(57)【要約】【課題】簡易な構造で燃料電池セルが備えるセパレータ間の温度差を低減することができる燃料電池セル及び電子機器を提供する。【解決手段】電解質膜１１の両面に電極１２Ａ，１２Ｂを形成してなる複数の膜電極接合体１０と、複数の膜電極接合体１０を挟持する複数のセパレータ２０，３０，４０，５０，６０と、を備え、これらのセパレータ２０，３０，４０，５０，６０の少なくとも１つが各セパレータの熱を放熱する放熱手段としての放熱材１５０と接合される燃料電池セル１である。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜の両面に電極を形成してなる複数の膜電極接合体と、
前記複数の膜電極接合体を挟持する複数のセパレータと、を備え、
前記複数のセパレータの少なくとも１つが該セパレータの熱を放熱する放熱手段と接合されることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池セルであって、
前記複数のセパレータの少なくとも２つが前記放熱手段と接合されることを特徴とする燃料電池セル。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池セルであって、
前記放熱手段と接合される少なくとも２つのセパレータのうち１つである一のセパレータと前記放熱材との接合面積は、前記放熱手段と接合される少なくとも２つのセパレータのうち他の１つである他のセパレータと前記放熱材との接合面積よりも大きいことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池セルであって、
前記放熱手段と接合されないときに前記一のセパレータの温度が前記他のセパレータの温度よりも温度が高いことを特徴とする燃料電池セル。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを収容する筐体とを備え、
前記放熱手段は前記筐体に接合されることを特徴とする電子機器。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池セルと、
前記燃料電池セルを収容するとともに前記放熱手段となる筐体と、を備えることを特徴とする電子機器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セル及び電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年では、高いエネルギー利用効率を実現できる燃料電池についての研究・開発が盛んにおこなわれている。燃料電池は、アノードガス中の水素ガスと空気中の酸素ガスとを電気化学的に反応させて化学エネルギーから電気エネルギーを直接取り出すものであり、将来性に富む有望な電池であると位置付けられている。
【０００３】
従来の燃料電池は膜電極接合体とセパレータとを交互に重ねられることでスタック化されており、二つのセパレータとその間に挟持された膜電極接合体、ガス拡散層、ガスケットを含む燃料電池セルが直列に接続されている。膜電極接合体は固体高分子電解質膜の両面に触媒を担持した矩形状の電極が設けられている。また、膜電極接合体の電極とセパレータとの間に、それぞれ、セパレータに形成された後述の流路内を流通するガスを上述の電極に一様に供給するための部材としてガス拡散層が配置され、更に、ガス拡散層を囲繞するように気密部材としての枠状のガスケットが設けられている。
【０００４】
上述の膜電極接合体をガス拡散層及びガスケットを介して挟持する２つのセパレータには、それぞれアノードガス流路及びカソードガス流路が形成され、アノードガス流路はアノードガスを一方のガス拡散層に供給し、カソードガス流路はカソードガスを他方のガス拡散層に供給する。尚、２つのセパレータに挟持される構成は、上述の構成に限らず、例えば、ガス拡散層と電極層とが一体化された部材を電解質層の両面に当接して配置する構成であってもよく、また、何れも別体の部材を積層した構成であってもよい。
【０００５】
上述の固体高分子電解質膜の各面に当接された電極において電気エネルギーを得る際に、アノード極側において燃料ガスが酸化されることで放出される電子が、カソード極側において空気（酸素）と反応するときの、電子の移動によって、電流が得られる。
【０００６】
