JP4744291B2 - 燃料電池 - Google Patents

Description

本発明は、燃料電池に関し、具体的には、携帯機器に用いる燃料電池であって設置する向きを考慮する必要の無い燃料電池に関する。

燃料電池は水素と酸素とから電気エネルギを発生させる装置であり、高い発電効率を得ることができる。燃料電池の主な特徴としては、従来の発電方式のように熱エネルギや運動エネルギの過程を経ない直接発電であるので、小規模でも高い発電効率が期待できる、窒素化合物等の排出が少なく、騒音や振動も小さいので環境性が良いなどが挙げられる。このように、燃料電池は燃料のもつ化学エネルギを有効に利用でき、環境にやさしい特性をもっているので、２１世紀を担うエネルギ供給システムとして期待され、宇宙用から自動車用、携帯機器用まで、大規模発電から小規模発電まで、種々の用途に使用できる将来有望な新しい発電システムとして注目され、実用化に向けて技術開発が本格化している。

中でも、固体高分子形燃料電池は、他の種類の燃料電池に比べて、作動温度が低く、高い出力密度を持つ特徴が有り、特に近年、固体高分子形燃料電池の一形態として、ダイレクトメタノール燃料電池（Ｄｉｒｅｃｔ Ｍｅｔｈａｎｏｌ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ：ＤＭＦＣ）が注目を集めている。ＤＭＦＣは、燃料であるメタノール水溶液を改質することなく直接アノードへ供給し、メタノール水溶液と酸素との電気化学反応により電力を得るものであり、この電気化学反応によりアノードからは二酸化炭素が、カソードからは生成水が、反応生成物として排出される。メタノール水溶液は水素に比べ、単位体積当たりのエネルギが高く、また、貯蔵に適しており、爆発などの危険性も低いため、自動車や携帯機器（携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、ＭＰ３プレーヤ、デジタルカメラあるいは電子辞書（書籍））などの電源への利用が期待されている。
特開２００５−１００８３９号公報

特許文献１に開示されているような平面形の燃料電池は、小型、軽量が要求される携帯機器への利用が特に期待されているが、アノードを電解質層の下側の主面に形成すると、アノードからの反応生成物である二酸化炭素がアノードに滞留して反応効率を低下させるなどの問題を抱えている。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、携帯機器に用いる燃料電池において設置する向きを考慮する必要の無い燃料電池を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池は、電解質層と、電解質層の第１の主面に設けられ、液体の第１の反応流体が供給され、気体の第１の反応生成物が発生する第１の電極と、電解質層の第２の主面に設けられ、第２の反応流体が供給される第２の電極と、電解質層と第１の電極と第２の電極とが収納される筐体と、筐体に設けられ、第１の電極から第１の反応生成物を排出する第１の反応生成物排出口と、筐体に設けられ、第２の電極へ第２の反応流体を供給する第２の反応流体供給口と、を備える燃料電池において、第１の反応生成物排出口は、第２の反応流体供給口が設けられる面に設けられ、第１の電極から第１の反応生成物排出口への排出経路中に、第２の電極と同じ材料が充填されていることを特徴とする。あるいは、同様の燃料電池において、第１の電極から第１の反応生成物流体排出口への排出経路中に、第２の電極が配置されていることを特徴とする。

ここで、液体の第１の反応流体とはメタノールを含むアルコール類やその水溶液、蟻酸のような物質が考えられ、気体の第１の反応生成物とは二酸化炭素などが考えられる。一方、第２の反応流体には地球上であれば空気（空気中の酸素）が一般的であるが、ロケットや潜水艦のようなところでは、酸素ボンベから供給される酸素や過酸化水素なども考えられる。

このような反応流体を利用する燃料電池において、第１の反応生成物の排出口を第２の反応流体の供給口が設けられている面と同じに設けることにより、例えば、ユーザーが筐体の第２の反応流体供給口が設けられた面を塞ぐように燃料電池を置いてしまったとしても、燃料電池へ第２の反応流体が供給されないので、燃料電池の発電は行われず、第１の反応生成物が発生することもない。したがって、この燃料電池のユーザーは燃料電池を設置する向きを考慮することなく使用できる。

