(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モジュールを提供する。【解決手段】燃料電池モジュール１０の熱伝達手段５０は、吸熱部１２４と、放熱部１２０と、吸熱部１２４と放熱部１２０との間に設けられ表面が断熱性を有する伝熱部１２２とを有し、吸熱部１２４において燃料電池１２および燃料収容部６０と熱的に接続されている。熱伝達手段５０は、燃料電池１２が所定温度未満の場合、熱伝達性を有する領域と熱伝達を抑制する領域との境界面が伝熱部１２２に形成されることにより、燃料電池１２で発生した熱を燃料収容部６０に伝達し、燃料電池１２が所定温度以上の場合、熱伝達性を有する領域と熱伝達を抑制する領域との境界面５６が放熱部１２０に形成されることにより、燃料電池１２および燃料収容部６０で発生した熱を、吸熱部１２４および伝熱部１２２を介して、放熱部１２０から燃料電池１２および燃料収容部６０の外に放出する。【選択図】図５
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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水素を貯蔵する水素吸蔵合金を収容する燃料収容部と、
前記燃料収容部から前記燃料電池に水素を供給するための水素供給経路と、
吸熱性を有する吸熱部と、放熱性を有する放熱部と、前記吸熱部と前記放熱部との間に設けられ表面が断熱性を有する伝熱部とを有し、前記吸熱部において前記燃料電池および前記燃料収容部と熱的に接続された熱伝達手段と、を備え、
前記熱伝達手段は、前記燃料電池が所定温度未満の場合、熱伝達性を有する領域と熱伝達を抑制する領域との境界面が前記伝熱部に形成されることにより、前記燃料電池で発生した熱を前記燃料収容部に伝達し、前記燃料電池が所定温度以上の場合、熱伝達性を有する領域と熱伝達を抑制する領域との境界面が前記放熱部に形成されることにより、前記燃料電池および前記燃料収容部で発生した熱を、前記吸熱部および前記伝熱部を介して、前記放熱部から前記燃料電池および前記燃料収容部の外に放出することを特徴とする燃料電池モジュール。
【請求項２】
前記熱伝達手段は、熱を伝達する伝熱体が前記吸熱部側に位置し、熱の伝達を抑制する非伝熱体が前記放熱部側に位置することにより、前記伝熱体と前記非伝熱体とにより前記境界面が形成された筒状のヒートパイプであって、
前記境界面は、前記吸熱部から吸収された熱による前記伝熱体の温度の上昇に伴って、前記ヒートパイプの長さ方向に沿って前記吸熱部側から前記放熱部側に向かって移動することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池モジュール。
【請求項３】
前記放熱部の外面に取り付けられたヒートパイプ用放熱部材をさらに備え、
前記燃料電池が前記所定温度になった場合に、前記境界面を含む平面が前記ヒートパイプ用放熱部材の少なくとも一部を横断する位置まで、前記境界面が移動することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池モジュール。
【請求項４】
前記熱伝達手段の前記吸熱部は、前記燃料電池と前記燃料収容部との間に設けられ、前記放熱部は、前記吸熱部と前記伝熱部とを介して前記燃料電池および前記燃料収容部と熱的に間接的に接続された位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項５】
前記燃料電池は、前記燃料収容部と隣接して熱的に接続され、
前記熱伝達手段の前記吸熱部は、前記燃料電池と前記燃料収容部との接触面に略垂直な面において、前記燃料電池の表面と前記燃料収容部の表面とに隣接して熱的に接続され、
前記放熱部は、前記吸熱部および前記伝熱部を介して前記燃料電池および前記燃料収容部と熱的に間接的に接続された位置に設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【請求項６】
前記水素供給経路には、熱を放出するための経路用放熱部材が設けられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の燃料電池モジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池モジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素と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。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２００８−１０１５８号公報
【特許文献３】特開２０００−３５３５３６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。特にドライアウトに対する対策として、ヒートパイプを用いてセル温度を低下させる技術が知られている。しかし、従来の技術では、用いるヒートパイプの種類や、セル、燃料収容部、およびヒートパイプの配置が不適切であったため、熱の調節が不十分であった。
