JP3499090B2 - 燃料電池 - Google Patents
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- H01M2300/0065—Solid electrolytes
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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
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、電解質膜を挟んで
アノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構
造体と、前記燃料電池構造体を挟持するセパレータとを
備えた燃料電池に関する。
アノード側電極とカソード側電極を対設した燃料電池構
造体と、前記燃料電池構造体を挟持するセパレータとを
備えた燃料電池に関する。
【０００２】
【従来の技術】例えば、固体高分子電解質膜を挟んでア
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体をセパレータによって挟持して複数積層することに
より構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用
化されつつある。
ノード側電極とカソード側電極とを対設した燃料電池構
造体をセパレータによって挟持して複数積層することに
より構成された燃料電池が開発され、種々の用途に実用
化されつつある。
【０００３】この種の燃料電池は、例えば、メタノール
の水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）を
アノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空
気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素
ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これ
により外部に電気エネルギが得られるように構成されて
いる。
の水蒸気改質により生成された水素ガス（燃料ガス）を
アノード側電極に供給するとともに、酸化剤ガス（空
気）をカソード側電極に供給することにより、前記水素
ガスがイオン化して固体高分子電解質膜内を流れ、これ
により外部に電気エネルギが得られるように構成されて
いる。
【０００４】この場合、上記燃料電池では、有効な発電
機能を発揮させるために、アノード側電極およびカソー
ド側電極を冷却する必要がある。このため、例えば、セ
パレータに冷却水用通路を設け、この通路に冷却水を供
給する構成が広く採用されている。
機能を発揮させるために、アノード側電極およびカソー
ド側電極を冷却する必要がある。このため、例えば、セ
パレータに冷却水用通路を設け、この通路に冷却水を供
給する構成が広く採用されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところが、上記の構成
を有する燃料電池では、特に寒冷地において使用する際
に、前記燃料電池内で冷却水が凍結してしまう場合があ
る。これにより、燃料電池の始動前に、冷却水を解凍す
る作業が必要となり、この種の作業が煩雑で、しかも時
間がかかるという問題が指摘されている。
を有する燃料電池では、特に寒冷地において使用する際
に、前記燃料電池内で冷却水が凍結してしまう場合があ
る。これにより、燃料電池の始動前に、冷却水を解凍す
る作業が必要となり、この種の作業が煩雑で、しかも時
間がかかるという問題が指摘されている。
【０００６】本発明は、この種の問題を解決するもので
あり、冷却媒体の解凍作業を容易かつ迅速に行うことが
でき、しかも構成を簡素化することが可能な燃料電池を
提供することを目的とする。
あり、冷却媒体の解凍作業を容易かつ迅速に行うことが
でき、しかも構成を簡素化することが可能な燃料電池を
提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】前記の課題を解決するた
めに、本発明は、セパレータに、アノード側電極側を冷
却するための第１冷却媒体が導入される第１冷却通路
と、カソード側電極側を冷却するための第２冷却媒体が
導入される第２冷却通路とをそれぞれ独立して設けてい
