JP2005310557A - 混合器およびそれを用いた燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の液体燃料を均一に混ぜて燃料供給対象へ供給することができる混合器およびそれを用いた燃料電池を提供する。
【解決手段】燃料電池は、４つの燃料電池セル１０と、互いに異なる液体燃料が入れられた２つの容器それぞれから個別燃料供給路３ａ，３ｂを通して供給された２種類の液体燃料を混合して得た混合液体燃料を燃料供給対象である各燃料電池セル１０へ混合燃料供給路３ｄ，３ｄを通して供給する混合器７とを備えている。各容器に入れられた液体燃料は各容器内で加圧されている。混合器７は、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれから液溜まり部７ａへ供給された液体燃料により液溜まり部７ａ内で一方向に回転する渦状の流れが発生するように各個別燃料供給路３ａ，３ｂが液溜まり部７ａに連通している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、複数種類の液体燃料を混合して燃料電池もしくは燃料改質器などの燃料供給対象へ供給する混合器およびそれを用いた燃料電池に関するものである。

従来より、それぞれ異なる液体燃料が入れられた複数の容器と燃料供給対象との間に設けられ、各容器それぞれから個別燃料供給路を通して供給された複数の液体燃料を混合し混合燃料供給路を通して混合液体燃料を燃料供給対象へ供給する混合器が知られている（例えば、特許文献１参照）。

上記特許文献１には、燃料供給対象である燃料電池セルと、それぞれ異なる液体燃料（例えば、メタノールと水）が入れられた２つの容器と、これらの２つの容器と燃料電池セルとの間に設けられ各容器それぞれから個別燃料供給路（個別燃料導入部）を通して供給された液体燃料を混合し混合燃料供給路を通して混合液体燃料を燃料電池セルへ供給する混合器と、各個別燃料供給路それぞれを通る液体燃料の供給量を調節する２つのマイクロバルブと、燃料電池セルへ所定濃度の混合液体燃料が供給されるように各マイクロバルブを個別に制御する制御回路とを備えた燃料電池が開示されているが、燃料供給対象としては燃料電池セル以外に燃料改質器も考えられる。なお、上記混合器は、燃料極側基板と気液分離膜との間に形成される混合部を有し、燃料極側基板の厚み方向に形成された２つの個別燃料導入部が混合部に連通している。
特開２００３−３１７７７３号公報

ところで、上記特許文献１に開示された燃料電池では、燃料電池セルへ供給される混合液体燃料の濃度（メタノール濃度）が高くなりすぎると所謂クロスオーバーが起こって燃料電池セルの発電効率が低下してしまうので、燃料電池セルへ供給する混合液体燃料は濃度を一定で且つ均一に保つ必要がある。しかしながら、上記特許文献１に開示された燃料電池における混合器は２つの個別燃料供給路を直接繋いだ形状に形成されているので、メタノールと水とが均一に混ざりにくいことがあった。特に携帯機器用の小型の燃料電池では、出力が比較的小さく、燃料電池セルへ供給する混合液体燃料も微量（例えば、数μｌ／ｍｉｎ）なので、混合器へ供給される各液体燃料の流速が遅くて混合されにくく、しかも、各マイクロバルブの開閉により各液体燃料の供給量が制御されるので、液体燃料が混合されずに図１２に示すように混合燃料供給路３ｄ内の流体の流れ方向Ｃにおいて濃度１００％のメタノールの液体層Ａと濃度１００％の水の液体層Ｂとが交互に現れてしまうことがあった。

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、複数種類の液体燃料を均一に混ぜて燃料供給対象へ供給することができる混合器およびそれを用いた燃料電池を提供することにある。

請求項１の発明は、それぞれ異なる液体燃料が入れられた複数の容器と燃料供給対象との間に設けられ、各容器それぞれから個別燃料供給路を通して供給された複数の液体燃料を混合し混合燃料供給路を通して混合液体燃料を燃料供給対象へ供給する混合器であって、各個別燃料供給路および混合燃料供給路に連通し各個別燃料供給路それぞれから供給された液体燃料が一時的に溜まる液溜まり部を有し、各個別燃料供給路それぞれから液溜まり部へ供給された液体燃料により液溜まり部内で一方向に回転する流れが発生するように各個別燃料供給路が液溜まり部に連通していることを特徴とする。

