JP4415639B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、水素と酸素との化学反応により電気エネルギーを発生させる燃料電池を備える燃料電池システムに関するもので、特に燃料電池の冷却／加熱構造に関する。   The present invention relates to a fuel cell system including a fuel cell that generates electric energy by a chemical reaction between hydrogen and oxygen, and more particularly to a cooling / heating structure for a fuel cell.

燃料電池を冷却あるいは暖機する方法として、各セルのセパレータに冷却液流路を設けその冷却液流路に冷却液を流すことで燃料電池を冷却あるいは暖機する方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、低温起動時に燃料電池の一部分を優先的に加熱するための冷却液流路を設けることで、燃料電池の起動性向上を狙った燃料電池システムも提案されている（例えば、特許文献２参照）。
特開２００２−１１７８７６号公報 特開２００２−３１３３９２号公報 As a method of cooling or warming up the fuel cell, a method of cooling or warming up the fuel cell by providing a coolant flow path in each cell separator and flowing the coolant through the coolant flow path is known (for example, , See Patent Document 1). In addition, a fuel cell system has also been proposed that aims to improve the startability of the fuel cell by providing a coolant flow path for preferentially heating a part of the fuel cell at the time of low temperature startup (see, for example, Patent Document 2). ).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-117876 JP 2002-313392 A

ところが、上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、各セルのセパレータに冷却流路を設けているので構造が複雑になる。また、各セル毎に設けられた冷却液流路をシールする機構も必要であった。さらに電極であるセパレータに直接冷却液が流れるので、感電や漏電を考えると冷却液の導電率を低くする必要があり、冷却回路中にイオン交換樹脂を取り付ける必要があった。このため、燃料電池を車両等の移動体用電源として用いる場合にはイオン交換樹脂の搭載スペースが必要となるといった問題があり、さらにイオン交換樹脂の定期交換等のメンテナンスが必要であるという問題があった。   However, the fuel cell system described in Patent Document 1 has a complicated structure because the cooling flow path is provided in the separator of each cell. Further, a mechanism for sealing the coolant flow path provided for each cell is also required. Further, since the coolant flows directly to the separator as an electrode, it is necessary to lower the conductivity of the coolant in view of electric shock and electric leakage, and it is necessary to install an ion exchange resin in the cooling circuit. Therefore, when the fuel cell is used as a power source for a moving body such as a vehicle, there is a problem that a space for mounting the ion exchange resin is required, and further, maintenance such as periodic replacement of the ion exchange resin is necessary. there were.

また、上記特許文献２に記載の燃料電池システムにおいても、燃料電池冷却のために各セル毎に冷却液流路が設けられており、さらに燃料電池の一部加熱のための冷却液流路を設けているため、燃料電池構成が複雑となっている。   Also in the fuel cell system described in Patent Document 2, a coolant flow path is provided for each cell for cooling the fuel cell, and a coolant flow path for partially heating the fuel cell is provided. Therefore, the structure of the fuel cell is complicated.

本発明は、上記点に鑑み、燃料電池の冷却あるいは暖機を行う際に、簡易な構成で感電等を防ぐことが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of preventing an electric shock or the like with a simple configuration when the fuel cell is cooled or warmed up.

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水素と酸素とを電気化学反応させて電気エネルギを発生する燃料電池（１０）と、熱媒体を用いて燃料電池（１０）との間で熱交換を行う１以上の熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）と、燃料電池（１０）と熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）との間に設けられた絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）と、少なくとも１つの熱交換器（１０１、２０１）に熱媒体を循環させる熱媒体流路（２０、２８）と、熱媒体を圧送する熱媒体循環手段（２１）と、熱媒体流路（２８）に設けられ、熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段（３０）とを備え、熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）は複数設けられており、熱媒体加熱手段（３０）にて加熱された熱媒体を複数の熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）のうち所定の熱交換器（１０１、２０１）にのみに供給することで、燃料電池（１０）のうち所定の熱交換器（１０１、２０１）に対向する部位を優先的に加熱することを特徴としている。 In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, there is provided a fuel cell (10) that generates electric energy by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen, and a fuel cell (10) using a heat medium. One or more heat exchangers (101, 102, 201, 202) that exchange heat between them, and an insulating layer provided between the fuel cell (10) and the heat exchangers (101, 102, 201, 202) (103, 104 , 203, 204), a heat medium flow path (20, 28) for circulating the heat medium to at least one heat exchanger (101, 201), and a heat medium circulation means (21 for pumping the heat medium) ) And a heat medium heating means (30) for heating the heat medium provided in the heat medium flow path (28), and a plurality of heat exchangers (101, 102, 201, 202) are provided. Heat medium heated by medium heating means (30) By supplying only to a predetermined heat exchanger (101, 201) among a plurality of heat exchangers (101, 102, 201, 202), a predetermined heat exchanger (101, 201) of the fuel cell (10) is provided. ) Is preferentially heated .

このように、燃料電池（１０）の側面より絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）を介して冷却を行うことで、各セルのセパレータに冷却流路を設ける必要がなく、セパレータに冷却液シール構造を設ける必要もない。これにより、燃料電池（１０）の構成を簡素にすることができる。   Thus, by performing cooling through the insulating layers (103, 104, 203, 204) from the side surface of the fuel cell (10), there is no need to provide a cooling flow path in the separator of each cell, and the coolant is supplied to the separator. There is no need to provide a seal structure. Thereby, the structure of a fuel cell (10) can be simplified.

また、電極であるセパレータに直接冷却液が流れず、絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）によって、電極と冷却液とを絶縁できるので、感電や漏電のおそれがなく、冷却液の導電率を低く保つ必要がない。したがって、熱媒体として自動車用に使用されている通常の冷却液（ＬＬＣ）を使用することが可能となり、冷却液回路中にはイオン交換樹脂を取り付ける必要もない。このため、冷却液経路にイオン交換樹脂を設ける必要がなく、イオン交換樹脂の搭載スペースが不要となり、イオン交換樹脂の定期交換等のメンテナンスを行う必要もない。また、熱媒体加熱手段（３０）にて加熱された熱媒体を複数の熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）のうち所定の熱交換器（１０１、２０１）にのみに供給することで、燃料電池（１０）のうち所定の熱交換器（１０１、２０１）に対向する部位を優先的に加熱することにより、簡素な構成で燃料電池（１０）の特定の領域を優先的に昇温させ、起動性を向上させることができる。 In addition, the coolant does not flow directly to the separator, which is an electrode, and the electrodes and the coolant can be insulated by the insulating layers (103, 104, 203, 204). There is no need to keep it low. Therefore, it is possible to use a normal coolant (LLC) used for automobiles as a heat medium, and there is no need to attach an ion exchange resin in the coolant circuit. For this reason, it is not necessary to provide an ion exchange resin in the coolant path, and a space for mounting the ion exchange resin is not required, and there is no need to perform maintenance such as periodic replacement of the ion exchange resin. Further, by supplying the heat medium heated by the heat medium heating means (30) only to a predetermined heat exchanger (101, 201) among the plurality of heat exchangers (101, 102, 201, 202). The specific region of the fuel cell (10) is preferentially heated with a simple configuration by preferentially heating a portion of the fuel cell (10) facing the predetermined heat exchanger (101, 201). And startability can be improved.

また、請求項２に記載の発明のように、熱媒体流路（２０）に設けられ、熱媒体を放熱させる放熱器（２２）を備え、放熱器（２２）にて放熱された熱媒体を熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）に導入することで、燃料電池（１０）を冷却することができる。 Further, as in the invention described in claim 2 , the heat medium flow path (20) is provided with a heat radiator (22) for radiating heat from the heat medium, and the heat medium radiated by the heat radiator (22) is provided. The fuel cell (10) can be cooled by introducing it into the heat exchanger (101, 102, 201, 202).

また、請求項３に記載の発明のように、熱媒体流路（２０）は、複数の熱交換器（２０１、２０２）のそれぞれに熱媒体を供給可能に構成されているとともに、熱媒体流路（２０）には熱媒体を所定の熱交換器（２０１）のみに供給可能な熱媒体流路切替手段（３２）を備えるように構成できる。 Further, as in the third aspect of the invention, the heat medium flow path (20) is configured to be able to supply the heat medium to each of the plurality of heat exchangers (201, 202). The passage (20) can be configured to include a heat medium flow switching means (32) capable of supplying the heat medium only to a predetermined heat exchanger (201).

また、請求項４に記載の発明では、熱交換器（１０１）に接するように配置された熱交換器加熱手段（１１０）を備えていることを特徴としている。これにより、熱媒体を介さず、加熱手段（１１０）の熱を熱交換器（１０１）に伝え、燃料電池（１０）に伝えることができる。 Moreover, in invention of Claim 4 , it has the heat exchanger heating means (110) arrange | positioned so that a heat exchanger (101) may be contacted, It is characterized by the above-mentioned. Thereby, the heat of the heating means (110) can be transmitted to the heat exchanger (101) without passing through the heat medium, and can be transmitted to the fuel cell (10).

また、請求項５に記載の発明では、熱交換器（１０１、１０２）は、その内部の一部に冷媒を封入して構成され、熱交換器（１０１）には燃料電池（１０）の熱により沸騰して蒸気となった冷媒を凝縮させる凝縮手段（１０７、１０１ｂ、１０１ｃ）が設けられていることを特徴としている。このような熱伝導率が高い沸騰冷却器を用いることで、燃料電池（１０）の冷却効率を向上させることができる。 In the invention according to claim 5 , the heat exchanger (101, 102) is configured by enclosing a refrigerant in a part of the inside thereof, and the heat exchanger (101) includes heat of the fuel cell (10). Condensing means (107, 101b, 101c) for condensing the refrigerant that has been boiled and turned into vapor is provided. By using such a boiling cooler with high thermal conductivity, the cooling efficiency of the fuel cell (10) can be improved.