この場合、各セルにおいて化学エネルギーの一部から電気エネルギーを取り出す際に残りのエネルギーが熱として発生するが、この熱を各燃料電池セルから放熱するために、例えば、セパレータに放熱部材としてのフィンを設ける方法がある（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平１０−１６２８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、複数の燃料電池セルが積層された状態では、セル間の熱伝導度が低いため、中央付近と端部付近とに配置された燃料電池セル同士の間に大きな温度差が生じる。
電解質膜中における水素イオンの伝導度は膜に含まれる水分量により変化するため、水素イオンの伝導度を大きくするために、発電装置の稼働状況に適した量の水分が各セルに供給される。このとき、セルのスタック位置によって温度が異なる場合、各セルにおける水蒸気圧が異なるため、各セル間の水分量を均一に制御することが困難になり、ひいては、全燃料電池セルを良好に動作させる加湿条件が作れず、燃料電池全体の性能が低下する恐れがある。
【０００８】
上述の問題を解決するために、例えば特許文献１に示すように、燃料電池における各セパレータに放熱部材としてのフィンを設けると、各フィンにおける放熱量はその面積に応じた大きさとなるが、フィンがセパレータの積層方向に対して垂直方向に広がった形状であるため、放熱量を大きくしたときにフィンのこの広がりの領域が大きくなり、装置の全体容積が大きくなり、ひいては、単位体積当たりの発電効率が低減するという問題があった。
【０００９】
本発明の課題は、放熱量を大きくしても装置の全体容積が大きくならず、単位体積当たりの発電効率を増大することができる燃料電池セル及び電子機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
以上の課題を解決するため、請求項１に記載の発明は、電解質膜の両面に電極を形成してなる複数の膜電極接合体と、前記複数の膜電極接合体を挟持する複数のセパレータと、を備え、前記複数のセパレータの少なくとも１つが該セパレータの熱を放熱する放熱手段と接合されることを特徴とする燃料電池セルである。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池セルであって、前記複数のセパレータの少なくとも２つが前記放熱手段と接合されることを特徴とする。
【００１２】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池セルであって、前記放熱手段と接合される少なくとも２つのセパレータのうち１つである一のセパレータと前記放熱材との接合面積は、前記放熱手段と接合される少なくとも２つのセパレータのうち他の１つである他のセパレータと前記放熱材との接合面積よりも大きいことを特徴とする。
【００１３】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の燃料電池セルであって、前記放熱手段と接合されないときに前記一のセパレータの温度が前記他のセパレータの温度よりも温度が高いことを特徴とする。
【００１４】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容する筐体とを備え、前記放熱手段は前記筐体に接合されることを特徴とする電子機器である。
【００１５】
請求項６に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池セルと、前記燃料電池セルを収容するとともに前記放熱手段となる筐体と、を備えることを特徴とする電子機器である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、放熱量を大きくしても装置の全体容積が必要以上に大きくなることがなく、単位体積当たりの発電効率を増大することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
【００１８】
＜第１実施形態＞
図１は本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置１００を搭載した携帯用の電子機器２００を示すブロック図である。この電子機器２００はノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、デジタルカメラ、携帯電話機、腕時計、レジスタ及びプロジェクタ等といった携帯型の電子機器である。
【００１９】
電子機器２００は、燃料電池装置１００と、燃料電池装置１００より電気エネルギーが供給される電子機器本体２０１と、を備える。
