(57)【要約】【課題】本発明は，燃料電池システムに関し，より詳しくは冷却効率を改善した燃料電池用スタック及びこれを有する燃料電池システムに関する。【解決手段】本発明は，積層されている各スタック１０の位置によって，放熱構造を異ならせることによって，スタック１０中央から発生する熱を速かに放出させて，スタック１０全体の温度を均等かつ適正水準に維持管理できるようにする。膜-電極アセンブリ１２を中心に，その両側に配置するセパレータ１３を含む電気生成部１１が少なくとも一つ以上積層されたスタック１０において，各電気生成部１１で発生する熱を放熱させるための放熱手段を含み，放熱手段はスタック１０に対する電気生成部１１の位置によって熱放出率が相異する構造の燃料電池スタック１０を提供する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の単位セルを含む電気生成集合体と;
前記各単位セルの位置による発熱温度差に対応した冷却媒体を当該単位セルに供給する冷却部と；
を含むことを特徴とする燃料電池用スタック。
【請求項２】
前記電気生成集合体は，その外側から中央部に行くほど，高い発熱温度を示すことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項３】
前記冷却媒体が空気であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用スタック。
【請求項４】
膜-電極アセンブリ（ＭＥＡ）を中心に置き，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層されたスタックにおいて，
前記各電気生成部から発生する熱を放熱させるための放熱手段を含み，前記放熱手段は，前記スタックに対する電気生成部の位置によって熱放出率が相異する構造を有することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項５】
前記放熱手段は，スタックの外側から中央部に行くほど，電気生成部の熱放出率が大きくなるよう構成することを特徴とする請求項４に記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記放熱手段は，セパレータに形成されて，冷媒を流す流通路を含み，前記流通路が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記放熱手段は，電気生成部の間に設置され，冷媒を通過させる貫通流路が形成された冷却板を含み，前記冷却板の貫通流路が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記放熱手段は，前記膜-電極アセンブリの不活性領域に対応するセパレータに形成され，冷媒を流す流通溝を含み，前記流通溝が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記放熱手段は，前記セパレータに付着されて，熱伝導度がセパレータより高い熱伝導媒体を含み，前記熱伝導媒体が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるよう構成することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
前記放熱手段は，スタックをなす電気生成部へ冷却用空気を流すためのファン（回転扇）を含み，スタックの外側から中央部に行くほどそのファンの数を多く構成することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項１１】
膜-電極アセンブリを中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が，少なくとも一つ以上積層されて，前記セパレータに冷媒を流す流通路が形成され，前記流通路が，電気生成部の積層位置によって外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１２】
前記流通路は，セパレータの
膜-電極アセンブリの反対側に形成することを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池スタック。
【請求項１３】
前記流通路は，横断面が掘割形態または孔形態で構成することを特徴とする請求項１２に記載の燃料電池スタック。
【請求項１４】
前記流通路は，セパレータの一面とこのセパレータに対向密着されて隣接するセパレータの接面に掘割形態に形成され，二つの掘割が合わせて一つの孔をなすことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池スタック。
【請求項１５】
前記流通路は，四角形または円形の横断面構造からなることを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池スタック。
【請求項１６】
膜-電極アセンブリを中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が，少なくとも一つ以上積層され，前記電気生成部の間には冷媒が流れる貫通流路が形成された冷却板が設置され，前記冷却板に形成された貫通流路が，電気生成部の積層位置によって外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１７】
前記貫通流路は，四角形または円形の横断面構造からなることを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池スタック。
【請求項１８】
膜-電極アセンブリを中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層され，前記膜-電極アセンブリの不活性領域に対応するセパレータに冷媒を流す流通溝が形成され，前記流通溝が，電気生成部の積層位置によって外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項１９】
前記流通溝は，流通溝が形成されたセパレータと，このセパレータに密着する膜-電極アセンブリによって通路を構成することを特徴とする請求項１８に記載の燃料電池スタック。
【請求項２０】
前記流通溝は，水素ガスまたは空気が供給する領域以外の領域に形成することを特徴とする請求項１８〜１９のいずれが一つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項２１】
膜-電極アセンブリを中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層され，前記セパレータに熱伝導度がセパレータより高い熱伝導媒体が付着され，前記熱伝導媒体が，電気生成部の積層位置によって外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２２】
前記熱伝導媒体は，アルミや銅，鉄などの金属材質群より選択する金属板であることを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池スタック。
【請求項２３】
前記金属板は，前記セパレータの一側面に付着するか，または内部に少なくとも一つ以上の層として挿入設置することを特徴とする請求項２２に記載の燃料電池スタック。
【請求項２４】
前記金属板は，冷媒が流通する貫通流路が少なくとも一つ以上形成することを特徴とする請求項２１に記載の燃料電池スタック。
【請求項２５】
