CN101682056B - 燃料电池系统及用于其的运转方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种碱型燃料电池，所述碱型燃料电池具有电解质，以及配置在所述电解质的两侧的阳极和阴极。一种燃料电池系统具有：该燃料电池；排出通路，所述排出通路连接到所述燃料电池的排出口，并从所述燃料电池排出含有未反应的燃料的排燃料；和循环通路，所述循环通路连接到用于将燃料导入所述燃料电池中的导入口，并使所述排燃料循环以及供给到所述燃料电池。所述燃料电池系统还包括燃料/水分离装置，所述燃料/水分离装置连结到所述排出通路和所述循环通路，并配置在所述排出通路和所述循环通路之间。所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，然后使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循环通路中。

Description

燃料电池系统及用于其的运转方法
技术领域
本发明涉及一种燃料电池系统及用于该燃料电池系统的运转方法。更具体地，本发明涉及一种具有碱型燃料电池并通过使燃料循环而使用燃料的燃料电池系统。
背景技术
存在各种类型的燃料电池，例如碱型、磷酸型、熔融碳酸盐型、固体电解质型、固体聚合物型等等。在这些燃料电池之中，碱型燃料电池通常由阳极、阴极和将这两个电极彼此分隔开的电解质溶液构成。阳极被供给以氢作为燃料(或被供给以用作产生氢的材料的燃料)，阴极被供给以氧(或者大气等)。在阳极，被供给到其的氢变为氢原子，氢原子与从阴极透过电解质溶液而到达阳极的氢氧离子发生反应，从而生成水。由该反应产生的电子被输送至外部电极。另一方面，在阴极，随着在阳极提取的电子经由外部电路被供给，吸附于阴极的氧分子接收所述电子，并与电解质溶液的水发生反应而产生氢氧离子。
例如，结合在日本专利特开2002-8706号公报(JP-A-2002-8706)中公开的碱型燃料电池，公开了一种用于向阳极供给氢的系统，其中在阳极侧设有反应室，并产生纯氢。反应室的内部充填有氢氧化钾水溶液。在燃料电池运转期间，向反应室内供给硅，其中硅与氢氧化钾反应而生成纯氢。由此产生的氢被供给到阳极，使得上述电化学反应发生。
在某些情况下，为了有效利用燃料，通过使供给到阳极的燃料循环而使用该燃料。然而，在碱型燃料电池中，氢与氧在阳极反应而生成水。因此，在阳极通过循环而被供给以水溶性燃料的情况下，燃料与水有时混合且燃料浓度逐渐降低。然而，优选地，为了维持高性能的发电而要供给一定浓度水平的燃料。
为此，例如，可设想这样一种检测燃料浓度、并在检测到的燃料浓度降低至一定水平时排出燃料并供给新的燃料的方法。然而，在某些情况下，排出的燃料含有未反应的燃料。从有效利用燃料的观点来看，优选地，应抑制这种浪费的燃料排出。
发明内容
本发明提供了一种通过使燃料循环而使用燃料并被改良以便在抑制燃料浓度降低的同时提高燃料的有效利用率的碱型燃料电池。
本发明的第一方面涉及一种燃料电池系统，包括：碱型燃料电池，所述碱型燃料电池具有电解质，以及配置在所述电解质的两侧的阳极和阴极，所述阳极被供给以液体燃料；排出通路，所述排出通路连接到所述燃料电池的排出口，并从所述燃料电池排出含有未反应的燃料等的排燃料；循环通路，所述循环通路连接到用于将燃料导入所述燃料电池中的导入口，并使所述排燃料循环以及供给到所述燃料电池；和燃料/水分离装置，所述燃料/水分离装置连结到所述排出通路和所述循环通路，并配置在所述排出通路和所述循环通路之间。所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循环通路中。
