WO2005020358A1 - 燃料電池用燃料供給器およびこれを用いた燃料電池 - Google Patents

Abstract

　　燃料電池（７２３）において、単セル構造（１０１）に燃料（１２４）を供給する燃料容器（７１３）に隣接して高濃度燃料容器（７１５）を設け、燃料容器（７１３）と高濃度燃料容器（７１５）との境界部に、燃料（１２４）中の高濃度燃料（７２５）の透過を制御する透過制御膜（７１７）を設ける。  

Description

明 細 書

燃料電池用燃料供給器およびこれを用いた燃料電池

技術分野

[0001] 本発明は、燃料電池用燃料供給器およびこれを用いた燃料電池に関する。

背景技術

[0002] 近年の情報化社会の到来とともに、パーソナルコンピュータ等の電子機器で扱う情 報量が飛躍的に増大し、それに伴い、電子機器の消費電力も著しく増加してきた。 特に、携帯型の電子機器では、処理能力の増加に伴って消費電力の増加が問題と なっている。現在、このような携帯型の電子機器では、一般的にリチウムイオン電池 が電源として用いられている力 リチウムイオン電池のエネルギー密度は理論的な限 界に近づいている。そのため、携帯型の電子機器の連続使用期間を延ばすために、 CPUの駆動周波数を抑えて消費電力を低減しなければならないという制限があった

[0003] このような状況の中で、リチウムイオン電池に変えて、エネルギー密度が大きぐ熱 交換率の高い燃料電池を電子機器の電源として用いることにより、携帯型の電子機 器の連続使用期間が大幅に向上することが期待されている。

[0004] 燃料電池は、燃料極および酸化剤極（以下、これらを「触媒電極」とも呼ぶ。 )と、こ れらの間に設けられた電解質から構成され、燃料極には燃料が、酸化剤極には酸化 剤が供給されて電気化学反応により発電する。燃料としては、一般的には水素が用 いられるが、近年、安価で取り扱いの容易なメタノールを原料として、メタノールを改 質して水素を生成させるメタノール改質型や、メタノールを燃料として直接利用する 直接型の燃料電池の開発も盛んに行われている。

[0005] 燃料として水素を用いた場合、燃料極での反応は以下の式（1)のようになる。

3H → 6H+ + 6e— (1)

2

[0006] 燃料としてメタノールを用いた場合、燃料極での反応は以下の式（2)のようになる。

CH OH + H O → 6H+ + CO + 6e— (2)

3 2 2

[0007] また、いずれの場合も、酸化剤極での反応は以下の式（3)のようになる。 3/20 + 6H+ + 6e— → 3H O (3)

2 2

[0008] 特に、直接型の燃料電池では、メタノール水溶液から水素イオンを得ることができる ので、改質器等が不要になり、携帯型の電子機器へ適用することの利点が大きい。 また、液体のメタノール水溶液を燃料とするため、エネルギー密度が非常に高いとい う特徴がある。

[0009] こうした液体燃料供給型の燃料電池では、長期間の使用に供するという観点では、 燃料極に供給する液体中の燃料成分濃度を高くすることが好ましい。

[0010] ところ力 水に対して親和性の高レ、メタノールなどの有機液体燃料を用いる場合、 燃料成分の濃度が高いほど、燃料成分が水分を含んだ固体電解質膜に拡散し、酸 化剤極まで到達するクロスオーバーが生じやすかつた。クロスオーバーは、本来燃料 極にぉレ、て電子を提供すべき有機液体燃料が酸化剤極側で酸化されてしまレ、、燃 料として有効に使用されないことから、電圧や出力の低下、燃料効率の低下を引き 起こす。このため、燃料極に供給する液体中の燃料成分濃度を高くすることは、困難 であった。

[0011] そこで、クロスオーバーの発生による出力特性の低下が小さくなる燃料濃度とした 上で、燃料電池システムとしての体積エネルギー効率を高めようとする技術が提案さ れている（特許文献 1)。特許文献 1に記載の燃料電池は、燃料となるメタノール水溶 液を貯留する燃料タンクにバルブを介して高濃度メタノールが接続されている。そし て、コントローラ一によりバルブを制御することにより、高濃度メタノールタンクから燃 料タンクへの高濃度メタノールの供給を制御する。特許文献 1には、高濃度メタノー ルタンクを備えることにより、燃料電池の体積エネルギー効率の改善を図ることができ ると記載されている。

[0012] ところ力 特許文献 1の構成では、高濃度メタノールタンクから燃料タンクへの高濃 度メタノールの供給をバルブの動作により制御しているため、大型のフィードバック制 御機構を備える必要があった。このため、燃料電池全体が大型化、複雑ィ匕してしまい 、省スペース化や軽量化の観点では改善の余地があった。特に、携帯型のパーソナ ノレコンピュータや携帯電話等の携帯機器に適用する上では、より小型で簡便な機構 が求められていた。 特許文献 1 :特開 2003 - 132924号公報

[0013] 発明の開示

[0014] 本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、液体燃料供給型の 燃料電池を長期間安定的に運転する技術を提供することにある。また、本発明の別 の目的は、液体燃料供給型の燃料電池を小型化する技術を提供することにある。

[0015] 本発明によれば、燃料電池の燃料供給系に配置される燃料供給器であって、燃料 容器と、該燃料容器に収容された補給用燃料を制限的に透過させ、前記燃料供給 系へ移動させる透過制御膜とを備えることを特徴とする燃料供給器が提供される。

[0016] 本発明の燃料供給器は、透過制御膜を介して燃料供給系に高い制御性で補給用 燃料を制限的に移動させることができる。このため、燃料電池の使用により燃料供給 系内の燃料が減少した際に、透過制御膜を介して補給用燃料を供給することが可能 となる。よって、簡便な構成で燃料電池を長期間安定的に運転することができる。

[0017] 本発明の燃料供給器において、前記透過制御膜は、燃料供給系内の液体燃料の 燃料濃度に基づいて前記補給用燃料の透過量を制限することができる。こうすること により、燃料供給系内の液体燃料の濃度変化に応じた微妙な透過量制御が可能と なる。このため燃料供給系内の燃料濃度を、クロスオーバーが抑制される濃度に維 持しておきつつ、燃料電池の使用により減少した液体燃料を燃料容器から補給する ことができる。よって、燃料供給系内の液体燃料濃度を所定の濃度に制御することが できる。なお、前記補給用燃料の燃料成分濃度は前記液体燃料の燃料成分濃度よ りも高くすることができる。こうすることにより、燃料供給器内の液体の燃料成分濃度と 燃料供給系内の液体燃料の燃料成分濃度の濃度勾配を利用して、補給用燃料を燃 料供給系に供給し、燃料供給系の燃料成分濃度の低下を抑制することができる。

[0018] 本発明の燃料供給器において、前記透過制御膜は、前記液体燃料の濃度に対応 して膜形態が変化し、前記補給用燃料の透過量が変化する膜とすることができる。こ うすることにより、液体燃料濃度に対応する透過制御膜の自発的な形態変化を用い て補給用燃料の移動を制御することができる。このため、燃料供給系内の液体燃料 濃度を計測し、補給燃料の透過量を制御するための制御部等を設けることなぐ簡便 な構成で補給用燃料の透過量を制御することができる。よって、燃料電池の小型化 または軽量化が可能となる。また、燃料電池の装置構成をより簡素化することができ る。

[0019] 本発明の燃料供給器において、前記膜は、前記液体燃料の濃度に応じて収縮膨 張し、開口率が変化する膜とすることができる。こうすることにより、補給燃料の透過量 を制御することができる。

[0020] 本発明の燃料供給器において、前記透過制御膜は、前記補給用燃料を透過させ る燃料透過膜と、該燃料透過膜上に設けられ該燃料透過膜の露出面積を制御する シャッター部材とを備える構成とすることができる。このような構成において、補給用 燃料は、燃料透過膜の露出部から燃料供給系に移動する。燃料透過膜上にシャツタ 一部材を設けることにより、燃料透過膜の露出面積を調節することができる。このため 、補給用燃料の透過量を制御することができる。

[0021] 本発明の燃料供給器において、前記シャッター部材は、燃料供給系内の前記液体 燃料の燃料濃度に基づいて前記補給用燃料の透過量を制限する構成とすることが できる。こうすることにより、燃料供給系内の燃料濃度を所望の濃度に維持されるよう に補給用燃料の供給を制御することができる。このため、燃料電池のクロスオーバー を抑制しつつ、高い出力を安定的に発揮させることができる。

[0022] 本発明の燃料供給器において、前記燃料透過膜の露出面積が前記燃料供給系に おける前記液体燃料の濃度に応じて段階的に変化する構成とすることができる。こう することにより、補給用燃料の供給量をより一層精密に制御することができる。

[0023] 本発明の燃料供給器において、前記シャッター部材は切込部を有する弾性膜を含 み、前記弾性膜の表面が伸縮することにより前記切込部の形態が変化し、前記燃料 透過膜の露出面積を制御する構成とすることができる。こうすることにより、シャッター 部材を伸縮させて、燃料透過膜上に設けられた切込部の開口面積を容易に調節す ること力 Sできる。したがって、簡便な構成で燃料透過膜の露出面積を制御することが できる。

[0024] 本発明の燃料供給器において、前記シャッター部材を前記燃料透過膜の表面に おいて摺動させて、前記燃料透過膜の露出面積を制御するシャッター調節部材をさ らに備える構成とすることができる。シャッター部材が燃料透過膜の表面を摺動する 構成とすることにより、シャッター部材による燃料透過膜の表面の被覆の程度を調節 すること力 Sできる。このため、燃料透過膜の露出面積を制御し、燃料透過膜を介した 補給用燃料の供給量を制御することができる。また、本発明の燃料供給器において 、前記シャッター部材は開口部を有する構成とすることができる。こうすることにより、 シャッター部材を燃料透過膜の表面において摺動させて、燃料透過膜の露出面積を 段階的に変化させることができる。このため、燃料供給系の燃料濃度をさらに精密に 制卸すること力 Sできる。

