(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ポンプのポンピング動作によって、液体貯蔵部から液体を前記ポンプおよび配管を介して液体消費部へ送る送液システムであって、
前記配管は、前記ポンプと前記液体消費部とを連通する主流路と、前記主流路の前記ポンプ側の一部に連通する第１連通路と、前記主流路の前記液体消費部側の一部に連通する第２連通路と、前記第１連通路と前記第２連通路とを、前記主流路と並列に連通するバイパス流路と、を備え、
前記第１連通路と前記第２連通路の開口面積および前記主流路の断面積は、前記液体に対し毛細管力が働く大きさであり、
前記第１連通路の開口面積は前記主流路の断面積より広い、送液システム。
【請求項２】
前記バイパス流路の断面積は前記主流路の断面積より広い、請求項１に記載の送液システム。
【請求項３】
前記第１連通路の開口面積は前記第２連通路の開口面積より広い、請求項１に記載の送液システム。
【請求項４】
前記配管は、複数本の前記主流路と、１本の前記バイパス流路と、を備え、
前記バイパス流路は、複数本の前記主流路の前記第１連通路と前記第２連通路とを、前記主流路と並列に連通する、請求項１から３のいずれかに記載の送液システム。
【請求項５】
前記配管は、１本の前記主流路と、複数本の前記バイパス流路と、を備え、
複数本の前記バイパス流路は、前記主流路の前記第１連通路と前記第２連通路とを、前記主流路と並列に連通する、請求項１から３のいずれかに記載の送液システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体貯蔵部から液体を配管を介して液体消費部へ送る送液システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、液体貯蔵部からメタノール（燃料）を配管を介して発電セルへ送り、当該発電セルでメタノールを消費して発電するダイレクトメタノール燃料電池システムが知られている。
【０００３】
図９は、特許文献１の燃料電池９００の構成を示す組立図である。燃料電池９００は、燃料であるメタノールを貯蔵する燃料貯蔵容器９０２と、メタノールを消費して発電するセル部（発電セル）９０４とから構成されている。
【０００４】
セル部９０４は、固体高分子膜９１１の両主表面中央部分にカソード９１２及びアノード９１３が配置されてなるセル９１０と、セル９１０の上に配置される中央部分に窓９１４が形成された枠体９１５とからなる。
【０００５】
燃料貯蔵容器９０２は、内部に燃料貯蔵室９２１を構成する外観四角柱状の容器であって、側部壁面９２２には燃料供給口９２３が開設されている。この燃料供給口９２３には燃料供給配管９０１が連結され、当該燃料供給配管９０１の他の一端は、燃料補助タンク９０５に連結されている。燃料補助タンク９０５には、燃料注入口９５１が形成されており、燃料を適宜充填補充できる。
【０００６】
そして、セル部９０４と接続される燃料貯蔵容器９０２の上面壁面９２６には逆流防止弁９２７が設けられており、セル部９０４から燃料貯蔵容器９０２の内部へのメタノールの逆流を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００５−２８５７８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１の燃料電池９００では、メタノールの消費によるセル部９１０の発電に伴って、ギ酸などの副生成物がセル部９１０で生成される。そのため、副生成物がセル部９１０から燃料貯蔵容器９０２へ混入することを確実に防止できるよう、副生成物に対して耐性のある特殊な逆流防止弁９２７を設ける必要がある。
【０００９】
このような逆流防止弁９２７と燃料貯蔵容器９０２との間にポンプを設け、燃料貯蔵容器９０２からセル部９１０への送液をポンプのポンピング動作によって行う構成が考えられる。
【００１０】
ところで、前述の通りダイレクトメタノール燃料電池システムでは、メタノールの消費によるセル部９１０の発電に伴って、セル部９１０にてギ酸などの副生成物が不可避的に生成される。これらの副生成物は腐食性をもつために、ポンプ等に到達するとシステムの不具合の原因となる。さらに、蒸発しやすいメタノールを燃料に用いているため、当該ポンプが停止した時に、燃料貯蔵容器９０２とセル部９１０との間の燃料が蒸発して液面が後退したり、燃料中で副生成物が送液方向とは逆方向へ拡散したりするために、これらの副生成物が逆流防止弁９２７に到達する。
【００１１】
このため、例え逆流防止弁を設けていたとしても、逆流防止弁が継時劣化等により破損してしまい、副生成物がポンプ、ひいては燃料貯蔵容器に到達してシステムが劣化するおそれがある。そこで、副生成物に対して耐性のある特殊な逆流防止弁を設けたが、製造コストが高くなるという問題がある。
