JP2003331886A

JP2003331886A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2003331886A
Application number: JP2002134148A
Authority: JP
Inventors: Tetsunari Ozaki; 哲斉尾▲崎▼; Toshiyuki Kawai; 利幸河合; Tomohiro Saito; 齋藤　　友宏
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-05-09
Filing date: 2002-05-09
Publication date: 2003-11-21

Abstract

(57)【要約】【課題】セルが積層された燃料電池を加熱された熱媒
体で加熱する燃料電池システムにおいて、各セルの出力
を安定化させる。【解決手段】複数のセル１０ａ〜１０ｎが積層されて
構成された燃料電池１０と、燃料電池を構成する複数の
セルそれぞれに熱媒体を循環させる熱媒体循環経路２０
と、熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段２４とを備える燃
料電池システムにおいて、熱媒体循環経路２０に、熱媒
体加熱手段２４にて加熱された熱媒体の一部あるいは全
部を、燃料電池の両端部あるいは燃料電池の両端部の近
傍に循環させる熱媒体バイパス経路２６を設ける、燃料
電池の両端部を優先的に加熱する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素と酸素との化
学反応により電気エネルギを発生させる燃料電池からな
る燃料電池システムに関するもので、車両、船舶及びポ
ータブル発電器等の移動体に適用して有効である。

【０００２】

【従来の技術】従来より、水素と空気（酸素）との電気
化学反応を利用して発電を行う燃料電池システムが知ら
れている。燃料電池では、発電に伴い内部で水分が発生
する。また、高分子型電解質膜を有する固体高分子型燃
料電池では、電解質膜の導電性を向上させる目的で、外
部から水分供給が行われている。冬期等の低温環境下で
は、これらの燃料電池内に存在する水分が凍結してしま
い、燃料電池が始動しないあるいは出力が低下するとい
う問題がある。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このため、例えば低温
起動時に、ヒータで加熱された熱媒体（温水）を燃料電
池に循環させ、燃料電池を昇温させて暖機運転を行う方
法が考えられる。ここで、低温環境下において、複数の
セルを積層して構成した燃料電池に燃料ガスと酸素を含
有する酸化ガス（空気）を供給し、発電させた場合に燃
料電池の出力変化について図９に基づいて説明する。

【０００４】図９は、−３０℃の環境下で、１０個の燃
料電池セル１００〜１０９が順に積層された燃料電池の
出力変化を示している。積層されたセルは両側を治具等
で挟み込むように締結され、各セルには加熱した温水が
循環するように構成されている。図９に示すように、両
端部に位置するセル１００およびセル１０９の出力低下
が著しいことが分かった。これは、両端部のセル１０
０、１０９においては、治具等に温水の熱が奪われ、燃
料電池内部の水分が凍結することで、反応面積が減少し
たためであると考えられる。

【０００５】このように、積層した燃料電池の両端部で
は、治具等による熱損失で温度低下しやすく、出力低下
が生じやすい。このため、燃料電池を構成する各セルの
出力が安定化するのに時間がかかる。また、暖機運転時
における両端セルの昇温が遅れるため、全体としての暖
機運転時間が長くなる。

【０００６】本発明は、上記点に鑑み、セルが積層され
た燃料電池を加熱された熱媒体で加熱する燃料電池シス
テムにおいて、各セルの出力を安定化させることを目的
とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明では、複数のセル（１０ａ〜
１０ｎ）が積層されて構成された燃料電池（１０）と、
燃料電池を加熱して、燃料電池を昇温させる燃料電池加
熱手段（２０、２１、２４、２６、２７）とを備え、燃
料電池加熱手段は、燃料電池におけるセルの積層方向の
両端部を燃料電池の他の部位より優先的に加熱するよう
に構成されていることを特徴としている。

【０００８】このように、燃料電池の両端部を優先的に
加熱する手段を設けることで、両端部に位置するセルで
凍結等により反応面積が減少して出力が低下することを
防止できる。これにより、燃料電池を構成する各セルの
出力を早期に安定化させることができる。また、燃料電
池全体としての暖機運転時間を短くすることができる。

