JP2012226974A - レドックス燃料電池システムおよび燃料電池車両 - Google Patents

Abstract

【課題】エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システム１を提供する。
【解決手段】アノードに供給された燃料ガスＧｆｕと、カソードに供給されたカソード溶液Ｌｃａとを用いて発電するレドックス燃料電池２と、カソードを通流後のカソード溶液Ｌｃａを、酸化剤Ｇｏｘで酸化させることで再生する再生塔１２と、燃料ガスＧｆｕを貯蔵する水素タンク４と、燃料ガスＧｆｕを水素タンク４からアノードに供給する燃料ガス供給路６と、カソード溶液Ｌｃａを再生塔１２とカソードの間で循環させるカソード溶液循環路１１と、酸化剤Ｇｏｘを再生塔１２に供給する酸化剤供給路１４と、レドックス燃料電池２が発電した電力により駆動される駆動モータ１５とを備えるレドックス燃料電池システム１であって、駆動モータ１５がレドックス燃料電池２によらず回転して発電した回生電力は、レドックス燃料電池２に供給される。
【選択図】図１

Description

本発明は、レドックス燃料電池を備えたレドックス燃料電池システムと、それを搭載した燃料電池車両に関する。

レドックス燃料電池システムとしては、アノードに供給される水素ガスと、カソードに供給されるカソード溶液とを用いて発電するものが提案されている（特許文献１等参照）。カソード溶液は、カソードに供給され還元されるが、反応チャンバ（再生塔）において酸化剤によって再酸化されることで、カソードに循環供給されることを可能にしている。

特表２０１０−５４１１２７号公報

レドックス燃料電池システムを車載する場合には、車両の運動エネルギを、回生エネルギとして、レドックス燃料電池システムで回収できれば、燃料電池車両としてのエネルギ効率を向上できると考えられる。

そこで、本発明の課題は、エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供し、さらに、これを搭載しエネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することにある。

本発明は、アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された非揮発性のカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生する再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノードに供給する燃料ガス供給路と、
前記カソード溶液を前記再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記再生装置に供給する酸化剤供給路と、
前記レドックス燃料電池が発電した電力により駆動される駆動モータと
を備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記駆動モータが前記レドックス燃料電池によらず回転して発電した回生電力は、前記レドックス燃料電池に供給されることを特徴としている。

これによれば、レドックス燃料電池システムに回生電力が供給されるので、アノードでは燃料ガス（水素）が再生（生成）され、カソードではカソード溶液が再生される。回生電力（回生エネルギ）が、再生された燃料ガスと再生されたカソード溶液として貯蔵することが可能になるので、レドックス燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。また、回生電力を蓄電するために用いられるレドックス燃料電池以外のバッテリ等については、小型化あるいは廃止することが可能となる。

また、本発明では、前記アノードを通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノードに戻す燃料ガス循環路を備え、
前記回生電力が前記レドックス燃料電池に供給されることにより前記アノードで発生する前記燃料ガスが、前記燃料ガス循環路に貯蔵されることが好ましい。

これによれば、再生した燃料ガスを排気することなく回収でき、レドックス燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。

また、本発明では、前記燃料ガス循環路に、前記燃料ガスを貯蔵することができる燃料ガス貯蔵手段を備えることが好ましい。

これによれば、回生により再生された燃料ガスが多い場合にも回収できる。

また、本発明では、前記駆動モータに接続された蓄電手段を備え、
前記アノードと前記カソードの間の電圧が上昇して前記所定電圧に達した場合は、前記回生電力を前記蓄電手段に供給することが好ましい。

これによれば、回生電力が大きくアノードとカソードの間の電圧が上昇しても、回生電力を蓄電手段に供給することで、その電圧の上昇を抑制することができ、カソード溶液中の水が電気分解されるのを防ぐことができる。水が電気分解されると、カソード溶液中に酸素が発生し、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を劣化させる。水の電気分解は、所定電圧以上である場合に生じるので、所定電圧に達した場合には、回生電力を蓄電手段に供給することで、エネルギ効率を高く維持したまま、水の電気分解を抑制することができる。

