(57)【要約】【課題】燃料電池の端側に配置されたセルの温度を適切に調節する。【解決手段】燃料電池において、積み重ねられた複数のセルのうち、右端側セル２と右側の集電板６との間には右端側冷却板１５が設けられ、複数のセルのうち、左端側セルと左側の集電板との間には左端側冷却板が設けられ、右端側冷却板１５および左端側冷却板のそれぞれにはヒータが設けられている。右端側冷却板１５に設けられたヒータ２３は右端側セル２を加熱する機能を有し、左端側冷却板に設けられたヒータは左端側セルを加熱する機能を有する。【選択図】図３
2020126782.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のセルと、
前記複数のセルの集合体の両側にそれぞれ設けられ、集電板をそれぞれ含む一対の側板部と、
前記複数のセルのうち互いに隣り合う２つのセルの間に設けられた中央側冷却板と、
前記一対の側板部のうちの一方の側板部と、前記複数のセルのうち前記一方の側板部と隣り合うセルとの間、および前記一対の側板部のうちの他方の側板部と、前記複数のセルのうち前記他方の側板部と隣り合うセルとの間にそれぞれ設けられた一対の端側冷却板と、
前記一対の端側冷却板のうちの少なくとも１つの端側冷却板に設けられたヒータとを備えていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記少なくとも１つの端側冷却板は、冷却風を流すための冷却通路を有し、前記ヒータは前記冷却通路内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記少なくとも１つの端側冷却板が有する前記冷却通路は、前記複数のセルのうち当該端側冷却板と隣り合うセル側に開口した第１の冷却通路と、前記一対の側板部のうち当該端側冷却板と隣り合う側板部側に開口した第２の冷却通路とを含み、前記ヒータは、前記第１の冷却通路内に設けられ、前記第２の冷却通路内には設けられていないことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記少なくとも１つの端側冷却板は、規則的に並んでいる複数の前記冷却通路を有し、前記ヒータは、当該端側冷却板に、前記複数の冷却通路において前記ヒータが設けられた冷却通路がＮ（Ｎは自然数）個置きとなるように設けられていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記少なくとも１つの端側冷却板は、前記冷却通路として機能する凹溝を有するコルゲート状の板により形成され、前記ヒータは前記凹溝内に設けられていることを特徴とする請求項２ないし４のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項６】
前記少なくとも１つの端側冷却板に設けられた前記ヒータと、当該端側冷却板と隣り合う前記側板部との間に断熱材が設けられていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記一対の端側冷却板のうちの一方の端側冷却板は、前記一対の側板部のうちの一方の側板部に含まれる集電板と、前記複数のセルのうち前記一方の側板部に含まれる集電板と隣り合うセルとの間に設けられ、前記一対の端側冷却板のうちの他方の端側冷却板は、前記一対の側板部のうちの他方の側板部に含まれる集電板と、前記複数のセルのうち前記他方の側板部に含まれる集電板と隣り合うセルとの間に設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質を挟む一対の電極の一方に水素等の燃料ガスを供給し、他方に酸素または空気を供給し、これによって生じる電気化学反応により電気エネルギーを得る装置である。燃料電池は、電解質膜、電解質膜の両側に設けられた一対の電極、および一対の電極のそれぞれの外側に設けられた一対のセパレータを有するセルを複数積み重ねることにより形成されている。また、燃料電池において、複数のセルの集合体の両側には一対の側板部が設けられている。各側板部は、集電板、絶縁板および支持板を有し、集電板、絶縁板および支持板は側板部の内側から外側に向かってこの順番で配置されている。
【０００３】
また、電気化学反応により各セルは発熱する。燃料電池の中には、互いに隣り合う２つのセルの間、および互いに隣り合うセルと側板部との間に冷却板をそれぞれ設け、これら冷却板により、各セルを冷却し、燃料電池の温度が過剰に高温とならないようにしているものがある。
【０００４】
