燃料电池和燃料电池系统的制作方法

专利名称：燃料电池和燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及使用燃料气体和氧化剂气体迸行发电的燃料电池以及 使用该燃料电池的燃料电池系统。
背景技术：
作为典型的燃料电池，有高分子电解质型燃料电池。高分子电解 质型燃料电池通常为叠层由高分子电解质膜以及夹持该高分子电解质
膜的阳极和阴极而形成的单电池(cell)的结构。
如此叠层单电池而形成的高分子电解质型燃料电池具备燃料气体 供给岐管、燃料气体排出岐管、氧化剂气体供给岐管、氧化剂气体排 出岐管、传热介质供给岐管和传热介质排出岐管。在该高分子电解质 型燃料电池中，通过从燃料气体供给岐管向各单电池的阳极供给的燃 料气体与从氧化剂气体供给岐管向各单电池的阴极供给的氧化剂'(体 的反应，实行伴随着发热的发电。为了回收该热量，在高分子电解质 型燃料电池中，经由传热介质供给岐管向设置于其适当位置的传热介 质流路供给传热介质，并且如此供给的传热介质经由传热介质排出岐 管排出。 _
通常使用水、硅油作为传热介质。传热介质在燃料电池系统启动 时从传热介质供给岐管分配到各单电池。另外，在启动时传热介质也 起到向燃料电池提供热量使温度上升的作用。
但是，在将燃料电池系统用作家庭用热电联供系统的情况下，使 用以甲烷等为主成分的城市燃气作为燃料气体的原料。在这种情况下， 为了增大光热费用的优点，在燃料电池系统中，在电消耗量少的时间 段(深夜)停止，在电消耗量多的时间段(白天)进行发电的运转方 法(DSS (Daily Start-up & Shut-down)运转)是行之有效的方法。在 该DSS运转当中，因为重复进行发电和停止，所以优选燃料电池系统 能够灵活对应于包括发电和停止的运转模式。
10但是，在如此重复进行发电和停止的运转方法中，存在燃料电池 系统启动时以及发电时电池堆两个端部的单电池出现温度下降的问 题。
艮P，在现有的燃料电池系统中，由于燃料电池从屯池堆两个端部 的端板散热，所以端板附近的单电池的温度低于其它单「li池的温皮。 因此，在启动时以及发电时，电池堆端板附近的单电池与其它单电池 相比发电性能降低。
因此，公开了废除位于单电池叠层方向两端的阳极隔板和阴极隔 板的冷却介质流路的燃料电池堆(参照专利文献1)。利用这种燃料电 池堆，能够防止位于单电池叠层方向两端的单电池的温度下降。
另外，还公开了一种燃料电池堆，其为温度上升时的输出低于温 度降低时的输出的燃料电池系统，在对燃料电池进行暖机运转时，使 传热介质经由旁通路径仅在所有单电池的一部分部位进行循环，然后， 使传热介质经由主路径在所有单电池的剩余部位进行循环(参照专利 文献2)。在这种燃料电池系统中，在低温启动时，能够以短时间获得 规定的输出。
专利文献1:日本专利特开2002-216806号公报 专利文献2:日本专利特开2004-228038号公报

发明内容
但是，专利文献1和专利文献2所记载的燃料电池只具备一个传 热介质供给岐管，只在启动时或发电时的任一种情况下对电池堆进行 温度控制。
本发明是为了解决上述问题而完成的，其目的在于提供一种在启 动时和发电时的两种情况下均控制电池堆温度的燃料电池和燃料'乜池 系统。
本发明人经过潜心研究，结果发现下述观点。
在燃料电池启动时，为了使燃料电池的温度上升而使传热介质循 环。在这种情况下，在电池堆的两个端部，从端板散热，所以温度不 怎么上升，需要利用传热介质对电池堆的端部进行加热。另外，在电 池堆两个端部以外的部分(剩余部分)，由于从该剩余部分的散热量小，
ii所以没有必要像电池堆两个端部那样利用传热介质进行加热。
另一方面，在燃料电池发电时，燃料电池通过燃料气体与氧化剂 气体的发电反应产生反应热，所以为了冷却而使传热介质循环。在电 池堆两个端部，由于燃料气体与氧化剂气体的发电反应而产生的发热 与从端板的散热互相结合，得到大致适当的温度，所以电池堆的端部 可以不那样进行冷却。而在电池堆的剩余部分，由于发电反应产牛:的 发热大于从该剩余部分的散热，所以需要利用传热介质进行冷却。
因此，为了解决上述课题，本发明的燃料电池包括电池堆，凡 形成为通过单电池的叠层一个以上的反应部和一个以上的传热部在上 述单电池的叠层方向上互相邻接，其中，上述反应部通过反应气体的 反应进行伴随发热的发电，上述传热部通过传热介质的流通与该反应 部之间进行热量的授受；向上述叠层方向的电池堆两个端部的传热部 供给传热介质的第一传热介质供给岐管；向上述电池堆的上述两个端 部以外部分的剩余部分的传热部供给传热介质的第二传热介质供给岐 管；和用于从上述各传热部排出传热介质的传热介质排出岐管。
根据这种结构，能够通过两个传热介质供给岐管分开向电池堆两 个端部的传热部和电池堆剩余部分的传热部供给传热介质。即，在燃 料电池启动时，经由第一传热介质供给岐管向电池堆端部的传热部供 给被加热的传热介质，使电池堆端部的传热部的温度迅速上升。另--方面，在燃料电池发电时，通过向电池堆剩余部分的传热部供给传热 介质，降低电池堆的剩余部分的温度，并且通过控制传热介质向电池 堆两个端部的传热部的供给量，抑制电池堆端部的温度下降。因此， 在燃料电池的启动时和发电时两种情况下，均能够控制电池堆的温度。 上述第一传热介质供给岐管、上述第二传热介质供给岐管和上述 传热介质排出岐管可以以在上述单电池的叠层方向上延伸的方式形成 于上述电池堆的内部。
上述第一传热介质供给岐管可以遍及上述电池堆的全长形成。 上述第一传热介质供给岐管可以仅形成于两个上述端部。 本发明的燃料电池具备第一流量非限制/限制装置和第二流量非限 制/限制装置，其中，上述第一流量非限制/限制装置增大/减小其开度以 非限制/限制传热介质从外部向上述第一传热介质供给岐管的流通，上述第二流量非限制/限制装置增大/减小其开度以非限制/限制传热介质 从外部向上述第二传热介质供给岐管的流通。
根据这种结构，通过增大/减小第一流量非限制/限制装置和第二流 量非限制/限制装置的开度，非限制/限制传热介质向第一传热介质供给 岐管和第二传热介质供给岐管的流通，由此能够选择是否使传热介质 在任一个岐管中流通，或者改变第一传热介质供给岐管中的传热介质 的流量和第二传热介质供给岐管中的传热介质的流量。
在本发明的燃料电池中，上述传热介质排出岐管至少山第--辅助 传热介质排出岐管和第二辅助传热介质排出岐管构成，上述第一辅助 传热介质排出岐管从上述两个端部的传热部排出传热介质，上述第— 辅助传热介质排出岐管从上述剩余部分的传热部排出传热介质。
根据这种结构，能够彼此独立地形成流向电池堆两个端部的传热 部的传热介质流通路径和流向电池堆剩余部分的传热部的传热介质流 通路径。结果，能够在两个传热介质流通路径中流通温度互不相同的 传热介质。
本发明第一方面的燃料电池系统，包括具备第一传热介质供给 岐管和第二传热介质供给岐管的燃料电池；向该燃料电池供给反应气 体的反应气体供给装置；向上述第一传热介质供给岐管和上述第二传 热介质供给岐管供给传热介质的传热介质供给装置；和控制装置。
另外，本发明第二方面的燃料电池系统，包括:-具备第一传热介 质供给岐管、第二传热介质供给岐管、第一流量非限制/限制装覽以及 第二流量非限制/限制装置的燃料电池；向该燃料电池供给反应气体的 反应气体供给装置；分别经由上述第一流量非限制/限制装置和第二流 量非限制/限制装置向上述第一传热介质供给岐管和上述第二传热介质 供给岐管供给传热介质的传热介质供给装置；直接或间接地检测在上 述传热介质排出岐管中流动的传热介质温度或者从上述传热介质排出 岐管排出的传热介质温度的温度检测装置；和用于控制上述第一流量 非限制/限制装置和第二流量非限制/限制装置开度的控制装置。
本发明第二方面的燃料电池系统，包括使从上述传热介质排出 岐管排出的传热介质回流至上述传热介质供给装置的外部传热介质流 通路径；连接上述外部传热介质流通路径的途中和上述传热介质供给装置的旁通路径；热交换器，其设置在上述外部传热介质流通路径的 被上述旁通路径旁通的部分(以下称为被旁通部分)，与在该被旁通部 分中流动的传热介质进行热交换；和流量调整装置，其设置在上述外
部传热介质流通路径的被旁通部分，通过上述控制装置的控制，调整 在该被旁通部分中流动的传热介质的流量。
在本发明第二方面的燃料电池系统中，上述控制装置构成为，通 过上述流量控制装置，改变经由上述外部传热介质流通路径的被旁通 部分的传热介质与经由上述旁通路径的传热介质在上述传热介质供给 装置中的混合比例，控制上述传热介质供给装置供给的传热介质的温 度。
在本发明第二方面的燃料电池系统中，上述控制装置根据由上述 温度检测装置检测的传热介质的温度，控制上述第一流量非限制/限制 装置和第二流量非限制/限制装置的开度。
根据这种结构，根据从传热介质排出岐管排出的传热介质的温度， 允许和阻止传热介质向第一传热介质供给岐管和/或第二传热介质供给 岐管的流通，或者改变向第一传热介质供给岐管和/或第二传热介质供
给岐管的流量。
本发明第二方面的燃料电池系统具备从上述燃料电池取出电力的 电力回路部，并且，上述控制装置控制上述燃料电池，以实行由上述 燃料电池进行发电并向外部负载供给电力的发电模式和从停止状态转 移到上述发电模式的启动模式。在上述启动模式中，在由上述温度检
测装置检测到的传热介质的温度低于能够开始发电的温度T,期问，卜. 述控制装置增大上述第一非限制/限制装置的开度，不进行限制地使传 热介质经由上述第一传热介质供给岐管向上述端部的传热部流通，并 且增大上述第二非限制/限制装置的开度，不进行限制地使传热介质经 由上述第二传热介质供给岐管向上述剩余部分的传热部流通。如果由 上述温度检测装置检测到的传热介质的温度达到能够开始发电的温度 T^以上，上述控制装置维持上述第一非限制/限制装置的开度，并且减 小上述第二流量非限制/限制装置的幵度，使上述反应气体供给装置向 上述燃料电池供给反应气体，并且使上述电力回路部进行电力的取出， 然后，如果由上述温度检测装置检测到的传热介质的温度达到高于上述能够开始发电的温度T,的能够继续发电的温度T2以上，上述控制装 置减小上述第一流量非限制/限制装置的开度，并且增大上述第二流量 非限制/限制装置的开度，限制传热介质向上述端部的传热部的流通， 并且不进行限制地使传热介质向上述剩余部分的传热部流通，使上述 燃料电池系统转移到发电模式。
根据这种结构，能够一边切换传热介质向第一传热介质供给岐管 和第二传热介质供给岐管的流通， 一边控制电池堆的温度。然后，如 果电池堆整体的温度稳定，就能够利用燃料电池进行稳定的发电。
上述第一流量非限制/限制装置是通过其打开/关闭而允许和阻止 传热介质向上述第一传热介质供给岐管流通的第一开闭装置，上述第 二流量非限制/限制装置是通过其打开/关闭而允许和阻止传热介质向 上述第二传热介质供给岐管流通的第二幵闭装置。增大上述第一和第 二流量非限制/限制装置的开度不进行限制地使上述传热介质流通，是 打开上述第一和第二开闭装置从而使上述传热介质流通；减小上述第 一和第二流量非限制/限制装置的开度限制上述传热介质的流通，是关 闭上述第一和第二开闭装置从而停止上述传热介质的流通。
根据这种结构，通过打开/关闭第一开闭装置和第二开闭装置，允 许和阻止传热介质向第一传热介质供给岐管的流通和传热介质向第二 传热介质供给岐管的流通，能够使传热介质在第一传热介质供给岐管 和第二传热介质供给岐管中流通/停止。因此，能够选择是否使传热介 质在第一传热介质供给岐管和第二传热介质供给岐管中的任一个岐管 中流通。
上述第一流量非限制/限制装置是调整传热介质流向上述第-一传热 介质供给岐管的流量的第一流量调整装置，上述第二流量非限制/限制 装置是调整传热介质流向上述第二传热介质供给岐管的流量的第二流 量调整装置，增大上述第一和第二流量非限制/限制装置的开度不进行 限制地使上述传热介质流通，是增大上述第一和第二流量调整装置的 开度从而增加上述传热介质的流量；减小上述第一和第二流量非限制/ 限制装置的开度限制上述传热介质的流通，是减小上述第一和第二流 量调整装置的开度从而减小上述传热介质的流量。
根据这种结构，增大/减小第一流量调整装置和第二流量调整装置
15的开度，能够增加/减少第一传热介质供给岐管中的传热介质的流量和 第二传热介质供给岐管中的传热介质的流量。因此，能够调整第一传 热介质供给岐管和第二传热介质供给岐管中的传热介质的流量。
另外，本发明第三方面的燃料电池系统，包括具备第一传热介 质供给岐管、第二传热介质供给岐管、第一辅助传热介质排出岐管以 及第二辅助传热介质排出岐管的燃料电池；向该燃料电池供给反应气
体的反应气体供给装置；向上述第一传热介质供给岐管供给传热介质 的第一传热介质供给装置；向上述第二传热介质供给岐管供给传热介 质的第二传热介质供给装置；直接或者间接地检测在上述第一辅助传
热介质排出岐管中流动的传热介质温度或者从上述第一辅助传热介质
排出岐管排出的传热介质温度的第一温度检测装置；直接或者间接地 检测在上述第二辅助传热介质排出岐管中流动的传热介质温度或者从 上述第二辅助传热介质排出岐管排出的传热介质温度的第二温度检测 装置；和用于控制上述第一传热介质供给装置以及上述第二传热介质 供给装置的控制装置。
本发明第三方面燃料电池系统具备从上述燃料电池取出电力的电 力回路部，并且，上述控制装置控制上述燃料电池，以实行由上述燃 料电池进行发电并向外部负载供给电力的发电模式和从停止状态转移 到上述发电模式的启动模式。在上述启动模式中，在由上述第一温度 检测装置和上述第二温度检测装置检测到的传热介质的温度中的任一 个低于能够开始发电的温度T,期间，上述控制装置使上述第一传热介 质供给装置经由上述第一传热介质供给岐管向上述端部的传热部供给 传热介质，并且使上述第二传热介质供给装置经由上述第二传热介质 供给岐管向上述剩余部分的传热部供给传热介质。如果由上述第一温 度检测装置和上述第二温度检测装置检测到的传热介质的温度均达到 能够开始发电的温度1以上，上述控制装置使上述反应气体供给装置 向上述燃料电池供给反应气体，并且使上述电力回路部进行电力的取 出。然后，如果由上述第一温度检测装置和上述第二温度检测装置检 测到的传热介质的温度均达到高于上述能够开始发电的温度T,的能够 继续发电的温度T2以上，上述控制装置使上述燃料电池系统转移到发 电模式。在本发明第三方面的燃料电池系统中，上述控制装置可以根据由 上述第一温度检测装置和上述第二温度检测装置检测的传热介质的温 度，控制来自上述第一传热介质供给装置和上述第二传热介质供给装 置的传热介质的供给量。
根据这种结构，能够根据从第一辅助传热介质排出岐管和第二辅 助传热介质排出岐管排出的传热介质的温度，增减传热介质向第一传 热介质供给岐管和/或第二传热介质供给岐管的供给量。
本发明第三方面的燃料电池系统具备从上述燃料电池取出电力的 电力回路部，并且，上述控制装置控制上述燃料电池，以实行由上述 燃料电池进行发电并向外部负载供给电力的发电模式和从停止状态转 移到上述发电模式的启动模式。在上述启动模式中，在由上述第一温 度检测装置和上述第二温度检测装置检测到的传热介质的温度中的任 一个低于能够开始发电的温度T,期间，上述控制装置使上述第一传热 介质供给装置经由上述第一传热介质供给岐管向上述端部的传热部供 给传热介质，并且使上述第二传热介质供给装置经由上述第二传热介 质供给岐管向上述剩余部分的传热部供给传热介质。如果由上述第一 温度检测装置和上述第二温度检测装置检测到的传热介质的温度均达 到能够开始发电的温度T,以上，上述控制装置继续由上述第一传热介 质供给装置向上述端部的传热部供给传热介质，并且限制由第二传热 介质供给装置向上述剩余部分的传热部的传热介质的供给量，使上述 反应气体供给装置向上述燃料电池供给反应气体，并且使上述电力回 路部进行电力的取出。然后，如果由上述第一温度检测装置和上述第 二温度检测装置检测到的传热介质的温度均达到高于上述能够开始发
电的温度T,的能够继续发电的温度T2以上，上述控制装置限制由上述
第一传热介质供给装置经由上述第一传热介质供给岐管向上述端部的 传热部的传热介质的供给量，并且解除由上述第二传热介质供给装覽 经由上述第二传热介质供给岐管向上述剩余部分的传热部的传热介质 供给量的限制，使上述燃料电池系统转移到发电模式。
根据这种结构，根据由第一温度检测装置和第二温度检测装置检 测的传热介质的温度，能够一边增减来自于第一传热介质供给装置和 第二传热介质供给装置的传热介质的供给量， 一边控制电池堆的温度。然后，如果电池堆整体的温度稳定，就能够利用燃料电池进行稳定的发电。
在本发明第三方面的燃料电池系统中，上述控制装置通过停止供给上述传热介质限制上述传热介质的供给量。
在本发明第三方面的燃料电池系统中，从上述第一传热介质供给装置供给的传热介质的温度高于从上述第二传热介质供给装置供给的传热介质的温度。
根据这种结构，能够使电池堆的两个端部的温度迅速上升。
本发明第三方面的上述燃料电池系统还包括使从上述第 辅助传热介质排出岐管排出的传热介质回流到上述第--传热介质供给装置的第一外部传热介质流通路径；使从上述第二辅助传热介质排出岐管排出的传热介质回流到上述第二传热介质供给装置的第二外部传热介质流通路径；第三外部传热介质流通路径；第一流通路径选择装置，
其在上述第一外部传热介质流通路径的途中，以经由上述第三外部传热介质流通路径连接到上述第二传热介质供给装置的方式被设置，使从上述第一辅助传热介质排出岐管排出的传热介质的流通目的地在l-.
