(57)【要約】【課題】小型化を損なうことなく組立作業の容易性を向上することを可能とした構造を有し、しかも、信頼性に優れ且つ出力を安定化させることを可能にした燃料電池を提供すること。【解決手段】  燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟まれた電解質膜と、を有する膜電極接合体を含む燃料電池セル２と、燃料電池セル２に対して燃料を供給する燃料供給機構３０と、を備え、燃料供給機構３０は、燃料電池セル２を収容するための収容部３１Ａを有す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】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟まれた電解質膜と、を有する膜電極接合体を備える起電部と、
前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に対して燃料を供給する燃料供給機構と、を備え、
前記燃料供給機構は、前記膜電極接合体を収容するための収容部を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料供給機構の前記収容部は、燃料を供給する少なくとも１箇所の燃料供給口を有する底面と、この底面から突出した壁部とによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項３】
前記壁部は、前記膜電極接合体を囲むような枠状に形成されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
さらに、前記膜電極接合体の前記空気極側に配置されたカバープレートを備え、
前記膜電極接合体は、前記収容部の底面と前記カバープレートとの間に配置されたことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記収容部の底面と前記カバープレートとの間に配置される前記膜電極接合体を含む板状部材の総厚は、前記収容部の壁部の高さより大きいことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記カバープレートは、前記燃料供給機構の壁部に対してネジにより締結固定されたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記カバープレートは、前記燃料供給機構の壁部及び背面周縁部に沿って折り曲げられ、前記燃料供給機構に固定されたことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記燃料供給機構は、樹脂材料を用いて形成されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
さらに、前記燃料供給機構と前記膜電極接合体との間に配置された少なくとも１つの多孔体を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１０】
さらに、前記膜電極接合体を前記燃料極側から支持する支持板を備えたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記燃料は、メタノール燃料であることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記メタノール燃料は、メタノール濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液または純メタノールであることを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
【請求項１３】
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟まれた電解質膜と、を有する膜電極接合体を備える起電部と、
液体燃料を収容し、前記液体燃料の気化成分を導出するための開口を有する液体燃料収容部と、
前記液体燃料収容部の開口を塞ぐように配置され、前記液体燃料の気化成分を前記膜電極接合体に向けて透過させる気液分離膜と、を備え、
前記液体燃料収容部は、前記気液分離膜及び前記膜電極接合体を収容するための収容部を有す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】
