(57)【要約】      （修正有）【課題】  簡素な構成で燃料電池の暖機を行うとともに、燃料電池システムの信頼性を向上させる。【解決手段】  複数の単位セル１２を積層して構成された燃料電池システムであって、バイメタル３２と発熱体３４を有して単位セル１２間に配置された電気ヒータ３０を備え、バイメタル３２の温度が所定温度より低下すると、バイメタル３２が変形して発熱体３４への通電が行われるようにした。バイメタル３２の温度に応じて電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができるため、温度センサ、または各電気ヒータへの通電を制御する回路等が不要となり、簡素な構成で燃料電池の暖機を行うことが可能となる。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セルを積層して構成された燃料電池システムであって、
線膨張係数の異なる複数部材から成り、当該複数部材のうちの一部材が導電性を有するスイッチ手段と、発熱体とを有して前記単位セル間に配置された電気ヒータを備え、
前記スイッチ手段の温度が所定温度より低下すると、前記スイッチ手段が変形して前記発熱体への通電が行われることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記スイッチ手段は、線膨張係数の異なる２つの金属から構成されたバイメタルであることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記バイメタルの変形により、隣接する前記単位セル間を前記電気ヒータが短絡して、前記発熱体への通電が行われることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記単位セルの積層方向と直交する面内に前記電気ヒータを張り巡らせて配置したことを特徴とする請求項２又は３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
隣接する前記単位セル間を接続する導電性のセパレータを備え、前記電気ヒータを前記セパレータに設けられた空隙内に配置したことを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項６】
燃料電池内における前記電気ヒータの配置箇所に応じて、前記バイメタルが変形する前記所定温度が異なるようにしたことを特徴とする請求項２〜５のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記電気ヒータの配置箇所の放熱量が大きい程、前記バイメタルが変形する前記所定温度を高くしたことを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記電気ヒータの配置箇所が燃料電池の端部に近い程、前記バイメタルが変形する前記所定温度を高くしたことを特徴とする請求項６記載の燃料電池システム。
【請求項９】
複数の単位セルを積層して構成された燃料電池システムであって、
前記単位セル間に配置された電気ヒータを備え、
前記単位セル間を流れる電流により前記電気ヒータへの通電が行われることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
前記単位セルの積層方向と直交する面内に前記電気ヒータを張り巡らせて配置したことを特徴とする請求項９記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
隣接する前記単位セル間を接続する導電性のセパレータを備え、前記電気ヒータを前記セパレータに設けられた空隙内に配置したことを特徴とする請求項９又は１０記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関し、特に、燃料電池を暖機する電気ヒータを備えたシステムに適用して好適である。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は所定の動作温度で発電を行うため、始動時には、燃料電池を暖機して所定の温度まで昇温させる必要がある。例えば、特開平５−４７３９７号公報には、燃料電池の単位セルの間に電気ヒータを介在させ、外部の温度センサの検出値に基づいて、外部電源から各電気ヒータへの電流量を制御して、燃料電池の暖機を図る技術が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−４７３９７号公報