述第一传热介质供给装置和上述第二传热介质供给装置之间切换；第四外部传热介质流通路径；和第二流通路径选择装置，其在上述第二外部传热介质流通路径的途中，以经由上述第四外部传热介质流通路径连接到上述第一传热介质供给装置的方式设置，使从上述第二辅助传热介质排出岐管排出的传热介质的流通目的地在上述第二传热介质供给装置和上述第一传热介质供给装置之间切换，并且，在上述启动模式中，在使上述反应气体供给装置向上述燃料电池供给反应气体、并使上述电力回路部取出电力后，上述控制装置控制上述第一流通路径选择装置，使从上述第一传热介质排出岐管排出的传热介质经由第三外部传热介质流通路径向第二传热介质供给装置流通，继续由上述第二传热介质供给装置经由上述第二传热介质供给岐管向上述剩余部分的传热部供给传热介质；并且控制上述第二流通路径选择装置，使从上述第二传热介质排出岐管排出的传热介质经由第四外部传热介质流通路径向第一传热介质供给装置流通，继续由上述第一传热介质供给装置经由上述第一传热介质供给岐管向上述端部的传热部供给传热介质。
根据这种结构，向第一传热介质供给装置供给在电池堆剩余部分的传热部中流通并回收热而被升温的传热介质，使该传热介质流向电池堆的端部，所以能够节约用于使第一传热介质供给装置中的传热介质升温的能量。
参照附图通过下述优选实施方式的详细说明，可以明确本发明的上述目的、其它目的、特征和优点。
发明效果
本发明的燃料电池和燃料电池系统在启动时以及发电时两种情况均可以得到能够控制电池堆温度的效果。


图1是表示本发明第一实施方式的燃料电池系统的大致结构的框图。
图2是表示图1的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意图。
图3是图2的燃料电池的立体图。
图4是沿着图3的IV-IV线的截面图。
图5是表示图2的燃料电池所使用的端部用阴极侧隔板的两个主面结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图6是表示图2的燃料电池所使用的端部用阳极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图7是表示图2的燃料电池所使用的剩余部分用阴极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图8是表示图2的燃料电池所使用的剩余部分用阳极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的i而
19的平面图。
图9是表示控制图1的燃料电池系统的控制程序的流程图。
图IO是表示本发明第二实施方式的燃料电池系统的大致结构的框图。
图11是表示图10的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意图。
图12是表示图11的燃料电池所使用的端部用阴极侧隔板的两个主面结构的图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的平面图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图13是表示图11的燃料电池所使用的端部用阳极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图14是表示图11的燃料电池所使用的剩余部分用阴极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图15是表示图11的燃料电池所使用的剩余部分用阳极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图16是表示控制图10的燃料电池系统的控制程序的流程图。
图17是表示第二实施方式的变形例的图，是表示控制图10的燃料电池系统的控制程序的流程图。
图18是表示本发明第三实施方式的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意图。
图19是表示图18的燃料电池所使用的剩余部分用阴极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。图20是表示图18的燃料电池所使用的剩余部分用阳极侧隔板的
两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。
图21是表示本发明第四实施方式的燃料电池系统的大致结构的框图。
图22是表示图21的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意图。
图23是表示本发明第五实施方式的燃料电池系统的大致结构的框图。
图24是表示本发明第六实施方式的燃料电池系统的大致结构的框图。
图25是表示图24的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意图。
图26是表示本发明第七实施方式的燃料电池系统的大致结构的框
图。—
图27是表示控制图26的燃料电池系统的控制程序的流程图。符号说明
1:电池堆(Stack); 2:单电池；3A、 3B:端板；4:氧化剂气体供给岐管；5:燃料气体供给岐管；6:燃料气体排出岐管；7:氧化剂气体排出岐管；8A:第一传热介质供给岐管.；8B:第二传热介质供给岐管；9:传热介质排出岐管；9A:第一传热介质排出岐管；9B:第二传热介质排出岐管；10:阴极侧隔板；IOA、 10C:端部用阴极侧隔板；IOB、 10D:剩余部分用阴极侧隔板；11、 21:氧化剂气体供给岐管孔；12、 22:燃料气体供给岐管孔；13、 23:氧化剂气体排出岐管孔；14、 24:燃料气体排出岐管孔；15A、 25A:第一传热介质供给岐管孔；15B、 25B:第二传热介质供给岐管孔；16A、 26A:第一传热介质排出岐管孔；16B、 26B:第二传热介质排出岐管孔；17:氧化剂气体流路；19、 29:传热介质流路；19A、 29A:第一传热介质流路；19B、29B:第二传热介质流路；20:阳极侧隔板；20A、 20C:端部用阳极侧隔板；20B、 20D:剩余部分用阳极侧隔板；28:燃料气体流路；30: 传热介质供给配管；30A:第一传热介质供给配管；30B:第二传热介 质供给配管；31:分支部；32:第三传热介质供给配管；41:高分子
电解质膜；42A:阴极；42B:阳极；43: MEA部件；46:密封垫片 47: O形环收容槽；48: O形环；51:氧化剂气体供给配管；52:氧 化剂气体排出配管；53:燃料气体供给配管；54:燃料气体排出配管; 55:传热介质排出配管；55A:第一传热介质排出配管；55B:第二传 热介质排出配管；100、 200、 400、 500、 600、 700:燃料电池系统； 101、 201、 301、 401、 601:燃料电池；102:燃料气体供给装置(反 应气体供给装置)；103:氧化剂气体供给装置(反应气体供给装置)； 105、 205:单电池叠层体；107:氧化剂气体供给路；109:燃料气体 供给路；110:燃料气体排出路；111:氧化剂气体排出路；112:外部 传热介质流通路径；112A:第一外部传热介质流通路径；112B:第二 外部传热介质流通路径；113:传热介质流通路径；113A:第一传热介 质流通路径；113B:第二传热介质流通路径；114:分支部；115:旁 通路径；116:第四传热介质流通路径；117:第三传热介质流通路径； 118:(外部传热介质流通路径的)被旁通部分；120:传热介质供给装 置；120A:第一传热介质供给装置；120B:第二传热介质供给装置； 125: T型管接头;125a:第一出口孔；125b:第二出口孔；125c:入 口孔；130A:第一开闭阀(第一开闭装置、第一流量非限制/限制装置)； 130B:第二开闭阀(第二开闭装置、第二流量非限制/限制装置)；131A: 第一流量调整阀(第一流量调整装置、第一流量非限制/限制装置)； 131B:第二流量调整阀(第二流量调整装置、第二流量非限制/限制装 置)；134:第一三通阀(第一流通路径选择装置);134a、 135a:第一 孔；134c、 135b:第二孔；134b、 135c:第三孔；135:第二三通阀(第 二流通路径选择装置)；140:温度检测装置；140A:第一温度检测装 置；140B:第二温度检测装置；141:端部用温度检测装置；143:剩 余部分用温度检测装置；150:逆变器(电力回路部)；160:控制装置； 161:存储部；162:运算部；170:流量调整阀(流量调整装置)；180: 热交换器；401A:第一传热介质入口； 401B:第二传热介质入口； 402: 传热介质出口； 402A:第一传热介质出口； 402B:第二传热介质出口；
22403:燃料气体入口； 404:氧化剂气体入口； 405:燃料气体出口； 406: 氧化剂气体出口； 407:贯通孔；E:电池堆的端部；R:电池堆的剩余 部分；H:传热部；HE:端部的传热部；HR:剩余部分的传热部；P: 反应部。
具体实施例方式
下面参照

本发明的实施方式。其中，在以下的说明中， 全部附图对相同或相当的要素标注相同的符号，省略重复说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明第一实施方式的燃料电池系统的大致结构的框
图。图2是表示图1的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意图。 图3是图2的燃料电池的立体图。图4是沿着图3的IV-IV线的截面图。 图5是表示图2的燃料电池所使用的端部用阴极侧隔板的两个主面结 构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图，(b) 是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。 图6是表示图2的燃料电池所使用的端部用阳极侧隔板的两个主面结 构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的平面图，(b) 是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的平面图。 图7是表示图2的燃料电池所使用的剩余部分用阴极侧隔板的两个主 面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面图， (b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面的 平面图。图8是表示图2的燃料电池所使用的剩余部分用阳极侧隔板 的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的 平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的 主面的平面图。图9是表示控制图1的燃料电池系统的控制程序的流 程图。下面，参照图1至图9对本实施方式的燃料电池和燃料电池系 统进行说明。
如图1所示，本实施方式的燃料电池系统IOO具备燃料电池101。 在燃料电池101的用于向阳极供给燃料气体的燃料气体入口 403匕 经由燃料气体供给路109连接有燃料气体供给装置(反应气体供给装置)102。燃料气体供给装置102向燃料电池101的阳极供给燃料气体。
燃料气体例如使用氢气、将烃类气体进行改性后的改性气体等。在本
实施方式中，燃料气体供给装置102构成为由原料气体生成作为燃料
气体的改性气体的氢生成装置。在此使用天然气作为原料气体。
在燃料电池101的用于向阴极供给氧化剂气体的氧化剂气体入U 404上，经由氧化剂气体供给路107连接有氧化剂气体供给装置(反应 气体供给装置)103。氧化剂气体供给装置103向燃料电池101的阴极 供给氧化剂气体。在本实施方式中，氧化剂气体供给装置103由空气 鼓风机构成。在此使用空气作为氧化剂气体。供给至燃料电池101的 阳极和阴极的燃料气体与氧化剂气体在此发生化学反应，通过该化学 反应产生电力和热。
在燃料电池101的用于从阳极排出燃料气体的燃料气体出口 405 上，连接有燃料气体排出路IIO，没有对上述化学反应起作用的剩余燃 料气体从阳极向燃料气体排出路110排出，并对其进行适当处理。例 如，排出至燃料气体排出路110的剩余燃料气体可以用作构成燃料气 体供给装置102的氢生成装置的改性部加热用的燃料，或用专用的喷 烧器进行燃烧处理，或者进行适当稀释向大气中排放。
另外，在燃料电池101的用于从阴极排出氧化剂气体的氧化剂" 体出口 406上，连接有氧化剂气体排出路111，没有对上述化学反应起 作用的剩余氧化剂气体从阴极通过氧化剂气体排出路111-向大气中排 放。
另外，在燃料电池系统100中，以通过燃料电池101的方式形成 有传热介质流通路径113。传热介质流通路径113由形成于燃料电池 101内部的内部传热介质流通路径和用于使传热介质在该内部传热介 质流通路径中流通的外部传热介质流通路径112构成。其中，内部传 热介质流通路径由后述的第一和第二传热介质供给岐管8A及8B、传 热介质流路19及29、以及传热介质排出岐管9构成。外部传热介质流 通路径112与燃料电池101的第一传热介质入口 401A及第二传热介质 入口 401B和传热介质出口 402连接。外部传热介质流通路径112以由 T型管接头125进行分支的方式与燃料电池101的第一传热介质入口 401A和第二传热介质入口 401B连接。在第一传热介质入口 401A附近
24的外部传热介质流通路径112上配设有第一开闭阀(第一开闭装置、
