燃料電池
【課題】出力特性に優れた燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、一対の燃料電池本体５と、放熱部材とを備えている。燃料電池本体５は、起電部と、燃料分配機構とを具備している。一対の燃料電池本体５は、アノード同士が対向するように配置されている。放熱部材は、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード側から伝わる副射熱を外部に放出する。
【解決手段】燃料電池は、一対の燃料電池本体５と、放熱部材とを備えている。燃料電池本体５は、起電部と、燃料分配機構とを具備している。一対の燃料電池本体５は、アノード同士が対向するように配置されている。放熱部材は、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード側から伝わる副射熱を外部に放出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯用電子機器の電源に、燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は、携帯用電子機器を、充電なしで長時間使用可能とするものである。燃料電池は、燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の長時間の作動に極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望である。
【０００４】
ＤＭＦＣの燃料の供給方法としては、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型ＤＭＦＣと、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型ＤＭＦＣ、液体燃料をセル内で気化させる内部気化型ＤＭＦＣ等が知られている。
【０００５】
また、所望の高出力を得るため、一対の起電部（発電体）を備えた燃料電池が知られている。各起電部は、アノード、カソード、並びにアノード及びカソード間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体を有している。一対の起電部は、アノード同士を対向させて配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記燃料電池において、起電部での発電反応に伴い、起電部にて熱を発生する。上記一対の起電部は、アノード同士が対向しているため、アノード側に熱がこもる傾向にある。アノード側と、カソード側とで温度にばらつきが生じた場合、発電効率は低下する。
【０００８】
このため、アノード同士が対向した一対の起電部を備えた燃料電池においても、アノード及びカソード間の温度分布に伴う出力の低下等、電池特性の劣化を抑制できる燃料電池が求められている。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、出力特性に優れた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る燃料電池は、
それぞれ、アノード、カソード、並びに前記アノード及びカソード間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体を有する起電部と、前記アノードと対向した側の表面に位置した燃料排出面、及び前記燃料排出面の一部を開口して設けられ燃料を排出する燃料排出口を有する燃料分配機構と、を具備し、前記アノード同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体と、
前記一対の燃料電池本体間に配置され、少なくとも前記一対の燃料電池本体のアノード側から伝わる副射熱を外部に放出する放熱部材と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、出力特性に優れた燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を示す斜視図であり、特に、実施例１の燃料電池を示す図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った燃料電池を示す断面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿った燃料電池を示す断面図である。
【図４】上記燃料電池の燃料電池モジュールを示す断面図である。
【図５】上記燃料電池モジュールを示す他の断面図である。
【図６】上記燃料電池モジュールの膜電極接合体の一部の断面を概略的に示す斜視図である。
【図７】上記膜電極接合体を示す平面図である。
【図８】上記燃料電池モジュールを示す斜視図であり、容器の外面に取付けられたポンプ、バルブ及び制御部を示す図である。
【図９】上記燃料電池の一部を示す拡大断面図である。
【図１０】上記実施の形態に係る実施例５の燃料電池の一部を示す断面図である。
【図１１】図１０に示した燃料電池の燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る燃料電池について詳細に説明する。この実施の形態において、直接メタノール型の燃料電池について説明する。
図１、図２及び図３に示すように、燃料電池は、一対の燃料電池モジュール１と、燃料を収容するとともに燃料を燃料電池モジュール１に与える燃料供給源２と、ケース３と、放熱部材としての２枚の放熱板７０と、２つのセットカバー８０と、トップフレーム９１と、ボトムフレーム９２と、外装カバー４とを備えている。
【００１３】
図２、図３、図４及び図５に示すように、各燃料電池モジュール１は、燃料電池本体５と、ポンプ７と、バルブ８と、制御部９とを備えている。ここで、各燃料電池モジュール１の構成は同一であり、以下、１個の燃料電池モジュール１について説明する。
【００１４】
燃料電池本体５は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０を有する起電部６と、集電体１１と、アノード支持板１２と、燃料供給部１３と、保湿板１８と、カバープレート１９とを備えている。
【００１５】
図４、図５、図６及び図７に示すように、膜電極接合体１０は、燃料極としてのアノード２１と、アノード２１に所定の隙間を置いて対向配置された空気極としてのカソード２４と、アノード２１及びカソード２４間に挟持された電解質膜２７とを有している。後述するが、燃料供給源２は、燃料６２を収容するとともに筒状の管６４（図９参照）により燃料供給部１３の燃料分配機構１５に燃料を供給する燃料収容部としてのタンク６１と、タンク６１（燃料収容部）を収容した筐体としてのスリーブ６３と、を備えている。
【００１６】
この実施の形態の燃料電池では、燃料分配機構１５から膜電極接合体１０に供給された燃料６２は発電反応に消費されてしまい、その後に循環して燃料分配機構１５あるいはタンク６１に戻されることはない。このタイプの燃料電池は燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なる方式であり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ７を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、この方式の燃料電池はいわばセミパッシブ型と呼ぶことができる。
【００１７】
この実施の形態において、膜電極接合体１０は矩形状の発電領域Ｒ１を有している。発電領域Ｒ１は、発電に有効な有効領域Ｒ２と、有効領域Ｒ２を囲んだ非有効領域Ｒ３とを有している。有効領域Ｒ２は、矩形状であり、長軸を有している。また、膜電極接合体１０は１つの発電素子２０を有している。発電素子２０は、矩形状であり、長軸を有し、有効領域Ｒ２に重なっている。
【００１８】
アノード２１は、アノード触媒層２２と、アノード触媒層２２に積層されたアノードガス拡散層２３とを有している。カソード２４は、カソード触媒層２５と、カソード触媒層２５に積層されたカソードガス拡散層２６とを有している。
【００１９】
アノード触媒層２２は、アノードガス拡散層２３を介して供給される燃料を酸化させ燃料から電子とプロトンとを取り出すものである。カソード触媒層２５は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層２２において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものである。
【００２０】
アノード触媒層２２やカソード触媒層２５に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層２２には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層２５には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２１】
電解質膜２７はプロトン導電膜である。電解質膜２７は、アノード触媒層２２において発生したプロトンをカソード触媒層２５に輸送するためのものである。電解質膜２７は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能なプロトン伝導性の材料で形成されている。
【００２２】
電解質膜２７を形成する材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の材料はこれらに限られるものではない。
【００２３】
アノードガス拡散層２３は、アノード触媒層２２に燃料を均一に供給する役割を果たし、アノード触媒層２２の集電機能を有している。カソードガス拡散層２６は、カソード触媒層２５に酸化剤を均一に供給する役割を果たし、カソード触媒層２５の集電機能を有している。アノードガス拡散層２３及びカソードガス拡散層２６は多孔質基材で構成されている。
【００２４】
図４及び図５に示すように、集電体１１は、アノード集電体３１及びカソード集電体３４を有している。アノード集電体３１及びカソード集電体３４は、例えば、金、ニッケル等の金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）又は箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等をそれぞれ使用することができる。
【００２５】
燃料電池本体５内の膜電極接合体１０は、絶縁性のＯリング（シール材）３８、３９によって液密にシールされている。これらのＯリング３８、３９によって燃料電池本体５の内部に種々のスペースや間隙が形成されている。
【００２６】
アノード集電体３１は、発電素子２０に対応し長軸を有する矩形状に形成され、複数の燃料通過孔を有している。カソード集電体３４は、発電素子２０に対応し長軸を有する矩形状に形成され、複数の通気孔を有している。これらアノード集電体３１およびカソード集電体３４により、膜電極接合体１０を構成する発電素子２０が接続される。
【００２７】
Ｏリング３８、３９は、絶縁材料として、例えばゴムで形成されている。Ｏリング３８は、アノード集電体３１の外周を囲むよう枠状に形成されている。Ｏリング３９は、カソード集電体３４の外周を囲むよう枠状に形成されている。
【００２８】
上記したように、膜電極接合体１０及びアノード集電体３１が組合さることで、燃料の気化成分は、アノード集電体３１の燃料通過孔（図示せず）を通ってアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給される。このため、燃料電池本体５は、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給するように形成されている。
【００２９】
例えば、アノード集電体３１と、燃料供給部１３との間に、任意に図示しない気液分離膜を設けることにより、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給することができる。ここで、Ｏリング（シール材）３８は、膜電極接合体１０からの燃料の漏れを防止する機能を有している。
