(57)【要約】【課題】  外部から水を供給することなく、常に良好な発電性能が得られる燃料電池を提供すること。【解決手段】  互いに対向して配置されたアノード側電極６およびカソード側電極７を有するセル２と、前記アノード側電極６に燃料を供給するための燃料供給溝１１を有するセパレータ４とを備える燃料電池１において、前記カソード側電極７において生成された水を前記アノード側電極６に向けて環流する環流手段５を備え、この環流手段５により環流された水を貯蔵し、この貯蔵した水を前記アノード側電極６に供給する水貯蔵部２４，２５が設けられていることを特徴とする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向して配置されたアノード側電極およびカソード側電極を有するセルと、前記アノード側電極に燃料を供給するための燃料供給溝を有するセパレータとを備える燃料電池において、
前記カソード側電極において生成された水を前記アノード側電極に向けて環流する環流手段を備え、
この環流手段により環流された水を貯蔵し、この貯蔵した水を前記アノード側電極に供給する水貯蔵部が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記セパレータが複数の孔を有する多孔材質からなり、前記水貯蔵部が前記孔により構成されてい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】
前記環流手段が、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間に設けられた電解質膜を備え、
この電解質膜が、前記カソード側電極および前記アノード側電極の水圧が等しくなるように、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間において毛細管現象を利用して水を移動させ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】
前記カソード側電極を大気に開放することにより、カソード反応において必要な酸素を大気中から取り込むことができるように構成されており、
前記カソード側電極を大気に開放または遮断するためのシャッターを備えることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項５】
前記シャッターが、引き戸式またはカーテン式であることを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記アノード側電極において生成されたガスを排出する排出路と、この排出路に設けられた開閉弁とを備えることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池。
【請求項７】
前記燃料が、ジメチルエーテルであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池セルがセパレータによって挟持されて構成される燃料電池に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題の高まりに伴って、種々の燃料電池が使用されてきている。これら燃料電池の中には、アノード側電極とカソード側電極とによって電解質膜が挟まれて構成されるセルと、このセルを挟持するセパレータとを備えたものが周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。そして、アノード側電極に例えば水素を有する燃料ガスを供給し、カソード側電極に酸素を有する酸化剤を供給することによって、電気化学的な反応により発電が行われるようになっている。
【０００３】
この種の燃料電池は、電解質膜や上記両電極を湿潤状態に維持するための水分や、燃料ガスとの反応に必要な反応水をアノード側電極に供給する必要がある。
そこで、燃料ガスを加湿して過飽和水ガスとしてから、この燃料ガスをセパレータに設けられた供給路を介してアノード側電極に供給するものが知られている。
【特許文献１】特表２００２−５０５５１１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、上記のような構成によると、アノード側電極などに水を供給するための装置が必要となり、燃料電池自体が複雑化、大型化してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、外部から水を供給することなく、常に良好な発電性能が得られ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】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を提供する。
