JP2007227209A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2007227209A JP2006047932A JP2006047932A JP2007227209A JP 2007227209 A JP2007227209 A JP 2007227209A JP 2006047932 A JP2006047932 A JP 2006047932A JP 2006047932 A JP2006047932 A JP 2006047932A JP 2007227209 A JP2007227209 A JP 2007227209A
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Keiichi Hirose
敬一 広瀬
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Equos Research Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of being partially efficiently heated, and improved in energy efficiency in startup. <P>SOLUTION: The fuel cell system 1 includes: a cell stack 100 composed by alternately stacking unit cells and separators; a heat generation medium arranged in the fuel cell stack; and an electromagnetic induction heating type heating device 110 for generating heat by making a magnetic field act on the heat generation medium. In startup, the fuel cell stack is warmed up by heating the heat generation medium by the heating device 110. By using the separators and end plates constituting the fuel cell stack for the heating medium, a compact heating device can be provided. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池システムに係り、詳しくは、燃料電池を短時間で効率よく暖機できる加熱装置を有する燃料電池システム関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly, to a fuel cell system having a heating device that can efficiently warm up a fuel cell in a short time.

燃料電池は、水素と酸素との電気化学反応を利用して電力を発生させるものであり、燃料が酸化される際に発生する燃焼熱を高い効率で電気エネルギーに変換することを可能にする装置である。たとえば、固体高分子電解質型燃料電池では、基本単位となる単位セルとセパレータを交互に複数積層して燃料電池スタックが構成される。そして、単位セルは、電解質膜が一対の電極で挟まれた構成となっている。
燃料電池では、水素及び空気（酸素）が供給されることにより、以下のような水素と酸素の電気化学反応が起こり、このときに電流が酸素極から燃料極へ流れ電気エネルギーが発生する。 A fuel cell is a device that generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen, and is an apparatus that can convert combustion heat generated when fuel is oxidized into electric energy with high efficiency. It is. For example, in a solid polymer electrolyte fuel cell, a fuel cell stack is formed by alternately stacking a plurality of unit cells and separators as basic units. The unit cell has a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes.
In the fuel cell, hydrogen and air (oxygen) are supplied to cause the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. At this time, an electric current flows from the oxygen electrode to the fuel electrode to generate electric energy.

（水素極側）Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
（酸素極側）２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
そして、燃料電池には、上記発電された電力を取り出すための集電板が、積層方向における両端に設けられている。この集電板で取り出された電力は、インバータを介して走行モータ等の負荷に供給され、２次電池の充電等に用いられる。 (Hydrogen electrode side) H 2 → 2H + + 2e −
(Oxygen electrode side) 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
The fuel cell is provided with current collector plates for taking out the generated power at both ends in the stacking direction. The electric power taken out by the current collector plate is supplied to a load such as a traveling motor via an inverter and used for charging a secondary battery.

ところで、上記電気化学反応（発電反応）を行うためには、電解質膜の性質に応じて、最適な温度環境が必要になる。たとえば、これまで氷点下あるいは８０℃以上の中高温の燃料電池システムでは、熱電気ヒータや、触媒燃焼、電磁波加熱といった昇温手段を用いた装置により、システムが動作する条件にまで昇温させることが行なわれている（たとえば、特許文献１参照）。
しかしながら、それらのシステムは、部分的なピンポイントでの効率の良い加熱ができないと共に、スタック周囲の部品や雰囲気までも加熱する働きがあるため、全体としての昇温効率が悪いものであった。
特開２００４−１７８９５０号公報 By the way, in order to perform the electrochemical reaction (power generation reaction), an optimum temperature environment is required according to the properties of the electrolyte membrane. For example, in a fuel cell system having a freezing point or a medium to high temperature of 80 ° C. or higher until now, the temperature can be raised to a condition for operating the system by a device using a heating means such as a thermoelectric heater, catalytic combustion, or electromagnetic heating. (See, for example, Patent Document 1).
However, these systems cannot perform efficient heating at a partial pinpoint and also have a function of heating even the components and atmosphere around the stack, so that the temperature raising efficiency as a whole is poor.
JP 2004-178950 A

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであり、効率良く、かつ迅速に加熱ができる燃料電池システムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a fuel cell system capable of heating efficiently and rapidly.

以上のような課題を解決する本発明は、以下のような構成を有する。
(１) 燃料ガスが流入される燃料室と酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質膜を介して隣接させ、燃料極と酸素極とで前記電解質膜を挟持し、前記燃料ガスと前記酸化ガスとの反応により発電する単位セル、及び前記単位セルに接触して発電された電流を取り出すセパレータ、を交互に複数積層して構成される燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに設けられた、導電材料からなる発熱媒体と、
前記発熱媒体に磁力を作用させて加熱させる電磁誘導加熱方式の加熱装置とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 The present invention for solving the above problems has the following configuration.
(1) A fuel chamber into which a fuel gas is introduced and an oxidizing gas chamber into which an oxidizing gas is introduced are adjacent to each other via an electrolyte membrane, and the electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode, A fuel cell stack configured by alternately laminating a plurality of unit cells that generate electric power by reaction with an oxidizing gas, and separators that extract electric current generated in contact with the unit cells;
A heating medium made of a conductive material provided in the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising: an electromagnetic induction heating type heating device that heats the heat generating medium by applying a magnetic force.

（２） 前記発熱媒体は、前記燃料電池スタックを構成するセパレータである上記(１)に記載の燃料電池システム。   (2) The fuel cell system according to (1), wherein the heat generating medium is a separator constituting the fuel cell stack.

（３） 前記発熱媒体は、前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートである上記(１)に記載の燃料電池システム。   (3) The fuel cell system according to (1), wherein the heat generating medium is an end plate that constitutes the fuel cell stack.

（４） 前記発熱媒体は、前記燃料電池スタックの外側に付設された導体である上記(１)に記載の燃料電池システム。   (4) The fuel cell system according to (1), wherein the heat generating medium is a conductor attached outside the fuel cell stack.

（５） 前記各燃料電池スタックの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づいて、燃料電池スタックの温度が所定温度に到達したか判定する判断手段と、
前記判断手段の判定に基づいて加熱装置の出力を調整する加熱装置制御手段とを有する上記(１)〜(４)のいずれか１に記載の燃料電池システム。 (5) a temperature sensor for detecting the temperature of each fuel cell stack;
Determining means for determining whether the temperature of the fuel cell stack has reached a predetermined temperature based on the detection value of the temperature sensor;
The fuel cell system according to any one of (1) to (4), further including a heating device control unit that adjusts an output of the heating device based on the determination of the determination unit.

