JPH0278158A - 燃料電池の冷却板 - Google Patents
燃料電池の冷却板Info
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- JPH0278158A JPH0278158A JP63229657A JP22965788A JPH0278158A JP H0278158 A JPH0278158 A JP H0278158A JP 63229657 A JP63229657 A JP 63229657A JP 22965788 A JP22965788 A JP 22965788A JP H0278158 A JPH0278158 A JP H0278158A
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-
- H—ELECTRICITY
- 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
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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- F28F21/00—Constructions of heat-exchange apparatus characterised by the selection of particular materials
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Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、セルスタック内に組み込んで燃料電池の発
生熱を冷却媒体により除熱する冷却板に関する。
生熱を冷却媒体により除熱する冷却板に関する。
まず頭記の冷却板を装備した燃料電池の一般的なセルス
タック構造を第３図に示す。図において１は電解質を保
持したマトリックス層１１．燃料極１２、酸化剤極１３
．リブ付き電極基材１４．１５．およびセパレータ１６
よ構成る単セルであり、かかる単セル１の多数個を積層
してセルスタック２を構成している。さらに前記のセル
スタック２には数セル置きに水冷式の冷却板３が介装さ
れている。この冷却板３は前記したリプ付き電極基材１
４．１５およびセパレータ１６と熱膨張係数が略等しい
カーボン族の冷却基板４と、該冷却基板４の層内に埋設
して並置配管された金属製の冷却パイプ５との組立体と
して成り、かつ各冷却パイプ５はヘッダバイブロに一括
接続した上で外部の図示されてない冷却媒体供給ライン
に接続されている。
タック構造を第３図に示す。図において１は電解質を保
持したマトリックス層１１．燃料極１２、酸化剤極１３
．リブ付き電極基材１４．１５．およびセパレータ１６
よ構成る単セルであり、かかる単セル１の多数個を積層
してセルスタック２を構成している。さらに前記のセル
スタック２には数セル置きに水冷式の冷却板３が介装さ
れている。この冷却板３は前記したリプ付き電極基材１
４．１５およびセパレータ１６と熱膨張係数が略等しい
カーボン族の冷却基板４と、該冷却基板４の層内に埋設
して並置配管された金属製の冷却パイプ５との組立体と
して成り、かつ各冷却パイプ５はヘッダバイブロに一括
接続した上で外部の図示されてない冷却媒体供給ライン
に接続されている。
また冷却基板４に冷却パイプ５を埋設配管する方法とし
ては、上下二つ側構造の冷却基板４の合わせ面に形成し
た複数列のパイプ構内に各冷却パイプ５を収容する方式
、あるいは−枚の冷却基板４の面上に複数列のＵ字形パ
イプ溝を形成し、かつこの溝内に各冷却パイプ５を収容
した上で溝を同じカーボン材より成る蓋で塞ぐようにし
た方式等で実施されている。なお当該冷却板３は燃料電
池の定常運転時には冷却パイプ５に外部より水等の冷却
媒体を通流し【電池の発熱を除熱する他、特に燃料電池
の起動時には冷却パイプ５に温水を通流して低温状態に
ある電池本体を起動温度にまで昇温させるように使用さ
れる。
ては、上下二つ側構造の冷却基板４の合わせ面に形成し