また、請求項６に記載の発明では、燃料電池（１０）は移動体に搭載されるものであり、凝縮手段（１０１ｂ、１０１ｃ）は熱交換器（１０１）の外部に設けられたフィン（１０１ｃ）を備えており、熱交換器（１０１）の外部に設けられたフィン（１０１ｃ）には移動体の走行風が供給されることを特徴としている。このように凝縮手段（１０１ｂ、１０１ｃ）を空冷とすることで、燃料電池（１０）の冷却系の構成を簡素にすることができる。 In the invention according to claim 6 , the fuel cell (10) is mounted on the moving body, and the condensing means (101b, 101c) is provided on the fin (101c) provided outside the heat exchanger (101). ) And the traveling wind of the moving body is supplied to the fin (101c) provided outside the heat exchanger (101). Thus, the structure of the cooling system of the fuel cell (10) can be simplified by air-cooling the condensing means (101b, 101c).

また、請求項７に記載の発明では、凝縮手段（１０７）には熱媒体加熱手段（３０）にて加熱された熱媒体が導入されるように構成されており、凝縮手段（１０７）は熱交換器（１０１）と伝熱部材（１０８）にて接続されていることを特徴としている。これにより、凝縮手段（１０７）に導入された熱媒体の熱を熱伝導部材（１０８）を介して熱交換器（１０１）に伝えることができる。 In the invention according to claim 7 , the heat medium heated by the heat medium heating means (30) is introduced into the condensing means (107), and the condensing means (107) is heated. The heat exchanger is connected to the exchanger (101) and the heat transfer member (108). Thereby, the heat of the heat medium introduced into the condensing means (107) can be transmitted to the heat exchanger (101) through the heat conducting member (108).

また、請求項８に記載の発明のように、熱交換器（１０１、１０２）は、燃料電池（１０）における対向する側面に配置された２つの熱交換器（１０１、１０２）を含み、２つの熱交換器（１０１、１０２）はフレキシブル配管で接続され、内部が連通するように構成することができる。 Moreover, like invention of Claim 8 , a heat exchanger (101,102) contains two heat exchangers (101,102) arrange | positioned at the opposing side surface in a fuel cell (10), 2 The two heat exchangers (101, 102) are connected by a flexible pipe and can be configured to communicate with each other.

また、請求項９に記載の発明では、熱交換器に封入する冷媒として、蒸発潜熱も大きく冷媒として性能が優れているだけでなく、自然冷媒であるので対環境性に優れている水を用いている。 In the invention according to claim 9 , as the refrigerant to be sealed in the heat exchanger, water having not only large latent heat of vaporization and excellent performance as a refrigerant but also a natural refrigerant is used which is excellent in environmental friendliness. ing.

また、請求項１０に記載の発明では、熱交換器（１０１、１０２）は、燃料電池（１０）における対向する側面に配置された２つの熱交換器（１０１、１０２）を含み、２つの熱交換器（１０１、１０２）の一方は、燃料電池（１０）の下面に配置されており、下面側の熱交換器（１０２）内部における燃料電池（１０）と対向する面には、周縁部に向けて上方に傾斜する傾斜部（１０２ｂ）が設けられていることを特徴としている。これにより、下面側の熱交換器（１０２）内部で冷媒が沸騰した際、発生した気泡が抜けやすくなり、気泡が中央部に溜まるのを防ぐことができる。 Further, in the invention described in claim 10 , the heat exchanger (101, 102) includes two heat exchangers (101, 102) disposed on opposite side surfaces of the fuel cell (10), and includes two heat exchangers (101, 102). One of the exchangers (101, 102) is arranged on the lower surface of the fuel cell (10), and the surface facing the fuel cell (10) inside the heat exchanger (102) on the lower surface side has a peripheral portion. An inclined portion (102b) that is inclined upward is provided. Thereby, when a refrigerant | coolant boils inside the heat exchanger (102) of a lower surface side, it becomes easy to escape the bubble which generate | occur | produced and it can prevent that a bubble accumulates in the center part.

また、請求項１１に記載の発明では、熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）内部における燃料電池（１０）に対向する面において、燃料電池（１０）におけるセル積層方向の中央付近に対応する部位の面粗度を他の部位より大きくすることを特徴としている。これにより、他の部位より熱が逃げにくい部位である燃料電池（１０）のセル積層方向の中央付近を優先的に冷却することができる。 また、請求項１２に記載の発明では、熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）における絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）に接する表面には、絶縁処理が施されていることを特徴としている。これにより、絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）および熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）側の絶縁膜とで二重に絶縁層が形成されることとなり、感電および漏電に対する安全性を向上させることができる。 In the invention according to claim 11 , the surface facing the fuel cell (10) inside the heat exchanger (101, 102, 201, 202) corresponds to the vicinity of the center of the fuel cell (10) in the cell stacking direction. It is characterized in that the surface roughness of the part to be made is made larger than that of other parts. Thereby, it is possible to preferentially cool the vicinity of the center in the cell stacking direction of the fuel cell (10), which is a portion where heat is less likely to escape than other portions . In the invention described in claim 12 , the surface of the heat exchanger (101, 102, 201, 202) in contact with the insulating layer (103, 104, 203, 204) is subjected to insulation treatment. It is a feature. As a result, a double insulating layer is formed between the insulating layer (103, 104, 203, 204) and the insulating film on the heat exchanger (101, 102, 201, 202) side, which is safe against electric shock and leakage. Can be improved.

具体的には、請求項１３に記載の発明のように、熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）はアルミニウムから構成されており、絶縁処理はアルマイト処理とすることができる。 Specifically, as in the invention described in claim 13 , the heat exchanger (101, 102, 201, 202) is made of aluminum, and the insulation treatment can be an alumite treatment.

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。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

（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２に基づいて説明する。本第１実施形態は、本発明の燃料電池システムを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。 (First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. In the first embodiment, the fuel cell system of the present invention is applied to an electric vehicle (fuel cell vehicle) that runs using a fuel cell as a power source.

図１は、本第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図１に示すように、本第１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燃料電池（ＦＣスタック）１０を備えている。燃料電池１０は、図示しない車両走行用の電動モータや２次電池などの電気機器に電力を供給するように構成されている。燃料電池１０では、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。   FIG. 1 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system according to the first embodiment includes a fuel cell (FC stack) 10 that generates electric power by utilizing an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen. The fuel cell 10 is configured to supply electric power to an electric device (not shown) such as an electric motor for running a vehicle or a secondary battery. In the fuel cell 10, the following electrochemical reaction between hydrogen and oxygen occurs to generate electric energy.

アノード（水素極）：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
カソード（酸素極）：２Ｈ＋＋１／２Ｏ２＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全体の反応： Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
本第１実施形態では燃料電池１０として固体高分子型燃料電池を用いており、基本単位となるセルが複数積層されて構成されている。図１に示す例では、燃料電池１０を構成するセルは左右方向に積層されている。通常、車両用等に用いられる燃料電池１０は、出力を稼ぐため数百枚のセルが積層されたスタック構造となっており、各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。燃料電池システムには、燃料電池１０の水素極（アノード）に水素ガスを供給するための水素供給装置（図示せず）と、燃料電池１０の酸素極（カソード極）に酸素（空気）を供給するための空気供給装置（図示せず）が設けられている。 Anode (hydrogen electrode): H 2 → 2H + + 2e −
Cathode (oxygen electrode): 2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O
Overall reaction: H 2 + 1 / 2O 2 → H 2 O
In the first embodiment, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell 10, and a plurality of cells serving as basic units are stacked. In the example shown in FIG. 1, the cells constituting the fuel cell 10 are stacked in the left-right direction. In general, the fuel cell 10 used for vehicles or the like has a stack structure in which several hundred cells are stacked in order to increase output, and each cell has a configuration in which an electrolyte membrane is sandwiched between a pair of electrodes. Yes. In the fuel cell system, a hydrogen supply device (not shown) for supplying hydrogen gas to the hydrogen electrode (anode) of the fuel cell 10 and oxygen (air) to the oxygen electrode (cathode electrode) of the fuel cell 10 are supplied. An air supply device (not shown) is provided.

燃料電池１０は発電に伴い発熱を生じる。このため、燃料電池システムには、作動温度が効率の良い温度（８０℃前後）となるように冷却システムが設けられている。冷却システムは、燃料電池１０の熱を熱媒体としての冷却液に伝達する熱交換器１００、冷却液を循環させる冷却液流路２０、冷却液を圧送する冷却液循環ポンプ（熱媒体循環手段）２１、冷却液の放熱を行うラジエータ２３等から構成されている。冷却液としては、低温時でも凍結しないようにエチレングリコールと純水の混合溶液を用いる。なお、熱交換器１００については後述する。なお、本発明の熱媒体流路は、冷却液流路２０、バイパス流路２６、暖房用流路２８から構成されている。   The fuel cell 10 generates heat with power generation. For this reason, the fuel cell system is provided with a cooling system so that the operating temperature becomes an efficient temperature (around 80 ° C.). The cooling system includes a heat exchanger 100 that transmits heat from the fuel cell 10 to a coolant as a heat medium, a coolant flow path 20 that circulates the coolant, and a coolant circulation pump (heat medium circulation means) that pumps the coolant. 21, a radiator 23 for radiating the coolant and the like. As the cooling liquid, a mixed solution of ethylene glycol and pure water is used so as not to freeze even at a low temperature. The heat exchanger 100 will be described later. In addition, the heat medium flow path of the present invention includes a coolant flow path 20, a bypass flow path 26, and a heating flow path 28.