【特許文献２】特開２００３−１０９６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特開平５−４７３９７号公報に記載された方法では、各電気ヒータへの電流量を制御部で制御しているため、制御部が故障した場合は、所望の電流を各電気ヒータに流すことが困難となる。また、外部電源と各ヒータを信号線で接続し、信号線を介して各電気ヒータへ電流を流しているため、信号線に故障が生じた場合は各電気ヒータへ電流を流すことができなくなる。このように、同公報に記載された構成では、外部から電気ヒータを制御しているため、制御部、信号線に故障が生じると、燃料電池の暖機を確実に行うことが困難となり、燃料電池の信頼性が低下するという問題が生じる。更に、同公報の構成では、電気ヒータと別個に制御部、信号配線等を設ける必要があり、構造が複雑になるという問題も生じる。
【０００５】
この発明は、上述のような問題を解決するためになされたものであり、簡素な構成で燃料電池の暖機を行うとともに、燃料電池システムの信頼性を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、複数の単位セルを積層して構成された燃料電池システムであって、線膨張係数の異なる複数部材から成り、当該複数部材のうちの一部材が導電性を有するスイッチ手段と、発熱体とを有して前記単位セル間に配置された電気ヒータを備え、前記スイッチ手段の温度が所定温度より低下すると、前記スイッチ手段が変形して前記発熱体への通電が行われることを特徴とする。
【０００７】
第２の発明は、第１の発明において、前記スイッチ手段は、線膨張係数の異なる２つの金属から構成されたバイメタルであることを特徴とする。
【０００８】
第３の発明は、第２の発明において、前記バイメタルの変形により、隣接する前記単位セル間を前記電気ヒータが短絡して、前記発熱体への通電が行われることを特徴とする。
【０００９】
第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記単位セルの積層方向と直交する面内に前記電気ヒータを張り巡らせて配置したことを特徴とする。
【００１０】
第５の発明は、第２〜第４の発明のいずれかにおいて、隣接する前記単位セル間を接続する導電性のセパレータを備え、前記電気ヒータを前記セパレータに設けられた空隙内に配置したことを特徴とする。
【００１１】
第６の発明は、第２〜第５の発明のいずれかにおいて、燃料電池内における前記電気ヒータの配置箇所に応じて、前記バイメタルが変形する前記所定温度が異なるようにしたことを特徴とする。
【００１２】
第７の発明は、第６の発明において、前記電気ヒータの配置箇所の放熱量が大きい程、前記バイメタルが変形する前記所定温度を高くしたことを特徴とする。
【００１３】
第８の発明は、第６の発明において、前記電気ヒータの配置箇所が燃料電池の端部に近い程、前記バイメタルが変形する前記所定温度を高くしたことを特徴とする。
【００１４】
第９の発明は、上記の目的を達成するため、複数の単位セルを積層して構成された燃料電池システムであって、前記単位セル間に配置された電気ヒータを備え、前記単位セル間を流れる電流により前記電気ヒータへの通電が行われることを特徴とする。
【００１５】
第１０の発明は、第９の発明において、前記単位セルの積層方向と直交する面内に前記電気ヒータを張り巡らせて配置したことを特徴とする。
【００１６】
第１１の発明は、第９又は第１０の発明において、隣接する前記単位セル間を接続する導電性のセパレータを備え、前記電気ヒータを前記セパレータに設けられた空隙内に配置したことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
第１の発明によれば、スイッチ手段の温度が所定温度より低下した場合に、スイッチ手段の変形によって発熱体への通電を行うようにしたため、スイッチ手段の温度に応じて電気ヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。従って、温度センサ、または各電気ヒータへの通電を制御する回路等が不要となり、簡素な構成で燃料電池の暖機を行うことが可能となる。また、各電気ヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦ状態は、各電気ヒータのスイッチ手段の変形度合いに応じて個別に設定されるため、燃料電池の各領域の温度に応じて各領域を最適に暖機することが可能となる。