この発明は、液体燃料を用いた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ノートパソコンや携帯電話等の各種携帯用電子機器を長時間充電なしで使用可能とするために、これら携帯用電子機器の電源に燃料電池を用いる試みがなされている。燃料電池は燃料と空気を供給するだけで発電することができ、燃料を補給すれば連続して長時間発電することが可能であるという特徴を有している。このため、燃料電池を小型化できれば、携帯用電子機器の電源として極めて有利なシステムといえる。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）は小型化が可能であり、さらに燃料の取り扱いも容易であるため、携帯用電子機器の電源として有望視されている。ＤＭＦＣにおける液体燃料の供給方式としては、気体供給型や液体供給型等のアクティブ方式、また燃料収容部内の液体燃料を電池内部で気化させて燃料極に供給する内部気化型等のパッシブ方式が知られている。
【０００４】
これらのうち、内部気化型等のパッシブ方式はＤＭＦＣの小型化に対して特に有利である。パッシブ型ＤＭＦＣにおいては、例えば燃料極、電解質膜および空気極を有する膜電極接合体（燃料電池セル）を、樹脂製の箱状容器からなる燃料収容部上に配置した構造が提案されている（例えば特許文献１及び２参照）。燃料収容部から気化した燃料を直接燃料電池セルに供給する場合、燃料電池の出力の制御性を高めることが重要となるが、現状のパッシブ型ＤＭＦＣでは必ずしも十分な出力制御性は得られていない。
【０００５】
一方で、パッシブ型ＤＭＦＣにおいて、燃料電池セル（電極膜構造体）と燃料収容部（燃料収容部）とを接合する構造として、燃料収容部のフランジ部に電極膜構造体を重ね、カバープレートの周縁部を電極膜構造体の外周、フランジ部の外周及び背面周縁部に沿って折り曲げ、電極膜構造体及びフランジ部をカバープレートの周縁部で挟みつけることにより、燃料収容部を電極膜構造体に対して固定する構造が提案されている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特開２００６−３１８７１２号公報
【特許文献３】国際公開第２００５／１２０９６６号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
この発明の目的は、小型化を損なうことなく組立作業の容易性を向上することを可能とした構造を有し、しかも、信頼性に優れ且つ出力を安定化させることを可能にした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】
【０００７】
この発明の第１の態様による燃料電池は、
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟まれた電解質膜と、を有する膜電極接合体を備える起電部と、
前記膜電極接合体の前記燃料極側に配置され、前記燃料極に対して燃料を供給する燃料供給機構と、を備え、
前記燃料供給機構は、前記膜電極接合体を収容するための収容部を有することを特徴とする。
【０００８】
この発明の第２の態様による燃料電池は、
燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟まれた電解質膜と、を有する膜電極接合体と、
液体燃料を収容し、前記液体燃料の気化成分を導出するための開口を有する液体燃料収容部と、
前記液体燃料収容部の開口を塞ぐように配置され、前記液体燃料の気化成分を前記膜電極接合体に向けて透過させる気液分離膜と、を備え、
前記液体燃料収容部は、前記気液分離膜及び前記膜電極接合体を収容するための収容部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
この発明によれば、小型化を損なうことなく組立作業の容易性を向上することを可能とした構造を有し、しかも、信頼性に優れ且つ出力を安定化させることを可能にした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】
【００１０】
以下、この発明の一実施の形態に係る燃料電池について図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、この実施の形態に係る燃料電池１の外観を示す平面図であり、図２は、図１に示した燃料電池１を第１方向（ここでは燃料電池１の長手方向）Ｈに沿って切断した断面を示す図であり、図３は、図１に示した燃料電池１を第２方向（ここでは燃料電池１の長手方向に直交する方向）Ｖに沿って切断した断面を示す図である。
【００１２】
この実施の形態において、燃料電池１は、燃料電池１の起電部を構成する燃料電池セル２と、燃料電池セル２に対して燃料を供給する燃料供給機構３０と、を備えて構成されている。
【００１３】
