(57)【要約】【課題】    エネルギ変換効率を向上させることができる燃料電池を提供すること。【解決手段】燃料電池１では、燃料電池セル１０を振動付与装置３０によって振動させる構成にした。このため、液体燃料であるメタノール水溶液とアノード電極１２との接触を良好に行え、また、空気中の酸素分子とカソード極１３との接触も良好に行えるので、各電極１２，１３での反応を促進でき、エネルギ変換効率を大幅に向上させることができる。そして、燃料電池セル１０が振動することで、アノード電極１２付近に付着、滞留した二酸化炭素を確実に離脱でき、このことから特に、アノード電極１２での反応を一層促進でき、エネルギ変換効率を各段に向上させることができる。  【選択図】  図１    
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高分子固体電解質膜と、この高分子固体電解質膜の一方の面に形成された燃料側電極と、他方の面に形成された空気側電極とでエネルギ交換部が構成された燃料電池であって、  前記エネルギ交換部に振動を付与する振動付与装置が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池において、
前記エネルギ交換部が複数並設され、これらのエネルギ交換部毎に前記振動付与装置の振動発生部が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項３】
液体燃料を改質するための改質器を備えた燃料電池であって、
前記改質器に振動を付与する振動付与装置が設けられていることを特徴とする燃料電池。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記振動付与装置は、磁歪素子によって振動を生じさせる構成であることを特徴とする燃料電池。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池において、
前記振動付与装置でエネルギ交換部を振動させる場合、前記磁歪素子は前記高分子固体電解質膜中に埋設されていることを特徴とする燃料電池。
【請求項６】
請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の燃料電池において、
前記振動付与装置は、圧電素子によって振動を生じさせる構成であることを特徴とする燃料電池。
【請求項７】
請求項１ないし請求項６のいずれかに記載の燃料電池において、
前記振動付与装置で付与される振動の振動周波数および／または振動エネルギの供給量が可変であることを特徴とする燃料電池。
【請求項８】
請求項１ないし請求項７のいずれかに記載の燃料電池において、
少なくとも燃料の供給路の一部に磁石が設けられ、この磁石の磁界中を燃料が通過するように構成されていることを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に係り、詳しくは高分子固体電解質膜と、この高分子固体電解質膜の一方の面に形成された燃料側電極と、他方の面に形成された空気側電極とでエネルギ交換部が構成された燃料電池、および液体燃料を改質する改質器を備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、外部から燃料と酸素とを連続的に供給し、電気化学的に反応させて電気エネルギを取り出すものであり、他の発電方式に比べて高効率で二酸化炭素の排出量が少ないため、環境問題が顕著になっている近年注目されている。
例えば高分子電解質型燃料電池(Polymer Electrolyte Fuel Cell, PEFC)は、低い温度で動作が可能で起動時間が短く、小型化も可能である。この高分子電解質型燃料電池は、高分子固体電解質膜を空気側電極と燃料側電極とで挟んだ構造のＭＥＡ(Membrane Electrode Assembly)を備え、空気側電極に空気（酸素）を供給し、燃料側電極にメタノール水溶液や改質した水素などの燃料を供給することにより、電気化学的反応が起こり電力が発生する。
【０００３】
