(57)【要約】【課題】複数の燃料電池セルを組み合わせた燃料電池スタックであって、燃料および酸化剤供給不足の燃料電池セルを生じさせることなく各燃料電池セルに対して燃料および酸化剤を良好に供給することができる燃料電池スタックを提供する。【解決手段】複数の燃料電池セルを列状に配列した第１および第２燃料電池層１００，２００を、カソード極側が対向するように空間を介在させて配置した燃料電池層群と、その４側面のうち燃料電池セルの配列方向と平行な一対の側面を第１および第２側面とし、残り一対の側面を第３および第４側面とするとき、上記空間内に第３側面側から第４側面側に向けて酸化剤の流れを生じさせる酸化剤流発生手段７００と、第１側面に沿うように配置され、第１、第２燃料電池層１００，２００に液体燃料を分配供給するための燃料分配部材３００と、第２側面に沿うように配置される側壁部材６００とを含む燃料電池スタックである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で有する第１燃料電池セルの複数を同一平面上に列状に配列してなる第１燃料電池層、ならびに、前記第１燃料電池層の主面上に空間を介在させて配置される、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で有する第２燃料電池セルの複数を同一平面上に列状に配列してなる第２燃料電池層から構成され、前記第１および第２燃料電池セルのカソード極が前記空間側に向けられている燃料電池層群と、
前記燃料電池層群の４つの側面のうち、前記第１燃料電池セルの配列方向と平行な一対の側面をそれぞれ第１側面および第２側面とし、残り一対の側面をそれぞれ第３側面および第４側面とするとき、
前記空間内に、前記第３側面側から前記第４側面側に向けて酸化剤の流れを生じさせるための酸化剤流発生手段と、
前記第１側面に沿うように配置される、前記第１燃料電池層と前記第２燃料電池層とに液体燃料を分配供給するための燃料分配部材と、
前記第２側面に沿うように配置される側壁部材と、
を含む燃料電池スタック。
【請求項２】
前記燃料分配部材および前記側壁部材は、前記第１燃料電池セルのカソード極から前記第２燃料電池セルのカソード極に至る高さを少なくとも有する請求項１に記載の燃料電池スタック。
【請求項３】
前記燃料分配部材および前記側壁部材は、前記第３側面から前記第４側面に至る長さを少なくとも有する請求項１または２に記載の燃料電池スタック。
【請求項４】
前記酸化剤流発生手段は、前記第３側面に沿って配置されるブロアまたはファンである請求項１〜３のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項５】
前記燃料分配部材は、これに導入される液体燃料を流通させる分配流路をその内部に有する請求項１〜４のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項６】
前記第１燃料電池層における前記空間とは反対側に配置される第１燃料流路板と、前記第２燃料電池層における前記空間とは反対側に配置される第２燃料流路板とをさらに備え、
前記第１燃料流路板は、前記第１燃料電池セルが有するそれぞれのアノード極に液体燃料を導くための、前記分配流路に接続される第１燃料流路を有し、
前記第２燃料流路板は、前記第２燃料電池セルが有するそれぞれのアノード極に液体燃料を導くための、前記分配流路に接続される第２燃料流路を有する請求項５に記載の燃料電池スタック。
【請求項７】
前記側壁部材は、前記第１および第２燃料流路に接続され、前記第１および第２燃料流路を通過した液体燃料を受け入れるための流路をその内部に有する請求項６に記載の燃料電池スタック。
【請求項８】
前記第１燃料電池層のカソード極側表面から前記第２燃料電池層のカソード極側表面に至る厚みを有して前記空間内に配置される補強部材をさらに備える請求項１〜７のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項９】
前記空間における前記第３側面側端部から前記第４側面側端部方向へ延びる、側面に貫通穴を有する中空管をさらに備える請求項１〜８のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【請求項１０】
ダイレクトアルコール型燃料電池である請求項１〜９のいずれかに記載の燃料電池スタック。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料電池セルを集積した燃料電池スタックに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、情報化社会を支える携帯用電子機器の新規電源として実用化の期待が高まっている。燃料電池は、使用する電解質材料や燃料の種類によって、いくつかのタイプに分類される。とりわけ、電解質材料に固体高分子であるイオン交換膜を用いる固体高分子型燃料電池およびダイレクトアルコール型燃料電池は、常温で高い発電効率が得られることから、携帯用電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての実用化が検討されている。
【０００３】
燃料として液体燃料（アルコールまたはアルコール水溶液）を使用するダイレクトアルコール型燃料電池は、燃料がガスである場合と比較して、燃料タンクを比較的簡易に設計できるなどの理由から、燃料電池構造の簡略化、省スペース化が可能であり、携帯用電子機器への応用を目的とした小型燃料電池としての期待が特に高い。
【０００４】
ところで、燃料電池においては、１つの燃料電池セルでは不十分である電力を、たとえば電子機器用電源として十分な程度にまで高めるために、複数の燃料電池セルを電気的に接続して組み合わせることが従来行なわれている（たとえば特許文献１および２参照）。このような複数の燃料電池セルを集積した（組み合わせた）燃料電池を、本明細書では「燃料電池スタック」と称する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−０８５９１８号公報
【特許文献２】特開２００６−１７２９４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１には、２つの燃料電池セルをそれらのアノード極（燃料極）側が対向するように離間して配置した直接メタノール型の燃料電池スタックが開示されている（特に図２参照）。このような構成の燃料電池スタックにおいては、燃料電池セルのカソード極（空気極）が必然的に燃料電池スタックの外側を向くため、カソード極に供給する酸化剤としての外気（空気）を、燃料電池スタック外部から自然拡散で取り込むことができるという利点がある。
【０００７】
しかし、上記のような利点を得るためには、燃料電池スタックのカソード極側の２面を開放しておく必要があり、このために、たとえば、燃料電池スタックを収容する外装筐体の上記２面に対応する２面に空気取り込み口を設けたり、燃料電池スタックを電子機器等に組み入れて使用する場合には、上記２面が塞がれないように燃料電池スタックを配置したりする必要があった。このように、カソード極を外側に向けて複数の燃料電池セルを配置した燃料電池スタックにおいては、各カソード極に酸化剤（空気）を供給するための複数の供給経路を要することに伴い、使用態様や設計の自由度が低くなるという問題があった。また、酸化剤供給経路を部分的にでも塞いでしまうと、酸化剤供給不足が生じて、燃料電池スタックの出力安定性が低下するという問題もあった。
【０００８】
