JP2006073214A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、液体燃料の流路における圧力損失の増大を抑制することができる燃料電池を提供する。
【解決手段】 本発明は、液体燃料を使用して発電する発電セル１１が、液体燃料通流配管１７ａを介して複数繋げられ、発電セル１１の一部又は全部が直列に繋げられた燃料電池ＦＣにおいて、液体燃料中の気体を分離する気液分離装置１８が発電セル１１を直列に繋ぐ液体燃料通流配管１７ａに設けられたことを特徴とする。この燃料電池ＦＣでは、気泡が気液分離装置１８によって分離されるので、上流側から下流側に向かって流れる液体燃料中の気泡の量が低減される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料電池に関し、特にＤＭＦＣ(Direct Methanol Fuel Cell：直接メタノール型燃料電池)等の液体燃料を使用して発電する燃料電池に関する。

直接メタノール型燃料電池は、周知のとおり、固体高分子電解質膜を燃料極と酸化剤極との間に挟んだＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜/電極接合体）を備えている。このＭＥＡは、発電セルを構成しており、この発電セルでは、燃料極にメタノール水溶液（燃料）が供給されると共に、酸化剤極に空気（酸素）が供給されるようになっている。そして、この発電セルでは、燃料極及び酸化剤極のそれぞれにおいて、メタノール、水及び酸素が次式（１）及び次式（２）で示されるように電気化学的に反応することによって発電が行われる。

燃料極（アノード）：ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-・・・（１）
酸化剤極（カソード）： ３／２Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ・・・・（２）

その一方で、メタノール水溶液（燃料）が供給される燃料極には、前記式(1)に示されるように、二酸化炭素（ＣＯ₂）が発生する。その結果、メタノール水溶液、つまり液体燃料中には、二酸化炭素の気泡が発生する。このように液体燃料中に気泡が発生すると、気泡が発生した燃料極部分への液体燃料の供給が妨げられるために、発電セルの発電量が低下する。また、このような気泡の発生は、ＭＥＡの面方向に発電密度分布を形成するために、発電セルから出力される電圧が不安定となる。そして、発電セルでの発電量を増加させた際には気泡の発生が激しくなるために、ＭＥＡの固体高分子電解質膜が劣化しやすくなるという問題がある。したがって、発電によって発生した気泡は、ＭＥＡから速やかに離脱させなければならない。

従来、液体燃料がＭＥＡに対して重力方向の下側から上側に向かって流れるようにした燃料電池（発電セル）が知られている（例えば、特許文献１参照）。この燃料電池によれば、液体燃料の流れと、液体燃料中の気泡の浮力とが相俟って、気泡がＭＥＡから速やかに離脱する。

また、従来、燃料極に消泡剤を含む燃料電池（発電セル）が知られている（例えば、特許文献２参照）。この燃料電池では、燃料極に含まれる消泡剤が燃料極の表面への気泡の吸着を抑制するので、気泡がＭＥＡから速やかに離脱する。
特開平９−１６１８２２号公報（段落００２７、段落００３３〜００３５及び図２） 特開２００３−３４６８１３号公報（段落００２８、段落００２９及び段落００７１〜００８３）

ところで、従来の燃料電池（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）では、ＭＥＡから離脱した気泡が液体燃料と共に発電セル内の液体燃料の流路内を通流すると、流路内では気液二相流が形成されることとなる。そして、従来の燃料電池では、流路内に気液二相流が形成されると、液体燃料のみが流路内を通流する単相流のときと比較して流路の圧力損失が増大する。その結果、発電セルに液体燃料を供給するポンプの動力を増大させなければならないという問題がある。特に、その出力を向上させるために、複数の発電セルが繋げられたものを備えた燃料電池では、圧力損失がさらに大きくなるので、ポンプの動力はより大きなものが要求されることとなる。したがって、このような燃料電池は、今後、より一層の省電力化が図られることとなる携帯機器への応用が困難となっている。

また、複数の発電セルが直列に繋げられた燃料電池では、液体燃料の流れの上流側に位置する発電セルで発生した気泡が下流側に位置する発電セルに移送されるために、下流側に行くほど液体燃料中の気泡の量が増していく。その結果、このような燃料電池では、圧力損失による問題がさらに大きい。

そこで、本発明の課題は、液体燃料の流路における圧力損失の増大を抑制することができる燃料電池を提供することにある。

前記課題を解決するための請求項１に記載の発明は、液体燃料を使用して発電する発電セルが、液体燃料通流配管を介して複数繋げられ、前記発電セルの一部又は全部が直列に繋げられた燃料電池において、前記液体燃料中の気体を分離する気液分離装置が前記発電セルを直列に繋ぐ前記液体燃料通流配管に設けられたことを特徴とする。

この燃料電池では、気液分離装置が、発電セル同士を直列に繋ぐ液体燃料通流配管に設けられている。その結果、発電セルが発電した際に生じる液体燃料中の気体、つまり気泡が気液分離装置によって分離されるので、上流側から下流側に向かって流れる液体燃料中の気泡の量が低減される。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の燃料電池において、前記気液分離装置で分離された前記気体を所定期間ごとに排出する気体排出手段が設けられていることを特徴とする。

この燃料電池では、気液分離装置で分離された気体が気体排出手段によって所定期間ごとに排出される。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料中の気泡の量を低く維持しながら液体燃料を再利用すること、つまり液体燃料を循環させて使用することが可能となる。

請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の燃料電池において、前記気体排出手段が、前記気液分離装置の気体排出経路に設けられた弁と、前記弁の開閉動作を制御する制御部とで構成されていることを特徴とする。

この燃料電池では、制御部が弁の開閉動作を制御する。そして、気体排出経路に設けられた弁は、気液分離装置で分離された気体を定期的に排出する。

請求項４に記載の発明は、請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記気液分離装置が、前記液体燃料と前記気体とをこれらの密度の違いによって分離するように構成されていることを特徴とする。

この燃料電池では、気液分離装置が、液体燃料とこの液体燃料中に含まれる気体とをこれらの密度の違いによって分離する。つまり、この気液分離装置は、気泡をその浮力によって液体燃料中を反重力方向に移動させることによって液体燃料から分離する。

請求項５に記載の発明は、請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記液体燃料通流配管を介して直列に繋げられた前記発電セルのうち、流れる前記液体燃料の下流側に位置する前記発電セルにおける前記液体燃料の入口と、上流側に位置する前記発電セルにおける前記液体燃料の入口とがバイパス配管で繋げられていることを特徴とする。

この燃料電池では、下流側に位置する発電セルにおける液体燃料の入口と、上流側に位置する発電セルにおける前記液体燃料の入口とがバイパス配管で繋げられているので、下流側に位置する発電セルには、液体燃料通流配管とバイパス配管との両方から液体燃料が供給される。つまり、下流側に位置する発電セルには、上流側に位置する発電セルを経由した液体燃料と経由しない液体燃料とが供給される。したがって、この燃料電池では、上流側に位置する発電セルで発生した気泡を含まない液体燃料がバイパス配管を通じて下流側の発電セルに供給される。その結果、この燃料電池によれば、気液分離装置によって液体燃料中の気体（気泡）が分離されることとも相俟って、下流側に行くほど気泡の量が多くなって圧力損失が増大していくという従来の燃料電池での問題はさらに確実に解消される。

