(57)【要約】【課題】大きさを抑制しつつ、安定して電力を出力できる燃料電池を提供すること。【解決手段】本発明の一態様に係る燃料電池は、燃料の供給により発電する燃料電池本体と、燃料電池本体が発電した電力により充電される蓄電素子と、燃料電池本体の発電時に発生する熱が蓄電素子に伝達される状態で、燃料電池本体および蓄電素子を収納する筐体と、を具備する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料の供給により発電する燃料電池本体と、
前記燃料電池本体が発電した電力により充電される蓄電素子と、
前記燃料電池本体の発電時に発生する熱が前記蓄電素子に伝達される状態で、前記燃料電池本体および前記蓄電素子を収納する筐体と、
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料電池本体で発生する熱を前記蓄電素子へ伝達する熱伝導体をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料電池本体および前記蓄電素子は、それぞれ少なくとも１箇所の平面部を有し、前記燃料電池本体の少なくとも1箇所の平面部および前記蓄電素子の少なくとも1箇所の平面部が互いに対向もしくは接触した状態で前記筺体内に収納されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料電池本体および前記蓄電素子は、それぞれ直方体形であり、この直方体形を構成する前記燃料電池本体の下面および前記蓄電素子の上面が互いに対向もしくは接触した状態で前記筺体内に収納されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料電池本体および前記蓄電素子は、前記燃料電池本体と前記蓄電素子との距離が５ｍｍ以下で、かつ、前記燃料電池本体の前記蓄電素子と対向もしくは接触する面積が、前記燃料電池本体の全表面積の１５％以上となるように前記筺体内に収納されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記蓄電素子は、リチウムイオン二次電池であることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、二次電池等の蓄電素子を備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１参照）。
【０００５】
しかしながら、ＤＭＦＣ方式では、発電時の化学反応により生じる熱のために膜電極接合体の温度が上昇し、膜電極接合体を構成する部材や、膜電極接合体の周囲に配置されている部材が、熱によって変形や変質等の劣化を生じ、燃料電池の出力が低下するという問題があった。これを防ぐためには、膜電極接合体の温度を検知して、この検知された温度が予め設定された値を上回った場合には、膜電極接合体への燃料の供給を遮断もしくは抑制する方法や、燃料電池の筺体表面に放熱部材を設け、膜電極接合体の熱を外部へ放熱する方法などが考えられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、燃料の供給を遮断もしくは抑制する場合、発電反応が抑制され、結果として燃料電池の出力が低下する虞がある。また、膜電極接合体の熱を外部へ放熱する場合、膜電極接合体で生じる熱を十分に放熱するために放熱部材が外部と熱交換する表面積を大きくとる必要があり、燃料電池も大きくなる虞がある。
この発明は、かかる従来の問題を解消するためになされたもので、大きさを抑制しつつ、安定して電力を出力できる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一態様に係る燃料電池は、燃料の供給により発電する燃料電池本体と、燃料電池本体が発電した電力により充電される蓄電素子と、燃料電池本体の発電時に発生する熱が蓄電素子に伝達される状態で、燃料電池本体および蓄電素子を収納する筐体と、を具備することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、大きさを抑制しつつ、安定して電力を出力できる燃料電池を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池の構成を示した図である。
【図２】第１の実施形態に係る燃料電池の発電セルの構成の一例を示した図である。
【図３】第１の実施形態に係る燃料電池の燃料分配機構の構成の一例を示した図である。
【図４Ａ】第１の実施形態に係る燃料電池の燃料電池本体と二次電池の配置関係の一例を示した図である。
【図４Ｂ】第１の実施形態に係る燃料電池の燃料電池本体と二次電池の配置関係の一例を示した図である。
【図５Ａ】第１の実施形態に係る燃料電池の燃料電池本体と二次電池の配置関係の他の例を示した図である。
【図５Ｂ】第１の実施形態に係る燃料電池の燃料電池本体と二次電池の配置関係の他の例を示した図である。
