专利名称：燃料电池系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及燃料电池系统。
背景技术：
直接甲醇燃料电池(DMFC)包括膜电极组件(MEA)。膜电极组件、阳极流道板和阴极流道板交替地层叠，以将MEA夹在阳极流道板和阴极流道板之间。当通过阳极流道板向阳极提供水和甲醇的混合溶液时，发生如下公式(1)所表示的反应从而产生二氧化碳(CO2)。
CH3OH+H2O→CO2+6H++6e-... (1)当通过阴极流道板向阴极提供含氧的空气时，发生如下公式(2)所表达的反应从而产生水(H2O)。
3/2O2+6H++6e-→3H2O ... (2)产生于阳极的二氧化碳以及水和甲醇的混合溶液以气液两相的状态从阳极释放。
通常，从阳极释放的气-液两相流可以利用密度的差而被分离为液体和气体。液体被回收至混合罐并重复利用。气体通过气液分离膜被释放至空气中。利用密度的差将产生于阴极的水与空气分离。从阴极释放的蒸汽的一部分被冷凝器冷凝后，通过利用密度差与空气分离。
但是，使用这种燃料循环路径的DMFC存在以下问题。当DMFC倾斜或者上下颠倒时，气液分离动作不能良好进行，导致不稳定或者液体从DMFC泄漏。由于利用了密度差，必须确保气液分离装置有足够的高度。这阻碍了燃料电池系统尺寸的缩减。
通过引用包含于此的JPA 2005-238217公开了一种气液分离装置，该装置接收通过将气泡混入液体而形成的含气液体，并将其分离成空气和液体。
如上所述，在DMFC中，在发电的过程中在阳极产生CO2。CO2的产生量随发电的状态而不同。因此，从阳极释放的气-液两相流中的气体与液体比例也不同。当电池几乎处于休眠状态时，尽管取决于供给阳极的燃料量，从阳极释放几乎包括100％液体的流体；而在发电时，在某些发电条件下，气-液两相流中液体的比例有时为1/20或者更少(5％或者更少)。当液体比例过低、例如为1/20(5％)或者更少时，气-液两相流成段塞流(slug flow)。尤其是，在DMFC中，在某些工作条件下，从阳极释放的气-液两相流的状态从在液体中存在少量气体的状态改变为在气体中存在少量液体的状态。
在JPA 2005-238217所公开的气液分离装置中，当气体提取部件位于下边并且当在气体中存在少量液体的气-液两相流被导入气体提取部件时，液滴会附着在气体提取部件的表面。因此，气体的透过会受到阻碍，气液分离机制不能良好地发挥作用。另外，即便当在液体中存在少量气体的气-液两相流被导入气体提取部件时，在某些情况下，气泡会附着于气体提取部件的表面，气液分离机制不能良好地发挥作用。
通过引用而包含的JPA 2004-000950公开了一种从例如氢化硼钠的金属氢化物的水溶液来产生氢气的反应室。亲水性的屏或膜被置于反应室的入口和出口。反应室的内表面或者外表面覆盖有疏水性的薄膜。该公开的技术可以将反应室中产生的液-气混合物分离为液体和气体，但不能将导入反应室的气-液两相流分离成液体和气体。
发明内容
本发明的燃料电池系统包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；和与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给所述液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括疏液管；与所述疏液管相连通的亲液管；和用于阻塞所述疏液管的通路的亲液部件或者用于阻塞所述亲液管通路的疏液部件。
本发明的燃料电池系统包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；和与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给所述液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括对所述液体呈亲液性的管；对所述液体呈疏液性的管，其插在所述亲液管中并具有封闭端部；和设在所述疏液管的外壁与所述亲液管的内壁之间的分隔壁。
