燃料电池堆、燃料电池堆复合体及燃料电池系统.pdf

本发明提供一种燃料电池堆、燃料电池堆复合体及燃料电池系统。燃料电池堆包括：第1燃料电池单电池，其具备第1膜电极复合体和具有第1单电池内燃料流路的第1燃料供给部；第2燃料电池单电池，配置在第1燃料电池单电池的主面上，具备第2膜电极复合体和具有第2单电池内燃料流路的第2燃料供给部；以及燃料分配部，具备液体燃料导入口、与其连接的主流路以及分别连接主流路端部和第1及第2单电池内燃料流路的第1及第2分支流路，其中，第1分支流路及第1单电池内燃料流路的总长和第2分支流路及第2单电池内燃料流路的总长基本相同。

权利要求书一种燃料电池堆，包括：第1燃料电池单电池，其具备依次具有第1阳极、第1电解质膜和第1阴极的第1膜电极复合体、以及配置在上述第1阳极侧的第1燃料供给部，该第1燃料供给部具有使液体燃料流通的第1单电池内燃料流路；配置在上述第1燃料电池单电池的主面上的第2燃料电池单电池，其具备依次具有第2阳极、第2电解质膜和第2阴极的第2膜电极复合体、以及配置在上述第2阳极侧的第2燃料供给部，该第2燃料供给部具有使液体燃料流通的第2单电池内燃料流路；和燃料分配部，与上述第1及第2燃料电池单电池结合，进行上述液体燃料向上述第1及第2燃料电池单电池的分配，上述燃料分配部具有：用于导入上述液体燃料的导入口；和由主流路、第1分支流路以及地2分支流路构成的单电池外燃料流路，其中，上述主流路与上述导入口连接，上述第1分支流路连接上述主流路中的与上述导入口相反侧的端部和上述第1单电池内燃料流路，上述第2分支流路连接上述端部和上述第2单电池内燃料流路，上述第1分支流路及上述第1单电池内燃料流路的总长，和上述第2分支流路及上述第2单电池内燃料流路的总长基本相同。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，上述第1及第2分支流路包括相对上述第1或第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路部分。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，上述第1分支流路和上述第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第1燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路，上述第2分支流路和上述第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，上述第1分支流路和上述第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第1燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路，上述第2分支流路和上述第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第2燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，上述第1单电池内燃料流路、上述第2单电池内燃料流路及上述单电池外燃料流路的截面积分别在100μm2~1mm2的范围内。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池和上述第2燃料电池单电池以使上述第1阴极侧和上述第2阴极侧相对的方式分离配置。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池和上述第2燃料电池单电池以使上述第1阴极侧和上述第2燃料供给部侧相对的方式、或者以使上述第2阴极侧和上述第1燃料供给部侧相对的方式分离配置。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其中，包括：第1燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上的2个以上的上述第1燃料电池单电池构成；配置在上述第1燃料电池单电池集合体的主面上的第2燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上且与上述第1燃料电池单电池各自相对配置的2个以上的上述第2燃料电池单电池构成；和与所有上述第1及第2燃料电池单电池结合的上述燃料分配部，至少在相对配置的第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池中，上述第1分支流路及上述第1单电池内燃料流路的总长和上述第2分支流路及上述第2单电池内燃料流路的总长基本相同。根据权利要求8所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第1燃料电池单电池构成，上述第2燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第2燃料电池单电池构成。根据权利要求9所述的燃料电池堆，其中，在上述第1燃料电池单电池集合体中，2个以上的第1燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第1燃料电池单电池之间形成间隙，在上述第2燃料电池单电池集合体中，2个以上的第2燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第2燃料电池单电池之间形成间隙。根据权利要求9所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池集合体中使2个以上的第1燃料电池单电池无间隙地线状排列，上述第2燃料电池单电池集合体中使2个以上的第2燃料电池单电池无间隙地线状排列。根据权利要求1所述的燃料电池堆，其是直接醇型燃料电池。一种燃料电池系统，包括：权利要求1所述的燃料电池堆；和燃料箱，与上述导入口连接，用于收容上述液体燃料。根据权利要求13所述的燃料电池系统，其中，还包括送液构件，该送液构件用于促进上述液体燃料从上述燃料箱向上述导入口的流动。一种燃料电池堆，包括：第1燃料电池单电池，其具备依次具有第1阳极、第1电解质膜和第1阴极的第1膜电极复合体、以及配置在上述第1阳极侧的第1燃料供给部，该第1燃料供给部具有使液体燃料流通的第1单电池内燃料流路；配置在上述第1燃料电池单电池的主面上的第2燃料电池单电池，其具备依次具有第2阳极、第2电解质膜和第2阴极的第2膜电极复合体、以及配置在上述第2阳极侧的第2燃料供给部，该第2燃料供给部具有使液体燃料流通的第2单电池内燃料流路；和燃料分配部，与上述第1及第2燃料电池单电池结合，进行上述液体燃料向上述第1及第2燃料电池单电池的分配，上述燃料分配部具有：用于导入上述液体燃料的导入口；和单电池外燃料流路，连接上述导入口和上述第1及第2单电池内燃料流路，由上述第1及第2单电池内燃料流路和上述单电池外燃料流路构成的燃料流路构成为：以上述第1及第2单电池内燃料流路和上述单电池外燃料流路的连接部分或其附近为界，使从上述导入口经由上述单电池外燃料流路流到上述第1及第2单电池内燃料流路的液体燃料的压力损失变大。根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，至少在上述第1及第2单电池内燃料流路和上述单电池外燃料流路的连接部分或其附近，以该连接部分或其附近为基准，上述导入口侧的燃料流路部分的截面积大于其以外的燃料流路部分的截面积。根据权利要求16所述的燃料电池堆，其中，至少在上述第1及第2单电池内燃料流路和上述单电池外燃料流路的连接部分中，上述单电池外燃料流路的截面积大于上述第1及第2单电池内燃料流路的截面积。根据权利要求16所述的燃料电池堆，其中，在上述第1及第2单电池内燃料流路和上述单电池外燃料流路的连接部分或其附近的上述燃料流路内，填充有多孔质体。根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，上述单电池外燃料流路由以下构成：与上述导入口连接的主流路；第1分支流路，连接上述主流路中的与上述导入口相反侧的端部和上述第1单电池内燃料流路；以及第2分支流路，连接上述端部和上述第2单电池内燃料流路，上述第1及第2分支流路包括相对上述第1或第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路部分。根据权利要求19所述的燃料电池堆，其中，上述第1分支流路和上述第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第1燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路，上述第2分支流路和上述第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路。根据权利要求19所述的燃料电池堆，其中，上述第1分支流路和上述第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第1燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路，上述第2分支流路和上述第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对上述第2燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路。根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池和上述第2燃料电池单电池以使上述第1阴极侧和上述第2阴极侧相对的方式分离配置。根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池和上述第2燃料电池单电池以使上述第1阴极侧和上述第2燃料供给部侧相对的方式、或者以使上述第2阴极侧和上述第1燃料供给部侧相对的方式分离配置。根据权利要求15所述的燃料电池堆，其中，包括：第1燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上的2个以上的上述第1燃料电池单电池构成；配置在上述第1燃料电池单电池集合体的主面上的第2燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上且与上述第1燃料电池单电池各自相对配置的2个以上的上述第2燃料电池单电池构成；以及与所有上述第1及第2燃料电池单电池结合的上述燃料分配部。根据权利要求24所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第1燃料电池单电池构成，上述第2燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第2燃料电池单电池构成。根据权利要求25所述的燃料电池堆，其中，在上述第1燃料电池单电池集合体中，2个以上的第1燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第1燃料电池单电池之间形成间隙，在上述第2燃料电池单电池集合体中，2个以上的第2燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第2燃料电池单电池之间形成间隙。根据权利要求25所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池单电池集合体中使2个以上的第1燃料电池单电池无间隙地线状排列，上述第2燃料电池单电池集合体中使2个以上的第2燃料电池单电池无间隙地线状排列。根据权利要求15所述的燃料电池堆，其是直接醇型燃料电池。一种燃料电池堆复合体，包括：第1燃料电池堆，是权利要求15所述的燃料电池堆；和第2燃料电池堆，配置在上述第1燃料电池堆的主面上，是权利要求15所述的燃料电池堆，其中，上述第1燃料电池堆的单电池外燃料流路和上述第2燃料电池堆的单电池外燃料流路彼此连通，至少在这些单电池外燃料流路的连接部分中，上述第2燃料电池堆的单电池外燃料流路的截面积大于上述第1燃料电池堆的单电池外燃料流路的截面积。一种燃料电池系统，包括：权利要求15所述的燃料电池堆或权利要求29所述的燃料电池堆复合体；和燃料箱，与上述燃料电池堆或燃料电池堆复合体连接，用于收容上述液体燃料。根据权利要求30所述的燃料电池系统，其中，还包括送液构件，该送液构件用于促进上述液体燃料从上述燃料箱向上述燃料电池堆或燃料电池堆复合体的流动。

说明书燃料电池堆、燃料电池堆复合体及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及一种将多个燃料电池单电池在其厚度方向上层叠而成的燃料电池堆、将多个燃料电池堆在其厚度方向上层叠而成的燃料电池堆复合体、及使用了燃料电池堆或燃料电池堆复合体的燃料电池系统。
背景技术
燃料电池作为支持信息化社会的移动电子设备的新型电源，对其实用化的期待逐渐提高。燃料电池根据使用的电解质材料、燃料的分类，可分为磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型、固体高分子型、直接醇型等。其中，电解质材料使用作为固体高分子的离子交换膜的固体高分子型燃料电池及直接醇型燃料电池，因在常温下可获得较高的发电效率，因此研究了其作为应用于移动电子设备的小型燃料电池的实用化。
作为燃料使用醇或醇的水溶液的直接醇型燃料电池(例如参照JP特开2008‑235243号公报)，和燃料是气体时相比，因燃料箱可较简易地设计等原因，而能够实现燃料电池构造的简化、节约空间化，作为应用于移动电子设备的小型燃料电池的期待尤其高。
发明内容
