(57)【要約】【課題】燃料極での燃料の反応効率と反応生成物の排出効率とを高める。【解決手段】燃料極２１に対向する流路板２５には、燃料極２１に燃料を供給する第１流路３１と燃料極２１から排出ガスを排出する第２流路３２とを設ける。第１流路３１は、先細り形状の複数の分岐流路を有しており、第２流路３２とは壁３０で分離されている。そのため、上記各分岐流路の先端部では、残留する気泡が先端側と根元側との表面張力差によって上記根元側に移動し、低い燃料供給圧でも速やかに上記先端部まで燃料を充満できる。その結果、第１流路３１の略総ての上記分岐流路に液体燃料を行き渡らせて、上記燃料の燃料極２１での反応効率を高めることができる。また、第１流路３１から拡散層３３を介して第２流路３２への圧力降下により、燃料極２１への燃料供給効率を向上させると共に、燃料極２１で生成された排出ガスの排出効率を向上させることができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料が供給されると共に、この供給された液体燃料から陽イオンと電子とを生成する燃料極と、
上記燃料極に対向して配置されると共に、上記燃料極からの陽イオンを透過させる電解質膜と、
上記電解質膜に対向して、上記電解質膜に対して上記燃料極とは反対側に配置されると共に、酸化剤が供給されて、上記電解質膜を透過した上記陽イオンと上記供給された酸化剤とを反応させる酸化剤極と、
上記燃料極に対向して、上記燃料極に対して上記電解質膜とは反対側に配置されると共に、上記燃料極に上記液体燃料を供給するための第１流路と上記燃料極で発生した排出ガスを排出するための第２流路とが形成された流路板と
を備え、
上記燃料極は、上記電解質膜側に位置して触媒を含有する電極層と、上記流路板側に位置して上記流路板の上記第１流路から供給された上記液体燃料を拡散させる拡散層と、を有しており、
上記流路板における上記第１流路と上記第２流路とは壁によって分離されており、
上記第１流路は、上記燃料極の上記拡散層に対向して配置されると共に、上記液体燃料が流れる方向に向って先細り形状を呈し、合流先および分流先が無い分岐流路を有している
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
上記流路板の上記第１流路における上記分岐流路は、上記燃料極の上記拡散層の表面に平行で且つ上記拡散層の表面からの高さが一定な辺を有する断面形状を維持しつつ上記先細り形状を呈している
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池において、
上記流路板における上記第１流路を形成している上記燃料極側とは反対側の側壁には、上記燃料極における上記拡散層の延在方向に垂直、あるいは、上記拡散層に対向している上記第１流路の側壁の延在方向に垂直に、上記側壁を貫通して上記第１流路に連通する流路が形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項３に記載の燃料電池において、
上記第１流路の上記側壁に形成されている上記流路は、上記燃料極の上記拡散層に向って先細り形状を呈している
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
上記第１流路の上記側壁に形成されている上記流路は、上記第１流路における上記分岐流路の分岐部および合流部の近傍に形成されている
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１に記載の燃料電池において、
上記流路板と上記燃料極との間に介設されて、上記流路板の上記第１流路から上記燃料極の上記拡散層への上記液体燃料の供給を抑制する燃料供給抑制体を備えた
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１に記載の燃料電池において、
上記燃料極における上記拡散層の形成領域を分割して複数の燃料供給領域と成し、
上記流路板における上記第１流路および上記第２流路を、上記燃料極の上記拡散層における上記複数の燃料供給領域の夫々に対向させて複数組形成した
ことを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１に記載の燃料電池において、
上記流路板に形成された上記第１流路に接続されると共に、上記第１流路に供給する上記液体燃料が貯蔵されている燃料貯蔵部と、
上記燃料貯蔵部と上記第１流路との間に配置されると共に、上記燃料貯蔵部から上記第１流路に供給される液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と
を備えたことを特徴とする燃料電池。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池において、
上記酸化剤極に上記酸化剤を供給すると共に、上記酸化剤極からの排出ガスを排出するための第３流路と、
上記第３流路に接続されると共に、上記第３流路からの排出ガスが導入される第４流路と、
上記第２流路に接続されると共に、上記第２流路からの排出ガスが導入される第５流路と、
上記第４流路と上記第５流路に接続されると共に、上記第４流路からの排出ガスと上記第５流路からの排出ガスを合流させて排出するガス排出部と
を備えた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】
この発明は、小型の電子機器に搭載可能な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、燃料と酸化剤とを供給すれば発電する発電装置である。通常、上記酸化剤として空気を使用することができるため、燃料を交換することによって連続して発電することができる。そのため、上記燃料電池は、定置用電源のみではなく携帯用電源としても非常に注目されている。
【０００３】
通常、定置用の燃料電池等では、上記燃料として水素あるいは水素を含有するガス燃料が使用される。ところが、携帯用の燃料電池の場合には、同じ大きさの容器に貯蔵した燃料によってより長時間発電できることが利点となる。したがって、上記燃料としては、体積当たりのエネルギー密度が高い液体燃料の方が有利になる。
【０００４】
尚、改質器を用いて液体燃料から水素を生成して発電に用いることも可能であるが、燃料電池のシステム全体が複雑になるため、小型化には液体燃料を直接供給する方が容易であると考えられている。
【０００５】
従来、燃料を直接供給するタイプの燃料電池が、特表平１１‐５１０３１１号公報(特許文献１)に開示されている。この燃料電池は、メタノールと水との混合物を燃料として用いる直接型メタノール燃料電池である。
【０００６】
図１１は、代表的な直接型メタノール燃料電池１の構造を模式的に示す。以下、図１１に従って、直接型メタノール燃料電池について説明する。
【０００７】
図１１において、直接型メタノール燃料電池１は、ハウジング２内の中間部に、燃料極３と酸化剤極４と電解質膜５とが配置されている。そして、ハウジング２内における一端側に燃料極３に隣接して設けられた燃料極室６に、燃料タンク７から燃料ポンプ８によってメタノールと水とが混合された燃料が供給される。燃料極室６内に供給された燃料は、燃料極３内に浸透して反応し、プロトン(水素イオン)と電子と二酸化炭素とを生成する。
【０００８】