また、高分子電解質型燃料電池の中でも、液体燃料としてのメタノール水溶液を燃料側電極に直接供給する直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）は、改質器等の補機が不要であることにより、燃料電池のシステム全体を小型化できるというメリットがあるため、携帯機器用に開発が進められている。しかし、この直接メタノール型燃料電池は、液体燃料を改質して得られる水素を燃料側電極に供給する燃料電池と比較し、エネルギ変換効率が低いという問題がある。
そこで、燃料電池に供給される液体燃料や空気の供給路に磁石を配置するとともに、この磁石で生じる磁界中を通過するように液体燃料や空気を供給し、よって液体燃料や空気を活性化させて電気化学反応を促進させ、エネルギ変換効率を向上させることが提案されている（例えば特許文献１，２）。
【０００４】
【特許文献１】特開平２−５１８７０号公報
【特許文献２】特開２００１−１５５７４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、燃料や空気が磁界中を通過することによりエネルギ変換効率を向上させるには限界がある。特に携帯機器の小型化に併せて燃料電池をも小型化しようとする場合には、より小さい磁石を用いる必要があるため、十分な磁束密度を確保できない可能性がある。
【０００６】
また、燃料電池は、他の発電方式に比べて二酸化炭素の生成量が少ないとはいえ、燃料側電極からはわずかに生成される。そして、この二酸化炭素が燃料側電極などの燃料供給側に付着、滞留していると、メタノールと燃料側電極の触媒とが良好に接触せず、電気化学反応が鈍くなってエネルギ変換効率が一層低下する。
しかし、磁界を通過させることで燃料や空気を活性化させる方法では、このような問題は一切解決されず、この点からもエネルギ変換効率を確実に向上させることは困難であった。
【０００７】
ところで、改質器で生成された水素を燃料側電極に送る方式の燃料電池にあっては、その改質器での水素への改質効率が問題となる。つまり、改質器においても、燃料と触媒との反応を促進させ、改質効率をより向上させることが望まれているのである。
また、燃料としてメタノール水溶液を用い場合などには、改質器での触媒反応によって水素および二酸化炭素が生成されるが、この改質が良好に行われないと、水素と同時に一酸化炭素が生成されてしまい、この一酸化炭素が燃料側電極を非毒させて燃料電池の性能を著しく低下させるという問題がある。
【０００８】
本発明の目的は、エネルギ変換効率を向上させることができる燃料電池を提供することにある。
本願発明の他の目的は、改質器での改質効率を向上させることができる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】
本発明の燃料電池は、高分子固体電解質膜と、この高分子固体電解質膜の一方の面に形成された燃料側電極と、他方の面に形成された空気側電極とでエネルギ交換部が構成された燃料電池であって、前記エネルギ交換部に振動を付与する振動付与装置が設けられていることを特徴とする。
このような本発明によれば、エネルギ交換部が振動付与装置によって振動されるため、例えば直接メタノール型燃料電池では、液体燃料であるメタノール水溶液中のメタノールと燃料側電極との接触が良好に行われ、また、空気中の酸素分子と空気側電極との接触も良好に行われる。そして、エネルギ交換部が振動することで、燃料側電極付近に付着、滞留した二酸化炭素が確実に離脱するようになる。これらのことにより、各電極での反応が促進され、エネルギ変換効率が各段に向上する。
【００１０】
本発明の燃料電池では、前記エネルギ交換部が複数並設され、これらのエネルギ交換部毎に前記振動付与装置の振動発生部が設けられていることが望ましい。
このような本発明によれば、エネルギ交換部毎に振動付与装置の振動発生部を設けることで、各エネルギ交換部でのエネルギ変換効率が向上するため、優れたスタック構造の燃料電池を提供できる。
【００１１】
一方、本発明の燃料電池は、液体燃料を改質するための改質器を備えた燃料電池であって、前記改質器に振動を付与する振動付与装置が設けられていることを特徴とする。
このような本発明によれば、改質器が振動付与装置によって振動されるから、改質器内での反応が促進され、例えばメタノール水溶液を改質して水素を生成する場合では、不完全反応による一酸化炭素の生成が抑制され、改質効率が各段に向上する。
