(57)【要約】  燃料電池は、液体燃料供給部（１２）と、電解質（２３）を介して対向するアノード電極（２２）およびカソード電極（２４）が配置される発電部と、前記液体燃料供給部と前記発電部との間に位置し、それぞれ異なる燃料気化供給特性を有する２以上の気化経路（Ａ，Ｂ）と、温度変化に応じて、前記２以上の燃料気化経路を切り替える切り替え部（１３）とを備える。
2007105287.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料供給部と、
電解質を介して対向するアノード電極およびカソード電極が配置される発電部と、
前記液体燃料供給部と前記発電部との間に位置し、それぞれ異なる燃料気化供給特性を有する２以上の気化経路と、
温度変化に応じて、前記２以上の燃料気化経路を切り替える切り替え部と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記２以上の燃料気化経路は、
前記液体燃料に対する第１の気化特性を有する第１気化膜を含む第１の気化経路と、
前記第１の燃料気化特性と異なる第２の気化特性を有する第２気化膜を含む第２の気化経路と
を含む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２以上の燃料気化経路は、
第１の開口面積の開口部を有する第１マスク層を含む第１の気化経路と、
前記第１の開口面積と異なる第２の開口面積の開口部を有する第２マスク層を含む第２の気化経路と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１および第２の気化膜は、異なる種類の非多孔質材料で構成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１および第２の気化膜は、異なる膜厚を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１および第２の気化膜は、メタノール透過性を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１および第２の気化膜は、パーフルオロスルホン酸系材料、カルボキシル基を有するパーフルオロスルホン酸系材料、シリコーン系材料、ポリイミド系材料のうち、少なくともいずれか１種を主材料として構成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記液体燃料供給部は、前記液体燃料を加圧する加圧機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項９】
液体燃料供給部と、
電解質を介して対向するアノード電極およびカソード電極が配置される発電部と、
前記液体燃料供給部と前記発電部との間に位置し、前記液体燃料を気化する気化膜と、
前記気化膜に、前記発電部側で接し、温度変化によって有効面積が変化する開口部を有し、前記開口部を介して前記発電部に気化した燃料を供給するマスク層と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項１０】
前記マスク層は、第１の開口部を有する第１マスク層と、第２の開口部を有する第２マスク層とを含み、前記温度変化に応じて、前記第１マスク層に対して第２マスク層が相対的に位置変化することを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
【請求項１１】
前記第１マスク層と、第２マスク層は、熱膨張係数の異なる材料で構成されることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１２】
前記第１マスク層と、第２マスク層の一方は、バイメタルで構成されることを特徴とする請求項１０に記載の燃料電池。
【請求項１３】
前記第１マスク層と、第２マスク層の間に、潤滑材を有することを特徴とする請求項１０〜１２のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１４】
前記気化膜は、メタノール透過性を有する非多孔質材料で構成されることを特徴とする請求項１０〜１３のいずれかに記載の燃料電池。
【請求項１５】
