JPS6266574A - 空冷式燃料電池 - Google Patents
空冷式燃料電池Info
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- JPS6266574A JPS6266574A JP60207592A JP20759285A JPS6266574A JP S6266574 A JPS6266574 A JP S6266574A JP 60207592 A JP60207592 A JP 60207592A JP 20759285 A JP20759285 A JP 20759285A JP S6266574 A JPS6266574 A JP S6266574A
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- Japan
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- cooling air
- flow path
- cell
- air
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- 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
- H01M8/04014—Heat exchange using gaseous fluids; Heat exchange by combustion of reactants
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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
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- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
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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
この発明は、燃料と酸化剤の反応ガスを供給して電気エ
ネルギーを取り出す燃料電池において、運転時に電池内
部に発生する生成熱を冷却空気によって除熱するように
した空冷式燃料電池、特にその冷却空気供給系統の構成
に関する。
ネルギーを取り出す燃料電池において、運転時に電池内
部に発生する生成熱を冷却空気によって除熱するように
した空冷式燃料電池、特にその冷却空気供給系統の構成
に関する。
周知のように燃料電池の発電時に発生する生成熱の除熱
方法としては、大別して水冷式と空冷式とがある、この
うち水冷式は、単電池の積層体としてなるセルスタック
の層内に４〜７個の単電池積層体置きに冷却板を介装し
、この冷却板に冷却水バイブを配管して外部より冷却水
を供給する方法である。この場合に燃料電池は運転温度
が高い程高い発電効率が得られるが、電池構成部材の耐
熱性、電極触媒の担体および電解質と接している電極材
料の腐食スピード等を考慮して通常は電池温度を１７０
〜２３０℃程度にコントロールして運転を行っている。 したがつて前記の冷却水は１５０〜２００℃程度に温度
調節する必要があり、このために冷却水の供給系統には
ボイラー等を含む水温調節装置、および冷却配管内での
スケール発生を防止する純水製造装置等の付帯設備が必
要となり発電システム全体としての設備費が嵩む。 一方、空冷式は水冷式と同様に単電池の敗セル毎に冷却
空気流路を形成した冷却板を介装した方式、あるいはセ
ルスタックを構成する各単電池毎にそのガス分離板に冷
却空気流路を形成して外部から冷却空気を供給する方式
とがあるが、いずれの方式も先記した水冷式で必要とし
たボイラーや純水製造装置等を必要とせず、発電システ
ムの構成が簡単で設備費も安価で済む等の利点がある。 このように空冷式は水冷式と比べて、冷却用の熱媒であ
る空気の取扱いが簡単でかつ安全性も高く、しかも設備
がコンパクトで安価となる等の利点があり、例えば数Ｌ
ＯＫ―規模の移動用電源等として使用する燃料電池の冷
却方式として広く採用されている。 しかして空冷式の燃料電池では前記した利点のある反面
