(57)【要約】【課題】燃料電池と燃料収容部の温度を適切に制御可能な燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１０は、電解質膜３０と、電解質膜３０の一方の面に設けられたカソード３２と、電解質膜１２の他方の面に設けられたアノード３４とを含む燃料電池１２と、燃料電池１２に供給される燃料を収容する燃料収容部６０と、燃料電池１２と燃料収容部６０とを熱的に接続する第１の伝熱手段５０と、燃料電池１２と熱的に接続され、第１の伝熱手段５２よりも燃料収容部６０に対する熱伝導性が低い第２の伝熱手段５２と、を備える。第１の伝熱手段５０は、燃料電池１２から燃料収容部６０に熱を供給する。第２の伝熱手段５２は、燃料電池１２から燃料電池システム１０の外に熱を放出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードとを含む燃料電池と、
前記燃料電池に供給される燃料を収容する燃料収容部と、
前記燃料電池と前記燃料収容部とを熱的に接続する第１の伝熱手段と、
前記燃料電池と熱的に接続され、前記第１の伝熱手段よりも前記燃料収容部に対する熱伝導性が低い第２の伝熱手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料収容部が前記燃料電池に燃料を供給する際に吸熱することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１の伝熱手段および前記第２の伝熱手段は、それぞれリブ形状に形成され、
前記第１の伝熱手段によって、前記燃料電池の一部と前記燃料収容部の一部とが熱的に接続されていることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第１の伝熱手段および前記第２の伝熱手段のうちの少なくとも一方を冷却するための冷却手段をさらに備えることを特徴とする請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
リブ形状に形成された前記第１の伝熱手段および前記第２の伝熱手段のうちの少なくとも一方において、前記冷却手段の送風方向の上流側に、冷却を抑制するための冷却抑制部が設けられていることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料電池の一方の面および前記燃料収容部の外周面は、各面が鉛直方向と平行になるように配置され、
前記第１の伝熱手段および前記第２の伝熱手段は、長さ方向が鉛直方向となるようにそれぞれ前記燃料電池に配置され、
前記冷却手段は、前記燃料電池の鉛直方向下側に設けられたことを特徴とする請求項４または５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池で生成された電流を集電するための集電部をさらに備え、
前記第１の伝熱手段は、前記集電部の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、水素と酸素から電気エネルギーを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギーや運動エネルギーの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギーを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギー供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴があり、特に近年、携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書、電子書籍）などの電源への利用が期待されている。携帯機器用の固体高分子形燃料電池としては、複数の単セルを平面状に配列した平面配列型の燃料電池が知られている（特許文献１参照）。燃料としては、特許文献１に示したメタノールの他、水素吸蔵合金や水素ボンベに格納された水素を利用することが研究されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４４７１５号公報
【特許文献２】特開２００７−８０５８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
一般に燃料電池では、セル温度が高すぎると電解質膜が乾燥するドライアウトと呼ばれる現象が生じ、逆にセル温度が低すぎると水が凝縮するフラッディングと呼ばれる現象が生じる。これにより、発電性能が低下する。
【０００６】
たとえば特許文献２には、可動式熱接続部材と固定熱接続部材とを有する燃料電池が開示されている。この燃料電池では、燃料タンクが低温の場合に可動式熱接続部材と固定熱接続部材とを経由して発電部から燃料タンクに熱を供給することにより、燃料タンクの温度が過度に低下することを防ぐことができるとされている。一方、発電部の発電量が定常状態を越えている場合に、可動式熱接続部材を移動させて発電部と燃料タンクとを熱的に非接続状態にすることにより、発電部から燃料タンクへの熱の供給を停止して燃料タンクの温度が過度に上昇することを防ぐことができるとされている。
