CN1316658C - 燃料电池发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种实现长期地将冷却水的导电率保持在较低水平，防止冷却水所接触的金属部件的腐蚀，并使对燃料电池的发电不产生障碍的燃料电池发电装置。为了实现上述目的，在具备燃料电池、冷却水配管、热交换器、以及使冷却水循环的机构等的燃料电池发电装置中，断开将所述燃料电池、所述冷却水配管、所述热交换器、以及所述机构电连接的导电网络。

Description

燃料电池发电装置
技术领域
本发明涉及能够抑制燃料电池的冷却水的水质恶化的燃料电池发电装置。
背景技术
由于高分子电解质型燃料电池在常温附近下工作，所以人们期待着用于家庭等民用。这样的燃料电池不只用于在设置场所进行发电而且还用于对排热进行利用的热电联产系统中。
高分子电解质型燃料电池的基本电池单位是用一对气体扩散电极夹着具有氢离子传导性的高分子电解质膜(厚度30～100μm)而构成的电解质膜电极接合体(MEA)。
气体扩散电极与高分子电解质膜相同，通过将具有氢离子传导性的电解质树脂和在表面分散并载持了作为电化学反应催化剂的微细的贵重金属的碳粒子的混合物涂敷在气体扩散基体材料上而形成。所述混合物构成催化剂反应层。而且，通过将燃料气体和氧化剂气体通入到各个气体扩散电极中来引起发电。
实际上是用隔板夹着该MEA来得到单电池，并通过端板从两端箍紧层叠了多个该单电池而得到的层叠体来得到燃料电池组。
在端板和与该端板邻接的隔板之间，配置了用于使所产生的电流没有损耗地进行集电的板状的集电体，集电板和端板之间通过绝缘性材料被绝缘。此外，一般是在集电体中使用金属作为材料，但是由于必须保证机械强度故端板也多使用金属。
由于要求隔板具有电子传导性、气密性和耐腐蚀性，所以用具有这些性质的材料来构成。一般是使用碳材料或金属材料等。
采用如下的结构：以包围气体扩散电极的周围的方式在MEA和隔板之间配置气体密封部件，以使所通过的燃料气体和氧化剂气体不向电池组外泄漏出、且不相互混合。
而且用于对各个MEA供给·排出反应气体的歧管被设置成贯通各个隔板(内部歧管)。在燃料电池中，虽然能够以电的形式取出反应气体所具有的一部分化学能，但是剩余部分的所述化学能就在燃料电池组内部变成了热。
为了向外部取出这样在燃料电池组内部所产生的热来进行有效利用，并且冷却燃料电池组将其温度维持一定，使冷却水在电池组内循环。冷却水用的歧管也与反应气体的歧管相同，以设置成贯通隔板的方式来构成。一般是通过了电池组内的冷却水被取出到燃料电池组外，经由热交换器放出其显热，并再次在电池组中环流·循环来使用。
这里，在所述歧管的类型中，除了前述那样的所谓内部歧管之外，还有设在电池组的侧面、从电池组的侧面向各单电池供给反应气体、或供给·回收冷却水的外部歧管。反应气体和冷却水等流体通过安装在端板和集电板上的配管从电池组外部向电池组内部供给。
燃料电池组一般是通过其端板的一部分等被固定在燃料电池发电装置上。此外，作为包含在燃料电池发电装置中的部件，除燃料电池组之外，还有从天然气等的化石燃料生成氢的燃料处理装置、对向燃料电池组所供给的反应气体进行加湿的加湿器、将产生的直流电变换成交流电的转换器、用于燃料电池组的温度调整和有效利用生成热的热交换器和热水贮存罐、系统整体的控制装置等。一般地构成这些燃料电池发电装置的各构成部件固定在燃料电池发电装置的躯干体或筐体上。
在图6表示这样的燃料电池发电装置的概略结构图。