る。そして、第１冷却媒体と第２冷却媒体とは、いずれ
か一方が他方よりも融点の低い物質に設定されており、
例えば、この第１冷却媒体が水であり、この第２冷却媒
体が前記水よりも融点の低い物質である。
めに、本発明は、セパレータに、アノード側電極側を冷
却するための第１冷却媒体が導入される第１冷却通路
と、カソード側電極側を冷却するための第２冷却媒体が
導入される第２冷却通路とをそれぞれ独立して設けてい
る。そして、第１冷却媒体と第２冷却媒体とは、いずれ
か一方が他方よりも融点の低い物質に設定されており、
例えば、この第１冷却媒体が水であり、この第２冷却媒
体が前記水よりも融点の低い物質である。
【０００８】従って、第１冷却通路で水が凍結した際に
は、この水よりも融点の低い第２冷却媒体が不凍媒体と
して第２冷却通路を流れることにより、該水との間で熱
交換が行われて前記凍結した水を容易に解凍することが
できる。しかも、燃料電池全体の構成を有効に簡素化す
ることが可能になる。
は、この水よりも融点の低い第２冷却媒体が不凍媒体と
して第２冷却通路を流れることにより、該水との間で熱
交換が行われて前記凍結した水を容易に解凍することが
できる。しかも、燃料電池全体の構成を有効に簡素化す
ることが可能になる。
【０００９】ここで、水の凍結を検知した際、第２冷却
媒体が加熱手段により加熱されると、前記凍結した水の
解凍作業が一層迅速かつ確実に遂行される。水の凍結検
知は、水圧を検出する圧力計および／または水の流量を
検出する流量計で行われる。
媒体が加熱手段により加熱されると、前記凍結した水の
解凍作業が一層迅速かつ確実に遂行される。水の凍結検
知は、水圧を検出する圧力計および／または水の流量を
検出する流量計で行われる。
【００１０】
【発明の実施の形態】図１は、本発明の実施形態に係る
燃料電池１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃
料電池１０の一部分解斜視説明図である。
燃料電池１０の概略斜視説明図であり、図２は、前記燃
料電池１０の一部分解斜視説明図である。
【００１１】燃料電池１０は、固体高分子電解質膜１２
を挟んで空気極（カソード側電極）１４と、水素極（ア
ノード側電極）１６を対設した燃料電池構造体１８と、
複数組の前記燃料電池構造体１８を挟持するセパレータ
２０とを備える。燃料電池構造体１８とセパレータ２０
は、一対のエンドプレート２２ａ、２２ｂおよび４本の
タイロッド２４により一体的に固定される。
を挟んで空気極（カソード側電極）１４と、水素極（ア
ノード側電極）１６を対設した燃料電池構造体１８と、
複数組の前記燃料電池構造体１８を挟持するセパレータ
２０とを備える。燃料電池構造体１８とセパレータ２０
は、一対のエンドプレート２２ａ、２２ｂおよび４本の
タイロッド２４により一体的に固定される。
【００１２】図２に示すように、電解質膜１２の上部側
には、燃料ガス導入用孔部１２ａと空気極冷却媒体（第
２冷却媒体）排出用孔部１２ｂと冷却水（第１冷却媒
体）排出用孔部１２ｃと酸化剤ガス導入用孔部１２ｄと
が設けられる。電解質膜１２の下部側には、燃料ガス排
出用孔部１２ｅと空気極冷却媒体導入用孔部１２ｆと冷
却水導入用孔部１２ｇと酸化剤ガス排出用孔部１２ｈと
が設けられる。
には、燃料ガス導入用孔部１２ａと空気極冷却媒体（第
２冷却媒体）排出用孔部１２ｂと冷却水（第１冷却媒
体）排出用孔部１２ｃと酸化剤ガス導入用孔部１２ｄと
が設けられる。電解質膜１２の下部側には、燃料ガス排
出用孔部１２ｅと空気極冷却媒体導入用孔部１２ｆと冷
却水導入用孔部１２ｇと酸化剤ガス排出用孔部１２ｈと
が設けられる。
【００１３】燃料電池構造体１８の両側には、第１ガス
ケット３０と第２ガスケット３２とが配設される。第１
ガスケット３０は、空気極１４を収容するための大きな
開口部３４を有し、第２ガスケット３２は、水素極１６
を収容するための大きな開口部３６を有する。第１およ
び第２ガスケット３０、３２は、燃料ガス導入用孔部３
０ａ、３２ａと空気極冷却媒体排出用孔部３０ｂ、３２
ｂと冷却水排出用孔部３０ｃ、３２ｃと酸化剤ガス導入
用孔部３０ｄ、３２ｄとをそれぞれ上部側に設けるとと
もに、燃料ガス排出用孔部３０ｅ、３２ｅと空気極冷却
媒体導入用孔部３０ｆ、３２ｆと冷却水導入用孔部３０
ｇ、３２ｇと酸化剤ガス排出用孔部３０ｈ、３２ｈとを
それぞれ下部側に設ける。
ケット３０と第２ガスケット３２とが配設される。第１