【０００７】
この技術では、燃料電池の起動時（低温時）に発電部から燃料タンクへと熱を供給していた。しかし、一般に燃料タンクの熱容量は大きい。そのため、この技術を用いた場合、燃料タンクの温度上昇に多くの熱が使われる結果、特に環境温度が低い時には発電部の温度が上昇しにくくなり、燃料電池の起動が不安定になりやすいという問題があった。
【０００８】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃料電池と燃料収容部の温度を適切に制御することができる燃料電池システムの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、燃料電池システムである。当該燃料電池システムは、電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、電解質膜の他方の面に設けられたアノードとを含む燃料電池と、燃料電池に供給される燃料を収容する燃料収容部と、燃料電池と燃料収容部とを熱的に接続する第１の伝熱手段と、燃料電池と熱的に接続され、第１の伝熱手段よりも燃料収容部に対する熱伝導性が低い第２の伝熱手段と、を備える。
【００１０】
この態様によれば、燃料電池システムの起動時に膜電極接合体をそれ自体が発生する熱により加熱しつつ、一部の熱を燃料収容部にも伝達して燃料収容部を加熱することにより、燃料電池システムを素早く起動させることができる。また、燃料電池システムの運転中には、膜電極接合体と燃料収容部の温度を、必要以上に上昇させることなく、適切な範囲に保つことができる。したがって、膜電極接合体と燃料収容部の間で適切な熱バランスをとることができる。これにより、膜電極接合体におけるドライアウトを防止することができる。なお、本明細書中で「熱的に接続」は、固体−固体間における熱伝導を指すものとし、熱伝達（固体−流体間の熱移動）とは異なるものとする。また、本明細書中で「断熱される」とは、物理的な接触により積極的な熱の移動（熱伝導）が生じる場合以外を指すものとする。つまり、たとえば固体−気体間の熱移動（熱伝達）や、固体−固体間の熱移動であっても熱が非常に伝わりにくい場合は、「断熱される」場合に含まれるものとする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、燃料電池と燃料収容部の温度を適切に制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池システムを示す斜視図である。図１（Ａ）は、燃料電池システムの外観を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、燃料電池システム筐体の内部構造を示す斜視図である。
【図２】実施の形態１に係る燃料電池システムを示す断面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図２（Ｂ）は、図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【図３】実施の形態２に係る燃料電池システムを示す断面図である。図３（Ａ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図のうち図２（Ａ）と異なる部分を示す図である。図３（Ｂ）は、燃料電池システムの内部構造を図３（Ａ）の矢印Ｚ方向から見た正面図である。
【図４】実施の形態３に係る燃料電池システムの図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。なお、すべての図面において、同様な構成要素には同様の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００１４】
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システム１０を示す斜視図である。図１（Ａ）は、燃料電池システム１０の外観を示す斜視図である。図１（Ｂ）は、燃料電池システム筐体２０の内部構造を示す斜視図である。図２は、実施の形態１に係る燃料電池システム１０を示す断面図である。図２（Ａ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図である。図２（Ｂ）は、図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。
【００１５】
燃料電池システム１０は、燃料電池システム筐体２０と、燃料電池システム筐体２０に収容された膜電極接合体１２、水素吸蔵合金タンクである燃料収容部６０、第１の伝熱手段５０、第２の伝熱手段５２、冷却手段９０を主な構成として備える。なお、膜電極接合体１２は、本明細書における「燃料電池」の一部または「燃料電池」そのものである。
