燃料电池系统.pdf

一种燃料电池系统(100)，具备：燃料气体生成装置(3)，供给燃料原料和水以及燃烧用燃料，利用该燃烧用燃料的燃烧热，生成燃料气体；燃料电池(1)，向燃料气体路径(b1、1a、c1)供给所述燃料气体，向氧化剂气体路径供给氧化剂气体，并进行发电；加热介质路径(b2、1d、c2)，不向所述燃料气体路径供给所述燃料气体；路径切换器(4)，在所述燃料气体路径和所述加热介质路径之间切换所述燃料气体的供给对象；以及控制装置(8)，所述控制装置构成为：控制所述路径切换器，使得在所述燃料气体生成装置的暖机运转时，燃料气体被供给至所述加热介质路径，随后作为所述燃烧用燃料，在暖机运转后，燃料气体不被供给至所述加热介质路径，而被供给至所述燃料气体路径，随后作为所述燃烧用燃料。

1.  一种燃料电池系统，其特征在于，
具备：
燃料气体生成装置，被供给燃料原料和水以及燃烧用燃料，利用该燃烧用燃料的燃烧热，生成含有氢的燃料气体；
燃料电池，向其燃料气体路径供给在所述燃料气体生成装置中生成的所述燃料气体，向其氧化剂气体路径供给氧化剂气体，并进行发电；
加热介质路径，以在所述燃料气体生成装置中生成的所述燃料气体的至少一部分不被供给至所述燃料气体路径，而通过所述燃料电池的方式形成；
路径切换器，在所述燃料气体路径和所述加热介质路径之间切换在所述燃料气体生成装置中生成的所述燃料气体的供给对象；以及
控制装置，
所述控制装置构成为：控制所述路径切换器，使得在所述燃料气体生成装置的暖机运转时，在该燃料气体生成装置中生成的燃料气体被供给至所述加热介质路径，随后作为所述燃烧用燃料而被供给至所述燃料气体生成装置，并且使得在所述燃料气体生成装置的暖机运转后，在该燃料气体生成装置中生成的燃料气体不被供给至所述加热介质路径，而被供给至所述燃料气体路径，随后作为所述燃烧用燃料而被供给至所述燃料气体生成装置。

2.  如权利要求项1所述的燃料电池系统，其特征在于，
还具备以冷却介质流通且其至少一部分通过所述燃料电池的方式形成的冷却介质路径，
所述冷却介质路径的至少一部分和所述加热介质路径的至少一部分接近。

3.  如权利要求项2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述冷却介质路径的至少一部分具备冷却介质供给歧管，
所述加热介质路径的至少一部分具备加热介质贯通流路，
所述冷却介质供给歧管和所述加热介质贯通流路并列。

4.  如权利要求项3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述加热介质贯通流路的壁部具备凹部和凸部的至少任一种，
所述冷却介质供给歧管和具备所述凹部以及凸部的至少任一种的加热介质贯通流路并列。

5.  如权利要求项3所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池由单电池层叠而成，该单电池具备电解质膜电极组件和夹着该电解质膜电极组件的一对导电性隔板，该电解质膜电极组件具有电解质膜以及夹着该电解质膜的一对气体扩散电极，
所述单电池在所述气体扩散电极的外侧具备使所述冷却介质流通的歧管孔和使所述燃料气体流通的贯通孔，
所述歧管孔在所述层叠方向上连接，构成所述冷却介质供给歧管，所述贯通孔在所述层叠方向上连接，构成所述加热介质贯通流路。

6.  如权利要求项2所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述冷却介质路径的至少一部分具备冷却介质供给歧管、连接于该冷却介质供给歧管的冷却介质流路、以及连接于该冷却介质流路的冷却介质排出歧管，
所述加热介质路径的至少一部分具备加热介质供给歧管、连接于该加热介质供给歧管的加热介质流路、以及连接于该加热介质流路的加热介质排出歧管，
所述冷却介质供给歧管和所述加热介质供给歧管并列，所述冷却介质流路和所述加热介质流路接近，而且，所述冷却介质排出歧管和所述加热介质排出歧管并列。

7.  如权利要求项6所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述冷却介质流路以及所述加热介质流路具备蛇形状的形状，
具备所述蛇形状的形状的冷却介质流路以及加热介质流路以蛇形状并列。

8.  如权利要求项6所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述加热介质流路具备第1加热介质流路和第2加热介质流路，
所述冷却介质流路被所述第1加热介质流路和所述第2加热介质流路包围。

9.  如权利要求项6所述的燃料电池系统，其特征在于，
所述燃料电池由单电池层叠而成，该单电池具备电解质膜电极组件和夹着该电解质膜电极组件的一对导电性隔板，该电解质膜电极组件具有电解质膜以及夹着该电解质膜的一对气体扩散电极，
所述单电池在所述气体扩散电极的外侧具备使所述冷却介质流通的第1歧管孔、使所述燃料气体流通的第2歧管孔、进一步使所述冷却介质流通的第3歧管孔、以及进一步使所述燃料气体流通的第4歧管孔，
所述第1歧管孔在所述层叠方向上连接，构成所述冷却介质供给歧管，所述第2歧管孔在所述层叠方向上连接，构成所述加热介质供给歧管，而且，所述第3歧管孔在所述层叠方向上连接，构成所述冷却介质排出歧管，所述第4歧管孔在所述层叠方向上连接，构成所述加热介质排出歧管。

燃料电池系统
技术领域
本发明涉及使用燃料气体以及氧化剂气体来进行发电运转的燃料电池系统，尤其涉及根据负载的电力需要而进行发电运转的燃料电池系统。
技术背景
一直以来，作为能够有效地利用能量的小规模的发电装置，发电效率以及综合效率高的燃料电池热电联供系统(以下简称为“燃料电池系统”)引人注目。
燃料电池系统具备燃料电池层叠体(电池堆)以作为其发电部的本体。作为该燃料电池层叠体，例如使用熔融碳酸盐型燃料电池层叠体、碱性水溶液型燃料电池层叠体、磷酸型燃料电池层叠体、高分子电解质型燃料电池层叠体等。在这些燃料电池层叠体之中，磷酸型燃料电池层叠体和高分子电解质型燃料电池层叠体的发电运转时的工作温度比其他的燃料电池层叠体的工作温度低，因而多用作构成燃料电池系统的燃料电池层叠体。尤其是高分子电解质型燃料电池层叠体，由于其输出密度高且长期可靠性优异，因而在燃料电池系统中被优先使用。
以下对具备高分子电解质型燃料电池层叠体的燃料电池系统的一般构成以及其工作进行大致的说明。此外，在以下的说明中，将“燃料电池层叠体”作为“燃料电池”，并将“高分子电解质型燃料电池层叠体”简记为“高分子电解型燃料电池”。
首先，对高分子电解质型燃料电池的构成进行说明。
高分子电解质型燃料电池具备单电池(cell)。单电池具备电解质膜电极组件(MEA)。电解质膜电极组件具备选择性地输送氢离子的高分子电解质膜和夹着该高分子电解质膜的一对气体扩散电极。另一方面，在高分子电解质膜的周围，为了防止燃料气体和氧化剂气体的泄漏以及这两种气体的混合而配置有一对垫片。而且，电解质膜电极组件以及一对垫片被一对导电性隔板夹着。导电性隔板的阳极侧具备用于向电解质膜电极组件供给燃料气体，且排出剩余的燃料气体以及水蒸汽的燃料气体流路。导电性隔板的阴极侧具备用于向电解质膜电极组件供给氧化剂气体，且排出剩余的氧化剂气体以及伴随着发电而产生的水的氧化剂气体流路。
另外，在该高分子电解质型燃料电池中，从数十个到数百个的单电池、以及由向冷却介质流路供给的冷却介质冷却这些单电池的冷却器，交替或者以1个冷却器相对于多个单电池的比例进行层叠。另外，从数十个到数百个的单电池和冷却器的层叠体在两端经由集电板以及绝缘板而配置有端板，再由紧固杆牢固地紧固。于是，所邻接的一个单电池和另一个单电池电连接，且所邻接的单电池和冷却器也电连接。即，在高分子电解质型燃料电池中，从数十个到数百个的单电池经由冷却器而电串联连接。
接着，一边参照附图，一边对具备高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统的构成进行说明。
图8是模式性地示意具备高分子电解质型燃料电池的现有的燃料电池系统的构成的方框图。
如图8所示，现有的燃料电池系统200具备作为其发电部的本体的高分子电解质型燃料电池101、以及温度检测器102。高分子电解质型燃料电池101中，如果向燃料气体流路以及氧化剂气体流路供给含有氢的燃料气体以及含有氧的氧化剂气体，并且向冷却介质流路供给冷却介质，则进行使用燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧的电化学反应，从而产生电力和热。另外，温度检测器102检测高分子电解质型燃料电池101的温度。
另外，这个燃料电池系统200具备燃料气体生成装置103、路径切换器104、迂回路径109、路径切换器105、氧化剂气体供给装置106、冷却介质循环装置107、以及控制装置108。燃料气体生成装置103使用城市燃气等的燃料原料和水，生成含有氢的燃料气体。路径切换器104在高分子电解质型燃料电池101的燃料气体流路和迂回路径109之间切换在燃料气体生成装置103中生成的燃料气体的供给对象。路径切换器105在高分子电解质型燃料电池101的燃料气体流路和迂回路径109之间切换向燃料气体生成装置103的燃烧装置(图中未显示)供给的可燃性气体的供给源。氧化剂气体供给装置106从燃料电池系统200的外部导入氧化剂气体，并向高分子电解质型燃料电池101的氧化剂气体流路供给该氧化剂气体。冷却介质循环装置107，在与高分子电解质型燃料电池101的冷却介质流路之间使冷却介质循环。控制装置108分别控制燃料电池系统200的各构成要素的工作，并控制燃料电池系统200的全体工作。
接着，对具备高分子电解质型燃料电池的燃料电池系统的工作进行说明。
在燃料电池系统200中，如果供给城市燃气等的燃料原料和水，则燃料气体生成装置103开始燃料气体的生成。在开始生成燃料气体的起初，在燃料气体生成装置103中生成的燃料气体含有高浓度的一氧化碳。因此，在燃料气体生成装置103中生成的燃料气体不被供给至高分子电解质型燃料电池101，而是经由路径切换器104、迂回路径109、路径切换器105被供给至燃料气体生成装置103的燃烧装置(图中未显示)。
