(57)【要約】      （修正有）【課題】電極の発熱に起因する弊害、例えば、水分の揮発とアルコール・クロスオーバを抑制でき、簡易な構造を有する燃料容器、及びこれを備えた燃料電池を提供すること。【解決手段】金属製のケースと、その内部に配設されアルコール燃料を収容する外装部材と、この外装部材と連通した燃料供給管を備える燃料容器である。金属ケースを構成する金属材料の熱伝導率が１０Ｗｍ−１Ｋ−１以上で、外装部材が、耐熱性樹脂から成る最外層と、アルコール親和性の低い熱融着性樹脂から成る最内層とを有する。  この燃料容器備えた燃料電池である。燃料容器の表面積のうち、発電体と接する面積が、上記発電体と接しない面積よりも小さい。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製のケースと、この金属ケースの内部に配設されアルコール燃料を収容する外装部材と、この外装部材と連通した燃料供給管を備える燃料容器であって、
上記金属ケースを構成する金属材料の熱伝導率が１０Ｗｍ−１Ｋ−１以上であり、
上記外装部材が、耐熱性樹脂から成る最外層と、アルコール親和性の低い熱融着性樹脂から成る最内層とを有することを特徴とする燃料容器。
【請求項２】
上記金属ケースを構成する金属材料が、鉄、アルミニウム、チタニウム、銅、これらの合金、ステンレス、ニッケルをめっきした鉄、錫をめっきした鉄、及び亜鉛をめっきした鉄から成る群より選ばれた少なくとも１種のものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項３】
上記外装部材の最外層を構成する耐熱性樹脂が、延伸したポリエチレン、延伸したポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、及びポリアミドから成る群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項４】
上記外装部材の最内層を構成する熱融着性樹脂が、ポリエチレン及び／又はポリプロピレンを主成分とすることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項５】
上記燃料供給管を構成する材料が、上記外装部材の最内層を構成する熱融着性樹脂と同一種のものであることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項６】
上記外装部材の最外層と最内層との間に、アルコールの透過を抑制するバリア層を付加して成ることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項７】
上記バリア層が、アルミニウム、酸化アルミニウム、酸化珪素及び炭素から成る群より選ばれた少なくとも１種の材料を含む蒸着層、アルミ箔、又はポリ塩化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン及びポリフェニレンエーテルから成る群より選ばれた少なくとも１種の樹脂を含む樹脂層から構成されることを特徴とする請求項６に記載の燃料容器。
【請求項８】
上記金属ケースの外表面に有色の塗膜層又は印刷層を付加して成り、この有色塗膜層又は印刷層の輻射率が０．６以上で、厚みが１００μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の燃料容器。
【請求項９】
上記有色塗膜層又は印刷層が、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン及びポリアミドから成る群より選ばれた少なくとも１種の有色樹脂を含むことを特徴とする請求項８に記載の燃料容器。
【請求項１０】
上記有色塗膜層が、熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂及び／又はアクリル樹脂から成ることを特徴とする請求項８に記載の燃料容器。
【請求項１１】
アルコール燃料を消費して発電する発電体と、
金属製のケースと、この金属ケースの内部に配設されアルコール燃料を収容する外装部材と、この外装部材と連通した燃料供給管を備え、
上記金属ケースを構成する金属材料の熱伝導率が１０Ｗｍ−１Ｋ−１以上であり、
上記外装部材が、耐熱性樹脂から成る最外層と、アルコール親和性の低い熱融着性樹脂から成る最内層とを有する燃料容器と、を備えた燃料電池であって、
上記燃料容器の表面積のうち、上記発電体と接する面積が、上記発電体と接しない面積よりも小さい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、金属製ケースの内部に袋状の外装部材を配置して成り、この外装部材の内部にアルコール燃料を収容する燃料容器及びこれを備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、電子機器の電源として、多様な一次電池及び二次電池が用いられている。これらの電池の特性を評価する指標としては様々な特性値が挙げられるが、中でも、電池の発電効率を示す指標としてはエネルギー密度、すなわち単位質量又は単位体積当たりのエネルギー容量が重要である。
【０００３】
近年は電子機器の小型化及び高性能化が盛んであり、それに伴って電源の高容量化及び高出力化、とりわけ大幅な高容量化の必要性が重視されている。このような情勢の中、従来の一次電池及び二次電池では、電子機器を稼働させるために十分なエネルギーを供給することが困難になってきている。このため、エネルギー供給に関する問題を打開する策として、より高いエネルギー密度が得られる電池の開発が急務とされており、その候補の１つとして燃料電池が注目されている。