【００２０】
燃料電池装置１００は、燃料容器１０１、ポンプ１０２、気化器１０３、改質器１０４、一酸化炭素除去器１０５、燃焼器１０６、加湿器１０７、断熱容器１１０、燃料電池セル１、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１、二次電池１３２等を備える。
【００２１】
燃料容器１０１には、液体の原燃料（例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル）と水との混合液が貯留されている。なお、液体の原燃料と水とを別々の容器に貯留してもよい。
ポンプ１０２は、燃料容器１０１内の混合液を吸引して、気化器１０３に送液するものである。
【００２２】
箱状の断熱容器１１０内の気圧は真空圧（例えば、１０Ｐａ以下）に保たれており、内部には気化器１０３、改質器１０４、一酸化炭素除去器１０５、燃焼器１０６が収容されている。
【００２３】
また、気化器１０３、改質器１０４には、それぞれ電気ヒータ兼温度センサ１０３ａ，１０４ａが設けられている。電気ヒータ兼温度センサ１０３ａ，１０４ａの電気抵抗値は温度に依存するので、この電気ヒータ兼温度センサ１０３ａ，１０４ａは、それぞれ、気化器１０３、改質器１０４を加熱するヒータとして機能するとともに、それらの温度を測定する温度センサとしても機能する。
【００２４】
気化器１０３はポンプ１０２から送られた混合液を電気ヒータ兼温度センサ１０３ａや燃焼器１０６から発生する熱、改質器１０４からの伝熱により約１１０〜１６０℃程度に加熱し、気化させる。気化器１０３で気化した混合気は改質器１０４へ送られる。
【００２５】
改質器１０４の内部の流路の壁面に触媒が担持されている。改質器１０４は気化器１０３から送られる混合気を、電気ヒータ兼温度センサ１０４ａや燃焼器１０６の熱により約３００〜４００℃程度に加熱し、流路内の触媒により改質反応を起こさせる。すなわち、原燃料と水の触媒反応によって燃料としての水素、二酸化炭素、及び、副生成物である微量な一酸化炭素等の混合気体（改質ガス）が生成される。なお、原燃料がメタノールの場合、改質器１０４では主に次式（１）に示すような水蒸気改質反応が起こる。
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→３Ｈ2＋ＣＯ2  …（１）
【００２６】
一酸化炭素は化学反応式（１）についで逐次的に起こる次式（２）のような式によって微量に副生される。
Ｈ2＋ＣＯ2→Ｈ2Ｏ＋ＣＯ  …（２）
【００２７】
一酸化炭素除去器１０５は改質器１０４で（２）式の反応により発生したＣＯを（３）式に示す反応により除去する。
ＣＯ＋１／２Ｏ2→ＣＯ2・・・（３）
一酸化炭素除去器１０５の反応は約１１０〜１６０℃程度で行われる。なお、一酸化炭素除去器１０５は気化器１０３と一体に設けられており、電気ヒータ兼温度センサ１０３ａや燃焼器１０６から発生する熱、改質器１０４からの伝熱により加熱される。
一酸化炭素が除去された改質ガスは加湿器１０７に送出される。
加湿器１０７は改質ガスを加湿した後、燃料電池セル１に供給する。
【００２８】
燃料電池セル１は固体高分子型燃料電池であり、後述するように、水素イオン透過性の電解質膜１１の両面に燃料極１２Ａ（アノード）及び酸素極１２Ｂ（カソード）が形成されてなる膜電極接合体１０を備える。
【００２９】
燃料極１２Ａでは改質ガス中の水素により（４）式の反応が起こる。
Ｈ2→２Ｈ+＋２ｅ-・・・（４）
燃料極１２Ａで生じた水素イオンは、電解質膜１１を透過して酸素極１２Ｂに到達する。燃料極１２Ａで生じた電子は、アノード出力電極２１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２、カソード出力電極２１ｂを経て酸素極１２Ｂに到達する。
酸素極１２Ｂには空気が供給され、空気中の酸素と電解質膜１１を透過した水素イオンと酸素極１２Ｂに到達した電子とによる（５）式の反応が起こる。なお、図示しないが、酸素は上述とは別の加湿器により加湿した後に、燃料電池セル１に供給するようにしてもよい。２Ｈ+＋２ｅ-＋１／２Ｏ2→Ｈ2Ｏ・・・（５）
【００３０】
燃料電池セル１の動作は約８０℃程度で行われる。
燃料電池セル１を通過した改質ガス及び空気は、燃焼器１０６に供給される。
【００３１】
燃焼器１０６には、燃料電池セル１を通過した改質ガス及び空気が供給され、未反応の水素を燃焼させる。燃焼熱は気化器１０３、改質器１０４、一酸化炭素除去器１０５を加熱するのに用いられる。