如果能够供给一氧化碳减少后的燃料气体，则在从燃料气体生成装置103向高分子电解质型燃料电池101的燃料气体流路供给燃料气体，并且，从氧化剂气体供给装置106向氧化剂气体流路供给氧化剂气体。于是，在高分子电解质型燃料电池101的电解质膜电极组件中，进行使用燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧的电化学反应。通过该电化学反应，高分子电解质型燃料电池101同时生成电力和热。这时，向高分子电解质型燃料电池101所具备的冷却器的冷却介质流路供给冷却介质。冷却介质接受单电池所产生的热，并将该接受的热搬运至高分子电解质型燃料电池101的外部。由此，在高分子电解质型燃料电池101中，恰当地进行使用氢和氧的电化学反应。
还有，未被用于电化学反应的剩余的燃料气体与剩余的水蒸汽一起从高分子电解质型燃料电池101被排出，并供给至燃料气体生成装置103的燃烧装置(图中未显示)。另外，未被用于电化学反应的剩余的氧化剂气体与伴随着发电而生成的水一起从高分子电解质型燃料电池101被排出，其后被废弃于燃料电池系统200的外部。另外，从高分子电解质型燃料电池101排出的冷却介质在由冷却介质循环装置107被冷却之后，再被供给至高分子电解质型燃料电池101。
可是，在燃料电池系统中，通常进行从燃料气体生成装置和氧化剂气体供给装置供给燃料气体和氧化剂气体从而使燃料电池产生电力的发电运转、以及停止发电运转和与其相关的其它运转的待机运转。另外，在燃料电池系统中，除了这些发电运转以及待机运转之外，还要进行用于将燃料电池系统的运转状态从待机运转转移至发电运转的启动运转、以及用于将燃料电池系统的运转状态从发电运转转移至待机运转的停止运转。于是，在一般家庭用的燃料电池系统中，为了防止浪费运转成本等，通常进行基于负载的电力需要的DSS运转，从而在负载的电力消耗量较少的时间段不进行发电运转，在负载的电力消耗量较多的时间段进行发电运转。
在进行DSS运转的时候，燃料电池系统所具备的燃料电池的温度在进行待机运转的期间，降低至与环境温度大致相同的温度。另外，电力的产生所涉及的电化学反应，在燃料电池的温度为规定的温度范围内的情况下恰当地进行，但在燃料电池的温度不足规定的温度的情况下几乎不进行。在此，在燃料电池中，虽然在发电运转时伴随着发电而产生热，但在停止运转、待机运转、以及启动运转时一概不产生热。所以，为了在发电运转的开始之后立即通过燃料电池系统可靠地得到所期望的电力，在进行燃料电池系统的启动运转的期间，有必要使燃料电池的温度预先上升至适于电化学反应的进行的规定的温度。
因此，有人提出了一种燃料电池系统，该燃料电池系统具备由被供给氢和空气并进行发电的单电池、调整该单电池的温度的传热介质层、以及加热该传热介质层的燃烧层层叠而成的燃料电池，使用燃烧层因氢的催化燃烧而产生的热，从而能够使燃料电池的温度上升(例如，参照日本专利文献1)。
此外，作为其它的燃料电池系统，有人提出了一种燃料电池系统，其具备储藏冷却水的冷却水箱和加热冷却水的加热器，由加热器加热储藏于冷却水箱的冷却水，通过供给温度上升了的冷却水，从而能够使燃料电池的温度上升。
另外，作为其它的燃料电池系统，有人提出了一种燃料电池系统，其具备热交换器和燃烧器，由从燃烧器供给可燃性气体的燃烧热的热交换器加热冷却水，通过供给温度上升了的冷却水，从而能够使燃料电池的温度上升。
专利文献1：日本专利申请公开第2004-319363号公报
发明内容
然而，在燃料电池具备单电池、传热介质层、以及燃烧层的现有的提案中，由于除了单电池之外，还有必要具备传热介质层和燃烧层，因而燃料电池的构成复杂化且大型化。因此，燃料电池系统的构成也复杂化且大型化。
另外，在该现有的提案中，由于有必要还具备传热介质层和燃烧层，因而燃料电池的热容量增大。因此，在燃料电池系统的启动运转时，有时不能切实地使燃料电池的温度上升至规定的温度。
另外，在该现有的提案中，在燃烧层中进行氢的催化燃烧，但是，由于因该催化燃烧而引起的发热为局部的发热，因而有时不能均匀且充分地使传热介质层升温。因此，有时不能均匀且充分地在其整体上使燃料电池的温度上升。
而且，在该现有的提案中，由于使用富含能够用于加热等的能量的氢并进行燃料电池的预热等的附加的操作，因而从能源的观点出发，有时还有改善的余地。因此，有时不能恰当地构筑能够有效地利用能源的燃料电池系统。
即，在上述现有的提案中，难以面向一般家庭大幅度地普及适合于DSS运转的高效率的燃料电池系统。
此外，在由加热器加热冷却水的现有的提案中，由于必须需要用于驱动加热器的电力，因而燃料电池系统的发电效率低下。这降低了燃料电池系统的优越性。另外，在由燃烧器以及热交换器加热冷却水的现有的提案中，由于受到燃烧器以及热交换器自身的热损失的影响或者环境温度的影响，因而冷却水的加热速度有时后发生变动。这恶化了燃料电池系统的便利性。
本发明是为了解决上述现有的问题而提出的，其目的在于，提供一种通过简易且小规模的构成，从而能够在启动运转中不浪费能源就切实地使燃料电池的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度，并在发电运转的开始后就能够立即切实地获得所期望的电力的燃料电池系统。
本申请的发明人着眼于：通过化学反应在其内部生成燃料气体的燃料电池系统虽然具有利用含有高浓度的一氧化碳的燃料气体的燃烧热的构成，例如燃烧在燃料电池系统的启动运转时所生成的燃料气体并加热用于上述化学反应的催化剂的构成，但是不具有利用这样的低质量的燃料气体自身的热的构成。
而且，本申请的发明人近年来通过技术改良获得了将高分子电解质型燃料电池能够启动的温度从50℃左右降低至20℃左右的成果，从而对利用在燃料电池系统的启动运转时所生成的低质量的燃料气体自身的热(少量的潜热)并有效地预热高分子电解质型燃料电池的构成进行了详细的探讨。
结果，本申请的发明人发现了能够有效地利用在启动运转时所生成的低质量的燃料气体自身的热的特征性的构成，以作为在燃料电池系统的启动运转时用于切实地使燃料电池的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度的构成。
即，为了解决上述现有的课题，本发明所涉及的燃料电池系统具备：燃料气体生成装置，被供给燃料原料和水以及燃烧用燃料，利用该燃烧用燃料的燃烧热，生成含有氢的燃料气体；燃料电池，向其燃料气体路径供给在上述燃料气体生成装置中生成的上述燃料气体，向其氧化剂气体路径供给氧化剂气体，并进行发电；加热介质路径，以在上述燃料气体生成装置中生成的上述燃料气体的至少一部分不被供给至上述燃料气体路径，而通过上述燃料电池的方式形成；路径切换器，在上述燃料气体路径和上述加热介质路径之间切换在上述燃料气体生成装置中生成的上述燃料气体的供给对象；以及控制装置。上述控制装置构成为：控制上述路径切换器，使得在上述燃料气体生成装置的暖机运转时，在该燃料气体生成装置中生成的燃料气体被供给至上述加热介质路径，随后作为上述燃烧用燃料而被供给至上述燃料气体生成装置，并且使得在上述燃料气体生成装置的暖机运转后，在该燃料气体生成装置中生成的燃料气体不被供给至上述加热介质路径，而被供给至上述燃料气体路径，随后作为上述燃烧用燃料而被供给至上述燃料气体生成装置。
依照相关的构成，能够提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统通过简易且小规模的构成，从而能够在启动运转中不浪费能源就切实地使燃料电池的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度，并在发电运转的开始后就能够立即切实地获得所期望的电力。
另外，依照相关的构成，能够根据燃料电池系统的启动运转、发电运转、停止运转、以及带机运转，瞬时切换在燃料气体生成装置中生成的燃料气体的供给对象。另外，在燃料气体生成装置和燃料电池之间不必配置多根配管，从而能够进一步简化燃料电池系统的构成。
在该情况下，还具备以冷却介质流通且其至少一部分通过上述燃料电池的方式形成的冷却介质路径，上述冷却介质路径的至少一部分和上述加热介质路径的至少一部分接近。
依照相关的构成，在流动于冷却介质路径的一部分中的冷却介质和流动于加热介质路径的一部分中的作为加热介质的燃料气体之间能够进行热交换。于是，不仅能够从作为加热介质的燃料气体向燃料电池传导热，还能够从作为加热介质的燃料气体向冷却介质传导热，因而能够有效且均匀地使燃料电池升温。
在该情况下，上述冷却介质路径的至少一部分具备冷却介质供给歧管，上述加热介质路径的至少一部分具备加热介质贯通流路，上述冷却介质供给歧管和上述加热介质贯通流路并列。
依照相关的构成，更加有效地进行从作为加热介质的燃料气体向冷却介质的热传导，因而能够更加有效且均匀地使燃料电池升温。
在该情况下，上述加热介质贯通流路的壁部具备凹部和凸部的至少任一种，上述冷却介质供给歧管和具备上述凹部以及凸部的至少任一种的加热介质贯通流路并列。
依照相关的构成，增大了加热介质贯通流路的热交换面积，因而能够更有效地使燃料电池升温。
另外，在上述的情况下，上述燃料电池由单电池层叠而成，该单电池具备电解质膜电极组件和夹着该电解质膜电极组件的一对导电性隔板，该电解质膜电极组件具有电解质膜以及夹着该电解质膜的一对气体扩散电极，上述单电池在上述气体扩散电极的外侧具备使上述冷却介质流通的歧管孔和使上述燃料气体流通的贯通孔，上述歧管孔在上述层叠方向上连接，构成上述冷却介质供给歧管，上述贯通孔在上述层叠方向上连接，构成上述加热介质贯通流路。
依照相关的构成，即使在启动运转时，在燃料气体生成装置生成的含有大量的一氧化碳的燃料气体被直接供给至燃料电池，燃料气体也不直接接触于气体扩散电极。所以，电解质膜电极组件的性能不发生劣化，能够切实地使燃料电池升温。
另外，在上述的情况下，上述冷却介质路径的至少一部分具备冷却介质供给歧管、连接于该冷却介质供给歧管的冷却介质流路、以及连接于该冷却介质流路的冷却介质排出歧管，上述加热介质路径的至少一部分具备加热介质供给歧管、连接于该加热介质供给歧管的加热介质流路、以及连接于该加热介质流路的加热介质排出歧管，上述冷却介质供给歧管和上述加热介质供给歧管并列，上述冷却介质流路和上述加热介质流路接近，而且，上述冷却介质排出歧管和上述加热介质排出歧管并列。
依照相关的构成，更有效地进行从作为加热介质的燃料气体向冷却介质的热传导，因而能够更有效且更均匀地使燃料电池升温。
在该情况下，上述冷却介质流路以及上述加热介质流路具备蛇形状的形状，具备上述蛇形状的形状的冷却介质流路以及加热介质流路以蛇形状并列。