一方、燃料電池スタックを構成するそれぞれの燃料電池セルのアノード極には、発電時に燃料が供給される。複数の燃料電池セルの各アノード極に燃料を供給するための手段として、特許文献２には、燃料電池セルを複数配列してなるＳＯＦＣ（固体酸化物型燃料電池）セルスタックの複数を、平行に離間して並べたＳＯＦＣバンドルにおいて、各ＳＯＦＣセルスタックの中央を貫通し、各ＳＯＦＣセルスタックを構成する燃料電池セルの配列方向に対して垂直に延びる燃料供給管（マニホールド）を配置し、この燃料供給管と各ＳＯＦＣセルスタック内部に形成された燃料流路とを接続して、燃料供給管からＳＯＦＣセルスタックの燃料流路端部（燃料供給管とは反対側の端部である「利用済み燃料排出用の開孔」）に向けて燃料を流す燃料供給方式が示されている（たとえば図１３〜図２０参照）。
【０００９】
しかし、このような燃料供給方式では、中央の燃料供給管に対してセルスタックが枝状に延びているため、とりわけ燃料が液体である場合には、拡散速度が気体と比べ小さいため、燃料供給管から遠い位置にある燃料電池セルで燃料供給不足が生じる可能性がある。燃料不足に陥り、十分な出力を発揮できない燃料電池セルが生じると、燃料電池スタック全体としての出力が低下してしまう。
【００１０】
そこで本発明の目的は、複数の燃料電池セルを組み合わせた燃料電池スタックであって、燃料供給不足の燃料電池セルを生じさせることなく各燃料電池セルのアノード極に対して燃料を供給することができるとともに、酸化剤供給不足の燃料電池セルを生じさせることなく、各燃料電池セルのカソード極に対して酸化剤を供給することができ、もって良好な出力特性を示す燃料電池スタックを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決すべく本発明は、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で有する第１燃料電池セルの複数を同一平面上に列状に配列してなる第１燃料電池層、ならびに、第１燃料電池層の主面上に空間を介在させて配置される、アノード極、電解質膜およびカソード極をこの順で有する第２燃料電池セルの複数を同一平面上に列状に配列してなる第２燃料電池層から構成され、第１および第２燃料電池セルのカソード極が前記空間側に向けられている燃料電池層群と、該燃料電池層群の４つの側面のうち、第１燃料電池セルの配列方向と平行な一対の側面をそれぞれ第１側面および第２側面とし、残り一対の側面をそれぞれ第３側面および第４側面とするとき、前記空間内に、第３側面側から第４側面側に向けて酸化剤の流れを生じさせるための酸化剤流発生手段と、第１側面に沿うように配置される、第１燃料電池層と第２燃料電池層とに液体燃料を分配供給するための燃料分配部材と、第２側面に沿うように配置される側壁部材とを含む燃料電池スタックを提供するものである。
【００１２】
本発明の燃料電池スタックにおいて燃料分配部材および側壁部材は、第１燃料電池セルのカソード極から第２燃料電池セルのカソード極に至る高さを少なくとも有することが好ましい。また、燃料分配部材および側壁部材は、好ましくは、第３側面から第４側面に至る長さを少なくとも有する。
【００１３】
酸化剤流発生手段は、たとえば第３側面に沿って配置されるブロアまたはファンであることができる。
【００１４】
燃料分配部材は、これに導入される液体燃料を流通させる分配流路をその内部に有するものであることができる。
【００１５】
本発明の燃料電池スタックは、第１燃料電池層における前記空間とは反対側に配置される第１燃料流路板と、第２燃料電池層における前記空間とは反対側に配置される第２燃料流路板とをさらに備えることが好ましい。この場合において、好ましくは、第１燃料流路板は、第１燃料電池セルが有するそれぞれのアノード極に液体燃料を導くための、前記分配流路に接続される第１燃料流路を有し、第２燃料流路板は、第２燃料電池セルが有するそれぞれのアノード極に液体燃料を導くための、前記分配流路に接続される第２燃料流路を有する。
【００１６】
側壁部材は、第１および第２燃料流路に接続され、第１および第２燃料流路を通過した液体燃料を受け入れるための流路をその内部に有することができる。
【００１７】
本発明の燃料電池スタックは、第１燃料電池層のカソード極側表面から第２燃料電池層のカソード極側表面に至る厚みを有して前記空間内に配置される補強部材をさらに備えることができる。
【００１８】
また本発明の燃料電池スタックは、前記空間における第３側面側端部から第４側面側端部方向へ延びる、側面に貫通穴を有する中空管をさらに備えることができる。
【００１９】
本発明の燃料電池スタックは、アルコールまたはアルコール水溶液を液体燃料とするダイレクトアルコール型燃料電池であることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、複数の燃料電池セルを組み合わせた燃料電池スタックにおいて、燃料供給不足の燃料電池セルを生じさせることなく各燃料電池セルのアノード極に対して燃料を供給することができるとともに、酸化剤供給不足の燃料電池セルを生じさせることなく、各燃料電池セルのカソード極に対して酸化剤を供給することができる燃料電池スタックを提供することができる。
【００２１】
本発明の燃料電池スタックは、各燃料電池セルへの燃料供給および酸化剤供給を良好に行なうことができるため、良好な出力特性を示すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】第１の実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す概略斜視図である。
【図２】図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。
【図３】図１に示される燃料電池スタックの右側側面図である。
【図４】燃料電池スタックの他の一例を示す右側側面図である。
【図５】燃料電池スタックの他の一例を示す右側側面図である。
【図６】燃料電池スタックの他の一例を示す右側側面図である。
【図７】燃料電池スタックの他の一例を示す概略断面図である。
【図８】燃料電池スタックの他の一例を示す概略斜視図である。
【図９】燃料電池スタックの他の一例を示す概略斜視図である。
【図１０】図９に示されるＸ−Ｘ線における概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の燃料電池スタックについて、実施の形態を示して詳細に説明する。
＜第１の実施形態＞
図１は本実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す概略斜視図であり、図２は図１に示されるＩＩ−ＩＩ線における概略断面図である。また図３は、図１に示される燃料電池スタックの右側側面図（図１における右側から見たときの概略側面図であり、燃料電池スタックの後述する第４側面を示したものである。）である。
【００２４】
図１〜図３に示される燃料電池スタックは、３つの第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃを同一平面上に列状に配列してなる第１燃料電池層１００と、第１燃料電池層１００の主面（カソード極１３側表面）上に空間８００を介在させて配置される、３つの第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃを同一平面上に列状に配列してなる第２燃料電池層２００とから構成される燃料電池層群を含む。本発明において「燃料電池層群」とは、第１および第２燃料電池層からなる一対の燃料電池層を意味する。
【００２５】
第１および第２燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、アノード極１２、電解質膜１１およびカソード極１３をこの順で有する膜電極複合体を含んで構成されており、これらの燃料電池セルはすべてそのカソード極１３側が空間８００側に向くように配向されている。すなわち、第１燃料電池層１００を構成する第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃと、第２燃料電池層２００を構成する第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃとは、それらのカソード極１３側が対向するように離間して配置されている。各燃料電池セルは平板状である。
