(57)【要約】【課題】  アノードで発生した二酸化炭素などのガスを、外部に好適に排出可能とする燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニット集合体を提供する。【解決手段】  ＭＥＡ１１と、ＭＥＡ１１のアノード１１Ｂに重ねられた集電板１３と、集電板１３の外側に配置すると共に、アノード１１Ｂに供給されるメタノール水溶液が内部を流通する不織布１５と、不織布１５の外側に配置すると共に、アノード１１Ｂで発生した二酸化炭素を透過して、外部に排出する二酸化炭素透過膜１６と、備えた。【選択図】      図２
2006278295.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノードに重ねられたアノード集電板と、
前記アノード集電板の外側に配置すると共に、前記アノードに供給される液体燃料が内部を流通する液体燃料流通部材と、
前記液体燃料流通部材の外側に配置すると共に、前記アノードで発生した二酸化炭素を透過して、外部に排出する二酸化炭素透過膜と、
を備えたことを特徴する燃料電池ユニット。
【請求項２】
前記液体燃料は前記液体燃料流通部材内を毛管現象によって流通することを特徴とする請求項１に記載の燃料電池ユニット。
【請求項３】
前記液体燃料流通部材は不織布であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項４】
前記液体燃料流通部材は多孔質体であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の燃料電池ユニット。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池ユニットを少なくとも一対と、
内部に二酸化炭素流通空間を有する枠状の二酸化炭素流通部材と、を備え、
前記少なくとも一対の燃料電池ユニットは、そのアノード側同士が対向していると共に、前記二酸化炭素流通部材を挟んでおり、
前記各アノードで発生した二酸化炭素が、前記二酸化炭素透過膜を透過した後、前記二酸化炭素流通空間を通って外部に排出されることを特徴とする燃料電池ユニット集合体。
【請求項６】
前記二酸化炭素流通部材は、前記各二酸化炭素透過膜を前記各膜電極接合体側に押圧する押圧部を有することを特徴とする請求項５に記載の燃料電池ユニット集合体。
【請求項７】
膜電極接合体と、
前記膜電極接合体のアノードに重ねられたアノード集電板と、
前記アノード集電板の外側に配置すると共に、前記アノードに供給される液体燃料が貯溜される液体燃料貯溜空間を有する燃料タンクと、
前記液体燃料貯溜空間に配置されると共に、前記アノードで発生した二酸化炭素を内部に透過して、外部に排出する二酸化炭素透過膜チューブと、
を備えたことを特徴とする燃料電池ユニット。
【請求項８】
前記二酸化炭素透過膜チューブの外径は、前記液体燃料貯溜空間の深さと略等しいことを特徴とする請求項７に記載の燃料電池ユニット。
【請求項９】
前記膜電極接合体とは別である、他の膜電極接合体と、
当該他の膜電極接合体のアノードに重ねられた、他のアノード集電板と、を備え、
前記膜電極接合体と前記他の膜電極接合体とは、そのアノード側同士が対向していると共に、前記燃料タンクを挟んで共有していることを特徴とする請求項７または請求項８に記載の燃料電池ユニット。
【請求項１０】
請求項１から請求項４、請求項７から請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池ユニット、または、請求項５または請求項６に記載の燃料電池ユニット集合体、を搭載した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、燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニット集合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、電源として燃料電池の開発が盛んである。燃料電池は、電解質膜をアノード（燃料極）およびカソード（空気極）で挟んでなる膜電極接合体（膜電極複合体、Membrane Electrode Assembly: ＭＥＡ）を備えている。
【０００３】
ＭＥＡは、一般的に、導電性を有する２つの集電板によって挟持されており、ＭＥＡから電気エネルギーを効率的に取り出されるようになっている（例えば特許文献１参照）。このようなＭＥＡを備える燃料電池の種類には、固体高分子形燃料電池（Polymer Electrolyte Fuel Cell：ＰＥＦＣ）や、直接メタノール型燃料電池（Direct Methanol Fuel Cell：ＤＭＦＣ）などがある。
【特許文献１】特開２００３−２８２１３１号公報（段落番号００２２〜００６４、図１）