、燃料電池の温度コントロールが難しいという問題があ
る。これは燃料電池の作動温度と常温の外気をそのまま
冷却空気として使用する空気温度（外気温）との差が大
きいことに起因している。すなわち前記のように燃料電
池の作動温度は電池構成部材の許容範囲内で最高温度に
コントロールすることが望ましいが、冷却空気流路に沿
った燃料電池内部の温度分布に付いて見ると、低温外気
の導入される冷却空気流路の入口側に近い領域では温度
が低く、出口側領域に行く程電池内部の生成熱が加わっ
て温度が高まる。このために冷却空気流路の出口部分の
温度を電池の許容最高温度に抑える必要があり、この結
果として電池内部全域の温度を平均すると許容最高温度
よりかなり低くなる。しかも燃料電池の発電効率は先記
のように作動温度に比例するので、このままでは充分に
高い発電効率を得ることができない、したがって燃料電
池の発電効率を高めるには、電池内部の最高温度地点を
許容最高温度に抑えつつ、かつ電池内部全域での平均温
度をできるだけ許容最高温度に近い温度まで高めて均熱
化を図るような冷却手段を講じることが必要となる。 一方、上記問題に対処して電池内部での平均温度を高め
つつ均熱化を図る方法として、従来では電池内の冷却空
気流路出口から排出した高温の冷却空気の一部をその入
口側に還流させるように循環送風Ｌ７、入口より導入す
る冷却空気温度を高めると同時に電池内部を通過する風
量を増加させ、電池内部における冷却空気流路の入口−
出口の温度差を少なくして平均温度の上昇および温度分
布の均等化を図るようにした方法が一部で試みられてい
る。しかしながらこの冷却空気の循環送風方式では、循
環風量を多くする程電池の平均温度を上昇できる反面、
このために使用する冷却空気循環用のプロアの動力も大
きくなり発電設備全体としての綜合効率の向上が難しい
、また循環空気を通風する配管は大風量を流す必要から
その管径が大きくなり、結果として発電設備が大形化し
て空冷式の大きな特長であるコンパクト化が困難となる
。さらに加えて循環ブロアは１５０〜１８０℃の高温に
耐える大容量タイプのものが必要であり、この結果とし
て設備費の価格上昇、保全性の低下も否めない。
方法としては、大別して水冷式と空冷式とがある、この
うち水冷式は、単電池の積層体としてなるセルスタック
の層内に４〜７個の単電池積層体置きに冷却板を介装し
、この冷却板に冷却水バイブを配管して外部より冷却水
を供給する方法である。この場合に燃料電池は運転温度
が高い程高い発電効率が得られるが、電池構成部材の耐
熱性、電極触媒の担体および電解質と接している電極材
料の腐食スピード等を考慮して通常は電池温度を１７０
〜２３０℃程度にコントロールして運転を行っている。 したがつて前記の冷却水は１５０〜２００℃程度に温度
調節する必要があり、このために冷却水の供給系統には
ボイラー等を含む水温調節装置、および冷却配管内での
スケール発生を防止する純水製造装置等の付帯設備が必
要となり発電システム全体としての設備費が嵩む。 一方、空冷式は水冷式と同様に単電池の敗セル毎に冷却
空気流路を形成した冷却板を介装した方式、あるいはセ
ルスタックを構成する各単電池毎にそのガス分離板に冷
却空気流路を形成して外部から冷却空気を供給する方式
とがあるが、いずれの方式も先記した水冷式で必要とし
たボイラーや純水製造装置等を必要とせず、発電システ
ムの構成が簡単で設備費も安価で済む等の利点がある。 このように空冷式は水冷式と比べて、冷却用の熱媒であ
る空気の取扱いが簡単でかつ安全性も高く、しかも設備
がコンパクトで安価となる等の利点があり、例えば数Ｌ
ＯＫ―規模の移動用電源等として使用する燃料電池の冷
却方式として広く採用されている。 しかして空冷式の燃料電池では前記した利点のある反面
、燃料電池の温度コントロールが難しいという問題があ
る。これは燃料電池の作動温度と常温の外気をそのまま
冷却空気として使用する空気温度（外気温）との差が大
きいことに起因している。すなわち前記のように燃料電
池の作動温度は電池構成部材の許容範囲内で最高温度に
コントロールすることが望ましいが、冷却空気流路に沿
った燃料電池内部の温度分布に付いて見ると、低温外気
の導入される冷却空気流路の入口側に近い領域では温度
が低く、出口側領域に行く程電池内部の生成熱が加わっ
て温度が高まる。このために冷却空気流路の出口部分の
温度を電池の許容最高温度に抑える必要があり、この結
