(57)【要約】【課題】液体燃料型の燃料電池において、アノードへの液体燃料供給を簡便な構造にて安定化させる。【解決手段】膜電極接合体１８のアノード１４側に、燃料貯蔵部３０に貯留された液体燃料を濃度勾配にしたがってアノード１４に供給する燃料浸透部２０が設けられている。燃料貯蔵部３０の上面には、気液分離膜５２およびフィルタ５４からなるガス流通経路５０が設けられている。気液分離膜５２は、燃料浸透部２０内の液体の透過を遮断する一方で、燃料浸透部２０内のガスの透過を許容する。気液分離膜５２の上に設けられたフィルタ５４は、大表面積を有する活性炭などを含有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロトン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、
前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、
前記アノードに供給される液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
前記燃料貯蔵部に貯蔵された液体燃料の透過を遮断し、前記燃料貯蔵部へのガスの出入りを許容する機能を有するガス流通経路と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記ガス流通経路が、前記ガスに含まれる有機成分を捕集するフィルタ機能をさらに有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】
プロトン伝導性を有する電解質膜と、
前記電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、
前記電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、
高濃度の液体燃料を貯蔵する第１の燃料貯蔵部と、
前記アノードに供給される低濃度の液体燃料を貯蔵する第２の燃料貯蔵部と、
前記第１の燃料貯蔵部から前記第２の燃料貯蔵部への液体燃料の透過を許容し、前記第２の燃料貯蔵部から前記第１の燃料貯蔵部への水の透過を遮断する燃料伝達部と、
前記第１の燃料貯蔵部に貯蔵された高濃度の液体燃料の透過を遮断し、前記第１の燃料貯蔵部へのガスの出入りを許容する機能を有するガス流通経路と、
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
前記ガス流通経路が、前記ガスに含まれる有機成分を捕集するフィルタ機能をさらに有することを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第２の燃料貯蔵部に貯蔵された低濃度の液体燃料の透過を遮断し、前記第２の燃料貯蔵部へのガスの出入りを許容する機能を有する他のガス流通経路をさらに備えることを特徴とする請求項３または４に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記他のガス流通経路が、前記ガスに含まれる有機成分を捕集するフィルタ機能をさらに有す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】
前記第１の燃料貯蔵部が管状であって、前記燃料伝達部が前記第１の燃料貯蔵部の一方の末端部近傍に接続され、前記ガス流通経路が前記第１の燃料貯蔵部の他方の端部に設けられていることを特徴とする請求項３乃至６のいずれか１項に記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できること、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いことなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性を持っているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。
【０００３】
中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
【０００４】
たとえば、特許文献１は、燃料電池単位セルを複数備えるとともに、液体燃料を貯蔵する液体燃料貯蔵部を備えた液体燃料電池を開示する。
【特許文献１】特開２００４−７９５０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
液体燃料型の燃料電池において、燃料貯蔵部に液体燃料を補給するときなどに、燃料貯蔵部内のガス圧が加圧状態となるため、燃料貯蔵部から液体燃料が漏洩したり、必要量以上の液体燃料がアノードに供給されるなどして、燃料電池の動作安定性の低下の要因となっていた。また、発電により液体燃料が消費された場合などに、燃料貯蔵部内のガス圧が負圧になるため、アノードに対して液体燃料の供給をスムースに行えなくなる。