前記貫通流路は，電気生成部の積層位置によって外側から中央部に行くほど大きくなることを特徴とする請求項２４に記載の燃料電池スタック。
【請求項２６】
前記貫通流路は，孔形態または掘割形態に覆いを被せて構成することを特徴とする請求項２５に記載の燃料電池スタック。
【請求項２７】
膜-電極アセンブリを中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層され，前記電気生成部に冷媒を流すためのファンが備えられ，前記ファンが，電気生成部の積層位置によって外側から中央部に行くほどその数が多くなるように構成することを特徴とする燃料電池スタック。
【請求項２８】
前記ファンは，スタックの外形をなすスタック容器に設置することを特徴とする請求項２７に記載の燃料電池スタック。
【請求項２９】
前記スタックの最も外側に位置したセパレータを，スタックを組立てるための端板として用いる構造であることを特徴とする請求項４〜２８のいずれか一つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項３０】
スタックの最も外側にスタックの組立のための端板を位置させて，スタックを組立てる構造であることを特徴とする請求項４〜２８のいずれか一つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項３１】
前記冷媒は，冷却用空気であることを特徴とする請求項４〜２８のいずれか一つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項３２】
前記冷媒は，冷却水であることを特徴とする請求項４〜２８のいずれか一つの項に記載の燃料電池スタック。
【請求項３３】
膜-電極アセンブリを中心に置き，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層するスタック;
水素を含有した燃料を前記電気生成部に供給する燃料供給源;
酸素を前記電気生成部に供給する酸素供給源と，
前記電気生成部に冷媒を供給するための冷媒供給源とを含み，
前記スタックは，各電気生成部から発生する熱を放熱させるための放熱手段を備えて，前記放熱手段の熱放出率が前記電気生成部の位置によって相異する構造であることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３４】
前記放熱手段は，スタックの外側から中央部に行くほど電気生成部の熱放出率が大きくなることを特徴とする請求項３３に記載の燃料電池システム。
【請求項３５】
前記放熱手段は，セパレータに形成されて，冷媒を流す流通路を含み，前記流通路が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項３４に記載の燃料電池システム。
【請求項３６】
前記放熱手段は，隣接する電気生成部の間に設置されて，冷媒を通過させる貫通流路が形成された冷却板を含み，前記冷却板の貫通流路が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項３４に記載の燃料電池システム。
【請求項３７】
前記放熱手段は，前記膜-電極アセンブリの不活性領域に対応するセパレータに形成されて，冷媒が流通する流通溝を含み，前記流通溝が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項３４に記載の燃料電池システム。
【請求項３８】
前記放熱手段は，前記セパレータに付着・設置されて，熱伝導度が，セパレータより高い熱伝導媒体を含み，前記熱伝導媒体が，スタックの外側から中央部に行くほど大きくなるように構成することを特徴とする請求項３４に記載の燃料電池システム。
【請求項３９】
前記放熱手段は，スタックをなす電気生成部に冷却用空気を流すためのファンを含み，前記ファンが，スタックの外側から中央部に行くほどその数が多くなることを特徴とする請求項３４に記載の燃料電池システム。
【請求項４０】
前記スタックと燃料供給源の間に，前記燃料供給源から供給をされた燃料を改質して水素ガスを発生させる改質器が配置され，前記燃料供給源とスタックに連結設置することを特徴とする請求項３３に記載の燃料電池システム。
【請求項４１】
前記燃料電池システムが，高分子電解質型燃料電池方式からなることを特徴とする請求項３３〜４０のいずれか一つの項に記載の燃料電池システム。
【請求項４２】
前記燃料電池システムが，直接メタノール型燃料電池方式からなることを特徴とする請求項３３に記載の燃料電池システム。
【請求項４３】
前記冷媒供給源が，空気を冷媒として用いる空冷方式であることを特徴とする請求項３３に記載の燃料電池システム。
【請求項４４】
前記冷媒供給源が，冷却水を冷媒として用いる水冷房式であることを特徴とする請求項３３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し，より詳しくは冷却効率を改善した燃料電池用スタック及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に，燃料電池は，メタノール，エタノールまたは天然ガスのような炭化水素系列の物質内に含まれている水素と空気中の酸素を燃料として起こる電気化学反応によって化学エネルギーを直接電気エネルギーに変化させる発電システムである。特に，燃料電池は，燃焼過程がなく，燃料ガスと酸化剤ガスの電気化学反応によって生成する電気とその副産物である熱を同時に用いることができるという特徴を有している。
【０００３】
このような燃料電池は，用いられる電解質の種類によって，約１５０〜２００℃で作動するリン酸型燃料電池，約６００〜７００℃の高温で作動する溶融炭酸塩型燃料電池，１０００℃以上の高温で作動する固体酸化物型燃料電池，常温〜１００℃以下で作動する高分子電解質型及びアルカリ型燃料電池などに分類されて，これらそれぞれの燃料電池は，根本的に同じ原理によって作動するが，燃料の種類，運転温度，触媒及び電解質が互いに異なる。
【０００４】
この中で最近開発されている高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ，以下，ＰＥＭＦＣという）は，他の燃料電池に比べて出力特性が卓越して，作動温度が低いのみならず速い始動及び応答特性を有していて，自動車のような移動体に用いる電源として，また住宅，公共建物用の分散電源あるいは電子機器用の小型電源として用いられるなど，その応用範囲が広い長所を有している。
【０００５】
このようなＰＥＭＦＣの基本システム構成には，スタックと呼ばれる燃料電池本体（以下，スタックという）と燃料タンク，更に，この燃料タンクからスタックに燃料を供給するための燃料ポンプなどが必要である。そして，燃料が炭化水素であれば，タンクに貯蔵された燃料をスタックに供給する過程において，燃料を改質して水素ガスを発生させて，その水素ガスをスタックに供給する改質器を含むことが必要である。
【０００６】
従って，通常のＰＥＭＦＣシステムは，燃料ポンプのパワーにより燃料タンクに貯蔵された炭化水素燃料を改質器に供給して，改質器が燃料を改質して水素ガスを発生させて，スタックは水素ガスと酸素を電気化学的に反応させて電気エネルギーを生成する。
【０００７】
一方，燃料電池は，液状のメタノール燃料を直接スタックに供給することができる直接メタノール型燃料電池（以下，ＤＭＦＣという）方式を採用することができ，ＤＭＦＣではＰＥＭＦＣと違い，改質器を要しない。
【０００８】
