セパレータの冷却方法
【課題】セパレータの高速冷却と圧力損失測定を同時に行え、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を著しく短縮できるセパレータの冷却方法を提供する。
【解決手段】一対の金属プレート１２，１３と、これらの金属プレート１２，１３相互間に挟み込まれた中間層１５とを熱接合により一体化してなる燃料電池のセパレータ１１の熱接合後の冷却方法であって、セパレータ１１内部に形成された液体又はガスの流路１８等の各流路に純水を流して冷却しながら、その流路１８等の各流路における圧力損失を測定する。セパレータ１１の高速冷却とセパレータ１１内の流路１８等の各流路の圧力損失を同時に行う。
【解決手段】一対の金属プレート１２，１３と、これらの金属プレート１２，１３相互間に挟み込まれた中間層１５とを熱接合により一体化してなる燃料電池のセパレータ１１の熱接合後の冷却方法であって、セパレータ１１内部に形成された液体又はガスの流路１８等の各流路に純水を流して冷却しながら、その流路１８等の各流路における圧力損失を測定する。セパレータ１１の高速冷却とセパレータ１１内の流路１８等の各流路の圧力損失を同時に行う。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセパレータの冷却方法、特に、一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に挟み込まれた中間層とを一体化するための熱接合後のセパレータの冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池において、一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に冷却媒体流路形成部材を備える中間層とを、熱接合により一体化されてなるセパレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このように一体化されたセパレータは、熱接合による熱が残留しているために冷却が行われる。
この冷却は、従来、図４に示すように、セパレータ４１の上下面、つまり中間層４２を挟んでその上下に位置する金属プレート４３，４４の各表面に冷却板５１，５２を当てて行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７９７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の冷却方法では、セパレータ４１の外部からの冷却であるため、冷却に時間がかかった。またセパレータ４１は、一体化後に、中間層４２に備えられた冷却媒体流路を含むセパレータ４１内部の各流体流路における圧力損失の測定が行われるが、この測定も時間がかかり、したがって冷却開始から圧力損失測定終了までに長時間を要した。
【０００５】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を短縮できるセパレータの冷却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のセパレータの冷却方法は、一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に挟み込まれた中間層とを熱接合により一体化してなる燃料電池のセパレータの前記熱接合後の冷却方法であって、セパレータ内部に形成された液体又はガスの流路に液体又はガスを流して冷却しながら、その流路における圧力損失を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、セパレータの冷却と共に圧力損失測定をするので、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を短縮できるという効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明方法により冷却されるセパレータの概略を示す側面図、図２は図１中の中間層の平面図である。
図示するように、セパレータ１１は一対の金属プレート１２，１３と、この一対の金属プレート１２，１３相互間に挟み込まれた、冷却媒体流路１４を備える中間層１５とを備えてなる。図２においては、冷却媒体流路１４を１本の矢印で代表的に示している。冷却媒体流路１４は、実際にはこの矢印で示す流路のみでないことはいうまでもない。後述する空気流路についても矢印で示す流路のみでないことは同様である。
ここで、金属プレート１２，１３はチタンやステンレス等の耐蝕性を有する金属材からなり、中間層１５はフィルム状樹脂材によるフレーム１６及びその内方に配置された、例えばチタンやステンレス等の耐蝕性を有する金属材からなる冷却媒体流路部材１７を備えてなる。冷却媒体流路１４を例えば金属プレート１２の裏面側に形成して上記冷却媒体流路部材１７を省略してもよい。なお冷却媒体としては、通常、不凍液が用いられる。
一対の金属プレート１２，１３及びフレーム１６は同一の四角形の外形状を有する平板状に形成されている。
【０００９】
このセパレータ１１の内部には、上記冷却媒体流路１４の他に、燃料電池における発電に供する酸化剤ガスとしての空気の流路（空気流路）及び燃料ガスとしての水素ガスの流路（水素ガス流路）が形成されている。図１では空気流路１８のみを示しているが、図示面に直交する方向の所定位置に金属プレート１２，１３及び中間層１５を貫いて水素ガス流路が形成されている。
