(57)【要約】【課題】燃料電池を冷却する冷却媒体の導電率を均一に保つことにより、冷却媒体配管と車体間に電位差が発生することを防止する。【解決手段】燃料電池１には、冷却配管９に接続する冷媒の流入口１１と流出口１３とが設けられ、図示しないラジエータで放熱された冷媒が図示しない冷却ポンプにより循環することにより、燃料電池１から発生する熱を外部へ放出して、燃料電池１の動作温度を適温の範囲に維持する。冷却配管９及び燃料電池１内の内部配管１９の内面には、それぞれスパイラル状の溝１５が設けられ、これらの配管内を流れる冷媒に流路軸方向の旋回を与えて撹拌する。これにより、冷却配管９及び燃料電池１内の内部配管１９の内部を流れる冷媒は、撹拌されてイオン濃度がシステム内で均一になり、これに伴って冷媒の導電率もシステム内で均一となる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体内に設けた冷却媒体通路に冷却媒体を循環させることにより燃料電池本体を冷却する燃料電池システムにおいて、
前記冷却媒体の導電率をシステム内で均一に保持する冷媒撹拌手段を備えたことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記冷媒撹拌手段は、燃料電池本体の内部及び燃料電池本体に出入りする冷却配管の内面に設けたスパイラル状の溝であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記冷媒撹拌手段は、燃料電池本体の内部及び燃料電池本体に出入りする冷却配管の断面内に不均一な流体抵抗を生じる撹拌板であることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷却媒体により温度制御される燃料電池システムに係り、特に、冷却媒体と燃料電池を支持するフレームとの間に電位差を生じないようにした燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、固体高分子型燃料電池が移動体用電源や家庭用コジェネレーションシステムとして注目されている。固体高分子型燃料電池は、動作温度が比較的低いため常温で起動できるとともに起動時間が短く、電解質が固体のため燐酸型のような電解質の散逸が無いという利点がある。
【０００３】
しかしながら固体高分子型燃料電池においても、反応ガスが有する化学エネルギーから電力を取り出した残りは、熱エネルギーとなるので、所定温度範囲内で運転を継続するためには、この熱エネルギーをシステム外に放出するための冷却システムを備える必要がある。
【０００４】
このような固体高分子型燃料電池の冷却方法としては、ガス流路と冷却媒体流路を備えたセパレータを各セルに組み込み、この冷却媒体流路に冷却媒体（例えば、水）を接触させて冷却することが行われている。この冷却媒体の導電率が不均一であれば、冷却媒体と車体間に電位差が生じるため、燃料電池の外部冷却媒体配管と車体間にも電位差が生じる。この電位差は、機器の腐食等を引き起こすなどの不都合が生じることがある。
【０００５】
この電位差による不都合を回避するため、従来では冷却媒体を電気絶縁性流体としたり、図４に示すように冷却媒体流路であるスタック３の内部冷媒流路及び冷却配管９の内面に絶縁皮膜３１を施すことなどにより対応していた（例えば、特許文献１）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３３１０８号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷却媒体流路全面に絶縁皮膜を施すことは、冷却性能の低下を引き起こすという問題点があった。
また、冷却媒体流路に絶縁被膜を施すことは、冷却用機器の大幅な製造コストの上昇を招くという問題点があった。
さらに、燃料電池本体内で絶縁皮膜が一箇所でも剥離すると、その点の電位が冷却媒体に伝えられ、冷却媒体と車体との電位差を生じてしまうという問題点があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記従来の問題点を解決するため、燃料電池本体内に設けた冷却媒体通路に冷却媒体を循環させることにより燃料電池本体を冷却する燃料電池システムにおいて、前記冷却媒体の導電率をシステム内で均一に保持する冷媒撹拌手段を備えたことを要旨とする。
【０００９】
【発明の効果】
本発明は、燃料電池を冷却する冷却媒体の導電率を均一に保つことにより、冷却媒体配管と車体間に電位差が発生することを防止できるという効果がある。    これにより冷却媒体の流路に絶縁皮膜を施す必要が無くなり、また冷却媒体に接続された他の機器を腐食するなどの不都合も防止することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の基本的な考え方を説明する。図１は、燃料電池内の冷却水流路と燃料電池スタックを構成するセルとの関係を等価回路に置き換えた等価回路図である。
【００１１】
図１において、燃料電池１は正電極５と負電極７とを備え、これらの電極がが外部の負荷２５に接続されて、電力を供給することができるようになっている。燃料電池１は、複数のスタック３が電気的に直列接続された構成となっている。各スタック３は、燃料電池セルが３個直列接続されている。
【００１２】