【０００９】また、請求項２に記載の発明では、複数の
セル（１０ａ〜１０ｎ）が積層されて構成された燃料電
池（１０）と、燃料電池を構成する複数のセルそれぞれ
に熱媒体を循環させる熱媒体循環経路（２０）と、熱媒
体を加熱する熱媒体加熱手段（２４）と、熱媒体循環経
路（２０）に設けられ、熱媒体加熱手段（２４）にて加
熱された熱媒体の一部あるいは全部を、燃料電池の両端
部あるいは燃料電池の両端部の近傍に循環させる熱媒体
バイパス経路（２６）とを備えることを特徴としてい
る。

【００１０】このように、加熱された熱媒体を燃料電池
の両端部に集中的に循環させることで、燃料電池の両端
部を優先的に加熱することができ、両端部に位置するセ
ルで出力が低下することを防止できる。

【００１１】また、請求項３に記載の発明では、燃料電
池の両端部それぞれの近傍には、熱媒体バイパス経路を
循環する熱媒体が通過可能な一対の熱媒体経路構成部材
（１１、１２、１５、１６、１７、１８）が複数のセル
とともに積層されていることを特徴としている。

【００１２】このように、熱媒体経路構成部材を複数の
セルとともに積層することで、セルを固定する締結部材
あるいは外気に対するセルからの放熱を防ぐことができ
る。

【００１３】また、請求項４に記載の発明では、一対の
熱媒体経路構成部材の少なくとも一方には、熱媒体循環
経路を循環する熱媒体が通過する熱媒体循環流路（１１
ｂ）、燃料電池に供給される水素が通過する水素流路
（１１ｃ）、燃料電池に供給される酸素が通過する酸素
流路（１１ｄ）が形成されていることを特徴としてい
る。これにより、燃料電池に熱媒体、水素、酸素を供給
することができる。

【００１４】また、請求項５に記載の発明では、積層さ
れた複数のセルの両外側には一対の電極部材（１３、１
４）が設けられており、熱媒体経路構成部材は複数のセ
ルと電極部材との間に配置された導電性部材（１１、１
２）であることを特徴としている。これにより、電極部
材や電極部材の外側に配置される締結部材等に対するセ
ルからの放熱を防止できる。また、導電性部材を用いる
ことで、セルと電極部材との間の電流が遮断させること
を防止できる。

【００１５】また、請求項６に記載の発明では、熱媒体
バイパス経路において、導電性部材に熱媒体が流入する
部位の少なくとも一部と、導電性部材から熱媒体が流出
する部位の少なくとも一部とを、絶縁性材料からなる配
管で構成することを特徴としている。これにより、燃料
電池からの漏電を防ぐことができる。

【００１６】また、請求項７に記載の発明のように、積
層された複数のセルの両外側には一対の電極部材（１
３、１４）が設けられ、一対の電極部材の両外側には一
対の絶縁部材（１５、１６）が設けられており、熱媒体
経路構成部材は絶縁部材（１５、１６）から構成するこ
とができる。

【００１７】また、請求項８に記載の発明のように、積
層された複数のセルの両外側には、少なくとも複数のセ
ルを締結するための一対の締結部材（１７、１８）が設
けられており、熱媒体経路構成部材は締結部材から構成
することができる。

【００１８】また、請求項９に記載の発明では、熱媒体
バイパス経路には、熱媒体バイパス経路に循環する熱媒
体の流量を制御する流量制御手段（２７）が設けられて
いることを特徴としている。これにより、燃料電池の両
端部の加熱量を調整することができる。

【００１９】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。

【００２０】

【発明の実施の形態】（第１実施形態）以下、本発明の
第１実施形態について図１〜図５に基づいて説明する。
本第１実施形態の燃料電池システムは、燃料電池を電源
として走行する電気自動車（燃料電池車両）に適用した
ものである。

【００２１】図１は、本第１実施形態の燃料電池システ
ムの全体構成を示している。図１に示すように、本実施
形態の燃料電池システムは、水素と酸素との電気化学反
応を利用して電力を発生する固体高分子電解質型の燃料
電池（ＦＣスタック）１０を備えている。燃料電池１０
は、基本単位となるセル１０ａ〜１０ｎが複数個（ｎ
個）積層された積層体として構成されており、各セル１
０ｎは電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となってい
る。