【０００６】
たとえば特許文献２には、ヒートパイプを内蔵する燃料電池が開示されている。また、特許文献３には、不活性ガスを封入し、一定温度以上にすると冷却効果が発現する構造を有するヒートパイプを用いた燃料電池が開示されている。
【０００７】
図９に、これら従来技術の問題点を模式的に示す。従来技術では、熱伝達手段であるヒートパイプ５０の両端側にそれぞれ放熱手段１３０および燃料収容部６０を配置し、ヒートパイプ５０の入熱部に膜電極接合体１２を配置していた。しかし、この場合、膜電極接合体１２の温度にかかわらず膜電極接合体１２から放熱が起きるため（矢印Ｍ）、膜電極接合体１２が低温である燃料電池の起動時に発電性能が安定しないという問題があった。また、発電時においては、膜電極接合体１２と燃料収容部６０との間における熱の流れは一方向であるため（矢印Ｎ）、燃料収容部６０を冷却することができない。そのため、膜電極接合体１２による放熱が増大した場合、燃料収容部６０の温度が上昇し過ぎてしまう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モジュールの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のある態様は、燃料電池モジュールである。当該燃料電池モジュールは、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水素を貯蔵する水素吸蔵合金を収容する燃料収容部と、燃料収容部から燃料電池に水素を供給するための水素供給経路と、吸熱性を有する吸熱部と、放熱性を有する放熱部と、吸熱部と放熱部との間に設けられ表面が断熱性を有する伝熱部とを有し、吸熱部において燃料電池および燃料収容部と熱的に接続された熱伝達手段と、を備えることを特徴とする。熱伝達手段は、燃料電池が所定温度未満の場合、熱伝達性を有する領域と熱伝達を抑制する領域との境界面が伝熱部に形成されることにより、燃料電池で発生した熱を燃料収容部に伝達し、燃料電池が所定温度以上の場合、熱伝達性を有する領域と熱伝達を抑制する領域との境界面が放熱部に形成されることにより、燃料電池および燃料収容部で発生した熱を、吸熱部および伝熱部を介して、放熱部から燃料電池および燃料収容部の外に放出する。
【００１０】
この態様によれば、燃料電池モジュールの起動時には膜電極接合体から燃料電池モジュールの外部に熱が放出されず、また膜電極接合体からの熱伝達により燃料収容部の温度が高くなるため、燃料電池モジュールを素早く起動させることができる。また、燃料電池モジュールの運転中には、膜電極接合体と燃料収容部との温度を必要以上に上昇させることなく、適切な温度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温度を簡易に適切な範囲に調節することができる。
【００１１】
上記態様において、熱伝達手段は、熱を伝達する伝熱体が吸熱部側に位置し、熱の伝達を抑制する非伝熱体が放熱部側に位置することにより、伝熱体と非伝熱体とにより境界面が形成された筒状のヒートパイプであってもよい。境界面は、吸熱部から吸収された熱による伝熱体の温度の上昇に伴って、ヒートパイプの長さ方向に沿って吸熱部側から放熱部側に向かって移動してもよい。
【００１２】
また、放熱部の外面に取り付けられたヒートパイプ用放熱部材をさらに備えてもよい。この場合、燃料電池が所定温度になった場合に、境界面を含む平面がヒートパイプ用放熱部材の少なくとも一部を横断する位置まで、境界面が移動してもよい。
【００１３】
また、熱伝達手段の吸熱部は、燃料電池と燃料収容部との間に設けられ、放熱部は、吸熱部および伝熱部を介して燃料電池および燃料収容部と熱的に間接的に接続された位置に設けられていてもよい。
【００１４】
また、燃料電池は、燃料収容部と隣接して熱的に接続され、熱伝達手段の吸熱部は、燃料電池と燃料収容部との接触面に略垂直な面において、燃料電池の表面と燃料収容部の表面とに隣接して熱的に接続され、放熱部は、吸熱部および伝熱部を介して燃料電池および燃料収容部と熱的に間接的に接続された位置に設けられていてもよい。
【００１５】
また、水素供給経路には、熱を放出するための経路用放熱部材が設けられていてもよい。
【発明の効果】
【００１６】
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】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】実施の形態１に係る燃料電池モジュールの筐体内部の構造の外観を示す斜視図である。
【図４】実施の形態１に用いるヒートパイプの作動原理を説明するための概略図である。
【図５】実施の形態１に係る燃料電池モジュールの内部における熱の流れを示す図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５（Ａ）は、膜電極接合体が所定温度未満の場合における熱の流れを示す図である。図５（Ｂ）は、膜電極接合体が所定温度以上の場合における熱の流れを示す図である。