請求項６に記載の発明は、液体燃料を使用して発電する発電セルが液体燃料通流配管を介して複数繋げられた燃料電池において、燃料電池の運転中に、少なくとも一つの前記発電セルの発電を停止させる発電停止機構を備えることを特徴とする。

この燃料電池では、燃料電池の運転中に、発電停止機構が複数の発電セルのうちの少なくとも一つの発電セルの発電を停止させる。そして、発電セルが発電を停止すると、発電セルの燃料極の表面に形成された気泡は、その気泡成分（ＣＯ₂）が液体燃料に溶解し、あるいはＭＥＡ中に拡散することによって、小さくなるか、あるいは消滅する。その結果、この燃料電池では、液体燃料の流路内で気泡が占める割合が減少するので、液体燃料が通流し得る有効流路が広がる。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

請求項７に記載の発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記液体燃料が界面活性剤を含むことを特徴とする。

この燃料電池では、液体燃料に界面活性剤を含むので、発電によって発電セルの燃料極の表面に形成された気泡が、大きく成長する前に燃料極から効率よく離脱する。その結果、この燃料電池では、液体燃料が通流し得る有効流路が大きくなる。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

また、この燃料電池では、液体燃料に界面活性剤を含むので、液体燃料の流路内を液体燃料と共に流れる気泡が、流路の壁面に吸着することが防止される。その結果、この燃料電池によれば、液体燃料が通流し得る有効流路が狭められることは回避される。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

また、この燃料電池では、液体燃料に界面活性剤を含むので、液体燃料の流路内を液体燃料と共に流れる気泡同士が融合し合うことが防止される。つまり、気泡が拡大することが防止される。その結果、この燃料電池によれば、液体燃料が通流し得る有効流路が狭められることは回避される。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

請求項８に記載の発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池において、前記液体燃料が通流する流路の壁面に親水処理が施されていることを特徴とする。

この燃料電池では、液体燃料が通流する流路の壁面に親水処理が施されているので、液体燃料の流路内を液体燃料と共に流れる気泡が、流路の壁面に吸着することが防止される。その結果、この燃料電池によれば、液体燃料が通流し得る有効流路が狭められることは回避される。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の燃料電池において、親水処理が施された前記壁面が、当該壁面に対する水滴の接触角が９０度よりも小さくなっていることを特徴とする。

この燃料電池によれば、水滴の接触角が９０度以上のものと比較して、気泡が流路の壁面に吸着することがさらに効率良く防止される。その結果、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大がより確実に抑制される。

請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池において、脈動流の前記液体燃料を前記発電セルに供給する脈動流発生手段が設けられていることを特徴とする。

この燃料電池では、発電セルの流路を通流する液体燃料が脈動流発生手段によって脈動流となるので、この燃料電池では、発電によって発電セルの燃料極の表面に形成された気泡が、大きく成長する前に燃料極から効率よく離脱する。その結果、この燃料電池では、液体燃料が通流し得る有効流路が大きくなる。したがって、この燃料電池では、発電セル内の液体燃料の流路における圧力損失が増大することが抑制される。

また、この燃料電池では、発電セルの流路を通流する液体燃料が脈動流発生手段によって脈動流となるので、液体燃料の流路内を液体燃料と共に流れる気泡が、流路の壁面に吸着することが防止される。その結果、この燃料電池によれば、液体燃料が通流し得る有効流路が狭められることは回避される。したがって、この燃料電池によれば、液体燃料の流路における圧力損失の増大が抑制される。

本発明は、液体燃料の流路における圧力損失の増大を抑制することができる。

（第１実施形態）
以下に、本発明の燃料電池の第１実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、参照する図面において、図１は、第１実施形態に係る燃料電池が組み込まれたパーソナルコンピュータの斜視図、図２は、第１実施形態に係る燃料電池の構成を説明するための構成説明図、図３（ａ）は、図２の燃料電池を構成する発電セルの斜視図であり、図２中の発電セルをその裏側から見た図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す発電セルの分解斜視図、図４（ａ）は、図３（ｂ）中の流路形成板に形成された液体燃料の流路を示す模式図、図４（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図、図５は、図４（ｂ）中のＢ部の拡大図、図６（ａ）は、図２の燃料電池を構成する気液分離装置の斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＣ−Ｃ線における断面図である。

図１に示すように、本実施形態に係る燃料電池ＦＣは、ラップトップ型のパーソナルコンピュータＰＣの電源として使用される。本実施形態に係る燃料電池ＦＣは、このパーソナルコンピュータＰＣの蓋を兼ねているモニタＭに内蔵されている。この燃料電池ＦＣは、平板状に形成されており、その平板面がモニタＭの表示画面Ｄに沿うように配置されている。

この燃料電池ＦＣは、ＤＭＦＣ(Direct Methanol Fuel Cell：直接メタノール型燃料電池)であり、周知のとおり、燃料としてメタノール水溶液（以下、「液体燃料」という）が使用されている。そして、この液体燃料には、界面活性剤が配合されている。この界面活性剤としては、例えば、ポリオキシアルキレン鎖含有ノニオン界面活性剤、シロキサン含有ノニオン界面活性剤、エステル型界面活性剤、含窒素型ノニオン界面活性剤、フッ素系ノニオン界面活性剤等が挙げられる。

この燃料電池ＦＣは、図２に示すように、液体燃料を貯留する燃料タンク３と、液体燃料及び酸化剤が供給されることによって発電する発電モジュール１と、燃料タンク３と発電モジュール１との間に液体燃料の循環経路を形成する循環配管５と、燃料タンク３から発電モジュール１に向かう循環配管５の途中に配置された燃料濃度調整器４と、燃料濃度調整器４から発電モジュール１に向かう循環配管５の途中に設けられて、燃料濃度調整器４からの液体燃料を発電モジュール１に供給するためのポンプ６とを備えている。また、この燃料電池ＦＣは、発電モジュール１が後記するように発電した際に副生した気体（ＣＯ₂）を、液体燃料から分離する気液分離装置１８と、この気液分離装置１８が分離した気体（ＣＯ₂）を気液分離装置１８から所定期間ごとに排出するための気体排出手段２とを備えている。

この燃料電池ＦＣでは、ポンプ６が起動することによって、燃料タンク３に貯留された液体燃料が燃料濃度調整器４を介して発電モジュール１の供給口１５に供給される。そして、後記するように発電モジュール１で液体燃料と酸化剤とが電気化学的に反応することによって発電が行われた後に、反応に寄与しなかった液体燃料が、発電モジュール１の排出口１６から排出される。排出された液体燃料は、燃料タンク３に戻されると共に、再び燃料タンク３から発電モジュール１に向けて液体燃料が供給される。この際、燃料濃度調整器４は、発電で消費された液体燃料を補うように液体燃料の濃度を調整する。