前記液体燃料供給部は、前記液体燃料を加圧する加圧機構を含むことを特徴とする請求項９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、特に安定した出力特性を得ることのできる燃料電池の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ＰＤＡ、ノートパソコン等の携帯電子機器の著しい進歩につれ、ユーザによる使用時間やトータルの消費電力が増大してきており、その駆動電源である電池には、更なる性能向上が求められている。【０００３】
しかし、現在ほとんどの携帯機器に搭載されているリチウムイオン二次電池では、材料面、構造面から性能向上がほぼ限界に近づきつつある。これに対し、新規の高容量駆動電源として、燃料の理論容量が大きく、リチウムイオン電池と比較して、数倍の高容量化が期待されるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）に注目が集まっている。これは、電解質に高分子固体電解質を用い、燃料として有機燃料から改質された水素を供給することなく、電極上に直接メタノールなどの有機燃料を供給することで、エネルギー密度を向上させることができる。このようなダイレクトメタノール方式の燃料電池は、軽量小型化に適している。【０００４】
ダイレクトメタノール方式では、燃料極（アノード電極）触媒に、メタノールと水を液相または気相で供給する。触媒上でプロトンと二酸化炭素が生成され、プロトンは高分子固体電解質膜を透過し、酸素と化合して水を生成する。プロトンの生成と同時に生成される電子（ｅ-）は、導線内を通って空気極（カソード電極）へ移動し、これによって電力が取り出せる。【０００５】
ＤＭＦＣにおける燃料供給方法には、燃料極の表面に液体状態の燃料を直接供給する液体供給式と、液体燃料を気化させた後に電極部へ供給する気化供給式がある。【０００６】
液体供給式では、燃料であるメタノールに高濃度溶液を使用した場合に、メタノール自体が電解質膜を透過して空気極の性能低下を招くという、いわゆるメタノールクロスオーバーが生じる。【０００７】
これに対して気化供給式では、メタノールを気体状態で電極部に供給するため、電極に供給されるメタノールの量は、タンク内の燃料量に比べて低減されている。したがって、メタノールクロスオーバー等の問題を回避することができる。
逆に言うと、気化供給式ではタンク内から供給する燃料を高濃度にすることが可能となり、同一容積で比較すると、低濃度の燃料を使用した場合に比べてエネルギー密度は向上する。この点で、小型化、高エネルギー密度化が要求されている携帯型電子機器の用途では、気化供給式が適する。
燃料を気相で供給する場合には、燃料の気化方法として、燃料タンクから導入された液体燃料を多孔質体に接触させ、液体燃料と接しない反対側の多孔質面から燃料を蒸発気化させる方法、あるいは高分子膜などの膜に燃料を接触させ、膜中を燃料が透過し、燃料と反対側の面から気化させる、いわゆる浸透気化膜を用いた燃料気化方法を利用することができる。前記のような燃料ガス供給機構のうち、高分子膜を利用した気化膜を用いる場合、燃料気化速度を制御するために、最適な燃料透過率、あるいは気化速度、または膜厚形状のものを選択することで最適化を行う。【０００８】
図１は、一般的な気化燃料供給方式の燃料電池１００の概略断面図である。液体燃料カートリッジ１０１からバルブ１０２を介して、液体燃料貯蔵部１０３へとメタノール水溶液が供給される。メタノール水溶液は気化膜１０４と、開口部１１５を有するマスク層１０５を通り、燃料拡散層１０６で拡散されて燃料極（アノード電極）１０７に到達する。【０００９】
発電部はＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）と呼ばれ、アノード電極１０７とカソード電極１０９が固体電解質１０８を介して対向して配置される。アノード電極１０７は、上述のように燃料メタノールを酸化して、プロトン（Ｈ＋）と電子を生成する。カソード電極１０９は、酸素を還元して発生したイオンと、アノード電極１０７で生成され固体電解質１０８を輸送されてきたプロトンから水を生成する。アノード電極１０７とカソード電極１０９から、それぞれリード１１０、１１１が延びて、アノード電極１０７で生成された電子を取り出す。
【特許文献１】特開２０００−１０６２０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
従来の液体燃料気化部の構成では、気化経路は一つだけであった。燃料の気化供給量は定温においては一定値となるが、温度変化により供給量が変わるという問題点がある。すなわち、環境温度や操作温度が変動すると、燃料電池の安定した出力特性を得ることは困難になる。燃料電池出力を安定にするためには、環境温度および操作温度の範囲を厳しく制限しなければならない。【００１１】
