(57)【要約】（課題）筐体に生じる温度ムラを抑制して、放熱効率を高めるとともに安全性の高い燃料電池を提供する。（解決手段）燃料の供給を受けて発電する発電セルを備えた発電部２１と、前記発電部を収容し、且つ、前記発電部に対向する面の側に設けられる第１の層２５ａと、前記第１の層よりも熱伝導率が低い第２の層２５ｂとを含む壁面を有する筐体２５と、前記発電部と前記筐体の間に配置され、前記発電部の熱を、前記第１の層に伝える伝熱部材２７とを有する。【選択図】図２
2008041274.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給を受けて発電する発電セルを備えた発電部と、
前記発電部を収容し、且つ、前記発電部に対向する面の側に設けられる第１の層と、前記第１の層よりも熱伝導率が低い第２の層とを含む壁面を有する筐体と、
前記発電部と前記筐体の間に配置され、前記発電部の熱を、前記第１の層に伝える伝熱部材と
を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記伝熱部材は、前記発電セルの位置に合わせて配置される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記伝熱部材は、前記発電部及び前記第１の層と接触する
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記伝熱部材は、前記発電部と、熱伝導性の接着材により固定される
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記発電セルは、メタノールを含む燃料の供給を受けて発電する発電セルである
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項６】
第１の層は金属材料からなり、前記第２の層は樹脂材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記伝熱部材は、金属材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記伝熱部材は、前記第１の層と同じ材料からなる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記筐体の対向する２つの壁面に、前記筐体の内部と外部の通気を確保する通気孔がそれぞれ設けられ、
前記伝熱部材の長手方向を、前記壁面と垂直方向に向けて配置した
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
前記筐体の壁面に、前記筐体の内部と外部の通気を確保する通気孔が設けられ、
通気性を有する多孔質体を、前記通気孔を塞ぐように配置し、前記多孔質体の一端から前記第１の層に熱を伝える
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記多孔質体を、前記壁面を挟む前記筐体の上側の面及び下側の面の間に配置し、前記多孔質体の両端から、前記上側の面及び下側の面にそれぞれ配置される前記第１の層に対して熱を伝える
ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記多孔質体は、前記第１の層と接触する
ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記多孔質体は、金属材料からなる
ことを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記伝熱部材は、バイメタルからなる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１５】
バイメタルからなる前記伝熱部材が、前記発電セルの位置に合わせて配置される
ことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。
【請求項１６】
前記伝熱部材を変形させるアクチュエータを備えた駆動部と、
前記アクチュエータを制御する制御部と、
前記発電部の温度を検出し、検出した前記温度に相当する電圧を制御部に伝える温度センサとを備え、
前記制御部は、前記電圧の値と、予め定められた温度に相当する基準電圧の値とを比較し、前記発電部の温度が予め定められた温度を超えたときに、前記伝熱部材を前記第１の層に接触させるように前記アクチュエータを駆動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１７】
燃料の供給を受けて発電する複数の発電セルと、
前記複数の発電セルを収容するハウジングと、
前記発電セルと前記ハウジングとの間に配置され、前記発電セルの熱を、前記ハウジングに伝達する複数の伝熱部材とを有し、
前記各伝熱部材は前記発電セル毎にそれぞれ配置され、且つ前記複数の伝熱部材は、発電セルの温度が予め設定された温度に達したときに、変形して前記ハウジングに前記発電部からの熱を伝える
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項１８】