（６） 前記電解質膜は、高温電解質膜である上記(１)〜(５)のいずれか１に記載の燃料電池システム。   (6) The fuel cell system according to any one of (1) to (5), wherein the electrolyte membrane is a high-temperature electrolyte membrane.

（７） 前記加熱装置制御手段は、燃料電池スタックの温度が駆動開始温度に到達するまで加熱を行う上記(６)に記載の燃料電池システム。   (7) The fuel cell system according to (6), wherein the heating device control means performs heating until the temperature of the fuel cell stack reaches a drive start temperature.

請求項１に記載の発明によれば、燃料電池スタックを電磁誘導加熱方式の加熱装置によって、加熱するため、発熱媒体のみを加熱することができるので、限定的に特定の箇所を効率よく加熱することができる。このため、加熱が不要な他の装置や機器対する熱による悪影響を抑制することができる。電磁誘導加熱方式によれば、加熱装置によって作り出される磁場が、常磁性体に属する酸素に作用して発電反応を促進するといった効果が得られ、また、反磁性体に属する窒素に作用してその排出が促進され、同じく反磁性体に属する水に作用して水の排出が促進されるといった効果がある。   According to the first aspect of the present invention, since the fuel cell stack is heated by the electromagnetic induction heating type heating device, only the heat generating medium can be heated. be able to. For this reason, the bad influence by the heat with respect to the other apparatus and apparatus which do not require a heating can be suppressed. According to the electromagnetic induction heating method, an effect that the magnetic field created by the heating device acts on oxygen belonging to a paramagnetic substance to promote a power generation reaction is obtained, and also acts on nitrogen belonging to a diamagnetic substance. The discharge is promoted, and there is an effect that the discharge of water is promoted by acting on water belonging to the diamagnetic material.

請求項２に記載の発明によれば、積層されたセパレータを発熱媒体とすることによって、燃料電池スタックを短時間で均一に加熱することができる。
請求項３に記載の発明によれば、エンドプレートを発熱媒体とすることで、燃料電池スタックの構成部材が発熱媒体として共用されることとなり、部品点数の増加や装置の大型化が抑制される。
請求項４に記載の発明によれば、前記燃料電池スタックに対して加熱が必要な適宜位置に予め発熱媒体を設けることで、加熱必要箇所のみを、さらに限定的に加熱することができる。 According to the second aspect of the present invention, the fuel cell stack can be uniformly heated in a short time by using the laminated separator as a heat generating medium.
According to the third aspect of the present invention, by using the end plate as the heat generating medium, the constituent members of the fuel cell stack are shared as the heat generating medium, and an increase in the number of parts and an increase in the size of the apparatus are suppressed. .
According to the fourth aspect of the present invention, by providing the heat generating medium in advance at an appropriate position where heating is required for the fuel cell stack, it is possible to further heat only the portions requiring heating.

請求項５に記載の発明によれば、燃料電池スタックの温度制御を行う場合に、電磁誘導加熱方式の加熱装置は、温度制御を精密に実行することが可能であるため、精密に所望の温度まで可能であり、エネルギーロスを抑制できる。
請求項６に記載の発明によれば、特に高温電解質膜を用いる場合には、発電開始温度が高いため、該発電開始温度まで短時間で燃料電池スタックの暖機をすることが可能となり、起動開始までの暖機時間を短縮することができる。 According to the fifth aspect of the present invention, when the temperature control of the fuel cell stack is performed, the electromagnetic induction heating type heating device can precisely perform the temperature control. It is possible to suppress energy loss.
According to the sixth aspect of the invention, particularly when a high-temperature electrolyte membrane is used, since the power generation start temperature is high, it becomes possible to warm up the fuel cell stack in a short time until the power generation start temperature, The warm-up time until the start can be shortened.

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
この実施形態は、電気自動車に搭載される燃料電池システムである。図１は、この発明の燃料電池システム１の構成を示すブロック図である。図１に示されているように、この燃料電池システム１は、燃料電池スタック１００と、加熱装置１１０と、水素貯蔵タンク１１を含む燃料供給系１０と、空気供給系１２と、負荷系７とに大略構成される。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
This embodiment is a fuel cell system mounted on an electric vehicle. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a fuel cell system 1 of the present invention. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a fuel cell stack 100, a heating device 110, a fuel supply system 10 including a hydrogen storage tank 11, an air supply system 12, and a load system 7. It is roughly composed.

最初に、燃料電池スタック１００について説明する。
図２は、燃料電池スタックの部分断面斜視図であり、図３は、燃料電池スタックの部分断面側面図である。
燃料電池スタック１００は、単位セル２と、セパレータ３とを備えている。単位セル２は、空気極である酸素極２１と燃料極２２とで固体高分子電解質膜２３を挟持した構成となっている。この燃料電池スタック１００は、具体的に、たとえば燃料ガスが流入される燃料室と酸化ガスが流入される酸化ガス室とを高温電解質膜２３を介して隣接させ、前記燃料ガスと前記酸化ガスとの反応により発電する単位セル２、及び前記単位セル２に接触して発電した電流を取り出すセパレータ３、を交互に複数積層した構成をしている。 First, the fuel cell stack 100 will be described.
FIG. 2 is a partial cross-sectional perspective view of the fuel cell stack, and FIG. 3 is a partial cross-sectional side view of the fuel cell stack.
The fuel cell stack 100 includes a unit cell 2 and a separator 3. The unit cell 2 has a configuration in which a solid polymer electrolyte membrane 23 is sandwiched between an oxygen electrode 21 that is an air electrode and a fuel electrode 22. Specifically, the fuel cell stack 100 is configured such that, for example, a fuel chamber into which fuel gas flows and an oxidizing gas chamber into which oxidizing gas flows are adjacent to each other via a high-temperature electrolyte membrane 23, and the fuel gas and the oxidizing gas A plurality of unit cells 2 that generate power by the above reaction and separators 3 that take out current generated by contact with the unit cells 2 are alternately stacked.

