(57)【要約】【課題】液体燃料又は酸化剤ガスの濃度差を低減することにより、ＭＥＡの発電効率を高めることが可能な燃料供給部材、ガス供給部材、及び、これらを備える燃料電池を提供する。【解決手段】メタノール水溶液及び空気が供給されることで発電するＭＥＡ１０のアノード１２側に配置され、アノード１２にメタノール水溶液を供給するためのセパレータ２０であって、メタノール水溶液の入口となる燃料供給孔２２と、メタノール水溶液の出口となる燃料排出孔２３と、燃料供給孔２２と燃料排出孔２３とを連通しメタノール水溶液が流れる燃料流路２４と、を有する燃料供給系Ａを４つ備え、４つの燃料供給系Ａにおいて、一つの燃料供給系Ａの燃料供給孔２２と、他の燃料供給系Ａの燃料排出孔２３と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、アノード１２の外周縁よりも内側に配置されている。【選択図】図８
2008078100.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に形成されたカソードと、を備えて構成され、液体燃料及び酸化剤ガスが供給されることで発電する膜電極接合体の前記アノード側に配置され、前記アノードに液体燃料を供給する燃料供給部材であって、
液体燃料の入口となる燃料供給部、液体燃料の出口となる燃料排出部、及び、前記燃料供給部と前記燃料排出部とを連通し液体燃料が流れる燃料流路を有する、燃料供給系を複数備え、
一つの前記燃料供給系の前記燃料供給部と、他の前記燃料供給系の前記燃料排出部と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、前記アノードの外周縁よりも内側に配置されている
ことを特徴とする燃料供給部材。
【請求項２】
前記燃料供給系の各々において、前記燃料流路は複数であることを特徴とする請求項１に記載の燃料供給部材。
【請求項３】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に形成されたカソードと、を備えて構成され、液体燃料及び酸化剤ガスが供給されることで発電する膜電極接合体の前記カソード側に配置され、前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス供給部材であって、
酸化剤ガスの入口となるガス供給部、酸化剤ガスの出口となるガス排出部、及び、前記ガス供給部と前記ガス排出部とを連通し酸化剤ガスが流れるガス流路、を有する、ガス供給系を複数備え、
一つの前記ガス供給系の前記ガス供給部と、他の前記ガス供給系の前記ガス排出部と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、前記カソードの外周縁よりも内側に配置されている
ことを特徴とするガス供給部材。
【請求項４】
前記ガス供給系の各々において、前記ガス流路は複数であることを特徴とする請求項３に記載のガス供給部材。
【請求項５】
電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に形成されたカソードと、を備えて構成され、液体燃料及び酸化剤ガスが供給されることで発電する膜電極接合体と、
請求項１又は請求項２に記載の燃料供給部材、及び、請求項３又は請求項４に記載のガス供給部材の少なくとも一方と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給部材、ガス供給部材及び燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＤＭＦＣ（Direct Methanol Fuel Cell：直接メタノール型燃料電池）が盛んに開発されている。ＤＭＦＣは、電解質膜をアノード（燃料極）及びカソード（空気極）で挟んでなるＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜電極接合体）を備え、例えば、アノードにメタノール水溶液（液体燃料）が、カソードに酸素を含む空気（酸化剤ガス）が、それぞれ供給されることによって、ＭＥＡつまりＤＭＦＣが発電する。このようなＤＭＦＣには、ＭＥＡがその厚さ方向に積層して構成された積層型のＤＭＦＣ（これをＤＭＦＣスタックという）や、ＭＥＡがその面方向に配置された薄型のＤＭＦＣがある（特許文献１参照）。
【０００３】
