(57)【要約】【課題】      本発明は、アノード流路の圧力損失を小さくでき、小型化が実現可能な燃料電池を提供する。【解決手段】  電解質膜３を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体８と、アノードに接する疎液性多孔体１０と、疎液性多孔体１０に接し、アノードで生成される気体を疎液性多孔体１０を介して回収する気体回収流路３２及びアノードに燃料を送給する燃料送給流路３１を備えるアノード流路板３０とを備える。【選択図】    図１
2008270146.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質膜を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体と、
前記アノードに接する疎液性多孔体と、
前記疎液性多孔体に接し、前記アノードで生成される気体を前記疎液性多孔体を介して回収する気体回収流路及び前記アノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記疎液性多孔体に複数の貫通孔を有し、前記貫通孔を介して前記アノードに燃料を送給す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】
前記貫通孔中の少なくとも一部に親液性多孔体が埋設されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記疎液性多孔体中にコンタクトが埋設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料送給流路が、
前記疎液性多孔体に接続された第１流路と、
前記第１流路の上流側に接続され、前記第１流路より流体の拡散抵抗が大きい第２流路と
を備えることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１流路に接続された分岐流路と、
前記第１流路内の燃料を収容するタンクと、
前記分岐流路を介して前記第１流路内の燃料を前記タンクに送給、もしくは前記タンク内の燃料を前記第１流路へ送給するポンプと
を更に備えることを特徴とする請求項５に記載の燃料電池。
【請求項７】
電解質膜を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体と、
前記アノードに接し、複数の貫通孔を有する親液性多孔体と、
前記親液性多孔体に接し、前記アノードで生成される気体を前記貫通孔を介して回収する気体回収流路及び前記親液性多孔体を介して前記アノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
前記貫通孔の少なくとも一部に疎液性多孔体が埋設されていることを特徴とする請求項７に記載の燃料電池。
【請求項９】
前記親液性多孔体中にコンタクトが埋設されていることを特徴とする請求項７又は８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、直接型燃料電池に好適な燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
アルコール等の液体燃料を直接発電部に供給する直接型燃料電池は、気化器や改質器等の補器が不要なため、携帯機器の小型電源等への利用が期待されている。このような直接型燃料電池としては、アルコール水溶液を発電部に直接供給してプロトンを取り出すと共に、発電部から排出された水等の排出物を発電部の上流側に配置された混合タンク等に循環させて再利用する循環型燃料電池システムが知られている。
【０００３】
直接メタノール供給型燃料電池（ＤＭＦＣ）においては、アノード、カソード及び膜電極複合体（ＭＥＡ）を備える発電セルを積層したセルスタック（発電部）において、発電が行われている。アノードには、送液ポンプ等を介して水及びメタノールの混合溶液が送られ、下記（１）式に示す反応が生じ、二酸化炭素が発生する。一方、カソードには送気ポンプ等を介して空気が送られ、下記（２）式に示す反応が生じ、水が発生する。
【０００４】
ＣＨ3ＯＨ  ＋  Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2  ＋  ６Ｈ+  ＋  ６ｅ-        ・・・（１）
３／２Ｏ2    ＋  ６Ｈ  +＋  ６ｅ-→  ３Ｈ2Ｏ         ・・・（２）