このような燃料電池システムにおいて，定格電圧を実質的に発生する電気生成集合体は，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）とバイポーラプレートまたはセパレータ対からなる単位セルが数個〜数十個積層された構造を有する。なお，セパレータ対とは，バイポーラプレートを２分したような，酸素通路を備えたカソード・セパレータと燃料通路を備えたアノード・セパレータの組合せである。また，電気生成集合体と温度調節機構の組合せをスタックと呼ぶことにする。
【０００９】
膜−電極アセンブリは，電解質膜の両面にアノード電極とカソード電極が付着された構造を有する。そして，バイポーラプレートは，燃料電池の反応に必要な酸素ガスと燃料ガスを供給する通路の役割と，アノード電極を隣接ＭＥＡのカソード電極に接続させる導電体の役割を同時に遂行する。
【００１０】
従って，バイポーラプレートによってアノード電極には水素を含有する燃料ガスが供給され，カソード電極には酸素を含有した空気が供給する。この過程でアノード電極では燃料ガスの電気化学的な酸化が起こって，カソード電極では酸素ガスの電気化学的な還元が起こるが，酸化反応で分離する電子の移動により，電力と熱そして水を共に得ることができる。
【００１１】
このような燃料電池システムは，適正な運転温度を超える場合，電解質膜の役割遂行能力が落ちて安定性を保障できず，酷い場合は燃料電池を損傷させてしまう。従って，上記燃料電池システムには，空冷式または水冷式の冷却手段が備えて運転過程において，スタックの内部で発生する熱を持続的に除去する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかし，従来の冷却方式の場合，スタックの全ての部位に対して全て同一冷却方式を適用するので，実際には位置によって相異する温度分布を示す各スタックを効果的に冷却させることが困難であった。つまり，スタックで発生する熱は，その位置によって温度が異なるようになって，例えば積層されている電気生成部（単位セル）のうちの中央部に位置した単位セルは，外側に位置した単位セルより高い温度を示すが，このようなセルを冷却するため，従来の装置構成は，スタックの位置の違いによる温度分布を考慮しないでスタックの全ての部位に同一に適用されているため，スタック全体に対する冷却効率を上げることができないのである。
【００１３】
これにより，従来の燃料電池用システムは，積層状態の各単位セルで発生した熱が，均等に放熱されないことから起こるスタックの性能低下によって，その全体的な効率を落としているのが実情である。
【００１４】
本発明は，このような問題を解決するために案出されたもので，積層されている各電気生成部の位置によって放熱構造を異ならせて作ることにより，スタック全体で発生する熱を速かに放出させて，スタック全体の温度を均等にし，適正水準の温度を維持管理できる燃料電池システムを提供することが第一の目的である。
【００１５】
また，本発明は，電気生成集合体に局部的に発生した高熱を急速に吸収して伝導させることによってスタック全体にかけて温度分布を均等に維持することができる燃料電池用スタック及び燃料電池システムを提供することが第二の目的である。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
上記のような目的を達成するため，本発明は複数の単位セルを含む電気生成集合体で，上記各単位セル等の位置による発熱温度差に対応する程度の冷却媒体を当該単位セルに供給する冷却部を含む。
【００１７】
ここで，上記電気生成集合体は，その外側（端部）から中心に近づいて行くほど高い発熱温度を示し，これに対応して上記冷却部も外側から中心に近づいて行くほど冷却媒体の供給程度が大きくなる構造となっている。
【００１８】
つまり，本発明の燃料電池用スタックは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）と，その両側に配置するセパレータとを含む電気生成部が単位セルになって，少なくとも一つ以上積層されて，上記各電気生成部で発生する熱を放熱するための放熱手段を含み，上記放熱手段の熱放出率が上記電気生成部の位置によって相異する構造となっている。
【００１９】
ここで，上記放熱手段は，上記電気生成集合体中央部に配置されている電気生成部の熱放出率を，外側に位置した電気生成部の熱放出率より大きくすることができる。
【００２０】
これにより，スタックの中央部に位置した電気生成部が，外側に位置した電気生部よりその温度が高まるが，スタックの中央部に位置した放熱手段が，外側に位置した放熱手段より相対的に熱放出率が高いため，スタック中央部の熱を速かに放出させてスタック全体の温度を均等に低くするようになる。
【００２１】
ここで，上記放熱手段は，セパレータに形成されて，冷媒が流れるようにされた流通路であることができて，この場合，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記流通路の大きさを互いに異なるようにして，熱放出率を異ならせることができる。
【００２２】
また，上記放熱手段は，隣接する電気生成部の中間に設置されて冷媒を通すための貫通流路が形成された冷却板であることができて，このような構造の場合，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記冷却板に形成する貫通流路の大きさを相異させることで熱放出率を相異させることができる。
【００２３】
また，上記放熱手段は，上記膜−電極アセンブリの不活性領域に対応するセパレータ部位に形成されて，冷媒を流通させる流通溝であることができて，この場合，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記流通溝の大きさを相異させるようにして，熱放出率を相異させることができる。
【００２４】
また，上記放熱手段は，上記セパレータに付着設置されて，熱伝導度がセパレータより高い熱伝導媒体を含むことができ，この場合，上記スタックに対する電気生成部の位置によって，上記熱伝導媒体の大きさを相異させるようにして，熱放出率を相異させることができる。
【００２５】
また，上記放熱手段は，スタックに含まれる電気生成部に冷却用空気を流すためのファンを含むことができて，この場合，上記スタックに対する電気生成部の位置によって設置するファンの個数を相異させて熱放出率を相異させることができる。
【００２６】
つまり，本発明による燃料電池スタックは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）を中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層されて，上記セパレータに冷媒を流通させる流通路が形成され，上記流通路はスタックに対する電気生成部の位置によって大きさが互いに違う構造となっている。
【００２７】
上記流通路は，セパレータのＭＥＡ接合面とは反対側の面に形成する。また，上記流通路は，掘割形態で構成できるが，孔形態で構成してもよい。
【００２８】
上記流通路が掘割形態で構成された場合，一側電気生成部のセパレータの一面に一部が形成され，これに対向・密着配置する隣接する電気生成部のセパレータの一面に一部形成されて，二つのセパレータが密着されて一つの孔を形成することができる。
【００２９】
ここで，上記流通路の大きさは，積層されている電気生成部のうちの中央部に位置した電気生成部のセパレータに形成する流通路が，外側に位置した電気生成部のセパレータに形成する流通路より相対的に大きくなるように形成することができる。
【００３０】
また，上記流通路は，四角形または円形の横断面構造からなることができるが，特にその形態においては限定されない。