第一流量非限制/限制装置)130A。在第二传热介质入口 401B附近的 外部传热介质流通路径112上配设有第二开闭阀(第二开闭装置、第 二流量非限制/限制装置)130B。第一开闭阀130A和第二开闭阀130B 分别通过其打开/关闭允许和阻止传热介质向第一传热介质入口 401A 和第二传热介质入口 401B的流通。在传热介质流通路径113中循环着 作为传热介质的水。并且，作为传热介质例如也可以使用防冻液。在 外部传热介质流通路径112上配设有传热介质供给装置120和温度检 测装置140。传热介质供给装置120具备未图示的温度调整装置，能够 将循环回来的传热介质的温度调整到规定的温度。未图示的温度调整 装置例如具备作为承担加热传热介质的功能的部分的加热器、和作为 承担冷却传热介质的功能的部分的散热器等。温度检测装置140配设 于传热介质出口 402附近的外部传热介质流通路径112上。温度检测 装置140由公知的温度传感器构成。温度检测装置140检测在燃料电 池101中流通并从传热介质出口 402排出的传热介质的温度。
在燃料电池101上连接有将由燃料电池101产生的直流电力变换 成交流电力的逆变器(电力回路部)150。逆变器150与未图示的外部 负载连接，控制向外部负载的电力供给(控制燃料电池101的发电电 力)。
本发明的燃料电池系统IOO具备控制装置160。控制装置160控制 燃料气体供给装置102、氧化剂气体供给装置103、传热介质供给装置 120、第一开闭阀130A、第二开闭阀130B、温度检测装置140以及逆 变器150等的动作。控制装置160具备存储部161和运算部162。存储 部161例如存储有控制燃料电池系统100动作的控制程序。运算部162 读取储存于存储部161中的控制程序，并执行其内容。控制装置160 由微型计算机等运算装置构成，控制燃料电池系统100的上述构成要 素，控制燃料电池系统100的动作。其中，在本说明书中，所谓的控 制装置160不仅仅意味着单独的控制装置，还意味着多个控制装置协 同运行实行控制的控制装置群。因此，控制装置160并不一定必须由 单独的控制装置构成，也可以构成为分散配置有多个控制装置，这些 分散配置的控制装置协同运行控制燃料电池系统100的动作。下面，参照图2详细说明构成本发明燃料电池系统100的燃料电 池101。
如图2所示，燃料电池101具有电池堆(stack) 1。电池堆1包括 具有板状整体结构的单电池2在其厚度方向上叠层而形成的单电池叠 层体105、配置于单电池叠层体105两端的第一和第二端板3A及3B、 在单电池2的叠层方向上连接单电池叠层体105和第一及第二端板3A 及3B的连接件(未图示)。另外，在第一和第二端板3A、 3B上分别 配设有省略图示的集电端子。在该一对集电端子上连接有逆变器150 (参照图1)。板状的单电池2在垂直面上平行延伸，因此，单电池2 的叠层方向为水平方向。
电池堆1分为由单电池2叠层方向上的两个端部构成的端部E、和 由此外的部分构成的剩余部分R。端部E和剩余部分R仅仅是构成单 电池2的隔板结构略有不同，所以下面的描述中，仅说明两者共同的 结构，不对两者进行区分。
如图2和图3所示，在单电池叠层体105的一个侧部(以下称为 第一侧部)的上部，以在叠层方向上贯通该单电池叠层体105的方式 形成有氧化剂气体供给岐管4。氧化剂气体供给岐管4的一端与形成于 第一端板3A的贯通孔连通，在该贯通孔的外侧开口 (氧化剂气体入口 404)处连接有构成图1的氧化剂气体供给路107的氧化剂气体供给配 管51。氧化剂气体供给岐管4的另一端由第二端板3B封闭。
另外，在单电池叠层体105另一个侧部(以下称为第二侧部)的 下部，以在叠层方向上贯通该单电池叠层体105的方式形成有氧化剂 气体排出岐管7。氧化剂气体排出岐管7的一端由第一端板3A封闭。 氧化剂气体供给岐管7的另一端与形成于第二端板3B的贯通孔连通， 在该贯通孔的外侧开口 (氧化剂气体出口 406)处连接有构成图1的氧 化剂气体排出路111的氧化剂气体排出配管52。
在单电池叠层体105第二侧部的上部，以在叠层方向上贯通该单 电池叠层体105的方式形成有燃料气体供给岐管5。燃料气体供给岐管 5的一端与形成于第一端板3A的贯通孔连通，在该贯通孔的外侧开口 (燃料气体入口 403)处连接有构成图1的燃料气体供给路109的燃料 气体供给配管53。燃料气体供给岐管5的另一端由第二端板3B封闭。
26另外，在单电池叠层体105第一侧部的下部，以在叠层方向上贯 通该单电池叠层体105的方式形成有燃料气体排出岐管6。燃料气体排
出岐管6的一端由第一端板3A封闭。燃料气体排出岐管6的另一端与 形成于第二端板3B的贯通孔连通，在该贯通孔的外侧开口 (燃料气体 出口 405)处连接有构成图1的燃料气体排出路110的燃料气体排出配 管54。
在氧化剂气体供给岐管4的上方且在内侧，以在叠层方向上贯通 单电池叠层体105的方式形成有第一传热介质供给岐管8A。第一传热 介质供给岐管8A的一端与形成于第一端板3A的贯通孔连通，在该贯 通孔的外侧开口 (第一传热介质入口401A)处连接有构成图1的外部 传热介质流通路径112的一部分的第一传热介质供给配管30A的一端。 在第一传热介质供给配管30A上的第一传热介质入口 401A的附近， 配设有第一开闭阀130A。第一传热介质供给配管30A的另一端与T 型管接头125的第一出口孔125a连接。在T型管接头125的入口孔125c 上连接有构成图1的外部传热介质流通路径112的一部分的传热介质 供给配管30。传热介质供给配管30和第一传热介质供给配管30A构 成图1的外部传热介质流通路径112上的传热介质供给装置120的喷 出孔(未图示)与燃料电池101的第一传热介质入口 401A之间的部分。 第一传热介质供给岐管8A的另一端由第二端板3B封闭。
氧化剂气体供给岐管4的上方且在内侧，即第一传热介质供给岐 管8A的下方，以在叠层方向上贯通单电池叠层体105的方式形成有第 二传热介质供给岐管8B。为了防止流通的传热介质彼此之间的热交换， 第一传热介质供给岐管8A和第二传热介质供给岐管8B隔开恰^」的问 隔形成。第二传热介质供给岐管8B的一端与形成于第一端板3A的贯 通孔连通，在该贯通孔的外侧开口 (第二传热介质入口 401B)处连接 有构成图1的外部传热介质流通路径112的一部分的第二传热介质供 给配管30B的一端。在第二传热介质供给配管30B上的第二传热介质 入口 401B附近，配设有第二开闭阀130B。第二传热介质供给配管30B 的另一端与T型管接头125的第二出口孔125b连接。第二传热介质供 给岐管8B的另一端由第二端板3B封闭。第二传热介质供给配管30B 构成图1的外部传热介质流通路径112上的T型管接头125与第二传热介质入口 401B之间的部分。
另外，在氧化剂气体排出岐管7的下方且在内侧，以在叠层方向 上贯通单电池叠层体105的方式形成有传热介质排出岐管9。传热介质 排出岐管9的一端由第一端板3A封闭。传热介质排出岐管9的另一端 与形成于第二端板3B的贯通孔连通，在该贯通孔的外侧开口 (传热介 质出口 402)处连接有构成图1的外部传热介质流通路径112的一部分 的传热介质排出配管55。传热介质排出配管55构成图1的外部传热介 质流通路径112中传热介质供给装置120的吸入孔(未图示)与燃料 电池101之间的部分。
下面，对于构成燃料电池101的电池堆1的单电池2进行说明。 如图4所示，单电池2由板状的MEA部件43、和以与MEA部件 43的两个主面接触的方式配置的阴极侧隔板10及阳极侧隔板20构成。 并且，在互相邻接的单电池2、 2中，使一个单电池2的阴极侧隔板10 的背面与另一个单电池2的阳极侧隔板20的背面接触的方式叠层单电 池2。 MEA部件43、阴极侧隔板10和阳极侧隔板20彼此形成为相同 大小的同样形状(这里是矩形)。并且，在MEA部件43、阴极侧隔板 10和阳极侧隔板20上，在互相对应的规定部位形成有在厚度方向上贯 通这些部件的氧化剂气体供给岐管孔、氧化剂气体排出岐管孔、燃料 气体供给岐管孔、燃料气体排出岐管孔、第一传热介质供给岐管孔、 第二传热介质供给岐管孔和传热介质排出岐管孔。所有的单电池2中 的MEA部件43、阴极侧隔板10及阳极侧隔板20的氧化剂气体供给 岐管孔、氧化剂气体排出岐管孔、燃料气体供给岐管孔、燃料气体排 出岐管孔、第一传热介质供给岐管孔、第二传热介质供给岐管孔、传 热介质排出岐管孔分别连接，分别形成氧化剂气体供给岐管4、氧化剂 气体排出岐管7、燃料气体供给岐管5、燃料气体排出岐管6、第一传 热介质供给岐管8A、第二传热介质供给岐管8B和传热介质排出岐管 9。
在阴极侧隔板10的正面和背面分别形成有氧化剂气体流路17和 传热介质流路19。如后所述，氧化剂气体流路17以连通氧化剂气体供 给岐管孔和氧化剂气体排出岐管孔的方式形成。如后所述，传热介质 流路19以连通第一传热介质供给岐管孔或第二传热介质供给岐管孔和传热介质排出岐管的方式形成。并且，阴极侧隔板10以其正面与MEA
部件43接触的方式配置。
在阳极侧隔板20的正面和背面分别形成有燃料气体流路28和传 热介质流路29。如后所述，燃料气体流路28以连通燃料气体供给岐管 孔和燃料气体排出岐管孔的方式形成。如后所述，传热介质流路29以 连通第一传热介质供给岐管孔或第二传热介质供给岐管孔和传热介质 排出岐管的方式形成。并且，阳极侧隔板20以其正面与MEA部件43 接触的方式配置。
各流路17、 19、 28、 29由形成于阴极侧隔板10或阳极侧隔板20 的主面上的槽构成。另外，在图4中各流路17、 19、 28、 29分别由2 个流路构成，但也可以由多个流路构成。另外，邻接的阴极侧隔板10 的传热介质流路19和阳极侧隔板20的传热介质流路29以叠层单电池 2时互相贴合(接合)的方式形成，由两者形成一个传热介质流路。
另外，在各隔板的背面，以分别围绕第一或第二传热介质供给岐 管孔和第二或第一传热介质供给岐管孔以及传热介质排出岐管孔和传 热介质流路、氧化.剂气体供给岐管孔、氧化剂气体排出岐管孔、燃料 气体供给岐管孔、燃料气体排出岐管孔的方式形成0形环收容槽47， 在该沟槽内分别配置0形环48。由此，上述岐管孔等被互相密封。
MEA部件43具有高分子电解质膜41、阴极42A、阳极42B和一 对密封垫圈46。并且，在高分子电解质膜41的边缘部以外的部分的两 个面上分别形成阴极42A和阳极42B，在高分子电解质膜41的边缘部 的两个面上以分别围绕阴极42A和阳极42B的方式配置密封垫圈46。 一对密封垫圈46、阴极42A、阳极42B和高分子电解质膜41彼此一 体化。
高分子电解质膜41由能够选择性地输送氢离子的材料构成。在此， 由全氟化碳磺酸类的材料构成。阴极42A和阳极42B由分别形成于高 分子电解质膜41的互相相对的主面上的催化剂层(未图示)、和形成 于该催化剂层上的气体扩散层(未图示)构成。催化剂层主要由载持 有白金类金属催化剂的碳粉末构成。气体扩散层由具有通气性和电子 传导性的无纺布、纸等构成。
另外，阴极42A、阳极42B、阴极侧隔板10上形成有氧化剂气体流路17的区域及形成有传热介质流路19的区域、和阳极侧隔板20上
形成有燃料气体流路28的区域及形成有传热介质流路29的区域，从 单电池的叠层方向观察以彼此实质性上整体重叠的方式配置。
下面，对隔板进行说明。隔板有端部用和剩余部分用两种。以下 详细说明端部用阴极侧隔板IOA、端部用阳极侧隔板20A、剩余部分 用阴极侧隔板10B和剩余部分用阳极侧隔板20B。
如图5所示，端部用阴极侧隔板10A具有氧化剂气体供给岐管孔 11和氧化剂气体排出岐管孔13、燃料气体供给岐管孔12和燃料气体 排出岐管孔14、以及第一传热介质供给岐管孔15A、第二传热介质供 给岐管孔15B、和传热介质排出岐管孔16。端部用阴极侧隔板10A在 与阴极相对的面(正面)上还具有连通氧化剂气体供给岐管孔11和氧 化剂气体排出岐管孔13的氧化剂气体流路17，在背面具有连通第一传 热介质供给岐管孔15A和传热介质排出岐管孔16的传热介质流路19。 在图5 (a)中，氧化剂气体流路17在本实施方式中由2个流路构成。 当然，也可以由任意数目的流路构成。各流路形成为盘旋状。在图5 (b)中，传热介质流路19在本实施方式中由2个流路构成。当然， 也可以由任意数目的流路构成。各流路形成为盘旋状。
在图5 (a)、 (b)中，氧化剂气体供给岐管孔11设置于端部用阴 极侧隔板10A的一个侧部(图5 (a)中图面左侧的侧部，以下称为第 一侧部)的上部。氧化剂气体排出岐管孔13设置于端部用阴极侧隔板 IOA的另一个侧部(图5 (a)中图面右侧的侧部，以下称为第二侧部) 的下部。燃料气体供给岐管孔12设置于端部用阴极侧隔板10A的第二 侧部的上部。燃料气体排出岐管孔14设置于端部用阴极侧隔板10A的 第一侧部的下部。第一传热介质供给岐管孔15A设置于氧化剂气体供 给岐管11的上方且在内侧。第二传热介质供给岐管孔15B设置于氧化 剂气体供给岐管11的上方且在内侧，即设置于第一传热介质供给岐管 孔15A的下方。传热介质排出岐管孔16设置于氧化剂气体排出岐管孔 13的下方且在内侧。
如图6所示，端部用阳极侧隔板20A具有氧化剂气体供给岐管孔 21和氧化剂气体排出岐管孔23、燃料气体供给岐管孔22和燃料气体 排出岐管孔24、以及第一传热介质供给岐管孔25A、第二传热介质供给岐管孔25B、和传热介质排出岐管孔26。端部用阳极侧隔板20A在 与阳极相对的面上还具有连通燃料气体供给岐管孔22和燃料气体排出 岐管孔24的燃料气体流路28，在背面具有连通第一传热介质供给岐管 孔25A和传热介质排出岐管孔26的传热介质流路29。在图6 (a)中， 燃料气体流路28在本实施方式中由2个流路构成。当然，也可以山任 意数目的流路构成。各流路形成为盘旋状。在图6 (b)中，传热介质 流路29在本实施方式中由2个流路构成。当然，也可以由任意数目的 流路构成。各流路形成为盘旋状。
在图6 (a)、 (b)中，氧化剂气体供给岐管孔21设置于端部用阳 极侧隔板20A的一个侧部(图6 (a)中图面右侧的侧部，以下称为第 一侧部)的上部。氧化剂气体排出岐管孔23设置于端部用阳极侧隔板 20A的另一个侧部(图6 (a)中图面左侧的侧部，以下称为第二侧部) 的下部。燃料气体供给岐管孔22设置于端部用阳极侧隔板20A的第二 侧部的上部。燃料气体排出岐管孔24设置于端部用阳极侧隔板20A的 第一侧部的下部。第一传热介质供给岐管孔25A设置于氧化剂气体供 给岐管21的上方且在内侧。第二传热介质供给岐管孔25B设置于氧化 剂气体供给岐管21的上方且在内侧，即设置于第一传热介质供给岐管 孔25A的下方。传热介质排出岐管孔26设置于氧化剂气体排出岐管孔 23的下方且在内侧。