【００２２】燃料電池１０では、図示しない水素供給装
置から水素が供給され、図示しない空気供給装置から空
気（酸素）が供給されることにより、以下の水素と酸素
の電気化学反応が起こり電気エネルギが発生する。（負極側）Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- （正極側）２Ｈ⁺＋１／２Ｏ₂ ＋２ｅ^-→Ｈ₂Ｏ上記電気化学反応のために、燃料電池１０内部の電解質
膜が水分を含んだ状態にしておく必要がある。このた
め、図示しない加湿器等により予め加湿された水素およ
び空気が燃料電池１０に供給され、燃料電池１０内の電
解質膜が加湿される。

【００２３】燃料電池１０の両外側には、熱媒体（冷却
水）が通過する経路を構成する熱媒体経路構成部材１
１、１２、燃料電池１０の電流を外部に流す一対の電極
部材１３、１４、外部に電流が漏れるのを防ぐ一対の絶
縁部材１５、１６、積層されたセル１０ｎを締結する一
対の締結部材（治具）１７、１８が外側に向けて順に積
層されている。締結部材１７、１８は、両外側から図示
しないボルトとナット等により固定されている。このよ
うに、本第１実施形態では、一対の熱媒体経路構成部材
１７、１８が燃料電池１０の両外側に位置するセル１０
ａ、１０ｎと電極部材１１、１２との間にそれぞれ配置
されている。

【００２４】絶縁部材１５、１６としては例えば絶縁性
を有する樹脂材料を用いることができ、締結部材１７、
１８としては例えば金属材料を用いることができる。ま
た、本第１実施形態の熱媒体経路構成部材１７、１８は
電極間内に設けられるため、積層した燃料電池２０に流
れる電流を遮断しないように、例えばカーボン等の導電
性材料を用いる。また、熱媒体経路構成部材１７、１８
は、締結部材１７、１８等による燃料電池１０の熱損失
を防ぐために、断熱効果を有する材料を用いることが望
ましい。この熱媒体経路構成部材１７、１８における冷
却水の流れについては後述する。

【００２５】燃料電池１０では発電の際の化学反応によ
り熱が発生するとともに、発電効率のために運転中一定
温度（例えば８０℃程度）に維持する必要がある。ま
た、低温起動時においては、燃料電池１０を昇温する必
要がある。このため、燃料電池システムには、熱媒体
（冷却水）を用いて燃料電池１０を加熱・冷却する加熱
冷却システム２０〜２７が設けられている。なお、冷却
水としては、一般的な不凍液冷却水を用いることができ
る。

【００２６】加熱冷却システムは、冷却水を燃料電池１
０に循環させるための熱媒体循環経路２０、熱媒体循環
経路２０に冷却水を循環させる循環経路ポンプ２１、冷
却水を冷却するためのラジエータ２２、ラジエータ２２
に送風を行うファン２３を備えている。熱媒体循環経路
２０を循環する冷却水は、燃料電池１０を構成する各セ
ル１０ａ〜１０ｎを通過するように構成されている。

【００２７】また、加熱冷却システムには、熱媒体循環
経路２０においてラジエータ２２と並列的に設けられた
加熱ヒータ（熱媒体加熱手段）２４、冷却水の流れをラ
ジエータ２２あるいは加熱ヒータ２４に切り替えるため
の流路切替バルブ（三方弁）２５を備えている。加熱ヒ
ータ２４としては、例えば電気ヒータ、燃焼式ヒータ等
を用いることができる。

【００２８】通常運転時には、流路切替バルブ２５は冷
却水がラジエータ２２側に流れるように切り替えられて
おり、燃料電池１０を通過した冷却水は熱媒体循環流路
２０を介してラジエータ２２に循環し、ここで外気と熱
交換され冷却される。また、低温起動時には、流路切替
バルブ２５は冷却水が加熱ヒータ２４側に流れるように
切り替えられており、加熱ヒータ２４にて加熱された冷
却水が、熱媒体循環流路２０を介して燃料電池１０に循
環する。