【００１８】
第２の発明によれば、線膨張係数の異なる２つの金属から構成されたバイメタルからスイッチ手段を構成することができる。
【００１９】
第３の発明によれば、隣接する単位セル間を電気ヒータが短絡することで、発熱体への通電が行われるため、単位セル間に流れる電流を発熱体に流すことができる。従って、電気ヒータへ電流を流すための外部電源、または配線等が不要となり、簡素な構成で燃料電池を暖機することが可能となる。また、故障の要因となり得る外部電源等の部材が不要となるため、燃料電池の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２０】
第４の発明によれば、単位セルの積層方向と直交する面内に電気ヒータを張り巡らせて配置したため、電気ヒータによって各単位セル間を確実に暖機することが可能となる。
【００２１】
第５の発明によれば、電気ヒータをセパレータに設けられた空隙内に配置することで、隣接する単位セル間に電気ヒータを配設することが可能となる。
【００２２】
第６の発明によれば、電気ヒータの配置箇所に応じて、前記バイメタルが変形する所定温度が異なるようにしたため、燃料電池内の必要な領域を重点的に加熱することが可能となる。
【００２３】
第７の発明によれば、電気ヒータの配置箇所の放熱量が大きい程、バイメタルが変形する所定温度を高くしたため、放熱量の大きい領域を重点的に加熱することが可能となる。
【００２４】
第８の発明によれば、燃料電池の端部に近い程、バイメタルが変形する所定温度を高くしたため、放熱量の大きい燃料電池の端部を重点的に加熱することが可能となる。
【００２５】
第９の発明によれば、単位セル間を流れる電流により電気ヒータへの通電を行うようにしたため、電気ヒータへ電流を流すための外部電源、または配線等が不要となり、簡素な構成で燃料電池を暖機することが可能となる。また、故障の要因となり得る外部電源等の部材が不要となるため、燃料電池の信頼性を向上させることが可能となる。
【００２６】
第１０の発明によれば、単位セルの積層方向と直交する面内に電気ヒータを張り巡らせて配置したため、電気ヒータによって各単位セル間を確実に暖機することが可能となる。
【００２７】
第１１の発明によれば、電気ヒータをセパレータに設けられた空隙内に配置することで、隣接する単位セル間に電気ヒータを配設することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
以下、図面に基づいてこの発明のいくつかの実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。なお、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００２９】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１にかかる燃料電池１０の一部を示す断面図である。図１では、燃料電池１０として固体高分子型（ＰＥＭ）の燃料電池を例示するが、燃料電池１０は、発電を行う際に水（水蒸気）を生成する種類のものであればよく、固体高分子型（ＰＥＭ）の他、例えば固体電解質型（ＳＯＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、水素分離膜型等の燃料電池であってもよい。
【００３０】
燃料電池１０は、電解質膜１４、アノード極１６、カソード極１８、およびセパレータ２０とから構成される単位セル１２を複数積層して構成される。電解質膜１４は、フッ素系樹脂などの固体高分子材料で形成されたプロトン伝導性のイオン交換膜である。アノード極１６およびカソード極１８は、共に炭素繊維を織成したカーボンクロスにより形成されている。セパレータ２０は、カーボンを圧縮してガス不透過とした緻密質カーボンなどガス不透過の導電性部材により形成されている。アノード極１６、カソード極１８の近傍には、アノード極１６に水素含有ガスを供給する流路２２、およびカソード極１８に酸素を供給する酸化ガス流路２４が設けられている。
【００３１】