前記伝熱部材は、バイメタルからなる
ことを特徴とする請求項１７に記載の燃料電池。
【請求項１９】
燃料の供給を受けて発電する複数の発電セルと、前記複数の発電セルを収容するハウジングとを備えた発電部と、
内部に前記発電部を設置する筐体と、
前記ハウジングと前記筐体の間に配置され、前記ハウジングの熱を、前記内側の層に伝達する伝熱部材とを有し、
前記各伝熱部材は、前記ハウジング上に前記発電セルの位置に合わせてそれぞれ配置され、且つ、前記複数の伝熱部材は、ハウジングの温度が予め設定された温度に達したときに、変形して前記筐体に前記ハウジングからの熱を伝える
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２０】
前記伝熱部材は、バイメタルからなる
ことを特徴とする請求項１９に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、発電により生じた熱を外部に効率よく放熱させることが可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、リチウムイオン電池等の従来の二次電池と比べてエネルギー効率が高く、また、メタノールを燃料に使用するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）は小型軽量化を実現することも可能である。このような特徴により、燃料電池は携帯型電子機器の駆動電源として有望である。しかしながら、燃料電池は、発電の際に発熱を伴うため、その熱を外部へ放熱しなければならないというデメリットも有する。【０００３】
上記のデメリットを解消するために、従来、発電部と筐体の間に、熱伝導性の高い材料からなる部材を挿入し、筐体から放熱する熱量を増加させることによって、全体の放熱効率を高めることが提案されている。（例えば、特許文献１の図１０（ａ）、図１０（ｂ）参照）。特許文献１によれば、発電セル１と筐体６１の間に挿入された伝熱部材９によって、発電セル１で発生した熱が筐体６１に伝えられる。【０００４】
【特許文献１】特開２００４−３１０９６号公報
【発明の開示】
【０００５】
（発明が解決しようとする課題）
しかしながら、このように、発電部で発生した熱を、伝熱部材を経由して強制的に筐体に移動させても、筐体の表面に温度ムラが生じてしまい、この“温度ムラ”が要因となって、次のような問題を生じさせる。
【０００６】
１つめの問題は、放熱効率が十分に上がらないということである。すなわち、伝熱部材９が接触している近傍だけが局所的に高温になり、その他の部分は（伝熱部材９が接触している近傍ほど）温度が上昇しない。その結果、その低温部分から単位時間当たりに放熱される熱量が、高温部分からの単位時間当たりの放熱量と比べて小さくなる。すなわち、この現象が、燃料電池全体としての放熱効率のアップを制限してしまう。
【０００７】
２つめの問題は、燃料電池の使用者、或いは、燃料電池が装着された電子機器の使用者に対する安全性の問題である。特許文献１のような放熱方法では、筐体６１の一部が局所的に高温になるため、その高温部分（筐体６１の外表面）に触れた使用者がやけど等の傷害を負ってしまう危険性がある。
【０００８】
本発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたものであり、筐体等に生じる温度ムラを抑制して、放熱効率を高めることを可能とする燃料電池を提供することを目的とする。
【０００９】
（課題を解決するための手段）
上記の課題は、伝熱部材からの熱を、筐体側で広い範囲に拡散させる、或いは、伝熱部材からの熱を、筐体等の広い範囲に均一に伝えることにより解決可能である。
【００１０】
すなわち、本発明の一観点によれば、本発明の燃料電池は、燃料の供給を受けて発電する発電セルを備えた発電部と、前記発電部を収容し、且つ、前記発電部に対向する面の側に設けられる第１の層と、前記第１の層よりも熱伝導率が低い第２の層とを含む壁面を有する筐体と、前記発電部と前記筐体の間に配置され、前記発電部の熱を、前記第１の層に伝える伝熱部材とを有することを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の他の観点によれば、本発明の燃料電池は、燃料の供給を受けて発電する複数の発電セルと、前記複数の発電セルを収容するハウジングと、前記発電セルと前記ハウジングとの間に配置され、前記発電セルの熱を、前記ハウジングに伝達する複数の伝熱部材とを有し、前記各伝熱部材は前記発電セル毎にそれぞれ配置され、且つ前記複数の伝熱部材は、発電セルの温度が予め設定された温度に達したときに、変形して前記ハウジングに前記発電部からの熱を伝えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の他の観点によれば、本発明の燃料電池は、燃料の供給を受けて発電する複数の発電セルと、前記複数の発電セルを収容するハウジングとを備えた発電部と、内部に前記発電部を設置する筐体と、前記ハウジングと前記筐体の間に配置され、前記ハウジングの熱を、前記内側の層に伝達する伝熱部材とを有し、前記各伝熱部材は、前記ハウジング上に前記発電セルの位置に合わせてそれぞれ配置され、且つ、前記複数の伝熱部材は、ハウジングの温度が予め設定された温度に達したときに、変形して前記筐体に前記ハウジングからの熱を伝えることを特徴とする。