所述燃料电池系统包括燃料/水分离装置，所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循环通路中。因此，在所述碱型燃料电池中，可通过在抑制由于混合了所生成的水而导致的燃料浓度下降的同时使燃料循环而使用燃料。因此，在追求燃料的有效利用的同时，可通过向燃料电池供给较高浓度的燃料来维持高性能的发电。
在上述燃料电池系统中，所述燃料/水分离装置可包括连接到所述排出通路的再循环部，和与所述再循环部接触的燃料凝集部，所述燃料凝集部与所述再循环部的边界由渗透蒸发膜限定，所述渗透蒸发膜选择性地允许所述排燃料中的燃料透过所述渗透蒸发膜，已透过所述渗透蒸发膜的所述浓缩燃料被导入所述燃料凝集部中，以及所述燃料凝集部连接到所述循环通路以将所述浓缩燃料供给到所述循环通路。
由于上述燃料/水分离装置使得被导入所述再循环部中的排燃料透过所述渗透蒸发膜，所以燃料能以高浓度被回收。因此，被回收至所述燃料凝集部的所述浓缩燃料可被供给到燃料的循环通路，从而即使在通过使燃料循环而使用燃料时也能抑制燃料浓度的降低。
所述燃料可以是醇，以及所述渗透蒸发膜可以是包含从由高硅沸石、硅橡胶、混有高硅沸石的硅橡胶和三甲基甲硅烷基丙炔构成的组中选出的至少一种的膜。
所述燃料电池系统还可包括再循环管，所述再循环管连接至所述再循环部的入口和出口，并使从所述再循环部的所述出口排出的所述排燃料再循环到所述再循环部的入口侧。
通过这种构造，留在再循环管中的排燃料通过所述再循环管并再次被供给到所述燃料/水分离装置，以及通过所述燃料/水分离装置。因此，在一次通过所述燃料/水分离装置时未被回收而残留的排燃料中的燃料能被最终回收，从而能更有效地利用燃料。
在上述燃料电池系统中，所述燃料/水分离装置可包括与所述排出通路和与所述循环通路连通的燃料凝集部，以及与所述燃料凝集部接触的水导入部，所述水导入部与所述燃料凝集部的边界由渗透蒸发膜限定，所述渗透蒸发膜选择性地允许所述排燃料中的水透过所述渗透蒸发膜，以及来自所述排燃料的、透过所述渗透蒸发膜的水被导入所述水导入部中。
如果所述燃料/水分离装置具有水导入部，所述水导入部与所述燃料凝集部的边界由渗透蒸发膜限定，所述渗透蒸发膜选择性地允许所述排燃料中的水透过所述渗透蒸发膜，则被导入所述燃料凝集部中的排燃料中的水能通过透过所述渗透蒸发膜而被选择性地除去。因此，被导入所述燃料凝集部中的排燃料中的燃料浓度可提高，从而即使在通过使燃料循环而使用燃料时也能抑制燃料浓度的降低。
所述燃料/水分离装置可包括连接到所述排出通路并供所述排燃料流入的再循环部，和用于在所述再循环部中使燃料从所述排燃料中选择性地蒸发的加热装置，以及连接在所述再循环部和所述循环通路之间的燃料凝集部，在所述再循环部中蒸发的所述燃料被导入所述燃料凝集部中，以及所述燃料凝集部使所述燃料凝集并将该燃料供给到所述循环通路。
通过这种构造，所述燃料/水分离装置可使用供所述排燃料导入的所述再循环部中的加热装置使排燃料中的燃料选择性地蒸发。此外，蒸发的燃料被回收至所述燃料凝集部，并经由所述循环通路被再次供给到燃料电池。因此，即使在通过使燃料循环而使用燃料时也能抑制燃料浓度的降低。
本发明的第二方面涉及一种用于燃料电池系统的运转方法。在该运转方法中，当所述燃料电池系统运转时，通过使已通过所述燃料/水分离装置的所述排燃料循环而将所述排燃料供给到所述碱型燃料电池。
