(57)【要約】【課題】燃料電池が安定して出力することを可能にする燃料電池用の成形体、及び安定して出力することができる燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池を収容する筐体の少なくとも一部として用いられる燃料電池用成形体であって、室温での熱伝導率が相対的に高い高熱伝導率層と、室温での熱伝導率が相対的に低い、フィルムからなる低熱伝導率層と、を積層してなることを特徴とする燃料電池用成形体が提供される。または、燃料電池を収容する筐体の少なくとも一部として用いられる燃料電池用成形体であって、室温での熱伝導率が相対的に高い材料から構成される高熱伝導率層と、室温での熱伝導率が相対的に低いフィルムから構成される低熱伝導率層と、を貼着してなることを特徴とする燃料電池用成形体が提供される。【選択図】図１
2010080120.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池を収容する筐体の少なくとも一部として用いられる燃料電池用成形体であって、
室温での熱伝導率が相対的に高い高熱伝導率層と、
室温での熱伝導率が相対的に低い、フィルムからなる低熱伝導率層と、
を積層してなることを特徴とする燃料電池用成形体。
【請求項２】
燃料電池を収容する筐体の少なくとも一部として用いられる燃料電池用成形体であって、
室温での熱伝導率が相対的に高い材料から構成される高熱伝導率層と、室温での熱伝導率が相対的に低いフィルムから構成される低熱伝導率層と、を貼着してなることを特徴とする燃料電池用成形体。
【請求項３】
前記高熱伝導率層は、アルミニウム、マグネシウム、銅、相対的に高熱伝導率の充填剤を含むポリフェニレンサルファイド、及び相対的に高熱伝導率の充填剤を含む炭素繊維強化プラスチックの少なくともいずれかを含む材料から構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池用成形体。
【請求項４】
前記低熱伝導率層は、ポリ塩化ビニル、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリフェニレンサルファイド、及びポリエーテルエーテルケトンのいずれかを含む材料から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料電池用成形体。
【請求項５】
前記高熱伝導率層は、前記燃料電池に近い側に設けられ、
前記低熱伝導率層は、前記燃料電池から遠い側に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の燃料電池用成型体。
【請求項６】
燃料電池の空気極側に設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の燃料電池用成形体。
【請求項７】
前記筐体の外側と、前記燃料電池が収容される空間と、を連通する通気孔を有することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の燃料電池用成型体。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つに記載の燃料電池用成形体と、
前記燃料電池と、
を備えたことを特徴とする燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用成形体及び燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年の電子技術の進歩に伴い、電子機器の小型化、高性能化、ポータブル化が進んでおり、これに使用される電池の小型化、高エネルギー密度化の要求が高まっている。そのような中、小型軽量でありながら高容量の燃料電池が注目されている。特に、メタノールを燃料とする直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は、水素ガスを使用する燃料電池に比べて、水素ガスの取り扱いの困難さや有機燃料を改質して水素を作り出す装置などの必要がないため、小型化に適しており、携帯電話、個人情報機器（ＰＤＡ：personal digital assistant）、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器への応用が期待されている。
【０００３】