【００３２】
ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１は燃料電池セル１により生成された電気エネルギーを適切な電圧に変換したのちに電子機器本体２０１に供給する機能の他に、燃料電池セル１により生成された電気エネルギーを二次電池１３２に充電し、燃料電池装置１００が動作していない時に、二次電池１３２に蓄電された電気エネルギーを電子機器本体２０１に供給する機能も果たせるようになっている。
【００３３】
〔燃料電池装置の具体的構造〕
次に、燃料電池装置１００の具体的な構造について説明する。
図２は燃料電池装置１００を示す斜視図である。図２に示すように、燃料電池装置１００は、燃料容器１０１、断熱容器１１０、供給部１２０、放熱材（放熱手段）１５０、加湿器１０７、燃料電池セル１、制御回路部１３０等を備え、筐体１４０内に収容されている。
【００３４】
供給部１２０には、燃料容器１０１内の燃料を断熱容器１１０内の気化器１０３に供給するポンプ１０２が設けられている。
制御回路部１３０には、ＤＣ／ＤＣコンバータ１３１や二次電池１３２が内蔵され、電子機器本体２０１と接続されるコネクタ１３３が設けられている。
放熱材１５０は、後述するように、燃料電池セル１と接続され、燃料電池セル１の熱を筐体１４０に伝導させる。
【００３５】
〔燃料電池セル〕
次に、燃料電池セル１の具体的な構造について説明する。図３は、燃料電池セル１を示す断面図である。図３に示すように、燃料電池セルは、膜電極接合体１０と、ガス拡散層１３Ａ，１３Ｂと、ガスケット１４Ａ，１４Ｂと、片面セパレータ２０，６０と、両面セパレータ３０，４０，５０とからなる。
【００３６】
膜電極接合体１０は、電解質膜１１と、燃料極１２Ａと、酸素極１２Ｂとを備える。
電解質膜１１は矩形状又は正方形状に形成された膜であって、水素イオン（Ｈ+）を選択的に透過させるものである。電解質膜１１では、（４）、（５）式の発熱反応による発熱の他に、水素イオンの透過に伴う熱や、電流が流れる際の電気抵抗によるジュール熱等の熱が発生する。
【００３７】
固体高分子電解質膜１１の両面であってそれぞれの中央部には、電極１２Ａ，１２Ｂが矩形状又は正方形状に形成されている。固体高分子電解質膜１１に形成された電極のうち一方の電極１２Ａが燃料電池セル１のアノード（水素極）として機能し、他方の電極１２Ｂが燃料電池セル１のカソード（酸素極）として機能する。ガス拡散層１３Ａ，１３Ｂはガスケット１４Ａ，１４Ｂにより外周部を囲まれる。
【００３８】
ガスケット１４Ａ，１４Ｂは固体高分子電解質膜１１と片面セパレータ２０，６０、両面セパレータ３０，４０，５０との隙間を封止し、後述する改質ガス供給溝２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ、空気供給溝３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ，６１ｂからガス拡散層１３Ａ，１３Ｂに供給される改質ガス、空気が漏れ出すことを防ぐガスシールとして機能する。
【００３９】
このようなガスケット１４Ａ，１４Ｂは、ゴム弾性を有する材料により形成することができ、例えばイソブチレン系の封止材を用いて形成することができる。また、シリコンゴムやテフロン（登録商標）等を用いて形成してもよい。
【００４０】
図４（ａ）は膜電極接合体１０及びガス拡散層１３Ａ、ガスケット１４Ａを示す上面図であり、図４（ｂ）は膜電極接合体１０及びガス拡散層１３Ｂ、ガスケット１４Ｂを示す下面図である。図４に示すように、電解質膜１１には、電極１２Ａ，１２Ｂよりも外側であってガスケット１４Ａ，１４Ｂよりも内側に、貫通孔１５〜１８が空いている。この貫通孔１５〜１８は、後述する４つのガス流路を形成する。
膜電極接合体１０及びガス拡散層１３Ａ，１３Ｂ、ガスケット１４Ａ，１４Ｂは、片面セパレータ２０，６０及び両面セパレータ３０，４０，５０により挟持される。
【００４１】
図５（ａ）は片面セパレータ２０の上面図、図５（ｂ）は片面セパレータ２０の下面図である。図５に示すように、片面セパレータ２０には、貫通孔１５〜１８と対応する位置に、貫通孔２５〜２８が設けられている。この貫通孔２５〜２８は、後述する４つのガス流路を形成する。
また、図５（ｂ）に示すように、片面セパレータ２０の下面には、改質ガス供給溝２１ａが設けられている。改質ガス供給溝２１ａはガス拡散層１３Ａと対向配置される。改質ガス供給溝２１ａの両端部は貫通孔２５，２６と連通している。
片面セパレータ２０はアノード出力電極２１ａに接続される。