気化部からの燃料供給量の変動によって引き起こされる問題点として、燃料供給量が小さくなると、燃料電池の始動に極端に時間を要する。逆に、燃料供給量が過剰になると、反応熱およびメタノールクロスオーバーによる発熱により、携帯機器への適用には許容できないほどの高温に達することがある。【００１２】
そこで、本発明は、安定した出力特性を有する燃料電池を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を実現するために、２つの手法が考えられる。【００１４】
第１の手法は、液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、アノード電極の間に、燃料気化供給特性の異なる複数の液体燃料の気化経路を設置し、温度等の運転条件の変動に応じて、適切な気化経路を選択する構成である。【００１５】
第２の手法は、気化膜と接するマスク層の有効な開口面積を、環境温度または操作温度の変動に応じて変化させる構成である。【００１６】
具体的には、第１の側面では、燃料電池は、
（ａ）液体燃料供給部と、
（ｂ）電解質を介して対向するアノード電極およびカソード電極が配置される発電部と、
（ｃ）前記液体燃料供給部と前記発電部との間に位置し、それぞれ異なる燃料気化供給特性を有する２以上の気化経路と、
（ｄ）外部変化に応じて、前記２以上の燃料気化経路を切り替える切り替え部と
を備える。【００１７】
この構成により、温度等の環境変化に応じて、適切な気化経路が選択され、燃料電池の安定した出力を得ることができる。
さらに、燃料電池の始動時にも、速やかに安定出力に達することができ、その後も引き続いて、安定した出力を維持することができる。【００１８】
ひとつの構成例では、上記の２以上の燃料気化経路は、前記液体燃料に対する第１の気化特性を有する第１気化膜を含む第１の気化経路と、第１の燃料気化特性と異なる第２の気化特性を有する第２気化膜を含む第２の気化経路とを含む。【００１９】
また別の構成例では、上記の２以上の燃料気化経路は、第１の開口面積の開口部を有する第１マスク層を含む第１の気化経路と、第１の開口面積と異なる第２の開口面積の開口部を有する第２マスク層を含む第２の気化経路とを含む。【００２０】
第２の側面では、燃料電池は、
（ａ）液体燃料供給部と、
（ｂ）電解質を介して対向するアノード電極およびカソード電極が配置される発電部と、
（ｃ）前記液体燃料供給部と前記発電部との間に位置し、前記液体燃料を気化する気化膜と、
（ｄ）前記気化膜に、前記発電部側で接し、温度変化によって有効面積が変化する開口部を有し、前記開口部を介して前記発電部に気化した燃料を供給するマスク層と
を備える。【００２１】
このような構成も、環境温度や操作温度の変化にかかわらず、燃料電池の安定した出力を得ることができる。【００２２】
良好な構成例として、マスク層は、第１の開口部を有する第１マスク層と、第２の開口部を有する第２マスク層とを含み、温度変化に応じて、第１マスク層に対して第２マスク層が相対的に位置変化する。
【発明の効果】
【００２３】
温度等の外部変化にかかわらず、燃料電池の安定した出力特性を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】従来の気化燃料供給式の燃料電池の概略断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る気化燃料供給式の燃料電池の構成例を示す概略断面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る気化燃料供給式の燃料電池の別の構成例を示す概略断面図である。
【図４】第１実施形態の燃料電池の出力特性の安定性を示す実験結果の表である。
【図５】第１実施形態の燃料電池の出力特性の安定性を示す別の実験結果の表である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る気化燃料供給式の燃料電池の構成例を示す概略断面図である。
【図７】図６の構成において、温度変化による第２マスク層の変位を説明するための図である。
【図８】第２実施形態の燃料電池の出力特性の安定性を示す実験結果の表である。
【符号の説明】
【００２５】
１０、３０、６０  燃料電池
１２、３２、６２  液体燃料カートリッジ
１４、１５、３４、３５、６４  液体燃料貯蔵部
１６、１７、３６、３７、６６  気化膜