固体高分子電解質膜２３は、高温域でプロトン伝導度が十分に得られる高温膜を用いることができる。すなわち、この高温膜は、雰囲気が高温・低湿度である場合において、プロトン伝導度が高い固体高分子電解質膜である。具体的に高温膜として用いられる材料としては、含フッ素系膜、炭化水素系膜、またはそれらの合成膜などのカチオン交換膜であり、低湿度で高いプロトン伝導性を示す特性の構造を持つもので構成される。低湿度で高いプロトン伝導性を示す特性とは、たとえば、一般的な固体高分子電解質よりも水が十分に保水される材料か、又は水が無くてもプロトン伝導可能な物質が添加された材料であり、含フッ素系膜のパーフルオロ系膜ではスルホン酸基の濃度が高い（ＥＷ値が低い）ものであれば良く、炭化水素系膜のスルホン酸化ポリイミド膜では分子構造上に水を保持する物質であれば良い。
具体的なプロトン伝導度の一例を挙げると、運転温度が摂氏２００度以下でプロトン伝導度が０．１Ｓ／ｃｍ程度の固体高分子電解質膜が好ましい。このような高温膜を用いることによって、燃料電池の発電反応の温度利用域を摂氏１００度以上とすることができる。これにより反応によって発生する生成水が気化し、燃料ガスや酸化ガスとともに排出されるため、燃料電池スタック内に水が溜まることがなく、水排出のための構造を付加する必要もなくなる。また、生成水が蒸発するため、生成水により電解質成分が希釈されることを抑制できる。 As the solid polymer electrolyte membrane 23, a high temperature membrane that can sufficiently obtain proton conductivity in a high temperature region can be used. That is, this high temperature membrane is a solid polymer electrolyte membrane having high proton conductivity when the atmosphere is high temperature and low humidity. Specifically, the material used as the high-temperature membrane is a cation exchange membrane such as a fluorine-containing membrane, a hydrocarbon-based membrane, or a synthetic membrane thereof, and has a structure with a characteristic of high proton conductivity at low humidity. Consists of. The characteristic of high proton conductivity at low humidity is, for example, a material in which water is sufficiently retained than a general solid polymer electrolyte, or a material to which a substance capable of proton conduction without water is added. In the case of a perfluorinated membrane of fluorine-containing membrane, it is sufficient if the concentration of sulfonic acid group is high (low EW value), and in the case of a sulfonated polyimide membrane of hydrocarbon-based membrane, water is retained on the molecular structure. Any substance can be used.
A specific example of proton conductivity is preferably a solid polymer electrolyte membrane having an operating temperature of 200 degrees Celsius or less and a proton conductivity of about 0.1 S / cm. By using such a high temperature film, the temperature utilization range of the power generation reaction of the fuel cell can be set to 100 degrees Celsius or more. As a result, the generated water generated by the reaction is vaporized and discharged together with the fuel gas and the oxidizing gas, so that water does not accumulate in the fuel cell stack, and there is no need to add a structure for discharging water. Moreover, since produced water evaporates, it can suppress that an electrolyte component is diluted with produced water.

セパレータ３は、酸素極２１と燃料極２２にそれぞれ接触して電流を取り出すための集電部材３１と、集電部材３１と単位セル２との間に介挿され、単位セル２の周端部に重ねられる介挿部材３３とを有している。固体高分子電解質膜２３において、燃料として供給された水素と、酸化剤として供給された酸素が反応し、電力が得られるとともに、生成水が発生する。この電解質膜２３は、生成水が蒸発する温度以上で発電反応を効率良く行える高温電解質膜であるため、その温度領域で発電反応を行うことで、生成水は水蒸気となり、燃料ガスや空気とともに、燃料電池スタック１００の外部に排出される。なお、酸化剤として供給される酸素の代わりに、空気を供給するものとしても良い。空気は、主として約２０％の酸素（Ｏ２）と約８０％の窒素 （Ｎ２）とからなる。 The separator 3 is in contact with the oxygen electrode 21 and the fuel electrode 22, respectively, and is interposed between the current collector 31 and the unit cell 2 to extract current, and the peripheral end of the unit cell 2 And an interposition member 33 that is stacked on top of each other. In the solid polymer electrolyte membrane 23, hydrogen supplied as a fuel and oxygen supplied as an oxidant react to generate electric power and generate generated water. Since this electrolyte membrane 23 is a high-temperature electrolyte membrane that can efficiently perform a power generation reaction above the temperature at which the generated water evaporates, by performing a power generation reaction in that temperature region, the generated water becomes water vapor, along with fuel gas and air, It is discharged outside the fuel cell stack 100. In addition, it is good also as what supplies air instead of oxygen supplied as an oxidizing agent. Air consists mainly of about 20% oxygen (O 2 ) and about 80% nitrogen (N 2 ).

集電部材３１は、導電性と耐蝕性を備えた材料で構成されている。集電部材３１としては、例えば、カーボンや、金属等の材料で構成されている。金属で構成した場合には、たとえば、ステンレス、ニッケル合金、チタン合金等の材料に耐蝕導電処理を施したものを用いることができる。ここで、耐蝕導電処理とは、例えば、金メッキ等が挙げられる。集電部材３１を構成する材料は、上記の他、電磁誘導加熱による十分なジュール熱を得るために、隣接する単位セル間での電気抵抗が上がらない範囲で、一部に電気抵抗が高い材料を含んでいてもよい。例えば、酸素極２１や燃料極２２に接触していない部分に、渦電流による発熱が得られる程度の電気抵抗を有する部材(例えば、鉄製の板など)を貼り付けるなどである。   The current collecting member 31 is made of a material having conductivity and corrosion resistance. The current collecting member 31 is made of a material such as carbon or metal, for example. In the case of being composed of metal, for example, a material such as stainless steel, nickel alloy, titanium alloy or the like that has been subjected to corrosion-resistant conductive treatment can be used. Here, the corrosion-resistant conductive treatment includes, for example, gold plating. In addition to the above, the material constituting the current collecting member 31 is a material having a partly high electric resistance within a range in which the electric resistance between adjacent unit cells does not increase in order to obtain sufficient Joule heat by electromagnetic induction heating May be included. For example, a member (for example, an iron plate or the like) having an electrical resistance that can generate heat due to an eddy current is attached to a portion that is not in contact with the oxygen electrode 21 or the fuel electrode 22.

集電部材３１の、燃料極２２に接触する面には、直線状に連続して隆起した凸部３１１が等間隔で複数形成され、該凸部３１１の間には、溝３１２がそれぞれ形成される。つまり、凸部３１１と溝３１２は、交互に配置された形状となっている。凸部３１１は、最も突出した峰の平面部が燃料極２２に接触する接触部３１３となっており、この接触部３１３を介して燃料極２２と通電可能となる。溝３１２と、燃料極２２の表面とによって、燃料ガスとしての水素ガスが流通する燃料ガス流通路３１５が形成される。   On the surface of the current collecting member 31 that is in contact with the fuel electrode 22, a plurality of convex portions 311 bulging continuously in a straight line are formed at equal intervals, and grooves 312 are formed between the convex portions 311. The That is, the convex part 311 and the groove | channel 312 are the shapes arrange | positioned alternately. The convex portion 311 is a contact portion 313 in which the flat portion of the peak that protrudes most is in contact with the fuel electrode 22, and the fuel electrode 22 can be energized through the contact portion 313. The groove 312 and the surface of the fuel electrode 22 form a fuel gas flow passage 315 through which hydrogen gas as fuel gas flows.