本发明的第三方面涉及一种用于燃料电池系统的运转方法。该方法包括在燃料循环通路中从由碱型燃料电池排出的排燃料中分离出燃料的步骤，和将分离出的燃料供给到所述碱型燃料电池的步骤。
在该运转方法中，所述燃料电池系统运转以使得已通过所述燃料/水分离装置的所述排燃料被再循环至所述燃料电池。因此，在追求燃料的有效利用的同时，能抑制燃料浓度的降低，使得燃料电池能够运转。
附图说明
从下面参照附图对示例性实施例的说明中可清楚看到本发明的上述和其它目的、特征及优点，在附图中，相似的附图标记用于表示相似的元件，并且其中：
图1是用于说明本发明第一实施例中的燃料电池系统的示意图；
图2是用于说明本发明第一实施例中的燃料电池系统的示意图；
图3是用于说明能被用作本发明第一实施例中的分离器装置中的渗透蒸发膜的膜的特性的图；
图4是用于说明本发明第一实施例的变型例中的燃料电池系统的示意图；以及
图5是用于说明本发明第二实施例中的燃料电池系统的示意图。
具体实施方式
以下将参照附图说明本发明的实施例。图中的相同或相应的部分用相同的附图标记表示，并简化或省略其说明。
[第一实施例的燃料电池的总体构造]图1是用于说明本发明一实施例的燃料电池的构造的示意图。图1中示出的系统包括碱型燃料电池2。燃料电池2具有阴离子交换膜10(电解质)。在阴离子交换膜10的相对两侧，配置有阳极12和阴极14。集电板16配置在阳极12和阴极14的每一个的外侧。
燃料通路18在阳极12侧连接至集电板16。被供给到燃料电池2的燃料(在第一实施例中为乙醇)经由燃料通路18和集电板16供给到阳极12。由电化学反应产生的水、未反应的燃料等(以下称为“排燃料”)从阳极12被排出至燃料通路18侧。另一方面，氧通路20在阴极14侧连接至集电板16。大气从氧通路20经由集电板16供给到阴极14，含有未反应的氧的大气废气从阴极14被排出至氧通路20侧。
在燃料电池2的燃料喷入口(未示出)处，燃料电池2的燃料通路18连接到燃料供给管22(循环通路)。燃料供给管22在远离管22与燃料电池2的连接部的一侧分支成连接至供给乙醇作为燃料的燃料箱24的管和连接至具有下述结构的分离器装置30(燃料/水分离装置)的管。此外，燃料供给管22分支成连接至分离器装置30的多根管。燃料供给管22经分离器装置30的内部连接成通过分离器装置30下游的管路40与真空泵(未示出)连通。
另一方面，在燃料电池2的燃料排出口(未示出)处，燃料电池2的燃料通路18连接至燃料排出管42(排出通路)。从燃料电池2的阳极12排出的排燃料被排出到燃料排出管42中。燃料排出管42在远离与燃料电池2的连接侧的一侧分支成与分离器装置30连接的多根管。燃料排出管42经分离器装置30的内部连接成与连接至分离器装置30的再循环管44连通。再循环管44的远离其与分离器装置30的连接部的一侧的端部与位于燃料排出管42和分离器装置30之间的连接部的上游的燃料排出管42汇接。一循环系统由再循环部60、再循环管44的位于其连接至再循环部60的部分和其连接至燃料排出管42的部分之间的部分以及燃料排出管42的位于其连接至再循环管44的部分和其连接至再循环部60的部分之间的部分构成。顺便提及，燃料排出管42的位于其连接至再循环管44的部分和其连接至再循环部60的部分之间的部分也可被看作再循环管44的一部分。此外，再循环管44也从循环系统中分支，并经由阀46与排出管48连接。