【００１６】
燃料電池システム筐体２０には、膜電極接合体１２のカソード側に対向する面（図１（Ａ）の紙面手前）に複数の空気取入口２２が設けられている。空気取入口２２を通して、外部から燃料電池システム筐体２０の内部に酸化剤としての空気が流入可能である。また、鉛直方向上面（図１の紙面上側）には、放熱口２４が設けられている。放熱口２４を通して、燃料電池システム１０の内部で発生した熱を燃料電池システム筐体２０の外部に放出可能である。
【００１７】
膜電極接合体１２は、電解質膜３０、カソード触媒層３２およびアノード触媒層３４を含む。
【００１８】
電解質膜３０は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、カソード触媒層３２とアノード触媒層３４との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜３０は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。電解質膜３０の厚さは、たとえば１０〜２００μｍである。
【００１９】
カソード触媒層３２は、電解質膜３０の一方の面に形成されている。カソード触媒層３２には、外部から空気取入口２２を経由して空気が供給される。また、アノード触媒層３４は、電解質膜３０の他方の面に形成されている。アノード触媒層３４には、燃料収容部６０から放出された水素が供給される。一対のカソード触媒層３２とアノード触媒層３４との間に電解質膜が３０が狭持されることにより単セルが構成され、単セルは水素と空気中の酸素との電気化学反応により発電する。
【００２０】
カソード触媒層３２およびアノード触媒層３４は、それぞれイオン交換樹脂ならびに触媒粒子、場合によって炭素粒子を有する。
【００２１】
カソード触媒層３２およびアノード触媒層３４が有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜３０とを接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。このイオン交換樹脂は、電解質膜３０と同様の高分子材料から形成されてよい。触媒金属としては、Ｓｃ、Ｙ、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｖ、Ｎｂ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｏｓ、Ｉｒ、ランタノイド系列元素やアクチノイド系列の元素の中から選ばれる合金や単体が挙げられる。また触媒を担持する場合には炭素粒子として、ファーネスブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどを用いてもよい。なお、カソード触媒層３２およびアノード触媒層３４の厚さは、それぞれ、たとえば１０〜４０μｍである。
【００２２】
ガスケット８０は、カソード触媒層３２の周囲に位置する電解質膜３０（電解質膜３０のカソード側の外周部）と燃料電池システム筐体２０のカソード側の内周側面に設けられたカソード側固定部材８８との間にそれぞれ設けられている。ガスケット８０により、燃料ガス室１１２から空気室１１０への燃料漏洩が防止される。
【００２３】
ガスケット８２は、アノード触媒層３４の周囲に位置する電解質膜３０（電解質膜３０のアノード側の外周部）と燃料電池システム筐体２０のアノード側の内周側面に設けられたアノード側固定部材８４，８６との間にそれぞれ設けられている。ガスケット８２により、燃料ガス室１１２の密封性が高められ、燃料が漏洩することが抑制されている。アノード側固定部材８４，８６は、少なくとも燃料電池と燃料収容部６０とを断熱する。
【００２４】
燃料電池システム筐体２０内にはアノード触媒層３４と対向してシート状のガスシール部材４０が設けられている。ガスシール部材４０とアノード触媒層３４との間には、水素が充填される空間となる燃料ガス室１１２が形成されている。燃料ガス室１１２は、部分的にくり抜かれた燃料ガス室筺体１１４がアノード触媒層３４とガスシール部材４０との間に挟まれることにより形成された空間である。燃料ガス室筺体１１４は、伝熱性を有するＳＵＳやアルミニウム等の金属板で形成されている。なお、燃料ガス室筐体１１４には伝熱性を有する樹脂材料を用いてもよい。ガスシール部材４０により燃料ガス室１１２の密封性が高められている。ガスシール部材４０は、水素の流出を遮断でき、かつ膜電極接合体１２からの熱を後述する第１の伝熱手段５０および第２の伝熱手段５２に伝えることができる材料であればよく、たとえば、ＳＵＳやアルミニウム等の金属板が用いられる。ガスシール部材４０は、「燃料電池」の一部である。
【００２５】
