(57)【要約】【課題】優れた剛性を有し、しかも、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】アノード１３と、カソード１６と、アノード１３とカソード１６とに挟まれた電解質膜１７と、を有する膜電極接合体２と、膜電極接合体２の空気極側に配置されたカバー部材３０と、を備え、  カバー部材３０は、その主面３１に、カソード側に向かって窪んだ凹部３４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と、
前記膜電極接合体の前記空気極側に配置されたカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、その主面に、前記空気極側に向かって窪んだ凹部を有することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記凹部は、主面の外周部から中央部に向かって階段状に形成され、中央部が最も窪んだ形状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３】
主面の中央部は、平坦面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４】
主面の中央部は、曲面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５】
さらに、前記膜電極接合体の燃料極側に配置された燃料供給機構を備え、
前記カバー部材は、主面から折り曲げられた側面により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１に記載の燃料電池。
【請求項６】
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７】
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６に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池に係り、特に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（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）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１参照）。
【０００５】
一方で、パッシブ型ＤＭＦＣにおいて、膜電極接合体と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膜電極接合体を重ね、カバープレートの周縁部を膜電極接合体の外周、フランジ部の外周及び背面周縁部に沿って折り曲げ、膜電極接合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、燃料収容部を膜電極接合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２参照）。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】国際公開第２００６／１２０９６６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】
従来のＤＭＦＣにおいては、メタノールがＤＭＦＣ外部に漏洩することを防止するために、燃料収容部からアノード触媒層に至る経路がほぼ気密に形成されている。そして、アノード触媒層では、メタノールなどの燃料の分解反応によって炭酸ガス（ＣＯ２）が生成し、その生成量は発電量の増加に伴って増加する。更に、カソード触媒層では、改質した燃料成分を空気によって酸化する発熱反応が進行するため、ＤＭＦＣ内部における液体燃料の気化が促進され、さらにはこの気化した燃料が発熱によって膨張する。
【０００７】
このため、ＤＭＦＣ内のガス圧力（内圧）が上昇し、表面層であるカバー部材にガス圧力が集中する。その結果、カバー部材に緩みが発生することがある。カバー部材に緩みが発生すると、ＤＭＦＣ構成部品相互の密着度が低下、例えば膜電極接合体の発電素子と終電部とが均一に保持することが困難となり、その結果、膜電極接合体全面での集電機能が低下したり、電池内部における物質移動が阻害されたりする結果、出力が低下することになる。
【０００８】
この発明は、上述した課題に鑑みなされたものであって、優れた剛性を有し、しかも、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】
【０００９】
この発明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、
前記膜電極接合体の前記空気極側に配置されたカバー部材と、を備え、
前記カバー部材は、その主面に、前記空気極側に向かって窪んだ凹部を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、優れた剛性を有し、しかも、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。すなわち、燃料供給機構上に膜電極接合体等がカバー部材によって一体的に固定された燃料電池であって、空気極側に向かって窪んだ凹部を有するカバー部材を適用することにより、カバー部材の剛性を向上することができ、発電時の内圧の上昇によるカバー部材の膨張を抑制することが可能となる。これにより、ＤＭＦＣ構成部品相互の密着度の低下を抑制することができ、出力を安定化させることが可能となる。したがって、信頼性に優れ、且つ、燃料電池を収納している製品機器（電子機器）の外観にも膨れが少なく、外観上にも優れ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】
【００１１】
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。
【００１２】
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ＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面を示す図である。なお、この実施の形態において、燃料電池１は、パッシブ型ＤＭＦＣであり、内部気化方式を適用しているが、この方式に限らず他の方式を適用したものであっても良い。
【００１３】
燃料電池１は、燃料電池１の起電部を構成する膜電極接合体２を備えている。すなわち、図２に示すように、燃料電池１において、膜電極接合体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とを備えて構成されている。