図２及び図３に示すように、燃料電池１において、燃料電池セル２は、アノード触媒層１１とアノードガス拡散層１２とを有するアノード（燃料極）１３と、カソード触媒層１４とカソードガス拡散層１５とを有するカソード（空気極／酸化剤極）１６と、アノード触媒層１１とカソード触媒層１４とで挟持されたプロトン（水素イオン）伝導性の電解質膜１７とから構成される膜電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）を有している。
【００１４】
アノード触媒層１１やカソード触媒層１４に含有される触媒としては、例えば白金（Ｐｔ）、ルテニウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、イリジウム（Ｉｒ）、オスミウム（Ｏｓ）、パラジウム（Ｐｄ）等の白金族元素の単体、白金族元素を含有する合金等が挙げられる。アノード触媒層１１にはメタノールや一酸化炭素等に対して強い耐性を有するＰｔ−ＲｕやＰｔ−Ｍｏ等を用いることが好ましい。カソード触媒層１４にはＰｔやＰｔ−Ｎｉ等を用いることが好ましい。ただし、触媒はこれらに限定されるものではなく、触媒活性を有する各種の物質を使用することができる。触媒は炭素材料のような導電性担持体を使用した担持触媒、あるいは無担持触媒のいずれであってもよい。
【００１５】
電解質膜１７を構成するプロトン伝導性材料としては、例えばスルホン酸基を有するパーフルオロスルホン酸重合体のようなフッ素系樹脂（ナフィオン（商品名、デュポン社製）やフレミオン（商品名、旭硝子社製）等）、スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂等の有機系材料、あるいはタングステン酸やリンタングステン酸等の無機系材料が挙げられる。ただし、プロトン伝導性の電解質膜１７はこれらに限られるものではない。
【００１６】
アノード触媒層１１に積層されるアノードガス拡散層１２は、アノード触媒層１１に燃料を均一に供給する役割を果たすと同時に、アノード触媒層１１の集電体も兼ねている。カソード触媒層１４に積層されるカソードガス拡散層１５は、カソード触媒層１４に酸化剤を均一に供給する役割を果たすと同時に、カソード触媒層１４の集電体も兼ねている。アノードガス拡散層１２及びカソードガス拡散層１５は多孔質基材で構成されている。
【００１７】
アノードガス拡散層１２やカソードガス拡散層１５には、必要に応じて導電層が積層される。これら導電層としては、例えば金（Ａｕ）のような導電性金属材料からなるメッシュ、多孔質膜、薄膜または箔体、あるいはステンレス鋼（ＳＵＳ）などの導電性金属材料に金などの良導電性金属を被覆した複合材等が用いられる。
【００１８】
なお、図２および図３において、燃料電池セル２は単体で説明しているが、同一の電解質膜１７上に複数のアノードおよびカソードを対向して形成し、それらを直接に電気的に接続した構造であっても良い。
【００１９】
図１乃至図４に示すように、燃料供給機構３０は、燃料電池セル２のアノード（燃料極）１３側に配置され、燃料電池セル２のアノード１３に対して燃料を供給するものである。
【００２０】
この燃料供給機構３０は、燃料供給部３１を備えている。また、この燃料供給機構３０は、燃料供給部３１に供給される液体燃料を収容する図示しない燃料収容部を備えている。燃料収容部は、燃料電池セル２に対応した液体燃料を収容しており、液体燃料としては、各種濃度のメタノール水溶液や純メタノール等のメタノール燃料が挙げられる。液体燃料は必ずしもメタノール燃料に限られるものではない。液体燃料は、例えばエタノール水溶液や純エタノール等のエタノール燃料、プロパノール水溶液や純プロパノール等のプロパノール燃料、グリコール水溶液や純グリコール等のグリコール燃料、ジメチルエーテル、ギ酸、その他の液体燃料であってもよい。いずれにしても、燃料電池セル２に応じた液体燃料が使用される。
【００２１】
燃料供給部３１と燃料収容部とは、図示しない配管のような液体燃料の流路を介して接続されている。つまり、燃料供給部３１には、燃料収容部から流路を介して液体燃料が導入される。流路は、燃料供給部３１や燃料収容部と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給部３１と燃料収容部とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料の流路であってもよい。
【００２２】
燃料供給部３１は、その底部に、液体燃料が流路を介して注入される燃料注入口３２と、燃料注入口３２から注入された液体燃料やその気化成分を供給する燃料供給口３３と、燃料注入口３２と燃料供給口３３とを繋ぐ細管３４と、を有している。ここで示した燃料供給部３１の例では、燃料注入口３２及び燃料供給口３３は、それぞれ１箇所である。
