(57)【要約】【課題】  簡単な構造で小型、薄型で全方向対応の気液分離器を提供する。【解決手段】  液体を通過させて気体の通過を規制する液体抽出材４と気体を通過させて液体の通過を規制する気体抽出材９とで構成される気液分離室８の高さ１４を、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径１６と比べてそれ以下に設定し、この気液分離室８に気体混合液体を送り込んで気液分離する。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、
前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、
気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
気液分離器。
【請求項２】
前記液体抽出材が、多孔質ガラス、又は親水性処理を行った多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項３】
前記気体抽出材が、多孔質ガラスを基材として孔部を含む基材表面にフッ素等の撥水性ポリマーを付与した材料、又はフッ素系基材に多孔処理を行って製造した材料、又は多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項４】
前記気体抽出材および前記液体抽出材の少なくとも一方に、補強用多孔板が密接して配置されている
請求項１記載の気液分離器。
【請求項５】
前記気液分離室が、
少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に対向する壁面に配置した対向壁とを含む複数の壁で形成され、
前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項６】
前記気液分離室が、
少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材のうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記特定壁に対向する対向壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁と前記対向壁の間に配置した側壁とを含む複数の壁で形成され、
前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項７】
気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に分離する気液分離器であって、
気体混合液体が流入する流入用切欠部とこの流入用切欠部に連接され流入した前記気体混合液体を貯留する分離室用切欠部が形成された第１の流路板と、
第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の片面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置には前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材が取り付けられた第２の流路板と、
第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の他方の面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置に前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材が取り付けられた第３の流路板と、
前記第２の流路板に一方の面を当接して設けられ前記液体抽出材によって分離抽出された液体を貯留する液体室用切欠部とこの液体室用切欠部に連接され前記分離抽出された液体が流れる液体流出用切欠部が形成された第４の流路板と、
前記第４の流路板の他方の面に当接して設けられ前記液体室用切欠部と液体流出用切欠部との開口を閉塞する第５の流路板と、
前記第３の流路板に一方の面を当接して設けられ前記気体抽出材によって分離抽出された気体を貯留する気体室用切欠部とこの気体室用切欠部に連接され前記分離抽出された気体が流れる気体流出用切欠部が形成された第６の流路板と、
前記第５の流路板の他方の面に当接して設けられ前記気体室用切欠部と気体流出用切欠部との開口を閉塞する第７の流路板と
を備えた気液分離器。
【請求項８】
前記第１の流路板の厚みを、
前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
請求項７記載の気液分離器。
【請求項９】
前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出膜を、前記第２の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第４の流路板とで挟持した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１０】
前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出膜を、前記第３の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第６の流路板とで挟持した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１１】
前記第４の流路板と前記第５の流路板とを一体に形成した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１２】
前記第６の流路板と前記第７の流路板とを一体に形成した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１３】
気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、
前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、
前記気液分離室の高さ方向の一方の特定壁に、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置し、
前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に隣接する壁面に前記気液分離室の高さ方向の他方の特定壁まで配置し、前記気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
気液分離器。
【請求項１４】
水と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを６ミリメートル以下にした
請求項１、７、１３の何れか１項に記載の気液分離器。
【請求項１５】
メタノール水溶液と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを３ミリメートル以下にした
請求項１、７、１３の何れか１項に記載の気液分離器。
【請求項１６】
液体に気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、
気体混合液体が供給される第１、第２の気液分離室と、
前記第１の気液分離室と前記第２の気液分離室との間に介装され、液体を通過させる一方、気体の通過を規制する液体抽出材と、
前記第１の気液分離室に臨んで配設され、気体を第１の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第１の気体抽出材と、
前記第２の気液分離室に臨んで配設され、気体を第２の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第２の気体抽出材と
を備えた気液分離器。
【請求項１７】
第１の気液分離室における第１の気体抽出材に臨む箇所の高さと、第２の気液分離室における第２の気体抽出材に臨む箇所の高さとを、液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
請求項１６記載の気液分離器。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の第１、第２の気液分離器と、
燃料極と空気極とを有するセルと、
液体燃料を溜める第１、第２の燃料タンクと、
第１の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第１の送り手段と、
第２の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第２の送り手段と
を備え、
燃料極を介して第１の燃料タンクと第２の燃料タンクとの間で双方向に液体燃料を供給するように配設し、
燃料極と第１の燃料タンクとの間に第１の気液分離器を介装させ、
燃料極と第２の燃料タンクとの間に第２の気液分離器を介装させた
燃料電池。
【請求項１９】
第１の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第１のセンサと、
第１の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第２のセンサと、
前記第１の燃料タンクから燃料極を介して第２の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第１のセンサにより第１の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させるように制御し、前記第２の燃料タンクから燃料極を介して第１の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第２のセンサにより第２の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させように制御するコントローラと
を設けた請求項１８記載の燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体と気体との混合流体を、気体と液体とに分離する気液分離器に関し、特に気液分離器の姿勢が変化する携帯機器に用いられる小型燃料電池などに好適に利用できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタノール燃料電池の燃料極においては、メタノール水溶液が化学反応により消費されて二酸化炭素ガスが生成される。このように液体燃料電池のセルスタックの燃料極側からは、二酸化炭素ガスと未反応メタノール水溶液との気体混合液体として排出される。未反応メタノールは燃料調整室に送られ、この燃料調整室でメタノール及び水が追加されることで最適濃度に調整して再利用されるため、前記気体混合液体から二酸化炭素ガスの気泡を分離排出する必要がある。
【０００３】
液体燃料電池に用いられる従来の気液分離器は、分離容器内で前記気体混合液体を重力により気体と液体とに分離して上部に設けた出口から気体を排出し、下部に設けた出口から液体を取り出す構成であり、上部の液体出口は、転倒時の液漏れを防止するために、液体の透過を妨げ、気体のみを透過する気液分離膜で閉じられている。このような構成は、例えば、特許文献１及び特許文献２において提案されている。
【０００４】
また、別の従来の気液分離器の例としては、液体の脱気装置に用いられている気液分離器を例に挙げることができる。これは、水を透過し難い疎水性多孔質中空糸膜を気体出口に配置し、空気を透過し難い親水性多孔質中空糸膜を液体出口に配置し、両方の中空糸膜を隣接して組み合わせている。この構成は、例えば、特許文献３及び特許文献４で提案されている。
【特許文献１】特開平４−２２９９５８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−１２８６０５号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】特開平７−２６５６３４号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献４】特開平９−３１３８０６号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、（特許文献１）（特許文献２）のように重力を利用した構成の気液分離器では、気液分離器の上下が反対になったときには、下側になった気体出口を液体が塞いで気体の出口が無くなり、上側になった液体出口に、水より軽い気体が流出するなどにより、気液分離機能を失ってしまうという問題が発生する。
【０００６】
一方、（特許文献３）（特許文献４）のように多孔質中空糸及び管を応用した構成の気液分離器では、多孔性中空糸が高価なため装置自体が高価となる。また、多数の中空糸膜を配置して各中空糸の末端を出口領域に気密に封止する工法が難しいので、薄型化小型化が出来ない。さらに、多数の多孔質中空糸の封止に多量の充填型接着剤を用いるため、充填型接着剤から溶液への不純物溶出が起こりやすくなり、樹脂系接着剤への溶解性の高い溶剤系水溶液へは適用できないこととなって、使用溶液の適用範囲が狭くなるなど、多くの問題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型化し易く、簡略な構造で安価に製造でき、姿勢が変わっても不具合を起こすこと無く気体と液体とを分離できるなど、携帯機器用などに適用できる気液分離器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】
【０００８】
本発明の気液分離器は、液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、気液分離室の高さを、特定の距離以下に設定し、前記気体抽出材が重力方向の下側になるような気液分離器の姿勢の場合であっても、前記液体が重力により前記気体抽出材を覆って前記気体の出口を失ってしまうことのない構造を特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項１記載の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、気液分離器本体の姿勢の上下が反対になっても前記気体抽出材に気体が接すると共に前記液体抽出材に液体が接するので、簡単な構造で小型、薄型の全方位姿勢対応の気液分離を実現できる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の気液分離器は、請求項１において、前記液体抽出材が、多孔質ガラス、又は親水性処理を行った多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３記載の気液分離器は、請求項１において、前記気体抽出材が、多孔質ガラスを基材として孔部を含む基材表面にフッ素等の撥水性ポリマーを付与した材料、又はフッ素系基材に多孔処理を行って製造した材料、又は多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４記載の気液分離器は、請求項１において、前記気体抽出材および前記液体抽出材の少なくとも一方に、補強用多孔板が密接して配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項５記載の気液分離器は、請求項１において、前記気液分離室が、少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に対向する壁面に配置した対向壁とを含む複数の壁で形成され、前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項６記載の気液分離器は、請求項１において、前記気液分離室が、少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材のうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記特定壁に対向する対向壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁と前記対向壁の間に配置した側壁とを含む複数の壁で形成され、前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項７記載の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に分離する気液分離器であって、気体混合液体が流入する流入用切欠部とこの流入用切欠部に連接され流入した前記気体混合液体を貯留する分離室用切欠部が形成された第１の流路板と、第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の片面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置には前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材が取り付けられた第２の流路板と、第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の他方の面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置に前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材が取り付けられた第３の流路板と、前記第２の流路板に一方の面を当接して設けられ前記液体抽出材によって分離抽出された液体を貯留する液体室用切欠部とこの液体室用切欠部に連接され前記分離抽出された液体が流れる液体流出用切欠部が形成された第４の流路板と、前記第４の流路板の他方の面に当接して設けられ前記液体室用切欠部と液体流出用切欠部との開口を閉塞する第５の流路板と、前記第３の流路板に一方の面を当接して設けられ前記気体抽出材によって分離抽出された気体を貯留する気体室用切欠部とこの気体室用切欠部に連接され前記分離抽出された気体が流れる気体流出用切欠部が形成された第６の流路板と、前記第５の流路板の他方の面に当接して設けられ前記気体室用切欠部と気体流出用切欠部との開口を閉塞する第７の流路板とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項８記載の気液分離器は、請求項７において、前記第１の流路板の厚みを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項９記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出膜を、前記第２の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第４の流路板とで挟持したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１０記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出膜を、前記第３の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第６の流路板とで挟持したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１１記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記第４の流路板と前記第５の流路板とを一体に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項１２記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記第６の流路板と前記第７の流路板とを一体に形成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１３記載の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、前記気液分離室の高さ方向の一方の特定壁に、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置し、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に隣接する壁面に前記気液分離室の高さ方向の他方の特定壁まで配置し、前記気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１４記載の気液分離器は、請求項１、７又は１３において、水と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを６ミリメートル以下にしたことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１５記載の気液分離器は、請求項１、７又は１３において、メタノール水溶液と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを３ミリメートル以下にしたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１６記載の気液分離器は、液体に気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、気体混合液体が供給される第１、第２の気液分離室と、前記第１の気液分離室と前記第２の気液分離室との間に介装され、液体を通過させる一方、気体の通過を規制する液体抽出材と、前記第１の気液分離室に臨んで配設され、気体を第１の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第１の気体抽出材と、前記第２の気液分離室に臨んで配設され、気体を第２の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第２の気体抽出材とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