この発明によれば、液溜まり部を備えたことにより複数の液体燃料が混ざりやすくなり、液溜まり部へ個別燃料供給路を通して供給される複数の液体燃料を液溜まり部内で発生する一方向に回転する流れにより均一に混ぜることができ、均一に混ざった混合液体燃料を燃料供給対象へ混合燃料供給路を通して供給することができる。

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記液溜まり部における前記各個別燃料供給路それぞれとの連通口を通って前記液溜まり部へ流れ込む前記各液体燃料それぞれの流線のベクトルが各連通口それぞれと前記液溜まり部の中心とを結ぶ各直線上からずれるように各連通口の位置を設定してなることを特徴とする。

この発明によれば、前記液溜まり部内に前記一方向に回転する流れを安定して発生させることができる。

請求項３の発明は、請求項２の発明において、前記液溜まり部における前記混合燃料供給路への前記混合液体燃料の取出口に前記各液体燃料が混合されないまま到達するのを防止する堰部が前記液溜まり部内に設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記液溜まり部へ供給された前記各液体燃料のうち混ざり合っていないものが取出口から前記混合燃料供給路へ排出されて前記燃料供給対象へ供給される可能性をより低くできる。

請求項４の発明は、請求項２の発明において、前記液溜まり部における前記混合燃料供給路への前記混合液体燃料の取出口が前記液溜まり部の中央部に設けられてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記液溜まり部内で前記一方向に回転する流れがより起こりやすくなり、前記液溜まり部へ供給された前記各液体燃料がより混ざりやすくなる。

請求項５の発明は、請求項４の発明において、前記液溜まり部は、中央部が周部に比べて薄く形成されてなることを特徴とする。

この発明によれば、前記液溜まり部へ供給された前記各液体燃料が前記液溜まり部の周部で混ざりやすくなるので、前記燃料供給対象へより均一に混ざった混合液体燃料を供給することが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の混合器と、前記各個別燃料供給路と、前記混合燃料供給路と、前記燃料供給対象である燃料電池セルと、前記各個別燃料供給路それぞれを通る液体燃料の供給量を調節する複数のマイクロバルブとを備えてなることを特徴とする。

この発明によれば、燃料電池システムの小型化を可能としながらも、均一に混ざった一定濃度の混合液体燃料を燃料電池セルへ供給することができ、燃料電池セルの出力を安定化することができる。

請求項１の発明では、均一に混ざった混合液体燃料を燃料供給対象へ供給することができるという効果がある。

請求項６の発明では、燃料電池システムの小型化を可能としながらも、均一に混ざった一定濃度の混合液体燃料を燃料供給対象である燃料電池セルへ供給することができ、燃料電池セルの出力を安定化することができるという効果がある。

まず、後述の各実施形態に共通した基本構成について図６を参照しながら説明する。

各実施形態で説明する燃料電池を用いた燃料電池システムは、図６（ａ）に示すように、それぞれ異なる液体燃料（例えば、メタノールのような液体有機燃料と、当該液体有機燃料を希釈するための水）が入れられた２つの容器６ａ，６ｂと、これら２つの容器６ａ，６ｂと燃料供給対象である燃料電池セル１０との間に設けられ各容器６ａ，６ｂそれぞれから個別燃料供給路３ａ，３ｂ（図６（ｂ）参照）を通して供給された２種類の液体燃料を混合し混合燃料供給路３ｄ（図６（ｂ）参照）を通して燃料電池セル１０へ供給する混合器７と、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれを通る液体燃料の供給量を調節する２つの燃料制御用バルブであるマイクロバルブ５ａ，５ｂと、各マイクロバルブ５ａ，５ｂを制御する制御回路８とを備えている。

ここで、図６の燃料電池システムでは、各容器６ａ，６ｂに入れられた各液体燃料がそれぞれの容器６ａ，６ｂ内で加圧されており、ポンプなどの補機を用いることなく混合器７へ液体燃料を円滑に供給する（圧送する）ことができ、各マイクロバルブ５ａ，５ｂを制御することで燃料電池セル１０へ供給される混合液体燃料の濃度を所望の目標値に近づけることができる。なお、各容器６ａ，６ｂ内それぞれの液体燃料は、３０ｋＰａ〜５０ｋＰａ程度の圧力で加圧されているが、これらの数値は特に限定するものではない。