[0025] 本発明の燃料供給器において、前記燃料透過膜が、燃料供給系内の前記液体燃 料の燃料濃度に基づいて前記液体燃料の透過量を制限する構成とすることができる 。こうすることにより、燃料透過膜自体に補給用燃料の透過の制御性を付与すること ができる。よって、燃料透過膜とシャッター部材を複合的に用いて、補給用燃料の透 過量を制限することが可能となる。

[0026] 本発明の燃料供給器において、前記透過制御膜を介して前記燃料容器と隣接す る燃料供給部をさらに備え、前記燃料供給部は、その内圧に応じて体積が変化する ように構成されることができる。こうすることにより、液体燃料供給型燃料電池の使用 に伴い発生する二酸化炭素等による燃料供給系の内圧の上昇を抑制することができ る。このため、補給用燃料を燃料供給器から燃料供給系に向かって移動させることが できる。よって、発電に最も効率的な濃度のメタノールをさらに安定的に供給すること ができる。また、燃料供給部と燃料供給系とを隣接させることにより、燃料電池全体の 小型化、軽量化が可能となる。

[0027] 本発明によれば、固体電解質膜と、該固体電解質膜に配設された燃料極および酸 化剤極と、前記燃料極に燃料を供給する燃料供給系を含む燃料電池であって、前 記燃料供給系に、前記燃料供給器が設けられたことを特徴とする燃料電池が提供さ れる。

[0028] 本発明に係る燃料電池は、上述した燃料供給器を有するため、使用により燃料供 給系の液体燃料の濃度が減少した際に、透過制限膜を介して補給用燃料を補給す ること力 Sできる。したがって、簡便な装置構成で液体燃料濃度を所望の濃度に維持 すること力 S可能となる。よって、クロスオーバーを生じない程度の濃度に燃料供給系 の燃料濃度を維持しつつ、高い出力を長期間安定的に発揮させることができる。

[0029] 本発明の燃料電池において、前記燃料極で発生した気体を前記燃料容器に導く 導気管を有することができる。

[0030] なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法 、装置の間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

[0031] たとえば、本発明の燃料供給器は前記燃料電池において着脱可能とすることがで きる。こうすることにより、燃料容器中の補給用燃料を使用した後、別の燃料供給器に 容易につけかえることができる。このため、簡便な構成でより一層長期間燃料電池を 運転することができる。また、燃料供給器を含む燃料供給系が着脱可能とすることが できる。

[0032] 本発明によれば、液体燃料供給型の燃料電池を長期間安定的に運転する技術を 提供すること力 Sできる。また、本発明によれば、液体燃料供給型の燃料電池を小型 ィ匕すること力できる。

図面の簡単な説明

[0033] 上述した目的、およびその他の目的、特徴および利点は、以下に述べる好適な実 施の形態、およびそれに付随する以下の図面によってさらに明らかになる。

[0034] [図 1]本実施形態に係る燃料電池の構造を模式的に示した断面図である。

[図 2]図 1の燃料電池の A— A'方向の断面図である。

[図 3]図 1の燃料電池の A— A'方向の断面図である。

[図 4]図 1の燃料電池の燃料電池単位セルの構造を模式的に示した断面図である。

[図 5]本実施形態に係る燃料電池の構造を模式的に示した断面図である。

[図 6]本実施形態に係る燃料電池の構造を模式的に示した断面図である。

[図 7]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 8]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 9]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 10]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 11]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 12]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。 [図 13]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 14]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 15]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 16]図 15の透過制御膜の B—B'方向の断面図である。

[図 17]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 18]図 17の透過制御膜の B—B'方向の断面図である。

[図 19]図 17の透過制御膜の B—B'方向の断面図である。

[図 20]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 21]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 22]本実施形態に係る燃料電池の透過制御膜の構成を示す断面図である。

[図 23]本実施形態に係る燃料電池システムの構成を示す断面図である。

[図 24]図 23の燃料電池システムのセンサの構成を示す図である。

[図 25]図 23の燃料電池システムの濃度測定部の構成を示す図である。

[図 26]本実施形態に係る燃料電池の構成を示す断面図である。

[図 27]本実施形態に係る燃料電池の構成を示す断面図である。

[図 28]実施例の燃料電池の使用経過時間と電池電圧との関係を示す図である。 発明を実施するための最良の形態

[0035] 以下、本発明の実施の形態について、図面を用いて説明する。なお、すべての図 面において、共通する構成要素には同じ符号を付し、適宜説明を省略する。

[0036] 以下の実施形態で説明する燃料電池の用途は特に限定されないが、たとえば携帯 電話、ノート型等の携帯型パーソナルコンピュータ、 PDA (Personal Digital Assi stant)、各種カメラ、ナビゲーシヨンシステム、ポータブル音楽プレーヤ一等の小型 電気機器に適切に用いられる。

[0037] (第 1の実施形態）

図 1は、本実施形態における燃料電池の構造を模式的に示した平面図である。

[0038] 図 1の燃料電池 723は、複数の単セル構造 101と、複数の単セル構造 101に配し て設けられた燃料容器 713と、燃料容器 713に高濃度燃料 725を供給する高濃度 燃料容器 715と、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との間に設けられた透過制御 膜 717を含む。

[0039] 燃料容器 811は、燃料極 102と接して配設されている。燃料容器 811に収容された 燃料 124は、燃料極 102に供給される。また、燃料容器 811と燃料容器 713とは、燃 料通路 719および燃料通路 721を介して連結される。

[0040] 燃料容器 811には、燃料通路 719を介して燃料 124が供給される。燃料は、燃料 容器 811内に設けられた複数の仕切り板 853に沿って流れ、複数の単セル構造 101 に順次供給される。複数の単セル構造 101を循環した燃料は、燃料通路 721を介し て燃料容器 713に回収される。なお、単セル構造 101の詳細な構成については後述 する。

[0041] 本実施形態および以降の実施形態において、燃料 124は、単セル構造 101に供 給される液体燃料を指し、燃料成分である有機溶媒および水を含む。燃料 124に含 まれる燃料成分としては、メタノーノレ、エタノール、ジメチルエーテル、または他のァ ルコール類、あるいはシクロパラフィン等の液体炭化水素等の有機液体燃料を用い ること力 Sできる。以下、燃料成分力 Sメタノールである場合を例に説明する。また、酸化 剤としては、通常、空気を用いることができるが、酸素ガスを供給することもできる。

[0042] 燃料電池 723では、高濃度燃料容器 715が、透過制御膜 717を介して燃料容器 7 13に隣接している。また、透過制御膜 717は、高濃度燃料容器 715から燃料容器 7 13への高濃度燃料 725の透過を制御する。

[0043] 燃料容器 713には、単セル構造 101に供給される程度の燃料成分濃度の燃料 12 4が収容される。また、高濃度燃料容器 715には、燃料成分濃度が燃料 124以上の 高濃度燃料 725が収容される。たとえば燃料成分力 Sメタノールである場合、燃料容器 713中にはたとえば 50体積％以下程度の濃度のメタノール水溶液または水を収容 すること力 Sできる。また、このとき、高濃度燃料容器 715中には、燃料 124以上の濃度 のメタノール水溶液またはメタノールを収容することができる。

[0044] 燃料電池 723を使用すると、燃料容器 713中の燃料 124が消費される。また、燃料 通路 721から燃料 124より燃料成分濃度の低い液体が回収される。このため、燃料 電池 723の使用に伴い燃料容器 713中の液体の燃料成分濃度は減少し、高濃度燃 料容器 715中の液体の燃料成分の濃度との濃度差が大きくなる。 [0045] 透過制御膜 717は、燃料容器 713中の液体の燃料成分の濃度に応じて燃料成分 の透過率を変化させる構成となっている。このような構成として、燃料成分の濃度に 対する感受性を有する膜を透過制御膜 717に用いることができる。たとえば、このよう な膜として、燃料成分の濃度に応じて膜の形態が変化し、開口率が変化する膜を用 レ、ることができる。透過制御膜 717の別の構成として、燃料成分の透過性を有する燃 料透過膜と、燃料透過膜を被覆し、燃料透過膜の露出面積を制御するシャッターと を組み合わせて用いることもできる。

[0046] 本実施形態では、燃料成分の濃度に応じて開口率が自発的に変化する膜を用い る場合を例に説明する。燃料容器 713と高濃度燃料容器 715とを透過制御膜 717に よって隔てることにより、燃料成分の濃度勾配に応じて高濃度燃料容器 715から高濃 度燃料 725が透過制御膜 717を経由して燃料容器 713に移動する構成が実現され る。

[0047] このような構成とすることにより、高濃度燃料容器 715から燃料容器 713に徐々に 高濃度燃料 725が供給されるため、燃料容器 713中の燃料成分の濃度を単セル構 造 101での発電に適した濃度に維持することができる。また、燃料 124中の燃料成分 濃度は、クロスオーバーが生じない程度の低濃度としつつ、燃料 124中の燃料成分 の濃度の低下を抑制することができる。このため、優れた電池電圧を安定的に得るこ とができる。また、高濃度燃料容器 715中には高濃度燃料 725が収容されているた め、燃料電池 723全体の体積エネルギー効率を向上させることができる。