次に、前記した発電モジュール１、気液分離装置１８及び気体排出手段２について説明する。
発電モジュール１は、図２に示すように、符号１１ａ乃至１１ｈで示す８つの発電セル（以下、発電セルを特定しない場合には、単に「発電セル１１」という）と、気液分離装置１８とで主に構成されている。
発電セル１１のそれぞれは、後記するよう同一の構造を有しており、その外形が矩形の平板状に形成されている。そして、この発電モジュール１では、発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂ同士、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄ同士、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆ同士並びに発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈ同士が、それぞれ横並びに配置されている。また、この発電モジュール１では、液体燃料の流れの上流側（図２の下側）から下流側（図２の上側）に向けて、発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂからなる組と、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄからなる組と、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆからなる組と、発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈからなる組とがこの順番で縦並びに配列されている。つまり、この発電モジュール１は、同一平面上に発電セル１１が２つずつ、４段に組まれることによって、矩形の平板状に形成されている。そして、発電セル１１のそれぞれは、液体燃料をその内部に取り入れるための入口１２ａと、その内部から液体燃料を排出するための出口１２ｂとが形成されている。

最も上流側に配置される発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂからなる組は、これらの入口１２ａのそれぞれが液体燃料通流配管１７ａで繋げられていると共に、これらの出口１２ｂのそれぞれが液体燃料通流配管１７ａで繋げられることによって、発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂ同士が相互に並列に繋げられている。また、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄからなる組と、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆからなる組と、発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈからなる組のそれぞれは、前記した発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂからなる組と同様に、各入口１２ａが液体燃料通流配管１７ａで繋げられると共に、各出口１２ｂが液体燃料通流配管１７ａで繋げられることによって、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄ同士、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆ同士並びに発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈ同士が、相互に並列に繋げられている。

そして、発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂの出口１２ｂ同士を繋ぐ液体燃料通流配管１７ａは、気液分離装置１８を介して、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄに向かって延びて、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄの入口１２ａ同士を繋いでいる。発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄの出口１２ｂ同士を繋ぐ液体燃料通流配管１７ａは、気液分離装置１８を介して発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆに向かって延びて、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆの入口１２ａ同士を繋いでいる。発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆの出口１２ｂ同士を繋ぐ液体燃料通流配管１７ａは、気液分離装置１８を介して、発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈに向かって延びて、発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈの入口１２ａ同士を繋いでいる。つまり、発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂは、液体燃料通流配管１７ａによって発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄと直列に繋げられ、発電セル１１ｃ及び発電セル１１ｄは、液体燃料通流配管１７ａによって発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆと直列に繋げられ、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｆは、液体燃料通流配管１７ａによって発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈと直列に繋げられている。

最も上流側に配置された発電セル１１ａ及び発電セル１１ｂの入口１２ａ同士を繋ぐ液体燃料通流配管１７ａは、発電モジュール１の供給口１５と繋げられており、最も下流側に配置された発電セル１１ｇ及び発電セル１１ｈの出口１２ｂ同士を繋ぐ液体燃料通流配管１７ａは、発電モジュール１の排出口１６と繋げられている。

発電セル１１は、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、流路形成板１２と、ＭＥＡ（Membrane Electrode Assembly：膜/電極接合体）１４と、枠体１３とを備えている。
流路形成板１２は、図４（ａ）を併せて参照すると明らかなように、平面視が矩形の平板状を呈しており、その一面には、液体燃料を流通させるための溝、つまり流路１２ｃがジグザグとなるように形成されている。そして、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、この流路１２ｃの両端のそれぞれには、流路形成板１２を貫通するように、前記した入口１２ａ及び出口１２ｂが形成されている。この流路形成板１２は、後記するようにＭＥＡ１４の燃料極１４ａ（図５参照）と密着することによってＭＥＡ１４から電気を取り出すための取出電極として機能するようになっている。このような流路形成板１２は、黒鉛を混ぜ合わせた樹脂材料や、耐食処理した銅、ステンレス等の金属材料、また電極加工を施したシリコン基板等で形成されている。

流路形成板１２の流路１２ｃの壁面には、親水処理が施されている。本実施形態では、流路１２ｃの壁面に対する水滴の接触角が９０度よりも小さくなっている。

なお、本実施形態では、図５に示すように、流路形成板１２に形成された溝部１２ｄの表面に親水性被膜１２ｅが形成されることによって、流路１２ｃの壁面が親水処理されている。この親水性被膜１２ｅの材質としては、例えば、親水性の極性基を有するものが挙げられ、特にベーマイト等の粘土鉱物や、シランカップリング剤、親水性の極性基を有する樹脂等が好ましい。

枠体１３は、図３（ｂ）に示すように、次に説明するＭＥＡ１４が流路形成板１２に密着するように保持するものである。そして、図４（ｂ）を併せて参照すると明らかなように、この枠体１３には、保持したＭＥＡ１４に酸化剤としての空気（酸素：Ｏ₂）を接触させるための開口１３ａが形成されている。この開口１３ａは、発電セル１１への空気取入口となっている。この枠体１３は、後記するように、ＭＥＡ１４の酸化剤極１４ｂ（図５参照）と密着することによってＭＥＡ１４から電気を取り出すための取出電極として機能するようになっている。このような枠体１３は、導電性金属で形成されている。この枠体１３の材質としては、流路形成板１２の材質と同様のものが挙げられる。
なお、この枠体１３には、図３（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、枠状に絶縁部１３ｂが形成されている。この絶縁部１３ｂは、図５に示すように、枠体１３を、流路形成板１２及び燃料極１４ａと電気的に絶縁している。

ＭＥＡ１４は、図４（ｂ）及び図５に示すように、流路形成板１２と密着することによって、流路１２ｃ内を通流する液体燃料と接触するようになっていると共に、図４（ｂ）に示すように、枠体１３の開口１３ａを介して酸化剤である空気（酸素：Ｏ₂）と接触するようになっている。

このようなＭＥＡ１４は、図５に示すように、流路形成板１２側に配置される燃料極１４ａと、枠体１３側に配置される酸化剤極１４ｂと、これら燃料極１４ａと酸化剤極１４ｂとの間に挟み込まれた固体高分子電解質膜１４ｃとを備えている。そして、燃料極１４ａは、流路形成板１２と電気的に接続していると共に、酸化剤極１４ｂは、枠体１３と電気的に接続されている。なお、燃料極１４ａと酸化剤極１４ｂには、周知のとおり、白金やパラジウム等の触媒が含まれている。