１８、３８、６８  第１のマスク層
１９、３９、６９  第２のマスク層
２１、４１、７１  燃料拡散層
２２、４２、７２  燃料極（アノード電極）
２３、４３、７３  固体電解質
２４、４４、７４  空気極（カソード電極），
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下、図面を参照して、本発明の良好な実施の形態について説明する。【００２７】
まず、図２〜図５を参照して、本発明の第１実施形態を説明する。図２（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る気化燃料供給式の燃料電池１０の概略断面図である。第１実施形態の燃料電池は、２つの気化経路を有する。【００２８】
燃料電池１０は、液体燃料カートリッジ１２と、切り替えバルブ１３と、切り替えバルブ１３から分岐する供給管２７ａ、２７ｂを有する。切り替えバルブ１３は、液体燃料カートリッジ１２から供給される液体燃料を、第１の気化経路Ａと第２の気化経路Ｂに、適宜切り替えて供給する。液体燃料カートリッジ１２内には、液体燃料として、たとえば３０〜１００ｖｏｌ％メタノール水溶液が満たされている。液体燃料は、図示はしない加圧機構によって、所定の送液圧力（たとえば０.０５ＭＰａ）に加圧されている。【００２９】
第１供給管２７ａは、第１の液体燃料貯蔵部１４に接続される。第１の液体燃料貯蔵部１４は、開口部１８ａを有する第１のマスク層１８と、液体燃料を気化させるための第１気化膜１６上に積層されている。第１供給管２７ａ、第１の液体燃料貯蔵部１４、第１気化膜１６、第１のマスク層１８で、第１の気化経路Ａを構成する。【００３０】
一方、第２供給管２７ｂは、第２の液体燃料貯蔵部１５に接続される。第２の液体燃料貯蔵部１５は、開口部１９ａを有する第２のマスク層１９と、液体燃料を気化させるための第２気化膜１７上に積層されている。第２供給管２７ｂ、第２の液体燃料貯蔵部１５、第２の気化膜１７、第２のマスク層１９で、第２の気化経路Ｂを構成する。【００３１】
第１の気化経路Ａと第２の気化経路Ｂは、燃料仕切り２０で仕切られている。そして、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示すように、第１および第２の気化部１４、１５とそれぞれ接する第１および第２のマスク層１８、１９は、その開口部１８ａ、１９ａの面積が互いに異なる。図２の例では、第２のマスク層１９の開口面積のほうが、第１のマスク層１８の開口面積よりも大きい。【００３２】
同種の気化膜を使用する場合は、開口部１８ａの面積が小さい第１マスク層１８に接する第１気化膜１６のほうが、開口部１９ａの面積が大きい第２マスク層１９に接する第２気化膜１７よりも、一定温度における気化速度が小さい。したがって、環境温度が下がった場合は、切り替えバルブ１３で第１気化経路Ａから第２気化経路Ｂに切り替えて、気化速度を増大させることにより、安定な燃料出力を得ることができる。なお、図示はしないが、バルブ１３を温度センサと連動させて自動切り替えとする構成を採用してもよい。【００３３】
気化膜１６、１７は、図２の例では、同じ材料、同じ厚さで構成される。たとえば、三菱樹脂製のシリコーン膜を用いているが、これに限定されず、パーフルオロスルホン酸系材料、カルボキシル基を有するパーフルオロスルホン酸系材料、シリコーン系材料、ポリイミド系材料など、メタノール透過性を有する非多孔質材料であれば、任意の材料を使用できる。【００３４】
一般的に、気化膜はメタノールに対して膨潤して形状変化を伴う、あるいは燃料加圧などによる形状変化が生じる場合もあり、単一の材料を用いても、安定した気化特性を得ることが困難な場合も多い。したがって、使用する気化膜１６．１７との密着性に優れ、かつメタノール浸漬時に寸法変化が小さく、燃料透過速度の小さい材料を、マスク材として用いる。実施形態では、マスク１８、１９の材料としてＳＵＳ（ステンレス）を用いているが、上記の条件を満たすその他の金属や、セラミック板、プラスチック板などを用いてもよい。そして、マスク開口部１８ａ、１９ａの面積を異ならせることによって、燃料気化特性の異なる複数の気化経路Ａ，Ｂを実現している。【００３５】
もっとも、気化膜は、その厚さによっても燃料気化速度が変わってくる。膜厚が厚くなるほど、燃料気化速度は小さくなるので、マスク層１８，１９の開口面積を異ならせる代わりに、あるいは開口面積の相違と組み合わせて、気化膜１６，１７の膜厚を変える構成としてもよい。さらに、膜厚は一定として、気化膜１６，１７を燃料気化速度の異なる材料で構成してもよい。【００３６】
