JP2007165287A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料を供給する圧力が低くても、燃料極での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を提供する。
【解決手段】この燃料電池は、第１の流路１３が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口面積は、第２の流路１５が拡散層１７側に開口する開口面積よりも小さい構造を有する。この構造は、第１の流路１３から燃料極１の拡散層１７への液体燃料の供給を抑制する供給抑制構造と、第２の流路１５からの排出ガスの排出を促進する排出促進構造とをなす。この構造によれば、第１の流路１３の開口面積と第２の流路１５の開口面積とが等しい場合に比べて、第１の流路１３から拡散層１７への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路１３において液体燃料が充満し易くなる。
【選択図】図３

Description

この発明は、液体燃料が供給される燃料電池に関し、例えば携帯電話等の小型の電子機器にも内蔵可能な小型化に適した燃料電池に関する。

燃料電池は、燃料と酸化剤を供給すれば発電する発電装置である。通常、酸化剤には空気が使用できるため、燃料を交換することで連続して発電することができる。このため、燃料電池は、定置用電源のみでなく携帯用電源としても非常に注目されている。

通常、定置用の燃料電池などでは、燃料に水素あるいは水素を含有するガスが使用されるが、携帯用電源としては、同じ大きさの容器に貯蔵した燃料でより長時間発電できることが利点となる。よって、燃料としては、体積当たりのエネルギー密度の高い液体燃料の方が有利となる。

なお、改質器でもって液体燃料から水素を生成して発電に用いることもできるが、燃料電池のシステム全体が複雑になるため、小型化には液体燃料を直接供給する方が容易と考えられている。

従来、燃料を直接供給するタイプの燃料電池が、特許文献１(特表平１１−５１０３１１号公報)に開示されている。この燃料電池は、メタノールと水の混合物を燃料に用いる直接型メタノール燃料電池である。

図７を参照して、代表的な直接型メタノール燃料電池について説明する。

図７は、ハウジング１０２内に燃料極１０４と酸化剤極１０６と電解質膜１０８を備えた直接型メタノール燃料電池１０１を模式的に示す図である。燃料タンク１０９から燃料ポンプ１１０によってメタノールと水とが混合された燃料が燃料極室１１２に供給される。燃料極室１１２内に供給された燃料は、燃料極１０４内に浸透して反応し、プロトン(水素イオン)と電子、それに二酸化炭素を生成する。

通常、燃料極１０４には多孔質材が用いられており、電解質膜１０８との界面近傍の触媒が担持された層で燃料極１０４での反応が起こっている。燃料極１０４で生成されたプロトンは電解質膜１０８を透過して酸化剤極１０６に移動し、電子は燃料極１０４から外部回路(図示せず)を経由して酸化剤極１０６に流れる。この電子が燃料電池の出力として使用される。二酸化炭素は、燃料極１０４から燃料極室１１２に排出され、未反応の燃料とともに出口ポート１２１から排出される。この出口ポート１２１から排出した二酸化炭素と未反応の燃料は、燃料タンク１０９に回収され、二酸化炭素は燃料タンク１０９に設けられた放出ポート１１４から排出されている。

一方、酸化剤極１０６側では、酸素圧縮機１１６によって酸素が酸化剤極室１１８へ供給され、この酸素は酸化剤極室１１８から酸化剤極１０６内に拡散する。酸化剤極１０６では、酸素が燃料極１０４から拡散してきたプロトンと反応して水を生成する。生成した水は通常水蒸気となって酸化剤室１１８から未反応の酸素とともに出口ポート１２０から排出される。図７に示す例では、酸化剤として酸素が使用されている。なお、酸素濃度は低くなるが酸化剤として空気を使用することもできる。

従来の直接型メタノール燃料電池では、燃料のメタノールと水の混合物は、図７に示すように、燃料極室１１２に供給され、燃料極室１１２から燃料極１０４の拡散層へ浸透して電解質膜１０８との界面近傍の触媒を含有する層で反応する。そして反応生成物である二酸化炭素が燃料極室内１１２に排出され、供給されてくる燃料に合流し、未反応の燃料とともに出口ポート１２１から排出される。燃料電池で高効率かつ安定した発電を行うためには、燃料の供給と反応生成物である二酸化炭素の排出を効率的かつ安定に行わなければならない。

ところで、燃料ポンプ１１０で供給される燃料の主たる流れは、燃料極室１１２に送り込まれてから、燃料極室１１２に設けられた出口ポート１２１から排出されている。このため、燃料極１０４の反応に直接寄与する燃料極１０４が有する多孔質材内の流れは、燃料極室１１２内での燃料の主たる流れから逸れたものとなってしまう。さらに、燃料極１０４が有する多孔質材内では、毛細管作用が働くものの、形状や方向の制約を受けることから、燃料極１０４内へ効率的かつ安定に燃料を供給することが困難であった。このことは、燃料電池としての出力を向上させることや高効率で長時間発電させることを難しくしていた。また、燃料を高圧で圧送するポンプを用いる場合には、電源装置としての大型化を招くので、特に、携帯用機器などの電源として採用が難しくなる。

ところで、特許文献２(特開２００２−１７５８１７号公報)には、燃料が供給される燃料流路に燃料が浸透する燃料浸透部材を配置して、燃料極への燃料供給の促進を図っている。

しかし、特許文献２に記載された燃料電池では、燃料浸透部材による浸透でもって燃料を燃料極に供給しているので、燃料極での燃料の反応効率が不十分で、出力が不十分であった。
特表平１１−５１０３１１号公報 特開２００２−１７５８１７号公報

そこで、この発明の課題は、燃料極での燃料の反応効率と反応生成物の排出効率を高めることにより、小型で高出力な燃料電池を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の燃料電池は、液体燃料が供給されると共にこの液体燃料から陽イオンと電子を生成する燃料極と、
上記燃料極に対向するように配置されると共に上記燃料極からの陽イオンが透過する電解質膜と、
酸化剤が供給されると共に上記電解質膜に対向するように配置され、上記電解質膜を透過した上記陽イオンと上記酸化剤とを反応させる酸化剤極と、
上記燃料極に対向するように配置されると共に上記燃料極に上記液体燃料を供給する第１の流路と上記燃料極からの排出ガスを排出する第２の流路を形成する流路板とを備え、
上記第１の流路と上記第２の流路とは分離されており、
上記燃料極は、
上記電解質膜側の触媒を含有する電極層と上記流路板側の拡散層とを有し、
上記第１の流路から上記拡散層への上記液体燃料の供給を抑制する燃料供給抑制構造と、
上記第２の流路からの上記排出ガスの排出を促進するガス排出促進構造とを備えたことを特徴としている。

この発明の燃料電池によれば、燃料供給抑制構造は、第１の流路から拡散層への液体燃料の供給を抑制するので、第１の流路において液体燃料が充満し易くなる。これにより、第１の流路の略全ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることが可能となる。よって、液体燃料と燃料極との反応を全体に、燃料極での反応(陽イオンと電子の生成)を促進できる。一方、ガス排出促進構造は、第２の流路からの排出ガスの排出を促進するから、燃料極で生成した排出ガスを効率よく排出できる。また、排出ガスの排出を促進することは、燃料極での反応の促進にも寄与し、出力の向上につながる。

したがって、この発明の燃料電池によれば、第１の流路への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。また、燃料電池の設置あるいは保持する向きに寄らず安定した出力が得られる。したがって、この発明は、燃料供給を圧送するポンプ等の設置が難しい携帯機器などの小型電子機器の電源として特に好適である。

一実施形態の燃料電池では、上記供給抑制構造と排出促進構造は、上記第１の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口面積を、上記第２の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口面積よりも小さくした構造である。

この実施形態によれば、第１の流路の開口面積と第２の流路の開口面積とが等しい場合に比べて、第１の流路から拡散層への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路において液体燃料が充満し易くなり第１の流路の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り、燃料極での反応を促進できる一方、第２の流路からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記供給抑制構造と排出促進構造は、上記第１の流路内を上記液体燃料が進行する方向に対して直交する面による上記第１の流路の断面の面積を、上記第２の流路内を上記排出ガスが進行する方向に対して直交する面による上記第２の流路の断面の面積よりも小さくした構造である。

この実施形態によれば、第１の流路の断面積と第２の流路の断面積とが等しい場合に比べて、第１の流路から燃料極の拡散層への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路において液体燃料が充満し易くなり第１の流路の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り、燃料極での反応を促進できる。一方、第２の流路からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。

また、一実施形態の燃料電池は、上記流路板は、
上記燃料極に上記液体燃料を供給する第１の流路と上記燃料極からの排出ガスを排出する第２の流路を形成する第１の層と、
上記第１の層上に積層されると共に第３の流路を有する第２の層とを備え、
上記第１の層は、
上記第２の流路を上記第３の流路に連通させる貫通孔を有し、
上記第３の流路と貫通孔が上記排出促進構造をなす。

