JP2008243741A - 燃料電池 - Google Patents

Abstract

【課題】この発明の目的は、従来の燃料電池に比べ構成簡易で製造容易であり、製造コストが安く、しかも全体の外形寸法を大きくすることがない燃料電池を提供することである。
【解決手段】この燃料電池１０は、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に液体燃料を供給する液体燃料供給路２０ａと、上記複合体において電解膜のカソード電極側に空気を供給する空気供給路１２ｇと、そして、上記複合体において電解膜のアノード電極側から気体を排出する気体排出路２０ｂと、アノード電極１２ｂ及びアノード電極の外表面に相互に密封状態で積層された複数枚の積層体を含む積層体構造２０と、を備える。液体燃料供給路が、積層体構造２０を貫通する少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１を含んでおり、気体排出路が、液体燃料供給路の貫通孔から独立して積層体構造を貫通する少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２を含んでいる。
【選択図】図１

Description

この発明は燃料電池に関係している。

電解膜と、電解膜の両側に配置されたアノード電極及びカソード電極と、を含む膜電極複合体と；膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に液体燃料を供給する液体燃料供給路と；膜電極複合体において電解膜のカソード電極側に空気を供給する空気供給通路と；そして、膜電極複合体において電解膜のカソード電極側に生じた液体を排出する液体排出路と；を備えており、液体燃料として例えばメタノール（CH₃OH）と水（H₂O）の混合物を使用する燃料電池が従来知られている。

このような従来の燃料電池においては、液体燃料タンクから液体燃料供給路により膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に供給された液体燃料のメタノールと水が電解膜のアノード電極側に設けられている触媒により以下のように反応して二酸化炭素（CO₂）と水素イオン（H⁺）と電子（e^-）を放出する。

CH₃OH+ H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-
電子（e^-）はアノード電極とカソード電極とを結ぶ電線によりアノード電極からカソード電極に向かい移動する。水素イオン（H⁺）は電解膜をアノード電極側からカソード電極側へと透過し、電解膜のカソード電極側に設けられている触媒により水素イオン（H⁺）は空気供給通路により膜電極複合体の電解膜のカソード電極側に供給された空気中の酸素（O₂）と以下のように反応して水（H₂O）となる。

3/2O2+6H⁺+6e^-→3H₂O
膜電極複合体の電解膜のカソード電極側に生じた水は、液体排出路により膜電極複合体の外部に排出され、その後に液体燃料タンクに戻される。液体燃料タンクには液体燃料タンク中の液体燃料よりも濃度の高いメタノールを貯蔵した補充用燃料タンクが接続されている。そして、液体燃料タンク中の液体燃料のメタノール濃度が所定の値以下になると補充用燃料タンクから所定量の高濃度のメタノールが液体燃料タンクに補充され、液体燃料タンク中の液体燃料のメタノール濃度を所定の値にまで戻す。

このような従来の燃料電池においては、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に生じた二酸化炭素（CO₂）は膜電極複合体において電解膜のアノード電極側で未反応な液体燃料とともに液体燃料戻し通路により膜電極複合体の外部に排出される。液体燃料戻し通路の外端は気−液・分離装置に接続されていて、未反応な液体燃料と二酸化炭素（CO₂）及び未反応な液体燃料から蒸発した有機物ガスは気−液・分離装置により相互に分離される。

そして、未反応な液体燃料は新たな液体燃料と混ぜ合わせられた後に、液体燃料供給路により膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に再度供給される。また二酸化炭素（CO₂）及び有機物ガスは有機物除去装置を介して外部空間に放出されている。

アノード電極において電解膜に向いた内表面に内表面の一端から上記一端の反対側に位置する他端の近傍まで相互に平行に延出した複数の細長溝により構成された液体燃料供給路と、内表面に内表面の上記他端から上記一端の近傍まで液体燃料供給路の複数の細長溝の相互間の隙間で相互に平行に延出した複数の細長溝により構成された気体排出路と、を備えた燃料電池が、特開２００２−１７５８１７号公報（特許文献１）に開示されている。

また、夫々が複数の平面形状の細長い貫通孔を有した複数の板を、夫々の板の複数の細長い貫通孔の夫々の一部を重複させるよう積層させることにより燃料ガス流通孔を提供する燃料電池用セパレータが、特開２００１−１１０４３３号公報（特許文献２）に開示されている。
特開２００２−１７５８１７号公報 特開２００１−１１０４３３号公報

特許文献には記載されていないが公知の上記従来の燃料電池では、膜電極複合体から離れて気−液・分離装置が配置されているので、全体の外形寸法が大きくて燃料電池の設置場所の選択枝を狭めており、ひいては製造コストも高い。また、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側を循環する液体燃料の循環距離が長く、液体燃料の圧力損失が大きい。即ち、燃料電池の運転効率を低下させている。

特開２００２−１７５８１７号公報（特許文献１）に記載の燃料電池では、液体燃料供給路の複数の細長溝の夫々に気−液・分離の為の燃料浸透板が設けられていて構成が複雑であり、しかもアノード電極の内表面の一端に夫々の外端が開口している複数の細長溝により構成された液体燃料供給路に液体燃料を供給する為の外部の液体燃料供給配管そしてアノード電極の内表面の他端に夫々の外端が開口している複数の細長溝により構成された気体排出路の夫々から気体を排出させる為の外部の気体排出配管が、この燃料電池の外形の複雑さや外形寸法の大型化を生じさせている。

また、特開２００１−１１０４３３号公報（特許文献２）に記載の燃料電池用セパレータでは、セパレータの為の燃料ガスの流通孔の簡易な形成構造のみが示されているにすぎない。

この発明は上記事情の下でなされ、この発明の目的は、上述した如き種々の従来の燃料電池に比べ、構成が簡易で製造が容易であって製造コストが安く、しかも全体の外形寸法を大きくすることがない燃料電池を提供することである。

この発明に従った燃料電池は：電解膜と、電解膜の両側に配置されたアノード電極及びカソード電極と、を含む膜電極複合体と；膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に液体燃料を供給する液体燃料供給路と；膜電極複合体において電解膜のカソード電極側に空気を供給する空気供給通路と；そして、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側から気体を排出する気体排出路と；アノード電極の外表面に相互に密封状態で積層された複数枚の積層体と；を備えており、アノード電極及び上記複数枚の積層体が積層構造体を構成していて、上記液体燃料供給路が、上記積層構造体を貫通する少なくとも１つの貫通孔を含んでおり、上記気体排出路が、上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔から独立して上記積層構造体を貫通する少なくとも１つの貫通孔を含んでいる、ことを特徴としている。

上述した如く構成されたことを特徴とするこの発明に従った燃料電池では、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に液体燃料を供給する液体燃料供給路が、アノード電極及びアノード電極の外表面に相互に密封状態で積層された複数枚の積層体を含む積層構造体を貫通する少なくとも１つの貫通孔を含んでいるとともに、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側から気体を排出する気体排出路が、上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔から独立して上記積層構造体を貫通する少なくとも１つの貫通孔を含んでいる、ことにより、前述した如き種々の従来の燃料電池に比べ、構成が簡易で製造が容易であって製造コストが安く、しかも全体の外形寸法を大きくすることがない。

［第１の実施の形態］
図１には、この発明の第１の実施の形態に従った燃料電池１０の縦断面図が概略的に示されている。

燃料電池１０は、電解膜１２ａと、電解膜１２ａの両側に配置されたアノード電極１２ｂ及びカソード電極１２ｃと、を含む膜電極複合体１２を備える。膜電極複合体１２において、電解膜１２ａの両面の周縁と電解膜１２ａの両側のアノード電極１２ｂ及びカソード電極１２ｃの夫々の周縁とは密封部材１４により密封されていて、電解膜１２ａとアノード電極１２ｂとの間にアノード室１６ａを、そして、電解膜１２ａとカソード電極１２ｃとの間にカソード室１６ｂを提供している。