【０００６】
本発明はこうした課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体燃料型の燃料電池におけるアノードへの液体燃料供給を簡便な構造にて安定化させることのできる技術の提供にある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明のある態様は燃料電池である。当該燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、アノードに供給される液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、燃料貯蔵部に貯蔵された液体燃料の透過を遮断し、燃料貯蔵部へのガスの出入りを許容する機能を有するガス流通経路と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
この態様によれば、燃料補給時のように、燃料貯蔵部内のガス圧が大気圧より高い場合には、燃料貯蔵部に滞留したガスがガス流通経路を通って燃料電池の外部に放出される。一方、燃料消費時のように、燃料貯蔵部内のガス圧が大気圧より低い場合には、外部の空気がガス流通経路を通って燃料貯蔵部に流入する。このため、燃料貯蔵部内のガス圧が大気圧程度で一定に保たれる。この結果、アノードに対する液体燃料の供給がより安定化し、ひいては燃料電池の動作安定性が向上する。
【０００９】
上記態様において、ガス流通経路が、ガスに含まれる有機成分を捕集するフィルタ機能をさらに有してもよい。
【００１０】
本発明の他の態様は燃料電池である。当該燃料電池は、プロトン伝導性を有する電解質膜と、電解質膜の一方の面に設けられたカソードと、電解質膜の他方の面に設けられたアノードと、高濃度の液体燃料を貯蔵する第１の燃料貯蔵部と、アノードに供給される低濃度の液体燃料を貯蔵する第２の燃料貯蔵部と、第１の燃料貯蔵部から第２の燃料貯蔵部への液体燃料の透過を許容し、第２の燃料貯蔵部から第１の燃料貯蔵部への水の透過を遮断する燃料伝達部と、第１の燃料貯蔵部に貯蔵された高濃度の液体燃料の透過を遮断し、第１の燃料貯蔵部へのガスの出入りを許容する機能を有するガス流通経路と、を備えることを特徴とする。
【００１１】
この態様によれば、高濃度の液体燃料を第１の燃料貯蔵部に保持しつつ、発電に適した低濃度の液体燃料を第２の燃料貯蔵部に保持する燃料電池において、第１の燃料貯蔵部において、燃料補給時のように、第１の燃料貯蔵部内のガス圧が大気圧より高い場合には、第１の燃料貯蔵部に滞留したガスがガス流通経路を通って燃料電池の外部に放出される。一方、燃料消費時のように、第１の燃料貯蔵部内のガス圧が大気圧より低い場合には、外部の空気がガス流通経路を通って第１の燃料貯蔵部に流入する。このため、第１の燃料貯蔵部内のガス圧が大気圧程度で一定に保たれる。この結果、アノードに対する液体燃料の供給がより安定化し、ひいては燃料電池の動作安定性が向上する。
【００１２】
上記態様において、ガス流通経路が、ガスに含まれる有機成分を捕集するフィルタ機能をさらに有してもよい。
【００１３】
また、第２の燃料貯蔵部に貯蔵された低濃度の液体燃料の透過を遮断し、第２の燃料貯蔵部へのガスの出入りを許容する機能を有する他のガス流通経路をさらに備えてもよい。これによれば、第２の燃料貯蔵部のガス圧を第１の燃料貯蔵部と同様に安定させることができる。この場合に、他のガス流通経路が、ガスに含まれる有機成分を捕集するフィルタ機能をさらに有してもよい。
【００１４】
上記態様において、第１の燃料貯蔵部が管状であって、燃料伝達部が第１の燃料貯蔵部の一方の末端部近傍に接続され、ガス流通経路が第１の燃料貯蔵部の他方の端部に設けられていてもよい。
【００１５】
なお、上述した各要素を適宜組み合わせたものも、本件特許出願によって特許による保護を求める発明の範囲に含まれうる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、液体燃料型の燃料電池において、アノードへの液体燃料供給を簡便な構造にて安定化させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る燃料電池の構成を示す概略図である。実施の形態１の燃料電池１０は、液体燃料としてメタノールを用い、このメタノールと酸化剤としての空気とを電気化学反応させることにより発電を行う、いわゆる、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ  Ｍｅｔｈａｎｏｌ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）システムである。