【図６】その他の実施形態に係る燃料電池の燃料電池本体と二次電池の配置関係の一例を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る燃料電池１の構成を示した図である。第１の実施形態に係る燃料電池１は、バルブ１０１、ポンプ１０２、燃料電池本体１０３、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）、燃料タンク１０５、制御部１０６、リチウムイオン二次電（ＬＩＢ：Lithium-ion Battery）充電回路１０７、蓄電素子であるリチウムイオン二次電池（以下、ＬＩＢ；Lithium-ion Batteryと称する）１０８、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０９（昇圧型ＤＣ／ＤＣコンバータ）、出力端子１１０、筺体１１１を具備する。なお、この第１の実施形態では、燃料電池１として、直接メタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣ； Direct Methanol Fuel Cellと称する。）を例に説明する。
【００１２】
燃料タンク１０５は、発電に使用する液体燃料を収容する。液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。
【００１３】
制御部１０６は、この第１の実施形態に係る燃料電池１全体を制御する。制御部１０６は、バルブ１０１、ポンプ１０２、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４、ＬＩＢ充電回路１０７、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０９などを制御する。
【００１４】
バルブ１０１は、燃料タンク１０５から燃料電池本体１０３への燃料の供給経路を開閉する。ポンプ１０２は、燃料タンク１０５に貯蔵されている燃料を燃料電池本体１０３へ供給する。燃料電池本体１０３へ燃料が供給されると、燃料が空気中の酸素と化学反応を起こし発電する。
【００１５】
燃料電池本体１０３で発電された電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４で昇圧される。ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４で昇圧された電力は、ＬＩＢ充電回路１０７によりＬＩＢ１０８へ供給される。ＬＩＢ１０８は、充放電が可能であり、燃料電池本体１０３から供給される電力を一旦蓄え、必要に応じて放出する。
【００１６】
ＬＩＢ１０８は、非水電解質二次電池の一種であり、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担う二次電池である。ＬＩＢ１０８は、正極（陽極）にリチウム金属酸化物を用い、負極にグラファイトなどの炭素材を用いるのが一般的であり、正極の素材により次のような種類に分類できる
【００１７】
１．コバルト系リチウムイオン二次電池
２．ニッケル系リチウムイオン二次電池
３．マンガン系リチウムイオン二次電池
４．鉄系、バナジウム系など、他のリチウム金属酸化物を用いるリチウムイオン二次電池
【００１８】
上記の中では、コバルト系リチウムイオン二次電池が広く使用されており、正極にコバルト酸リチウム、負極に炭素材料、電解液には、有機溶媒にリチウム塩を溶解させたものを用いている。充電時における化学反応式は次の通りである。なお、この化学反応は吸熱反応である。
正極：ＬｉＣｏＯ２  →  ＬｉｘＣｏＯ２＋（１−ｘ）Ｌｉ＋＋（１−ｘ）ｅ−  …（１）
負極：（１−ｘ）Ｌｉ＋＋（１−ｘ）ｅ−＋Ｃ６  →  Ｌｉ１−ｘＣ６  …（２）
（ｘは、０＜ｘ＜１となる数で、通常は約０．５である）
【００１９】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１０９は、ＬＩＢ１０８から供給される電力を所定の値まで昇圧して出力端子１１０を介してこの燃料電池１に接続された外部負荷へ供給する。つまり、本実施の形態においては、燃料電池本体１０３で発電された電力はＬＩＢ１０８へ一旦充電された後、この燃料電池１に接続された外部負荷へ出力される。なお、ＬＩＢ１０８に充電された電力は、この燃料電池１を動作させる際に必要な電力（例えば、バルブ１０１やポンプ１０２）を供給する際にも使用される。
【００２０】
図２および図３は、燃料電池１の燃料電池本体１０３の構成の一例を示した図である。以下、図２、３を参照して、燃料電池本体１０３の構成について説明する。
【００２１】
燃料電池本体１０３は、アノード（燃料極）２２、カソード（空気極／酸化剤極）２４および電解質膜２３から構成される膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）２１を具備する。アノード（燃料極）２２は、アノード触媒層２２ａとアノードガス拡散層２２ｂとを有する。カソード（空気極／酸化剤極）２４は、カソード触媒層２４ｂとカソードガス拡散層２４ａとを有する。電解質膜２３は、アノード触媒層２２ａとカソード触媒層２４ｂとで挟持され、プロトン（水素イオン）伝導性を有する。
【００２２】