如图7所示，剩余部分用阴极侧隔板10B形成于其背面的传热介 质流路19的上游端不与第一传热介质供给岐管孔15A连接，而是与第 二传热介质供给岐管孔15B连接，除此之外，均与端部用阴极侧隔板 IOA相同。
如图8所示，剩余部分用阳极侧隔板20B形成于其背面的传热介 质流路29的上游端不与第一传热介质供给岐管孔25A连接，而是与第 二传热介质供给岐管孔25B连接，除此之外，均与端部用阳极侧隔板 20A相同。
并且，如上所述，各隔板的氧化剂气体供给岐管孔ll、 21构成氧 化剂气体供给岐管4的一部分。各隔板的氧化剂气体排出岐管孔13、 23构成氧化剂气体排出岐管7的一部分。各隔板的燃料气体供给岐管 空12、 22构成燃料气体供给岐管5的一部分。各隔板的燃料气体排出
31岐管孔14、 24构成燃料气体排出岐管6的一部分。各隔板的第一传热
介质供给岐管孔15A、 25A构成第一传热介质供给岐管8A的一部分。 各隔板的第二传热介质供给岐管孔15B、25B构成第二传热介质供给岐 管8B的一部分。各隔板的传热介质排出岐管孔16、 26构成传热介质 排除岐管9的一部分。
下面，对电池堆1的两个端部E和剩余部分R的结构进行说明(参 照图2图4)。
在端部E上，通过用端部用阴极侧隔板10A和端部用阳极侧隔板 20A夹持MEA部件43，形成反应部P和传热部H。在剩余部分R上， 如下所述形成反应部P和传热部H。即，在剩余部分R中邻接于个 端部E的部分上，通过用端部用阴极侧隔板10A和剩余部分用阳极侧 隔板20B夹持MEA部件43形成反应部P;在剩余部分R中邻接于另 一个端部E的部分上，通过用端部用阳极侧隔板20A和剩余部分用阴 极侧隔板10B夹持MEA部件43形成反应部P。然后，在剩余部分R 中在此以外的部分上，通过用剩余部分用阴极侧隔板10B和剩余部分 用阳极侧隔板20B夹持MEA部件43形成反应部P和传热部H。从形 成于端部用阴极侧隔板IOA的阴极气体流路17到形成于端部用阳极侧 隔板20A的阳极气体流路28的部分，构成电池堆1的两个端部E的反 应部P。形成于端部用阴极侧隔板10A的传热介质流路19与任一个端 板接合的部分、形成于端部用阳极侧隔板20A的传热介质流路29与任 一个端板接合的部分、以及形成于端部用阴极侧隔板10A的传热介质 流路19与形成于端部用阳极侧隔板20A的传热介质流路29接合的部 分，构成电池堆1的两个端部E的传热部HE。在本实施方式中，电池 堆1的两个端部E上的传热部He的数目各为2个。在此，电池堆l的 两个端部E上的传热部HE的数目，在叠层20个以上的单电池2构成 电池堆1的情况下，分别优选为1 5个的范围。另外，电池堆1的两 个端部E各自的传热部HE的数目优选为电池堆1中单电池2叠层数的 1%以上25%以下。根据本发明人等的实验结果，优选将从电池堆l的 两端的至少2个单电池2 (传热部)作为端部E。
另外，从形成于剩余部分用阴极侧隔板10B的阴极气体流路17到 形成于剩余部分用阳极侧隔板20B的阳极气体流路28的部分，构成电
32池堆1的剩余部分R的反应部P。形成于剩余部分用阴极侧隔板10B
的传热介质流路19和形成于剩余部分用阳极侧隔板20B的传热介质流 路29接合的部分，构成电池堆1剩余部分R的传热部HR。
在多个单电池每个均设置传热部的情况下，适宜使用一个面作为
阴极侧隔板工作、另一个面作为阳极侧隔板工作的单一的隔板，代替 上述复合隔板。
在如上构成的燃料电池101中，燃料气体、氧化剂气体和传热介 质如下流通。
在图1至图4中，燃料气体通过燃料气体供给路109 (燃料气体供 给配管53)，从燃料气体入口 403供给到电池堆1的燃料气体供给岐管 5。该供给的燃料气体从燃料气体供给岐管5流入各单电池2的燃料气 体供给岐管孔22，并在燃料气体流路28中流通。并且，在该过程中， 隔着阳极42B、高分子电解质膜41和阴极42A与氧化剂气体发生反应 而消耗，没有被消耗的燃料气体从燃料气体排出岐管孔24向燃料气体 排出岐管6流出，由燃料气体出口 405通过燃料气体排出路110 (燃料 气体排出配管54)从电池堆1排出。
另一方面，氧化剂气体通过氧化剂气体供给路107 (氧化剂气体供 给配管51)，从氧化剂气体入口 404供给到电池堆1的氧化剂气体供给 岐管4。该供给的氧化剂气体从氧化剂气体供给岐管4流入各单电池2 的氧化剂气体供给岐管孔11，并在氧化剂气体流路17中流通。并且， 在该过程中，隔着阴极42A、高分子电解质膜41和阳极42B与燃料气 体发生反应而消耗，没有被消耗的氧化剂气体从氧化剂气体排出岐管 孔13向氧化剂气体排出岐管7流出，由氧化剂气体出口 406通过氧化 剂气体排出路lll (氧化剂气体排出配管52)从电池堆l排出。
另外，传热介质通过外部传热介质流通路径112 (传热介质供给配 管30、 30A)从第一传热介质入口 401A供给到电池堆1的第一传热介 质供给岐管8A，同时通过外部传热介质流通路径112 (传热介质供给 配管30、 30B)从第二传热介质入口 401B供给到电池堆1的第二传热 介质供给岐管8B。
供给到第一传热介质供给岐管8A的传热介质从第一传热介质供 给岐管8A流入端部E的各单电池2的第一传热介质供给岐管孔15A、25A，在端部E的传热部HE (传热介质路径19、 29)中流通。并且， 在该过程中，隔着端部用阴极侧隔板10A和端部用阳极侧隔板20A与 端部E的阴极和阳极进行热交换，然后从传热介质排出岐管孔16、 26 向传热介质排出岐管9流出，由传热介质出口 402通过外部传热介质 流通路径112 (传热介质排出配管55)从电池堆1排出。
另一方面，供给到第二传热介质供给岐管8B的传热介质从第二传 热介质供给岐管8B流入剩余部分R的各单电池2的第二传热介质供给 岐管孔15B、 25B，并在剩余部分R的传热部Hk (传热介质路径19、 29)中流通。并且，在该过程中，隔着剩余部分用阴极侧隔板IOB和 剩余部分用阳极侧隔板20B与剩余部分R的阴极和阳极进行热交换， 然后从传热介质排出岐管孔16、 26向传热介质排出岐管9流出，由传 热介质出口 402通过外部传热介质流通路径112 (传热介质排出配宵 55)从电池堆1排出。
下面，对本实施方式的燃料电池系统100的动作进行说明。燃料 电池系统100具有利用燃料电池101进行发电向外部负载供给电力的 发电模式、和从停止状态转移到上述发电模式的启动模式，下面对它 们进行说明。其中，燃料电池系统100的以下动作由控制装置160实 现。具体而言，通过控制装置160的运算部162执行存储于控制装置 160的存储部161中的控制程序来实现。
如图9所示，控制装置160启动燃料电池系统100 (步骤S1)。然 后，控制装置160打开第一开闭阀130A和第二开闭阀130B(步骤S2)。 由此，传热介质通过第一传热介质供给岐管8A流通到电池堆1端部E 的传热部HE，同时，传热介质通过第二传热介质供给岐管8B流通到 电池堆1剩余部分R的传热部HK。在本实施方式中，流通的传热介质 的温度设定为6(TC。因此，电池堆1的整体能够被迅速加热。
接着，控制装置160利用温度检测装置140获得从传热介质排出 岐管9排出的传热介质的温度(步骤S3)。并且，控制装置160判断获 得的传热介质的温度是否在能够开始发电的温度T,以上(步骤S4)。 在获得的传热介质的温度低于能够开始发电的温度T,的情况下，使传 热介质继续流通，重复进行上述步骤S2 步骤S4，直至达到能够开始 发电的温度T,以上。在本实施方式中，能够开始发电的温度T,设定为
3455°C。在此，能够开始发电的温度T,是在燃料电池101内不发生液泛
的温度，例如，优选设定为50"C 55。C的范围。
在步骤S4中，如果获得的传热介质的温度达到能够开始发电的温 度T,以上，则控制装置160控制燃料气体供给装置102，向燃料电池 101的阳极供给燃料气体，同时，控制氧化剂气体供给装置103，向燃 料电池101的阴极供给氧化剂气体(步骤S5)。然后，控制装置160 关闭第二开闭阀130B (步骤S6)。由此，停止传热介质向剩余部分R 的传热部Hr的流通。
然后，控制装置160通过逆变器150从燃料电池101取出电力(步 骤S7)。由此，通过燃料气体与氧化剂气体的化学反应，自反应部P 产生反应热。由于该反应热使得电池堆1的温度上升。此时，如果传 热介质仍然原样在剩余部分R的传热部Hr和端部E的传热部He两者 中流通，没有散热的部分即剩余部分R的温度上升就会增大，在剩余 部分R与端部E中温度不均匀地上升。但是，在本实施方式中，由于 此时停止传热介质向剩余部分R的传热部HR的流通，所以在剩余部分 R和端部E中温度均匀上升。
然后，控制装置160通过温度检测装置140获得从传热介质排出 岐管9排出的传热介质的温度(步骤S8)。控制装置160判断获得的传 热介质的温度是否在能够继续发电的温度丁2以上(步骤S9)。在获得 的传热介质的温度低于能够继续发电的温度T2的情况下，控制装置160 继续从燃料电池101取出电力(步骤S7)，重复进行上述步骤S7 步 骤S9，直至获得的传热介质温度达到能够继续发电的温度T2以上。在 本实施方式中，能够继续发电的温度T2设定为65i:。即，能够继续发 电的温度T2高于上述能够开始发电的温度T,。在此，能够继续发电的 温度T2优选设定为65 °C 70°C的范围。
在步骤S9中，如果获得的传热介质的温度达到能够继续发电的温 度丁2以上，控制装置160关闭第一开闭阀130A、打开第二开闭阀130B (步骤SIO)，停止传热介质向端部E的传热部He的流通，并开始传 热介质向剩余部分R的传热部HK的流通。由此，燃料电池系统100中 启动模式结束(步骤SIO)，转移到发电模式，由燃料电池101进行发 电(步骤Sll)。在这种状态下，由于电池堆1的温度高于从传热介质供给装置120供给的传热介质的温度(60°C)，所以通过传热介质向电 池堆1的剩余部分R的流通，由传热介质冷却剩余部分R。另一方面， 通过停止传热介质向电池堆1的端部E的流通，端部E不会被传热介 质冷却，只是通过散热冷却。结果，剩余部分R被传热介质冷却至必 要的程度，而端部E则是通过放达到大致适当的温度。由此，能够利 用燃料电池101稳定地进行发电。
本实施方式的燃料电池系统100为上述结构，所以在启动模式中， 传热介质优先流向从端板3A、 3B散热大的电池堆1的端部E的传热 部He，能够使端部E的温度上升。另一方面，在发电模式中，传热介 质优先流向散热少、发热多的电池堆l的剩余部分R的传热部HR，能 够将其冷却至必要的程度。这样一来，在启动时和发电时两者中能够 选择性地使传热介质流向电池堆1端部E的传热部He和剩余部分R的 传热部Ha。由此，能够实现燃料电池系统100的迅速启动和稳定发电。
其中，在本实施方式的燃料电池系统100中，可以将第一温度调 整装置(未图示)设置于T型管接头125与第一传热介质入口 401A之 间的第一传热介质供给配管30A上，并且将第二温度调整装置(未图 示)设置于T型管接头125与第二传热介质入口 401B之间的第二传热 介质供给配管30B上。由此，在由传热介质供给装置120供给的传热 介质在第一传热介质供给配管30A中流动的情况下，利用第一温度调 整装置再次调整传热介质的温度；在由传热介质供给装置120供给的 传热介质在第二传热介质供给配管30B中流动的情况下，由第二温度 .调整装置再次调整传热介质的温度。因此，在上述启动模式(步骤S2) 中，在使传热介质通过第一传热介质供给岐管8A向电池堆1端部E 的传热部He流通，同时使传热介质通过第二传热介质供给岐管8B向 电池堆1剩余部分R的传热部Hr流通的情况下，能够向端部E的传热 部He和剩余部分R的传热部H"共给不同温度的传热介质。特别是通 过使更高温度的传热介质向从端板3A、 3B的散热大的电池堆1的端 部E的传热部He流通，能够迅速地提高电池堆1的端部E的温度。
并且，对在电池堆1的端部E和剩余部分R中的任一个中流通的 传热介质的温度进行再调整时，可以在T型管接头125与第一传热介 质入口 401A之间的第一传热介质供给配管30A、以及T型管接头125
36与第二传热介质入口 401B之间的第二传热介质供给配管30B中的任一 个上设置温度调整装置(未图示)。 (第二实施方式)
图IO是表示本发明第二实施方式的燃料电池系统的大致结构的框 图。图11是表示图10的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意 图。图12是表示图11的燃料电池所使用的端部用阴极侧隔板的两个 主面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流路的主面的平面 图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的主面 的平面图。图13是表示图11的燃料电池所使用的端部用阳极侧隔板 的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有燃料气体流路的主面的 平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热介质流路的 主面的平面图。图14是表示图11的燃料电池所使用的剩余部分用阴 极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体流 路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传热 介质流路的主面的平面图。图15是表示图11的燃料电池所使用的剩 余部分用阳极侧隔板的两个主面缚构的平面图，(a)是表示形成有燃 料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形 成有传热介质流路的主面的平面图。图16是表示控制图IO的燃料电 池系统的控制程序的流程图。下面，参照图10至图16，对本实施方式 的燃料电池系统进行说明。