【００１２】
本発明の燃料電池では、前記振動付与装置は、磁歪素子によって振動を生じさせる構成であることが考えられる。ここで、磁歪素子としては、いわゆる超磁歪素子も含まれる。  このような本発明によれば、磁歪素子に磁気歪みを生じさせることで振動を生じさせ、エネルギ交換部や改質器を確実に振動させることができる。
【００１３】
本発明の燃料電池では、磁歪素子を用いた場合であって、かつ振動付与装置でエネルギ交換部を振動させる構成においては、前記磁歪素子を前記高分子固体電解質膜中に埋設してもよい。
このような本発明によれば、磁歪素子が高分子固体電解質膜内に埋設されているので、振動が高分子固体電解質膜の内部に良好に作用し、プロトンの移動等がスムーズに行われるようになってエネルギ変換が迅速に行われるようになる。
【００１４】
本発明の燃料電池では、前記振動付与装置は、圧電素子によって振動を生じさせる構成であることが考えられる。
このような本発明によれば、圧電素子に電圧を印加すること等により振動を生じさせ、これによってエネルギ交換部や改質器が確実に振動するようになる。
【００１５】
本発明の燃料電池では、前記振動付与装置で付与される振動の振動周波数および／または振動エネルギの供給量が可変であることが望ましい。
このような本発明によれば、エネルギ交換部や改質器での反応状態に応じて振動周波数および／または振動エネルギの供給量を任意に調整でき、最適な振動を付与することでエネルギ変換効率や改質効率が一層向上する。
【００１６】
本発明の燃料電池では、少なくとも燃料の供給路の一部に磁石が設けられ、この磁石の磁界中を燃料が通過するように構成されていることが好ましい。
このような本発明によれば、燃料のクラスタ構造が磁界によって整えられるので、燃料の内部エネルギが増大して活性化が図れ、燃料側電極での反応がより促進される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池によれば、エネルギ変換効率を向上させることができるという効果がある。また、本発明の改質器によれば、液体燃料の改質効率を向上させることができるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の各実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１実施形態〕
図１は、本発明の第１実施形態に係る燃料電池１を模式的に示す側断面図である。この図１において、燃料電池１は、直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、燃料電池セル１０（エネルギ変換部）が図示しないケースに収納されて構成されている。なお、本実施形態では、説明を簡略化するため、単一の燃料電池セル１０で構成した燃料電池１を図示するが、もちろん燃料電池１を、この燃料電池セル１０を複数枚積層したスタック構造としてもよい。
【００１９】
燃料電池セル１０は、高分子固体電解質膜１１と、この高分子固体電解質膜１１の両面に一体的に形成されたアノード電極（燃料側電極）１２およびカソード電極（空気側電極）１３とを備え、各電極１２，１３から電気エネルギを取り出す構造である。ただし、図示を省略するが、アノード電極１２の外側には燃料拡散層が配置され、カソード電極１３の外側には空気拡散層が配置され、これら燃料拡散層および空気拡散層の外側に、アノード電極１２およびカソード電極１３の間に発生した電気エネルギを取り出す集電体を備えた構造であってもよい。
【００２０】
このような燃料電池セル１０において、アノード電極１２側には、燃料（メタノール水溶液）を供給するための燃料供給口１４と、アノード電極１２との反応が終了した燃料や反応によって生じた炭酸ガス（二酸化炭素ＣＯ２）を外部に排出するための燃料排出口１５とが形成されている。また、カソード電極１３側において、ケースには空気を供給するための空気孔が複数形成されているのであるが、図１では、図示を省略してある。
【００２１】