請求項３記載の発明は、請求項１記載の燃料電池において、前記第１の電極から前記第１の反応生成物排出口への排出経路中に、気体透過性かつ液体不透過性を有する部材を配することを特徴とする。ここで、気体透過性かつ液体不透過性を有する部材とは、気体成分を選択的に透過し、液体成分は透過させない部材であり、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素系合成樹脂で構成される微細な孔を有する平面状のフィルなどが適していると考えられる。これにより、請求項１の効果に加え、気体の反応生成物のみを燃料電池の外部へ排出し、液体の反応流体は燃料電池の内部に保持することができる。

請求項４記載の発明は、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池において、少なくとも対向する２面が平行な形状を有すると共に第１の反応流体を保持する第１の反応流体室を備えることを特徴とする。また、請求項５記載の発明は、請求項２記載の燃料電池において、前記第１の反応生成物流体排出口は、前記第２の反応流体供給口であることを特徴とする。ここで、少なくとも対向する２面が平行な形状とは、直方体（立方体）や円柱、そして、その角あるいは辺が面取りされているものや、ユーザビリティやデザインを考慮して１０°未満の傾斜は許容範囲として略平行な２面を有する形状であれば良い。

本発明によれば、設置する向きを考慮する必要の無い燃料電池を提供することができる。

本発明の燃料電池５０の基本構成について、図を用いて説明する。

図１は本発明の参考例の燃料電池５０の外観を模式的に表した斜視図、図２は燃料電池５０のアノード側の筐体２４ａを外したときの分解斜視図である。本実施の形態において、燃料電池５０は、アノード１０にメタノール水溶液あるいは純メタノール（以下、「メタノール燃料」と記載する）が供給されるＤＭＦＣである。発電部である膜−電極接合体（Ｍｅｍｂｒａｎｅ Ｅｌｅｃｔｏｒｏｄｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ：ＭＥＡ）１２は、電解質膜１４がアノード１０とカソード１６とに挟持され形成される。

アノード１０へ供給されるメタノール燃料は、燃料電池５０の外部より、メタノール燃料供給孔２０を通って燃料室２２へ供給される。各燃料室２２は連通しており、各燃料室２２に貯蔵されるメタノール燃料から各アノード１０へ供給される。アノード１０では、式（１）に示すようなメタノールの反応が起こり、Ｈ^＋が電解質膜１４を介してカソード１６へ移動すると共に、電力が取り出される。

式（１）からも明らかなように、この反応により、アノード１０からは二酸化炭素が発生する。そこで、燃料室２２と、燃料電池５０のアノード側の筐体２４ａに設けられたアノード側生成物排出孔２６との間には、気液分離フィルタ３０を配置する。

この気液分離フィルタ３０は、気体成分を選択的に透過し、液体成分は透過させない微細な孔を有する平面状のフィルタであり、ポリクロロトリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリフッ化ビニル、テトラフルオロエチレン-エチレン共重合体、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）、ポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）、クロロトリフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＣＴＦＥ）、パーフロロ環状重合体、あるいは、ポリビニルフルオライド（ＰＶＦ）などのフッ素系合成樹脂は、耐メタノール（アルコール）性を有するので、この気液分離フィルタ３０の材料として適している。

また、筐体２４は、軽量で剛性を有し、かつ、耐食性を有する材料が適しており、具体的には、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ガラスエポキシ樹脂、シリコン樹脂、セルロース、ナイロン、ポリアミドイミド、ポリアリルアミド、ポリアリルエーテルケトン、ポリイミド、ポリウレタン、ポリエーテルイミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリエーテルケトンエーテルケトンケトン、ポリエーテルケトンケトン、ポリエーテルスルホン、ポリエチレン、ポリエチレングリコール、ポリエチレンテレフタレート、ポリ塩化ビニル、ポリオキシメチレン、ポリカーボネート、ポリグリコール酸、ポリジメチルシロキサン、ポリスチレン、ポリスルホン、ポリビニルアルコール、ポリビニルピロリドン、ポリフェニレンスルフィド、ポリフタルアミド、ポリブチレンテレフタレート、ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、ポリ四フッ化エチレン、硬質ポリ塩化ビニルなどの合成樹脂、あるいは、アルミニウム合金、チタン合金、ステンレス鋼などの金属が適している。また、強化ガラスやスケルトン樹脂でも良い。そして、気液分離フィルタ３０と同様に、筐体２４もメタノール燃料と接触する部分を有するので、特に、メタノール燃料と接触する部分では、上記合成樹脂あるいは金属にフッ素系合成樹脂を重ね合わせた複合材料を用いると良い。さらに、３２は、燃料室２２を形成すると共に、ＭＥＡ１２を締め付ける支持部材３２であり、支持部材３２もまた筐体２４のメタノール燃料と接触する部分と同じ材料を用いると良い。

