(57)【要約】【課題】全体をコンパクトに、小型、薄型に形成することができる燃料電池装置を提供する。【解決手段】燃料電池３Ａ、３Ｂが採用され、液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置Ｃ１であり、燃料電池３Ａ、３Ｂの燃料極に積層され、燃料供給室１０を備えた両電池に共通の燃料供給室ユニット１と、燃料供給室１０に希釈液体燃料を供給する燃料供給ポンプユニット２と、電池空気極に積層され、ユニット２に接続された液回収ポンプユニット４Ａ、４Ｂとを備えており、燃料供給ポンプユニット２は、燃料電池３Ａ、３Ｂに重ならない燃料電池横の位置に燃料電池と並列に配置されており、液体燃料と希釈用液とを混合して希釈液体燃料として燃料供給室１０へ供給する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であり、該燃料電池と、該燃料電池の燃料極に積層され、該燃料極に臨む燃料供給室を備えた燃料供給室ユニットと、該燃料供給室ユニットの燃料供給室に希釈液体燃料を供給する燃料供給ポンプユニットとを含んでおり、該燃料供給ポンプユニットは、前記燃料電池に重ならない該燃料電池横の位置に該燃料電池と並列に配置されており、液体燃料と希釈用液とを混合して希釈液体燃料として前記燃料供給室ユニットの燃料供給室へ供給することを特徴とする燃料電池装置。
【請求項２】
前記燃料電池の空気極に積層されるとともに前記燃料供給ポンプユニットに接続される液回収ポンプユニットを備えており、該液回収ポンプユニットは、少なくとも、該燃料電池における電気化学反応により生成される液体を回収し、回収した該液体を前記希釈用液として該燃料供給ポンプユニットへ供給する請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項３】
前記液回収ポンプユニットは前記燃料電池空気極へ空気を供給するための空気取り入れ孔を有している請求項２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃料電池の空気極に積層され、該空気極に臨む液回収室を有するとともに前記燃料供給ポンプユニットに接続される液回収室ユニットを有しており、該液回収室ユニットは、少なくとも、該燃料電池における電気化学反応により生成される液体を回収し、回収した該液体を前記希釈用液として該燃料供給ポンプユニットへ提供する請求項１記載の燃料電池装置。
【請求項５】
前記液回収室ユニットは前記燃料電池空気極へ空気を供給するための空気取り入れ孔を有している請求項４記載の燃料電池装置。
【請求項６】
前記燃料供給ポンプユニットは、前記燃料供給室ユニットに一体的に連設されている請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項７】
前記燃料供給ポンプユニットは、前記燃料供給室ユニットから独立して形成され、該燃料供給室ユニットに後付け接続される請求項１から５のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項８】
前記燃料電池として、隣り合わせて平行に配置された少なくとも一対の燃料電池が含まれており、該対燃料電池のうち少なくとも一対の燃料電池は燃料極が互いに対向しており、該対向する燃料極の間に前記燃料供給室ユニットが共通に設けられている請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項９】
前記燃料電池として、隣り合わせて平行に配置された少なくとも一対の燃料電池が含まれており、該対燃料電池のうち少なくとも一対の燃料電池は空気極が互いに対向しており、該対向する空気極の間に前記液回収ポンプユニットが共通に設けられている請求項２又は３記載の燃料電池装置。
【請求項１０】
前記燃料電池として、隣り合わせて平行に配置された少なくとも一対の燃料電池が含まれており、該対燃料電池のうち少なくとも一対の燃料電池は空気極が互いに対向しており、該対向する空気極の間に前記液回収室ユニットが共通に設けられている請求項４又は５記載の燃料電池装置。
【請求項１１】
前記燃料供給ポンプユニットは、液体燃料を供給する、マイクロポンプを含む液体燃料供給路、希釈用液を供給する、マイクロポンプを含む希釈用液供給路、該液体燃料供給路と希釈用液供給路の双方に連通するとともに前記燃料供給室ユニットの燃料供給室に連通せしめられる液体混合路を有している請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項１２】
前記燃料電池は直接メタノール形燃料電池であり、前記液体燃料はメタノール含有液体燃料であり、前記希釈用液は水を含む液体である請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池装置。
【請求項１３】
前記直接メタノール形燃料電池は膜・電極接合体（ＭＥＡ）構造のものである請求項１２記載の燃料電池装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃料電池装置、特に直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)のように燃料として液体燃料を用いる燃料電池を利用した燃料電池装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ユビキタス社会の幕開けとともに電池の長寿命化に対する要求が高まってきている。従来のリチウム電池はその理論限界に近づきつつあり、これ以上の大幅な性能向上は望めなくなりつつある。そんな中、重量（容積）あたりのエネルギー密度の高さから従来の電池に比べて大幅な長寿命化が可能な燃料電池が注目されている。
【０００３】
燃料電池の中でも特に(1) 構造が簡単、(2) 水素スタンドなどの大規模なインフラ整備を要することなく燃料の入手が容易、(3) 低コスト、低温での動作が可能などの点から、例えば携帯機器（ノート形パーソナルコンピュータ、携帯電話器、各種携帯端末（ＰＤＨ）機器等）向けの燃料電池として適していると言える直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)が注目されており、盛んに研究されている。
【０００４】
ＤＭＦＣ型燃料電池を採用した燃料電池装置は燃料供給の方法により二つのタイプに分類される。一つはアクティブ型と呼ばれるもので、電池への燃料供給をポンプにより行うタイプであり、もう一つはパッシブ型と呼ばれるもので、ポンプを用いずに毛細管力等により燃料を供給するタイプである。
【０００５】
ここでＤＭＦＣの反応式を示す。
燃料極側での反応：ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＣＯ2 ＋６ｅ- ＋６Ｈ+ 
空気極側での反応：(3/2) Ｏ2 ＋６Ｈ+ ＋６ｅ- →３Ｈ2 Ｏ
全反応          ：ＣＨ3 ＯＨ＋(3/2) Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ
【０００６】
この反応式によればメタノールと水は燃料極において等モルで反応し、ＣＯ2 と６個の電子とプロトンを生成し、ＣＯ2 は外部に排出され、電子は外部回路を通って酸素極（空気極）に、プロトンは電界質層を通って酸素極（空気極）にそれぞれ別ルートで送られ、そこで反応し、水分子３個を生成する。
【０００７】
このようにメタノールと水は燃料極において等モルで反応するが、実際に燃料極に供給される燃料には通常、濃度が３〜５％と低濃度のメタノール水溶液が用いられる。その理由は、メタノールが燃料極で上記の反応を起こさないまま電解質層を透過して空気極へ到達してしまうクロスオーバーという現象を防ぐためである。クロスオーバー現象は燃料中のメタノール濃度が高いほど起こりやすい。このようなクロースオーバー現象が発生すると、ＤＭＦＣの二つの極（燃料極及び空気極）のうち燃料極で起こるべきメタノールの反応が空気極でも起こり、燃料の無駄と空気極側の電位低下による電池効率の著しい低下が起こる。従って、通常上記の低濃度のメタノール水溶液が用いられる。
【０００８】
このようにＤＭＦＣでは燃料極へ低濃度メタノール水溶液を供給するのであるが、前記のアクティブ型燃料電池装置では、空気極側で生成される水及び燃料極側からの移動液を回収してこの回収液で高濃度メタノール水溶液を希釈しながら燃料極に供給する燃料希釈循環形のシステムを構築することが可能である。
【０００９】
１例として図１４の発電システムを示すことができる。図１４のシステムでは、通電されるべき負荷Ｌが燃料電池Ｃに接続されており、電池の外部に燃料タンクｔ１、回収タンクｔ２及びミキサー（混合タンク）ＭＸが設けられていて、これらは配管により燃料電池Ｃに接続されている。燃料電池Ｃの空気極側で生成される水及び燃料極側からの移動液はポンプＰＭ３で回収タンクｔ２へ回収される。発電にあたっては、燃料タンクｔ１からポンプＰＭ１で高濃度メタノール水溶液を、回収タンクｔ２からポンプＰＭ２で水を含む希釈用液を、それぞれミキサーＭＸへ供給し、そこでそれらを混合することで高濃度メタノール水溶液を希釈しつつ、該希釈されたメタノール水溶液を電池の燃料極へ供給する。燃料極へ供給された燃料のうち過剰分は回収タンクｔ２へ回収される。
【００１０】
燃料極へ供給する燃料中のメタノール濃度を適正化するために、ミキサーＭＸから電池へ向かう燃料のメタノール濃度を濃度検出センサＤＳで検出し、この検出値に基づいてコントローラＣＯＮＴがポンプＰＭ１、ＰＭ２の動作をコントロールするようにし、これによりミキサーへ供給する高濃度メタノール水溶液の量と希釈液の量の割合を調整することも可能である。
【００１１】
このシステムによると、燃料タンク中の燃料のメタノール濃度を上げることが可能になり、例えば６０ｗｔ％メタノール水溶液を用いれば当初から３ｗｔ％〜５ｗｔ％メタノール水溶液を用いる場合に比べて略１／２０〜１／１２に燃料タンクを小さくすることができる。
【００１２】
この他、例えば、特開２００３−１３２９２４号公報には、メタノールタンクから、このタンクに付設されたバルブの操作により高濃度メタノール水溶液を希釈タンクへ供給する一方、燃料電池本体の空気極で生成された水を該希釈タンクへ回収し、該希釈タンクにおいてメタノールタンクからのメタノール水溶液を回収水で希釈し、希釈されたメタノール水溶液を電池の燃料極へ供給することが開示されている。
【００１３】
特開２００３−３４６８４６号公報には、電池本体の外部に設けた混合室へ、メタノールタンクからメタノールを、さらに電池本体から未使用メタノール溶液や副生成物をそれぞれ流入させるとともに該混合室内燃料を電池へ導くための回路を設け、電池本体の燃料導入室或いはそれに通じる液通路の容積をそれらに対して設けた圧電アクチュエータで増減させることで該回路に燃料を循環させることが開示されている。この燃料電池装置においても、メタノールタンクに高濃度メタノール水溶液を収容しておき、これを電池本体から混合室へ回収されてくる水で希釈し、該希釈メタノール水溶液を燃料として用いることが可能であると考えられる。
【００１４】
【特許文献１】特開２００３−１３２９２４号公報
【特許文献２】特開２００３−３４６８４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
しかしながら、図１４に例示するようなアクティブ型燃料電池装置は、電池本体以外に燃料供給、希釈液供給、液回収用と三つのポンプ、さらに、高濃度メタノール水溶液と希釈液とのミキシング機構（ミキサー）が必要となり、装置が大型化、複雑化し、例えば携帯機器用の電池装置には不向きである。
【００１６】
なお、燃料電池装置の大型化を抑制するためにポンプを必要としないパッシブ型ＤＭＦＣを採用した高濃度メタノール水溶液希釈型の装置が考えられるが、各液の流量等についての積極的な制御を行えない難点がある。
【００１７】
また、特開２００３−１３２９２４号公報や特開２００３−３４６８４６号公報に開示された燃料電池装置では、電池本体以外に高濃度メタノール水溶液と水とのミキシング機構（ミキシング用のタンク）を必要とし、それだけ装置が大型化する。
【００１８】
以上、直接メタノール形燃料電池が採用され、メタノール含有液を水を含む希釈液で希釈して該希釈燃料を該電池の燃料極へ供給するタイプの燃料電池装置を中心にその問題点を指摘してきたが、一般的に言って、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して該希釈液体燃料を該電池へ供給するタイプの燃料電池装置においては、液体燃料と希釈用液とを混合するミキシング機構（例えば混合タンク）が電池本体外に必要となり、該ミキシング機構のために燃料電池装置が大型化するという難点がある。
【００１９】
そこで本発明は、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であって、従来の同タイプの燃料電池装置と比べると、全体をコンパクトに、小型、薄型に形成することができる燃料電池装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
前記課題を解決するため本発明は、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であり、該燃料電池と、該燃料電池の燃料極に積層され、該燃料極に臨む燃料供給室を備えた燃料供給室ユニットと、該燃料供給室ユニットの燃料供給室に希釈液体燃料を供給する燃料供給ポンプユニットとを含んでおり、該燃料供給ポンプユニットは、前記燃料電池に重ならない該燃料電池横の位置に該燃料電池と並列に配置されており、液体燃料と希釈用液とを混合して希釈液体燃料として前記燃料供給室ユニットの燃料供給室へ供給する燃料電池装置を提供する。
【００２１】
この燃料電池装置によると、燃料供給ポンプユニットは液体燃料と希釈用液とを混合して希釈液体燃料として燃料供給室ユニットの燃料供給室に供給し、さらに該燃料供給室から燃料電池へ供給できる。
