專利名稱：燃料電池用填充回收器、燃料電池系統(tǒng)和燃料電池用填充回收器用再生器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及連接在直接向陽極供給甲醇等有機(jī)燃料來發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)上的燃料電池用填充回收器、連接該燃料電池用填充回收器的燃料電池系統(tǒng)、進(jìn)行所述燃料電池用填充回收器的再生的燃料電池用填充回收器用再生器。
背景技術(shù)：
作為下一代的清潔并且高效的能源，燃料電池系統(tǒng)引人注目。其中，夾著固體高分子電解質(zhì)配置陽極和陰極的固體高分子電解質(zhì)型燃料電池(PEFCPolymer Electrolyte Fuel Cell)在電動(dòng)汽車用電源或家庭用分散型電源等用途上引人注目。在所述固體高分子電解質(zhì)型燃料電池中，直接向陽極供給甲醇或二甲醚等有機(jī)燃料進(jìn)行發(fā)電的燃料電池例如直接型甲醇燃料電池(DMFCDirect Methanol Fuel Cell)不需要把甲醇等有機(jī)燃料改質(zhì)為富含氫的氣體的改質(zhì)機(jī)，所以結(jié)構(gòu)變得簡(jiǎn)便，在便攜式儀器的用途上引人注目，開發(fā)在進(jìn)展。
所述直接型甲醇燃料電池按照以下反應(yīng)進(jìn)行發(fā)電。
陽極陰極從所述反應(yīng)可知，在陰極中生成陽極消耗的水量的3倍量的水。因此，有必要處理陰極中生成的水。
可是，此類燃料電池由于處理陰極中生成的水的必要，存在以下的問題。
首先，作為第一問題，當(dāng)把水向該便攜式儀器的外部排出時(shí)，放出水或水蒸氣，所以產(chǎn)生水滴附著到該便攜式儀器上的問題。此外，在燃料電池工作的狀態(tài)下，例如當(dāng)在皮包或口袋中收容該便攜式儀器時(shí)，產(chǎn)生皮包或口袋變濕的問題。
為了解決該第一問題，提出結(jié)構(gòu)為在燃料罐內(nèi)設(shè)置彈性膜，在該彈性膜的壓力作用的一方收容燃料，通過燃料的消耗，在該燃料罐內(nèi)變?yōu)樨?fù)壓的部分收容生成水的燃料電池(例如，特開平4-223058號(hào)公報(bào))。
此外，提出在燃料罐內(nèi)形成袋狀的隔板，收容生成水的燃料電池(例如，特開2003-92128號(hào)公報(bào))。
可是，在所述各提案中，無可否認(rèn)燃料盒的構(gòu)造變得復(fù)雜，燃料盒的制造成本上升。在所述各提案中，未考慮到燃料罐的循環(huán)利用。即在特開平4-223058號(hào)公報(bào)的提案中，在燃料容器的更換時(shí)，生成水與各燃料容器被廢棄，在特開2003-92128號(hào)公報(bào)中，在生成水的回收中使用高吸水材料，它的再生是困難的。因此，在這些燃料容器中，即使能回收生成水，燃料容器也使用后拋棄，使用時(shí)的成本增大。
此外，在所述直接型甲醇燃料電池中，未確立燃料即甲醇的供給方法。例如在燃料電池上安裝燃料容器，每次燃料消耗時(shí)更換燃料容器的方法中，產(chǎn)生上述的成本問題。因此，使用者有必要向燃料容器或燃料電池供給甲醇?？墒?，眾所周知甲醇是有毒的，例如當(dāng)通過手工作業(yè)向燃料容器注入甲醇時(shí)，有可能泄漏，有可能附著到使用者的皮膚上，或吸入甲醇蒸汽，對(duì)人體造成不良影響。
作為第二問題，為了進(jìn)行持續(xù)的發(fā)電，有必要搭載用于進(jìn)行該陰極中產(chǎn)生的二氧化碳和水的處理的輔機(jī)。
作為這樣的以往的DMFC方式的燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，在美國(guó)專利第5599638號(hào)說明書等中進(jìn)行了描述。該燃料電池系統(tǒng)為了從容納作為燃料的甲醇水溶液的循環(huán)容器穩(wěn)定地向陽極供給甲醇，采用了使用泵向陽極供給甲醇水溶液，把該陽極中未消耗的剩下的甲醇水溶液再回收到循環(huán)容器中，再作為燃料使用的燃料循環(huán)方式。
而在陽極一側(cè)通過發(fā)電產(chǎn)生的水由水回收裝置回收，提供給容納甲醇水溶液的循環(huán)容器。
可是，在這樣的DMFC中，如所述化學(xué)式所示，消耗提供給陽極一側(cè)的甲醇水溶液中的1mol的甲醇和1mol的水，進(jìn)行發(fā)電，在陰極一側(cè)生成3mol水。因此，如果全部回收這些生成的水，提供給循環(huán)容器，就會(huì)顯著促進(jìn)該循環(huán)容器內(nèi)的甲醇水溶液的濃度的下降，存在導(dǎo)致可發(fā)電時(shí)間下降或發(fā)電的電能下降的問題。
而考慮到只把陰極一側(cè)生成的水的一部分提供給循環(huán)容器，防止甲醇水溶液的濃度顯著下降的問題的方法，雖然作為汽車或大型裝置用的燃料電池系統(tǒng)，能采用這樣的方法，但是有必要排出未回收到循環(huán)容器中的其他水，伴隨著該排水，水分附著到內(nèi)置在便攜式電子儀器中的電子儀器或電路中，或有可能結(jié)露，存在無法作為便攜式電子儀器用的燃料電池系統(tǒng)而采用的問題。
此外，特別是在便攜式電子儀器中使用的燃料電池系統(tǒng)有必要小型化，發(fā)電的電能也小。此外，自消耗用于驅(qū)動(dòng)該燃料電池系統(tǒng)中的泵等輔機(jī)的電力，所以在有限的電能下，這樣的輔機(jī)有必要盡可能抑制耗電。例如，如果燃料電池系統(tǒng)的發(fā)電輸出為12W，就希望輔機(jī)的耗電為2W以下。
可是，在所述以往的方式中，需要很多用于供給燃料的燃料供給裝置(例如燃料供給泵)或用于回收水的水回收設(shè)備(例如水回收泵)等輔機(jī)，不僅無法降低所述自消耗的電力，而且系統(tǒng)自身變得復(fù)雜，存在小型化困難的問題。
因此，本發(fā)明要解決的技術(shù)上的課題在于在一邊對(duì)陽極直接供給甲醇等液體燃料，一邊進(jìn)行發(fā)電的燃料電池中，能實(shí)現(xiàn)燃料供給系統(tǒng)等輔機(jī)結(jié)構(gòu)的小型化和簡(jiǎn)單化，提供能用于個(gè)人電腦或移動(dòng)電話等便攜式電子儀器中的燃料電池用填充回收器、燃料電池系統(tǒng)和燃料電池用填充回收器用再生器。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了實(shí)現(xiàn)所述目的，構(gòu)成如下。
根據(jù)本發(fā)明的第一形態(tài)，提供一種燃料電池用填充回收器，在設(shè)置了具有陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜的燃料電池主體的燃料電池系統(tǒng)中使用，包括能形成容納提供給所述陽極一側(cè)的液體燃料原液的填充用燃料收容空間、容納由所述陰極生成的排出物的所述排出物回收空間的一個(gè)容器；
配置為在容器內(nèi)部沿著軸向能移動(dòng)，把所述容器內(nèi)部分割為所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間的隔板；分別設(shè)置在所述容器中，與排出物回收空間連通，用于取入來自所述燃料電池主體的所述陰極一側(cè)的含有水和空氣的排出物的排出物取入口；與所述填充用燃料收容空間連通，把儲(chǔ)存在內(nèi)部的所述液體燃料原液提供給所述燃料電池主體的所述陽極一側(cè)的燃料供給口；由所述填充用燃料收容空間的壓力降低而在所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間之間產(chǎn)生的壓力差，使所述隔板移動(dòng)，從而所述填充用燃料收容空間變窄，從所述填充用燃料收容空間，由所述燃料供給口輸送所述液體燃料原料，從所述排出物取入口向所述排出物回收空間回收在所述陰極一側(cè)生成的所述排出物。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，通過在填充回收容器內(nèi)設(shè)置能軸向移動(dòng)的隔板，形成燃料收容空間和排出物回收空間，利用燃料收容空間和排出物回收空間的壓力差，使該隔板移動(dòng)，能在同一個(gè)工序中并行進(jìn)行對(duì)燃料電池系統(tǒng)內(nèi)燃料容器的燃料填充動(dòng)作、以及來自燃料電池系統(tǒng)內(nèi)的排出物容器的排出物的回收動(dòng)作。因此，縮短燃料填充和排出物回收的各作業(yè)時(shí)間，迅速的作業(yè)成為可能。
根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施形態(tài)，提供一種燃料電池用填充回收器，在設(shè)置了具有陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜的燃料電池主體的燃料電池系統(tǒng)中使用，包括能形成容納提供給所述陽極一側(cè)的液體燃料原液的填充用燃料收容空間、容納由所述陰極生成的排出物的所述排出物回收空間的一個(gè)容器；配置為在容器內(nèi)部沿著軸向能移動(dòng)，把所述容器內(nèi)部分割為所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間的隔板；分別設(shè)置在所述容器中的，與所述排出物回收空間連通，用于取入來自所述燃料電池主體的所述陰極一側(cè)的含有水和空氣的排出物的排出物取入口；把儲(chǔ)存在所述排出物回收空間的所述水提供給所述燃料電池主體的所述陽極一側(cè)的水供給口；以及與所述填充用燃料收容空間連通，把儲(chǔ)存在內(nèi)部的所述液體燃料原液提供給所述燃料電池主體的所述陽極一側(cè)的燃料供給口，
由經(jīng)過所述排出物取入口而儲(chǔ)存在所述排出物回收空間的所述排出物，所述排出物回收空間內(nèi)的壓力變得比所述填充用燃料收容空間的壓力更高，所述隔板向所述填充用燃料收容空間一側(cè)移動(dòng)，對(duì)所述填充用燃料收容空間進(jìn)行加壓，從而能夠從所述燃料供給口排出液體燃料原液的同時(shí)能夠從所述水供給口排出所述水。
根據(jù)本發(fā)明的第二形態(tài)，燃料電池用填充回收器具有對(duì)燃料電池主體的燃料供給口，通過隔板完全分離排出物回收空間和填充用燃料收容空間，使液體燃料原液與排出物不混合，所以不引起液體燃料的濃度變化。此外，通過利用存儲(chǔ)在排出物回收空間中的排出物，把隔板從排出物回收空間向填充用燃料收容空間一側(cè)加壓，不搭載用于向燃料電池主體供給燃料的泵，能穩(wěn)定地向燃料電池主體供給液體燃料。
通過包含來自陰極的水和空氣的排出物對(duì)隔板加壓，在燃料電池用填充回收器內(nèi)不需要個(gè)別的加壓機(jī)構(gòu)，能簡(jiǎn)化燃料電池用填充回收器內(nèi)的結(jié)構(gòu)。據(jù)此，能防止燃料電池用填充回收器的內(nèi)部構(gòu)造的復(fù)雜化。還有，一次把排出物引導(dǎo)到排出物回收空間內(nèi)，從排出物回收空間供給在陽極的反應(yīng)中消耗的量的水，所以不會(huì)使陽極一側(cè)的燃料濃度下降，此外不把多余的水分向外部放出，能成為完全的封閉系統(tǒng)。
在燃料電池用填充回收器中，可以在排出物回收空間中設(shè)置從所述排出物分離水和空氣，把所述水存儲(chǔ)到所述排出物回收空間內(nèi)，并且把所述空氣向所述排出物回收空間外排出的氣液分離機(jī)構(gòu)。
此外，氣液分離機(jī)構(gòu)可以由具有與所述排出物取入口連通、配置在所述排出物回收空間內(nèi)的管體，把回收到所述排出物回收空間內(nèi)的水作為冷卻介質(zhì)，把所述排出物中含有的水分凝結(jié)為液態(tài)水的換熱器構(gòu)成。
另外，在燃料電池用填充回收器中，可以在所述排出物回收空間中設(shè)置調(diào)整基于來自燃料電池主體的排出物的所述排出物回收空間內(nèi)的壓力的壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)，壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)能由設(shè)置在排出物回收空間的外壁上的壓力調(diào)整閥等構(gòu)成。
此外，作為本發(fā)明的第三形態(tài)，提供根據(jù)所述實(shí)施形態(tài)1或2所述的燃料電池用填充回收器，在所述容器分別設(shè)置與所述填充用燃料收容空間連通而設(shè)置的燃料補(bǔ)給用的燃料補(bǔ)給連接器、與所述排出物回收空間連通而設(shè)置的用于回收所述排出物回收空間中存儲(chǔ)的排出物的水回收用連接器；在燃料補(bǔ)給時(shí)，在向所述填充用燃料收容空間補(bǔ)給燃料的再生器上分別連接水回收用連接器和燃料補(bǔ)給連接器，通過向所述填充用燃料收容空間補(bǔ)給燃料，使所述隔板向所述排出物回收空間方向移動(dòng)，能排除所述排出物回收空間內(nèi)的排出物。
此外，作為本發(fā)明的第四形態(tài)，提供一種燃料電池系統(tǒng)，包含第一形態(tài)的燃料電池用填充回收器；具有把燃料氧化的陽極、把氧還原的陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的各表面的擴(kuò)散層的燃料電池主體；把收容在所述填充用燃料收容空間中的所述液體燃料原液提供給所述陽極，連通所述燃料供給口和所述陽極的燃料供給管；能從所述陰極把所述排出物回收到所述排出物回收空間中，連通所述陰極和所述排出物取入口的排出物回收管；使所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間產(chǎn)生壓力差，從而使所述填充用燃料收容空間的壓力降低的壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)。
作為本發(fā)明的第五形態(tài)，根據(jù)第四形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)，包含具有把燃料氧化的陽極、把氧還原的陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的各表面上的擴(kuò)散層的燃料電池主體；能把所述排出物中包含的水向所述陽極供給，連通所述水供給口和所述陽極的水供給管；調(diào)整從所述水供給口輸送的水量，使提供給所述陽極的燃料濃度變?yōu)榻o定的值的第一供給量調(diào)整裝置；控制所述第一供給量調(diào)整裝置的控制裝置，根據(jù)該控制裝置，利用存儲(chǔ)在所述排出物回收空間中的所述排出物，所述隔板以給定壓力對(duì)所述填充用燃料收容空間加壓。
在所述各結(jié)構(gòu)中，壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)能采用各種結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第六形態(tài)，提供根據(jù)第四或第五形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)，所述壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)具有對(duì)所述陰極供給空氣的空氣泵；
所述空氣泵向所述陰極供給空氣，從而通過所述排出物回收管把在所述陰極中產(chǎn)生的所述排出物回收到所述排出物回收空間中，并且對(duì)所述排出物回收空間加壓，使所述隔板向所述填充用燃料收容空間一側(cè)移動(dòng)，從所述填充用燃料收容空間通過所述燃料供給管，向所述陽極供給所述液體燃料原液。
根據(jù)所述形態(tài)，空氣供給裝置是以能把隔板從排出物回收空間向填充用燃料收容空間一側(cè)移動(dòng)，從填充用燃料收容空間向陽極供給液體燃料原液的壓力，向陰極內(nèi)供給空氣的空氣泵。即該空氣泵是把這樣的壓力作為噴出壓力進(jìn)行空氣供給的空氣供給泵，能同時(shí)實(shí)施排出部的回收和液體燃料的補(bǔ)給。
本發(fā)明的第七形態(tài)提供根據(jù)第五形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)，還具有調(diào)整提供給所述燃料電池主體的液體燃料量的第二供給量調(diào)整裝置；所述控制裝置控制所述第二供給量調(diào)整裝置，從所述燃料電池用填充回收器向所述電池主體的陽極一側(cè)供給所述在燃料電池主體內(nèi)由發(fā)電消耗的燃料。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，通過第二供給量調(diào)整部件，控制為供給消耗的部分的燃料，所以能進(jìn)行穩(wěn)定的發(fā)電。
本發(fā)明的第八形態(tài)提供根據(jù)第五形態(tài)的燃料電池系統(tǒng)，具有檢測(cè)所述隔板的位置的位置檢測(cè)裝置；根據(jù)由所述位置檢測(cè)裝置檢測(cè)出的關(guān)于所述隔板的位置的信息，檢測(cè)出收容在燃料電池用填充回收器中的液體燃料原液的殘余量的燃料殘余量計(jì)算裝置。
在所述結(jié)構(gòu)中，燃料電池用填充回收器的結(jié)構(gòu)為，通過隔板移動(dòng)靠向填充用燃料收容空間一側(cè)，噴出液體燃料原液，所以通過檢測(cè)隔板的位置，就能檢測(cè)燃料電池用填充回收器內(nèi)的液體燃料原液的殘余量。隔板的位置可以通過檢測(cè)隔板位置的其他構(gòu)件檢測(cè)。
位置檢測(cè)裝置能通過能與所述燃料電池用填充回收器非接觸地檢測(cè)所述隔板位置的裝置構(gòu)成。
此外，能以非接觸地檢測(cè)的位置檢測(cè)裝置例如能由以下部分構(gòu)成設(shè)置在所述隔板上的磁鐵；設(shè)置在所述燃料電池用填充回收器的外部，并且檢測(cè)從所述磁鐵發(fā)出的透過所述燃料電池用填充回收器的外壁的磁場(chǎng)，檢測(cè)所述磁鐵的位置的檢測(cè)器。
此外，能具有根據(jù)由燃料殘余量計(jì)算裝置計(jì)算出的液體燃料原液的殘余量的信息，計(jì)算通過收容在該燃料電池用填充回收器中的液體燃料能發(fā)電的電能的殘存電能計(jì)算裝置；檢測(cè)從所述燃料電池主體輸出的電能，根據(jù)該檢測(cè)的電能，計(jì)算單位時(shí)間中輸出的電能的耗電量計(jì)算裝置；由所述殘存電能計(jì)算裝置計(jì)算出的能發(fā)電的電能和由所述耗電量計(jì)算裝置計(jì)算出的單位時(shí)間中的耗電量的信息，計(jì)算通過收容在該燃料電池用填充回收器中的液體燃料原液能發(fā)電的剩余時(shí)間的信息的殘存時(shí)間計(jì)算裝置。通過所述結(jié)構(gòu)，能知道通過收容在該燃料電池用填充回收器中的液體燃料原液能發(fā)電的剩余時(shí)間的信息。
本發(fā)明的第八形態(tài)提供根據(jù)第四～第七形態(tài)中的任意一個(gè)的燃料電池系統(tǒng)，還具有儲(chǔ)存從所述燃料電池用填充回收器供給的液體燃料原液和從所述水供給口供給的水的燃料混合罐。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，因?yàn)榫哂谢旌?、貯存燃料和從水供給口供給的水的罐，所以能在該罐內(nèi)使水和液體燃料原液混合，所以提供給陽極的液體燃料的濃度控制變得容易。
須指出的是，在所述結(jié)構(gòu)中，還具有檢測(cè)所述燃料混合罐內(nèi)的液體燃料濃度的濃度檢測(cè)裝置，根據(jù)來自所述濃度檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)，控制所述第一和第二供給量調(diào)整裝置，使燃料混合罐內(nèi)的燃料濃度變?yōu)橐欢ㄖ怠?br> 此外，通過把燃料電池主體的至少陽極一側(cè)配置在所述燃料混合罐中，能在陽極一側(cè)直接使用燃料混合罐中的液體燃料，所以能省略從罐向陽極供給液體燃料的泵，所以能成為簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的第九形態(tài)提供根據(jù)第四～第八形態(tài)中的任意一個(gè)的燃料電池系統(tǒng)，配置在所述陽極一側(cè)的所述擴(kuò)散層具有親水性，并且配置在所述陰極一側(cè)的所述擴(kuò)散層具有疏水性。
根據(jù)所述結(jié)構(gòu)，提供給陽極的液體燃料能夠通過具有親水性的陽極一側(cè)的擴(kuò)散層擴(kuò)散，迅速提供給電解質(zhì)膜。例如，即使在供給的液體燃料只提供給所述擴(kuò)散層的一部分的情況下，由于所述擴(kuò)散層的親水性引起的毛細(xì)管現(xiàn)象或重力的作用，能夠一邊使所述液體燃料擴(kuò)散，一邊對(duì)所述電解質(zhì)膜的表面全體進(jìn)行均勻并且高效的供給。此外，在陰極中，由發(fā)電產(chǎn)生的生成物例如水能通過具有疏水性的陰極一側(cè)的擴(kuò)散層排出。此外，該水的排出因?yàn)樗鰯U(kuò)散層具有疏水性，所以能高效向所述陰極的外部排出。此外，通過所述擴(kuò)散層的疏水性和基于空氣供給裝置的所述陰極內(nèi)的加壓，具有能減少從所述陽極一側(cè)液體燃料浸透所述電解質(zhì)膜而過來的滲透的效果。