【０００４】
燃料電池は、電解質を挟んで対向配置された負極（アノード）及び正極（カソード）を備えている。この燃料電池では、負極に燃料が供給され、正極に空気又は酸素が供給されると、両極において燃料の酸化還元反応が起こるため、化学エネルギーの一部が電気エネルギーに変換されて外部に取り出される。
【０００５】
燃料電池としては、既に様々な種類が提案及び試作されており、そのうちの一部は既に実用化されている。それらの燃料電池は、電解質の種類に応じて、アルカリ電解質型燃料電池（ＡＦＣ：Ａｌｋａｌｉｎｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、リン酸型燃料電池（ＰＡＦＣ：Ｐｈｏｓｐｈｏｒｉｃ  Ａｃｉｄ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、溶融炭酸塩型燃料電池（ＭＣＦＣ：Ｍｏｌｔｅｎ  Ｃａｒｂｏｎａｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、固体酸化物型燃料電池（ＳＯＦＣ：Ｓｏｌｉｄ  Ｏｘｉｄｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、又は固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）などに分類される。
【０００６】
固体高分子型燃料電池では、一般に、高分子イオン交換膜（陽イオン交換膜）からなる電解質膜が電解質として採用されている。この固体高分子型燃料電池は、電解質膜を挟んで２つの膜・電極接合体が配置され、それらが２つの燃料供給部により挟持された単位セル（燃料電池セル）を備えている。この膜・電極接合体は、カーボンを主体とする基材に、貴金属系の電極触媒層が接合された負極又は正極が設けられたものである。
【０００７】
この場合には、通常、単位セルを単独で用いたのでは取り出せる電圧が０．３Ｖ〜０．８Ｖ程度で低いため、複数の単位セルを積層させた燃料電池スタックとして用いている。
【０００８】
この種の燃料電池では、負極に水素含有ガスなどの燃料ガスが供給されると、負極の触媒上でイオン化された水素が電解質膜を介して正極へ移動し、その過程で生じた電子は、直流の電気エネルギーとして外部回路に取り出されて利用される。この際、正極に酸素含有ガス又は空気が供給されるため、水素イオン、電子及び酸素が反応して水が生成される。
【０００９】
ところで、最近では、モバイル用途の電子機器が普及していることから、小型及び薄型の燃料電池として、メタノールを直接供給して反応させるダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：ｄｉｒｅｃｔ  ｍｅｔｈａｎｏｌ  ｆｕｅｌ  ｃｅｌｌ）が注目されている。この種の燃料電池では、薄型化を図るために、複数の単位セルを平面内において１列又は複数列に配列させると共に直列に接続させることにより、それらの単位セルの集合体として平面配列構造体を構築している。
【００１０】
この場合には、複数の単位セルを直列に接続させるために、ポリテトラフルオロエチレンなどからなる絶縁基板（ガスケット）に複数の開口部を設け、各開口部に単位セルを嵌め込んで配列させている。燃料であるメタノールは、液体又は気体の状態で負極に供給される。特に、モバイル用途では、燃料容器にメタノールを備蓄しておき、各種ポンプなどを用いて燃料容器から負極にメタノールを供給している。
【００１１】
かかるＤＭＦＣにおいても、出力特性の向上のために、電極触媒活性の向上、ガス拡散電極の特性改善、抵抗損の低減、電解質の劣化抑制等の検討がなされている。
抵抗損としては、導体抵抗損、接触抵抗損、膜抵抗損があり、特に電解質の劣化としては、電解質中の水分揮発による膜の物理的破壊や膜抵抗の増加がある。
また、連続使用中の出力低下も、電極での発熱に起因する水分揮発によって発生することがあり、水分揮発を抑制する技術開発が急務となっている。
【００１２】
更に、発熱は、メタノール燃料が正極（酸化剤極）側に達して酸化剤と直接反応を起こし、有効に出力に反映されない等の問題（メタノール・クロスオーバ）を引き起こす原因ともなっている。更にまた、容器に納められている燃料の温度を引き上げ、燃料が容器から透過し拡散し易くなるという問題もある。
【００１３】
これらの問題を解決すべく、特許文献１に記載の技術では、負極に燃料を含浸保持させメタノール・クロスオーバを抑制しようとしている。
また他に、電解質膜の水分保持能力を高める技術や、燃料に水を混ぜたり、電解質を積極的に加湿する機構を設けることも提案されている。
【特許文献１】特開２０００−２６８８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
しかしながら、かかる従来技術においては、電極の発熱に起因する水分の揮発と、メタノール・クロスオーバなどのアルコール・クロスオーバを同時に効率よく抑制し、なおかつコンパクトな構造にまとめたり、燃料の容積当たりの発電効率を高めてエネルギー密度を効果的に向上させるところまで至っていない。
【００１５】