ガスケット３０は、空気極１４を収容するための大きな
開口部３４を有し、第２ガスケット３２は、水素極１６
を収容するための大きな開口部３６を有する。第１およ
び第２ガスケット３０、３２は、燃料ガス導入用孔部３
０ａ、３２ａと空気極冷却媒体排出用孔部３０ｂ、３２
ｂと冷却水排出用孔部３０ｃ、３２ｃと酸化剤ガス導入
用孔部３０ｄ、３２ｄとをそれぞれ上部側に設けるとと
もに、燃料ガス排出用孔部３０ｅ、３２ｅと空気極冷却
媒体導入用孔部３０ｆ、３２ｆと冷却水導入用孔部３０
ｇ、３２ｇと酸化剤ガス排出用孔部３０ｈ、３２ｈとを
それぞれ下部側に設ける。
【００１４】セパレータ２０は、空気極側第１セパレー
タ部４０と、水素極側第２セパレータ部４２と、この第
１および第２セパレータ部４０、４２に挟持される仕切
板４４とを備える。
タ部４０と、水素極側第２セパレータ部４２と、この第
１および第２セパレータ部４０、４２に挟持される仕切
板４４とを備える。
【００１５】第１セパレータ部４０を構成する第１マニ
ホールド板４６は、矩形状の平板で構成され、その中央
部に大きな開口部４８を有する。第１マニホールド板４
６の上部側には、燃料ガス導入用孔部４６ａと空気極冷
却媒体排出用孔部４６ｂと冷却水排出用孔部４６ｃと酸
化剤ガス導入用孔部４６ｄとが設けられる。第１マニホ
ールド板４６の下部側には、燃料ガス排出用孔部４６ｅ
と空気極冷却媒体導入用孔部４６ｆと冷却水導入用孔部
４６ｇと酸化剤ガス排出用孔部４６ｈとが設けられる。
互いに対向角の位置に設けられた孔部４６ｄと孔部４６
ｈには、空気極１４側に偏位して第１マニホールド板４
６に設けられた凹部４７ａ、４７ｂが連通し、この凹部
４７ａ、４７ｂが開口部４８を介して連通状態にある
（図３および図５参照）。
ホールド板４６は、矩形状の平板で構成され、その中央
部に大きな開口部４８を有する。第１マニホールド板４
６の上部側には、燃料ガス導入用孔部４６ａと空気極冷
却媒体排出用孔部４６ｂと冷却水排出用孔部４６ｃと酸
化剤ガス導入用孔部４６ｄとが設けられる。第１マニホ
ールド板４６の下部側には、燃料ガス排出用孔部４６ｅ
と空気極冷却媒体導入用孔部４６ｆと冷却水導入用孔部
４６ｇと酸化剤ガス排出用孔部４６ｈとが設けられる。
互いに対向角の位置に設けられた孔部４６ｄと孔部４６
ｈには、空気極１４側に偏位して第１マニホールド板４
６に設けられた凹部４７ａ、４７ｂが連通し、この凹部
４７ａ、４７ｂが開口部４８を介して連通状態にある
（図３および図５参照）。
【００１６】第１マニホールド板４６の開口部４８に酸
化剤ガス用整流板（カソード側要素部材）５０が嵌合さ
れる。酸化剤ガス用整流板５０は、その一面が平坦でか
つ他面が鉛直方向に向かって蛇行する通路５０ａが形成
され、この通路５０ａに孔部４６ｄと孔部４６ｈが連通
する。酸化剤ガス用整流板５０は、緻密質材料、具体的
には、黒鉛化炭素、ステンレス鋼、またはインコネル
（商標名）等のニッケル系合金等の耐蝕性を有する導電
性金属、導電性ゴム、または導電性樹脂で構成されてい
る。
化剤ガス用整流板（カソード側要素部材）５０が嵌合さ
れる。酸化剤ガス用整流板５０は、その一面が平坦でか
つ他面が鉛直方向に向かって蛇行する通路５０ａが形成
され、この通路５０ａに孔部４６ｄと孔部４６ｈが連通
する。酸化剤ガス用整流板５０は、緻密質材料、具体的
には、黒鉛化炭素、ステンレス鋼、またはインコネル
（商標名）等のニッケル系合金等の耐蝕性を有する導電
性金属、導電性ゴム、または導電性樹脂で構成されてい
る。
【００１７】第１マニホールド板４６の孔部４６ｂ、４
６ｆは、第２セパレータ部４２側に偏位して設けられた
凹部４９ａ、４９ｂおよび開口部４８を介して互いに連
通する（図６および図７参照）。
６ｆは、第２セパレータ部４２側に偏位して設けられた
凹部４９ａ、４９ｂおよび開口部４８を介して互いに連
通する（図６および図７参照）。
【００１８】第２セパレータ部４２は、上記第１セパレ
ータ部４０と同様に構成されており、第２マニホールド
板５２と、この第２マニホールド板５２の開口部５４に
嵌合する燃料ガス用整流板（アノード側要素部材）５６
とを有する。
ータ部４０と同様に構成されており、第２マニホールド
板５２と、この第２マニホールド板５２の開口部５４に
嵌合する燃料ガス用整流板（アノード側要素部材）５６
とを有する。
【００１９】第２マニホールド板５２の上部側には、燃
料ガス導入用孔部５２ａと空気極冷却媒体排出用孔部５