また、本実施形態では、燃料供給口１４を含むパイプ状の燃料供給路１６には、この供給路１６に嵌め込まれるようにして環状の磁石２０が設けられている。磁石２０は永久磁石でも電気磁石でもよいが、構成を簡略化するためには、永久磁石が好ましい。このような磁石２０により、供給路１６で供給されるメタノール水溶液は、磁石２０で生じる磁界中を通過してアノード電極１２側に供給されるため、メタノール水溶液が磁力によって活性化され、アノード電極１２での反応が促進される。
【００２２】
ここで、燃料電池セル１０を構成する各部材の材料について説明しておく。本実施形態での高分子固体電解質膜１１は、プロトン伝導性高分子で構成される高分子固体電解質樹脂が、延伸多孔質ポリテトラフルオロエチレン(Expanded Poly Tetra Fluoro Ethylene, E-PTFE)フィルムの多孔空隙部に含浸されることにより構成されている。高分子固体電解質樹脂としては、例えばナフィオン膜（デュポン社商標）等のパーフルオロスルホン酸系ポリマー、フッ素系ポリマー、炭化水素系ポリマーなどが採用できる。また、場合によってはこの高分子固体電解質樹脂に、電子導電性の生じない範囲で白金などの触媒やカーボン粉末、各種セラミックス粉末などを加えてもよい。
【００２３】
アノード電極１２およびカソード電極１３は、メタノールと水との反応のための触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成される。ここで、触媒としては、例えば白金等が採用できる。なお、アノード電極１２側では、メタノールと水との不完全反応により発生する一酸化炭素ＣＯの被毒を防止するため、少なくともアノード電極１２側の触媒には、白金およびルテニウムの合金等を採用することがより好ましい。
【００２４】
燃料拡散層および空気拡散層が用いられる場合、これらは導電性を有するメッシュの金属フォーム（例えばスチールウール等）からなる多孔性膜とされ、供給される燃料および酸素をそれぞれ拡散してアノード電極１２およびカソード電極１３に導く。なお、これら燃料拡散層および空気拡散層は、それぞれ、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、またスポンジチタン等の多孔性金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。集電体の材料も同様である。
【００２５】
そして、以上の燃料電池セル１０では、アノード電極１２側にメタノール水溶液が供給されると、メタノール水溶液はアノード電極１２の触媒によって下記の式(１)の酸化反応を生じ、この反応により二酸化炭素ＣＯ２とプロトンＨ＋と電子ｅ−とを生成する。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−  …(１)
プロトンＨ＋は、高分子固体電解質膜１１を透過してカソード電極１３側に移動することにより、各電極１２，１３の両端に電圧が生じる。プロトンＨ＋がカソード電極１３側に到達すると、外部の付加を通って仕事をした後にカソード電極１３に到達した電子ｅ−とがカソード電極１３の触媒によって空気中の酸素Ｏ２と反応して式(２)の還元反応が生じる。
Ｏ２＋４Ｈ＋＋４ｅ−→２Ｈ２Ｏ  …(２)
アノード電極１２側で生成された二酸化炭素ＣＯ２は、水または消費されずに残った少量のメタノールを含む水溶液とともに燃料排出口１５から排出される。また、カソード電極１３側で生成された水は、水蒸気として空気孔から排出される。
【００２６】
ところで、本実施形態の燃料電池１には、燃料電池セル１０に振動を付与する振動付与装置３０が設けられている。本実施形態での振動付与装置３０は、高分子固体電解質膜１１を保持する四角形の保持枠（図示せず）等の対向する二辺（図中の上下）にそれぞれ設けられているが、これに限定されるものではない。すなわち、振動付与装置３０の数や、設けられる位置等は、燃料電池セル１０の形状などを勘案して任意に決められてよい。このような振動付与装置３０は、燃料電池セル１０を振動させることで、メタノール水溶液とアノード電極１２との接触、また、空気中の酸素分子とカソード電極１３との接触を良好に行わせ、燃料電池セル１０内での前述した酸化反応および還元反応を促進させるとともに、炭酸ガスの離脱も促進させ、エネルギ変換効率を向上させるものである。以下には、振動付与装置３０の構成について説明する。