【図６】実施の形態２に係る燃料電池モジュールの外観を示す斜視図である。
【図７】実施の形態２に係る燃料電池モジュールの筐体内部の構造の外観を示す斜視図である。
【図８】実施の形態２に係る燃料電池モジュールの内部における熱の流れを示す図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図８（Ａ）は、膜電極接合体が所定温度未満の場合における熱の流れを示す図である。図８（Ｂ）は、膜電極接合体が所定温度以上の場合における熱の流れを示す図である。
【図９】従来技術の燃料電池モジュールにおける熱の流れを示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
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。
【００１９】
図１は、実施の形態１に係る燃料電池モジュール１０の外観を示す斜視図である。図２は、図１のＡ−Ａ線に沿った断面図である。図３は、実施の形態１に係る燃料電池モジュール１０の筐体２０の内部における構造の外観を示す斜視図である。
【００２０】
燃料電池モジュール１０は、筐体２０と、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、ヒートパイプ５０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。
【００２１】
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の前面、図２の下部）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、図３に示すヒートパイプ用放熱部材１３２と近接する面（図１の上面）には、放熱口２４が設けられている。放熱口２４を通して、燃料電池モジュール１０の内部で発生した熱を外部に放出可能である。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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９０との間に設けられている。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。
【００２８】
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９２との間に設けられている。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。
【００２９】
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。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、且つ膜電極接合体１２からの熱をヒートパイプ５０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。ガスシール部材４０と燃料収容部６０との間には、ヒートパイプ５０が配置されている。
【００３０】
水素吸蔵合金タンクである燃料収容部６０は、膜電極接合体１２のアノード側に対向する筐体２０の内周面側に設けられている。燃料収容部６０には、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）が格納されている。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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
Ｌ字状で筒状のヒートパイプ５０の一方の辺は、ガスシール部材４０と燃料収容部６０との間に設けられており、ヒートパイプ５０はガスシール部材４０および燃料収容部６０と熱的に接続している。ヒートパイプ５０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、およびアノード触媒層３４側の燃料収容部６０の外周面に接していることが好ましい。これにより、ヒートパイプ５０と、ガスシール部材４０および燃料収容部６０との間の熱の伝達性を高めることができる。ヒートパイプ５０の構造や機能については後述する。
【００３４】
燃料電池モジュール１０の筐体２０の内部における構造を図３を用いて説明する。本実施の形態では、ヒートパイプ５０の後述する吸熱部１２４が、膜電極接合体１２と燃料収容部６０との間に設けられ、両者に熱的に接続されている。また、ヒートパイプ５０の後述する伝熱部１２２、放熱部１２０、およびガス溜め部５２は、燃料収容部６０の上部に設けられた熱を伝達しない断熱材６２の上に配置され、膜電極接合体１２および燃料収容部６０と熱的に間接的に接続されている。ヒートパイプ５０の第２領域７８の端部には、ガス溜め部５２が形成されている。ヒートパイプ５０の第２領域７８の放熱部１２０の上には、ヒートパイプ５０から熱を放出するための複数のヒートパイプ用放熱部材１３２が設けられている。ヒートパイプ用放熱部材１３２は、アルミニウムなどの放熱効率の高い金属により形成されている。
