JP6290667B2

JP6290667B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP6290667B2
Application number: JP2014053792A
Authority: JP
Inventors: 綾子川瀬; 山本　浩和; 浩和山本; 波形　和彦; 和彦波形; 雄介井川
Original assignee: Nok Corp; Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Nok Corp; Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2014-03-17
Filing date: 2014-03-17
Publication date: 2018-03-07
Anticipated expiration: 2034-03-17
Also published as: JP2015176811A

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。 The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle or the like.

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、ヒドラジンなどの液体燃料を使用する固体高分子形の燃料電池を備える燃料電池システムが知られている。 Conventionally, as a fuel cell system mounted on a vehicle or the like, a fuel cell system including a polymer electrolyte fuel cell using a liquid fuel such as methanol, dimethyl ether, and hydrazine is known.

より具体的には、例えば、電解質層と、それを挟むアノード電極（燃料側電極）およびカソード電極（酸素側電極）とを備える燃料電池と、燃料を燃料電池に供給するとともに、その燃料電池から排出される燃料を燃料電池に還流するための燃料給排部と、空気を燃料電池に供給し、また、燃料電池から排出される空気を外部に排出するための空気給排部と、燃料電池から出力される電気エネルギーを電動車両の動力とするための動力部とを備える燃料電池システムが、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 More specifically, for example, a fuel cell including an electrolyte layer, an anode electrode (fuel side electrode) and a cathode electrode (oxygen side electrode) sandwiching the electrolyte layer, and supplying fuel to the fuel cell, and from the fuel cell A fuel supply / discharge portion for returning the discharged fuel to the fuel cell, an air supply / discharge portion for supplying air to the fuel cell, and for discharging the air discharged from the fuel cell to the outside, and a fuel cell Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１０−１２９３０４号公報JP 2010-129304 A

一方、特許文献１に記載されるような燃料電池システムとしては、発電効率の向上や、低コスト化、省スペース化など、更なる発展が望まれている。 On the other hand, as a fuel cell system described in Patent Document 1, further development such as improvement in power generation efficiency, cost reduction, and space saving is desired.

本発明の目的は、より優れた燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a more excellent fuel cell system.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、液体燃料が供給される燃料電池と、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、前記燃料電池に供給された液体燃料の反応生成物および反応生成水を含む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供給経路へ排出液を輸送する還流経路と、前記燃料供給経路に介在されるとともに、前記還流経路に接続され、前記燃料タンクから輸送された液体燃料と、前記燃料電池から排出される排出液とを混合することにより、液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクと、前記濃度調整タンク内に配置される水分離手段であって、上下方向と直交する方向に延び、水分を液体燃料から分離するための水分離手段と、前記濃度調整タンク内において、前記水分離手段をぶら下げるように保持する保持手段とを備えていることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention includes a fuel cell to which liquid fuel is supplied, a fuel tank in which liquid fuel is stored, and liquid fuel is supplied from the fuel tank to the fuel cell. A fuel supply path for discharging, a liquid discharge path for discharging a liquid fuel reaction product and a reaction product water supplied to the fuel cell, and transporting the discharged liquid from the fuel discharge path to the fuel supply path By mixing the liquid fuel that is interposed in the reflux path, the fuel supply path, is connected to the reflux path, and is transported from the fuel tank, and the liquid discharged from the fuel cell, the liquid fuel A concentration adjusting tank for adjusting the concentration of water and water separating means disposed in the concentration adjusting tank, extending in a direction perpendicular to the vertical direction and separating moisture from the liquid fuel And because of the water separating means, in the concentration adjusting tank, it is characterized in that it comprises a holding means for holding to dangle the water separating means.

このような構成によれば、濃度調整タンクにおいて、排出液に含まれる水分が水分離手段によって分離され、液体燃料の濃度が調整される。そして、濃度が調整された液体燃料が、燃料電池に還流される。そのため、液体燃料を、効率よく利用することができ、低コスト化を図ることができる。 According to such a configuration, in the concentration adjusting tank, the water contained in the discharged liquid is separated by the water separating means, and the concentration of the liquid fuel is adjusted. Then, the liquid fuel whose concentration is adjusted is returned to the fuel cell. Therefore, liquid fuel can be used efficiently and cost reduction can be achieved.

しかるに、このような水分離手段を濃度調整タンクに直接保持させると、濃度調整タンクに外部から長期にわたる振動や衝撃が加わった場合や、環境温度の変化により濃度調整タンクが膨張または収縮した場合などにおいて、水分離手段に応力がかかり、水分離手段が破損してしまうという不具合がある。 However, if such a water separation means is directly held in the concentration adjustment tank, when the concentration adjustment tank is subjected to long-term vibration or impact from the outside, or when the concentration adjustment tank expands or contracts due to a change in environmental temperature, etc. However, there is a problem that the water separation means is stressed and the water separation means is damaged.

これに対して、上記の構成によれば、保持手段が、濃度調整タンク内において、水分離手段をぶら下げるように保持しているので、例え、濃度調整タンクに振動や衝撃が加わった場合や、濃度調整タンクが膨張または収縮した場合であっても、保持手段が振動や衝撃、または濃度調整タンクの伸縮を吸収して、水分離手段に応力がかかることを抑制できる。そのため、水分離手段が破損してしまうことを抑制できる。 On the other hand, according to the above configuration, since the holding means holds the water separation means so as to hang in the concentration adjustment tank, for example, when a vibration or impact is applied to the concentration adjustment tank, Even when the concentration adjustment tank expands or contracts, it is possible to suppress the holding means from absorbing vibrations and shocks, or expansion and contraction of the concentration adjustment tank, and applying stress to the water separation means. Therefore, it can suppress that a water separation means breaks.

また、本発明の燃料電池システムは、前記濃度調整タンクは、前記濃度調整タンクの上端部に配置され、上下方向に貫通する貫通口を有し、前記保持手段は、上下方向に移動可能となるように、前記貫通口に挿通されていることが好適である。 In the fuel cell system of the present invention, the concentration adjustment tank is disposed at an upper end portion of the concentration adjustment tank, and has a through-hole penetrating in the vertical direction, and the holding means is movable in the vertical direction. Thus, it is preferable to be inserted through the through hole.

このような構成によれば、保持手段が、上下方向に移動可能となるように、貫通口に挿通されているので、保持手段が衝撃や濃度調整タンクの伸縮を確実に吸収することができる。そのため、簡易な構成でありながら、水分離手段が破損してしまうことを確実に抑制できる。 According to such a configuration, since the holding means is inserted through the through-hole so as to be movable in the vertical direction, the holding means can reliably absorb the impact and expansion / contraction of the concentration adjusting tank. Therefore, it can suppress reliably that a water separation means will be damaged, although it is a simple structure.

