(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池本体と、該燃料電池本体に連結自在となる液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽とを有し、上記燃料電池本体には燃料貯蔵槽に接続される燃料供給体を介して液体燃料が供給されると共に、上記燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体である燃料電池であって、該カートリッジ構造体は、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と燃料消費に伴い移動するゲル状追従体とを備えると共に、カートリッジ構造体内部の液体燃料が視認可能であることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
燃料電池本体は、燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、該電解質層の外表部に空気電極層を構築することで形成される単位セルが複数連結されると共に、上記単位セルには燃料貯蔵槽に接続される燃料供給体が連結されて液体燃料が供給される構成となる請求項１記載の燃料電池。
【請求項３】
燃料収容容器は、ガス不透過性の材質からなることを特徴とする請求項１又は２記載の燃料電池。
【請求項４】
燃料収容容器は、少なくとも液体燃料と接触する壁面が液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く調整されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載の燃料電池。
【請求項５】
燃料収容容器は、光線透過率が５０％以上である材質で形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載の燃料電池。
【請求項６】
燃料収容容器は、１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ（２５℃、６５％ＲＨ）以下の酸素ガス透過度の材質で形成されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載の燃料電池。
【請求項７】
ガス不透過性の材質がポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルの単独若しくは２種以上のガス不透過性樹脂からなることを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
【請求項８】
燃料収容容器は、樹脂層が２層以上の多層構造であり、樹脂層の少なくとも１層がガス不透過性の樹脂であることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載の燃料電池。
【請求項９】
燃料収容容器は、ガス不透過性の樹脂を塗布することで多層構造を形成していることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載の燃料電池。
【請求項１０】
ガス不透過性の樹脂層の厚さが１０〜２０００μｍであることを特徴とする請求項８又は９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
燃料収容容器は、ガス不透過性の薄膜部材によって、少なくとも、その一部を被覆してなることを特徴とする請求項１〜１０の何れか一つに記載の燃料電池。
【請求項１２】
ガス不透過性の薄膜部材が金属箔、金属酸化物蒸着物、ダイアモンドライクカーボンコーティング物から選ばれる少なくとも１種である請求項１１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、燃料電池に関し、更に詳しくは携帯電話、ノート型パソコン及びＰＤＡなどの携帯用電子機器の電源として用いられるのに好適な小型の燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、燃料電池は、空気電極層、電解質層及び燃料電極層が積層された燃料電池セルと、燃料電極層に還元剤としての燃料を供給するための燃料供給部と、空気電極層に酸化剤としての空気を供給するための空気供給部とからなり、燃料と空気中の酸素とによって燃料電池セル内で電気化学反応を生じさせ、外部に電力を得るようにした電池であり種々の形式のものが開発されている。
【０００３】
近年、環境問題や省エネルギーに対する意識の高まりにより、クリーンなエネルギー源としての燃料電池を、各種用途に用いることが検討されており、特に、メタノールと水を含む液体燃料を直接供給するだけで発電できる燃料電池が注目されてきている（例えば、特許文献１及び２参照）。
これらの中でも、液体燃料の供給に毛管力を利用した各液体燃料電池等が知られている（例えば、特許文献３〜７参照）。
