JP2020015003A - Ammonia decomposition method and fuel cell system - Google Patents

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Abstract

To provide an ammonia decomposition method capable of inhibiting hydrazine from being decomposed to efficiently decompose ammonia, and a fuel cell system using the ammonia decomposition method.SOLUTION: An ammonia decomposition method including a concentrating step of concentrating a hydrazine aqueous solution containing ammonia to thereby adjust an ammonia concentration in the hydrazine aqueous solution to 2.0 mass% or more, a preparation step of oppositely arranging a pair of electrodes 62 in the hydrazine aqueous solution, and a decomposition step of applying an electric current to the electrodes 62 to boil the hydrazine aqueous solution in the vicinity of the electrodes 62 to thereby cause a gas phase between the electrodes 62 and producing plasma in the gas phase on a condition of causing dielectric breakdown in the gas phase to decompose the ammonia contained in the hydrazine aqueous solution.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、アンモニア分解方法および燃料電池システムに関し、詳しくは、燃料電池システムにおいて循環する液体燃料に含有されるアンモニアを分解するために有効なアンモニア分解方法、および、そのアンモニア分解方法が用いられる燃料電池システムに関する。   The present invention relates to an ammonia decomposition method and a fuel cell system, and more particularly to an ammonia decomposition method effective for decomposing ammonia contained in liquid fuel circulating in a fuel cell system, and a fuel using the ammonia decomposition method. It relates to a battery system.

従来、ヒドラジンを液体燃料とする燃料電池など、窒素化合物を消費する各種装置から、アンモニアが生じる場合がある。このようなアンモニアは、地球環境の観点から、通常、大気に放出される前に、無害化処理されることが要求されている。   Conventionally, ammonia may be generated from various devices that consume nitrogen compounds, such as a fuel cell using hydrazine as a liquid fuel. From the viewpoint of the global environment, such ammonia is usually required to be detoxified before being released to the atmosphere.

アンモニアの処理方法としては、例えば、プラズマ反応器を用いてアンモニアを窒素および水素に分解する方法などが知られている。   As a method of treating ammonia, for example, a method of decomposing ammonia into nitrogen and hydrogen using a plasma reactor is known.

より具体的には、例えば、アンモニアを0.001〜1モル%(すなわち、0.0014〜1.4質量%)の濃度で含有するヒドラジン水溶液中に、1対の電極を対向配置して、その電極に通電し、電極付近においてヒドラジン水溶液を沸騰させることによって電極間に気相を発生させるとともに、気相おける絶縁破壊が生じる条件で気相中にプラズマを発生させ、ヒドラジン水溶液中に含有されるアンモニアを分解する方法が、提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   More specifically, for example, a pair of electrodes are opposed to each other in an aqueous hydrazine solution containing ammonia at a concentration of 0.001 to 1 mol% (that is, 0.0014 to 1.4 mass%), The electrode is energized, and a hydrazine aqueous solution is boiled in the vicinity of the electrode to generate a gas phase between the electrodes, and a plasma is generated in the gas phase under conditions that cause dielectric breakdown in the gas phase, which is contained in the hydrazine aqueous solution. A method for decomposing ammonia has been proposed (for example, see Patent Document 1).

特開2017−148745号公報JP 2017-148745 A

一方、ヒドラジン水溶液中においてアンモニアを分解すると、アンモニアのみならず、ヒドラジンも分解される場合があり、その結果、窒素酸化物などが生じて、さらなる浄化処理を必要とする場合がある。   On the other hand, when ammonia is decomposed in an aqueous hydrazine solution, not only ammonia but also hydrazine may be decomposed, and as a result, nitrogen oxides and the like may be generated, which may require further purification treatment.

本発明は、ヒドラジンの分解を抑制して、アンモニアを効率よく分解できるアンモニア分解方法、および、そのアンモニア分解方法が用いられる燃料電池システムである。   The present invention relates to an ammonia decomposition method capable of suppressing the decomposition of hydrazine and efficiently decomposing ammonia, and a fuel cell system using the ammonia decomposition method.

本発明[1]は、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液を濃縮することによりヒドラジン水溶液のアンモニア濃度を2.0質量%以上に調整する濃縮工程と、前記ヒドラジン水溶液中で1対の電極を対向配置する準備工程と、前記電極に通電し、前記電極付近において前記ヒドラジン水溶液を沸騰させることによって前記電極間に気相を発生させるとともに、前記気相おける絶縁破壊が生じる条件で、前記気相中にプラズマを発生させ、前記ヒドラジン水溶液中に含有されるアンモニアを分解する分解工程とを備える、アンモニア分解方法を含んでいる。   In the present invention [1], a concentration step of adjusting the ammonia concentration of the hydrazine aqueous solution to 2.0% by mass or more by concentrating the hydrazine aqueous solution containing ammonia, and disposing a pair of electrodes in the hydrazine aqueous solution to face each other. A preparing step, energizing the electrode, generating a gas phase between the electrodes by boiling the hydrazine aqueous solution in the vicinity of the electrode, and generating a plasma in the gas phase under conditions that cause dielectric breakdown in the gas phase. And a decomposition step of decomposing ammonia contained in the aqueous hydrazine solution.

本発明[2]は、上記[1]に記載のアンモニア分解方法によりアンモニアを分解可能な燃料電池システムであって、ヒドラジンを含む液体燃料が供給される燃料電池と、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に対して液体燃料を供給する燃料供給経路と、前記燃料電池から排出液を排出する燃料排出経路と、前記燃料排出経路から前記燃料タンクへ排出液を輸送する還流経路と、前記燃料排出経路と前記還流経路との間に介在される気液分離器と、前記還流経路に介在され、液体燃料から水分を分離するための水分離手段と、前記燃料タンク内に対向配置される1対の電極、および、前記電極に通電するための電源を備えるプラズマ発生装置とを備える、燃料電池システムを含んでいる。   The present invention [2] is a fuel cell system capable of decomposing ammonia by the ammonia decomposing method according to the above [1], wherein a fuel cell to which a liquid fuel containing hydrazine is supplied, and a fuel in which the liquid fuel is stored A tank, a fuel supply path for supplying liquid fuel from the fuel tank to the fuel cell, a fuel discharge path for discharging a discharge liquid from the fuel cell, and transporting the discharge liquid from the fuel discharge path to the fuel tank. A recirculation path, a gas-liquid separator interposed between the fuel discharge path and the recirculation path, a water separation unit interposed in the recirculation path for separating moisture from liquid fuel, and the fuel tank. A fuel cell system comprising: a pair of electrodes disposed inside each other; and a plasma generator having a power supply for supplying electricity to the electrodes.

本発明のアンモニア分解方法および燃料電池システムでは、まず、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液(液体燃料)におけるアンモニア濃度を2.0質量%以上に調整し、その後、ヒドラジン水溶液(液体燃料)中に通電することによって、ヒドラジン水溶液中に気相(気泡)を発生させ、かつ、その気相(気泡)による絶縁破壊が生じる条件で、気相中にプラズマを発生させる。   In the ammonia decomposition method and the fuel cell system of the present invention, first, the ammonia concentration in the hydrazine aqueous solution (liquid fuel) containing ammonia is adjusted to 2.0% by mass or more, and then the electricity is supplied to the hydrazine aqueous solution (liquid fuel). As a result, a gas phase (bubbles) is generated in the hydrazine aqueous solution, and plasma is generated in the gas phase under conditions that cause dielectric breakdown due to the gas phase (bubbles).

その結果、ヒドラジンの分解を抑制しながら、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを効率よく分解できる。   As a result, ammonia in the aqueous hydrazine solution can be efficiently decomposed while suppressing the decomposition of hydrazine.

図1は、本発明のアンモニア分解方法の一実施形態を実施するために用いられるアンモニア分解装置の概略図である。FIG. 1 is a schematic diagram of an ammonia decomposition apparatus used to carry out one embodiment of the ammonia decomposition method of the present invention. 図2は、図1に示すアンモニア分解装置が用いられる燃料電池システムの概略図である。FIG. 2 is a schematic diagram of a fuel cell system using the ammonia decomposition device shown in FIG. 図3は、図2に示す燃料電池システムに搭載される濃縮装置を示す概略構成図である。FIG. 3 is a schematic configuration diagram showing a concentrator installed in the fuel cell system shown in FIG.

1.アンモニア分解方法およびアンモニア分解装置
本発明のアンモニア分解方法では、詳しくは後述するように、ヒドラジン水溶液中のアンモニアの濃度を調整した後、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液中でプラズマを発生させることによって、アンモニア(NH、NH )を、窒素(N)および水素(H)に分解する。
1. Ammonia decomposition method and ammonia decomposition apparatus In the ammonia decomposition method of the present invention, as described later in detail, after adjusting the concentration of ammonia in the hydrazine aqueous solution, ammonia is generated by generating plasma in the hydrazine aqueous solution containing ammonia. (NH 3 , NH 4 + ) is decomposed into nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ).

ヒドラジン水溶液は、ヒドラジンの水溶液であり、ヒドラジンおよび水と、アンモニアとを含有している。   The hydrazine aqueous solution is an aqueous solution of hydrazine, and contains hydrazine and water, and ammonia.

ヒドラジンとしては、例えば、無水ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)、炭酸ヒドラジン((NHNHCO)、硫酸ヒドラジン(NHNH・HSO)、モノメチルヒドラジン(CHNHNH)、ジメチルヒドラジン((CHNNH、CHNHNHCH)、カルボンヒドラジド((NHNHCO)などが挙げられる。これらヒドラジンは、単独使用または2種類以上併用することができる。ヒドラジンとして、好ましくは、無水ヒドラジン(NHNH)、水加ヒドラジン(NHNH・HO)が挙げられる。 Examples of the hydrazine include anhydrous hydrazine (NH 2 NH 2 ), hydrazine hydrate (NH 2 NH 2 .H 2 O), hydrazine carbonate ((NH 2 NH 2 ) 2 CO 2 ), and hydrazine sulfate (NH 2 NH 2). H 2 SO 4 ), monomethylhydrazine (CH 3 NHNH 2 ), dimethylhydrazine ((CH 3 ) 2 NNH 2 , CH 3 NHNHCH 3 ), carboxylic hydrazide ((NHNH 2 ) 2 CO) and the like. These hydrazines can be used alone or in combination of two or more. The hydrazine preferably includes anhydrous hydrazine (NH 2 NH 2 ) and hydrazine hydrate (NH 2 NH 2 .H 2 O).

アンモニアを含有するヒドラジン水溶液において、ヒドラジンの濃度(後述する濃縮前の濃度)は、特に制限されないが、ヒドラジン水溶液の総量に対して、例えば、1.0質量%以上、好ましくは、2.0質量%以上であり、例えば、20.0質量%以下、好ましくは、15.0質量%以下である。   In the aqueous hydrazine solution containing ammonia, the concentration of hydrazine (the concentration before concentration described later) is not particularly limited, but is, for example, 1.0% by mass or more, preferably 2.0% by mass, based on the total amount of the hydrazine aqueous solution. %, For example, 20.0% by mass or less, preferably 15.0% by mass or less.

また、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液において、アンモニアの濃度(後述する濃縮前の濃度)は、ヒドラジン水溶液の総量に対して、例えば、0.001質量%以上、好ましくは、0.01質量%以上であり、例えば、2.0質量%未満、好ましくは、1.5質量%以下、より好ましくは、1.4質量%以下、さらに好ましくは、0.14質量%以下である。   In the hydrazine aqueous solution containing ammonia, the concentration of ammonia (concentration before concentration described later) is, for example, 0.001% by mass or more, preferably 0.01% by mass or more based on the total amount of the hydrazine aqueous solution. Yes, for example, less than 2.0% by mass, preferably 1.5% by mass or less, more preferably 1.4% by mass or less, even more preferably 0.14% by mass or less.