アノードで発生した二酸化炭素と水及び未反応のメタノールとを含む混合溶液は、気液二相流となってアノードから排出される。アノードから排出された気液二相流は、アノードの出口側の流路に設けられた気液分離器により気体と液体に分離される。分離後の液体は、回収流路を介して混合タンク等へ循環させ、分離後の気体は、大気に放出させている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
しかしながら、アノードの出口側の流路に気液分離器を設ける方法では、アノード流路内とアノード出口側の流路に気液二相流が流通するため、アノード流路の圧力損失が大きくなる。また、気液分離器を配置することにより、アノード循環部が大きくなるため、小型化が困難である。
【特許文献１】米国特許第６９２４０５５号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、アノード流路の圧力損失を小さくでき、小型化が実現可能な燃料電池を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明の態様によれば、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体と、アノードに接する疎液性多孔体と、疎液性多孔体に接し、アノードで生成される気体を疎液性多孔体を介して回収する気体回収流路及びアノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板とを備える燃料電池が提供される。
【０００８】
本願発明の他の態様によれば、電解質膜を挟んで互いに対向するアノード及びカソードを有する膜電極複合体と、アノードに接し、複数の貫通孔を有する親液性多孔体と、親液性多孔体に接し、アノードで生成される気体を貫通孔を介して回収する気体回収流路及び親液性多孔体を介してアノードに燃料を送給する燃料送給流路を備えるアノード流路板とを備える燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、アノード流路の圧力損失を小さくでき、小型化が実現可能な燃料電池が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は、構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００１１】
（第１の実施の形態）
図１に示すように、第１の実施の形態に係る燃料電池は、電解質膜３を挟んで互いに対向するアノード（アノード触媒層１、アノードガス拡散層４）及びカソード（カソード触媒層２、カソードガス拡散層５）を有する膜電極複合体（ＭＥＡ）８と、アノードガス拡散層４に接し、貫通孔１０ａを有する疎液性多孔体１０と、疎液性多孔体１０に接するアノード流路板３０と、カソードガス拡散層５を介してアノード流路板３０に対向するカソード流路板４０とを備える。アノード流路板３０とカソード流路板４０は、ガスケット９を介してＭＥＡの周囲をシールしている。
【００１２】
ＭＥＡ８は、プロトン導電性の固体高分子膜等を用いた電解質膜３、電解質膜３の表面に触媒を塗布して形成されたアノード触媒層１及びカソード触媒層２、アノード触媒層１及びカソード触媒層２の外側にそれぞれ形成されたアノードガス拡散層４及びカソードガス拡散層５を備える。
【００１３】
電解質膜３としては、テトラフルオロエチレンとペルフルオロビニルエーテルスルフォン酸とのコポリマーであって、例えば、商品名ナフィオン（米国デュポン社）が利用可能である。アノード触媒層１としては白金ルテニウムを、カソード触媒層２としては白金等を利用することができる。アノードガス拡散層４、カソードガス拡散層５としては、多孔質のカーボンペーパー等が用いられる。
【００１４】
アノード触媒層１とアノードガス拡散層４との間には、撥水処理した、サブミクロンの孔径の細孔を有する数十ミクロン厚みのカーボン製のアノードマイクロポーラス層６が配置されていてもよい。カソード触媒層２とカソードガス拡散層５との間には、サブミクロンの孔径の細孔を有する数十ミクロン厚みのカーボン製のカソードマイクロポーラス層７が配置されていてもよい。
【００１５】
疎液性多孔体１０は、アノードガス拡散層４に接する面とアノード流路板３０に接する面との間を貫通する複数の貫通孔１０ａを有する。図２に示すように、貫通孔１０ａは、厚み約２００μｍ、孔径数μｍの細孔を有するシート状の疎水性カーボン多孔体の一面に碁盤目状に開けられている。貫通孔１０ａの孔径は、疎液性多孔体１０を構成する孔径数μｍのミクロな細孔に比べて充分大きく、例えば直径約１ｍｍとすることができる。貫通孔１０ａの孔径は、アノード流路板３０の流路の幅等に応じて適宜変更可能である。