なおかつ、燃料電池１０は、ＤＭＦＣのうち、ポンプなどの補機を用いずに、対流や濃度勾配等を用いてメタノールおよび空気を燃料電池に供給するパッシブ型のＤＭＦＣである。燃料電池１０は、電解質膜１２、アノード１４およびカソード１６からなる膜電極接合体１８を有する。アノード１４は、電解質膜１２の一方の面に接合されている。アノード１４は、アノード触媒層およびアノード拡散層からなる積層体を有する。一方、カソード１６は、電解質膜１２の一方の面に接合されている。カソード１６は、カソード触媒層およびカソード拡散層からなる積層体を有する。
【００１８】
電解質膜１２は、湿潤状態において良好なイオン伝導性を示すことが好ましく、アノード触媒層とカソード触媒層との間でプロトンを移動させるイオン交換膜として機能する。電解質膜１２は、含フッ素重合体や非フッ素重合体等の固体高分子材料によって形成され、例えば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体の例として、ナフィオン（デュポン社製：登録商標）１１２などが挙げられる。また、非フッ素重合体の例として、スルホン化された、芳香族ポリエーテルエーテルケトン、ポリスルホンなどが挙げられる。
【００１９】
アノード１４を構成する触媒層は、イオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子すなわち触媒担持炭素粒子とから構成される。イオン交換樹脂は、触媒を担持した炭素粒子と電解質膜１２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。イオン交換樹脂は、たとえば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。担持される触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。また触媒を担持する炭素粒子には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどがある。
【００２０】
また、アノード１４を構成するガス拡散層は、アノード基材およびアノード基材に塗布された微細孔層を有する。アノード基材は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、たとえばカーボンペーパー、カーボンの織布または不織布などを用いることができる。微細孔層は、導電性粉末と撥水剤とを混練して得られるペースト状の混練物である。導電性粉末としては、たとえば、カーボンブラックを用いることができる。また、撥水剤としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂を用いることができる。なお、撥水剤は結着性を有することがこのましい。ここで、結着性とは、粘りの少ないものやくずれやすいものをつなぎ合わせ、粘りのあるもの（状態）にすることができる性質をいう。撥水剤が結着性を有することにより、導電性粉末と撥水剤とを混練することにより、ペースト状の混練物を得ることができる。なお、本実施の形態において、アノード１４は、アノード触媒層およびアノード拡散層で形成されているが、アノード１４は、メタノールからＨ＋を生成する触媒機能を有する触媒層を有していればよく、アノード１４の構成は本実施の形態に限定されない。
【００２１】
カソード１６を構成する触媒層は、イオン交換樹脂と、触媒を担持した炭素粒子すなわち触媒担持炭素粒子とから構成される。イオン交換樹脂は、触媒を担持した炭素粒子と電解質膜１２を接続し、両者間においてプロトンを伝達する役割を持つ。イオン交換樹脂は、たとえば、スルホン酸型パーフルオロカーボン重合体、ポリサルホン樹脂、ホスホン酸基又はカルボン酸基を有するパーフルオロカーボン重合体等を用いることができる。担持される触媒には、例えば白金、ルテニウム、ロジウムなどの１種または２種を合金化したものなどがある。また触媒を担持する炭素粒子には、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、カーボンナノチューブなどがある。
【００２２】