また、ヒドラジン水溶液には、必要に応じて、公知の添加剤(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物など)が、適宜の割合で添加されていてもよい。   In addition, known additives (such as alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide) may be added to the aqueous hydrazine solution at an appropriate ratio, if necessary.

このようなアンモニアを含有するヒドラジン水溶液は、例えば、図1に示すアンモニア分解装置50などによって処理される。   The hydrazine aqueous solution containing such ammonia is treated, for example, by the ammonia decomposition apparatus 50 shown in FIG.

図1において、アンモニア分解装置50は、濃縮装置51と、プラズマ反応容器52と、プラズマ発生装置53とを備えている。   In FIG. 1, the ammonia decomposition apparatus 50 includes a concentrator 51, a plasma reaction vessel 52, and a plasma generator 53.

濃縮装置51は、ヒドラジン水溶液を滞留させる貯留タンク54と、貯留タンク54中を通過するように配設される水分離管55と、水分離管55内に空気を供給するための送風機56と、貯留タンク54からプラズマ反応容器52へヒドラジン水溶液を輸送する輸送経路としての濃縮液輸送ライン57とを備えている。   The concentration device 51 includes a storage tank 54 for retaining the hydrazine aqueous solution, a water separation pipe 55 arranged to pass through the storage tank 54, and a blower 56 for supplying air into the water separation pipe 55, A concentrated liquid transport line 57 is provided as a transport path for transporting the aqueous hydrazine solution from the storage tank 54 to the plasma reaction vessel 52.

貯留タンク54は、ヒドラジン水溶液を貯留可能な密閉容器であって、ヒドラジン水溶液に耐性のある材質から形成されている。貯留タンク54の内部には、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液が貯留されている。   The storage tank 54 is a closed container that can store the hydrazine aqueous solution, and is formed of a material that is resistant to the hydrazine aqueous solution. A hydrazine aqueous solution containing ammonia is stored in the storage tank 54.

また、図示しないが、貯留タンク54内には、ヒドラジン水溶液中のアンモニア濃度を測定可能とするアンモニア濃度計が備えられている。   Although not shown, the storage tank 54 is provided with an ammonia concentration meter capable of measuring the ammonia concentration in the hydrazine aqueous solution.

水分離管55は、例えば、水分離膜からなる中空糸(中空糸膜)を備えている。   The water separation tube 55 includes, for example, a hollow fiber (hollow fiber membrane) formed of a water separation membrane.

水分離膜は、アンモニアおよびヒドラジンを遮断する一方、水を透過させる膜であり、例えば、炭素膜、疎水性多孔質膜(例えば、ポリテトラフルオロエチレン多孔質膜、ポリエチレン多孔質膜、ポリプロピレン多孔質膜など)などが挙げられる。なお、水分離膜の孔径は、特に制限されず、アンモニアおよびヒドラジンを遮断し、水を透過可能な範囲で、適宜設定される。   A water separation membrane is a membrane that blocks ammonia and hydrazine while allowing water to permeate. For example, a carbon membrane, a hydrophobic porous membrane (eg, a polytetrafluoroethylene porous membrane, a polyethylene porous membrane, a polypropylene porous membrane) And the like). The pore size of the water separation membrane is not particularly limited, and is appropriately set within a range that blocks ammonia and hydrazine and allows water to pass therethrough.

水分離膜からなる中空糸(中空糸膜)の内径は、例えば、200μm以上、好ましくは、250μm以上であり、例えば、900μm以下、好ましくは、850μm以下である。   The inner diameter of the hollow fiber (hollow fiber membrane) composed of the water separation membrane is, for example, 200 μm or more, preferably 250 μm or more, and for example, 900 μm or less, preferably 850 μm or less.

また、図1には示さないが、水分離管55は、好ましくは、水分離膜からなる中空糸(中空糸膜)の束として形成される。具体的には、水分離膜からなる中空糸を、複数(例えば、500〜2500本)束ねることにより、集合筒状の水分離管55が得られる。   Although not shown in FIG. 1, the water separation tube 55 is preferably formed as a bundle of hollow fibers (hollow fiber membranes) formed of a water separation membrane. Specifically, a plurality of (for example, 500 to 2500) hollow fibers formed of a water separation membrane are bundled to obtain a collective tubular water separation tube 55.

そして、水分離管55は、貯留タンク54内を通過するように配設されており、アンモニアを含むヒドラジン水溶液に浸漬される。   The water separation pipe 55 is provided so as to pass through the storage tank 54, and is immersed in a hydrazine aqueous solution containing ammonia.

送風機56は、送風ポンプ58および送風ライン59を備えており、送風ポンプ58の駆動により、送風ライン59に空気を供給可能としている。   The blower 56 includes a blower pump 58 and a blower line 59, and is capable of supplying air to the blower line 59 by driving the blower pump 58.

送風ライン59の流れ方向途中には、上記の水分離管55が、送風ライン59に介在するように配設されている。これにより、送風ライン59を介して、送風ポンプ58から水分離管55に空気を供給可能としている。   The water separation pipe 55 described above is disposed in the flow direction of the blower line 59 so as to be interposed in the blower line 59. Thus, air can be supplied from the blower pump 58 to the water separation pipe 55 via the blower line 59.

濃縮液輸送ライン57は、その上流側端部が貯留タンク54に接続されるとともに、下流側端部が後述するプラズマ反応容器52に接続されている。   The concentrate transport line 57 has an upstream end connected to the storage tank 54 and a downstream end connected to the plasma reaction vessel 52 described later.

また、濃縮液輸送ライン57の流れ方向途中には、開閉弁60が設けられている。   An on-off valve 60 is provided in the flow direction of the concentrated liquid transport line 57.

開閉弁60は、濃縮液輸送ライン57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。このような開閉弁60の開閉により、貯留タンク54内のヒドラジン水溶液を、任意のタイミングでプラズマ反応容器52に輸送可能としている。   The on-off valve 60 is a valve for opening and closing the concentrate transport line 57, and for example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. By opening and closing such an on-off valve 60, the hydrazine aqueous solution in the storage tank 54 can be transported to the plasma reaction vessel 52 at an arbitrary timing.

プラズマ反応容器52は、密閉可能な耐熱耐圧容器であって、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液に対して安定な材料から形成されている。なお、プラズマ反応容器52の形状およびサイズは、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   The plasma reaction container 52 is a heat-resistant and pressure-resistant container that can be sealed, and is formed of a material that is stable with respect to an aqueous hydrazine solution containing ammonia. The shape and size of the plasma reaction vessel 52 are not particularly limited, and are appropriately set according to the purpose and use.

プラズマ発生装置53は、電源61と、1対の電極62とを備えている。   The plasma generator 53 includes a power supply 61 and a pair of electrodes 62.

電源61は、電極62に通電してヒドラジン水溶液中にプラズマを発生させることができれば、特に制限されないが、例えば、公知のパルス電源などが挙げられる。パルス電源は、通常、パルス電圧、パルス幅およびパルス繰返し周波数を任意の値に調節可能であり、1対の電極62に、配線を介して電気的に接続されている。   The power source 61 is not particularly limited as long as it can generate plasma in the hydrazine aqueous solution by energizing the electrode 62, and includes, for example, a known pulse power source. The pulse power supply can generally adjust a pulse voltage, a pulse width, and a pulse repetition frequency to arbitrary values, and is electrically connected to the pair of electrodes 62 via wiring.

1対の電極62は、例えば、板状、棒状などに形成されている。図1では、電極62は、棒状に形成されている。電極62を形成する電極材料としては、例えば、ニッケル、銅、ステンレス鋼、タングステンなどが挙げられ、好ましくは、タングステンが挙げられる。また、1対の電極62は、プラズマ反応容器52の周側面を貫通するように、プラズマ反応容器52に固定されており、プラズマ反応容器52内において、端面が向かい合うように、互いに所定間隔を隔てて対向配置されている。   The pair of electrodes 62 is formed in, for example, a plate shape, a rod shape, or the like. In FIG. 1, the electrode 62 is formed in a rod shape. Examples of an electrode material for forming the electrode 62 include nickel, copper, stainless steel, and tungsten, and preferably tungsten. The pair of electrodes 62 are fixed to the plasma reaction container 52 so as to penetrate the peripheral side surface of the plasma reaction container 52, and are spaced apart from each other by a predetermined distance in the plasma reaction container 52 so that the end faces face each other. And are arranged facing each other.

1対の電極62の端面間の距離は、例えば、0.5mm以上、好ましくは、0.8mm以上であり、例えば、1.5mm以下、好ましくは、1.2mm以下である。   The distance between the end faces of the pair of electrodes 62 is, for example, 0.5 mm or more, preferably 0.8 mm or more, and is, for example, 1.5 mm or less, preferably 1.2 mm or less.

また、電極62の断面形状(すなわち、1対の電極62の対向面の形状)は、特に制限されないが、例えば、断面視略円形状、断面視略四角形状など、種々の形状が採用される。電極62の断面形状として、好ましくは、断面視略円形状が挙げられる。   The cross-sectional shape of the electrode 62 (that is, the shape of the facing surface of the pair of electrodes 62) is not particularly limited, but various shapes such as a substantially circular shape in a cross-sectional view and a substantially square shape in a cross-sectional view are employed. . The cross section of the electrode 62 preferably has a substantially circular shape in cross section.

電極62のサイズは、例えば、電極62が断面視略円形状である場合、その直径(すなわち、1対の電極62の対向面の直径)が、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上であり、1.0mmである。また、例えば、電極62が断面視略四角形状である場合、その一辺の長さ(すなわち、1対の電極62の対向面の一辺の長さ)が、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上であり、1.0mmである。   For example, when the electrode 62 has a substantially circular shape in cross section, the diameter of the electrode 62 (that is, the diameter of the facing surface of the pair of electrodes 62) is 0.1 mm or more, preferably 0.2 mm or more. And 1.0 mm. Further, for example, when the electrode 62 has a substantially rectangular shape in cross section, the length of one side thereof (that is, the length of one side of the opposing surface of the pair of electrodes 62) is 0.1 mm or more, preferably 0.1 mm or more. 2 mm or more and 1.0 mm.

また、電極62の断面積(すなわち、1対の電極62の対向面の面積)が、0.007mm以上、好ましくは、0.03mm以上であり、例えば、1mm以下、好ましくは、0.8mm以下である。 Further, the cross-sectional area of the electrode 62 (i.e., the area of the facing surfaces of the pair of electrodes 62), 0.007 mm 2 or more, preferably is a 0.03 mm 2 or more, e.g., 1 mm 2 or less, preferably, 0 .8mm 2 or less.

電極62のサイズが上記範囲であれば、アンモニアを含むヒドラジン水溶液内に良好に気相(気泡)を生じさせ、また、その気相(気泡)による絶縁破壊を、溶液に生じさせることができる。   When the size of the electrode 62 is in the above range, a gas phase (bubbles) can be favorably generated in the aqueous hydrazine solution containing ammonia, and dielectric breakdown due to the gas phase (bubbles) can be caused in the solution.

以下において、アンモニア分解装置50を用いたプラズマ分解方法について、詳述する。   Hereinafter, the plasma decomposition method using the ammonia decomposition apparatus 50 will be described in detail.

この方法では、まず、濃縮装置51により、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液を濃縮し、これにより、ヒドラジン水溶液のアンモニア濃度を調整する(濃縮工程)。   In this method, first, the aqueous hydrazine solution containing ammonia is concentrated by the concentrating device 51, whereby the ammonia concentration of the aqueous hydrazine solution is adjusted (concentration step).