アノード室１６ａ及びカソード室１６ｂにおいて電解膜１２ａはその両面に触媒層１２ｄを含んでおり、触媒層１２ｄにはさらに例えばカーボン多孔体の如き導電性を有したマイクロポーラスレイヤー（微小多孔性層）１２ｅ及び例えばカーボンペーパーの如き導電性を有したガス拡散層１２ｆが積層されている。

カソード電極１２ｃには、外部空間とカソード室１６ｂとの間を貫通した複数の貫通孔が形成されている。カソード室１６ｂにおいてガス拡散層１２ｆとカソード電極１２ｃとの間には導電性の介在部材１８が介在されている。介在部材１８にも、カソード電極１２ｃの複数の貫通孔に対応してカソード電極１２ｃとガス拡散層１２ｆとの間を貫通した複数の貫通孔が形成されている。カソード電極１２ｃの複数の貫通孔と介在部材１８の複数の貫通孔とは、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのカソード電極側に外部空間から空気を供給する空気供給路１２ｇを構成している。

アノード電極１２ｂの外表面には、相互に密封状態で積層された複数枚の積層体が固定されており、アノード電極１２ｂとこれら複数枚の積層体とは積層体構造２０を構成している。

積層体構造２０には、外部空間とアノード室１６ａとの間を貫通した少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１を含み膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に液体燃料を供給する液体燃料供給路２０ａが形成されている。積層体構造２０にはさらに、外部空間とアノード室１６ａとの間を貫通した少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２を含み膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側から気体を排出する気体排出路２０ｂが形成されている。

積層体構造２０における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の外端には、液体燃料タンク２２からの液体燃料供給パイプ２２ａが接続されている。この実施の形態において液体燃料タンク２２は、比較的高い濃度の炭化水素の一種であるエタノールを液体燃料ＬＰとして保持している。ここで炭化水素の一種であるエタノールは水で希釈されていても良い。

従ってこの実施の形態では、液体燃料供給パイプ２２ａも、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に液体燃料ＬＰを供給する液体燃料供給路２０ａを構成している。

液体燃料供給路２０ａを介して液体燃料タンク２２から膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に供給された液体燃料ＬＰ（この実施の形態では、比較的高い濃度のエタノール（CH₃OH））は、電解膜１２ａのアノード電極側の触媒層１２ｄにより、前述した如く二酸化炭素（CO₂）と水素イオン（H⁺）と電子（e^-）を放出する。

CH₃OH+ H₂O→CO₂+6H⁺+6e^-
電子（e^-）はアノード電極１２ｂとカソード電極１２ｃとを結ぶ図示されていない電線によりアノード電極１２ｂからカソード電極１２ｃに向かい移動する。水素イオン（H⁺）は電解膜１２ａをアノード電極側からカソード電極側へと透過し、電解膜１２ａのカソード電極側に設けられている触媒層１２ｄにより水素イオン（H⁺）は空気供給通路１２ｇにより膜電極複合体１２の電解膜１２ａのカソード電極側に供給された空気中の酸素（O₂）と以下のように反応して水（H₂O）となる。

3/2O2+6H⁺+6e^-→3H₂O
膜電極複合体１２の電解膜１２ａのカソード電極側で上述した如く生成された水（H₂O）は、液体のまま、又は蒸発して、空気供給路１２ｇから外部空間に排出される。

燃料電池１０は、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側で液体燃料ＬＰから上述した如く発生した気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））を外部空間に放出しないと、液体燃料供給路２０ａを介して膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に供給された液体燃料ＬＰ（この実施の形態では、比較的高い濃度のエタノール（CH₃OH））が電解膜１２ａのアノード電極側の触媒層１２ｄと接触するのが上記気体により阻止されるようになり、発電することが出来なくなる。

その為、燃料電池１０は、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側で液体燃料ＬＰから上述した如く発生した気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））を外部空間に放出する為の気体排出路２０ｂを備えている。

燃料電池１０は、膜電極複合体１２において電解膜１２ａとアノード電極１２ｂとの間に、体燃料供給路２０ａにより膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に供給された液体燃料と電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料から生じた気体とを分離し分離された気体を気体排出路２０ｂに導くよう構成された気−液・分離構造体２４をさらに備える。

気−液・分離構造体２４は、アノード室１６ａにおいてガス拡散層１２ｆとアノード電極１２ｂとの間に介在され導電性を有している微小通路部材２６を含んでいる。微小通路部材２６は多数の微小通路を有しており、例えばいわゆる多孔性部材であることができる。しかしながら微小通路部材２６は、繊維を織ったり絡めたりすることにより多数の微小通路を提供するような構造であっても良い。

微小通路部材２６は、アノード電極１２ｂの内表面における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の出口に対応した位置から電解膜１２ａに向かい延出した複数の貫通孔２６ａを含んでおり、従ってこの実施の形態では、微小通路部材２６の複数の貫通孔２６ａも、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側に液体燃料ＬＰを供給する液体燃料供給路２０ａを構成している。

微小通路部材２６において複数の貫通孔２６ａ以外の部分が、複数の貫通孔２６ａの夫々よりも微小であり複数の貫通孔２６ａとアノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の出口に連通した微小通路を構成している。

詳細には、微小通路部材２６は疎水性及び撥水性の少なくともいずれか一方を有していることが必要である。この実施の形態では微小通路部材２０は、導電性を有した疎水性材料に、例えば炭素より形成されていて、撥水処理が施されている。アノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の内端は、微小通路部材２６において液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１に対応した複数の貫通孔２６ａが形成されていない部分に対向している。

積層体構造２０における気体排出路２０ｂの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の外端には、液体燃料供給路２０ａの液体燃料供給パイプ２２ａから独立している気体排出パイプ２８の一端部に接続されている。気体排出パイプ２８の他端部は、有機物除去フィルター３０を介して外部空間に開放されている。

従ってこの実施の形態では、微小通路部材２０の無数の微小通路，そして気体排出パイプ２８も、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側から気体を排出する気体排出路２０ｂを構成している。

気体排出路２０ｂの一端部となる微小通路部材２６は疎水性及び撥水性の少なくともいずれか一方を有しているので、液体燃料供給路２０ａの一部である微小通路部材２６の複数の貫通孔２６ａ中の液体燃料が微小通路部材２６の無数の微小通路に入り込むことを阻止している。しかしながら上記無数の微小通路に気体は透過することが出来る。このことは、気体排出路２０ｂの一端部となる微小通路部材２６は気体と液体とを分離するよう構成されていることを意味している。

この実施の形態に従った燃料電池１０は、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側における液体燃料供給路２０ａ中の液体燃料ＬＰの圧力を気体排出路２０ｂの一端部における気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の圧力よりも高めることにより、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で液体燃料ＬＰから生じ電解膜１２ａを通過しない気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））を膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側における液体燃料供給路２０ａから気体排出路２０ｂの一端部に排出させる気−液・分離促進構造３２を備えている。

この実施の形態では、液体燃料供給路２０ａに液体燃料加圧ユニット３４が介在されている。液体燃料加圧ユニット３４は例えば加圧ポンプにより構成することが出来る。また、積層体構造２０中の最も外側の積層体における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１に接続された一端部と、膜電極複合体１２及び積層体構造２０の外側で液体燃料供給路２０ａに対し液体燃料タンク２２と液体燃料加圧ユニット３４との間で接続された他端部と、を有している液体燃料戻し路３６がさらに設けられている。

液体燃料戻し路３６は、膜電極複合体１２において膜電極１２ａのアノード電極側において未反応な液体燃料ＬＰを液体燃料供給路２０ａに戻す。ここで循環する液体燃料は通常、数モル程度である。