混合器７は、図６（ｂ）に示すように、各個別燃料供給路３ａ，３ｂおよび混合燃料供給路３ｄに連通し各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれから供給された液体燃料が一時的に溜まる液溜まり部７ａを有している。ここにおいて、液溜まり部７ａは、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれを通して供給された２種類の液体燃料を合流させて均一に混ぜるために設けてあり、上記特許文献１における混合部に比べて容量（容積）が比較的大きくなっている。なお、液溜まり部７ａの内周形状は矩形状（正方形状）に形成されている。また、図６（ｂ）中の矢印Ｆａ，Ｆｂは、それぞれ個別燃料供給路３ａ，３ｂを通る液体燃料の流れの方向を示し、同図中の矢印Ｆｃは混合燃料供給路３ｄを通る混合液体燃料の流れの方向を示している。

なお、図６に示した基本例では、２種類の液体燃料を混合して燃料電池セル１０へ供給するようにしているが、３種類以上の液体燃料を混合して燃料電池セル１０へ供給するように構成してもよい。また、液体有機燃料はメタノールに限らず、例えば、ジメチルエーテル、エタノールなどの液体有機燃料などを採用することができ、ジメチルエーテル、エタノールなどを採用すればメタノールを採用する場合に比べて燃料の安全性を高めることができるとともに燃料の取り扱いが容易になる。

（実施形態１）
以下、本実施形態の燃料電池について図１〜図５を参照しながら説明する。

本実施形態の燃料電池は、例えば携帯機器の電源として利用可能な小型燃料電池であって、図１（ａ），（ｂ）に示すように、４つの燃料電池セル１０が２次元アレイ状に配列された燃料電池モジュール１を備えている。すなわち、燃料電池モジュール１は、図１（ａ）における上下方向および左右方向それぞれに燃料電池セル１０が２つずつ配列されている。ここに、各燃料電池セル１０は、メタノール水溶液を燃料とする直接メタノール形燃料電池セルであって、混合器７から混合液体燃料が供給されるようになっており、図６における一方の容器６ａには液体燃料としてメタノールが入れられ、他方の容器６ｂに液体燃料として水が入っている。なお、混合器７については後述する。

燃料電池モジュール１は、図２に示すように、全体としての外形が正方形状に形成されており、それぞれ外形が正方形状に形成された４つの燃料電池セル１０と、４つの燃料電池セル１０を保持する格子枠状の保持体１６とを備えている。ここに、保持体１６は絶縁性および弾性を有する合成樹脂により形成されている。

各燃料電池セル１０は、水素イオンの伝導性の高い固体高分子膜からなるイオン伝導膜１１を厚み方向の両側に設けた一対の触媒電極１２，１３で挟んだ構成になっており、図１（ｂ），図２（ｂ）においてイオン伝導膜１１の上側に形成された触媒電極１２が燃料極を構成し、イオン伝導膜１１の下側に形成された触媒電極１３が空気極を構成している。なお、各触媒電極１２，１３の外形は正方形状に形成されている。

ところで、燃料電池モジュール１は、アルミニウムのような導電性の高い材料により形成したテープ状の２つのリード端子１４およびアルミニウムのような導電性の高い材料により形成した３つのセル間接続端子１５が保持体１６に一体に設けられており、３つのセル間接続端子１５を利用して４つの燃料電池セル１０を直列に接続し、一方のリード端子１４（図２（ａ）における右側のリード端子１４）の一端部が４つの燃料電池セル１０の直列回路の負極側に接続され、他方のリード端子１４（図２（ａ）における左側のリード端子１４）の一端部が４つの燃料電池セル１０の直列回路の正極側に接続されるようになっている。ここにおいて、２つのリード端子１４の各他端部は保持体１６の外部に引き出されている。また、セル間接続端子１５は、断面コ字状に形成され、保持体１６を厚み方向の両側から挟む形で配設されている。