これらの各特許文献に記載される液体燃料電池は、燃料タンクから液体燃料を毛管力で燃料極に供給するため、液体燃料を圧送するためのポンプを必要としないなど小型化に際してメリットがある。
【０００４】
しかしながら、このような単に燃料貯蔵槽に設けられた、多孔体及び／又は繊維束体の毛管力だけを利用した液体燃料電池は、構成上は小型化に適するものの、燃料極に燃料が直接液体状態で供給されるため小型携帯機器に搭載し、電池部の前後左右や上下が絶えず変わる使用環境下では、長時間の使用期間中に燃料の追従が不完全となり、燃料供給遮断などの弊害が発生し、電解質層への燃料供給を一定にすることを阻害する原因となっている。
【０００５】
また、これら欠点の解決策の一つとして、例えば、液体燃料を毛管力によりセル内に導入した後、液体燃料を燃料気化層にて気化して、使用する燃料電池システム（例えば、特許文献８参照）が知られているが、基本的な問題点である燃料の追従性不足は改善されていないという課題を有し、また、この構造の燃料電池は液体を気化させた後に燃料として用いるシステムのため、小型化が困難となるなどの課題がある。
【０００６】
このように従来の燃料電池では、燃料極に直接液体燃料を供給する際に、燃料の供給が不安定で動作中の出力値に変動が生じたり、安定な特性を維持したまま携帯機器への搭載が可能な程度の小型化は困難であるのが現状である。
また、燃料タンクの材質として、通常の樹脂、例えば、ポリエチレンなどを利用した場合、長期間の保管の際に、樹脂自体が液体燃料を透過することにより、また、燃料タンクの部品の継ぎ手等から液体燃料の蒸発、漏洩が起こり、燃料の損失が起こり得ることが考えられる。ここで、燃料の蒸発、漏洩を防止するために樹脂部材を一つ一つ、蒸発、漏洩がなくなるくらいに厚みを持って構成させると、前記した燃料電池本体の小型化の目的を達成できないばかりか、液体燃料の残量確認がし辛くなるという課題が生じる。更にまた、燃料タンクを構成する材質に金属、ガラスなどの材料を用いた場合において、金属製では、燃料の残量確認が不可能で燃料タンク内の燃料の残量確認ができず、また、ガラス製では、加工や組立時の管理が面倒でコスト高となり、変形、破壊が起こりやすくなるなどの課題がある。
【特許文献１】特開平５−２５８７６０号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献２】特開平５−３０７９７０号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献３】特開昭５９−６６０６６号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献４】特開平６−１８８００８号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献５】特開２００３−２２９１５８号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献６】特開２００３−２９９９４６号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献７】特開２００３−３４０２７３号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【特許文献８】特開２００１−１０２０６９号公報（特許請求の範囲、実施例等）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上記従来の燃料電池における課題及び現状に鑑み、これを解消するためになされたものであり、燃料電池本体の燃料極に直接液体燃料を安定的に供給し、燃料の使用状況を容易に視認でき、保管時に液体燃料の損失がなく、かつ、燃料電池の小型化をなし得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】
【０００８】
本発明者らは、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、燃料電池本体と、該燃料電池本体に連結自在となる液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽とを有し、上記燃料電池本体には燃料貯蔵槽に接続される燃料供給体を介して液体燃料が供給されると共に、上記燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体である燃料電池にあって、該カートリッジ構造体を特定構造とすることにより、上記目的の燃料電池が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。
【０００９】
すなわち、本発明は、次の（１）〜（１２）に存する。