請求項１に係る発明は、互いに対向して配置されたアノード側電極およびカソード側電極を有するセルと、前記アノード側電極に燃料を供給するための燃料供給溝を有するセパレータとを備える燃料電池において、前記カソード側電極において生成された水を前記アノード側電極に向けて環流する環流手段を備え、この環流手段により環流された水を貯蔵し、この貯蔵した水を前記アノード側電極に供給する水貯蔵部が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る燃料電池においては、カソード側電極において生成された水が、環流手段により環流され、この環流された水が水貯蔵部に貯蔵される。そして、この水貯蔵部からアノード側電極に水が供給される。
これにより、カソード側電極において生成された水を、アノード側電極の反応水として利用することができるだけでなく、その水によってアノード側電極の湿潤状態を維持することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記セパレータが複数の孔を有する多孔材質からなり、前記水貯蔵部が前記孔により構成されていることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、環流手段により環流された水が多孔材質からなるセパレータの複数の孔に貯蔵され、その複数の孔からアノード側電極に水が供給される。
これにより、部品点数を増やすことなく簡易な構成によって、環流された水を確実に貯蔵、供給することができる。
【０００９】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料電池において、前記環流手段が、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間に設けられた電解質膜を備え、この電解質膜が、前記カソード側電極および前記アノード側電極の水圧が等しくなるように、前記カソード側電極と前記アノード側電極との間において毛細管現象を利用して水を移動させることを特徴とする。
【００１０】
この発明に係る燃料電池においては、燃料電池の運転時にはカソード側電極において水が生成されるため、アノード側電極に対してカソード側電極の水圧が高くなる。そのため、電解質膜の毛細管現象により、両電極の圧力差が無くなるまで、カソード側電極の水が電解質膜を介してアノード側電極に向けて移動する。そして、水貯蔵部に水が所定の量貯蔵されていないときには、カソード側電極から環流してきた水が水貯蔵部に送られそこで貯蔵される。
これにより、自然現象を利用した簡易な構成によって、カソード側電極において生成された水を確実に環流させることができ、アノード側電極や電解質膜の湿潤状態を維持することができる。
【００１１】
請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の燃料電池において、前記カソード側電極を大気に開放することにより、カソード反応において必要な酸素を大気中から取り込むことができるように構成されており、前記カソード側電極を大気に開放または遮断するためのシャッターを備えることを特徴とする。
【００１２】
この発明に係る燃料電池においては、運転時にはシャッターが開けられてカソード側電極が大気に開放される。そしてカソード側電極に大気中の酸素が取り込まれる。一方、運転停止時にはシャッターが閉められてカソード側電極が覆われる。そのため、運転停止時においてカソード側電極が大気から遮断される。
ここで、カソード側電極が大気に開放された状態で運転を停止すると、運転停止時には水が生成されないため、カソード側電極から水分が蒸発してしまい、カソード側電極やアノード側電極などが乾燥してしまう。そして、それらの乾燥によって適正な電池特性が得られなくなってしまう。
本発明においては、シャッターを閉じることにより、カソード側電極が大気から遮断されるため、運転停止時にカソード側電極から水分が蒸発して大気に発散するのが防止される。そのため、両電極や電解質膜の湿潤状態を確実に維持することができるだけでなく、水の利用効率を向上させることができる。
【００１３】
請求項５に係る発明は、請求項４に記載の燃料電池において、前記シャッターが、引き戸式またはカーテン式であることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、引き戸式またはカーテン式のシャッターによって、カソード側電極が大気に開放され、または大気から遮断される。