在燃料电池中，为了将一个燃料电池单电池时不充分的电力提高到例如能够充分作为移动电子设备的新型电源的程度，以往将多个燃料电池单电池电连接而进行组合。这种情况下，对各燃料电池单电池均匀地进行燃料供给是十分重要的。这是因为，若对各燃料电池单电池的燃料供给不均匀，则产生因燃料不足而无法发挥充分的输出的燃料电池单电池，从而燃料电池整体的输出下降。
这种燃料供给不均性的问题在下述燃料电池中尤其明显：当经由流路对各燃料电池单电池提供液体燃料时，经由该流路的液体燃料的供给易于受到重力的影响，在燃料电池单电池的主面上层叠了其他燃料电池单电池、即将多个燃料电池单电池在其厚度方向上层叠而成的燃料电池(在本说明书中这种该燃料电池称为“燃料电池堆”)。
上述JP特开2008‑235243号公报中记载了技术课题是对燃料电池单电池均匀地提供燃料的发明，但该文献中的燃料供给的均匀化是指一个燃料电池单电池中的阳极面内的均匀化，对多个燃料电池单电池的燃料供给的均匀化、进而对在厚度方向上层叠的多个燃料电池单电池的燃料供给的均匀化，没有任何启示。
因此，本发明的目的在于提供包括在厚度方向上层叠的多个燃料电池单电池的燃料电池堆，其能够对各燃料电池单电池均匀地进行液体燃料的供给；还提供包括在厚度方向上层叠的多个燃料电池堆的燃料电池堆复合体以及使用了该燃料电池堆或者燃料电池堆复合体的燃料电池系统。
本发明包括以下内容。
(1)一种燃料电池堆，包括：第1燃料电池单电池，其具备依次具有第1阳极、第1电解质膜和第1阴极的第1膜电极复合体、以及配置在第1阳极侧的第1燃料供给部，该第1燃料供给部具有使液体燃料流通的第1单电池内燃料流路；配置在该第1燃料电池单电池的主面上的第2燃料电池单电池，其具备依次具有第2阳极、第2电解质膜和第2阴极的第2膜电极复合体、以及配置在第2阳极侧的第2燃料供给部，该第2燃料供给部具有使液体燃料流通的第2单电池内燃料流路；和燃料分配部，与第1及第2燃料电池单电池结合，进行液体燃料向第1及第2燃料电池单电池的分配，
该燃料分配部具有：用于导入液体燃料的导入口；和由主流路、第1分支流路以及地2分支流路构成的单电池外燃料流路，其中，主流路与导入口连接，第1分支流路连接主流路中的与导入口相反侧的端部和第1单电池内燃料流路，第2分支流路连接上述端部和第2单电池内燃料流路，
第1分支流路及第1单电池内燃料流路的总长，和第2分支流路及第2单电池内燃料流路的总长基本相同。
(2)根据(1)所述的燃料电池堆，第1及第2分支流路包括相对第1或第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路部分。
(3)根据(1)或(2)所述的燃料电池堆，第1分支流路和第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第1燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路，第2分支流路和第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路。
(4)根据(1)或(2)所述的燃料电池堆，第1分支流路和第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第1燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路，第2分支流路和第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第2燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路。
(5)根据(1)~(4)中任一项所述的燃料电池堆，第1单电池内燃料流路、第2单电池内燃料流路及单电池外燃料流路的截面积分别在100μm2~1mm2的范围内。
(6)根据(1)~(5)中任一项所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池以使第1阴极侧和第2阴极侧相对的方式分离配置。
(7)根据(1)~(5)中任一项所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池以使第1阴极侧和第2燃料供给部侧相对的方式、或者以使第2阴极侧和第1燃料供给部侧相对的方式分离配置。
(8)根据(1)~(7)中任一项所述的燃料电池堆，包括：第1燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上的2个以上的第1燃料电池单电池构成；配置在第1燃料电池单电池集合体的主面上的第2燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上且与第1燃料电池单电池各自相对配置的2个以上的第2燃料电池单电池构成；和与所有第1及第2燃料电池单电池结合的燃料分配部，
至少在相对配置的第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池中，第1分支流路及第1单电池内燃料流路的总长和第2分支流路及第2单电池内燃料流路的总长基本相同。
(9)根据(8)所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第1燃料电池单电池构成，第2燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第2燃料电池单电池构成。
(10)根据(9)所述的燃料电池堆，在第1燃料电池单电池集合体中，2个以上的第1燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第1燃料电池单电池之间形成间隙，在第2燃料电池单电池集合体中，2个以上的第2燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第2燃料电池单电池之间形成间隙。
(11)根据(9)所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池集合体中使2个以上的第1燃料电池单电池无间隙地线状排列，第2燃料电池单电池集合体中使2个以上的第2燃料电池单电池无间隙地线状排列。
(12)根据(1)~(11)中任一项所述的燃料电池堆，是直接醇型燃料电池。
(13)一种燃料电池系统，包括：
(1)~(12)中任一项所述的燃料电池堆；和
燃料箱，与上述导入口连接，用于收容上述液体燃料。
(14)根据(13)所述的燃料电池系统，还包括送液构件，该送液构件用于促进液体燃料从燃料箱向导入口的流动。
(15)一种燃料电池堆，包括：第1燃料电池单电池，其具备依次具有第1阳极、第1电解质膜和第1阴极的第1膜电极复合体、以及配置在第1阳极侧的第1燃料供给部，该第1燃料供给部具有使液体燃料流通的第1单电池内燃料流路；配置在第1燃料电池单电池的主面上的第2燃料电池单电池，其具备依次具有第2阳极、第2电解质膜和第2阴极的第2膜电极复合体、以及配置在第2阳极侧的第2燃料供给部，该第2燃料供给部具有使液体燃料流通的第2单电池内燃料流路；和燃料分配部，与第1及第2燃料电池单电池结合，进行液体燃料向第1及第2燃料电池单电池的分配，
该燃料分配部具有：用于导入液体燃料的导入口；和单电池外燃料流路，连接导入口和第1及第2单电池内燃料流路，
由第1及第2单电池内燃料流路和单电池外燃料流路构成的燃料流路构成为：以第1及第2单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的连接部分或其附近为界，使从导入口经由单电池外燃料流路流到第1及第2单电池内燃料流路的液体燃料的压力损失变大。
(16)根据(15)所述的燃料电池堆，至少在第1及第2单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的连接部分或其附近，以该连接部分或其附近为基准，导入口侧的燃料流路部分的截面积大于其以外的燃料流路部分的截面积。
(17)根据(16)所述的燃料电池堆，至少在第1及第2单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的连接部分中，单电池外燃料流路的截面积大于第1及第2单电池内燃料流路的截面积。
(18)根据(16)或(17)所述的燃料电池堆，在第1及第2单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的连接部分或其附近的燃料流路内，填充有多孔质体。
(19)根据(15)~(18)中任一项所述的燃料电池堆，
单电池外燃料流路由以下构成：与导入口连接的主流路；第1分支流路，连接主流路中的与导入口相反侧的端部和第1单电池内燃料流路；以及第2分支流路，连接上述端部和第2单电池内燃料流路，
第1及第2分支流路包括相对第1或第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路部分。
(20)根据(19)所述的燃料电池堆，第1分支流路和第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第1燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路，第2分支流路和第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第2燃料电池单电池的主面向基本垂直方向延伸的流路。
(21)根据(19)所述的燃料电池堆，第1分支流路和第1单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第1燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路，第2分支流路和第2单电池内燃料流路在其连接部分中形成相对第2燃料电池单电池的主面基本平行地延伸的流路。
(22)根据(15)~(21)中任一项所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池以使第1阴极侧和第2阴极侧相对的方式分离配置。
(23)根据(15)~(21)中任一项所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池以使第1阴极侧和第2燃料供给部侧相对的方式、或者以使第2阴极侧和第1燃料供给部侧相对的方式分离配置。
(24)根据(15)~(23)中任一项所述的燃料电池堆，包括：
第1燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上的2个以上的第1燃料电池单电池构成；
配置在第1燃料电池单电池集合体的主面上的第2燃料电池单电池集合体，由配置在同一平面上且与第1燃料电池单电池各自相对配置的2个以上的第2燃料电池单电池构成；以及
与所有第1及第2燃料电池单电池结合的上述燃料分配部。
(25)根据(24)所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第1燃料电池单电池构成，第2燃料电池单电池集合体由线状排列的2个以上的第2燃料电池单电池构成。
(26)根据(25)所述的燃料电池堆，在第1燃料电池单电池集合体中，2个以上的第1燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第1燃料电池单电池之间形成间隙，在第2燃料电池单电池集合体中，2个以上的第2燃料电池单电池被配置成在相邻的2个第2燃料电池单电池之间形成间隙。
(27)根据(25)所述的燃料电池堆，第1燃料电池单电池集合体中使2个以上的第1燃料电池单电池无间隙地线状排列，第2燃料电池单电池集合体中使2个以上的第2燃料电池单电池无间隙地线状排列。
(28)根据(15)~(27)中任一项所述的燃料电池堆，是直接醇型燃料电池。
(29)一种燃料电池堆复合体，包括：第1燃料电池堆，是(15)~(28)中任一项所述的燃料电池堆；和第2燃料电池堆，配置在第1燃料电池堆的主面上，是(15)~(28)中任一项所述的燃料电池堆，
其中，第1燃料电池堆的单电池外燃料流路和第2燃料电池堆的单电池外燃料流路彼此连通，
至少在这些单电池外燃料流路的连接部分中，第2燃料电池堆的单电池外燃料流路的截面积大于第1燃料电池堆的单电池外燃料流路的截面积。
(30)一种燃料电池系统，包括：
(15)~(28)中任一项所述的燃料电池堆或(29)所述的燃料电池堆复合体；和
燃料箱，与该燃料电池堆或燃料电池堆复合体连接，用于收容液体燃料。
(31)根据(30)所述的燃料电池系统，还包括送液构件，该送液构件用于促进液体燃料从燃料箱向燃料电池堆或燃料电池堆复合体的流动。
根据本发明，可提供一种包括在厚度方向上层叠的多个燃料电池单电池的燃料电池堆，其可实现对各燃料电池单电池的液体燃料的供给的均匀化、从而可发挥较高输出，此外提供一种使用上述燃料电池堆的燃料电池堆复合体及燃料电池系统。
本发明的上述及其他内容、特征、特点及优点通过参照附图的下述本发明的详细说明可得以进一步明确。
附图说明
图1是表示本发明的第1实施方式的燃料电池堆的一例的概要立体图。
图2是图1所示的II‑II线下的概要截面图。
图3是表示本发明的第1实施方式的燃料电池堆的另一例的概要截面图。
图4是表示本发明的第1实施方式的燃料电池堆的另一例的概要截面图。
图5是表示本发明的第1实施方式的燃料电池堆的另一例的概要截面图。
图6是表示比较例A的燃料电池堆的概要截面图。
图7是表示比较例B的燃料电池堆的概要截面图。
图8是表示比较例C的燃料电池堆的概要截面图。
图9是表示第1实施方式的燃料电池堆具有的第1燃料电池单电池的层构成的一例的概要截面图。
图10A是表示第1流路板的一例的概要俯视图。
图10B是图10A所示的X‑X线下的燃料分配部的概要截面图。