【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、例えば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において、膜電極接合体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及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】
電解質膜１７のアノード側及びカソード側には、それぞれゴム製のＯリングなどのシール材１９が配置されており、これらによって膜電極接合体２からの燃料漏れや酸化剤漏れを防止している。
【００２０】
燃料電池１は、さらに、膜電極接合体２に対して燃料Ｆを供給する燃料供給機構３として機能する燃料収容部３０を備えている。この燃料収容部３０は、膜電極接合体２のアノード（燃料極）１３側に配置され、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給するものである。膜電極接合体２は、たとえば矩形の平面形状を有し、燃料収容部３０も同一矩形の平面形状を有している。燃料収容部３０は、膜電極接合体２のアノード１３と対向する面に設けられた開口部３０Ａを有している。すなわち、燃料収容部３０は、その上面全面が開口された箱状容器となっている。このような燃料収容部３０の内部には、膜電極接合体２に対応した液体燃料Ｆを収容している。
【００２１】
液体燃料Ｆ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。なお、液体燃料Ｆ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Ｆ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、膜電極接合体２に応じた液体燃料が使用される。
【００２２】
燃料収容部３０は、例えば樹脂製容器によって構成される。燃料収容部３０は、液体燃料Ｆの残量を外部から目視することが可能なように透明樹脂によって形成されることが望ましい。また、このような透明樹脂は、耐メタノール性などを有していることが好ましい。なお、燃料収容部３０は、全体を透明樹脂で形成しても良いし、その一部を透明樹脂で形成しても良い。
【００２３】
上述した透明樹脂としては、例えばポリエチレンナフタレート、ポリエチレンテレフタレート、環状オレフィンコポリマー、シクロオレフィンポリマー、ポリメチルペンテン、ポリフェニルサルホンなどが挙げられる。ただし、一般的なポリエチレン樹脂やポリプロピレン樹脂などのオレフィン系樹脂などで構成した燃料収容部３０を除外するものではない。
【００２４】
燃料収容部３０の開口部３０Ａと膜電極接合体２との間には、気液分離膜４が設置されていてもよい。この気液分離膜４は、燃料収容部３０の開口部３０Ａを塞ぐように配置され、液体燃料Ｆ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。これにより、燃料収容部３０内で気化した液体燃料Ｆの気化成分は、燃料収容部３０の開口部３０Ａ及び気液分離膜４を介して膜電極接合体２のアノード（燃料極）１３に供給される。
【００２５】
このような気液分離膜４の構成材料としては、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。ここで、液体燃料Ｆの気化成分とは、例えば液体燃料Ｆとしてメタノール水溶液を適用した場合には、メタノールの気化成分と水の気化成分とからなる混合気を意味し、液体燃料Ｆとして純メタノールを適用した場合には、メタノールの気化成分を意味する。
【００２６】
膜電極接合体２のカソード１６上には、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、カソードガス拡散層１５に酸化剤を均一に導入することで、カソード触媒層１４への酸化剤（空気）の均一拡散を促進する機能を有している。この保湿層２０は、たとえば多孔質構造の部材で構成され、具体的な構成材料としては、ポリエチレンやポリプロピレンの多孔質体などが挙げられる。
【００２７】
また、この実施の形態において、燃料電池１は、さらに、膜電極接合体２のカソード（空気極）１６側に配置されたカバー部材５０を備えている。このカバー部材５０は、気液分離膜４、膜電極接合体２、及び、保湿層２０を覆うようにして燃料収容部３０に固定されている。つまり、膜電極接合体２は、燃料収容部３０とカバー部材５０との間に配置されている。
【００２８】
このカバー部材５０は、膜電極接合体２のカソード側に対向するように配置される主面５１と、その周縁部に主面５１から略直角に折り曲げられ膜電極接合体２などの四方の側面を覆う４つの側面５２とから主として構成されているものであり、外観が略箱状のものである。このようなカバー部材５０は、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）によって形成されている。
【００２９】
図１及び図２に示したように、カバー部材５０の主面５１は、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口（空気導入孔）５３を有している。開口５３は、略等間隔に形成されている。側面５２の先端部は、さらに折り曲げられ、燃料収容部３０に係合している。これにより、カバー部材５０は、燃料収容部３０に固定されている。
【００３０】
このようなカバー部材５０は、その主面５１に、膜電極接合体２のカソード側に向かって窪んだ凹部５４を有している。図１に示した例では、矩形状の主面５１において、略相似形の矩形状の中央部が窪んでおり、この中央部が凹部５４に相当する。このような凹部５４を有するカバー部材５０は、平板上のステンレス鋼に絞り加工などのプレス加工等を施すことにより形成可能である。
【００３１】
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。
【００３２】
すなわち、燃料収容部３０内のメタノール燃料などの液体燃料Ｆが気化し、この気化成分が気液分離膜４を透過して膜電極接合体２に供給される。膜電極接合体２内において、液体燃料Ｆの気化成分は、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Ｆとしてメタノール燃料を用いた場合、アノード触媒層１１に供給された気化成分は、下記の（１）式に示したメタノールの内部改質反応を生じさせる。
【００３３】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  …（１）
