JP5370750B2 - 燃料電池および電子機器 - Google Patents

Description

本発明は、メタノール等と酸化剤ガス（酸素）との反応により発電を行う燃料電池およびそのような燃料電池を備えた電子機器に関する。

燃料電池は、正極に酸素ガスを供給し、負極に水素ガスやメタノールなどの燃料を供給して、両極上で酸化還元反応を起こすことによって発電するデバイスである。効率よく発電させるには、電極全面で均一な速度にて化学反応が進行するよう、酸素ガスや燃料などを均等にムラなく供給することが重要である。

正極が大気に露出しているタイプの燃料電池は、正極全面が空気中の酸素と直接触れているため、供給ムラによる性能低下は発生しづらい。しかし負極は、燃料タンクから導いた燃料を迅速かつ均等に濡れ広げないと、供給ムラとなってしまう。さらに負極は、反応生成物である二酸化炭素の排気も考えなければならないため、電極全体で均一に反応させることは非常に困難である。

もし、負極に供給される燃料の面内濃度がバラついていると、電極内で局所的な起電力のバラつきが生じ、場合によっては転極が発生してしまう。これは、残容量の異なる複数の乾電池が直列に接続されたのと類似の状況であり、発電のエネルギー変換効率が大幅に低下する原因となる。

また、発電にムラがあると発熱にもムラが生じてしまうため、負極の劣化も、面内でまだらに進行させてしまうことになる。この燃料供給の問題は、電極面積を大きくすればするほど顕著になり、セルの大型化を阻む一つの原因にもなっていた。

そこで、負極の全面に均等に燃料を供給する方法として、従来の気化型メタノール型燃料電池では、燃料を濡れ広げる多孔質体や繊維束、海綿体などが用いられている（例えば、特許文献１）。また、多孔質膜の表面に放射状、ひいては枝分かれした溝部を設け、この溝部に沿って燃料を拡散させることも提案されている（例えば、特許文献２参照。）

特開２００３−２９７３９１号公報 特開２００８−６６２７５号公報（図１７、図２５）

ところが、上記特許文献１等の手法では、大きな毛管力を得ようとして孔径を小さくすると、流路抵抗によって面全体に濡れ広がるまでに時間がかかってしまい、かえって燃料供給の面内バラつきを促進させてしまう。一方、濡れ広がる時間を短くするために孔径を大きくすると、十分な毛管力が得られないために濡れ広がりにくくなってしまい、電極の端まで燃料を届けることができない。

ここで、特にポータブル機器に搭載する燃料電池の場合、毛管力をできるだけ大きくして、燃料の濡れ広がりに対する重力の影響を排除して姿勢依存性を最小にするのが理想であるが、現実には上記のような問題があった。したがって、実際には中程度の孔径を用いて、かつ、多孔質体そのものにも十分な厚みを持たせることによって、燃料供給の問題を回避していた。

一方、特許文献２に記載されたような多孔質膜の表面に放射状または枝分かれした溝部を設けた構造では、液体燃料が溝部を移動する途中で気化してしまうおそれがあった。そのため、溝部を被覆層で覆うと共に溝部の末端で被覆層に孔をあけて、溝部の末端のみを開放することが考えられる。しかし、この場合には、燃料が孔の近傍にしか供給されなくなり、未だ改善の余地があった。

このようにして、従来の燃料電池では、燃料を迅速に濡れ広げること、または燃料を面内で十分に分配することが困難であったため、発電部の負極に対して均一に燃料供給を行うことが難しかった。よって、そのような発電部の負極に対する燃料供給の不均一性を低減することにより、発電効率または出力を高めることが望まれていた。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、従来よりも発電効率または出力を向上させることが可能な燃料電池、およびそのような燃料電池を備えた電子機器を提供することにある。

本発明の第１の燃料電池は、発電部を含む電池本体と、液体燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクから供給される液体燃料を気化させて気体燃料を発電部へ供給するための燃料気化部を有する燃料供給板とを備えたものである。ここで、上記燃料気化部は、厚み方向で互いに接合されると共に、各々が開口部を有する複数の燃料気化板により構成されている。また、これら燃料気化板同士の接合面と開口部の側面とにより、角部が形成されている。燃料気化板は、液体燃料に対する接触角θの余弦が正の材料により構成されている。

本発明の第２の燃料電池は、発電部を含む電池本体と、液体燃料を収容する燃料タンクと、この燃料タンクから供給される液体燃料を気化させて気体燃料を発電部へ供給するための燃料気化部を有する燃料供給板とを備えたものである。ここで、上記燃料気化部は、厚み方向で互いに接合されると共に、各々が開口部を有する複数の燃料気化板により構成されている。また、これら複数の燃料気化板は、開口部として、燃料の導入口を含む主流路および主流路から分岐する枝流路を有する第１の燃料気化板と、主流路を覆う主流路被覆部および導入口を覆う導入口被覆部を有する第２の燃料気化板とを含んでいる。

本発明の第１の電子機器および本発明の第２の電子機器は、上記本発明の第１の燃料電池または本発明の第２の燃料電池をそれぞれ備えたものである。

本発明の第１の燃料電池および本発明の第１の電子機器では、厚み方向で互いに接合された複数の燃料気化板がそれぞれ開口部を有すると共に、これら燃料気化板同士の接合面と開口部の側面とにより角部が形成され、燃料気化板は液体燃料に対する接触角θの余弦が正の材料により構成されていることにより、このような角部における曲率半径がゼロ（「０」）となり、この部分において極めて大きな毛管力が得られる。すなわち、液体燃料が通る流路の幅によらずに極めて大きな毛管力が得られるため、流路抵抗が低減され、液体燃料が迅速に濡れ広がる。

本発明の第２の燃料電池および本発明の第２の電子機器では、燃料は、第１の燃料気化板の導入口から主流路に入り、主流路から分岐する枝流路を流れ、第２の燃料気化板の開口部に入る。ここでは、第２の燃料気化板に、主流路を覆う主流路被覆部および導入口を覆う導入口被覆部が設けられているので、燃料が導入口および主流路で気化してしまうことが抑えられ、枝流路を介して面内で十分に分配される。

本発明の第１の燃料電池または本発明の第２の燃料電池では、電池本体が複数の発電部を含んで構成されると共に、燃料供給板が、燃料供給タンクにおける液体燃料を燃料気化部へ供給するための燃料供給部をさらに有しており、この燃料供給部が、燃料タンクから液体燃料が供給される入口および複数の発電部に各々対応する複数の出口との間に複数の流路を有し、これら複数の流路が、少なくとも一本に曲線を含むと共にすべて等距離となっているようにするのが好ましい。なお、「すべて等距離である」とは、入口と出口との間の距離が、複数の流路のすべてで等しくなっていることをいう。このように構成した場合、燃料タンクに収容される液体燃料は、燃料供給板の入口に供給され、そこから複数の流路を介して複数の出口に到達し、燃料気化部を介して、各出口に対応する発電部へと供給される。複数の流路は、少なくとも一本に曲線を含んでおり、この曲線の形状や曲がりぐあい（曲率半径）を調整することにより、複数の流路はすべて等距離とされている。よって、入口と複数の出口との間の直線距離の長短にかかわらず、ほぼ等量の液体燃料がほぼ同タイミングで複数の出口に到達し、燃料気化部を介して各発電部に供給される。よって、液体燃料を均一に複数の発電部に供給することができる。よって、燃料供給量のばらつきによる複数の発電部の起電力のばらつきが低減し、燃料電池全体の出力を向上させる（発電効率がさらに向上させる）ことが可能となる。

本発明の第１の燃料電池または本発明の第１の電子機器によれば、厚み方向で互いに接合された複数の燃料気化板がそれぞれ開口部を有すると共に、これら燃料気化板同士の接合面と開口部の側面とにより角部が形成され、燃料気化板は液体燃料に対する接触角θの余弦が正の材料により構成されているようにしたので、このような角部において、液体燃料が通る流路の幅によらずに極めて大きな毛管力を得ることができ、流路抵抗を低減することにより液体燃料を迅速に濡れ広げることができる。よって、発電部の負極に対する燃料供給の不均一性を低減することができ、従来よりも発電効率を向上させることが可能となる。

本発明の第２の燃料電池または本発明の第２の電子機器によれば、第２の燃料気化板に、主流路を覆う主流路被覆部および導入口を覆う導入口被覆部を設けるようにしたので、導入口および主流路での燃料の気化を抑え、枝流路を介して燃料を面内で十分に分配することが可能となる。よって、発電部の負極に対する燃料供給の不均一性を低減し、従来よりも出力を向上させることが可能となる。