また、下記の特許文献１には、ＭＥＡ（膜ー電極接合体）、アノード流動域プレートおよびカソード流動域プレートを有する燃料電池を直列に配置した燃料電池スタックを備え、この燃料電池スタックの両側に、内側から外側に向かってバスプレート、絶縁プレートおよびエンドプレートが配置された燃料電池システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００６−５１３５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、燃料電池の稼働時において、側板部と隣り合った端側のセルは、中央側のセルと比較して温度が低くなる傾向がある。その理由の１つとして、端側のセルの熱が、当該セルと隣り合っている側板部へ逃げることが考えられる。また、他の理由として、燃料電池の中央側において互いに隣り合う２つのセルの間に設けられた冷却板は、当該冷却板の両側に配置された２つのセルを冷却するのに対し、燃料電池の端側においてセルと側板部との間に設けられた冷却板は、当該冷却板の一方の側に配置された１つのセルのみを冷却する。したがって、燃料電池の端側においてセルと側板部との間に設けられた冷却板の冷却効果が、燃料電池の中央側において互いに隣り合う２つのセルの間に設けられた冷却板の冷却効果よりも高くなる。その結果、端側のセルに対する冷却板の冷却効果が過剰になることが考えられる。
【０００７】
側板部と隣り合った端側のセルの温度が、中央側のセルの温度と比較して低いことにより、次のようないくつかの問題が生じ得る。すなわち、端側のセルの温度が低いことにより、端側のセルにおいて反応ガス中の水分が液化してフラッディングが生じるおそれがある。また、燃料電池の始動時等、燃料電池の低温稼働時に、端側のセルの温度上昇率が中央側のセルの温度上昇率と比較して遅くなる。したがって、端側のセルの温度が所定の温度に達するまで燃料電池の暖機運転を続けることとした場合、暖機運転の時間が長くなる。また、燃料電池の通常稼働時には、端側のセルの温度が中央側のセルの温度と比較して低くなり、端側のセルの電気化学反応の効率が低下するおそれがある。
【０００８】
また、上記特許文献１に記載の燃料電池システムでは、絶縁プレートとエンドプレートとの間に抵抗加熱素子が配置されている。特許文献１には、抵抗加熱素子により端部燃料電池を加熱する旨が記載されている。しかしながら、抵抗加熱素子と端部燃料電池との間にバスプレートおよび絶縁プレートが介在しており、抵抗加熱素子と端部燃料電池とが互いに離れている。また、抵抗加熱素子と端部燃料電池との間に介在している絶縁プレートは熱伝導率が低いと考えられる。したがって、抵抗加熱素子により端部燃料電池を加熱するのに大きな電力を必要とし、その結果、消費電力が大きくなるおそれがある。
【０００９】
本発明は例えば上述したような問題に鑑みなされたものであり、本発明の課題は、端側に配置されたセルの温度を適切に調節することができる燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明の燃料電池は、複数のセルと、前記複数のセルの集合体の両側にそれぞれ設けられ、集電板をそれぞれ含む一対の側板部と、前記複数のセルのうち互いに隣り合う２つのセルの間に設けられた中央側冷却板と、前記一対の側板部のうちの一方の側板部と、前記複数のセルのうち前記一方の側板部と隣り合うセルとの間、および前記一対の側板部のうちの他方の側板部と、前記複数のセルのうち前記他方の側板部と隣り合うセルとの間にそれぞれ設けられた一対の端側冷却板と、前記一対の端側冷却板のうちの少なくとも１つの端側冷却板に設けられたヒータとを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池において端側に配置されたセルの温度を適切に調節することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施例の燃料電池の外観を示す斜視図である。
【図２】図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向から見た燃料電池の断面図である。
【図３】本発明の第１の実施例の燃料電池におけるセル、端側冷却板、ヒータ、集電板、絶縁板および支持板を示す断面図である。
【図４】図２中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見た端側冷却板およびヒータを示す説明図である。
【図５】本発明の第２の実施例の燃料電池におけるセル、端側冷却板、ヒータ、集電板、絶縁板および支持板を示す断面図である。