また、カソード１６を構成するガス拡散層は、カソード基材およびカソード基材に塗布された微細孔層を有する。カソード基材は、電子伝導性を有する多孔体で構成されることが好ましく、たとえばカーボンペーパー、カーボンの織布または不織布などを用いることができる。微細孔層は、導電性粉末と撥水剤とを混練して得られるペースト状の混練物である。導電性粉末としては、たとえば、カーボンブラックを用いることができる。また、撥水剤としては、四フッ化エチレン樹脂（ＰＴＦＥ）などのフッ素系樹脂を用いることができる。なお、撥水剤は結着性を有することがこのましい。ここで、結着性とは、粘りの少ないものやくずれやすいものをつなぎ合わせ、粘りのあるもの（状態）にすることができる性質をいう。撥水剤が結着性を有することにより、導電性粉末と撥水剤とを混練することにより、ペースト状の混練物を得ることができる。なお、本実施の形態において、カソード１６は、カソード触媒層およびカソード拡散層で形成されているが、カソード１６は、Ｈ+と酸素から水を生成する触媒機能を有する触媒層を有していればよく、カソード１６の構成は本実施の形態に限定されない。
【００２３】
アノード１４およびカソード１６の表面に、それぞれ集電体（図示）を設けることにより、燃料電池で発生した電力が外部に供給される。集電体は、液体燃料または空気が流通可能な貫通穴を持ち、かつ電気伝導性が良好であれば、特に限定されないが、たとえば、集電体として金メッシュを用いることができる。
【００２４】
アノード１４の上に、集電体を介して、燃料浸透部２０が設けられている。燃料浸透部２０は、たとえば、多孔質性のウィッキング材などにより形成される。燃料浸透部２０には濃度勾配に応じて、後述する燃料貯蔵部３０から液体燃料が浸透することにより、アノード１４に液体燃料が供給される。
【００２５】
燃料浸透部２０の上に、燃料貯蔵部３０が設けられている。燃料貯蔵部３０には、液体燃料として、濃度の高いメタノール水溶液あるいは純メタノールが貯蔵されている。燃料貯蔵部３０内には、液体燃料の残量に応じて気相部分が生じる。
【００２６】
燃料貯蔵部３０には、燃料補給部４０が着脱可能であり、燃料貯蔵部３０内の液体燃料の量に応じて液体燃料を適宜補給可能である。燃料補給部４０は、たとえば、スポイト状の形態を備え、燃料補給部４０を燃料補給部４０に装着した状態で、ユーザが押圧操作することより、燃料補給部４０から燃料補給部４０に液体燃料が必要量だけ供給される。
【００２７】
燃料貯蔵部３０の上面には、ガス流通経路５０が設けられている。ガス流通経路５０は、気液分離膜５２とフィルタ５４を有する。
【００２８】
気液分離膜５２は、燃料浸透部２０内の液体の透過を遮断する一方で、燃料浸透部２０内のガスの透過を許容する。
【００２９】
気液分離膜５２の上に設けられたフィルタ５４は、大表面積を有する活性炭などを含有する。フィルタ５４によって、ガスに含まれるメタノールなどの有機成分が捕集される。これにより、燃料浸透部２０から排出されるガスに含まれる有機成分の濃度が低減するため、燃料電池１０の安全性が向上する。
【００３０】
なお、フィルタ５４は、液体成分を捕集する吸収材をさらに備えることが望ましい。これによれば、気液分離膜５２の外側に液体燃料が到達した場合に、吸収材によって液体燃料を吸収することにより、液体燃料が燃料電池１０の外部に漏洩することを抑制することができる。また、ガス流通経路５０は、燃料電池１０が使用される機器の高温部分に配置されることが望ましい。これによれば、気液分離膜５２の外側に液体燃料が到達した場合であっても、液体燃料が気化しやすくなるため、燃料電池１０の外部に液体燃料が漏洩することが抑制される。また、フィルタ５４は、フィルタ性能が低下したときに、交換可能であることが好ましい。
【００３１】
本実施の形態によれば、燃料補給時のように、燃料貯蔵部３０内のガス圧が大気圧より高い場合には、燃料貯蔵部３０に滞留したガスがガス流通経路５０を通って燃料電池１０の外部に放出される。一方、燃料消費時のように、燃料貯蔵部３０内のガス圧が大気圧より低い場合には、外部の空気がガス流通経路５０を通って燃料貯蔵部３０に流入する。このため、燃料貯蔵部３０内のガス圧が大気圧程度で一定に保たれる。この結果、アノード１４に対する液体燃料の供給がより安定化し、ひいては燃料電池１０の動作安定性が向上する。
【００３２】
（実施の形態２）
図２は、実施の形態２に係る燃料電池の構成を示す概略図である。実施の形態２の燃料電池１０について、実施の形態１と同様な構成については同じ符号を付し、説明を適宜省略する。上述した実施の形態１では、燃料補給部４０から充填された液体燃料が燃料浸透部２０に直に到達可能になっているが、実施の形態２では、燃料補給部４０から充填された液体燃料が段階的に濃度を低減された上で、燃料浸透部２０に到達する構造を有する。すなわち、実施の形態２では、高濃度燃料を貯蔵する第１の燃料貯蔵部１００および低濃度燃料を貯蔵する第２の燃料貯蔵部１１０を有する。なお、高濃度燃料はエネルギー密度の観点から望ましくは１００％のメタノールであるが、取り扱いの容易性から鑑みて６０ｗｔ％以上のメタノール水溶液が望ましい。また、低濃度燃料は電解質膜のメタノール透過による燃料ロス低減の観点から１６ｗｔ％以下、さらに好適には３ｗｔ％以下に押さえることにより電解質膜の選択範囲が広がり、設計の自由度がより上がり低コスト化が可能となる。