アノード触媒層２２ａやカソード触媒層２４ｂに含有される触媒として、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、Ｐｄ等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が使用できる。アノード触媒層２２ａには、メタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層２４ｂにはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、上記触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用できる。また、触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒または無担持触媒などが使用できる。
【００２３】
電解質膜２３を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料などが使用できる。
【００２４】
アノードガス拡散層２２ｂは、アノード触媒層２２ａに燃料を均一に供給するアノード触媒層２２ａの集電体である。カソードガス拡散層２４ａは、カソード触媒層２４ｂに酸化剤を均一に供給するカソード触媒層２４ｂの集電体である。アノードガス拡散層２２ｂおよびカソードガス拡散層２４ａは多孔質基材で構成されている。
【００２５】
アノードガス拡散層２２ｂやカソードガス拡散層２４ａには、必要に応じて集電体としての導電層が積層される。これら導電層としては、例えばＡｕ、Ｎｉのような導電性金属材料からなる多孔質層（例えば、メッシュ）、多孔質膜、箔体あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が使用できる。また、グラファイト（黒鉛）等の炭素質材料も使用できる。電解質膜２３と後述する燃料分配機構３１およびカバープレート２５との間には、それぞれゴム製の０リング２６が介在する。これら０リング２６は、燃料電池本体１０３からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止する。
【００２６】
カバープレート２５は酸化剤である空気を取入れるための不図示の開口を有している。カバープレート２５とカソード２４との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層はカソード触媒層２４ｂで生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層２４ｂへの空気の均一拡散を促進するものである。表面層は空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。この保湿層は、例えば、ポリエチレン製多孔質フィルム等からなる平板で構成される。
【００２７】
燃料電池本体１０３のアノード（燃料極）２２側には、燃料分配機構３１が配置されている。燃料分配機構３１には配管のような液体燃料の流路３６を介して燃料タンク１０５が接続されている。
【００２８】
燃料分配機構３１には燃料タンク１０５から流路３６を介して燃料が導入される。流路３６は燃料分配機構３１や燃料タンク１０５と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料分配機構３１と燃料タンク１０５とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ燃料の流路であってもよい。燃料分配機構３１は流路３６を介して燃料タンク１０５と接続されていればよい。
【００２９】
図３に示すように、燃料分配機構３１は、燃料が流路３６を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口３５と、燃料やその気化成分を排出する複数個の燃料排出口３３とを有する燃料分配板３２を備えている。この燃料分配板３２は、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。また図２に示すように、燃料分配板３２の内部には、燃料注入口３５から導かれた燃料の通路となる空隙部３４が設けられている。複数の燃料排出口３３は燃料通路として機能する空隙部３４にそれぞれ直接接続されている。
【００３０】
燃料注入口３５から燃料分配機構３１に導入された燃料は空隙部３４に入り、この燃料通路として機能する空隙部３４を介して複数の燃料排出口３３にそれぞれ導かれる。複数の燃料排出口３３には、例えば燃料の気化成分のみを透過し、液体成分は透過させない気液分離体（図示せず）を配置してもよい。この気液分離体は、例えば、シリコーンゴム、低密度ポリエチレン（ＬＤＰＥ）薄膜、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）薄膜、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）薄膜、フッ素樹脂（例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）など）微多孔膜などから構成される。なお、気液分離体は燃料分配機構３１とアノード２２との間に気液分離膜等として設置してもよい。燃料の気化成分は複数の燃料排出口３３からアノード２２の複数個所に向けて排出される。