通常、上記燃料極３には多孔質材が用いられており、燃料極３内での上記反応は電解質膜５との界面近傍における触媒が担持された層で起こっている。燃料極３で生成された上記プロトンは電解質膜５を透過して酸化剤極４に移動し、上記電子は燃料極３から外部回路(図示せず)を経由して酸化剤極４に流れる。そして、この電子が燃料電池の出力として使用されるのである。また、上記二酸化炭素は、燃料極３から燃料極室６に排出され、未反応の燃料と共に出口ポート９から排出される。この出口ポート９から排出された二酸化炭素と未反応の燃料とは、燃料タンク７に回収され、二酸化炭素は燃料タンク７に設けられた放出ポート１０から排出される。
【０００９】
一方、上記酸化剤極４側では、酸素圧縮機１１によって酸素が酸化剤極室１２へ供給され、この酸素は酸化剤極室１２から酸化剤極４内に拡散する。そして、酸化剤極４では、拡散した酸素と燃料極３から拡散してきたプロトンとが反応して水を生成する。生成された水は、通常は水蒸気となって、酸化剤極室１２を通って未反応の酸素と共に、出口ポート￥１３から排出される。
【００１０】
尚、上記直接型メタノール燃料電池１においては、酸化剤として酸素を使用している。しかしながら、酸素濃度は低くなるが、酸化剤として空気を使用することもできる。
【００１１】
図１１に示す従来の直接型メタノール燃料電池においては、燃料であるメタノールと水との混合物は、燃料極室６に供給され、燃料極室６から燃料極３の拡散層へ浸透して電解質膜５との界面近傍の触媒を含有する層で反応する。そして反応生成物である二酸化炭素が燃料極室６内に排出され、供給されてくる燃料に合流し、未反応の燃料と共に出口ポート９から排出されるようになっている。したがって、従来の直接型メタノール燃料電池においては、高効率に安定した発電を行うためには、燃料の供給と反応生成物である二酸化炭素の排出とを効率的に且つ安定して行う必要がある。
【００１２】
ところで、上記燃料ポンプ８で供給される燃料の主たる流れは、燃料極室６に送り込まれ、燃料極室６に設けられた出口ポート９から排出される流れである。そのために、燃料極３における反応に直接寄与する多孔質材でなる上記拡散層内への流れは、燃料極室６内での燃料の主たる流れから逸れたものとなってしまう。さらに、燃料極３が有する上記多孔質材(拡散層)内においては、毛細管作用が働くとは言うものの、形状や方向の制約を受けることから、燃料極３内への効率的且つ安定的な燃料の供給が困難であるという問題がある。このことは、燃料電池としての出力を向上させることや高効率で長時間発電させることを難しくしている。
【００１３】
そこで、上記燃料ポンプ８として、燃料を高圧で圧送するポンプを用いた場合には、当該直接型メタノール燃料電池１を用いた電源装置の大型化を招くので、特に、携帯用機器等の電源装置として採用が難しくなるという別の問題が発生する。
【００１４】
また、特開２００２‐１７５８１７号公報(特許文献２)には、燃料極に燃料を供給するための燃料流路に燃料が浸透する燃料浸透部材を配置して、上記燃料極への燃料供給の促進を図った直接型メタノール供給式燃料電池が開示されている。
【００１５】
しかしながら、上記特許文献２に記載された直接型メタノール供給式燃料電池においては、上記燃料浸透部材による浸透によって燃料を上記燃料極に供給しているので、上記燃料極での燃料の反応効率が不十分で、出力が不十分であるという問題がある。
【特許文献１】特表平１１‐５１０３１１号公報
【特許文献２】特開２００２‐１７５８１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
そこで、この発明の課題は、燃料極での燃料の反応効率と反応生成物の排出効率とを高めた小型で高出力な燃料電池を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記課題を解決するため、この発明の燃料電池は、
液体燃料が供給されると共に、この供給された液体燃料から陽イオンと電子とを生成する燃料極と、
上記燃料極に対向して配置されると共に、上記燃料極からの陽イオンを透過させる電解質膜と、
上記電解質膜に対向して、上記電解質膜に対して上記燃料極とは反対側に配置されると共に、酸化剤が供給されて、上記電解質膜を透過した上記陽イオンと上記供給された酸化剤とを反応させる酸化剤極と、
上記燃料極に対向して、上記燃料極に対して上記電解質膜とは反対側に配置されると共に、上記燃料極に上記液体燃料を供給するための第１流路と上記燃料極で発生した排出ガスを排出するための第２流路とが形成された流路板と
を備え、
上記燃料極は、上記電解質膜側に位置して触媒を含有する電極層と、上記流路板側に位置して上記流路板の上記第１流路から供給された上記液体燃料を拡散させる拡散層と、を有しており、
上記流路板における上記第１流路と上記第２流路とは壁によって分離されており、
上記第１流路は、上記燃料極の上記拡散層に対向して配置されると共に、上記液体燃料が流れる方向に向って先細り形状を呈し、合流先および分流先が無い分岐流路を有している
ことを特徴としている。
【００１８】
上記構成によれば、流路板に形成された第１流路は、液体燃料が流れる方向に向って先細り形状を呈する分岐流路を有しているので、上記分岐流路の先端部に残留する気泡は、幅の狭い先端側と幅の広い根元側との表面張力差によって上記根元の方に速やかに移動する。そのため、上記第１流路に液体燃料を供給する際に、上記第１流路における分岐流路の先端に気体を滞留させることなく排出でき、上記分岐流路の先端にまで液体燃料を充満させることができる。したがって、上記第１流路の略総ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることが可能になり、燃料極での液体燃料の反応(陽イオンと電子との生成)を促進し、出力の向上を図ることができる。
【００１９】
すなわち、この発明によれば、上記第１流路への液体燃料の供給が低い圧力で行われても、上記燃料極での反応を十分に行うことができ、小型で高出力な燃料電池を実現することができる。また、設置あるいは保持する向きに寄らず、安定した出力が得られる。
【００２０】
さらに、上記流路板に形成された上記第１流路と上記第２流路とは、壁によって分離されている。したがって、上記第１流路から上記燃料極の上記拡散層を介して上記第２流路への圧力降下によって、上記燃料極への燃料供給効率を向上させると共に、上記第１流路から上記拡散層を経由して上記第２流路への流れに沿って、上記燃料極で生成された排出ガスを排出することができ、排出効率を向上させることができる。
【００２１】
したがって、この発明によれば、燃料供給を圧送するポンプ等の設置が難しい携帯機器等の小型電子機器用の電源として特に好適な燃料電池を提供することができる。
【００２２】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記流路板の上記第１流路における上記分岐流路は、上記燃料極の上記拡散層の表面に平行で且つ上記拡散層の表面からの高さが一定な辺を有する断面形状を維持しつつ上記先細り形状を呈している。
【００２３】
この実施の形態によれば、上記流路板に上記第１流路および上記第２流路を形成する際の流路溝の深さが一定となるため、上記第１,第２流路の加工が容易になる。さらに、上記第１流路内の気体の排出も、より低い燃料供給圧によって可能になる。