さらに説明すると、ＤＭＦＣスタックにおいて、ＭＥＡはセパレータを介して積層され、このセパレータのうち、例えば、アノード側に配置されるセパレータには、メタノール水溶液の入口となる燃料供給部と、出口となる燃料排出部と、燃料供給部と燃料排出部を連通すると共に、アノードの全面にメタノール水溶液を行き渡らせるための１本の蛇行した燃料流路と、が形成されている。一方、カソード側に配置されるセパレータには、空気の入口となるガス供給部と、出口となるガス排出部と、ガス供給部とガス排出部を連通すると共に、カソードの全面に空気を行き渡らせるための１本の蛇行したガス流路と、が形成されている。
因みに、ＤＭＦＣスタックにおいて、セパレータを介して、複数のＭＥＡが電気的に直列に接続される場合、セパレータに集電板としての機能を持たせるため、セパレータは導電性材料から形成される。
【特許文献１】特開２００５−２７６６８５号公報（図１、図２）
【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、前記した１本の蛇行した燃料流路、ガス流路が形成されたセパレータでは、アノード側において、燃料供給部から燃料排出部までの流路長が長くなる。ここで、ＤＭＦＣのアノードにおける電極反応では、メタノールと水とが１：１で消費されるが、二酸化炭素が生成し、さらに、メタノール及び／又は水がＭＥＡをクロスオーバーする。したがって、前記した長い燃料流路において、燃料排出側のメタノール濃度が下がるという濃度分布が発生していた。その結果、燃料流路の燃料排出部側のアノードには、好適なメタノール濃度のメタノール水溶液が供給されにくくなり、ＭＥＡの発電効率が低下する場合があった。なお、このような濃度分布の発生は、カソード側でも発生する虞があった。
【０００５】
そこで、本発明は、液体燃料又は酸化剤ガスの濃度差を低減することにより、ＭＥＡの発電効率を高めることが可能な燃料供給部材、ガス供給部材、及び、これらを備える燃料電池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、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に形成されたカソードと、を備えて構成され、液体燃料及び酸化剤ガスが供給されることで発電する膜電極接合体の前記アノード側に配置され、前記アノードに液体燃料を供給する燃料供給部材であって、液体燃料の入口となる燃料供給部、液体燃料の出口となる燃料排出部、及び、前記燃料供給部と前記燃料排出部とを連通し液体燃料が流れる燃料流路を有する、燃料供給系を複数備え、一つの前記燃料供給系の前記燃料供給部と、他の前記燃料供給系の前記燃料排出部と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、前記アノードの外周縁よりも内側に配置されていることを特徴とする燃料供給部材である。
【０００７】
このような燃料供給部材を１つのＭＥＡのアノード側に配置して、複数の燃料供給系の燃料供給部に、燃料成分（例えばメタノール）と溶媒（例えば水）とを含む液体燃料（例えばメタノール水溶液）を供給すれば、燃料供給系の各々において、液体燃料は、燃料供給部から燃料流路を通って燃料排出部に向かって流れる。そして、各燃料流路からアノードに液体燃料が供給される。
【０００８】
ここで、複数の燃料供給系が形成されているので、燃料供給系の各々における燃料流路の流路長は、従来における１本の蛇行した燃料流路よりも短くなる。これにより、各燃料流路の流通方向において、液体燃料の濃度差（つまり、燃料成分の濃度差）が発生しにくくなる。言い換えると、低濃度の液体燃料が流通する燃料流路の流路長が短くなる。
したがって、各燃料流路の燃料排出部側からも好適な濃度の液体燃料がアノードに供給される。ゆえに、アノードの全面において、電極反応は良好に進行し、その結果として、ＭＥＡの発電効率は高くなる。
【０００９】
これに加えて、一つの燃料供給系の燃料供給部と、他の燃料供給系の燃料排出部と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、平面視において、アノードの外周縁よりも内側に配置されているので、各燃料流路の流路長は短くなる。よって、液体燃料の濃度差がさらに発生しにくくなる。なお、一つの燃料供給系の燃料供給部と、他の燃料供給系の燃料排出部と、の組み合わせは、例えば、燃料供給部材の面方向（ＭＥＡの面方向）において、隣同士のものが一組とされる。
【００１０】