【００３０】
酸化剤としての空気は、カバープレート１９の通気孔１９ａを通り、カソード集電体３４の通気孔（図示せず）を通ってカソードガス拡散層２６及びカソード触媒層２５に供給される。ここで、Ｏリング（シール材）３９は、膜電極接合体１０からの酸化剤の漏れを防止する機能を有している。
【００３１】
なお、この実施の形態において、膜電極接合体１０は、電解質膜２７上に１個のアノード２１及び１個のカソード２４をそれぞれ対向して形成したＭＥＡ構造のものを示しているが、膜電極接合体１０の構造は、この例に限らず、他の構造であっても良い。例えば、膜電極接合体１０の構造は、同一の電解質膜２７上に複数個（例えば４個）のアノード２１及びアノードと同数（例えば４個）のカソード２４をそれぞれ対向して形成し、それらが電気的に直列に接続される構造であっても良い。
【００３２】
アノード支持板１２は、矩形板状に形成されている。アノード支持板１２は、アノード２１及び燃料供給部１３間に挟持されている。なお、アノード支持板１２は、必要に応じて設けられていれば良い。
【００３３】
アノード支持板１２は、膜電極接合体１０、より詳しくはアノード２１に燃料を通過させる複数の燃料通過孔（図示せず）を有している。燃料通過孔は、マトリクス状に設けられている。上述したアノード支持板１２には、燃料として液体燃料６２の気化成分が供給される。
【００３４】
ここで、液体燃料６２としては、液体のメタノール等のメタノール燃料、又はメタノール水溶液に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料が挙げられる。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が使用される。液体燃料６２の気化成分とは、液体燃料６２として液体のメタノールを使用した場合、気化したメタノールを意味し、液体燃料６２としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。
【００３５】
燃料供給部１３は、燃料分配機構１５と、燃料拡散部１６とを備えている。燃料分配機構１５は、アノード２１に対して電解質膜２７の反対側に配置されている。燃料拡散部１６は、アノード２１及び燃料分配機構１５間に配置されている。
【００３６】
燃料分配機構１５は、容器５０と、容器５０に形成された細管５７ａ、５７ｂ、５７ｃとを有している。容器５０は、底壁５１と、底壁５１の外縁に設けられた周壁５２とを有している。底壁５１及び周壁５２は一体に形成されている。底壁５１は、アノード２１と対向した燃料排出面５１Ｓを持っている。容器５０は、燃料排出面５１Ｓと対向した側が開口している。容器５０は、内面側に起電部６等を収容している。
【００３７】
細管５７ａは、容器５０の外面の一部を開口して設けられた燃料注入口５３及び燃料吐出口５５ａを連通するように容器５０に形成されている。ここでは、燃料注入口５３は周壁５２に設けられ、燃料吐出口５５ａは底壁５１に設けられている。
【００３８】
細管５７ｂは、容器５０の外面の一部を開口して設けられた燃料取入口５５ｂ及び燃料吐出口５６ａを連通するように容器５０に形成されている。ここでは、燃料取入口５５ｂ及び燃料吐出口５６ａは底壁５１に設けられている。
【００３９】
細管５７ｃは、燃料排出面５１Ｓの一部を開口して設けられた燃料排出口５４及び容器５０の外面の一部を開口して設けられた燃料取入口５６ｂを連通するように容器５０に形成されている。ここでは、燃料取入口５６ｂは底壁５１に設けられている。燃料排出口５４は、複数個所に設けられているが、数、位置、サイズ等は種々変形可能である。燃料排出口５４は、１個所にのみ設けられていてもよい。
【００４０】
液体燃料６２は、燃料注入口５３から注入される。燃料注入口５３に注入された液体燃料６２は、細管５７ａ、細管５７ｂ及び細管５７ｃ等を経由して燃料排出口５４に導かれる。燃料排出口５４からは、液体燃料６２又はその気化成分が排出される。この実施の形態においては、燃料排出口５４からは液体燃料６２が排出される。
【００４１】
燃料拡散部１６は、アノード２１及び燃料分配機構１５間に配置されている。燃料拡散部１６は、燃料分配機構１５から供給される液体燃料６２をより拡散してアノード２１に排出するものである。なお、燃料拡散部１６は必要に応じて設けられている。
【００４２】
燃料拡散部１６は、シート状に形成されている。燃料拡散部１６は、燃料排出面５１Ｓ上に配置されている。上記したように、燃料拡散部１６によって燃料が一層拡散された後、燃料拡散部１６からアノード２１に燃料（気化燃料）が供給される。
【００４３】
燃料排出口５４から排出される液体燃料６２は、面方向に拡散された後、アノード２１に供給される。このため、液体燃料６２の供給量を平均化することができ、液体燃料６２を方向や位置に拘わりなく、アノード２１に均等に拡散させることができる。このため、膜電極接合体１０における発電反応の均一性を高めることができる。
【００４４】
すなわち、アノード２１の面内における燃料の分布が平準化され、膜電極接合体１０での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。従って、燃料電池の大型化や複雑化等を招くことなく、膜電極接合体１０で効率的に発電反応を生起させることができる。これによって、燃料電池の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させないパッシブ型燃料電池の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。
【００４５】
保湿板１８は、膜電極接合体１０の外側に位置し、カソードガス拡散層２６に対向配置されている。この保湿板１８は、カソード触媒層２５で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制すると共に、カソードガス拡散層２６に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層２５への酸化剤（空気）の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿板１８は、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。この実施の形態において、保湿板１８は発泡ポリエチレンシートである。
【００４６】
カバープレート１９は、保湿板１８に対してカソード集電体３４の反対側に位置している。カバープレート１９は、外観が略箱状のものであり、放熱性を示すものである。カバープレート１９は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート１９は、酸化剤である空気を取入れるための複数の通気孔１９ａを有している。通気孔は、例えばマトリクス状に設けられている。
【００４７】
上述した燃料拡散部１６、アノード支持板１２、膜電極接合体１０、アノード集電体３１、カソード集電体３４及び保湿板１８は、それぞれの側面が周壁５２によって覆われている。カバープレート１９は、例えば周縁から外側に延出した複数の延出部を有しており、これら延出部が容器５０の外面にかしめ加工あるいはねじ止めされている。
【００４８】
一対の燃料電池本体５は、アノード２１同士が対向するように配置されている。なお、この実施の形態において、一対の燃料電池モジュール１が、アノード２１同士が対向するように配置されている。
上記のように燃料電池本体５が形成されている。
【００４９】
図２乃至５及び図８に示すように、ポンプ７は、容器５０の外面に取付けられている。この実施の形態において、ポンプ７は、圧電型のポンプである。ポンプ７は、底壁５１の燃料排出面５１Ｓとは反対側の面に取付けられている。ポンプ７は、ねじ７ａにてねじ止めされることにより底壁５１に固定されている。ポンプ７は、燃料吐出口５６ａ及び燃料取入口５６ｂにそれぞれ連結されている。
【００５０】
ポンプ７は、燃料吐出口５６ａから導入される液体燃料６２を燃料取入口５６ｂに送液するものである。ポンプ７は燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料取入口５６ｂに液体燃料６２を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプ７で必要時に液体燃料６２を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００５１】
ポンプ７の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料６２を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、上記圧電型のポンプを使用することが好ましが、その他、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することもできる。
【００５２】
ロータリーポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００５３】
ポンプ７は、必要時動作させて燃料供給部１３に液体燃料６２を供給する。このように、ポンプ７で燃料供給部１３に液体燃料６２を送液する場合においても、燃料供給部１３は有効に機能するため、膜電極接合体１０に対する燃料供給量を均一化することが可能となる。
【００５４】
図５、図８及び図９に示すように、バルブ８は、容器５０の外面に取付けられている。この実施の形態において、バルブ８は、遮断バルブである。バルブ８は、底壁５１の燃料排出面５１Ｓとは反対側の面に取付けられている。バルブ８は、バルブ８を底壁５１に押さえつける押さえ枠８ａをねじ８ｂにてねじ止めされることにより底壁５１に固定されている。バルブ８は、燃料吐出口５５ａ及び燃料取入口５５ｂにそれぞれ連結されている。
【００５５】
バルブ８は、細管５７ｂを介してポンプ７に連結されている。バルブ８は、燃料吐出口５５ａから導入される液体燃料６２を燃料取入口５５ｂに送液するかどうか開閉を切替えるものである。バルブ８は、ポンプ７に与える液体燃料６２の量を制御するものである。
【００５６】
バルブ８は、燃料電池の安定性や信頼性を高めるものである。バルブ８は、燃料電池の未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することも可能である。
【００５７】
図２乃至図５及び図８に示すように、制御部９は、容器５０の外面に取付けられている。この実施の形態において、制御部９は、電力変換回路である。制御部９は、底壁５１の燃料排出面５１Ｓとは反対側の面に取付けられている。制御部９は、底壁５１に固定されている。制御部９は、配線９ａによりポンプ７に電気的に接続されている。制御部９は、配線９ｂによりバルブ８に電気的に接続されている。制御部９は、ポンプ７の稼動、バルブ８の開閉を制御することにより、起電部６での発電量を調整するものである。
上記のように燃料電池モジュール１が形成されている。
【００５８】
図２及び図９に示すように、燃料供給源２は、燃料収容部としてのタンク６１と、タンク６１を収容した筐体としてのスリーブ６３とを備えている。タンク６１には液体燃料６２が収容されている。タンク６１及び燃料注入口５３は、筒状の管６４で接続されている。このため、燃料排出面５１Ｓには、タンク６１から、管６４、細管５７ａ、バルブ８、細管５７ｂ、ポンプ７、細管５７ｃを介して液体燃料６２が導入される。上記のように燃料供給源２が形成されている。
全てを図示しないが、スリーブ６３には２つの開口６３ｈが形成されている。開口６３ｈは、それぞれ燃料電池モジュール１の燃料注入口５３に対応した位置に形成されている。
【００５９】