上述の燃料電池モジュール１には、図１（ｂ）における上面側に、撥水性を有する多孔質膜からなる気液分離膜２を介してガラス基板からなる燃料極側基板３が配設されており、図１（ｂ）における下面側に、ガラス基板からなる空気極側基板４が配設されている。なお、本実施形態では、上記各基板３，４としてガラス基板を用いているが、ガラス基板に限らず、例えばシリコン基板を用いるようにしてもよい。また、気液分離膜２の機能については後述する。

気液分離膜２は、図１および図３に示すように、燃料電池モジュール１と対向する側の面において各燃料極１２に対応する部位それぞれに、導電性材料からなる集電電極２２が形成されている。すなわち、気液分離膜２における燃料電池モジュール１との対向面には、４つの集電電極２２が２次元アレイ状に配列されている。ここに、集電電極２２には、孔２２ａが厚み方向に貫設されている。各集電電極２２は気液分離膜２の厚み方向において対向する燃料極（触媒電極）１２と電気的に接続される。さらに、各集電電極２２は、上述のリード端子１４ないしセル間接続端子１５と電気的に接続される接続端子２２ｂが連続一体に延設されている。なお、集電電極２２および接続端子２２ｂは、めっき法により形成してもよいし、あるいは金属基板をエッチングして形成し気液分離膜２へ貼着するようにしてもよい。

これに対して、空気極側基板４は、図１および図５に示すように、燃料電池モジュール１と対向する側の面において各空気極１３に対応する部位それぞれに、導電性材料からなる集電電極４２が形成されている。すなわち、空気極側基板４における燃料電池モジュール１との対向面には、４つの集電電極４２が２次元アレイ状に配列されている。ここに、各集電電極４２は空気極側基板４の厚み方向において対向する空気極（触媒電極）１３と電気的に接続される。また、各集電電極４２は、上述のリード端子１４ないしセル間接続端子１５と電気的に接続される接続端子４２ｂが連続一体に延設されている。なお、集電電極４２および接続端子４２ｂはスパッタ法により形成している。

上述の各接続端子２２ｂ，４２ｂを設けることにより、本実施形態の燃料電池は、図１（ａ）における右上の燃料電池セル１０の燃料極１２が図１（ａ）における右側のリード端子１４と、燃料極１２−集電電極２２−接続端子２２ｂ−図１（ａ）における右側のリード端子１４の経路で接続され、右上の燃料電池セル１０の空気極１３が右下の燃料電池セル１０の燃料極１２と、空気極１３−集電電極４２−接続端子４２ｂ−図２（ａ）における右側のセル間接続端子１５−接続端子２２ｂ−集電電極２２−燃料極１２の経路で接続されている。同様に、右下の燃料電池セル１０の空気極１３が左下の燃料電池セル１０の燃料極１２と、空気極１３−集電電極４２−接続端子４２ｂ−図２（ａ）における中央下のセル間接続端子１５−接続端子２２ｂ−集電電極２２−燃料極１２の経路で接続されている。また、同様に、左下の燃料電池セル１０の空気極１３が左上の燃料電池セル１０の燃料極１２と、空気極１３−集電電極４２−接続端子４２ｂ−図２（ａ）における左側のセル間接続端子１５−接続端子２２ｂ−集電電極２２−燃料極１２の経路で接続されている。また、左上の燃料電池セル１０の空気極１３は図１（ａ）における左側のリード端子１４と、空気極１３−集電電極４２−接続端子４２ｂ−図１（ａ）における左側のリード端子１４の経路で接続されている。したがって、リード端子１４，１４間に接続する外部回路には、４つの燃料電池セル１０の直列回路の両端電圧が印加されることになるのである。