本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池の構成を表す断面図である。 図１に示した燃料電池の電池本体側からみた構成を表す平面図である。 図１に示した燃料供給板における各積層板の構成を表す平面図である。 図３に示した燃料供給部の電池本体側からみた構成を表す平面図である。 図３に示した燃料気化部の電池本体側からみた構成を表す斜視図である。 図３に示した燃料気化部の構成の一部を拡大して表す斜視図である。 図６に示した燃料気化部の構成の一部を拡大して表す断面図である。 燃料気化部の他の構成例の一部を拡大して表す断面図である。 本発明の変形例１に係る燃料気化板における開口部の長軸方向を表す模式図である。 本発明の変形例２に係る燃料気化板における開口部の長軸方向を表す模式図である。 本発明の変形例３に係る燃料気化板における開口部の長軸方向を表す模式図である。 本発明の変形例４に係る燃料電池の構成を表す断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の構成を表す断面図である。 図１３に示した燃料供給板における各積層板の構成を表す平面図である。 図１３に示した枝流路および貫通孔の一部を拡大して表す斜視図である。 図１４に示した各積層板の他の構成を表す平面図である。 図１４に示した主流路被覆部および導入口被覆部の作用を説明するための図である。 変形例５に係る燃料電池の構成を表す断面図である。 本発明の適用例を表す斜視図である。 比較例に係る燃料電池の構成を表す断面図である。 図２０に示した各積層板の構成を表す平面図である。 実施例の結果を表す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．第１の実施の形態（複数の燃料気化板が、開口部の長軸方向が互いに非平行となるように積層されている場合）
２．変形例１〜３（第１の実施の形態において、燃料気化板の枚数、開口部の長軸方向を異ならせた例）
３．変形例４（第１の実施の形態において、各電池セルと燃料気化部との間に熱伝導部を設けた例）
４．第２の実施の形態（燃料気化部が２枚の燃料気化板を有し、一方は燃料の導入口を含む主流路および枝流路を有し、他方は貫通孔、主流路被覆部および導入口被覆部を有する場合）
５．変形例５（燃料気化部が４枚の燃料気化板を有する場合）
６．適用例
７．実施例

（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係る燃料電池（燃料電池１）の断面構成（Ｙ−Ｚ断面構成）を表すものであり、図２は、図１に示した燃料電池１を電池本体の側からみた平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を表したものである。

この燃料電池１には、液体燃料（例えば、メタノール水）２１を収容する燃料タンク２０が設けられ、この燃料タンク２０の上方には、電池本体５が設けられている。電池本体５は、水平方向に沿って配置された複数（例えば六つ）の電池セル５Ａ〜５Ｆを含んでいる。なお、燃料タンク２０は、例えば、液体燃料２１の増減によっても内部に気泡などが入らずに体積が変化する容器（例えばビニール袋など）と、この容器を覆う直方体形状のケース（構造体）とにより構成される。

各電池セル５Ａ〜５Ｆはそれぞれ、メタノールと酸素との反応により発電を行う直接メタノール型の発電部であり、電解質膜５２を介して燃料電極（アノード電極、負極）５１と酸素電極（カソード電極、正極）５３とが対向配置されている。酸素電極５３には図示しない空気供給ポンプが接続され、燃料電極５１は電池セル５Ａ〜５Ｆのうちの燃料タンク２０側に形成されている。なお、電解質膜５２は、例えばプロトン伝導体により構成される。

燃料タンク２０内には、燃料タンク２０内の液体燃料を吸引してノズル２３から排出させるための燃料供給ポンプ２２が設けられている。この燃料タンク２０と電池セル５Ａ〜５Ｆとの間、具体的には燃料タンク２０の上面には、ノズル２３から排出される液体燃料２１を気化させて電池セル５Ａ〜５Ｆへ供給するための燃料供給板３が設けられている。電池セル５Ａ〜５Ｆ間およびこれらと燃料供給板３との間には、燃料漏れ防止部４１が設けられており、液体燃料２１の漏れを防止できるようになっている。

次に、図１および図２に加えて図３〜図８を参照して、燃料供給板３の構成について詳細に説明する。図３は、燃料供給板３における各積層板の平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を、燃料タンク２０側から電池本体５（電池セル５Ａ〜５Ｆ）側への積層方向（＋Ｚ方向）に沿って表したものである。

この燃料供給板３は、図１および図３に示したように、燃料タンク２０側から電池本体５側への積層方向に沿った順に、燃料供給部３１と燃料気化部３２とから構成されている。燃料供給部３１は、燃料供給タンク２０における液体燃料２１を燃料気化部３２へ供給するためのものであり、後述する３枚の積層板により構成されている。また、燃料気化部３２は、燃料供給部３１から供給される液体燃料２１を気化させて気体燃料を電池セル５Ａ〜５Ｆへ供給するためのものであり（図１中の矢印参照）、ここでは後述する３枚の燃料気化板３２１〜３２３により構成されている。なお、燃料供給部３１における各積層板は、液体燃料２１により満たされている一方、燃料気化部３２における各燃料気化板３２１〜３２３では、液体燃料２１と気体燃料とが共存するようになっている。

最初に、図３および図４を参照して、燃料供給部３１の詳細構成について説明する。

燃料供給部３１は、図３に示したように、燃料タンク２０側から順に、入口ＩＬが形成されたタンク側供給板３１１と、流路３１Ａ〜３１Ｆが形成された流路板３１２と、六つの出口ＯＬが設けられたセル側供給板３１３とを積層した構成となっている。

タンク側供給板３１１は、例えば、厚みが０．２ｍｍ程度のステンレス鋼などの金属板
により構成されており、燃料供給部３１の強度を確保する機能も有している。入口ＩＬの直径は例えば１ｍｍ程度である。

流路板３１２は、例えば、厚みが０．０５ｍｍ（５０μｍ）程度であり、ステンレス鋼やマレイン酸変性ポリプロピレンの両面接着シートにより構成され、流路３１Ａ〜３１Ｆの外形に合わせて切り抜きが設けられている。なお、流路３１Ａ〜３１Ｆの入口ＩＬ付近には、燃料溜まりとして、入口ＩＬよりも広めの切り抜きが設けられていてもよい。

セル側供給板３１３は、例えば、厚みが０．０５ｍｍ（５０μｍ）程度であり、ステンレス鋼などの金属板により構成されている。

また、このセル側供給板３１３には、出口ＯＬとして六つの貫通孔が設けられている。このように流路板３１２とは別にセル側供給板３１３を設けることにより、出口ＯＬの直径を流路３１Ａ〜３１Ｆの幅よりも小さくして、出口ＯＬに液体燃料２１の圧力調節機能を持たせることができる。すなわち、流路３１Ａ〜３１Ｆに比べて出口ＯＬを狭くすることにより圧力損失を生じさせ（減圧機能）、出口ＯＬから常に液体燃料２１を一定圧力で吐出させる（整圧機能）ことができる。また、このようにすることにより、燃料電池１を傾けた場合であっても重力の影響を受けずに液体燃料２１を出口ＯＬから吐出させることが可能となる。そのためには、出口ＯＬの直径はできるだけ小さいほうが望ましく、例えば１ｍｍ以下、具体的には０．２ｍｍ程度とすることが望ましい。なお、出口ＯＬを小さくする代わりに、流路３１Ａ〜３１Ｆの幅を途中で小さくする、両面接着シートの厚みを薄くする、あるいは出口ＯＬに圧力弁（図示せず）などを設けることによっても同様の圧力調節機能を得ることが可能である。

図４は、燃料供給部３１の電池本体５側からみた構成の一例を表したものである。この燃料供給部３１は、燃料タンク２０から液体燃料２１が供給される入口ＩＬと、電池セル５Ａ〜５Ｆにそれぞれ対応する六つの出口ＯＬとを有し、両者の間に六本の流路３１Ａ〜３１Ｆが形成されている。これらの流路３１Ａ〜３１Ｆは、液体燃料２１を入口ＩＬから六つの出口ＯＬに分岐させて移動させるものであり、その幅や深さなどの寸法は液体燃料２１の輸送方式（例えば、ポンプあるいは毛細管現象の利用）に応じて適切に設定されている。なお、各出口ＯＬは、電池セル５Ａ〜５Ｆに向けて開放されていればよい。