気化膜１６，１７自体の膜厚、材質などを異ならせることによって、気化経路Ａ，Ｂの燃料気化特性を調整する場合は、マスク層１８，１９の挿入は必須ではない。しかし、上述のように、気化膜１６，１７の形状変形を防止し、効率的に出力の安定化を図るためには、マスク層１８，１９を挿入するのが望ましい。この場合のマスク層１８，１９の開口部１８ａ，１９ａの面積は一定でもよいし、互いに異ならせてもよい。気化膜の気化特性と、マスク開口面積の双方を異ならせることによって、より緻密な制御が可能になる。【００３７】
マスク１８または１９を透過した気化燃料は、燃料拡散層２１を通って燃料極（アノード電極）２２に到達する。燃料拡散層２１は、空隙率の大きい多孔性の材料、たとえばカーボンを用いる。アノード電極２２，カソード電極（空気極）２４、これらの電極間に挟まれる固体電解質２３で、発電部としてのＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly）を構成する。アノード電極２２は、気化燃料を酸化してプロトンと電子を取り出す。カソード電極２４は、酸素を還元して発生したイオンと、固体電解質２３を通過してきたプロトンとで水を生成する。プロトン輸送経路としての固体電解質２３は、電子伝導性を持たず、高いプロトン伝導性を有し、代表的なものとして、Ｄｕｐｏｎｔ社製のNafion膜がある。実施例では、Ｎａｆｉｏｎ  １１２を用いる。アノード電極２２は、たとえば、白金−ルテニウム（Ｐｔ−Ｒｕ）合金担持触媒（ＴＥＣ６１Ｅ５４、田中貴金属製）、カソード電極２４は、たとえば、白金担持触媒（ＴＥＣ１０Ｅ５０Ｅ、田中貴金属製）である。アノードリード２５およびカソードリード２６により、アノード電極２２とカソード電極２４を外部回路に接続して、電力を取り出す。【００３８】
このような構成により、環境温度や操作温度に応じて、適切な燃料気化経路を選択することにより、アノード電極２２へ供給する燃料量を制御して、安定した出力を得ることが可能になる。【００３９】
さらに、環境温度や操作温度の変動時のみならず、燃料電池１０の始動時に、燃料供給量の大きい第２の気化経路Ｂを選択して、燃料電池１０の起動に要する時間を短縮することもできる。そして、その後、安定な発電に適した燃料量を供給する気化経路を選択することで、燃料電池１０の速やかな始動と、それに引き続く安定した出力特性が実現する。【００４０】
図３は、第１実施形態の燃料電池の別の構成例を示す。図２では、気化供給特性の異なる積層部（気化経路ＡおよびＢ）を並列に配置したが、図３の構成例では、直列に積層する構成を採用する。【００４１】
燃料電池３０は、メタノール等の液体燃料を収容する液体燃料カートリッジ３２と、切り替えバルブ３３と、切り替えバルブ３３から分岐する供給管２７ａ、２７ｂを有する。切り替えバルブ３３は、液体燃料カートリッジ３２から供給される液体燃料を、第１の気化経路Ａと第２の気化経路Ｂに、適宜切り替えて供給する。【００４２】
燃料極（アノード電極）４２に接する燃料拡散層４１上に、第２マスク層３９，第２気化膜３７、第２の液体燃料貯蔵部３５、第１マスク層３８、第１気化膜３６、第１の液体燃料貯蔵部３４が、この順で積層されている。【００４３】
第１供給管２７ａは、第１の液体燃料貯蔵部３４に接続される。第１の液体燃料貯蔵部３４、第１気化膜３６、第１マスク層３８、第２の液体燃料貯蔵部３５，第２気化膜３７、および第２マスク層３９で、第１の気化経路Ａを構成する。【００４４】
第２供給管２７ｂは、第２の液体燃料貯蔵部３５に接続される。第２の液体燃料貯蔵部３５、第２気化膜３７、および第２マスク層３９で、第２の気化経路Ｂを構成する。【００４５】
図３の構成では、気化経路Ａでの気化膜のトータルの膜厚が厚くなる。すなわち、第１の気化経路Ａの方が、気化供給速度が遅くなる。したがって、環境温度または操作温度が高くなったときは、切り替えバルブ３３により、第２の気化経路Ｂから第１の気化経路Ａに切り替える。【００４６】
逆に、燃料電池３０の始動時や、環境温度が下がったときは、第２の気化経路Ｂを選択することによって、電池の速やかな始動と、安定した出力特性の維持を実現する。【００４７】
なお、燃料拡散層４１、アノード電極４２、固体電解質４３、カソード電極４４、アノードリード４５、およびカソードリード４６の構成は、図２と同様であるので、説明を省略する。【００４８】
