JP4759940B2 - 送液装置及び燃料電池装置 - Google Patents
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Description
ユビキタス社会の幕開けとともに電池の長寿命に対する要求が高まってきている。従来のリチウム電池はその理論限界に近づきつつあり、これ以上の大幅な性能向上は望めなくなりつつある。そんな中、重量(容積)あたりのエネルギー密度の高さから従来の電池に比べて大幅な長寿命化が可能な燃料電池が注目されている。
燃料極側での反応:CH3 OH+H2 O→CO2 +6e- +6H+
空気極側での反応:(3/2) O2 +6H+ +6e- →3H2 O
全反応 :CH3 OH+(3/2) O2 →CO2 +2H2 O
このようにDMFC形の燃料電池を採用した燃料電池装置においても、2種類の液体(メタノール含有液と希釈用水)の送液及び合流による混合希釈が求められている。
このような気泡を排除する方法として、外部に吸引機構を設けて吸引する方法が考えられる。しかし、この方法だとマイクロポンプを含む機器全体の大型化が避けられず、コストも高くなる。
(1)送液装置
1又は2以上のマイクロポンプにより送液する送液装置であって、各マイクロポンプについて、マイクロポンプに連通して隣り合うマイクロポンプ両側の液通路のうち少なくとも一方に気泡トラップを有しており、該気泡トラップはマイクロポンプへ向かって流れる液体中の気泡を捕捉するが、マイクロポンプから遠ざかる方向へ流れる液体中の気泡の通過を許す一方向気泡トラップであり、
前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つは、該一方向気泡トラップに対応するマイクロポンプへ向かって順次配置された第1、第2及び第3の流路部分を含んでおり、第2流路部分はマイクロポンプから遠い方の第1流路部分及びマイクロポンプに近い方の第3流路部分よりも深さが浅く、第2流路部分の第1流路部分との境界部の流路断面積は第2流路部分の第3流路部分との境界部の流路断面積より大きく、該第2流路部分と第1流路部分との境界段差部で気泡を捕捉する送液装置。
この場合、正規方向への送液において安定した流量特性を得ることができ、また、液の逆流を伴うメインテナンス等を円滑に行えるとともにその後の正規送液方向への送液において安定した流量特性が得られる。
かかる気泡抜き孔を設けることで、マイクロポンプを含む液通路外へ気泡を排除することが可能になる。
燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、液体原燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であり、該燃料電池と、該燃料電池の燃料極に積層された第1ポンプユニットとを含んでおり、第1ポンプユニットは、燃料極に対向する面に希釈液体燃料を該燃料極へ供給するための希釈液体燃料通路を有しており、燃料極に対向する面とは反対側部分に、液体原燃料を供給するマイクロポンプを含む原燃料供給路、希釈用液を供給するマイクロポンプを含む希釈用液供給路、該原燃料供給路と希釈用液供給路の双方に連通するとともに前記希釈液体燃料通路に連通する液体混合路を有しており、少なくとも一方のマイクロポンプ(例えば希釈用液を送るポンプ)について、より好ましくは各マイクロポンプについて、マイクロポンプに連通して隣り合うマイクロポンプ両側の液通路のうち少なくとも一方に気泡トラップを設けてあり、該気泡トラップはマイクロポンプへ向かって流れる液体中の気泡を捕捉するが、マイクロポンプから遠ざかる方向へ流れる液体中の気泡の通過を許す一方向気泡トラップであり、
前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つは、該一方向気泡トラップに対応するマイクロポンプへ向かって順次配置された第1、第2及び第3の流路部分を含んでおり、第2流路部分はマイクロポンプから遠い方の第1流路部分及びマイクロポンプに近い方の第3流路部分よりも深さが浅く、第2流路部分の第1流路部分との境界部の流路断面積は第2流路部分の第3流路部分との境界部の流路断面積より大きく、該第2流路部分と第1流路部分との境界段差部で気泡を捕捉する燃料電池装置。