【００１２】
また、逆流防止弁は一般に順方向に液体を流す際にも圧力損失を伴うが、これによって液送が不安定になりやすいという問題もある。特に、呼び水の無い乾燥状態での圧力性能に劣るポンプでは、この問題が大きい。例えば、空気を送れない電気浸透流ポンプでは、この問題が致命的な欠陥になりうる。
【００１３】
そこで本発明は、簡易な構成かつ実質的に無圧力損失で、不具合の原因となる物質がポンプ内へ流入することを防止できる送液システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の送液システムは、前記課題を解決するために以下の構成を備えている。
【００１５】
（１）ポンプのポンピング動作によって、液体貯蔵部から液体を前記ポンプおよび配管を介して液体消費部へ送る送液システムであって、
前記配管は、前記ポンプと前記液体消費部とを連通する主流路と、前記主流路の前記ポンプ側の一部に連通する第１連通路と、前記主流路の前記液体消費部側の一部に連通する第２連通路と、前記第１連通路と前記第２連通路とを、前記主流路と並列に連通するバイパス流路と、を備え、
前記第１連通路の開口面積は前記主流路の断面積より広い。
【００１６】
この構成では、ポンプの駆動時、ポンプの吐出圧力が第１連通路又は第２連通路による毛細管力より大きい場合において、ポンプから吐出された液体は、第１連通路、第２連通路からバイパス流路に侵入せず、主流路を選択的に通過して液体消費部に送られる。このとき、バイパス流路には、液体が侵入しないため、空気が貯まる。そして、液体消費部は、ポンプから液体の供給を受けて液体を消費する。ここで、副生成物は液体消費部で生成される。
【００１７】
ポンプの駆動が停止した後、主流路内に満たされている液体は、蒸発を始める。このため、主流路内の液体の液面が液体消費部側からポンプ側へ徐々に後退していく。そのため、液体の蒸発に伴って、副生成物を含有した液体の液面が液体消費部側からポンプ側へ徐々に後退していく。
【００１８】
そして、副生成物を含有した液体の液面が第２連通路に達すると、バイパス流路に閉じ込められていた前述の空気が主流路の液体と交換可能になる。この状態に至ると、副生成物を含有した液体が第２連通路に侵入するように働く毛細管力と、第１連通路や主流路に液体が侵入するように働く（または、副生成物を含有した液体を主流路にとどまらせようと働く）毛細管力とが作用する。
【００１９】
これら２つの毛細管力を比較すると、主流路の断面積より広い開口面積を持つ第１連通路による毛細管力が非常に弱いため、第２連通路による毛細管力の方が強く、副生成物を含有した液体が第２連通路に侵入する。このとき、該侵入した副生成物を含有した液体の体積分だけ第１連通路付近の液体が第２連通路側に移動し、第１連通路付近で液面が遮断されることとなる。これらにより、液体消費部で生成された副生成物を含有した液体はポンプから遮断され、配管内にトラップされる。
【００２０】
よって、この構成では、副生成物に対して耐性のある特殊な逆流防止弁を設けることなく、本構成の配管をポンプと液体消費部との間に設けることで、副生成物によるポンプの劣化が生じず、ポンプの信頼性を向上できる。また、この構成では、逆流防止弁のような圧力損失を発生させる部品を設けていないため、吐出圧力の低い小型ポンプを送液システムに用いることが可能であり、呼び水の無い乾燥状態から動作を開始した場合であっても安定した動作が可能である。
【００２１】
したがって、この構成の送液システムによれば、簡易な構成かつ実質的に無圧力損失で、不具合の原因となる物質がポンプ内へ流入することを防止できる。
【００２２】
（２）前記バイパス流路の断面積は前記主流路の断面積より広いことが好ましい。
【００２３】
この構成では、主流路の毛細管力の方がバイパス流路の毛細管力より強いため、ポンプの駆動時、ポンプから吐出された液体が主流路を選択的に通過して、第１連通路、第２連通路からバイパス流路に侵入することを抑制することができる。また、この結果、バイパス流路に空気が貯まり易くなる。
【００２４】
（３）前記第１連通路の開口面積は前記第２連通路の断面積より広いことが好ましい。
【００２５】
この構成では、副生成物を含有した液体が第２連通路に侵入するように働く毛細管力の方が、第１連通路に液体が侵入するように働く毛細管力より強い。そのため、ポンプの駆動が停止した後、副生成物を含有した液体が第２連通路へより侵入し易くなる。
【００２６】
（４）前記配管は、複数本の前記主流路と、１本の前記バイパス流路と、を備え、
前記バイパス流路は、複数本の前記主流路の前記第１連通路と前記第２連通路とを、前記主流路と並列に連通することが好ましい。