[0048] なお、透過制御膜 717および高濃度燃料容器 715は、単セル構造 101を含む燃 料電池本体と着脱可能に構成された一つの部材とすることができる。たとえば、カー トリッジ式の燃料補給器とすることができる。また、燃料容器 713、透過制御膜 717お よび高濃度燃料容器 715がーつの部材として単セル構造 101を含む燃料電池本体 と着脱可能に構成されることもできる。

[0049] 次に、透過制御膜 717の具体的な構成について説明する。図 2Aおよび図 2Bは、 図 1の A— A '方向の断面図であり、透過制御膜 717の構成を模式的に示す上面図 である。図 2Aは、燃料成分の濃度が低い状態の透過制御膜 735を示し、図 2Bは、 燃料成分の濃度が高い状態の透過制御膜 735を示す。 [0050] 図 2の透過制御膜 717は、透過制御膜 735により構成されている。透過制御膜 735 は、支持体 731と高分子 733からなり、燃料成分の濃度に応じてポア 737のサイズが 変化し、高濃度燃料 725の透過を制御する膜である。

[0051] 支持体 731は、高分子 733を支持できる多孔質膜とすることができる。燃料成分に 対する耐食性に優れた材料を用いることが好ましい。支持体として、たとえば金属メッ シュ、多孔質金属シート、発泡性金属素材を用レ、ることができる。このうち、多孔質金 属シートは、高濃度燃料 725を通過させるために両面を貫通する孔が形成された金 属シートであれば特に制限されず、様々な形態、厚みのシートを用いることが可能で ある。たとえば多孔質の金属薄板を用いることができる。また、金属繊維シートを用い ること力 Sできる。金属繊維シートは、一本以上の金属繊維がシート状に成形されたも のであれば特に制限はなぐ金属繊維の不織シートまたは織布を用いることができる 。さらに、支持体 731の材料としては、金属のほかにもたとえば高分子、セラミックス、 ガラスなども適用できる。具体的には、たとえば化学繊維やガラス繊維のシートとする ことちできる。

[0052] また、高分子 733には、燃料成分の濃度が大きくなると膨潤する高分子材料を用い ること力 Sできる。たとえば、単セル構造 101を構成する固体電解質膜として利用可能 な後述する材料を用いることができる。具体的には、たとえば、スルフォン基含有パー フルォロカーボン (ナフイオン (デュポン社製：登録商標）等）を用いることができる。ま た、炭化水素系、ポリイミド系の膜で、燃料成分の濃度に応じて収縮膨張する膜を用 レ、ることちでさる。

[0053] たとえば燃料成分力 Sメタノールである場合、このような材料はメタノール濃度が低い ほど収縮する。このため、燃料容器 713中のメタノール濃度が燃料電池 723の使用 により低下すると、ポア 737のサイズが大きくなり、開口率が増加する。このため、高 濃度燃料容器 715から燃料容器 713にメタノールがより透過するようになる。よって、 このような透過制御膜 735を透過制御膜 717として用いることにより、透過制御膜 71 7のメタノール透過速度の差を利用し、燃料容器 713中のメタノール濃度の低下を抑 制すること力 Sできる。このため、燃料 124中のメタノール濃度を一定とすることができる 。よって、単セル構造 101に好適な濃度の燃料 124を長期間安定的に供給すること ができる。したがって、燃料電池 723を長期間安定的に運転することができる。

[0054] また、透過制御膜 735を用いることにより、透過制御膜 717を制御するための外部 動力や外部電力を用いる必要がなぐ燃料電池 723全体の小型化、軽量化を図るこ とができる。

[0055] 透過制御膜 735は、たとえば高分子 733を含む液体に支持体 731を浸漬し、乾燥 させることにより作製することができる。そのほかに、スプレー塗布や膜表面への液体 の滴下などによっても作製できる。また、支持体 731の表面からモノマーをグラフト重 合させるなど、通常の高分子膜の製造方法を用いて作製できる。

[0056] 図 3Aおよび図 3Bは、透過制御膜 717の他の構成を示す図である。図 3Aは、燃料 透過膜 745の片面に透過制御膜 735を貼りつけた形態であり、図 3Bは、燃料透過 膜 745の両面に透過制御膜 735を貼りつけた形態である。

[0057] 燃料透過膜 745は、燃料 124中の燃料成分を透過可能な膜である。透過制御膜 7 35を燃料透過膜 745に貼りつけた構成とすることにより、透過制御膜 735を燃料透 過膜 745の露出面積を可変とするシャッターとして用いることが可能となる。このため 、燃料透過膜 745の露出面積を調節し、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制 ί卸すること力 Sできる。

[0058] また、透過制御膜 717の構成を図 3Αまたは図 3Βの構成とする場合、燃料透過膜 7 45には、たとえば第 4の実施形態で後述する材料などを用いることができる。

[0059] 次に、図 4を参照して図 1に示した単セル構造 101の構成を説明する。図 4は、単セ ル構造 101を模式的に示した断面図である。各単セル構造 101は、燃料極 102、酸 化剤極 108および固体電解質膜 114を含む。

[0060] 固体電解質膜 114は、燃料極 102と酸化剤極 108を隔てるとともに、両者の間で水 素イオンを移動させる役割を有する。このため、固体電解質膜 114は、水素イオンの 伝導性が高い膜であることが好ましい。また、化学的に安定であって機械的強度が 高いことが好ましい。

[0061] 固体電解質膜 114を構成する材料としては、スルフォン基、リン酸基、ホスホン基、 ホスフィン基などの強酸基や、カルボキシル基などの弱酸基などの極性基を有する 有機高分子が好ましく用レ、られる。こうした有機高分子として、スルフォン化ポリ（4—フ エノキシベンゾイノレー 1 , 4—フエ二レン）、アルキルスルフォン化ポリべンゾイミダゾール などの芳香族含有高分子；

ポリスチレンスルフォン酸共重合体、ポリビニルスルフォン酸共重合体、架橋アルキ ノレスルフォン酸誘導体、フッ素樹脂骨格およびスルフォン酸からなるフッ素含有高分 子などの共重合体；

アクリルアミド— 2—メチルプロパンスルフォン酸のようなアクリルアミド類と n—ブチルメタ タリレートのようなアタリレート類とを共重合させて得られる共重合体；

スルフォン基含有パーフルォロカーボン (ナフイオン (デュポン社製：登録商標）、ァシ プレックス (旭化成社製：登録商標） )；

カルボキシノレ基含有パーフルォロカーボン (フレミオン S膜 (旭硝子社製） )； などが例示される。このうち、スルフォン化ポリ（4—フエノキシベンゾィルー 1 , 4一フエ二 レン）、アルキルスルフォン化ポリべンゾイミダゾールなどの芳香族含有高分子を選択 した場合、有機液体燃料の透過を抑制でき、クロスオーバーによる電池効率の低下 を卬えること力 Sできる。

[0062] 燃料極 102および酸化剤極 108は、それぞれ、触媒を担持した炭素粒子と固体電 解質の微粒子とを含む燃料極側触媒層 106および酸化剤極側触媒層 112をそれぞ れ基体 104および基体 110上に形成した構成とすることができる。触媒としては、白 金や白金とルテニウムの合金等が例示される。燃料極 102および酸化剤極 108の触 媒は同じものを用いても異なるものを用いてもよい。

[0063] 基体 104および基体 110の材料は、たとえば第 3の実施形態にて後述する材料と すること力 Sできる。これらの基体の表面には撥水処理を施することもできる。前述した ように、燃料 124としてメタノールを用いた場合、燃料極 102で二酸化炭素が発生す る。燃料極 102で発生した二酸化炭素の気泡が燃料極 102付近に滞留すると、燃料 極 102への燃料 124の供給が阻害され、発電効率の低下の原因となる。そこで、基 体 104の表面に、親水性コート材あるいは疎水性コート材による表面処理を行うこと が好ましい。親水性コート材により表面処理することで、基体 104の表面における燃 料の流動性が高められる。これにより二酸化炭素の気泡は燃料 124とともに移動しや すくなる。また、疎水性コート材により処理することにより、基体 104の表面に、気泡の 形成の原因となる水分の付着を軽減できる。

[0064] したがって、基体 104の表面上における気泡の形成を軽減できる。さらに、これらの 表面処理による作用と燃料電池本体 100への加振処理との相乗作用により、燃料極 102から二酸化炭素が一層効率的に除去されるため、高い発電効率が実現する。親 水性コート材としては、たとえば酸化チタン、酸化ケィ素等が挙げられる。一方、疎水 性コート材としては、ポリテトラフルォロエチレン、シラン等が例示される。

[0065] 以上のようにして構成された単セル構造 101を図 1のように配置することにより、複 数の単セル構造 101が直列に接続された燃料電池 723を得ることができる。なお、単 セル構造 101を積み重ねることにより、燃料電池セルスタックを含む燃料電池を得る ことちできる。

[0066] 本実施形態によれば、高濃度燃料容器 715に貯蔵された高濃度燃料中の高濃度 燃料 725が、透過制御膜 717を介して燃料容器 713に供給されるため、燃料容器 7 13への燃料成分の供給を制御し、燃料 124中の燃料成分の濃度を所定の濃度に制 御すること力 Sできる。このため、燃料電池 723の使用に伴う燃料容器 713から供給さ れる燃料 124濃度の低下を抑制することができる。よって、クロスオーバーの発生を 抑制しつつ、単セル構造 101での電気化学反応を長期間安定的に行わせることが できる。

[0067] なお、本実施形態において、図 3Aまたは図 3Bに示した透過制御膜 717の構成を 採用する場合、透過制御膜 735と燃料透過膜 745との接触面積部分の大きさを変化 させる構成とすることができる。こうすれば、燃料透過膜 745と透過制御膜 735との接 触面積を大きくするほど高濃度燃料 725の透過性が低下するため、高濃度燃料 725 の透過性をさらに精密に制御することが可能となる。このような構成として、たとえば 第 4の実施形態一第 14の実施形態で後述するシャッター機構を利用することができ る。