因此，能提供在燃料電池主體中，能進(jìn)行高效的液體燃料的供給和高效的生成物的排出，能進(jìn)行高效的發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。此外，使這樣高效的發(fā)電成為可能，不會(huì)使燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，能實(shí)現(xiàn)燃料電池系統(tǒng)的緊湊化。
本發(fā)明的第十形態(tài)提供一種燃料電池用填充回收器用再生器，是連接在第三形態(tài)的燃料電池用填充回收器上使用的燃料電池用填充回收器用再生器，內(nèi)部由活塞被劃分為存儲(chǔ)燃料的填充燃料供給部和排出物收容部，在所述填充燃料供給部上設(shè)置能與燃料電池用填充回收器的所述燃料補(bǔ)給連接器連接的燃料填充連接器，在所述排出物收容部中設(shè)置能連接在燃料電池用填充回收器的水回收用連接器上的排出物回收連接器；在通過把所述活塞向所述填充燃料供給部一側(cè)移動(dòng)，使所述填充燃料供給部的燃料通過所述燃料補(bǔ)給連接器，提供給所述燃料電池用填充回收器的填充用燃料收容空間的同時(shí)，通過排出物回收連接器，把所述燃料電池用填充回收器的排出物回收空間內(nèi)的排出物，回收到所述排出物收容部?jī)?nèi)。
本發(fā)明的第十一形態(tài)提供一種燃料電池系統(tǒng)，包括---燃料電池主體，該燃料電池主體具有把燃料氧化的陽極、把氧還原的陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的陽極側(cè)表面上的具有親水性的陽極側(cè)擴(kuò)散層、配置在所述電解質(zhì)膜的陰極側(cè)表面上的具有疏水性的陰極側(cè)擴(kuò)散層；---燃料電池用充填回收器，該燃料電池用充填回收器具有能形成容納提供給所述陽極一側(cè)的液體燃料原液的填充用燃料收容空間、和容納在所述陰極生成的排出物的所述排出物回收空間的一個(gè)容器；配置為在所述容器內(nèi)部沿著軸向能移動(dòng)、把所述容器內(nèi)部分割為所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間的隔板；分別設(shè)置在所述容器中，與所述排出物回收空間連通、并用于取入由所述燃料電池主體的所述陰極一側(cè)的含有水和空氣的排出物的排出物取入口，以及與所述燃料電池主體的所述填充用燃料收容空間連通、并把儲(chǔ)存在內(nèi)部的所述液體燃料原液提供給所述燃料電池主體的陽極一側(cè)的燃料供給口；---向所述陰極供給空氣的空氣供給裝置。


下面簡(jiǎn)要說明附圖。
根據(jù)結(jié)合附圖和優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行的以下說明，本發(fā)明的這些和其他目的、特征變得清楚。
圖1是作為本發(fā)明的各實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池組，作為筆記本電腦用的電池使用時(shí)的模式立體圖。
圖2A是表示在圖1所示的燃料電池系統(tǒng)中，燃料電池主體部分和燃料罐的燃料排出口以及排出物供給口的配合方法的一例的立體圖。
圖2B是表示燃料電池主體部分和燃料罐的燃料排出口以及排出物供給口的配合方法的其他例子的立體圖。
圖3是表示采用圖2A、2B所示的配合方法時(shí)的燃料容器構(gòu)造的剖視圖。
圖4是說明燃料電池用燃料罐的壓力開放閥的配置方向的立體圖。
圖5A是表示本發(fā)明實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖5B是表示圖5A所示的燃料電池用填充回收器的變形例的圖。
圖6是表示圖5A所示的燃料電池用填充回收器的其他變形例的圖。
圖7是表示本發(fā)明實(shí)施方式2的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖8是表示連接圖7所示的燃料電池用填充回收器和該燃料電池用填充回收器中使用的燃料電池用填充回收器用再生器的狀態(tài)的模式圖。
圖9是用于說明圖5A所示的燃料電池用填充回收器中具有的泄漏防止機(jī)構(gòu)的圖。
圖10A是圖7所示的泄漏防止機(jī)構(gòu)的剖視圖。
圖10B是與圖10A所示的插座部配合的插頭部的剖視圖。
圖11是表示圖10A所示的插座部、圖10B所示的插頭部配合的狀態(tài)的圖。
圖12是表示圖7所示的燃料電池用填充回收器的其他變形例的圖。
圖13是表示圖12所示的燃料電池用填充回收器中使用的燃料電池系統(tǒng)變形例的圖。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖15是表示圖14的燃料電池系統(tǒng)中使用的氣液分離器的構(gòu)造的模式圖。
圖16A是表示圖14的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器中具有的隔板的構(gòu)造的模式圖。
圖16B是圖16A的局部放大圖。
圖17A是表示圖14的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器中具有的隔板構(gòu)造的模式圖。
圖17B是圖17A的A-A’線剖視圖。
圖18是表示圖14的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的變形例結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖19是表示圖18的燃料電池用填充回收器的外觀結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖20是表示圖14的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的其他變形例的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖21是表示圖14的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的其他變形例的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖22是表示連接圖21所示的燃料電池用填充回收器和該燃料電池用填充回收器中使用的燃料電池用填充回收器用再生器的狀態(tài)的模式圖。
圖23A是表示圖21所示的燃料電池用填充回收器的隔板的上限位置的模式圖。
圖23B是表示圖21所示的燃料電池用填充回收器的隔板的下限位置的模式圖。
圖24是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖25是表示圖24的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池主體的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖26A是圖25的燃料電池主體的陰極一側(cè)隔膜的主視圖。
圖26B是圖26A的B-B線的剖視圖。
圖27是表示圖25的燃料電池主體的陽極一側(cè)隔膜的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖28是表示本發(fā)明實(shí)施方式5的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖29是表示圖28的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖30是表示圖29的燃料電池用填充回收器的隔板結(jié)構(gòu)的局部放大截面圖。
圖31是表示圖29的燃料電池用填充回收器的隔板的上限位置和下限位置的圖。
圖32是表示圖28的燃料電池系統(tǒng)中使用的控制系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的框圖。
圖33是表示本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)的概略結(jié)構(gòu)圖。
圖34是表示圖33的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池主體的概略結(jié)構(gòu)的圖。
圖35是表示圖33的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖36A是表示圖35的燃料電池用填充回收器的結(jié)構(gòu)的模式圖。
圖36B是圖36A的B-B’線的剖視圖。
圖37是連接圖35的燃料電池用填充回收器和該燃料電池用填充回收器中使用的燃料電池用填充回收器用再生器的狀態(tài)的模式圖。
圖38是表示圖33的燃料電池系統(tǒng)的物料平衡的具體例示的說明圖。
圖39是表示圖33的燃料電池系統(tǒng)的燃料電池的液體燃料原液量和存儲(chǔ)在燃料罐中的水和存儲(chǔ)在罐中的水以及燃料的合計(jì)體積的關(guān)系的曲線圖。
具體實(shí)施例方式
下面，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明實(shí)施方式的燃料電池用填充回收器、能連接該燃料電池用填充回收器的燃料電池系統(tǒng)、進(jìn)行所述燃料電池用填充回收器的再生的燃料電池用填充回收器用再生器。須指出的是，在各圖中，關(guān)于相同的構(gòu)成部分，付與相同的符號(hào)。
各實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)能使結(jié)構(gòu)小型化，所以適合于安裝在移動(dòng)電話等移動(dòng)儀器、圖1所示的個(gè)人電腦等小型便攜式儀器上。須指出的是，在圖1中，符號(hào)10表示所述燃料電池系統(tǒng)。
此外，如后所述，所述各實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)具有用于對(duì)燃料電池主體供給燃料的燃料電池罐20。在所述各實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)中，為了使燃料電池用燃料罐20的裝卸容易，如圖2A和圖2B所示，優(yōu)選在燃料電池用燃料罐20的一個(gè)側(cè)面配置分別與燃料罐20連接的燃料排出口21以及排出物回收口22。即燃料排出口21以及排出物回收口22位于一個(gè)側(cè)面，只把燃料電池用燃料罐20插入燃料電池主體10部分，就能完成連接。
這時(shí)，如后所述，設(shè)置在燃料罐上的壓力開放閥23除了平行于與重力方向正交的方向的下側(cè)面，優(yōu)選配置在與燃料排出口21以及排出物回收口22的設(shè)置側(cè)面不同的側(cè)面上。
須指出的是，如上所述，在把燃料排出口21以及排出物回收口22配置在同一側(cè)面中的圖2A、2B所示的燃料電池用燃料罐20中，設(shè)置到達(dá)從排出物回收口22回收排出物的空間即排出物回收空間的排出物路徑22a。該排出物路徑22a如圖3所示，用隔板劃分燃料電池用燃料罐20內(nèi)而形成，或者設(shè)置管道，或者通過內(nèi)部為中空的導(dǎo)桿等形成，能采用本領(lǐng)域技術(shù)人員容易想到的結(jié)構(gòu)。
此外，當(dāng)把燃料電池系統(tǒng)10作為儀器的電源使用時(shí)，燃料罐的壓力開放閥23優(yōu)選配置在儀器一側(cè)和人體一側(cè)以外的方向。這是因?yàn)槿剂想姵叵到y(tǒng)的燃料電池主體在發(fā)電中約變?yōu)?0℃的溫度，所以從陰極排出的氣體也約為60℃，雖然從壓力開放閥23排出的氣體稍微被冷卻，但是有數(shù)十℃。此外，在排出的氣體中也包含水蒸氣。因此，如果壓力開放閥23位于儀器一側(cè)和人體一側(cè)，則由于熱和水分等的影響，對(duì)儀器和人體造成不良影響。例如，如圖4所示，燃料電池系統(tǒng)10安裝到筆記本電腦上時(shí)，有時(shí)使用者把該計(jì)算機(jī)放到膝蓋上操作，所以無法采用把上述壓力開放閥23配置在重力方向310d上的結(jié)構(gòu)。此外，由于上述理由，也必須避免定向到所述計(jì)算機(jī)一側(cè)。因此，這時(shí)，優(yōu)選把壓力開放閥23定向在向上310a、側(cè)面方向310b、背面方向310c。
下面說明本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的各實(shí)施方式。
首先，就本發(fā)明實(shí)施方式1加以說明。實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)1010是圖5A所示的結(jié)構(gòu)，具有所述燃料電池用填充回收器1020、能連接該燃料電池用填充回收器1020的燃料電池系統(tǒng)主體1001。
燃料電池用填充回收器1020具有向燃料電池系統(tǒng)主體1001供給填充用燃料100的燃料填充機(jī)構(gòu)1060、從燃料電池系統(tǒng)1010回收由燃料電池系統(tǒng)1010生成的排出物的排出物回收機(jī)構(gòu)1000。
所述燃料填充機(jī)構(gòu)1060具有收容填充用燃料100，并且通過管道1015連接在燃料電池系統(tǒng)1010具有的燃料緩沖罐1030上的填充用燃料收容容器1040；設(shè)置在該填充用燃料收容容器1040的出口附近的泄漏防止機(jī)構(gòu)1025；用于從填充用燃料收容容器1040向燃料緩沖罐1030供給填充用燃料100的如電磁式填充用燃料供給泵1014。須指出的是，通過設(shè)置泄漏防止機(jī)構(gòu)1025，填充用燃料收容容器1040能對(duì)連接在燃料電池系統(tǒng)1010或填充用燃料供給泵1014上的所述管道1015進(jìn)行裝卸。
在填充用燃料收容容器1040中充滿填充用燃料原液100，作為填充用燃料原液100，甲醇、二甲醚等有機(jī)溶液是合適的一例，特別優(yōu)選是甲醇。填充用燃料收容容器1040的構(gòu)成材料因?yàn)樾枰苁谷剂显獠粍?dòng)地流通，所以需要一定以上的強(qiáng)度，例如能使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚丙烯等高分子樹脂、玻璃或鋁、不銹鋼等金屬。填充用燃料收容容器1040的容量從減少燃料電池用填充回收器1020的填充用燃料收容容器1040更換頻率的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選比燃料電池系統(tǒng)1010具有的燃料緩沖罐1030的容量大很多，例如具有數(shù)倍到數(shù)十倍的容量。作為一例，當(dāng)燃料緩沖罐1030的容量為50毫升時(shí)，填充用燃料收容容器1040的容量為500毫升左右。
泄漏防止機(jī)構(gòu)1025是當(dāng)填充用燃料收容容器1040沒有連接在燃料電池系統(tǒng)主體1001上時(shí)，防止填充用燃料100從填充用燃料收容容器1040泄漏的機(jī)構(gòu)，例如以圖9所示的結(jié)構(gòu)為例。圖9所示的泄漏防止機(jī)構(gòu)1025具有設(shè)置在填充用燃料收容容器1040上的泄漏防止閥1026和彈簧1027。而與該泄漏防止機(jī)構(gòu)1025相對(duì)，在填充用燃料供給泵1014一側(cè)的管道1015上設(shè)置推出銷1029。對(duì)泄漏防止閥1026和推出銷1029能使用聚乙烯、聚丙烯等高分子樹脂類、鋁、不銹鋼等金屬。
在這樣構(gòu)成的泄漏防止機(jī)構(gòu)1025中，當(dāng)從管道1015取下填充用燃料收容容器1040時(shí)，由于彈簧1027的收縮力，泄漏防止閥1026緊貼在連接口1028上。據(jù)此，防止填充用燃料100的泄漏。而當(dāng)填充用燃料收容容器1040連接在管道1015上時(shí)，推出銷1029接觸泄漏防止閥1026，抵抗彈簧1027的收縮力，按壓泄漏防止閥1026。因此，泄漏防止閥1026從連接口1028分離，填充用燃料收容容器1040內(nèi)的填充用燃料100能提供給所述管道1015。
須指出的是，所述泄漏防止機(jī)構(gòu)1025的結(jié)構(gòu)并不局限于圖9所示的結(jié)構(gòu)，能采用公開的構(gòu)造或本領(lǐng)域技術(shù)人員能想到的構(gòu)造。
排出物回收機(jī)構(gòu)1070具有通過管道1017連接在燃料電池系統(tǒng)1010具有的排出物緩沖罐1031上的排出物回收容器1050；設(shè)置在該排出物回收容器1050的出口附近的泄漏防止機(jī)構(gòu)1025；用于從排出物緩沖罐1031向排出物回收容器1050供給排出物110的例如電磁式的排出物回收用泵1016。須指出的是，通過設(shè)置泄漏防止機(jī)構(gòu)1025，排出物回收容器1050對(duì)連接在燃料電池系統(tǒng)主體1001或排出物回收用泵1016上的所述管道1017是可裝卸的。
排出物回收容器1050是用于回收所述排出物的容器，能用與上述的燃料填充機(jī)構(gòu)1060的填充用燃料收容容器1040相同的材料制作。此外，排出物回收容器1050的容量從使燃料電池用填充回收器1020的填充用燃料收容容器1040的更換頻度和排出物回收容器1050的更換頻度為相同程度的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選為與填充用燃料收容容器1040相同的容量。此外，泄漏防止機(jī)構(gòu)1025與上述的燃料填充機(jī)構(gòu)1060的相同。
此外，填充用燃料供給泵1014和排出物回收用泵1016由該燃料電池用填充回收1020內(nèi)、燃料電池系統(tǒng)1001內(nèi)或在它們之外另外設(shè)置的控制裝置400控制動(dòng)作。
下面說明燃料電池系統(tǒng)主體1001。
如圖5A所示，燃料電池系統(tǒng)主體1001具有燃料電池主體1000，并且在本實(shí)施方式中，還具有燃料緩沖罐1030、排出物緩沖罐1031、燃料混合罐1032、氣液分離裝置1033、設(shè)置在燃料緩沖罐1030的供給口1030a部分的燃料用連接部1034、設(shè)置在排出物緩沖罐1031的回收口1031a部分的排出物用連接部1035。須指出的是，在燃料電池系統(tǒng)主體1001內(nèi)，在燃料電池主體1000的燃料供給系統(tǒng)路徑、以及從燃料電池主體1000的排出物排出系統(tǒng)路徑中分別具有泵，但是關(guān)于這些泵，省略圖示，并且省略其動(dòng)作說明。此外，燃料緩沖罐1030、排出物緩沖罐1031可以采用能分別或一起從燃料電池系統(tǒng)主體1001取下的結(jié)構(gòu)。
燃料電池主體1000具有膜電極組合體1002、陽極1004、陰極1006。在陽極1004上連接有燃料循環(huán)路徑1036，在陰極1006上連接有空氣供給路徑1037、排出物排出路徑1038。
膜電極組合體1002具有固體高分子電解質(zhì)膜，由陽極1004、陰極1006夾著。陽極1004是層疊了分解燃料并且抽出電子的催化劑、燃料的擴(kuò)散層、作為集電體的隔膜的構(gòu)造，陰極1006是層疊了質(zhì)子與氧的反應(yīng)催化劑、空氣的擴(kuò)散層、作為集電體的隔膜的構(gòu)造。作為陽極1004和陰極1006的所述催化劑，使用白金、釕。
在陰極1006上連接例如電機(jī)式的空氣供給泵1039，例如以每分鐘1升的量，通過空氣供給路經(jīng)1037向陰極1006供給作為氣體氧化劑的空氣或氧。此外，所述空氣供給泵1039也由所述控制裝置400控制動(dòng)作。
燃料緩沖容器1030容納由與上述的填充用燃料100相同的液體構(gòu)成的燃料101即甲醇、二甲醚等有機(jī)溶液，特別是甲醇，排出口1030c連接在燃料混合罐1032上。此外，如上所述，在燃料緩沖罐1030的供給口1030a部分設(shè)置燃料用連接部1034，在該燃料用連接部1034上可裝卸地連接與燃料電池用填充回收器1020的填充用燃料收容容器1040連接的管道1015。此外，燃料用連接部1034具有與參照?qǐng)D9說明的泄漏防止機(jī)構(gòu)1025同樣的構(gòu)造，在不連接管道1015的狀態(tài)下，燃料緩沖罐1030的供給口1030a關(guān)閉。
在排出物緩沖罐1031的供給口1031b上連接與陰極1006連接并且在途中具有氣液分離裝置1033的所述排出物排出路經(jīng)1038。在燃料電池主體1000的發(fā)電動(dòng)作的同時(shí)，從陰極1006排出空氣和水，但是由氣液分離裝置1033把空氣分離，向外部排出，所以對(duì)排出物緩沖罐1031供給水等的排出物110，存儲(chǔ)這些排出物110。此外，排出物緩沖罐1031的排出口1031c連接在所述燃料混合罐1032上。此外，如上所述，在排出物緩沖罐1031的回收口1031a部分設(shè)置排出物用連接部1035，在該排出物用連接部1035上可裝卸地連接燃料電池用填充回收器1020的排出物回收容器1050上連接的管道1017。此外，排出物用連接部1035具有與參照?qǐng)D9說明的泄漏防止機(jī)構(gòu)1025同樣的構(gòu)造，在不連接管道1017的狀態(tài)下，排出物緩沖罐1031的所述回收口1031a關(guān)閉。
