JP2001043871A - 固体高分子電解質型燃料電池 - Google Patents
固体高分子電解質型燃料電池Info
- Publication number
- JP2001043871A JP2001043871A JP11216019A JP21601999A JP2001043871A JP 2001043871 A JP2001043871 A JP 2001043871A JP 11216019 A JP11216019 A JP 11216019A JP 21601999 A JP21601999 A JP 21601999A JP 2001043871 A JP2001043871 A JP 2001043871A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- refrigerant
- fuel cell
- polymer electrolyte
- solid polymer
- electrolyte fuel
- 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.)
- Withdrawn
Links
Classifications
-
- 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
- H01M8/04067—Heat exchange or temperature measuring elements, thermal insulation, e.g. heat pipes, heat pumps, fins
- H01M8/04074—Heat exchange unit structures specially adapted for fuel cell
-
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0258—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant
- H01M8/0263—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors characterised by the configuration of channels, e.g. by the flow field of the reactant or coolant having meandering or serpentine paths
-
- 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
- H01M8/02—Details
- H01M8/0202—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors
- H01M8/0267—Collectors; Separators, e.g. bipolar separators; Interconnectors having heating or cooling means, e.g. heaters or coolant flow channels
-
- 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
- H01M8/04029—Heat exchange using liquids
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/241—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells with solid or matrix-supported electrolytes
-
- 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
- H01M8/24—Grouping of fuel cells, e.g. stacking of fuel cells
- H01M8/2465—Details of groupings of fuel cells
- H01M8/2483—Details of groupings of fuel cells characterised by internal manifolds
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Sustainable Development (AREA)
- Sustainable Energy (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 冷媒通路の各領域毎に異なる勾配の温度パタ
ーンを可能にし、セル面における冷媒の非線形の温度勾
配のパターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能に
するとともに、燃料極と空気極における局部的乾きと局
部的湿りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、
電流密度の分布の均一化を図ること。 【解決手段】 冷媒の循環回路を備えた固体高分子電解
質型燃料電池において、冷媒通路板１に形成されるセル
に面する冷媒通路１０が複数の領域１１、１２、１３に
分割され、分割された前記冷媒通路の各領域１１、１
２、１３の一端に冷媒導入口１１１、１２１、１３１が
形成されるとともに、前記各領域１１、１２、１３の他
端に冷媒排出口１１２、１２２、１３２が形成される固
体高分子電解質型燃料電池。
ーンを可能にし、セル面における冷媒の非線形の温度勾
配のパターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能に
するとともに、燃料極と空気極における局部的乾きと局
部的湿りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、
電流密度の分布の均一化を図ること。 【解決手段】 冷媒の循環回路を備えた固体高分子電解
質型燃料電池において、冷媒通路板１に形成されるセル
に面する冷媒通路１０が複数の領域１１、１２、１３に
分割され、分割された前記冷媒通路の各領域１１、１
２、１３の一端に冷媒導入口１１１、１２１、１３１が
形成されるとともに、前記各領域１１、１２、１３の他
端に冷媒排出口１１２、１２２、１３２が形成される固
体高分子電解質型燃料電池。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、冷媒の循環回路を
備えた固体高分子電解質型燃料電池において、冷媒通路
板に形成されるセルに面する冷媒通路が複数の領域に分
割され、分割された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒
導入口が形成されるとともに、前記各領域の他端に冷媒
排出口が形成される固体高分子電解質型燃料電池に関す
る。
備えた固体高分子電解質型燃料電池において、冷媒通路
板に形成されるセルに面する冷媒通路が複数の領域に分
割され、分割された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒
導入口が形成されるとともに、前記各領域の他端に冷媒
排出口が形成される固体高分子電解質型燃料電池に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の固体高分子電解質型燃料電池（Ｕ
ＳＰ４９８８５８３）は、燃料電池のセル温度をある希
望する値で維持するために、図１２に示されるように冷
媒の循環通路Ｐが設けられており、冷媒通路板ＰＴ、燃
料と空気通路板における冷媒、燃料および空気の流れ
は、導入口Ｉから排出口Ｏに向かって全体に亘り一方向
になっているのが、多くの固体高分子電解質型燃料電池
における設計上の特徴であった。
ＳＰ４９８８５８３）は、燃料電池のセル温度をある希
望する値で維持するために、図１２に示されるように冷
媒の循環通路Ｐが設けられており、冷媒通路板ＰＴ、燃
料と空気通路板における冷媒、燃料および空気の流れ
は、導入口Ｉから排出口Ｏに向かって全体に亘り一方向
になっているのが、多くの固体高分子電解質型燃料電池
における設計上の特徴であった。
【０００３】このような特徴を有する燃料通路と空気通
路形状においては、ガスの流れ方向に沿って、燃料極と
空気極におけるガス組成と圧力、温度、湿度などが変化
し、面方向に線形の勾配が形成される。
路形状においては、ガスの流れ方向に沿って、燃料極と
空気極におけるガス組成と圧力、温度、湿度などが変化
し、面方向に線形の勾配が形成される。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来の固体高分子
電解質型燃料電池は、上述した前記冷媒通路の形状にお