図２、図３及び図９に示すように、放熱部材としての２枚の放熱板７０は、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出する。放熱板７０は、熱伝導性に優れている。この実施の形態において、２枚の放熱板７０は、一対の燃料電池モジュール１間に配置され、少なくとも一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出する。燃料電池モジュール１及び放熱板７０間は、それぞれ隙間を置いて対向配置されている。
【００６０】
各放熱板７０には開口７０ｈが形成されている。開口７０ｈは、バルブ８及び押さえ枠８ａを通し、バルブ８及び押さえ枠８ａ用のスペースを確保するためのものである。
【００６１】
ケース３は、仕切り板３ａ及び周壁３ｂを有している。仕切り板３ａ及び周壁３ｂは、一体に形成されている。仕切り板３ａは、一対の燃料電池モジュール１（一対の燃料電池本体５）間に位置している。周壁３ｂは、一対の燃料電池モジュール１（一対の燃料電池本体５）を囲むように仕切り板３ａの外縁に設けられている。
【００６２】
ケース３は、一対の燃料電池モジュール１（一対の燃料電池本体５）及び２枚の放熱板７０を収容する。ケース３は、燃料供給源２と隣合っている。ケース３は、樹脂で形成されている。
【００６３】
ケース３は、仕切り板３ａに形成された開口３ｈ１及び周壁３ｂに形成された２つの開口３ｈ２（全てを図示せず）を有している。ここでは、開口３ｈ１は開口７０ｈと対向している。開口３ｈ１は、バルブ８及び押さえ枠８ａを通し、バルブ８及び押さえ枠８ａ用のスペースを確保するためのものである。開口３ｈ２は、それぞれ開口６３ｈと対向している。開口３ｈ２は、それぞれ燃料電池モジュール１の燃料注入口５３に対応した位置に形成されている。
【００６４】
図２及び図３に示すように、セットカバー８０は、燃料電池モジュール１を覆い、ケース３の開口を塞ぐように形成されている。カバープレート１９と対向した領域において、セットカバー８０は、通気性に優れ、酸化剤である空気を取入れるように形成されている。
【００６５】
図３に示すように、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、ケース３（周壁３ｂ）の外面に対向配置されている。トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、図示しない留具を用い、ケース３に燃料供給源２等を固定するものである。
【００６６】
この実施の形態において、放熱板７０は、ケース３（周壁３ｂ）に形成された開口３ｈ３を通ってトップフレーム９１及びボトムフレーム９２に接触している。トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、他の放熱部材として機能している。トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、放熱板７０から伝わる熱を外部に放出する。すなわち、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から放熱板７０に伝わる副射熱は、放熱板７０からだけでなくトップフレーム９１及びボトムフレーム９２からも外部に放出することができる。
【００６７】
図９に示すように、各管６４は、スリーブ６３に形成された開口６３ｈ及びケース３の周壁３ｂに形成された開口３ｈ２に形成され、タンク６１と、各燃料電池モジュール１の燃料注入口５３とを連結している。
【００６８】
図１乃至図３に示しように、外装カバー４は、フロントカバー４ａ、リアカバー４ｂ、サイドカバー４ｃ、４ｄ、トップカバー４ｅ、及びボトムカバー４ｆを有している。
サイドカバー４ｃ、４ｄは、セットカバー８０の外面及び燃料供給源２の外面に対向している。なお、サイドカバー４ｃ、４ｄには、通気孔が形成されている。フロントカバー４ａは、周壁３ｂに対向し、サイドカバー４ｃ、４ｄに接触している。リアカバー４ｂは、燃料供給源２に対向し、サイドカバー４ｃ、４ｄに接触している。
【００６９】
トップカバー４ｅは、トップフレーム９１に対向配置され、フロントカバー４ａ、リアカバー４ｂ、及びサイドカバー４ｃ、４ｄに接触し、これらを束ねている。ボトムカバー４ｆは、ボトムフレーム９２に対向配置され、フロントカバー４ａ、リアカバー４ｂ、及びサイドカバー４ｃ、４ｄに接触し、これらを束ねている。
【００７０】
以上のように、一対の燃料電池モジュール１と、燃料供給源２と、ケース３と、２枚の放熱板７０と、２つのセットカバー８０と、トップフレーム９１と、ボトムフレーム９２と、管６４と、外装カバー４とを備えた燃料電池が形成されている。
【００７１】
次に、上記燃料電池による発電の仕組みについて説明する。なお、上記燃料電池においては、液体燃料６２が、燃料供給源２から一対の燃料電池モジュール１にそれぞれ供給され、一対の燃料電池モジュール１にて同時に発電が行われる。
【００７２】
まず、制御部９の制御のもと、バルブ８を開状態に切替え、ポンプ７を稼動させ、燃料供給源２から管６４、細管５７ａ、バルブ８、細管５７ｂ、ポンプ７、細管５７ｃを介して燃料排出面５１Ｓに液体燃料６２を導入させる。液体燃料６２は燃料排出面５１Ｓ及び燃料拡散部１６によって拡散される。
【００７３】
なお、図示しないが、燃料供給部１３は、例えば、アノード集電体３１及び燃料拡散部１６間に設けられる気液分離膜を有していてもよい。これにより、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給することができる。
【００７４】
膜電極接合体１０内において、燃料はアノードガス拡散層２３にて拡散してアノード触媒層２２に供給される。液体燃料６２としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２で式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２５で生成した水や電解質膜２７中の水をメタノールと反応させて式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …（１）
この反応で生成した電子（ｅ−）はアノード集電体３１に接続された端子（図示せず）から外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード集電体３４に接続された端子（図示せず）からカソード２４に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２７を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には酸化剤として空気が供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２５で空気中の酸素と式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２ → ３Ｈ２Ｏ …（２）
上記したように、燃料電池による発電が行われる。
【００７５】
次に、一対の燃料電池モジュール１間（アノード２１間）に生じる熱を外部に放出することにより、アノード２１及びカソード２４間の温度分布に伴う出力の低下を抑制することができる燃料電池の例として実施例１乃至実施例５の燃料電池について説明する。上記実施例１乃至５の燃料電池の出力を評価するため、比較例１及び比較例２の燃料電池についても併せて説明する。
【００７６】
（比較例１）
まず、比較例１の燃料電池について説明する。燃料電池は、仕切り板３ａ及び放熱板７０を備えていない。一対の燃料電池モジュール１は互いに接触している。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００７７】
上記のように構成された比較例１の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較的高い温度であった。これは、一対の燃料電池モジュール１間に生じる熱を外部に放出することができず、一対の燃料電池モジュール１間に熱がこもってしまうためである。
【００７８】
また、比較例１の燃料電池の出力を測定したところ、十分な出力を得ることができなかった。これは、カソード側に比べてアノード側の温度が高く、アノード及びカソード間の温度にばらつきが生じたためである。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができなかった。
【００７９】
（実施例１）
次に、実施例１の燃料電池について説明する。
図１乃至図９に示すように、放熱板７０は、銅合金板で形成されている。銅合金板で形成した放熱板７０の熱伝導率は、４０３Ｗ／ｍ・ｋである。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００８０】
上記のように構成された実施例１の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１に比べ低い値であった。これは、放熱板７０が、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出できるためである。特に、他の放熱部材としてのトップフレーム９１及びボトムフレーム９２の分、放熱面積が増加し、放熱効果が向上するためである。
【００８１】
また、実施例１の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００８２】
（実施例２）
次に、実施例２の燃料電池について説明する。
放熱板７０は、ステンレス鋼板で形成されている。ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成した放熱板７０の熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・ｋである。その他の構成は、上述した実施例１の燃料電池と同様に形成されている。
【００８３】
上記のように構成された実施例２の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１に比べ低い値であった。これは、実施例１に比べ、放熱板７０の熱伝導率が低く、温度低下が小さいが、放熱板７０、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２による放熱の効果を得ることができたためである。
【００８４】
また、実施例２の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
【００８５】
さらに、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成した放熱板７０は剛性に優れているため、燃料電池の剛性も十分に確保することができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００８６】
（実施例３）
次に、実施例３の燃料電池について説明する。
放熱板７０は、アルミニウム合金板で形成されている。アルミニウム合金で形成した放熱板７０の熱伝導率は、２３６Ｗ／ｍ・ｋである。その他の構成は、上述した実施例１の燃料電池と同様に形成されている。
【００８７】
上記のように構成された実施例３の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１に比べ低い値であった。これは、実施例１と同等の放熱板７０による熱伝導の効果を得ることができたためである。
【００８８】
また、実施例３の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高く、実施例１と同等の出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
【００８９】
さらに、アルミニウム合金で形成した放熱板７０は、銅合金で形成した放熱板（実施例１）より強度が高いため、実施例１に比べ、燃料電池の剛性も十分に確保することができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００９０】
（実施例４）
次に、実施例４の燃料電池について説明する。