より具体的には、この工程では、濃縮装置51において、貯留タンク54にはヒドラジン水溶液が貯留され、水分離管55がヒドラジン水溶液に浸漬されている。   More specifically, in this step, in the concentration device 51, the hydrazine aqueous solution is stored in the storage tank 54, and the water separation tube 55 is immersed in the hydrazine aqueous solution.

このような状態において、送風機56の送風ポンプ58を駆動し、送風ライン59を介して水分離管55(中空糸膜)に空気を供給すると、水分離管55の周囲のヒドラジン水溶液に含まれる水分が水蒸気化され、水蒸気が水分離管55の中空糸膜を通過する。   In such a state, when the air supply pump 58 of the air blower 56 is driven to supply air to the water separation pipe 55 (hollow fiber membrane) through the air supply line 59, the water contained in the aqueous hydrazine solution around the water separation pipe 55 Is turned into steam, and the steam passes through the hollow fiber membrane of the water separation tube 55.

これにより、水分が水分離管55内に導入され、一方、ヒドラジンおよびアンモニアは蒸気化されずに、貯留タンク54に残存する。なお、水分離管55内に導入された水蒸気は、空気と混合されながら排出される。   As a result, moisture is introduced into the water separation pipe 55, while hydrazine and ammonia remain in the storage tank 54 without being vaporized. The water vapor introduced into the water separation pipe 55 is discharged while being mixed with air.

これにより、水分の一部がヒドラジン水溶液から分離され、アンモニアおよびヒドラジンが濃縮される。   As a result, part of the water is separated from the aqueous hydrazine solution, and ammonia and hydrazine are concentrated.

この方法において、好ましくは、貯留タンク54中のヒドラジン水溶液のアンモニア濃度を、図示しないアンモニア濃度計によりモニタリングし、所定のアンモニア濃度となるまで、上記の方法でヒドラジン水溶液を濃縮する。   In this method, preferably, the ammonia concentration of the aqueous hydrazine solution in the storage tank 54 is monitored by an ammonia concentration meter (not shown), and the aqueous hydrazine solution is concentrated by the above-described method until a predetermined ammonia concentration is reached.

濃縮後のアンモニア濃度は、濃縮前のアンモニア濃度よりも高く、ヒドラジン水溶液の総量に対して、2.0質量%以上、好ましくは、2.5質量%以上、より好ましくは、3.0質量%以上、さらに好ましくは、3.5質量%以上、さらに好ましくは、4.0質量%以上、さらに好ましくは、4.5質量%以上、とりわけ好ましくは、5.0質量%以上であり、通常、20.0質量%以下、好ましくは、10.0質量%以下である。   The ammonia concentration after concentration is higher than the ammonia concentration before concentration, and is 2.0% by mass or more, preferably 2.5% by mass or more, more preferably 3.0% by mass, based on the total amount of the hydrazine aqueous solution. As described above, the content is more preferably 3.5% by mass or more, further preferably 4.0% by mass or more, further preferably 4.5% by mass or more, and particularly preferably 5.0% by mass or more. It is 20.0% by mass or less, preferably 10.0% by mass or less.

また、濃縮後のヒドラジンの濃度は、特に制限されないが、濃縮前のヒドラジンの濃度よりも高く、例えば、2.0質量%以上、好ましくは、5.0質量%以上であり、例えば、25.0質量%以下、好ましくは、20.0質量%以下である。   The concentration of hydrazine after concentration is not particularly limited, but is higher than the concentration of hydrazine before concentration, for example, 2.0% by mass or more, preferably 5.0% by mass or more. 0 mass% or less, preferably 20.0 mass% or less.

そして、この工程では、濃縮液輸送ライン57の開閉弁60を開くことにより、アンモニアが濃縮されたヒドラジン水溶液を、貯留タンク54からプラズマ反応容器52に向けて、濃縮液輸送ライン57を介して輸送する。   In this step, by opening the on-off valve 60 of the concentrate transport line 57, the aqueous hydrazine solution in which ammonia has been concentrated is transported from the storage tank 54 to the plasma reaction vessel 52 via the concentrate transport line 57. I do.

これにより、プラズマ反応容器52には、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液(アンモニア濃縮液)が貯留される。   Thus, the aqueous hydrazine solution containing ammonia (ammonia concentrated solution) is stored in the plasma reaction vessel 52.

次いで、この方法では、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液(アンモニア濃縮液)中において1対の電極62を対向配置する(準備工程)。   Next, in this method, a pair of electrodes 62 are opposed to each other in an aqueous hydrazine solution containing ammonia (ammonia concentrated solution) (preparation step).

すなわち、電極62が対向配置されたプラズマ反応容器52内に、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液が輸送されることにより、ヒドラジン水溶液中において1対の電極62が対向配置される。   That is, a hydrazine aqueous solution containing ammonia is transported into the plasma reaction vessel 52 in which the electrodes 62 are opposed to each other, so that the pair of electrodes 62 are opposed to each other in the hydrazine aqueous solution.

次いで、この方法では、電極62に通電し、電極62付近においてヒドラジン水溶液を沸騰させることによって電極62間に気相(気泡)を発生させるとともに、その気相(気泡)による絶縁破壊が溶液に生じる条件で、気相(気泡)中にプラズマを発生させ、ヒドラジン水溶液中に含有されるアンモニアを分解する(分解工程)。   Next, in this method, a current is applied to the electrode 62, and a hydrazine aqueous solution is boiled in the vicinity of the electrode 62 to generate a gas phase (bubbles) between the electrodes 62, and dielectric breakdown by the gas phase (bubbles) occurs in the solution. Under the conditions, a plasma is generated in the gas phase (bubbles) to decompose ammonia contained in the aqueous hydrazine solution (decomposition step).

分解工程において、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液中に沸騰による気相(気泡)を発生させ、かつ、その気相(気泡)による絶縁破壊を溶液に生じさせる条件として、具体的には、以下に示す条件(a)〜(c)の内、少なくとも1つ以上の条件を満足することが挙げられる。   In the decomposition step, the conditions for generating a gas phase (bubbles) by boiling in an aqueous solution of hydrazine containing ammonia and causing dielectric breakdown in the solution by the gas phase (bubbles) are specifically described below. At least one of the conditions (a) to (c) is satisfied.

(a)電極サイズ
1対の電極62のサイズを、上記した範囲とする。具体的には、電極62が断面視略円形状である場合、その直径(すなわち、1対の電極62の対向面の直径)を、例えば、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上とし、また、例えば、1.0mm以下とする。
(A) Electrode size The size of the pair of electrodes 62 is set in the above-described range. Specifically, when the electrode 62 has a substantially circular shape in cross section, its diameter (that is, the diameter of the facing surface of the pair of electrodes 62) is, for example, 0.1 mm or more, preferably 0.2 mm or more. In addition, for example, it is set to 1.0 mm or less.

電極62のサイズが上記範囲であれば、より確実に、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液に気相(気泡)を発生させ、その気相(気泡)による絶縁破壊を溶液に生じさせることができる。そのため、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを確実に分解することができる。   When the size of the electrode 62 is in the above range, a gas phase (bubbles) can be more reliably generated in the hydrazine aqueous solution containing ammonia, and dielectric breakdown due to the gas phase (bubbles) can be caused in the solution. Therefore, ammonia in the hydrazine aqueous solution can be reliably decomposed.

(b)周波数
電極62(パルス電源)による通電条件のうち、パルスの繰返し周波数を、適切な範囲に調整する。
(B) Frequency Among the energization conditions by the electrode 62 (pulse power supply), the pulse repetition frequency is adjusted to an appropriate range.

具体的には、パルスの繰返し周波数は、例えば、20kHz以上であり、例えば、300kHz以下、好ましくは、100kHz以下、より好ましくは、50kHz以下である。   Specifically, the pulse repetition frequency is, for example, 20 kHz or more, for example, 300 kHz or less, preferably 100 kHz or less, more preferably 50 kHz or less.

パルスの繰返し周波数が上記範囲であれば、より確実に、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液に気相(気泡)を発生させ、その気相(気泡)による絶縁破壊を溶液に生じさせることができる。そのため、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを確実に分解することができる。   When the pulse repetition frequency is in the above range, gas phase (bubbles) can be more reliably generated in the aqueous hydrazine solution containing ammonia, and dielectric breakdown by the gas phase (bubbles) can be caused in the solution. Therefore, ammonia in the hydrazine aqueous solution can be reliably decomposed.

(c)溶液のコンダクタンス
アンモニアを含有するヒドラジン水溶液のコンダクタンス(電流の流れやすさ)を、適切な範囲に調整する。
(C) Conductance of Solution The conductance (ease of current flow) of the aqueous hydrazine solution containing ammonia is adjusted to an appropriate range.

具体的には、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液のコンダクタンスは、例えば、0.01S/m以上、好ましくは、0.05S/m以上であり、例えば、10S/m以下、好ましくは、5S/m以下である。   Specifically, the conductance of the aqueous hydrazine solution containing ammonia is, for example, 0.01 S / m or more, preferably 0.05 S / m or more, for example, 10 S / m or less, preferably 5 S / m or less. It is.

アンモニアを含有するヒドラジン水溶液のコンダクタンスが上記範囲であれば、より確実に、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液に気相(気泡)を発生させ、その気相(気泡)による絶縁破壊を溶液に生じさせることができる。そのため、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを確実に分解することができる。   If the conductance of the aqueous solution of hydrazine containing ammonia is within the above range, a gas phase (bubbles) is more reliably generated in the aqueous solution of hydrazine containing ammonia, and dielectric breakdown by the gas phase (bubbles) is caused in the solution. Can be. Therefore, ammonia in the hydrazine aqueous solution can be reliably decomposed.

なお、コンダクタンスを調整する方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができ、具体的には、例えば、酸、アルカリなどの公知の添加剤を添加し、溶液の導電性を向上させる方法や、例えば、イオン吸着樹脂などにより溶液中のイオンを除去し、導電性を低下させる方法などが挙げられる。   The method of adjusting the conductance is not particularly limited, and a known method can be adopted. Specifically, for example, a known additive such as an acid or an alkali is added to improve the conductivity of the solution. For example, a method of removing ions in a solution with an ion-adsorbing resin or the like to lower the conductivity, and the like can be mentioned.

また、このアンモニア分解方法では、上記(a)〜(c)の条件のうち、少なくとも1つ以上の条件を満たしていればよいが、好ましくは、上記(a)〜(c)の条件を全て満たすことが挙げられる。上記(a)〜(c)の条件を全て満たしていれば、とりわけ確実に、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液に気相(気泡)を発生させ、その気相(気泡)による絶縁破壊を溶液に生じさせることができる。そのため、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを確実に分解することができる。   In this ammonia decomposition method, at least one or more of the above conditions (a) to (c) may be satisfied. Preferably, all of the above conditions (a) to (c) are satisfied. Satisfying. If all of the above conditions (a) to (c) are satisfied, a gas phase (bubbles) is generated in the hydrazine aqueous solution containing ammonia, and dielectric breakdown due to the gas phase (bubbles) is caused in the solution. Can be done. Therefore, ammonia in the hydrazine aqueous solution can be reliably decomposed.

なお、上記(a)〜(c)を除く条件は、特に制限されず、目的および用途に応じて、適宜設定される。   Note that conditions other than the above (a) to (c) are not particularly limited, and are appropriately set according to the purpose and use.

具体的には、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液の量は、例えば、10mL以上、好ましくは、20mL以上であり、例えば、100L以下、好ましくは、50L以下である。   Specifically, the amount of the aqueous hydrazine solution containing ammonia is, for example, 10 mL or more, preferably 20 mL or more, for example, 100 L or less, preferably 50 L or less.

