JP2016122521A

JP2016122521A - 燃料電池システム

Info

Publication number: JP2016122521A
Application number: JP2014260653A
Authority: JP
Inventors: 恵美子森; Emiko Mori
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-12-24
Filing date: 2014-12-24
Publication date: 2016-07-07

Abstract

【課題】燃料電池の小型化、および、構成の簡略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。
【解決手段】
燃料電池３と、燃料電池３のアノード電極１６に液体燃料を供給する燃料給排部４と、燃料電池３のカソード電極１７に空気を供給するための空気給排部５とを備える燃料電池システム２において、第２タンク２２内の液体燃料を循環させる冷却ライン６１と、冷却ライン６１に介在されるラジエータ５４と、第２タンク２２内の液体燃料をラジエータ５４に搬送する冷却ポンプ６２とを、第２タンク２２内の液体燃料を燃料電池３に供給する第２燃料供給ライン２４および第２ポンプ３１とは別に設ける。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。

従来、車両などに搭載される燃料電池システムとして、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどの燃料成分と、空気中の酸素および水とを消費して発電する燃料電池システムが知られている。

例えば、アノードおよびカソードを有する燃料電池セルがスタックされたセルスタックと、アノードに燃料を供給するための燃料給排部と、カソードに空気を供給するための空気給排部とを備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１１−８６５７９号公報

上記の特許文献１に記載される燃料電池システムでは、発電により加熱されたセルスタックを冷却するために、セルスタックとラジエータとの間で冷却水を循環させている。

そのため、冷却水を循環させるための流路をセルスタック内に設け、セルスタックに冷却水循環ラインを接続する必要があり、セルスタックの小型化や、セルスタックの構成の簡略化を図ることが困難な場合がある。

そこで、本発明の目的は、燃料電池の小型化、および、構成の簡略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。

本発明の燃料電池システムは、アノードとカソードとを備える燃料電池と、前記アノードに燃料を供給するための燃料供給部と、前記カソードに酸素を含有する気体を供給するための酸素供給部とを備え、前記燃料電池は、前記燃料中の燃料成分と、前記気体中の酸素を消費して発電し、発電するときの電気化学反応によって生成する生成物と燃料成分とを含む排出液を排出し、前記燃料供給部は、前記燃料を貯留する燃料タンクと、前記燃料タンク内の燃料を前記燃料電池に供給する供給ラインと、前記供給ラインに介在され、前記燃料タンク内の燃料を前記燃料電池に搬送する供給ポンプと、前記排出液を前記燃料タンクに供給する排出ラインと、前記燃料タンク内の燃料を循環させる冷却ラインと、前記冷却ラインに介在され、前記燃料タンクの燃料を冷却する冷却器と、前記冷却ラインに介在され、前記燃料タンク内の燃料を前記冷却器に搬送する冷却ポンプとを備えることを特徴としている。

このような構成によれば、燃料タンク内の燃料を燃料電池に供給する供給ラインおよび供給ポンプと、燃料タンク内の燃料を循環させる冷却ラインと、冷却ラインに介在される冷却器と、燃料タンク内の燃料を冷却器に搬送する冷却ポンプとを備えている。

そのため、燃料タンク内の燃料を、冷却器で冷却し、冷却された燃料を、供給ラインを介して燃料電池に供給して、燃料電池を冷却することができる。

これにより、冷却水を循環させるための流路を燃料電池内に設けたり、燃料電池に冷却水を循環させるための配管を接続することなく、燃料タンクからの燃料供給により、燃料電池における発電と、燃料電池の冷却とを同時に実現することができる。

その結果、燃料電池の小型化、および、構成の簡略化を図ることができる。

また、冷却ラインおよび冷却ポンプが供給ラインおよび供給ポンプとは別に設けられているので、燃料タンク内の燃料を確実に冷却することができながら、燃料タンク内の燃料を安定に燃料電池に供給することができる。