本実施の形態において、ＭＥＡ１２は、電解質膜１４にＮａｆｉｏｎ１１５（Ｄｕｐｏｎｔ社製）を用い、この電解質膜１４の一方の面に、Ｐｔ−Ｒｕ黒と５ｗｔ％Ｎａｆｉｏｎ溶液（ＤｕＰｏｎｔ社製）とを混合したアノード触媒ペーストを塗布してアノード１０を形成し、他方の面に、Ｐｔ黒と５ｗｔ％Ｎａｆｉｏｎ溶液（ＤｕＰｏｎｔ社製）とを混合したカソード触媒ペーストを塗布してカソード１６を形成した。本実施の形態では、電解質膜１４にＮａｆｉｏｎ１１５を用いたが、電解質膜１４はイオン伝導性を有する厚さ５０〜２００μｍの電解質膜であれば良く、本実施の形態のように、燃料にメタノール燃料を使用するＤＭＦＣの場合、メタノールが電解質膜１４を透過してカソード側へ移動する、所謂、クロスリークと呼ばれる現象を抑制できる電解質膜であれば、なお望ましい。また、アノード１０およびカソード１６を電解質膜１４上に形成する方法を採ったが、作製方法はカーボンペーパなどの電極基材上に触媒層を形成する構成および方法を用いてもよい。さらに、触媒は、メタノールからＨ^＋を、あるいは、Ｈ^＋と酸素から水を生成する触媒機能を有する触媒であれば、Ｐｔ−ＲｕやＰｔからなる粒子（Ｐｔ−Ｒｕ黒やＰｔ黒）ではなく、触媒をカーボンに担持させた触媒担持カーボンを用いてもよい。

カソード１６へはカソード側生成物排出孔２８を通って空気が供給され、電解質膜１４を介してカソード１６へ移動してきたＨ^＋と空気中の酸素との間で、式（２）に示すような反応が起こり、生成水が生成される。

カソード１６へ空気を供給すると共に、カソ−ド１６からの生成水を排出するカソード側生成物排出孔２８は、アノード側生成物排出孔２６と総面積としては同等になるように設けられているが、アノード側生成物排出孔２６よりも径の小さい孔を多数配している。また、カソード側生成物排出孔２８の内壁およびカソード側生成物排出孔２８が設けられている部分のカソード側の筐体２４ｂ表面は、酸化チタンなどの光触媒を含む機能性コーティング材にて被覆されている。小さい孔を多数配することにより、カソード１６より排出される生成水が滴下する虞がなく、また、内壁に機能性コーティング材を被覆することにより、生成水が孔を塞ぐことなく、内壁表面に薄く広がって蒸発しやすくなると共に、微生物の繁殖などを防ぐことができる。この機能性コーティング材には、燃料電池５０に、太陽光など光触媒が機能する特定の波長を含む光が照射されないときにも、有機物分解機能あるいは抗菌機能が作用するように、銀、銅、亜鉛などの金属が含まれていると良い。さらに、筐体２４の表面全体に、機能性コーティング材を被覆すれば、燃料電池５０の利用者が、燃料電池５０に触ることにより付着する有機物を分解し、燃料電池５０に防汚機能あるいは抗菌機能を付与することができる。

