(57)【要約】【課題】  燃料電池１を冷却する冷却装置１０の腐蝕を防止する。【解決手段】  電気絶縁性を有する循環配管８を介して燃料電池１に冷却装置１０が接続される。冷却装置１０の流入部位２０と流出部位２２の間を金属製の管体２１，２３と導体２４により構成した短絡手段２５で電気的に短絡するとともに、前記短絡手段２５と接地された燃料電池１の基準電極５側の間を導体３１で電気的に短絡する。燃料電池１のスタック２の電位差に起因して循環配管８に循環電流が流れるが、その循環電流による冷却装置１０の腐蝕は、短絡手段２５による電気的なバイパス作用及び導体３１による接地電位の維持により確実に防止される。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気絶縁性を有する循環配管８を介して燃料電池１に接続された冷却装置１０の腐蝕防止構造において、前記冷却装置１０の金属部分と接地された電池の基準電極５側を導体３０で短絡したことを特徴とする冷却装置の腐蝕防止構造。
【請求項２】
電気絶縁性を有する循環配管８を介して燃料電池１に接続された冷却装置１０の腐蝕防止構造において、前記循環配管８における冷却装置１０の流入部位２０と流出部位２２の間を短絡手段２５により電気的に短絡したことを特徴とする冷却装置の腐蝕防止構造。
【請求項３】
請求項２において、前記短絡手段２５と接地された燃料電池１の基準電極５側を導体３１で短絡したことを特徴とする冷却装置の腐蝕防止構造。
【請求項４】
請求項２または３において、前記流入部位２０または流出部位２２に導電性の管体２１（２３）が挿入され、その管体２１（２３）が前記短絡手段２５の一部を構成することを特徴とする冷却装置の腐蝕防止構造。
【請求項５】
請求項４において、前記導電性の管体２１（２３）の内部に棒状の電極２６または格子状の電極２７が配置されていることを特徴とする冷却装置の腐蝕防止構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は循環配管を介して燃料電池に接続された冷却装置の腐蝕防止構造に関し、特に燃料電池の発電効率を低下させることなく、冷却装置の腐蝕を効果的に防止する構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池を継続して運転するとその内部温度が上昇するため、燃料電池のスタックに形成した冷却液の流路に純水、プロピレングリコール液、エチレングリコール液などの冷却液を循環して内部を冷却している。図４は一般的な燃料電池の冷却方式を説明するプロセスフロー図である。
【０００３】
燃料電池１はスタック２を有し、スタック２は例えば多数のセル３を直列に配置して構成され、その両側にプラス側電極４と基準電極５が設けられる。プラス側電極４には、例えば１００Ｖの電圧が発生し、導体６を介して負荷設備のプラス側に接続され、基準電極５は通常接地されて０Ｖになっており、導体７を介して負荷設備のマイナス側に接続される。
【０００４】
スタック２の内部には図示しない冷却液の流路が形成され、その流路の両端はプラス側電極４付近に設けた流出口２ａと、基準電極５付近の流入口２ｂに突設した出入口パイプとが一対のゴムホース８ａ等の電気絶縁性の循環配管８に連通する。循環配管８の途中に循環用のポンプ９が設けられ、循環配管８の両端は冷却装置１０に接続される。図示の冷却装置１０はアルミニューム製の空冷式ラジエータであり、２つのヘッダ１１，１２とそれらの間を連通する多数のフィン付きのチューブ１３を有し、前記循環配管８は、そのゴムホース８ａがヘッダ１１の流入口１４に突設された入口パイプと、ヘッダ１２の流出口１５に突設された出口パイプとに接続される。
【０００５】
ポンプ９を運転すると冷却装置１０からの冷却液がスタック２内を循環し、スタック２で熱交換により温度上昇した冷却液が冷却装置１０に戻され、そこで再び冷却される。一方、燃料電池の運転中はスタック２のプラス側電極４と基準電極５の間に電位差が発生するが、この電位差に起因してスタック２における冷却液の流入口２ｂと流出口２ａ間にも電位差が生じる。そしてこの電位差は冷却水を介して循環配管８および冷却装置１０に循環電流を発生させる。即ち、冷却水循環路における、冷却水の電気抵抗で前記電位差を除した値の循環電流が流れる（なお、冷却水の導電率は燃料電池の稼働に伴い次第に上昇する）。
【０００６】