【００４２】
図６（ａ）は両面セパレータ３０の上面図、図６（ｂ）は両面セパレータ３０の下面図である。図６に示すように、両面セパレータ３０には、貫通孔１５〜１８と対応する位置に、貫通孔３５〜３８が設けられている。この貫通孔３５〜３８は、後述する４つのガス流路を形成する。
【００４３】
図６（ａ）に示すように、両面セパレータ３０の上面には、空気供給溝３１ｂが設けられている。空気供給溝３１ｂはガス拡散層１３Ｂと対向配置される。空気供給溝３１ｂの両端部は貫通孔３７，３８と連通している。
また、図６（ｂ）に示すように、両面セパレータ３０の下面には、改質ガス供給溝３１ａが設けられている。改質ガス供給溝３１ａはガス拡散層１３Ａと対向配置される。改質ガス供給溝３１ａの両端部は貫通孔３５，３６と連通している。
【００４４】
図７（ａ）は両面セパレータ４０の上面図、図７（ｂ）は両面セパレータ４０の下面図である。図７に示すように、両面セパレータ４０には、貫通孔１５〜１８と対応する位置に、貫通孔４５〜４８が設けられている。この貫通孔４５〜４８は、後述する４つのガス流路を形成する。
【００４５】
図７（ａ）に示すように、両面セパレータ４０の上面には、空気供給溝４１ｂが設けられている。空気供給溝４１ｂはガス拡散層１３Ｂと対向配置される。空気供給溝４１ｂの両端部は貫通孔４７，４８と連通している。
また、図７（ｂ）に示すように、両面セパレータ４０の下面には、改質ガス供給溝４１ａが設けられている。改質ガス供給溝４１ａはガス拡散層１３Ａと対向配置される。改質ガス供給溝４１ａの両端部は貫通孔４５，４６と連通している。
【００４６】
さらに、両面セパレータ４０には、ガスケット１４Ａ，１４Ｂよりも外方向に突出する突出部４２が設けられている。突出部４２の先端にはネジ止め部４３が設けられており、後述するように放熱材１５０とネジ４４により接合される。
【００４７】
図８（ａ）は両面セパレータ５０の上面図、図８（ｂ）は両面セパレータ５０の下面図である。図８に示すように、両面セパレータ５０には、貫通孔１５〜１８と対応する位置に、貫通孔５５〜５８が設けられている。この貫通孔５５〜５８は、後述する４つのガス流路を形成する。
【００４８】
図８（ａ）に示すように、両面セパレータ５０の上面には、空気供給溝５１ｂが設けられている。空気供給溝５１ｂはガス拡散層１３Ｂと対向配置される。空気供給溝５１ｂの両端部は貫通孔５７，５８と連通している。
また、図８（ｂ）に示すように、両面セパレータ５０の下面には、改質ガス供給溝５１ａが設けられている。改質ガス供給溝５１ａはガス拡散層１３Ａと対向配置される。改質ガス供給溝５１ａの両端部は貫通孔５５，５６と連通している。
【００４９】
さらに、両面セパレータ５０には、ガスケット１４Ａ，１４Ｂよりも外方向に突出する突出部５２が設けられている。突出部５２の先端にはネジ止め部５３が設けられており、後述するように放熱材１５０とネジ５４により接合される。突出部５２は突出部４２よりも幅広に形成されており、ネジ止め部５３はネジ止め部４３よりも幅広に形成されている。
【００５０】
図９（ａ）は片面セパレータ６０の上面図、図９（ｂ）は片面セパレータ６０の下面図である。図９に示すように、片面セパレータ６０には、貫通孔１５〜１８と対応する位置に、貫通孔６５〜６８が設けられている。この貫通孔６５〜６８は、後述する４つのガス流路を形成する。
【００５１】
また、図９（ａ）に示すように、片面セパレータ６０の上面には、空気供給溝６１ｂが設けられている。空気供給溝６１ｂはガス拡散層１３Ｂと対向配置される。空気供給溝６１ｂの両端部は貫通孔６７，６８と連通している。
片面セパレータ６０はカソード出力電極２１ｂに接続される。
【００５２】
図１０は図３のX矢視方向から見た側面図である。なお、図１０において、放熱材１５０を透過して燃料電池セル１を表示している。図３，１０に示すように、片面セパレータ２０、両面セパレータ４０、両面セパレータ３０、両面セパレータ５０、両面セパレータ３０、両面セパレータ４０、片面セパレータ６０、が上からこの順に配置され、各セパレータの間に膜電極接合体１０及びガス拡散層１３Ａ，１３Ｂ、ガスケット１４Ａ，１４Ｂが挟持される。
【００５３】
このとき、貫通孔１５，２５，３５，４５，５５，６５が連通して改質ガス供給流路となり、貫通孔１６，２６，３６，４６，５６，６６が連通して改質ガス排出流路となり、貫通孔１７，２７，３７，４７，５７，６７が連通して空気供給流路となり、貫通孔１８，２８，３８，４８，５８，６８が連通して空気排出流路となる。