首先，通过燃料处理装置102从天然气等原料生成以氢气为主要成分的燃料气体，经由加湿器105向燃料电池组101供给。燃料处理装置102具备从原料生成改质气体的改质器103和用于使包含在改质气体中的一氧化碳与水反应生成二氧化碳和氢气的一氧化碳变换器104。
另外空气供给装置106经由加湿器107向燃料电池101供给作为氧化剂气体的空气。泵109使将燃料电池101内的电池组101S冷却的冷却水通过冷却水配管108向燃料电池101进行供给，冷却水在电池组101S内循环。在冷却水配管108的中途设有热交换器110。在发电时通过热交换器110和循环泵111经由排热用配管112用贮水罐113回收来自燃料电池101的热。
在燃料电池101内为了提高冷却效率，使冷却水流过电池组101S内部。通过使用电传导率极小的纯水作为该冷却水，来防止燃料电池组所产生的高电压经由冷却水向冷却系统传递、漏电、以及腐食冷却水配管108、泵109、热交换器110的热交换面110A等冷却系统的金属物等。
这里，在例如专利文件1中，提出了在燃料电池发电装置中，在与冷却水接触的部分配置当施加电位时吸收或释放出冷却水中的离子的材料。由此，通过燃料电池组所产生的电位，就使冷却水的电位与冷却水所接触的部分的电位的差不增大，使离子不会从构成冷却系统的零件的材料溶解析出到冷却水中。此外，在例如专利文件2中，公开了使从燃料电池向冷却系统的入口和出口短路，进而将其连接到燃料电池的负极上的技术。
参见专利文献1特开2001-297784号公报。
参见专利文献2特开2001-155761号公报。
在上述燃料电池发电装置中，为了冷却水的补充等，在冷却系统中设置开放部是必不可少的。但是，当在一部分冷却系统具有开放部时，由于无论怎样都会从该开放部混入杂质，所以就提高了水的电传导率。带来冷却水的电传导率上升的杂质不只是从所述的开放部，还会从燃料电池发电装置内产生。例如，有从冷却水配管或隔板溶解析出离子、水的电传导率上升的现象。
另外，在冷却系统中与冷却水接触的金属部分相对于冷却水电化学地保持着一定的电位差。此外，冷却水的电位在燃料电池组的正极(氧化剂极)和负极(燃料极)之间保持着梯度。因此，在冷却水的电传导率开始上升的情况下，如果与循环的冷却水接触的至少两个部位的金属部分导通，则某一金属部分的表面成为有价(noble)，其金属就被腐蚀释放出阳离子。这时，就陷入了所谓冷却水的导电性进一步变高，促进了腐蚀和溶解的恶性循环中。当一旦发生这样的恶性循环时，就不只是冷却系统腐蚀，而且燃料电池组101也会渐渐劣化。
如上所述由于冷却水的导电率急剧地变化，所以为了进行其管理就必须设置经常监测冷却水的导电率的装置。此外，材料吸收离子的吸收能力是有限的，一旦配设了该材料，较难简易地更换。此外，为了使所述材料再生就必须进行施加反电位等的操作。另外，将所述材料配设在热交换器的热交换面上较困难。再有，当使热交换器的出口和入口短路时，反而引起金属部分腐蚀的问题。
发明内容
本发明能够解决上述所有的问题，其目的是提供一种抑制设置在冷却水系统中的金属部分等的电子传导性部件的腐蚀以及冷却水中的杂质离子浓度，并且没有由杂质离子引起的问题的燃料电池发电装置。
本发明提供一种燃料电池发电装置，具备：具有层叠体、集电体以及端板的燃料电池组，所述层叠体层叠了多个由氢离子传导性电解质、夹着所述氢离子传导性电解质的一对电极、夹着所述电极的一对隔板构成的单电池；通过所述燃料电池组内的冷却水所进行循环的冷却水配管；具有在所述燃料电池组上产生的热和所述冷却水间进行热交换的热交换面的、与排热用配管连接的热交换器；以及使所述冷却水循环的机构，其特征在于：