なお、図１中の２１及び２２は空気流路１８の入口（空気供給マニホールド）及び出口（空気排出マニホールド）を示す。２３及び２４は中間層１５に形成された空気通路、２５及び２６は金属プレート１２に開けられた空気流路穴である。図２中の２７及び２８は冷却媒体流路１４の入口（冷却媒体供給マニホールド）及び出口（冷却媒体排出マニホールド）を示す。
【００１０】
本実施形態では、一対の金属プレート１２，１３及び中間層１５が熱接合によって一体化された後の、つまり熱接合による熱が残留しているセパレータ１１について、冷却媒体流路１４、空気流路１８及び上記水素ガス流路に各々冷却／圧力損失測定用流体としての純水を流して冷却しながら、各流路１４，１８（水素ガス流路も含む。）における圧力損失を測定する。
なお、水素ガス流路の圧力損失測定は、同じガス流路である空気流路１８と同等に考え得るので、以下、流路１８と記すときは水素ガス流路も同様に含まれるものとする。
上記熱接合は、加熱ロール、赤外線加熱ヒータ、電磁誘導加熱ヒータ、熱板プレス等を用いて行われている。
【００１１】
各流路１４，１８の圧力損失は、同流路１４，１８の入口２７，２１における純水の供給圧力測定値Ｐinから、同流路１４，１８の出口２８，２２における純水の排出圧力測定値Ｐoutを各々引算（＝Ｐin−Ｐout）することにより求められる。
空気流路１８は、セパレータ１１単独では供給側と排出側とが連通せず、圧力損失の測定ができないので、圧力損失測定時には、図３に例示するように治具３１，３２を用いる。
【００１２】
すなわち、金属プレート１２側には穴のない治具３１を、金属プレート１３側には上記純水の供給穴３３及び排出穴３４が開けられた治具３２を、各々所定間隔おいて対向配置する。
この場合、治具３１，３２には、セパレータ１１の空気流路１８の供給側と排出側とが連通され、かつその気密が、上記純水の供給穴３３及び排出穴３４を除いて保持されるように、各々ガスケット３５が貼着されている。治具３２の供給穴３３及び排出穴３４は、図３から分かるように空気流路１８の入口２１及び出口２２に対向する位置に開けられている。
治具３１，３２は、本実施形態では熱伝導率が比較的高く、取り扱いが容易なアルミニウム材からなるが、これのみに限定されない。熱伝導率は高いことが望まれる。
【００１３】
上述したように本実施形態では、金属プレート１２，１３及び中間層１５が熱接合によって一体化された後のセパレータ１１について、冷却媒体流路１４、空気流路１８に各々純水を流して冷却、つまりセパレータ１１の内部から冷却しながら、各流路１４，１８における圧力損失を測定するようにした。
したがって本実施形態によれば、高い冷却効果のもとで、かつそのような冷却と同時に、各流路１４，１８における圧力損失を測定できる。すなわち、熱接合による熱が残留しているセパレータ１１について、高速冷却と圧力損失測定を同時に行え、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を著しく短縮できる。
【００１４】
なお上述実施形態では、冷却媒体流路、空気流路及び水素ガス流路に流す冷却／圧力損失測定用流体として純水を用いた例について述べたが、これのみに限定されることはない。例えば、冷却／圧力損失測定用流体として純水以外の水（工業水等）を用いてもよい。また、冷却／圧力損失測定用流体としてガス、例えば空気、水素ガスあるいは窒素ガス等を用いてもよく、これによれば、冷却、圧力損失測定後にセパレータの水分を拭き取る等の後始末が不要となる。冷却／圧力損失測定用流体として水を使用すれば、冷却効果が高いが上記のように後始末が必要となり、一方、ガスを使用すれば、後始末が不要となるが冷却効果は水を使用した場合に比べて低くなる。冷却媒体流路には水を用い、空気流路及び水素ガス流路にはガスを用いる、というように冷却／圧力損失測定用流体として水とガスとを適宜使い分けてもよい。
冷却媒体流路、空気流路及び水素ガス流路の３流路の圧力損失測定を常に同時に行うことに限定されることもない。
【００１５】
上述実施形態におけるセパレータ内部からの冷却に加えて、冷却板等を用いたセパレータ外部からの冷却をも行ってもよい。これによれば、セパレータの冷却をより高速化できると共に、急速冷却されてもセパレータ内外の温度差によるセパレータの反り等の歪みが生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法により冷却されるセパレータの概略を示す側面図である。
【図２】図１中の中間層の平面図である。
【図３】本発明によるセパレータの冷却方法の一実施形態の説明図である。
【図４】従来の冷却方法の説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１１：セパレータ、１２，１３：金属プレート、１４：冷却媒体流路（液体の流路）、１５：中間層、１６：フレーム、１７：冷却媒体流路部材、１８：空気流路（ガスの流路）、２１：空気流路入口、２２：空気流路出口。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池のセパレータの冷却方法、特に、一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に挟み込まれた中間層とを一体化するための熱接合後のセパレータの冷却方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃料電池において、一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に冷却媒体流路形成部材を備える中間層とを、熱接合により一体化されてなるセパレータが知られている（例えば、特許文献１参照）。