【００１３】
（発明の効果）
このような構成にすることにより、本発明の燃料電池は、伝熱部材から筐体等に伝えられる熱を、筐体等の広い範囲から均一に放熱させることが可能になる。その結果、筐体等に生じる温度ムラが抑制され、放熱効率を飛躍的に高めるとともに高い安全性を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１Ａ及び図１Ｂは、ダイレクトメタノール型燃料電池の発電セルの基本構造を示した概略図（斜視図と断面図）である。
【図２】図２Ａ及び図２Ｂは、ダイレクトメタノール型燃料電池の全体構造を示した概略図（外観斜視図と内部斜視図）である。
【図３】図３Ａ及び図３Ｂは、図２Ａの燃料電池２０をＡ面及びＢ面に沿って切断した場合の断面図である。
【図４】図４Ａ及び図４Ｂは、発電セルに対応させて伝熱部材を配置させた例を示した図（内部斜視図と断面図）である。
【図５】図５は、筐体の正面（ＦＲＯＮＴ）と背面（ＢＡＣＫ）に良熱伝導性の多孔質体を設けた例を示した図である。
【図６】図６Ａ及び図６Ｂは、実施例１を採用した場合の効果を検証した際の測定ポイントを示した図（斜視図と断面図）である。
【図７】図７は、発電部２１の内部を示した図である。
【図８】図８Ａ及び図８Ｂは、従来の燃料電池を使用した場合の（ハウジング表裏面の）温度分布を示した図である。
【図９】図９Ａ及び図９Ｂは、従来の燃料電池を使用した場合の（筐体表裏面の）温度分布を示した図である。
【図１０】図１０は、従来の燃料電池を使用した場合の発電特性を示した図である。
【図１１】図１１Ａ及び図１１Ｂは、実施例１の燃料電池を使用した場合の（ハウジング表裏面の）温度分布を示した図である。
【図１２】図１２Ａ及び図１２Ｂは、実施例１の燃料電池を使用した場合の（筐体表裏面の）温度分布を示した図である。
【図１３】図１３は、実施例１の燃料電池を使用した場合の発電特性を示した図である。
【図１４】図１４Ａ及び図１４Ｂは、伝熱部材としてバイメタルを使用した場合のバイメタルの変化を示した断面図である。
【図１５】図１５Ａ及び図１５Ｂは、発電セルに対応させてバイメタルを配置させた例を示した断面図である。
【図１６】図１６Ａ及び図１６Ｂは、アクチュエータを使用して伝熱部材を変化させた場合の伝熱部材の変化を示した図である。
【図１７】図１７は、実施例２の燃料電池を使用した場合の発電特性を示した図である。
【図１８】図１８Ａ及び図１８Ｂは、ハウジングの内部に、発電セルに対応させてバイメタルを配置させた例を示した断面図である。
【図１９】図１９Ａ及び図１９Ｂは、ハウジングの外部に、発電セルに対応させてバイメタルを配置させた例を示した断面図である。
【符号の説明】
【００１５】
１０…ＭＥＡ
１１…燃料極
１１ａ…触媒層（燃料極側）
１１ｂ…カーボンペーパ（燃料極側）
１２…固体電解質層
１３…空気極
１３ａ…触媒層（空気極側）
１３ｂ…カーボンペーパ（空気極側）
１４、１４ａ〜１４ｈ…発電セル
２０…燃料電池
２１…発電部
２１ｈ…ハウジング
２１ｅ…排出孔
２２…燃料供給路
２３…燃料タンク
２４、２４ａ〜２４ｄ…空気供給孔
２５…筐体
２５ａ…内層（第１の層）
２５ｂ…外層（第２の層）
２７、２７ａ〜２７ｈ、３３、３３ａ〜３３ｈ、３７、３７ａ〜３７ｄ…伝熱部材
２９…多孔質体
３４…駆動部
３５…制御部
３６、３６ａ〜３６ｄ…サーミスタ
３８…配線
３９…アクチュエータ
４３、４３ａ〜４３ｆ、５３、５３ａ〜５３ｈ…バイメタル
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。【００１７】
（実施例１)
−発電セルの基本構造−
まず、本発明の対象となる燃料電池について、その発電セルの基本構造の一例を、図１を用いて説明する。図１Ａ及び図１Ｂは、ダイレクトメタノール型燃料電池の発電セルの基本構造を示した概略図（斜視図と断面図）である。なお、ここでは、発電セルの基本構造として、膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を中心に説明する。【００１８】
図１Ａ及び図１Ｂに示されるように、燃料電池のＭＥＡ１０は、固体電解質層１２と、それを両側から挟む２つの極（燃料極１１及び空気極１３）とから構成される。ＭＥＡ１０の燃料極１１側には、メタノール燃料をＭＥＡ１０の燃料極に供給するための燃料供給部（不図示）が配置され、また、ＭＥＡ１０の空気極１３側には、外部からの空気をＭＥＡ１０の空気極に導入するための空気供給部（不図示）が配置される。【００１９】
固体電解質層１２は、プロトン電導性の高分子固体電解質膜からなる層である。高分子固体電解質膜としては、例えば、スルホン酸基やリン酸基等の強酸基を有する樹脂、或いは、カルボキシル基等の弱酸基を有する樹脂等が挙げられる。具体的には、固体電解質層１２として、例えば、デュポン社製のナフィオン（登録商標）や、旭化成社製のアシプレックス（商品名）を使用することが可能である。【００２０】
