(57)【要約】【課題】燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止し、燃料を燃料電池セルに均一に供給することによって、出力を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。【解決手段】燃料電池１は、アノード１３と、カソード１６と、これらに挟持された電解質膜１７とから構成される膜電極接合体２を有する燃料電池セル２を備えている。また、燃料電池１は、この燃料電池セル２に対向させて設けられた複数の開口部３１を有する燃料分配層３０を備え、燃料供給機構４０から供給された燃料が開口部３１を介して燃料電池セル２に供給される。【選択図】図１
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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持さ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燃料極側に配置され、前記燃料極に対向する位置に設けられた複数の開口部を有する燃料分配層と、
前記燃料分配層の燃料極側とは異なる側に配置され、前記燃料分配層に液体燃料を供給する燃料供給機構と、
前記液体燃料を収容し、前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部と
を具備することを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記燃料供給機構は、前記液体燃料が前記流路を介して流入する燃料注入口、および前記燃料注入口と燃料通路を介して接続された燃料排出口を有する燃料供給板を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
前記燃料分配層の開口部の開口面積が、前記燃料分配層の燃料極側とは異なる側に設けられた前記燃料供給機構の燃料排出口からの距離を増すごとに増加していることを特徴とする請求項１または２記載の燃料電池。
【請求項４】
前記燃料供給機構は、前記液体燃料が前記流路を介して流入する燃料注入口、および前記燃料注入口と燃料通路を介して接続された複数の燃料排出口とを有する燃料供給板を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池。
【請求項５】
前記燃料分配層の開口部が、同一の開口面積で形成されていることを特徴とする請求項１、２および４のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項６】
前記燃料分配層の燃料極側とは異なる側に、前記燃料分配層に積層させて設けられた燃料拡散層をさらに具備したことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の燃料電池。
【請求項７】
前記液体燃料が、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１乃至６のいずれか１項記載の燃料電池。
【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なる。
【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、ＤＭＦＣの燃料電池セルと燃料収容部とを流路を介して接続することが検討されている（例えば、特許文献２−４参照。）。燃料収容部から供給された液体燃料を燃料電池セルに流路を介して供給することによって、流路の形状や径等に基づいて液体燃料の供給量を調整することができる。特許文献３には、燃料収容部から流路にポンプで液体燃料を供給する燃料電池が記載され、特許文献４には、電気浸透流ポンプを用いて液体燃料等を供給する燃料電池が記載されている。
【０００６】
上記した従来の燃料電池において、供給された液体燃料を保液シートに含浸させ、燃料調整膜に設けられた開口部および燃料拡散膜を介して燃料電池セルの燃料極側に気化燃料を供給する燃料電池が開示されている（例えば、特許文献５参照。）。
【特許文献１】国際公開第２００５／１１２１７２号パンフレット
【特許文献２】特表２００５−５１８６４６号公報
【特許文献３】特開２００６−０８５９５２号公報
【特許文献４】米国特許公開第２００６／００２９８５１号公報
【特許文献５】特開２００６−１９６４３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記した従来の燃料電池では、燃料調整膜に設けられた開口部を介して燃料電池セルの燃料極側に気化燃料が供給されるが、この開口部は、燃料の濃度を均一にして燃料極側に導くものである。そのため、燃料調整膜には、燃料の濃度が均一となるように開口部が配置されているため、開口部が燃料電池セルの燃料極に対応する位置に必ずしも設けられているものではなかった。