図５は循環電流経路の電気的な等価回路である。スタック２のプラス側電極４と基準電極５の間が電位発生源であり、循環配管８の２つの流路の電気抵抗をそれぞれＲ１、冷却装置１０内の流路の電気抵抗をＲ２、冷却装置１０の金属部分（アルミニューム部分）の電気抵抗をＲ３とすると、回路の電気抵抗は、２Ｒ１＋（Ｒ２・Ｒ３）／（Ｒ２＋Ｒ３）で表されるが、通常Ｒ２》Ｒ３であるから循環電流は殆どアルミニューム製金属部分を流れる。
【０００７】
アルミニューム部分に電流が流れると、次いでそのアルミニューム部分から冷却水に電流が流れ、その流通部は電蝕作用により該部分が溶解して腐蝕が発生する。この問題を解決するため、循環配管８に電流が流れないようにする技術が特許文献１に開示されている。図６は特許文献１に開示された循環電流防止方法を説明するプロセスフロー図である。なお図６が前述した図４と同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【０００８】
図６において、スタック２の流出口２ａ部分と流入口２ｂ部分に導電性の網目部材１６，１６が配置され、それら網目部材１６，１６間が導体１７で短絡される。すなわち前記流入口２ａと流出口２ｂ間の電位差による循環電流を導体１７で短絡し、循環配管８には流れないようにしている。参考までに上記のように短絡した状態を図５の等価回路に点線で示す。なお図６に示すように導体１７は所望により基準電極５と導通される。
【０００９】
【特許文献１】特開２００１−１５５７６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
特許文献１の技術はスタック２の流出口２ａ部分と流入口２ｂ部分を短絡しているが、形成される短絡回路の電気抵抗はスタック２の内部における流路の電気抵抗のみになる。そして、その循環配管８側はその短絡線と並列されているため、循環配管８側への循環電流は防止できるが、短絡線のない場合にくらべて、全体の電気抵抗が減少し、短絡電流が増加して燃料電池の発電効率が低下するという別の問題が発生する。
【００１１】
また短絡電流の増加に伴い各セル３を構成するセパレータの耐久性が低下するという問題もある。そこで本発明はこれら問題を解決した冷却装置の腐蝕防止構造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】
【００１２】
前記課題を解決するための第１の本発明は、電気絶縁性を有する循環配管を介して燃料電池に接続された冷却装置の腐蝕防止構造であり、前記冷却装置の金属部分と接地された電池の基準電極側を導体で短絡したことを特徴とする（請求項１）。
【００１３】
前記課題を解決するための第２の本発明は、電気絶縁性を有する循環配管を介して燃料電池に接続された冷却装置の腐蝕防止構造であり、前記循環配管における冷却装置の流入部位と流出部位の間を短絡手段により電気的に短絡したことを特徴とする（請求項２）。
【００１４】
上記第２の発明において、前記短絡手段と接地された燃料電池の基準電極側を導体で電気的に短絡したことを特徴とする（請求項３）。
【００１５】
上記短絡手段を有する腐蝕防止構造において、前記流入部位または流出部位に導電性の管体を挿入し、その管体は前記短絡手段の一部を構成することができる（請求項４）。
【００１６】
上記管体を有する腐蝕防止構造において、前記導電性の管体の内部に棒状の電極または格子状の電極を配置することができる（請求項５）。
【発明の効果】
【００１７】
第１の本発明に係る腐蝕防止構造では、冷却装置の金属部分と接地された燃料電池の基準電極側の間を導体により電気的に短絡しているので、冷却装置の金属部分を接地状態に維持できる。そのため循環配管を流れる冷却液に電流が流れたとしても、冷却装置の金属部分には腐蝕を起こす電流が流れないので、該部分が電触作用により腐蝕することを防止できる。
【００１８】
第２の本発明の腐蝕防止構造では、冷却装置の流入部位と流出部位の間を短絡手段で電気的に短絡しているので、その流入部位と流出部位の間に電位差が発生しない。そして循環配管を流れる冷却液に電流が流れたとしても、その電流は実質的に冷却装置の金属部分をバイパスする。そのため冷却装置の金属部分が電触作用により腐蝕することを防止できる。
【００１９】
上記第２の発明において、さらに前記短絡手段と接地された燃料電池の基準電極側の間を導体で短絡する場合には、冷却装置の流入部位と流出部位が接地電位に維持されるとともに、その金属部分には実質的に循環電流が流れない。そのため冷却装置の金属部分が電触作用により腐蝕することをより確実に防止できる。