【００３１】
一方，本発明による燃料電池スタックは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）を中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層されて，上記電気生成部の間には冷媒を流通させるための貫通流路が形成された冷却板が設置され，上記冷却板に形成された貫通流路は，スタックに対する電気生成部の位置によって大きさが相異する構造となっている。
【００３２】
ここで，上記貫通流路の大きさは，積層されている電気生成部のうちの中央部に位置した電気生成部のセパレータに形成する貫通流路が，外側に位置した電気生成部のセパレータに形成する貫通流路より相対的に大きくなるように形成することができる。
【００３３】
また，上記貫通流路は，四角形または円形の横断面構造からなることができるが，特にその形態は限定されない。
【００３４】
一方，本発明による燃料電池スタックは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）を中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層されて，上記膜−電極アセンブリの不活性領域に対応するセパレータ部位に冷媒が流れる流通溝が形成され，上記流通溝はスタックに対する電気生成部の位置によって，その大きさが相異する構造となっている。
【００３５】
ここで，上記不活性領域というのは，セパレータからＭＥＡに空気または水素ガスが流れ出る領域以外の領域であり，水素ガスと空気の反応が起こらない領域のことを意味する。
【００３６】
上記流通溝は，膜−電極アセンブリとセパレータが積層することで，膜−電極アセンブリとの間に一つの流通ラインを形成するが，このラインに沿って冷媒が流れるようになる。
【００３７】
上記流通溝は，セパレータにおいて水素ガスまたは空気が供給する領域以外の領域に形成されればよく，特にその形成位置は限定しないが，好ましくは水素ガスまたは空気が供給する領域の外側全体にかけて形成するようにする。
【００３８】
一方，本発明による燃料電池スタックは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）を中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層されて，上記セパレータに熱伝導度がセパレータより高い熱伝導媒体が付着設置され，上記熱伝導媒体は上記スタックに対する電気生成部の位置によってその大きさが相異する構造となっている。
【００３９】
ここで，上記熱伝導媒体は，アルミや銅，鉄などの金属材質群より選択する金属板であってもよい。
【００４０】
また，上記熱伝導媒体は，上記セパレータの一側面に付着されたり，内部に一つの層として挿入設置されて，一つ以上の熱伝導媒体が一定間隔をおいて複数個の層で介することができる。
【００４１】
また，上記熱伝導媒体においては，その中央に冷媒供給源と連結されて冷媒が通り過ぎる貫通流路が少なくとも一つ以上形成することができる。
【００４２】
また，上記熱伝導媒体に貫通流路が形成する場合，上記貫通流路は上記電気生成部の位置によってその大きさが相異する構造でありうる。
【００４３】
上記貫通流路は孔形態で構成するが，掘割形態に覆いを被せて構成してもよい。
【００４４】
一方，本発明による燃料電池スタックは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）を中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層されて，上記電気生成部に冷媒を流すためのファンが備えられ，上記ファンは，上記スタックに対する電気生成部の位置によって，その個数が相異する構造となっている。
【００４５】
上記ファンは，スタックの外形をなすスタック容器に設置することができる。ここで，上記構造の燃料電池スタックは，スタックの最も外側に位置したセパレータを端板として用いたり，または別の端板のスタックの最も外側に位置させてスタックを組立てることができる。
【００４６】
また，上記スタックは，放熱手段である冷媒として冷却用空気または冷却水を用いることができる。
【００４７】
一方，本発明による燃料電池システムは，膜−電極アセンブリー（ＭＥＡ）を中心に，その両側に配置するセパレータを含む電気生成部が少なくとも一つ以上積層するスタック;水素を含有した燃料を上記電気生成部に供給する燃料供給源;酸素を上記電気生成部に供給する酸素供給源と，上記電気生成部に冷媒を供給するための冷媒供給源とを含み，上記スタックは，各電気生成部で発生する熱を放熱させるための放熱手段を備えて，上記放熱手段の熱放出率が，上記スタックに対する電気生成部の位置によって相異する構造となっている。
【００４８】
上記放熱手段は，積層されている電気生成部の中央部の熱放出率が外側に位置した電気生成部の熱放出率より大きくなるように形成する方ができる。
【００４９】
ここで，上記放熱手段は，セパレータに形成されて，冷媒が流れる流通路からなって，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記流通路の大きさが相異する構造でありうる。
【００５０】
また，上記放熱手段は，電気生成部の間に設置されて，冷媒を進行させるための流通路が形成された冷却板からなり，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記冷却板に形成する流通路の大きさが相異する構造でありうる。
【００５１】
また，上記放熱手段は，上記膜−電極アセンブリの不活性領域に対応するセパレータ部位に形成されて，冷媒が流通する流通溝からなり，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記流通溝の大きさが相異する構造でありうる。
【００５２】
また，上記放熱手段は，上記セパレータに付着設置されて熱伝導度がセパレータより高い熱伝導媒体を含むことができ，上記スタックに対する電気生成部の位置によって上記熱伝導媒体の大きさが相異する構造でありうる。
【００５３】
また，上記放熱手段は，スタックを囲むスタック容器に設置されて，上記電気生成部に冷媒を流すためのファンを含んで，上記ファンは上記スタックに対する電気生成部の位置によってその個数が相異する構造でありうる。
【００５４】
ここで，上記燃料電池システムは，上記燃料供給部から供給をされた燃料を改質して水素ガスを発生させる改質器をさらに含むことができる。
【００５５】
また，本発明による燃料電池システムは，高分子電解質型燃料電池（ＰＥＭＦＣ）方式からなることができる。
【００５６】
また，本発明による燃料電池システムは，直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）方式からなることも出来る。
【００５７】
そして，上記燃料電池システムは，上記冷媒供給源が空冷式からなり，冷媒として冷却用空気を用いることができる。
【００５８】
また，上記燃料電池システムは，冷媒供給源が水冷式からなり，冷媒として冷却水を用いることができる。
【発明の効果】
【００５９】
本発明によると，従来と比較してスタック中央部の温度を顕著に下げることで，スタック全体にかけて温度分布を均等かつ適正水準に維持管理することができるようになる。
【００６０】