图11A是表示第1流路板的另一例的概要俯视图。
图11B是图11A所示的XI‑XI线下的燃料分配部的概要截面图。
图12是表示第1流路板的另一例的概要俯视图。
图13A是表示第1气化燃料板的一例的概要俯视图。
图13B是图13A所示的XIII‑XIII线下的概要截面图。
图14A是表示第1气化燃料板的另一例的概要俯视图。
图14B是图14A所示的XIV‑XIV线下的概要截面图。
图15是表示本发明的第1实施方式的燃料电池堆的另一例的概要立体图。
图16是表示本发明的燃料电池系统的一例的概要立体图。
图17是表示本发明的燃料电池系统的一例的概要截面图。
图18是表示实施例1中的发电开始后的各燃料电池单电池的电压的时间变化的图。
图19是表示比较例1中的发电开始后的各燃料电池单电池的电压的时间变化的图。
图20是表示对实施例1的燃料电池堆测定了I‑V特性的结果的图。
图21是表示对比较例1的燃料电池堆测定了I‑V特性的结果的图。
图22是表示本发明的第2实施方式的燃料电池堆的一例的概要立体图。
图23是图22所示的XXIII‑XXIII线下的概要截面图。
图24是表示本发明的第2实施方式的燃料电池堆的另一例的概要截面图。
图25是表示本发明的第2实施方式的燃料电池堆的另一例的概要截面图。
图26A及图26B是表示单电池外燃料流路的形状示例的概要截面图。
图27是表示本发明的第2实施方式的燃料电池堆的另一例的概要截面图。
图28是表示第2实施方式的燃料电池堆具有的第1燃料电池单电池的层构成的一例的概要截面图。
图29是表示本发明的燃料电池堆复合体的一例的概要立体图。
图30是表示本发明的燃料电池堆复合体的另一例的概要立体图。
图31是对实施例2的燃料电池堆测定了I‑V特性的结果的图。
图32是对比较例2的燃料电池堆测定了I‑V特性的结果的图。
具体实施方式
以下对本发明以实施方式进行详细说明。
(第1实施方式)
(燃料电池堆)
图1是表示本实施方式的燃料电池堆的一例的概要立体图，图2是图1所示的II‑II线下的概要截面图。这些图所示的燃料电池堆1a由以下构成：共20个燃料电池单电池(10个第1燃料电池单电池20及10个第2燃料电池单电池20’)；以及燃料分配部10，与所有的上述燃料电池单电池结合，向各燃料电池单电池分配提供液体燃料。
(1)燃料电池堆的整体构造
燃料电池堆1a包括：配置在同一平面上的2个以上的第1燃料电池单电池20；和配置在同一平面上的2个以上的第2燃料电池单电池20’。具体而言，燃料电池堆1a包括：第1燃料电池单电池集合体40，由在同一平面上彼此分离且线状地排列的5个第1燃料电池单电池20构成；第2燃料电池单电池集合体50，由在同一平面上彼此分离且线状地排列的5个第2燃料电池单电池20’构成，在第1燃料电池单电池集合体40的主面上(第1燃料电池单电池集合体40的厚度方向的上侧)与第1燃料电池单电池集合体40分离配置；以及燃料分配部10，和所有的第1及第2燃料电池单电池20、20’(所有的第1及第2燃料电池单电池集合体40、50)结合。燃料分配部10与构成燃料电池单电池集合体的燃料电池单电池的排列方向(燃料电池单电池集合体的长度方向)平行地配置，且配置在相对配置的第1及第2燃料电池单电池集合体40、50的侧方，在其侧面，与构成相对配置的第1及第2燃料电池单电池集合体40、50的各第1及第2燃料电池单电池20、20’结合。
在本例中，燃料电池堆1a具有与燃料分配部10中的相对的两个侧面结合的共2个第1燃料电池单电池集合体40、及共2个燃料电池单电池集合体50。构成燃料电池堆1a的燃料电池单电池彼此串联及/或并联地电连接。
并且，第1燃料电池单电池集合体40和第2燃料电池单电池集合体50分离并相对配置，从而在第1燃料电池单电池集合体40和第2燃料电池单电池集合体50之间形成空间30。空间30构成氧化剂(空气等)的供给路径。
构成第2燃料电池单电池集合体50的第2燃料电池单电池20’全部与构成配置在其下方的(相对配置的)第1燃料电池单电池集合体40的第1燃料电池单电池20分别相对配置(在第2燃料电池单电池20’的正下方配置第1燃料电池单电池20)。第1燃料电池单电池20的主面和第2燃料电池单电池20’的主面基本平行。第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’以使它们的阴极侧相对(第1阴极侧和第2阴极侧相对)的方式分离配置。
第1燃料电池单电池20至少具有：第1发电部21，包括依次具有第1阳极、第1电解质膜及第1阴极的第1膜电极复合体；和第1燃料供给部22，配置在第1发电部21的第1阳极侧(参照图1)。第1燃料供给部22具有使液体燃料流通(或者在燃料电池单电池面内扩散流通)的第1单电池内燃料流路23(参照图2)。
同样，第2燃料电池单电池20’至少具有：第2发电部21’，包括依次具有第2阳极、第2电解质膜及第2阴极的第2膜电极复合体；和第2燃料供给部22’，配置在第2发电部21’的第2阳极侧(参照图1)。第2燃料供给部22’具有使液体燃料流通(或者在燃料电池单电池面内扩散流通)的第2单电池内燃料流路23’(参照图2)。
燃料分配部10是用于向各第1及第2燃料电池单电池20、20’分配提供液体燃料的部位，在任意一个的表面具有用于导入液体燃料的导入口11，并在内部具有将导入口11、和第1及第2燃料电池单电池20、20’的第1及第2单电池内燃料流路23、23’连接的单电池外燃料流路15(参照图2)。在燃料电池堆1a中，导入口11设置在上侧表面(和第2燃料电池单电池集合体50中的与第1燃料电池单电池集合体40相反侧的主面形成同一面的表面)的、燃料分配部10的长度方向中央部(构成燃料电池单电池集合体的中央的燃料电池单电池的、相当于燃料电池单电池集合体长度方向的中心部的位置)。
(2)燃料流路构造
燃料电池堆1a具有向构成它的各燃料电池单电池提供液体燃料的燃料流路，如上所述，该燃料流路由以下构成：各燃料电池单电池具有的单电池内燃料流路(第1及第2单电池内燃料流路23、23’)；设置在燃料分配部10、与第1及第2单电池内燃料流路23、23’连接的单电池外燃料流路15。
参照图2，单电池外燃料流路15包括：第1主流路16，从导入口11向相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面基本垂直的方向的下方(靠近第1燃料电池单电池20的方向)延伸；第2主流路17(以下将第1主流路16和第2主流路17统称为“主流路18”)，连接到第1主流路16中的和导入口11相反侧的端部16A，相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面基本平行地(向靠近燃料电池单电池集合体的方向)延伸；第1分支流路19a，连接主流路18中的和导入口11相反侧的端部(第2主流路部17中的和端部16A相反侧的端部)17A、和第1单电池内燃料流路23；第2分支流路19b，连接端部17A和第2单电池内燃料流路23’。
在图2所示的截面中，第2主流路17为了可向配置在燃料分配部10的两个侧面的燃料电池单电池集合体组提供燃料，从端部16A向该两个侧面延伸共2个。第1及第2分支流路19a、19b向相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面基本垂直的方向延伸。
此外，虽未图示，但单电池外燃料流路15中，作为主流路18的一部分而具有第3主流路，其用于向构成第1及第2燃料电池单电池集合体40、50的中央燃料电池单电池以外的燃料电池单电池提供液体燃料，从端部16A向燃料分配部10的长度方向(构成第1及第2燃料电池单电池集合体40、50的燃料电池单电池的排列方向)延伸。在该第3主流路中设置有与中央燃料电池单电池以外的各燃料电池单电池所具有的单电池内燃料流路连接的、和图2同样构造的第2主流路17及第1和第2分支流路19a、19b。即，燃料电池堆1a具有：1个第1主流路16、共10个第2主流路17、1个第3主流路、共10个第1分支流路19a及共10个第2分支流路19b。
在本说明书中，作为燃料流路的一部分的“主流路”是指，分配提供到相对配置的第1燃料电池单电池20及第2燃料电池单电池20’的、液体燃料共同流动的流路，具体而言，是指单电池内燃料流路及第1、第2分支流路以外的燃料流路。
在上述燃料流路构造中，燃料电池堆1a在所有第1燃料电池单电池20和所有第2燃料电池单电池20’之间(从而关于相对配置的第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’)，第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23的总长(从端部17A到第1单电池内燃料流路23的末端的流路长度)、和第2分支流路19b及第2单电池内燃料流路23’的总长(从端部17A到第2单电池内燃料流路23’的末端的流路长度)基本相同。
上述总长的关系通过使用下述第1、第2燃料电池单电池20、20’实现：其在燃料分配部10的厚度方向中央的位置、即在距彼此相对的第1燃料供给部22的主面及第2燃料供给部22’的主面等距离的位置上，使第2主流路17相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面基本平行地配置(因此第1分支流路19a和第2分支流路19b的流路长度相同)，并且在厚度方向上，在第1、第2燃料供给部22、22’的相同位置上配置第1、第2单电池内燃料流路23、23’(因此，参照图2，由相对燃料电池单电池主面向基本垂直的方向延伸的流路部分、和基本平行延伸的流路部分构成的大致L字形的第1单电池内燃料流路23，与同样大致L字形的第2单电池内燃料流路23’的流路长度相同)。
根据具有上述总长关系的燃料电池堆1a，燃料流路虽然包括相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面向基本垂直的方向延伸的第1及第2分支流路19a、19b，但通过毛细管力经过主流路18到达端部17A的液体燃料均匀地分流到第1分支流路19a和第2分支流路19b，通过毛细管力均匀地提供到第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’。
第1单电池内燃料流路23、第2单电池内燃料流路23’及单电池外燃料流路15的截面积，为使液体燃料的移动主要由毛细管力产生，而优选分别在100μm2～1mm2范围内，进一步优选分别在2500μm2～10000μm2范围内。
图3及图4是表示本实施方式的燃料电池堆的其他例子的和图2相同的概要截面图。如这些图所示，对于第1燃料电池单电池20和配置在其主面上的(相对配置的)第2燃料电池单电池20’，也可以不将其配置成使它们的阴极侧相对，而是使任意一方的燃料电池单电池的阴极侧和另一方的燃料电池单电池的燃料供给侧相对、即、使第1阴极侧和第2燃料供给部相对或者使第2阴极侧和第1燃料供给部相对地分离配置。
在图3的例子中，第1、第2单电池内燃料流路23、23’配置为，使相对燃料电池单电池主面基本平行延伸的流路部分各自距第1、第2发电部21、21’的距离相同。但在第1燃料电池单电池20中，在第1燃料供给部22的第1发电部21侧主面上存在第1分支流路19a和第1单电池内燃料流路23的连接部分，而在第2燃料电池单电池20’中，在第2燃料供给部22’的和第2发电部21’相反侧的主面上存在第2分支流路19b和第2单电池内燃料流路23’的连接部分，因此第1单电池内燃料流路23中的相对燃料电池单电池主面向基本垂直的方向延伸的流路部分的流路长度，小于第2单电池内燃料流路23’中的相对燃料电池单电池主面向基本垂直的方向延伸的流路部分的流路长度。
因此，在图3的例子中，为使第1分支流路19a长于第2分支流路19b，从而使第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23的总长、和第2分支流路19b及第2单电池内燃料流路23’的总长基本相同，不在燃料分配部10的厚度方向中央的位置(图3中的X位置)上配置第2主流路17，而比之靠近第2燃料电池单电池20’地配置第2主流路17。
在图4的例子中，第1、第2单电池内燃料流路23、23’中的相对燃料电池单电池主面基本平行延伸的流路部分分别配置在第1、第2燃料供给部22、22’中的厚度方向中央的位置，第1单电池内燃料流路23和第2单电池内燃料流路23’的流路长度相同。因此，在图4的例子中，在燃料分配部10的厚度方向中央的位置(图4中的X位置)上配置第2主流路17，从而实现上述总长的关系。
以上列举的例子中，图2的例子具有以下优点。
(i)相对配置第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’，以使第1阴极侧和第2阴极侧相对，因此可使燃料电池堆1a的最厚部分的厚度(图2中的T)小于图3及图4中的例子。
(ii)和图3及图4的例子不同，可共用用于第1燃料电池单电池20的氧化剂供给路径和用于第2燃料电池单电池20’的氧化剂供给路径(即，是共用空间30的氧化剂供给路径)。
(iii)和图3及图4不同，作为第1燃料电池单电池20及第2燃料电池单电池20’可使用相同构造的燃料电池单电池(在图3及图4的例子中，使用单电池内燃料流路构造不同的燃料电池单电池)。
(iv)和图4的例子不同，在实现上述总长关系的基础上，无需将第1、第2单电池内燃料流路23、23’中的相对燃料电池单电池主面基本平行延伸的流路部分配置在第1、第2燃料供给部22、22’中的厚度方向中央的位置。