た複数列のパイプ構内に各冷却パイプ５を収容する方式
、あるいは−枚の冷却基板４の面上に複数列のＵ字形パ
イプ溝を形成し、かつこの溝内に各冷却パイプ５を収容
した上で溝を同じカーボン材より成る蓋で塞ぐようにし
た方式等で実施されている。なお当該冷却板３は燃料電
池の定常運転時には冷却パイプ５に外部より水等の冷却
媒体を通流し【電池の発熱を除熱する他、特に燃料電池
の起動時には冷却パイプ５に温水を通流して低温状態に
ある電池本体を起動温度にまで昇温させるように使用さ
れる。
ところで上記構造のままでは、冷却基板４に形成したパ
イプ溝の加工精度、冷却パイプの寸法公差等が原因で冷
却パイプ５の局面全域を完全に冷却基板４のパイプ溝面
に密着させることが実際面で極めて難しく、両者の間に
は僅かながら空隙の残ることが避けられない。しかも空
隙の熱抵抗は冷却基板４．冷却パイプ５の熱抵抗に比べ
て桁違いに大きく、したがって前記のような空隙が冷却
基板４のパイプ溝と冷却パイプ５との間に僅かでも残っ
ていると冷却基板４と冷却パイプ５との間の伝熱性が著
しく低下するようになる。
イプ溝の加工精度、冷却パイプの寸法公差等が原因で冷
却パイプ５の局面全域を完全に冷却基板４のパイプ溝面
に密着させることが実際面で極めて難しく、両者の間に
は僅かながら空隙の残ることが避けられない。しかも空
隙の熱抵抗は冷却基板４．冷却パイプ５の熱抵抗に比べ
て桁違いに大きく、したがって前記のような空隙が冷却
基板４のパイプ溝と冷却パイプ５との間に僅かでも残っ
ていると冷却基板４と冷却パイプ５との間の伝熱性が著
しく低下するようになる。
一方、このだめの対策として冷却パイプ５を冷却基板４
のパイプ溝内に収容した後に溝内の残余空隙を埋め尽く
すように伝熱性の高いグラファイト、セラミック材と熱
硬化性樹脂とを混合し７た充填体を充填して冷却基板４
と冷却パイプ５との間の伝熱抵抗の低減化を図るように
したものも提案、実施されている。
のパイプ溝内に収容した後に溝内の残余空隙を埋め尽く
すように伝熱性の高いグラファイト、セラミック材と熱
硬化性樹脂とを混合し７た充填体を充填して冷却基板４
と冷却パイプ５との間の伝熱抵抗の低減化を図るように
したものも提案、実施されている。
ところで前記した従来の冷却板構造では燃料電池の実運
転結果から欠配のような不具合の派生することが判明し
た。すなわち前記構成では冷却基板と冷却パイプとの間
が熱硬化性樹脂の介在の下で結着し合っている。このた
めに運転初期では冷却基板と冷却パイプとの間で・高い
伝熱性が得られるが、異種材料であるカーボン製の冷却
基板と金属製の冷却パイプとの熱膨張率の差が原因し、
燃料電池の運転、停止を繰り返す長期使用の間にはヒー
トサイクルによって特に冷却パイプと固形物である充填
体との間が剥離して両者間の接触熱抵抗が増大するよう
になる他、前記熱膨張率の差から冷却基板に不当な熱応
力が加わり、最悪の場合にはカーボンの冷却基板にクラ
ックが生じるおそれがある。
転結果から欠配のような不具合の派生することが判明し
た。すなわち前記構成では冷却基板と冷却パイプとの間
が熱硬化性樹脂の介在の下で結着し合っている。このた
めに運転初期では冷却基板と冷却パイプとの間で・高い
伝熱性が得られるが、異種材料であるカーボン製の冷却
基板と金属製の冷却パイプとの熱膨張率の差が原因し、
燃料電池の運転、停止を繰り返す長期使用の間にはヒー
トサイクルによって特に冷却パイプと固形物である充填
体との間が剥離して両者間の接触熱抵抗が増大するよう
になる他、前記熱膨張率の差から冷却基板に不当な熱応
力が加わり、最悪の場合にはカーボンの冷却基板にクラ
ックが生じるおそれがある。
この発明は上記の点にかんがみ成されたものであり、そ
の目的は溝加工上の寸法精度、冷却パイプの寸法公差等
を吸収し、冷却基板と冷却パイプとの間に僅かな空隙も
残すことなく密接に嵌め合わせて両者間に安定した高い
伝熱性が確保できるようにした燃料電池の冷却板を提供
することにある。
の目的は溝加工上の寸法精度、冷却パイプの寸法公差等
を吸収し、冷却基板と冷却パイプとの間に僅かな空隙も
残すことなく密接に嵌め合わせて両者間に安定した高い