また、電極62(パルス電源)による通電条件のうち、パルス電圧は、例えば、1kV以上、好ましくは、3kV以上であり、例えば、20kV以下、好ましくは、15kV以下である。   Further, among the energization conditions by the electrode 62 (pulse power supply), the pulse voltage is, for example, 1 kV or more, preferably 3 kV or more, for example, 20 kV or less, preferably 15 kV or less.

また、パルス幅は、例えば、0.1μs以上、好ましくは、1μs以上であり、例えば、10μs以下、好ましくは、5μs以下である。   The pulse width is, for example, 0.1 μs or more, preferably 1 μs or more, for example, 10 μs or less, preferably 5 μs or less.

また、照射時間(通電時間)は、例えば、5分以上、好ましくは、30分以上であり、例えば、6時間以下、好ましくは、2時間以下である。   Further, the irradiation time (energization time) is, for example, 5 minutes or more, preferably 30 minutes or more, for example, 6 hours or less, preferably 2 hours or less.

そして、このような条件で通電することにより、アンモニアを含むヒドラジン水溶液が沸騰し、その溶液中に気相(気泡)が生じるとともに、その気相(気泡)による絶縁破壊が溶液に生じる。このとき、ヒドラジン水溶液中のアンモニアが、気相(気泡)中に移動し、気体化(アンモニアガス化)される。   By energizing under such conditions, the hydrazine aqueous solution containing ammonia boils, and a gas phase (bubbles) is generated in the solution, and dielectric breakdown due to the gas phase (bubbles) occurs in the solution. At this time, the ammonia in the hydrazine aqueous solution moves into the gas phase (bubbles) and is gasified (ammonia gasified).

そして、このような状態において、アンモニアを含むヒドラジン水溶液は、プラズマ発生装置53により通電されているため、気相(気泡)中のアンモニアガスが、プラズマ処理され、窒素および水素に分解される。   In such a state, since the hydrazine aqueous solution containing ammonia is energized by the plasma generator 53, the ammonia gas in the gas phase (bubbles) is subjected to plasma processing and decomposed into nitrogen and hydrogen.

つまり、このようなアンモニア分解方法では、通電により溶液中に気相(気泡)を生じさせるとともに、その気相おける絶縁破壊を溶液に生じさせる条件で、気相(気泡)中にプラズマを発生させる。このとき、溶液中に含有されるアンモニアが、気相(気泡)中に移動し、その気相(気泡)中において、アンモニアが分解される。   In other words, in such an ammonia decomposition method, a gas phase (bubbles) is generated in a solution by energization, and plasma is generated in the gas phase (bubbles) under conditions that cause dielectric breakdown in the gas phase to occur in the solution. . At this time, the ammonia contained in the solution moves into the gas phase (bubbles), and the ammonia is decomposed in the gas phase (bubbles).

このようなアンモニア分解方法によれば、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液中において、アンモニアを低コストかつ効率よく分解することができる。   According to such an ammonia decomposition method, ammonia can be efficiently decomposed at low cost in an aqueous hydrazine solution containing ammonia.

また、上記した条件(a)〜(c)のうち、少なくとも1つ以上の条件を満たしていることにより、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液中に、気相おける絶縁破壊を確実に生じさせることができる。そのため、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを確実に分解することができる。   Further, by satisfying at least one of the above conditions (a) to (c), dielectric breakdown in the gas phase can be reliably caused in the aqueous hydrazine solution containing ammonia. . Therefore, ammonia in the hydrazine aqueous solution can be reliably decomposed.

とりわけ、上記のアンモニア分解方法では、まず、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液におけるアンモニア濃度を2.0質量%以上に調整し、その後、ヒドラジン水溶液中に通電することによって、ヒドラジン水溶液中に気相(気泡)を発生させ、かつ、その気相(気泡)による絶縁破壊が生じる条件で、気相中にプラズマを発生させる。   In particular, in the above-described ammonia decomposition method, first, the ammonia concentration in the hydrazine aqueous solution containing ammonia is adjusted to 2.0% by mass or more, and thereafter, the current is passed through the hydrazine aqueous solution, so that the gas phase (bubbles) ) Is generated, and plasma is generated in the gaseous phase under conditions that cause dielectric breakdown by the gaseous phase (bubbles).

換言すると、プラズマの発生時には、ヒドラジン水溶液中のアンモニア濃度が2.0質量%以上に調整されている。   In other words, when the plasma is generated, the ammonia concentration in the hydrazine aqueous solution is adjusted to 2.0% by mass or more.

その結果、ヒドラジンの分解を抑制しながら、ヒドラジン水溶液中のアンモニアを効率よく分解できる。   As a result, ammonia in the aqueous hydrazine solution can be efficiently decomposed while suppressing the decomposition of hydrazine.

なお、上記のアンモニア分解方法およびアンモニア分解装置では、水分離膜および送風機によりヒドラジン水溶液から水を分離してアンモニアを濃縮したが、濃縮工程における濃縮方法は、特に制限されず、公知の方法を採用することができる。   In the above ammonia decomposition method and ammonia decomposition apparatus, water was separated from the aqueous hydrazine solution by a water separation membrane and a blower to concentrate ammonia.However, the concentration method in the concentration step is not particularly limited, and a known method is employed. can do.

そのため、このようなアンモニア分解方法は、種々の産業分野において用いることができ、とりわけ、ヒドラジンを液体燃料とする燃料電池において、好適に用いることができる。   Therefore, such an ammonia decomposition method can be used in various industrial fields, and in particular, can be suitably used in a fuel cell using hydrazine as a liquid fuel.

2.燃料電池システムの全体構成
図2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。
2. 2. Overall Configuration of Fuel Cell System In FIG. 2, an electric vehicle 1 is a hybrid vehicle that selectively uses a fuel cell and a battery as power sources, and has a fuel cell system 2 mounted thereon.

燃料電池システム2は、上記のアンモニア分解方法によりアンモニアを分解可能な燃料電池システムである。燃料電池システム2は、燃料電池3と、燃料給排部4と、空気給排部5と、アンモニア分解装置50と、制御部6と、動力部7とを備えている。   The fuel cell system 2 is a fuel cell system capable of decomposing ammonia by the above-described ammonia decomposition method. The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / discharge unit 4, an air supply / discharge unit 5, an ammonia decomposition device 50, a control unit 6, and a power unit 7.

(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。液体燃料としては、燃料化合物としてヒドラジンを含む液体燃料が挙げられ、具体的には、ヒドラジンの水溶液が挙げられる。また、液体燃料には、必要に応じて、公知の添加剤(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物など)が、適宜の割合で添加されていてもよい。
(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 the liquid fuel is directly supplied and discharged, and is disposed below the center of the electric vehicle 1. Examples of the liquid fuel include a liquid fuel containing hydrazine as a fuel compound, and specifically, an aqueous solution of hydrazine. In addition, known additives (such as alkali metal hydroxides such as sodium hydroxide and potassium hydroxide) may be added to the liquid fuel at an appropriate ratio, if necessary.

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、一方、燃料電池3から排出される液体燃料(燃料電池3に供給された液体燃料の反応生成物(窒素ガス、アンモニアなど)および反応生成水を含む)を排出液として、それぞれ区別する。   In the following, the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 is a supply liquid, while the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 (a reaction product of the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 (nitrogen gas, ammonia, etc.) And water produced by the reaction) are distinguished from each other as effluents.

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2では、積層される複数の単位セル28のうち、電動車両1の前後方向途中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 a not shown (not shown). That is, a plurality of unit cells 28 each having the anode 9 and the cathode 10 opposed to each other with the electrolyte layer 8 interposed therebetween are stacked. In FIG. 2, of the plurality of unit cells 28 that are stacked, only the unit cell 28 that is arranged in the front-rear direction of the electric vehicle 1 is shown in an enlarged manner, and the other unit cells 28 are described in a simplified manner. ing.

電解質層8は、例えば、アニオン成分またはカチ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。電解質層8は、好ましくは、アニオン交換膜を用いて形成されている。   The electrolyte layer 8 is a layer to which an anion component or a cation component can move, for example, and is formed using an anion exchange membrane or a cation exchange membrane. The electrolyte layer 8 is preferably formed using an anion 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 has an anode electrode 11 as a fuel-side electrode, and a fuel supply member 12 for supplying a 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 carrier on which a catalyst is supported (a catalyst-supporting porous carrier).

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 concave groove that is recessed from the surface. The grooved surface of the fuel supply member 12 is in contact with the anode electrode 11. As a result, a fuel supply passage for bringing the liquid fuel (supply liquid) into contact with the entire anode electrode 11 is provided between one surface of the anode electrode 11 and the other surface (the surface on which the groove is formed) of the fuel supply member 12. 13 are 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。   A fuel supply port 15 is formed at one end (lower side) of the fuel supply passage 13 for allowing a liquid fuel (supply liquid) to flow into the anode 9, for discharging the liquid fuel (discharge liquid) from the anode 9. 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 has 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。   Cathode electrode 16 is formed on the other surface of 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 concave groove that is recessed from the surface. The air-supplying member 17 has a surface on which the groove is formed, and is opposed to the cathode electrode 16. As a result, an air supply passage 18 is formed between the other surface of the cathode electrode 16 and one surface (the surface on which the groove is formed) of the air supply member 17 for bringing air into contact with the entire cathode electrode 16. .

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。   An air supply port 19 for allowing air to flow into the cathode 10 is formed at the other end (upper side) of the air supply path 18, and an air discharge port 20 for discharging air from the cathode 10 is formed at one end (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。   Further, in such a fuel cell 3, one separator that partitions 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 on one side as the fuel supply member 12 and on the other side as the air supply member 17.

(2)燃料給排部
燃料給排部4は、ヒドラジンが高濃度で含まれる液体燃料(高濃度液体燃料)を貯留するための高濃度燃料タンク22と、高濃度燃料タンク22および燃料電池3の間に配置される燃料タンクとしての循環燃料タンク47と、高濃度燃料タンク22から循環燃料タンク47へ液体燃料(1次(高濃度)供給液)を供給する高濃度燃料供給ライン45と、循環燃料タンク47から燃料電池3(具体的には、燃料供給路13)へ供給液(2次(低濃度)供給液)を供給する燃料供給経路としての燃料供給ライン30と、燃料電池3(具体的には、燃料供給路13)から排出液を排出する燃料排出経路としての燃料排出ライン31と、燃料排出ライン31から循環燃料タンク47へ排出液を輸送する還流経路としての還流ライン32とを備えている。
(2) Fuel supply / discharge unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a high-concentration fuel tank 22 for storing liquid fuel containing hydrazine at a high concentration (high-concentration liquid fuel), a high-concentration fuel tank 22, and a fuel cell 3. A high-concentration fuel supply line 45 for supplying liquid fuel (primary (high-concentration) supply liquid) from the high-concentration fuel tank 22 to the circulation fuel tank 47; A fuel supply line 30 as a fuel supply path for supplying a supply liquid (secondary (low-concentration) supply liquid) from the circulating fuel tank 47 to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13); Specifically, a fuel discharge line 31 serving as a fuel discharge path for discharging the discharge liquid from the fuel supply path 13), and a reflux line 3 serving as a return path for transporting the discharge liquid from the fuel discharge line 31 to the circulation fuel tank 47. 2 is provided.

なお、燃料供給ライン30と燃料排出ライン31との間には、燃料電池3が介在されており、また、燃料排出ライン31と還流ライン32との間には、気液分離器23(後述)が介在されている。   The fuel cell 3 is interposed between the fuel supply line 30 and the fuel discharge line 31, and a gas-liquid separator 23 (described later) is provided between the fuel discharge line 31 and the reflux line 32. Is interposed.