如上所述，對(duì)燃料混合容器1032，從燃料緩沖罐1030供給燃料101，從排出物緩沖罐1031供給排出物110的水等，所以在燃料混合罐1032中容納把燃料101稀釋的稀釋燃料120。此外，燃料混合罐1032通過燃料循環(huán)路經(jīng)1036與陽極1004連接，在從陽極1004到燃料混合罐1032的回收路經(jīng)的途中設(shè)置氣液分離裝置1033。在燃料電池主體1000的發(fā)電動(dòng)作的同時(shí)，從陽極1004排出未反應(yīng)的稀釋燃料120和碳酸氣體，但是由氣液分離裝置1033分離碳酸氣體，向外部排出，所以對(duì)燃料混合罐1031供給稀釋燃料120。
下面說明在具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池用填充回收器1020中，與燃料電池系統(tǒng)主體1001連接時(shí)的燃料電池用填充回收器1020的填充回收動(dòng)作。須指出的是，在說明所述填充回收動(dòng)作前，首先說明具有上述結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)1010的動(dòng)作。
從燃料緩沖罐1030對(duì)燃料混合罐1032供給燃料101，從排出物緩沖罐1031對(duì)燃料混合容器1032供給排出物110的水等，燃料101被稀釋為給定濃度例如2mol的稀釋燃料120。稀釋燃料120提供給陽極1004。而對(duì)陰極1006，利用空氣供給泵1039，經(jīng)過空氣供給路經(jīng)1037供給作為氧化劑的空氣或氧。因此，燃料電池主體1000通過陽極1004和陰極1006內(nèi)的Pt或Pt-Cu等碳載貴重金屬催化劑，在陽極1004和陰極1006發(fā)生上述的反應(yīng)，進(jìn)行發(fā)電。
經(jīng)過陽極1004的稀釋燃料120和在陽極1004產(chǎn)生的碳酸氣體由燃料循環(huán)路經(jīng)1036的氣液分離裝置1033分離碳酸氣體，向外部放出，剩下的稀釋燃料120循環(huán)回到燃料混合罐1032中。
此外，經(jīng)過陰極1006的氣體和在陰極1006產(chǎn)生的水等排出物110由排出物排出路經(jīng)的氣液分離裝置1033分離氣體，向外部排出，剩下的水等排出物110提供給排出物緩沖罐1031。
伴隨著發(fā)電的進(jìn)行，消耗燃料緩沖罐1030內(nèi)的燃料101，在排出物緩沖罐1031中水等排出物110增加。然后，當(dāng)燃料緩沖罐1030內(nèi)的燃料101達(dá)到規(guī)定量時(shí)，例如幾乎沒有殘余量時(shí)，執(zhí)行基于燃料電池用填充回收器1020的所述填充回收動(dòng)作。須指出的是，在理論上如上所述，在陰極1006生成于陽極1004消耗的水量的3倍的水，但是通過適當(dāng)設(shè)定提供給陽極1004的稀釋燃料120的濃度，例如通過設(shè)定為6.5重量％，能使消耗的燃料以及水量的和與生成的水量幾乎相同。
下面說明所述填充回收動(dòng)作。
把連接在燃料電池用填充回收器1020的填充用燃料收容容器1040上的管道1015和連接在排出物回收容器1050上的管道1017，分別與燃料電池系統(tǒng)主體1001的燃料緩沖罐1030的燃料用連接部1034、排出物緩沖罐1031的排出物用連接部1035連接。
須指出的是，所述管道1015以及管道1017如本實(shí)施方式那樣，可以與泵1014、1016一起設(shè)置在燃料電池用填充回收器1020中，也可以設(shè)置為另外的獨(dú)立構(gòu)件，此外，可以設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)主體1001中。
此外，所述管道1015和管道1017可以分別進(jìn)行連接，但是從方便性和操作性的觀點(diǎn)出發(fā)，優(yōu)選其結(jié)構(gòu)為設(shè)置在燃料電池用填充回收器1020上，在把燃料電池用填充回收器1020連接到燃料電池系統(tǒng)主體1001上時(shí)，把兩者同時(shí)連接到燃料用連接部1034和排出物用連接部1035上。具體而言，如上述的圖3所示，優(yōu)選在同一側(cè)面配置與燃料排出口21連通的管道1015和與排出物供給口22連通的管道1017。
連接后，使填充用燃料供給泵1014工作，通過管道1015和燃料用連接部1034向燃料緩沖罐1030內(nèi)供給填充用燃料收容容器1040中容納的填充用燃料100。此外，為了縮短作業(yè)時(shí)間，優(yōu)選與填充用燃料100的供給動(dòng)作并行，使排出物回收用泵1016工作，把收容在排出物緩沖罐1031中的水等排出物110通過排出物用連接部1035和管道1017回到排出物回收容器1050中。這時(shí)，在排出物緩沖罐1031內(nèi)，為了把燃料稀釋，優(yōu)選殘留如少量水等排出物110。
在填充用燃料100的供給和排出物110的回收結(jié)束的時(shí)刻，停止填充用燃料供給泵1014和排出物回收用泵1016，然后分別從燃料用連接部1034和排出物用連接部1035上取下管道1015和管道1017，結(jié)束該填充回收動(dòng)作。
如上所述，通過具有能對(duì)燃料電池系統(tǒng)主體1001自由裝卸的燃料電池用填充回收器1020，燃料從填充用燃料收容容器1040通過管道1015自動(dòng)提供給燃料緩沖罐1030內(nèi)，所以燃料不會(huì)撒到外部，并且能完全地進(jìn)行燃料供給，從排出物緩沖罐1031向排出物回收容器1050內(nèi)能通過管道1017自動(dòng)回收排出物緩沖罐1031內(nèi)儲(chǔ)存的排出物110。據(jù)此，能防止從燃料電池系統(tǒng)1010向外部排出水蒸氣等。
此外，在燃料電池用填充回收器1020中設(shè)置泄漏防止機(jī)構(gòu)1025，通過使它比燃料緩沖罐1030具有更大容量，能防止對(duì)燃料緩沖罐1030的連接時(shí)的燃料泄漏，能減少填充用燃料收容容器1040的更換頻度。
須指出的是，在上述的實(shí)施方式1中，燃料電池用填充回收器1020具有填充用燃料收容容器1040和排出物回收容器1050等兩個(gè)獨(dú)立容器，但是，如圖5B所示，也可以用一個(gè)容器具有填充用燃料收容容器1040和排出物回收容器1050的功能。即如上所述，通過向燃料緩沖罐1030供給填充用燃料100，容納填充用燃料100的容器1051變空，所以在供給燃料后，能把該容器1051用于排出物110的回收。須指出的是，當(dāng)這樣使用一個(gè)容器時(shí)，如圖5B所示，優(yōu)選設(shè)置用于判斷該容器1051內(nèi)的收容物的判別工具1052。例如在來自陰極1006的排出物110中，作為副生成物，包含甲酸，所以判別工具1052能使用根據(jù)內(nèi)容物的液體性質(zhì)，顏色變化的試驗(yàn)工具，作為試驗(yàn)工具，例如能使用測(cè)定液體的酸堿度的pH試紙。
此外，作為變形例，能使用形成填充用燃料收容空間和排出物回收空間的外觀上的一個(gè)容器。
通過這樣用同一個(gè)容器1241作為填充用燃料收容容器和排出物回收容器，能提高填充用燃料收容容器的循環(huán)性，從而能降低成本。
在上述的圖5B的變形例中，設(shè)置了填充用燃料供給泵1114和排出物回收用泵1116等兩個(gè)，但是如圖6所示的其他變形例的燃料電池用填充回收器1220那樣，通過在管道1215或管道1217中設(shè)置切換流道的切換閥1209，能成一臺(tái)泵1213，此外，能使用一個(gè)容器1241。須指出的是，在圖6中，控制裝置402與上述的控制裝置401對(duì)應(yīng)，控制泵1213、切換閥1209以及空氣供給泵1239的動(dòng)作。
此外，在圖6中，與圖5A時(shí)同樣，以燃料電池用填充回收器1220具有管道1215或管道1217的結(jié)構(gòu)為例，但是可以采用在燃料電池系統(tǒng)主體1201上設(shè)置泵1213和切換閥1209、或切換閥1209的結(jié)構(gòu)。根據(jù)該結(jié)構(gòu)，能使燃料電池用填充回收器1220和燃料電池系統(tǒng)主體1201的連接部可以為一處。
下面，說明本發(fā)明實(shí)施方式2。
圖7表示實(shí)施方式2的燃料電池用填充回收器1320。燃料電池用填充回收器1320具有中空的一個(gè)填充回收容器1340；設(shè)置在該填充回收容器1340內(nèi)，能沿著該填充回收容器1340的軸向1340a移動(dòng)，并且把該填充回收容器1340內(nèi)劃分為排出物回收空間1341和填充用燃料收容空間1342的隔板1350；作為對(duì)上述的管道1315、1517可裝卸的連接部分的所述泄漏防止機(jī)構(gòu)1325。
所述隔板1350例如能使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯、聚碳酸酯，特氟隆(商標(biāo)名稱)等高分子樹脂、或玻璃、或鋁、不銹鋼等金屬。隔板1350的板厚薄時(shí)，在填充回收器1340內(nèi)，初始的填充用燃料占有率提高，所以好，但是如果過薄，則加壓時(shí)的強(qiáng)度不足。因此，根據(jù)隔板1350的使用材料和尺寸，所需的板厚變化。
此外，在隔板1350的與填充回收容器1340的內(nèi)面1340b的接觸部分1350a設(shè)置例如由彈性材料構(gòu)成的O環(huán)等或圖7所示的形狀的密封構(gòu)件1351，從而使收容在排出物回收空間1341中的排出物與收容在填充用燃料收容空間1342中的填充用燃料不混合存在。
此外，在填充回收容器1340內(nèi)也能設(shè)置用于沿著軸向1340a引導(dǎo)隔板1350的移動(dòng)的引導(dǎo)構(gòu)件。作為所述引導(dǎo)構(gòu)件，考慮到沿著軸向1340a，貫穿隔板1350而設(shè)置的棒材1343，以及在填充回收容器1340的內(nèi)表面1340b沿著軸向1340a形成并且與隔板1350配合的凹部或凸部等。須指出的是，當(dāng)使用所述棒材1343時(shí)，在隔板1350的貫通部分，為了防止在該貫通部分的排出物和填充用燃料的泄漏，例如設(shè)置O環(huán)等密封構(gòu)件。
作為一個(gè)例子，所述泄漏防止機(jī)構(gòu)1325能使用圖10A所示的市場(chǎng)上出售的插座(socket)部。該插座部1325具有插頭(plug)插入用凹部1326、閥部1327、把閥部1327按壓在閥座部1328上的彈簧1329。此外，在閥部1327中，在與閥座部1328的接觸部分設(shè)置密封墊等密封構(gòu)件，通常閥部1327由彈簧1329按壓在閥座部1328上，防止所述填充用燃料和排出物從填充回收容器1340內(nèi)泄漏到外部。
而與插座部1325相對(duì)，在所述管道1315和管道1317上設(shè)置市場(chǎng)上出售的插頭部1335。插頭部1335例如如圖10B所示，能與插座部1325連接，具有與插座部1325的插頭插入用凹部1326配合的凸部1336、閥部1337、把閥部1337按壓在閥座部1338上的彈簧1339。通過把這樣的插頭部1335與插座部1325的插頭插入用凹部1326配合，如圖11所示，彼此的閥部1327以及閥部1337接觸，分別解除閥部1327、1337與閥座部1328、1338的接觸，分別把排出物回收空間1341和管道1317開通，把填充用燃料收容空間1342和管道1315開通。此外，在插頭插入用凹部1326中設(shè)置用于防止泄漏的O環(huán)1332，在插座部1325和插頭部1335的連接時(shí)，防止液體從該連接部分泄漏。
下面，說明在采用上述的結(jié)構(gòu)的實(shí)施方式2的燃料電池用填充回收器1320中，與燃料電池系統(tǒng)主體1301連接時(shí)的燃料電池用填充回收器1320的填充回收動(dòng)作。須指出的是，在初始狀態(tài)下，是在燃料電池用填充回收器1320中充滿填充用燃料100的狀態(tài)，據(jù)此，隔板1350在填充回收容器1340內(nèi)位于管道1317一側(cè)即圖的右側(cè)。
如上所述，燃料電池用填充回收器1320通過把管道1315和管道1317連接在燃料電池系統(tǒng)主體1301的所述燃料緩沖罐1330以及所述排出物緩沖罐1331上，與燃料電池系統(tǒng)主體1301連接。而且，如實(shí)施方式1中所述，通過發(fā)電動(dòng)作，在排出物緩沖罐1331內(nèi)儲(chǔ)存水等排出物110，并且從燃料緩沖罐1330內(nèi)消耗燃料101。據(jù)此，使排出物回收用泵1314適當(dāng)工作，把排出物緩沖罐1331內(nèi)的排出物110通過管道1317提供給燃料電池用填充回收器1320的排出物回收空間1341。通過該供給動(dòng)作，排出物回收空間1341的壓力上升，按壓隔板1350，隔板1350沿著軸向1340a即圖中向左，向填充用燃料收容空間1342一側(cè)移動(dòng)。通過該隔板1350的移動(dòng)，收容在填充用燃料收容空間1342中的填充用燃料100被加壓，通過管道1315提供給燃料電池系統(tǒng)主體1301的燃料緩沖罐1330內(nèi)。即排出物回收用泵1314作為壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)起作用。
重復(fù)上述的動(dòng)作，執(zhí)行填充回收動(dòng)作，直到收容在填充用燃料收容空間1342中的填充用燃料100幾乎或完全沒有。須指出的是，在填充用燃料100完全沒有的狀態(tài)下，燃料電池用填充回收器1320內(nèi)由排出物100充滿。
如上所述，根據(jù)燃料電池用填充回收器1320，能產(chǎn)生上述的實(shí)施方式1的燃料電池用填充回收器1020產(chǎn)生的效果即不把燃料撒到外部、并且安全地進(jìn)行燃料供給，能自動(dòng)回收排出物231的效果，此外，在作為一個(gè)容器的填充回收容器1340中，能同時(shí)進(jìn)行來自燃料電池系統(tǒng)主體1301的排出物緩沖罐1331的排出物110的回收動(dòng)作和對(duì)燃料緩沖罐1330供給填充用燃料100的動(dòng)作。
此外，因?yàn)橛梢粋€(gè)容器的填充回收容器1340構(gòu)成，所以通過把燃料電池用填充回收器1320連接在燃料電池系統(tǒng)主體1301上，一次就能進(jìn)行對(duì)燃料緩沖罐1330和對(duì)排出物緩沖罐1331的連接，裝卸時(shí)的處理變得非常容易。
須指出的是，通過向燃料電池用填充回收器1320內(nèi)回收排出物110的動(dòng)作，按壓隔板1350，對(duì)燃料電池用填充回收器1320內(nèi)的填充用燃料100加壓，所以可以不設(shè)置填充用燃料供給泵1314。據(jù)此，如上所述，與容器的單一化配合，能簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)。
此外，在上述的說明中，首先使排出物回收用泵1316工作，但是可以首先使填充用燃料供給泵1314工作。通過填充用燃料供給泵1314的動(dòng)作，填充用燃料收容空間1342內(nèi)的填充用燃料100減少，據(jù)此，隔板1350沿著軸向1340a向圖的左方移動(dòng)。據(jù)此，排出物回收空間1341變?yōu)樨?fù)壓，從排出物緩沖罐1331把排出物110吸引到排出物回收空間1341內(nèi)。這時(shí)，可以不設(shè)置排出物回收用泵1316。即這時(shí)，填充用燃料供給泵1314成為壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)。
此外，在上述的實(shí)施方式1和實(shí)施方式2中，填充用燃料供給泵1314和排出物回收用泵1316設(shè)置在燃料電池用填充回收器1020～1320上，但是并不局限于該結(jié)構(gòu)，可以設(shè)置在燃料電池系統(tǒng)主體1001～1301上。
此外，作為上述的實(shí)施方式2的燃料電池用填充回收器1320的變形例，能構(gòu)成圖12所示的燃料電池用填充回收器1420。在上述的實(shí)施方式2中，隔板1350通過填充用燃料供給泵1314或排出物回收用泵1316的工作而移動(dòng)，但是在變形例的燃料電池用填充回收器1420中，采用由活塞1455使其移動(dòng)，消除了填充用燃料供給泵和排出物回收用泵的結(jié)構(gòu)。其他結(jié)構(gòu)與燃料電池用填充回收器1320的結(jié)構(gòu)相同，所以這里省略說明。
所述活塞1455具有隔板1456；突出設(shè)置在該隔板1456上，沿著軸向1440a延伸，貫通填充回收容器1420到達(dá)外部的桿1457。此外，在隔板1456的與填充回收容器1420的內(nèi)表面1440b的接觸部分設(shè)置所述密封構(gòu)件1451，此外，在填充回收器1420的桿1457的貫通部分也設(shè)置未圖示的用于防止泄漏的密封構(gòu)件。
在所燃料電池用填充回收器1420中，在初始狀態(tài)下，在填充用燃料收容空間1442中充滿填充用燃料100，活塞1445位于管道1417一側(cè)即圖的右側(cè)。在燃料的填充時(shí)，通過在燃料電池系統(tǒng)主體1401的燃料緩沖罐1430和排出物緩沖罐1431上連接管道1415和管道1417，燃料電池用填充回收器1420與燃料電池系統(tǒng)主體1401連接。連接后，沿著軸向1440a向管道1415一側(cè)按壓活塞1455。通過按壓活塞1455，對(duì)收容在填充用燃料收容空間1442中的填充用燃料100加壓，通過管道1415把填充用燃料100提供給燃料緩沖罐1430內(nèi)。而排出物回收空間1441由于活塞1455的移動(dòng)，產(chǎn)生負(fù)壓。由于在排出物回收空間1441中產(chǎn)生負(fù)壓，排出物回收容器1431內(nèi)的排出物110通過管道1417被吸入排出物回收空間1441中。即在所述實(shí)施方式中，活塞1455作為壓力差產(chǎn)生機(jī)構(gòu)起作用。
如上所述，根據(jù)所述燃料電池用填充回收器1420，通過上述的活塞1455的一個(gè)動(dòng)作，能產(chǎn)生與實(shí)施方式2的燃料電池用填充回收器1320產(chǎn)生的上述效果同樣的效果。根據(jù)燃料電池用填充回收器1420，通過使用活塞1455，不需要填充用燃料供給泵和排出物回收用泵。據(jù)此，燃料電池用填充回收器1420與燃料電池用填充回收器1320相比，能進(jìn)一步簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)。
須指出的是，活塞1455的動(dòng)作可以使用電機(jī)等驅(qū)動(dòng)源，以機(jī)械方式進(jìn)行，也可以用手動(dòng)進(jìn)行。特別是通過用手動(dòng)進(jìn)行活塞1455的動(dòng)作，能取得簡(jiǎn)單的裝置結(jié)構(gòu)。
此外，當(dāng)使用所述燃料電池用填充回收器1420時(shí)，能連接在圖13所示的燃料電池系統(tǒng)1403上。在圖12的燃料電池系統(tǒng)1401中，采用分別單獨(dú)設(shè)置燃料緩沖罐1330和排出物緩沖罐1431的結(jié)構(gòu)，但是在圖13的燃料電池系統(tǒng)1403中，如圖所示，具有一體構(gòu)成的燃料排出物罐1480。須指出的是，燃料電池系統(tǒng)1403的其他結(jié)構(gòu)與燃料電池系統(tǒng)1401的結(jié)構(gòu)相同，省略這里的說明。此外，燃料排出物罐1480可以采用能從燃料電池系統(tǒng)1403取下的結(jié)構(gòu)。
所述燃料排出物罐1480在其內(nèi)部具有能沿著該燃料排出物罐1480的軸向1480a移動(dòng)的隔板1483，用該隔板1483把該燃料排出物罐1480內(nèi)分割為燃料部1481和排出物部1482。須指出的是，在隔板1483的與燃料排出物容器1480內(nèi)表面的接觸部分設(shè)置所述燃料電池用填充回收器1420的隔板14510上設(shè)置的密封構(gòu)件。燃料部1481是容納燃料101的部分，連接在該燃料電池系統(tǒng)主體1403的燃料混合罐1432上，并且通過管道1415可裝卸地與所述燃料電池用填充回收器1420的填充用燃料收容空間1442連接。排出物部1482是容納排出物110的部分，連接在該燃料電池系統(tǒng)主體1403的燃料混合罐1432上，并且通過管道1417可裝卸地與所述燃料電池用填充回收器1420的排出物回收空間1441連接。
在這樣構(gòu)成的燃料電池系統(tǒng)1403中，通過燃料電池主體1400的發(fā)電，燃料部1481內(nèi)的燃料101提供給陽極1404，排出物110從陰極1406回收到排出部1482中。通過燃料101的消耗和排出物110的回收，隔板1483沿著軸向1480a向燃料部1481一側(cè)移動(dòng)。