图2是用于说明安装在根据本发明第一实施例的燃料电池中的分离器装置30的示意图。图2示出沿图1中的线II-II截取的截面。参照图1和2，分离器装置30具有多个再循环部60。各个再循环部60均在其两端与连接至分离器装置30外部的燃料排出管42和再循环管44连接。
再循环部60的外周壁由渗透蒸发膜形成。渗透蒸发膜是一种均质膜，其不具有选择性地允许排燃料中的乙醇透过该膜的孔。在再循环部60周围，形成有燃料凝集部62，其由渗透蒸发膜同其与再循环部60的边界分离。燃料凝集部62在一侧连接成与燃料供给管22连通，在另一端部与管路40连接并由此连接成与真空泵连通。供冷却水在其中流动的冷却部64配置在燃料凝集部62的外侧。
[第一实施例的燃料电池系统的运转]当燃料电池2运转时，诸如醇等的含氢的液体燃料作为燃料被供给到阳极12。具体地，在第一实施例的燃料电池系统中，用乙醇作为燃料。当燃料被供给到阳极12时，由于阳极12的催化作用，氢原子从乙醇中被提取出来，并且氢原子与已通过阴离子交换膜10的氢氧离子反应而生成水，同时释放电子。在燃料为纯氢的情况下，在阳极12的反应如下式(1)所示地进行，在燃料为乙醇的情况下，在阳极12的反应如下式(2)所示地进行。
H2+2OH-→2H2O+2e-...(1)
CH3CH2OH+12OH-→2CO2+9H2O+12e-...(2)
另一方面，阴极14被供给以大气(或氧)。当向阴极14供给大气时，大气中的氧分子接收来自阴极14的电子，由于阴极14的催化作用，通过几个阶段产生氢氧离子。氢氧离子通过阴离子交换膜10向阳极12侧移动。阴极14的反应如下式(3)所示地进行：
1/2O2+H2O+2e-→2OH-...(3)
上述阳极12侧和阴极14侧的反应的结合表明，由下式(4)表示的生成水的反应在燃料电池整体中发生，并且反应所涉及的电子经两电极侧的集电板16移动。因此，产生了电流流动，即产生了电力。
H2+1/2O2→2H2O...(4)
如式(1)或(2)所示，在该碱型燃料电池的电化学反应中，在阳极12侧产生水。因此，在通过使诸如乙醇的水溶性燃料循环而使用该燃料的情况下，可以想象，随着燃料电池2的运转时间延长，混入燃料中的产物水的量增大，且燃料浓度逐渐降低。
但是，在第一实施例的燃料电池系统中，混入乙醇中的水由配置在乙醇的循环通路(燃料供给管22、燃料排出管42等)的中部的分离器装置30分离和除去。以下将说明燃料电池系统中的分离器装置30的操作。
从燃料电池2的燃料通路18排出至燃料排出管42中的排燃料通过燃料排出管42，并流入分离器装置30中的再循环部60内。这里应注意，在设于再循环部60之外的燃料凝集部62中，压力已由真空泵降低。此外，再循环部60和燃料凝集部62之间的边界面由渗透蒸发膜形成。渗透蒸发膜具有仅选择性地允许含有乙醇和水的排燃料中的乙醇透过的性质。因此，再循环部60和燃料凝集部62之间的压差变成驱动力，使得只有供给到再循环部60的排燃料中的乙醇通过渗透蒸发膜到达燃料凝集部62。另一方面，排燃料中的水无法通过渗透蒸发膜，因此留在再循环部60内。
这样，乙醇由于从再循环部60中的排燃料透过渗透蒸发膜而被浓缩，并在燃料凝集部62中被回收。然后，乙醇被设在外周的冷却部64冷却和液化。此后，乙醇从分离器装置30的燃料凝集部62被排出至燃料供给管22内。乙醇从燃料供给管22作为燃料被再次供给到燃料电池2。
此外，在从燃料供给管22供给的乙醇的流量短缺的情况下，从燃料供给源24仅附加地供给短缺的量。这样，燃料电池2的内部被持续地以预定的压力供给必要量的燃料。