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、燃料収容部３０から水蒸気が供給されないため、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、上記した（１）式の内部改質反応によらず、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。
【００３４】
この内部改質反応で生成された電子（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。
【００３５】
一方、カソード１６には、酸化剤として空気が供給される。すなわち、カバー部材５０に設けられた開口５３から導入された空気は、保湿層２０及びカソードガス拡散層１５を通過し、カソード触媒層１４へと供給される。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。
【００３６】
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、膜電極接合体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。
【００３７】
このような構成の燃料電池１に適用される凹部５４を有するカバー部材５０によれば、単なる平板形状のものと比較して、剛性を向上することが可能となる。したがって、内圧の上昇による膜電極接合体２の過度の膨張を抑制することが可能となるとともに、膜電極接合体２の膨張に伴うカバー部材５０自体の膨張も抑制することが可能となる。また、このような燃料電池１を収容している電気機器製品の膨張も抑制することが可能となり、外観上の見栄えも向上できる。さらに、カバー部材５０を側面５２により燃料収容部３０に固定する際に加わる応力の反力によって主面５１が膜電極接合体２から離間する方向に撓むことを抑制することが可能となる。
【００３８】
また、内圧にかかわらず、凹部５４によって燃料収容部３０に向けて膜電極接合体２を適度に押圧しているため、膜電極接合体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。したがって、信頼性を向上できる。
【００３９】
さらに、カバー部材５０において、膜電極接合体２側に窪んだ凹部５４を形成したことにより、このような燃料電池１を内部に収容している電気機器の筐体との間に隙間が形成される。すなわち、図３に示すように、燃料電池１におけるカバー部材５０の凹部５４と、筐体カバー１００との間には、図中に斜線で示したような隙間Ｓが形成されている。
【００４０】
筐体カバー１００においては、カバー部材５０と同様に、酸化剤である空気を取入れるための複数の開口（空気導入孔）１１０が設けられているが、筐体カバー１００とカバー部材５０とが密着する構成では、筐体カバー１００側の開口１１０は、カバー部材５０の開口５３に合わせて形成する必要がある。つまり、空気取り入れ効率を低下させないために、ある程度の合わせずれを考慮しつつ筐体カバー１００側の開口１１０とカバー部材５０の開口５３とを対応させて設計する必要がある。
【００４１】
これに対して、この実施の形態のように、カバー部材５０と筐体カバー１００との間に隙間Ｓが形成される構成では、筐体カバー１００における開口１１０の形状設計の自由度が増す。つまり、開口１１０は、隙間Ｓに向かって貫通するような構造であれば良く、カバー部材５０の開口５３の形状や開口５３の位置に関係なく、特に開口１１０の形状、開口１１０の数、開口１１０の位置は自由に設計可能となる。また、電気機器において、合わせずれなどを考慮して開口１１０を大きな径としたり、開口１１０の数を増やしたりする必要がないため、見栄えを向上することができる。
【００４２】
凹部５４は、１段であっても良いが、主面５１の面積に応じて複数段設けられても良い。図１及び図２に示した例では、凹部５４は、２段設けられており、主面５１の外周部から中央部に向かって階段状に形成され、中央部が最も窪んだ形状である。すなわち、凹部５４は、主面５１から膜電極接合体２側に窪んだ第１段５４Ａと、この第１段５４Ａからさらに膜電極接合体２側に窪んだ第２段５４Ｂとからなる。第１段５４Ａは、矩形枠状に形成されている。第２段５４Ｂは、主面５１の中央部に相当し、略矩形状に形成されている。また、この第２段５４Ｂは、平坦面として形成され、膜電極接合体２側（図２では、保湿層２０）に均一に接触している。
【００４３】
このように、凹部５４において、段数を増やすことにより、主面５１の剛性をさらに増すことが可能となる。このため、主面５１の面積が比較的大きな燃料電池１においても、剛性の高いカバー部材５０を適用することが可能となり、不所望な膨張を抑制することが可能となるとともに、出力の安定化を図ることが可能となる。
【００４４】
なお、凹部５４について、１段あたりの深さは、十分な剛性を確保する上で約０．２ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲とすることが望ましい。また、凹部５４の深さが大きすぎると、装置全体が厚くなるため、凹部５４の深さは０．５ｍｍ程度にとどめることが望ましい。また、主面５１の面積に応じて、十分な剛性を確保する上で凹部の段数を増やすことが望ましいが、多すぎると、装置全体が厚くなるため、多くとも３段程度にとどめることが望ましい。
【００４５】
図２に示した例では、第２段５４Ｂすなわち主面５１の中央部が平坦面として形成されたが、この例に限らず、図４に示した例のように、凹部５４、特に第２段５４Ｂが曲面であっても良い（なお、図４においては主面５１の開口５３を省略している）。ここで、曲面とは、円筒面であっても良いし、放物面、球面、非球面のいずれか、さらには、これらの組み合わせや複数の曲率を組み合わせた曲面などであっても良い。このような構成であっても、図２に示した例と同様の効果が得られる。
【００４６】
上述した実施の形態においては、膜電極接合体２のアノード側に燃料を供給する燃料供給機構として液体燃料を収容した燃料収容部３を備えた内部気化型のような純パッシブ方式の燃料電池について説明したが、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給する燃料供給部、及び、この燃料供給部に対して供給される燃料を収容する燃料収容部を有する燃料供給機構を備えたセミパッシブ型と称される方式の燃料電池についても同様の構成のカバー部材を適用することにより、同様の効果が得られることは言うまでもない。
【００４７】
