(57)【要約】【課題】燃料電池の温度調節を面内でより適切に行う。【解決手段】燃料電池システム１０は、燃料カートリッジ２０、燃料カートリッジ２０の両側にそれぞれ配置された燃料電池３０および燃料電池３０’を備える。伝熱板１３０は燃料電池３０に固定されている。伝熱板１４０は燃料カートリッジ２０に固定されている。伝熱板１３０の伝熱板１４０との対向面の４箇所に伝熱性調節部としてバイメタル１５０の形状に合わせた凹部が設けられている。バイメタル１５０は、相対的に温度が高い場合に平板状となり、相対的に温度が低い場合に反った形状となる。【選択図】図６
2014013733.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発熱または吸熱する温度可変体と、
燃料電池と、
前記温度可変体と前記燃料電池との間に設けられ、前記燃料電池の温度に応じて、前記温度可変体と前記燃料電池との間の距離を変えることにより、前記温度可変体と前記燃料電池との間の伝熱性を変える伝熱性調節部と、
を備え、
前記伝熱性調節部が複数箇所に設けられていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記温度可変体は吸熱性を有し、
前記伝熱性調節部は、前記燃料電池が相対的に低温の場合に、前記燃料電池が相対的に高温の場合に比べて、前記温度可変体と前記燃料電池との間の距離を広げて前記温度可変体と前記燃料電池との間の伝熱性を低下させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記温度可変体が水素を放出する際に吸熱する水素吸蔵合金を貯蔵する燃料カートリッジである請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記温度可変体は発熱性を有し、
前記伝熱性調節部は、前記燃料電池が相対的に高温の場合に、前記燃料電池が相対的に低温の場合に比べて、前記温度可変体と前記燃料電池との間の距離を広げて前記温度可変体と前記燃料電池との間の伝熱性を低下させる請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記温度可変体が水素を放出する際に発熱する水素発生剤を貯蔵する燃料カートリッジである請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記温度可変体の前記燃料電池との対向面に伝熱板が設けられており、前記温度可変体と前記燃料電池とが近接したときに、前記伝熱板を通して前記温度可変体と前記燃料電池との熱移動が行われる請求項１乃至５のいずれか１項に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記燃料電池の前記温度可変体との対向面に他の伝熱板が設けられており、前記温度可変体と前記燃料電池とが近接したときに、前記他の伝熱板を通して前記温度可変体と前記燃料電池との熱移動が行われる請求項１乃至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、燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムは水素と酸素とから電気エネルギ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。燃料電池システム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や運動エネルギの過程を経ることが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、燃料電池システムは燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、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有り、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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−２６０２０２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とにより発電性能が低下する。従来の燃料電池では、面内に温度分布が生じた場合の温度対策が不十分であったため、部分的にドライアウトやフラッディングが生じる可能性があった。
【０００６】