この実施形態によれば、燃料極からの排出ガスを第２の流路から貫通孔を経由して上層の第２の層の第３の流路へ排出できて、第２の流路において上記燃料極の拡散層に沿って排出ガスを輸送する距離を短くでき、反応生成物を速やかに排出できる。したがって、この実施形態によれば、排出構造を第１の層と第２の層による立体的な排出構造とするので、第２,第３の流路および貫通孔による排出流路の配置の自由度が高くなる。よって、第１の流路の配置の自由度も高くでき、第１の流路による燃料極全体への燃料供給の均一性を高めることができる。

また、一実施形態の燃料電池は、上記第２の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口部を、上記第１の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口部の周りに配置した。

この実施形態によれば、上記第１の流路による燃料の効率的な供給と上記第２の流路による反応生成物の効率的な排出とを燃料極の全体に亘って均一性よく行うことができる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記流路板は、
上記燃料極に上記液体燃料を供給する第１の流路と上記燃料極からの排出ガスを排出する第２の流路を形成する第１の層と、
上記第１の層上に積層されると共に第３の流路を有する第２の層とを備え、
上記第１の流路は上記第１の層を貫通すると共に上記第３の流路に連通する貫通孔であり、
上記第３の流路と上記貫通孔が上記供給抑制構造をなす。

この実施形態によれば、燃料を流路板の第２の層の第３の流路に略均一な圧力で充満させて、第１の流路をなす貫通孔から燃料極へ供給できる。また、燃料供給構造を第１の層と第２の層による立体的な排出構造とするので、第１,第３の流路および貫通孔による供給流路の配置の自由度が高くなる。よって、燃料を燃料極全体に均一に供給できる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記第２の流路は上記貫通孔を取り囲むように配置されている。

この実施形態によれば、貫通孔で構成した第１の流路による燃料の効率的な供給と第２の流路による反応生成物の効率的な排出とを燃料極の全体に亘って均一性よく行うことができる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記供給抑制構造と排出促進構造は、上記流路板と上記燃料極の拡散層との間に配置され、上記第１の流路からの上記液体燃料を上記燃料極の拡散層に比べて透過しにくいと共に上記燃料極の拡散層からの排出ガスを上記燃料極の拡散層に比べて上記第２の流路に排出しやすい浸透抑制膜である。

この実施形態によれば、浸透抑制膜の存在により、浸透抑制膜が無い場合に比べて、第１の流路から燃料極の拡散層への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路において液体燃料が充満し易くなり第１の流路の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り、燃料極での反応を促進できる。一方、第２の流路からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記浸透抑制膜は、少なくとも上記第１の流路に面する部分が親水性を有する。

この実施形態によれば、浸透抑制膜は第１の流路に面する部分が親水性を有するので、第１の流路に充満した液体燃料は、浸透抑制膜の第１の流路に面する部分に浸透し易くなる。したがって、燃料極での反応を促進でき、出力の向上を図れる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記浸透抑制膜は、少なくとも上記第２の流路に対向する部分の裏面が撥水性を有する。

この実施形態によれば、浸透抑制膜は第２の流路に対向する部分の裏面が撥水性を有するので、燃料極の拡散層に浸透した液体燃料は撥水性を有する浸透抑制膜の裏面ではじかれるから、排出ガスは浸透抑制膜の裏面を透過し易くなる。したがって、第２の流路から排出ガスを排出し易くなる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記浸透抑制膜は、上記第２の流路に対向する開口部を有する。

この実施形態によれば、浸透抑制膜の開口部から第２の流路に排出ガスを排出し易くなるので、排出ガスの排出効率を向上させて、出力の向上を図れる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記浸透抑制膜は、導電性を有する。この実施形態によれば、電池の内部抵抗を低減できる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記浸透抑制膜を電極端子とした。

この実施形態によれば、浸透抑制膜が電極端子を兼ねているから、構造を簡略化できる。また、構造を簡略化できるから、流路などの密閉性を確保し易くなる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料極の拡散層は、上記第１の流路に対向する部分に凹部を有する。

この実施形態によれば、第１の流路から燃料極の拡散層の凹部に液体燃料が供給され、この凹部の壁面から拡散層内へ液体燃料が浸透され、燃料極での反応生成物を燃料極の電極層に沿って、上記液体燃料の浸透方向へ移送し易くなり、反応生成物を速やかに排出できる。また、液体燃料を燃料極の拡散層の凹部の壁面から燃料極の全体へ供給する供給の均一性を高めることができる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料極の拡散層は、上記第２の流路に対向する部分に凹部を有する。

この実施形態によれば、燃料極の拡散層内を電極層に沿って移動する燃料極での反応生成物を第２の流路に対向する部分に形成された拡散層の凹部の壁面を通して燃料の浸透方向に効率よく排出でき、排出ガスの排出効率を向上できる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記燃料極の拡散層は、
上記第１の流路に対向する第１の部分の積層方向のレベルと上記第２の流路に対向する第２の部分の積層方向のレベルとが異なっていると共に上記第１の部分と第２の部分との間で積層方向に対して斜めに延在している傾斜部分を有する。

この実施形態によれば、上記第１の部分が上記第２の部分に比べて燃料極から流路板に向かって突出している場合には、液体燃料が第１の流路から拡散層の第１の部分に浸透する浸透方向から傾斜部分内を拡散する拡散方向へ方向転換する角度を９０°よりも小さくできる。したがって、液体燃料の供給効率を向上でき、排出ガスの排出効率を向上できる。

また、上記第２の部分が上記第１の部分に比べて燃料極から流路板に向かって突出している場合には、傾斜部分を拡散する排出ガスの拡散方向から拡散層の第２の部分で第２の流路に向かう積層方向へ方向転換する角度を９０°よりも小さくできる。したがって、排出ガスの排出効率を向上できる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記第１の流路に接続されると共に上記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
上記燃料貯蔵部と上記第１の流路との間に接続されると共に上記燃料貯蔵部から上記第１の流路に供給される液体燃料の圧力を調整する圧力調整部とを備える。

この実施形態によれば、圧力調整弁のような圧力調整部によって、液体燃料を第１の流路から燃料極へ安定に供給でき、燃料電池としての出力向上を図れる。

また、一実施形態の燃料電池では、上記酸化剤極に上記酸化剤を供給するための第４の流路と、
上記第４の流路に接続されると共に上記第４の流路からの排出ガスが導入される第５の流路と、
上記第２の流路に接続されると共に上記第２の流路からの排出ガスが導入される第６の流路と、
上記第５の流路と第６の流路に接続されると共に上記第５の流路からの排出ガスと上記第６の流路からの排出ガスを合流させて排出するガス排出部とを備える。

この実施形態によれば、燃料極からの排出ガスと酸化剤極からの排出ガスの両方の排出ガスを同じガス排出部から排出できるので、排出ガスの回収が容易になる。

この発明の燃料電池によれば、燃料供給抑制構造は、第１の流路から燃料極の拡散層への液体燃料の供給を抑制するので、第１の流路において液体燃料が充満し易くなり、第１の流路の略全ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることが可能となる。よって、燃料極での反応(陽イオンと電子の生成)を促進できる。一方、ガス排出促進構造は、第２の流路からの排出ガスの排出を促進するから、燃料極で生成した排出ガスを効率よく排出できる。

したがって、この発明の燃料電池によれば、第１の流路への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。また、燃料電池の設置あるいは保持する向きに寄らず安定した出力が得られる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

(第１の実施の形態)
図１は、本発明の燃料電池の第１実施形態の構成を示す平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。

この燃料電池は、図２に示すように、燃料極１と、燃料極１に対向するように配置された電解質膜２と、燃料極１の反対側で電解質膜２に対向するように配置された酸化剤極３を備える。燃料極１と電解質膜２と酸化剤極３は、燃料極１と酸化剤極３とで電解質膜２を挟んだ状態で、ハウジング５内に収容されている。ハウジング５の一方の面５Ａには、燃料極１に対向するように配置された流路板６の縁部６Ａが接合され取り付けられている。

図１に示すように、流路板６は、液体燃料の供給口７をなす貫通口と、排出ガスの排出口８をなす貫通口と、供給口７からくし歯状に延在する第１の流路溝１０と、排出口８からくし歯状に延在する第２の流路溝１１を有する。

第１の流路溝１０と第２の流路溝１１とは、所定の厚さの壁１２で隔てられ、分離されている。流路板６の壁１２は、燃料極１に接している。したがって、第１の流路溝１０と燃料極１とで形成される第１の流路１３と、第２の流路溝１１と燃料極１とで形成される第２の流路１５とは壁１２で分離されている。この流路板６としては、金属、シリコン基板、ガラス基板、樹脂基板など液体燃料に対する透過性の無い基板が使用可能であるが、ここでは微細加工を施したニッケル板を用いている。また、電解質膜２の材質としては、例えば、プロトン伝導性の耐熱耐酸性の材料であれば有機材料、無機材料を問わないが、ここでは、有機系の含フッ素高分子を骨格とするスルホン酸基含有パーフルオロカーボン(ナフィオン１１７(デュポン社製)(登録商標))を用いている。また、電解質膜２は、プロトン伝導性の機能を有すればよく、他の基材に電解質膜を埋め込んだものであってもよい。