【００３５】
また、膜電極接合体１２と燃料収容部６０の側面に設けられ、両者を接続する水素供給経路７０の上部には、水素供給経路７０を冷却するための経路用放熱部材７４が設けられている。これにより、水素供給経路７０が高温になりすぎることを防ぎ、水素供給経路７０の部品の劣化を防ぐことができる。また、水素供給経路７０の音鳴りを防止することができる。
【００３６】
図４は、実施の形態１に用いるヒートパイプ５０の作動原理を説明するための概略図である。ここでは、説明を容易にするために、ヒートパイプ５０を直線状のパイプとして説明する。図４（Ａ）は、熱を加えない通常状態におけるヒートパイプ５０を示す。ヒートパイプ５０は、第１領域７６と第２領域７８とを有する。第１領域７６には、一方の端部側から順に、熱を外部から内部に吸収可能な吸熱部１２４と、表面が断熱性を有し、熱の放出が抑制される伝熱部１２２とが形成されている。ヒートパイプ５０の第２領域７８には、伝熱部１２２の側から順に、熱を内部から外部に放出可能な放熱部１２０と、内部に収容されたガスを溜めることができるガス溜め部５２とが形成されている。図３に示したヒートパイプ用放熱部材１３２は、放熱部１２０にてヒートパイプ５０の外面に設けられている。ヒートパイプ５０の第１領域７６の吸熱部側には、熱を伝達する液体である伝熱体５８が封入されている。また、第２領域７８から第１領域７６にかけて、熱の伝達を抑制する不凝縮性ガスである非伝熱体５４が封入されている。伝熱体５８と非伝熱体５４とは、ヒートパイプ５０の長さ方向に垂直に、境界面５６を形成している。燃料電池モジュール１０の停止状態では、境界面５６は伝熱部１２２に形成されている。
【００３７】
ヒートパイプ５０の材料としては、伝熱体５８とは反応しないものが好ましく、例えば銅、ステンレス、アルミニウムなどの金属が挙げられる。また、伝熱体５８としては、水、アンモニア、アルコール類などが好ましい。非伝熱体５４としては、ヘリウム、窒素、ネオン、アルゴンなどの不活性ガスが好ましい。
【００３８】
図４（Ｂ）に示すように、燃料電池モジュール１０の運転開始後、膜電極接合体１２から生じた熱がヒートパイプ５０に加わった場合、伝熱体５８の一部が蒸発することにより、境界面５６がヒートパイプ５０の長さ方向に沿って第２領域７８の方向に移動する。境界面５６が伝熱部１２２に存在するときには、熱はヒートパイプ５０から放出されない。ヒートパイプ５０に熱がさらに加わり（矢印Ｐ）、境界面５６が矢印Ｒの方向に移動し、放熱部１２０に到達したときに、放熱部１２０から熱が放出される（矢印Ｑ）。なお、伝熱体５８の内部では、熱により矢印Ｓで示す還流が生じている。
【００３９】
ヒートパイプ５０にさらに熱が加わった場合、図４（Ｃ）に示すように、境界面５６は、境界面５６を含む平面がヒートパイプ５０の放熱部１２０の外面に形成されたヒートパイプ用放熱部材１３２の少なくとも一部を横断する位置まで移動する。この場合、伝熱体５８がヒートパイプ用放熱部材１３２と面することになるため、放熱部１２０から効率的に熱が放出される（矢印Ｑ）。
【００４０】
図５は、実施の形態１に係る燃料電池モジュール１０の内部における熱の流れを示す図３のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図５（Ａ）は、膜電極接合体１２が所定温度未満の場合における熱の流れを示す図である。図５（Ｂ）は、膜電極接合体１２が所定温度以上の場合における熱の流れを示す図である。
【００４１】
図５（Ａ）に示すように、膜電極接合体１２が所定温度未満の場合、境界面５６は伝熱部１２２に形成されている。所定温度とは例えば４０〜５０℃である。この場合、ヒートパイプ５０に加わった熱は、ヒートパイプ５０から放出されない。そのため、膜電極接合体１２から生成された熱は、燃料収容部６０に伝達される（矢印Ｐ）。
【００４２】
図５（Ｂ）に示すように、膜電極接合体１２が所定温度以上の場合、ヒートパイプ５０にさらに熱が加わることにより（矢印Ｐ、Ｒ）、境界面５６を含む平面がヒートパイプ用放熱部材１３２を横断してガス溜め部５２の付近まで移動する。これにより、ヒートパイプ５０の放熱部１２０の外面に形成されたヒートパイプ用放熱部材１３２を通じて、熱が放出される（矢印Ｓ）。この場合、伝熱体５８の内部における熱の移動は、矢印Ｒの方向が主となるため、膜電極接合体１２から燃料収容部６０へは必要以上に熱が伝わることはない。
【００４３】
以上、本実施の形態によると、燃料電池モジュール１０の起動時には膜電極接合体１２から燃料電池モジュール１０の外部に熱が放出されず、また膜電極接合体１２からの熱伝達により燃料収容部６０の温度が高くなるため、燃料電池モジュール１０を素早く起動させることができる。また、燃料電池モジュール１０の運転中には、膜電極接合体１２と燃料収容部６０との温度を、必要以上に上昇させることなく、適切な温度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の温度を簡易に適切な範囲に調節することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、膜電極接合体１２の温度に応じてヒートパイプ５０の境界面５６が所望の位置に移動するようにあらかじめ調整しておく場合を示したが、膜電極接合体１２の温度を測定するセンサをさらに設け、当該センサによる検出値に基づいて境界面５６の移動を制御してもよい。