液体燃料戻し路３６には背圧弁３８が介在されているとともに背圧弁３８と積層体構造２０中の上記一端部との間に圧力計４０が介在されている。圧力計４０は背圧弁３８の開閉動作を制御するよう構成されていて、所定の値以上の圧力を検出することにより背圧弁３８を開放し、所定の値の圧力以下の圧力を検出している間には背圧弁３８を閉じる。

また、液体燃料供給路２０ａにおいて液体燃料戻し路３６の他端部と液体燃料タンク２２との間に開閉弁４２及び加圧ポンプ４４がさらに介在されている。

上述した如く構成されている、第１の実施の形態に従った燃料電池１０では、液体燃料加圧ユニット３４から膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側までの液体燃料供給路２０ａの部分、そして積層体構造２０から背圧弁３８までの液体燃料戻し路３６の部分、に含まれる液体燃料ＬＰの圧力が圧力計４０により常に所定の値に保たれる。即ち、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側の液体燃料供給路２０ａ中の液体燃料ＬＰの圧力が、電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６における気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の圧力よりも常に所定の値だけ高められる。

このことは、この実施の形態においては、液体燃料供給路２０ａに介在された液体燃料加圧ユニット３４と、背圧弁３８と圧力計４０とを伴った液体燃料戻し路３６との組み合わせが、気−液・分離促進構造３２を構成していることを意味している。

そして、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で前述した如く発生された気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））は、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で液体燃料ＬＰ中に含まれるよりも電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６中に排出されることが容易となり、上記排出が促進される。この促進は、燃料電池１０の姿勢とは無関係に行なわれる。

膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で未使用な液体燃料ＬＰからの気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の分離が行なわれるので燃料電池の外部で上記分離を行なっていた前述した従来例に比べ燃料電池１０の全体の外形寸法を遥かに小さくすることが出来て製造コストも安く出来る。さらに、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側の液体燃料供給路２０ａ中の液体燃料ＬＰの圧力が、電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６における気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の圧力よりも常に所定の値だけ高められることにより、上記分離の効率が遥かに向上され、しかも重力作用方向に対する燃料電池１０の姿勢の変化による影響を受けない。

なお、この実施の形態においては、液体燃料供給路２０ａの開閉弁４２及び加圧ポンプ４４は所定の時間毎に所定の時間だけ開きそして動作する。これにより、所定の時間毎の間に膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で消費された液体燃料ＬＰの分だけ、液体燃料タンク２２から新たな液体燃料ＬＰを補充することが出来る。

即ち、開閉弁４２及び加圧ポンプ４４は液体燃料タンク２２の如き液体燃料供給源と組み合わされて液体燃料タンク２２の如き液体燃料供給源から液体燃料供給路２０ａに対し液体燃料ＬＰを補充する液体燃料補充ユニット４６を構成している。

次に、図２の（Ａ）乃至図４の（Ｃ）を参照しながら、図１を参照しながら前述したこの発明の第１の実施の形態に従った燃料電池１０において使用されている積層体構造２０についてより詳細に説明する。

図２の（Ａ）中に示されている如く、液体燃料供給路２０ａは、電解膜１２ａを向いたアノード電極１２ｂの内表面における少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１が、積層構造体２０においてアノード電極１２ｂから最も遠い積層体中の液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の断面積よりも大きな断面積を有している。気体排出路２０ｂも、電解膜１２ａを向いたアノード電極１２ｂの内表面における少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２が、積層構造体２０においてアノード電極１２ｂから最も遠い積層体中の気体排出路２０ｂにおけるアノード電極１２ｂ中の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の断面積よりも大きな断面積を有している。

このことにより、液体燃料供給路２０ａを介して、膜電極複合体１２おいて電解膜１２ａのアノード電極側のアノード室１６ａ（図１参照）中に供給された液体燃料ＬＰは、アノード室１６ａ中により均等により広く拡散することが可能になる。さらに、気体排出路２０ｂは、膜電極複合体１２おいて電解膜１２ａのアノード電極側のアノード室１６ａ中に液体燃料ＬＰから生じた気体を、アノード室１６ａ中のより広範囲から均等に排出することが可能になる。

より詳細には、アノード電極１２ｂの内表面における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つ（図２の（Ａ）中では１個）の貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１は、上記内表面において膜電極複合体１２のアノード室１６ａ（図１参照）に面した４角形状のアノード室対面領域４８中をアノード室対面領域４８の下辺近傍から上辺近傍まで等間隔のピッチで左右両辺の近傍で折り返すよう蛇行している長孔により構成されている。

アノード電極１２ｂにおいて気体排出路２０ｂは複数（図２の（Ａ）中では１２個）の貫通孔ＴＨ２を有していて、アノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの複数の貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２は、上記内表面において液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１の複数の蛇行部分の夫々に挟まれた複数の細長い領域で対応する蛇行部分に沿い延出した細長い形状をしている。

この実施の形態において、アノード電極１２ｂの外表面に隣接した第１の積層体５０において気体排出路２０ｂは複数（図２の（Ｂ）中では２つ）の貫通孔ＴＨ２を含んでいる。

第１の積層体５０における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の一方（例えば、図２の（Ｂ）における右側の貫通孔ＴＨ２）は、図２の（Ａ）中に示されているアノード電極１２ｂにおける気体排出路２０ｂの複数の細長い貫通孔ＴＨ２と１個おきに対応してアノード電極１２ｂにおける気体排出路２０ｂの対応する細長い貫通孔ＴＨ２に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔ＴＨ２に連通する複数の細長い連通部分５０ａと、複数の細長い連通部分５０ａの夫々の一端を相互に接続する１つの接続部分５０ｂと、を含んでいる。

第１の積層体５０における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の他方（例えば、図２の（Ｂ）における左側の貫通孔ＴＨ２）は、アノード電極１２ｂにおける気体排出路２０ｂの複数の細長い貫通孔ＴＨ２の残りに対応してアノード電極１２ｂにおける気体排出路２０ｂの上記対応する細長い貫通孔ＴＨ２に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔ＴＨ２に連通する複数の細長い連通部分５０´ａと、複数の細長い連通部分５０´ａの夫々において、上記一方の貫通孔（例えば、図２の（Ｂ）における右側の貫通孔ＴＨ２）の複数の細長い連通部分５０ａの夫々の上記一端とは反対側に位置する他端を相互に接続する１つの接続部分５０´ｂと、を含んでいる。

第１の積層体５０における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１はアノード電極１２ｂにおける液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の端部（図２の（Ａ）では左下端部）に連通している。第１の積層体５０にはさらに、アノード電極１２ｂにおける液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１のもう１つの端部（図２の（Ａ）では右上端部）に連通しているもう１つの貫通孔ＴＨ１´も形成されている。

図３中に示されている如く、第１の積層体５０の外表面に隣接した第２の積層体５２における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１は第１の積層体５０における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１に連通している。

第２の積層体５２において気体排出路２０ｂは２つの貫通孔ＴＨ２を含んでいて、第２の積層体５２における気体排出路２０ｂの２つ貫通孔ＴＨ２の夫々は第１の積層体５０における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の夫々の接続部分５０ｂ，５０´ｂの一部に連通している。

第２の積層体５２にはさらに、第１の積層体５０におけるもう１つの貫通孔ＴＨ１´に連通しているもう１つの貫通孔ＴＨ１´も形成されている。

そして、第２の積層体５２の外表面（図３では紙面の裏面側）における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の外端（即ち、入口）には、図１中に示されている如く液体燃料供給パイプ２２ａが接続されている。第２の積層体５２の外表面（図３では紙面の裏面側）におけるもう１つの１つの貫通孔ＴＨ１´の外端（即ち、出口）には、図１中に示されている如く液体燃料戻し路３６の一端部が接続されている。

また、第２の積層体５２の外表面（図３では紙面の裏面側）における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の外端（即ち、出口）には、図１中に示されている如く気体排出パイプ２８の基端部が接続されている。