少なくとも一つのマイクロポンプについて、より好ましくは各マイクロポンプについて、マイクロポンプ両側の液通路のそれぞれに前記一方向気泡トラップを設けてもよい。
この第2ポンプユニットにおいても、マイクロポンプ両側の液通路のそれぞれに一方向気泡トラップを設けてもよい。
この第2ポンプユニットは燃料極側から電池の電解質膜等の部材を通過して空気極側に移動してきた液体も希釈用液として回収できるものであってもよい。
また本発明によると、1又は2以上のマイクロポンプにより送液する送液装置であって、マイクロポンプを含む液通路外へ気泡を排除することが可能な送液装置を提供することができる。
次に、本発明の実施形態に係る送液装置及び燃料電池装置について説明するが、その前に送液装置の1例の基本構造及びマイクロポンプ例について図9及び図10を参照して説明する。
図9に示す送液装置MTは薄型、小形に形成可能のマイクロチップ型の送液装置である。図9(A)は装置MTの平面図であり、図9(B)は同装置の側面図であり、図9(C)は図9(B)のX−X線に沿う断面図である。
図10に示すマイクロポンプは、第1絞り流路f1、第2絞り流路f2、該第1、第2の絞り流路f1、f2間のポンプ室PC、ポンプ室PCの可撓性壁(ダイアフラム)DFに設置された駆動アクチュエータ(図示例では圧電素子PZT)を含んでいる。
よって、正規送液方向において上流側に流路f1を下流側に流路f2を配置することで正規送液方向に送液できる。
図11(A)に示すように、シリコン基板SiSを準備する。シリコン基板SiSとしては、例えば厚さ200μmのシリコンウエハーを用いる。次に、図11(B)に示すように、シリコン基板SiSの上下面に、シリコン酸化膜SiO2 を形成する。酸化膜は、例えば、それぞれの厚さが1.7μmとなるように、熱酸化により形成する。次に、上面にレジストを塗布して所定パターンのマスクを形成し、該マスクパターンで露光し、次いで現像して酸化膜をエッチングする。そして、上面のレジストを剥離した後、再びレジストを塗布し、露光、現像、エッチングを行う。これにより、図11(C)に示すように、酸化膜を完全に除去した部分aと、厚さ方向に途中まで除去した部分bを形成する。
送液装置MTはこのようにして薄型に小形に形成できるが、このあと説明する本発明の実施形態に係る一方向気泡トラップを備えた送液装置や、燃料電池装置におけるポンプユニットも板状部材のエッチング処理等により同様な手法で精度よく形成できる。
次に図1を参照して本発明に係る送液装置の1例(送液装置MT’)について説明する。図1に示す送液装置MT’は図9に示す送液装置MTに一方向気泡トラップTrを設けたものであり、薄型、小形に形成可能のマイクロチップ型のものである。一方向気泡トラップTrを設けた点を除けば装置MTと実質上同構造、作用のものであり、装置MTにおける部分、部品と実質上同じ部分、部品には装置MTと同じ参照符号を付してある。
図1(A)は装置MT’の平面図であり、図1(B)は図1(A)のY−Y線に沿う切断端面図である。
これらにより、逆流を伴うメインテナンス等を円滑に、効率よく行えるとともにその後の正規送液方向への送液において安定した流量特性が得られる。
その具体例として、図2から図5のそれぞれに示すものを挙げることができる。これらは気泡トラップ構成部分の形状に関するものであり、断面の幅が変化している例である。
図3の一方向気泡トラップは、ポンプに向かって、まず一旦断面幅が徐々に広がっており、その後急激に断面幅が狭くなっているトラップである。
この構成の一方向気泡トラップは、図3のトラップよりも気泡トラップ部の断面積比を大きくすることができる。
このような形にすれば、気泡がトラップされる部分(段差)が流路の左右どちらかに偏って面積が大きくなるので、より大きな気泡もトラップすることができる。