また、図２に示すように、燃料極１は、電解質膜２側の電極層１６と流路板６側の拡散層１７とを有する。燃料極１の拡散層１７としては、カーボンペーパー、カーボンの焼結体、ニッケルなどの焼結金属、発泡金属などの多孔質材を用いることができる。また、電極層１６は、金属触媒を含む樹脂層で作製される。この金属触媒としては、一例として白金―ルテニウム合金などが用いられるが、その他に、白金と金、白金とオスミウム、白金とロジウムなどの合金を用いることができる。また、電極層１６の樹脂層としては、例えば、パーフルオロアルキルスルホン酸系樹脂が用いられる。

一方、酸化剤極３は、ハウジング５の他方の面５Ｂから延在する蓋部２０で覆われており、この蓋部２０は、酸化剤として例えば空気が供給される酸化剤導入口２０Ａと、排出ガスを排出するための排出口２０Ｂを有する。この蓋部２０と酸化剤極３との間に酸化剤極側の流路２１が形成される。

酸化剤極３は、電解質膜２側の電極層１８と蓋部２０側の拡散層２２とを有する。この電極層１８は、燃料極１の電極層１６と同様に、金属触媒を含む樹脂層で作製される。また、この拡散層２２は、燃料極１の拡散層１７と同様に、カーボンペーパー、カーボンの焼結体、ニッケルなどの焼結金属、発泡金属などの多孔質材を用いることができる。なお、この発明は、酸化剤の種類や供給方向に依存するものではなく、空気の代わりに酸素を使用してもよく、また、流路１８をなくして、ファンや送風ポンプのような送風機構を用いて、酸化剤極３の露出面に酸化剤を直接供給してもよい。

この第１実施形態では、例えばメタノールと水との混合物が液体燃料として流路板６の供給口７から第１の流路１３内に供給される。この液体燃料は、第１の流路１３から燃料極１の拡散層１７に供給され、拡散層１７内を拡散し浸透して電極層１６に達して反応し、陽イオン(Ｈ＋)と電子および排出ガスとしての二酸化炭素が生成する。陽イオン(Ｈ＋)は、電解質膜２を経由して、酸化剤極３の電極層１８に至る。一方、上記電子は、電極層１６から外部回路(図示せず)を経由して、酸化剤極３の電極層１８に導かれる。また、燃料極１で生成した二酸化炭素は、壁１２下の拡散層１７内を拡散して、第２の流路１５に至り、この第２の流路１５を通って、排出口８から排出される。

一方、蓋部２０の導入口２０Ａから導入された酸化剤の一例としての空気は、酸化剤極３の拡散層２２内に拡散し、酸化剤極３の電極層１８において燃料極１からの陽イオン(Ｈ＋)および電子と反応して、水蒸気が生成し、この水蒸気は流路２１を通って排出口２０Ｂから排出される。

この実施形態では、燃料極１に接している第１の流路１３と第２の流路１５とが壁１２で分離されているので、第１の流路１３に供給された液体燃料は燃料極１を素通りして直接第２の流路１５に流れることはない。つまり、図３に矢印４０で示すように、第１の流路１３に供給された液体燃料は燃料極１の拡散層１７を経由して第２の流路１５に流れる。したがって、燃料極１への燃料供給効率を向上でき、燃料供給量の削減が可能となる。また、矢印４０で示すような流れに沿って、燃料極１で生成した排出ガスとしての二酸化炭素の排出効率も向上できる。ここで、第１の流路１３から液体燃料が拡散層１７に浸透しやすい従来の構造では、第１の流路１３に液体燃料が充満しにくく第１の流路１３の略全ての流路に亘って液体燃料を行き渡らせることができない。

この第１実施形態は、図１のＢ−Ｂ’線断面を示す断面図である図３に示すように、第１の流路１３が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口面積は、第２の流路１５が拡散層１７側に開口する開口面積よりも小さい構造を有する。この構造は、第１の流路１３から燃料極１の拡散層１７への液体燃料の供給を抑制する供給抑制構造と、第２の流路１５からの排出ガスの排出を促進する排出促進構造とをなす。

この構造によれば、第１の流路１３の開口面積と第２の流路１５の開口面積とが等しい場合に比べて、第１の流路１３から拡散層１７への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路１３において液体燃料が充満し易くなり第１の流路１３の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡らせることができる。

また、例えば、外部に接続された燃料供給用ポンプなどから１.５気圧といった圧力で液体燃料が第１の流路１３に供給し、第１の流路１３の略全ての流路に亘って液体燃料を充満させた場合、図３に示す第１の流路１３の部分と、この部分に壁１２を挟んで対向する第２の流路１５の部分との間に、燃料極１の拡散層１７を透過して燃料が流れる経路の圧力降下に起因する圧力差が生じる。この局所的な圧力差が発生することにより、燃料極１内での反応による反応生成物として二酸化炭素等が発生しても第１の流路１３への排出を抑制し、第２の流路１５から効率よく排出できる。

これにより、燃料極１での反応を促進できる。一方、第２の流路１５からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路１３への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極１での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。したがって、この実施形態によれば、燃料極１への燃料供給効率の向上と反応生成物の排出効率を向上とを実現できると共に、燃料電池の高出力化、燃料電池の発電時間の長時間化が可能となる。

また、この第１実施形態では、図３に示すように、第１の流路１３内を液体燃料が進行する方向に直交する面による第１の流路１３の断面の面積を、第２の流路１５内を排出ガスが進行する方向に直交する面による第２の流路１５の断面の面積よりも小さくした構造を有する。この構造は、供給抑制構造と排出促進構造をなす。

この構造によれば、第１の流路１３の断面積と第２の流路１５の断面積とが等しい場合に比べて、第１の流路１３から拡散層１７への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路１３において液体燃料が充満し易くなり第１の流路１３の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り、燃料極１での反応を促進できる。一方、第２の流路１５からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路１３への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極１での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。

液体燃料として、例えば、メタノールと水の混合物を使用する場合には、反応生成物として二酸化炭素が発生する。液体の燃料が流れる第１の流路１３に対して、第２の流路１５内では気体の二酸化炭素が排出される。燃料電池の燃料極１の反応では、１モルのメタノールに対して１モルの二酸化炭素が発生するので、気体の二酸化炭素の流量は液体燃料に比べて非常に多くなる。

したがって、この第１実施形態のように、第２の流路１５内での排出ガスの排出方向に対して垂直な断面積を、第１の流路１３内での燃料の供給方向に対して垂直な断面積よりも大きくすることによって、二酸化炭素の排出効率を高め、燃料の供給効率をさらに改善することができる。第２の流路１５の上記断面積を第１の流路１３の上記断面積に対してどれくらい大きくするかについては、燃料のメタノールと水との混合比に依存する。図３に示す一例では、第２の流路１５の上記断面積を第１の流路１３の上記断面積の１.５倍から２倍程度にしているが、これに限るものではない。

また、図１,図２に示すように、この実施形態では、第１の流路１３と第２の流路１５とは壁１２で分離されているので、第１の流路１３から燃料極１に供給された液体燃料は、触媒を含有する電極層１６に直接に浸透するのではなくて、図３に示すように、第１の流路１３に露出した拡散層１７の部分３１から矢印４０に沿って拡散層１７内へ浸透する。よって、矢印４０で示すように、拡散層１７内に拡散した液体燃料が、触媒を含有する電極層１６に徐々に浸透して行くので、第１の流路１３のみから燃料極１に液体燃料を供給しても、触媒を含有する電極層１６の全体に均一性よく供給することができる。

また、燃料極１内での反応は、触媒を含有する電極層１６と電解質膜２との界面付近で起こるが、拡散層１７内には、矢印４０で示すように、燃料が拡散する流れ、あるいは、その流れに沿った局所的な圧力勾配が存在する。このため、燃料極１の反応により生じた反応生成物を効率よく第２の流路１５に向かって移動させ、第２の流路１５に露出する拡散層１７の部分４２から第２の流路１５に排出させることができる。

この第１実施形態において、燃料極１の拡散層１７をなす多孔質材の孔径等は、第１の流路１３からの液体燃料を拡散層１７内へ引き込みうるものであればよく、特に限定されるものではないが、この実施形態では、拡散層１７をなす多孔質材の孔径を、数μｍから数１０μｍ程度とした。この多孔質材に、燃料を所定の流量で単に流そうとすると、所定の圧力を加えなければならないが、多孔質材の末端で反応が起こり、燃料が消費される場合には、より低い圧力で同じ流量の燃料を流すことができることを確認している。

この実施形態によれば、燃料極１の反応領域から反応生成物(一例として二酸化炭素)を効率よく排出できるので、従来の構造に比べて、低い燃料供給圧力で同等の流量の燃料を供給することが可能となる。また、同じ供給圧力でもって、より多くの燃料を燃料極１へ供給することが可能となる。