この直接メタノール燃料電池においては、燃料極（アノード）、高分子電解質膜、空気極（カソード）がこの順に相互に隣接して設けられ膜電極接合体を形成している。そして、燃料極側に液体燃料（メタノール）を供給し、これを反応させて、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを取り出している。
【０００４】
燃料電池に用いられる筐体については、例えば、マグネシウム合金からなる母材と母材側から順に化成処理膜、下塗り層および上塗り層を有する被膜とを備える燃料電池の筐体が提案されている（特許文献１）。
【特許文献１】特開２００７−１０９６２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、燃料電池が安定して出力することを可能にする燃料電池用の成形体、及び安定して出力することができる燃料電池装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様によれば、燃料電池を収容する筐体の少なくとも一部として用いられる燃料電池用成形体であって、室温での熱伝導率が相対的に高い高熱伝導率層と、室温での熱伝導率が相対的に低い、フィルムからなる低熱伝導率層と、を積層してなることを特徴とする燃料電池用成形体が提供される。
【０００７】
また、本発明の他の一態様によれば、燃料電池を収容する筐体の少なくとも一部として用いられる燃料電池用成形体であって、室温での熱伝導率が相対的に高い材料から構成される高熱伝導率層と、室温での熱伝導率が相対的に低いフィルムから構成される低熱伝導率層と、を貼着してなることを特徴とする燃料電池用成形体が提供される。
【０００８】
また、本発明のさらに別の一態様によれば、上記の燃料電池用成形体と、前記燃料電池と、を備えたことを特徴とする燃料電池装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料電池が安定して出力することを可能にする燃料電池用の成形体、及び安定して出力することができる燃料電池装置が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。  
図１は、本実施形態に係る燃料電池用の成形体及び燃料電池装置の一例（具体例１）を表した模式断面図である。
【００１１】
図１に表したように、具体例１に係る成形体１０は、燃料電池２０に用いられ、室温での熱伝導率が相対的に高い高熱伝導率層１２と、室温での熱伝導率が相対的に低い、フィルムからなる低熱伝導率層１４と、を備える。
【００１２】
成形体１０は、例えば、室温での熱伝導率が相対的に高い材料から構成される高熱伝導率層１２と、室温での熱伝導率が相対的に低いフィルムから構成される低熱伝導率層１４と、を貼着して得られる。
【００１３】
成形体１０の形状については、燃料電池２０の周辺に設けることが可能な任意の形状とすることができる。形状に係る加工方法としては、例えば、高熱伝導率層１２及び低熱伝導率層１４が貼付された成形体１０の材料に曲げ加工や絞り加工などを行うことが挙げられる。これにより、所望の形状の成形体１０を得ることができる。  
成形体１０は、燃料電池２０の周辺の任意の場所に設けることができ、例えば、図１に表したように、燃料電池２０を格納する筐体の全部または一部を構成してもよい。
【００１４】
なお、成形体１０を電子機器の筐体に用いた場合には、例えば金属のみからなる成形体に比べて表面温度が過度に高くなる可能性が低く、利用者が火傷をしたり不快感を感じたりすることが防がれる。このため、本実施形態に係る成形体１０は、携帯電話等の携帯型機器に好適に用いることができる。
【００１５】
また、成形体１０を電子機器の筐体に用いる場合に、所望の色、形状、触感等を有する樹脂からなる低熱伝導率層１４を用いれば、筐体表面に別途塗装を行うことなく筐体外面を形成することができ、工程が簡素化される。
【００１６】
高熱伝導率層１２は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、銅、高熱伝導率の充填剤（金属等）を含むポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、及び高熱伝導率の充填剤（金属等）を含む炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）のいずれかを含む材料から構成されてよい。アルミニウムを含む材料としては、例えば、純アルミニウム、純アルミニウムにアルマイト等の表面酸化処理を行った材料、及びＪＩＳ規格のＡ５０５２、Ａ６０６３等のアルミニウム合金が挙げられる。マグネシウムを含む材料としては、例えば、ＡＳＴＭ（米国材料試験協会）規格のＡＺ−３１、４１、５１、６１、７１、８１、９１等のマグネシウム合金が挙げられる。