いては、主に反応廃熱との熱交換によるセル面における
冷媒の温度勾配のパターンは、前記のようなガス配流の
特徴を有する燃料極と空気極が求める局所的な圧力、温
度と湿度の好ましい状態のものではなかったという問題
があった。
電解質型燃料電池は、上述した前記冷媒通路の形状にお
いては、主に反応廃熱との熱交換によるセル面における
冷媒の温度勾配のパターンは、前記のようなガス配流の
特徴を有する燃料極と空気極が求める局所的な圧力、温
度と湿度の好ましい状態のものではなかったという問題
があった。
【０００５】その理由は、上述したような燃料と空気の
流れ方の下では雰囲気中の湿度、温度の一様性の観点よ
り求められるセル温度が、非線形的なものであるのに対
して、上述した前記冷媒通路の下では、セル面における
冷媒の温度勾配が線形的なものしかできないため、セル
面方向において燃料極と空気極のガス状態が一様になら
ないという問題があった。
流れ方の下では雰囲気中の湿度、温度の一様性の観点よ
り求められるセル温度が、非線形的なものであるのに対
して、上述した前記冷媒通路の下では、セル面における
冷媒の温度勾配が線形的なものしかできないため、セル
面方向において燃料極と空気極のガス状態が一様になら
ないという問題があった。
【０００６】これを原因にして、電池の内部抵抗のバラ
ツキが起きる。引いてはセル面における電流密度のバラ
ツキを生む。電流密度の不均一がセル内の反応熱分布の
バラツキを生み出し、熱管理と水管理が困難になるとと
もに、これが原因となって、触媒、イオン交換膜の熱履
歴の相違が大きく、触媒とイオン交換膜の耐久性能を損
なうことになる。したがって、冷媒の温度勾配の最適化
を可能にする冷媒の通路形状が求められる。
ツキが起きる。引いてはセル面における電流密度のバラ
ツキを生む。電流密度の不均一がセル内の反応熱分布の
バラツキを生み出し、熱管理と水管理が困難になるとと
もに、これが原因となって、触媒、イオン交換膜の熱履
歴の相違が大きく、触媒とイオン交換膜の耐久性能を損
なうことになる。したがって、冷媒の温度勾配の最適化
を可能にする冷媒の通路形状が求められる。
【０００７】そこで本発明者は、冷媒の循環回路を備え
た固体高分子電解質型燃料電池において、冷媒通路板に
形成されるセルに面する冷媒通路を複数の領域に分割し
て、分割された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒導入
口を形成するとともに、前記各領域の他端に冷媒排出口
を形成するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研
究開発を重ねた結果、前記冷媒通路の各領域毎に異なる
勾配の温度パターンを可能にし、セル面における冷媒の
非線形の温度勾配のパターンおよび任意の温度勾配のパ
ターンを可能にするとともに、燃料極と空気極における
局部的乾きと局部的湿りすぎを抑え、セル面における電
池の内部抵抗、電流密度の分布の均一化を図るという目
的を達成する本発明に到達した。
た固体高分子電解質型燃料電池において、冷媒通路板に
形成されるセルに面する冷媒通路を複数の領域に分割し
て、分割された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒導入
口を形成するとともに、前記各領域の他端に冷媒排出口
を形成するという本発明の技術的思想に着眼し、更に研
究開発を重ねた結果、前記冷媒通路の各領域毎に異なる
勾配の温度パターンを可能にし、セル面における冷媒の
非線形の温度勾配のパターンおよび任意の温度勾配のパ
ターンを可能にするとともに、燃料極と空気極における
局部的乾きと局部的湿りすぎを抑え、セル面における電
池の内部抵抗、電流密度の分布の均一化を図るという目
的を達成する本発明に到達した。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明（請求項１に記載
の第１発明）の固体高分子電解質型燃料電池は、冷媒の
循環回路を備えた固体高分子電解質型燃料電池におい
て、冷媒通路板に形成されるセルに面する冷媒通路が複
数の領域に分割され、分割された前記冷媒通路の各領域
の一端に冷媒導入口が形成されるとともに、前記各領域
の他端に冷媒排出口が形成されるものである。
の第１発明）の固体高分子電解質型燃料電池は、冷媒の
循環回路を備えた固体高分子電解質型燃料電池におい
て、冷媒通路板に形成されるセルに面する冷媒通路が複
数の領域に分割され、分割された前記冷媒通路の各領域
の一端に冷媒導入口が形成されるとともに、前記各領域
の他端に冷媒排出口が形成されるものである。
【０００９】本発明（請求項２に記載の第２発明）の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第１発明において、
前記冷媒通路の各領域の一端に形成される前記冷媒導入
口と、前記各領域の他端に形成される前記冷媒排出口と
が、互いに近接して配設されているものである。
体高分子電解質型燃料電池は、前記第１発明において、
前記冷媒通路の各領域の一端に形成される前記冷媒導入
口と、前記各領域の他端に形成される前記冷媒排出口と
が、互いに近接して配設されているものである。
【００１０】本発明（請求項３に記載の第３発明）の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第２発明において、
互いに近接して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排
出口とが連通して、分割された前記複数の領域が直列的
に連絡しているものである。
体高分子電解質型燃料電池は、前記第２発明において、
互いに近接して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排
出口とが連通して、分割された前記複数の領域が直列的
に連絡しているものである。
【００１１】本発明（請求項４に記載の第４発明）の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第３発明において、
互いに近接して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排
出口とが、熱交換器を介して連通しているものである。
体高分子電解質型燃料電池は、前記第３発明において、
互いに近接して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排
出口とが、熱交換器を介して連通しているものである。
【００１２】本発明（請求項５に記載の第５発明）の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第３発明において、
互いに近接して配設された前記冷媒排出口が、流量調整
器に連通しているとともに、前記冷媒導入口が、分流器
を介して前記冷媒排出口に連通しているものである。
体高分子電解質型燃料電池は、前記第３発明において、
互いに近接して配設された前記冷媒排出口が、流量調整
器に連通しているとともに、前記冷媒導入口が、分流器
を介して前記冷媒排出口に連通しているものである。
【００１３】本発明（請求項６に記載の第６発明）の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第５発明において、
下流側の前記冷媒導入口と上流側の前記冷媒排出口に連
通している前記分流器との間に熱交換器が介挿されてい
るものである。
体高分子電解質型燃料電池は、前記第５発明において、
下流側の前記冷媒導入口と上流側の前記冷媒排出口に連
通している前記分流器との間に熱交換器が介挿されてい
るものである。
【００１４】本発明（請求項７に記載の第７発明）の固
体高分子電解質型燃料電池は、前記第６発明において、
下流側の前記冷媒導入口が、前記分流器を介して上流側
の前記冷媒排出口に連通している前記流量調整器と前記
熱交換器とに合流器を介して連通しているものである。
体高分子電解質型燃料電池は、前記第６発明において、
下流側の前記冷媒導入口が、前記分流器を介して上流側
の前記冷媒排出口に連通している前記流量調整器と前記
熱交換器とに合流器を介して連通しているものである。
【００１５】
【発明の作用および効果】上記構成より成る第１発明の
固体高分子電解質型燃料電池は、冷媒通路板に形成され
るセルに面する冷媒通路が複数の領域に分割され、分割
された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒導入口が形成
されるとともに、前記各領域の他端に冷媒排出口が形成
されるので、前記冷媒通路の各領域の一端に形成された
前記冷媒導入口から導入され前記各領域の他端に形成さ
れた前記冷媒排出口から排出されるため、前記冷媒通路
の各領域における温度勾配が異なる温度パターンを可能
にするという効果を奏する。
固体高分子電解質型燃料電池は、冷媒通路板に形成され