冷却液循環ポンプ２１は図示しないポンプ用モータと機械的に接続されており、ポンプ用モータを回転させることにより冷却液循環ポンプ２１を回転させて熱交換器１００に冷却液を循環させることができる。燃料電池１０で発生した熱は、冷却液を介してラジエータ（放熱器）２２で系外に排出される。   The coolant circulation pump 21 is mechanically connected to a pump motor (not shown). By rotating the pump motor, the coolant circulation pump 21 can be rotated to circulate the coolant in the heat exchanger 100. . The heat generated in the fuel cell 10 is discharged out of the system by a radiator (heat radiator) 22 through a coolant.

冷却ファン２３は冷却ファンモータ２４と機械的に接続されており、冷却ファンモータ２４を回転させることにより冷却ファン２３を回転させてラジエータ２２に送風し、ラジエータ２２より熱を外気に放出させることができる。なお、ラジエータ２２は車両走行時に走行風（ラム圧）を利用できる位置に搭載するのがのぞましい。   The cooling fan 23 is mechanically connected to the cooling fan motor 24. By rotating the cooling fan motor 24, the cooling fan 23 is rotated and blown to the radiator 22 so that heat can be released from the radiator 22 to the outside air. it can. The radiator 22 is preferably mounted at a position where traveling wind (ram pressure) can be used when the vehicle is traveling.

流路切替弁２５は、冷却液をラジエータ２２あるいはバイパス流路２６に流すように冷却液の流路を切り替えるものである。冷却液流路２０における燃料電池１０出口近傍には、燃料電池１０から流出した冷却液温度を検出する温度センサ２７が設けられている。流路切替弁２５は、温度センサ２７により検出した冷却液温度が所定の値より大きい場合はラジエータ２２側に冷却液が流れるようにし、逆に冷却液温度が所定の値より小さい場合はバイパス流路２６に冷却液が流れるよう制御することで温度制御を行っている。   The flow path switching valve 25 switches the flow path of the cooling liquid so that the cooling liquid flows through the radiator 22 or the bypass flow path 26. A temperature sensor 27 that detects the temperature of the coolant that has flowed out of the fuel cell 10 is provided near the outlet of the fuel cell 10 in the coolant channel 20. When the coolant temperature detected by the temperature sensor 27 is higher than a predetermined value, the flow path switching valve 25 allows the coolant to flow to the radiator 22 side, and conversely, when the coolant temperature is lower than the predetermined value, The temperature is controlled by controlling the coolant to flow through the passage 26.

このような冷却系によって、冷却液循環ポンプ２１による流量制御、冷却ファン２３による風量制御、流路切替弁２５によるバイパス制御で熱交換器１００に循環する冷却液の温度制御を行い、燃料電池１０の温度制御を行うことができる。さらに、流路切替弁２５は、冷却液をラジエータ２２およびバイパス流路２６の双方に流さないようにし、冷却液を後述の暖房用流路２８のみに流すように冷却液流路を切り替えることもできる。   With such a cooling system, the temperature of the coolant circulating to the heat exchanger 100 is controlled by the flow rate control by the coolant circulation pump 21, the air volume control by the cooling fan 23, and the bypass control by the flow path switching valve 25. Temperature control can be performed. Furthermore, the flow path switching valve 25 prevents the coolant from flowing through both the radiator 22 and the bypass flow path 26 and switches the coolant flow path so that the coolant flows only through the heating flow path 28 described later. it can.

また、本第１実施形態の燃料電池システムでは、燃料電池１の廃熱を利用して、車室内の暖房を行うことができる構成となっている。冷却液流路２０には、ラジエータ２２と並列に暖房用流路２８が設けられている。暖房用流路２８には、上流側から順にオンオフ弁２９、電気ヒータ（熱媒体加熱手段）３０、ヒータコア（室内暖房用熱交換器）３１が設けられている。車室内の暖房が必要な場合には、オンオフ弁２９を開きヒータコア３１に燃料電池１０の廃熱で加熱された冷却液を供給することで暖房する。図示しないファンによりヒータコア３１によって暖められた空気を車室内に導入することで車室内を暖房する。なお、電気ヒータ３０は、図示されていない二次電池に接続されており、二次電池を電源として発熱する。あるいは、燃料電池１０の運転中であれば発電電力を電源とすることもできる。   Further, the fuel cell system according to the first embodiment has a configuration in which the vehicle interior can be heated using the waste heat of the fuel cell 1. In the coolant flow path 20, a heating flow path 28 is provided in parallel with the radiator 22. The heating flow path 28 is provided with an on / off valve 29, an electric heater (heat medium heating means) 30, and a heater core (heat exchanger for indoor heating) 31 in order from the upstream side. When the vehicle interior needs to be heated, the on / off valve 29 is opened and the heater core 31 is heated by supplying the coolant heated by the waste heat of the fuel cell 10. The vehicle interior is heated by introducing air warmed by the heater core 31 by a fan (not shown) into the vehicle interior. The electric heater 30 is connected to a secondary battery (not shown) and generates heat using the secondary battery as a power source. Alternatively, the generated power can be used as a power source while the fuel cell 10 is in operation.

冷却液の温度が低い場合には、電気ヒータ３０によって冷却液を加熱することで、車室内暖房をアシストすることができる。本例では、加熱手段として電気ヒータ３０を用いているが、これに限定するものではなく、例えば水素を燃料とする触媒式燃焼ヒータを用いることもできる。この場合には、燃料電池１０の燃料である水素を用いることができる。さらに、燃料電池１０の暖機が必要な場合は、電気ヒータ３０にて加熱した冷却液を熱交換器１００に循環させることで、燃料電池１０の暖機を行うことができる。   When the temperature of the coolant is low, the vehicle interior heating can be assisted by heating the coolant with the electric heater 30. In this example, although the electric heater 30 is used as a heating means, it is not limited to this, For example, the catalyst type combustion heater which uses hydrogen as a fuel can also be used. In this case, hydrogen that is the fuel of the fuel cell 10 can be used. Further, when the fuel cell 10 needs to be warmed up, the fuel cell 10 can be warmed up by circulating the coolant heated by the electric heater 30 to the heat exchanger 100.

次に、熱交換器１００について説明する。本第１実施形態の熱交換器１００は、燃料電池１０における対向する側面に配置された２つの熱交換器１０１、１０２を備えている。具体的には、燃料電池１０の上面側に設けられた上側熱交換器１０１、燃料電池１０の下面側に設けられた下側熱交換器１０２、連結パイプ１０５、フレキシブル配管１０６から構成されている。これらの各構成要素１０１、１０２、１０５、１０６はアルミニウム材料から構成されている。   Next, the heat exchanger 100 will be described. The heat exchanger 100 according to the first embodiment includes two heat exchangers 101 and 102 arranged on opposite side surfaces of the fuel cell 10. Specifically, it is composed of an upper heat exchanger 101 provided on the upper surface side of the fuel cell 10, a lower heat exchanger 102 provided on the lower surface side of the fuel cell 10, a connecting pipe 105, and a flexible pipe 106. . Each of these components 101, 102, 105, 106 is made of an aluminum material.

各熱交換器１０１、１０２は、セル積層方向（図１の左右方向）と平行に、絶縁層としての絶縁シート１０３、１０４を介して燃料電池１０の側面に配置されている。各熱交換器１０１、１０２は、燃料電池１０を構成する各セルそれぞれに熱的に接触している。   The heat exchangers 101 and 102 are arranged on the side surface of the fuel cell 10 via insulating sheets 103 and 104 as insulating layers in parallel with the cell stacking direction (left and right direction in FIG. 1). Each heat exchanger 101, 102 is in thermal contact with each cell constituting the fuel cell 10.

各熱交換器１０１、１０２は、燃料電池１０の積層方向側面に取り付けられており、取付面には凹凸があると考えられるので、取付面への密着性を向上させるために絶縁シート１０３、１０４は柔軟性のある材料を用いることが好ましい。さらに、各熱交換器１０１、１０２での熱交換効率を高めるために、絶縁シート１０３、１０４は熱伝導率が大きいものを用いることが好ましい。そこで本第１実施形態では、絶縁シート１０３、１０４としてシリコーンを主材料とし、さらに熱伝導率を向上させるためにＡｌ２Ｏ３（アルミナ）、ＢＮ、ＳｉＣ等を混入したシリコーン系材料を用いている。また、絶縁シート１０３、１０４は、各熱交換器１０１、１０２と燃料電池１０との間の熱交換効率を高めるために、燃料電池１０の平面度から許される限り薄く形成している。 Each of the heat exchangers 101 and 102 is attached to the side surface of the fuel cell 10 in the stacking direction, and the attachment surface is considered to have irregularities. Therefore, the insulating sheets 103 and 104 are used to improve the adhesion to the attachment surface. It is preferable to use a flexible material. Furthermore, in order to increase the heat exchange efficiency in each of the heat exchangers 101 and 102, it is preferable to use insulating sheets 103 and 104 having a high thermal conductivity. Therefore, in the first embodiment, silicone is used as the insulating sheets 103 and 104, and a silicone-based material mixed with Al 2 O 3 (alumina), BN, SiC, or the like is used to further improve the thermal conductivity. Yes. The insulating sheets 103 and 104 are formed as thin as possible from the flatness of the fuel cell 10 in order to increase the heat exchange efficiency between the heat exchangers 101 and 102 and the fuel cell 10.

また、各熱交換器１０１、１０２における絶縁シート１０３、１０４と接触する面１０１ａ、１０２ａにはアルマイト処理が施され、絶縁膜が形成されている。これにより、本第１実施形態では、絶縁シート１０３、１０４および絶縁膜１０１ａ、１０２ａとで二重に絶縁膜が形成されることとなり、感電および漏電に対する安全性を向上させることができる。必要がなければ、絶縁膜１０１ａ、１０２ａは省略できる。また、絶縁膜はアルマイト処理でなくても、絶縁性のある樹脂を塗布することにより形成してもよい。   Further, the surfaces 101a and 102a of the heat exchangers 101 and 102 that are in contact with the insulating sheets 103 and 104 are subjected to alumite treatment to form insulating films. As a result, in the first embodiment, the insulating sheets 103 and 104 and the insulating films 101a and 102a are doubly formed with insulating films, and the safety against electric shock and leakage can be improved. If not necessary, the insulating films 101a and 102a can be omitted. Further, the insulating film may be formed by applying an insulating resin, instead of anodizing.

