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JPH06338334A - Cooling plate and cooling system for fuel cell - Google Patents

Cooling plate and cooling system for fuel cell

Info

Publication number
JPH06338334A
JPH06338334A JP5126217A JP12621793A JPH06338334A JP H06338334 A JPH06338334 A JP H06338334A JP 5126217 A JP5126217 A JP 5126217A JP 12621793 A JP12621793 A JP 12621793A JP H06338334 A JPH06338334 A JP H06338334A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
cooling
fuel cell
cooling water
temperature
pipe
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
JP5126217A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Yoshitsugu Gocho
義次 牛膓
Yoshihiro Moriyama
義博 森山
Toshiro Konno
敏郎 金野
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.)
Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
Priority date (The priority date 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 date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toshiba Corp filed Critical Toshiba Corp
Priority to JP5126217A priority Critical patent/JPH06338334A/en
Publication of JPH06338334A publication Critical patent/JPH06338334A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • 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
    • 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
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    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

PURPOSE:To uniformly generate temperature distribution in a cell without taking a time in manufacture. CONSTITUTION:A cell layered unit, formed by laminating a plurality of sheets of cell 1, is provided with a cooling base board 4 mounted in a laminated condition and a cooling pipe 7 buried in this cooling base board 4 through a heat transfer charging material 6, and cooling water is circulated in the cooling pipe 7 to cool a cell main unit. In a cooling plate 3 of this fuel cell, a charge amount of the heat transfer charging material 6 is changed so as to uniformly obtain temperature distribution in accordance with temperature distribution in the single cell 1.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池を冷却する燃
料電池の冷却板及び冷却システムに係り、特に、冷却板
の冷却特性を向上させた燃料電池の冷却板及び冷却シス
テムに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a fuel cell cooling plate and cooling system for cooling a fuel cell, and more particularly to a fuel cell cooling plate and cooling system having improved cooling characteristics.

【0002】[0002]

【従来の技術】燃料電池は、天然ガス等を改質して得ら
れた水素と酸化剤である空気とを燃料電池本体内に供給
して、リン酸液等の電解質を介して電気化学反応を行な
って電気エネルギーを発生させるものである。また、燃
料電池の発電時に発生する熱を冷却水によって冷却する
際に、取り除かれた熱エネルギーを回収し、利用するこ
とによって効率的なエネルギー発生システムが実現でき
る。
2. Description of the Related Art A fuel cell supplies hydrogen, which is obtained by reforming natural gas or the like, and air, which is an oxidant, into the body of the fuel cell and causes an electrochemical reaction through an electrolyte such as phosphoric acid solution. To generate electric energy. In addition, an efficient energy generation system can be realized by recovering and utilizing the removed thermal energy when cooling the heat generated during power generation of the fuel cell with the cooling water.

【0003】このような燃料電池は、上述した発電機能
を有する一つの単電池(以下単セルという)が積層され
た積層体構造(セルスタック構造)になっている。
Such a fuel cell has a laminated structure (cell stack structure) in which one unit cell (hereinafter referred to as a unit cell) having the power generation function is laminated.

【0004】燃料電池のセルスタック構造を図8に示
す。燃料電池本体の単セル1は、電解質を保持したマト
リックス層11と、矢印Aの方向から燃料である水素が
供給される燃料極12と、矢印Bの方向から空気が供給
される酸化剤極13と、リブ付き電極基材14、15
と、セパレータ16より構成され、この単セルが多数個
積層されている。また、単セルが5〜10枚積層される
毎に、水冷式の冷却板3が積層され1つのサブスタック
2を構成し、このサブスタック2を数十枚積層してセル
スタックが構成されている。このセルスタックは、最上
部と最下部に設けられた締め板17によって保持されて
いる。
FIG. 8 shows a cell stack structure of a fuel cell. The unit cell 1 of the fuel cell body comprises a matrix layer 11 holding an electrolyte, a fuel electrode 12 to which hydrogen as a fuel is supplied in the direction of arrow A, and an oxidant electrode 13 to which air is supplied in the direction of arrow B. And electrode base materials 14 and 15 with ribs
And a separator 16, and a large number of these single cells are stacked. Every time 5 to 10 single cells are stacked, a water-cooling type cooling plate 3 is stacked to form one sub-stack 2, and several tens of the sub-stacks 2 are stacked to form a cell stack. There is. The cell stack is held by fastening plates 17 provided at the top and the bottom.

【0005】図9に示したように、冷却板3は、上下二
つのホルダー4a、4bに分割可能な冷却基板4と、冷
却基板4の層内に設けられた溝5に、例えば特開昭61
−22573号公報、特開平1−175173号公報、
及び特開平2−207458号公報で提案されている良
熱伝導充填材6を介して埋設され、例えば蛇行ループ状
に形成された金属製の冷却管7とから構成されている。
この冷却管7の一方の端部は図8に示すように給水ヘッ
ダ8に、他方の端部は排水ヘッダ9に絶縁ホース10を
介して接続されている。
As shown in FIG. 9, the cooling plate 3 has a cooling substrate 4 which can be divided into two upper and lower holders 4a and 4b, and a groove 5 provided in a layer of the cooling substrate 4, for example, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61
No. 22573, JP-A-1-175173,
And a cooling pipe 7 made of metal, which is buried via a good heat-conducting filler 6 proposed in Japanese Patent Laid-Open No. 2-207458, and is formed in a meandering loop shape, for example.
As shown in FIG. 8, one end of the cooling pipe 7 is connected to a water supply header 8 and the other end thereof is connected to a drain header 9 via an insulating hose 10.

【0006】ところで、電解質として例えばリン酸液を
用いた燃料電池では、反応気体、特に空気中にリン酸液
が多少蒸発することが知られている。この蒸発は僅かで
はあるが、長期間電池を作動させた際にはかなりの量に
達し、場合によっては電池が作動し得なくなる。
By the way, in a fuel cell using, for example, a phosphoric acid solution as an electrolyte, it is known that the phosphoric acid solution evaporates to some extent in a reaction gas, particularly in the air. Although this evaporation is slight, it reaches a considerable amount when the battery is operated for a long period of time, and in some cases, the battery cannot be operated.

【0007】この問題を解決するための手段の一つに、
例えば特開昭64−14876号公報に開示された、蒸
発したリン酸液を回収して電池に戻すことが可能な燃料
電池の冷却システムがある。このような燃料電池の冷却
システムを図10に示す。
One of the means for solving this problem is
For example, there is a cooling system for a fuel cell, which is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 64-14876 and which can recover the evaporated phosphoric acid solution and return it to the cell. A cooling system for such a fuel cell is shown in FIG.

【0008】図10は、燃料電池のサブスタック2毎に
積層された冷却板3と、この冷却板3の内部に埋設され
蛇行形状に形成された冷却管7に冷却水を循環させる冷
却水循環部18とを示している。なお、図10におい
て、空気は冷却板3に隣接した電池本体1の酸化剤極入
り口から流入して(矢印Bの方向)、酸化剤出口から流
出する(矢印B1の方向)。また、燃料である水素は、
燃料極入り口から流入し(矢印Aの方向)、出口側リタ
ーン部及び入り口側リターン部で進行方向が反転(それ
ぞれ矢印A1、A2の方向)して燃料極出口へ流出する
(矢印A3の方向)。
FIG. 10 shows a cooling water circulating portion for circulating cooling water in cooling plates 3 stacked for each sub-stack 2 of a fuel cell and a cooling pipe 7 embedded in the cooling plates 3 and formed in a meandering shape. 18 is shown. In FIG. 10, air flows in from the oxidant electrode inlet of the battery main body 1 adjacent to the cooling plate 3 (direction of arrow B) and flows out from the oxidant outlet (direction of arrow B1). In addition, the fuel hydrogen is
It flows in from the inlet of the fuel electrode (direction of arrow A), reverses the traveling direction at the return part of the outlet side and the return part of inlet side (directions of arrows A1 and A2, respectively) and flows out to the outlet of the fuel electrode (direction of arrow A3). .