【００２７】
図２に示すように、振動付与装置３０は、高分子固体電解質膜１１（図１）の保持枠等に対して当接される当接部３１と、この当接部３１に一端が接続された棒状の超磁歪素子３２と、超磁歪素子３２に導線を巻回させて形成された磁気コイル３３と、超磁歪素子３２の前記当接部３１とは反対側の端部に永久磁石３４を介して当接されたばね部材３５と、これらを覆うカバー部材３６とを備え、これらによって振動発生部３０Ａが構成されている。超磁歪素子３２としては、磁気モーメントの大きいランタノイド元素と鉄属元素（Fe,Ni,Co…）とで構成されたものが採用できる。
【００２８】
この振動付与装置３０では、ばね部材３５により当接部３１を高分子固体電解質膜１１側に付勢させた状態において、磁気コイル３３に交流電流を印加して磁界を生じさせると、この磁界によって超磁歪素子３２が振動し、当接部３１を介して燃料電池セル１０に振動が付与される。
【００２９】
また、交流電流は、振動付与装置３０の振動駆動回路３７によって供給される。
図３において、振動駆動回路３７は、ＣＰＵ３７１からの基準信号に基づいて所定の周波数のパルス信号を生成するＰＬＬ制御部３７２を備えており、ＰＬＬ制御部３７２から出力されたパルス信号はＰＷＭ制御部３７３でパルス幅変調が行われ、磁気コイル３３に供給する電気エネルギの供給量が調整される。パルス幅変調されたパルス信号はドライバ回路３７４に出力されて交流に変換され、このドライバ回路３７４から磁気コイル３３に出力される。ＰＬＬ制御部３７２での周波数やＰＷＭ制御部３７３からのエネルギの供給量は可変とされ、ＣＰＵ３７１からの指令によって調整される。また、このような振動駆動回路３７は、燃料電池セル１０での反応によって得られる電力で駆動される。
【００３０】
図４には、ＰＷＭ制御部３７３からの位相の異なる二つのパルス信号（Ａ１相駆動信号、Ａ２相駆動信号）に基づいて交流電流をつくるドライバ回路３７４の回路図が示されている。また、図５には、ドライバ回路３７４でのタイミングチャートが示されている。
【００３１】
これらの図４、図５によれば、Ａ１相駆動信号として「１（Ｈ）」が入力され、Ａ２相駆動信号が「０（Ｌ）」の場合には、スイッチとして機能するトランジスタＴ１，Ｔ２が「オン」し、トランジスタＴ３，Ｔ４が「オフ」し、磁気コイル３３にはＩＡ１方向の電流、すなわち、図５に示す正のＡ相両端ＰＷＭ信号が供給される。反対に、Ａ１相駆動信号が「０（Ｌ）」で、Ａ２相駆動信号として「１（Ｈ）」が入力された場合には、トランジスタＴ３，７４が「オン」し、トランジスタＴ１，Ｔ２が「オフ」し、磁気コイル３３にはＩＡ２方向の電流、すなわち、図５に示す負のＡ相両端ＰＷＭ信号が供給される。また、Ａ１，Ａ２相駆動信号がそれぞれ「０（Ｌ）」の場合には、磁気コイル３３にてショートし、ハイインピーダンス（ＨｉＺ）になって磁気コイル３３には実質的に電流が流れない。図５には図示していないが、Ａ１，Ａ２相駆動信号のそれぞれが「１（Ｈ）」の場合も同様である。
【００３２】
以上により、Ａ相両端ＰＷＭ信号の正負が切り換わることで、磁気コイル３３に交流電流が印加されることになる。そして、交流電流の印加により、超磁歪素子３２を振動させ、燃料電池セル１０を振動させて酸化反応、還元反応、および炭酸ガスの離脱を促進させ、エネルギ変換効率を向上させる。なお、エネルギ変換効率を向上させるために燃料電池セル１０での反応中は常時、この燃料電池セル１０を振動させ続けてもよいが、反応状態に応じて断続的に振動させてもよい（振動をオン・オフさせる）。
【００３３】
また、本実施形態では、燃料排出口１５を含む排出路１７（図１）には、アノード電極１２側での炭酸ガスの発生量を検出するガス流量センサ３８が設けられており、ここからの検出信号がＣＰＵ３７１に入力されるようになっている。
そして、ＣＰＵ３７１は、検出信号に基づいて炭酸ガスの発生量が所定量を著しく下回った場合には、何らかの理由により通常レベルを超えた炭酸ガスがアノード電極１２付近に付着、滞留し、液体燃料とアノード電極１２との間での反応が阻害されていると判断する。そして、ＰＬＬ制御部３７２に対して周波数をより大きくする指令を出したり、ＰＷＭ制御部３７２に対して振動エネルギの供給量をより大きくする指令を出し、反応状態に応じた振動を生じさせて炭酸ガスの離脱を図る。