【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、ＤＭＦＣなどの燃料電池が発電すると、そのアノードで二酸化炭素が発生し、二酸化炭素がＤＭＦＣ内に残留（滞留）してしまう場合がある。このようにＤＭＦＣ内で二酸化炭素が残留すると、メタノール水溶液がＭＥＡのアノードに好適に供給されず、ＤＭＦＣの出力が低下してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、アノードで発生した二酸化炭素などのガスを、外部に好適に排出可能とする燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニット集合体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】
【０００６】
前記課題を解決するための手段として、本発明は、膜電極接合体と、前記膜電極接合体のアノードに重ねられたアノード集電板と、前記アノード集電板の外側に配置すると共に、前記アノードに供給される液体燃料が内部を流通する液体燃料流通部材と、前記液体燃料流通部材の外側に配置すると共に、前記アノードで発生した二酸化炭素を透過して、外部に排出する二酸化炭素透過膜と、を備えたことを特徴する燃料電池ユニットである。
【０００７】
このような燃料電池ユニットによれば、適宜な液体燃料供給源（例えば燃料カートリッジ）から液体燃料流通部材に、液体燃料を流通させることにより、液体燃料流通部材を介して、膜電極接合体のアノードに液体燃料を供給することができる。また、燃料電池の発電によって、アノードで発生した二酸化炭素は、液体燃料流通部材に到達する。液体燃料流通部材は、液体燃料の流通性（透過性、浸透性）を有するのみであるから、二酸化炭素が液体燃料流通部材内で浮遊せず、二酸化炭素透過膜を透過して、外部に排出される。
したがって、燃料電池の発電に伴って生成する二酸化炭素（ガス）は、二酸化炭素透過膜を透過して外部に排出され、燃料電池内に残留しにくくなる。よって、アノードに液体燃料を好適に連続して供給することができ、燃料電池は好適に発電することができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、アノードで発生した二酸化炭素などのガスを、外部に好適に排出可能とする燃料電池ユニットおよび燃料電池ユニット集合体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】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照して説明する。なお、各実施形態の説明において、同一の構成要素に関しては同一の符号を付し、重複した説明は省略するものとする。
【００１０】
≪第１実施形態≫
第１実施形態に係るＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット）について、図１から図３を参照して説明する。
参照する図面において、図１は、第１実施形態に係るＤＭＦＣユニットの斜視図である。図２は、図１に示すＤＭＦＣユニットのＸ−Ｘ断面図である。図３は、図１に示すＤＭＦＣユニットの分解斜視図である。
【００１１】
≪ＤＭＦＣユニットの構成≫
図１に示すように、第１実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ１はノートパソコンなどの携帯端末（電子機器）の外部電源である。ＤＭＦＣユニットＵ１は板状であり、平面視で矩形を呈している。また、ＤＭＦＣユニットＵ１は、平面視において対称となっており、プラス端子１２ｄとマイナス端子１３ｄは線対称に配置されている。
このようなＤＭＦＣユニットＵ１は、図１に加えて、図２および図３に示すように、ＭＥＡモジュール１０と、不織布１５（液体燃料流通部材）と、二酸化炭素透過膜１６と、ケース１７とを主に備えている。
【００１２】
＜ＭＥＡモジュール＞
図２、図３に示すように、ＭＥＡモジュール１０は、ＭＥＡ１１と、ＭＥＡ１１の一対の集電板１２（カソード集電板）および集電板１３（アノード集電板）とを、主に備えている。ＭＥＡ１１は、電解質膜１１Ａと、アノード１１Ｂ（燃料極）と、カソード１１Ｃ（空気極）とから構成されており、電解質膜１１Ａは、アノード１１Ｂとカソード１１Ｃとで挟まれている。そして、アノード１１Ｂとカソード１１Ｃとを囲むように、リング状のシール部材Ｓ、Ｓがそれぞれ設けられており、シール性が高められている（図２参照）。
【００１３】
電解質膜１１Ａは、アノード１１Ｂで生成したプロトン（Ｈ+）を選択的にカソード１１Ｃに輸送するための膜である。このような電解質膜１１Ａとしては、パーフルオロカーボンスルホン酸（ＰＦＳ）系の樹脂膜、トリフルオロスチレン誘導体の共重合膜、リン酸を含浸させたポリベンズイミダゾール膜、芳香族ポリエーテルケトンスルホン酸膜、ＰＳＳＡ−ＰＶＡ（ポリスチレンスルホン酸ポリビニルアルコール共重合体）や、ＰＳＳＡ−ＥＶＯＨ（ポリスチレンスルホン酸エチレンビニルアルコール共重合体）等からなる膜から適宜選択して使用できる。
【００１４】