上側熱交換器１０１と下側熱交換器１０２は連結パイプ１０５によって連結され、それぞれの内部空間が連通している。連結パイプ１０５の途中には、フレキシブル配管１０６が設けられている。   The upper heat exchanger 101 and the lower heat exchanger 102 are connected by a connecting pipe 105, and the respective internal spaces communicate with each other. A flexible pipe 106 is provided in the middle of the connecting pipe 105.

本第１実施形態の熱交換器１００は、内部に封入した冷媒を沸騰させ潜熱として熱を吸収する沸騰冷却器である。沸騰冷却器は熱伝達率が高く、冷却性能に優れている。燃料電池１０を８０℃程度に保つには、熱交換器１００の冷媒が５０〜８０℃程度で沸騰するように設定することが望ましい。   The heat exchanger 100 according to the first embodiment is a boiling cooler that boils a refrigerant sealed inside and absorbs heat as latent heat. The boiling cooler has a high heat transfer rate and excellent cooling performance. In order to keep the fuel cell 10 at about 80 ° C., it is desirable to set the refrigerant of the heat exchanger 100 to boil at about 50 to 80 ° C.

熱交換器１００の内部には、その一部に冷媒が封入されている。本第１実施形態では、熱交換器１００内部を真空引きした後に、内部に冷媒として水を封入している。水は蒸発潜熱も大きく冷媒として性能が優れているだけでなく、自然冷媒であるので対環境性に優れている。なお、冷媒として水を用いた場合には低温環境下で凍結の問題があるが、凍結による熱交換器の破壊については構造で対応できる。また凍結した場合の冷却性能の低下については、冷却液が凍結している状態では、燃料電池１０の温度も低くなっているので冷却性能が低下していても問題ないと考えられる。なお、熱交換器１０１内部への冷媒（水）の封入量は、液面を燃料電池１０の上面よりも高くして、燃料電池１０全体が冷媒で覆われるようにする必要がある。本システムが車載される場合、路面の傾きによって、燃料電池１０が水平になるとは限らないので路面の傾きを考慮して冷媒を封入する必要がある。   A refrigerant is sealed in a part of the heat exchanger 100. In this 1st Embodiment, after evacuating the inside of the heat exchanger 100, the inside is filled with water as a refrigerant. Water not only has a large latent heat of vaporization and is excellent in performance as a refrigerant, but also is excellent in environmental friendliness because it is a natural refrigerant. In addition, when water is used as the refrigerant, there is a problem of freezing in a low temperature environment. However, destruction of the heat exchanger due to freezing can be handled by the structure. In addition, regarding the decrease in cooling performance when frozen, it is considered that there is no problem even if the cooling performance is reduced because the temperature of the fuel cell 10 is low when the coolant is frozen. Note that the amount of refrigerant (water) enclosed in the heat exchanger 101 needs to be higher in liquid level than the upper surface of the fuel cell 10 so that the entire fuel cell 10 is covered with the refrigerant. When this system is mounted on the vehicle, the fuel cell 10 is not always horizontal due to the inclination of the road surface, so it is necessary to enclose the refrigerant in consideration of the inclination of the road surface.

上側熱交換器１０１の内部の上部には、凝縮器１０７が設置されている。凝縮器１０７の内部には、ラジエータ２２にて冷却された冷却液が冷却液流路２０を介して循環するように構成されている。燃料電池１０の発熱時（発電時）には、燃料電池１０と接触している上側熱交換器１０１あるいは下側熱交換器１０２で冷媒が沸騰して冷媒蒸気となり、冷媒が気化する際に燃料電池１０の熱を潜熱として吸収する。冷媒蒸気は凝縮器１０７の表面で冷却されて凝縮器１０７から落下し、熱交換器１００内の下部に溜まる。凝縮器１０７には、冷媒と冷却液との熱交換効率を高めるために、その内部あるいは外部にフィンを設けることが望ましい。   A condenser 107 is installed in the upper part of the upper heat exchanger 101. Inside the condenser 107, the cooling liquid cooled by the radiator 22 is configured to circulate through the cooling liquid flow path 20. When the fuel cell 10 generates heat (during power generation), the refrigerant boils in the upper heat exchanger 101 or the lower heat exchanger 102 in contact with the fuel cell 10 to become refrigerant vapor, and the fuel is vaporized when the refrigerant is vaporized. The heat of the battery 10 is absorbed as latent heat. The refrigerant vapor is cooled on the surface of the condenser 107, falls from the condenser 107, and accumulates in the lower part of the heat exchanger 100. The condenser 107 is desirably provided with fins inside or outside in order to increase the heat exchange efficiency between the refrigerant and the coolant.

下側熱交換器１０２では、燃料電池１０と対向している内部上面側で冷却を行っている。このため、冷媒が沸騰した際に下側熱交換器１０２内で気泡が溜まると、その部分では沸騰冷却が行われなくなり燃料電池１０の温度が上昇してしまう。このため、本第１実施形態では、図１に示すように下側熱交換器１０２内部における燃料電池１０に対向する側、すなわち上面側に傾斜部１０２ｂを設けている。傾斜部１０２ｂは、中央部から周縁部に向けて上方に傾斜している。すなわち、傾斜部１０２ｂは、中央部が最も下方に位置している。下側熱交換器１０２の内部の上面にこのような傾斜部１０２ｂを設けることで、冷媒が沸騰した際、発生した気泡が抜けやすくなり、気泡が中央部に溜まるのを防ぐことができる。   In the lower heat exchanger 102, cooling is performed on the inner upper surface side facing the fuel cell 10. For this reason, if bubbles accumulate in the lower heat exchanger 102 when the refrigerant boils, boiling cooling is not performed at that portion, and the temperature of the fuel cell 10 rises. For this reason, in the first embodiment, as shown in FIG. 1, the inclined portion 102 b is provided on the side facing the fuel cell 10 inside the lower heat exchanger 102, that is, on the upper surface side. The inclined portion 102b is inclined upward from the central portion toward the peripheral portion. In other words, the central portion of the inclined portion 102b is located at the lowest position. Providing such an inclined portion 102b on the upper surface inside the lower heat exchanger 102 makes it easier for bubbles to be generated when the refrigerant boils and prevent the bubbles from collecting in the center.

また、燃料電池１０のセル積層方向の中央部は、側面部より熱が逃げにくいので高温になりやすい。このため、本第１実施形態では、熱交換器１００を燃料電池１０の中央部を優先的に冷却するように構成している。具体的には、各熱交換器１０１、１０２内部の燃料電池１０と対向する面において、燃料電池１０の中心付近に対応する部位の面粗度を他の部位より大きくしている。このように面粗度を大きくすることで沸騰開始加熱度を小さくでき、燃料電池１０のセル積層方向中央部を優先的に冷却することができる。面を荒くする方法としては、ショットブラスト加工などを用いることができる。   In addition, the central portion of the fuel cell 10 in the cell stacking direction is likely to be hot because heat is less likely to escape from the side surface portion. For this reason, in the first embodiment, the heat exchanger 100 is configured to preferentially cool the central portion of the fuel cell 10. Specifically, the surface roughness of the portion corresponding to the vicinity of the center of the fuel cell 10 on the surface facing the fuel cell 10 inside each of the heat exchangers 101 and 102 is made larger than that of other portions. By increasing the surface roughness in this way, the boiling start heating degree can be reduced, and the central portion of the fuel cell 10 in the cell stacking direction can be preferentially cooled. Shot blasting or the like can be used as a method for roughening the surface.

凝縮器１０７は、熱伝導部材１０８にて上側熱交換器１０１内部における燃料電池１０と対向する面（下側面）と連結されている。これにより、凝縮器１０７と上側熱交換器１０１の燃料電池１０と対向する面は、熱的に連結されることになる。熱伝導部材１０８としては、アルミニウムや銅といった熱伝導率の大きな材料を用いることが望ましい。   The condenser 107 is connected to the surface (lower surface) facing the fuel cell 10 inside the upper heat exchanger 101 by the heat conducting member 108. Thereby, the surface which opposes the fuel cell 10 of the condenser 107 and the upper side heat exchanger 101 is thermally connected. As the heat conducting member 108, it is desirable to use a material having a high thermal conductivity such as aluminum or copper.

図２は、熱交換器１０１、１０２の燃料電池１０への組み付け構造を示す分解斜視図である。図２では、取付バンド１０９を１本のみ図示している。図２に示すように、燃料電池１０を絶縁シート１０３、１０４を介して上側熱交換器１０１および下側熱交換器１０２ではさみ込み、一対の取付バンド１０９によって密着させている。取付バンド１０９は、ボルト１０９ａとナット１０９ｂにて固定される。   FIG. 2 is an exploded perspective view showing a structure for assembling the heat exchangers 101 and 102 to the fuel cell 10. In FIG. 2, only one mounting band 109 is shown. As shown in FIG. 2, the fuel cell 10 is sandwiched between the upper heat exchanger 101 and the lower heat exchanger 102 via the insulating sheets 103 and 104, and is in close contact with a pair of attachment bands 109. The attachment band 109 is fixed by a bolt 109a and a nut 109b.