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、燃料電池の温度調節を面内でより適切に行うことができる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、発熱または吸熱する温度可変体と、燃料電池と、温度可変体と燃料電池との間に設けられ、燃料電池の温度に応じて、温度可変体と燃料電池との間の距離を変えることにより、温度可変体と燃料電池との間の伝熱性を変える伝熱性調節部と、を備え、伝熱性調節部が複数箇所に設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、燃料電池の温度管理を燃料電池の面内で一様に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。
【図２】図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、それぞれ、実施の形態１に係る燃料電池システムの側面図、上面図である。
【図３】図３は、図２（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図４】伝熱板および燃料電池を燃料カートリッジの側から見た斜視図である。
【図５】図５(Ａ）および図５（Ｂ）は、バイメタルの機能を示す要部拡大図である。
【図６】図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）は、実施の形態１の燃料電池システムにおける、燃料電池の温度変化に伴って変化する、燃料電池と燃料カートリッジとの熱的な接続の状態を示す図である。
【図７】図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、実施の形態１に係る燃料電池システムの変形例を示す要部拡大図である。
【図８】図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、実施の形態１に係る燃料電池システム１の他の変形例を示す要部拡大図である。
【図９】実施の形態２に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。
【図１０】図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図１１】図１１（Ａ）乃至図１１（Ｃ）は、実施の形態３の燃料電池システムにおける、燃料電池の温度変化に伴って変化する、燃料電池と燃料カートリッジとの熱的な接続の状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
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。
【００１１】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。図２（Ａ）、図２（Ｂ）は、それぞれ、実施の形態１に係る燃料電池システムの側面図、上面図である。また、図３は、図２（Ｂ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【００１２】
燃料電池システム１０は、主な構成として、燃料カートリッジ２０、燃料カートリッジ２０の両側にそれぞれ配置された燃料電池３０および燃料電池３０’を備える。なお、燃料電池３０’の構成は、燃料電池３０の構成と同様であるため、説明を適宜省略する。以下の説明において、燃料電池３０の構成に相当する燃料電池３０’の構成については、燃料電池３０の構成要素の符号に「’」を付して説明する場合がある。
【００１３】
燃料カートリッジ２０には水素吸蔵合金２２が収容されている。水素吸蔵合金２２は、水素の吸蔵と、吸蔵した水素の放出とが可能であり、たとえば、希土類系のＭｍＮｉ4.32Ｍｎ0.18Ａｌ0.1Ｆｅ0.1Ｃｏ0.3（Ｍｍはミッシュメタル）である。なお、水素吸蔵合金２２は、希土類系の合金に限られず、たとえばＴｉ−Ｍｎ系合金、Ｔｉ−Ｆｅ系合金、Ｔｉ−Ｚｒ系合金、Ｍｇ−Ｎｉ系合金、Ｚｒ−Ｍｎ系合金等であってもよい。具体的には、水素吸蔵合金２２としてＬａＮｉ５合金、Ｍｇ２Ｎｉ合金、Ｔｉ１＋ｘＣｒ２−ｙＭｎｙ（ｘ＝０．１〜０．３、ｙ＝０〜１．０）合金などを挙げることができる。水素吸蔵合金２２は、上述した水素吸蔵合金の粉末にポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）デイスパージョンなどの結着剤を混合し、プレス機で圧縮成形した圧縮成形体（ペレット）とすることができる。燃料カートリッジ２０は、交換、水素補充、メンテナンスなどの必要に応じて燃料電池システム１０が取り外しが可能であることが好ましい。水素吸蔵合金２２は水素放出の際に吸熱反応を起こす材料であり、燃料カートリッジ２０は「温度可変体」の一例である。
【００１４】
燃料カートリッジ２０内の水素はレギュレータ（図示せず）によって所定の圧力に調節された後、配管１２９、配管１２９’を経由して、それぞれ、燃料電池３０、燃料電池３０’のアノードに供給される。なお、本実施の形態では、配管１２９、配管１２９’は、蛇腹状の形態などにより伸縮自在になっている。
【００１５】
燃料電池３０は、燃料カートリッジ２０の一方の主表面側に配置されている。燃料電池１００は、ハウジング１１０、膜電極接合体１２０およびカソードカバー１２５を備える。
