(57)【要約】【課題】起動性が良く、エネルギーロスの小さい、液体燃料直接型の燃料電池を提供すること。【解決手段】液体燃料を用いる燃料電池において、液体燃料をアノードに送る送液装置とアノード流路入口とを結ぶ配管に弁を設け、燃料電池を停止する際にその弁を閉じることで燃料電池停止中にクロスリークにより消費される液体燃料の量を低減させるとともに、次回起動時に送液装置がアノードに燃料を少量送るだけで起動できるようにする。【選択図】図１
2006302552.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を燃料として用いる燃料電池であって、
アノード触媒を備えたアノード触媒層と、前記液体燃料の通り路である燃料流路と前記燃料流路の上流側にアノード流路入口と下流側にアノード流路出口とを備えたアノードセパレータと、を備えるアノードと、
前記アノードに対向し、カソード触媒を備えたカソード触媒層と、酸素を含む気体を分配する流路を備えたカソードセパレータと、を備えるカソードと、
前記アノードと前記カソードとの間に配置された電解質を含む電解質膜と、
を有する単電池セルまたは前記単電池セルを複数個積層したセルスタックを備え、
前記単電池セルまたは前記セルスタックの最外部にある前記アノードを前記電解質膜側へ付勢するアノード圧迫板と、
前記単電池セルまたは前記セルスタックの最外部にある前記アノードと前記アノード圧迫板との間に配置されたアノード集電板と、
前記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
前記液体燃料を前記燃料貯蔵部から前記アノードセパレータに送る送液装置と、
前記アノードセパレータと前記アノード集電板と前記アノード圧迫板とのいずれかに付設された燃料導入口と、
前記燃料導入口と前記アノード流路入口とを接続する第１の配管と、
前記燃料導入口と前記送液装置とを接続する第２の配管と、
を備え、
前記アノード流路入口と前記第１の配管とのいずれかに第１の弁を有するか、あるいは前記燃料導入口と前記第２の配管のいずれかに第２の弁を有するか、あるいは前記第１の弁と前記第２の弁との両方を有すること、
を特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記アノードセパレータと前記アノード集電板と前記アノード圧迫板とのいずれかに付設され、前記アノードで使用した燃料の残りを排出する燃料排出口と、
前記燃料排出口と前記アノード流路出口とを接続する第３の配管と、
前記燃料貯蔵部と前記送液装置とを接続する第５の配管と、
前記第５の配管に設置された燃料混合部と、
前記燃料排出口と前記燃料混合部とを接続する第４の配管と、
をさらに備え、
前記アノード流路出口と前記第３の配管とのいずれかに第３の弁を有するか、あるいは前記燃料排出口と前記第４の配管のいずれかに第４の弁を有するか、あるいは前記第３の弁と前記第４の弁との両方を有すること、
を特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記液体燃料は、メタノール、ジメトキシメタン、トリメトキシメタン、トリオキサン、ギ酸、ギ酸メチル、ホルムアルデヒド、およびエタノールからなる群から選ばれる少なくとも１つを含むこと、
を特徴とする請求項１または２に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に関し、特に、ダイレクトメタノール型燃料電池に代表されるような液体燃料を燃料として使用する燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、携帯機器向けの燃料電池として最も開発が進んでいるのは、ダイレクトメタノール型燃料電池（以下、ＤＭＦＣいう）と呼ばれるものである。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノールと酸化剤である空気中の酸素との化学反応のエネルギーを直接エネルギーに変換することから、燃料から水素を取り出すための改質器などを必要とせず、それゆえ、小型化・軽量化を達成しやすい。
【０００３】