また、幅が狭まっている部分の流路幅よりも直径が大きい気泡に関しては、幅が狭まっている部分がこのように片側に偏っていると、幅狭部の内壁に気泡が触れにくくなるので、より気泡が抜けにくくなるという利点がある。
また、流路が親水性の場合、比較的大き目の気泡(直径が流路幅に対して無視できない大きさの気泡)は、液体が流れているときには流路断面の中心によろうとする傾向がある。従って、幅が狭まっている部分を前後の流路の中心線CLにかからないようにずらすと、気泡捕捉のうえでより有効である。
このようにすると、図1の装置MT’におけるトラップTrのように深さを変える必要がないので、トラップ製作においてエッチングの回数が少なく済むので、作製の手間が少なくてすむ。
なお、図1のトラップTrのように深さを変えたトラップと、図2から図5のように幅を変えたトラップを組み合わせた構造の一方向気泡トラップを採用することも可能である。
例えば図6(A)に示すように、図1に示すタイプのトラップTrを向きを同じにして複数個直列に配置する場合を挙げることができる。なお図6(B)は図6(A)のZ1−Z1線に沿う切断端面図である。
このようにすると、もし一つのトラップTrをすり抜けた気泡があったとしても、次の気泡トラップ部で捕捉することができる。
例えば図7(A)に示すように、図6(A)に示す複数の直列配置の気泡トラップTrの大きさをポンプに近いものほど順次小さくした場合を挙げることができる。なお、図7(B)は図7(A)のZ2−Z2線に沿う切断端面図である。
このようにすることで、まず流路断面の大きなトラップ部で大きな気泡をトラップし、ポンプに近いところで小さな気泡をトラップすることができる。また、ポンプから遠いトラップ部の断面積を広げておくことで、ポンプから遠いところで、できるだけ多くの気泡をトラップしておく空間を提供することもできる。
例えば、図5に示すような左右非対称のトラップを、左寄りのものと右寄りのものを交互に配置するという方法も考えられる。このようにすると、流路中で左右どちらかに偏った気泡についても、より確実にトラップできる。
かかる気泡抜き用孔を設けておくことで、メインテナンスモード等において該孔から気泡を外部へ吸引することが可能になる。
かかる構造は、捕捉された気泡が流路内を動きまわらないように決められた領域ARに留めておいて、そこに設けられた気泡抜き孔Hから気泡を排出するためのものである。孔Hは換言すれば気泡排除孔である。
以上説明したように送液装置MT’では、一方向気泡トラップTrが設けられていることでポンプPa、Pbへの気泡混入を抑制できるが、もし、マイクロポンプPa、Pbのいずれかでポンプ室PC中に気泡が存在するようになってしまった場合でも、該気泡をポンプ室から排除することが可能である。以下、ポンプ内気泡の排除方法について説明する。
そうすると、ポンプPbから送り出された液体は、合流部L3を通ってマイクロポンプPaに流れ込む。この流れによって、ポンプPaのポンプ室PC内に滞留した気泡を液体供給口Li1の方向へ逆流させて押し出すことができる。
気泡は、一旦気泡トラップTrよりも上流側に押し出されれば、再び液体が正規送液方向LDに送液された場合にも、その気泡は該気泡トラップTrに捕捉されるために、再びポンプPa内へ混入することが抑制される。
既述のとおり、装置MT’では、マイクロポンプPa、Pbのそれぞれの上流側だけでなく下流側にも一方向気泡トラップTrを設けているので、気泡排出動作時に合流部L3の方からポンプPaに逆流してくる液体中に気泡が存在していても、その気泡がポンプPa内に混入することを抑制でき、それだけ安心して気泡排除動作を行える。
また、マイクロポンプを含む液通路の数が3以上に増えても、同様にポンプ内気泡を排除できる。つまり、いずれのマイクロポンプも気泡排出動作の駆動源になり、気泡排出対象ポンプの側にまわることもある。このことは、各マイクロポンプのサイズが異なっていても成り立つことである。