本发明的燃料电池系统包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括具有封闭的端部的主流道；设置在所述主流道的一个表面上的第一通路；设置在所述主流道的与包含所述第一通路的所述表面相对的表面上的第二第一通路；设置在使所述主流道与所述第一通路相连通的开口中的第一疏液部件；设置在使所述主流道与所述第一通路相连通的开口中的第一亲液部件；设置在使所述主流道与所述第二第一通路相连通的开口中的第二亲液部件，该第二亲液部件面对着其中设有所述第一疏液部件的所述开口；设置在使所述主流道与所述第二第一通路相连通的开口中的第二疏液部件，该第二疏液部件面对着其中设有所述第一亲液部件的所述开口；在所述第一疏液部件和所述第一亲液部件之间、将所述第一通路分隔为上游部分和下游部分的第一分隔壁；以及在所述第二疏液部件和所述第二亲液部件之间、将所述第二通路分隔为上游部分和下游部分的第二分隔壁。
本发明的燃料电池系统包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；和与所述气-液分离装置以及所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括壳体；被伸展以将所述壳体的内部空间分割为第一空间和第二空间的亲液部件；与所述第一空间相连通的疏液管；和设置在形成于所述第一空间中的所述壳体的壁表面上的开口中的疏液部件。
本发明的燃料电池系统包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括壳体；被伸展以将所述壳体的内部空间分割为第一空间和第二空间的亲液部件；与所述第一空间相连通的亲液管；设置在形成于所述第一空间中的所述壳体的壁表面上的开口中的亲液部件。
图1为本发明第一实施方式的燃料电池的示意图。
图2为本发明第一实施方式的另一燃料电池的示意图。
图3为本发明第二实施方式的燃料电池的示意图。
图4A为安装于图3所述的燃料电池中的气-液分离装置的透视图。
图4B为沿图4A的IV-IV线截取的截面图。
图5A为安装于第三实施方式的燃料电池中的气-液分离装置的透视图。
图5B为沿图5A的I-I线截取的截面图。
图6为安装于第四实施方式的燃料电池中的气-液分离装置的截面图。
具体实施例方式
以下结合附图对本发明的实施方式进行说明。
第一实施方式如图1所示，燃料电池系统1包括气-液分离装置10，混合罐11，挥发性有机化合物(VOC)去除单元18，发电单元20，以及可拆装燃料罐27。
气-液分离装置10包括疏液性的管2，与疏液管2相连通的亲液性的管3，和用于阻塞亲液管3的通路的疏液部件4。疏液管2与亲液管3通过连通管5相连通。疏液管2被绕成螺旋状以增加与流经疏液管2的流体的接触面积，并被容纳于气罐6中。气罐6具有向其提供从燃料电池主体自身的阳极释放的气-液两相流的液体供应口7，和用于释放从疏液管2的壁透过并被收集的气体的排气口8。排气口8与VOC去除单元18通过线路L9相连通。阀V9与线路L9连接。
通过连通管5与疏液管2相连通的亲液管3被容纳于混合罐11中。连通管5的靠近其与疏液管2连接部分的端部被容纳于气罐6中。连通管5的靠近其与亲液管3连接部分的另一端被容纳于混合罐11中。连通管5可以被省略；当省略时，疏液管2可以直接与亲液管3连接。排气管12插入亲液管3的与连通管5相对的端部。分隔壁13被设置在排气管12的外壁和亲液管3的内壁之间，以阻塞流经亲液管3的流体流。分隔壁13可以与亲液管3一体地成型。在排气管12的插入了分隔壁13中的端部设有疏液部件4，流经亲液管3的流体被疏液部件4阻塞。线路L14与排气管12的与插入在亲液管3中的端部相对的端部相连接，并与线路L9汇合。线路14设有止回阀CV14和位于止回阀14下游的阀GV14。
容纳着亲液管3的混合罐11设有排气口15和液体供给口16。亲液部件17伸展在排气口15中。与排气口15连接的线路L18与线路L14在位于止回阀CV14的下游且阀GV14上游处的位置汇合。线路L18设有止回阀CV18和位于止回阀CV18下游的阀GV14。液体供给口16通过线路L19、例如管道，与燃料电池主体自身的阳极流道板22的通路入口相连通。线路L19设有泵P19。
止回阀CV14和CV18以及阀V9和GV14可以被省略。