【００１７】
高熱伝導率層１２の厚さは、燃料電池及び燃料電池装置の種類やサイズ、要求される出力、成形体１０の配置される位置等により適宜設定することができるが、例えば成形体１０が携帯電話の筐体としての機能も有する場合には、略０．４ミリメートルとすることができる。また、高熱伝導率層１２の面積についても、同様に適宜選択することができるが、例えば成形体１０が携帯電話の筐体としての機能も有する場合には、携帯電話の平面の面積の範囲内で適宜設定することができる。これら厚さや面積は、発電出力やその安定性が最適化されるように設定することができる。
【００１８】
低熱伝導率層１４は、例えば、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、及びアクリルウレタン樹脂のいずれかを含む材料から構成されてよい。低熱伝導率層１４には、例えばメタノール等の薬品に対する耐性を有する材料を用いることができる。また、成形体１０が筐体としての機能も有する場合には、外面の意匠や触感も考慮に入れて適宜材料を選択することができる。
【００１９】
低熱伝導率層１４の厚さは、燃料電池及び燃料電池装置の種類やサイズ、要求される出力、成形体１０の配置される位置等により適宜選択することができるが、例えば成形体１０が携帯電話の筐体としての機能も有する場合には、略０．１ミリメートルとすることができる。また、低熱伝導率層１４の面積についても、同様に適宜選択することができるが、例えば成形体１０が携帯電話の筐体としての機能も有する場合には、携帯電話の平面の面積の範囲内で適宜設定することができる。これら厚さや面積は、発電出力やその安定性が最適化されるように設定することができる。
【００２０】
本実施形態では、低熱伝導率層１４にフィルム状の材料を用いている。これにより、外面意匠等に相応する適切な色や模様を有する低熱伝導率層１４や、所望の厚さを有する低熱伝導率層１４を得ることが容易となる。また、高熱伝導率層１２とフィルム状の低熱伝導率層１４とが貼付された材料を用いることにより、これらを一体的に成形加工することができる。すなわち、フィルム状の材料を用いることにより、成形体１０の製造加工が容易となる。
【００２１】
後述するように、高熱伝導率層１２により、燃料電池２０で発生する熱が適切に放出され得る。また、低熱伝導率層１４により、必要とされる発電出力を得るための熱が適切に確保され得る。これらの機能が相俟って、燃料電池２０の出力の安定化が図られる。すなわち、長時間に亘り、良好な発電出力が維持される。
【００２２】
次に、図１に表したように、具体例１に係る燃料電池装置１は、燃料電池２０と、成形体１０と、を備える。ここで、成形体１０の高熱伝導率層１２は、燃料電池２０に近い側に設けられ、低熱伝導率層１４は、燃料電池２０から遠い側に設けられている。  
前述した成形体１０の機能により、燃料電池装置１（燃料電池２０）は安定して出力することができる。  
燃料電池装置１は、例えば電子機器と一体型であってよく、あるいは電子機器本体と脱着可能であってよい。
【００２３】
図２は、具体例１で用いられる燃料電池の一例を表した模式断面図である。  
図２に表したように、例示した燃料電池２０は、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）である。燃料極（アノード）、高分子電解質膜、及び空気極（カソード）がこの順に相互に隣接して設けられ、膜電極接合体を形成している。そして、燃料極側に液体燃料（メタノール）を供給し、これを反応させて、プロトン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）とを取り出している。
【００２４】
なお、ＤＭＦＣは、その構成から「アクティブ型」と「パッシブ型」に分類されるが、本実施形態に係る成形体１０及び燃料電池装置１は、両者ともに適用できる。「アクティブ型」とは、燃料となるメタノールや空気（酸素）をポンプやファンを使用して燃料電池に供給する方式であり、「パッシブ型」とは、燃料（メタノールや空気）を対流や温度勾配等を利用して供給する方式である。
【００２５】
図３は、具体例１に係る燃料電池用の成形体及び燃料電池装置を表した模式斜視図である。成形体１０は、携帯電話に付設されたＤＭＦＣの燃料電池２０の筐体の機能を併有している。図３（ａ）は、２つ折り型の携帯電話の背面の模式斜視図であり、図３（ｂ）は、角部を切断した成形体１０の模式斜視図である。