燃料電池は、放熱部材としての放熱板７０を備えていない。燃料電池は、放熱部材としての図示しない２つのヒートパイプを備えている。ヒートパイプは筒状に形成されている。各ヒートパイプは、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）の外面に取付けられている。各ヒートパイプは、ケース３（周壁３ｂ）に形成された開口３ｈ３を通ってトップフレーム９１及びボトムフレーム９２に接触している。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００９１】
上記のように構成された実施例４の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１より低い値であった。これは、ヒートパイプ方式にて、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる熱を外部に放出できるためである。
【００９２】
また、実施例４の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
ヒートパイプを板状に形成することは困難であるため、燃料電池の大型化を招くものの、上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００９３】
（実施例５）
次に、実施例５の燃料電池について説明する。
図１０及び図１１に示すように、燃料電池は、熱伝導テープ１００をさらに備えている。熱伝導テープ１００は、熱伝導性を示す材料として、例えばアルミ二ウムで形成されている。熱伝導テープ１００は、容器５０の外面に貼り付けられているとともにカバープレート１９に貼り付けられている。ここでは、熱伝導テープ１００は、ポンプ７の外面を覆い、容器５０及び制御部９間を通っている。
【００９４】
熱伝導テープ１００は、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）からカバープレート１９に熱を伝える。なお、上述したように、カバープレート１９は、放熱性を示すステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されている。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００９５】
上記のように構成された実施例５の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１より低い値であった。これは、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側に生じる熱が、（１）放熱板７０に副射され、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２が放熱板７０から伝わる熱を外部に放出し、（２）熱伝導テープ１００を介してカバープレート１９（カソード２４側）に伝えられるためである。
【００９６】
また、実施例５の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００９７】
（比較例２）
次に、比較例２の燃料電池について説明する。燃料電池は、放熱板７０の換わりに図示しないファンを備えている。ファンにより、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）は、空冷式にて冷却される。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００９８】
上記のように構成された比較例１の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１より低い値であった。しかしながら、ファンを駆動する分、電力に損失が発生し、十分な出力を得ることができなかった。
ファンを設ける構成であるため、燃料電池の大型化を招いてしまい、また、上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができなかった。
【００９９】
以上のように構成された燃料電池によれば、燃料電池は、アノード２１同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体５と、放熱部材と、を備えている。各燃料電池本体５は、起電部６と、燃料分配機構１５とを具備している。
【０１００】
起電部６は、アノード２１、カソード２４及び電解質膜２７を含んだ膜電極接合体１０を有する。燃料分配機構１５は、燃料の細管５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、アノード２１と対向した側の表面に位置した燃料排出面５１Ｓ、及び燃料排出面５１Ｓの一部を開口して設けられているとともに細管５７ｃに繋げられ燃料を排出する燃料排出口５４を有する。
【０１０１】
放熱部材は、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出する。放熱部材は、実施例１乃至実施例６及び実施例８では放熱板７０であり、実施例７ではヒートパイプである。
【０１０２】
放熱部材（放熱板７０、ヒートパイプ）により、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出でき、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制できる。このため、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出することができる。
【０１０３】
他の放熱部材としてのトップフレーム９１及びボトムフレーム９２により、放熱板７０から伝わる熱を外部に放出することができる。放熱板７０をトップフレーム９１及びボトムフレーム９２に接触させない場合に比べ、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを一層抑制できる。このため、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に一層放出することができる。
このため、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出することができる。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
【０１０４】
実施例５において、熱伝導テープ１００により、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）からカバープレート１９に熱を伝えることができる。熱伝導テープ１００を設けない場合に比べ、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを一層抑制できる。
上記したことから、出力特性に優れた燃料電池を得ることができる。
【０１０５】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【０１０６】
例えば、燃料電池は、アノード２１同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体５を備えていればよい。このため、ポンプ７、バルブ８、及び制御部９は、燃料電池本体５間に位置していなくともよい。
【０１０７】
アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）と、放熱板７０とが接触し、燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）から放熱板７０に熱が直に伝導される構成であってもよい。また、放熱板７０には、熱伝導テープ１００が接触するように構成されていてもよい。
【０１０８】
放熱部材（放熱板７０、ヒートパイプ）は、少なくとも、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２の何れかに接続されていても良い。
他の放熱部材は、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２に限定されるものではなく、ケース３の外面に対向配置された放熱体であればよい。
【０１０９】
放熱部材としては、放熱板７０、ヒートパイプに限定されるものではなく、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出するように形成されていればよい。
【０１１０】
この発明は、直接メタノール型の燃料電池に限定されるものではなく、他の燃料電池に適用可能である。そして、液体燃料６２も、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料６２は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。
【０１１１】
また、膜電極接合体１０へ供給される液体燃料においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１…燃料電池モジュール、２…燃料供給源、３…ケース、３ａ…仕切り板、３ｂ…周壁、４…外装カバー、５…燃料電池本体、６…起電部、７…ポンプ、８…バルブ、９…制御部、１０…膜電極接合体、１３…燃料供給部、１５…燃料分配機構、１９…カバープレート、２０…発電素子、２１…アノード、２４…カソード、２７…電解質膜、５０…容器、
５１…底壁、５１Ｓ…燃料排出面、５２…周壁、５３…燃料注入口、５４…燃料排出口、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ…細管、６１…タンク、６２…液体燃料、７０…放熱板、９１…トップフレーム、９２…ボトムフレーム、１００…熱伝導テープ。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯用電子機器の電源に、燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は、携帯用電子機器を、充電なしで長時間使用可能とするものである。燃料電池は、燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料のみを補充・交換すれば連続して発電できるという利点を有している。このため、小型化ができれば携帯電子機器の長時間の作動に極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
特に、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、小型化が可能であり、また燃料の取り扱いも水素ガス燃料に比べて容易なことから小型機器用電源として有望である。
【０００４】
ＤＭＦＣの燃料の供給方法としては、液体燃料を気化してからブロア等で燃料電池内に送り込む気体供給型ＤＭＦＣと、液体燃料をそのままポンプ等で燃料電池内に送り込む液体供給型ＤＭＦＣ、液体燃料をセル内で気化させる内部気化型ＤＭＦＣ等が知られている。
【０００５】
また、所望の高出力を得るため、一対の起電部（発電体）を備えた燃料電池が知られている。各起電部は、アノード、カソード、並びにアノード及びカソード間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体を有している。一対の起電部は、アノード同士を対向させて配置されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−８６２０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記燃料電池において、起電部での発電反応に伴い、起電部にて熱を発生する。上記一対の起電部は、アノード同士が対向しているため、アノード側に熱がこもる傾向にある。アノード側と、カソード側とで温度にばらつきが生じた場合、発電効率は低下する。
【０００８】