燃料極１１は、例えば、固体電解質層１２に接して配置される触媒層１１ａと、その外側に配置されるカーボンペーパ１１ｂとから構成される。触媒層１１ａには、例えば、白金ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）合金の微粒子や、当該微粒子をカーボン粉末に担持させたカーボン粉末等が使用される。カーボンペーパ１１ｂには、例えば、多孔質のカーボンペーパが使用される。【００２１】
空気極１３は、例えば、固体電解質層１２に接して配置される触媒層１３ａと、その外側に配置されるカーボンペーパ１３ｂとから構成される。触媒層１３ａは、例えば、白金（Ｐｔ）の微粒子や、当該微粒子をカーボン粉末に担持させたカーボン粉末等からなる。カーボンペーパ１３ｂには、例えば、多孔質のカーボンペーパが使用される。【００２２】
燃料極１１に供給される燃料としては、例えば約１００％の濃度のメタノール、エタノール、ジメチルエーテル、或いはこれらの水溶液を用いることができる。本実施例では、燃料としてメタノール水溶液を例に説明する。【００２３】
燃料極１１の触媒層１１ａでは、下記の反応式１のように反応が進む。すなわち、メタノールと水（水蒸気）が消費され、二酸化炭素ガス、プロトン（Ｈ＋）及び電子（ｅ−）が生成される。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …（反応式１）【００２４】
プロトンは固体電解質層１２を伝導し空気極１３に達する。一方、電子は、燃料電池から外に出て、燃料電池に接続された外部の負荷（不図示）に対して仕事を行なう。更に電子は、空気極に達し、下記の反応式２のように反応が進む。すなわち、酸素、プロトン（Ｈ＋）、電子（ｅ−）が消費され、水蒸気が生成される。
２／３Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ  …（反応式２）
このとき、生成された水蒸気、及び、燃料極１１で発生した二酸化炭素ガスは、発電セルを収納するハウジングに設けられた多数の排出孔（不図示）等から外部に排出される。【００２５】
−燃料電池の全体構造−
次に、本実施例における燃料電池の全体構造を、図２を用いて説明する。図２Ａ及び図２Ｂは、ダイレクトメタノール型燃料電池の全体構造を示した概略図（外観図と内部斜視図）である。【００２６】
図２Ａに示すように、燃料電池２０は筐体２５を有し、当該筐体２５の壁面には、外部の空気を燃料電池２０の内部に取り込むための空気供給孔２４が設けられている。また、筐体２５の内部には、図２Ｂに示すように、燃料タンク２３と発電部２１が設置されている。燃料タンク２３と発電部２１との間には、燃料を供給するための燃料供給路２２が設けられている。発電部２１には、そのハウジング２１ｈの表面に、内部で発生したガスを排出する（或いは、外部から酸素を取り込む）ための排出孔２１ｅが多数設けられている。【００２７】
筐体２５は、熱伝導率の異なる材料からなる２つの層を貼り合わせた２層構造を有する。具体的には、例えば、内層２５ａをアルミニウム（Ａｌ）材料からなる層とし、外層２５ｂをポリウレタンからなる層とする。ここで、アルミニウムの熱伝導率は約２５６Ｗ／ｍ・Ｋであり、ポリウレタンの熱伝導率は約０．３Ｗ／ｍ・Ｋである。このように、当該２つの層のうち、内側の第１の層（内層２５ａ）が、外側の第２の層（外層２５ｂ）よりも高い熱伝導率を有するような組み合わせとする。なお、このような組み合わせであれば、アルミニウムとポリウレタンの組み合わせの例に限らず、内層２５ａが金属材料からなる層であり、外層２５ｂが樹脂材料からなる層であるような組み合わせが可能である。【００２８】
また、発電部２１と筐体２５との間には、伝熱部材２７（２７ａ〜２７ｄ）が配置される。伝熱部材２７は、図に示すように、その一端が発電部２１と接触し、他端が筐体と接触するように配置される。また、発電部２５と伝熱部材２７とは伝熱性を有する接着剤（不図示）で固定される。更には、伝熱部材２７と内層２５ａについても、同様に、伝熱性を有する接着剤（不図示）で固定するようにしても良い。なお、使用可能な接着材の材料としては、例えば、住友スリーエム社製のＥＷ２０７０（商品名）が挙げられる。【００２９】
このような構成を有することによって、発電部２１で生じた熱が、伝熱部材２７を経由して筐体２５の内層２５ａに伝えられる。筐体２５に伝えられた熱は、熱伝導率が高い内層２５ａの全面に広がり、その後に、外層２５ｂに伝達される。すなわち、筐体２５の広い範囲に亘って、熱が均一に分散される。そして、均一に分散された熱が、外層２５ｂの内部を通って、外層２５ｂの表面（内層２５ａと接していない側の表面）に伝わり、該表面から空気中へ放熱される。【００３０】
このため、筐体２５の温度ムラが抑制され、筐体２５の外側の表面は、どの箇所でも略同じ温度になる。つまり、部分的に温度が低い場所が存在しない状態となる。その結果、外層２５ｂの外側の表面に伝達された熱が、当該表面から空気中へ効率的に放熱される。【００３１】