アノード１０からカソード１６へメタノール燃料が流入することを防ぐため、複数のＭＥＡ１２を取り囲むように、Ｏリング３４（アノード側Ｏリング３４ａ、カソード側Ｏリング３４ｃ）が配されている。本実施の形態では、カソード側の筐体２４ｃと支持部材３２とによって押圧され、メタノール燃料がアノード１０からカソード１６へ流入することを防止すると共に、アノード１０へ酸素が流入することも防止している。このＯリング３４は柔軟性と耐食性を有するものが望ましく、天然ゴム、ニトリルゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、シリコンゴム、ブタジエンゴム、スチレンゴム、ブチルゴム、エチレン・プロピレンゴム、フッ素ゴム、クロロプレンゴム、イソブチレンゴム、アクリロニトリルゴム、アクリロニトリル・ブタジエンゴム、ブチルゴム、ウレタンゴムなどが材料に適している。

上記の構成のほか、図示しないが、利用者がカソード１６に接触しないように、カソード１６とカソード側の筐体２４ｃとの間に、空気や生成水は流通することができる多孔質のテフロン（登録商標）シートなどを挿入すると良い。あるいは、カソード側生成物排出孔２８の径とカソード側生成物排出孔２８が設けられる部分の筐体２４の厚さとを調整する（カソード側生成物排出孔２８の径寸法に対し、筐体２４の厚さ寸法を大きくする）ことにより、利用者が燃料電池５０の筐体２４表面に触れても、カソード１６に接触することがないように筐体設計を行うことも可能である。さらに、カソード側生成物排出孔２８が設けられている部分を覆う蓋体を設けると、燃料電池５０が停止している間に、ＭＥＡ１２、特に、電解質膜１４が乾燥することを防ぐと共に、カソード１６側に埃や細菌（カビ）などの有機物が侵入することを防ぐことができる。この蓋体は、スライド式の蓋体とすると、スペースを取ることなく設けることができる。

また、本実施の形態では、燃料室２２はメタノール燃料で満たされた空間として説明したが、メタノール燃料を吸収するスポンジのような三次元多孔質体（燃料吸収体）を燃料室２２に挿入しても良い。このような燃料吸収体としては、ナイロン、ポリエステル、レーヨン、綿、ポリエステル／レーヨン、ポリエステル／アクリル、レーヨン／ポリクラールなどからなる繊維の織布、不織布、フェルトなどが挙げられる。燃料室２２に燃料吸収体を挿入することによって毛細管現象が生じ、燃料電池５０が設置される向き（姿勢）に依存せず、アノード１０へメタノール燃料が均一に供給される。さらに、本実施の形態では、筐体２４に光触媒を含む機能性コーティング材を被覆する例を説明したが、筐体２４表面に銀、銅、亜鉛などの金属を被覆する、あるいは、筐体２４を形成する材料に銀、銅、亜鉛などの金属を混入させることでも、少なくとも抗菌機能を確保することはできる。

図３は、本参考例１の燃料電池１５０内部の構造を模式的に表した図１におけるＡ−Ａ’断面の断面図である。本参考例１では、１枚の電解質膜１１４に複数個のアノード（１１０ａ、１１０ｂ、１１０ｃ、…）１１０とこれらのアノードと対向するように複数個のカソード（１１６ａ、１１６ｂ、１１６ｃ、…）１１６とが配されており、図示しない配線などによって、例えばアノード１１０ａとカソード１１６ｂとを接続することにより、各ＭＥＡ１１２は直列に接続されている。

本参考例１の特徴は、アノード側生成物排出孔１２６がアノード側筐体１２４ａの、燃料室１２２を介してアノード１１０を対向する位置のみならず、筐体１２４の側面や支持部材１３２にも設けられている点である。全てのアノード側生成物排出孔１２６には気液分離フィルタ１３０が設けられており、上記のように、アノード１１０から発生する二酸化炭素などの気体成分は選択的に透過して排出され、メタノール燃料などの液体成分は透過せず、燃料室１２２に保持させることができる。支持部材１３２にアノード側生成物排出孔１２６を設け、さらに図３にように、カソード側筐体１２４ｃの、カソード側Ｏリング１３４ｃの外側の領域にもカソード側生成物排出孔１２８を設けることによって、カソード側生成物排出孔の中でも１２８’や１２８”は、アノード１１０から発生する気体成分を排出する役割をする。