伝熱性が確保できるようにした燃料電池の冷却板を提供
することにある。
上記課題を解決するために、この発明によれば、２枚の
カーボン製冷却基板と、この２枚の冷却基板に形成され
た溝内に収めて配管された金属製の冷却パイプとの組立
体としてなり、前記冷却パイプに外部よシ冷却媒体を通
流して燃料電池の発生熱を除熱するようにした燃料電池
の冷却板において、前記冷却基板は塑性ないし低弾性の
変形可能な多孔質カーボンの板材から形成され、前記２
板の冷却基板同志が接触する面には圧縮率の高い膨張黒
鉛シートを挾むものとする。
カーボン製冷却基板と、この２枚の冷却基板に形成され
た溝内に収めて配管された金属製の冷却パイプとの組立
体としてなり、前記冷却パイプに外部よシ冷却媒体を通
流して燃料電池の発生熱を除熱するようにした燃料電池
の冷却板において、前記冷却基板は塑性ないし低弾性の
変形可能な多孔質カーボンの板材から形成され、前記２
板の冷却基板同志が接触する面には圧縮率の高い膨張黒
鉛シートを挾むものとする。
この発明の構成において、冷却板に使用されている冷却
基板は、例えばカーボン繊維材にバインダを添加し、か
つ適当な圧力で加圧成形した上で焼成した多孔質のカー
ボン板材より製作されており、この冷却基板にカが加え
られると塑性ないし低弾性の変形をきたす材質である。
基板は、例えばカーボン繊維材にバインダを添加し、か
つ適当な圧力で加圧成形した上で焼成した多孔質のカー
ボン板材より製作されており、この冷却基板にカが加え
られると塑性ないし低弾性の変形をきたす材質である。
差を吸収するように積層方向の圧力によって塑性変形し
て冷却パイプとの間に残余間隙を残すことなく密接な嵌
め合いが得られ、これにより冷却基板と冷却パイプとの
間に高い伝熱性を確保することができる。しかも燃料電
池の運転時における冷却パイプと冷却基板との間の熱膨
張差も変形可能な冷却基板が吸収するので冷却基板に不
当な応力が加わることもない。
て冷却パイプとの間に残余間隙を残すことなく密接な嵌
め合いが得られ、これにより冷却基板と冷却パイプとの
間に高い伝熱性を確保することができる。しかも燃料電
池の運転時における冷却パイプと冷却基板との間の熱膨
張差も変形可能な冷却基板が吸収するので冷却基板に不
当な応力が加わることもない。
ま九圧縮率が高く、弾性効果に富んでいる膨張黒鉛シー
トを冷却パイプの配されている箇所以外の冷却基板が接
面する平面に設けることによって、冷却基板に設けられ
たパイプ溝と冷却パイプとの間の寸法誤差に起因する前
述の冷却基板が接面する平面の間隙の変化を吸収して２
つの冷却基板の膨張黒鉛シートを介した接触を良好にす
ることができて、積層方向に対し電気接触抵抗を小さく
する導電路を形成することが可能となる。
トを冷却パイプの配されている箇所以外の冷却基板が接
面する平面に設けることによって、冷却基板に設けられ
たパイプ溝と冷却パイプとの間の寸法誤差に起因する前
述の冷却基板が接面する平面の間隙の変化を吸収して２
つの冷却基板の膨張黒鉛シートを介した接触を良好にす
ることができて、積層方向に対し電気接触抵抗を小さく
する導電路を形成することが可能となる。
以下この発明を実施例に基づいて説明する。第１図はこ
の発明の実施例を示す冷却板４０の構造断面図である。
の発明の実施例を示す冷却板４０の構造断面図である。
第１図において、冷却板４０は上・下２層の冷却基板４
１よりなり１．この冷却基板４１には冷却パイプ用溝４
３が複数個設けられている。冷却パイプ用溝４３の中に
冷却用パイプ５が冷却基板４１に挾持されて組立てられ
ている。ここで前記冷却基板４１は塑性ないし低弾性の
変形可能な多孔質のカーボン板として作られたものであ
り、例えばカーボン繊維にバインダを添加し、適当な圧
力を加えて加圧成形した後に焼成して作成される。前述
の冷却基板４１は上下二つ側構造であってその合わせ面
に複数列のパイプ溝４３が形成されており、このパイプ
溝４３内に冷却パイプ５を収めて挾持するように構成し
ているが、この場合にパイプ溝４３はあらかじめ冷却パ
イプ５のパイプ径よりも−回り小さく形成されており、
該パイプ溝内に冷却パイプ５を収めた状態で外方より力
を加えながら上下の分割板の間に挾持させる。