【００５４】
改質ガス供給流路に改質ガスが供給されると、改質ガス供給溝２１ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ，６１ａからガス拡散層１３Ａに改質ガスが供給される。空気供給流路に空気が供給されると、空気供給溝２１ｂ，３１ｂ，４１ｂ，５１ｂ，６１ｂからガス拡散層１３Ｂに空気が供給される。すると、電極１２Ａで（４）式の反応が、電極１２Ｂで（５）式の反応が生じる。電極１２Ａで生じた電子は、ガス拡散層１３Ａを経て片面セパレータ２０及び両面セパレータ３０，４０，５０に到達する。片面セパレータ２０に到達した電子は、アノード出力電極２１ａ、ＤＣ／ＤＣコンバータ１０２、カソード出力電極２１ｂを経て片面セパレータ６０に到達する。両面セパレータ３０，４０，５０及び片面セパレータ６０に到達した電子は、ガス拡散層１３Ｂを経て電極１２Ｂに到達し、（５）式の反応に用いられる。
【００５５】
この間、燃料電池セル１では、電解質膜１１を水素イオンが透過する際の熱、片面セパレータ２０，６０及び両面セパレータ３０，４０，５０を電子が移動する際のジュール熱、電極１２Ａ，１２Ｂにおける反応熱等が発生する。
【００５６】
図３、図１０に示すように、燃料電池セル１の中央部に両面セパレータ５０が配置され、両面セパレータ５０の上下に離間して両面セパレータ４０，４０が、それぞれ間に両面セパレータ３０，３０をおいて配置されている。そして、図３、図１０に示すように、突出部４２，５２が燃料電池セル１の放熱材１５０との対向部から放熱材１５０に向かって突出し、ネジ止め部４３，５３において放熱材１５０にネジ止めされている。
【００５７】
この突出部４２，５２が燃料電池セル１から放熱材１５０への伝熱経路となる。なお、中央の突出部５２が上下の突出部４２，４２よりも幅広に形成されており、中央のネジ止め部５３が上下のネジ止め部４３，４３よりも幅広に形成されている。このため、ネジ止め部５３と放熱材１５０との接合面積がネジ止め部４３と放熱材１５０との接合面積よりも大きくなり、ネジ止め部５３から放熱材１５０への伝熱経路がネジ止め部４３から放熱材１５０への伝熱経路よりも大きくなる。したがって、燃料電池セル１の中央部からの伝熱量がより大きくなり、燃料電池セル１の上下端部よりも熱が逃げにくい中央部からの放熱を効率よく行うことができる。
【００５８】
ここで、各突出部の幅が広いほど、または、各突出部と放熱材との接合面積が大きいほど、各突出部から放熱材１５０への伝熱量は大きくなる。特に、各突出部と放熱材との接合領域はセパレータの積層方向に対して垂直であるので、接合領域を大きくすることにより伝熱量を大きくした場合も、装置の全体容積が必要以上に大きくなることがなく、単位体積当たりの発電効率を増大することができる。
【００５９】
また、上述の通り、中央の突出部５２から放熱材１５０への伝熱量を上下の突出部４２，４２から放熱材１５０への伝熱量よりも大きくしているので、より高温となる中央のセパレータ５０からの放熱を促進し、燃料電池セル１のセパレータ２０，３０，４０，５０，６０間の温度差を低減することができる。
【００６０】
放熱材１５０は、熱伝導性が高いことが好ましい。さらに、両面セパレータ４０，４０，５０が短絡しないように、放熱材１５０は絶縁体であることが好ましい。
このような熱伝導度が高い絶縁体としては、例えば窒化アルミニウムや窒化珪素等の金属窒化物や金属酸化物を用いることができる。あるいは、絶縁体として、熱伝導度が高いエポキシ樹脂等の高分子素材を用いてもよい。
ここで、窒化アルミニウムとしては、例えば株式会社トクヤマ製のＳＨ−３０やＳＨ−１５を用いることができる。ＳＨ−３０の熱伝導度は１７４Ｗ／ｍＫであり、ＳＨ−１５の熱伝導度は、１８４Ｗ／ｍＫである。
【００６１】
なお、放熱材１５０として熱伝導度が高い導体（例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、金などの金属）を用いる場合には、例えば図１１に示すような構造で両面セパレータ４０（５０）の突出部４２（５２）と放熱材１５０とを接合すればよい。
ここで、アルミニウムの熱伝導度は２０３Ｗ／ｍＫであり、アルミニウム合金７０７５の熱伝導度は１２０Ｗ／ｍＫである。
【００６２】
図１１は両面セパレータ４０（５０）のネジ止め部４３（５３）と放熱材１５０との接合構造を示す断面図である。図１１に示すように、放熱材１５０には、ネジ４４（５４）が挿通されるネジ孔１５１が設けられ、ネジ孔１５１には絶縁材からなるワッシャー１５２が挿入されている。