例えば、図５に示す例では、燃料供給機構３は、膜電極接合体２のアノード（燃料極）１３側に配置され、膜電極接合体２のアノード１３に対して燃料を供給する燃料供給部３１を備えている。また、この燃料供給機構３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、膜電極接合体２に対応した液体燃料を収容している。
【００４８】
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。
【００４９】
燃料供給部３１は、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。
【００５０】
膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、膜電極接合体２をアノード１３側から支持する支持部材４１が配置されている。
【００５１】
なお、このような支持部材４１は、省略しても良いが、セミパッシブ方式の燃料電池においては支持部材４１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、膜電極接合体２と燃料供給部３１との間に支持部材４１を配置したことにより、燃料供給口３３から膜電極接合体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、膜電極接合体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、膜電極接合体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。
【００５２】
また、支持部材４１により膜電極接合体２を支持するとともに、支持部材４１とカバー部材５０との間で膜電極接合体２を保持するため、膜電極接合体２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。
【００５３】
膜電極接合体２と燃料供給部３１との間には、少なくとも１つの多孔体４２が配置されている。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。
【００５４】
なお、このような多孔体４２は、省略しても良いが、セミパッシブ方式の燃料電池においては、多孔体４２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から支持部材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。
【００５５】
要するに、図５に示した例では、燃料電池１は、燃料供給機構３を構成する燃料供給部３１上に配置された多孔体４２、多孔体４２上に配置された支持部材４１、支持部材４１上に配置された膜電極接合体２、膜電極接合体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部材５０によってこれらを保持している。
【００５６】
ここで適用したカバー部材５０は、図２に示した例と同様の凹部５４を有している。このため、このような構成であっても、図２に示した例と同様の効果が得られる。なお、ここで適用可能なカバー部材５０としては図４に示した例と同様の凹部５４を有するものであっても良い。
【００５７】
図６に示した例では、燃料供給機構３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。
【００５８】
このような構成の燃料供給機構３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３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、膜電極接合体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。
【００５９】
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。
【００６０】
図６に示した例では、燃料電池１は、燃料供給機構３を構成する燃料供給部３１上に配置された多孔体４２、多孔体４２上に配置された支持部材４１、支持部材４１上に配置された膜電極接合体２、膜電極接合体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部材５０によってこれらを保持している。
【００６１】
ここで適用したカバー部材５０は、図２に示した例と同様の凹部５４を有している。このため、このような構成であっても、図２に示した例と同様の効果が得られる。なお、ここで適用可能なカバー部材５０としては図４に示した例と同様の凹部５４を有するものであっても良い。
【００６２】
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。
【００６３】
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み合わせたり、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】
【００６４】
【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ＩＩ−ＩＩ線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２に示した燃料電池とこの燃料電池を収容した電気機器の筐体カバーとの間の隙間を説明するための図である。
【図４】図４は、この発明の実施の形態に係る燃料電池の他の構造を概略的に示す断面図である。
【図５】図５は、この発明の実施の形態に係る燃料電池の他の構造を概略的に示す断面図である。
【図６】図６は、この発明の実施の形態に係る燃料電池の他の構造を概略的に示す断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ｆ…燃料  Ｓ…隙間
１…燃料電池  ２…膜電極接合体  ３…燃料供給機構  ３０…燃料収容部  ３０Ａ…開口部  ３１…燃料供給部  ３２…燃料注入口  ３３…燃料供給口
４…気液分離膜
１１…アノード触媒層  １２…アノードガス拡散層  １３…アノード（燃料極）
１４…カソード触媒層  １５…カソードガス拡散層  １６…カソード（空気極）
１７…電解質膜  １９…シール材  ２０…保湿層
５０…カバー部材  ５１…主面  ５２…側面  ５３…開口  ５４…凹部  ５４Ａ…第１段  ５４Ｂ…第２段
１００…筐体カバー  １１０…開口
【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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