アノード１１Ｂは、ガス拡散電極とも称される電極であり、燃料であるメタノールを酸化して電子とプロトンを生成するものである。このようなアノード１１Ｂとしては、例えば、カーボンペーパ、カーボンクロスなど導電性部材の電解質膜１１Ａ側の面に、触媒として、白金（Ｐｔ）の微粒子、鉄（Ｆｅ）の微粒子、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）あるいはルテニウム（Ｒｕ）などの遷移金属と白金との合金あるいは酸化物などの微粒子が担持されたものが使用される。
【００１５】
カソード１１Ｃは、ガス拡散電極とも称される電極であり、アノード１１Ｂから外部回路を経由して移動してきた電子と、アノード１１Ｂで生成した後、電解質膜１１Ａ中を移動し、カソード１１Ｃに到達したプロトンとを反応させて水を生成させるものである。このようなカソード１１Ｃとしては、アノード１１Ｂと同様、例えば、カーボンペーパの電解質膜１１Ａ側の面に、白金などの触媒を担持したものが使用される。
【００１６】
集電板１２および集電板１３は、ＭＥＡ１１で発生した電位差に基づいて、電気エネルギーを効率的に取り出すための板であり、導電性および耐食性を有する材料（例えば銅やチタンなどの金属）から形成されている。また、集電板１２、集電板１３の厚さは、約０．０５〜０．２ｍｍであり、フレキシブル性（可撓性）を有している。これにより、集電板１２はカソード１１Ｃと、集電板１３はアノード１１Ｂと、それぞれ良好に密着している。
【００１７】
集電板１２は、ＭＥＡ１１のカソード１１Ｃに重ねられ、密着している。さらに説明すると、集電板１２は、カソード１１Ｃの外側（図２下側）に配置している。そして、集電板１２には複数の空気流通孔１２ａが形成されており、酸素を含む空気が、後記する空気流通孔１８ａと、空気流通孔１２ａを通って、カソード１１Ｃに供給されるようになっている。また、集電板１２には、プラス端子１２ｄが取り付けられている。さらに、集電板１２のうちＭＥＡ１１のカソード１１Ｃと接触しない部分には、絶縁性を有する樹脂製の絶縁被膜１２ｆが形成されており、不要な短絡が防止されている。
【００１８】
集電板１３は、ＭＥＡ１１のアノード１１Ｂに重ねられ、密着している。さらに説明すると、集電板１３は、アノード１１Ｂの外側（図２上側）に配置している。そして、集電板１３には複数の燃料流通孔１３ａが形成されており、メタノール水溶液が燃料流通孔１３ａを通って、アノード１１Ｂに供給されるようになっている。また、集電板１３には、マイナス端子１３ｄが取り付けられている。さらに、集電板１３のうちＭＥＡ１１のアノード１１Ｂと接触しない部分には、絶縁性を有する樹脂製の絶縁被膜１３ｆが形成されている。
【００１９】
＜不織布＞
不織布１５（液体燃料流通部材）は、メタノール水溶液（液体燃料）が貯溜された外部の燃料カートリッジなどの液体燃料供給源（図示しない）からのメタノール水溶液を、ＭＥＡ１１のアノード１１Ｂの全面に供給するための部材である。不織布１５は、アノード側の集電板１３（アノード集電板）の上面側（外側）に重ねられて、集電板１３に密着している。また、不織布１５の一部である燃料供給部１５ａは、ケース１７の外側に露出している。
そして、不織布１５は、メタノール水溶液の流通性（透水性、浸透性）を有しており、メタノール水溶液が、毛管現象によって、不織布１５内を流通するようになっている。また、不織布１５の厚さは、後記するように、二酸化炭素の気泡が不織布１５内で大きくなり過ぎないように、所定厚さ（例えば５００μｍ）以下に設定されている。これにより、不織布１５内の二酸化炭素の気泡の大きさが、前記所定厚さより大きくなると、この気泡が二酸化炭素透過膜１６に接触し、二酸化炭素が二酸化炭素透過膜１６を透過して、速やかに外部に排出されるようになっている。
【００２０】
＜二酸化炭素透過膜＞
二酸化炭素透過膜１６（半透膜）は、二酸化炭素を選択的に透過する膜であり、不織布１５の上面側（外側）に重ねられ、不織布１５に密着している。そして、二酸化炭素透過膜１６は、アノード１１Ｂで発生し、不織布１５に浸透した二酸化炭素を、選択的に透過し、外部に排出できるようになっている。
このような二酸化炭素透過膜１６としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンを基材とした多孔質膜（例えば、ジャパンゴアテックス株式会社製のＮＷラミネート膜）などを使用することができる。
【００２１】
＜ケース＞
ケース１７は、図１、図３に示すように、その内部にＭＥＡモジュール１０、不織布１５、二酸化炭素透過膜１６を収容し、これらを保護すると共に、ＭＥＡモジュール１０、不織布１５、二酸化炭素透過膜１６との重ね合わせ状態を維持するための薄型の容器である。
ケース１７は、上方が開口した薄型箱状のケース本体１８と、これに蓋をするケース蓋１９とを主に備えている。ケース本体１８の底壁には、複数の空気流通孔１８ａ（酸素流通孔）が形成されており、外部の酸素を含む空気が空気流通孔１８ａと、空気流通孔１２ａとを通って、カソード１１Ｃに供給されるようになっている。ケース蓋１９には、複数の二酸化炭素排出孔１９ａが形成されており、二酸化炭素透過膜１６を透過した二酸化炭素が、二酸化炭素排出孔１９ａを通って、ＤＭＦＣユニットＵ１の外部に排出されるようになっている。