果として電池内部全域の温度を平均すると許容最高温度
よりかなり低くなる。しかも燃料電池の発電効率は先記
のように作動温度に比例するので、このままでは充分に
高い発電効率を得ることができない、したがって燃料電
池の発電効率を高めるには、電池内部の最高温度地点を
許容最高温度に抑えつつ、かつ電池内部全域での平均温
度をできるだけ許容最高温度に近い温度まで高めて均熱
化を図るような冷却手段を講じることが必要となる。 一方、上記問題に対処して電池内部での平均温度を高め
つつ均熱化を図る方法として、従来では電池内の冷却空
気流路出口から排出した高温の冷却空気の一部をその入
口側に還流させるように循環送風Ｌ７、入口より導入す
る冷却空気温度を高めると同時に電池内部を通過する風
量を増加させ、電池内部における冷却空気流路の入口−
出口の温度差を少なくして平均温度の上昇および温度分
布の均等化を図るようにした方法が一部で試みられてい
る。しかしながらこの冷却空気の循環送風方式では、循
環風量を多くする程電池の平均温度を上昇できる反面、
このために使用する冷却空気循環用のプロアの動力も大
きくなり発電設備全体としての綜合効率の向上が難しい
、また循環空気を通風する配管は大風量を流す必要から
その管径が大きくなり、結果として発電設備が大形化し
て空冷式の大きな特長であるコンパクト化が困難となる
。さらに加えて循環ブロアは１５０〜１８０℃の高温に
耐える大容量タイプのものが必要であり、この結果とし
て設備費の価格上昇、保全性の低下も否めない。
この発明は上記の点にかんがみなされたものであり、冷
却空気の通流に伴う燃料電池内部の温度分布を簡単な手
段により電池内部の全域で均等化し、これにより電池の
発電効率をより一層高めることができるようにした空冷
式燃料電池、特にその冷却空気供給系統の構成を提供す
ることを目的とする。
却空気の通流に伴う燃料電池内部の温度分布を簡単な手
段により電池内部の全域で均等化し、これにより電池の
発電効率をより一層高めることができるようにした空冷
式燃料電池、特にその冷却空気供給系統の構成を提供す
ることを目的とする。
上記目的を達成するために、この発明はセルスタック内
に形成された冷却空気流路を各層毎に左右に並ぶ複数条
の並列流路となし、かつこの並列流路を複数区分に区分
けした上で各区分の流路入口、出口を隣接区分の間で互
い違いに開口するように定め、各流路区分の間で冷却空
気を交互に逆方向より通流するように構成したことによ
り、冷却空気流路を構成している基材の熱伝導を利用し
て電池内部、特に電極面全域での温度分布の均等化を図
るようにしたものである。 すなわち上記の構成によれば、冷却空気流路の各区分単
位に付いて見れば、その流路入口側と出口側との間の空
気温度差は大であるが、隣接区分の相互間では冷却空気
流路の入口と出口が近接して並んでおり、したがって流
路を構成している基材の熱伝導により電池内部の全域で
見るとその温度分布は冷却空気流路の入口側から出口側
に至る全域で平均化される。これにより電池反応の行わ
れる燃料電極、酸化剤電極の電極面部分では冷却空気流
路の入口、出口側を通流する冷却空気温度の影響を殆ど
受けることなく電極面全域で均一な温度分布が得られる
ようになり、この結果として電極反応も電極面全域で均
等となりより一層高い発電効率が得られるようになる。
に形成された冷却空気流路を各層毎に左右に並ぶ複数条
の並列流路となし、かつこの並列流路を複数区分に区分
けした上で各区分の流路入口、出口を隣接区分の間で互
い違いに開口するように定め、各流路区分の間で冷却空
気を交互に逆方向より通流するように構成したことによ
り、冷却空気流路を構成している基材の熱伝導を利用し
て電池内部、特に電極面全域での温度分布の均等化を図
るようにしたものである。 すなわち上記の構成によれば、冷却空気流路の各区分単
位に付いて見れば、その流路入口側と出口側との間の空
気温度差は大であるが、隣接区分の相互間では冷却空気
流路の入口と出口が近接して並んでおり、したがって流
路を構成している基材の熱伝導により電池内部の全域で
見るとその温度分布は冷却空気流路の入口側から出口側
に至る全域で平均化される。これにより電池反応の行わ
れる燃料電極、酸化剤電極の電極面部分では冷却空気流
路の入口、出口側を通流する冷却空気温度の影響を殆ど
受けることなく電極面全域で均一な温度分布が得られる