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極の発熱に起因する弊害、例えば、水分の揮発とアルコール・クロスオーバを抑制でき、簡易な構造を有する燃料容器、及びこれを備えた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】
【００１６】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、所定の金属ケースを用いたり、発電体と燃料容器との接触関係を適切に制御することにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。
【００１７】
即ち、本発明の燃料容器は、金属製のケースと、この金属ケースの内部に配設されアルコール燃料を収容する外装部材と、この外装部材と連通した燃料輸送管を備える燃料容器であって、
上記金属ケースを構成する金属材料の熱伝導率が１０Ｗｍ−１Ｋ−１以上であり、
上記外装部材が、耐熱性樹脂から成る最外層と、アルコール親和性の低い熱融着性樹脂から成る最内層とを有することを特徴とする。
【００１８】
また、本発明の燃料電池は、アルコール燃料を消費して発電する発電体と、
金属製のケースと、この金属ケースの内部に配設されアルコール燃料を収容する外装部材と、この外装部材と連通した燃料輸送管を備え、
上記金属ケースを構成する金属材料の熱伝導率が１０Ｗｍ−１Ｋ−１以上であり、
上記外装部材が、耐熱性樹脂から成る最外層と、アルコール親和性の低い熱融着性樹脂から成る最内層とを有する燃料容器と、を備えた燃料電池であって、
上記燃料容器の表面積のうち、上記発電体と接する面積が、上記発電体と接しない面積よりも小さいことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、所定の金属ケースを用いたり、発電体と燃料容器との接触関係を適切に制御することとしたため、電極の発熱に起因する弊害、例えば、水分の揮発とアルコール・クロスオーバを抑制でき、簡易な構造を有する燃料容器、及びこれを備えた燃料電池を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の燃料容器及び燃料電池の実施形態につき、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の燃料容器の一実施形態を用いた燃料電池の断面構成を表している。また、図２及び図３は、図１に示した燃料電池の主要部の断面構成及び斜視構成を拡大して表している。図２では、図３に示したＩＩ−ＩＩ線に沿った断面を示している。
【００２１】
この燃料電池は、例えば、モバイル用途の電子機器などに搭載され、アルコール燃料を消費して発電するものである。ここで説明する燃料電池は、例えば、アルコール燃料としてメタノールを用いるダイレクトメタノール型燃料電池である。
【００２２】
具体的には、燃料電池は、例えば、発電機能を担う発電部１０と、アルコール燃料Ｆを保管する燃料保管部２０と、その燃料保管部２０から発電部１０へアルコール燃料Ｆを供給するポンプ部３０とを備えている。なお、燃料保管部２０は、後述するように本実施形態の燃料容器を有している。これらの発電部１０、燃料保管部２０及びポンプ部３０は、例えば、筐体１の内部に収納されてユニット化されている。
【００２３】
発電部１０は、燃料保管部２０から供給されるアルコール燃料Ｆを収容する燃料タンク１１と、それを挟むように配置された１組（２つ）の発電構造体１２とを有している。この発電部１０は、各発電構造体１２が燃料タンク１１に直結された構造を有しており、双方の発電構造体１２は、燃料タンク１１の一部（アルコール燃料Ｆを収容するための外壁の一部）としての機能を担っている。
【００２４】
発電構造体１２は、複数の発電体１２０と、それらを保持する熱可塑性シート１２６と、各発電体１２０間を絶縁する絶縁層１２７とを有している。複数の発電体１２０は、平面内（同一階層内）に配列されていると共に、直列に接続されているのが好ましい。発電部１０の厚さが薄くなって燃料電池が薄型化されるため、エネルギー密度が向上するからである。
【００２５】
発電体１２０は、対向する一対の面を有する電解質膜１２１と、その一面側に順に積層された正極１２２（空気極）及び正極集電体１２３と、その他面側に順に積層された負極１２４（燃料極）及び負極集電体１２５とを有しており、それらは負極１２４が燃料タンク１１に近い側に位置するように積層されている。この発電体１２０では、例えば、正極１２２、正極集電体１２３、負極１２４及び負極集電体１２５がほぼ一律な幅を有しているのに対して、電解質膜１２１が正極１２２等よりも広い幅を有している。
【００２６】
電解質膜１２１は、例えば、ポリスルホン酸膜（ナフィオン（登録商標））などにより構成されている。正極１２２は、例えば、白金ルテニウム合金（ＰｔＲｕ）を担持したカーボンなどにより構成されており、負極１２４は、例えば、白金を担持したカーボンなどにより構成されている。正極集電体１２３及び負極集電体１２５は、例えば、金鍍金されたステンレス（ＳＵＳ：Ｓｔａｉｎｌｅｓｓ  Ｕｓｅｄ  Ｓｔｅｅｌ）のパンチングメタルやメッシュなどにより構成されている。
【００２７】
熱可塑性シート１２６は、例えば、ポリエチレン−ポリビニルアルコール共重合体などの樹脂材料により構成されている。この熱可塑性シート１２６は、例えば、２枚の樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂが熱融着などにより接合されたものであり、各樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂには、発電体１２０を嵌め込むための複数の開口部１２６Ｋが互いに対向するように設けられている。