【００２０】
上記第２の発明において、前記流入部位または流出部位に導電性の管体を挿入し、その管体で前記短絡手段の一部を構成した場合は、簡単な構造で前記短絡手段の電気抵抗を低減できる。
【００２１】
上記導電性の管体の内部に棒状の電極または格子状の電極を配置した場合は、口径の小さい循環配管であっても、流動抵抗をあまり増加させることなく前記短絡手段の電気抵抗を低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
次に図面により本発明の最良の形態を説明する。図１（Ａ）（Ｂ）は夫々本発明に係る冷却装置の腐蝕防止構造のプロセスフロー図である。なお図４に示す例と本実施形態の同じ部分には同一符号を付し、重複する説明は省略する（以下の実施形態も同じ）。本実施形態では、金属製（具体的にはアルミニューム製）の空冷式ラジエータからなる冷却装置１０で燃料電池１のスタック２を循環する冷却液が冷却される。すなわち、冷却装置１０のヘッダ１１に連結した流入口１４のパイプとヘッダ１２に連結した流出口１５のパイプが、一対のゴムホース８ａ等の電気絶縁性を有する循環配管８を介して、スタック２の流出口２ａと流入口２ｂにそれぞれ接続され、循環配管８の途中に循環用のポンプ９が設けられる。
【００２３】
図１（Ａ）の本実施形態では、スタック２のプラス側電極４に接続された導体６と接地された燃料電池１の基準電極５に接続した導体７から電力が図示しない負荷設備に供給される。そして冷却装置１０の金属部分（図１におけるヘッダ１２）と基準側電極５側が導体３０により電気的に短絡される。
【００２４】
このように燃料電池１の基準電極５側と冷却装置１０の金属部分の間を導体３０で電気的に短絡すると、冷却装置１０の金属部分の電位が基準電極５と同じ接地電位（０Ｖ）になるので、冷却装置１０の金属部分へ電流が循環することによる腐蝕を防止できる。なおヘッダ１２と基準側電極５側の間を電気的に短絡する代わりに、ヘッダ１１と基準側電極５側の間を電気的に短絡してもよい。
【００２５】
次に上記の腐蝕防止構造の作用を説明する。ポンプ９を運転すると冷却装置１０で冷却された冷却液が循環配管８中を循環し、燃料電池１のスタック２内部を冷却する。スタック２が運転状態にあるときは、そのプラス側電極４と基準電極５の間に例えば１００Ｖの電位差が発生し、それに起因して冷却液が流れる流出口２ａと流入口２ｂの間に電位差を生じ、循環配管８の冷却液を通して冷却装置１０に循環電流が流れる。しかし、冷却装置１０の金属部分は前記のように基準側電極５側と電気的に短絡されて接地電位になっているので、電蝕作用による該金属部分の腐蝕は防止される。
【００２６】
図１（Ｂ）は第２の本発明に係る冷却装置の腐蝕防止構造のプロセスフロー図である。本実施形態も金属製（アルミニューム製）の空冷式ラジエータからなる冷却装置１０で燃料電池１のスタック２を循環する冷却液が冷却される。すなわち、冷却装置１０のヘッダ１１に連結した流入口１４とヘッダ１２に連結した流出口１５が、一対のゴムホース８ａ等の電気絶縁性を有する循環配管８を介して、スタック２の流出口２ａと流入口２ｂにそれぞれ接続され、循環配管８の途中に循環用のポンプ９が設けられる。
【００２７】
冷却装置１０の流入口１４付近における循環配管８の部分、すなわち流入部位２０に導電性の管体２１が挿入され、流出口１５付近の循環配管８の部分、すなわち流出部位２２に同じく導電性の管体２３が挿入される。そして管体２１と管体２３を導体２４で短絡している。このように管体２１と管体２３を短絡すると、流入部位２０と流出部位２２の間に電位差を発生させないので、より確実にその腐蝕を防止できる。
【００２８】
そして前記管体２１，２２および導体２４により第２の本発明における短絡手段２５が構成される。さらに本実施形態では、冷却装置１０の流出部位２２と燃料電池１の基準電極５側の間を導体３１で短絡している。なお流出部位２２の代わりに流入部位２０と燃料電池１の基準電極５側の間を導体３１で短絡してもよい。
【００２９】
次に上記の腐蝕防止構造の作用を説明する。ポンプ９を運転すると冷却装置１０で冷却された冷却液が循環配管８中を循環し、燃料電池１のスタック２内部を冷却する。スタック２が運転状態にあるときは、そのプラス側電極４と基準電極５の間に例えば１００Ｖの電位差が発生し、それに起因して冷却液が流れる流出口２ａと流入口２ｂの間に電位差を生じ、循環配管８の冷却液を通して冷却装置１０に循環電流が流れる。