【００６３】
また、放熱材１５０のネジ止め部４３（５３）との対向面には、絶縁層１５３が設けられている。絶縁層１５３は、例えば金属窒化物、金属酸化物や高分子素材等を用いて形成することができる。
絶縁層１５３とネジ止め部４３（５３）との隙間は、充填材１５４により充填されている。充填材１５４としては、例えばシリコングリス等の絶縁材料を用いることができる。
【００６４】
このように、ネジ止め部４３（５３）及びネジ４４（５４）と放熱材１５０との間に、絶縁材からなるワッシャー１５２、絶縁層１５３及び充填材１５４が設けられるため、両面セパレータ４０，４０，５０が短絡することがない。
【００６５】
＜変形例１＞
図１２は本実施形態の第１の変形例を示す斜視図である。上記燃料電池装置１００において、図１２に示すように、放熱材１５０に風を送ることで空冷する空冷ファン１６０を筐体１４０内に設けてもよい。これにより、放熱材１５０を直接、空冷することができる。
なお、この場合、外気の取入口と、空冷に用いた空気の排出口を筐体１４０に設ける必要がある。
【００６６】
＜変形例２＞
図１３は本実施形態の第２の変形例に係る燃料電池セル１００を示す断面図である。図１３に示すように、ネジ止め部４３（５３）を筐体（放熱手段）１４０に直接固定してもよい。
図１４は両面セパレータ４０（５０）のネジ止め部４３（５３）と筐体１４０との接合構造を示す断面図である。筐体１４０が導体からなる場合には、図１４に示すように、筐体１４０に設けられたネジ孔１４１に絶縁材からなるワッシャー１４２を挿入するとともに、筐体１４０のネジ止め部４３（５３）との対向面に絶縁層１４３を設け、絶縁層１４３とネジ止め部４３（５３）との隙間を、充填材１４４で充填し、ネジ４４（５４）によりネジ止め部４３（５３）を筐体１４０に固定してもよい。ワッシャー１４２、絶縁層１４３、充填材１４４には、ワッシャー１５２、絶縁層１５３、充填材１５４と同様のものを用いることができる。
【００６７】
このように、筐体１４０にネジ止め部４３，５３を直接固定することで、ネジ止め部４３，５３が燃料電池セル１から筐体１４０への伝熱経路となるため、放熱材１５０を省略することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る燃料電池装置１００を搭載した携帯用の電子機器２００を示すブロック図である。
【図２】燃料電池装置１００を示す斜視図である。
【図３】燃料電池セル１を示す断面図である。
【図４】（ａ）は膜電極接合体１０及びガス拡散層１３Ａ、ガスケット１４Ａを示す上面図であり、（ｂ）は膜電極接合体１０及びガス拡散層１３Ｂ、ガスケット１４Ｂを示す下面図である。
【図５】（ａ）は片面セパレータ２０の上面図、（ｂ）は片面セパレータ２０の下面図である。
【図６】（ａ）は両面セパレータ３０の上面図、（ｂ）は両面セパレータ３０の下面図である。
【図７】（ａ）は両面セパレータ４０の上面図、（ｂ）は両面セパレータ４０の下面図である。
【図８】（ａ）は両面セパレータ５０の上面図、（ｂ）は両面セパレータ５０の下面図である。
【図９】（ａ）は片面セパレータ６０の上面図、（ｂ）は片面セパレータ６０の下面図である。
【図１０】図３のX矢視方向から見た側面図である。
【図１１】両面セパレータ４０（５０）のネジ止め部４３（５３）と放熱材１５０との接合構造を示す断面図である。
【図１２】本実施形態の第１の変形例を示す斜視図である。
【図１３】本実施形態の第２の変形例に係る燃料電池セル１００を示す断面図である。
【図１４】両面セパレータ４０（５０）のネジ止め部４３（５３）と筐体１４０との接合構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００６９】
１  燃料電池セル
１０  膜電極接合体
１１  電解質膜
１２Ａ，１２Ｂ  電極
２０，６０  片面セパレータ
３０，４０，５０  両面セパレータ
１００  燃料電池装置
１４０  筐体（放熱手段）
１５０  放熱材（放熱手段）
２００  電子機器
【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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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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