ＤＭＦＣに代表される有機物液体燃料を用いた燃料電池の課題の１つとして、アノードに供給された燃料が電解質膜を介してカソードへ移動し、発電効率の低下、燃料のロスなどの問題を引き起こすクロスリークと呼ばれるものがある。このクロスリークを低減させるため、電解質膜を改良するなどのアプローチが取られている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２０００−５０２２０５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、現在使用することのできる電解質膜ではプロトン移動に水の介在が必要不可欠である。メタノールのような液体燃料は水との親和性が高いため、完全にクロスリークを抑えることは困難である。
【０００５】
燃料電池の発電時は、液体燃料をポンプなどでアノードへ次々と送ることで、このような課題があっても発電することは可能である。ただし、発電を休止した場合、アノードに残留した液体燃料が、電解質膜を介してアノードからカソードへ徐々に移動していき、アノード内の流路はもとより、液体燃料の貯蔵部からアノードへ液体燃料を移送する配管に含まれる燃料も徐々にクロスリークでなくなっていくという現象が起きる。
【０００６】
これは、現在世の中で使用している電解質膜は水を多く含んでいるため、水と親和性の大きな有機物液体燃料の場合、燃料電池の非発電時に電解質膜に接している燃料がクロスリークによって流出していくことに起因している。さらに毛管現象等によって、アノードセパレータ内の流路に存在する燃料や、配管に存在する燃料なども徐々に流出していくアノードセパレータ内の流路や配管から燃料がなくなってしまったり、燃料の濃度が大きく変化すると、次回、発電を開始しようとしたとき、発電ができない、あるいは発電が不安定になるといった課題が生じる。
【０００７】
液体燃料の場合、水素ガスなどを用いた燃料を用いる場合に比べ配管中の燃料の移動速度が大幅に小さい。水素ガスなどの気体燃料で有れば、配管中の燃料が減少していたとしても、再発電後、発電部まで直ちに燃料が供給されるため、大きな問題にならないが、液体燃料では配管中の移動速度が遅いため、発電後、長時間必要な燃料が確保できない状態に陥る。
【０００８】
本発明は前記従来の課題を解決するもので、非発電時にアノードへ液体燃料を移送する配管などに含まれるアノード燃料を保持することでクロスリークによる消費を抑制し、次回、スムーズに起動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】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の液体燃料を燃料として用いる燃料電池は、
アノード触媒を備えたアノード触媒層と、液体燃料の通り路である燃料流路と燃料流路の上流側にアノード流路入口と下流側にアノード流路出口とを備えたアノードセパレータとを備えるアノードと、
アノードに対向し、カソード触媒を備えたカソード触媒層と、酸素を含む気体を分配する流路を備えたカソードセパレータと、を備えるカソードと、
アノードとカソードとの間に配置された電解質を含む電解質膜と、
を有する単電池セルまたは前記単電池セルを複数個積層したセルスタックを備え、
単電池セルまたはセルスタックの最外部にあるアノードを電解質膜側へ付勢するアノード圧迫板と、
単電池セルまたはセルスタックの最外部にあるアノードとアノード圧迫板との間に配置されたアノード集電板と、
液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
液体燃料を燃料貯蔵部からアノードセパレータに送る送液装置と、
アノードセパレータとアノード集電板とアノード圧迫板とのいずれかに付設された燃料導入口と、
燃料導入口とアノード流路入口とを接続する第１の配管と、
燃料導入口と送液装置とを接続する第２の配管と、
を備え、
アノード流路入口と第１の配管とのいずれかに第１の弁を有するか、あるいは燃料導入口と第２の配管のいずれかに第２の弁を有するか、あるいは第１の弁と第２の弁との両方を有すること、
を特徴とする燃料電池とするものである。
【００１０】
本構成によって、燃料電池の発電を停止した時に第１の弁と第２の弁との少なくともいずれかを閉じることにより、閉じた弁と送液装置との間の配管中に存在する液体燃料を配管中に閉じこめ、保持することが可能となる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池は、上記構成に加え、