[0068] (第 2の実施形態）

第 1の実施形態に記載の燃料電池 723において、高濃度燃料容器 715および透 過制御膜 717は、燃料通路 719に隣接して設けることができる。図 5は、本実施形態 に係る燃料電池の構成を示す図である。 [0069] 図 5の燃料電池 727では、燃料容器 713から燃料通路 719に供給された液体中の 燃料濃度が所定の濃度になるように、燃料通路 719におレ、て高濃度燃料容器 715 力 高濃度燃料 725が供給される。このため、単セル構造 101に供給される燃料 12 4中の燃料成分の濃度の低下を抑制し、所定の濃度に維持することができる。このた め、単セル構造 101におけるクロスオーバーの発生を抑制しつつ、高い電池電圧を 長期間安定的に得ることができる。

[0070] なお、燃料電池 727において、透過制御膜 717の構成は、たとえば第 1の実施形 態に記載の燃料電池 723と同様の構成とすることができる。

[0071] (第 3の実施形態）

本実施形態は、燃料極に液体燃料が直接供給される別の構成の燃料電池に本発 明を適用したものである。図 6は、本実施形態に係る燃料電池 729の構成を模式的 に示す図である。

[0072] 図 6の燃料電池においては、基体 104および基体 110がガス拡散層と集電電極と を兼ねた構成となっている。基体 104および基体 110にはそれぞれ燃料極側端子 4 47および酸化剤極側端子 449が設けられている。基体 104および基体 110には、た とえば金属メッシュ、多孔質金属シート、発泡性金属素材等を用いることができる。こ うすれば、バルタ金属性の集電部材を設けなくても、効率よく集電を行うことができる

[0073] また、燃料容器 713は、基体 104に接合されている。燃料容器 713には、第 1の実 施形態と同様に、透過制御膜 717を介して高濃度燃料容器 715が接している。燃料 容器 713の基体 104との接触面に孔（不図示）が形成されている。このため、この孔 力 燃料 124が基体 104に効率よく供給される。基体 104と燃料容器 713とは、燃料 124に対する耐性を有する接着剤などを使って接着することもできるし、ボルトとナツ トなどを用いて固定することもできる。

[0074] 図 6の燃料電池では、シール 429により基体 104の側面外周を被覆しており、燃料 124の漏洩が抑制されている。また、大型の集電電極を用いずに、燃料極 102を構 成する基体 104に燃料容器 713を直接接触させて燃料 124を供給する構成とするこ とにより、より薄型、小型軽量な燃料電池を得ることができる。 [0075] また、酸化剤極 108についても、直接空気や酸素などの酸化剤 126と接触させ、供 給すること力できる。なお、酸化剤極 108の基体 110には、包装部材など小型化を阻 害しない部材であれば、適宜これを介して酸化剤 126を供給することができる。

[0076] 本実施形態によれば、燃料極 102に燃料 124を直接供給する構成の燃料電池に おいても、燃料 124中の燃料成分の濃度を制御することができる。このため、クロスォ 一バーの発生を抑制しつつ、電気化学反応を長期間安定的に行わせることができる 。また、電池全体を小型化することができる。

[0077] なお、図 6では、単セル構造 101が 1個の場合を例示した力 複数の単セル構造 1 01は図 1の燃料電池 723のように面内で直列に接続した構成とすることもできるし、 スタックを構成することもできる。

[0078] また、燃料電池 729において、透過制御膜 717の構成は、たとえば第 1の実施形態 に記載の燃料電池 723と同様の構成とすることができる。

[0079] (第 4の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池において、透過制御膜 717の構成は以 下のようにすることもできる。図 7A—図 7Cは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715 との境界部に設けられた透過制御膜 717の構成を示す断面図である。なお、第 2の 実施形態のように、燃料通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過制御膜 717が 設けられる構成の場合にも、本実施形態の透過制御膜 717の構成を適用することが できる。

[0080] 図 7Aにおいて、透過制御膜 717は、隔壁 741と、燃料透過膜 745と、シャッター 7 39を含む。また、本実施形態の燃料電池は、シャッター 739の開閉状態を制御する 回転部 743を含む。

[0081] 燃料透過膜 745は、燃料 124中の燃料成分を透過可能な膜であり、隔壁 741に支 持されて高濃度燃料容器 715と燃料容器 713との界面の一部を構成するように配置 されている。燃料透過膜 745は、燃料成分の透過する性質を有する膜であれば特に 制限はない。燃料成分に対する耐食性に優れる膜であることが好ましい。たとえば、 燃料成分に対する耐性を有する高分子膜を用いることができる。固体電解質膜 114 として利用可能な膜等を用いることもできる。また、金属メッシュや多孔質金属シート 等を用いることもできる。

[0082] シャッター 739は、燃料透過膜 745の表面を摺動することにより、燃料透過膜 745 の全面もしくは一部を被覆できる構造とする。たとえば、シャッター 739は、開口部を 有しない平板とする。シャッター 739は、燃料成分による腐食や変形が生じにくい素 材とすることが好ましい。たとえば、テフロン (登録商標）、ポリエチレン、ポリプロピレン などの高分子材料または金属、セラミックス材料などを用いることができる。

[0083] また、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制御膜 735 (図 2)で構成す ること力 Sできる。こうすれば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御することが できる。

[0084] なお、本実施形態および以降の実施形態では、シャッター 739が高濃度燃料容器 715側にのみ設けられた構成を例に説明をするが、シャッター 739を燃料容器 713 側に設けることもできる。また、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の両側に設ける ことちできる。

[0085] 図 7Aは、シャッター 739が閉じた状態を示しており、この状態では高濃度燃料容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0086] 図 7Bは、シャッター 739が開いた状態を示す。シャッター 739の開閉は、シャッター 739と掛合している回転部 743が回転することにより、シャッター 739が摺動してなさ れる。図 7Aから図 7Bの過程では、回転部 743が右周りに回転することによりシャツタ 一 739が開く。

[0087] 図 7Cは、シャッター 739が再び閉じた状態を示す。図 7Bから図 7Cの過程では、回 転部 743が左周りに回転することによりシャッター 739が閉じる。

[0088] このような構成の透過制御膜 717において、燃料透過膜 745は、第 1の実施形態で 示した透過制御膜 735 (図 2)とすることもできる。透過制御膜 735を用いれば、膜自 体の有する燃料成分の透過制御性とシャッター 739の開閉による燃料成分の透過制 御との複合により、燃料容器 713中の燃料成分の濃度をさらに精密に制御することが 可能となる。たとえば、燃料 124の最適メタノール濃度は温度により異なるため、より 高濃度のメタノールが必要とされる低温では高濃度に、比較的低濃度で発電できる 高温では低濃度に調節できるように、シャッター 739の開口面積を調節することがで きる。

[0089] また、シャッター 739と回転部 743によるシャッター 739の開閉は、動作はギアなど の嚙合せを利用することができる。シャッター 739の開閉は、モーターなどの電源を 駆動力として行ってもよいし、ぜんまいなどの人力によって蓄積した力を、電気的な 信号に変換して行ってもよい。ここで、電流値やつまみ位置などを可変とすることによ り、シャッター 739の開口面積は、たとえば電流値制御などによって変化させることが できる。よって、燃料透過膜 745の露出面積を所望の大きさに制御することができる。 また、燃料容器 713中の燃料成分の濃度、あるいは燃料容器 713と高濃度燃料容 器 715のそれぞれの中の燃料成分の濃度をモニタし、濃度が基準値よりも低下した らシャッター 739を開ける、濃度が増加したら、シャッター 739を閉める機構とすること あでさる。

[0090] なお、本実施形態では、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の境界部の一部に 燃料透過膜 745が配設されている構成としたが、隔壁 741を設けずに、隔壁全体が 燃料透過膜 745である構成とすることもできる。

[0091] (第⁵の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池の構成は以下のようにすることもできる。 図 8 A—図 8Cは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けられた透 過制御膜 717の構成を示す断面図である。なお、第 2の実施形態のように、燃料通 路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過制御膜 717が設けられる構成の場合にも 、本実施形態の透過制御膜 717の構成を適用することができる。

[0092] 図 8において、透過制御膜 717は、隔壁 741と、燃料透過膜 745と、シャッター 739 とを含む。また、本実施形態の燃料電池は、シャッター 739を卷き取る卷取部 747を 含む。図 8は、第 4の実施形態に記載の構成（図 7A 図 7C)において、シャッター 7 39を卷取部 747で卷き取ることにより、シャッター 739を燃料透過膜 745表面で摺動 させる構成となっている。

[0093] 図 8Aは、シャッター 739が閉じた状態を示しており、この状態では高濃度燃料容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0094] 図 8Bは、シャッター 739が開いた状態を示す。シャッター 739の開閉は、シャッター 739を卷き取る卷取部 747が回転することにより行われる。図 8Aから図 8Bの過程で は、卷取部 747が右周りに回転することによりシャッター 739が開く。

[0095] 図 8Cは、シャッター 739が再び閉じた状態を示す。図 8Bから図 8Cの過程では、卷 取部 747が左周りに回転することによりシャッター 739が閉じる。

[0096] また、シャッター 739と卷取部 747によるシャッター 739の卷き取りの駆動力は、モ 一ターやぜんまい等によることができる。また、燃料容器 713中の燃料成分の濃度、 あるいは燃料容器 713と高濃度燃料容器 715のそれぞれの中の燃料成分の濃度を モニタし、濃度が基準値よりも低下したらシャッター 739を開ける、濃度が増加したら 、シャッター 739を閉める機構とすることもできる。シャッター 739の開口面積は、たと えば電流値制御などによって変化させることができる。