并且，在图2~图4的例子中，第1分支流路19a和第1单电池内燃料流路23、第2分支流路19b和第2单电池内燃料流路23’被连接成，在它们的连接部分中形成相对第1燃料电池单电池20、第2燃料电池单电池20’的主面向基本垂直的方向延伸的流路，但不限于此。例如如图5所示，也可是：第1分支流路19a和第1单电池内燃料流路23、第2分支流路19b和第2单电池内燃料流路23’被连接成，在它们的连接部分中形成相对第1燃料电池单电池20、第2燃料电池单电池20’的主面基本平行延伸的流路。这种情况下，第1及第2分支流路19a、19b例如可以是由相对燃料电池单电池主面向基本垂直方向延伸的流路部分和基本平行延伸的流路部分构成的大致L字形的流路，第1及第2单电池内燃料流路23、23’可由相对燃料电池单电池主面基本平行延伸的流路构成。
图5的例子的燃料流路构造可省略燃料分配部10的一部分(图5中Y所示的区域)或者减小该区域的宽度，从而具有可减小燃料电池单电池的宽度、进而减小燃料电池堆的宽度的优点。
此外，图6~图8表示作为本发明的比较例的、不满足上述总长关系的燃料电池堆的例子(分别是比较例A~C)。图6~图8均是燃料电池堆的和图2相同的概要截面图。
图6所示的比较例A的燃料电池堆，除了在燃料分配部10的厚度方向中央的位置(图6中的X位置)配置第2主流路17以外，和图3的例子相同。这样一来，第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23的总长，小于第2分支流路19b及第2单电池内燃料流路23’的总长。
图7所示的比较例B的燃料电池堆是在燃料分配部10上进一步配置了包括单电池外燃料流路15的一部分的第2燃料分配部10’的例子。在该比较例中，单电池外燃料流路15由以下构成：由第1主流路16构成的主流路、由流路19a1及大致L字形的流路19a2构成的第1分支流路19a、及大致L字形的第2分支流路19b。第1分支流路19a的流路长度和第2分支流路19b的流路长度不同，因此不满足上述总长关系。并且，通过第2燃料分配部10’的设置，最厚部分的厚度(图7中的T)变得相当大。
图8所示的比较例C的燃料电池堆，除了单电池外燃料流路15由以下构成以外和图5的例子相同：由第1主流路16构成的主流路、由流路19a1及流路19a2构成的第1分支流路19a、及第2分支流路19b。因第1分支流路19a的流路长度和第2分支流路19b的流路长度不同，所以不满足上述总长关系。
(3)第1燃料电池单电池
图9是表示第1燃料电池单电池20的层构成的一例的概要截面图，表示相对图2所示的截面垂直的方向的截面。在图9所示的例子中，第1燃料电池单电池20由以下构成：第1膜电极复合体104，依次具有第1阳极102、第1电解质膜101及第1阴极103；第1阳极集电层105，层叠在第1阳极102上并与其电连接；第1阴极集电层106，层叠在第1阴极103上并与其电连接；第1阳极保湿层107，以与第1阳极集电层105接触的方式层叠在第1阳极集电层105上；第1阴极保湿层108，以与第1阴极集电层106接触的方式层叠在第1阴极集电层106上；第1流路板22a，配置在第1阳极102侧，具有用于使液体燃料流通(在燃料电池单电池面内扩散流通)的第1单电池内燃料流路23；第1气液分离层112，配置在第1膜电极复合体104和第1流路板22a之间，可透过液体燃料的气化成分；第1气化燃料板113，配置在第1气液分离层112和第1阳极保湿层107之间，具有气化燃料收容部113a；以及第1夹层111，以覆盖第1单电池内燃料流路23的方式配置在第1气液分离层112和第1流路板22a之间。
在图9所示的例子中，第1发电部21由第1阴极保湿层108、第1阴极集电层106、第1膜电极复合体104、第1阳极集电层105及第1阳极保湿层107构成，第1燃料供给部22由第1气化燃料板113、第1气液分离层112、第1夹层111及第1流路板22a构成。
(第1电解质膜)
构成第1膜电极复合体104的第1电解质膜101具有以下功能：从第1阳极102向第1阴极103传送质子的功能；保持第1阳极102和第1阴极103的电绝缘性，防止短路的功能。第1电解质膜101的材质只要是具有质子传导性、且具有电绝缘性的材质即可，无特别限定，可使用高分子膜、无机膜或复合膜。作为高分子膜，例如包括作为全氟磺酸类电解质膜的、Nafion(注册商标，杜邦公司/DuPont制造)、アシプレツクス(Aciplex，注册商标，旭化成公司制造)、フレミオン(Flemion，注册商标，旭硝子公司制造)等。并且也可使用苯乙烯类接枝聚合物、三氟苯乙烯衍生共聚物、磺化聚芳醚、磺化聚醚醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚苯并咪唑、膦化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈等烃类电解质膜等。
作为无机膜，例如包括由磷酸玻璃、硫酸氢铯、聚磷钨酸、聚磷酸铵等构成的膜。作为复合膜，包括钨酸、硫酸氢铯、聚磷钨酸等无机物和聚酰亚胺、聚醚醚酮、全氟磺酸等有机物的复合膜等。第1电解质膜101的厚度例如是1~200μm。
(第1阳极及第1阴极)
在层叠于第1电解质膜101的一个表面的第1阳极102及层叠于另一个表面的第1阴极103上分别设置催化剂层，该催化剂层由至少含有催化剂和电解质的多孔质层构成。在第1阳极102中，催化剂(阳极催化剂)催化从燃料生成质子和电子的反应，电解质具有将生成的质子传导到第1电解质膜101的功能。在第1阴极103中，催化剂催化从在电解质中传送来的质子和氧化剂(空气等)生成水的反应。
第1阳极102及第1阴极103的催化剂也可由碳、钛等导电体的表面承载，其中优选由具有羟基、羧基等亲水性官能团的碳、钛等导电体的表面承载。这样一来，可提高第1阳极102及第1阴极103的保水性。通过提高保水性，可改善伴随着质子移动的第1电解质膜101的电阻、第1阳极102及第1阴极3中的电位分布。
第1阳极102及第1阴极103可分别具有在催化剂层上层叠的阳极导电性多孔质层(阳极气体扩散层)、阴极导电性多孔质层(阴极气体扩散层)。这些导电性多孔质层具有在面内使提供到第1阳极102、第1阴极103的气体(气化燃料或氧化剂)扩散的功能，并具有与催化剂层进行电子交换的功能。作为阳极导电性多孔质层及阴极导电性多孔质层，由于比电阻较小、抑制了电压下降，而优选使用由以下材料构成的多孔质材料：碳材料；导电性高分子；Au、Pt、Pd等贵金属；Ti、Ta、W、Nb、Ni、Al、Cu、Ag、Zn等过渡金属；这些金属的氮化物或碳化物等；以不锈钢为代表的含有这些金属的合金等。当使用Cu、Ag、Zn等在酸性气氛下耐蚀性差的金属时，可通过Au、Pt、Pd等具有耐蚀性的贵金属、导电性高分子、导电性氮化物、导电性碳化物、导电性氧化物等进行表面处理(皮膜形成)。具体而言，作为阳极导电性多孔质层及阴极导电性多孔质层，例如优选使用：上述贵金属、由过渡金属或合金构成的发泡金属、金属织物及金属烧结体；含有碳纸、碳布、碳粒子的环氧树脂膜等。
(第1阳极集电层及第1阴极集电层)
第1阳极集电层105、第1阴极集电层106分别层叠在第1阳极102上、第1阴极103上。第1阳极集电层105及第1阴极集电层106分别具有聚集第1阳极102、第1阴极103中的电子的功能、和进行电布线的功能。集电层的材质，因比电阻较小、即使在面方向取出电流也可抑制电压下降，而优选金属，其中进一步优选具有电子传导性、在酸性气氛下具有耐蚀性的金属。作为这种金属包括：Au、Pt、Pd等贵金属；Ti、Ta、W、Nb、Ni、Mo、Co、Al、Cu、Ag、Zn等过渡金属；这些金属的氮化物或碳化物等；以不锈钢为代表的含有这些金属的合金等。当使用Cu、Ag、Zn等在酸性气氛下耐蚀性差的金属时，可通过Au、Pt、Pd等具有耐蚀性的贵金属、导电性高分子、导电性氮化物、导电性碳化物、导电性氧化物等，进行表面处理(皮膜形成)。此外，阳极导电性多孔质层及阴极导电性多孔质层例如由金属等构成，当导电性较高时，第1阳极集电层及第1阴极集电层也可省略。
具体而言，第1阳极集电层105可以是平板，该平板具有用于将气化燃料向第1阳极102引导的、在厚度方向上贯通多个贯通孔(开口)，具有由上述金属材料等构成的网状或冲压金属形状。该贯通孔也作为将通过第1阳极102的催化剂层生成的副产气体(CO2气体等)引导到气化燃料收容部113a侧的路径发挥作用。同样，第1阴极集电层106可以是平板，该平板具有用于将氧化剂(例如燃料电池外部的空气)向第1阴极103的催化剂层供给的、在厚度方向上贯通多个贯通孔(开口)，具有由上述金属材料等构成的网状或冲压金属形状。
(第1流路板)
第1流路板22a可是在第1阳极102侧表面形成有用于使液体燃料流通的第1单电池内燃料流路23的板状体。第1单电池内燃料流路23例如可由形成在上述板状体的一个表面的槽(凹部)构成。第1单电池内燃料流路23的形状(图案)无特别限定，优选在流路板表面的尽可能大的范围内均匀配置，以便可将气化燃料尽量均匀地提供到第1阴极102的整个面。
图10A、图11A及图12表示第1单电池内燃料流路23的流路图案的例子。这些图所示的第1单电池内燃料流路23(斜线部)均由槽(凹部)构成。图10A及图11A以概要俯视图表示第1流路板22a中的第1单电池内燃料流路23的形成面，并且以概要俯视图表示以例如图2所示使第1单电池内燃料流路23和燃料分配部10的单电池外燃料流路15连接的方式在第1流路板22a上层叠了燃料分配部10的一部分的状态。图10B及图11B分别是图10A、图11A所示的X‑X线、XI‑XI线下的燃料分配部10的概要截面图。
在图10A及10B的例子中，第1流路板22a的第1单电池内燃料流路23和燃料分配部10的单电池外燃料流路15(具体而言是第1分支流路19a)的连接点仅为1点(即第1单电池内燃料流路23的入口仅为一个)，但第1单电池内燃料流路23具有梳齿状分支的构造，具有彼此基本平行且等间隔地延伸的共5个分支流路。通过该分支构造，可从第1阳极102整个面均匀地提供气化燃料。
因此，在第1、第2单电池内燃料流路23、23’的入口仅有一个，第1、第2单电池内流路23、23’由多个分支流路构成时(一个第1、第2单电池内燃料流路23、23’分别在朝向末端的中途分支为多个流路时)，第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23的总长(从端部17A到第1单电池内燃料流路23的末端的流路长度)、和第2分支流路19b及第2单电池内燃料流路23’的总长(从端部17A到第2单电池内燃料流路23’的末端的流路长度)基本相同是指，对于第1、第2单电池内燃料流路23、23’具有的相对配置的分支流路(在流路板面方向上位于同一位置的分支流路)，上述总长分别基本相同。即，由第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23构成的、从端部17A到第1单电池内燃料流路23的末端的多个路径中，作为第1单电池内燃料流路23选择包括某个分支流路的路径，在从端部17A到第2单电池内燃料流路23’的末端的多个路径中，选择包括和以上选择的分支流路相对配置的分支流路的路径，当比较它们的流路长度时满足上述总长关系，所述关系对相对配置的所有分支流路均满足。作为典型采用如下构成：在和包括第1流路板22a的第1燃料电池单电池20相对配置的第2燃料电池单电池20’的流路板(第2流路板)中，具有和第1流路板22a所具有的第1单电池内燃料流路23相同形状的第2单电池内燃料流路23’。
另一方面，如图11A及11B所示，使单电池外燃料流路15的第1分支流路19a为分枝状(参照图11B)，与之相伴，设置多个第1单电池内燃料流路23的入口，并且可和图10A的例子一样由多个分支流路构成第1单电池内燃料流路23(在图11A及11B的例子中，入口有4个，第1单电池内燃料流路23具有5个分支流路)。第1、第2单电池内燃料流路23、23’均具有该构造时，第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23的总长(从端部17A到第1单电池内燃料流路23的末端的流路长度)、和第2分支流路19b及第2单电池内燃料流路23’的总长(从端部17A到第2单电池内燃料流路23’的末端的流路长度)基本相同是指，在从端部17A到第1单电池内燃料流路23的末端的多个路径中选择了任意一个路径的情况下，且在从端部17A到第2单电池内燃料流路23’的末端的多个路径中选择了任意一个路径的情况下，在比较这些流路长度时满足上述总长关系。作为典型采用以下构成：在和包括第1流路板22a的第1燃料电池单电池20相对配置的第2燃料电池单电池20’的流路板(第2流路板)中，具有和第1流路板22a所具有的第1单电池内燃料流路23相同形状的第2单电池内燃料流路23’。
图12是表示第1流路板的另一例的概要俯视图，表示第1单电池内燃料流路23的流路图案的另一例。图12的流路形状和图11A类似，但和图11A的不同点是，第1单电池内燃料流路23延伸到第1流路板22a的一个端面(侧面)，4个入口设置在该端面上。这种构造的流路板可用于如图5所示的燃料电池堆那样在流路板的侧面连接单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的方式。
第1流路板22a可由塑料材料或金属材料等制造。作为塑料材料，例如可包括：聚苯硫醚(PPS)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。作为金属材料例如除了钛、铝等外，还可使用不锈钢、镁合金等合金材料。
(第1气化燃料板)
图13A是表示在图9所示的第1燃料电池单电池20中使用的第1气化燃料板113的概要俯视图，图13B是图13A所示的XIII‑XIII线下的概要截面图。第1气化燃料板113是在第1膜电极复合体104和第1气液分离层112之间形成用于收容气化燃料的空间(即气化燃料收容部113a)的部件。在图9的例子中，第1气化燃料板113以与第1阳极保湿层107接触的方式配置在第1阳极保湿层107和第1气液分离层112之间。第1气化燃料板113具有作为在厚度方向贯通的贯通口的气化燃料收容部113a、及连通气化燃料收容部113a和第1气化燃料板113外部的连通路径113b。连接路径113b是用于将通过第1电极102生成的副产气体(CO2气体等)排出到燃料电池单电池外部的路径。