また、保持手段を上下方向に移動させることにより、濃度調整タンクにおいて、水分離手段を上下方向に移動させることができる。そのため、水分離手段を、濃度調整タンク内において、所望する高さ（上下方向の位置）に容易に配置することができる。 Further, the water separating means can be moved in the vertical direction in the concentration adjusting tank by moving the holding means in the vertical direction. Therefore, the water separation means can be easily arranged at a desired height (position in the vertical direction) in the concentration adjustment tank.

本発明の燃料電池システムでは、液体燃料を、効率よく利用することができ、低コスト化を図ることができながら、水分離手段が破損してしまうことを抑制できる。 In the fuel cell system of the present invention, the liquid fuel can be used efficiently, and the cost can be reduced while the water separation means can be prevented from being damaged.

図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２Ａは、図１に示す燃料電池システムに搭載される、水分離器および保持ユニットを示す概略構成図である。図２Ｂは、図２Ａに示す留め具および保持パイプの断面図である。FIG. 2A is a schematic configuration diagram showing a water separator and a holding unit mounted on the fuel cell system shown in FIG. 1. 2B is a cross-sectional view of the fastener and holding pipe shown in FIG. 2A.

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

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、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、液体燃料が直接供給および排出される、例えば、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / exhaust unit 4, an air supply / exhaust unit 5, a control unit 6, and a power unit 7.
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is, for example, an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell to which liquid fuel is directly supplied and discharged, and is disposed on the lower center side of the electric vehicle 1.

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

なお、以下において、燃料電池３に供給される液体燃料を供給液、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 supplied as liquid, while the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 (reaction products (such as nitrogen gas) of liquid fuel supplied to the fuel cell 3 and reaction) (Including product water) as the effluent.

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

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

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

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

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

カソード１０は、カソード電極１６と、カソード電極１６に空気（酸素）を供給するための空気供給部材１７とを有している。 The cathode 10 includes a cathode electrode 16 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。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。 The cathode electrode 16 is formed on the other surface of the electrolyte layer 8. 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 twisted groove recessed from the surface thereof. The air supply member 17 has a grooved surface in contact with the cathode electrode 16. As a result, an air supply path 18 is formed between the other surface of the cathode electrode 16 and one surface of the air supply member 17 (the surface on which the grooves are formed) so that air contacts 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。 In the air supply path 18, an air supply port 19 for allowing air to flow into the cathode 10 is formed on the other end side (upper side), and an air discharge port 20 for discharging air from the cathode 10 is provided on one end side (lower side). Side).

また、このような燃料電池３において、複数の単位セル２８をそれぞれ区分する１つのセパレータは、上記燃料供給部材１２および上記空気供給部材１７を兼ね備える。換言すると、セパレータは、その一方側面において、燃料供給部材１２として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材１７として作用する。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、液体燃料を貯留するための燃料タンク２２と、燃料タンク２２から燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）へ供給液を供給する燃料供給経路としての燃料供給ライン３０と、燃料供給ライン３０に介在される濃度調整タンク４７と、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出液を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から濃度調整タンク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。 In such a fuel cell 3, one separator that divides each of the plurality of unit cells 28 has both the fuel supply member 12 and the air supply member 17. In other words, the separator acts as the fuel supply member 12 on one side surface and acts as the air supply member 17 on the other side surface.
(2) Fuel supply / discharge unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a fuel tank 22 for storing liquid fuel, and a supply liquid from the fuel tank 22 to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9). A fuel supply line 30 serving as a fuel supply path for supplying fuel, a concentration adjusting tank 47 interposed in the fuel supply line 30, and a discharge from the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9) A fuel discharge line 31 as a fuel discharge path, and a return line 32 as a return path for transporting the discharged liquid from the fuel discharge line 31 to the concentration adjusting tank 47.

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。 A 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 interposed between the fuel discharge line 31 and the reflux line 32. Is intervened.

燃料タンク２２は、燃料電池３よりも後方であり、電動車両１の後部に配置されている。燃料タンク２２には、液体燃料として、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどが貯蔵（貯留）されている。 The fuel tank 22 is located behind the fuel cell 3 and is disposed at the rear part of the electric vehicle 1. For example, methanol, dimethyl ether, hydrazine, or the like is stored (stored) in the fuel tank 22 as a liquid fuel.

燃料供給ライン３０は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク２２に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されている。 The fuel supply line 30 has an upstream end connected to the fuel tank 22 via a sealing material (such as a gasket), and a downstream end connected to the fuel cell 3 via a sealing material (such as a gasket). (Specifically, it is connected to the fuel supply path 13 of the anode 9).

濃度調整タンク４７は、詳しくは後述するが、上記した液体燃料に耐性のある材質、具体的には、ステンレス鋼から形成されている。そして、濃度調整タンク４７は、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料供給ライン３０の途中に介在されている。 As will be described in detail later, the concentration adjustment tank 47 is made of a material resistant to the liquid fuel, specifically, stainless steel. The concentration adjusting tank 47 is interposed in the middle of the fuel supply line 30 via a sealing material (such as a gasket).

また、濃度調整タンク４７には、シール材（ガスケットなど）を介して、還流ライン３２（後述）の下流側端部が接続されており、還流ライン３２を介して、排出液が供給される。これにより、濃度調整タンク４７において、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。 Further, the downstream end of the reflux line 32 (described later) is connected to the concentration adjustment tank 47 via a sealing material (gasket or the like), and the discharged liquid is supplied via the reflux line 32. Thereby, in the concentration adjustment tank 47, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the fuel tank 22 and the exhaust liquid discharged from the fuel cell 3 are mixed at an appropriate ratio and supplied to the fuel cell 3. The concentration of the liquid fuel (secondary supply liquid) is adjusted.

また、燃料供給ライン３０の流れ方向途中において、濃度調整タンク４７の上流側には、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。 In the middle of the fuel supply line 30 in the flow direction, a first supply pump 33 and a fuel supply valve 34 are provided upstream of the concentration adjustment tank 47.

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１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、第１供給ポンプ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 1st supply pump 33, well-known liquid feeding pumps, such as reciprocating pumps, such as rotary pumps, such as a rotary pump and a gear pump, a piston pump, and a diaphragm pump, are used, for example. The first supply pump 33 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the first supply pump 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、燃料供給ライン３０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１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、燃料供給弁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 fuel supply line 30, and a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The fuel supply valve 34 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the fuel supply valve 34, and the control unit 29 (described later) controls the 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、燃料タンク２２から、液体燃料（１次（高濃度）供給液）が、濃度調整タンク４７へ供給される。 By driving the first supply pump 33 and opening / closing the fuel supply valve 34, the liquid fuel (primary (high concentration) supply liquid) is supplied from the fuel tank 22 to the concentration adjustment tank 47.

また、燃料供給ライン３０の流れ方向途中において、濃度調整タンク４７の下流側には、第２供給ポンプ３５が設けられている。 A second supply pump 35 is provided on the downstream side of the concentration adjustment tank 47 in the middle of the flow direction of the fuel supply line 30.