−燃料電池の断面構造−
次に、図２に示した燃料電池における断面を示して、実施例１の燃料電池２０をより詳細に説明する。図３Ａは、図２Ａ中の燃料電池２０をＡ面に沿って切断した場合の断面図であり、図３Ｂは、図２Ｂ中の燃料電池２０をＢ面に沿って切断した場合の断面図である。なお、図３Ｂは、図３Ａを、分割線Ｘ−Ｘ’に沿って切断した断面図となる。【００３２】
図３Ｂに示すように、内層２５ａは、筐体の正面（ＦＲＯＮＴ）のと背面（ＢＡＣＫ）にも設けられている。内層２５ａは、上側の面と下側の面のみに設けた構成としても構わないが、放熱効率を向上させる観点からは、できるだけ広い範囲に内層２５を配置させることが望ましい。すなわち、筐体の内側全面に内層２５ａを設けた構成にすることが好ましい。また、空気供給孔２４は、図３Ｂに示すように、筐体の正面の壁面に２個（２４ａ及び２４ｂ）と、筐体の背面の壁面に２個（２４ｃ及び２４ｄ）の計４個が設けられている。【００３３】
伝熱部材２７は、図３Ａ及び図３Ｂ（或いは図２Ｂ）に示すように、細長く延びた形状を有している。そして、その長手方向が、燃料電池２０の正面から背面へ向かう方向に平行になるように配置される。すなわち、伝熱部材２７は、その長手方向を、筐体２５の空気供給孔２４が配置された壁面に対して垂直になるように向けて配置される。【００３４】
このように、筐体２５の正面と背面に設けられた複数の空気供給孔２４ａ〜２４ｄによって、筐体の内部と外部との間の通気が確保される。例えば、図２Ａのように接地された場合には、低い位置の空気供給孔２４ｂ及び２４ｄから（温度の低い）外部の空気が吸入され、高い位置の空気供給孔２４ａ及び２４ｃから、（発電により温度が高くなった）内部の空気が排出される。なお、１つの空気供給で、空気の吸入及び排出の両方を行なう場合もある。【００３５】
なお、本実施例では、４個の伝熱部材２７を設けているが、伝熱部材２７は１個以上設けられていれば良い。但し、放熱効率を向上させる観点からは、発電部２１の上下の空間の通気を遮らない程度に、多数の伝熱部材２７が設けられていることが望ましい。更には、図４Ａ及び図４Ｂに示したように、各伝熱部材２７を、発電セル１４に対応する位置に（すなわち、発電セル１４の位置に合わせて、或いはその近傍に）それぞれ配置するようにしても良い。このように、ハウジング２１ｈのうち、発電セル１４の熱を受けて特に温度が高くなる箇所から、集中的に放熱を促すことにより、より効率的な放熱を行うことが可能となる。【００３６】
更に、図５Ａに示すように、例えば、筐体の正面（ＦＲＯＮＴ）と背面（ＢＡＣＫ）に、良熱伝導性の多孔質体２９を設けてもよい。多孔質体２９は、その内部を空気が通過することが可能な通気性を有する部材であり、図に示すように、空気供給孔２４を塞ぐように配置される。また、多孔質体２９は、例えば、その下側の端が、筐体２５の下側の面に設けられた内層２５ａに接触するとともに、その上側の端が、筐体２５の上側の面に設けられた内層２５ａに接触する。【００３７】
このような構成により、燃料電池２０の内部を空気が通過する際に、当該空気が多孔質体２９を通過する。そして、多孔質体２９の熱を、多孔質体２９の表面から空気に放熱させる。上述したように、多孔質体２９は、内層２５ａに接触して（或いは、導電性接着剤などを介して接続され）、内層２５ａの熱が良好に伝達される。このように、多孔質体２９は、所謂ヒートシンクの役割を果たし、発電部２１で発生した熱が、図５Ａ中の矢印Ｈのルートで多孔質体２９に伝達し、多孔質体２９から外部に効率良く放熱される。【００３８】
なお、このように多孔質体２９を設けた場合であっても、図３Ｂのように、筐体の上下面に加え、筐体の正面及び背面にも内層２５ａを設けた構成としても良い。或いは、放熱効率を向上させる観点から、筐体の全面に内層２５ａを設けた構成としても良い。多孔質体２９を構成する材料としては、例えば、三菱マテリアル社製の発泡金属（商品名）、古河スカイ社製のフルポーラス（商品名）、鈴木テクノス社製のパンチングメタル（商品名）等が使用可能である。【００３９】
図５Ｂは、多孔質体２９の概略形状を示した図である。このように、多孔質体２９は、表裏面を貫通する孔が多数並んだ形状（ａ）や、３次元網目状構造（ｂ）を有している。これらの形状は、放熱を確保するための十分な表面積を有し、且つ、十分な酸素供給を可能にする形状である。なお、多孔質体２９を構成する材料としては、アルミニウム、銅、ジュラルミン、マグネシウム合金などが挙げられる。【００４０】
−検証結果−
以下、実施例１を採用した場合の効果について、検証を行った結果を説明する。図６Ａ及び図６Ｂは、当該検証を行った際に、温度を測定したポイントを示した図（斜視図と断面図）である。図に示すように、測定したポイントは、
・発電部２１のハウジング２１ｈの表面（ハウジング２１ｈのうち、上側の面の外表面）ｋ１〜ｋ３
・発電部２１のハウジング２１ｈの裏面（ハウジング２１ｈのうち、下側の面の外表面）ｌ１〜ｌ３
・筐体２５の表面（外層２４ｂのうち、上側の面の外表面）ｍ１〜ｍ３
・筐体２５の裏面（外層２４ｂのうち、下側の面の外表面）ｎ１〜ｎ３