依照相关的构成，增大了燃料电池中的加热介质流路的长度，因而更有效地使燃料电池升温。
另外，在上述的情况下，上述加热介质流路具备第1加热介质流路和第2加热介质流路，上述冷却介质流路被上述第1加热介质流路和上述第2加热介质流路包围。
依照相关的构成，增大了燃料电池中的加热介质流路的长度，因而更有效地使燃料电池升温。
另外，在上述的情况下，上述燃料电池由单电池层叠而成，该单电池具备电解质膜电极组件和夹着该电解质膜电极组件的一对导电性隔板，该电解质膜电极组件具有电解质膜以及夹着该电解质膜的一对气体扩散电极，上述单电池在上述气体扩散电极的外侧具备使上述冷却介质流通的第1歧管孔、使上述燃料气体流通的第2歧管孔、进一步使上述冷却介质流通的第3歧管孔、以及进一步使上述燃料气体流通的第4歧管孔，上述第1歧管孔在上述层叠方向上连接，构成上述冷却介质供给歧管，上述第2歧管孔在上述层叠方向上连接，构成上述加热介质供给歧管，而且，上述第3歧管孔在上述层叠方向上连接，构成上述冷却介质排出歧管，上述第4歧管孔在上述层叠方向上连接，构成上述加热介质排出歧管。
依照相关的构成，即使在启动运转时，在燃料气体生成装置生成的含有大量的一氧化碳的燃料气体被直接供给至燃料电池，燃料气体也不直接接触于气体扩散电极。所以，电解质膜电极组件的性能不发生劣化，能够切实地使燃料电池升温。
本发明在以如上上述的装置中被实施，起到了这样的一种效果：能够提供一种通过简易且小规模的构成，从而在启动运转中不浪费能源就切实地使燃料电池的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度，并在发电运转的开始后就能够立即切实地获得所期望的电力的燃料电池系统。
附图说明
图1是模式性地表示本发明的实施方式1～5所涉及的燃料电池系统的构成的方框图。
图2(a)是模式性地表示本发明的实施方式1所涉及的、高分子电解质型燃料电池中的加热介质贯通流路、冷却介质供给歧管、冷却介质流路、以及冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。另一方面，图2(b)是模式性地表示本发明的实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。
图3是模式性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的启动运转时的工作的流程图。
图4(a)是模式性地表示本发明的实施方式2所涉及的、高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管和冷却介质供给歧管、加热介质流路和冷却介质流路、以及加热介质排出歧管和冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。另一方面，图4(b)是模式性地表示本发明的实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。
图5(a)是模式性地表示本发明的实施方式3所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的加热介质贯通流路的第1构成的正面图。另一方面，图5(b)是模式性地表示本发明的实施方式3所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的加热介质贯通流路的第2构成的截面图。
图6(a)是模式性地表示本发明的实施方式4所涉及的、高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管和冷却介质供给歧管、加热介质流路和冷却介质流路、以及加热介质排出歧管和冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。另一方面，图6(b)是模式性地表示本发明的实施方式4所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。
图7(a)是模式性地表示本发明的实施方式5所涉及的、高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管和冷却介质供给歧管、加热介质流路和冷却介质流路、以及加热介质排出歧管和冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。另一方面，图7(b)是模式性地表示本发明的实施方式5所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。
图8是模式性地表示具备高分子电解质型燃料电池的现有的燃料电池系统的构成的方框图。
符号说明
1 高分子电解质型燃料电池(燃料电池)
1a 燃料气体路径的一部分
1b 氧化剂气体路径的一部分
1c 冷却介质路径的一部分
1d 加热介质路径的一部分
2 温度检测器
3 燃料气体生成装置
4、5 路径切换器
6 氧化剂气体供给装置
7 冷却介质循环装置
8 控制装置
10 单电池
10a 导电性隔板
10b 电解质膜电极组件
10c 导电性隔板
11 冷却介质供给歧管
12 冷却介质排出歧管
13a 加热介质贯通流路
13b、13c 加热介质供给歧管
14 加热介质排出歧管
14a、14b 加热介质排出歧管
101 高分子电解质型燃料电池
102 温度检测器
103 燃料气体生成装置
104、105 路径切换器
106 氧化剂气体供给装置
107 冷却介质循环装置
108 控制装置
109 迂回路径
100、200 燃料电池系统
a 配管
b1、b2 配管
c1、c2 配管
d～h配管
Pf 燃料气体流路
Pm 加热介质流路
Pm1 第1加热介质流路
Pm2 第2加热介质流路
Po 氧化剂气体流路
Pw 冷却介质流路
Ha、Hb、Hc 贯通孔
Ha1、Ha2 歧管孔
Hb1、Hb2 歧管孔
Hc1、Hc2 歧管孔
Hd1、Hd2 歧管孔
He1、He2 歧管孔
Hf1、Hf2 歧管孔
Hwa1、Hwa2 歧管孔
Hwb1、Hwb2 歧管孔
Hwc1、Hwc2 歧管孔
Hoa1、Hoa2 歧管孔
Hob1、Hob2 歧管孔
Hoc1、Hoc2 歧管孔
Hfa1、Hfa2 歧管孔
Hfb1、Hfb2 歧管孔
Hfc1、Hfc2 歧管孔
E1、E2 气体扩散电极
M 高分子电解质膜(电解质膜)
S1、S2 密封垫
具体实施方式
本发明所涉及的燃料电池系统的构成上的特征点为：燃料电池系统除了具备一直以来所具备的燃料气体路径、氧化剂气体路径、以及冷却介质路径之外，还具备用于使用作加热介质的燃料气体流通的加热介质路径。
另外，本发明所涉及的燃料电池系统的运转上的特点征为：在其启动运转时，使作为加热介质的低质量的燃料气体从燃料气体生成装置向燃料电池系统的加热介质路径流通，从而切实地使高分子电解质型燃料电池的温度上升至适于电化学反应的进行的规定的温度。
以下，一边参照附图，一边更加详细地说明用于实施本发明的最佳实施方式。
(实施方式1)
首先，一边参照附图，一边详细地说明本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的构成。
图1是模式性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的构成的方框图。此外，在图1中，仅显示了用于说明本发明的必要的构成要素，并省略了其他的构成要素的图示。
如图1所示，本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统100具备作为其发电部的本体的高分子电解质型燃料电池1、以及温度检测器2。高分子电解质型燃料电池1，如果被供给含有氢的燃料气体以及含有氧的氧化剂气体，并被供给规定的冷却介质，则通过进行使用燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧的规定的电化学反应，从而稳定地生成电力和热。温度检测器2检测高分子电解质型燃料电池1的温度。在此，如图1所示，该高分子电解质型燃料电池1具备供给燃料气体的燃料气体路径的一部分1a、供给氧化剂气体的氧化剂气体路径的一部分1b、以及供给规定的冷却介质的冷却介质路径的一部分1c。而且，该高分子电解质型燃料电池1还具备供给用作加热介质的燃料气体的加热介质路径的一部分1d。关于该加热介质路径的一部分1d的构成，在后面详细地进行说明。
另外，该燃料电池系统100还具备燃料气体生成装置3，配管a，路径切换器4，配管b1、b2、c1、c2，路径切换器5，以及配管d。
燃料气体生成装置3使用含有至少由氢和碳形成的有机化合物的燃料原料(例如，城市燃气、丙烷气体等的烃类的燃料原料、或者、甲醇等的醇类的燃料原料)和水，生成富含氢的燃料气体。然后，该燃料气体生成装置3向高分子电解质型燃料电池1供给所生成的燃料气体。在此，虽然在图1中未显示，但燃料气体生成装置3具备重整部、转换部、以及氧化部。重整部通过使用燃料原料和水的水蒸汽重整反应而生成含氢的燃料气体。另外，转换部通过使用一氧化碳和水的水性转化反应而降低在重整部产生的燃料气体的一氧化碳含有浓度。另外，氧化部通过使用一氧化碳和氧的氧化反应而进一步降低从转换部排出的燃料气体的一氧化碳含有浓度。
而且，如图1所示，在燃料电池系统100中，燃料气体生成装置3的燃料气体排出口和路径切换器4的燃料气体导入口通过配管a而相互连接。另外，路径切换器4的一方的燃料气体排出口和配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的燃料气体路径的一部分1a的燃料气体导入口通过配管b1而相互连接，路径切换器4的另一方的燃料气体排出口和配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的加热介质路径的一部分1d的燃料气体导入口通过配管b2而相互连接。另外，配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的燃料气体路径的一部分1a的燃料气体排出口和路径切换器5的一方的燃料气体导入口通过配管c1而相互连接，配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的加热介质路径的一部分1d的燃料气体排出口和路径切换器5的另一方的燃料气体导入口通过配管c2而相互连接。而且，路径切换器5的燃料气体排出口和燃料气体生成装置3的燃烧装置(图中未显示)的可燃性气体导入口通过配管d而相互连接。于是，在燃料电池系统100中构成了燃料气体的给排系统。