发电单元20包括直接燃料供应型的多个单电池21。单电池21包括阳极流道板22，阴极流道板23以及膜电极组件(MEA)24。MEA24包括阳极、阴极以及夹在阳极和阴极之间的电解膜。阳极流道板22设在MEA 24的阳极一侧。阴极流道板23设在MEA 24的阴极一侧。在图1中，发电单元20包含3个单电池21。燃料电池系统1包括风扇25，该风扇25用于通过阴极流道板23向阴极供应含氧的空气。在图中，白箭头表示空气流的方向。阳极流道板22的通道出口通过线路L26、例如管道，与气罐6的液体供应口7相连通。通过上述结构，由气-液分离装置10→泵P19→线路L19→发电单元20 线路L26→气-液分离装置10的路径形成了循环回路。
燃料罐27容纳燃料，例如甲醇。燃料罐27设有燃料供给口28和排气口29。疏液部件30伸展在排气口29中。燃料供给口28通过线路L31、例如管道，与连通管5相连通。线路L31设有阀V31，并在阀V31的下游设有泵P31。与排气口29连接的线路L32、例如管道，在位于阀GV14下游的位置与线路L14汇合。线路L32设有止回阀CV32。
疏液管2和疏液部件4由气体较液体更易透过的材料制成。该材料可以为疏液性多孔材料，例如可以利用由这种材料制成的膜来形成上述管和部件。疏液性多孔材料的一例为Teflon(特氟仑，商标名)多孔材料。多孔材料的孔径优选为数微米。也可以使用通过如下方法形成的疏液性多孔材料。利用MEMS技术或者类似的技术在树脂板上形成亚微米的通孔，然后利用特氟仑(商标名)涂层等对该形成物进行疏液处理，从而形成疏液性多孔材料。
亲液管3由液体较气体更易透过的材料制成，可以由例如亲液性多孔材料制成。亲液性多孔材料的一例为聚醚酰亚胺多孔材料。多孔材料的孔径优选为数微米。也可以使用通过如下方法形成的亲液性多孔材料。利用MEMS技术或者类似的技术在树脂板上形成亚微米的通孔，然后利用聚醚酰亚胺涂层等对该形成物进行亲液处理，从而形成亲液性多孔材料。
上述管可以采用任意形状，只要是管状的即可；且其截面形状可以为圆形、椭圆形、三角形、矩形、多边形等等无数多种。
接下来说明图1中的燃料电池系统1的工作方法。
装在燃料罐27中的燃料在泵P31的泵压下通过线路L31从燃料供给口28向连通管5供应。当燃料罐27的温度升高到燃料沸点或者更高时，产生的气体流过燃料罐27的排气口29，透过疏液部件30，流经线路L32、L14和L9，流入VOC去除单元18。在VOC去除单元18中，由燃料罐27产生的气体中的有机物质等被催化燃烧或者被吸收剂等吸收。
供应给连通管5的燃料与从混合罐11中的气-液两相流中分离出的液体混合，并被调整至所需的浓度。所形成的混合溶液在泵P19的泵压下从液体供给口16经线路L19提供给发电单元20的阳极流道板22。利用风扇25向发电单元20的阴极提供含氧的空气。优选在阴极流道板23的靠近MEA 24的表面形成槽23a，并利用凹槽23a向阴极的整个表面提供由风扇25供应的空气。这样，在发电单元20中发生由公式(1)和(2)给出的反应，从而产生电能。
阳极流道板22释放气-液两相流，该气-液两相流包括未反应因而未用于产生电能的溶液、和由发电反应所产生的二氧化碳。该气-液两相流流经线路L26，并从气罐6的液体供应口7向疏液管2中供给，并流经疏液管2。此时，气-液两相流中所含的气体透过疏液管2的壁并被收集在气罐6中。被收集的气体从气罐6的排气口8经线路L9提供给VOC去除单元18。
气-液两相流中的液体流经疏液管2，并通过连通管5提供给亲液管3。流经亲液管3的液体透过亲液管3的壁并被收集在混合罐11中。流经亲液管3的液体中所剩余的少量气体透过插在亲液管3内的排气管12的疏液部件4，并通过线路L14和L9提供给VOC去除单元18。在混合罐11内，溶解在液体中的气体成分有时会因温度变化等蒸发为气体。所产生的气体透过排气口15的疏液部件17，并流经线路L18、L14和L9到达VOC去除单元18。排气口15和疏液部件17的数量均可以为多个。
在图1的实施方式中，亲液管3被容纳于混合罐11中。另外，亲液管3也可以被容纳于单独安装的罐等内，来收集透过亲液管3的壁的液体。优选将所收集的液体提供给混合罐等来实现重复利用。
本实施方式的气-液分离装置10设有用于阻塞亲液管3的流道的疏液部件4。通过设置疏液部件，阻止了流经亲液管3的液体中所剩余的少量气体被提供给混合罐，从而提高了气液分离性能。此外，燃料被提供给连通管5。因此，容易保持混合罐中的燃料浓度的相对一致。