燃料収容部６０は、膜電極接合体１２のアノード側に対向する燃料電池システム筐体２０の内周面側に設けられている。燃料収容部６０は、燃料電池に燃料を供給する際に吸熱することが好ましい。ここでは、燃料収容部６０として、水素を吸蔵可能な水素吸蔵合金（たとえば、希土類系のＭｍ（ミッシュメタル）Ｎｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1Ｆｅ0.1Ｃｏ0.3）が貯蔵された水素吸蔵合金タンクを用いる場合を示す。なお、水素吸蔵合金は、希土類系に限られず、たとえばＴｉ−Ｍｎ系、Ｔｉ−Ｆｅ系、Ｔｉ−Ｚｒ系、Ｍｇ−Ｎｉ系、Ｚｒ−Ｍｎ系等であってもよい。
【００２６】
ガスシール部材４０と燃料収容部６０との間に形成された空間５４には、それぞれリブ形状に形成された第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２とが設けられている。第１の伝熱手段５０は、膜電極接合体１２と燃料収容部６０とを熱的に接続する。第２の伝熱手段５２は、膜電極接合体１２と熱的に接続され、第１の伝熱手段５０よりも燃料収容部６０に対する熱伝導性が低い。第２の伝熱手段５２は、燃料収容部６０とは断熱されていることが好ましい。つまり、第２の伝熱手段５２は、一方の端部において膜電極接合体１２にのみ熱的に接続され、燃料収容部６０には物理的な接触により直接熱が供給されないように、空間５４の内部に他方の端部が形成されている。なお、本明細書中で「他方の端部」とは、第２の伝熱手段５２が膜電極接合体１２に対して物理的に接続された場合に、接続されていない側に形成された端部をいうものとする。第２の伝熱手段５２の他方の端部を燃料収容部６０に物理的に接触させた上でさらに間に断熱構造を設けることにより、第２の伝熱手段５２と燃料収容部６０とを断熱してもよい。
【００２７】
具体的には、第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２は、アノード触媒層３４とは反対側のガスシール部材４０の主表面に設けられている。また、第１の伝熱手段５０は、アノード触媒層３４側の燃料収容部６０の外周面にも接している。ガスシール部材４０の主表面およびアノード触媒層３４側の燃料収容部６０の外周面は、いずれも鉛直方向に平行に配置されている。図１（Ｂ）および図２（Ａ）に示すように、第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２はそれぞれリブ形状に形成され、鉛直方向を長さ方向として配置されている。つまり、第１の伝熱手段５０によってガスシール部材４０の一方の面の一部のみと燃料収容部６０の一方の面の一部のみとが熱的に接続されている。また、第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２は、それぞれ略等間隔で配置されている。第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２は、第１の伝熱手段５０および第２の伝熱手段５２は、熱伝導性が高い材料、たとえば銅、ステンレス、アルミニウムなどの金属により形成されている。
【００２８】
アノード側固定部材８４と燃料収容部６０との間には、水素供給経路７０、レギュレータ７１、燃料制御部１００が設けられている。燃料収容部６０の内部と燃料ガス室１１２とは、供給する水素の圧力調節機能を有する水素供給経路７０を介して連通している。具体的には、水素供給経路７０は、燃料電池システム筐体２０のアノード側の内周側面に沿って設けられており、燃料収容部６０の側面において、レギュレータ７１を介して水素供給経路７０と燃料収容部６０の内部とが連通している。レギュレータ７１により、水素吸蔵合金から水素が放出される際に、燃料ガス室１１２に供給される水素の圧力が低減され、アノード触媒層３４が保護される。また、燃料ガス室１１２の側面において、水素供給経路７０と燃料ガス室１１２とを連通する水素供給口７２が設けられている。
【００２９】
燃料制御部１００は、レギュレータ７１の開度を制御することにより、燃料収容部６０から燃料ガス室１１２に供給される水素の量を調節して燃料電池の出力を制御する。
【００３０】
冷却手段９０は、ファン９２と、ファン制御部９４と、ファン筺体９６とを有する。ファン筺体９６は、ファン９２とファン制御部９４とを収容する。また、ファン筺体９６は、膜電極接合体１２や燃料収容部６０の鉛直方向下側に配置された場合には、燃料電池システム筐体２０の内部においてこれらを支持する。ファン９２は、燃料電池の稼働時に、第１の伝熱手段５０および第２の伝熱手段５２のうち少なくとも一方を冷却する。ファン９２は、膜電極接合体１２の鉛直方向下側に配置されることにより、膜電極接合体１２を鉛直方向上向きに冷却することが好ましい。ファン制御部９４は、燃料電池システム１０の稼動状態に応じてファン９２の回転を制御する。具体的には、たとえば第１の伝熱手段５０または第２の伝熱手段５２に設けられた温度センサの測定値に応じて、ファン制御部９４がファン９２の回転数を調節する。
【００３１】