ようになり、この結果として電極反応も電極面全域で均
等となりより一層高い発電効率が得られるようになる。
第１図ないし第３図はこの発明の実施例を示すものであ
り、第１図は燃料電池のセルスタックと反応ガスおよび
冷却空気供給用マニホールドとの配置構成を示した分解
斜視図、第２図は平面図として表し−た第１図における
冷却空気の供給系統図、第３図は第１図におけるセルス
タックの部分構成断面図であり、図中１はセルスタック
、２は燃料ガス供給用のマニホールド、３は酸化剤ガス
としての空気供給用のマニホールド、４および５は冷却
空気供給用のマニホールドを示す。 ここで前記セルスタック１は周知のように単電池の積層
体としてなりかつその詳細構造は第３図に示すごとくで
あり、セルスタック１を構成する各単電池１１はりん酸
等の電解液を含浸保持したマトリックス１２と、該マト
リックス１２を挟んでその両側に対向する燃料電極１３
．酸化剤電極１４と、さらにこの電極１３．１４の外側
に重ね合わせたリブ付セパレータと呼ばれるガス分離板
１５．１６との積層体としてなる。ここで前記のガス分
離板１５．１６には電極１３．１４に接する内面側に燃
料ガス流路１７゜酸化剤流路１８が形成されている。ま
たこの反応ガス流路は第１図に明示されているようにそ
の入口から発して途中Ｕターンして出口に至るＵ字形の
流路であり、かつ燃料ガス流路１７と酸化剤ガス流路１
８の入口、出口はそれぞれセルスタック１の反対側の側
面に開口し、それぞれ燃料ガス供給用のマニホールド２
．酸化剤ガス供給用のマニホールド３を通じて反応ガス
が供給される。なお第１図において燃料ガス流路１７は
セルスタックの背面側に開口しており、図面上には描か
れてない。 一方、第３図に戻り各単電池１１の相互間でガス分離板
１５と１６の重なり面には、前記した燃料ガス流路１７
．酸化剤ガス流路１８とは分離して左右に並列して並ぶ
複数条の流路溝からなる冷却空気流路１９が形成されて
いる。この冷却空気流路１９は第１図のようにセルスタ
ック１における反応ガス流路の開口する側面と直交する
他の左右側面に開口するように両側面の間にまたがって
形成されており、この冷却空気流路１９の開口端に対向
してセルスタック１の左右側面にはそれぞれ冷却空気供
給用のマニホールド４および５がシール用パツキンを介
して密着配備されている。ここで前記マニホールド４，
５の内部はそれぞれ縦方向の仕切壁４１．５１を介して
横方向に並ぶ複数の小室に分割区分されており、かつこ
の小室には第２図に明示されているように一つ置きに空
気ブロア２０に通じる冷却空気導入配管２１が分岐して
接続配管され、冷却空気導入配管２１の接続されてない
残りの小室はそのまま排気口４２．５２を通じて大気中
に開放されている。 しかも左右のマニホールド４と５では、冷却空気導入パ
イプ２１の接続位置が互いに１室分だけずらして配管さ
れている。また前記マニホールド４゜５の内部に分割し
て仕切られた各小室は、セルスタンク側の各層内でガス
分離板１５と１６との間に並列形成された複数条の冷却
空気流路１９を複数区分に区分けした上でそれぞれの区
分と対応するように仕切壁４１．５１を介して分割形成
されている。なお図示例では複数条の流路溝からなる冷
却空気流路１９を１本ずつに区分けして１区分としてお
り、マニホールド４，５における各小室には１本の流路
溝が対応して開口している。 かかる構成になる冷却空気の供給経路により、セルスタ
ック内で各層に並んで形成された冷却空気流路１９は、
隣接する区分（図示例では１本の流路溝）の間で、その
流路入口と出口が互い違いに開口位置することになり、
ここにマニホールド４あるいは５を通じて導入される冷
却空気の通流方向は第２図の矢印で示すように隣合う流
路の間で交互に逆向きとなる。すなわち図示のように空
気ブロア２０により空気導入配管２１を通してマニホー
ルド４内の小室ＩＮに押し込み導入された冷却空気は、
咳小室ＩＮに入口が開口するセルスタック１内の冷却空
気流路１９の流路溝を左から右へ向けて通流した後にそ
の出口から反対側に配置されたマニホールド５の小室０
ｔｌＴに吐出し、ここから排気口５２を通じて大気中に
放出される。これに対して空気導入バイブ２１を通じて
マニホールド５における小室ＩＮに導入された冷却空気
は、該小室ＩＮ内に入口が開口する冷却空気流路１９の
流路溝を右から左へ向けて通流した後にその出口から反