さらに、図14(B)に例示するように、直列と並列が混在した複合システムでも気泡が入ったポンプ室内の気泡を同様に排出できる。これら各液通路に属するマイクロポンプは、それぞれ別々の液体を送液するものであってもよいし、そのなかの幾つかの液通路についてはそれに属するポンプの全部が同じ液体を送液するものでもよい。また、小さなマイクロポンプで流量を稼ぐために複数のマイクロポンプを並列配置したものなどでもよい。いずれもポンプ内気泡排除を行える。
マイクロポンプの配列と、それらを含んでいる液通路の繋がり方、そしてそれぞれのマイクロポンプ内の液体の種類に関して、任意の組み合わせにおいてポンプ内気泡排除が可能である。
ここで説明したことは、図14(B)に例示するような複合システムの場合にも、例えば各液通路に属するポンプを一つとみなして同様に適用できる。
もっとも、前記流路抵抗の値がマイクロポンプPaの流路抵抗の値より低いからといって、かならずしも液体出口Loに蓋をするなどが必須条件になるというわけでほない。
次に図1の送液装置MT’と同様の送液構造を利用した燃料電池装置C1について図12及び図13を参照して説明する。
図12(A)は燃料電池装置C1の平面図、図12(B)は該装置の側面図、図12(C)は該装置の底面図である。
また、図13(A)は図12(B)のA−A線断面図、図13(B)は図12(B)のB−B線断面図、図13(C)は図12(B)のC−C線断面図、図13(D)は図12(B)のD−D線断面図である。
燃料電池3は、本例では直接メタノール形燃料電池(以下、「DMFC」と言うことがある。)であり、ここでは、電解質膜31の両面に燃料極32及び空気極33を接合したMEA(Membrane Electrode Assembly)構造のものである。MEAは各種構造のものが知られているが、本例では電解質膜31は電解質高分子膜〔例えばデュポン社製ナフィオン(パーフルオロスルホン酸膜)〕であり、燃料極32は電解質膜31に接する触媒層(例えば白金黒或いは白金合金をカーボンブラックに担持させたもの)とこれに積層されたカーボンペーパ等の電極からなり、空気極33も電解質膜31に接する同様の触媒層とこれに積層された同様の電極からなっている。
かかる電極層は、例えば燃料極或いは空気極に対向するポンプユニットの面にスパッタリング法等の各種薄膜形成手法を利用して白金等で形成することができる。ポンプユニットの構成部材を導電性材料製とすることで該電極層を得てもよい。この電極層は例えば導電性接着剤で燃料極或いは空気極に接着すればよい。
これら一方向気泡トラップも、図1に示す送液装置MT’における一方向気泡トラップTrと同構造のものであり、いずれもポンプP3へ向かう流れの液中の気泡を捕捉できるように設けてある。なお、これら一方向気泡トラップのそれぞれは図2から図8に示されるいずれかのトラップ構造に置き換えることもできる。
ポンプP1、P2、P3のそれぞれの送液能力は、各ポンプにおけるポンプ室容積、圧電素子の性能、第1、第2の絞り流路の断面積及び(又は)長さ等のうち1又は2以上を適宜選択決定することで所望のものにでき、ここでは、液体原燃料と希釈用液を所定の割合で混合して希釈できるようにポンプP1、P2、P3のそれぞれの送液能力を定めてある。
CH3 OH+(3/2) O2 →CO2 +2H2 O の反応を生じさせ、それにより発電させ、該電池3に接続した負荷Lに通電することができる。
なお、第2ポンプユニット2により第1ポンプユニット1に供給される水のうち過剰の水は供給口115を通じて外部に排出される。供給口115に希釈用液を収容する容器を接続している場合はこの容器に回収するようにしてもよい。
まず、マイクロポンプユニット1のマイクロポンプP1、P2のいずれかに気泡が混入してしまった場合の気泡排除方法について説明する。
図12、図13に示す燃料電池装置C1ではマイクロポンプP1、P2は並列関係にあり、これらポンプを含む液供給路111、112は混合路113へ合流して、電池燃料極32に臨む希釈液体燃料通路132、131へ連通している。ポンプユニット1にはガス抜き孔134があるが、液体が外部に流れ出す開口部はない。従って、希釈液体燃料通路132、131へ流れ込んだ希釈液体燃料は燃料電池3の燃料極32で化学反応で消費されるか、電解質膜31を通過して空気極33側へ染み出すしか逃げ道がない。