そして、このような発電セル１１には、図３（ａ）に示すように、流路形成板１２及び枠体１３にリード線１９が取り付けられている。このリード線１９は、外部負荷、つまり本実施形態では、電気の供給先であるパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）の図示しない電力消費部と電気的に接続されている。

次に、気液分離装置１８について説明する。気液分離装置１８は、前記したように、発電セル１１を直列に繋ぐ液体燃料通流配管１７ａに取り付けられており、発電セル１１が発電した際に副生する気体（二酸化炭素：ＣＯ₂）を液体燃料から分離するものである。この気液分離装置１８には、図２に示すように、分離した気体を発電モジュール１から排出するための排気管１７ｂが接続されている。この排気管１７ｂは、特許請求の範囲にいう「気体排出経路」に相当する。

この気液分離装置１８は、図６（ａ）に示すように、その外形が略円柱状の形状になっていると共に、その内部には、図６（ｂ）に示すように、中空部が形成されている。この中空部は、中空部の底面から上方に向かって延びる仕切板１８ａで仕切られている。そして、中空部には、この仕切板１８ａによって、第１液溜め１８ｂと、第２液溜め１８ｃとが形成されていると共に、これら第１液溜め１８ｂ及び第２液溜め１８ｃの上方に気体溜め１８ｄが形成されている。

図６（ｂ）に示すように、第１液溜め１８ｂの底部には、この気液分離装置１８の上流側に配置された発電セル１１の出口１２ｂ（図２参照）から延びた液体燃料通流配管１７ａが繋げられており、第２液溜め１８ｃの底部には、この気液分離装置１８の下流側に配置された発電セル１１の入口１２ａ（図２参照）に向かって延びる液体燃料通流配管１７ａが繋げられている。そして、気体溜め１８ｄの天井面には、前記した排気管１７ｂが繋げられている。

次に、気体排出手段２について説明する。気体排出手段２は、図２に示すように、電磁弁２１と、この電磁弁２１の開閉動作を制御する制御部２２とを備えている。なお、電磁弁２１は、特許請求の範囲にいう「弁」に相当する。

電磁弁２１は、図２に示すように、気液分離装置１８から延びる排気管１７ｂの先端部に取り付けられている。本実施形態における電磁弁２１は、常閉弁であり、次に説明する制御部２２からの制御電流を入力することによって、開くようになっている。この電磁弁２１としては、公知の構造のものを使用することができる。ちなみに、図６（ｂ）に示すように気体が気液分離装置１８に溜まるのは、電磁弁２１が閉状態にあるからである。

制御部２２は、所定期間ごとに、言い換えれば予め設定された時間間隔で電磁弁２１に向けて制御電流を出力するように構成されている。この制御部２２は、公知のものでよく、例えば、ＣＰＵ（中央演算処理装置）や、半導体メモリ、パルス発生回路等で構成することができる。

次に、本実施形態に係る燃料電池の動作について適宜図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面において、図７（ａ）は、気体排出手段を構成する制御部から出力される制御電流の出力タイミングを示すタイムチャート、図７（ｂ）は、気体排出手段を構成する電磁弁の開閉によって、気液分離装置の第２液溜めにおける液面の位置が推移する様子を示すグラフである。

この燃料電池ＦＣでは、前記したように、界面活性剤を含む液体燃料が発電モジュール１に循環供給される。この際、図２に示すように、予め設定された流量で供給口１５から供給された液体燃料は、上流側から下流側に向かって配置された８つの発電セル１１を経由して発電モジュール１の排出口１６から排出される。

このとき発電セル１１のそれぞれでは、液体燃料が、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す入口１２ａから流路１２ｃに流れ込んだ後に、出口１２ｂから排出されていく。このように液体燃料が流路１２ｃを通流する際に、液体燃料は、図５に示すＭＥＡ１４の燃料極１４ａと接触する。その一方で、図４（ｂ）及び図５に示す枠体１３の開口１３ａから空気（酸素：Ｏ₂）が取り入れられることによって、図５に示す酸化剤極１４ｂは、空気（酸素：Ｏ₂）と接触する。その結果、燃料極１４ａ及び酸化剤極１４ｂで、次式（１）及び次式（２）で示される電気化学的な反応が進行することによって、発電セル１１は発電する。
燃料極（アノード）：ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-・・・（１）
酸化剤極（カソード）： ３／２Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ・・・・（２）
つまり、電気は、取出電極となる流路形成板１２及び枠体１３（図４（ｂ）参照）によって取り出されると共に、リード線１９（図４（ｂ）参照）を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に供給される。

このように発電セル１１が発電する際に燃料極１４ａで発生した二酸化炭素（ＣＯ₂）は、図５に示すように、流路１２ｃ内を流れる液体燃料中で気泡ＢＢとなる。そして、この気泡ＢＢは、流路１２ｃの壁面が親水処理されていると共に液体燃料に界面活性剤が含まれているので、気泡ＢＢが流路１２ｃの壁面に吸着されることは回避される。その結果、気泡ＢＢは、液体燃料と共に発電セル１１の出口１２ｂ（図４参照）から速やかに排出されていく。

そして、図２に示すように、上流側に位置する発電セル１１から排出された液体燃料は、下流側に配置された発電セル１１に液体燃料通流配管１７ａを介して流れ込んで行く。

その一方で、液体燃料通流配管１７ａに取り付けられた気液分離装置１８では、図６（ｂ）に示すように、液体燃料が、気泡ＢＢと共に気液分離装置１８の第１液溜め１８ｂに流れ込む。このとき気泡ＢＢは、液体燃料の密度とこの気泡ＢＢの成分（二酸化炭素）の密度の違いによって分離される。つまり、この気液分離装置１８は、気泡ＢＢをその浮力によって液体燃料中を反重力方向に移動させて液体燃料から分離する。そして、気泡ＢＢの成分である二酸化炭素（ＣＯ₂）は、気体溜め１８ｄに溜められる。このとき液体燃料は、所定の流量で液体燃料通流配管１７ａ内を流れているので、仕切板１８ａを乗り越えて第２液溜め１８ｃに移送されると共に、第２液溜め１８ｃから液体燃料通流配管１７ａを介して、上流側に配置された発電セル１１（図２参照）に供給される。

そして、図６（ｂ）に示す気液分離装置１８の気体溜め１８ｄに溜められた二酸化炭素（ＣＯ₂）は、図２に示す電磁弁２１が常閉弁であるので、気体溜め１８ｄに溜められた二酸化炭素（ＣＯ₂）の量が増加するに伴って、第２液溜め１８ｃに溜められた液体燃料の液面を下げていく。

その一方で、図２に示す気体排出手段２の制御部２２は、予め設定された時間間隔で電磁弁２１に向けて制御電流を出力する。具体的には、制御部２２は、図７（ａ）に示すように、パルス波形の制御電流を出力する。この制御電流を入力することによって、図２に示す電磁弁２１は、予め設定された時間間隔で開かれる。このように電磁弁２１が開かれると、気液分離装置１８の気体溜め１８ｄ（図６（ｂ）参照）に溜められた二酸化炭素（ＣＯ₂）は、排気管１７ｂを通じて電磁弁２１（図２参照）から排出される。その結果、図６（ｂ）に示す第２液溜め１８ｃに溜められた液体燃料の液面は上昇する。