対側に配置されたマニホールド４の小室０υ丁へ吐出し
、ここから排気口４２を通じて大気中に放出される。し
たがってセルスタック１内で左右に並列形成された複数
条の流路溝からなる冷却空気流路１９には１本の流路溝
ずつ交互に冷却空気が逆向きに通流するようになる。 ここで燃料電池に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して
発電を開始すれば、電極の分極や内部抵抗による発熱で
電池本体が高温に上昇するが、一方では前記した冷却空
気の供給により電池内部の生成熱はガス分離板１５．１
６を伝熱して冷却空気流路１９に至り、ここに通流する
冷却空気流によって系外に除熱される。この場合に各流
路溝に付いて見れば、ここに還流する冷却空気の空気温
度はその入口側で低く出口側に至る間に高温となり、そ
の人口−出口間に温度差が生じる。しかして前記のよう
に冷却空気流路１９は１本毎に隣接流路溝の間で冷却空
気の通流方向が逆向きであることがら、ガス分離板の内
部では互いに近接するこれら冷却空気流路の各流路溝相
互間で出口側の高温域と入口側の低温域との間に熱移動
が行われ、電池全体での内部温度は冷却空気流路１９に
沿った全域で温度分布が平均化されるようになる。した
がって電池反応の行われる電極部分に付いて見れば、そ
のｆ極面全域での温度が各流路溝における冷却空気の入
口−出口間温度差の影響を殆ど受けることなく許容最高
温度に近い値にほぼ均温化され、この結果として電極の
全面域での電池反応も均一となり高い発電効率が得られ
るようになる。またかがる方式によれば、均熱対策とし
て冷却空気を出口より入口へ還流するようにした従来の
空気循環方式の採用が不要となり、かつこれにより空気
循環ブロア、空気循環のための配管等の付帯設備および
その付帯設備の動力も必要なく、したがって発電設備全
体としての設備費の低減、コンパクト化と併せて発電シ
ステムの綜合効率も向上できるようになる。加えて燃料
電池の温度は冷却空気ブロア２０による風量制御のみで
コントロールできるので、その［ｊ操作が容易となり、
かつ保全性も向上する。 なお図示実施例の冷却空気経路では、冷却空気流路１９
の出口からの排出空気はマニホールド４゜５における小
室ＯＵＴを経由して大気中に排気するように構成したが
、この排出空気をマニホールドを経由せずに直接大気中
に放出するようにしてもよい、また冷却空気流路１９は
セルスタック１を構成する各単電池１１ごとにそのガス
分離板１５と１６との間に形成した例を示したが、単電
池の数セル置きに冷却空気流路を形成した冷却機を介装
したものでも同様に実施適用することができるのは勿論
である。 【発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、冷却空気波路を各
層毎に左右に並ぶ複数条の並列流路となし、かつこの並
列流路を複数区分に区分けした上で各区分の流路入口、
出口を隣接区分の間で互い違いに開口するように定め、
各流路区分の間で冷却空気を交互に逆方向より還流する
ように構成したことにより、電池内部での電極面方向の
温度分布が均等化され、かつその最高温度と平均温度と
の差が少なくなるので、燃料電池内部の平均温度をその
許容最高温度により近い温度に高めて運転することがで
きる。これにより従来の冷却空気循環方式を採用するこ
となく、したがって安価な設備費とコンパクトな構成で
電池の発電効率並びに発電システム全体としての綜合効
率の向上を図ることができる。
り、第１図は燃料電池のセルスタックと反応ガスおよび
冷却空気供給用マニホールドとの配置構成を示した分解
斜視図、第２図は平面図として表し−た第１図における
冷却空気の供給系統図、第３図は第１図におけるセルス
タックの部分構成断面図であり、図中１はセルスタック
、２は燃料ガス供給用のマニホールド、３は酸化剤ガス
としての空気供給用のマニホールド、４および５は冷却
空気供給用のマニホールドを示す。 ここで前記セルスタック１は周知のように単電池の積層
体としてなりかつその詳細構造は第３図に示すごとくで
あり、セルスタック１を構成する各単電池１１はりん酸
等の電解液を含浸保持したマトリックス１２と、該マト
リックス１２を挟んでその両側に対向する燃料電極１３
．酸化剤電極１４と、さらにこの電極１３．１４の外側
に重ね合わせたリブ付セパレータと呼ばれるガス分離板
１５．１６との積層体としてなる。ここで前記のガス分