【００２７】
この構成では、主流路の本数分、液体の流量を増加させることができる。そして、この構成では各主流路において、液体消費部で生成された副生成物を含有した液体がトラップされる。
【００２８】
（５）前記配管は、１本の前記主流路と、複数本の前記バイパス流路と、を備え、
複数本の前記バイパス流路は、前記主流路の前記第１連通路と前記第２連通路とを、前記主流路と並列に連通することが好ましい。
【００２９】
この構成では、バイパス流路が複数本設けられていため、副生成物を含有した液体が各バイパス流路の第２連通路に流入する。そのため、この構成の配管では、１本のバイパス流路を有する配管に比べて、副生成物を含有した多量の液体を各バイパス流路の第２連通路に流入させることができる。
【００３０】
また、各バイパス流路の第１連通路に面する主流路内の領域に位置する液体が、各バイパス流路に貯まっていた上述の空気に、各バイパス流路の第１連通路で触れて蒸発する。そのため、液体が各バイパス流路の第１連通路に面する主流路の領域で、１本のバイパス流路を有する配管に比べて短時間で途切れさせることが可能である。
【００３１】
したがって、この構成によれば、副生成物を含有した多量の液体を素早く配管内にトラップさせることができる。
【発明の効果】
【００３２】
この発明によれば、簡易な構成かつ実質的に無圧力損失で、不具合の原因となる物質がポンプ内へ流入することを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るトラップ配管１０１を備える燃料電池システム１００のシステム構成図である。
【図２】図２（Ａ）は、図１に示すマイクロポンプ１０３を表面側から見た分解斜視図である。図２（Ｂ）は、図１に示すマイクロポンプ１０３を裏面側から見た分解斜視図である。
【図３】図１に示すトラップ配管１０１の断面図である。
【図４】図１に示すトラップ配管１０１の断面図であり、図４（Ａ）はマイクロポンプ１０３の駆動時、図４（Ｂ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止直後、図４（Ｃ）は、マイクロポンプ１０３の駆動停止から所定時間経過後における流体の態様を示すものである。
【図５】本発明の第２の実施形態に係るトラップ配管２０１の断面図である。
【図６】図５に示すトラップ配管２０１の断面図であり、図６（Ａ）はマイクロポンプ１０３の駆動時、図６（Ｂ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止直後、図６（Ｃ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止から所定時間経過後における流体の態様を示すものである。
【図７】本発明の第３の実施形態に係るトラップ配管３０１の断面図である。
【図８】図７に示すトラップ配管３０１の断面図であり、図８（Ａ）はマイクロポンプ１０３の駆動時、図８（Ｂ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止直後、図８（Ｃ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止から所定時間経過後における流体の態様を示すものである。
【図９】従来の燃料電池の構成を示す組立図である。
【発明を実施するための形態】
【００３４】
《第１の実施形態》
まず、本発明の第１の実施形態に係るトラップ配管１０１について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係るトラップ配管１０１を備える燃料電池システム１００のシステム構成図である。燃料電池システム１００は、燃料であるメタノールを貯蔵する燃料カートリッジ１０２と、そのメタノールを輸送するマイクロポンプ１０３（以後、「ポンプ１０３」と称する。）と、トラップ配管１０１と、ポンプ１０３からトラップ配管１０１を介してメタノールの供給を受けて発電する発電セル１０４と、を備える。
【００３５】
ポンプ１０３は、詳細を後述するが、流入路１６３と流出路１６５とが形成されたシステム筐体１６０に、流漏れを防ぐＯリング１６１、１６２を介して表面実装される。システム筐体１６０は例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から構成される。
【００３６】
トラップ配管１０１はシステム筐体１６０内に形成されており、トラップ配管１０１の一端はポンプ１０３に連結され、トラップ配管１０１の他端は発電セル１０４に連結されている。
【００３７】