第２供給ポンプ３５としては、例えば、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１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号が、第２供給ポンプ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, for example, the above-described known liquid feed pump is used. The second supply pump 35 is electrically connected to a control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the second supply pump 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、液体燃料（２次供給液）が、濃度調整タンク４７から燃料電池３に供給される。 By such driving of the second supply pump 35, the liquid fuel (secondary supply liquid) is supplied from the concentration adjustment tank 47 to the fuel cell 3.

燃料排出ライン３１は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、気液分離器２３に接続されている。 The upstream end of the fuel discharge line 31 is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply passage 13 of the anode 9) via a sealing material (such as a gasket), and the downstream end However, it is connected to the gas-liquid separator 23 via a sealing material (such as a gasket).

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。 Through 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の内外を連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 composed of, for example, a hollow container, and two bottom flow ports 24 for communicating the inside and outside of the gas-liquid separator 23 are formed in the lower part thereof.

また、気液分離器２３の上部には、気液分離器２３の内外を連通させる上部流通口２５が１つ形成されている。 In addition, one upper flow port 25 for communicating 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の後方、かつ、電動車両１の上方において、２つの底部流通口２４が、それぞれ、シール材（ガスケットなど）を介して、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, the two bottom flow ports 24 are respectively connected to the fuel discharge line via a sealing material (such as a gasket) behind the electric vehicle 1 and above the electric vehicle 1 with respect to the fuel cell 3. 31 and a reflux line 32 (described later).

そして、気液分離器２３には、燃料電池３からの排出液が、燃料排出ライン３１を介して流入する。これによって、気液分離器２３において、詳しくは後述するが、排出液に含まれるガスが、排出液から分離される。 The exhaust liquid from the fuel cell 3 flows into the gas-liquid separator 23 via the fuel discharge line 31. Thereby, in the gas-liquid separator 23, as will be described in detail later, the gas contained in the effluent is separated from the effluent.

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の上流側端部は、シール材（ガスケット）を介して上部流通口２５に接続され、ガス排出管２６の下流側端部は、大気に開放されている。また、ガス排出管２６の途中には、ガス排出弁２７が設けられている。 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 upstream end of the gas exhaust pipe 26 is connected to the upper flow port 25 via a sealing material (gasket), and the downstream end of the gas exhaust pipe 26 is open to the atmosphere. A gas discharge valve 27 is provided in the middle of the gas discharge pipe 26.

ガス排出弁２７は、ガス排出管２６を開放して気液分離器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１の破線参照）。これにより、コントロールユニット２９（後述）からの制御信号がガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、ガス排出弁２７の開閉を制御する。 The gas discharge valve 27 is a valve for opening the gas discharge pipe 26 to release the pressure in the 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 the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the gas discharge valve 27, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the gas discharge valve 27.

還流ライン３２は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、気液分離器２３の底部流通口２４に接続されるとともに、その下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４７に接続されている。 The reflux line 32 has an upstream end connected to the bottom flow port 24 of the gas-liquid separator 23 via a sealing material (such as a gasket), and a downstream end connected to a sealing material (such as a gasket). ) To the concentration adjustment 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を介して、濃度調整タンク４７に輸送される。そして、濃度調整タンク４７内において、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。
（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ための空気供給ライン４１と、水を液体燃料から分離するための水分離ユニット４８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。 As a result, the discharged liquid transported in the fuel discharge line 31 is transported to the concentration adjustment tank 47 via the gas-liquid separator 23 and the reflux line 32. Then, in the concentration adjustment tank 47, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the fuel tank 22 is mixed and adjusted in concentration, and then returned to the fuel cell 3 as a supply liquid (secondary supply liquid). Thus, a closed line (closed flow path) circulating through the anode 9 is formed.
(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 a water separation unit 48 for separating water from the liquid fuel. And an air discharge line 42 for discharging the air discharged from the cathode 10 to the outside.

空気供給ライン４１は、その上流側端部が大気中に開放され、その下流側端部が空気供給口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。 The air supply line 41 has an upstream end opened to the atmosphere, and a downstream end 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 thereof.

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 a control unit 29 (described later). 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) The driving and stopping of the air supply pump 43 are controlled.

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. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used.

また、空気供給弁４４は、コントロールユニット２９（後述）に電気的に接続されており、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 valve 44 is 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) The opening and closing of the air supply valve 44 is controlled.

また、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、濃度調整タンク４７内を通過するように配設されている。 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 the concentration adjustment tank 47.

水分離ユニット４８は、本実施形態において、空気供給ライン４１に介在されている。水分離ユニット４８は、濃度調整タンク４７内に配置される水分離手段としての水分離器４５と、濃度調整タンク内において、水分離器４５を保持するための保持手段としての保持ユニット４６とを備えている。 The water separation unit 48 is interposed in the air supply line 41 in this embodiment. The water separation unit 48 includes a water separator 45 as water separation means disposed in the concentration adjustment tank 47 and a holding unit 46 as holding means for holding the water separator 45 in the concentration adjustment tank. I have.

水分離器４５は、詳しくは後述するが、図２Ａに示すように、空気が通過可能であり、水を液体燃料（排出液）から分離するように構成されている。 As will be described in detail later, the water separator 45 is configured to allow air to pass therethrough and to separate water from the liquid fuel (exhaust liquid), as shown in FIG. 2A.

なお、水分離器４５は、図示しないが、空気供給ライン４１および濃度調整タンク４７に対して着脱可能に設けられており、必要に応じて、空気供給ライン４１および濃度調整タンク４７から取り外し、洗浄および交換が可能である。 Although not shown, the water separator 45 is detachably provided to the air supply line 41 and the concentration adjustment tank 47, and is removed from the air supply line 41 and the concentration adjustment tank 47 and washed as necessary. And can be exchanged.

保持ユニット４６は、詳しくは後述するが、濃度調整タンク４７内において、水分離器４５をぶら下げるように保持している。保持ユニット４６は、濃度調整タンク４７よりも上流側の空気供給ライン４１からの空気が、水分離器４５に供給され、かつ、水分離器４５を通過した空気が、濃度調整タンク４７よりも下流側の空気供給ライン４１に排出されるように構成されている。 As will be described in detail later, the holding unit 46 holds the water separator 45 so as to hang in the concentration adjusting tank 47. In the holding unit 46, the air from the air supply line 41 upstream of the concentration adjustment tank 47 is supplied to the water separator 45, and the air that has passed through the water separator 45 is downstream of the concentration adjustment tank 47. It is configured to be discharged to the air supply line 41 on the side.

そして、水分離器４５および保持ユニット４６を通過した空気は、図１に示すように、空気供給ライン４１（濃度調整タンク４７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。 Then, the air that has passed through the water separator 45 and the holding unit 46 enters the fuel cell 3 via the air supply line 41 (the air supply line 41 on the downstream side of the concentration adjusting tank 47) as shown in FIG. Supplied.