アノードセパレータとアノード集電板とアノード圧迫板とのいずれかに付設され、アノードで使用した燃料の残りを排出する燃料排出口と、
燃料排出口とアノード流路出口とを接続する第３の配管と、
燃料貯蔵部と送液装置とを接続する第５の配管と、
第５の配管に設置された燃料混合部と、
燃料排出口と燃料混合部とを接続する第４の配管と、
をさらに備え、
アノード流路出口と第３の配管とのいずれかに第３の弁を有するか、あるいは燃料排出口と第４の配管のいずれかに第４の弁を有するか、あるいは第３の弁と第４の弁との両方を有していても良い。
【００１２】
アノードから排出される未使用の液体燃料を回収し、再利用する場合には、第３の配管と第４の配管とを有する構成となる。燃料電池の発電を停止した時に第１の弁と第２の弁との少なくともいずれかを閉じることに加え、第３の弁と第４の弁との少なくともいずれかも閉じることにより、閉じた弁と送液装置との間の配管中に存在する液体燃料を配管中に閉じこめ、保持することが可能となるからである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池によれば、燃料電池の発電を停止した時に、上記第１の弁と第２の弁との少なくともいずれかを閉じることにより、閉じた弁と送液装置との間の配管中に存在する液体燃料を配管中に閉じこめ、保持することが可能となり、クロスリークして消費されることが無い。アノードからクロスリークによって液体燃料が流失する量は、発電停止時に閉じた弁から下流側に存在した液体燃料にとどめることができ、エネルギーのロスに対しても有効である。
【００１４】
さらに、閉じた弁と送液装置との間の配管中に液体燃料が保持されているので、次回の燃料電池起動時に閉じた弁を開放すると、クロスリークにより消費された体積分の液体燃料を燃料貯蔵部から送出するだけで、スムーズな起動が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００１６】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における燃料電池を示す概略図であり、図２は本発明の実施の形態１におけるアノードセパレータの概略図である。
【００１７】
図１において、アノード触媒を備えたアノード触媒層１とアノードセパレータ２とを順次積層したアノードと、カソード触媒を備えたカソード触媒層６と酸素を含む気体を分配する流路である空気穴１１を備えたカソードセパレータ７とを順次積層したカソードとが対向し、電解質を含む電解質膜４がアノードとカソードとの間に配置されている。アノードとカソードと電解質膜４とで単電池セルを形成している。アノードはアノード圧迫板９により電解質膜４側へ付勢されており、カソードはカソード圧迫板１０により電解質膜４側へ付勢されている。アノードセパレータ２とアノード圧迫板９との間には、アノードの集電を行うアノード集電板３が配置され、カソードセパレータ７とカソード圧迫板１０との間には、カソードの集電を行うカソード集電板８が配置されている。アノード触媒層１とカソード触媒層６との外延には、漏れを防止するシール材５が配置されている。
【００１８】
次に液体燃料の流路について説明する。液体燃料は燃料容器１６に保管されており、送液装置である燃料ポンプ１５によって、第５の配管２５、第２の配管２２、アノード圧迫板９に付設された燃料導入口１２および第１の配管２１を経てアノードセパレータ２に送られる。第２の配管２２には第２の弁１８が設置されており、第１の配管２１には第１の弁１７が設置されており、それぞれの弁は互いに独立に開閉可能である。
【００１９】
アノードセパレータ２には図２に示すように、液体燃料が流れる溝であるアノード流路３１が形成されており、アノード流路３１の上流側にアノード流路入口３２が、アノード流路３１の下流側にアノード流路出口３３がそれぞれ形成されている。
【００２０】
アノード流路３１は例えば図２に示すようなサーペンタイン形状であっても良いが、特に制限されるものではない。アノードセパレータ２に送られた液体燃料は、アノード流路入口３２、アノード流路３１およびアノード流路出口３３を経て、アノードセパレータ２から排出される。
【００２１】