アノード極１６では、水素含有ガスが送り込まれると、水素から水素イオンを生成し（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）、カソード極１８は、酸化ガスが送り込まれると、この酸化ガス中の酸素から酸素イオンを生成し、単位セル１２内では電力が発生する。また、これと同時にカソード極１８において、上記の水素イオンと酸素イオンとから水が生成される（（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）。この水のほとんどは、燃料電池１２内で発生する熱を吸収して水蒸気として生成される。
【００３２】
図１に示すように、隣接する単位セル１２のセパレータ２０は、境界面（セル面）２６を介して直列に接続されている。従って、多数の単位セル１２を積層することで、燃料電池全体として大きな起電力を得ることができる。
【００３３】
単位セル１２同士が接続されるそれぞれの境界面２６近傍には、所定の空隙２８が設けられている。そして、空隙２８内には燃料電池１０を暖機するための電気ヒータ３０が配設されている。図２（Ａ）は、空隙２８の近傍を拡大して示す断面図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）の状態を回路として示す模式図である。図２（Ａ）に示すように、電気ヒータ３０はバイメタル３２と発熱体３４を組み合わせて構成されている。発熱体３４の端部は、接続部３０ａにより図２において左側に隣接する単位セル１２のセパレータ２０と接触し、電気的に接続されている。
【００３４】
バイメタル３２は、熱膨張率（線膨張係数）の大きい金属板３２ａと熱膨張率の小さい金属板３２ｂを単位セル１２の積層方向に貼り合わせて構成されている。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、低温時、すなわち燃料電池１０の暖機が完了する以前の状態を示している。この状態では、図２（Ａ）に示すように、熱膨張率の大きい金属板３２ａが対向する空隙２８の内壁側に向かってバイメタル３２が屈曲しており、バイメタル３２と空隙２８の内壁が接触している。これにより、バイメタル３２は、図２において右側に隣接する単位セル１２のセパレータ２０と接触し、電気的に接続されている。従って、図２（Ｂ）に示すように、回路としては、単位セル１２間を接続する配線（セパレータ２０）と並列に電気ヒータ３０が接続されていることになる。接続部３０ａ、およびバイメタル３２とセパレータ２０との接触部以外の領域で電気ヒータ３０とセパレータ２０が接触してしまうことを防ぐため、空隙２８の内壁は絶縁被膜３６で覆われている。
【００３５】
図２に示す低温時の状態において、流路２２，２４にそれぞれガスを供給して燃料電池１０を運転すると、空隙２８の両側の単位セル１２で発電が行われる。そして、単位セル１２同士が直列に接続されているため、単位セル１２の積層方向へ向かう電流がセパレータ２０に流れる。このとき、電気ヒータ３０の両端は空隙２８の両側のセパレータ２０に接続されているため、電気ヒータ３０に電流が流れ、発熱体３４が発熱する。電気ヒータ３０は隣接する単位セル１２間にそれぞれ設けられているため、各電気ヒータ３０の発熱体３４が発熱すると、燃料電池１０の全体を暖機することができる。
【００３６】
電気ヒータ３０の発熱により単位セル１２間の温度が昇温していくと、発熱体３４の熱によりバイメタル３２が変形していく。この際、熱膨張率の大きい金属板３２ａが熱膨張率の小さい金属板３２ｂに比べて大きく膨張するため、図２に示す矢印Ａの方向にバイメタル３２が変形する。
【００３７】
図３（Ａ）は、図２（Ａ）の状態からバイメタル３２が変形した状態を示す模式図である。また、図３（Ｂ）は、図３（Ａ）の状態を回路として示す模式図である。図２（Ａ）中の矢印Ａ方向にバイメタル３２が変形すると、バイメタル３２と空隙２８の内壁（セパレータ２０）との接触が外れ、電気ヒータ３０に電流が流れなくなる。従って、発熱により単位セル１２間が十分に加熱された状態となると、バイメタル３２の変形により発熱体３４への通電を停止することができる。これにより、暖機完了とともに自動的に電気ヒータ３０の発熱を停止させることが可能となる。
【００３８】
このように、本実施形態によれば、バイメタル３２が温度検出の機能と、電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦのスイッチとしての機能を兼ね備えているため、燃料電池１０の暖機状態を検出する温度センサ、電気ヒータへの通電を制御する制御回路等を設ける必要がない。従って、簡素な構成で燃料電池１０の暖機を確実に行うことが可能となる。
【００３９】