高濃度燃料タンク22は、燃料電池3よりも後方、電動車両1の後側に配置されている。高濃度燃料タンク22には、液体燃料として、ヒドラジンの高濃度水溶液が貯蔵されている。   The high concentration fuel tank 22 is disposed behind the fuel cell 3 and on the rear side of the electric vehicle 1. The high-concentration fuel tank 22 stores a high-concentration aqueous solution of hydrazine as a liquid fuel.

高濃度燃料供給ライン45は、その上流側端部が、高濃度燃料タンク22に接続されるとともに、下流側端部が、循環燃料タンク47に接続されている。   The high concentration fuel supply line 45 has an upstream end connected to the high concentration fuel tank 22 and a downstream end connected to the circulation fuel tank 47.

また、高濃度燃料供給ライン45には、第1供給ポンプ33および燃料供給弁34が設けられている。   The high-concentration fuel supply line 45 is provided with a first supply pump 33 and a fuel supply valve 34.

第1供給ポンプ33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33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2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33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33の駆動および停止を制御する。   As the first supply pump 33, for example, a known liquid feed pump such as a rotary pump such as a rotary pump and a gear pump, a reciprocating pump such as a piston pump and a diaphragm pump is used. The first supply pump 33 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see a broken line in FIG. 2). Accordingly, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the first supply pump 33, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the first supply pump 33.

また、燃料供給弁34は、高濃度燃料供給ライン45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34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2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34に入力され、コントロールユニット29(後述)が、燃料供給弁34の開閉を制御する。   The fuel supply valve 34 is a valve for opening and closing the high-concentration fuel supply line 45, and for example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. Further, the fuel supply valve 34 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see a broken line in FIG. 2). Accordingly, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel supply valve 34, and the control unit 29 (described later) controls opening and closing of the fuel supply valve 34.

このような第1供給ポンプ33の駆動、および、燃料供給弁34の開閉により、液体燃料(1次(高濃度)供給液)が、高濃度燃料供給ライン45を介して、高濃度燃料タンク22から循環燃料タンク47へ供給される。   By driving the first supply pump 33 and opening and closing the fuel supply valve 34, the liquid fuel (primary (high concentration) supply liquid) is supplied to the high concentration fuel tank 22 through the high concentration fuel supply line 45. Is supplied to the circulating fuel tank 47.

循環燃料タンク47は、液体燃料を貯留するタンクであって、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 circulating fuel tank 47 is a tank for storing liquid fuel, and is formed of the above-mentioned material having resistance to liquid fuel.

循環燃料タンク47には、還流ライン32(後述)の下流側端部が接続されており、詳しくは後述するが、還流ライン32を介して、排出液が供給される。これにより、循環燃料タンク47において、高濃度燃料タンク22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次供給液)の濃度が、調整される。   The downstream end of a reflux line 32 (described later) is connected to the circulating fuel tank 47, and the discharged liquid is supplied through the reflux line 32, as described in detail later. Thus, in the circulating fuel tank 47, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the high-concentration fuel tank 22 and the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 are mixed at an appropriate ratio, and the fuel cell 3 The concentration of the liquid fuel (secondary supply liquid) supplied to is adjusted.

燃料供給ライン30は、その上流側端部が、循環燃料タンク47に接続されるとともに、下流側端部が、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 fuel supply line 30 has an upstream end connected to the circulating fuel tank 47 and a downstream end connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply passage 13 of the anode 9). I have.

また、燃料供給ライン30には、第2供給ポンプ35が設けられている。   Further, a second supply pump 35 is provided in the fuel supply line 30.

第2供給ポンプ35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35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2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35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35の駆動および停止を制御する。   As the second supply pump 35, the above-described known liquid supply pump is used. The second supply pump 35 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see a broken line in FIG. 2). Accordingly, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the second supply pump 35, and the control unit 29 (described later) controls driving and stopping of the second supply pump 35.

このような第2供給ポンプ35の駆動により、ヒドラジンを比較的低濃度で含む液体燃料(2次(低濃度)供給液)が、燃料供給ライン30を介して、循環燃料タンク47から燃料電池3に供給される。   By driving the second supply pump 35, a liquid fuel (secondary (low concentration) supply liquid) containing hydrazine at a relatively low concentration is supplied from the circulating fuel tank 47 to the fuel cell 3 via the fuel supply line 30. Supplied to

燃料排出ライン31は、その上流側端部が、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、気液分離器23に接続されている。   The fuel discharge line 31 has an upstream end connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply passage 13 of the anode 9), and a downstream end connected to the gas-liquid separator 23. ing.

このような燃料排出ライン31により、排出液が燃料電池3から排出され、気液分離器23に輸送される。   With such a fuel discharge line 31, the discharged liquid is discharged from the fuel cell 3 and transported to the gas-liquid separator 23.

気液分離器23は、例えば、中空の容器からなり、その下部には、気液分離器23の内外を流通させる底部流通口24が2つ形成されている。   The gas-liquid separator 23 is formed of, for example, a hollow container, and has two bottom circulation ports 24 formed at the lower portion thereof to allow the inside and outside of the gas-liquid separator 23 to flow.

また、気液分離器23の上部には、気液分離器23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, one upper circulation port 25 for circulating the inside and outside of the gas-liquid separator 23 is formed in the upper part of the gas-liquid separator 23.

気液分離器23は、燃料電池3よりも電動車両1の前後方向後方、かつ、電動車両1の上下方向上方において、2つの底部流通口24が、それぞれ、燃料排出ライン31および還流ライン32(後述)に接続されている。   In the gas-liquid separator 23, two bottom circulation ports 24 are formed in the fuel discharge line 31 and the reflux line 32 (rearward in the front-rear direction of the electric vehicle 1 and in the vertical direction of the electric vehicle 1). (Described later).

上部流通口25には、気液分離器23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。ガス排出管26は、上部流通口25に接続されている。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。   A gas discharge pipe 26 for discharging the gas (gas) separated by the gas-liquid separator 23 is connected to the upper circulation port 25. The gas discharge pipe 26 is connected to the upper circulation port 25. A gas discharge valve 27 is provided in the gas discharge pipe 26.

ガス排出弁27は、ガス排出管26を開放して気液分離器23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2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 gas-liquid separator 23. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The gas discharge valve 27 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see a broken line in FIG. 2). Accordingly, a control signal from a control unit 29 (described later) is input to the gas discharge valve 27, and the control unit 29 (described later) controls opening and closing of the gas discharge valve 27.

還流ライン32は、その上流側端部が、気液分離器23に接続されるとともに、下流側端部が、循環燃料タンク47の上壁に接続されている。   The reflux line 32 has an upstream end connected to the gas-liquid separator 23 and a downstream end connected to the upper wall of the circulating fuel tank 47.

これにより、燃料排出ライン31内を輸送される排出液が、気液分離器23および還流ライン32を介し、さらに、後述する貯留タンク54を介して、循環燃料タンク47に輸送される。そして、循環燃料タンク47内において、高濃度燃料タンク22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。すなわち、循環燃料タンク47、燃料供給ライン30、燃料供給路13、燃料排出ライン31、気液分離器23、還流ライン32および貯留タンク54(後述)が、クローズドライン(閉流路)を構成する。   Thereby, the discharged liquid transported in the fuel discharge line 31 is transported to the circulating fuel tank 47 via the gas-liquid separator 23 and the reflux line 32, and further via the storage tank 54 described later. Then, in the circulating fuel tank 47, the fuel is mixed with the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the high-concentration fuel tank 22, adjusted in concentration, and supplied to the fuel cell 3 as a supply liquid (secondary supply liquid). By returning, a closed line (closed flow path) circulating through the anode 9 is formed. That is, the circulating fuel tank 47, the fuel supply line 30, the fuel supply path 13, the fuel discharge line 31, the gas-liquid separator 23, the reflux line 32, and the storage tank 54 (described later) form a closed line (closed flow path). .

(3)空気給排部
空気給排部5は、燃料電池3(カソード10)に対して空気を供給する空気供給ライン41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ライン42とを備えている。
(3) Air supply / discharge unit The air supply / discharge unit 5 includes an air supply line 41 for supplying air to the fuel cell 3 (cathode 10), and an air discharge for discharging air discharged from the cathode 10 to the outside. And a line 42.

空気供給ライン41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。空気供給ライン41の途中には、空気供給ポンプ43が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁44が設けられている。   One end (upstream) of the air supply line 41 is open to the atmosphere, and the other end (downstream) is connected to the air supply port 19. An air supply pump 43 is interposed in the air supply line 41, and an air supply valve 44 is provided downstream of the air supply pump 43.

また、空気供給ポンプ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43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43の駆動および停止を制御する。   The air supply pump 43 is electrically connected to the control unit 29 (described later), and a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply pump 43, and the control unit 29 (described later) is controlled. , And controls the driving and stopping of the air supply pump 43.

空気供給弁44は、空気供給ライン41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。   The air supply valve 44 is a valve for opening and closing the air supply line 41, and for example, a known on-off valve such as a solenoid valve is used.

また、空気供給弁44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、空気供給弁44に入力され、コントロールユニット29(後述)が、空気供給弁44の開閉を制御する。   The air supply valves 44 are each electrically connected to a control unit 29 (described later), and a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply valve 44 and the control unit 29 (described later) is controlled. ) Controls the opening and closing of the air supply valve 44.

また、後述するように、空気供給ライン41は、空気供給ポンプ43および空気供給弁44の下流側において、貯留タンク54(後述)内を通過するように配設されている。   Further, as described later, the air supply line 41 is disposed downstream of the air supply pump 43 and the air supply valve 44 so as to pass through a storage tank 54 (described later).

空気排出ライン42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。   One end (upstream side) of the air discharge line 42 is connected to the air discharge port 20, and the other end (downstream side) is drained.

(4)アンモニア分解装置
アンモニア分解装置50は、液体燃料(すなわち、ヒドラジン水溶液)中のアンモニアを分解するために、燃料電池システム2に備えられている。
(4) Ammonia Decomposition Device The ammonia decomposition device 50 is provided in the fuel cell system 2 in order to decompose ammonia in a liquid fuel (that is, an aqueous hydrazine solution).

アンモニア分解装置50は、還流ライン32に介在され、液体燃料から水分を分離するための水分離手段としての濃縮装置51と、循環燃料タンク47内にプラズマを発生させるためのプラズマ発生装置53とを備えている。   The ammonia decomposing device 50 is provided in the reflux line 32 and includes a concentrating device 51 as a water separating means for separating water from the liquid fuel, and a plasma generating device 53 for generating plasma in the circulating fuel tank 47. Have.

濃縮装置51は、図3に示すように、液体燃料を滞留させる貯留タンク54と、空気供給ライン41に介在するとともに、貯留タンク54中を通過するように配設される水分離管55とを備えている。   As shown in FIG. 3, the concentration device 51 includes a storage tank 54 for retaining the liquid fuel, and a water separation pipe 55 interposed in the air supply line 41 and disposed so as to pass through the storage tank 54. Have.

貯留タンク54は、図1に示すアンモニア分解装置50の貯留タンク54と同じであり、液体燃料を滞留可能な密閉容器であって、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 storage tank 54 is the same as the storage tank 54 of the ammonia decomposer 50 shown in FIG. 1, is a closed container capable of retaining liquid fuel, and is formed of the above-described material resistant to liquid fuel.