将从下述群中选择出的至少两种电子传导性部分进行电绝缘，该部分由与所述冷却水接触的电子传导性部分中的所述燃料电池组的电子传导性部分、所述冷却水配管的电子传导性部分、所述热交换器的电子传导性部分、以及使所述冷却水循环的机构(例如泵)的电子传导性部分构成。
所述燃料电池组的电子传导性部分包括：所述隔板、集电体以及端板，所述热交换器的电子传导性部分包括所述热交换面。
不过，即使想要相互电绝缘所述电子传导性部分，例如当是热交换器的热交换面时，冷却水入口部和冷却水出口部连接，而且由相同的金属来构成时，流过该冷却水入口部的冷却水和流过冷却水出口部的冷却水的电位差是比较小的。因此，在本发明中，像所述热交换面一样，当与冷却水接触的多个电子传导性部分发挥热交换作用的一个功能时，不必使这些电子传导性部分处于相互绝缘状态。
另外，例如像将热交换器和泵相互绝缘那样，分别具有热交换功能和冷却水循环功能的不同功能的电子传导性部分相互绝缘是本发明的特征。
此外，像燃料电池组的最外侧的隔板和集电体那样，当作为构成燃料电池组部件其形状和材料不同时，所谓收集电的功能是相同的。本发明的特征也包括，像这种情况下，需要功能上电导通的状态的部分。
由此，本发明所涉及的燃料电池发电装置的技术思想的特征在于作为所述燃料电池发电装置的结构要素的燃料电池组、冷却水配管、热交换器以及构成使冷却水循环的机构的电子传导性部件被相互电绝缘，防止在所述燃料电池发电装置整体中循环的冷却水形成导电网络。具体地说是，阻止至少所述燃料电池组、所述热交换器以及使所述冷却水循环的机构经由所述冷却水形成导电网络，并将这些电子传导性部分相互电绝缘。
此外，所述冷却水配管的至少一部分由绝缘性材料构成是有效的。
所述燃料电池组由所述燃料电池发电装置的筐体和包含绝缘性材料的部件来固定是有效的。
此外，所述排热用配管与热水供给器或热水贮存器连接是有效的。
进而，具有防止在所述燃料电池组中所产生的电动势泄漏到所述排热用配管上的漏电防止机构是有效的。
例如，所述漏电防止机构将所述热交换面和排热用配管的至少一个与地面进行接地是有效的。
此外，本发明也提供一种燃料电池发电装置，具备：具有层叠体、集电体以及端板的燃料电池组，所述层叠体层叠了多个由氢离子传导性电解质、夹着所述氢离子传导性电解质的一对电极、夹着所述电极的一对隔板构成的单电池；通过所述燃料电池组内的冷却水所进行循环的冷却水配管；具有在所述燃料电池组上产生的热与所述冷却水间进行热交换的热交换面的、与排热用配管连接的热交换器；以及使所述冷却水循环的机构，其特征在于：
所述冷却水配管具有截断所述冷却水的水流的截断部。
所述截断部也可以是多个。
此外，将所述截断部设置在所述热交换器的入口侧和出口侧是有效的。
进而，所述热交换面和排热用配管的至少一个与地面接地是有效的。
根据具有上述结构的本发明所涉及的燃料电池发电装置，就能够抑制与冷却水接触的金属部分的腐蚀，能够长期防止冷却水的导电率上升。此外，特别是作为抑制热交换器内的热交换面的腐蚀的其他方法，通过在冷却水配管的中途设置截断冷却水的水流的部位，就能够有效地防止冷却水的电位传到热交换器内的热交换面上。
根据本发明，在燃料电池发电装置中，通过将与冷却水接触的电子传导性部分相互电绝缘，此外，通过截断冷却水的水流，就能够长期抑制冷却水导电率的急速上升，能够抑制与冷却水接触的电子传导性部分的腐蚀。此外，能够大大地提高燃料电池发电装置的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1所涉及的燃料电池发电装置的结构的图。
图2是表示图1中的燃料电池1的电池组1S的结构和电池组内的各单电池的电位的图。
图3是表示本发明实施方式2所涉及的燃料电池发电装置的结构的图。