【００１６】
疎液性多孔体１０としては、疎水処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μｍの細孔を有するカーボンペーパー、燒結金属を疎水化処理した材料や、電気伝導性を有する孔径数μｍ以下の多孔体で疎液性を有する材料を用いることができる。
【００１７】
アノード流路板３０は、燃料送給流路３１と気体回収流路３２を有している。燃料送給流路３１は、例えば、燃料を１本若しくは複数の流路で上流側から下流側に向かって蛇行させて流すサーペンタイン形状のサーペンタイン流路部３１ａと、サーペンタイン流路部３１ａからアノードガス拡散層４側へ分岐し、サーペンタイン流路部３１ａを流れる燃料の一部をアノードガス拡散層４へ送給する送給部３１ｂを備えることができる。送給部３１ｂの端部は、疎液性多孔体１０の貫通孔１０ａに接続されている。
【００１８】
気体回収流路３２は、例えば、気体を１本若しくは複数の流路で上流側から下流側に向かって蛇行させて流すサーペンタイン流路部３２ａと、サーペンタイン流路部３２ａからアノードガス拡散層４側へ分岐し、アノードガス拡散層４中のＣＯ2等の気体を回収する回収部３２ｂを備えている。回収部３２ｂは、貫通孔１０ａが形成されていない部分の疎液性多孔体１０（例えば図２の領域１０ｂ）に接続されている。
【００１９】
なお、図１に示す燃料送給流路３１及び気体回収流路３２の構成及び配置の説明は、一例であり、他にも様々な構成の燃料送給流路３１や気体回収流路３２が採用できることは勿論である。また、疎液性多孔体１０は貫通孔１０ａを有していなくてもよい。例えば、燃料としてメタノール水溶液を用いる場合、メタノール水溶液は、一部は液体、一部はメタノール及び水蒸気として、疎液性多孔体１０を介してアノード触媒層１に供給される。燃料としては、メタノール以外の液体のアルコール、炭化水素、エーテル等でも構わない。
【００２０】
図１のカソード流路板４０は、カソード触媒層２に空気を送給するための孔４１を有している。なお、カソードガス拡散層５とカソード流路板４０との間には、カソード触媒層２が乾燥することを防止するための保湿機能を有する多孔体２０を備えていてもよい。図１の例では、ブリージングによりカソードガス拡散層５へ空気を供給している。従って、カソード流路板４０を省略してもかまわない。ここで「ブリージング」とは、コンプレッサー等を使って、カソード流路板に設けられた流路へ強制的に空気を供給しない、すなわち自然吸気方式を指す。
【００２１】
図１に示す燃料電池１００ａによれば、疎液性多孔体１０が疎液性であるため、燃料送給流路３１から送給される燃料が、疎液性多孔体１０中には浸透せずに貫通孔１０ａ中を流通する。一方、アノード反応により生成され、アノードガス拡散層４中に運ばれたＣＯ2は、アノードガス拡散層４と疎液性多孔体１０との界面では、貫通孔１０ａ中に満たされた液体（燃料）中に進入して気泡を形成するよりも、微細な細孔を有する疎液性多孔体１０の内部を通過する方が容易なため、疎液性多孔体１０中を優先的に通過する。
【００２２】
そして、その疎液性多孔体１０中を通過するＣＯ2を、疎液性多孔体１０に接続された気体回収流路３２を通じて回収させることにより、燃料送給流路３１側にＣＯ2が流れるのを抑制でき、燃料送給流路３１の出口側の液体中の気体の混入を抑制できる。この結果、燃料送給流路３１内部に気液二相流が形成されることによる体積膨張による流速の高速化や、メニスカス形成による流体の圧力損失を抑制できるために、アノード（燃料送給流路３１）の圧力損失を大幅に小さくすることができる。
【００２３】
なお、アノードガス拡散層４における単位面積当たりのＣＯ2透過流量は少ないため、ＣＯ2が疎液性多孔体１０を通過する場合の圧力損失は小さくてすむ。また、図１に示す燃料電池１００ａは、疎液性多孔体１０が配置されているため、ＭＥＡ８を任意の方向に傾けたとしても、ＣＯ2と未反応の燃料を容易に気液分離できる。
【００２４】
（第２の実施の形態）
図３に示すように、第２の実施の形態に係る燃料電池１００ｂは、アノード流路板３０とアノードガス拡散層４との間に、親液性多孔体１１が配置されている点が、図１と異なる。なお、図３においては図１の多孔体２０の図示を省略している。
【００２５】