アノードセパレータ２から排出された燃料は、第３の配管２３、アノード圧迫板９に付設された燃料排出口１３および第４の配管２４を経て、第５の配管に設置された燃料混合部１４に送られる。第３の配管２３には第３の弁１９が設置されており、第４の配管２４には第４の弁２０が設置されており、それぞれの弁は互いに独立に開閉可能である。
【００２２】
燃料混合部１４は、第４の配管２４を経た使用済みの液体燃料を再利用するため、燃料容器１６から送り出された液体燃料とを混合する部分である。燃料混合部１４は、図１に示すように燃料容器１６と燃料ポンプ１５との間にあっても、図示していないが燃料ポンプ１５と燃料導入口１２との間にあってもよい。また、燃料容器１６が燃料混合部１４を兼ねていても良い。また配管２４の途中に二酸化炭素などの反応副生成物を系外へ除去する除去部があってもよい。さらに除去部は燃料混合部１４が兼ねていても良い。
【００２３】
次に、上述した各構成要素について説明する。
【００２４】
アノード触媒層１は、例えばカーボン粒子などの導電性材料と、白金ルテニウム合金粒子などのアノード触媒とを含む。アノード触媒は、燃料に対して触媒作用を有するものが使用可能であり、他にも白金コバルト合金粒子、白金ニッケルなど合金粒子が例示できる。アノード触媒層１は、例えば、カーボン粒子に平均粒径約３０Åの白金ルテニウム合金粒子を５０重量％担持させたものをアノード触媒担持粒子とし、アノード触媒担持粒子とプロトン導電体であるナフィオン（デュポン社登録商標）溶液と水とを混合（カーボンとナフィオン（デュポン社登録商標）固形分との重量比は１：１）して得られたアノード触媒ペーストをカーボンペーパーに塗布し、乾燥させることで作製することができる。
【００２５】
アノードセパレータ２は、導電性を有する導電性材料から作製することができる。化学的な安定性が高く、価格が安いことから、堅い緻密な黒鉛板が好ましく用いられる。黒鉛板は、黒鉛粉末と結合材を含む混合物を成形して作製してもよい。また、耐食性金属板を用いることもでき、金、白金等の化学的に安定な貴金属メッキを施した金属板も用いることができる。
【００２６】
アノード集電板３は、導電性を有する導電性材料から作製することができる。価格が安く成形がしやすいことから、例えばニッケルなどの金属が適用可能である。化学的な安定性を高めるために金メッキを施す場合もある。このアノード集電板３はアノードセパレータ２が兼ねる場合もある。
【００２７】
電解質膜４は、電解質として例えばナフィオン（デュポン社登録商標）膜が使用される。プロトン伝導性を持つものを使うのが一般的であり、ナフィオン（デュポン社登録商標）膜以外にも炭化水素系の膜などでもよい。これらの膜はプロトン伝導性を高めるために膜中にスルホン基などの親水基と水分を有している。
【００２８】
シール材５は、例えばシリコンゴムなどが用いられる。このシール材は燃料などの漏れを防止するために柔軟性があり、燃料や電気的に安定であることから、フッ素系のゴムが好ましく用いられる。
【００２９】
カソード触媒層６は、例えばカーボン粒子などの導電性材料と、白金粒子などのカソード触媒とを含む。カソード触媒は、酸素に対して触媒作用を有するものが使用可能であり、他にも白金ルテニウム合金粒子などが例示できる。カソード触媒層６は、例えば、カーボン粒子に平均粒径約３０Åの白金粒子を５０重量％担持させたものをカソード触媒担持粒子とし、カソード触媒担持粒子とプロトン導電体であるナフィオン（デュポン社登録商標）溶液と水とを混合（カーボンとナフィオン（デュポン社登録商標）固形分との重量比は１：１）して得られたカソード触媒ペーストをカーボンペーパーに塗布し、乾燥させることで作製することができる。
【００３０】
カソードセパレータ７は、導電性を有する導電性材料から作製することができる。化学的な安定性が高く、価格が安いことから、堅い緻密な黒鉛板が好ましく用いられる。黒鉛板は、黒鉛粉末と結合材を含む混合物を成形して作製してもよい。また、耐食性金属板を用いることもでき、金、白金等の化学的に安定な貴金属メッキを施した金属板も用いることができる。
【００３１】
カソード集電板８は、導電性を有する導電性材料から作製することができる。価格が安く成形がしやすいことから、例えばニッケルなどの金属で作製される。化学的な安定性を高めるために金メッキを施す場合もある。このアノード集電板３はアノードセパレータ２が兼ねる場合もある。
【００３２】