離板１５．１６には電極１３．１４に接する内面側に燃
料ガス流路１７゜酸化剤流路１８が形成されている。ま
たこの反応ガス流路は第１図に明示されているようにそ
の入口から発して途中Ｕターンして出口に至るＵ字形の
流路であり、かつ燃料ガス流路１７と酸化剤ガス流路１
８の入口、出口はそれぞれセルスタック１の反対側の側
面に開口し、それぞれ燃料ガス供給用のマニホールド２
．酸化剤ガス供給用のマニホールド３を通じて反応ガス
が供給される。なお第１図において燃料ガス流路１７は
セルスタックの背面側に開口しており、図面上には描か
れてない。 一方、第３図に戻り各単電池１１の相互間でガス分離板
１５と１６の重なり面には、前記した燃料ガス流路１７
．酸化剤ガス流路１８とは分離して左右に並列して並ぶ
複数条の流路溝からなる冷却空気流路１９が形成されて
いる。この冷却空気流路１９は第１図のようにセルスタ
ック１における反応ガス流路の開口する側面と直交する
他の左右側面に開口するように両側面の間にまたがって
形成されており、この冷却空気流路１９の開口端に対向
してセルスタック１の左右側面にはそれぞれ冷却空気供
給用のマニホールド４および５がシール用パツキンを介
して密着配備されている。ここで前記マニホールド４，
５の内部はそれぞれ縦方向の仕切壁４１．５１を介して
横方向に並ぶ複数の小室に分割区分されており、かつこ
の小室には第２図に明示されているように一つ置きに空
気ブロア２０に通じる冷却空気導入配管２１が分岐して
接続配管され、冷却空気導入配管２１の接続されてない
残りの小室はそのまま排気口４２．５２を通じて大気中
に開放されている。 しかも左右のマニホールド４と５では、冷却空気導入パ
イプ２１の接続位置が互いに１室分だけずらして配管さ
れている。また前記マニホールド４゜５の内部に分割し
て仕切られた各小室は、セルスタンク側の各層内でガス
分離板１５と１６との間に並列形成された複数条の冷却
空気流路１９を複数区分に区分けした上でそれぞれの区
分と対応するように仕切壁４１．５１を介して分割形成
されている。なお図示例では複数条の流路溝からなる冷
却空気流路１９を１本ずつに区分けして１区分としてお
り、マニホールド４，５における各小室には１本の流路
溝が対応して開口している。 かかる構成になる冷却空気の供給経路により、セルスタ
ック内で各層に並んで形成された冷却空気流路１９は、
隣接する区分（図示例では１本の流路溝）の間で、その
流路入口と出口が互い違いに開口位置することになり、
ここにマニホールド４あるいは５を通じて導入される冷
却空気の通流方向は第２図の矢印で示すように隣合う流
路の間で交互に逆向きとなる。すなわち図示のように空
気ブロア２０により空気導入配管２１を通してマニホー
ルド４内の小室ＩＮに押し込み導入された冷却空気は、
咳小室ＩＮに入口が開口するセルスタック１内の冷却空
気流路１９の流路溝を左から右へ向けて通流した後にそ
の出口から反対側に配置されたマニホールド５の小室０
ｔｌＴに吐出し、ここから排気口５２を通じて大気中に
放出される。これに対して空気導入バイブ２１を通じて
マニホールド５における小室ＩＮに導入された冷却空気
は、該小室ＩＮ内に入口が開口する冷却空気流路１９の
流路溝を右から左へ向けて通流した後にその出口から反
対側に配置されたマニホールド４の小室０υ丁へ吐出し
、ここから排気口４２を通じて大気中に放出される。し
たがってセルスタック１内で左右に並列形成された複数
条の流路溝からなる冷却空気流路１９には１本の流路溝
ずつ交互に冷却空気が逆向きに通流するようになる。 ここで燃料電池に燃料ガスおよび酸化剤ガスを供給して
発電を開始すれば、電極の分極や内部抵抗による発熱で
電池本体が高温に上昇するが、一方では前記した冷却空
気の供給により電池内部の生成熱はガス分離板１５．１
６を伝熱して冷却空気流路１９に至り、ここに通流する
冷却空気流によって系外に除熱される。この場合に各流
路溝に付いて見れば、ここに還流する冷却空気の空気温
度はその入口側で低く出口側に至る間に高温となり、そ
の人口−出口間に温度差が生じる。しかして前記のよう
に冷却空気流路１９は１本毎に隣接流路溝の間で冷却空
気の通流方向が逆向きであることがら、ガス分離板の内
部では互いに近接するこれら冷却空気流路の各流路溝相
互間で出口側の高温域と入口側の低温域との間に熱移動