次に、本実施の形態の燃料電池システム１０の温度制御を説明する。燃料電池システム１０の起動後、膜電極接合体１２が発電を開始すると、熱が発生する。この熱により膜電極接合体１２自体が加熱される。また、残りの熱が第１の伝熱手段５０を通じて燃料収容部６０に供給される。燃料収容部６０が加熱されることにより、燃料収容部６０から膜電極接合体１２への水素の供給効率が上昇する。また、膜電極接合体１２には第２の伝熱手段５２が熱的に接続されている。膜電極接合体１２から必要以上の熱が発生した場合、第２の伝熱手段５２を介して放出される。また、膜電極接合体１２の温度が必要以上に上昇した場合、不要な熱は冷却手段９０を用いて燃料電池システム筐体２０の外部に排出される。
【００３２】
以上、本実施の形態によると、燃料電池システム１０の起動時に膜電極接合体１２をそれ自体が発生する熱により加熱しつつ、一部の熱を燃料収容部６０にも伝達して燃料収容部６０を加熱することにより、燃料電池システム１０を素早く起動させることができる。また、燃料電池システム１０の運転中には、膜電極接合体１２と燃料収容部６０の温度を、必要以上に上昇させることなく、適切な範囲に保つことができる。したがって、膜電極接合体１２と燃料収容部６０の間で適切な熱バランスをとることができる。これにより、膜電極接合体１２におけるドライアウトを防止することができる。
【００３３】
また、第１の伝熱手段５０によって膜電極接合体１２（燃料電池）の一部のみと燃料収容部６０の一部のみとを熱的に接続することにより、燃料電池システム１０の起動時に膜電極接合体１２から燃料収容部６０に熱を伝達させすぎないようにすることができる。これにより、起動に必要な熱が膜電極接合体１２に残るため、起動時において膜電極接合体１２の温度上昇がしやすくなり、膜電極接合体１２におけるフラッディングを防止することができる。
【００３４】
また、第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２をそれぞれ略等間隔に配置することによって、膜電極接合体１２から熱をまんべんなく放出し、膜電極接合体１２の温度を部位によらず均一にすることができる。なお、図２（Ａ）では第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２が交互に配置された場合を示したが、第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２のそれぞれが略等間隔に配置されればよく、必ずしも第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２とが交互に配置される必要はない。
【００３５】
また、冷却手段９０を用いて燃料電池の稼働時に第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２とのうちの少なくとも一方を冷却することによって、膜電極接合体１２および燃料収容部６０の温度を簡易に適切な範囲に調節することができる。この場合、ファン９２が膜電極接合体１２を鉛直方向上向きに冷却することにより、膜電極接合体１２から生じた温度の上昇した比重の小さい気体を、放熱口２４を通じて効率的に燃料電池システム１０の外部に放出することができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、第２の伝熱手段５２の断面がＩ字状の場合を示したが、これには限られず、第２の伝熱手段５２の表面積をより大きくした構造であってもよい。第２の伝熱手段５２の断面は、たとえば他方の端部がひさし状となるような略Ｔ字状であってもよい。この場合、一方の端部であるＴ字の下部で第２の伝熱手段５２を膜電極接合体１２に固定し、他方の端部であるＴ字の上部を燃料収容部６０に対して断熱させる。これにより、第２の伝熱手段５２の表面積をより大きくして第２の伝熱手段５２の放熱性を高めることができる。
【００３７】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係る燃料電池システムを示す断面図である。図３（Ａ）は、図１（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿った断面図のうち図２（Ａ）と異なる部分を示す図である。図３（Ｂ）は、燃料電池システムの内部構造を図３（Ａ）の矢印Ｚ方向から見た正面図である。なお、ここでは燃料電池システム筐体２０およびカソード側固定部材８８は図示を省略する。
【００３８】
本実施の形態では、集電部３６を介して複数の膜電極接合体１２が互いに接続されている点、および第１の伝熱手段５０が集電部３６の近傍に設けられている点が実施の形態１とは異なる。また、複数の膜電極接合体１２には、隣接する膜電極接合体１２間でショートが発生することを防止するために、カソード触媒層３２またはアノード触媒層３４と集電部３６との間に、それぞれ絶縁部３７が間隙として形成されている。
【００３９】