凸部３１１の両端（図２中では上下端）には、凸部３１１に直交する方向に溝３１４、３１４が形成され、この溝３１４と燃料極２２の表面とによって、燃料ガス流路３１６が形成される。複数の燃料ガス流通路３１５は、両端部で燃料ガス流路３１６にそれぞれ連通した構成となっており、複数の燃料ガス流通路３１５と一対の燃料ガス流路３１６とによって、燃料極２２へ水素ガスを供給する燃料ガス保持部３０が構成される。   Grooves 314 and 314 are formed at both ends of the convex portion 311 (upper and lower ends in FIG. 2) in a direction orthogonal to the convex portion 311, and the fuel gas flow path 316 is formed by the groove 314 and the surface of the fuel electrode 22. It is formed. The plurality of fuel gas flow paths 315 communicate with the fuel gas flow path 316 at both ends, and the plurality of fuel gas flow paths 315 and the pair of fuel gas flow paths 316 provide hydrogen to the fuel electrode 22. A fuel gas holding unit 30 for supplying gas is configured.

燃料ガス保持部３０には、燃料ガス供給孔３１８と燃料ガス排出孔３１７とが形成され、水素ガスは燃料ガス供給孔３１８から燃料ガス保持部３０内に流入し、燃料極２２に水素を供給しつつ、燃料ガス排出孔３１７から流出する。この実施形態では、集電部材３１は、矩形であり、燃料ガス供給孔３１８と燃料ガス排出孔３１７は、相互に対向する位置（対角線方向）に、それぞれ配置されている。図２には、燃料ガス供給孔３１８が示されている。以上のように、燃料ガス保持部３０は、各セパレータ３と単位セル２の間にそれぞれ形成されている。   A fuel gas supply hole 318 and a fuel gas discharge hole 317 are formed in the fuel gas holding part 30, and hydrogen gas flows into the fuel gas holding part 30 from the fuel gas supply hole 318 and supplies hydrogen to the fuel electrode 22. However, it flows out from the fuel gas discharge hole 317. In this embodiment, the current collecting member 31 has a rectangular shape, and the fuel gas supply hole 318 and the fuel gas discharge hole 317 are respectively disposed at positions facing each other (in the diagonal direction). FIG. 2 shows a fuel gas supply hole 318. As described above, the fuel gas holding unit 30 is formed between each separator 3 and the unit cell 2.

各燃料ガス保持部３０の燃料ガス供給孔３１８は、燃料電池スタック１００内の一方の端部において、集電部材３１の積層方向に形成されている燃料ガス供給通路３１９ａにそれぞれ連通しており、燃料ガス排出孔３１７は、燃料電池スタック１００内の他方の端部において、集電部材３１の積層方向に形成されている燃料ガス排出通路３１９ｂにそれぞれ連通している。燃料ガス供給通路３１９ａと各燃料ガス供給孔３１８によって、燃料ガスを各燃料ガス保持部３０に分配する燃料ガスマニホールドが構成される。燃料ガス供給通路３１９ａは、燃料ガス供給流路２０１に接続され、燃料ガス排出通路３１９ｂはガス循環流路２０２に接続される。   The fuel gas supply hole 318 of each fuel gas holding unit 30 communicates with a fuel gas supply passage 319a formed in the stacking direction of the current collector 31 at one end in the fuel cell stack 100, The fuel gas discharge holes 317 communicate with the fuel gas discharge passages 319b formed in the stacking direction of the current collecting members 31 at the other end in the fuel cell stack 100, respectively. The fuel gas supply passage 319a and each fuel gas supply hole 318 constitute a fuel gas manifold that distributes the fuel gas to each fuel gas holding unit 30. The fuel gas supply passage 319 a is connected to the fuel gas supply passage 201, and the fuel gas discharge passage 319 b is connected to the gas circulation passage 202.

集電部材３１の、酸素極２１に接触する面には、直線状に連続して隆起した凸部３２１が等間隔で複数形成され、該凸部３２１の間には、溝３２２がそれぞれ形成される。つまり、凸部３２１と溝３２２は、交互に配置された形状となっている。凸部３２１は、最も突出した峰の平面部が酸素極２１に接触する接触部３２３となっており、この接触部３２３を介して酸素極２１と通電可能となる。溝３２２と、酸素極２１の表面とによって、酸化ガスとしての空気が流通する空気流通路３２５が形成される。溝３２２は、集電部材３１の両端部に達しており、空気流通路３２５の上下端は、燃料電池スタック１００の外側に連通する開口部と連通している。両端の開口部の一方は、空気が流入する空気流入部３２６を形成し、他方の開口部は、空気が流出する空気流出部３２７を形成している。空気流入部３２６から流入した空気は、空気流通路３２５において、酸素極２２と接触し、酸素極に酸素を供給しつつ、空気流出部３２７へ導かれる。   On the surface of the current collecting member 31 that comes into contact with the oxygen electrode 21, a plurality of convex portions 321 bulging continuously in a straight line are formed at equal intervals, and grooves 322 are formed between the convex portions 321. The That is, the convex part 321 and the groove | channel 322 are the shapes arrange | positioned alternately. The convex portion 321 is a contact portion 323 in which the flat portion of the peak that protrudes most is in contact with the oxygen electrode 21, and the oxygen electrode 21 can be energized through the contact portion 323. An air flow passage 325 through which air as an oxidizing gas flows is formed by the groove 322 and the surface of the oxygen electrode 21. The groove 322 reaches both ends of the current collecting member 31, and the upper and lower ends of the air flow passage 325 communicate with an opening that communicates with the outside of the fuel cell stack 100. One of the opening portions at both ends forms an air inflow portion 326 through which air flows, and the other opening forms an air outflow portion 327 through which air flows out. The air flowing in from the air inflow portion 326 is guided to the air outflow portion 327 while contacting the oxygen electrode 22 in the air flow passage 325 and supplying oxygen to the oxygen electrode.

以上のように、単位セル２と、セパレータ３は交互に積層され、積層方向の端部には、それぞれ電極板が重ねられ、電極板には側方に突出した電極が３５ａ、３５ｂが設けられる。また、このように構成された燃料電池スタック１００には、この燃料電池スタック１００を暖機する加熱装置１１０が取り付けられている。   As described above, the unit cells 2 and the separators 3 are alternately stacked, and electrode plates are stacked on the end portions in the stacking direction, and electrodes 35a and 35b protruding laterally are provided on the electrode plates. . Further, the fuel cell stack 100 configured as described above is provided with a heating device 110 for warming up the fuel cell stack 100.