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の小型化、および、構成の簡略化を図ることができる。

図１は、本発明の燃料電池システムの一実施形態を示す概略構成図である。図２は、図１に示す第２タンク内の液体燃料の冷却動作を示すフロー図である。

１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４２を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４４を電源としてモータ４２を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料供給部の一例としての燃料給排部４と、酸素供給部の一例としての空気給排部５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、燃料成分を含む燃料の一例としての液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、カチオン交換型燃料電池またはアニオン交換型燃料電池として構成されている。

燃料成分としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジンなどのヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。

液体燃料としては、燃料成分をそのまま用いてもよいが、燃料成分を、例えば、水などで希釈して用いることができる。

燃料電池３は、燃料電池セル１１を備えている。なお、燃料電池３は、複数の燃料電池セル１１が積層されたスタック構造として構成される場合があるが、図１においては、図解しやすいように１つの燃料電池セル１１のみを示している。

燃料電池セル１１は、膜電極接合体１２と、燃料供給部材１３、空気供給部材１４とを備えている。

膜電極接合体１２は、電解質膜１５と、アノードの一例としてのアノード電極１６と、カソードの一例としてのカソード電極１７とを備えている。

電解質膜１５は、カチオン交換型またはアニオン交換型の高分子電解質膜から形成されている。

アノード電極１６は、電解質膜１５の厚み方向一方側の表面に、薄層として積層されている。アノード電極１６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極１６は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。

カソード電極１７は、電解質膜１５に対してアノード電極１６の反対側、すなわち、電解質膜１５の厚み方向他方側の表面に、薄層として積層されている。カソード電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。

燃料供給部材１３は、膜電極接合体１２の厚み方向一方側に配置されている。燃料供給部材１３は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材１３には、燃料流路１８が形成されている。なお、膜電極接合体１２と燃料供給部材１３との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。

燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路１８は、アノード電極１６に向かい合っている。

空気供給部材１４は、膜電極接合体１２の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材１４は、ガス不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材１４には、空気流路１９が形成されている。なお、膜電極接合体１２と空気供給部材１４との間には、図示しないガス拡散層が介在されている。

空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面に形成されている。空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路１９は、カソード電極１７に向かい合っている。

（２）燃料給排部
燃料給排部４は、第１タンク２１、燃料タンクの一例としての第２タンク２２、第１燃料供給ライン２３、第１ポンプ２８、開閉弁２９、供給ラインの一例としての第２燃料供給ライン２４、供給ポンプの一例としての第２ポンプ３１、排出ラインの一例としての還流ライン２６、気液分離器３２、排気ライン２７、冷却器の一例としてのラジエータ５４、冷却ライン６１、および、冷却ポンプ６２を備えている。

第１タンク２１は、上記した液体燃料を貯蔵する。

第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。

第２タンク２２は、燃料電池３の近傍に配置されている。第２タンク２２には、第１タンク２１からの液体燃料が希釈された状態で貯蔵されている。

第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、第１タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度よりも低い。より具体的には、第２タンク２２内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、電動車両１が一定の速度で走行している場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。

第１燃料供給ライン２３は、第１タンク２１から第２タンク２２へ液体燃料を供給するための配管である。第１燃料供給ライン２３の供給方向上流端は、第１タンク２１の下端部に接続されている。第１燃料供給ライン２３の供給方向下流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。

第１ポンプ２８は、第１燃料供給ライン２３の途中に介在されている。第１ポンプ２８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挙げられる。

開閉弁２９は、第１燃料供給ライン２３の途中において、第１タンク２１と第１ポンプ２８との間に介在されている。開閉弁２９としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。

第２燃料供給ライン２４は、第２タンク２２内の液体燃料を燃料流路１８に供給するための配管である。第２燃料供給ライン２４の供給方向上流端は、第２タンク２２の下端部に接続されている。第２燃料供給ライン２４の供給方向下流端は、燃料流路１８の下端部（供給口）に連通するように、燃料供給部材１３の下端部に接続されている。

第２ポンプ３１は、第２燃料供給ライン２４の途中に介在されている。第２ポンプ３１としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。