るセルに面する冷媒通路が複数の領域に分割され、分割
された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒導入口が形成
されるとともに、前記各領域の他端に冷媒排出口が形成
されるので、前記冷媒通路の各領域の一端に形成された
前記冷媒導入口から導入され前記各領域の他端に形成さ
れた前記冷媒排出口から排出されるため、前記冷媒通路
の各領域における温度勾配が異なる温度パターンを可能
にするという効果を奏する。
【００１６】上記構成より成る第２発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第１発明において、前記冷媒通
路の各領域の一端に形成される前記冷媒導入口と、前記
各領域の他端に形成される前記冷媒排出口とが、互いに
近接して配設されているので、上流側の前記冷媒排出口
から排出された冷媒を下流側の前記冷媒導入口に導入す
るのが容易であるという効果を奏する。
解質型燃料電池は、前記第１発明において、前記冷媒通
路の各領域の一端に形成される前記冷媒導入口と、前記
各領域の他端に形成される前記冷媒排出口とが、互いに
近接して配設されているので、上流側の前記冷媒排出口
から排出された冷媒を下流側の前記冷媒導入口に導入す
るのが容易であるという効果を奏する。
【００１７】上記構成より成る第３発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第２発明において、互いに近接
して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排出口とが連
通して、分割された前記複数の領域が直列的に連絡して
冷媒が供給されるので、前記冷媒通路の各領域における
異なった温度勾配が連続する温度パターンを可能にする
という効果を奏する。
解質型燃料電池は、前記第２発明において、互いに近接
して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排出口とが連
通して、分割された前記複数の領域が直列的に連絡して
冷媒が供給されるので、前記冷媒通路の各領域における
異なった温度勾配が連続する温度パターンを可能にする
という効果を奏する。
【００１８】上記構成より成る第４発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第３発明において、互いに近接
して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排出口とが、
熱交換器を介して連通しているので、前記熱交換器によ
って温度制御された冷媒が前記冷媒導入口を介して下流
側の領域に供給されるため、セル面における冷媒の非線
形の温度勾配のパターンおよび任意の温度勾配のパター
ンを可能にするという効果を奏する。
解質型燃料電池は、前記第３発明において、互いに近接
して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排出口とが、
熱交換器を介して連通しているので、前記熱交換器によ
って温度制御された冷媒が前記冷媒導入口を介して下流
側の領域に供給されるため、セル面における冷媒の非線
形の温度勾配のパターンおよび任意の温度勾配のパター
ンを可能にするという効果を奏する。
【００１９】上記構成より成る第５発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第３発明において、互いに近接
して配設された前記冷媒排出口が、流量調整器に連通し
ているとともに、前記冷媒導入口が、分流器を介して前
記冷媒排出口に連通しているので、上流側の前記冷媒排
出口から排出された冷媒の通過流量を前記流量調整器に
よって調整するため、前記分流器を介して下流側の領域
の前記冷媒導入口に導入される冷媒の量も制御されるの
で、セル面における冷媒の非線形の温度勾配のパターン
および任意の温度勾配のパターンを可能にするという効
果を奏する。
解質型燃料電池は、前記第３発明において、互いに近接
して配設された前記冷媒排出口が、流量調整器に連通し
ているとともに、前記冷媒導入口が、分流器を介して前
記冷媒排出口に連通しているので、上流側の前記冷媒排
出口から排出された冷媒の通過流量を前記流量調整器に
よって調整するため、前記分流器を介して下流側の領域
の前記冷媒導入口に導入される冷媒の量も制御されるの
で、セル面における冷媒の非線形の温度勾配のパターン
および任意の温度勾配のパターンを可能にするという効
果を奏する。
【００２０】上記構成より成る第６発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第５発明において、下流側の前
記冷媒導入口と上流側の前記冷媒排出口に連通している
前記分流器との間に熱交換器が介挿されているので、下
流側の領域の前記冷媒導入口に導入される流量が制御さ
れた冷媒の温度も前記熱交換器によって制御されるた
め、セル面における冷媒の所望の非線形の温度勾配のパ
ターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能にすると
ともに、燃料極と空気極における局部的乾きと局部的湿
りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、電流密
度の分布の均一化を図るという効果を奏する。
解質型燃料電池は、前記第５発明において、下流側の前
記冷媒導入口と上流側の前記冷媒排出口に連通している
前記分流器との間に熱交換器が介挿されているので、下
流側の領域の前記冷媒導入口に導入される流量が制御さ
れた冷媒の温度も前記熱交換器によって制御されるた
め、セル面における冷媒の所望の非線形の温度勾配のパ
ターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能にすると
ともに、燃料極と空気極における局部的乾きと局部的湿
りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、電流密
度の分布の均一化を図るという効果を奏する。
【００２１】上記構成より成る第７発明の固体高分子電
解質型燃料電池は、前記第６発明において、下流側の前
記冷媒導入口が、前記分流器を介して上流側の前記冷媒
排出口に連通している前記流量調整器と前記熱交換器と
に合流器を介して連通しているので、上流側の前記冷媒
排出口から排出され前記流量調整器によって流量が調整
された冷媒と、上流側の前記冷媒排出口から排出され前
記熱交換器によって温度制御された冷媒とが前記合流器
によって合流され下流側の領域の前記冷媒導入口に導入
されるため、セル面における冷媒の所望の非線形の温度
勾配のパターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能
にするとともに、燃料極と空気極における局部的乾きと
局部的湿りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布の均一化を図るという効果を奏す
る。
解質型燃料電池は、前記第６発明において、下流側の前
記冷媒導入口が、前記分流器を介して上流側の前記冷媒
排出口に連通している前記流量調整器と前記熱交換器と
に合流器を介して連通しているので、上流側の前記冷媒
排出口から排出され前記流量調整器によって流量が調整
された冷媒と、上流側の前記冷媒排出口から排出され前
記熱交換器によって温度制御された冷媒とが前記合流器
によって合流され下流側の領域の前記冷媒導入口に導入
されるため、セル面における冷媒の所望の非線形の温度
勾配のパターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能
にするとともに、燃料極と空気極における局部的乾きと
局部的湿りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布の均一化を図るという効果を奏す
る。
【００２２】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態につき、
図面を用いて説明する。
図面を用いて説明する。
【００２３】（第１実施形態）本第１実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、図１ないし図４に示されるよ
うに冷媒の循環回路を備えた固体高分子電解質型燃料電
池において、冷媒通路板１に形成されるセルに面する冷
媒通路１０が複数の領域１１、１２、１３に分割され、
分割された前記冷媒通路の各領域１１、１２、１３の一
端に冷媒導入口１１１、１２１、１３１が形成されると
ともに、前記各領域１１、１２、１３の他端に冷媒排出
口１１２、１２２、１３２が形成されるものである。
分子電解質型燃料電池は、図１ないし図４に示されるよ
うに冷媒の循環回路を備えた固体高分子電解質型燃料電
池において、冷媒通路板１に形成されるセルに面する冷