【００２９】また、本第１実施形態の加熱冷却システム
には、冷却水を熱媒体経路構成部材１７、１８に循環さ
せるための熱媒体バイパス経路２６が設けられている。
熱バイパス経路２６は、熱媒体循環経路２０における加
熱ヒータ２４の下流側であって燃料電池１０の上流側か
ら分岐して、熱媒体経路構成部材１７、１８に冷却水を
循環させた後、熱媒体循環経路２０における燃料電池１
０の下流側であって加熱ヒータ２４の上流側に合流して
いる。

【００３０】熱バイパス経路２６は、熱媒体循環経路２
０から分岐した後、２つの熱媒体経路構成部材１７、１
８に冷却水を循環させるために２つの経路２６ａ、２６
ｂに分岐し、熱媒体経路構成部材１７、１８を通過した
後、再び１つの経路２６となる。

【００３１】熱媒体バイパス経路２６には、バイパス流
量制御手段としてバイパス経路ポンプ（流量制御手段）
２７が設けられている。循環経路ポンプ２１とバイパス
経路ポンプ２７との流量比を制御することにより、バイ
パス経路に循環する冷却水流量を制御することができ
る。例えば循環経路ポンプ２１の流量を１０リットル／
ｍｉｎとし、バイパス経路ポンプ２６の流量を３リット
ル／ｍｉｎとした場合には、熱媒体循環経路２０により
燃料電池１０に循環する冷却水流量は７リットル／ｍｉ
ｎで、熱媒体バイパス経路２６に循環する冷却水流量は
３リットル／ｍｉｎとなる。

【００３２】上記の熱媒体循環経路２０、循環経路ポン
プ２１、加熱ヒータ２４、熱媒体バイパス経路２６、バ
イパス経路ポンプ２７等が、燃料電池１０を加熱する燃
料電池加熱手段を構成している。

【００３３】ここで、熱媒体経路構成部材１１、１２に
おける冷却水等の流れについて、図２〜図５に基づいて
説明する。図２は冷却水流入方向からみて手前側（図１
中の左側）に位置する第１の熱媒体経路構成部材１１の
斜視図であり、図３は冷却水流入方向からみて奥側（図
１中の右側）に位置する第２の熱媒体経路構成部材１１
の斜視図である。

【００３４】図２、図３に示すように、熱媒体経路構成
部材１１、１２には、熱媒体バイパス経路２６を循環す
る冷却水が通過する加熱用熱媒体通過経路１１ａ、１２
ａが平行に複数形成されている。さらに第１の熱媒体経
路構成部材１１には、熱媒体循環経路２０を循環する冷
却水が通過する熱媒体通過経路（熱媒体循環流路）１１
ｂ、燃料電池１０に供給される水素が通過する燃料ガス
通過経路（水素流路）１１ｃ、燃料電池１０に供給され
る空気が通過する酸化ガス通過経路（酸素流路）１１ｄ
が形成されている。

【００３５】図４は熱媒体経路構成部材１１、１２の構
成を示す斜視図であり、図５は熱媒体経路構成部材１
１、１２の構成を示す分解図である。なお、図４、図５
では、第１の熱媒体経路構成部材１１に形成されている
熱媒体通過経路１１ｂ、燃料ガス通過経路１１ｃ、酸化
ガス通過経路１１ｄの図示を省略している。

【００３６】図４に示すように、熱媒体経路構成部材１
１、１２は、２枚の板状部材を貼り合わせて構成されて
いる。板状部材としては厚さ３ｍｍ程度の導電性材料
（カーボン材料等）を用いることができる。それぞれの
板状部材には加熱用熱媒体通過経路１１ａ、１２ａを構
成する溝が形成されている。また、熱媒体経路構成部材
１１、１２における加熱用熱媒体通過経路１１ａ、１２
ａの両端側には、熱媒体バイパス経路２６を循環する冷
却水を加熱用熱媒体通過経路１１ａ、１２ａに導く第１
の配管３０、３１が設けられている。