流路３１Ａ〜３１Ｆは、曲線ＣＡ〜ＣＦをそれぞれ含むと共に、すべて等距離となっている。これにより、この燃料電池１では、液体燃料２１を、燃料気化部３２を介して電池セル５Ａ〜５Ｆに均一に供給することができるようになっている。なお、流路３１Ａ〜３１Ｆは、曲線のみにより構成されていてもよいが、必要に応じて、例えば入口ＩＬ近傍の分岐直後の部分に直線を含んでいてもよい。

曲線ＣＡ〜ＣＦは、その形状や曲がりぐあい（曲率半径）を調整することにより、入口ＩＬと出口ＯＬとの間の距離を、流路３１Ａ〜３１Ｆのすべてで等しくすることを可能とするためのものである。入口ＩＬは、燃料供給ポンプ２２のノズル２３の出口の位置により規定され、例えば図４に示したように燃料供給部３１の中心からずれる場合もある。出口ＯＬは、電池セル５Ａ〜５Ｆの形状，寸法，配置および間隔などにより規定される。通常、電池セル５Ａ〜５Ｆは矩形であり、出口ＯＬは各電池セル５Ａ〜５Ｆの中心に設けられる。入口ＩＬおよび出口ＯＬの位置は、いずれも自由な変更が難しい。

流路３１Ａ〜３１Ｆは、曲線ＣＡ〜ＣＦとして、円弧を含むことが好ましい。円弧は長さの計算が容易であり、製図・加工を容易にすることができるからである。図４では、流路３１Ａ〜３１Ｆが円弧と直線とを含む場合を表している。ただし、曲線ＣＡ〜ＣＦの形状は、円弧のほか、楕円やベジエ曲線など他の曲線でもよく、特に限定されない。

曲線ＣＡ〜ＣＦの曲率半径はできる限り大きくすることが望ましい。流れが複雑にならず、複雑な流体シミュレーションによる構造決定を回避することができるからである。

このような流路３１Ａ〜３１Ｆは、図４に示したように、入口ＩＬから、入口ＩＬを中心とするｎ角形Ｎ（ｎは流路３１Ａ〜３１Ｆの数であり、本実施の形態では６である。）の頂点に向かう方向に形成されていることが好ましい。流路３１Ａ〜３１Ｆを入口ＩＬから直接分岐させないで途中から分岐させると、流れの慣性の影響により、液体燃料２１を等分するように流路３１Ａ〜３１Ｆを幾何的に簡単に設計することが困難になってしまうからである。

更に、このｎ角形Ｎは、正ｎ角形（本実施の形態では正６角形）であれば、より好ましい。液体燃料２１を均等に流路３１Ａ〜３１Ｆに分岐させることができるからである。ここにいう「正ｎ角形」とは、幾何学的に完全な正ｎ角形だけでなく、流路３１Ａ〜３１Ｆの加工精度などを考慮して、ほぼ正ｎ角形といえる程度の対称性を有するｎ角形も含むものである。すなわち、流路３１Ａ〜３１Ｆは、隣接する二つの流路の、分岐直後の直線部分のなす角θが、３６０÷（ｎ＋１）よりも大きく、３６０÷（ｎ−１）よりも小さくなるように配置されていればよい。

加えて、流路３１Ａ〜３１Ｆは、角を有しないことが好ましい。鋭角鈍角によらず、角は著しく流れを乱すおそれがあるからである。

次に、図３に加えて図５〜図８を参照して、燃料気化部３２の詳細構成について説明する。

この燃料気化部３２は、図３に示したように、厚み方向（積層方向）で互いに接合された３枚の燃料気化板３２１〜３２３により構成されている。ここでは、これら燃料気化板３２１〜３２３同士は、互いに拡散接合により接合されている。また、燃料気化板３２１〜３２３にはそれぞれ、所定方向に沿った長軸をなす開口部（開口部３２１ａ〜３２３ａ）が形成されている。具体的には、燃料気化板３２１には、図中の矢印Ｐ１で示したように、Ｘ軸方向を長軸方向とする開口部３２１ａが形成されている。また、燃料気化板３２２には、図中の矢印Ｐ２で示したように、Ｙ軸方向を長軸方向とする開口部３２２ａが形成されている。また、燃料気化板３２３には、図中の矢印Ｐ３で示したように、Ｘ軸方向を長軸方向とする開口部３２３ａが形成されている。すなわち、燃料気化部３２では、互いに接合された燃料気化板同士（燃料気化板３２１，３２２同士および燃料気化板３２２，３２３同士）において、開口部の長軸方向が互いに非平行（ここでは、互いに直交）となっている。

なお、このような燃料気化部３２全体としては、例えば図５（Ａ）および図５（Ｂ）に示したような構造となっている。ここで、図５（Ｂ）に示した構造は、図５（Ａ）に示した構造の一部を拡大して表したものである。

燃料気化板３２１〜３２３はそれぞれ、例えば厚みが０．１ｍｍ程度であり、液体燃料２１に対する濡れ性が良い材料、すなわち、液体燃料２１に対する接触角θの余弦が正（接触角θが９０度未満）の材料により構成されている。後述する（１）により、液面の上昇高さｈが正の値となるためには、接触角θの余弦は正（接触角θは９０度未満）でなければならない（θ＞９０だとｃｏｓθ＜０なので）からである。

このような燃料気化板３２１〜３２３の材料としては、例えば、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属、ＰＥＴなどのポリエステル系樹脂、環状オレフィンコポリマー（
ＣＯＣ）、塩化ビニール樹脂、アクリル樹脂、酸化アルミニウムや酸化ケイ素がコーティングされた樹脂が適している。なお、これらにオゾン処理などを施して、メタノールに対する濡れ性を向上させてもよい。

ここで、この燃料気化部３２では、図６中の矢印Ｐ４１，Ｐ４２で示したように、３枚の燃料気化板３２１〜３２３同士が、互いに拡散接合により接合されている。また、図中の矢印Ｐ５１，Ｐ５２で示したように、燃料気化板同士（燃料気化板３２１，３２２同士および燃料気化板３２２，３２３同士）の接合面と、開口部３２１ａ〜３２３ａの側面とにより、複数の角部３３１，３３２（ここでは、直角部）が形成されている。

具体的には、例えば図７（Ａ）に示したように、燃料気化板３２１，３２２同士の接合面と、開口部３２２ａの側面とにより、複数の角部３３１（ここでは、直角部）が形成されている。また、例えば図７（Ｂ）に示したように、燃料気化板３２２，３２３同士の接合面と、開口部３２３ａの側面とにより、複数の角部３３２（ここでは、直角部）が形成されている。これにより、詳細は後述するが、このような角部３３１，３３２における曲率半径はゼロ（「０」）となるため、この部分において極めて大きな毛管力が得られるようになっている。

この燃料電池１は、例えば次のようにして製造することができる。

まず、上述した厚みおよび材料よりなるタンク側供給板３１１およびセル側供給板３１３を用意し、例えばフォトエッチングなどを用いた加工により、タンク側供給板３１１に入口ＩＬを形成し、セル側供給板３１３に六つの出口ＯＬを形成する。

次いで、例えば上述した厚みおよび材料よりなる流路板３１２に、例えばプレス機による打ち抜き加工により、流路３１Ａ〜３１Ｆの形状に合わせた切り抜きを設け、流路板３１２を間にしてタンク側供給板３１１とセル側供給板３１３とを貼り合わせることにより、燃料供給部３１を形成する。

一方、上述した厚みおよび材料よりなる３枚の燃料気化板３２１〜３２３に、例えばフォトエッチングなどを用いた加工により、複数の開口部３２１ａ〜３２３ａをそれぞれ形成し、燃料気化板３２１〜３２３を形成する。そして、これら燃料気化板３２１〜３２３同士を、例えば拡散接合によって接合させることにより、燃料気化部３２を形成する。

続いて、これら燃料供給部３１および燃料気化部３２をそれぞれ、図３に示した積層順にて、燃料供給ポンプ２２およびノズル２３が取り付けられた燃料タンク２０上に設置する。これにより、燃料タンク２０上に燃料供給板３が形成される。この際、燃料供給板３を構成する６層の積層板を、全てステンレス鋼により構成した場合、各積層板をフォトエッチングにて穴開け加工したのち、それらを拡散接合によって互いに貼り合わせるようにすることが可能である。その場合、貼り合わせの際に接着剤などを用いていないため、燃料（例えば、メタノール）による脆化が防止される。なお、（ステンレス鋼＋フォトエッチング＋拡散接合）という組み合わせの他に、（ＰＥＴ樹脂＋プレス打ち抜き加工＋レーザー溶着）という組み合わせとしてもよい。後者の組み合わせとしたほうが、前者の組み合わせと比べて安価に製造することができる。