连通路径113b设置在第1气化燃料板113的周边部，由从气化燃料收容部113a延伸到该周边部的端面的槽(凹部)构成。连通路径113b的出口例如设置在与结合燃料分配部10的燃料电池单电池侧面相对的侧面上。
通过在第1单电池内燃料流路23上经由第1气液分离层112设置气化燃料收容部113a，促进了提供到第1阳极102的气化燃料浓度的第1阳极102面内的均匀化及气化燃料量的最佳化。
设置气化燃料收容部113a可具有以下优点。
(i)因气化燃料收容部113a中存在的空气层，可实现第1膜电极复合体104和第1单电池内燃料流路23之间的隔热。这样一来，可抑制第1单电池内燃料流路23内的液体燃料的温度过度上升造成的交叉(crossover)。这也有利于抑制燃料电池单电池的内部温度的失控和内压上升的抑制。
(ii)第1阳极102中生成的CO2气体等副产气体随着发电而产生的热到达气化燃料收容部113a内，接着通过连通路径113b，排出到燃料电池单电池外部。这样一来，可大幅降低燃料电池单电池内部积蓄的热量，因此可抑制包括第1单电池内燃料流路23在内的整个燃料电池单电池的过度的温度上升。这也有利于抑制燃料电池单电池的内部温度的失控和内压上升。尤其是，通过在第1气化燃料板113上设置连通路径113b(副产气体的排出口)，难以产生向第1单电池内燃料流路23的热传导，因此更加难以产生第1单电池内燃料流路23内存在的液体燃料的过度的温度上升、及随之产生的交叉及温度失控。
(iii)能够从连通路径113b良好地排出副产气体，因此可抑制副产气体的排出不良造成的燃料供给障碍，可良好地进行对第1阳极102的燃料供给。这样一来，可获得稳定的发电特性。并且，由于能够从连通路径113b良好地排出副产气体，因此可抑制副产气体侵入到第1单电池内燃料流路23内。这样一来，对第1阳极102可稳定地提供充分量的气化燃料，因此可提高燃料电池单电池的输出稳定性。
第1气化燃料板113的厚度例如可以是100~1000μm左右，在薄至100~300μm时，也可充分获得上述效果。
第1气化燃料板113具有的贯通口(气化燃料收容部113a)，从第1膜电极复合体104和第1单电池内燃料流路23之间的隔热性的角度出发，如图13A所示，优选尽量增大相对于第1气化燃料板113的面积的开口率，因此第1气化燃料板113优选具有尽量大的贯通口的框形。
贯通口的开口率、即贯通口的开口面积(如下所示，第1气化燃料板113可具有2个以上的贯通口，此时是它们的开口面积的总和)相对第1气化燃料板113的面积的比率，优选50%以上，进一步优选60%以上。增大贯通口的开口率，在提高使气化燃料收容部113a的、提供到第1阳极102的燃料浓度均匀化的功能上较为有利，在确保对第1阳极102的充分的燃料供给方面也较为有利。此外，贯通口的开口率通常是90%以下。
连通路径113b不限为设置在第1气化燃料板113的周边部的槽(凹部)，也可是在厚度方向贯通的贯通孔，从强度角度出发，优选由槽(凹部)构成。从第1气化燃料板113的强度的角度出发，连通路径113b的深度优选是第1气化燃料板113的厚度的75%左右。
图14A是表示第1气化燃料板的另一例的概要俯视图，图14B是表示图14A所示的XIV‑XIV线下的概要截面图。如图14A所示，第1气化燃料板可具有2个以上的贯通口。图14A及14B所示的第1气化燃料板114具有纵横2列排列的共4个贯通口114a。这也可以说是在较大的贯通口的纵向及横向上设置梁而分割为4个。该具有多个贯通口的(设置了梁的)第1气化燃料板提高了面内方向的刚性，因此在获得对冲击等的强度良好的燃料电池单电池这一点上较为有利。并且，和图13A及13B所示的不设置梁的构造相比，还存在以下优点：难以发生因配置在第1气化燃料板的上下的部件的热等引起的膨胀等所造成的贯通口的堵塞。
第1气化燃料板具有2个以上的贯通口时，设置在其周边部的连通路径可按各贯通口而设置和贯通口数相同的个数，也可设置比贯通口个数少或者多的个数的连通路径。在图14A及14B的例子中，对4个贯通口114a设置2个连通路径114b。因此，可不按各贯通口设置连通路径，但此时如图14A所示，未设置连通路径114b的贯通口(图14A中的下2个贯通口114a)通过连接路径114c而与设置了连通路径114b的贯通口(图14A中的上2个贯通口114a)在空间上连接。连接路径114c和连通路径114b一样，可以是在贯通口之间的梁上设置的槽(凹部)(参照图14B)。通过设置连接路径114c，可将进入到未设置连通路径114b的贯通口内的副产气体，通过连通路径114b排出到外部。
为提高到达第1气化燃料板的贯通口(气化燃料收容部)的副产气体向外部的排出效率，或者为提高使地1气化燃料板的提供到第1阳极102的燃料的浓度均匀化的功能，优选设置连接路径114d(参照图14A)，其在空间上连接设置了连通路径114b的贯通口之间及/或未设置连通路径114b的贯通口之间。
连通路径的截面积(具有2个以上的连通路径时，是它们的截面积的总和)S1和第1气化燃料板的侧面的总面积S0的比S1/S0，为进行副产气体及随之的热的排出而需要大于0，优选是0.002以上。并且，优选小于0.3，更优选小于0.1，进一步优选小于0.05。该比为0.3以上时，易产生燃料泄漏、空气混入，发电稳定性会下降。
将所有连通路径设置在与结合了燃料分配部10的燃料电池单电池侧面相对的侧面等时，第1气化燃料板具有的4个周边部中，仅对任意一个周边部设置1个或2个以上的连通路径时，连通路径的截面积(具有2个以上的连通路径时，是它们的截面积的总和)S1和设置了连通路径的周边部中的侧面的截面积S2的比S1/S2，基于和上述同样的理由，优选为0.008以上。
第1气化燃料板的材质可以是塑料、金属或非多孔质性的碳材料等。作为塑料，例如包括：聚苯硫醚(PPS)、聚酰亚胺(PI)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、丙烯腈‑丁二烯‑苯乙烯(ABS)、聚氯乙烯、聚乙烯(PE)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚醚醚酮(PEEK)、聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯(PVDF)等。作为金属例如除了钛、铝等外，还可使用不锈钢、镁合金等合金材料。
其中，第1气化燃料板优选由金属、聚苯硫醚(PPS)或者聚酰亚胺(PI)等刚性大的材质构成。当使用刚性大的气化燃料板时，能够通过热冲压(热压)进行第1气化燃料板和与之相邻的部件的接合，因此可降低燃料电池单电池的厚度、发电特性的不均。并且，在热冲压时，可有效防止连通路径的堵塞。
此外，第1气化燃料板也可省略，但为获得上述效果，优选设置第1气化燃料板。
(第1气液分离层)
在第1膜电极复合体104和第1流路板22a之间，配置在下述夹层111的第1阳极102侧表面上的第1气液分离层112，是具有气化燃料透过性(可透过液体燃料的气化成分的性质)、且具有液体燃料不透过性的防水性的多孔质层，是具有可对第1阳极102进行燃料的气化供给的气液分离功能的层。第1气液分离层112具有将提供到第1阳极102的气化燃料的量或浓度控制(限制)为适当的量并且使之均匀化的功能。通过设置第1气液分离层112，可有效抑制燃料的交叉，第1膜电极复合体104难以产生温度不均，可维持稳定的发电状态。
作为第1气液分离层112，对于使用的燃料，只要具有气液分离功能即可，无特别限定。例如可包括由聚四氟乙烯(PTFE)、聚偏氟乙烯等氟类树脂、进行了防水化处理的硅树脂等构成的多孔质膜或者多孔质片材，具体而言例如是作为由聚四氟乙烯构成的多孔质薄膜的日东电工(株)制造的テミツシユ(TEMISH(注册商标))的“NTF2026A‑N06”、“NTF2122A‑S06”。
从赋予气化燃料透过性及液体燃料不透过性的角度出发，第1气液分离层112具有的细孔的最大细孔直径优选0.1~10μm，更优选0.5~5μm。最大细孔直径可和下述第1夹层111一样地通过使用甲醇等测定泡点来求出。第1气液分离层112相对下述水的接触角通常为80度以上，典型的是90度以上。
第1气液分离层112的厚度无特别限定，但为充分体现上述功能，优选为20μm以上，更优选50μm以上。并且，从燃料电池单电池薄型化的角度出发，第1气液分离层112的厚度优选500μm以下，更优选300μm以下。
(第1夹层)
以覆盖第1流路板22a的第1阳极102侧表面(因此是形成第1单电池内燃料流路23的槽(凹部))的方式配置在第1气液分离层112和第1流路板22a之间的第1夹层111，优选是相对于水的接触角小于70度的具有亲水性的层。通过将该层配置成覆盖第1单电池内燃料流路23，液体燃料基于第1夹层111具有的亲水性而被拉入到第1单电池内燃料流路23内，因此可降低第1单电池内燃料流路23内部的液体燃料的压力损失。这样一来，可提高对第1单电池内燃料流路23的燃料供给效率及第1流路板22a面内的液体燃料的扩散性、乃至对第1阳极102的气化燃料的供给效率及第1阳极102面内的燃料供给的均匀性。第1夹层111相对水的接触角根据JIS R 3257(基板玻璃表面的湿润性试验)来测定。
第1夹层111优选对液体燃料具有毛细管作用，为更有效地降低第1单电池内燃料流路23内液体燃料的压力损失，优选具有较大的毛细管力。从这一角度出发，第1夹层111优选具有细孔，其最大细孔直径优选为1μm以下，进一步优选为0.7μm以下。
第1夹层111的最大细孔直径可通过测定下述泡点获得，作为这以外的方法，可通过水银压入法测定。但在水银压入法中，只能测定0.005μm~500μm的细孔分布，因此当该范围外的细孔不存在或可忽略时，是有效的测定手段。
第1夹层111虽无特别限定，但测定介质为甲醇时的泡点例如可以是5kPa以上的程度。赋予更高的毛细管力时，泡点优选较高。从这一角度出发，泡点可以是30kPa以上，进一步可以是50kPa以上。
另一方面，发电过程中，在第1单电池内燃料流路23或单电池外燃料流路15中的液体燃料内产生的气泡，经由第1夹层111及第1气液分离层112逃逸到气化燃料收容部113a侧，可排出到燃料电池单电池外，在考虑到以上情况的实施方式中，第1夹层111的泡点优选较低。在该实施方式中，第1夹层111的亲水性(表面湿润性)主要有利于降低第1单电池内燃料流路23内部的液体燃料的压力损失。
并且，第1夹层111的设置存在以下优点：通过在第1夹层111内可保持液体燃料，而可有效防止第1阳极102中产生的副产气体侵入到第1单电池内燃料流路23内。并且，可防止第1阳极102中产生的副产气体侵入到第1单电池内燃料流路23内意味着，副产气体向燃料电池单电池外部的排出通道缩小成从第1气化燃料板113的连通路径的排出通道，因此，可促进副产气体从连通路径的排出及随之的热的排出，并且可有效抑制向第1单电池内燃料流路23的热传导。从而，可更有效地抑制包括第1单电池内燃料流路23在内的整个燃料电池单电池的过度的温度上升以及与之相伴的交叉及温度失控。
泡点是从被液体介质湿润的层(膜)的内侧施加空气压力时在层(膜)的表面确认产生气泡的最小压力。泡点ΔP由下式(1)定义。
ΔP[Pa]＝4γcosθ/d    (1)
(γ是测定介质的表面张力[N/m]，θ是层(膜)的材料和测定介质的接触角，d是层(膜)具有的最大细孔直径。)。泡点是以甲醇为测定介质并根据JIS K 3832测定的。
作为第1夹层111例如可选自由高分子材料、金属材料或无机材料等构成的多孔质层、高分子膜，具体示例如下。
(i)由下述材料构成的多孔质层。聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等氟类树脂；丙烯酸类树脂；ABS树脂；聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类树脂；聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯类树脂；醋酸纤维素、硝化纤维素、离子交换纤维素等纤维素类树脂；尼龙；聚碳酸酯类树脂；聚氯乙烯等氯类树脂；聚醚醚酮；聚醚砜；玻璃；陶瓷；不锈钢、钛、钨、镍、铝、钢等金属材料。多孔质层可以是由这些材料构成的发泡体、烧结体、无纺布或纤维(玻璃纤维等)等。
(ii)由下述材料构成的高分子膜。全氟磺酸类聚合物；苯乙烯类接枝聚合物、三氟苯乙烯衍生共聚物、磺化聚芳醚、磺化聚醚醚酮、磺化聚酰亚胺、磺化聚苯并咪唑、膦化聚苯并咪唑、磺化聚磷腈等烃类聚合物等电解质膜材料。这些高分子膜作为三维连接的高分子间的间隙，具有纳米级的细孔。
以上列举的材料中，将防水性材料作为基材使用时，通过导入亲水性官能团等方法实施亲水化处理，提高细孔表面对水的湿润性，从而可将接触角调节到小于70度。
第1夹层111的厚度没有特别限定，从燃料电池单电池薄型化的角度出发，优选为20~500μm，进一步优选50~200μm。
第1燃料电池单电池20也可不具有第1夹层111。这种情况下，在第1流路板22a的第1阳极102侧表面上直接层叠第1气液分离层112，以覆盖第1单电池内燃料流路23。根据该构成，即使因发电时的温度上升而从液体燃料中的溶存气体产生气泡，也可将其推出到气化燃料收容部113a侧，因此可防止该气泡堵塞第1单电池内燃料流路23。另一方面，当设置第1夹层111时，如上所述，优选使用泡点较低的材料，或者将用于排出上述气泡的路径设置在燃料电池单电池单元内(例如连通第1单电池内燃料流路23末端和燃料电池单电池单元外的路径等)。
(第1阴极保湿层及第1阳极保湿层)
第1阴极保湿层108配置在第1阴极103上，优选配置在第1阴极集电层106上，是为了防止第1阴极103产生的水从第1阴极103侧散发到燃料电池单电池外而任意设置的层。通过设置第1阴极保湿层108，可使第1阴极103中产生的水不散发到燃料电池单电池外部，而经由第1电解质膜101有效地返回到第1阳极102，有效利用于第1阳极102中的反应。