このため、アノード同士が対向した一対の起電部を備えた燃料電池においても、アノード及びカソード間の温度分布に伴う出力の低下等、電池特性の劣化を抑制できる燃料電池が求められている。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、出力特性に優れた燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するため、本発明の態様に係る燃料電池は、
それぞれ、アノード、カソード、並びに前記アノード及びカソード間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体を有する起電部と、前記アノードと対向した側の表面に位置した燃料排出面、及び前記燃料排出面の一部を開口して設けられ燃料を排出する燃料排出口を有する燃料分配機構と、を具備し、前記アノード同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体と、
前記一対の燃料電池本体間に配置され、少なくとも前記一対の燃料電池本体のアノード側から伝わる副射熱を外部に放出する放熱部材と、を備えていることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、出力特性に優れた燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃料電池を示す斜視図であり、特に、実施例１の燃料電池を示す図である。
【図２】図１の線Ａ−Ａに沿った燃料電池を示す断面図である。
【図３】図１の線Ｂ−Ｂに沿った燃料電池を示す断面図である。
【図４】上記燃料電池の燃料電池モジュールを示す断面図である。
【図５】上記燃料電池モジュールを示す他の断面図である。
【図６】上記燃料電池モジュールの膜電極接合体の一部の断面を概略的に示す斜視図である。
【図７】上記膜電極接合体を示す平面図である。
【図８】上記燃料電池モジュールを示す斜視図であり、容器の外面に取付けられたポンプ、バルブ及び制御部を示す図である。
【図９】上記燃料電池の一部を示す拡大断面図である。
【図１０】上記実施の形態に係る実施例５の燃料電池の一部を示す断面図である。
【図１１】図１０に示した燃料電池の燃料電池モジュールを示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照しながらこの発明の実施の形態に係る燃料電池について詳細に説明する。この実施の形態において、直接メタノール型の燃料電池について説明する。
図１、図２及び図３に示すように、燃料電池は、一対の燃料電池モジュール１と、燃料を収容するとともに燃料を燃料電池モジュール１に与える燃料供給源２と、ケース３と、放熱部材としての２枚の放熱板７０と、２つのセットカバー８０と、トップフレーム９１と、ボトムフレーム９２と、外装カバー４とを備えている。
【００１３】
図２、図３、図４及び図５に示すように、各燃料電池モジュール１は、燃料電池本体５と、ポンプ７と、バルブ８と、制御部９とを備えている。ここで、各燃料電池モジュール１の構成は同一であり、以下、１個の燃料電池モジュール１について説明する。
【００１４】
燃料電池本体５は、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）１０を有する起電部６と、集電体１１と、アノード支持板１２と、燃料供給部１３と、保湿板１８と、カバープレート１９とを備えている。
【００１５】
図４、図５、図６及び図７に示すように、膜電極接合体１０は、燃料極としてのアノード２１と、アノード２１に所定の隙間を置いて対向配置された空気極としてのカソード２４と、アノード２１及びカソード２４間に挟持された電解質膜２７とを有している。後述するが、燃料供給源２は、燃料６２を収容するとともに筒状の管６４（図９参照）により燃料供給部１３の燃料分配機構１５に燃料を供給する燃料収容部としてのタンク６１と、タンク６１（燃料収容部）を収容した筐体としてのスリーブ６３と、を備えている。
【００１６】
この実施の形態の燃料電池では、燃料分配機構１５から膜電極接合体１０に供給された燃料６２は発電反応に消費されてしまい、その後に循環して燃料分配機構１５あるいはタンク６１に戻されることはない。このタイプの燃料電池は燃料を循環させないことから、従来のアクティブ方式とは異なる方式であり、装置の小型化等を損なうものではない。また、液体燃料の供給にポンプ７を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なるため、この方式の燃料電池はいわばセミパッシブ型と呼ぶことができる。
【００１７】
この実施の形態において、膜電極接合体１０は矩形状の発電領域Ｒ１を有している。発電領域Ｒ１は、発電に有効な有効領域Ｒ２と、有効領域Ｒ２を囲んだ非有効領域Ｒ３とを有している。有効領域Ｒ２は、矩形状であり、長軸を有している。また、膜電極接合体１０は１つの発電素子２０を有している。発電素子２０は、矩形状であり、長軸を有し、有効領域Ｒ２に重なっている。
【００１８】
アノード２１は、アノード触媒層２２と、アノード触媒層２２に積層されたアノードガス拡散層２３とを有している。カソード２４は、カソード触媒層２５と、カソード触媒層２５に積層されたカソードガス拡散層２６とを有している。
【００１９】
アノード触媒層２２は、アノードガス拡散層２３を介して供給される燃料を酸化させ燃料から電子とプロトンとを取り出すものである。カソード触媒層２５は、酸素を還元して、電子とアノード触媒層２２において発生したプロトンとを反応させて水を生成するものである。
【００２０】
アノード触媒層２２やカソード触媒層２５に含有される触媒としては、例えばＰｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層２２には、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層２５には、ＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００２１】
電解質膜２７はプロトン導電膜である。電解質膜２７は、アノード触媒層２２において発生したプロトンをカソード触媒層２５に輸送するためのものである。電解質膜２７は、電子伝導性を持たず、プロトンを輸送することが可能なプロトン伝導性の材料で形成されている。
【００２２】
電解質膜２７を形成する材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の材料はこれらに限られるものではない。
【００２３】
アノードガス拡散層２３は、アノード触媒層２２に燃料を均一に供給する役割を果たし、アノード触媒層２２の集電機能を有している。カソードガス拡散層２６は、カソード触媒層２５に酸化剤を均一に供給する役割を果たし、カソード触媒層２５の集電機能を有している。アノードガス拡散層２３及びカソードガス拡散層２６は多孔質基材で構成されている。
【００２４】
図４及び図５に示すように、集電体１１は、アノード集電体３１及びカソード集電体３４を有している。アノード集電体３１及びカソード集電体３４は、例えば、金、ニッケル等の金属材料からなる多孔質層（例えばメッシュ）又は箔体、薄膜あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等をそれぞれ使用することができる。
【００２５】
燃料電池本体５内の膜電極接合体１０は、絶縁性のＯリング（シール材）３８、３９によって液密にシールされている。これらのＯリング３８、３９によって燃料電池本体５の内部に種々のスペースや間隙が形成されている。
【００２６】
アノード集電体３１は、発電素子２０に対応し長軸を有する矩形状に形成され、複数の燃料通過孔を有している。カソード集電体３４は、発電素子２０に対応し長軸を有する矩形状に形成され、複数の通気孔を有している。これらアノード集電体３１およびカソード集電体３４により、膜電極接合体１０を構成する発電素子２０が接続される。
【００２７】
Ｏリング３８、３９は、絶縁材料として、例えばゴムで形成されている。Ｏリング３８は、アノード集電体３１の外周を囲むよう枠状に形成されている。Ｏリング３９は、カソード集電体３４の外周を囲むよう枠状に形成されている。
【００２８】
上記したように、膜電極接合体１０及びアノード集電体３１が組合さることで、燃料の気化成分は、アノード集電体３１の燃料通過孔（図示せず）を通ってアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給される。このため、燃料電池本体５は、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給するように形成されている。
【００２９】
例えば、アノード集電体３１と、燃料供給部１３との間に、任意に図示しない気液分離膜を設けることにより、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給することができる。ここで、Ｏリング（シール材）３８は、膜電極接合体１０からの燃料の漏れを防止する機能を有している。
【００３０】
酸化剤としての空気は、カバープレート１９の通気孔１９ａを通り、カソード集電体３４の通気孔（図示せず）を通ってカソードガス拡散層２６及びカソード触媒層２５に供給される。ここで、Ｏリング（シール材）３９は、膜電極接合体１０からの酸化剤の漏れを防止する機能を有している。
【００３１】
なお、この実施の形態において、膜電極接合体１０は、電解質膜２７上に１個のアノード２１及び１個のカソード２４をそれぞれ対向して形成したＭＥＡ構造のものを示しているが、膜電極接合体１０の構造は、この例に限らず、他の構造であっても良い。例えば、膜電極接合体１０の構造は、同一の電解質膜２７上に複数個（例えば４個）のアノード２１及びアノードと同数（例えば４個）のカソード２４をそれぞれ対向して形成し、それらが電気的に直列に接続される構造であっても良い。
【００３２】
アノード支持板１２は、矩形板状に形成されている。アノード支持板１２は、アノード２１及び燃料供給部１３間に挟持されている。なお、アノード支持板１２は、必要に応じて設けられていれば良い。
【００３３】
アノード支持板１２は、膜電極接合体１０、より詳しくはアノード２１に燃料を通過させる複数の燃料通過孔（図示せず）を有している。燃料通過孔は、マトリクス状に設けられている。上述したアノード支持板１２には、燃料として液体燃料６２の気化成分が供給される。
【００３４】
ここで、液体燃料６２としては、液体のメタノール等のメタノール燃料、又はメタノール水溶液に限られるものではなく、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、もしくはその他の液体燃料が挙げられる。いずれにしても、燃料電池に応じた液体燃料が使用される。液体燃料６２の気化成分とは、液体燃料６２として液体のメタノールを使用した場合、気化したメタノールを意味し、液体燃料６２としてメタノール水溶液を使用した場合にはメタノールの気化成分と水の気化成分からなる混合ガスを意味する。
【００３５】
燃料供給部１３は、燃料分配機構１５と、燃料拡散部１６とを備えている。燃料分配機構１５は、アノード２１に対して電解質膜２７の反対側に配置されている。燃料拡散部１６は、アノード２１及び燃料分配機構１５間に配置されている。
【００３６】
燃料分配機構１５は、容器５０と、容器５０に形成された細管５７ａ、５７ｂ、５７ｃとを有している。容器５０は、底壁５１と、底壁５１の外縁に設けられた周壁５２とを有している。底壁５１及び周壁５２は一体に形成されている。底壁５１は、アノード２１と対向した燃料排出面５１Ｓを持っている。容器５０は、燃料排出面５１Ｓと対向した側が開口している。容器５０は、内面側に起電部６等を収容している。
【００３７】
細管５７ａは、容器５０の外面の一部を開口して設けられた燃料注入口５３及び燃料吐出口５５ａを連通するように容器５０に形成されている。ここでは、燃料注入口５３は周壁５２に設けられ、燃料吐出口５５ａは底壁５１に設けられている。
【００３８】