【００４５】
（実施の形態２）
図６は、実施の形態２に係る燃料電池モジュール１０の外観を示す斜視図である。図７は、実施の形態２に係る燃料電池モジュール１０の筐体内部の構造の外観を示す斜視図である。実施の形態２に係る燃料電池モジュール１０は、膜電極接合体１２、燃料収容部６０、およびヒートパイプ５０と配置が異なる以外は、実施の形態１と同様である。そのため、実施の形態２に係る燃料電池モジュールについて、実施の形態１と同様な構成については適宜説明を省略する。
【００４６】
図７に示すように、実施の形態２に係る燃料電池モジュール１０では、膜電極接合体１２の上に燃料収容部６０が隣接して積層された構造である。膜電極接合体１２と燃料収容部６０とは、隣接して熱的に接続されている。空気の取り込みが必要な膜電極接合体１２が燃料電池モジュール１０の内部構造の下側にしか存在しないため、図６に示すように、空気取入口２２は筐体２０の下側にのみ設けられている。
【００４７】
また、熱伝達手段であるヒートパイプ５０の吸熱部１２４は、図７の右側に示すように、積まれた膜電極接合体１２と燃料収容部６０の側面、つまり膜電極接合体１２と燃料収容部６０との接触面に略垂直な面において、両者の表面に隣接して熱的に接続されている。ヒートパイプ５０の伝熱部１２２と第２領域７８とは、燃料収容部６０の上に積層された断熱材６２の上に配置され、膜電極接合体１２および燃料収容部６０と熱的に間接的に接続されている。
【００４８】
図８は、実施の形態２に係る燃料電池モジュール１０の内部における熱の流れを示す図７のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。図８（Ａ）は、膜電極接合体１２が所定温度未満の場合における熱の流れを示す図である。図８（Ｂ）は、膜電極接合体１２が所定温度以上の場合における熱の流れを示す図である。
【００４９】
図８（Ａ）に示すように、膜電極接合体１２が所定温度未満の場合、境界面５６は伝熱部１２２に形成されている。この場合、ヒートパイプ５０に加わった熱は、ヒートパイプ５０から放出されない。そのため、膜電極接合体１２から生成された熱は、燃料電池モジュール１０の外には放出されず、燃料収容部６０に伝達される（矢印Ｐ）。
【００５０】
図７（Ｂ）に示すように、膜電極接合体１２が所定温度以上の場合、ヒートパイプ５０にさらに熱が加わることにより（矢印Ｐ、Ｒ、Ｔ）、境界面５６を含む平面がヒートパイプ用放熱部材１３２を横断してガス溜め部５２の付近まで移動する。これにより、ヒートパイプ５０の放熱部１２０の外面に形成されたヒートパイプ用放熱部材１３２を通じて、熱が放出される（矢印Ｓ）。この場合、膜電極接合体１２から燃料収容部６０に伝達される熱の大部分は、矢印Ｔに示すように、ヒートパイプ５０へと放出されるため、燃料収容部６０が必要以上に加熱されない。
【００５１】
以上、本実施の形態によっても、燃料電池モジュール１０の起動時には膜電極接合体１２から燃料電池モジュール１０の外部に熱が放出されず、また膜電極接合体１２からの熱伝達により燃料収容部６０の温度が高くなるため、燃料電池モジュール１０を素早く起動させることができる。また、燃料電池モジュール１０の運転中には、膜電極接合体１２と燃料収容部６０との温度を、必要以上に上昇させることなく、適切な温度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の温度を簡易に適切な範囲に調節することができる。
【００５２】
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。
【００５３】
例えば、上述の各実施の形態の燃料電池モジュール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】
【００５４】
１０  燃料電池モジュール、１２  膜電極接合体、２０  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、５０  ヒートパイプ、５４  非伝熱体、５６  境界面、５８  伝熱体、６０  燃料収容部、７０  水素供給経路、７４  経路用放熱部材、７６  一方の端部領域、７８  他方の端部領域、８０，８２  ガスケット、１００  制御部、１１０  空気室、１１２  燃料ガス室、１２０  放熱部、１２２  断熱部、１２４  入熱部、１３２  ヒートパイプ用放熱部材
【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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