アノード圧迫板９およびカソード圧迫板１０は、アノード集電板３、アノードセパレータ２、アノード触媒層１、電解質膜４、カソード触媒層６、カソードセパレータ７およびカソード集電板８を圧迫し密着させることで、確実に集電を取ったり、電気的な反応を確実に行わせたり、燃料などの漏れをなくすために用いられる。このアノード圧迫板９およびカソード圧迫板１０は金属やプラスチックなどで構成することができる。なお、アノード圧迫板９およびカソード圧迫板１０は燃料電池と絶縁性をとるために、それぞれ、アノード集電板３、カソード集電板８との間に絶縁性物質である樹脂シートなどを介在させても良い。また、アノード圧迫板９およびカソード圧迫板１０は、それぞれ、アノード集電板３、カソード集電板８と兼ねていても良い。
【００３３】
燃料容器１６、第１の配管２１、第２の配管２２、第３の配管２３、第４の配管２４および第５の配管２５とは、それぞれその内面が液体燃料に対する耐性が有る材料であればよい。例えばシリコンゴムチューブが挙げられる。
【００３４】
液体燃料としては、メタノール、ジメトキシメタン、トリメトキシメタン、トリオキサン、ギ酸、ギ酸メチル、ホルムアルデヒド、およびエタノールからなる群から選ばれる少なくとも１つを含む液体燃料が使用可能である。なかでも、メタノールや、ジメトキシメタンが反応性が高いという観点から好ましい。
【００３５】
第１の弁１７、第２の弁１８、第３の弁１９および第４の弁２０は、機械的もしくは電気的に開閉が可能なものでも良いし、燃料の流れの無いときは閉じ、流れがあるときには開く逆止弁でも良い。
【００３６】
次に、本実施の形態１の燃料電池の運転時の各弁の状態について説明する。
【００３７】
まず、燃料電池の運転時、すなわち発電時には、第１の弁１７〜第４の弁２０は全て開いた状態である。燃料電池の発電を停止する場合には、燃料電池を停止する旨の信号等を受け、燃料ポンプ１５を停止すると共に第１の弁１７〜第４の弁２０の全てを閉じる。こうすることによって燃料電池を運転していないときに、クロスリークによって液体燃料が消失していくことを防止できる。これは、燃料電池を運転していない場合でも、電解質膜４のアノード側に液体燃料が存在していると、液体燃料は電解質膜４を通ってカソード側へクロスリークして消失していくことによる。本実施の形態１のように、第１の弁１７〜第４の弁２０があることでクロスリークによって消費される配管中の液体燃料の量が規制できる。すなわち、第１の配管２１中の液体燃料においては、第１の弁１７とアノード流路入口３２までに残存する液体燃料に規制され、第３の配管２３中の液体燃料においては、アノード流路出口３３から第３の弁１９までに残存する液体燃料に規制される。
【００３８】
第１の弁１７〜第４の弁２０が無ければ第１の配管２１〜第４の配管２４中の液体燃料も徐々にクロスリークによって消費されてしまう。このクロスリークによる液体燃料の消失は、液体燃料の無駄によるエネルギー密度の低下、ならびに次回起動時に配管中に存在する液体燃料の濃度や量の減少により燃料の送液がスムーズに行かず起動性が損なわれるといった課題を引き起こす。
【００３９】
第１の弁１７〜第４の弁２０を閉じる順番に特に限定はないが、クロスリークで消費される液体燃料の量をできるだけ少なくするためには、全ての弁が同時に閉じるか、第１の弁１７および第３の弁１９が残りの弁よりも早く閉じることが好ましい。
【００４０】
燃料電池の運転を再開する時には、燃料ポンプ１５の起動と同時または燃料ポンプが起動して第２の弁に掛かる液体燃料の圧力が高まった後に、第１の弁１７と第２の弁１８とを開ける。
【００４１】
なお、本実施の形態１では、燃料ポンプ１５とアノード流路入口３２との間に第１の弁１７と第２の弁１８とを有する場合について説明したが、いずれかの弁だけを有していても良い。第２の弁１８だけ有する場合は、燃料電池の停止後、第２の弁１８からアノード流路入口３２までの液体燃料をクロスリークにより消費されるが、燃料ポンプ１５と第２の弁１８までの液体燃料は保持することができる。第１の弁１７だけを有する場合は、燃料電池の停止後、第１の弁１７からアノード流路入口３２までの液体燃料をクロスリークにより消費されるが、燃料ポンプ１５と第１の弁１７までの液体燃料は保持することができる。第１の弁１７は第２の弁１８よりもアノード流路入口３２までの距離が短いので、第１の弁がある場合の方が、第２の弁１８だけがある場合と比べてクロスリークにより消費される液体燃料の量が少なくて済むため、好ましい。