また、電気ヒータ３０を各単位セル１２間に設けているため、各単位セル１２間の暖機状態に応じて各単位セル１２間の加熱を個別に行うことが可能となる。例えば、燃料電池１０の端部は中心部に比べると放熱量が多いため、中心部に比べて昇温し難いという性質がある。本実施形態の構成によれば、バイメタル３２が加熱して変形するまでの間は電気ヒータ３０に電流が流れるため、昇温の遅い端部では、バイメタル３２の変形が遅くなり、電気ヒータ３０への通電がより長時間行われることとなる。従って、放熱量が多く、昇温し難い箇所を重点的に暖機することが可能となる。これにより、燃料電池１０の温度分布が均一となるように暖機することが可能となり、この結果、発電効率を高めることが可能となる。更に、燃料電池１０の領域毎の放熱量の違いに応じて、バイメタル３２の金属板３２ａと金属板３２ｂの形状、幅を適宜変更し、放熱量の少ない領域に配置されるバイメタル３２に比べて放熱量の多い領域に配置されるバイメタル３２の熱に対する変形の度合いを小さくすることで、放熱量が多い領域の電気ヒータ３０により長時間の通電を行うことができ、放熱量の多い領域をより重点的に加熱することも可能である。
【００４０】
更に、燃料電池１０で発電した電流を電気ヒータ３０に流すようにしたため、電気ヒータ３０に電流を流すための電源、配線等を新たに設ける必要がない。従って、簡素な構成で燃料電池１０の暖機を行うことが可能となり、製造コストを大幅に低減させることができる。また、電気ヒータ３０に電流を流すための電源、配線等が不要になるため、故障の要因となる構成要素を減らすことができ、燃料電池システムの信頼性を大幅に向上させることが可能となる。
【００４１】
図４は、発熱体３４の両端にバイメタル３２を設けた例を示す模式図である。ここで、図４（Ａ）は低温時の状態を示しており、図４（Ｂ）は電気ヒータ３０が配置された単位セル１２間が十分に暖機された状態を示している。図４（Ａ）では、電気ヒータ３０の両端のバイメタル３２が電気ヒータ３０の両側の単位セル１２（セパレータ２０）のそれぞれと接触しており、燃料電池１０の運転により電気ヒータ３０に電流が流れて発熱体３４が発熱する。電気ヒータ３０の発熱により、単位セル１２間が昇温していくと、電気ヒータ３０の両端のバイメタル３２がそれぞれ変形していく。そして、単位セル１２間が十分に暖機されると、図４（Ｂ）に示すように、両側のバイメタル３２と単位セル１２との接続が外れ、電気ヒータ３０に電流が流れなくなる。このように、電気ヒータ３０の複数箇所にバイメタル３２を設け、各バイメタル３２により電気ヒータ３０の通電状態を制御しても良い。
【００４２】
図５は、電気ヒータ３０の平面形状を示す模式図であって、単位セル１２の積層方向から電気ヒータ３０を見た状態を示している。空隙２８は単位セル１２の積層方向と直交する方向にできるだけ広い範囲で設けることが望ましく、図５に示すように、電気ヒータ３０は空隙２８内の全域に延在するように配設することが望ましい。図５（Ａ）は、サーペンタイン型の電気ヒータ３０を示しており、電気ヒータ３０の接続部３０ａは、図５（Ａ）において空隙２８の手前側の単位セル１２と接続される。また、電気ヒータ３０の中央にはバイメタル３２が設けられており、低温時には、図５（Ａ）において空隙２８の奥側の単位セル１２にバイメタル３２が接続される。これにより、燃料電池１０を運転して、図５（Ａ）において手前側の単位セル１２から奥側の単位セル１２に電流が流れると、図５（Ａ）中の矢印方向に電流が流れる。このように、空隙２８の平面領域内の全域に電気ヒータ３０の発熱体３４を配設することで、空隙２８内を均等に加熱することができ、燃料電池１０の暖機効率を高めることができる。
【００４３】
図５（Ｂ）はダウンフロー型の電気ヒータ３０を示しており、接続部３０ａが上部に設けられ、バイメタル３２が下部に設けられている。また、図５（Ｃ）はクロスフロー型の電気ヒータ３０を示しており、接続部３０ａが空隙２１の一方の側縁近傍に設けられ、バイメタル３２が他方の側縁近傍に設けられている。図５（Ｂ）及び図５（Ｃ）の構成によれば、接続部３０ａから発熱体３４を分岐させているため、分岐した発熱体３４に平行して電流を流すことができる。接続部３０ａおよびバイメタル３２と、単位セル１２との接続状態は図５（Ａ）と同様である。
【００４４】
なお、図５（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、バイメタル３２の両側に電流が流れ込むように構成した場合は、図６に示すように、バイメタル３２を中央で分割し、暖機完了時に双方のバイメタル３２が変形してセパレータ２０との電気的接続が外れるようにすれば良い。