細管５７ｂは、容器５０の外面の一部を開口して設けられた燃料取入口５５ｂ及び燃料吐出口５６ａを連通するように容器５０に形成されている。ここでは、燃料取入口５５ｂ及び燃料吐出口５６ａは底壁５１に設けられている。
【００３９】
細管５７ｃは、燃料排出面５１Ｓの一部を開口して設けられた燃料排出口５４及び容器５０の外面の一部を開口して設けられた燃料取入口５６ｂを連通するように容器５０に形成されている。ここでは、燃料取入口５６ｂは底壁５１に設けられている。燃料排出口５４は、複数個所に設けられているが、数、位置、サイズ等は種々変形可能である。燃料排出口５４は、１個所にのみ設けられていてもよい。
【００４０】
液体燃料６２は、燃料注入口５３から注入される。燃料注入口５３に注入された液体燃料６２は、細管５７ａ、細管５７ｂ及び細管５７ｃ等を経由して燃料排出口５４に導かれる。燃料排出口５４からは、液体燃料６２又はその気化成分が排出される。この実施の形態においては、燃料排出口５４からは液体燃料６２が排出される。
【００４１】
燃料拡散部１６は、アノード２１及び燃料分配機構１５間に配置されている。燃料拡散部１６は、燃料分配機構１５から供給される液体燃料６２をより拡散してアノード２１に排出するものである。なお、燃料拡散部１６は必要に応じて設けられている。
【００４２】
燃料拡散部１６は、シート状に形成されている。燃料拡散部１６は、燃料排出面５１Ｓ上に配置されている。上記したように、燃料拡散部１６によって燃料が一層拡散された後、燃料拡散部１６からアノード２１に燃料（気化燃料）が供給される。
【００４３】
燃料排出口５４から排出される液体燃料６２は、面方向に拡散された後、アノード２１に供給される。このため、液体燃料６２の供給量を平均化することができ、液体燃料６２を方向や位置に拘わりなく、アノード２１に均等に拡散させることができる。このため、膜電極接合体１０における発電反応の均一性を高めることができる。
【００４４】
すなわち、アノード２１の面内における燃料の分布が平準化され、膜電極接合体１０での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。従って、燃料電池の大型化や複雑化等を招くことなく、膜電極接合体１０で効率的に発電反応を生起させることができる。これによって、燃料電池の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させないパッシブ型燃料電池の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。
【００４５】
保湿板１８は、膜電極接合体１０の外側に位置し、カソードガス拡散層２６に対向配置されている。この保湿板１８は、カソード触媒層２５で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制すると共に、カソードガス拡散層２６に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層２５への酸化剤（空気）の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿板１８は、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。この実施の形態において、保湿板１８は発泡ポリエチレンシートである。
【００４６】
カバープレート１９は、保湿板１８に対してカソード集電体３４の反対側に位置している。カバープレート１９は、外観が略箱状のものであり、放熱性を示すものである。カバープレート１９は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。また、カバープレート１９は、酸化剤である空気を取入れるための複数の通気孔１９ａを有している。通気孔は、例えばマトリクス状に設けられている。
【００４７】
上述した燃料拡散部１６、アノード支持板１２、膜電極接合体１０、アノード集電体３１、カソード集電体３４及び保湿板１８は、それぞれの側面が周壁５２によって覆われている。カバープレート１９は、例えば周縁から外側に延出した複数の延出部を有しており、これら延出部が容器５０の外面にかしめ加工あるいはねじ止めされている。
【００４８】
一対の燃料電池本体５は、アノード２１同士が対向するように配置されている。なお、この実施の形態において、一対の燃料電池モジュール１が、アノード２１同士が対向するように配置されている。
上記のように燃料電池本体５が形成されている。
【００４９】
図２乃至５及び図８に示すように、ポンプ７は、容器５０の外面に取付けられている。この実施の形態において、ポンプ７は、圧電型のポンプである。ポンプ７は、底壁５１の燃料排出面５１Ｓとは反対側の面に取付けられている。ポンプ７は、ねじ７ａにてねじ止めされることにより底壁５１に固定されている。ポンプ７は、燃料吐出口５６ａ及び燃料取入口５６ｂにそれぞれ連結されている。
【００５０】
ポンプ７は、燃料吐出口５６ａから導入される液体燃料６２を燃料取入口５６ｂに送液するものである。ポンプ７は燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料取入口５６ｂに液体燃料６２を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプ７で必要時に液体燃料６２を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００５１】
ポンプ７の種類は特に限定されるものではないが、少量の液体燃料６２を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、上記圧電型のポンプを使用することが好ましが、その他、ロータリーポンプ（ロータリーベーンポンプ）、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することもできる。
【００５２】
ロータリーポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００５３】
ポンプ７は、必要時動作させて燃料供給部１３に液体燃料６２を供給する。このように、ポンプ７で燃料供給部１３に液体燃料６２を送液する場合においても、燃料供給部１３は有効に機能するため、膜電極接合体１０に対する燃料供給量を均一化することが可能となる。
【００５４】
図５、図８及び図９に示すように、バルブ８は、容器５０の外面に取付けられている。この実施の形態において、バルブ８は、遮断バルブである。バルブ８は、底壁５１の燃料排出面５１Ｓとは反対側の面に取付けられている。バルブ８は、バルブ８を底壁５１に押さえつける押さえ枠８ａをねじ８ｂにてねじ止めされることにより底壁５１に固定されている。バルブ８は、燃料吐出口５５ａ及び燃料取入口５５ｂにそれぞれ連結されている。
【００５５】
バルブ８は、細管５７ｂを介してポンプ７に連結されている。バルブ８は、燃料吐出口５５ａから導入される液体燃料６２を燃料取入口５５ｂに送液するかどうか開閉を切替えるものである。バルブ８は、ポンプ７に与える液体燃料６２の量を制御するものである。
【００５６】
バルブ８は、燃料電池の安定性や信頼性を高めるものである。バルブ８は、燃料電池の未使用時にも不可避的に発生する微量な燃料の消費や上述したポンプ再運転時の吸い込み不良等を回避することも可能である。
【００５７】
図２乃至図５及び図８に示すように、制御部９は、容器５０の外面に取付けられている。この実施の形態において、制御部９は、電力変換回路である。制御部９は、底壁５１の燃料排出面５１Ｓとは反対側の面に取付けられている。制御部９は、底壁５１に固定されている。制御部９は、配線９ａによりポンプ７に電気的に接続されている。制御部９は、配線９ｂによりバルブ８に電気的に接続されている。制御部９は、ポンプ７の稼動、バルブ８の開閉を制御することにより、起電部６での発電量を調整するものである。
上記のように燃料電池モジュール１が形成されている。
【００５８】
図２及び図９に示すように、燃料供給源２は、燃料収容部としてのタンク６１と、タンク６１を収容した筐体としてのスリーブ６３とを備えている。タンク６１には液体燃料６２が収容されている。タンク６１及び燃料注入口５３は、筒状の管６４で接続されている。このため、燃料排出面５１Ｓには、タンク６１から、管６４、細管５７ａ、バルブ８、細管５７ｂ、ポンプ７、細管５７ｃを介して液体燃料６２が導入される。上記のように燃料供給源２が形成されている。
全てを図示しないが、スリーブ６３には２つの開口６３ｈが形成されている。開口６３ｈは、それぞれ燃料電池モジュール１の燃料注入口５３に対応した位置に形成されている。
【００５９】
図２、図３及び図９に示すように、放熱部材としての２枚の放熱板７０は、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出する。放熱板７０は、熱伝導性に優れている。この実施の形態において、２枚の放熱板７０は、一対の燃料電池モジュール１間に配置され、少なくとも一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出する。燃料電池モジュール１及び放熱板７０間は、それぞれ隙間を置いて対向配置されている。
【００６０】
各放熱板７０には開口７０ｈが形成されている。開口７０ｈは、バルブ８及び押さえ枠８ａを通し、バルブ８及び押さえ枠８ａ用のスペースを確保するためのものである。
【００６１】
ケース３は、仕切り板３ａ及び周壁３ｂを有している。仕切り板３ａ及び周壁３ｂは、一体に形成されている。仕切り板３ａは、一対の燃料電池モジュール１（一対の燃料電池本体５）間に位置している。周壁３ｂは、一対の燃料電池モジュール１（一対の燃料電池本体５）を囲むように仕切り板３ａの外縁に設けられている。
【００６２】
ケース３は、一対の燃料電池モジュール１（一対の燃料電池本体５）及び２枚の放熱板７０を収容する。ケース３は、燃料供給源２と隣合っている。ケース３は、樹脂で形成されている。
【００６３】
ケース３は、仕切り板３ａに形成された開口３ｈ１及び周壁３ｂに形成された２つの開口３ｈ２（全てを図示せず）を有している。ここでは、開口３ｈ１は開口７０ｈと対向している。開口３ｈ１は、バルブ８及び押さえ枠８ａを通し、バルブ８及び押さえ枠８ａ用のスペースを確保するためのものである。開口３ｈ２は、それぞれ開口６３ｈと対向している。開口３ｈ２は、それぞれ燃料電池モジュール１の燃料注入口５３に対応した位置に形成されている。
【００６４】
図２及び図３に示すように、セットカバー８０は、燃料電池モジュール１を覆い、ケース３の開口を塞ぐように形成されている。カバープレート１９と対向した領域において、セットカバー８０は、通気性に優れ、酸化剤である空気を取入れるように形成されている。
【００６５】
図３に示すように、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、ケース３（周壁３ｂ）の外面に対向配置されている。トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、図示しない留具を用い、ケース３に燃料供給源２等を固定するものである。
【００６６】
この実施の形態において、放熱板７０は、ケース３（周壁３ｂ）に形成された開口３ｈ３を通ってトップフレーム９１及びボトムフレーム９２に接触している。トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、他の放熱部材として機能している。トップフレーム９１及びボトムフレーム９２は、放熱板７０から伝わる熱を外部に放出する。すなわち、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から放熱板７０に伝わる副射熱は、放熱板７０からだけでなくトップフレーム９１及びボトムフレーム９２からも外部に放出することができる。
【００６７】
図９に示すように、各管６４は、スリーブ６３に形成された開口６３ｈ及びケース３の周壁３ｂに形成された開口３ｈ２に形成され、タンク６１と、各燃料電池モジュール１の燃料注入口５３とを連結している。