（１）  燃料電池本体と、該燃料電池本体に連結自在となる液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽とを有し、上記燃料電池本体には燃料貯蔵槽に接続される燃料供給体を介して液体燃料が供給されると共に、上記燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体である燃料電池であって、該カートリッジ構造体は、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と燃料消費に伴い移動する追従体とを備えると共に、カートリッジ構造体内部の液体燃料が視認可能であることを特徴とする燃料電池。
（２）  燃料電池本体は、燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、該電解質層の外表部に空気電極層を構築することで形成される単位セルが複数連結されると共に、上記単位セルには燃料貯蔵槽に接続される燃料供給体が連結されて液体燃料が供給される構成となる上記（１）記載の燃料電池。
（３）  燃料収容容器は、ガス不透過性の材質からなることを特徴とする上記（１）又は（２）記載の燃料電池。
（４）  燃料収容容器は、少なくとも液体燃料と接触する壁面が液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く調整されていることを特徴とする上記（１）〜（３）の何れか一つに記載の燃料電池。
（５）  燃料収容容器は、光線透過率が５０％以上である材質で形成されていることを特徴とする上記（１）〜（４）の何れか一つに記載の燃料電池。
（６）  燃料収容容器は、１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ（２５℃、６５％ＲＨ）以下の酸素ガス透過度の材質で形成されていることを特徴とする上記（１）〜（５）の何れか一つに記載の燃料電池。
（７）  ガス不透過性の材質がポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリロニトリル、ナイロン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルの単独若しくは２種以上のガス不透過性樹脂からなることを特徴とする上記（６）に記載の燃料電池。
（８）  燃料収容容器は、樹脂層が２層以上の多層構造であり、樹脂層の少なくとも１層がガス不透過性の樹脂であることを特徴とする上記（１）〜（７）の何れか一つに記載の燃料電池。
（９）  燃料収容容器は、ガス不透過性の樹脂を塗布することで多層構造を形成していることを特徴とする上記（１）〜（８）の何れか一つに記載の燃料電池。
（１０）  ガス不透過性の樹脂層の厚さが１０〜２０００μｍであることを特徴とする上記（８）又は（９）に記載の燃料電池。
（１１）  燃料収容容器は、ガス不透過性の薄膜部材で被覆してなることを特徴とする上記（１）〜（１０）の何れか一つに記載の燃料電池。
（１２）  ガス不透過性の薄膜部材が金属箔、金属酸化物蒸着物、ダイアモンドライクカーボンコーティング物から選ばれる少なくとも１種である上記（１１）に記載の燃料電池。
なお、本発明（後述する実施例等含む）で規定する「光線透過率」とは、ＪＩＳ  Ｋ  ７１０５−１９８１に規定により測定される光線透過率をいう。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、燃料貯蔵槽となるカートリッジ構造体から燃料電池本体に直接液体燃料を安定的に供給し、燃料の使用状況を容易に視認でき、保管時に液体燃料の損失がなく、かつ、燃料電池の小型化をなし得ることができる燃料電池が提供される。
請求項２〜１２の発明によれば、燃料の使用状況を更に容易に視認でき、保管時に液体燃料の損失が極めて少ない燃料電池が得られることとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら詳しく説明する。
図１〜図３は、本発明の基本的な実施形態を示す燃料電池（以下、単に「燃料電池」という）Ａの基本形態（第１実施形態）を示すものである。
この燃料電池Ａは、図１〜図３に示すように、液体燃料を収容する燃料貯蔵槽１０と、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体２１の外表部に電解質層２３を構築し、該電解質層２３の外表部に空気電極層２４を構築することで形成される燃料電池本体となる単位セル（燃料電池セル）２０、２０と、上記燃料貯蔵槽１０に接続される浸透構造を有する燃料供給体３０と、該燃料供給体３０の終端に設けられる使用済み燃料貯蔵槽４０とを備え、上記燃料電池本体となる各単位セル２０、２０は直列に連結されて燃料供給体３０により燃料が順次供給される構造となっており、前記燃料貯蔵槽１０は、交換可能なカートリッジ構造体から構成されている。
この燃料貯蔵槽となるカートリッジ構造体１０は、液体燃料１１を収容するチューブ型の燃料収容容器１２と、燃料流出部１３と燃料消費に伴い移動する追従体１４とを備えると共に、カートリッジ構造体１０内部の燃料が視認可能となっており、視認性を有する樹脂等で構成された支持体１５に支持される構造となっている。
【００１２】