【0009】この燃料電池の冷却システムは、サブスタ
ック2内に積層された冷却板3内の冷却管7に、冷却管
7内の所定圧力に対する飽和温度より十分低い温度(例
えば、飽和温度が180℃の場合、約160℃に設定さ
れる。以下、これを設定温度とする)の単相流である冷
却水を供給する。単相流である冷却水は、冷却管7内を
進むうちに次第に温度が上昇していき、飽和温度に到達
すると沸騰する。沸騰した冷却水は残りの冷却管7内を
通過するとき気液2相流となり、排水ヘッダ9から冷却
水出口ライン19を通ってセパレータ20に流れる。こ
のセパレータ20によって水と蒸気とが分離され、一方
の蒸気は水蒸気ライン21を通って図示しない改質器へ
流れ、他方の水はポンプ22で加圧され冷却水循環ライ
ン23に供給される。
In this fuel cell cooling system, the cooling pipe 7 in the cooling plate 3 stacked in the sub-stack 2 has a temperature sufficiently lower than the saturation temperature for a predetermined pressure in the cooling pipe 7 (for example, a saturation temperature of 180). In the case of 0 ° C., it is set to about 160 ° C. This will be referred to as a set temperature hereinafter), and cooling water that is a single-phase flow is supplied. The temperature of the cooling water, which is a single-phase flow, gradually rises while advancing in the cooling pipe 7, and boils when reaching the saturation temperature. The boiling cooling water becomes a gas-liquid two-phase flow when passing through the remaining cooling pipe 7, and flows from the drain header 9 through the cooling water outlet line 19 to the separator 20. Water and steam are separated by this separator 20, one steam flows through a steam line 21 to a reformer (not shown), and the other water is pressurized by a pump 22 and supplied to a cooling water circulation line 23.

【0010】冷却水循環ライン23の途中から冷却水バ
イパスライン24が分岐され、冷却水バイパスライン2
4には熱交換器25が設けられている。また、冷却水循
環ライン23と冷却水バイパスライン24とは三方弁2
6に切換可能に接続されている。
The cooling water bypass line 24 is branched from the middle of the cooling water circulation line 23,
4 is provided with a heat exchanger 25. Further, the cooling water circulation line 23 and the cooling water bypass line 24 are connected to the three-way valve 2
6 is switchably connected.

【0011】三方弁26は、冷却水循環ライン23を流
れる水と冷却水バイパスライン24を流れる水とを制御
して、セパレータ20から冷却水循環ライン23を介し
て冷却管7へ流れる冷却水の温度が設定温度になるよう
に制御している。例えば、冷却水循環ライン23を流れ
る冷却水の温度が設定温度よりも高ければ、三方弁26
は冷却水バイパスライン24に流れる冷却水の量を多く
する。冷却水バイパスライン24を流れた冷却水は熱交
換器25によって過剰な熱が高温蒸気として取り出され
る。また、冷却水循環ライン23を流れる冷却水の温度
が設定温度よりも低ければ、冷却水バイパスライン24
を流れる水の量を減らす。こうして設定温度に制御され
た水(単相流)は、冷却水入り口ライン27を介して給
水ヘッダ8から再度冷却管7内へ流入して冷却に供され
る。
The three-way valve 26 controls the water flowing through the cooling water circulation line 23 and the water flowing through the cooling water bypass line 24 so that the temperature of the cooling water flowing from the separator 20 to the cooling pipe 7 via the cooling water circulation line 23 is controlled. The temperature is controlled to reach the set temperature. For example, if the temperature of the cooling water flowing through the cooling water circulation line 23 is higher than the set temperature, the three-way valve 26
Increases the amount of cooling water flowing through the cooling water bypass line 24. Excessive heat of the cooling water flowing through the cooling water bypass line 24 is taken out as high temperature steam by the heat exchanger 25. If the temperature of the cooling water flowing through the cooling water circulation line 23 is lower than the set temperature, the cooling water bypass line 24
Reduce the amount of water flowing through. The water (single-phase flow) controlled to the set temperature in this way flows into the cooling pipe 7 again from the water supply header 8 through the cooling water inlet line 27 and is used for cooling.

【0012】また、図示しない改質器へ流れる蒸気分を
補給するために、給水タンク28から給水ポンプ29に
よって水を給水ライン30を介してセパレータ20へ供
給している。
Further, in order to replenish the steam component flowing to the reformer (not shown), water is supplied from the water supply tank 28 to the separator 20 by the water supply pump 29 via the water supply line 30.

【0013】このような構成の燃料電池冷却システムで
は、図11に示すように、単相流である冷却水が冷却管
7に流入してから沸騰するまでの領域(単相流領域、図
中L3)は、反応後の排空気が単相流の冷却水に冷却さ
れ、蒸発したリン酸が凝縮される凝縮領域(リン酸凝縮
領域)になっている。
In the fuel cell cooling system having such a structure, as shown in FIG. 11, a region (single-phase flow region, in the figure) from the cooling water, which is a single-phase flow, flowing into the cooling pipe 7 to boiling. L3) is a condensing region (phosphoric acid condensing region) in which the exhaust air after the reaction is cooled by the cooling water having a single-phase flow and the evaporated phosphoric acid is condensed.

【0014】また、冷却水が沸騰して2相流になってか
らの領域(2相流領域、図中L4)は、電気化学反応が
生じる領域(電気化学反応領域)であり、実質的に等温
冷却される。
The region (two-phase flow region, L4 in the figure) after the cooling water has boiled to form a two-phase flow is a region where an electrochemical reaction occurs (electrochemical reaction region), and is substantially Isothermally cooled.

【0015】ここで、冷却水が冷却管7(L3,L4)
内を流れる際の時間tと温度Tとの関係を図12に示
す。なお、Δt3 は冷却水が冷却管7を通過するにつれ
て設定温度T3から飽和温度T4に達するまでの時間
(L3を通過する時間)であり、Δt4 は気液2相流領
域(図中L4)を通過する時間である。設定温度T3の
冷却水はΔt3 の間に飽和温度T4までΔT上昇し、そ
の後Δt4 の間は等しい温度(飽和温度T4)に保たれ
ている。
Here, the cooling water is the cooling pipe 7 (L3, L4).
FIG. 12 shows the relationship between the time t and the temperature T when flowing through the inside. It should be noted that Δt3 is the time required for the cooling water to reach the saturation temperature T4 from the set temperature T3 as the cooling water passes through the cooling pipe 7 (time for passing through L3), and Δt4 is the gas-liquid two-phase flow region (L4 in the figure). It's time to pass. The cooling water at the set temperature T3 rises by ΔT to the saturation temperature T4 during Δt3, and is maintained at the same temperature (saturation temperature T4) during Δt4.

【0016】[0016]

【発明が解決しようとする課題】通常の燃料電池の運転
時には、常温で供給される反応空気により燃料電池のサ
ブスタックの酸化剤極入り口側が冷却され、出口側に進
むにつれて従い徐々に暖かい反応空気による熱の持ちだ
し状態が変わり、単セル内に不均一な温度分布が生じて
しまう欠点があった。この欠点を解決するために、例え
ば特開平3−261073号公報に開示された(図13
参照)如く冷却管の径を酸化剤極入り口側は細く、酸化
剤出口側は太くして単セル内の温度分布を均一化させる
提案がなされているが、冷却管の径を変えるため製造上
の手間がかかった。
During normal operation of a fuel cell, the reaction air supplied at room temperature cools the oxidizer electrode inlet side of the fuel cell sub-stack, and the reaction air gradually warms toward the outlet side. However, there is a drawback in that the heat transfer state changes due to the heat generation, resulting in an uneven temperature distribution within the unit cell. In order to solve this drawback, for example, it is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 261073/1990 (FIG. 13).
It has been proposed to make the cooling pipe diameter thin on the oxidizer electrode inlet side and thicken it on the oxidizer outlet side to make the temperature distribution in the single cell uniform, as described above). Took a lot of time.