なお図２の（Ａ）及び（Ｂ），そして図３中に示されているアノード電極１２ｂの内表面及び第１の積層体５０の内表面，そして第２の積層体５２の内表面の夫々においてクロス印が付された複数の円は、アノード電極１２ｂ，第１の積層体５０，そして第２の積層体５２を相互に積層する際に使用される位置決め孔である。

積層体構造２０に含まれるアノード電極１２ｂ以外の複数の積層体、この実施の形態では第１及び第２の積層体５０及び５２は、これらを貫通する液体燃料供給路２０ａに含まれる少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１及びＴＨ１´そして気体排出路２０ｂに含まれる少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２を流れる液体燃料ＬＰ及び気体により腐食されることがない材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）材料，チタニウム（Ｔｉ）材料，或いは、カーボン材料、により形成されていて、アノード電極１２ｂとともに相互に密着し積層された状態で例えば拡散接合の如き公知の密封固定方法により相互に固定される。

図４の（Ａ）には、図２の（Ａ）及び（Ｂ），そして図３中に示されているアノード電極１２ｂ，第１の積層体５０，そして第２の積層体５２が相互に積層されている間にアノード電極１２ｂの内表面の側から見た正面図が示されている。

また、図４の（Ｂ）には図４の（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った縦断面図が概略的に示されており、さらに図４の（Ｃ）には図４の（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った縦断面図が概略的に示されている。

図４の（Ａ），（Ｂ），そして（Ｃ）からは、液体燃料供給路２０ａの為の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１，液体燃料戻し路３６の為の少なくとももう１つの貫通孔ＴＨ１´，そして気体排出路２０ｂの為の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２が、積層構造体２０中のアノード電極１２ｂ，第１の積層体５０，そして第２の積層体５２においてどのように連通しているかが判る。

［第１の実施の形態の第１の変形例］
この変形例では、図５中に示されている如く、膜電極複合体１２においてアノード電極１２ｂと気−液・分離構造体２４の微小通路部材２６との間に介在された貫通孔部材５４をさらに備えている。貫通孔部材５４は、気−液・分離構造体２４の微小通路部材２６の複数の貫通孔２６ａに対応した複数の第１の貫通孔５４（図５では、図面の明確化のために１点鎖線の複数の行列の交差部位で示されている）と、複数の第１の貫通孔５４から独立しておりアノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２に対応した複数の第２の貫通孔５４ｂと、が設けられている。

貫通孔部材５４の複数の第２の貫通孔５４ｂは、気−液・分離構造体２４の微小通路部材２６の複数の貫通孔２６ａの相互間の多数の微小通路に対するアノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２の対向面積が拡大することを助ける。この結果、気−液・分離構造体２４の微小通路部材２６の複数の貫通孔２６ａ中の液体燃料ＬＰ中に生じた気体が、複数の貫通孔２６ａの相互間の多数の微小通路を介してアノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２により排出されやすくなる。

［第１の実施の形態の第２の変形例］
図６には、この発明の第１の実施の形態に従った燃料電池１０の第２の変形例の縦断面図が概略的に示されている。

この変形例の燃料電池６０の構成部材の大部分は図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の燃料電池１０の構成部材の大部分と同じである。従って、この変形例の燃料電池６０において前述した第１の実施の形態の燃料電池１０の構成部材と同じ構成部材には、前述した第１の実施の形態の燃料電池１０の対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を記してこのような構成部材についての詳細な説明は省略する。

この変形例の燃料電池６０が、図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の燃料電池１０と異なっているのは、燃料戻し路３６に圧力計４０が介在されておらず、燃料戻し通路３６に液体燃料濃度測定ユニット６２が介在されていることである。

この変形例の燃料電池６０は、図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の燃料電池１０と以下のことでも異なっている。

液体燃料供給路２０ａの液体燃料供給パイプ２２ａにおいて膜電極複合体１２と液体燃料加圧ユニット３４との間に圧力調整ユニット６４が介在されている。圧力調整ユニット６４には、気体排出路２０ｂからの分岐路２８´が接続されている。そして、圧力調整ユニット６４は、分岐路２８´からの気体の圧力に所定の圧力を加えた圧力で液体燃料供給パイプ２２ａを閉鎖し液体燃料供給パイプ２２ａ中の液体燃料ＬＰの通過を遮断する。

背圧弁３８は、燃料戻し路３６中の、即ち膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側の液体燃料供給路２０ａ中の、液体燃料ＬＰが所定の圧力以上になると開放し、上記所定の圧力以下の場合は閉鎖する。

従って、上述した如く構成されている変形例に従った燃料電池６０では、液体燃料加圧ユニット３４から膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側までの液体燃料供給路２０ａの部分、そして膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側から背圧弁３８までの液体燃料戻し路３６の部分、に含まれる液体燃料ＬＰの圧力が常に気体排出路２０ｂ中の気体の圧力よりも大きな所定の値に保たれる。

即ち、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側の液体燃料供給路２０ａ中の液体燃料ＬＰの圧力が、電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６における気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の圧力よりも常に所定の値だけ高められる。

このことは、この変形例においては、液体燃料供給路２０ａに介在された液体燃料加圧ユニット３４と、背圧弁３８を伴った液体燃料戻し路３６と、そして液体燃料供給路２０ａに介在され、気体排出路２０ｂの分岐路２８´からの気体の圧力に所定の圧力を加えた圧力で常に開放される圧力調整ユニット６４との組み合わせが、気−液・分離促進構造６６を構成していることを意味している。

そして、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で前述した如く発生された気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））は、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で液体燃料ＬＰ中に含まれるよりも電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６中に排出されることが容易となり、上記排出が促進される。この促進は、燃料電池６０の姿勢とは無関係に行なわれる。

液体燃料濃度測定ユニット６２は燃料戻し通路３６中の液体燃料の濃度を測定するよう構成されており、測定した液体燃料の濃度が所定の値よりも低下した場合に、所定の時間だけ液体燃料補充ユニット４６の開閉弁４２を開放するとともに加圧ポンプ４４を動作させる。これにより、所定の時間毎の間に膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で消費された液体燃料ＬＰの分だけ、液体燃料タンク２２から新たな液体燃料ＬＰを圧力調整ユニット６４を介して補充することが出来る。

この変形例の燃料電池６０ではさらに、複数（図６中では２つ）の膜電極複合体１２が直列に配置されている。追加の膜電極複合体１２の気体排出路２０ｂは隣接する膜電極複合体１２の空気供給路１２ｇの為の外気導入路６８に接続されていて、追加の膜電極複合体１２の気体排出路２０ｂからの気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））は外気導入路６８に排出される。そして、外気導入路６８に排出された上記気体は外気導入路６８から外部空間に直接排出することも出来るが、外気導入路６８を気体排出パイプ２８に接続し気体排出パイプ２８の有機物除去フィルター３０を介して外部空間に排出することが好ましい。

従って、複数の膜電極複合体１２を有したこの変形例の燃料電池６０は、図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の１つの膜電極複合体１２を有した燃料電池１０と同様に動作することが出来る。

なお、この変形例の燃料電池６０において燃料戻し通路３６に介在されていた液体燃料濃度測定ユニット６２は、当然のことながら図１中に示されていた燃料電池１０の燃料戻し通路３６に介在されて、この変形例の場合と同様に液体燃料補充ユニット４６の開閉弁４２及び加圧ポンプ４４の動作を制御させることが出来る。

［第２の実施の形態］
図７の（Ａ）には、この発明の第２の実施の形態に従った燃料電池７０の縦断面図が概略的に示されている。

この実施の形態の燃料電池７０の構成部材の大部分は図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の燃料電池１０の構成部材の大部分と同じである。従って、この実施の形態の燃料電池７０において前述した第１の実施の形態の燃料電池１０の構成部材と同じ構成部材には、前述した第１の実施の形態の燃料電池１０の対応する構成部材に付されていた参照符号と同じ参照符号を記してこのような構成部材についての詳細な説明は省略する。