これにより、両電極や電解質膜の乾燥を容易かつ確実に防止することができる。
【００１４】
請求項６に係る発明は、請求項１から請求項５のいずれか一つに記載の燃料電池において、前記アノード側電極において生成されたガスを排出する排出路と、この排出路に設けられた開閉弁とを備えることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、運転時には、アノード側電極において生成されたガスが排出路を介して排出され、運転停止時には、開閉弁を閉じることによりアノード側電極が大気から遮断される。
これにより、運転停止時において、アノード側電極から水分が発散するのを防止することができ、両電極や電解質膜などが乾燥するのをより効果的に防止することができる。
【００１５】
請求項７に係る発明は、請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の燃料電池において、前記燃料が、ジメチルエーテルであることを特徴とする。
この発明に係る燃料電池においては、アノード側電極にジメチルエーテルが供給される。
ここで、燃料電池に使用される燃料の一つであるメタノールは毒性を有するため取り扱いが困難であり、また、メタノールを使用すると、クロスオーバー現象により燃料の利用効率が低下してしまう。
本発明においては、燃料としてジメチルエーテルを使用することにより、燃料の取り扱いを容易にし、利用効率を向上させることができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、水を供給するための装置を設ける必要がなく、小型化を容易にすることができるとともに、アノード側電極や電解質膜などの湿潤状態を維持し、常に良好な発電性能を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施例１）
以下、本発明の実施例における燃料電池について、図面を参照して説明する。
この燃料電池１は、例えばジメチルエーテルを燃料とするものであり、図１に示すように、発電を行うための単位セル（セル）２を備えている。そして、燃料電池１はこの単位セル２がセパレータ４により挟持されて構成されている。この燃料電池１は、単位セル２が１個から構成されるものであってもよいが、通常、充分な出力を得るために、単位セル２を重ねてそれらが一つのパッケージとして使用される。このパッケージが符号３に示すスタックと呼ばれるものである。
【００１８】
単位セル２は、互いに対向して配置されたカソード側電極部７およびアノード側電極部６を備えている。カソード側電極部７は、図２に示すように、電気化学的反応を起こさせるためのカソード側触媒層９を備えている。
カソード側触媒層９は、後述する電解質膜５の一面に連接されており、カーボンペーパーやカーボンクロスなどからなる電極基質の片方の面に、電極触媒が付着されて構成されている。このカソード側触媒層９の厚さは、５〜２０μｍの範囲にあることが好ましい。
そして、カソード側触媒層９に、多孔質カーボンペーパーなどから構成される拡散層１０が連接されている。拡散層１０は、カーボンペーパーやカーボン布などからなり、取り込み面１０ａから酸素を取り込み、それら酸素を拡散させてカソード側触媒層９の全体に酸素を行き渡らせるようになっている。
【００１９】
この拡散層１０には、図１に示すように、セパレータ４が連接されている。そのため、拡散層１０は、前記セパレータ４によって覆われて、大気から遮断されることにより、ほぼ密閉された状態になっている。
また、アノード側電極部６は、電解質膜５の他面に連接されたアノード側触媒層８を備えている。
このアノード側触媒層８はカソード側触媒層９と同様の構成となっている。そしてアノード側触媒層８に、セパレータ４が連接されている。
【００２０】
セパレータ４には、アノード側電極部６に燃料を供給するための燃料供給溝１１が設けられており、図３に示すように、燃料タンク２９により送られた燃料が燃料供給溝１１を通ってアノード側触媒層８に供給されるようになっている。この燃料供給溝１１には、排出管路（排出路）１２が設けられており、アノード側触媒層８において生成された二酸化炭素を排出するようになっている。また、セパレータ４には図１に示す空気供給溝１４が形成されており、不図示の空気ブロアから空気供給溝１４を介してカソード側触媒層９に空気が供給されるようになっている。
【００２１】
そして、上述したように、アノード側電極部６とカソード側電極部７との間にはイオン導電性を有する電解質膜５が設けられている。この電解質膜５としては、例えば、パーフルオロスルホン酸、スルホン化ポリイミド、スルホン化芳香族ポリエーテルケトン、スルホン化ポリアリーレン、酸性基含有ポリベンズイミダゾール、スルホン化ポリフェニール、リン酸ドープ高分子材などが用いられる。