【００３４】
このような本実施形態によれば、以下の効果がある。
（１）燃料電池１では、燃料電池セル１０が振動付与装置３０によって振動することで、液体燃料であるメタノール水溶液とアノード電極１２との接触を良好に行え、また、空気中の酸素分子とカソード電極１３との接触も良好に行えるので、各電極１２，１３での反応を促進でき、エネルギ変換効率を大幅に向上させることができる。
【００３５】
（２）そして、燃料電池セル１０が振動することで、アノード電極１２付近に付着、滞留した二酸化炭素を確実に離脱でき、このことから特に、アノード電極１２での反応を一層促進でき、エネルギ変換効率を各段に向上させることができる。
【００３６】
（３）振動付与装置３０では、超磁歪素子３２が用いられているため、この超磁歪素子３２に交流電流を印加することにより、超磁歪素子３２を振動させて燃料電池セル１０に振動を確実に付与できる。
【００３７】
（４）振動付与装置３０はガス流量センサ３８からの検出信号に基づいて反応状態を判断し、印加する交流電流の周波数や振動エネルギの供給量を調整できるため、反応状態に応じた適切な振動を燃料電池セル１０に付与でき、この点でもエネルギ変換効率を大きく向上させることができる。
【００３８】
（５）供給路１６にはその一部を覆うようにして磁石２０が設けられ、この磁石２０の磁界中を液体燃料が通過するように構成されているため、液体燃料のクラスタ構造を磁界によって整えることができ、液体燃料の内部エネルギを増大させて活性化でき、アノード電極１２での反応をより促進できる。
【００３９】
〔第２実施形態〕
図６は、本発明の第２実施形態に係る燃料電池２の振動付与装置３０を模式的に示す断面図、図７は、振動付与装置３０の振動駆動回路３７を示すブロック図である。なお、本実施形態において、前記第１実施形態と同様な構成には同一符合を付し、ここでのそれらの説明を省略または簡略化する。後述の第３実施形態以降についても同様である。
【００４０】
本実施形態の振動付与装置３０は、第１実施形態での振動発生部３０Ａを構成する超磁歪素子３２の代わりに、一対の圧電素子４１を用いたことが大きな特徴である。圧電素子４１は、大きさの異なるものがセラミック部材４２の各表面に貼設されている。このように大きさの異なる圧電素子４１のそれぞれに交流電圧を印加し、振動させることで、セラミック部材４２はアンバランスに振動する。すなわち、セラミック部材４２には、その長手方向に沿った縦振動と、面内方向に屈曲する屈曲振動とが同時に発生し、これらが合成されたうねるような振動が燃料電池セル１０に対して付与される。圧電素子４１の材料としては、チタン酸ジルコン酸、水晶、ニオブ酸リチウム、チタン酸バリウム、チタン酸鉛、メタニオブ酸鉛、ポリフッ化ビニリデン、亜鉛ニオブ酸鉛、スカンジウムニオブ酸鉛等が採用できる。
【００４１】
交流電圧を出力するための振動駆動回路３７は、電流を印加するか電圧を印加するかの違いはあるが、基本的な構成は第１実施形態と同じである。ただし、本実施形態では、圧電素子４１の一部に振動センサ３７５としての電極が設けられ、この電極からの電圧を取得することで、振動付与装置３０の振動状態を検出することが可能になっている。つまり、各圧電素子４１は、効率的に振動する共振点を有しており、この共振点で振動させるための印加電圧がわかっている。このため、振動センサ３７５で得られた電圧が理想的な加電圧と等しければ、各圧電素子４１は共振点で効率的に振動していることになる。そこで、本実施形態では、そのような取得電圧を計測部３７６で計測して理想的な印加電圧と比較し、その比較結果をＰＷＭ制御部３７２にフィードバックし、より理想的な電圧を印加するように調整する。
【００４２】
以上の本実施形態によれば、第１実施形態と同様な構成により（１）、（２）、（５）の効果を同様に得ることができるうえ、超磁歪素子３２と圧電素子４１とでの構成の違いはあるが、圧電素子４１に交流電圧を印加することでセラミック部材４２、ひいては燃料電池セル１０を確実に振動させることができ、やはり前述した（３）の効果を同様に得ることができる。また、第１実施形態と同様にガス流量センサ３８が設けられているため、反応状態に応じて印加する交流電圧の周波数や振動エネルギの供給量を調整でき、前述した（４）の効果も同様に得ることができる。さらに、以下の効果がある。