以上のような構成により、アノード１１０が電解質膜１１４の上面の位置になるように燃料電池１５０を配置しても、カソード１１６が電解質膜１１４の上面の位置になるように燃料電池１５０を配置しても、アノード１１０からの反応生成物などがアノード１１０や燃料室１２２に滞留することなく排出させることができ、さらに筐体１２４の側面にもアノード側生成物排出孔１２６を設けることで、電解質膜１１４が鉛直に立たせられるような向きに燃料電池１５０を配置しても、アノード１１０からの反応生成物などがアノード１１０や燃料室１２２に滞留することなく排出させることができる。したがって、本参考例１の燃料電池１５０では、設置する向きを考慮する必要が無い。

そのほか、筐体１２４（特にアノード側筐体１２４ａ）の外側にハウジングを設け、アノード側生成物排出孔１２６から排出された反応生成物は、このハウジングに設けられた流体流通孔からハウジング外部へ排出されるようにしても良い。筐体１２４の外側にハウジングを設けることにより、燃料電池１５０の強度を向上させることができ、流体流通孔に気液分離フィルタを設ければ、燃料室１２２からのメタノール燃料漏れをより効果的に防止することができる。また、流体流通孔をカソード側生成物排出孔１２８側に設ければ、カソード側生成物排出孔１２８周辺の空気が反応生成物の排出の流れによって撹拌され、カソード１１６へ空気が供給されやすくなる。

図４は、本参考例１の燃料電池２５０内部の構造を模式的に表した図１におけるＡ−Ａ’断面の断面図である。本参考例２でも、１枚の電解質膜２１４に複数個のアノード（２１０ａ、２１０ｂ、２１０ｃ、…）２１０とこれらのアノードと対向するように複数個のカソード（２１６ａ、２１６ｂ、２１６ｃ、…）２１６とが配されており、図示しない配線などによって、例えばアノード２１０ａとカソード２１６ｂとを接続することにより、各ＭＥＡ２１２は直列に接続されている。

本参考例２の特徴は、燃料室２２２がＭＥＡ２１２を囲むように、断面的にはコの字型となるように設けられており、アノード側生成物排出孔２２６がアノード側筐体２２４ａの、燃料室２２２を介してアノード２１０を対向する位置のみならず、筐体２２４の側面やカソード側生成物排出孔２２８と同一の面にも設けられている点である。全てのアノード側生成物排出孔２２６には気液分離フィルタ２３０が設けられており、参考例１と同様に、アノード２１０から発生する二酸化炭素などの気体成分は選択的に透過して排出され、メタノール燃料などの液体成分は透過せず、燃料室２２２に保持させることができる。

以上のような構成により、アノード２１０が電解質膜２１４の上面の位置になるように燃料電池２５０を配置しても、カソード２１６が電解質膜２１４の上面の位置になるように燃料電池２５０を配置しても、さらに電解質膜２１４が鉛直に立たせられるような向きに燃料電池２５０を配置しても、アノード２１０からの反応生成物などがアノード２１０や燃料室２２２に滞留することなく排出させることができる。したがって、本参考例２の燃料電池２５０では、設置する向きを考慮する必要が無く、かつ、ＭＥＡ２１２を囲む燃料室２２２の凸設された部分の分だけ、燃料室２２２の容量を大きく取ることができるので燃料電池２５０の運転時間を長くすることができる。

図５は本参考例３の燃料電池３５０をノート型パーソナルコンピュータ（ノート型ＰＣ）３６０に適用したときの外観を模式的に表した斜視図である。本参考例３において、アノード３１０へ供給されるメタノール燃料は、燃料電池３５０の一側面に設けられた燃料カートリッジ３５２より、メタノール燃料供給孔３２０を通って燃料室３２２へ供給される。本参考例３では、筐体３２４（特に筐体３２４ａの主面）に参考例１、２のようなアノード側生成物排出孔は設けず、筐体３２４に設けられる開口はカソード側生成物排出孔３２８となっている。図６は、本参考例３の燃料電池３５０内部の構造を模式的に表した図５におけるＢ−Ｂ’断面の断面図である。本参考例３でも、１枚の電解質膜３１４に複数個のアノード（３１０ａ、３１０ｂ、３１０ｃ、…）３１０とこれらのアノードと対向するように複数個のカソード（３１６ａ、３１６ｂ、３１６ｃ、…）３１６とが配されており、図示しない配線などによって、例えばアノード３１０ａとカソード３１６ｂとを接続することにより、各ＭＥＡ３１２は直列に接続されている。