次に、加熱装置１１０について説明する。
加熱装置１１０は、電磁誘導加熱方式によって燃料電池スタック１１０を暖機する装置であり、交流磁場が物質中を通過することにより生ずる誘導発熱作用を利用することによって燃料電池スタック１１０を暖機する。具体的には、たとえばＩＨ調理器で知られる電磁誘導発熱作用を応用する、電磁誘導加熱（ＩＨ；induction heating）方式の電磁誘導加熱装置（以下、「ＩＨヒータ」という）を用いる。 Next, the heating device 110 will be described.
The heating device 110 is a device that warms up the fuel cell stack 110 by an electromagnetic induction heating method, and warms up the fuel cell stack 110 by using an induction heat generation effect that occurs when an AC magnetic field passes through the substance. Specifically, for example, an electromagnetic induction heating apparatus (hereinafter referred to as “IH heater”) of an electromagnetic induction heating (IH) system that applies an electromagnetic induction heating action known in an IH cooker is used.

ＩＨヒータ１１０は、誘導（加熱）コイルに（以下、単に「コイル」という。）高周波電流を流すことにより、コイルに近接して配置された鉄やステンレスなどの材質で作られた被加熱物にコイルの磁束を鎖交させて渦電流を発生させ、被加熱物自体の電気抵抗によりジュール熱を発生させて加熱するものである。
このＩＨヒータ１１０は、コイルに高周波電流を流すことによって、表皮効果により迅速に特定の部位を発熱させることができるので、燃料電池スタック１００を効率良く加熱できる。これにより、加熱装置の出力を小さくでき、加熱コストを小さくできる。
本発明による燃料電池装置１１１は、この燃料電池スタック１００とＩＨヒータ１１０とを少なくとも備えることによって構成されている。 The IH heater 110 applies a high-frequency current to an induction (heating) coil (hereinafter simply referred to as a “coil”), thereby allowing an object to be heated made of a material such as iron or stainless steel disposed in the vicinity of the coil. The eddy current is generated by interlinking the magnetic flux of the coil, and Joule heat is generated by the electric resistance of the object to be heated itself to heat it.
Since this IH heater 110 can heat a specific part quickly due to the skin effect by flowing a high-frequency current through the coil, the fuel cell stack 100 can be efficiently heated. Thereby, the output of a heating apparatus can be made small and a heating cost can be made small.
The fuel cell device 111 according to the present invention includes at least the fuel cell stack 100 and the IH heater 110.

図４は、第一の実施形態による燃料電池装置を示す斜視図である。
図４に示すように、本発明による第一の実施形態による燃料電池装置１１１Ａは、燃料電池スタック１００と、その下方に配されたＩＨヒータ１１０Ａにより構成されている。この燃料電池スタック１００には、交互に複数積層された単位セル２とセパレータ３とを積層方向の両側より押さえるエンドプレート１０１，１０１が設けられている。また、このエンドプレート１０１，１０１は、複数のボルト１０２・・１０２によって荷重を掛けて締め付けられている。
そして、このような燃料電池スタック１００のエンドプレート１０１、１０１と接触するように、その下方にＩＨヒータ１１０Ａが配されている。 FIG. 4 is a perspective view showing the fuel cell device according to the first embodiment.
As shown in FIG. 4, the fuel cell device 111A according to the first embodiment of the present invention includes a fuel cell stack 100 and an IH heater 110A disposed below the fuel cell stack 100. The fuel cell stack 100 is provided with end plates 101 and 101 for pressing a plurality of unit cells 2 and separators 3 stacked alternately from both sides in the stacking direction. The end plates 101 and 101 are tightened by applying a load with a plurality of bolts 102.
An IH heater 110 </ b> A is disposed below the end plates 101, 101 of the fuel cell stack 100 so as to come into contact therewith.

このように、燃料電池スタック１００のエンドプレート１０１、１０１と接触するようにＩＨヒータ１１０Ａを配することで、ＩＨヒータ１１０Ａに通電すると、当該ＩＨヒータ１１０Ａに接触するエンドプレート１０１、１０１は誘導発熱作用によって同時に加熱され、両端から燃料電池スタック１００を加熱し、最終的に燃料電池スタック１００全体を暖めることとなる。   As described above, by arranging the IH heater 110A so as to be in contact with the end plates 101 and 101 of the fuel cell stack 100, when the IH heater 110A is energized, the end plates 101 and 101 that are in contact with the IH heater 110A induce induction heat. The fuel cell stack 100 is heated simultaneously by the action to heat the fuel cell stack 100 from both ends, and finally the whole fuel cell stack 100 is heated.

次に、図１に示されている燃料電池システムの空気供給系１２について説明する。
空気供給系１２は、空気導入路１２３と、空気マニホールド５４と、空気排出路である排気ダクト１２４とを備えている。空気導入路１２３には、フィルタ１２１、空気ファン１２２、空気入口温度センサＳ４、空気マニホールド５４の順で流入方向に沿って設けられている。 Next, the air supply system 12 of the fuel cell system shown in FIG. 1 will be described.
The air supply system 12 includes an air introduction path 123, an air manifold 54, and an exhaust duct 124 that is an air discharge path. In the air introduction path 123, a filter 121, an air fan 122, an air inlet temperature sensor S4, and an air manifold 54 are provided in this order along the inflow direction.

次に、燃料電池スタック１００の下流側には、排気ダクト１２４が接続される。排気ダクト１２４は、燃料電池スタック１００の空気流出部３２７に接続され、空気流出部３２７から流出した空気を合流させ、外部へ導流する。排気ダクト１２４には、吸熱用熱交換器１３６が接続され、熱が吸収された排気は、フィルタ１３５を介して外部に排出される。排出される空気の温度は、吸熱用熱交換器１３６の下流側に設けられた温度センサＳ６で検出される。   Next, an exhaust duct 124 is connected to the downstream side of the fuel cell stack 100. The exhaust duct 124 is connected to the air outflow portion 327 of the fuel cell stack 100, joins the air outflowed from the air outflow portion 327, and guides it to the outside. An exhaust heat exchanger 136 is connected to the exhaust duct 124, and the exhaust gas that has absorbed the heat is discharged to the outside through the filter 135. The temperature of the discharged air is detected by a temperature sensor S6 provided on the downstream side of the endothermic heat exchanger 136.