【００４２】
また、本実施の形態１では、アノード流路出口３３と燃料混合部１４との間に第３の弁１９と第４の弁２０とを有する場合について説明したが、いずれかの弁だけを有していても良い。第４の弁２０だけ有する場合は、燃料電池の停止後、第４の弁２０からアノード流路出口３３までの液体燃料をクロスリークにより消費されるが、燃料混合部１４と第４の弁２０までの液体燃料は保持することができる。第３の弁１９だけを有する場合は、燃料電池の停止後、第３の弁１９からアノード流路出口３３までの液体燃料をクロスリークにより消費されるが、燃料混合部１４と第３の弁１９までの液体燃料は保持することができる。第３の弁１９は第４の弁２０よりもアノード流路出口３３までの距離が短いので、第３の弁１９がある場合の方が、第４の弁２０だけを有する場合と比べてクロスリークにより消費される液体燃料の量が少なくて済むため、好ましい。
【００４３】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施の形態２における燃料電池を示す概略図である。図３において、図１と同じ構成要素については同じ符号を用いる。図３に示す実施の形態２における燃料電池は、第３の配管２３および第４の配管２４にそれぞれ第３の弁１９および第４の弁２０を有さないことを除いて、図１に示した実施の形態１における燃料電池と同じ構成であるので、説明を省略する。
【００４４】
次に、本実施の形態２の燃料電池の運転時の各弁の状態について説明する。
【００４５】
まず、燃料電池の運転時、すなわち発電時には、第１の弁１７と第２の弁１８とは全て開いた状態である。燃料電池の発電を停止する場合には、燃料電池を停止する旨の信号等を受け、燃料ポンプ１５を停止すると共に第１の弁１７と第２の弁１８との全てを閉じる。こうすることによって燃料電池を運転していないときに、クロスリークによって燃料が消失していくことを防止できる。これは、燃料電池を運転していない場合でも、電解質膜４のアノード側に液体燃料が存在していると、液体燃料は電解質膜４を通ってカソード側へクロスリークして消失していくことによる。本実施の形態２のように、第１の弁１７と第２の弁１８とがあることでクロスリークによって消費される燃料の量が規制できる。これらの弁が無ければ第１の配管２１と第２の配管２２中の液体燃料も徐々にクロスリークによって消費されてしまう。このクロスリークによる液体燃料の消失は、液体燃料の無駄によるエネルギー密度の低下、ならびに次回起動時に配管中に存在する液体燃料の濃度や量の減少により燃料の送液がスムーズに行かず起動性が損なわれるといった課題を引き起こす。
【００４６】
ただし、実施の形態２の場合、実施の形態１の場合と異なり第３の弁と第４の弁とを有さないことにより、第３の配管２３と第４の配管２４中の液体燃料が徐々に消費されていくため、実施の形態１よりも本願の効果は小さくなる。ただし、従来の弁がないタイプに比べて、燃料ポンプ１５と第１の弁１７までの液体燃料の消費は防止できるため、従来のタイプよりも、エネルギー密度の低下や起動性の課題は低減することが可能である。
【００４７】
第１の弁１７と第２の弁１８とを閉じる順番に特に限定はないが、クロスリークで消費される液体燃料の量をできるだけ少なくするためには、全ての弁が同時に閉じるか、第１の弁１７が第２の弁１８よりも早く閉じることが好ましい。
【００４８】
燃料電池の運転を再開する時には、燃料ポンプ１５の起動と同時または燃料ポンプが起動して第２の弁１８に掛かる液体燃料の圧力が高まった後に、第１の弁１７と第２の弁１８とを開ける。
【００４９】
なお、本実施の形態２では、燃料ポンプ１５とアノード流路入口３２との間に第１の弁１７と第２の弁１８とを有する場合について説明したが、いずれかの弁だけを有していても良い。第２の弁１８だけ有する場合は、燃料電池の停止後、第２の弁１８からアノード流路入口３２までの液体燃料をクロスリークにより消費されるが、燃料ポンプ１５と第２の弁１８までの液体燃料は保持することができる。第１の弁１７だけ有する場合は、燃料電池の停止後、第１の弁１７からアノード流路入口３２までの液体燃料をクロスリークにより消費されるが、燃料ポンプ１５と第１の弁１７までの液体燃料は保持することができる。第１の弁１７は第２の弁１８よりもアノード流路入口３２までの距離が短いので、第１の弁１７がある場合の方が、第２の弁１８だけを有する場合と比べてクロスリークにより消費される液体燃料の量が少なくて済むため、好ましい。