燃料電池システム１００では、ポンプ１０３のポンピング動作によって、メタノールが燃料カートリッジ１０２から流入路１６３を介してポンプ室７５へ流入する。そして、ポンプ１０３のポンピング動作によってメタノールがポンプ室７５から吐出され、トラップ配管１０１を介して発電セル１０４へ供給される。発電セル１０４は、供給されたメタノールを消費して発電する。
【００３８】
なお、燃料電池システム１００が本発明の「送液システム」に相当し、燃料カートリッジ１０２が本発明の「液体貯蔵部」に相当する。また、発電セル１０４が本発明の「液体消費部」に相当し、トラップ配管１０１が本発明の「配管」に相当する。このトラップ配管１０１の詳細については後述する。
【００３９】
図２（Ａ）は、図１に示すマイクロポンプ１０３を表面側から見た分解斜視図である。図２（Ｂ）は、図１に示すマイクロポンプ１０３を裏面側から見た分解斜視図である。
【００４０】
ポンプ１０３は、孔部７４Ａと孔部７４Ｂとが形成されているフィルム７４と、フィルム７４と反対側の主面に開口部を有し、流入孔７３Ａと流出孔７３Ｂとが形成されているポンプ筐体７３と、ポンプ筐体７３の開口部を覆うように設けられ、ポンプ筺体７３とポンプ室７５を形成するダイヤフラム７２と、駆動電圧が印加されて伸縮する圧電体７１と、圧電体７１に駆動電圧を印加する外部端子７０と、を備え、これらが順次積層、接合されて構成されている。ダイヤフラム７２は、例えばエチレンプロピレンゴムまたはシリコーンゴムから構成されている。圧電体７１は、例えばチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成されている。
【００４１】
逆流防止弁５０及び逆流防止弁５１は、図１、図２に示すように傘状であり、フィルム７４における孔部７４Ａ、７４Ｂの形成箇所と、筐体７３における流入孔７３Ａ、流出孔７３Ｂの形成箇所とに位置合わせした後にポンプ筐体７３とフィルム７４とに挟持されてポンプ１０３に内蔵される。
【００４２】
以上の構造を有するポンプ１０３は駆動時にポンピング動作を行い、図２の矢印に示すような流体の流れを生じさせる。すなわち、図１に示した燃料カートリッジ１０２から流出したメタノールが孔部７４Ａと逆流防止弁５０と流入孔７３Ａを介してポンプ室７５へ流入し、メタノールがポンプ室７５から流出孔７３Ｂと逆流防止弁５１と孔部７４Ｂを介してトラップ配管１０１へ流入される。
【００４３】
なお、逆流防止弁５０及び逆流防止弁５１は、メタノールが逆流するのを防止するための通常の逆流防止弁であり、副生成物（ギ酸）に対して耐性のある特殊な逆流防止弁ではない。
【００４４】
次に、トラップ配管１０１について詳述する。
図３は、図１に示すトラップ配管１０１の断面図である。トラップ配管１０１は、上述したように、ポンプ１０３と発電セル１０４とに連結している。トラップ配管１０１は親水性の材料、例えばシリコーン樹脂から構成される。
【００４５】
トラップ配管１０１は、ポンプ１０３と発電セル１０４とを連通する主流路１１０と、主流路１１０のポンプ１０３側の一部に連通する開口部１１１と、主流路１１０の発電セル１０４側の一部に連通する開口部１１２と、主流路１１０及びバイパス流路１２０を隔てるセパレート部１１９と、開口部１１１と開口部１１２とを、主流路１１０と並列に連通するバイパス流路１２０と、から構成されている。
【００４６】
ここで、主流路１１０、バイパス流路１２０、開口部１１１、開口部１１２はおのおの断面形状が略矩形であり、その高さは約０．２ｍｍに形成されている。また、主流路１１０の幅は０．２ｍｍ、バイパス流路１２０の幅は２ｍｍに形成されている。また、開口部１１１の幅は０．１ｍｍ、開口部１１２の幅は０．５ｍｍに形成されている。開口部１１１から開口部１１２までの距離は６ｍｍである。開口部１１１の開口面積Ａは開口部１１２の開口面積Ｂと主流路１１０の断面積Ｄより広く形成されている。また、バイパス流路１２０の断面積Ｃは主流路１１０の断面積Ｄより広く形成されている。
【００４７】
なお、開口部１１１が本発明の「第１連通路」に相当し、開口部１１２が本発明の「第２連通路」に相当する。
【００４８】
次に、トラップ配管１０１内の流体の流れについて説明する。図４は、トラップ配管１０１の断面図であり、図４（Ａ）は、ポンプ１０３の駆動、図４（Ｂ）は、ポンプ１０３の駆動停止直後、図４（Ｃ）は、ポンプ１０３の駆動停止から所定時間経過後の流体の態様を示すものである。
【００４９】