媒通路１０が複数の領域１１、１２、１３に分割され、
分割された前記冷媒通路の各領域１１、１２、１３の一
端に冷媒導入口１１１、１２１、１３１が形成されると
ともに、前記各領域１１、１２、１３の他端に冷媒排出
口１１２、１２２、１３２が形成されるものである。
【００２４】前記固体高分子電解質型燃料電池は、図３
および図５に示されるように対向する陰極である水素極
５３、５４と陽極である空気極５５、５６の２枚の電極
によって電解質である高分子イオン交換膜５７を挾持す
る構造の電極ユニット５１、５２の間に空気通路６４、
水素吸排気通路６５等が形成されているセパレータ６
１、６２が介挿され、前記セパレータ６２に対して冷媒
通路６６が形成されたセパレータ６３を当接させ、これ
らの構成要素が必要数だけ積層されたものである。尚、
前記冷媒通路６６が形成された前記セパレータ６３が、
本第１実施形態における上述した冷媒通路板１に相当す
る。
および図５に示されるように対向する陰極である水素極
５３、５４と陽極である空気極５５、５６の２枚の電極
によって電解質である高分子イオン交換膜５７を挾持す
る構造の電極ユニット５１、５２の間に空気通路６４、
水素吸排気通路６５等が形成されているセパレータ６
１、６２が介挿され、前記セパレータ６２に対して冷媒
通路６６が形成されたセパレータ６３を当接させ、これ
らの構成要素が必要数だけ積層されたものである。尚、
前記冷媒通路６６が形成された前記セパレータ６３が、
本第１実施形態における上述した冷媒通路板１に相当す
る。
【００２５】前記冷媒通路１０の複数の領域に関して、
本第１実施形態においては一例として説明の簡便の観点
より図１および図２に示されるように３個に分割する例
について示したが、必要に応じて任意の数ｎの領域に分
割すれば良いが、その場合の一般化として、冷媒の温度
勾配をｎ段形成するために、外付けの熱交換器および
（流量調整器−第２実施形態）の個数をｎ−１にし、冷
媒の導入口と排出口の組数をｎにすれば良い。
本第１実施形態においては一例として説明の簡便の観点
より図１および図２に示されるように３個に分割する例
について示したが、必要に応じて任意の数ｎの領域に分
割すれば良いが、その場合の一般化として、冷媒の温度
勾配をｎ段形成するために、外付けの熱交換器および
（流量調整器−第２実施形態）の個数をｎ−１にし、冷
媒の導入口と排出口の組数をｎにすれば良い。
【００２６】前記冷媒通路の第２および第３領域１２、
１３の一端に形成される前記冷媒導入口１２１、１３１
と、上流側の第１および第２領域１１、１２の他端に形
成される前記冷媒排出口１１２、１２２とが、互いに近
接して配設されている。
１３の一端に形成される前記冷媒導入口１２１、１３１
と、上流側の第１および第２領域１１、１２の他端に形
成される前記冷媒排出口１１２、１２２とが、互いに近
接して配設されている。
【００２７】互いに近接して配設された前記冷媒導入口
１２１、１３１と前記冷媒排出口１１２、１２２とが連
通して、分割された前記複数の領域１１、１２、１３が
直列的に連絡している。
１２１、１３１と前記冷媒排出口１１２、１２２とが連
通して、分割された前記複数の領域１１、１２、１３が
直列的に連絡している。
【００２８】図２に示されるように互いに近接して配設
された前記冷媒導入口１２１、１３１と前記冷媒排出口
１１２、１２２とが、外部に配設され冷媒の温度を制御
する熱交換器２１、２２を介して連通している。
された前記冷媒導入口１２１、１３１と前記冷媒排出口
１１２、１２２とが、外部に配設され冷媒の温度を制御
する熱交換器２１、２２を介して連通している。
【００２９】本第１実施形態において、冷媒循環機構を
持つ燃料電池スタックは、図４に示されるように上述し
たような各冷媒通路板１に形成された前記冷媒導入口１
１１、１２１、１３１と前記冷媒排出口１１２、１２
２、１３２は、各冷媒配流マニホールド１１１０、１１
２０、１２１０、１２２０、１３１０、１３２０に連絡
している。
持つ燃料電池スタックは、図４に示されるように上述し
たような各冷媒通路板１に形成された前記冷媒導入口１
１１、１２１、１３１と前記冷媒排出口１１２、１２
２、１３２は、各冷媒配流マニホールド１１１０、１１
２０、１２１０、１２２０、１３１０、１３２０に連絡
している。
【００３０】本第１実施形態の固体高分子電解質型燃料
電池は、前記冷媒通路板１における冷媒流れの系統図で
ある図１および図２に示されるように冷媒が、前記冷媒
導入口１１１を通して燃料電池の前記冷媒通路の第１の
領域１１内に導入され、前記冷媒導入口１１１と前記冷
媒排出口１１２を連結する冷媒通路を流れ、そして前記
冷媒排出口１１２から電池の外に排出される。
電池は、前記冷媒通路板１における冷媒流れの系統図で
ある図１および図２に示されるように冷媒が、前記冷媒
導入口１１１を通して燃料電池の前記冷媒通路の第１の
領域１１内に導入され、前記冷媒導入口１１１と前記冷
媒排出口１１２を連結する冷媒通路を流れ、そして前記
冷媒排出口１１２から電池の外に排出される。
【００３１】電池の外に排出された冷媒は、図２に示さ
れるように電池の外部に配置された熱交換器２１に導か
れ冷却または加熱され、冷却または加熱された冷媒が、
前記冷媒通路の第２の領域１２の前記冷媒導入口１２１
に導入される。
れるように電池の外部に配置された熱交換器２１に導か
れ冷却または加熱され、冷却または加熱された冷媒が、
前記冷媒通路の第２の領域１２の前記冷媒導入口１２１
に導入される。
【００３２】導入された冷媒は、前記冷媒導入口１２１
と前記冷媒排出口１２２を連結する冷媒通路を流れ、そ
して前記冷媒排出口１１２から電池の外に排出される。
と前記冷媒排出口１２２を連結する冷媒通路を流れ、そ
して前記冷媒排出口１１２から電池の外に排出される。
【００３３】電池の外に排出された冷媒は、図２に示さ
れるように電池の外部に配置された熱交換器２２に導か
れ冷却または加熱され、冷却または加熱された冷媒が、
前記冷媒通路の第３の領域１３前記冷媒導入口１３１に
導入される。
れるように電池の外部に配置された熱交換器２２に導か
れ冷却または加熱され、冷却または加熱された冷媒が、
前記冷媒通路の第３の領域１３前記冷媒導入口１３１に
導入される。
【００３４】導入された冷媒は、前記冷媒導入口１３１
と前記冷媒排出口１３２を連結する冷媒通路を流れ、そ
して前記冷媒排出口１３２から電池の外に排出される。
と前記冷媒排出口１３２を連結する冷媒通路を流れ、そ
して前記冷媒排出口１３２から電池の外に排出される。
【００３５】本第１実施形態における温度のプロファイ
ルは、図５（Ａ）および（Ｂ）に示されるようになり、
図５（Ａ）は、前記外部熱交換器２１、２２によって降
温された場合であり、図５（Ｂ）は、前記外部熱交換器
２１、２２によって昇温された場合である。。
ルは、図５（Ａ）および（Ｂ）に示されるようになり、
図５（Ａ）は、前記外部熱交換器２１、２２によって降
温された場合であり、図５（Ｂ）は、前記外部熱交換器
２１、２２によって昇温された場合である。。
【００３６】上記作用を奏する第１実施形態の固体高分
子電解質型燃料電池は、前記冷媒通路板１に形成される
セルに面する冷媒通路１０が複数の領域１１、１２、１
３に分割され、冷媒が前記冷媒通路１０の各領域１１、
１２、１３の一端に形成された前記冷媒導入口１１１、
１２１、１３１から導入され前記各領域の他端に形成さ
れた前記冷媒排出口１１２、１２２、１３２から排出さ
れるため、前記冷媒通路１０の各領域毎の冷媒の温度勾
配が異なる温度パターンを可能にするという効果を奏す
る。
子電解質型燃料電池は、前記冷媒通路板１に形成される
セルに面する冷媒通路１０が複数の領域１１、１２、１
３に分割され、冷媒が前記冷媒通路１０の各領域１１、
１２、１３の一端に形成された前記冷媒導入口１１１、
１２１、１３１から導入され前記各領域の他端に形成さ
れた前記冷媒排出口１１２、１２２、１３２から排出さ
れるため、前記冷媒通路１０の各領域毎の冷媒の温度勾
配が異なる温度パターンを可能にするという効果を奏す
る。
【００３７】また第１実施形態の固体高分子電解質型燃
料電池は、互いに近接して配設された前記冷媒導入口１
２１、１３１と前記冷媒排出口１１２、１２２とが連通
して、分割された前記複数の領域１１、１２、１３が直
列的に連絡して冷媒が供給されるとともに、前記熱交換
器によって温度制御された冷媒が前記冷媒導入口を介し
て下流側の領域に供給されるため、セル面における冷媒
の非線形の温度勾配のパターンを可能にするとともに、
図５に示されるような鋸歯状または階段状の任意の温度
パターンを可能にするという効果を奏する。
料電池は、互いに近接して配設された前記冷媒導入口１
２１、１３１と前記冷媒排出口１１２、１２２とが連通
して、分割された前記複数の領域１１、１２、１３が直
列的に連絡して冷媒が供給されるとともに、前記熱交換
器によって温度制御された冷媒が前記冷媒導入口を介し
て下流側の領域に供給されるため、セル面における冷媒