上述の燃料極側基板３と気液分離膜２との間には、図１に示すように、上述の２種類の液体燃料を個別に供給する２つの個別燃料供給路３ａ，３ｂと、混合液体燃料をそれぞれ２つずつの燃料電池セル１０へ供給する２つのＴ字状の混合燃料供給路３ｄ，３ｄ（図４（ａ）参照）と、各個別燃料供給路３ａ，３ｂおよび各混合燃料供給路３ｄ，３ｄに連通し各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれから供給された液体燃料が一時的に溜まる液溜まり部７ａとが形成されており、燃料極側基板３と気液分離膜２とで、個別燃料導入路３ａ，３ｂを通して導入される２種類の液体燃料を混合させて混合液体燃料を得る混合器７を構成している。なお、燃料極側基板３は、図４に示すように、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれの一部を構成する個別燃料導入孔３０ａ，３０ｂが燃料極側基板３の厚み方向に貫設されており、燃料極側基板３における気液分離膜２との対向面には、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれの残りの部分を形成するための個別燃料供給路用溝３０ａ’，３０ｂ’が設けられている。また、燃料極側基板３における気液分離膜２との対向面には、各混合燃料供給路３ｄ，３ｄそれぞれを形成するための混合燃料供給路用溝３０ｄ，３０ｄおよび液溜まり部７ａを形成するための液溜まり部用凹部７０ａが設けられている。

これに対して、上述の集電電極４２が設けられた空気極側基板４には、各燃料電池セル１０の空気極１３へ空気を供給する多数の通気孔４ａが形成されている。また、上述の気液分離膜２には、混合燃料供給路３ｄ，３ｄを、気液分離膜２と燃料極１２との間の空間に連通させる４つの微小な連通孔２ａが形成されている。

したがって、各燃料電池セル１０は、個別燃料供給路３ａを通して供給される液体有機燃料であるメタノールと個別燃料供給路３ｂを通して供給される液体燃料である水との混合液（例えば、数ｗｔ％のメタノール水溶液）が混合液体燃料として燃料極１２へ供給されるとともに、酸化剤としての空気が通気孔４ａを通して空気極１３へ供給されて、発電することになり、燃料極１２では二酸化炭素が発生し、空気極１３では水が発生する（燃料極１２で例えば１ｍｏｌの水が消費されると空気極１３では３ｍｏｌの水が発生する）。

ところで、本実施形態の燃料電池では、燃料極１２で発生した二酸化炭素を排出するために上述の気液分離膜２を設け、さらに燃料極側基板３に、気液分離膜２を透過した二酸化炭素を排出する多数の排気孔３１を形成してある。なお、本実施形態では、気液分離膜２と排気孔３１とで、燃料電池セル１０の燃料極１２で発生した二酸化炭素を排出する排出部を構成しており、各燃料電池セル１０で発生した二酸化炭素を排出部を通して外部へ排出することができ、各燃料電池セル１０の出力低下を防ぐことができる。

ここに、本実施形態の燃料電池では、燃料極１２で発生した二酸化炭素を、メタノール水溶液を循環させるためのポンプなどを用いず、個別燃料供給路３ａを通してメタノールを供給する燃料タンクである容器６ａ（図６（ａ）参照）内の圧力と個別燃料供給路３ｂを通して水を供給する燃料タンクである容器６ｂ（図６（ａ）参照）内の圧力と二酸化炭素の拡散のみを利用して排出するために、燃料極１２と気液分離膜２とを近接配置してある。

なお、水の表面張力は０．０７３Ｎ／ｍ程度であるが、水にメタノールを数％の割合で混合すると、混合液の表面張力はメタノールの表面張力とほとんど等しい値（０．０２０Ｎ／ｍ程度）まで下がるので、気液分離膜２がメタノール水溶液を透過させないようにするためには（つまり、混合液体燃料が気液分離膜２を通して外部へ漏れないようにするためには）、非常に高い撥水性を必要とする。そこで、気液分離膜２としては、例えば、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）またはポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などの耐薬品性および撥水性に優れた合成樹脂材料を用い、表面にパーフロロ基を有するのポリマーをコーティングする撥水処理を行ったり、表面をフッ素プラズマに曝す撥水処理を行うことが好ましい。撥水処理を行ってもメタノール水溶液が透過するようであれば、ポア径をさらに小さくする必要がある。また、気液分離膜２の撥水処理は気液分離膜２を燃料極側基板３に接着してから行うが、気液分離膜２の材料によっては燃料極側基板３に接着剤で接着できないことがあり、このような材料を選択した場合には接着する前に接着させる部位をプラズマなどによって粗面化処理すればよい。