【００３７】図５に示すように、加熱用熱媒体通過経路
１１ａ、１２ａと第１の配管３０、３１の接合部には、
互いに嵌合するネジ山１１ｅ、１２ｅ、３０ａ、３１ａ
が形成されている。第１の配管３０、３１の冷却水出入
り口には、第２の配管３２、３３が設けられている。第
１の配管３０、３１は、導電性材料あるいは絶縁性材料
のいずれも用いることができるが、第２の配管３２、３
３は燃料電池１０からの漏電を防ぐために例えば樹脂等
の絶縁性材料を用いる。また、高温の冷却水が流れる場
合があるため、これらの配管３０、３１、３２、３３は
ある程度の耐熱性のある材料を用いることが望ましい。

【００３８】以下、上記構成の燃料電池システムの低温
起動時における作動について説明する。まず、循環経路
ポンプ２１および加熱ヒータ２５が作動を開始する。こ
のとき、流路切替バルブ２５は冷却水が加熱ヒータ２５
側に流れるように切り替えられているので、加熱ヒータ
２４にて加熱された冷却水が、熱媒体流路２０を介して
燃料電池１０に循環する。

【００３９】このとき、バイパス経路ポンプ２７が作動
を開始することにより、加熱ヒータ２５にて加熱された
冷却水が熱媒体バイパス経路２６に循環する。熱媒体バ
イパス経路２６を循環する冷却水は、熱媒体経路構成部
材１１、１２を通過する。この結果、加熱された冷却水
が燃料電池１０の両端部に集中的に循環し、燃料電池１
０の両端部が優先的に加熱される。これにより、締結具
１７、１８等による熱損失で燃料電池１０の両端部の熱
が奪われることを防止でき、燃料電池１０全体を平均的
に昇温させることができる。

【００４０】このように、加熱された冷却水を燃料電池
１０に循環させることにより、凍結していた燃料電池１
０内部の水が融解し、燃料電池１０が発電可能な状態と
なる。燃料電池１０に水素および空気の供給を開始する
ことにより、燃料電池１０では発電を開始する。このと
き、燃料電池１０の両端部を優先的に加熱しているの
で、燃料電池１０の両端部の出力が低下することを防止
でき、燃料電池１０を構成する各セル１０ａの出力を安
定化させることができる。

【００４１】また、燃料電池１０は発電に伴い発熱する
ので、この自己発熱によっても燃料電池１０は昇温す
る。

【００４２】所定の暖機運転終了条件を満たした場合に
暖機運転を終了して、通常運転に移行する。具体的に
は、加熱ヒータ２４、バイパス経路ポンプ２７を停止
し、流路切替バルブ２５を冷却水がラジエータ２２側に
流れるように切り替える。また、必要に応じてラジエー
タファン２３を作動させる。この結果、熱媒体バイパス
経路２６に循環しなくなるとともに、冷却水はラジエー
タ２２にて冷却される。これにより、燃料電池１０で発
生した熱をラジエータ２２で放熱することができ、燃料
電池１０の温度を発電効率のよい一定温度に維持するこ
とができる。

【００４３】以上、本第１実施形態のように燃料電池１
０の両端部を優先的に加熱する手段を設けることで、両
端部に位置するセルで凍結等により反応面積が減少して
出力が低下することを防止できる。これにより、燃料電
池１０を構成する各セルの出力を早期に安定化させるこ
とができる。また、燃料電池全体としての暖機運転時間
を短くすることができる。

【００４４】また、本第１実施形態では、燃料電池１０
の両端部と締結部材１７、１８等との間に熱媒体経路構
成部材１１、１２を配置しているので、熱媒体経路構成
部材１１、１２による断熱効果を得ることができ、セル
から締結部材１７、１８等への放熱を防ぎ、締結部材１
７、１８等による熱損失を防ぐことができる。

【００４５】（第２実施形態）次に、本発明の第２実施
形態について図６に基づいて説明する。本第２実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、熱媒体経路構成部材
の構成が異なるものである。上記第１実施形態と同様の
部分については、同一の符号を付して説明を両略する。

【００４６】図６は、燃料電池１０の構成を示す概念図
である。図６に示すように、本第２実施形態では、電極
部材１３、１４と締結部材１７、１８との間に配置され
ている絶縁部材１５、１６が熱媒体経路構成部材を構成
している。絶縁部材１５、１６には、熱媒体バイパス経
路２６を循環する冷却水が通過可能な加熱用熱媒体通過
経路が形成されている。