の計１２ポイントである。なお、上記の「上側」及び「下側」は、説明の便宜上、燃料タンクが筐体と接触する側を下側とし、燃料タンクが筐体と接触しない側を上側としている。【００４１】
検証に使用した実施例１の燃料電池としては、厚さが１．０ｍｍのポリウレタンからなる外層の内側に、厚さが０．１ｍｍのアルミニウムの板を張り付けた筐体を有するものを使用した。また、伝熱部材としては、内層と同じアルミニウムからなる部材を使用し、図２Ｂに示すように４箇所に配置させた。【００４２】
また、発電部２１は、図７に示されるように、ハウジング２１ｈの内部に、燃料供給路２２に沿って、複数個の発電セル１４が収納されているものを使用した。発電セル１４は、燃料供給路２２の上下に４個ずつ配置されている。これらの発電セル１４は、それぞれ内部にＭＥＡ１０を備えており、必要な出力電圧を確保するために、直列に接続される。【００４３】
測定は、燃料電池２０に所定の負荷（不図示）を接続し、その状態で燃料電池２０を発電させる方法で行った。具体的には、燃料電池２０を２〜３時間連続して発電させ、予め設定した上記の測定ポイントの温度を測定した。なお、測定の際、負荷を、燃料電池２０の出力電圧が一定（０．３Ｖ）になるように設定した。【００４４】
上記のような設定における測定結果を図８〜図１３に示す。図８〜図９が、従来の燃料電池を使用した場合の測定結果であり、図１１〜図１２が実施例１（図３）の燃料電池を使用した場合の測定結果である。すなわち、図８〜図９は、実施例１に対する比較例に相当する。なお、従来の燃料電池としては、実施例１（図３）の燃料電池から、筐体２５の内層１２ａ及び伝熱部材２７を取り去った構成の燃料電池を使用した。【００４５】
具体的には、図８Ａ及び図１１Ａは、ハウジング２１ｈ表面（測定ポイントｋ１〜ｋ３）における温度を示したグラフであり、図８Ｂ及び図１１Ｂは、ハウジング２１ｈ裏面（測定ポイントｌ１〜ｌ３）における温度を示したグラフである。また、図９Ａ及び図１２Ａは、筐体表面（測定ポイントｍ１〜ｍ３）における温度を示したグラフであり、図９Ｂ及び図１２Ｂは、筐体裏面（測定ポイントｎ１〜ｎ３）における温度を示したグラフである。また、図１０及び図１３は、燃料電池の出力電圧と出力電流の関係を示したグラフである。【００４６】
図８及び図９のグラフに示されるように、ハウジング及び筐体では、中央部の測定ポイント（ｋ２、ｌ２、ｍ２、ｎ２）の温度が、他の測定ポイントの温度よりも高い。測定開始から６０分経過後における温度は、ｋ２＝５８℃、ｌ２＝５７℃、ｍ２＝４５℃、ｎ２＝４２℃であり、筐体とハウジングの間では最大で１５℃の温度差が存在した。各測定ポイントにおける温度は、測定開始から約１００分経過するまでは温度が上昇し続け、その後下降している。【００４７】
図１０のグラフにおいても、測定開始から約９０分を経過した時から電流の値が一時的に上昇し、その後下降している。電圧値については、測定開始から約１４０分を経過した時点で０．３Ｖを維持できなくなり、その後出力がストップした。【００４８】
これは、ハウジング部の温度が急激に上昇したため、測定開始から６０分経過した時点で燃料のメタノールが沸騰し、燃料が発電セル１４に正常に供給されなくなったためである。【００４９】
次に、実施例１の場合について示す。実施例１の場合には、図１１及び図１２のグラフに示されるように、筐体の表面ではｍ３の温度が一番高く、中央部の測定ポイント（ｋ２、ｌ２、ｍ２、ｎ２）の温度が、全て、他の測定ポイントの温度よりも高くなることはなかった。測定開始から６０分経過後における（一番高い温度を示した測定ポイントの）温度は、ｋ２＝５３℃、ｌ２＝５３℃、ｍ３＝３６℃、ｎ１＝ｎ２＝３９℃であり、筐体とハウジングの間では最大で１７℃の温度差が存在した。【００５０】
但し、図８及び図９の比較例と比ベて、筐体表面の測定ポイントによる温度のバラツキ（温度ムラ）は小さくなっている。例えば、比較例の図９のグラフでは、ｍ１＝３１℃、ｍ２＝４５℃、ｍ３＝３７℃であり、１４℃の温度バラツキが存在した。それに対して、実施例１の図１２のグラフでは、ｍ１＝３３℃、ｍ２＝３５℃、ｍ３＝３６℃であり、温度バラツキは３℃であった。このような温度ムラの抑制によって、実施例１のハウジングの温度は、比較例ハウジングの温度よりも約５℃低下した。そして、測定開始から約１００分経過しても、温度が一定に維持されることが確認できた。【００５１】
出力電流及び出力電圧においても、図１３に示すように、実施例１の場合には、測定開始から約１００分を経過した後でも、一定の値を維持して、正常に動作していることが確認できた。この結果は、筐体２５表面の測定ポイントによる温度のバラツキ（温度ムラ）が小さくなり、筐体２５から効率的な放熱が行われるようになったことにより、発熱体２１の温度が低下して、比較例のような異常が発生しなくなったことを裏づけている。【００５２】
（実施例２)
次に、燃料電池２０の伝熱部材としてバイメタルを使用した例を、図を用いて説明する。なお、伝熱部材としてバイメタルを使用した以外は、全て実施例１と同じ構成である。【００５３】
