JP2015125912A - Fuel cell system - Google Patents

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Yoshio Kishiyama
佳央 岸山
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of achieving space saving by a simple configuration.SOLUTION: A fuel cell system 2 comprises: a fuel cell 3 to which a liquid fuel is supplied and from which discharge liquid is discharged; a fuel tank 35 for storing the liquid fuel supplied to the fuel cell 3; a fuel supply line 37 for supplying the liquid fuel from the fuel tank 35 to the fuel cell 3; a fuel discharge line 38 for discharging the liquid fuel from the fuel cell 3; and a concentration adjustment tank 41 interposed by the fuel supply line 37 and connected to the fuel discharge line 38, and for adjusting the concentration of the liquid fuel by mixing the liquid fuel supplied from the fuel tank 35 and the discharge liquid discharged from the fuel cell 3. In the concentration adjustment tank 41, the discharge liquid is separated into the liquid fuel and a gas.

Description

本発明は、燃料電池システム、詳しくは、液体燃料が供給される燃料電池を備える燃料電池システムに関する。   The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system including a fuel cell to which liquid fuel is supplied.

従来、液体燃料を使用する燃料電池システムとして、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などを備えた燃料電池システムが知られている。   Conventionally, as a fuel cell system using liquid fuel, for example, a fuel cell system including a direct methanol fuel cell, a direct dimethyl ether fuel cell, a hydrazine fuel cell, and the like is known.

液体燃料形燃料電池は、水素ガスを生成するための改質器を必要としないので、システムとしての構造の簡略化が期待されている。   Since the liquid fuel type fuel cell does not require a reformer for generating hydrogen gas, simplification of the structure as a system is expected.

液体燃料形燃料電池が備えられる燃料電池システムとしては、例えば、液体燃料が供給および排出される燃料電池と、燃料電池に供給される液体燃料が貯留される供給燃料タンクと、燃料電池から排出される排出液を液体燃料と気体とに分離する気液分離器と、気液分離器により分離された液体燃料を供給燃料タンクから供給される液体燃料に混合して液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクとを備える燃料電池システムが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。   Examples of a fuel cell system provided with a liquid fuel type fuel cell include a fuel cell to which liquid fuel is supplied and discharged, a supply fuel tank in which liquid fuel supplied to the fuel cell is stored, and a fuel cell discharged from the fuel cell. A liquid-liquid separator that separates the discharged liquid into liquid fuel and gas, and the liquid fuel separated by the gas-liquid separator is mixed with the liquid fuel supplied from the supply fuel tank to adjust the concentration of the liquid fuel There has been proposed a fuel cell system including a concentration adjustment tank (see, for example, Patent Document 1).

このような燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排出液には、未消費の液体燃料が含有されるため、その液体燃料を気液分離器によって分離し、濃度調整タンクにおいて、その液体燃料を供給燃料タンクから供給される液体燃料と混合することにより、再利用が図られている。   In such a fuel cell system, since the effluent discharged from the fuel cell contains unconsumed liquid fuel, the liquid fuel is separated by a gas-liquid separator and the liquid fuel is separated in the concentration adjustment tank. Is reused by mixing it with the liquid fuel supplied from the supply fuel tank.

特開２０１２−１７４５２５号公報JP 2012-174525 A

一方、このような燃料電池システムを、例えば、自動車などの限られたスペース内に搭載する場合には、省スペース化が要求されている。   On the other hand, when such a fuel cell system is mounted in a limited space such as an automobile, space saving is required.

本発明の目的は、簡易な構成により、省スペース化を図ることができる燃料電池システムを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of saving space with a simple configuration.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、液体燃料が供給され、排出液が排出される燃料電池と、前記燃料電池に供給される液体燃料が貯留される燃料タンクと、前記燃料タンクから前記燃料電池へ液体燃料を輸送する燃料供給ラインと、前記燃料電池から液体燃料を排出させる燃料排出ラインと、前記燃料供給ラインに介在されるとともに、前記燃料排出ラインに接続され、前記燃料タンクから輸送された液体燃料と、前記燃料電池から排出される排出液とを混合することにより液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクとを備え、前記濃度調整タンクにおいて、排出液を、液体燃料と気体とに分離することを特徴としている。   In order to achieve the above object, a fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell to which liquid fuel is supplied and exhaust liquid is discharged, a fuel tank in which liquid fuel to be supplied to the fuel cell is stored, A fuel supply line for transporting liquid fuel from a fuel tank to the fuel cell; a fuel discharge line for discharging liquid fuel from the fuel cell; and a fuel supply line interposed between and connected to the fuel discharge line, A concentration adjusting tank for adjusting the concentration of the liquid fuel by mixing the liquid fuel transported from the fuel tank and the discharging liquid discharged from the fuel cell; It is characterized by separating into liquid fuel and gas.

このような燃料電池システムでは、濃度調整タンクにおいて、排出液が液体燃料と気体とに分離されるため、濃度調整タンクを気液分離器として兼用することにより、気液分離器を省略できる。その結果、省スペース化を図ることができる。   In such a fuel cell system, since the discharged liquid is separated into liquid fuel and gas in the concentration adjustment tank, the gas-liquid separator can be omitted by using the concentration adjustment tank as a gas-liquid separator. As a result, space saving can be achieved.

また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池から排出される排出液が、前記濃度調整タンクの液面よりも鉛直方向下方に輸送されることが好適である。   In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the discharged liquid discharged from the fuel cell is transported vertically below the liquid level of the concentration adjusting tank.

従来の燃料電池システムでは、気液分離器において分離された液体燃料が濃度調整タンクの上部から流入するため、濃度調整タンク内において液体燃料の液面が揺らぎ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化が促進される場合や、液体燃料が微細粒子（ミスト）として排出される場合があり、その結果、液体燃料に損失を生じる場合がある。   In the conventional fuel cell system, since the liquid fuel separated in the gas-liquid separator flows from the upper part of the concentration adjustment tank, the liquid level of the liquid fuel fluctuates in the concentration adjustment tank, and the components dissolved in the liquid fuel ( In some cases, vaporization of ammonia or the like is promoted, or liquid fuel is discharged as fine particles (mist). As a result, liquid fuel may be lost.