また、燃料極側基板３には、上記各個別燃料供給路３ａ，３ｂを通る各液体燃料の流量（つまり、各液体燃料の供給量）をそれぞれ調節する２つのノーマリクローズ型のマイクロバルブ（燃料制御用バルブ）５ａ，５ｂが接合されている。ここに、各マイクロバルブ５ａ，５ｂは燃料極側基板３に直に接合されているので、所謂デッドボリュームを少なくすることができる。

なお、本実施形態では、燃料電池モジュール１の保持体１６と気液分離膜２と燃料極側基板３と空気極側基板４とで基体を構成している。つまり、基体は、複数種類の材料により形成されているので、本実施形態の燃料電池の各構成要素それぞれの特性や製造時の加工性に適した材料を用いることで製造が容易になる。

しかして、本実施形態の燃料電池では、複数（４つ）の燃料電池セル１０と、各個別燃料供給路３ａ，３ｂと、各混合燃料供給路３ｄ，３ｄと、混合器７と、各マイクロバルブ５ａ，５ｂとが同一基体に集積化されているので、燃料電池システムの小型化および軽量化を図ることができる。また、本実施形態の燃料電池では、上述の混合液体燃料の濃度が目標値に近づくように各マイクロバルブ５ａ，５ｂを制御する制御回路８（図６（ａ）参照）を設けてあるので、燃料電池セル１０の出力を安定化することが可能になる。ここに、制御回路８は、混合液体燃料の濃度が目標値に近づくように、単位時間あたりのマイクロバルブ５ａ，５ｂそれぞれの開閉回数を制御するようにしてもよいし、濃度センサを設けて濃度センサの出力に応じて各マイクロバルブ５ａ，５ｂの開量を調節するようにしてもよい。なお、制御回路８を上記基体に集積化すれば、制御回路８を上記基体とは別途に設ける場合に比べて燃料電池システムの小型化を図ることができる。

ところで、本実施形態における上述の混合器７は、上述のように容量（容積）が比較的大きな液溜まり部７ａを備えているので、個別燃料供給路３ａを通して供給されるメタノールからなる液体燃料と個別燃料供給路３ｂを通して供給される水からなる液体燃料とが触れ合う時間が液溜まり部７ａのない場合に比べて長くなって混ざりやすくなり、混合液体燃料の濃度のばらつきが小さくなる。また、混合器７は、図１（ｃ）に示すように、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれから液溜まり部７ａへ供給された液体燃料により液溜まり部７ａ内で一方向に回転する渦状の流れ（図１（ｃ）中の反時計回り方向の矢印Ｅは液溜まり部７ａ内で一方向に回転する流れを示している）が発生するように各個別燃料供給路３ａ，３ｂが液溜まり部７ａに連通している。

しかして、本実施形態における混合器７では、液溜まり部７ａへ個別燃料供給路３ａ，３ｂを通して供給される２種類の液体燃料を液溜まり部７ａ内で発生する上記一方向に回転する流れにより均一に混ぜることができ、均一に混ざった混合液体燃料を燃料供給対象である各燃料電池セル１０へ混合燃料供給路３ｄ，３ｄを通して供給することができる。

ここにおいて、混合器７は、燃料極側基板３の厚み方向に直交する面内における液溜まり部７ａの内周形状が正方形状であって、対向する２面（図１（ｃ）における左右の面）に個別燃料供給路３ａ，３ｂとの連通口７１ａ，７１ｂが形成され、残りの２面（図１（ｃ）における上下の面）に混合燃料供給路３ｄ，３ｄとの連通口７２，７２が形成されているが、連通口７１ａ，７１ｂは、燃料極側基板３の厚み方向に直交する面内において液溜まり部７ａの中心を通り且つ前者の２面に直交する直線から互いに異なる方向にずれた位置に形成され、連通口７２，７２は、燃料極側基板３の厚み方向に直交する面内において液溜まり部７ａの中心を通り且つ後者の２面に直交する直線上に形成されている。要するに、本実施形態における混合器７は、各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれとの連通口７１ａ，７１ｂを通って液溜まり部７ａへ流れ込む各液体燃料（流体）それぞれの流線のベクトルが各連通口７１ａ，７１ｂそれぞれと液溜まり部７ａの中心とを結ぶ各直線上からずれるように各連通口７１ａ，７１ｂの位置を設定してあるので、液溜まり部７ａ内に上記一方向に回転する流れを安定して発生させることができる。なお、本実施形態における混合器７は、液溜まり部７ａおよび両混合燃料供給路３ｄ，３ｄを含む面内（つまり、燃料極側基板３の厚み方向に直交する面内）における液溜まり部７ａの内周形状を正方形状としてあるが、上記面内における液溜まり部７ａの内周形状は正方形状の形状に限らず、数学で定義されている凸領域となる形状であればよく、例えば凸多角形や円形状の形状であってもよい。