２ｂと冷却水排出用孔部５２ｃと酸化剤ガス導入用孔部
５２ｄとが設けられる一方、その下部側には、燃料ガス
排出用孔部５２ｅと空気極冷却媒体導入用孔部５２ｆと
冷却水導入用孔部５２ｇと酸化剤ガス排出用孔部５２ｈ
とが設けられる。孔部５２ａ、５２ｅは、凹部５８ａ、
５８ｂを介して開口部５４に連通するとともに（図３お
よび図５参照）、孔部５２ｃ、５２ｇは、凹部５８ｃ、
５８ｄを介して前記開口部５４に連通する（図６および
図７参照）。
料ガス導入用孔部５２ａと空気極冷却媒体排出用孔部５
２ｂと冷却水排出用孔部５２ｃと酸化剤ガス導入用孔部
５２ｄとが設けられる一方、その下部側には、燃料ガス
排出用孔部５２ｅと空気極冷却媒体導入用孔部５２ｆと
冷却水導入用孔部５２ｇと酸化剤ガス排出用孔部５２ｈ
とが設けられる。孔部５２ａ、５２ｅは、凹部５８ａ、
５８ｂを介して開口部５４に連通するとともに（図３お
よび図５参照）、孔部５２ｃ、５２ｇは、凹部５８ｃ、
５８ｄを介して前記開口部５４に連通する（図６および
図７参照）。
【００２０】燃料ガス用整流板５６は、その一面が平坦
でかつ他面が鉛直方向に向かって蛇行する通路５６ａが
形成される。この燃料ガス用整流板５６は、その平坦面
側に供給される水分（第１冷却媒体）を水素極１６側に
供給するために、導電性の水透過性材料で形成され、具
体的には、多孔質炭素焼結体、導電性多孔質焼結金属、
多孔質導電性ゴム、多孔質導電性樹脂等の多孔質体、ま
たはこれらを組み合わせた材料で構成される。燃料ガス
用整流板５６が多孔質炭素焼結体で形成される際、水の
滴下を阻止すべくその気孔率が７０％以下でかつポア径
が４０μｍ以下の多孔性を有することが望ましい。
でかつ他面が鉛直方向に向かって蛇行する通路５６ａが
形成される。この燃料ガス用整流板５６は、その平坦面
側に供給される水分（第１冷却媒体）を水素極１６側に
供給するために、導電性の水透過性材料で形成され、具
体的には、多孔質炭素焼結体、導電性多孔質焼結金属、
多孔質導電性ゴム、多孔質導電性樹脂等の多孔質体、ま
たはこれらを組み合わせた材料で構成される。燃料ガス
用整流板５６が多孔質炭素焼結体で形成される際、水の
滴下を阻止すべくその気孔率が７０％以下でかつポア径
が４０μｍ以下の多孔性を有することが望ましい。
【００２１】なお、燃料ガス用整流板５６は、好適に
は、耐久性を向上させるために撥水化処理された多孔質
体で構成される。この場合、燃料ガス用整流板５６は、
所定濃度に調整されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
チレン）の分散液に浸漬した後、室温で乾燥させ、次い
で、３００〜３５０℃で焼成することにより、撥水化処
理が行われる。
は、耐久性を向上させるために撥水化処理された多孔質
体で構成される。この場合、燃料ガス用整流板５６は、
所定濃度に調整されたＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエ
チレン）の分散液に浸漬した後、室温で乾燥させ、次い
で、３００〜３５０℃で焼成することにより、撥水化処
理が行われる。
【００２２】仕切板４４は、緻密質かつ導電性を有する
黒鉛化炭化、ステンレス鋼、またはニッケル系合金等の
耐蝕性の導電性金属、導電性ゴム、導電性樹脂、または
これらを組み合わせた材料で構成される。この仕切板４
４の上部側には、燃料ガス導入用孔部４４ａと空気極冷
却媒体排出用孔部４４ｂと冷却水排出用孔部４４ｃと酸
化剤ガス導入用孔部４４ｄとが設けられる一方、その下
部側には、燃料ガス排出用孔部４４ｅと空気極冷却媒体
導入用孔部４４ｆと冷却水導入用孔部４４ｇと酸化剤ガ
ス排出用孔部４４ｈとが設けられる。
黒鉛化炭化、ステンレス鋼、またはニッケル系合金等の
耐蝕性の導電性金属、導電性ゴム、導電性樹脂、または
これらを組み合わせた材料で構成される。この仕切板４
４の上部側には、燃料ガス導入用孔部４４ａと空気極冷
却媒体排出用孔部４４ｂと冷却水排出用孔部４４ｃと酸
化剤ガス導入用孔部４４ｄとが設けられる一方、その下
部側には、燃料ガス排出用孔部４４ｅと空気極冷却媒体
導入用孔部４４ｆと冷却水導入用孔部４４ｇと酸化剤ガ
ス排出用孔部４４ｈとが設けられる。
【００２３】図３に示すように、セパレータ２０は、燃
料ガス用整流板５６と仕切板４４の間に水素極１６側を
冷却するための冷却水が導入される第１冷却通路６０を
有するとともに、酸化剤ガス用整流板５０と前記仕切板
４４の間に空気極１４側を冷却するための第２冷却媒体