また、本発明は、電解質膜と、前記電解質膜の一方の面に形成されたアノードと、前記電解質膜の他方の面に形成されたカソードと、を備えて構成され、液体燃料及び酸化剤ガスが供給されることで発電する膜電極接合体の前記カソード側に配置され、前記カソードに酸化剤ガスを供給するガス供給部材であって、酸化剤ガスの入口となるガス供給部、酸化剤ガスの出口となるガス排出部、及び、前記ガス供給部と前記ガス排出部とを連通し酸化剤ガスが流れるガス流路、を有する、ガス供給系を複数備え、一つの前記ガス供給系の前記ガス供給部と、他の前記ガス供給系の前記ガス排出部と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、前記カソードの外周縁よりも内側に配置されていることを特徴とするガス供給部材である。
【００１１】
このようなガス供給部材を１つのＭＥＡのカソード側に配置して、このガス供給部材を介して酸化剤ガスをカソードに供給すれば、燃料供給部材により得られた作用効果と同様に、各ガス流路の流路長が短くなり、この各ガス流路において、酸化剤ガスの濃度差（例えば、空気中に分散する酸素の濃度差）が発生しにくくなる。よって、カソードの全面に好適な濃度の酸化剤ガスが供給され、この全面において、電極反応が良好に進行し、その結果として、ＭＥＡの発電効率は高くなる。
これに加えて、一つのガス供給系のガス供給部と、他のガス供給系のガス排出部と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、平面視において、カソードの外周縁よりも内側に配置されているので、各ガス流路の流路長はさらに短くなる。
【００１２】
したがって、このような燃料供給部材及び／又はガス供給部材を備えた燃料電池は、液体燃料及び／又は酸化剤ガスの濃度差が発生しにくくなるため、良好に発電することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、液体燃料又は酸化剤ガスの濃度差を低減することにより、ＭＥＡの発電効率を高めることが可能な燃料供給部材、ガス供給部材、及び、これらを備える燃料電池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】
【００１４】
以下、本発明の一実施形態について、図面を適宜参照して説明する。
【００１５】
図１に示すように、ＤＭＦＣシステム１００は、ＤＭＦＣスタック１（燃料電池）と、メタノール水溶液（液体燃料）が貯溜された燃料カートリッジ９１と、ポンプ９２と、ファン９３とを備えている。そして、ポンプ９２が作動すれば、燃料カートリッジ９１からＤＭＦＣスタック１に、メタノール水溶液が圧送されるようになっている。また、ファン９３が作動すれば、酸素を含む空気がＤＭＦＣスタック１に供給されるようになっている。
【００１６】
≪ＤＭＦＣスタックの構成≫
図２に示すように、ＤＭＦＣスタック１は、略立方体を呈している。図２及び図３に示すように、ＤＭＦＣスタック１は、複数のＭＥＡ１０と、複数のセパレータ２０（燃料供給部材）と、シール部材３１〜３４と、上端板４０と、下端板５０とを備えている。そして、ＤＭＦＣスタック１は、ＭＥＡ１０とセパレータ２０とが交互に積層され、この積層されたものを一対の上端板４０と下端板５０とで挟み込んだ構造となっている。さらに、上端板４０と下端板５０とが、ボルト６１及びナット６２（締結手段）によって締結されており、この挟み込んだ構造が維持されている。
なお、ボルト６１等の数、及び、締結位置は、図２に示すように、上端板４０及び下端板５０の四隅に限定されず、ＭＥＡ１０とセパレータ２０との密着性を高めるため、上端板４０及び下端板５０の外周縁に沿って、例えば１２本のボルト６１及び１２個のナット６２を使用し、１２箇所で締結するようにしてもよい。
【００１７】
ここで、本実施形態では、ＭＥＡ１０のアノード１２が、平面視において、仮想的に４つの同面積のアノード１２Ａに分割されると共に（図４参照）、セパレータ２０（燃料供給部材）が、４つのアノード１２Ａに対応して、４つの燃料供給系Ａを有し（図６、図８参照）、各燃料供給系Ａから各アノード１２Ａにメタノール水溶液が供給される場合を例示する。
【００１８】
＜ＭＥＡ＞