在图1中表示了阴极一侧为微风式(breezing type)的发电单元20。如果需要，可以用泵供给空气。在此情况下，优选利用泵向阴极流道板23的凹槽23a供给空气。从阴极流道板23释放的水和空气的混合流体可以像阳极一侧的情形一样被分离成液体和气体。
如上所详述，通过连续地配置疏液管、亲液管和疏液部件，实现了优异的气液分离性能。当利用气-液分离装置时，可以获得以下优点。即，即便在燃料电池倾斜或者上下颠倒时，气体至少与疏液管或者疏液部件的一部分接触而液体至少与亲液管的一部分接触。从而可以抑制气液分离性能的降低。此外，还可以防止液滴附着在疏液管和疏液部件上以及防止气泡附着在亲液管上。即便气泡和液滴附着在相关部件上，气体至少与疏液管或者疏液部件的一部分接触而液体至少与亲液管的一部分接触，并且这些接触状态可以维持。在液体中存在少量气体以及在气体中存在少量液体的状态下，含量较少的气相或者液相因密度的差而向上或者向下移动，从而可以与渗透性管壁相接触。
以下参照图2对本发明的第一实施方式的另一种燃料电池系统1A进行说明。在图2中，使用相似的附图标记来表示与图1中相似或者相同的部分，为了简明起见省略了对这些部分的说明。
在燃料电池系统1A中，亲液管102和疏液管103与图1相比相反地配置在气-液分离装置110中，并且新设有亲液部件104。
混合罐105设有燃料供应口106，从燃料罐27向该燃料供应口106提供燃料；流体供应口107，气-液两相流被提供给该流体供应口107；液体供给口108，用于从混合罐105向阳极流道板22提供混合溶液；以及液体收集口109，在气-液分离装置110下游被收集的液体被提供给该液体收集口109。图2中的液体供给口108具有与图1的液体供给口16相似的功能。亲液管102容纳于混合罐105中。
从阳极流道板22释放的气-液两相流通过流体供应口107提供给亲液管102。亲液管102被绕成螺旋状，以增大其与亲液管中的气-液两相流的接触面积。亲液管102通过连通管116与容纳在气罐111中的疏液管103相连通。液体收集管112与疏液管103的与连通管116相对的端部相连接。亲液部件104设在液体收集管112的靠近疏液管103的端部，并且阻塞流经疏液管103的流体的通路。亲液部件104可以由与亲液管3类似的材料制成。
液体收集管112通过线路L113、例如管道，与混合罐105的液体收集口109相连通。线路L113设有止回阀CV113。气罐111设有排气口114。排气口114与诸如管道的线路L115相连接，该线路L115依次连接至VOC去除单元18。线路L115设有阀V115，并在阀V115的下游位置与线路L102汇合。
在混合罐105内，溶解于液体中的气体成分有时会因温度变化等而蒸发成气体。所产生的气体与液体一起从液体供给口108释放，流经阳极流道板22而被提供给气-液分离装置110。
当燃料电池倾斜或者上下颠倒时，以及在液体中存在少量气体的状态，或者在气体中存在少量液体的状态下，上述气-液分离装置110具有优异的气液分离性能。
第二实施方式以下结合图3、4A、和4B对本发明的第二实施方式的燃料电池系统1B进行说明。在图3中，使用相似的附图标记来表示与图1中相似或者相同的部分，为了简明起见省略了对这些部分的说明。
如图4B所示，气-液分离装置201设有亲液性的管202和疏液性的管203。疏液管203的一端封闭。疏液管203的封闭端插在亲液管202中。在疏液管203的外壁和亲液管202的内壁之间设有分隔壁204，用以阻塞流过亲液管202的流体流。在亲液管的202的上游位置设有流体供应口205，气-液两相流被提供给该流体供应口205。在疏液管203的与其封闭端部相对的端部设有排气口206，用以释放气体。在图3、4A、和4B中，亲液管202和疏液管203的截面形状均为矩形。换句话说，图3、4A、和4B中的气-液分离装置201具有疏液管203的壁表面与亲液管202的壁表面相互面对着的结构。
如图3所示，气-液分离装置201被容纳于混合罐207中。除了代替连通管5的线路L26与亲液管202的流体供应口205相连接以及代替排气管12的线路L14与疏液管203的排气口206相连接之外，混合罐207具有与图1中的混合罐大致相同的结构。在此情形下，线路L14连接至VOC去除单元18。设在混合罐207中的液体供给口208具有与图1中的液体供给口16相似的功能。设在混合罐207中的排气口29具有图1中的排气口15相似的功能。疏液部件210在排气口209中伸展。在图4A和4B中，省略了排气口209的标记。