そして、このようなケース１７には、ケース本体１８とケース蓋１９とを組み付けるための複数のボルトＢが付随しており、この複数のボルトＢによって、ＭＥＡ１１などの収容状態が維持されるようになっている。
【００２２】
≪ＤＭＦＣユニットの動作≫
次に、ＤＭＦＣユニットＵ１の動作について、図２を主に参照して簡単に説明する。
【００２３】
＜ＤＭＦＣユニット−アノード側＞
まず、ＤＭＦＣユニットＵ１のアノード側について説明する。
メタノール水溶液（メタノール濃度は例えば１０質量％）が、外部の燃料カートリッジから適宜な配管を介して、不織布１５の燃料供給部１５ａに供給される。燃料供給部１５ａに供給されたメタノール水溶液は、毛管現象によって不織布１５内を流通し、拡散する。次いで、メタノール水溶液は、集電板１３の燃料流通孔１３ａを通って、ＭＥＡ１１のアノード１１Ｂの全面に供給される。
【００２４】
メタノール水溶液が供給されたアノード１１Ｂでは、ＤＭＦＣユニットＵ１が接続した携帯端末の電力要求に応じて、次の式（１）に示すように、担持された白金などの触媒存在下で、メタノールと水とが反応し、プロトン（Ｈ+）、二酸化炭素（ＣＯ2）、電子（ｅ-）が発生する。次いで、プロトン（Ｈ+）は濃度勾配を駆動力として、電解質膜１１Ａ中をカソード１１Ｃに向かって移動する。
【００２５】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …（１）
【００２６】
一方、式（１）に示すように、アノード１１Ｂで生成した二酸化炭素は、アノード１１Ｂから燃料流通孔１３ａを通って、不織布１５内に侵入する。その後、発電が進んで、不織布１５内に侵入した二酸化炭素の量が増加すると、不織布１５内で二酸化炭素の気泡が形成される。ここで、二酸化炭素の気泡は不織布１５内に存在するため、二酸化炭素の気泡の移動度は小さく、二酸化炭素の気泡が不織布１５内を浮遊することはない。すなわち、例えば、発電中にＤＭＦＣユニットＵ１の向きが、例えば上下逆となっても、二酸化炭素の気泡が不織布１５内を浮遊することはない。
【００２７】
その後、発電が進んで、不織布１５内の二酸化炭素の気泡が大きくなり、この気泡が二酸化炭素透過膜１６に接触すると、前記気泡を形成していた二酸化炭素が、二酸化炭素透過膜１６を透過し、速やかにＤＭＦＣユニットＵ１の外部に排出される。
【００２８】
＜ＤＭＦＣユニット−カソード側＞
次に、ＤＭＦＣユニットＵ１のカソード側について説明する。
外部の酸素を含む空気が、空気流通孔１８ａ、空気流通孔１２ａを通って、ＭＥＡ１１のカソード１１Ｃに供給される。カソード１１Ｃでは、空気中の酸素と、電解質膜１１Ａを移動してきたプロトン（Ｈ+）と、外部の携帯端末（外部負荷）を経由した電子（ｅ-）とが反応し、次の式（２）に示すように、水が生成する。
【００２９】
Ｏ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏ  …（２）
【００３０】
このように、アノード１１Ｂ、カソード１１Ｃでの反応が連続的に起こることによって、ＤＭＦＣユニットＵ１が継続して発電する。
また、第１実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ１によれば、前記したように、アノード１１Ｂで生成した二酸化炭素が不織布１５内で浮遊せず、さらに、生成した二酸化炭素量が多くなり、前記二酸化炭素の気泡が成長して大きくなると、この気泡が二酸化炭素透過膜１６と接触し、二酸化炭素透過膜１６を透過して、逐次に外部に排出されるため、不織布１５内に二酸化炭素が残存しにくくなる。これにより、不織布１５内のメタノール水溶液の流通性は低下しにくくなると共に、アノード１１Ｂに安定してメタノール水溶液を供給することができる。したがって、ＤＭＦＣユニットＵ１が安定して発電することができる。
【００３１】
≪第２実施形態≫
次に、第２実施形態に係るＤＭＦＣユニットについて、図４から図８を参照して説明する。
参照する図面において、図４は、第２実施形態に係るＤＭＦＣユニットの斜視図である。図５は、図４に示すＤＭＦＣユニットのＹ−Ｙ断面図である。図６は、図４に示すＤＭＦＣユニットの分解斜視図である。図７は、図６に示す燃料タンクユニットの斜視図である。図８は、ＭＥＡモジュールを折り返して、燃料タンクを挟む状況を示す断面図である。
【００３２】
≪ＤＭＦＣユニットの構成≫
図４に示すように、第２実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ２（燃料電池ユニット）は、第１実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ１とその外形が同様に板状であるが、図５に示すように、ＤＭＦＣユニットＵ２は、直列に接続された２つのＭＥＡ（第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２）を内蔵している。ＤＭＦＣユニットＵ２は、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２（他の膜電極接合体）とがモジュール化されたＭＥＡモジュール２０と、燃料タンク３０と、アノード２１Ｂ、２２Ｂで発生した二酸化炭素を排出する複数（図５では４本）の二酸化炭素透過膜チューブ４１と、２枚の不織布４５、４５（液体燃料流通部材）と、ケース５０とを主に備えている。