図３に示すように、ＭＥＡ１０は、１価の陽イオン交換膜等から構成される電解質膜１１と、電解質膜１１の上面（一方の面）に形成されると共にカーボンペーパ等から構成されるアノード１２（燃料極）と、電解質膜１１の下面（他方の面）に形成されると共にカーボンペーパ等から構成されるカソード１３（空気極）とを備えている。さらに説明すると、ＭＥＡ１０は、下方に向かって、アノード１２、電解質膜１１、カソード１３の順に配置され、アノード１２とカソード１３とで、電解質膜１１を挟んだ構造となっている。そして、アノード１２にメタノール水溶液が、カソード１３に空気がそれぞれ供給されると、ＭＥＡ１０が発電するようになっている。
【００１９】
また、アノード１２の全面には、アノード１２における電極反応（式（１）参照）を促進させるための触媒（Ｐｔ等）が含まれている。本実施形態において、アノード１２の全面に含まれる触媒には、後記するように、好適なメタノール濃度のメタノール水溶液が供給されるので、アノード１２の全触媒において、電極反応が良好に進み、その結果として、ＭＥＡ１０の発電効率が高くなるようになっている。
一方、カソード１３の全面には、カソード１３における電極反応（式（２）参照）を促進するための触媒（Ｐｔ等）が含まれている。
【００２０】
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …（１）
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  …（２）
【００２１】
さらに、図４に示すように、電解質膜１１は、その平面視において、アノード１２及びカソード１３よりも大きく、アノード１２及びカソード１３の外周縁は、電解質膜１１の外周縁よりも内側に位置している。
【００２２】
さらにまた、アノード１２の中央部分には、シール部材３２（図９参照）が配置される２つの配置孔１２ａが形成されている。一方、カソード１３の中央部分には、シール部材３４（図１０参照）が配置される２つの配置孔１３ａが形成されている。
また、電解質膜１１には、平面視において、４つの燃料供給孔１１ａが下端板５０の４つの燃料供給孔５２（図１２参照）と対応する位置に形成されており、４つの燃料排出孔１１ｂが上端板４０の４つの燃料排出孔４３（図１１参照）に対応する位置に形成されている。
【００２３】
＜セパレータ＞
図３に戻って説明を続ける。
セパレータ２０は、積層方向において隣り合う２つのＭＥＡ１０、１０を隔てる板状の部材であると共に、その下面に密着するアノード１２の全面にメタノール水溶液を供給する燃料供給部材としての機能と、その上面に密着するカソード１３の全面に空気を供給するガス供給部材としての機能と、上面及び下面に密着するアノード１２及びカソード１３から効率的に電気エネルギを取り出す集電板としての機能と、を主に備えている。
【００２４】
＜セパレータ−ガス供給部材としての機能＞
図５及び図７に示すように、セパレータ２０の上面には、空気が流通する溝状の１４本の空気流路２１が形成されている。なお、１４本の空気流路２１は、セパレータ２０の上面に密着するカソード１３の全面に空気が供給されるように配置されている。
【００２５】
＜セパレータ−燃料供給部材としての機能＞
図６及び図８に示すように、セパレータ２０は、仮想的に分割された４つのアノード１２Ａ（図４参照）に対応して、メタノール水溶液を供給する４つの燃料供給系Ａを備えている。各燃料供給系Ａは、厚さ方向においてセパレータ２０を貫通する長孔である燃料供給孔２２（燃料供給部、図５、図６参照）と、同じく貫通する長孔である燃料排出孔２３（燃料排出部、図５、図６参照）と、セパレータ２０の下面に溝状で形成されると共に、燃料供給孔２２と燃料排出孔２３とを連通すると共に、アノード１２へのメタノール水溶液が流れる８本の燃料流路２４と、を備えて構成されている。なお、８本の燃料流路２４は、対応するアノード１２Ａの全体にメタノール水溶液が供給されるように配置されている。
【００２６】
そして、各燃料供給系Ａにおいて、メタノール水溶液が、燃料供給孔２２、８本の燃料流路２４、燃料排出孔２３を順に流れ、各燃料流路２４を流れる際、各アノード１２Ａにメタノール水溶液が供給されるようになっている。その結果として、４つのアノード１２Ａが集合してなるアノード１２の全体に、メタノール水溶液が供給されるようになっている。
【００２７】