【００２６】
第２燃料電池層２００を構成する３つの第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃはそれぞれ、その下方に配置された第１燃料電池層１００を構成する３つの第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃに対向配置されている（第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃのそれぞれの直下に、第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃが配置されている。）。第１燃料電池層１００の主面と第２燃料電池層２００の主面とは略平行である。
【００２７】
燃料電池スタックを構成する燃料電池セルは、アノード極１２側に設けられるアノード集電層およびカソード極１３側に設けられるカソード集電層を介して、互いに電気的に直列接続および／または並列接続される。
【００２８】
上記燃料電池層群は、空間８００の開口が開いた４つの側面を有している（残りの２面はアノード極１２から構成される主面である。）。以下では、図示しないが、第１燃料電池層１００における第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ（および第２燃料電池層２００における第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃ）の配列方向と平行な一対の側面をそれぞれ第１側面および第２側面と称し、残り一対の側面をそれぞれ第３側面および第４側面と称する。以下の説明では、図１における手前側の側面を第２側面とし、図１における左側側面を第３側面とする。
【００２９】
図１に示される燃料電池スタックは、上記燃料電池層群に加えて、次の部材を備えている。
【００３０】
（ａ）燃料電池層１００，２００間の空間８００内に、第３側面側から第４側面側に向けて酸化剤の流れを生じさせるための酸化剤流発生手段。図１に示される燃料電池スタックは、この酸化剤流発生手段として、第３側面に沿って配置された、酸化剤としての空気を供給するための空気供給手段７００を備えている。「空気供給手段」とは具体的にはブロア（空気の吐出圧が９．８ｋＰａ以上）、ファン（空気の吐出圧が９．８ｋＰａ未満）などの送風機であり、本発明においてはいずれも使用可能である。
【００３１】
空気供給手段７００から送り出された空気は、空間８００の第３側面側開口である酸化剤（空気）取り込み口８０１を通して空間８００内に導入され、各燃料電池セルのカソード極１３に供給されるとともに、空間８００の第４側面側開口である酸化剤排出口８０２から排出される。すなわち空間８００は、酸化剤（空気）の供給路となっている。
【００３２】
（ｂ）第１側面（図１における奥側側面）に沿うように配置される、第１燃料電池層１００と第２燃料電池層２００とに液体燃料を分配供給するための直方体形状の燃料分配部材３００（燃料マニホールド）。図１に示される燃料電池スタックにおいて燃料分配部材３００は、空気供給手段７００における燃料電池層群とは反対側の端面から燃料電池層群の第４側面（図１における右側側面）に至る長さを有しており、燃料電池層群の一方の主面から対向する他方の主面に至る高さを有している。すなわち、燃料分配部材３００の高さと燃料電池層群の高さとは同じである。
【００３３】
燃料分配部材３００は、燃料電池層群の第１側面に隣接して、該側面と平行に配置されており、これにより空間８００の第１側面側開口は燃料分配部材３００によって閉じられている。
【００３４】
燃料分配部材３００は、液体燃料が導入される燃料導入口（図示せず）を有するとともに、燃料導入口に接続され、導入された液体燃料を第１燃料電池層１００側と第２燃料電池層２００側とに分配流通させるための分配流路３０１をその内部に有している。分配流路３０１は、燃料分配部材３００の高さ方向に延びる流路部分を含む。燃料導入口から導入された液体燃料は、分配流路３０１を通って下方向（第１燃料電池層１００側）と上方向（第２燃料電池層２００側）とに分配される。
【００３５】
（ｃ）第２側面（図１における手前側側面）に沿うように配置される直方体形状の側壁部材６００。図１に示される燃料電池スタックにおいて側壁部材６００は、燃料分配部材３００と同様、空気供給手段７００における燃料電池層群とは反対側の端面から燃料電池層群の第４側面（図１における右側側面）に至る長さを有しており、燃料電池層群の一方の主面から対向する他方の主面に至る高さを有している。すなわち、側壁部材６００の高さと燃料電池層群の高さとは同じである。
【００３６】
側壁部材６００は、燃料電池層群の第２側面に隣接して、該側面と平行に配置されており、これにより空間８００の第２側面側開口は側壁部材６００によって閉じられている。
【００３７】
（ｄ）第１燃料電池層１００における空間８００とは反対側（すなわち、第１燃料電池セルのアノード極１２側）に配置される平板状の第１燃料流路板４００および第２燃料電池層２００における空間８００とは反対側（すなわち、第２燃料電池セルのアノード極１２側）に配置される平板状の第２燃料流路板５００。図１に示される燃料電池スタックにおいて第１および第２燃料流路板４００，５００は、燃料電池層群、空気供給手段７００、燃料分配部材３００および側壁部材６００の主面を覆う程度の大きさを有して燃料電池層群の上下に積層されている。
【００３８】
第１燃料流路板４００は、第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃが有するそれぞれのアノード極１２に液体燃料を導くための第１燃料流路４０１を有し、第２燃料流路板５００は、第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃが有するそれぞれのアノード極１２に液体燃料を導くための第２燃料流路５０１を有している。第１および第２燃料流路４０１，５００はともに、燃料分配部材３００の分配流路３０１に接続されている。
【００３９】
上記構成を有する本実施形態の燃料電池スタックによれば、燃料供給不足または酸化剤（空気）供給不足となる燃料電池セルを生じさせることなく、燃料電池スタックを構成する各燃料電池セルに対して良好に液体燃料および酸化剤（空気）を供給することができるため、優れた出力特性を示すことができる。
【００４０】
すなわち、液体燃料の供給性能に関していえば、燃料電池セルの配列方向と平行な側面（第１側面）に沿って燃料分配部材３００を配置しているので、上記特許文献２のように燃料電池セルの配列方向に対して垂直に配置する場合と比較して、燃料分配部材３００の燃料導入口から各燃料電池セルまでの燃料流路長さをより均一に、かつ、より短くすることができることにより、燃料供給不足に陥る燃料電池セルが生じることを防止しつつ、各燃料電池セルに対して均等に液体燃料を供給することができる。特許文献２のように燃料電池セルの配列方向に対して垂直に燃料分配部材（燃料マニホールド）を配置した場合には、必然的に燃料分配部材と各燃料電池セルとの距離が不均一となり、燃料分配部材から離れた位置にある燃料電池セルは、燃料流路長さが大きくなって燃料供給不足に陥りやすくなる。
【００４１】
一方、酸化剤（空気）の供給性能に関していえば、酸化剤は空間８００内を燃料電池セルの配列方向に沿って流れ、空気供給手段７００と各燃料電池セルとの距離は不均一になっているものの、燃料電池層群の第１および第２側面に沿って燃料分配部材３００および側壁部材６００を配置して空間８００の第１および第２側面側開口を閉じることにより、空間８００内に導入された酸化剤が空間８００内を酸化剤排出口８０２に向けて進行する途中で燃料電池スタック外部に漏れ出すことを防止しているため、酸化剤供給不足の燃料電池セルを生じさせることなく、空気供給手段７００から離れた燃料電池セルを含め、各燃料電池セルに対して十分な量の酸化剤を供給することができる。