【００３３】
＜ＭＥＡモジュール＞
図５、図８に示すように、ＭＥＡモジュール２０は、第１ＭＥＡ２１と、第２ＭＥＡ２２と、集電板２３（アノード集電板）および集電板２４（カソード集電板）と、フレキシブル集電板２５とを主に備えている。ＭＥＡモジュール２０は、組み付けられた状態において、フレキシブル集電板２５が折り返されており、集電板２３と、フレキシブル集電板２５の集電部２５Ｃ（他のアノード集電板）とで、不織布４５、４５を介して、燃料タンク３０を挟んだ状態となっている（図８に示す矢印Ａ１、矢印Ａ２参照）。
【００３４】
［第１ＭＥＡ、第２ＭＥＡ］
第１ＭＥＡ２１は、図５に示すように、電解質膜２１Ａと、アノード２１Ｂと、カソード２１Ｃとから構成されており、電解質膜２１Ａは、アノード２１Ｂとカソード２１Ｃとで挟まれている。第２ＭＥＡ２２は、電解質膜２２Ａと、アノード２２Ｂと、カソード２２Ｃとから構成されており、電解質膜２２Ａは、アノード２２Ｂとカソード２２Ｃとで挟まれている。
【００３５】
第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とは、その間に燃料タンク３０等が介在するものの、その厚さ方向に配列しており、第１ＭＥＡ２１のアノード２１Ｂと第２ＭＥＡ２２のアノード２２Ｂとが対向している。つまり、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とは、そのアノード側同士が対向している。アノード２１Ｂとアノード２２Ｂとの間の燃料タンク３０には、メタノール水溶液が供給され、燃料タンク３０からその両側のアノード２１Ｂとアノード２２Ｂとに、メタノール水溶液がそれぞれ供給されるようになっている。すなわち、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とは、燃料タンク３０を共有しており、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とに、燃料タンク３０をそれぞれ備えた場合と比較して、ＤＭＦＣユニットＵ２の厚さは薄くなっている。
【００３６】
［集電板、フレキシブル集電板］
集電板２３、集電板２４と、フレキシブル集電板２５とは、第１実施形態に係る集電板１２、１３と同様、第１ＭＥＡ２１、第２ＭＥＡ２２で発生した電位差に基づいて、電気エネルギーを効率的に取り出すための板である。
【００３７】
集電板２３（アノード集電板）は、第１ＭＥＡ２１のアノード２１Ｂに重ねられており、アノード２１Ｂに密着している。集電板２３には複数の燃料流通孔２３ａが形成されており、メタノール水溶液が、燃料タンク３０から燃料流通孔２３ａを通って、アノード２１Ｂに供給されるようになっている。また、集電板２３には、マイナス端子２３ｄが取り付けられている。さらに、集電板２３には、絶縁被膜２３ｆが形成されており、不要な短絡が防止されている。
集電板２４は、第２ＭＥＡ２２のカソード２２Ｃに重ねられており、カソード２２Ｃに密着している。集電板２４には複数の空気流通孔２４ａが形成されており、酸素を含む空気が、後記する空気流通孔５２ａと空気流通孔２４ａとを通って、カソード２２Ｃに供給されるようになっている。また、集電板２４には、プラス端子２４ｄが取り付けられている。さらに、集電板２４には絶縁被膜２４ｆが形成されており、不要な短絡が防止されている。
【００３８】
フレキシブル集電板２５は、集電板２３、２４の約２倍の大きさであり、その中央の折り返し部２５Ａと、その両側の集電部２５Ｂおよび集電部２５Ｃとを備えており、折り返し部２５Ａで約１／２に折り返されている（図８参照）。フレキシブル集電板２５の厚さは、約０．０５〜０．２ｍｍであり、フレキシブル集電板２５はフレキシブル性（可撓性）を有している。これにより、フレキシブル集電板２５は、折り返し部２５Ａで折り返された状態が継続しても、折り返し部２５Ａにおいて亀裂などが発生せず、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２との電気的接続が、断線しないようになっている。これと共に、フレキシブル集電板２５全体がフレキシブル性を有するため、集電部２５Ｂとカソード２１Ｃとの密着性、集電部２５Ｃとアノード２２Ｂとの密着性も高くなっている。
【００３９】
集電部２５Ｂは、第１ＭＥＡ２１のカソード２１Ｃに重ねられ密着しており、第１ＭＥＡ２１のカソード２１Ｃの集電板として機能している。そして、集電部２５Ｂには、複数の空気流通孔２５Ｂａが形成されており、外部の酸素を含む空気が、後記する空気流通孔５１ａと、空気流通孔２５Ｂａとを通って、カソード２１Ｃに供給されるようになっている。