親液性多孔体１１は、アノードガス拡散層４に接する面とアノード流路板３０に接する面との間を貫通する複数の貫通孔１１ａを有する。図４に示すように、貫通孔１１ａは、厚み約２００μｍ、孔径数μｍの細孔を有するシート状の親液性カーボン多孔体の一面に碁盤目状に開けられている。貫通孔１１ａの孔径は、親液性多孔体１１を構成する孔径数μｍのミクロな細孔に比べて充分大きくなっており、例えば、直径約１ｍｍとすることができる。貫通孔１１ａの孔径は、アノード流路板３０の流路の幅等に応じて適宜変更可能である。
【００２６】
親液性多孔体１１としては、親水処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μｍの細孔を有するカーボンペーパー又はカーボンクロス等が用いられる。若しくは、孔径数μｍの細孔を有する親水性の燒結金属したものや、電気伝導性を有する孔径数μｍ以下の多孔体で親水性を有する材料を用いることができる。
【００２７】
図３に示すアノード流路板３０の気体回収流路３２の端部は、疎液性多孔体１０の貫通孔１１ａに接続されている。燃料送給流路３１は、貫通孔１１ａが形成されていない部分の親液性多孔体１１（図４の領域１１ｂ）に接続されている。他は、図１に示す燃料電池１００ａと実質的に同様であるので、重複した記載を省略する。
【００２８】
図３に示す燃料電池１００ｂによれば、親液性多孔体１１が親液性であるため、送液ポンプ６０等により燃料送給流路３１に送給される燃料が、親液性多孔体１１中に保持される。一方、アノード反応により生成され、アノードガス拡散層４に運ばれたＣＯ2は、アノードガス拡散層４と親液性多孔体１１との界面に達したときに、液体（燃料）を保持した親液性多孔体１１内を通過するよりも、貫通孔１１ａを通過する方が容易であるため、貫通孔１１ａに優先的に収容される。
【００２９】
そして、その親液性多孔体１１の貫通孔１１ａを通過するＣＯ2を、気体回収流路３２を用いて回収させることにより、燃料送給流路３１側にＣＯ2が混入するのを抑制できる。なお、図３に示すように、気体回収流路３２に送気ポンプ７０を用いてＣＯ２を回収することもできる。親液性多孔体１１を配置することにより、ＭＥＡ８を任意の方向に傾けても、ＣＯ2は、気液分離された状態で排出できる。
【００３０】
（第３の実施の形態）
図５に示すように、第３の実施の形態に係る燃料電池１００ｃは、疎液性多孔体１０の貫通孔１０ａの中に、親液性多孔体１２が埋設されている。
【００３１】
親液性多孔体１２としては、親液処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μｍの細孔を有するカーボンペーパー又はカーボンクロス、孔径数μｍの細孔を有する親水性の燒結金属や、電気伝導性を有する孔径数μｍ以下の多孔体で親水性を有する材料等を、貫通孔１０ａ中に埋め込むための所定の形状に成形したものが使用可能である。また、疎液性を示す多孔体の一部にスルフォン酸基を含むポリマーをスプレーし、親液処理したものを用いてもよい。他は、図１に示す燃料電池１００ａと実質的に同様であるので、記載を省略する。
【００３２】
図５に示す燃料電池１００ｃによれば、親液性多孔体１２が貫通孔１０ａに配置されるため、親液性多孔体１２中に燃料が保持され易くなり、より安定的にＣＯ２を分離することが可能になり、燃料電池１００ｃをより安定的に運転させることができる。
【００３３】
（第４の実施の形態）
図６に示すように、第４の実施の形態に係る燃料電池１００ｄは、親液性多孔体１１の貫通孔１１ａの少なくとも一部に、疎液性多孔体１３が埋設されている。
【００３４】
疎液性多孔体１３としては、疎水処理されたカーボン繊維よりなる孔径数μｍの細孔を有するカーボンペーパー、燒結金属を疎水化処理した材料、電気伝導性を有する孔径数μｍ以下の多孔体で疎液性を有する材料等を貫通孔１１ａ中に埋め込むための所定の形状に成形したものが使用可能である。また、親水性多孔体１１の一部をテフロン（登録商標）コートし、親液性多孔体１１の一部を疎液化したものを使用してもよい。
【００３５】
図６においては、疎液性多孔体１３は、親液性多孔体１１とアノードガス拡散層４とが接触する面に接触するように埋め込まれているが、貫通孔１１ａの中全体に埋め込んでもよい。他は、図３に示す燃料電池１００ｂと実質的に同様であるので、記載を省略する。
【００３６】
図６に示す燃料電池１００ｄによれば、貫通孔１１ａの内部が空洞の場合に比べてアノードガス拡散層４のＣＯ2が疎液性多孔体１３中へより浸透しやすくなる。
【００３７】
（第５の実施の形態）