この構成により、第１の気液分離室に気体混合液体が供給された場合だけでなく、第２の気液分離室に気体混合液体が供給された場合にも、気体混合液体から気体が良好に分離され、気体が除去された液体を液体抽出材を通して下流側に良好に通過させることができる。これにより、第１、第２の気液分離室を介して、双方向に気体混合液体が供給される場合でも、気体が除去された液体だけを下流側に良好に流すことができる。
【００２６】
本発明の請求項１７記載の気液分離器は、請求項１６において、第１の気液分離室における第１の気体抽出材に臨む箇所の高さと、第２の気液分離室における第２の気体抽出材に臨む箇所の高さとを、液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００２７】
この構成により、気液分離器がどのような姿勢であろうとも、第１の気液分離室や第２の気液分離室に供給された気体混合液体中の気体は、最大気泡成長径に達するまでに第１または第２の気体抽出材に接触し、各気体抽出材を通して第１または第２の気体流路に良好に排出される。
【００２８】
本発明の請求項１８記載の燃料電池は、前記した構成の第１、第２の気液分離器と、燃料極と空気極とを有するセルと、液体燃料を溜める第１、第２の燃料タンクと、第１の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第１の送り手段と、第２の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第２の送り手段とを備え、燃料極を介して第１の燃料タンクと第２の燃料タンクとの間で双方向に液体燃料を供給するように配設し、燃料極と第１の燃料タンクとの間に第１の気液分離器を介装させ、燃料極と第２の燃料タンクとの間に第２の気液分離器を介装させたことを特徴とする。
【００２９】
この構成により、燃料極で発生した気体が混入した液体燃料が第１、第２の燃料タンク側へ送り出された際に、第１または第２の気液分離器により気体が分離されて除去され、液体燃料だけが第１、第２の燃料タンクに流れ込む。また、第１、第２の燃料タンクに溜められている液体燃料に溶け込んでいた気体が気泡となった場合でも、気体混合液体が第１、第２の燃料タンクから燃料極側に供給される際に、第１または第２の気液分離器により気体が分離されて除去され、液体燃料だけが燃料極に供給される。これにより、燃料極に良好に液体燃料だけを供給することができる。
【００３０】
本発明の請求項１９記載の燃料電池は、請求項１８において、第１の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第１のセンサと、第１の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第２のセンサと、前記第１の燃料タンクから燃料極を介して第２の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第１のセンサにより第１の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させるように制御し、前記第２の燃料タンクから燃料極を介して第１の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第２のセンサにより第２の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させように制御するコントローラとを設けたことを特徴とする。
【００３１】
この構成により、何れの方向に液体燃料が供給される場合でも、第１または第２の気液分離器により気体が分離されて除去されるので、第１、第２のセンサにより液体燃料の量を誤って検知してしまうことを最小限に抑えることができるとともに、第１または第２の気液分離器を介することで第１、第２の燃料タンクから燃料極側に液体燃料を良好に供給することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように本発明の気液分離器によれば、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したため、気液混合流体を容器の全姿勢にて確実に気体と液体に分離することができる。また、板材の積層構造を採用することによって小型化、薄型化が可能で、携帯機器用の燃料電池や、医療用輸液の気液分離などに好適に使用できる。
【００３３】
また、本発明の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、前記気液分離室の高さ方向の一方の特定壁に、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材のうちの一方の抽出材を配置し、前記液体抽出材と前記気体抽出材のうちの他方の抽出材を前記特定壁に隣接する壁面に前記気液分離室の高さ方向の他方の特定壁まで配置し、前記気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したため、気液混合流体を容器の全姿勢にて確実に気体と液体に分離することができ、燃料電池や、医療用輸液の気液分離、マイクロ化学分析システムなどに好適に使用できる。
【００３４】
また、本発明の気液分離器によると、液体の流れ方向に影響されることなく気液分離を行える構造としたので、気体混合液体が双方向に流れる場合でも、気体を良好かつ確実に除去して液体だけを良好に流すことができる。
【００３５】
また、気液分離室における気体抽出材に臨む箇所の高さを、液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことにより、気液分離器がその姿勢に影響されることなく、確実に気体と液体とに良好に分離することができる。
【００３６】
また、この構成の気液分離器を燃料電池における燃料極と燃料タンクとの間に介装することにより、燃料極に対して双方向に液体燃料を供給する燃料電池において、溶け込んでいた二酸化炭素ガスなどの気体が気泡として燃料タンクで発生した場合でも、この気体を外部に良好に排出させることができて、燃料極への液体燃料の供給機能を良好に確保でき、ひいては燃料電池の発電性能や信頼性を向上させることができる。また、燃料タンクの液体燃料の量を検知するセンサを設けた場合でも、燃料タンクの気泡をセンサにより検知して、燃料タンクの液体燃料がなくなったと誤判定することが防止されて、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の各実施の形態と比較例とを図１〜図１９に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１と図２，図４と図５は本発明の（実施の形態１）を示し、図３は比較例を示している。
【００３８】
図１と図２に示すように（実施の形態１）の気液分離器は、気体混合液体が流入する流入路６の一部を構成する流入用切欠部６Ａが形成された第１の流路板７を中央にして、第１の流路板７の片側には、液体を通過させて気体の通過を規制する液体抽出材４が気密に取り付けられた第２の流路板５と、前記液体抽出材４によって分離抽出された液体が流れる液体流出用切欠部２Ｂが形成された第４の流路板３と、第５の流路板１とを積層し、第１の流路板７の反対側には、液体の通過を規制する気体抽出材９が気密に取り付けられた第３の流路板１０と、前記気体抽出材９によって分離抽出された気体が流れる気体流出用切欠部１１Ｂが形成された第６の流路板１２と、第７の流路板１３とを積層して構成されている。
【００３９】
詳しくは、第１の流路板７には、気体混合液体が流入する流入用切欠部６Ａとこの流入用切欠部６Ａに連接され流入した前記気体混合液体を貯留する分離室用切欠部６Ｂが形成されている。
【００４０】
第１の流路板７の面に当接して設けられる第２の流路板５は、前記流入用切欠部６Ａの片面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部６Ｂの片面に対応する位置に前記液体抽出材４が取り付けられている。前記液体抽出材４には、多孔質ガラスなど親水性の材料を使用した。
【００４１】
第２の流路板５に当接して設けられる第４の流路板３は、前記液体抽出材４によって分離抽出された液体を貯留する液体室用切欠部２Ａが形成されており、液体流出用切欠部２Ｂがこの液体室用切欠部２Ａに連接されている。
【００４２】
第５の流路板１は、第４の流路板３に当接して設けられ前記液体室用切欠部２Ａと液体流出用切欠部２Ｂとの開口を閉塞している。
第１の流路板７の面に当接して設けられる第３の流路板１０は、前記流入用切欠部６Ａの他方の面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部６Ｂの片面に対応する位置に前記気体抽出材９が取り付けられている。前記気体抽出材９には、多孔質ガラスを基材として、孔部を含む基材表面にフッ素等の撥水性ポリマーを付与した材料又はフッ素系基材に多孔処理を行って製造した材料を使用した。
【００４３】
前記第３の流路板１０に一方の面を当接して設けられる第６の流路板１２は、前記気体抽出材９によって分離抽出された気体を貯留する気体室用切欠部１１Ａが形成されており、気体流出用切欠部１１Ｂがこの気体室用切欠部１１Ａに連接されている。
【００４４】
第７の流路板１３は、第６の流路板１２に当接して設けられ前記気体室用切欠部１１Ａと気体流出用切欠部１１Ｂとの開口を閉塞している。
なお、積層された各流路板は、気密に接着及び接合されており、流入用切欠部６Ａの開口を第２，第３の流路板５，１０で閉塞して気体混合液体が流入する流入路６が形成され、液体室用切欠部２Ａと液体抽出材４と気体抽出材９とで気液分離室８が形成され、液体流出用切欠部２Ｂの開口を第２，第５の流路板５，１で閉塞して分離された液体が排出される液体流出路２が形成され、気体流出用切欠部１１Ｂの開口を第３，第６の流路板１０，１２で閉塞して分離された気体が排出される気体流出路１１が形成されている。
【００４５】
一般に、前記気体抽出材９に対する気体の通過圧力及び湿潤された前記液体抽出材４に対する液体の通過圧力Ｐは、多孔質材料の孔径をＤ、液体の表面張力をＴ、液体と多孔質材料との接触角をＡとすると理論的には次式で表される。
【００４６】
Ｐ＝（１／Ｄ）・４・Ｔ・（cos  Ａ）
ここで、液体と多孔質材料との接触角が９０°を越えると、孔から液体を排出する圧力Ｐが働く。ここで、前記気体抽出材９が薄くて気液混合流体の流入圧力により変形する可能性のある場合は、気体抽出材９に密接させて図示しない補強用多孔板を第６の流路板１２の側から固定すると良い。
【００４７】
一方、液体と多孔質材料との接触角が９０°未満の場合、流体の入った孔から気体を排出する圧力Ｐが働く。ただし、乾燥している場合は、接触角が９０°未満でも接触角の値が高いと孔出口から液体が涌き出るときに保持圧力が働き液体が透過し難くなるので、接触角は０°に近いほうが好ましい。ここでも、前記液体抽出材４が薄く気液混合流体の流入圧力により変形する可能性のある場合は、液体抽出材４に密接させて図示しない補強用多孔板を第４の流路板３の側から固定すると良い。
【００４８】
つまり、前記気体抽出材９や前記液体抽出材４が薄い膜である場合には、この気体抽出材９や液体抽出材４が気体や液体の圧力でたわんで破れたりする場合があるが、上記のように、気体や液体の流出を妨げない大きさの多数の孔（メッシュでも可）が形成され、かつ、気体や液体の流れの圧力でたわまない強度を有する補強板を、気体抽出材９や液体抽出材４の膜に対して気体や液体の流出側即ち気液分離室８の外側に設置することで、このような不具合を防止することができる。
【００４９】
さらに、液体抽出材４と気体抽出材９とで構成される気液分離室８の高さ１４を特定の距離以下に設定するために、ここでは第１の流路板７の板厚が、図３と図４に示すように設定されている。図５に示す比較例と比べて説明する。
【００５０】
気液分離室８の高さ１４は、対向して配置された前記液体抽出材４と前記気体抽出材９とで形成されており、この高さ１４が図５に示すように広すぎた場合には、気体抽出材９が重力方向の下側になるような気液分離器の姿勢になると、液体が重力により気体抽出材９を覆い、気体の出口を失うため気液分離の機能を失う。
【００５１】
しかし、実験により気液分離室８の高さ（気体抽出材９と液体抽出材４の間隔）１４を特定の距離以下にすると良好な分離機能が得られることが分かった。当然、他のあらゆる姿勢においても機能した。その高さとは、重力方向の最大気泡膜成長高さ１６以下の高さである。
【００５２】
図５の気泡１５に示す通り、気泡は浮力によって液体内部で上昇するため、重力方向の上側の前記液体抽出材４に気泡１５が付着する。前記液体抽出材４は気体を通過させないで液体を透過していくので、徐々に気泡が集まり成長していく。
【００５３】
破線で示すように気泡１５の成長と共に気泡形状が、球形から浮力により楕円形状になっていき、気泡の体積がある一定量を超えると重力方向の気泡径に変化が無くなり、横方向にのみ気泡が広がっていく現象がみられる。この重力方向の気泡径に変化が無くなったときの距離（矢印１６で示す距離）を、重力方向の最大気泡成長径と呼ぶ。
【００５４】
この図５に示す比較例のように、第１の流路板７の板厚で決まる気液分離室８の高さ１４が、矢印１６で示す重力方向の最大気泡成長径より大きい場合には、気液混合流体の液体が下側にある前記気体抽出材９の全面を覆ってしまって気体の流出が無くなる。そして、上側にある前記液体抽出材４を液体が通過すると同じに表面に気泡が付着して成長して行き、ついには、重力方向の最大気泡成長径１６の膜厚の気泡膜が前記液体抽出材４を覆い液体の排出も停止し、気液分離機能を失う。
【００５５】
これに対して図３に示す（実施の形態１）ように、気液分離室８の高さ１４が矢印１６で示す重力方向の最大気泡成長径以下になるように第１の流路板７の板厚を決定した場合には、前記液体抽出材４の表面に気泡が成長して最大気泡成長径に達する前に前記気体抽出材９に気泡が接触するので、前記気体抽出材９が気泡を吸着し吸収し気体流出流路１１に排出するため、前記気体抽出材９が重力方向の下側になるという最悪のケースにおいても気液分離機能を正常に動作させることができる。
【００５６】
この重力方向の最大気泡高さ１６は、図４に示すごとく、前記液体の表面張力に依存し、７４ｍＮ／ｍの純水の場合で約６ミリメートル、約２２ｍＮ／ｍのメタノール、エタノール、アセトンの場合で約３ミリメートルである。即ち、気液分離室８の高さ１４は、使用液体の表面張力により限界値が異なることになる。
【００５７】
従って、液体が水の場合は、気液分離室８の高さ１４を６ミリメートル以下に、メタノール水溶液の場合は約３ミリメートル以下にすると、気液分離器の姿勢が横転したり逆転したりした状態においても確実に気液混合流体から気体と液体を分離する機能を失うことなく動作させることができる。
【００５８】
また、このように各流路板を積層接合した簡単な構造によって、気液分離室８の高さ１４を、確実に重力方向の最大気泡成長径以下の高さに配置することができる。
（実施例１）
気体抽出材９として孔径１ミクロンメートルで開口率約８０％のポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）（基材接触角は１０８°）を１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い、一方、液体抽出材４として孔径３ミクロンメートルで開口率約８０％の親水処理ＰＴＦＥ（基材接触角は１０°以下）を同様に１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い検証実験を行った。
【００５９】
その結果、気体抽出材９と液体抽出材４を重力方向の最大気泡成長径以下にした場合、純水と１０ｗｔ％メタノール水溶液の両方において、気液混合流体の圧力が約２００ｍｍＨ２Ｏ以上で、全姿勢において正常に気液分離を行うことができた。
【００６０】
（実施の形態２）
図６と図７は本発明の（実施の形態２）の気液分離器を示す。
図１に示した（実施の形態１）では、第４の流路板３に形成された液体室用切欠部２Ａと液体流出用切欠部２Ｂとの一方の開口を、別部材の第５の流路板１によって閉塞したが、この（実施の形態２）では、前記第４の流路板３と前記第５の流路板１とを一体に形成した第１の側板１８を採用している。
【００６１】
具体的には、第１の側板１８の第２の流路板５との当接面に、前記液体室用切欠部２Ａと液体流出用切欠部２Ｂに応じて凹部を形成して構成されている。
また、図１に示した（実施の形態１）では、第６の流路板１２に形成された気体室用切欠部１１Ａと気体流出用切欠部１１Ｂとの一方の開口を、別部材の第７の流路板１３によって閉塞したが、この（実施の形態２）では、前記第６の流路板１２と前記第７の流路板１３とを一体に形成した第２の側板１９を採用している。具体的には、第２の側板１９の第３の流路板１０との当接面に、気体室用切欠部１１Ａと気体流出用切欠部１１Ｂに応じて凹部を形成して構成されている。その他は（実施の形態１）と同じである。
【００６２】
（実施の形態３）
図８と図９は本発明の（実施の形態３）の気液分離器を示す。
図１に示した（実施の形態１）では、第１の流路板７と第４の流路板３の間に第２の流路板５が介装されていたが、この（実施の形態３）では、第１の流路板７の分離室用切欠部６Ｂの開口を覆う大きさで前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出膜４Ａを、前記第１の流路板７と前記第４の流路板３とで挟持して、前記第１の流路板７の流入用切欠部６Ａの片側の開口を液体抽出膜４Ａを介して第４の流路板３で閉塞している。また、前記第４の流路板３の液体流出用切欠部２Ｂの片側の開口は液体抽出膜４Ａを介して第１の流路板７で閉塞している。
【００６３】
なお、液体抽出膜４Ａを第１の流路板７と第４の流路板３の間に介装した場合の液体の滲み出しは、液体抽出膜４Ａの細孔を膜厚方向にのみ貫通するよう２次元加工した多孔質膜材料を使用することすることによって解消できる。２次元細孔は、放射線による直接加工及び感光性フッ素系樹脂及び感光性ポリイミド樹脂のエッチング加工などの従来工法で実現できる。また、液体抽出膜４Ａとして３次元細孔の材料を用いる場合は、流路板３，７と同じ投影形状の約２０μｍ以下のアクリル系樹脂シートを、流路板３と液体抽出膜４Ａの間と流路板３と液体抽出膜４Ａの間に挿入し、１００℃以上の温度で加圧接合することで、液体抽出膜４Ａの抽出領域の目詰まりなく密封接合でき液体の染み出しを防止できる。
【００６４】
また、（実施の形態１）では、第１の流路板７と第６の流路板１２の間に第３の流路板１０が介装されていたが、この（実施の形態３）では、第１の流路板７の分離室用切欠部６Ｂの開口を覆う大きさで前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出膜９Ａを、前記第１の流路板７と前記第６の流路板１２とで挟持して、前記第１の流路板７の流入用切欠部６Ａの他方の開口を気体抽出膜９Ａを介して第６の流路板１２で閉塞している。また、前記第６の流路板１２の気体流出用切欠部１１Ｂの開口を気体抽出膜９Ａを介して第７の流路板１３で閉塞している。