當(dāng)進(jìn)行燃料100的填充和排出物110的回收時(shí)，在燃料電池系統(tǒng)主體1403的燃料排出物罐1480上連接燃料電池用填充回收器1420，如上所述，通過把燃料電池用填充回收器1420的活塞1455向圖的左側(cè)即管道1415一側(cè)按壓，對(duì)收容在填充用燃料收容空間1442中的填充用燃料100加壓，通過管道1415提供給燃料排出物罐1480的燃料部1481。通過該燃料的供給動(dòng)作，燃料部1481內(nèi)的燃料101把燃料排出物罐1480的隔板1483沿著軸向1480b按壓。據(jù)此，隔板1483對(duì)燃料排出物罐1480的排出部1482內(nèi)的排出物110加壓，通過管道1417輸送給燃料電池用填充回收器1420的排出物回收空間1441。
通過這樣組合燃料電池用填充回收器1420和燃料電池系統(tǒng)1403，當(dāng)進(jìn)行燃料的填充和排出物的回收動(dòng)作時(shí)，連接燃料排出物罐1480和燃料電池用填充回收器1420，通過按壓活塞1455的一個(gè)動(dòng)作，能同時(shí)高效進(jìn)行燃料的填充和排出物的回收動(dòng)作。此外，不需要燃料的填充和排出物的回收用泵，能簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)。特別是通過使活塞1455的動(dòng)作為手動(dòng)，燃料電池用填充回收器1420不需要電力，能進(jìn)一步簡(jiǎn)化裝置結(jié)構(gòu)。
如上所述，在實(shí)施方式2中，對(duì)于向燃料電池系統(tǒng)主體1301供給填充用燃料100后的燃料電池用填充回收器1320，進(jìn)行填充用燃料100的再填充和回收到排出物回收空間1341中的排出物110的回收，所以下面說明連接在燃料電池用填充回收器1320上的再生器。
圖8所示的再生器3300具有與上述的燃料電池用填充回收器1320相同尺寸的中空的一個(gè)再生器外殼3310；設(shè)置在該再生器外殼3310內(nèi)，能沿著該再生器外殼3310的軸向3310a移動(dòng)的活塞3320；與燃料電池用填充回收器1320中在兩處設(shè)置的插座部1325、1325分別配合的上述插頭部3336、3335。
所述活塞3320具有把再生器外殼3310內(nèi)部劃分為排出物收容部3311和填充燃料供給部3312的隔板3321；突出設(shè)置在該隔板3321上，沿著軸向3310a延伸，貫通再生器外殼3310，到達(dá)外部的桿3322。此外，在隔板3321的與再生器外殼3310內(nèi)表面3310b的接觸部分3321a上設(shè)置用于使排出物收容部3311中容納的排出物110和填充燃料供給部3312中容納的填充用燃料102不混合存在的上述的O環(huán)等密封構(gòu)件(未圖示)。此外，在桿3322貫通再生器外殼3310的部分上也設(shè)置用于防止泄漏的密封構(gòu)件。
作為這樣的活塞3320的材料，優(yōu)選是聚乙烯、聚丙烯、特氟隆(商標(biāo)名稱)等高分子樹脂類。
此外，在再生器外殼3310內(nèi)也能設(shè)置用于沿著軸向3310a引導(dǎo)活塞3320的移動(dòng)的引導(dǎo)構(gòu)件。作為所述引導(dǎo)構(gòu)件，考慮到沿著軸向3310a貫通隔板3321而設(shè)置的棒材3313；或在再生器外殼3310的內(nèi)表面3310b上沿著軸向3310a形成，與隔板3321配合的凹部或凸部等。
下面，說明使用以上結(jié)構(gòu)的再生器3300的燃料電池用填充回收器1320的再生動(dòng)作。須指出的是，再生器3300為用填充用燃料102充滿的狀態(tài)，燃料電池用填充回收器1320為用排出物110在某種程度上或完全充滿的狀態(tài)。
如圖8所示，把燃料電池用填充回收器1320的排出物回收空間1341的插座部1325和再生器3300的排出物收容部3311的插頭部3336連接，并且把燃料電池用填充回收器1320的填充用燃料收容空間1342的插座部1325和再生器3300的填充燃料供給部3312的插頭部3335連接。據(jù)此，排出物回收空間1341和排出物收容部3311連通，并且填充用燃料收容空間1342和填充燃料供給部3312連通。須指出的是，圖8圖示再生作業(yè)前。
接著，作業(yè)者沿著軸向3310a按壓活塞3320的桿3322。通過把活塞3320向填充燃料供給部3312一側(cè)按壓，收容在再生器3300的填充燃料供給部3312中的填充用燃料102通過插座部1325和插頭部3335提供給燃料電池用填充回收器1320的填充用燃料收容空間1342。通過對(duì)該填充用燃料收容空間1342供給填充用燃料102，燃料電池用填充回收器1320的隔板1350按壓排出物回收空間1341內(nèi)的排出物110。據(jù)此，排出物110通過插座部1325和插頭部3336提供給再生器3300的排出物收容部3311。這樣，填充用燃料102充滿燃料電池用填充回收器1320，而排出物110充滿再生器3300。
須指出的是，即使燃料電池用填充回收器1320的填充用燃料收容空間1342中有殘存燃料，也會(huì)沒問題地進(jìn)行上述的再生動(dòng)作，此外，即使收容在再生器3300的填充燃料供給部3312中的填充用燃料102的量比填充用燃料收容空間1342的容量小，也能沒問題地進(jìn)行。后者的時(shí)候，燃料電池用填充回收器1320的排出物回收空間1341的排出物110的排出在中途結(jié)束，但是對(duì)燃料電池系統(tǒng)主體1301的動(dòng)作不帶來障礙。
下面說明本發(fā)明實(shí)施方式3。
圖14是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)1510的模式結(jié)構(gòu)的模式結(jié)構(gòu)圖。
如圖14所示，燃料電池系統(tǒng)1510具有把燃料具有的化學(xué)能通過電化學(xué)變換為電能，進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電部即燃料電池主體1500；把該發(fā)電所必要的燃料等提供給燃料電池主體1500的輔機(jī)系統(tǒng)。此外，該燃料電池系統(tǒng)1510是把有機(jī)類的液體燃料的一例即甲醇水溶液作為燃料，從該甲醇直接取出質(zhì)子，進(jìn)行發(fā)電的直接型甲醇燃料電池(DMFC)。
如圖14所示，燃料電池主體1500具有陽極(燃料極)1504、陰極(空氣極)1506、配置在陽極1504和陰極1506之間的膜電極組合體1502、作為分別配置在膜電極組合體1502的電解質(zhì)膜的表面的擴(kuò)散層即陽極一側(cè)擴(kuò)散層1507、陰極一側(cè)擴(kuò)散層1508。陽極1504具有對(duì)供給的甲醇進(jìn)行氧化反應(yīng)，進(jìn)行取出質(zhì)子和電子的反應(yīng)(陽極反應(yīng))的功能。該電子通過電連接陽極1504和陰極1506的未圖示的外部電路(發(fā)電電路)向陰極1506移動(dòng)，該質(zhì)子通過膜電極組合體1502向陰極1506移動(dòng)。此外，陰極1506具有使用從外部供給的氧、由陽極1504通過膜電極組合體1502移動(dòng)而來的質(zhì)子、通過所述外部電路流過來的電子，進(jìn)行還原反應(yīng)，進(jìn)行生成水的反應(yīng)(陰極反應(yīng))的功能。這樣在陽極1504進(jìn)行氧化反應(yīng)，在陰極1506進(jìn)行還原反應(yīng)，使電子流向所述外部電路，產(chǎn)生電流，能進(jìn)行發(fā)電。
具體而言，作為膜電極組合體1502，例如使用液體燃料的滲透為以往的1/10的膜電極組合體。膜電極組合體1502在一方的表面上，作為陽極1504的陽極催化劑，形成在碳類粉末載體上分散載持白金和釕、或白金和釕的合金的材料，在另一方表面上，作為陰極1506的陰極催化劑，形成在碳類載體上分散載持白金微粒的材料。把在膜電極組合體1502形成催化劑的整體稱作膜電極組合體。陽極一側(cè)擴(kuò)散層1507例如是對(duì)碳紙進(jìn)行親水處理而形成的，陰極一側(cè)的擴(kuò)散層1508例如是對(duì)碳紙進(jìn)行疏水處理而形成的。須指出的是，這樣的親水性的處理通過用水蒸汽對(duì)碳紙進(jìn)行活化處理，能提高親水性。此外，疏水性的處理是，通過對(duì)碳紙含浸聚四氟乙烯等氟類樹脂的分散體，付與疏水性。通過使各擴(kuò)散層1507和1508緊貼在所述膜電極組合體的電解質(zhì)膜的表面上后，夾隔著隔膜固定在殼體上，形成燃料電池主體1500。此外，各擴(kuò)散層1507和1508也能作為電極使用。
須指出的是，對(duì)于擴(kuò)散層1507和1508，代替使用所述碳紙的情形，也可以使用碳布。作為膜電極組合體1502，例如通過重疊使用三張杜邦公司的ナフイオン(商品名稱)，能減少滲透。此外，作為膜電極組合體1502，例如可以使用在具有亞微米級(jí)的細(xì)孔的多孔質(zhì)膜中填充了電解質(zhì)聚合物的細(xì)孔填充電解質(zhì)膜或在陶瓷多孔體中填充了電解質(zhì)聚合物的材料。
此外，如圖14所示，陽極1504具有為了能實(shí)施所述陽極反應(yīng)而向其內(nèi)部供給甲醇水溶液的燃料供給口1509，在該燃料供給口1509上設(shè)置用于排出由該陽極反應(yīng)生成的二氧化碳的排氣閥1511。
此外，陰極1506具有為了供給所述陽極反應(yīng)的實(shí)施中使用的氧，例如使用空氣對(duì)其內(nèi)部供給該空氣的空氣供給口1512；用于從所述內(nèi)部排出該陰極反應(yīng)中生成的水(包含液態(tài)或氣態(tài)的任意狀態(tài)或各狀態(tài)混合存在的狀態(tài))的排出口1513。
須指出的是，該排出物包含水作為主成分，但是除了它，有時(shí)也包含甲酸、甲酸甲酯、甲醇(由后面描述的滲透)。
下面，說明燃料電池系統(tǒng)1510的所述輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。作為所述輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具有用于向燃料電池主體1500的陽極1504供給甲醇水溶液的輔機(jī)結(jié)構(gòu)、用于向陰極1506供給空氣的輔機(jī)結(jié)構(gòu)、用于回收由陰極1506生成的排出物即水的輔機(jī)結(jié)構(gòu)。
首先，如圖14所示，作為用于所述燃料供給的輔機(jī)結(jié)構(gòu)，具有收容并且能把甲醇水溶液作為液體燃料提供給陽極1504的燃料電池用填充回收器1520；連接燃料電池用填充回收器1520和陽極1504的燃料供給口1509的燃料供給管路1536。
燃料電池用填充回收器1520具有在其內(nèi)側(cè)空間收容液體燃料原液的填充用燃料收容空間1542；作為由陰極1506生成的排出物，主要回收水的排出物回收空間1541。此外，在燃料電池用填充回收器1520中，具有能沿著其內(nèi)壁自由移動(dòng)，把所述內(nèi)側(cè)的空間劃分為填充用燃料收容空間1542和排出物回收空間1541的隔板1550。即在燃料電池用填充回收器1520中隔板1550移動(dòng)，通過所述劃分的位置移動(dòng)，能使填充用燃料收容空間1542的容積和排出物回收空間1541的容積變化。須指出的是，填充用燃料收容空間1542的容積和排出物回收空間1541的容積的合計(jì)變?yōu)槿剂想姵赜锰畛浠厥掌?520的容積，所以當(dāng)填充用燃料收容空間1542和排出物回收空間1541中的一方容積增加時(shí)，按增加的容積部分，另一方的容積減少。
此外，燃料供給管路1536的一端連接在填充用燃料收容空間1542上，收容在填充用燃料收容空間1542中的液體燃料原液能通過燃料供給管路1536，從燃料供給口1509提供給陽極1504。此外，在燃料供給管路1536的途中設(shè)置能調(diào)整通過燃料供給管路1536供給的液體燃料原液的供給量(流量)的調(diào)整閥1560。須指出的是，調(diào)整閥1560通過使其開度關(guān)閉，能關(guān)閉與填充用燃料收容空間1542連通的燃料供給管路1536。此外，在燃料電池用填充回收器1520的填充用燃料收容空間1542中，例如在初始狀態(tài)下，把重量百分率63.8wt％的濃度的甲醇水溶液作為液體燃料原液收容。
作為用于供給所述空氣的輔機(jī)結(jié)構(gòu)，具有在陰極1506的空氣供給口1512上連接其一端的空氣供給管路1537；配置在空氣供給管路1537的途中，通過空氣供給管路1537向陰極1506內(nèi)供給空氣的空氣供給泵1539。作為該空氣供給泵1539，優(yōu)選使用小型并且耗電小的，例如使用電機(jī)式泵(帶止回閥、噴出量0～2L/分鐘、噴出壓力30kPa)，使用時(shí)，例如，以1L/分鐘供給空氣。此外，當(dāng)用燃料電池主體1500進(jìn)行發(fā)電時(shí)，驅(qū)動(dòng)空氣供給泵1539，向陰極1506內(nèi)供給必要的空氣(或氧)，當(dāng)停止該發(fā)電時(shí)，停止空氣供給泵1539的驅(qū)動(dòng)。
此外，作為用于回收所述水的輔機(jī)結(jié)構(gòu)，具有連通陰極1506的排出口1513、和燃料電池用填充回收器1520的排出物回收空間1541，把由陰極1506生成的水提供給排出物回收空間1541的水回收管路1538。
在陰極1506，通過發(fā)電生成以水為主成分的排出物，但是向陰極1506內(nèi)部，利用空氣供給泵1539供給空氣。因此，該排出物和空氣的混合物(例如氣液混合物)從陰極1506通過排出口1513輸送到水回收管路1538。此外，在該混合物中常常以水蒸氣的形式包含生成的水。因此，把這樣的氣體和液體混合的狀態(tài)的混合物分離為氣體和液體，把該液體輸送給水回收管路1538的氣液分離器1533設(shè)置在水回收管路1538的途中。此外，在氣液分離器1533和燃料電池用填充回收器1520之間的水回收管路1538中設(shè)置有用于關(guān)閉向排出物回收空間1541的水回收管路1538的閥1561。
這里，圖15表示該氣液分離器1533的模式構(gòu)造的模式圖。如圖15所示，氣液分離器1533具有在把從陰極排出的排出物的水110分離到下方，把所述氣體112分離到上方的狀態(tài)下，收容的氣液分離室1533a；是來自陰極1506的水回收管路1538的端部，配置在該氣液分離室1533a內(nèi)的空間的下方的導(dǎo)入管1521；與氣液分離室1533a的上方空間連通，排出收容在該空間內(nèi)的多余氣體，把該空間內(nèi)調(diào)整為給定壓力的壓力調(diào)整閥1562；配置在氣液分離室1533a的底部附近的水排出口1522。
此外，如圖15所示，導(dǎo)入管1521配置為浸漬在氣液分離室1533a內(nèi)收容的水中，此外，為了增大該水和導(dǎo)入管1512的外表面的接觸面積，例如具有彎曲為螺旋狀的形狀。導(dǎo)入管1521通過具有這樣的配置和形狀，當(dāng)通過水回收管路1538送入的水和空氣的混合物通過導(dǎo)入管1521時(shí)，進(jìn)行與其周圍的水的高效的熱交換，凝結(jié)，以液化的狀態(tài)導(dǎo)入氣液分離室1533a中。此外，殘留在所述混合物內(nèi)的氣體向氣液分離室1533a的上方移動(dòng)。而通過在氣液分離室1533a的底部附近設(shè)置水排出口1522，不使該室內(nèi)上方的氣體112流出，能通過水排出口1522排出該室內(nèi)下方的水110。須指出的是，通過水排出口1522排出的水通過水回收管路1538收容到燃料電池用填充回收器1520的排出物回收空間1541中。
此外，通過利用空氣供給泵1539驅(qū)動(dòng)的陰極1506內(nèi)的加壓，在陰極1506內(nèi)生成的水和空氣的混合物通過排出口1513輸送到水回收管路1538內(nèi)，從而進(jìn)行通過這樣的水回收管路1538的所述混合物和水的流通。
這里，參照?qǐng)D16A、圖16B、圖17A、圖17B所示的模式圖，說明燃料電池用填充回收器1520中具有的隔板1550的構(gòu)造。
隔板1550如上所述，把燃料電池用填充回收器1520劃分為容納液體燃料原液的填充用燃料收容空間1542和容納水的排出物回收空間1541。此外，在劃分的各空間中容納有彼此不同種類的流體，所以隔板1550有必要采用使兩室的液體不混合的結(jié)構(gòu)。因此，如圖16A、圖16A的局部放大圖即圖16B所示，在隔板1550的周部安裝密封墊1551，以使在隔板1550的周部和燃料電池用填充回收器1520的內(nèi)壁1540b之間不產(chǎn)生縫隙。此外，為了提高隔板1550的扭轉(zhuǎn)剛性，使隔板1550的形成厚度增厚，例如以5mm左右的厚度形成。
此外，因?yàn)槟芤苑€(wěn)定的狀態(tài)進(jìn)行隔板1550的移動(dòng)，所以例如如圖17A和圖17A的A-A’線剖視圖的圖17B所示，在燃料電池用填充回收器1520的內(nèi)側(cè)能設(shè)置引導(dǎo)隔板1520的移動(dòng)的導(dǎo)軌1543。這樣的導(dǎo)軌1543如圖17A所示，優(yōu)選配置在上下方向，進(jìn)而為了能進(jìn)行更穩(wěn)定的移動(dòng)，優(yōu)選設(shè)置多個(gè)導(dǎo)軌1543。須指出的是，在圖17A中，表示具有2根導(dǎo)軌1543時(shí)的情形。此外，在各導(dǎo)軌1543和隔板1550之間為了不產(chǎn)生間隙，設(shè)置未圖示的密封墊。
此外，在這樣的燃料電池系統(tǒng)1510中，具有一邊把與燃料電池系統(tǒng)1510的發(fā)電關(guān)聯(lián)的各動(dòng)作彼此關(guān)聯(lián)，一邊進(jìn)行綜合控制的控制裝置404?？刂蒲b置404能進(jìn)行基于空氣供給泵1539的驅(qū)動(dòng)的向1506的空氣供給動(dòng)作、進(jìn)行由燃料電池主體1500發(fā)電的電能等的控制。此外，使用自動(dòng)控制閥作為調(diào)整閥1560或閥1561，通過控制裝置404進(jìn)行各閥的開關(guān)動(dòng)作。
以下說明在具有這樣的功能和結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)1510中，進(jìn)行發(fā)電時(shí)的燃料電池的供給(補(bǔ)給)動(dòng)作和生成的水的回收動(dòng)作。須指出的是，一邊通過燃料電池系統(tǒng)1510的控制裝置404把彼此的動(dòng)作關(guān)聯(lián)，一邊進(jìn)行綜合控制，實(shí)施以下的各動(dòng)作。
首先，在燃料電池用填充回收器1520中，作為液體燃料原液，例如將以重量百分率63.8wt％濃度的甲醇水溶液100ml收容在填充用燃料收容空間1542中，在排出物回收空間1541中收容一些水的狀態(tài)為初始狀態(tài)。這時(shí)，例如調(diào)整閥1560和閥1561處于關(guān)閉的狀態(tài)。
然后，打開調(diào)整閥1560和閥1561，并且起動(dòng)空氣供給泵1539，通過空氣供給管路1537，向陰極1506內(nèi)供給空氣。通過對(duì)陰極1506的空氣供給，通過水回收管路1538對(duì)排出物回收空間1541內(nèi)也加壓。據(jù)此，隔板1550靠向填充用燃料收容空間1542一側(cè)，移動(dòng)，填充用燃料收容空間1542的容積縮小，收容的液體燃料原液通過燃料供給管路1536提供給陽極1504內(nèi)。在供給時(shí)，當(dāng)陽極1504內(nèi)存在氣體時(shí)，該氣體通過排氣閥1511向外部排出。
通過對(duì)陽極1504供給液體燃料，在陽極1504使用該液體燃料進(jìn)行陽極反應(yīng)，而在陰極1506使用供給的空氣即氧，進(jìn)行陰極反應(yīng)。據(jù)此，用未圖示的發(fā)電電路進(jìn)行給定電能的發(fā)電。這樣，通過由燃料電池主體1500進(jìn)行發(fā)電，消耗與由陽極1504發(fā)電的電能相應(yīng)量的液體燃料，并且在陰極1506生成與該電能相應(yīng)的量的水。
在陰極1506生成的水作為該水和空氣的混合物，以基于空氣供給泵1539的加壓力，從陰極1506內(nèi)通過排出口1513輸送給水回收管路1538。然后，該排出物導(dǎo)入到氣液分離器1533中，在該導(dǎo)入時(shí)，該混合物中包含的水蒸氣等在導(dǎo)入管1521中凝結(jié)，在液化的狀態(tài)下，導(dǎo)入氣液分離室1533a中。此外，在氣液分離室1533a內(nèi)，在其上方收容氣體112，排出物即水110收容在其下方。據(jù)此，在氣液分離室1533a內(nèi)，該混合物分離為氣體112和水110。
然后，收容在氣液分離室1533a的下方的排出物即水110通過水排出口1522和水回收管路1538輸送給排出物回收空間1541，回收。氣液分離室1533內(nèi)通過空氣供給泵1539加壓，能進(jìn)行這樣的水的輸送動(dòng)作。須指出的是，當(dāng)氣液分離室1533a內(nèi)的壓力為給定壓力以上時(shí)，通過壓力調(diào)整閥11562進(jìn)行氣體的排出，保持所述給定壓力。例如作為氣液分離室1533a內(nèi)的所述給定壓力，為2～10kPa的范圍的任意壓力，優(yōu)選為5kPa左右的壓力。此外，對(duì)排出物回收空間1541，代替這樣送入水的情形，也可以送入水和該水中包含的氣體(空氣等)。