図７に示すように、第５の実施の形態に係る燃料電池１００ｅは、疎液性多孔体１０の貫通孔１１ａの中に親液性多孔体１２が埋設されている。更に、疎液性多孔体１０の燃料送給流路３１及び気体回収流路３２と接していない領域に、コンタクト１４が埋設されている。コンタクト１４は、疎液性多孔体１０のアノードガス拡散層４とアノード流路板３０との電気的導通を図る。
【００３８】
コンタクト１４が配置された場合、疎液性多孔体１０としては、延伸ポリテトラフルオロエチレン（延伸ＰＴＦＥ）などの孔径数μｍ以下で、導電性を有さない材料を使うことも可能である。その場合には、コンタクト１４としてカーボン、若しくは金属を用いるのが好ましい。また、疎液性多孔体１０として、延伸ＰＴＦＥの一部を親水化処理する、延伸ＰＴＦＥの一部に貫通孔を開ける、延伸ＰＴＦＥに貫通孔を開け、貫通孔を多孔体セルロース等の親液性多孔体で充填するようなことを行い、空間若しくは親液性多孔体より燃料を供給することが可能である。他は、図１に示す燃料電池１００ａと実質的に同様であるので、記載を省略する。
【００３９】
図７に示す燃料電池１００ｅによれば、疎液性多孔体１０が不導体、若しくは抵抗が高く電気を通しにくい材質であっても、コンタクト１４により電気的導通を図ることができるため、良好に発電可能である。
【００４０】
（第６の実施の形態）
図８に示すように、第６の実施の形態に係る燃料電池１００ｆは、アノード流路板３０から排出される排出物を回収し、燃料送給流路３１へ循環させる循環ラインＬ１を備える。また、カソード流路板４０には、空気中の不純物を吸着するためのケミカルフィルタ４２が配置されていてもよい。
【００４１】
メタノール等の高濃度燃料が収容された燃料容器５０の下流側には、送液ポンプ６０が配置されている。送液ポンプ６０の下流側の配管には、循環ポンプ５５が配置されている。循環ポンプ５５により、燃料送給流路３１の出口側に排出された燃料が、循環ラインＬ１を経由して再び燃料送給流路３１の入口に供給される。
【００４２】
図８においては図示を省略しているが、送液ポンプ６０と循環ポンプ５５との間の配管に、燃料容器５０から供給された高濃度燃料と循環ラインＬ１から供給された液体とを混合させ、一定濃度のメタノール水溶液を調製するための混合タンク（図示省略）を配置することができる。気体回収流路３２の出口側の配管には、揮発性有機化合物（ＶＯＣ）除去器２１が接続されている。他は、図１に示す燃料電池１００ａと実質的に同様であるので記載を省略する。
【００４３】
図８に示す燃料電池１００ｆによれば、疎液性多孔体１０により、アノードガス拡散層４から排出されるＣＯ2を気体回収流路３２に導くことが可能になる。ＣＯ２に含まれる微量の有機物はＶＯＣ除去器２１において除去される。液体は燃料送給流路３１を通って循環ラインＬ１に供給される。この結果、燃料送給流路３１の出口側の流体には、気体は殆ど含まれないため、流路内の圧力損失を小さくできるうえ、燃料送給流路３１の出口側の流路に別途気液分離器を配置する必要がないため、装置の小型化が図れる。
【００４４】
送液ポンプ６０は省略することができる。燃料送給流路３１および循環ラインＬ１に気体がほとんど混入しないため、ＭＥＡ８のアノードで消費もしくはカソードへ透過する液体分の体積が減少する。燃料容器に接続している配管が液体で満たされていれば、アノードの液体体積減少分は、自動的に燃料容器から供給される。
【００４５】
（第７の実施の形態）
図９に示すように、第７の実施の形態に係る燃料電池１００ｇは、燃料送給流路３１の送給部３１ｂが、貫通孔１０ａに接続された第１流路３１０ｂと、第１流路３１０ｂの上流側に接続された第１流路３１０ｂより流体の拡散抵抗が大きい第２流路３１１ｂとを備える。流体の拡散抵抗は第２流路３１１ｂの一部に細い孔又は配管を設けることで、第１流路３１０ｂより大きくすることができる。
【００４６】
第２流路３１１ｂとしては、例えば、第１流路３１０ｂより管の直径が細い配管や、流路内に微細な孔を有する板などを配置する等して、流体が流通するときの拡散抵抗を第１流路３１０ｂの拡散抵抗より大きくしたものを使用することができる。第２流路３１１ｂを介して燃料送給流路３１から供給される単位時間当たりの燃料の量は、ＭＥＡ８で消費及びＭＥＡ８を透過する分のメタノールと水の量とバランスを保つようになっている。
【００４７】
メタノール等などの高濃度燃料が収容された燃料容器５０の下流側には、送液ポンプ６０が配置されている。送液ポンプ６０を介して送給された燃料は、燃料送給流路３１を通って、第２流路３１１ｂ及び第１流路３１０ｂ、疎液性多孔体１０の貫通孔１０ａを介してアノードガス拡散層４に流れる。アノード反応で生成されたＣＯ2は、アノードガス拡散層４から疎液性多孔体１０の孔の空いていない部分を通り、気体回収流路３２を介してＶＯＣ除去器２１に導入される。ＣＯ２に含まれる微量の有機物はＶＯＣ除去器２１において除去される。他は、図１に示す燃料電池１００ａと実質的に同様であるので記載を省略する。