マイクロポンプP2に気泡が混入した場合も、ポンプP2の駆動を止めることでポンプP2に液体を逆流させて該気泡を希釈用液供給口115の方へ排除することができる。
図15(A)のフローチャートに示すように、駆動部は、図示省略の気泡センサによる気泡検知やタイマの予め定めた時間のカウントアップ等に応じて、気泡排除動作を開始させる必要があれば(ステップS1でYES)、ポンプ群に気泡排除動作を行わせる(ステップS2)。気泡排除動作が終了したのち、ポンプ群に通常動作を行わせる(ステップS3)。通常動作は終了の指示など終了する必要が生じるまで継続され、必要に応じて気泡排除動作が逐次実行される(ステップS4)。気泡排除動作は、図15(B)に示すサブルーチンを実行することで行われる。すなわち、ステップS21に示すように、複数ポンプのうち特定のものを気泡排除動作させ、残りのポンプを大気状態(休止或いは微弱電圧による駆動)とする。気泡排除動作が完了(センサ等で気泡排除完了を確認してもよいし、気泡が抜けるに十分な時間の経過により完了したとしてもよい)すれば(ステップS22でYES)、気泡排除処理が必要な他のポンプがある場合(ステップS23でNO)、気泡排除動作させるポンプと待機状態にするポンプを適宜切り換えて(ステップS24)、ステップS21に戻り同様の動作を実行する。必要なすべてのポンプについて気泡排除を行う処理を再度実行する必要があるときは(ステップS25でYES)、ステップS21に戻って同様の動作を再実行する。
また、本発明に係る燃料電池装置は例えば携帯機器等に搭載する電源としての利用可能性がある。
Pa、Pb マイクロポンプ
Li1、Li2 液体供給口
Lo 液体出口
L1、L2 液体供給路
L3 合流部
L4 混合流路
e 電極膜
LD 正規送液方向
f1 第1絞り流路
f2 第2絞り流路
PC ポンプ室
DF ポンプ室壁(ダイアフラム)
PZT、PZTa、PZTb 圧電素子
MT’ 送液装置
Tr(Trb) 一方向気泡トラップ
51、52、53
トラップTrの第1、第2、第3の流路部分
521 流路部分51と52の境界部
522 流路部分52と53の境界部
520、520’ 段差部
CL 流路部分断面中心を通る線
Tr’ 逆向き一方向気泡トラップ
H 気泡抜き用孔(気泡排除孔)
AR 気泡貯留部
C1 燃料電池装置
1 第1ポンプユニット
11 ポンプユニット1の部材
P1、P2 マイクロポンプ
111 液体原燃料供給路
112 希釈用液供給路
113 液体混合路
114 液体燃料供給口
115 希釈用液供給口
116 希釈用液受入れ部
Tr11〜Tr14 一方向気泡トラップ
13 ポンプユニット1の部材
131、132 希釈液体燃料通路
133 貫通孔
134 ガス抜き孔
135 貫通孔
GD ガス流通部
2 第2ポンプユニット
21 ポンプユニット2の部材
211、212 生成水通路
213 貫通孔
214 空気取り入り孔
215 貫通孔
23 ポンプユニット2の部材
P3 マイクロポンプ
231 液体回収路
232 液体受入れ部
233 液体排出部
Tr21、Tr22 一方向気泡トラップ
3 燃料電池
31 電解質膜
32 燃料極
33 空気極
34 液体通路
30 希釈用液循環路
C 燃料電池
L 負荷
PM1、PM2、PM3 ポンプ
t2 回収タンク
t1 燃料タンク
MX ミキサー
DS 濃度検出センサ
CONT コントローラ
Claims (18)
- 1又は2以上のマイクロポンプにより送液する送液装置であって、各マイクロポンプについて、マイクロポンプに連通して隣り合うマイクロポンプ両側の液通路のうち少なくとも一方に気泡トラップを有しており、該気泡トラップはマイクロポンプへ向かって流れる液体中の気泡を捕捉するが、マイクロポンプから遠ざかる方向へ流れる液体中の気泡の通過を許す一方向気泡トラップであり、