この実施の形態の燃料電池７０が、図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の燃料電池１０と異なっているのは、第１の実施の形態の燃料電池１０において使用されていた、背圧弁３８及び圧力計４０を伴った燃料戻し路３６が無く、気体排出路２２ｂに背圧弁７２及び圧力計７４が介在されていることである。背圧弁７２は圧力計７４が所定の圧力より大きな圧力を検出すると開放し、圧力計７４が所定の圧力より小さな圧力を検出すると閉鎖されるよう構成されている。

この実施の形態の燃料電池７０は、図１を参照しながら前述した第１の実施の形態の燃料電池１０と以下のことでも異なっている。

液体燃料供給パイプ２２´ａにおいて、液体燃料タンク２２と膜電極複合体１２との間に液体燃料供給パイプ２２´ａを流れる液体燃料ＬＰの方向に従い開閉弁４２，加圧ポンプ４４，逆止弁７６，そして液体燃料加圧ユニット７８が介在されている。

液体燃料加圧ユニット７８は、例えば液体燃料供給パイプ２２´ａに介在された液体燃料溜まり中に設けられたピストン部材と液体燃料溜まりの内表面とピストン部材との間に介在された例えば圧縮ばねの如き付勢手段との組み合わせであることが出来る。

さらに、膜電極複合体１２の積層構造体２０中の複数枚の積層体においてアノード電極１２ｂの外表面に隣接した積層体を除く少なくとも１つの積層体における液体燃料供給路２０´ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の断面積は、上記少なくとも１つの積層体よりもアノード電極１２ｂに近い積層体における液体燃料供給路２０ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の断面積よりも小さく設定されている。そして、上記少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の上記小さな断面積は、上記小さな断面積の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１（以下、参照符号ＴＨ１Ｓで指摘する）を通過して膜電極複合体２０ａにおける電解膜１２ａのアノード電極側に向かう液体燃料ＬＰに、膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側からの液体燃料ＬＰの逆流を防止する流速を生じさせる。

従って、電解膜１２ａのカソード電極側に生じる水がアノード電極側に浸透してきてアノード電極側の液体燃料が薄められて発電効率が低下することを抑止することが出来る。

上述した如く構成されている、第２の実施の形態に従った燃料電池７０では、液体燃料加圧ユニット７８から膜電極複合体１２において電解膜１２ａのアノード電極側までの液体燃料供給路２０´ａの部分に含まれる液体燃料ＬＰの所定の圧力よりも、電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０´ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６における気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の圧力が大きくなった場合には背圧弁７２が開放される。即ち、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側の液体燃料供給路２０´ａ中の液体燃料ＬＰの圧力が、電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０´ａに接続されている気体排出路２６の一端部である微小通路部材２６における気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））の圧力よりも常に所定の値だけ高められる。

このことは、この実施の形態においては、液体燃料供給路２０´ａに介在された液体燃料加圧ユニット７８と、気体排出路２０ｂ中に介在された背圧弁７２と圧力計７４との組み合わせが、気−液・分離促進構造８０を構成していることを意味している。

そして、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で前述した如く発生された気体（この実施の形態では二酸化炭素（CO₂））は、膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で液体燃料ＬＰ中に含まれるよりも電解膜１２ａのアノード電極側において液体燃料供給路２０´ａに接続されている気体排出路２０ｂの一端部である微小通路部材２６中に排出されることが容易となり、上記排出が促進される。この促進は、燃料電池７０の姿勢とは無関係に行なわれる。

なお、この実施の形態においては、液体燃料供給路２０´ａの開閉弁４２及び加圧ポンプ４４は所定の時間毎に所定の時間だけ開きそして動作する。これにより、所定の時間毎の間に膜電極複合体１２における電解膜１２ａのアノード電極側で消費された液体燃料ＬＰの分だけ、液体燃料タンク２２から新たな液体燃料ＬＰを逆止弁７６を介して補充することが出来る。

即ち、開閉弁４２，加圧ポンプ４４，そして逆止弁７６は液体燃料タンク２２の如き液体燃料供給源と組み合わされて液体燃料タンク２２の如き液体燃料供給源から液体燃料供給路２０´ａに対し液体燃料ＬＰを補充する液体燃料補充ユニット８２を構成している。

次に、図７の（Ｂ）を参照しながら、積層体構造２０´の液体燃料供給路２０´ａにおいて小さな断面の貫通孔ＴＨ１Ｓを有した積層体Ｓ１及びこの積層体Ｓ１に対し膜電極複合体１２の電解膜１２ａ側に隣接した積層体Ｓ２において、小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓから上記隣接した積層体Ｓ２の液体燃料供給路２０´ａの通常の断面積の貫通孔ＴＨ１に流入した液体燃料により、上記隣接した積層体Ｓ２の液体燃料供給路２０´ａの通常の断面積の貫通孔ＴＨ１から小さな断面の貫通孔ＴＨ１Ｓに水を逆流させないための、小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓの寸法や配置に関する設計例を説明する。

液体燃料は、小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓから上記隣接した積層体Ｓ２の液体供給路２０´ａの通常の断面積の貫通孔ＴＨ１に対し、膜電極複合体１２の電解膜１２ａのアノード電極側において発電の為に消費される分量にクロスオーバーの分量を加えた値を供給しなければならない。

液体燃料は１００％メタノールであり、
i=150mA/cm²,
q_{MeOH_gen}=6.3x10^-4ccm/cm²，そして
C.O．（クロスオーバー）が20%であるとすると、
q_{MeOH_total}=7.9x10^-4ccm/cm²となる。

そして、小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓの直径がφ=0.05cmであるとすると、
U_{MeOH_total}=6.7x10-3cm/s，
DH₂O=3x10^-5cm²/s，そして小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓの長さL=0.2cmであるとするとD/L=1.5x10^-4cm/sとなる。

そしてC/Co=exp(-u/D・L)=4.9x10^-20=0となる。

即ち、この場合には、1cm間隔で50μmの直径の小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓがあれば、小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓから隣接した積層体Ｓ２の液体燃料供給路２０´ａの通常の断面積の貫通孔ＴＨ１に流入した液体燃料により、上記隣接した積層体Ｓ２の液体燃料供給路２０´ａの通常の断面積の貫通孔ＴＨ１から小さな断面の貫通孔ＴＨ１Ｓに水を逆流させることがないことがわかる。
次に、図８の（Ａ）乃至図１１の（Ｃ）を参照しながら、図７の（Ａ）を参照しながら前述したこの発明の第２の実施の形態に従った燃料電池７０において使用されている積層体構造２０´についてより詳細に説明する。

図８の（Ａ）中に示されている如く、液体燃料供給路２０´ａは、電解膜１２ａを向いたアノード電極１２ｂの内表面における少なくとも１つ（図８の（Ａ）中では１つ）の貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１が、積層体構造２０´においてアノード電極１２ｂから最も遠い積層体中の液体燃料供給路２０´ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の断面積よりも大きな断面積を有している。気体排出路２０ｂも、電解膜１２ａを向いたアノード電極１２ｂの内表面における少なくとも１つ（この実施の形態では複数であり、図８の（Ａ）では１２個）の貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２が、積層体構造２０´においてアノード電極１２ｂから最も遠い積層体中の気体排出路２０ｂにおけるアノード電極１２ｂ中の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２の断面積よりも大きな断面積を有している。

このことにより、液体燃料供給路２０´ａを介して、膜電極複合体１２おいて電解膜１２ａのアノード電極側のアノード室１６ａ（図７参照）中に供給された液体燃料ＬＰは、アノード室１６ａ中により均等により広く拡散することが可能になる。さらに、気体排出路２０ｂは、膜電極複合体１２おいて電解膜１２ａのアノード電極側のアノード室１６ａ中に液体燃料ＬＰから生じた気体を、アノード室１６ａ中のより広範囲から均等に排出することが可能になる。