また，スタックの位置の違いによる熱発生量に対応して，冷媒の流量を相異させるとスタックの冷却効率を極大化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００６１】
以下に，添付した図面を参照しながら，本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。なお，本明細書及び図面において，実質的に同一の機能構成を有する発明特定事項については，同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００６２】
以下，本発明の好ましい実施形態を添付図に基づいて詳細に説明する。
【００６３】
図１は，本発明の第１の実施形態による燃料電池システムの構成を示した概略図である。
【００６４】
この図を参照にして，第１の実施形態による燃料電池システムを説明すると，本システム１００は，水素と酸素の化学反応エネルギーを電気エネルギーに変換させて電気を生産する電気生成部１１が複数積層された電気生成集合体を含むスタック１０，水素を含有した燃料を上記電気生成部１１に供給する燃料供給源３０，酸素を電気生成部１１に供給する酸素供給源４０及び電気生成部１１の温度を制御するためにスタック１０に冷媒を供給するための冷媒供給源７０を含む。
【００６５】
燃料供給部３０は，水素を含有した液状の燃料を貯蔵する燃料タンク３１と，この燃料タンク３１に連結設置されて貯蔵された燃料を排出させるための燃料ポンプ３３を含む。
【００６６】
燃料ポンプ３３は，所定のパワーにより燃料タンク３１に貯蔵された液状の燃料をそのタンクの内部から排出させる機能を有する。そして，第１の実施形態において，燃料供給部３０から供給する燃料は，改質器２０を経てスタック１０に供給できるようにしているが，これに燃料供給部３０とスタック１０の間には改質器２０が配置され，この改質器２０は，燃料供給部３０及びスタック１０に第１供給ライン９１と第２供給ライン９２によって連結する。
【００６７】
無論，本発明の燃料電池システムが，液状の燃料を直接スタックに供給して，電気を生産するＤＭＦＣ方式によって構成する場合，上記ＰＥＭＦＣ方式と違い，改質器がない構成をなすようになる。
【００６８】
以下，本発明をＰＥＭＦＣ方式において，改質器２０が適用された燃料電池システムを例にあげて説明する。しかし，本発明が必ずしもこれに限られることではない。
【００６９】
改質器２０は，改質反応によって液状の燃料からスタック１０の電気生成に必要な水素ガスを発生させるだけではなく，水素ガスに含まれている一酸化炭素の濃度を低減させる装置である。
【００７０】
通常，改質器２０は，液状の燃料を改質して水素ガスを発生させる改質部と，その水素ガスから一酸化炭素の濃度を低減させる一酸化炭素低減部を含む。改質部は，水蒸気改質，部分酸化または自熱反応などの触媒反応をとおして，燃料を水素が豊富な改質ガスとして切換する。そして，一酸化炭素低減部は水性ガス切換方法，選択的酸化方法のような触媒反応，または分離膜を利用した水素の精製のような方法により，改質ガスから一酸化炭素の濃度を低減させる。
【００７１】
そして，第１の実施形態において，燃料というのは，搭載と貯蔵が容易な炭化水素系列の燃料，例えば，メタノール，エタノール，天然ガスなどを含む。しかし，燃料は上のようなメタノール，エタノールまたは天然ガスに水が混合された場合もあるため，以下，便宜上メタノール，エタノールまたは天然ガスを液状の燃料という。
【００７２】
また，酸素は，別途の貯蔵手段に貯蔵された純粋な酸素ガスを用いることができ，酸素を含む外部空気をそのまま使用することもできる。以下の説明では，便宜上外部空気をそのまま使用する例を説明する。
【００７３】
空気供給部４０は，スタック１０と連結設置され，所定のパワーで外部空気を吸入してスタック１０に供給することができる空気ポンプ４１を含む。この時，スタック１０と空気供給部４０は，第３供給ライン９３によって連結設置する。
【００７４】
また，冷媒供給源７０は，パワーで冷媒を吸入して圧送するポンプ７１を含み，このポンプ７１は，スタック１０に冷媒を供給することができるように第４供給ライン９４で連結されている。冷媒は，液体状態の冷却水の場合もあるが，気体状態でもよい。従って，第１の実施形態では自然な状態で容易に取れる空気が冷媒として用いられる場合の例を説明する。
【００７５】
続いて，上記構造の燃料電池システムにおいて，燃料供給源３０と空気供給源４０から燃料及び空気が供給されて電気を発生させ，この時発生する熱を冷媒供給源７０より供給する冷媒で冷却させるスタック１０について図２〜図５を参照して説明する。
【００７６】
図２は，第１の実施形態によるスタックを示しているが，スタック１０は，改質器５０を通して改質された水素ガスと外部空気の供給を受けて，これらの酸化還元反応を誘導して電気エネルギーを発生させる複数の電気生成部１１を備える。
【００７７】
上記電気生成部１１のそれぞれは，電気を発生させる単位のセルを意味する。
【００７８】
電気生成部１１は，水素ガスと空気を酸化/還元させる膜−電極アセンブリ（ＭＥＡ）１２と，水素ガスと空気を膜−電極アセンブリ１２に供給するためのセパレータ１３を含む。このような電気生成部１１は，膜−電極アセンブリ１２を中心に，その両側にセパレータ１３が各々配置されて，上記膜−電極アセンブリ１２に接合することによって構成する。
【００７９】
スタック１０の主要部である電気生成集合体は，上のような電気生成部１１が連続的に複数配置することによって構成する。
【００８０】
膜−電極アセンブリ１２は，その両側面をなすアノード電極とカソード電極の間に電解質膜が介された通常の構造からなる。アノード電極は，セパレータ１３をとおして水素ガスの供給を受ける部分であって，酸化反応によって水素ガスを電子と水素イオンに分離させる触媒層と，電子と水素イオンの円滑な移動のための導電性気体拡散層を含む。
【００８１】
カソード電極は，セパレータ１３をとおして空気の供給を受ける部分であって，還元反応によって酸素に電子を付加して酸素イオンに変換させる触媒層と，電子と酸素の円滑な移動のための導電性気体拡散層で構成する。そして，電解質膜はその厚さが５０〜２００μｍである固体ポリマー電解質であって，アノード電極の触媒層で生成された水素イオンだけをカソード電極の触媒層に移動させるイオン交換の機能を有する。
【００８２】
セパレータ１３は，隣接する膜−電極アセンブリ１２の一方のアノード電極と他方のカソード電極を直列に接続させる導電体の機能を有する。そしてセパレータ１３は，膜−電極アセンブリ１２の酸化/還元反応に必要な水素ガスと空気をアノード電極とカソード電極に供給する通路の機能も有する。このため，セパレータ１３の表面には，膜−電極アセンブリ１２の酸化/還元反応に必要なガスを供給する流路掘割１３ａが形成する。
【００８３】
より具体的に説明すると，セパレータ１３は，膜−電極アセンブリ１２の両側に各々配置されて膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極に密着している。そして，セパレータ１３は，膜−電極アセンブリ１２のアノード電極及びカソード電極に各々密着する密着面からアノード電極に水素ガスを供給して，カソード電極に空気を供給するための流路掘割１３ａが形成されている。
【００８４】
上記のように構成するスタック１０は，数１，数２，数３で示す反応によって電気と水を生成する。
（数１）
正極反応:Ｈ２  →  ２Ｈ+  +  ２ｅ-
（数２）
負極反応:１／２Ｏ２  +  ２Ｈ+  +  ２ｅ-  →  Ｈ２Ｏ
（数３）
全体反応:Ｈ２  +  １／２Ｏ２  →  Ｈ２Ｏ  +  電流  +  熱
【００８５】