另一方面，含有未透过渗透蒸发膜而是留在再循环部60内的水的排燃料被排出至与分离器装置30连接的再循环管44内。被排出至再循环管44内的排燃料进入分离器装置30上游的燃料排出管42，并与从燃料电池2流入燃料排出管42的排燃料混合，从而再次流入分离器装置30中。
在该燃料电池系统中，检测从分离器装置30排出至再循环管44内的排燃料中的乙醇浓度。在乙醇浓度稀而低于基准值的情况下，阀46被开启以便从排出管48向外界排出低乙醇浓度的排燃料。
如上所述，根据第一实施例的燃料电池系统，在通过使排燃料循环而追求燃料的有效利用的同时，能选择性地从循环的燃料中回收乙醇，并将其投入循环中。因此，供给到燃料电池2的乙醇的浓度可保持较高。此外，由于排燃料经再循环管44循环，所以排燃料重复地通过分离器装置30的内部。因此，即使一次分离过程无法实现乙醇的彻底回收，而是有一些乙醇残留在再循环部60内的排燃料中，但是当排燃料再次通过分离器装置30的内部时，便能回收排燃料中的乙醇。因此，能够更有效地利用乙醇。此外，当检测到乙醇浓度为基准值或低于基准值时，排燃料被排出至外部。这抑制了通过循环而被使用的燃料中的乙醇浓度过度降低。
所述的分离乙醇和水的渗透蒸发膜具有各个种类。具体地，其示例包括由诸如高硅沸石(疏水沸石)、硅橡胶、三甲基甲硅烷基丙炔、混有高硅沸石的硅橡胶等的大分子材料形成的膜。
图3是用于说明渗透蒸发膜的特性的图。在图3中，横轴示出供给到各个膜的乙醇的摩尔分数[mol.％]，纵轴示出透过流速[kg/(m2·h)]和所透过的蒸气乙醇的摩尔分数[mol.％]。由图3能理解，使用高硅沸石膜(2)能从所供给的低乙醇浓度溶液中以较快的透过流速获得70至90[mol.％]的浓缩的乙醇溶液。顺便提及，诸如硅橡胶膜等的不像高硅沸石膜(2)那样具有这种高分离性能的膜能够从燃料中一定程度地除去水。因此，即使采用硅橡胶膜等作为渗透蒸发膜，燃料也能被浓缩以用于循环，从而能追求燃料的有效利用。
在对第一实施例的系统的以上说明中，始终在燃料电池2运转期间由分离器装置30执行乙醇与水之间的分离。然而，只有在排燃料中的乙醇浓度已降低时才可执行乙醇与水之间的分离。具体地，例如，设有绕过分离器装置30的旁通通路，并通过浓度计或计时器来检测乙醇浓度的降低。在这种构造中，如果判定为乙醇浓度高于基准浓度，则使排燃料流过旁通通路。如果判定为乙醇浓度已降低至或低于基准浓度，则使排燃料流过分离器装置30。
此外，在对第一实施例的以上说明中，检测排燃料中的乙醇浓度，如果乙醇浓度等于或低于基准值，则通过释放所述阀46将排燃料排出至外部。然而，在本发明中，通过开启和关闭阀46来排出排燃料的方法以及使排燃料循环到分离器装置30中的方法不限于此。例如，可设定用于使排燃料在分离器装置30中循环的基准时间，当认为基准时间已过去时，可释放所述阀46，从而乙醇浓度已降低的排燃料将被排出。
此外，参照图1和2描述的分离器装置30的形状和结构不限于上述情况。在本发明中，对于用于分离燃料与水的分离装置，燃料凝集部62和再循环部60之间的供从排燃料中的回收进行的边界面由渗透蒸发膜形成便足矣，分离装置的各部分的形状、结构等不是本发明的关注点。为了有效地回收乙醇，优选地，设有冷却被回收的乙醇的冷却部64。然而，在能在不同部分中实现冷却的情况下，可省略冷却部64在分离器装置30中的设置。