【００２２】
本実施例における電解質膜５は、毛細管現象を利用してアノード側電極部６とカソード側電極部９との間で水を移動させることができるようになっている。すなわち、カソード側電極部９において水が生成され、アノード側電極部６の水が相対的に少なくなると、アノード側電極部６とカソード側電極部７との間の圧力差が無くなるように、カソード側電極部７から電解質膜を介してアノード側電極部６に水が移動するようになっている。すなわち、電解質膜５は環流手段として機能するものである。
【００２３】
また、本実施例におけるセパレータ４は、カーボン材料からなる多孔材質からなり、複数の孔２５を備えている。そして、これら複数の孔２５により、カソード側電極部７から環流された水が貯蔵されるようになっている。すなわち、複数の孔２５は水貯蔵層（水貯蔵部）２４を構成するものである。さらに、セパレータ４は、ポリテロラフルオロエチレン分散液などが塗布され、これらが加熱処理されて適度の撥水性を有した状態になっている。ここで云う適度の撥水性とは、前記多孔質体は吸水性を有するが、水を吸収しない空隙を全空隙の30%程度残すような性質をいう。このような撥水性はポリテトラフルオロエチレンの量と加熱処理温度を調整することで付与することができる。このような撥水性により、水貯蔵層２４に蓄えられた水が多孔質体の全空隙を埋めるのを防止することができ、そのため供給された燃料がアノード側触媒層８に拡散しにくくなるという弊害を防止することができる。
【００２４】
なお、アノード側電極部６の構成は、上記のものに限らず、例えば図４に示すように、水貯蔵層２４を有するセパレータ４に接触させてアノード側拡散層２７を設けるような構成にしてもよい。これにより、供給された水および燃料を拡散させてアノード側触媒層８全体にそれら水および燃料を行き渡らせることができる。
【００２５】
また、本実施例における燃料電池１は、図３に示すように、排出管路１２に、この排出管路１２を開放または閉鎖する開閉弁３０を備えている。そして、燃料電池１の運転時には、開閉弁３０を開状態とすることにより、アノード反応によって生成された二酸化炭素が排出されるようになっている。反対に、運転停止時には、開閉弁３０を閉状態とすることにより、アノード側電極部６を大気から遮断するようになっている。
【００２６】
次に、このように構成された本実施例における燃料電池１の作用について説明する。
まず、燃料電池１を運転する前に、開閉弁３０を開状態にする。そしてアノード側電極部６に、燃料タンク２９から燃料供給溝１１を介して燃料ガスを供給するとともに、空気ブロアを駆動してカソード側電極部７に空気供給溝１４を介して空気を供給する。すると、アノード側触媒層８において、燃料ガスであるジメチルエーテルが水と反応することにより、二酸化炭素とイオン化された水素（水素イオン）と電子とが生成される（ＣＨ3ＯＣＨ＋３Ｈ2Ｏ  →  ２ＣＯ2＋１２Ｈ+＋１２ｅ-）。これをアノード反応という。
【００２７】
これら生成物質のうち、電子は、外部回路を通ってカソード側触媒層９に電流として流れる。水素イオンは、電解質膜５を通ってカソード側触媒層９に移動する。また、二酸化炭素は排出管路１２を通って排出される。
そして、空気ブロアから空気供給溝１４を介して供給された空気中の酸素が拡散層１０の取り込み面１０ａから取り込まれ、カソード側触媒層９の全体に酸素が送られる。そして、カソード側触媒層９において、これら酸素と水素イオンと電子とが反応して水が生成される（３Ｏ2＋１２Ｈ+＋１２ｅ-→６Ｈ2Ｏ）。これをカソード反応という。この水は、後述するようにアノード側電極部６に向けて環流されることにより、燃料ガスの反応に使用されるとともに、アノード側触媒層８、カソード側触媒層９および電解質膜５を保湿する。
このようにして、外部回路に流れた電子により生じた電流が直流電流として利用される。
【００２８】
ここで、従来はアノード側電極部６に水を供給するための装置を別個に設ける必要があったが、本実施例における燃料電池１においては、以下のような作用により、水供給装置が不要となる。
運転時においては、カソード側触媒層９において水が生成されるため、カソード側触媒層９の水圧がアノード側触媒層８に対して高くなる。すると、電解質膜５の毛細管現象により、カソード側触媒層９からアノード側触媒層８に向けて電解質膜５を介して水が移動する。このとき、セパレータ４の水貯蔵層２４に所定の量の水が貯蔵されていない場合は、水貯蔵層２４に水が送られて貯蔵される。この水貯蔵層２４に所定の量の水が貯蔵され、かつアノード側触媒層８とカソード側触媒層９との間の圧力差が無くなって水圧バランスが平衡状態になると、水の移動が止まる。そして、水貯蔵層２４に貯蔵された水が、アノード側触媒層８に供給される。