なお、本実施形態では、図６（ｂ）に示す第２液溜め１８ｃに溜められた液体燃料の液面の位置が、第２液溜め１８ｃの底面と同じ位置ＦＬ２になったときに、制御部２２が制御電流を出力するように設定されている。そして、液体燃料の液面の位置が、図６（ｂ）に示す仕切板１８ａの高さと同じ位置ＦＬ１になったときに制御電流の出力を停止するように設定されている。つまり、制御部２２は、図７（ａ）及び図７（ｂ）に示すように、第２液溜め１８ｃに溜められた液体燃料の液面の位置が、第２液溜め１８ｃの底面と同じ位置ＦＬ２と、仕切板１８ａの高さと同じ位置ＦＬ１との間で上下に変動するように電磁弁２１の開閉動作を制御する。

このような本実施形態に係る燃料電池ＦＣでは、気液分離装置１８によって、液体燃料中の気体（気泡ＢＢ）が分離されるので、上流側から下流側に向かって流れる液体燃料中の気泡ＢＢの量が低減される。したがって、この燃料電池ＦＣによれば、液体燃料の流路１２ｃにおける圧力損失の増大が抑制される。

また、この燃料電池ＦＣでは、気液分離装置１８で分離された気体（気泡ＢＢ）が気体排出手段２によって定期的に排出される。したがって、この燃料電池ＦＣによれば、液体燃料中の気体（気泡ＢＢ）の量を低く維持しながら液体燃料を再利用すること、つまり液体燃料を循環させて使用することが可能となる。

この燃料電池ＦＣでは、液体燃料に界面活性剤を含むので、発電によって燃料極１４ａの表面に形成された気泡ＢＢが、大きく成長する前に燃料極１４ａから効率よく離脱する。その結果、この燃料電池ＦＣでは、液体燃料が通流し得る有効流路が大きくなる。したがって、この燃料電池ＦＣによれば、液体燃料の流路１２ｃにおける圧力損失の増大が抑制される。

この燃料電池ＦＣでは、液体燃料が通流する流路１２ｃの壁面に親水処理が施されているので、液体燃料の流路１２ｃ内を液体燃料と共に流れる気泡ＢＢが、流路１２ｃの壁面に吸着することが防止される。その結果、この燃料電池ＦＣによれば、液体燃料が通流し得る有効流路が狭められることは回避される。したがって、この燃料電池ＦＣによれば、液体燃料の流路１２ｃにおける圧力損失の増大が抑制される。

（第２実施形態）
以下に、本発明の燃料電池の第２実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図８は、第２実施形態に係る燃料電池の構成を説明するための構成説明図である。なお、この第２実施形態に係る燃料電池は、第１実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルに、流量調節弁を有するバイパス配管が取り付けられていると共に、このバイパス配管における液体燃料の通流量を流量調節弁が調節するようになっている以外は、第１実施形態に係る燃料電池と同様に構成されている。したがって、ここでは、主にバイパス配管と流量調節弁とについて説明すると共に、第１実施形態に係る燃料電池と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図８に示すように、本実施形態に係る燃料電池ＦＣはバイパス配管７を備えている。このバイパス配管７は、発電セル１１ａの入口１２ａに繋げられて、この入口１２ａから延びる本管７ａと、この本管７ａから分岐して発電セル１１ｃ、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇの各入口１２ａに向かってそれぞれ延びる枝管７ｂとで構成されている。つまり、この燃料電池ＦＣでは、下流側に位置する発電セル１１の入口１２ａと、上流側に位置する発電セル１１の入口１２ａとがバイパス配管７で繋げられている。

このようなバイパス配管７の本管７ａには、発電セル１１ａの入口１２ａの近傍に第１の流量調節弁７ｃが取り付けられており、バイパス配管７の各枝管７ｂのそれぞれには、第２の流量調節弁７ｄが取り付けられている。これら第１の流量調節弁７ｃ及び第２の流量調節弁７ｄとしては、公知の構造の流量調節弁を使用することができる。そして、第１の流量調節弁７ｃは、制御部２２から出力される制御電流によって本管７ａに流れ込む液体燃料の流量を調節するようになっており、第２の流量調節弁７ｄは、制御部２２から出力される制御電流によって枝管７ｂに流れ込む液体燃料の流量を調節するようになっている。

次に、本実施形態に係る燃料電池ＦＣの動作について説明する。この燃料電池ＦＣでは、図８に示すように、ポンプ６によって供給口１５から供給された液体燃料は、液体燃料通流配管１７ａを発電セル１１ａの入口１２ａに向かって通流する。そして、液体燃料の一部は、入口１２ａから発電セル１１ａ内に入り込む。その一方で、供給口１５から供給された液体燃料のうち残余の液体燃料は、バイパス配管７の本管７ａ内に流れ込む。このとき本管７ａに流れ込む液体燃料の流量は、前記したように制御部２２からの制御電流を入力した第１の流量調節弁７ｃによって調節される。

そして、本管７ａに流れ込んだ液体燃料は、本管７ａから各枝管７ｂ及びこれら枝管７ｂが繋げられた発電セル１１ｃ、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇに流れ込む。このとき発電セル１１ｃ、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇのそれぞれに流れ込む液体燃料の流量は、前記したように制御部２２からの制御電流を入力した第２の流量調節弁７ｄによって調節される。

このような燃料電池ＦＣにおいて、発電セル１１ｃには、この発電セル１１ｃの上流側に位置する発電セル１１ａの出口１２ｂから液体燃料通流配管１７ａを介して液体燃料が流れ込むと共に、発電セル１１ａの入口１２ａからバイパス配管７を介して液体燃料が流れ込む。つまり、下流側に位置する発電セル１１ｃには、上流側に位置する発電セル１１ａを経由しない液体燃料がバイパス配管７を通じて供給される。そして、発電セル１１ｅには、発電セル１１ｃを経由しない液体燃料がバイパス配管７を通じて供給され、発電セル１１ｇには、発電セル１１ｅを経由しない液体燃料がバイパス配管７を通じて供給される。したがって、この燃料電池ＦＣでは、上流側に位置する発電セル１１で発生した気泡ＢＢを全く含まない液体燃料がバイパス配管７を通じて下流側の発電セル１１に供給されることとなる。その結果、この燃料電池ＦＣによれば、気液分離装置１８によって液体燃料中の気泡ＢＢが分離されることとも相俟って、下流側に行くほど気泡ＢＢの量が多くなって圧力損失が増大していくという従来の燃料電池における問題はさらに確実に解消される。