集電部２５Ｃ（特許請求の範囲における「他のアノード集電板」）は、第２ＭＥＡ２２のアノード２２Ｂに重ねられ密着しており、アノード２２Ｂの集電板として機能している。そして、集電部２５Ｃには、複数の燃料流通孔２５Ｃａが形成されており、メタノール水溶液が、燃料タンク３０から燃料流通孔２５Ｃａを通って、アノード２２Ｂに供給されるようになっている。
【００４０】
このようにして、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とは、フレキシブル集電板２５を集電板として共有している。そして、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とは、フレキシブル集電板２５によって、直列に且つ電気的に確実に接続されており、ＤＭＦＣユニットＵ２の電気的接続の信頼性は高められている。
また、フレキシブル集電板２５のうち、第１ＭＥＡ２１のカソード２１Ｃおよび第２ＭＥＡ２２のアノード２２Ｂと接触しない部分には、樹脂製の絶縁被膜２５ｆが適宜に形成されており、不要な短絡が防止されている。
【００４１】
＜燃料タンク＞
燃料タンク３０は、メタノール水溶液が貯溜された外部の燃料カートリッジ（図示しない）から、第１ＭＥＡ２１のアノード２１Ｂと第２ＭＥＡ２２のアノード２２Ｂとに供給されるメタノール水溶液が一時的に貯溜されるタンクである。燃料タンク３０は、図５から図７に示すように、平面視が矩形を呈する板状の燃料タンク本体３１と、端部３２、３２と、燃料取込パイプ３３と、燃料排出パイプ３４とを主に備えている。端部３２、３２は、燃料タンク本体３１の長手方向の端側で一体となっている。そして、各端部３２には、二酸化炭素透過膜チューブ４１の両端が適宜な方法によって、それぞれ固定されている。また、各端部３２には、二酸化炭素透過膜チューブ４１の数に対応した二酸化炭素排出孔３２ａが形成されている。
【００４２】
燃料タンク本体３１は、メタノール水溶液が一時的に貯溜される４本のスリット状の燃料流通路３１ａ（液体燃料貯溜空間）を有すると共に、各燃料流通路３１ａの両側に壁部（押圧部）を有している。この壁部は、ＤＭＦＣユニットＵ２が組み付けられた状態において、燃料タンク本体３１の下側に配置する集電板２３を第１ＭＥＡ２１側に押圧し、燃料タンク本体３１の上側に配置する集電部２５Ｃを第２ＭＥＡ２２側に押圧するようになっている（図５参照）。これにより、集電板２３とアノード２１Ｂ、集電部２５Ｃとアノード２２Ｂとは、良好に密着するようになっている。
【００４３】
各燃料流通路３１ａの深さ（図５における上下長さ）は、二酸化炭素透過膜チューブ４１の外径とほぼ等しくなっている。これにより、二酸化炭素透過膜チューブ４１の上下にそれぞれ配置する不織布４５、４５を透過した二酸化炭素が、燃料流通路３１ａ内で浮遊せずに、二酸化炭素透過膜チューブ４１と接触し、その内部４１ａに透過するようになっている。
【００４４】
燃料取込パイプ３３、燃料排出パイプ３４は、第２実施形態では、図７の右手前側（図５では右側）の燃料流通路３１ａに連通するように、燃料タンク本体３１に固定されている。そして、４つの燃料流通路３１ａは、前記壁部内に形成された連通路３１ｂによって相互に連通している。これにより、外部の燃料カートリッジ（図示しない）に接続した燃料取込パイプ３３からのメタノール水溶液が、４つの燃料流通路３１ａの全てに流通するようになっている。
【００４５】
また、燃料タンク本体３１の上面側および下面側（アノード２１Ｂ側、アノード２２Ｂ側）には、メタノール水溶液が、燃料流通路３１ａから、アノード２１Ｂまたはアノード２２Ｂの全面に供給されるように、複数の楕円状開口部３１ｃ、３１ｃが形成されている（図５、図７参照）。
【００４６】
＜二酸化炭素透過膜チューブ＞
二酸化炭素透過膜チューブ４１は、各燃料流通路３１ａ内にそれぞれ配置されている。各二酸化炭素透過膜チューブ４１の両端は、燃料タンク３０の端部３２、３２に固定されている。
二酸化炭素透過膜チューブ４１は、二酸化炭素をその内部４１ａに透過する機能を有しており、例えば、第１実施形態に係る二酸化炭素透過膜１６がチューブ状（筒状）に成形されたものである。このような二酸化炭素透過膜チューブ４１としては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンを基材とした多孔質膜チューブを使用することができる。そして、各二酸化炭素透過膜チューブ４１の両側に配置するアノード２１Ｂ、２２Ｂで生成し、不織布４５、４５を透過し、各燃料流通路３１ａに進んだ二酸化炭素が、二酸化炭素透過膜チューブ４１を透過し、その内部４１ａに導かれるようになっている。次いで、二酸化炭素透過膜チューブ４１の内部４１ａに導かれた二酸化炭素は、二酸化炭素透過膜チューブ４１内を流れた後、最終的には、端部３２、３２の二酸化炭素排出孔３２ａ、３２ａから排出されるようになっている（図４、図７参照）。
【００４７】
＜不織布＞