[0097] なお、本実施形態においても、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の境界の一部 に燃料透過膜 745が配設されている構成としたが、隔壁 741を設けずに、隔壁全体 が燃料透過膜 745である構成とすることができる。

[0098] また、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制御膜 735 (図 2)で構成す れば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御することができる。

[0099] (第 6の実施形態）

本実施形態では、第 5の実施形態に記載の透過制御膜 717に、卷取部 747による シャッター 739の開閉を弾性力により補助するための補助部材を設ける。図 9A—図 9Cは、本実施形態に係る透過制御膜 717の構成を示す断面図である。

[0100] 本実施形態の燃料電池は、第 5の実施形態の燃料電池に加え、さらに、支柱 749 と、支柱 751と、弾性体 753とを含む。支柱 749は、隔壁 741上の所定の位置に固定 されている。一方、支柱 751は、隔壁 741上をスライド可能となっており、シャッター 7 39の端部と連結されてレ、る。

[0101] また、支柱 749と支柱 751とは、弾性体 753により接続されている。シャッター 739 を開く際には、弾性体 753が伸張するため、支柱 751は支柱 749から遠ざかる方向 に移動する。また、シャッター 739を閉じる際には、弾性体 753が収縮するため、支 柱 751は支柱 749に近づく方向に移動する。

[0102] 図 9Aは、シャッター 739が閉じた状態を示しており、この状態では高濃度燃料容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0103] 図 9Bは、シャッター 739が開いた状態を示す。シャッター 739の開閉は、シャッター 739を卷き取る卷取部 747が回転することにより行われる。図 9Aから図 9Bの過程で は、卷取部 747が右周りに回転することによりシャッター 739が開く。このとき、支柱 7 51がシャッター 739とともに移動するため、弾性体 753が伸張する。

[0104] 図 9Cは、シャッター 739が再び閉じた状態を示す。図 9Bから図 9Cの過程では、卷 取部 747が左周りに回転することによりシャッター 739が閉じる。このとき、支柱 751 およびシャッター 739には、伸張していた弾性体 753が収縮しょうとする力が加わつ ているため、シャッター 739の閉鎖が促進される。

[0105] このように、弾性体 753を設けておけば、シャッター 739を閉めようとする力を印加 することができるため、シャッター 739の閉鎖を助ける構造とすることができる。なお、 弾性体 753には、たとえばバネゃゴム等を用いることができる。また、弾性体 753の 材料を、燃料 124中の燃料成分に対する耐食性を有する材料とすることができる。

[0106] なお、本実施形態においても、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制 御膜 735 (図 2)で構成すれば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御するこ とができる。

[0107] (第 7の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池の構成は以下のようにすることもできる。 図 1 OA—図 1 OCは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けられた 透過制御膜 717の構成を示す断面図である。なお、第 2の実施形態のように、燃料 通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過制御膜 717が設けられる構成の場合 にも、本実施形態の透過制御膜 717の構成を適用することができる。

[0108] 図 10A 図 10Cにおいて、透過制御膜 717は、隔壁 741と、燃料透過膜 745と、 シャッター 739とを含む。また、本実施形態の燃料電池は、シャッター 739に連結さ れたシャフト 755を含む。図 10A—図 10Cは、第 4の実施形態に記載の構成（図 7A 一図 7C)において、シャッター 739をシャフト 755で押し上げるポップアップ式の構成 となっている。

[0109] 図 10Aは、シャッター 739が閉じた状態を示している。このとき、シャッター 739と燃 料透過膜 745とが密着しているため、高濃度燃料容器 715から燃料容器 713への高 濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0110] 図 10Bは、シャッター 739が開いた状態を示す。シャッター 739の開閉は、シャツタ 一 739を押し上げるシャフト 755が図中の上下方向に移動することにより行われる。 図 10Aから図 10Bの過程では、シャフト 755が上方向に移動することにより、シャツタ 一 739が押し上げられる。そうすると、シャッター 739と燃料透過膜 745との間に隙間 ができ、この隙間から高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が燃料容器 713へと 移動する。

[0111] 図 10Cは、シャッター 739が再び閉じた状態を示す。図 10Bから図 10Cの過程で は、シャフト 755が図中下方向に移動することによりシャッター 739と燃料透過膜 745 とが密着する。

[0112] 本実施形態では、シャッター 739をシャフト 755で押し上げることで、燃料透過膜 74 5が高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725に触れる構造であるため、燃料容器 7 13中の燃料成分濃度を制御することができる。なお、シャフト 755の押し上げ動作は 、棒状のシャフト 755を卵形のカムの回転運動を用いて押し上げたり、ねじ込み式の シャフト 755をねじこんだりすることで行うことができる。シャッター 739の開口面積は、 たとえば電流値制御などによって変化させることができる。

[0113] なお、本実施形態においても、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の境界部の一 部に燃料透過膜 745が配設されている構成としたが、隔壁 741を設けずに、隔壁全 体が燃料透過膜 745である構成とすることができる。

[0114] また、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制御膜 735 (図 2)で構成す れば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御することができる。

[0115] (第 8の実施形態）

本実施形態では、第 7の実施形態に記載の燃料電池において、シャフト 755を用 いたシャッター 739の開閉を、プノレアップ式の構成とする。図 11は、本実施形態に係 る透過制御膜 717の構成を示す断面図である。

[0116] 図 11Aは、シャッター 739が閉じた状態を示している。シャフト 755は、高濃度燃料 容器 715の中央側のシャッター 739端部に設けられている。このとき、シャッター 739 と燃料透過膜 745とが密着しているため、高濃度燃料容器 715から燃料容器 713へ の高濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0117] 図 11Bは、シャッター 739が開いた状態を示す。シャッター 739の開閉は、シャツタ 一 739を引き上げるシャフト 755が図中の上下方向に移動することにより行われる。 図 11Aから図 11Bの過程では、シャフト 755が上方向に移動することにより、シャツタ 一 739が引き上げられる。そうすると、シャッター 739と燃料透過膜 745との間に隙間 ができ、この隙間から高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が燃料容器 713に 向かって移動する。

[0118] 図 11Cは、シャッター 739が再び閉じた状態を示す。図 11Bから図 11Cの過程で は、シャフト 755が図中下方向に移動することによりシャッター 739と燃料透過膜 745 とが密着する。

[0119] 本実施形態では、シャッター 739をシャフト 755で引き上げることで、燃料透過膜 74 5が高濃度燃料容器 715中の燃料成分に触れる構造であるため、燃料容器 713中 の燃料成分濃度を制御することができる。なお、シャフト 755の引き上げ動作には、た とえば第 7の実施形態に記載の方法を用いることができる。

[0120] なお、本実施形態においても、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制 御膜 735 (図 2)で構成すれば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御するこ とができる。

[0121] (第 9の実施形態）

本実施形態では、第 8の実施形態に記載の燃料電池において、シャフト 755が高 濃度燃料容器 715の端部側のシャッター 739端部に設けられた構成とする。図 12A 一図 12Cは、本実施形態に係る透過制御膜 717の構成を示す断面図であり、それ ぞれ図 11 A 図 11 Cの構成に対応してレ、る。

[0122] このように、シャフト 755によるプルアップ式のシャッター 739開閉機構において、シ ャフト 755を高濃度燃料容器 715の端部側に設けても、第 8の実施形態に記載の透 過制御膜 717と同様に、高濃度燃料 725の透過を制御することができる。

[0123] なお、本実施形態においても、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制 御膜 735 (図 2)で構成すれば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御するこ とができる。

[0124] (第 10の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池の構成は以下のようにすることもできる。 図 13A—図 13Cは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けられた 透過制御膜 717の構成を示す断面図である。なお、第 2の実施形態のように、燃料 通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過制御膜 717が設けられる構成の場合 にも、本実施形態の透過制御膜 717の構成を適用することができる。

[0125] 図 13において、透過制御膜 717は、隔壁 741と、燃料透過膜 745と、シャッター 75 7とを含む。また、本実施形態の燃料電池は、シャッター 757に連結されたつまみ 75 9を含む。シャッター 757はブラインド状に構成されており、つまみ 759を回すことによ り開閉するようになっている。

[0126] 図 13Aは、シャッター 757が閉じた状態を示している。このとき、シャッター 757を構 成する各板と燃料透過膜 745とが密着しているため、高濃度燃料容器 715から燃料 容器 713への高濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0127] 図 13Bは、シャッター 757が開いた状態を示す。図 13Aから図 13Bの過程では、つ まみ 759が図中右回りに回転することにより、シャッター 757を構成する各板が引き 上げられる。そうすると、シャッター 757と燃料透過膜 745との間に隙間ができ、この 隙間から高濃度燃料容器 715中の燃料成分が燃料容器 713へと移動する。

[0128] 図 13Cは、シャッター 739が再び閉じた状態を示す。図 13Bから図 13Cの過程で は、つまみ 759が図中右周りに回転することにより、シャッター 757と燃料透過膜 745 とが再び密着する。

[0129] 本実施形態では、シャッター 757をつまみ 759で引き上げることで、燃料透過膜 74 5が高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725に触れる構造であるため、燃料容器 7 13中の燃料成分濃度を制御することができる。なお、つまみ 759に代えて、たとえば シャフトを用いることもきる。このとき、シャッター 757の押し上げ動作は、シャフトを卵 形のカムの回転運動を用いて押し上げて行うことができる。シャッター 757の開口面 積は、たとえば電流値制御などによって変化させることができる。

[0130] なお、本実施形態においても、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の境界部の一 部に燃料透過膜 745が配設されている構成としたが、隔壁 741を設けずに、隔壁全 体が燃料透過膜 745である構成とすることができる。