また、この燃料電池ＦＣは、第１の流量調節弁７ｃや第２の流量調節弁７ｄの開閉動作が所定の時間間隔で繰り返して行われることによって、発電セル１１内を通流する液体燃料に脈動を付与することが可能となる。なお、第１の流量調節弁７ｃ及び第２の流量調節弁７ｄの開閉動作は、制御部２２からの制御電流をオンオフすることによって行うことができる。なお、このような脈動を発生させるための第１の流量調節弁７ｃ及び第２の流量調節弁７ｄ並びに制御部２２は、特許請求の範囲にいう「脈動流発生手段」に相当する。

このような「脈動流発生手段」を備えた燃料電池ＦＣでは、発電セル１１の流路１２ｃ（図５参照）における液体燃料の流れに脈動を付与することができるので、発電によって発電セル１１の燃料極１４ａ（図５参照）の表面に形成された気泡ＢＢが、大きく成長する前に気泡ＢＢを燃料極１４ａから効率よく離脱させることができる。その結果、この燃料電池ＦＣでは、液体燃料が通流し得る有効流路が大きくなる。したがって、この燃料電池ＦＣでは、発電セル１１内の液体燃料の流路１２ｃ（図５参照）における圧力損失が増大することが抑制される。

また、この燃料電池ＦＣでは、図２に示すように、下流側に位置する発電セル１１に、上流側に位置する発電セル１１を経由しない液体燃料がバイパス配管７を通じて供給されるので、上流側に位置する発電セル１１が発電することによって消費された液体燃料分が、バイパス配管７を通じて供給される液体燃料分によって補われる。その結果、下流側に位置する発電セル１１に供給される液体燃料の希釈化が抑制される。

（第３実施形態）
以下に、本発明の燃料電池の第３実施形態について適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図９は、第３実施形態に係る燃料電池の構成を説明するための構成説明図である。なお、この第３実施形態に係る燃料電池は、第１実施形態に係る燃料電池を構成する発電セルに、発電停止機構を設けた以外は、第１実施形態に係る燃料電池と同様に構成されている。したがって、ここでは、主に発電停止機構について説明すると共に、第１実施形態に係る燃料電池と同様の構成要素については同一の符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図９に示すように、本実施形態に係る燃料電池ＦＣは、発電セル１１ｅに第１リレー７１及び第２リレー７２を備えており、発電セル１１ｇに第３リレー７３及び第４リレー７４を備えており、発電セル１１ｅ及び発電セルｇの両方に接続される第５リレー７５を備えている。なお、第１リレー７１、第２リレー７２、第３リレー７３及び第４リレー７４は、特許請求の範囲にいう「発電停止機構」に相当する。ちなみに、第５リレー７５は、「発電停止機構」を構成していない。そして、第１リレー７１及び第２リレー７２は、発電セル１１ｅについての発電停止機構であり、第３リレー７３及び第４リレー７４は、発電セル１１ｇについての発電停止機構である。なお、本実施形態では、構成説明の便宜上、発電停止機構が発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇの２つにのみ取り付けられた燃料電池ＦＣを示しているが、発電停止機構が取り付けられる発電セル１１の数に制限はなく、発電停止機構は、発電モジュール１（図２参照）を構成する８つの発電セル１１の全てに取り付けられたものであってもよい。

本実施形態における第１リレー７１及び第２リレー７２、並びに第３リレー７３及び第４リレー７４は、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇの電気負荷、つまりパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）や後記するキャパシタ７６（図９参照）に対する電気的な接続を切断するように構成されている。

図９に示すように、第１リレー７１及び第２リレー７２は、発電セル１１ｅに対して並列に接続されている。具体的には、第１リレー７１及び第２リレー７２は、図３（ａ）に示す流路形成板１２のリード線１９及び枠体１３のリード線１９のそれぞれと電気的に接続されている。そして、第１リレー７１の他端側（発電セル１１ｅの反対側）は、パーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）の図示しない電力消費部と電気的に接続されており、第２リレー７２の他端側（発電セル１１ｅの反対側）は、キャパシタ７６と接続されている。

キャパシタ７６は、発電セル１１の発電を停止させたときに、停止させた発電セル１１の発電分を補うための電気を充電しておくためのものである。このキャパシタ７６からは、充電された電気が、第５リレー７５を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に供給されるようになっている。

一方、第３リレー７３及び第４リレー７４は、図９に示すように、発電セル１１ｇに対して並列に接続されている。具体的には、第３リレー７３及び第４リレー７４は、図３（ａ）に示す流路形成板１２のリード線１９及び枠体１３のリード線１９のそれぞれと電気的に接続されている。そして、第３リレー７３の他端側（発電セル１１ｇの反対側）は、パーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）の図示しない電力消費部と電気的に接続されており、第４リレー７４の他端側（発電セル１１ｇの反対側）は、キャパシタ７６と接続されている。つまり、この第４リレー７４と発電セル１１ｅ側の第２リレー７２とは、キャパシタ７６に対して並列に接続されている。

次に、本実施形態に係る燃料電池ＦＣの動作について適宜図面を参照しながら説明する。なお、参照する図面において、図１０は、発電停止機構としての第１リレー、第２リレー、第３リレー、第４リレー及び第５リレーのオンオフのタイミングを示すタイムチャートである。

本実施形態に係る燃料電池ＦＣは、図９に示す８つの発電セル１１のうち発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇが所定の時間間隔で発電と発電の停止とを繰り返すようになっている。発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇの発電と発電の停止のタイミングは次のように設定されている。

図１０に示すように、区間Ａは、発電セル１１ｅが発電して第１リレー７１を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に電気を供給する区間である。つまり、具体的には、第１リレー７１がオン（ＯＮ）になり、そして、第２リレー７２、第３リレー７３及び第４リレー７４がオフ（ＯＦＦ）になると、発電セル１１ｅは、発電して第１リレー７１を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に電気を供給する。なお、この電気を供給する工程は、図１０中、「負荷発電」と記す。

このとき発電セル１１ｅでは、発電によって図５に示す燃料極１４ａに二酸化炭素（ＣＯ₂）の気泡ＢＢが生じる。つまり、図１０に示すように、発電セル１１ｅ内の気泡量は、時間経過と共に増大していく。

その一方で、発電セル１１ｇは、第３リレー７３及び第４リレー７４がオフ（ＯＦＦ）になっているので発電を停止する。この発電の停止工程は、図１０中、「停止」と記す。その結果、発電セル１１ｇは、気泡ＢＢを発生することがない。そして、発電セル１１ｇの流路１２ｃ（図５参照）内に気泡ＢＢが残存している場合には、気泡ＢＢの成分である二酸化炭素（ＣＯ₂）は、液体燃料に溶解し、あるいはＭＥＡ１４（図５参照）中に拡散していく。つまり、図１０に示すように、発電セル１１ｇ内の気泡量は、時間と共に減少していく。なお、このとき第５リレー７５は、オン（ＯＮ）になっており、キャパシタ７６（図９参照）に充填されている電気は、第５リレー７５を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に供給される。つまり、発電セル１１ｇの発電が停止している間の電気は、キャパシタ７６に充電された電気で補われる。