【００４２】
また、燃料分配部材３００が空間８００の第１側面側開口を閉じる部材（第１側面側の側壁部材）としての役割を兼ねることで、当該開口を閉じるための別途の部材を用いる必要がないため、燃料電池スタックを大型化することなく、上記効果を得ることができる。
【００４３】
以下、本実施形態の燃料電池スタックについてより詳細に説明する。
〔１〕第１および第２燃料電池セル
第１および第２燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、アノード極１２、電解質膜１１およびカソード極１３をこの順で有する膜電極複合体を含む。第１燃料電池セル１０ａ，１０ｂ，１０ｃと第２燃料電池セル２０ａ，２０ｂ，２０ｃとは、構成部材の構成（層構成）、各構成部材の材質および燃料電池セルのサイズ（外形形状）等に関して、同じであってもよいし、いずれかが異なっていてもよいが、通常は同じである。また、複数の第１燃料電池セル間、および、複数の第２燃料電池セル間においても、構成部材の構成（層構成）、各構成部材の材質および燃料電池セルのサイズ（外形形状）等は同じであってもよいし、いずれかが異なっていてもよいが、通常は同じである。
【００４４】
（電解質膜）
電解質膜１１は、アノード極１２からカソード極１３へプロトンを伝達する機能と、アノード極１２とカソード極１３との電気的絶縁性を保ち、短絡を防止する機能を有する。電解質膜１１の材質は、プロトン伝導性を有し、かつ電気的絶縁性を有する材質であれば特に限定されず、高分子膜、無機膜またはコンポジット膜を用いることができる。高分子膜としては、たとえば、パーフルオロスルホン酸系電解質膜である、ナフィオン（登録商標、デュポン社製）、アシプレックス（登録商標、旭化成社製）、フレミオン（登録商標、旭硝子社製）などが挙げられる。また、スチレン系グラフト重合体、トリフルオロスチレン誘導体共重合体、スルホン化ポリアリーレンエーテル、スルホン化ポリエーテルエーテルケトン、スルホン化ポリイミド、スルホン化ポリベンゾイミダゾール、ホスホン化ポリベンゾイミダゾール、スルホン化ポリフォスファゼンなどの炭化水素系電解質膜などを用いることもできる。
【００４５】
無機膜としては、たとえばリン酸ガラス、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸、ポリリン酸アンモニウムなどからなる膜が挙げられる。コンポジット膜としては、タングステン酸、硫酸水素セシウム、ポリタングストリン酸等の無機物とポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン、パーフルオロスルホン酸等の有機物とのコンポジット膜などが挙げられる。電解質膜１１の厚みはたとえば１〜２００μｍである。
【００４６】
（アノード極およびカソード極）
電解質膜１１の一方の表面に積層されるアノード極１２および他方の表面に積層されるカソード極１３にはそれぞれ、少なくとも触媒と電解質とを含有する多孔質層からなる触媒層が設けられる。アノード極１２において触媒（アノード触媒）は、液体燃料からプロトンと電子とを生成する反応を触媒し、電解質は、生成したプロトンを電解質膜１１へ伝導する機能を有する。カソード極１３において触媒（カソード触媒）は、電解質を伝導してきたプロトンと酸化剤（空気など）から水を生成する反応を触媒する。
【００４７】
アノード触媒およびカソード触媒は、カーボンやチタン等の導電体の表面に担持されたものでもよく、なかでも、水酸基やカルボキシル基等の親水性官能基を有するカーボンやチタン等の導電体の表面に担持されていることが好ましい。これにより、アノード極１２およびカソード極１３の保水性を向上させることができる。保水性の向上により、プロトン移動に伴う電解質膜１１の抵抗や、アノード極１２およびカソード極１３における電位分布を改善することができる。
【００４８】
アノード極１２およびカソード極１３はそれぞれ、触媒層上に積層されるアノード導電性多孔質層（アノードガス拡散層）、カソード導電性多孔質層（カソードガス拡散層）を備えていてもよい。これらの導電性多孔質層は、アノード極１２、カソード極１３に供給される燃料または酸化剤を面内において拡散させる機能を有するとともに、触媒層と電子の授受を行なう機能を有する。アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層としては、比抵抗が小さく、電圧の低下が抑制されることから、カーボン材料；導電性高分子；Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；これらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などからなる多孔質材料を用いることが好ましい。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。より具体的には、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層として、たとえば、上記貴金属、遷移金属または合金からなる発泡金属、金属織物および金属焼結体；ならびにカーボンペーパー、カーボンクロス、カーボン粒子を含有するエポキシ樹脂膜などを好適に用いることができる。
【００４９】
（アノード集電層およびカソード集電層）
第１および第２燃料電池セルは、アノード極１２上に積層され、これに電気的に接続されたアノード集電層およびカソード極１３上に積層され、これに電気的に接続されたカソード集電層を含むことができる。アノード集電層およびカソード集電層はそれぞれ、アノード極１２、カソード極１３における電子を集電する機能と、電気的配線を行なう機能とを有する。これら集電層の材質は、比抵抗が小さく、面方向に電流を取り出しても電圧の低下が抑制されることから、金属であることが好ましく、なかでも、電子伝導性を有し、酸性雰囲気下で耐腐食性を有する金属であることがより好ましい。このような金属としては、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄ等の貴金属；Ｔｉ、Ｔａ、Ｗ、Ｎｂ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃｏ、Ａｌ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の遷移金属；およびこれらの金属の窒化物または炭化物等；ならびに、ステンレスに代表されるこれらの金属を含有する合金などが挙げられる。Ｃｕ、Ａｇ、Ｚｎ等の、酸性雰囲気下で耐腐食性に乏しい金属を用いる場合には、Ａｕ、Ｐｔ、Ｐｄなどの耐腐食性を有する貴金属、導電性高分子、導電性窒化物、導電性炭化物、導電性酸化物等により表面処理（皮膜形成）を行なってもよい。なお、アノード導電性多孔質層およびカソード導電性多孔質層が、たとえば金属等からなり、導電性が比較的高い場合には、アノード集電層およびカソード集電層は省略されてもよい。
【００５０】
より具体的には、アノード集電層は、燃料をアノード極１２へ誘導するための厚み方向に貫通する貫通孔（開口）を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。この貫通孔は、アノード極１２の触媒層で生成する副生ガス（ＣＯ2ガス等）を排出するための経路としても機能し得る。同様に、カソード集電層は、酸化剤（空気など）をカソード極１３の触媒層に供給するための厚み方向に貫通する貫通孔（開口）を複数備える、上記金属材料などからなるメッシュ形状またはパンチングメタル形状を有する平板であることができる。
【００５１】
（その他の構成部材）