すなわち、燃料電池セルの燃料極に対応しない位置に開口部が設けられることがあり、この開口部を通過した気化燃料は、燃料電池セルに供給されることなく排出されてしまうという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止し、燃料を燃料電池セルに均一に供給することによって、出力を向上させることができる燃料電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の一態様によれば、燃料極と、空気極と、前記燃料極と前記空気極とに挟持さ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燃料極側に配置され、前記燃料極に対向する位置に設けられた複数の開口部を有する燃料分配層と、前記燃料分配層の燃料極側とは異なる側に配置され、前記燃料分配層に液体燃料を供給する燃料供給機構と、前記液体燃料を収容し、前記燃料供給機構と流路を介して接続された燃料収容部とを具備することを特徴とする燃料電池が提供される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る燃料電池によれば、燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止し、燃料を燃料電池セルに均一に供給することによって、出力を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明に係る一実施形態の燃料電池の構成を示す断面図である。図２は、一実施形態の燃料電池においてポンプ８０を備えた場合の燃料電池の構成を示す断面図である。図３は、燃料供給機構４０の構成を示す斜視図である。図４は、燃料分配層３０の構成を示す平面図である。図５は、本発明に係る一実施形態の燃料電池において、燃料拡散層７０を備える燃料電池の構成を示す断面図である。図６は、第１の実施形態の燃料電池において、他の構成の燃料供給機構を備える燃料電池の構成を示す断面図である。
【００１３】
図１に示すように、燃料電池１は、起電部を構成する燃料電池セル２と、この燃料電池セル２に対向させて設けられた複数の開口部３１を有する燃料分配層３０と、この燃料分配層３０の燃料電池セル２側とは異なる側に配置され、燃料分配層３０に液体燃料Ｆを供給する燃料供給機構４０と、液体燃料Ｆを収容する燃料収容部５０と、燃料供給機構４０と燃料収容部５０とを接続する流路６０とを主に備える。
【００１４】
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）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）伝導性を有する電解質膜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。
【００１５】
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Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｏｓ、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として、例えば、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として、例えば、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。
【００１６】
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。
【００１７】
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およ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。
【００１８】
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Ａｕのような導電性金属材料からなる薄膜、メッシュ、多孔質膜等が用いられる。これらのなかでも、導電層は、燃料電池セル２に対応して開口された複数の開口部を有する薄膜で構成されることが好ましく、この開口部を介して、燃料電池セル２に対向して設けられている燃料分配層３０の開口部３１からの燃料を燃料電池セル２に導く。また、電解質膜１７と燃料分配層３０およびカバープレート１８との間には、それぞれゴム製のＯリング１９が介在されており、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。
【００１９】
なお、図示はしていないが、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を有している。カバープレート１８とカソード１６との間には、必要に応じて保湿層や表面層が配置される。保湿層は、カソード触媒層１４で生成された水の一部が含浸されて、水の蒸散を抑制するとともに、カソード触媒層１４への空気の均一拡散を促進するものである。表面層は、空気の取入れ量を調整するものであり、空気の取入れ量に応じて個数や大きさ等が調整された複数の空気導入口を有している。
【００２０】
燃料収容部５０には、燃料電池セル２に対応した液体燃料Ｆが収容されている。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。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、燃料収容部５０には、燃料電池セル２に応じた液体燃料が収容される。
