７、冷却水圧力を図
８に示す。飽和蒸気圧よりも高圧力の加圧水状態で冷却
板に供給された冷却水の温度ｔ4 は、セミブロック１１
が発生する熱を吸収して上昇していく。そして、冷却水
の温度と圧力が飽和状態になった時点、すなわち温度ｔ
5 にて沸騰が開始され、その後の冷却水は沸騰によって
吸熱し、温度は上昇せずにむしろ配管との摩擦による圧
力損失で圧力の低下によって下降して排出部にてｔ6 に
なる。冷却水圧力は図８のようにＰ4 からＰ5 と多少減
少して排出部にてＰ6 と減少する。
【０００４】各冷却板に流れる冷却水量は図６の絞り機
構１８が無い時、重力の影響および冷却水の密度の値に
よって下部の冷却板に冷却水がより多く流れる。また、
各冷却板は吸収熱量に差があり、冷却水の沸騰量が異な
るため、共通管から各冷却板へ流れる冷却水量にばらつ
きが生じる。このばらつきを解消するため分岐管に絞り
機構１８を設け、各冷却板毎の圧力損失を高くして前記
のばらつきを無視できる圧力バランスを得ており、これ
によって各冷却板に流れる冷却水量を等しく保ってい
る。
構１８が無い時、重力の影響および冷却水の密度の値に
よって下部の冷却板に冷却水がより多く流れる。また、
各冷却板は吸収熱量に差があり、冷却水の沸騰量が異な
るため、共通管から各冷却板へ流れる冷却水量にばらつ
きが生じる。このばらつきを解消するため分岐管に絞り
機構１８を設け、各冷却板毎の圧力損失を高くして前記
のばらつきを無視できる圧力バランスを得ており、これ
によって各冷却板に流れる冷却水量を等しく保ってい
る。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】冷却板の面内温度を二
相冷却で制御しようとする場合、冷却水温度や流量等の
供給条件の変動に応じて冷却水の沸騰開始地点が変動す
る。従来は前記したように分岐管内の絞り機構によって
各冷却板の冷却水流量を制御していたが、冷却水量が一
定であっても供給冷却水の温度や圧力の変動によって沸
騰開始地点は変動する。更に、冷却板の内部の冷却管に
おいて冷却水が沸騰すると急激に体積変化が生じて圧力
変動が生ずる。
相冷却で制御しようとする場合、冷却水温度や流量等の
供給条件の変動に応じて冷却水の沸騰開始地点が変動す
る。従来は前記したように分岐管内の絞り機構によって
各冷却板の冷却水流量を制御していたが、冷却水量が一
定であっても供給冷却水の温度や圧力の変動によって沸
騰開始地点は変動する。更に、冷却板の内部の冷却管に
おいて冷却水が沸騰すると急激に体積変化が生じて圧力
変動が生ずる。
【０００６】以上のように冷却水の沸騰開始地点が変動
するため、各冷却板の温度分布を従来は均一に保つこと
ができなかった。これは、セミブロック毎に温度分布が
異なることを意味し、所定の発電性能が得られないばか
りか、電池の発電特性の劣化の原因にもなっていた。こ
の発明の課題は、冷却板内での冷却水の沸騰開始地点を
一定化し、各冷却板の温度分布を均一に保つことであ
る。
するため、各冷却板の温度分布を従来は均一に保つこと
ができなかった。これは、セミブロック毎に温度分布が
異なることを意味し、所定の発電性能が得られないばか
りか、電池の発電特性の劣化の原因にもなっていた。こ
の発明の課題は、冷却板内での冷却水の沸騰開始地点を
一定化し、各冷却板の温度分布を均一に保つことであ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】この発明は、単電池を複
数積層して１セミブロックとし、このセミブロック間に
冷却板が配置されセミブロックの発熱が冷却板経由で冷
却管内を流れる冷却水によって除熱される積層構造の燃
料電池において、冷却管は、前記冷却水の圧力を定位置
で降下させる圧力降下手段を有し、前記冷却水が前記圧
力降下手段を通過することにより、沸騰する構造であ
る。
数積層して１セミブロックとし、このセミブロック間に
冷却板が配置されセミブロックの発熱が冷却板経由で冷
却管内を流れる冷却水によって除熱される積層構造の燃
料電池において、冷却管は、前記冷却水の圧力を定位置
で降下させる圧力降下手段を有し、前記冷却水が前記圧
力降下手段を通過することにより、沸騰する構造であ
る。
【０００８】請求項２と請求項３の発明は、請求項１に
記載の燃料電池の冷却板構造において、圧力降下手段は
絞り機構の構造であり、また、内径の小さい冷却管と内
径の大きい冷却管との接続により構成され、前記内径の
小さい冷却管が冷却水入口側に設けられる構造である。
記載の燃料電池の冷却板構造において、圧力降下手段は
絞り機構の構造であり、また、内径の小さい冷却管と内
径の大きい冷却管との接続により構成され、前記内径の
小さい冷却管が冷却水入口側に設けられる構造である。
【０００９】
【発明の実施の形態】この発明は、冷却管の定位置に冷
却水の通過面積の急変部を設け、冷却水の圧力急減によ
る沸騰開始地点を一定化する構造である。