このように一体化されたセパレータは、熱接合による熱が残留しているために冷却が行われる。
この冷却は、従来、図４に示すように、セパレータ４１の上下面、つまり中間層４２を挟んでその上下に位置する金属プレート４３，４４の各表面に冷却板５１，５２を当てて行っていた。
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１７９７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら上記従来の冷却方法では、セパレータ４１の外部からの冷却であるため、冷却に時間がかかった。またセパレータ４１は、一体化後に、中間層４２に備えられた冷却媒体流路を含むセパレータ４１内部の各流体流路における圧力損失の測定が行われるが、この測定も時間がかかり、したがって冷却開始から圧力損失測定終了までに長時間を要した。
【０００５】
本発明は、上記のような実情に鑑みなされたもので、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を短縮できるセパレータの冷却方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明のセパレータの冷却方法は、一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に挟み込まれた中間層とを熱接合により一体化してなる燃料電池のセパレータの前記熱接合後の冷却方法であって、セパレータ内部に形成された液体又はガスの流路に液体又はガスを流して冷却しながら、その流路における圧力損失を測定することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、セパレータの冷却と共に圧力損失測定をするので、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を短縮できるという効果を発揮できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づき説明する。なお、各図間において、同一符号は同一又は相当部分を示す。
図１は、本発明方法により冷却されるセパレータの概略を示す側面図、図２は図１中の中間層の平面図である。
図示するように、セパレータ１１は一対の金属プレート１２，１３と、この一対の金属プレート１２，１３相互間に挟み込まれた、冷却媒体流路１４を備える中間層１５とを備えてなる。図２においては、冷却媒体流路１４を１本の矢印で代表的に示している。冷却媒体流路１４は、実際にはこの矢印で示す流路のみでないことはいうまでもない。後述する空気流路についても矢印で示す流路のみでないことは同様である。
ここで、金属プレート１２，１３はチタンやステンレス等の耐蝕性を有する金属材からなり、中間層１５はフィルム状樹脂材によるフレーム１６及びその内方に配置された、例えばチタンやステンレス等の耐蝕性を有する金属材からなる冷却媒体流路部材１７を備えてなる。冷却媒体流路１４を例えば金属プレート１２の裏面側に形成して上記冷却媒体流路部材１７を省略してもよい。なお冷却媒体としては、通常、不凍液が用いられる。
一対の金属プレート１２，１３及びフレーム１６は同一の四角形の外形状を有する平板状に形成されている。
【０００９】
このセパレータ１１の内部には、上記冷却媒体流路１４の他に、燃料電池における発電に供する酸化剤ガスとしての空気の流路（空気流路）及び燃料ガスとしての水素ガスの流路（水素ガス流路）が形成されている。図１では空気流路１８のみを示しているが、図示面に直交する方向の所定位置に金属プレート１２，１３及び中間層１５を貫いて水素ガス流路が形成されている。
なお、図１中の２１及び２２は空気流路１８の入口（空気供給マニホールド）及び出口（空気排出マニホールド）を示す。２３及び２４は中間層１５に形成された空気通路、２５及び２６は金属プレート１２に開けられた空気流路穴である。図２中の２７及び２８は冷却媒体流路１４の入口（冷却媒体供給マニホールド）及び出口（冷却媒体排出マニホールド）を示す。
【００１０】
本実施形態では、一対の金属プレート１２，１３及び中間層１５が熱接合によって一体化された後の、つまり熱接合による熱が残留しているセパレータ１１について、冷却媒体流路１４、空気流路１８及び上記水素ガス流路に各々冷却／圧力損失測定用流体としての純水を流して冷却しながら、各流路１４，１８（水素ガス流路も含む。）における圧力損失を測定する。
なお、水素ガス流路の圧力損失測定は、同じガス流路である空気流路１８と同等に考え得るので、以下、流路１８と記すときは水素ガス流路も同様に含まれるものとする。
上記熱接合は、加熱ロール、赤外線加熱ヒータ、電磁誘導加熱ヒータ、熱板プレス等を用いて行われている。