本発明に係る燃料電池装置では、このように、液体燃料とその希釈用液との混合は燃料供給ポンプユニットにおいて行われ、液体燃料と希釈用液とを合するためのミキシング機構を燃料電池外に離して設ける必要がないとともに該ミキシング機構と燃料電池とを接続する配管も必要としない。よってそれだけ燃料電池装置全体をコンパクトに小形に形成することができる。
【００２２】
また、燃料電池には燃料供給室ユニットが積層されているものの、この燃料供給室ユニットへ希釈燃料を供給する燃料供給ポンプユニットは燃料電池に重ねて配置されておらず、燃料電池に重ならない該燃料電池横の位置に該燃料電池と並列に配置されている。従って、それだけ全体を薄形に形成できる。
これらにより、本発明に係る燃料電池装置は、例えば、携帯用機器の電源としても利用できる。
【００２３】
本発明に係る燃料電池装置においては、少なくとも、燃料電池における電気化学反応により生成される液体を回収し、回収した該液体を希釈用液として前記燃料供給ポンプユニットへ供給する液回収ポンプユニットを設けてもよい。かかる液回収ポンプユニットは、燃料電池装置のコンパクト化、小形化のために、燃料電池の空気極に積層するとともに前記の燃料供給ポンプユニットに接続する場合を例示できる。
【００２４】
かかる液回収ポンプユニットは、燃料電池における電気化学反応により生成される液体のほか、燃料電池の燃料極側から電解質層を通過して空気極側へ移動してくる液体も回収して前記燃料供給ポンプユニットへ供給するものでもよい。
【００２５】
また、本発明に係る燃料電池装置においては、少なくとも、該燃料電池における電気化学反応により生成される液体を回収し、回収した該液体を希釈用液として前記燃料供給ポンプユニットへ提供できる液回収室ユニットを設けてもよい。かかる液回収室ユニットも、燃料電池装置のコンパクト化、小形化のために、燃料電池の空気極に積層するとともに前記の燃料供給ポンプユニットに接続する例を挙げることができる。
【００２６】
かかる液回収室ユニットについても、燃料電池における電気化学反応により生成される液体のほか、燃料電池の燃料極側から電解質層を通過して空気極側へ移動してくる液体も回収して前記燃料供給ポンプユニットへ提供できるものでもよい。
【００２７】
いずれにしても、液回収室ユニットを採用する場合、該ユニットは燃料電池空気極に臨む液回収室を有するものとすればよいが、該液回収室内の液体を燃料供給ポンプユニットへ導くための吸引手段（例えば、液回収室に連通する、マイクロポンプを含む液吸引通路）を該燃料供給ポンプユニットに設けてもよい。
【００２８】
かかる液回収ポンプユニットや液回収室ユニットを採用すると、燃料電池における電気化学反応により生成される液体、或いは該液体及び該燃料電池の燃料極側から電解質層を通過して空気極側に移動してきた液体を回収できるから、電池の空気極の触媒表面がこれらの液体で覆われたままになることがなく、空気（酸素）の供給が妨げられないので、装置の発電性能を良好に維持することができる。
【００２９】
また、液回収ポンプユニットや液回収室ユニットを採用する場合、それらに燃料電池空気極へ空気を供給するための空気取り入れ孔を形成しておくことができ、そうすることで空気極への空気の供給が容易になる。
前記の燃料供給室ユニットには、燃料電池における電気化学反応により燃料極側で生成されるガスを外部へ放出するガス抜き孔を形成してもよい。
【００３０】
燃料供給ポンプユニットは、既述のとおり、前記燃料電池に重ならない該燃料電池横の位置に該燃料電池と並列に配置されるが、その場合、前記燃料供給室ユニットに一体的に連設されてもよいし、該燃料供給室ユニットから独立して形成され、該燃料供給室ユニットに後付け接続されてもよい。いずれにしても、燃料供給ポンプユニットは燃料を希釈用液で混合希釈して燃料供給室ユニットの燃料供給室へ供給できるものであるから、希釈液体燃料を短い供給流路で（圧損を低減して）燃料供給室へ、ひいては燃料電池の燃料極に供給できる。
【００３１】
本発明に係る燃料電池装置における燃料電池の数は一つでもよいが、複数でもよい。
例えば、燃料電池として、隣り合わせて平行に配置された少なくとも一対の燃料電池を採用し、該対燃料電池のうち少なくとも一対の燃料電池については、燃料極を互いに対向させ、該対向する燃料極の間に前記燃料供給室ユニットを共通に設けてもよい。このように共通の燃料供給室ユニットを設けることで、該共通のユニットから希釈液体燃料が供給される対燃料電池にそれだけ均等に希釈液体燃料を供給できる。
【００３２】
また、燃料電池として、隣り合わせて平行に配置された少なくとも一対の燃料電池を採用し、該対燃料電池のうち少なくとも一対の燃料電池については空気極を互いに対向させ、該対向する空気極の間に前記液回収ポンプユニット或いは液回収室ユニットを共通に設けてもよい。このように対燃料電池に共通の液回収ポンプユニット或いは液回収室ユニットを設けることで、それだけ燃料電池装置を薄型に形成できる。
【００３３】
いずれにしても、前記燃料供給ポンプユニットとして、液体燃料を供給する、マイクロポンプを含む液体燃料供給路、希釈用液を供給する、マイクロポンプを含む希釈用液供給路、該液体燃料供給路と希釈用液供給路の双方に連通するとともに前記燃料供給室ユニットの燃料供給室に連通せしめられる液体混合路を有しているものを代表例として挙げることができる。
【００３４】
なお、かかる構造の燃料供給ポンプユニットを採用する場合において、前記液回収室ユニットを採用する場合、該液回収室ユニットの液回収室内の液体を燃料供給ポンプユニットへ導くための吸引手段として、該燃料供給ポンプユニットに、液回収室に連通する一方、前記希釈用液供給路に連通する、マイクロポンプを含む液吸引通路を形成してもよい。      
【００３５】
前記燃料電池としては、代表例として、既述のとおり、(1) 構造が簡単、(2) 大規模なインフラ整備を要することなく燃料の入手が容易、(3) 低コスト、低温での動作が可能などの点から、例えば携帯機器（ノート形パーソナルコンピュータ、携帯電話器等）向けの燃料電池として適していると言える直接メタノール形燃料電池(DMFC:Direct Methanol Fuel Cell)を挙げることができる。
【００３６】
かかるＤＭＦＣを採用する場合、前記液体燃料はメタノール含有液体燃料（例えば高濃度メタノール水溶液）であり、前記希釈用液は水を含む液体（水、又は水を主体とする液体、例えば低濃度メタノール含有水）である。ＤＭＦＣの空気極において生成される水や燃料極側からの移動液は希釈用液として利用できる。
また、かかるＤＭＦＣを採用する場合、それは、燃料電池装置の小形化のために、平坦形状に薄型化が可能な所謂膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly)構造のものとすることが好ましい。ＭＥＡは電解質膜を燃料極と空気極で挟んだ構造の燃料電池である。
【発明の効果】
【００３７】