空気排出ライン４２は、その上流側端部が空気排出口２０に接続され、下流側端部がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、コントロールユニット２９を備えている。 The air discharge line 42 has an upstream end connected to the air discharge port 20 and a downstream end serving as a drain.
(4) Control Unit The control unit 6 includes a control unit 29.

コントロールユニット２９は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：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。 The control unit 29 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

制御部６では、詳しくは後述するが、例えば、第１供給ポンプ３３、第２供給ポンプ３５、空気供給ポンプ４３などの駆動および停止や、燃料供給弁３４やガス排出弁２７、空気供給弁４４などの開閉などを、適宜制御する。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギーを電動車両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。 As will be described in detail later, the control unit 6 drives and stops the first supply pump 33, the second supply pump 35, the air supply pump 43, the fuel supply valve 34, the gas discharge valve 27, and the air supply valve 44, for example. The opening and closing etc. are controlled appropriately.
(5) Power unit The power unit 7 includes a motor 37 for converting electrical energy output from the fuel cell 3 into mechanical energy as the 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 by the motor 37 and a DC / DC converter 36 are provided.

モータ３７は、燃料電池３よりも前方であって、電動車両１の前部に配置されている。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 in front of the fuel cell 3 and at the front portion of the electric vehicle 1. Examples of the motor 37 include known three-phase motors 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 direct current power generated by the fuel cell 3 into alternating current power, and includes, for example, a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated. The inverter 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、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 known secondary batteries such as a nickel metal hydride battery and a lithium ion battery. In addition, the power battery 40 is connected to a wiring between the inverter 38 and the fuel cell 3, so that the power from the fuel cell 3 can be stored and the 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 disposed between the power battery 40 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 36 has a function of increasing / decreasing the output voltage of the fuel cell 3, and a function of adjusting the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the power battery 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１の破線参照）、これにより、コントロールユニット２９から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池３の出力（出力電圧）を制御する。 The DC / DC converter 36 is electrically connected to the control unit 29 (see the broken line in FIG. 1), and accordingly, the fuel cell 3 according to the input of the output control signal output from the control unit 29. Controls the output (output voltage).

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ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。 Further, the DC / DC converter 36 is electrically connected to the fuel cell 3 and the power battery 40 by wiring, and is also 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。
２．濃度調整タンクおよび水分離ユニットの詳細
濃度調整タンク４７は、図２Ａに示すように、略ボックス形状を有している。詳しくは、濃度調整タンク４７は、上下方向と直交する第１方向に間隔を隔てて配置される１対の第１側壁５０と、上下方向および第１方向の両方向と直交する第２方向に間隔を隔てて配置される１対の第２側壁５１と、１対の第１側壁５０および１対の第２側壁５１の下端部を連結する底壁５２と、１対の第１側壁５０および１対の第２側壁５１の上端部を連結する上壁５３とを備えている。 As a result, power from the DC / DC converter 36 to the motor 37 is converted from direct current power to three-phase alternating current power in the inverter 38 and supplied to the motor 37 as three-phase alternating current power.
2. Details of Concentration Adjustment Tank and Water Separation Unit The concentration adjustment tank 47 has a substantially box shape as shown in FIG. 2A. Specifically, the concentration adjustment tank 47 is spaced apart in a pair of first side walls 50 arranged at intervals in a first direction orthogonal to the vertical direction, and in a second direction orthogonal to both the vertical direction and the first direction. A pair of second side walls 51 arranged apart from each other, a pair of first side walls 50 and a bottom wall 52 connecting the lower ends of the pair of second side walls 51, and a pair of first side walls 50 and 1 The upper wall 53 which connects the upper end part of a pair of 2nd side wall 51 is provided.

１対の第１側壁５０は、濃度調整タンク４７の第１方向両端部である。１対の第１側壁５０のそれぞれは、第１方向から見て、略矩形の板状に形成されている。１対の第１側壁５０のうち、第１方向の一方側の第１側壁５０は、第１燃料入口５４を有している。 The pair of first side walls 50 are both ends of the concentration adjusting tank 47 in the first direction. Each of the pair of first side walls 50 is formed in a substantially rectangular plate shape when viewed from the first direction. Of the pair of first side walls 50, the first side wall 50 on one side in the first direction has a first fuel inlet 54.

第１燃料入口５４は、第１側壁５０を第１方向に貫通している。第１燃料入口５４には、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４７よりも上流の燃料供給ライン３０が接続されている。 The first fuel inlet 54 passes through the first side wall 50 in the first direction. The fuel supply line 30 upstream of the concentration adjusting tank 47 is connected to the first fuel inlet 54 via a sealing material (such as a gasket).

１対の第２側壁５１は、濃度調整タンク４７の第２方向両端部である。１対の第２側壁５１のそれぞれは、１対の第１側壁５０の第２方向の両端部間に架設されており、第２方向から見て略矩形の板状に形成されている。 The pair of second side walls 51 are both ends in the second direction of the concentration adjustment tank 47. Each of the pair of second side walls 51 is provided between both ends of the pair of first side walls 50 in the second direction, and is formed in a substantially rectangular plate shape when viewed from the second direction.

底壁５２は、濃度調整タンク４７の下端部であり、上下方向から見て略矩形の板状に形成されている。底壁５２は、燃料出口５５を有している。 The bottom wall 52 is a lower end portion of the concentration adjustment tank 47, and is formed in a substantially rectangular plate shape when viewed from the vertical direction. The bottom wall 52 has a fuel outlet 55.

燃料出口５５は、底壁５２を上下方向に貫通している。燃料出口５５には、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４７よりも下流の燃料供給ライン３０が接続されている。 The fuel outlet 55 penetrates the bottom wall 52 in the vertical direction. A fuel supply line 30 downstream of the concentration adjusting tank 47 is connected to the fuel outlet 55 via a sealing material (such as a gasket).

上壁５３は、濃度調整タンク４７の上端部であり、上下方向から見て略矩形の板状に形成されている。上壁５３は、第２燃料入口５６と、貫通口５７とを有している。 The upper wall 53 is an upper end portion of the concentration adjustment tank 47 and is formed in a substantially rectangular plate shape when viewed from the vertical direction. The upper wall 53 has a second fuel inlet 56 and a through hole 57.

第２燃料入口５６は、上壁５３を上下方向に貫通している。第２燃料入口５６には、シール材（ガスケットなど）を介して、還流ライン３２の下流側端部が接続されている。 The second fuel inlet 56 penetrates the upper wall 53 in the vertical direction. The downstream end of the reflux line 32 is connected to the second fuel inlet 56 via a sealing material (such as a gasket).

貫通口５７は、後述する水分離器４５の個数に対応して複数対、具体的には、３対備えられている。３対の貫通口５７は、第２方向に間隔を隔てて１対ずつ配置されている。 A plurality of pairs of through holes 57 are provided corresponding to the number of water separators 45 described later, specifically, three pairs. The three pairs of through-holes 57 are arranged in pairs in the second direction at intervals.