次に、図１０に示すように、区間Ｂは、発電セル１１ｅが発電して第２リレー７２を介してキャパシタ７６（図９参照）に充電する区間である。つまり、具体的には、第２リレー７２がオン（ＯＮ）になり、第１リレー７１はオン（ＯＮ）を維持するが、第３リレー７３及び第４リレー７４がオフ（ＯＦＦ）になると共に第５リレー７５がオフ（ＯＦＦ）になる。そして、発電セル１１ｅは、発電して第２リレー７２を介してキャパシタ７６（図９参照）に充電を開始する。ちなみに、パーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）には、第１リレー７１を介して電気が供給される。なお、この充電工程は、図１０中、「キャパシタ充電」と記す。

そして、発電セル１１ｅでは、キャパシタ７６（図９参照）への充填のために発電を継続しているので、図１０に示すように、発電セル１１ｅ内の気泡量は、時間と共にさらに増大していく。その一方で、発電セル１１ｇでは、第３リレー７３及び第４リレー７４がオフ（ＯＦＦ）になっているので、引き続いて発電を停止している。その結果、発電セル１１ｇ内の気泡量は、時間と共にさらに減少していく。

区間Ｃは、図１０に示すように、発電セル１１ｅが発電を停止すると共に、発電セル１１ｇが発電して第３リレー７３を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に電気を供給する区間である。つまり、具体的には、第３リレー７３と第５リレー７５とがオン（ＯＮ）になり、そして、第１リレー７１、第２リレー７２及び第４リレー７４がオフ（ＯＦＦ）になる。その結果、発電セル１１ｇは、発電して第３リレー７３を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に電気を供給する。また、図１０に示すように、発電セル１１ｇ内の気泡量は、時間と共に増大していく。

その一方で、発電セル１１ｅは、第１リレー７１及び第２リレー７２がオフ（ＯＦＦ）になっているので発電を停止する。その結果、発電セル１１ｅでは、気泡ＢＢが発生することがない。そして、発電セル１１ｅの流路１２ｃ（図５参照）内に残存している気泡ＢＢの二酸化炭素（ＣＯ₂）は、液体燃料に溶解し、あるいはＭＥＡ１４（図５参照）中に拡散していく。つまり、図１０に示すように、発電セル１１ｅ内の気泡量は、時間と共に減少していく。なお、このとき第５リレー７５は、オン（ＯＮ）になっており、キャパシタ７６（図９参照）に充填されている電気は、第５リレー７５を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に供給される。つまり、発電セル１１ｅの発電が停止している間の電気は、キャパシタ７６に充電された電気で補われる。

区間Ｄは、図１０に示すように、発電セル１１ｇが発電して第４リレー７４を介してキャパシタ７６（図９参照）に充電する区間である。つまり、具体的には、第４リレー７４がオン（ＯＮ）になり、第３リレー７３がオン（ＯＮ）を維持する。そして、第１リレー７１及び第２リレー７２がオフ（ＯＦＦ）になると共に第５リレー７５がオフ（ＯＦＦ）になる。その結果、発電セル１１ｇは、発電して第４リレー７４を介してキャパシタ７６（図９参照）に充電を開始する。また、発電セル１１ｇは、第３リレー７３を介してパーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）に電気を供給するが、このとき発電セル１１ｅは、第１リレー７１及び第２リレー７２がオフ（ＯＦＦ）になっているので発電を停止している。

これにより、図１０に示すように、発電セル１１ｇ内の気泡量は、時間と共にさらに増大していく。その一方で、発電セル１１ｅでは、第１リレー７１及び第２リレー７２がオフ（ＯＦＦ）になっているので、引き続いて発電を停止している。その結果、発電セル１１ｅ内の気泡量は、時間と共にさらに減少していく。

そして、発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇでは、図１０に示すように、このような「負荷発電」、「キャパシタ充電」及び「停止」が繰り返されることによって、区間Ｅ、区間Ｆ及び区間Ｇが規定される。つまり、「負荷発電」及び「キャパシタ充電」によって発電セル１１ｅ及び発電セル１１ｇの流路１２ｃ（図５参照）内に発生した気泡ＢＢ（図５参照）は、発電の「停止」によって小さくなるか、あるいは消滅する。

このような燃料電池ＦＣによれば、燃料電池ＦＣの運転中に、複数の発電セル１１のうち一部の発電セル１１の発電を停止する。その結果、この燃料電池ＦＣでは、発電を停止した発電セル１１の流路１２ｃ（図５参照）内における気泡ＢＢが減少する。したがって、この燃料電池ＦＣによれば、液体燃料が通流し得る有効流路が広がるので、従来の燃料電池と比較して、液体燃料の流路１２ｃ（図５参照）における圧力損失の増大が抑制される。

また、このような燃料電池ＦＣによれば、停止させた発電セル１１の発電分を補うための電気を充電するキャパシタ７６を備えているので、発電セル１１の停止中であってもパーソナルコンピュータＰＣに安定して電気が供給される。

以上、本発明の第１実施形態、第２実施形態及び第３実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態には限定されない。例えば、前記実施形態では、８つの発電セル１１からなり、液体燃料通流配管１７ａで並列に繋げられた発電セル１１を含む燃料電池ＦＣを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電セル１１の全部が直列に繋げられた燃料電池ＦＣであってもよい。

また、前記実施形態では、一つの発電モジュール１からなる燃料電池ＦＣを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、図１１に示すように、複数の発電モジュール１が重ね合わせられた燃料電池ＦＣであってもよい。

また、前記実施形態では、燃料電池ＦＣがパーソナルコンピュータＰＣのモニタＭの表示画面Ｄに沿うように配置されており、その使用時にはモニタＭの傾斜に合わせて、液体燃料が鉛直面に沿って流れるか、あるいは鉛直面に対してわずかに傾いた面に沿って流れるように燃料電池ＦＣは配置されるが、本発明は気液分離装置１８の機能を阻害しない限りにおいて、如何ように傾いて配置されてもよい。そして、例えば、図１２に示すように、燃料電池ＦＣは、液体燃料が水平面に沿って流路１２ｃを流れるように配置されてもよい。このような燃料電池ＦＣでは、気液分離装置１８は、その仕切板１８ａの延びる方向が鉛直方向に合わせ込まれるように配置されればよい。そして、このような燃料電池ＦＣは、例えば、パーソナルコンピュータＰＣ（図１参照）のキーボードの下方に配置することができる。

また、前記実施形態では、気液分離装置１８が、液体燃料と二酸化炭素とをこれらの密度の違いによって分離するように構成された燃料電池ＦＣを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、気液分離装置１８が気液分離膜を備えたものであってもよい。

