JPH06267552A - 燃料電池冷却系システム - Google Patents

燃料電池冷却系システム

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JPH06267552A
JPH06267552A JP5055399A JP5539993A JPH06267552A JP H06267552 A JPH06267552 A JP H06267552A JP 5055399 A JP5055399 A JP 5055399A JP 5539993 A JP5539993 A JP 5539993A JP H06267552 A JPH06267552 A JP H06267552A
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JP
Japan
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cooling
cooling pipe
potential
fuel cell
corrosion
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Application number
JP5055399A
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English (en)
Inventor
Takako Asada
尊子 浅田
Masanori Takahashi
正典 高橋
Hidetoshi Karasawa
英年 唐澤
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

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  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【構成】冷却板内に配管された冷却管106は、冷却板
外に突出した冷却管103,104と、絶縁体105を
介して接続されている。冷却板外に突出した冷却管10
3、104は、アースされている。冷却板内に配管され
た各冷却管は、導線102を介して燃料電池の一部の負
極側と電気的に接続されている。冷却管の相互は、導線
を介して直列に接続されている。また、その燃料電池の
一部の負極側と反対の正極側はアースされている。この
ようにして、冷却管の電位を下げ、腐食電位域を脱する
ことによって、冷却管の腐食を抑えている。また、防食
電位は、冷却管材料により異なる。 【効果】腐食の発生自体を抑えることが可能になるの
で、冷却管内の目詰まりを防止することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池を用いた水冷式
冷却系システムにおける防食技術に関する。
【0002】
【従来の技術】図7は、従来の燃料電池の断面構成を示
している。スタック701は、積層された単セルよりな
り、数セルごとに冷却板に冷却管が配管され、冷却水の
供給703と排出704をしている。積層セルは、締金
具,締付ロッドで固定されている。空気の供給705と
排出706,燃料ガスの供給707と排出708を行う
マニホールド702は、燃料電池の四方の側面に取り付
けられている。このような構造により、空気,燃料ガス
が燃料電池に供給されている。
【0003】図8は、図7のスタックの構成を示してい
る。単セルは、セパレータ801,燃料極802,電解
質803,空気極804よりなり、冷却板806で固定
された冷却管805は、数セルごとに配管されている。
冷却管には、熱伝導率の良い金属が用いられているが、
もれ電流や電解質漏れによる腐食の問題がある。冷却管
の腐食の発生を抑えるために用いられた従来の方法(特
開昭62−73569 号公報)では、冷却管は、耐食用鋼管と
熱伝導率の良い管を異材継手を介して接続しており、電
解質漏れにより腐食する部分に耐食材料を用い、熱交換
に重要な部分に熱伝導率の良い金属を用いることによっ
て、防食および熱伝導の信頼性を向上させている。
【0004】また、燃料電池反応器を冷却した後の冷却
水が、燃料電池から排出される冷却管の出口部分と絶縁
物を介して接続されている出口部分以降の冷却管との間
に生じる電位差によって起こる腐食電流を流さない目的
において、冷却管の冷却水出口の接続部分の冷却管内部
に絶縁物がシ−ルされている(特開昭61−230270号公
報)。
【0005】しかし、熱伝導率の良い管および冷却管内
部の耐食性,燃料電池スタック中の数セルごとに配管さ
れた冷却管の耐食性に問題が残っている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】冷却管の腐食の発生を
防止することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、上記
の目的を達成するために、燃料電池反応器中の冷却板に
配管された冷却管と冷却板外部に突出した冷却管を絶縁
体を介してつなぎ、冷却板外部に突出した冷却管をアー
スした冷却管において、冷却板内部の冷却管に、燃料電
池の一部を電気的に接続し、冷却管の電位を下げ、腐食
電位域を脱することによって、冷却管の腐食の発生を防
止することを特徴としている。
【0008】請求項2の発明は、上記の目的を達成する
ために、冷却管に燃料電池の一部を電気的に接続し、冷
却管材料の各金属の電位を各防食電位まで下げる際、燃
料電池の一部と冷却管との配線回路によって、冷却管の
電位を、各金属によって定まっている防食電位に制御す
ることを特徴とする。
【0009】
【作用】請求項1の発明は、上記の目的を達成するため