第２ポンプ３１の最大吐出量は、例えば、５Ｌ／分以上、好ましくは、１０Ｌ／分以上、例えば、５０Ｌ／分以下、好ましくは、３０Ｌ／分以下である。

還流ライン２６は、燃料流路１８から排出された液体燃料を第２タンク２２に還流するための配管である。還流ライン２６の還流方向上流端は、燃料流路１８の上端部（排出口）に連通するように、燃料供給部材１３の上端部に接続されている。還流ライン２６の還流方向下流端は、第２タンク２２の上端部に接続されている。これにより、第２タンク２２から、第２燃料供給ライン２４、燃料流路１８および還流ライン２６を順次介して第２タンク２２に戻る循環ラインが形成される。

気液分離器３２は、還流ライン２６の途中に介在されている。気液分離器３２は、燃料電池３の燃料流路１８から排出された排出液中の液体燃料と、ガス（気体）とを分離する。

排気ライン２７は、気液分離器３２で分離されたガスを排気するための配管である。排気ライン２７の排気方向上流端は、気液分離器３２に接続されている。排気ライン２７の排気方向下流端は、大気開放されている。なお、排気ライン２７の途中には、ガスを無害化および無臭化するための図示しない浄化装置が介在されている。

ラジエータ５４は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。ラジエータ５４としては、特に限定されず、公知のラジエータを適用することができる。ラジエータ５４は、複数のチューブ（図示せず）を有するラジエータコア（図示せず）を備え、冷却ライン６１を介して供給される第２タンク２２内の液体燃料を、複数のチューブ（図示せず）を通過するときに、空気との熱交換によって冷却する。

冷却ライン６１は、第２タンク２２内の液体燃料をラジエータ５４に通過させた後、ラジエータ５４を通過した液体燃料を第２タンク２２に再供給するための配管である。つまり、冷却ライン６１は、第２タンク２２内の液体燃料を循環させる配管である。冷却ライン６１は、ラジエータ５４よりも通過方向上流側に配置される上流側ライン６３と、ラジエータ５４よりも通過方向下流側に配置される下流側ライン６４とを備えている。

上流側ライン６３の通過方向上流端は、第２タンク２２における高温の液体燃料が滞留している部分、具体的には、還流ライン２６の還流方向下流端が接続されている部分の近傍に接続されている。上流側ライン６３の通過方向下流端は、ラジエータ５４の流入口５５に接続されている。

下流側ライン６４の通過方向上流端は、ラジエータ５４の流出口５６に接続されている。下流側ライン６４の通過方向下流端は、第２タンク２２における低温の液体燃料が滞留している部分、具体的には、第２燃料供給ライン２４の供給方向上流端が接続されている部分の近傍に接続されている。

冷却ポンプ６２は、上流側ライン６３の途中に介在されている。冷却ポンプ６２としては、上記した第１ポンプ２８と同様の送液ポンプが挙げられる。なお、冷却ポンプ６２は、下流側ライン６４の途中に介在させることもできる。

冷却ポンプ６２の最大吐出量は、第２ポンプ３１の最大吐出量よりも少なく、例えば、１Ｌ／分以上、好ましくは、２Ｌ／分以上、例えば、２０Ｌ／分以下、好ましくは、１０Ｌ／分以下である。

（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給ライン３３と、エアポンプ３５と、空気排出ライン３４とを備えている。

空気供給ライン３３は、空気流路１９内に空気を供給するための配管である。空気供給ライン３３の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン３３の供給方向下流端は、空気流路１９の上端部（供給口）に連通するように、空気供給部材１４の上端部に接続されている。

エアポンプ３５は、空気供給ライン３３の途中に介在されている。エアポンプ３５としては、例えば、エアコンプレッサなどの公知の送気ポンプが挙げられる。

空気排出ライン３４は、空気流路１９から空気を排出するための配管である。空気排出ライン３４の排出方向上流端は、空気流路１９の下端部（排出口）に連通するように、空気供給部材１４の下端部に接続されている。空気排出ライン３４の排出方向下流端は、大気開放されている。