【００２８】
ここでは、例えば、６つの発電体１２０が２列×３行に配列されている。これに伴い、各樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂには、発電体１２０の配置位置に対応して６つの開口部１２６Ｋが設けられている。
【００２９】
この場合には、例えば、一方の樹脂シート１２６Ａの各開口部１２６Ｋに狭幅の正極１２２及び正極集電体１２３が嵌め込まれると共に、他方の樹脂シート１２６Ｂの各開口部１２６Ｋに狭幅の負極１２４及び負極集電体１２５が嵌め込まれ、それらの樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂにより広幅の電解質膜１２１が挟まれる。この状態で２枚の樹脂シート１２６Ａ，１２６Ｂが接合されて熱可塑性シート１２６が形成されるため、それにより６つの発電体１２０が保持される。これにより、６つの発電体１２０の集合体である平面配列構造体が構築される。
【００３０】
絶縁層１２７は、例えば、ポリフェニレンサルファイド又はポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂材料により構成されており、各発電体１２０間の隙間に充填されている。
【００３１】
燃料保管部２０は、例えば、収納部材であるケース２１と、それに収納されアルコール燃料を収容する外装部材２２と、一端及び他端がそれぞれ燃料タンク１１及び外装部材２２に接続された燃料供給管２３とを有している。これらのケース２１、外装部材２２及び燃料供給管２３は、本実施形態の燃料容器を構成しており、例えば、ユニット化されており、すなわちケース２１ごと交換可能なユニット構造（例えばカートリッジ構造）を有しているのが好ましい。発電部１０及びポンプ部３０から取り外し可能なため、燃料補給時の作業が簡単になるからである。なお、燃料供給管２３の内部には、管内遮断用の弁構造が設けられていてもよい。
【００３２】
ケース２１は、熱伝導率が１０Ｗｍ−１Ｋ−１以上の金属材料から構成されており、例えば、鉄、アルミニウム、チタニウム、銅、これらの合金、ステンレス、ニッケルをめっきした鉄、錫をめっきした鉄、又は亜鉛をめっきした鉄、及びこれらの組み合わせに係る金属材料により構成されている。
よって、本実施形態の燃料容器は、この金属ケース２１から効率よく放熱することが可能であり、長期に亘り出力が安定したモバイル用途の燃料電池（電気化学デバイス）を実現することができる。
【００３３】
本実施形態において、このケース２１は、外力に応じて変形して外装部材２２を加圧可能になっているが、ポンプ部３０の形式に応じて適宜変更が可能であり、ケース２１の変形性は必ずしも要求されるものではない。
具体的には、ポンプ部３０をあまり強力ではない吸引ポンプ、例えば圧電素子の周囲に逆止弁を備えた密閉空間を形成し、圧電素子を作動させることにより負圧部を作り出す形式の吸引ポンプなどを用いることができる。かかる形式の吸引ポンプを用いれば、ケース２１が変形不能であっても、燃料を吸引したり押し出したりすることが可能である。
【００３４】
図４は、外装部材２２の平面構成（Ａ）及び断面構成（Ｂ）を拡大して表しており、（Ｂ）では、（Ａ）に示したＩＶＢ−ＩＶＢ線に沿った断面を示している。外装部材２２は、アルコール燃料Ｆを収容する袋状の容器本体２２１と、それに取り付けられた供給ノズル２２２とを有している。
【００３５】
供給ノズル２２２は、例えば、ポリエチレンなどの樹脂材料からなる成型品である。この供給ノズル２２２の一端は容器本体２２１の内部に導入され、他端は燃料供給管２３に接続されている。
なお、この供給ノズルの材質は、封止性の観点から、後述する最内層の材質と一致させることが好ましい。
【００３６】
容器本体２２１は、例えば、２枚の容器シート２２１Ａ，２２１Ｂが互いに重ね合わされ、それらの周縁部同士が熱融着などにより供給ノズル２２２を挟むように接合された密封構造を有している。図４（Ａ）で網掛けを施した部分は、容器シート２２１Ａ，２２１Ｂが接合された部分（シール部２２１Ｓ）を表している。
【００３７】
容器本体２２１（容器シート２２１Ａ，２２１Ｂ）は、内側から順に、アルコールに対して親和性の低い、即ちアルコール耐性やアルコール低透過性を有する熱融着性樹脂から成る最内層と、強度と耐熱性を有する耐熱性樹脂から成る最外層を有している。
アルコール燃料Ｆに接する最内層は、アルコール親和性が低いので、最内層が化学的に劣化しにくくなると共に、アルコール燃料Ｆが外部へ漏れにくくなる。
また、最外層を有することにより、熱融着時に容器本体２２１の外形崩れがより抑えられる。この最外層は、最内層及びバリア層（後述する）よりも高いフィルム強度を有しているのが好ましい。容器本体２２１全体の強度が高くなるため、その物理的耐久性が向上するからである。これにより、製袋時などにおいて外力が加わっても容器本体２２１が破損等しにくくなる。
【００３８】
容器本体２２１は、更に、最内層と最外層との中間に、アルコールに対してバリア性を有するバリア層を有していてもよい。
かかるバリア層を設けることにより、アルコール燃料の大気中への拡散がいっそう抑制され、未使用燃料の保存日数を大幅に延長することができる。
【００３９】