燃料電池１０の発熱により下側熱交換器１０２で発生した気泡は、連結パイプ１０５、フレキシブル配管１０６を伝わり上側熱交換器１０１の内部にある凝縮器１０７（図１）にて凝縮する。連結パイプ１０５、フレキシブル配管１０６の内径については、気泡抜けを考慮して決定すればよい。熱交換器１０１、１０２の冷却性能を向上させるには、伝熱面積を大きくする必要がある。このため、燃料電池１０における熱交換器１０１、１０２と接触する面をできるだけ大きくすることが望ましい。また、燃料電池１０のセル面内の温度分布を小さくするためには、燃料電池１０における熱交換器１０１、１０２と接触する面同士ができるだけ近くなるようにすることが望ましい。したがって、燃料電池１０を構成する各セルにおいて、熱交換器１０１、１０２と接する辺の長さＢを長くするとともに、熱交換器１０１、１０２と接しない辺の長さＡを短くすることが望ましい。つまり、本発明の構成においては、燃料電池スタックの縦横比Ａ／Ｂをできる限り小さくしたほうが好ましい。   Bubbles generated in the lower heat exchanger 102 due to heat generated by the fuel cell 10 are transmitted through the connecting pipe 105 and the flexible pipe 106 and condensed in the condenser 107 (FIG. 1) inside the upper heat exchanger 101. The inner diameters of the connecting pipe 105 and the flexible pipe 106 may be determined in consideration of bubble removal. In order to improve the cooling performance of the heat exchangers 101 and 102, it is necessary to increase the heat transfer area. For this reason, it is desirable to make the surface in contact with the heat exchangers 101 and 102 in the fuel cell 10 as large as possible. Further, in order to reduce the temperature distribution in the cell surface of the fuel cell 10, it is desirable that the surfaces in contact with the heat exchangers 101 and 102 in the fuel cell 10 be as close as possible. Therefore, in each cell constituting the fuel cell 10, it is desirable to increase the length B of the side in contact with the heat exchangers 101 and 102 and shorten the length A of the side not in contact with the heat exchangers 101 and 102. . That is, in the configuration of the present invention, it is preferable to make the aspect ratio A / B of the fuel cell stack as small as possible.

また、燃料電池１０は上側熱交換器１０１と下側熱交換器１０２の間に挟み込む構造としており、燃料電池１０と上側熱交換器１０１および下側熱交換器１０２は熱抵抗が大きくならないように密着させる必要がある。そこで、連結パイプ１０５にフレキシブル配管１０６を設けることで、上側熱交換器１０１と下側熱交換器１０２の間に燃料電池１０と絶縁シート１０３、１０４を組み付けるときに組み付けやすくでき、また取り付けバンド１０９を用いて密着させたときの変位を吸収することもできる。   Further, the fuel cell 10 is sandwiched between the upper heat exchanger 101 and the lower heat exchanger 102 so that the thermal resistance of the fuel cell 10, the upper heat exchanger 101, and the lower heat exchanger 102 does not increase. It is necessary to adhere. Therefore, by providing the connecting pipe 105 with the flexible pipe 106, it is easy to assemble the fuel cell 10 and the insulating sheets 103, 104 between the upper heat exchanger 101 and the lower heat exchanger 102, and an attachment band 109 is provided. It is also possible to absorb the displacement when it is brought into close contact with.

また、図示を省略しているが、燃料電池システムの各部品は電子制御装置（ＥＣＵ）と電気的に接続されている。ＥＣＵには温度センサ２７等からのセンサ信号が入力するとともに、ＥＣＵは冷却液循環ポンプ２１、冷却ファンモータ２４、流路切替弁２５、オンオフ弁２９、電気ヒータ３０等に制御信号を出力する。   Although not shown, each component of the fuel cell system is electrically connected to an electronic control unit (ECU). The ECU receives sensor signals from the temperature sensor 27 and the like, and the ECU outputs control signals to the coolant circulation pump 21, the cooling fan motor 24, the flow path switching valve 25, the on / off valve 29, the electric heater 30, and the like.

以下、本第１実施形態の燃料電池システムにおける燃料電池１０の冷却・暖機について説明する。   Hereinafter, cooling and warming-up of the fuel cell 10 in the fuel cell system of the first embodiment will be described.

まず、本第１実施形態の燃料電池システムにおける燃料電池１０の冷却について説明する。燃料電池１０で発電に伴い発熱すると、各熱交換器１０１、１０２内の冷媒が沸騰して蒸気となる。冷媒蒸気は、凝縮器１０７の表面で凝縮して凝縮器１０７から落下し、熱交換器１００の下方に溜まる。熱交換器１００内の冷媒は、蒸発と凝縮を繰り返し、燃料電池１０の熱を冷却液流路２０を循環する冷却液に伝える。凝縮器１０７にて冷媒蒸気からの熱を受け取った冷却液は、ラジエータ２２にて冷却される。このように、燃料電池１０で発生した熱は、燃料電池１０のセル積層方向の側面から絶縁シート１０３、１０４を介して熱交換器１００内部の冷媒を介して冷却液に伝えられ、冷却液の熱はラジエータ２２にて大気に放出される。   First, cooling of the fuel cell 10 in the fuel cell system of the first embodiment will be described. When the fuel cell 10 generates heat during power generation, the refrigerant in each of the heat exchangers 101 and 102 boils and becomes steam. The refrigerant vapor is condensed on the surface of the condenser 107, falls from the condenser 107, and accumulates below the heat exchanger 100. The refrigerant in the heat exchanger 100 repeats evaporation and condensation, and transfers the heat of the fuel cell 10 to the coolant that circulates in the coolant flow path 20. The coolant that has received heat from the refrigerant vapor by the condenser 107 is cooled by the radiator 22. Thus, the heat generated in the fuel cell 10 is transmitted from the side surface in the cell stacking direction of the fuel cell 10 to the coolant via the insulating sheets 103 and 104 and the refrigerant inside the heat exchanger 100, and the coolant Heat is released to the atmosphere by the radiator 22.

次に、本第１実施形態の燃料電池システムでの燃料電池１０の暖機方法について説明する。燃料電池１０の暖機時には、流路切替弁２５によって冷却液が暖房用流路２８に流れるようにする。さらにオンオフ弁２９は開状態とするとともに、電気ヒータ３０に通電して冷却液を加熱する。冷却液ポンプ２０によって圧送された冷却液は、凝縮器１０７を通って、オンオフ弁２９、電気ヒータ３０、ヒータコア３１を順に通過し冷却液循環ポンプ２１に戻る。電気ヒータ３０で加熱された冷却液は凝縮器１０７の内部に導入される。凝縮器１０７から熱伝導部材１０８に熱が伝わって燃料電池１０の上面が加熱される。   Next, a method for warming up the fuel cell 10 in the fuel cell system according to the first embodiment will be described. When the fuel cell 10 is warmed up, the flow path switching valve 25 causes the coolant to flow into the heating flow path 28. Further, the on / off valve 29 is opened, and the electric heater 30 is energized to heat the coolant. The coolant pumped by the coolant pump 20 passes through the condenser 107, sequentially passes through the on / off valve 29, the electric heater 30, and the heater core 31, and returns to the coolant circulation pump 21. The coolant heated by the electric heater 30 is introduced into the condenser 107. Heat is transferred from the condenser 107 to the heat conducting member 108 to heat the upper surface of the fuel cell 10.

連結パイプ１０５およびフレキシブル配管１０６の部分は配管であるので、熱抵抗が大きく凝縮器１０７からの熱が下側熱交換器１０２には伝わりにくい。したがって、燃料電池１０の特定の領域（上側熱交換器１０１に対向する部位）を優先的に加熱し、昇温させることができる。この部分的に加熱された領域を核として燃料電池１０の発電を開始する。燃料電池１０の発電開始後は、燃料電池１０の自己発熱を利用して、燃料電池１０全体を昇温させる。これにより、燃料電池１０全体を加熱する場合に比較して、燃料電池１０の起動時間を短縮することができる。   Since the connecting pipe 105 and the flexible pipe 106 are pipes, the heat resistance is large and the heat from the condenser 107 is not easily transmitted to the lower heat exchanger 102. Therefore, it is possible to preferentially heat a specific area of the fuel cell 10 (part facing the upper heat exchanger 101) to raise the temperature. The power generation of the fuel cell 10 is started using the partially heated region as a nucleus. After starting the power generation of the fuel cell 10, the temperature of the entire fuel cell 10 is raised using the self-heating of the fuel cell 10. Thereby, compared with the case where the whole fuel cell 10 is heated, the starting time of the fuel cell 10 can be shortened.

また、低温環境下で上側熱交換器１０１、下側熱交換器１０２、連結パイプ１０５、フレキシブル配管１０６の内部の冷媒が凍結している場合でも、燃料電池１０の加熱時は冷媒によらず凝縮器１０７から熱伝導部材１０８を介して直接熱伝導で加熱することができるので問題ない。   Even when the refrigerant in the upper heat exchanger 101, the lower heat exchanger 102, the connecting pipe 105, and the flexible pipe 106 is frozen in a low temperature environment, the fuel cell 10 is condensed regardless of the refrigerant. There is no problem because it can be heated directly from the vessel 107 through the heat conducting member 108 by heat conduction.

なお、本第１実施形態の構成では、上側熱交換器１０１を用いて燃料電池１０の一部加熱を行うことが望ましい。仮に、下側熱交換器１０２を用いて燃料電池１０の一部加熱を行う場合には、下側熱交換器１０２で沸騰した冷媒が上側熱交換器１０１に移動してしまい、燃料電池１０の特定領域のみを加熱することが難しくなるからである。   In the configuration of the first embodiment, it is desirable to partially heat the fuel cell 10 using the upper heat exchanger 101. If the fuel cell 10 is partially heated using the lower heat exchanger 102, the refrigerant boiled in the lower heat exchanger 102 moves to the upper heat exchanger 101, and the fuel cell 10 This is because it is difficult to heat only a specific region.