（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ４１を備えている。

ＥＣＵ４１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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。ＥＣＵ４１は、第１ポンプ２８、開閉弁２９、第２ポンプ３１、冷却ポンプ６２およびエアポンプ３５に電気的に接続されており、それらを制御する。

（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ４２と、インバータ４３と、バッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。

モータ４２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４２は、燃料電池３またはバッテリ４４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。

インバータ４３は、配線により、燃料電池３とモータ４２との間に電気的に接続されている。インバータ４３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。インバータ４３としては、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などが挙げられる。

バッテリ４４は、燃料電池３とモータ４２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリ４４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４２に電力を供給可能である。

ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、配線により、燃料電池３とインバータ４３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、ＥＣＵ４１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ４４の入出力電力を調整する。

２．発電動作
次いで、図１および図２を参照しながら、燃料電池システム２における発電について説明する。

電動車両１のイグニッションスイッチがオンされると、まず、ＥＣＵ４１の制御により、開閉弁２９が開放され、冷却ポンプ６２が停止した状態で、第２ポンプ３１、および、エアポンプ３５が駆動される（Ｓ１）。

このとき、第２ポンプ３１の吐出量は、例えば、４０Ｌ／分である。また、エアポンプ３５の吐出量は、例えば、１０００Ｌ／分である。

すると、第２タンク２２内の液体燃料は、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。

燃料流路１８に供給された液体燃料は、アノード電極１６と接触しながら燃料流路１８内を下側から上側へ流れて、還流ライン２６へ排出される。

なお、第１タンク２１内の液体燃料は、ＥＣＵ４１の制御によって第１ポンプ２８の送液量が調整されることにより、第２タンク２２内の液体燃料の燃料成分濃度を調整するように、第２燃料供給ライン２４を介して、逐次、第２タンク２２に供給される。

また、電動車両１の外部からの空気は、空気供給ライン３３を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。空気は、酸素を含有する気体の一例である。なお、空気は、通常、水蒸気（つまり、水）を含んでいる。

空気流路１９に供給された空気は、カソード電極１７と接触しながら空気流路１９内を上側から下側へ流れて空気排出ライン３４へ排出される。

このとき、燃料電池３では、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻（アノード電極１６での反応）
（２）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻（カソード電極１７での反応）
（３）Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
なお、電解質膜１５がアニオン交換型の高分子電解質膜であり、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻（アノード電極１６での反応）
（５）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻（カソード電極１７での反応）
（６）ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、アノード電極１６において燃料成分（Ｎ_２Ｈ_４またはＣＨ_３ＯＨ）が消費され、カソード電極１７において酸素（Ｏ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）が消費されるとともに、生成物の一例としての水（Ｈ_２Ｏ）およびガス（Ｎ_２またはＣＯ_２）が生成され、起電力（ｅ⁻）が発生される。発生した起電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５によって変圧され、インバータ４３により三相交流電力に変換された後、モータ４２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。なお、機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ４４に蓄電される。

そして、燃料電池３から還流ライン２６に排出された液体燃料（排出液の一例）は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成する水とが含まれており、気液分離器３２において、ガス成分（上記電気化学反応により生じるガス（Ｎ_２またはＣＯ_２））と分離されて、第２タンク２２に供給される。

ここで、燃料電池セル１１から排出された排出液は、第２タンク２２内の液体燃料よりも高温になっている。

そのため、排出液が第２タンク２２に供給されると、第２タンク２２内の液体燃料の温度が上昇する。

そして、第２タンク２２内の液体燃料の温度Ｔが、第１設定温度Ｔ１（例えば、４０℃）を超過し、第２設定温度Ｔ２（例えば、８０℃）以下である場合（Ｓ２：ＹＥＳ、Ｓ４：ＮＯ）、ＥＣＵ４１の制御により、冷却ポンプ６２が駆動される（Ｓ５）。