また、前記実施形態では、発電セル１１の流路１２ｃの壁面に親水処理が施されているが、本発明は、液体燃料通流配管１７ａの内壁面に親水処理が施されていてもよい。

また、前記実施形態では、制御部２２が電磁弁２１をタイマ制御する気体排出手段２を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、気体排出手段２が、気液分離装置１８内に満たされた二酸化炭素の量に応じて気液分離装置１８から二酸化炭素を排出するように構成されたものであってもよい。このような気体排出手段２としては、例えば、気液分離装置１８の第２液溜め１８ｃ内に設けられて、第２液溜め１８ｃ内の二酸化炭素を検出する気相センサ（図示せず）と、この気相センサから出力される二酸化炭素の検出信号を受けて電磁弁２１を開ける制御部２２とで構成することができる。

前記実施形態では、枠体１３の開口１３ａを介してＭＥＡ１４と空気（酸素：Ｏ₂）とを接触させる自然対流式の燃料電池ＦＣを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ファン等を使用して空気をＭＥＡ１４に強制的に供給する燃料電池であってもよい。また、各発電セル１１間を空気が循環するようにした循環式の燃料電池であってもよい。

また、前記実施形態では、バイパス配管７が、上流側の発電セル１１の入口１２ａと下流側に配置された発電セル１１の入口１２ａとを繋いでいるが、本発明はこれに限定されるものではなく、発電モジュール１の供給口１５に供給された液体燃料が各発電セル１１に個別に通流するようにバイパス配管７が設けられたものであってもよい。

また、前記第３実施形態では、複数の発電セル１１が液体燃料通流配管１７ａを介して直列に繋げられた燃料電池ＦＣに発電停止機構を設けたものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、液体燃料通流配管１７ａを介して並列に繋げられた燃料電池ＦＣに発電停止機構を設けたものであってもよい。

また、前記第３実施形態では、発電停止機構が、発電セル１１の電気負荷に対する電気的な接続を切断することによって発電セル１１の発電を停止させるように構成されているが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、発電停止機構が発電セル１１に対する酸化剤の供給を停止することによって発電セル１１の発電を停止するように構成したものであってもよい。

前記第２実施形態では、第１の流量調節弁７ｃ、第２の流量調節弁７ｄ及び制御部２２で構成された「脈動流発生手段」を有する燃料電池ＦＣを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ポンプ６が特許請求の範囲にいう「脈動流発生手段」であってもよい。つまり、燃料電池ＦＣは、流路１２ｃ内の液体燃料に脈動を付与するように所定の時間間隔で液体燃料を突出するポンプ６を備えたものであってもよい。このようなポンプ６として、例えば、ダイヤフラム式ポンプ、ローラ式ポンプ、プランジャ式ポンプ等が挙げられる。

また、前記実施形態では、燃料電池ＦＣがラップトップ型のパーソナルコンピュータＰＣの電源として使用された例を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、携帯電話等の他の携帯機器の電源として使用されてもよい。

第１実施形態に係る燃料電池が組み込まれたパーソナルコンピュータの斜視図である。 第１実施形態に係る燃料電池の構成を説明するための構成説明図である。 図３（ａ）は、図２の燃料電池を構成する発電セルの斜視図であり、図２中の発電セルをその裏側から見た図、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す発電セルの分解斜視図である。 図４（ａ）は、図３（ｂ）中の流路形成板に形成された液体燃料の流路を示す模式図、図４（ｂ）は、図３（ａ）中のＡ−Ａ線における断面図である。 図４（ｂ）中のＢ部の拡大図である。 図６（ａ）は、図２の燃料電池を構成する気液分離装置の斜視図、図６（ｂ）は、図６（ａ）中のＣ−Ｃ線における断面図である。 図７（ａ）は、気体排出手段を構成する制御部から出力される制御電流の出力タイミングを示すタイムチャート、図７（ｂ）は、気体排出手段を構成する電磁弁の開閉によって、気液分離装置の第２液溜めにおける液面の位置が推移する様子を示すグラフである。 第２実施形態に係る燃料電池の構成を説明するための構成説明図である。 第３実施形態に係る燃料電池の構成を説明するための構成説明図である。 第３実施形態に係る燃料電池を構成する発電停止機構としての第１リレー、第２リレー、第３リレー、第４リレー及び第５リレーのオンオフのタイミングを示すタイムチャートである。 他の実施形態に係る燃料電池を示す斜視図である。 他の実施形態に係る燃料電池を示す模式図である。

符号の説明

２ 気体排出手段
７ バイパス配管
１１ 発電セル
１１ａ 発電セル
１１ｂ 発電セル
１１ｃ 発電セル
１１ｄ 発電セル
１１ｅ 発電セル
１１ｆ 発電セル
１１ｇ 発電セル
１１ｈ 発電セル
１２ａ 入口
１２ｃ 流路
１２ｅ 親水性被膜（親水処理）
１７ａ 液体燃料通流配管
１８ 気液分離装置
２１ 電磁弁（弁）
２２ 制御部
７１ 第１リレー（発電停止機構）
７２ 第２リレー（発電停止機構）
７３ 第３リレー（発電停止機構）
７４ 第４リレー（発電停止機構）
ＢＢ 気泡（気体）
ＦＣ 燃料電池

Claims (10)

1. 液体燃料を使用して発電する発電セルが、液体燃料通流配管を介して複数繋げられ、前記発電セルの一部又は全部が直列に繋げられた燃料電池において、前記液体燃料中の気体を分離する気液分離装置が前記発電セルを直列に繋ぐ前記液体燃料通流配管に設けられたことを特徴とする燃料電池。
2. 前記気液分離装置で分離された前記気体を所定期間ごとに排出する気体排出手段が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記気体排出手段が、前記気液分離装置の気体排出経路に設けられた弁と、前記弁の開閉動作を制御する制御部とで構成されていることを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. 前記気液分離装置が、前記液体燃料と前記気体とをこれらの密度の違いによって分離するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の燃料電池。
5. 前記液体燃料通流配管を介して直列に繋げられた前記発電セルのうち、流れる前記液体燃料の下流側に位置する前記発電セルにおける前記液体燃料の入口と、上流側に位置する前記発電セルにおける前記液体燃料の入口とがバイパス配管で繋げられていることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の燃料電池。
6. 液体燃料を使用して発電する発電セルが液体燃料通流配管を介して複数繋げられた燃料電池において、燃料電池の運転中に、少なくとも一つの前記発電セルの発電を停止させる発電停止機構を備えることを特徴とする燃料電池。
7. 前記液体燃料が界面活性剤を含むことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の燃料電池。
8. 前記液体燃料が通流する流路の壁面に親水処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７のいずれか１項に記載の燃料電池。
9. 親水処理が施された前記壁面が、当該壁面に対する水滴の接触角が９０度よりも小さくなっていることを特徴とする請求項８に記載の燃料電池。
10. 脈動流の前記液体燃料を前記発電セルに供給する脈動流発生手段が設けられていることを特徴とする請求項１乃至請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池。

Images