１よりなり１．この冷却基板４１には冷却パイプ用溝４
３が複数個設けられている。冷却パイプ用溝４３の中に
冷却用パイプ５が冷却基板４１に挾持されて組立てられ
ている。ここで前記冷却基板４１は塑性ないし低弾性の
変形可能な多孔質のカーボン板として作られたものであ
り、例えばカーボン繊維にバインダを添加し、適当な圧
力を加えて加圧成形した後に焼成して作成される。前述
の冷却基板４１は上下二つ側構造であってその合わせ面
に複数列のパイプ溝４３が形成されており、このパイプ
溝４３内に冷却パイプ５を収めて挾持するように構成し
ているが、この場合にパイプ溝４３はあらかじめ冷却パ
イプ５のパイプ径よりも−回り小さく形成されており、
該パイプ溝内に冷却パイプ５を収めた状態で外方より力
を加えながら上下の分割板の間に挾持させる。
第１図に示した冷却板４０は、セルスタックの組立工程
においては数セル置きに単セルの間に介装され、かつ全
体を積層方向に締付けてセルスタックが組立てられる。
においては数セル置きに単セルの間に介装され、かつ全
体を積層方向に締付けてセルスタックが組立てられる。
ところで上記構成により、冷却基板４１に冷却パイプ５
を配管した状態では、冷却基板４１に形成したパイプ溝
４３と冷却パイプ５との間の寸法誤差を冷却基板４１自
身の塑性変形で吸収して冷却パイプ５との間に僅かな間
隙も残すことなく密接した嵌め合い状態が得られ、これ
により冷却基板４１と冷却パイプ５との間に高い伝熱性
を確保することができる。しかも燃料電池の運転時にお
ける冷却基板４１と冷却パイプ５の膨張差も冷却基板４
１で吸収できるので冷却板４０に不当な応力が加わるお
それもない。
を配管した状態では、冷却基板４１に形成したパイプ溝
４３と冷却パイプ５との間の寸法誤差を冷却基板４１自
身の塑性変形で吸収して冷却パイプ５との間に僅かな間
隙も残すことなく密接した嵌め合い状態が得られ、これ
により冷却基板４１と冷却パイプ５との間に高い伝熱性
を確保することができる。しかも燃料電池の運転時にお
ける冷却基板４１と冷却パイプ５の膨張差も冷却基板４
１で吸収できるので冷却板４０に不当な応力が加わるお
それもない。
また冷却基板４１に設けたパイプ溝４３の深さと冷却パ
イプ５の寸法誤差及び、冷却基板４１に加わる面圧の不
均一に起因する冷却基板４１の塑性変形量の違いにより
冷却基板上下の接面部４４に空隙ができることがある。
イプ５の寸法誤差及び、冷却基板４１に加わる面圧の不
均一に起因する冷却基板４１の塑性変形量の違いにより
冷却基板上下の接面部４４に空隙ができることがある。
この対策としてこの空隙をうめるために冷却基板４１よ
り更に圧縮率の高く、弾性に富んで、導電性を有する膨
張黒鉛シート４２をこの接面部祠に配設することで、上
下に分割された冷却基板４１は膨張黒鉛シート４２を介
して密接状態になりてこの部分の接触電気抵抗を低く押
えることができる。
り更に圧縮率の高く、弾性に富んで、導電性を有する膨
張黒鉛シート４２をこの接面部祠に配設することで、上
下に分割された冷却基板４１は膨張黒鉛シート４２を介
して密接状態になりてこの部分の接触電気抵抗を低く押
えることができる。
第２図は冷却板４０の組立時に膨張黒鉛シート４２をあ
らかじめ上部の冷却基板４１に接着させたあとに冷却パ
イプ５をかん合させる模様を示す分解斜視図である。こ
の組立方法によると冷却基板４１と膨張黒鉛シート４２
が一体化するため組立時のハンドリングが安易となる。
らかじめ上部の冷却基板４１に接着させたあとに冷却パ
イプ５をかん合させる模様を示す分解斜視図である。こ
の組立方法によると冷却基板４１と膨張黒鉛シート４２
が一体化するため組立時のハンドリングが安易となる。
この発明は前述のように冷却基板を、パイプ溝を形成し
たそれ自身が塑性ないし低弾性の変形可能な多孔質カー
ボン板である冷却基板と、冷却基板のパイプ溝以外の接
面部に配設した圧縮率の高い弾性に富んだ膨張黒鉛シー
トとで冷却板を構成することにより、多孔質カーボン板
が塑性変形することで冷却パイプとの接触熱抵抗を低下
させ、圧縮率の高い弾性に富んだ膨張黒鉛シートにより
上下に分かれた冷却基板の接触電気抵抗を低下させて、