このとき、冷却ポンプ６２の吐出量は、例えば、１０Ｌ／分である。

なお、第２タンク２２内の液体燃料の温度Ｔが、第１設定温度Ｔ１以下である場合（Ｓ２：ＮＯ）には、冷却ポンプ６２は、駆動されない（Ｓ３）。

冷却ポンプ６２が駆動されると、第２タンク２２内の液体燃料は、冷却ライン６１の上流側ライン６３を介してラジエータ５４の流入口５５に供給される。

ラジエータ５４の流入口５５に供給された液体燃料は、ラジエータコア（図示せず）の複数のチューブ（図示せず）に分かれて供給され、複数のチューブ（図示せず）を下方から上方へ通過するときに、空気によって冷却された後、流出口５６から、冷却ライン６１の下流側ライン６４を介して、再度、第２タンク２２に供給される。

これにより、第２タンク２２内の液体燃料の温度は、具体的には、６０℃以上、好ましくは、６５℃以上、例えば、７０℃以下に調整される。

そして、そのような第２タンク２２内の液体燃料が供給されることにより、燃料電池セル１１の温度は、電動車両１の走行に十分な電力を発電可能となる定常運転において、具体的には、７０℃以上、好ましくは、７５℃以上、例えば、８０℃以下に調整される。

なお、電動車両１の定速走行に十分な電力は、電動車両１の重量や、モータ４２の出力などのバランスを考慮して適宜設定されるが、例えば、５ｋＷ以上、好ましくは、１０ｋＷ以上、例えば、２０ｋＷ以下、好ましくは、１５ｋＷ以下である。

ここで、登坂が長時間継続した場合など、定速走行に十分な電力以上の電力が継続的に要求された場合、上記電気化学反応における発熱が増大し、第２タンク２２内の液体燃料の温度が過度に上昇する場合がある。

具体的には、第２タンク２２内の液体燃料の温度Ｔが、設定温度Ｔ２を超過した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４１の制御により、冷却ポンプ６２が駆動した状態で、エアポンプ３５が停止される（Ｓ６）。

なお、このとき、第２ポンプ３１の吐出量は、例えば、１０Ｌ／分である。

すると、カソード電極１７への空気の供給が停止し、上記電気化学反応が停止する。これにより、燃料電池セル１１におけるさらなる発熱が停止する。

次いで、第２タンク２２内の液体燃料の温度Ｔが、設定温度Ｔ３（例えば、８０℃）未満、設定温度Ｔ４（例えば、６０℃）以上に冷却されたときに（Ｓ７：ＹＥＳ、Ｓ８：ＮＯ）、ＥＣＵ４１の制御により、第２ポンプ３１が停止される（Ｓ９）。

これにより、第２タンク２２内の液体燃料は、さらに冷却される。

そして、第２タンク２２内の液体燃料の温度Ｔが、設定温度Ｔ４未満に冷却されたときに（Ｓ８：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４１の制御により、第２ポンプ３１およびエアポンプ３５が、再度、駆動される（Ｓ１０）。

第２ポンプ３１の吐出量は、例えば、４０Ｌ／分である。また、エアポンプ３５の吐出量は、例えば、１０００Ｌ／分である。

すると、上記電気化学反応が再開される。なお、上記電気化学反応が停止している間（Ｓ６からＳ１０の間）、電動車両１は、バッテリ４４に蓄電されている電力を消費して走行する。
３．作用効果
この燃料電池システム２によれば、図１に示すように、第２タンク２２内の液体燃料を燃料電池３に供給する第２燃料供給ライン２４および第２ポンプ３１と、第２タンク２２内の液体燃料を循環させる冷却ライン６１と、冷却ライン６１に介在されるラジエータ５４と、第２タンク２２内の液体燃料をラジエータ５４に搬送する冷却ポンプ６２とを備えている。

そのため、第２タンク２２内の液体燃料を、ラジエータ５４で冷却し、冷却された液体燃料を、第２燃料供給ライン２４を介して燃料電池３に供給して、燃料電池３を冷却することができる。

これにより、冷却水を循環させるための流路を燃料電池３内に設けたり、燃料電池３に冷却水を循環させるための配管を接続することなく、第２タンク２２からの燃料供給により、燃料電池３における発電と、燃料電池３の冷却とを同時に実現することができる。