以上説明したように本発明によると、燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であって、従来の同タイプの燃料電池装置と比べると、全体をコンパクトに、小型、薄型に形成することができる燃料電池装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
＜第１実施形態＞
図１（Ａ）は本発明に係る燃料電池装置の１例Ｃ１を利用した発電システムを示している。図１（Ｂ）は装置Ｃ１に採用されている燃料電池構造を示している。
【００３９】
燃料電池装置Ｃ１は、一対の燃料電池３Ａ、３Ｂと、一対の燃料電池間に挟まれた燃料供給室ユニット１及びユニット１に一体に連設された燃料供給ポンプユニット２を備えており、さらに一方の燃料電池３Ａに積層された液回収ポンプユニット４Ａ及び他方の燃料電池３Ｂに積層された液回収ポンプユニット４Ｂを備えている。
【００４０】
図２は燃料電池装置Ｃ１を示しており、さらに言えば、図２（Ａ）は該装置の平面図、図２（Ｂ）は該装置の側面図、図２（Ｃ）は該装置の底面図である。
また、図３（Ａ）は図２（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図３（Ｂ）は図２（Ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（Ｃ）は図２（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、図３（Ｄ）は図２（Ｂ）のＤ−Ｄ線断面図、図３（Ｅ）は図２（Ｂ）のＥ−Ｅ線断面図、図３（Ｆ）は図２（Ｂ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【００４１】
燃料電池３Ａ、３Ｂは同サイズ、同構造のもので、いずれも直接メタノール形燃料電池（以下、「ＤＭＦＣ」と言うことがある。）であり、ここでは、図１（Ｂ）に示すように、電解質膜３１の両面に燃料極３２及び空気極３３を接合したＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly)構造のものである。ＭＥＡは各種構造のものが知られているが、本例では電解質膜３１は電解質高分子膜〔例えばデュポン社製ナフィオン（パーフルオロスルホン酸膜）〕であり、燃料極３２は電解質膜３１に接する触媒層（例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの）とこれに積層されたカーボンペーパ等の電極からなり、空気極３３も電解質膜３１に接する同様の触媒層とこれに積層された同様の電極からなっている。
【００４２】
なお、ＭＥＡの構造によっては、各燃料電池のそれぞれについて、電力取り出しのための電極層を燃料供給室ユニット１の電池側の面、液回収ポンプユニット４Ａ（４Ｂ）の電池側の面のうち少なくとも一方に設けてもよい。
【００４３】
燃料供給室ユニット１は、図２（Ｂ）に示すように、上下の板状部材１１、１２を含んでおり、これら両板状部材のうち下側の部材１２の上面側に四角形状の凹所を形成し、これを上側部材１１で覆って燃料供給室１０としたものである。上側部材１１の燃料供給室１０に臨む部分１１１には燃料分配孔を分散形成してあり、下側部材１２の燃料供給室１０に臨む部分１２１にも燃料分配孔を分散形成してある。
【００４４】
上側部材１１の燃料分配孔形成部分１１１の背面側（図２（Ｂ）において上面側）には段差凹所が形成されており、ここに燃料電池３Ａが設けられている。燃料電池３Ａはその燃料極が部分１１１に向けられている。
下側部材１２の燃料分配孔形成部分１２１の背面側（図２（Ｂ）において下面側）にも段差凹所が形成されており、ここに燃料電池３Ｂが設けられている。燃料電池３Ｂはその燃料極が部分１２１に向けられている。
【００４５】
燃料供給室ユニット１の構成部材である上下の板状部材１１、１２は燃料供給ポンプユニット２の構成部材も兼ねている。
ポンプユニット２は、下側板状部材１２における、前記燃料供給室１０用として四角形状の凹所が形成された部分に隣り合うポンプユニット用部分１２２と、これに重ねられた、上側板状部材１１におけるポンプユニット用部分１１２とを含んでいる。
【００４６】
ポンプユニット２は、ポンプユニット用部分１２２の上面側に所定の溝等を形成し、これをポンプユニット用部分１１２で覆って、マイクロポンプＰ１を含む液体燃料供給路２１、マイクロポンプＰ２を含む希釈用液供給路２２、マイクロポンプＰ３を含む希釈用液供給路２３、さらに該液通路２１、２２、２３に連通する液体混合路２４（換言すれば液供給路２１、２２、２３が合流する液体混合路２４）を形成したものである。この液体混合路２４は前記の燃料供給室１０に連通している。
【００４７】
下側部材１２のポンプユニット用部分１２２には、液体燃料供給路２１のポンプＰ１より上流側の端部に連通する液体燃料供給口２５が貫通形成されており、ここに例えばカートリッジタイプの原燃料供給容器を接続できるようにしてある。
【００４８】
また、上側部材１１のポンプユニット用部分１１２には、希釈用液供給路２２のポンプＰ２より上流側の端部に連通する貫通孔２２１が形成されており、下側部材１２のポンプユニット用部分１２２には、希釈用液供給路２３のポンプＰ３より上流側の端部に連通する貫通孔２３１が形成されている。貫通孔２２１、２３１は後述する電池空気極側での回収液を液体原燃料の希釈用液としてポプユニット２へ導入するために利用される。
【００４９】
燃料供給ポンプユニット２におけるマイクロポンプＰ１、Ｐ２、Ｐ３は下側板状部材１２の外面に設けられた圧電素子ＰＺＴ１、ＰＺＴ２、ＰＺＴ３をそれぞれ含んでいる。
【００５０】
燃料電池３Ａ（さらに言えば電池３Ａの空気極）に積層された液回収ポンプユニット４Ａは、電池３Ａの空気極及び燃料供給室ユニット１や燃料供給ポンプユニット２の構成部材である前記の上側板状部材１１の上面部分にわたって積層された板状部材４１ａを含んでいる。そして、部材４１ａの片面に電池空気極に臨む凹所を形成して、これを液回収室４２ａとするとともに、該液回収室４２ａに隣り合う部分に所定の溝等を形成してマイクロポンプＰ４を含む液回収路４３ａを形成し、さらに部材４１ａに液回収室４２ａに連通する空気取り入れ孔４４ａを形成したものである。
【００５１】
液回収路４３ａは液回収室４２ａに連通しており、液回収路４３ａのポンプＰ４より下流側の端部は前記上側部材１１のポンプユニット用部分１１２の貫通孔２２１に連通している。
液回収ポンプユニット４ＡにおけるマイクロポンプＰ４は部材４１ａの上面に設けられた圧電素子ＰＺＴ４を含んでいる。
【００５２】
燃料電池３Ｂ（さらに言えば電池３Ｂの空気極）に積層された液回収ポンプユニット４Ｂは、電池３Ｂの空気極及び燃料供給室ユニット１や燃料供給ポンプユニット２の構成部材である前記の下側板状部材１２の下面部分にわたって積層された板状部材４１ｂを含んでおり、部材４１ｂの片面に電池空気極に臨む凹所を形成して、これを液回収室４２ｂとするとともに、液回収室４２ｂに隣り合う部分に所定の溝等を形成してマイクロポンプＰ５を含む液回収路４３ｂを形成し、さらに部材４１ｂに液回収室４２ｂに連通する空気取り入れ孔４４ｂを形成したものである。