ここで、８本の燃料流路２４の１本毎の流路長は、従来の１本の蛇行した燃料流路よりも短くなっているので、つまり、従来、１つのアノードに隣接するセパレータは１本の蛇行した燃料流路を有する１つの燃料供給系のみを有していたことに対し、本実施形態では、１つのアノード１２を仮想的に分割して４つのアノード１２Ａとし、これに対応して、セパレータ２０に４つの燃料供給系Ａを形成しているので、各燃料供給系Ａにおける燃料流路２４の流路長さが従来よりも短くなっている。これにより、各燃料流路２４において、メタノール水溶液の濃度差（メタノール成分の濃度差）が低減され、つまり、燃料流路２４の燃料排出孔２３側（下流側）におけるメタノール水溶液の濃度低下が抑えられ、燃料流路２４の燃料排出孔２３側からも、好適な濃度のメタノール水溶液がアノード１２Ａに供給されるようになっている、その結果として、アノード１２Ａの全面、つまり、アノード１２の全体で電極反応が良好に進行し、ＭＥＡ１０の発電効率が高まるようになっている。
【００２８】
また、４つの燃料供給系Ａにおいて、一つの燃料供給系Ａの燃料供給孔２２と、他の燃料供給系Ａの燃料排出孔２３と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、アノード１２の外周縁よりも内側に配置されている。
具体的には、図８において、右上の燃料供給系Ａの燃料供給孔２２と左上の燃料供給系Ａの燃料排出孔２３との組み合わせからなる、面方向で隣同士の燃料供給孔２２と燃料排出孔２３との組と、右下の燃料供給系Ａの燃料供給孔２２と左下の燃料供給系Ａの燃料排出孔２３との組み合わせからなる、面方向で隣同士の燃料供給孔２２と燃料排出孔２３との組と、の二組は、アノード１２の最外周縁よりも内側に配置されている。これにより、各燃料供給系Ａにおける各燃料流路２４の流路長が短くなっており、各燃料流路２４においてメタノール水溶液の濃度差が発生しにくくなっている。
【００２９】
このようにセパレータ２０は、その上面側に空気流路２１が形成され、その下面側に燃料流路２４が形成されたものであるが、その他に例えば、その片面側に空気流路２１が形成されたセパレータと、その片面側に燃料流路２４が形成されたセパレータとを重ね合わせて、１つのセパレータ２０を構成してもよい。
【００３０】
さらに、セパレータ２０の上面において、シール部材３３及びシール部材３４が配置される部分は、シール部材３３及びシール部材３４が面方向にずれず位置決めされるように凹んでいる（図５、図１３参照）。言い換えると、燃料供給孔２２及び燃料排出孔２３の上面側開口部分は、シール部材３３等が位置決めされるように拡がっている。
一方、セパレータ２０の下面において、シール部材３１及びシール部材３２が配置される部分は、シール部材３１及びシール部材３２が面方向にずれず位置決めされるように凹んでいる（図６、図１３参照）。言い換えると、燃料供給孔２２及び燃料排出孔２３の下面側開口部分は、シール部材３１等が位置決めされるように拡がっている。
【００３１】
＜セパレータ−集電板としての機能＞
さらにまた、セパレータ２０は、導電性を有する材料（例えば金属、カーボン）から形成されると共に、その厚さは可能な限り薄く、適度な可撓性を有している。これにより、セパレータ２０は、隣り合うＭＥＡ１０、１０の間に介在され、上端板４０及び下端板５０によって、積層方向において締め付けられると、セパレータ２０が適度に撓んで、アノード１２及びカソード１３に密着し、電気エネルギが良好に取り出されるようになっている。
そして、その結果として、積層方向において隣り合うＭＥＡ１０、１０が、セパレータ２０を介して直列で接続されるようになっている。
【００３２】
＜シール部材＞
図９及び図１０に示すように、シール部材３１〜３４は、ＤＭＦＣスタック１内を流通するメタノール水溶液が、カソード１３、外部等に漏れずに、アノード１２に供給されるようにシールすると共に、メタノール水溶液が、燃料供給孔２２から燃料流路２４に、燃料流路２４から燃料排出孔２３に流れるようにガイドする部材であり、適宜な形状を有している。
【００３３】
＜上端板、下端板＞
図２及び図３に示すように、上端板４０及び下端板５０は、ＭＥＡ１０とセパレータ２０との積層状態を維持するために、これらを両外側から挟むプレートであり、適度な剛性を備えている。
また、図１１に示すように、上端板４０は、セパレータ２０の下面側（図６参照）と同様に、その下面に密着するアノード１２に対して燃料供給部材としての機能を備えており、４つの燃料供給系Ａ１を有している。各燃料供給系Ａ１は、厚さ方向において上端板４０を貫通しない燃料供給穴４２（燃料供給部）と、貫通する燃料排出孔４３（燃料排出部）と、燃料供給穴４２と燃料排出孔４３とを連通すると共に、メタノール水溶液が流れる８本の燃料流路４４と、を備えて構成されている。なお、燃料排出孔４３は、ＤＭＦＣスタック１内を流れたメタノール水溶液の出口として機能している。