【００３１】
燃料排出口３３は、燃料分配板３２のアノード２２と接する面に複数設けられている。これにより、燃料電池本体１０３の全体に燃料を供給することができる。燃料排出口３３の個数は２個以上であればよいが、燃料電池本体１０３の面内における燃料供給量を均一化する上で、０．１〜１０個／ｃｍ２の燃料排出口３３が存在するように形成することが好ましい。
【００３２】
燃料分配機構３１と燃料タンク１０５の間を接続する流路３６には、燃料移送制御手段としてのポンプ１０２が挿入されている。このポンプ１０２は燃料を循環させる循環ポンプではなく、あくまでも燃料タンク１０５から燃料分配機構３１に燃料を移送する燃料供給ポンプである。このようなポンプ１０２で必要時に燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めるものである。
【００３３】
この場合、ポンプ１０２としては、少量の燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。なお、燃料は重力や毛細管現象を利用して送液するようにしてもよい。重力を利用する場合、燃料タンク１０５は、燃料電池本体１０３よりも上になるよう配置する。また、毛細管現象を利用する場合、燃料の流路３６に多孔質体を充填する。
【００３４】
ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液する。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアプラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。上記ポンプのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアプラムポンプを使用することがより好ましい。なお、燃料分配機構３１から膜電極接合体２１への燃料供給が行われる構成であればポンプ１０２を使用せずバルブ１０１のみで構成とすることも可能である。この場合には、バルブ１０１は、流路３６による液体燃料の供給を制御するために設けられる。
【００３５】
このような構成において、燃料タンク１０５に収容された燃料は、ポンプ１０２により流路３６を移送され、燃料分配機構３１に供給される。そして、燃料分配機構３１から放出された燃料は、燃料電池本体１０３のアノード（燃料極）２２に供給される。燃料電池本体１０３内において、燃料はアノードガス拡散層２２ｂで拡散されアノード触媒層２２ａに供給される。燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層２２ａで下記（３）式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
【００３６】
なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層２４ｂで生成した水や電解質膜２３中の水をメタノールと反応させて下記（ｌ）式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３７】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２十６Ｈ＋＋６ｅ−  …（３）
この反応で生成した電子（ｅ−）は集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる出力として負荷側に供給された後、カソード（空気極）２４に導かれる。また、（３）式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ＋）は電解質膜２３を経てカソード２４に導かれる。カソード２４には酸化剤として空気が供給される。カソード２４に到達した電子（ｅ−）とプロトン（Ｈ＋）は、カソード触媒層２４ｂで空気中の酸素と下記（４）式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成される。
６ｅ−＋６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２  →  ３Ｈ２Ｏ  …（４）
【００３８】
図２にしめす燃料電池１は、セミパッシブと称される型の燃料電池である。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料タンク１０５から膜電極接合体２１に供給された燃料は発電反応に使用され、その後に循環して燃料タンク１０５に戻されることはない。セミパッシブ型の燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは異なるものであり、装置の小型化等を損なうものではない。
【００３９】