さらに、この第１の実施形態では、図１に示すように、第２の流路１５は、壁１２で隔てられる第１の流路１３との間の距離が、第１の流路１３に沿ってほぼ等しくなるように配置されている。この配置により、第１の流路１３での液体燃料の圧力と、壁１２を挟んで対向する第２の流路１５での液体燃料の圧力との間の圧力差を、燃料極１に対向する領域の略全体に亘ってほぼ均一にすることができる。よって、燃料の効率的な供給と反応生成物の効率的な排出とが、燃料極１の全体にわたって均一性よく行うことができる。

なお、一例として、第１の流路１３の幅Ｄ１が５μｍを下回ると、第１の流路１３内での圧力損失が大きくなり、燃料極１に供給する液体燃料の供給圧力が不均一となって、反応効率が低下する。また、一例として、第２の流路１５の幅Ｄ２が５μｍを下回ると、第２の流路１５からの反応生成物の排出効率が低下する。また、一例として、第１の流路１３と第２の流路１５との間の距離Ｄ３(つまり壁１２の厚さ)が５μｍを下回ると、流路板６と燃料極１との密着性が低下し、液体燃料は拡散層１７を透過せずに燃料極１と流路板６の壁１２との間の隙間を通過してしまう現象が発生し、燃料極１の触媒を含有する電極層１６へ液体燃料を十分に供給できなくなる。

この第１実施形態では、図３に示すように、一例として、第１の流路１３が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口幅Ｄ１を、５μｍから２００μｍ程度とした。また、第２の流路１５が拡散層１７側に開口する開口幅Ｄ２は、例えば、第１の流路１３の開口幅Ｄ１の略２分の３とした。なお、第２の流路１５の幅Ｄ２を第１の流路１３の幅Ｄ１に対してどれくらい大きくするかについては、拡散層１７の厚さや第１の流路１３と第２の流路１５との間の距離Ｄ３にも依存する。したがって、図３に示す一例では、第２の流路１５の幅Ｄ２を第１の流路１３の幅Ｄ１の１.５倍程度にしているが、これに限るものではない。

壁１２で隔てられた第１の流路１３と第２の流路１５との間の距離Ｄ３は、例えば、第１の流路１３の幅Ｄ１とほぼ同程度が望ましい。好適な実施形態の一例では、燃料極１の拡散層１７として、孔径数μｍから１０μｍ程度の多孔質材を用い、拡散層１７の層厚を約１００μｍとした場合に、第１の流路１３の幅Ｄ１を約１００μｍとし、第２の流路１５の幅Ｄ２を約１５０μｍとし、第１の流路１３と第２の流路１５の距離Ｄ３を約１００μｍとした。

この第１実施形態によれば、第２の流路１５からの反応生成物の排出効率が向上し、第１の流路１３から燃料極１への液体燃料の供給効率の改善が達成される。

また、さらに好適な実施形態では、第１の流路１３内の圧力は、壁１２を隔てて対向する第２の流路１５内の圧力に対して所定の圧力差が与えられる。これにより、第１の実施形態の燃料電池が設置あるいは保持される向きか変動しても、第１の流路１３から第２の流路２１への拡散層１７内の流れが安定し、また、反応生成物である二酸化炭素の排出効率も安定することから、触媒を含有する電極層１６への燃料供給を安定させることができる。

通常、孔径が０．５μｍから１μｍ程度の多孔質材で作製した拡散層１７に、単に液体燃料を流そうとすると、１気圧から２気圧程度の圧力差を与えなければならないが、この第１実施形態によれば、局所的に短い経路に圧力差を与えることができる、また、燃料極１での反応生成物を効率的に排出できることから、上記所定の圧力差を、たとえば、０.０００１気圧〜０.１気圧程度の圧力差とした場合でも安定した燃料供給が可能となる。

また、この第１実施形態では、燃料極１に接する流路板６による流路が第１の流路１３と第２の流路１５とに分離されているので、反応生成物の一例としての二酸化炭素を第２の流路１５から効率的に排出できる。また、液体燃料が供給される第１の流路１３に二酸化炭素の気泡が混入しないようにすることができ、第１の流路１３内の安定した圧力を維持できる。そして、第２の流路１５内を略大気圧に維持することによって、第１の流路１３内の圧力と第２の流路内の圧力との圧力差を容易に維持できる。

(第１の実施の形態の第１変形例)
次に、図８および図９を参照して、この発明の燃料電池の第１実施形態の第１変形例を説明する。図８は、図９のＣ−Ｃ’線断面を示す断面図に相当する。

この第１変形例は、前述の第１実施形態の流路板６に替えて、流路板２０６を備えた点が、第１実施形態と異なる。したがって、この第１変形例では、前述の第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

図８に示すように、この第１変形例では、流路板２０６は、第１の層２０６Ａとこの第１の層２０６Ａ上に積層した第２の層２０６Ｂを備える。第１の層２０６Ａは、燃料極１に燃料を供給するための第１の流路２１３と排気側の第２の流路２１５とが形成されている。また、第２の層２０６Ｂには、第３の流路２１７が形成され、この第３の流路２１７は第１の層２０６Ａに形成された貫通孔２１６でもって第２の流路２１５に連通している。一方、第１の流路２１３は、図８に示すように、燃料極１の拡散層１７に開口しているが第２の層２０６Ｂの第３の流路２１７には開口していない。なお、この流路板２０６の材質としては、前述の第１実施形態の流路板６と同様の材質を採用できる。

図９に示すように、第１の流路２１３は、大,小の２つの四角形の輪郭状に延びていると共にこの２つの四角形を対角線状に貫くように延在していて、対角線の一方の端に燃料の供給口２０７が形成され、対角線の他方の端に残留ガス排出用の排出口２１０が形成されている。これにより、この第１の流路２１３は、供給口２０７から供給された燃料が燃料極１の全体に行き渡るような流路網を形成している。なお、この第１の流路２１３の排出口２１０は省くことができる。その理由は、燃料を第１の流路２１３に充満させる際に残留するガスは拡散層１７を介して第２の流路２１５へ排出することができるからである。

一方、第２の流路２１５は、第１の流路２１３の各四角形の隣接する２辺に沿って各四角形の対角線の手前まで延びている略Ｌ字形状をしている。また、第３の流路２１７は、四角形状であり、第１の流路２１３と第２の流路２１５のほぼ全体に被さっている。この第３の流路２１７は、四角形状の対向する２つの頂角付近に排出口２０８Ａ,２０８Ｂを有している。また、この第３の流路２１７は、貫通孔２１６で第２の流路２１５の開口２１５Ａに連なっている。この貫通孔２１６は、第２の流路２１５の直上、かつ、第１の流路２１３を挟むような位置に形成されている。第３の流路２１７と貫通孔２１６が排出促進構造をなす。図８,図９に示すように、第１の流路２１３と第２の流路２１５は壁２１２で分離されている。

図８に示すように、第２の流路２１５が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口幅は、第１の流路２１３が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口幅よりも大きい。一例として、第２の流路２１５の上記開口幅は、第１実施形態と同様、５μｍから２００μｍ程度とすることができる。この第２実施形態では、第２の流路２１５が複数の貫通孔２１６を通して第２の層２０６Ｂに形成された第３の流路２１７に短い経路で連通している。よって、燃料極１で生成した反応生成物を第２の流路２１５内を拡散層１７に沿って輸送する距離を貫通孔２１６までの短い距離として貫通孔２１６から第２層２０６Ｂの第３の流路２１７に排出させることができる。

さらに、この第３の流路２１７は、燃料極１の幅(積層方向と直交する方向の寸法)と同等の幅を有し、第２層２０６Ｂに形成された排出口２０８Ａ,２０８Ｂに連なっている。この第３の流路２１７,貫通孔２１６,第２の流路２１５が排出ガスの排出を促進する排出促進構造をなす。この第１変形例の構成によれば、第１実施形態のように櫛歯状に延在する第２の流路１５から排出ガスを排出する場合に比べて、反応生成物を速やかに排出できる。

一方、この第１変形例の第１の流路２１３が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口幅は、燃料極１の拡散層１７側に開口する開口幅よりも小さく、第１の流路２１３の流路幅は第２の流路２１５の流路幅よりも狭い。この第１の流路２１３の開口幅は、前述の第１実施形態と同様に一例として、５μｍから２００μｍ程度である。そして、この第１の流路２１３は第１層２０６Ａ内に形成されていて、第２層２０６Ｂの流路抵抗の低い第３の流路２１７を利用していない。したがって、この流路幅が狭く流路抵抗の高い第１層２０６Ａの第２の流路２１５は供給抑制構造をなす。

また、この第１変形例では、排出構造を第１の層２０６Ａと第２の層２０６Ｂによる立体的な排出構造とするので、第２,第３の流路２１５,２１７および貫通孔２１６による排出流路の配置の自由度が高くなる。すなわち、図９に例示する第１の流路２１３のように、分岐した流路を所望の箇所で合流させることができ、燃料極１全体への燃料供給の均一性を向上できる。