【００３３】
第１の燃料貯蔵部１００は、燃料補給部４０が着脱可能であり、燃料補給部４０から供給される高濃度燃料を貯留する。第１の燃料貯蔵部１００の上面には、実施の形態１と同様な気液分離膜５２およびフィルタ５４を有するガス流通経路５０が設けられている。
【００３４】
これにより、燃料補給時のように、第１の燃料貯蔵部１００内のガス圧が大気圧より高い場合には、第１の燃料貯蔵部１００に滞留したガスがガス流通経路５０を通って燃料電池１０の外部に放出される。一方、燃料消費時のように、第１の燃料貯蔵部１００内のガス圧が大気圧より低い場合には、外部の空気がガス流通経路５０を通って第１の燃料貯蔵部１００に流入する。このため、第１の燃料貯蔵部１００内のガス圧が大気圧程度で一定に保たれる。また、フィルタ５４によって、ガスに含まれるメタノールなどの有機成分が捕集される。これにより、第１の燃料貯蔵部１００から排出されるガスに含まれる有機成分の濃度が低減するため、燃料電池１０の安全性が向上する。
【００３５】
また、第１の燃料貯蔵部１００の下面には、燃料伝達部１２０が設けられている。燃料伝達部１２０は、燃料電池１０での燃料消費によって生じる濃度勾配に従って第１の燃料貯蔵部１００から第２の燃料貯蔵部１１０へ燃料を送り込む機能、および第２の燃料貯蔵部１１０から第１の燃料貯蔵部１００へ燃料を逆流させない機能を有する。具体的には、燃料伝達部１２０はシリコン膜などの選択透過性を有する非多孔膜と多孔体との組み合わせにより形成される。これにより、液体燃料のみを第１の燃料貯蔵部１００から第２の燃料貯蔵部１１０へ透過させ、第２の燃料貯蔵部１１０から第１の燃料貯蔵部１００への水の移動を妨げることができる。より具体的には、疎水性のシリコンゴム膜は、透過気化により、メタノールがシリコンゴム内に拡散し、蒸気として透過する一方で、水がシリコンゴム膜を透過しにくいという特性を有する。このため、高濃度メタノール溶液と希釈メタノールとを隔てる燃料伝達部１２０として、疎水性のシリコンゴム膜を用いると、シリコン膜内に浸透したメタノールは濃度勾配により高濃度側から低濃度側に透過する一方で、水の透過は遮断される。低濃度側で燃料電池の発電により消費されるメタノール量に合わせて、メタノールの透過量が適切な範囲となるようにシリコンゴム膜の材質、接液面積、厚みなどを設計することにより、メタノールを定量供給し、逆流しない構造を実現することができる。
【００３６】
第２の燃料貯蔵部１１０は、第１の燃料貯蔵部１００から供給された高濃度燃料が希釈された低濃度燃料を貯留する。第２の燃料貯蔵部１１０の上面には、燃料伝達部１２０の他に、第１の燃料貯蔵部１００の上面に設けられたガス流通経路５０と同様な構造のガス流通経路１３０が設けられている。ガス流通経路１３０は、気液分離膜１３２およびフィルタ１３４を備え、第２の燃料貯蔵部１１０内の低濃度燃料の透過を遮断し、第２の燃料貯蔵部１１０へのガスの出入りを許容する機能と、ガスに含まれる有機成分を除去する機能とを有する。
【００３７】
これにより、燃料補給時のように、第２の燃料貯蔵部１１０内のガス圧が大気圧より高い場合には、第２の燃料貯蔵部１１０に滞留したガスがガス流通経路１３０を通って燃料電池１０の外部に放出される。一方、燃料消費時のように、第２の燃料貯蔵部１１０内のガス圧が大気圧より低い場合には、外部の空気がガス流通経路１３０を通って第２の燃料貯蔵部１１０に流入する。このため、第２の燃料貯蔵部１１０内のガス圧が大気圧程度で一定に保たれる。また、フィルタ１３４によって、ガスに含まれるメタノールなどの有機成分が捕集される。これにより、第１の燃料貯蔵部１００から排出されるガスに含まれる有機成分の濃度が低減するため、燃料電池１０の安全性が向上する。
【００３８】
（実施の形態３）
図３は、実施の形態３に係る燃料電池の構成を示す概略図である。実施の形態３の燃料電池１０について、実施の形態２と同様な構成については同じ符号を付し、説明を適宜省略する実施の形態３では、実施の形態２が有する燃料伝達部１２０に代えて、ポンプなどの燃料供給部２００を有する。燃料供給部２００は、第１の燃料貯蔵部１００から第２の燃料貯蔵部１１０に燃料を送り込む機能を有する他、第２の燃料貯蔵部１１０から第１の燃料貯蔵部１００に燃料を逆流させないための燃料逆止機能を有する。
【００３９】
燃料供給部２００は、濃度コントロールを積極的には行わず、２次電池の充電や、携帯機器への電力供給などの運転モードに応じて、あらかじめ設定した燃料消費量に見合った量を所定の間隔で第１の燃料貯蔵部１００から第２の燃料貯蔵部１１０に送出してもよい。