容器本体２２１の厚さ（最内層及び最外層を含む総厚）は、１００μｍ以下であるのが好ましい。この場合、最内層の厚さは２０〜８０μｍ程度、最外層の厚さは１２〜２５μｍ程度とすることが好ましい。
これにより、毛管現象による微小な力でも変形し得るだけの柔軟性が得られるため、外装部材２２を加圧してアルコール燃料Ｆを燃料タンク１１へ供給し易くなる。また、強力で大型のポンプを用いずに非力で小型のポンプを用いてアルコール燃料Ｆを供給可能になるため、エネルギー密度が向上し易くなる。
【００４０】
上述の容器本体２２１を構成する最内層、バリア層又は最外層は、他の層に塗布形成されて一体形成されていてもよいし、他の層とは別体形成されていてもよい。後者の場合には、容器本体２２１が各層間の少なくとも一部において接着層を介して貼り合わされていてもよい。
【００４１】
なお、容器本体２２１の総層数や、各層の層数や、各層の位置関係（積層順）などは、任意に設定可能である。もちろん、最内層及び最外層は、各層ごとに説明する樹脂材料以外の他の樹脂材料などを含有していてもよい。
【００４２】
ここで、図５を参照して、容器本体２２１の層構成の一例について説明する。図５は、図４（Ｂ）に示した容器本体２２１（容器シート２２１Ａ，２２１Ｂ）の断面構成を模式的に表している。図５では、（Ａ）〜（Ｃ）として３種類の層構成を示しており、いずれの層構成においても最下層が最内層である。
【００４３】
第１の層構成として、図５（Ａ）に示した容器本体２２１は、下から順に、最内層２２１１と、最外層２２１２とが積層された２層構成を有している。
【００４４】
最内層２２１１は、例えば、アルコール親和性の低い熱融着性樹脂として、ポリエチレン及び／又はポリプロピレン、更に具体的には、鎖状低密度ポリエチレン（ＬＬＤＰＥ：Ｌｉｎｅａｒ  Ｌｏｗ  Ｄｅｎｓｉｔｙ  Ｐｏｌｙｅｔｈｙｌｅｎｅ）及び無延伸ポリプロピレン（ＣＰＰ：Ｃａｓｔｉｎｇ  Ｐｏｌｙｐｒｏｐｙｌｅｎｅ）の少なくとも一方などを含有している。
【００４５】
一方、最外層２２１２は、耐熱性樹脂として、延伸したポリエチレン、延伸したポリプロピレン、ポリアクリロニトリル、ポリ塩化ビニリデン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、又はポリアミド、及びこれらの混合樹脂を主成分としている。
ここで、主成分とは、最外層全体の６０質量％以上が上記の樹脂で占められていることを意味する。
これらの耐熱性樹脂の中でも、延伸したポリエチレン又は延伸ポリプロピレンが好ましい。アルコールとの親和性が低いからである。また、密な分子構造を有するため、アルコール燃料Ｆの漏れや透過が抑えられると共に強度が向上するからである。
【００４６】
第２の層構成として、図５（Ｂ）に示した容器本体２２１は、下から順に、最内層２２１１と、接着層２２１３と、最外層２２１２とが積層された３層構成を有している。この場合には、最内層２２１１と最外層２２１２とが接着層２２１３を介して貼り合わされている。
【００４７】
接着層２２１３は、例えば、ポリウレタン（ＰＵ：Ｐｏｌｙｕｒｅｔｈａｎｅ）系、アクリル（Ａｃ：Ａｃｒｙｌｉｃ）系、ポリエステル（ＰＯ：Ｐｏｌｙｅｓｔｅｒ）系、ポリスチレン（ＰＳ：Ｐｏｌｙｓｕｔｈｙｌｅｎｅ）系、又はポリオレフィン（ＰＯ：Ｐｏｌｙｏｌｅｆｉｎｅ）系、及びこれらの混合物に係る接着剤を含有している。このポリウレタン系の接着剤とは、ポリウレタンを主剤として含む接着剤の総称であり、このことは他の系の接着剤についても同様である。
中でも、ポリスチレン系又はポリオレフィン系の接着剤が好ましい。アルコール燃料Ｆの漏れや透過がより抑制されるからである。この接着剤は、２液硬化型であるのが好ましい。接着層２２１３を安価かつ簡単に形成可能だからである。また、接着層２２１３の厚さは、できるだけ均一であるのが好ましい。外装部材２２の平坦化に応じて燃料電池の平坦性が高くなるため、エネルギー密度が向上するからである。なお、接着剤の分子量などは、任意に設定可能である。
【００４８】
２液硬化型の接着剤を用いる場合には、例えば、以下の手順により最内層２２１１と最外層２２１２とを貼り合わせることが可能である。
まず、上記した主剤を溶剤に溶解させた後、使用直前に所定量の硬化剤を混合させる。続いて、内層２２１１又は最外層２２１２の一面に塗布した後、乾燥機を通過させて溶剤を揮発させることにより、均一な厚さ（代表的には４μｍ程度）となるように接着層２２１３を形成する。続いて、接着層２２１３を挟むように最内層２２１１と最外層２２１２とを重ね合わせた後、ローラを用いて最内層２２１１と最外層２２１２とを接着層２２１３を介して貼り合わせる。最後に、接着剤の接着条件に適した所定の温度下で数日間（例えば５日間〜７日間）に渡って放置することにより、硬化反応を完了させる。
【００４９】
なお、最外層を構成する耐熱性樹脂フィルムの接合面に予めプライマー処理をしておき、その面に熱融着性フィルムを熱ローラーで圧着したり、プライマー上に溶融した熱融着性樹脂を押し出して最内層を形成することも可能である。
【００５０】
第３の層構成として、図５（Ｃ）に示した容器本体２２１は、下側から順に、最内層２２１１と、接着層２２１３と、バリア層２２１４と、最外層２２１５とが積層された４層構成を有している。この場合には、バリア層２２１４が最外層２２１５と一体形成されており、最内層２２１１とバリア層２２１４とが接着層２２１３を介して貼り合わされている。
【００５１】