一方、上記した燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排出液が、濃度調整タンクにおける液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）されるため、液面の揺らぎを抑制することができる。その結果、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。   On the other hand, in the fuel cell system described above, the liquid discharged from the fuel cell is transported (returned) vertically below the liquid level in the concentration adjustment tank, so that fluctuations in the liquid level can be suppressed. As a result, vaporization of components (such as ammonia) dissolved in the liquid fuel and fine particle formation of the liquid fuel can be suppressed, and loss of the liquid fuel can be suppressed.

また、本発明の燃料電池システムでは、前記濃度調整タンクが、上下方向に中心軸線を有する略円筒形状であり、前記燃料排出ラインが、前記濃度調整タンクの内周壁面に沿うように、接線方向から前記濃度調整タンクに接続されることが好適である。   Further, in the fuel cell system of the present invention, the concentration adjustment tank has a substantially cylindrical shape having a central axis in the vertical direction, and the fuel discharge line is tangentially arranged along the inner peripheral wall surface of the concentration adjustment tank. To the concentration adjusting tank.

このような燃料電池システムでは、排出液が略円筒形状の濃度調整タンクの内周壁面に沿って、接線方向から輸送されるため、内周壁面において排出液が減速されながら、排出液中に含有される気泡が、成長するとともに徐々に浮上する。   In such a fuel cell system, since the effluent is transported from the tangential direction along the inner peripheral wall surface of the substantially cylindrical concentration adjusting tank, the discharged liquid is contained in the effluent while being decelerated on the inner peripheral wall surface. As the bubbles grow, they gradually rise.

その結果、より効率的に排出液を液体燃料と気体とに分離することができ、さらに、液面の揺らぎを抑制することができ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。   As a result, the effluent can be more efficiently separated into liquid fuel and gas, and the fluctuation of the liquid level can be suppressed, and the components (such as ammonia) dissolved in the liquid fuel can be vaporized. In addition, the formation of fine particles in the liquid fuel can be suppressed, and the loss of the liquid fuel can be suppressed.

本発明の燃料電池システムによれば、濃度調整タンクを気液分離器として兼用することができるため、省スペース化を図ることができる。   According to the fuel cell system of the present invention, the concentration adjustment tank can also be used as a gas-liquid separator, so that space can be saved.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２は、図１に示す燃料電池システムにおける濃度調整タンクの概略拡大図であって、 図２Ａは、平断面図、 図２Ｂは、側断面図である。2 is a schematic enlarged view of the concentration adjustment tank in the fuel cell system shown in FIG. 1, FIG. 2A is a plan sectional view, and FIG. 2B is a side sectional view.

１．燃料電池システムの全体構成
図１において、電動車両１は、燃料電池およびバッテリを選択的に動力源とするハイブリッド車両であって、燃料電池システム２を搭載している。 1. Overall Configuration of Fuel Cell System In FIG. 1, an electric vehicle 1 is a hybrid vehicle that selectively uses a fuel cell and a battery as a power source, and is equipped with a fuel cell system 2.

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給および排出される、例えば、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / exhaust unit 4, an air supply / exhaust unit (not shown), a control unit 6, and a power unit 7.
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is, for example, an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell to which liquid fuel is directly supplied and discharged, and is disposed on the lower center side of the electric vehicle 1.

燃料電池３に供給され、また、燃料電池３から排出される液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（例えば、無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。   Examples of the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 and discharged from the fuel cell 3 include methanol, dimethyl ether, hydrazine (for example, anhydrous hydrazine, hydrazine such as hydrazine monohydrate), and the like. Is mentioned.

なお、以下において、燃料電池３に供給される液体燃料を供給液とし、燃料電池３から排出される液体燃料を排出液として、それぞれ区別する。   In the following, a distinction is made between the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 as the supply liquid and the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 as the discharge liquid.

また、燃料電池３の出力電圧は、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、単位セル２８（後述）１つあたりの出力である。   The output voltage of the fuel cell 3 is, for example, 0.2 to 1.5 V, and the output current is, for example, 10 to 400A. These outputs are outputs per unit cell 28 (described later).

燃料電池３は、電解質層８と、電解質層８の一方側に配置されたアノード９と、電解質層８の他方側に配置されたカソード１０とを有する単位セル２８（燃料電池セル）が、セパレータ（図示せず）を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。つまり、電解質層８を介してアノード９およびカソード１０が対向配置されてなる単位セル２８が複数積層されている。なお、図１では、積層される複数の単位セル２８のうち、電動車両１の前後方向最前端に配置される単位セル２８だけを拡大して示し、その他の単位セル２８については簡略化して記載している。   The fuel cell 3 includes a unit cell 28 (fuel cell) having an electrolyte layer 8, an anode 9 disposed on one side of the electrolyte layer 8, and a cathode 10 disposed on the other side of the electrolyte layer 8. It is formed in a stack structure in which a plurality of layers are stacked via (not shown). That is, a plurality of unit cells 28 in which the anode 9 and the cathode 10 are arranged to face each other with the electrolyte layer 8 interposed therebetween are stacked. In FIG. 1, only the unit cell 28 arranged at the front end in the front-rear direction of the electric vehicle 1 among the plurality of unit cells 28 to be stacked is shown enlarged, and the other unit cells 28 are described in a simplified manner. doing.

電解質層８は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜またはカチオン交換膜を用いて形成されている。   The electrolyte layer 8 is a layer in which an anion component can move, for example, and is formed using an anion exchange membrane or a cation exchange membrane.