【００２６】
図３では、成形体１０は、燃料電池２０の空気極側に設けられている。この場合、図３に表したように、成形体１０には、燃料電池２０の空気極に空気を送り込むための通気孔１６が設けられる。
【００２７】
本実施形態に係る成形体１０及び燃料電池装置１は、携帯電話、個人情報機器（ＰＤＡ：personal digital assistant）、パーソナルコンピュータ等の各種電子機器に適用することができる。
【００２８】
（本実施形態の効果）
次に、本実施形態の効果について、図４及び図５を参照しつつ説明する。  
燃料電池で行われる化学反応は、一般に発熱反応であると考えられる。複合反応の場合には、素反応の中には吸熱反応のものもあり得るが、トータルでは一般に発熱反応であると考えられる。このため、燃料電池の化学反応が行われると、熱が発せられる。ここで、この発熱により電池の温度が上昇すると、アレニウスの式により速度定数が上昇し反応速度が上昇する。この結果、不必要な反応が行われ、燃料（メタノール液等）が不要に消費されることがある。一方、逆に温度が低くなり過ぎると、反応速度が適切に確保されず、所望の発電出力を得ることが困難になる。
【００２９】
このため、所望の出力を安定して得るためには、燃料電池の温度を略一定に保つことが望ましいと考えられる。すなわち、燃料電池から発せられる熱に係る放熱性を確保しつつ、適切な反応速度が維持されるように一定の温度（熱）を確保することが求められる。
【００３０】
ここで、例えば、電池の温度を感知して一定温度を超えると燃料液の供給を停止し、反応の進行を調節し、これにより温度を調節する方法も考えられるが、この方法では、例えば十分な放熱性を確保するために意図に反して反応が停止することがあり得、所望の出力を安定的に得ることが困難な場合があると考えられる。
【００３１】
そこで、本実施形態では、燃料電池の周辺に成形体を設け、これにより電池の温度の安定化を図り、もって発電出力の安定化を図らんとしている。以下、本実施形態に係る成形体の機能について、比較例と対比しつつ説明する。
【００３２】
図４は、本実施形態と対比される比較例に係る成形体を説明するための模式図である。図４（ａ）は、比較例１に係る成形体１１０及び燃料電池装置１０１の模式斜視図であり、図４（ｂ）は、比較例１に係る成形体１１０の放熱性について説明するための模式断面図である。また、図４（ｃ）は、比較例２に係る成形体２１０及び燃料電池装置２０１の模式斜視図であり、図４（ｄ）は、比較例２に係る成形体２１０の放熱性について説明するための模式断面図である。
【００３３】
図４（ａ）及び（ｂ）に表したように、比較例１に係る成形体１１０は、熱伝導率の高いアルミニウムのみから構成される。この場合、成形体１１０の放熱性は高いが、この放熱により、発電を良好に行うための熱が外部に放出されることになる。このため、発電出力が低下すると考えられる。
【００３４】
また、図４（ｃ）及び（ｄ）に表したように、比較例２に係る成形体２１０は、熱伝導率の低い樹脂のみから構成される。この場合、成形体２１０の放熱性が低く、蓄積された熱により、出力は上昇し続ける。このため、必要以上の発電が行われ、不必要に燃料が消費されるとともに異常な発熱が生じるおそれがある。
【００３５】
一方、図５は、本実施形態（具体例１）に係る成形体１０の効果を説明するための模式断面図である。  
図５に表したように、具体例１に係る成形体１０は、高熱伝導率層１２により、放熱性が適切に確保される。これにより、必要以上に発電が行われることを抑制することができ、不必要な燃料消費や異常発熱が回避される。
【００３６】
なお、図３に関して前述した通気孔１６は放熱の効果も有することから、燃料電池の筐体に通気孔が設けられている場合には一定の放熱性が期待できるものの、この通気孔だけでは十分な放熱効果が得られない場合が多いと考えられる。このため、さらなる放熱性を確保するための措置が求められ、本実施形態では成形体１０を用いることによりこの課題を解消している。
【００３７】
また、低熱伝導率層１４により、熱が過度に放出されることが回避され、発電（化学反応）を良好に行うための熱が適切に確保される。  
これら高熱伝導率層１２及び低熱伝導率層１４の機能が相俟って、燃料電池２０は安定して出力することが可能になる。すなわち、長時間に亘り、良好な発電出力が維持される。このため、成形体１０を備えた燃料電池装置１を用いることにより、電子機器の動作の安定化が図られる。