【0017】また、セルスタックの最上部と最下部の冷
却板は、それぞれ締め板に隣接している。このため冷却
板に入る入熱が他の冷却板と比べて半分になり、その分
だけ最上部と最下部の冷却板に隣接したサブスタックが
過冷却され電池電圧特性の低下を招いた。
The uppermost and lowermost cooling plates of the cell stack are adjacent to the fastening plates, respectively. For this reason, the heat input to the cooling plate is halved compared to the other cooling plates, and the sub-stacks adjacent to the uppermost and lowermost cooling plates are overcooled correspondingly, resulting in deterioration of battery voltage characteristics.

【0018】一方、上述した電解質であるリン酸を回収
可能な燃料電池の冷却システムでは、リン酸凝縮を単相
流冷却で行なっているため、冷却管に供給される冷却水
の温度を設定温度(飽和温度より十分低い温度)以上に
上げることができず、熱交換器で高温(飽和温度近傍の
温度)蒸気を取り出すことができなかった。
On the other hand, in the cooling system of the fuel cell capable of recovering the phosphoric acid which is the electrolyte described above, since the phosphoric acid is condensed by the single-phase flow cooling, the temperature of the cooling water supplied to the cooling pipe is set to the set temperature. (The temperature was sufficiently lower than the saturation temperature) and the heat exchanger could not take out high temperature (temperature near the saturation temperature) steam.

【0019】また、リン酸凝縮を単相流冷却で行なって
いるため冷却効率が悪く十分なリン酸を回収することが
できなかった。リン酸回収効果を上げるためにはL3を
広くしなければならず、その結果L4(電気化学反応領
域)が狭くなり電池電圧の特性が悪くなった。
Further, since the phosphoric acid is condensed by single-phase flow cooling, the cooling efficiency is poor and sufficient phosphoric acid cannot be recovered. In order to improve the phosphoric acid recovery effect, L3 must be widened, and as a result, L4 (electrochemical reaction region) is narrowed and the battery voltage characteristic deteriorates.

【0020】本発明は上述した事情に鑑みてなされたも
ので、製造上の手間をかけることなしに単セル内の温度
分布を均一化させる燃料電池の冷却板を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a cooling plate for a fuel cell in which the temperature distribution in a single cell is made uniform without labor in manufacturing.

【0021】また、本発明は上述した事情に鑑みてなさ
れたもので、リン酸回収性能を犠牲にすることなく設定
温度以上の高温蒸気取り出しができ、その上電池電圧の
性能も向上することのできる燃料電池の冷却システムを
提供することを目的とする。
Further, the present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to take out high-temperature steam above a set temperature without sacrificing the phosphoric acid recovery performance, and further improve the battery voltage performance. An object of the present invention is to provide a cooling system for a fuel cell that can be used.

【0022】[0022]

【課題を解決するための手段】本発明に関する燃料電池
の冷却板は、上述した課題を解決するために、請求項1
に記載したように、単セルを複数枚積層して形成される
電池積層体に積層状態で取り付けられる冷却基板と、こ
の冷却基板内に良熱充填材を介して埋設された冷却管と
を備え、上記冷却管内に冷却水を循環させて電池本体を
冷却させる燃料電池の冷却板において、上記良熱充填材
の充填量を単セル内の温度分布に応じて変化させるもの
である。
A cooling plate for a fuel cell according to the present invention is provided in order to solve the above-mentioned problems.
As described above, a cooling board mounted in a laminated state on a battery stack formed by stacking a plurality of single cells, and a cooling pipe embedded in the cooling board via a good heat filling material are provided. In a cooling plate of a fuel cell in which cooling water is circulated in the cooling pipe to cool the cell body, the filling amount of the good heat filling material is changed according to the temperature distribution in the single cell.

【0023】また、本発明に関する燃料電池の冷却板
は、上述した課題を解決するために、請求項2に記載し
たように、上記酸化剤の入り口側の冷却管と上記冷却基
板との間に充填される上記良熱充填材の充填量を、残り
の冷却管と上記冷却基板との間に充填される上記良熱充
填材の充填量に比べて少なくしたものである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the cooling plate of the fuel cell according to the present invention is, as described in claim 2, between the cooling pipe on the inlet side of the oxidant and the cooling substrate. The filling amount of the good heat filling material to be filled is smaller than the filling amount of the good heat filling material to be filled between the remaining cooling pipe and the cooling substrate.

【0024】さらに、本発明に関する燃料電池の冷却板
は、上述した課題を解決するために、請求項3に記載し
たように、上記電池積層体の最上部及び最下部に積層さ
れた冷却板に充填される良熱充填材の量を他の冷却板に
比べて少なくしたものである。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the cooling plate of the fuel cell according to the present invention is, as stated in claim 3, a cooling plate laminated on the uppermost and lowermost parts of the cell stack. The amount of good heat filling material to be filled is smaller than that of other cooling plates.

【0025】そして、本発明に関する燃料電池の冷却シ
ステムは、上述した課題を解決するために、請求項4に
記載したように、電解質を介して燃料と酸化剤とを反応
させて電気エネルギーを発生する燃料電池を冷却する燃
料電池の冷却システムであって、冷却管を内部に埋設し
た冷却板を備え、上記冷却管内に冷却水を循環させて燃
料電池の冷却を行なう燃料電池の冷却システムにおい
て、上記冷却管を、燃料電池本体冷却用冷却管と電解質
回収用冷却管とに分割する。
In order to solve the above-mentioned problems, the fuel cell cooling system according to the present invention, as set forth in claim 4, causes a fuel and an oxidant to react via an electrolyte to generate electric energy. A cooling system for a fuel cell for cooling a fuel cell, comprising a cooling plate having a cooling pipe embedded therein, and cooling the fuel cell by circulating cooling water in the cooling pipe, The cooling pipe is divided into a cooling pipe for cooling the fuel cell body and a cooling pipe for collecting electrolyte.

【0026】また、本発明に関する燃料電池の冷却シス
テムは、上述した課題を解決するために、請求項5に記
載したように、電解質回収用冷却管を流れる冷却水が2
相流になるように、上記冷却水の圧力を制御する圧力制
御手段を備えている。
In order to solve the above-mentioned problems, the fuel cell cooling system according to the present invention uses, as described in claim 5, cooling water flowing through the electrolyte recovery cooling pipe.
A pressure control means for controlling the pressure of the cooling water is provided so as to form a phase flow.

【0027】さらに、本発明に関する燃料電池の冷却シ
ステムは、上述した課題を解決するために、請求項6に
記載したように、燃料電池本体冷却管に流入する冷却水
の温度が飽和温度近傍になるように、上記冷却水の温度
を制御する温度制御手段を備えている。
Further, in order to solve the above-mentioned problems, the fuel cell cooling system according to the present invention, as set forth in claim 6, makes the temperature of the cooling water flowing into the fuel cell main body cooling pipe close to the saturation temperature. Therefore, the temperature control means for controlling the temperature of the cooling water is provided.

【0028】[0028]

【作用】電気化学反応による発熱によるサブスタックの
積層方向(H)の温度上昇ΔTA 状態を図7に示す。図
中、ΔT1は冷却水温度と冷却管との温度差、ΔT2は
充填材の温度上昇、ΔT3は冷却板全体の温度上昇、Δ
T4はサブスタックの電極内の温度上昇である。
FIG. 7 shows the temperature rise ΔTA state in the stacking direction (H) of the sub-stack due to the heat generated by the electrochemical reaction. In the figure, ΔT1 is the temperature difference between the cooling water temperature and the cooling pipe, ΔT2 is the temperature rise of the filler, ΔT3 is the temperature rise of the entire cooling plate, and ΔT3 is the temperature rise.
T4 is the temperature rise within the electrodes of the sub-stack.