【００４７】以上のような構成によっても、上記第１実
施形態と同様に燃料電池１０両端部に位置するセルで出
力が低下することを防止でき、燃料電池１０を構成する
各セルの出力を早期に安定化させることができる。ま
た、燃料電池全体としての暖機運転時間を短くすること
ができる。また、セルから締結部材等への放熱を防止す
ることができる。

【００４８】（第３実施形態）次に、本発明の第３実施
形態について図７に基づいて説明する。本第３実施形態
は、上記第１実施形態に比較して、熱媒体経路構成部材
の構成が異なるものである。上記第１実施形態と同様の
部分については、同一の符号を付して説明を両略する。

【００４９】図７は、燃料電池１０の構成を示す概念図
である。図７に示すように、本第３実施形態では、積層
された複数のセル１０ａ〜１０ｎ、電極部材１３、１
４、絶縁部材１５、１６を締結するための締結部材１
７、１８が熱媒体経路構成部材を構成している。締結部
材１７、１８には、熱媒体バイパス経路２６を循環する
冷却水が通過可能な加熱用熱媒体通過経路が形成されて
いる。

【００５０】以上のような構成によっても、上記第１実
施形態と同様に燃料電池１０両端部に位置するセルで出
力が低下することを防止でき、燃料電池１０を構成する
各セルの出力を早期に安定化させることができる。ま
た、燃料電池全体としての暖機運転時間を短くすること
ができる。また、セルから外気への放熱を防止すること
ができる。

【００５１】（他の実施形態）なお、上記各実施形態で
は、燃料電池１０の両端部を優先的に加熱する手段とし
て、燃料電池１０全体を昇温させるための加熱された冷
却水を燃料電池１０の両端部付近に集中的に循環させる
ように構成したが、燃料電池１０の両端部を他の加熱手
段によって加熱して、他の部位より優先的に加熱するよ
うに構成してもよい。他の加熱手段として、例えば電気
式ヒータを用いることができる。

【００５２】また、上記各実施形態では、熱バイパス経
路２６にバイパス経路ポンプ２７を設け、循環経路ポン
プ２１とバイパス経路ポンプ２７との流量比によって、
熱媒体バイパス経路２６に流れる冷却水の流量を調整し
たが、バイパス経路ポンプ２７に代えて熱媒体バイパス
経路２６の流路断面積を変更できる流路制御弁を設けて
もよい。流路制御弁を閉じた状態では、冷却水は熱媒体
循環経路２０のみを循環し、流路制御弁を開くことで冷
却水を熱媒体バイパス経路２６に循環させることができ
る。

【００５３】また、各セル１０ａ〜１０ｎの温度を検出
する手段を設け、各セル１０ａ〜１０ｎの温度に基づい
て、熱媒体バイパス経路２６に循環する冷却水量を制御
するように構成してもよい。具体的には、燃料電池１０
の両端に位置するセルの温度が他のセルの温度より低い
場合には、温度差に応じて熱媒体バイパス経路２６に循
環する冷却水量を設定する。一方、燃料電池１０の両端
に位置するセルの温度が他のセルの温度より高いような
場合には、熱媒体バイパス経路２６に循環する冷却水量
をゼロとすることができる。

【００５４】また、上記各実施形態において、暖機運転
終了条件を以下のように設定することもできる。例えば
燃料電池１０の温度を検出する温度センサを設け、燃料
電池の温度が所定温度以上に上昇した場合を暖機運転流
量条件とすることができる。あるいは、燃料電池１０の
出力する電力が所定電力以上となった場合、燃料電池１
０の出力電圧が所定電圧以上となった場合、燃料電池１
０の出力電流が所定電流以上となった場合のいずれかの
条件を暖機運転終了条件をすることもできる。これら条
件は、単独あるいは組み合わせて用いることができる。

【００５５】また、上記各実施形態では、熱媒体バイパ
ス経路２６を循環する冷却水を燃料電池１０の両端部の
近傍に循環させるように構成したが、これに限らず、燃
料電池１０の両端に位置するセルに直接循環させるよう
に構成してもよい。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施形態の燃料電池システムの全体構成を
示す概念図である。