また、この第１変形例では、燃料極１の拡散層１７側に開口する第２の流路２１５の開口部２１５Ｂは、上記燃料極１の拡散層１７側に開口した第１層２０６Ａの第１の流路２１３が燃料極１の拡散層１７側に開口する開口部２１３Ｂの周りに配置される。これにより、第１の流路２１３での液体燃料の圧力と、壁２１２を挟んで対向する第２の流路２１３の開口部２１５Ｂでの液体燃料の圧力との間の圧力差を、燃料極１に対向する領域の略全体に亘ってほぼ均一にすることができる。よって、燃料の効率的な供給と反応生成物の効率的な排出とを燃料極１の全体に亘って均一性良く行うことができる。

(第１の実施の形態の第２変形例)
次に、図１０および図１１を参照して、この発明の燃料電池の第１実施形態の第２変形例を説明する。図１１は、図１０のＤ−Ｄ’線断面を示す断面図に相当する。

この第２変形例は、前述の第１実施形態の流路板６に替えて、流路板２２６を備えた点が第１実施形態と異なる。したがって、この第２変形例では、前述の第１実施形態と同じ部分には同じ符号を付して、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

図１１に示すように、この第２変形例では、流路板２２６は、第１の層２２６Ａとこの第１の層２２６Ａ上に積層した第２の層２２６Ｂを備える。第１の層２２６Ａは、燃料極１に燃料を供給するための第１の流路をなす貫通孔２２３と排気側の第２の流路２２５とが形成されている。排気側の第２の流路２２５は、貫通孔２２３の周囲は環状の壁２２２によって取り囲まれており、この環状の壁２２２によって、第１の流路である貫通孔２２３と排気側の第２の流路２２５とを分離している。

また、第２の層２２６Ｂには、第３の流路２２７が形成され、この第３の流路２２７は第１の層２２６Ａに形成された貫通孔２２３に連通している。一方、図１１に示すように、第２の流路２２５は、燃料極１の拡散層１７に開口しているが第２の層２２６Ｂの第３の流路２２７には開口していない。なお、この流路板２２６の材質としては、前述の第１実施形態の流路板６と同様の材質を採用できる。

第１の流路をなす貫通孔２２３は、第１の層２２６Ａを貫通しており、図１０に示すように、燃料極１のほぼ全面に対向する四角形状の領域内にほぼ均一に分布するように複数個形成されている。この第１の流路である貫通孔２２３の孔径は、排気側の第２の流路２２５が拡散層１７側に開口している開口部２２５Ａの幅よりも小さい。この第１の流路をなす貫通孔２２３が供給抑制構造をなしている。また、第２の流路２２５は、第１の流路をなす貫通孔２２３の周囲を囲む環状の壁２２２の周囲から上記四角形状の領域に亘って形成されている。この排気側の第２の流路２２５は、上記四角形状の領域の対角付近に形成された２つの排出口２３８Ａ,２３８Ｂを有する。この第２の流路２２５が排出促進構造をなしている。そして、第３の流路２２７は、四角形状であり、第２の流路２２５,燃料極１のほぼ全体に被さっており、四角形状の対向する２つの頂角付近に排出口２０８Ａ,２０８Ｂを有している。

この第２変形例では、燃料は、燃料供給口２３７から第３の流路２２７にほぼ均一な圧力で充満させ、各貫通孔２２３から燃料極１全体に供給することができる。よって、この第２変形例によれば、前述の第１実施形態およびその第１変形例に比べて、燃料極１全体に燃料を均一に供給できる。

また、排出側の第２の流路２２５は、全体として燃料極１のほぼ全域に亘っており、周辺の所望の箇所に複数の排出口２３８Ａ,２３８Ｂを配置することが可能である。このため、この第２変形例の排出側の第２の流路２２５によれば、前述の第１実施形態のように、くし歯状に延在する第２の流路１５から排出ガスを排出する場合に比べて、反応生成物の排出効率を高めることができる排出促進構造を実現できる。

この第２変形例では、図１０に示すように、燃料供給口２３７から第３の流路２２７に燃料を供給するが、この第３の流路２２７には残留するガスを排出できるように排出口２３０が設けられている。なお、この排出口２３０は省くことができる。その理由は、燃料を第３の流路２２７に充満させる際に残留するガスは、第１の流路である貫通孔２２３を通して拡散層１７から第２の流路２２５へ排出することができるからである。

また、この第２変形例では、燃料極１の拡散層１７側に開口する第２の流路２２５は、燃料極１の拡散層１７側に開口した貫通孔２２３の周りに配置される。これにより、貫通孔２２３での液体燃料の圧力と、壁２２２を挟んで対向する第２の流路２２５の開口部２２５での液体燃料の圧力との間の圧力差を、燃料極１に対向する領域の略全体に亘ってほぼ均一にすることができる。よって、この第２変形例では、燃料の効率的な供給と反応生成物の効率的な排出とを、燃料極１の全体に亘って均一性よく行うことができる。

(第２の実施の形態)
次に、図４を参照して、この発明の燃料電池の第２実施形態を説明する。図４は、図１のＢ−Ｂ’線断面を示す断面図に相当する。

この第２実施形態は、流路板６と、燃料極１の拡散層１７およびハウジング５の面５Ａとの間に挟まれた浸透抑制膜５１を備えた点だけが、前述の第１実施形態と異なる。したがって、この第２実施形態では、前述の第１実施形態と異なる点を主に説明する。

上記浸透抑制膜５１は、一例として、ポリイミドによる多孔質材で作製されており、燃料極１の拡散層１７に比べて、液体燃料を透過しにくいと共に拡散層１７からの排出ガスを拡散層１７に比べて第２の流路１５に排出し易い。

なお、この浸透抑制膜５１としては、一例として、膜厚が１μｍから３０μｍ程度、多孔質材の孔径が０.０１μｍ〜１μｍ程度のものを用いたが、膜厚や多孔質材の孔径は、拡散層１７の膜厚や孔径によって相対的に決まるものであってこれに限るものではない。好ましくは、浸透抑制膜５１の透過速度は、拡散層１７の透過速度に対して１桁から２桁程度低いものが望ましい。また、浸透抑制膜５１としては、流路の形成された薄膜あるいは多孔質膜を採用してよい。

この浸透抑制膜５１は、図４に示すように、第２の流路１５に露出する部分に開口部５２を有する。この浸透抑制膜５１は、撥水性を有するので、第１の流路１３から拡散層１７への液体燃料の供給が抑制される。よって、第１の流路１３において液体燃料が充満し易くなり、第１の流路１３の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り易くなる。よって、第１の流路１３の略全体から燃料極１の拡散層１７に液体燃料を拡散させることができて、液体燃料と燃料極１との反応面積を増大させて、燃料極１での反応(陽イオンと電子の生成)を促進できる。一方、拡散層１７で拡散する排出ガス(二酸化炭素)は、浸透抑制膜５１の開口部５２を通って、第２の流路１５に導入されるので、第２の流路１５からの排出ガスの排出が促進される。

この第２実施形態によれば、浸透抑制膜５１の存在によって、第１の流路１３への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極１での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。また、浸透抑制膜５１は、拡散層１７よりも孔比率の低いあるいは孔径の小さい材料を用いるので、拡散層１７と流路板６とを直接に接合する場合に比べて、流路板６の接合面の密着性を改善できる。

なお、この第２実施形態では、浸透抑制膜５１が開口部５２を有したが、浸透抑制膜５１は開口部５２は無くてもよい。浸透抑制膜５１が開口部５２を有さない場合には、開口部５２を有する場合に比べて、拡散層１７から第２の流路１５へ排出ガスを排出する能力は小さくなるが、それでも、浸透抑制膜５１は撥水性を有するので、液体燃料に比べて排出ガスを第２の流路１５に透過させ易い。

また、この第２実施形態では、拡散層１７として、前述の第１実施形態で用いた多孔質材よりも透過しやすい多孔質材を使用することができる。この場合、拡散層１７内で液体燃料がより流れ易くなり、燃料供給の均一性や、燃料の供給効率を向上させることができる。

また、上記第２実施形態において、上記ポリイミドによる多孔質材で作製した浸透抑制膜５１の流路板６側の面５１Ａのうちの少なくとも第１の流路１３に面する部分に親水処理を施して上記部分が親水性を有するようにしてもよい。この親水処理の一例としては、たとえば、酸素プラズマ、オゾン処理、紫外線(ＵＶ)照射の３つの処理のうちのいずれか、もしくは、上記３つの処理の組み合わせを用いることができる。この親水処理を行った場合、第１の流路１３の液体燃料を、浸透抑制膜５１の上記親水性を有する部分に容易に浸透させることができる。また、燃料極１で生成した二酸化炭素が浸透抑制膜５１を通って第１の流路１３に排出されるのを抑制できる。

また、上記実施形態では、浸透抑制膜５１をポリイミドによる多孔質材で作製したが、他の多孔質材料で浸透抑制膜５１を作製してもよい。この場合、少なくとも第１の流路１３に面する部分が親水性を有する一方、少なくとも上記第２の流路１５に対向する部分の裏面が撥水性を有するようにすればよい。なお、図４に示すように、浸透抑制膜５１が開口部５２を有する場合には、第２の流路１５に対向する部分の裏面が撥水性を有さず親水性であっても第２の流路１５への二酸化炭素の排出効率を高く維持できる。