【００２４】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記流路板における上記第１流路を形成している上記燃料極側とは反対側の側壁には、上記燃料極における上記拡散層の延在方向に垂直、あるいは、上記拡散層に対向している上記第１流路の側壁の延在方向に垂直に、上記側壁を貫通して上記第１流路に連通する流路が形成されている。
【００２５】
この実施の形態によれば、上記流路板における上記第１流路内に残留している気体を、上記第１流路内に滞留させることなく、上記流路板における上記第１流路を形成している側壁に貫通して形成された流路を通って、上記第１流路の外へ排出することができる。
【００２６】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記第１流路の上記側壁に形成されている上記流路は、上記燃料極の上記拡散層に向って先細り形状を呈している。
【００２７】
この実施の形態によれば、上記流路板における上記第１流路に連通する上記流路の箇所に至った上記残留している気体の気泡は、重力とは関係なく、当該気泡における上記流路の内側に在る部分と上記流路の内側に在る(上記第１流路内に在る)部分との表面張力差によって、上記流路から上記第１流路の外へ容易に排出される。したがって、本燃料電池がどのような向きに置かれても、上記第１流路内の気体を上記第１流路の外に排出することができる。
【００２８】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記第１流路の上記側壁に形成されている上記流路は、上記第１流路における上記分岐流路の分岐部および合流部の近傍に形成されている。
【００２９】
この実施の形態によれば、上記第１流路の上記側壁に形成される上記流路を複数設けるので、上記流路を１つのみ設ける場合に比して、上記第１流路への上記液体燃料の供給と上記第１流路からの残留気体の排出とを容易に行うことができる。
【００３０】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記流路板と上記燃料極との間に介設されて、上記流路板の上記第１流路から上記燃料極の上記拡散層への上記液体燃料の供給を抑制する燃料供給抑制体を備えている。
【００３１】
この実施の形態によれば、上記流路板と上記燃料極との間に燃料供給抑制体を介設しているので、より低い燃料供給圧で、上記第１流路の上記分岐流路の先端まで液体燃料を行き渡らせることができる。したがって、より低い燃料供給圧で、上記第１流路の上記分岐流路の先端部に対して、液体燃料の供給と残留気体の排出とを行うようにできる。
【００３２】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記燃料極における上記拡散層の形成領域を分割して複数の燃料供給領域と成し、
上記流路板における上記第１流路および上記第２流路を、上記燃料極の上記拡散層における上記複数の燃料供給領域の夫々に対向させて複数組形成している。
【００３３】
この実施の形態によれば、上記燃料極における上記拡散層を複数の供給領域に分け、夫々の供給領域に対向させて上記流路板における上記第１流路と上記第２流路との組を形成しているので、液体燃料を上記拡散層の全体により均一に行き渡らせることができる。
【００３４】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記流路板に形成された上記第１流路に接続されると共に、上記第１流路に供給する上記液体燃料が貯蔵されている燃料貯蔵部と、
上記燃料貯蔵部と上記第１流路との間に配置されると共に、上記燃料貯蔵部から上記第１流路に供給される液体燃料の圧力を調整する圧力調整部と
を備えている。
【００３５】
この実施の形態によれば、燃料貯蔵部と上記流路板における上記第１流路との間に、例えば圧力調整弁のような圧力調整部を備えているので、この圧力調整部によって、上記第１流路から上記燃料極へ安定した圧力で液体燃料を供給することができる。したがって、上記第１流路における上記分岐流路の先端まで、効率よく安定して液体燃料を行き渡らせることができ、安定した出力を得ることができる。
【００３６】
また、１実施の形態の燃料電池では、
上記酸化剤極に上記酸化剤を供給すると共に、上記酸化剤極からの排出ガスを排出するための第３流路と、
上記第３流路に接続されると共に、上記第３流路からの排出ガスが導入される第４流路と、
上記第２流路に接続されると共に、上記第２流路からの排出ガスが導入される第５流路と、
上記第４流路と上記第５流路に接続されると共に、上記第４流路からの排出ガスと上記第５流路からの排出ガスを合流させて排出するガス排出部と
を備えている。
【００３７】
この実施の形態によれば、ガス排出部によって、上記酸化剤極からの排出ガスと上記反応板における上記燃料極からの排出ガスとを合流させて排出するので、両排出ガスの排出が容易になる。
【発明の効果】
【００３８】
以上より明らかなように、この発明の燃料電池は、流路板に形成された第１流路における分岐流路は、流れの方向に向って先細り形状を呈しているので、上記第１流路に燃料を供給する際に、上記第１流路における上記分岐流路の先端に気体を滞留させることなく排出することができる。したがって、上記分岐流路の先端まで液体燃料を充満させることができ、上記第１流路の略総ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることが可能になる。その結果、上記燃料極での液体燃料の反応(陽イオンと電子との生成)を促進して、出力の向上を図ることができる。
【００３９】
すなわち、この発明によれば、上記第１流路への液体燃料の供給が低い圧力で行われても、上記燃料極での反応を十分に行うことができ、小型で高出力な燃料電池を実現することができる。また、設置あるいは保持する向きに寄らず、安定した出力を得ることができる。
【００４０】
さらに、上記流路板に形成された上記第１流路と上記第２流路とは、壁によって分離されているので、上記第１流路から上記燃料極の拡散層を介して上記第２流路への経路に圧力降下を生じさせることができる。したがって、この圧力降下によって、上記燃料極への燃料供給効率を向上させると共に、上記第１流路から上記拡散層を経由して上記第２流路への流れに沿って、上記燃料極で生成された排出ガスを排出させることができ、排出効率を向上させることができる。
【００４１】
以上のごとく、この発明によれば、燃料供給を圧送するポンプ等の設置が難しい携帯機器等の小型電子機器用の電源として特に好適な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】
【００４２】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００４３】
・第１実施の形態
図１は、本実施の形態の燃料電池における構成を示す平面図である。また、図２は、図１におけるＡ‐Ａ’矢視断面図である。
【００４４】
この燃料電池は、図２に示すように、燃料極２１と、この燃料極２１に対向するように配置された電解質膜２２と、この電解質膜２２に対して燃料極２１とは反対側に電解質膜２２に対向して配置された酸化剤極２３とを有している。燃料極２１と電解質膜２２と酸化剤極２３とは、燃料極２１と酸化剤極２３とで電解質膜２２を挟んだ状態で、ハウジング２４内に収容されている。また、ハウジング２４の一方の側面２４aには、燃料極２１に対向するように配置された流路板２５の縁部２５aが接合されて、流路板２５が取り付けられている。