【図６】本発明の第２の実施例の燃料電池における端側冷却板の一部を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の実施形態の燃料電池は、複数のセルと、複数のセルの集合体の両側にそれぞれ設けられた側板部とを備えている。各セルは、電解質と、電解質の両側に設けられた一対の電極と、一対の電極のそれぞれの外側に設けられた一対のセパレータとを有している。また、各側板部は少なくとも集電板を有している。また、本実施形態の燃料電池は中央側冷却板および一対の端側冷却板を備えている。中央側冷却板は、複数のセルのうち互いに隣り合う２つのセルの間に設けられている。３つ以上のセルを備えた燃料電池は複数の中央側冷却板を備えている。一方の端側冷却板は、一対の側板部のうちの一方の側板部と、複数のセルのうち一方の側板部と隣り合うセルとの間に設けられている。他方の端側冷却板は、一対の側板部のうちの他方の側板部と、複数のセルのうち他方の側板部と隣り合うセルとの間に設けられている。さらに、本実施形態の燃料電池はヒータを備えている。ヒータは一対の端側冷却板のうちの少なくとも１つの端側冷却板に設けられている。
【００１４】
本実施形態の燃料電池において、端側冷却板は、複数のセルのうち側板部と隣り合うセル、すなわち、複数のセルのうち最も端側に位置するセル（以下、本実施形態の説明において、これを「端側セル」という。）と側板部との間に設けられている。側板部は集電板を含んでいるので、端側冷却板は端側セルと集電板との間に位置する。ヒータは端側冷却板に設けられているので、ヒータは端側セルと集電板との間に位置する。すなわち、ヒータは集電板よりも端側セルに近い位置に配置され、端側セルに極めて接近した位置、例えば端側セルに直接的に隣り合う位置に配置されている。このようにヒータと端側セルとの距離が近いので、ヒータから発せられる熱が端側セルに伝わり易く、ヒータにより端側セルを効率良く加熱することができる。また、端側冷却板は放熱性を高めるために熱伝導率の高い材料により形成されているので、ヒータを端側冷却板に設けることで、ヒータから発せられる熱が端側セルに伝わり易くなる。
【００１５】
このように、本実施形態の燃料電池によれば、ヒータにより、端側セルを加熱することで、端側セルの温度を適切に調節することができる。具体的には、端側セルの温度の低下を抑えることができ、端側セルにおいて反応ガス中の水分が液化してフラッディングが生じることを抑制することができる。また、燃料電池の始動時等、各セルが低温であるときに、ヒータにより端側のセルを暖め、端側のセルの温度上昇率を中央側のセルの温度上昇率に近づけることができる。したがって、燃料電池の暖機時間を短くすることができる。また、燃料電池の通常稼働時に、端側セルの温度を、中央側のセルの温度と等しくなるように調節し、端側セルの電気化学反応の効率が中央側のセルの電気化学反応の効率に比して低下することを抑制することができる。また、ヒータの位置が端側セルに近いこと、またはヒータが熱伝導率の高い端側冷却板に設けられていることから、ヒータによる端側セルの加熱に要する電力を低くすることができ、消費電力を削減することができる。
【実施例１】
【００１６】
以下、本発明の燃料電池の実施例について説明する。なお、説明の便宜上、燃料電池の実施例の説明において、上（Ｕ）、下（Ｄ）、前（Ｆ）、後（Ｂ）、左（Ｌ）、右（Ｒ）のそれぞれの方向を述べる際には、各図中の左下に示す矢印に従う。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施例の燃料電池１を示している。図２は、図１中の矢示ＩＩ−ＩＩ方向から見た燃料電池１の断面を示している。図３は、図２中の燃料電池１の断面の右端側部分を拡大して示している。
【００１８】
図１において、燃料電池１は、複数のセル、および一対の側板部５を備えている。複数のセルは左右方向に並ぶように配置されている。ここで、燃料電池１の最も右側に位置するセルを「右端側セル」といい、符号２を付す。また、燃料電池１の最も左側に位置するセルを「左端側セル」といい、符号３を付す。また、燃料電池１において、右端側セル２および左端側セル３以外のセルを「中央側セル」といい、符号４を付す。なお、説明上、右端側セル、左端側セルおよび中央側セルを区別しない場合には、これらを単に「セル」という。
【００１９】
図２に示すように、各セル２、３、４は、電解質膜１１、一対の電極１２および一対のセパレータ１３を有している。電解質膜１１は、例えばフッ素系スルホン酸膜等の固体高分子材料により、方形の薄膜状に形成されている。各電極１２は、例えば、触媒としての白金の粒子を担持した方形の薄膜状の炭素担体により形成されている。また、この炭素担体の外側（セパレータ１３側）には、例えば炭素繊維により形成されたガス拡散層が設けられている。一対の電極１２のうちの一方がアノード電極であり、他方がカソード電極である。各セパレータ１３は、例えば、黒鉛および樹脂の複合体、または金属により方形の板状に形成されている。また、図３に示すように、各セパレータ１３において、電極１２に臨む面には反応ガスの通路１３Ａが形成されている。