【００４３】
（６）本実施形態では、振動センサ３７５から電圧を取得し、この電圧の計測結果をＰＷＭ制御部３７２にフィードバックしているため、通常の反応状態が持続されている間は、印加電圧を最適に調整して燃料電池セル１０を効率的に振動させることができ、振動駆動回路３７を駆動するために必要な電気エネルギを少なくできる。従って、燃料電池セル１０から得られる電気エネルギが安易に消費されるのを防止して、省エネ化を図ることができる。
【００４４】
〔第３実施形態〕
図８に示す第３実施形態の燃料電池３では、複数の超磁歪素子３２が高分子固体電解質膜１１内に埋設されているとともに、これらの超磁歪素子３２に磁界をかけるために用いられる磁気コイル３３および永久磁石３４が環状とされ、燃料電池セル１０の外周側全体を覆っている。他の構成は、第１実施形態と略同じである。
【００４５】
このような本実施形態では、以下の効果がある。
（７）すなわち、超磁歪素子３２が高分子固体電解質膜１１内に複数埋設されているので、振動を高分子固体電解質膜１１の内部にも良好に作用させることができ、特にプロトンＨ＋の移動等をもスムーズに行わせることができて、エネルギ変換を迅速に行わせることができる。
【００４６】
〔第４実施形態〕
図９に示す第４実施形態の燃料電池４は、燃料電池セル１０が複数（本実施形態では三つ）並設されたスタック構造を有している。このため、各燃料電池セル１０のアノード電極１２側には、燃料供給口１４および燃料排出口１５と連通した複数の燃料室５１が設けられ、また、カソード電極１３側には、空気供給口５２と連通した複数の空気室５３が設けられている。
そして、この燃料電池４では、それぞれのアノード電極１２に対して燃料室５１を挟んだ対向位置には、圧電素子４１を備えたえた振動発生部３０Ａが設けられており、燃料室５１内の液体燃料を介して燃料電池セル１０に振動が伝わるように構成されている。なお、本実施形態の場合では、振動発生部３０Ａが圧電素子４１を用いて構成されたが、超磁歪素子３２を用いて構成されていても、もちろんよい。
【００４７】
このような本実施形態では、その特有の構成により、以下の効果がある。
（８）すなわち、燃料電池４では、複数の燃料電池セル１０毎に振動付与装置３０の振動発生部３０Ａが設けられているため、各燃料電池セル１０でのエネルギ変換効率を確実に向上させることができ、優れたスタック構造の燃料電池４を提供できる。
【００４８】
〔第５実施形態〕
図１０には、本発明の第５実施形態に係る燃料電池に用いられる改質器５が示されている。改質器５は、液体燃料を改質して水素を生成するものであり、生成された水素をアノード電極に供給する。液体燃料としては、例えば水素化ホウ素ナトリウム水溶液、水素化ホウ素カリウム水溶液、水素化ホウ素リチウム水溶液等のボロハイドライト燃料や、デカリン、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン等の有機ハイドライト燃料、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール等のアルコール系燃料が採用できる。なお、燃料として水素化ホウ素ナトリウム水溶液を用いる場合では、水酸化ナトリウム３ｇ、純粋２７ｇ、水素化ホウ素ナトリウム５．５ｇの燃料組成のもが採用できる。図１０には、メタノール水溶液を液体燃料として用いた場合が示されている。
【００４９】
改質器５は、液体燃料との反応に用いられる触媒および反応を補助するヒータ等からなる改質部６１が設けられており、改質部６１の上流側が燃料供給口６２、下流側が水素取出口６３になっている。そして、改質部６１の外周には、振動付与装置３０の振動発生部３０Ａが設けられている。振動発生部３０Ａを構成する素子等は、超磁歪素子であっても、圧電素子であってもよい。さらに、振動発生部３０Ａを駆動する振動駆動回路も第１、第２実施形態で説明した構成が採用できる。従って、振動付与装置３０の各制御部を可変にすることで、振動の発生状態（周波数、振動エネルギの供給量）を水素の改質状態に応じて調整することも可能である。