本参考例３の特徴は、上記のように、アノード側生成物排出孔３２６をアノード側筐体３２４ａの、燃料室３２２を介してアノード３１０を対向する位置に設けない点である。アノード側生成物排出孔３２６は、支持部材３３２と、燃料室３２２の高さ寸法によるが、筐体３２４の側面とに設け、全てのアノード側生成物排出孔３２６には気液分離フィルタ３３０を配して、アノード３１０から発生する二酸化炭素などの気体成分は選択的に排出すると共に、メタノール燃料などの液体成分は燃料室３２２に保持させる。参考例１と同様に、カソード側筐体３２４ｃの、カソード側Ｏリング３３４ｃの外側の領域にもカソード側生成物排出孔３２８を設けることによって、カソード側生成物排出孔の中でも３２８’や３２８”は、アノードから発生する気体成分を排出する役割をする。このとき、カソード側生成物排出孔３２８’、３２８”などアノード３１０から発生する気体成分を排出する経路には、燃料の酸化に活性な金属系触媒や燃料蒸気を吸着し得る活性炭、ゼオライト、セピオライト、モルデナイトなど燃料の除去あるいは吸着が可能な材料を充填することにより、燃料室３２２からのメタノール燃料漏れをより効果的に防止することができる。

以上のような構成により、アノード３１０からの反応生成物はカソード生成物排出孔３２８から排出されるので、ノート型ＰＣ３６０のような燃料電池３５０によって発電された電力を供給するアプリケーションによって、燃料電池３５０の一主面が閉塞されてしまうような場合でも、カソード３１６へ酸化剤（空気）を供給すると共に、アノード３１０及びカソード３１６からの反応生成物を排出することができる。また、カソード生成物排出孔３２８も閉塞されてしまうような場合には、カソード３１６へ酸化剤が供給されないので、燃料電池３５０は発電できず、アノード３１０及びカソード３１６から反応生成物を排出する必要もない。したがって、本参考例３の燃料電池３５０では、設置する向きを考慮する必要が無い。

そのほか、燃料電池３５０の実施例として、図７に示す燃料電池３５０（ａ）または燃料電池３５０（ｂ）のような構成も考えられる。燃料電池３５０（ａ）の場合、カソード側生成物排出孔３２８’、３２８”などアノード３１０から発生する気体成分を排出する経路に、カソード３１６と同じ材料（Ｐｔ黒と５ｗｔ％Ｎａｆｉｏｎ溶液（ＤｕＰｏｎｔ社製）とを混合したもの）３１６ｘを充填する。筐体３２４の側面にはアノード側生成物排出孔３２６を設けず、支持部材３３２に設けられたアノード側生成物排出孔３２６には気液分離フィルタ３３０を配して、アノード３１０から発生する二酸化炭素などの気体成分は選択的に排出すると共に、メタノール燃料などの液体成分は燃料室３２２に保持させる。また、燃料電池３５０（ｂ）の場合、カソード側Ｏリング３３４ｃを設けず、外周部のカソード３１６（ここでは３１６ａと３１６ｃ）を対向するアノード３１０より大きくする。燃料電池３５０（ａ）と同様に、筐体３２４の主面にはアノード側生成物排出孔３２６を設けず、支持部材３３２に設けられたアノード側生成物排出孔３２６には気液分離フィルタ３３０を配して、アノード３１０から発生する二酸化炭素などの気体成分は選択的に排出すると共に、メタノール燃料などの液体成分は燃料室３２２に保持させる。燃料電池３５０（ａ）または（ｂ）のような構成により、燃料電池３５０を構成する材料あるいは部品の点数を減らすことができ、より低コストな燃料電池３５０を提供することができる。