【００３８】
（実施例）
次に、実施例について、図６を参照しつつ説明する。  
図６（ａ）は、実施例及び比較例に用いた成形体及び燃料電池装置の模式斜視図であり、図６（ｂ）は、表面温度及び出力に係る実験結果を表したグラフ図である。
【００３９】
図６（ａ）に表したように、本実施例では、携帯電話に用いられる燃料電池装置を用いた。燃料電池はＤＭＦＣであり、その空気極側に、筐体の機能も有する成形体が備えられている。成形体には、通気孔が複数設けられている。
【００４０】
測定対象には、比較例として、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格のＡ５０５２）のみからなる成形体１１０及びこれを備えた燃料電池装置１０１（実機Ａ）を用い、また実施例として、アルミニウム合金（ＪＩＳ規格のＡ５０５２）とＰＥＴフィルムとを貼着した成形体１０及びこれを備えた燃料電池装置１（実機Ｂ）、並びにアルミニウム合金（ＪＩＳ規格のＡ５０５２）とＰＶＣフィルムとを貼着した成形体１０及びこれを備えた燃料電池装置１（実機Ｃ）を用いた。アルミニウム合金の厚さはいずれの実機も０．４ｍｍであり、ＰＥＴ（実機Ｂ）及びＰＶＣ（実機Ｃ）の樹脂フィルムの厚さは０．１ｍｍである。
【００４１】
図示した成形体１０（筐体）の形状は、曲げ加工を用いて得た。実機Ｂ及びＣについては、アルミニウム合金と樹脂フィルムとが貼着された材料に曲げ加工を行った。通気孔は穴あけ機を用いて作製し、その破断面に圧印加工（coining）処理を行った。
【００４２】
これら実機Ａ、Ｂ、及びＣについて、成形体の外部表面（図６（ａ）の楕円で示した部分）の温度、及び発電出力の平均値を測定した。環境温度は２５℃であり、発電時の燃料電池の温度は４５℃であった。
【００４３】
図６（ｂ）に表したように、実施例に係る実機Ｂ及びＣは、比較例に係る実機Ａに比べ、成形体の表面温度が高い。また、平均出力については、実施例に係る実施Ｂ及びＣは、比較例に係る実機Ａに比べ、高い。
【００４４】
これは、実施例では、樹脂フィルム（低熱伝導率層１４）の機能により、良好な発電出力を得るための熱が適切に確保され、ほぼ一定の出力で発電が行われていると考えられる。一方、比較例では、低熱伝導率層１４が存在しないため、高熱伝導率層１２の放熱効果により適切な熱（温度）が確保されず、十分な出力が得られないと考えられる。
【００４５】
このように、本実施形態に係る成形体１０や燃料電池装置１を用いることにより、燃料電池の出力の安定化が図られる。
【００４６】
以上、具体例を参照しつつ本発明の実施の形態について説明した。しかし、本発明はこれらの具体例に限定されるものではない。すなわち、これら具体例に、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、前述した各具体例が備える各要素およびその配置、材料、条件、形状、サイズなどは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。  
また、前述した各実施の形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係る燃料電池用の成形体及び燃料電池装置の一例（具体例１）を表した模式断面図である。
【図２】具体例１で用いられる燃料電池の一例を表した模式断面図である。
【図３】具体例１に係る燃料電池用の成形体及び燃料電池装置を表した模式斜視図である。
【図４】本実施形態と対比される比較例に係る成形体を説明するための模式図である。
【図５】本実施形態（具体例１）に係る成形体１０の効果を説明するための模式断面図である。
【図６】図６（ａ）は、実施例及び比較例に用いた成形体及び燃料電池装置の模式斜視図であり、図６（ｂ）は、表面温度及び出力に係る実験結果を表したグラフ図である。
【符号の説明】
【００４８】
１  燃料電池装置
１０  成形体
１２  高熱伝導率層
１４  低熱伝導率層
１６  通気孔
２０  燃料電池
１０１  燃料電池装置
１１０  成形体
１２０  燃料電池
２０１  燃料電池装置
２１０  成形体
２２０  燃料電池
【図１】
2010080120.tif 000003
【図２】
2010080120.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
2010080120.tif 000007
【図６】
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