また、燃料電池システム2において、貯留タンク54は、図3に示すように、還流ライン32に介在されている。具体的には、貯留タンク54によって、還流ライン32が分断されている。また、貯留タンク54の上壁に還流ライン32が接続され、貯留タンク54の底壁にも還流ライン32が接続される。このような貯留タンク54には、燃料電池システム2の作動によって、液体燃料が一時的に滞留される。   In the fuel cell system 2, the storage tank 54 is interposed in the return line 32, as shown in FIG. Specifically, the reflux line 32 is divided by the storage tank 54. The reflux line 32 is connected to the upper wall of the storage tank 54, and the reflux line 32 is also connected to the bottom wall of the storage tank 54. Liquid fuel is temporarily stored in the storage tank 54 by the operation of the fuel cell system 2.

水分離管55は、図1に示すアンモニア分解装置50の水分離管55と同じであり、水分離膜からなる中空糸(中空糸膜)を備えている。好ましくは、水分離膜からなる中空糸(中空糸膜)の束として形成される。具体的には、水分離膜からなる中空糸を、複数(例えば、500〜2500本)束ねることにより、集合筒状の水分離管55が得られる。   The water separation pipe 55 is the same as the water separation pipe 55 of the ammonia decomposition apparatus 50 shown in FIG. 1, and includes a hollow fiber (hollow fiber membrane) formed of a water separation membrane. Preferably, it is formed as a bundle of hollow fibers (hollow fiber membranes) composed of a water separation membrane. Specifically, a plurality of (for example, 500 to 2500) hollow fibers formed of a water separation membrane are bundled to obtain a collective tubular water separation tube 55.

そして、水分離管55は、貯留タンク54内において、空気供給ライン41に介在されるように配置されている(図3の太破線参照)。   The water separation pipe 55 is disposed in the storage tank 54 so as to be interposed in the air supply line 41 (see a thick broken line in FIG. 3).

より具体的には、水分離管55は、貯留タンク54内において、単数または複数(図3では1つ)配置されており、図示しない液体燃料に浸漬される。   More specifically, one or more (one in FIG. 3) water separation pipes 55 are arranged in the storage tank 54, and are immersed in a liquid fuel (not shown).

また、このアンモニア分解装置50では、循環ライン32が、貯留タンク54の下流側において、図1に示される濃縮液輸送ライン57として兼用される。   In the ammonia decomposition apparatus 50, the circulation line 32 is also used as the concentrated liquid transport line 57 shown in FIG. 1 on the downstream side of the storage tank 54.

そして、貯留タンク54の下流側において、循環ライン32(濃縮液輸送ライン57)の流れ方向途中には、開閉弁60が設けられている。   On the downstream side of the storage tank 54, an on-off valve 60 is provided in the flow direction of the circulation line 32 (concentrated liquid transport line 57).

開閉弁60は、濃縮液輸送ライン57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、開閉弁60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2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、開閉弁60に入力され、コントロールユニット29(後述)が、開閉弁60の開閉を制御する。   The on-off valve 60 is a valve for opening and closing the concentrate transport line 57, and for example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The on-off valve 60 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see a broken line in FIG. 2). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the on-off valve 60, and the control unit 29 (described later) controls opening and closing of the on-off valve 60.

さらに、貯留タンク54内には、図示しないが、貯留タンク54内における液体燃料(ヒドラジン水溶液)のアンモニアの濃度を測定可能なアンモニア濃度計が備えられており、貯留タンク54内のアンモニア濃度をモニタリング可能とし、また、そのアンモニア濃度をコントロールユニット29に入力可能としている。   Further, although not shown, an ammonia concentration meter capable of measuring the concentration of ammonia in the liquid fuel (hydrazine aqueous solution) in the storage tank 54 is provided in the storage tank 54, and the ammonia concentration in the storage tank 54 is monitored. It is possible to input the ammonia concentration to the control unit 29.

プラズマ発生装置53は、循環燃料タンク47内に対向配置される1対の電極62と、各電極62に通電するための電源61とを備えている。   The plasma generating device 53 includes a pair of electrodes 62 disposed facing each other in the circulating fuel tank 47, and a power supply 61 for energizing the electrodes 62.

1対の電極62は、図1に示すアンモニア分解装置50の1対の電極62と同じであり、循環燃料タンク47の周側壁を貫通するように、循環燃料タンク47に固定されており、循環燃料タンク47内において、端面が向かい合うように、互いに所定間隔を隔てて対向配置されている。   The pair of electrodes 62 is the same as the pair of electrodes 62 of the ammonia decomposition device 50 shown in FIG. 1, and is fixed to the circulating fuel tank 47 so as to penetrate the peripheral side wall of the circulating fuel tank 47. In the fuel tank 47, the fuel tanks 47 are arranged so as to face each other at a predetermined interval so that the end faces face each other.

また、電源61は、図1に示すアンモニア分解装置50の電源61と同じであり、例えば、公知のパルス電源などが挙げられる。パルス電源は、通常、パルス電圧、パルス幅およびパルス繰返し周波数を任意の値に調節可能であり、1対の電極62に、配線を介して電気的に接続されている。   The power supply 61 is the same as the power supply 61 of the ammonia decomposition apparatus 50 shown in FIG. 1, and includes, for example, a known pulse power supply. The pulse power supply can generally adjust a pulse voltage, a pulse width, and a pulse repetition frequency to arbitrary values, and is electrically connected to the pair of electrodes 62 via wiring.

すなわち、図2に示す循環燃料タンク47が、プラズマ反応容器52として兼用されており、その周壁に一対の電極62を固定するとともに、電源61と電極62とが接続されることによって、プラズマ発生装置53が構成されている。   That is, the circulating fuel tank 47 shown in FIG. 2 is also used as the plasma reaction vessel 52, and the pair of electrodes 62 is fixed to the peripheral wall thereof, and the power supply 61 and the electrode 62 are connected to each other, so that the plasma generator 53 are configured.

(5)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。
(5) 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制御ユニット(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 control unit (for example, an electronic control unit (ECU)) that executes electric 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33、第2供給ポンプ35などの駆動および停止や、例えば、燃料供給弁34、ガス排出弁27、空気供給弁44、開閉弁60などの開閉などを、適宜制御する。   In the control unit 6, as will be described in detail later, for example, driving and stopping of the first supply pump 33 and the second supply pump 35, and, for example, the fuel supply valve 34, the gas discharge valve 27, the air supply valve 44, the on-off valve Opening / closing of 60 or the like is appropriately controlled.

(6)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ためのモータ37と、モータ37に電気的に接続されるインバータ38と、モータ37による回生エネルギーを蓄電するための動力用バッテリ40と、DC/DCコンバータ36とを備えている。
(6) Power Unit The power unit 7 includes a motor 37 for converting electric energy output from the fuel cell 3 into mechanical energy as a driving force of the electric vehicle 1, and an inverter 38 electrically connected to the motor 37. , A power battery 40 for storing regenerative energy from the motor 37, and a DC / DC converter 36.

モータ37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37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 37 is disposed forward of the fuel cell 3 and in front of the electric vehicle 1. Examples of the motor 37 include a known three-phase motor such as a three-phase induction motor and a three-phase synchronous motor.

インバータ38は、モータ37と燃料電池3との間に配置されている。インバータ38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38は、配線により、燃料電池3およびモータ37にそれぞれ電気的に接続されている。   The inverter 38 is disposed between the motor 37 and the fuel cell 3. The inverter 38 is a device that converts DC power generated by the fuel cell 3 into AC power, and includes, for example, a power conversion device incorporating a known inverter circuit. The inverter 38 is electrically connected to the fuel cell 3 and the motor 37 by wiring.

動力用バッテリ40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40は、インバータ38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37に電力を供給可能とされている。   Examples of the power battery 40 include a known secondary battery such as a nickel-metal hydride battery having a rated voltage of about 100 V and a lithium-ion battery. The power battery 40 is connected to the wiring between the inverter 38 and the fuel cell 3, whereby power from the fuel cell 3 can be stored and power can be supplied to the motor 37.

DC/DCコンバータ36は、動力用バッテリ40と燃料電池3との間に配置されている。DC/DCコンバータ36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40の入出力電力を調整する機能を有している。   The DC / DC converter 36 is arranged between the power battery 40 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 36 has a function of raising and lowering 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 40.

そして、DC/DCコンバータ36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2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 36 is electrically connected to the control unit 29 (see the broken line in FIG. 2), so that the fuel cell 3 is controlled according to the output control signal output from the control unit 29. Output (output voltage).

また、DC/DCコンバータ36は、配線により、燃料電池3および動力用バッテリ40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38に電気的に接続されている。   The DC / DC converter 36 is electrically connected to the fuel cell 3 and the power battery 40 by wiring, and is electrically connected to the inverter 38 by branching of the wiring.

これにより、DC/DCコンバータ36からモータ37への電力は、インバータ38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37に供給される。   Thus, the power from the DC / DC converter 36 to the motor 37 is converted from the DC power into three-phase AC power in the inverter 38 and supplied to the motor 37 as three-phase AC power.

3.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34が開かれ、第1供給ポンプ33が駆動されることにより、高濃度燃料タンク22に貯留される液体燃料(1次供給液)が、高濃度燃料供給ライン45を介して循環燃料タンク47に供給される。また、コントロールユニット29の制御により、第2供給ポンプ35が駆動され、循環燃料タンク47内の液体燃料(2次供給液)が、燃料供給ライン30を介して、アノード9に供給される。一方、空気供給弁44が開かれ、空気供給ポンプ43が駆動されることにより、空気が空気供給ライン41を介してカソード10に供給される。なお、燃料供給弁34は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
3. In the above-described fuel cell system 2, the fuel supply valve 34 is opened under the control of the control unit 29, and the first supply pump 33 is driven, so that the liquid stored in the high-concentration fuel tank 22 is controlled. Fuel (primary supply liquid) is supplied to the circulating fuel tank 47 via the high-concentration fuel supply line 45. Further, under the control of the control unit 29, the second supply pump 35 is driven, and the liquid fuel (secondary supply liquid) in the circulation fuel tank 47 is supplied to the anode 9 via the fuel supply line 30. On the other hand, when the air supply valve 44 is opened and the air supply pump 43 is driven, air is supplied to the cathode 10 via the air supply line 41. The fuel supply valve 34 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。   At 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 contacting 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。   Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the anode electrode 11 and the cathode electrode 16), and an electromotive force is generated.

例えば、電解質層8がアニオン交換膜であり、液体燃料がヒドラジン水溶液、例えば、無水ヒドラジン(N)の水溶液である場合には、下記式(1)〜(3)の通りとなる。
(1) N+4OH→N+4HO+4e (アノード電極11での反応)
(2) O+2HO+4e→4OH (カソード電極16での反応)
(3) N+O→N+2HO (燃料電池3全体での反応)
すなわち、ヒドラジンが供給されたアノード電極11では、ヒドラジン(N)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、窒素(N(ガス))および水(HO)が生成するとともに、電子(e)が発生する(上記式(1)参照)。
For example, when the electrolyte layer 8 is an anion exchange membrane and the liquid fuel is an aqueous hydrazine solution, for example, an aqueous solution of anhydrous hydrazine (N 2 H 4 ), the following equations (1) to (3) are obtained.
(1) N 2 H 4 + 4OH → N 2 + 4H 2 O + 4e (reaction at the anode electrode 11)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e → 4OH (reaction at cathode electrode 16)
(3) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
That is, at the anode electrode 11 to which hydrazine is supplied, hydrazine (N 2 H 4 ) reacts with hydroxide ions (OH ) generated by the reaction at the cathode electrode 16 to form nitrogen (N 2 (gas). ) And water (H 2 O) are generated, and electrons (e ) are generated (see the above formula (1)).

また、上記した(1)で示される反応では、実際には、窒素(N(ガス))および水(HO)に加えて、アンモニア(NH、NH )が副生する。 In addition, in the reaction shown in the above (1), ammonia (NH 3 , NH 4 + ) is actually produced as a by-product in addition to nitrogen (N 2 (gas)) and water (H 2 O).