【００５０】
なお、上述した本実施の形態１および２では、燃料導入口１２と燃料排出口１３とがアノード圧迫板９に付設された例を示したが、燃料導入口１２と燃料排出口１３とがアノード集電板３やアノードセパレータ２に付設されていても良い。燃料導入口１２と燃料排出口１３とがアノード集電板３やアノードセパレータ２に付設されることで、第１の配管２１の長さが短くなるので、本発明の効果が大きく得られる。
【００５１】
本実施の形態１および２では、燃料電池が単電池セルを有する場合について説明をしたが、単電池セルを複数個積層したセルスタックを有する場合も同様の構成を取ることで、同様の効果を得ることが可能である。単電池セルを複数個積層する場合、図４に示すように、隣接する単セルのカソードセパレータ７とアノードセパレータ２とが対向するように単セルを複数個積層すれば良い。カソードセパレータ７とアノードセパレータ２との間に補強を目的としてカーボンなどからなる導電板を配置しても良い。また、カソードセパレータ７とアノードセパレータ２は、別々のセパレータを加工して作製するのではなく、１枚のセパレータの両面を加工することで、一体のセパレータとして作製されていてもよい。
【００５２】
セルスタックを有する場合には、セルスタックの最外部にある単電池セルに着目し、その単電池セルが本実施の形態１および２で説明した構成であれば、本発明の効果を得ることができる。その際、セルスタックの最外部にある単電池セルには、カソード集電板８やカソード圧迫板９が無く、セルスタックの他端側の最外部の単電池セルにカソード集電板８やカソード圧迫板９を設置しても良い。また、空気穴１１は、図４に示すようにセパレータの側面に設けるなど、公知の構成を取ればよい。
【００５３】
なお、本発明は燃料が液体であるときに効果を発する。これは、気体燃料では、本発明の構成をとっても効果が小さいためである。すなわち、気体燃料では、そもそもクロスリークが小さい。さらに、気体の場合は配管中に存在する燃料の量が少ないため、もし消費されても大きなエネルギー密度の低下は引き起こさない。さらに気体燃料は移動が速いため配管中の燃料が少なくなっても、起動性の問題が小さい。
【００５４】
液体燃料の場合は、クロスリークが大きく、また気体よりも単位体積あたりのエネルギー量が非常に大きいため配管中の燃料の量が大きく、また配管中の燃料の移動速度も気体燃料に比べて大きくない。したがって本願は燃料が液体であるときにその効果が大きく有効である。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明によれば、起動性の良い、エネルギーロスの小さい、液体燃料直接型の燃料電池を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の実施の形態１における単セルを有する燃料電池を示す概略図
【図２】本発明の実施の形態１におけるアノードセパレータの概略図
【図３】本発明の実施の形態２における燃料電池を示す概略図
【図４】本発明の実施の形態１におけるセルスタックを有する燃料電池を示す概略図
【符号の説明】
【００５７】
１    アノード触媒層
２    アノードセパレータ
３    アノード集電板
４    電解質膜
５    シール材
６    カソード触媒層
７    カソードセパレータ
８    カソード集電板
９    アノード圧迫板
１０    カソード圧迫板
１１    空気穴
１２    燃料導入口
１３    燃料排出口
１４    燃料混合部
１５    燃料ポンプ
１６    燃料容器
１７    第１の弁
１８    第２の弁
１９    第３の弁
２０    第４の弁
２１    第１の配管
２２    第２の配管
２３    第３の配管
２４    第４の配管
２５    第５の配管
３１    燃料流路
３２    アノード流路入口
３３    アノード流路出口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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