そして、運転が停止されると、開閉弁３０を閉じることにより、アノード側触媒層８が大気から遮断された状態になる。そのため、アノード側触媒層８から水分が蒸発するのが防止される。
【００２９】
以上より、本実施例における燃料電池１においては、カソード側触媒層９において生成された水を、アノード側触媒層８の反応水として利用することができるだけでなく、環流された水が水貯蔵層２４に一旦貯蔵され、この水貯蔵層２４からアノード側触媒層８に水を供給することができる。そのため、アノード側触媒層８に必要な量の水を均一に供給することができるため、水の利用効率を向上させることができる。
また、カソード側触媒層９から環流される水や、水貯蔵層２４から供給される水によってアノード側電極部６、カソード側電極部７および電解質膜５の湿潤状態を維持することができる。そのため、外部から水を供給するための装置を設けることなく、常に良好な発電性能を得ることができる。
また、水を供給するための装置が不要となることから、燃料電池１全体の小型化を容易に図ることができる。
また、セパレータ４に水貯蔵層２４が設けられているため、水貯蔵のための部品を別個に設ける必要がなく、構成を簡易にすることができる。
【００３０】
さらに、電解質膜５の毛細管現象を利用して、アノード側電極部６とカソード側電極部７との間の水の移動を調整しているため、水量の検出や制御などの装置を不要とし、自然現象を利用した簡易な構成によって、湿潤状態を確実に維持することができる。
さらに、開閉弁３０を設けることにより、運転停止時において、アノード側電極部６とセパレータ４の孔２５から水分が発散するのを防止することができるため、アノード側触媒層８や電解質膜５などの乾燥を防止することができる。
また、燃料ガスとしてジメチルエーテルを使用していることから、メタノールと比較して、取り扱いを容易にすることができ、さらに、燃料ガスの利用効率を向上させることができる。
【００３１】
（実施例２）
次に、本発明の第２の実施例について説明する。
図５は、本発明の第２の実施例を示したものである。
図５において、図１から図４に記載の構成要素と同一部分については同一符号を付し、その説明を省略する。
この実施例と上記第１の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。
【００３２】
本実施例における燃料電池１は、上記第１の実施例における単位セル２のセパレータ４同士を連接するとともに、拡散層１０の取り込み面１０ａを大気に開放した構成とするものである。すなわち、この燃料電池１は、空気ブロアなどによりカソード側触媒層９に酸素を供給することなく、大気中から必要な酸素を取り込むようにした自己吸気式のものである。そのため、取り込み面１０ａから大気中の酸素が取り込まれ、この取り込まれた酸素をカソード側触媒層９に供給することによりカソード側触媒層９においてカソード反応が行なわれる。
【００３３】
ここで、燃料電池１の運転時には、上記と同様の作用により、カソード側触媒層９において生成された水が環流される。しかし、運転を停止すると、カソード側触媒層９において水が生成されなくなり、さらに取り込み面１０ａが大気に開放されていることから、カソード側電極部７の水分が蒸発してしまい、アノード側電極部６、カソード側電極部７および電解質膜５が乾燥してしまうおそれがある。しかし、本実施例における燃料電池１においては、以下のようにして、湿潤状態が維持される。
【００３４】
すなわち、運転を停止すると、カソード側触媒層９において水が生成されなくなるため、例えばカソード側触媒層９において蒸発などにより水分が減少すると、水圧バランスが崩れ、アノード側触媒層８の水圧がカソード側触媒層９に対して高くなる。すると、アノード側触媒層８からカソード側触媒層９に向けて電解質膜５を介して水が移動するとともに、水貯蔵層２４に貯蔵された水がアノード側触媒層８に供給される。そして、上記と同様に、アノード側触媒層８とカソード側触媒層９との間の水圧バランスが平衡状態になると、水の移動が止まる。
そのため、アノード側触媒層８や電解質膜５が保湿される。
【００３５】
以上より、上記と同様の効果を奏することができるだけでなく、カソード反応に必要な空気を供給するための装置が不要になるため、燃料電池１全体の構成をさらに簡易にし、小型化を容易にすることができる。
また、カソード側電極部７を大気に開放するため、運転停止時に水分が蒸発してしまうが、水貯蔵層２４により水が供給されるため、アノード側触媒層８や電解質膜５の乾燥が防止され、良好な電池性能を維持することができる。