バイメタルは、熱膨張係数の異なる２種類の金属を貼り合わせたものであり、温度に応じて形状が変化するものである。例えば、鉄とニッケルの合金にマンガン、クロム、銅などを添加して、２種類の熱膨張率の異なる金属板を作り、冷間圧延で貼り合わせたものである。なお、バイメタルとしては、例えば、富士金属社製のＬ（商品名）が使用可能である。【００５４】
図１４Ａ及び図１４Ｂは、伝熱部材としてこのようなバイメタルを使用した場合の燃料電池２０の断面図である。図１４Ａは伝熱部材３３が内層２５ａに接触していない場合を示し、図１４Ｂは伝熱部材３３が内層２５ａに接触した場合を示している。なお、バイメタルは、図に示すように、その一部分を発電部２１の表面に密着させた状態で、発電部２１の表面に固定する。【００５５】
本実施例では、燃料電池２０が発電していない場合等、発電部２１の温度が低い状態では、図１４Ａに示すように、伝熱部材３３（バイメタル）が内層２５ａに接触しない。その後、燃料電池２０が発電を開始し、発電部２１の温度が予め設定された温度を超えると、図１４Ｂに示すように伝熱部材３３（バイメタル）が変形し、伝熱部材３３が内層２５ａに接触する。【００５６】
このように、伝熱部材３３としてバイメタルを使用した本実施例では、温度が上昇したときのみ伝熱部材３３が内層２５ａに接触する。そのため、発電を開始した直後に、発電部２１の温度が上昇し易くなり、効率良く発電を行うために必要な温度に達するまでの時間が短くなる。【００５７】
更には、図１５Ａ及び図１５Ｂに示したように、各伝熱部材３３（３３ａ〜３３ｈ）を、発電セル１４に対応する位置に（すなわち、発電セル１４の位置に合わせて、或いはその近傍に）それぞれ配置するようにしても良い。このように、ハウジング２１ｈのうち、発電セル１４の熱を受けて特に温度が高くなる箇所から、集中的に放熱を促すことにより、より効率的な放熱を行うことが可能となる。【００５８】
また、バイメタル以外に、伝熱部材として形状記憶合金を使用することも可能である。形状記憶合金としては、例えば、大同特殊工業社製のＫＩＯＫＡＬＬＯＹ（商品名）が使用可能である。【００５９】
また、伝熱部材をアクチュエータで変形させる機構を設けて、バイメタルを使用した場合と同様の効果を得ることも可能である。このような伝熱部材をアクチュエータで変形させた例を図１６に示す。図１６Ａは伝熱部材３７が内層２５ａに接触していない場合を示した断面図であり、図１６Ｂは伝熱部材３７が内層２５ａに接触した場合を示した断面図である。【００６０】
アクチュエータ３９の駆動は、当該アクチュエータ３９を備えた駆動部３４により行う。また、駆動部３４の他に、発電部２１の温度を測定するサーミスタ３６と、駆動部３４を駆動させる制御部３５とを備える。サーミスタ３６の先端は発電部２１に接触して固定され、発電部２１の温度を測定して、測定した発電部２１の温度を制御部３５に伝える。制御部３５と各駆動部３４との間は、制御用の配線３８で接続され、制御部３５は、各駆動部３４が備えるアクチュエータ３９の駆動を制御する。【００６１】
制御部３５は、サーミスタ３６から発電部２１の温度に相当する電圧を受け取り、予め設定された温度に相当する基準電圧値と比較する。比較は、例えば、制御部３内に設けられたコンパレータ（不図示）等により行われ、比較した結果を、例えば制御部３内に設けられたＣＰＵ（Central Processing Unit）（不図示）に出力する。比較結果を受けたＣＰＵは、処理結果に応じて、駆動部３４のアクチューエータ３９を制御する。【００６２】
制御は、発電部２１の温度が、予め設定された温度（例えば、４５℃）を超えたときに、アクチューエータ３９を動作させ、伝熱部材３７を内層２５ａに接触させる。なお、アクチューエータ３９としては、例えば、Ｃａｎｎｏｎ製のマイクロアクチュエータ（商品名）が使用可能である。またサーミスタ３６としては、例えば、ＴＤＫ社製のＮＣＣＧ１０３ＪＦ１０３Ｆが使用可能である。【００６３】
−検証結果−
以下、実施例２を採用した場合の効果について、検証を行った結果を説明する。検証は、伝熱部材としてバイメタルを使用した場合について行った。なお、検証は以下のような装置を使用して行った。
（１）燃料電池
・実施例２・・・図１４に示す構成の燃料電池。
・比較例・・・図１４示す構成から伝熱部材（バイメタル）３３及び内側の層２５ａを取り去った構成の燃料電池。
（２）燃料電池２０に接続する負荷
・出力電流を一定に制御する負荷。
（３）実施例２を採用した燃料に使用したバイメタル
・平板型、長さ１５ｍｍ
・湾曲係数  １４×１０１６Ｅ−６
・力係数  ３２５０ｋｇ／ｍｍ【００６４】
図１７が本検証結果を示したグラフである。図１７における実施例２のグラフ中、Ａ点がバイメタルと内層２５ａとが接触したポイントであり、Ｂ点がバイメタルと内層２５ａとの接触が離れたポイントである。なお、バイメタルは、バイメタルの温度が４５℃になったときに、バイメタルと内層２５ａとが接触するように設定した。【００６５】
図１７のグラフに示されるように、比較例を採用した場合には、測定開始から約５０分で出力電圧が低下し始め、そのまま下降し続けた。それに対し、実施例２を採用した場合には、約５０分経過した後でも、出力が低下することなく一定の出力電圧を維持していることが確認できた。この結果は、Ａ点でバイメタルが内層２５ａとが接触することによって、筐体２５表面の測定ポイントによる温度のバラツキ（温度ムラ）が小さくなり、筐体２５から効率的な放熱が行われるようになったことにより、発電部２１の温度が低下して、比較例のような異常が発生しなくなったことを裏づけている。【００６６】