【００２３】
また、燃料供給部３１は、その上部に、少なくとも燃料電池セル２を収容するための収容部３１Ａを有している。すなわち、燃料供給部３１は、燃料供給口３３が形成された底面３５と、この底面３５から突出した壁部３６と、を有しており、これらの底面３５及び壁部３６によって収容部３１Ａが形成されている。
【００２４】
この実施の形態においては、壁部３６は、燃料電池セル２を囲むような枠状に形成されている。より具体的には、略矩形平板状の燃料電池セル２に対して、壁部３６は、４辺に配置されている。すなわち、壁部３６は、第２方向Ｖに沿って延在するとともに燃料電池セル２を介して対向する第１側壁３６Ａ及び第２側壁３６Ｂと、第１方向Ｈに沿って延在するとともに燃料電池セルを介して対向する第３側壁３６Ｃ及び第４側壁３６Ｄと、を含んでいる。
【００２５】
つまり、ここで示した燃料供給部３１は、燃料電池セル２に燃料を供給する機能と、燃料電池セル２を収容する機能とを兼ね備えた箱状容器として構成されている。
【００２６】
また、この実施の形態において、燃料電池１は、さらに、燃料電池セル２のカソード（空気極）１６側に配置されたカバープレート１８を備えている。つまり、燃料電池セル２は、収容部３１Ａの底面３５とカバープレート１８との間に配置されている。カバープレート１８は、酸化剤である空気を取入れるための開口１８Ａを有している。なお、図２及び図３に示した例では、カバープレート１８とカソード１６との間には、保湿層２０が配置されているが省略しても良い。この保湿層２０は、カソード触媒層１４で生成された水の一部を含浸して、水の蒸散を抑制すると共に、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進する機能を有している。
【００２７】
さらに、この実施の形態において、燃料電池１は、燃料電池セル２と燃料供給機構３０との間に配置され燃料電池セル２をアノード１３側から支持する支持板４１を備えている。つまり、燃料電池セル２は、支持板４１とカバープレート１８との間に保持されている。この支持板４１は、燃料電池セル２と燃料供給機構３０との間に配置された状態において、燃料供給機構３０から供給された燃料を燃料電池セル２のアノード１３に供給するための開口部ＡＰを有している。つまり、この開口部ＡＰは、支持板４１において、燃料供給機構３０側から燃料電池セル２側まで貫通する貫通孔である。
【００２８】
なお、このような支持板４１は、省略しても良いが、これを適用することにより以下のような効果が得られる。すなわち、燃料電池セル２と燃料供給機構３０との間に支持板４１を配置したことにより、燃料供給口３３から燃料電池セル２までの距離を確保することができる。このため、燃料供給口３３から供給された液体燃料の気化を促進するのに十分な容量を確保することができ、気体の状態の燃料を広範囲にわたって拡散させることが可能である。これにより、アノード１３の面内における燃料の分布を平準化することが可能となり、燃料電池セル２での発電反応に必要とされる燃料を全体的に過不足なく供給することができる。したがって、燃料電池１の大型化や複雑化等を招くことなく、燃料電池セル２で効率的に発電反応を生起させることができる。これによって、燃料電池１の出力を向上させることが可能となる。言い換えると、燃料を循環させない燃料電池１の利点を損なうことなく、出力やその安定性を高めることができる。
【００２９】
また、支持板４１により燃料電池セル２を支持するとともに、支持板４１とカバープレート１８との間で燃料電池セル２を保持するため、燃料電池セル２、特に膜電極接合体の撓みなどの変形を抑制することができ、起電部と集電体との密着性を高めて出力の低下を抑制することが可能となる。
【００３０】
さらに、この実施の形態において、燃料電池１は、燃料電池セル２と燃料供給機構３０との間に配置された少なくとも１つの多孔体４２を備えている。多孔体４２の構成材料としては、各種樹脂が使用され、多孔質状態の樹脂フィルム等が多孔体４２として用いられる。このような多孔体４２は、複数の多孔膜を積層して配置してもよい。すなわち、主にある一方向への拡散性が高い多孔体と、これに交差する（あるいは直交する）方向への拡散性が高い多孔体とを組み合わせて適用しても良い。
【００３１】
なお、このような多孔体４２は、省略しても良いが、これを適用することにより以下のような効果が得られる。すなわち、多孔体４２を配置することによって、アノード１３に対する燃料供給量をより一層平均化することができる。すなわち、燃料供給部３１の燃料供給口３３から供給された液体燃料は一旦多孔体４２に吸収され、多孔体４２の内部で面内方向に拡散する。この後、多孔体４２から支持板４１を介してアノード１３に燃料が供給されるため、燃料供給量をより一層平均化することが可能となる。