此外，在燃料電池用填充回收器1520中，通過把水回收到排出物回收空間1541中，對(duì)排出物回收空間1541進(jìn)一步加壓，隔板1550進(jìn)一步靠向填充用燃料收容空間1542一側(cè)。而在陽極1504中消耗液體燃料，所以壓力下降，該壓力的下降通過燃料供給管路1536也使填充用燃料收容空間1542的壓力下降。因此，填充用燃料收容空間1542的壓力比排出物回收空間1541的壓力還低，所以在兩室間產(chǎn)生壓力差，所述靠近的隔板1550向填充用燃料收容空間1542一側(cè)移動(dòng)，填充用燃料收容空間1542的容積縮小。據(jù)此，收容在填充用燃料收容空間1542中的液體燃料原液的一部分通過燃料供給管路1536提供給陽極1504，進(jìn)行在陽極1504消耗的液體燃料的補(bǔ)給。
這樣提供給陽極1504的液體燃料在發(fā)電中使用、消耗，而在陰極1506中，伴隨著該發(fā)電，生成水。通過重復(fù)持續(xù)進(jìn)行這樣的動(dòng)作，同時(shí)并且持續(xù)進(jìn)行在陽極1504消耗的液體燃料的補(bǔ)給動(dòng)作和在陰極1506生成的水的回收動(dòng)作，由燃料電池主體1500持續(xù)進(jìn)行給定電能的發(fā)電。
此外，利用空氣供給泵1539向陰極1506內(nèi)供給空氣，對(duì)陰極1506內(nèi)加壓，能進(jìn)行這樣的液體燃料的補(bǔ)給動(dòng)作和水的回收動(dòng)作。換言之，空氣供給泵1539具有通過水回收管路1538對(duì)排出物回收空間1541加壓，使隔板1550移動(dòng)，以能通過燃料供給管路1536把收容在填充用燃料收容空間1541中的液體燃料原液補(bǔ)給到陽極1504內(nèi)的壓力，對(duì)陰極1506內(nèi)供給空氣的功能(例如具有這樣的噴出壓力)。
然后，當(dāng)填充用燃料收容空間1542的液體燃料原液使完時(shí)，或停止發(fā)電時(shí)，在停止空氣供給泵1539的驅(qū)動(dòng)的同時(shí)，關(guān)閉調(diào)整閥1560和閥1561。
須指出的是，在這樣的燃料電池用填充回收器1520中，在使用由發(fā)電生成的水供給與由發(fā)電消耗的液體燃料的容積大致相等量的液體燃料的同時(shí)，進(jìn)行該水的回收，所以優(yōu)選由發(fā)電消耗的液體燃料的容積和生成的水的容積大致相同。即能滿足這樣的條件的濃度的液體燃料例如是60～70wt％左右范圍的任意濃度，例如優(yōu)選使用63.8wt％左右濃度的甲醇水溶液。
所述實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)能取得以下的各種效果。
從燃料電池用填充回收器1520提供給陽極1504的液體燃料通過具有親水性的擴(kuò)散層1507擴(kuò)散，能立刻提供給形成了催化劑的膜電極組合體1502。特別是，燃料供給管路1536的端部配置在陽極1504的上部，通過該端部供給的液體燃料提供給擴(kuò)散層1507的上方時(shí)，由于擴(kuò)散層1507的親水性引起的毛細(xì)管現(xiàn)象或重力的作用，能夠一邊使所述液體燃料擴(kuò)散，一邊對(duì)由膜電極組合體1502構(gòu)成的膜電極組合體的表面全體進(jìn)行均勻并且高效的供給。
此外，在陰極1506中，通過具有疏水性的擴(kuò)散層1508把由發(fā)電生成的水向隔膜一側(cè)排出。此外，該水的排出因?yàn)閿U(kuò)散層1508具有疏水性，所以能高效向陰極1506的外部排出。此外，通過擴(kuò)散層1508的疏水性和空氣供給泵1539的加壓，也具有減少液體燃料從陽極1504一側(cè)浸透膜電極組合體1502而過來的滲透的效果。
此外，在燃料電池系統(tǒng)1510中，通過進(jìn)行發(fā)電，在陰極1506生成作為排出物的水，但是這樣生成的水能回收到燃料電池用填充回收器1520的排出物回收空間1541中，所以不把該水排出。據(jù)此，作為具有無法采用伴隨著排水等的燃料電池系統(tǒng)的特征的便攜式電子儀器用的燃料電池系統(tǒng)，能應(yīng)用燃料電池系統(tǒng)1510。
此外，通過伴隨著空氣供給泵1539對(duì)陰極1506供給空氣的陰極1506內(nèi)的加壓，生成的水通過水回收管路1538輸送到排出物回收空間1541，進(jìn)行這樣的水回收，所以沒必要設(shè)置用于這樣的水的回收的專用動(dòng)力設(shè)備(例如排出物回收用泵)。因此，能簡(jiǎn)化燃料電池系統(tǒng)1520中的輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
另外，即使不設(shè)置為了這樣回收的水而設(shè)置的專用的水回收罐等，通過用隔板劃分伴隨著發(fā)電，收容的液體燃料減少的燃料電池用填充回收器1520，能作為該水的回收處使用。因此，能簡(jiǎn)化輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
此外，從陰極1504向水回收管路1538內(nèi)不僅輸送水，也混合空氣等輸送，即輸送混合物，但是在水回收管路1538的途中設(shè)置有氣液分離器1533，所以把該混合物分離為氣體和液體，能把液體的水回收到排出物回收空間1541中。因此，使用收容容積有限的燃料電池用填充回收器，能進(jìn)行高效的水的回收。
此外，在氣液分離器1533中，水回收管路1538的端部即導(dǎo)入管1521浸漬在氣液分離室1533a內(nèi)收容的排出物的水中，并且與水的接觸面積增大，從而可以使所述混合物中包含的水蒸氣凝結(jié)，以液化的狀態(tài)回收。此外，通過這樣，能防止在水蒸氣的狀態(tài)下，把水向外部放出，能提供適合于便攜式電子儀器的電源的燃料電池系統(tǒng)。
此外，伴隨著發(fā)電，在陽極1504中，消耗液體燃料，但是通過基于水的回收的排出物回收空間1541的加壓，使隔板1550向填充用燃料收容空間1542一側(cè)移動(dòng)，進(jìn)行該消耗的液體燃料的補(bǔ)給，所以沒必要設(shè)置用于該液體燃料的補(bǔ)給的專用燃料供給設(shè)備(填充用燃料供給泵)。因此，能進(jìn)一步簡(jiǎn)化輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。
通過這樣簡(jiǎn)化輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，能使燃料電池系統(tǒng)小型化，并且能減少由該輔機(jī)系統(tǒng)自消耗的電能。因此，能提供小型化、能進(jìn)行高效的發(fā)電的適合于便攜式電子儀器用的電源的燃料電池系統(tǒng)。
須指出的是，在實(shí)施方式3中，燃料電池用填充回收器1520并不局限于所述實(shí)施方式，能以其他各種形態(tài)實(shí)施。圖18表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的變形例的模式結(jié)構(gòu)。須指出的是，燃料電池系統(tǒng)全體的結(jié)構(gòu)與所述實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)1510為大致相同的結(jié)構(gòu)，所以省略其說明。
如圖18所示，燃料電池用填充回收器1620具有收容液體燃料原液100的由隔板1650劃分的室即填充用燃料收容空間1642；能回收、收容從水回收管路1638送來的水(或水和氣體的混合物)的排出物回收空間1641?？墒牵谌剂想姵赜锰畛浠厥掌?620中設(shè)有用于檢測(cè)液體燃料原液100的收容量(即殘余量)的水平傳感器1652。
水平傳感器1652例如能使用磁傳感器。此外，通過在隔板1620的側(cè)面端部(圖示的右側(cè)端部)嵌入由磁性材料形成的小的被檢測(cè)部1653，能用水平傳感器1652以非接觸檢測(cè)被檢測(cè)部1653。因此，能檢測(cè)隔板1650的移動(dòng)位置，能檢測(cè)收容在填充用燃料收容空間1642中的液體燃料的收容量。
須指出的是，這樣檢測(cè)的液體燃料的收容量例如輸入到控制裝置404中，顯示為能從燃料電池系統(tǒng)的外部識(shí)別。
圖19是表示圖18的燃料電池用填充回收器的外觀結(jié)構(gòu)的模式圖。
如圖19所示，燃料電池用填充回收器1620具有從外部能用視覺識(shí)別收容的液體燃料殘余量的視覺識(shí)別窗的一例即燃料確認(rèn)窗1654。
如圖19所示，用視覺識(shí)別性好的顏色例如白色構(gòu)成燃料電池用填充回收器1620的隔板1650，在燃料電池用填充回收器1620的外殼上設(shè)置能目視隔板1650的燃料確認(rèn)窗1654。此外，通過在燃料確認(rèn)窗1654的邊緣部分設(shè)置用于讀取燃料收容量的刻度，能判斷填充用燃料收容空間1642中有多少液體燃料100，并且剩下的液體是液體燃料100還是排出物的水110。因此，在燃料電池用填充回收器1620中能可靠地確認(rèn)液體燃料的殘余量，并且為了該確認(rèn)，不自己消耗電力，所以能提供能進(jìn)行高效發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。
須指出的是，在本例子中，以隔板1650的顏色為白色的例子說明隔板1650，但是當(dāng)然也可以是熒光色或夜光色。
圖20是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器35的其他變形例的模式結(jié)構(gòu)的模式圖。
如圖20所示，燃料電池用填充回收器1621具有由隔板1657劃分的室即收容液體燃料100的填充用燃料收容空間1642；能回收、收容通過水回收管路送入的水或水和氣體的混合物的排出物回收空間1641。此外，在燃料電池用填充回收器1621中，具有用于檢測(cè)液體燃料100的收容量的位置傳感器1654。
作為位置傳感器36，例如能使用磁傳感器或靜電傳感器，優(yōu)選在隔板1657的移動(dòng)范圍的多個(gè)位置設(shè)置位置傳感器1654。此外，通過在隔板1657的側(cè)面端部嵌入以磁性體形成的小的被檢測(cè)部1655，能以非接觸檢測(cè)出位于位置傳感器1654的設(shè)置位置的隔板1567的被檢測(cè)部1655，能檢測(cè)可動(dòng)隔板1657的移動(dòng)位置。
此外，通過把該位置傳感器1654的檢測(cè)結(jié)果輸出到控制裝置等中，能向把該燃料電池系統(tǒng)作為電源使用的便攜式電子儀器等通知燃料的殘余量。
圖21是表示本發(fā)明實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器35的另一其他變形例的模式結(jié)構(gòu)的模式圖。燃料電池系統(tǒng)全體的結(jié)構(gòu)為與所述實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)1501相同的結(jié)構(gòu)。
如圖21所示，燃料電池用填充回收器1622通過隔板1658被劃分為收容液體燃料100的填充用燃料收容空間1643、能回收、收容水或水和氣體的混合物的排出物回收空間1641。此外，燃料電池用填充回收器1622具有對(duì)填充用燃料收容空間1642進(jìn)行液體燃料100的填充的燃料補(bǔ)給連接器1643；進(jìn)行排出物回收空間1641中收容的水110的回收的水回收用連接器1644。此外，在水回收用連接器1644和燃料補(bǔ)給連接器1643中都具有泄漏防止機(jī)構(gòu)。須指出的是，當(dāng)在排出物回收空間1641中收容著水和氣體時(shí)，通過水回收用連接器1644能與水一起回收氣體。
圖22是表示再生時(shí)的燃料電池用填充回收器1622和再生器3600的連接狀態(tài)的模式圖。圖22所示的再生器3600與圖8所示的再生器3300同樣，再生器3600具有再生器外殼3610，具有設(shè)置在該再生器外殼3610內(nèi)，能沿著該再生器外殼3610的軸向3610a移動(dòng)的活塞3620；與設(shè)置在燃料電池用填充回收器16222中的燃料補(bǔ)給連接器1643以及水回收用連接器1644分別配合的上述插頭部3635、3636。
所述活塞3620具有把再生器外殼3610內(nèi)劃分為排出物收容部3611和填充燃料供給部3612的隔板3621；突出設(shè)置在該隔板3621上，沿著軸向3610a延伸，貫通再生器外殼3610，到達(dá)外部的桿3622。
下面，說明使用具有以上結(jié)構(gòu)的再生器3600的燃料電池用填充回收器1622的再生動(dòng)作。須指出的是，再生器3600為由填充用燃料102充滿的狀態(tài)，燃料電池用填充回收器1622為在某種程度上或完全由排出物110充滿的狀態(tài)。
如圖22所示，連接燃料電池用填充回收器1622的排出物回收空間1641的水回收用連接器1644和再生器3600的排出物收容部3611的插頭部3636，并且把燃料電池用填充回收器1622的填充用燃料收容空間1642的燃料補(bǔ)給連接器1643和再生器3600的填充燃料供給部3612的插頭部3635連接。據(jù)此，排出物回收空間1641和排出物收容部3611連通，并且填充用燃料收容空間1642和填充燃料供給部3612連通。須指出的是，圖8圖示再生作業(yè)前。
接著，作業(yè)者沿著軸向3610a按壓活塞3620的桿3622。通過把活塞3620向填充燃料供給部3612一側(cè)按壓，收容在再生器3600的填充燃料供給部3612中的填充用燃料102通過插頭部3635和燃料補(bǔ)給連接器1643提供給燃料電池用填充回收器1622的填充用燃料收容空間1642。通過對(duì)該填充用燃料收容空間1642供給填充用燃料102，燃料電池用填充回收器1622的隔板1658按壓排出物回收空間1641內(nèi)的排出物110。據(jù)此，排出物110通過水回收用連接器1644和插頭部3636提供給再生器3600的排出物收容部3611。這樣，填充用燃料102充滿燃料電池用填充回收器1622，而排出物110充滿再生器3600。即在燃料電池用填充回收器1622的再生中，能同時(shí)進(jìn)行液體燃料的填充和回收。
須指出的是，水回收用連接器1644和插頭部3636、插頭部363和燃料補(bǔ)給連接器1643分別由圖10A、圖10B所示的插座部和插頭部構(gòu)成的連接器實(shí)現(xiàn)。
須指出的是，燃料電池用填充回收器1622的燃料補(bǔ)給連接器1643和水回收用連接器1644的設(shè)置位置，如圖23A和圖23B的燃料電池用填充回收器1642模式圖所示，優(yōu)選分別在比隔板1658的移動(dòng)范圍的圖示上限位置(參照?qǐng)D23A)更上方設(shè)置燃料補(bǔ)給連接器1643，在比該移動(dòng)范圍的圖示下限位置(參照?qǐng)D23B)更下方配置水回收用連接器1644。通過這樣配置，能最大限度利用燃料電池用填充回收器1622的容積，進(jìn)行液體燃料的補(bǔ)給和水的回收。
圖24是表示本發(fā)明實(shí)施方式4的燃料電池系統(tǒng)1710的模式結(jié)構(gòu)的模式圖。如圖24所示，燃料電池系統(tǒng)1710具有與所述實(shí)施方式3的燃料電池系統(tǒng)1510不同構(gòu)造的燃料電池主體1700，但是關(guān)于其他輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具有與燃料電池系統(tǒng)1510同樣的結(jié)構(gòu)。下面只說明不同的構(gòu)造。須指出的是，如圖24所示，在燃料電池系統(tǒng)1710中設(shè)置燃料電池主體1700、空氣供給泵1739、氣液分離器1733、閥1761、燃料電池用填充回收器1720、排出物回收空間1741、填充用燃料收容空間1742、及調(diào)整閥1760。
如圖24所示，燃料電池系統(tǒng)1710在其內(nèi)側(cè)空間配置燃料電池主體1700的陽極1704，并且具有收容能向陽極1740供給從燃料電池用填充回收器1720供給的液體燃料的燃料混合罐1732。
此外，燃料電池主體1700的陽極1704具有配置在圖示下部的燃料供給口1709、配置在圖示上部的二氧化碳等氣體的排出口1714。此外，把陽極1704配置為該燃料供給口1709浸漬在燃料混合罐1732中收容的液體燃料中。據(jù)此，通過燃料供給口1704能向陽極1704內(nèi)供給液體燃料。此外，在燃料混合罐1732中設(shè)置排出二氧化碳等氣體的排氣閥1711。
這里，圖25是表示燃料電池主體1700的更詳細(xì)的構(gòu)造的模式圖。如圖25所示，燃料電池主體1700具有陽極一側(cè)擴(kuò)散層1704d和陰極一側(cè)擴(kuò)散層1706d、配置在其間的膜電極組合體1702、陽極一側(cè)催化劑層1702a和陰極一側(cè)催化劑層1702b、陽極一側(cè)隔膜1704s和陰極一側(cè)隔膜1706s、殼體1704h、1706h。電解質(zhì)膜1702和陽極一側(cè)催化劑層1702a、陰極一側(cè)催化劑層1702b稱作膜電極組合體。作為電解質(zhì)膜1702，例如使用液體燃料的滲透為以往的1/10的電解質(zhì)膜。膜電極組合體在電解質(zhì)膜1702的一方的表面上，作為陽極催化劑1702a，形成了在碳類粉末載體上分散載持白金和釕、或白金和釕的合金的材料，在另一方表面上，作為陰極催化劑1702b，形成了在碳類載體上分散載持白金微粒的材料。陽極一側(cè)擴(kuò)散層1704d例如是對(duì)碳紙進(jìn)行親水處理而形成的，陰極一側(cè)的擴(kuò)散層1706d例如是對(duì)碳紙進(jìn)行疏水處理而形成的。須指出的是，這樣的親水性的處理通過用水蒸汽對(duì)碳紙進(jìn)行活化處理，能提高親水性。此外，疏水性的處理通過對(duì)碳紙含浸聚四氟乙烯等氟類樹脂的分散體，付與疏水性。通過使各擴(kuò)散層緊貼在膜電極組合體上后，隔著陽極一側(cè)隔膜1704s和陰極一側(cè)隔膜1706s，用殼體1704h、1706h固定，能形成燃料電池主體1700。此外，各擴(kuò)散層1704d和1706d也能作為電極使用。
圖26A表示陰極一側(cè)隔膜1706s的主視圖，圖26B表示圖26A中的陰極一側(cè)隔膜1706s的B-B’線的剖視圖。如圖26A和圖26B所示，陰極一側(cè)隔膜1706s例如由非導(dǎo)電性的樹脂形成，由在厚度方向扁平的板狀主體501構(gòu)成，在一方的表面上設(shè)置凹凸的一例即溝502。陰極一側(cè)隔膜302s和膜電極組合體接觸，把設(shè)置溝502的一側(cè)的表面按壓到陰極一側(cè)擴(kuò)散層1706d上，由溝502和陰極一側(cè)擴(kuò)散層1706d包圍的區(qū)域作為空氣的通路而形成。設(shè)置在陰極一側(cè)隔膜1706s的表面上的溝502，在板狀主體501的上端和下端之間，以蛇形狀設(shè)置。此外，因?yàn)榕c連接在陰極1706的空氣供給口上的導(dǎo)入口503和連接在陰極1706的排出口上的排出口504連接，所以從陰極1706的空氣供給口供給的空氣從導(dǎo)入口503經(jīng)由排出口504，從陰極1706的排出口排放到外部。
圖27是表示陽極1704中使用的陽極一側(cè)隔膜1704s的結(jié)構(gòu)的模式圖。
如圖27所示，配置陽極一側(cè)隔膜1704s，使主體510構(gòu)成在厚度方向扁平的波板形狀(凹凸的一例)，波的頂線515沿著連接陽極1704的燃料供給口和排出口的方向。在本實(shí)施方式中，相鄰的波的頂線515間的距離大致為1～5mm左右，隔膜1704s的厚度即波的振幅為1～5mm左右。例如隔膜1704s能在陽極1704一側(cè)配置4條以上的溝。
此外，陽極一側(cè)隔膜1704s在由接觸的殼體1704h的內(nèi)壁以及擴(kuò)散層1704d(膜電極組合體)的表面和相鄰的波的頂線515包圍的波谷部分形成液體燃料通過的通路511和512。圖27所示的陽極一側(cè)隔膜1704s從上面觀察，其截面為正弦波形狀，所以殼體一側(cè)通路512和膜電極組合體一側(cè)通路513的面積大致相同。
此外，燃料電池主體1700中，其排出口設(shè)置在比燃料供給口還高的位置，所以液體燃料流入陽極1704的通路511和512中，通過使用該液體燃料進(jìn)行的陽極反應(yīng)而產(chǎn)生的二氧化碳上升到陽極1704的排出口的方向，排出。伴隨著該二氧化碳的上升，陽極1704中的液體燃料也向所述方向移動(dòng)，從陽極1704的排出口排出到外部。如果陽極1704中的液體燃料上升，儲(chǔ)存在燃料混合罐1732中的液體燃料從陽極1704的燃料供給口流入陽極1704內(nèi)。此外，能高效排出陽極1704中產(chǎn)生的二氧化碳。
須指出的是，對(duì)擴(kuò)散層代替使用碳紙，可以使用碳布。作為電解質(zhì)膜1702，例如通過重疊使用三張杜邦公司的ナフイオン(商品名稱)，能減少滲透。此外，作為電解質(zhì)膜1702，例如可以使用在具有亞微米級(jí)的細(xì)孔的多孔質(zhì)膜中填充電解質(zhì)聚合物的細(xì)孔填充電解質(zhì)膜或在陶瓷多孔體中填充電解質(zhì)聚合物的材料。