却水の通過面積の急変部を設け、冷却水の圧力急減によ
る沸騰開始地点を一定化する構造である。
【００１０】
実施例１：この発明の実施例を図１に示す。図６の絞り
機構１８は冷却板内の冷却管１に絞り２として設置さ
れ、冷却水は冷却水供給Ｐの方向から供給される。図２
はこの絞り２の具体例を示し、(a) は細径の穴があいた
いわゆるオリフィスと呼ぶ円板２ａを冷却管１に挟む構
造であり、(b) は冷却管１より小径の管に付けられたつ
ば付きの筒型絞り２ｂを冷却水の方向Ｑの冷却管１に挟
む構造であり、(c) は冷却管１自体の内径を細く絞り部
１ａとした構造である。このいずれの例も機能は同一で
ある。
機構１８は冷却板内の冷却管１に絞り２として設置さ
れ、冷却水は冷却水供給Ｐの方向から供給される。図２
はこの絞り２の具体例を示し、(a) は細径の穴があいた
いわゆるオリフィスと呼ぶ円板２ａを冷却管１に挟む構
造であり、(b) は冷却管１より小径の管に付けられたつ
ば付きの筒型絞り２ｂを冷却水の方向Ｑの冷却管１に挟
む構造であり、(c) は冷却管１自体の内径を細く絞り部
１ａとした構造である。このいずれの例も機能は同一で
ある。
【００１１】この実施例の冷却板内の冷却水温度を図４
に、冷却水圧力を図５の実施例１の特性として示す。飽
和蒸気圧よりも高圧力の加圧水状態で冷却板に供給され
た冷却水の温度ｔ0 は冷却板内で熱を吸収して上昇して
いく。そして、圧力変化が大きな絞り部で圧力が急激に
降下して冷却水は飽和状態になって温度はｔ1 にて沸騰
が開始する。ここで供給される冷却水の温度や圧力変動
が生じても絞りによる圧力変化が大きく、冷却水は絞り
設置部にて飽和状態になって沸騰を常に開始し、排出部
にて温度はｔ2 ，圧力はＰ2 になる。
に、冷却水圧力を図５の実施例１の特性として示す。飽
和蒸気圧よりも高圧力の加圧水状態で冷却板に供給され
た冷却水の温度ｔ0 は冷却板内で熱を吸収して上昇して
いく。そして、圧力変化が大きな絞り部で圧力が急激に
降下して冷却水は飽和状態になって温度はｔ1 にて沸騰
が開始する。ここで供給される冷却水の温度や圧力変動
が生じても絞りによる圧力変化が大きく、冷却水は絞り
設置部にて飽和状態になって沸騰を常に開始し、排出部
にて温度はｔ2 ，圧力はＰ2 になる。
【００１２】実施例２：この発明の他の実施例を図３に
示す。図において、供給側冷却管５は排出側冷却管６よ
り内径が細い管を用いており、この二つは冷却板内部で
沸騰可能な位置にて接続され、Ｐから冷却水が供給さ
れ、Ｒから冷却水が排出される。この実施例の冷却水温
度と冷却水圧力を図４と図５の実施例２の特性に示す。
図４は実施例１で説明済みのため詳細を略す。この実施
例は、供給側冷却管５が図５において例として点線の特
性になるため実施例１と同等の効果が得られ、かつ、絞
り機構は不要になる。管内径拡大部Ｓ部の圧力損失は実
施例１の値にすることも当然可能である。
示す。図において、供給側冷却管５は排出側冷却管６よ
り内径が細い管を用いており、この二つは冷却板内部で
沸騰可能な位置にて接続され、Ｐから冷却水が供給さ
れ、Ｒから冷却水が排出される。この実施例の冷却水温
度と冷却水圧力を図４と図５の実施例２の特性に示す。
図４は実施例１で説明済みのため詳細を略す。この実施
例は、供給側冷却管５が図５において例として点線の特
性になるため実施例１と同等の効果が得られ、かつ、絞
り機構は不要になる。管内径拡大部Ｓ部の圧力損失は実
施例１の値にすることも当然可能である。
【００１３】
【発明の効果】この発明によれば、冷却板内の冷却管に
冷却水の通過面積の急減部、たとえば絞り機構を設け
て、冷却水の沸騰開始位置を常に一定化させるため各冷
却板の温度分布を容易に均一に保つことができ、性能が
向上して寿命も長くすることができた。
冷却水の通過面積の急減部、たとえば絞り機構を設け
て、冷却水の沸騰開始位置を常に一定化させるため各冷
却板の温度分布を容易に均一に保つことができ、性能が
向上して寿命も長くすることができた。
【００１４】請求項３の発明によれば、各冷却板の温度
分布を均一に保つことが絞り機構を用いずにでき、性能
と寿命が改良された燃料電池の冷却板構造を提供でき
る。
分布を均一に保つことが絞り機構を用いずにでき、性能
と寿命が改良された燃料電池の冷却板構造を提供でき
る。
【図１】この発明の実施例の平面図
【図２】図１の絞りを示す図の、(a) はオリフィスの断
面図、(b) は筒型絞りの断面図、(c) は冷却管の絞り部
断面図
面図、(b) は筒型絞りの断面図、(c) は冷却管の絞り部
断面図
【図３】この発明の他の実施例を示す平面図
【図４】この発明の実施例による冷却水の温度分布図
【図５】この発明の実施例による冷却水の圧力分布図
【図６】電池積層体と冷却配管の斜視図
【図７】従来構造の冷却水の温度分布図
【図８】従来構造の冷却水の圧力分布図