が行われ、電池全体での内部温度は冷却空気流路１９に
沿った全域で温度分布が平均化されるようになる。した
がって電池反応の行われる電極部分に付いて見れば、そ
のｆ極面全域での温度が各流路溝における冷却空気の入
口−出口間温度差の影響を殆ど受けることなく許容最高
温度に近い値にほぼ均温化され、この結果として電極の
全面域での電池反応も均一となり高い発電効率が得られ
るようになる。またかがる方式によれば、均熱対策とし
て冷却空気を出口より入口へ還流するようにした従来の
空気循環方式の採用が不要となり、かつこれにより空気
循環ブロア、空気循環のための配管等の付帯設備および
その付帯設備の動力も必要なく、したがって発電設備全
体としての設備費の低減、コンパクト化と併せて発電シ
ステムの綜合効率も向上できるようになる。加えて燃料
電池の温度は冷却空気ブロア２０による風量制御のみで
コントロールできるので、その［ｊ操作が容易となり、
かつ保全性も向上する。 なお図示実施例の冷却空気経路では、冷却空気流路１９
の出口からの排出空気はマニホールド４゜５における小
室ＯＵＴを経由して大気中に排気するように構成したが
、この排出空気をマニホールドを経由せずに直接大気中
に放出するようにしてもよい、また冷却空気流路１９は
セルスタック１を構成する各単電池１１ごとにそのガス
分離板１５と１６との間に形成した例を示したが、単電
池の数セル置きに冷却空気流路を形成した冷却機を介装
したものでも同様に実施適用することができるのは勿論
である。 【発明の効果］ 以上述べたようにこの発明によれば、冷却空気波路を各
層毎に左右に並ぶ複数条の並列流路となし、かつこの並
列流路を複数区分に区分けした上で各区分の流路入口、
出口を隣接区分の間で互い違いに開口するように定め、
各流路区分の間で冷却空気を交互に逆方向より還流する
ように構成したことにより、電池内部での電極面方向の
温度分布が均等化され、かつその最高温度と平均温度と
の差が少なくなるので、燃料電池内部の平均温度をその
許容最高温度により近い温度に高めて運転することがで
きる。これにより従来の冷却空気循環方式を採用するこ
となく、したがって安価な設備費とコンパクトな構成で
電池の発電効率並びに発電システム全体としての綜合効
率の向上を図ることができる。
第１図はこの発明の実施例による空冷式燃料電池のセル
スタックとこれに対応する反応ガスおよび冷却空気供給
用マニホールドとの配置構成を示した分解斜視図、第２
図は第１図における冷却空気の供給系統図、第３図は第
１図におけくセルスタックの部分構成断面図である０図
において、１：セルスタック、２：燃料ガス供給用のマ
ニホールド、３：酸化剤ガス供給用のマニホールド、４
．５：冷却空気供給用のマニホールド、１１：単電池、
１５．１６：ガス分離板、１７：燃料ガス流路、１８：
Ｍ他剤ガス流路、１９：冷却空気流路、２ｏ：冷却空気
供給用のプロア、２１：冷却空気導入配管、４１．５１
：マニホールドの小室を仕切る仕切壁、４２．５２：マ
ニホールドの排気口。 第１図 第２図
スタックとこれに対応する反応ガスおよび冷却空気供給
用マニホールドとの配置構成を示した分解斜視図、第２
図は第１図における冷却空気の供給系統図、第３図は第
１図におけくセルスタックの部分構成断面図である０図
において、１：セルスタック、２：燃料ガス供給用のマ
ニホールド、３：酸化剤ガス供給用のマニホールド、４
．５：冷却空気供給用のマニホールド、１１：単電池、
１５．１６：ガス分離板、１７：燃料ガス流路、１８：
Ｍ他剤ガス流路、１９：冷却空気流路、２ｏ：冷却空気
供給用のプロア、２１：冷却空気導入配管、４１．５１
：マニホールドの小室を仕切る仕切壁、４２．５２：マ
ニホールドの排気口。 第１図 第２図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 １）単電池の積層体としてなるセルスタックの層内に燃
料および酸化剤の反応ガス流路と分離して冷却空気流路
を形成し、該冷却空気流路へ外部より冷却空気を供給し
て電池の生成熱を除熱するようにした空冷式燃料電池に
おいて、前記冷却空気流路を各層毎に左右に並ぶ複数条
の並列流路となし、かつこの並列流路を複数区分に区分
けした上で各区分の流路入口、出口を隣接区分の間で互
い違いに開口するように定め、各流路区分の間で冷却空
気を交互に逆方向より通流するように構成したことを特