此外，在本实施方式中，虽然列举了燃料气体路径的一部分1a的燃料气体排出口和路径切换器5的一方的燃料气体导入口通过配管c1而相互连接，加热介质路径的一部分1d的燃料气体排出口和路径切换器5的另一方的燃料气体导入口通过配管c2而相互连接，路径切换器5的燃料气体排出口和燃料气体生成装置3的燃烧装置的可燃性气体导入口通过配管d而相互连接的构成，但并不限于这样的构成。例如，也可以为不配置路径切换器5，而在配管c1上设置逆止阀，并将该逆止阀的燃料气体排出口、配管c2、以及配管d连接的构成。
另外，该燃料电池系统100具备氧化剂气体供给装置6、配管e、以及配管f。
氧化剂气体供给装置6驱动西洛克风扇(Sirocco fan)等的送风机，并从燃料电池系统100的外部将氧化剂气体(例如，空气)导入至其内部。于是，该氧化剂气体供给装置6向高分电解质型燃料电池1供给导入的氧化剂气体。在此，虽然在图1中未显示，但氧化剂气体供给装置6还具备氧化剂气体的清洁部。该氧化剂气体的清洁部通过能够除去浮游在氧化剂气体中的粉尘的过滤器，适当清洁从燃料电池系统100的外部向其内部导入的空气等的氧化剂气体。另外，虽然在图1中未显示，但氧化剂气体供给装置6还具备用于加湿氧化剂气体的加湿器。该加湿器，以具有规定的露点的方式对由氧化剂气体供给装置6导入的氧化剂气体进行加湿。该被加湿了的氧化剂气体被供给至高分电解质型燃料电池1。
然后，如图1所示，在燃料电池系统100中，氧化剂气体供给装置6的氧化剂气体排出口和配置于高分电解质型燃料电池1的内部的氧化剂气体路径的一部分1b的氧化剂气体导入口通过配管e而相互连接。另外，在配置于高分电解质型燃料电池1的内部的氧化剂气体路径的一部分1b的氧化剂气体排出口，连接着配管f的一端。于是，在燃料电池系统100中，构成了氧化剂气体的给排系统。
另外，该燃料电池系统100具备冷却介质循环装置7、配管g、以及配管h。
冷却介质循环装置7驱动送水泵等的送水机器，并在与高分子电解质型燃料电池1之间使冷却介质(例如，水)循环。在此，虽然在图1中未显示，但冷却介质循环装置7具备储藏箱以及冷却装置。储藏箱适当储藏冷却介质。另外，冷却装置通过能够向燃料电池系统100的外部放出冷却介质的热的散热器，适当冷却温度上升了的冷却介质。
而且，如图1所示，在燃料电池系统100中，冷却介质循环装置7的冷却介质排出口和配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的冷却介质路径的一部分1c的冷却介质导入口通过配管g而相互连接。另外，配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的冷却介质路径的一部分1c的冷却介质排出口和冷却介质循环装置7的冷却介质导入口通过配管h而相互连接。由此，在燃料电池系统100中，构成了冷却介质的给排系统。
而且，该燃料电池系统100具备控制装置8。
控制装置8具备微型计算机等的运算装置以及记忆储存器等。于是，该控制装置8通过分别控制燃料电池系统100的各构成要素的工作，从而适当控制燃料电池系统100的全体工作(运转状态)。在此，在本说明书中，控制装置8并不限于单独的控制装置，也可以为多个控制装置协同实行规定的控制的控制装置组。另外，控制装置8也可以为多个控制装置分散配置且这些装置协同实行规定的控制的控制装置组。
接着，参照附图，详细地说明本发明的实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池的特征性的内部构成。
图2(a)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池中的加热介质贯通流路、冷却介质供给歧管、冷却介质流路、以及冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。此外，在图2(a)中，为了容易地理解各给排歧管、加热介质贯通流路、以及冷却介质流路的配置和构成，仅显示了两端部以及中央部的单电池。另外，在图2(a)中，为了容易地理解各给排歧管、加热介质贯通流路、以及冷却介质流路的配置和构成，透视高分子电解质型燃料电池的一部分，并且由实线表示各给排歧管、加热介质贯通流路、以及冷却介质流路。而且，在图2(a)中，仅显示了用于说明本发明的实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池的特征性的内部构成的必要的构成要素，并省略了其他的构成要素的图示。
如图2(a)所示，本发明的实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池1具备单电池10。虽然在图2(a)中未显示，但该单电池10层叠了数十个乃至数百个，并且在该层叠体的两端分别经由集电板以及绝缘板而配置有端板，再由紧固杆牢固地紧固，构成了高分子电解质型燃料电池1。然后，在该高分子电解质型燃料电池1中，所邻接的一个单电池和另一个单电池互相电连接。即，在高分子电解质型燃料电池1中，数十个乃至于数百个单电池电串联连接。
另外，如图2(a)所示，高分子电解质型燃料电池1具备冷却介质供给歧管11以及冷却介质排出歧管12。而且，冷却介质供给歧管11以及冷却介质排出歧管12经由构成高分子电解质型燃料电池1的各单电池10所具备的蛇形状的冷却介质流路Pw而相互连接。即，由冷却介质供给歧管11、各冷却介质流路Pw、以及冷却介质排出歧管12构成了图1所示的冷却介质路径的一部分1c。
冷却介质供给歧管11，将从冷却介质循环装置7经由配管g而供给的冷却介质分配于构成高分子电解质型燃料电池1的各单电池10的冷却介质流路Pw。另一方面，冷却介质排出歧管12将从构成高分子电解质型燃料电池1的各单电池10的冷却介质流路Pw排出的冷却介质聚集，然后将该聚集的冷却介质向高分子电解质型燃料电池1的外部排出。此外，所排出的冷却介质经由配管h返回冷却介质循环装置7。
本实施方式中，冷却介质供给歧管11，虽然在图2(a)中省略了其一部分，但在高分子电解质型燃料电池1中，从一端的单电池10到另一端的单电池10，大致直线状地构成。另一方面，冷却介质排出歧管12与冷却介质供给歧管11的情况相同，虽然省略了其一部分，但在高分子电解质型燃料电池1中，从一端的单电池10到另一端的单电池10，大致直线状地构成。而且，如图2(a)所示，冷却介质供给歧管11和冷却介质排出歧管12，根据各个单电池10所具备的冷却介质流路Pw的冷却介质导入口和冷却介质排出口的配置位置，对角状地且大致平行状地设置。
而且，如图2(a)所示，该高分子电解质型燃料电池1具备附有本发明特征的加热介质贯通流路13a。在此，该加热介质贯通流路13a相当于图1所示的加热介质路径的一部分1d。于是，该加热介质贯通流路13a，使燃料气体生成装置3所生成的燃料气体在高分子电解质型燃料电池1的内部从燃料电池系统100的配管b2向配管c2流通。
在本实施方式中，加热介质贯通流路13a以在高分子电解质型燃料电池1中从一端的单电池10向另一端的单电池10将其贯通的方式构成为大致直线状。而且，该加热介质贯通流路13a从一端的单电池10向另一端的单电池10，与冷却介质供给歧管11隔开规定的间隔，大致平行地设在其附近。即，在本实施方式中，该加热介质贯通流路13a，将从配管b2供给的作为加热介质的燃料气体作为热源，以能够逐次有效地加热向高分子电解质型燃料电池1以及冷却介质供给歧管11供给的各个冷却介质的方式配置。
此外，如图2(a)所示，本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，在冷却介质供给歧管11的冷却介质导入口上连接有配管g的一端，另一方面，在冷却介质排出歧管12的冷却介质排出口上连接有配管h的一端。另外，如图2(a)所示，在加热介质贯通流路13a的加热介质导入口上连接有配管b2的一端，另一方面，在加热介质贯通流路13a的加热介质排出口上连接有配管c2的一端。
图2(b)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。
如图2(b)所示，单电池10具备导电性隔板10a、电解质膜电极组件10b、以及导电性隔板10c。这些导电性隔板10a、电解质膜电极组件10b、以及导电性隔板10c分别具有大致平板状的形状。另外，从高分子电解质型燃料电池1的层叠方向看时，这些导电性隔板10a、电解质膜电极组件10b、以及导电性隔板10c分别具有矩形状的相同形状。于是，在单电池10中，这些导电性隔板10a、电解质膜电极组件10b、以及导电性隔板10c以该顺序进行层叠。
更加具体而言，导电性隔板10a具备蛇形状的冷却介质流路Pw、配置于该冷却介质流路Pw的背侧的在图2(b)中被隐藏的氧化剂气体流路Po、歧管孔Hwa1和Hwa2、歧管孔Hoa1和Hoa2、歧管孔Hfa1和Hfa2、以及贯通孔Ha。然后，在该导电性隔板10a上，冷却介质流路Pw的一端连接于歧管孔Hwa1，另一方面，冷却介质流路Pw的另一端连接于歧管孔Hwa2。另外，虽然在图2(b)中被隐藏，但氧化剂气体流路Po的一端连接于歧管孔Hoa1，另一方面，氧化剂气体流路Po的另一端连接于歧管孔Hoa2。
另一方面，电解质膜电极组件10b具备高分子电解质膜M、一对气体扩散电极E1和E2、歧管孔Hwb1和Hwb2、歧管孔Hob1和Hob2、歧管孔Hfb1和Hfb2、以及贯通孔Hb。在此，在本实施方式中，高分子电解质膜M是能够选择性地输送氢离子的全氟磺酸膜。另外，虽然在图2(b)中未显示，但气体扩散电极E1和E2分别具备主要由白金碳形成的导电性的催化剂层、以及由具有导电性和透气性的碳纤维形成的导电性的气体扩散层。并且，在高分子电解质膜M的一个主面的规定的领域，以导电性催化剂层接触于该高分子电解质膜M的状态接合有气体扩散电极E1。另外，在高分子电解质膜M的另一个主面的规定的领域，以导电性催化剂层接触于高分子电解质膜M的状态下接合有气体扩散电极E2。由此，在单电池10中，构成了电解质膜电极组件10b。