【００３２】
要するに、図２及び図３に示した例では、燃料電池１は、燃料供給機構３０を構成する燃料供給部３１の収容部３１Ａにおいて、底面３５上に配置された多孔体４２、多孔体４２上に配置された支持板４１、支持板４１上に配置された膜電極接合体を含む燃料電池セル２、燃料電池セル２上に配置された保湿層２０を収容し、保湿層２０上に配置されたカバープレート１８によってこれらを保持している。電解質膜１７とカバープレート１８との間（図２及び図３に示した例では、電解質膜１７と保湿層２０との間）、及び、電解質膜１７と支持板４１との間には、それぞれゴム製のＯリングなどのシール材１９が介在しており、また、燃料供給部３１の底面３５と支持板４１との間にも同様のシール材ＳＥが介在しており、これらによって燃料電池セル２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００３３】
上述したような構成の燃料電池１においては、以下のようなプロセスによって発電する。
【００３４】
すなわち、燃料注入口３２から燃料供給部３１に導入された液体燃料は、細管３４を経由して燃料供給口３３に導かれる。燃料供給口３３から供給された液体燃料は、気化するとともに広範囲にわたって拡散する。燃料電池セル２のアノード１３には、液体燃料の気化成分が供給される。
【００３５】
燃料電池セル２内において、燃料は、アノードガス拡散層１２を拡散してアノード触媒層１１に供給される。液体燃料としてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１で下記の(1)式に示すメタノールの内部改質反応が生じる。なお、メタノール燃料として純メタノールを使用した場合には、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水をメタノールと反応させて(1)式の内部改質反応を生起させる。あるいは、水を必要としない他の反応機構により内部改質反応を生じさせる。
【００３６】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …(1)
この反応で生成した電子（ｅ-）は、集電体を経由して外部に導かれ、いわゆる電気として携帯用電子機器等を動作させた後、カソード１６に導かれる。また、(1)式の内部改質反応で生成したプロトン（Ｈ+）は、電解質膜１７を経てカソード１６に導かれる。カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。カソード１６に到達した電子（ｅ-）とプロトン（Ｈ+）は、カソード触媒層１４で空気中の酸素と下記の(2)式にしたがって反応し、この反応に伴って水が生成する。
【００３７】
６ｅ-＋６Ｈ+＋（３／２）Ｏ2  →  ３Ｈ2Ｏ  …(2)
上述した燃料電池１の発電反応において、発電する電力を増大させるためには触媒反応を円滑に行わせると共に、燃料電池セル２の電極全体をより有効に発電に寄与させることが重要となる。
【００３８】
以上のような構成の燃料電池１によれば、燃料供給機構３０に燃料電池セル２を収容するための収容部３１Ａを形成したことにより、他の部材を必要とすることなく燃料電池セル２を収容部３１Ａに収めるだけで燃料電池セル２と燃料供給機構３０とを結合することができる。このため、小型化を損なうことなく組立作業の容易性を向上することが可能となる。
【００３９】
また、燃料供給機構３０に対する燃料電池セル２の相対位置のずれを抑制することができ、燃料漏れを抑制可能とする高いシール性を確保できるとともに、燃料を安定的に燃料電池セル２に供給可能となる。これにより、燃料の利用効率を改善することができ、加えて、出力を安定化させることが可能となる。
【００４０】
また、図２及び図３に示した例のように、燃料電池セル２のほかに、支持板４１や多孔体４２などの複数の板状部材を有する燃料電池１においては、収容部３１Ａに順次板状部材を重ね合わせて収容することにより、他の部材を必要とすることなく燃料供給機構３０と結合することができる。このため、組立作業の容易性がさらに増すとともに、複数の板状部材間の相互の位置ずれも抑制することができ、出力の安定性を向上することができる。
【００４１】
また、収容部３１Ａは、燃料電池セル２を囲むような枠状に形成された壁部３６を有しているため、燃料電池セル２をはじめとする他の板状部材を収容部３１Ａに収めるだけで、燃料供給機構３０に対する位置決めがなされ、さらに出力を安定化させることが可能となる。