上記燃料収容容器１２に収容される液体燃料１１としては、メタノールと水とからなるメタノール液が挙げられるが、後述する燃料電極体において燃料として供給された化合物から効率良く水素イオン（Ｈ+）と電子（ｅ-）が得られるものであれば、液体燃料は特に限定されず、燃料電極体の構造などにもよるが、例えば、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、エタノール液、ギ酸、ヒドラジン、アンモニア液などの液体燃料も用いることができる。
【００１３】
本実施形態では、図１（ａ）〜（ｂ）及び図２（ａ）に示すように液体燃料１１が直接貯蔵され、液体燃料１１を収容する燃料収容容器１２の下部に燃料流出部となる逆止弁１３に挿入される燃料供給体３０により、燃料が供給されるものである。
【００１４】
燃料流出部１３となる逆止弁は、筆記具などにおいて用いられる部材と同様の構成であり、図２（ａ）〜（ｄ）に示すように、気圧、温度変化等により燃料貯蔵槽１０内に直接収容される液体燃料１１に燃料供給管３１周辺より浸入する空気などの異物を防ぐものであり、中央部がドーム状となるスリット部１３ａを有する逆止弁体１３ｂと、該逆止弁体１３ｂを支持する弁アダプタ１３ｃと、上記逆止弁体１３ｂを保持するストッパ体１３ｄとから構成されており、使用休止（未使用）時にも空気などの異物の浸入を防止する構造となっている。これは、空気などの浸入により液体燃料貯蔵槽１０内の圧力増加などによる燃料漏れ、噴出しなどの事故を防止するためである。
これらの逆止弁体１３ｂを含む逆止弁１３の材質としては、収容される液体燃料に対して保存安定性、耐久性、ガス不透過性、燃料供給管３１に密着出来る弾性を有するものであれば、特に限定されず、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ナイロン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、１，２−ポリブタジエンゴム、スチレン−ブタジエンゴム、クロロプレンゴム、二トリルゴム、ブチルゴム、エチレン−プロピレンゴム、クロロスルホン化ポリエチレン、アクリルゴム、エピクロルヒドリンゴム、多硫化ゴム、シリコーンゴム、フッ素ゴム、ウレタンゴムなどのゴム、エラストマーが挙げられ、通常の射出成形や加硫成形などによって製造することができる。
【００１５】
また、上記燃料貯蔵槽壁面を構成するチューブ型の燃料収容容器１２の材質としては、前記した逆止弁と同様に、収容される液体燃料に対して保存安定性、耐久性、ガス不透過性（酸素ガス、窒素ガス等に対するガス不透過性）が要求される。更に、液体燃料の残量を視認できるように光線透過性が要求される。
液体燃料の残量視認が可能な光線透過性は、材質やその厚みに関わりなく、光線透過率が５０％以上あれば内容物の視認が可能である。好ましくは、８０％以上の光線透過性があれば実用上問題はなく、液体燃料の視認性が更に向上することとなる。
また、液体燃料の漏洩及び蒸発防止、空気などの燃料貯蔵槽への浸入防止については、ガス不透過性の材質から構成されることが好ましく、更に好ましくは、酸素ガス透過度（酸素ガス不透過性）が１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ（２５℃、６５％ＲＨ）以下であれば実使用上問題はない。
【００１６】
燃料収容容器１２（燃料供給管３１含む）の材質としては、光線透過性を要求されない場合であれば、考えられる材質としてアルミニウム、ステンレスなどの金属、合成樹脂、ガラスなどが挙げられるが、前記した液体燃料の残量の視認性、ガス不透過性、製造や組立時のコスト低減及び製造の容易性などから、好ましくは、ポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、ナイロン、セロハン、ポリエチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリスチレン、ポリ塩化ビニリデン、ポリ塩化ビニルなどの単独もしくは２種以上の樹脂を含む構成であることが望ましく、更に好ましくは、これらの樹脂であって光線透過率が５０％以上、特に好ましくは８０％以上のものを選択することが望ましい。
特に好ましくは、ガス不透過性であり、光線透過率が８０％以上となるポリビニルアルコール、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂、ポリアクリルニトリル、セロハン、ポリ塩化ビニリデンが望ましい。
【００１７】
また、燃料収容容器１２は、好ましくは、２層以上の多層構造からなり、少なくとも１層は前記したガス不透過性、光線透過性を有する上述の樹脂群を含む材料から構成される２層以上の多層構造となるものが望ましい。この多層構造の内、少なくとも１層が、前記した性能（ガス透過度）を持つ樹脂で構成されていれば、残りの層は通常の樹脂でも実使用上問題はない。このような多層構造のチューブは、押出し成形、射出成形、共押出し成形などにより製造することができる。