【００６５】
なお、気体抽出膜９Ａを第１の流路板７と第６の流路板１２の間に介装した場合の気体の漏れ出しは、液体抽出膜４Ａの細孔を膜厚方向にのみ貫通するよう２次元加工した多孔質膜材料を使用することすることによって解消できる。二次元細孔は、放射線による直接加工及び感光性フッ素系樹脂及び感光性ポリイミド樹脂のエッチング加工などの従来工法で実現できる。また、液体抽出膜４Ａとして３次元細孔の材料を用いる場合は、流路板３，７と同じ投影形状の約２０μｍ以下のアクリル系樹脂シートを、流路板３と液体抽出膜４Ａの間と流路板３と液体抽出膜４Ａの間に挿入し、１００℃以上の温度で加圧接合することで、液体抽出膜４Ａの抽出領域の目詰まりなく密封接合でき液体の染み出しを防止できる。
【００６６】
（実施の形態４）
図１０と図１１は本発明の（実施の形態４）の気液分離器を示す。
図１に示した（実施の形態１）では、気液分離室８の高さは、対向配置された前記液体抽出材４と前記気体抽出材９との間隔で形成されており、この高さを、重力方向の最大気泡成長径以下に配置していたが、この（実施の形態４）では、気液分離室８の高さを決定する液体抽出材４と前記気体抽出材９を、互いに隣接する壁面に配置している点が異なっている。そのため、図１の第２の流路板５、第４の流路板４の２つの板を必要としない。
【００６７】
具体的には、前記気体混合液体を受け入れる分離室は、前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材９Ｂが取り付けられた第１の流路板１０Ｂの片面に、第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂを張り合わせて、第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂの間に流入用切欠部６Ａと分離室用切欠部６Ｂと液体流出用切欠部６Ｃを形成し、分離室用切欠部６Ｂに前記液体抽出材４Ｂを取り付けている。第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂの開口は第２の流路板１Ｂを当接させることによって閉塞されている。
【００６８】
第１の流路板１０Ｂの他方の面には、気体室用切欠部１１Ｃとこれに連接した気体流出用切欠部１１Ｄが形成された第３の流路板１２Ｂと、この第３の流路板１２Ｂに当接して気体室用切欠部１１Ｃと気体流出用切欠部１１Ｄとの開口を閉塞する第４の流路板１３Ｂとを積層して接合されている。
【００６９】
この（実施の形態４）では、前記液体抽出材４Ｂが第１の流路板１０Ｂと第２の流路板１Ｂに接して設けられており、気液分離室８の高さ１４を、重力方向の最大気泡成長径以下とするように第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂの厚みが設定されている。
【００７０】
このように構成したため、気液分離室の対向する壁面の内の一方の特定壁に気体抽出材９Ｂを設け、この特定壁に隣接した壁面に垂直に前記液体抽出材４Ｂが配置されており、気液分離器が横転、反転した場合でも、流入用切欠部６Ａから気液分離室８に流入した気体混合液体は、気泡が最大成長径に達するまでに気体抽出材９Ｂに接触し気体が気体流出用切欠部１１Ｄへ排出され、液体抽出材４Ｂが気泡に覆われることなく気液分離機能を維持することができる。
【００７１】
さらに、本発明の（実施の形態１）より流路板の数が少なく、より小型薄型化が可能となる。
なお、この（実施の形態４）では液体抽出材４Ｂの面積が気体抽出材９Ｂより小さくなるので、気液混合流体の液体の比率が気体に比べて少ない場合に適している。気液混合流体の気体の比率が液体に比べて少ないときは、図１０の気体抽出材９Ｂと液体抽出材４Ｂの位置を入れ換えれば良い。
【００７２】
なお、この（実施の形態４）では第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂと第２の流路板１Ｂが別部品で構成されていたが、第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂと第２の流路板１Ｂを一体に形成して部品点数を減らすことができる。同様に、第３の流路板１２Ｂと第４の流路板１３Ｂを一体に形成して部品点数を減らすことができる。
【００７３】
（実施例２）
気体抽出材９Ｂとして孔径１ミクロンメートルで開口率約８０％のＰＴＦＥ（基材接触角１０８°）を１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い、一方、液体抽出材４Ｂとして孔径３ミクロンメートルで開口率約８０％の親水処理ＰＴＦＥ（基材接触角１０°以下）を同様に１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い検証実験を行った。
【００７４】
その結果、気体抽出材９Ｂと液体抽出材４Ｂを重力方向の最大気泡成長径以下にした場合、純水と１０ｗｔ％メタノール水溶液の両方において、気液混合流体の圧力が約２００ｍｍＨ２Ｏ以上で、全姿勢において正常に気液分離を行うことができた。
【００７５】
なお、この場合の重力方向の最大気泡高さ１６は、具体的には、７４ｍＮ／ｍの純水の場合で約６ミリメートル、約２２ｍＮ／ｍのメタノール、エタノール、アセトンの場合で約３ミリメートルであるので、水と気体の気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する場合には前記気液分離室８の高さ１４を６ミリメートル以下で良好な結果が得られた。メタノール水溶液と気体の気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する場合には、前記気液分離室８の高さ１４を３ミリメートル以下で良好な結果が得られた。
【００７６】
上記の各実施の形態では、混合液体が流体する流入路と、分離抽出された液体が排出される液体流出路と、分離抽出された気体が排出される気体流出流路の少なくとも三つの入出流路を有しており、各出入口は一つづつ配設されているが、それぞれ複数個設けられていてもよい。また、気体流出流路および液体流出流路の位置も自由に設定することができる。
【００７７】
（実施の形態５）
以下、本発明の気液分離器およびこの気液分離器を備えた燃料電池を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
【００７８】
図１２において、この実施の形態の燃料電池は、セル１０１と、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２と、単一の空気ポンプＡＰと、バッファタンクＢ１と、水貯蔵タンクＣ３と、メタノール貯蔵容器Ｃ４と、これらの間を接続する配管経路と、この配管経路に接続されたバルブや気液分離器Ｌ１、Ｌ２などを組み合わせて構成されている。
【００７９】
図１２、図２０に示すように、セル１０１は、固体電解質膜１０２を中央にして両面に、電極触媒層１０３を有する燃料極１０７と、電極触媒層１０４を有する空気極１０８とを形成して構成されている。また、セル１０１の燃料極１０７を中央にしてその両側に第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２を配設して、第１の燃料タンクＣ１と燃料極１０７とが第１の燃料供給流路１１６で接続され、第２の燃料タンクＣ２と燃料極１０７とが第２の燃料供給流路１１７で接続されている。
【００８０】
ここで、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２は、図１３に示すように蛇行した細い（直径３ｍｍ程度）サーペンタイン型燃料タンクで構成されている。例えば、蛇行した経路の一部となる凹部を形成した第１のガラス基板１１８と、第１のガラス基板１１８の凹部とは面同士が対称で蛇行した経路の一部となる凹部を形成した第２のガラス基板１１９とを、それぞれの凹部が内側になるように張り合わせて形成されている。図１３における１２０は空気入口、１２１は液出入口である。
【００８１】
第１の燃料タンクＣ１の燃料出口（以下、セクションＳ４２と称す）には第１の気液分離器Ｌ１が介装され、第２の燃料タンクＣ２の燃料出口（以下、セクションＳ５２と称す）には第２の気液分離器Ｌ２が介装されている。
【００８２】
第１，第２の気液分離器Ｌ１，Ｌ２は、図１５〜図１７に示すように、複数枚（図１５〜図１７に示す場合は９枚）の流路板１５１〜１５９を積層して構成されている。そして、これらの流路板１５１〜１５９に、第１、第２の燃料供給流路１１６、１１７が接続されている第１の気液分離室１３１と、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２が接続されている第２の気液分離室１３２と、前記第１の気液分離室１３１と第２の気液分離室１３２との間に介装され、メタノール水溶液などの液体を通過させる一方、二酸化炭素ガスなどの気体の通過を規制する親水性材料（詳しくは親水性多孔質材料）からなる液体抽出材１３３と、前記第１の気液分離室１３１に臨んで配設され、二酸化炭素ガスなどの気体を第１の気体流路１３６に通過させる一方、メタノール水溶液などの液体の通過を規制する疎水性材料（詳しくは疎水性多孔質材料）からなる第１の気体抽出材１３４と、前記第２の気液分離室１３２に臨んで配設され、二酸化炭素ガスなどの気体を第２の気体流路１３７に通過させる一方、メタノール水溶液などの液体の通過を規制する疎水性材料（詳しくは疎水性多孔質材料）からなる第２の気体抽出材１３５とが設けられている。ここで、第１、第２の気体抽出材１３４、１３５に臨んでいる前記第１、第２の気液分離室１３１、１３２の高さ（図１５〜図１７の場合には第１、第２の気液分離室１３１、１３２が切欠かれて形成されている流路板１５４、１５６の厚さ）は、メタノール水溶液などの液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定されている。なお、図１５、図１６におけるＫは気泡を示す。
【００８３】
また、図１２に示す第１の燃料タンクＣ１の空気入口（以下、セクションＳ４１と称す）には疎水性多孔質膜の第１のフィルタＦ１が介装され、第２の燃料タンクＣ２の空気入口（以下、セクションＳ５１と称す）にも疎水性多孔質膜の第２のフィルタＦ２が介装されている。
【００８４】
セル１０１の空気極１０８に液体燃料であるメタノール水溶液を供給する空気供給流路は、空気極１０８の一端とバッファタンクＢ１とを管路１２２で接続し、空気極１０８の他端を第３の気液分離器Ｌ３とバルブＶ１１を介して水貯蔵タンクＣ３の一端に接続している。なお、第３の気液分離器Ｌ３においては、空気極１０８側の流体から気体を分離して水分だけを水貯蔵タンクＣ３側に送る機能だけを有している。水貯蔵タンクＣ３の一端はバルブＶ６を介して前記第２の燃料供給流路１１７に接続されている。水貯蔵タンクＣ３も第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２と同じように、蛇行した細い（直径３ｍｍ以下）サーペンタイン型タンクで構成されている。
【００８５】
空気ポンプＡＰによって内部圧力が目標値を維持するように加圧されているバッファタンクＢ１は、バルブＶ１と前記第１のフィルタＦ１を介して第１の燃料タンクＣ１の空気入口に接続され、バッファタンクＢ１がバルブＶ３と前記第２のフィルタＦ２を介して第２の燃料タンクＣ２の空気入口に接続されている。また、バルブＶ１と第１のフィルタＦ１との接続点はバルブＶ２を介して大気に接続されている。バルブＶ３と第２のフィルタＦ２との接続点はバルブＶ４を介して大気に接続されている。
【００８６】
前記メタノール貯蔵容器Ｃ４には高濃度メタノールが封入された可撓性の袋１２３を収容する密閉室１２４が形成されており、この密閉室１２４はバルブＶ８を介してバッファタンクＢ１に接続されている。また、密閉室１２４はバルブＶ９を介して大気に開放されている。前記袋１２３の燃料出口は、異物混入防止用のフィルタＦ３とバルブＶ５を介して前記第１の燃料供給流路１１６に接続されている。メタノール貯蔵容器Ｃ４には余剰水タンクＣ５が併設されている。
【００８７】
余剰水タンクＣ５は、バルブＶ７を介して水貯蔵タンクＣ３の他端に接続されている。また、水貯蔵タンクＣ３の他端は、疎水性多孔質膜の第１のフィルタＦ４とバルブＶ１０を介してバッファタンクＢ１に接続されている。
【００８８】
さらに、前記セクションＳ４２（第１の燃料タンクＣ１の燃料出口）、前記セクションＳ５２（第２の燃料タンクＣ２の燃料出口）、前記セクションＳ４１（第１の燃料タンクＣ１の空気入口）、前記セクションＳ５１（第２の燃料タンクＣ２の空気入口）には、図１４に示すように、第１、第２の燃料タンクＣ１、Ｃ２内の液体燃料の量を検知する第１、第２のセンサＰとしての電極Ｐ１，Ｐ２が敷設されており、この電極Ｐ１，Ｐ２の間にメタノール水溶液が介在している電気抵抗値と、メタノール水溶液が介在しなくなった状態の電気抵抗値とに基づいて、各セクションＳ４１、Ｓ４２、Ｓ５１、Ｓ５２でのメタノール水溶液の有無を判別している。
【００８９】
なお、タンクＣ１，Ｃ２，Ｃ３の何れのものも、流路内部への撥液処理もしくは流路パイプに撥液材料を用いて構成されている。これは、流路壁面の濡れが高いと壁面に水膜が残存し、燃料の移動効率が悪くなるので、この点を改善する事を目的としている。より具体的には、タンクＣ１，Ｃ２，Ｃ３の流路内部へのフッ素系の撥液処理もしくはフッ素系のパイプ材料を使用して、流路隔壁に水膜及び滴を残すことなく燃料移動がスムーズで移動効率がよく、明確な液面検出が行える。
【００９０】
上記の各バルブＶ１〜Ｖ１１は、運転状態に応じて電気的に開閉状態を切り換えることができる電磁弁が使用され、より好ましくは、開閉状態の切り換えのタイミングにセットパルス電圧を印加すると、セットパルス電圧が無くなってその後にリセットパルス電圧が印加されるタイミングまで流路が開状態に自己保持され、リセットパルス電圧を印加すると、リセットパルス電圧が無くなってその後にセットパルス電圧が印加されるタイミングまで流路が閉状態に自己保持されるラッチングタイプの電磁弁が消費電力低減の上で好ましく、図１２において各バルブＶ１〜Ｖ１１には各運転状態に応じてコントローラ１２５から前記セットパルス電圧とリセットパルス電圧が印加されている。なお、コントローラ１２５には起動時に各種バルブＶ１〜Ｖ１１などを作動させるための起動専用電池を備えている。
【００９１】
各運転状態の「停止時」「起動時」「メタノール水溶液の供給」「メタノール注入」「水供給」「燃料または水供給タイミング」に基づいて詳しく説明する。
停  止  時
バルブＶ１〜Ｖ１１は全て閉状態にセットされており、第２の燃料タンクＣ２にメタノール水溶液が入れられているけれども、第１の燃料タンクＣ１は空状態になっている。さらに、セル１０１の燃料極１０７と第１，第２のメタノール水溶液流路１１６，１１７には、燃料が満たされている。水貯蔵タンクＣ３には希釈水または空気極１０８で生成された水が入っている。
【００９２】
起  動
空気ポンプＡＰをオンにすると、バッファタンクＢ１を介してセル１０１の空気極１０８に空気が送られる。空気極１０８の流路の流路抵抗などによりバッファタンクＢ１の圧力は数ｋＰａまで上昇して安定し、スタンバイ状態となる。
【００９３】
メタノール水溶液の供給
ａ．待機ステージ
このメタノール水溶液の供給に際しての待機ステージでは、コントローラ１２５によってバルブＶ１，Ｖ３が閉状態、バルブＶ２，Ｖ４が閉状態にセットされる。
【００９４】
この時、コントローラ１２５は前記セクションＳ４１，Ｓ４２，Ｓ５１，Ｓ５２の電極Ｐ１，Ｐ２の電気導通度から、第１の燃料タンクＣ１が空状態、第２の燃料タンクＣ２が満状態かチェックする。具体的には、第１の燃料タンクＣ１の両端のセクションＳ４１，Ｓ４２のメタノールレベルがメタノールを検出できない状態（以下、このメタノール無し状態を"Ｌｏｗ"と称す），第２の燃料タンクＣ２の両端のセクションＳ５１，Ｓ５２のメタノールレベルがメタノールを検出した状態（以下、メタノール有り状態を"Ｈｉ"と称す）かどうかをチェックする。
【００９５】
第１の燃料タンクＣ１が空状態、第２の燃料タンクＣ２が満状態でない場合には、コントローラ２５は、バルブＶ２，Ｖ３を閉状態、バルブＶ１，Ｖ４開状態にして、バッファタンクＢ１からバルブＶ１とフィルタＦ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ加圧空気を送り込み、第１の燃料タンクＣ１に残っていたメタノール水溶液を第１の燃料供給流路１１６と燃料極１０７と第２の燃料供給流路１１７、ならびに気液分離器Ｌ２を経て第２の燃料タンクＣ２へ移動させ、第２の燃料タンクＣ２から押し出された空気はフィルタＦ２からバルブＶ４を介して大気に放出される。
【００９６】
なお、待機ステージの終わりに第２の燃料タンクＣ２が満状態にならない場合には、メタノール水溶液が不足していると判定して、コントローラ１２５がこれを検出して第１の燃料供給流路１１６へ高濃度メタノールの注入を指示するとともに第２の燃料供給流路１１７へ水を注入するように制御する。
【００９７】
このようにして第１の燃料タンクＣ１が空状態、第２の燃料タンクＣ２が満状態になってから、コントローラ１２５は次の第１運転ステージを実行する。
ｂ．第１運転ステージ
この状態では、バルブＶ１，Ｖ４を閉状態、バルブＶ２，Ｖ３を開状態にセットして、バッファタンクＢ１からバルブＶ３とフィルタＦ２を介して第２の燃料タンクＣ２へ加圧空気を送り込むとともに、第１の燃料タンクＣ１ではフィルタＦ１とバルブＶ２を介して内部空気を大気に放出可能な状態とする。これにより、第２の燃料タンクＣ２のメタノール水溶液は、加圧空気の圧力により気液分離器Ｌ２を介して第２の燃料供給流路１１７へ押し出される。第２の燃料供給流路１１７へ押し出されたメタノール水溶液は、燃料極１０７を通過し、この燃料極１０７の通過でメタノールと水が消費され、二酸化炭素ガスが発生して気液混合流となったメタノール水溶液が第１の燃料供給流路１１６を経て、さらに気液分離器Ｌ１で気液分離されて、気液混合流の二酸化炭素ガスが気液分離器Ｌ１で分離されて大気に排出される。気液分離で残ったメタノール水溶液だけが気液分離器Ｌ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ流れ込む。
【００９８】
この場合に、燃料タンクＣ１、Ｃ２においては、メタノール水溶液に若干ではあるものの、二酸化炭素ガスなどの気体が溶け込んでいる。したがって、第２の燃料タンクＣ２からメタノール水溶液を送り出す際に、二酸化炭素ガスなどの気体が気泡となって生じる場合がある。しかしながら、図１５に示すように、気液分離器Ｌ２においては、第２の燃料タンクＣ２から送られてきた液体中に気体が混入していた場合でも、第２の気液分離室１３２において溜まった気泡Ｋが成長して第２の気体抽出材１３５に接触した時点で、気体は第２の気体抽出材１３５を通って第２の気体流路１３７に排出される。これにより、第２の燃料タンクＣ２におけるセクションＳ５２などの箇所で、気泡Ｋが溜まることが防止され、第２の燃料タンクＣ２において、メタノール水溶液が残っているにもかかわらず、セクションＳ５２の気泡Ｋをセンサにより検知し、誤って第２の燃料タンクＣ２のメタノール水溶液がなくなったと誤って判定することが防止される。また、第２の燃料タンクＣ２内のメタノール水溶液は、気液分離器Ｌ２の箇所で滞ることなく、良好に第２の燃料供給流路１１６を介して燃料極１０７に送られる。
【００９９】
また、燃料極１０７において二酸化炭素ガスを含んで気液混合流となったメタノール水溶液は第１の燃料供給流路１１６を経て、図１６に示すように、気液分離器Ｌ１の第１の気液分離室１３１に導入されるが、第１の気体抽出材１３４を通って第１の気体流路１３６に排出される。したがって、上述したように、二酸化炭素ガスが除去されたメタノール水溶液だけが、気液分離器Ｌ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ流れ込む。
【０１００】
また、上記流路構成になっているため、メタノール水溶液が送り込まれる第１の燃料タンクＣ１の流路において液面境界ができ、その液面がセクションＳ４２を通過し、セクションＳ４１に向かって移動する。
【０１０１】
メタノール水溶液がセクションＳ４１に到達したことを検出したコントローラ１２５は、次の第２運転ステージに切り換わる。