１対の貫通口５７は、第１方向に間隔を隔てて配置されている。また、１対の貫通口５７の第１方向の間隔は、水分離器４５の第１方向の寸法と略同じである。 The pair of through holes 57 are arranged at an interval in the first direction. The distance between the pair of through-holes 57 in the first direction is substantially the same as the dimension of the water separator 45 in the first direction.

貫通口５７は、平面視略円形状に形成されており、上壁５３を上下方向に貫通している。 The through hole 57 is formed in a substantially circular shape in plan view, and penetrates the upper wall 53 in the vertical direction.

水分離ユニット４８は、上記したように、水分離器４５と、保持ユニット４６とを備えている。 As described above, the water separation unit 48 includes the water separator 45 and the holding unit 46.

水分離器４５は、濃度調整タンク４７内の下方部分に配置されている。水分離器４５は、第２方向に間隔を隔てて複数、具体的には、３つ並列配置されている。 The water separator 45 is arranged in a lower part in the concentration adjustment tank 47. A plurality of water separators 45, specifically three, are arranged in parallel in the second direction at intervals.

水分離器４５は、第１方向に延びる略円柱形状に形成されている。水分離器４５は、例えば、水分離膜の中空糸からなり、具体的には、水分離膜からなる中空糸（中空糸膜）の束として、形成されている。 The water separator 45 is formed in a substantially cylindrical shape extending in the first direction. The water separator 45 is made of, for example, a hollow fiber of a water separation membrane, and specifically, is formed as a bundle of hollow fibers (hollow fiber membranes) made of a water separation membrane.

水分離膜は、排出液中に含まれる液体燃料の反応生成物や、未反応の液体燃料などを遮断する一方、反応生成水（水分）を透過させる膜であって、特に制限されないが、例えば、孔径が１ｎｍ以下の炭素膜などが挙げられる。水分離膜の孔径は、例えば、１ｎｍ以下、好ましくは、０．５ｎｍ以下であり、通常、０．３ｎｍ以上である。 The water separation membrane is a membrane that blocks reaction products of liquid fuel contained in the discharged liquid, unreacted liquid fuel, etc., and allows reaction product water (moisture) to pass therethrough, and is not particularly limited. And a carbon film having a pore diameter of 1 nm or less. The pore size of the water separation membrane is, for example, 1 nm or less, preferably 0.5 nm or less, and usually 0.3 nm or more.

また、このような水分離膜からなる中空糸（中空糸膜）の内径は、例えば、２００μｍ〜４００μｍ、好ましくは、２５０μｍ〜３５０μｍである。 Moreover, the internal diameter of the hollow fiber (hollow fiber membrane) which consists of such a water separation membrane is 200 micrometers-400 micrometers, for example, Preferably, they are 250 micrometers-350 micrometers.

そして、このような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、集合筒状の水分離器４５が得られる。 And the aggregated cylindrical water separator 45 is obtained by bundling a plurality (for example, 500 to 2500) of hollow fibers made of such a water separation membrane.

また、水分離器４５は、濃度調整タンク４７内において、図示しない液体燃料（排出液と１次供給液との混合液）に浸漬されている。 Further, the water separator 45 is immersed in a liquid fuel (mixed liquid of the discharged liquid and the primary supply liquid) (not shown) in the concentration adjustment tank 47.

保持ユニット４６は、水分離器４５の個数に対応して複数、具体的には、３つ備えられている。各保持ユニット４６は、１対の受部５９と、１対の保持パイプ６０と、１対の止め具６１を備えている。 The holding unit 46 is provided with a plurality, specifically three, corresponding to the number of the water separators 45. Each holding unit 46 includes a pair of receiving portions 59, a pair of holding pipes 60, and a pair of stoppers 61.

１対の受部５９のそれぞれは、第１方向に間隔を隔てて配置されている。受部５９は、第１方向に延びる略円筒形状に形成されており、第１方向の外側端部が閉鎖されている。受部５９の内径は、水分離器４５の外径と略同じである。また、図示しないが、受部５９の上端部には、受部５９の内外を上下方向に連通する開口が形成されている。 Each of the pair of receiving portions 59 is arranged at an interval in the first direction. The receiving portion 59 is formed in a substantially cylindrical shape extending in the first direction, and the outer end portion in the first direction is closed. The inner diameter of the receiving part 59 is substantially the same as the outer diameter of the water separator 45. Although not shown, an opening that communicates the inside and outside of the receiving portion 59 in the vertical direction is formed at the upper end portion of the receiving portion 59.

そして、１対の受部５９のうち、第１方向一方側の受部５９は、対応する水分離器４５の第１方向一端部に径方向の外側から嵌っており、第１方向他方側の受部５９は、対応する水分離器４５の第１方向他端部に径方向の外側から嵌っている。 Of the pair of receiving portions 59, the receiving portion 59 on one side in the first direction is fitted from one side in the first direction of the corresponding water separator 45 from the outside in the radial direction, and on the other side in the first direction. The receiving part 59 is fitted in the other end part of the corresponding water separator 45 in the first direction from the outside in the radial direction.

１対の保持パイプ６０のそれぞれは、上下方向に延びる略円筒形状に形成されており、その外径は、貫通口５７の外径と略同じである。そして、１対の保持パイプ６０のそれぞれは、対応する受部５９に１つずつ接続されている。詳しくは、保持パイプ６０の下端部は、対応する受部５９の図示しない開口に、シール材（ガスケットなど）を介して、接続されている。これによって、保持パイプ６０と受部５９内とは、連通している。 Each of the pair of holding pipes 60 is formed in a substantially cylindrical shape extending in the vertical direction, and the outer diameter thereof is substantially the same as the outer diameter of the through hole 57. Each of the pair of holding pipes 60 is connected to the corresponding receiving portion 59 one by one. Specifically, the lower end portion of the holding pipe 60 is connected to an opening (not shown) of the corresponding receiving portion 59 via a sealing material (such as a gasket). As a result, the holding pipe 60 and the receiving portion 59 communicate with each other.

そのため、第１方向の一方側の保持パイプ６０は、受部５９を介して、水分離器４５に空気を供給可能であり、第１方向の他方側の保持パイプ６０は、受部５９を介して、水分離器４５を通過した空気を受け入れ可能である。 Therefore, the holding pipe 60 on one side in the first direction can supply air to the water separator 45 via the receiving portion 59, and the holding pipe 60 on the other side in the first direction passes through the receiving portion 59. Thus, the air that has passed through the water separator 45 can be received.

そして、１対の保持パイプ６０のそれぞれは、対応する１対の貫通口５７のそれぞれに、上下方向に移動可能となるように挿通されている。 Each of the pair of holding pipes 60 is inserted into each of the corresponding pair of through holes 57 so as to be movable in the vertical direction.