【0029】図7によれば、サブスタック(単セル)内
の温度上昇のうち、冷却板によるものが約50%占め、
その中で特に充填材が約80%を占めている。この結果
から、冷却板と冷却管との間に充填する充填材の充填量
を変化させることによってサブスタック2(単セル)の
温度が変化することが分かる。したがって、良熱充填材
の充填量を単セル内の温度分布に基づいて変化させるこ
とによって、製造上の手間をかけることなしに単セル内
の温度分布を高均一にすることができる。
According to FIG. 7, about 50% of the temperature rise in the sub-stack (single cell) is due to the cooling plate,
In particular, the filler accounts for about 80%. From this result, it is understood that the temperature of the sub-stack 2 (single cell) is changed by changing the filling amount of the filling material filled between the cooling plate and the cooling pipe. Therefore, by changing the filling amount of the good heat filling material based on the temperature distribution in the single cell, it is possible to make the temperature distribution in the single cell highly uniform without taking time and effort in manufacturing.

【0030】特に、酸化剤の入り口側の一部の冷却管と
上記冷却基板との間に充填される良熱充填材の充填量
を、他の冷却管と冷却基板との間に充填される良熱充填
材の充填量に比べて少なくすると、酸化剤極入り口側の
過冷却を抑えることができ効果的である。
In particular, the filling amount of the good heat filling material filled between the cooling substrate and a part of the cooling pipe on the inlet side of the oxidizer is filled between the other cooling pipe and the cooling substrate. If the filling amount is smaller than the filling amount of the good heat filling material, it is effective because supercooling on the oxidant electrode inlet side can be suppressed.

【0031】また、電池積層体の最上部及び最下部に積
層された冷却板に充填される良熱充填材の量を他の冷却
板に比べて少なすると、最上部及び最下部のサブスタッ
クがの過冷却を抑制させることができる。
When the amount of the good heat filling material filled in the cooling plates laminated on the uppermost and lowermost parts of the battery stack is smaller than that of the other cooling plates, the uppermost and lowermost sub-stacks are formed. Can be suppressed.

【0032】一方、燃料電池のシステムに使用される冷
却板の内部に埋設される冷却管を、燃料電池本体冷却用
と電解質回収用に分割する。そして、電解質回収用冷却
管に冷却水を循環させる低温用冷却水循環部を流れる冷
却水の圧力を圧力制御手段で制御することによって、冷
却水を飽和温度より十分低い温度で気液2相流にするこ
とができる。したがって従来に比べて電解質凝縮能力が
上がり電解質回収領域を狭く(電気化学反応領域を広
く)することができ、電池電圧の特性を大幅に向上させ
ることができる。
On the other hand, the cooling pipe embedded inside the cooling plate used in the fuel cell system is divided into one for cooling the fuel cell main body and one for electrolyte recovery. Then, the pressure control means controls the pressure of the cooling water flowing through the low-temperature cooling water circulation unit that circulates the cooling water in the electrolyte recovery cooling pipe, so that the cooling water becomes a gas-liquid two-phase flow at a temperature sufficiently lower than the saturation temperature. can do. Therefore, as compared with the conventional case, the electrolyte condensing ability is improved, the electrolyte recovery region can be narrowed (the electrochemical reaction region is widened), and the battery voltage characteristics can be greatly improved.

【0033】また、燃料電池本体冷却用冷却管に冷却水
を循環させる高温用冷却水循環部を流れる冷却水の温度
を温度制御手段により制御して、冷却水の温度が飽和温
度近傍になるようにする。この結果、飽和温度近傍の高
温蒸気の取り出しが可能になり、エネルギー効率が向上
する。
Further, the temperature of the cooling water flowing through the high temperature cooling water circulating portion for circulating the cooling water in the cooling pipe for cooling the fuel cell main body is controlled by the temperature control means so that the temperature of the cooling water becomes close to the saturation temperature. To do. As a result, high temperature steam near the saturation temperature can be taken out and energy efficiency is improved.

【0034】[0034]

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、従来例と同一又は同等の構成要素について
は同一符号を付してその説明は省略又は簡略化する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. In addition, the same or equivalent components as those of the conventional example are designated by the same reference numerals, and the description thereof will be omitted or simplified.

【0035】図1及び図2に基づいて第1実施例を説明
する。
A first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 and 2.

【0036】図1は本発明に係る燃料電池の冷却板の概
略構成を示す斜視図であり、図2は図1におけるホルダ
ー4aとホルダー4bとの分割面での断面図である。
FIG. 1 is a perspective view showing a schematic structure of a cooling plate of a fuel cell according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along a division plane of a holder 4a and a holder 4b in FIG.

【0037】図1及び図2に示す燃料電池の冷却板3
は、ホルダー4a、4bからなる冷却基板4に蛇行形状
に形成された溝5(図1及び図2では、ホルダー4bに
形成された溝5のみ示した)と、この溝5に酸化剤極入
り口B側は断続的に、酸化剤極出口B1側は高密度に充
填された良熱充填材6を介して埋設された蛇行形状の金
属製の冷却管7とを備えている。
Cooling plate 3 of the fuel cell shown in FIGS. 1 and 2.
Is a groove 5 formed in a meandering shape on the cooling substrate 4 including the holders 4a and 4b (only the groove 5 formed in the holder 4b is shown in FIGS. 1 and 2), and the oxidant electrode inlet port is provided in the groove 5. The B side is intermittently provided, and the oxidant electrode outlet B1 side is provided with a meandering metal cooling pipe 7 which is buried via a good heat filling material 6 filled with high density.

【0038】また、断続的に充填された部分の良熱充填
材6の充填量、及び断続的に充填される割合は温度分布
の均一度に従って定められている。
The filling amount of the good heat filling material 6 in the intermittently filled portion and the intermittent filling rate are determined according to the uniformity of the temperature distribution.

【0039】次に、作用を示す。Next, the operation will be described.

【0040】この冷却板3を備えた燃料電池を運転する
と、反応空気により酸化剤極入り口側Bは多く冷却され
る。しかし、酸化剤極入り口側Bの充填材6の充填量を
少なくしたので、酸化剤極入り口側Bの温度上昇度が増
し、酸化剤極入り口側Bの過冷却を抑えることができ
る。この結果単セル1内の温度分布をほぼ均一にするこ
とができる。
When the fuel cell provided with this cooling plate 3 is operated, the oxidant electrode inlet side B is largely cooled by the reaction air. However, since the filling amount of the filler 6 on the oxidant electrode inlet side B is reduced, the degree of temperature rise on the oxidant electrode inlet side B is increased, and the supercooling of the oxidant electrode inlet side B can be suppressed. As a result, the temperature distribution in the unit cell 1 can be made substantially uniform.

【0041】その他の実施例として、セルスタック最上
部と最下部の冷却板の良熱充填材の充填量を、他の冷却
板に比べて全体的に少なめに充填する。または、ホルダ
ー4a側に接する充填量は不連続(低密度)に、ホルダ
ー4b側に接する充填量は連続的(高密度)に充填する
(ホルダー4aと4bとは逆でも良い)。このようにす
ると、最上部(あるいは最下部)の冷却板3に隣接した
サブスタック2の温度を他のサブスタック2の温度とほ
ぼ同等にすることができる。
As another embodiment, the uppermost and lowermost cooling plates of the cell stack are filled with the good heat-filling material in a smaller amount than the other cooling plates as a whole. Alternatively, the filling amount in contact with the holder 4a side is discontinuous (low density), and the filling amount in contact with the holder 4b side is continuous (high density) (the holders 4a and 4b may be reversed). By doing so, the temperature of the sub-stack 2 adjacent to the uppermost (or lowermost) cooling plate 3 can be made substantially equal to the temperature of the other sub-stacks 2.