また、燃料ガス室１１２は直方体状の中空空間として形成されている。本実施の形態のガスシール部材４０は、水素の流出を遮断でき、かつ膜電極接合体１２からの熱を第１の伝熱手段５０および第２の伝熱手段５２に伝えることができることに加えて、絶縁性を有する。このようなガスシール部材４０の材料として、たとえばシリコーンゴム、エポキシ、ポリイミドなどの樹脂を使用することができる。ガスシール部材４０には、集電部３６側の面にリブ状の凸部４２が設けられている。この凸部４２が集電部３６と第１の伝熱手段５０との間に設けられて両者と接続されることにより、両者を絶縁している。加えて、ガスシール部材４０は集電部３６と第１の伝熱手段５０とを熱的に接続している。
【００４０】
運転時には、カソード触媒層３２、電解質膜３０、アノード触媒層３４が積層する部分(発電部)から電流が生成される。集電部３６は、膜電極接合体１２で生成された電流を集電する。また、第１の伝熱手段５０が集電部３６の近傍に設けられているため、発電部で生成された熱も集電部３６を介してガスシール部材４０、第１の伝熱手段５０、燃料収容部６０へと伝わる。しかし、集電部３６は発電部の端部に設けられているため、特に発熱量の少ない起動時には、熱の大部分が発電部に留まる。
【００４１】
本実施の形態によると、発電部の端部に集電部３６が設けられるため、起動時において膜電極接合体１２における発電部の温度を早く上昇させることができる。これにより、燃料電池システム１０をより素早く起動させることができ、膜電極接合体１２におけるフラッディングをさらに効率的に防止することができる。加えて、集電部３６の近傍に第１の伝熱手段５０が設けられるため、発電部で余った熱を燃料収容部６０に効率的に供給することもできる。
【００４２】
（実施の形態３）
図４は、実施の形態３に係る燃料電池システムの図１（Ａ）のＹ−Ｙ線に沿った断面図である。本実施の形態は、第１の伝熱手段５０に冷却抑制部５８を設けた点が実施の形態１と異なる。
【００４３】
冷却抑制部５８は、リブ形状に形成された第１の伝熱手段５０のうち冷却手段９０の送風方向の上流側、つまり冷却手段９０に近い側を覆っている。冷却抑制部５８の材質としては、ガラスクロスや樹脂などが好ましい。
【００４４】
本実施の形態によると、第１の伝熱手段５０に冷却抑制部５８を設けることによって、第１の伝熱手段５０のうち冷却抑制部５８に近い側から熱が奪われすぎるのを防止することができる。これにより、膜電極接合体１２から均一に熱が奪われるため、膜電極接合体１２の温度分布を均一に近づけることによって、燃料電池の稼働をさらに安定させることができる。
【００４５】
なお、本実施の形態では第１の伝熱手段５０に冷却抑制部５８を設ける場合を説明したが、第２の伝熱手段５２に冷却抑制部５８が設けられてもよく、第１の伝熱手段５０と第２の伝熱手段５２の両方に冷却抑制部５８が設けられてもよい。
【００４６】
また、本実施の形態では第１の伝熱手段５０に冷却抑制部５８を設けたが、ファン９２からの距離に応じて第１の伝熱手段５０または第２の伝熱手段５０の少なくとも一方の形状や材料を変えることによって、これと同じ効果を得てもよい。つまり、冷却手段９０の送風方向の上流側では第１の伝熱手段５０または第２の伝熱手段５０の表面積（または断面の周長）を小さくし、送風方向の下流側ではこれを大きくしてもよい。あるいは、第１の伝熱手段５０または第２の伝熱手段５０の少なくとも一方に対して送風方向の上流側では相対的に比熱の大きな材料を使用し、送風方向の下流側では相対的に比熱の小さな材料を使用してもよい。
【００４７】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００４８】
例えば、上述の各実施の形態の燃料電池システム１０では、一組の膜電極接合体１２が例示されており、燃料電池は単セルとなっているが、膜電極接合体１２が平面状に複数配設され、インターコネクタ、集電体、配線などの電気接続部材により複数の膜電極接合体１２が直列に接続された構成も取り得る。また、本発明が適用される燃料電池は、膜電極接合体１２が積層されたスタック構造を有してもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０  燃料電池システム、１２  膜電極接合体、２０  燃料電池システム筐体、２２  空気取入口、２４  放熱口、３０  電解質膜、３２  カソード触媒層、３４  アノード触媒層、４０  ガスシール部材、５０  第１の放熱部材、５２  第２の放熱部材、６０  燃料収容部、７０  水素供給経路、７２  水素供給口、７４  レギュレータ、８０，８２  ガスケット、９０  冷却手段、９２  ファン、９４  ファン制御部、１００  制御部、１１０  空気室、１１２  燃料ガス室
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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