以上のように、燃料電池１０の側面より絶縁シート１０３、１０４を介して冷却を行うことで、各セルのセパレータに冷却流路を設ける必要がなく、セパレータに冷却液シール構造を設ける必要もない。これにより、燃料電池１０の構成を簡素にすることができる。また、各熱交換器１０１、１０２をセル積層方向と平行に燃料電池１０の側面に配置しているので、熱交換器１０１、１０２を介して各セルを均等に冷却あるいは加熱を行うことができる。   As described above, cooling is performed from the side surface of the fuel cell 10 through the insulating sheets 103 and 104, so that it is not necessary to provide a cooling flow path in the separator of each cell, and it is not necessary to provide a cooling liquid sealing structure in the separator. . Thereby, the structure of the fuel cell 10 can be simplified. Moreover, since each heat exchanger 101,102 is arrange | positioned in the side surface of the fuel cell 10 in parallel with the cell lamination direction, each cell can be cooled or heated equally via the heat exchanger 101,102. .

また、本第１実施形態の燃料電池システムの構成では、電極であるセパレータに直接冷却液が流れず、絶縁シート１０３、１０４によって、電極と冷却液とを絶縁できるので、感電や漏電のおそれがなく、冷却液の導電率を低く保つ必要がない。したがって、熱媒体として自動車用に使用されている通常の冷却液（ＬＬＣ）を使用することが可能となり、冷却液回路中にはイオン交換樹脂を取り付ける必要もない。このため、冷却液流路にイオン交換樹脂を設ける必要がなく、イオン交換樹脂の搭載スペースが不要となり、イオン交換樹脂の定期交換等のメンテナンスを行う必要もない。   Further, in the configuration of the fuel cell system of the first embodiment, the coolant does not flow directly to the separator as an electrode, and the insulating sheet 103, 104 can insulate the electrode and the coolant. And there is no need to keep the conductivity of the coolant low. Therefore, it is possible to use a normal coolant (LLC) used for automobiles as a heat medium, and there is no need to attach an ion exchange resin in the coolant circuit. For this reason, it is not necessary to provide an ion exchange resin in the coolant flow path, the space for mounting the ion exchange resin is unnecessary, and there is no need to perform maintenance such as periodic exchange of the ion exchange resin.

さらに、従来技術のように各セルに冷却液を流す場合に比較して、凝縮器１０７の内部に冷却液を流すだけであるので圧力損失を大幅に低下できる。このため、冷却液循環ポンプ２１の消費電力を大幅に低減できるとともに、冷却液循環ポンプ２１を小型化できる利点がある。   Furthermore, as compared with the case of flowing the cooling liquid to each cell as in the prior art, the pressure loss can be greatly reduced because only the cooling liquid is flowed into the condenser 107. For this reason, there is an advantage that the power consumption of the coolant circulation pump 21 can be significantly reduced and the coolant circulation pump 21 can be downsized.

さらに、複数の熱交換器１０１、１０２のうち特定の熱交換器１０１にのみ加熱手段により加熱された熱媒体を供給することで、簡素な構成で燃料電池１０の特定の領域を優先的に昇温させ、起動性を向上させることができる。   Furthermore, by supplying the heat medium heated by the heating means only to the specific heat exchanger 101 among the plurality of heat exchangers 101 and 102, the specific region of the fuel cell 10 is preferentially increased with a simple configuration. It can be warmed to improve the startability.

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３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、熱交換器の構成が異なるものである。 (Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The second embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the heat exchanger.

図３は、本第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。本第２実施形態の熱交換器２００は、上記第１実施形態の熱交換器１００のような沸騰冷却ではなく、熱媒体としての冷却液と燃料電池１０との間で直接熱交換するように構成されている。   FIG. 3 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the second embodiment. The heat exchanger 200 of the second embodiment is not boil-cooled like the heat exchanger 100 of the first embodiment, but directly exchanges heat between the coolant as the heat medium and the fuel cell 10. It is configured.

本第２実施形態の熱交換器２００は、燃料電池１０の上面側に設けられた上側熱交換器２０１と、燃料電池１０の下面側に設けられた下側熱交換器２０２から構成されている。各熱交換器２０１、２０２は、セル積層方向（図１の左右方向）と平行に、絶縁シート２０３、２０４を介して燃料電池１０の側面に配置されている。各熱交換器２０１、２０２は、燃料電池１０を構成する各セルの端部に熱的に接触している。また、各熱交換器２０１、２０２における絶縁シート２０３、２０４と接触する面２０１ａ、２０２ａにはアルマイト処理が施され、絶縁膜が形成されている。   The heat exchanger 200 according to the second embodiment includes an upper heat exchanger 201 provided on the upper surface side of the fuel cell 10 and a lower heat exchanger 202 provided on the lower surface side of the fuel cell 10. . Each of the heat exchangers 201 and 202 is disposed on the side surface of the fuel cell 10 via the insulating sheets 203 and 204 in parallel with the cell stacking direction (left and right direction in FIG. 1). Each heat exchanger 201, 202 is in thermal contact with the end of each cell constituting the fuel cell 10. Further, the surfaces 201a and 202a of the heat exchangers 201 and 202 that are in contact with the insulating sheets 203 and 204 are subjected to alumite treatment to form an insulating film.

冷却液流路２０は熱交換器２００の上流側で分岐しており、冷却液が上側熱交換器２０１と下側熱交換器２０２の双方に流入するように構成されている。冷却液流路２０における下側熱交換器２０２の上流側にはオンオフ弁（熱媒体流路切替手段）３２が設けられている。オンオフ弁３２を開状態にした場合には冷却液が各熱交換器２０１、２０２に流入し、オンオフ弁３２を閉状態にした場合には冷却液が上側熱交換器２０１のみに流入する。   The coolant flow path 20 is branched upstream of the heat exchanger 200, and is configured such that the coolant flows into both the upper heat exchanger 201 and the lower heat exchanger 202. An on / off valve (heat medium flow path switching means) 32 is provided upstream of the lower heat exchanger 202 in the coolant flow path 20. When the on / off valve 32 is opened, the coolant flows into the heat exchangers 201 and 202, and when the on / off valve 32 is closed, the coolant flows only into the upper heat exchanger 201.

通常運転時において燃料電池１０を冷却する際には、オンオフ弁３２を開状態として、冷却液が各熱交換器２０１、２０２に流入するようにしておく。これにより、冷却液循環ポンプ２１にて圧送された冷却液は各熱交換器２０１、２０２に流入し、絶縁シート２０３、２０４を介して燃料電池１０から熱を受け取り、ラジエータ２２にて大気に放熱する。これにより、燃料電池１０の冷却を行うことができる。   When the fuel cell 10 is cooled during normal operation, the on / off valve 32 is opened so that the coolant flows into the heat exchangers 201 and 202. As a result, the coolant pumped by the coolant circulation pump 21 flows into the heat exchangers 201 and 202, receives heat from the fuel cell 10 through the insulating sheets 203 and 204, and dissipates heat to the atmosphere by the radiator 22. To do. Thereby, the fuel cell 10 can be cooled.

また、燃料電池１０を暖機する際には、オンオフ弁３２を閉状態として、冷却液が上側熱交換器２０１のみに流入するようにしておく。そして、上記第１実施形態と同様、燃料電池１０の暖機時には、流路切替弁２５によって冷却液が暖房用流路２８に流れるようにする。さらにオンオフ弁２９は開状態とするとともに、電気ヒータ３０に通電して冷却液を加熱する。冷却液ポンプ２０によって圧送された冷却液は、凝縮器１０７を通って、オンオフ弁２９、電気ヒータ３０、ヒータコア３１を順に通過し冷却液循環ポンプ２１に戻る。電気ヒータ３０で加熱された冷却液は上側熱交換器２０１に導入される。これにより、燃料電池１０の特定の領域を加熱して昇温させることができる。   Further, when the fuel cell 10 is warmed up, the on / off valve 32 is closed so that the coolant flows only into the upper heat exchanger 201. As in the first embodiment, when the fuel cell 10 is warmed up, the flow path switching valve 25 causes the coolant to flow into the heating flow path 28. Further, the on / off valve 29 is opened, and the electric heater 30 is energized to heat the coolant. The coolant pumped by the coolant pump 20 passes through the condenser 107, sequentially passes through the on / off valve 29, the electric heater 30, and the heater core 31, and returns to the coolant circulation pump 21. The coolant heated by the electric heater 30 is introduced into the upper heat exchanger 201. Thereby, the specific area | region of the fuel cell 10 can be heated and heated up.

本第２実施形態の構成でも、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。なお、本第２実施形態の構成では、燃料電池１０の一部加熱を行う際に、各熱交換器２０１、２０２のいずれを用いてもよい。また、オンオフ弁３２を開状態として、熱交換器２０１、２０２の両面から燃料電池１０を暖機することもできる。   Even in the configuration of the second embodiment, the same effects as those of the first embodiment can be obtained. In the configuration of the second embodiment, when the fuel cell 10 is partially heated, any of the heat exchangers 201 and 202 may be used. Further, the fuel cell 10 can be warmed up from both surfaces of the heat exchangers 201 and 202 with the on / off valve 32 opened.

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図４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、熱交換器の構成が異なるものである。 (Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The third embodiment is different from the first embodiment in the configuration of the heat exchanger.

図４は、本第３実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図４に示すように、本第３実施形態では上側熱交換器１０１に電気ヒータ（熱交換器加熱手段）１１０が設けられている点が、上記第１実施形態と異なる。電気ヒータ１１０は、上側熱交換器１０１における燃料電池１０との反対側に設置されている。   FIG. 4 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the third embodiment. As shown in FIG. 4, the third embodiment is different from the first embodiment in that the upper heat exchanger 101 is provided with an electric heater (heat exchanger heating means) 110. The electric heater 110 is installed on the side opposite to the fuel cell 10 in the upper heat exchanger 101.