[0131] また、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制御膜 735 (図 2)で構成す れば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御することができる。

[0132] (第 11の実施形態）

本実施形態においては、第 10の実施形態に記載の燃料電池において、つまみ 75 9に代えて、シャフト 761が高濃度燃料容器 715の端部側のシャッター 757端部に設 けられた構成とする。図 14A 図 14Cは、本実施形態に係る透過制御膜 717の構 成を示す断面図であり、それぞれ図 13A 図 13Cの構成に対応している。本実施形 態では、ブラインドのように小分けにされたシャッター 757を連結するシャフト 761を 図のように持ち上げることで、シャッター 757の開放面積を制御する。

[0133] このように、シャフト 761によるプルアップ式のシャッター 757開閉機構において、シ ャフト 761を高濃度燃料容器 715の端部側に設けても、第 10の実施形態に記載の 透過制御膜 717と同様に、高濃度燃料 725の透過を制御することができる。

[0134] なお、本実施形態においても、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制 御膜 735 (図 2)で構成すれば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御するこ とができる。

[0135] (第 12の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池の構成は以下のようにすることもできる。 図 15Aおよび図 15Bは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けら れた透過制御膜 717の構成を示す断面図である。また、図 16Aは、図 15Aおよび図 15Bに示したシャッター 763の B—B'方向の断面におけるシャッター 763の形状を模 式的に示す平面図である。

[0136] なお、第 2の実施形態のように、燃料通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過 制御膜 717が設けられる構成の場合にも、本実施形態の透過制御膜 717の構成を 適用することができる。

[0137] 図 15において、透過制御膜 717は、隔壁 741と、燃料透過膜 745と、シャッター 76 3を含む。また、本実施形態の燃料電池は、シャッター 763に接合されたつまみ 767 を含む。シャッター 763の形状は円盤であり、大きさの異なる 3つの開口部 764—開 口部 766を有する。開口面積は、開口部 764が最も小さぐ開口部 765、開口部 766 に向かって順に大きい。なお、開口部の個数は 3に制限されず、 1以上の任意の数と すること力 Sできる。

[0138] 図 15Aは、シャッター 763が閉じた状態を示している。このとき、シャッター 763に設 けられた開口部 765と燃料透過膜 745との位置が一致していないため、高濃度燃料 容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の透過が制限されている。

[0139] 図 15Bは、シャッター 763が開いた状態を示す。図 15Aから図 15Bの過程では、つ まみ 767が図中右回りに回転することにより、シャッター 763に設けられた開口部 76 5が、燃料透過膜 745の直上に位置するようになる。そうすると、開口部 765から高濃 度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が燃料容器へと移動する。

[0140] また、図 16A—図 16Eは、つまみ 767を回転させることにより燃料透過膜 745の露 出部の大きさが変化する様子を示してレ、る。

[0141] 図 16Bは、図 15Aに対応してシャッター 763と燃料透過膜 745との位置関係を示 す上面図であり、燃料透過膜 745の直上には、開口部 764—開口部 766のレ、ずれも 位置しておらず、シャッター 763が閉じた状態である。

[0142] 図 16Cは、燃料透過膜 745の直上に、最も開口面積の小さい開口部 764が位置し ている。このため、シャッター 763はわずかに開いた状態となり、わずかの高濃度燃 料 725が高濃度燃料容器 715から燃料容器 713に向かって移動する。

[0143] 図 16Dは、燃料透過膜 745の直上に、開口面積の二番目に小さい開口部 765が 位置している。このため、シャッター 763は 1/4程度開いた状態となり、少量の高濃 度燃料 725が高濃度燃料容器 715から燃料容器 713に向かって移動する。

[0144] さらに、図 16Eは、燃料透過膜 745の直上に、開口面積が最も大きい開口部 765 が位置している。このため、シャッター 763は全開状態となり、多量の高濃度燃料 72 5が高濃度燃料容器 715から燃料容器 713に向かって移動する。

[0145] 第 1一第 3の実施形態に係る燃料電池を使用する際には、たとえば、以下のように すること力 Sできる。まず、初期は燃料透過膜 745と開口部 764、開口部 765、および 開口部 766とを一致させずに全閉の状態で運転する。電池の使用により燃料容器 7 13中の燃料成分の濃度が低下したら、徐々に開口面積が大きくなるようにつまみ 76 7の回転を制御し、開口部 764、開口部 765、および開口部 766の順に開口面積を 大きくする。燃料容器 713中の燃料成分濃度が充分濃くなつたら、開口面積を小さく する。

[0146] 本実施形態では、つまみ 767を回して、シャッター 763の表面を燃料透過膜 745上 で回転させることにより、シャッター 763に形成された開口部 764—開口部 766の位 置を移動させる。こうすることにより、燃料透過膜 745の遮蔽面積を調節することがで きる。このため、燃料透過膜 745を介した高濃度燃料 725の移動量をさらに精密に制 御すること力 Sできる。燃料透過膜 745が高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725に 触れる構造であるため、燃料容器 713中の燃料成分濃度を制御することができる。

[0147] なお、本実施形態においても、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の境界部の一 部に燃料透過膜 745が配設されている構成としたが、隔壁 741を設けずに、隔壁全 体が燃料透過膜 745である構成とすることもできる。

[0148] また、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制御膜 735 (図 2)で構成す れば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御することができる。

[0149] (第 13の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池の構成は以下のようにすることもできる。 図 17Aおよび図 17Bは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けら れた透過制御膜 717の構成を示す断面図である。

[0150] また、図 18Aは、図 17Aおよび図 17Bの B-B'方向の断面におけるシャッター 769 の形状を模式的に示す平面図である。図 18Bは、図 17Aおよび図 17Bの B-B'方向 の断面における開口付隔壁 771の形状を模式的に示す平面図である。

[0151] なお、第 2の実施形態のように、燃料通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過 制御膜 717が設けられる構成の場合にも、本実施形態の透過制御膜 717の構成を 適用することができる。

[0152] 図 17Aおよび図 17Bにおいて、透過制御膜 717は、隔壁 741と、燃料透過膜 745 と、シャッター 769と、開口付隔壁 771とを含む。また、本実施形態の燃料電池は、シ ャッター 769に接合されたつまみ 767とを含む。 [0153] シャッター 769は、燃料透過膜 745上に設けられており、複数の開口部 773を有す る。開口部 773の個数に特に制限はない。また、シャッター 769は、つまみ 767を回 転させることによりつまみ 767を軸として表面が回動するよう構成されている。

[0154] 開口付隔壁 771は、隔壁 741中に固定されており、開口部 775を有する。開口部 7 75は、燃料透過膜 745の直上に配置されており、燃料透過膜 745と等しい大きさと なっている。なお、本実施形態では、シャッター 769と燃料透過膜 745の形状が扇形 であるである場合を例示するが、これらの形状は扇形に限定されず、円形等とするこ ともできる。シャッター 769には、複数の開口部 773が設けられている。開口部 773の 個数や形状は、燃料透過膜 745の燃料透過性に応じて適宜選択することができる。

[0155] 図 19A 図 19Cは、つまみ 767を回転させることにより開口部 775の露出部の大き さが変化する様子を示してレ、る。

[0156] 図 19Aは、図 17Aに対応し、シャッター 769と開口付隔壁 771とが重なった状態を 示す上面図である。このとき、開口付隔壁 771に設けられた開口部 775のうち、シャツ ター 769に覆われた部分が遮蔽される。開口部 775が半開の状態であるため、開口 部 773と開口部 775とが重なった部分のみ燃料透過膜 745が露出し、この露出部分 を通じて高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が燃料容器 713に向かって移動 する。

[0157] 図 19Bは、シャッター 769と開口付隔壁 771とが一部重なった状態を示す上面図 である。このとき、開口付隔壁 771に設けられた開口部 775のうち、一部がシャッター 769に覆われて遮蔽される。このため、開口部 773と開口部 775とが重なった部分お よび開口付隔壁 771がシャッター 769に覆われずに露出した部分で燃料透過膜 74 5が露出し、これらの露出部分を通じて高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が 燃料容器 713に向かつて移動する。

[0158] 図 19Cは、図 17Bに対応し、シャッター 769と開口付隔壁 771とが重なっていない 状態を示す上面図である。このとき、開口付隔壁 771に設けられた開口部 775はシャ ッター 769に覆われず、露出する。このため、開口部 775から燃料透過膜 745が露 出し、この露出部分を通じて高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が燃料容器 7 13に向かって移動する。 [0159] 本実施形態の透過制御膜 717を有する燃料電池を使用する際には、たとえば、以 下のようにすること力 Sできる。まず、初期はシャッター 769と開口付隔壁 771とを重ね た状態で運転する。電池の使用により燃料容器 713中の燃料成分の濃度が低下し たら、徐々に開口部 775の開口面積が大きくなるようにつまみ 767の回転を制御し、 シャッター 769と開口付隔壁 771との重なり部分を減少させる。燃料容器 713中の燃 料成分濃度が充分濃くなつたら、シャッター 769と開口付隔壁 771との重なり部分を 大きくする。

[0160] 本実施形態では、つまみ 767を回して、シャッター 769の位置を移動させることによ り、燃料透過膜 745の遮蔽面積を調節することができる。このため、燃料透過膜 745 を介した高濃度燃料 725の移動量をさらに精密に制御することができる。燃料透過 膜 745が高濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725に触れる構造であるため、燃料 容器 713中の燃料成分濃度を制御することができる。

[0161] また、開口付隔壁 771を設けることにより、燃料透過膜 745とシャッター 769とが直 接接しない構成とすることができる。このため、燃料透過膜 745の変形などが生じた 際にも、シャッター 769の動作の阻害を抑制することができる。このため、高濃度燃料 725の透過量の調節をより一層安定的に行うことができる。