続いて、燃料供給板３上に、前述した材料よりなる電池本体５および燃料漏れ防止部４１を設ける。以上により、図１に示した燃料電池装置１が製造される。

なお、複数の開口部３２１ａ〜３２３ａを、上記したようにフォトエッチングなどを用いた加工により形成した場合、これら開口部３２１ａ〜３２３ａの断面形状は、厳密には
例えば図８（Ａ）および図８（Ｂ）に示したように、側面に突起３４２，３４３等を有したものとなる。ただし、燃料気化板同士（燃料気化板３２１，３２２同士および燃料気化板３２２，３２３同士）の接合面と、開口部３２１ａ〜３２３ａの側面とにより、複数の角部３３１，３３２が形成されていればよく、この角部３３１，３３２は必ずしも直角でなくてもよい。すなわち、角部３３１，３３２は鋭角であっても鈍角であってもよい。後述するように、角部であればその部分における曲率半径はゼロ（「０」）となるため、極めて大きな毛管力が得られるからである。

次に、本実施の形態の燃料電池１の作用および効果について説明する。

この燃料電池１では、燃料タンク２０に収容される液体燃料２１が、燃料供給ポンプ２２およびノズル２３によって、燃料供給板３の入口ＩＬに供給される。そして、燃料供給板３内の燃料供給部３１によって液体燃料２１が燃料気化部３２へ供給され、液体燃料２１が気化される。そして気化した燃料が分離シート４２を通過して各電池セル５Ａ〜５Ｃへ到達し、それらの燃料電極５１へそれぞれ供給される。一方、図示しない空気供給ポンプによって、各電池セル５Ａ〜５Ｃの酸素電極５３へ空気（酸素）が供給される。すると、各燃料電極５１において、反応により水素イオンと電子とが生成される。また、この水素イオンは電解質膜５２を通って酸素電極５３へ移動し、電子および酸素と反応して水が生成されると共に、二酸化炭素が副生成される。このようにして、燃料電池１において発電動作がなされる。

この際、燃料供給部３１では、液体燃料２１が、入口ＩＬから燃料供給ポンプ２２の圧力により流路３１Ａ〜３１Ｆを介して出口ＯＬに到達し、燃料気化部３２へ供給される。具体的には、タンク側供給板３１１における入口ＩＬから液体燃料２１が注入されると、流路板３１２において液体燃料２１が６分配され、セル側供給板３１３における出口ＯＬを経て、液体燃料２１が燃料気化部３２（具体的には、燃料気化板３２１）に到達する。

ここで、本実施の形態の燃料電池１では、厚み方向で互いに接合された複数の燃料気化板３２１〜３２３がそれぞれ、所定方向に沿った長軸をなす開口部３２１ａ〜３２３ａを有すると共に、これら燃料気化板３２１〜３２３同士の接合面と開口部３２１ａ〜３２３ａの側面とにより、複数の角部３３１，３３２が形成されている。したがって、このような角部３３１，３３２における曲率半径はゼロ（「０」）となるため、この部分（角部３３１，３３２）において極めて大きな毛管力が得られる。すなわち、液体燃料２１が通る流路の幅によらずに極めて大きな毛管力が得られるため、流路抵抗が低減され、液体燃料２１が迅速に面内方向（Ｘ−Ｙ平面方向）へ濡れ広がる。

これにより、セル側供給板３１３と燃料気化板３２１との接合辺に沿って、液体燃料２１がＸ軸方向に浸透し（図３中の矢印Ｐ１参照）、その一部が燃料気化板３２２へ到達する。そして、この燃料気化板３２２に達した燃料は、燃料気化板３２１，３２２の接合辺に沿って、Ｙ軸方向に浸透する（図３中の矢印Ｐ２参照）。このように、層間の接合辺に沿って上下左右（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に燃料が行き渡り、最表面となる燃料気化板３２３では、燃料がさらにＸ軸方向に浸透し、全面から均一な燃料が放出される。

ここで、角部３３１，３３２において極めて大きな毛管力が得られることにより、液体燃料２１が迅速に浸透するメカニズムは、以下の通りである。まず、液体表面に毛管を接触させた際の液面上昇の式は、以下の（１）式にて表される。

上記（１）式により、接触角θが９０度未満の液体（ここでは、液体燃料２１）では、液面の上昇高さｈが正となり（毛管内の液面が上昇し）、その液面上昇は、毛管の半径ｒが小さければ小さいほど高くなる。すなわち、毛管力が大きくなる。そして、本実施の形態の角部３３１，３３２では、曲率半径はゼロである。よって、このような角部３３１，３３２では、理論上最大の毛管力が得られることになる。

ここで、従来の燃料電池における燃料供給部では、多孔質体や繊維束、海綿体などを用いる場合、毛管の半径を小さくすると流路抵抗が高くなり、濡れ広がりを悪くする方向に効いてしまう。つまり、濡れ広がりを良くするため毛管力を大きくしようとしても、限界がある。

これに対して、本実施の形態の燃料電池１では、角部３３１，３３２における曲率半径がゼロとなり、この部分において極めて大きな毛管力が得られる。すなわち、液体燃料２１が通る流路の幅によらずに極めて大きな毛管力が得られるため、流路抵抗が低減され、液体燃料２１が迅速に面内方向（Ｘ−Ｙ平面方向）へ濡れ広がることになる。

なお、一実施例として、図３に示した６種類の積層板（外形寸法はすべて、３０．５×４５．５ｍｍ）を、ＳＵＳ３０４のエッチング加工によって作製した場合について説明する。ここでは、これらの積層板を図３に示したように順番に積み重ねると共に、真空中かつ高温高圧条件にて層間を完全に接合して一体化させる（拡散接合）ことにより、燃料供給板３を得た。完成した燃料供給板３の燃料注入口（タンク側供給板３１１の入口ＩＬ）から液体燃料２１を注入して、最上層の燃料気化板３２３における燃料の浸透の様子を目視で確認したところ、ほぼ全面に、ほぼ同じタイミングで燃料が浸透した様子が観察された。また、完成した燃料供給板３を用いて発電試験を行ったところ、燃料気化板３２１〜３２３を持たない従来の燃料供給板と比べて、出力のバラツキが大幅に低減したことが確認された。さらに、燃料電池１を用いた燃料電池システムを、立てたり倒したりして姿勢依存性の測定を行った実験においても、従来品よりも優れていたことが確認された。このようにして、従来よりも薄型でありながら、燃料電極５１全面に燃料を迅速に濡れ広げることができ、発電の効率を高めることが可能となった。

また、本実施の形態の燃料電池１では、燃料供給部３１において、流路３１Ａ〜３１Ｆが曲線ＣＡ〜ＣＦをそれぞれ含むと共に、すべて等距離とされている。これにより、入口ＩＬと六つの出口ＯＬとの直線距離の長短にかかわらず、ほぼ等量の液体燃料２１がほぼ同タイミングで出口ＯＬに到達する。よって、燃料気化部３２において気化した燃料が均等に電池セル５Ａ〜５Ｆに供給され、電池セル５Ａ〜５Ｆの起電力のばらつきが小さくなり、燃料電池１の全体の出力が向上する。

以上のように本実施の形態では、厚み方向で互いに接合された複数の燃料気化板３２１〜３２３がそれぞれ所定方向に沿った長軸をなす開口部３２１ａ〜３２３ａを有すると共に、これら燃料気化板３２１〜３２３同士の接合面と開口部３２１ａ〜３２３ａの側面とにより角部３３１，３３２が形成されているようにしたので、このような角部３３１，３３２において、液体燃料２１が通る流路の幅によらずに極めて大きな毛管力を得ることができ、流路抵抗を低減することにより液体燃料２１を迅速に濡れ広げることができる。よって、電池セル５Ａ〜５Ｃの燃料電極５１に対する燃料供給の不均一性を低減することができ、従来よりも発電効率を向上させることが可能となる。

また、角部３３１，３３２において得られる毛管力が重力よりも大きくなるため、姿勢依存性を最小限に抑えることが可能となる。

また、互いに接合された燃料気化板同士（燃料気化板３２１，３２２同士および燃料気化板３２２，３２３同士）において、開口部の長軸方向が互いに非平行となっている（具体的には、互いに直交している）ようにしたので、液体燃料２１を、一方向だけでなく２方向以上（すなわち、全面）に濡れ広げることができる。よって、開口部の長軸方向が互いに平行となっていて、液体燃料２１が一方向だけに濡れ広げられる場合と比べ、より均等に燃料を供給することが可能となる。