また、本発明では、前記燃料ガス供給路に設けられ、前記燃料ガスタンクから前記アノードへの前記燃料ガスの供給を遮断する遮断弁と、
前記燃料ガス循環路に設けられ、前記燃料ガス循環路内の圧力を検知する圧力検知手段とを備え、
前記回生電力が前記レドックス燃料電池に供給開始された後又は前記回生電力の供給後に、前記遮断弁を閉じて、前記燃料ガスタンクから前記アノードへの前記燃料ガスの供給を遮断し、前記燃料ガス循環路に貯蔵された前記燃料ガスを用いて発電し、前記燃料ガス循環路内の圧力を下げ、
前記燃料ガス循環路内の圧力が所定圧力まで下がると、前記遮断弁を開いて前記燃料ガスタンクから前記アノードへ供給される前記燃料ガスを用いて発電することが好ましい。

これによれば、優先的に再生された燃料ガスが用いられるので、次の回生の際までに、燃料ガス循環路内を空けておくことができる。次の回生の際に発生した回生電力も、燃料ガスに変換して、燃料ガス循環路内に貯蔵することができ、レドックス燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。

また、本発明では、前記酸化剤供給路を介して前記再生装置に供給される前記酸化剤を昇圧する酸化剤昇圧手段を備え、
前記アノードと前記カソードの間の電圧が所定電圧以上である場合に、前記回生電力を前記酸化剤昇圧手段に供給し、前記酸化剤を昇圧することが好ましい。

これによれば、酸化剤が昇圧されると、その酸化剤は再生装置に供給され、再生装置に供給された酸化剤は、カソード溶液を再生する。回生電力（回生エネルギ）が、再生されたカソード溶液として貯蔵されることになるので、レドックス燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。

また、本発明は、本発明に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であることを特徴としている。

これによれば、エネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することができる。

本発明によれば、エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供することができ、さらに、これを搭載しエネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することができる。

本発明の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。 本発明の実施形態に係るレドックス燃料電池システムの発電のメカニズムを説明するための図である。 レドックス燃料電池の発電充電特性を示すグラフである。 レドックス燃料電池システムの通常の発電時（圧力Ｐ≦所定圧力）の状態を示す構成図である。 レドックス燃料電池システムの回生（充電）時（電圧Ｖ＜所定電圧）の状態を示す構成図である。 レドックス燃料電池システムの回生（充電）時（電圧Ｖ≧所定電圧）の状態を示す構成図である。 レドックス燃料電池システムの回生後の発電時（圧力Ｐ＞所定圧力）の状態を示す構成図である。

次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係るレドックス燃料電池システムは、燃料電池車両（自動車）に搭載されることを想定しているが、船舶や、自動二輪車、定置用発電装置などに搭載されてもよいのはもちろんである。

図１に、本発明の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。燃料電池車両１００では、車輪を駆動させる駆動モータ（ＭＯＴ）１５が、パワーディストリビューションユニット（ＰＤＵ）１６を介して、レドックス燃料電池２（レドックス燃料電池システム１）に接続している。ＭＯＴ１５は、レドックス燃料電池２が発電し供給する電力で、駆動（回動）し、車輪を回動させることで、燃料電池車両１００を走行させることができる。

レドックス燃料電池システム１は、主として、レドックス燃料電池２と、水素タンク（燃料ガスタンク）４と、燃料ガス供給路６と、燃料ガス循環路７と、カソード溶液循環路１１と、再生塔（再生装置）１２と、酸化剤供給路１４と、エアポンプ（Ａ／Ｐ：補機、酸化剤昇圧手段）２１と、制御部３とを有している。

レドックス燃料電池２は、アノード２ｄ（図２参照）に供給された燃料ガスＧｆｕ（例えば、水素ガス）と、カソード２ｂ（図２参照）に供給された非揮発性のカソード溶液Ｌｃａとを用いて発電する。カソード溶液Ｌｃａとしては、例えば、バナジウム（Ｖ）を希硫酸に溶解させた電解液（バナジウム溶液）や、Ｎ−ドナーリガンドの溶液（特表2009-544132号公報参照）や、変性フェロセン溶液（特表2009-544131号公報参照）等を用いることができる。電圧検知手段２ｆは、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（図２参照）とカソード２ｂ（図２参照）の間の電圧Ｖを検知する。

水素タンク４には、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、高圧に圧縮されて貯蔵されている。

燃料ガス供給路６は、水素タンク４から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを減圧して、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（図２参照）に供給する。燃料ガス供給路６には、水素タンク４からの燃料ガス（水素）Ｇｆｕの供給を遮断する遮断弁５が設けられている。