【００４０】
また、燃料供給部２００は、第２の燃料貯蔵部１１０に設けた濃度センサー（図示せず）、もしくは、濃度低下に伴うセル電圧のばらつきを検出することにより、第２の燃料貯蔵部１１０に貯留された燃料の濃度低下を検知して、その都度、第１の燃料貯蔵部１００から第２の燃料貯蔵部１１０に必要量の燃料を送り込んでもよい。
【００４１】
図４は、実施の形態３で用いられる第１の燃料貯蔵部１００の構造を示す平面図である。実施の形態３の第１の燃料貯蔵部１００は、シリコンなどの材料で形成されたチューブからなり、当該チューブが所定の長さで左右に折り返された構造を有する。第１の燃料貯蔵部１００の一方の末端部には、燃料補給部４０を装着可能な接続部２１０が設けられている。また、第１の燃料貯蔵部１００の他方の末端部には、実施の形態１と同様な構成のガス流通経路２２０が設けられている。ガス流通経路２２０は、気液分離膜２２２およびフィルタ２２４を備え、第１の燃料貯蔵部１００内の低濃度燃料の透過を遮断し、第１の燃料貯蔵部１００へのガスの出入りを許容する機能と、ガスに含まれる有機成分を除去する機能とを有する。さらに、第１の燃料貯蔵部１００は、接続部２１０近傍にて分岐し、燃料供給部２００と連通している。
【００４２】
燃料補給部４０から補給された燃料は、第１の燃料貯蔵部１００に一旦貯留される。第１の燃料貯蔵部１００において、接続部２１０側が液相２１２となり、ガス流通経路２２０が気相２１４となる。燃料供給部２００によって、第１の燃料貯蔵部１００の液相部分から第２の燃料貯蔵部１１０に燃料が供給される。なお、本実施の形態では、第１の燃料貯蔵部１００を透明な部材とすることにより、液相と気相との気液界面２１６が外部から視認しやすくなるため、第１の燃料貯蔵部１００内の高濃度燃料の残量が視認性が向上する。この場合に、第１の燃料貯蔵部１００の背面側に反射板を設けたり、高濃度燃料に着色剤などを用いて着色してもよい。これによれば、第１の燃料貯蔵部１００内の高濃度燃料の残量の視認性がさらに向上する。
【００４３】
第１の燃料貯蔵部１００の気相部分は、ガス流通経路２２０と連通している。これにより、燃料補給時のように、チューブ状の第１の燃料貯蔵部１００内の気相部分のガス圧が大気圧より高い場合には、第１の燃料貯蔵部１００に滞留したガスがガス流通経路２２０を通って燃料電池１０の外部に放出される。一方、燃料消費時のように、第１の燃料貯蔵部１００内の気相部分のガス圧が大気圧より低い場合には、外部の空気がガス流通経路２２０を通って第１の燃料貯蔵部１００に流入する。このため、第１の燃料貯蔵部１００内のガス圧が大気圧程度で一定に保たれる。また、フィルタ２２４によって、ガスに含まれるメタノールなどの有機成分が捕集される。これにより、第１の燃料貯蔵部１００から排出されるガスに含まれる有機成分の濃度が低減するため、燃料電池１０の安全性が向上する。
【００４４】
本発明は、上述の各実施の形態に限定されるものではなく、当業者の知識に基づいて各種の設計変更等の変形を加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうるものである。
【００４５】
たとえば、実施の形態３では、第１の燃料貯蔵部１００から第２の燃料貯蔵部１１０へ高濃度燃料を供給する手段としてポンプが用いられているが、ポンプに代えて実施の形態２で説明した疎水性のシリコンゴム膜を使用してもよい。
【００４６】
また、上述した各実施の形態では、１組の膜電極接合体が用いられているが、膜電極接合体を複数配設し、複数の膜電極接合体からなるセルを電気的に直列に接続してもよい。これによれば、所望の電力を発電する燃料電池が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施の形態１に係る燃料電池の構成を示す概略図である。
【図２】実施の形態２に係る燃料電池の構成を示す概略図である。
【図３】実施の形態３に係る燃料電池の構成を示す概略図である。
【図４】実施の形態３で用いられる第１の燃料貯蔵部の構造を示す平面図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０  燃料電池、１２  電解質膜、１４  アノード、１６  カソード、２０  燃料浸透部、３０  燃料貯蔵部、４０  燃料補給部、５０  ガス流通経路、１００  第１の燃料貯蔵部、１１０  第２の燃料貯蔵部、１２０  燃料伝達部、１３０  ガス流通経路、２００  燃料供給部、２１０  接続部、２２０  ガス流通経路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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