が導入される第２冷却通路６２を設ける。
料ガス用整流板５６と仕切板４４の間に水素極１６側を
冷却するための冷却水が導入される第１冷却通路６０を
有するとともに、酸化剤ガス用整流板５０と前記仕切板
４４の間に空気極１４側を冷却するための第２冷却媒体
が導入される第２冷却通路６２を設ける。
【００２４】第１および第２冷却通路６０、６２は、そ
れぞれ独立しており、この第１冷却通路６０に第１冷却
媒体である水が供給される。一方、第２冷却通路６２に
は、第１冷却媒体である水よりも融点の低い物質である
第２冷却媒体が供給される。
れぞれ独立しており、この第１冷却通路６０に第１冷却
媒体である水が供給される。一方、第２冷却通路６２に
は、第１冷却媒体である水よりも融点の低い物質である
第２冷却媒体が供給される。
【００２５】該第２冷却媒体は、具体的には、メタノー
ル（−９７．７８℃）、エタノール（−１１４．５
℃）、プロパノール（−１２７℃）、イソプロパノール
（−８９．５℃）、１−ブタノール（−８９．５３
℃）、２−メチル−１−プロパノール（−１０８℃）、
２−ブタノール（−１１４．７℃）、１−ヘキサノール
（−４４．６℃）、１−オクタノール（−１４．９
℃）、２−エチルヘキサノール（＜−７６℃）、メタン
（−１８２．４８℃）、エタン（−１８３．６℃）、プ
ロパン（−１８７．６９℃）、エチレングリコール（−
１２．６℃）、プロピレングリコール（流動点：−６０
℃）、エチルエーテル（−１１６．３℃）、トルエン
（−９５℃）、アンモニア（−７７．７℃）、メチルア
ミン（−９３．４６℃）またはエチルアミン（−８１．
０℃）が使用される。なお、上記（ ）内は、それぞ
れの物質の常圧下における融点温度を示す。
ル（−９７．７８℃）、エタノール（−１１４．５
℃）、プロパノール（−１２７℃）、イソプロパノール
（−８９．５℃）、１−ブタノール（−８９．５３
℃）、２−メチル−１−プロパノール（−１０８℃）、
２−ブタノール（−１１４．７℃）、１−ヘキサノール
（−４４．６℃）、１−オクタノール（−１４．９
℃）、２−エチルヘキサノール（＜−７６℃）、メタン
（−１８２．４８℃）、エタン（−１８３．６℃）、プ
ロパン（−１８７．６９℃）、エチレングリコール（−
１２．６℃）、プロピレングリコール（流動点：−６０
℃）、エチルエーテル（−１１６．３℃）、トルエン
（−９５℃）、アンモニア（−７７．７℃）、メチルア
ミン（−９３．４６℃）またはエチルアミン（−８１．
０℃）が使用される。なお、上記（ ）内は、それぞ
れの物質の常圧下における融点温度を示す。
【００２６】図４に示すように、燃料電池１０は、第１
冷却媒体である水を第１冷却通路６０に循環供給する第
１循環系７０と、第２冷却媒体を第２冷却通路６２に循
環供給する第２循環系７２とを備える。
冷却媒体である水を第１冷却通路６０に循環供給する第
１循環系７０と、第２冷却媒体を第２冷却通路６２に循
環供給する第２循環系７２とを備える。
【００２７】第１循環系７０は、水タンク７４を備え、
この水タンク７４と燃料電池１０が第１循環路７６によ
り連通している。この第１循環路７６上には、水タンク
７４から燃料電池１０に水を供給するための水循環用ポ
ンプ７８と、水圧を検出する圧力計８０と、水の流量を
検出する流量計８２とが配設される。圧力計８０および
／または流量計８２は、水の凍結を検知するための凍結
検知手段を構成している。
この水タンク７４と燃料電池１０が第１循環路７６によ
り連通している。この第１循環路７６上には、水タンク
７４から燃料電池１０に水を供給するための水循環用ポ
ンプ７８と、水圧を検出する圧力計８０と、水の流量を
検出する流量計８２とが配設される。圧力計８０および
／または流量計８２は、水の凍結を検知するための凍結
検知手段を構成している。
【００２８】第２循環系７２は、第２冷却媒体用リザー
ブタンク８４を備え、このリザーブタンク８４と燃料電
池１０が第２循環路８６により連通している。この第２
循環路８６上には、リザーブタンク８４から燃料電池１
０に第２冷却媒体を供給するための低融点冷却媒体循環
用ポンプ８８と、水の凍結を検知した際に該水を解凍す
るための熱を前記第２冷却媒体に付与する熱交換器（加
熱手段）９０とが配設される。
ブタンク８４を備え、このリザーブタンク８４と燃料電
池１０が第２循環路８６により連通している。この第２
循環路８６上には、リザーブタンク８４から燃料電池１