なお、第１運転ステージの終わりに第２の燃料タンクＣ２のセクションＳ５１，Ｓ５２が"Ｌｏｗ"レベルになっても第１の燃料タンクＣ１のセクションＳ４１，Ｓ４２が"Ｈｉ"レベルにならない場合には、所定量のメタノール水溶液が消費されたと判定して、コントローラ１２５がこれを検出して第１の燃料供給流路１１６へ高濃度メタノールの注入を指示するとともに第２の燃料供給流路１１７へ水を注入するように制御する。
【０１０２】
ｃ．第２運転ステージ
この第２運転ステージは、第１の燃料タンクＣ１から第２の燃料タンクＣ２へメタノール水溶液を移動させる運転ステージに切り換わる。具体的には、バルブＶ２，Ｖ３を閉状態，バルブＶ１，Ｖ４を開状態にセットし、バッファタンクＢ１からバルブＶ１とフィルタＦ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ加圧空気を送り込むとともに、第２の燃料タンクＣ２ではフィルタＦ２とバルブＶ４を介して内部空気を大気に放出可能な状態とする。これにより、第１の燃料タンクＣ１に溜められていたメタノール水溶液は、気液分離器Ｌ１で気液分離された後に第１の燃料供給流路１１６へ押し出され、燃料極１０７に供給される。この燃料極１０７においてメタノールと水が消費され、二酸化炭素ガスが発生して気液混合流となったメタノール水溶液が第２の燃料供給流路１１７を経て、さらに気液分離器Ｌ２で気液分離されて、気液混合流の二酸化炭素ガスが気液分離器Ｌ２で分離されて大気に排出される。気液分離で残ったメタノール水溶液だけが気液分離器Ｌ２を介して第１の燃料タンクＣ２へ流れ込む。
【０１０３】
なお、第２運転ステージの終わりに第１の燃料タンクＣ１のセクションＳ４１，Ｓ４２が"Ｌｏｗ"レベルになっても第２の燃料タンクＣ２のセクションＳ５１，Ｓ５２が"Ｈｉ"レベルにならない場合には、所定量のメタノール水溶液が消費されたと判定して、コントローラ１２５がこれを検出して第１の燃料供給流路１１６へ高濃度メタノールの注入を指示するとともに第２の燃料供給流路１１７へ水を注入するように制御する。
【０１０４】
高濃度メタノールの注入の場合
高濃度メタノールを注入しない待機状態では、バルブＶ８，Ｖ５を閉状態，バルブＶ９を開状態にセットして待機しているが、高濃度メタノールを注入する場合には、バルブＶ９を閉状態，バルブＶ５，Ｖ８を開状態に切り換えて、バッファタンクＢ１からバルブＶ８を介してメタノール貯蔵容器Ｃ４の密閉室１２４に加圧空気を供給させる。これにより、供給された加圧空気の体積に応じて前記袋１２３が押しつぶされて袋１２３からフィルタＦ３とバルブＶ５を介して第１の燃料供給流路１１６に高濃度メタノールが注入される。この際の注入はコントローラ１２５が各々のセクションＳ４１，Ｓ４２，Ｓ５１、Ｓ５２が各ステージにおいて満状態になったかどうかを検出するまで行う。
【０１０５】
水の注入の場合
第１運転ステージと第２運転ステージとの繰り返しの運転中には、次のようにして水貯蔵タンクＣ３に水が貯蔵される。つまり、バルブＶ７，Ｖ１１を開状態、バルブＶ１０，Ｖ６を閉状態にセットし、セル１０１の空気極１０８を通過した水と未反応空気混合流体とを気液分離器Ｌ３に流す。この結果、未反応空気は大気に排出され、水のみが気液分離器Ｌ３の親水性多孔質材料からなる液体抽出材を通過し、この水がバルブＶ１１を通過して水貯蔵タンクＣ３に貯蔵される。水貯蔵タンクＣ３に水が送り込まれると、水貯蔵タンクＣ３の気液の液面は水の増加につれ、余剰水タンクＣ５に向かって移動する。余剰水タンクＣ５は、具体的には前記メタノール貯蔵容器Ｃ４の密閉室１２４の外側に併設された多孔質の材料で構成されており、水貯蔵タンクＣ３の容量を越える余剰水は、余剰水タンクＣ５の多孔質の材料に吸収して保持され、この多孔質の材料から大気に蒸発させて排出する。
【０１０６】
水貯蔵タンクＣ３から第２の燃料供給流路１１７への水の注入は、次のように実行される。この場合には、コントローラ１２５により、バルブＶ８を閉状態に維持した状態で、バルブＶ７，Ｖ１１を閉状態、バルブＶ６，Ｖ１０を開状態に切り換える。これにより、バッファタンクＢ１からバルブＶ１０とフィルタＦ４とを介して水貯蔵タンクＣ３に加圧空気が供給され、水貯蔵タンクＣ３に貯蔵されていた水がバルブＶ６を介して第２の燃料供給流路１１７へ注入される。この際の注入は、コントローラ１２５が各々のセクションＳ４１，Ｓ４２，Ｓ５１、Ｓ５２が各ステージにおいて満状態になったかどうかを検出するまで行う。注入が終れば、コントローラ１２５はバルブＶ７，Ｖ１１を開状態、バルブＶ１０，Ｖ６を閉状態に戻す。
【０１０７】
上記の「高濃度メタノールの注入の場合」と「水の注入の場合」のそれぞれのタイミングは、以下のとおりである。すなわち、燃料極１０７においてメタノールと水とが消費されると、例えば、第２の燃料タンクＣ２に第１の燃料タンクＣ１から燃料を搬送する場合、セクションＳ４１，Ｓ４２が"Ｌｏｗ"になってもセクションＳ５１，Ｓ５２が"Ｈｉ"にならない状態となる。この時にコントローラ１２５がメタノール濃度を見て、濃度が低いと判定した場合には高濃度メタノールを注入し、濃度が高いと判定した場合には水を注入する。
【０１０８】
なお、前記メタノール濃度検出は、第１の燃料供給流路１１６と第２の燃料供給流路１１７との少なくとも一方に設けたメタノール濃度センサ（図示せず）の出力の直接の読み取り、またはセル１０１の発電力から間接的に読み取る。
【０１０９】
このようにして第１の燃料供給流路１１６，第２の燃料供給流路１１７に注入された高濃度メタノールや水は、前記第１運転ステージと第２運転ステージとの繰り返しの運転によって迅速に均一に混合される。
【０１１０】
なお、第１の燃料タンクＣ１，第２の燃料タンクＣ２の体積は、セル１０１の燃料極１０７の流路を含む、第１の燃料供給流路１１６から第２の燃料供給流路１１７までの流路体積と同等またはそれ以上が好ましい。それは、セル１０１の燃料が一方向で入れ換わるからである。
【０１１１】
このようにセル１０１の燃料極１０７への燃料の供給を、第１運転ステージと第２運転ステージとの繰り返しの運転による双方向供給を行った燃料電池において、セル１０１の電流−電圧特性の測定を行った。その結果、第１運転ステージと第２運転ステージとの切り換えのタイミングでの電流，電圧変化は、検出されなかった。１ｍＷ以下の変化と予想される。
【０１１２】
また、一方向だとセル１０１の燃料極の入口は、ガス無、メタノール濃度リッチとなる一方で、燃料極の出口は、ガス量が多く、メタノール濃度が低いという状態が連続的に発生する。したがって、入口側は発電出力が高く、出口側は発電出力が低くなり、空気極の入口側の寿命が低くなるとともに、燃料極の入口側におけるメタノール濃度がいつも高いので、メタノールクロスオーバーが発生して出力上がらなくなる。これに対して、上記の実施の形態のようにセル１０１の燃料極１０７への燃料の供給を双方向にすることでＭＥＡ（ＭＥＡ＝Membrane Electrode Assembly）膜の出力が平均化され、ＭＥＡの負荷も平均化される。また、入出口のメタノール濃度が、低，高と入れかわるので、メタノールクロスオーバーが低減される。
【０１１３】
この結果、出力が上昇する。気泡の排出においても、流れが一方向だと気泡が燃料極の電極触媒層で比較的留まり易くなって燃料極の出口部からの気泡の排出能力が低下するが、流れが双方向だと、流入方向が変わるので、気泡が燃料極の電極触媒層から離反しやすくなり、燃料極の出口部で気泡量が多くなる。また、万一、一方向の流れにおいての気泡の排出能が低下した場合でも、入口位置が切り換わるので液体の流れの力によって、気泡の排出能が促進され、その結果、流体燃料の供給不足も発生し難くなり、長期間にわたって安定した動作を行うことができる。
【０１１４】
また、空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰを燃料極１０７での燃料供給手段（第１、第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２の液体燃料を燃料極１０７側へ送り出す第１、第２の送り手段）にも使用しているため、従来のように空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰとは別に設けた液体ポンプによって燃料極１０７へ燃料供給する場合に比べて、単一のモータで済む分だけ装置の小型軽量化を実現できる。さらに、液体ポンプを使用して燃料極１０７へ燃料供給していた場合には呼び水を与えなければ起動できなかったが、この実施の形態では空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰを燃料極１０７での燃料供給にも使用しているため、前記呼び水が不要で、確実な起動を実現できる。
【０１１５】
また、前記メタノール貯蔵容器Ｃ４から第１の燃料供給流路１１６への高濃度メタノールの注入にも、空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰを使用しているため、メタノールに耐性のある特別な材料で作られたポンプを使用しなくても済み、メタノールの微量搬送に適している。燃料電池の姿勢を反対にしてメタノール貯蔵容器Ｃ４のメタノール出口に空気が接した場合であっても、確実にメタノールを注入できる。
【０１１６】
また、重量分離方式の循環タンクの場合、携帯用の燃料電池では、上下逆さにされる恐れがあり、二酸化炭素ガスの排出ができないとともに、液面が揺れるので液面センサが誤動作し、さらに、振動があった場合は、循環タンクがシャッフルされて液体に多量の気泡が混入し、空気ポンプを誤動作させるという問題があったが、上記の実施の形態では、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２の形状を管路で形成したため、メタノールと空気との液面が燃料電池の姿勢によらず一定となり、安定した動作を期待できる。
【０１１７】
そして特に、燃料極１０７に接続された燃料供給流路１１６、１１７と燃料タンクＣ１、Ｃ２との間に介装した気液分離器Ｌ１、Ｌ２に、燃料供給流路１１６、１１７側の第１の気液分離室１３１に第１の気体抽出材１３４を臨ませただけでなく、燃料タンクＣ１、Ｃ２側に接続されている第２の気液分離室１３２にも第２の気体抽出材１３５を臨ませたので、燃料タンクＣ１、Ｃ２において、溶け込んでいた二酸化炭素ガスが気泡Ｋとして発生した場合でも、この気体を第２の気体流路１３７に良好に排出させることができ、第２の燃料タンクＣ２において、メタノール水溶液が残っているにもかかわらず、セクションＳ５２の気泡Ｋをセンサにより検知し、第２の燃料タンクＣ２のメタノール水溶液がなくなったと誤って判定することが防止されて、信頼性が向上する。また、気液分離器Ｌ１、Ｌ２の第２の気液分離室１３２で気泡Ｋが溜まらないので、第２の燃料タンクＣ２内のメタノール水溶液がこの箇所で滞ることなく良好に燃料供給流路１１６、１１７を介して燃料極１０７に送られ、燃料極１０７へのメタノール水溶液の供給機能が向上し、ひいては燃料電池の発電性能を向上できる。
【０１１８】
また、気液分離器Ｌ１、Ｌ２における気体抽出材１３４、１３５に臨む気液分離室１３１、１３２の高さを、メタノール水溶液の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したので、気液分離器Ｌ１、Ｌ２がどのような姿勢であろうとも、気液分離室１３１、１３２に供給された気体混合液体中の気体である二酸化炭素ガスが、最大気泡成長径に達するまでに気体抽出材１３４、１３５に接触し、各気体抽出材１３４、１３５を通して気体流路１３６、１３７に良好に排出され、携帯用の燃料電池として用いられて、上下逆さにされた場合でも気液混合流体を燃料電池の姿勢に影響されることなく、確実に気体と液体とに良好に分離することができて、二酸化炭素ガスなどの気体を良好に排出できる。
【０１１９】
ここで、気液分離器Ｌ１、Ｌ２における気体抽出材１３４、１３５に臨む気液分離室１３１、１３２の高さである、メタノール水溶液の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径に関してさらに詳しく説明する。
【０１２０】
一般に、気体抽出材１３４、１３５に対する気体の通過圧力および湿潤された液体抽出材１３４、１３５に対する液体の通過圧力ｐは、多孔質材料の孔径をＤ、液体の表面張力をＴ、液体と多孔質材料との接触角をＡとすると理論的には次式で表される。
【０１２１】
ｐ＝（１／Ｄ）・４・Ｔ・（cosＡ）
ここで、液体と多孔質材料との接触角が９０°を越えると、孔から液体を排出する圧力ｐが働く。
【０１２２】
一方、液体と多孔質材料との接触角が９０°未満の場合、気体混合液体の入った孔から気体を排出する圧力ｐが働く。ただし、乾燥している場合は、接触角が９０°未満でも接触角の値が高いと孔出口から液体が涌き出るときに保持圧力が働き液体が透過し難くなるので、接触角は０°に近いほうが好ましい。
【０１２３】
さらに、液体抽出材１３３と気体抽出材１３４、１３５とで構成される気液分離室１０８の高さ１３１、１３２を特定の距離以下に設定するために、ここでは流路板１５４、１５６の板厚が、図１８、図４に示すように設定されている。図１９に示す比較例と比べて説明する。
【０１２４】
気液分離室１３１、１３２の高さＨは、互いに対向して配置された液体抽出材１３３と気体抽出材１３４、１３５との距離であり、この高さＨが図１９に示すように広すぎた場合には、気体抽出材１３４、１３５が重力方向の下側になるような気液分離器Ｌ１、Ｌ２の姿勢になると、液体が重力により気体抽出材１３４、１３５を覆い、気体の出口を失うため気液分離の機能を失う。
【０１２５】
しかし、実験により気液分離室１３１、１３２の高さ（気体抽出材１３４、１３５と液体抽出材１３３との間隔）Ｈを特定の距離以下にすると良好な分離機能が得られることが分かった。その高さとは、重力方向の最大気泡膜成長高さＹ以下の高さである。
【０１２６】
図１９に示すように、気泡Ｋは浮力によって液体内部で上昇するため、重力方向の上側の液体抽出材１３３に気泡Ｋが付着する。液体抽出材１３３は気体を通過させないで液体を透過していくので、徐々に気泡Ｋが集まり成長していく。
【０１２７】
破線で示すように気泡Ｋの成長と共に気泡形状が、球形から浮力により楕円形状になっていき、気泡Ｋの体積がある一定量を超えると重力方向の気泡径に変化が無くなり、横方向にのみ気泡Ｋが広がっていく現象がみられる。この重力方向の気泡径に変化が無くなったときの距離（矢印Ｙで示す距離）を、重力方向の最大気泡成長径と呼ぶ。
【０１２８】
この図１９に示す比較例のように、流路板１５４、１５６の板厚で決まる気液分離室１３１、１３２の高さＨが、矢印Ｙで示す重力方向の最大気泡成長径より大きい場合には、気体混合液体の液体が下側にある気体抽出材１３４、１３５の全面を覆ってしまって気体の流出が無くなる。そして、上側にある液体抽出材１３３を液体が通過すると、同じ液体抽出材１３３の表面に気泡Ｋが付着して成長し、ついには、重力方向の最大気泡成長径Ｙの膜厚の気泡膜が液体抽出材１３３を覆い、液体の排出も停止し、気液分離機能を失う。
【０１２９】
これに対して、図１８に示すように、気液分離室１３１、１３２の高さＨが矢印Ｙで示す重力方向の最大気泡成長径以下になるように流路板１５４、１５６の板厚を決定した場合には、液体抽出材１３３の表面に気泡が成長して最大気泡成長径に達する前に気体抽出材１３４、１３５に気泡Ｋが接触するので、気体抽出材１３４、１３５が気泡Ｋを吸着して吸収し、気体流出流路１３６、１３７に排出されるため、気体抽出材１３４、１３５が重力方向の下側になるという最悪のケースにおいても気液分離機能を正常に動作させることができる。
【０１３０】
この重力方向の最大気泡高さＹは、図４に示すごとく、液体の表面張力に依存し、７４ｍＮ／ｍの純水の場合で約６ミリメートル、約２３ｍＮ／ｍのメタノール、エタノール、アセトンの場合で約３ミリメートルである。すなわち、気液分離室１３１、１３２の高さＨは、使用液体の表面張力により限界値が異なることになる。
【０１３１】
従って、液体が水の場合は、気液分離室１３１、１３２の高さＨを６ミリメートル以下に、メタノール水溶液の場合は約３ミリメートル以下にすると、気液分離器Ｌ１、Ｌ２の姿勢が横転したり逆転したりした状態においても確実に気体混合液体から気体と液体とを分離する機能を失うことなく動作させることができる。
【０１３２】
さらに、上記実施の形態では、気液分離器Ｌ１、Ｌ２を複数枚の流路板１５１〜１５９を積層して構成したことによって小型、薄型が可能で、携帯機器用の燃料電池として特に好適に使用できる。
【０１３３】
また、上記実施の形態においては、気液分離器Ｌ１、Ｌ２を燃料電池の構成要素部品として用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、気体混合液体が双方向に流れるものに対して、良好に気液分離を行うことができ、医療用輸液の気液分離やマイクロ化学分析システムなどにも好適に使用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の気液分離器は、燃料電池における気液分離や、医療用機械器具の輸液ポンプにおける気液分離、マイクロ化学分析システムにおける気液分離などに好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の実施の形態１における気液分離器の断面図
【図２】同実施の形態の分解斜視図
【図３】同実施の形態における気液分離器の気液分離室内の高さが重力方向最大気泡成長径以下にしてある場合の動作を示す断面図
【図４】同実施の形態および実施の形態５の液体の表面張力と重力方向最大気泡成長径の関係を示す図
【図５】気液分離室内の高さが高い場合の比較例を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態２における気液分離器の断面図
【図７】同実施の形態の分解斜視図
【図８】本発明の実施の形態３における気液分離器の断面図
【図９】同実施の形態の分解斜視図
【図１０】本発明の実施の形態４における気液分離器の断面図
【図１１】同実施の形態の分解斜視図
【図１２】本発明の実施の形態５に係る燃料電池の構成を概略的に示す図
【図１３】同燃料電池の第１，第２の燃料タンクの平面図
【図１４】燃料タンクの要部拡大断面図
【図１５】本発明の実施の形態５に係る気液分離器の燃料タンク側から気体混合液体が流れてきた場合を示す断面図
【図１６】同気液分離器の燃料供給流路側から気体混合液体が流れてきた場合を示す断面図
【図１７】同気液分離器の分解斜視図
【図１８】同実施の形態５における気液分離器の気液分離室内の高さが重力方向最大気泡成長径以下にしてある場合の動作を示す断面図
【図１９】気液分離室内の高さが高い場合の比較例を示す断面図
【図２０】燃料電池の発電システムを説明するセルの拡大断面図
【符号の説明】
【０１３６】
１    第５の流路板
２    液体流出路
２Ａ    液体室用切欠部
２Ｂ    液体流出用切欠部
３    第４の流路板
４    液体抽出材
４Ａ    液体抽出膜
４Ｂ    液体抽出材
５    第２の流路板
６    流入路
６Ａ    流入用切欠部
６Ｂ    分離室用切欠部
６Ｃ    液体流出用切欠部
７    第１の流路板
７Ａ，７Ｂ    第１，第２の分離室ブロック
８    気液分離室
９    気体抽出材
９Ａ    気体抽出膜
９Ｂ    気体抽出材
１０    第３の流路板
１０Ｂ    第１の流路板
１１    気体流出路
１１Ａ    気体室用切欠部
１１Ｂ    気体流出用切欠部
１１Ｃ    気体室用切欠部
１１Ｄ    気体流出用切欠部
１２    第６の流路板
１２Ｂ    第３の流路板
１３    第７の流路板
１３Ｂ    第４の流路板
１４    気液分離室の高さ
１５    気泡
１６    重力方向の最大気泡膜成長高さ
１８    第１の側板
１９    第２の側板
１０１    セル
１０２    固体電解質膜
１０３，１０４    電極触媒層
１０７    燃料極
１０８    空気極
１１６    第１の燃料供給流路
１１７    第２の燃料供給流路
１２５    コントローラ
１３１    第１の気液分離室
１３２    第２の気液分離室
１３３    液体抽出材
１３４    第１の気体抽出材
１３５    第２の気体抽出材
１３６    第１の気体流路
１３７    第２の気体流路
１５１〜１５９    流路板
ＡＰ    空気ポンプ（第１、第２の送り手段）
Ｂ１    バッファタンク
Ｃ１    第１の燃料タンク
Ｃ２    第２の燃料タンク
Ｃ３    水貯蔵タンク
Ｃ４    メタノール貯蔵容器
Ｃ５    余剰水タンク
Ｌ１    第１の気液分離器
Ｌ２    第２の気液分離器