より詳細には、アノード電極１２ｂの内表面における液体燃料供給路２０´ａの貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１は、上記内表面において膜電極複合体１２のアノード室１６ａ（図７参照）に面した４角形状のアノード室対面領域９０中をアノード室対面領域９０の下辺近傍から上辺近傍までの間で等間隔のピッチで左右両辺の近傍で折り返すよう蛇行した長孔により構成されている。

アノード電極１２ｂの内表面における気体排出路２０ｂの複数の貫通孔ＴＨ２の出口ＯＴ２は、上記内表面において液体燃料供給路２０´ａの複数の貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１の連続する複数の蛇行部分の夫々に挟まれた複数の細長い領域で対応する蛇行部分に沿い延出した細長い形状をしている。

図８の（Ｂ）中に示されている如く、アノード電極１２ｂの外表面に隣接した第１の積層体９２において液体燃料供給路２０´ａは、アノード電極１２ｂにおける液体燃料供給路２０´ａの貫通孔ＴＨ１の出口ＯＴ１の蛇行部分の夫々の長手方向に沿った複数の位置に小さな断面積の複数の貫通孔ＴＨ１Ｓを含んでいる。

第１の積層体９２において気体排出路２０ｂは、アノード電極１２ｂにおける気体排出路２０ｂの複数の貫通孔ＴＨ２に対応して延出している複数の貫通孔ＴＨ２を含んでいる。

第１の積層体９２にはさらに、アノード電極１２ｂにおける貫通孔ＴＨ１の細長い蛇行した出口ＯＴ１に連通している少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１´も形成されている。図８の（Ｂ）では、第１の積層体９２において、アノード電極１２ｂにおける貫通孔ＴＨ１の細長い蛇行した出口ＯＴ１の両端部に連通している２つの貫通孔ＴＨ１´が示されている。

図９の（Ａ）中に示されている如く、第１の積層体９２の外表面に隣接した第２の積層体９４において液体燃料供給路２０´ａは、アノード電極１２ｂにおける液体燃料供給路２０´ａの少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１の細長く蛇行した出口ＯＴ１の長手方向に沿って上記等間隔のピッチで蛇行した少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１を含んでいる。

第２の積層体９２において気体排出路２０ｂは、第１の積層体９２における気体排出路２０ｂの複数の貫通孔ＴＨ２に対応して延出している複数の貫通孔ＴＨ２を含んでいる。

第２の積層体９４にはさらに、第１の積層体９２における少なくとも１つ（図８の（Ｂ）では２つ）の貫通孔ＴＨ１´に連通している少なくとも１つ（図９の（Ａ）では２つ）の
貫通孔ＴＨ１´も形成されている。

この実施の形態では、第２の積層体９４の外表面に隣接した第３の積層体９６において気体排出路２０ｂは複数（図９の（Ｂ）中では２つ）の貫通孔ＴＨ２を含んでいる。

第３の積層体９６における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の一方（例えば、図９の（Ｂ）における右側の貫通孔ＴＨ２）は、図９の（Ａ）中に示されている第２の積層体９４における気体排出路２０ｂの複数の細長い貫通孔ＴＨ２と１個おきに対応して第２の積層体９４における気体排出路２０ｂの対応する細長い貫通孔ＴＨ２に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔ＴＨ２に連通する複数の細長い連通部分９６ａと、複数の細長い連通部分９６ａの夫々の一端を相互に接続する１つの接続部分９６ｂと、を含んでいる。

第３の積層体９６における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の他方（例えば、図９の（Ｂ）における左側の貫通孔ＴＨ２）は、第２の積層体９４における気体排出路２０ｂの複数の細長い貫通孔ＴＨ２の残りに対応して第２の積層体９４における気体排出路２０ｂの上記対応する細長い貫通孔ＴＨ２に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔ＴＨ２に連通する複数の細長い連通部分９６´ａと、複数の細長い連通部分９６´ａの夫々において、上記一方の貫通孔（例えば、図９の（Ｂ）における右側の貫通孔ＴＨ２）の複数の細長い連通部分９６ａの夫々の上記一端とは反対側に位置する他端を相互に接続する１つの接続部分９６´ｂと、を含んでいる。

第３の積層体９６にはさらに、第２の積層体９４における細長い蛇行した貫通孔ＴＨ１に連通している少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１も形成されている。図９の（Ｂ）では、第３の積層体９６において、第２の積層体９４における細長い蛇行した貫通孔ＴＨ１の両端部に連通している２つの貫通孔ＴＨ１が示されている。

第３の積層体９６にはさらにまた、第２の積層体９４におけるもう１つ（図９の（Ａ）では２つ）の貫通孔ＴＨ１´に連通しているもう１つ（図９の（Ａ）では２つ）の貫通孔ＴＨ１´も形成されている。

図１０中に示されている如く、第３の積層体９６の外表面に隣接した第４の積層体９８における液体燃料供給路２０´ａの少なくとも１つ（図１０では２つ）の貫通孔ＴＨ１は、第３の積層体９６における液体燃料供給路２０´ａの少なくとも１つ（図９の（Ｂ）では２つ）の貫通孔ＴＨ１に連通している。

第４の積層体９８において気体排出路２０ｂは２つの貫通孔ＴＨ２を含んでいて、第４の積層体９８における気体排出路２０ｂの２つ貫通孔ＴＨ２の夫々は第３の積層体９６における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の夫々の接続部分９６ｂ，９６´ｂの一部に連通している。

第４の積層体９８にはさらに、第３の積層体９６におけるもう１つ（図９の（Ｂ）では２つ）の貫通孔ＴＨ１´に連通しているもう１つ（図１０では２つ）の貫通孔ＴＨ１´も形成されている。

積層体構造２０´において第４の積層体９８はアノード電極１２ｂから最も遠い積層体である。

そして、第４の積層体９８の外表面（図１０では紙面の裏面側）における液体燃料供給路２０´ａの少なくとも１つ（図１０では２つ）の貫通孔ＴＨ１の外端（即ち、入口）には、図７の（Ａ）中に示されている如く液体燃料供給パイプ２２´ａが接続されている。第４の積層体９８の外表面（図１０では紙面の裏面側）における少なくとも１つ（図１０では２つ）の貫通孔ＴＨ１´の外端（即ち、出口）は閉塞されるか、又は図１中に示されている背圧弁３８及び圧力計４０を伴った液体燃料戻し路３６と同様な図示されていない液体燃料戻し路により液体燃料供給パイプ２２´ａにおいて逆止弁７６と液体燃料供給ユニット７８との間に接続される。

また、第４の積層体９８の外表面（図１０では紙面の裏面側）における気体排出路２０ｂの２つの貫通孔ＴＨ２の外端（即ち、出口）には、図７の（Ａ）中に示されている如く気体排出パイプ２８の基端部が接続されている。

なお図８の（Ａ）及び（Ｂ），図９の（Ａ）及び（Ｂ），そして図１０中に示されているアノード電極１２ｂ及び第１乃至第４の積層体９２，９４，９６，そして９８の夫々の内表面においてクロス印が付された複数の円は、アノード電極１２ｂ及び第１乃至第４の積層体９２，９４，９６，そして９８を相互に積層する際に使用される位置決め孔である。

積層体構造２０´に含まれるアノード電極１２ｂ以外の複数の積層体、この実施の形態では第１１乃至第４の積層体９２，９４，９６，そして９８は、これらを貫通する液体燃料供給路２０´ａに含まれる少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１及びＴＨ１´そして気体排出路２０ｂに含まれる少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２を流れる液体燃料ＬＰ及び気体により腐食されることがない材料、例えばステンレス鋼（ＳＵＳ）材料，チタニウム（Ｔｉ）材料，或いは、カーボン材料、により形成されていて、アノード電極１２ｂとともに相互に密着し積層された状態で例えば拡散接合の如き公知の密封固定方法により相互に固定される。