另外，导电性隔板10c具备燃料气体流路Pf、歧管孔Hwc1和Hwc2、歧管孔Hoc1和Hoc2、歧管孔Hfc1和Hfc2、以及贯通孔Hc。然后，在该导电性隔板10c上，燃料气体流路Pf的一端连接于歧管孔Hfc1，另一方面，燃料气体流路Pf的另一端连接于歧管孔Hfc2。
在本实施方式中，单电池10的导电性隔板10a和10c由以金属或碳为主要原料的导电性材料构成。而且，电解质膜电极组件10b的高分子电解质膜M的周围被导电性隔板10a和10c的周缘部经由一对气体密封件或垫片(图中未显示)夹着，而且，电解质膜电极组件10b上的气体扩散层E1和E2的规定领域，在导电状态下被导电性隔板10a和10c的规定领域夹着，从而构成了单电池10。
而且，在本实施方式中，由单电池10的歧管孔Hwa1、歧管孔Hwb1、以及歧管孔Hwc1构成了冷却介质供给歧管11的一部分。然后，将单电池10层叠数十个乃至数百个，将由歧管孔Hwa1、歧管孔Hwb1、以及歧管孔Hwc1构成的歧管孔的集合体连接数十个乃至数百个，从而构成图2(a)所示的冷却介质供给歧管11。另外，在本实施方式中，由单电池10的歧管孔Hwa2、歧管孔Hwb2、以及歧管孔Hwc2构成了冷却介质排出歧管12的一部分。而且，将单电池10层叠数十个乃至数百个，将由歧管孔Hwa2、歧管孔Hwb2、以及歧管孔Hwc2构成的歧管孔的集合体连接数十个乃至数百个，从而构成图2(a)所示的冷却介质排出歧管12。而且，在本实施方式中，由单电池10的贯通孔Ha、贯通孔Hb、以及贯通孔Hc构成了加热介质贯通流路13a的一部分。而且，将单电池10层叠数十个乃至数百个，将由贯通孔Ha、贯通孔Hb、以及贯通孔Hc构成的贯通孔的集合体连接数十个乃至数百个，从而构成图2(a)所示的加热介质贯通流路13a。即，本实施方式所涉及的燃料电池系统100具备内部歧管型的高分子电解质型燃料电池1。
在此，在本实施方式中，从配管b2供给的作为加热介质的燃料气体不接触于气体扩散电极E1和E2，而是在加热介质贯通流路13a的内部流动，随后向配管c2排出。
此外，虽然在图2(a)以及图2(b)中未显示，但在由单电池10的歧管孔Hfa1、歧管孔Hfb1、以及歧管孔Hfc1构成的歧管孔的集合体连接而成的燃料气体供给歧管的燃料气体导入口上，连接有配管b1的一端。另外，在由单电池10的歧管孔Hfa2、歧管孔Hfb2、以及歧管孔Hfc2构成的歧管孔的集合体连接而成的燃料气体排出歧管的燃料气体排出口上，连接有配管c1的一端。而且，在由单电池10的歧管孔Hoa1、歧管孔Hob1、以及歧管孔Hoc1构成的歧管孔的集合体连接而成的氧化剂气体供给歧管的氧化剂气体导入口上，连接有配管e的一端。另外，在由单电池10的歧管孔Hoa2、歧管孔Hob2、以及歧管孔Hoc2构成的歧管孔的集合体连接而成的氧化剂气体排出歧管的氧化剂气体排出口上，连接有配管f的一端。
另外，如图2(b)所示，本实施方式所涉及的单电池10的导电性隔板10a具备密封垫S1。该密封垫S1，在导电性隔板10a上以包围贯通孔Ha，歧管孔Hwa1、Hwa2，以及冷却介质流路Pw的全体的方式，且以遍及贯通孔Ha和歧管孔Hwa1、Hwa2以及冷却介质流路Pw之间的方式配置。由该密封垫S1能够切实地防止在贯通孔Ha中流通的燃料气体混入到在冷却介质流路Pw中流通的冷却介质中。
接着，参照附图，详细地说明本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的工作。此外，在此，省略了与燃料电池系统的一般的工作相关的说明，仅对其特征性的工作进行说明。
在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，进行从燃料气体生成装置3以及氧化剂气体供给装置6向高分子电解质型燃料电池1供给燃料气体以及氧化剂气体并向负载输出电力的发电运转、以及停止该发电运转以及与其相关的其他运转的待机运转。另外，在该燃料电池系统100中，除了这些发电运转以及待机运转之外，还进行用于将燃料电池系统100的运转状态从待机运转向发电运转转移的启动运转、以及用于将燃料电池系统100的运转状态从发电运转向待机运转转移的停止运转。
图3是模式性地表示本发明的实施方式1所涉及的燃料电池系统的启动运转时的工作的流程图。
如图3所示，如果根据负载的电力需要，燃料电池系统100的启动运转开始(步骤S1)，则控制装置8首先通过控制路径切换器4和路径切换器5，从而将配管a和配管b2相互连接并将配管c2和配管d相互连接，从而向高分子电解质型燃料电池1的加热介质路径的一部分1d供给在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体(步骤S2)。
接着，在燃料电池系统100中，通过控制装置8的控制，开始向燃料气体生成装置3供给燃料原料以及其他的物质。即，开始燃料气体生成装置3的暖机运转。由此，开始向加热介质路径的一部分1d供给在燃料气体生成装置3生成的作为加热介质的燃料气体(步骤S3)。
向燃料气体生成装置3供给的燃料原料以及水被供给至其重整部。燃料气体生成装置3的重整部通过使用燃料原料和水的水蒸汽重整反应，从而生成含氢的燃料气体。在重整部中生成的燃料气体被供给至燃料气体生成装置3的转换部。转换部通过使用一氧化碳和水的水性转化反应，从而降低在重整部中生成的燃料气体的一氧化碳含有浓度。在转换部降低了一氧化碳浓度的燃料气体随后被供给至燃料气体生成装置3的氧化部。氧化部通过使用一氧化碳和氧的氧化反应，从而进一步降低了从转换部排出的燃料气体的一氧化碳含有浓度。
在图3所示的步骤S3中，在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体经过配管a、路径切换器4、以及配管b2而被供给至配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的加热介质路径的一部分1d。然后，向加热介质路径的一部分1d供给的燃料气体随后通过配管c2、路径切换器5、以及配管d而被供给至燃料气体生成装置3的燃烧装置(图中未显示)。此外，燃烧装置燃烧经由配管d而供给的可燃性气体。
另一方面，与步骤S3同时或者在步骤S3之后，立即通过控制装置8的控制，从而开始在冷却介质循环装置7和配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的冷却介质路径的一部分1c之间的冷却介质的循环(步骤S4)。
然后，通过如上述般开始从燃料气体生成装置3向配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的加热介质路径的一部分1d供给燃料气体，并且开始在冷却介质循环装置7和配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的冷却介质路径的一部分1c之间的冷却介质的循环，从而在燃料电池系统100中开始加热高分子电解质型燃料电池1(步骤S5)。
具体而言，在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的含氢浓度，随着转换部以及氧化部中的转换催化剂以及氧化催化剂的温度上升而上升。另外，随着转换催化剂以及氧化催化剂的温度上升，从燃料气体生成装置3排出的燃料气体的温度渐渐地上升。于是，通过向加热介质路径的一部分1d供给该温度渐渐上升的燃料气体，即，通过向加热介质贯通流路13a供给燃料气体，从而由燃料气体加热高分子电解质型燃料电池1，高分子电解质型燃料电池1的温度渐渐地上升。在此，从燃料气供给装置3向配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的加热介质路径的一部分1d供给的燃料气体的温度最终成为70℃～100℃，并且，露点成为60℃～70℃。所以，依照本实施方式，能够使用燃料气体的显热以及潜热，切实地使高分子电解质型燃料电池1的温度上升至用于发电运转的规定的温度。
另外，如图2(a)所示，在本实施方式中，加热介质贯通流路13a配置于冷却介质供给歧管11的附近。所以，通过向高分子电解质型燃料电池1的加热介质贯通流路13a供给在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体，从而有效地加热向冷却介质供给歧管11供给的冷却介质。由此，在冷却介质供给歧管11中流动的冷却介质的温度有效地上升。然后，在高分子电解质型燃料电池1中，从冷却介质供给歧管11供给的温度上升了的冷却介质在各单电池10的冷却介质流路Pw中流动之后，被供给至冷却介质排出歧管12。如此，通过向各单电池10的冷却介质流路Pw供给温度上升了的冷却介质，从而更加有效地使高分子电解质型燃料电池1的温度上升。
另一方面，在燃料电池系统100中，在图3所示的步骤S5之后，由温度检测器2以及控制装置8逐次检测高分子电解质型燃料电池1的温度Td。另外，在该燃料电池系统100中，由控制装置8逐次判定在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的状态Sd是否成为能够向高分子电解质型燃料电池1供给的状态Spd，即，燃料气体的状态是否成为一氧化碳的含有浓度已充分降低的状态。然后，当判定高分子电解质型燃料电池1的温度Td已达到规定的温度Tpd，并且判定在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的状态Sd为适于发电运转的将一氧化碳降低至极低浓度的状态Spd时(在步骤S6为YES)，控制装置8以结束燃料电池系统100的启动运转的方式进行控制(步骤S7)。此外，在判定高分子电解质型燃料电池1的温度Td未达到规定的温度Tpd的情况下，或者，在判定在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的状态Sd不为适于发电运转的将一氧化碳降低至极低浓度的状态Spd的情况下，控制装置8以燃料电池系统100的启动运转进一步继续进行的方式进行控制(在步骤S6为NO)。