[0162] なお、本実施形態においても、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715の境界部の一 部に燃料透過膜 745が配設されている構成としたが、隔壁 741を設けずに、境界全 体が燃料透過膜 745である構成とすることもできる。

[0163] また、本実施形態では、開口部 773の大きさがすべて等しい場合を例に説明する 力 開口部 773の大きさが段階的に異なるように配置することもできる。こうすれば、 燃料透過膜 745の露出面積を段階的に変化させることができるため、より一層精密 に高濃度燃料 725の透過量を制御することができる。

[0164] また、シャッター 739を、第 1の実施形態で示した透過制御膜 735 (図 2)で構成す れば、高濃度燃料 725の透過性をさらに精密に制御することができる。

[0165] (第 14の実施形態）

第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池の構成は以下のようにすることもできる。 図 20Aおよび図 20Bは、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けら れた透過制御膜 717の構成を示す断面図である。

[0166] なお、第 2の実施形態のように、燃料通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過 制御膜 717が設けられる構成の場合にも、本実施形態の透過制御膜 717の構成を 適用することができる。

[0167] 図 20Aおよび図 20Bにおいて、透過制御膜 717は、燃料透過膜 745、燃料透過膜 745上の一部に設けられた透過制御膜 735、および燃料透過膜 745上の他の一部 に設けられたシャッター 791を含む。また、本実施形態の燃料電池は、シャッター 79 1に接合されたつまみ 767を含む。

[0168] 燃料透過膜 745には、開口部 793が形成されている。また、シャッター 791は透過 制御膜 735により形成され、その形状は円盤であり、開口部 793を有する。なお、開 口部 793および開口部 795の形状および個数は任意に選択することができる。

[0169] 図 20Aは、シャッター 791が閉じた状態を示している。このとき、シャッター 791に設 けられた開口部 795と燃料透過膜 745中の開口部 793との位置が一致してレヽなレ、た め、高濃度燃料容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の透過は制限され 、透過制御膜 735についての高濃度燃料 725の透過性によって制御される。

[0170] 図 20Bは、シャッター 791が開いた状態を示す。図 20Aから図 20Bの過程では、つ まみ 767が図中右回りに回転することにより、シャッター 791に設けられた開口部 79 5が、燃料透過膜 745中の開口部 793の直上に位置するようになる。そうすると、高 濃度燃料容器 715中の高濃度燃料 725が開口部 795および開口部 793を通過し、 燃料容器 713へと移動する。

[0171] 本実施形態では、燃料透過膜 745に開口部 793を設け、つまみ 767を回して、シャ ッター 791を燃料透過膜 745上で回転させる構成とすることにより、シャッター 791に 形成された開口部 795の位置を移動させることができる。こうすることにより、高濃度 燃料容器 715中の高濃度燃料 725の濃度が単セル構造 101への供給に適した濃度 となった段階で、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界の一部を完全に開通 させること力できる。このため、高濃度燃料 725の供給を好適に制御することができる

[0172] なお、図 20Aおよび図 20Bにおいて、透過制御膜 735の燃料容器 713側の表面 にも燃料透過膜 745を貼りつけた構成とすることもできる。

[0173] (第 1⁵の実施形態）

本実施形態では、第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池において、透過制御膜 717の構成を弾性シートとする。図 21Aおよび図 21Bは、燃料容器 713と高濃度燃 料容器 715との境界部に設けられた透過制御膜 717の構成を示す上面図である。

[0174] 図21八ぉょび図218の透過制御膜717は、弾性シート 777と燃料透過膜 745との 積層膜により構成されている。弾性シート 777は、切込 779を有し、図中の紙面に水 平方向に引っ張ることで、切込 779が開く。このような弾性シート 777を透過制御膜 7 17として用いることにより、弾性シート 777表面の側方への引っ張り強度を調節して 切込 779の開口面積を制御することができる。このため、高濃度燃料容器 715から燃 料容器 713への高濃度燃料 725の透過を制御することができる。

[0175] (第 16の実施形態）

本実施形態では、第 1一第 3の実施形態に記載の燃料電池において、透過制御膜 717の構成を通電により収縮する弾性部を含むシートとする。図 22Aおよび図 22B は、燃料容器 713と高濃度燃料容器 715との境界部に設けられた透過制御膜 717 の構成を示す上面図である。

[0176] 図22八ぉょび図228の透過制御膜717は、シート 781と燃料透過膜 745との積層 膜により構成されている。弾性シート 781の一部には、弾性部 783が形成されている 。弾性部 783は、切込 785を有する。弾性部 783は、通電により収縮するため、収縮 により切込 785の開口面積が大きくなる。

[0177] 弾性部 783には、人口筋肉などの通電収縮素材や、通電収縮素材を骨格としても つ高分子などでできた弾性体を用いることができる。

[0178] このようなシート 781を透過制御膜 717として用いることにより、シート 781に流す電 流値を調節して弾性部 783の開口面積を制御することができる。このため、高濃度燃 料容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の透過を制御することができる。

[0179] (第 17の実施形態）

本実施形態においては、以上の実施形態で説明した燃料電池において、単セル 構造 101を構成する燃料容器 713中の燃料成分濃度を検出するためのセンサを有 する構成とする。センサを設けることにより、燃料容器 713中の燃料成分濃度に基づ き、燃料容器 713または燃料通路 719中の燃料成分濃度をフィードバック制御するこ とができる。本実施形態では、燃料成分力 タノールであり、燃料 124としてメタノー ル水溶液を供給する場合を例に説明する。

[0180] 図 23は、本実施形態の燃料電池システムの構成の一例を示す図である。図 23の 燃料電池システム 787は、燃料電池本体 100と、センサ 668と、濃度測定部 670と、 制御部 672と、透過制御膜 717と、警告提示部 680とを含む。燃料電池本体 100とし ては、以上の実施形態に記載の燃料電池を用いることができる。このうち、透過制御 膜 717がシャッターを有する構成の燃料電池を用レ、ると、燃料容器 713中の燃料成 分濃度に応じてシャッターの開閉を好適に制御することができるため、好ましい。これ らの燃料電池は、単セル構造 101を有する。

[0181] センサ 668は、燃料容器 713内の燃料 124の燃料成分濃度を検出するのに用いら れる。センサ 668は、高分子膜 665と、第 1の電極端子 666と、第 2の電極端子 667と を含む。高分子膜 665は、プロトン伝導性を有する高分子膜である。高分子膜 665は 、燃料容器 713中の燃料 124を含浸するように構成され、燃料 124中のアルコール 濃度に応じてプロトン伝導度が変化する材料により構成される。本実施形態における 燃料電池システム 787は、高分子膜 665のプロトン伝導度の変化に基づき、燃料容 器 713中の燃料 124のメタノール濃度を検出することができる。

[0182] 高分子膜 665は、燃料 124のアルコール濃度に応じてプロトン伝導度が変化する 材料であればどのような材料により構成することもできる力 たとえば、燃料電池本体 100の固体電解質膜 114と同様の材料により構成することができる。

[0183] 第 1の電極端子 666および第 2の電極端子 667は、高分子膜 665表面または高分 子膜 665中に互いに離間して設けられる。ここで、高分子膜 665は、アルコール濃度 に応じてプロトン伝導度が変化する材料により構成されるので、第 1の電極端子 666 と第 2の電極端子 667との間に高分子膜 665を介して電流を流した場合、燃料容器 7 13または燃料通路 719中の燃料 124のアルコール濃度に応じて第 1の電極端子 66 6および第 2の電極端子 667間の抵抗値が変化する。濃度測定部 670は、第 1の電 極端子 666および第 2の電極端子 667間の抵抗値に基づき、燃料容器 713中の燃 料 124のアルコール濃度を測定する。濃度測定部 670の詳細な構成については後 述する。

[0184] 図 24は、センサ 668を詳細に示す図である。図 24 (a)は、センサ 668の第 1の電極 端子 666および第 2の電極端子 667が設けられた面を示す図、図 24 (b)は、図 24 (a )の側面図である。第 1の電極端子 666および第 2の電極端子 667は、燃料 124中に 安定に存在し、導電性を有する材料であればどのような材料により構成することもで きる。第 1の電極端子 666および第 2の電極端子 667は、導電性ペーストにより高分 子膜 665に貼り付けることができる。導電性ペーストとしては、金や銀等の金属を含 むポリマーペーストや、アクリルアミド等ポリマー自体が導電性を有するポリマーぺー ストを用いることができる。第 1の電極端子 666および第 2の電極端子 667は、それぞ れ配線 710aおよび配線 710bを介して、図 23に示した濃度測定部 670に電気的に 接続される。

[0185] 図 23に戻り、濃度測定部 670が測定した燃料容器 713中の燃料 124のアルコール 濃度は制御部 672に伝達される。制御部 672は、濃度測定部 670により測定された アルコール濃度が適正な範囲内であるか否力を判断し、燃料容器 713中の燃料 12 4のアルコール濃度が適正な範囲内となるように透過制御膜 717を制御する。透過 制御膜 717は、制御部 672の制御に基づき、高濃度燃料容器 715から燃料容器 71 3に供給する燃料 124の供給量を制御する。具体的には、たとえば透過制御膜 717 がシャッターを有する場合、シャッターの開閉を電気的信号等により制御することが できる。

[0186] また、制御部 672は、透過制御膜 717を制御する処理を繰り返しても燃料容器 713 中の燃料 124のアルコール濃度が適正な範囲内にならない場合、警告提示部 680 に警告を発生させる。