なお、測定開始から約９０分を経過後、出力電圧が徐々に低下し始めたが、約１３０分を経過した時点で再びバイメタルと内層２５ａとが接触し、出力電圧が再び上昇し始めた。すなわち、出力電圧が約１．１Ｖに達した後に再び上昇し始め、その後、出力電圧が１．１Ｖと１．２Ｖの間で維持されることが確認できた。【００６７】
また、実施例２のグラフでは示されていないが、実施例２の場合には、Ａ点でバイメタルが内層２５ａと接触するまでの間、ハウジング２１ｈの温度が、図８Ａ及び図８Ｂに示されるような急激な温度上昇カーブを描く。これを実施例１と比較すると、実施例１の場合には、ハウジング２１ｈの温度は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示されるような温度の上昇カーブになる。これを、所定の温度に達するまでの時間で比較すると、例えば、測定ポイントｋ２及びｌ２における４０℃に達するまでの時間は、図８Ａ及び図８Ｂでは２０〜２５分であるが、図１１Ａ及び図１１Ｂの場合には、約３０分を要する。このように、実施例２の場合は、実施例１と比較して、温度が予め設定された温度になるまでの時間が短縮される。すなわち、発電を開始した直後に、発電部２１の温度が上昇し易くなり、効率良く発電を行うために必要な温度に達するまでの時間が短くなる。【００６８】
（実施例３)
次に、伝熱部材としてのバイメタルを、発電セル１４に対応する位置に（すなわち、発電セル１４の位置に合わせて、或いはその近傍に）それぞれ配置した例について説明する。なお、本実施例は、筐体２５に内層２５ａを設けることを必須としない点で、実施例１及び実施例２と異なる。バイメタルは、実施例２で使用したものと同じものを使用する。【００６９】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、伝熱部材としてのバイメタル４３を発電部２１のハウジング２１ｈの内部に設けた場合である。（以下、本実施例に使用する「伝熱部材としてのバイメタル」を、単に「バイメタル」という。）図１８Ａはバイメタル４３ａ〜４３ｆがハウジング２１ｈに接触していない場合を示し、図１８Ｂはバイメタル４３ａ〜４３ｆがハウジング２１ｈに接触した場合を示している。なお、これらのバイメタルは、全て同じ温度でハウジング２１ｈと接触するように設定されている。また、バイメタル４３ａ〜４３ｆは、図に示すように、その一部分を発電セル１４の表面に密着させた状態で、発電セル１４の表面に固定される。【００７０】
このように、発電セル１４ａ〜１４ｆに対応して、同じ温度で変形するバイメタル４３ａ〜４３ｆが設けられることにより、全ての発電セル１４が、予め設定された“同じ”温度に到達したときに、バイメタル４３とハウジング２１ｈとが接触し、放熱が促進されることになる。すなわち、発電セル１４によって、その温度上昇にバラツキが生じている場合であっても、ハウジング２１ｈの広い範囲に対して均一に放熱が行われるため、ハウジング２１ｈにおけるバラツキ（温度ムラ）が小さくなり、効率的な放熱が可能となる。なお、本実施例においては、発電セル１４の表面の温度についても、バイメタル４３が設けられた全発電セル１４について、発電セル１４間でのバラツキ（温度ムラ）が抑制される。【００７１】
図１９Ａ及び図１９Ｂは、バイメタル５３を発電部２１のハウジング２１ｈの外部に設けた場合である。図１９Ａはバイメタル５３ａ〜５３ｈが筐体２５に接触していない場合を示し、図１９Ｂはバイメタル５３ａ〜５３ｈが筐体２５に接触した場合を示している。なお、これらのバイメタルは、全て同じ温度で筐体２５と接触するように設定されている。また、バイメタル５３ａ〜５３ｈは、図に示すように、その一部分をハウジング２１ｈの表面に密着させた状態で、ハウジング２１ｈの表面に固定される。【００７２】
このように、ハウジング２１ｈの表面に、同じ温度で変形するバイメタル５３を、発電セル１４に対応する位置に、（すなわち、発電セル１４の位置に合わせて、或いはその近傍に）それぞれ配置する。これにより、ハウジング２１ｈのうち、発電セル１４の熱を受けて特に温度が高くなる箇所から、集中的に放熱を促すとともに、当該温度が高くなる箇所の間に温度のバラツキが生じたとしても、筐体２５の広い範囲に対して均一に放熱を行ない、効率的な放熱を行うことが可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００７３】
本発明による燃料電池は、筐体等に生じる温度ムラの抑制を実現するものである。したがって、本発明による燃料電池は、放熱効率を高めるうえで極めて有用である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際調査報告】
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