（実施形態２）
本実施形態の燃料電池の基本構成は実施形態１と略同じであって、図７に示すように混合器７における各個別燃料供給路３ａ，３ｂそれぞれとの連通口７１ａ，７１ｂが液溜まり部７ａの中心から最も遠い位置に設けられている点が相違し、他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同様の構成については図示および説明を省略する。

しかして、本実施形態の燃料電池における混合器７では、液溜まり部７ａ内で上記一方向に回転する流れが液溜まり部７ａの中心からより遠い位置でも発生しやすくなり、液溜まり部７ａ内で実施形態１に比べてより大きな渦状の流れが発生することとなって、液溜まり部７ａへ供給される複数の液体燃料を液溜まり部７ａ内でより均一に混ぜることができる。

（実施形態３）
本実施形態の燃料電池の基本構成は実施形態１と略同じであって、図８に示すように、液溜まり部７ａにおける混合燃料供給路３ｄ，３ｄへの混合液体燃料の取出口７２，７２に各液体燃料が混合されないまま到達するのを防止する堰部７３，７３が溜まり部７ａ内に設けられている点が相違し、他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同様の構成については図示および説明を省略する。

各堰部７３，７３は、液溜まり部７ａ内に発生する上記一方向の流れの向きが、取出口７２，７２近傍においては取出口７２，７２を通して混合燃料供給路３ｄ，３ｄへ流れ込む混合液体燃料の流れの向きと相反するように設けてある。なお、各堰部７３，７３は、例えば、実施形態１にて説明した燃料極側基板３（図１（ｂ）参照）の一部により形成すればよい。すなわち、燃料極側基板３における気液分離膜２（図１（ｂ）参照）との対向面に形成する液溜まり部用凹部７０ａ（図４参照）の内底面から各堰部７３が連続一体に突出するように燃料極側基板３を微細加工すればよい。

しかして、本実施形態の燃料電池における混合器７では、液溜まり部７ａへ供給された各液体燃料のうち混ざり合っていないもの（未混合の液体燃料）が取出口７２，７２から混合燃料供給路３ｄ，３ｄへ排出されて燃料供給対象である各燃料電池セル１０へ供給される可能性をより低くできる。

（実施形態４）
本実施形態の燃料電池の基本構成は実施形態１と略同じであって、図９に示すように、各個別燃料供給路３ａ，３ｂが液溜まり部７ａ近傍において他の部位と比べて細く形成されている点が相違し、他の構成は実施形態１と同じなので、実施形態１と同様の構成については図示および説明を省略する。

ここにおいて、各個別燃料供給路３ａ，３ｂは、液溜まり部７ａ近傍における流路断面積が他の部位（液溜まり部７ａから遠い部位）の流路断面積に比べて小さくなるように細く形成されている。

しかして、本実施形態の燃料電池における混合器７では、各個別燃料供給路３ａ，３ｂを通して液溜まり部７ａへ供給される各液体燃料それぞれの流速を速くすることができるので、液溜まり部７ａ内で上記一方向に回転する流れを起こす力がより大きくなり、液溜まり部７ａへ供給された各液体燃料がより混ざりやすくなる。なお、本実施形態における各混合燃料供給路３ａ，３ｂの形状を上記各実施形態１〜３や後述の実施形態５，６に適用してもよい。