【００４２】
また、収容部３１Ａの底面３５とカバープレート１８との間に配置される燃料電池セル２を含む板状部材の総厚は、収容部３１Ａの壁部３６の高さより僅かに大きいことが望ましい。すなわち、壁部３６の高さとは、底面３５からカバープレート１８に向かって突出した壁部３６の底面３５からの長さに相当する。
【００４３】
このような構成を適用することにより、収容部３１Ａの底面３５とカバープレート１８との間に配置された燃料電池セル２をその厚み方向に加圧しつつ保持することが可能となる。このため、燃料電池セル２、特に膜電極接合体の撓みなどの変形を抑制することができ、起電部と集電体との密着性を高めて出力の低下を抑制することが可能となる。
【００４４】
一方で、板状部材の総厚を壁部３６の高さより僅かに大きくしたことにより、カバープレート１８によって燃料電池セル２を押圧する力が加えられた際に、板状部材のそれぞれが弾性変形しても壁部３６の高さより小さく押しつぶされることを抑制でき、燃料電池セル２に過剰の力が加わることによる破損を防止することが可能となる。
【００４５】
上述したカバープレート１８は、燃料供給機構３０の壁部３６に対してネジにより固定されてもよい。図１乃至図４に示した例では、燃料供給部３１の第１側壁３６Ａ及び第２側壁３６Ｂは、ネジ穴を有しており、また、カバープレート１８もこれらのネジ穴に対応する貫通孔を有している。そして、ネジＳＣによりカバープレート１８が燃料供給機構３０に固定されている。
【００４６】
なお、壁部３６の全体、図４などに示した例では４つの側壁すべてにネジ穴を設けて、４辺すべてをネジにより締結固定しても良いが、ネジ穴を確保するために側壁の幅が広がるため、小型化を図る上では少なくとも１辺、もしくは、対向する２辺について、ネジにより締結固定することが望ましい。また、このネジによる締結固定についても、ネジ穴へのネジの締結により固定してもよいが、ナットを用いての締結固定でもよい。
【００４７】
また、上述したカバープレート１８は、燃料供給機構３０の壁部３６及び背面周縁部３１Ｂに沿って折り曲げられ、燃料供給機構３０に固定されてもよい。図１乃至図４に示した例では、燃料供給部３１の第３側壁３６Ｃ及び第４側壁３６Ｄは、薄板状に形成されている。このような燃料供給部３１に対して、収容部３１Ａに燃料電池セル２などを収容した後、平板状のカバープレート１８を重ね合わせ、カバープレート１８の周縁部を略直角に折り曲げて第３側壁３６Ｃ及び第４側壁３６Ｄに密着させ、さらに、カバープレート１８の周縁先端部をさらに略直角に折り曲げて燃料供給部３１の背面周縁部３１Ｂに密着させる。これにより、カバープレート１８は、収容部３１Ａに各板状部材を収容した状態で燃料供給機構３０を挟みつけている。
【００４８】
また、上述した燃料供給機構３０、特に燃料供給部３１は、樹脂材料を用いて形成されることが望ましい。このような場合、当然のことながら、この燃料供給部３１と一体の収容部３１Ａを構成する壁部３６なども同一の樹脂材料を用いて形成される。液体燃料としてメタノールを選択する場合には、より望ましくは、燃料供給機構３０は、メタノールに対する耐性を有する樹脂材料を用いて形成される。
【００４９】
壁部３６が枠状に形成されている場合には、燃料電池セル２は、樹脂材料、つまり絶縁体によって囲まれることになる。すなわち、カバープレート１８は、主としてステンレスなどの金属製である。一方で、燃料電池セル２に含まれる電解質膜１７がシール材１９より外部に引き出されている。このため、電解質膜１７の端部がカバープレート１８の周縁部に触れると、腐食するおそれがある。これに対して、燃料電池セル２を樹脂製の収容部３１Ａに収容する構成では、カバープレート１８と燃料電池セル２との間には、樹脂製の壁部３６が介在するため、燃料電池セル２がカバープレート１８に接触する接点をなくすことができ、腐食を抑制することが可能となる。
【００５０】
次に、上述した実施の形態の変形例について説明する。
【００５１】
燃料供給機構３０は、上述した構成に限らず、種々変更が可能である。すなわち、図５に示した変形例においては、燃料供給機構３０を構成する燃料供給部３１は、その底部に、液体燃料が流路を介して注入される燃料注入口３２と、燃料注入口３２から注入された液体燃料やその気化成分を供給する複数の燃料供給口３３と、燃料注入口３２と各燃料供給口３３とを繋ぐ細管３４と、を有している。
【００５２】
なお、この燃料供給部３１も上述した実施の形態と同様に、その上部に、少なくとも燃料電池セル２を収容するための収容部３１Ａを有している。すなわち、燃料供給部３１は、複数の燃料供給口３３が形成された底面３５と、この底面３５から突出した壁部３６と、を有しており、これらの底面３５及び壁部３６によって収容部３１Ａが形成されている。