【００３０】
しかし冷却装置１０の流入部位２０と流出部位２２が短絡手段２５で短絡されているので、短絡手段２５により管体２１、管体２３および導体２４の総合的な電気抵抗をチューブ１３等の電気抵抗より十分に低い値に設定しておくと、循環配管８を流れる電流は管体２１−導体２４−管体２３のルートで冷却装置１０をバイパスし、冷却装置１０の金属部分には電流が実質的に流れないため、該金属部分の腐蝕がより確実に防止できる。
【００３１】
さらに前記のように流出部位２２または流入部位２０と燃料電池１の基準電極５側の間を導体３１で短絡したときは、冷却装置１０が接地電位になるのでその金属部分の腐蝕がより確実に防止できる。
【００３２】
前記短絡手段２５の一部を構成する管体２１および管体２３の電気抵抗は出来るだけ低いほうが好ましい。電気抵抗は管材料の固有抵抗と冷却液との接触面積とにより定まるので、低い固有抵抗値の材質、例えば銅やアルミニュームを管材料として使用するとともに、前記接触面積を出来るだけ大きくする。図２，図３に接触面積を大きくした管体２１（２３）の例を示す。
【００３３】
図２（ａ）は銅やアルミニューム等の金属で作られた棒状の電極２６を内部に配置した管体２１（２３）の断面図であり、図２（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。電極２６は管体２１（２３）の周壁に設けた貫通孔に液密に挿入固定され、管体２１（２３）に電気的に接続される。そして管体２１（２３）の外周面から外部に突出した電極端部に前記導体２４が接続される。この実施形態では、管体２１（２３）の内周面と電極２６の表面が冷却液との接触面になり、管体２１（２３）のみの場合より電極２６の表面積だけ接触面積が増加する。
【００３４】
図３（ａ）は銅やアルミニューム等の金属で作られた格子状の電極２７を内部に配置した管体２１（２３）の断面図であり、図３（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。格子状の電極２７は放射状に配列した６つの短冊状の電極における一方の端部を互いに連結し、他方の端部を管体２１（２３）の内周面に連結して構成される。しかし格子配列の形態はこれに限らず井桁状などであってもよい。そして各格子の間隙が冷却液の通過する流路２８になる。なお短冊状に形成された各格子は、その表面が冷却液の流通方向に平行になるように配置すると、高い強度を維持した状態で流動抵抗の増加を大幅に低減できる。この実施形態も管体２１（２３）の内周面と格子状の電極２７の表面が冷却液との接触面になり、管体２１（２３）のみの場合より格子状の電極２７の表面積だけ接触面積が増加する。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明に係る冷却装置の腐蝕防止構造は、燃料電池の冷却液を熱交換して冷却するシステムに利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明に係る冷却装置の腐蝕防止構造の第１及び第２のプロセスフロー図。
【図２】図１に示す管体２１（２３）の１例を示す断面図。
【図３】図１に示す管体２１（２３）の他の例を示す断面図。
【００３７】
【図４】燃料電池の冷却方式を説明するプロセスフロー図。
【図５】図４における循環電流が流れる経路の電気的な等価回路。
【図６】従来の循環電流防止方法を説明するプロセスフロー図。
【符号の説明】
【００３８】
１  燃料電池
２  スタック
２ａ  流出口
２ｂ  流入口
３  セル
４  プラス側電極
５  基準電極
６，７  導体
８  循環配管
８ａ  ゴムホース
９  ポンプ
１０  冷却装置
【００３９】
１１，１２  ヘッダ
１３  チューブ
１４  流入口
１５  流出口
１６  網目部材
１７  導体
２０  流入部位
【００４０】
２１  管体
２２  流出部位
２３  管体
２４  導体
２５  短絡手段
２６  棒状の電極
２７  格子状の電極
２８  流路
３０，３１  導体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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