第１および第２燃料電池セルは、上記の他、たとえば、アノード極１２と第１，第２燃料流路板４００，５００との間に（典型的には第１，第２燃料流路板４００，５００に接するように）配置される気液分離層；気液分離層とアノード極１２との間に配置される気化燃料板；アノード極１２またはアノード集電層上に配置されるアノード保湿層；カソード極１３またはカソード集電層上に配置されるカソード保湿層などを含むことができる。
【００５２】
気液分離層は、気化燃料透過性（液体燃料の気化成分を透過できる性質）かつ液体燃料不透過性の疎水性を有する多孔質層であり、アノード極１２への燃料の気化供給を可能とする気液分離能を有する層である。気液分離層は、アノード極１２へ供給される気化燃料の量または濃度を適切量に制御（制限）するとともに、均一化する機能をも有する。気液分離層を設けることにより、燃料のクロスオーバーを効果的に抑制でき、膜電極複合体に温度ムラが生じにくく、安定した発電状態を維持することができる。
【００５３】
気液分離層としては、使用する燃料に関して気液分離能を有するものであれば特に制限されないが、たとえば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン等のフッ素系樹脂、撥水化処理されたシリコーン樹脂などからなる多孔質膜または多孔質シートを挙げることができ、具体的には、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質フィルムである日東電工（株）製テミッシュ〔ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）〕の「ＮＴＦ２０２６Ａ−Ｎ０６」や「ＮＴＦ２１２２Ａ−Ｓ０６」が例示できる。
【００５４】
気化燃料透過性および液体燃料不透過性を付与する観点から、気液分離層が有する細孔の最大細孔径は、０．１〜１０μｍであることが好ましく、０．５〜５μｍであることがより好ましい。最大細孔径は、メタノール等を用いてバブルポイント（ＪＩＳ  Ｋ  ３８３２）を測定することにより求めることができる。気液分離層は、水に対する接触角が、通常８０度以上であり、より典型的には９０度以上である。
【００５５】
気液分離層の厚みは特に制限されないが、上記機能を十分に発現させるために、２０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。また、燃料電池セルの薄型化の観点からは、気液分離層の厚みは５００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることがより好ましい。
【００５６】
気化燃料板は、気液分離層とアノード極１２との間に気化燃料を収容するための空間を形成するための部材であり、厚み方向に貫通する貫通口である気化燃料収容部を有する部材、より具体的には、たとえばロの字状の枠型部材であることができる。気化燃料板を配置して気液分離層とアノード極１２との間に気化燃料収容部を設けることにより、アノード極１２に供給される気化燃料濃度のアノード極１２面内における均一化および気化燃料量の最適化を促進させることができる。
【００５７】
気化燃料板の材質は、プラスチック、金属または非多孔質性のカーボン材料などであることができる。プラスチックとしては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金を用いることができる。
【００５８】
気化燃料板の厚みは、たとえば１００〜１０００μｍ程度であり、好ましくは１００〜３００μｍ程度である。
【００５９】
アノード保湿層は、アノード極１２内の水分が、アノード極１２側から膜電極複合体外に蒸散することを防止し、アノード極１２内に保持させるための層である。アノード保湿層を設けることにより、カソード極１３で発生し、電解質膜１１を介してアノード極１２に到達した水を膜電極複合体外に蒸散させることなくアノード極１２内に良好に保持することができる。これにより当該水がアノード極１２での反応に有効に利用されるため、アノード極１２での反応効率が向上し、高い発電特性を安定して発揮することができる。
【００６０】
カソード保湿層は、カソード極１３で発生した水が、カソード極１３側から燃料電池セル外に蒸散することを防止するための層である。カソード保湿層を設けることにより、カソード極１３で生じた水を燃料電池セル外部に蒸散させることなく、効率的に電解質膜１１を介してアノード極１２に戻し、アノード極１２での反応に有効利用させることができる。
【００６１】
また、アノード保湿層およびカソード保湿層の設置は、電解質膜１１の乾燥、ならびにこれに伴うセル抵抗の増大および発電特性の低下を防止するうえでも有効である。
【００６２】
アノード保湿層およびカソード保湿層としては、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）等のフッ素系樹脂；撥水化処理されたシリコーン樹脂などからなる撥水性を有する多孔性膜（多孔質層）を好適に用いることができる。具体的には、ポリテトラフルオロエチレンからなる多孔質フィルムである日東電工（株）製テミッシュ〔ＴＥＭＩＳＨ（登録商標）〕の「ＮＴＦ２０２６Ａ−Ｎ０６」や「ＮＴＦ２１２２Ａ−Ｓ０６」が例示できる。
【００６３】
アノード保湿層およびカソード保湿層の厚みは特に制限されないが、上記機能を十分に発現させるために、２０μｍ以上であることが好ましく、５０μｍ以上であることがより好ましい。また、燃料電池セルの薄型化の観点からは、５００μｍ以下であることが好ましく、３００μｍ以下であることがより好ましい。
【００６４】
第１および第２燃料電池セル（ひいては燃料電池スタック）は、固体高分子型燃料電池またダイレクトアルコール型燃料電池などであることができ、特にダイレクトアルコール型燃料電池（とりわけ、ダイレクトメタノール型燃料電池）として好適である。液体燃料としては、たとえば、メタノール、エタノールなどのアルコール類；ジメトキシメタンなどのアセタール類；ギ酸などのカルボン酸類；ギ酸メチルなどのエステル類；ならびにこれらの水溶液を挙げることができる。液体燃料は１種に限定されず、２種以上の混合物であってもよい。コストの低さや体積あたりのエネルギー密度の高さ、発電効率の高さなどの点から、メタノール水溶液または純メタノールが好ましく用いられる。また、カソード極１３に供給される酸化剤としては、空気または酸素ガスが好適であり、特に空気が好ましい。
【００６５】
〔２〕第１および第２燃料電池層
第１および第２燃料電池層１００，２００はそれぞれ、第１、第２燃料電池セルの複数を、同一平面上に、それらのカソード極１３が燃料電池層の同じ側を向くように列状に配列したものである。図１に示される燃料電池スタックにおいては、燃料電池層を構成する燃料電池セルの数は３つであるが、これに限定されず２つ以上あればよい。第１燃料電池層１００を構成する燃料電池セルの数と第２燃料電池層２００を構成する燃料電池セルの数は通常同じである。同じ燃料電池層内の複数の燃料電池セルは、それらの集電層を介して電気的に直列接続される。
【００６６】
燃料電池層を構成する複数の燃料電池セルは、隣り合う燃料電池セル間に隙間を設けて配列されてもよいが、酸化剤供給不足に陥る燃料電池セルの発生をより効果的に防止する観点から、上記隙間を設けることなく、互いに接するように燃料電池セルを配列させることが好ましい。この場合、少なくとも隣り合う燃料電池セルに接触する燃料電池セル端面に、硬化樹脂などからなる封止層（電気的絶縁層）を設けることが好ましい。
【００６７】
〔３〕燃料電池層群
上述のように、本実施形態の燃料電池スタックは、カソード極１３側が対向するように離間して配置された一対の燃料電池層（第１および第２燃料電池層１００，２００）からなる燃料電池層群を含む。第１および第２燃料電池層１００，２００の離間距離（空間８００の高さ）は特に制限されないが、酸化剤供給効率および燃料電池スタックの薄型化を考慮すると、０．５〜５．０ｍｍ程度であることが好ましい。
【００６８】