【００３４】
一方、図１２に示すように、下端板５０は、セパレータ２０の上面側（図５参照）と同様に、その上面に密着するカソード１３に対してガス供給部材としての機能を備えている。下端板５０の上面には、セパレータ２０と同様に、空気が流通する溝状の１４本の空気流路５１が形成されている。その他、下端板５０には、厚さ方向において下端板５０を貫通し、ＤＭＦＣスタック１内へのメタノール水溶液の入口となる４つの燃料供給孔５２が形成されている。
【００３５】
また、上端板４０及び下端板５０は、金属等の導電性を有する材料から形成されている。そして、上端板４０は、その下面に密着するアノード１２の集電板として、下端板５０は、その上面に密着するカソード１３の集電板として、それぞれ機能するようになっている。さらに、上端板４０にはマイナス端子（図示しない）が設けられており、下端板５０にはプラス端子（図示しない）が設けられている。マイナス端子及びプラス端子は、ＤＭＦＣスタック１の出力端子であって、適宜な昇圧回路等を介して、外部負荷（例えばノートパソコン）が接続される。
【００３６】
≪ＤＭＦＣスタックの動作、効果≫
次に、ＤＭＦＣスタック１の動作、効果について、図１３を主に参照して説明する。
まず、メタノール水溶液の流れを説明する。ポンプ９２が作動すると、メタノール水溶液が、燃料カートリッジ９１から図示しないマニホールド（分岐管）を介して、下端板５０の４つの燃料供給孔５２に供給される。そうすると、メタノール水溶液は、燃料供給孔５２から、シール部材３３内、電解質膜１１の燃料供給孔１１ａ、シール部材３１内、セパレータ２０の燃料供給孔２２、…を鉛直上方に向かって流通する。
【００３７】
このように鉛直上方に向かって流れるメタノール水溶液の一部は、燃料供給孔２２から８本の燃料流路２４に分岐しつつ流れ込み、面方向に流れる。そして、燃料流路２４からアノード１２にメタノール水溶液が供給され、アノード１２において、電極反応が進行する。
【００３８】
アノード１２における燃料供給孔２２近傍では、電極反応によって、メタノール水溶液中の一部のメタノールが消費され、二酸化炭素が発生する。なお、二酸化炭素は、メタノール水溶液に同伴して流れ、後記するように外部に排出される。
そして、その下流側には、二酸化炭素と、一部のメタノールが消費されたメタノール水溶液の混合物が、次々と流通することになる。すなわち、燃料排出孔２３に到達するまで、メタノール水溶液中のメタノールが消費され続けながら、メタノール水溶液が燃料流路２４内を流れることになり、各燃料流路２４の下流側では上流側よりメタノール水溶液の濃度は低下することになる。また、クロスオーバーによってもメタノール水溶液の濃度が変化する。
【００３９】
しかし、本実施形態では、前記したように、従来よりも各燃料流路２４の流路長が短くなっているので、各燃料流路２４の下流側におけるメタノール水溶液の濃度低下を小さく抑えることができる。その結果として、アノード１２の全面に好適な濃度の燃料を供給することができ、ゆえに、アノード１２における電極反応が良好に進み、ＭＥＡ１０の発電の効率化を図ることができる。
【００４０】
次いで、メタノール水溶液は、８本の燃料流路２４から燃料排出孔２３で集合した後、シール部材３４内、電解質膜１１の燃料排出孔１１ｂ、シール部材３２内、セパレータ２０の燃料排出孔２３…、を鉛直上方に向かって流れ、上端板４０（図２参照）の燃料排出孔４３を通って外部に排出される。因みに、上端板４０の４つの燃料排出孔４３から排出されるメタノール水溶液は、例えば、マニホールド（集合管）で集合される。
【００４１】
次に、空気の流れについて説明する。ファン９３が作動すると、酸素を含む空気が、適宜なマニホールド（分岐管）を介して、各セパレータ２０（下端板５０）の空気流路２１（空気流路５１）の図２の左手前側開口に供給され、各空気流路２１内を流れる。そして、各空気流路２１からカソード１３に空気が供給され、カソード１３において、電極反応が進行する。そして、このように空気流路５１内を流れる空気は、図２の右奥側から外部に排出される。なお、電極反応により生成する水蒸気は、空気に同伴して排出される。また、このように排出される空気は、適宜なマニホールド（集合管）を介して、集合される。
【００４２】
このように、本実施形態に係るＤＭＦＣスタック１によれば、各ＭＥＡ１０の各アノード１２の全面に、好適な濃度のメタノール水溶液が供給されるので、アノード１２における電極反応が良好に進む。よって、各ＭＥＡ１０における発電効率は高くなり、その結果として、ＤＭＦＣスタック１の出力が大きくなる。