【００５３】
このような構成の燃料供給機構３０においては、燃料注入口３２から燃料供給部３１内に注入された液体燃料を、複数に分岐した細管３４を介して複数の燃料供給口３３にそれぞれ導くことが可能である。つまり、このような燃料供給機構３０を適用することによって、燃料注入口３２から注入された液体燃料を方向や位置に係わりなく、複数の燃料供給口３３に均等に分配することができる。したがって、燃料電池セル２の面内における発電反応の均一性をより一層高めることが可能となる。
【００５４】
さらに、燃料注入口３２と複数の燃料供給口３３とを細管３４で接続することによって、燃料電池１の特定箇所により多くの燃料を供給するような設計が可能となる。例えば、装置装着上の都合から燃料電池１の半分の放熱がよくなってしまうような場合、従来では温度分布が生じてしまい、平均出力の低下が避けられない。これに対して、細管３４の形成パターンを調整し、予め放熱のよい部分に燃料供給口３３を密に配置することによって、その部分での発電に伴う発熱を多くすることができる。これによって、面内の発電度合いを均一化することができ、出力低下を抑制することが可能となる。
【００５５】
このような変形例の燃料電池１においても、上述した実施の形態と同様の効果が得られる。
【００５６】
上述した実施の形態において、液体燃料を燃料収容部から燃料供給部３１まで送る機構は特に限定されるものではない。例えば、使用時の設置場所が固定される場合には、重力を利用して液体燃料を燃料収容部から燃料供給部３１まで落下させて送液することができる。また、多孔体等を充填した流路を用いることによって、毛細管現象で燃料収容部から燃料供給部３１まで送液することができる。
【００５７】
さらに、燃料収容部から燃料供給部３１への送液はポンプで実施してもよい。この場合、例えば、燃料収容部と燃料供給部３１との間の流路の途中にポンプを挿入した構成が適用可能である。この場合のポンプは、燃料を循環される循環ポンプではなく、あくまでも燃料収容部から燃料供給部３１に液体燃料を送液する燃料供給ポンプである。このようなポンプで必要時に液体燃料を送液することによって、燃料供給量の制御性を高めることができる。
【００５８】
ポンプの種類は、特に限定されるものではないが、少量の液体燃料を制御性よく送液することができ、さらに小型軽量化が可能という観点から、ロータリーベーンポンプ、電気浸透流ポンプ、ダイアフラムポンプ、しごきポンプ等を使用することが好ましい。ロータリーベーンポンプはモータで羽を回転させて送液するものである。電気浸透流ポンプは電気浸透流現象を起こすシリカ等の焼結多孔体を用いたものである。ダイアフラムポンプは電磁石や圧電セラミックスによりダイアフラムを駆動して送液するものである。しごきポンプは柔軟性を有する燃料流路の一部を圧迫し、燃料をしごき送るものである。これらのうち、駆動電力や大きさ等の観点から、電気浸透流ポンプや圧電セラミックスを有するダイアフラムポンプを使用することがより好ましい。
【００５９】
また、このようなポンプを適用した場合、ポンプの動作を制御する制御回路を追加しても良い。すなわち、燃料供給用（送液用）のポンプの制御は、燃料電池１の出力を参照して行うことが好ましい。このため、燃料電池１の出力を制御回路で検出し、この検出結果に基づいて制御回路からポンプに制御信号が送られる。ポンプは、制御回路から送られた制御信号に基づいてオン／オフが制御される。ポンプの動作は、燃料電池１の出力に加えて、温度情報や電力供給先である電子機器の運転状態情報等に基づいて制御することで、より安定した運転が達成できる。
【００６０】
さらに、燃料電池１としての安定性や信頼性を高めるために、ポンプと直列に燃料遮断バルブを配置しても良い。この場合、ポンプと燃料供給部３１との間の流路に燃料遮断バルブを挿入した構成が適用可能であるが、燃料遮断バルブはポンプと燃料供給部３１との間に設置しても機能上の支障はない。燃料遮断バルブとしては、電磁石、モータ、形状記憶合金、圧電セラミックス、バイメタル等をアクチュエータとして、開閉動作を電気信号で制御することが可能な電気駆動バルブが使用される。燃料遮断バルブには、その大きさや駆動電力等の観点から、電磁石や圧電セラミックスを用いた電気駆動バルブを使用することが好ましい。さらに、燃料遮断バルブには、状態保持機能を有するラッチタイプのバルブを使用することが好ましい。
【００６１】
また、燃料供給機構３０から燃料電池セル２への燃料供給が行われる構成であればポンプに代えて燃料遮断バルブを配置する構成とすることも可能である。この場合には、燃料遮断バルブは、流路による液体燃料の供給を制御するために設けられるものである。