燃料電池１の動作温度を所定の範囲内に保つために、例えば水を冷却媒体（冷媒）として用いた冷媒循環経路が構成されている。この冷媒循環経路は、ラジエータ２１から出発して、冷媒配管９、燃料電池１の流入口１１、燃料電池１の流出口１３、冷却配管９、冷却ポンプ２３を経て、ラジエータ２１へ戻るという循環経路である。
【００１３】
燃料電池１の内部の冷媒流路は、流入口１１からスタック３の数だけ分岐して、さらに各スタック３を構成するセル毎に分岐する。そして、各セル内の冷媒流路を介してセパレータと冷媒間で熱交換した後、冷媒流路は、各スタック３毎に合流し、さらにスタック３の数の流路が合流して、燃料電池１の流出口１３に達する。
【００１４】
この図１を参照して、冷却媒体への漏れ電位の発生のメカニズムを検討する。図１において、冷却媒体と車体フレーム２７との間に発生する電位差Ｖｗは、冷却媒体の導電率が均一であり、冷却媒体の抵抗値Ｒｗが燃料電池１内でバランスよく均一であれば、Ｖｗはほぼ０になる。
【００１５】
しかし、抵抗値Ｒｗのバランスが崩れて、どこか１箇所でも抵抗値が均一値から外れると、Ｖｗは０ではなくなり、冷却配管９と車体フレーム２７との間に電位差が発生する。
【００１６】
本発明は、この電位差の発生を防止するため、冷媒の導電率をシステム内で均一に保持する冷媒撹拌手段を備えたことに特徴がある。
【００１７】
〔第１実施形態〕
次に図２を参照して、本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態を説明する。第１実施形態において、冷却媒体の導電率をシステム内で均一に保持する冷媒撹拌手段は、燃料電池本体の内部及び燃料電池本体に出入りする冷却配管の内面に設けたスパイラル状の溝であることに特徴がある。
【００１８】
図２において、燃料電池１は、特に限定されないが、スタック３を３個電気的に直列して、正電極５と負電極７から電力を取り出す構造としている。
【００１９】
燃料電池１には、冷却配管９に接続する冷媒の流入口１１と流出口１３とが設けられ、図示しないラジエータで放熱された冷媒が図示しない冷却ポンプにより循環することにより、燃料電池１から発生する熱を外部へ放出して、燃料電池１の動作温度を適温の範囲に維持するようになっている。
【００２０】
冷却配管９及び燃料電池１内の内部配管１９の内面には、それぞれスパイラル状の溝１５が設けられ、これらの配管内を流れる冷媒に流路軸方向の旋回を与えて撹拌する。これにより、冷却配管９及び燃料電池１内の内部配管１９の内部を流れる冷媒は、撹拌されてイオン濃度がシステム内で均一になり、これに伴って冷媒の導電率もシステム内で均一となる。その結果として、冷媒の抵抗値も均一となり、冷却配管と車体フレームとの間に電位差が発生することを防止し、冷却媒体に接続されている機器の腐食も防止することができるという効果がある。
【００２１】
また、冷却配管に絶縁皮膜を塗布する必要が無く、燃料電池システムの冷却系を安価に実現することができる。さらに、絶縁皮膜を塗布する必要が無いため、冷却効率も低下しない。
【００２２】
〔第２実施形態〕
次に図３を参照して、本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態を説明する。第２実施形態において、冷却媒体の導電率をシステム内で均一に保持する冷媒撹拌手段は、燃料電池本体の内部及び燃料電池本体に出入りする冷却配管の断面内に不均一な流体抵抗を生じる撹拌板であることに特徴がある。
【００２３】
図３において、燃料電池１は、特に限定されないが、スタック３を３個電気的に直列して、正電極５と負電極７から電力を取り出す構造としている。
【００２４】
燃料電池１には、冷却配管９に接続する冷媒の流入口１１と流出口１３とが設けられ、図示しないラジエータで放熱された冷媒が図示しない冷却ポンプにより循環することにより、燃料電池１から発生する熱を外部へ放出して、燃料電池１の動作温度を適温の範囲に維持するようになっている。
【００２５】
冷却配管９及び燃料電池１内の内部配管１９には、それぞれ複数の孔を開けた撹拌板１７が設けられ、これらの配管内を流れる冷媒に配管の断面内に不均一な流体抵抗を生じて冷媒を撹拌する。これにより、冷却配管９及び燃料電池１内の内部配管１９の内部を流れる冷媒は、撹拌されてイオン濃度がシステム内で均一になり、これに伴って冷媒の導電率もシステム内で均一となる。その結果として、冷媒の抵抗値も均一となり、冷却配管と車体フレームとの間に電位差が発生することを防止し、冷却媒体に接続されている機器の腐食も防止することができるという効果がある。
【００２６】
また、冷却配管に絶縁皮膜を塗布する必要が無く、燃料電池システムの冷却系を安価に実現することができる。さらに、絶縁皮膜を塗布する必要が無いため、冷却効率も低下しない。
【図面の簡単な説明】
【図１】燃料電池システムの冷却媒体と車体間の電位差Ｖｗの発生を説明する等価回路図である。
【図２】本発明に係る燃料電池システムの第１実施形態の構成を説明する概略構成図である。
【図３】本発明に係る燃料電池システムの第２実施形態の構成を説明する概略構成図である。
【図４】従来の燃料電池システムの構造を説明する図である。
【符号の説明】
１…燃料電池
３…スタック
５…正電極
７…負電極
９…冷却配管
１１…流入口
１３…流出口
１５…スパイラル状の溝
１７…撹拌板
１９…内部配管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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