に、電気防食法を用いて、燃料電池の一部を電気的に接
続して冷却管の電位を下げ、腐食電位域を脱することに
よって、冷却管材料の溶出を防ぎ、腐食を抑えることを
特徴とする。
【0010】図6に、カソード防食電位−電流の概念を
示す。Ec−Ea間が腐食電位域であり、カソード防食
する場合には、Eaよりも電位を下げれば良い。電位を
下げるに伴い、最小防食電流iが流れるが、この電流が
不十分であると、かえって腐食が増大してしまう。ま
た、この最小防食電流iにより、冷却管材料金属の不動
態化がおこり、防食に有利となる。最小防食電流iは、
防食電位域に達すると、流れが止まる。
【0011】請求項2の発明は、上記の目的を達成する
ために、冷却管の電位を冷却管材料の、各金属によって
定まっている各防食電位に制御することによって、カソ
ード分極が不十分なために、かえって腐食を増大させて
しまったり、あるいは、防食電位域を越えた過度のカソ
ード分極によるpH上昇による陰極腐食や、過度のカソ
ード分極によって発生した水素による水素脆化や水素誘
起割れが起こることを防ぐことを特徴とする。
【0012】
【実施例】以下に、本発明の実施例を説明する。
【0013】図1は、燃料電池反応器内冷却板に配管さ
れた冷却管の一部を示している。冷却板内に配管された
冷却管106は、冷却板外に突出した冷却管103,1
04と、絶縁体105を介して接続されている。冷却板
外に突出した冷却管103,104は、アースされてい
る。冷却板内に配管された各冷却管は、導線102を介
して燃料電池の一部101の負極側と電気的に接続され
ている。冷却管同士は、導線102を介して直列に接続
されている。また、その燃料電池の一部101の正極側
はアースされている。このような冷却管が、燃料電池,
数セルごとに図8のように配管されており、すべての冷
却管に上述したような配線がなされ、各冷却管に等しく
カソード分極がなされている。このようにして、冷却管
の電位を下げ、腐食電位域を脱することによって、冷却
管の腐食を抑えている。また、防食電位は、冷却管材料
により異なる。
【0014】ここで、冷却管材料がFeの場合を説明す
る。Feの平衡反応および標準電極電位は、
【0015】
【化1】
【0016】である。Feの拡散速度が、5x10-3ip
y(inch/year)であれば耐食材料であるとされている。
腐食電流密度に換算すると、10-5A/cm2 程度であ
り、穏やかな拡散では、鉄表面の電子価プラス2価のF
e濃度は10-5M程度となる。これをイオン活量として
平衡電位を計算する。ここで、冷却水の温度は約180
℃である。よって、ネルンスト(Nernst)式に
【0017】
【数1】
【0018】
【数2】 E1 0=−0.440V v.s.SHE …(数2)
【0019】
【数3】 T=453K …(数3) を代入すると、
【0020】
【数4】
【0021】これが、冷却管のカソード防食をする際の
基準電位となるので、この電位よりも冷却管の電位を下
げれば、化1の平衡が右へ移行することはなく、従っ
て、腐食も起こらない。鉄以外の金属についても同様に
計算し、カソード防食電位を求めることができる。例え
ば、銅は、
【0022】
【化2】
【0023】であるので、防食電位は、上式を用いて求
めると、化2はそれぞれ、−0.297 ,0.112,0.0
71V v.s.SHEとなる。
【0024】ここで、注意しなければならないのは、防
食電位をこえて過度のカソード分極を加えたとき、pH
上昇による陰極腐食が起こる場合や、過度のカソード分
極によって発生した水素によって、水素脆化や水素誘起
割れを起こす場合があることである。これらの反応は、
次のような式により起こる。
【0025】
【化3】 2H2O+2e-→H2+2OH- (−0.82806V v.s.SHE) …(化3) よって、カソード分極は、−0.82806V(v.s.SHE)
を越えてはならない。図2は、図1における冷却管の形
状が異なるものを示している。図1では、冷却水を供給
する冷却管107あるいは108が、冷却水を排出する
冷却管108あるいは107と、同一冷却板上において
複数の冷却管103によって接続されている。図2で
は、冷却水を供給する冷却管107あるいは108が、
冷却水を排出する冷却管108あるいは107と、同一
冷却板上において、一つの冷却管103によって接続さ
れている。導線102、アースなどの構成は、図1と同
じである。
【0026】図3も、図1における冷却管の形状が異な
るものを示している。図3では、図1と同様、冷却水を
供給する冷却管107あるいは108が、冷却水を排出
する冷却管108あるいは107と、同一冷却板上にお
いて複数の冷却管103によって接続されている。図1
と異なるのは、図3では、同一冷却板上における複数の
冷却管103の中を流れる冷却水の方向が一定であるこ
とである。導線102,アースなどの構成は、図1と同
じである。
【0027】燃料電池の電極反応は、
【0028】
【化4】
【0029】であり、標準起電力は、
【0030】
【数5】 E=−ΔG/nF =−(−237200)/(2×96000) =1.23V v.s.SHE …(数5) である。また、前述したように、カソード分極の上限
は、−0.82806Vv.s.SHEである。以上の条
件を用いて、各冷却管における電位がカソード防食電位
と一致するように求めた、カソード分極する際に使用す
るセルの数、および配線する際の条件を、表1に示す。
【0031】
【表1】
【0032】再び、冷却管材料が鉄の場合について説明
する。冷却管材料が鉄の場合、防食電位は、−0.66
5V v.s.SHE である。カソード分極の上限を越
えなければ、多少冷却管の電位が−0.665V v.