【００１６】
ハウジング１１０は、膜電極接合体１２０を収容する部材である。ハウジング１１０には、燃料カートリッジ２０と反対側の面に開口が形成され、当該開口にカソードカバー１２５が蓋をするように組み付けられている。カソードカバー１２５は、平板状の部材で形成されており、カソードカバー１２５には一方の主表面から他方の主表面に貫通する多数の貫通孔１２７が形成されている。これらの貫通孔１２７によりカソード１２４と燃料電池外部との間の通気性が得られている。カソードカバー１２５の材料は柔軟性を有していることが好ましく、たとえば、ポリプロピレンやポリエチレンからなる薄型部材が挙げられる。
【００１７】
膜電極接合体１２０は、電解質膜１２２、カソード１２４およびアノード１２６を有する。カソード１２４はカソードカバー１２５の側に配置され、アノード１２６は燃料カートリッジ２０の側に配置されている。アノード１２６の燃料カートリッジ２０側の主表面上に燃料室１２８や燃料流路（図示せず）が形成されている。燃料室１２８には、配管１２９を介して燃料カートリッジ２０から水素が供給される。
【００１８】
電解質膜１２２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１２４とアノード１２６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１２２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。
【００１９】
カソード１２４およびアノード１２６は、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。カソード１２４およびアノード１２６が任意に有するイオン交換樹脂は、触媒粒子と電解質膜１２２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１２２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、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。
【００２０】
伝熱板１３０および伝熱板１４０は、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０との間に配置されている。伝熱板１３０は、燃料カートリッジ２０側のハウジング１１０の表面に固定されている。また、伝熱板１４０は、燃料電池３０に面する燃料カートリッジ２０の主表面に固定されている。伝熱板１３０および伝熱板１４０は、熱伝導性が良好で柔軟性を有する材料、たとえば、アルミ板で形成されている。伝熱板１３０と伝熱板１４０との間の距離は可変であり、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触する状態や伝熱板１３０と伝熱板１４０との間に隙間が形成された状態を取り得る。伝熱板１３０と伝熱板１４０が接触した状態において、伝熱板１３０および伝熱板１４０を介して、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。一方、伝熱板１３０と伝熱板１４０との間に隙間が形成された状態では、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。
【００２１】
図４は、伝熱板１３０および燃料電池３０を燃料カートリッジ２０の側から見た斜視図である。図４に示すように、本実施の形態では、伝熱板１３０の伝熱板１４０との対向面の４箇所に伝熱性調節部としてバイメタル１５０の形状に合わせた凹部１３２が設けられている。バイメタル１５０の長手方向の一方の端部は伝熱板１３０に固定されている。たとえば、バイメタル１５０と伝熱板１３０とは熱伝導性が高い接着部材により固定される。バイメタル１５０は、燃料電池３０側にＮｉ−Ｆｅ合金などの金属が配置され、燃料カートリッジ２０側に燃料電池３０側の金属より熱膨張率が大きいＺｎ−Ｃｕ合金，Ｎｉ−Ｍｎ−Ｆｅ合金などの金属が配置された２層構造を有する。この構造により、バイメタル１５０は、相対的に温度が高い場合に平板状となり、相対的に温度が低い場合に反った形状となる。
【００２２】
また、燃料電池３０’の側にも同様に、燃料電池３０’と燃料カートリッジ２０との間に伝熱板１３０’および伝熱板１４０’が設けられている。伝熱板１３０’および伝熱板１４０’は、それぞれ伝熱板１３０および伝熱板１４０と同様な部材であり、説明を省略する。また、伝熱板１３０’には、伝熱板１３０と同様に凹部１３２’およびバイメタル１５０’が設けられている。なお、温度可変体側に伝熱性調整部を設ける場合、伝熱板があることで温度可変体を抜き差しが容易になる。燃料電池側に伝熱性調整部を設ける場合、燃料電池の温度可変体側主面に伝熱板がある方が伝熱性調整部の設置が容易になる。なお、伝熱板は無くても温度可変体に直接伝熱性調整部を設けるなどにより、燃料電池と温度可変体の距離を変更することは出来るが、本実施の形態では伝熱板がある場合で説明する。