図１１の（Ａ）には、図８の（Ａ）及び（Ｂ），図９の（Ａ）及び（Ｂ），そして図１０中に示されているアノード電極１２ｂ及び第１乃至第４の積層体９２，９４，９６，そして９８が相互に積層されている間にアノード電極１２ｂの内表面の側から見た正面図が示されている。

また、図１１の（Ｂ）には図１１の（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った縦断面図が概略的に示されており、さらに図１１の（Ｃ）には図１１の（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った縦断面図が概略的に示されている。

図１１の（Ａ），（Ｂ），そして（Ｃ）からは、液体燃料供給路２０´ａの為の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ１，小さな断面積の貫通孔ＴＨ１Ｓ及び少なくとももう１つの貫通孔ＴＨ１´，そして気体排出路２０ｂの為の少なくとも１つの貫通孔ＴＨ２が、積層構造体２０´中のアノード電極１２ｂ及び第１乃至第４の積層体９２，９４，９６，そして９８においてどのように連通しているかが判る。

この発明の第１の実施の形態に従った燃料電池の全体の構成を概略的に示す縦断面図。 （Ａ）は、図１の第１の実施の形態に従った燃料電池において液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含むアノード電極の内表面を示す概略的な正面図であり、そして、 （Ｂ）は、（Ａ）のアノード電極に隣接して積層され、アノード電極の液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔に連通した液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含む第１の積層体の内表面を示す概略的な正面図である。 図２の（Ｂ）の第１の積層体に隣接して積層され、第１の積層体の液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔に連通した液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含む第２の積層体の内表面を示す概略的な正面図である。 （Ａ）は、図２の（Ａ）及び（Ｂ）、そして図３のアノード電極，第１の積層体，そして第２の積層体が相互に密着して積層されている間のアノード電極の内表面を示す概略的な正面図であり； （Ｂ）は、図４の（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った概略的な縦断面図であり；そして、 （Ｃ）は、図４の（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った概略的な縦断面図である。 図１の第１の実施の形態に従った燃料電池の第１の変形例の要部の分解斜視図である。 図１の第１の実施の形態に従った燃料電池の第２の変形例の概略的な縦断面図である。 （Ａ）は、この発明の第２の実施の形態に従った燃料電池の全体の構成を概略的に示す縦断面図であり；そして、 （Ｂ）は、図７の（Ａ）の第２の実施の形態に従った燃料電池に特有の構成の動作原理を説明する為の上記特有な構成の概略的な縦断面図である。 （Ａ）は、図７の（Ａ）の第２の実施の形態に従った燃料電池において液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含むアノード電極の内表面を示す概略的な正面図であり；そして、 （Ｂ）は、図８の（Ａ）のアノード電極に隣接して積層され、アノード電極の液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔に連通した液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含む第１の積層体の内表面を示す概略的な正面図である。 （Ａ）は、図８の（Ｂ）の第１の積層体に隣接して積層され、第１の積層体の液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔に連通した液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含む第２の積層体の内表面を示す概略的な正面図であり；そして、 （Ｂ）は、図９の（Ａ）の第２の積層体に隣接して積層され、第２の積層体の液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔に連通した液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含む第３の積層体の内表面を示す概略的な正面図である。 図９の（Ｂ）の第３の積層体に隣接して積層され、第３の積層体の液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔に連通した液体燃料供給路及び気体排出路の為の貫通孔を含む第４の積層体の内表面を示す概略的な正面図である。 （Ａ）は、図８の（Ａ）及び（Ｂ），図９の（Ａ）及び（Ｂ），そして図１０のアノード電極，第１の積層体，第２の積層体、第３の積層体，そして第４の積層体が相互に密着して積層されている間のアノード電極の内表面を示す概略的な正面図であり； （Ｂ）は、図１１の（Ａ）のＢ−Ｂ線に沿った概略的な縦断面図であり；そして、 （Ｃ）は、図１１の（Ａ）のＣ−Ｃ線に沿った概略的な縦断面図である。

符号の説明

１０…燃料電池、１２…膜電極複合体，１２ａ…アノード電極、１２ｃ…カソード電極、１２ｄ…触媒層、１２ｅ…マイクロポーラスレイヤー（微小多孔性層）、１２ｆ…ガス拡散層、１２ｇ…空気供給層、１４…密封部材、１６ａ…アノード室、１６ｂ…カソード室、１８…介在部材、２０…積層体構造、２０ａ…液体燃料供給路、ＴＨ１…貫通孔、ＯＴ１…出口、２０ｂ…気体排出路、ＴＨ２…貫通孔、ＯＴ２…出口、２２…液体燃料タンク、２２ａ…液体燃料供給パイプ、ＬＰ…液体燃料、２４…気−液・分離構造体、２６…微小通路部材、２６ａ…貫通孔、２８…気体排出パイプ、３０…有機物フィルター、３２…気−液・分離促進構造、３４…液体燃料加圧ユニット、３６…液体燃料戻し路、３８…背中圧弁、４０…圧力計、４２…開閉弁、４４…加圧ポンプ、４６…液体燃料補充ユニット、４８…アノード室対面領域、５０…第１の積層体、５０ａ…連通部分、５０´ａ…連通部分、５０ｂ…接続部分、５０´ｂ…接続部分、５２…第２の積層体、５４…貫通孔部材、５４ａ…第１の貫通孔、５４ｂ…第２の貫通孔、６０…燃料電池、６２…液体燃料濃度測定ユニット、６４…圧力調整ユニット、２８´…分岐路、６６…気−液・分離促進構造、６８…外気導入路、２０´…積層構造体、７０…燃料電池、７２…背圧弁、７４…圧力計、２２´ａ…液体燃料供給パイプ、７６…逆止弁、７８…液体燃料供給ユニット、ＴＨ１Ｓ…（小さな断面積の）貫通孔、２０´ａ…液体燃料供給路、８０…気−液・分離促進構造、８２…液体燃料補充ユニット、９０…アノード室対面領域、ＴＨ１´…貫通孔、９２…第１の積層体、９４…第２の積層体、９６…第３の積層体、９６ａ，９６´ａ…連通部分、９６ｂ，９６´ｂ…接続部分、９８…第４の積層体

Claims (17)