Ｈ      気液分離室の高さ
Ｐ      第１の、第２のセンサ
Ｖ１〜Ｖ１１    バルブ
Ｙ      重力方向の最大気泡成長径
【図１】
2005238217.tif 000003
【図２】
2005238217.tif 000004
【図３】
2005238217.tif 000005
【図４】
2005238217.tif 000006
【図５】
2005238217.tif 000007
【図６】
2005238217.tif 000008
【図７】
2005238217.tif 000009
【図８】
2005238217.tif 000010
【図９】
2005238217.tif 000011
【図１０】
2005238217.tif 000012
【図１１】
2005238217.tif 000013
【図１２】
2005238217.tif 000014
【図１３】
2005238217.tif 000015
【図１４】
2005238217.tif 000016
【図１５】
2005238217.tif 000017
【図１６】
2005238217.tif 000018
【図１７】
2005238217.tif 000019
【図１８】
2005238217.tif 000020
【図１９】
2005238217.tif 000021
【図２０】
2005238217.tif 000022
【手続補正書】
【提出日】平成16年10月18日(2004.10.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、
前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、
気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
気液分離器。
【請求項２】
前記液体抽出材が、多孔質ガラス、又は親水性処理を行った多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項３】
前記気体抽出材が、多孔質ガラスを基材として孔部を含む基材表面にフッ素等の撥水性ポリマーを付与した材料、又はフッ素系基材に多孔処理を行って製造した材料、又は多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項４】
前記気体抽出材および前記液体抽出材の少なくとも一方に、補強用多孔板が密接して配置されている
請求項１記載の気液分離器。
【請求項５】
前記気液分離室が、
少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に対向する壁面に配置した対向壁とを含む複数の壁で形成され、
前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項６】
前記気液分離室が、
少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材のうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記特定壁に対向する対向壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁と前記対向壁の間に配置した側壁とを含む複数の壁で形成され、
前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離である
請求項１記載の気液分離器。
【請求項７】
気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に分離する気液分離器であって、
気体混合液体が流入する流入用切欠部とこの流入用切欠部に連接され流入した前記気体混合液体を貯留する分離室用切欠部が形成された第１の流路板と、
第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の片面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置には前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材が取り付けられた第２の流路板と、
第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の他方の面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置に前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材が取り付けられた第３の流路板と、
前記第２の流路板に一方の面を当接して設けられ前記液体抽出材によって分離抽出された液体を貯留する液体室用切欠部とこの液体室用切欠部に連接され前記分離抽出された液体が流れる液体流出用切欠部が形成された第４の流路板と、
前記第４の流路板の他方の面に当接して設けられ前記液体室用切欠部と液体流出用切欠部との開口を閉塞する第５の流路板と、
前記第３の流路板に一方の面を当接して設けられ前記気体抽出材によって分離抽出された気体を貯留する気体室用切欠部とこの気体室用切欠部に連接され前記分離抽出された気体が流れる気体流出用切欠部が形成された第６の流路板と、
前記第６の流路板の他方の面に当接して設けられ前記気体室用切欠部と気体流出用切欠部との開口を閉塞する第７の流路板と
を備えた気液分離器。
【請求項８】
前記第１の流路板の厚みを、
前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
請求項７記載の気液分離器。
【請求項９】
前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出膜を、前記第２の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第４の流路板とで挟持した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１０】
前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出膜を、前記第３の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第６の流路板とで挟持した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１１】
前記第４の流路板と前記第５の流路板とを一体に形成した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１２】
前記第６の流路板と前記第７の流路板とを一体に形成した
請求項７又は８記載の気液分離器。
【請求項１３】
気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、
前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、
前記気液分離室の高さ方向の一方の特定壁に、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置し、
前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に隣接する壁面に前記気液分離室の高さ方向の他方の特定壁まで配置し、前記気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
気液分離器。
【請求項１４】
水と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを６ミリメートル以下にした
請求項１、７、１３の何れか１項に記載の気液分離器。
【請求項１５】
メタノール水溶液と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを３ミリメートル以下にした
請求項１、７、１３の何れか１項に記載の気液分離器。
【請求項１６】
液体に気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、
気体混合液体が供給される第１、第２の気液分離室と、
前記第１の気液分離室と前記第２の気液分離室との間に介装され、液体を通過させる一方、気体の通過を規制する液体抽出材と、
前記第１の気液分離室に臨んで配設され、気体を第１の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第１の気体抽出材と、
前記第２の気液分離室に臨んで配設され、気体を第２の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第２の気体抽出材と
を備えた気液分離器。
【請求項１７】
第１の気液分離室における第１の気体抽出材に臨む箇所の高さと、第２の気液分離室における第２の気体抽出材に臨む箇所の高さとを、液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定した
請求項１６記載の気液分離器。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の第１、第２の気液分離器と、
燃料極と空気極とを有するセルと、
液体燃料を溜める第１、第２の燃料タンクと、
第１の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第１の送り手段と、
第２の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第２の送り手段と
を備え、
燃料極を介して第１の燃料タンクと第２の燃料タンクとの間で双方向に液体燃料を供給するように配設し、
燃料極と第１の燃料タンクとの間に第１の気液分離器を介装させ、
燃料極と第２の燃料タンクとの間に第２の気液分離器を介装させた
燃料電池。
【請求項１９】
第１の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第１のセンサと、
第２の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第２のセンサと、
前記第１の燃料タンクから燃料極を介して第２の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第１のセンサにより第１の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させるように制御し、前記第２の燃料タンクから燃料極を介して第１の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第２のセンサにより第２の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させように制御するコントローラと
を設けた請求項１８記載の燃料電池。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体と気体とが混合した気体混合液体を、気体と液体とに分離する気液分離器に関し、特に気液分離器の姿勢が変化する携帯機器に用いられる小型燃料電池などに好適に利用できる技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、メタノール燃料電池の燃料極においては、メタノール水溶液が化学反応により消費されて二酸化炭素ガスが生成される。このように液体燃料電池のセルスタックの燃料極側からは、二酸化炭素ガスと未反応メタノール水溶液との気体混合液体として排出される。未反応メタノールは燃料調整室に送られ、この燃料調整室でメタノール及び水が追加されることで最適濃度に調整して再利用されるため、前記気体混合液体から二酸化炭素ガスの気泡を分離排出する必要がある。
【０００３】
液体燃料電池に用いられる従来の気液分離器は、分離容器内で前記気体混合液体を重力により気体と液体とに分離して上部に設けた出口から気体を排出し、下部に設けた出口から液体を取り出す構成であり、上部の気体出口は、転倒時の液漏れを防止するために、液体の透過を妨げ、気体のみを透過する気液分離膜で閉じられている。このような構成は、例えば、特許文献１及び特許文献２において提案されている。
【０００４】
また、別の従来の気液分離器の例としては、液体の脱気装置に用いられている気液分離器を例に挙げることができる。これは、水を透過し難い疎水性多孔質中空糸膜を気体出口に配置し、空気を透過し難い親水性多孔質中空糸膜を液体出口に配置し、両方の中空糸膜を隣接して組み合わせている。この構成は、例えば、特許文献３及び特許文献４で提案されている。
【特許文献１】特開平４−２２９９５８号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献２】特開平１１−１２８６０５号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献３】特開平７−２６５６３４号公報（第２−３頁、第１図）
【特許文献４】特開平９−３１３８０６号公報（第２−４頁、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、（特許文献１）（特許文献２）のように重力を利用した構成の気液分離器では、気液分離器の上下が反対になったときには、下側になった気体出口を液体が塞いで気体の出口が無くなり、上側になった液体出口に、水より軽い気体が流出するなどにより、気液分離機能を失ってしまうという問題が発生する。
【０００６】
一方、（特許文献３）（特許文献４）のように多孔質中空糸及び管を応用した構成の気液分離器では、多孔性中空糸が高価なため装置自体が高価となる。また、多数の中空糸膜を配置して各中空糸の末端を出口領域に気密に封止する工法が難しいので、薄型化小型化が出来ない。さらに、多数の多孔質中空糸の封止に多量の充填型接着剤を用いるため、充填型接着剤から溶液への不純物溶出が起こりやすくなり、樹脂系接着剤への溶解性の高い溶剤系水溶液へは適用できないこととなって、使用溶液の適用範囲が狭くなるなど、多くの問題がある。
【０００７】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、小型化し易く、簡略な構造で安価に製造でき、姿勢が変わっても不具合を起こすこと無く気体と液体とを分離できるなど、携帯機器用などに適用できる気液分離器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】
【０００８】
本発明の気液分離器は、液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、気液分離室の高さを、特定の距離以下に設定し、前記気体抽出材が重力方向の下側になるような気液分離器の姿勢の場合であっても、前記液体が重力により前記気体抽出材を覆って前記気体の出口を失ってしまうことのない構造を特徴とする。
【０００９】
本発明の請求項１記載の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００１０】
この構成によると、気液分離器本体の姿勢の上下が反対になっても前記気体抽出材に気体が接すると共に前記液体抽出材に液体が接するので、簡単な構造で小型、薄型の全方位姿勢対応の気液分離器を実現できる。
【００１１】
本発明の請求項２記載の気液分離器は、請求項１において、前記液体抽出材が、多孔質ガラス、又は親水性処理を行った多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜であることを特徴とする。
【００１２】
本発明の請求項３記載の気液分離器は、請求項１において、前記気体抽出材が、多孔質ガラスを基材として孔部を含む基材表面にフッ素等の撥水性ポリマーを付与した材料、又はフッ素系基材に多孔処理を行って製造した材料、又は多孔質ポリテトラフルオロエチレンの板若しくは膜であることを特徴とする。
【００１３】
本発明の請求項４記載の気液分離器は、請求項１において、前記気体抽出材および前記液体抽出材の少なくとも一方に、補強用多孔板が密接して配置されていることを特徴とする。
【００１４】
本発明の請求項５記載の気液分離器は、請求項１において、前記気液分離室が、少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に対向する壁面に配置した対向壁とを含む複数の壁で形成され、前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離であることを特徴とする。
【００１５】
本発明の請求項６記載の気液分離器は、請求項１において、前記気液分離室が、少なくとも、前記液体抽出材と気体抽出材のうちの一方の抽出材を配置した特定壁と、前記特定壁に対向する対向壁と、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁と前記対向壁の間に配置した側壁とを含む複数の壁で形成され、前記気液分離室の高さが、前記特定壁と前記対向壁との間隔の最大距離であることを特徴とする。
【００１６】
本発明の請求項７記載の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に分離する気液分離器であって、気体混合液体が流入する流入用切欠部とこの流入用切欠部に連接され流入した前記気体混合液体を貯留する分離室用切欠部が形成された第１の流路板と、第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の片面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置には前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材が取り付けられた第２の流路板と、第１の流路板の面に当接して設けられ前記流入用切欠部の他方の面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部の片面に対応する位置に前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材が取り付けられた第３の流路板と、前記第２の流路板に一方の面を当接して設けられ前記液体抽出材によって分離抽出された液体を貯留する液体室用切欠部とこの液体室用切欠部に連接され前記分離抽出された液体が流れる液体流出用切欠部が形成された第４の流路板と、前記第４の流路板の他方の面に当接して設けられ前記液体室用切欠部と液体流出用切欠部との開口を閉塞する第５の流路板と、前記第３の流路板に一方の面を当接して設けられ前記気体抽出材によって分離抽出された気体を貯留する気体室用切欠部とこの気体室用切欠部に連接され前記分離抽出された気体が流れる気体流出用切欠部が形成された第６の流路板と、前記第６の流路板の他方の面に当接して設けられ前記気体室用切欠部と気体流出用切欠部との開口を閉塞する第７の流路板とを備えたことを特徴とする。
【００１７】
本発明の請求項８記載の気液分離器は、請求項７において、前記第１の流路板の厚みを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００１８】
本発明の請求項９記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出膜を、前記第２の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第４の流路板とで挟持したことを特徴とする。
【００１９】
本発明の請求項１０記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記分離室用切欠部の開口を覆う大きさで前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出膜を、前記第３の流路板に代わって、前記第１の流路板と前記第６の流路板とで挟持したことを特徴とする。
【００２０】
本発明の請求項１１記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記第４の流路板と前記第５の流路板とを一体に形成したことを特徴とする。
本発明の請求項１２記載の気液分離器は、請求項７又は８において、前記第６の流路板と前記第７の流路板とを一体に形成したことを特徴とする。
【００２１】