在這樣的結(jié)構(gòu)的燃料電池系統(tǒng)1710中，從燃料電池用填充回收器1720提供給燃料混合罐1732的燃料，通過燃料供給口1709提供給陽極1704內(nèi)。在陽極1704內(nèi)，該液體燃料通過具有親水性的擴(kuò)散層1704d的毛細(xì)管現(xiàn)象，被吸起、擴(kuò)散，提供給所述膜電極組合體1702的表面，進(jìn)行陽極反應(yīng)。而在陰極1706中，通過陰極反應(yīng)而在膜電極組合體1702的表面生成的水由擴(kuò)散層1706d排出。因?yàn)閿U(kuò)散層17006d具有疏水性，所以以良好的排水性把水排出到陰極1706的外部。此外，通過擴(kuò)散層1706d的疏水性和空氣供給泵1739的加壓，能減少液體燃料從陽極1704一側(cè)通過膜電極組合體1702浸透的滲透現(xiàn)象。
須指出的是，在所述實(shí)施方式4中，說明了使用碳紙作為擴(kuò)散層的例子，但是可以使用碳布或泡沫金屬材料。
圖28是本發(fā)明實(shí)施方式5的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。如圖28所示，燃料電池系統(tǒng)1810具有把燃料具有的化學(xué)能通過電化學(xué)變換為電能，進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電部即燃料電池主體1800；把發(fā)電所必要的燃料等提供給燃料電池主體1800的輔機(jī)系統(tǒng)。該燃料電池主體1800是使用把有機(jī)液體燃料的一例的甲醇水溶液作為燃料，從甲醇直接取出質(zhì)子，進(jìn)行發(fā)電的直接型甲醇燃料電池(DMFC)的燃料電池系統(tǒng)。
如圖28所示，燃料電池主體1800具有陽極(燃料極)1804、陰極(空氣極)1806、膜電極組合體1802。陽極1804對(duì)供給的甲醇進(jìn)行氧化反應(yīng)，進(jìn)行取出質(zhì)子和電子的反應(yīng)(陽極反應(yīng))。該電子通過電連接陽極1804和陰極1806的外部電路(未圖示)向陰極1806移動(dòng)，該質(zhì)子通過膜電極組合體1802向陰極1806移動(dòng)。此外，陰極1806進(jìn)行把從外部供給的氧、從陽極1804通過膜電極組合體1802移動(dòng)而來的質(zhì)子用通過所述外部電路流來的電子還原，生成水的反應(yīng)(陰極反應(yīng))。這樣在陽極1804進(jìn)行氧化反應(yīng)，在陰極1806進(jìn)行還原反應(yīng)，電子流向未圖示的電極線，進(jìn)行發(fā)電。
具體而言，膜電極組合體1802例如作為電解質(zhì)膜，使用杜邦公司的ナフイオン(商品名稱)，在電解質(zhì)膜的一方表面上，作為陽極1804的陽極催化劑，形成在碳類粉末載體上分散載持白金和釕、或白金和釕的合金的材料。通過在膜電極組合體1802的兩端例如使由碳紙構(gòu)成的電極兼擴(kuò)散層(未圖示)緊貼在所述陽極催化劑和所述陰極催化劑上后，隔著陽極一側(cè)隔膜和陰極一側(cè)隔膜固定在殼體上，組裝而成。
此外，如圖28所示，陽極1804具有用于把實(shí)施所述陽極反應(yīng)所必要的甲醇以及水提供給陽極內(nèi)部的燃料供給口1809和水供給口1830、用于把由該陽極反應(yīng)生成的二氧化碳或該反應(yīng)中未使用的剩下的甲醇水溶液從所述內(nèi)部排出的排出口1831。
此外，陰極1806具有為了供給所述陰極反應(yīng)的實(shí)施中使用的氧，例如使用空氣，把該空氣提供給其內(nèi)部的空氣供給口1812；排出該陰極反應(yīng)中生成的生成物的一例即水(包含液體或氣態(tài)的任意狀態(tài)，或各狀態(tài)混合存在的狀態(tài))以及反應(yīng)中未使用的空氣的排出口1813。須指出的是，該生成物包含水作為主成分，但是有時(shí)也包含甲酸、甲酸甲酯、甲醇(由于后面描述的滲透)等。
下面，說明燃料電池系統(tǒng)1810的所述輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)。作為所述輔機(jī)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，具有用于向燃料電池主體1800的陽極1804供給甲醇水溶液的輔機(jī)結(jié)構(gòu)、用于向陰極1806供給空氣的輔機(jī)結(jié)構(gòu)、用于回收由陰極1806生成的排出物即水的輔機(jī)結(jié)構(gòu)。
如圖28所示，作為用于所述燃料供給的輔機(jī)結(jié)構(gòu)，具有收容并且能把甲醇水溶液作為液體燃料原液提供給陽極1804的燃料容器10；連接燃料電池用燃料填充回收器1820和陽極1804的燃料供給管1871；設(shè)置在燃料供給管1871的途中的燃料用調(diào)整閥1860。此外，在燃料電池主體的陽極1804中設(shè)置檢測(cè)陽極內(nèi)的燃料濃度的濃度檢測(cè)器1832。
首先，說明燃料電池用填充回收器。圖29是表示圖28的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池用填充回收器的結(jié)構(gòu)的模式圖。燃料電池用填充回收器1820如圖29所示，具有容器主體1840、填充用燃料收容空間1842、排出物回收空間1841、隔板1850、排出物取入口1843、放熱管1821、水供給口1844、燃料供給口1845、氣體排出口1846、壓力調(diào)整閥1862。
燃料電池用填充回收器1820中，容器主體1840的內(nèi)部由隔板1850劃分，在上側(cè)形成排出物回收空間1841，在下側(cè)形成填充用燃料收容空間1842。隔板1850設(shè)置為能在圖29中的上下方向平行移動(dòng)，通過隔板1850的位置改變，排出物回收空間1841和填充用燃料收容空間1842的體積變動(dòng)。
在填充用燃料收容空間1842中存儲(chǔ)有液體燃料的原液。作為液體燃料的原液，能使用甲醇、二甲醚和它們的水溶液等，但是在本實(shí)施方式中，使用63.8wt％的甲醇。
排出物回收空間1841在使用初期存儲(chǔ)著水。優(yōu)選排出物回收空間1841在燃料電池用填充回收器1820內(nèi)的占有率小，具體而言，優(yōu)選為20％以下。如果占有率超過20％，則燃料電池用填充回收器1820內(nèi)的初始燃料占有率減少，所以燃料的存儲(chǔ)量減少。
隔板1850用于劃分填充用燃料收容空間1842和排出物回收空間1841，使用水或液體燃料的透過性低的材料。作為材料，例如能使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯、特氟隆(商標(biāo)名稱)等高分子樹脂、玻璃、鋁、不銹鋼等金屬類。隔板的厚度薄時(shí)，燃料電池用填充回收器的初期燃料占有率提高，所以好，但是如果過薄，則對(duì)于噴出填充用燃料收容空間1842內(nèi)的燃料的壓力，加壓時(shí)的強(qiáng)度有可能不足。因此，根據(jù)使用該燃料電池用填充回收器的燃料電池系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等，使隔板的使用材料或形狀等結(jié)構(gòu)不同。
隔板1850如圖30所示，為了提高隔板1850和容器主體1840之間的密封性，在隔板主體1850a的周圍設(shè)置橡膠性的密封墊1851。此外，如圖28、圖29所示，在周圍的一部分上設(shè)置磁鐵1855。該磁鐵1855如后所述，在隔板1850的位置檢測(cè)中使用，在計(jì)算存儲(chǔ)在填充用燃料收容空間1842中的液體燃料的殘余量的處理中使用。
當(dāng)隔板1850的厚度薄時(shí)，隔板1850有可能存在作為全體難以平行移動(dòng)的問題，所以優(yōu)選隔板1850的厚度T厚到某種程度。
此外，隔板1850如圖31所示，在容器主體1840內(nèi)平行移動(dòng)從上限位置到下限位置的距離D。當(dāng)隔板1850位于上限位置時(shí)，是在填充用燃料收容空間1842中存儲(chǔ)的燃料最多的狀態(tài)，該位置是水供給口1844的下側(cè)附近，比放熱管1821的下側(cè)更下方。此外，當(dāng)隔板1850位于圖31中由1850x表示的下端位置時(shí)，為填充燃料的狀態(tài)，該位置可以是容器的最下端，但是最好稍微具有余量。
容器主體1840具有以作用于排出物回收空間1841的壓力不會(huì)破損的強(qiáng)度，如果是沒有水或液體燃料的泄漏的材料，就未特別限定，但是例如能使用聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或聚碳酸酯、特氟隆(商標(biāo)名稱)等高分子樹脂類、玻璃、鋁、不銹鋼等金屬類?？墒牵瑸榱耸箒碜园惭b在隔板1850上的磁鐵1855的磁場(chǎng)到達(dá)容器外部，有必要是非磁性體。根據(jù)這些條件，特別是從輕量性或強(qiáng)度的觀點(diǎn)出發(fā)，高分子樹脂類是適合的。
排出物取入口1843通過連接器1860、1861，與燃料電池主體1800的陰極1806，通過排出物供給管1874，可裝卸地連接，把從陰極1806排出的包含水和空氣的排出物提供給排出物回收空間1841。來自陰極1806的排出物的溫度大致為60～80℃，包含水、水蒸氣、空氣等。在排出物取入口1843上連接放熱管1821，來自陰極的排出物在通過該放熱管1821時(shí)凝結(jié)，水和空氣分離。須指出的是，當(dāng)在排出物回收空間1841中存儲(chǔ)有水時(shí)，該水作為放熱管1821的冷卻介質(zhì)起作用，以更短的時(shí)間把水和空氣分離。
壓力調(diào)整閥1862連接設(shè)置在容器主體1840的氣體排出口1846上，當(dāng)排出物回收空間1841的壓力達(dá)到一定以上時(shí)，自動(dòng)調(diào)整減小壓力。壓力調(diào)整閥1862能使用聚乙烯或聚丙烯等高分子樹脂類、鋁或不銹鋼等金屬類。在氣體排出口1846配置有氣液分離膜(未圖示)，防止水等從壓力調(diào)整閥漏出。作為氣液分離膜的材料，例如列舉出氟類FEP樹脂等，其厚度通常為10～1000微米。
水供給口1844通過連接器1862、1863可裝卸地連接在與燃料電池主體1800的陽極1804一側(cè)連接的管道1872上，把存儲(chǔ)在排出物回收空間1841中的水提供給陽極1804一側(cè)。為了控制通過水供給口1844提供給燃料電池主體1800的水量，如后所述，在連接排出物回收空間1841和陽極1804的管道1872上設(shè)置水閥1833。
燃料供給口1845配置在燃料電池用填充回收器1820的底部附近，通過連接器1864、1865，可裝卸地與燃料供給管1871的一端連接。據(jù)此，能通過燃料供給管1871輸送填充用燃料收容空間1842中收容的液體燃料原液。這時(shí)的用于液體燃料原液的供給的推力如后所述，是由于排出物回收空間1841內(nèi)的壓力升高而產(chǎn)生的隔板1850的向填充用燃料收容空間1842方向的靠向力。
作為所述空氣供給的輔機(jī)結(jié)構(gòu)，具有在陰極1806的空氣供給口1812上連接其一端的空氣供給管1857；配置在空氣供給管1857的途中、通過空氣供給管1857對(duì)陰極1806內(nèi)供給空氣的空氣供給泵1839。作為該空氣供給泵1839，優(yōu)選使用小型并且耗電小的，例如使用電機(jī)式泵(帶止回閥、噴出量0～2L/分鐘、噴出壓力30kPa)，使用時(shí)，例如，以1L/分鐘供給空氣。此外，當(dāng)用燃料電池主體1800進(jìn)行發(fā)電時(shí)，驅(qū)動(dòng)空氣供給泵1839，向陰極1806內(nèi)供給必要的氧，當(dāng)停止該發(fā)電時(shí)，停止空氣供給泵1839的驅(qū)動(dòng)。須指出的是，在發(fā)電停止時(shí)，通過關(guān)閉燃料用調(diào)整閥1860，燃料的供給也停止。
作為用于回收水的輔機(jī)結(jié)構(gòu)，設(shè)置有連接陰極1806的排出口1813和燃料電池用填充回收器1820的排出物取入口1843，把由陰極1806生成的包含水和空氣的排出物供給、回收到燃料電池用填充回收器1820的排出物供給管1838；連接上述的燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841的水供給口1843和燃料電池主體1800的陰極1806，把存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841中的水提供給燃料電池主體1800的水供給管1872；以及調(diào)整通過水供給管1872的水量的水閥1833。
排出物供給管1838的排出物流通的推力是空氣供給泵1839的驅(qū)動(dòng)對(duì)陰極1806內(nèi)的加壓，通過在陰極1806內(nèi)生成的排出物通過排出口1813輸送到排出物供給管1838內(nèi)而進(jìn)行。而水供給管1872的水流通的推力如后所述，是燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841內(nèi)的壓力。
在圖28的燃料電池系統(tǒng)1810中具有控制各裝置或構(gòu)成儀器的動(dòng)作的控制裝置405?？刂蒲b置405根據(jù)來自燃料電池主體1800的陽極1804中設(shè)置的濃度檢測(cè)器1832的輸出，對(duì)于燃料電池系統(tǒng)1810，一邊把基于空氣供給泵1839的空氣供給動(dòng)作、水閥1833和燃料用調(diào)整閥1860的開度調(diào)整動(dòng)作等各動(dòng)作的控制彼此關(guān)聯(lián)，一邊進(jìn)行總括控制使后面描述的物料平衡成立。
此外，控制裝置405在由燃料電池主體1800進(jìn)行發(fā)電時(shí)驅(qū)動(dòng)空氣供給閥1839，對(duì)陰極1806一側(cè)供給空氣，同時(shí)開放燃料用調(diào)整閥1860并且按照必要開放水閥1833，向陽極1804一側(cè)供給液體燃料和水。當(dāng)該發(fā)電停止時(shí)，進(jìn)行使空氣供給泵1839的動(dòng)作停止，關(guān)閉水閥1833和燃料用調(diào)整閥1860的控制。
在燃料電池用填充回收器1820的附近設(shè)置有霍耳元件1834，以非接觸檢測(cè)從設(shè)置在燃料電池的隔板1850上的磁鐵1855發(fā)出的磁場(chǎng)，檢測(cè)磁鐵1855的位置，向控制裝置405發(fā)送該信息?？刂蒲b置405根據(jù)隔板1850在哪個(gè)位置，計(jì)算燃料電池用填充回收器1820的燃料殘余量。
下面，說明在圖28的燃料電池系統(tǒng)1810中進(jìn)行發(fā)電時(shí)的各構(gòu)成儀器的動(dòng)作。
首先，在圖28的燃料電池系統(tǒng)1820中，根據(jù)控制裝置405的指示，空氣供給泵1839驅(qū)動(dòng)，通過空氣供給管1857、空氣供給口1812向陰極1806供給空氣即氧。把通過陰極的空氣提供給燃料電池用填充回收器，對(duì)燃料電池用填充回收器加壓。在啟動(dòng)時(shí)，在陰極不發(fā)生反應(yīng)，所以只有空氣被導(dǎo)入燃料電池用填充回收器中。這時(shí)，通過用壓力調(diào)整閥1862把壓力調(diào)整為比運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)高，向燃料電池主體1800的陽極1804供給例如63.8％濃度的甲醇水溶液(液體燃料)。
然后，通過對(duì)陽極供給燃料，在陽極1804進(jìn)行陽極反應(yīng)，在陰極1806進(jìn)行陰極反應(yīng)。在陽極1804進(jìn)行所述陽極反應(yīng)而產(chǎn)生的二氧化碳，通過排出口1831放出到燃料電池主體1800的外部。由陽極反應(yīng)生成的氫離子透過到陰極，如果陰極反應(yīng)開始，就在陽極1804和陰極1806之間即發(fā)電電路中產(chǎn)生電力。
在陰極1806由于陰極反應(yīng)而產(chǎn)生的包含水和空氣的排出物包含水和空氣，通過空氣供給泵1839對(duì)陰極1806內(nèi)加壓，通過排出口1813輸送到排出物供給管1838。該輸送的排出物通過排出物供給管1838提供給燃料電池用填充回收器1820。
此外，通過進(jìn)行所述發(fā)電，消耗陽極1804內(nèi)的甲醇和水。據(jù)此，從燃料電池用填充回收器1820的填充用燃料收容空間1842供給與陽極1804內(nèi)的甲醇水溶液的減少部分對(duì)應(yīng)的甲醇。此外，按照必要，從燃料電池用填充回收器的排出物回收空間1841供給水。通過控制裝置405控制燃料用控制閥1860和水閥1833的開度位置，決定供給的甲醇和水的量。
通過連續(xù)并且反復(fù)進(jìn)行該動(dòng)作，在燃料電池主體1800中持續(xù)進(jìn)行必要的電能(給定電能)的發(fā)電。而當(dāng)在燃料電池系統(tǒng)1810中停止發(fā)電時(shí)，在停止空氣供給泵1839的同時(shí)，關(guān)閉燃料用控制閥1860和水閥1833。
下面，說明圖28的燃料電池系統(tǒng)1810的物料平衡的具體例示。該例子是理想情況下進(jìn)行時(shí)的物料平衡，實(shí)際上存在燃料電池主體180內(nèi)的滲透、從陰極1806一側(cè)產(chǎn)生的水的外部流出、提供給陽極1804一側(cè)的未反應(yīng)的燃料等的誤差要因。在該例子中，存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器1820的填充用燃料收容空間1842中的63.8wt％的甲醇水溶液是以與發(fā)電時(shí)消耗的甲醇和水的比例相同的比例混合的，所以在陽極不會(huì)發(fā)生過分不足，進(jìn)行反應(yīng)。
須指出的是，燃料電池主體1800的膜電極組合體1802形成為基本上不使水或甲醇通過，但是發(fā)生水或甲醇通過的所謂滲透。甲醇水溶液的濃度越高，該滲透量增加的傾向。
為了減少滲透，通過重疊使用多個(gè)(例如3個(gè))構(gòu)成膜電極組合體1802的膜，能實(shí)現(xiàn)。在以下的物料平衡的說明中，為了使該說明的理解容易，假定膜電極組合體中不產(chǎn)生滲透，進(jìn)行說明。
在發(fā)電的開始時(shí)，最初用陰極一側(cè)的空氣供給泵1839的壓力對(duì)陽極1804供給11.7ml的燃料。這時(shí)，燃料原液量是減少到88.3ml的狀態(tài)。在陽極1804中，消耗液體燃料中的甲醇6.4g(8.1ml)和水3.6g(3.6ml)，在陰極1806中，生成10.8g(10.8ml)的水。如果對(duì)陽極1804供給燃料，則在陽極1804和陰極1806中分別進(jìn)行反應(yīng)，開始發(fā)電。
接著，在陰極1806生成的水10.8mg(10.8ml)被導(dǎo)入燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841中。這時(shí)，由于水增加，排出物回收空間1841的容積增加，對(duì)隔板1850加壓，向填充用燃料收容空間1842一側(cè)移動(dòng)，按水增加的部分10.8mg(10.8ml)把液體燃料提供給陽極。
為了供給與第一次的供給量相同的量，在基于控制裝置405調(diào)整閥的開度的基礎(chǔ)上，用壓力調(diào)整閥1862以高于通常的壓力加壓，使隔板1850移動(dòng)，供給不足的0.9ml的燃料。這時(shí)，通過液體燃料的供給，存儲(chǔ)在該發(fā)電后的燃料電池用填充回收器1820的填充用燃料收容空間1842中的液體燃料原液的量減少，變?yōu)?6.6ml。此外，在排出物回收空間1841中存儲(chǔ)由陰極1806生成的水10.8ml。因此，在燃料電池用填充回收器1820中，在該時(shí)刻存儲(chǔ)著液體燃料76.6ml和水10.8ml的合計(jì)87.4ml的液體。
通過這樣重復(fù)進(jìn)行發(fā)電、液體燃料的補(bǔ)給和生成的水的回收，收容在燃料電池用填充回收器1820的填充用燃料收容空間1842中的液體燃料原液100的量減少，存儲(chǔ)在排出物回收空間1841中的水110的量增大。燃料電池用填充回收器1820的隔板1850伴隨著液體燃料原液100的量的減少和排出物回收空間1814中存儲(chǔ)的水110的量的增大，向填充用燃料收容空間1842一側(cè)移動(dòng)，對(duì)填充用燃料收容空間1842加壓。此外，實(shí)際上，從陰極1806排出的空氣與水一起流入燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841中，所以由于空氣壓，燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841的壓力增大，作為按壓隔板1850的靠向力作用。須指出的是，當(dāng)排出物回收空間1841的壓力過高時(shí)，通過打開設(shè)置在排出物回收空間1841的外壁上的壓力調(diào)整閥1862，自動(dòng)把壓力調(diào)整為給定值。