【0042】さらに、燃料電池の最上部と最下部の冷却
板3と冷却管7との間に充填される良熱充填材の充填量
を調整すると共に、最上部と最下部の冷却管7に供給さ
れる冷却水量を他のサブスタック2より少なくなるよう
に制御すると、サブスタック2の温度の均一化により有
効である。
Further, the filling amount of the good heat filling material filled between the cooling plate 3 and the cooling pipe 7 at the uppermost and lowermost portions of the fuel cell is adjusted, and the cooling pipes 7 at the uppermost and lowermost portions are adjusted. It is effective to make the temperature of the sub stack 2 uniform by controlling the amount of cooling water supplied so as to be smaller than that of the other sub stacks 2.

【0043】次に図3〜図5に基づいて第2実施例を説
明する。
Next, a second embodiment will be described with reference to FIGS.

【0044】図3は、本発明における燃料電池の冷却シ
ステム図である。
FIG. 3 is a cooling system diagram of the fuel cell according to the present invention.

【0045】燃料電池の冷却システムは、燃料電池のサ
ブスタック2毎に積層された冷却板3と、この冷却板3
の内部に埋設された冷却管7であり、蛇行形状に形成さ
れ2つに分割した冷却管7a,7bを備えている。この
分割された冷却管7a,7bのうち、酸化剤極入り口側
Bに位置した冷却管7aは、電池本体を冷却する燃料電
池本体冷却用冷却管であり、酸化剤極出口側B1に位置
した冷却管7bは電解質であるリン酸を回収する電解質
回収用冷却管である。
The cooling system for a fuel cell includes a cooling plate 3 laminated for each sub-stack 2 of the fuel cell, and this cooling plate 3
The cooling pipe 7 is embedded in the inside of the, and is provided with cooling pipes 7a and 7b formed in a meandering shape and divided into two. Of the divided cooling pipes 7a and 7b, the cooling pipe 7a located on the oxidizer electrode inlet side B is a cooling pipe for cooling the fuel cell body, which is located on the oxidizer electrode outlet side B1. The cooling pipe 7b is an electrolyte recovery cooling pipe for recovering phosphoric acid as an electrolyte.

【0046】また、燃料電池の冷却システムは、分割さ
れた冷却管7a,7bにそれぞれ冷却水を循環させる冷
却水循環部18として燃料電池冷却用冷却水循環部18
a及び電解質回収用冷却水循環部18bとを備えてい
る。
In the cooling system for the fuel cell, the cooling water circulating portion 18 for cooling the fuel cell is used as the cooling water circulating portion 18 for circulating the cooling water through the divided cooling pipes 7a and 7b.
a and an electrolyte recovery cooling water circulation unit 18b.

【0047】燃料電池本体冷却用冷却管7aに冷却水を
循環させる燃料電池本体冷却用冷却水循環18aは、燃
料電池本体冷却用冷却管7aとこの冷却管7aに接続し
た冷却水出口ライン19と、燃料電池本体1の冷却に供
された冷却水の水と蒸気を分離するセパレータ20と、
セパレータ20で分離された水を循環させる冷却水循環
ライン23とを備えている。なお、セパレータ20で分
離された蒸気は、水蒸気ライン21に案内されて図示し
ない改質器へ流出する。
The cooling water circulation 18a for cooling the fuel cell body for circulating cooling water through the cooling pipe 7a for cooling the fuel cell body includes a cooling pipe 7a for cooling the fuel cell body, a cooling water outlet line 19 connected to the cooling pipe 7a, A separator 20 for separating water and steam of the cooling water used for cooling the fuel cell body 1,
A cooling water circulation line 23 for circulating the water separated by the separator 20 is provided. The steam separated by the separator 20 is guided to the steam line 21 and flows out to a reformer (not shown).

【0048】また、冷却水循環ライン23上には動力手
段であるポンプ22と、このポンプ22の下流側で冷却
水循環ライン23から分岐された冷却水バイパスライン
24と、冷却水バイパスライン24上に設けられた熱交
換器25と、冷却水循環ライン23と冷却水バイパスラ
イン24との合流点に設けられた三方弁26とを備えて
いる。
A pump 22 as a power means is provided on the cooling water circulation line 23, a cooling water bypass line 24 branched from the cooling water circulation line 23 on the downstream side of the pump 22, and a cooling water bypass line 24 are provided on the cooling water bypass line 24. The heat exchanger 25 and the three-way valve 26 provided at the confluence of the cooling water circulation line 23 and the cooling water bypass line 24 are provided.

【0049】一方、冷却水循環部18aには、セパレー
タ20から流出する冷却水の温度を検出する温度検出器
31が設けられている。この温度検出器31の温度検出
信号は制御部32に送られ、制御部32は温度検出信号
を基にして三方弁26の切換を制御可能になっている。
On the other hand, the cooling water circulation unit 18a is provided with a temperature detector 31 for detecting the temperature of the cooling water flowing out from the separator 20. The temperature detection signal of the temperature detector 31 is sent to the control unit 32, and the control unit 32 can control switching of the three-way valve 26 based on the temperature detection signal.

【0050】そして、三方弁26から流出した冷却水は
冷却水入り口ライン27を流れて再度燃料電池冷却用冷
却管7aに流入するものと、電解質回収用冷却水循環部
18bの電解質回収用ライン33を経て電解質回収用冷
却管7bに流出するものに分流される。
The cooling water flowing out from the three-way valve 26 flows through the cooling water inlet line 27 and flows into the fuel cell cooling cooling pipe 7a again, and the electrolyte recovery line 33 of the electrolyte recovery cooling water circulating portion 18b. After that, it is divided into those flowing out to the electrolyte recovery cooling pipe 7b.

【0051】電解質回収用ライン33上には、電解質回
収用ライン33上を流れる冷却水の圧力を制御する調整
弁34が設けられ、調整弁34を介した冷却水は電解質
回収用冷却管7bに流入するように構成されている。な
お、調整弁34には、調整弁34を駆動させる駆動部3
5と、駆動部35の駆動出力を制御する制御部36とが
設けられ、圧力制御手段37を構成している。
On the electrolyte recovery line 33, a regulating valve 34 for controlling the pressure of the cooling water flowing on the electrolyte recovery line 33 is provided, and the cooling water via the regulating valve 34 is fed to the electrolyte recovery cooling pipe 7b. It is configured to flow in. The adjustment valve 34 includes a drive unit 3 that drives the adjustment valve 34.
5 and a control unit 36 for controlling the drive output of the drive unit 35 are provided, and constitute pressure control means 37.

【0052】そして、電解質回収用冷却管7bの流出側
は、冷却水出口ライン38に接続されている。冷却水出
口ライン38を流れる冷却水は、熱交換器39を介して
給水タンク28に流出する。また、図示しない改質器へ
流れる蒸気分を補給するために、給水タンク28から給
水ポンプ29によって水を給水ライン30を介してセパ
レータ20へ供給する。セパレータ20は上述した作用
を繰り返し、冷却水を冷却水循環ライン23に送ること
によって冷却水は燃料電池本体冷却用冷却管7a及び電
解質回収用冷却管7bを循環している。
The outflow side of the electrolyte recovery cooling pipe 7b is connected to the cooling water outlet line 38. The cooling water flowing through the cooling water outlet line 38 flows out to the water supply tank 28 via the heat exchanger 39. Further, in order to replenish the amount of steam flowing to the reformer (not shown), water is supplied from the water supply tank 28 to the separator 20 by the water supply pump 29 via the water supply line 30. The separator 20 repeats the above-described operation and sends the cooling water to the cooling water circulation line 23 so that the cooling water circulates through the cooling pipe 7a for cooling the fuel cell main body and the cooling pipe 7b for collecting electrolyte.

【0053】なお、冷却水循環ライン23、冷却水バイ
パスライン24、熱交換器25、三方弁26、温度検出
器31、及び制御部32は温度制御手段40を構成して
いる。
The cooling water circulation line 23, the cooling water bypass line 24, the heat exchanger 25, the three-way valve 26, the temperature detector 31, and the control section 32 constitute a temperature control means 40.