【００４５】
以上説明したように実施の形態１によれば、バイメタル３２を備えた電気ヒータ３０を単位セル１２間に配置したため、バイメタル３２の加熱の度合いに応じて電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。従って、温度センサ、または各電気ヒータへの通電を制御する回路等が不要となり、簡素な構成で燃料電池１０の暖機を行うことが可能となる。また、各電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦ状態は、各電気ヒータ３０のバイメタル３２によって個別に設定されるため、燃料電池１０の各領域の温度に応じて各領域を最適に暖機することが可能となる。これにより、燃料電池１０の温度分布を均一にして暖機することが可能となる。
【００４６】
更に、単位セル１２間に流れる電流を電機ヒータ３０に流すようにしたため、電気ヒータへ電流を流すための外部電源、または配線等が不要となる。従って、簡素な構成で燃料電池１０を暖機することが可能となる。また、故障の要因となり得る外部電源等の部材が不要となるため、燃料電池１０の信頼性を向上させることが可能となる。
【００４７】
実施の形態２．
次に、本発明の実施の形態２について説明する。図７は、実施の形態２の主要部を示す模式図であって、電気ヒータ３０の近傍の構成と、電気ヒータ３０への通電を行う回路を示している。図１と同様に、電気ヒータ３０は隣接する単位セル１２間に設けられた各空隙２８内に配置されており、空隙２８の内壁面の所定位置には絶縁被膜３６が設けられている。
【００４８】
電気ヒータ３０の構成は、実施の形態１と同様であって、バイメタル３２と発熱体３４との組み合わせから構成されている。また、バイメタル３２は、熱膨張率の大きい金属板３２ａと熱膨張率の小さい金属板３２ｂを貼り合せて構成されている。
【００４９】
電気ヒータ３０の両端は、配線４０によって外部電源３８と接続されている。図７は、低温時の状態を示しており、この状態では、バイメタル３２の端部と配線４０とが接触し、電気的に接続されている。配線４０には必要に応じてリレー４２が設けられる。リレー４２は、所定の場合に外部電源３８から電気ヒータ３０への通電を遮断するものであるが、通常は電気ヒータ３０への通電を行う状態に設定されている。
【００５０】
図８は、単位セル１２間の暖機状態に応じて電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦが切り換わる様子を示す模式図である。ここで、図８（Ａ）は低温時の状態であって、図７に対応している。また、図８（Ｂ）は単位セル１２間が十分に暖機された状態を示している。
【００５１】
図８（Ａ）に示すように、低温時には配線４０とバイメタル３２が接続されているため、外部電源３８から電気ヒータ３０へ電流が流れ、発熱体３４が発熱する。これにより、単位セル１２間が加熱されて燃料電池１０が暖機される。
【００５２】
電気ヒータ３０が発熱し、単位セル１２間が昇温していくと、発熱体３４の熱によりバイメタル３２が変形していく。この際、図７において、熱膨張率の大きい金属板３２ａが熱膨張率の小さい金属板３２ｂに比べて大きく膨張するため、図８（Ａ）に示す矢印Ｂの方向にバイメタル３２が変形する。
【００５３】
これにより、バイメタル３２と配線４０との接触が外れ、電気ヒータ３０に電流が流れなくなる。従って、発熱により単位セル１２間が十分に暖機されると、発熱体３４への通電を停止させることができる。
【００５４】
以上説明したように実施の形態２によれば、バイメタル３２を備えた電気ヒータ３０を単位セル１２間に配置したため、バイメタル３２の加熱の度合いに応じて電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦを切り換えることができる。従って、温度センサ、または各電気ヒータへの通電を制御する回路等が不要となり、簡素な構成で燃料電池１０の暖機を行うことが可能となる。また、各電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦ状態は、各電気ヒータ３０のバイメタル３２によって個別に設定されるため、燃料電池１０の各領域の温度に応じて各領域を最適に暖機することが可能となる。これにより、燃料電池１０の温度分布を均一にして暖機することが可能となる。