【００６８】
図１乃至図３に示しように、外装カバー４は、フロントカバー４ａ、リアカバー４ｂ、サイドカバー４ｃ、４ｄ、トップカバー４ｅ、及びボトムカバー４ｆを有している。
サイドカバー４ｃ、４ｄは、セットカバー８０の外面及び燃料供給源２の外面に対向している。なお、サイドカバー４ｃ、４ｄには、通気孔が形成されている。フロントカバー４ａは、周壁３ｂに対向し、サイドカバー４ｃ、４ｄに接触している。リアカバー４ｂは、燃料供給源２に対向し、サイドカバー４ｃ、４ｄに接触している。
【００６９】
トップカバー４ｅは、トップフレーム９１に対向配置され、フロントカバー４ａ、リアカバー４ｂ、及びサイドカバー４ｃ、４ｄに接触し、これらを束ねている。ボトムカバー４ｆは、ボトムフレーム９２に対向配置され、フロントカバー４ａ、リアカバー４ｂ、及びサイドカバー４ｃ、４ｄに接触し、これらを束ねている。
【００７０】
以上のように、一対の燃料電池モジュール１と、燃料供給源２と、ケース３と、２枚の放熱板７０と、２つのセットカバー８０と、トップフレーム９１と、ボトムフレーム９２と、管６４と、外装カバー４とを備えた燃料電池が形成されている。
【００７１】
次に、上記燃料電池による発電の仕組みについて説明する。なお、上記燃料電池においては、液体燃料６２が、燃料供給源２から一対の燃料電池モジュール１にそれぞれ供給され、一対の燃料電池モジュール１にて同時に発電が行われる。
【００７２】
まず、制御部９の制御のもと、バルブ８を開状態に切替え、ポンプ７を稼動させ、燃料供給源２から管６４、細管５７ａ、バルブ８、細管５７ｂ、ポンプ７、細管５７ｃを介して燃料排出面５１Ｓに液体燃料６２を導入させる。液体燃料６２は燃料排出面５１Ｓ及び燃料拡散部１６によって拡散される。
【００７３】
なお、図示しないが、燃料供給部１３は、例えば、アノード集電体３１及び燃料拡散部１６間に設けられる気液分離膜を有していてもよい。これにより、燃料の気化成分をアノードガス拡散層２３及びアノード触媒層２２に供給することができる。
【００７４】
膜電極接合体１０内において、燃料はアノードガス拡散層２３にて拡散してアノード触媒層２２に供給される。液体燃料６２としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２で式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２５で生成した水や電解質膜２７中の水をメタノールと反応させて式（１）の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ− …（１）
この反応で生成した電子（ｅ−）はアノード集電体３１に接続された端子（図示せず）から外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード集電体３４に接続された端子（図示せず）からカソード２４に導かれる。また、式（１）の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２７を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には酸化剤として空気が供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２５で空気中の酸素と式（２）にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２ → ３Ｈ２Ｏ …（２）
上記したように、燃料電池による発電が行われる。
【００７５】
次に、一対の燃料電池モジュール１間（アノード２１間）に生じる熱を外部に放出することにより、アノード２１及びカソード２４間の温度分布に伴う出力の低下を抑制することができる燃料電池の例として実施例１乃至実施例５の燃料電池について説明する。上記実施例１乃至５の燃料電池の出力を評価するため、比較例１及び比較例２の燃料電池についても併せて説明する。
【００７６】
（比較例１）
まず、比較例１の燃料電池について説明する。燃料電池は、仕切り板３ａ及び放熱板７０を備えていない。一対の燃料電池モジュール１は互いに接触している。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００７７】
上記のように構成された比較例１の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較的高い温度であった。これは、一対の燃料電池モジュール１間に生じる熱を外部に放出することができず、一対の燃料電池モジュール１間に熱がこもってしまうためである。
【００７８】
また、比較例１の燃料電池の出力を測定したところ、十分な出力を得ることができなかった。これは、カソード側に比べてアノード側の温度が高く、アノード及びカソード間の温度にばらつきが生じたためである。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができなかった。
【００７９】
（実施例１）
次に、実施例１の燃料電池について説明する。
図１乃至図９に示すように、放熱板７０は、銅合金板で形成されている。銅合金板で形成した放熱板７０の熱伝導率は、４０３Ｗ／ｍ・ｋである。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００８０】
上記のように構成された実施例１の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１に比べ低い値であった。これは、放熱板７０が、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出できるためである。特に、他の放熱部材としてのトップフレーム９１及びボトムフレーム９２の分、放熱面積が増加し、放熱効果が向上するためである。
【００８１】
また、実施例１の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００８２】
（実施例２）
次に、実施例２の燃料電池について説明する。
放熱板７０は、ステンレス鋼板で形成されている。ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成した放熱板７０の熱伝導率は、１５Ｗ／ｍ・ｋである。その他の構成は、上述した実施例１の燃料電池と同様に形成されている。
【００８３】
上記のように構成された実施例２の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１に比べ低い値であった。これは、実施例１に比べ、放熱板７０の熱伝導率が低く、温度低下が小さいが、放熱板７０、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２による放熱の効果を得ることができたためである。
【００８４】
また、実施例２の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
【００８５】
さらに、ステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成した放熱板７０は剛性に優れているため、燃料電池の剛性も十分に確保することができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００８６】
（実施例３）
次に、実施例３の燃料電池について説明する。
放熱板７０は、アルミニウム合金板で形成されている。アルミニウム合金で形成した放熱板７０の熱伝導率は、２３６Ｗ／ｍ・ｋである。その他の構成は、上述した実施例１の燃料電池と同様に形成されている。
【００８７】
上記のように構成された実施例３の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１に比べ低い値であった。これは、実施例１と同等の放熱板７０による熱伝導の効果を得ることができたためである。
【００８８】
また、実施例３の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高く、実施例１と同等の出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
【００８９】
さらに、アルミニウム合金で形成した放熱板７０は、銅合金で形成した放熱板（実施例１）より強度が高いため、実施例１に比べ、燃料電池の剛性も十分に確保することができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００９０】
（実施例４）
次に、実施例４の燃料電池について説明する。
燃料電池は、放熱部材としての放熱板７０を備えていない。燃料電池は、放熱部材としての図示しない２つのヒートパイプを備えている。ヒートパイプは筒状に形成されている。各ヒートパイプは、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）の外面に取付けられている。各ヒートパイプは、ケース３（周壁３ｂ）に形成された開口３ｈ３を通ってトップフレーム９１及びボトムフレーム９２に接触している。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００９１】
上記のように構成された実施例４の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１より低い値であった。これは、ヒートパイプ方式にて、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる熱を外部に放出できるためである。
【００９２】
また、実施例４の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
ヒートパイプを板状に形成することは困難であるため、燃料電池の大型化を招くものの、上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００９３】
（実施例５）
次に、実施例５の燃料電池について説明する。
図１０及び図１１に示すように、燃料電池は、熱伝導テープ１００をさらに備えている。熱伝導テープ１００は、熱伝導性を示す材料として、例えばアルミ二ウムで形成されている。熱伝導テープ１００は、容器５０の外面に貼り付けられているとともにカバープレート１９に貼り付けられている。ここでは、熱伝導テープ１００は、ポンプ７の外面を覆い、容器５０及び制御部９間を通っている。
【００９４】
熱伝導テープ１００は、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）からカバープレート１９に熱を伝える。なお、上述したように、カバープレート１９は、放熱性を示すステンレス鋼（ＳＵＳ）で形成されている。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００９５】
上記のように構成された実施例５の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１より低い値であった。これは、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側に生じる熱が、（１）放熱板７０に副射され、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２が放熱板７０から伝わる熱を外部に放出し、（２）熱伝導テープ１００を介してカバープレート１９（カソード２４側）に伝えられるためである。
【００９６】
また、実施例５の燃料電池の出力を測定したところ、比較例１に比べ十分に高い出力を得ることができた。これは、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制したことにより、起電部６で効率的な発電反応を生起することができたためである。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができた。