１ 冷却管 １ａ 絞り部 ２ 絞り ２ｂ 筒型絞り ５ 供給側冷却管 ６ 排出側冷却管 １１ セミブロック １２ 冷却板 １３ 冷却基板 １４ 冷却管 １５ 充填剤 １７ 分岐管 １８ 絞り機構 ２１ａ 共通供給配管 ２１ｂ 共通排出配管
Claims (3)
- 【請求項１】単電池を複数積層して１セミブロックと
し、このセミブロック間に冷却板が配置されセミブロッ
クの発熱が冷却板経由で冷却管内を流れる冷却水によっ
て除熱される積層構造の燃料電池において、 冷却管は、前記冷却水の圧力を定位置で降下させる圧力
降下手段を有し、前記冷却水が前記圧力降下手段を通過
することにより、沸騰するものであることを特徴とする
燃料電池の冷却板構造。 - 【請求項２】請求項１に記載の燃料電池の冷却板構造に
おいて、 圧力降下手段は、絞り機構であることを特徴とする燃料
電池の冷却板構造。 - 【請求項３】請求項１に記載の燃料電池の冷却板構造に
おいて、 圧力降下手段は、内径の小さい冷却管と内径の大きい冷
却管との接続により構成され、前記内径の小さい冷却管
が冷却水入口側に設けられる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 |
|---|---|---|---|
| JP9023387A JPH10223237A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 燃料電池の冷却板構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9023387A JPH10223237A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 燃料電池の冷却板構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223237A true JPH10223237A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12109119
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9023387A Pending JPH10223237A (ja) | 1997-02-06 | 1997-02-06 | 燃料電池の冷却板構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH10223237A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10392693B4 (de) * | 2002-05-22 | 2012-12-13 | General Motors Llc ( N. D. Ges. D. Staates Delaware ) | Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle und Kühlsystem |
| KR101387720B1 (ko) * | 2012-08-27 | 2014-04-22 | (주)하나기술 | 가열 프레스 장치 |
| CN113363617A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-07 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电池液冷板组件、动力电池总成及电动车辆 |
-
1997
- 1997-02-06 JP JP9023387A patent/JPH10223237A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10392693B4 (de) * | 2002-05-22 | 2012-12-13 | General Motors Llc ( N. D. Ges. D. Staates Delaware ) | Verfahren zur Kühlung einer Brennstoffzelle sowie Brennstoffzelle und Kühlsystem |
| KR101387720B1 (ko) * | 2012-08-27 | 2014-04-22 | (주)하나기술 | 가열 프레스 장치 |
| CN113363617A (zh) * | 2021-06-18 | 2021-09-07 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电池液冷板组件、动力电池总成及电动车辆 |
| CN113363617B (zh) * | 2021-06-18 | 2022-07-08 | 中国第一汽车股份有限公司 | 一种电池液冷板组件、动力电池总成及电动车辆 |
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