顺便提及，在对第一实施例的以上说明中，由于乙醇被用作燃料，所以使用渗透蒸发方法，该方法在再循环部60和燃料凝集部62之间的边界面处采用选择性地允许乙醇透过的膜。然而，本发明不限于燃料为乙醇的情况。在本发明中，即使在使用除乙醇之外的其它燃料的情况下，燃料也能与水分离，能以浓缩状态被回收，并被再次循环使用。也就是说，根据燃料的种类选择用于分离再循环部60和燃料凝集部62的渗透蒸发膜便足矣。根据各种燃料的渗透蒸发膜通过各种研究等获知，故此处省略其详细列举。例如，在用NH3(氨水)作为燃料的情况下，可使用壳聚糖膜。
此外，本发明不限于燃料通过透过渗透蒸发膜而从排燃料中被选择性地回收的情况。例如，也可在再循环部60和燃料凝集部62之间的边界处使用选择性地允许水透过的渗透蒸发膜。在采用这种系统的情况下，燃料被留在分离器装置30的再循环部60内。因此，该系统能通过构造如图4所示的、燃料供给管22与再循环部60连接且再循环管44与燃料凝集部62连接的结构来实现。
此外，已结合将采用阴离子交换膜10的碱型燃料电池用作燃料电池的情况对实施例进行了说明。然而，本发明不限于这种类型的燃料电池。例如，还可使用采用诸如KOH等的允许负离子通过的电解质来代替阴离子交换膜10的碱型燃料电池。
在图1中，为了简化说明，在燃料电池2内仅示出了一个阴离子交换膜10和配置在阴离子交换膜10的相对两侧的一对电极(阳极12和阴极14)。然而，燃料电池也可具有堆叠结构，其中多个由阴离子交换膜10和一对电极构成的所谓的膜电极组件(MEA)与配置在其间的隔板堆叠在一起。此外，在阳极12和阴极14的每一个的催化剂层的表面上还可设有扩散层。
第二实施例
图5是用于说明本发明第二实施例的燃料电池系统的结构的示意图。除了用于分离乙醇和水的系统不同之外，图5所示的燃料电池系统具有与图1所示的系统基本相同的构造。
在图5中，分离乙醇和水的分离装置70(燃料/水分离装置)配置在燃料供给管22和燃料排出管42之间。乙醇/水分离装置70内具有连接至燃料排出管42的分离部72。在分离部72内安装有加热被导入其中的排燃料的加热装置74。位于安装加热装置74的位置的下游的侧部分支成燃料凝集部76和再循环部78。冷却装置80安装在燃料凝集部76附近。燃料凝集部76与连接至分离装置70外部的燃料供给管22连接。另一方面，再循环部78与分离部72连接。此外，再循环部78从排燃料的循环系统有所分支，并且该分支经由阀82连接至排出管84。分离部72和再循环部78可被视为本发明的再循环部。
排燃料主要包含水和乙醇。乙醇的沸点约为78℃，低于水的沸点。利用该事实，第二实施例的分离装置70蒸馏排燃料而浓缩乙醇以供循环。具体地，从燃料电池2排出的排燃料从燃料排出管42流入到分离部72中，在分离部72内排燃料由加热装置74加热。顺便提及，加热装置74由ECU(未示出)设定和控制，以便在高于或等于乙醇的沸点且低于水的沸点的温度范围内加热排燃料。因此，在分离部72中，主要蒸发的是排燃料中的乙醇，从而主要是乙醇流入设在上方的燃料凝集部76中。燃料凝集部76内的乙醇被冷却装置80冷却而液化。此后，浓缩的乙醇通过连接至燃料凝集部76下游侧的燃料供给管22，并再次被供给到燃料电池2。
另一方面，水不被加热至其沸点，因此直接流入设在排燃料的流通方向上的再循环部78中，并经其流至分离部72的上游侧，再进入分离部72。在循环期间水的量增大而使得分离部72内的燃料浓度变得低于基准值的情况下，阀82开启，从而排燃料经由排出管84排出到再循环部78之外。
这样，第二实施例的分离装置70也能可靠地将乙醇和水彼此分离。因此，在抑制乙醇浓度降低的同时能通过使乙醇循环而使用乙醇，从而能够有效地利用燃料。