亲液管202和疏液管203可以是与第一实施方式中相应部分相似的管。
为了增进与液体的接触，优选将亲液管202和疏液管203同轴地配置。当混合罐207为圆柱形或矩形柱形时，优选将亲液管202、疏液管203和混合罐207相互同轴地配置。通过如此配置，进一步提高了气液分离性能。
在图3的燃料电池中，燃料从流体供应口205流经亲液管202而被供应。从阳极流道板22释放的气-液两相流从流体供应口205被导入亲液管202并与那里的燃料汇合。亲液管202中的气-液两相流和包含于燃料中的液体透过亲液管202的壁并被收集在混合罐207中。另一方面，气-液两相流和燃料中的气体透过插在亲液管202中的疏液管203的壁并流入疏液管203。然后，它们从排气口206释放并通过线路L14提供给VOC去除单元18。产生于混合罐207中的气体透过排气口209的疏液部件210，经线路L18提供给VOC去除单元18。线路L18在止回阀CV18的下游位置设有阀GV18。阀GV18具有与图1中的阀GV14相似的作用。
即使当燃料电池倾斜或者上下颠倒时，和在液体中存在少量气体的状态，以及在气体中存在少量液体的状态下，这种结构的气-液分离装置201也具有良好的气液分离性能。
图4B说明了插入了亲液管和疏液管的情形。另外，还可以插入均具有端部封闭结构的亲液管和疏液管。此时，气-液分离装置被容纳于如图1所示的气罐中。气-液两相流被提供给疏液管。疏液管中的气-液两相流中所含的气体透过疏液管的壁并被收集于气罐中。另一方面，气-液两相流中所含的液体透过亲液管的壁并流入亲液管。该液体被收集于混合罐或者单独提供的类似装置中，并通过将其与燃料或水混合而重复利用。
第三实施方式以下结合图5A、5B、和3对本发明的第三实施方式的燃料电池系统1C进行说明。
气-液分离装置301包括主流道302，其一个端部封闭，且截面为矩形；设在主流道302的一个表面(图5B中为上表面)上的第一通路303；及设在主流道302的与具有第一通路303的表面相对的表面(图5B中下表面)上的第二第一通路304。在主流道302的上游端设有流体供应口305，气-液两相流被提供给该流体供应口305。在图5A、5B中，术语“上游”和“下游”是对于表示流经主流道的流体的流动方向而言的。
在主流道302和第一通路303之间的分界壁321上形成了开口325，以使主流道302与第一通路303相连通。在开口325中设有第一亲液管306。在第一亲液管306的下游，在主流道302和第一通路303之间的分界壁322上形成了开口326，以使主流道302与第一通路303相连通。在开口326中设有第一疏液管307。
另一方面，在主流道302和第二第一通路304之间的分界壁323上形成了开口327，以使主流道302与第二第一通路304相连通，并使开口327面对着第一亲液管306。在开口327中设有第二疏液部件308。在主流道302和第二第一通路304之间的分界壁324处形成开口328，以使主流道302与第二第一通路304相连通，并使开口328面对着第一疏液管307。在开口328中设有第二亲液部件309。
在第一通路303中，在第一亲液管306和第一疏液管307之间设有第一分隔壁310。第一分隔壁310将第一通路303分隔为包括第一亲液管306的上游部分303a和包括第一疏液管307的下游部分303b。在第二第一通路304中，在第二疏液部件308和第二亲液部件309之间设有第二分隔壁311。第二分隔壁311将第二第一通路304分隔为包括第二疏液部件308的上游部分304a和包括第二亲液部件309的下游部分304b。
对上游区域303a和下游区域304b分别设置液体供给口312、313用以供给液体。对下游区域303b和上游区域304a分别设置排气口314、315用以释放气体。
无需在混合罐中放置气-液分离装置301。在装有气-液分离装置301的燃料电池系统中可以另外设置混合罐，除了未设置气-液分离装置外该混合罐与图3中所示的混合罐207具有相似的结构。