【００４５】
図１および図２に示すように、上記流路板２５には、液体燃料の供給口２６を成す貫通口と、排出ガスの排出口２７を成す貫通口と、供給口２６から櫛歯状に延在する第１流路溝２８と、排出口２７から櫛歯状に延在する第２流路溝２９とが、設けられている。
【００４６】
上記第１流路溝２８と第２流路溝２９とは、所定の厚さの壁３０で隔てられて分離されている。また、流路板２５の壁３０は、燃料極２１に接している。したがって、第１流路溝２８と燃料極２１の外壁面とで形成される第１流路３１と、第２流路溝２９と燃料極２１の外壁面とで形成される第２流路３２とは、壁３０で分離されているのである。この流路板２５としては、ニッケル等の金属、シリコン基板、ガラス基板、アクリルやＰＤＭＳ(シリコーンゴム)等の樹脂基板など、液体燃料に対する透過性の無い基板が使用可能である。本実施の形態では、微細加工を施したガラス基板を用いている。また、電解質膜２２の材質としては、例えば、プロトン伝導性を有する耐熱耐酸性の材料であればよく、有機材料および無機材料を問わない。本実施の形態においては、有機系の含フッ素高分子を骨格とするスルホン酸基含有パーフルオロカーボン(ナフィオン１１７(デュポン社製：登録商標))を用いている。また、電解質膜２２は、プロトン伝導性の機能を有すればよく、他の基材に電解質膜を埋め込んだものであってもよい。
【００４７】
さらに、図２に示すように、上記燃料極２１は、電解質膜２２側の電極層３４と流路板２５側の拡散層３３とを有している。そして、燃料極２１の拡散層３３としては、カーボンペーパー,カーボンの焼結体,ニッケル等の焼結金属および発泡金属等の多孔質材を用いることができる。また、電極層３４は、金属触媒を含む樹脂層で作製される。この金属触媒としては、一例として白金‐ルテニウム合金等が用いられるが、その他に、白金と金,白金とオスミウム,白金とロジウム等の合金を用いることができる。さらに、電極層３４の樹脂層としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸系樹脂が用いることができる。
【００４８】
一方、上記酸化剤極２３は、上記ハウジング２４の他方の側面２４bから延在して、側面２４bと同一面を形成する蓋部３５で覆われており、この蓋部３５には、例えば空気等の酸化剤が供給される酸化剤導入口３５aと排出ガスを排出するための排出口３５bとが設けられている。そして、この蓋部３５と酸化剤極２３との間に酸化剤極２３側の流路３６が形成されている。
【００４９】
上記酸化剤極２３は、上記電解質膜２２側の電極層３８と蓋部３５側の拡散層３７とを有している。そして、電極層３８は、燃料極２１の電極層３４と同様に、金属触媒を含む樹脂層で作製される。また、拡散層３７としては、燃料極２１の拡散層３３と同様に、カーボンペーパー,カーボンの焼結体,ニッケル等の焼結金属および発泡金属等の多孔質材を用いることができる。
【００５０】
尚、この発明は、上記酸化剤の種類や供給方向に依存するものではなく、酸化剤として空気の代わりに酸素を使用してもよい。また、流路３６をなくして、ファンや送風ポンプのような送風機構を用いて、酸化剤極２３の露出面(つまり、拡散層３７の露出面)に酸化剤を直接供給してもよい。
【００５１】
本実施の形態においては、例えば、上記液体燃料としてメタノールと水との混合物を、流路板２５の供給口２６から第１流路３１内に供給する。そうすると、この液体燃料は、第１流路３１から燃料極２１の拡散層３３内に拡散して浸透して行き、やがて電極層３４に達して反応する。そして、陽イオン(Ｈ+)と電子と排出ガスとしての二酸化炭素とが生成される。このうち、陽イオン(Ｈ+)は、電解質膜２２を経由して、酸化剤極２３の電極層３８に至る。一方、上記電子は、電極層３４から外部回路(図示せず)を経由して、酸化剤極２３の電極層３８に導かれる。また、燃料極２１で生成された二酸化炭素は、壁３０下の拡散層３３内を拡散して第２流路３２に至り、この第２流路３２を通って排出口２７から排出される。
【００５２】
一方、上記蓋部３５の酸化剤導入口３５aから導入された酸化剤としての空気は、酸化剤極２３の拡散層３７内に拡散して行き、やがて電極層３８に到達して燃料極２１からの陽イオン(Ｈ+)および電子と反応して水蒸気を生成し、この水蒸気は流路３６を通って排出口３５bから排出されるのである。
【００５３】
本実施の形態においては、図１に示すように、上記第１流路溝２８と第２流路溝２９とは壁３０によって分離されており、第１流路溝２８には合流先あるいは接続先のない分岐流路が多く存在する。そして、これらの分岐流路は、液体燃料が流れる方向に向って先細り形状になっている。以下、図３を参照して、この発明の効果について説明する。
【００５４】
図３は、図１に示すように櫛型に配置された、上記燃料極２３の拡散層３３に対向する第１流路溝２８と第２流路溝２９との燃料極２３に平行な面での断面図の一部(櫛歯部分)を示す図である。先細りの形状の第１流路溝２８と第２流路溝２９とは、所定の厚さを有する壁３０で隔てられている。
【００５５】
もし、上記第１流路溝２８の櫛歯部が先端まで同じ幅を有している場合には、未だ燃料が供給されてはいない状態の第１流路溝２８内に燃料を供給すると、櫛歯形状の先端に元々供給されていた気体が滞留して直に排気され難い場合がある。そして、第１流路溝２８の先端部に気泡を滞留させないように排出するためには、所定の圧力以上の燃料供給圧を維持する必要がある。ところが、図３に示すように、先細り形状の第１流路溝２８の先端部３９では、残留する気泡４０における第１流路溝２８の幅の狭い先端側４１と幅の広い根元側４２との表面張力の差によって、気泡４０が排出される方向(つまり、根元側４２への方向)に移動するので、低い燃料供給圧であっても先端部３９に気泡４０が滞留することなく、速やかに先端部３９まで燃料を充満させることができるのである。
【００５６】
尚、本実施の形態においては、上記流路板２５としてガラス板を用いたが、第１流路溝２８の壁面４３は親水性であればよく、第１流路溝２８の壁面４３をアクリル材や二酸化シリコン膜等で皮膜すればガラス板に限定されるものではない。
【００５７】
このように、上記燃料極２１の拡散層３３に対向する第１流路溝２８のうち、合流先や接続先を有しない分岐流路を先細り形状にすることで、低い燃料供給圧下であっても先端部３９に気泡４０が滞留することがなく、速やかに先端部２９まで液体燃料を充満させることができる。
【００５８】
また、本実施の形態においては、上記燃料極２１に接している第１流路３１と第２流路３２とは壁３０で分離されているので、第１流路３１に供給された液体燃料は燃料極２１を素通りして直接第２流路３２に流れ込むことはない。つまり、図４(図１におけるＢ‐Ｂ’矢視断面図)に矢印４４で示すように、第１流路３１に供給された液体燃料は燃料極２１の拡散層３３を経由して第２流路３２に流れる。したがって、燃料極２１への燃料供給効率を向上することができ、燃料供給量の削減が可能になる。また、矢印４４で示すような流れに沿って、燃料極２１で生成された排出ガスとしての二酸化炭素の排出効率を向上することもできる。
【００５９】