【図２】熱媒体経路構成部材の斜視図である。

【図３】熱媒体経路構成部材の斜視図である。

【図４】熱媒体経路構成部材の構成を示す斜視図であ
る。

【図５】熱媒体経路構成部材の構成を示す平面図であ
る。

【図６】第２実施形態の熱媒体経路構成部材の斜視図で
ある。

【図７】第３実施形態の熱媒体経路構成部材の斜視図で
ある。

【図８】燃料電池を構成する各セルの出力特性を示す特
性図である。

【符号の説明】

１０…燃料電池、１０ａ〜１０ｎ…セル、１１、１２…
熱媒体経路構成部材、１３、１４…電極部材、１５、１
６…絶縁部材、１７、１８…締結部材、２０…熱媒体循
環経路、２１…循環経路ポンプ、２４…加熱ヒータ、２
６…熱媒体バイパス経路、２７…バイパス経路ポンプ。

フロントページの続き (72)発明者齋藤友宏愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地株式会社デンソー内Ｆターム(参考） 5H026 AA06 CC10 5H027 AA06 CC06 CC11 KK46 MM16

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数のセル（１０ａ〜１０ｎ）が積層さ
れて構成された燃料電池（１０）と、前記燃料電池を加熱して、前記燃料電池を昇温させる燃
料電池加熱手段（２０、２１、２４、２６、２７）とを
備え、前記燃料電池加熱手段は、前記燃料電池における前記セ
ルの積層方向の両端部を前記燃料電池の他の部位より優
先的に加熱するように構成されていることを特徴とする
燃料電池システム。
【請求項２】複数のセル（１０ａ〜１０ｎ）が積層さ
れて構成された燃料電池（１０）と、前記燃料電池を構成する前記複数のセルそれぞれに熱媒
体を循環させる熱媒体循環経路（２０）と、前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段（２４）と、前記熱媒体循環経路（２０）に設けられ、前記熱媒体加
熱手段（２４）にて加熱された熱媒体の一部あるいは全
部を、前記燃料電池の両端部あるいは前記燃料電池の両
端部の近傍に循環させる熱媒体バイパス経路（２６）と
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】前記燃料電池の両端部それぞれの近傍に
は、前記熱媒体バイパス経路を循環する熱媒体が通過可
能な一対の熱媒体経路構成部材（１１、１２、１５、１
６、１７、１８）が前記複数のセルとともに積層されて
いることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池システ
ム。
【請求項４】前記一対の熱媒体経路構成部材の少なく
とも一方には、前記熱媒体循環経路を循環する熱媒体が
通過する熱媒体循環流路（１１ｂ）、前記燃料電池に供
給される水素が通過する水素流路（１１ｃ）、前記燃料
電池に供給される酸素が通過する酸素流路（１１ｄ）が
形成されていることを特徴とする請求項３に記載の燃料
電池システム。
【請求項５】積層された前記複数のセルの両外側には
一対の電極部材（１３、１４）が設けられており、前記熱媒体経路構成部材は前記複数のセルと前記電極部
材との間に配置された導電性部材（１１、１２）である
ことを特徴とする請求項３または請求項４に記載の燃料
電池システム。
【請求項６】前記熱媒体バイパス経路において、前記
導電性部材に前記熱媒体が流入する部位の少なくとも一
部と、前記導電性部材から前記熱媒体が流出する部位の
少なくとも一部とを、絶縁性材料からなる配管で構成す
ることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システ
ム。
【請求項７】積層された前記複数のセルの両外側には
一対の電極部材（１３、１４）が設けられ、前記一対の
電極部材の両外側には一対の絶縁部材（１５、１６）が
設けられており、前記熱媒体経路構成部材は前記絶縁部材（１５、１６）
から構成されていることを特徴とする請求項３または請
求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項８】積層された前記複数のセルの両外側に
は、少なくとも前記複数のセルを締結するための一対の
締結部材（１７、１８）が設けられており、前記熱媒体経路構成部材は前記締結部材から構成されて
いることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の
燃料電池システム。
【請求項９】前記熱媒体バイパス経路には、前記熱媒
体バイパス経路に循環する熱媒体の流量を制御する流量
制御手段（２７）が設けられていることを特徴とする請
求項２ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池システ
ム。