さらに好適な実施形態では、浸透抑制膜５１を構成する材料として導電性材料が用いられる。この場合には、浸透抑制膜５１を集電電極端子として使用することができ、構造を簡略化することができる。さらに好適な実施形態では、導電性材料で作製された浸透抑制膜５１は、外部回路(図示せず)を経由して酸化剤極３に接続されている。この浸透抑制膜５１は、図４に示すように、流路板６とハウジング５との間に挿入されるので、貫通孔などを形成しなくても浸透抑制膜５１を外部配線と容易に接続できる。このため、集電電極端子をなす浸透抑制膜５１を、外部回路を介して、酸化剤極３へ容易に接続可能となる。また、電極端子の構造が簡単になるので、流路などの密閉性を確保し易くなる。

なお、上述では、上記第２実施形態を第１実施形態の一変形例として説明したが、前述の第１実施形態の流路板６を流路板２０６に置き換えた第１変形例あるいは流路板６を流路層２２６に置き換えた第２変形例において、第２実施形態の浸透抑制膜５１を採用した場合にも、第２実施形態と同様の効果が得られることは明らかである。

すなわち、前述の第１実施形態の第１,第２変形例においても、拡散層１７よりも液体燃料を透過しにくいが拡散層１７よりも排出ガスを排出し易い浸透抑制膜５１を、燃料の供給を抑制する供給抑制構造、および、排出ガスの排出を促進する排出促進構造とすることができる。したがって、この浸透抑制膜５１を備える場合には、前述の第１実施形態の第１,第２変形例において、燃料を供給する第１の流路２１３,２２３を排気側の第２の流路２１３,２２３に変更すると共に、排気側の第２の流路２１５,２２５を燃料を供給する第１の流路２１５,２２５に変更した第３,第４変形例としてもよい。この第１実施形態の第３,第４変形例では、浸透抑制膜５１によって、第１の流路２１５,２２５に燃料を充満させて燃料供給の効率向上を図れると共に、第２の流路２１３,２２３からの排出ガスの排出効率の向上を図れる。

(第２実施形態の第１変形例)
次に、図１２に、上述の第２実施形態の第１変形例を示す。この第１変形例は、図４の拡散層１７,浸透抑制膜５１,流路板６に替えて、拡散層２４７,浸透抑制膜２５１,流路板２５６を備える点が、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第１変形例では、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して、第２実施形態と異なる点を主に説明する。

この第２実施形態の第１変形例では、図１２に示すように、流路板２５６は、燃料を供給する第１の流路２４３と排気側の第２の流路２４５が交互に形成されている。この流路板２５６の材質は第２実施形態の流路板６の材質と同様である。また、この第１変形例の流路板２５６が有する第１,第２の流路２４３,２４５は、図４の流路板６の第１,第２の流路１３,１５に対応している。この第１の流路２４３と第２の流路２４５は壁２４２によって分離されている。また、第１の流路２４３が拡散層２４７側に開口している開口部２４３Ａの幅Ｄ５１は、第２の流路２４５が拡散層２４７側に開口している開口部２４５Ａの幅Ｄ５２よりも狭い。例えば、幅Ｄ５１は図３の幅Ｄ１と同様の値であり、幅Ｄ５２は図３の幅Ｄ２と同様の値である。また、例えば、壁２４２の幅Ｄ５３は図３の幅Ｄ３と同様の値である。

図１２に示すように、拡散層２４７は、第１の流路２４３に対向する箇所に形成された第１の凹部２５２と、第２の流路２４５に対向する箇所に形成された第２の凹部２５３を有する。また、浸透抑制膜２５１は、流路板２５６と拡散層２４７,ハウジング５との間に挟まれている。この浸透抑制膜２５１の材質は図４の浸透抑制膜５１の材質と同様である。この浸透抑制膜２５１は、拡散層２４７の凹部２５２に沿って屈曲している凹部２５１Ａと拡散層２４７の凹部２５３に沿って屈曲している凹部２５１Ｂを有する。

この第１変形例によれば、浸透抑制膜２５１によって、第１の流路２４３に燃料を充満させて燃料供給の効率向上を図れると共に第２の流路２４５からの排出ガスの排出効率の向上を図れる点は、前述の第２実施形態と同様である。

そして、この第１変形例によれば、第１の流路２４３から浸透抑制膜２５１を通って燃料極１の拡散層１７の第１の凹部２５２に液体燃料が供給され、この凹部２５２の壁面から拡散層２４７内を矢印２４０で示される直線的な方向へ液体燃料が浸透される。よって、燃料極１での反応生成物を燃料極３０１の電極層１６に沿って、液体燃料の浸透方向へ移送し易くなり、反応生成物の速やかな排出を図れる。また、液体燃料が浸透方向へ移送し易くなることから、液体燃料を燃料極１の拡散層２４７の凹部２５２の壁面から燃料極１の全体へ供給する供給の均一性を高めることができる。

また、この第１変形例によれば、燃料極３０１の拡散層２４７内を電極層１６に沿って移動する反応生成物を第２の流路２４５に対向する部分に形成された拡散層２４７の凹部２５３の壁面を通して燃料の浸透方向(矢印２４０で示す直線的な方向)に効率よく排出でき、排出ガスの排出効率を向上できる。

なお、この第２実施形態の第１変形例では、第１の流路２４３と第２の流路２４５で燃料の供給抑制構造と排出ガスの排出促進構造を実現できるので、浸透抑制膜２５１がなくても、排出ガスの排出効率を向上できる。また、この第２実施形態の第１変形例において、燃料を供給する第１の流路２４３に替えて、図１１に示すような貫通孔２２３と第３の流路２２７による燃料供給流路を採用してもよい。この場合、上記凹部２５２の形状は穴である。

(第２実施形態の第２変形例)
次に、図１３に、第２実施形態の第２変形例を示す。この第２変形例は、図４の燃料極１,浸透抑制膜５１,流路板６に替えて、燃料極４０１,浸透抑制膜２７１,流路板２６６を備える点が、前述の第２実施形態と異なる。よって、この第２変形例では、前述の第２実施形態と同じ構成部分には同じ符号を付して、第２実施形態と異なる点を主に説明する。

この第２実施形態の第２変形例では、図１３に示すように、流路板２６６は、燃料を供給する第１の流路４４３と排気側の第２の流路４４５が交互に形成されている。この流路板２６６の材質は第２実施形態の流路板６の材質と同様である。

この第１の流路４４３と第２の流路４４５は壁４４２によって分離されている。また、第１の流路４４３が拡散層２６７側に開口している開口部４４３Ａの幅Ｄ７１は、第２の流路４４５が拡散層２６７に開口している開口部４４５Ａの幅Ｄ７２よりも狭い。例えば、幅Ｄ７１は図３の幅Ｄ１と同様の値であり、幅Ｄ７２は図３の幅Ｄ２と同様の値である。また、例えば、壁４４２の幅Ｄ７３は図３の幅Ｄ３と同様の値である。

拡散層２６７は、第１の流路４４３に対向する第１の部分２６７Ａの積層方向のレベルと第２の流路４４５に対向する第２の部分２６７Ｂの積層方向のレベルとが異なっている。つまり、第１の部分２６７Ａが第２の部分２６７Ｂに比べて燃料極４０１から流路板２６６に向かって突出している。また、拡散層２６７は、第１の部分２６７Ａと第２の部分２６７Ｂとの間で積層方向に対して斜めに延在している傾斜部分２６７Ｃを有する。なお、電極層４１６と浸透抑制膜２７１は拡散層２６７を挟んでおり、拡散層２６７に密接している。

したがって、この第２実施形態の第２変形例では、液体燃料が第１の流路４４３から拡散層２６７の第１の部分２６７Ａに浸透する浸透方向から傾斜部分２６７Ｃ内を拡散する拡散方向(矢印２６０の方向)へ方向転換する角度を９０°よりも小さくできる。したがって、液体燃料の供給効率を向上でき、排出ガスの排出効率を向上できる。

なお、この第２実施形態の第２変形例では、第１の流路４４３と第２の流路４４５で燃料の供給抑制構造と排出ガスの排出促進構造を実現できるので、浸透抑制膜２７１がなくても、排出ガスの排出効率を向上できる。また、この第２実施形態の第１変形例において、拡散層２６７の第２の部分２６７Ｂが第１の部分２６７Ａに比べて燃料極４０１から流路板２６６に向かって突出している場合には、傾斜部分２６７Ｃを拡散する排出ガスの拡散方向から拡散層２６７の第２の部分２６７Ｂで第２の流路４４５に向かう積層方向へ方向転換する角度を９０°よりも小さくできる。したがって、排出ガスの排出効率を向上できる。

(第３の実施の形態)
次に、図５を参照して、この発明の燃料電池の第３実施形態を説明する。図５は、この第３実施形態の燃料電池の部分的な断面図である。この第３実施形態は、電解質膜６１の一方の面６１Ａに、所定の間隔を隔てて、燃料極６２と酸化剤極６３が配置されている。また、この電解質膜６１の面６１Ａ上に形成された燃料極６２と酸化剤極６３上には、絶縁膜６４Ａ,６４Ｂ,６４Ｃを挟んで流路板６６が設置されている。