本实施方式的燃料电池系统200中，向电池堆1两个端部E的传 热部HE供给传热介质的传热介质流通路径(第一传热介质流通路径)、 和向电池堆1端部以外部分的剩余部分R的传热部Ha供给传热介质的 传热介质流通路径(第二传热介质流通路径)独立形成(参照图IO)。 并且，本实施方式的燃料电池系统200使用与第一实施方式中使用的 燃料电池101不同结构的燃料电池201。除此之外，与第一实施方式的 燃料电池系统IOO的构成要素相同。因此，在图10至图15中，对与 图l、图2、图5至图8相同或相当的部分标注相同的符号，省略其说 明。
如图10所示，在本实施方式的燃料电池系统200中，以通过燃料 电池201的方式形成有第一传热介质流通路径113A和第二传热介质流通路径113B。
第一传热介质流通路径113A由形成于燃料电池201内部的第一内 部传热介质流通路径(未图示)和用于使传热介质在该第一内部传热 介质流通路径中流通的第一外部传热介质流通路径112A (30A、 55A) 构成。第一内部传热介质流通路径由后述的第一传热介质供给岐管8A、 第一传热介质流路19A和29A、以及第一辅助传热介质排出岐管9A 构成。第一外部传热介质流通路径112A与第一传热介质入口 401A和 第一传热介质出口 402A连接。在第一外部传热介质流通路径112A上， 配设有第一传热介质供给装置120A和第一温度检测装置140A。第一 传热介质供给装置120A经由第一外部传热介质流通路径112A从第一 传热介质入口 401A向燃料电池201供给传热介质。供给至燃料电池 201的传热介质在燃料电池201中流通后从第一传热介质出口 402A排 出，经由第一外部传热介质流通路径112A (第一传热介质排出配管 55A)返回第一传热介质供给装置120A。第一传热介质供给装置120A 具备未图示的温度调整装置，将在燃料电池201中流通并返回的传热 介质的温度调整到规定的温度。未图示的温度调整装置例如具备作为 承担加热传热介质功能的部分的加热器和作为承担冷却传热介质的部 分的散热器等。并且，第一传热介质供给装置120A具备未图示的泵， 开始/停止传热介质的流动，并调整传热介质的流量。第一温度检测装 置140A设置于第一传热介质出口 402A附近的第一外-部传热介质流通 路径112A上，检测在燃料电池201中流通并从第一传热介质出口 402A 排出的传热介质的温度。
另一方面，第二传热介质流通路径113B由形成于燃料电池201内 部的第二传热介质流通路径(未图示)和用于使传热介质在该第二内 部传热介质流通路径中流通的第二外部传热介质流通路径12B (30B、 55B)构成。第二内部传热介质流通路径由后述的第二传热介质供给岐 管8B、第二传热介质流路19B和29B、以及第二辅助传热介质排出岐 管9B构成。第二外部传热介质流通路径112B与第二传热介质入口 401B和第二传热介质出口 402B连接。在第二外部传热介质流通路径 112B上，配设有第二传热介质供给装置120B和第二温度检测装置 140B。第二传热介质供给装置120B经由第二外部传热介质流通路径112B从第二传热介质入口 401B向燃料电池201供给传热介质。经由 第二传热介质入口 401B供给至燃料电池201的传热介质在燃料电池 201中流通后从第二传热介质出口 402B排出，经由第二外部传热介质 流通路径112B (第二传热介质排出配管55B)返回第二传热介质供给 装置120B。第二传热介质供给装置120B具备未图示的温度调整装置， 将在燃料电池201中流通并返回的传热介质的温度调整到规定的温度。 未图示的温度调整装置例如具备作为承担加热传热介质功能的部分的 加热器和作为承担冷却传热介质功能的部分的散热器等。并且，第二 传热介质供给装置120B具备未图示的泵，开始/停止传热介质的流动， 并且调整传热介质的流量。第二温度检测装置140B设置于第二传热介 质出口 402B附近的第二外部传热介质流通路径112B上，检测在燃料 电池201中流通并从第二传热介质出口 402B排出的传热介质的温度。 下面，对于本实施方式的燃料电池系统200所使用的燃料电池201 进行说明。
如图ll所示，电池堆1分为由单电池2叠层方向上的两个端部构 成的端部E、和由此外的部分构成的剩余部分R。端部E和剩余部分R 仅仅是构成单电池2的隔板结构略有不同，所以下面的说明中，仅说 明两者共同的结构，不对两者进行区分。并且，对于与第一实施方式 中使用的燃料电池101共同的结构，省略其说明。
燃料电池201具备在电池堆1的单电池2的叠层方向上延伸的第 一传热介质供给岐管8A、第二传热介质供给岐管SB、第一辅助传热 介质排出岐管9A和第二辅助传热介质排出岐管9B。其中，在图11中， 省略了燃料气体供给岐管、燃料气体排出岐管、氧化剂气体供给岐管 和氧化剂气体排出岐管的图示。另外，后述的第一辅助传热介质排出 岐管9A和第二辅助传热介质排出岐管9B以外的部分，为与第一实施 方式的燃料电池系统100中所使用的燃料电池101相同的结构。
第一辅助传热介质排出岐管9A与形成于电池堆1两个端部E的传 热部He連接。第一辅助传热介质排出岐管9A使在形成于电池堆1两 个端部E的传热部HE中流通的传热介质流通。在第一辅助传热介质排 出岐管9A中流通的传热介质从燃料电池201的第一传热介质出口 402A排出，并经由第一外部传热介质流通路径112A返回到第一传热介质供给装置120A。
另一方面，第二辅助传热介质排出岐管9B形成于第一辅助传热介 质排出岐管9A的下方。第二辅助传热介质排出岐管9B与形成于电池 堆1剩余部分R的传热部Hr連接。第二辅助传热介质排出岐管9B使 在形成于电池堆1剩余部分R的传热部Hk中流通的传热介质流通。在 第二辅助传热介质排出岐管9B中流通的传热介质从燃料电池201的第 二传热介质出口 402B排出，并经由第二外部传热介质流通路径112B 返回到第二传热介质供给装置120B。
下面，说明构成电池堆l的隔板。隔板有端部用阴极侧隔板IOC、 端部用阳极侧隔板20C、剩余部分用阴极侧隔板IOD和剩余部分用阳 极侧隔板20D。下面说明各隔板。
如图12所示，在端部用阴极侧隔板10C中，传热介质排出岐管孔 由第一辅助传热介质排出岐管孔16A和第二辅助传热介质排出岐管孔 16B构成。第一辅助传热介质排出岐管孔16A形成于氧化剂气体排出 岐管孔13的下方且在内侧。第二辅助传热介质排出岐管孔16B形成于 氧化剂气体排出岐管孔.13的下方且在内侧，即第一辅助传热介质排出 岐管孔16A的上方。如图12 (b)所示，在端部用阴极侧隔板10C的 一个主面上，以连通第一传热介质供给岐管孔15A和第一辅助传热介 质排出岐管孔16A的方式形成第一传热介质流路19A。除此之外与图 5所示的端部用阴极侧隔板10A相同。
如图13所示，在端部用阳极侧隔板20C中，传热介质排出岐管孔 由第一辅助传热介质排出岐管孔26A和第二辅助传热介质排出岐管孔 26B构成。第一辅助传热介质排出岐管孔26A形成于氧化剂气体排出 岐管孔23的下方且在内顶lj。第二辅助传热介质排出岐管孔26B形成于 氧化剂气体排出岐管孔23的下方且在内侧，即第一辅助传热介质排出 岐管孔26A的上方。如图13 (b)所示，在端部用阳极侧隔板20C的 一个主面上，以连通第一传热介质供给岐管孔25A和第一辅助传热介 质排出岐管孔26A的方式形成第一传热介质流路29A。除此之外与图 6所示的端部用阳极侧隔板20A相同。
如图14(特别是参照图14(b))所示，剩余部分用阴极侧隔板10D 形成于其背面的第二传热介质流路19B的上游端不与第一传热介质供给岐管孔15A连接，而是与第二传热介质供给岐管孔15B连接。并且，
第二传热介质流路19B的下游端不与第一辅助传热介质排出岐管孔 16A连接，而是与第二辅助传热介质排出岐管孔16B连接。除此之外 与图12所示的端部用阴极侧隔板IOC相同。
如图15(特别是参照图15(b))所示，剩余部分用阳极侧隔板20D 形成于其背面的第二传热介质流路29B的上游端不与第一传热介质供 给岐管孔25A连接，而是与第二传热介质供给岐管孔25B连接。并且， 第二传热介质流路29B的下游端不与第一辅助传热介质排出岐管孔 26A连接，而是与第二辅助传热介质排出岐管孔26B连接。除此之外 与图13所示的端部用阳极侧隔板20C相同。
并且，各隔板的第一辅助传热介质排出岐管孔16A、 26A构成第 一辅助传热介质排出岐管9A的一部分。各隔板的第二辅助传热介质排 出岐管孔16B、 26B构成第二辅助传热介质排出岐管9B的一部分。
接着，对电池堆1的两个端部E和剩余部分R的结构进行说明(参 照图11)。
在端部E上，通过用端部用阴极侧隔板10C和端部用阳极侧隔板 20C夹持MEA部件43，形成反应部和传热部。在剩余部分R中，如 下所述形成反应部和传热部。即，在剩余部分R的与一个端部E邻接 的部分，通过用端部用阴极侧隔板10C和剩余部分用阳极侧隔板20D 夹持MEA部件43形成反应部；在剩余部分R的与另一个端部E邻接 的部分，通过用端部用阳极侧隔板20C和剩余部分用阴极侧隔板10D 夹持MEA部件43形成反应部。并且，在剩余部分R的除此之外的部 分，通过用剩余部分用阴极侧隔板10D和剩余部分用阳极侧隔板20D 夹持MEA部件43形成反应部和传热部。从形成于端部用阴极侧隔板 10C的阴极气体流路17到形成于端部用阳极侧隔板20C的阳极气体流 路28的部分，构成电池堆1两个端部E的反应部。形成于端部用阴极 侧隔板10C的第一传热介质流路19A与任一个端板接合的部分、形成 于端部用阳极侧隔板20C的第一传热介质流路29A与任一个端板接合 的部分、以及形成于端部用阴极侧隔板10C的第一传热介质流路19A 与形成于端部用阳极侧隔板20C的第一传热介质流路29A接合的部 分，构成电池堆1两个端部E的传热部HE。在本实施方式中，电池堆
411两个端部E的传热部HE的数目各为2个。
另外，从形成于剩余部分用阴极侧隔板10D的阴极气体流路17到 形成于剩余部分用阳极侧隔板20D的阳极气体流路28的部分，构成电 池堆1的剩余部分R的反应部。形成于剩余部分用阴极侧隔板10D的 第二传热介质流路19B与形成于剩余部分用阳极侧隔板20D的第二传 热介质流路29B接合的部分，构成电池堆1剩余部分R的传热部HR。
在如上构成的燃料电池201中，传热介质如下所述进行流通。其 中，燃料气体和氧化剂气体的流通与在第一实施方式的燃料电池系统 100中使用的燃料电池101相同。
第一传热介质供给装置120A通过第一外部传热介质流通路径 112A (第一传热介质供给配管30A)从第一传热介质入口 401A向电 池堆1的第一传热介质供给岐管8A供给传热介质。供给至第一传热介 质供给岐管8A的传热介质从第一传热介质供给岐管8A流入端部E的 各单电池2的第一传热介质供给岐管孔15A、 25A，在端部E的传热部 HE (第一传热介质流路19A、 29A)流通。并且，在该过程中，隔着端 部用阴极侧隔板10C和端部用阳极侧隔板20C与端部E的阴极和阳极 进行热交换，从第一辅助传热介质排出岐管孔16A、 26A流出到第一 辅助传热介质排出岐管9A，由第一传热介质出口 402A通过第一外部 传热介质流通路径112A (第一传热介质排出配管55A)从电池堆1排 Hi。
另一方面，第二传热介质供给装置120B通过第二传热介质流通路 径112B (第二传热介质供给配管30B)从第二传热介质入口 401B向 电池堆1的第二传热介质供给岐管8B供给传热介质。供给至第二传热 介质供给岐管8B的传热介质从第二传热介质供给岐管8B流入到剩余 部分R的各单电池2的第二传热介质供给岐管孔15B、 25B，并在剩余 部分R的传热部分HR (第二传热介质流路19B、 29B)中流通。并且， 在该过程中，隔着剩余部分用阴极侧隔板IOD和剩余部分用阳极侧隔 板20D与剩余部分R的阴极和阳极进行热交换，从第二辅助传热介质 排出岐管孔16B、 26B流出到第二辅助传热介质排出岐管9B，由第二 传热介质出口 402B通过第二外部传热介质流通路径112B (第二传热 介质排出配管55B)从电池堆l排出。下面，对本实施方式的燃料电池系统200的动作进行说明。燃料
电池系统200具有利用燃料电池201进行发电并向外部负载供给电力 的发电模式、和从停止状态转移到上述发电模式的启动模式，以下对 它们进行说明。其中，燃料电池系统200的下述动作由控制装置160 实现。具体而言，通过控制装置160的运算部162执行存储于控制装 置160的存储部161的控制程序来实现。
如图16所示，控制装置160启动燃料电池系统200 (步骤S21)。 然后，控制装置160控制第一传热介质供给装置120A和第二传热介质 供给装置120B (步骤S22)，开始传热介质的供给。由此，传热介质通 过第一传热介质供给岐管8A向电池堆1端部E的传热部He流通，该 传热介质通过第一辅助传热介质排出岐管9A从电池堆1排出。另外， 传热介质通过第二传热介质供给岐管8B向电池堆1剩余部分R的传热 部Hk流通，该传热介质通过第二辅助传热介质排出岐管9B从电池堆 l排出。这样一来，通过使传热介质在端部E的传热部HE和剩余部分 R的传热部HK流通，能够迅速加热电^k堆1整体。在本实施方式中， 从第一传热介质供给装置120A供给到端部E的传热介质的温度设定为 65°C，从第二传热介质供给装置120B供给到剩余部分R的传热介质的 温度设定为6(TC。由此，如果将从第一传热介质供给装置120A供给 至端部E的传热介质的温度设定为高于从第二传热介质供给装置120B 供给至剩余部分R的传热介质的温度，则能够迅速地加热散热大的端 部E。