また、これらの成形により設けられる少なくとも１層のガス不透過層の代わりに、前記した樹脂群から選ばれる樹脂の溶液などを塗布してガス不透過層を設けることもできる。この塗布方法では、上記押出し成形、射出成形などの成形による製造よりも特殊な製造設備を必要とせず、逐次製造することが可能である。
【００１８】
これらの各成形法、塗布で設けられたガス不透過層は、好ましくは、１０〜２０００μｍの厚みであることが望ましい。この厚みが１０μｍ未満では、ガス不透過性を発揮することができず、一方、２０００μｍを超える場合には、容器全体の光線透過性、柔軟性などの性能が悪化することとなる。
また、前記した樹脂による成形又は塗布によるガス不透過層の代わりに、ガス不透過性のフィルムなどのガス不透過薄膜部材によって被覆することができる。被覆するガス不透過薄膜部材としては、好ましくは、アルミ箔などの金属箔、アルミナ、シリカなどの金属酸化物蒸着物、ダイアモンドライクカーボンコーティング物から選ばれる少なくとも１種が挙げられ、これらの不透過薄膜部材で燃料収容容器１２の外表面部を被覆することにより、上述のとおりのガス不透過性を発揮させることができる。なお、この不透過薄膜部材の厚みは、上記と同様に１０〜２０００μｍとすることが望ましい。また、上記ガス不透過薄膜部材が視認性を有しない部材、例えば、アルミ箔などの場合は、格子状、ストライプ状等に被覆してガス不透過性と視認性を確保することができる。
【００１９】
これらの燃料収容容器１２、燃料流出部となる逆止弁１３、燃料供給管３１は、嵌合などによりそれぞれ接合される。このとき、それぞれの部材が液体燃料の表面自由エネルギーよりも高い場合、接合部の隙間に入り込みやすく液体燃料が漏洩する可能性が高まってしまう。そのため、これらの部材の少なくとも液体燃料と接触する壁面には、液体燃料の表面自由エネルギーよりも低く調整されていることが望ましい。この調整方法としては、燃料収容容器などの液体燃料と接触する壁面に、シリコン系若しくはフッ素系の撥水剤を用いたコーティングによる、撥水膜形成処理を施すことにより行うことができる。
【００２０】
追従体１４は、燃料収容容器１２に収容される液体燃料の後端面に接触して燃料消費に伴い移動するものであり、燃料収容容器内の燃料が漏出、蒸発してしまうことを防止するものである。
この追従体１４の材質としては、例えば、鉱油、ポリグリコール、ポリエステル、ポリブテン、シリコーン油などの石油類、脂肪族金属石鹸、変性クレー、シリカゲル、カーボンブラック、天然または合成ゴムおよび各種の合成ポリマーなどに溶剤などを加えることにより増粘させたものを挙げることができる。
追従体１４については、液体燃料１１に対し溶解、拡散しないことが要求される。液体燃料１１に対し溶解、拡散してしまうような場合、燃料貯蔵槽となる燃料収容容器１２内の燃料が漏出、蒸発してしまい燃料貯蔵槽としての役割を果たせないばかりか、液体燃料１１によって追従体１４を構成する物質が燃料電池の燃料極に浸入し、反応に悪影響が出ることが考えられる。更に、追従体１４は、表面自由エネルギーが液体燃料１１より低いことが望ましく、前記した燃料収容容器１２、逆止弁１３、燃料供給管３１の場合と同様、燃料収容容器１２と追従体１４との隙間に液体燃料が浸入、外部へ漏洩することを防止できる可能性を高くすることができる。これらの条件を鑑み、追従体１４の材質、表面状態などを適宜選択することが可能である。
また、追従体１４と液体燃料１１の逆転を防止するために追従体１４と液体燃料１１の間に追従補助部材を設けてもよい。
【００２１】
燃料電池本体となる各燃料電池セル（単位セル）２０は、図３（ａ）及び（ｂ）に示すように、微小柱状の炭素多孔体よりなる燃料電極体２１を有すると共に、その中央部に燃料供給体３０を貫通する貫通部２２を有し、上記燃料電極体２１の外表部に電解質層２３が構築され、該電解質層２３の外表部に空気電極層２４が構築される構造からなっている。なお、各燃料電池セル２０の一つ当たり、理論上約１．２Ｖの起電力を生じる。
【００２２】
この燃料電極体２１を構成する微小柱状の炭素多孔体としては、微小な連通孔を有する多孔質構造体であれば良く、例えば、三次元網目構造若しくは点焼結構造よりなり、アモルファス炭素と炭素粉末とで構成される炭素複合成形体、等方性高密度炭素成形体、炭素繊維抄紙成形体、活性炭素成形体などが挙げられ、好ましくは、燃料電池の燃料極における反応制御が容易かつ反応効率の更なる向上の点で、アモルファス炭素と炭素粉末とからなる微細な連通孔を有する炭素複合成形体が望ましい。
【００２３】
この多孔質構造からなる炭素複合体の作製に用いる炭素粉末としては、更なる反応効率の向上の点から、高配向性熱分解黒鉛（ＨＯＰＧ）、キッシュ黒鉛、天然黒鉛、人造黒鉛、カーボンナノチューブ、フラーレンより選ばれる少なくとも１種（単独または２種以上の組合せ）が好ましい。
また、この燃料電極体２１の外表部には、白金−ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）触媒、イリジウム−ルテニウム（Ｉｒ−Ｒｕ）触媒、白金−スズ（Ｐｔ−Ｓｎ）触媒などが当該金属イオンや金属錯体などの金属微粒子前駆体を含んだ溶液を含浸や浸漬処理後還元処理する方法や金属微粒子の電析法などにより形成されている。