さらに、燃料供給部３１において、入口ＩＬと六つの出口ＯＬとの間を、曲線ＣＡ〜ＣＦをそれぞれ含むと共にすべて等距離である流路３１Ａ〜３１Ｆで結び、これらの流路３１Ａ〜３１Ｆを介して液体燃料２１を供給するようにしたので、液体燃料２１を、燃料気化部３２を介して電池セル５Ａ〜５Ｆに均一に供給することができる。よって、燃料供給量のばらつきによる電池セル５Ａ〜５Ｆの起電力のばらつきを低減し、燃料電池１全体の出力を向上させる（電池セル５Ａ〜５Ｃにおける発電効率をより向上させる）ことができる。

次に、本発明の変形例をいくつか挙げて説明する。なお、これらの変形例において、上記実施の形態における構成要素と同一のものには同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（変形例１〜３）
図９〜図１１はそれぞれ、本発明の変形例１〜３に係る燃料気化板における開口部の長軸方向を模式的に表したものである。

図９に示した変形例１では、燃料気化部３２が３枚の燃料気化板３２１〜３２２により構成された場合に、互いに接合された燃料気化板同士（燃料気化板３２１，３２２同士および燃料気化板３２２，３２３同士）において、開口部の長軸方向（図中の矢印Ｐ１１〜Ｐ１３参照）が、互いに１２０°の角度をなしている（図中の角度α１２，α２３，α３１参照）。このように構成した場合、液体燃料２１が３方向に濡れ広げられるため、上記実施の形態と比べ、より均等に燃料を供給することが可能となる。

また、図１０に示した変形例２では、燃料気化部３２が２枚の燃料気化板（例えば、燃料気化板３２１，３２２）により構成された場合に、互いに接合された燃料気化板３２１，３２２同士において、開口部の長軸方向（図中の矢印Ｐ１〜Ｐ２参照）が、互いに直交している。このように、燃料気化部３２が２枚の燃料気化板により構成されている場合には、開口部の長軸方向が互いに直交しているようにするのが最も好ましいといえる。

なお、図１１に示した変形例３では、互いに接合された燃料気化板同士において、開口部の長軸方向が互いに平行となっている（図中の矢印Ｐ２１〜Ｐ２３（Ｐ２１〜Ｐ２２）
参照）。このように、例えば複数の電池セルが一方向に沿って配置されているような場合には、それに応じて開口部の長軸方向が互いに平行となっているようにしてもよい。

（変形例４）
図１２は、本発明の変形例４に係る燃料電池（燃料電池１Ａ）の断面構成（Ｙ−Ｚ断面構成）を表したものである。本変形例の燃料電池１Ａでは、各電池セル５Ａ〜５Ｃと燃料気化部３２との間をそれぞれ接続する熱伝導部６Ａ〜６Ｃが設けられており、各電池セル５Ａ〜５Ｃで生ずる熱を燃料気化部３２（燃料気化板３２１〜３２３）へ伝導させるようになっている。このように構成した場合、各電池セル５Ａ〜５Ｃで生ずる熱を利用して、燃料気化部３２の温度を上昇させることができる。よって、気化熱に起因した燃料気化部３２におけるフラッディング現象を抑えることができ、電池セル５Ａ〜５Ｃにおける発電効率をより向上させることが可能となる。

（第２の実施の形態）
図１３は、本発明の第２の実施の形態に係る燃料電池の断面構成を表したものである。この燃料電池２は、燃料気化部を除いては、上記第１の実施の形態と同様の構成を有している。よって、対応する構成要素については同一の符号を付して説明する。なお、図１３では燃料タンク２０を省略している。

電池本体５は、第１の実施の形態と同様に、六つの電池セル５Ａ〜５Ｆを有している。各電池セル５Ａ〜５Ｆは、第１の実施の形態と同様に、メタノールと酸素との反応により発電を行う直接メタノール型の燃料電池であり、燃料電極５１と酸素電極５３との間に電解質膜５２を有している。電池セル５Ａ〜５Ｆは、第１の実施の形態と同様に面内方向に例えば３行×２列に配置されると共に、接続部材（図示せず）により電気的に直列に接続された平面積層構造とされている。電池セル５Ａ〜５Ｆのすきまは、フッ素ゴム，ＰＰ（ポリプロピレン）などの耐アルコール性の高い材料よりなるシール材５４により封止されている。

燃料電極５１および酸素電極５３は、例えば、四辺形であり、カーボンペーパーなどよりなる集電体に、微細多孔質層（ＭＰＬ；Micro Porous Layer）と、白金（Ｐｔ）あるいはルテニウム（Ｒｕ）などの触媒を含む触媒層とが形成された構成を有している。触媒層は、例えば、触媒を担持させたカーボンブラックなどの担持体をポリパーフルオロアルキルスルホン酸系プロトン伝導材料などに分散させたものにより構成されている。集電体と微細多孔質層との間（微細多孔質層の外側）には、必要に応じて、ガス拡散層（ＧＤＬ；Gas Diffusion Layer ）が設けられていてもよい。なお、酸素電極５３には図示しない空気供給ポンプが接続されていてもよいし、接続部材（図示せず）に設けられた開口（図示せず）を介して外部と連通し、自然換気により空気すなわち酸素が供給されるようになっていてもよい。

電解質膜５２は、例えば、スルホン酸基（−ＳＯ３ Ｈ）を有するプロトン伝導材料により構成されている。プロトン伝導材料としては、ポリパーフルオロアルキルスルホン酸系プロトン伝導材料（例えば、デュポン社製「Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）」）、ポリイミドスルホン酸などの炭化水素系プロトン伝導材料、またはフラーレン系プロトン伝導材料などが挙げられる。

酸素電極５３の外側には、カソード側板状部材６１が設けられている。カソード側板状部材６１は、電池本体５を保護する外装部材としての機能を有するものであり、例えば厚み１ｍｍ程度のアルミニウム板またはステンレス鋼板により構成されている。カソード側板状部材６１は、酸化剤としての空気（酸素）を通過させるための貫通孔６１Ａを有している。なお、電池本体５の酸素電極５３とカソード側板状部材６１との間には、湿分保持のため、例えば、ポリエチレン等の多孔質膜６２が設けられている。

燃料電極５１の外側には、燃料供給板３が設けられている。この燃料供給板３には、燃料タンク２０（図１３には図示せず、図１参照。）から液体燃料２１として例えばメタノールが供給されるようになっている。なお、電池本体５の燃料電極５１と燃料供給板３との間には、例えば、多孔質フッ素樹脂およびポリエステルよりなる気液分離膜６３が設けられている。

図１４は、図１３に示した燃料供給板３における各積層板の平面構成（Ｘ−Ｙ平面構成）を、燃料タンク２０（図１３には図示せず、図１参照。）側から電池本体５（電池セル５Ａ〜５Ｆ）側への積層方向（＋Ｚ方向）に沿って表したものである。燃料供給板３は、第１の実施の形態と同様に、燃料供給部３１および燃料気化部３５を有している。

燃料供給部３１は、第１の実施の形態と同様に、タンク側供給板３１１，流路板３１２およびセル側供給板３１３を有している。なお、図１４では、第１の実施の形態と異なり、入口ＩＬがタンク側供給板３１１の中央に位置しており、これに対応して、流路板３１２の流路３１Ａ〜３１Ｆの形状が異なっている。このことを除いては、タンク側供給板３１１および流路板３１２は、第１の実施の形態と同様に構成されている。セル側供給板３１３は、第１の実施の形態と同様に、電池セル５Ａ〜５Ｆにそれぞれ対応する六つの出口ＯＬを有している。

燃料気化部３５は、出口ＯＬから噴出した液体燃料２１の流れを垂直方向から水平方向（面内方向）に変え、液体燃料２１を燃料電極５１の全面に均一に行き渡らせるための燃料分配部としての機能を有するものである。燃料気化部３５は、燃料タンク２０（図１３には図示せず、図１参照。）側から電池本体５（電池セル５Ａ〜５Ｆ）側への積層方向（＋Ｚ方向）に沿って、第１の燃料気化板３５１と、第２の燃料気化板３５２（以下、燃料気化板３５１，３５２と総称する。）を有している。燃料気化板３５１，３５２は、それぞれ開口部３５１ａ，３５２ａを有すると共に、厚み方向（積層方向）で互いに接合されている。燃料気化部３５の厚み（燃料気化板３５１，３５２の合計厚み）は、例えば２５μｍないし２００μｍ程度であることが望ましい。