本発明の請求項１３記載の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、前記気液分離室の高さ方向の一方の特定壁に、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材とのうちの一方の抽出材を配置し、前記液体抽出材と前記気体抽出材とのうちの他方の抽出材を前記特定壁に隣接する壁面に前記気液分離室の高さ方向の他方の特定壁まで配置し、前記気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００２２】
本発明の請求項１４記載の気液分離器は、請求項１、７又は１３において、水と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを６ミリメートル以下にしたことを特徴とする。
【００２３】
本発明の請求項１５記載の気液分離器は、請求項１、７又は１３において、メタノール水溶液と気体との気体混合液体を気液分離室に受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、前記気液分離室の高さを３ミリメートル以下にしたことを特徴とする。
【００２４】
本発明の請求項１６記載の気液分離器は、液体に気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体とに気液分離する気液分離器であって、気体混合液体が供給される第１、第２の気液分離室と、前記第１の気液分離室と前記第２の気液分離室との間に介装され、液体を通過させる一方、気体の通過を規制する液体抽出材と、前記第１の気液分離室に臨んで配設され、気体を第１の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第１の気体抽出材と、前記第２の気液分離室に臨んで配設され、気体を第２の気体流路に通過させる一方、液体の通過を規制する第２の気体抽出材とを備えたことを特徴とする。
【００２５】
この構成により、第１の気液分離室に気体混合液体が供給された場合だけでなく、第２の気液分離室に気体混合液体が供給された場合にも、気体混合液体から気体が良好に分離され、気体が除去された液体を液体抽出材を通して下流側に良好に通過させることができる。これにより、第１、第２の気液分離室を介して、双方向に気体混合液体が供給される場合でも、気体が除去された液体だけを下流側に良好に流すことができる。
【００２６】
本発明の請求項１７記載の気液分離器は、請求項１６において、第１の気液分離室における第１の気体抽出材に臨む箇所の高さと、第２の気液分離室における第２の気体抽出材に臨む箇所の高さとを、液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことを特徴とする。
【００２７】
この構成により、気液分離器がどのような姿勢であろうとも、第１の気液分離室や第２の気液分離室に供給された気体混合液体中の気体は、最大気泡成長径に達するまでに第１または第２の気体抽出材に接触し、各気体抽出材を通して第１または第２の気体流路に良好に排出される。
【００２８】
本発明の請求項１８記載の燃料電池は、前記した構成の第１、第２の気液分離器と、燃料極と空気極とを有するセルと、液体燃料を溜める第１、第２の燃料タンクと、第１の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第１の送り手段と、第２の燃料タンクの液体燃料を燃料極側へ送り出す第２の送り手段とを備え、燃料極を介して第１の燃料タンクと第２の燃料タンクとの間で双方向に液体燃料を供給するように配設し、燃料極と第１の燃料タンクとの間に第１の気液分離器を介装させ、燃料極と第２の燃料タンクとの間に第２の気液分離器を介装させたことを特徴とする。
【００２９】
この構成により、燃料極で発生した気体が混入した液体燃料が第１、第２の燃料タンク側へ送り出された際に、第１または第２の気液分離器により気体が分離されて除去され、液体燃料だけが第１、第２の燃料タンクに流れ込む。また、第１、第２の燃料タンクに溜められている液体燃料に溶け込んでいた気体が気泡となった場合でも、気体混合液体が第１、第２の燃料タンクから燃料極側に供給される際に、第１または第２の気液分離器により気体が分離されて除去され、液体燃料だけが燃料極に供給される。これにより、燃料極に良好に液体燃料だけを供給することができる。
【００３０】
本発明の請求項１９記載の燃料電池は、請求項１８において、第１の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第１のセンサと、第２の燃料タンク内の液体燃料の量を検知する第２のセンサと、前記第１の燃料タンクから燃料極を介して第２の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第１のセンサにより第１の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させるように制御し、前記第２の燃料タンクから燃料極を介して第１の燃料タンク側へ液体燃料を供給している場合において前記第２のセンサにより第２の燃料タンク内の液体燃料の減少を検知した際に、第２の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を停止し、第１の燃料タンクからの液体燃料の供給動作を開始させように制御するコントローラとを設けたことを特徴とする。
【００３１】
この構成により、何れの方向に液体燃料が供給される場合でも、第１または第２の気液分離器により気体が分離されて除去されるので、第１、第２のセンサにより液体燃料の量を誤って検知してしまうことを最小限に抑えることができるとともに、第１または第２の気液分離器を介することで第１、第２の燃料タンクから燃料極側に液体燃料を良好に供給することができる。
【発明の効果】
【００３２】
以上のように本発明の気液分離器によれば、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したため、気液混合流体を容器の全姿勢にて確実に気体と液体に分離することができる。また、板材の積層構造を採用することによって小型化、薄型化が可能で、携帯機器用の燃料電池や、医療用輸液の気液分離などに好適に使用できる。
【００３３】
また、本発明の気液分離器は、気体が混入した気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する気液分離器であって、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材との間に前記気体混合液体を送り込んで気液分離する気液分離室を備え、前記気液分離室の高さ方向の一方の特定壁に、前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出材と前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材のうちの一方の抽出材を配置し、前記液体抽出材と前記気体抽出材のうちの他方の抽出材を前記特定壁に隣接する壁面に前記気液分離室の高さ方向の他方の特定壁まで配置し、前記気液分離室の高さを、前記液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したため、気液混合流体を容器の全姿勢にて確実に気体と液体に分離することができ、燃料電池や、医療用輸液の気液分離、マイクロ化学分析システムなどに好適に使用できる。
【００３４】
また、本発明の気液分離器によると、液体の流れ方向に影響されることなく気液分離を行える構造としたので、気体混合液体が双方向に流れる場合でも、気体を良好かつ確実に除去して液体だけを良好に流すことができる。
【００３５】
また、気液分離室における気体抽出材に臨む箇所の高さを、液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したことにより、気液分離器がその姿勢に影響されることなく、確実に気体と液体とに良好に分離することができる。
【００３６】
また、この構成の気液分離器を燃料電池における燃料極と燃料タンクとの間に介装することにより、燃料極に対して双方向に液体燃料を供給する燃料電池において、溶け込んでいた二酸化炭素ガスなどの気体が気泡として燃料タンクで発生した場合でも、この気体を外部に良好に排出させることができて、燃料極への液体燃料の供給機能を良好に確保でき、ひいては燃料電池の発電性能や信頼性を向上させることができる。また、燃料タンクの液体燃料の量を検知するセンサを設けた場合でも、燃料タンクの気泡をセンサにより検知して、燃料タンクの液体燃料がなくなったと誤判定することが防止されて、信頼性が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３７】
以下、本発明の各実施の形態と比較例とを図１〜図１９に基づいて説明する。
（実施の形態１）
図１〜図４は本発明の（実施の形態１）を示し、図５は比較例を示している。
【００３８】
図１と図２に示すように（実施の形態１）の気液分離器は、気体混合液体が流入する流入路６の一部を構成する流入用切欠部６Ａが形成された第１の流路板７を中央にして、第１の流路板７の片側には、液体を通過させて気体の通過を規制する液体抽出材４が気密に取り付けられた第２の流路板５と、前記液体抽出材４によって分離抽出された液体が流れる液体流出用切欠部２Ｂが形成された第４の流路板３と、第５の流路板１とを積層し、第１の流路板７の反対側には、液体の通過を規制する気体抽出材９が気密に取り付けられた第３の流路板１０と、前記気体抽出材９によって分離抽出された気体が流れる気体流出用切欠部１１Ｂが形成された第６の流路板１２と、第７の流路板１３とを積層して構成されている。
【００３９】
詳しくは、第１の流路板７には、気体混合液体が流入する流入用切欠部６Ａとこの流入用切欠部６Ａに連接され流入した前記気体混合液体を貯留する分離室用切欠部６Ｂが形成されている。
【００４０】
第１の流路板７の面に当接して設けられる第２の流路板５は、前記流入用切欠部６Ａの片面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部６Ｂの片面に対応する位置に前記液体抽出材４が取り付けられている。前記液体抽出材４には、多孔質ガラスなど親水性の材料を使用した。
【００４１】
第２の流路板５に当接して設けられる第４の流路板３は、前記液体抽出材４によって分離抽出された液体を貯留する液体室用切欠部２Ａが形成されており、液体流出用切欠部２Ｂがこの液体室用切欠部２Ａに連接されている。
【００４２】
第５の流路板１は、第４の流路板３に当接して設けられ前記液体室用切欠部２Ａと液体流出用切欠部２Ｂとの開口を閉塞している。
第１の流路板７の面に当接して設けられる第３の流路板１０は、前記流入用切欠部６Ａの他方の面を閉塞すると共に前記分離室用切欠部６Ｂの片面に対応する位置に前記気体抽出材９が取り付けられている。前記気体抽出材９には、多孔質ガラスを基材として、孔部を含む基材表面にフッ素等の撥水性ポリマーを付与した材料又はフッ素系基材に多孔処理を行って製造した材料を使用した。
【００４３】
前記第３の流路板１０に一方の面を当接して設けられる第６の流路板１２は、前記気体抽出材９によって分離抽出された気体を貯留する気体室用切欠部１１Ａが形成されており、気体流出用切欠部１１Ｂがこの気体室用切欠部１１Ａに連接されている。
【００４４】
第７の流路板１３は、第６の流路板１２に当接して設けられ前記気体室用切欠部１１Ａと気体流出用切欠部１１Ｂとの開口を閉塞している。
なお、積層された各流路板は、気密に接着及び接合されており、流入用切欠部６Ａの開口を第２，第３の流路板５，１０で閉塞して気体混合液体が流入する流入路６が形成され、分離室用切欠部６Ｂと液体抽出材４と気体抽出材９とで気液分離室８が形成され、液体流出用切欠部２Ｂの開口を第２，第５の流路板５，１で閉塞して分離された液体が排出される液体流出路２が形成され、気体流出用切欠部１１Ｂの開口を第３，第７の流路板１０，１３で閉塞して分離された気体が排出される気体流出路１１が形成されている。
【００４５】
一般に、前記気体抽出材９に対する気体の通過圧力及び湿潤された前記液体抽出材４に対する液体の通過圧力Ｐは、多孔質材料の孔径をＤ、液体の表面張力をＴ、液体と多孔質材料との接触角をＡとすると理論的には次式で表される。
【００４６】
Ｐ＝（１／Ｄ）・４・Ｔ・（cos  Ａ）
ここで、液体と多孔質材料との接触角が９０°を越えると、孔から液体を排出する圧力Ｐが働く。ここで、前記気体抽出材９が薄くて気体混合液体の流入圧力により変形する可能性のある場合は、気体抽出材９に密接させて図示しない補強用多孔板を第６の流路板１２の側から固定すると良い。
【００４７】
一方、液体と多孔質材料との接触角が９０°未満の場合、流体の入った孔から気体を排出する圧力Ｐが働く。ただし、乾燥している場合は、接触角が９０°未満でも接触角の値が高いと孔出口から液体が涌き出るときに保持圧力が働き液体が透過し難くなるので、接触角は０°に近いほうが好ましい。ここでも、前記液体抽出材４が薄く気体混合液体の流入圧力により変形する可能性のある場合は、液体抽出材４に密接させて図示しない補強用多孔板を第４の流路板３の側から固定すると良い。
【００４８】
つまり、前記気体抽出材９や前記液体抽出材４が薄い膜である場合には、この気体抽出材９や液体抽出材４が気体や液体の圧力でたわんで破れたりする場合があるが、上記のように、気体や液体の流出を妨げない大きさの多数の孔（メッシュでも可）が形成され、かつ、気体や液体の流れの圧力でたわまない強度を有する補強板を、気体抽出材９や液体抽出材４の膜に対して気体や液体の流出側即ち気液分離室８の外側に設置することで、このような不具合を防止することができる。
【００４９】
さらに、液体抽出材４と気体抽出材９とで構成される気液分離室８の高さ１４を特定の距離以下に設定するために、ここでは第１の流路板７の板厚が、図３と図４に示すように設定されている。図５に示す比較例と比べて説明する。
【００５０】
気液分離室８の高さ１４は、対向して配置された前記液体抽出材４と前記気体抽出材９とで形成されており、この高さ１４が図５に示すように広すぎた場合には、気体抽出材９が重力方向の下側になるような気液分離器の姿勢になると、液体が重力により気体抽出材９を覆い、気体の出口を失うため気液分離の機能を失う。
【００５１】
しかし、実験により気液分離室８の高さ（気体抽出材９と液体抽出材４の間隔）１４を特定の距離以下にすると良好な分離機能が得られることが分かった。当然、他のあらゆる姿勢においても機能した。その高さとは、重力方向の最大気泡膜成長高さ１６以下の高さである。
【００５２】
図５の気泡１５に示す通り、気泡は浮力によって液体内部で上昇するため、重力方向の上側の前記液体抽出材４に気泡１５が付着する。前記液体抽出材４は気体を通過させないで液体を透過していくので、徐々に気泡が集まり成長していく。
【００５３】
破線で示すように気泡１５の成長と共に気泡形状が、球形から浮力により楕円形状になっていき、気泡の体積がある一定量を超えると重力方向の気泡径に変化が無くなり、横方向にのみ気泡が広がっていく現象がみられる。この重力方向の気泡径に変化が無くなったときの距離（矢印１６で示す距離）を、重力方向の最大気泡成長径と呼ぶ。
【００５４】
この図５に示す比較例のように、第１の流路板７の板厚で決まる気液分離室８の高さ１４が、矢印１６で示す重力方向の最大気泡成長径より大きい場合には、気液混合流体の液体が下側にある前記気体抽出材９の全面を覆ってしまって気体の流出が無くなる。そして、上側にある前記液体抽出材４を液体が通過すると同じに表面に気泡が付着して成長して行き、ついには、重力方向の最大気泡成長径１６の膜厚の気泡膜が前記液体抽出材４を覆い液体の排出も停止し、気液分離機能を失う。
【００５５】
これに対して図３に示す（実施の形態１）ように、気液分離室８の高さ１４が矢印１６で示す重力方向の最大気泡成長径以下になるように第１の流路板７の板厚を決定した場合には、前記液体抽出材４の表面に気泡が成長して最大気泡成長径に達する前に前記気体抽出材９に気泡が接触するので、前記気体抽出材９が気泡を吸着し吸収し気体流出流路１１に排出するため、前記気体抽出材９が重力方向の下側になるという最悪のケースにおいても気液分離機能を正常に動作させることができる。
【００５６】
この重力方向の最大気泡高さ１６は、図４に示すごとく、前記液体の表面張力に依存し、７４ｍＮ／ｍの純水の場合で約６ミリメートル、約２２ｍＮ／ｍのメタノール、エタノール、アセトンの場合で約３ミリメートルである。即ち、気液分離室８の高さ１４は、使用液体の表面張力により限界値が異なることになる。
【００５７】
従って、液体が水の場合は、気液分離室８の高さ１４を６ミリメートル以下に、メタノール水溶液の場合は約３ミリメートル以下にすると、気液分離器の姿勢が横転したり逆転したりした状態においても確実に気液混合流体から気体と液体を分離する機能を失うことなく動作させることができる。
【００５８】
また、このように各流路板を積層接合した簡単な構造によって、気液分離室８の高さ１４を、確実に重力方向の最大気泡成長径以下の高さに配置することができる。
（実施例１）
気体抽出材９として孔径１ミクロンメートルで開口率約８０％のポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと略す）（基材接触角は１０８°）を１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い、一方、液体抽出材４として孔径３ミクロンメートルで開口率約８０％の親水処理ＰＴＦＥ（基材接触角は１０°以下）を同様に１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い検証実験を行った。
【００５９】
その結果、気体抽出材９と液体抽出材４との間隔を重力方向の最大気泡成長径以下にした場合、純水と１０ｗｔ％メタノール水溶液の両方において、気液混合流体の圧力が約２００ｍｍＨ２Ｏ以上で、全姿勢において正常に気液分離を行うことができた。
【００６０】
（実施の形態２）
図６と図７は本発明の（実施の形態２）の気液分離器を示す。
図１に示した（実施の形態１）では、第４の流路板３に形成された液体室用切欠部２Ａと液体流出用切欠部２Ｂとの一方の開口を、別部材の第５の流路板１によって閉塞したが、この（実施の形態２）では、前記第４の流路板３と前記第５の流路板１とを一体に形成した第１の側板１８を採用している。
【００６１】
具体的には、第１の側板１８の第２の流路板５との当接面に、前記液体室用切欠部２Ａと液体流出用切欠部２Ｂに応じて凹部を形成して構成されている。
また、図１に示した（実施の形態１）では、第６の流路板１２に形成された気体室用切欠部１１Ａと気体流出用切欠部１１Ｂとの一方の開口を、別部材の第７の流路板１３によって閉塞したが、この（実施の形態２）では、前記第６の流路板１２と前記第７の流路板１３とを一体に形成した第２の側板１９を採用している。具体的には、第２の側板１９の第３の流路板１０との当接面に、気体室用切欠部１１Ａと気体流出用切欠部１１Ｂに応じて凹部を形成して構成されている。その他は（実施の形態１）と同じである。
【００６２】
（実施の形態３）
図８と図９は本発明の（実施の形態３）の気液分離器を示す。
図１に示した（実施の形態１）では、第１の流路板７と第４の流路板３の間に第２の流路板５が介装されていたが、この（実施の形態３）では、第１の流路板７の分離室用切欠部６Ｂの開口を覆う大きさで前記液体を通過させて前記気体の通過を規制する液体抽出膜４Ａを、前記第１の流路板７と前記第４の流路板３とで挟持して、前記第１の流路板７の流入用切欠部６Ａの片側の開口を液体抽出膜４Ａを介して第４の流路板３で閉塞している。また、前記第４の流路板３の液体流出用切欠部２Ｂの片側の開口は液体抽出膜４Ａを介して第１の流路板７で閉塞している。
【００６３】
なお、液体抽出膜４Ａを第１の流路板７と第４の流路板３の間に介装した場合の液体の滲み出しは、液体抽出膜４Ａの細孔を膜厚方向にのみ貫通するよう２次元加工した多孔質膜材料を使用することによって解消できる。２次元細孔は、放射線による直接加工及び感光性フッ素系樹脂及び感光性ポリイミド樹脂のエッチング加工などの従来工法で実現できる。また、液体抽出膜４Ａとして３次元細孔の材料を用いる場合は、流路板３，７と同じ投影形状で約２０μｍ以下の厚みのアクリル系樹脂シートを、流路板３と液体抽出膜４Ａの間と流路板７と液体抽出膜４Ａの間に挿入し、１００℃以上の温度で加圧接合することで、液体抽出膜４Ａの抽出領域の目詰まりなく密封接合でき液体の染み出しを防止できる。
【００６４】