不織布４５、４５は、板状の燃料タンク本体３１の両面側（燃料タンク本体３１と集電板２３の間と、燃料タンク本体３１と集電部２５Ｃの間）に配置している。これにより、燃料流通路３１ａからのメタノール水溶液が、各不織布４５内を面方向に拡散しやすくなっている。これにより、メタノール水溶液が、アノード２１Ｂ、アノード２２Ｂの全面に供給されやすくなっている。
【００４８】
このようなＤＭＦＣユニットＵ２によれば、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２とで、燃料タンク３０を共有したため、その厚さが薄くなる。また、燃料タンク３０内に、二酸化炭素透過膜チューブ４１を備えたため、アノード２１Ｂおよびアノード２２Ｂで発生する二酸化炭素を外部に好適に排出しながら、ＤＭＦＣユニットＵ２が発電できる。
【００４９】
≪第３実施形態≫
次に、第３実施形態に係るＤＭＦＣユニットについて、図９を参照して説明する。図９は、第３実施形態に係るＤＭＦＣユニットの断面図である。
【００５０】
≪ＤＭＦＣユニットの構成≫
図９に示すように、第３実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ３（燃料電池ユニット）は、第２実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ２に対して、不織布４５、４５を取り除いた構成となっている。これより、ＤＭＦＣユニットＵ３の厚さは、若干薄くなる。また、不織布４５、４５がないため、アノード２１Ｂ、アノード２２Ｂで発生した二酸化炭素が、二酸化炭素透過膜チューブ４１に接触した後、その内部４１ａに透過し、良好に排出されるようになっている。
【００５１】
≪第４実施形態≫
次に、第４実施形態に係るＤＭＦＣユニットについて、図１０を参照して説明する。図１０は、第４実施形態に係るＤＭＦＣユニットの断面図である。
【００５２】
≪ＤＭＦＣユニットの構成≫
図１０に示すように、第４実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ４（燃料電池ユニット集合体）は、第２実施形態に係る燃料タンク３０に代えて二酸化炭素排出プレート６０（二酸化炭素流通部材）を、二酸化炭素透過膜チューブ４１に代えて２枚の二酸化炭素透過膜４２、４２を、不織布４５、４５に代えて不織布４６、４６（液体燃料流通部材）を備えている。すなわち、ＤＭＦＣユニットＵ４は、第１ＭＥＡ２１を含む図示下側のＤＭＦＣユニットと、第２ＭＥＡ２２を含む図示上側のＤＭＦＣユニットとからなる一対のＤＭＦＣユニットを備えている。そして、この一対のＤＭＦＣユニットは、不織布４６、４６と、二酸化炭素透過膜４２、４２とを介して、二酸化炭素排出プレート６０を挟んでいる。
【００５３】
＜二酸化炭素排出プレート＞
二酸化炭素排出プレート６０は、板状かつ枠状の排出プレート本体６１と、二酸化炭素が排出される二酸化炭素排出パイプ６２とを主に備えている。排出プレート本体６１は、複数（図１０では４本）のスリット状の二酸化炭素排出通路６１ａ（二酸化炭素流通空間）を有しており、隣り合う二酸化炭素排出通路６１ａ、６１ａの間は、流路壁６１ｂ（押圧部）となっている。流路壁６１ｂは、ＤＭＦＣユニットＵ４が組み付けられた状態において、その上下両側に配置する、二酸化炭素透過膜４２および集電板２３を第１ＭＥＡ２１側に、二酸化炭素透過膜４２および集電部２５Ｃを第２ＭＥＡ２２側に、それぞれ押圧するようになっている。これにより、集電板２３とアノード２１Ｂ、集電部２５Ｃとアノード２２Ｂとは、良好に密着するようになっている。
【００５４】
二酸化炭素排出パイプ６２は、第４実施形態では、図１０の右側の二酸化炭素排出通路６１ａに連通するように、排出プレート本体６１に固定されている。そして、隣り合う二酸化炭素排出通路６１ａは、流路壁６１ｂ内に形成された連通路６１ｃによって、相互に連通している。
【００５５】
＜二酸化炭素透過膜＞
二酸化炭素透過膜４２、４２は、排出プレート本体６１をその両面側から挟んでいる。そして、アノード２１Ｂ、アノード２２Ｂで生成した二酸化炭素が、二酸化炭素透過膜４２、４２を透過して、二酸化炭素排出通路６１ａに導かれるようになっている。
【００５６】
＜不織布＞
不織布４６、４６は、二酸化炭素透過膜４２、４２と、集電板２３または集電部２５Ｃとの間に挟まれている。そして、不織布４６、４６の一端側（図１０の右側）は合流し、ＤＭＦＣユニットＵ４の外側に露出している。そして、この露出した部分に、メタノール水溶液を供給することで、メタノール水溶液が不織布４６、４６内を毛管現象によって、流通するようになっている。次いで、流通したメタノール水溶液は、アノード２１Ｂとアノード２２Ｂとにそれぞれ供給されるようになっている。
【００５７】
このようなＤＭＦＣユニットＵ４によれば、第１ＭＥＡ２１と第２ＭＥＡ２２との間に、二酸化炭素排出プレート６０を介在させたため、アノード２１Ｂ、アノード２２Ｂで発生した二酸化炭素が二酸化炭素透過膜４２、４２を透過した後、二酸化炭素排出通路６１ａに流れ込み、その後、二酸化炭素排出パイプ６２を通って、外部に排出される。このようにして、ＤＭＦＣユニットＵ４は、二酸化炭素を外部に好適に排出しながら、良好に発電することができる。