【００２４】
電解質層２３としては、プロトン伝導性又は水酸化物イオン伝導性を有するイオン交換膜、例えば、ナフィオン（Nafion、Du pont社製）を初めとするフッ素系イオン交換膜が挙げられる他、耐熱性、メタノールクロスオーバーの抑制が良好なもの、例えば、無機化合物をプロトン伝導材料とし、ポリマーを膜材料としたコンポジット（複合）膜、具体的には、無機化合物としてゼオライトを用い、ポリマーとしてスチレン−ブタジエン系ラバーからなる複合膜、炭化水素系グラフト膜などが挙げられる。
また、空気電極層２４としては、白金（Ｐｔ）、パラジウム（Ｐｄ）、ロジウム（Ｒｈ）等を上述の金属微粒子前駆体を含んだ溶液等を用いた方法で担持させた多孔質構造からなる炭素多孔体が挙げられる。
【００２５】
前記燃料供給体３０は、燃料貯蔵槽１０の逆止弁１３内に挿入され、該液体燃料を各単位セル２０に供給できる浸透構造を有するものであれば特に限定されず、例えば、フェルト、スポンジ、または、樹脂粒子焼結体、樹脂繊維焼結体などの焼結体等から構成される毛管力を有する多孔体や、天然繊維、獣毛繊維、ポリアセタール系樹脂、アクリル系樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ポリウレタン系樹脂、ポリオレフィン系樹脂、ポリビニル系樹脂、ポリカーボネート系樹脂、ポリエーテル系樹脂、ポリフェニレン系樹脂などの１種又は２種以上の組合せからなる繊維束体からなるものが挙げられ、これらの多孔体、繊維束体の気孔率等は各単位セル２０への供給量に応じて適宜設定されるものである。
【００２６】
使用済み燃料貯蔵槽４０は、燃料供給体３０の終端に配置されるものである。この時、使用済み燃料貯蔵槽４０を燃料供給体３０の終端に直接接触させて使用済み燃料を直接吸蔵体等により吸蔵させても問題ないが、燃料供給体３０と接触する接続部に中綿や多孔体、または繊維束体などを中継芯として設け、使用済み燃料排出路としてもよい。
また、燃料供給体３０により供給される液体燃料は、燃料電池セル２０で反応に供されるものであり、燃料供給量は、燃料消費量に連動しているため、未反応で電池の外に排出される液体燃料は殆どなく、従来の液体燃料電池のように、燃料出口側の処理系を必要としないが、運転状況により供給過剰時に至った際には、反応に使用されない液体燃料が貯蔵槽４０に蓄えられ阻害反応を防ぐことができる構造となっている。
なお、５０は、燃料貯蔵槽１０と使用済み燃料貯蔵槽４０を連結すると共に、燃料貯蔵槽１０から各単位セル２０、２０の個々に燃料供給体３０を介して直接液体燃料を確実に供給するメッシュ構造などからなる部材である。
【００２７】
このように構成される本実施形態の燃料電池Ａは、燃料貯蔵槽１０から燃料供給部となる逆止弁１３に挿入された燃料供給体３０又は浸透構造を持つ燃料電極体２１に供給され、いずれかの浸透構造により、液体燃料を燃料電池セル２０、２０内に導入するものである。
本実施形態では、燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体が、液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と燃料消費に伴い移動する追従体とを備えると共に、カートリッジ構造体内部の液体燃料が視認可能であるので、燃料の使用状況を容易に視認でき、追従体により保管時に液体燃料の損失がないものとなる。また、本実施形態では、少なくとも、燃料電極体２１及び／又は燃料電極体２１に接する燃料供給体３０に毛管力が存在し、この毛管力により、燃料貯蔵槽１０から各単位セル２０、２０の個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができるものとなる。より好ましくは、燃料電極体２１及び／又は燃料電極体２１に接する燃料供給体３０の毛管力＜使用済み燃料貯蔵槽４０（中継芯）の毛管力と設定することにより、燃料貯蔵槽１０、各単位セル２０、２０から使用済み燃料貯蔵槽までの夫々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料の流れを作ることができるものとなる。
また、この実施形態の燃料電池Ａでは、ポンプやブロワ、燃料気化器、凝縮器等の補器を特に用いることなく、液体燃料を気化せずそのまま円滑に供給することが出来る構造となるため、燃料電池の小型化を図ることが可能となる。
このように構成される第１実施形態の燃料電池Ａでは、燃料電池本体となる各単位セル２０、２０への燃料供給には、燃料貯蔵槽１０の端部より直接接続される浸透構造を有する燃料供給体３０が連結されることにより、複数セルからなる燃料電池の小型化が達成することができるものとなる。
従って、本実施形態の燃料電池Ａでは、燃料電池全体のカートリッジ化が可能となり、携帯電話やノート型パソコンなどの携帯用電子機器の電源として用いられることができる小型の燃料電池が提供されることとなる。