【００２３】
図５(Ａ）および図５（Ｂ）は、バイメタル１５０の機能を示す要部拡大図である。バイメタル１５０近傍の燃料電池３０が相対的に高温（たとえば、５０〜６０℃）の場合には、燃料電池３０と熱的に接続されたバイメタル１５０が平板状となる。この状態では、バイメタル１５０は凹部１３２からはみ出ることなく凹部１３２に収容される。また、図１に示すように、カソードカバー１２５とカソードカバー１２５’とが、ばねなどの弾性体１６０により互いに近づく方向に付勢されているため、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが密着する。この結果、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。なお、本実施の形態では、弾性体１６０は、カソードカバー１２５、カソードカバー１２５’の四隅にそれぞれ１本ずつ配置されているが、弾性体１６０は、カソードカバー１２５とカソードカバー１２５’とを引きつけれる機能を持てばよく、位置や本数は限定されないが、一組のバイメタル１５０、バイメタル１５０の近傍に設けることより、バイメタル１５０が平板状になった場合により確実に伝熱板１３０と伝熱板１４０とを密着させることができる。
【００２４】
これに対して、図５（Ｂ）に示すように、バイメタル１５０近傍の燃料電池３０が相対的に低温（たとえば、２０〜３０℃）の場合には、燃料電池３０と熱的に接続されたバイメタル１５０に反りが生じることにより、伝熱板１３０（燃料電池３０）と伝熱板１４０（燃料カートリッジ２０）との間の距離を広げる。バイメタル１５０の反りにより生じる燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とを広げようとする力は、弾性体１６０の引っ張り力より大きい。伝熱板１３０と伝熱板１４０との間の距離が広がることにより、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが熱的に遮断され、ひいては、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。
【００２５】
図６（Ａ）乃至図６（Ｃ）は、実施の形態１の燃料電池システム１０おける、燃料電池の温度変化に伴って変化する、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０との熱的な接続の状態を示す図である。
【００２６】
図６（Ａ）は、上方および下方のバイメタル１５０（１５０’）近傍の燃料電池３０（３０’）の温度が低温の場合、たとえば、燃料電池システム１０が停止している場合を示す。この場合には、全てのバイメタル１５０（１５０’）が反ることにより、伝熱板１３０と伝熱板１４０との間および伝熱板１３０’と伝熱板１４０’との間に隙間が生じ、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。同様に、燃料電池３０’と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。これにより、燃料電池３０（３０’）全体が過度に冷却されることが抑制され、燃料電池３０（３０’）にフラッディングが生じることを抑制することができる。
【００２７】
図６（Ｂ）は、上方のバイメタル１５０（１５０’）近傍の燃料電池３０（３０’）の温度が高温、下方のバイメタル１５０（１５０’）近傍の燃料電池３０（３０’）の温度が低温の場合、たとえば、燃料電池システム１０の起動時に上方から水素の供給され、上方部分で電気化学反応が進行して発熱している状態を示す。この場合には、上方のバイメタル１５０（１５０’）が平板状となることにより、上方部分では、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触し、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。同様に、伝熱板１３０’と伝熱板１４０’とが接触し、燃料電池３０’と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。一方、下方部分は低温であるため、下方の伝熱板１３０と伝熱板１４０との間および伝熱板１３０’と伝熱板１４０’との間には隙間が生じる。このため、下方のバイメタル１５０（１５０’）が反ることにより、下方部分では、伝熱板１３０と伝熱板１４０との間および伝熱板１３０’と伝熱板１４０’との間に隙間が生じ、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。これにより、上方部分では、相対的に高温状態の燃料電池３０（３０’）から燃料カートリッジ２０に放熱され、あるいは、燃料カートリッジ２０によって燃料電池３０（３０’）が冷却される。この結果、燃料電池３０（３０’）に部分的にドライアウトが生じることを抑制することができる。