【００５８】
≪第５実施形態≫
次に、第５実施形態に係るＤＭＦＣユニットについて、図１１を参照して説明する。図１１は、第５実施形態に係るＤＭＦＣユニットの断面図である。
【００５９】
≪ＤＭＦＣユニットの構成≫
図１１に示すように、第５実施形態に係るＤＭＦＣユニットＵ５（燃料電池ユニット）は、第１実施形態に係る不織布１５に代えて燃料タンク７０を、二酸化炭素透過膜１６に代えて二酸化炭素透過膜チューブ４１を、ケース１７に代えてケース１７Ａを主に備えている。
【００６０】
燃料タンク７０は、枠状の燃料タンク本体７１と、燃料取込パイプ７２と、燃料排出パイプ（図示しない）を主に備えている。枠状の燃料タンク本体７１は、内部にメタノール水溶液が一時的に貯溜される燃料貯溜空間７１ａを有している。二酸化炭素透過膜チューブ４１は、燃料貯溜空間７１ａに配置されており、その両端は第２実施形態と同様に端部（図示しない）に固定されており、外気に開放されている（図７参照）。よって、二酸化炭素透過膜チューブ４１の内部４１ａに透過した二酸化炭素が、ＤＭＦＣユニットＵ５の外部に排出されるようになっている。
【００６１】
燃料貯溜空間７１ａの深さ（図１１における上下長さ）は、二酸化炭素透過膜チューブ４１の外径と略等しく設定されており、アノード１１Ｂで発生した二酸化炭素が、二酸化炭素透過膜チューブ４１に接触しやすくなっている。
【００６２】
したがって、このようなＤＭＦＣユニットＵ５によれば、燃料タンク７０内に二酸化炭素透過膜チューブ４１を配置したことによって、アノード１１Ｂで発生した二酸化炭素が、二酸化炭素透過膜チューブ４１の内部に透過し、ＤＭＦＣユニットＵ５の外部に排出される。これにより、燃料タンク７０の燃料貯溜空間７１ａ内に二酸化炭素が浮遊せず、ＤＭＦＣユニットＵ５が好適に発電することができる。
【００６３】
以上、本発明の好適な実施形態について一例を説明したが、本発明は前記各実施形態に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、各種実施形態を適宜に組み合わせてもよいし、例えば以下のように変形することもできる。
【００６４】
前記した第１実施形態では、液体燃料流通部材を不織布１５とした場合について説明したが、これに限定されず、液体燃料流通部材をセラミックスなどの多孔質体から構成してもよい。この場合において、多孔質体の厚さは１ｍｍ程度であることが好ましい。
【００６５】
前記した第１実施形態では、ＤＭＦＣユニットＵ１が携帯端末の外部電源である場合について説明したが、図１２に示すように、ＤＭＦＣユニットＵ１は、燃料カートリッジＣＲと共にノートパソコンＰＣ（電子機器）に搭載された場合であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００６６】
【図１】第１実施形態に係るＤＭＦＣユニットの斜視図である。
【図２】図１に示すＤＭＦＣユニットのＸ−Ｘ断面図である。
【図３】図１に示すＤＭＦＣユニットの分解斜視図である。
【図４】第２実施形態に係るＤＭＦＣユニットの斜視図である。
【図５】図４に示すＤＭＦＣユニットのＹ−Ｙ断面図である。
【図６】図４に示すＤＭＦＣユニットの分解斜視図である。
【図７】図６に示す燃料タンクユニットの斜視図である。
【図８】第２実施形態に係るＭＥＡモジュールを折り返して、燃料タンクを挟む状況を示す断面図である。
【図９】第３実施形態に係るＤＭＦＣユニットの断面図である。
【図１０】第４実施形態に係るＤＭＦＣユニットの断面図である。
【図１１】第５実施形態に係るＤＭＦＣユニットの断面図である。
【図１２】ＤＭＦＣユニットの他の実施形態に係る斜視図である。
【符号の説明】
【００６７】
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３、Ｕ５  ＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット）
Ｕ４    ＤＭＦＣユニット（燃料電池ユニット集合体）
１０、２０  ＭＥＡモジュール
１１    ＭＥＡ
１１Ｂ  アノード
１３    集電板（アノード集電板）
１５、４５、４６  不織布（液体燃料流通部材）
１６、４２  二酸化炭素透過膜
２１    第１ＭＥＡ
２１Ｂ  アノード
２２    第２ＭＥＡ（他の膜電極接合体）
２２Ｂ  アノード
２３    集電板（アノード集電板）
２５    フレキシブル集電板
２５Ｃ  集電部（他のアノード集電板）
３０    燃料タンク
３１ａ  燃料流通路（液体燃料貯溜空間）
３１ｂ  連通路
４１    二酸化炭素透過膜チューブ
６０    二酸化炭素排出プレート（二酸化炭素流通部材）
６１ａ  二酸化炭素排出通路（二酸化炭素流通空間）
６１ｂ  流路壁（押圧部）
ＰＣ    ノートパソコン（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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