の非線形の温度勾配のパターンを可能にするとともに、
図５に示されるような鋸歯状または階段状の任意の温度
パターンを可能にするという効果を奏する。
【００３８】さらに第１実施形態の固体高分子電解質型
燃料電池は、上述したように冷媒の非線形の温度勾配の
パターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能にする
ので、燃料極と空気極における局部的乾きと局部的湿り
すぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、電流密度
の分布の均一化を図るという効果を奏する。
燃料電池は、上述したように冷媒の非線形の温度勾配の
パターンおよび任意の温度勾配のパターンを可能にする
ので、燃料極と空気極における局部的乾きと局部的湿り
すぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、電流密度
の分布の均一化を図るという効果を奏する。
【００３９】また第１実施形態の固体高分子電解質型燃
料電池は、前記冷媒通路１０の各領域１１、１２、１３
の一端に形成される前記冷媒導入口１２１、１３１と、
前記各領域の他端に形成される前記冷媒排出口１１２、
１２２とが、互いに近接して配設されているので、上流
側の前記冷媒排出口１１２、１２２から排出された冷媒
を下流側の前記冷媒導入口１２１、１３１に導入するの
が容易であるという効果を奏する。
料電池は、前記冷媒通路１０の各領域１１、１２、１３
の一端に形成される前記冷媒導入口１２１、１３１と、
前記各領域の他端に形成される前記冷媒排出口１１２、
１２２とが、互いに近接して配設されているので、上流
側の前記冷媒排出口１１２、１２２から排出された冷媒
を下流側の前記冷媒導入口１２１、１３１に導入するの
が容易であるという効果を奏する。
【００４０】（第２実施形態）本第２実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、図６に示されるように冷媒排
出口１１２、１２２が、電池の外部に配設された流量調
整器３１、３２に連通しているとともに、前記冷媒導入
口１２１、１３１が、分流器３３、３４を介して前記冷
媒排出口１１２、１２２に連通している点が、前記第１
実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明す
る。
分子電解質型燃料電池は、図６に示されるように冷媒排
出口１１２、１２２が、電池の外部に配設された流量調
整器３１、３２に連通しているとともに、前記冷媒導入
口１２１、１３１が、分流器３３、３４を介して前記冷
媒排出口１１２、１２２に連通している点が、前記第１
実施形態との相違点であり、以下相違点を中心に説明す
る。
【００４１】上記構成より成る本第２実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、前記冷媒排出口１１２、１２
２が、前記流量調整器３１、３２に連通しているととも
に、前記冷媒導入口１２１、１３１が、前記分流器３
３、３４を介して前記冷媒排出口１１２、１２２に連通
しているので、上流側の前記冷媒排出口１１２、１２２
から排出された冷媒の通過流量を前記流量調整器３１、
３２によって調整するため、前記分流器３３、３４を介
して下流側の領域１２、１３の前記冷媒導入口１２１、
１３１に導入される冷媒の量がそれぞれ減少するように
制御されるので、図６に示されるようにセル面における
冷媒の温度勾配を領域毎に異なったものとするものであ
る。
分子電解質型燃料電池は、前記冷媒排出口１１２、１２
２が、前記流量調整器３１、３２に連通しているととも
に、前記冷媒導入口１２１、１３１が、前記分流器３
３、３４を介して前記冷媒排出口１１２、１２２に連通
しているので、上流側の前記冷媒排出口１１２、１２２
から排出された冷媒の通過流量を前記流量調整器３１、
３２によって調整するため、前記分流器３３、３４を介
して下流側の領域１２、１３の前記冷媒導入口１２１、
１３１に導入される冷媒の量がそれぞれ減少するように
制御されるので、図６に示されるようにセル面における
冷媒の温度勾配を領域毎に異なったものとするものであ
る。
【００４２】上記作用を奏する第２実施形態の固体高分
子電解質型燃料電池は、上流側の前記冷媒排出口１１
２、１２２から排出された冷媒の通過流量を前記流量調
整器３１、３２によって調整するため、前記分流器３
３、３４を介して下流側の領域１２、１３の前記冷媒導
入口１２１、１３１に導入される冷媒の量がそれぞれ減
少するように制御されるので、図６に示されるようにセ
ル面における冷媒の温度勾配を領域毎に異なったものと
するので、図７に示されるようにセル面における冷媒の
非線形の温度勾配のパターンを可能にするという効果を
奏する。
子電解質型燃料電池は、上流側の前記冷媒排出口１１
２、１２２から排出された冷媒の通過流量を前記流量調
整器３１、３２によって調整するため、前記分流器３
３、３４を介して下流側の領域１２、１３の前記冷媒導
入口１２１、１３１に導入される冷媒の量がそれぞれ減
少するように制御されるので、図６に示されるようにセ
ル面における冷媒の温度勾配を領域毎に異なったものと
するので、図７に示されるようにセル面における冷媒の
非線形の温度勾配のパターンを可能にするという効果を
奏する。
【００４３】（第３実施形態）本第３実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、図８および図９に示されるよ
うに下流側の前記冷媒導入口１２１、１３１と、上流側
の前記冷媒排出口１１２、１２２に連通している前記分
流器３３、３４との間に電池の外部に配設された熱交換
器４１、４２がそれぞれ介挿されている点が、前記第２
実施形態との相違点であり、相違点を中心に説明する。
分子電解質型燃料電池は、図８および図９に示されるよ
うに下流側の前記冷媒導入口１２１、１３１と、上流側
の前記冷媒排出口１１２、１２２に連通している前記分
流器３３、３４との間に電池の外部に配設された熱交換
器４１、４２がそれぞれ介挿されている点が、前記第２
実施形態との相違点であり、相違点を中心に説明する。
【００４４】本第３実施形態の固体高分子電解質型燃料
電池は、前記冷媒排出口１１２、１２２が、前記流量調
整器３１、３２に連通しているとともに、前記冷媒導入
口１２１、１３１が、前記分流器３３、３４を介して前
記冷媒排出口１１２、１２２に連通しているので、上流
側の前記冷媒排出口１１２、１２２から排出された冷媒
の通過流量を前記流量調整器３１、３２によって調整す
るため、前記分流器３３、３４を介して下流側の領域１
２、１３の前記冷媒導入口１２１、１３１に導入される
冷媒の量がそれぞれ減少するように制御されるととも
に、前記熱交換器４１、４２によって加熱され一定温度
だけ昇温させるので、図９に示されるようにセル面にお
ける冷媒の温度勾配を領域と領域との境界において階段
状に昇温させるとともに領域毎に異なったものとするも
のである。
電池は、前記冷媒排出口１１２、１２２が、前記流量調
整器３１、３２に連通しているとともに、前記冷媒導入
口１２１、１３１が、前記分流器３３、３４を介して前
記冷媒排出口１１２、１２２に連通しているので、上流
側の前記冷媒排出口１１２、１２２から排出された冷媒
の通過流量を前記流量調整器３１、３２によって調整す
るため、前記分流器３３、３４を介して下流側の領域１
２、１３の前記冷媒導入口１２１、１３１に導入される
冷媒の量がそれぞれ減少するように制御されるととも
に、前記熱交換器４１、４２によって加熱され一定温度
だけ昇温させるので、図９に示されるようにセル面にお
ける冷媒の温度勾配を領域と領域との境界において階段
状に昇温させるとともに領域毎に異なったものとするも
のである。
【００４５】本第３実施形態の固体高分子電解質型燃料
電池は、上流側の前記冷媒排出口１１２、１２２から排
出された冷媒の通過流量を前記流量調整器３１、３２に
よって調整するため、前記分流器３３、３４を介して下
流側の領域１２、１３の前記冷媒導入口１２１、１３１
に導入される冷媒の量がそれぞれ減少するように制御さ
れとともに、前記熱交換器４１、４２によって加熱され
一定温度だけ昇温させるので、図１０に示されるように
セル面における冷媒の温度勾配を領域と領域との境界に
おいて階段状に昇温させるとともに領域毎に異なったも
のとするので、セル面における冷媒の階段状の非線形の
温度勾配のパターンを可能にするという効果を奏する。
電池は、上流側の前記冷媒排出口１１２、１２２から排
出された冷媒の通過流量を前記流量調整器３１、３２に
よって調整するため、前記分流器３３、３４を介して下
流側の領域１２、１３の前記冷媒導入口１２１、１３１
に導入される冷媒の量がそれぞれ減少するように制御さ
れとともに、前記熱交換器４１、４２によって加熱され
一定温度だけ昇温させるので、図１０に示されるように