【0054】次に作用を述べる。Next, the operation will be described.

【0055】この燃料電池の冷却システムは、燃料電池
を冷却用の冷却管7を、燃料電池を冷却する燃料電池冷
却用冷却管7aと、電解質であるリン酸を回収する電解
質回収用冷却管7bとに分割して、燃料電池冷却用冷却
管7aに冷却水の飽和温度(冷却管7a内の所定圧力の
飽和温度であり、本実施例では180℃とする)近傍の
冷却水を供給し、電解質回収用冷却管7bに設定温度
(本実施例では160℃とする)近傍で且つ気液2相流
である冷却水を供給することができる。
In this fuel cell cooling system, a cooling pipe 7 for cooling the fuel cell, a cooling pipe 7a for cooling the fuel cell, and an electrolyte recovery cooling pipe 7b for recovering phosphoric acid as an electrolyte are provided. And the cooling water near the saturation temperature of the cooling water (the saturation temperature of the predetermined pressure in the cooling pipe 7a, which is 180 ° C. in this embodiment) is supplied to the cooling pipe 7a for cooling the fuel cell, Cooling water that is a gas-liquid two-phase flow near the set temperature (160 ° C. in this embodiment) can be supplied to the electrolyte recovery cooling pipe 7b.

【0056】今、燃料電池の冷却に供された冷却水(温
度:180℃)は、冷却水出口ライン19を介してセパ
レータ20に流入する。セパレータ20は、流入した冷
却水を水と蒸気に分離して、蒸気分を分離した冷却水
は、ポンプ22で加圧されて冷却水循環ライン23を流
れ、一方は、直接三方弁26に流入し、他方は冷却水バ
イパスライン24を流れて熱交換器25を介して三方弁
26に流入する。
Now, the cooling water (temperature: 180 ° C.) used for cooling the fuel cell flows into the separator 20 through the cooling water outlet line 19. The separator 20 separates the inflowing cooling water into water and steam, and the cooling water from which the steam component has been separated is pressurized by the pump 22 and flows through the cooling water circulation line 23, while one of the cooling water directly flows into the three-way valve 26. The other flows through the cooling water bypass line 24 and flows into the three-way valve 26 via the heat exchanger 25.

【0057】一方、温度検出部31はセパレータ20を
流出した冷却水の温度を常時検出して、この検出情報を
制御部32に送っている。
On the other hand, the temperature detecting section 31 constantly detects the temperature of the cooling water flowing out of the separator 20 and sends this detection information to the control section 32.

【0058】制御部32は、三方弁26から流出する冷
却水の温度が、温度検出部31で検出した温度(飽和温
度)に対して常に3〜5℃低くなる(この温度を目標温
度とし、本実施例の場合175℃とする)ように三方弁
26の弁を調節する。この三方弁26の弁の調節によっ
て、冷却水循環ライン23を直接流れて三方弁26に直
接流れる冷却水量と冷却水バイパスライン24に流れる
冷却水量とを定めている。
The control unit 32 always lowers the temperature of the cooling water flowing out from the three-way valve 26 by 3 to 5 ° C. with respect to the temperature (saturation temperature) detected by the temperature detection unit 31 (this temperature is set as the target temperature, The valve of the three-way valve 26 is adjusted so that the temperature is 175 ° C. in this embodiment). By adjusting the valve of the three-way valve 26, the amount of cooling water directly flowing through the cooling water circulation line 23 and flowing directly to the three-way valve 26 and the amount of cooling water flowing through the cooling water bypass line 24 are determined.

【0059】例えば、温度検出部31で検出した温度が
175℃に対して低い場合は、セパレータ20から直接
三方弁26へ流れる冷却水量を多くし、逆に温度検出部
31で検出した温度が175℃に対して高い場合は、冷
却水バイパスライン24を流れる冷却水量を多くしてい
る。つまり、熱交換器25で排熱される冷却水量を制御
することによって常時175℃前後の飽和温度近傍の冷
却水が得られると共に、熱交換器25では、目標温度で
ある175℃近傍の高温蒸気を取り出すことができる。
For example, when the temperature detected by the temperature detector 31 is lower than 175 ° C., the amount of cooling water flowing directly from the separator 20 to the three-way valve 26 is increased, and conversely the temperature detected by the temperature detector 31 is 175 ° C. When it is higher than 0 ° C., the amount of cooling water flowing through the cooling water bypass line 24 is increased. That is, by controlling the amount of cooling water exhausted by the heat exchanger 25, cooling water near the saturation temperature of about 175 ° C. is always obtained, and at the heat exchanger 25, high temperature steam near the target temperature of 175 ° C. is generated. You can take it out.

【0060】一方、三方弁26から流出した175℃近
傍の冷却水は分流して、一方は燃料電池冷却用冷却管7
aに再度流入して燃料電池1の冷却に供される。分流し
た他方の冷却水は電解質回収用ライン8bに流出して調
整弁34に流入する。
On the other hand, the cooling water in the vicinity of 175 ° C. flowing out from the three-way valve 26 is diverted, and one is the cooling pipe 7 for cooling the fuel cell.
The fuel cell 1 is supplied again for cooling the fuel cell 1. The other split cooling water flows out to the electrolyte recovery line 8b and flows into the adjustment valve 34.

【0061】調整弁34は、制御部36からの制御信号
に基づいて駆動部35が駆動することによって弁をしぼ
り、調整弁34から流出する冷却水の圧力を所定圧力か
ら、冷却水が設定温度近傍で気液2相流になるような設
定圧力まで低下させる。
The adjusting valve 34 is squeezed by the drive unit 35 being driven based on a control signal from the control unit 36, so that the pressure of the cooling water flowing out of the adjusting valve 34 is set to a predetermined temperature from the predetermined pressure. The pressure is reduced to a set pressure so that a gas-liquid two-phase flow is generated in the vicinity.

【0062】この結果、電解質回収用冷却管7bに供給
される冷却水は160℃前後の2相流となる。
As a result, the cooling water supplied to the electrolyte recovery cooling pipe 7b becomes a two-phase flow of about 160.degree.

【0063】このような燃料電池の冷却システムにおけ
るリン酸凝縮領域L1及び電気化学反応領域L2を図4
に示す。反応後の排空気を冷却してリン酸を凝縮するリ
ン酸凝縮領域L1及び電池本体1を冷却する電気化学反
応領域L2はいずれも気液2相流領域であり、実質的に
等温冷却される。
FIG. 4 shows a phosphoric acid condensation region L1 and an electrochemical reaction region L2 in such a fuel cell cooling system.
Shown in. The phosphoric acid condensation region L1 for cooling the exhaust air after the reaction to condense phosphoric acid and the electrochemical reaction region L2 for cooling the battery body 1 are both gas-liquid two-phase flow regions and are substantially isothermally cooled. .

【0064】このような燃料電池の冷却システムの冷却
管7a(L2)及び7b(L1)内を流れる際の時間t
と温度Tとの関係を図5に示す。なお、T1は設定温度
(160℃)、T2は飽和温度(180℃)である。ま
た、Δt1 は冷却水が冷却管7bを通過する時間(図中
L1)、Δt2 は冷却管7a(図中L2)を通過する時
間である。
The time t when flowing through the cooling pipes 7a (L2) and 7b (L1) of such a fuel cell cooling system.
The relationship between the temperature and the temperature T is shown in FIG. In addition, T1 is a set temperature (160 degreeC) and T2 is a saturation temperature (180 degreeC). Further, Δt1 is the time for the cooling water to pass through the cooling pipe 7b (L1 in the figure), and Δt2 is the time for the cooling water to pass through the cooling pipe 7a (L2 in the figure).