１対の止め具６１のそれぞれは、各保持パイプ６０に１つずつ対応している。止め具６１は、図２Ｂに示すように、嵌合部６３と、ねじ６２とを備えている。 Each of the pair of stoppers 61 corresponds to each holding pipe 60 one by one. As shown in FIG. 2B, the stopper 61 includes a fitting portion 63 and a screw 62.

嵌合部６３は、上下方向に延びる略円筒形状に形成されている。嵌合部６３の内径は、保持パイプ６０の外径よりも僅かに大きい。また、嵌合部６３は、ねじ穴６４を有している。ねじ穴６４は、嵌合部６３の内部空間と外部空間とを連通するように、嵌合部６３を径方向に貫通している。ねじ穴６４の内周面には、螺旋状のねじ溝が形成されている。 The fitting part 63 is formed in a substantially cylindrical shape extending in the vertical direction. The inner diameter of the fitting portion 63 is slightly larger than the outer diameter of the holding pipe 60. The fitting portion 63 has a screw hole 64. The screw hole 64 penetrates the fitting part 63 in the radial direction so as to communicate the internal space and the external space of the fitting part 63. A spiral thread groove is formed on the inner peripheral surface of the screw hole 64.

そして、嵌合部６３は、上壁５３の上面に接触するように配置されており、対応する保持パイプ６０が上下方向に移動可能に挿通されている。 And the fitting part 63 is arrange | positioned so that the upper surface of the upper wall 53 may be contacted, and the corresponding holding pipe 60 is penetrated so that a movement to an up-down direction is possible.

ねじ６２は、ねじ穴６４に螺合可能に形成されており、ねじ穴６４に挿入されている。そして、ねじ６２は、回転させることにより、嵌合部６３の径方向に進退可能である。 The screw 62 is formed so as to be able to be screwed into the screw hole 64, and is inserted into the screw hole 64. The screw 62 can be advanced and retracted in the radial direction of the fitting portion 63 by rotating.

また、ねじ６２を嵌合部６３の径方向の内方に最も進出させると、ねじ６２の軸部の遊端部が、保持パイプ６０と接触する。これによって、保持パイプ６０の上下方向の移動が規制される。そのため、保持ユニット４６は、濃度調整タンク４７の上壁５３に移動不能に保持され、水分離器４５を上壁５３からぶら下がるように保持する。 Further, when the screw 62 is advanced most inward in the radial direction of the fitting portion 63, the free end portion of the shaft portion of the screw 62 comes into contact with the holding pipe 60. As a result, the vertical movement of the holding pipe 60 is restricted. Therefore, the holding unit 46 is held immovably on the upper wall 53 of the concentration adjusting tank 47 and holds the water separator 45 so as to hang from the upper wall 53.

一方、ねじ６２を嵌合部６３の径方向の外方に退避させると、ねじ６２の軸部の遊端部と保持パイプ６０との接触が解除される。これによって、保持パイプ６０の上下方向の移動が許容される。 On the other hand, when the screw 62 is retracted outward in the radial direction of the fitting portion 63, the contact between the free end portion of the shaft portion of the screw 62 and the holding pipe 60 is released. Thereby, the movement of the holding pipe 60 in the vertical direction is allowed.

また、空気供給ライン４１は、濃度調整タンク４７の上流側および下流側のそれぞれにおいて３つの分岐ライン７０に分岐されている。そして、濃度調整タンク４７よりも上流の各分岐ライン７０が、第１方向一方側の保持パイプ６０のそれぞれの上端部に、シール材（ガスケットなど）を介して、接続されており、濃度調整タンク４７よりも下流の各分岐ライン７０が、第１方向他方側の保持パイプ６０のそれぞれの上端部に、シール材（ガスケットなど）を介して、接続されている。
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、図１に示すように、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および第２供給ポンプ３５が駆動されることにより、燃料タンク２２に貯留される液体燃料（供給液）が、燃料供給ライン３０および濃度調整タンク４７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が、後の液体燃料の濃度調整時に、適宜開閉される。 The air supply line 41 is branched into three branch lines 70 on the upstream side and the downstream side of the concentration adjustment tank 47. Each branch line 70 upstream from the concentration adjustment tank 47 is connected to the upper end portion of the holding pipe 60 on one side in the first direction via a sealing material (such as a gasket). Each branch line 70 downstream of 47 is connected to the upper end portion of the holding pipe 60 on the other side in the first direction via a sealing material (such as a gasket).
3. Power Generation by the Fuel Cell System In the fuel cell system 2 described above, as shown in FIG. 1, the fuel supply valve 34 is opened and the first supply pump 33 and the second supply pump 35 are driven by the control of the control unit 29. As a result, the liquid fuel (supply liquid) stored in the fuel tank 22 is supplied to the anode 9 via the fuel supply line 30 and the concentration adjustment tank 47. 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, but is appropriately opened and closed when the liquid fuel concentration is adjusted later.

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

そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻（アノード電極１１での反応）
（２）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１６での反応）
（３）ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極１１では、メタノール（ＣＨ_３ＯＨ）とカソード電極１６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ⁻）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ⁻）が発生する（上記式（１）参照）。 Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the anode electrode 11 and the cathode electrode 16), and an electromotive force is generated. For example, when the liquid fuel is methanol, the following formulas (1) to (3) are obtained.
(1) CH ₃ OH + 6OH ⁻ → CO ₂ + 5H ₂ O + 6e ⁻ (reaction at anode electrode 11)
(2) O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at cathode electrode 16)
(3) CH ₃ OH + 3 / 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O (reaction in the entire fuel cell 3)
That is, at the anode electrode 11 supplied with methanol, methanol (CH ₃ OH) reacts with hydroxide ions (OH ⁻ ) generated by the reaction at the cathode electrode 16 to react with carbon dioxide (CO ₂ ) and water. (H ₂ O) is generated and electrons (e ⁻ ) are generated (see the above formula (1)).

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

一方、カソード電極１６では、電子（ｅ⁻）と、外部からの供給もしくは燃料電池３での反応で生成した水（Ｈ_２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ_２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ⁻）が生成する（上記式（２）参照）。 On the other hand, in the cathode electrode 16, electrons (e ⁻ ), water (H ₂ O) generated by external supply or reaction in the fuel cell 3, and oxygen (O ₂ ) in the air flowing through the air supply path 18. React with each other to produce hydroxide ions (OH ⁻ ) (see the above formula (2)).

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

また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ （アノード電極１１での反応）
（５）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１６での反応）
（６）Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ（燃料電池３全体での反応）
このようなアノード電極１１およびカソード電極１６での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池３全体として、上記式（３）または上記式（６）で表わされる反応が生じて、燃料電池３に起電力が発生する。 For example, when the liquid fuel is hydrazine, the following formulas (4) to (6) are obtained.
(4) N ₂ H ₄ + 4OH ⁻ → N ₂ + 4H ₂ O + 4e ⁻ (reaction at anode electrode 11)
(5) O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at cathode electrode 16)
(6) N ₂ H ₄ + O ₂ → N ₂ + 2H ₂ O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the electrochemical reaction at the anode electrode 11 and the cathode electrode 16 continuously occurs, the reaction expressed by the above formula (3) or the above formula (6) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and the fuel An electromotive force is generated in the battery 3.