アノード９は、燃料側電極としてのアノード電極１１と、アノード電極１１に液体燃料（供給液）を供給するための燃料供給部材１２とを有している。   The anode 9 includes an anode electrode 11 as a fuel side electrode, and a fuel supply member 12 for supplying liquid fuel (supply liquid) to the anode electrode 11.

アノード電極１１は、電解質層８の一方面に形成されている。アノード電極１１の電極材料としては、例えば、触媒が担持された多孔質担体（触媒担持多孔質担体）などが挙げられる。   The anode electrode 11 is formed on one surface of the electrolyte layer 8. Examples of the electrode material of the anode electrode 11 include a porous support (catalyst-supported porous support) on which a catalyst is supported.

燃料供給部材１２は、セパレータとしても兼用され、ガス不透過性の導電性部材からなる。燃料供給部材１２には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、燃料供給部材１２は、溝の形成された表面がアノード電極１１に対向接触されている。これにより、アノード電極１１の一方面と燃料供給部材１２の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１１全体に液体燃料（供給液）を接触させるための燃料供給路１３が形成される。   The fuel supply member 12 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The fuel supply member 12 is formed with a distorted groove recessed from the surface thereof. The surface of the fuel supply member 12 in which the groove is formed is opposed to the anode electrode 11. As a result, a fuel supply path for bringing liquid fuel (supply liquid) into contact with the entire anode electrode 11 between one surface of the anode electrode 11 and the other surface of the fuel supply member 12 (surface on which a groove is formed). 13 is formed.

燃料供給路１３には、液体燃料（供給液）をアノード９内に流入させるための燃料供給口１５が一端側（下側）に形成され、液体燃料（排出液）をアノード９から排出するための燃料排出口１４が他端側（上側）に形成されている。   In the fuel supply path 13, a fuel supply port 15 for allowing the liquid fuel (supply liquid) to flow into the anode 9 is formed on one end side (lower side), and the liquid fuel (discharge liquid) is discharged from the anode 9. The fuel discharge port 14 is formed on the other end side (upper side).

カソード１０は、酸素側電極としてのカソード電極１６と、カソード電極１６に空気（酸素）を供給するための空気供給部材１７とを有している。   The cathode 10 includes a cathode electrode 16 as an oxygen side electrode and an air supply member 17 for supplying air (oxygen) to the cathode electrode 16.

カソード電極１６は、電解質層８の他方面に形成されている。   The cathode electrode 16 is formed on the other surface of the electrolyte layer 8.

カソード電極１６の電極材料としては、例えば、アノード電極１１の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。   Examples of the electrode material of the cathode electrode 16 include a catalyst-supporting porous carrier exemplified as the electrode material of the anode electrode 11.

空気供給部材１７は、セパレータとしても兼用され、ガス不透過性の導電性部材からなる。空気供給部材１７には、その表面から凹む葛折状の溝が形成されている。そして、空気供給部材１７は、溝の形成された表面がカソード電極１６に対向接触されている。これにより、カソード電極１６の他方面と空気供給部材１７の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１６全体に空気を接触させるための空気流路としての空気供給路１８が形成される。   The air supply member 17 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The air supply member 17 is formed with a twisted groove recessed from the surface thereof. The air supply member 17 has a grooved surface in contact with the cathode electrode 16. Thus, an air supply path as an air flow path for bringing air into contact with the entire cathode electrode 16 between the other surface of the cathode electrode 16 and one surface of the air supply member 17 (a surface on which grooves are formed). 18 is formed.

空気供給路１８には、空気をカソード１０内に流入させるための空気供給口１９が他端側（上側）に形成され、空気をカソード１０から排出するための空気排出口２０が一端側（下側）に形成されている。   In the air supply path 18, an air supply port 19 for allowing air to flow into the cathode 10 is formed on the other end side (upper side), and an air discharge port 20 for discharging air from the cathode 10 is provided on one end side (lower side). Side).

また、このような燃料電池３において、複数の単位セル２８をそれぞれ区分する１つのセパレータは、上記燃料供給部材１２および上記空気供給部材１７を兼ね備える。換言すると、セパレータは、その一方側面において、燃料供給部材１２として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材１７として作用する。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、供給液が貯留される燃料タンク３５と、燃料タンク３５から燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）へ、供給液を輸送する燃料供給ライン３７と、燃料供給ライン３７に介在される濃度調整タンク４１と、その濃度調整タンク４１に接続され、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から、排出液を濃度調整タンク４１に排出させる燃料排出ライン３８とを備えている。 In such a fuel cell 3, one separator that divides each of the plurality of unit cells 28 has both the fuel supply member 12 and the air supply member 17. In other words, the separator acts as the fuel supply member 12 on one side surface and acts as the air supply member 17 on the other side surface.
(2) Fuel Supply / Discharge Unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a fuel tank 35 in which the supply liquid is stored, and a supply liquid from the fuel tank 35 to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9). From the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9) connected to the concentration adjustment tank 41. And a fuel discharge line 38 for discharging the discharged liquid to the concentration adjusting tank 41.

燃料タンク３５は、液体燃料に耐性のある材質、具体的には、ステンレス板などの金属材料などから、例えば、箱状などに形成されている。   The fuel tank 35 is formed, for example, in a box shape from a material resistant to liquid fuel, specifically, a metal material such as a stainless steel plate.

燃料供給ライン３７は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク３５に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されており、その流れ方向途中において、濃度調整タンク４１が介在されている。   The fuel supply line 37 has an upstream end connected to the fuel tank 35 via a sealing material (such as a gasket) and a downstream end connected to the fuel cell via a sealing material (such as a gasket). 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9), and a concentration adjusting tank 41 is interposed in the middle of the flow direction.

より具体的には、燃料供給ライン３７は、燃料タンク３５および濃度調整タンク４１間を接続する第１供給ライン３９と、濃度調整タンク４１および燃料電池３間を接続する第２供給ライン４２とを備えている。   More specifically, the fuel supply line 37 includes a first supply line 39 that connects between the fuel tank 35 and the concentration adjustment tank 41, and a second supply line 42 that connects between the concentration adjustment tank 41 and the fuel cell 3. I have.