図４は、図２の構造の燃料電池１０の出力特性の安定性を示す表である。環境温度が４０℃から２０℃に変化したときに、燃料供給の少ない第１の気化経路Ａから、供給量の多い第２の気化経路Ｂに切り替えて、６０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で定電流放電を行い、その平均放電電圧を測定した実験結果である。また、比較例として、図１の従来構成の燃料電池を用いて、同様の実験を行った。【００４９】
２つの異なる気化供給特性を有する燃料電池１０は、環境温度の変化に対応して燃料供給量を制御することで、ほぼ安定した燃料電池出力を得ることができる。これに対して、従来の燃料電池では、環境温度の低下に応じて、平均放電電圧も、０．３６１Ｖから０．２２４Ｖにまで低下している。【００５０】
図５は、図２の構造の燃料電池１０の、始動時の動作の安定性を示す表である。環境温度４０℃において、始動時のみ燃料供給量の多い第２の気化経路Ｂを選択し、その後、第１の気化経路Ａに変更したときの、安定した放電電圧に至るまでの時間を測定した結果である。また、比較例として、図１の従来構成の燃料電池を用いて、同様の実験を行った。【００５１】
２つの異なる気化供給特性を有する燃料電池１０は、平均放電電圧が０．３６０Ｖで安定するまで８分かかるのに比べ、従来の燃料電池は、平均放電電圧が０．３６１Ｖで安定するまでに２５分も要する。【００５２】
このように、第１実施形態の燃料電池は、環境温度や操作温度が変化しても安定した出力特性を有するとともに、始動時に速やかに安定出力へと移行することが可能になる。【００５３】
なお、第１実施形態において、気化経路を３以上にすると、より柔軟な制御が可能になり、安定性を高めることができる。複数の気化経路ごとの気化供給特性は、マスク層の開口面積のみならず、気化膜の種類、膜厚を適宜組み合わせることにより、任意の気化供給特性に設定することができる。【００５４】
次に、図６〜図８を参照して、本発明の第２実施形態を説明する。図６（ａ）は、第２実施形態の燃料電池６０の概略断面図である。第２実施形態では、燃料電池の安定した出力を実現するために、気化経路は単一であっても、温度変化に応じて、マスク層の有効な開口面積が変化する構成を採用する。【００５５】
上述したように、気化膜の燃料気化特性は、温度変化に対して大きく変化する。そこで、環境温度や操作温度が上昇して、気化膜の燃料気化速度が増大したときに、マスクの開口部の有効面積が減少する構成とすることで、気化部全体としての燃料気化速度を制御し、その結果、燃料電池の出力特性を安定にする。【００５６】
図６（ａ）において、燃料電池６０は、液体燃料カートリッジ６２と、バルブ６３と、  液体燃料貯蔵部６４と、気化膜６６と、気化膜に接する第１のマスク層６８と、第１のマスク層６８に接する第２のマスク層６９を有する。【００５７】
第１のマスク層６８は、気化膜６６との密着性に優れ、かつメタノール浸漬時に寸法変化が小さく、燃料透過速度が小さい材料を使用し、実施例では、たとえばＳＵＳを使用する。【００５８】
第２のマスク層６９は、第１のマスク層６８に対して位置変化可能に保持される。すなわち、図６（ｂ）のような開口部６８ａを有する第１のマスク層６８に、図６（ｃ）のような開口部６９ｂを有する第２のマスク層６９を重ねて配置する場合、温度変化（たとえば温度の上昇）に応じて、第２マスク層６９の開口部６９ａの位置を、水平方向に変位させる。【００５９】
図７は、第１のマスク層６８に対する第２のマスク層６９の変位を説明するための図である。温度上昇前は、図７の上図に示すように、第１のマスク層６８の開口部６８ａと、第２のマスク層６９の開口部６９ａは、３カ所（３列）で一致して、気化膜６６からの気化燃料を、燃料拡散層７１（図６）へ透過させる。温度が上昇すると、気化膜６６の気化供給量は増大するが、図７の下図に示すように、第２のマスク層６９の開口部６９ａが、第１のマスク層６８の開口部６８ａに対して変位する。その結果、第１のマスク層６８の開口部６８ａと、第２のマスク層６９の開口部６９ａは、２カ所（２列）のみで一致することになり、燃料の気化供給量を低減する。このマスク層における気化供給量の低減と、気化膜６６での気化供給量の増大を相殺することによって、全体として、温度上昇前と上昇後で、安定した出力特性を得ることができる。【００６０】