引き続き、図１に基づいて燃料供給系１０の構成について説明する。
燃料ガスボンベである水素貯蔵タンク１１には、燃料ガス供給流路２０１、を介して燃料電池スタック１００のガス取入口２０１ＩＮに接続されている。燃料ガス供給流路２０１には、水素貯蔵タンク１１側から順に、水素元開閉弁Ｖ０、一次センサＳ０、レギュレータＶ２、水素調圧弁Ｖ３、ガス供給弁Ｖ４、三次圧センサＳ１が設けられ、三次圧センサＳ１とガス取入口２０１ＩＮの間には、後述のガス循環流路２０２が合流するエゼクタ２５が設けられている。エゼクタ２５と燃料電池スタック１００のガス取入口２０１ＩＮとの間には、安全弁２７が設けられている。 Next, the configuration of the fuel supply system 10 will be described with reference to FIG.
A hydrogen storage tank 11, which is a fuel gas cylinder, is connected to a gas intake 201 IN of the fuel cell stack 100 via a fuel gas supply channel 201. The fuel gas supply channel 201 is provided with a hydrogen source opening / closing valve V0, a primary sensor S0, a regulator V2, a hydrogen pressure regulating valve V3, a gas supply valve V4, and a tertiary pressure sensor S1 in this order from the hydrogen storage tank 11 side. An ejector 25 is provided between the sensor S1 and the gas inlet 201IN. A safety valve 27 is provided between the ejector 25 and the gas inlet 201IN of the fuel cell stack 100.

燃料電池スタック１００のガス排出口２０２ＯＵＴには、ガス循環流路２０２の一端が接続され、その他端は、燃料ガス供給流路２０１のエゼクタ２５に接続され、さらに、ガス循環流路２０２には、循環電磁弁Ｖ７が設けられている。ガス循環流路２０２と燃料ガス供給流路２０１で循環路が構成される。   One end of the gas circulation channel 202 is connected to the gas discharge port 202OUT of the fuel cell stack 100, the other end is connected to the ejector 25 of the fuel gas supply channel 201, and further, the gas circulation channel 202 includes A circulation electromagnetic valve V7 is provided. The gas circulation channel 202 and the fuel gas supply channel 201 constitute a circulation channel.

ガス循環流路２０２において、循環電磁弁Ｖ７とガス排出口２０２ＯＵＴとの間には、ガス排出路２０３の一端がトラップ２９を介して接続されている。ガス排出路２０３の他端は排気ダクト１２４に接続され、さらにガス排出路２０３は、ガス排出電磁弁Ｖ６を備えている。   In the gas circulation channel 202, one end of the gas discharge path 203 is connected via a trap 29 between the circulation electromagnetic valve V 7 and the gas discharge port 202 OUT. The other end of the gas exhaust path 203 is connected to the exhaust duct 124, and the gas exhaust path 203 further includes a gas exhaust electromagnetic valve V6.

燃料電池スタック１００には、負荷系７が接続されており、燃料電池スタック１００で出力される電力は、この負荷系７に供給される。燃料電池スタック１００の電極は、配線７１を介してインバータ７３に接続され、インバータ７３を介してモータ等の負荷に接続されている。また、インバータ７３には、出力制御装置７５を介して補助電源であるキャパシタ７６が接続されている。   A load system 7 is connected to the fuel cell stack 100, and electric power output from the fuel cell stack 100 is supplied to the load system 7. The electrode of the fuel cell stack 100 is connected to an inverter 73 via a wiring 71 and is connected to a load such as a motor via the inverter 73. The inverter 73 is connected to a capacitor 76 serving as an auxiliary power source via an output control device 75.

燃料電池システム１の制御装置には、各センサＳ０、Ｓ１、Ｓ４〜６の検出値が入力され、かつ、各電磁弁Ｖ４、Ｖ６、Ｖ７、ファン１２２、ＩＨヒータ１１０、インバータ７３、出力制御装置７５が接続され、弁の開閉や装置のオン／オフを制御する。この制御装置には、図示しないイグニッションスイッチが接続され、モータの駆動や停止の指示信号が入力される。   Detection values of the sensors S0, S1, and S4 to 6 are input to the control device of the fuel cell system 1, and the solenoid valves V4, V6, V7, the fan 122, the IH heater 110, the inverter 73, and the output control device. 75 is connected to control opening / closing of the valve and on / off of the device. An ignition switch (not shown) is connected to this control device, and an instruction signal for driving or stopping the motor is input.

以上のように構成された燃料電池システム１の作用について説明する。図５は、イグニッションスイッチをオンにした場合の起動時の動作を示すフローチャートである。
図５に示すように、イグニッションスイッチをオンすると、燃料電池スタック１００のＩＨヒータ１１０がオンされる（ステップＳ１０１）。このＩＨヒータ１１０に供給される電力は、補助電源７６から供給される。 The operation of the fuel cell system 1 configured as described above will be described. FIG. 5 is a flowchart showing the operation at the time of startup when the ignition switch is turned on.
As shown in FIG. 5, when the ignition switch is turned on, the IH heater 110 of the fuel cell stack 100 is turned on (step S101). The electric power supplied to the IH heater 110 is supplied from the auxiliary power source 76.

燃料電池スタック１００の温度を、燃料電池スタック１００に設けられた温度センサＳ５から検出し、その温度が摂氏１００度を超えたか判断する（ステップＳ１０３）。ＩＨヒータ１１０は、その性質上、他の加熱装置に比較して、高い精度で温度制御ができる。このため、設定温度に到達した後、直ちにオフすることで、余計なエネルギー消費を抑制することができる。摂氏１００度を超えていない場合には、先の処理に進まず、この処理を繰り返し実行する。摂氏１００度を超えない場合には、発電反応を起こさせない。摂氏１００度以下で発電反応を起こさせた場合には、生成水が発生し、電解質膜や電解質膜と電極との間にある反応層に含まれる電解質成分リンが溶出し、性能を損なうためである。   The temperature of the fuel cell stack 100 is detected from a temperature sensor S5 provided in the fuel cell stack 100, and it is determined whether the temperature has exceeded 100 degrees Celsius (step S103). The IH heater 110 is capable of temperature control with higher accuracy than other heating devices due to its nature. For this reason, excess energy consumption can be suppressed by turning off immediately after reaching preset temperature. If it does not exceed 100 degrees Celsius, this process is repeatedly executed without proceeding to the previous process. If it does not exceed 100 degrees Celsius, no power generation reaction is caused. When power generation reaction is caused at 100 degrees Celsius or less, generated water is generated, and electrolyte component phosphorus contained in the electrolyte membrane or the reaction layer between the electrolyte membrane and the electrode is eluted, thereby impairing performance. is there.