【００５３】
液回収路４３ｂは液回収室４２ｂに連通しており、液回収路４３ｂのポンプＰ５より下流側の端部は前記下側部材１２のポンプユニット用部分１２２の貫通孔２３１に連通している。
液回収ポンプユニット４ＢにおけるマイクロポンプＰ５は部材４１ｂの下面に設けられた圧電素子ＰＺＴ５を含んでいる。
【００５４】
なお、前記の燃料供給室ユニット１には、電池３Ａ、３Ｂの電気化学反応によって該電池の燃料極側で発生するガス（主として炭酸ガス）を外部へ放出するために、燃料供給室１０に連通するガス抜き孔を形成してもよい。例えば、下側部材１２の燃料供給室１０を囲んでいる部分、すなわち燃料供給室１０の側周壁に相当する部分にかかるガス抜き孔を形成してもよい。
【００５５】
前記マイクロポンプＰ１〜Ｐ５のそれぞれは、図１０に示す基本構造を有し、基本動作を示すものである。
すなわち、液体を吸引するための第１絞り流路ｆ１、液体を吐出するための第２絞り流路ｆ２、該第１、第２の絞り流路ｆ１、ｆ２間のポンプ室ＰＣ、ポンプ室ＰＣの可撓性壁（ダイアフラム）ＤＦに設置された圧電素子ＰＺＴを含むポンプである。
【００５６】
圧電素子ＰＺＴに交番電圧を印加してポンプ室壁（ダイアフラム）ＤＦを振動させることでポンプ室ＰＣを収縮膨張させ、第１絞り流路ｆ１からポンプ室ＰＣ内へ液体を吸引し、第２絞り流路ｆ２からポンプ室内液体を吐出できる。
【００５７】
さらに説明すると、第１、第２の絞り流路ｆ１、ｆ２は断面積が同じ又は略同じであるが、流路ｆ１より流路ｆ２は長く形成されている。圧電素子ＰＺＴを駆動する交番電圧として図１０（Ｃ）に示すように急峻な立ち上がり、緩やかな立ち下がりを示す交番電圧を用いる。
【００５８】
図１０（Ａ）に示すように、印加電圧の急峻な立ち上がり時に圧電素子によりダイアフラムＤＦを急激に変形させてポンプ室ＰＣを急激に収縮させると、長い流路ｆ２では流路抵抗により液体が層流状に流れる一方、短い流路ｆ１では液体が乱流となり、流路ｆ１からの液体の流出が抑制される。これにより、流路ｆ２からポンプ室内液体を吐出することができる。
【００５９】
図１０（Ｂ）に示すように、印加電圧の緩やかな立ち下がり時に圧電素子によりダイアフラムＤＦを緩やかに復帰動作させてポンプ室ＰＣを緩やかに膨張させると、短い流路ｆ１からはポンプ室ＰＣ内へ液体が流入する一方、このとき流路ｆ１より流路抵抗が大きい長い流路ｆ２からの液体吐出が抑制される。これにより、流路ｆ１からポンプ室ＰＣ内へ液体を吸引できる。
【００６０】
よって、所望の送液方向において上流側に流路ｆ１を下流側に流路ｆ２を配置することで所望方向に送液可能である。ポンプＰ１〜Ｐ５のそれぞれは、かかる基本構造を有し、かかる動作原理で送液を行うものである。図１〜図３において、ポンプＰ１〜Ｐ５の圧電素子はＰＺＴ１〜ＰＺＴ５でそれぞれ示してある。
【００６１】
ポンプＰ１〜Ｐ５のそれぞれの送液能力は、各ポンプにおけるポンプ室容積、圧電素子の性能、第１、第２の絞り流路の断面積及び（又は）長さ、圧電素子への印加電圧等のうち１又は２以上を適宜選択決定することで所望のものにできる。
ここでは、液体燃料と希釈用液を液体混合路２４において所定の割合で混合希釈して燃料供給室１０へ供給できるようにポンプＰ１〜Ｐ５のそれぞれの送液能力を定めてある。      
【００６２】
なお、図１０に基本構造を示すマイクロポンプは、図１０（Ｆ）に示すように、圧電素子ＰＺＴに緩やかな立ち上がり、急峻な立ち下がりを示す交番電圧を印加することで、図１０（Ｄ）に示すように流路ｆ１からポンプ室内液体を吐出でき、図１０（Ｅ）に示すように流路ｆ２から液体を吸引できるが、ここでは、図１０（Ｃ）に示す駆動波形を採用している。
【００６３】
以上説明した燃料電池装置Ｃ１においては、図１に示すように、燃料供給ポンプユニット２の液体燃料供給口２５に、例えばカートリッジタイプの液体燃料収容容器５が交換可能に接続される。
また、マイクロポンプＰ１〜Ｐ５は、それらの圧電素子に図１０（Ｃ）に示す駆動波形で交番電圧を印加できるポンプ駆動部６で駆動可能である。
【００６４】
燃料電池装置Ｃ１によると、燃料供給ポンプユニット２に液体燃料収容容器５から液体燃料としてメタノール含有液（例えば高濃度メタノール水溶液）を供給するとともにポンプ駆動部６によりポンプＰ１〜Ｐ５の圧電素子ＰＺＴ１〜ＰＺＴ５にそれぞれ交番電圧を印加してそれらポンプを運転することで燃料供給室ユニット１の燃料供給室１０へ、さらに該室から上側板状部材１１の燃料分配孔形成部分１１１及び下側板状部材１２の燃料分配孔形成部分１２１を介して燃料電池３Ａ、３Ｂへ均等に、且つ、電池各部へ均一状に燃料を供給できる。
【００６５】
そして電池３Ａ、３Ｂのそれぞれにおいて
ＣＨ3 ＯＨ＋(3/2) Ｏ2 →ＣＯ2 ＋２Ｈ2 Ｏ  の反応を生じさせ、それにより発電させ、該電池３Ａ、３Ｂを並列接続した負荷Ｌ（図１参照）に通電することができる。負荷Ｌに電池３Ａ、３Ｂを直列接続してもよい。
【００６６】
この燃料電池装置Ｃ１の使用開始当初、電池３Ａ、３Ｂに供給されるのは容器５から供給された液体燃料と初期希釈用にポンプユニット２の希釈用液供給路２２、２３等に予め充填されている水とにより適正な濃度に希釈された希釈液体燃料である。なお、初期希釈用の水は希釈用液供給路に連通する図示省略の水供給口から供給すればよく、該水供給口はあとで閉じておけばよい。
【００６７】
続いて、電池３Ａ、３Ｂの電気化学反応により各電池において空気極３３側で生成される水と燃料極３２から電界質膜３１を通過して空気極３３へ移動してくることがある移動液が希釈用液として液回収ポンプユニット４Ａ、４Ｂの液回収室４２ａ、４２ｂに回収され、そこからポンプＰ４、Ｐ５でポンプユニット２の板状部材貫通孔２２１、２３１を介して希釈用液供給路２２、２３へ供給され始める。ポンプユニット２は、容器５から供給されるメタノール含有液を液回収ポンプユニット４Ａ、４Ｂから供給されてくる希釈用液で混合希釈し、希釈液体燃料として燃料電池３Ａ、３Ｂに供給でき、これにより容器５に収容された原燃料をもって長時間発電させることができる。
【００６８】
以上説明した燃料電池装置Ｃ１は、全体がコンパクトに平坦形状に薄型に形成されており、例えばカード状に形成することも可能であり、携帯機器等の電源として適するものである。
【００６９】
以上説明した燃料電池装置Ｃ１では、各ポンプは図１０（Ｃ）に示す波形の交番電圧印加により駆動したが、液体燃料の希釈用液の混合による希釈をより円滑、確実化するために、ポンプＰ２、Ｐ３へ印加する交番波形として図１１（Ａ）に示す波形を採用してもよい。この波形を採用すると、図１１（Ｂ）に示すように、ポンプＰ１で送られる液体燃料、ポンプＰ２、Ｐ３で送られる希釈用液のそれぞれが間欠的に液体混合路に供給され、これにより両液は円滑に混合され、それだけ所定の希釈液体燃料が円滑、確実に得られる。  この点は後述する本発明に係る燃料電池装置の他の例においても同様である。
【００７０】
＜第２実施形態＞
図４は本発明に係る燃料電池装置の他の例Ｃ２を示している。図４（Ａ）は装置Ｃ２の平面図、図４（Ｂ）は装置Ｃ２の側面図、図４（Ｃ）は装置Ｃ２の底面図である。