まず、図４（Ａ）に示すように、ポンプ１０３の駆動時、ポンプ１０３の吐出圧力が開口部１１１又は開口部１１２による毛細管力より大きい場合において、ポンプ１０３から吐出されたメタノールＭは、開口部１１１、１１２からバイパス流路１２０に侵入せず、主流路１１０を選択的に通過して発電セル１０４に送られる。この理由は、バイパス流路１２０より断面積の小さい主流路１１０の毛細管力の方が、バイパス流路１２０の毛細管力より強いためである。このとき、バイパス流路１２０には、メタノールＭが侵入しないため、空気が貯まる。そして、発電セル１０４は、ポンプ１０３からメタノールＭの供給を受けて発電する。この際、メタノールＭの消費による発電セル１０４の発電に伴って、副生成物であるギ酸が発電セル１０４内で生成される。
【００５０】
ポンプ１０３の駆動が停止した後、主流路１１０内に満たされているメタノールＭは、蒸発を始める。このため、図４（Ｂ）に示すように、主流路１１０内のメタノールＭの液面が発電セル１０４側からポンプ１０３側へ徐々に後退していく。しかし、メタノールＭの沸点６４．７℃に対しギ酸の沸点は１００．７５℃と高く蒸発し難い。そのため、メタノールＭの蒸発に伴ってギ酸の濃度が徐々に高くなり、ギ酸を含有したメタノールＳの液面が発電セル１０４側からポンプ１０３側へ徐々に後退していく（図４（Ｂ）参照）。
【００５１】
そして、ギ酸を含有したメタノールＳの液面が開口部１１２に達すると、バイパス流路１２０に閉じ込められていた前述の空気が主流路１１０の液体と交換可能になる。この状態に至ると、ギ酸を含有したメタノールＳが開口部１１２に侵入するように働く毛細管力と、主流路１１０や開口部１１１にメタノールＭが侵入するように働く（または、ギ酸を含有したメタノールＳをとどまらせようと働く）毛細管力とが作用する。
【００５２】
これら２つの毛細管力を比較すると、流路の断面積が小さい前者の毛細管力の方が大きいため、ギ酸を含有したメタノールＳが開口部１１２に侵入する。このとき、該侵入したギ酸を含有したメタノールＳの体積分だけ開口部１１１付近のメタノールＭが開口部１１２側に移動し、開口部１１１付近で液面が遮断されることとなる（図４（Ｃ）参照）。これらにより、発電セル１０４で生成されたギ酸を含有したメタノールＳはポンプ１０３から遮断され、トラップ配管１０１内にトラップされる。
【００５３】
よって、本実施形態によれば、副生成物であるギ酸に対して耐性のある特殊な逆流防止弁を設けることなく、トラップ配管１０１をポンプ１０３と発電セル１０４との間に設けるだけで、ギ酸によるポンプ１０３の劣化が生じず、ポンプ１０３の信頼性を向上できる。
【００５４】
また、本実施形態では、逆流防止弁のような圧力損失を発生させる部品を設けていないため、吐出圧力の低い小型ポンプをポンプ１０３に用いることが可能であり、呼び水の無い乾燥状態から動作を開始した場合であっても安定した動作が可能である。
【００５５】
したがって、本実施形態の燃料電池システム１００によれば、簡易な構成かつ実質的に無圧力損失で、副生成物であるギ酸がポンプ１０３内へ流入することを防止できる。また、副生成物であるギ酸が当該ポンプ１０３より上流に位置する燃料カートリッジ１０２へ混入することも防止できる。
【００５６】
《第２の実施形態》
以下、本発明の第２の実施形態に係るトラップ配管２０１について説明する。
図５は、本発明の第２の実施形態に係るトラップ配管２０１の断面図である。
【００５７】
本実施形態のトラップ配管２０１が第１の実施形態のトラップ配管１０１と相違する点は、２本の主流路２１０、２３０と、主流路２１０、２３０をバイパスする１本のバイパス流路２２０と、を形成している点である。その他の構成については同じである。
【００５８】
詳述すると、トラップ配管２０１は、ポンプ１０３と発電セル１０４とを連通する主流路２１０と、主流路２１０のポンプ１０３側の一部に連通する開口部２１１と、主流路２１０の発電セル１０４側の一部に連通する開口部２１２と、ポンプ１０３と発電セル１０４とを連通する主流路２３０と、主流路２３０のポンプ１０３側の一部に連通する開口部２２１と、主流路２３０の発電セル１０４側の一部に連通する開口部２２２と、主流路２１０及びバイパス流路２２０を隔てるセパレート部２１９と、主流路２３０及びバイパス流路２２０を隔てるセパレート部２２９と、開口部２１１と開口部２１２と開口部２２１と開口部２２２とを、主流路２１０、２３０と並列に連通するバイパス流路２２０と、から構成されている。
【００５９】
ここで、開口部２１１の開口面積は開口部２１２の開口面積より広く形成されており、開口部２２１の開口面積は開口部２２２の開口面積より広く形成されている。また、開口部２１１の開口面積は主流路２１０の断面積より広く形成されており、開口部２２１の開口面積は主流路２１０の断面積より広く形成されている。また、バイパス流路２２０の断面積は、主流路２１０の断面積と主流路２３０の断面積より広く形成されている。
【００６０】
なお、開口部２１１、２２１のそれぞれが本発明の「第１連通路」に相当し、開口部２１２、２２２のそれぞれが本発明の「第２連通路」に相当する。