第1阳极保湿层107配置在第1阳极102或者第1阳极集电层105与气化燃料收容部113a之间，是为了防止第1阳极102内的水分从第1阳极102侧散发到第1膜电极复合体104外(例如气化燃料收容部113a)、保持在第1阳极102内而任意设置的层。通过设置第1阳极保湿层107，可使在第1阴极103产生并经由第1电解质膜101到达第1阳极102的水不散发到第1膜电极复合体104外，而良好地保持在第1阳极102内。这样一来，该水有效利用于第1阳极102中的反应，所以可提高第1阳极102中的反应效率，稳定发挥较高的发电特性。尤其是通过与第1阴极保湿层108并用，可更有效地获得该效果。
并且，第1阴极保湿层108及第1阳极保湿层107的设置，在防止第1电解质膜101干燥、及随之的单元电阻的增大和发电特性的下降的方面也较有效。
第1阴极保湿层108及第1阳极保湿层107由以下材料构成：具有可透过气化燃料或来自燃料电池外部的氧化剂(空气等)的透气性，不溶于水，且具有保湿性(不散发水的性质)的材料。具体而言可是由以下材料构成的多孔性膜(多孔质层)：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等氟类树脂；丙烯酸类树脂；聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类树脂；聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯类树脂；聚氨酯类树脂；聚酰胺类树脂；聚缩醛类树脂；聚碳酸酯类树脂；聚氯乙烯等氯类树脂；聚酯类树脂；聚亚苯基类树脂；进行了防水化处理的硅树脂等。这些保湿层可以是由上述高分子构成的发泡体、纤维束、纺纤维、无纺纤维、或者它们的组合等。
第1阴极保湿层108优选具有可透过来自燃料电池单电池外部的氧化剂(空气等)的透气性、且具有保湿性(不散发水的性质)，因此其孔隙率优选30%以上90%以下，进一步优选50%以上80%以下。当孔隙率超过90%时，可能难以将第1阴极103产生的水保持在燃料电池单电池内。另一方面，当孔隙率小于30%时，妨碍了来自燃料电池单电池外部的氧化剂(空气等)的扩散，第1阴极103中的发电特性容易下降。
第1阳极保湿层107优选具有可透过气化燃料或在催化剂层生成的副产气体(CO2气体等)等的透气性、且具有保湿性(不散发水的性质)，因此其孔隙率优选50%以上90%以下，进一步优选60%以上80%以下。当孔隙率超过90%时，可能难以将通过第1阴极103产生并经由第1电解质膜101到达第1阳极102的水保持在第1膜电极复合体104内。另一方面，当孔隙率小于50%时，妨碍了气化燃料及在催化剂层生成的副产气体(CO2气体等)等的扩散，第1阳极102中的发电特性容易下降。
第1阴极保湿层108及第1阳极保湿层107的孔隙率可如下计算：测定该保湿层的容积和重量，求出该保湿层的比重，根据其与材料的比重，通过下式(2)求出。
孔隙率(%)＝{1‑(保湿层的比重/材料比重)}×100(2)
第1阴极保湿层108及第1阳极保湿层107的厚度没有特别限定，为充分体现上述功能，优选为20μm以上，更优选为50μm以上。并且，从燃料电池单电池薄型化的角度出发，优选为500μm以下，更优选为300μm以下。
第1阴极保湿层108及第1阳极保湿层107希望并不具有以下的性质：自身具有较高的吸水性，一旦取入吸收的液状水就不排出到外部。因此优选具有防水性。从这一角度出发，这些保湿层在上述材料中优选由以下材料构成的多孔质膜(多孔质层)：聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等氟类树脂；进行了防水化处理的硅树脂等。具体而言，例如是作为由聚四氟乙烯构成的多孔质薄膜的日东电工(株)制造的テミツシユ(TEMISH(注册商标))的“NTF2026A‑N06”、“NTF2122A‑S06”。
第1阳极保湿层107优选：在第1阳极102上配置第1阳极集电层105，以与该第1阳极集电层105接触的方式层叠在第1阳极集电层105上。这样一来，可更有效地防止第1阳极102内的水分散发到第1膜电极复合体104外。
此外，第1阴极保湿层108及第1阳极保湿层107根据需要设置，可省略其中的至少任意一个。
(第1单电池内燃料流路的厚度方向位置的调整)
在本实施方式中，为满足上述总长的关系，例如如图2~图5所示调整第1燃料供给部22中的第1单电池内燃料流路23的厚度方向位置。该调整可通过对预定深度的第1单电池内燃料流路23调节第1流路板22a的厚度、或调整第1流路板22a上层叠的第1气化燃料板113、第1气液分离层112及/或第1夹层111的厚度(根据情况，省略第1气化燃料板113、第1气液分离层112及/或第1夹层111)来进行。
(燃料电池单电池的类型)
第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’、本发明的燃料电池堆)可以是固体高分子型燃料电池、或者以醇或醇的水溶液为液体燃料的直接醇型燃料电池等，尤其优选直接醇型燃料电池(尤其是直接甲醇型燃料电池)。作为液体燃料，例如包括：甲醇、乙醇等醇类；二甲氧基甲烷等缩醛类；蚁酸等羧酸类；蚁酸甲酯等酯类；以及它们的水溶液。液体燃料不限为一种，也可是2种以上的混合物。从低成本、单位体积的高能量密度、高发电效率等角度出发，优选使用甲醇水溶液或纯甲醇。并且，作为提供到阴极的氧化剂气体，优选空气或氧气，尤其优选空气。
(4)第2燃料电池单电池
第2燃料电池单电池20’例如和第1燃料电池单电池20一样，由以下构成：第2膜电极复合体，依次具有第2阳极、第2电解质膜及第2阴极；第2阳极集电层，层叠在第1阳极上并与其电连接；第2阴极集电层，层叠在第2阴极上并与其电连接；第2阳极保湿层，以与第2阳极集电层接触的方式层叠在第2阳极集电层上；第2阴极保湿层，以与第2阴极集电层接触的方式层叠在第2阴极集电层上；第2流路板，配置在第2阳极侧，具有使液体燃料流通(在燃料电池单电池面内扩散流通)的第2单电池内燃料流路23’；第2气液分离层，配置在第2膜电极复合体和第2流路板之间，可透过液体燃料的气化成分；第2气化燃料板，配置在第2气液分离层和第2阳极保湿层之间，具有气化燃料收容部；以及第2夹层，以覆盖第2单电池内燃料流路23’的方式配置在第2气液分离层和第2流路板之间。
在该例中，第2发电部21’由第2阴极保湿层、第2阴极集电层、第2膜电极复合体、第2阳极集电层及第2阳极保湿层构成，第2燃料供给部22’由第2气化燃料板、第2气液分离层、第2夹层及第2流路板构成。
对构成第2燃料电池单电池20’的部件的详细，引用构成上述第1燃料电池单电池20的对应部件的相关记载。第2燃料电池单电池20’的层构成可与第1燃料电池单电池20相同，也可不同。第2单电池内燃料流路的厚度方向位置的调整及燃料电池单电池的类型也引用第1燃料电池单电池20的相关记载。
(5)燃料分配部
如上所述，燃料分配部10是用于将液体燃料分配提供到各燃料电池单电池20、20’的、独立于燃料电池单电池的部件，在其内部具有：用于导入液体燃料的导入口11；以及单电池外燃料流路15，连接导入口11和各燃料电池单电池20、20’的单电池内燃料流路23、23’。在图1的例子中，导入口11的个数是1个，但不限于此，燃料分配部10可具有多个导入口11(例如，以图2所示的4个燃料电池单电池为1组时，每组设置一个导入口等)。
燃料分配部10的外形形状没有特别限定，考虑适用的电子设备具有的燃料电池收容空间的形状、面积、燃料电池堆中组装的燃料电池单电池的个数、排列方式等，采用适当的形状。燃料分配部10可由各种塑料材料、金属材料、合金材料等构成。
各燃料电池单电池20、20’和燃料分配部10根据需要在它们的接触部分夹持衬垫等(也可是双面胶带等)，利用螺钉、螺栓/螺母等紧固部件来结合。
(6)变形例
本实施方式的燃料电池堆(下述第2实施方式也同样)除了上述例子及变形例外，例如也包括下述变形例。
(i)燃料电池堆中含有的燃料电池单电池的个数没有限定，至少包括一个第1燃料电池单电池20、配置在该第1燃料电池单电池20的主面上的一个第2燃料电池单电池20’(即，至少包括在厚度方向上层叠的2个燃料电池单电池)即可。
(ii)燃料电池堆包括由配置在同一平面上的2个以上的燃料电池单电池构成的燃料电池单电池集合体时，该2个以上的燃料电池单电池不必线状排列。但从提高燃料电池单电池的集成率、降低燃料电池堆的占有面积、简化燃料分配部的构造、确保直的氧化剂(空气等)的供给路径等角度出发，优选线状排列。
(iii)配置在第1燃料电池单电池20主面上的第2燃料电池单电池20’不必配置在第1燃料电池单电池20正上方(相对配置)，但从降低燃料电池堆的占有面积、易于形成满足上述总长关系的燃料流路的角度出发，优选相对配置。
(iv)在图2等例子中，第1及第2分支流路19a、19b包括相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面向基本垂直的方向延伸的流路部分，但不限于此，也可是从端部16A向第1、第2单电池内燃料流路23、23’的入口端部直接延伸的倾斜方向的流路。此时，单电池外燃料流路15不具有第2主流路17。
(v)以一个第1燃料电池单电池20和配置在该第1燃料电池单电池20的主面上的一个第2燃料电池单电池20’为一组，燃料电池堆含有2组以上的燃料电池单电池时，在本实施方式中，至少在该一组中满足上述总长关系即可，例如参照图2，右侧的组的第1燃料电池单电池20和左侧的组的第2燃料电池单电池20’不必满足上述总长的关系。但考虑到对燃料电池堆中含有的所有燃料电池单电池的液体燃料供给的均匀化，优选在所有第1燃料电池单电池20和所有第2燃料电池单电池20’之间满足上述总长关系。
(vi)第1燃料电池单电池20和配置在该第1燃料电池单电池20的主面上的第2燃料电池单电池20’的距离(空间30的宽度)无特别限定，但考虑到对各燃料电池单电池的阴极的氧化剂供给效率，优选为0.5~5.0mm。
(vii)燃料电池堆包括在同一平面上线状排列的2个以上的燃料电池单电池时，这些燃料电池单电池如图1所示，可配置成在相邻的燃料电池单电池间形成间隙，也可以如图15所示无间隙地配置。前者的构成(图1的构成)中，作为氧化剂例如使用空气，不使用送风用的风扇、风箱等辅助设备，通过自然对流取入燃料电池堆周围的空气时，可从上述间隙取入空气，因此较有利。后者的构成(图15的构成)中，使用上述辅助设备，从燃料电池堆侧面送入空气等氧化剂时，可切实向空间30流入氧化剂，因此较有利。
(燃料电池系统)
上述本实施方式的燃料电池堆可附设用于收容液体燃料的燃料箱等而作为燃料电池系统。图16及图17分别是表示燃料电池系统的一例的概要立体图、概要截面图。
图16及图17所示的燃料电池系统5具有：上述本实施方式的燃料电池堆1a；向其传送液体燃料的送液单元(送液部)2。送液单元2至少具有燃料箱2a，该燃料箱与燃料电池堆1a具有的燃料分配部10的导入口11连接、用于收容液体燃料，送液单元2根据需要包括促进从燃料箱2a向导入口11的液体燃料的流动的送液泵等送液构件2b。包括送液构件2b时，例如送液单元2可构成为：用第1送液路径3连接燃料箱2a和送液构件2b，用第2送液路径4连接送液构件2b和燃料分配部10的导入口11。
(第2实施方式)
(燃料电池堆)
图22是表示本实施方式的燃料电池堆的一例的概要立体图，图23是图22所示的XXIII‑XXIII线下的概要截面图。此外，在图22~30中，对具有和构成上述第1实施方式的燃料电池堆1a的要素相同名称的要素，使用对燃料电池堆1a使用的参照标记相同的参照标记。
该图所示的燃料电池堆1b如图22所示，具有和上述第1实施方式的燃料电池堆1a相同的整体构造。因此，对燃料电池堆1b的整体构造，引用对上述第1实施方式的燃料电池堆1a的记载。
(1)燃料流路构造
燃料电池堆1b中，和上述燃料电池堆1a一样，燃料流路由以下构成：各燃料电池单电池具有的单电池内燃料流路(第1及第2单电池内燃料流路23、23’)；单电池外燃料流路15，设置在燃料分配部10上，连接到第1及第2单电池内燃料流路23、23’。燃料电池堆1b和上述燃料电池堆1a一样，具有：一个第1主流路16、共10个第2主流路17、1个第3主流路、共10个第1分支流路19a及共10个第2分支流路19b。
在燃料电池堆1b中，燃料流路如下构成：使单电池外燃料流路15的截面积大于第1及第2单电池内燃料流路23、23’的截面积，从而使第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分中的单电池外燃料流路的截面积15，大于第1及第2单电池内燃料流路23、23’的截面积，从而以上述连接部分为界，使从导入口11经由单电池外燃料流路15流入到第1及第2单电池内燃料流路23、23’的液体燃料的压力损失变大。此外，在图23的例子中，单电池外燃料流路15、第1及第2单电池内燃料流路23、23’的截面积分别在整体上一定，但不限于此。
根据满足上述截面积的关系乃至压力损失的关系的燃料电池堆1b，单电池内燃料流路15全部由液体燃料充满后，进行对各单电池内燃料流路23、23’的液体燃料的供给，因此燃料流路虽然包括相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面向基本垂直的方向延伸的第1及第2分支流路19a、19b，但仍可均匀地向在厚度方向上层叠的第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’提供液体燃料。
单电池外燃料流路15的截面积例如可是100μm2~1mm2范围内，第1及第2单电池内燃料流路23、23’的截面积例如分别在2500μm2~10000μm2的范围内。第1单电池内燃料流路23的截面积和第2单电池内燃料流路23’的截面积可相同也可不同，但为了提高对第1燃料电池单电池20及第2燃料电池单电池20’的燃料供给的均匀性，优选相同。