さらに、上記第１流路３１における上記分岐流路の先端部等で気体が滞留して、第１流路３１に液体燃料が充満し難い構造の場合には、第１流路３１の略全ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることができない。ところが、本実施の形態においては、上述したように、低い燃料供給圧であっても上記分岐流路の先端部に気泡が滞留することがなく、上記分岐流路の先端部まで速やかに燃料を充満させることができる。そのために、図４における第１流路３１の部分と、この第１流路３１に壁３０を挟んで対向する第２流路３２の部分との間に、燃料極２１の拡散層３３を透過して燃料が流れる経路(矢印４４)の圧力降下に起因する圧力差を流路全体に亘って安定して生じさせることができる。この局所的な圧力差が発生することによって、燃料極２１内での反応によって反応生成物として二酸化炭素等が発生しても、第１流路３１への排出を抑制して、第２流路３２から効率よく排出できる。
【００６０】
したがって、上記燃料極２１での反応を促進することができる一方、第２流路３２からの排出ガスの排出を促進することができる。すなわち、第１流路３１への液体燃料の供給圧力が低い場合でも燃料極２１での十分な反応を実現することができ、小型で高出力な燃料電池を実現できる。そのため、本実施の形態によれば、燃料極２１への燃料供給効率の向上と反応生成物の排出効率を向上とを実現できると共に、燃料電池の高出力化と燃料電池の発電時間の長時間化が可能になる。
【００６１】
また、上記燃料極２１内での反応は、触媒を含有する電極層３４と電解質膜２２との界面付近で起こるが、拡散層３３内には、矢印４４で示すような燃料の拡散流あるいはその燃料の流れに沿った局所的な圧力勾配が存在する。そのために、燃料極２１の反応によって生じた反応生成物を効率よく第２流路３２に向かって移動させ、第２流路３２に排出させることができる。
【００６２】
尚、この第１実施の形態においては、上記燃料極２１の拡散層３３を構成する多孔質材の孔径等は、第１流路３１から液体燃料を拡散層３３内へ引き込み得る径であればよく、特に限定されるものではない。この実施の形態では、上記多孔質材の孔径を数μmから数１０μm程度としている。尚、この多孔質材に燃料を所定の流量で単に流そうとすると、所定の圧力を加える必要がある。しかしながら、上記多孔質材の末端で反応が起こって燃料が消費される場合には、より低い圧力で同じ流量の燃料を流すことができることを確認している。
【００６３】
また、この実施の形態によれば、上記燃料極２１における反応領域から反応生成物(一例として二酸化炭素)を効率よく排出できるので、従来の構造に比べて、その分だけ低い燃料供給圧で同等の流量の燃料を供給することが可能になる。また、同じ燃料供給圧によって、より多くの燃料を燃料極２１へ供給することが可能になる。
【００６４】
さらに、この実施の形態では、図１に示すように、互いが壁３０一枚で隔てられている第１流路３１と第２流路３２との間の距離が略等しくなるように、第２流路３２は第１流路３１に沿って配置されている。そして、上述のごとく、第１流路３１を上記分岐流路の先端部まで全体に液体燃料を行き渡らせることができる構造になっているため、第１流路３１での液体燃料の圧力と、壁３０を挟んで対向している第２流路３２での液体燃料の圧力と、の間の圧力差を、燃料極２１に対向している領域の略全体に亘って略均一にすることができる。したがって、燃料の効率的な供給と反応生成物の効率的な排出とを、燃料極２１の全体に亘って均一性よく行うことができる。
【００６５】
尚、この実施の形態においては、一例として、上記第１流路３１が燃料極２１の拡散層３３側に開口する開口幅を、長手方向中間部において２μmから２００μm程度とした。さらに、第２流路３２が拡散層３３側に開口する開口幅は、長手方向中間部において第１流路３１の上記開口幅と同程度としている。しかしながら、この発明においては、第１流路３１および第２流路３２における上記開口部のサイズを、特にこの値に限定するものではない。
【００６６】
また、さらに好適な変形例においては、上記第１流路３１内の圧力を、壁３０一枚隔てて対向する第２流路３２内の圧力に対して、所定の圧力だけ高くしている。これにより、本燃料電池が設置あるいは保持されている向きが変動しても、燃料極２１の拡散層３３内における第１流路３１側から第２の流路３６側への流れが安定し、反応生成物である二酸化炭素の排出効率も安定することから、触媒を含有する電極層３４への燃料供給を安定させることができる。
【００６７】
通常、孔径が０.５μmから１μ程度の多孔質材で構成された拡散層３３に単に液体燃料を流そうとすると、供給側と排出側とに１気圧から２気圧程度の圧力差を与える必要がある。しかしながら、第１実施の形態によれば、局所的に短い経路に圧力差を与えることができ、然も燃料極２１で発生した反応生成物を効率的に排出できるので、第１流路３１と第２流路３２とにおける上記所定の圧力差を、例えば０.０００１気圧〜０.１気圧程度の圧力差とした場合であっても安定した燃料供給が可能になる。
【００６８】
また、この第１実施の形態においては、上記燃料極２１に接する流路板２５によって流路が第１流路３１と第２流路３２とに分離されており、液体燃料を第１流路３１に十分行き渡らせることができるため、第１流路３１内の安定した圧力を維持できる。さらに、第２流路３２内を略大気圧に維持することによって、第１流路３１内の圧力と第２の流路内の圧力との圧力差を容易に維持することができる。
【００６９】
ここで、上記第１流路３１と第３流路３２との上記分岐流路における先細り形状の傾斜角度は特に限定されるものではなく、先細りを有していれば、表面張力差を利用した気泡４０の移動は可能である。しかしながら、好ましくは、上記傾斜角度は１度から２０度程度の鋭角であることが望ましい。また、上記分岐流路の先細り形状は、断面を半円状にしたりあるいは流路溝の高さを低くしたりすることによっても可能であるが、燃料極２１の拡散層３３の表面に対して平行で且つ拡散層３３の表面からの高さが一定な辺を有する断面形状を維持して先細り形状にすることが好ましい。こうすることによって、第１流路３１における第１流路溝２８と第２流路３２における第２流路溝２９との深さが変化しないので、第１流路溝２８と第２流路溝２９との加工が容易になる。さらに、第１流路溝２８と第２流路溝２９との高さが低くなる場合に比べて、高い高さを維持する場合の方が気泡４０における先端側４１と根元側４２との表面張力差が大きいため、燃料供給前に第１流路３１に入っていた気泡４０を排出し易くできる。
【００７０】
尚、本実施の形態においては、上記第１流路溝２８と第２流路溝２９との高さを３μmから１００μmのものを用いたが、第１流路溝２８と第２流路溝２９とにおける高さは幅に対して相対的に決まるものである。つまり、第１流路溝２８と第２流路溝２９とにおける先細り形状を有する上記分岐流路の先端付近(例えば、図３に示す分岐流路であれば、当該分岐流路の長さの略半分の位置)における「幅」程度の「高さ」が望ましい。これによって、上記分岐流路における先端付近では第１流路溝２８の幅よりも第１流路溝２８の高さの値を大きくすることができ、気泡４０を移動させるのに十分な表面張力差を得ることができるのである。
【００７１】