また、燃料電池１は、燃料の供給にポンプ１０２を使用しており、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも異なる。このため、燃料電池１は、上述したようにセミパッシブ方式と呼称される。なお、このセミパッシブ型の燃料電池では、燃料タンク１０５から膜電極接合体２１への燃料供給が行われる構成であればポンプ１０２に代えてバルブ１０１のみを配置する構成とすることも可能である。この場合には、バルブ１０１は、流路３６による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【００４０】
図４Ａ、図４Ｂは、第１の実施形態に係る燃料電池１の燃料電池本体１０３およびＬＩＢ１０８の配置関係の一例を示した図である。図４Ａは、燃料電池１の断面図、図４Ｂは、燃料電池１の平面図である。図４Ａ、図４Ｂでは、燃料電池本体１０３およびＬＩＢ１０８以外の構成については、図示を省略している。
【００４１】
燃料電池本体１０３とＬＩＢ１０８は、共通の筺体１１１に収納される。この筺体１１１は、燃料電池本体１０３やＬＩＢ１０８を保護すると共に、相互の位置関係を固定するためのものであり、材質や形状は特に限定されない。
【００４２】
燃料電池本体１０３およびＬＩＢ１０８は、それぞれ少なくとも１箇所の平面部１０３ａ，１０８ａを有し、燃料電池本体１０３の平面部１０３ａおよびＬＩＢ１０８の平面部１０８ａが互いに対向もしくは接触した状態で前記筺体内に収納されている。
【００４３】
図４Ａ、図４Ｂに示す例では、燃料電池本体１０３およびＬＩＢ１０８は、各々直方体の形状を有しており、燃料電池本体１０３の下面１０３ａおよびＬＩＢ１０８の上面１０８ａとを対向させた状態で筺体１１１内に収納されている。なお、燃料電池本体１０３の下面１０３ａおよびＬＩＢ１０８の上面１０８ａは、接触していてもよい。
【００４４】
図４Ａ、図４Ｂに示す例では、燃料電池本体１０３で生じる熱がＬＩＢ１０８に吸熱され、燃料電池本体１０３の温度上昇を抑制するため燃料の供給を遮断もしくは抑制したり、放熱部材を大きくする必要がない。また、燃料電池本体１０３で生じる熱がＬＩＢ１０８に吸熱され、燃料電池本体１０３の温度の上昇を抑制できるため安定して電力を出力できる。
【００４５】
図５Ａ、図５Ｂは、第１の実施形態に係る燃料電池１の燃料電池本体１０３およびＬＩＢ１０８の配置関係の他の一例を示した図である。図５Ａは、燃料電池１の断面図、図５Ｂは、燃料電池１の平面図である。図５Ａ、図５Ｂでは、燃料電池本体１０３およびＬＩＢ１０８以外の構成については、図示を省略している。
【００４６】
図５Ａ、図５Ｂに示す例では、燃料電池本体１０３の上面１０３ａとＬＩＢ１０８の上面１０８ａを略同一平面上に配置し、さらに、燃料電池本体１０３の上面１０３ａおよびＬＩＢ１０８の上面１０８ａを、熱伝導体１１２の下面１１２ａに対向させた状態で筺体１１１内に収納している。なお、燃料電池本体１０３の上面１０３ａと熱伝導体１１２の下面１１２ａ、およびＬＩＢ１０８の上面１０８ａと熱伝導体１１２の下面１１２ａは、それぞれ接触していてもよい。
【００４７】
図５Ａ、図５Ｂに示す例では、燃料電池本体１０３で生じる熱が熱伝導体１１２を介してＬＩＢ１０８に吸熱される。このため、燃料電池本体１０３で生じる熱がＬＩＢ１０８に吸熱され、燃料電池本体１０３の温度上昇を抑制するため燃料の供給を遮断もしくは抑制したり、放熱部材を大きくする必要がない。また、燃料電池本体１０３で生じる熱がＬＩＢ１０８に吸熱され、燃料電池本体１０３の温度の上昇を抑制できるため安定して電力を出力できる。さらに、この図５Ａ、図５Ｂに示す例では、燃料電池１の筺体１１１を薄くでき、意匠性が向上する。
【００４８】
なお、熱伝導体１１２としては、液体燃料や水、酸素等によって溶解や腐食、酸化等を生じることがなく、かつ熱伝導率λの高い物質（２０℃における熱伝導率が、１０Ｗ／ｍＫ以上、好ましくは５０Ｗ／ｍＫ以上、より好ましくは２００Ｗ／ｍＫ以上）からなることが望ましい。熱伝導率λが大きいほど、燃料電池本体１０３とＬＩＢ１０８との間の熱交換が効率よく行われるためである。
【００４９】
熱伝導率λの高い物質としては、ステンレス、銅、アルミニウム、タングステン、モリブデン等の金属またはこれら金属の合金等を使用できる。また、グラファイト（黒鉛）等の炭素質材料も使用できる。熱伝導体１１２として金属材料を用いた場合、カソードで生成した水や、大気中に含まれる酸素や水蒸気等によって酸化、腐食を防止する必要がある。このため、熱伝導体１１２には、ステンレス等の腐食しにくい材料を使用するか、表面に金などの酸化しにくい金属をメッキしたり、炭素質の物質や、樹脂もしくはゴムでコーティングを施したり、液体燃料の蒸気に溶解しない塗料で塗装する等の対策が必要となる。
【００５０】
上記のようにコーティングを施すための樹脂もしくはゴムとしては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリエチレンテレフタレート、ナイロン、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ：ヴィクトレックス社商標）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、ポリ塩化ビニル、ポリイミド、シリコーン樹脂等の樹脂、エチレン・プロピレンゴム（ＥＰＤＭ）、フッ素ゴム等のゴムが使用可能である。これら樹脂やゴムは金属に比べて熱伝導率が低いため、コーティングを施す場合には、コーティングする樹脂もしくはゴムはできる限り薄くすることが望ましい。