第１供給ライン３９は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク３５に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４１に接続されている。   The first supply line 39 has an upstream end connected to the fuel tank 35 via a sealing material (such as a gasket) and a downstream end connected to the concentration via a sealing material (such as a gasket). The adjustment tank 41 is connected.

また、第１供給ライン３９の流れ方向途中には、第１供給ポンプ４３および燃料供給弁４４が設けられている。   A first supply pump 43 and a fuel supply valve 44 are provided midway in the flow direction of the first supply line 39.

第１供給ポンプ４３としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第１供給ポンプ４３は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、第１供給ポンプ４３に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、第１供給ポンプ４３の駆動および停止を制御する。   As the 1st supply pump 43, well-known liquid feeding pumps, such as reciprocating pumps, such as rotary pumps, such as a rotary pump and a gear pump, a piston pump, and a diaphragm pump, are used, for example. The first supply pump 43 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the first supply pump 43, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the first supply pump 43.

また、燃料供給弁４４は、第１供給ライン３９を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、燃料供給弁４４は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、燃料供給弁４４に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、燃料供給弁４４の開閉を制御する。   The fuel supply valve 44 is a valve for opening and closing the first supply line 39, and a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The fuel supply valve 44 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel supply valve 44, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the fuel supply valve 44.

このような第１供給ライン３９により、燃料タンク３５から、液体燃料（１次（高濃度）供給液）が、濃度調整タンク４１へ供給される。   With such a first supply line 39, liquid fuel (primary (high concentration) supply liquid) is supplied from the fuel tank 35 to the concentration adjustment tank 41.

第２供給ライン４２は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４１に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されている。   The second supply line 42 has an upstream end connected to the concentration adjustment tank 41 via a sealing material (such as a gasket), and a downstream end connected via a sealing material (such as a gasket) It is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9).

また、第２供給ライン４２の流れ方向途中には、第２供給ポンプ４５が設けられている。   A second supply pump 45 is provided midway in the flow direction of the second supply line 42.

第２供給ポンプ４５としては、上記した公知の送液ポンプが用いられる。第２供給ポンプ４５は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、第２供給ポンプ４５に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、第２供給ポンプ４５の駆動および停止を制御する。   As the second supply pump 45, the above-described known liquid feed pump is used. The second supply pump 45 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the second supply pump 45, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the second supply pump 45.

このような第２供給ライン４２により、液体燃料（２次供給液）が、濃度調整タンク４１から燃料電池３に供給される。   Through such a second supply line 42, liquid fuel (secondary supply liquid) is supplied from the concentration adjustment tank 41 to the fuel cell 3.

濃度調整タンク４１は、上下方向に中心軸線を有する略円筒形状の容器であって、上記した液体燃料に耐性のある材質から形成されている。   The concentration adjustment tank 41 is a substantially cylindrical container having a central axis in the vertical direction, and is formed of a material resistant to the liquid fuel described above.

このような濃度調整タンク４１は、燃料供給ライン３７に介在するように備えられており、側壁面における上部に、シール材（ガスケットなど）を介して、第１供給ライン３９が接続され、また、底面に、シール材（ガスケットなど）を介して、第２供給ライン４２が接続されている。   Such a concentration adjustment tank 41 is provided so as to be interposed in the fuel supply line 37, and a first supply line 39 is connected to the upper part of the side wall surface via a sealing material (such as a gasket). A second supply line 42 is connected to the bottom surface via a sealing material (such as a gasket).

また、濃度調整タンク４１の内部には、図２に示すように、傘部材４０が設けられている。   Moreover, as shown in FIG. 2, an umbrella member 40 is provided inside the concentration adjustment tank 41.

傘部材４０は、濃度調整タンク４１と同じ材料の薄板などからなり、濃度調整タンク４１の内径と略同一の外径を有する平面視環状部材として形成されている。   The umbrella member 40 is made of a thin plate made of the same material as the concentration adjustment tank 41 and is formed as an annular member in plan view having an outer diameter substantially the same as the inner diameter of the concentration adjustment tank 41.

なお、濃度調整タンク４１の内径、および、傘部材４０の外径は、特に制限されず、適宜設定されるが、還流される排出液の流速を低下させるため、比較的広径であることが好ましい。   The inner diameter of the concentration adjustment tank 41 and the outer diameter of the umbrella member 40 are not particularly limited and are set as appropriate, but may be relatively wide in order to reduce the flow rate of the effluent to be recirculated. preferable.

このような傘部材４０は、図２Ｂに示すように、下方が開放され、上方が閉鎖されるとともに、上方から下方に向かって開口断面積が拡がる断面略Ｕ字形状に形成されており、濃度調整タンク４１の上下方向途中部分において、濃度調整タンク４１の内周壁面に沿うように配置されている。   As shown in FIG. 2B, the umbrella member 40 is formed in a substantially U-shaped cross section in which the lower part is opened, the upper part is closed, and the opening cross-sectional area is expanded from the upper part to the lower part. In the middle of the adjustment tank 41 in the vertical direction, it is arranged along the inner peripheral wall surface of the concentration adjustment tank 41.

また、詳しくは後述するが、濃度調整タンク４１には、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料排出ライン３８が接続されており、燃料排出ライン３８を介して、排出液が濃度調整タンク４１に輸送（供給）される。   As will be described in detail later, a fuel discharge line 38 is connected to the concentration adjustment tank 41 via a sealing material (such as a gasket), and the discharged liquid is supplied to the concentration adjustment tank 41 via the fuel discharge line 38. To be transported (supplied).