【００２０】
また、図２に示すように、一対の側板部５は複数のセル２、３、４の集合体の左右両側にそれぞれ設けられている。すなわち、右側の側板部５は右端側セル２の右側（外側）に配置され、左側の側板部５は左端側セル３の左側（外側）に配置されている。各側板部５は、集電板６、絶縁板７および支持板８を有している。集電板６、絶縁板７および支持板８はそれぞれ方形の板状に形成されている。また、集電板６、絶縁板７および支持板８は燃料電池１の内側から外側に向かってこの順番に配置されている。
【００２１】
集電板６は導電性を有する材料により形成されている。集電板６は、各セル２、３、４により生成された電気を燃料電池１の外部へ出力する機能を有している。集電板６には、各セル２、３、４により生成された電気を外部へ出力するための端子（図示せず）が設けられている。絶縁板７は非導電性を有する材料により形成されている。絶縁板７は、集電板６と支持板８とを絶縁する機能を有している。支持板８は例えば金属等により形成されている。支持板８は、各セル２、３、４、各集電板６および各絶縁板７を支持する機能を有している。一対の支持板８は、燃料電池１を左右方向に貫通する複数の棒状の支持部材９により互いに接近する方向に締め付けられている。これにより、左側の絶縁板７、左側の集電板６、複数のセル２、３、４、後述の複数の冷却板１５、１６、１７、右側の集電板６および右側の絶縁板７が一対の支持板８により押し付けられつつ挟持された状態で支持されている。
【００２２】
また、燃料電池１は冷却風により各セル２、３、４を冷却する空冷式の燃料電池である。燃料電池１は、複数の冷却板を備えている。図２に示すように、複数の冷却板は、互いに隣り合う２つの中央側セル４の間、右端側セル２と右側の集電板６との間、および左端側セル３と左側の集電板６との間にそれぞれ設けられている。ここで、右端側セル２と右側の集電板６との間に設けられた冷却板を「右端側冷却板」といい、符号１５を付す。また、左端側セル３と左側の集電板６との間に設けられた冷却板を「左端側冷却板」といい、符号１６を付す。また、互いに隣り合う２つの中央側セル４の間に設けられた冷却板を「中央側冷却板」といい、符号１７を付す。なお、説明上、右端側冷却板、左端側冷却板および中央側冷却板を区別しない場合には、これらを単に「冷却板」という。
【００２３】
図３に示すように、各冷却板１５、１６、１７は、例えば金属板を折り曲げることによりコルゲート状に形成されている。各冷却板１５、１６、１７は、左方に開口した複数の凹溝２１、および右方に開口した複数の凹溝２２を有している。各冷却板１５、１６、１７において、凹溝２１、２２は規則的に並んでいる。具体的には、凹溝２１、２２はそれぞれ前後方向に直線状に伸長しており、互いに平行に配置されている。また、凹溝２１と凹溝２２とは上下方向に交互に並んでいる。複数の凹溝２１および複数の凹溝２２はそれぞれ、冷却風を通してセル２、３、４を冷却する冷却通路として機能する。冷却風は、凹溝２１および凹溝２２のそれぞれの内部を前後方向に流れる。なお、右端側冷却板１５における凹溝２１は第１の冷却通路の具体例であり、右端側冷却板１５における凹溝２２は第２の冷却通路の具体例である。また、左端側冷却板１６における凹溝２２は第１の冷却通路の具体例であり、左端側冷却板１６における凹溝２１は第２の冷却通路の具体例である。
【００２４】
図３において、右端側冷却板１５は、右端側セル２の右側のセパレータ１３と直接的に隣り合っている。したがって、右端側冷却板１５の各凹溝２１は、右端側セル２の右側のセパレータ１３側に開口している。具体的には、当該各凹溝２１の開口部は、右端側セル２の右側のセパレータ１３の右面に臨んでいる。右端側冷却板１５は、各凹溝２１内を流れる冷却風により、右端側セル２の右側のセパレータ１３から熱を奪うことで、右端側セル２を冷却する。
【００２５】
また、図３において、右端側冷却板１５は、右側の集電板６と直接的に隣り合っている。したがって、右端側冷却板１５の各凹溝２２は、右側の集電板６側に開口し、当該各凹溝２２の開口部は、右側の集電板６の左面に臨んでいる。
【００２６】
また、図２において、左端側冷却板１６は、左端側セル３の左側のセパレータ１３と直接的に隣り合っている。したがって、左端側冷却板１６の各凹溝２２は、左端側セル３の左側のセパレータ１３側に開口している。具体的には、当該各凹溝２２の開口部は、左端側セル３の左側のセパレータ１３の左面に臨んでいる。左端側冷却板１６は、各凹溝２２内を流れる冷却風により、左端側セル３の左側のセパレータ１３から熱を奪うことで、左端側セル３を冷却する。