【００１１】
各流路１４，１８の圧力損失は、同流路１４，１８の入口２７，２１における純水の供給圧力測定値Ｐinから、同流路１４，１８の出口２８，２２における純水の排出圧力測定値Ｐoutを各々引算（＝Ｐin−Ｐout）することにより求められる。
空気流路１８は、セパレータ１１単独では供給側と排出側とが連通せず、圧力損失の測定ができないので、圧力損失測定時には、図３に例示するように治具３１，３２を用いる。
【００１２】
すなわち、金属プレート１２側には穴のない治具３１を、金属プレート１３側には上記純水の供給穴３３及び排出穴３４が開けられた治具３２を、各々所定間隔おいて対向配置する。
この場合、治具３１，３２には、セパレータ１１の空気流路１８の供給側と排出側とが連通され、かつその気密が、上記純水の供給穴３３及び排出穴３４を除いて保持されるように、各々ガスケット３５が貼着されている。治具３２の供給穴３３及び排出穴３４は、図３から分かるように空気流路１８の入口２１及び出口２２に対向する位置に開けられている。
治具３１，３２は、本実施形態では熱伝導率が比較的高く、取り扱いが容易なアルミニウム材からなるが、これのみに限定されない。熱伝導率は高いことが望まれる。
【００１３】
上述したように本実施形態では、金属プレート１２，１３及び中間層１５が熱接合によって一体化された後のセパレータ１１について、冷却媒体流路１４、空気流路１８に各々純水を流して冷却、つまりセパレータ１１の内部から冷却しながら、各流路１４，１８における圧力損失を測定するようにした。
したがって本実施形態によれば、高い冷却効果のもとで、かつそのような冷却と同時に、各流路１４，１８における圧力損失を測定できる。すなわち、熱接合による熱が残留しているセパレータ１１について、高速冷却と圧力損失測定を同時に行え、冷却開始から圧力損失測定終了までの時間を著しく短縮できる。
【００１４】
なお上述実施形態では、冷却媒体流路、空気流路及び水素ガス流路に流す冷却／圧力損失測定用流体として純水を用いた例について述べたが、これのみに限定されることはない。例えば、冷却／圧力損失測定用流体として純水以外の水（工業水等）を用いてもよい。また、冷却／圧力損失測定用流体としてガス、例えば空気、水素ガスあるいは窒素ガス等を用いてもよく、これによれば、冷却、圧力損失測定後にセパレータの水分を拭き取る等の後始末が不要となる。冷却／圧力損失測定用流体として水を使用すれば、冷却効果が高いが上記のように後始末が必要となり、一方、ガスを使用すれば、後始末が不要となるが冷却効果は水を使用した場合に比べて低くなる。冷却媒体流路には水を用い、空気流路及び水素ガス流路にはガスを用いる、というように冷却／圧力損失測定用流体として水とガスとを適宜使い分けてもよい。
冷却媒体流路、空気流路及び水素ガス流路の３流路の圧力損失測定を常に同時に行うことに限定されることもない。
【００１５】
上述実施形態におけるセパレータ内部からの冷却に加えて、冷却板等を用いたセパレータ外部からの冷却をも行ってもよい。これによれば、セパレータの冷却をより高速化できると共に、急速冷却されてもセパレータ内外の温度差によるセパレータの反り等の歪みが生じにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明方法により冷却されるセパレータの概略を示す側面図である。
【図２】図１中の中間層の平面図である。
【図３】本発明によるセパレータの冷却方法の一実施形態の説明図である。
【図４】従来の冷却方法の説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１１：セパレータ、１２，１３：金属プレート、１４：冷却媒体流路（液体の流路）、１５：中間層、１６：フレーム、１７：冷却媒体流路部材、１８：空気流路（ガスの流路）、２１：空気流路入口、２２：空気流路出口。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に挟み込まれた中間層とを熱接合により一体化してなる燃料電池のセパレータの前記熱接合後の冷却方法であって、
セパレータ内部に形成された液体又はガスの流路に液体又はガスを流して冷却しながら、その流路における圧力損失を測定することを特徴とするセパレータの冷却方法。
【請求項１】
一対の金属プレートと、この一対の金属プレート相互間に挟み込まれた中間層とを熱接合により一体化してなる燃料電池のセパレータの前記熱接合後の冷却方法であって、
セパレータ内部に形成された液体又はガスの流路に液体又はガスを流して冷却しながら、その流路における圧力損失を測定することを特徴とするセパレータの冷却方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１０−１２９１９１（Ｐ２０１０−１２９１９１Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２９９３９１（Ｐ２００８−２９９３９１）
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２５日（２００８．１１．２５）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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