【００２１】
燃料供給機構４０は、配管等で構成される液体燃料Ｆの流路６０を介して燃料収容部５０と接続されている。燃料供給機構４０には、燃料収容部５０から流路６０を介して液体燃料Ｆが導入される。流路６０は、燃料供給機構４０や燃料収容部５０と独立した配管に限られるものではない。例えば、燃料供給機構４０と燃料収容部５０とを積層して一体化する場合、これらを繋ぐ液体燃料Ｆの流路であってもよい。燃料供給機構４０は、流路等を介して燃料収容部５０と連通されていればよい。
【００２２】
燃料収容部５０に収容された液体燃料Ｆは、重力を利用して流路６０を介して燃料供給機構４０まで落下させて送液することができる。また、流路６０に多孔体等を充填して、毛細管現象により燃料収容部５０に収容された液体燃料Ｆを燃料供給機構４０まで送液してもよい。さらに、図２に示すように、流路６０の一部にポンプ８０を介在させて、燃料収容部５０に収容された液体燃料Ｆを燃料供給機構４０まで強制的に送液してもよい。このポンプ８０は、燃料収容部５０から燃料供給機構４０に液体燃料Ｆを単に送液する供給ポンプとして機能するものであり、燃料電池セル２に供給された過剰な液体燃料Ｆを循環する循環ポンプとしての機能を備えるものではない。このポンプ８０を備えた燃料電池は、燃料を循環しないことから、従来のアクティブ方式とは構成が異なり、従来の内部気化型のような純パッシブ方式とも構成が異なる、いわゆるセミパッシブ型と呼ばれる方式に該当する。なお、ポンプ８０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Ｆ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。
【００２３】
また、燃料供給機構４０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８０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。
【００２４】
また、燃料供給機構４０は、図３に示すように、液体燃料Ｆが流路６０を介して流入する少なくとも１個の燃料注入口４１と、液体燃料Ｆやその気化成分を排出する燃料排出口４２とを有する燃料供給板４３を備えている。また、図１に示すように、燃料注入口４１と燃料排出口４２との間は細い流路４５によって連通されている。また、燃料排出口４２上に直接燃料分配層３０を配置してもよいが、図３に示すように、燃料供給板４３の燃料分配層３０に対応する領域に、供給された液体燃料Ｆを満遍なく広げるための凹部４４を形成することが好ましい。燃料供給板４３に燃料分配層３０を積層して燃料電池１を構成した場合に、この凹部４４は、空隙となり、燃料分配層３０に対応させて液体燃料Ｆを満遍なく広げるという機能の他に、液体燃料Ｆの流路およびバッファとしても機能する。燃料注入口４１から燃料供給板４３に導入された液体燃料Ｆは、流路４５を通り燃料排出口４２から凹部４４に導かれ、燃料分配層３０に対応する領域に満遍なく広がる。これによって、液体燃料Ｆや、液体燃料Ｆが気化した気化燃料は、燃料分配層３０に均一に供給される。
【００２５】
燃料分配層３０は、燃料電池セル２のアノード（燃料極）１３側に設けられ、上記した燃料供給機構４０と燃料電池セル２との間に挟持される。この燃料分配層３０は、液体燃料Ｆの気化成分や液体燃料Ｆを透過させない材料で構成され、具体的には、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）樹脂、ポリエチレンナフタレート（ＰＥＮ）樹脂、ポリイミド系樹脂等で構成される。
【００２６】
また、燃料分配層３０には、図４に示すように、燃料電池セル２に対向するように設けられた複数の開口部３１が形成されている。この開口部３１は、燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２の全域に亘って、燃料を供給できるように、アノードガス拡散層１２の形状に対応して設けられることが好ましい。例えば、燃料電池セル２が縦長でそれに伴ってアノードガス拡散層１２も縦長の形状となる場合には、この縦長の形状に対応して、アノードガス拡散層１２の長手方向に沿って複数の開口部３１を設けることが好ましい。図４に示した開口部３１の配列構成は、縦長の燃料電池セル２を４個備える場合における配列構成の一例である。この場合には、４列に設けられた開口部３１において、各列に沿ってそれぞれ燃料電池セル２が配置される。これによって、燃料電池セル２が配置されない領域に開口部３１が存在することがなくなる。換言すると、すべての開口部３１は、燃料電池セル２に面し、この開口部３１から排出された燃料は、燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２にすべて供給される。なお、ここでは、１つの燃料電池セル２に対して一列に所定の間隔をおいて複数の開口部３１が設けられる一例を示したが、１つの燃料電池セル２に対して、２列以上に所定の間隔をおいて複数の開口部３１を設けてもよい。
【００２７】