顺便提及，以上结合使用乙醇作为燃料的情况说明了第二实施例。但是，本发明不限于此；也就是说，除乙醇之外的其它燃料也可用作本发明中的燃料。在这种情况下，使用蒸馏方法并基于燃料的沸点设定加热装置74的加热温度便足矣。此外，在水的沸点低于燃料的沸点的情况下，可设定使水蒸发但不使燃料蒸发的加热温度，并且水被回收至图5所示的燃料凝集部76内并循环和流入分离装置70内，且燃料被回收至图5所示的再循环部78内并被供给到燃料供给管22。
顺便提及，分离装置70不限于结合第二实施例所述的结构。也就是说，该装置的具体结构也可以是任意其它结构，只要该结构设置成采用利用水和燃料的不同沸点的所谓的蒸馏法即可。
此外，对于分离燃料和水的方法，以上结合第一实施例说明了渗透蒸发法，结合第二实施例说明了简单的蒸馏法的使用。然而，本发明不限于此。例如，可使用反渗透法、膜蒸馏法、蒸气渗透法等从排燃料中回收燃料。
顺便提及，在上述实施例中，尽管在附图中未示出，但还设有用于燃料供给管22、再循环管44、再循环部78等的阀和泵，以使得排燃料循环至燃料电池、分离器装置30和分离部72。
尽管已参照本发明的优选实施例对本发明进行了说明，但是应当理解，本发明不限于所公开的实施例或构型。相反，本发明意图涵盖各种变型和等同布置。另外，尽管所公开的本发明的各要素以各种组合和构型示出，但它们为示例性的，包括更多、更少或仅单个要素的其它组合和构型也在本发明的精神和范围内。

Claims (11)

1.一种燃料电池系统，包括：
碱型燃料电池(2)，所述碱型燃料电池具有电解质(10)，以及配置在所述电解质的两侧的阳极和阴极；
排出通路(42)，所述排出通路连接到所述燃料电池的排出口，并从所述燃料电池排出含有未反应的燃料的排燃料；
循环通路(22)，所述循环通路连接到用于将燃料导入所述燃料电池中的导入口，并使所述排燃料循环以及供给到所述燃料电池；和
燃料/水分离装置(30)，所述燃料/水分离装置连结到所述排出通路和所述循环通路，并配置在所述排出通路和所述循环通路之间，所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循环通路中，其中所述燃料是水溶性液体燃料，并且
其中，所述燃料/水分离装置(30)包括连接到所述排出通路(42)的再循环部(60)，和与所述再循环部接触的燃料凝集部(62)，所述燃料凝集部与所述再循环部的边界由渗透蒸发膜限定，所述渗透蒸发膜选择性地允许所述排燃料中的燃料透过所述渗透蒸发膜，已透过所述渗透蒸发膜的所述浓缩燃料被导入所述燃料凝集部中，以及所述燃料凝集部连接到所述循环通路(22)以将所述浓缩燃料供给到所述循环通路。
2.根据权利要求1所述的燃料电池系统，其中，所述燃料是醇，以及所述渗透蒸发膜是包含从由高硅沸石、硅橡胶、混有高硅沸石的硅橡胶和三甲基甲硅烷基丙炔构成的组中选出的至少一种的膜。
3.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，还包括再循环管(44)，所述再循环管的一端连接到所述再循环部的入口，以及所述再循环管的另一端连接到所述再循环部的出口，所述再循环管使从所述再循环部的所述出口排出的所述排燃料再循环到所述再循环部的入口侧。
4.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，还包括使所述燃料凝集 部(62)减压的真空泵。
5.根据权利要求1或2所述的燃料电池系统，其中，所述燃料凝集部(62)是冷却所述浓缩燃料的冷却部。