これにより、濃度調整タンク４１において、燃料タンク３５から輸送された液体燃料（１次供給液）と、燃料電池３から排出された排出液とが適宜の割合で混合され、燃料電池３に供給される液体燃料（２次（低濃度）供給液）の濃度が、調整される。   Thereby, in the concentration adjustment tank 41, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the fuel tank 35 and the discharge liquid discharged from the fuel cell 3 are mixed at an appropriate ratio and supplied to the fuel cell 3. The concentration of the liquid fuel (secondary (low concentration) supply liquid) is adjusted.

また、濃度調整タンク４１の上部には、図１に示すように、濃度調整タンク４１の内外を流通させる上部流通口２５が１つ形成されている。   In addition, as shown in FIG. 1, one upper circulation port 25 that circulates inside and outside the concentration adjustment tank 41 is formed in the upper part of the concentration adjustment tank 41.

上部流通口２５には、濃度調整タンク４１で分離されたガス（気体）を排出するためのガス排出管２６が接続されている。   A gas discharge pipe 26 for discharging the gas (gas) separated in the concentration adjustment tank 41 is connected to the upper circulation port 25.

より具体的には、ガス排出管２６は、その上流側端部が、シール材（ガスケット）を介して濃度調整タンク４１の上部流通口２５に接続されており、また、下流側端部が、大気に開放されている。また、ガス排出管２６の途中には、ガス排出弁２７が設けられている。   More specifically, the upstream end of the gas discharge pipe 26 is connected to the upper flow port 25 of the concentration adjusting tank 41 via a sealing material (gasket), and the downstream end is Open to the atmosphere. A gas discharge valve 27 is provided in the middle of the gas discharge pipe 26.

ガス排出弁２７は、ガス排出管２６を開放して濃度調整タンク４１内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。ガス排出弁２７は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号がガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、ガス排出弁２７の開閉を制御する。   The gas discharge valve 27 is a valve for opening the gas discharge pipe 26 to release the pressure in the concentration adjustment tank 41. For example, a known opening / closing valve such as an electromagnetic valve is used. The gas discharge valve 27 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the gas discharge valve 27, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the gas discharge valve 27.

燃料排出ライン３８は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４１に接続されている。   The upstream end portion of the fuel discharge line 38 is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply passage 13 of the anode 9) via a sealing material (such as a gasket), and the downstream end portion. However, it is connected to the concentration adjusting tank 41 via a sealing material (such as a gasket).

より具体的には、燃料排出ライン３８の下流側端部は、図２に示すように、濃度調整タンク４１の側壁の下部において、濃度調整タンク４１における液体燃料の液面よりも鉛直方向下方に接続されている。これにより、燃料電池３から排出される排出液が、液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）可能される。   More specifically, as shown in FIG. 2, the downstream end of the fuel discharge line 38 is vertically below the liquid fuel level in the concentration adjustment tank 41 at the lower portion of the side wall of the concentration adjustment tank 41. It is connected. Thereby, the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 can be transported (refluxed) vertically downward from the liquid level.

また、燃料排出ライン３８の下流側端部は、図２Ａに示すように、濃度調整タンク４１の内周壁面に沿うように、平面視において、濃度調整タンク４１の接線方向から接続されている。   Further, as shown in FIG. 2A, the downstream end of the fuel discharge line 38 is connected from the tangential direction of the concentration adjustment tank 41 in plan view so as to follow the inner peripheral wall surface of the concentration adjustment tank 41.

これにより、燃料電池３から排出される排出液を、濃度調整タンク４１の内周壁面に沿うように、平面視における接線方向から濃度調整タンク４１に輸送（還流）可能としている。なお、燃料排出ライン３８の下流側端部の口径は、特に制限されないが、排出液の流入速度を低下させるため、比較的広径とすることが好ましい。   Thereby, the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 can be transported (refluxed) to the concentration adjusting tank 41 from a tangential direction in a plan view so as to follow the inner peripheral wall surface of the concentration adjusting tank 41. The diameter of the downstream end of the fuel discharge line 38 is not particularly limited, but is preferably a relatively wide diameter in order to reduce the inflow rate of the discharged liquid.

これにより、燃料電池３から排出される排出液が、排燃料排出ライン３８を介して、濃度調整タンク４１に輸送される。そして、燃料タンク３５から輸送された液体燃料（１次供給液）と混合され、濃度調整された後、供給液（２次供給液）として、燃料電池３に戻る（還流する）ことにより、アノード９を循環するクローズドライン（閉流路）が形成される。
（３）空気給排部
空気給排部は、詳しくは図示しないが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１０に供給するための空気供給管（図示せず）と、カソード１０から排出される空気を外部に排出するための空気排出管（図示せず）とを備えている。 As a result, the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 is transported to the concentration adjustment tank 41 via the discharged fuel discharge line 38. Then, after mixing with the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the fuel tank 35 and adjusting the concentration, the liquid is returned to the fuel cell 3 as a supply liquid (secondary supply liquid) (returned), whereby the anode A closed line (closed flow path) that circulates through 9 is formed.
(3) Air Supply / Exhaust Unit Although not shown in detail, the air supply / exhaust unit may have a known configuration adopted in the fuel cell system 2, and specifically, an air supply pipe for supplying air to the cathode 10 (Not shown) and an air discharge pipe (not shown) for discharging the air discharged from the cathode 10 to the outside.

空気供給管（図示せず）は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口１９に接続されている。空気供給管（図示せず）の途中には、エアコンプレッサなどの公知の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁（図示せず）が設けられている。   One end side (upstream side) of the air supply pipe (not shown) is opened to the atmosphere, and the other end side (downstream side) is connected to the air supply port 19. A known air supply pump (not shown) such as an air compressor is interposed in the middle of the air supply pipe (not shown), and an air supply valve (not shown) is provided downstream thereof. Is provided.