第１のマスク層６８に対する第２のマスク層６９の変位は、手動で行ってもよいが、温度変化に対して平面形状、サイズが大きく変化する材料を用いてもよい。また、第２のマスク層６９を、温度変化に対して湾曲等して形状が変化する材料で構成してもよい。そのような材料として、熱膨張係数の異なる２種類あるいはそれ以上の金属または合金を接着して一体化させたバイメタルがある。例えば、鉄とニッケルの合金にマンガン、クロム、銅などを添加して２種類の熱膨張率の異なる金属板を作り、冷間圧延で貼り合わせたものを用いる。マスク間の摩擦を低減するために、第１のマスク層６８と第２のマスク層６９の間に潤滑材料を挿入して、変位を容易にするのが望ましい。【００６１】
なお、燃料拡散層７１、燃料極（アノード電極）７２、固体電解質７３、空気極（カソード電極）７４、アノードリード７５、およびカソードリード７６の構成は、第１実施形態と同様であるので、説明を省略する。【００６２】
図８は、第２実施形態の燃料電池６０の出力特性の安定性を示す表である。環境温度が２０℃から４０℃に変化したときに、第２のマスク層６９の位置を変化させることによって開口部面積を減少させ、６０ｍＡ／ｃｍ2の電流密度で定電流放電を行い、その平均放電電圧を測定した。また、比較例として、図１の従来構成の燃料電池についても、同様の実験を行った。【００６３】
表の結果から明らかなように、第２実施形態の燃料電池６０は、温度変化があった場合でも、ほぼ安定した電池出力を達成する。これに対し、従来構成の燃料電池は、電圧の急激な減少と変動により、安定な発電電圧を得ることができない。これは、温度の上昇により気化膜６６の燃料気化速度が増大し、燃料極（アノード電極）７２へ気化供給されたメタノールが、空気極（カソード電極）７４へと到達して過剰な発熱が起こり、さらに、メタノールクロスオーバーが促進されるためと考えられる。【００６４】
以上のように、第１実施形態および第２実施形態の構成により、環境温度や操作温度の変化にもかかわらず、燃料電池の安定した出力特性を維持することが可能になる。【００６５】
また、第１実施形態では、通常動作時のみならず、始動時においても、速やかに安定出力へ移行できるという効果がある。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成20年5月30日(2008.5.30)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料供給部と、
電解質を介して対向するアノード電極およびカソード電極が配置される発電部と、
前記液体燃料供給部と前記発電部との間に位置し、それぞれ異なる燃料気化供給特性を有する２以上の気化経路と、
温度変化に応じて、前記２以上の燃料気化経路を切り替える切り替え部と
を備えることを特徴とする燃料電池。
【請求項２】
前記２以上の燃料気化経路は、
前記液体燃料に対する第１の気化特性を有する第１気化膜を含む第１の気化経路と、
前記第１の燃料気化特性と異なる第２の気化特性を有する第２気化膜を含む第２の気化経路と
を含む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２以上の燃料気化経路は、
第１の開口面積の開口部を有する第１マスク層を含む第１の気化経路と、
前記第１の開口面積と異なる第２の開口面積の開口部を有する第２マスク層を含む第２の気化経路と
を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【請求項４】
前記第１および第２の気化膜は、異なる種類の非多孔質材料で構成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項５】
前記第１および第２の気化膜は、異なる膜厚を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項６】
前記第１および第２の気化膜は、メタノール透過性を有することを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項７】
前記第１および第２の気化膜は、パーフルオロスルホン酸系材料、カルボキシル基を有するパーフルオロスルホン酸系材料、シリコーン系材料、ポリイミド系材料のうち、少なくともいずれか１種を主材料として構成されることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
【請求項８】
前記液体燃料供給部は、前記液体燃料を加圧する加圧機構を含むことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
【国際調査報告】
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