【００２７】
また、図２において、左端側冷却板１６は、左側の集電板６と直接的に隣り合っている。したがって、左端側冷却板１６の各凹溝２１は、左側の集電板６側に開口し、当該各凹溝２１の開口部は、左側の集電板６の右面に臨んでいる。
【００２８】
また、図２において、各中央側冷却板１７は、互いに隣り合う中央側セル４の間に配置され、各中央側冷却板１７は、当該中央側冷却板１７の右側に位置する中央側セル４と直接的に隣り合い、かつ当該中央側冷却板１７の左側に位置する中央側セル４と直接的に隣り合っている。したがって、各中央側冷却板１７の各凹溝２１は、当該中央側冷却板１７の左側に位置する中央側セル４の右側のセパレータ側に開口している。具体的には、当該各凹溝２１の開口部は、当該中央側冷却板１７の左側に位置する中央側セル４の右側のセパレータ１３の右面に臨んでいる。また、各中央側冷却板１７の各凹溝２２は、当該中央側冷却板１７の右側に位置する中央側セル４の左側のセパレータ側に開口している。具体的には、当該各凹溝２２の開口部は、当該中央側冷却板１７の右側に位置する中央側セル４の左側のセパレータ１３の左面に臨んでいる。各中央側冷却板１７は、各凹溝２１内を流れる冷却風により、当該中央側冷却板１７の左側に位置する中央側セル４の右側のセパレータ１３から熱を奪うことで、当該中央側冷却板１７の左側に位置する中央側セル４を冷却する。また、各中央側冷却板１７は、各凹溝２２内を流れる冷却風により、当該中央側冷却板１７の右側に位置する中央側セル４の左側のセパレータ１３から熱を奪うことで、当該中央側冷却板１７の右側に位置する中央側セル４を冷却する。
【００２９】
また、燃料電池１は、一対のヒータ２３を備えている。図２に示すように、一方のヒータ２３は右端側冷却板１５に設けられ、他方のヒータ２３は左端側冷却板１６に設けられている。右端側冷却板１５に設けられたヒータ２３は右端側セル２を加熱する機能を有している。また、左端側冷却板１６に設けられたヒータ２３は左端側セル３を加熱する機能を有している。
【００３０】
図３に示すように、右端側冷却板１５において、ヒータ２３は、右端側セル２の右側のセパレータ１３側に開口した凹溝２１内に設けられている。ここで、図４は図２中の矢示ＩＶ−ＩＶ方向から見た右端側冷却板１５の左面、および右端側冷却板１５に設けられたヒータ２３を示している。図４に示すように、本実施例においてヒータ２３は１本の導線により形成されている。ヒータ２３は、右端側冷却板１５の複数の凹溝２１内に挿入されている。ヒータ２３は、右端側冷却板１５に並んでいる複数の凹溝２１に掛け渡され、各凹溝２１内を、各凹溝２１に沿って伸長している。例えば、ヒータ２３は、右端側冷却板１５の最も前側の凹溝２１から最も後側の凹溝２１にかけて、すべての凹溝２１内を順次通るように配線されている。また、ヒータ２３は、右端側セル２の右側のセパレータ１３の右面に臨んでいる。また、ヒータ２３の両端部は、例えばヒータ２３を発熱させるための電源回路（図示せず）に接続されている。
【００３１】
また、ヒータ２３は、図３に示すように、右端側冷却板１５が有する複数の凹溝２１、２２において、ヒータ２３が設けられた凹溝が１つ置きとなるように右端側冷却板１５に設けられている。すなわち、右端側冷却板１５において、ヒータ２３は、凹溝２１内には配置されているが、凹溝２２内には配置されていない。その結果、右端側冷却板１５における凹溝２１および凹溝２２の配列を全体的に見た場合に、ヒータ２３は右端側冷却板１５が有する複数の凹溝に１つおきに配置されている。
【００３２】
また、右端側冷却板１５の各凹溝２１内には断熱材２４が設けられている。当該断熱材２４は、右端側冷却板１５の凹溝２１内に設けられたヒータ２３から発せられた熱が右側の集電板６に伝わることを抑制する機能を有している。本実施例において断熱材２４は、右端側冷却板１５の各凹溝２１の底面に樹脂コーティングを施すことにより形成されている。各凹溝２１内において、断熱材２４は、ヒータ２３と凹溝２１の底面との間に配置されている。また、このように配置された断熱材２４は、ヒータ２３と右側の集電板６との間に位置している。
【００３３】
また、図２に示すように、左端側冷却板１６において、ヒータ２３は、左端側セル３の左側のセパレータ１３側に開口した凹溝２２内に設けられている。ヒータ２３は、左端側セル３の左側のセパレータ１３の左面に臨んでいる。左端側冷却板１６の凹溝２２内に配置されたヒータ２３は、右端側冷却板１５の凹溝２１内に配置されたヒータ２３と同様に形成されている。また、左端側冷却板１６においてヒータ２３が複数の凹溝２２内に配置されている態様は、右端側冷却板１５においてヒータ２３が複数の凹溝２１内に配置されている態様と同様である。また、左端側冷却板１６の各凹溝２２内には、右端側冷却板１５の凹溝２１と同様に、断熱材２４が設けられている。当該断熱材２４は、左端側冷却板１６の凹溝２２内に設けられたヒータ２３から発せられた熱が左側の集電板６に伝わることを抑制する機能を有している。