図４において図１〜図３に示す燃料電池装置Ｃ１と実質上同じ部分、部品には図１〜図３と同じ参照符号を付してある。
この燃料電池装置Ｃ２は、図１等に示す燃料電池装置Ｃ１において、液回収ポンプユニット４Ａ、４Ｂを、ポンプを備えないで単に液回収室４２ａ、４２ｂを有する簡素な構造の液回収室ユニット４Ａ’、４Ｂ’とするとともに、装置Ｃ１における燃料供給ポンプユニット２を、装置Ｃ１の液回収ポンプユニット４Ａ、４ＢにあったマイクロポンプＰ４、Ｐ５も形成した燃料供給ポンプユニット２’としてコンパクトにまとめたものである。
【００７１】
燃料電池装置Ｃ２では、燃料供給口２５から供給される原燃料はポンプＰ１により液体混合路２４へ送られる。
また、液回収室ユニット４Ａ’の液回収室４２ａの回収液はポンプユニット２’の構成部材である上側板状部材１１に設けた貫通孔２６１からポンプユニット２’に設けた液吸引通路２６を通りポンプＰ４により希釈用液供給路２２へ供給され、さらにポンプＰ２により液体混合路２４へ送られる。
液回収室ユニット４Ｂ’の液回収室４２ｂの回収液はポンプユニット２’の構成部材である下側板状部材１２に設けた貫通孔２７１からポンプユニット２’に設けた液吸引通路２７を通りポンプＰ５により希釈用液供給路２３へ供給され、さらにポンプＰ３により液体混合路２４へ送られる。
かくして、液体混合路２４において原燃料が回収液（希釈用液）により混合希釈され、該希釈液体燃料が燃料供給室１０へ供給され、発電に供される。
【００７２】
＜第３実施形態＞
図５は本発明に係る燃料電池装置のさらに他の例Ｃ３を示している。図５（Ａ）は装置Ｃ３の平面図、図５（Ｂ）は装置Ｃ３の側面図、図５（Ｃ）は装置Ｃ３の底面図である。  この燃料電池装置Ｃ３は、図４に示す装置Ｃ２において、燃料供給ポンプユニット２’を、燃料供給室ユニット１から独立して形成した燃料供給ポンプユニット２０としたものである。
【００７３】
図６は、装置Ｃ３における電池３Ａ、３Ｂ、燃料供給室ユニット１、液回収室ユニット４Ａ’、４Ｂ’を含む部分を示しており、図６（Ａ）は該部分の平面図、図６（Ｂ）は該部分の側面図、図６（Ｃ）は該部分の底面図である。図７はポンプユニット２０を示しており、図７（Ａ）はユニット２０の側面図、図７（Ｂ）はユニット２０の底面図、図７（Ｃ）は図７（Ａ）のＡ’−Ａ’線断面図である。
図５〜図７において図１〜図３や図４に示す燃料電池装置Ｃ１、Ｃ２と実質上同じ部分、部品には図１〜図３や図４と同じ参照符号を付してある。
【００７４】
この燃料電池装置Ｃ３では、燃料供給室ユニット１に、ポンプユニット２０における回収液吸引通路２６、２７を接続する通路２６０、２７０を形成してあるとともに、ポンプユニット２０における液体混合路２４を接続する通路２４０を形成してある。通路２６０は液回収ユニット４Ａ’の液回収室４２ａに連通しており、通路２７０は液回収室ユニット４Ｂ’の液回収室４２ｂに連通しており、通路２４０は燃料供給室ユニット１の燃料供給室１０に連通している。ポンプユニット２０は、これら相互に接続すべき通路を互いに接続する状態で燃料供給室ユニット１に接着剤等により後付け接続される。なお、ポンプユニット２０は着脱可能にユニット１に接続できるようにしてもよい。
【００７５】
燃料電池装置Ｃ３では、燃料供給口２５から供給される原燃料はポンプＰ１により液体混合路２４へ送られる。
また、液回収室ユニット４Ａ’の液回収室４２ａの回収液は燃料供給室ユニット１に形成された液通路２６０からポンプユニット２０に設けた液吸引通路２６を通りポンプＰ４により希釈用液供給路２２へ供給され、さらにポンプＰ２により液体混合路２４へ送られる。
液回収室ユニット４Ｂ’の液回収室４２ｂの回収液はユニット１に形成された液通路２７０からポンプユニット２０に設けた液吸引通路２７を通りポンプＰ５により希釈用液供給路２３へ供給され、さらにポンプＰ３により液体混合路２４へ送られる。
かくして、液体混合路２４において原燃料が回収液（希釈用液）により混合希釈され、該希釈液体燃料がユニット１に形成された液通路２４０を通って燃料供給室１０へ供給され、発電に供される。
【００７６】
＜第４実施形態＞
図８は本発明に係る燃料電池装置のさらに他の例Ｃ４を示している。図８（Ａ）は装置Ｃ４の平面図、図８（Ｂ）は装置Ｃ４の側面図、図８（Ｃ）は装置Ｃ４の底面図である。  この燃料電池装置Ｃ４は、図５〜図７に示す装置Ｃ３において燃料供給ホンプユニット２０を燃料供給ポンプユニット２０’に置き換えたものである。装置Ｃ３と同様に、燃料供給ポンプユニット２０’が燃料供給室ユニット１から独立して形成され、ユニット１に後付け接続される。図８において、図１〜図３や図５〜図７に示す燃料電池装置Ｃ１、Ｃ３と実質上同じ部分、部品には図１〜図３や図５〜図７と同じ参照符号を付してある。
【００７７】
この燃料電池装置Ｃ４における燃料供給ポンプユニット２０’は、板状の下側部材２０２と、これに重ねられた板状の上側部材２０１とを含んでいる。
ポンプユニット２０’は、下側部材２０２の上面側に所定の溝等を形成し、これを上側部材２０１で覆って、マイクロポンプＰ１’を含む液体燃料供給路２１’、マイクロポンプＰ２’を含む希釈用液供給路２２’、マイクロポンプＰ３’を含む希釈用液供給路２３’、さらに該液通路２１’、２２’、２３’に連通する液体混合路２４’（換言すれば液供給路２１’、２２’、２３’が合流する液体混合路２４’）を形成したものである。
液体燃料供給路２１’の上流側端部には下側部材２０２に貫通形成した前記と同様の燃料供給口２５が連通している。液体混合路２４’は原燃料の希釈用液による混合希釈の円滑化のために蛇行させてある。
【００７８】
ポンプユニット２０’を燃料供給室ユニット１に接続したとき、液体混合路２４’はユニット１の液通路２４０に、ひいては燃料供給室１０に連通する。また、希釈用液供給路２２’はユニット１の液通路２６０に、ひいては液回収室ユニット４Ａ’の液回収室４２ａに連通し、希釈用液供給路２３’はユニット１の液通路２７０に、ひいては液回収室ユニット４Ｂ’の液回収室４２ｂに連通する。
【００７９】
マイクロポンプＰ１’〜Ｐ３’のそれぞれは、図９に示す基本構造を有し、基本動作を示すものである。図９にはマイクロホンプＰ１’を代表して示してある。
このマイクロポンプは、ポンプ室ＰＣ’を形成する可撓性壁（ダイアフラム相当壁）ＤＦ’に圧電素子ＰＺＴ’を設け、ポンプ室ＰＣ’への液吸引口を液供給路２１’の上流側部分に連通させるとともに該液吸引口に可撓性弁ｖ１を設け、ポンプ室ＰＣ’からの液吐出口を液供給路２１’の下流側部分に連通させるとともに該液吐出口に可撓性弁ｖ２を設けたものである。液供給路２１’の上流側部分と下流側部分との間は部材２１０で閉じてある。
【００８０】
このポンプによると、圧電素子ＰＺＴ’に交番電圧を印加してポンプ室壁（ダイアフラム）ＤＦ’を振動させることでポンプ室ＰＣ’を収縮膨張させ、ポンプ室膨張時に図９（Ａ）に示すようにポンプ室内負圧で弁ｖ１を開かせるとともに弁ｖ２を閉じさせて液供給路２１の上流側部分からポンプ室内に液を吸引させ、ポンプ室収縮時に図９（Ｂ）に示すようにポンプ室内正圧で弁ｖ１を閉じさせるとともに弁ｖ２を開かせて液供給路２１の下流側部分へポンプ室内液を吐出させることができる。