セル面における冷媒の温度勾配を領域と領域との境界に
おいて階段状に昇温させるとともに領域毎に異なったも
のとするので、セル面における冷媒の階段状の非線形の
温度勾配のパターンを可能にするという効果を奏する。
【００４６】すなわち本第３実施形態の固体高分子電解
質型燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池における
冷媒の温度勾配の最適化を可能にする冷媒の循環回路の
構造を提供するものであり、その構造は、冷媒通路板１
において、セルに面する冷媒の通路における冷媒の温度
勾配の形成を、上述した燃料極５３、５４と空気極５
５、５６の圧力、温度、湿度の変化に応じて、セル内部
の熱交換に加えて、電池の外部における冷媒流量の調整
および熱交換による温度調整をする手段も採用すること
により、燃料極５３、５４と空気極５５、５６における
局部的乾きと局部的湿りすぎを抑え、セル面における電
池の内部抵抗、電流密度の分布の均一化を図るものであ
る。
質型燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池における
冷媒の温度勾配の最適化を可能にする冷媒の循環回路の
構造を提供するものであり、その構造は、冷媒通路板１
において、セルに面する冷媒の通路における冷媒の温度
勾配の形成を、上述した燃料極５３、５４と空気極５
５、５６の圧力、温度、湿度の変化に応じて、セル内部
の熱交換に加えて、電池の外部における冷媒流量の調整
および熱交換による温度調整をする手段も採用すること
により、燃料極５３、５４と空気極５５、５６における
局部的乾きと局部的湿りすぎを抑え、セル面における電
池の内部抵抗、電流密度の分布の均一化を図るものであ
る。
【００４７】（第４実施形態）本第４実施形態の固体高
分子電解質型燃料電池は、図１１に示されるように下流
側の前記冷媒導入口１２１が、分流器３３、３４を介し
て上流側の前記冷媒排出口１１２、１２２に連通してい
るとともに電池の外部に配設された流量調整器３１、３
２と熱交換器４１、４２とに合流器４３、４４を介して
連通している点が、上述した実施形態との相違点であ
り、以下相違点を中心に説明する。
分子電解質型燃料電池は、図１１に示されるように下流
側の前記冷媒導入口１２１が、分流器３３、３４を介し
て上流側の前記冷媒排出口１１２、１２２に連通してい
るとともに電池の外部に配設された流量調整器３１、３
２と熱交換器４１、４２とに合流器４３、４４を介して
連通している点が、上述した実施形態との相違点であ
り、以下相違点を中心に説明する。
【００４８】本第４実施形態の固体高分子電解質型燃料
電池は、前記冷媒排出口１１２、１２２が、前記分流器
３３、３４を介して前記流量調整器３１、３２および前
記熱交換器４１、４２に連通しているとともに、前記冷
媒導入口１２１、１３１が、前記合流器４３、４４を介
して前記流量調整器３１、３２および前記熱交換器４
１、４２に連通しているので、上流側の前記冷媒排出口
１１２、１２２から排出され前記分流器３３、３４によ
って分流された冷媒の通過流量を前記流量調整器３１、
３２によって調整される。
電池は、前記冷媒排出口１１２、１２２が、前記分流器
３３、３４を介して前記流量調整器３１、３２および前
記熱交換器４１、４２に連通しているとともに、前記冷
媒導入口１２１、１３１が、前記合流器４３、４４を介
して前記流量調整器３１、３２および前記熱交換器４
１、４２に連通しているので、上流側の前記冷媒排出口
１１２、１２２から排出され前記分流器３３、３４によ
って分流された冷媒の通過流量を前記流量調整器３１、
３２によって調整される。
【００４９】前記分流器３３、３４によって分流された
冷媒が、前記熱交換器４１、４２によって温度が制御さ
れ、前記熱交換器４１、４２によって温度が制御された
前記冷媒と前記流量調整器３１、３２によって通過流量
が調整された前記冷媒とが前記合流器４３、４４によっ
て合流され、下流側の領域１２、１３の前記冷媒導入口
１２１、１３１に導入され、セル面における冷媒の温度
勾配を領域と領域との境界において階段状に昇温させる
とともに領域毎に異なったものとするものである。
冷媒が、前記熱交換器４１、４２によって温度が制御さ
れ、前記熱交換器４１、４２によって温度が制御された
前記冷媒と前記流量調整器３１、３２によって通過流量
が調整された前記冷媒とが前記合流器４３、４４によっ
て合流され、下流側の領域１２、１３の前記冷媒導入口
１２１、１３１に導入され、セル面における冷媒の温度
勾配を領域と領域との境界において階段状に昇温させる
とともに領域毎に異なったものとするものである。
【００５０】本第４実施形態の固体高分子電解質型燃料
電池は、前記熱交換器４１、４２によって温度が制御さ
れた前記冷媒と前記流量調整器３１、３２によって通過
流量が調整された前記冷媒とが前記合流器４３、４４に
よって合流され、下流側の領域１２、１３の前記冷媒導
入口１２１、１３１に導入され、セル面における冷媒の
温度勾配を領域と領域との境界において階段状に昇温さ
せるとともに領域毎に異なったものとするので、セル面
における冷媒の温度勾配を領域と領域との境界において
階段状に昇温させるとともに領域毎に異なったものとす
るので、図９に示される前記第３実施形態の温度勾配の
パターンに比べてさらに自由度の高いセル面における冷
媒の階段状の非線形の温度勾配のパターンを可能にする
とともに、任意の温度勾配のパターンを実現するという
効果を奏する。
電池は、前記熱交換器４１、４２によって温度が制御さ
れた前記冷媒と前記流量調整器３１、３２によって通過
流量が調整された前記冷媒とが前記合流器４３、４４に
よって合流され、下流側の領域１２、１３の前記冷媒導
入口１２１、１３１に導入され、セル面における冷媒の
温度勾配を領域と領域との境界において階段状に昇温さ
せるとともに領域毎に異なったものとするので、セル面
における冷媒の温度勾配を領域と領域との境界において
階段状に昇温させるとともに領域毎に異なったものとす
るので、図９に示される前記第３実施形態の温度勾配の
パターンに比べてさらに自由度の高いセル面における冷
媒の階段状の非線形の温度勾配のパターンを可能にする
とともに、任意の温度勾配のパターンを実現するという
効果を奏する。
【００５１】また本第４実施形態の固体高分子電解質型
燃料電池は、任意の温度勾配のパターンを実現するの
で、燃料極と空気極における局部的乾きと局部的湿りす
ぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、電流密度の
分布の均一化を図るという効果を奏する。
燃料電池は、任意の温度勾配のパターンを実現するの
で、燃料極と空気極における局部的乾きと局部的湿りす
ぎを抑え、セル面における電池の内部抵抗、電流密度の
分布の均一化を図るという効果を奏する。
【００５２】すなわち本第４実施形態の固体高分子電解
質型燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池における
冷媒の温度勾配の最適化を可能にする冷媒の循環回路の
構造を提供するものであり、その構造は、冷媒通路板１
において、セルに面する冷媒の通路における冷媒の温度
勾配の形成を、燃料極５３、５４と空気極５５、５６の
圧力、温度、湿度の変化に応じて、セル内部の熱交換に
加えて、電池の外部における冷媒流量の調整および熱交
換による温度調整をする手段も採用することにより、燃
料極５３、５４と空気極５５、５６における局部的乾き
と局部的湿りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布の均一化を図るものである。
質型燃料電池は、固体高分子電解質型燃料電池における
冷媒の温度勾配の最適化を可能にする冷媒の循環回路の
構造を提供するものであり、その構造は、冷媒通路板１
において、セルに面する冷媒の通路における冷媒の温度
勾配の形成を、燃料極５３、５４と空気極５５、５６の
圧力、温度、湿度の変化に応じて、セル内部の熱交換に
加えて、電池の外部における冷媒流量の調整および熱交
換による温度調整をする手段も採用することにより、燃
料極５３、５４と空気極５５、５６における局部的乾き
と局部的湿りすぎを抑え、セル面における電池の内部抵
抗、電流密度の分布の均一化を図るものである。
【００５３】上述の実施形態は、説明のために例示した
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
もので、本発明としてはそれらに限定されるものでは無
く、特許請求の範囲、発明の詳細な説明および図面の記
載から当業者が認識することができる本発明の技術的思
想に反しない限り、変更および付加が可能である。
【００５４】上述の実施形態においては、一例として図
４に示されるように冷媒導入口および冷媒排出口を同一
面に配置した例について説明したが、本発明としてはそ
れらに限定されるものでは無く、必要に応じて前記冷媒