【００２８】
図６（Ｃ）は、上方および下方のバイメタル１５０（１５０’）近傍の燃料電池３０（３０’）の温度が高温の場合、たとえば、高負荷で燃料電池システム１０が運転している場合を示す。この場合には、全てのバイメタル１５０（１５０’）が平板状になることにより、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触し、燃料電池３０全体と燃料カートリッジ２０全体とが熱的に接続する。同様に、伝熱板１３０’と伝熱板１４０’とが接触し、燃料電池３０’全体と燃料カートリッジ２０全体とが熱的に接続する。これにより、相対的に高温状態の燃料電池３０（３０’）全体から燃料カートリッジ２０に放熱され、あるいは、燃料カートリッジ２０によって燃料電池３０（３０’）全体が冷却される。この結果、燃料電池３０（３０’）にドライアウトが生じることを抑制することができる。
【００２９】
以上説明した燃料電池システム１０によれば、燃料電池３０（３０’）に温度分布が生じた場合に、燃料電池３０（３０’）の温度分布に応じて、燃料電池３０（３０’）と燃料カートリッジ２０との間の伝熱性を部分的に調節することにより、ドライアウトやフラッディングを抑制することができる。
【００３０】
図７（Ａ）および図７（Ｂ）は、実施の形態１に係る燃料電池システム１０の変形例を示す要部拡大図である。この例では、伝熱板１３０として銅箔などの薄い部材が用いられる。この例では、伝熱板１３０を設けず、燃料電池３０に直に伝熱板１４０が接するようにしてもよい。伝熱板１３０と対向する伝熱板１４０の面に凹部１４２が形成されており、この凹部１４２にバイメタル１５０が設置されている。バイメタル１５０は高温時に平板状となり、低温時に燃料電池３０の方へ中央部分が凸となるように反るように設計される。バイメタル１５０の一方の端部は、蝶番などにより回転可能に伝熱板１４０に固定されている。バイメタル１５０の一部または全部は、断熱部材１４４により伝熱板１４０と熱的に遮断されている。これにより、バイメタル１５０の温度が燃料カートリッジ２０に左右されず、バイメタル１５０の温度を燃料電池３０の温度に対応して変化させることができる。図７（Ａ）に示すように、バイメタル１５０近傍の燃料電池３０が高温の場合には、バイメタル１５０が平板状となることにより、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触する。この結果、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。一方、図７（Ｂ）に示すように、バイメタル１５０近傍の燃料電池３０が低温の場合には、バイメタル１５０が反ることにより、バイメタル１５０の中央部分（凸部分）においてバイメタル１５０と伝熱板１３０と面接触した状態となり、伝熱板１３０と伝熱板１４０との間に隙間が生じる。この結果、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。
【００３１】
以上のようなバイメタル１５０の構造を有する変形例によれば、伝熱板１３０を薄型化あるいは省略することができるため、図６（Ｂ）の場合のように、バイメタル１５０の形状が場所によって異なる場合に、伝熱板１３０や燃料電池３０を容易に湾曲させることができる。
【００３２】
図８（Ａ）および図８（Ｂ）は、実施の形態１に係る燃料電池システム１０の他の変形例を示す要部拡大図である。本変形例では、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触したときに凹部１３２内に収まるように、凹部１３２の方へ突出した突出部１４１が伝熱板１４０に形成されている。バイメタル１５０の長手方向の一方の端部が伝熱板１３０に固定されるとともに、バイメタル１５０の長手方向の他方の端部は突出部１４１に固定されている。このような構造により、図８（Ａ）に示す状態から図８（Ｂ）に示す状態に移行する際には、バイメタル１５０が反る力を利用するとともに、図８（Ｂ）に示す状態から図８（Ａ）に示す状態に移行する際には、バイメタル１５０が平板状に戻ろうとする力を利用することにより、伝熱板１３０と伝熱板１４０とを接触させることができる。このため、実施の形態１で用いたような弾性体１６０を省略することができ、燃料電池システム１０の構造を簡便化することができる。
【００３３】
（実施の形態２）
図９は、実施の形態２に係る燃料電池システムの外観を示す斜視図である。図１０は、図９のＡ−Ａ線に沿った断面図である。本実施の形態に係る燃料電池システム１０は、燃料電池３０や伝熱板１３０が柔軟性を有していない場合の形態である。本実施の形態では、燃料電池３０および伝熱板１３０が複数に分割されており、各燃料電池３０に対応する伝熱板１３０と伝熱板１４０との間の距離、すなわち、伝熱性は、変形例１と同様に、長手方向の一方の端部が伝熱板１３０に固定され、長手方向の他方の端部が伝熱板１４０に設けられた突出部１４１に固定されたバイメタル１５０によって調節される。