【００８１】
燃料電池装置Ｃ４では、燃料供給口２５から供給される原燃料はポンプＰ１’により液体混合路２４’へ送られる。
また、液回収室ユニット４Ａ’の液回収室４２ａの回収液は燃料供給室ユニット１に形成された液通路２６０からポンプユニット２０’のポンプＰ２’により希釈用液供給路２２’を通って液体混合路２４’へ送られる。
液回収室ユニット４Ｂ’の液回収室４２ｂの回収液は燃料供給室ユニット１に形成された液通路２７０からポンプユニット２０’のポンプＰ３’により希釈用液供給路２３’を通って液体混合路２４’へ送られる。
かくして、液体混合路２４’において原燃料が回収液（希釈用液）により混合希釈され、該希釈液体燃料がユニット１に形成された液通路２４０を通って燃料供給室１０へ供給され、発電に供される。
【００８２】
＜マイクロポンプユニットの製造＞
以下に、前記燃料電池装置Ｃ１〜Ｃ３におけるマイクロポンプユニット部分の製造の幾つかの例を挙げておく。
（１）Ｓｉ基板とガラス板で構成する場合
Ｓｉ基板上に流路溝を異方性エッチングにより加工し、このＳｉ基板に平板のガラスを陽極接合して液通路を形成する。駆動用の圧電素子はＳｉ基板におけるダイアフラム部分に接合する。
この方法によると、ヤング率の高い材質で液通路を形成できるのでポンプ性能が良好となる。
（２）樹脂とガラス板で構成する場合
流路溝を樹脂の射出形成、インプリント等により形成し、この樹脂板に薄板ガラスを接着剤により貼り付けて液通路を形成する。駆動用圧電素子をガラス板のダイアフラム部分に貼り付ける。
この方法によると安価にポンプユニットを形成できる。
（３）ガラスで構成する場合
感光性ガラスのフォトリソ加工、ガラスのサンドブラスト加工、ガラス成型、ガラス板のレーザ加工等の方法により流路溝を形成し、流路溝を形成した第１のガラス板に、第２の平板ガラスを直接接合する。或いは第１、第２のガラスの接合面の両方または一方に低融点ガラス膜をスパッタ法、蒸着法等により形成して加熱・加圧により接合する。或いは第１、第２のガラスの一方にＳｉ膜をスパッタ法等により形成して陽極接合する。これらのいずれかの操作により、液流路等を形成し、接合した両ガラスのいずれかのダイアフラム部分に圧電素子を接着剤等により貼り付ける。
この方法によっても安価にポンプユニットを形成できる。
（４）セラミックで構成する場合
グリーンシートの成型、サンドブラスト加工、レーザ加工等の方法で流路溝を形成し、一方または双方に流路溝が形成されたグリーンシートを位置決めして貼り合せ、加圧しながら焼成することで一体化を行う。或いは同様に成形されたグリーンシートを焼成してセラミック板とし、一方に低融点ガラス膜をスパッタ法、蒸着法等により形成して両者を加熱・加圧により接合する。或いは同様に成形・焼成されたセラミック板の一方にガラスをもう一方にＳｉを成膜することで陽極接合する。これらのいずれかの操作により、液流路等を形成し、接合した両セラミックのいずれかのダイアフラム部分に圧電素子を接着剤等により貼り付ける。
この方法によるとヤング率の高い材質で液通路を形成できるのでポンプ性能が良好となる。
【００８３】
上記のほか、液体や気体が流通できる溝が形成された電鋳品、カーボンの成形品、ステンレススチール板をエッチング加工したもの等も利用できる。
なお、上記（１）〜（４）のいずれの製法を採用するにしても、必要に応じガス抜き孔や空気取り入れ孔も同時に形成すればよい。
【００８４】
かかる方法を採用することで、マイクロポンプを微小に形成することが可能である。例えば、ポンプ一つ当たり、厚み０．３ｍｍ〜１．０ｍｍ、幅５ｍｍ、長さ２０ｍｍ程度のものを造ることが可能である。
【００８５】
次に、燃料電池装置Ｃ１〜Ｃ３におけるポンプユニットのマイクロポンプを含む送液部分の製法の具体例を説明するが、説明を簡略化し、理解を容易にするため、マイクロポンプを含む送液部分と同様に機能する図１２に示すマイクロチップＭＴを例にとって説明する。図１２（Ａ）はマイクロチップＭＴの平面図、図１２（Ｂ）は該チップの側面図、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【００８６】
本発明に係る液体燃料装置におけるマイクロポンプユニットのマイクロポンプを含む送液部分は、チップＭＴと同様にして、コンパクトに、平坦形状薄型に、小形に形成できる。
【００８７】
図１２の送液装置ＭＴはマイクロチップ形のもので、マイクロポンプＰａを含む第１液体供給路Ｌ１、マイクロポンプＰｂを含む第２液体供給路Ｌ２を備えており、供給路Ｌ１のポンプ上流側端には液体供給口Ｌｉ１が、供給路Ｌ２のポンプ上流側端には液体供給口Ｌｉ２が設けられている。供給路Ｌ１、Ｌ２のポンプ下流側端は合流部Ｌ３でＹ字状に合流し、混合流路Ｌ４に続き、該流路端の液体出口Ｌｏに達している。
【００８８】
流路Ｌ１〜Ｌ４は例えば幅１５０μｍ、深さ１７０μｍである。マイクロチップＭＴの外形寸法は例えば、約２０ｍｍ×４０ｍｍ×０．５ｍｍである。もっとも、寸法、形状は、これに限るものではない。
ポンプＰａ、Ｐｂは図１０に示す構造、動作を示すもので、このチップでは各ポンプの圧電素子ＰＺＴａ、ＰＺＴｂに駆動部から交番電圧を印加することで供給口Ｌｉ１、Ｌｉ２から第１、第２の液体を吸引し、送液し、合流部Ｌ３で合流させ、混合流路Ｌ４で混合して液体出口Ｌｏから吐出することができる。
【００８９】
このマイクロチップＭＴの製造工程について図１３を参照しながら説明する。図１３は図１２（Ｃ）のα−α線に沿う切断端面部分を代表的にとりあげて示している。
図１３（Ａ）に示すように、シリコン基板ＳｉＳを準備する。シリコン基板ＳｉＳとしては、例えば厚さ２００μｍのシリコンウエハーを用いる。次に、図１３（Ｂ）に示すように、シリコン基板ＳｉＳの上下面に、シリコン酸化膜ＳｉＯ2 を形成する。酸化膜は、例えば、それぞれの厚さが１．７μｍとなるように、熱酸化により形成する。次に、上面にレジストを塗布して所定パターンのマスクを形成し、該マスクパターンで露光し、次いで現像して酸化膜をエッチングする。そして、上面のレジストを剥離した後、再びレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行う。これにより、図１３（Ｃ）に示すように、酸化膜を完全に除去した部分ａと、厚さ方向に途中まで除去した部分ｂを形成する。
【００９０】
レジスト塗布には、例えば東京応化社製ＯＦＰＲ８００等のレジストを用いスピンコ一ターで回転塗布し、レジスト膜の厚さは、例えば１μｍとする。露光はアライナ一により行い、現像はデベロッパーにより行う。酸化膜のエッチングには、例えば反応性イオンエッチング法（ＲＩＥ）を用いる。レジストの剥離には、剥離液、例えば硫酸過水を用いる。
【００９１】