導入口および冷媒排出口を異なった面に配置することが
出来る。
４に示されるように冷媒導入口および冷媒排出口を同一
面に配置した例について説明したが、本発明としてはそ
れらに限定されるものでは無く、必要に応じて前記冷媒
導入口および冷媒排出口を異なった面に配置することが
出来る。
【図１】本発明の第１実施形態における冷媒通路板を示
す正面図である。
す正面図である。
【図２】本第１実施形態における冷媒通路板および熱交
換器の連絡関係を説明するための説明図である。
換器の連絡関係を説明するための説明図である。
【図３】本第１実施形態におけるセパレータと電極ユニ
ットの配置を説明する分解断面図である。
ットの配置を説明する分解断面図である。
【図４】本第１実施形態における燃料電池スタックを示
す斜視図である。
す斜視図である。
【図５】本第１実施形態における２つの温度勾配パター
ンを示す線図である。
ンを示す線図である。
【図６】本発明の第２実施形態における冷媒通路板およ
び流量調整器の連絡関係を説明するための説明図であ
る。
び流量調整器の連絡関係を説明するための説明図であ
る。
【図７】本第２実施形態における温度勾配パターンを示
す線図である。
す線図である。
【図８】本発明の第３実施形態における冷媒通路板、熱
交換器および流量調整器の連絡関係を説明するための説
明図である。
交換器および流量調整器の連絡関係を説明するための説
明図である。
【図９】本第３実施形態における電池の外部に配設され
た熱交換器および流量調整器の配置関係を説明するため
の説明図である。
た熱交換器および流量調整器の配置関係を説明するため
の説明図である。
【図１０】本第３実施形態における温度勾配パターンを
示す線図である。
示す線図である。
【図１１】本発明の第４実施形態における冷媒通路板、
熱交換器および流量調整器の連絡関係をを説明するため
の説明図である。
熱交換器および流量調整器の連絡関係をを説明するため
の説明図である。
【図１２】従来における冷媒通路板および冷媒通路を示
す正面図である。
す正面図である。
１ 冷媒通路板 １０ 冷媒通路 １１、１２、１３ 領域 １１１、１２１、１３１ 冷媒導入口 １１２、１２２、１３２ 冷媒排出口
Claims (7)
- 【請求項１】 冷媒の循環回路を備えた固体高分子電解
質型燃料電池において、 冷媒通路板に形成されるセルに面する冷媒通路が複数の
領域に分割され、 分割された前記冷媒通路の各領域の一端に冷媒導入口が
形成されるとともに、前記各領域の他端に冷媒排出口が
形成されることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電
池。 - 【請求項２】 請求項１において、 前記冷媒通路の各領域の一端に形成される前記冷媒導入
口と、前記各領域の他端に形成される前記冷媒排出口と
が、互いに近接して配設されていることを特徴とする固
体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項３】 請求項２において、 互いに近接して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排
出口とが連通して、分割された前記複数の領域が直列的
に連絡していることを特徴とする固体高分子電解質型燃
料電池。 - 【請求項４】 請求項３において、 互いに近接して配設された前記冷媒導入口と前記冷媒排
出口とが、熱交換器を介して連通していることを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項５】 請求項３において、 互いに近接して配設された前記冷媒排出口が、流量調整
器に連通しているとともに、前記冷媒導入口が、分流器
を介して前記冷媒排出口に連通していることを特徴とす
る固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項６】 請求項５において、 下流側の前記冷媒導入口と上流側の前記冷媒排出口に連
通している前記分流器との間に熱交換器が介挿されてい
ることを特徴とする固体高分子電解質型燃料電池。 - 【請求項７】 請求項６において、 下流側の前記冷媒導入口が、前記分流器を介して上流側
の前記冷媒排出口に連通している前記流量調整器と前記
熱交換器とに合流器を介して連通していることを特徴と
する固体高分子電解質型燃料電池。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11216019A JP2001043871A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
| US09/629,885 US6461754B1 (en) | 1999-07-29 | 2000-07-31 | Solid polymer electrolyte fuel cell having a coolant circulation circuit |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11216019A JP2001043871A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001043871A true JP2001043871A (ja) | 2001-02-16 |
Family
ID=16682034
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11216019A Withdrawn JP2001043871A (ja) | 1999-07-29 | 1999-07-29 | 固体高分子電解質型燃料電池 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6461754B1 (ja) |
| JP (1) | JP2001043871A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005537611A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内部ガス制御燃料電池 |
| JP2007134147A (ja) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Hitachi Ltd | セパレータおよび燃料電池 |
| WO2007148793A1 (ja) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 固体電解質形燃料電池スタック |
Families Citing this family (15)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7527889B2 (en) * | 1999-10-19 | 2009-05-05 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| US6936369B1 (en) * | 1999-10-19 | 2005-08-30 | Honda Giken Kogyo Kabushiki Kaisha | Fuel cell stack |
| US6759155B2 (en) * | 2000-05-01 | 2004-07-06 | Delphi Technologies, Inc. | Plate construction of high temperature air-to-air heat exchanger |
| US6613469B2 (en) * | 2000-12-22 | 2003-09-02 | Delphi Technologies, Inc. | Fluid distribution surface for solid oxide fuel cells |
| DE10100757A1 (de) * | 2001-01-10 | 2002-08-01 | Daimler Chrysler Ag | Elektrochemischer Brennstoffzellenstapel |
| JP4259041B2 (ja) * | 2001-06-14 | 2009-04-30 | トヨタ自動車株式会社 | 燃料電池 |
| US6773845B2 (en) * | 2001-06-27 | 2004-08-10 | Delphi Technologies, Inc. | Fluid distribution surface for solid oxide fuel cells |
| EP1381104A1 (de) * | 2002-07-12 | 2004-01-14 | Stefan Höller | Brennstoffzellenstapel mit Gegestromkühlung und einer Vielzahl von Kühlmittelsammelkanälen parallel zur Stapelachse |