以上のごとく、本実施の形態においては、供給された液体燃料から陽イオンと電子とを生成する燃料極２１に対向して配置された流路板２５には、燃料極２１に上記液体燃料を供給する第１流路３１と燃料極２１からの排出ガスを排出する第２流路３２とが設けられている。そして、燃料極２１は、流路板２５側に位置する拡散層３３と電解質膜２２側に位置する電極層３４とを有しており、第１流路３１は拡散層３３に対向すると共に、第２流路３２とは壁３０によって分離されている。さらに、第１流路３１は、流路方向に沿って先細りの形状を有する複数の分岐流路を有して櫛型を成している。したがって、上記各分岐流路の先端部３９では、残留する気泡４０が、幅の狭い先端側４１と幅の広い根元側４２との表面張力差によって上記根元の方に速やかに移動するので、低い燃料供給圧であっても速やかに先端部３９まで燃料を充満させることができる。
【００７２】
その結果、上記第１流路３１において分岐流路の略総ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることが可能になり、上記液体燃料の燃料極２１での反応(陽イオンと電子の生成)を促進して出力の向上を図ることができる。すなわち、本実施の形態によれば、第１流路３１への液体燃料の供給を低圧力で行うことを可能にし、小型で高出力な燃料電池を実現することができる。
【００７３】
また、上記第１流路３１における先細り形状の分岐流路は、燃料極２１の拡散層３３の表面に平行で且つ拡散層３３の表面からの高さが一定な辺を有する断面形状を維持して先細り形状を呈している。したがって、第１流路溝２８と第２流路溝２９との加工が容易になる。さらに、残留している気泡４０における先端側４１と根元側４２とに生ずる表面張力差をより大きくすることができ、気泡４０をより排出し易くできる。
【００７４】
また、上記燃料極２１に接している第１流路３１と第２流路３２とは、壁３０で分離されている。したがって、第１流路３１に供給された液体燃料が、燃料極２１を素通りして直接第２流路３２に流れ込むことがなく、燃料極２１の拡散層３３を経由して第２流路３２に流れ込む。すなわち、本実施の形態によれば、第１流路３１から拡散層３３を介して第２流路３２への圧力降下によって、燃料極２１への燃料供給効率を向上させると共に、第１流路３１から拡散層３３を経由して第２流路３２への流れに沿って、燃料極２１で生成された排出ガスとしての二酸化炭素の排出効率を向上させることもできる。
【００７５】
・第２実施の形態
図５は、本実施の形態における燃料電池の平面図である。また、図６は、図５におけるＣ‐Ｃ’矢視断面図である。以下、図５および図６に従って、本実施の形態の燃料電池について説明する。
【００７６】
本実施の形態においては、流路板５１以外の構成は、上記第１実施の形態の場合と全く同様である。また、燃料極２１に対する燃料供給および反応生成物排出以外の形態も、上記第１実施の形態の場合と全く同様である。したがって、本実施の形態においては、上記第１実施の形態と異なる点について主に説明する。
【００７７】
図６に示すように、上記流路板５１は、第１流路板５１aと第２流路板５１bとの２層構造になっている。そして、燃料は、２層目の第２流路板５１bに形成された流路溝５２から貫通孔５３を通って、１層目の第１流路板５１aに形成された第１流路溝５４と燃料極２１とによって形成された第１流路５５に供給される。第１流路溝５４は、図５に示すように、先細り形状の分岐流路が四方八方に広がって形成されている。この分岐流路によって、液体燃料が第１流路５５に供給された際に、燃料供給前に上記各分岐流路内にあった気体が気泡となって貫通孔５３付近に移動するため、低い燃料供給圧であっても上記各分岐流路の先端まで液体燃料を速やかに行き渡らせることができる。そして、総ての上記分岐流路は貫通孔５３に連通しているため、移動した気泡５６は貫通孔５３を通って２層目の流路溝５２に排出される。こうして、第１流路５５内にあった気体を除去することができるのである。
【００７８】
本実施の形態においては、第２流路溝５７を所定の幅を有する壁５８を隔てて第１流路溝５４の周りに配置されており、燃料極２１で生成された反応生成物等は第２流路溝５７と燃料極２１とで形成された第２流路５９から貫通孔６０を通り、２層目の第２流路板５１bに形成された流路溝６１に排出される。
【００７９】
ここで、上記貫通孔５３は、図６に示すように、２層目の流路溝５２から１層目の第１流路５５に向けて先細り形状になっている。この形状によって、第１流路５５内を貫通孔５３に向って移動してきた気泡５６は、気泡５６における貫通孔５３の外側に在る(つまり、第１流路５５内に在る)部分６２と貫通孔５３の内側に在る部分６３との表面張力差によって貫通孔５３の内側に移動して、第１流路５５内から２層目の流路溝５２内へ排出され易くなる。その際に、気泡５６の移動には表面張力差を利用しているので重力の影響を受けず、本燃料電池がどのような向きに設置されても、第１流路５５から２層目の流路溝５２に気泡５６を排出させることができるのである。
【００８０】
さらに、図７に示すように、図５における貫通孔５３と同様の貫通孔６４〜７１を、燃料極２１に対向する第１流路溝５４の上記各分岐流路への分岐部あるいは上記各分岐流路との合流部の近傍に複数設置することも可能である。この場合、図７における貫通孔６４〜貫通孔７１のごとく上記分岐部の近傍にある貫通孔のうちの総ての貫通孔あるいは少なくとも複数の貫通孔は、図６に示す流路溝５２のような２層目の同じ流路(図示せず)に連通されている。これらの貫通孔は、第１流路溝５４の何れの部分に形成されているかによって貫通孔の内側に在る気泡の部分と第１流路溝５４内に在る上記気泡の部分との表面張力差が異なるために、表面張力差の大きい貫通孔から気泡が排出され易くなる。これによって上記貫通孔を介した燃料の供給と気泡の排出とをよりスムーズに行うことができるのである。
【００８１】
・第３の実施の形態
図８は、本実施の形態の燃料電池における構成を示す縦断面図である。尚、図８は、図１におけるＢ‐Ｂ’矢視断面図に相当する。以下、図８に従って、本実施の形態の燃料電池について説明する。
【００８２】
本実施の形態においては、浸透抑制膜８１を備えた点以外の構成は、上記第１実施の形態の場合と全く同様である。したがって、本実施の形態においては、上記第１実施の形態と異なる点について主に説明する。
【００８３】
上記浸透抑制膜８１は、上記燃料極２１の拡散層３３および上記ハウジング２４の一方の側面２４aと、流路板２５と、の間に挟まれて形成されている。浸透抑制膜８１は、一例として、ポリイミドによる多孔質材で構成されており、燃料極２１の拡散層３３に比べて液体燃料を透過し難い供給抑制構造を成している。
【００８４】
尚、この浸透抑制膜８１としては、一例として、膜厚が１μm〜３０μm程度であり、孔径が０.０１μm〜１μm程度である多孔質材を用いている。しなしながら、膜厚や孔径は拡散層３３の膜厚や孔径によって相対的に決まるものであって、上記値に限定されるものではない。好ましくは、燃料の浸透抑制膜８１の透過速度が、拡散層３３の透過速度に対して１桁から２桁程度低いものが望ましい。また、浸透抑制膜８１として、流路が形成された薄膜あるいは多孔質膜を採用してもよい。
【００８５】
この浸透抑制膜８１には、図８に示すように、第２流路３２に露出する部分に開口部８２が設けられている。この浸透抑制膜８１によって、第１流路３１から拡散層３３への液体燃料の供給が抑制されるため、第１実施の形態の場合よりもさらに低い燃料供給圧で第１流路３１内に液体燃料を充満させ易くなり、第１流路３１内の気体をより低い燃料供給圧で排出させることができるようになる。
【００８６】