その結果、燃料電池３の小型化、および、構成の簡略化を図ることができる。

なお、ラジエータ５４が第２燃料供給ライン２４の途中に介在されている場合、すなわち、第２燃料供給ライン２４が、ラジエータ５４に燃料を通過させる冷却ライン６１を兼ね、第２ポンプ３１が、ラジエータ５４に向かって燃料を送る冷却ポンプ６２を兼ねるような場合、燃料電池３への燃料供給をラジエータ５４が阻害するおそれがある。

より詳しくは、ラジエータ５４に供給された燃料は、ラジエータ５４内において、ラジエータコア（図示せず）の複数のチューブ（図示せず）内を流れる。そのため、複数のチューブ（図示せず）に起因する圧力損失により、第２ポンプ３１の吐出量が減衰するおそれがある。

しかし、この燃料電池システム２によれば、冷却ライン６１および冷却ポンプ６２は、第２燃料供給ライン２４および第２ポンプ３１とは別に設けられている。

そのため、冷却ライン６１および冷却ポンプ６２により、第２タンク２２内の燃料をラジエータ５４に安定に供給して確実に冷却することができながら、第２燃料供給ライン２４および第２ポンプ３１により、第２タンク２２内の燃料を燃料電池３に安定に供給することができる。

また、この燃料電池システム２によれば、図２に示すように、定速走行に十分な電力以上の電力が継続的に要求され、第２タンク２２内の液体燃料の温度が過度に上昇した場合に、まず、冷却ポンプ６２が駆動した状態で、エアポンプ３５および第２ポンプ３１を、順次、停止する（Ｓ６、Ｓ９）。

具体的には、第２タンク２２内の液体燃料の温度Ｔが、設定温度Ｔ２を超過した場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ４１の制御により、冷却ポンプ６２が駆動した状態で、エアポンプ３５が停止する（Ｓ６）。

これにより、カソード電極１７への空気の供給が停止し、上記電気化学反応が停止する。その結果、燃料電池セル１１におけるさらなる発熱を停止させることができる。

これにより、第２タンク２２内の液体燃料を、さらに冷却することができる。

このように、この燃料電池システム２によれば、第２タンク２２内の液体燃料を冷却する構成（冷却ライン６１、ラジエータ５４および冷却ポンプ６２）を、第２タンク２２内の液体燃料を燃料電池３に供給する構成（第２燃料供給ライン２４および第２ポンプ３１）とは別に設けている構成において、冷却ポンプ６２が駆動した状態で、エアポンプ３５および第２ポンプ３１を停止させることにより、上記電気化学反応を停止させた状態で、第２タンク２２内の液体燃料を効率よく冷却することができる。

２燃料電池システム
３燃料電池
４燃料給排部
５空気給排部
１６アノード電極
１７カソード電極
２２第２タンク
２４第２燃料供給ライン
２６還流ライン
３１第２ポンプ
５４ラジエータ
６１冷却ライン
６２冷却ポンプ

Claims

アノードとカソードとを備える燃料電池と、前記アノードに燃料を供給するための燃料供給部と、前記カソードに酸素を含有する気体を供給するための酸素供給部とを備え、
前記燃料電池は、前記燃料中の燃料成分と、前記気体中の酸素を消費して発電し、発電するときの電気化学反応によって生成する生成物と燃料成分とを含む排出液を排出し、
前記燃料供給部は、
前記燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の燃料を前記燃料電池に供給する供給ラインと、
前記供給ラインに介在され、前記燃料タンク内の燃料を前記燃料電池に搬送する供給ポンプと、
前記排出液を前記燃料タンクに供給する排出ラインと、
前記燃料タンク内の燃料を循環させる冷却ラインと、
前記冷却ラインに介在され、前記燃料タンクの燃料を冷却する冷却器と、
前記冷却ラインに介在され、前記燃料タンク内の燃料を前記冷却器に搬送する冷却ポンプと
を備えることを特徴とする、燃料電池システム。