（実施形態５）
本実施形態の混合器７の基本構成は実施形態１と略同じであって、図１０に示すように、液溜まり部７ａに２つの個別燃料供給路３ａ，３ｂが連通しているが、液溜まり部７ａに混合燃料供給路３ｄが１つだけ連通し且つ液溜まり部７ａにおける混合燃料供給路３ｄへの混合液体燃料の取出口７２が液溜まり部７ａの中央部に設けられている点が相違する。なお、実施形態１と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の混合器７では、液溜まり部７ａ内で上記一方向に回転する渦状の流れがより起こりやすくなり、液溜まり部７ａへ供給された各液体燃料がより混ざりやすくなる。

（実施形態６）
本実施形態の混合器７の基本構成は実施形態６と略同じであって、図１１に示すように、液溜まり部７ａの中央部が液溜まり部７ａの周部に比べて薄く形成されている点が相違する。なお、実施形態５と同様の構成要素には同一の符号を付して説明を省略する。

しかして、本実施形態の混合器７では、液溜まり部７ａへ供給された各液体燃料が液溜まり部７ａの周部で混ざりやすくなるので、燃料供給対象へより均一に混ざった混合液体燃料を供給することが可能となる。

ところで、上記各実施形態では、燃料供給対象として燃料電池セル１０を採用した場合についてのみ説明したが、燃料供給対象は燃料電池セル１０に限らず、燃料改質器を採用してもよい。

実施形態１における燃料電池を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図、（ｃ）は要部概略構成図である。 同上に用いる燃料電池モジュールを示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 同上に用いる気液分離膜を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 同上に用いる燃料極側基板を示し、（ａ）は下面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 同上に用いる空気極側基板を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。 各実施形態の基本構成の説明図である。 実施形態２における要部概略構成図である。 実施形態３における要部概略構成図である。 実施形態４における要部概略構成図である。 実施形態５における混合器を示す要部概略構成図である。 実施形態６における混合器を示し、（ａ）は概略構成図、（ｂ）は概略断面図である。 従来例の要部説明図である。

符号の説明

１ 燃料電池モジュール
２ 気液分離膜
２ａ 連通孔
３ 燃料極側基板
３ａ，３ｂ 個別燃料供給路
３ｄ 混合燃料供給路
４ 空気極側基板
４ａ 通気孔
５ａ，５ｂ マイクロバルブ
７ 混合器
７ａ 液溜まり部
１０ 燃料電池セル
１１ イオン伝導膜
１２ 触媒電極（燃料極）
１３ 触媒電極（空気極）
３１ 排気孔

Claims (6)

1. それぞれ異なる液体燃料が入れられた複数の容器と燃料供給対象との間に設けられ、各容器それぞれから個別燃料供給路を通して供給された複数の液体燃料を混合し混合燃料供給路を通して混合液体燃料を燃料供給対象へ供給する混合器であって、各個別燃料供給路および混合燃料供給路に連通し各個別燃料供給路それぞれから供給された液体燃料が一時的に溜まる液溜まり部を有し、各個別燃料供給路それぞれから液溜まり部へ供給された液体燃料により液溜まり部内で一方向に回転する流れが発生するように各個別燃料供給路が液溜まり部に連通していることを特徴とする混合器。
2. 前記液溜まり部における前記各個別燃料供給路それぞれとの連通口を通って前記液溜まり部へ流れ込む前記各液体燃料それぞれの流線のベクトルが各連通口それぞれと前記液溜まり部の中心とを結ぶ各直線上からずれるように各連通口の位置を設定してなることを特徴とする請求項１記載の混合器。
3. 前記液溜まり部における前記混合燃料供給路への前記混合液体燃料の取出口に前記各液体燃料が混合されないまま到達するのを防止する堰部が前記液溜まり部内に設けられてなることを特徴とする請求項２記載の混合器。
4. 前記液溜まり部における前記混合燃料供給路への前記混合液体燃料の取出口が前記液溜まり部の中央部に設けられてなることを特徴とする請求項２記載の混合器。
5. 前記液溜まり部は、中央部が周部に比べて薄く形成されてなることを特徴とする請求項４記載の混合器。
6. 請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の混合器と、前記各個別燃料供給路と、前記混合燃料供給路と、前記燃料供給対象である燃料電池セルと、前記各個別燃料供給路それぞれを通る液体燃料の供給量を調節する複数のマイクロバルブとを備えてなることを特徴とする燃料電池。

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