０に第２冷却媒体を供給するための低融点冷却媒体循環
用ポンプ８８と、水の凍結を検知した際に該水を解凍す
るための熱を前記第２冷却媒体に付与する熱交換器（加
熱手段）９０とが配設される。
【００２９】このように構成される燃料電池１０の動作
について、以下に説明する。
について、以下に説明する。
【００３０】図３に示すように、燃料ガス（水素ガス）
が燃料電池１０に供給されると、この燃料ガスは、第１
セパレータ部４０を構成する第１マニホールド板４６の
孔部４６ａ、燃料電池構造体１８の孔部３０ａ、１２ａ
および３２ａを通って第２セパレータ部４２を構成する
第２マニホールド板５２の孔部５２ａに至る。燃料ガス
は、孔部５２ａおよび凹部５８ａから燃料ガス用整流板
５６の通路５６ａを通って燃料電池構造体１８を構成す
る水素極１６に供給され、凹部５８ｂに排出される。
が燃料電池１０に供給されると、この燃料ガスは、第１
セパレータ部４０を構成する第１マニホールド板４６の
孔部４６ａ、燃料電池構造体１８の孔部３０ａ、１２ａ
および３２ａを通って第２セパレータ部４２を構成する
第２マニホールド板５２の孔部５２ａに至る。燃料ガス
は、孔部５２ａおよび凹部５８ａから燃料ガス用整流板
５６の通路５６ａを通って燃料電池構造体１８を構成す
る水素極１６に供給され、凹部５８ｂに排出される。
【００３１】図５に示すように、酸化剤ガスは、第１マ
ニホールド板４６の孔部４６ｄに供給され、この孔部４
６ｄおよび凹部４７ａから酸化剤ガス用整流板５０の通
路５０ａに導入され、燃料電池構造体１８を構成する空
気極１４に供給される。なお、未使用の酸化剤ガスは、
図３に示すように、第１マニホールド板４６の孔部４６
ｈ等を介して外部に排出され、未使用の燃料ガスは、図
５に示すように、第２マニホールド板５２の孔部５２ｅ
等を介して外部に排出される。
ニホールド板４６の孔部４６ｄに供給され、この孔部４
６ｄおよび凹部４７ａから酸化剤ガス用整流板５０の通
路５０ａに導入され、燃料電池構造体１８を構成する空
気極１４に供給される。なお、未使用の酸化剤ガスは、
図３に示すように、第１マニホールド板４６の孔部４６
ｈ等を介して外部に排出され、未使用の燃料ガスは、図
５に示すように、第２マニホールド板５２の孔部５２ｅ
等を介して外部に排出される。
【００３２】一方、第１冷却媒体である水は、図４に示
すように、ポンプ７８の作用下に水タンク７４から第１
循環路７６を介して燃料電池１０内に供給される。この
水は、図７に示すように、第１セパレータ部４０の孔部
４６ｇ、燃料電池構造体１８の孔部３０ｇ、１２ｇおよ
び３２ｇから第２セパレータ部４２の孔部５２ｇに至
り、この孔部５２ｇに連通する凹部５８ｄから仕切板４
４と燃料ガス用整流板５６の間、すなわち、第１冷却通
路６０に導入され、この第１冷却通路６０を下方から上
方に向かって流動する。
すように、ポンプ７８の作用下に水タンク７４から第１
循環路７６を介して燃料電池１０内に供給される。この
水は、図７に示すように、第１セパレータ部４０の孔部
４６ｇ、燃料電池構造体１８の孔部３０ｇ、１２ｇおよ
び３２ｇから第２セパレータ部４２の孔部５２ｇに至
り、この孔部５２ｇに連通する凹部５８ｄから仕切板４
４と燃料ガス用整流板５６の間、すなわち、第１冷却通
路６０に導入され、この第１冷却通路６０を下方から上
方に向かって流動する。
【００３３】その際、燃料ガス用整流板５６は、水透過
性材料（多孔質体）で形成されており、第１冷却通路６
０に導入された水は、燃料ガス用整流板５６を透過して
通路５６ａに供給された燃料ガスおよび水素極１６を直
接加湿することができる。
性材料（多孔質体）で形成されており、第１冷却通路６
０に導入された水は、燃料ガス用整流板５６を透過して
通路５６ａに供給された燃料ガスおよび水素極１６を直
接加湿することができる。
【００３４】また、第２冷却媒体は、図４に示すよう
に、ポンプ８８の作用下にリザーブタンク８４から第２
循環路８６を介して燃料電池１０内に供給される。この
第２冷却媒体は、図６に示すように、第１セパレータ部
４０の孔部４６ｆに供給されると、これに連通する凹部
４９ｂからセパレータ２０の第２冷却通路６２に下方か
ら上方に向かって導入される。この第２冷却媒体は、図
７に示すように、第１マニホールド板４６の孔部４６ｂ
等を介して第２循環路８６に戻される一方、第１冷却通
路に導入された水は、図６に示すように、第２マニホー
ルド板５２の凹部５８ｃ等を介して第１循環路７６に戻
される。