[0187] 図 25は、濃度測定部 670の構成を詳細に示す図である。濃度測定部 670は、第 1 の電極端子 666と第 2の電極端子 667との間の抵抗値を測定する抵抗測定部（R/ 0) 682と、抵抗測定部 682が測定した抵抗値に基づき、燃料容器 713中のアルコー ル濃度を算出する濃度算出部（SZ〇） 684と、第 1の電極端子 666と第 2の電極端 子 667の間の抵抗値とメタノール濃度との関係を示す参照データを記憶する参照デ ータ記憶部 685とを含む。抵抗測定部 682としては、たとえばブリッジを備えた交流ィ ンピーダンスメータを用いることができる。第 1の電極端子 666と第 2の電極端子 667 との間の抵抗値は、 20mV以下の低振幅の交流を用いて測定することができる。濃 度算出部 684は、参照データ記憶部 685を参照して参照データに基づき濃度算出 部 684が測定した抵抗値からメタノール濃度を算出する。

[0188] 本実施形態に係る燃料電池システム 787によれば、高分子膜 665に第 1の電極端 子 666および第 2の電極端子 667を付けただけの簡易な構成で燃料容器 713中の アルコール濃度を検出することができる。このため、特にシャッターを含む構成の透 過制御膜 717を有する場合、シャッターの開閉動作を精密に制御することが可能で ある。

[0189] なお、第 2の実施形態のように、燃料通路 719と高濃度燃料容器 715との間に透過 制御膜 717が設けられる構成の場合にも、本実施形態の燃料電池システムの構成を 適用することができる。

[0190] また、単セル構造 101を構成する固体電解質膜 114において、燃料極側触媒層 1 06および酸化剤極側触媒層 1 12が設けられてレ、なレ、領域を高分子膜 665として用 レ、ることもできる。この場合、単セル構造 101中を構成する固体電解質膜 114の燃料 成分濃度を直接検知し、燃料 124濃度の制御に反映させることができる。

[0191] (第 18の実施形態）

以上の実施形態に記載の燃料電池または燃料電池システムの燃料供給系におレ、 て、電池の使用時間の経過につれ、二酸化炭素等の気体の発生により内圧が高くな ること力 Sある。そこで、燃料容器 713中の圧力が可変な構成とすることができる。図 26 は、本実施形態に係る燃料電池の構成を示す図である。図 26は、図 6の燃料電池に おいて、燃料容器 713がじゃばら式の側壁を有する構成である。このように、燃料容 器 713を体積可変の袋状に形成すれば、燃料容器 713の内圧の上昇につれて、燃 料容器 713のじゃばらが伸びて体積を増すため、燃料容器 713の内圧が上昇するこ とによって高濃度燃料容器 715から高濃度燃料 725が供給されなくなることを抑制で きる。

[0192] なお、図 26の燃料電池において、燃料容器 713をビニール袋状の形状とすること により、体積可変の構成とすることもできる。また、燃料容器 713には、内圧の上昇を 防ぐためのガス抜き弁を設けることもできる。

[0193] また、図 27は、本実施形態に係る燃料電池の別の構成を示す図である。図 27は、 図 6の燃料電池において、燃料極 102で生じた二酸化炭素を、高濃度燃料容器 715 へと導く導気管 789をさらに有する。こうすれば、燃料極 102で生じた気体の圧力を 利用して、高濃度燃料容器 715の内圧を高めることができる。このため、高濃度燃料 容器 715から燃料容器 713への高濃度燃料 725の供給をさらに確実に行うことがで きる。

[0194] なお、本実施形態では、図 6の燃料電池の場合を例に説明したが、以上に挙げた 他の構成の燃料電池または燃料電池システムにおいても本実施形態の態様を採用 すること力 Sできる。

[0195] 以上、本発明を実施形態に基づいて説明した。これらの実施形態は例示であり、そ れらの各構成要素や各処理プロセスの組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと

、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。

[0196] たとえば、燃料容器 713または燃料通路 719中の燃料 124の燃料成分濃度を制御 する際に、予め燃料電池の運転時間と燃料容器 713または燃料通路 719の燃料成 分濃度をモニタしておき、このデータに基づき透過制御膜 717における高濃度燃料 725の透過、具体的にはシャッターの開閉等の動作を制御することができる。こうす れば、制御部を設ける必要がなぐより一層燃料電池を小型軽量化することができる

[0197] また、高濃度燃料容器 715および透過制御膜 717による燃料容器 713に高濃度燃 料 725を供給するのに加え、さらに、水もしくは適当な濃度のメタノールを供給する装 置を併設することができる。ここで、併設する装置は、水またはメタノールをポンプや 点滴等の方法で燃料容器 713に供給する装置とする。こうすれば、揮発などで燃料 容器 713内の燃料 124が減少した場合にも、適正な量に調節できるようにすることが できる。よって、燃料 124の濃度の制御性をさらに向上することができる。

[0198] (実施例）

本実施例では、図 6の構成を有する燃料電池を作製し、電池電圧の経時変化につ レ、て評価した。図 6の構成の燃料電池において、燃料容器 713に 10体積％のメタノ ール水溶液を 60ml充填し、また、高濃度燃料容器 715には 50体積％のメタノール 水溶液を充填した。透過制御膜 717は、ステンレス製金属メッシュをナフイオン (登録 商標）でコートした透過制御シャッター 735とした。透過制御膜 735の乾燥時の膜厚 は 500 x mであった。この透過制御膜 735を、燃料透過膜 745として用いたナフィォ ン 177膜に貼り付けて用いた。燃料容器 713からメタノール水溶液を 15mlZminで 供給しながら実施例と同様の試験を行った。また、酸化剤極 108には、大気中の酸 素を用いた。

[0199] なお、燃料電池部分の触媒は、燃料極では白金/ルテニウム、酸化剤極では白金 とした。固体電解質膜の構成材料は、ナフイオン (登録商標）とした。

[0200] (比較例）

実施例の燃料電池において、高濃度燃料容器 715および透過制御膜 717を有し ない構成とした。燃料容器 713に 10体積％のメタノール水溶液を 60ml充填し、これ を 15ml/minで供給した際の電池電圧の経時変化を実施例と同様に評価した。

[0201] (評価）

図 28は、燃料電池の使用経過時間と電池電圧との関係を示す図である。図 28より 、二重タンクを備えた実施例の燃料電池では、比較例の燃料電池に比べ、使用に伴 う電池電圧の低下を抑制し、長期間安定に出力を発揮することが確かめられた。これ は、高濃度燃料容器 715から燃料容器 713との境界部に透過制御膜 735を設けるこ とにより、燃料容器 713から供給される燃料 124中の燃料成分の濃度低下が好適に 抑制されたことによると考えられる。

Claims

請求の範囲

[1] 燃料電池の燃料供給系に配置される燃料供給器であって、燃料容器と、該燃料容 器に収容された補給用燃料を制限的に透過させ、前記燃料供給系へ移動させる透 過制御膜とを備えることを特徴とする燃料供給器。

[2] 請求の範囲第 1項に記載の燃料供給器において、前記透過制御膜は、燃料供給 系内の液体燃料の燃料濃度に基づいて前記補給用燃料の透過量を制限することを 特徴とする燃料供給器。

[3] 請求の範囲第 1項または第 2項に記載の燃料供給器において、前記透過制御膜は

、前記液体燃料の濃度に対応して膜形態が変化し、前記補給用燃料の透過量が変 化する膜であることを特徴とする燃料供給器。

[4] 請求の範囲第 3項に記載の燃料供給器において、前記膜は、前記液体燃料の濃 度に応じて収縮膨張し、開口率が変化する膜であることを特徴とする燃料供給器。

[5] 請求の範囲第 1項乃至第 4項いずれかに記載の燃料供給器において、前記透過 制御膜は、前記補給用燃料を透過させる燃料透過膜と、該燃料透過膜上に設けら れ該燃料透過膜の露出面積を制御するシャッター部材とを備えることを特徴とする燃 料供給器。

[6] 請求の範囲第 5項に記載の燃料供給器において、前記シャッター部材は、燃料供 給系内の前記液体燃料の燃料濃度に基づいて前記補給用燃料の透過量を制限す ることを特徴とする燃料供給器。

[7] 請求の範囲第 5項または第 6項に記載の燃料供給器において、前記シャッター部 材は切込部を有する弾性膜を含み、前記弾性膜の表面が伸縮することにより前記切 込部の形態が変化し、前記燃料透過膜の露出面積を制御することを特徴とする燃料 供給器。

[8] 請求の範囲第 5項または第 6項に記載の燃料供給器において、前記シャッター部 材を前記燃料透過膜の表面にぉレ、て摺動させて、前記燃料透過膜の露出面積を制 御するシャッター調節部材をさらに備えることを特徴とする燃料供給器。

[9] 請求の範囲第 5項乃至第 8項いずれかに記載の燃料供給器において、前記燃料 透過膜が、燃料供給系内の前記液体燃料の燃料濃度に基づいて前記液体燃料の 透過量を制限することを特徴とする燃料供給器。

[10] 請求の範囲第 1項乃至第 9項いずれかに記載の燃料供給器において、前記透過 制御膜を介して前記燃料容器と隣接する燃料供給部をさらに備え、前記燃料供給部 は、その内圧に応じて体積が変化するように構成されたことを特徴とする燃料供給器

[11] 固体電解質膜と、該固体電解質膜に配設された燃料極および酸化剤極と、前記燃 料極に燃料を供給する燃料供給系を含む燃料電池であって、前記燃料供給系に、 請求の範囲第 1項乃至第 10項いずれかに記載の燃料供給器が設けられたことを特 徴とする燃料電池。

[12] 請求の範囲第 11項に記載の燃料電池において、前記燃料極で発生した気体を前 記燃料容器に導く導気管を有することを特徴とする燃料電池。