【0065】図5と図12を比べてみると分かるよう
に、電解質回収を気液2相流で行なうことができるため
リン酸凝縮能力が上がる。この結果従来と比べてリン酸
凝縮領域L1を狭く(Δt1 <Δt3 )設定できるた
め、電気化学反応領域L2を広く(Δt2 >Δt4 )設
定することができ、電池電圧の特性を大幅に向上させる
ことができる。
As can be seen by comparing FIG. 5 and FIG. 12, since the electrolyte recovery can be carried out by a gas-liquid two-phase flow, the phosphoric acid condensing capacity is improved. As a result, since the phosphoric acid condensation region L1 can be set narrower (Δt1 <Δt3) than in the conventional case, the electrochemical reaction region L2 can be set wider (Δt2> Δt4) and the battery voltage characteristics can be greatly improved. You can

【0066】本発明の第3実施例を図6に示す。A third embodiment of the present invention is shown in FIG.

【0067】図6は、本実施例における燃料電池の冷却
システムである。本実施例は、冷却水出口ライン38
が、ポンプ41を介して冷却水循環ライン23に接続さ
れている構成になっている。その他の点は第2実施例と
同等であるので説明は省略する。
FIG. 6 shows a cooling system for a fuel cell in this embodiment. In this embodiment, the cooling water outlet line 38
Is connected to the cooling water circulation line 23 via the pump 41. Since the other points are the same as those of the second embodiment, the description thereof will be omitted.

【0068】本実施例では、電解質回収用冷却管7bで
排空気の冷却に供された冷却水は、ポンプ41に加圧さ
れ冷却水出口ライン38を流れて冷却水循環ライン23
に流入する。このように構成することによって、排空気
の冷却による排熱エネルギーを有した冷却水を燃料電池
本体冷却用冷却管7aに供給することができ、排熱エネ
ルギーをより有効的に利用することができる。
In the present embodiment, the cooling water used for cooling the exhaust air in the electrolyte recovery cooling pipe 7b is pressurized by the pump 41 and flows through the cooling water outlet line 38 to flow in the cooling water circulation line 23.
Flow into. With this configuration, the cooling water having the exhaust heat energy by cooling the exhaust air can be supplied to the cooling pipe 7a for cooling the fuel cell main body, and the exhaust heat energy can be used more effectively. .

【0069】なお、第2実施例及び第3実施例におい
て、温度制御手段の一部として三方弁を用いたが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えば冷却水循環
ラインと冷却水バイパスラインの合流点の上流側のライ
ン上に流量調節弁を個別に設けても第2実施例及び第3
実施例と同等の効果が得られる。
In the second and third embodiments, the three-way valve is used as a part of the temperature control means, but the present invention is not limited to this. For example, a cooling water circulation line and a cooling water bypass. Even if the flow control valves are individually provided on the line upstream of the confluence of the lines, the second embodiment and the third embodiment
The same effect as that of the embodiment can be obtained.

【0070】[0070]

【発明の効果】以上詳述したように、本発明に係る燃料
電池の冷却板によれば、単セルを複数枚積層して形成さ
れる電池積層体に積層状態で取り付けられる冷却基板
と、この冷却基板内に良熱充填材を介して埋設された冷
却管とを備え、冷却管内に冷却水を循環させて電池本体
を冷却させる燃料電池の冷却板において、良熱充填材の
充填量を単セル内の温度分布に応じて変化させたので、
製造上の手間をかけることなしに単セル内の温度分布を
高均一にすることができる。
As described in detail above, according to the cooling plate for a fuel cell of the present invention, a cooling board mounted in a stacked state on a battery stack formed by stacking a plurality of single cells, A cooling plate of a fuel cell that includes a cooling pipe embedded in a cooling substrate via a good heat filling material and circulates cooling water in the cooling pipe to cool the cell body. Since it was changed according to the temperature distribution in the cell,
It is possible to make the temperature distribution within the unit cell highly uniform without the need for manufacturing.

【0071】また、本発明に関する燃料電池の冷却板
は、酸化剤の入り口側の冷却管と冷却基板との間に充填
される良熱充填材の充填量を、残りの冷却管と冷却基板
との間に充填される良熱充填材の充填量に比べて少なく
したので、酸化剤極入り口側の過冷却を抑えることがで
き、単セル内の温度分布を高均一にすることができる。
さらに、本発明に関する燃料電池の冷却板は、電池積層
体の最上部及び最下部に積層された冷却板に充填される
良熱充填材の量を他の冷却板に比べて少なくすると、最
上部及び最下部のサブスタックがの過冷却を抑制させる
ことができ、単セル内の温度分布を高均一にすることが
できる。
In the cooling plate of the fuel cell according to the present invention, the filling amount of the good heat filling material filled between the cooling pipe on the inlet side of the oxidant and the cooling substrate is set to the remaining cooling pipe and the cooling substrate. Since it is smaller than the filling amount of the good heat filling material filled in between, the supercooling on the oxidant electrode inlet side can be suppressed, and the temperature distribution in the single cell can be made highly uniform.
Further, the cooling plate of the fuel cell according to the present invention has the best heat-packing material filled in the cooling plates laminated on the uppermost part and the lowermost part of the cell stack as compared with other cooling plates. Also, it is possible to suppress supercooling of the lowermost sub-stack, and it is possible to make the temperature distribution within the single cell highly uniform.

【0072】そして、本発明に関する燃料電池の冷却シ
ステムは、電解質を介して燃料と酸化剤とを反応させて
電気エネルギーを発生する燃料電池を冷却する燃料電池
の冷却システムであって、冷却管を内部に埋設した冷却
板を備え、上記冷却管内に冷却水を循環させて燃料電池
の冷却を行なう燃料電池の冷却システムにおいて、上記
冷却管を、燃料電池本体冷却用冷却管と電解質回収用冷
却管とに分割し、電解質回収用冷却管を流れる冷却水が
気液2相流になるように、上記冷却水の圧力を制御する
圧力制御手段を備えたことによって、従来に比べて電解
質凝縮能力が上がり電解質回収領域を狭く(電気化学反
応領域を広く)することができ、電池電圧の特性を大幅
に向上させることができる。
The fuel cell cooling system according to the present invention is a fuel cell cooling system for cooling a fuel cell that reacts a fuel and an oxidant through an electrolyte to generate electric energy, and includes a cooling pipe. In a cooling system for a fuel cell, which includes a cooling plate embedded inside and cools a fuel cell by circulating cooling water in the cooling pipe, the cooling pipe includes a cooling pipe for cooling a fuel cell body and a cooling pipe for collecting electrolytes. And a pressure control means for controlling the pressure of the cooling water so that the cooling water flowing through the electrolyte recovery cooling pipe becomes a gas-liquid two-phase flow. The rising electrolyte recovery region can be narrowed (the electrochemical reaction region is widened), and the battery voltage characteristics can be greatly improved.

【0073】また、本発明に関する燃料電池の冷却シス
テムは、電解質を介して燃料と酸化剤とを反応させて電
気エネルギーを発生する燃料電池を冷却する燃料電池の
冷却システムであって、冷却管を内部に埋設した冷却板
を備え、上記冷却管内に冷却水を循環させて燃料電池の
冷却を行なう燃料電池の冷却システムにおいて、上記冷
却管を、燃料電池本体冷却用冷却管と電解質回収用冷却
管とに分割し、燃料電池本体冷却管に流入する冷却水の
温度が飽和温度近傍になるように、上記冷却水の温度を
制御する温度制御手段を備えたことによって、飽和温度
近傍の高温蒸気の取り出しが可能になり、エネルギー効
率を向上させることができる。
Further, the fuel cell cooling system according to the present invention is a fuel cell cooling system for cooling a fuel cell which reacts a fuel and an oxidant through an electrolyte to generate electric energy. In a cooling system for a fuel cell, which includes a cooling plate embedded inside and cools a fuel cell by circulating cooling water in the cooling pipe, the cooling pipe includes a cooling pipe for cooling a fuel cell body and a cooling pipe for collecting electrolytes. And a temperature control means for controlling the temperature of the cooling water so that the temperature of the cooling water flowing into the cooling pipe of the fuel cell main body becomes close to the saturation temperature. It can be taken out and the energy efficiency can be improved.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明に関する燃料電池の冷却板の一実施例を
示す概略斜視図。
FIG. 1 is a schematic perspective view showing an embodiment of a cooling plate for a fuel cell according to the present invention.