具体的には、上記第１実施の形態のごとく、第１流路３１と拡散層３３との間に浸透抑制膜８１が存在しない場合には、漏れの無い管内の流れとは異なって、第１流路３１に沿って燃料を供給する際に、第１流路３１から拡散層３３に液体燃料が多く浸透する(液体燃料が多く抜ける)ことになる。そのため、第１流路３１内の液体燃料に、第１流路３１の入口から末端に向かう流れの方向に沿って大きな圧力低下が生ずることになる。したがって、第１流路３１の末端まで液体燃料を供給するためには高い供給圧が必要になる。また、上述したように、第１流路３１内に生ずる流路に沿った液体燃料の圧力低下が大きいため、圧力の高い第１流路３１の入口付近では拡散層３３への液体燃料の浸透量が多く、圧力の低い第１流路３１の末端付近では拡散層３３への液体燃料の浸透が少なくなる。したがって、拡散層３３全体に均一に液体燃料を行き渡らせることが難しくなる。
【００８７】
これに対して、上記第１流路３１と拡散層３３との間に浸透抑制膜８１を介在させた場合には、第１流路３１から拡散層３３への液体燃料の浸透が少なくなる。そのため、上記第１実施の形態の場合に比べて低い供給圧で、容易に第１流路３１の末端(閉じた先端)まで液体燃料を充満させることができる。したがって、第１流路３１内における液体燃料の圧力低下も、上記第１実施の形態の場合に比べて非常に小さくできる。その結果、第１流路３１の入口付近の供給圧を低くでき、拡散層３３の全体に亘ってより均一に液体燃料を浸透させることができるのである。
【００８８】
以上のごとく、本実施の形態によれば、上記燃料極２１の拡散層３３と流路板２５との間に、第１流路３１から拡散層３３への液体燃料の供給を抑制する浸透抑制膜８１を形成している。これによって、第１流路３１の略全体から燃料極２１の拡散層３３に液体燃料を拡散させることができ、液体燃料と燃料極２１との反応面積を増大させて、燃料極２１での反応(陽イオンと電子との生成)を促進させることができる。一方、拡散層３３で拡散される排出ガス(二酸化炭素)は、浸透抑制膜８１の開口部８２を通って第２流路３２に導入されるので、第２流路３２からの上記排出ガスの排出を促進させることができる。
【００８９】
また、この第３実施の形態によれば、上記浸透抑制膜８１の存在によって、上記第１実施の形態の場合よりも低い圧力で第１流路３１への液体燃料の供給が行われても燃料極２１での十分な反応を実現することができ、小型で高出力な燃料電池を実現することができる。さらに、浸透抑制膜８１は、拡散層３３よりも孔比率の低いあるいは孔径の小さい材料を用いて構成されているので、上記第１実施の形態のごとく拡散層３３と流路板２５とを直接接合する場合に比べて、流路板２５における接合面の密着性を改善することができる。
【００９０】
尚、この第３実施の形態においては上記浸透抑制膜８１に開口部８２を設けているが、開口部８２は必ずしも設ける必要はない。浸透抑制膜８１に開口部８２を設けない場合には、開口部８２を設けた場合に比べて、拡散層３３から第２流路３２へ排出ガスを排出する能力は小さくなるが、それでも浸透抑制膜８１は撥水性を有するので、液体燃料に比べて排出ガスを第２流路３２に透過させ易い。
【００９１】
また、この第３実施の形態においては、上記浸透抑制膜８１の存在によって、拡散層３３として、上記第１実施の形態で用いた多孔質材よりも透過し易い多孔質材を使用することが可能になる。その場合には、拡散層３３内において液体燃料がより流れ易くなり、燃料供給の均一性や燃料の供給効率の向上を図ることができる。
【００９２】
また、本実施の形態においては、ポリイミドによる多孔質材で構成した浸透抑制膜８１における流路板２５側の面８１aのうちの少なくとも第１流路３１に面する部分に親水処理を施して、上記部分を親水性にするのがこのましい。この親水処理の一例としては、例えば、酸素プラズマ,オゾン処理および紫外線(ＵＶ)照射の３つの処理のうちの何れか、あるいは、上記３つの処理の組み合わせを用いることができる。この親水処理を行った場合には、第１流路３１の液体燃料を、浸透抑制膜８１の上記親水性を有する部分に容易に浸透させることができる。さらに、燃料極２１で生成された二酸化炭素が浸透抑制膜８１を通って第１流路３１に排出されるのを、抑制することができる。
【００９３】
尚、上記実施の形態いおいては、上記浸透抑制膜８１をポリイミドによる多孔質材で構成したが、他の多孔質材料で浸透抑制膜８１を構成しても差し支えない。その場合、少なくとも第１流路３１に面する部分が親水性を有するようにすればよい。また、図８に示すように、浸透抑制膜８１に開口部８２を設ける場合には、第２流路３２に対向する部分の裏面が撥水性を有さず親水性であっても、第２流路３２への二酸化炭素の排出効率を高く維持することができる。
【００９４】
さらに好適な変形例においては、上記浸透抑制膜８１を構成する材料として、導電性材料が用いられる。この場合には、浸透抑制膜８１を集電電極端子として使用することができ、構造を簡略化することができる。さらに好適な変形例では、導電性材料で構成された浸透抑制膜８１を、外部回路(図示せず)を経由して酸化剤極２３に接続するのである。この浸透抑制膜８１は、図８に示すように、流路板２５とハウジング２４との間に挿入されるので、貫通孔等を形成しなくても浸透抑制膜８１を外部配線と容易に接続することができる。そのため、集電電極端子を成す浸透抑制膜８１を、上記外部回路を介して酸化剤極２３に容易に接続可能になる。また、電極端子の構造が簡単になるので、流路などの密閉性を確保し易くなる。
【００９５】
以上、本実施の形態における浸透抑制膜８１を、上記第１実施の形態に適用した場合を例に本実施の形態について説明したが、上記第２実施の形態に適用しても同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００９６】
・第４実施の形態
図９は、本実施の形態における燃料電池の平面図である。以下、図９に従って、本実施の形態の燃料電池について説明する。
【００９７】
本実施の形態においては、流路板９１以外の構成は、上記第１実施の形態の場合と全く同様である。また、上記燃料極に対する燃料供給および反応生成物排出以外の形態も、上記第１実施の形態の場合と全く同様である。したがって、本実施の形態においては、上記第１実施の形態と異なる点について主に説明する。
【００９８】
図９に示すように、上記燃料極における上記拡散層の形成領域を９つの燃料供給領域９２〜１００に分割している。そして、上記燃料極の各燃料供給領域９２〜１００の夫々に対向させて、流路板９１における１層目の上記第１流路板に、図５に示す流路構造１０１を配置している。尚、図を見易くするために９つ総ての流路構造１０１を図示してはいない。そして、流路構造１０１は、２層目の上記第２流路板に形成された燃料供給流路１０２に、貫通孔１０３を介して接続されている。これに対して、排出側は、２層目の上記第２流路板に形成された排出流路１０４,１０５に、夫々の流路構造１０１から貫通孔１０６を介して連通されている。
【００９９】
上記構成において、上記流路板９１における２層目の上記第２流路板に設けられた供給口１０７から供給された液体燃料は、コンダクタンスの低い２層目の燃料供給流路１０２全体に送られる。そして、この第２層の燃料供給流路１０２から夫々９つの流路構造１０１に貫通孔１０３を通って燃料が供給される。尚、本実施の形態においては上記燃料供給領域を９分割しているが、分割数は９分割に限定されるものではない。要は、上記燃料供給領域の大きさ(燃料極の大きさ)によって、適宜決めればよいのである。