在此，在本实施方式中，燃料气体的状态Sd是否成为能够向高分子电解质型燃料电池1供给的状态Spd的判定，例如根据燃料气体生成装置3的重整部的温度是否达到规定的温度而进行。或者，该判定例如根据从燃料气体生成装置3排出的燃料气体的一氧化碳含有浓度是否降低至规定的浓度而进行。此外，燃料气体的状态Sd所涉及的上述判定，例如可以基于燃料气体生成装置3的累计运转时间而进行，也可以基于向燃料气体生成装置3供给的燃料原料的累计供给量而进行。
然后，控制装置8通过控制路径切换器4以及路径切换器5，从而以向配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的燃料气体路径的一部分1a供给在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的方式，将配管a和配管b1相互连接且将配管c1和配管d相互连接(步骤S8)。即，控制装置8以将燃料电池系统100中的配管的连接状态复原的方式进行控制。由此，燃料电池系统100成为了能够向配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的燃料气体路径的一部分1a供给在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的状态。
在燃料电池系统100的启动运转结束之后，通过控制装置8的控制而开始燃料电池系统100的发电运转。
在燃料电池系统100的发电运转中，从燃料气体生成装置3以及氧化剂气体供给装置6向配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的燃料气体路径的一部分1a以及氧化剂气体路径的一部分1b供给燃料气体以及氧化剂气体。此时，在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体是作为杂质的一氧化碳的含有浓度被降低至极低浓度的燃料气体。更为具体而言，在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体经过配管a、路径切换器4、以及配管b1，并通过燃料气体供给歧管而分配到图2所示的单电池10的各燃料气体流路Pf。另一方面，从氧化剂气体供给装置6供给的氧化剂气体经过配管e并通过氧化剂气体供给歧管而分配到图2所示的单电池10的各氧化剂气体流路Po。
如果从燃料气体生成装置3向各单电池10的燃料气体流路Pf供给燃料气体，并且从氧化剂气体供给装置6向各单电池10的氧化剂气体流路Po供给氧化剂气体，则在各单电池10的电解质膜电极组件10b中进行使用燃料气体所含有的氢和氧化剂气体所含有的氧的电化学反应。通过该电化学反应的进行，燃料电池系统100的高分子电解质型燃料电池1同时生成了电力和热。这时，从冷却介质循环装置7经由配管g以及冷却介质供给歧管11向高分子电解质型燃料电池1的各单电池10中的冷却介质流路Pw供给冷却介质。于是，冷却介质接受各单电池10所产生的热，并将该所接受的热搬运至高分子电解质型燃料电池1的外部。从冷却介质流路Pw排出的冷却介质，经由冷却介质排出歧管12以及配管h而返回冷却介质循环装置7。此外，未用于电化学反应的剩余的燃料气体，在与剩余的水蒸汽一起从各单电池10的燃料气体流路Pf排出之后，经过燃料气体排出歧管、配管c1、路径切换器5、以及配管d而被供给至燃料气体生成装置3的燃烧装置(图中未显示)。另外，未用于电化学反应的剩余的氧化剂气体，与伴随着发电而产生的水一起从各单电池10的氧化剂气体流路Po排出，随后，经由氧化剂气体排出歧管以及配管f而被废弃于燃料电池系统100的外部。
此外，在燃料电池系统100的停止运转中，通过控制装置8的控制而停止向高分子电解质型燃料电池1供给燃料气体以及氧化剂气体。另外，在该燃料电池系统100的停止运转中，例如由控制装置8控制各个路径切换器4以及路径切换器5，配管a和配管b2相互连接，且配管c2和配管d也互相连接。然后，在燃料电池系统100的待机运转中，停止燃料电池系统100的发电运转以及与其有关的所有的工作。如此，在进行DSS运转的燃料电池系统100中，根据负载的电力需要重复进行启动运转、发电运转、停止运转、以及待机运转，从而在负载的电力消耗量少的时间段不进行发电运转，在负载的电力消耗量多的时间段进行发电运转。
如上所述，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，在启动运转时，通过简易且小规模的构成，能够不浪费能源且重复性良好地切实地将高分子电解质型燃料电池的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度。由此，能够供给一种在发电运转的开始后就能够立即切实地获得所期望的电力的燃料电池系统。
例如，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统的构成，在30分钟内使温度为70℃且露点为60℃的流量6L/分的燃料气体的温度下降至20℃的情况下，所获得的热量(水蒸汽的冷凝热)大概为10kcal，因而在高分子电解质型燃料电池的热容量为3kcal左右的情况下，能够使高分子电解质型燃料电池的温度最大上升3℃左右。于是，即使高分子电解质型燃料电池的温度在待机运转中降低至17℃左右，也能够使该温度切实地上升至在燃料电池系统的启动运转中能够启动的温度，即20℃左右。
另外，在现有的燃料电池系统中，在启动运转时从燃料气体生成装置排出的燃料气体不被供给至高分子电解质型燃料电池，而是被供给至燃料气体生成装置的燃烧装置。即，燃料气体自身所具有的热没有被有效地利用，实际上被废弃了。另一方面，在本实施方式所涉及的燃料电池系统中，在启动运转时从燃料气体生成装置排出的燃料气体自身的热被有效地用于加热高分子电解质型燃料电池。于是，用于加热高分子电解质型燃料电池的加热器等的加热装置变得不再必要，且消减了用于加热的电力消耗，因而能够提供一种发电效率以及综合效率更优异的燃料电池系统。即，依照本发明，能够提供一种节能性优异的燃料电池系统。
另外，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，将从燃料气体生成装置排出的燃料气体作为加热介质而使用，由该作为加热介质的燃料气体直接地加热高分子电解质型燃料电池。于是，与由燃料气体加热冷却介质，并使用该被加热了的冷却介质来加热高分子电解质型燃料电池的构成，即与由燃料气体间接地加热高分子电解质型燃料电池的构成相比，高分子电解质型燃料电池的加热效率大幅度地改善。即，依照本实施方式，由于能够缩短燃料电池系统的启动运转的时间，因而能够提供一种便利性更优异的燃料电池系统。
另外，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，由于通过高分子电解质型燃料电池的各单电池来配置加热介质贯通流路，因而高分子电解质型燃料电池能够轻量化。于是，燃料电池系统能够轻量化。另一方面，通过在高分子电解质型燃料电池中的各单电池设置加热介质贯通流路，从而能够降低高分子电解质型燃料电池的热容量。于是，能够进一步缩短燃料电池系统的启动运转的时间，因而能够提供一种便利性更加优异的燃料电池系统。
另外，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，在启动运转时从燃料气体生成装置排出的燃料气体不进行催化燃烧等，而以原来的状态被用作用于加热高分子电解质型燃料电池的加热介质。于是，能够简化用于加热高分子电解质型燃料电池的构成，因而能够简化燃料电池系统的构成。这有助于燃料电池系统的成本降低。
而且，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，在发电运转时，高分子电解质型燃料电池的加热介质贯通流路被2个路径切换器封闭。在该情况下，被封闭的加热介质贯通流路作为绝热单元而起作用，因而能够得到保温效果以及绝热效果。于是，能够提供一种不易受到环境温度的影响且呈现稳定的发电工作的优选的燃料电池系统。
此外，具备加热介质贯通流路的高分子电解质型燃料电池，由于在各导电性隔板以及各电解质膜电极组件仅设置用于构成加热介质贯通流路的贯通孔，因而能够容易地构成。所以，在实施本发明时，不损害燃料电池系统的生产性。
(实施方式2)
本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的构成与图1所示的实施方式1所涉及的燃料电池系统100的构成相同。所以，在此，省略了与本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的构成相关的说明。
以下，参照附图，详细地说明本发明的实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池的内部构成。
图4(a)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管和冷却介质供给歧管、加热介质流路和冷却介质流路、以及加热介质排出歧管和冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。
此外，在图4(a)中，为了容易理解各给排歧管、加热介质流路、以及冷却介质流路的配置和构成，仅显示了两端部以及中央部的单电池。另外，在图4(a)中，为了容易理解各给排歧管、加热介质流路、以及冷却介质流路的配置和构成，透视高分子电解质型燃料电池的一部分，并且由实线表示各给排歧管、加热介质流路、以及冷却介质流路。而且，在图4(a)中，仅显示了用于说明本发明的实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池的特征性的内部构成的必要的构成要素，并省略了其他的构成要素的图示。
另外，图4(b)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。