s.SHE より低くなっても問題はない。よって、表1
において最も条件の近いカソード防食電位が、約−0.72
Vv.s.SHEを選択し、表1に従って、図4のように
配線すればよい。使用する燃料電池401は3セルで、
それらの負極側と冷却管403が、導線402によって
電気的に接続されている。正極側はアースされている。
冷却管を並列に接続する場合の制限はないが、冷却管を
直列に接続する場合は、表1より、5個と決まってい
る。このように配線することによって、冷却管それぞれ
に、約−0.72Vv.s.SHEの防食電位がかかることに
なる。各冷却管にかかる防食電位が−0.82806V v.
s.SHE を越えない範囲であれば、直列に接続する冷
却管の数を減らすことは可能である。ただし、鉄の場合
は各冷却管にかかる防食電位が−0.82806V v.s.S
HE を越えるので、直列に接続する冷却管の数を減ら
すことはできない。
【0033】また、銅の場合の配線回路図を図5に示
す。銅の場合、防食電位は−0.297Vv.s.SHEであ
るので、表1より、防食電位が約−0.3V v.s.S
HE のものを選択する。使用する燃料電池401は1
セルで、それらの負極側と冷却管403が、導線402
によって電気的に接続されている。正極側はアースされ
ている。直列に接続する冷却管の数は4個で、2個まで
減らすことは可能である。このとき、各冷却管にかかる
電位は、直列に接続する冷却管の数が3個のとき、−
0.41 v.s.SHE 、2個のとき、0.615 v.
s.SHE となる。
【0034】以上のようにして、表1より、各防食電位
における配線回路図を作成することができる。
【0035】
【発明の効果】本発明によれば、腐食の発生自体を抑え
ることが可能になるので、冷却管内の目詰まりを防止す
ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す冷却管の防食システムの
説明図。
【図2】本発明の実施例を示す冷却管の防食システムの
説明図。
【図3】本発明の実施例を示す冷却管の防食システムの
説明図。
【図4】本発明の実施例を示す燃料電池と冷却管との配
線の回路図。
【図5】本発明の実施例を示す燃料電池と冷却管との配
線の回路図。
【図6】カソード防食電位−電流の特性図。
【図7】従来の燃料電池の斜視図。
【図8】従来の燃料電池のスタックの組立図。
【符号の説明】
101…燃料電池の一部、103,104,106…冷
却管、105…絶縁体。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】冷却管の腐食の発生を防止する燃料電池水
    冷式冷却系防食システムにおいて、燃料電池反応器内の
    冷却板の内部に配管された冷却管と、前記冷却板の外部
    に突出した前記冷却管を、絶縁体を介してつなぎ、前記
    冷却板の外部に突出した前記冷却管をアースした冷却管
    において、前記冷却板の内部の前記冷却管に、前記燃料
    電池の一部を電気的に接続し、前記冷却管の電位を下
    げ、腐食電位域を脱することによって、冷却管の腐食の
    発生を防止することを特徴とする燃料電池冷却系システ
    ム。
  2. 【請求項2】請求項1において、前記冷却管に前記燃料
    電池の一部を電気的に接続し、前記冷却管の材料の各金
    属の電位を各防食電位まで下げる際、前記燃料電池の一
    部と前記冷却管との配線回路によって、前記冷却管の電
    位を、各金属によって定まっている防食電位に制御する
    燃料電池冷却系システム。
JP5055399A 1993-03-16 1993-03-16 燃料電池冷却系システム Pending JPH06267552A (ja)

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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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