燃料ガス循環路７は、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（図２参照）を通流後の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、循環させ、燃料ガス供給路６の遮断弁５よりレドックス燃料電池２の側に、すなわち、レドックス燃料電池２のアノード２ｄに、戻している。燃料ガス循環路７には、レドックス燃料電池２で再生された燃料ガス（水素）Ｇｆｕをいったん貯蔵する燃料ガス貯蔵手段としてのバッファタンク８又は配管が設けられている。また、燃料ガス循環路７には、燃料ガス循環路７内の圧力Ｐを検知する圧力検知手段７ａと、燃料ガス循環路７内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを圧送し循環させる循環ポンプ９とが設けられている。循環ポンプ９は、ＭＯＴ１５に並列に接続されている。詳細には、循環ポンプ９に接続するＰＤＵ９ａは、ＭＯＴ１５に接続するＰＤＵ１６に並列に接続されている。なお、循環ポンプ９の換わりにエジェクタ（エゼクタ）を用いてもよい。これによれば、燃料ガス循環路７内から燃料ガス供給路６へ燃料ガス（水素）Ｇｆｕを吸引でき、燃料ガス循環路７内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを循環させることができる。

カソード溶液循環路１１は、カソード溶液Ｌｃａを、再生塔１２とレドックス燃料電池２のカソード２ｂ（図２参照）の間で循環させる。カソード溶液循環路１１には、レドックス燃料電池２のカソード２ｂ（図２参照）を通流後の還元されたカソード溶液Ｌｃａを、酸化剤Ｇｏｘ（例えば、酸素や空気）で酸化させることで再生する再生塔１２が設けられている。また、カソード溶液循環路１１には、カソード溶液循環路１１内のカソード溶液Ｌｃａを圧送し循環させる循環ポンプ１３が設けられている。循環ポンプ１３は、ＭＯＴ１５に並列に接続されている。詳細には、循環ポンプ１３に接続するＰＤＵ１３ａは、ＭＯＴ１５に接続するＰＤＵ１６に並列に接続されている。なお、図１において、カソード溶液循環路１１は太い破線で示されている。図４〜図７でも同様に示している。

酸化剤供給路１４は、エアポンプ（Ａ／Ｐ（エアコンプレッサ）：補機、酸化剤昇圧手段）２１で大気吸入した酸化剤Ｇｏｘを、再生塔１２に供給する。酸化剤Ｇｏｘは、再生塔１２内において、カソード溶液Ｌｃａに噴射され吹き込まれ、カソード溶液Ｌｃａを酸化する。そして、酸化剤Ｇｏｘは、再生塔１２から、排気路２４を経由して大気中に排出される。エアポンプ２１は、酸化剤Ｇｏｘを、大気から吸入して、圧縮・昇圧し、酸化剤供給路１４を介して、再生塔１２へ圧送する。エアポンプ２１は、ＭＯＴ１５に並列に接続されている。詳細には、エアポンプ２１に接続するエアポンプパワーディストリビューションユニット（Ａ／Ｐ ＰＤＵ）２２は、ＭＯＴ１５に接続するＰＤＵ１６に並列に接続されている。

レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（図２参照）とカソード２ｂ（図２参照）とには、ＰＤＵ１６を介して、ＭＯＴ１５が接続され、また、Ａ／Ｐ ＰＤＵ２２を介して、エアポンプ２１が接続され、さらに、ＰＤＵ１３ａを介して、循環ポンプ１３が接続され、さらに、ＰＤＵ９ａを介して、循環ポンプ９が接続している。

図２に、本発明の実施形態のレドックス燃料電池システム１における、特に、レドックス燃料電池２と再生塔１２における、発電のメカニズムを説明するための図を示す。燃料ガスＧｆｕは、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅを通流することで、アノード側流路２ｅに面しているアノード２ｄに到達することができる。アノード２ｄとカソード２ｂの間には、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃが設けられている。カソード溶液Ｌｃａは、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａを通流することで、カソード側流路２ａに面しているカソード２ｂに到達することができる。レドックス燃料電池２では、アノード２ｄとカソード２ｂとでプロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを挟持してなる単セルを複数積層すれば、所望の電圧に高めて取り出すことができる。

レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが通流すると、アノード２ｄに燃料ガス（水素）Ｇｆｕが供給される。アノード２ｄにおいては、燃料ガス（水素Ｈ_２）Ｇｆｕから、水素イオン（Ｈ^＋）と電子（ｅ⁻）が生成される（Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻）。電子（ｅ⁻）は、アノード２ｄから、負荷となるＰＤＵ１６等およびＭＯＴ１５等が接続された配線を経由して、カソード２ｂへ移動する。この電子（ｅ⁻）の移動が、いわゆる、発電（現象）となる。水素イオン（Ｈ^＋）は、アノード２ｄから、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを経由して、カソード２ｂへ移動する。プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃでは、水素イオン（Ｈ^＋）が、アノード２ｄ側からカソード２ｂ側へ通過する。

レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａに、カソード溶液Ｌｃａが通流すると、カソード２ｂにカソード溶液Ｌｃａが供給される。カソード２ｂには、カソード溶液Ｌｃａから二酸化バナジウムイオン（ＶＯ_２ ^＋）が供給され、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃから水素イオン（Ｈ^＋）が供給され、配線から電子（ｅ⁻）が供給される。これらにより、カソード２ｂにおいて、二酸化バナジウムイオン（ＶＯ_２ ^＋）と、水素イオン（Ｈ^＋）と、電子（ｅ⁻）とから、酸化バナジウムイオン（ＶＯ^２＋）と、水（Ｈ_２Ｏ）とが生成される（ＶＯ_２ ^＋＋２Ｈ^＋＋ｅ⁻→ＶＯ^２＋＋Ｈ_２Ｏ）。

カソード２ｂで生成した酸化バナジウムイオン（ＶＯ^２＋）と水（Ｈ_２Ｏ）は、カソード側流路２ａを通流するカソード溶液Ｌｃａに溶解等して含まれて、カソード溶液Ｌｃａと共に再生塔１２に流れ込む。また、再生塔１２には、酸化剤（空気、酸素Ｏ_２）Ｇｏｘが供給されている。酸化剤（空気、酸素Ｏ_２）Ｇｏｘは、カソード溶液Ｌｃａ中に吹き込まれている。これらにより、再生塔１２において、酸化バナジウムイオン（ＶＯ^２＋）と、酸素（Ｏ_２）とから、二酸化バナジウムイオン（ＶＯ_２ ^＋）が生成（再生）される（ＶＯ^２＋＋（１／２）Ｏ_２→ＶＯ_２ ^＋）。再生した二酸化バナジウムイオン（ＶＯ_２ ^＋）は、レドックス燃料電池２と再生塔１２の間を循環するカソード溶液Ｌｃａと共に、再び、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａ（カソード２ｂ）に供給される。再生塔１２における化学反応と、カソード２ｂにおける化学反応と、アノード２ｄにおける化学反応とを合わせたトータル反応は、酸素（Ｏ_２）と水素（Ｈ_２）とから、水（Ｈ_２Ｏ）が生成される反応となっている（（１／２）Ｏ_２＋Ｈ_２→Ｈ_２Ｏ）。また、カソード溶液Ｌｃａ中の水（Ｈ_２Ｏ）は、吹き込まれた酸化剤（空気、酸素Ｏ_２）Ｇｏｘ中に溶け込み、酸化剤（空気、酸素Ｏ_２）Ｇｏｘと共に、大気中に、排気路２４を経由して放出される。

図３に、レドックス燃料電池２の発電充電特性のグラフを示す。グラフの横軸は、レドックス燃料電池２のカソード２ｂからアノード２ｄへと負荷（ＭＯＴ１５）を経由して流れる電流、すなわち、レドックス燃料電池２の発電電流等を示している。横軸（電流）の０（ゼロ）は、電流が流れていない状態を示している。この０（ゼロ）状態の右側は、発電領域になっている。発電領域では、レドックス燃料電池２が発電している状態にあり、レドックス燃料電池２から電力が出力される。０（ゼロ）状態の左側は、充電領域になっている。充電領域では、レドックス燃料電池２が充電している状態にあり、回生電力（回生エネルギ）をレドックス燃料電池２に蓄電することができる。