また、開口部３１の開口面積は、それぞれ同一としてもよいし、燃料供給機構４０の燃料排出口４２が１つの場合には、開口部３１が形成される位置によって開口面積を変えてもよい。例えば、燃料排出口４２が１つの場合には、燃料排出口４２周辺における燃料供給量が多く、それよりも遠方における燃料供給量が少なくなるという燃料供給量の差異、換言すれば、燃料排出口４２周辺における開口部３１を通過した燃料の燃料濃度が高く、それよりも遠方における開口部３１を通過した燃料の燃料濃度が低くなるという燃料濃度の差異が生ずることを回避するため、燃料排出口４２を中心として、その中心からの距離を増すごとに開口部３１の開口面積を徐々に増加させてもよい。なお、開口部３１の形状は、特に限定されるのもではないが、例えば、円形、三角形、矩形、多角形等や、スリット状に形成されてもよい。
【００２８】
ここで、開口部３１を形成していないときの平面の面積に対する、すべての開口部３１の開口面積を加算した全開口面積の割合、すなわち全開口部３１の開口率は、３〜１５％とすることが好ましい。ここでこの範囲の開口率とするのが好ましいのは、開口率が３％未満の場合には、発電に必要な燃料が十分に供給することができず、出力が低下するからであり、１５％を超える場合には、燃料が過剰になり燃料電池の発熱が大きくなり、出力が低下するからである。なお、ここで開口部３１を形成していないときの平面の面積とは、対向する燃料電池セルと同等の面積であり、燃料電池セルが複数配列されている場合には、隣接する燃料電池セルの間の面積も含めた燃料電池配列構成の最大面積と同等の面積をいう。
【００２９】
次に、上記した燃料電池１における作用について説明する。
【００３０】
燃料収容部５０から流路６０を介して燃料供給機構４０に供給された液体燃料Ｆは、液体燃料のまま、もしくは液体燃料と液体燃料が気化した気化燃料が混在する状態で、燃料分配層３０を介して燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２に供給される。アノードガス拡散層１２に供給された燃料は、アノードガス拡散層１２で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で次の式（１）に示すメタノールの内部改質反応が生じる。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ  →  ＣＯ２＋６Ｈ+＋６ｅ-  …式（１）
【００３１】
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、メタノールは、カソード触媒層１４で生成した水や電解質膜１７中の水と上記した式（１）の内部改質反応によって改質されるか、または水を必要としない他の反応機構により改質される。
【００３２】
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（空気極）１６に導かれる。また、式（１）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で空気中の酸素と次の式（２）に示す反応を生じ、この発電反応に伴って水が生成する。
（３／２）Ｏ２＋６ｅ-＋６Ｈ+  →  ３Ｈ２Ｏ  …式（２）
【００３３】
前述した燃料分配層３０により、燃料電池セル２の全体に均一な所定の濃度の燃料を供給することで、上記した内部改質反応が円滑に行なわれ、高出力で安定した出力を燃料電池１において得ることができる。
【００３４】
上記した本発明に係る一実施の形態の燃料電池１によれば、燃料供給機構４０と燃料電池セル２との間に、燃料電池セル２に対向させて設けられた複数の開口部３１を有する燃料分配層３０を備えることで、開口部３１から排出された燃料は、対向する燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２に供給される。換言すると、開口部３１から排出された燃料は、燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２にすべて供給される。これによって、燃料が燃料電池セル２を介さずに排出されることを防止することができ、燃料を有効に利用することができる。
【００３５】
また、燃料分配層３０の開口部３１は、燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２の全域に亘って燃料を供給できるように、アノードガス拡散層１２の形状に対応して設けられているので、アノード触媒層１１の全域を有効に利用することができ、高出力で、出力の安定した燃料電池が得られる。さらに、燃料分配層３０に設けられた複数の開口部３１から燃料を排出することで、燃料をアノードガス拡散層１２の全域に亘って均一な濃度の燃料を供給することができる。これによって、出力の安定した燃料電池が得られる。
【００３６】
なお、燃料電池１の構成は、上記した実施の形態にのみに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
【００３７】