伝熱性、電導性共にすぐれた燃料電池の冷却板を提供す
ることができる。
たそれ自身が塑性ないし低弾性の変形可能な多孔質カー
ボン板である冷却基板と、冷却基板のパイプ溝以外の接
面部に配設した圧縮率の高い弾性に富んだ膨張黒鉛シー
トとで冷却板を構成することにより、多孔質カーボン板
が塑性変形することで冷却パイプとの接触熱抵抗を低下
させ、圧縮率の高い弾性に富んだ膨張黒鉛シートにより
上下に分かれた冷却基板の接触電気抵抗を低下させて、
伝熱性、電導性共にすぐれた燃料電池の冷却板を提供す
ることができる。
第１図は本発明の実施例を示す燃料電池の冷却板の断面
図、第２図は本発明になる冷却板の組立を説明する分解
斜視図、第３図は従来の冷却板を装備した燃料電池のセ
ルスタック構成を示す斜視図である。 ５・・・冷却パイプ、４０・・・冷却板、４１・・・冷
却基板、４２・・・膨張黒鉛シート、４３・・・パイプ
溝、４４・・・接面部。 第１図
図、第２図は本発明になる冷却板の組立を説明する分解
斜視図、第３図は従来の冷却板を装備した燃料電池のセ
ルスタック構成を示す斜視図である。 ５・・・冷却パイプ、４０・・・冷却板、４１・・・冷
却基板、４２・・・膨張黒鉛シート、４３・・・パイプ
溝、４４・・・接面部。 第１図
Claims (1)
- １）２枚のカーボン製冷却基板と、この２枚の冷却基板
に形成された溝内に収めて配管された金属製の冷却パイ
プとの組立体としてなり、前記冷却パイプに外部より冷
却媒体を通流して燃料電池の発生熱を除熱するようにし
た燃料電池の冷却板において、前記冷却基板は塑性ない
し低弾性の変形可能な多孔質カーボンの板材から形成さ
れ、前記２板の冷却基板同志が接触する面には圧縮率の
高い膨張黒鉛シートを挾んだことを特徴とする燃料電池
の冷却板。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63229657A JPH0278158A (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 燃料電池の冷却板 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63229657A JPH0278158A (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 燃料電池の冷却板 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0278158A true JPH0278158A (ja) | 1990-03-19 |
Family
ID=16895642
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63229657A Pending JPH0278158A (ja) | 1988-09-13 | 1988-09-13 | 燃料電池の冷却板 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0278158A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7585076B2 (en) * | 2005-03-01 | 2009-09-08 | Seiko Epson Corporation | Cooling unit manufacturing method, cooling unit, optical device and projector |
| JP2016029660A (ja) * | 2011-01-26 | 2016-03-03 | エルジー ケム． エルティーディ． | 組立効率の良い冷却部材及びそれを用いたバッテリーモジュール |
-
1988
- 1988-09-13 JP JP63229657A patent/JPH0278158A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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