【実施例】
【００５１】
次に、第１の実施形態に係る燃料電池１の具体的実施例およびその評価結果について記載する。
（実施例１，２、比較例１の構成）
以下に実施例１，２および比較例１の構成について説明する。
あまり詳細な説明とならないよう、本願発明の特徴である燃料電池本体１０３とＬＩＢ１０８の構成については、具体的な数値まで言及するのを避けるようにいたしました（他社に燃料電池の構成を開示しないため）。  → ＯＫです。
【００５２】
（実施例１）
この実施例１では、燃料電池本体１０３とＬＩＢ１０８を、図４Ａ、図４Ｂに示した位置関係となるように配置した。以下、実施例１に係る燃料電池１の構成について説明する。
まず、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、アノード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。このペーストをアノードガス拡散層２２ｂである多孔質カーボンペーパに塗布してアノード触媒層２２ａを得た。
【００５３】
カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックに、プロトン伝導性樹脂としてパーフルオロカーボンスルホン酸溶液と、分散媒として水およびメトキシプロパノールを添加し、カソード用触媒粒子を担持したカーボンブラックを分散させてペーストを調製した。このペーストをカソードガス拡散層２４ａである多孔質カーボンペーパに塗布することによりカソード触媒層２４ｂを得た。
【００５４】
なお、アノードガス拡散層２２ｂと、カソードガス拡散層２４ａとは、同形同大で厚さも等しく、これらのガス拡散層に塗布されたアノード触媒層２２ａおよびカソード触媒層２４ｂも同形同大である。
【００５５】
上記したように作成したアノード触媒層２２ａとカソード触媒層２４ｂとの間に、電解質膜２３としてパーフルオロカーボンスルホン酸膜（商品名：ｎａｆｉｏｎ膜、デュポン社製）をアノード触媒層２２ａとカソード触媒層２４ｂとが対向するように位置を合わせた状態でホットプレスを施し、膜電極接合体を得た。
【００５６】
カソードガス拡散層２４ａの上には、後述するカバープレート２５の空気導入口に対応した位置に開口を有する金箔を積層し、カソード導電層を形成した。またアノードガス拡散層２２ｂの下には、燃料分配層の穴に対応した位置に開口を有する金箔を積層し、アノード導電層を形成した。また、カソード導電層の上には、保湿層としてポリエチレン製多孔質フィルムを積層した。
【００５７】
外気からカソードに供給される空気は、この保湿層を透過することとなる。この保湿層の上に長方形の空気導入口を複数個形成したステンレス板（ＳＵＳ３０４）をカバープレート２５として積層した。上記手順により最終的に得られた燃料電池本体１０３は、縦の長さが約６４ｍｍ、横の長さが約４４ｍｍ、厚さが約６ｍｍの直方体となった。燃料電池本体１０３の全表面積は、約７０．０ｃｍ２である。
【００５８】
このようにして作成した燃料電池本体１０３を、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４を介して、ＬＩＢ１０８（容量４００ｍＡｈのアルミラミネート型リチウムイオン二次電池）と接続し、厚さ０．５ｍｍのＡＢＳ樹脂製の筐体１１１に収納した。なお、ＬＩＢ１０８は、縦の長さが約３８ｍｍ、横の長さが約３０ｍｍ、厚さが約３．８ｍｍの直方体である。ここで、燃料電池本体１０３の底面と、ＬＩＢ１０８の上面とが対向し、かつその間の距離が４ｍｍとなるように配置した。
【００５９】
このとき、燃料電池本体１０３の全表面積のうち、ＬＩＢ１０８の上面までの距離が５ｍｍ以下である面積は、約１１．４ｃｍ２（燃料電池本体１０３の全表面積の約１６．３％）である。また、前記カソード触媒層２４ｂを垂直に投影した面積のうち、ＬＩＢ１０８の同じ方向からの投影面と重なる面積は約１０．０ｃｍ２（カソード触媒層２４ｂの投影面積の５１．９％）である。
【００６０】
（実施例２）
この実施例２では、燃料電池本体１０３とＬＩＢ１０８を、図５Ａ、図５Ｂに示した位置関係となるように配置した。なお、燃料電池本体１０３の構成は実施例１と同じである。
以下、実施例２に係る燃料電池１の構成について説明する。
【００６１】
この実施例２では、燃料電池本体１０３の短辺（長さ約４４ｍｍ）のうち一つが、ＬＩＢ１０８の短辺（長さ約３０ｍｍ）と４ｍｍの距離を隔てて対向し、かつ、燃料電池本体１０３のカソード触媒層２４ｂがなす平面とＬＩＢ１０８の外形のうち最も面積が広い面とが平行となるように配置した。
【００６２】