【００５５】
実施の形態３．
次に、本発明の実施の形態３について説明する。図９は、実施の形態３の主要部を示す模式図であって、電気ヒータ３０の近傍の構成と、電気ヒータ３０への通電を行う回路を示している。図１と同様に、電気ヒータ３０は隣接する単位セル１２間に設けられた空隙２８内に配置されており、空隙２８の内壁面の所定位置には絶縁被膜３６が設けられている。
【００５６】
実施の形態３では、電気ヒータ３０にバイメタル３２は設けられていない。そして、電気ヒータ３０の一端に設けられた接続部３０ａが、電気ヒータ３０の両側のセパレータ２０の一方と電気的に接続されている。また、電気ヒータ３０の他端は、リレー４４を介して、電気ヒータ３０の両側のセパレータ２０の他方と電気的に接続されている。
【００５７】
リレー４４は、温度に応じて電気ヒータ３０とセパレータ２０の接続状態のＯＮ／ＯＦＦを切り換えるものであり、低温時は電気ヒータ３０とセパレータ２０の接続をＯＮに設定し、単位セル１２間が昇温すると、電気ヒータ３０とセパレータ２０の接続をＯＦＦに設定する。
【００５８】
図１０は、単位セル１２間の暖機状態に応じて、電気ヒータ３０への通電のＯＮ／ＯＦＦが切り換わる様子を示す模式図である。ここで、図１０（Ａ）は低温時の状態を示しており、図１０（Ｂ）は単位セル１２間が十分に暖機された状態を示している。
【００５９】
図１０（Ａ）に示すように、低温時にはリレー４４がＯＮの状態に設定され、燃料電池１０の運転により単位セル１２間を流れる電流が電気ヒータ３０にも流れ、発熱体３４が発熱する。これにより、単位セル１２間が加熱されて燃料電池１０が暖機される。
【００６０】
図１０（Ｂ）に示すように、電気ヒータ３０が発熱し、単位セル１２間が十分に昇温すると、リレー４４がＯＦＦの状態に設定され、電気ヒータ３０に電流が流れなくなる。従って、発熱により単位セル１２間が十分に暖機された状態では、電気ヒータ３０への通電を停止することができる。そして、各電気ヒータ３０に接続されたリレー４４のＯＮ／ＯＦＦを個別に設定することで、燃料電池１２の各領域を最適に暖機することが可能となる。
【００６１】
以上説明したように実施の形態３によれば、単位セル１２間に流れる電流を電気ヒータ３０に流すようにしたため、電気ヒータへ電流を流すための外部電源、または配線等が不要となる。従って、簡素な構成で燃料電池１０を暖機することが可能となる。また、故障の要因となり得る外部電源等の部材が不要となるため、燃料電池１０の信頼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施の形態１にかかる燃料電池１０の一部を示す断面図である。
【図２】電気ヒータの近傍を詳細に示す模式図である。
【図３】図２の状態からバイメタルが変形した状態を示す模式図である。
【図４】電気ヒータの複数箇所にバイメタルを設けた例を示す模式図である。
【図５】電気ヒータの平面形状を示す模式図である。
【図６】バイメタルを中央で分割した例を示す模式図である。
【図７】実施の形態２の主要部を示す模式図である。
【図８】実施の形態２において、燃料電池の暖機状態に応じて電気ヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦが切り換わる様子を示す模式図である。
【図９】実施の形態３の主要部を示す模式図である。
【図１０】実施の形態３において、燃料電池の暖機状態に応じて電気ヒータへの通電のＯＮ／ＯＦＦが切り換わる様子を示す模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１０  燃料電池システム
１２  単位セル
２０  セパレータ
２６  空隙
３０  電気ヒータ
３２  バイメタル
３４  発熱体
【図１】
2005209344.tif 000003
【図２】
2005209344.tif 000004
【図３】
2005209344.tif 000005
【図４】
2005209344.tif 000006
【図５】
2005209344.tif 000007
【図６】
2005209344.tif 000008
【図７】
2005209344.tif 000009
【図８】
2005209344.tif 000010
【図９】
2005209344.tif 000011
【図１０】
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