前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つは、該一方向気泡トラップに対応するマイクロポンプへ向かって順次配置された第1、第2及び第3の流路部分を含んでおり、第2流路部分はマイクロポンプから遠い方の第1流路部分及びマイクロポンプに近い方の第3流路部分よりも深さが浅く、第2流路部分の第1流路部分との境界部の流路断面積は第2流路部分の第3流路部分との境界部の流路断面積より大きく、該第2流路部分と第1流路部分との境界段差部で気泡を捕捉することを特徴とする送液装置。 - 少なくとも一つのマイクロポンプについては、マイクロポンプ両側の液通路のそれぞれに前記一方向気泡トラップが設けられている請求項1記載の送液装置。
- 2種以上の液体を合流させて送る送液装置であり、前記マイクロポンプが並列配置で複数設けられており、それぞれのマイクロポンプで液体を送って合流させる請求項1又は2記載の送液装置。
- 前記マイクロポンプが複数設けられており、該複数のマイクロポンプのうち全部又は全部より少ない複数からなる少なくとも1群のマイクロポンプが直列に接続されている請求項1又は2記載の送液装置。
- 少なくとも一つのマイクロポンプについて、マイクロポンプ両側の液通路のうち少なくとも一方に、前記一方向気泡トラップが複数直列配置で設けられている請求項1、2、3又は4記載の送液装置。
- 前記直列配置された複数の一方向気泡トラップは、マイクロポンプから遠い方のトラップから近い方のトラップへ、気泡をトラップする部分の流路断面積が段階的に小さくされている請求項5記載の送液装置。
- 前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つについて、該一方向気泡トラップにおける気泡トラップ部分に連通する気泡抜き用孔又は該一方向気泡トラップを間にしてマイクロポンプとは反対側に位置する液通路部分に連通する気泡抜き用孔を形成した請求項1から6のいずれかに記載の送液装置。
- 前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つについて、該一方向気泡トラップと同構造で逆向きの逆一方向気泡トラップを該一方向気泡トラップに隣り合わせてマイクロポンプとは反対側に設けるとともに、該両トラップ間の液通路部分に連通する気泡抜き用孔を形成した請求項1から6のいずれかに記載の送液装置。
- 前記マイクロポンプのうち少なくとも一つは、第1絞り流路、第1絞り流路より長い第2絞り流路、第1、第2の絞り流路の間のポンプ室、ポンプ室の可撓性壁に設置された駆動アクチュエータを含み、駆動アクチュエータに交番電圧を印加することで交番電圧波形に応じて第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出させる正規送液動作、又は第2絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、第1絞り流路からポンプ室内液体を吐出させる逆送液動作をさせ得るマイクロポンプであり、前記一方向気泡トラップは該第1絞り流路に隣り合う液通路及び該第2絞り流路に隣り合う液通路のうち少なくとも一方に設けられている請求項1から8のいずれかに記載の送液装置。
- 燃料として液体燃料が使用される燃料電池が採用され、液体原燃料を希釈用液で希釈して希釈液体燃料を該燃料電池へ供給する燃料電池装置であり、該燃料電池と、該燃料電池の燃料極に積層された第1ポンプユニットとを含んでおり、第1ポンプユニットは、燃料極に対向する面に希釈液体燃料を該燃料極へ供給するための希釈液体燃料通路を有しており、燃料極に対向する面とは反対側部分に、液体原燃料を供給するマイクロポンプを含む原燃料供給路、希釈用液を供給するマイクロポンプを含む希釈用液供給路、該原燃料供給路と希釈用液供給路の双方に連通するとともに前記希釈液体燃料通路に連通する液体混合路を有しており、前記各マイクロポンプについて、マイクロポンプに連通して隣り合うマイクロポンプ両側の液通路のうち少なくとも一方に気泡トラップを設けてあり、該気泡トラップはマイクロポンプへ向かって流れる液体中の気泡を捕捉するが、マイクロポンプから遠ざかる方向へ流れる液体中の気泡の通過を許す一方向気泡トラップであり、