图4是概略地表示实施方式2中所使用的截断部41A的结构的图。
图5是相对地表示本发明的实施例和比较例中的燃料电池发电装置运转时间与冷却水的电阻的关系的图。
图6是表示现有燃料电池发电装置的结构的图。
具体实施方式
本发明涉及一种燃料电池发电装置，具备：具有层叠体、集电体以及端板的燃料电池组，所述层叠体层叠了多个由氢离子传导性电解质、夹着所述氢离子传导性电解质的一对电极、央着所述电极的一对隔板构成的单电池；通过所述燃料电池组内的冷却水所进行循环的冷却水配管；具有在所述燃料电池组中产生的热和所述冷却水间进行热交换的热交换面的、与排热用配管连接的热交换器；以及使所述冷却水循环的机构。
而且，其特征在于：在所述燃料电池发电装置内，将从下述群中选择出的至少两种电子传导性部分电绝缘，或者所述冷却水配管设置将所述冷却水的水流截断的截断部，所述群由与所述冷却水接触的电于传导性部分中的所述燃料电池组的电子传导性部分、所述冷却水配管的电子传导性部分、所述热交换器的电子传导性部分、以及使所述冷却水循环的机构(例如泵)的电子传导性部分构成。
首先，在图1中表示本发明实施方式1所涉及的燃料电池发电装置的结构。
本发明所涉及的燃料电池发电装置包括燃料电池1，燃料电池1具有燃料电池组1S，所述燃料电池组1S层叠了多个由氢离子传导性电解质和夹着所述氢离子传导性电解质的一对电极以及夹着这些的一对电子传导性隔板构成的单电池，并在两端具有集电体和端板。而且，其特征在于：设置有通过所述燃料电池组1S内的冷却水所循环的冷却水配管8和具有进行所述冷却水的热交换的热交换面以及排热用配管、并经由所述冷却水回收所述燃料电池1的排热的热交换器10以及作为使所述冷却水循环的机构的泵9，并将所述燃料电池发电装置内所产生的导电网络断开。
当形成导电网络时，通过以至于具有导电率的冷却水的循环，在燃料电池发电装置内的金属部分等的电子传导性部分表现出了高价的部位和低价的部位，结果是电子传导性部分腐蚀。本发明能够有效地解决并消除上述所提及的问题。
在燃料电池发电装置中，首先在燃料处理装置2中，从天然气等原料生成以氢气为主要成分的燃料气体。该燃料气体经由加湿器5被供给燃料电池1。燃料处理装置2具备生成改质气体的改质器3和用于使改质气体中所含有的一氧化碳和水反应并生成二氧化碳和氢气的一氧化碳变换器4。
另外，虽然在图1中表示了在离开燃料电池1的部位设置加湿器5、7的情况，但是在将加湿器5、7邻接燃料电池1地设置，并且将来自下述的热交换器10的排热用配管12的热用于加湿也是有效的。这里，也存在下述情况，即，由于在加湿器内部通过了冷却水，所以在加湿器内部中与冷却水接触的部分也相当于本发明中的电子传导性部分。
另外，空气供给装置6经由加湿器7向燃料电池1供给作为氧化剂气体的空气。泵9将冷却燃料电池1的冷却水通过冷却水配管8向燃料电池1供给，使冷却水在电池组1S内循环。
在冷却水配管8的中途，设有热交换器10。在发电时，通过热交换器10和循环泵11将来自燃料电池1的排热经由排热用配管12在贮水罐13中进行回收。在燃料电池1内，为了提高冷却效率而形成冷却水通过电池组1S的内部的结构。另外，即使贮水罐是热水供给器或热水贮存器，也能够通过采用本发明的结构来获得相同的效果。
热交换器10具备与冷却水配管8相连的热交换面10A，热交换面10A由热交换效率高的金属构成。此外，冷却水配管8由树脂或陶瓷等具有电绝缘性和耐热性的材料构成。
下面，用图2表示图1中的燃料电池1的电池组1S的结构和电池组内各单电池的电位。