第１の燃料気化板３５１は、開口部３５１ａとして、液体燃料２１の導入口３６１を含む主流路３６２と、この主流路３６２から分岐する枝流路３６３とを有している。第２の燃料気化板３５２は、主流路３６２を覆う主流路被覆部３７２および導入口３６１を覆う導入口被覆部３７１を有している。これにより、この燃料電池では、燃料電極５１に対する燃料供給の不均一性を低減し、発電効率を向上させることが可能となっている。

第２の燃料気化板３５２の開口部３５２ａは、第１の燃料気化板３５１の枝流路３６３に連通している。これにより、枝流路３６３を通過してきた液体燃料２１を、第２の燃料気化板３５２の開口部３５２ａにおいて更にＸ−Ｙ平面内方向に分配することが可能となる。

図１５は、燃料気化板３５１，３５２の一部を拡大して表したものである。燃料気化板３５１，３５２同士の接合面と、枝流路３６３および開口部３５２ａの側面とにより、角部３８１，３８２（ここでは、直角部）が形成されていることが好ましい。これにより、第１の実施の形態と同様に、角部３８１，３８２における曲率半径がゼロ（「０」）となり、この部分において極めて大きな毛管力を得ることが可能となる。

なお、燃料供給部３１のセル側供給板３１３および第１の燃料気化板３５１との接合面と、枝流路３５３の側面とにより、角部３８３が形成されている。この角部３８３も、角部３８１，３８２と同様である。

また、第１の実施の形態と同様に、互いに接合された燃料気化板３５１，３５２同士において、枝流路３６３および開口部３５２ａの長軸方向が互いに非平行となっていることが好ましい。このようにすることで、液体燃料２１を、角部３８１，３８２に沿って、一方向だけでなく２方向以上（すなわち、全面）に濡れ広げることが可能となるからである。

具体的には、図１４に示したように、導入口３６１は、セル側供給板３１３の六つの出口ＯＬに対応し、主流路３６２はＹ方向を長軸とする直線状である。枝流路３６３は主流路３６２の両側に格子状または櫛歯状に設けられ、Ｘ方向を長軸としている。開口部３５２ａは、例えば、Ｙ方向を長軸とする多数の平行な長孔である。よって、枝流路３６３および開口部３５２ａの長軸方向は互いに直交している。

また、図１６に示したように、主流路３６２は、導入口３６１から放射状に設けられ、枝流路３６３は、主流路３６２の終点から、主流路３６２に交差する方向に（ここでは、直交して）設けられていてもよい。開口部３５２ａは、例えば、Ｙ方向を長軸とする多数の平行な長孔である。よって、枝流路３６３および開口部３５２ａの長軸方向は互いに非平行となっている。

このような燃料気化板３５１，３５２は、第１の実施の形態と同様に、液体燃料２１に対する濡れ性が良い材料、すなわち、液体燃料２１に対する接触角θの余弦が正（接触角θが９０度未満）の材料により構成されていることが好ましい。上述した数１により、液面の上昇高さｈが正の値となるためには、接触角θの余弦は正（接触角θは９０度未満）でなければならない（θ＞９０だとｃｏｓθ＜０なので）からである。

具体的には、燃料気化板３５１，３５２は、第１の実施の形態と同様に、例えば、厚みが０．１ｍｍ程度であり、ステンレス鋼、アルミニウム、銅などの金属、ＰＥＴなどのポリエステル系樹脂、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＣ）、塩化ビニール樹脂、アクリル樹脂、酸化アルミニウムや酸化ケイ素がコーティングされた樹脂により構成されていることが好ましい。これらにオゾン処理などを施して、メタノールに対する濡れ性を向上させてもよい。

なお、燃料気化部３５のうち最も電池本体５に近接した第２の燃料気化板３５２は、カソード側板状部材６１と同様に、電池本体５を保護する外装部材としての機能を有していてもよい。その場合には、第２の燃料気化板３５２の厚みは、カソード側板状部材６１と同様に、例えば１ｍｍ程度であることが好ましい。

燃料気化板３５１，３５２は、第１の実施の形態と同様に、互いに拡散接合により接合されていることが好ましい。貼り合せに接着剤などを用いていないので、液体燃料２１による脆化を抑えることが可能となるからである。

この燃料電池２は、例えば、次のようにして製造することができる。

まず、上述した材料よりなる燃料電極５１と酸素電極５３との間に、上述した材料よりなる電解質膜５２を挟み、熱圧着により接合し、電池セル５Ａ〜５Ｆを形成する。

次いで、６個の電池セル５Ａ〜５Ｆを３行×２列に配置し、接続部材（図示せず）により電気的に直列に接続する。なお、電解質膜５２の周辺部には上述した材料よりなるシール材５４を設け、このシール材５４を接続部材（図示せず）にネジ締めにより固定する。

続いて、第１の実施の形態と同様にして、タンク側供給板３１１に入口ＩＬを形成し、セル側供給板３１３に六つの出口ＯＬを形成する。また、第１の実施の形態と同様にして、流路板３１２に、流路３１Ａ〜３１Ｆの形状に合わせた切り抜きを設け、流路板３１２を間にしてタンク側供給板３１１とセル側供給板３１３とを貼り合わせることにより、燃料供給部３１を形成する。

一方、上述した厚みおよび材料よりなる燃料気化板３５１，３５２を用意し、第１の燃料気化板３５１には、例えばフォトエッチングなどを用いた加工により、開口部３５１ａとして、導入口３６１，主流路３６２および枝流路３６３を形成する。第２の燃料気化板３５２には、第１の燃料気化板３５１と同様の方法により、開口部３５２ａ，主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１を形成する。そののち、第１の実施の形態と同様にして、燃料気化板３５１，３５２を、例えば拡散接合によって接合させることにより、燃料気化部３５を形成する。

燃料供給部３１および燃料気化部３５を形成したのち、これら燃料供給部３１および燃料気化部３５を、図１４に示した積層順にて、電池本体５の燃料電極５１側に設置し、燃料供給板３を形成する。

第１の実施の形態と同様に、燃料供給板３を構成する５層の積層板を、全てステンレス鋼により構成した場合、各積層板をフォトエッチングにて穴開け加工したのち、それらを拡散接合によって互いに貼り合わせるようにすることが可能である。その場合、貼り合わせの際に接着剤などを用いていないため、燃料（例えば、メタノール）による脆化が抑えられる。なお、（ステンレス鋼＋フォトエッチング＋拡散接合）という組み合わせの他に、（ＰＥＴ樹脂＋プレス打ち抜き加工＋レーザー溶着）という組み合わせとしてもよい。後者の組み合わせとしたほうが、前者の組み合わせと比べて安価に製造することができる。

そののち、連結された電池セル５Ａ〜５Ｆの酸素電極５３側にカソード側板状部材６１を配置する。以上により、図１３に示した燃料電池２が完成する。

この燃料電池２では、第１の実施の形態と同様に、液体燃料２１が、燃料供給板３の入口ＩＬに供給され、燃料供給板３内の燃料供給部３１によって燃料気化部３５へ供給され、燃料気化部３５において気化される。そして気化した燃料が気液分離膜６３を通過して各電池セル５Ａ〜５Ｃへ到達し、それらの燃料電極５１へそれぞれ供給される。一方、図示しない空気供給ポンプによって、各電池セル５Ａ〜５Ｃの酸素電極５３へ空気（酸素）が供給される。これにより、第１の実施の形態と同様にして、燃料電池２において発電動作がなされる。

その際、燃料供給部３１では、第１の実施の形態と同様にして、液体燃料２１が、入口ＩＬから流路３１Ａ〜３１Ｆを介して出口ＯＬに到達し、燃料気化部３５へ供給される。具体的には、タンク側供給板３１１における入口ＩＬから液体燃料２１が注入されると、流路板３１２において液体燃料２１が６分配され、セル側供給板３１３における出口ＯＬを経て、液体燃料２１が燃料気化部３５（具体的には、第１の燃料気化板３５１）に到達する。

ここでは、流路３１Ａ〜３１Ｆが曲線ＣＡ〜ＣＦをそれぞれ含むと共に、すべて等距離とされている。これにより、第１の実施の形態と同様に、入口ＩＬと六つの出口ＯＬとの直線距離の長短にかかわらず、ほぼ等量の液体燃料２１がほぼ同タイミングで出口ＯＬに到達する。よって、燃料気化部３２において気化した燃料が均等に電池セル５Ａ〜５Ｆに供給され、電池セル５Ａ〜５Ｆの起電力のばらつきが小さくなり、燃料電池２の全体の出力が向上する。