グラフの縦軸は、レドックス燃料電池２のカソード２ｂとアノード２ｄの間の電圧Ｖを示している。この電圧Ｖは、電圧検知手段２ｆによって検知することができる。発電時には（電流が発電領域にある場合には）、電流が大きくなる（０（ゼロ）状態から離れる）程、電圧Ｖが小さくなる傾向にある。充電時には（電流が充電領域にある場合には）、電流が大きくなる（０（ゼロ）状態から離れる）程、電圧Ｖが大きくなる傾向にある。そして、充電時において、電圧Ｖが所定電圧以上になると、酸化バナジウムイオン（ＶＯ^２＋）や二酸化バナジウムイオン（ＶＯ_２ ^＋）等を溶解している溶媒である水の電気分解が生じる。水が電気分解されると、カソード溶液Ｌｃａ中に酸素が発生し、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを劣化させるので、本実施形態では、充電は、電圧Ｖが所定電圧未満の範囲で実施される。

図４に、レドックス燃料電池システム１の通常の発電時（圧力Ｐ≦所定圧力）の状態を示す。

通常の発電時には、制御部３によって、遮断弁５は、開弁されている。これにより、レドックス燃料電池２に燃料ガス（水素）Ｇｆｕが供給され発電している。なお、制御部３は、燃料電池車両１００に設けられたアクセルペダル（図示省略）やブレーキペダル（図示省略）が、運転者によって踏み込まれているか否かを判定することで、現在が、発電時か、充電（回生）時かを判定することができる。例えば、ブレーキペダル（図示省略）が、運転者によって踏み込まれている場合は、現在が充電（回生）時であると判定し、アクセルペダル（図示省略）が、運転者によって踏み込まれている場合は、現在が発電時であると判定する。すなわち、現在が発電時であることは、制御部３によって判定することができる。

なお、制御部３は、充電（回生）時のＭＯＴ１５による目標回生発電量を、ブレーキペダルの踏み込み量と燃料電池車両１００の車速とに基づいて算出する要求制動トルクに見合うように設定する。制御部３は、その目標発電量を満足するように、ＰＤＵ１６をオン・オフ制御する。充電（回生）時に、インバータであるＰＤＵ１６をオン制御（スイッチング制御）すると、発電機としてのＭＯＴ１５が、負荷としてのレドックス燃料電池２に接続され、回生電力が蓄電される一方で燃料電池車両１００には制動力が作用する。ＰＤＵ１６をオフ制御すれば、燃料電池車両１００に制動力は作用しない。制御部３は、ＰＤＵ１６に対するオン制御の時間とオフ制御の時間の比率を制御（オン・オフ制御）することで、ＭＯＴ１５による目標回生発電量を満足させることができる。回生発電した電力は、レドックス燃料電池２に供給される。

また、制御部３は、発電時のレドックス燃料電池２による目標発電量を、アクセルペダルの踏み込み量と燃料電池車両１００の車速などに基づいて算出する要求駆動トルクに見合うように設定するＭＯＴ１５の要求電力と、エアポンプ２１等の補機の要求電力との和の電力に基づいて設定する。制御部３は、その目標発電量を満足するように、ＰＤＵ１６、９ａ、１３ａとＡ／Ｐ ＰＤＵ２２をオン・オフ制御する。発電時に、ＰＤＵ１６、９ａ、１３ａとＡ／Ｐ ＰＤＵ２２をオン制御すると、レドックス燃料電池２が、負荷としてのＭＯＴ１５、エアポンプ２１、循環ポンプ９、１３に接続され、ＭＯＴ１５、エアポンプ２１、循環ポンプ９、１３が駆動する。ＰＤＵ１６、９ａ、１３ａとＡ／Ｐ ＰＤＵ２２をオフ制御すれば、ＭＯＴ１５、エアポンプ２１、循環ポンプ９、１３は駆動しない。制御部３は、ＰＤＵ１６、９ａ、１３ａとＡ／Ｐ ＰＤＵ２２に対するオン制御の時間とオフ制御の時間の比率を制御（オン・オフ制御）することで、レドックス燃料電池２による目標発電量を満足させることができる。

図４に示すように、通常の発電時には、制御部３によって、ＰＤＵ１６、９ａ、１３ａとＡ／Ｐ ＰＤＵ２２に対するオン・オフ制御が実施され、レドックス燃料電池２が発電した電力が、ＭＯＴ１５と循環ポンプ１３とエアポンプ２１と循環ポンプ９に供給され、レドックス燃料電池２が発電した電力で、ＭＯＴ１５と循環ポンプ１３とエアポンプ２１と循環ポンプ９が駆動する。ＭＯＴ１５の駆動で燃料電池車両１００が走行する。循環ポンプ１３の駆動で、カソード溶液Ｌｃａが循環し、エアポンプ２１の駆動で、酸化剤Ｇｏｘが再生塔１２に供給され、カソード溶液Ｌｃａが再生され、循環ポンプ９の駆動で、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが循環しながらレドックス燃料電池２に供給されるので、レドックス燃料電池２の発電が維持される。