これら空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）は、それぞれ、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、空気供給ポンプ（図示せず）の駆動および停止を制御、および、空気供給弁（図示せず）の開閉を制御する。   These air supply pump (not shown) and air supply valve (not shown) are electrically connected to a control unit 29 (described later), respectively, and a control signal from the control unit 29 (described later) receives air. Input to a supply pump (not shown) and an air supply valve (not shown), a control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the air supply pump (not shown), and an air supply valve (not shown) (Not shown) is controlled.

空気排出管（図示せず）は、その一端側（上流側）が空気排出口２０に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、コントロールユニット２９を備えている。 One end side (upstream side) of the air discharge pipe (not shown) is connected to the air discharge port 20, and the other end side (downstream side) is a drain.
(4) Control Unit The control unit 6 includes a control unit 29.

コントロールユニット２９は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。   The control unit 29 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

制御部６では、詳しくは後述するが、例えば、第１供給ポンプ４３、第２供給ポンプ４５などの駆動および停止、燃料供給弁４４やガス排出弁２７の開閉などを、適宜制御する。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギを電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ３１と、モータ３１に電気的に接続されるインバータ３２と、モータ３１による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを備えている。 As will be described in detail later, the control unit 6 appropriately controls, for example, driving and stopping of the first supply pump 43 and the second supply pump 45, and opening and closing of the fuel supply valve 44 and the gas discharge valve 27.
(5) Power unit The power unit 7 includes a motor 31 for converting electrical energy output from the fuel cell 3 into mechanical energy as a driving force of the electric vehicle 1, and an inverter 32 electrically connected to the motor 31. A power battery 33 for storing regenerative energy by the motor 31 and a DC / DC converter 30 are provided.

モータ３１は、燃料電池３よりも前方、電動車両１の前側に配置されている。モータ３１としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。   The motor 31 is disposed in front of the fuel cell 3 and on the front side of the electric vehicle 1. Examples of the motor 31 include known three-phase motors such as a three-phase induction motor and a three-phase synchronous motor.

インバータ３２は、モータ３１と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３２は、燃料電池３で発電された直流電力を交流電力に変換する装置であって、例えば、公知のインバータ回路が組み込まれた電力変換装置が挙げられる。また、インバータ３２は、配線により、燃料電池３およびモータ３１にそれぞれ電気的に接続されている。   The inverter 32 is disposed between the motor 31 and the fuel cell 3. The inverter 32 is a device that converts direct-current power generated by the fuel cell 3 into alternating-current power, and includes, for example, a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated. The inverter 32 is electrically connected to the fuel cell 3 and the motor 31 by wiring.

動力用バッテリ３３としては、例えば、定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ３３は、インバータ３２と燃料電池３との間の配線に接続され、これにより、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ３１に電力を供給可能とされている。   Examples of the power battery 33 include known secondary batteries such as a nickel metal hydride battery having a rated voltage of about 100 V and a lithium ion battery. In addition, the power battery 33 is connected to a wiring between the inverter 32 and the fuel cell 3, whereby electric power from the fuel cell 3 can be stored and electric power can be supplied to the motor 31.

ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、動力用バッテリ３３と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、燃料電池３の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池３の電力および動力用バッテリ３３の入出力電力を調整する機能を有している。   The DC / DC converter 30 is disposed between the power battery 33 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 30 has a function of increasing / decreasing the output voltage of the fuel cell 3 and a function of adjusting the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the power battery 33.

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、コントロールユニット２９と電気的に接続されており（図１の破線参照）、これにより、コントロールユニット２９から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）を制御する。   The DC / DC converter 30 is electrically connected to the control unit 29 (see the broken line in FIG. 1), and accordingly, the fuel cell 3 according to the input of the output control signal output from the control unit 29. Controls the output (output voltage).

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ３３にそれぞれ電気的に接続されているとともに、配線の分岐により、インバータ３２に電気的に接続されている。   Further, the DC / DC converter 30 is electrically connected to the fuel cell 3 and the power battery 33 by wiring, and is also electrically connected to the inverter 32 by branching of the wiring.

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からモータ３１への電力は、インバータ３２において直流電力から三相交流電力に変換され、三相交流電力としてモータ３１に供給される。
２．燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット２９の制御により、燃料供給弁４４が開かれ、第１供給ポンプ４３および第２供給ポンプ４５が駆動されることにより、燃料タンク３５に貯留される供給液が燃料供給ライン３７を介して、具体的には、第１供給ライン３９、濃度調整タンク４１および第２供給ライン４２を順次通過し、アノード９に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁４４は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。 As a result, the power from the DC / DC converter 30 to the motor 31 is converted from direct current power to three-phase alternating current power in the inverter 32 and supplied to the motor 31 as three-phase alternating current power.
2. Power generation by the fuel cell system In the fuel cell system 2 described above, the fuel supply valve 44 is opened and the first supply pump 43 and the second supply pump 45 are driven by the control of the control unit 29, so that the fuel tank 35 The stored supply liquid passes through the fuel supply line 37, specifically, the first supply line 39, the concentration adjustment tank 41, and the second supply line 42 in order, and is supplied to the anode 9. On the other hand, an air supply valve (not shown) is opened and an air supply pump (not shown) is driven, so that air is supplied to the cathode 10 via an air supply pipe (not shown). The fuel supply valve 44 is closed after a predetermined amount of liquid fuel is supplied.

アノード９では、液体燃料が、アノード電極１１と接触しながら燃料供給路１３を通過する。一方、カソード１０では、空気が、カソード電極１６と接触しながら空気供給路１８を通過する。   In the anode 9, the liquid fuel passes through the fuel supply path 13 while being in contact with the anode electrode 11. On the other hand, in the cathode 10, air passes through the air supply path 18 while being in contact with the cathode electrode 16.

そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１） ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１１での反応）
（２） Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（３） ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極１１では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極１６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。 Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the anode electrode 11 and the cathode electrode 16), and an electromotive force is generated. For example, when the liquid fuel is methanol, the following formulas (1) to (3) are obtained.
(1) CH 3 OH + 6OH − → CO 2 + 5H 2 O + 6e − (reaction at anode electrode 11)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at cathode electrode 16)
(3) CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
That is, at the anode electrode 11 supplied with methanol, methanol (CH 3 OH) reacts with hydroxide ions (OH − ) generated by the reaction at the cathode electrode 16 to react with carbon dioxide (CO 2 ) and water. (H 2 O) is generated and electrons (e − ) are generated (see the above formula (1)).

アノード電極１１で発生した電子（ｅ−）は、図示しない外部回路を経由してカソード電極１６に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子（ｅ−）が、電流となる。 Electrons (e − ) generated at the anode electrode 11 reach the cathode electrode 16 via an external circuit (not shown). That is, electrons (e − ) passing through the external circuit become current.

一方、カソード電極１６では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池３での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する（上記式（２）参照）。 On the other hand, in the cathode electrode 16, electrons (e − ), water (H 2 O) generated by external supply or reaction in the fuel cell 3, and oxygen (O 2 ) in the air flowing through the air supply path 18. React with each other to produce hydroxide ions (OH − ) (see the above formula (2)).

そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質層８を通過してアノード電極１１に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。 And the produced | generated hydroxide ion (OH < - >) passes the electrolyte layer 8, reaches the anode electrode 11, and a reaction similar to the above (refer said formula (1)) arises.

また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４） Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極１１での反応）
（５） Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１６での反応）
（６） Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池３全体での反応）
このようなアノード電極１１およびカソード電極１６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として、上記式（３）または上記式（６）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。 For example, when the liquid fuel is hydrazine, the following formulas (4) to (6) are obtained.
(4) N 2 H 4 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (reaction at anode electrode 11)
(5) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at cathode electrode 16)
(6) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the electrochemical reaction at the anode electrode 11 and the cathode electrode 16 continuously occurs, the reaction expressed by the above formula (3) or the above formula (6) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and the fuel An electromotive force is generated in the battery 3.

そして、発生した起電力が、配線を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に送電され、動力部７では、インバータ３２およびモータ３１、および／または、動力用バッテリ３３に送電される。そして、モータ３１では、インバータ３２により三相交流電力に変換された電気エネルギが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。一方、動力用バッテリ３３では、その電力が充電される。   The generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 30 via the wiring, and is transmitted to the inverter 32 and the motor 31 and / or the power battery 33 in the power unit 7. In the motor 31, the electric energy converted into the three-phase AC power by the inverter 32 is converted into mechanical energy that drives the wheels of the electric vehicle 1. On the other hand, the power of the power battery 33 is charged.

また、燃料給排部４では、アノード９から排出される排出液（使用後および未反応の液体燃料、生成する水およびガスを含む。）が、燃料排出ライン３８を通過して濃度調整タンク４１に流入する。   Further, in the fuel supply / discharge section 4, the discharged liquid (including used and unreacted liquid fuel, generated water and gas) discharged from the anode 9 passes through the fuel discharge line 38 and the concentration adjustment tank 41. Flow into.

このとき、濃度調整タンク４１では、水位が上部流通口２５よりも下方位置に保持されており、排出液は、燃料排出ライン３８を介して、濃度調整タンク４１の液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）される（図２Ｂ矢印参照）。   At this time, in the concentration adjustment tank 41, the water level is held at a position below the upper circulation port 25, and the discharged liquid is vertically below the liquid level of the concentration adjustment tank 41 via the fuel discharge line 38. Transported (refluxed) (see arrow in FIG. 2B).

これにより、排出液に含まれるガスが、濃度調整タンク４１の液溜まり内を鉛直方向上部に向かって浮上する。一方、排出液に含まれる液体（使用後および未反応の液体燃料や、水）は、濃度調整タンク４１に貯留される。   As a result, the gas contained in the discharged liquid rises upward in the vertical direction in the liquid reservoir of the concentration adjustment tank 41. On the other hand, the liquid (after-use and unreacted liquid fuel or water) contained in the discharged liquid is stored in the concentration adjustment tank 41.

このようにして、濃度調整タンク４１において、排出液が、液体燃料と気体とに分離される。   In this way, in the concentration adjustment tank 41, the discharged liquid is separated into liquid fuel and gas.

そして、このような燃料電池システム２では、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。   And in such a fuel cell system 2, vaporization of components (such as ammonia) dissolved in the liquid fuel and fine particle formation of the liquid fuel can be suppressed, and loss of the liquid fuel can be suppressed. .

すなわち、例えば、液体燃料が濃度調整タンク４１の上部から流入すると、濃度調整タンク４１内において液体燃料の液面が揺らぎ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化が促進される場合や、液体燃料が微細粒子（ミスト）として排出される場合があり、その結果、液体燃料に損失を生じる場合がある。   That is, for example, when the liquid fuel flows in from the upper part of the concentration adjustment tank 41, the liquid level of the liquid fuel fluctuates in the concentration adjustment tank 41, and vaporization of components (such as ammonia) dissolved in the liquid fuel is promoted. Alternatively, the liquid fuel may be discharged as fine particles (mist), and as a result, the liquid fuel may be lost.

一方、上記した燃料電池システム２では、燃料電池３から排出される排出液が、濃度調整タンク４１における液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）されるため、液面の揺らぎを抑制することができる。その結果、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。   On the other hand, in the fuel cell system 2 described above, the liquid discharged from the fuel cell 3 is transported (refluxed) vertically below the liquid level in the concentration adjustment tank 41, so that fluctuations in the liquid level are suppressed. Can do. As a result, vaporization of components (such as ammonia) dissolved in the liquid fuel and fine particle formation of the liquid fuel can be suppressed, and loss of the liquid fuel can be suppressed.