【００３４】
このような構成を有する燃料電池１において、燃料電池１の稼働時には、右端側冷却板１５、左端側冷却板１６および各中央側冷却板１７のそれぞれの凹溝２１、２２に冷却風が供給される。冷却風がこれらの凹溝２１、２２を流れることにより、右端側セル２、左端側セル３および各中央側セル４がそれぞれ冷却される。
【００３５】
また、例えば、燃料電池１の始動時、または低温環境下での稼働時等には、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６にそれぞれ設けられたヒータ２３に通電する。各ヒータ２３が通電されると、各ヒータ２３から発せられた熱によって右端側セル２および左端側セル３がそれぞれ加熱される。これにより、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの温度を、中央側セル４の温度と同等にすることができる。
【００３６】
各ヒータ２３の通電は例えば燃料電池１の温度に基づいて制御することができる。例えば、燃料電池１に温度センサを設け、この温度センサにより燃料電池１の温度を検出し、その検出結果に基づいて、各ヒータ２３への通電のオン、オフまたは各ヒータ２３へ印加する電圧の大きさを制御する方法を採用することができる。温度センサは、例えば、右端側セル２の近傍、左端側セル３の近傍、いずれかの中央側セル４の近傍、またはヒータ２３の近傍等に設けることができる。また、温度センサとして、例えばサーミスタ等を用いることができる。また、例えばＰＴＣ（正温度係数）ヒータを用いることにより、簡易な構成で、ヒータの発熱制御を行うことができる。
【００３７】
以上説明した通り、本発明の実施例の燃料電池１によれば、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６にそれぞれ設けられたヒータ２３により、右端側セル２および左端側セル３をそれぞれ加熱することで、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの温度を適切に調節することができる。具体的には、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの温度の低下を抑えることができ、右端側セル２または左端側セル３において反応ガス中の水分が液化してフラッディングが生じることを抑制することができる。また、燃料電池１の始動時等、各セル２、３、４が低温であるときに、ヒータ２３により右端側セル２および左端側セル３をそれぞれ暖め、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの温度上昇率を中央側セル４の温度上昇率に近づけることができる。したがって、燃料電池１の暖機時間を短くすることができる。また、燃料電池１の通常稼働時に、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの温度を、中央側セル４の温度と等しくなるように調節し、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの電気化学反応の効率が中央側セル４の電気化学反応の効率に比して低下することを抑制することができる。
【００３８】
また、本実施例の燃料電池１においては、ヒータ２３が右端側冷却板１５の凹溝２１内および左端側冷却板１６の凹溝２２内にそれぞれ設けられている。この構成により、ヒータ２３を右端側セル２および左端側セル３のそれぞれに近い位置に配置することができ、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの加熱を効率よく行うことができる。また、各冷却板１５、１６、１７は高い放熱性を確保するために熱伝導率の高い材料により形成されている。ヒータ２３を熱伝導率の高い右端側冷却板１５および左端側冷却板１６にそれぞれ設けることにより、ヒータ２３により発せられた熱が右端側セル２および左端側セル３に伝わり易くすることができ、右端側セル２および左端側セル３の加熱の効率を高めることができる。また、このように右端側セル２および左端側セル３の加熱を効率良く行うことができるので、ヒータ２３による右端側セル２および左端側セル３の加熱に要する電力を低くすることができ、消費電力を削減することができる。また、右端側冷却板１５において冷却通路として機能する凹溝２１内、および左端側冷却板１６において冷却通路として機能する凹溝２２内にそれぞれヒータ２３を配置する構成であるので、ヒータ２３を設けるための専用のスペース等を燃料電池１に追加する必要がない。したがって、ヒータ２３を設けることによって燃料電池１が大型化することを防止することができる。