なお、上記実施形態では、燃料電池セル２０を二つ使用した形態を示したが、燃料電池の使用用途により燃料電池セル２０の連結（直列又は並列）する数を増加させて所要の起電力等とすることができる。
【００２８】
図４及び図５は、本発明の第２実施形態の燃料電池Ｂを示すものである。以下の実施形態において、前記第１実施形態の燃料電池Ａと同様の構成及び効果を発揮するものについては、図１と同一符号を付してその説明を省略する。
この燃料電池Ｂは、図４及び図５に示すように、逆止弁１３に挿入される燃料供給管３１を介して燃料供給体３０に接続される点、追従体１４内にＰＰ製の樹脂体からなる追従補助部材１４ａを備えた点などで、上記第１実施形態の燃料電池Ａと相違するものである。
なお、図示しないが、燃料供給体３０の先端（図４、図５の矢印方向）には、上記第１実施形態と同様に燃料電池セル２０、２０…に直列又は並列に接続される構造となっている。
【００２９】
このように構成される第２実施形態の燃料電池Ｂでは、燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体１０が、液体燃料１１を収容する燃料収容容器１２と、逆止弁を有する燃料流出部１３と燃料消費に伴い移動する追従体１４とを備えると共に、カートリッジ構造体内部の液体燃料が視認可能であるので、燃料の使用状況を容易に視認でき、追従体により保管時に液体燃料の損失がないものとなり、燃料供給体３０の毛管力により、燃料収容容器１２から各単位セルの個々に直接液体燃料が逆流や途絶を起こすことなく、安定的かつ継続的に燃料を供給することができるものとなる。
【００３０】
本発明の燃料電池は、上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができるものである。
例えば、燃料電池セル２０は円柱状のものを用いたが、角柱状、板状の他の形状のものであってもよく、また、燃料供給体３０との接続は直列接続のほか、並列接続であってもよい。
また、上記実施形態では、燃料流出部として図２（ａ）〜（ｄ）に示す逆止弁１３を用いたが、気圧、温度変化等により燃料貯蔵槽１０内に直接収容される液体燃料１１に燃料供給管３１周辺より浸入する空気などの異物を防ぐものであり、燃料供給体３０が挿入されて液体燃料を燃料供給体３０に供給できる構造となるものであれば、特に限定されるものではない。
更に、上記実施形態では、直接メタノール型の燃料電池を説明したが、燃料電池本体に連結自在となる液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵槽を有し、上記燃料電池本体には燃料貯蔵槽に接続される燃料供給体を介して液体燃料が供給されると共に、上記燃料貯蔵槽が交換可能なカートリッジ構造体である燃料電池であって、該カートリッジ構造体が液体燃料を収容する燃料収容容器と、燃料流出部と燃料消費に伴い移動する追従体とを備えると共に、カートリッジ構造体内部の液体燃料が視認可能であるものであれば、本発明は上記直接メタノール型の燃料電池に限定されるものではなく、改質型を含む高分子改質膜型の燃料電池にも好適に適用することができるものである。
更にまた、燃料電池本体として、微小炭素多孔体よりなる燃料電極体の外表部に電解質層を構築し、該電解質層の外表部に空気電極層を構築することで燃料電池本体を構成したが、燃料電池本体の構造は特に限定されず、例えば、電気導電性を有する炭素質多孔体を基材とし、該基材の表面に電極／電解質／電極の各層を形成した単位セル又は該単位セルを２以上連結した連結体を備え、上記基材に燃料供給体を介して液体燃料を浸透させる構成とすると共に、基材の外表面に形成される電極面を空気に曝す構造からなる燃料電池本体としてもよいものである。
【実施例】
【００３１】
次に、本発明を実施例及び比較例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
【００３２】
〔実施例１〜５及び比較例１〕
下記に示す構造のチューブ型の燃料収容容器（カートリッジ構造体）を作製した。
得られた各燃料収容容器に３０ｗｔ％メタノール水溶液２ｇを充填した後、下記組成の追従体０．２ｇにて封止した。その後、１０ｍｍ3の空気を圧入し、５０℃−３５％ＲＨにて１ヶ月放置後、下記評価方法により気泡の成長率を評価した。
これらの結果を下記表１に示す。なお、酸素ガス不透過度は、２５℃、６５％ＲＨでの値である。
【００３３】
（燃料収容容器の構成：チューブ１〜６）
チューブ１：長さ１００ｍｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ、ナイロン製押出チューブ〔光線透過率９０％、酸素ガス透過度１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ〕
チューブ２：長さ１００ｍｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ、ポリ塩化ビニル製押出チューブ〔光線透過率８０％、酸素ガス透過度１５０ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ〕