在燃料电池1的电池组1S的发电部分中，由高分子电解质膜与央着其的一对气体扩散电极构成的电解质膜电极接合体(MEA)21和导电性隔板22交替层叠构成层叠体。在该层叠体的端部，经由绝缘板24，配置了板状的集电体1C、1A以及端板25A、25C。
端板25A和25C通过具有绝缘性的螺栓和螺母(未图示)等被箍紧为一体，各单电池通过导电性隔板22被电串联连接。此外，由此能够防止气体和冷却水从接合电解质膜电极接合体21和隔板22等的各部件的部分泄漏。
在正极(氧化剂极)侧的端板25C上，设置有氧化剂气体的入口26A和冷却水的入口27A，在负极(燃料极)侧的端板25B上，设置有燃料气体的出口26B和冷却水的出口27B。虽然在图2中仅分别示出了一个反应气体的入口和出口，但是对于燃料气体和氧化剂气体都分别设置了入口和出口。另外，当在端板25A和25C中采用本发明的结构时，能够使用易加工的价格便宜的不锈钢。
隔板22除了位于燃料电池1的电池组1S的端部的特征之外，在一个面上具有对气体扩散电极(正极)供给氧化剂气体的气体流路，在另一个面上具有对气体扩散电极(负极)供给燃料气体的气体流路。隔板22例如每2个单电池地形成用于冷却各单电池的冷却水流路。
冷却水从冷却水入口27A进入电池组1S，每2个单电池地通过隔板22的流路使电池组1S冷却后，从出口27B流出进入热交换器10中。在热交换器10中，冷却水进行热交换被冷却，并再次被供给电池组1S。在这样的主要由冷却水配管8构成的冷却水循环路中，冷却水与端板25A、25C以及热交换面110A等的金属部分接触。
这里，当与防冻液等同样地使用纯水作为冷却水时，初期的纯水虽然具有低导电率，但是因来自冷却水系统的开放部(未图示)的杂质或从构成冷却水循环路的材料中溶解析出·混入的杂质，而使冷却水的导电率渐渐升高。
在图2的下部与燃料电池组的结构部件的位置相对应，概略地表示了每一隔板的电位。Ps表示电池组(隔板)的电位，Pe和Pw表示冷却水的电位。Pe表示运转停止(没有电池组的电动势的状态)中的冷却水的电位，或冷却水被离子污染而具有极高的导电性时的冷却水的电位。Pw表示被溶解析出的离子轻微污染时(根据本发明抑制了污染时)的冷却水的电位。
在集电板1A、1C之间，对应单电池的数目，产生数10V以上的电位差。通过电池组1S内的冷却水的电位由该电位支配。因此，在冷却水的入口27A和出口27B之间，在冷却水中产生了如图2的X所示的大的电位差(最高价电位与最低价电位的差)。存在于连接泵9、电池组1S和热交换器10的冷却水配管8的路径内的冷却水具有对应于该入口27A和出口27B两点间距离的电位。
此外，与这样的冷却水接触的金属部分具有对应于所接触的冷却水的电位。当这样的金属部分间导通时，由于金属部分彼此间具有相同的电位，所以对于冷却水，在一个金属部分产生了高价的电位，在另一个金属部分产生了低价的电位。
因此，当像上述这样冷却水的导电率变高时，金属离子从相对于冷却水的电位为高价的金属部分溶解析出到冷却水中。其结果是冷却水的离子传导率变得越来越高，这就加速了金属部分的腐蚀。
因此，在本实施方式中，通过在冷却系统中将与冷却水接触的金属部分相互绝缘，就防止了在金属部分和冷却水之间产生显著的电位差，抑制其腐蚀。因此，用树脂或陶瓷等的绝缘性材料来构成与热交换面10A、电池组1S和泵9连接的冷却水配管8。
此外，在电池组1S中，通过绝缘性螺栓31和螺母32来箍紧端板25A和端板25C。螺栓31和螺母32用陶瓷构成。此外，如果在端板25A、25C和螺栓31以及螺母32之间介有由耐热性树脂、耐热性橡胶或陶瓷等的绝缘性材料做成的部件，就能够使用金属制的螺栓31和螺母32。