1. 電解膜と、電解膜の両側に配置されたアノード電極及びカソード電極と、を含む膜電極複合体と；
   膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に液体燃料を供給する液体燃料供給路と；
   膜電極複合体において電解膜のカソード電極側に空気を供給する空気供給通路と；
   膜電極複合体において電解膜のアノード電極側から気体を排出する気体排出路と；そして、
   アノード電極の外表面に相互に密封状態で積層された複数枚の積層体と；
   を備えており、
   アノード電極及び上記複数枚の積層体が積層構造体を構成していて、
   上記液体燃料供給路が、上記積層構造体を貫通する少なくとも１つの貫通孔を含んでおり、
   上記気体排出路が、上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔から独立して上記積層構造体を貫通する少なくとも１つの貫通孔を含んでいる、
   ことを特徴とする燃料電池。
2. 上記液体燃料供給路は、電解膜を向いたアノード電極の内表面における上記少なくとも１つの貫通孔の出口が上記積層体中でアノード電極から最も離れた積層体における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の断面積よりも大きな断面積を有しており、
   上記気体排出路は、電解膜を向いたアノード電極の内表面における上記少なくとも１つの貫通孔の出口が、上記積層体中でアノード電極から最も離れた積層体における上記気体排出路の上記少なくとも１つの貫通孔の断面積よりも大きな断面積を有している、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
3. 膜電極複合体において電解膜とアノード電極との間に介在され、上記液体燃料供給路により膜電極複合体において電解膜のアノード電極側に供給された液体燃料と電解膜のアノード電極側において液体燃料から生じた気体とを分離し分離された気体を上記気体排出路に導くよう構成された気−液・分離構造体をさらに備える、ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
4. 気−液・分離構造体は、アノード電極の内表面における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口に対応した位置から電解膜に向かい延出した複数の貫通孔と、複数の貫通孔よりも微小であり複数の貫通孔とアノード電極の内表面における上記気体排出路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口に連通した微小通路と、を含む微小通路部材を含んでおり、微小通路部材は疎水性及び撥水性の少なくともいずれか一方を有している、ことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池。
5. 膜電極複合体においてアノード電極と気−液・分離構造体との間に介在され、気−液・分離構造体の複数の複数の貫通孔に対応した複数の第１の貫通孔と、上記複数の第１の貫通孔から独立しておりアノード電極の内表面における上記気体排出路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口に対応した複数の第２の貫通孔と、が設けられている貫通孔部材をさらに備えている、ことを特徴とする請求項４に記載の燃料電池。
6. アノード電極の内表面における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口は、上記内表面に沿い等間隔のピッチで蛇行しており、
   アノード電極において上記気体排出路は複数の貫通孔を有していて、アノード電極の内表面における上記気体排出路の上記複数の貫通孔の出口は、上記内表面において上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口の複数の蛇行部分の夫々に挟まれた複数の細長い領域で対応する蛇行部分に沿い延出している、
   ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
7. アノード電極の外表面に隣接した第１の積層体において上記気体排出路は２つの貫通孔を含んでいて、
   第１の積層体における上記気体排出路の２つの貫通孔の一方は、アノード電極における上記気体排出路の複数の細長い貫通孔と１個おきに対応してアノード電極における上記気体排出路の上記対応する細長い貫通孔に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔に連通する複数の細長い連通部分と、複数の細長い連通部分の夫々の一端を相互に接続する１つの接続部分と、を含んでおり、
   第１の積層体における上記気体排出路の２つの貫通孔の他方は、アノード電極における上記気体排出路の複数の細長い貫通孔の残りに対応してアノード電極における上記気体排出路の上記対応する細長い貫通孔に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔に連通する複数の細長い連通部分と、複数の細長い連通部分の夫々において、上記一方の貫通孔の上記複数の細長い連通部分の夫々の上記一端とは反対側に位置する他端を相互に接続する１つの接続部分と、を含んでおり；
   第１の積層体における上記液体燃料供給路の少なくとも１つの貫通孔はアノード電極における上記液体燃料供給路の少なくとも１つの貫通孔に連通しており；
   上記第１の積層体の外表面に隣接した第２の積層体における上記液体燃料供給路の少なくとも１つの貫通孔は上記第１の積層体における上記液体燃料供給路の少なくとも１つの貫通孔に連通しており；そして、
   上記第２の積層体において上記気体排出路は２つの貫通孔を含んでいて、上記第２の積層体における上記気体排出路の２つ貫通孔の夫々は上記第１の積層体における上記気体排出路の上記２つの貫通孔の夫々の接続部分の一部に連通している、
   ことを特徴とする請求項６に記載の燃料電池。
8. 液体燃料供給路は、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側で使用された分の液体燃料を液体燃料供給路に補充するよう構成された液体燃料補充ユニットを含んでいる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
9. 上記複数の積層体の中の最も外側の積層体における上記液体燃料供給路の貫通孔に接続された一端部と、膜電極複合体及び上記複数の積層体の外側で上記液体燃料供給路に接続された他端部と、を有しており、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側で未反応な液体燃料を液体燃料供給路に戻す液体燃料戻し路をさらに備えている、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
10. 液体燃料戻し路は液体燃料戻し路中の液体燃料の濃度を測定するよう構成された液体燃料濃度測定ユニットを含んでおり、そして、
    液体燃料供給路は液体燃料濃度測定ユニットにより測定された液体燃料の濃度が所定の値よりも低下した場合に新たな液体燃料を液体燃料供給路に補充するよう構成された液体燃料補充ユニットを含んでいる、
    ことを特徴とする請求項９に記載の燃料電池。
11. 液体燃料は炭化水素又は炭化水素と水との混合物を含む、ことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池。
12. 炭化水素がメタノールを含むことを特徴とする請求項１１に記載の燃料電池。
13. アノード電極の外表面に隣接した積層体を除く少なくとも１つの積層体における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の断面積は、上記少なくとも１つの積層体よりもアノード電極に近い積層体における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の断面積よりも小さく設定されており、
    上記少なくとも１つの貫通孔の上記小さな断面積は、上記小さな断面積の上記少なくとも１つの貫通孔を通過して膜電極複合体における電解膜のアノード電極側に向かう液体燃料に、膜電極複合体において電解膜のアノード電極側からの液体燃料の逆流を防止する流速を生じさせる、
    ことを特徴とする請求項２に記載の燃料電池。
14. アノード電極において上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔は、アノード電極の内表面に沿い等間隔のピッチで蛇行しており、
    アノード電極において上記気体排出路は複数の貫通孔を有していて、アノード電極の内表面における上記気体排出路の上記複数の貫通孔の出口は、上記内表面において上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口の複数の蛇行部分の夫々に挟まれた複数の細長い領域で対応する蛇行部分に沿い延出している、
    ことを特徴とする請求項１３に記載の燃料電池。
15. アノード電極の外表面に隣接した第１の積層体において上記液体燃料供給路は、アノード電極における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の出口の複数の蛇行部分の夫々の長手方向に沿った複数の位置に上記小さな断面積の複数の貫通孔を含んでいて、
    上記第１の積層体において上記気体排出路は、アノード電極における上記気体排出路の複数の貫通孔に対応して延出している複数の貫通孔を含んでいる、
    ことを特徴とする請求項１４に記載の燃料電池。
16. 上記第１の積層体の外表面に隣接した第２の積層体において上記液体燃料供給路は、アノード電極における上記液体燃料供給路の上記少なくとも１つの貫通孔の長手方向に沿って上記等間隔のピッチで蛇行している少なくとも１つの貫通孔を含んでおり、
    上記第２の積層体において上記気体排出路は、上記第１の積層体における上記気体排出路の複数の貫通孔に対応して延出している複数の貫通孔を含んでいる、
    ことを特徴とする請求項１５に記載の燃料電池。
17. 上記第２の積層体の外表面に隣接した第３の積層体において上記気体排出路は２つの貫通孔を含んでいて、
    上記第３の積層体における上記気体排出路の２つの貫通孔の一方は、上記第２の積層体における上記気体排出路の複数の細長い貫通孔と１個おきに対応して上記第２の積層体における上記気体排出路の上記対応する細長い貫通孔に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔に連通する複数の細長い連通部分と、複数の細長い連通部分の夫々の一端を相互に接続する１つの接続部分と、を含んでおり、
    上記第３の積層体における上記気体排出路の２つの貫通孔の他方は、上記第２の積層体における上記気体排出路の複数の細長い貫通孔の残りに対応して上記第２の積層体における上記気体排出路の上記対応する細長い貫通孔に沿い延出し上記対応する細長い貫通孔に連通する複数の細長い連通部分と、複数の細長い連通部分の夫々において、上記一方の貫通孔の上記複数の細長い連通部分の夫々の上記一端とは反対側に位置する他端を相互に接続する１つの接続部分と、を含んでおり；
    上記第３の積層体の外表面に隣接した第４の積層体における上記液体燃料供給路の少なくとも１つの貫通孔は上記第３の積層体における上記液体燃料供給路の少なくとも１つの貫通孔に連通しており；そして、
    上記第４の積層体において上記気体排出路は２つの貫通孔を含んでいて、上記第４の積層体における上記液体燃料供給路の２つ貫通孔の夫々は上記第３の積層体における上記気体排出路の上記２つの貫通孔の夫々の接続部分の一部に連通している、
    ことを特徴とする請求項１６に記載の燃料電池。

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