上記第１実施形態では、暖房用流路２８に設けられた電気ヒータ３０により冷却液を加熱し、加熱された冷却液を用いて燃料電池１０を加熱した。これに対して、本第３実施形態では、燃料電池１０の暖機時に電気ヒータ１１０に通電して発熱させ、上側熱交換器１０１のケース部分（アルミニウム製）および絶縁シート１０３を介して、燃料電池１０の上面（特定の領域）のみを加熱することができる。このように本第３実施形態では、熱媒体としての冷却液を介さず、電気ヒータ１１０の熱を熱交換器１０１に伝え、燃料電池１０に伝えることができる。   In the first embodiment, the coolant is heated by the electric heater 30 provided in the heating flow path 28, and the fuel cell 10 is heated using the heated coolant. In contrast, in the third embodiment, when the fuel cell 10 is warmed up, the electric heater 110 is energized to generate heat, and the fuel is passed through the case portion (made of aluminum) of the upper heat exchanger 101 and the insulating sheet 103. Only the upper surface (a specific region) of the battery 10 can be heated. Thus, in the third embodiment, the heat of the electric heater 110 can be transmitted to the heat exchanger 101 and transmitted to the fuel cell 10 without using the coolant as the heat medium.

また、上記第１実施形態の電気ヒータ３０にて加熱された冷却液による燃料電池１０の加熱と、本第３実施形態の電気ヒータ１１０による燃料電池１０の加熱を併用して行ってもよい。   The heating of the fuel cell 10 by the coolant heated by the electric heater 30 of the first embodiment and the heating of the fuel cell 10 by the electric heater 110 of the third embodiment may be performed in combination.

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態について図５に基づいて説明する。本第４実施形態は、上記第１実施形態に比較して、熱交換器の凝縮手段が空冷により冷媒蒸気を冷却するように構成されている点が異なる。 (Fourth embodiment)
Next, a fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fourth embodiment is different from the first embodiment in that the condensing means of the heat exchanger is configured to cool the refrigerant vapor by air cooling.

図５は、本第４実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図５に示すように、本第４実施形態の構成では、上記第１実施形態と異なり、冷却液循環ポンプ２１やラジエータ２２等の冷却液が循環する冷却回路をもたず、沸騰冷却器からなる熱交換器１００のみで燃料電池１０の冷却を行うシステムとなっている。このため、上記第１実施形態と比較して、より簡素なシステムとすることができる。   FIG. 5 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 5, the configuration of the fourth embodiment is different from the first embodiment in that it does not have a cooling circuit for circulating the cooling liquid such as the cooling liquid circulation pump 21 and the radiator 22 and is from a boiling cooler. Thus, the fuel cell 10 is cooled only by the heat exchanger 100. For this reason, it can be set as a simpler system compared with the said 1st Embodiment.

上側熱交換器１０１の上部には、ケース壁面の内側に内側フィン１０１ｂが設けられ、外側に外側フィン１０１ｃが設けられている。燃料電池１０は車体フレーム５０に固定されており、外側フィン１０１ｃは、ダクト５１を介して外気が導入されるように構成されている。ダクト５１には走行風が導入できるように構成することが望ましい。本第４実施形態では、内側フィン１０１ｂおよび外側フィン１０１ｃが凝縮手段を構成している。   On the upper part of the upper heat exchanger 101, an inner fin 101b is provided inside the case wall surface, and an outer fin 101c is provided outside. The fuel cell 10 is fixed to the vehicle body frame 50, and the outer fin 101 c is configured so that outside air is introduced through the duct 51. It is desirable to configure the duct 51 so that traveling wind can be introduced. In the fourth embodiment, the inner fin 101b and the outer fin 101c constitute a condensing unit.

燃料電池１０はケース５２の内部に設置されている。これにより、発電部分である燃料電池１０が直接外気にさらされゴミや雨が付着することを防止している。この場合、凝縮手段を構成するフィン１０１ｂ、１０１ｃは、ケース５２の外部に出るように構成している。   The fuel cell 10 is installed inside the case 52. This prevents the fuel cell 10 that is the power generation part from being directly exposed to the outside air and adhering dust and rain. In this case, the fins 101 b and 101 c constituting the condensing means are configured to come out of the case 52.

燃料電池１０で発電に伴い発熱すると、各熱交換器１０１、１０２内の冷媒が沸騰して蒸気となる。冷媒蒸気は、上側熱交換器１０１の内側フィン１０１ｂおよび外側フィン１０１ｃを介して外気と熱交換する。冷媒は内側フィン１０１ｃの表面で凝縮し、内側フィン１０１ｃから落下し、熱交換器１００の下方に溜まる。熱交換器１００内の冷媒は、蒸発と凝縮を繰り返し、燃料電池１０の熱を外気に放出する。   When the fuel cell 10 generates heat during power generation, the refrigerant in each of the heat exchangers 101 and 102 boils and becomes steam. The refrigerant vapor exchanges heat with the outside air via the inner fins 101b and the outer fins 101c of the upper heat exchanger 101. The refrigerant condenses on the surface of the inner fin 101c, falls from the inner fin 101c, and accumulates below the heat exchanger 100. The refrigerant in the heat exchanger 100 repeats evaporation and condensation, and releases the heat of the fuel cell 10 to the outside air.

本第４実施形態の場合、燃料電池１０の温度制御はダクト５１に流れる風量を調整して行うことになる。そのため、必要に応じ、ダクト５１の途中に送風ファンを設置して燃料電池１０の冷却をアシストするように構成してもよいし、ダクト５１の途中に可動板を設置して風量を制御できるように構成してもよい。   In the case of the fourth embodiment, the temperature control of the fuel cell 10 is performed by adjusting the amount of air flowing through the duct 51. Therefore, if necessary, a blower fan may be installed in the middle of the duct 51 to assist cooling of the fuel cell 10, or a movable plate may be installed in the middle of the duct 51 to control the air volume. You may comprise.

（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態について図６に基づいて説明する。本第５実施形態は、上記第１実施形態に比較して、熱交換器に代えて加熱手段を設けている点が異なるものである。 (Fifth embodiment)
Next, a fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. The fifth embodiment is different from the first embodiment in that a heating means is provided instead of the heat exchanger.

図６は、本第５実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。図６では、燃料電池１０の冷却系の図示を省略している。図６に示すように、本第５実施形態では、燃料電池１０のセル積層方向の側面に絶縁膜３０３、３０４を介して電気ヒータ（燃料電池加熱手段）３００を設けている。本例の電気ヒータ３００は、燃料電池１０の２つの側面に２個の電気ヒータ３０１、３０２を設けている。燃料電池１０を加熱する際には、電気ヒータ３００に通電することで、電気ヒータ３００で発生した熱が絶縁シート３０３、３０４を介して燃料電池１０に直接伝わり、燃料電池１０を加熱することができる。また、２個の電気ヒータ３０１、３０２のいずれかのみに通電すれば、燃料電池１０の特定の領域のみを加熱することができる。   FIG. 6 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel cell system according to the fifth embodiment. In FIG. 6, the cooling system of the fuel cell 10 is not shown. As shown in FIG. 6, in the fifth embodiment, an electric heater (fuel cell heating means) 300 is provided on the side surface of the fuel cell 10 in the cell stacking direction via insulating films 303 and 304. The electric heater 300 of this example is provided with two electric heaters 301 and 302 on two side surfaces of the fuel cell 10. When the fuel cell 10 is heated, the electric heater 300 is energized so that the heat generated in the electric heater 300 is directly transmitted to the fuel cell 10 through the insulating sheets 303 and 304, thereby heating the fuel cell 10. it can. In addition, if only one of the two electric heaters 301 and 302 is energized, only a specific region of the fuel cell 10 can be heated.

このような構成とした場合、電気ヒータ３００と燃料電池１０との間でショートを防止できるといった効果がある。なお、電気ヒータ３００は１個だけ設けてもよく、複数でもよい。   With such a configuration, there is an effect that a short circuit can be prevented between the electric heater 300 and the fuel cell 10. Only one electric heater 300 may be provided, or a plurality of electric heaters 300 may be provided.

（他の実施形態）
なお、上記各実施形態では、燃料電池として固体高分子型燃料電池を用いたが、これに限らず、本発明は他の種類の燃料電池を用いた燃料電池システムにも適用可能である。例えばリン酸型燃料電池においては、各セルのセパレータに配管を埋め込んで沸騰冷却を行うことが知られているが、配管を埋め込む必要があるので体格が大きくなるという問題があるが、本発明の構成では各セルに配管を設置していないので、このような問題を回避できる。 (Other embodiments)
In each of the above embodiments, a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell. However, the present invention is not limited to this, and the present invention can also be applied to a fuel cell system using other types of fuel cells. For example, in a phosphoric acid fuel cell, it is known to perform boiling cooling by embedding piping in the separator of each cell. However, there is a problem that the physique becomes large because it is necessary to embed the piping. In the configuration, piping is not installed in each cell, so such a problem can be avoided.

また、熱交換器として沸騰冷却器を用いる場合、沸騰冷却器に封入する冷媒は水に代えてフロン（ＨＦＣ−１３４ａ）を用いることもできる。   Moreover, when using a boiling cooler as a heat exchanger, the refrigerant | coolant enclosed with a boiling cooler can replace with water and can also use Freon (HFC-134a).

また、上記各実施形態では、燃料電池１０に絶縁シートを介して２個の熱交換器を設けたが、これに限らず、熱交換器は１個でもよく、３個以上設けてもよい。   Moreover, in each said embodiment, although the two heat exchangers were provided in the fuel cell 10 via the insulating sheet, it is not restricted to this, One heat exchanger may be provided and three or more may be provided.