例えば、図５に示すように、燃料供給機構４０の燃料供給板４３と燃料分配層３０との間に燃料拡散層７０を設けてもよい。この燃料拡散層７０は、液体燃料Ｆを含浸可能な親水性を有する材料で構成される。燃料拡散層７０を構成する具体的な材料として、例えば、発泡ポリエチレンやポリウレタンなどの多孔体、不織布、ポリエステル等の織布などが挙げられる。また、燃料拡散層７０を構成する具体的な材料として、気体のメタノールが透過可能な材料が挙げられる。燃料拡散層７０を構成する具体的な材料としては、例えばシリコーンゴムが挙げられる。燃料排出口４２から供給された液体燃料Ｆは、この燃料拡散層７０に含浸され、燃料拡散層７０内に均一に拡散する。そして、燃料分配層３０に設けられた複数の開口部３１から液体燃料Ｆが気化した気化燃料が燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２に供給される。なお、この場合には、燃料供給板４３に凹部４４を備えなくても、燃料拡散層７０によって燃料の均一な分散を図ることが可能となる。
【００３８】
このように、燃料拡散層７０を備えることで、燃料の分散を均一にすることができ、燃料分配層３０を介して、燃料電池セル２のアノードガス拡散層１２の全域に亘って、より均一な濃度の燃料を供給することができる。
【００３９】
また、図６に示すように、燃料注入口２１と流路４５を介して連通する複数個の燃料排出口４２を燃料供給板４３に設けてもよい。これによって、凹部４４に液体燃料Ｆがより均一に広がり易くなる。また、この場合においても、燃料供給機構４０の燃料供給板４３と燃料電池セル２との間に上記した燃料拡散層７０と同様の構成を設けてもよい。なお、燃料拡散層を設ける場合には、燃料供給板４３に凹部４４を備えなくても、燃料拡散層によって燃料の均一な分散を図ることが可能となる。
【００４０】
次に、本発明に係る燃料電池が優れた出力特性を有することを実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例２に基づいて説明する。
【００４１】
（実施例１）
図７は、実施例１の燃料電池に用いられた燃料分配層１００の構成を示す平面図である。なお、図７には、燃料分配層１００の開口部１０１に対応して配置される燃料電池セルの配置位置が点線で示されている。
【００４２】
実施例１では、図７に示すように、直径が２ｍｍである１５個の開口部１０１をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列を４列備えた燃料分配層１００を有する燃料電池を作製した。燃料分配層１００における全開口部１０１の開口率は、６％であった。また、図１に示す燃料電池１と同様に、燃料供給機構の燃料供給板と燃料電池セルとの間に燃料分配層１００を設けた。燃料電池セル２の形状は、５０ｍｍ×１２０ｍｍとし、液体燃料として、純メタノールを使用した。さらに、燃料電池の燃料収容部と燃料供給機構と連通させる通路の一部に電気浸透流ポンプを介在させて、燃料収容部に収容された液体燃料を燃料供給機構まで強制的に送液した。
【００４３】
上記した燃料電池を用いて、温度２５℃、相対湿度５０％の環境の下、一定電圧で１０００時間連続して発電をさせたときの、出力特性の変化を測定した。そして、１０時間経過後の出力値を算出し、後述する比較例１における燃料電池の同時間経過後の出力値を１００としたときの、相対出力値を求めた。また、１０００時間後における出力維持率を算出した。この出力維持率は、発電開始直後の出力に対する１０００時間後における出力の割合、すなわち、１０００時間後における出力を発電開始直後の出力で除した値を百分率で示した値である。測定の結果、相対出力値は１２１、出力維持率は８９．５％であった。
【００４４】
（実施例２）
実施例２で使用された燃料電池は、実施例１で使用された燃料電池において、燃料供給機構の燃料供給板と燃料分配層との間に燃料拡散層を設けた以外は、上記した実施例１で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料拡散層として、厚さが０．３ｍｍの発泡ポリエチレン材（気孔率３０％）を用いた。
【００４５】
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は１２９、出力維持率は９３．７％であった。
【００４６】
（実施例３）
実施例３で使用された燃料電池は、実施例２で使用された燃料分配層１００の開口部１０１の形状を１．８ｍｍ×１．８ｍｍの矩形の開口部とした以外は、上記した実施例２で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料分配層における全開口部の開口率は、６％であった。
【００４７】
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は１３１、出力維持率は９３．１％であった。
【００４８】
（実施例４）
実施例４で使用された燃料電池は、実施例２で使用された燃料分配層１００の代わりに、直径が３ｍｍである７個の開口部をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列を４列備えた燃料分配層を用いた以外は、上記した実施例２で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料分配層における全開口部の開口率は、６％であった。
【００４９】
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は１２５、出力維持率は９０．４％であった。