燃料気化部３５では、液体燃料２１は、第１の燃料気化板３５１の導入口３６１から主流路３６２に入ったのち、主流路３６２から分岐する枝流路３６３を流れ、第２の燃料気化板３５２の開口部３５２ａに入る。ここでは、第２の燃料気化板３５２に主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１が設けられているので、液体燃料２１が導入口３６１および主流路３６２で気化してしまうことが抑えられ、枝流路３６３を介して面内で十分に分配される。また、気化した燃料の濃度の均一性も高くなる。

図１７は、導入口被覆部３７１の有無による液体燃料２１の気化状態の違いを拡大して表したものである。導入口被覆部３７１が設けられていない場合には、図１７（Ｂ）に示したように、導入口３６１から入った液体燃料２１は垂直方向の速度を持っているので、導入口３６１から噴出すると共に気化してしまう。気化した燃料は、導入口３６１の直上で矢印Ａ１，Ａ２に示したように等方的に拡散する。その拡散面は点線Ａ３に示したような半球面となり、水平方向（面内方向）への分配が不足するおそれがある。

これに対して、導入口被覆部３７１が設けられている場合には、図１７（Ａ）に示したように、この導入口被覆部３７１によって、導入口３６１直上での液体燃料２１の気化が抑えられる。また、導入口被覆部３７１によって、液体燃料２１の流れが、垂直方向から矢印Ａ４に示したような水平方向（面内方向）に変えられ、導入口被覆部３７１の端部から矢印Ａ５に示したように気化および拡散する。その拡散面は、点線Ａ６に示したような緩やかに傾斜した曲面となり、水平方向（面内方向）への分配が促進される。

また、この燃料電池２では、燃料気化板３５１，３５２同士の接合面と、枝流路３６３および開口部３５２ａの側面とにより、角部３８１，３８２が形成されている。これにより、角部３８１，３８２における曲率半径がゼロ（「０」）となり、枝流路３６３の幅によらず、角部３８１，３８２において極めて大きな毛管力が得られる。従って、第１の実施の形態で説明したメカニズムにより、流路抵抗が低減され、液体燃料２１が迅速に面内方向（Ｘ−Ｙ平面方向）へ濡れ広がる。

更に、互いに接合された燃料気化板３５１，３５２同士において、枝流路３６３および開口部３５２ａの長軸方向が互いに非平行となっている（具体的には、互いに直交している）ようにしたので、液体燃料２１は、一方向だけでなく２方向以上（すなわち、全面）に濡れ広がる。よって、枝流路３６３および開口部３５２ａの長軸方向が互いに平行となっていて、液体燃料２１が一方向だけに濡れ広げられる場合と比べ、より均等に燃料が分配される。

例えば、図１４および図１５に示したように、燃料気化板３５１，３５２の接合辺に沿って、液体燃料２１がＸ軸方向に浸透し（図１４中の矢印Ｐ１参照）、その一部が第２の燃料気化板３５２の開口部３５２ａへ到達する。開口部３５２ａを通過した燃料は、燃料気化板３５１，３５２の接合辺に沿って、Ｙ軸方向に浸透する（図１４中の矢印Ｐ２参照）。このように、層間の接合辺に沿って上下左右（Ｘ軸方向およびＹ軸方向）に燃料が行き渡り、全面から均一な燃料が放出される。

このように本実施の形態では、第２の燃料気化板３５２に主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１を設けるようにしたので、導入口３６１および主流路３６２での液体燃料２１の気化を抑え、枝流路３６３を介して液体燃料２１を面内で十分に分配することが可能となる。よって、電池本体５の燃料電極５１に対する燃料供給の不均一性を低減し、従来よりも発電効率を向上させることが可能となる。

（変形例５）
図１８は、変形例５に係る燃料電池２Ａの断面構成を表したものである。この燃料電池２Ａは、燃料気化部３５が４層の燃料気化板３５１〜３５４を有し、２枚の第１の燃料気化板３５１，３５１と、２枚の第２の燃料気化板３５２，３５２とが交互に積層されていることを除いては、上記第２の実施の形態と同様の構成を有し、同様にして製造することができる。本変形例では、２枚の第１の燃料気化板３５１，３５１と、２枚の第２の燃料気化板３５２，３５２とを交互に積層することにより、燃料を更に均一に分配することが可能となる。なお、燃料気化部３５は４層に限られず、更に多層化することも可能であることは言うまでもない。

なお、上記第２の実施の形態および変形例５では、第１の燃料気化板３５１に導入口３６１および主流路３６２を設け、その第１の燃料気化板３５１に厚み方向で隣接する第２の燃料気化板３５２に主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１を設ける場合について説明した。しかしながら、変形例５のように燃料気化板３５１，３５２を多数積層する場合には、第１の燃料気化板３５１に導入口３６１および主流路３６２を設け、その第１の燃料気化板３５１との間に何層かをはさんで配置された上層の第２の燃料気化板３５２に主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１を設けることも可能である。

（適用例）
図１９は、上記各実施の形態で説明した燃料電池を備えた電子機器の外観を表したものである。この電子機器１００は、例えばノート型パーソナルコンピュータである機器本体１１０と、燃料電池１２０とを備えたポータブル電子機器であり、燃料電池１２０で発電される電気エネルギーにより機器本体１１０が駆動されるようになっている。

機器本体１１０は、例えば、文字等の入力操作のためのキーボード等を含む入力部１１１と、画像を表示する開閉可能な表示部１１２とを有している。なお、図１１では、表示部１１２を開いた状態を表している。燃料電池１２０は、上記実施の形態の燃料電池１，２，２Ａにより構成され、機器本体１１０の後面に取り付けられている。

更に、本発明の具体的な実施例について説明する。

（実施例１，２）
上記第２の実施の形態と同様にして、図１３に示した燃料電池２を作製した。その際、第１の燃料気化板３５１の導入口３６１，主流路３６２および枝流路３６３と、第２の燃料気化板３５２の開口部３５２ａ，主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１とを、実施例１では図１４に示した形状、実施例２では図１６に示した形状でそれぞれ形成した。なお、燃料供給板３の各積層板としてはステンレス鋼を用い、拡散接合により互いに接合した。

（比較例１）
比較例１として、図２０および図２１に示したように、第２の燃料気化板３５２に主流路被覆部および導入口被覆部を設けず、多数の平行な長孔よりなる開口部３５２ａのみを設けたことを除いては、上記実施例１，２と同様にして燃料電池を作製した。

得られた実施例１，２および比較例１の燃料電池について、出力を測定し、比較例１を１００％としたときの出力比を調べた。その結果を図２２に示す。図２２から分かるように、実施例１，２のいずれについても、比較例１に比べて１５％程度出力が向上した。すなわち、第２の燃料気化板３５２に、主流路被覆部３７２および導入口被覆部３７１を設けるようにすれば、従来よりも出力を向上させることが可能となることが分かった。

以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。

例えば、上記第１の実施の形態等において説明した燃料供給部３２（燃料気化板３２１〜３２３）が、電池セル５Ａ〜５Ｃにおける燃料電極５１（負極、アノード）を支持するためのアノードプレート（支持板）を兼ねているようにしてもよい。このように構成した場合、各電池セル５Ａ〜５Ｃで生ずる熱を利用して、燃料気化部３２の温度を直接的に上昇させることができる。よって、気化熱に起因した燃料気化部３２におけるフラッディング現象を抑えることができ、電池セル５Ａ〜５Ｆにおける発電効率をさらに向上させることが可能となる。

また、上記第１の実施の形態等では、流路３１Ａ〜３１Ｆが曲線ＣＡ〜ＣＦをそれぞれ含む場合について説明したが、流路３１Ａ〜３１Ｆがすべて等距離である限り必ずしもすべての流路３１Ａ〜３１Ｆに曲線が含まれている必要はなく、流路３１Ａ〜３１Ｆの少なくとも一本に曲線が含まれていればよい。

また、上記第１の実施の形態等では、燃料電池１および燃料供給板３の構成について具体的に説明したが、燃料電池１または燃料供給板３は、他の構造あるいは他の材料により構成するようにしてもよい。例えば、燃料供給板３内の燃料供給部３１において、タンク側供給板３１１を省略し、流路板３１２とセル側供給板３１３のみとしてもよい。その場合は流路板３１２に入口ＩＬを設けるようにすることができる。また、流路板３１２は、両面接着シートの代わりに、アルミニウム（Ａｌ）またはアルミニウム（Ａｌ）を含む合金よりなる金属板の両面に、ポリプロピレン等の熱融着層を設けたものとしてもよい。