ここで、バリア層２２１４は、例えば、無機物の物理堆積膜又は化学堆積膜からなり、内層２２１１の一面上に直接堆積されて一体形成されている。この物理堆積膜とは、真空蒸着法などの物理堆積法により形成された膜であり、一方、化学堆積膜とは、化学蒸着（ＣＶＤ：Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）法などの化学堆積法により形成された膜であり、いわゆる蒸着膜（層）である。
これらの無機物の膜は、厚さが薄くても極めて低いアルコール透過率が得られる。このバリア層２２１４は、例えば、蒸着膜からなり、酸化アルミニウム、アルミニウム、酸化ケイ素又は炭素、及びこれらの混合物を含有している。
なお、バリア層２２１４の厚さは、できるだけ薄いのが好ましい。低いアルコール透過率を維持したまま、柔軟性が向上するからである。この場合には、バリア層２２１４の厚さが厚くなると柔軟性が極端に低下する傾向にあるため、その厚さは１．５μｍ以下であるのが好ましい。
【００５２】
無機物の膜からなる薄いバリア層２２１４を含む場合には、それが最上層になると外力の影響を受けて破損しやすい。最外層２２１５は、バリア層２２１４の保護層として機能する。この外力の影響を受ける場合とは、例えば、２枚の容器シート２２１Ａ，２２１Ｂを折り曲げたり熱融着して製袋することにより容器本体２２１を形成する場合や、アルコール燃料Ｆを供給する際に容器本体２２１が変形する場合や、その変形時に容器本体２２１がケース２１の内壁とこすれる場合などが挙げられる。
【００５３】
なお、バリア層２２１４は、上述の蒸着膜以外にもアルミ箔の外、ポリ塩化ビニリデン、ポリクロロトリフルオロエチレン又はポリフェニレンエーテル、及びこれらの混合樹脂を含む樹脂層から構成されていてもよい。
アルミ箔を使用する際には、Ｏ材と称される軟質の焼きなまし材で５０μｍ以下の厚みで使用することが好ましい。また、ポリ塩化ビニリデンなどは、最内層である熱融着性樹脂側、又は最外層である耐熱性樹脂側に予めコーティングしておくか、フィルムとして貼り合わせて用いられる。
【００５４】
なお、ここでは容器本体２２１の層構成として図５（Ａ）〜（Ｃ）を参照しながら３種類の層構成を説明したが、その容器本体２２１の層構成が上述の３種類に限られないことは言うまでもない。
【００５５】
図１において、ポンプ部３０は、例えば、燃料保管部２０から発電部１０へアルコール燃料Ｆを供給するために、外装部材２２を力学的に加圧するものである。このポンプ部３０は、例えば、発電部１０と燃料保管部２０との間に配置されており、板状ポンプ３１と、それを駆動させる駆動回路３２とを有している。
【００５６】
板状ポンプ３１は、例えば、圧電素子からなり、曲げ変形（湾曲）してケース２１の一面を押圧するようになっている。駆動回路３２は、板状ポンプ３１の変形状態を制御するものであり、ＩＣ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）回路などからなる。この駆動回路３２は、例えば、燃料タンク１１内に収容されているアルコール燃料Ｆの残量に応じて、板状ポンプ３１による加圧状態を制御するようになっている。
【００５７】
なお、燃料電池は、図１〜図５を参照して説明した一連の構成要素以外の他の構成要素を備えていてもよい。
【００５８】
この燃料電池では、駆動回路３２が板状ポンプ３１を駆動させることによりケース２１を介して外装部材２２を加圧すると、その外装部材２２から燃料タンク１１へ燃料供給管２３を通じてアルコール燃料Ｆが供給される。これにより、各発電体１２０では、負極１２４にアルコール燃料Ｆが供給されると共に、正極１２２に空気（酸素）が供給される。この場合には、負極１２４においてアルコール及び水から水素イオンが生成され、その水素イオンが電解質膜１２１を通過して正極１２２へ移動して酸素と反応する。これにより、負極１２４から正極１２２へ電子が流れるため、燃料電池が発電する。この場合には、負極１２４において二酸化炭素が生成されると共に、正極１２２において水が生成される。
【００５９】
図６は、発電部（発熱部）と燃料容器との配置関係を示した概略斜視図である。
図６（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、本発明の燃料電池の一実施形態においては、概略的に図示したが上述のように金属製のケースと外装部材と燃料供給管を有する燃料容器２００は、直方体状をなしており、燃料容器２００の外表面（表面積）のうち、発電部１０と接する面積が発電部１０と接しない面積よりも小さくなるように配置される。
これにより、放熱性が良好な金属ケース２１の外表面のうちの半分以上の面部分が開放され、発電部１０からの熱を効率的に放熱し、発電部１０の発熱に起因する水分の揮発と、メタノール・クロスオーバなどのアルコール・クロスオーバを同時に効率よく抑制することができる。
【００６０】
これに対し、図７に示したように、直方体状をなす燃料容器２００’は、主面である表面及び裏面と、一部の側面とにおいて発電体１０と接しており、発電体１０と接している面積の方が、接していない面積よりも大きくなっている。
このような配置構成によっては、発電部からの熱を効率的に放熱することはできない。
【００６１】
なお、図示は省略したが、本発明においては、金属ケース２１の外表面に、輻射率が０．６以上で、厚みが１００μｍ以下の有色の塗膜層又は印刷層を付加することが可能であり、このような塗膜層や印刷層を設けることにより、放熱性を更に促進することができる。
【００６２】