从阳极流道板22释放的气-液两相流流经线路L26，并从流体供应口305被导入主流道302。主流道302中的气-液两相流的液体透过第一亲液管306并被收集于第一通路的上游部分303a中，或者透过第二亲液部件309并被收集于下游部分304b中。被收集的液体流经液体供给口312和313并被收集于单独设置的混合罐中。另一方面，主流道302中的气-液两相流的气体透过第二疏液部件308并被收集于上游部分304a中，或者透过第一疏液管307并被收集于第一通路的下游部分303b中。气体流经排气口314和315并通过线路L14提供给VOC去除单元18。除上述结构外，本实施方式的燃料电池系统的结构与图3的燃料电池系统相似。
即使当燃料电池倾斜或者上下颠倒时，和在液体中存在少量气体的状态，以及在气体中存在少量液体的状态下，上述气-液分离装置也具有卓越的气液分离性能。
第四实施方式以下结合图6和3对本发明的第四实施方式的燃料电池系统1D进行说明。
第四实施方式的气-液分离装置401包括具有矩形底面的壳体402。亲液部件403在壳体402中伸展以将壳体402的内部空间分隔为第一空间402a和第二空间402b。与第一空间402a相连通的疏液管404连接至壳体402。疏液管404插在具有比疏液管404的外径大的内径的气体收集管405中。气体收集管405的端部与壳体402的端面相连接触。在疏液管404的与连接至壳体402的端部相对的端部设有流体供应口406，气-液两相流被提供给该流体供应口406。在气体收集管405的与壳体相接触的端部相对的端部设有排气口407，用以释放气体。
在壳体402的连接着疏液管404的壁表面上形成了开口408。疏液部件409在开口408中伸展。在壳体的第二空间402b中设有用以供给由第二空间402b收集的液体的液体供给口410。
无需在混合罐中放置气-液分离装置401。在装有气-液分离装置401的燃料电池系统中可以另外设置混合罐，该混合罐除未设置气-液分离装置外其与图3中所示的混合罐207具有相似的结构。
从阳极流道板22释放的气-液两相流流经线路L26，并从流体供应口406导入疏液管404。疏液管404中的气-液两相流的气体透过疏液管404的壁。气体流过气体收集管405到达排气口407，并通过线路L14提供给VOC去除单元18。被去除了-部分气体的气-液两相流被提供给壳体402的第一空间402a。剩余的气-液两相流中的液体透过亲液部件403并被收集于第一空间402a中。该液体流过液体供给口410并被收集于例如单独设置的混合罐中。另一方面，留在剩余的气-液两相流中的气体透过疏液部件409，并通过诸如管道的线路提供给VOC去除单元18。疏液部件409安装在壳体402上以关闭开口408。除上述结构外，本实施方式的燃料电池系统的结构与图3的燃料电池系统相似。
气体收集管405可以被省略。气-液分离装置401优选被容纳于如图4所示的气罐111中。
即使当燃料电池倾斜或者上下颠倒时，和在液体中存在少量气体的状态，以及在气体中存在少量液体的状态下，上述气-液分离装置也具有卓越的气液分离性能。此外，被导入气-液分离装置的流体与疏液部件的接触面积大，从而提高了气液分离速率。
显然，本发明不仅限于以上实施方式。例如，可以通过用亲液管替换疏液管来将疏液部件与亲液部件互换。
对于本领域技术人员来说，可以很容易地得到其他优点和变更。因此本发明在更广的范围上不仅限于此处所述的具体细节和典型实施方式。因此，可以进行各种变更而不偏离所附的权利要求及其等价物所限定的发明主旨。
权利要求
1.一种燃料电池系统，包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；和与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给所述液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括疏液管；与所述疏液管相连通的亲液管；和用于阻塞所述疏液管的通路的亲液部件或者用于阻塞所述亲液管通路的疏液部件。
2.如权利要求1所述的燃料电池系统，还包括用来将由所述气-液分离装置分离出的液体与燃料混合的混合罐，其中所述亲液管容纳于所述混合罐中。
3.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述疏液管和所述疏液部件的至少一个具有疏液性多孔材料。
4.如权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述亲液管和所述亲液部件的至少一个具有亲液性多孔材料。