第２燃料電池層２００は、必ずしも第１燃料電池層１００の直上に配置される必要はないが、燃料電池層群の周囲に設けられる部材（空気供給手段７００、燃料分配部材３００、側壁部材６００など）の形状設計の煩雑さを考慮すると、第１燃料電池層１００の直上または略直上に配置される〔すなわち、２つの燃料電池層の積層方向（燃料電池層の主面に垂直な方向）からみたとき、２つの燃料電池層の位置が一致または略一致するように配置される〕ことが好ましい。
【００６９】
また、第１燃料電池層１００と第２燃料電池層２００とは、必ずしもそれらの主面が平行となるように配置される必要はないが、通常は平行または略平行とすることができる。
【００７０】
なお、本発明の燃料電池スタックは、複数の燃料電池層群を含んでいてもよい。
〔４〕空気供給手段
酸化剤としての空気を空気供給路である空間８００内に供給する空気供給手段７００は、燃料電池層群の第３側面に沿うように配置される。これにより、空間８００内に、第３側面側から第４側面側に向けて空気流を生じさせることができる。燃料電池層群の第１、第２側面に沿って燃料分配部材３００および側壁部材６００を設置しているため、この空気流は、燃料電池スタック外部に漏れ出すことなく、空間８００内を酸化剤排出口８０２方向に十分な流量で流通する。したがって、空気供給手段７００から離れた燃料電池セルに対しても良好に空気供給を行なうことができる。
【００７１】
空気供給手段７００としては、上述のように、ブロア（空気の吐出圧が９．８ｋＰａ以上）、ファン（空気の吐出圧が９．８ｋＰａ未満）などの送風機を用いることができる。
【００７２】
空気供給手段７００から吐出される空気を効率良く空間８００内に導入できるよう（たとえば、空気供給手段７００から吐出される空気の全量を漏れなく空間８００内に導入できるよう）、空気供給手段７００と第３側面とは接していることが好ましく、より具体的には、空気供給手段７００の吐出口と、空間８００の第３側面側開口である酸化剤（空気）取り込み口８０１またはその一部とは互いに連結されていることが好ましい。空気供給手段７００の吐出口と酸化剤取り込み口８０１の一部とが連結されている場合、酸化剤取り込み口８０１の当該連結部分以外の開口部分は、たとえば空気供給手段７００自体または別途設けた遮蔽壁によって閉じることができる。
【００７３】
空気供給手段７００の吐出口と、酸化剤取り込み口８０１との連結部分からの酸化剤の漏れを確実に抑制するために、当該連結部分にシリコーン樹脂などの弾性体からなるパッキンを設けたり、硬化樹脂などからなる封止層を設けたりすることが好ましい。
【００７４】
図１に示される燃料電池スタックにおいては、酸化剤として空気を用い、空気供給手段７００を設けているが、他の酸化剤を供給するための装置を空気供給手段７００の代わりに設置してもよい。また本発明では、第３側面側から第４側面側に向けて酸化剤の流れを生じさせるための酸化剤流発生手段として、第３側面側に空気供給手段７００を設ける代わりに、第４側面側に吸引ポンプなどのような空気（または他の酸化剤）吸引手段を設けるようにしてもよい。
【００７５】
〔５〕燃料分配部材
燃料分配部材３００は、燃料電池層群の第１側面に沿うように配置される、第１燃料電池層１００と第２燃料電池層２００とに液体燃料を分配供給するための部材であるとともに、空間８００の第１側面側開口を閉じる役割をも果たしている。燃料分配部材３００の外形形状は特に制限されないが、典型的には直方体形状である。
【００７６】
燃料分配部材３００は、空間８００内を流通する酸化剤の漏れを防止するために、空間８００の第１側面側開口の高さ方向全体を覆うことができる程度の高さ、すなわち、第１燃料電池層１００を構成する第１燃料電池セルのカソード極１３から第２燃料電池層２００を構成する第２燃料電池セルのカソード極１３に至る高さを少なくとも有していることが好ましい。同様の理由から、燃料分配部材３００は、燃料電池層群の第３側面から第４側面に至る長さを少なくとも有していることが好ましい。
【００７７】
燃料分配部材３００と燃料電池層群とは必ずしも接していなくてよいが、空間８００内を流通する酸化剤の漏れをより効果的に防止する観点から接するように配置することが好ましい。
【００７８】
燃料分配部材３００と、燃料電池層群との接触部分からの酸化剤の漏れを確実に抑制するために、当該接触部分にシリコーン樹脂などの弾性体からなるパッキンを設けたり、硬化樹脂などからなる封止層を設けたりすることが好ましい。
【００７９】
燃料分配部材３００は、液体燃料が導入される燃料導入口（図示せず）を有するとともに、燃料導入口に接続され、導入された液体燃料を第１燃料電池層１００側と第２燃料電池層２００側とに分配流通させるための分配流路３０１をその内部に有している。分配流路３０１は、燃料分配部材３００の高さ方向に延びる流路部分を含む。各燃料電池セルへできるだけ均一に燃料供給を行なうために、燃料導入口および分配流路３０１における高さ方向に延びる流路部分は、燃料電池層における燃料電池セルの配列方向中央部に対応する位置に設けることが好ましい。高さ方向に延びる流路部分を配列方向中央部に対応する位置に設けることで、高さ方向に延びる流路部分から各燃料電池セルまでの長さがより均等化され、より均一な燃料供給が可能となる。
【００８０】
通常、上記燃料導入口には流路（配管等）を介して液体燃料が収容される燃料タンクが接続される。また、燃料タンクから燃料分配部材３００へ液体燃料を移送するための送液ポンプ等が設けられてもよい。
【００８１】
燃料分配部材３００は、プラスチック材料または金属材料などからなることができる。プラスチック材料としては、たとえば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を用いることができる。
【００８２】
〔６〕側壁部材
側壁部材６００は、燃料電池層群の第２側面に沿うように配置される、空間８００の第２側面側開口を閉じる役割を果たす部材である。側壁部材６００の外形形状は特に制限されないが、典型的には直方体形状である。側壁部材６００は、燃料分配部材３００と同様、上記プラスチック材料または金属材料などからなることができる。
【００８３】
側壁部材６００は、空間８００内を流通する酸化剤の漏れを防止するために、燃料分配部材３００と同様、空間８００の第２側面側開口の高さ方向全体を覆うことができる程度の高さ、すなわち、第１燃料電池層１００を構成する第１燃料電池セルのカソード極１３から第２燃料電池層２００を構成する第２燃料電池セルのカソード極１３に至る高さを少なくとも有していることが好ましい。同様の理由から、側壁部材６００は、燃料電池層群の第３側面から第４側面に至る長さを少なくとも有していることが好ましい。
【００８４】
側壁部材６００と燃料電池層群とは必ずしも接していなくてよいが、空間８００内を流通する酸化剤の漏れをより効果的に防止する観点から接するように配置することが好ましい。
【００８５】
側壁部材６００と、燃料電池層群との接触部分からの酸化剤の漏れを確実に抑制するために、当該接触部分にシリコーン樹脂などの弾性体からなるパッキンを設けたり、硬化樹脂などからなる封止層を設けたりすることが好ましい。
【００８６】
燃料電池スタックは、これを保護するために筐体に収容したものとすることができるが、この場合、側壁部材６００はこの筐体の一部であってもよい。
【００８７】
〔７〕第１および第２燃料流路板
第１および第２燃料流路板４００，５００は、アノード極１２に対向する側の表面に形成された溝（凹部）からなる第１、第２燃料流路４０１，５０１を有する板状体であることができる。第１および第２燃料流路４０１，５０１は、各燃料電池セルのアノード極１２に液体燃料を導くため流路であり、それらの一端はともに、燃料分配部材３００の分配流路３０１に接続される。これにより燃料導入口から燃料分配部材３００内に導入された液体燃料は、分配流路３０１を通って下方向（第１燃料電池層１００側）と上方向（第２燃料電池層２００側）とに分配され、さらに第１または第２燃料流路４０１，５０１を通って第１燃料電池層１００の各第１燃料電池セルと、第２燃料電池層２００の各第２燃料電池セルとに供給される。