【００６２】
また、燃料収容部や流路に燃料収容部内の圧力を外気とバランスさせるバランスバルブを装着しても良い。
【００６３】
次に、上述したような構成の燃料電池セル２を備えた燃料電池１の他の実施の形態について説明する。
【００６４】
図６に示すように、燃料電池１は、燃料電池セル２と、液体燃料収容部７０と、気液分離膜８０とから主として構成されている。液体燃料収容部７０は、メタノールなどの液体燃料を収容するように箱状に構成され、液体燃料の気化成分を導出するための開口７１を有している。気液分離膜８０は、液体燃料収容部７０の開口７１を塞ぐように配置され、液体燃料の気化成分を透過するとともに液体燃料を透過させない膜によって形成されている。このような気液分離膜８０の材料としては、例えば、シリコン、ポリテトラフルオロエチレンのようなフッ素系樹脂などが挙げられる。
【００６５】
また、図６に示した例では、気液分離膜８０と燃料電池セル２との間に支持板４１が配置されているが、省略しても良い。
【００６６】
上述した液体燃料収容部７０は、気液分離膜８０及び燃料電池セル２を収容するための収容部７０Ａを有している。すなわち、液体燃料収容部７０は、その底部に、液体燃料を収容する収容部を有しており、また、その上部に、燃料電池セル２等を収容するための収容部７０Ａを有している。
【００６７】
このような他の実施の形態の燃料電池１においても、同様の効果が得られる。
【００６８】
上述した各実施形態の燃料電池１は、各種の液体燃料を使用した場合に効果を発揮し、液体燃料の種類や濃度は限定されるものではない。各実施形態の燃料電池１は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノールを液体燃料として用いた場合に、その性能や効果を特に発揮することができる。したがって、各実施形態は、濃度が８０ｗｔ％以上のメタノール水溶液または純メタノールを液体燃料として用いた燃料電池１に適用することが好ましい。
【００６９】
なお、本発明は液体燃料を使用した各種の燃料電池に適用することができる。また、燃料電池の具体的な構成や燃料の供給状態等も特に限定されるものではなく、ＭＥＡに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、全てが液体燃料、または一部が液体状態で供給される液体燃料の蒸気等、種々形態に本発明を適用することができる。実施段階では本発明の技術的思想を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化することができる。さらに、上記実施形態に示される複数の構成要素を適宜に組合せたり、また実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除したりする等、種々の変形が可能である。本発明の実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、この拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】図１は、この発明の一実施の形態に係る燃料電池の外観を概略的に示す平面図である。
【図２】図２は、図１に示した燃料電池を第１方向に沿って切断したときの断面を概略的に示す断面図である。
【図３】図３は、図１に示した燃料電池を第２方向に沿って切断したときの断面を概略的に示す断面図である。
【図４】図４は、この発明の実施の形態に係る燃料電池に適用可能な燃料供給部の構造を概略的に示す斜視図である。
【図５】図５は、この実施の形態の変形例に係る燃料電池の構成を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、他の実施の形態に係る燃料電池の構成を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…燃料電池  ２…燃料電池セル  １３…アノード  １６…カソード  １７…電解質膜  １８…カバープレート  ３０…燃料供給機構  ３１…燃料供給部  ３１Ａ…収容部  ３１Ｂ…背面周縁部  ３５…底面  ３６…壁部  ４１…支持板  ４２…多孔体  ＡＰ…開口部  ＳＥ…シール材  ＳＣ…ネジ  ７０…液体燃料収容部  ７０Ａ…収容部  ７１…開口  ８０…気液分離膜
【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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