5.一种燃料电池系统，包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；和与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给所述液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括对所述液体呈亲液性的管；对所述液体呈疏液性的管，其插在所述亲液管中并具有封闭端部；和设在所述疏液管的外壁与所述亲液管的内壁之间的分隔壁。
6.如权利要求5所述的燃料电池系统，还包括用来将由所述气-液分离装置分离出的液体与燃料混合的混合罐，其中所述亲液管容纳于所述混合罐中。
7.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述疏液管和所述疏液部件的至少一个具有疏液性多孔材料。
8.如权利要求5所述的燃料电池系统，其中，所述亲液管和所述亲液部件的至少一个具有亲液性多孔材料。
9.一种燃料电池系统，包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括具有封闭的端部的主流道；设置在所述主流道的一个表面上的第一通路；设置在所述主流道的与包含所述第一通路的所述表面相对的表面上的第二第一通路；设置在使所述主流道与所述第一通路相连通的开口中的第一疏液部件；设置在使所述主流道与所述第一通路相连通的开口中的第一亲液部件；设置在使所述主流道与所述第二第一通路相连通的开口中的第二亲液部件，该第二亲液部件面对着其中设有所述第一疏液部件的所述开口；设置在使所述主流道与所述第二第一通路相连通的开口中的第二疏液部件，该第二疏液部件面对着其中设有所述第一亲液部件的所述开口；在所述第一疏液部件和所述第一亲液部件之间、将所述第一通路分隔为上游部分和下游部分的第一分隔壁；以及在所述第二疏液部件和所述第二亲液部件之间、将所述第二通路分隔为上游部分和下游部分的第二分隔壁。
10.如权利要求9所述的燃料电池系统，其中，所述疏液管和所述疏液部件的至少一个具有疏液性多孔材料。
11.如权利要求9所述的燃料电池系统，其中，所述亲液管和所述亲液部件的至少一个具有亲液性多孔材料。
12.一种燃料电池系统，包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；和与所述气-液分离装置以及所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括壳体；被伸展以将所述壳体的内部空间分割为第一空间和第二空间的亲液部件；与所述第一空间相连通的疏液管；和设置在形成于所述第一空间中的所述壳体的壁表面上的开口中的疏液部件。
13.如权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述疏液管和所述疏液部件的至少一个具有疏液性多孔材料
14.如权利要求12所述的燃料电池系统，其中，所述亲液管和所述亲液部件的至少一个具有亲液性多孔材料。
15.一种燃料电池系统，包括发电单元；向所述发电单元提供燃料的燃料供应源；用于将从所述发电单元释放的液-气混合物分离成气体和液体的气-液分离装置；与所述气-液分离装置和所述发电单元相连通的循环回路，该循环回路从所述发电单元向所述气-液分离装置供给液-气混合物，并从所述气-液分离装置向所述发电单元供给分离出的液体，其中，所述气-液分离装置包括壳体；被伸展以将所述壳体的内部空间分割为第一空间和第二空间的亲液部件；与所述第一空间相连通的亲液管；设置在形成于所述第一空间中的所述壳体的壁表面上的开口中的亲液部件。
16.如权利要求15所述的燃料电池系统，其中，所述疏液管和所述疏液部件的至少一个具有疏液性多孔材料。
17.如权利要求15所述的燃料电池系统，其中，所述亲液管和所述亲液部件的至少一个具有亲液性多孔材料。
全文摘要
一种燃料电池系统包括发电单元，燃料供应源，气－液分离装置，和循环回路。气－液分离装置包括疏液管，与疏液管相连通的亲液管，用于阻塞疏液管的通路的亲液部件或者用于阻塞亲液管通路的疏液部件。
文档编号H01M8/06GK101047250SQ20071009147
公开日2007年10月3日 申请日期2007年3月30日 优先权日2006年3月30日
发明者佐藤裕辅, 川野浩一郎 申请人:株式会社东芝