进而，在燃料电池1中，优选的是，电池组1S经由端板25A、25C和绝缘性材料保持在壳体上(未图示)，来防止两者的电导通。
通过上述结构，作为燃料电池发电装置内的金属部分即端板25A、25C和热交换面10A能够相互地电绝缘。因此，能够有效地抑制基于电位差的加速的金属部分的腐蚀。
此外，如果将热交换器10的热交换面10A接地，由此就能够防止冷却水的电位传到热水供给侧，能够防止排热用配管12的腐蚀。另外，这时燃料电池1的正极(氧化剂极)和负极(燃料极)都不接地。进而，如果排热用配管12也接地，就能够进一步使防腐蚀的效果变大。
下面，用图3表示本发明实施方式2所涉及的燃料电池发电装置的结构。
本实施方式2所涉及的燃料电池发电装置与图1所示的实施方式1所涉及的燃料电池发电装置同样，其特征在于：具备燃料电池1、冷却水配管8、热交换器10和泵9，并在所述燃料电池发电装置中的冷却水的水流中具有截断部，来断开冷却水的导电网络。
实施方式2所涉及的燃料电池发电装置虽然具有与实施方式1所涉及的燃料电池发电装置大致相同的结构，但是如图4所示，具有下述特征：在冷却水配管8中，在燃料电池1和热交换器10之间，具有用于截断冷却水的水流的截断部41A和41B。这里虽然示出了设置了2个截断部的情况，但是1个也可以，此外当设置多个时效果变大。
图4是概略地表示本实施方式中所使用的截断部41A的图。截断部41B也可以具有相同的结构。如图4所示，截断部41通过将入口配管8A和出口配管8B与主体容器8C连接而构成。入口配管8A与主体容器8C的上部连接，出口配管8B与主体容器8C的下部连接。此外，通过使截断部具有虹吸管的形状和功能就能够提高本发明的效果。
而且，如图3所示，从泵9压出的冷却水从截断部41A的入口配管8A被导入到主体容器8C中，从设在主体容器8C的下部的出口配管8B流向燃料电池1。入口配管8A的开口部，在主体容器8C中位于比冷却水51的水面靠上方，并用该部分来截断冷却水的流通。另外，截断部41A的主体容器8C是密闭着的。
通过在冷却水配管8中，在燃料电池1和热交换器10之间设置这样的结构的截断部41A、41B，就在燃料电池1和热交换器10之间截断了冷却水水流的电连接(导电网络)。因此，就能够避免在热交换面10A上产生由燃料电池1的电位引起的与冷却水的电位差，并能够抑制热交换面10A的腐蚀。通过形成这样的结构，就能够用价格便宜的金属来构成入口配管8A和出口配管8B。
另外，在连结热交换器10和燃料电池1的部分的冷却水配管8较长的情况等中，在泵9和燃料电池1之间即使仅设置有截断部41A也有时产生电位的影响。因此，通过在冷却水配管8中以及连结热交换器10和燃料电池1的部分中设置截断部41B，就能够避免该现象。另外，虽然没有图示，但是如果将热交换面10A接地，就能够获得与实施方式1相同的效果。
这里，构成上述燃料电池1的单电池通过由气体扩散层和催化剂反应层构成的一对气体扩散电极、以及由它们所央着的高分子电解质膜来构成。作为气体扩散层，除碳纸之外，还可以采用编织作为具有挠性的材料即碳纤维而做成的碳织物、或混合碳纤维和碳粉末的加有有机粘合剂而成形的碳毡等。
虽然在下面使用了实施例来更具体地说明本发明，但是本发明并不局限于此。
[实施例]
《实施例1、2和比较例》
在本实施例中，制作了具有如图1所示的结构的燃料电池发电装置1(实施例1)、具有如图3所示的结构的燃料电池发电装置2(实施例2)和如图7所示的比较燃料电池发电装置(比较例)。
首先制作了燃料电池1的单电池。在碳粉末(电气化学工业(株)制的デンカブラツクFX--35)的表面载持了铂催化剂来得到催化剂体(50重量％是铂)，将该催化剂体分散到高分子电解质的酒精溶液(旭硝子(株)制的フレミオンFSS--1)中来得到料浆。