図５に、レドックス燃料電池システム１の回生（充電）時（電圧Ｖ＜所定電圧）の状態を示す。前記したように、現在が回生（充電）時であることは、制御部３によって判定することができる。また、制御部３は、図３に示した所定電圧を予め記憶しておき、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが、所定電圧以上か否かを判定する。具体的には、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが、所定電圧以上でない（未満の）場合（電圧Ｖ＜所定電圧）は、図５に示す状態になるように、制御部３が制御する。電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが、上昇して所定電圧に達し、所定電圧以上である場合（電圧Ｖ≧所定電圧）は、後記する図６に示す状態にして、回生電力の一部をレドックス燃料電池２に蓄電することなくエアポンプ２１等で消費し、電圧Ｖを所定電圧未満に降下させるような制御を、制御部３が実施する。

図５に示すように、回生（充電）時であって、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが所定電圧以上でない（未満の）場合には、制御部３によって、遮断弁５は、閉弁される。これにより、レドックス燃料電池２に水素タンク４から燃料ガス（水素）Ｇｆｕは供給されない。また、回生（充電）によって、レドックス燃料電池２で発生した燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、水素タンク４に戻らない。

また、回生により、ＭＯＴ１５で発電された回生電力は、制御部３がＰＤＵ１６をオン・オフ制御することにより、レドックス燃料電池２に供給され、ＭＯＴ１５が発電した回生電力を、レドックス燃料電池２に充電する。この充電により、レドックス燃料電池２のアノード２ｄでは、燃料ガス（水素）が再生（生成）され、レドックス燃料電池２のカソード２ｂでは、カソード溶液Ｌｃａが再生される。

このカソード溶液Ｌｃａの再生は、レドックス燃料電池２での再生であり、再生塔１２で再生されているわけではない。このため、Ａ／Ｐ ＰＤＵ２２は、制御部３によって、オフ制御され、エアポンプ２１が停止され、酸化剤Ｇｏｘは再生塔１２に供給されない。なお、カソード溶液Ｌｃａの全体を再生するために、制御部３によって、ＰＤＵ１３ａはオン・オフ制御され、循環ポンプ１３は駆動して、カソード溶液Ｌｃａを循環させている。

レドックス燃料電池２のアノード２ｄで再生（生成）された燃料ガス（水素）は、燃料ガス循環路７とバッファタンク８や配管（燃料ガス貯蔵手段）に貯蔵される。燃料ガス循環路７とバッファタンク８や配管（燃料ガス貯蔵手段）内の圧力Ｐは、上昇する。圧力Ｐは、圧力検知手段７ａで検知することができる。なお、ＰＤＵ９ａは、制御部３によって、オフ制御され、循環ポンプ９は停止されている。

図６に、レドックス燃料電池システム１の回生（充電）時（電圧Ｖ≧所定電圧）の状態を示す。前記したように、現在が回生（充電）時であることは、制御部３によって判定することができ、現在、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが、所定電圧以上である（電圧Ｖが上昇して所定電圧に達している）こと（電圧Ｖ≧所定電圧）も、制御部３によって判定することができる。

図６に示すように、回生（充電）時であって、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが所定電圧以上である（電圧Ｖが上昇して所定電圧に達している）場合（電圧Ｖ≧所定電圧）には、制御部３によって、遮断弁５は、閉弁される。また、Ａ／Ｐ ＰＤＵ２２は、制御部３によって、オン・オフ制御され、エアポンプ２１が駆動され、酸化剤Ｇｏｘは昇圧され再生塔１２に供給される。再生塔１２で、カソード溶液Ｌｃａが再生される。そして、カソード溶液Ｌｃａの全体を再生するために、制御部３によって、ＰＤＵ１３ａはオン・オフ制御され、循環ポンプ１３は駆動して、カソード溶液Ｌｃａを循環させる。回生電力の一部をレドックス燃料電池２に蓄電することなくエアポンプ２１と循環ポンプ１３で消費することで、電圧Ｖを所定電圧未満に降下させることができる。これにより、レドックス燃料電池２で、水が電気分解されることはない。また、回生電力（回生エネルギ）が、再生されたカソード溶液として貯蔵されることになるので、レドックス燃料電池システムのエネルギ効率を向上させることができる。なお、ＰＤＵ９ａは、制御部３によって、オフ制御され、循環ポンプ９は停止されているが、電圧Ｖを所定電圧未満に降下していない場合には、制御部３はＰＤＵ９ａをオン・オフ制御して循環ポンプ９を駆動し、回生電力を更に消費してもよい。