図８は本参考例４の燃料電池４５０を携帯電話４７０に適用したときの外観を模式的に表した斜視図である。本参考例４において、アノード４１０へ供給されるメタノール燃料は、燃料電池４５０の一側面に設けられた燃料カートリッジ４５２より、メタノール燃料供給孔４２０を通って燃料室４２２へ供給される。図８の外観斜視図において見えているのは、本参考例４の燃料電池４５０を構成するハウジング４５４であり、図９に示すようにハウジング４５４内部の設けられた燃料電池４５０の本体部分は、参考例１の燃料電池１５０と同一の構成である。したがって、燃料電池４５０の本体部分の内部構成についての説明は省略するが、この本体部分は、参考例１の燃料電池１５０に限らず、参考例２または３の燃料電池でもよく、さらには、本発明の燃料電池でなくても良い。

図９は、本参考例４の燃料電池４５０内部の構造を模式的に表した図８におけるＣ−Ｃ’断面の断面図であり、本参考例４の特徴は、ハウジング４５４の側面に開口部４５６ｓが設けられ、この開口部４５６ｓの内部に送気ポンプ４５８を配する。送気ポンプ４５８は、燃料電池４５０（ハウジング４５４）の外部から外気（空気）を取り込み、燃料電池４５０内部へ導入する。送気ポンプ４５８によって取り込まれた空気は、空気流通路４６０、空気流通孔４６２を順に流通して、筐体４２４とハウジング４５４との間の隙間に設けられた空気流通路４６４に導入される。空気流通路４６４に導入された空気はカソード側生成物排出孔４２８を介してカソード４１６へ供給され、カソード４１６から排出される反応生成物はカソード側生成物排出孔４２８、空気流通路４６４を介して開口部４５６ｆから燃料電池４５０（ハウジング４５４）の外部へ排出される。

すなわち、送気ポンプ４５８を設けることにより、開口部４５６ｓ、空気流通路４６０、空気流通孔４６２、空気流通路４６４、カソード側生成物排出孔４２８、カソード４１６、カソード側生成物排出孔４２８、空気流通路４６４、開口部４５６ｆといった空気（酸化剤）の流れを所定の方向でつくることができる。また、アノード４１０から排出される反応生成物も、アノード側生成物排出孔４２６、カソード側生成物排出孔４２８’、 ４２８”を介して排出されて空気の流れに乗り、開口部４５６ｆから排出される。燃料電池４５０の本体部分の周囲に、所定の方向への流体の流れができることにより、酸化剤の吸気あるいは反応生成物も排気がスムーズに行えるようになる。さらに、筐体４２４の周囲に流体（熱媒体）の流れができることになるので、筐体４２４（特にアノード側筐体４２４ａ）に熱伝導性の良い材料を用いることにより、燃料室４２２を冷却する効果を得ることもできる。

図８において燃料電池４５０は重心のバランスを考慮して、燃料カートリッジ４５２を、携帯電話４７０のヒンジ部４７０ｈ近傍に配しているが、配置はこれに限定されず、マイク部４７０ｍ近傍に配しても良い。この場合、図８における開口部４５６ｆは、逆にヒンジ部４７０ｈ近傍のハウジング４５４側面に設けられ、アノード４１０及びカソード４１６から排出される反応生成物は、マイク部４７０ｍ近傍（すなわち、携帯電話４７０の使用中であれば、人間の口の近く）から遠いところより排出されることになり、反応生成物による人体への影響をより小さくでき、安全性を確保することができる。

本発明は、ＤＭＦＣに限らず、携帯機器用の燃料電池に利用可能であり、特に、アノードへ供給する燃料あるいはカソードへ供給する酸化剤として液体を供給し、その反応生成物としてアノードあるいはカソードから気体が排出されるような、比重（密度）が大きく異なる物質が電極中を出入りするタイプの燃料電池において利用可能である。