燃料極６２は、電解質膜６１側の触媒を含有する電極層６５と流路板６６側の拡散層６７を有する。また、酸化剤極６３は、電解質膜６１側の触媒を含有する電極層６８と流路板６６側の拡散層６９を有する。酸化剤極６３の電極層６８の一端部６８Ａを絶縁膜６４Ａとで挟むように集電用の電極７８が配置されており、燃料極６２の電極層６５の一端部６５Ａを絶縁膜６４Ｃとで挟むように集電用の電極７９が配置されている。

電解質膜６１、電極層６５,６８、拡散層６９、および流路板６６の材質は、それぞれ、第１実施形態の電解質膜２、電極層１６,１８、拡散層１７,２２、流路板６の材質と同様である。

流路板６６は、燃料極６２の拡散層６７に対向している第１の凹溝７１と拡散層６７に対向している第２の凹溝７２と、酸化剤極６３の両側の絶縁膜６４Ａ,６４Ｂに跨る第３の凹溝７０とを有する。

上記第１の凹溝７１と第２の凹溝７２は、前述の第１実施形態の流路板６の第１の流路溝１０,第２の流路溝１１と同様に、くし歯状に延在していると共に、図１に例示したのと同じように、くし歯が交互に入り込んだ状態に配置されている。

また、第１の凹溝７１と第２の凹溝７２とは、所定の厚さの壁７３でもって隔てられ、分離されている。流路板６６の壁７３は、燃料極６２の拡散層６７に接している。したがって、第１の凹溝７１と燃料極６２とで形成される第１の流路７５と第２の凹溝７２と燃料極６２とで形成される第２の流路７６とは壁７３で分離されている。一方、酸化剤極６３は、流路板６６の第３の凹溝７０との間に第３の流路７７を形成する。

この第３実施形態では、例えば、メタノールと水との混合物が液体燃料として流路板６６に形成された供給口(図示せず)から第１の流路７５内に供給される。この液体燃料は、第１の流路７５から燃料極６２の拡散層６７に供給され、拡散層６７内を拡散し浸透して電極層６５に達して反応し、陽イオン(Ｈ＋)と電子および排出ガスとしての二酸化炭素が生成する。陽イオン(Ｈ＋)は、電解質膜６１を経由して、酸化剤極６３の電極層６８に至る。一方、上記電子は、電極層６５から集電用の電極７９と外部回路(図示せず)を経由して、集電用の電極７８から酸化剤極６３の電極層６８に導かれる。また、燃料極６２で生成した二酸化炭素は、壁７３下の拡散層６７内を拡散して、第２の流路７６に至り、この第２の流路７６を通って、流路板６６に形成された排出口(図示せず)から排出される。

一方、流路板６６に形成された酸化剤導入口(図示せず)から第３の流路７７に酸化剤の一例としての空気が導入され、この空気は酸化剤極６３の拡散層６９内に拡散し、酸化剤極６３の電極層６８において燃料極６２から電解質膜６１内を矢印８０で例示するようにして透過してきた陽イオン(Ｈ＋)と反応して、水蒸気が生成し、この水蒸気は第３の流路７７を通って、流路板６６に形成された反応生成物排出口(図示せず)から排出される。

また、この第３実施形態は、図５に示すように、第１の流路７５が燃料極６２の拡散層６７側に開口する開口面積は、第２の流路７６が拡散層６７側に開口する開口面積よりも小さい構造を有する。この構造は、第１の流路７５から燃料極６２の拡散層６７への液体燃料の供給を抑制する供給抑制構造と、第２の流路７６からの排出ガスの排出を促進する排出促進構造とをなす。

この構造によれば、第１の流路７５の開口面積と第２の流路７６の開口面積とが等しい場合に比べて、第１の流路７５から拡散層６７への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路７５において液体燃料が充満し易くなり第１の流路７５の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り、燃料極６２での反応を促進できる。一方、第２の流路７６からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路７５への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極６２での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。

また、この第３実施形態では、図５に示すように、第１の流路７５内を液体燃料が進行する方向に直交する面による第１の流路７５の断面の面積を、第２の流路７６内を排出ガスが進行する方向に直交する面による第２の流路７６の断面の面積よりも小さくした構造を有する。この構造は、供給抑制構造と排出促進構造をなす。

この構造によれば、第１の流路７５の断面積と第２の流路７６の断面積とが等しい場合に比べて、第１の流路７５から拡散層６７への液体燃料の供給が抑制されて第１の流路７５において液体燃料が充満し易くなり第１の流路７５の略全ての流路に亘って液体燃料が行き渡り、燃料極６２での反応を促進できる。一方、第２の流路７６からの排出ガスの排出が促進される。よって、第１の流路７５への液体燃料の供給が低い圧力でなされても燃料極６２での十分な反応を実現でき、小型で高出力な燃料電池を実現できる。

この第３実施形態において、燃料極６２の拡散層６７をなす多孔質材の孔径等は、第１の流路７５からの液体燃料を拡散層６７内へ引き込みうるものであればよく、特に限定されるものではないが、この実施形態では、拡散層６７をなす多孔質材の孔径を、数μｍから数１０μｍ程度とした。この多孔質材に、燃料を所定の流量で単に流そうとすると、所定の圧力を加えなければならないが、多孔質材の末端で反応が起こり、燃料が消費される場合には、より低い圧力で同じ流量の燃料を流すことができることを確認している。

この実施形態によれば、燃料極６２の反応領域から反応生成物(一例として二酸化炭素)を効率よく排出できるので、従来の構造に比べて、低い燃料供給圧力で同等の流量の燃料を供給することが可能となる。また、同じ供給圧力でもって、より多くの燃料を燃料極６２へ供給することが可能となる。

なお、上記第３実施形態では、流路板６６が、図３の第１実施形態と同様の第１の流路７５と第２の流路７６を有する一例を説明したが、流路板６６が、上述の第１実施形態の第１変形例(図８,図９)の第１,第２,第３の流路２１３,２１５,２１７および貫通孔２１６を有する場合にも、上述と同様の効果が得られる。また、流路板６６が、上述の第１実施形態の第２変形例(図１０,図１１)の第２,第３の流路２２５,２２７および貫通孔２２３を有する場合にも、上述と同様の効果が得られる。

(第４の実施の形態)
次に、図６に、この発明の第４実施形態としての燃料電池を模式的に示す。この第４実施形態は、前述の第１実施形態の燃料電池の構成に加えて、流路板６の供給口７に順に接続された圧力調整部８１と燃料貯蔵部８２、および、流路板６の排出口８に接続されたガス排出部８３と、蓋部２０の酸化剤導入口２０に接続された酸化剤圧送部８４とを備えた。したがって、この第４実施形態では、第１実施形態と同じ構成の部分には同じ符号を付して、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

燃料貯蔵部８２は流路８５で圧力調整部８１に接続され、圧力調整部８１は流路８６で供給口７に接続されている。また、蓋部２０と酸化剤極３との間に形成された流路２１は、酸化剤極３に酸化剤の一例としての酸素あるいは空気を供給するための第４の通路をなす。酸化剤圧送部８４は、酸化剤を酸化剤導入口２０Ａから流路２１に供給する。

この蓋部２０の排出口２０Ｂには、流路２１からの排出ガス(例えば水蒸気)が導入される第５の流路８７の一端が接続され、第５の流路８７の他端はガス排出部８３に接続されている。このガス排出部８３は、排出口８に一端が接続された第６の流路８８の他端が接続されている。この第６の流路８８には第２の流路１５からの排出ガス(例えば二酸化炭素)が導入される。

この第４実施形態によれば、燃料貯蔵部８２に貯蔵された液体燃料(例えばメタノールと水との混合物)を、減圧弁もしくは圧力調整弁等で構成した圧力調整部８１でもって、液体燃料を第１の流路１３から燃料極１へ安定に供給でき、燃料電池としての出力向上を図れる。また、常に運転するポンプを使用する場合に比べ電力消費が少なくてすむことから、電力の損失を抑えて燃料電池としての出力を高めることができる。

また、この第４実施形態によれば、燃料極１からの使用済み燃料としての排出ガスと酸化剤極３からの水蒸気等の排出ガスとの両方の排出ガスを同じ１つのガス排出部８３から排出できるので、排出ガスの回収が容易になる。

なお、上記第４実施形態において、第１の流路１３内の圧力と第２の流路１５内の圧力との圧力差を検知する手段としての圧力センサ(図示せず)を備えてもよい。この場合には、この圧力センサが検知した上記圧力差に基づいて、圧力調整部８１が第１の流路１３内の圧力を調整することで、上記圧力差を所定の範囲(一例として０.０００１気圧〜０.１気圧程度)に保つことが可能となる。よって、温度変化や気圧変化などの環境変化が生じた場合においても、燃料の供給量を安定させ、燃料電池の出力を安定させることができる。