数１，数２，数３を参照すると，セパレータ１３をとおして膜−電極アセンブリ１２のアノード電極に水素ガスが供給され，カソード電極に空気が供給する。水素ガスがアノード電極に流れるようになると，触媒層で水素が電子とプロトン（水素イオン）に分解する。プロトンが電解質膜をとおして移動すると触媒の助けによってカソード電極で電子と酸素イオンそして移動したプロトンの反応により水を生成する。ここで，アノード電極で生成された電子は，電解質膜をとおしては移動しないで外部回路をとおしてカソード電極に移動する。このような過程をとおして電気と水を生成して，スタック１０では，水素ガスと酸素の化学的反応によって付随的に熱が発生する。つまり，スタック１０の駆動によって電気を発生する過程において，各電気生成部１１では，熱が発生し，この電気生成部ら１１から発生する熱を冷却するため，冷媒供給源７０が稼動されて，冷却用空気をスタック１０に供給する。
【００８６】
ここで，第１の実施形態によるスタック１０は，冷媒供給源７０から供給する冷却用空気をその内部に循環させて，全領域において適切な温度を維持させるようになって，このために上記セパレータ１３には，空気が流れるように流通路１４が形成する。
【００８７】
ここで流通路１４は，スタック１０全体に対する各々の電気生成部１１の位置によってその大きさが相異する構造となっており，スタック１０の側端部から中央部に行くほど流通路１４の大きさが大きくなる構造でもよい。
【００８８】
図７は，スタック１０の位置による流通路１４の大きさの差をよく示しているが，この図によると，膜−電極アセンブリ１２とセパレータ１３を含む電気生成部１１が複数個積層されてスタック１０が構成された状態で，このスタック１０の両側面から中央側に行くほどセパレータ１３に形成された流通路１４の大きさが順次に大きくなることが確認できる。
【００８９】
ここで，スタック１０の左右の最も外側（図面基準）に置かれてある流通路１４とスタック１０の中に位置した流通路１４の間の大きさの差は，特定値で限定されない。
【００９０】
ここで流通路１４の大きさは，一つのセパレータ１３上に形成された各流通路１４の個別的な断面積を意味したり，または一つのセパレータ１３上に形成する全体流通路１４の断面積の合計を意味することができて，上記断面積とは実質的に流速を決定づける断面積として定義することができる。
【００９１】
このように本発明において，流通路１４の大きさを相異させるように形成することは，上記システムの作動時に，スタック１０の中央部に位置した電気生成部１１での温度が，スタック１０の両側端部に位置する電気生成部の温度より高いため，冷媒供給源７０からスタック１０に上記のように相異する大きさを有する流通路１４をとおして冷却用空気が供給すると，相対的にスタック１０の外側に位置した電気生成部１１よりスタック１０の中央部に位置した電気生成部１１にさらに多量の冷却用空気が流通できて，それに伴う冷却効果とを期待できるようになる。
【００９２】
このような，端部（表面）より中心部の温度が高くなる現象は，単位体積あたりの（発熱量−放熱量）＝（一定値），の場合には従来より工学的常識であって，中心部の温度を低下させることは容易ではない。しかし，本発明の対象物のように棒状体であれば，長手方向の温度分布を制御することが比較的容易であり，具体的方法は，本願特許請求範囲に記すように，位置に応じた放熱量の制御を実行すればよい。
【００９３】
ここで，流通路１４は，セパレータ１３において流路掘割１３ａが形成された面の反対側面に形成する複数の掘割１４ａ，１４ｂで構成されて，第１の実施形態では，一つの電気生成部１１のセパレータ１３に形成する複数の掘割１４ａと電気生成部１１に隣接する他の電気生成部１１のセパレータ１３に形成する複数の掘割１４ｂが互いに対向する形で配置・合体することによって構成されている。
【００９４】
スタック１０は，このような掘割１４ａ，１４ｂによって形成する流通路１４に冷媒供給源７０から供給する冷却空気の作用によって，電気生成部１１から発生する熱を外部に放熱させて温度を低くするようになる。この時，スタック１０において，その位置別に流通路１４の大きさが相異しているが，スタック１０の側端部より中央部により多くの空気が流通して，これによりスタックの中央部の熱をスタック側端部より低く抑えることができ，スタック１０の全領域において，均等な温度分布を示すようになる。
【００９５】
図３は，本発明によるスタックの第２の実施形態として，冷却板が適用された例を示している。
【００９６】
この図によると，スタック５０は，水素と空気を酸化/還元させる膜−電極アセンブリ５１を中心に，その両側にセパレータ５２が各々配置されて，この膜−電極アセンブリ５１に接合されて構成された電気生成部５３が複数個連続的に積層配置され，電気生成部５３の間には，スタック冷却用空気が流通する貫通流路５４ａが複数個形成された冷却板５４が設置され，冷却板５４に形成された貫通流路５４ａは，スタック５０における電気生成部５３の位置によってその大きさが相異している構造となっている。
【００９７】
このようなスタック５０に，図１に示したシステムを適用する場合，冷媒供給源７０から供給する冷却用空気は冷却板５４に形成された貫通流路５４ａに流通しながらスタック５０の全領域に適切な温度を維持させるようになる。この時，冷却板５４の貫通流路５４ａが，スタック５０の両側端部から中央部に行くほどその大きさが順次に大きくなる構造となっていて，スタック５０もその位置によって変わる発熱状態に対応して冷却を効率的になすようになる。
【００９８】
図８は，図３に示されたスタック５０の位置による上記冷却板５４の貫通流路５４ａの大きさの差を示した図で，この図によると膜−電極アセンブリ５１とセパレータ５２を含む電気生成部５３の間に冷却板５４が介されてスタック５０をなすようになって，スタック５０の両側面から中央側に行くほど冷却板５４に形成された貫通流路５４ａの大きさが順次に大きくなることが確認できる。
【００９９】
ここでスタック５０の最も外側に置かれている冷却板５４の貫通流路５４ａとスタック５０の中央に位置した冷却板５４の貫通流路５４ａとの大きさの差はある特定値で限定されない。
【０１００】
また，上記貫通流路５４ａの大きさは，一つの冷却板５４上に形成された各貫通流路５４ａの個別的な断面積を意味したり，または一つの冷却板５４上に形成する全体貫通流路５４ａの断面積の合計を意味することができる。
【０１０１】
そして，第２の実施形態で冷却板５４は，スタック５０の位置によって可変する貫通流路５４ａの大きさに関係なくスタック５０全体にかけて同一面積や厚さで形成されたり，スタック５０の位置によって可変する貫通流路５４ａの大きさに対応してその面積や厚さを異なって形成することができる。
【０１０２】
また，第２の実施形態で，セパレータ５２が通常黒鉛材質からなることを考慮すると，冷却板５４は，セパレータ５２より相対的に熱伝導度が高いアルミや銅，鉄などの材質より選択・構成することができる。
【０１０３】
このように，第２の実施形態では，スタック５０の中央部へ行くほど電気生成部５３で発生する温度が高まることを考慮して，上記のように相異する大きさを有する貫通流路５４ａを電気生成部５３の間に配置する冷却板５４上に形成しておくことによって，この貫通流路５４ａをとおして冷却用空気がスタック５０の中央部に位置した電気生成部５３にさらに多く流通できるようにして，相対的にスタック５０の外側に位置した電気生成部５３より多くの熱を外部に速かに放熱させることになる。
【０１０４】
従って，スタック５０の中央部の熱は，スタック５０の側端部より大量に排出されて，これによりスタック５０は，全領域において均等な温度分布を示すようになる。