更に、熱伝導体１１２として、縦の長さが１００ｍｍ、横の長さが５６ｍｍ、厚さ０．５ｍｍのアルミニウム板（２０℃における熱伝導率２０４Ｗ／ｍＫ）を、燃料電池本体１０３のカバープレート２５との距離が０．５ｍｍとなるように配置した。なお、この熱伝導体１１２（アルミニウム板）には、燃料電池本体１０３のカバープレート２５に設けられた空気導入口と同じ配置で同形同大の穴を設けている。さらに、ＬＩＢ１０８は、熱伝導体１１２との距離が０．５ｍｍとなるように配置した。なお、ＬＩＢ１０８の外形のうち最も面積が広い面が熱伝導体１１２と対向するように配置している。
【００６３】
燃料電池本体１０３の全表面積のうち、熱伝導体１１２の最も近接した表面までの距離が２ｍｍ以下である面積は約２８．７ｃｍ２（燃料電池本体１０３の全表面積の約４１％）である。また、前記カソード触媒層２４ｂを垂直に投影した面積のうち全て（カソード触媒層２４ｂの投影面積の１００％）が、熱伝導体１１２の同じ方向からの投影面と重なっている。
【００６４】
（比較例１）
この比較例１では、燃料電池本体１０３とＬＩＢ１０８を、実施例２と同様に図５Ａ、図５Ｂに示した位置関係となるように配置したが、熱伝導体１１２を設けていない点が実施例２と異なる。なお、燃料電池本体１０３の構成は実施例１と同じである。
以下、比較例１に係る燃料電池１の構成について説明する。
【００６５】
燃料電池本体１０３の全表面積のうち、ＬＩＢ１０８に最も近接した表面までの距離が５ｍｍ以下である面積は、約２．６ｃｍ２（燃料電池本体１０３の全表面積の約３．７％）である。また、前記カソード触媒層２４ｂを垂直に投影した面積のうち、ＬＩＢ１０８の同じ方向からの投影面と重なる面積はゼロである。
【００６６】
（実施例１，２、比較例１の比較）
次に、こうして従来例１、実施例１，２および比較例１で得られた燃料電池１を起動し、リチウムイオン二次電池の電圧が３．０Ｖから４．０Ｖになるまで充電するために要した時間（分）を測定した。
【００６７】
測定は、温度が２５℃、相対湿度が５０％の環境下において行った。また、表面カバーの中央部の表面に熱電対を取り付け、この熱電対で測定した温度が４５℃で一定になるように、純メタノール（純度９９.９重量％）の供給量を制御している。さらに、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４により、燃料電池本体１０３の出力電圧（ＤＣ／ＤＣコンバータ１０４の入力電圧）が１．４Ｖで一定になるように電流を制御し、かつＬＩＢ１０８の電圧が３．０Ｖから４．０Ｖになるまで充電した。
【００６８】
上記条件下で充電に要した時間（分）を表１に示す。
【表１】
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【００６９】
表１に示すように、実施例１，２および比較例１に係る燃料電池１が充電に要した時間は、それぞれ２４０分、２３０分および２８０分である。このことから明らかなように、実施例１，２に係る燃料電池１では、比較例１に係る燃料電池１に比べて、ＬＩＢ１０８の充電に要する時間が短い。このことから、実施例１，２の燃料電池１では、燃料電池１の出力（単位時間あたりに発生する電力）が、比較例１よりも高いことが推測できる。
【００７０】
これは、燃料電池１の発電に伴って発生する熱の少なくとも一部が、ＬＩＢ１０８が充電されるときの吸熱反応によって吸収され、燃料電池１の温度が過度に上昇することなく、前記した式（３）や式（４）で示される反応が円滑に進行した結果によるものと考えられる。
【００７１】
（その他の実施形態）
なお、本発明は上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。例えば、図６に示すように、燃料電池本体１０３、熱伝導体１１２、ＬＩＢ１０８を同順に積層した状態で筺体１１１内に収納するようにしてもよい。この場合、燃料電池本体１０３で生じる熱が熱伝導率の高い熱伝導体１１２を介してＬＩＢ１０８に吸熱されるため、ＬＩＢ１０８による吸熱効果がより大きくなることを期待できる。なお、燃料電池本体１０３と熱伝導体１１２、およびＬＩＢ１０８と熱伝導体１１２とは、各々接触した状態で積層してもよく、間に空間を設けても積層してもよい。
【００７２】
また、上記第１の実施形態では、特電素子として、二次電池であるリチウムイオン二次電池（ＬＩＢ１０８）を例に説明したが、充電時に吸熱反応するものであれば、他の種類の蓄電素子を使用することもできる。
【符号の説明】
【００７３】
１…燃料電池、１０１…バルブ、１０２…ポンプ、１０３…燃料電池本体、１０４…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１０５…燃料タンク、１０６…制御部、１０７…ＬＩＢ充電回路、１０８…ＬＩＢ（蓄電素子）、１０９…ＤＣ／ＤＣコンバータ、１１０…出力端子、１１１…筺体、１１２…熱伝導体、２２…アノード、２３…電解質膜、２４…カソード、２５…カバープレート、２６…Ｏリング、３１…燃料分配機構、３２…燃料分配板、３３…燃料排出口、３４…空隙部、３５…燃料注入口、３６…流路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６】
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