如上述例子所示，本实施方式的燃料电池堆具有如下构成的燃料流路：使从导入口11经由单电池外燃料流路15流入到第1及第2单电池内燃料流路23、23’的液体燃料的压力损失以某个地点为界变大。但满足该压力损失的关系的构件，不限于图23所例示的。
例如，上述“某个地点”不限于第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分，如图24的例子所示，也可是其附近(例如单电池外燃料流路15中的该连接部分附近)。在离开该连接部分的位置设置压力损失变化点时，从该压力损失变化点到达第1及第2单电池内燃料流路23、23’的期间内，可能产生燃料供给的不均。
在图24的例子中，使第2主流路17的截面积大于第1及第2分支流路19a、19b的截面积，从而使第2主流路17和第1及第2分支流路19a、19b的连接部分(该连接部分是第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分的附近)中的以该连接部分为基准的、导入口11侧的燃料流路部分(即主流路18)的截面积，大于这以外的燃料流路部分(即，第1及第2分支流路19a、19b、及单电池内燃料流路23、23’)的截面积，从而满足上述压力损失的关系。在图24的例子中，第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分中的第1及第2单电池内燃料流路23、23’的截面积和单电池外燃料流路15的截面积相同。
因此，为满足上述压力损失的关系，至少在第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分或其附近，以该连接部分或其附近为基准，导入口11侧的燃料流路部分的截面积大于其以外的燃料流路部分的截面积即可。在该构成中，截面积变化的地点成为压力损失变化点，到该压力损失变化点为止的所有燃料流路被液体燃料充满后，进行液体燃料向各单电池内燃料流路23、23’的供给，因此可均匀地将液体燃料提供到在厚度方向上层叠的第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’。
此外，如图24的例子所示，和第2主流路17的截面积相比，进一步增大第1主流路16的截面积时，在使用送液泵等送液构件将液体燃料导入到导入口11的情况下，可使用排出压力小、从而小型化的送液构件，在燃料电池系统的小型化方面较有利。
并且，为满足上述压力损失的关系，如图25所示，在第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分或其附近的燃料流路内，可填充多孔质体60。不调整燃料流路的宽度、深度而填充该多孔质体60，从而也可调整燃料流路的截面积。即，通过多孔质体60的填充，以多孔质体60的填充位置为基准，可使导入口11侧的燃料流路部分的截面积大于其以外的燃料流路部分(包括多孔质体60)的截面积。
多孔质体60由不溶于液体燃料的材料构成。具体而言，可包括：纤维素；聚乙烯、聚丙烯等聚烯烃类树脂；聚偏氟乙烯(PVDF)、聚四氟乙烯(PTFE)等氟类树脂；丙烯酸类树脂；聚对苯二甲酸乙二醇酯等聚酯类树脂；聚氨酯类树脂；聚酰胺类树脂；聚缩醛类树脂；聚碳酸酯类树脂；聚氯乙烯等氯类树脂；聚酯类树脂；聚亚苯基类树脂等材料。也可将使得从这些材料中选择的材料成为延伸多孔质体、发泡体、纤维束、纺纤维、无纺纤维等方式的材料作为多孔质体60使用。
进一步，作为满足上述压力损失的关系的其他手段包括：至少在第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分或其附近，以该连接部分或其附近为基准，使导入口11侧的燃料流路部分的内壁面的亲水性(湿润性)，大于其以外的燃料流路部分的内壁面的亲水性(湿润性)。通过该燃料流路内壁面的亲水性的调整，亲水性变化的地点成为压力损失变化点，到该压力损失变化点为止的所有燃料流路被液体燃料充满后，进行液体燃料向各单电池内燃料流路23、23’的供给，因此可均匀地将液体燃料提供到在厚度方向上层叠的第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’。
单电池外燃料流路15的形状不限于图23所示的形状，可采用各种形状，通常具有：主流路18，分配提供到第1燃料电池单电池20和第2燃料电池单电池20’的液体燃料共用地流动；从主流路18分支的第1及第2分支流路19a、19b。主流路18的形状也不限于由相对第1燃料电池单电池20的主面向基本垂直的方向延伸的第1主流路16、和相对第1燃料电池单电池20的主面基本平行延伸的第2主流路17构成的图23所示的形状，可采用各种形状。
并且，在图23等例子中，第1及第2分支流路19a、19b包括相对第1燃料电池单电池20(及第2燃料电池单电池20’)的主面向基本垂直的方向延伸的流路部分，但不限于此，也可以是从端部16A向第1、第2单电池内燃料流路23、23’的入口端部直接延伸的、倾斜方向的流路。此时，单电池外燃料流路15不具有第2主流路17。
如图26A及26B所示，优选对单电池外燃料流路15中的流路的分支部(例如端部16A、17A)倒角(角部由曲面构成)。这样一来，可减少分支部中的液体燃料的压力损失的波动，因此可向在厚度方向层叠的第1燃料电池单电池20及第2燃料电池单电池20’进行更均匀的燃料供给。图26A是对图23所示的单电池外燃料流路15倒角了的例子，图26B是对图24所示的单电池外燃料流路15倒角了的例子。
在图23~图25的例子中，第1分支流路19a和第1单电池内燃料流路23、及第2分支流路19b和第2单电池内燃料流路23’在它们的连接部分，形成相对第1燃料电池单电池20、第2燃料电池单电池20’的主面向基本垂直的方向延伸的流路地连接，但不限于此。例如如图27所示，第1分支流路19a和第1单电池内燃料流路23、及第2分支流路19b和第2单电池内燃料流路23’在它们的连接部分，也可形成相对第1燃料电池单电池20、第2燃料电池单电池20’的主面基本平行延伸的流路地连接。这种情况下，第1及第2分支流路19a、19b例如可以是由相对燃料电池单电池主面向基本垂直方向延伸的流路部分和基本平行延伸的流路部分构成的大致L字形的流路，第1及第2单电池内燃料流路23、23’可由相对燃料电池单电池主面基本平行延伸的流路构成。
此外，图27所示的燃料流路构造和图24一样是以下例子：在第1及第2单电池内燃料流路23、23’和单电池外燃料流路15的连接部分附近，以该连接部分为基准，使导入口11侧的燃料流路部分的截面积大于其以外的燃料流路部分的截面积。
图27的例子所示的燃料流路构造可省略燃料分配部10的一部分(图27中的Y所示的区域)，或者减小该区域的宽度，从而具有可减小燃料电池单电池的宽度、及燃料电池堆的大小的优点。
(2)第1燃料电池单电池
图28是表示在燃料电池堆1b中使用的第1燃料电池单电池20的层构成的一例的概要截面图，表示相对图23所示的截面垂直的方向的截面。在图28所示的例子中，第1燃料电池单电池20由以下构成：第1膜电极复合体104，依次具有第1阳极102、第1电解质膜101及第1阴极103；第1阳极集电层105，层叠在第1阳极102上，与其电连接；第1阴极集电层106，层叠在第1阴极103上，与其电连接；第1阳极保湿层107，与第1阳极集电层105接触地层叠在第1阳极集电层105上；第1阴极保湿层108，与第1阴极集电层106接触地层叠在第1阴极集电层106上；第1流路板22a，配置在第1阳极102侧，具有使液体燃料流通(在燃料电池单电池面内扩散流通)的第1单电池内燃料流路23；第1气液分离层112，配置在第1膜电极复合体104和第1流路板22a之间，以覆盖第1单电池内燃料流路23的方式直接层叠在第1流路板22a的第1阳极102侧表面上，可透过液体燃料的气化成分；第1气化燃料板113，配置在第1气液分离层112和第1阳极保湿层107之间，具有气化燃料收容部113a；
即，图28所示的第1燃料电池单电池20除了不具有第1夹层111外，具有和图9所示的第1燃料电池单电池同样的构成。
在图28所示的例子中，第1发电部21由第1阴极保湿层108、第1阴极集电层106、第1膜电极复合体104、第1阳极集电层105及第1阴极保湿层107构成，第1燃料供给部22由第1气化燃料板113、第1气液分离层112及第1流路板22a构成。
设置第1气液分离层112，由第1气液分离层112形成第1单电池内燃料流路23的内壁的1个面时，第1单电池内燃料流路23内的液体燃料的压力损失提高，因此易于满足上述压力损失的关系。
关于第1电解质膜101、第1阳极102及第1阴极103、第1阳极集电层105、第1阴极集电层106、第1流路板22a、第1气化燃料板113、第1气液分离层112、第1阴极保湿层108、第1阳极保湿层107、第1燃料电池单电池的类型，可以和上述第1实施方式相同，引用对燃料电池堆1a的记载。
(3)第2燃料电池单电池及燃料分配部
第2燃料电池单电池20’例如和第1燃料电池单电池20一样，可由以下构成：第2膜电极复合体，依次具有第2阳极、第2电解质膜及第2阴极；第2阳极集电层，层叠在第2阳极上并与其电连接；第2阴极集电层，层叠在第2阴极上并与其电连接；第2阳极保湿层，以与第2阳极集电层接触的方式层叠在第2阳极集电层上；第2阴极保湿层，以与第2阴极集电层接触的方式层叠在第2阴极集电层上；第2流路板，配置在第2阳极侧，具有使液体燃料流通(在燃料电池单电池面内扩散流通)的第2单电池内燃料流路23’；第2气液分离层，配置在第2膜电极复合体和第2流路板之间，以覆盖第2单电池内燃料流路23’的方式配置在第2流路板表面上，可透过液体燃料的气化成分；以及第2气化燃料板，配置在第2气液分离层和第2阳极保湿层之间，具有气化燃料收容部。
在该例中，第2发电部21’由第2阴极保湿层、第2阴极集电层、第2膜电极复合体、第2阳极集电层及第2阳极保湿层构成，第2燃料供给部22’由第2气化燃料板、第2气液分离层及第2流路板构成。
关于构成第2燃料电池单电池20’的部件的详细，引用构成上述第1实施方式的燃料电池堆1a的第1燃料电池单电池的对应部件的相关记载。第2燃料电池单电池20’的层构成可与第1燃料电池单电池20相同，也可不同。关于燃料电池单电池的类型等，引用对上述第1实施方式的燃料电池堆1a的第1燃料电池单电池的记载。
关于燃料分配部10，引用对上述第1实施方式的燃料电池堆1a的燃料分配部的记载。
在本实施方式的燃料电池堆中，第1燃料电池单电池20和配置在其主面上的(相对配置的)第2燃料电池单电池20’如图23~图25等所示，可配置成使它们的阴极侧相对，也可分离地配置成使任意一方的燃料电池单电池的阴极侧和另一方的燃料电池单电池的燃料供给部相对、即第1阴极侧和第2燃料供给部侧相对或第2阴极侧和第1燃料供给部侧相对。
配置成阴极侧相对时，可具有以下优点：可使燃料电池堆的最厚部分的厚度较小、用于第1燃料电池单电池20的氧化剂供给路径和用于第2燃料电池单电池20’的氧化剂供给路径能够共用(即，图23等中的空间30被共用的氧化剂供给路径)。
(燃料电池堆复合体)
在本发明中，“燃料电池堆复合体”包括第1燃料电池堆和配置在其主面上的第2燃料电池堆，换言之，将多个燃料电池堆在其厚度方向上层叠而成。燃料电池堆复合体也可包括3个以上的燃料电池堆。
作为第1及第2燃料电池堆，使用上述本实施方式的燃料电池堆。第1燃料电池堆和第2燃料电池堆可彼此接触地层叠，也可设置(分离)空间地配置。
图29是表示本发明的燃料电池堆复合体的一例的概要立体图。图29所示的燃料电池堆复合体6包括：第1燃料电池堆1b‑1；和在其主面上接触地层叠的第2燃料电池堆1b‑2。第1及第2燃料电池堆1b‑1、1b‑2均具有和图24同样的燃料流路构造(参照标记10’、11’、16’~18’、19a’及19b’含义分别和10、11、16~18、19a及19b相同)，但在第2燃料电池堆1b‑2的燃料分配部10’中，第1主流路16’延伸到第1燃料电池堆1b‑1的导入口11，第1燃料电池堆1b‑1的单电池外燃料流路15和第2燃料电池堆1b‑2的单电池外燃料流路15’彼此连通。这样一来，通过来自导入口11’的液体燃料的供给，可进行对燃料电池堆复合体具有的所有燃料电池单电池的燃料供给。
因此，在厚度方向上层叠了多个燃料电池堆时优选，在它们的单电池外燃料流路的连接部分中，使上侧的燃料电池堆(第2燃料电池堆1b‑2)的单电池外燃料流路(单电池外燃料流路15’)的截面积，大于下侧的燃料电池堆(第1燃料电池堆1b‑1)的单电池外燃料流路(单电池外燃料流路15)的截面积。这样一来，不仅对通过满足上述压力损失的关系而获得的各燃料电池堆内的相对配置的第1燃料电池单电池20及第2燃料电池单电池20’的燃料供给均匀化，而且可对第1燃料电池堆1b‑1及第2燃料电池堆1b‑2进行均匀的燃料供给，因此对燃料电池堆复合体具有的所有燃料电池单电池可进行均匀的燃料供给。
此外，图29所示的燃料流路构造是一例，如上所述，只要满足预定的压力损失关系，可采用各种形状(例如图23、图25或图27所示的形状等)。
并且，第1燃料电池堆1b‑1和第2燃料电池堆1b‑2接触地层叠时，可使相邻的第1燃料供给部22和第2燃料供给部22’一体化而用一个部件构成。此时，该一体化的燃料供给部可具有第1单电池内燃料流路23和第2单电池内燃料流路23’两者，或者如图30所示的第3燃料电池单电池20”所示，使第1单电池内燃料流路23和第2单电池内燃料流路23’一体化而仅具有一个单电池外燃料流路。后一情况下，尤其有利于燃料电池堆复合体的薄型化。
(燃料电池系统)
和第1实施方式一样，上述本实施方式的燃料电池堆及燃料电池堆复合体可以附设用于收容液体燃料的燃料箱等，而成为例如图16及图17所示的燃料电池系统。燃料电池系统的详细引用对上述第1实施方式的记载。
此外，替代燃料电池堆1b而使用燃料电池堆复合体、例如图29的燃料电池堆复合体6时，在第2燃料电池堆1b‑2的导入口11’上连接燃料箱2a(或者第2送液路径4)。