【００９７】
（比較例２）
次に、比較例２の燃料電池について説明する。燃料電池は、放熱板７０の換わりに図示しないファンを備えている。ファンにより、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）は、空冷式にて冷却される。その他の構成は、上述した実施の形態の燃料電池と同様に形成されている。
【００９８】
上記のように構成された比較例１の燃料電池の底壁５１の外面の温度を測定したところ、比較例１より低い値であった。しかしながら、ファンを駆動する分、電力に損失が発生し、十分な出力を得ることができなかった。
ファンを設ける構成であるため、燃料電池の大型化を招いてしまい、また、上記したことから、出力の高い燃料電池を実現することができなかった。
【００９９】
以上のように構成された燃料電池によれば、燃料電池は、アノード２１同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体５と、放熱部材と、を備えている。各燃料電池本体５は、起電部６と、燃料分配機構１５とを具備している。
【０１００】
起電部６は、アノード２１、カソード２４及び電解質膜２７を含んだ膜電極接合体１０を有する。燃料分配機構１５は、燃料の細管５７ａ、５７ｂ、５７ｃ、アノード２１と対向した側の表面に位置した燃料排出面５１Ｓ、及び燃料排出面５１Ｓの一部を開口して設けられているとともに細管５７ｃに繋げられ燃料を排出する燃料排出口５４を有する。
【０１０１】
放熱部材は、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出する。放熱部材は、実施例１乃至実施例６及び実施例８では放熱板７０であり、実施例７ではヒートパイプである。
【０１０２】
放熱部材（放熱板７０、ヒートパイプ）により、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出でき、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを抑制できる。このため、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出することができる。
【０１０３】
他の放熱部材としてのトップフレーム９１及びボトムフレーム９２により、放熱板７０から伝わる熱を外部に放出することができる。放熱板７０をトップフレーム９１及びボトムフレーム９２に接触させない場合に比べ、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを一層抑制できる。このため、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に一層放出することができる。
このため、一対の燃料電池モジュール１のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出することができる。これによって、燃料電池の出力やその安定性を高めることができる。
【０１０４】
実施例５において、熱伝導テープ１００により、アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）からカバープレート１９に熱を伝えることができる。熱伝導テープ１００を設けない場合に比べ、アノード２１及びカソード２４間の温度のばらつきを一層抑制できる。
上記したことから、出力特性に優れた燃料電池を得ることができる。
【０１０５】
なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。
【０１０６】
例えば、燃料電池は、アノード２１同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体５を備えていればよい。このため、ポンプ７、バルブ８、及び制御部９は、燃料電池本体５間に位置していなくともよい。
【０１０７】
アノード２１と対向した側の燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）と、放熱板７０とが接触し、燃料電池モジュール１（燃料電池本体５）から放熱板７０に熱が直に伝導される構成であってもよい。また、放熱板７０には、熱伝導テープ１００が接触するように構成されていてもよい。
【０１０８】
放熱部材（放熱板７０、ヒートパイプ）は、少なくとも、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２の何れかに接続されていても良い。
他の放熱部材は、トップフレーム９１及びボトムフレーム９２に限定されるものではなく、ケース３の外面に対向配置された放熱体であればよい。
【０１０９】
放熱部材としては、放熱板７０、ヒートパイプに限定されるものではなく、一対の燃料電池本体５間に配置され、少なくとも一対の燃料電池本体５のアノード２１側から伝わる副射熱を外部に放出するように形成されていればよい。
【０１１０】
この発明は、直接メタノール型の燃料電池に限定されるものではなく、他の燃料電池に適用可能である。そして、液体燃料６２も、必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料６２は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。
【０１１１】
また、膜電極接合体１０へ供給される液体燃料においても、全て液体燃料の蒸気を供給してもよいが、一部が液体状態で供給される場合であっても本発明を適用することができる。
【符号の説明】
【０１１２】
１…燃料電池モジュール、２…燃料供給源、３…ケース、３ａ…仕切り板、３ｂ…周壁、４…外装カバー、５…燃料電池本体、６…起電部、７…ポンプ、８…バルブ、９…制御部、１０…膜電極接合体、１３…燃料供給部、１５…燃料分配機構、１９…カバープレート、２０…発電素子、２１…アノード、２４…カソード、２７…電解質膜、５０…容器、
５１…底壁、５１Ｓ…燃料排出面、５２…周壁、５３…燃料注入口、５４…燃料排出口、５７ａ，５７ｂ，５７ｃ…細管、６１…タンク、６２…液体燃料、７０…放熱板、９１…トップフレーム、９２…ボトムフレーム、１００…熱伝導テープ。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ、アノード、カソード、並びに前記アノード及びカソード間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体を有する起電部と、前記アノードと対向した側の表面に位置した燃料排出面、及び前記燃料排出面の一部を開口して設けられ燃料を排出する燃料排出口を有する燃料分配機構と、を具備し、前記アノード同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体と、
前記一対の燃料電池本体間に配置され、少なくとも前記一対の燃料電池本体のアノード側から伝わる副射熱を外部に放出する放熱部材と、を備えていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記放熱部材は、放熱板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記放熱部材は、アルミ二ウム合金で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記一対の燃料電池本体及び放熱部材を収容したケースと、
前記ケースの外面に対向配置され、前記放熱部材に接触し、前記放熱部材から伝わる熱を外部に放出する他の放熱部材と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記一対の燃料電池本体間に位置した仕切り板、及び前記一対の燃料電池本体を囲むように前記仕切り板の外縁に設けられた周壁を有し、前記一対の燃料電池本体及び放熱部材を収容したケースをさらに備え、
前記放熱部材は、それぞれ前記仕切り板及び燃料電池本体間に設けられた一対の放熱板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記一対の燃料電池本体は、それぞれ前記カソードに対向して位置した放熱性のカバープレート、及び前記燃料分配機構の外面に貼り付けられているとともに前記カバープレートに貼り付けられ、前記アノードと対向した側の前記燃料電池本体から前記カバープレートに熱を伝える熱伝導テープをさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記熱伝導テープは、アルミ二ウムで形成されている請求項６に記載の燃料電池。
【請求項１】
それぞれ、アノード、カソード、並びに前記アノード及びカソード間に挟持された電解質膜を含んだ膜電極接合体を有する起電部と、前記アノードと対向した側の表面に位置した燃料排出面、及び前記燃料排出面の一部を開口して設けられ燃料を排出する燃料排出口を有する燃料分配機構と、を具備し、前記アノード同士が対向するように配置された一対の燃料電池本体と、
前記一対の燃料電池本体間に配置され、少なくとも前記一対の燃料電池本体のアノード側から伝わる副射熱を外部に放出する放熱部材と、を備えていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記放熱部材は、放熱板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記放熱部材は、アルミ二ウム合金で形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記一対の燃料電池本体及び放熱部材を収容したケースと、
前記ケースの外面に対向配置され、前記放熱部材に接触し、前記放熱部材から伝わる熱を外部に放出する他の放熱部材と、をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記一対の燃料電池本体間に位置した仕切り板、及び前記一対の燃料電池本体を囲むように前記仕切り板の外縁に設けられた周壁を有し、前記一対の燃料電池本体及び放熱部材を収容したケースをさらに備え、
前記放熱部材は、それぞれ前記仕切り板及び燃料電池本体間に設けられた一対の放熱板で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記一対の燃料電池本体は、それぞれ前記カソードに対向して位置した放熱性のカバープレート、及び前記燃料分配機構の外面に貼り付けられているとともに前記カバープレートに貼り付けられ、前記アノードと対向した側の前記燃料電池本体から前記カバープレートに熱を伝える熱伝導テープをさらに具備していることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記熱伝導テープは、アルミ二ウムで形成されている請求項６に記載の燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２０１１−４９０６０（Ｐ２０１１−４９０６０Ａ）
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９７１１９（Ｐ２００９−１９７１１９）
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１３３９）東芝電子エンジニアリング株式会社 (238)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月１０日（２０１１．３．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月２７日（２００９．８．２７）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【出願人】（０００２２１３３９）東芝電子エンジニアリング株式会社 (238)
【Ｆターム（参考）】
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