前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つは、該一方向気泡トラップに対応するマイクロポンプへ向かって順次配置された第1、第2及び第3の流路部分を含んでおり、第2流路部分はマイクロポンプから遠い方の第1流路部分及びマイクロポンプに近い方の第3流路部分よりも深さが浅く、第2流路部分の第1流路部分との境界部の流路断面積は第2流路部分の第3流路部分との境界部の流路断面積より大きく、該第2流路部分と第1流路部分との境界段差部で気泡を捕捉することを特徴とする燃料電池装置。 - 前記各マイクロポンプについて、マイクロポンプ両側の液通路のそれぞれに前記一方向気泡トラップを設けてある請求項10記載の燃料電池装置。
- 前記燃料電池の空気極に第2ポンプユニットが積層されており、該第2ポンプユニットは、空気極に対向する面に少なくとも燃料電池における電気化学反応により生成される液体を通すための通路を有しており、該空気極に対向する面とは反対側部分に、該液体通路に連通し、該液体を回収するマイクロポンプを含む液体回収路を有しており、該マイクロポンプに連通して隣り合うマイクロポンプ両側の液通路のうち少なくとも一方に気泡トラップを設けてあり、該気泡トラップはマイクロポンプへ向かって流れる液体中の気泡を捕捉するが、マイクロポンプから遠ざかる方向へ流れる液体中の気泡の通過を許す一方向気泡トラップであり、
前記第2ポンプユニットにおける一方向気泡トラップのうち少なくとも一つは、該一方向気泡トラップに対応するマイクロポンプへ向かって順次配置された第1、第2及び第3の流路部分を含んでおり、第2流路部分はマイクロポンプから遠い方の第1流路部分及びマイクロポンプに近い方の第3流路部分よりも深さが浅く、第2流路部分の第1流路部分との境界部の流路断面積は第2流路部分の第3流路部分との境界部の流路断面積より大きく、該第2流路部分と第1流路部分との境界段差部で気泡を捕捉する請求項10又は11記載の燃料電池装置。 - 前記第2ポンプユニットにおけるマイクロポンプ両側の液通路のそれぞれに前記一方向気泡トラップを設けてある請求項12記載の燃料電池装置。
- 前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つについて、該一方向気泡トラップにおける気泡トラップ部分又は該一方向気泡トラップを間にしてマイクロポンプとは反対側に位置する液通路部分に連通する気泡抜き用孔を形成した請求項10から13のいずれかに記載の燃料電池装置。
- 前記一方向気泡トラップのうち少なくとも一つについて、該一方向気泡トラップと同構造で逆向きの逆一方向気泡トラップを該一方向気泡トラップに隣り合わせてマイクロポンプとは反対側に設けるとともに、該両トラップ間の液通路部分に連通する気泡抜き用孔を形成した請求項10から13のいずれかに記載の燃料電池装置。
- 前記各マイクロポンプは、第1絞り流路、第1絞り流路より長い第2絞り流路、第1、第2の絞り流路の間のポンプ室、ポンプ室の可撓性壁に設置された駆動アクチュエータを含み、駆動アクチュエータに交番電圧を印加することで交番電圧波形に応じて第1絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、第2絞り流路からポンプ室内液体を吐出させる正規送液動作、又は第2絞り流路からポンプ室内へ液体を吸引し、第1絞り流路からポンプ室内液体を吐出させる逆送液動作をさせ得るマイクロポンプであり、前記一方向気泡トラップは該第1絞り流路に隣り合う液通路及び該第2絞り流路に隣り合う液通路のうち少なくとも一方に設けられている請求項10から15のいずれかに記載の燃料電池装置。
- 前記燃料電池は直接メタノール形燃料電池であり、前記液体原燃料はメタノール含有液体燃料であり、前記希釈用液は水を含む液体である請求項10から16のいずれかに記載の燃料電池装置。
- 前記直接メタノール形燃料電池は膜・電極接合体(MEA)構造のものである請求項17記載の燃料電池装置。
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