また、燃料供給口６２を含む供給路６４には、磁石２０が設けられ、液体燃料のクラスタ構造を整えて改質部６１での反応促進が図られている。
【００５０】
このような本実施形態では、以下の効果がある。
（９）すなわち、改質器５が振動付与装置によって振動されるから、改質器５内では、メタノール水溶液と触媒とを良好に接触させることができ、反応を促進して改質効率を向上させることができる。
【００５１】
（10）また、メタノール水溶液を改質して水素を生成する本実施形態の場合では、改質効率が向上することで完全反応を低減できるから、不完全反応による一酸化炭素の生成を抑制でき、アノード電極の一酸化炭素による非毒を防止でき、燃料電池としての性能を良好に維持できる。
【００５２】
（11）さらに、供給路６４の一部には磁石２０が設けられているから、この磁石２０の磁界中を液体燃料が通過することにより、液体燃料のクラスタ構造を磁界によって整えることができ、改質部６１での触媒との反応をより促進できる。
【００５３】
なお、本発明は前述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良等は本発明に含まれるものである。
例えば、前記第１〜第４実施形態での燃料電池１〜４は、メタノール水溶液を燃料とする直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）であったが、これに限らず、本発明を例えば、水素を直接供給する高分子電解質型燃料電池（ＰＥＦＣ）に適用してもよい。この場合、アノード電極側には改質器が設けられるが、この改質器としては、第５実施形態で説明したものが採用できる。
【００５４】
前記第１〜第４実施携帯では、磁石２０が液体燃料の供給路１６のみに設けられていたが、空気の供給路にも設けてもよく。こうすることで空気中の酸素をも活性化でき、還元反応をより促進でき、全体のエネルギ変換効率をより向上させることができる。
【００５５】
本発明を実施するための最良の構成、方法などは、以上の記載で開示されているが、本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は、主に特定の実施形態に関して特に図示され、かつ、説明されているが、本発明の技術的思想および目的の範囲から逸脱することなく、以上述べた実施形態に対し、形状、材質、数量、その他の詳細な構成において、当業者が様々な変形を加えることができるものである。
したがって、上記に開示した形状、材質などを限定した記載は、本発明の理解を容易にするために例示的に記載したものであり、本発明を限定するものではないから、それらの形状、材質などの限定の一部もしくは全部の限定を外した部材の名称での記載は、本発明に含まれるものである。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池を模式的に示す側断面図。
【図２】前記燃料電池の振動発生部を模式的に示す側断面図。
【図３】前記燃料電池での振動駆動回路を示すブロック図。
【図４】前記振動駆動回路を構成するドライバ回路の回路図。
【図５】前記ドライバ回路でのタイミングチャート。
【図６】第２実施形態に係る燃料電池の振動発生部を模式的に示す側断面図。
【図７】第２実施形態の燃料電池での振動駆動回路を示すブロック図。
【図８】第３実施形態に係る燃料電池を模式的に示す側断面図。
【図９】第４実施形態に係る燃料電池の振動発生部を模式的に示す側断面図。
【図１０】第５実施形態に係る燃料電池の改質器を模式的に示す側断面図。
【符号の説明】
【００５７】
１〜４…燃料電池、５…改質器、１０…燃料電池セル（エネルギ交換部）、１１…高分子固体電解質膜、１２…アノード電極（燃料側電極）、１３…カソード電極（空気側電極）、２０…磁石、３０…振動付与装置、３０Ａ…振動発生部、３２…磁歪素子、４１…圧電素子。
【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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