伴隨著液體燃料原液100的消耗，隔板1850向填充用燃料收容空間1842一側(cè)移動(dòng)。如上所述，在隔板1850上設(shè)置有磁鐵1855，從磁鐵產(chǎn)生的磁場(chǎng)透過燃料電池容器主體1840，由設(shè)置在燃料電池用填充回收器1820附近的霍耳元件1834檢測(cè)?；舳?834設(shè)置為與磁鐵1855非接觸，檢測(cè)來自磁鐵1855的磁場(chǎng)的位置，測(cè)定隔板1850的位置，把該信息發(fā)送給控制裝置405。
下面，說明控制裝置405。圖22是表示控制裝置405的結(jié)構(gòu)的框圖。如上所述，控制裝置405進(jìn)行燃料電池的各動(dòng)作控制。具體而言，燃料電池系統(tǒng)的運(yùn)轉(zhuǎn)管理、燃料電池主體1800的提供給陽極一側(cè)的燃料濃度的調(diào)整控制、檢測(cè)燃料電池用填充回收器中殘存的燃料量?？刂蒲b置405具有運(yùn)轉(zhuǎn)管理部405a、濃度比較部405b、閥開度計(jì)算部405c、燃料殘余量計(jì)算部405d、殘存電能計(jì)算部405e、消耗電能計(jì)算部405f、殘存時(shí)間計(jì)算部405g等各功能塊。
運(yùn)轉(zhuǎn)管理部405a負(fù)責(zé)輔機(jī)的起動(dòng)、停止等燃料電池系統(tǒng)全體的運(yùn)轉(zhuǎn)管理。在運(yùn)轉(zhuǎn)管理部中存儲(chǔ)為使所述物料平衡成立的運(yùn)轉(zhuǎn)管理所必要的各種信息。
濃度比較部405b和閥開度計(jì)算部405c進(jìn)行對(duì)燃料電池主體2的陽極一側(cè)供給的燃料濃度的調(diào)整控制。濃度比較部405c把從濃度檢測(cè)器1832輸出的陽極內(nèi)的燃料濃度的信息與預(yù)先存儲(chǔ)的設(shè)定值比較，檢測(cè)陽極內(nèi)的燃料濃度是否在適合的范圍中。結(jié)果為陽極內(nèi)的燃料濃度不在適合的范圍中時(shí)，為了使它回到適合的范圍，閥開度計(jì)算部405c計(jì)算決定提供給陽極的燃料和水的量的水閥1833以及燃料用調(diào)整閥1860的開度，運(yùn)轉(zhuǎn)管理部使水閥1833以及燃料用調(diào)整閥1860工作，調(diào)整供給量。
燃料殘余量計(jì)算部405d、殘存電能計(jì)算部405e、消耗電能計(jì)算部405f、殘存時(shí)間計(jì)算部405g檢測(cè)燃料電池用填充回收器中殘存的燃料的量。根據(jù)關(guān)于由霍耳元件1834檢測(cè)的隔板的位置的信息，燃料殘余量計(jì)算部405d計(jì)算收容在燃料電池用填充回收器中的殘存燃料的量。殘存電量計(jì)算部405e根據(jù)由燃料殘余量計(jì)算部405d計(jì)算的燃料殘余量和收容在燃料電池用填充回收器中的燃料的濃度，計(jì)算通過收容在燃料電池用填充回收器中的液體燃料能發(fā)電的電力的殘余量。
此外，消耗電能計(jì)算部405f由現(xiàn)在燃料電池系統(tǒng)發(fā)電的電能計(jì)算1小時(shí)的發(fā)電電力的預(yù)測(cè)量。殘存時(shí)間計(jì)算部405g根據(jù)由殘存電能計(jì)算部405e計(jì)算的能發(fā)電的電力殘余量和由消耗電能計(jì)算部405f計(jì)算的1小時(shí)的發(fā)電電力的預(yù)測(cè)量，計(jì)算能用收容在燃料電池用填充回收器中的液體燃料發(fā)電的殘余預(yù)測(cè)時(shí)間。收容在燃料電池用填充回收器中的殘存燃料量和可發(fā)電的剩余預(yù)測(cè)時(shí)間信息輸出到控制裝置外部的搭載該燃料電池系統(tǒng)的電子儀器中，能在電子儀器的燃料殘余量顯示中利用。
須指出的是，作為由消耗電能計(jì)算部405f計(jì)算的1小時(shí)發(fā)電電力的預(yù)測(cè)量的計(jì)算方法變形例，可以存儲(chǔ)燃料電池的發(fā)電量的時(shí)間經(jīng)過變化，根據(jù)該發(fā)電量的時(shí)間經(jīng)過變化，計(jì)算1小時(shí)的發(fā)電電力的預(yù)測(cè)量。
須指出的是，在所述物料平衡的說明中，為了便于理解，在初始狀態(tài)下，提供給陽極1804的液體燃料即甲醇全部消耗后，從燃料電池用填充回收器1820補(bǔ)給甲醇，但是在實(shí)際的動(dòng)作中，連續(xù)進(jìn)行甲醇的供給。在本實(shí)施方式中，能夠連續(xù)進(jìn)行發(fā)電，直到存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器1820中的液體燃料原液100用完，即使完全回收發(fā)電中產(chǎn)生的水，燃料電池用填充回收器1820的總體積也不增大，即使不另外準(zhǔn)備用于回收水的罐，也能把燃料填充到燃料電池用填充回收器1820的允許容積。
此外，由于燃料電池用填充回收器1820的排出物回收空間1841中存儲(chǔ)的水和空氣，使隔板1850向填充用燃料收容空間1842一側(cè)移動(dòng)，所以作為用于從燃料電池用填充回收器1820供給液體燃料100的動(dòng)力源，沒必要設(shè)置泵等，能減少燃料電池系統(tǒng)1810的自耗電力。此外，根據(jù)隔板1850的位置能計(jì)算燃料電池用填充回收器1820內(nèi)的燃料殘余量，所以能在燃料電池用填充回收器1820切換時(shí)期的顯示等中使用該信息。
須指出的是，在本實(shí)施方式5中，為了減少滲透，表示重疊使用多張電解質(zhì)膜的例子，但是可以使用在具有亞微米級(jí)細(xì)孔的多孔質(zhì)膜中填充電解質(zhì)聚合物的細(xì)孔填充電解質(zhì)膜或在陶瓷多孔體中填充電解質(zhì)聚合物的材料。
下面，說明本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池系統(tǒng)。圖33是本發(fā)明實(shí)施方式6的燃料電池系統(tǒng)的概略結(jié)構(gòu)圖。本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1910是與實(shí)施方式5的燃料電池系統(tǒng)1810大致相同的結(jié)構(gòu)，以不同點(diǎn)為中心加以說明。
本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)1910是使用通過從甲醇直接取出質(zhì)子進(jìn)行發(fā)電的直接型甲醇燃料電池(DMFC)的燃料電池系統(tǒng)，燃料電池主體1900的結(jié)構(gòu)與實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)1810幾乎是相同的，但是如圖33所示，一部分結(jié)構(gòu)不同，即燃料電池主體1900設(shè)置為陽極1904一側(cè)浸漬在用于燃料供給的輔機(jī)即燃料混合罐1932中。
圖34是表示圖33的燃料電池系統(tǒng)中使用的燃料電池主體的概略結(jié)構(gòu)的圖。如圖33、圖34所示，燃料電池系統(tǒng)1910具有把燃料具有的化學(xué)能通過電化學(xué)變換為電能，進(jìn)行發(fā)電的發(fā)電部即燃料電池主體1900；把發(fā)電所必要的燃料等提供給燃料電池主體1900的輔機(jī)系統(tǒng)。此外，該燃料電池系統(tǒng)1910是把有機(jī)類的液體燃料的一例即甲醇水溶液作為燃料，從該甲醇直接取出質(zhì)子，進(jìn)行發(fā)電的直接型甲醇燃料電池(DMFC)。
如圖33、圖34所示，燃料電池主體1900具有陽極(燃料極)1904、陰極(空氣極)1906、膜電極組合體1902。膜電極組合體1902是在電解質(zhì)膜1902b的兩面分別接合催化劑層1902a、1902c。陽極1904把供給的甲醇氧化，進(jìn)行取出質(zhì)子和電子的反應(yīng)(陽極反應(yīng))。
陽極1904具有向其內(nèi)部供給所述陽極反應(yīng)所必要的甲醇水溶液的燃料供給口1919、用于把由該陽極反應(yīng)生成的二氧化碳或該反應(yīng)中未使用的剩下的甲醇水溶液從所述內(nèi)部排出的排出口1914。排出口1914設(shè)置在比燃料供給口1919還高的位置。
陰極1906具有為了供給所述陰極反應(yīng)所必要的氧，例如使用空氣，用于把該空氣提供給其內(nèi)部的空氣供給口1912；用于從所述內(nèi)部排出該陰極反應(yīng)中生成的生成物的一例即水(包含液相或氣相的任意狀態(tài)，或各狀態(tài)混合存在的任意情況)的排出口1913。須指出的是，該生成物包含水作為主成分，但是有時(shí)也包含甲酸、甲酸甲酯、甲醇(由于后面描述的滲透)等。
該電子通過與設(shè)置在陽極1904和陰極1906上的電極1904t、1906t電連接的電極線1905a、1905b向陰極1906移動(dòng)，該質(zhì)子通過膜電極組合體1902向陰極1906移動(dòng)。此外，陰極1906用通過所述外部電路流來的電子還原從外部供給的氧、由陽極1904通過膜電極組合體1902移動(dòng)而來的質(zhì)子，進(jìn)行生成水的反應(yīng)(陰極反應(yīng))。這樣在陽極1904進(jìn)行氧化反應(yīng)，在陰極1906進(jìn)行還原反應(yīng)，使電子流向電極線1905a、1905b，進(jìn)行發(fā)電。
在圖34中，燃料電池主體1900的膜電極組合體1902中，例如作為電解質(zhì)膜1902b，使用杜邦公司的ナフイオン117(商品名稱)，在電解質(zhì)膜1902b的一方表面上，作為陽極1904的陽極催化劑1902a，形成在碳類粉末載體上分散載持白金和釕、或白金和釕的合金的材料，在另一方的表面上，作為陰極1906的陰極催化劑1902c，形成在碳類載體上分散載持白金微粒的材料。通過在膜電極組合體1902的兩端例如使由碳紙構(gòu)成的電極兼擴(kuò)散層1904d、1906d緊貼在所述陽極催化劑1902a和所述陰極催化劑1902c上后，隔著陽極一側(cè)隔膜1904s和陰極一側(cè)隔膜1906s固定在殼體1900h上，組裝而成。
陰極一側(cè)隔膜1906s使用與實(shí)施方式4的陰極一側(cè)隔膜1706s相同的，如圖26A、圖26B所示，由在厚度方向扁平的非導(dǎo)電性材料的板狀主體構(gòu)成。陽極一側(cè)隔膜1904s使用與實(shí)施方式4的陽極一側(cè)隔膜1704s相同的，如圖27所示，其主體構(gòu)成在厚度方向扁平的波板形狀，波的頂線沿著連接陽極的燃料供給口1919和排出口1914的方向。
如上所述，燃料電池主體1900中，其排出口1914設(shè)置在比燃料供給口1919還高的位置，所以液體燃料流入陽極的通路(參照?qǐng)D27的511、512)，由陽極反應(yīng)而產(chǎn)生的二氧化碳上升到陽極1904的排出口1914的方向，排出。伴隨著二氧化碳的上升，陽極中的燃料也向上移動(dòng)，從陽極的排出口1914排出到外部。如果陽極中的燃料上升，則存儲(chǔ)在燃料混合罐1932中的液體燃料120從陽極的燃料供給口流入陽極1904內(nèi)。這樣，在陽極1904內(nèi)，把由陽極反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳作為其推力，進(jìn)行液體燃料的供給和排出，據(jù)此，燃料混合罐1932內(nèi)的液體燃料120對(duì)流。
須指出的是，在本實(shí)施方式中，燃料供給口1919、排出口1914是相對(duì)的，根據(jù)燃料電池主體1900的配置方向，有時(shí)兩者也交換。例如把圖34所示的方向的配置變?yōu)樯舷陆粨Q時(shí)，符號(hào)1919表示的口比符號(hào)1914表示的口還高，所以液體燃料從符號(hào)1914表示的口供給(即作為燃料供給口起作用)，從符號(hào)1919表示的口排出燃料(即作為排出口起作用)。
此外，作為用于所述燃料供給的輔機(jī)的結(jié)構(gòu)，具有存儲(chǔ)并且能把甲醇水溶液作為液體燃料提供給陽極1904的燃料混合罐1932。燃料混合罐1932存儲(chǔ)比燃料電池用填充回收器1920中存儲(chǔ)的液體燃料原液的濃度還低的甲醇水溶液。此外，與燃料電池用填充回收器1920的燃料供給口1945連接的燃料供給管1971與燃料混合罐1932的燃料取入口1909連通。
燃料混合罐1932與燃料電池主體1900一體配置，配置為燃料電池主體1900的陽極1904浸漬在燃料混合罐1932內(nèi)部。如果在燃料混合罐1932中收容液體燃料120，則陽極1904完全浸漬在液體燃料120中。通過這樣在燃料混合罐1932內(nèi)配置陽極1904，通過總浸漬在液體燃料120中的狀態(tài)的燃料供給口1919，向陽極1904的內(nèi)部供給液體燃料120，從排出口1914排出。在燃料混合罐1932內(nèi)設(shè)置用于檢測(cè)該燃料混合罐1932中存儲(chǔ)的液體燃料120的水面水平和燃料濃度的檢測(cè)器1939，來自該檢測(cè)器1939的信息傳輸給控制裝置406。
此外，由在陽極1904中進(jìn)行的陽極反應(yīng)產(chǎn)生的二氧化碳等氣體通過陽極1904的排出口1914流入燃料混合罐1932，但是具有用于把這樣流入的氣體排出到燃料混合罐1932的外部的排氣閥1911。須指出的是，該排氣閥1911也作為向燃料混合罐1932初始注入液體燃料時(shí)的抽氣部起作用。
須指出的是，代替燃料混合罐1932與燃料電池主體1900一體形成，陽極1904浸漬在燃料混合罐1932中的情形，作為變形例，可以分別獨(dú)立形成兩者。這時(shí)，按照必要，優(yōu)選設(shè)置用于從燃料混合罐1932向陽極1904輸送液體燃料的供給裝置。
下面，就燃料電池用填充回收器1920加以說明。圖35是表示圖33的燃料電池系統(tǒng)1910中使用的燃料電池用填充回收器1920的結(jié)構(gòu)的模式圖。燃料電池用填充回收器1920如圖35所示，具有容器主體1940、填充用燃料收容空間1942、排出物回收空間1941、排出物取入口1943、水供給口1944、加熱管1921、燃料補(bǔ)給連接器1954、水回收用連接器1953。
此外，如圖36A所示，在本實(shí)施方式中，容器主體1940具有跨填充用燃料收容空間1942和排出物回收空間1941設(shè)置的導(dǎo)桿1956。與隔板1950的移動(dòng)方向平行，從排出物回收空間1941到填充用燃料收容空間1942連續(xù)設(shè)置導(dǎo)桿1956。為了與該導(dǎo)桿1956配合，在隔板1950上設(shè)置有切口。雖然未限定導(dǎo)桿1956的粗細(xì)、個(gè)數(shù)，但是如果考慮燃料容器的體積效率，就優(yōu)選減小其占有率。隔板1950沿著導(dǎo)桿1956平行移動(dòng)，所以沒必要象實(shí)施方式5那樣具有給定的厚度，能很薄。
此外，在隔板1950上，在其周圍的一部分上設(shè)置基于在燃料電池用填充回收器1920的外部設(shè)置的霍耳元件1934的隔板位置檢測(cè)中使用的磁鐵1955。隔板1950能移動(dòng)的距離D是通過水回收用連接器1953和燃料補(bǔ)給連接器1954，能進(jìn)行基于后面描述的燃料盒的燃料補(bǔ)給和水回收的位置之間。具體而言，隔板1950的上限位置是水供給口1944的下側(cè)附近，比放熱管1921的下端還下方。下端位置是能向填充用燃料收容空間1942供給燃料的位置即燃料補(bǔ)給連接器1954的上側(cè)附近。
在燃料電池用填充回收器1920中，為了進(jìn)行燃料的補(bǔ)給和水的回收，在排出物回收空間1941中安裝水回收用連接器1953，在填充用燃料收容空間1942中安裝燃料補(bǔ)給連接器1954。水回收用連接器1953和燃料補(bǔ)給連接器1954都具有泄漏防止機(jī)構(gòu)。水回收用連接器1953和燃料補(bǔ)給連接器1954如圖37所示，與再生器3900連接。
圖37表示再生時(shí)的燃料電池用填充回收器1920和再生器3900的連接結(jié)構(gòu)圖。與圖8所示的再生器3300相同，再生器3900具有再生器外殼3910，具有設(shè)置在該再生器外殼3910內(nèi)，能沿著該再生器外殼3910的軸向3910a移動(dòng)的活塞3920；與設(shè)置在燃料電池用填充回收器1920上的燃料補(bǔ)給連接器1953和水回收用連接器1953分別配合的上述的插頭部3935、3936。
所述活塞3920具有把再生器外殼3910內(nèi)劃分為排出物收容部3911和填充燃料供給部3912的隔板3921；突出設(shè)置在該隔板3921上，沿著軸向3910a延伸，貫通再生器外殼3910，到達(dá)外部的桿3922。使用具有以上結(jié)構(gòu)的再生器3900的燃料電池用填充回收器1920的再生動(dòng)作與實(shí)施方式2同樣，所以省略說明。
下面，說明在圖33的燃料電池系統(tǒng)1910中進(jìn)行發(fā)電時(shí)的各構(gòu)成儀器的動(dòng)作。
首先，在圖33所示的燃料電池系統(tǒng)1910中，陽極1904浸漬在燃料混合罐1932中，在陽極1904內(nèi)存在燃料，所以如果通過驅(qū)動(dòng)空氣供給泵1939，對(duì)陰極1906供給氧，就開始發(fā)電。
由空氣供給泵1939對(duì)陰極內(nèi)加壓，在陰極1906進(jìn)行反應(yīng)而生成的包含水和空氣的排出物通過排出口1913輸送到排出物供給管1938，提供給燃料電池用填充回收器1920。
由于發(fā)電，消耗水和甲醇，如果燃料混合罐1932中的燃料殘余量減少，則從檢測(cè)液面水平和燃料混合罐的燃料濃度的檢測(cè)器1939向控制裝置406發(fā)送該信號(hào)，接收該信號(hào)的控制裝置406調(diào)整燃料用調(diào)整閥1960和水閥1933的開度，把必要量的水和甲醇提供給燃料混合罐1932。水和甲醇分別從燃料電池用填充回收器1920的填充用燃料收容空間1942和排出物回收空間1941供給。這時(shí)，根據(jù)由檢測(cè)器1939檢測(cè)的燃料混合罐1932中的燃料濃度是比成為基準(zhǔn)的濃度值高還是低，調(diào)整燃料用調(diào)整閥1960和水閥1933的開度，能變更提供給燃料混合罐的水和甲醇的比例。
此外，當(dāng)燃料混合罐的液面水平比陽極的上端低時(shí)，如果在該狀態(tài)下發(fā)電，有時(shí)無法向陽極全體供給燃料，所以燃料電池有可能受到損傷。因此，如果從液面水平傳感器向控制裝置發(fā)送液面低于給定水位例如排出口1914的信號(hào)，則首先打開水閥1933，優(yōu)先供給水，直到給定的水平。當(dāng)在途中，沒水了，或濃度過稀釋，按照必要，打開燃料閥，與燃料一起供給。
圖33的燃料電池系統(tǒng)1910的具體的物料平衡如下所述。圖33的燃料電池系統(tǒng)1910在理想情況下的物料平衡例子如圖38所示。須指出的是，燃料電池系統(tǒng)1910的膜電極組合體1902形成為基本上使甲醇或水不通過，但是發(fā)生微量的甲醇或水通過的所謂的滲透。可是，在以下的物料平衡說明中，為了使該說明的理解變得容易，假定在膜電極組合體1902中不產(chǎn)生滲透，進(jìn)行說明。
在燃料電池系統(tǒng)1910中，在燃料電池用填充回收器1920的填充用燃料收容空間1942中，把68wt％的濃度的甲醇水溶液作為液體燃料原液，收容100ml。即包含甲醇57.6g(72.6ml)和水27.3g(27.4ml)。通過從燃料電池用填充回收器的排出物回收空間1941供給的水，液體燃料原液被稀釋，把6.5wt％濃度的甲醇水溶液提供給陽極1904。
在本實(shí)施方式中，為陽極1904配置在燃料混合罐1932內(nèi)部的例子，但是為了便于理解，假定把來自燃料電池用填充回收器1920的燃料和水提供給虛擬的燃料混合罐，充分?jǐn)嚢?，從存?chǔ)6.5wt％濃度的甲醇水溶液的容器向陽極供給必要量時(shí)的情形。實(shí)際上，不只向陽極供給必要量的燃料混合罐中的燃料，如上所述，陽極浸漬在燃料混合罐中的液體燃料中，使用該燃料混合容器中的液體燃料，進(jìn)行陽極反應(yīng)。虛擬的燃料混合罐是100ml，與燃料電池用填充回收器為相同體積，包含甲醇6.4g(8.1ml)和水91.8g(91.9ml)。
如果把6.5wt％濃度的甲醇水溶液提供給陽極，開始發(fā)電，就消耗存儲(chǔ)在燃料混合罐中的甲醇。在陽極1904中，消耗液體燃料中的甲醇6.4g(8.1ml)和水3.6g(3.6ml)，在陰極1906，生成10.8g(10.8ml)的水。
這時(shí)，有必要供給在陽極1904消耗、減少的甲醇水溶液，所以從燃料電池用填充回收器1920供給甲醇6.4g(8.1ml)份的液體燃料原液11.1ml(甲醇8.1ml，水3.0ml)。在陽極消耗的水和供給的液體燃料原液的不足部分的水0.6ml使用在陰極1906生成的水，提供給燃料混合罐(實(shí)際上，在陰極生成的10.8ml水取入燃料電池用填充回收器的排出物回收空間中，0.6ml的水通過水供給口1944和水供給管1972，提供給陽極)。