【０１００】
図９に示すように、上記燃料極における上記拡散層の形成領域を複数の燃料供給領域９２〜１００に分割し、夫々の燃料供給領域９２〜１００に対向するように、１層目の上記第１流路板に流路構造１０１を、２層目の上記第２流路板に燃料供給流路１０２を、配置している。したがって、複数の燃料供給領域９２〜１００に分割しない場合に比較して上記燃料極の上記拡散層に対向する燃料供給流路１０２の長さを短くでき、より低い供給圧で、液体燃料を上記燃料極の上記拡散層の全体により均一に行き渡らせることが可能になる。
【０１０１】
燃料の排出口１０８は、液体燃料を供給する際に流路内の気体を排出し易いように設置してあるが、排出口１０８は省略しても構わない。その場合には、液体燃料を燃料供給流路１０２に充満させる際に、残留するガスは上記拡散層を介して排出流路１０４,１０５に排出すればよい。尚、燃料供給中は、排出口１０８は閉じた方が好ましい。
【０１０２】
一方、夫々の燃料供給領域９２〜１００の貫通孔１０６を通って２層目の排出流路１０４あるいは排出流路１０５に送られた排出ガスは、コンダクタンスの小さい２層目の排出流路１０４あるいは排出流路１０５を通って、排出口１０９,１１０から外部に排出される。したがって、排出効率をよくすることができる。
【０１０３】
ここでは、図５に示すような流路構造１０１を各燃料供給領域９２〜１００に対向させて配置しているが、配置する流路構造はこれに限るものではなく、図１に示すような流路溝の構造に置き換えても同様の効果が得られることは言うまでもない。また、上記第３実施の形態等に示した浸透抑制膜と併せて用いることで、さらに上記燃料極の上記拡散層全体により均一に燃料を行き渡らせることができることを、容易に理解することができる。
【０１０４】
・第５の実施の形態
図１０は、本実施の形態における燃料電池を模式的に示す図である。以下、図１０に従って、本実施の形態の燃料電池について説明する。
【０１０５】
本実施の形態は、上記第１実施の形態の燃料電池における駆動系に関するものである。したがって、上記第１実施の形態の燃料電池の構成と同じ部材には上記第１実施の形態の場合と同じ番号を付して、詳細な説明は省略する。以下、上記第１実施の形態とは異なる点について主に説明する。
【０１０６】
図１０に示すように、上記第１実施の形態の燃料電池における流路板２５の供給口２６には、流路１１１を介して圧力調整部１１２が接続されており、この圧力調整部１１２には流路１１３を介して燃料貯蔵部１１４は接続されている。また、上記燃料電池における蓋部３５と酸化剤極２３との間に形成された上記第３流路としての流路３６は、酸化剤極２３に酸化剤の一例としての酸素または空気を供給するための流路である。そして、蓋部３５の酸化剤導入口３５aには酸化剤圧送部１１５が接続されており、酸化剤圧送部１１５は酸化剤導入口３５aから流路３６内に酸化剤を供給する。
【０１０７】
さらに、上記燃料電池における蓋部３５の排出口３５bには、流路３６から排出ガス(例えば水蒸気)が導入される第４流路１１６の一端が接続される一方、第４流路１１６の他端はガス排出部１１７に接続されている。このガス排出部１１７は、上記燃料電池における排出口２７に一端が接続された第５流路１１８の他端に接続されており、この第５流路１１８には上記燃料電池における第２流路３２からの排出ガス(例えば二酸化炭素)が導入される。
【０１０８】
本実施の形態の構成によれば、上記燃料貯蔵部１１４に貯蔵された液体燃料(例えばメタノールと水との混合物)を、減圧弁あるいは圧力調整弁等で構成された圧力調整部１１２によって、液体燃料を第１流路３１から燃料極２１に安定に供給することができ、燃料電池としての出力向上を図ることができる。また、常に運転されるポンプを使用する場合に比べて電力消費を少なくすることができ、電力の損失を抑えて燃料電池としての出力を高めることができる。
【０１０９】
また、本実施の形態によれば、上記燃料極２１からの使用済み燃料および生成された二酸化炭素等の排出ガスと、酸化剤極２３からの水蒸気等の排出ガスと、の両方の排出ガスを、同じ１つのガス排出部１１７から排出することができるので、排出ガスの回収が容易になる。
【０１１０】
尚、上記第５実施の形態においては、上記第１流路３１内の圧力と第２流路３２内の圧力との圧力差を検知する手段としての圧力センサ(図示せず)を設けてもよい。この場合には、上記圧力センサが検知した上記圧力差に基づいて、圧力調整部１１２によって第１流路３１内の圧力を調整することによって、上記圧力差を所定の範囲(一例として、０.０００１気圧〜０.１気圧程度)に保つことが可能になる。その場合には、温度の変化や気圧の変化等の環境変化が生じた場合であっても、燃料の供給量を安定させ、燃料電池の出力を安定させることができるようになる。
【０１１１】
また、上記第５実施の形態においては、上記第１実施の形態の構成を基本構成として説明しているが、上記第２実施の形態,上記第３実施の形態あるいは上記第４実施の形態の構成を基本構成として差し支えない。
【０１１２】
また、上記各実施の形態においては、上記燃料極２１に供給される液体燃料として、メタノールと水とを混合したものを用いている。しかしながら、燃料はこれに限るものではなく、メタノールの代わりにエタノールやジメチルエーテルのような炭化水素系の有機燃料を使用することもできる。
【図面の簡単な説明】
【０１１３】
【図１】この発明の燃料電池における構成を示す平面図である。
【図２】図１におけるＡ‐Ａ’矢視断面図である。
【図３】図１における第１流路溝と第２流路溝との水平断面の部分図である。
【図４】図１におけるＢ‐Ｂ’矢視断面図である。
【図５】図１とは異なる燃料電池の平面図である。
【図６】図５におけるＣ‐Ｃ’矢視断面図である。
【図７】図５とは異なる第１流路溝の構成図である。
【図８】図１および図５とは異なる燃料電池における縦断面図である。
【図９】図１,図５および図８とは異なる燃料電池における平面図である。
【図１０】図１に示す燃料電池における駆動系の説明図である。
【図１１】従来の直接型メタノール燃料電池の構造を示す図である。
【符号の説明】
【０１１４】
２１…燃料極、
２２…電解質膜、
２３…酸化剤極、
２４…ハウジング、
２５,５１,９１…流路板、
２６,１０７…供給口、
２７,１０８〜１１０…排出口、
２８,５４…第１流路溝、
２９,５７…第２流路溝、
３０,５８…流路板の壁、
３１,５５…第１流路、
３２,５９…第２流路、
３３,３７…拡散層、
３４,３８…電極層、
３５…蓋部、
３６…流路、
３９…第１流路溝の先端部、
４０,５６…気泡、
５１a…第１流路板、
５１b…第２流路板、
５２,６１…流路溝、
５３,６４〜７１,６０,１０３,１０６…貫通孔、
８１…浸透抑制膜、
８２…浸透抑制膜の開口部、
９２〜１００…燃料供給領域、
１０１…流路構造、
１０２…２層目の燃料供給流路、
１０４,１０５…２層目の排出流路、
１１１,１１３,１１６,１１８…流路、
１１２…圧力調整部、
１１４…燃料貯蔵部、
１１５…酸化剤圧送部、
１１７…ガス排出部。
【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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