如图4(a)和图4(b)所示，本发明的实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1基本上具备与实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成相同的构成。然而，本发明的实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成与实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成的不同点在于，各单电池10具备加热介质流路Pm，构成有加热介质供给歧管13b以替代加热介质贯通流路13a且还具备加热介质排出歧管14。此外，在其它方面，实施方式1所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成和实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成相同。
更加具体而言，如图4(a)所示，实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1具备加热介质供给歧管13b以替代图2(a)所示的加热介质贯通流路13a，并且还具备加热介质流路Pm和加热介质排出歧管14。而且，加热介质供给歧管13b和加热介质排出歧管14经由构成高分子电解质型燃料电池1的各单电池10所具备的L字状的加热介质流路Pm而相互连接。即，在实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1中，由加热介质供给歧管13b、各个加热介质流路Pm、以及加热介质排出歧管14构成图1所示的加热介质路径的一部分1d。
在本实施方式中，加热介质供给歧管13b将从燃料气体生成装置3经由配管a、路径切换器4、以及配管b2而供给的燃料气体分配到构成高分子电解质型燃料电池1的各单电池10的加热介质流路Pm。另一方面，加热介质排出歧管14回收从构成高分子电解质型燃料电池1的各单电池10的加热介质流路Pm排出的燃料气体，并向高分子电解质型燃料电池1的外部排出该被回收的燃料气体。此外，被排出的燃料气体，经由配管c2、路径切换器5、以及配管d而被供给至燃料气体生成装置3的燃烧装置(图中未显示)。
另外，在本实施方式中，加热介质排出歧管14以从高分子电解质型燃料电池1中的一端的单电池10向另一端的单电池10将其贯通的方式构成为大致直线状。另外，该加热介质排出歧管14隔开规定的间隔，从一端的单电池10向另一端的单电池10，与冷却介质排出歧管12大致平行地设在其附近。即，在本实施方式中，如图4(a)所示，加热介质供给歧管13b和加热介质排出歧管14，根据各单电池10所具备的加热介质流路Pm的加热介质导入口以及加热介质排出口的配置位置，对角状地且大致平行状地设置。
此外，如图4(a)所示，在本实施方式所涉及的燃料电池系统100中，在加热介质供给歧管13b的加热介质导入口上连接有配管b2的一端，在加热介质排出歧管14的加热介质排出口上连接有配管c2的一端。
另一方面，如图4(a)所示，导电性隔板10a具备蛇形状的冷却介质流路Pw、配置于该冷却介质流路Pw的背侧的在图4(b)中被隐藏的氧化剂气体流路Po、具有L字状的形状且接近于冷却介质流路Pw的加热介质流路Pm、歧管孔Hwa1和Hwa2、歧管孔Hoa1和Hoa2、歧管孔Hfa1和Hfa2、以及歧管孔Ha1和Ha2。而且，在该导电性隔板10a上，加热介质流路Pm的一端连接于歧管孔Ha1，另一方面，加热介质流路Pm的另一端连接于歧管孔Ha2。
另外，电解质膜电极组件10b除了具备歧管孔Hwb1和Hwb2、歧管孔Hob1和Hob2、歧管孔Hfb1和Hfb2之外，还具备歧管孔Hb1和Hb2。另外，导电性隔板10c具备燃料气体流路Pf、歧管孔Hwc1和Hwc2、歧管孔Hoc1和Hoc2、歧管孔Hfc1和Hfc2、以及歧管孔Hc1和Hc2。
而且，在本实施方式中，由单电池10的歧管孔Ha1、歧管孔Hb1、以及歧管孔Hc1构成了加热介质供给歧管13b的一部分。而且，将单电池10层叠数十个乃至数百个，将由歧管孔Ha1、歧管孔Hb1、以及歧管孔Hc1构成的贯通孔的集合体连接数十个乃至数百个，从而构成图4(a)所示的加热介质供给歧管13b。另外，由单电池10的歧管孔Ha2、歧管孔Hb2、以及歧管孔Hc2构成了加热介质排出歧管14的一部分。而且，将单电池10层叠数十个乃至数百个，将由歧管孔Ha2、歧管孔Hb2、以及歧管孔Hc2构成的贯通孔的集合体连接数十个乃至数百个，从而构成图4(a)所示的加热介质排出歧管14。
此外，如图4(b)所示，本实施方式所涉及的导电性隔板10a具备密封垫S2。该密封垫S2，在导电性隔板10a上以包围歧管孔Hwa1、Hwa2和冷却介质流路Pw，歧管孔Ha1、Ha2，以及加热介质流路Pm的方式，且以遍及歧管孔Hwa1、Hwa2和冷却介质流路Pw，歧管孔Ha1、Ha2，以及加热介质流路Pm之间的方式配置。由该密封垫S2能够切实地防止在加热介质流路Pm中流通的燃料气体混入到在冷却介质流路Pw中流通的冷却介质中。在此，在本实施方式中，虽然列举了以包围歧管孔Hwa1、Hwa2和冷却介质流路Pw，歧管孔Ha1、Ha2，以及加热介质流路Pm的方式，且以遍及歧管孔Hwa1、Hwa2和冷却介质流路Pw，歧管孔Ha1、Ha2，以及加热介质流路Pm之间的方式配置密封垫S2的构成，但并不限于这样的构成。例如，可以为密封垫S2分别包围歧管孔Ha1、Ha2和加热介质流路Pm，歧管孔Hwa1、Hwa2，以及冷却介质流路Pw的构成。
接着，参照附图，详细地说明本发明的实施方式2所涉及的燃料电池系统的工作。
在本实施方式所涉及的燃料电池系统中，与实施方式1的情况相同，通过开始从燃料气体生成装置3向配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的加热介质路径的一部分1d供给燃料气体，并且开始在冷却介质循环装置7和配置于高分子电解质型燃料电池1的内部的冷却介质路径的一部分1c之间的冷却介质的循环，从而开始高分子电解质型燃料电池1的加热。
具体而言，通过从燃料气体生成装置3经由高分子电解质型燃料电池1的加热介质供给歧管13b向各单电池10的加热介质流路Pm供给燃料气体，从而由燃料气体加热高分子电解质型燃料电池1，高分子电解质型燃料电池1的温度渐渐地上升。在此，如图4(a)所示，在本实施方式中，加热介质供给歧管13b配置在冷却介质供给歧管11的附近。另外，加热介质流路Pm配置在冷却介质流路Pw的附近。所以，通过向高分子电解质型燃料电池1的加热介质供给歧管13b以及加热介质流路Pm供给在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体，从而有效地加热向冷却介质供给歧管11供给的冷却介质，并且有效地加热在冷却介质流路Pw中流动的冷却介质。于是，在冷却介质供给歧管11中流动的冷却介质的温度有效地上升，并且有效地防止了在冷却介质流路Pw中流动的冷却介质的温度下降。如此，通过向各单电池10的冷却介质流路Pw供给温度上升且保温的冷却介质，从而使得高分子电解质型燃料电池1的温度更加迅速且均匀地上升。
此外，如果判定高分子电解质型燃料电池1的温度达到规定的温度且在燃料气体生成装置3中生成的燃料气体的状态成为适于发电运转的将一氧化碳降低至极低浓度的状态，则控制装置8进行控制，从而结束燃料电池系统的启动运转。然后，控制装置8开始燃料电池系统的发电运转。
以上，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，能够向各单电池的加热介质流路供给燃料气体，因而能够缩短高分子电解质型燃料电池的升温时间。另外，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统及其运转方法，能够向各单电池的加热介质流路供给燃料气体，因而能够使高分子电解质型燃料电池均匀地升温。
另外，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，由于在高分子电解质型燃料电池中的各单电池设置加热介质供给歧管、加热介质流路、以及加热介质排出歧管，因而高分子电解质型燃料电池能够进一步轻量化。于是，燃料电池系统能够进一步轻量化。另一方面，通过在高分子电解质型燃料电池中的各单电池设置加热介质供给歧管、加热介质流路、以及加热介质排出歧管，从而能够进一步降低高分子电解质型燃料电池的热容量。于是，能够进一步缩短燃料电池系统的启动运转的时间，因而能够提供一种便利性更加优异的燃料电池系统。
而且，依照本实施方式所涉及的燃料电池系统，在发电运转时，高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管、加热介质流路、以及加热介质排出歧管被2个路径切换器封闭。在该情况下，被封闭的加热介质供给歧管、加热介质流路、以及加热介质排出歧管作为绝热单元而起作用，因而能够得到更优异的保温效果以及绝热效果。于是，能够提供一种不易受到环境温度的影响且呈现更稳定的发电工作的优选的燃料电池系统。
此外，其它方面与实施方式1的情况相同。
(实施方式3)
在本发明的实施方式3中，对图2(a)所示的高分子电解质型燃料电池1中的加热介质贯通流路13a的变形例进行说明。
图5(a)是模式性地表示本发明的实施方式3所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的加热介质贯通流路的第1构成的正面图。另一方面，图5(b)是模式性地表示本发明的实施方式3所涉及的高分子电解质型燃料电池所具备的加热介质贯通流路的第2构成的截面图。此外，在图5(a)以及图5(b)中，为了方便起见，抽出1个单电池进行显示，并将该单电池的一部分放大显示。
如图5(a)所示，在本实施方式中所涉及的第1构成中，导电性隔板10a的贯通孔Ha，相对于在实施方式1中直径为D2的直管状的贯通孔而言，具备在其直径为D1(D1<D2；D2＝贯通孔Hb的直径)的直管状的贯通孔的周围以其直径成为D3(D3>D2)的方式形成有放射状的狭缝的构成。换言之，在该贯通孔Ha中，相对于在实施方式1中以其外周具有直径D2的圆弧状的形状的方式构成而言，以其外周在直径D1和D3之间具有锯齿状的形状的方式构成。即，在该第1构成中，以直径D2的贯通孔在俯视图中具有凹部(直径D1)以及凸部(直径D3)的方式构成贯通孔Ha。而且，虽然在图5(a)中未显示，但通过将具备相关的形状的贯通孔Ha、贯通孔Hc的单电池10层叠多个，从而构成了在俯视图中具有特征性的凹凸形状的加热介质贯通流路13a。