另外，将厚度200μm的碳纸(东レ(株)制的TGP--H--090)浸入到聚四氟乙烯(PTFE)的水性悬浮液中，通过进行干燥和热处理来得到具有疏水性的气体扩散层。
通过在该气体扩散层的单面上涂敷所述料浆并进行干燥，来得到由电极反应层和气体扩散层构成的气体扩散电极。气体扩散电极的每单位面积的铂量是0.5g。此外，制作2个该气体扩散电极。
下面，通过一对气体扩散电极使各个电极反应层面向内侧地夹着高分子电解质膜(美国杜邦公司制的ナフイオン(Nafion)112)，通过在压力2.5MPa、温度110℃下对整体进行热压来制作电解质膜电极接合体(MEA)。另外，气体扩散电极的面积(电极面积)为25cm2。
此外，通过冷压成形碳粉末来得到板状体，通过使酚醛树脂渗透到该板状体中并进行硬化，来得到具有提高了的气体密封性的树脂渗透板状体。而且，在该板状体的表面通过切削加工来形成气体流路得到导电性的隔板。此外，在隔板的气体流路周边部形成燃料气体供给排出用的歧管孔、氧化剂气体供给排出用的歧管孔、以及冷却水供给排出用的歧管孔。
然后制作具有如图2所示的结构的燃料电池1的电池组1S。在按照如上所述那样制作的MEA的周围，配置了作为气体密封部件的硅橡胶制的垫圈，经由隔板22层叠了10个MEA。这时，每2个MEA地夹着刻有冷却水的流路的隔板22，来得到层叠体。
在这样得到的层叠体的两端，配置了实施了镀金的铜制的板状集电体1C、1A，并且经由绝缘板24与不锈钢制的端板25A、25C碰抵，用20kgf/cm2的压力箍紧整体来得到电池组。在集电体3上边形成燃料气体用的歧管孔、氧化剂气体用的歧管孔、以及冷却水用的歧管孔。
端板25A和25C通过具有绝缘性的螺栓和螺母(未图示)等来箍紧成一体，各单电池通过隔板22串联电连接。此外，由此就完全地密封了接合电解质膜电极接合体21和隔板22等的各部件的部分。
此外，以与上述各歧管孔连通的方式，在端板25C上设置反应气体的入口26A和冷却水的入口27A，在端板上25B上设置反应气体的出口26B和冷却水的出口27B。虽然在图2中只分别示出了1个反应气体的入口和出口，但是对燃料气体和氧化剂气体分别都设置了入口和出口。
在这样制作的燃料电池1中，经由加湿器5将燃料处理装置2与燃料气体用的歧管孔连接，并经由加湿器7将空气供给装置6与氧化剂气体用的歧管孔连接。此外，在电池组1S的冷却水用的歧管上连接冷却水配管8，在冷却水配管8上连接热交换器10和泵9。
这里，作为冷却水配管8全部都采用了电绝缘性材料的树脂制的配管。由此，就在所述燃料电池和所述热交换器以及所述泵之间，防止了所述冷却水的导电网络的形成。由此，就制作出具有如图1所示的结构的燃料电池发电装置1(实施例1)。
此外，在冷却水配管8中，除了在燃料电池1和热交换器10之间，设置用于截断冷却水的水流的如图4所示的结构的截断部41A和41B之外，其它与上述燃料电池发电装置1同样，制作出具有如图3所示的结构的本发明所涉及的燃料电池发电装置2(实施例2)。
进而，除了用金属构成了冷却水配管108之外，其它与上述燃料电池发电装置1同样，制作出作为具有如图6所示的结构的现有燃料电池发电装置的比较用燃料电池发电装置(比较例)。
[评价]
对于如上述做成的燃料电池发电装置，进行了关于运转时的金属部分的腐蚀的评价。进行如下实验：加入供给气体的气体供给系统、设定并调节从电池取出的负载电流的电输出系统、以及调整电池温度并有效地灵活利用排热的热调整系统，来连续地运转燃料电池发电装置。