徴とする空冷式燃料電池。 ２）特許請求の範囲第１項記載の空冷式燃料電池におい
て、冷却空気流路が単電池のガス分離板に並列して形成
されており、かつ該冷却空気流路の各区分毎にその流路
入口へセルスタックの側面に配備した冷却空気供給用の
マニホールドを通じて外部より冷却空気を導入し、反対
側の流路出口から排出するようにしたことを特徴とする
空冷式燃料電池。 ３）特許請求の範囲第２項記載の空冷式燃料電池におい
て、冷却空気供給用のマニホールドがセルスタック側の
冷却空気流路の各区分に対応した小室に分割して仕切ら
れており、かつ冷却空気流路の入口に通じる小室には空
気ブロアを通じて冷却空気導入配管が接続され、冷却空
気流路の出口に通じる小室が排気口を経て大気中に開放
されていることを特徴とする空冷式燃料電池。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207592A JPS6266574A (ja) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | 空冷式燃料電池 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60207592A JPS6266574A (ja) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | 空冷式燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6266574A true JPS6266574A (ja) | 1987-03-26 |
Family
ID=16542320
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60207592A Pending JPS6266574A (ja) | 1985-09-19 | 1985-09-19 | 空冷式燃料電池 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6266574A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03230478A (ja) * | 1990-02-01 | 1991-10-14 | Fuji Electric Co Ltd | リン酸型燃料電池の冷却方法 |
| JP2005038826A (ja) * | 2003-07-14 | 2005-02-10 | Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd | 燃料電池極板の流場構造 |
| JP2006506778A (ja) * | 2002-11-14 | 2006-02-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 液体冷却式燃料電池スタック |
| KR100982071B1 (ko) * | 2007-01-22 | 2010-09-13 | 현대중공업 주식회사 | 내화물 금형의 냉각장치 |
-
1985
- 1985-09-19 JP JP60207592A patent/JPS6266574A/ja active Pending
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH03230478A (ja) * | 1990-02-01 | 1991-10-14 | Fuji Electric Co Ltd | リン酸型燃料電池の冷却方法 |
| JP2006506778A (ja) * | 2002-11-14 | 2006-02-23 | スリーエム イノベイティブ プロパティズ カンパニー | 液体冷却式燃料電池スタック |
| JP2005038826A (ja) * | 2003-07-14 | 2005-02-10 | Asia Pacific Fuel Cell Technology Ltd | 燃料電池極板の流場構造 |
| KR100982071B1 (ko) * | 2007-01-22 | 2010-09-13 | 현대중공업 주식회사 | 내화물 금형의 냉각장치 |
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