また、燃料供給部３１の構成は、図３および図４に示した形状のものには限られず、他の形状のものとしてもよい。

また、上記第１の実施の形態等では、燃料電池１において、六つの電池セル５Ａ〜５Ｆを３行×２列に配置した場合について説明したが、電池セルの数や配置は特に限定されず、八つの電池セルを４行×２列に配置するなど、適宜変更可能である。また、さらに上記第１の実施の形態等では、電池本体５が複数の電池セルを含んで構成されている場合について説明したが、電池本体５が一つの電池セルを含んで構成されているようにしてもよい。

更に、例えば、上記実施の形態等では、電池本体５が、複数の電池セル５Ａ〜５Ｆを横方向（積層面内方向）に積層した平板発電体である場合について説明したが、本発明は、複数の電池セルを縦方向（積層方向）に積層して燃料電池スタックを構成する場合にも適用することができる。

また、上記実施の形態等において説明した各構成要素の材料および厚み、または燃料電池の発電条件などは限定されるものではなく、他の材料および厚みとしてもよく、または他の発電条件としてもよい。例えば、本発明は、固体の電解質膜に代えて液状の電解質（電解液）を用いる場合にも適用可能である。

また、本発明は、液体燃料を用いる燃料電池に限らず、水素など液体燃料以外の物質を燃料として用いる燃料電池についても適用可能である。加えて、例えば、液体燃料は、メタノールのほか、エタノールやジメチルエーテルなどの他の液体燃料でもよい。更にまた、本発明は、気化型だけでなく、液体燃料を供給する場合にも適用可能である。

加えて、上記第２の実施の形態では、燃料気化板３５１，３５２同士の接合面と、枝流路３６３および開口部３５２ａの側面とにより、角部３８１，３８２を形成した場合について説明したが、第２の実施の形態は角部３８１，３８２を設けない場合にも適用可能である。

なお、変形例１〜４は、上記第２の実施の形態または変形例５にも適用可能である。

本発明の燃料電池は、例えば、携帯電話、電子写真機、電子手帳、ノートブック型パーソナルコンピュータ、カムコーダ、携帯型ゲーム機、携帯型ビデオプレーヤー、ヘッドフォンステレオまたはＰＤＡ（Personal Digital Assistants ）等の携帯型の電子機器に好適に用いることが可能である。

１，２，２Ａ…燃料電池、２０…燃料タンク、２１…液体燃料、２２…燃料供給ポンプ、２３…ノズル、３…燃料供給板、３１…燃料供給部、３１Ａ〜３１Ｆ…流路、３１１…タンク側供給板、３１２…流路板、３１３…セル側供給板、３２，３５…燃料気化部、３２１〜３２３…燃料気化板、３２１ａ〜３２３ａ，３５１ａ，３５２ａ…開口部、３３１，３３２，３８１〜３８３…角部、３４２，３４３…突起、３５１，３５３…第１の燃料気化板、３５２，３５４…第２の燃料気化板、３６１…導入口、３６２…主流路、３６３…枝流路、３７２…主流路被覆部、３７１…導入口被覆部、４１……燃料漏れ防止部、５…電池本体、５Ａ〜５Ｆ…電池セル、５１…燃料電極（アノード極、負極）、５２…電解質膜、５３…酸素電極（カソード極、正極）、６Ａ〜６Ｃ…熱伝導部、ＣＡ〜ＣＦ…曲線、ＩＬ…入口、ＯＬ…出口、Ｎ…ｎ角形、ｄ１〜ｄ３…燃料気化板の厚み、ｗ１〜ｗ３…開口部の幅、α１２，α２３，α３１…開口部の長軸方向同士がなす角度。

Claims (17)

1. 発電部を含む電池本体と、
   液体燃料を収容する燃料タンクと、
   前記燃料タンクから供給される液体燃料を気化させて気体燃料を前記発電部へ供給するための燃料気化部を有する燃料供給板と
   を備え、
   前記燃料気化部は、厚み方向で互いに接合されると共に、各々が開口部を有する複数の燃料気化板により構成され、
   前記燃料気化板同士の接合面と前記開口部の側面とにより、角部が形成され、
   前記燃料気化板は、前記液体燃料に対する接触角θの余弦が正の材料により構成されている
   燃料電池。
2. 前記開口部は所定方向に沿った長軸をなし、
   互いに接合された燃料気化板同士において、前記開口部の長軸方向が互いに非平行となっている
   請求項１に記載の燃料電池。
3. 前記燃料気化部が、３つの燃料気化板により構成されている
   請求項２に記載の燃料電池。
4. 互いに接合された燃料気化板同士において、前記開口部の長軸方向が、互いに１２０°の角度をなしている
   請求項３に記載の燃料電池。
5. 前記燃料気化部が、２つの燃料気化板により構成されている
   請求項２に記載の燃料電池。
6. 互いに接合された燃料気化板同士において、前記開口部の長軸方向が互いに直交している
   請求項５に記載の燃料電池。
7. 前記複数の燃料気化板は、
   前記開口部として、燃料の導入口を含む主流路および前記主流路から分岐する枝流路を有する第１の燃料気化板と、
   前記主流路を覆う主流路被覆部および前記導入口を覆う導入口被覆部を有する第２の燃料気化板と
   を含む請求項１に記載の燃料電池。
8. 前記第２の燃料気化板は、前記開口部として、前記枝流路に連通する貫通孔を有する
   請求項７に記載の燃料電池。
9. 前記燃料気化部は、前記第１の燃料気化板と前記第２の燃料気化板とが交互に積層された構成を有する
   請求項７または８に記載の燃料電池。
10. 前記電池本体が複数の発電部を含んで構成され、
    前記燃料供給板は、前記燃料供給タンクにおける液体燃料を前記燃料気化部へ供給するための燃料供給部をさらに有し、
    前記燃料供給部は、前記燃料タンクから液体燃料が供給される入口および前記複数の発電部に各々対応する複数の出口との間に複数の流路を有し、
    前記複数の流路は、少なくとも一本に曲線を含むと共にすべて等距離となっている
    請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の燃料電池。
11. 前記燃料気化板の厚みが、前記開口部の幅よりも小さくなっている
    請求項１に記載の燃料電池。
12. 前記発電部で生じた熱を前記燃料気化板へ伝導させる熱伝導部を備えた
    請求項１に記載の燃料電池。
13. 前記発電部が、前記燃料供給板側から順に、負極、電解質膜および正極を含んで構成され、
    前記燃料気化板が、前記負極を支持するための支持板を兼ねている
    請求項１に記載の燃料電池。
14. 複数の燃料気化板同士が、互いに拡散接合により接合されている
    請求項１に記載の燃料電池。
15. 発電部を含む電池本体と、
    液体燃料を収容する燃料タンクと、
    前記燃料タンクから供給される液体燃料を気化させて気体燃料を前記発電部へ供給するための燃料気化部を有する燃料供給板と
    を備え、
    前記燃料気化部は、厚み方向で互いに接合されると共に、各々が開口部を有する複数の燃料気化板により構成され、
    前記複数の燃料気化板は、
    前記開口部として、燃料の導入口を含む主流路および前記主流路から分岐する枝流路を有する第１の燃料気化板と、
    前記主流路を覆う主流路被覆部および前記導入口を覆う導入口被覆部を有する第２の燃料気化板と
    を含む燃料電池。
16. 燃料電池を備え、
    前記燃料電池は、
    発電部を含む電池本体と、
    液体燃料を収容する燃料タンクと、
    前記燃料タンクから供給される液体燃料を気化させて気体燃料を前記発電部へ供給するための燃料気化部を有する燃料供給板と
    を備え、
    前記燃料気化部は、厚み方向で互いに接合されると共に、各々が開口部を有する複数の燃料気化板により構成され、
    前記燃料気化板同士の接合面と前記開口部の側面とにより、角部が形成され、
    前記燃料気化板は、前記液体燃料に対する接触角θの余弦が正の材料により構成されている
    電子機器。
17. 燃料電池を備え、
    前記燃料電池は、
    発電部を含む電池本体と、
    液体燃料を収容する燃料タンクと、
    前記燃料タンクから供給される液体燃料を気化させて気体燃料を前記発電部へ供給するための燃料気化部を有する燃料供給板と
    を備え、
    前記燃料気化部は、厚み方向で互いに接合されると共に、各々が開口部を有する複数の燃料気化板により構成され、
    前記複数の燃料気化板は、
    前記開口部として、燃料の導入口を含む主流路および前記主流路から分岐する枝流路を有する第１の燃料気化板と、
    前記主流路を覆う主流路被覆部および前記導入口を覆う導入口被覆部を有する第２の燃料気化板と
    を含む電子機器。

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