【００４８】
図９に示す燃料電池１００ｇによれば、第２流路３１１ｂを介して第１流路３１０ｂに燃料が供給されるため、第２流路３１１ｂの流速が、水の逆拡散を防止する程度に加速される。その結果、第２流路３１１ｂの上流側の燃料が希釈されず、安定に発電することが可能になる。燃料供給は、循環させる必要はなく、燃料循環部の小型化、補器電力の削減を行うことが可能になる。
【００４９】
（第８の実施の形態）
図１０に示すように、第８の実施の形態に係る燃料電池１００ｈは、第１流路３１０ｂに分岐流路３３が接続されている。
【００５０】
分岐流路３３は、複数の貫通孔１０ａにそれぞれ接続された第１流路３１０ｂのそれぞれに接続されている。分岐流路３３は、第１流路３１０ｂ内の燃料を、燃料電池１００ｈの外へ汲み出すためのポンプ３４と、ポンプ３４により汲み出された燃料を収容するためのタンク３５が接続されている。他は、図９に示す燃料電池１００ｇと実質的に同様である。
【００５１】
図９に示す燃料電池１００ｇにおいては、第１流路３１０ｂより流体の拡散抵抗が大きい第２流路３１１ｂが配置されることにより、発電を停止した場合に第１流路３１０ｂ内に燃料が残存する。第１流路３１０ｂ内に残存した燃料は、拡散等により、カソード触媒層２側へ移動し、アノード触媒層１側の燃料濃度が低下する。アノード触媒層１側の燃料濃度が低下してしまうと、再度運転する場合に、ＭＥＡ８でのアノードでの液体消費が極端に少なくなるため、ポンプ６０で燃料を供給しようとしても、十分に供給できない場合がある。このような場合、ポンプ６０を逆回転させ、薄まった燃料を流路３１まで吸引し、高濃度燃料と混合させた後、混合後の燃料をポンプ６０で第１流路３１０ｂ及び貫通孔１０ａに供給し、再度発電を行うことができる。しかしながら、起動時に高濃度燃料がＭＥＡ８に接する可能性があった。
【００５２】
これに対し、図１０に示す燃料電池１００ｈは、ポンプ６０を停止し、発電を停止した場合に、ポンプ３４により分岐流路３３を通じて第１流路３１０ｂ内の燃料を汲み出して、タンク３５に収容しておく。これにより第１流路３１０ｂ内、及び貫通孔１０ａに液体が無くなる。発電を再開する場合は、タンク３５に収容した低濃度の燃料を第１流路３１０ｂ内、及び貫通孔１０ａにポンプ３４により供給することにより、速やかに発電が再開される。また、起動時に高濃度燃料がＭＥＡ８に接する可能性を低減し、ＭＥＡ８の性能低下を抑制することができる。
【００５３】
なお、発電を再開する場合は、第１流路３１０ｂ内、及び貫通孔１０ａが低濃度燃料で満たされた後に、送液ポンプ６０を介して高濃度燃料を燃料送給流路３１に供給する。
【００５４】
このような分岐流路を設ける構成は、例えば図８に示すように燃料を循環させる構成に適用してもかまわない。
【００５５】
（燃料電池の配置例）
図１１及び図１２は、上述した第１〜第８の実施の形態に係る燃料電池１００ａ〜１００ｈを複数個積層した場合の配置に関する概念図を示している。
【００５６】
図１１に示すように、例えば、収容部５１の内部には複数の燃料電池１００ｉが積層されている。収容部５１の中段には、収容部５１の外部からファン８０等を用いて大量の空気を送るための空間部５６が設けられている。空間部５６には、燃料電池１００ｉのアノードが対向している。即ち、図１１においては、空間部５６の紙面上側の燃料電池１００ｉは、アノードが紙面下側となるように配置されている。空間部５６の紙面下側の燃料電池１００ｉは、アノードが紙面上側となるように配置されている。燃料電池１００ｉのカソードは、ブリージングにより空気を供給するようになっている。
【００５７】
燃料容器５０から送給された燃料は、送液ポンプ６０に汲み出され、収容部５１内に設けられた配管５２を通って燃料電池１００ｉの燃料送給流路へそれぞれ供給される。各燃料電池１００ｉで発生したＣＯ2は、収容部５１内の配管５３を通って外部へ送給され、ＶＯＣ除去器２１によってＣＯ2に含まれる有機物等が除去される。ＣＯ2と共に送給される水分は、スポンジ等の吸収体５４に吸収させて気化放出させる。
【００５８】
図１２は、燃料供給流路へ一旦供給した燃料を循環させて再利用する場合の例を示す概念図である。図１１と同様に、複数の燃料電池１００ｋが積層されており、各燃料電池１００ｋの燃料送給流路が、収容部５１に設けられた配管５２に接続されている。