6.一种燃料电池系统，包括：
碱型燃料电池(2)，所述碱型燃料电池具有电解质(10)，以及配置在所述电解质的两侧的阳极和阴极；
排出通路(42)，所述排出通路连接到所述燃料电池的排出口，并从所述燃料电池排出含有未反应的燃料的排燃料；
循环通路(22)，所述循环通路连接到用于将燃料导入所述燃料电池中的导入口，并使所述排燃料循环以及供给到所述燃料电池；和
燃料/水分离装置(30)，所述燃料/水分离装置连结到所述排出通路和所述循环通路，并配置在所述排出通路和所述循环通路之间，所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循环通路中，其中所述燃料是水溶性液体燃料，并且
其中，所述燃料/水分离装置(30)包括与所述排出通路(42)和与所述循环通路(22)连通的燃料凝集部(60)，以及与所述燃料凝集部(60)接触的水导入部(62)，所述水导入部与所述燃料凝集部(60)的边界由渗透蒸发膜限定，所述渗透蒸发膜选择性地允许所述排燃料中的水透过所述渗透蒸发膜，以及来自所述排燃料的、透过所述渗透蒸发膜的水被导入所述水导入部中。
7.一种燃料电池系统，包括：
碱型燃料电池(2)，所述碱型燃料电池具有电解质(10)，以及配置在所述电解质的两侧的阳极和阴极；
排出通路(42)，所述排出通路连接到所述燃料电池的排出口，并从所述燃料电池排出含有未反应的燃料的排燃料；
循环通路(22)，所述循环通路连接到用于将燃料导入所述燃料电池中的导入口，并使所述排燃料循环以及供给到所述燃料电池；和 
燃料/水分离装置(70)，所述燃料/水分离装置连结到所述排出通路和所述循环通路，并配置在所述排出通路和所述循环通路之间，所述燃料/水分离装置从由所述排出通路流入的所述排燃料中分离和除去水，并使已分离和除去了水的浓缩燃料流入所述循环通路中，其中所述燃料是水溶性液体燃料，并且
其中，所述燃料/水分离装置(70)包括连接到所述排出通路(42)并供所述排燃料流入的再循环部(72，78)，和用于在所述再循环部(72，78)中使燃料从所述排燃料中选择性地蒸发的加热装置(74)，以及连接在所述再循环部(72，78)和所述循环通路(22)之间的燃料凝集部(76)，在所述再循环部(72，78)中蒸发的所述燃料被导入所述燃料凝集部中，以及所述燃料凝集部使所述燃料凝集并将凝集了的燃料供给到所述循环通路(22)。
8.一种用于燃料电池系统的运转方法，其中，当根据权利要求1、6和7中任一项所述的燃料电池系统运转时，通过使已通过所述燃料/水分离装置的所述排燃料循环而将所述排燃料供给到所述碱型燃料电池(2)。
9.一种用于碱型燃料电池系统的运转方法，包括：
在燃料循环通路中从由碱型燃料电池(2)排出并包含水的排燃料中分离出燃料；和
将分离出的燃料供给到所述碱型燃料电池(2)，其中所述燃料是水溶性液体燃料，并且
其中使用渗透蒸发膜从所述排燃料中分离出所述燃料，并且其中所述燃料是醇或氨水。
10.一种用于碱型燃料电池系统的运转方法，包括：
在燃料循环通路中从由碱型燃料电池(2)排出并包含水的排燃料中分离出燃料；和
将分离出的燃料供给到所述碱型燃料电池(2)，其中所述燃料是水溶性液体燃料，并且
其中通过蒸馏从所述排燃料中分离出所述燃料，并且其中所述燃料是 醇或氨水。
11.根据权利要求9或10所述的运转方法，其中，所述燃料是乙醇。 
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