また、（実施の形態１）では、第１の流路板７と第６の流路板１２の間に第３の流路板１０が介装されていたが、この（実施の形態３）では、第１の流路板７の分離室用切欠部６Ｂの開口を覆う大きさで前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出膜９Ａを、前記第１の流路板７と前記第６の流路板１２とで挟持して、前記第１の流路板７の流入用切欠部６Ａの他方の開口を気体抽出膜９Ａを介して第６の流路板１２で閉塞している。また、前記第６の流路板１２の気体流出用切欠部１１Ｂの開口を気体抽出膜９Ａを介して第１の流路板７と第７の流路板１３で閉塞している。
【００６５】
なお、気体抽出膜９Ａを第１の流路板７と第６の流路板１２の間に介装した場合の気体の漏れ出しは、気体抽出膜９Ａの細孔を膜厚方向にのみ貫通するよう２次元加工した多孔質膜材料を使用することによって解消できる。二次元細孔は、放射線による直接加工及び感光性フッ素系樹脂及び感光性ポリイミド樹脂のエッチング加工などの従来工法で実現できる。また、気体抽出膜９Ａとして３次元細孔の材料を用いる場合は、流路板１２，７と同じ投影形状で約２０μｍ以下の厚みのアクリル系樹脂シートを、流路板１２と気体抽出膜９Ａの間と流路板７と気体抽出膜９Ａの間に挿入し、１００℃以上の温度で加圧接合することで、気体抽出膜９Ａの抽出領域の目詰まりなく密封接合でき気体のもれを防止できる。
【００６６】
（実施の形態４）
図１０と図１１は本発明の（実施の形態４）の気液分離器を示す。
図１に示した（実施の形態１）では、気液分離室８の高さは、対向配置された前記液体抽出材４と前記気体抽出材９との間隔で形成されており、この高さを、重力方向の最大気泡成長径以下に配置していたが、この（実施の形態４）では、気液分離室８の高さを決定する液体抽出材４Ｂと前記気体抽出材９Ｂを、互いに隣接する壁面に配置している点が異なっている。そのため、図１の第２の流路板５、第４の流路板３の２つの板を必要としない。
【００６７】
具体的には、前記気体混合液体を受け入れる分離室は、前記気体を通過させて前記液体の通過を規制する気体抽出材９Ｂが取り付けられた第１の流路板１０Ｂの片面に、第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂを張り合わせて、第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂの間に流入用切欠部６Ａと分離室用切欠部６Ｂと液体流出用切欠部６Ｃを形成し、分離室用切欠部６Ｂに前記液体抽出材４Ｂを取り付けている。流入用切欠部６Ａと分離室用切欠部６Ｂと液体流出用切欠部６Ｃの開口は第２の流路板１Ｂを当接させることによって閉塞されている。
【００６８】
第１の流路板１０Ｂの他方の面には、気体室用切欠部１１Ｃとこれに連接した気体流出用切欠部１１Ｄが形成された第３の流路板１２Ｂと、この第３の流路板１２Ｂに当接して気体室用切欠部１１Ｃと気体流出用切欠部１１Ｄとの開口を閉塞する第４の流路板１３Ｂとを積層して接合されている。
【００６９】
この（実施の形態４）では、前記液体抽出材４Ｂが第１の流路板１０Ｂと第２の流路板１Ｂに接して設けられており、気液分離室８の高さ１４を、重力方向の最大気泡成長径以下とするように第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂの厚みが設定されている。
【００７０】
このように構成したため、気液分離室の対向する壁面の内の一方の特定壁に気体抽出材９Ｂを設け、この特定壁に隣接した壁面に垂直に前記液体抽出材４Ｂが配置されており、気液分離器が横転、反転した場合でも、流入用切欠部６Ａから気液分離室８に流入した気体混合液体は、気泡が最大成長径に達するまでに気体抽出材９Ｂに接触し気体が気体流出用切欠部１１Ｄへ排出され、液体抽出材４Ｂが気泡に覆われることなく気液分離機能を維持することができる。
【００７１】
さらに、本発明の（実施の形態１）より流路板の数が少なく、より小型薄型化が可能となる。
なお、この（実施の形態４）では液体抽出材４Ｂの面積が気体抽出材９Ｂより小さくなるので、気液混合流体の液体の比率が気体に比べて少ない場合に適している。気液混合流体の気体の比率が液体に比べて少ないときは、図１０の気体抽出材９Ｂと液体抽出材４Ｂの位置を入れ換えれば良い。
【００７２】
なお、この（実施の形態４）では第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂと第２の流路板１Ｂが別部品で構成されていたが、第１，第２の分離室ブロック７Ａ，７Ｂと第２の流路板１Ｂを一体に形成して部品点数を減らすことができる。同様に、第３の流路板１２Ｂと第４の流路板１３Ｂを一体に形成して部品点数を減らすことができる。
【００７３】
（実施例２）
気体抽出材９Ｂとして孔径１ミクロンメートルで開口率約８０％のＰＴＦＥ（基材接触角１０８°）を１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い、一方、液体抽出材４Ｂとして孔径３ミクロンメートルで開口率約８０％の親水処理ＰＴＦＥ（基材接触角１０°以下）を同様に１００ミクロンメートルの多孔が形成されたＳＵＳ補強板と密着して用い検証実験を行った。
【００７４】
その結果、気体抽出材９Ｂと第２の流路板１Ｂとの間隙を重力方向の最大気泡成長径以下にした場合、純水と１０ｗｔ％メタノール水溶液の両方において、気液混合流体の圧力が約２００ｍｍＨ２Ｏ以上で、全姿勢において正常に気液分離を行うことができた。
【００７５】
なお、この場合の重力方向の最大気泡高さ１６は、具体的には、７４ｍＮ／ｍの純水の場合で約６ミリメートル、約２２ｍＮ／ｍのメタノール、エタノール、アセトンの場合で約３ミリメートルであるので、水と気体の気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する場合には前記気液分離室８の高さ１４を６ミリメートル以下で良好な結果が得られた。メタノール水溶液と気体の気体混合液体を受け入れて気体と液体に気液分離する場合には、前記気液分離室８の高さ１４を３ミリメートル以下で良好な結果が得られた。
【００７６】
上記の各実施の形態では、混合液体が流体する流入路と、分離抽出された液体が排出される液体流出路と、分離抽出された気体が排出される気体流出流路の少なくとも三つの入出流路を有しており、各出入口は一つづつ配設されているが、それぞれ複数個設けられていてもよい。また、気体流出流路および液体流出流路の位置も自由に設定することができる。
【００７７】
（実施の形態５）
以下、本発明の気液分離器およびこの気液分離器を備えた燃料電池を具体的な実施の形態に基づいて説明する。
【００７８】
図１２において、この実施の形態の燃料電池は、セル１０１と、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２と、単一の空気ポンプＡＰと、バッファタンクＢ１と、水貯蔵タンクＣ３と、メタノール貯蔵容器Ｃ４と、これらの間を接続する配管経路と、この配管経路に接続されたバルブや気液分離器Ｌ１、Ｌ２などを組み合わせて構成されている。
【００７９】
図１２、図２０に示すように、セル１０１は、固体電解質膜１０２を中央にして両面に、電極触媒層１０３を有する燃料極１０７と、電極触媒層１０４を有する空気極１０８とを形成して構成されている。また、セル１０１の燃料極１０７を中央にしてその両側に第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２を配設して、第１の燃料タンクＣ１と燃料極１０７とが第１の燃料供給流路１１６で接続され、第２の燃料タンクＣ２と燃料極１０７とが第２の燃料供給流路１１７で接続されている。
【００８０】
ここで、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２は、図１３に示すように蛇行した細い（直径３ｍｍ程度）サーペンタイン型燃料タンクで構成されている。例えば、蛇行した経路の一部となる凹部を形成した第１のガラス基板１１８と、第１のガラス基板１１８の凹部とは面同士が対称で蛇行した経路の一部となる凹部を形成した第２のガラス基板１１９とを、それぞれの凹部が内側になるように張り合わせて形成されている。図１３における１２０は空気入口、１２１は液出入口である。
【００８１】
第１の燃料タンクＣ１の燃料出入口（以下、セクションＳ４２と称す）には第１の気液分離器Ｌ１が介装され、第２の燃料タンクＣ２の燃料出入口（以下、セクションＳ５２と称す）には第２の気液分離器Ｌ２が介装されている。
【００８２】
第１，第２の気液分離器Ｌ１，Ｌ２は、図１５〜図１７に示すように、複数枚（図１５〜図１７に示す場合は９枚）の流路板１５１〜１５９を積層して構成されている。そして、これらの流路板１５１〜１５９に、第１、第２の燃料供給流路１１６、１１７が接続されている第１の気液分離室１３１と、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２が接続されている第２の気液分離室１３２と、前記第１の気液分離室１３１と第２の気液分離室１３２との間に介装され、メタノール水溶液などの液体を通過させる一方、二酸化炭素ガスなどの気体の通過を規制する親水性材料（詳しくは親水性多孔質材料）からなる液体抽出材１３３と、前記第１の気液分離室１３１に臨んで配設され、二酸化炭素ガスなどの気体を第１の気体流路１３６に通過させる一方、メタノール水溶液などの液体の通過を規制する疎水性材料（詳しくは疎水性多孔質材料）からなる第１の気体抽出材１３４と、前記第２の気液分離室１３２に臨んで配設され、二酸化炭素ガスなどの気体を第２の気体流路１３７に通過させる一方、メタノール水溶液などの液体の通過を規制する疎水性材料（詳しくは疎水性多孔質材料）からなる第２の気体抽出材１３５とが設けられている。ここで、第１、第２の気体抽出材１３４、１３５に臨んでいる前記第１、第２の気液分離室１３１、１３２の高さ（図１５〜図１７の場合には第１、第２の気液分離室１３１、１３２が切欠かれて形成されている流路板１５４、１５６の厚さ）は、メタノール水溶液などの液体の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定されている。なお、図１５、図１６におけるＫは気泡を示す。
【００８３】
また、図１２に示す第１の燃料タンクＣ１の空気出入口（以下、セクションＳ４１と称す）には疎水性多孔質膜の第１のフィルタＦ１が介装され、第２の燃料タンクＣ２の空気出入口（以下、セクションＳ５１と称す）にも疎水性多孔質膜の第２のフィルタＦ２が介装されている。
【００８４】
セル１０１の空気極１０８に空気を供給する空気供給流路は、空気極１０８の一端とバッファタンクＢ１とを管路１２２で接続し、空気極１０８の他端を第３の気液分離器Ｌ３とバルブＶ１１を介して水貯蔵タンクＣ３の一端に接続している。なお、第３の気液分離器Ｌ３においては、空気極１０８側の流体から気体を分離して水分だけを水貯蔵タンクＣ３側に送る機能だけを有している。水貯蔵タンクＣ３の一端はバルブＶ６を介して前記第２の燃料供給流路１１７に接続されている。水貯蔵タンクＣ３も第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２と同じように、蛇行した細い（直径３ｍｍ以下）サーペンタイン型タンクで構成されている。
【００８５】
空気ポンプＡＰによって内部圧力が目標値を維持するように加圧されているバッファタンクＢ１は、バルブＶ１と前記第１のフィルタＦ１を介して第１の燃料タンクＣ１の空気入口に接続され、バッファタンクＢ１がバルブＶ３と前記第２のフィルタＦ２を介して第２の燃料タンクＣ２の空気入口に接続されている。また、バルブＶ１と第１のフィルタＦ１との接続点はバルブＶ２を介して大気に接続されている。バルブＶ３と第２のフィルタＦ２との接続点はバルブＶ４を介して大気に接続されている。
【００８６】
前記メタノール貯蔵容器Ｃ４には高濃度メタノールが封入された可撓性の袋１２３を収容する密閉室１２４が形成されており、この密閉室１２４はバルブＶ８を介してバッファタンクＢ１に接続されている。また、密閉室１２４はバルブＶ９を介して大気に開放されている。前記袋１２３の燃料出口は、異物混入防止用のフィルタＦ３とバルブＶ５を介して前記第１の燃料供給流路１１６に接続されている。メタノール貯蔵容器Ｃ４には余剰水タンクＣ５が併設されている。
【００８７】
余剰水タンクＣ５は、バルブＶ７を介して水貯蔵タンクＣ３の他端に接続されている。また、水貯蔵タンクＣ３の他端は、疎水性多孔質膜の第４のフィルタＦ４とバルブＶ１０を介してバッファタンクＢ１に接続されている。
【００８８】
さらに、前記セクションＳ４２（第１の燃料タンクＣ１の燃料出入口）、前記セクションＳ５２（第２の燃料タンクＣ２の燃料出入口）、前記セクションＳ４１（第１の燃料タンクＣ１の空気出入口）、前記セクションＳ５１（第２の燃料タンクＣ２の空気出入口）には、図１４に示すように、第１、第２の燃料タンクＣ１、Ｃ２内の液体燃料の量を検知する第１、第２のセンサＰとしての電極Ｐ１，Ｐ２が敷設されており、この電極Ｐ１，Ｐ２の間にメタノール水溶液が介在している電気抵抗値と、メタノール水溶液が介在しなくなった状態の電気抵抗値とに基づいて、各セクションＳ４１、Ｓ４２、Ｓ５１、Ｓ５２でのメタノール水溶液の有無を判別している。
【００８９】
なお、タンクＣ１，Ｃ２，Ｃ３の何れのものも、流路内部への撥液処理もしくは流路パイプに撥液材料を用いて構成されている。これは、流路壁面の濡れが高いと壁面に水膜が残存し、燃料の移動効率が悪くなるので、この点を改善する事を目的としている。より具体的には、タンクＣ１，Ｃ２，Ｃ３の流路内部へのフッ素系の撥液処理もしくはフッ素系のパイプ材料を使用して、流路隔壁に水膜及び滴を残すことなく燃料移動がスムーズで移動効率がよく、明確な液面検出が行える。
【００９０】
上記の各バルブＶ１〜Ｖ１１は、運転状態に応じて電気的に開閉状態を切り換えることができる電磁弁が使用され、より好ましくは、開閉状態の切り換えのタイミングにセットパルス電圧を印加すると、セットパルス電圧が無くなってその後にリセットパルス電圧が印加されるタイミングまで流路が開状態に自己保持され、リセットパルス電圧を印加すると、リセットパルス電圧が無くなってその後にセットパルス電圧が印加されるタイミングまで流路が閉状態に自己保持されるラッチングタイプの電磁弁が消費電力低減の上で好ましく、図１２において各バルブＶ１〜Ｖ１１には各運転状態に応じてコントローラ１２５から前記セットパルス電圧とリセットパルス電圧が印加されている。なお、コントローラ１２５には起動時に各種バルブＶ１〜Ｖ１１などを作動させるための起動専用電池を備えている。
【００９１】
各運転状態の「停止時」「起動時」「メタノール水溶液の供給」「メタノール注入」「水供給」「燃料または水供給タイミング」に基づいて詳しく説明する。
停  止  時
バルブＶ１〜Ｖ１１は全て閉状態にセットされており、第２の燃料タンクＣ２にメタノール水溶液が入れられているけれども、第１の燃料タンクＣ１は空状態になっている。さらに、セル１０１の燃料極１０７と第１，第２の燃料供給流路１１６，１１７には、燃料が満たされている。水貯蔵タンクＣ３には希釈水または空気極１０８で生成された水が入っている。
【００９２】
起  動
空気ポンプＡＰをオンにすると、バッファタンクＢ１を介してセル１０１の空気極１０８に空気が送られる。空気極１０８の流路の流路抵抗などによりバッファタンクＢ１の圧力は数ｋＰａまで上昇して安定し、スタンバイ状態となる。
【００９３】
メタノール水溶液の供給
ａ．待機ステージ
このメタノール水溶液の供給に際しての待機ステージでは、コントローラ１２５によってバルブＶ１，Ｖ３が閉状態、バルブＶ２，Ｖ４が閉状態にセットされる。
【００９４】
この時、コントローラ１２５は前記セクションＳ４１，Ｓ４２，Ｓ５１，Ｓ５２の電極Ｐ１，Ｐ２の電気導通度から、第１の燃料タンクＣ１が空状態、第２の燃料タンクＣ２が満状態かチェックする。具体的には、第１の燃料タンクＣ１の両端のセクションＳ４１，Ｓ４２のメタノールレベルがメタノールを検出できない状態（以下、このメタノール無し状態を"Ｌｏｗ"と称す），第２の燃料タンクＣ２の両端のセクションＳ５１，Ｓ５２のメタノールレベルがメタノールを検出した状態（以下、メタノール有り状態を"Ｈｉ"と称す）かどうかをチェックする。
【００９５】
第１の燃料タンクＣ１が空状態、第２の燃料タンクＣ２が満状態でない場合には、コントローラ１２５は、バルブＶ２，Ｖ３を閉状態、バルブＶ１，Ｖ４開状態にして、バッファタンクＢ１からバルブＶ１とフィルタＦ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ加圧空気を送り込み、第１の燃料タンクＣ１に残っていたメタノール水溶液を第１の燃料供給流路１１６と燃料極１０７と第２の燃料供給流路１１７、ならびに気液分離器Ｌ２を経て第２の燃料タンクＣ２へ移動させ、第２の燃料タンクＣ２から押し出された空気はフィルタＦ２からバルブＶ４を介して大気に放出される。
【００９６】
なお、待機ステージの終わりに第２の燃料タンクＣ２が満状態にならない場合には、メタノール水溶液が不足していると判定して、コントローラ１２５がこれを検出して第１の燃料供給流路１１６へ高濃度メタノールの注入を指示するとともに第２の燃料供給流路１１７へ水を注入するように制御する。
【００９７】
このようにして第１の燃料タンクＣ１が空状態、第２の燃料タンクＣ２が満状態になってから、コントローラ１２５は次の第１運転ステージを実行する。
ｂ．第１運転ステージ
この状態では、バルブＶ１，Ｖ４を閉状態、バルブＶ２，Ｖ３を開状態にセットして、バッファタンクＢ１からバルブＶ３とフィルタＦ２を介して第２の燃料タンクＣ２へ加圧空気を送り込むとともに、第１の燃料タンクＣ１ではフィルタＦ１とバルブＶ２を介して内部空気を大気に放出可能な状態とする。これにより、第２の燃料タンクＣ２のメタノール水溶液は、加圧空気の圧力により気液分離器Ｌ２を介して第２の燃料供給流路１１７へ押し出される。第２の燃料供給流路１１７へ押し出されたメタノール水溶液は、燃料極１０７を通過し、この燃料極１０７の通過でメタノールと水が消費され、二酸化炭素ガスが発生して気液混合流となったメタノール水溶液が第１の燃料供給流路１１６を経て、さらに気液分離器Ｌ１で気液分離されて、気液混合流の二酸化炭素ガスが気液分離器Ｌ１で分離されて大気に排出される。気液分離で残ったメタノール水溶液だけが気液分離器Ｌ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ流れ込む。
【００９８】
この場合に、燃料タンクＣ１、Ｃ２においては、メタノール水溶液に若干ではあるものの、二酸化炭素ガスなどの気体が溶け込んでいる。したがって、第２の燃料タンクＣ２からメタノール水溶液を送り出す際に、二酸化炭素ガスなどの気体が気泡となって生じる場合がある。しかしながら、図１５に示すように、気液分離器Ｌ２においては、第２の燃料タンクＣ２から送られてきた液体中に気体が混入していた場合でも、第２の気液分離室１３２において溜まった気泡Ｋが成長して第２の気体抽出材１３５に接触した時点で、気体は第２の気体抽出材１３５を通って第２の気体流路１３７に排出される。これにより、第２の燃料タンクＣ２におけるセクションＳ５２などの箇所で、気泡Ｋが溜まることが防止され、第２の燃料タンクＣ２において、メタノール水溶液が残っているにもかかわらず、セクションＳ５２の気泡Ｋをセンサにより検知し、誤って第２の燃料タンクＣ２のメタノール水溶液がなくなったと誤って判定することが防止される。また、第２の燃料タンクＣ２内のメタノール水溶液は、気液分離器Ｌ２の箇所で滞ることなく、良好に第２の燃料供給流路１１７を介して燃料極１０７に送られる。
【００９９】
また、燃料極１０７において二酸化炭素ガスを含んで気液混合流となったメタノール水溶液は第１の燃料供給流路１１６を経て、図１６に示すように、気液分離器Ｌ１の第１の気液分離室１３１に導入されるが、第１の気体抽出材１３４を通って第１の気体流路１３６に排出される。したがって、上述したように、二酸化炭素ガスが除去されたメタノール水溶液だけが、気液分離器Ｌ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ流れ込む。
【０１００】
また、上記流路構成になっているため、メタノール水溶液が送り込まれる第１の燃料タンクＣ１の流路において液面境界ができ、その液面がセクションＳ４２を通過し、セクションＳ４１に向かって移動する。
【０１０１】
メタノール水溶液がセクションＳ４１に到達したことを検出したコントローラ１２５は、次の第２運転ステージに切り換わる。