次に、図１３（Ｄ）に示すように上面についてシリコンエッチングを途中まで行った後に、ｂの部分の酸化膜をエッチングにより完全に除去し、再びシリコンエッチングを行い、図１３（Ｅ）に示すようにシリコン基板ＳｉＳを１７０μｍエッチングした部分ａ’と、２５μｍエッチングした部分ａ”とを形成する。シリコンエッチングには、例えば、ＩＣＰ（高周波誘導結合型プラズマ、Inductively Coupled Plasma）によるエッチング法を用いる。さらに、図１３（Ｅ）に示すように酸化膜を、例えばＢＨＦを用いて完全に除去する。
【００９２】
次に、図１３（Ｆ）に示すように、シリコン基板の下面に電極膜ｅ（例えばＩＴＯ膜）を成膜する。そして、図１３（Ｇ）に示したように、シリコン基板の上面にガラス板ＧＬを貼り付ける。この貼り付けは、例えば、１２００Ｖ、４００℃で、陽極接合により行う。最後に、図１３（Ｈ）に示すように、ポンプ室ＰＣの振動板の部分に圧電素子を接着する。
以上説明した製法に準ずる製法により、本発明に係る液体燃料電池装置Ｃ１〜Ｃ３におけるポンプユニット部分も板状部材のエッチング処理等によりバラツキ少なく、均一な性能のものに製作できる。
【００９３】
なお、燃料電池装置Ｃ４におけるポンプユニット２０’における液通路についても板状部材のエッチング処理等によりバラツキ少なく、均一な性能のものに製作できる。
装置Ｃ４におけるマイクロポンプＰ１’、Ｐ２’、Ｐ３’は別途形成しておいて、ポンプユニット２０’の液通路に対し、例えば接着剤等により後付けすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明に係る燃料電池装置は平坦形状に薄型にコンパクトに形成できるから例えば各種携帯機器用の電源として利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】本発明に係る燃料電池装置の１例を利用した発電システムを示す図である。
【図２】本発明に係る燃料電池装置の１例（図１のもの）を示すもので、図２（Ａ）は該装置の平面図、図２（Ｂ）は該装置の側面図、図２（Ｃ）は該装置の底面図である。
【図３】図３（Ａ）は図２（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図、図３（Ｂ）は図２（Ｂ）のＢ−Ｂ線断面図、図３（Ｃ）は図２（Ｂ）のＣ−Ｃ線断面図、図３（Ｄ）は図２（Ｂ）のＤ−Ｄ線断面図、図３（Ｅ）は図２（Ｂ）のＥ−Ｅ線断面図、図３（Ｆ）は図２（Ｂ）のＦ−Ｆ線断面図である。
【図４】本発明に係る燃料電池装置の他の例を示すもので、図４（Ａ）は該装置の平面図、図４（Ｂ）は該装置の側面図、図４（Ｃ）は該装置の底面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池装置のさらに他の例を示すもので、図５（Ａ）は該装置の平面図、図５（Ｂ）は該装置の側面図、図５（Ｃ）は該装置の底面図である。
【図６】図５に示す燃料電池装置における電池等部分を示すもので、図６（Ａ）は該部分の平面図、図６（Ｂ）は該部分の側面図、図６（Ｃ）は該部分の底面図である。
【図７】図５に示す燃料電池装置における燃料供給ポンプユニットの部分を示すもので、  図７（Ａ）は該ユニットの側面図、図７（Ｂ）は該ユニットの底面図、図７（Ｃ）は図７（Ａ）のＡ’−Ａ’線断面図である。
【図８】本発明に係る燃料電池装置のさらに他の例を示すもので、図８（Ａ）は該装置の平面図、図８（Ｂ）は該装置の側面図、図８（Ｃ）は該装置の底面図である。
【図９】図８に示す燃料電池装置におけるマイクロポンプの構造、動作を示すもので、図９（Ａ）は液吸引時の、図９（Ｂ）は液吐出時の様子を示す図である。
【図１０】マイクロポンプの１例の基本構造及び動作を示すもので、図１０（Ａ）は液体吐出動作を示す図、図１０（Ｂ）は液体吸引動作を示す図、図１０（Ｃ）はかかる液体の吐出動作、吸引動作のための圧電素子への印加電圧波形を示す図である。図１０（Ｄ）は図１０（Ａ）とは反対方向への液体吐出動作を示す図、図１０（Ｅ）は図１０（Ｂ）とは反対方向の液体吸引動作を示す図、図１０（Ｆ）はかかる反対動作のための圧電素子への印加電圧波形を示す図である。
【図１１】図１１（Ａ）はマイクロポンプ駆動波形の他の例を示す図であり、図１１（Ｂ）は該波形による送液状態を示す図である。
【図１２】マイクロポンプユニット部分の製法例を説明するための参考的なマイクロチップを示すもので、図１２（Ａ）はその平面図、図１２（Ｂ）はその側面図、図１２（Ｃ）は図１２（Ｂ）のＸ−Ｘ線断面図である。
【図１３】マイクロチップの製造工程例を示す図である。
【図１４】燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、該液体燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置の考えられる例を示す図である。
【符号の説明】
【００９６】
Ｃ１  燃料電池装置
１  燃料供給室ユニット
１１  上側の板状部材
１２  下側の板状部材
１０  燃料供給室
１１１、１２１  室１０に臨む燃料分配孔形成部分
１１２、１２２  部材１１、１２のポンプユニット用部分
２  燃料供給ポンプユニット
２１  液体燃料供給路
２２、２３  希釈用液供給路
２２１、２３１  貫通孔
２４  液体混合路
２５  液体燃料供給口
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  マイクロポンプ
ＰＺＴ１、ＰＺＴ２、ＰＺＴ３  圧電素子
３Ａ、３Ｂ  燃料電池
３１  電解質膜
３２  燃料極
３３  空気極
４Ａ、４Ｂ  液回収ポンプユニット
４１ａ、４１ｂ  板状部材
４２ａ、４２ｂ  液回収室
４３ａ、４３ｂ  液回収路
４４ａ、４４ｂ  空気取り入れ孔
Ｐ４、Ｐ５  マイクロポンプ
ＰＺＴ４、ＰＺＴ５  圧電素子
ｆ１  第１絞り流路
ｆ２  第２絞り流路
ＰＣ  ポンプ室
ＤＦ  ポンプ室ＰＣの可撓性壁（ダイアフラム）
ＰＺＴ  圧電素子
５  カートリッジタイプの液体燃料収容容器
６  ポンプ駆動部
Ｃ２  燃料電池装置
２’  燃料供給ポンプユニット
４Ａ’、４Ｂ’  液回収室ユニット
２６、２７  回収液の吸引通路
２６１、２７１  貫通孔
Ｃ３  燃料電池装置
２０  燃料供給ポンプユニット
２６０、２４０、２７０  燃料供給室ユニット１に形成した液通路
Ｃ４  燃料電池装置
２０’  燃料供給ポンプユニット
２０１  板状の上側部材
２０２  板状の下側部材
Ｐ１’、Ｐ２’、Ｐ３’  マイクロポンプ
２１’  液体燃料供給路
２２’、２３’希釈用液供給路
２４’  蛇行する液体混合路
ＰＣ’  ポンプ室
ｖ１、ｖ２  弁
ＰＺＴ’  圧電素子
ＤＦ’  ポンプ室壁（ダイアフラム相当壁）
２１０  液通路２１’を閉じる部材
【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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【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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