使各电池结构单位中的电流密度成为0.3A/cm2，将表示相对于供给的气体有多少比例的气体被电极反应所利用的气体利用率，在燃料极侧设为70％，在氧化剂极侧设为40％。
另外，燃料电池的发电由化学式：H2+1/2O2→H2O来决定。所导入的H2在全部发生了上述反应时利用率成为100％。但是，实际上，由于各种各样的原因，导入的H2的约30％未反应，即还是作为H2被排出。
此外，使电池温度成为75℃，供给纯氢气来作为反应气体的燃料，供给空气来作为反应气体的氧化剂气体。关于反应气体的供给压力，将空气侧设为0.2kgf/cm2，将氢气侧设为0.05kgf/cm2，出口侧向大气开放。
使用纯水作为冷却水，连续地运转燃料电池发电装置，对电池性能的变化、以及冷却水的导电率(电阻)进行连续地监视。在图5中，对实施例1的燃料电池发电装置、实施例2的燃料电池发电装置、以及比较例的燃料电池发电装置的运转时间与冷却水的电阻之间的关系进行比较，分别用61、62和60来相对地表示。横轴表示运转时间(t)，纵轴表示冷却水的电阻(R)。另外，由于是相对表示，所以省略单位。
如图5所清楚地示出那样，在本发明所涉及的燃料电池发电装置中，与现有的燃料电池发电装置相比，能够长期使冷却水的导电率保持在较低水平。
根据本发明，在燃料电池发电装置内，将与冷却水接触的电子传导性部分相互电绝缘，此外，通过截断冷却水的水流，就能够长期抑制冷却水导电率的急速上升，并能够抑制与冷却水接触的电子传导性部分的腐蚀。因此，本发明所涉及的燃料电池发电装置能够适用于家庭用热电联产系统和车用发电装置等中。

Claims (7)

1.一种燃料电池发电装置，具备：具有层叠体、集电体以及端板的燃料电池组，所述层叠体层叠了多个由氢离子传导性电解质、夹着所述氢离子传导性电解质的一对电极、夹着所述电极的一对隔板构成的单电池；通过所述燃料电池组内的冷却水所进行循环的冷却水配管；具有在所述燃料电池组上产生的热与所述冷却水间进行热交换的热交换面的、与排热用配管连接的热交换器；以及使所述冷却水循环的机构，其特征在于：
在所述燃料电池发电装置内，将从下述群中选择出的至少两种电子传导性部分之间通过绝缘性材料进行电绝缘，该群由与所述冷却水接触的电子传导性部分中的所述燃料电池组的电子传导性部分、所述冷却水配管的电子传导性部分、所述热交换器的电子传导性部分、以及使所述冷却水循环的机构的电子传导性部分构成。
2.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于：所述燃料电池组的电子传导性部分包括：所述隔板、集电体以及端板，所述热交换器的电子传导性部分包括所述热交换面。
3.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于：用绝缘性材料构成所述冷却水配管的至少一部分。
4.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于：通过包含绝缘性材料的部件，将所述燃料电池组固定在所述燃料电池发电装置上。
5.如权利要求1所述的燃料电池发电装置，其特征在于：将所述排热用配管连接到热水供给器或热水贮存器上。
6.如权利要求5所述的燃料电池发电装置，其特征在于：还具有防止所述燃料电池组中所产生的电动势泄漏到所述排热用配管上的漏电防止机构。
7.如权利要求6所述的燃料电池发电装置，其特征在于：所述漏电防止机构将所述热交换面和排热用配管的至少一个与地面进行接地。
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