また、このような燃料電池システム２では、排出液が略円筒形状の濃度調整タンク４１の内周壁面に沿って、接線方向から輸送されるため、内周壁面において排出液が減速されながら、排出液中に含有される気泡が、成長するとともに徐々に浮上する。このような気泡は、傘部材４０において滞留（トラップ）され、十分に成長された後、傘部材４０から溢れ出て、液面に浮上する。   Further, in such a fuel cell system 2, since the discharged liquid is transported from the tangential direction along the inner peripheral wall surface of the substantially cylindrical concentration adjusting tank 41, the discharged liquid is discharged while being decelerated on the inner peripheral wall surface. Bubbles contained in the liquid gradually rise as they grow. Such bubbles are retained (trapped) in the umbrella member 40 and sufficiently grown, then overflow from the umbrella member 40 and float on the liquid surface.

その結果、このような燃料電池システム２によれば、より効率的に排出液を液体燃料と気体とに分離することができ、さらに、液面の揺らぎを抑制することができ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。   As a result, according to such a fuel cell system 2, the discharged liquid can be more efficiently separated into the liquid fuel and the gas, and the fluctuation of the liquid level can be suppressed. Vaporization of dissolved components (such as ammonia) and fine particles of liquid fuel can be suppressed, and loss of liquid fuel can be suppressed.

なお、濃度調整タンク４１において分離された気体は、ガス排出弁２７が開かれることにより、ガス排出管２６を介して外部へ排出される。   The gas separated in the concentration adjustment tank 41 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 26 when the gas discharge valve 27 is opened.

一方、濃度調整タンク４１において分離された液体燃料は、供給液（２次供給液）として循環され、再度、燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。   On the other hand, the liquid fuel separated in the concentration adjustment tank 41 is circulated as a supply liquid (secondary supply liquid) and flows into the fuel supply path 13 from the fuel supply port 15 again.

また、２次供給液の循環使用に伴って、液体燃料中の燃料濃度が低くなる場合には、濃度調整タンク４１において分離された液体燃料は、燃料供給弁４４の開閉によって燃料タンク３５から輸送された液体燃料（１次（高濃度）供給液）と混合され、濃度調整された後、供給液（２次供給液）として、再度、燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。   Further, when the fuel concentration in the liquid fuel becomes low as the secondary supply liquid is circulated, the liquid fuel separated in the concentration adjustment tank 41 is transported from the fuel tank 35 by opening and closing the fuel supply valve 44. After being mixed with the liquid fuel (primary (high-concentration) supply liquid) and adjusted in concentration, it again flows from the fuel supply port 15 into the fuel supply path 13 as a supply liquid (secondary supply liquid).

このようにして、液体燃料が、クローズドライン（濃度調整タンク４１、第２供給ライン４２、燃料供給路１３および燃料排出ライン３８）を循環する。
４．作用効果
以上のように、上記した燃料電池システム２によれば、濃度調整タンク４１において、排出液が液体燃料と気体とに分離されるため、濃度調整タンク４１を気液分離器として兼用することにより、気液分離器を省略できる。その結果、省スペース化を図ることができる。 In this way, the liquid fuel circulates through the closed line (the concentration adjustment tank 41, the second supply line 42, the fuel supply path 13, and the fuel discharge line 38).
4). As described above, according to the fuel cell system 2 described above, in the concentration adjustment tank 41, the discharged liquid is separated into liquid fuel and gas, so that the concentration adjustment tank 41 is also used as a gas-liquid separator. Thus, the gas-liquid separator can be omitted. As a result, space saving can be achieved.

１ 電動車両
２ 燃料電池システム
３ 燃料電池
３５ 燃料タンク
３７ 燃料供給ライン
３８ 燃料排出ライン
４１ 濃度調整タンク DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric vehicle 2 Fuel cell system 3 Fuel cell 35 Fuel tank 37 Fuel supply line 38 Fuel discharge line 41 Concentration adjustment tank

Claims (3)

液体燃料が供給され、排出液が排出される燃料電池と、
前記燃料電池に供給される液体燃料が貯留される燃料タンクと、
前記燃料タンクから前記燃料電池へ液体燃料を輸送する燃料供給ラインと、
前記燃料電池から液体燃料を排出させる燃料排出ラインと、
前記燃料供給ラインに介在されるとともに、前記燃料排出ラインに接続され、前記燃料タンクから輸送された液体燃料と、前記燃料電池から排出される排出液とを混合することにより液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクと
を備え、
前記濃度調整タンクにおいて、
排出液を、液体燃料と気体とに分離する
ことを特徴とする、燃料電池システム。 A fuel cell to which liquid fuel is supplied and exhaust liquid is discharged;
A fuel tank for storing liquid fuel to be supplied to the fuel cell;
A fuel supply line for transporting liquid fuel from the fuel tank to the fuel cell;
A fuel discharge line for discharging liquid fuel from the fuel cell;
The concentration of the liquid fuel is adjusted by mixing the liquid fuel that is interposed in the fuel supply line and connected to the fuel discharge line and transported from the fuel tank and the exhaust liquid discharged from the fuel cell. And a concentration adjustment tank for
In the concentration adjustment tank,
A fuel cell system, wherein the discharged liquid is separated into liquid fuel and gas. 前記燃料電池から排出される排出液が、前記濃度調整タンクの液面よりも鉛直方向下方に輸送されることを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the discharged liquid discharged from the fuel cell is transported vertically below the liquid level of the concentration adjustment tank. 前記濃度調整タンクが、上下方向に中心軸線を有する略円筒形状であり、
前記燃料排出ラインが、前記濃度調整タンクの内周壁面に沿うように、接線方向から前記濃度調整タンクに接続される
ことを特徴とする、請求項２に記載の燃料電池システム。 The concentration adjusting tank has a substantially cylindrical shape having a central axis in the vertical direction;
3. The fuel cell system according to claim 2, wherein the fuel discharge line is connected to the concentration adjustment tank from a tangential direction so as to follow an inner peripheral wall surface of the concentration adjustment tank.
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