【００４３】
以上、本発明の好適な一実施形態について説明したが、本発明は前記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、例えば以下のような変更をすることができる。
【００４４】
前記した実施形態では、本発明が、セパレータ２０が４つの燃料供給系Ａのみを有する場合を例示したが、さらに、セパレータ２０を貫通する空気供給孔（ガス供給部）及び空気排出孔（ガス排出部）と、その下面に空気供給孔と空気排出孔とを連通する溝状の８本の空気流路を形成し、セパレータ２０が４つの空気供給系を有する構成としてもよい。この構成において、一つのガス供給系の空気供給孔と、他のガス供給系のガス排出孔と、の組み合わせのうち、少なくとも一組は、平面視において、カソードの最外周縁よりも内側に配置する。
このような構成にすれば、前記空気流路においても濃度差（酸素の濃度差）が発生しにくくなり、カソード１３の全面に好適な酸素濃度の空気が供給され、カソード１３における電極反応が良好に進み、さらにＭＥＡ１０の発電効率が高くなる。
【００４５】
前記した実施形態では、仮想的に４分割されたアノード１２Ａに対応して、セパレータ２０が４つの燃料供給系Ａを有する場合を例示したが、分割数はこれに限定されない。例えば、アノード１２を９分割した場合、図１４に示すように、セパレータ１２０が、９つの燃料供給系Ａ２を備える構成としてもよい。
また、図１４に示すように、９つの燃料供給系Ａ２において、面方向において隣り合う、一つの燃料供給系Ａ２の燃料供給孔１２２と、他の燃料供給系Ａ２の燃料排出孔１２３と、の組み合わせからなる全ての組が、アノード１２の外周縁よりも内側に配置される構成であってもよい。なお、セパレータ１２０に複数の空気供給系を構成した場合についても同様である。
【００４６】
前記した実施形態では、複数のＭＥＡ１０が積層したＤＭＦＣスタック１に本発明を適用し、セパレータ２０及び上端板４０が燃料供給部材としての機能を有する場合を例示したが、その他に、１つのＭＥＡのみを備えるＤＭＦＣや、複数のＭＥＡ１０がその面方向に配置されたＤＭＦＣに、本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施形態に係るＤＭＦＣシステムの構成図である。
【図２】本実施形態に係るＤＭＦＣスタックの斜視図である。
【図３】本実施形態に係るＤＭＦＣスタックの分解斜視図である。
【図４】本実施形態に係るＭＥＡの上方からの平面図である。
【図５】本実施形態に係るセパレータの上方からの斜視図である。
【図６】本実施形態に係るセパレータの下方からの斜視図である。
【図７】本実施形態に係るセパレータの上方からの平面図である。
【図８】本実施形態に係るセパレータの下方からの平面図である。
【図９】本実施形態に係るセパレータ又は上端板と、ＭＥＡとの間に配置されるシール部材の斜視図であって、図３の左手前側に配置されるものを示す。
【図１０】本実施形態に係るセパレータ又は下端板と、ＭＥＡとの間に配置されるシール部材の斜視図であって、図３の左手前側に配置されるものを示す。
【図１１】本実施形態に係る上端板の下方からの斜視図である。
【図１２】本実施形態に係る下端板の上方からの斜視図である。
【図１３】本実施形態に係るＤＭＦＣスタックの動作状況を示し、図２に示すＤＭＦＣスタックの左手前側の下側部分の縦断面図である。
【図１４】変形例に係るセパレータの下方からの平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      ＤＭＦＣスタック
１０    ＭＥＡ
１１    電解質膜
１２、１２Ａ  アノード
１３    カソード
２０    セパレータ
２１    空気流路
２２    燃料供給孔（燃料供給部）
２３    燃料排出孔（燃料排出部）
２４    燃料流路
３１、３２、３３、３４  シール部材
４０    上端板
４２    燃料供給穴（燃料供給部）
４３    燃料排出孔（燃料排出部）
４４    燃料流路
５０    下端板
５１    空気流路
１００  ＤＭＦＣシステム
Ａ      燃料供給系
【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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