また、図６に示すように、ＭＯＴ１５に、バッテリ（ＢＡＴＴ：蓄電手段、キャパシタを含む）１８を接続しておくことが好ましい。詳細には、バッテリ１８に接続するＶＣＵ（電圧制御ユニット）１９は、ＭＯＴ１５に接続するＰＤＵ１６に並列に接続されている。

充電（回生）時に、制御部３がＶＣＵ１９をオン制御すると、発電機としてのＭＯＴ１５が、バッテリ１８に接続され、回生電力がバッテリ１８に蓄電される。そして、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが降下する。制御部３がＶＣＵ１９をオフ制御すれば、ＭＯＴ１５にバッテリ１８は接続されず、回生電力はバッテリ１８に蓄電されない。そして、電圧検知手段２ｆで検知される電圧Ｖが上昇する。制御部３は、ＶＣＵ１９に対するオン制御の時間とオフ制御の時間の比率を制御（オン・オフ制御）することで、電圧Ｖの上昇と降下を制御することができる。そして、電圧Ｖを所定電圧未満に降下させることができれば、レドックス燃料電池２で、水が電気分解されることはない。

発電時に、制御部３がＶＣＵ１９をオン制御すると、バッテリ１８が、負荷としてのＭＯＴ１５、エアポンプ２１、循環ポンプ９、１３に接続され、ＭＯＴ１５、エアポンプ２１、循環ポンプ９、１３が駆動する。バッテリ１８に蓄電された電力が消費されることで、次の充電（回生）時にも、蓄電が可能になる。制御部３がＶＣＵ１９をオフ制御すれば、ＭＯＴ１５、エアポンプ２１、循環ポンプ９、１３は、レドックス燃料電池２が発電した電力で駆動する。制御部３は、発電時の初期に、ＶＣＵ１９に対するオン制御を実施すし、その後、オフ制御を実施することで、バッテリ１８に、次の充電（回生）時にも、確実に、蓄電することができる。

図７に、レドックス燃料電池システム１の回生後の発電時（発電時初期：圧力Ｐ＞所定圧力）の状態を示す。前記したように、現在が発電時であることは、制御部３によって判定することができる。また、制御部３は、所定圧力を予め記憶しておき、圧力検知手段７ａで検知される圧力Ｐが、所定圧力より大きいか否かを判定する。所定圧力は、通常の発電時には上昇することがない下限値に設定される。ただ、回生後の発電時には、再生された燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって、圧力Ｐが所定圧力より大きくなっている（圧力Ｐ＞所定圧力）。そこで、制御部３は、現在が発電時であり、かつ、圧力Ｐが所定圧力より大きくなっている（圧力Ｐ＞所定圧力）場合には、遮断弁５を閉じて、水素タンク４からレドックス燃料電池２への燃料ガス（水素）Ｇｆｕの供給を遮断したまま、燃料ガス循環路７やバッファタンク８等に貯蔵された燃料ガス（水素）Ｇｆｕをレドックス燃料電池２へ供給（循環）して発電する。燃料ガス循環路７等に貯蔵されていた燃料ガス（水素）Ｇｆｕが消費されるので、圧力Ｐが降下する。

制御部３は、現在、圧力検知手段７ａが検知している圧力Ｐを取得し、圧力Ｐが、所定圧力より大きいか否かを判定する。圧力Ｐが所定圧力より大きい場合（圧力Ｐ＞所定圧力）は、まだ、燃料ガス循環路７等に燃料ガス（水素）Ｇｆｕが貯蔵されているとして、遮断弁５の閉弁を続行する。圧力Ｐが所定圧力以下の場合（圧力Ｐ≦所定圧力）は、もう、燃料ガス循環路７等に燃料ガス（水素）Ｇｆｕが貯蔵されていないとして、図４に示すように、遮断弁５を開弁する。遮断弁５を開弁することで、図４に示したような通常の発電に移行することができる。水素タンク４内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕより優先的に、燃料ガス循環路７等に貯蔵された再生燃料ガスを消費するので、次の回生の際までに、燃料ガス循環路７内を空けておくことができ、次の回生の際に発生した回生電力も、燃料ガスＧｆｕに変換して、燃料ガス循環路７内に貯蔵することができる。そして、レドックス燃料電池システム１のエネルギ効率を向上させることができる。