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。 The electrons (e ) generated at the anode electrode 11 reach the cathode electrode 16 via an external circuit (not shown). That is, the electrons (e ) passing through the external circuit become currents.

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(HO)と、空気供給路18を流れる空気中の酸素(O)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, at the cathode electrode 16, electrons (e ), water (H 2 O) generated from an external supply or a reaction in the fuel cell 3, and oxygen (O 2 ) in the air flowing through the air supply passage 18. Reacts with to generate 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。 Then, the generated hydroxide ion (OH ) passes through the electrolyte layer 8 and reaches the anode electrode 11, and the same reaction as described above (see the above formula (1)) occurs.

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)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。   When the electrochemical reaction at the anode electrode 11 and the cathode electrode 16 occurs continuously, the reaction represented by the above formula (3) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and the electromotive force is generated in the fuel cell 3. appear.

そして、発生した起電力が、配線を介して、DC/DCコンバータ36に送電され、動力部7では、インバータ38およびモータ37、および/または、動力用バッテリ40に送電される。そして、モータ37では、インバータ38により三相交流電力に変換された電気エネルギーが電動車両1の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。一方、動力用バッテリ40では、その電力が充電される。   Then, the generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 36 via the wiring, and the power unit 7 transmits the power to the inverter 38 and the motor 37 and / or the power battery 40. Then, in the motor 37, the electric energy converted into three-phase AC power by the inverter 38 is converted into mechanical energy for driving the wheels of the electric vehicle 1. On the other hand, the power battery 40 charges the electric power.

また、燃料給排部4では、アノード9から排出される液体燃料(使用後および未反応の液体燃料、副生する窒素ガス(N)およびアンモニア(NH、NH )を含む。)が、燃料排出ライン31を通過して上流側の底部流通口24から気液分離器23に流入する。 In the fuel supply / discharge unit 4, the liquid fuel discharged from the anode 9 (including used and unreacted liquid fuel, nitrogen gas (N 2 ) by-produced, and ammonia (NH 3 , NH 4 + )). Passes through the fuel discharge line 31 and flows into the gas-liquid separator 23 from the bottom circulation port 24 on the upstream side.

気液分離器23では、排出液による液溜まりが、気液分離器23の中空部分に生じるとともに、排出液に含まれるガス(窒素ガス(N)など)の一部が、液溜まりの上方空間へ分離される。 In the gas-liquid separator 23, a liquid pool due to the discharged liquid is generated in a hollow portion of the gas-liquid separator 23, and a part of the gas (such as nitrogen gas (N 2 )) contained in the discharged liquid is located above the liquid pool. Separated into space.

このようにして、気液分離器23において、排出液が、液体燃料と気体とに分離される。   Thus, in the gas-liquid separator 23, the discharged liquid is separated into the liquid fuel and the gas.

なお、気液分離器23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 gas-liquid separator 23 is discharged to the outside via the gas discharge pipe 26 when the gas discharge valve 27 is opened.

一方、気液分離器23において分離された液体燃料は、還流ライン32を介して、循環燃料タンク47に流入し、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 gas-liquid separator 23 flows into the circulating fuel tank 47 via the reflux line 32, is circulated as a supply liquid (secondary supply liquid), and is again supplied from the fuel supply port 15 through the fuel supply port 15. It flows into the supply path 13.

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、気液分離器23において分離され、循環燃料タンク47に流入した液体燃料は、燃料供給弁34の開閉によって高濃度燃料タンク22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。   When the fuel concentration in the liquid fuel decreases with the circulating use of the secondary supply liquid, the liquid fuel separated in the gas-liquid separator 23 and flowing into the circulating fuel tank 47 is supplied to the fuel supply valve 34. The liquid supply (primary (high-concentration) supply liquid) transported from the high-concentration fuel tank 22 by the opening and closing of the fuel tank 22 is mixed and adjusted in concentration, and then, as a supply liquid (secondary supply liquid), again into the fuel supply port 15. From the fuel supply passage 13.

このようにして、液体燃料が、燃料循環経路(還流ライン32、循環燃料タンク47、燃料供給ライン30、燃料排出ライン31、気液分離器23および燃料供給路13)を循環する。   In this way, the liquid fuel circulates in the fuel circulation path (recirculation line 32, circulation fuel tank 47, fuel supply line 30, fuel discharge line 31, gas-liquid separator 23, and fuel supply path 13).

4. アンモニア濃縮およびアンモニア分解
上記式(3)で示したように、燃料電池システム2では、液体燃料としてヒドラジン水溶液を用いると、ヒドラジン(N)および酸素(O)の反応により、窒素ガス(N)および水(HO)を生成する。
4. As shown in the above formula (3), in the fuel cell system 2, when an aqueous hydrazine solution is used as the liquid fuel, the reaction between hydrazine (N 2 H 4 ) and oxygen (O 2 ) causes nitrogen gas to be removed. (N 2 ) and water (H 2 O).

また、この反応では、窒素ガス(N)および水(HO)に加えて、アンモニア(NH、NH )が副生し、アンモニアが、液体燃料に含有される。 Further, in this reaction, ammonia (NH 3 , NH 4 + ) is by-produced in addition to nitrogen gas (N 2 ) and water (H 2 O), and ammonia is contained in the liquid fuel.

そこで、この燃料電池システム2では、上記したアンモニア分解方法を、燃料循環経路(クローズドライン)に介在される貯留タンク54および循環燃料タンク47において、実施する。   Therefore, in the fuel cell system 2, the above-described ammonia decomposition method is performed in the storage tank 54 and the circulating fuel tank 47 interposed in the fuel circulation path (closed line).

より具体的には、この方法では、まず、貯留タンク54において、ヒドラジン水溶液に含有される水の一部を分離し、ヒドラジン水溶液を濃縮する(濃縮工程)。   More specifically, in this method, first, in the storage tank 54, a part of the water contained in the aqueous hydrazine solution is separated, and the aqueous hydrazine solution is concentrated (concentration step).

すなわち、燃料電池3においてアンモニアが生成された場合、アンモニアを含んだ液体燃料(すなわち、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液)は、燃料電池3から燃料排出ライン31に排出され、気液分離器23を通過して、貯留タンク54において滞留される。   That is, when ammonia is generated in the fuel cell 3, the liquid fuel containing ammonia (that is, the aqueous solution of hydrazine containing ammonia) is discharged from the fuel cell 3 to the fuel discharge line 31 and passes through the gas-liquid separator 23. Then, the fuel is accumulated in the storage tank 54.

一方、貯留タンク54では、空気供給ライン41内を流れる空気が、水分離管55(中空糸膜)内に供給される。   On the other hand, in the storage tank 54, the air flowing through the air supply line 41 is supplied into the water separation pipe 55 (hollow fiber membrane).

すなわち、濃縮装置51において、貯留タンク54に液体燃料(アンモニアを含有するヒドラジン水溶液)が滞留され、水分離管55が液体燃料(アンモニアを含有するヒドラジン水溶液)に浸漬されており、さらに、その水分離管55の内部を空気が通過する。   That is, in the concentration device 51, the liquid fuel (hydrazine aqueous solution containing ammonia) is retained in the storage tank 54, the water separation pipe 55 is immersed in the liquid fuel (hydrazine aqueous solution containing ammonia), and Air passes through the inside of the separation tube 55.

このような濃縮装置51では、水分離管55の内部を空気が通過するときに、水分離管55の周囲の液体燃料に含まれる水分の一部が水蒸気化され、水蒸気が水分離管55の水分離膜を通過する。つまり、これにより、液体燃料(アンモニアを含有するヒドラジン水溶液)中の水分の一部が、水分離管55内に導入される。   In such a concentrating device 51, when air passes through the inside of the water separation tube 55, part of the water contained in the liquid fuel around the water separation tube 55 is steamed, and the steam is removed from the water separation tube 55. Pass through a water separation membrane. That is, thereby, a part of the water in the liquid fuel (hydrazine aqueous solution containing ammonia) is introduced into the water separation pipe 55.

一方、液体燃料中のヒドラジンおよびアンモニアは、蒸気化されずに貯留タンク54に残存する。   On the other hand, hydrazine and ammonia in the liquid fuel remain in the storage tank 54 without being vaporized.

これにより、水分のみが液体燃料から分離され、ヒドラジンおよびアンモニアが濃縮される。なお、濃縮後のヒドラジン濃度およびアンモニア濃度は、上記の範囲である。   Thereby, only water is separated from the liquid fuel, and hydrazine and ammonia are concentrated. The hydrazine concentration and the ammonia concentration after the concentration are within the above ranges.

具体的には、貯留タンク54では、図示しないアンモニア濃度計によって、液体燃料のアンモニア濃度が測定されている。そして、アンモニア濃度が上記下限以上、すなわち、液体燃料の総量に対して2.0質量%以上となるまで、液体燃料を濃縮する。   Specifically, in the storage tank 54, the ammonia concentration of the liquid fuel is measured by an ammonia concentration meter (not shown). The liquid fuel is concentrated until the ammonia concentration is equal to or higher than the lower limit, that is, equal to or higher than 2.0% by mass based on the total amount of the liquid fuel.

そして、液体燃料のアンモニア濃度が上記下限以上となったときに、コントロールユニット29の操作により開閉弁60を開状態とする。   Then, when the ammonia concentration of the liquid fuel becomes equal to or more than the above lower limit, the on-off valve 60 is opened by operating the control unit 29.

これにより、濃縮された液体燃料(アンモニアを含有するヒドラジン水溶液)は、図2に示すように、還流ライン32を介して、循環燃料タンク47に供給される。   Thereby, the concentrated liquid fuel (hydrazine aqueous solution containing ammonia) is supplied to the circulating fuel tank 47 via the reflux line 32 as shown in FIG.

このとき、循環燃料タンク47は、アンモニア分解装置50におけるプラズマ反応容器52として兼用されており、その周壁面には、一対の電極62が設けられている。   At this time, the circulating fuel tank 47 is also used as the plasma reaction vessel 52 in the ammonia decomposition device 50, and a pair of electrodes 62 is provided on the peripheral wall surface.

そのため、濃縮された液体燃料が循環燃料タンク47に供給されることにより、液体燃料中において、1対の電極62が対向配置される(準備工程)。   Therefore, when the concentrated liquid fuel is supplied to the circulation fuel tank 47, the pair of electrodes 62 are arranged to face each other in the liquid fuel (preparation step).

その後、上記した条件(すなわち、溶液中に気泡を発生させる条件)で、電極62に通電し、ヒドラジン水溶液中にプラズマを発生させる。これにより、ヒドラジン水溶液中に含有されるアンモニアを分解することができる。   Thereafter, the electrode 62 is energized under the above-described conditions (that is, conditions for generating bubbles in the solution) to generate plasma in the hydrazine aqueous solution. Thereby, the ammonia contained in the aqueous hydrazine solution can be decomposed.

そして、アンモニアが分解された液体燃料は、上記したように、必要に応じて高濃度燃料タンク22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。   Then, as described above, the liquid fuel in which the ammonia has been decomposed is mixed with the liquid fuel (primary (high-concentration) supply liquid) transported from the high-concentration fuel tank 22 as necessary, and the concentration thereof is adjusted. , Again flows into the fuel supply path 13 from the fuel supply port 15 as a supply liquid (secondary supply liquid).

このようなアンモニア分解方法によれば、燃料電池システム2において、循環する液体燃料に含有されるアンモニアを、その液体燃料中で分解することができる。   According to such an ammonia decomposition method, in the fuel cell system 2, ammonia contained in the circulating liquid fuel can be decomposed in the liquid fuel.