に、ポンプ８８の作用下にリザーブタンク８４から第２
循環路８６を介して燃料電池１０内に供給される。この
第２冷却媒体は、図６に示すように、第１セパレータ部
４０の孔部４６ｆに供給されると、これに連通する凹部
４９ｂからセパレータ２０の第２冷却通路６２に下方か
ら上方に向かって導入される。この第２冷却媒体は、図
７に示すように、第１マニホールド板４６の孔部４６ｂ
等を介して第２循環路８６に戻される一方、第１冷却通
路に導入された水は、図６に示すように、第２マニホー
ルド板５２の凹部５８ｃ等を介して第１循環路７６に戻
される。
【００３５】ところで、燃料電池１０が寒冷地等で使用
される場合、この燃料電池１０内で第１冷却媒体である
水が凍結し易い。そこで、本実施形態では、セパレータ
２０に、第１冷却媒体が導入される第１冷却通路６０と
第２冷却媒体が導入される第２冷却通路６２とをそれぞ
れ独立して設けるとともに、この第２冷却媒体として、
前記第１冷却媒体である水よりも融点が低い物質を用い
ている。
される場合、この燃料電池１０内で第１冷却媒体である
水が凍結し易い。そこで、本実施形態では、セパレータ
２０に、第１冷却媒体が導入される第１冷却通路６０と
第２冷却媒体が導入される第２冷却通路６２とをそれぞ
れ独立して設けるとともに、この第２冷却媒体として、
前記第１冷却媒体である水よりも融点が低い物質を用い
ている。
【００３６】これにより、水が凍結しても、第２冷却媒
体が不凍冷媒として第２冷却通路６２を流れるため、凍
結した水と前記第２冷却媒体との間で仕切板４４を挟ん
で熱交換が行われる。従って、簡単な構成で、凍結した
水を容易に解凍することができるという効果が得られ
る。
体が不凍冷媒として第２冷却通路６２を流れるため、凍
結した水と前記第２冷却媒体との間で仕切板４４を挟ん
で熱交換が行われる。従って、簡単な構成で、凍結した
水を容易に解凍することができるという効果が得られ
る。
【００３７】しかも、本実施形態では、図４に示すよう
に、第１および第２循環系７０、７２を備えている。こ
のため、燃料電池１０内で水の凍結が発生すると、第１
循環系７０に設けられた圧力計８０により検出される圧
力指示値（水圧）が所定の値より高くなるとともに、流
量計８２で水の流れが検出されなくなり、前記水が凍結
したことを自動的に検知することができる。
に、第１および第２循環系７０、７２を備えている。こ
のため、燃料電池１０内で水の凍結が発生すると、第１
循環系７０に設けられた圧力計８０により検出される圧
力指示値（水圧）が所定の値より高くなるとともに、流
量計８２で水の流れが検出されなくなり、前記水が凍結
したことを自動的に検知することができる。
【００３８】そこで、圧力計８０および／または流量計
８２の検出結果に基づいて、第２循環系７２に配設され
た熱交換器９０が駆動される。これにより、第２循環路
８６を介して燃料電池１０内に供給される第２冷却媒体
は、熱交換器９０で加熱されており、前記燃料電池１０
内で凍結している水を一層迅速かつ確実に解凍すること
が可能になる。
８２の検出結果に基づいて、第２循環系７２に配設され
た熱交換器９０が駆動される。これにより、第２循環路
８６を介して燃料電池１０内に供給される第２冷却媒体
は、熱交換器９０で加熱されており、前記燃料電池１０
内で凍結している水を一層迅速かつ確実に解凍すること
が可能になる。
【００３９】
【発明の効果】以上のように、本発明に係る燃料電池で
は、セパレータの第１冷却通路で第１冷却媒体である水
が凍結した際、この水よりも融点の低い第２冷却媒体
が、不凍媒体として第２冷却通路を流れ、前記水との間
で熱交換が行われる。このため、簡単な構成で、水を容
易かつ効率的に解凍することが可能になる。
は、セパレータの第１冷却通路で第１冷却媒体である水
が凍結した際、この水よりも融点の低い第２冷却媒体
が、不凍媒体として第２冷却通路を流れ、前記水との間
で熱交換が行われる。このため、簡単な構成で、水を容
易かつ効率的に解凍することが可能になる。
【図１】本発明の実施形態に係る燃料電池の概略斜視説
明図である。
明図である。
【図２】前記燃料電池の一部分解斜視説明図である。
【図３】図１中、ＩＩＩ−ＩＩＩ線断面図である。
【図４】第１および第２冷却媒体の循環系の概略説明図
である。
である。
【図５】図１中、Ｖ−Ｖ線断面図である。
【図６】図１中、ＶＩ−ＶＩ線断面図である。
【図７】図１中、ＶＩＩ−ＶＩＩ線断面図である。
１０…燃料電池 １２…電解質膜