【０１０５】
図４は，本発明によるスタックの第３の実施形態を示している。
【０１０６】
この図によると，スタック６０は，膜−電極アセンブリ６１を中心にその両側に配置するバイポーラプレート６２を含む電気生成部６３が少なくても一つ以上積層されて形成されている。
【０１０７】
ここで，膜−電極アセンブリ６１の不活性領域６１ａに対応するバイポーラプレート６２の部位には，冷却用空気が流れるよう流通溝６４が形成され，流通溝６４はスタック６０の位置によってその大きさが相異する構造となっている。
【０１０８】
流通溝６４は，バイポーラプレート６２とこれに密着する膜−電極アセンブリ６１の間で一つの通路を構成して，スタック６０の外部から供給する冷却用空気が循環するようにすると，電気生成部６３で発生する熱を冷却させるようになる。
【０１０９】
第３の実施形態では，このような流通溝６４は，スタック６０の側端部から中央部へ行くほどその大きさが順次に大きくなる構造となっている。
【０１１０】
一方，上記の不活性領域６１ａというのは，空気または水素ガスが流れ出て，実質的に電池反応が起こる活性領域６１ｂ以外の領域のことで，水素ガスと空気の反応が起こらない領域を意味する。
【０１１１】
図４に示されたスタック６０の場合，膜−電極アセンブリ６１の中央部に活性領域６１ｂが形成するによって，この活性領域６１ｂの外側部分にこの活性領域６１ｂを廻りながら不活性領域６１ａが形成され，この不活性領域６１ａに対応する位置つまり，図面で示すバイポーラプレート６２の一面において，その上部及び下部に流通溝６４が形成する。
【０１１２】
無論，流通溝６４の形成位置は，バイポーラプレート６２において水素または空気が供給する領域（活性領域）以外の領域（不活性領域）に形成されれば，特にその位置は限定されないが，上記活性領域の外側全体にかけて形成してもよい。
【０１１３】
第３の実施形態で，流通溝６４は，掘割形態で形成され，これはバイポーラプレート６２上に貫通して形成する冷却用空気流通供給口６２ａおよび排出口６２ｂと連結する。その構造によって，供給口６２ａに入った冷却用空気は，バイポーラプレート６２の流通溝６４に沿って流れ出て，排出口６２ｂを通して循環する。
【０１１４】
ここで，スタック６０は前述したように，複数の電気生成部６３が積層する形で構成するので，上記各バイポーラプレート６２に形成する供給口６２ａと排出口６２ｂは，全て同一位置に形成されて，バイポーラプレート６２の間に位置する膜−電極アセンブリ６１も供給口６２ａと排出口６２ｂに対応する位置に供給口６１ｃと排出口６１ｄが形成されて，全体的に一つの供給通路と排出通路を作るようになる。
【０１１５】
流路掘割６２ｃは，バイポーラプレート６２の活性領域に形成されて，水素や酸素を膜−電極アセンブリ６１に投入するためのものである。
【０１１６】
図９は，図４のスタック６０において，電気生成部６３の位置によってスタック６０の側端部から中央部に行くほど流通溝６４の大きさが相異する構造をよく示している。なお，図９ではセパレータ６２を用いる点が図４と異なっている。
【０１１７】
この図によると，膜−電極アセンブリ６１とセパレータ６２を含む電気生成部６３が複数個積層されて，スタック６０をなし，スタック６０の両側面から中央側に行くほどセパレータ６２に形成された流通溝６４の大きさが順次に大きくなることが確認できる。
【０１１８】
ここで，スタック６０の最も外側に置かれているセパレータ６２の流通溝６４とスタック６０の中央に位置するセパレータ６２の流通溝６４との大きさの差は，ある特定値によって限定されない。
【０１１９】
さらに，流通溝６４の大きさは，流通溝６４と流通溝６４の外側に位置して，セパレータ６２に密着する膜−電極アセンブリ６１によって作られる通路の断面積または通路の体積であると理解することができる。
【０１２０】
このように，この第３の実施形態では，スタック６０の側端部から中央部に行くほど電気生成部６３から発生する温度が高まることを考慮して，上記のように上記大きさを有する流通溝６４をセパレータ６２上に形成しておくことによって，この流通溝６４をとおして外部の冷却空気がスタック６０の中央部に位置した電気生成部６３により多く流通するようにして，相対的にスタック６０の外側に位置した電気生成部６３より多くの熱を外部に速かに放熱させるようになる。
【０１２１】
従って，スタック６０中央部の熱は，スタック６０の側端部より低くなるようにされて，これによりスタック６０の全領域において均等した温度分布を構成するようになる。
【０１２２】
図５は，本発明によるスタックの第４の実施形態であり，セパレータに熱伝導媒体が適用されたことを示している。
【０１２３】
この図面によると，スタック８０は，膜−電極アセンブリ８１を中心に，その両側に配置するセパレータ８２を含む電気生成部８３が少なくても一つ以上積層されて形成されている。
【０１２４】
ここで，セパレータ８２には，熱伝導度がセパレータ８２より相対的に高い熱伝導媒体である金属板８４が付着されて，金属板８４はスタック８０全体において，電気生成部８３の位置によってその大きさが相異する構造となっている。つまり，第４の実施形態で，金属板８４は，スタック８０の側端部から中央部に行くほどその厚さが順次に厚くなる構造となっている。
【０１２５】
その構造によって，電気生成部８３から発生した熱は，セパレータ８２より熱伝導度が高い金属板８４に吸収されて急速に放熱することによって相対的にセパレータ１３だけで作られたスタックの場合より速かに放熱できて，これとともにスタック８０の中央部に位置した金属板８４の厚さが，スタック８０の側端部に位置した金属板８４の厚さより相対的に厚く作られたため，上記スタック８０は，その位置に合わせた放熱をなすことができて，スタックの全領域において，温度分布を均等に維持するようになる。
【０１２６】
第４の実施形態で，金属板８４は，薄板形態に構成されてセパレータ８２の外側，つまり膜−電極アセンブリ８１と接する面の反対側面の全体にかけて設置され，その厚さは特定値によって限定されない。
【０１２７】
また，第４の実施形態でセパレータ８２が通常黒鉛材質からなることを考慮すると，金属板８４は，黒鉛より相対的に熱伝導度が高いアルミや銅，鉄などの材質から選択してもよいが，これらの材質に限られることではない。
【０１２８】
さらに，第４の実施形態では，金属板８４の放熱効果を高めるために金属板８４で図１に示した冷媒供給源７０から供給する冷却用空気が流通するように複数個の貫通流路をより多く形成することができる。
【０１２９】
以下の説明では，金属板８４に貫通流路が形成された場合を図６で説明する。
【０１３０】
図６に示されているように，電気生成部８３と電気生成部８３の間に熱伝導媒体である金属板８４が配置されてスタック８０が構成された状態で，金属板８４上にはスタック８０の全体に対する電気生成部８３の位置によって，つまりスタック８０の側端部から中央部に行くほど，その大きさが順次に大きくなる貫通流路８４ａが形成する。ここで，金属板８４は，図５のスタックとは違って，同一厚さで形成することができる。
【０１３１】
図１０は，図６のスタック８０において，その位置による貫通流路８４ａの大きさの差をよく示しているが，この図によると膜−電極アセンブリ８１とセパレータ８２を含む電気生成部８３が複数個積層されてスタック８０をなすようになって，スタック８０の両側面から中央側に行くほどセパレータ８２に付着された金属板８４に形成された貫通流路８４ａの大きさが順次に大きくなることが確認できる。
【０１３２】