| KR100542200B1 (ko) * | 2004-01-30 | 2006-01-10 | 삼성에스디아이 주식회사 | 연료 전지 시스템 |
| US20050221149A1 (en) * | 2004-03-30 | 2005-10-06 | Sanyo Electric Co., Ltd. | Fuel cell stack |
| JP2008010179A (ja) * | 2006-06-27 | 2008-01-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池セパレータ |
| DE102006042108A1 (de) * | 2006-09-07 | 2008-03-27 | Enerday Gmbh | Brennstoffzellensystem und Verfahren zum Beeinflussen des Wärme- und Temperaturhaushaltes eines Brennstoffzellenstapels |
| US10170392B2 (en) * | 2017-04-05 | 2019-01-01 | International Business Machines Corporation | Wafer level integration for embedded cooling |
| EP4068437A1 (en) | 2021-04-01 | 2022-10-05 | Volvo Truck Corporation | Coolant system for a fuel cell system |
| CN220172233U (zh) * | 2023-05-31 | 2023-12-12 | 比亚迪股份有限公司 | 冷板、电池包和用电设备 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4988583A (en) | 1989-08-30 | 1991-01-29 | Her Majesty The Queen As Represented By The Minister Of National Defence Of Her Majesty's Canadian Government | Novel fuel cell fluid flow field plate |
| US5858569A (en) * | 1997-03-21 | 1999-01-12 | Plug Power L.L.C. | Low cost fuel cell stack design |
| US6274262B1 (en) * | 1999-08-24 | 2001-08-14 | Plug Power Inc. | Fuel cell bi-cooler flow plate |
-
1999
- 1999-07-29 JP JP11216019A patent/JP2001043871A/ja not_active Withdrawn
-
2000
- 2000-07-31 US US09/629,885 patent/US6461754B1/en not_active Expired - Fee Related
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005537611A (ja) * | 2002-07-19 | 2005-12-08 | ダイムラークライスラー・アクチェンゲゼルシャフト | 内部ガス制御燃料電池 |
| US7972748B2 (en) | 2002-07-19 | 2011-07-05 | Daimler Ag | Internally gas regulated fuel cell |
| US8039170B2 (en) | 2002-07-19 | 2011-10-18 | Daimler Ag | Internally gas regulated fuel cell |
| JP2007134147A (ja) * | 2005-11-10 | 2007-05-31 | Hitachi Ltd | セパレータおよび燃料電池 |
| WO2007148793A1 (ja) * | 2006-06-23 | 2007-12-27 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | 固体電解質形燃料電池スタック |
| US8273493B2 (en) | 2006-06-23 | 2012-09-25 | Ngk Spark Plug Co., Ltd. | Solid electrolyte fuel cell stack |
| JP5107917B2 (ja) * | 2006-06-23 | 2012-12-26 | 日本特殊陶業株式会社 | 固体電解質形燃料電池スタック |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US6461754B1 (en) | 2002-10-08 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP2001043871A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| JP3596332B2 (ja) | 積層型燃料電池の運転方法、積層型燃料電池及び積層型燃料電池システム | |
| US7479341B2 (en) | Fuel cell, separator plate for a fuel cell, and method of operation of a fuel cell | |
| US8911914B2 (en) | Manifold assembly for controlling gas flow and flow distribution in a fuel cell stack | |
| CN1938892B (zh) | 带有变化的有效面积大小的燃料电池 | |
| JP2000149977A (ja) | 燃料電池スタック | |
| US7435502B2 (en) | Internal PEM fuel cell water management | |
| JP2000231929A (ja) | 燃料電池 | |
| US20050221149A1 (en) | Fuel cell stack | |
| JP2005536033A (ja) | 電気化学電池の流体流れの制御 | |
| CN104584303A (zh) | 用于燃料电池的流场板 | |
| US7879505B2 (en) | Fuel cell having fuel and oxidation gas channels of different cross-sections | |
| JP4494409B2 (ja) | マルチセル燃料電池層及びシステム | |
| JP4485075B2 (ja) | 平板型ｓｏｆｃにおける空気及び燃料供給方法 | |
| US7045235B2 (en) | Fuel cell system including air flow control | |
| JPH08111231A (ja) | 固体高分子電解質型燃料電池 | |
| KR100798451B1 (ko) | 연료전지 분리판과 이를 구비한 연료전지 스택 및 그반응가스 제어방법 | |
| JP2004247289A (ja) | 燃料電池及びその運転方法 | |
| CN109273739B (zh) | 用于燃料电池的热管理的组件 | |
| JPH08111230A (ja) | 固体高分子型燃料電池の運転方法 | |
| EP1422775B1 (en) | Fuel cell with separator plates having comb-shaped gas passages | |
| JP4969040B2 (ja) | 内部ガス制御燃料電池 | |
| JP4603920B2 (ja) | 燃料電池用加湿装置及びこれを備えた燃料電池システム | |
| JP4034804B2 (ja) | 高分子電解質型燃料電池発電システム | |
| US20230238553A1 (en) | Fuel cell stack |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060622 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080214 |
|
| A761 | Written withdrawal of application |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A761 Effective date: 20090617 |