接着，控制装置160通过第一温度检测装置140A获得从第一辅助 传热介质排出岐管9A排出的传热介质的温度TA，并且通过第二温度 检测装置140B获得从第二辅助传热介质排出岐管9B排出的传热介质 的温度Tb (步骤S23)。控制装置160判断如上所述获得的传热介质的 温度Ta、 TB两者是否均在能够开始发电的温度T,以上(步骤S24)。 在获得的传热介质的温度TA、 TB中的任一个低于能够开始发电的温度 T,的情况下，控制装置160重复进行上述步骤S22 步骤S24，直至传 热介质的温度TA、 丁8两者均达到能够开始发电的温度T,以上。在本实 施方式中，能够开始发电的温度l设定为55r。其中，优选将能够开 始发电的温度T,设定在5(TC 55"C的范围。
43另一方面，在步骤S24中，如果获得的传热介质的温度TA、 Te两 者均达到能够开始发电的温度1以上，则控制装置160控制燃料气体 供给装置102，向燃料电池201的阳极供给燃料气体，并且控制氧化剂 气体供给装置103，向燃料电池201的阴极供给氧化剂气体(步骤S25)。
接着，控制装置160通过逆变器150从燃料电池201取出电力(步 骤S26)。由此，通过燃料气体与氧化剂气体的化学反应产生反应热。 由于该反应热，电池堆1的温度上升。
然后，控制装置160通过第一温度检测装置140A获得从第--辅助 传热介质排出岐管9A排出的传热介质的温度TA，并且通过第二温度 检测装置140B获得从第二辅助传热介质排出岐管9B排出的传热介质 的温度Tb (步骤S27)。然后，控制装置160判断获得的传热介质的温 度Ta、 TB两者是否均在能够继续发电的温度丁2以上(步骤S28)。在 获得的传热介质的温度TA、 TB中的任一个低于能够继续发电的温度 T2的情况下，控制装置160继续取出来自燃料电池201的电力(步骤 S26)，重复进行上述步骤S26 步骤S28，直至获得的传热介质的温度 TA、 TB两者均达到能够继续发电的温度T2以上。在此，能够继续发电 的温度T2高于上述能够开始发电的温度T,，在本实施方式中设定为 65。C。其中，优选将能够继续发电的温度T2设定在65i: 7(rC的范围。
在步骤S28中，如果获得的传热介质的温度TA、 丁b两者均达到能 够继续发电的温度丁2以上，则燃料电池系统200中启动模式结束(步 骤S28)，转移到发电模式，由燃料电池201进行发电(步骤S29)。在 该状态下，由于电池堆1的温度高于从第一传热介质供给装置120A供 给的传热介质的温度(65°C)和从第二传热介质供给装置120B供给的 传热介质的温度(60°C)，所以通过传热介质向电池堆1的端部E和剩 余部分R流通，能够利用传热介质冷却端部E和剩余部分R。
本实施方式的燃料电池系统200为上述结构，所以能够分为第一 传热介质流通路径113A和第二传热介质流通路径113B供给传热介质。 因此，能够在第一传热介质流通路径113A和第二传热介质流通路径 113B中流通不同温度的传热介质。例如，在燃料电池系统200的启动 模式中，通过向散热大的电池堆1的端部E的传热部HE供给更高温度 的传热介质，能够使电池堆1的端部E的温度迅速上升，并且，在发电时能够减小冷却而将该端部e保持在适当的温度。 [变形例]
图17是表示第二实施方式的变形例的图，是表示控制图10的燃 料电池系统的控制程序的流程图。目卩，在本变形例中，使用第二实施
方式的燃料电池系统200，并变更控制该燃料电池系统200的控制程序。
如图17所示，步骤S41 步骤S45与控制第二实施方式的燃料电 池系统200的控制程序的步骤S21 步骤S25相同。因此，下面仅说明 步骤S46以后的步骤。
控制装置160控制燃料气体供给装置102，向燃料电池201的阳极 供给燃料气体，并且控制氧化剂气体供给装置103，向燃料电池201 的阴极供给氧化剂气体(步骤S45)，然后，控制第二传热介质供给装 置120B，停止向剩余部分R供给传热介质(步骤S46)。由此，虽然 停止从第二传热介质供给装置120B向剩余部分R的传热部hr供给传 热介质，但是继续从第一传热介质供给装置120A向端部e的传热部 he供给传热介质。 .
然后，控制装置160通过逆变器150从燃料电池201取出电力(步 骤S47)。由此，通过燃料气体与氧化剂气体的化学反应产生反应热。 由于该反应热，电池堆1的温度上升。此时，如果仍然原样向剩余部 分R的传热部Hk和端部e的传热部HE两者供给传热介质，则供给至 剩余部分R的传热部hk的传热介质温度低于供给至端部e的传热部 HE的传热介质温度，没有散热的部分即剩余部分R的温度上升稍大， 在剩余部分R和端部e上温度略为不均匀地上升。但是，在本变形例 中，此时停止向剩余部分R的传热部H"共给传热介质，所以在剩余部 分R和端部e上温度就会均匀地上升。
然后，控制装置160通过第一温度检测装置140A获得从第一辅助 传热介质排出岐管9A排出的传热介质的温度TA (步骤S48)。然后， 控制装置160判断获得的传热介质的温度TA是否为能够继续发电的温 度丁2以上(步骤S49)。在获得的传热介质的温度TA低于能够继续发 电的温度T2的情况下，控制装置160继续取出来自燃料电池201的电 力(步骤S47)，重复进行上述步骤S47 步骤S49，直至获得的传热介质的温度ta达到能够继续发电的温度T2以上。在此，能够继续发电 的温度T2高于上述能够开始发电的温度Tp在本实施方式中，设定为
65°C。其中，在本变形例中，优选将能够继续发电的温度T2设定在 65。C 70。C的范围。
在步骤S49中，如果获得的传热介质的温度ta达到能够继续发电 的温度T2以上，控制装置160控制第一传热介质供给装置120A，停止 供给传热介质，并且控制第二传热介质供给装置120B，开始供给传热 介质(步骤S50)。由此，燃料电池系统200中启动模式结束(步骤S50)， 转移到发电模式，由燃料电池201进行发电(步骤S51)。在该状态下， 由于电池堆1的温度高于从第二传热介质供给装置120B供给的传热介 质的温度(60°C)，所以通过传热介质向电池堆1的剩余部分R流通， 能够利用传热介质冷却剩余部分R。另一方面，通过停止传热介质向 电池堆1的端部E的流通，端部E不会被传热介质冷却，而仅仅通过 散热冷却。结果，剩余部分R由传热介质冷却到必要的程度，端部E 通过散热达到大致适当的温度。由此，能够利用燃料电池201稳定地 进行发电。
在本变形例中，在燃料电池系统200的启动模式中，通过不向散 热大的电池堆1的端部E的传热部he供给传热介质，防止由于传热介 质而引起的热交换，并抑制电池堆l的端部E的温度下降。另一方面， 在燃料电池系统200的发电模式中，通过使传热介质在电池堆1剩余 部分R的传热部Hk中流通，能够将剩余部分R冷却至必要的程度。 因此，在启动模式和发电模式的两种模式中，.均能够控制电池堆1的 端部E和剩余部分R的温度。由此，能够实现燃料电池系统200的迅 速启动和稳定发电。
此外，在本变形例中，在燃料电池系统200的启动模式中，控制 装置160控制第一传热介质供给装置120A和第二传热介质供给装置 120B，以停止传热介质的供给，但是也可以控制第一传热介质供给装 置120A和第二传热介质供给装置120B，以增减传热介质的供给量。 如果为上述结构，能够根据电池堆1的端部E和剩余部分R的温度，
使在各个传热部he、 hr中流通的传热介质的供给量发生变化，所以能
够更加灵活地控制端部E和剩余部分R的温度。(第三实施方式)
图18是表示本发明第三实施方式的燃料电池系统所使用的燃料电 池结构的示意图。图19是表示图18的燃料电池所使用的剩余部分用 阴极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有氧化剂气体 流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示形成有传 热介质流路的主面的平面图。图20是表示图18的燃料电池所使用的 剩余部分用阳极侧隔板的两个主面结构的平面图，(a)是表示形成有 燃料气体流路的主面的平面图，(b)是表示(a)的背面的图，是表示 形成有传热介质流路的主面的平面图。下面，参照图18至图20对第 三实施方式的燃料电池和燃料电池系统进行说明。
如图18所示，在第三实施方式的燃料电池301中，改变第一实施 方式(图1)的燃料电池中的电池堆1的结构。具体而言，如下所述改 变剩余部分用阴极侧隔板和剩余部分用阳极侧隔板的结构。并且，在 第二端板3B上设置贯通孔407，其外侧的开口构成第三传热介质入口 401C。此外，在第一传热介质供给配管30A的途中配设有分支部31， 在该分支部31上连接有第三传热介质供给配管32。下面详细说明这些 变更点。
如图19所示，在本实施方式中所使用的剩余部分用阴极侧隔板 10B上不配设第一传热介质供给岐管孔15A。除此以外的结构与图7 所示的剩余部分用阴极侧隔板的结构相同。另外，如图20所示，在本 实施方式中所使用的剩余部分用阳极侧隔板20B上，不配设第一传热 介质供给岐管孔25A。除此以外的结构与图8所示的剩余部分用阳极 侧隔板的结构相同。另一方面，端部用阴极侧隔板IOA和端部用阳极 侧隔板的结构与第一实施方式中所使用的部件(图5所示的端部用阴 极侧隔板和图6所示的端部用阳极侧隔板)的结构相同。利用这种结 构，如图18所示，第一传热介质供给岐管8A只形成于电池堆1的两 个端部E，而在电池堆1的剩余部分R上不形成第一传热介质供给岐 管8A。即，第一传热介质供给岐管8A不以在叠层方向上贯通单电池 叠层体105整体的方式形成。
贯通孔407在与形成有第一传热介质供给岐管8A的位置相对应的 第二端板3B的部分形成。由此，形成于另一个端部E的第一传热介质供给岐管8A与贯通孔407连通。
分支部31设置于第一传热介质供给配管30A上的配设有第一开闭 阀30A的部分的下游侧。在分支部31上连接有第三传热介质供给配管 32的上游端。
并且，第一传热介质供给配管30A的下游端与向电池堆1的一个 端部E供给传热介质的第一传热介质入口 401A连接，同时第三传热介 质供给配管32的下游端与向电池堆1的另一个端部E供给传热介质的 第三传热介质入口401C连接。由此，传热介质经由只形成于电池堆l 的两个端部E的第一传热介质供给岐管8A向端部E的传热部He流通。 除此之外的结构与第一实施方式的燃料电池相同。
在本实施方式的燃料电池301和燃料电池系统中，也能够得到与 第一实施方式相同的效果。
另外，在本实施方式的燃料电池301和燃料电池系统中，第-一传 热介质供给岐管8A不以在叠层方向上贯通单电池叠层体105整体的方 式形成，所以能够防止传热介质供给岐管彼此之间的传热介质的热交 换。由此，能够向电池堆l的端部E和剩余部分R供给适当温度的传 热介质。 (第四实施方式)
图21是表示本发明第四实施方式的燃料电池系统的大致结构的框 图。图22是表示图21的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意 图。下面，参照图21和图22对本实施方式的燃料电池系统和燃料电 池进行说明。
在本实施方式的燃料电池系统400和燃料电池401中，将第一实 施方式的燃料电池系统和燃料电池中的第一开闭阀(第一开闭装置、 第一流量非限制/限制装置)130A替换为第一流量调整阔(第一流量调 整装置、第一流量非限制/限制装置)131A，并且将第二开闭阀(第二 开闭装置、第二流量非限制/限制装置)130B替换为第二流量调整阀(第 二流量调整装置、第二流量非限制/限制装置)131B。并且，在本实施 方式中，改变第一实施方式的燃料电池系统的控制程序(图9)。除此 之外的结构与第一实施方式的燃料电池系统和燃料电池的结构相同。
接着，引用图9说明本实施方式的燃料电池系统400的动作。在
48本实施方式的燃料电池系统400的控制程序中，在图9的控制程序的 各步骤中，第一开闭阀替换为第一流量调整阀，第二开闭阀替换为第 二流量调整阀。
本实施方式的燃料电池系统400的控制程序的步骤Sl与图9的控 制程序的步骤S1相同。
接着，在步骤S2中，控制装置160控制第一流量调整阀131A和 第二流量调整阀131B，使其分别为规定的开度。在这种情况下，第一 流量调整阀131A的开度大于第二流量调整阀131B的开度。由此，在 电池堆1的端部E的传热部He中流动的传热介质的流量也大于在电池 堆l的剩余部分R的传热部HK中流动的传热介质的流量。因此，更多 的传热介质在电池堆1的端部E的传热部HE中流动，所以能够迅速加 热电池堆1的剩余部分E。
随后的步骤S3 步骤S5与图9的控制程序的各步骤相同。
接着，在步骤S6中，控制装置160减小第二流量调整阀131A的 开度。由此，在电池堆l的剩余部分R的传热部Ha中流动的传热介质 的流量减小。
随后的步骤S7 步骤S9与图9的控制程序的各步骤相同。 接着，在步骤S10中，控制装置160减小第一流量调整阀D1A的 开度，并且增大第二流量调整阀131B的开度。由此，在电池堆l的端 部E的传热部HE中流动的传热介质的流量减少。另外，在电池堆1的 剩余部分R的传热部Ha中流动的传热介质的流量增加。在这种情况下， 控制装置160增大第二流量调整阀13.1B的开度使其大于第一流量调整 阀131A开度。由此，在电池堆1的剩余部分R的传热部Ha中流动的 传热介质的流量大于在电池堆1的端部E的传热部HE中流动的传热介 质的流量。然后，转移到发电模式，由燃料电池401进行发电(步骤 Sll)。在这种情况下，通过适当调整分别在电池堆1的剩余部分R的 传热部Hr和端部E的传热部HE中流通的传热介质的流量，能够适当 调整剩余部分R和端部E的冷却程度。
在本实施方式的燃料电池系统400和燃料电池401中，由于制成 上述结构，在启动时能够更迅速地加热电池堆1的端部E，并且在发电 时能够适当地调整电池堆1的剩余部分R和端部E的冷却程度。(第五实施方式)
图23是表示本发明第五实施方式的燃料电池系统的大致结构的框 图。下面参照图23对本实施方式的燃料电池系统进行说明。
如图23所示，本实施方式的燃料电池系统500改变了第一实施方 式的燃料电池系统中的外部传热介质流通路径112的结构。另外，在 本实施方式中，传热介质供给装置120具备使传热介质循环的泵(未 图示)、和作为加热用温度调整装置(未图示)的加热器。加热器对从 传热介质供给装置120供给的传热介质进行加热。并且，在本实施方 式中，作为冷却用温度调整装置的热交换器180与传热介质供给装置 120分开设置。除此之外的结构与第一实施方式的燃料电池系统相同。