【００８８】
第１および第２燃料流路４０１，５０１の形状（流路パターン）は、各燃料電池セルのアノード極１２に対して良好に燃料供給を行なうことができるような構成であれば特に制限されず、たとえば図１に示されるように、分配流路３０１から各燃料電池セルまで延びる枝分かれ状の第１流路部分と、各燃料電池セルのアノード極１２直上の領域においてさらに枝分かれする第２流路部分とから構成することができる。枝分かれ状の第２流路部分を設けているのは、アノード極１２全面にできるだけ均一に気化燃料を供給できるよう、第１および第２燃料流路板４００，５００におけるアノード極１２直上の領域のできるだけ広い範囲にわたって、均一に燃料流路を配置するためである。
【００８９】
図１〜図３に示される燃料電池スタックにおいて第１および第２燃料流路板４００，５００は、燃料電池層群、空気供給手段７００、燃料分配部材３００および側壁部材６００の主面を覆う大きさ（面積）を有しているが、これに限定されず、燃料電池層群の主面を覆う大きさを少なくとも有していればよい。
【００９０】
たとえば、燃料電池スタックにおける図３と同様の右側側面図である図４に示されるように、第１および第２燃料流路板４００，５００を、それらの一端面が燃料電池層群の第１側面と一致するような大きさとすることができる。この場合、第１および第２燃料流路板４００，５００と燃料分配部材３００との接合のために、燃料分配部材３００を、その両主面が第１および第２燃料流路板４００，５００の主面（外側表面）と一致する程度の高さとすることができる。この場合においては、第１および第２燃料流路板４００，５００と燃料分配部材３００（第１および第２燃料流路４０１，５０１と分配流路３０１）とは、横方向（第１および第２燃料流路板４００，５００の面方向）に接続される。かかる変形（横方向接続への変形）は、側壁部材６００についても同様に行なうことができる。
【００９１】
一方、図３の場合においては、第１および第２燃料流路板４００，５００と燃料分配部材３００（第１および第２燃料流路４０１，５０１と分配流路３０１）および側壁部材６００とは、縦方向（高さ方向）に接続されている。
【００９２】
第１および第２燃料流路板４００，５００は、燃料分配部材３００と同様、上記プラスチック材料または金属材料などからなることができる。
【００９３】
なお、図１に示される燃料電池スタックにおいては、１つの燃料電池層を構成する複数の燃料電池セルが１つの燃料流路板を共有しているが、各燃料電池セルが個別に燃料流路板を有していてもよい。この場合、隣り合う燃料流路板間の隙間から酸化剤が漏洩することを防止するという観点から、隣り合う燃料流路板に接触する燃料電池流路板端面に、硬化樹脂などからなる封止層を設けることが好ましい。
【００９４】
〔８〕燃料電池スタックの構築
燃料分配部材３００および側壁部材６００と、第１および第２燃料流路板４００，５００との接合は、たとえばネジ、ボルト／ナット等の締結部材あるいは接着剤を用いて行なうことができる。締結部材を用いて上記部材間を接合する場合においては、締結方向と、第１および第２燃料流路４０１，５０１と分配流路３０１との接続方向とが一致し、第１および第２燃料流路４０１，５０１と分配流路３０１との接続部分のシール性をより高めることができるため、図３に示されるような縦方向接続方式がより有利である。
【００９５】
第１、第２燃料電池層１００，２００と第１、第２燃料流路板４００，５００とは、熱圧着により、あるいは接着剤を用いて接合することができる。第１、第２燃料電池層１００，２００と燃料分配部材３００および側壁部材６００とを接着剤などを用いて接合してもよい。
【００９６】
＜第２の実施形態＞
図５は本実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す、燃料電池スタックにおける図３と同様の右側側面図である。本実施形態の燃料電池スタックは、第１、第２燃料電池層１００，２００間の空間８００内に、燃料電池スタックの機械的強度を向上させるための補強部材８１０を備えることを特徴としており、それ以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。可能な変形についても上記第１の実施形態と同様である。燃料電池層間に補強部材８１０を設けることにより、構造変形しにくい強度に優れた燃料電池スタックを構築することができる。また、燃料電池セルの膜電極複合体に押圧を加えることができるため、膜電極複合体の層間密着性、ひいては電池特性を向上させ得る。
【００９７】
補強部材８１０の形状は、第１燃料電池層１００のカソード極１３側表面から第２燃料電池層２００のカソード極１３側表面に至る厚み（高さ）、すなわち空間８００の高さと同じ高さを有している限り特に限定されないが、上記効果をより効果的に得るために、その長さ（燃料電池セルの配列方向の長さ）はできるだけ長いことが好ましく、その断面形状は、正方形、長方形などの方形形状であることが好ましい。補強部材８１０の長さは、たとえば燃料電池層と同じ長さ、または、これと同程度の長さである。補強部材８１０の幅は特に制限されないが、各燃料電池セルのカソード極１３への酸化剤の十分な供給が阻害されない程度とされる。補強部材８１０は、たとえば燃料電池セルの配列方向と平行または略平行に配置することができる。
【００９８】
図５に示されるように、複数の補強部材８１０を設置することもできる。この場合、上記効果をより効果的に得るために、および、各燃料電池セルのカソード極１３への酸化剤の十分な供給が阻害されないように、離間して均等に設置することが好ましい。
【００９９】
補強部材８１０は機械的強度の高い材料から構成されることが好ましく、このようなものとしては、たとえばプラスチック材料または金属材料などを挙げることができる。プラスチック材料としては、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリメタクリル酸メチル（ＰＭＭＡ）、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリ塩化ビニル、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）などを挙げることができる。金属材料としては、たとえば、チタン、アルミニウム等のほか、ステンレス、マグネシウム合金等の合金材料を挙げることができる。絶縁性、軽量性の観点から、金属材料よりもプラスチック材料が望ましい。補強部材８１０は中空であってもよいし、中空でなくてもよい。
【０１００】
＜第３の実施形態＞
図６は本実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す、燃料電池スタックにおける図３と同様の右側側面図である。本実施形態の燃料電池スタックは、第１、第２燃料電池層１００，２００間の空間８００内に、側面に貫通穴を有する中空管８２０を備えることを特徴としており、それ以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。可能な変形についても上記第１の実施形態と同様である。
【０１０１】
上記貫通穴は、中空管側面の表面から中空部に至る貫通穴であり、好ましくは、中空管側面全体にわたって均等に複数配置される。
【０１０２】
中空管８２０は、空間８００における燃料電池層群の第３側面側端部（酸化剤取り込み口８０１）から、第４側面側端部（酸化剤排出口８０２）方向へ延びており、本実施形態では、この中空管８２０内に酸化剤流を生じさせる。たとえば、空気供給手段７００の吐出口と中空管８２０の一端とを第３側面側端部（酸化剤取り込み口８０１）において接続する。
【０１０３】