【００３４】
本実施の形態では、複数の区画に分割された燃料電池３０と伝熱板１４０との伝熱性がそれぞれ、実施の形態１で説明したようなメカニズムにより燃料電池３０の温度に応じて調節される。これにより、燃料電池３０や伝熱板１３０が柔軟性を有していない場合であっても、周辺環境や発電状況によって高温になった燃料電池３０のみを冷却してドライアウトを抑制したり、低温になった燃料電池３０のみを燃料カートリッジ２０から熱的に遮断してフラッディングを抑制することができる。
【００３５】
（実施の形態３）
実施の形態３に係る燃料電池システム１０の基本的な構成は実施の形態１と同様である。図１１（Ａ）〜図１１（Ｃ）は、実施の形態３の燃料電池システム１０における、燃料電池の温度変化に伴って変化する、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０との熱的な接続の状態を示す図である。
【００３６】
実施の形態１および実施の形態２では、燃料カートリッジ２０では、水素を放出する際に吸熱反応が起きる水素吸蔵合金が用いられているが、本実施の形態では、水素吸蔵合金に代えて水素発生時に発熱反応が起きる水素発生剤が用いられる。水素発生剤としては、たとえば、水と反応することにより水素を生じさせるＮａＢＨ４やＡｌなどの金属微粉末が挙げられる。水素発生剤への水供給は、燃料カートリッジ２０内に別途貯蔵された水や、外部から供給される水を用いて行うことができる。
【００３７】
本実施の形態では、バイメタル１５０が高温の場合に反りが生じ、低温の場合に平板状となるように構成される。このため、発電初期のように燃料電池３０の温度が低い場合に、は、図１１（Ａ）に示したように、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触し、燃料電池３０全体と燃料カートリッジ２０全体とが熱的に接続する。同様に、伝熱板１３０’と伝熱板１４０’とが接触し、燃料電池３０’全体と燃料カートリッジ２０全体とが熱的に接続する。これにより、燃料カートリッジ２０から燃料電池３０（３０’）全体に熱が伝導し、燃料電池３０（３０’）が温められる。この結果、燃料電池３０（３０’）にフラッディングが生じることを抑制することができる。
【００３８】
一方、高負荷時には、図１１（Ｃ）に示したように、伝熱板１３０と伝熱板１４０との間および伝熱板１３０’と伝熱板１４０’との間に隙間が生じ、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。同様に、燃料電池３０’と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。これにより、燃料電池３０（３０’）全体が過度に加熱されることが抑制され、燃料電池３０（３０’）にドライアウトが生じることを抑制することができる。
【００３９】
また、図１１（Ｂ）は、上方のバイメタル１５０（１５０’）近傍の燃料電池３０（３０’）の温度が高温、下方のバイメタル１５０（１５０’）近傍の燃料電池３０（３０’）の温度が低温の場合、たとえば、燃料電池システム１０の起動時に上方から水素の供給され、上方部分で電気化学反応が進行して発熱している状態を示す。この場合には、上方のバイメタル１５０（１５０’）に反りが生じることにより、上方部分では、伝熱板１３０と伝熱板１４０との間および伝熱板１３０’と伝熱板１４０’との間に隙間が生じ、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に遮断される。一方、下方部分は低温であるため、伝熱板１３０と伝熱板１４０とが接触し、燃料電池３０と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。同様に、伝熱板１３０’と伝熱板１４０’とが接触し、燃料電池３０’と燃料カートリッジ２０とが熱的に接続する。これにより、上方部分では、燃料電池３０（３０’）が燃料カートリッジ２０の熱によって過度に温められることが抑制される。この結果、燃料電池３０（３０’）に部分的にドライアウトが生じることを抑制することができる。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
１０  燃料電池システム、２０  燃料カートリッジ、３０，３０’  燃料電池、１１０  ハウジング、１２０，１２０’  膜電極接合体、１２２，１２２’  電解質膜、１２４，１２４’  カソード、１２６，１２６’  アノード、１２９，１２９’  配管、１３０，１３０’  伝熱板、１５０，１５０’  バイメタル、１６０  弾性体
【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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