通過燃料的供給，存儲(chǔ)在該發(fā)電后的燃料電池用填充回收器1920的填充用燃料收容空間1942中的液體燃料原液的量減少，變?yōu)?8.9ml。此外，在排出物回收空間中存儲(chǔ)10.2ml的水，在燃料電池用填充回收器中合計(jì)存儲(chǔ)99.1ml的水和甲醇。
此外，如果反復(fù)發(fā)電，在陽極1904消耗提供的甲醇，則同樣在陽極1904中，消耗液體燃料中的甲醇6.4g(8.1ml)和水3.6g(3.6ml)，在陰極1906中生成10.8g(10.8ml)的水。從燃料電池用填充回收器的液體燃料原液供給11.1ml(甲醇8.1ml，水3.0ml)該消耗部分的甲醇。使用在陰極1906生成的水，對(duì)陽極1904供給在陽極消耗的水3.6ml和從填充用燃料收容空間1942供給的水量的差。
結(jié)果，在第二次的甲醇供給結(jié)束的時(shí)刻，存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器的填充用燃料收容空間1942中的液體燃料原液的量變?yōu)?7.8ml，存儲(chǔ)在排出物回收空間中的水量為20.4ml。因此，燃料電池用填充回收器全體的液量變?yōu)?8.2ml，在燃料電池用填充回收器1920內(nèi)，在陰極產(chǎn)生的全部水不向外部放出，能在系統(tǒng)內(nèi)回收。
這樣，通過反復(fù)進(jìn)行發(fā)電、液體燃料的補(bǔ)給和生成的水的回收，收容在燃料電池用填充回收器1920的填充用燃料收容空間1942中的液體燃料原液100的量漸漸減少，存儲(chǔ)在排出物回收空間1941中的水110的量增大。燃料電池用填充回收器100的隔板1950伴隨著液體燃料原液量的減少和存儲(chǔ)在排出物回收空間1941中的水量的增大，向填充用燃料收容空間一側(cè)移動(dòng)，對(duì)填充用燃料收容空間加壓。從陰極1906排出的空氣與水一起流入燃料電池用填充回收器的排出物回收空間1941中，所以由于空氣壓，燃料電池用填充回收器的排出物回收空間1941的壓力增大，作為按壓隔板的靠向力作用。須指出的是，當(dāng)排出物回收空間1941的壓力過高時(shí)，通過打開設(shè)置在排出物回收空間的外壁上的壓力調(diào)整閥1962，自動(dòng)把壓力調(diào)整為給定值。
須指出的是，通過用霍耳元件1934檢測(cè)安裝在該隔板1950上的磁鐵1955的位置，檢測(cè)隔板1950的位置，把該信息發(fā)送給控制裝置406，計(jì)算填充用燃料收容空間1942內(nèi)的燃料的殘余量。該燃料的殘余量信息在搭載該燃料電池系統(tǒng)的電子儀器中顯示，能在燃料電池用填充回收器的更換時(shí)期的顯示中使用。
在所述說明中，為了便于理解，初始狀態(tài)供給(在所述說明中，存儲(chǔ)在燃料混合罐中)的甲醇全部消耗后，從燃料電池用填充回收器補(bǔ)給甲醇，但是在實(shí)際的運(yùn)用中，連續(xù)進(jìn)行甲醇的供給。因此，在本實(shí)施方式中，與實(shí)施方式1的燃料電池系統(tǒng)1同樣，如圖39所示，能連續(xù)進(jìn)行發(fā)電，直到存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器中的液體燃料原液110變沒，即使全部回收發(fā)電中產(chǎn)生的水，燃料電池用填充回收器1920的總體積也不增大，即使不另外準(zhǔn)備用于回收水的罐，也能填充燃料，直到燃料電池用填充回收器的允許體積。
此外，燃料電池用填充回收器中存儲(chǔ)的水和空氣使隔板1950向填充用燃料收容空間1942一側(cè)移動(dòng)，噴出存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器1920中的燃料，所以作為從燃料電池用填充回收器輸送液體燃料的動(dòng)力源，沒必要設(shè)置泵等，能減少燃料電池系統(tǒng)的自耗電力。
如上所述，本實(shí)施方式的燃料電池系統(tǒng)不把從陰極產(chǎn)生的水向外部排出，存儲(chǔ)在燃料電池用填充回收器中，在燃料和用于燃料稀釋的水的輸送中利用，所以沒必要設(shè)置用于輸送它們的泵。因此，由輔機(jī)消耗的電力減少，能提高燃料電池系統(tǒng)的輸出效率。此外，能簡(jiǎn)單計(jì)算燃料電池的殘余量，能對(duì)電子儀器的使用者通知燃料電池用填充回收器的更換時(shí)期等。
此外，所述實(shí)施方式5或所述實(shí)施方式6的燃料電池系統(tǒng)是小型，不把水分向外部放出，所以適合于便攜式電子儀器。
另外，在本實(shí)施方式的燃料填充回收器中，代替按燃料收容空間和排出物回收空間分割的隔板，例如可以使用柔軟性高分子薄膜等分割燃料收容空間和排出物回收空間，進(jìn)行相同的操作，但由于高分子薄膜不耐于溫度和壓力，因此變形或破損的可能性高。
須指出的是，本發(fā)明并不局限于所述實(shí)施方式，能以各種形態(tài)實(shí)施。
并且，通過適當(dāng)組合所述各實(shí)施方式中的任意實(shí)施方式，能產(chǎn)生各自具有的效果。
2003年6月18日申請(qǐng)的日本特許申請(qǐng)第2003-173150號(hào)、2003年6月18日申請(qǐng)的日本特許申請(qǐng)第2003-173405號(hào)、2003年6月18日申請(qǐng)的日本特許申請(qǐng)第2003-173446號(hào)、以及2004年2月25日申請(qǐng)的日本特許申請(qǐng)第2004-49953號(hào)中公開的包括說明書、權(quán)利要求、附圖、摘要的所有內(nèi)容，均作為參考包含在本發(fā)明中。
以上參照附圖，與優(yōu)選實(shí)施方式關(guān)聯(lián)，充分記載了本發(fā)明，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該清楚只要不脫離附加的權(quán)利要求書中的本發(fā)明的范圍，各種變形或修正就應(yīng)該理解為包含在其中。
權(quán)利要求
1.一種燃料電池用填充回收器，在設(shè)置了具有陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜的燃料電池主體的燃料電池系統(tǒng)中使用，包括能形成容納提供給所述陽極一側(cè)的液體燃料原液的填充用燃料收容空間、容納在所述陰極生成的排出物的所述排出物回收空間的一個(gè)容器；配置為在容器內(nèi)部沿著軸向能移動(dòng)，把所述容器內(nèi)部分割為所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間的隔板；分別設(shè)置在所述容器中，與所述排出物回收空間連通，用于取入來自所述燃料電池主體的所述陰極一側(cè)的含有水和空氣的排出物的排出物取入口；與所述填充用燃料收容空間連通，把儲(chǔ)存在內(nèi)部的所述液體燃料原液提供給所述燃料電池主體的所述陽極一側(cè)的燃料供給口；由所述填充用燃料收容空間的壓力降低而在所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間之間產(chǎn)生的壓力差，使所述隔板移動(dòng)，從而所述填充用燃料收容空間變窄，從所述填充用燃料收容空間，由所述燃料供給口輸送所述液體燃料原料，從所述排出物取入口向所述排出物回收空間回收在所述陰極一側(cè)生成的所述排出物。
2.一種燃料電池用填充回收器，在設(shè)置了具有陽極、陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜的燃料電池主體的燃料電池系統(tǒng)中使用，包括能形成容納提供給所述陽極一側(cè)的液體燃料原液的填充用燃料收容空間、容納在所述陰極生成的排出物的所述排出物回收空間的一個(gè)容器；配置為在容器內(nèi)部沿著軸向能移動(dòng)，把所述容器內(nèi)部分割為所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間的隔板；分別設(shè)置在所述容器中的，與所述排出物回收空間連通，用于取入來自所述燃料電池主體的所述陰極一側(cè)的含有水和空氣的排出物的排出物取入口；把儲(chǔ)存在所述排出物回收空間的所述水提供給所述燃料電池主體的所述陽極一側(cè)的水供給口；以及與所述填充用燃料收容空間連通，把儲(chǔ)存在內(nèi)部的所述液體燃料原液提供給所述燃料電池主體的所述陽極一側(cè)的燃料供給口，由經(jīng)過所述排出物取入口而儲(chǔ)存在所述排出物回收空間的所述排出物，所述排出物回收空間內(nèi)的壓力變得比所述填充用燃料收容空間的壓力更高，所述隔板向所述填充用燃料收容空間一側(cè)移動(dòng)，對(duì)所述填充用燃料收容空間進(jìn)行加壓，從而能夠從所述燃料供給口噴出液體燃料原液的同時(shí)能夠從所述水供給口噴出所述水。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池用填充回收器，其中在所述排出物回收空間中設(shè)置從所述排出物分離水和空氣，把所述水存儲(chǔ)到所述排出物回收空間內(nèi)，并且把所述空氣向所述排出物回收空間外排出的氣液分離機(jī)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃料電池用填充回收器，其中所述氣液分離機(jī)構(gòu)是，具有與所述排出物取入口連通，配置在所述排出物回收空間內(nèi)的管體，并且把回收到所述排出物回收空間內(nèi)的水作為冷卻介質(zhì)，把所述排出物中包含的水分凝結(jié)為液態(tài)的水的熱交換器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池用填充回收器，其中在所述排出物回收空間中設(shè)置調(diào)整基于來自燃料電池主體的排出物的所述排出物回收空間內(nèi)的壓力的壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃料電池用填充回收器，其中所述壓力調(diào)整機(jī)構(gòu)，是與所述排出物回收空間連通、設(shè)置在所述容器上的壓力調(diào)整閥。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的燃料電池用填充回收器，其中所述燃料供給口、所述水供給口和所述排出物取入口分別具有與所述燃料電池系統(tǒng)的管道可裝卸地連接的連接器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的燃料電池用填充回收器，其中在所述容器中分別設(shè)置與所述填充用燃料收容空間連通設(shè)置的燃料補(bǔ)給用的燃料補(bǔ)給連接器、與所述排出物回收空間連通設(shè)置的用于回收所述排出物回收空間中存儲(chǔ)的排出物的水回收用連接器；在燃料補(bǔ)給時(shí)，在向所述填充用燃料收容空間補(bǔ)給燃料的再生器上分別連接水回收用連接器和燃料補(bǔ)給連接器，通過向所述填充用燃料收容空間補(bǔ)給燃料，使所述隔板向所述排出物回收空間移動(dòng)，能排出所述排出物回收空間內(nèi)的排出物。
9.一種燃料電池系統(tǒng)，包含權(quán)利要求1所述的燃料電池用填充回收器；具有把燃料氧化的陽極、把氧還原的陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的各表面的擴(kuò)散層的燃料電池主體；按照可將收容在所述填充用燃料收容空間中的所述液體燃料原液提供給所述陽極的方式，連通所述燃料供給口和所述陽極的燃料供給管；按照能從所述陰極把所述排出物回收到所述排出物回收空間的方式，連通所述陰極和所述排出物取入口的排出物回收管；按照使所述填充用燃料收容空間的壓力降低的方式，使所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間之間產(chǎn)生壓力差的壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)。
10.一種燃料電池系統(tǒng)，包含權(quán)利要求2所述的燃料電池用填充回收器；具有把燃料氧化的陽極、把氧還原的陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的各表面上的擴(kuò)散層的燃料電池主體；按照能把所述排出物中包含的水向所述陽極供給的方式，連通所述水供給口和所述陽極的水供給管；調(diào)整從所述水供給口輸送的水量，使提供給所述陽極的燃料濃度變?yōu)榻o定的值的第一供給量調(diào)整裝置；通過存儲(chǔ)在所述排出物回收空間中的所述排出物，控制所述第一供給量調(diào)整裝置，從而使所述隔板以給定壓力對(duì)所述填充用燃料收容空間加壓的控制裝置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述壓力差發(fā)生機(jī)構(gòu)具有對(duì)所述陰極供給空氣的空氣泵；所述空氣泵是向所述陰極供給空氣，從而通過所述排出物回收管把在所述陰極中產(chǎn)生的所述排出物回收到所述排出物回收空間中，并且對(duì)所述排出物回收空間加壓，使所述隔板向所述填充用燃料收容空間一側(cè)移動(dòng)，從所述填充用燃料收容空間通過所述燃料供給管，向所述陽極供給所述液體燃料原液的空氣供給泵。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中還具有調(diào)整提供給所述燃料電池主體的液體燃料量的第二供給量調(diào)整裝置；所述控制裝置控制所述第二供給量調(diào)整裝置，使從所述燃料電池用填充回收器向所述電池主體的陽極一側(cè)供給所述在燃料電池主體內(nèi)由發(fā)電消耗的所述液體燃料。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中具有檢測(cè)所述隔板的位置的位置檢測(cè)裝置；根據(jù)由所述位置檢測(cè)裝置檢測(cè)的關(guān)于所述隔板的位置的信息，檢測(cè)收容在燃料電池用填充回收器中的所述液體燃料原液的殘余量的燃料殘余量計(jì)算裝置。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述位置檢測(cè)裝置由能與所述燃料電池用填充回收器非接觸地檢測(cè)所述隔板的位置的裝置構(gòu)成。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述位置檢測(cè)裝置由以下部分構(gòu)成設(shè)置在所述隔板上的磁鐵；設(shè)置在所述燃料電池用填充回收器的外部，并且檢測(cè)從所述磁鐵發(fā)出的透過所述燃料電池用填充回收器的外壁的磁場(chǎng)，檢測(cè)所述磁鐵的位置的檢測(cè)器。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的燃料電池系統(tǒng)，其中還具有根據(jù)由燃料殘余量計(jì)算裝置計(jì)算出的所述液體燃料原液的殘余量的信息，計(jì)算能通過收容在該燃料電池用填充回收器中的所述液體燃料而發(fā)電的電能的殘存電能計(jì)算裝置；檢測(cè)從所述燃料電池輸出的電能，根據(jù)該檢測(cè)出的電能，計(jì)算單位時(shí)間中輸出的電能的耗電能計(jì)算裝置；根據(jù)由所述殘存電能計(jì)算裝置計(jì)算出的能發(fā)電的電能和由所述耗電能計(jì)算裝置計(jì)算出的單位時(shí)間中的耗電能的信息，計(jì)算通過收容在該燃料電池用填充回收器中的液體燃料能發(fā)電的剩余時(shí)間的信息的殘存時(shí)間計(jì)算裝置。
17.根據(jù)權(quán)利要求9～14中的任意一項(xiàng)所述的燃料電池系統(tǒng)，其中具有儲(chǔ)存從所述燃料電池用填充回收器供給的液體燃料和從所述水供給口供給的水的燃料混合罐。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中把所述燃料電池主體的至少所述陽極一側(cè)配置在所述燃料混合罐中。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中還具有檢測(cè)所述燃料混合罐內(nèi)的液體燃料濃度的濃度檢測(cè)裝置；所述控制裝置接收來自所述濃度檢測(cè)裝置的檢測(cè)信號(hào)，控制所述第一和第二供給量調(diào)整裝置，使所述燃料混合罐內(nèi)的液體燃料濃度變?yōu)橐欢ㄖ怠?br> 20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的燃料電池系統(tǒng)，其中還具有檢測(cè)所述燃料混合罐中的液面水平的液面檢測(cè)裝置；所述控制裝置，在根據(jù)所述液面檢測(cè)裝置，燃料混合罐中的液面比基準(zhǔn)水平還低時(shí)，控制第一和第二供給量調(diào)整裝置，向所述燃料混合罐供給水和液體燃料中的至少任意一方。
21.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中配置在所述陽極一側(cè)的所述擴(kuò)散層具有親水性，并且配置在所述陰極一側(cè)的所述擴(kuò)散層具有疏水性。
22.根據(jù)權(quán)利要求9或10所述的燃料電池系統(tǒng)，其中還具有能把在所述陰極生成的所述排出物分離為氣體和液體的氣液分離機(jī)構(gòu)；把由所述氣液分離機(jī)構(gòu)分離的所述液體回收到所述排出物回收空間中。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的燃料電池系統(tǒng)，其中所述氣液分離機(jī)構(gòu)具有通過排出所述分離的氣體，把排出物回收空間內(nèi)保持給定壓力的壓力調(diào)整閥。
24.一種燃料電池用填充回收器用再生器，連接在權(quán)利要求8所述的燃料電池用填充回收器上，其中內(nèi)部由活塞劃分為儲(chǔ)存燃料的填充燃料供給部和排出物收容部，在所述填充燃料供給部上設(shè)置能與燃料電池用填充回收器的所述燃料補(bǔ)給連接器連接的燃料填充連接器，在所述排出物收容部中設(shè)置能連接在燃料電池用填充回收器的水回收用連接器上的排出物回收連接器；在通過把所述活塞向所述填充燃料供給部一側(cè)移動(dòng)，使所述填充燃料供給部的燃料通過所述燃料補(bǔ)給連接器提供給所述燃料電池用填充回收器的填充用燃料收容空間的同時(shí)，通過排出物回收連接器把所述燃料電池用填充回收器的排出物回收空間內(nèi)的排出物回收到所述排出物收容部?jī)?nèi)。
25.一種燃料電池系統(tǒng)，包括---燃料電池主體，該燃料電池主體具有把燃料氧化的陽極、把氧還原的陰極、配置在所述陽極和所述陰極之間的電解質(zhì)膜、配置在所述電解質(zhì)膜的陽極側(cè)表面上的具有親水性的陽極側(cè)擴(kuò)散層、配置在所述電解質(zhì)膜的陰極側(cè)表面上的具有疏水性的陰極側(cè)擴(kuò)散層；---燃料電池用充填回收器，該燃料電池用充填回收器具有，能形成容納提供給所述陽極一側(cè)的液體燃料原液的填充用燃料收容空間、和容納在所述陰極生成的排出物的所述排出物回收空間的一個(gè)容器，配置為在所述容器內(nèi)部沿著軸向能移動(dòng)、把所述容器內(nèi)部分割為所述填充用燃料收容空間和所述排出物回收空間的隔板，分別設(shè)置在所述容器中、與所述排出物回收空間連通并用于取入由所述燃料電池主體的所述陰極一側(cè)的含有水和空氣的排出物的排出物取入口、以及與所述燃料電池主體的所述填充用燃料收容空間連通并把儲(chǔ)存在內(nèi)部的所述液體燃料原液提供給所述燃料電池主體的陽極一側(cè)的燃料供給口；---向所述陰極供給空氣的空氣供給裝置。
全文摘要
一種燃料電池用填充回收器、燃料電池系統(tǒng)和燃料電池用填充回收器用再生器，所述燃料電池用填充回收器具有把一個(gè)容器(1151、1241、1340、1440、1540、1640、1648、1649、1740、1840、1940)的內(nèi)部分割為填充用燃料收容空間(1342、1442、1542、1642、1742、1842、1942)和排出物回收空間(1341、1441、1541、1641、1741、1841、1941)，并且沿著該容器的軸向能移動(dòng)的隔板(1350、1450、1550、1650、1750、1850、1950)。由填充用燃料收容空間和排出物回收空間的壓力差，隔板移動(dòng)，使填充用燃料收容空間變窄，從填充用燃料收容空間向燃料電池主體的陽極一側(cè)供給液體燃料，向排出物回收空間回收來自陰極一側(cè)的排出物。
文檔編號(hào)H01M8/04GK1574437SQ200410059330
公開日2005年2月2日 申請(qǐng)日期2004年6月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月18日
發(fā)明者長(zhǎng)谷川賢治, 青山俊之, 東陰地賢, 下田代雅文, 小野雅行, 堀賢哉, 小田桐優(yōu) 申請(qǐng)人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會(huì)社