【００６１】
次に、トラップ配管２０１内の流体の流れについて説明する。
図６は、図５に示すトラップ配管２０１の断面図であり、図６（Ａ）はマイクロポンプ１０３の駆動時、図６（Ｂ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止直後、図６（Ｃ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止から所定時間経過後における流体の態様を示すものである。
【００６２】
まず、図６（Ａ）に示すように、ポンプ１０３の駆動時、ポンプ１０３の吐出圧力が開口部２１１、２１２、２２１、２２２の其々による毛細管力より大きい場合において、ポンプ１０３から吐出されたメタノールＭは、開口部２１１、２１２、２２１、２２２からバイパス流路２２０に侵入せず、主流路２１０、２３０を選択的に通過して発電セル１０４に送られる。この理由は、バイパス流路２２０より断面積の小さい主流路２１０、２３０の毛細管力の方が、バイパス流路２２０の毛細管力より強いためである。このとき、バイパス流路２２０では、メタノールＭが侵入しないため、空気が貯まる。
【００６３】
ポンプ１０３の駆動が停止した後、主流路２１０、２３０内に満たされているメタノールＭは蒸発を始め、主流路２１０、２３０内のメタノールＭの液面が発電セル１０４側からポンプ１０３側へ徐々に後退していく（図６（Ｂ）参照）。しかし、メタノールＭとギ酸の前記沸点の関係から、メタノールＭの蒸発に伴ってギ酸の濃度が徐々に高くなり、ギ酸を含有したメタノールＳの液面が発電セル１０４側からポンプ１０３側へ徐々に後退していく（図６（Ｂ）参照）。
【００６４】
そして、ギ酸を含有したメタノールＳの液面が開口部２１２、２２２に達すると、バイパス流路２２０に閉じ込められていた前述の空気が主流路２１０、２３０の液体と交換可能になる。この状態に至ると、ギ酸を含有したメタノールＳが開口部２１２、２２２に侵入するように働く毛細管力と、主流路２１０、２３０や開口部２１１、２２１にメタノールＭが侵入するように働く（または、ギ酸を含有したメタノールＳをとどまらせようと働く）毛細管力とが作用する。
【００６５】
これら２つの毛細管力を比較すると、流路の断面積が小さい前者の毛細管力の方が大きいため、ギ酸を含有したメタノールＳが開口部２１２、２２２に侵入する。このとき、該侵入したギ酸を含有したメタノールＳの体積分だけ開口部２１１、２２１付近のメタノールＭが開口部２１２、２２２側に移動し、開口部２１１、２２１付近で液面が遮断されることとなる。（図６（Ｃ）参照）。これらにより、発電セル１０４で生成されたギ酸を含有したメタノールＳはポンプ１０３から遮断され、トラップ配管２０１内にトラップされる。
【００６６】
よって、本実施形態においても、副生成物であるギ酸に対して耐性のある特殊な逆流防止弁を設けることなく、トラップ配管２０１をポンプ１０３と発電セル１０４との間に設けるだけで、ギ酸によるポンプ１０３の劣化が生じず、ポンプ１０３の信頼性を向上できる。
【００６７】
また、本実施形態においても、逆流防止弁のような圧力損失を発生させる部品を設けていないため、吐出圧力の低い小型ポンプをポンプ１０３に用いることが可能であり、呼び水の無い乾燥状態から動作を開始した場合であっても安定した動作が可能である。
【００６８】
したがって、本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００６９】
また、１本の主流路１１０を有する第１実施形態のトラップ配管１０１において主流路１１０の断面積Ｄを増加させた場合、ポンプ１０３の駆動時においてメタノールＭの流量が増加するものの、ポンプ１０３の駆動停止後において逆流するギ酸を含有したメタノールＳの流量も増加する。しかし、本実施形態のトラップ配管２０１は、断面積Ｄを増加させずに２本の主流路２１０、２３０を有している。
【００７０】
そのため、本実施形態のトラップ配管２０１によれば、ポンプ１０３の駆動停止後におけるギ酸を含有したメタノールＳの流量を増加させずに、メタノールＭの流量を主流路の本数分増加させることができる。
【００７１】
《第３の実施形態》
以下、本発明の第３の実施形態に係るトラップ配管２０１について説明する。
図７は、本発明の第３の実施形態に係るトラップ配管３０１の断面図である。
【００７２】
本実施形態のトラップ配管３０１が第１の実施形態のトラップ配管１０１と相違する点は、１本の主流路３１０と、主流路３１０をバイパスする２本のバイパス流路３２０、３４０と、を形成している点である。その他の構成については同じである。
【００７３】