各燃料電池セルの発電によりカソード極１３では水が生成し、この生成水はカソード極１３によって挟まれた空間８００内に蒸散する傾向にあるが、中空管８２０を設けることにより、蒸散された水分を含まない水分濃度の低い酸化剤を、中空管８２０の中空部および貫通穴を介して各燃料電池セルに供給できるため、液水がカソード極１３に溜まり酸化剤の供給を阻害するフラッディングを効果的に抑制することができる。また、中空管８２０を機械的強度の高い材料から構成すれば、上記第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【０１０４】
中空管８２０は、その一端が空間８００における燃料電池層群の第３側面側端部（酸化剤取り込み口８０１）に配置される。中空管８２０の長さ（燃料電池セルの配列方向の長さ）はできるだけ長いことが好ましく、より好ましくは第４側面側端部（酸化剤排出口８０２）に至る長さである。中空管８２０は、第１燃料電池層１００のカソード極１３側表面から第２燃料電池層２００のカソード極１３側表面に至る厚み（高さ）、すなわち空間８００の高さと同じ高さを有していることが好ましい。
【０１０５】
中空管８２０の断面形状は、典型的には円形形状であるが、方形形状（正方形、長方形等）など、その他の形状であってもよい。中空管８２０は、たとえば燃料電池セルの配列方向と平行または略平行に配置することができる。
【０１０６】
図６に示されるように、複数の中空管８２０を設置することもできる。この場合、上記第２の実施形態と同様の効果をより効果的に得るために、離間して均等に設置することが好ましい。
【０１０７】
中空管８２０は、たとえば、プラスチック材料やセラミックス材料からなる多孔質チューブから構成することができる。プラスチック材料からなる多孔質チューブとしては、住友電工ファインポリマー株式会社製ポアフロン（登録商標）チューブを挙げることができる。セラミックス材料からなる多孔質チューブとしては、ハルデンワンガー社製の多孔質アルミナチューブを挙げることができる。なかでも、上記第２の実施形態と同様の効果を得るためには、多孔質アルミナチューブのような機械的強度の高い材料から構成することが好ましい。
【０１０８】
＜第４の実施形態＞
図７は本実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す、図２と同様の概略断面図である。本実施形態の燃料電池スタックは、酸化剤流発生手段（空気供給手段７００）の対向する側面に沿って（燃料電池セルの配列方向に沿って）２つの燃料電池層群を配置したことを特徴としており、それ以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。可能な変形についても上記第１の実施形態と同様である。本実施形態の燃料電池スタックは、１つの燃料電池層群の中央に酸化剤流発生手段（空気供給手段７００）を介在させたものとみることもできる。
【０１０９】
燃料電池層を構成する燃料電池セルの数が多い場合（図７の燃料電池スタックでは６個）には、酸化剤流の下流側（燃料電池層群の第４側面側）に位置する燃料電池セルにおいて酸化剤供給不足が生じる可能性があるが、燃料電池層群を２つ（もしくはそれ以上）に分け、その間に酸化剤流発生手段（空気供給手段７００）を配置することにより、酸化剤流発生手段（空気供給手段７００）から酸化剤流の下流側に位置する燃料電池セルまでの距離を短くすることができるため、より確実に燃料電池層群を構成する各燃料電池セルに対して十分な酸化剤を供給することができる。各燃料電池層群に含まれる燃料電池セルの数は特に制限されない。
【０１１０】
＜第５の実施形態＞
図８は本実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す、図１と同様の概略斜視図である。本実施形態の燃料電池スタックは２つの燃料電池層群を含み、これらを第１側面が対向するように配置したことを特徴としており、それ以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。可能な変形についても上記第１の実施形態と同様である（これに対し、上記第４の実施形態は複数の燃料電池層群を燃料電池セルの配列方向に沿って配置したものである）。２つの燃料電池層群の間に燃料分配部材３００が介在されており、各燃料電池層群の第２側面に合計２つの側壁部材６００が配置されている。
【０１１１】
本実施形態の燃料電池スタックは、燃料電池層を構成する燃料電池セルの数が多く、１つの燃料電池層群で構成する場合や、複数の燃料電池層群に分けて、これらを燃料電池セルの配列方向に配置した場合には、燃料電池スタックが長くなってしまい、燃料電池スタックの構造設計上問題が生じ得るとき（電子機器への適用上より短い燃料電池スタック構造が求められるときなど）に有利である。本実施形態によれば、燃料電池セルを多く必要とする場合にも、燃料電池スタックの長さをより短くすることができる。各燃料電池層群に含まれる燃料電池セルの数は特に制限されない。
【０１１２】
２つの燃料電池層群を第２側面が対向するように配置して、その間に側壁部材６００を介在させ、各燃料電池層群の第１側面に合計２つの燃料分配部材３００を配置するようにしてもよい。
【０１１３】
＜第６の実施形態＞
図９は本実施形態に係る燃料電池スタックの一例を示す、図１と同様の概略斜視図であり、図１０は図９に示されるＸ−Ｘ線における概略断面図である。本実施形態の燃料電池スタックは、図１における側壁部材６００に相当する側壁部材６５０が第１および第２燃料流路４０１，５０１を通過した液体燃料、すなわち未反応の液体燃料を受け入れ、これを未反応燃料排出口６５２に誘導する流路６５１をその内部に有することを特徴としており、それ以外の構成は上記第１の実施形態と同様である。可能な変形についても上記第１の実施形態と同様である。流路６５１は、それぞれの第１および第２燃料流路４０１，５０１に接続され、他端が未反応燃料排出口６５２に接続された枝分かれ状の流路であることができる。
【０１１４】
流路６５１を有する側壁部材６５０を用いることにより、未反応の液体燃料を効率的に回収することができる。回収された液体燃料は、必要に応じて精製処理を行なった後、燃料導入口から導入して再利用することができる。なお、未反応燃料排出口６５２を設ける場所は特に限定されず、燃料流路板に形成してもよいし、側壁部材６５０に形成してもよい。
【０１１５】
本実施形態の燃料電池スタックによれば、燃料回収手段としての側壁部材６５０が空間８００の第２側面側開口を閉じる部材としての役割を兼ねることで、当該開口を閉じるための別途の部材を用いる必要がないため、大型化を伴うことなく燃料回収手段を備えた燃料電池スタックを得ることができるとともに、上記第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【産業上の利用可能性】
【０１１６】
本発明の燃料電池スタックは、電子機器、特には、携帯電話、電子手帳、ノート型パソコンに代表される携帯機器などの小型電子機器用の電源として好適に用いることができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１０ａ，１０ｂ，１０ｃ  第１燃料電池セル、１１  電解質膜、１２  アノード極、１３  カソード極、２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  第２燃料電池セル、１００  第１燃料電池層、２００  第２燃料電池層、３００  燃料分配部材、３０１  分配流路、４００  第１燃料流路板、４０１  第１燃料流路、５００  第２燃料流路板、５０１  第２燃料流路、６００，６５０  側壁部材、６５１  流路、６５２  未反応燃料排出口、７００  空気供給手段、８００  燃料電池層間の空間、８０１  酸化剤取り込み口、８０２  酸化剤排出口、８１０  補強部材、８２０  中空管。
【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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