なお、第１運転ステージの終わりに第２の燃料タンクＣ２のセクションＳ５１，Ｓ５２が"Ｌｏｗ"レベルになっても第１の燃料タンクＣ１のセクションＳ４１，Ｓ４２が"Ｈｉ"レベルにならない場合には、所定量のメタノール水溶液が消費されたと判定して、コントローラ１２５がこれを検出して第１の燃料供給流路１１６へ高濃度メタノールの注入を指示するとともに第２の燃料供給流路１１７へ水を注入するように制御する。
【０１０２】
ｃ．第２運転ステージ
この第２運転ステージは、第１の燃料タンクＣ１から第２の燃料タンクＣ２へメタノール水溶液を移動させる運転ステージに切り換わる。具体的には、バルブＶ２，Ｖ３を閉状態，バルブＶ１，Ｖ４を開状態にセットし、バッファタンクＢ１からバルブＶ１とフィルタＦ１を介して第１の燃料タンクＣ１へ加圧空気を送り込むとともに、第２の燃料タンクＣ２ではフィルタＦ２とバルブＶ４を介して内部空気を大気に放出可能な状態とする。これにより、第１の燃料タンクＣ１に溜められていたメタノール水溶液は、気液分離器Ｌ１で気液分離された後に第１の燃料供給流路１１６へ押し出され、燃料極１０７に供給される。この燃料極１０７においてメタノールと水が消費され、二酸化炭素ガスが発生して気液混合流となったメタノール水溶液が第２の燃料供給流路１１７を経て、さらに気液分離器Ｌ２で気液分離されて、気液混合流の二酸化炭素ガスが気液分離器Ｌ２で分離されて大気に排出される。気液分離で残ったメタノール水溶液だけが気液分離器Ｌ２を介して第２の燃料タンクＣ２へ流れ込む。
【０１０３】
なお、第２運転ステージの終わりに第１の燃料タンクＣ１のセクションＳ４１，Ｓ４２が"Ｌｏｗ"レベルになっても第２の燃料タンクＣ２のセクションＳ５１，Ｓ５２が"Ｈｉ"レベルにならない場合には、所定量のメタノール水溶液が消費されたと判定して、コントローラ１２５がこれを検出して第１の燃料供給流路１１６へ高濃度メタノールの注入を指示するとともに第２の燃料供給流路１１７へ水を注入するように制御する。
【０１０４】
高濃度メタノールの注入の場合
高濃度メタノールを注入しない待機状態では、バルブＶ８，Ｖ５を閉状態，バルブＶ９を開状態にセットして待機しているが、高濃度メタノールを注入する場合には、バルブＶ９を閉状態，バルブＶ５，Ｖ８を開状態に切り換えて、バッファタンクＢ１からバルブＶ８を介してメタノール貯蔵容器Ｃ４の密閉室１２４に加圧空気を供給させる。これにより、供給された加圧空気の体積に応じて前記袋１２３が押しつぶされて袋１２３からフィルタＦ３とバルブＶ５を介して第１の燃料供給流路１１６に高濃度メタノールが注入される。この際の注入はコントローラ１２５が各々のセクションＳ４１，Ｓ４２，Ｓ５１、Ｓ５２が各ステージにおいて満状態になったかどうかを検出するまで行う。
【０１０５】
水の注入の場合
第１運転ステージと第２運転ステージとの繰り返しの運転中には、次のようにして水貯蔵タンクＣ３に水が貯蔵される。つまり、バルブＶ７，Ｖ１１を開状態、バルブＶ１０，Ｖ６を閉状態にセットし、セル１０１の空気極１０８を通過した水と未反応空気混合流体とを気液分離器Ｌ３に流す。この結果、未反応空気は大気に排出され、水のみが気液分離器Ｌ３の親水性多孔質材料からなる液体抽出材を通過し、この水がバルブＶ１１を通過して水貯蔵タンクＣ３に貯蔵される。水貯蔵タンクＣ３に水が送り込まれると、水貯蔵タンクＣ３の気液の液面は水の増加につれ、余剰水タンクＣ５に向かって移動する。余剰水タンクＣ５は、具体的には前記メタノール貯蔵容器Ｃ４の密閉室１２４の外側に併設された多孔質の材料で構成されており、水貯蔵タンクＣ３の容量を越える余剰水は、余剰水タンクＣ５の多孔質の材料に吸収して保持され、この多孔質の材料から大気に蒸発させて排出する。
【０１０６】
水貯蔵タンクＣ３から第２の燃料供給流路１１７への水の注入は、次のように実行される。この場合には、コントローラ１２５により、バルブＶ８を閉状態に維持した状態で、バルブＶ７，Ｖ１１を閉状態、バルブＶ６，Ｖ１０を開状態に切り換える。これにより、バッファタンクＢ１からバルブＶ１０とフィルタＦ４とを介して水貯蔵タンクＣ３に加圧空気が供給され、水貯蔵タンクＣ３に貯蔵されていた水がバルブＶ６を介して第２の燃料供給流路１１７へ注入される。この際の注入は、コントローラ１２５が各々のセクションＳ４１，Ｓ４２，Ｓ５１、Ｓ５２が各ステージにおいて満状態になったかどうかを検出するまで行う。注入が終れば、コントローラ１２５はバルブＶ７，Ｖ１１を開状態、バルブＶ１０，Ｖ６を閉状態に戻す。
【０１０７】
上記の「高濃度メタノールの注入の場合」と「水の注入の場合」のそれぞれのタイミングは、以下のとおりである。すなわち、燃料極１０７においてメタノールと水とが消費されると、例えば、第２の燃料タンクＣ２に第１の燃料タンクＣ１から燃料を搬送する場合、セクションＳ４１，Ｓ４２が"Ｌｏｗ"になってもセクションＳ５１，Ｓ５２が"Ｈｉ"にならない状態となる。この時にコントローラ１２５がメタノール濃度を見て、濃度が低いと判定した場合には高濃度メタノールを注入し、濃度が高いと判定した場合には水を注入する。
【０１０８】
なお、前記メタノール濃度検出は、第１の燃料供給流路１１６と第２の燃料供給流路１１７との少なくとも一方に設けたメタノール濃度センサ（図示せず）の出力の直接の読み取り、またはセル１０１の発電力から間接的に読み取る。
【０１０９】
このようにして第１の燃料供給流路１１６，第２の燃料供給流路１１７に注入された高濃度メタノールや水は、前記第１運転ステージと第２運転ステージとの繰り返しの運転によって迅速に均一に混合される。
【０１１０】
なお、第１の燃料タンクＣ１，第２の燃料タンクＣ２の体積は、セル１０１の燃料極１０７の流路を含む、第１の燃料供給流路１１６から第２の燃料供給流路１１７までの流路体積と同等またはそれ以上が好ましい。それは、セル１０１の燃料が一方向で入れ換わるからである。
【０１１１】
このようにセル１０１の燃料極１０７への燃料の供給を、第１運転ステージと第２運転ステージとの繰り返しの運転による双方向供給を行った燃料電池において、セル１０１の電流−電圧特性の測定を行った。その結果、第１運転ステージと第２運転ステージとの切り換えのタイミングでの電流，電圧変化は、検出されなかった。１ｍＷ以下の変化と予想される。
【０１１２】
また、一方向だとセル１０１の燃料極の入口は、ガス無、メタノール濃度リッチとなる一方で、燃料極の出口は、ガス量が多く、メタノール濃度が低いという状態が連続的に発生する。したがって、入口側は発電出力が高く、出口側は発電出力が低くなり、空気極の入口側の寿命が低くなるとともに、燃料極の入口側におけるメタノール濃度がいつも高いので、メタノールクロスオーバーが発生して出力上がらなくなる。これに対して、上記の実施の形態のようにセル１０１の燃料極１０７への燃料の供給を双方向にすることでＭＥＡ（ＭＥＡ＝Membrane Electrode Assembly）膜の出力が平均化され、ＭＥＡの負荷も平均化される。また、入出口のメタノール濃度が、低，高と入れかわるので、メタノールクロスオーバーが低減される。
【０１１３】
この結果、出力が上昇する。気泡の排出においても、流れが一方向だと気泡が燃料極の電極触媒層で比較的留まり易くなって燃料極の出口部からの気泡の排出能力が低下するが、流れが双方向だと、流入方向が変わるので、気泡が燃料極の電極触媒層から離反しやすくなり、燃料極の出口部で気泡量が多くなる。また、万一、一方向の流れにおいての気泡の排出能が低下した場合でも、入口位置が切り換わるので液体の流れの力によって、気泡の排出能が促進され、その結果、流体燃料の供給不足も発生し難くなり、長期間にわたって安定した動作を行うことができる。
【０１１４】
また、空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰを燃料極１０７での燃料供給手段（第１、第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２の液体燃料を燃料極１０７側へ送り出す第１、第２の送り手段）にも使用しているため、従来のように空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰとは別に設けた液体ポンプによって燃料極１０７へ燃料供給する場合に比べて、単一のモータで済む分だけ装置の小型軽量化を実現できる。さらに、液体ポンプを使用して燃料極１０７へ燃料供給していた場合には呼び水を与えなければ起動できなかったが、この実施の形態では空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰを燃料極１０７での燃料供給にも使用しているため、前記呼び水が不要で、確実な起動を実現できる。
【０１１５】
また、前記メタノール貯蔵容器Ｃ４から第１の燃料供給流路１１６への高濃度メタノールの注入にも、空気極１０８に空気を送るエアーポンプＡＰを使用しているため、メタノールに耐性のある特別な材料で作られたポンプを使用しなくても済み、メタノールの微量搬送に適している。燃料電池の姿勢を反対にしてメタノール貯蔵容器Ｃ４のメタノール出口に空気が接した場合であっても、確実にメタノールを注入できる。
【０１１６】
また、重量分離方式の循環タンクの場合、携帯用の燃料電池では、上下逆さにされる恐れがあり、二酸化炭素ガスの排出ができないとともに、液面が揺れるので液面センサが誤動作し、さらに、振動があった場合は、循環タンクがシャッフルされて液体に多量の気泡が混入し、空気ポンプを誤動作させるという問題があったが、上記の実施の形態では、第１，第２の燃料タンクＣ１，Ｃ２の形状を管路で形成したため、メタノールと空気との液面が燃料電池の姿勢によらず一定となり、安定した動作を期待できる。
【０１１７】
そして特に、燃料極１０７に接続された燃料供給流路１１６、１１７と燃料タンクＣ１、Ｃ２との間に介装した気液分離器Ｌ１、Ｌ２に、燃料供給流路１１６、１１７側の第１の気液分離室１３１に第１の気体抽出材１３４を臨ませただけでなく、燃料タンクＣ１、Ｃ２側に接続されている第２の気液分離室１３２にも第２の気体抽出材１３５を臨ませたので、燃料タンクＣ１、Ｃ２において、溶け込んでいた二酸化炭素ガスが気泡Ｋとして発生した場合でも、この気体を第２の気体流路１３７に良好に排出させることができ、第２の燃料タンクＣ２において、メタノール水溶液が残っているにもかかわらず、セクションＳ５２の気泡Ｋをセンサにより検知し、第２の燃料タンクＣ２のメタノール水溶液がなくなったと誤って判定することが防止されて、信頼性が向上する。また、気液分離器Ｌ１、Ｌ２の第２の気液分離室１３２で気泡Ｋが溜まらないので、第２の燃料タンクＣ２内のメタノール水溶液がこの箇所で滞ることなく良好に燃料供給流路１１７を介して燃料極１０７に送られ、燃料極１０７へのメタノール水溶液の供給機能が向上し、ひいては燃料電池の発電性能を向上できる。
【０１１８】
また、気液分離器Ｌ１、Ｌ２における気体抽出材１３４、１３５に臨む気液分離室１３１、１３２の高さを、メタノール水溶液の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径以下に設定したので、気液分離器Ｌ１、Ｌ２がどのような姿勢であろうとも、気液分離室１３１、１３２に供給された気体混合液体中の気体である二酸化炭素ガスが、最大気泡成長径に達するまでに気体抽出材１３４、１３５に接触し、各気体抽出材１３４、１３５を通して気体流路１３６、１３７に良好に排出され、携帯用の燃料電池として用いられて、上下逆さにされた場合でも気液混合流体を燃料電池の姿勢に影響されることなく、確実に気体と液体とに良好に分離することができて、二酸化炭素ガスなどの気体を良好に排出できる。
【０１１９】
ここで、気液分離器Ｌ１、Ｌ２における気体抽出材１３４、１３５に臨む気液分離室１３１、１３２の高さである、メタノール水溶液の表面張力に依存する重力方向の最大気泡成長径に関してさらに詳しく説明する。
【０１２０】
一般に、気体抽出材１３４、１３５に対する気体の通過圧力および湿潤された液体抽出材１３３に対する液体の通過圧力ｐは、多孔質材料の孔径をＤ、液体の表面張力をＴ、液体と多孔質材料との接触角をＡとすると理論的には次式で表される。
【０１２１】
ｐ＝（１／Ｄ）・４・Ｔ・（cosＡ）
ここで、液体と多孔質材料との接触角が９０°を越えると、孔から液体を排出する圧力ｐが働く。
【０１２２】
一方、液体と多孔質材料との接触角が９０°未満の場合、気体混合液体の入った孔から気体を排出する圧力ｐが働く。ただし、乾燥している場合は、接触角が９０°未満でも接触角の値が高いと孔出口から液体が涌き出るときに保持圧力が働き液体が透過し難くなるので、接触角は０°に近いほうが好ましい。
【０１２３】
さらに、液体抽出材１３３と気体抽出材１３４、１３５とで構成される気液分離室１３１、１３２の高さを特定の距離以下に設定するために、ここでは流路板１５４、１５６の板厚が、図１８、図４に示すように設定されている。図１９に示す比較例と比べて説明する。
【０１２４】
気液分離室１３１、１３２の高さＨは、互いに対向して配置された液体抽出材１３３と気体抽出材１３４、１３５との距離であり、この高さＨが図１９に示すように広すぎた場合には、気体抽出材１３４、１３５が重力方向の下側になるような気液分離器Ｌ１、Ｌ２の姿勢になると、液体が重力により気体抽出材１３４、１３５を覆い、気体の出口を失うため気液分離の機能を失う。
【０１２５】
しかし、実験により気液分離室１３１、１３２の高さ（気体抽出材１３４、１３５と液体抽出材１３３との間隔）Ｈを特定の距離以下にすると良好な分離機能が得られることが分かった。その高さとは、重力方向の最大気泡膜成長高さＹ以下の高さである。
【０１２６】
図１９に示すように、気泡Ｋは浮力によって液体内部で上昇するため、重力方向の上側の液体抽出材１３３に気泡Ｋが付着する。液体抽出材１３３は気体を通過させないで液体を透過していくので、徐々に気泡Ｋが集まり成長していく。
【０１２７】
破線で示すように気泡Ｋの成長と共に気泡形状が、球形から浮力により楕円形状になっていき、気泡Ｋの体積がある一定量を超えると重力方向の気泡径に変化が無くなり、横方向にのみ気泡Ｋが広がっていく現象がみられる。この重力方向の気泡径に変化が無くなったときの距離（矢印Ｙで示す距離）を、重力方向の最大気泡成長径と呼ぶ。
【０１２８】
この図１９に示す比較例のように、流路板１５４、１５６の板厚で決まる気液分離室１３１、１３２の高さＨが、矢印Ｙで示す重力方向の最大気泡成長径より大きい場合には、気体混合液体の液体が下側にある気体抽出材１３４、１３５の全面を覆ってしまって気体の流出が無くなる。そして、上側にある液体抽出材１３３を液体が通過すると、同じ液体抽出材１３３の表面に気泡Ｋが付着して成長し、ついには、重力方向の最大気泡成長径Ｙの膜厚の気泡膜が液体抽出材１３３を覆い、液体の排出も停止し、気液分離機能を失う。
【０１２９】
これに対して、図１８に示すように、気液分離室１３１、１３２の高さＨが矢印Ｙで示す重力方向の最大気泡成長径以下になるように流路板１５４、１５６の板厚を決定した場合には、液体抽出材１３３の表面に気泡が成長して最大気泡成長径に達する前に気体抽出材１３４、１３５に気泡Ｋが接触するので、気体抽出材１３４、１３５が気泡Ｋを吸着して吸収し、気体流出流路１３６、１３７に排出されるため、気体抽出材１３４、１３５が重力方向の下側になるという最悪のケースにおいても気液分離機能を正常に動作させることができる。
【０１３０】
この重力方向の最大気泡高さＹは、図４に示すごとく、液体の表面張力に依存し、７４ｍＮ／ｍの純水の場合で約６ミリメートル、約２３ｍＮ／ｍのメタノール、エタノール、アセトンの場合で約３ミリメートルである。すなわち、気液分離室１３１、１３２の高さＨは、使用液体の表面張力により限界値が異なることになる。
【０１３１】
従って、液体が水の場合は、気液分離室１３１、１３２の高さＨを６ミリメートル以下に、メタノール水溶液の場合は約３ミリメートル以下にすると、気液分離器Ｌ１、Ｌ２の姿勢が横転したり逆転したりした状態においても確実に気体混合液体から気体と液体とを分離する機能を失うことなく動作させることができる。
【０１３２】
さらに、上記実施の形態では、気液分離器Ｌ１、Ｌ２を複数枚の流路板１５１〜１５９を積層して構成したことによって小型、薄型が可能で、携帯機器用の燃料電池として特に好適に使用できる。
【０１３３】
また、上記実施の形態においては、気液分離器Ｌ１、Ｌ２を燃料電池の構成要素部品として用いた場合を述べたが、これに限るものではなく、気体混合液体が双方向に流れるものに対して、良好に気液分離を行うことができ、医療用輸液の気液分離やマイクロ化学分析システムなどにも好適に使用できる。
【産業上の利用可能性】
【０１３４】
本発明の気液分離器は、燃料電池における気液分離や、医療用機械器具の輸液ポンプにおける気液分離、マイクロ化学分析システムにおける気液分離などに好適に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１３５】
【図１】本発明の実施の形態１における気液分離器の断面図
【図２】同実施の形態の分解斜視図
【図３】同実施の形態における気液分離器の気液分離室内の高さが重力方向最大気泡成長径以下にしてある場合の動作を示す断面図
【図４】同実施の形態および実施の形態５の液体の表面張力と重力方向最大気泡成長径の関係を示す図
【図５】気液分離室内の高さが高い場合の比較例を示す断面図
【図６】本発明の実施の形態２における気液分離器の断面図
【図７】同実施の形態の分解斜視図
【図８】本発明の実施の形態３における気液分離器の断面図
【図９】同実施の形態の分解斜視図
【図１０】本発明の実施の形態４における気液分離器の断面図
【図１１】同実施の形態の分解斜視図
【図１２】本発明の実施の形態５に係る燃料電池の構成を概略的に示す図
【図１３】同燃料電池の第１，第２の燃料タンクの平面図
【図１４】燃料タンクの要部拡大断面図
【図１５】本発明の実施の形態５に係る気液分離器の燃料タンク側から気体混合液体が流れてきた場合を示す断面図
【図１６】同気液分離器の燃料供給流路側から気体混合液体が流れてきた場合を示す断面図
【図１７】同気液分離器の分解斜視図
【図１８】同実施の形態５における気液分離器の気液分離室内の高さが重力方向最大気泡成長径以下にしてある場合の動作を示す断面図
【図１９】気液分離室内の高さが高い場合の比較例を示す断面図
【図２０】燃料電池の発電システムを説明するセルの拡大断面図
【符号の説明】
【０１３６】
１    第５の流路板
２    液体流出路
２Ａ    液体室用切欠部
２Ｂ    液体流出用切欠部
３    第４の流路板
４    液体抽出材
４Ａ    液体抽出膜
４Ｂ    液体抽出材
５    第２の流路板
６    流入路
６Ａ    流入用切欠部
６Ｂ    分離室用切欠部
６Ｃ    液体流出用切欠部
７    第１の流路板
７Ａ，７Ｂ    第１，第２の分離室ブロック
８    気液分離室
９    気体抽出材
９Ａ    気体抽出膜
９Ｂ    気体抽出材
１０    第３の流路板
１０Ｂ    第１の流路板
１１    気体流出路
１１Ａ    気体室用切欠部
１１Ｂ    気体流出用切欠部
１１Ｃ    気体室用切欠部
１１Ｄ    気体流出用切欠部
１２    第６の流路板
１２Ｂ    第３の流路板
１３    第７の流路板
１３Ｂ    第４の流路板
１４    気液分離室の高さ
１５    気泡
１６    重力方向の最大気泡膜成長高さ
１８    第１の側板
１９    第２の側板
１０１    セル
１０２    固体電解質膜
１０３，１０４    電極触媒層
１０７    燃料極
１０８    空気極
１１６    第１の燃料供給流路
１１７    第２の燃料供給流路
１２５    コントローラ
１３１    第１の気液分離室
１３２    第２の気液分離室
１３３    液体抽出材
１３４    第１の気体抽出材
１３５    第２の気体抽出材
１３６    第１の気体流路
１３７    第２の気体流路
１５１〜１５９    流路板
ＡＰ    空気ポンプ（第１、第２の送り手段）
Ｂ１    バッファタンク
Ｃ１    第１の燃料タンク
Ｃ２    第２の燃料タンク
Ｃ３    水貯蔵タンク
Ｃ４    メタノール貯蔵容器
Ｃ５    余剰水タンク
Ｌ１    第１の気液分離器
Ｌ２    第２の気液分離器
Ｈ      気液分離室の高さ
Ｐ      第１の、第２のセンサ
Ｖ１〜Ｖ１１    バルブ
Ｙ      重力方向の最大気泡成長径
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2005238217.tif 000023
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１１】
2005238217.tif 000024