摂氏１００度を超えた場合には、燃料電池スタック１００と負荷とを電気的に接続し、空気ファン１２２の駆動を開始し、空気の供給を開始する（ステップＳ１０５）。これにより、燃料電池スタック１００の出力が負荷７７や補助電源７６に供給できる状態となり、燃料電池スタック１００に空気が供給される。さらに、電磁弁Ｖ４を開放し、燃料電池スタック１００に水素ガスの供給を開始する（ステップＳ１０７）。
そして、燃料電池スタック１００のＩＨヒータをオフに切り替え（ステップＳ１０９）、定常運転を開始する。ＩＨヒータ１１０は、その性質上、他の加熱装置に比較して、高い精度で温度制御ができるので、必要に応じて燃料電池スタックの温度を細かい温度範囲で変更させることができる。この場合、燃料電池スタックの温度を上昇させるためにＩＨヒータを用い、温度を下げるために空気ファン１２２を用いる。
以上説明した作用は一例であり、起動時の暖機以外の温度制御を行うために、ＩＨヒータ１１０を用いてもよい。
以上説明した燃料電池システム１は、第一の実施形態による構成のものに限らない。 When the temperature exceeds 100 degrees Celsius, the fuel cell stack 100 and the load are electrically connected, the driving of the air fan 122 is started, and the supply of air is started (step S105). As a result, the output of the fuel cell stack 100 can be supplied to the load 77 and the auxiliary power source 76, and air is supplied to the fuel cell stack 100. Further, the electromagnetic valve V4 is opened, and supply of hydrogen gas to the fuel cell stack 100 is started (step S107).
Then, the IH heater of the fuel cell stack 100 is switched off (step S109), and the steady operation is started. The IH heater 110 is capable of temperature control with higher accuracy than other heating devices due to its nature, so that the temperature of the fuel cell stack can be changed in a fine temperature range as necessary. In this case, an IH heater is used to raise the temperature of the fuel cell stack, and an air fan 122 is used to lower the temperature.
The operation described above is an example, and the IH heater 110 may be used to perform temperature control other than warm-up at the time of startup.
The fuel cell system 1 described above is not limited to the configuration according to the first embodiment.

図６は、第２の実施形態における燃料電池スタックを示す斜視図である。この燃料電池装置１１１Ｂは、燃料電池スタック１００と、その側方に配されたＩＨヒータ１１０Ｂにより構成されている。この燃料電池スタック１００には、交互に複数積層された単位セル２とセパレータ３とを積層方向の両側より押さえるエンドプレート１０１，１０１が設けられている。また、このエンドプレート１０１，１０１は、複数のボルト１０２・・１０２によって荷重を掛けて締め付けられている。   FIG. 6 is a perspective view showing a fuel cell stack according to the second embodiment. The fuel cell device 111B includes a fuel cell stack 100 and an IH heater 110B disposed on the side thereof. The fuel cell stack 100 is provided with end plates 101 and 101 for pressing a plurality of unit cells 2 and separators 3 stacked alternately from both sides in the stacking direction. The end plates 101 and 101 are tightened by applying a load with a plurality of bolts 102.

そして、このような燃料電池スタック１００のセパレータ３と接触するように、ボルト１０２の内側（燃料電池スタック１００側）に、ＩＨヒータ１１０Ｂが配された構成をしている。ＩＨヒータ１１０Ｂは、燃料電池スタック１００−１を挟んで対抗してボルト１０２の内側それぞれ配されているが、少なくとも何れか一方に配されていれば良い。   The IH heater 110B is arranged inside the bolt 102 (on the fuel cell stack 100 side) so as to come into contact with the separator 3 of the fuel cell stack 100. The IH heater 110 </ b> B is disposed on the inner side of the bolt 102 so as to face the fuel cell stack 100-1, but it may be disposed on at least one of them.

このＩＨヒータ１１０Ｂは、図２及び図３に示されているように、セパレータ３が燃料電池スタック１００の外側に露出しているので、燃料電池スタック１００の側面にＩＨヒータ１１０Ｂを配することによって、セパレータ３を発熱媒体として加熱させることができる。このとき、ＩＨヒータ１１０Ｂは、セパレータ３に接触している。セパレータ３は、単位セル２を挟んで積層され、燃料電池スタック１００の全体において略均一に配置された導電性部材である。従って、セパレータ３を発熱媒体として用いることで、均一にかつ最も早く、燃料電池スタック１００全体を加熱することが可能となる。   As shown in FIGS. 2 and 3, the IH heater 110 </ b> B has the separator 3 exposed to the outside of the fuel cell stack 100, so that the IH heater 110 </ b> B is disposed on the side surface of the fuel cell stack 100. The separator 3 can be heated as a heat generating medium. At this time, the IH heater 110 </ b> B is in contact with the separator 3. The separator 3 is a conductive member that is stacked with the unit cells 2 interposed therebetween and is disposed substantially uniformly throughout the fuel cell stack 100. Therefore, by using the separator 3 as a heat generating medium, the entire fuel cell stack 100 can be heated uniformly and fastest.

また、図７に示されているように、燃料電池スタック１００とＩＨヒータ１１０Ｂの間に、発熱媒体ｈｍを挟んだ構成としてもよい。この場合には、燃料電池スタック１００の側面から発熱媒体ｈｍの発する熱が伝わり、最終的に燃料電池スタック１００全体が暖められる。この発熱媒体ｈｍとしては、鉄、ステンレスなどが挙げられる。   Further, as shown in FIG. 7, the heat generating medium hm may be sandwiched between the fuel cell stack 100 and the IH heater 110B. In this case, the heat generated by the heat generating medium hm is transmitted from the side surface of the fuel cell stack 100, and finally the entire fuel cell stack 100 is warmed. Examples of the heating medium hm include iron and stainless steel.

また、図８は、第３の実施形態による燃料電池装置を示す斜視図である。この燃料電池装置１１１Ｃは、燃料電池スタック１００と、交互に複数積層された単位セル２とセパレータ３とを積層方向の両側よりを押さえるエンドプレート１０１，１０１に接触して配されたＩＨヒータ１１０Ｃにより構成されている。このエンドプレート１０１が発熱媒体として機能し、熱伝導性が高い部材よりなっている。複数のボルト１０２・・１０２によって荷重を掛けて締め付けられている。なお、エンドプレート１０１は、単位セル２とセパレータ３の積層方向両側にそれぞれ配されているが、ＩＨヒータ１１０Ｃは、少なくとも何れか一方のエンドプレート１０１と接触して配されていれば良い。ＩＨヒータ１１０Ｃによって発熱したエンドプレート１０１，１０１の熱が燃料電池スタック１００全体に伝わり、燃料電池スタック１００が暖機される。
また、発電反応によって発生する生成水が残留しやすい傾向にある流路エンド側を、エンドプレートを介してＩＨヒータにより加熱されるため、燃料電池スタック内の生成水を効率良く気化させることができる。 FIG. 8 is a perspective view showing the fuel cell device according to the third embodiment. This fuel cell device 111C includes a fuel cell stack 100, and IH heaters 110C arranged in contact with end plates 101 and 101 that hold unit cells 2 and separators 3 alternately stacked from both sides in the stacking direction. It is configured. The end plate 101 functions as a heat generating medium and is made of a member having high thermal conductivity. It is tightened by applying a load with a plurality of bolts 102. Note that the end plates 101 are disposed on both sides of the unit cell 2 and the separator 3 in the stacking direction, but the IH heater 110C may be disposed in contact with at least one of the end plates 101. The heat of the end plates 101, 101 generated by the IH heater 110C is transmitted to the entire fuel cell stack 100, and the fuel cell stack 100 is warmed up.
In addition, since the flow path end side where the generated water generated by the power generation reaction tends to remain is heated by the IH heater via the end plate, the generated water in the fuel cell stack can be efficiently vaporized. .