１ レドックス燃料電池システム
２ レドックス燃料電池
２ａ カソード側流路
２ｂ カソード
２ｃ プロトン交換膜（ＰＥＭ）
２ｄ アノード
２ｅ アノード側流路
２ｆ 電圧検知手段
３ 制御部
４ 水素タンク（燃料ガスタンク）
５ 遮断弁
６ 燃料ガス供給路
７ 燃料ガス循環路
７ａ 圧力検知手段
８ バッファタンク又は配管（燃料ガス貯蔵手段）
９ 循環ポンプ
９ａ ＰＤＵ
１１ カソード溶液循環路
１２ 再生塔（再生装置）
１３ 循環ポンプ
１３ａ ＰＤＵ
１４ 酸化剤供給路
１５ ＭＯＴ（（車両）駆動モータ）
１６ ＰＤＵ
１８ バッテリ（蓄電手段、キャパシタを含む）
１９ ＶＣＵ
２１ Ａ／Ｐ（エアポンプ（エアコンプレッサ）：補機、酸化剤昇圧手段）
２２ Ａ／Ｐ ＰＤＵ
２４ 排気路
１００ 燃料電池車両
Ｇｆｕ 燃料ガス（水素）
Ｇｏｘ 酸化剤（酸素、空気）
Ｌｃａ カソード溶液
ｎ１、ｎ２ ノード

Claims (7)

1. アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された非揮発性のカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
   前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生する再生装置と、
   前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
   燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノードに供給する燃料ガス供給路と、
   前記カソード溶液を前記再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
   前記酸化剤を前記再生装置に供給する酸化剤供給路と、
   前記レドックス燃料電池が発電した電力により駆動される駆動モータと
   を備えるレドックス燃料電池システムであって、
   前記駆動モータが前記レドックス燃料電池によらず回転して発電した回生電力は、前記レドックス燃料電池に供給されることを特徴とするレドックス燃料電池システム。
2. 前記アノードを通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノードに戻す燃料ガス循環路を備え、
   前記回生電力が前記レドックス燃料電池に供給されることにより前記アノードで発生する前記燃料ガスが、前記燃料ガス循環路に貯蔵されることを特徴とする請求項１に記載のレドックス燃料電池システム。
3. 前記燃料ガス循環路に、前記燃料ガスを貯蔵することができる燃料ガス貯蔵手段を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のレドックス燃料電池システム。
4. 前記駆動モータに接続された蓄電手段を備え、
   前記アノードと前記カソードの間の電圧が上昇して前記所定電圧に達した場合は、前記回生電力を前記蓄電手段に供給することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
5. 前記燃料ガス供給路に設けられ、前記燃料ガスタンクから前記アノードへの前記燃料ガスの供給を遮断する遮断弁と、
   前記燃料ガス循環路に設けられ、前記燃料ガス循環路内の圧力を検知する圧力検知手段とを備え、
   前記回生電力が前記レドックス燃料電池に供給開始された後又は前記回生電力の供給後に、前記遮断弁を閉じて、前記燃料ガスタンクから前記アノードへの前記燃料ガスの供給を遮断し、前記燃料ガス循環路に貯蔵された前記燃料ガスを用いて発電し、前記燃料ガス循環路内の圧力を下げ、
   前記燃料ガス循環路内の圧力が所定圧力まで下がると、前記遮断弁を開いて前記燃料ガスタンクから前記アノードへ供給される前記燃料ガスを用いて発電することを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
6. 前記酸化剤供給路を介して前記再生装置に供給される前記酸化剤を昇圧する酸化剤昇圧手段を備え、
   前記アノードと前記カソードの間の電圧が所定電圧以上である場合に、前記回生電力を前記酸化剤昇圧手段に供給し、前記酸化剤を昇圧することを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
7. 請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両。

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