另一方面，如图5(b)所示，在本实施方式所涉及的第2构成中，导电性隔板10a和导电性隔板10c的贯通孔Ha和贯通孔Hc，相对于在实施方式1中直径为D2的直管状的贯通孔而言，作为直径为D1(D1<D2；D2＝贯通孔Hb的直径)的直管状的第1贯通孔和直径为D3(D3>D2)的直管状的第2贯通孔的复合体而构成。换言之，贯通孔Ha以及贯通孔Hc，相对于在实施方式1中以各直径在轴方向上以维持直径D2的方式构成而言，以各直径在直径D1和直径D3之间以锯齿状进行变化的方式构成。即，在该第2构成中，以直径D2的贯通孔在截面视图中具有凹部(直径D1)以及凸部(直径D3)的方式构成贯通孔Ha以及贯通孔Hc。而且，虽然在图5(b)中未显示，但通过将具备相关的形状的贯通孔Ha、贯通孔Hc的单电池10层叠多个，从而构成了在截面视图中具有特征性的凹凸形状的加热介质贯通流路13a。
如此，通过在高分子电解质型燃料电池1的加热介质贯通流路13a设置凹部以及凸部，从而能够大幅地增加加热介质贯通流路13a的内壁面的热交换面积。于是，热从流通于加热介质贯通流路13a中的加热介质(燃料气体)向导电性隔板10a、导电性隔板10c移动的效率大幅度地改善，因而能够在短时间内使高分子电解质型燃料电池1的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度。
此外，在本实施方式中，加热介质贯通流路13a所具备的凹部以及凸部的形状及其尺寸(D1、D3)等，可以在考虑了高分子电解质型燃料电池1的构成(热容量)、向加热介质贯通流路13a供给的加热介质的流量、以及燃料电池系统100的设置场所的环境温度等之后，适当地进行设定。另外，其它方面与实施方式1的情况相同。
(实施方式4)
在本发明的实施方式4中，对图4所示的高分子电解质型燃料电池1中的加热介质流路Pm的变形例进行说明。
图6(a)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管和冷却介质供给歧管、加热介质流路和冷却介质流路、以及加热介质排出歧管和冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。另一方面，图6(b)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。此外，在图6(b)中，为了方便起见，省略了相当于图4(b)所示的密封垫S2的密封垫的图示。
如图6(a)和图6(b)所示，本发明的实施方式4所涉及的高分子电解质型燃料电池1基本上具备与实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成相同的构成。但是，本发明的实施方式4所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成与实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成的不同点在于，各单电池10具备蛇形状的加热介质流路Pm。此外，在其它方面，实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成和实施方式4所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成相同。
具体而言，如图6(a)所示，本实施方式所涉及的高分子电解质型燃料电池1具备加热介质供给歧管13b、蛇形状的加热介质流路Pm、以及加热介质排出歧管14。而且，加热介质供给歧管13b和加热介质排出歧管14经由蛇形状的加热介质流路Pm而相互连接。
另一方面，如图6(b)所示，导电性隔板10a具备蛇形状的冷却介质流路Pw、具有蛇形状的形状且沿着冷却介质流路Pw配置的加热介质流路Pm、歧管孔Hwa1和Hwa2、歧管孔Hoa1和Hoa2、歧管孔Hfa1和Hfa2、以及歧管孔Ha1和Ha2。而且，在该导电性隔板10a上，蛇形状的加热介质流路Pm的一端连接于歧管孔Ha1，另一端连接于歧管孔Ha2。另外，蛇形状的冷却介质流路Pw的一端连接于歧管孔Hwa1，另一端连接于歧管孔Hwa2。
而且，与实施方式2的情况相同，由单电池10的歧管孔Ha1、歧管孔Hb1、以及歧管孔Hc1构成了加热介质供给歧管13b的一部分。另外，将单电池10层叠多个，将由歧管孔Ha1、歧管孔Hb1、以及歧管孔Hc1构成的贯通孔的集合体连接多个，从而构成加热介质供给歧管13b。
另外，与实施方式2的情况相同，由单电池10的歧管孔Ha2、歧管孔Hb2、以及歧管孔Hc2构成了加热介质排出歧管14的一部分。另外，将单电池10层叠多个，将由歧管孔Ha2、歧管孔Hb2、以及歧管孔Hc2构成的贯通孔的集合体连接多个，从而构成加热介质排出歧管14。
如此，通过沿着蛇形状的冷却介质流路Pw将加热介质流路Pm构成为蛇形状，从而能够在大幅地增加导电性隔板10a上的加热介质流路Pm的流路长度，并且能够在其的整个长度上使加热介质流路Pm和冷却介质流路Pw接近。于是，能够进一步改善热从流通于加热介质流路Pm中的加热介质(燃料气体)向导电性隔板10a、导电性隔板10c移动的效率，并且能够进一步改善热从流通于加热介质流路Pm中的加热介质向流通于冷却介质流路Pw中的冷却介质移动的效率。
此外，其他方面与实施方式2的情况相同。
(实施方式5)
在本发明的实施方式5中，对高分子电解质型燃料电池1的单电池10具备多根(在本实施方式中为2根)图4所示的加热介质流路Pm的方式进行说明。
图7(a)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池中的加热介质供给歧管和冷却介质供给歧管、加热介质流路和冷却介质流路、以及加热介质排出歧管和冷却介质排出歧管的配置和构成的立体图。另一方面，图7(b)是模式性地表示高分子电解质型燃料电池所具备的单电池的内部构成的分解立体图。此外，在图7(b)中，在图7(b)中，为了方便起见，省略了相当于图4(b)所示的密封垫S2的密封垫的图示。
如图7(a)和图7(b)所示，本发明的实施方式5所涉及的高分子电解质型燃料电池1也基本上具备与实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成相同的构成。然而，本发明的实施方式5所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成与实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成的不同点在于，各单电池10具备分别为L字状的一对加热介质流路Pm1、Pm2。此外，在其它方面，实施方式2所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成和实施方式5所涉及的高分子电解质型燃料电池1的构成相同。
具体而言，如图7(a)所示，本实施方式所涉及的高分子电解质型燃料电池1具备一对加热介质供给歧管13b、13c，分别为L字状的一对加热介质流路Pm1、Pm2，以及一对加热介质排出歧管14a、14b。而且，加热介质供给歧管13b和加热介质排出歧管14a经由L字状的加热介质流路Pm1而相互连接。另外，加热介质供给歧管13c和加热介质排出歧管14b经由L字状的加热介质流路Pm2而相互连接。
另一方面，如图7(b)所示，导电性隔板10a具备蛇形状的冷却介质流路Pw，具有各为L字状的形状且以矩形状地包围冷却介质流路Pw的方式配置的一对加热介质流路Pm1、Pm2，歧管孔Hwa1和Hwa2，歧管孔Hoa1、Hoa2、Hfa1、Hfa2，歧管孔Ha1和Ha2、以及歧管孔Hd1和Hd2。而且，在该导电性隔板10a上，L字状的加热介质流路Pm1的一端连接于歧管孔Ha1，另一端连接于歧管孔Ha2。另外，L字状的加热介质流路Pm2的一端连接于歧管孔Hd1，另一端被连接于歧管孔Hd2。此外，与实施方式2的情况相同，蛇形状的冷却介质流路Pw的一端连接于歧管孔Hwa1，另一端连接于歧管孔Hwa2。
而且，与实施方式2的情况相同，由单电池10的歧管孔Ha1、歧管孔Hb1、以及歧管孔Hc1构成了加热介质供给歧管13b的一部分。另一方面，在本实施方式中，由单电池10的歧管孔Hd1、歧管孔He1、以及歧管孔Hf1构成了加热介质供给歧管13c的一部分。而且，将单电池10层叠多个，将由歧管孔Ha1、歧管孔Hb1、以及歧管孔Hc1构成的贯通孔的集合体连接多个，从而构成加热介质供给歧管13b。另外，将由歧管孔Hd1、歧管孔He1、以及歧管孔Hf1构成的贯通孔的集合体连接多个，从而构成加热介质供给歧管13c。
另外，与实施方式2的情况相同，由单电池10的歧管孔Ha2、歧管孔Hb2、以及歧管孔Hc2构成了加热介质排出歧管14a的一部分。另一方面，在本实施方式中，由单电池10的歧管孔Hd2、歧管孔He2、以及歧管孔Hf2构成了加热介质排出歧管14b的一部分。然后，将单电池10层叠多个，将由歧管孔Ha2、歧管孔Hb2、以及歧管孔Hc2构成的贯通孔的集合体连接多个，从而构成加热介质排出歧管14a。另外，将由歧管孔Hd2、歧管孔He2、以及歧管孔Hf2构成的贯通孔的集合体连接多个，从而构成加热介质排出歧管14b。
此外，如图7(a)所示，在本实施方式中，为了从配管b2向加热介质供给歧管13b以及加热介质供给歧管13c的双方供给加热介质，配管b2的一端(高分子电解质型燃料电池1侧的端部)被分支。另外，为了从加热介质排出歧管14a以及加热介质排出歧管14b的双方向配管c2排出加热介质，配管c2的一端(高分子电解质型燃料电池1侧的端部)被分支。
如此，通过以矩形状地包围蛇形状的冷却介质流路Pw的方式配置一对加热介质流路Pm1、Pm2，从而能够增加导电性隔板10a、10c上的加热介质流路的总流路长度。所以，依照相关的构成，能够改善热从流通于加热介质流路中的加热介质向导电性隔板移动的效率，并且也能够改善热从流通于加热介质流路中的加热介质向流通于冷却介质流路中的冷却介质移动的效率。
此外，其他方面与实施方式2的情况相同。
产业上的利用可能性
本发明所涉及的燃料电池系统，作为一种通过简易且小规模的构成，从而能够在启动运转中不浪费能源就切实地使燃料电池的温度上升至适于电化学反应进行的规定的温度，并在发电运转的开始后就能够立即切实地获得所期望的电力的燃料电池系统，具备产业上的利用可能性。