以上説明した実施形態は、高温電解質膜を用いたものであるが、これに限らず、摂氏１００度以下で発電反応がなされる電解質膜を用いた燃料電池スタックにおいても、その暖機のために上記説明した構成の燃料電池スタックと、ＩＨヒータを用いることができる。この場合には、発電反応によって生成された生成水の排出のための構成や、単位セルの電極の湿潤を保つための水供給装置を設ける必要がある。特に、燃料供給系においては、生成水が燃料室内に溜まり、これを除去する必要があるが、水は反磁性体としての性質を有するため、ＩＨヒータから加えられ磁界に対して、水は運動量を得て反発し、燃料電池スタックからの水の排出を促すといった効果が得られる。   The embodiment described above uses a high-temperature electrolyte membrane. However, the present invention is not limited to this, and even in a fuel cell stack using an electrolyte membrane in which a power generation reaction is performed at 100 degrees Celsius or less, for warming up the fuel cell stack. The fuel cell stack having the above-described configuration and an IH heater can be used. In this case, it is necessary to provide a configuration for discharging the generated water generated by the power generation reaction and a water supply device for keeping the unit cell electrode wet. In particular, in the fuel supply system, generated water accumulates in the fuel chamber and needs to be removed. However, since water has a property as a diamagnetic material, the momentum is applied to the magnetic field applied from the IH heater. The effect of promoting the discharge of water from the fuel cell stack is obtained.

更に、発電反応時に、水素と酸素が反応した結果、不純物として窒素が電極内に残留する。この窒素も、反磁性体としての性質を有するため、ＩＨヒータから加えられ磁界に対して、窒素が運動量を得て反発し、燃料電池スタックからの窒素の排出を促進するといった効果も得られる。   Further, as a result of the reaction between hydrogen and oxygen during the power generation reaction, nitrogen remains as an impurity in the electrode. Since this nitrogen also has properties as a diamagnetic material, the nitrogen is repelled by obtaining momentum against the magnetic field applied from the IH heater, and the effect of promoting the discharge of nitrogen from the fuel cell stack is also obtained.

この発明の燃料電池システムを示すブロック図である。It is a block diagram which shows the fuel cell system of this invention. 燃料電池スタックの部分斜視図である。It is a fragmentary perspective view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックの部分断面側面図である。It is a partial cross section side view of a fuel cell stack. 燃料電池スタックとＩＨヒータの位置関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positional relationship of a fuel cell stack and an IH heater. 燃料電池システムの作用を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the effect | action of a fuel cell system. 他の燃料電池装置例を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the other example of a fuel cell apparatus. さらに他の燃料電池スタックとＩＨヒータの位置関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positional relationship of another fuel cell stack and IH heater. さらに他の燃料電池スタックとＩＨヒータの位置関係を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the positional relationship of another fuel cell stack and IH heater.

符号の説明Explanation of symbols

１ 燃料電池システム
１１ 水素貯蔵タンク
１００ 燃料電池スタック
１１０ 加熱装置（ＩＨヒータ）
１２３ 空気導入路
２０１、２０２ 燃料ガス供給流路 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 11 Hydrogen storage tank 100 Fuel cell stack 110 Heating apparatus (IH heater)
123 Air introduction path 201, 202 Fuel gas supply path

Claims (7)

燃料ガスが流入される燃料室と酸化ガスが流入される酸化ガス室とを電解質膜を介して隣接させ、燃料極と酸素極とで前記電解質膜を挟持し、前記燃料ガスと前記酸化ガスとの反応により発電する単位セル、及び前記単位セルに接触して発電された電流を取り出すセパレータ、を交互に複数積層して構成される燃料電池スタックと、
前記燃料電池スタックに設けられた、導電材料からなる発熱媒体と、
前記発熱媒体に磁力を作用させて加熱させる電磁誘導加熱方式の加熱装置とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。 A fuel chamber into which fuel gas is introduced and an oxidizing gas chamber into which oxidizing gas is introduced are adjacent to each other via an electrolyte membrane, and the electrolyte membrane is sandwiched between a fuel electrode and an oxygen electrode, and the fuel gas and the oxidizing gas A fuel cell stack configured by alternately laminating a plurality of unit cells that generate power by the reaction of and separators that extract the current generated by contact with the unit cells; and
A heating medium made of a conductive material provided in the fuel cell stack;
A fuel cell system comprising: an electromagnetic induction heating type heating device that heats the heat generating medium by applying a magnetic force. 前記発熱媒体は、前記燃料電池スタックを構成するセパレータである請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the heat generating medium is a separator constituting the fuel cell stack. 前記発熱媒体は、前記燃料電池スタックを構成するエンドプレートである請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the heat generating medium is an end plate that constitutes the fuel cell stack. 前記発熱媒体は、前記燃料電池スタックの外側に付設された導体である請求項１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the heat generating medium is a conductor attached to the outside of the fuel cell stack. 前記各燃料電池スタックの温度を検出する温度センサと、
前記温度センサの検出値に基づいて、燃料電池スタックの温度が所定温度に到達したか判定する判断手段と、
前記判断手段の判定に基づいて加熱装置の出力を調整する加熱装置制御手段とを有する請求項１〜４のいずれか１に記載の燃料電池システム。 A temperature sensor for detecting the temperature of each fuel cell stack;
Determining means for determining whether the temperature of the fuel cell stack has reached a predetermined temperature based on the detection value of the temperature sensor;
The fuel cell system according to claim 1, further comprising a heating device control unit that adjusts an output of the heating device based on the determination by the determination unit. 前記電解質膜は、高温電解質膜である請求項１〜５のいずれか１に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein the electrolyte membrane is a high-temperature electrolyte membrane. 前記加熱装置制御手段は、燃料電池スタックの温度が駆動開始温度に到達するまで加熱を行う請求項６に記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 6, wherein the heating device control means performs heating until the temperature of the fuel cell stack reaches a driving start temperature.
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