【００３９】
また、本実施例の燃料電池１の右端側冷却板１５において、ヒータ２３は、右端側セル２側に開口した凹溝２１内に設けられ、右側の集電板６側に開口した凹溝２２には設けられていない。同様に、左端側冷却板１６において、ヒータ２３は、左端側セル３側に開口した凹溝２２内に設けられ、左側の集電板６側に開口した凹溝２１には設けられていない。この構成により、ヒータ２３から発せられた熱が右端側セル２および左端側セル３に伝わり易くすることができ、かつヒータ２３から発せられた熱が左側および右側の集電板６に逃げることを抑制することができる。このように、ヒータ２３から発せられた熱を右端側セル２および左端側セル３に集中させることができ、右端側セル２および左端側セル３の加熱を効率よく行うことができる。
【００４０】
また、本実施例の燃料電池１の右端側冷却板１５において、ヒータ２３は、右端側冷却板１５が有する凹溝２１、２２のうち凹溝２１のみに設けられており、すなわち、右端側冷却板１５が有する複数の凹溝に１つ置きに配置されている。同様に、左端側冷却板１６において、ヒータ２３は、左端側冷却板１６が有する複数の凹溝に１つ置きに配置されている。この構成により、燃料電池１の通常稼働時において、右端側冷却板１５による右端側セル２の冷却効果、および左端側冷却板１６による左端側セル３の冷却効果を、中央側冷却板１７による中央側セル４の冷却効果と比較して適度に下げることができる。したがって、右端側セル２および左端側セル３のそれぞれの温度と中央側セル４の温度との均衡をとることができる。すなわち、冷却板において、ヒータが設けられた凹溝と、ヒータが設けられていない凹溝とを比較すると、ヒータが設けられていない凹溝の方が冷却風が流れ易い。したがって、冷却板が有する複数の凹溝のうちの一部の凹溝のみにヒータを設けることにより、複数の凹溝のすべてにヒータを設ける場合と比較して、冷却板を流れる冷却風の量を増やすことができる。また、冷却板が有する複数の凹溝のうちの一部の凹溝のみにヒータを設けることにより、複数の凹溝のすべてにヒータを設けない場合と比較して、冷却板を流れる冷却風の量を減らすことができる。したがって、右端側冷却板１５においてヒータ２３を右端側冷却板１５が有する複数の凹溝に１つ置きに配置し、左端側冷却板１６においてヒータ２３を左端側冷却板１６が有する複数の凹溝に１つ置きに配置することにより、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６のそれぞれを流れる冷却風の量を、中央側冷却板１７を流れる冷却風の量と比較して適度に少なくすることができる。それゆえ、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６による右端側セル２および左端側セル３の冷却効果を、中央側冷却板１７による中央側セル４の冷却効果と比較して適度に下げることができる。その結果、燃料電池１の通常稼働時において、右端側セル２と中央側セル４との間の温度差、および左端側セル３と中央側セル４との間の温度差をそれぞれ小さくすることができ、燃料電池１の電気化学反応の効率を良くすることができる。
【００４１】
また、本実施例の燃料電池１においては、右端側冷却板１５に設けられたヒータ２３と右側の集電板６との間、具体的には、右端側冷却板１５の各凹溝２１の底面に断熱材２４が設けられている。また、左端側冷却板１６に設けられたヒータ２３と左側の集電板６との間、具体的には、左端側冷却板１６の各凹溝２２の底面に断熱材２４が設けられている。これら断熱材２４により、ヒータ２３の熱が左右の集電板６側に逃げることを抑制することができる。したがって、右端側セル２および左端側セル３の加熱の効率を高めることができる。
【００４２】
また、本実施例の燃料電池１によれば、空冷式の燃料電池に採用されるコルゲート状の冷却板１５、１６の凹溝内にヒータを設けることで、簡易な構成により、フラッディングの抑制、暖機運転時間の短縮化、および電気化学反応の反応効率の向上を図ることができる。
【実施例２】
【００４３】