なお、本実施例においては、単位セル２を２つ重ねた構成としているが、単位セル２を単独で構成するようにしてもよい。
【００３６】
（実施例３）
次に、本発明の第３の実施例について説明する。
図６および図７は、本発明の第３の実施例を示したものである。
この実施例と上記第２の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。
すなわち、本実施例における燃料電池１は、拡散層１０の取り込み面１０ａを覆うシャッター１５を備えている。シャッター１５は、ガス透過性の低い材料からなるシャッター幕１７を備えている。その材料には、例えばポリエチレン、ポリエステル、エチレン・酢酸ビニル共重合体、PVA、ポリアクリルニトリル、ポリスチレン、ナイロン、ビニロン、サランなどのプラスチックフィルムや、アルミニウムなどの金属箔、あるいはプラスチックフイルムと金属フイルムとの貼り合わせ材料などが用いられる。シャッター幕１７の外面には、シャッター幕１７を開閉操作するためのレバー１８が取り付けられており、そのシャッター幕１７の開閉方向に直交する方向の両端部には、その開閉動作を案内するためのガイド部２０が設けられている。
【００３７】
また、単位セル２の一端部１９には、シャッター幕１７を巻き取って収容するバネ式の巻き取り部１６が設けられており、不図示のバネによりシャッター幕１７は巻き取り部１６によって巻き取られる方向に常に付勢された状態になっている。そのため、シャッター幕１７は自由状態においては、常に巻き取り部１６内に巻き取られて収容されるようになっている。さらに、単位セル２の他端部２２には留め金２１が設けられており、シャッター幕１７を巻き取り部１６から引き出した状態で、留め金２１をレバー１８に掛けることにより、シャッター幕１７が引き出されたままロックされるようになっている。
【００３８】
このような構成のもと、運転時にはシャッター１５を開けて、取り込み面１０ａを大気に開放する。これにより、取り込み面１０ａから大気中の酸素が取り込まれる。一方、運転を停止したときは、レバー１８を操作して、巻き取り部１６からシャッター幕１７を引き出す。そして、レバー１８を単位セル２の他端部２２まで移動させ、このレバー１８に留め金２１を掛ける。これにより、シャッター幕１７が拡散層１０を覆った状態でロックされる。つまり、拡散層１０の取り込み面１０ａがシャッター１５により、大気から遮断された状態になる。
【００３９】
以上より、上記第２の実施例と同様の効果を奏することができるだけでなく、運転停止時において、アノード側電極部６や電解質膜５から水分が蒸発し大気に発散するのが防止される。そのため、アノード側電極部６や電解質膜５の乾燥を効果的に防止することができる。
【００４０】
（実施例４）
次に、本発明の第４の実施例について説明する。
図８から図１０は、本発明の第４の実施例を示したものである。
この実施例と上記第３の実施例とは基本的構成は同一であり、以下の点において異なるものとなっている。
すなわち、本実施例においては、単位セル２の他端部２２にも他の巻き取り部３１が設けられており、シャッター幕１７の開閉方向の両端が両巻き取り部１６，３１にそれぞれ連結されて構成されている。そして、巻き取り部１６には、図９に示すように、開放モータ３２が設けられており、他の巻き取り部３１には遮断モータ３３が設けられている。そして、両モータ３２，３３のいずれか一方を選択的に駆動することにより、シャッター幕１７がいずれかの巻き取り部１６，３１に巻き取られるようになっている。また、シャッター幕１７には、図１０に示すように、拡散層１０の取り込み面１０ａを開放するための開口部３４が形成されている。
【００４１】
このような構成のもと、燃料電池１の運転時には開放モータ３２を駆動して、巻き取り部１６にシャッター幕１７を巻き取らせる。すると、シャッター幕１７の開口部３４が他の巻き取り部３１から現れ、その開口部３４が取り込み面１０ａに一致する位置に配される。これにより、取り込み面１０ａが露出し大気に開放される。一方、運転停止時には遮断モータ３３を駆動する。すると、図９に示すように、シャッター幕１７が他の巻き取り部３１に巻き取られ、開口部３４も他の巻き取り部３１内に配される。そのため、取り込み面１０ａはシャッター幕１７により覆われて、大気から遮断される。
【００４２】
以上より、上記第３の実施例と同様の効果を奏することができるだけでなく、開放モータ３２および遮断モータ３３の駆動により、シャッター幕１７の開閉動作を容易に行うことができる。
【００４３】
（実施例５）
次に、本発明の第５の実施例について説明する。