【００５０】
（実施例５）
実施例５で使用された燃料電池は、実施例２で使用された燃料電池において、燃料供給機構を、図６に示す燃料供給機構４０と同様の構成、すなわち燃料供給板４３に燃料注入口２１と流路４５を介して連通する複数個の燃料排出口４２を設けた構成とした以外は、上記した実施例２で使用された燃料電池の構成と同じである。
【００５１】
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は１３３、出力維持率は９４．１％であった。
【００５２】
（比較例１）
図８は、比較例１の燃料電池に用いられた燃料分配層２００の構成を示す平面図である。なお、図８には、燃料分配層２００に対して配置される燃料電池セルの配置位置が点線で示されている。比較例１で使用された燃料電池は、実施例１で使用された燃料分配層１００の代わりに図８に示す燃料分配層２００を用いた以外は、上記した実施例１で使用された燃料電池の構成と同じである。
【００５３】
比較例１では、図８に示すように、直径が２ｍｍである１０個の開口部２０１をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列を４列備え、さらにこれらの開口列の間に、直径が２ｍｍである７個の開口部２０２をそれぞれ所定の間隔をおいて一列に設けた開口列が備える燃料分配層２００を作製した。なお、開口部２０２によって構成される開口列は、燃料電池セルに対向した位置には設けられていない。燃料分配層２００における全開口部（全開口部２０１および全開口部２０２）の開口率は、６％であった。
【００５４】
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は１００、出力維持率は８０．２％であった。
【００５５】
（比較例２）
比較例２で使用された燃料電池は、比較例１で使用された燃料電池において、燃料供給機構の燃料供給板と燃料分配層との間に燃料拡散層を設けた以外は、上記した比較例１で使用された燃料電池の構成と同じである。燃料拡散層として、厚さが０．３ｍｍの発泡ポリエチレン材（気孔率３０％）を用いた。
【００５６】
また、相対出力値および出力維持率の測定方法および測定条件は、実施例１における測定方法および測定条件と同じである。測定の結果、相対出力値は１０５、出力維持率は８２．３％であった。
【００５７】
（実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例２のまとめ）
表１に、実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例２における相対出力値および出力維持率の測定結果を示す。
【００５８】
【表１】
2008210679.tif 000003
【００５９】
上記した実施例１〜実施例５、比較例１〜比較例２における相対出力値および出力維持率の測定結果から、実施例１〜実施例５における相対出力値、出力維持率ともに、比較例１〜比較例２における相対出力値、出力維持率よりも高い値が得られた。この結果から、複数の開口部が燃料電池セルに対向するように設けられた燃料分配層を用いた場合には（実施例１〜実施例５）、燃料が燃料電池セルを介さずに排出されることを防止することができ、燃料を有効に利用できたため、相対出力値および出力維持率とともに、比較例１および比較例２の場合よりも高い値が得られたものと考えられる。
【００６０】
また、実施例１と実施例２における結果から、燃料供給機構の燃料供給板と燃料分配層との間に燃料拡散層を設けた場合の方が、燃料拡散層を設けない場合よりも、相対出力値および出力維持率ともに高い値が得られることがわかった。
【００６１】
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、燃料電池セルに供給される燃料の全てが液体燃料の蒸気、すべてが液体燃料、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】
【００６２】
【図１】本発明に係る一実施形態の燃料電池の構成を示す断面図。
【図２】本発明に係る一実施形態の燃料電池においてポンプを備えた場合の燃料電池の構成を示す断面図。
【図３】燃料供給機構の構成を示す斜視図。
【図４】燃料分配層の構成を示す平面図。
【図５】本発明に係る一実施形態の燃料電池において、燃料拡散層を備える燃料電池の構成を示す断面図。
【図６】第１の実施形態の燃料電池において、他の構成の燃料供給機構を備える燃料電池の構成を示す断面図。
【図７】実施例１の燃料電池に用いられた燃料分配層の構成を示す平面図。
【図８】比較例１の燃料電池に用いられた燃料分配層の構成を示す平面図。
【符号の説明】
【００６３】
１…燃料電池、２…燃料電池セル、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…Ｏリング、３０…燃料分配層、４０…燃料供給機構、４１…燃料注入口、４２…燃料排出口、４３…燃料供給板、４５、６０…流路、５０…燃料収容部、Ｆ…液体燃料。
【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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