図５は本発明の第２の実施例の燃料電池３１における右端側部分の断面を示している。図６は燃料電池３１が有する右端側冷却板３２の一部を示している。図６に示すように、右端側冷却板３２において、右端側セル２側に開口した各凹溝３３の底面には、例えば右端側冷却板１５を形成している金属板にプレス加工を施すことにより、複数の凸部３４が形成されている。図５に示すように、ヒータ２３は各凸部３４の突出端面上に配置されている。このように、ヒータ２３を凹溝２１の底面から離すことにより、断熱効果が得られ、ヒータ２３から発せられた熱が右側の集電板６に伝わり難くすることができる。したがって、ヒータ２３による右端側セル２の加熱の効率を高めることができる。なお、第２の実施例では、各凹溝２１の底面に樹脂コーティングが施されていないが、凸部３４を埋没させない程度の樹脂コーティングを各凹溝２１の底側部分に施し、断熱効果を一層高めてもよい。また、燃料電池３１の左端側冷却板において、左端側セル３側に開口した各凹溝の底面にも、右端側冷却板３２の凹溝３３の底面と同様に、複数の凸部３４が形成されている。
【００４４】
なお、上記実施例では、凹溝内を直線状に伸長する導線によりヒータ２３を形成したが、ヒータ２３として、コイル、またはフィルムヒータ等を用いることもできる。
【００４５】
また、上記実施例では、断熱材２４を樹脂コーティングにより形成したが、例えば、右端側冷却板１５の凹溝２１または左端側冷却板１６の凹溝２２の底側に、樹脂材料により形成された細長い板状の部材を取り付けてもよい。
【００４６】
また、断熱材２４については、例えば、ヒータ２３が設けられた右端側冷却板１５の凹溝２１または左端側冷却板１６の凹溝２２内に液状の断熱性材料を注入して当該凹溝２１、２２内を断熱性材料で充たした後、その断熱性材料を固化させ、当該凹溝２１、２２内に設けられたヒータ２３を断熱性材料に埋没させるようにしてもよい。この構成により、ヒータ２３が設けられた右端側冷却板１５の各凹溝２１または左端側冷却板１６の各凹溝２２を断熱性材料により閉塞することができる。したがって、右端側冷却板１５または左端側冷却板１６の冷却効果を下げることができる。
【００４７】
また、上記実施例の燃料電池１は、右端側冷却板１５が右側の集電板６に直接隣り合い、また、左端側冷却板１６が左側の集電板６に直接隣り合う構成であるが、右端側冷却板１５と右側の集電板６との間、または左端側冷却板１６と左側の集電板６との間に、何らかの機能を有する導電性部材が介在していてもよい。
【００４８】
また、上記実施例では、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６をそれぞれコルゲート形状の板材により形成する場合を例にあげたが、例えば、右端側冷却板１５または左端側冷却板１６を、波型状の板材、平板の一面に複数のひだまたは突起が突出しているもの、または冷却風を流す方向に多数の貫通孔を有する板材等により形成することもできる。
【００４９】
また、上記実施例では、右端側冷却板１５において、ヒータ２３を、右端側冷却板１５が有する複数の凹溝に１つ置きに配置し、左端側冷却板１６において、ヒータ２３を、左端側冷却板１６が有する複数の凹溝に１つ置きに配置する場合を例にあげたが、右端側冷却板１５において、ヒータ２３を、右端側冷却板１５が有する複数の凹溝に３以上の奇数個置きに配置し、左端側冷却板１６において、ヒータ２３を、左端側冷却板１６が有する複数の凹溝に３以上の奇数個置きに配置してもよい。また、右端側冷却板の形状によっては、ヒータ２３を、右端側冷却板が有する複数の冷却通路（凹溝、またはひだとひだとの間等）に２以上の偶数個置きに配置することも可能である。左端側冷却板におけるヒータ２３の配置についても同様である。
【００５０】
また、上記実施例では、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６のそれぞれにヒータ２３を設けたが、右端側冷却板１５および左端側冷却板１６のうちの一方にヒータ２３を設ける構成としてもよい。
【００５１】
また、本発明は、請求の範囲および明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨または思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴う燃料電池もまた本発明の技術思想に含まれる。
【符号の説明】
【００５２】
１、３１  燃料電池
２  右端側セル（セル）
３  左端側セル（セル）
４  中央側セル（セル）
５  側板部
６  集電板
１５、３２  右端側冷却板（端側冷却板）
１６  左端側冷却板（端側冷却板）
１７  中央側冷却板
２１、３３  凹溝（第１の冷却通路）
２２  凹溝（第２の冷却通路）
２３  ヒータ
２４  断熱材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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