上記有色塗膜層又は印刷層としては、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリプロピレン、ポリエチレン又はポリアミド、及びこれらの混合物に係る有色樹脂を含むことが好ましい。
また、有色塗膜層は、熱硬化性又は紫外線硬化性のエポキシ樹脂及び／又はアクリル樹脂から形成してもよい。
更に、有色塗膜層は、ポリプロピレン、ポリエチレン、ポリカーボネート、ポリスチレン及びポリフェニレンスルフィドから成る群より選ばれた少なくとも１種の有色樹脂から形成してもよい。
【００６３】
なお、外装部材２２は、図４に示した構成に限られず、例えば、図４に対応する図８及び図９に示した他の構成を有していてもよい。図８及び図９の（Ｂ）は、それぞれ（Ａ）に示したＶＩＩＩＢ−ＶＩＩＩＢ線及びＩＸＢ−ＩＸＢ線に沿った断面を示している。
【００６４】
図８に示した容器本体２２１は、１枚の容器シート２２１Ｃが円筒状となるように丸められ、その一端部同士が接合されると共に開口部における端縁部同士が接合された密封構造を有している。この場合には、図４に示した場合と比較して、シール部２２１Ｓの範囲が狭くなる分だけ内容積が増加するため、アルコール燃料Ｆの収容量を増加させることができる。
【００６５】
図９に示した容器本体２１２は、４枚の容器シート２２１Ｄ〜２２１Ｇが全体として直方体状となるように配置され、それらの一端部同士が接合されると共に開口部における端縁部同士が接合された密封構造を有している。この場合には、図４に示した場合と比較して、容器シート２２１Ｆ，２２１Ｇを設けた分だけ内容積が増加するため、アルコール燃料Ｆの収容量をさらに増加させることができる。
【００６６】
更に、図１０に示すような構造を採用することも可能であり、このような構造の外装部材を用いると、ポンプとして吸引ポンプを用いた場合、吸引ポンプによって燃料が吸引去れその残量が少なくなると、大気圧によって外装部材がやがて扁平な所定の形状になり、均一な厚みが保たれることで、袋状の外装部材内の燃料を有効に使い切れるという利点が得られる。
また、このことは、上述の圧電素子と逆止弁を備えた非力な吸引ポンプであっても同様に実現されるので、省エネルギーの観点からも極めて有用である。
【００６７】
また、ポンプ部３０は、力学的に外装部材２２を変形させて発電部１０へアルコール燃料Ｆを供給する機構に限られず、他の機構を有していてもよい。この他の機構としては、例えば、燃料供給管２３に併設された輸液ポンプ（加圧又は負圧）を用いてアルコール燃料Ｆを機械的に供給する機構や、燃料タンク１１に収容されているアルコール燃料Ｆの消費に応じて毛管現象により外装部材２２内からアルコール燃料Ｆを吸い上げる機構などが挙げられる。中でも、ポンプ部３０が後者の機構を有していれば、燃料電池が大幅に薄型化されるため、エネルギー密度を著しく向上させることができる。上記した燃料電池では、容器本体２２１の柔軟性が十分に得られるため、毛管現象による弱い力でもアルコール燃料Ｆを供給可能なのである。また、燃料の消費とともに発生する空間に発電で発生した水蒸気やガスを回収することも可能である。
【実施例】
【００６８】
以下、本発明を実施例及び比較例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。
【００６９】
（実施例１）
３０００番系のアルミ板を深絞り成形し、外寸が３０×４０×４ｍｍの直方体の最も小さな面が開口部となったケースを作成した。肉厚は３００μｍ程度となるように調整した。
５０μｍ厚の未延伸のポリエチレンフィルムと、化学気相成長法にて酸化ケイ素を蒸着させた２５μｍ厚の延伸ポリエチレンテレフタレートフィルムを蒸着面が内側になるようにポリスチレン系の接着剤を用いて貼り合わせた。これを折り上記ケース内に収容できる最大サイズにてノズルを挟み込み幅２ｍｍで熱封止し、９９質量％のメタノール水溶液を注入し、脱気しながら密封し、外装部材（袋部）を得た。ノズルは最内層と熱融着させるため同様の材料が望ましくポリエチレンを使用した。ノズルはポリエチレン製とした。
袋部をケースに収めてノズル部を貫通させた板をケース開口部にかしめて固定し、ノズルに弁を設けて燃料カートリッヂ（燃料容器）とした。
【００７０】
電池本体としては、容器の燃料にて２５時間以上連続して最大出力で発電可能な効率と面積に調整された素子からなる発電部を用いた。具体的には最大出力が８０ｍＷｈクラスの発電部とした。吸引式の圧電ポンプにより燃料を吸いだす構成とした。
燃料カートリッジの最も広い１面とノズルのある面を燃料電池本体に密着させ、その他の面は大気又は低温部に接する配置とし、本例の燃料電池を得た。面積比は４１：５９とした。電池本体とは、発熱している発電部を含む主要な塊で、それ以外に取り付けられた燃料容器を固定、収容するための構造体を含まないものとする。
本例の燃料電池の構成を表１に示した。表中、「外装層」は最外層、「内装層」は最内層に相当する。
【００７１】
（実施例２−１〜２−７）
金属種を変えた以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、各例の燃料電池を得た。各燃料電池の構成を表１に示す。
【００７２】
（実施例３−１〜３−１３）
袋部の構成を変えた以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、各例の燃料電池を得た。各燃料電池の構成を表１に示す。
【００７３】
（実施例４−１〜４−６）