そして、発生した起電力が、配線を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ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。 The generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 36 via the wiring, and is transmitted to the inverter 38 and the motor 37 and / or the power battery 40 in the power unit 7. In the motor 37, the electrical energy converted into the three-phase AC power by the inverter 38 is converted into mechanical energy that drives the wheels of the electric vehicle 1. On the other hand, the power of the power battery 40 is charged.

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（未反応の液体燃料、反応生成物および反応生成水含む排出液）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。気液分離器２３では、水位が上部流通口２５よりも下方位置に保持される液体燃料の液溜まり３９が、気液分離器２３の中空部分に生じるとともに、液溜まり３９に含まれるガス（気体）が液溜まり３９の上方空間へ分離される。その一方で、液溜まり３９の一部が、下流側の底部流通口２４から還流ライン３２に流出する。 Further, in the fuel supply / discharge section 4, the liquid fuel discharged from the anode 9 (the unreacted liquid fuel, the discharge liquid containing the reaction product and the reaction product water) passes through the fuel discharge line 31 and flows through the bottom of the upstream side. It flows into the gas-liquid separator 23 from the port 24. In the gas-liquid separator 23, a liquid fuel liquid reservoir 39 whose water level is held at a position lower than the upper flow port 25 is generated in the hollow portion of the gas-liquid separator 23, and a gas (gas) contained in the liquid reservoir 39. ) Is separated into the space above the liquid reservoir 39. On the other hand, a part of the liquid reservoir 39 flows out from the bottom circulation port 24 on the downstream side to the reflux line 32.

還流ライン３２に流出する液体燃料（未反応の液体燃料、反応生成物および反応生成水含む排出液）は、濃度調整タンク４７に流入され、その濃度調整タンク４７内において、燃料タンク２２から供給される液体燃料と混合された後、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。 The liquid fuel that flows out to the reflux line 32 (an unreacted liquid fuel, a reaction product and a discharge liquid containing reaction product water) flows into the concentration adjustment tank 47 and is supplied from the fuel tank 22 in the concentration adjustment tank 47. After being mixed with the liquid fuel, the fuel flows again from the fuel supply port 15 into the fuel supply path 13.

このようにして、液体燃料が、クローズドライン（還流ライン３２、濃度調整タンク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。なお、気液分離器２３で分離された気体は、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。
４．水の分離
上記したように、燃料電池システム２では、燃料電池３のアノード９から排出される液体燃料（未反応の液体燃料、反応生成物および反応生成水含む排出液）が、還流ライン３２、および、濃度調整タンク４７よりも下流側の燃料供給ライン３０を介して、燃料電池３に還流され、再利用される。 In this way, the liquid fuel circulates through the closed line (the reflux line 32, the concentration adjustment tank 47, the fuel supply line 30, the fuel discharge line 31, the gas-liquid separator 23, and the fuel supply path 13). The gas separated by the gas-liquid separator 23 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 26 when the gas discharge valve 27 is opened.
4). Separation of Water As described above, in the fuel cell system 2, the liquid fuel discharged from the anode 9 of the fuel cell 3 (unreacted liquid fuel, reaction product, and discharged liquid containing reaction product water) is returned to the reflux line 32, Then, the fuel is returned to the fuel cell 3 through the fuel supply line 30 on the downstream side of the concentration adjustment tank 47 and reused.

しかし、式（１）〜（６）として示したように、燃料電池３による発電では、その発電反応において水が生じるため、排出液には、水が含有される。すなわち、排出液においては、液体燃料の濃度が低下している。そのため、排出液をそのまま燃料電池３に還流して用いると、発電効率の低下を惹起する場合がある。 However, as shown by the formulas (1) to (6), in the power generation by the fuel cell 3, water is generated in the power generation reaction, so that the discharged liquid contains water. That is, in the discharged liquid, the concentration of the liquid fuel is reduced. Therefore, if the discharged liquid is used as it is by recirculation to the fuel cell 3, it may cause a decrease in power generation efficiency.

これに対して、上記の燃料電池システム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を分離し、還流される液体燃料の濃度を調整（増加）することができる。 On the other hand, in the fuel cell system 2 described above, water contained in the effluent discharged from the fuel cell 3 can be separated, and the concentration of the liquid fuel to be recirculated can be adjusted (increased).

具体的には、この燃料電池システム２では、燃料電池３から燃料排出ライン３１に排出された排出液は、気液分離器２３を介して、濃度調整タンク４７に供給される。 Specifically, in the fuel cell system 2, the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 to the fuel discharge line 31 is supplied to the concentration adjustment tank 47 via the gas-liquid separator 23.

このとき、濃度調整タンク４７内に配置される水分離器４５（中空糸膜）内には、図２Ａに示すように、濃度調整タンク４７よりも上流側の空気供給ライン４１を流れる空気が、第１方向一方側の保持パイプ６０および受部５９を介して供給されている。 At this time, in the water separator 45 (hollow fiber membrane) disposed in the concentration adjustment tank 47, as shown in FIG. 2A, the air flowing through the air supply line 41 on the upstream side of the concentration adjustment tank 47, It is supplied via the holding pipe 60 and the receiving part 59 on one side in the first direction.

そのため、水分離器４５（中空糸膜）内には空気が流れており、水分離器４５の周囲の液体燃料中の水分が水蒸気化され、水分離器４５の外膜（水分離膜）を通過する。これにより、液体燃料から水分が分離される（浸透気化法）。 Therefore, air flows in the water separator 45 (hollow fiber membrane), the water in the liquid fuel around the water separator 45 is steamed, and the outer membrane (water separation membrane) of the water separator 45 is pass. Thereby, moisture is separated from the liquid fuel (pervaporation method).

このようにして水分が分離された液体燃料（すなわち、高濃度の液体燃料）は、図１に示すように、燃料供給ライン３０を介して、再び燃料電池３に供給される。 The liquid fuel from which water has been separated in this way (that is, high-concentration liquid fuel) is supplied again to the fuel cell 3 via the fuel supply line 30 as shown in FIG.

このように液体燃料から水分を分離することにより、液体燃料の濃度を調整（増加）することができ、発電効率の向上を図ることができる。 By separating the water from the liquid fuel in this way, the concentration of the liquid fuel can be adjusted (increased), and the power generation efficiency can be improved.