本发明的燃料电池堆、燃料电池堆复合体及燃料电池系统优选适用作电子设备、尤其是以移动电话、电脑记事本、笔记本型个人计算机为代表的移动设备等小型电子设备用的电源。
(示例)
以下列举实施例更详细地说明本发明，但本发明不限于此。
(实施例1)
通过以下步骤制造图1所示的构造的燃料电池堆及使用它的燃料电池系统。燃料电池堆具有的燃料流路的构造如图2所示，第1及第2燃料电池单电池20、20’的层构成如图9所示。
(1)膜电极复合体的制造
将Pt承载量32.5重量%、Ru承载量16.9重量%的催化剂承载碳粒子(TEC66E50，田中贵金属公司制造)、作为电解质的20重量%的Nafion(注册商标)的醇溶液(アルドリツチ/Aldrich公司制造)、正丙醇、异丙醇、以及氧化锆球，以预定的比例加入到氟类树脂制的容器，使用搅拌机以500rpm进行50分钟的混合，从而制造出阳极用的催化剂膏。并且，除了使用Pt承载量46.8重量%的催化剂承载碳粒子(TEC10E50E，田中贵金属公司制造)以外，和阳极用的催化剂膏同样地制造阴极用的催化剂膏。
接着，将在单面形成了具有防水性的多孔质层的碳纸(25BC，SGL公司制造)以纵35mm、横40mm切断后，在其多孔质层上以使催化剂承载量为约3mg/cm2的方式使用具有纵30mm、横35mm的窗口的丝网印刷板涂布上述阳极用催化剂膏并使之干燥，从而制造出在作为阳极导电性多孔质层的碳纸的中央形成有阳极催化剂层的、厚约300μm的阳极。并且，在相同尺寸的碳纸的多孔质层上以使催化剂承载量为约1mg/cm2的方式使用具有纵30mm、横35mm的窗口的丝网印刷板涂布上述阴极用催化剂膏并使之干燥，从而制造出在作为阴极导电性多孔质层的碳纸的中央形成有阴极催化剂层的、厚约270μm的阴极。
接着，将厚约175μm的全氟磺酸类离子交换膜(Nafion(注册商标)117，杜邦公司/DuPont制造)切断为纵35mm、横40mm，形成电解质膜，按照上述阳极、电解质膜、上述阴极的顺序使各自的催化剂层与电解质膜相对地重合后，进行130℃、2分钟的热压，将阳极及阴极接合到电解质膜。上述重合以使阳极和阴极的电解质膜的面内位置一致、且使阳极、电解质膜及阴极的中心一致的方式进行。接着，通过切断获得的层叠体的外周部，制造出纵22mm、横26mm的膜电极复合体(MEA)。
(2)集电层的层叠
准备纵26.5mm、横27mm、厚0.1mm的不锈钢板(NSS445M2、日新制钢公司制造)，在其中央区域通过使用了光敏抗蚀剂掩模的湿蚀刻法从双面加工孔径φ0.6mm的多个开孔(开孔图案：锯齿60°，间距0.8mm)，从而制造2张具有多个在厚度方向贯通的贯通孔的不锈钢板，将它们作为阳极集电层及阴极集电层。
接着，将上述阳极集电层经由由碳粒子和环氧树脂构成的导电性粘接剂层层叠到阳极上，并且将阴极集电层经由同样的导电性粘接剂层层叠到阴极上，通过热压将它们接合，制造出MEA‑集电层层叠体。
(3)保湿层的接合
作为阳极保湿层及阴极保湿层，准备2个由聚四氟乙烯构成的多孔质薄膜(日东电工(株)制造的“テミツシユ(TEMISH(注册商标))NTF2122A‑S06”，纵22mm、横26mm、厚0.2mm、孔隙率75%)。将这些保湿层经由由聚烯烃构成的粘接剂层层叠在MEA‑集电层层叠体的阳极集电层及阴极集电层上，并通过热压将它们接合。这些保湿层配置在MEA的正上或正下方地接合。
(4)夹层和气液分离层的接合
作为夹层，使用纵26.5mm、横27mm、厚0.1mm的由聚偏氟乙烯构成的多孔质薄膜(MILLIPORE制造的デユラポアメンブレンフイルタ一/Durapore Membrane Filter)。该多孔质薄膜相对于水的接触角小于70度。并且，该多孔质薄膜具有的细孔的最大细孔直径为0.1μm，并且基于JIS K 3832的泡点在测定介质是甲醇时，为115kPa。
并且，作为气液分离层使用纵26.5mm、横27mm、厚0.2mm的由聚四氟乙烯构成的多孔质薄膜(日东电工(株)制造的“テミツシユ(TEMISH(注册商标))NTF2122A‑S06”)。该多孔质薄膜相对于水的接触角为120度左右。该多孔质薄膜的基于JIS K 3832的泡点在测定介质是甲醇时，为18kPa。
在上述夹层上层叠气液分离层，用粘接剂接合所有侧面的层边界部。
(5)气化燃料板的接合
通过蚀刻加工，制造具有图14A及14B所示的形状的纵26.5mm、横27mm、厚0.2mm的SUS制的气化燃料板(连通路径及连接路径全部由槽(凹部)构成)。贯通口的开口率为4个共计63%，连通路径的截面积的2个合计与气化燃料板侧面的总面积之比为0.04。在和气化燃料板的槽形成面相反侧的面上，层叠上述夹层和气液分离层的接合体，以使其气液分离层侧与气化燃料板相对，并通过热压将它们接合。
(6)流路板的接合
准备设置了具有图11A所示的流路图案的单电池内燃料流路(流路宽度1.5mm、深度0.4mm)的纵26.5mm、横27mm、厚0.6mm的SUS制的流路板。在气化燃料板/气液分离层/夹层的接合体的夹层上，经由聚烯烃类粘接剂层叠了流路板后，进行热压，从而将该接合体和流路板接合。
(7)燃料电池单电池的制造
在气化燃料板上层叠以上制造的具有保湿层的MEA‑集电层层叠体，通过热压将它们接合。最后在端面涂布环氧树脂并使之硬化，从而形成密封层，获得燃料电池单电池。制造出共20个燃料电池单电池。
(8)燃料分配部的制造
制造出由聚苯硫醚(PPS)构成的、具有图1及图2所示的外形形状(外形纵10mm、横138mm、高6.0mm)、形成图2所示的单电池外燃料流路(1个第1主流路、共10个第2主流路17、1个第3主流路、共10个第1分支流路19a及共10个第2分支流路19b)、在上表面的长度方向中央部具有1个导入口的燃料分配部。单电池外燃料流路的流路宽度是1.0mm，深0.5mm。
(9)燃料电池堆的制造
使20个燃料电池单电池和燃料分配部以图1及图2所示的配置关系结合。结合如下进行：为防止单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的连接部中的液体泄漏，在燃料电池单电池‑燃料分配部之间配置双面胶带，进一步通过螺钉紧固。
(10)燃料电池系统的制造
用聚醚醚酮(PEEK)制配管连接燃料箱和送液泵(微泵)，用聚醚醚酮(PEEK)制配管连接送液泵和如上获得的燃料电池堆具有的燃料分配部的导入口，制造出燃料电池系统。
(比较例1)
除了燃料电池堆具有的燃料流路的构造是图6的构造(单电池内及单电池外燃料流路的宽度及深度和实施例1相同)以外，和实施例1同样地制造出燃料电池堆及燃料电池系统。
(发电特性评估)
将10mol/L的甲醇水溶液填充到燃料箱，使用送液泵提供到导入口，进行燃料电池堆的发电。实施例1、比较例1中的发电开始后的各燃料电池单电池的电压的时间变化分别如图18、图19所示。此外，设10个第1燃料电池单电池(配置在燃料电池系统中的重力方向下侧)为单电池1‑A、1‑B、1‑C、1‑D、1‑E、1‑F、1‑G、1‑H、1‑I、1‑J，设10个第2燃料电池单电池(配置在燃料电池系统中的重力方向上侧)为单电池2‑A、2‑B、2‑C、2‑D、2‑E、2‑F、2‑G、2‑H、2‑I、2‑J。
实施例1、比较例1均在发电初期呈现以下动态：通过向空的燃料电池单电池提供甲醇水溶液而使电压上升，之后以一定的电压(开路电压)稳定。但在比较例1中，第2燃料电池单电池的电位上升和第1燃料电池单电池相比较慢。这是因为，参照图6，第2分支流路19b及第2单电池内燃料流路23’的总长，大于第1分支流路19a及第1单电池内燃料流路23的总长。考虑到燃料电池系统起动的情况，比较例1这样的时间经过不同的电位上升，不仅使系统上升时间变长，降低用户便利性，而且在一定时间内不进行燃料供给的状态下施加电位，因此会引起单电池劣化。
并且，对实施例1及比较例1的燃料电池堆，测定以上述开路电压稳定后，每分钟阶段性增加10mA/cm2的负荷电流时的各燃料电池单电池的电压变化(I‑V特性)。结果如图20(实施例1)、图21(比较例1)所示。
在实施例1中，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池基本具有相同的I‑V特性，但在比较例1中，发现了第2燃料电池单电池的电压以比第1燃料电池单电池低的电流密度下降的现象(伴随着燃料供给不足的物质供给限速)。因此，第2燃料电池单电池无法产生燃料电池单电池本来的特性，会降低燃料电池系统整体的输出。
如上所述，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池中I‑V特性大幅不同的现象尤其在第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池电串联时成为较大问题。在串联电路内，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池中流入相同的电流量，因此通过流入到性能最低的第2燃料电流的电流量，决定电路内的电流量。因此，本来具有良好的潜能的第1燃料电池单电池也无法以充分高的输出进行发电。
(实施例2)
通过以下步骤制造图22所示的构成的燃料电池堆及使用它的燃料电池系统。燃料电池堆具有的燃料流路的构造如图23所示，第1及第2燃料电池单电池20、20’的层构造如图28所示。
(1)膜电极复合体的制造、集电层的层叠及保湿层的接合
以和实施例1的(1)~(3)相同的步骤，在制造了膜电极复合体后层叠集电层，制造MEA‑集电层层叠体，接着接合保湿层。
(2)气化燃料板和气液分离层的接合
通过蚀刻加工制造出具有图14A及图14B所示的形状的纵26.5mm、横27mm、厚0.2mm的SUS制的气化燃料板(连通路径及连接路径全部由槽(凹部)构成)。贯通口的开口率为4个共计63%，连通路径的截面积的2个合计与气化燃料板侧面的总面积之比是0.04。在和气化燃料板的槽形成面相反侧的面上层叠气液分离层，通过热压接合它们。作为气液分离层使用纵26.5mm、横27mm、厚0.2mm的由聚四氟乙烯构成的多孔质薄膜(日东电工(株)制造的“テミツシユ(TEMISH(注册商标))NTF2122A‑S06”)。该多孔质薄膜相对于水的接触角是120度左右。该多孔质薄膜的基于JIS K 3832的泡点在测定介质是甲醇时为18kPa。
(3)流路板的接合
准备设置了具有图11A所示的流路图案的单电池内燃料流路(流路宽度0.5mm、深度0.4mm)的纵26.5mm、横27mm、厚0.6mm的SUS制的流路板。在气化燃料板/气液分离层的接合体的气液分离层上经由聚烯烃类粘接剂层叠了流路板后，进行热压，从而接合该接合体和流路板。
(4)燃料电池单电池的制造
在气化燃料板上层叠具有如上制造的保湿层的MEA‑集电层层叠体，通过热压接合它们。最后通过在端面涂布环氧树脂并使之硬化，从而形成密封层，获得燃料电池单电池。制造共20个燃料电池单电池。
(5)燃料分配部的制造
制造由聚苯硫醚(PPS)构成、具有图22及图23所示的外形形状(外形纵10mm、横138mm、高6.0mm)、形成图23所示的单电池外燃料流路(1个第1主流路、共10个第2主流路17、1个第3主流路、共10个第1分支流路19a及共10个第2分支流路19b)、在上表面的长度方向中央部具有一个导入口的燃料分配部。单电池外燃料流路的流路宽度为1.0mm，深度为1.0mm。
(6)燃料电池堆的制造
将20个燃料电池单电池和燃料分配部以图22及图23所示的配置关系结合。结合如下进行：为防止单电池内燃料流路和单电池外燃料流路的连接部中的液体泄漏，在燃料电池单电池‑燃料分配部之间配置双面胶带，进一步用螺钉紧固。
(7)燃料电池系统的制造
用聚醚醚酮(PEEK)制配管连接燃料箱和送液泵(微泵)，用聚醚醚酮(PEEK)制配管连接送液泵和如上获得的燃料电池堆具有的燃料分配部的导入口，制造出燃料电池系统。
(比较例2)
除了单电池外燃料流路的流路宽度及深度(流路宽度1.0mm、深度1.0mm)和单电池内燃料流路相同以外，和实施例2同样地制造出燃料电池堆及燃料电池系统。
(发电特性评估)
对实施例2、比较例2的燃料电池堆，将10mol/L的甲醇水溶液填充到燃料箱，使用送液泵提供到导入口，开始燃料电池堆的发电后，测定对各燃料电池单电池每分钟阶段性增加10mA/cm2的负荷电流时的各燃料电池单电池的电压变化(I‑V特性)。结果如图31(实施例2)、图32(比较例2)所示。此外，设10个第1燃料电池单电池(配置在燃料电池系统中的重力方向下侧)为单电池1‑A、1‑B、1‑C、1‑D、1‑E、1‑F、1‑G、1‑H、1‑I、1‑J，设10个第2燃料电池单电池(配置在燃料电池系统中的重力方向上侧)为电池2‑A、2‑B、2‑C、2‑D、2‑E、2‑F、2‑G、2‑H、2‑I、2‑J。
在实施例2中，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池基本显示相同的I‑V特性。这是因为，相对比较例2，在实施例2中单电池内燃料流路的流路宽度及深度较小、产生压力损失，所以单电池外燃料流路全部由液体燃料充满后，对各单电池内燃料流路以均匀的流量进行液体燃料的供给。
与之相对，在比较例2中，发现了第2燃料电池单电池的电压以比第1燃料电池单电池低的电流密度下降的现象(伴随着燃料供给不足的物质供给限速)。并且，第1燃料电池单电池、第2燃料电池单电池均发现电池间的I‑V特性大幅波动。因此，在比较例2中，无法产生燃料电池单电池本来的特性，会降低燃料电池系统整体的输出。
如比较例2所示，在各燃料电池单电池中I‑V特性大幅不同的现象尤其在第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池电串联时成为较大问题。在串联电路内，第1燃料电池单电池和第2燃料电池单电池中流入相同的电流量，因此通过流入到性能最低的第2燃料电流的电流量，决定电路内的电流量。因此，本来具有良好的潜能的第1燃料电池单电池也无法以充分高的输出进行发电。