ケースの外側に、意匠性と必要表示内容を印刷した種々のプラスチックフィルムを基材として作られた総厚１００μｍのラベルを周囲に貼るか、所定の塗装を施した。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、各例の燃料電池を得た。各燃料電池の構成を表１に示す。
【００７４】
（比較例）
同出力の燃料電池本体が２層構造となっており、２層間に燃料容器を収容できる構成の燃料電池に、燃料容器の最も広い２面と、ノズル部の１面を密着させ、残りを大気もしくは低温側となるように配置した（図７参照）。これ以外は実施例１と同様の操作を繰り返し、本例の燃料電池を得た。本例の燃料電池の構成を表１に示す。
【００７５】
［性能評価］
最大電力で２４時間発電し続け、電力量、燃料の温度を測定した。
電力量が８０％に低下した場合や、燃料温度が９０℃に達した時点で不合格とした。また発電開始から最大出力に達する時間の優劣も評価した。得られた結果を表２に示した。
【００７６】
【表１】
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【００７７】
【表２】
2009129735.tif 000004
【００７８】
最大電力にて発電を行うと発熱がおこり、蓄熱されやがて高温となる。比較例では燃料容器が熱伝導体ではなく、なおかつ発電部に挟まれる構成のため燃料容器内にも蓄熱がおこった。その結果、燃料も８０℃となり高温となって発電部に供給され水分の揮発やメタノール蒸気の過剰発生がおこる事態となった。その結果、水分の揮発による出力低下や、メタノールのクロスオーバーによる電極の劣化により出力が短時間で８割以下まで落ち込んだ。
【００７９】
一方、実施例においてはケースが伝熱体であるために、初期に容器内燃料温度が速やかにあがり始動性がよいというメリットを得ながら連続運転においても、発熱部に接する面積よりも広い面積のケース表面から大気などの低温部に放熱することで燃料を適温に保つことができ、発電部の出力を安定に保つことに成功した。
また、ケース表面ラベルを貼るなどして輻射率の高い樹脂材料を配置することによっても効率よく放熱効果を補助する可能であった。
その結果、別途冷却機構を設けることや、燃料中に多くの水分を加えること無しにコンパクトでエネルギー密度に優れたダイレクトメタノール方式の発電ユニットを得ることに成功した。これらの技術は、例えばイソプロピルアルコールを改質して使用するような燃料電池にも適用可能である。
【００８０】
以上、実施の形態及び実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明は上述の実施形態及び実施例において説明した態様に限定されず、種々の変形が可能である。
例えば、図１では、ポンプ部３０を発電部１０と燃料保管部２０との間に配置したが、そのポンプ部３０の位置はアルコール燃料の供給機構などの条件に応じて変更可能である。一例を挙げれば、燃料保管部２０上に発電部１０及びポンプ部３０を並列配置してもよい。この場合には、燃料電池の薄型化が図られるため、エネルギー密度をより向上させることができる。
【００８１】
また、図１では、発電構造体１２，１２で燃料タンク１１を挟む構成となっているが、いずれか一方の発電構造体、例えば下側の発電構造体を省略することが可能である。
なお、上記の実施形態及び実施例では、アルコール燃料としてメタノールを用いる場合について説明したが、エタノールなどの他のアルコールを用いてもよい。この場合においても、同様の効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の一実施の形態に係る燃料容器を用いた燃料電池の構成を表す断面図である。
【図２】図１に示した燃料電池の主要部の構成を拡大して表す断面図である。
【図３】図１に示した燃料電池の主要部の他の構成を拡大して表す斜視図である。
【図４】外装部材の構成を拡大して表す平面図及び断面図である。
【図５】容器本体の層構成を模式的に表す断面図である。
【図６】発電部（発熱部）と燃料容器との配置関係を示した概略斜視図である。
【図７】発電部（発熱部）と燃料容器との配置関係を示した概略斜視図である。
【図８】外装部材の他の構成を拡大して表す平面図及び断面図である。
【図９】外装部材の更に他の構成を拡大して表す平面図及び断面図である。
【図１０】外装部材の他の構成を示す平面図及び側面図である。
【符号の説明】
【００８３】
１…筐体、１０…発電部、１１…燃料タンク、１２…発電構造体、２０…燃料保管部、２１…ケース、２２…外装部材、２３…燃料供給管、３０…ポンプ部、３１…板状ポンプ、３２…駆動回路、１２０…発電体、１２１…電解質膜、１２２…正極、１２３…正極集電体、１２４…負極、１２５…負極集電体、１２６…熱可塑性シート、１２６Ａ，１２６Ｂ…樹脂シート、１２６Ｋ…開口部、１２７…絶縁層、２２１…容器本体、２２１Ａ〜２２１Ｇ…容器シート、２２１Ｓ…シール部、２２２…供給ノズル、２２１１…最内層、２２１２…最外層、２２１３…接着層、２２１４…バリア層、Ｆ…アルコール燃料。
【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】
2009129735.tif 000011
【図８】
2009129735.tif 000012
【図９】
2009129735.tif 000013
【図１０】
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