また、この第４実施形態では、第１実施形態の構成を基本構成としたが、第２実施形態の構成を基本構成としてもよい。また、この第４実施形態は、第３実施形態の構成を基本構成としてもよい。この場合、図５の流路板６６に形成されて液体燃料が供給される第１の流路７５の供給口(図示せず)に圧力調整部８１と燃料貯蔵部８２を順に接続し、流路板６６に形成されて二酸化炭素が排出される排出口(図示せず)にガス排出部８３を接続する。また、流路板６６に形成された酸化剤導入口(図示せず)に酸化剤圧送部８４を接続し、流路板６６に形成された反応生成物排出口(図示せず)に第５の流路８７の一端を接続し、第５の流路８７の他端をガス排出部８３に接続すればよい。

尚、上記実施形態では、燃料極１,６２に供給される液体燃料として、メタノールと水を混合したものを用いたが、燃料はこれに限るものではなく、メタノールの代わりにエタノールやジメチルエーテルのような炭化水素系の有機燃料を使用することもできる。また、上記実施形態では、流路板６,６６の第１の流路溝１０,７１と第２の流路溝１１,７２とをくし歯状に延在させたが、第１,第２の流路溝の延在パターンはくし歯状に限らないのは勿論で、折れ曲がったクランク状に延在していてもよく、曲線状もしくは渦巻き状に延在していてもよい。

この発明の燃料電池の第１実施形態を示す平面図である。 図１のＡ−Ａ’断面図である。 図１のＢ−Ｂ’断面図である。 この発明の燃料電池の第２実施形態を示す断面図である。 この発明の燃料電池の第３実施形態を示す断面図である。 この発明の燃料電池の第４実施形態を模式的に示す断面図である。 従来の直接型メタノール燃料電池を示す断面図である。 上記第１実施形態の第１変形例を示す断面図である。 上記第１実施形態の第１変形例を示す平面図である。 上記第１実施形態の第２変形例を示す平面図である。 上記第１実施形態の第２変形例を示す断面図である。 上記第２実施形態の第１変形例を示す断面図である。 上記第２実施形態の第２変形例を示す断面図である。

符号の説明

１、６２ 燃料極
２、６１ 電解質膜
３、６３ 酸化剤極
５ ハウジング
６、６６ 流路板
７ 供給口
８ 排出口
１０ 第１の流路溝
１１ 第２の流路溝
１２、７３ 壁
１３、７５ 第１の流路
１５、７６ 第２の流路
１６、１８、６５、６８ 電極層
１７、２２、６７、６９ 拡散層
２０ 蓋部
２１ 流路
５１ 浸透抑制膜
５２ 開口部
６４Ａ〜６４Ｃ 絶縁膜
７７ 第３の流路
７８、７９ 集電用の電極
８１ 圧力調整部
８２ 燃料貯蔵部
８３ ガス排出部
８４ 酸化剤圧送部
８５、８６ 流路
８７ 第５の流路
８８ 第６の流路
２０６、２２６、２５６ 流路板
２０６Ａ、２２６Ａ 第１の層
２０６Ｂ、２２６Ｂ 第２の層
２０７ 供給口
２０８Ａ,２０８Ｂ 排出口
２１０ 排出口
２１３、２４３ 第１の流路
２１５、２２５、２４５ 第２の流路
２１６、２２３ 貫通孔
２１７、２２７ 第３の流路
２４２、４４２ 壁
２４３ 第１の流路
２４５ 第２の流路
２４７、２６７ 拡散層
２５１、２７１ 浸透抑制膜
２５２ 第１の凹部
２６６ 流路板
２６７Ａ 第１の部分
２６７Ｂ 第２の部分
２６７Ｃ 傾斜部分
３０１、４０１ 燃料極
４４３ 第１の流路
４４５ 第２の流路
４４５Ａ 開口部

Claims (18)

1. 液体燃料が供給されると共にこの液体燃料から陽イオンと電子を生成する燃料極と、
   上記燃料極に対向するように配置されると共に上記燃料極からの陽イオンが透過する電解質膜と、
   酸化剤が供給されると共に上記電解質膜に対向するように配置され、上記電解質膜を透過した上記陽イオンと上記酸化剤とを反応させる酸化剤極と、
   上記燃料極に対向するように配置されると共に上記燃料極に上記液体燃料を供給する第１の流路と上記燃料極からの排出ガスを排出する第２の流路を形成する流路板とを備え、
   上記第１の流路と上記第２の流路とは分離されており、
   上記燃料極は、
   上記電解質膜側の触媒を含有する電極層と上記流路板側の拡散層とを有し、
   上記第１の流路から上記拡散層への上記液体燃料の供給を抑制する供給抑制構造と、
   上記第２の流路からの上記排出ガスの排出を促進する排出促進構造とを備えたことを特徴とする燃料電池。
2. 請求項１に記載の燃料電池において、
   上記供給抑制構造と排出促進構造は、
   上記第１の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口面積を、上記第２の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口面積よりも小さくした構造であることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１に記載の燃料電池において、
   上記供給抑制構造と排出促進構造は、
   上記第１の流路内を上記液体燃料が進行する方向に対して直交する面による上記第１の流路の断面の面積を、上記第２の流路内を上記排出ガスが進行する方向に対して直交する面による上記第２の流路の断面の面積よりも小さくした構造であることを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１に記載の燃料電池において、
   上記流路板は、
   上記燃料極に上記液体燃料を供給する第１の流路と上記燃料極からの排出ガスを排出する第２の流路を形成する第１の層と、
   上記第１の層上に積層されると共に第３の流路を有する第２の層とを備え、
   上記第１の層は、
   上記第２の流路を上記第３の流路に連通させる貫通孔を有し、
   上記第３の流路と貫通孔が上記排出促進構造をなすことを特徴とする燃料電池。
5. 請求項４に記載の燃料電池において、
   上記第２の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口部を、上記第１の流路が上記燃料極の拡散層側に開口する開口部の周りに配置したことを特徴とする燃料電池。
6. 請求項１に記載の燃料電池において、
   上記流路板は、
   上記燃料極に上記液体燃料を供給する第１の流路と上記燃料極からの排出ガスを排出する第２の流路を形成する第１の層と、
   上記第１の層上に積層されると共に第３の流路を有する第２の層とを備え、
   上記第１の流路は上記第１の層を貫通すると共に上記第３の流路に連通する貫通孔であり、
   上記第３の流路と上記貫通孔が上記供給抑制構造をなすことを特徴とする燃料電池。
7. 請求項６に記載の燃料電池において、
   上記第２の流路は上記貫通孔を取り囲むように配置されていることを特徴とする燃料電池。
8. 請求項１に記載の燃料電池において、
   上記供給抑制構造と排出促進構造は、
   上記流路板と上記燃料極の拡散層との間に配置され、上記第１の流路からの上記液体燃料を上記拡散層に比べて透過しにくい浸透抑制膜であることを特徴とする燃料電池。
9. 請求項８に記載の燃料電池において、
   上記浸透抑制膜は、
   少なくとも上記第１の流路に面する部分が親水性を有することを特徴とする燃料電池。
10. 請求項８に記載の燃料電池において、
    上記浸透抑制膜は、
    少なくとも上記第２の流路に対向する部分の裏面が撥水性を有することを特徴とする燃料電池。
11. 請求項８に記載の燃料電池において、
    上記浸透抑制膜は、
    上記第２の流路に対向する開口部を有することを特徴とする燃料電池。
12. 請求項８に記載の燃料電池において、
    上記浸透抑制膜は、導電性を有することを特徴とする燃料電池。
13. 請求項１２に記載の燃料電池において、
    上記浸透抑制膜を電極端子としたことを特徴とする燃料電池。
14. 請求項１に記載の燃料電池において、
    上記燃料極の拡散層は、
    上記第１の流路に対向する部分に凹部を有することを特徴とする燃料電池。
15. 請求項１に記載の燃料電池において、
    上記燃料極の拡散層は、
    上記第２の流路に対向する部分に凹部を有することを特徴とする燃料電池。
16. 請求項１に記載の燃料電池において、
    上記燃料極の拡散層は、
    上記第１の流路に対向する第１の部分の積層方向のレベルと上記第２の流路に対向する第２の部分の積層方向のレベルとが異なっていると共に上記第１の部分と第２の部分との間で積層方向に対して斜めに延在している傾斜部分を有することを特徴とする燃料電池。
17. 請求項１に記載の燃料電池において、
    上記第１の流路に接続されると共に上記液体燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、
    上記燃料貯蔵部と上記第１の流路との間に接続されると共に上記燃料貯蔵部から上記第１の流路に供給される液体燃料の圧力を調整する圧力調整部とを備えることを特徴とする燃料電池。
18. 請求項１７に記載の燃料電池において、
    上記酸化剤極に上記酸化剤を供給するための第４の流路と、
    上記第４の流路に接続されると共に上記第４の流路からの排出ガスが導入される第５の流路と、
    上記第２の流路に接続されると共に上記第２の流路からの排出ガスが導入される第６の流路と、
    上記第５の流路と第６の流路に接続されると共に上記第５の流路からの排出ガスと上記第６の流路からの排出ガスを合流させて排出するガス排出部とを備えることを特徴とする燃料電池。

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