詳述すると、トラップ配管３０１は、ポンプ１０３と発電セル１０４とを連通する主流路３１０と、主流路３１０のポンプ１０３側の一部に連通する開口部３１１、３１５と、主流路３１０の発電セル１０４側の一部に連通する開口部３１２、３１６と、主流路３１０及びバイパス流路３２０を隔てるセパレート部３１９と、主流路３１０及びバイパス流路３４０を隔てるセパレート部３３９と、開口部３１１と開口部３１２とを、主流路３１０と並列に連通するバイパス流路３２０と、開口部３１５と開口部３１６とを、主流路３１０と並列に連通するバイパス流路３４０と、から構成されている。
【００７４】
ここで、開口部３１１の開口面積は開口部３１２の開口面積より広く形成されており、開口部３１５の開口面積は開口部３１６の開口面積より広く形成されている。また、開口部３１１の開口面積は主流路３１０の断面積より広く形成されており、開口部３１５の開口面積は主流路３１０の断面積より広く形成されている。また、バイパス流路３２０の断面積は主流路３１０の断面積より広く形成されており、バイパス流路３４０の断面積も主流路２３０の断面積より広く形成されている。
【００７５】
なお、開口部３１１、３１５のそれぞれが本発明の「第１連通路」に相当し、開口部３１２、３１６のそれぞれが本発明の「第２連通路」に相当する。
【００７６】
次に、トラップ配管３０１内の流体の流れについて説明する。
図８は、図７に示すトラップ配管３０１の断面図であり、図８（Ａ）はマイクロポンプ１０３の駆動時、図８（Ｂ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止直後、図８（Ｃ）はマイクロポンプ１０３の駆動停止から所定時間経過後における流体の態様を示すものである。
【００７７】
まず、図８（Ａ）に示すように、ポンプ１０３の駆動時、ポンプ１０３の吐出圧力が開口部３１１、３１２、３１５、３１６の其々による毛細管力より大きい場合において、ポンプ１０３から吐出されたメタノールＭは、開口部３１１、３１２、３１５、３１６からバイパス流路３２０、３４０に侵入せず、主流路３１０を選択的に通過して発電セル１０４に送られる。この理由は、バイパス流路３２０、３４０より断面積の小さい主流路３１０の毛細管力の方が、バイパス流路３２０、３４０の毛細管力より強いためである。このとき、バイパス流路３２０、３４０では、メタノールＭが侵入しないため、空気が貯まる。
【００７８】
ポンプ１０３の駆動が停止した後、主流路３１０内に満たされているメタノールＭは蒸発を始め、主流路３１０内のメタノールＭの液面が発電セル１０４側からポンプ１０３側へ徐々に後退していく（図８（Ｂ）参照）。しかし、メタノールＭとギ酸の前記沸点の関係から、メタノールＭの蒸発に伴ってギ酸の濃度が徐々に高くなり、ギ酸を含有したメタノールＳの液面が発電セル１０４側からポンプ１０３側へ徐々に後退していく（図８（Ｂ）参照）。
【００７９】
そして、ギ酸を含有したメタノールＳの液面が開口部３１２、３１６に達すると、バイパス流路３２０、３４０に閉じ込められていた前述の空気が主流路３１０の液体と交換可能になる。この状態に至ると、ギ酸を含有したメタノールＳが開口部３１２、３１６に侵入するように働く毛細管力と、主流路３１０や開口部３１１、３１５にメタノールＭが侵入するように働く（または、ギ酸を含有したメタノールＳをとどまらせようと働く）毛細管力とが作用する。
【００８０】
これら２つの毛細管力を比較すると、流路の断面積が小さい前者の毛細管力の方が大きいため、ギ酸を含有したメタノールＳが開口部３１２、３１６に侵入する。このとき、該侵入したギ酸を含有したメタノールＳの体積分だけ開口部３１１、３１５付近のメタノールＭが開口部３１２、３１６側に移動し、開口部３１１、３１５付近で液面が遮断されることとなる。（図８（Ｃ）参照）。これらにより、発電セル１０４で生成されたギ酸を含有したメタノールＳはポンプ１０３から遮断され、トラップ配管３０１内にトラップされる。
【００８１】
よって、本実施形態においても、副生成物であるギ酸に対して耐性のある特殊な逆流防止弁を設けることなく、トラップ配管３０１をポンプ１０３と発電セル１０４との間に設けるだけで、ギ酸によるポンプ１０３の劣化が生じず、ポンプ１０３の信頼性を向上できる。
【００８２】
また、本実施形態においても、逆流防止弁のような圧力損失を発生させる部品を設けていないため、吐出圧力の低い小型ポンプをポンプ１０３に用いることが可能であり、呼び水の無い乾燥状態から動作を開始した場合であっても安定した動作が可能である。
【００８３】
したがって、本実施形態によれば、前記第１実施形態と同様の効果を奏する。
【００８４】