【００５９】
燃料容器５０から送給された燃料は、送液ポンプ６０に汲み出され、収容部５１内に設けられた配管５２を通って燃料電池１００ｉの燃料送給流路へそれぞれ供給される。燃料電池１００ｉから排出された流体は、循環ポンプ５５によって汲み取られ、再び収容部５１内の配管５２に供給される。
【００６０】
一方、各燃料電池１００ｉで発生したＣＯ2は、収容部５１内の配管５３を通って外部へ送給され、ＶＯＣ除去器２１によってＣＯ2に含まれる有機物等が除去される。ＣＯ2除去後に残ったＣＯ2と共に送給される水分は、スポンジ等の吸収体５４に吸収させて気化放出させる。
【００６１】
図１１及び図１２に示す例によれば、空間部５６からファン８０を用いて一部の燃料電池１００ｉ、１００ｋのアノードを冷却させるため、発電部の温度を一定に保ち、良好な発電を行うことが可能になる。図１１及び図１２に示す概念図では具体的構成の記載を省略しているが、カソード側はファン８０による送給を行わずにブリージングにより空気が供給されている。
【００６２】
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が可能である。
【００６３】
本発明においては、親液性多孔体及び疎液性多孔体を利用する例を示したが、「親液性」とは、メタノール水溶液を多孔体に吸い込みやすい、「疎液性」とはメタノール水溶液を多孔体に吸わない、という意味で使用する。また、図５、図６、図７に示す燃料電池１００ｃ，１００ｄ，１００ｅにおいては、貫通孔１０ａ，１１ａに親液性多孔体１２又は疎液性多孔体１３を埋め込んでいるが、疎液性多孔体１０及び親液性多孔体１１の一部を親液（親水）化処理又は疎液（疎水）化処理することにより、貫通孔１０ａ，１１ａを開けずとも同等の作用効果が得られることは勿論である。
【００６４】
このように、本発明は、この開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲で変形して具体化できる。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の第１の実施の形態に係る疎液性多孔体の一例を示す平面図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図４】本発明の第２の実施の形態に係る親液性多孔体の一例を示す平面図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図７】本発明の第５の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図８】本発明の第６の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図９】本発明の第７の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図１０】本発明の第８の実施の形態に係る燃料電池の一例を示す断面図である。
【図１１】本発明の第１〜第８の実施の形態に係る燃料電池を複数個配置した場合の配置例を示す概念図である。
【図１２】本発明の第１〜第８の実施の形態に係る燃料電池を複数個配置した場合の配置例を示す概念図である。
【符号の説明】
【００６６】
１…アノード触媒層
２…カソード触媒層
３…電解質膜
４…アノードガス拡散層
５…カソードガス拡散層
６…アノードマイクロポーラス層
７…カソードマイクロポーラス層
８…ＭＥＡ
９…ガスケット
１０…疎液性多孔体
１０ａ…貫通孔
１０ｂ…領域
１１…親液性多孔体
１１ａ…貫通孔
１１ｂ…領域
１２…親液性多孔体
１３…疎液性多孔体
１４…コンタクト
２０…多孔体
２１…ＶＯＣ除去器
３０…アノード流路板
３１…燃料送給流路
３１ａ…サーペンタイン流路部
３１ｂ…送給部
３２…気体回収流路
３２ａ…サーペンタイン流路部
３２ｂ…回収部
３３…分岐流路
３４…ポンプ
３５…タンク
４０…カソード流路板
４１…孔
４２…ケミカルフィルタ
５０…燃料容器
５１…収容部
５２…配管
５３…配管
５４…吸収体
５５…循環ポンプ
５６…空間部
６０…送液ポンプ
７０…ポンプ
８０…ファン
１００ａ〜１００ｈ…燃料電池
３１０ｂ…第１流路
３１１ｂ…第２流路
【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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