とりわけ、上記のアンモニア分解方法では、まず、液体燃料におけるアンモニア濃度を2.0質量%以上に調整し、その後、液体燃料中に通電することによって、液体燃料中に気相(気泡)を発生させ、かつ、その気相(気泡)による絶縁破壊が生じる条件で、気相中にプラズマを発生させる。   Particularly, in the above-described ammonia decomposition method, first, the ammonia concentration in the liquid fuel is adjusted to 2.0% by mass or more, and thereafter, the gas is generated in the liquid fuel by energizing the liquid fuel. In addition, a plasma is generated in the gas phase under the condition that dielectric breakdown occurs due to the gas phase (bubbles).

換言すると、プラズマの発生時には、ヒドラジン水溶液中のアンモニア濃度が2.0質量%以上に調整されている。   In other words, when the plasma is generated, the ammonia concentration in the hydrazine aqueous solution is adjusted to 2.0% by mass or more.

その結果、ヒドラジンの分解を抑制しながら、液体燃料中のアンモニアを効率よく分解できる。   As a result, it is possible to efficiently decompose ammonia in the liquid fuel while suppressing the decomposition of hydrazine.

その結果、窒素酸化物のさらなる浄化処理などを不要として、燃料電池システム2によって、効率よく発電することができる。   As a result, the power generation can be efficiently performed by the fuel cell system 2 without the necessity of further purification treatment of nitrogen oxides.

なお、液体燃料から分離された水分は、水分離管55内に導入され、空気と混合される。これにより、空気が加湿される。加湿された空気は、水分離管55(中空糸膜)内を通過し、空気供給ライン41(貯留タンク54よりも下流側の空気供給ライン41)を介して、燃料電池3に供給される。   The water separated from the liquid fuel is introduced into the water separation pipe 55 and mixed with air. Thereby, the air is humidified. The humidified air passes through the water separation pipe 55 (hollow fiber membrane) and is supplied to the fuel cell 3 via the air supply line 41 (the air supply line 41 downstream of the storage tank 54).

このような燃料電池システム2では、燃料電池3から排出される排出液に含有される水分を回収し、その水分を用いて、電解質層8を湿潤させることができ、発電効率の向上を図ることができる。   In such a fuel cell system 2, the water contained in the effluent discharged from the fuel cell 3 is recovered, and the water can be used to wet the electrolyte layer 8, thereby improving the power generation efficiency. Can be.

5.変形例
上記した説明では、まず、濃縮装置51で液体燃料を所定濃度まで濃縮し、次いで、開閉弁60の開閉を制御して、断続的に液体燃料を循環燃料タンク47に供給し、これにより、液体燃料中のアンモニアを断続的に分解しているが、例えば、第2供給ポンプ35の駆動を制御し、循環する液体燃料の流量を調整することによって、開閉弁60を常に開状態として、連続的に液体燃料を循環燃料タンク47に供給し、これにより、液体燃料中のアンモニアを連続的に分解することもできる。
5. Modifications In the above description, first, the liquid fuel is concentrated to a predetermined concentration by the concentration device 51, and then the opening and closing of the on-off valve 60 is controlled to intermittently supply the liquid fuel to the circulating fuel tank 47. Although the ammonia in the liquid fuel is intermittently decomposed, for example, by controlling the drive of the second supply pump 35 and adjusting the flow rate of the circulating liquid fuel, the on-off valve 60 is always opened, The liquid fuel is continuously supplied to the circulation fuel tank 47, whereby the ammonia in the liquid fuel can be continuously decomposed.

次に、本発明を、実施例および比較例に基づいて説明するが、本発明は、下記の実施例によって限定されるものではない。なお、「部」および「%」は、特に言及がない限り、質量基準である。また、以下の記載において用いられる配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合(含有割合)、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値)または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値)に代替することができる。   Next, the present invention will be described based on examples and comparative examples, but the present invention is not limited to the following examples. Note that “parts” and “%” are based on mass unless otherwise specified. Specific numerical values such as the mixing ratio (content ratio), physical property values, and parameters used in the following description are the mixing ratios (corresponding to them) described in the above-mentioned “Embodiments of the Invention”. Substitute the upper limit value (value defined as “less than” or “less than”) or the lower limit value (value defined as “over” or “exceeding”) such as content ratio, physical property value, parameter, etc. be able to.

実施例1
図1に示すアンモニア分解装置を用意した。なお、プラズマ反応容器の容量は、50〜100mLとし、電極として、断面視略円形状(直径1mm)のタングステン電極を用いた。
Example 1
An ammonia decomposition apparatus shown in FIG. 1 was prepared. The capacity of the plasma reaction vessel was 50 to 100 mL, and a tungsten electrode having a substantially circular shape in cross section (1 mm in diameter) was used as the electrode.

また、アンモニアを含有する溶液として、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液を用いた。なお、ヒドラジン水溶液には、水酸化カリウムが添加されており、そのコンダクタンスは0.08S/mであった。   In addition, as a solution containing ammonia, an aqueous solution of hydrazine containing ammonia was used. In addition, potassium hydroxide was added to the hydrazine aqueous solution, and the conductance was 0.08 S / m.

また、ヒドラジン水溶液50mLをイオンクロマトグラフ分析により測定したところ、ヒドラジン濃度は5.2質量%、アンモニア濃度は検出限界以下であった。   Further, when 50 mL of the hydrazine aqueous solution was measured by ion chromatography analysis, the hydrazine concentration was 5.2% by mass, and the ammonia concentration was below the detection limit.

次いで、アンモニアを含有するヒドラジン水溶液50mLに、水分離膜からなる中空糸(中空糸膜)を浸漬し、その中空糸内に空気を通すことにより、ヒドラジン水溶液を濃縮した。濃縮後のヒドラジン濃度は5.0質量%、アンモニア濃度は2.0質量%であった。   Next, a hollow fiber (hollow fiber membrane) composed of a water separation membrane was immersed in 50 mL of a hydrazine aqueous solution containing ammonia, and air was passed through the hollow fiber to concentrate the aqueous hydrazine solution. The hydrazine concentration after concentration was 5.0% by mass, and the ammonia concentration was 2.0% by mass.

そして、アルゴン雰囲気下において、電源を、パルス電圧5kV、周波数20kHz、パルス幅2μs、照射時間30分の条件で作動させ、ヒドラジン水溶液中で電極に通電し、溶液中に気泡を生じさせるとともに、その気泡による絶縁破壊を生じさせ、その気泡中にプラズマを発生させた。また、操作中、反応容器を、チラーで20〜30℃に冷却した。   Then, in an argon atmosphere, a power supply was operated under the conditions of a pulse voltage of 5 kV, a frequency of 20 kHz, a pulse width of 2 μs, and an irradiation time of 30 minutes, and electricity was supplied to the electrode in a hydrazine aqueous solution to generate bubbles in the solution. Dielectric breakdown was caused by the bubbles, and plasma was generated in the bubbles. In addition, during the operation, the reaction vessel was cooled to 20 to 30 ° C with a chiller.

その後、電源を切り、上記の処理後のヒドラジン水溶液中をイオンクロマトグラフ分析により測定したところ、ヒドラジン濃度は5.0質量%、アンモニア濃度は1.2質量%であった。   Thereafter, the power was turned off, and the hydrazine aqueous solution after the above treatment was measured by ion chromatography analysis. As a result, the hydrazine concentration was 5.0% by mass and the ammonia concentration was 1.2% by mass.

すなわち、ヒドラジンを分解することなく、アンモニアを分解できた。   That is, ammonia could be decomposed without decomposing hydrazine.

比較例1
ヒドラジン水溶液の濃縮において、濃縮後のヒドラジン濃度を5.0質量%、アンモニア濃度を1.0質量%に変更した以外は、実施例1と同じ方法でヒドラジン水溶液中にプラズマを発生させた。
Comparative Example 1
In the concentration of the hydrazine aqueous solution, plasma was generated in the hydrazine aqueous solution in the same manner as in Example 1 except that the hydrazine concentration after concentration was changed to 5.0% by mass and the ammonia concentration was changed to 1.0% by mass.

その後、電源を切り、上記の処理後のヒドラジン水溶液中をイオンクロマトグラフ分析により測定したところ、ヒドラジン濃度は4.9質量%、アンモニア濃度は0.68質量%であった。   Thereafter, the power was turned off, and the hydrazine aqueous solution after the above treatment was measured by ion chromatography to find that the hydrazine concentration was 4.9% by mass and the ammonia concentration was 0.68% by mass.

すなわち、アンモニアのみならず、ヒドラジンも分解された。   That is, not only ammonia but also hydrazine was decomposed.

1 電動車両
2 燃料電池システム
3 燃料電池
23 気液分離器
30 燃料供給ライン
31 燃料排出ライン
32 還流ライン
41 空気供給ライン
47 循環燃料タンク
51 濃縮装置
53 プラズマ発生装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric vehicle 2 Fuel cell system 3 Fuel cell 23 Gas-liquid separator 30 Fuel supply line 31 Fuel discharge line 32 Reflux line 41 Air supply line 47 Circulating fuel tank 51 Concentrator 53 Plasma generator

Claims (2)

アンモニアを含有するヒドラジン水溶液を濃縮することによりヒドラジン水溶液のアンモニア濃度を2.0質量%以上に調整する濃縮工程と、
前記ヒドラジン水溶液中で1対の電極を対向配置する準備工程と、
前記電極に通電し、前記電極付近において前記ヒドラジン水溶液を沸騰させることによって前記電極間に気相を発生させるとともに、前記気相おける絶縁破壊が生じる条件で、前記気相中にプラズマを発生させ、前記ヒドラジン水溶液中に含有されるアンモニアを分解する分解工程と
を備えることを特徴とする、アンモニア分解方法。
A concentration step of adjusting the ammonia concentration of the aqueous hydrazine solution to 2.0% by mass or more by concentrating the aqueous hydrazine solution containing ammonia;
A step of preparing a pair of electrodes facing each other in the hydrazine aqueous solution;
Energizing the electrode, and generating a gas phase between the electrodes by boiling the hydrazine aqueous solution in the vicinity of the electrode, and generating plasma in the gas phase under conditions that cause dielectric breakdown in the gas phase, A decomposing step of decomposing ammonia contained in the aqueous hydrazine solution.
請求項1に記載のアンモニア分解方法によりアンモニアを分解可能な燃料電池システムであって、
ヒドラジンを含む液体燃料が供給される燃料電池と、
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に対して液体燃料を供給する燃料供給経路と、
前記燃料電池から排出液を排出する燃料排出経路と、
前記燃料排出経路から前記燃料タンクへ排出液を輸送する還流経路と、
前記燃料排出経路と前記還流経路との間に介在される気液分離器と、
前記還流経路に介在され、液体燃料から水分を分離するための水分離手段と、
前記燃料タンク内に対向配置される1対の電極、および、前記電極に通電するための電源を備えるプラズマ発生装置と
を備える
ことを特徴とする、燃料電池システム。
A fuel cell system capable of decomposing ammonia by the ammonia decomposition method according to claim 1,
A fuel cell to which a liquid fuel containing hydrazine is supplied,
A fuel tank for storing liquid fuel,
A fuel supply path for supplying liquid fuel from the fuel tank to the fuel cell,
A fuel discharge path for discharging a discharge liquid from the fuel cell;
A reflux path for transporting the effluent from the fuel discharge path to the fuel tank;
A gas-liquid separator interposed between the fuel discharge path and the return path,
Water separation means interposed in the reflux path for separating water from the liquid fuel,
A fuel cell system comprising: a pair of electrodes opposed to each other in the fuel tank; and a plasma generator having a power supply for supplying electricity to the electrodes.
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