さらに、本実施形態のトラップ配管３０１では、バイパス流路３２０、３４０が複数本設けられていため、ギ酸を含有したメタノールＳを開口部３１２、３１６の２箇所に流入させることができる（図８（Ｃ）参照）。そのため、本実施形態のトラップ配管３０１では、１本のバイパス流路１２０を有する第１実施形態のトラップ配管１０１に比べてギ酸を含有した多量のメタノールＳを開口部３１２、３１６に流入させることができる。
【００８５】
また、開口部３１１、３１５に面する主流路３１０内の領域に位置するメタノールＭが、バイパス流路３２０、３４０に貯まっていた前述の空気に、開口部３１１、３１５の２箇所で触れて蒸発する（図８（Ｃ）参照）。そのため、メタノールＭが開口部３１１、３１５に面する主流路３１０の領域で、１本のバイパス流路１２０を有する第１実施形態のトラップ配管１０１に比べて短時間で途切れさせることが可能である。
【００８６】
したがって、本実施形態のトラップ配管３０１によればさらに、第１実施形態のトラップ配管１０１に比べて、ギ酸を含有した多量のメタノールＳを素早くトラップ配管３０１内にトラップさせることができる。
【００８７】
《その他の実施形態》
前記実施形態では、圧電体７１はチタン酸ジルコン酸鉛系セラミックスから構成しているが、これに限るものではない。例えば、ニオブ酸カリウムナトリウム系及びアルカリニオブ酸系セラミックス等の非鉛系圧電体セラミックスの圧電材料などから構成してもよい。
【００８８】
前記実施形態では、トラップ配管１０１、２０１、３０１はシステム筐体１６０内に形成されているが、これに限るものではない。ポンプ１０３と発電セル１０４との間に設けられていれば、例えばシステム筐体１６０外に設けられていてもよい。
【００８９】
前記実施形態では、主流路１１０、バイパス流路１２０、開口部１１１、開口部１１２はおのおの断面形状が略矩形に形成したが、これに限るものではない。例えば、略円筒形状や多角形形状等に形成されていてもよい。
【００９０】
また、前記実施形態では流体としてメタノールを用いているが、これに限るものではない。蒸発しやすい流体であれば、当該流体がメタノール以外の液体であってもよい。例えば、前記実施形態のトラップ配管１０１、２０１、３０１を医療用の送液システムに適用し、ブドウ糖溶液を流体として用いてもよい。この場合におけるトラップ配管１０１、２０１、３０１は、医療用の送液システム中で発生した雑菌等の逆流を防止することが可能である。
【００９１】
また、前記実施形態では、システム筐体１６０はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂から構成されているが、これに限るものではない。例えば、シクロオレフィンコポリマー（ＣＯＣ）等を用いてもよい。
【００９２】
最後に、前記実施形態の説明は、すべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上述の実施形態ではなく、特許請求の範囲によって示される。さらに、本発明の範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９３】
５０、５１…逆流防止弁
７０…外部端子
７１…圧電体
７２…ダイヤフラム
７３…ポンプ筐体
７３Ａ…流入孔
７３Ｂ…流出孔
７４…フィルム
７４Ａ、７４Ｂ…孔部
７５…ポンプ室
１００…燃料電池システム
１０１、２０１、３０１…トラップ配管
１０２…燃料カートリッジ
１０３…マイクロポンプ
１０４…発電セル
１１０…主流路
１１１、１１２…開口部
１１９…セパレート部
１２０…バイパス流路
１６０…システム筐体
１６１…リング
１６３…流入路
１６５…流出路
２１０、２３０…主流路
２１１、２１２…開口部
２１９、２２９…セパレート部
２２０…バイパス流路
２２１、２２２…開口部
３１０…主流路
３１１、３１２…開口部
３１５、３１６…開口部
３１９、３３９…セパレート部
３２０、３４０…バイパス流路
９００…燃料電池
９０１…燃料供給配管
９０２…燃料貯蔵容器
９０４…セル部
９０５…燃料補助タンク
９１０…セル
９１１…固体高分子膜
９１２…カソード
９１３…アノード
９１４…窓
９１５…枠体
９２１…燃料貯蔵室
９２２…側部壁面
９２３…燃料供給口
９２６…上部壁面
９２７…逆流防止弁
９５１…燃料注入口
Ｍ…メタノール
Ｓ…ギ酸含有メタノール
【図１】
0005895490.tif 000002
【図２】
0005895490.tif 000003
【図３】
0005895490.tif 000004
【図４】
0005895490.tif 000005
【図５】
0005895490.tif 000006
【図６】
0005895490.tif 000007
【図７】
0005895490.tif 000008
【図８】
0005895490.tif 000009
【図９】
0005895490.tif 000010