１４…空気極 １６…水素極
１８…燃料電池構造体 ２０…セパレータ
４０、４２…セパレータ部 ４４…仕切板
４６、５２…マニホールド板 ５０、５６…整流
板 ６０、６２…冷却通路 ７０、７２…循環
系 ７４…水タンク ７６、８６…循環
路 ７８、８８…ポンプ ８０…圧力計 ８２…流量計 ８４…リザーブタ
ンク ９０…熱交換器
板 ６０、６２…冷却通路 ７０、７２…循環
系 ７４…水タンク ７６、８６…循環
路 ７８、８８…ポンプ ８０…圧力計 ８２…流量計 ８４…リザーブタ
ンク ９０…熱交換器
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
H01M 8/02
H01M 8/04
H01M 8/10
Claims (2)
- 【請求項１】電解質を挟んでアノード側電極とカソード
側電極が対設された燃料電池構造体と、前記燃料電池構
造体を挟持するセパレータとを備えるとともに、前記セ
パレータは、前記アノード側電極側を冷却するための第
１冷却媒体が導入される第１冷却通路と、前記カソード
側電極側を冷却するための第２冷却媒体が導入される第
２冷却通路とを、それぞれ独立して有する燃料電池であ
って、 前記第１冷却媒体である水を前記第１冷却通路に循環供
給する第１循環系と、 前記水よりも融点の低い物質である前記第２冷却媒体を
前記第２冷却通路に循環供給する第２循環系と、 を備え、 前記第１循環系は、前記水の凍結を検知する凍結検知手
段を有し、 前記第２循環系は、前記水の凍結を検知した際、前記第
２冷却媒体を介して前記水を解凍するために、該第２冷
却媒体に熱を付与する加熱手段を有す ることを特徴とす
る燃料電池。 - 【請求項２】請求項１記載の燃料電池において、前記凍
結検知手段は、前記第１循環系の水圧を検出する圧力計
および／または該第１循環系の流量を検出する流量計を
備えることを特徴とする燃料電池。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20851296A JP3499090B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 燃料電池 |
| US08/908,154 US6040073A (en) | 1996-08-07 | 1997-08-06 | Fuel cell |
| DE69700772T DE69700772T2 (de) | 1996-08-07 | 1997-08-07 | Brennstoffzellenstapel mit zwei Kühlkreisläufen |
| EP97306007A EP0823743B1 (en) | 1996-08-07 | 1997-08-07 | Fuel cell stack with dual cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP20851296A JP3499090B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 燃料電池 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH1055812A JPH1055812A (ja) | 1998-02-24 |
| JP3499090B2 true JP3499090B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=16557399
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP20851296A Expired - Fee Related JP3499090B2 (ja) | 1996-08-07 | 1996-08-07 | 燃料電池 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6040073A (ja) |
| EP (1) | EP0823743B1 (ja) |
| JP (1) | JP3499090B2 (ja) |
| DE (1) | DE69700772T2 (ja) |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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