チューブ３：外側表面部にポリビニルアルコール（酸素ガス透過度０．１ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ）を塗布した、長さ１００ｍｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ、ポリプロピレン製チューブ〔光線透過率９５％、酸素ガス透過度２５００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ〕。ポリビニルアルコールの膜厚２０μｍであった。
チューブ４：長さ１００ｍｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍで、エチレン・ビニルアルコール共重合樹脂（ＥＶＯＨ：酸素ガス透過度０．５ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ層（外層）とポリプロピレン〔光線透過率９０％、酸素ガス透過度２５００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ〕層（内層）との共押出チューブ（光線透過率９５％）。ＥＶＯＨ層の膜厚は２０μｍであった。
チューブ５：長さ１００ｍｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍのポリプロピレンチューブにシリカ蒸着フィルム（ＧＬ−Ｎ、凸版印刷社製）を巻きつけたチューブ〔光線透過率９５％、酸素ガス透過度１００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ〕。
チューブ６：長さ１００ｍｍ、外径８ｍｍ、内径６ｍｍ、ポリプロピレン製の押し出しチューブ〔光線透過率９５％、酸素ガス透過度１，０００ｃｃ・２５μｍ／ｍ2・２４ｈｒ・ａｔｍ（Ｏ2、２５℃）〕）
【００３４】
燃料排出部（逆止弁、図２に準拠）：長さ５ｍｍ、外径６ｍｍ、内径１ｍｍ、ブチルゴム製
液体燃料：３０％メタノール溶液メタノール（比重０．９５ｇ／ｃｃ）
追従体の組成：
以下の配合組成となるゲル状追従体（比重０．９０ｇ／ｃｃ）を用いた。
鉱油：ダイアナプロセスオイル  ＭＣ−Ｗ９０（出光興産社製）    ９３重量部
疎水性シリカ：アエロジル  Ｒ−９７４Ｄ                          ６重量部
（日本アエロジル社製、ＢＥＴ表面積２００ｍ2／ｇ）
シリコーン系界面活性剤：ＳＩＬＷＥＴ  ＦＺ−２１７１            １重量部
（日本ユニカー社製）
【００３５】
（気泡成長率の評価方法）
５０℃−３５％ＲＨにて１ヶ月放置後を目視により気泡体積を求め、下記評価基準により評価した。なお、気泡成長率は、放置前の気泡体積を基準にして算出した。
評価基準：
○：気泡が成長しない、若しくは消失した。
△：気泡の成長率が２００％未満である。
×：気泡の成長率が２００％以上である。
【００３６】
【表１】
0004796750.tif 000002
【００３７】
上記表１の結果から明らかなように、本発明の範囲となる実施例１〜５は、本発明の範囲外となる比較例１に較べて、気泡の成長がないか、若しくは消失していることが判った。本実施例１〜５では、燃料電池として、保管時に液体燃料の損失がなく、かつ、視認性にも優れていることが判った。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】（ａ）は本発明の第１実施形態の燃料電池を縦断面態様で示す概略断面図、（ｂ）は燃料貯蔵槽となる交換可能なカートリッジ構造体を縦断面態様で示す断面図である。
【図２】（ａ）〜（ｄ）は本発明の燃料流出部となる逆止弁を示すものであり、（ａ）は逆止弁の縦断面図、（ｂ）は弁アダプタの縦断面図、（ｃ）は逆止弁体の縦断面図、（ｄ）は逆止弁体の平面図である。
【図３】（ａ）は本発明の第１実施形態の燃料電池の燃料単位セルの斜視図、（ｂ）は燃料単位セルの縦断面図である。
【図４】本発明の第２実施形態を示す燃料電池の燃料貯蔵槽となる交換可能なカートリッジ構造体の取り付け前の状態を示す部分断面図である。
【図５】本発明の第２実施形態を示す燃料電池の燃料貯蔵槽となる交換可能なカートリッジ構造体を取り付けた状態を示す部分断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ    燃料電池
１０    燃料貯蔵槽（カートリッジ構造体）
１１    液体燃料
１２    燃料収容容器
１３    燃料供給部
１４    追従体
２０    単位セル
３０    燃料供給体
４０    使用済み燃料貯蔵槽
【図１】
0004796750.tif 000003
【図２】
0004796750.tif 000004
【図３】
0004796750.tif 000005
【図４】
0004796750.tif 000006
【図５】
0004796750.tif 000007