図１１から図１３は、本発明の第５の実施例を示したものである。
本実施例においては、シャッター１５が引き戸式として構成されるものである。すなわち、拡散層１０の取り込み面１０ａを大気から遮断するための遮蔽板３７を備えており、この遮蔽板３７の開閉方向に直交する方向の両端がガイド部２０に形成された上溝３８および下溝３９に嵌合された状態になっている。
【００４４】
このような構成のもと、燃料電池１の運転時には遮蔽板３７をガイド部２０に沿ってスライドさせ、巻き取り面１０ａを露出させる。これにより巻き取り面１０ａが大気に開放される。一方、運転停止時には巻き取り面１０ａが覆われる位置まで、遮蔽板３７をガイド部２０に沿ってスライドさせる。これにより、取り込み面１０ａが大気から遮断される。
以上より、上記第４の実施例と同様の効果を奏することができる。
【００４５】
（実施例６）
次に、本発明の第６の実施例について説明する。
図１４は、本発明の第６の実施例を示したものである。
本実施例においては、シャッター１５がカーテン式として構成されるものである。すなわち、拡散層１０の取り込み面１０ａを大気から遮断するためのカーテン幕４１を備えており、ガイド部２０に設けられた上レール４２に、不図示の取り付け具を介して、カーテン幕４１が吊り下げられた状態になっている。
【００４６】
このような構成のもと、燃料電池１の運転時にはカーテン幕４１をスライドさせ、巻き取り面１０ａを露出させる。これにより巻き取り面１０ａが大気に開放される。一方、運転停止時には巻き取り面１０ａが覆われる位置まで、カーテン幕４１をスライドさせる。これにより、取り込み面１０ａは大気から遮断される。
以上より、上記第５の実施例と同様の効果を奏することができる。
【００４７】
なお、上記第１の実施例においては、環流手段として電解質膜５の毛細管現象を利用したが、これに限ることはなく、カソード側触媒層９に環流路を設け、この環流路を介して水貯蔵層２４に環流させるようにしてもよい。このとき、環流路により環流した水を水貯蔵層２４に直接環流させてもよいし、また燃料と混ぜてからこれら燃料と水とをともに送り込むようにしてもよい。
なお、上記第３から第６の実施例においては、カソード側電極部７にシャッター１５を設けるとしたが、これは設置しなくてもよい。ただし、シャッター１５を設けたほうが乾燥防止の点で、効果的であるのは上述した通りである。
また、排出管路１２に開閉弁３０を設けるとしたが、これは設置しなくてもよい。ただし、開閉弁３０を設けたほうが乾燥防止の点で効果的であるのは言うまでもない。
さらに、燃料ガスをジメチルエーテルとしたが、これに限ることはなく、水素やメタノールなどであってもよい。但し、ジメチルエーテルとした方がメタノールに対してメリットがあるのは上述した通りである。
なお、本発明の技術範囲は上記の第１から第６の実施例に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明に係る燃料電池の第１の実施例を示す分解斜視図である。
【図２】図１の単位セルの構成を示す断面図である。
【図３】図１の単位セルに燃料タンクが連結された様子を示す説明図である。
【図４】同実施例における単位セルの変形例を示す断面図である。
【図５】本発明に係る燃料電池の第２の実施例の要部を示す断面図である。
【図６】本発明に係る燃料電池の第３の実施例の要部を示す断面図である。
【図７】図６のシャッターを示す正面図である。
【図８】本発明に係る燃料電池の第４の実施例の要部を示す断面図である。
【図９】図８のシャッターを示す図であって、カソード側電極部を大気から遮断した様子を示す正面図である。
【図１０】図８のシャッターを示す図であって、カソード側電極部を大気に開放した様子を示す正面図である。
【図１１】本発明に係る燃料電池の第５の実施例の要部を示す断面図である。
【図１２】図１１のシャッターを示す図であって、カソード側電極部を大気から遮断した様子を示す正面図である。
【図１３】図１１の単位セルを側面から見た断面図である。
【図１４】本発明に係る燃料電池の第６の実施例の要部を示す断面図である。
【符号の説明】
【００４９】
１    燃料電池
２    単位セル（セル）
４    セパレータ
５    電解質膜（環流手段）
６    アノード側電極部
７    カソード側電極部
１１  燃料供給溝
１２  排出管路（排出路）
１５  シャッター
２４  水貯蔵層（水貯蔵部）
２５  孔（水貯蔵部）
３０  開閉弁
【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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