本発明の参考例に係る燃料電池の外観を模式的に表した斜視図である。 本発明の参考例に係る燃料電池の分解斜視図である。 本発明の参考例１に係る燃料電池の内部構造を模式的に表した断面図である。 本発明の参考例２に係る燃料電池の内部構造を模式的に表した断面図である。 本発明の参考例３に係る燃料電池をノート型パーソナルコンピュータに適用したときの外観を模式的に表した斜視図である。 本発明の参考例３に係る燃料電池の内部構造を模式的に表した断面図である。 本発明の実施例に係る燃料電池の内部構造を模式的に表した断面図である。 本発明の参考例４に係る燃料電池を携帯電話に適用したときの外観を模式的に表した斜視図である。 本発明の参考例４に係る燃料電池の内部構造を模式的に表した断面図である。

１０、１１０、２１０、３１０、４１０ アノード
１２、１１２、２１２、３１２、４１２ ＭＥＡ（セル）
１４、１１４、２１４、３１４、４１４ 電解質膜（電解質層）
１６、１１６、２１６、３１６、４１６ カソード
２０、１２０、２２０、３２０、４２０ メタノール燃料供給孔
２２、１２２、２２２、３２２、４２２ 燃料室
２４、１２４、２２４、３２４、４２４ 筐体
２６、１２６、２２６、３２６、４２６ アノード側生成物排出孔
２８、１２８、２２８、３２８、４２８ カソード側生成物排出孔
３０、１３０、２３０、３３０、４３０ 気液分離フィルタ
３２、１３２、２３２、３３２、４３２ 支持部材
３４、１３４、２３４、３３４、４３４ Ｏリング
５０、１５０、２５０、３５０、４５０ 燃料電池
３５２、４５２ 燃料カートリッジ
３６０ ノート型パーソナルコンピュータ
４５４ ハウジング
４５６ 開口部
４５８ 送気ポンプ
４６０、４６４ 空気流通路
４６２ 空気流通孔
４７０ 携帯電話

Claims (5)

1. 電解質層と、前記電解質層の第１の主面に設けられ、液体の第１の反応流体が供給され、気体の第１の反応生成物が発生する第１の電極と、前記電解質層の第２の主面に設けられ、第２の反応流体が供給される第２の電極と、前記電解質層と前記第１の電極と前記第２の電極とが収納される筐体と、前記筐体に設けられ、前記第１の電極から前記第１の反応生成物を排出する第１の反応生成物排出口と、前記筐体に設けられ、前記第２の電極へ前記第２の反応流体を供給する第２の反応流体供給口と、を備える燃料電池において、
   前記第１の反応生成物排出口は、前記第２の反応流体供給口が設けられる面に設けられ、
   前記第１の電極から前記第１の反応生成物排出口への排出経路中に、前記第２の電極と同じ材料が充填されていることを特徴とする燃料電池。
2. 電解質層と、前記電解質層の第１の主面に設けられ、液体の第１の反応流体が供給され、気体の第１の反応生成物が発生する第１の電極と、前記電解質層の第２の主面に設けられ、第２の反応流体が供給される第２の電極と、前記電解質層と前記第１の電極と前記第２の電極とが収納される筐体と、前記筐体に設けられ、前記第１の電極から前記第１の反応生成物を排出する第１の反応生成物排出口と、前記筐体に設けられ、前記第２の電極へ前記第２の反応流体を供給する第２の反応流体供給口と、を備える燃料電池において、
   前記第１の反応生成物排出口は、前記第２の反応流体供給口が設けられる面に設けられ、
   前記第１の電極から前記第１の反応生成物排出口への排出経路中に、前記第２の電極が配置されていることを特徴とする燃料電池。
3. 請求項１記載の燃料電池において、
   前記第１の電極から前記第１の反応生成物排出口への排出経路中に、気体透過性かつ液体不透過性を配する部材を配することを特徴とする燃料電池。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池において、
   少なくとも対向する２面が平行な形状を有すると共に前記第１の反応流体を保持する第１の反応流体室を備えることを特徴とする燃料電池。
   
5. 請求項２記載の燃料電池において、
   前記第１の反応生成物流体排出口は、前記第２の反応流体供給口であることを特徴とする燃料電池。
   

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