【図2】図1におけるホルダー4aとホルダー4bとの
分割面における断面図。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a split surface of a holder 4a and a holder 4b in FIG.

【図3】本発明に係る燃料電池の冷却システムの第2実
施例の概略構成を示す図。
FIG. 3 is a diagram showing a schematic configuration of a second embodiment of a cooling system for a fuel cell according to the present invention.

【図4】図3における冷却板の電気化学反応領域及びリ
ン酸回収領域を示す図。
FIG. 4 is a diagram showing an electrochemical reaction region and a phosphoric acid recovery region of the cooling plate in FIG.

【図5】冷却管内を流れる冷却水の時間と温度との関係
を示すグラフ。
FIG. 5 is a graph showing a relationship between time and temperature of cooling water flowing in a cooling pipe.

【図6】本発明に係る燃料電池の冷却システムの第3実
施例の概略構成を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a schematic configuration of a third embodiment of the fuel cell cooling system according to the present invention.

【図7】単セルの積層方向温度分布を示すグラフ。FIG. 7 is a graph showing a temperature distribution in the stacking direction of a single cell.

【図8】燃料電池のサブスタック(単セル)の構造を示
す図。
FIG. 8 is a diagram showing the structure of a sub-stack (single cell) of a fuel cell.

【図9】従来の冷却板を示す断面図。FIG. 9 is a sectional view showing a conventional cooling plate.

【図10】従来の燃料電池の冷却システムの構成を示す
図。
FIG. 10 is a diagram showing the configuration of a conventional fuel cell cooling system.

【図11】従来の冷却板の電気化学反応領域及びリン酸
回収領域を示す図。
FIG. 11 is a view showing an electrochemical reaction region and a phosphoric acid recovery region of a conventional cooling plate.

【図12】従来の冷却管内を流れる冷却水の時間と温度
との関係を示すグラフ。
FIG. 12 is a graph showing a relationship between time and temperature of cooling water flowing in a conventional cooling pipe.

【図13】冷却板に埋設された冷却管の構造の従来例を
示す図。
FIG. 13 is a view showing a conventional example of a structure of a cooling pipe embedded in a cooling plate.

【符号の説明】 1 単セル 2 サブスタック 3 冷却板 4 冷却基板 4a,4b ホルダー 5 溝 6 良熱伝導体 7 冷却管 7a 燃料電池冷却用冷却管 7b 電解質回収用冷却管 18a,18b 冷却水循環部 19 冷却水出口ライン 20 セパレータ 21 水蒸気ライン 22 ポンプ 23 冷却水循環ライン 24 冷却水バイパスライン 25 熱交換器 26 三方弁 27 冷却水入り口ライン 28 給水タンク 29 ポンプ 30 給水ライン 31 温度検出器 32 電解質回収ライン 33 制御部 34 調整弁 35 駆動部 36 制御部 37 圧力制御手段 38 冷却水出口ライン 39 熱交換器 40 温度検出手段 41 ポンプ B 酸化剤流入方向 B1 酸化剤流出方向[Explanation of reference numerals] 1 single cell 2 sub-stack 3 cooling plate 4 cooling substrate 4a, 4b holder 5 groove 6 good heat conductor 7 cooling pipe 7a fuel cell cooling cooling pipe 7b electrolyte recovery cooling pipe 18a, 18b cooling water circulation unit 19 Cooling water outlet line 20 Separator 21 Steam line 22 Pump 23 Cooling water circulation line 24 Cooling water bypass line 25 Heat exchanger 26 Three-way valve 27 Cooling water inlet line 28 Water supply tank 29 Pump 30 Water supply line 31 Temperature detector 32 Electrolyte recovery line 33 Control unit 34 Regulator valve 35 Drive unit 36 Control unit 37 Pressure control means 38 Cooling water outlet line 39 Heat exchanger 40 Temperature detection means 41 Pump B Oxidizing agent inflow direction B1 Oxidizing agent outflow direction

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 単セルを複数枚積層して形成される電池
積層体に積層状態で取り付けらる冷却基板と、この冷却
基板内に良熱充填材を介して埋設された冷却管とを備
え、上記冷却管内に冷却水を循環させて電池本体を冷却
させる燃料電池の冷却板において、 上記良熱充填材の充填量を単セル内の温度分布に応じて
変化させることを特徴とする燃料電池の冷却板。
1. A cooling board, which is attached in a stacked state to a battery stack formed by stacking a plurality of single cells, and a cooling pipe embedded in the cooling board via a good heat filling material. In the cooling plate of the fuel cell for cooling the cell body by circulating cooling water in the cooling pipe, the filling amount of the good heat filling material is changed according to the temperature distribution in the single cell. Cooling plate.
【請求項2】 上記酸化剤の入り口側の冷却管と上記冷
却基板との間に充填される上記良熱充填材の充填量を、
残りの冷却管と上記冷却基板との間に充填される上記良
熱充填材の充填量に比べて少なくした請求項1記載の燃
料電池の冷却板。
2. The filling amount of the good heat filling material, which is filled between the cooling pipe on the inlet side of the oxidant and the cooling substrate,
The cooling plate for a fuel cell according to claim 1, wherein the cooling amount is smaller than the filling amount of the good heat filling material filled between the remaining cooling pipes and the cooling substrate.
【請求項3】 上記電池積層体の最上部及び最下部に積
層された冷却板に充填される良熱充填材の量を他の冷却
板に比べて少なくした請求項1記載の燃料電池の冷却
板。
3. The cooling of a fuel cell according to claim 1, wherein the cooling plates stacked on the uppermost part and the lowermost part of the cell stack have a smaller amount of good heat filling material than other cooling plates. Board.
【請求項4】 電解質を介して燃料と酸化剤とを反応さ
せて電気エネルギーを発生する燃料電池を冷却する燃料
電池の冷却システムであって、冷却管を内部に埋設した
冷却板を備え、上記冷却管内に冷却水を循環させて燃料
電池の冷却を行なう燃料電池の冷却システムにおいて、 上記冷却管を、燃料電池本体冷却用冷却管と電解質回収
用冷却管とに分割したことを特徴とする燃料電池の冷却
システム。
4. A cooling system for a fuel cell, which cools a fuel cell that reacts a fuel and an oxidant through an electrolyte to generate electric energy, comprising a cooling plate having a cooling pipe embedded therein. In a fuel cell cooling system for cooling a fuel cell by circulating cooling water in the cooling pipe, the cooling pipe is divided into a cooling pipe for cooling the fuel cell body and a cooling pipe for collecting electrolytes. Battery cooling system.
【請求項5】 上記電解質回収用冷却管を流れる冷却水
が気液2相流になるように、上記冷却水の圧力を制御す
る圧力制御手段を備えた請求項4記載の燃料電池の冷却
システム。
5. The cooling system for a fuel cell according to claim 4, further comprising pressure control means for controlling the pressure of the cooling water so that the cooling water flowing through the electrolyte recovery cooling pipe becomes a gas-liquid two-phase flow. .
【請求項6】 上記燃料電池本体冷却管に流入する冷却
水の温度が飽和温度近傍になるように、上記冷却水の温
度を制御する温度制御手段を備えた請求項4又は請求項
5に記載の燃料電池の冷却システム。
6. The temperature control means for controlling the temperature of the cooling water so that the temperature of the cooling water flowing into the cooling pipe of the fuel cell main body becomes close to the saturation temperature, as claimed in claim 4 or claim 5. Fuel cell cooling system.
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