ここで，スタック８０の最も外側に置かれている金属板８４の貫通流路８４ａとスタック８０の中央に位置した金属板８４の貫通流路８４ａとの大きさの差は，ある特定値によって限定されない。
【０１３３】
ここで，貫通流路８４ａの大きさは，ある一つの金属板８４上に形成する各貫通流路８４ａの個別的な断面積または，ある一つの金属板８４に形成する全体貫通流路８４ａの断面積の合計とみなすことができる。
【０１３４】
このように，この第４の実施形態では，スタック８０の側端部から中央部に行くほど，電気生成部８３から発生する温度が高まることを考慮して，上記のように相異する大きさを有する貫通流路８４ａを通して冷却用空気がスタック８０の中央部に位置した電気生成部８３にはより多く流通するようにして相対的にスタック８０の外側に位置した電気生成部８３より多くの熱を伝達して冷却させることができるようになる。
【０１３５】
この第４の実施形態で，貫通流路８４ａは，ある一つの電気生成部８３に対応する金属板８４に形成する掘割８４ｂと，電気生成部８３に隣接する電気生成部８３に対応する金属板８４に形成する掘割８４ｂが，スタック８０の形成時に，両金属板８４が互いに密着されて配置され，互いに合わせて完成する。
【０１３６】
そのような構造によって，冷却用空気は，貫通流路８４ａを通り過ぎながら電気生成部８３から発生する熱を外部に放熱させ温度を低くするようになる。
【０１３７】
この時，スタック８０において，その位置別に金属板８４に形成された貫通流路８４ａの大きさが相異していることで，スタック８０の側端部より中央部の金属板８４にさらに多くの空気が流通して，これによりスタック８０の中央部の熱をスタック８０側端部よりより低くするようになり，スタック８０の電領域において，温度分布を均等にするようになる。
【０１３８】
図１１は，本発明の第５の実施形態によるスタックの放熱構造を示している。
【０１３９】
この図によると，スタック１１０は，膜−電極アセンブリ１１１を中心に，その両側に配置するセパレータ１１２を含む電気生成部１１３が少なくても一つ以上積層されて，上記積層された複数の電気生成部１１３を囲むスタック容器１１４に設置されて，電気生成部１１３に冷媒（例:冷却空気）を流すためのファン１１５を含み，ファン１１５は，スタック１１０全体に対する電気生成部１１３の位置によってその個数が相異しているような構造でありうる。
【０１４０】
この実施例で，ファン１１５は，スタック１０の側端部から中央部に行くほどその個数を漸進的に多くして，電気生成部１１３に対応する構造になっている。
【０１４１】
その構造によって，図１に示した冷媒供給源７０からスタック１１０に供給された冷却用空気は，ファン１１５によってスタック１１０の側端部より中央部でさらに多く当該電気生成部１１３側に流れるので，スタック１１０の中央部で高い温度分布を示す電気生成部１１３に冷却を効率的に行うようになって，スタック１１０の全領域において温度分布を均等に維持するようになる。
【０１４２】
一方，上記でスタック１１０の最も外側に位置するファン１１５とスタック１１０の中央に位置するファン１１５との個数の差は，ある特定値によって限定されない。
【０１４３】
このようにこの実施例では，スタック１１０の位置によって当該位置に配置された電気生成部１１３に対応するファン１１５の個数を相異にすることによって冷媒供給源７０からスタック１１０に供給する冷却用空気がスタック１１０の中央部でさらに多く流れるようになって，相対的にスタックの外側に位置した電気生成部と比べて高い温度分布を示す中央部の電気生成部１１３に対する強い冷却効果を与えるようになる。
【０１４４】
従って，スタック１１０は中央部に位置した電気生成部１１３の熱を側端部に位置した電気生成部１１３より低くするようになって，スタックの全領域において，温度分布を均等にするようになる。
【０１４５】
以上説明したように本発明によると，従来と比較してスタック中央部の温度を顕著に下げるようになって，スタック全体にかけて温度分布を均等かつ適正水準に維持管理することができるようになる。
【０１４６】
また，スタックの位置の違いによる熱発生量によって冷媒の流量を異なるようにしてスタックの冷却効率を極大化させることができるようになる。
【０１４７】
以上を通して，本発明の好ましい実施例について説明したが，本発明はこれに限定することなく，特許請求の範囲と発明の詳細な説明及び添付図の範囲内で多様に変形して実施することが可能であって，これらも本発明の範囲に属するものとみなす。当業者であれば，特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において，各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり，それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【図面の簡単な説明】
【０１４８】
【図１】本発明の第１の実施形態による燃料電池システムの全体的な構成を示した概略図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による燃料電池システムのスタック部を示した説明図である。
【図３】本発明によるスタックの第２の実施形態を示した説明図である。
【図４】本発明によるスタックの第３の実施形態を示した説明図である。
【図５】本発明によるスタックの第４の実施形態を示した説明図である。
【図６】本発明によるスタックの第４の実施形態を示した説明図である。
【図７】本発明の実施例による図２のスタックにおいて，放熱構造を示した概略図である。
【図８】図３のスタックにおいて，放熱構造を示した概略図である。
【図９】本発明の第３の実施形態による図４のスタックにおいて，放熱構造を示した概略図である。
【図１０】本発明の第４の実施形態による図６のスタックにおいて，放熱構造を示した概略図面である。
【図１１】本発明の第５の実施形態によるスタックの放熱構造を示した概略図である。
【符号の説明】
【０１４９】
１０    スタック
１１    電気生成部
１２    膜−電極アセンブリ
１３    セパレータ
１３ａ  流路掘割
１４    流通路
１４ａ  掘割
１４ｂ  掘割
２０    改質器
３０    燃料供給部
３１    燃料タンク
３３    燃料ポンプ
４０    酸素供給部
４１    空気ポンプ
５０    スタック
５１    膜−電極アセンブリ
５２    セパレータ
５３    電気生成部
５４    冷却板
５４ａ  スタック冷却用貫通流路
６０    スタック
６１    膜−電極アセンブリ
６１ａ  不活性領域
６１ｂ  活性領域
６１ｃ  （冷却空気流通用供給口と対応する）供給口
６１ｄ  （冷却空気流通用排出口と対応する）排出口
６２    セパレータ
６２ａ  冷却空気流通用供給口
６２ｂ  冷却空気流通用排出口
６３    電気生成部
６４    流通溝
７０    冷媒供給源
７１    ポンプ
８０    スタック
８１    膜−電極アセンブリ
８２    セパレータ
８３    電気生成部
８４    金属板
８４ａ  スタック冷却用
貫通流路
９１    第１供給ライン
９２    第２供給ライン
９３    第３供給ライン
９４    第４供給ライン
１１０  スタック
１１１  膜−電極アセンブリ
１１２  セパレータ
１１３  電気生成部
１１４  スタック容器
１１５  ファン（回転扇）
【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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