また、燃料電池１０の側面から冷却する場合、各セパレータに冷却液を循環させる構成に比べて、燃料電池全体を均一に冷却することが難しく、電流密度に分布が生じやすい。この為に温度分布がつきやすいので、固体高分子膜としてより耐熱温度が高い高温膜を用いることが望ましい。   Further, when cooling from the side surface of the fuel cell 10, it is difficult to cool the entire fuel cell uniformly and the current density is likely to be distributed as compared with the configuration in which the coolant is circulated through each separator. For this reason, since a temperature distribution is easily attached, it is desirable to use a high temperature film having a higher heat resistant temperature as the solid polymer film.

第１実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 1st Embodiment. 熱交換器の燃料電池への組み付け構造を示す分解斜視図である。It is a disassembled perspective view which shows the assembly | attachment structure to the fuel cell of a heat exchanger. 第２実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 2nd Embodiment. 第３実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 3rd Embodiment. 第４実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 4th Embodiment. 第５実施形態の燃料電池システムの概略構成を示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows schematic structure of the fuel cell system of 5th Embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

１０…燃料電池、２０…冷却液流路、２１…冷却液循環ポンプ、２２…ラジエータ（放熱器）、２３…冷却ファン、３０…電気ヒータ（熱媒体加熱手段）、１００、２００…熱交換器、１０１、２０１…上側熱交換器、１０２、２０２…下側熱交換器、１０３、１０４、２０３、２０４、３０３、３０４…絶縁シート（絶縁層）、１０５…連結パイプ、１０６…フレキシブル配管、１１０…電気ヒータ（熱交換器加熱手段）、３００…電気ヒータ（燃料電池加熱手段）。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Fuel cell, 20 ... Coolant flow path, 21 ... Coolant circulation pump, 22 ... Radiator (radiator), 23 ... Cooling fan, 30 ... Electric heater (heat medium heating means), 100, 200 ... Heat exchanger , 101, 201 ... upper heat exchanger, 102, 202 ... lower heat exchanger, 103, 104, 203, 204, 303, 304 ... insulating sheet (insulating layer), 105 ... connecting pipe, 106 ... flexible pipe, 110 ... Electric heater (heat exchanger heating means), 300 ... Electric heater (fuel cell heating means).

Claims (13)

水素と酸素とを電気化学反応させて電気エネルギを発生する燃料電池（１０）と、
熱媒体を用いて前記燃料電池（１０）との間で熱交換を行う１以上の熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）と、
前記燃料電池（１０）と前記熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）との間に設けられた絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）と、
少なくとも１つの前記熱交換器（１０１、２０１）に熱媒体を循環させる熱媒体流路（２０、２８）と、
前記熱媒体を圧送する熱媒体循環手段（２１）と、
前記熱媒体流路（２８）に設けられ、前記熱媒体を加熱する熱媒体加熱手段（３０）とを備え、
前記熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）は複数設けられており、前記熱媒体加熱手段（３０）にて加熱された熱媒体を前記複数の熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）のうち所定の熱交換器（１０１、２０１）にのみに供給することで、前記燃料電池（１０）のうち前記所定の熱交換器（１０１、２０１）に対向する部位を優先的に加熱することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell (10) for generating electric energy by electrochemical reaction of hydrogen and oxygen;
One or more heat exchangers (101, 102, 201, 202) for exchanging heat with the fuel cell (10) using a heat medium;
An insulating layer (103, 104, 203, 204) provided between the fuel cell (10) and the heat exchanger (101, 102, 201, 202) ;
A heat medium flow path (20, 28) for circulating a heat medium to at least one of the heat exchangers (101, 201);
A heat medium circulating means (21) for pumping the heat medium;
A heat medium heating means (30) provided in the heat medium flow path (28) for heating the heat medium;
A plurality of the heat exchangers (101, 102, 201, 202) are provided, and the heat medium heated by the heat medium heating means (30) is converted into the plurality of heat exchangers (101, 102, 201, 202). ) To the predetermined heat exchanger (101, 201) only, the part of the fuel cell (10) facing the predetermined heat exchanger (101, 201) is preferentially heated. A fuel cell system. 前記熱媒体流路（２０）に設けられ、前記熱媒体を放熱させる放熱器（２２）を備え、前記放熱器（２２）にて放熱された熱媒体を前記熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）に導入することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。 A heat radiator (22) provided in the heat medium flow path (20) and dissipating the heat medium is provided, and the heat medium radiated by the heat radiator (22) is converted into the heat exchanger (101, 102, 201). 202). The fuel cell system according to claim 1 , wherein the fuel cell system is introduced into the fuel cell system. 前記熱媒体流路（２０）は、前記複数の熱交換器（２０１、２０２）のそれぞれに熱媒体を供給可能に構成されているとともに、前記熱媒体流路（２０）には熱媒体を前記所定の熱交換器（２０１）のみに供給可能な熱媒体流路切替手段（３２）を備えていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。 The heat medium flow path (20) is configured to be able to supply a heat medium to each of the plurality of heat exchangers (201, 202), and the heat medium flow path (20) receives the heat medium in the heat medium flow path (20). The fuel cell system according to claim 1 or 2 , further comprising a heat medium flow switching means (32) capable of supplying only to a predetermined heat exchanger (201). 前記熱交換器（１０１）に接するように配置された熱交換器加熱手段（１１０）を備えていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , further comprising heat exchanger heating means (110) arranged so as to be in contact with the heat exchanger (101). 前記熱交換器（１０１、１０２）は、その内部の一部に冷媒を封入して構成され、前記熱交換器（１０１）には前記燃料電池（１０）の熱により沸騰して蒸気となった冷媒を凝縮させる凝縮手段（１０７、１０１ｂ、１０１ｃ）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The heat exchanger (101, 102) is configured by enclosing a refrigerant in a part of the heat exchanger (101, 102), and the heat exchanger (101) is boiled by the heat of the fuel cell (10) to become steam. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein condensing means (107, 101b, 101c) for condensing the refrigerant is provided. 前記燃料電池（１０）は移動体に搭載されるものであり、
前記凝縮手段（１０１ｂ、１０１ｃ）は前記熱交換器（１０１）の外部に設けられたフィン（１０１ｃ）を備えており、
前記熱交換器（１０１）の外部に設けられたフィン（１０１ｃ）には前記移動体の走行風が供給され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。 The fuel cell (10) is mounted on a moving body,
The condensing means (101b, 101c) includes fins (101c) provided outside the heat exchanger (101),
6. The fuel cell system according to claim 5 , wherein a traveling wind of the moving body is supplied to the fins (101 c) provided outside the heat exchanger (101). 前記凝縮手段（１０７）には前記熱媒体加熱手段（３０）にて加熱された熱媒体が導入されるように構成されており、
前記凝縮手段（１０７）は前記熱交換器（１０１）と熱伝導部材（１０８）にて接続されてい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。 The condensation means (107) is configured to introduce the heat medium heated by the heat medium heating means (30),
The fuel cell system according to claim 5 , wherein the condensing means (107) is connected to the heat exchanger (101) by a heat conducting member (108). 前記熱交換器（１０１、１０２）は、前記燃料電池（１０）における対向する側面に配置された２つの熱交換器（１０１、１０２）を含み、
前記２つの熱交換器（１０１、１０２）はフレキシブル配管で接続され、内部が連通していることを特徴とする請求項５ないし７のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The heat exchanger (101, 102) includes two heat exchangers (101, 102) disposed on opposite sides of the fuel cell (10),
The fuel cell system according to any one of claims 5 to 7 , wherein the two heat exchangers (101, 102) are connected by a flexible pipe and communicated with each other. 前記熱交換器に封入する冷媒が水であることを特徴とする請求項５ないし８のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 5 to 8 , wherein the refrigerant sealed in the heat exchanger is water. 前記熱交換器（１０１、１０２）は、前記燃料電池（１０）における対向する側面に配置された２つの熱交換器（１０１、１０２）を含み、
前記２つの熱交換器（１０１、１０２）の一方は、前記燃料電池（１０）の下面に配置されており、
下面側の前記熱交換器（１０２）内部における前記燃料電池（１０）と対向する面には、周縁部に向けて上方に傾斜する傾斜部（１０２ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項５から９のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The heat exchanger (101, 102) includes two heat exchangers (101, 102) disposed on opposite sides of the fuel cell (10),
One of the two heat exchangers (101, 102) is disposed on the lower surface of the fuel cell (10),
The surface facing the fuel cell (10) inside the heat exchanger (102) on the lower surface side is provided with an inclined portion (102b) inclined upward toward the peripheral portion. Item 10. The fuel cell system according to any one of Items 5 to 9 . 前記熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）内部における前記燃料電池（１０）に対向する面において、前記燃料電池（１０）におけるセル積層方向の中央付近に対応する部位の面粗度を他の部位より大きくすることを特徴とする請求項１ないし１０のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 In the surface facing the fuel cell (10) inside the heat exchanger (101, 102, 201, 202), the surface roughness of the portion corresponding to the vicinity of the center in the cell stacking direction of the fuel cell (10) is changed. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 10 , wherein the fuel cell system is made larger than a portion of the fuel cell system. 前記熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）における前記絶縁層（１０３、１０４、２０３、２０４）に接する表面には、絶縁処理が施されていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１つに記載の燃料電池システム。 The surface contacting the insulating layer (103,104,203,204) in the heat exchanger (101, 102, 201, and 202) are of claims 1 to 11, wherein an insulating treatment is applied The fuel cell system according to any one of the above. 前記熱交換器（１０１、１０２、２０１、２０２）はアルミニウムから構成されており、
前記絶縁処理はアルマイト処理であることを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池システム。 The heat exchanger (101, 102, 201, 202) is made of aluminum,
The fuel cell system according to claim 12 , wherein the insulation treatment is an alumite treatment.
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