下面，详细说明外部传热介质流通路径112的结构。
在本实施方式的燃料电池系统500中，在外部传热介质流通路径 112 (的被旁通部分118)的途中，依次配设有流量调整阀(流量调整 装置)170和热交换器180。其中，流量调整阀170也可以设置于外部 传热介质流通路径112的配置有热交换器180的部分的下游侧。流量 调整阀170调整从传热介质排出岐管9排出的传热介质通过外部传热 介质流通路径112流向热交换器180的流量(进一步调整在热交换器 180中流动的传热介质的流量与在旁通路径115中流动的传热介质的流 量的比率)。热交换器180在其内部形成有传热介质流动的流路，并且 在其内部形成有自来水流动的流路。在发电模式中，在热交换器180 中流动的自来水的温度低于在热交换器180中流动的传热介质的温度。 由此，热量从传热介质向自来水转移，传热介质得到冷却。如此被冷 却的传热介质流向传热介质供给装置120。并且，在能够使高于在热交 换器180中流动的传热介质温度的高温水(例如储存的热水)在热交 换器180的自来水流动的流路中流动，切换自来水和储存的热水进行 流动的情况下，热交换器180作为加热和/或冷却传热介质的加热/冷却 器发挥功能。
并且，在外部传热介质流通路径112上形成有分支部114。在分支 部114上连接有旁通路径115的上游端。旁通路径115的下游端与传 热介质供给装置120连接。该旁通路径115对热交换器180进行旁通， 使传热介质直接流向传热介质供给装置120。由此，从外部传热介质流通路径112 (的被旁通部分118)流向传热介质供给装置120的传热介 质和从旁通路径115流向传热介质供给装置120的传热介质在传热介 质供给装置120中混合。在这种情况下，控制装置160通过控制流量 调整阀170的开度，改变混合比例。由此，能够适当变更由传热介质 供给装置120供给的传热介质的温度。
接着，对于本实施方式的燃料电池系统500的启动模式和发电模 式中的传热介质的温度调整动作和供给动作进行说明。另外，本实施 方式的控制程序基本上与第一实施方式的燃料电池系统的控制程序相 同，所以只说明不同点。其中，这些动作由控制装置160实现。
在启动模式中，控制装置160打开第一开闭阀130A和第二开闭阀 130B (参照图9的步骤S2)，向电池堆1的端部E和剩余部分R供给 传热介质，然后，关闭第二开闭阀130B (参照图9的步骤S6)，向电 池堆1的端部E供给传热介质。在这种情况下，控制装置160关闭流 量调整阀170，并且利用未图示的加热器将传热介质加热至规定的温度 (在此为6(TC)。由此，能够使电池堆l升温。
另一方面，在发电模式中，控制装置160关闭第一开闭阀130A， 打开第二开闭阀130B (参照图9的步骤S10)，仅向电池堆1的剩余部 分R供给传热介质。由此，剩余部分R被冷却，同时传热介质回收在 剩余部分R的反应部P中产生的反应热而升温。并且，控制装置160 打开流量调整阀170，向传热介质供给装置120供给利用热交换器180 进行热交换(冷却)后的传热介质。于是，在传热介质供给装置120 中，由热交换器180冷却的传热介质与通过旁通路径115被升温的原 样的传热介质混合。因此，控制装置160调整流量调整阀170的开度， 以使该混合后的传热介质的温度为上述规定的温度(60°C)。其中，在 发电模式中，传热介质供给装置120所具备的加热器停止。由此，从 传热介质供给装置120向电池堆1的剩余部分R供给规定温度的传热 介质，适当地冷却电池堆1。
这样一来，在本实施方式的燃料电池系统500中，也能够得到与 第一实施方式的燃料电池系统相同的效果。
并且，在上述说明中向电池堆1供给一定温度(60°C)的传热介 质，但也可以在启动模式和发电模式中供给不同温度的传热介质。例如，在启动模式中，可以供给温度高于发电模式中温度的传热介质， 由此，能够更迅速地使单电池1升温。
其中，在本实施方式的燃料电池系统500中，在T型管接头125 与第一传热介质入口 401A之间的第一传热介质供给配管30A(参照图 2)上配设第一温度调整装置(未图示)，并且在T型管接头125与第 二传热介质入口 401B之间的第二传热介质供给配管30B (参照图2) 上配设第二温度调整装置(未图示)。由此，在由传热介质供给装置120 供给的传热介质在第一传热介质供给配管30A中流动的情况下，由第 一温度调整装置再次调整传热介质的温度；在由传热介质供给装置120 供给的传热介质在第二传热介质供给配管30B中流动的情况下，由第 二温度调整装置再次调整传热介质的温度。因此，在启动模式中，在 传热介质通过第一传热介质供给岐管8A流向电池堆1端部E的传热部 HE，并且传热介质通过第二传热介质供给岐管8B流向电池堆1剩余部 分R的传热部HR的情况下，能够向端部E的传热部He和剩余部分R 的传热部H"共给不同温度的传热介质。特别是通过使更高温度的传热 介质流向从端板3A、 3B的散热大的电池堆1的端部E的传热部HE， 能够使电池堆1的端部E的温度迅速上升。
并且，在对在电池堆1的端部E和剩余部分R中的任一个中流通
的传热介质的温度进行再次调整的情况下，在T型管接头125与第一
传热介质入口 401A之间的第一传热介质供给配管30A、和T型管接头
125与第二传热介质入口 401B之间的第二传热介质供给配管30B中的 任一个上配设温度调整装置(未图示)即可。
(第六实施方式)
图24是表示本发明第六实施方式的燃料电池系统的大致结构的框 图。图25是表示图24的燃料电池系统所使用的燃料电池结构的示意 图。下面参照图24和图25对本实施方式的燃料电池系统和燃料电池 进行说明。
本实施方式的燃料电池系统600和燃料电池601改变了第一实施 方式的燃料电池系统(图1)和燃料电池(图2)中的传热介质的温度 检测装置的配设位置。
在第一实施方式中，传热介质的温度检测装置配设于传热介质排出岐管9的出口附近的外部传热介质流通路径112上。在本实施方式
中，如图24和图25所示，传热介质的温度检测装置141、 143配设于 传热介质排出岐管9的内部。具体而言，端部用温度检测装置141配 设于电池堆1的端部E并且在传热介质出口 402附近的传热介质排出 岐管9上。另外，剩余部分用温度检测装置143配设于电池堆1剩余 部分R的传热介质排出岐管9上。剩余部分用温度检测装置143配设 于电池堆1剩余部分R的大致中央部。当然，剩余部分用温度检测装 置143也可以配设在电池堆1的剩余部分R的传热介质排出岐管9的 中央部之外的部分上。在这种情况下，可以将由配设于中央部之外的 剩余部分用温度检测装置检测到的温度补正为中央部的温度，在允许 误差的情况下也可以不进行补正。另外，也可以在电池堆1的剩余部 分R的传热介质排出岐管9上配设多个剩余部分用温度检测装置143， 而取得其平均值。端部用温度检测装置141和剩余部分用温度检测装 置143检测在传热介质排出岐管9的内部流动的传热介质的温度。另 外，由于分开设置端部用温度检测装置141和剩余部分用温度检测装 置143，所以能够分别检测端部E和剩余部分R (的中央部)的温度。 并且，如图24所示，由端部用温度检测装置141和剩余部分用温度检 测装置143检测出的温度输入控制装置160。除此之外的结构与第一实 施方式的燃料电池系统和燃料电池相同。
在这种本实施方式的燃料电池系统600和燃料电池601中，也能
够得到与第一实施方式相同的效果。
另外，在本实施方式的燃料电池系统600和燃料电池601中，能 够分别检测电池堆1的端部E和剩余部分R的传热介质的温度，与此 相应地控制供给至端部E和剩余部分R的传热介质的温度，从而能够 以高精度控制端部E和剩余部分R的温度。
并且，如本实施方式所述将端部用温度检测装置和剩余部分用温 度检测装置配设于传热介质排出岐管内部的结构，也能够适用于第二 实施方式的燃料电池系统(图10)和燃料电池(图11)。具体而言， 将端部用温度检测装置配设于第一传热介质排出岐管9A的出口附近， 并且将剩余部分用温度检测装置配设于第二传热介质排出岐管9B的 中央部。并且，同上，配设于第二传热介质排出岐管9B上的剩余部分用温度检测装置的位置也可以为中央部以外的位置。在这种情况下， 可以将由配设于中央部以外的剩余部分用温度检测装置检测到的温度 补正为中央部的温度，在允许误差的情况下也可以不进行补正。另外， 也可以在第二传热介质排出岐管9B上配设多个剩余部分用温度检测 装置，取它们的平均值。
其中，在本实施方式的燃料电池系统600和燃料电池601中，将 端部用温度检测装置141和剩余部分用温度检测装置143配设于传热 介质排出岐管9的内部。但是，也可以不将各温度检测装置配设于传 热介质排出岐管9的内部，而配设于单电池2上。具体而言，将端部 用温度检测装置141配设于电池堆1端部E的单电池2上，并且将剩 余部分用温度检测装置143配设于电池堆1剩余部分R的单电池2上。 然后，适当补正由各温度检测装置141、 143检测到的单电池2的温度， 并换算成在传热介质排出岐管9中流动的传热介质的温度。即，可以 直接测定在传热介质排出岐管9中流动的传热介质的温度，也可以通 过检测单电池2的温度并对该温度进行补正从而间接地测定在传热介 质排出岐管9中流动的传热介质的温度。 (第七实施方式)
图26是表示本发明第七实施方式的燃料电池系统的大致结构的框 图。图27是表示控制图26的燃料电池系统的控制程序的流程图。下 面，参照图26和图27对本实施方式的燃料电池系统进行说明。
在本实施方式的燃料电池系统700中，改变了第二实施方式的燃 料电池系统中的第一和第二外部传热介质流通路径112A、 112B的结构 (其中，燃料电池系统700所使用的燃料电池与图ll所示的燃料电池 201相同)。
具体而言，如图26所示，在第一外部传热介质流通路径112A的 途中配设有第一三通阀(第一流通路径选择装置)134。第一三通阀134 具备第一孔134a、第二孔134c和第三孔134b。第一外部传热介质流 通路径112A上的到达第一传热介质出口 402A的路径与第--孔134a 连接。第一外部传热介质流通路径112A上的到达第一传热介质供给装 置120A的路径的下游端与第二孔134c连接。第三外部传热介质流通 路径117的上游端与第三孔134b连接。第三外部传热介质流通路径117的下游端与第二传热介质供给装置120B连接。控制装置160使第一孔 134a的连通目的地在第二孔134c和第二孔134b之间切换。由此，从 第一传热介质排出岐管9A排出的传热介质的流通目的地在第一传热 介质供给装置120A和第二传热介质供给装置120B之间切换。
另外，在第二外部传热介质流通路径112B的途中配设有第二三通 阀(第二流通路径选择装置)135。第二三通阀135具备第一孔135a、 第二孔135b和第三孔135c。第二外部传热介质流通路径112B上的到 达第二传热介质出口 402B的路径与第一孔135a连接。第二外部传热 介质流通路径112B上的到达第二传热介质供给装置120B的路径的下 游端与第二孔135b连接，第四外部传热介质流通路径116的上游端与 第三孔135c连接。第四外部传热介质流通路径116的下游端与第一传 热介质供给装置120A连接。控制装置160使第一孔135a的连通目的 地在第二孔135b和第三孔135c之间切换。由此，从第二传热介质排 出岐管9B排出的传热介质的流通目的地在第二传热介质供给装置 120B和第一传热介质供给装置120A之间切换。
下面；对本实施方式的燃料电池系统700的特征性动作进行说明。
在初始状态下，第一和第二三通阀134、 135的第一孔134a、 135a 与第二孔134c、 135b连通(步骤S61 )。除此之外从步骤S61 步骤S66, 与控制第二实施方式的燃料电池系统的控制程序(图16)的步骤S21 步骤S26相同。因此，下面说明步骤S67以后的步骤。
在步骤S66中开始取出电力之后，控制装置160将第一和第二三 通阀134、 135的第一孔134a、 135a的连通目的地从第二孔134c、 135b 切换至第三孔134b、 135c(步骤S67)。由此，从第一传热介质排出岐 管9A排出的传热介质的流通目的地从第一传热介质供给装置120A切 换至第二传热介质供给装置120B,同时，从第二传热介质排出岐管9B 排出的传热介质的流通目的地从第二传热介质供给装置120B切换至 第一传热介质供给装置120A。在此，从第二传热介质排出岐管9B排 出的传热介质在电池堆1剩余部分R的传热部HK中流通，回收由反应 部P中的发电反应所产生的反应热从而被升温。因此，如此被升温的 传热介质供给至第一传热介质供给装置120A，所以能够减少由第一传 热介质供给装置120A所具备的传热介质加热用的温度调整装置(未图
55示)而消耗的能量。
随后的步骤S68 步骤S70与图16的控制程序对应的各步骤(步 骤S27 步骤S29)相同。
在这种本实施方式的燃料电池系统700中，也能够得到与第二实 施方式的燃料电池系统相同的效果。
另外，在本实施方式的燃料电池系统700中，向第一传热介质供 给装置120A供给在电池堆1的剩余部分R的传热部HR中流通、回收 热并被升温的传热介质，使该传热介质在电池堆1的端部E中流通， 所以能够节约第一传热介质供给装置120A中用于使传热介质升温的 能量。
其中，在上述各实施方式的燃料电池中，对在电池堆1的端部E 形成有2个传热部HE的情况进行了说明。该端部E的传热部He的数 目可以根据电池堆1的单电池数等适当确定。
另外，在上述各实施方式的燃料电池中，对在与端板3A、 3B相 接触的隔板的主面上形成有传热部HE (传热介质流路)的情况进行了 说明，但是本发明也可以适用于在与端板3A、 3B相接触的隔板的主 面上没有形成传热部HE (传热介质流路)的情况。在这种情况下，端 部E的传热部HE的数目为上述确定的传热部HE的数目减去1。在上 述各实施方式中，由于在电池堆I的端部E形成有2个传热部He，所 以在与端板3A、 3B相接触的隔板的主面上没有形成传热部HE (传热 介质流路)的情况下，端部E的传热部HE的数目为一个。
对于本领域技术人员来说，从上述说明可以明了本发明的多种改 良和其他的实施方式。因此，上述说明仅仅是作为例示而进行解释， 其目的仅在于向本领域技术人员介绍实行本发明的优选实施方式。只 要不脱离本发明的要点，可以对其结构和/或功能的细节进行实质变更。
产业上的可利用性
本发明的燃料电池和燃料电池系统能够有效用作在启动时和发电 时两种情况下均能够控制电池堆的温度的燃料电池和使用该燃料电池 的燃料电池系统。
权利要求
1.一种燃料电池，其特征在于，包括电池堆，其形成为通过单电池的叠层一个以上的反应部和一个以上的传热部在所述单电池的叠层方向上互相邻接，其中，所述反应部通过反应气体的反应进行伴随发热的发电，所述传热部通过传热介质的流通与该反应部之间进行热量的授受；向所述叠层方向的电池堆两个端部的传热部供给传热介质的第一传热介质供给岐管；向所述电池堆的所述两个端部以外部分的剩余部分的传热部供给传热介质的第二传热介质供给岐管；和用于从所述各传热部排出传热介质的传热介质排出岐管。
2. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在于 所述第一传热介质供给岐管、所述第二传热介质供给岐管和所述传热介质排出岐管以在所述单电池的叠层方向上延伸的方式形成于所 述电池堆的内部。
3. 如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于 所述第一传热介质供给岐管遍及所述电池堆的全长形成。
4. 如权利要求2所述的燃料电池，其特征在于 所述第一传热介质供给岐管仅形成于两个所述端部。
5. 如权利要求1所述的燃料电池，其特征在丁-: 具备第一流量非限制/限制装置和第二流量非限制/限制装置，其中，所述第一流量非限制/限制装置增大/减小其开度以非限制/限制传热 介质从外部向所述第一传热介质供给岐管的流通，所述第二流量非限 制/限制装置增大/减小其开度以非限制/限制传热介质从外部向所述第 二传热介质供给岐管的流通。
6. 如权利要求项l所述的燃料电池，其特征在于 所述传热介质排出岐管至少由第一辅助传热介质排出岐管和第二辅助传热介质排出岐管构成，所述第一辅助传热介质排出岐管从所述两个端部的传热部排出传 热介质，所述第二辅助传热介质排出岐管从所述剩余部分的传热部排出传 热介质。
7. —种燃料电池系统，其特征在于，包括 权利要求l所述的燃料电池；向该燃料电池供给反应气体的反应气体供给装置； 向所述第一传热介质供给岐管和所述第二传热介质供给岐管供给 传热介质的传热介质供给装置；和 控制装置。
8. —种燃料电池系统，其特征在于，包括 权利要求5所述的燃料电池； _ 向该燃料电池供给反应气体的反应气体供给装置； 分别经由所述第一流量非限制/限制装置和第二流量非限制/限制装置向所述第一传热介质供给岐管和所述第二传热介质供给岐管供给 传热介质的传热介质供给装置；直接或间接地检测在所述传热介质排出岐管中流动的传热介质温 度或者从所述传热介质排出岐管排出的传热介质温度的温度检测装 置；禾口用于控制所述第一流量非限制/限制装置和第二流量非限制/限制 装置开度的控制装置。
9. 如权利要求7所述的燃料电池系统，其特征在于，包括 使从所述传热介质排出岐管排出的传热介质回流至所述传热介质供给装置的外部传热介质流通路径；连接所述外部传热介质流通路径的途中和所述传热介质供给装置的旁通路径；热交换器，其设置在所述外部传热介质流通路径的被所述旁通路 径旁通的部分，以下，该部分称为被旁通部分，所述热交换器与在该 被旁通部分中流动的传热介质进行热交换；和流量调整装置，其设置在所述外部传热介质流通路径的被旁通部 分，通过所述控制装置的控制，调整在该被旁通部分中流动的传热介 质的流量。
10. 如权利要求8所述的燃料电池系统，其特征在于 所述控制装置构成为，通过所述流量控制装置，改变经由所述外部传热介质流通路径的被旁通部分的传热介质与经由所述旁通路径的 传热介质在所述传热介质供给装置中的混合比例，从而控制所述传热 介质供给装置供给的传热介质的温度。
11. 如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于所述控制装置根据由所述温度检测装置检测到的传热介质的礼'l 度，控制所述第一流量非限制/限制装置和第二流量非限制/限制装置的 开度。
12. 如权利要求10所述的燃料电池系统，其特征在于 所述燃料电池系统具备从所述燃料电池取出电力的电力回路部，并且，所述控制装置控制所述燃料电池，以实行由所述燃料电池进行 发电并向外部负载供给电力的发电模式和从停止状态转移到所述发电 模式的启动模式，在所述启动模式中，在由所述温度检测装置检测到的传热介质的 温度低于能够开始发电的温度T,期间，所述控制装置增大所述第一非 限制/限制装置的开度，不进行限制地使传热介质经由所述第一传热介 质供给岐管向所述端部的传热部流通，并且增大所述第二非限制/限制 装置的开度，不进行限制地使传热介质经由所述第二传热介质供给岐 管向所述剩余部分的传热部流通，如果由所述温度检测装置检测到的传热介质的温度达到能够开始发电的温度T,以上，所述控制装置维持所述第一非限制/限制装置的开 度，并且减小所述第二流量非限制/限制装置的开度，使所述反应气体 供给装置向所述燃料电池供给反应气体，并且使所述电力回路部进行 电力的取出，然后，如果由所述温度检测装置检测到的传热介质的温度达到高于所述能够开始发电的温度T,的能够继续发电的温度T2以上，所述控 制装置减小所述第一流量非限制/限制装置的开度，并且增大所述第二 流量非限制/限制装置的开度，限制传热介质向所述端部的传热部的流 通，并且不迸行限制地使传热介质向所述剩余部分的传热部流通，使 所述燃料电池系统转移到发电模式。
13. 如权利要求ll所述的燃料电池，其特征在于所述第一流量非限制/限制装置是通过其打开/关闭而允许和阻止 传热介质向所述第一传热介质供给岐管流通的第一开闭装置，所述第 二流量非限制/限制装置是通过其打开/关闭而允许和阻止传热介质向 所述第二传热介质供给岐管流通的第二开闭装置，增大所述第一和第二流量非限制/限制装置的开度不进行限制地使 所述传热介质流通，是打开所述第一和第二开闭装置从而使所述传热介质流通；减小所述第一和第二流量非限制/限制装置的幵度限制所述 传热介质的流通，是关闭所述第一和第二开闭装置从而停止所述传热 介质的流通。
14. 如权利要求12所述的燃料电池，其特征在于 所述第一流量非限制/限制装置是调整传热介质流向所述第一传热介质供给岐管的流量的第一流量调整装置，所述第二流量非限制/限制 装置是调整传热介质流向所述第二传热介质供给岐管的流量的第二流 量调整装置，增大所述第一和第二流量非限制/限制装置的开度不进行限制地使 所述传热介质流通，是增大所述第一和第二流量调整装置的开度从而 增加所述传热介质的流量；减小所述第一和第二流量非限制/限制装背 的开度限制所述传热介质的流通，是减小所述第一和第二流量调整装置的开度从而减小所述传热介质的流量。
15. —种燃料电池系统，其特征在于，包括 权利要求6所述的燃料电池；向该燃料电池供给反应气体的反应气体供给装置； 向所述第一传热介质供给岐管供给传热介质的第一传热介质供给 装置；向所述第二传热介质供给岐管供给传热介质的第二传热介质供给装置；直接或者间接地检测在所述第一辅助传热介质排出岐管屮流动的 传热介质温度或者从所述第一辅助传热介质排出岐管排出的传热介质 温度的第一温度检测装置；直接或者间接地检测在所述第二辅助传热介质排出岐管中流动的 传热介质温度或者从所述第二辅助传热介质排出岐管排出的传热介质 温度的第二温度检测装置；和用于控制所述第一传热介质供给装置以及所述第二传热介质供给 装置的控制装置。
16. 如权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于 所述燃料电池系统具备从所述燃料电池取出电力的电力回路部，并且，所述控制装置控制所述燃料电池，以实行由所述燃料电池进行 发电并向外部负载供给电力的发电模式和从停止状态转移到所述发电 模式的启动模式，在所述启动模式中，在由所述第一温度检测装置和所述第二温度 检测装置检测到的传热介质的温度中的任一个低于能够开始发电的温 度T,期间，所述控制装置使所述第一传热介质供给装置经由所述第一 传热介质供给岐管向所述端部的传热部供给传热介质，并且使所述第 二传热介质供给装置经由所述第二传热介质供给岐管向所述剩余部分 的传热部供给传热介质，如果由所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置检测到的 传热介质的温度均达到能够开始发电的温度T,以上，所述控制装覽使所述反应气体供给装置向所述燃料电池供给反应气体，并且使所述电 力回路部进行电力的取出，然后，如果由所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置检 测到的传热介质的温度均达到高于所述能够开始发电的温度T,的能够 继续发电的温度T2以上，所述控制装置使所述燃料电池系统转移到发 电模式。
17. 如权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于 所述控制装置根据由所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置检测到的传热介质的温度，控制来自所述第一传热介质供给装置 和所述第二传热介质供给装置的传热介质的供给量。
18. 如权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于 所述燃料电池系统具备从所述燃料电池取出电力的电力回路部，并且，所述控制装置控制所述燃料电池，以实行由所述燃料电池进行 发电并向外部负载供给电力的发电模式和从停止状态转移到所述发电 模式的启动模式，在所述启动模式中，在由所述第一温度检测装置和所述第二温度 检测装置检测到的传热介质的温度中的任一个低于能够开始发电的温 度T,期间，所述控制装置使所述第一传热介质供给装置经山所述第 传热介质供给岐管向所述端部的传热部供给传热介质，并且使所述第 二传热介质供给装置经由所述第二传热介质供给岐管向所述剩余部分 的传热部供给传热介质，如果由所述第一温度检测装置和所述第二竭度检测装置检测到的传热介质的温度均达到能够开始发电的温度T,以上，所述控制装置继续由所述第一传热介质供给装置向所述端部的传热部供给传热介质， 并且限制由第二传热介质供给装置向所述剩余部分的传热部的传热介 质的供给量，使所述反应气体供给装置向所述燃料电池供给反应气体， 并且使所述电力回路部进行电力的取出，然后，如果由所述第一温度检测装置和所述第二温度检测装置检测到的传热介质的温度均达到高于所述能够开始发电的温度T,的能够继续发电的温度丁2以上，所述控制装置限制由所述第一传热介质供给 装置经由所述第一传热介质供给岐管向所述端部的传热部的传热介质 的供给量，并且解除由所述第二传热介质供给装置经由所述第二传热 介质供给岐管向所述剩余部分的传热部的传热介质供给量的限制，使 所述燃料电池系统转移到发电模式。
19. 如权利要求18所述的燃料电池系统，其特征在于 所述控制装置通过停止供给所述传热介质限制所述传热介质的供
20. 如权利要求15所述的燃料电池系统，其特征在于 从所述第一传热介质供给装置供给的传热介质的温度高于从所述第二传热介质供给装置供给的传热介质的温度。
21. 如权利要求16所述的燃料电池系统，其特征在于 所述燃料电池系统还包括使从所述第一辅助传热介质排出岐管排出的传热介质回流到所述第一传热介质供给装置的第一外部传热介 质流通路径；使从所述第二辅助传热介质排出岐管排出的传热介质回流到所述 第二传热介质供给装置的第二外部传热介质流通路径； 第三外部传热介质流通路径；第一流通路径选择装置，其在所述第一外部传热介质流通路径的 途中，'以经由所述第三外部传热介质流通路径连接到所述第二传热介 质供给装置的方式被设置，使从所述第一辅助传热介质排出岐管排出 的传热介质的流通目的地在所述第一传热介质供给装置和所述第二传 热介质供给装置之间切换；第四外部传热介质流通路径；和第二流通路径选择装置，其在所述第二外部传热介质流通路径的 途中，以经由所述第四外部传热介质流通路径连接到所述第一传热介 质供给装置的方式被设置，使从所述第二辅助传热介质排出岐管排出 的传热介质的流通目的地在所述第二传热介质供给装置和所述第一传热介质供给装置之间切换，并且，在所述启动模式中，在使所述反应气体供给装置向所述燃 料电池供给反应气体、并使所述电力回路部取出电力后，所述控制装 置控制所述第一流通路径选择装置，使从所述第一传热介质排出岐管 排出的传热介质经由第三外部传热介质流通路径向第二传热介质供给 装置流通，继续由所述第二传热介质供给装置经由所述第二传热介质 供给岐管向所述剩余部分的传热部供给传热介质；并且控制所述第二 流通路径选择装置，使从所述第二传热介质排出岐管排出的传热介质 经由第四外部传热介质流通路径向第一传热介质供给装置流通，继续 由所述第一传热介质供给装置经由所述第一传热介质供给岐管向所述 端部的传热部供给传热介质。 '
全文摘要
本发明的燃料电池(101)包括电池堆(1)，其形成为通过单电池(2)的叠层一个以上的反应部(P)和一个以上的传热部(H)在上述单电池的叠层方向上互相邻接，其中，上述反应部(P)通过反应气体的反应进行伴随发热的发电，上述传热部(H)通过传热介质的流通与该反应部之间进行热量的授受；向上述叠层方向的电池堆两个端部(E)的传热部供给传热介质的第一传热介质供给岐管(8A)；向上述电池堆的上述两个端部以外部分的剩余部分(R)的传热部供给传热介质的第二传热介质供给岐管(8B)；和用于从上述各传热部排出传热介质的传热介质排出岐管(9)。
文档编号H01M8/24GK101496216SQ20078002840
公开日2009年7月29日 申请日期2007年7月27日 优先权日2006年7月28日
发明者梅田孝裕, 森田纯司, 浦田隆行, 竹口伸介, 菅原靖 申请人:松下电器产业株式会社