一方、水分離器４５の外膜（水分離膜）を通過した水蒸気は、図２Ａに示すように、水分離器４５内において、空気と混合される。これにより、空気が加湿される。その後、加湿された空気は、第１方向他方側の保持パイプ６０および受部５９を介して、濃度調整タンク４７よりも下流側の空気供給ライン４１に排出される。その後、加湿された空気は、図１に示すように、空気供給ポンプ４３の駆動によって、空気供給ライン４１を介してカソード１０に供給される。このとき、水分は、カソード１０に供給されるとともに、カソード１０を透過して電解質層８を湿潤させる。 On the other hand, the water vapor that has passed through the outer membrane (water separation membrane) of the water separator 45 is mixed with air in the water separator 45 as shown in FIG. 2A. Thereby, air is humidified. Thereafter, the humidified air is discharged to the air supply line 41 on the downstream side of the concentration adjusting tank 47 through the holding pipe 60 and the receiving portion 59 on the other side in the first direction. Thereafter, the humidified air is supplied to the cathode 10 via the air supply line 41 by driving the air supply pump 43 as shown in FIG. At this time, moisture is supplied to the cathode 10 and permeates the cathode 10 to wet the electrolyte layer 8.

なお、上記の実施形態では、液体燃料に含まれる水分（排出液中の反応生成水）の量に応じて、使用される水分離器４５の数を決定することができる。すなわち、液体燃料に含まれる水分の量が多い場合には、より多く（例えば、全て）の水分離器４５を用い、また、液体燃料に含まれる水分の量が少ない場合には、その水分の量に応じて、水分離器４５の使用数を減少させることができる。 In the above embodiment, the number of water separators 45 to be used can be determined according to the amount of water (reaction product water in the effluent) contained in the liquid fuel. That is, when the amount of moisture contained in the liquid fuel is large, more (for example, all) water separators 45 are used, and when the amount of moisture contained in the liquid fuel is small, Depending on the amount, the number of water separators 45 used can be reduced.

水分離器４５の使用数を減少させる方法は、特に制限されず、例えば、空気供給ライン４１の分岐ライン７０における水分離器４５の上流側に開閉弁を設け、それらを開閉させることなどによって、空気の流路を制限し、所望の水分離器４５（中空糸膜）内のみに、空気を通過させる方法などが挙げられる。
５．作用効果
このような燃料電池システム２では、濃度調整タンク４７において、液体燃料（排出液）に含まれる水分が、空気供給ライン４１に介在される水分離器４５によって分離され、液体燃料の濃度が調整される。そして、濃度が調整された液体燃料が、燃料電池３に還流される。そのため、このような燃料電池システム２によれば、液体燃料を、効率よく利用することができ、低コスト化を図ることができる。 The method for reducing the number of water separators 45 used is not particularly limited. For example, by providing an opening / closing valve on the upstream side of the water separator 45 in the branch line 70 of the air supply line 41 and opening / closing them, etc. Examples of the method include a method of restricting the air flow path and allowing the air to pass only through the desired water separator 45 (hollow fiber membrane).
5. In such a fuel cell system 2, in the concentration adjustment tank 47, the water contained in the liquid fuel (exhaust liquid) is separated by the water separator 45 interposed in the air supply line 41, and the concentration of the liquid fuel is increased. Adjusted. Then, the liquid fuel whose concentration is adjusted is returned to the fuel cell 3. Therefore, according to such a fuel cell system 2, liquid fuel can be used efficiently and cost reduction can be achieved.

そして、保持ユニット４６が、図２Ａに示すように、濃度調整タンク４７内において、水分離器４５をぶら下げるように保持している。そのため、例え、濃度調整タンク４７に振動や衝撃が加わった場合や、濃度調整タンク４７が膨張または収縮した場合であっても、保持ユニット４６が、振動や衝撃、または濃度調整タンク４７の伸縮を吸収することができ、水分離器４５に応力がかかることを抑制できる。その結果、水分離器４５が破損してしまうことを抑制できる。 And the holding | maintenance unit 46 is hold | maintaining so that the water separator 45 may be hung in the concentration adjustment tank 47, as shown to FIG. 2A. Therefore, even when vibration or impact is applied to the concentration adjustment tank 47 or when the concentration adjustment tank 47 expands or contracts, the holding unit 46 expands or contracts the vibration or impact or the concentration adjustment tank 47. It can absorb, and it can control that stress is applied to water separator 45. As a result, the water separator 45 can be prevented from being damaged.

また、保持ユニット４６の保持パイプ６０は、上下方向に移動可能となるように、貫通口５７に挿通されている。そのため、保持ユニット４６が、振動や衝撃、または濃度調整タンク４７の伸縮を確実に吸収することができる。その結果、簡易な構成でありながら、水分離器４５が破損してしまうことを確実に抑制できる。 The holding pipe 60 of the holding unit 46 is inserted through the through-hole 57 so as to be movable in the vertical direction. Therefore, the holding unit 46 can reliably absorb vibrations and shocks or expansion and contraction of the concentration adjustment tank 47. As a result, it is possible to reliably suppress the water separator 45 from being damaged while having a simple configuration.

また、保持ユニット４６を上下方向に移動させることにより、濃度調整タンク４７において、水分離器４５を上下方向に移動させることができる。そのため、水分離器４５を、濃度調整タンク４７内において、所望する高さ（上下方向の位置）に容易に配置することができる。 Further, the water separator 45 can be moved in the vertical direction in the concentration adjustment tank 47 by moving the holding unit 46 in the vertical direction. Therefore, the water separator 45 can be easily arranged at a desired height (position in the vertical direction) in the concentration adjustment tank 47.

しかるに、上記の燃料電池システム２においては、カソード電極１６では、式（２）および（５）として示したように、水が酸素と反応する。そのため、カソード電極１６での反応を円滑に進行させるためには、カソード電極１６に十分な水分が供給される必要がある。また、式（１）〜（６）として示したように、水酸化物イオンなどのイオンが電解質層８を通過する。そのため、電解質層８がイオン導電性を備えるためには、電解質層８が十分に湿潤している必要がある。 However, in the fuel cell system 2 described above, water reacts with oxygen at the cathode electrode 16 as shown by the equations (2) and (5). Therefore, in order for the reaction at the cathode electrode 16 to proceed smoothly, it is necessary to supply sufficient moisture to the cathode electrode 16. In addition, as shown in the expressions (1) to (6), ions such as hydroxide ions pass through the electrolyte layer 8. Therefore, in order for the electrolyte layer 8 to have ionic conductivity, the electrolyte layer 8 needs to be sufficiently wet.

この点、上記の燃料電池システム２では、液体燃料（排出液）から分離・回収された水分は、空気供給ライン４１内に導入されるため、より多くの水分を含んだ空気が、燃料電池３に供給される。そのため、その水分をカソード電極１６に供給することができ、かつ、電解質層８を湿潤させることができる。その結果、燃料電池３の導電性の向上を図ることができ、発電効率の向上を図ることができる。 In this respect, in the fuel cell system 2 described above, the water separated and collected from the liquid fuel (exhaust liquid) is introduced into the air supply line 41, so that the air containing more water is used as the fuel cell 3. To be supplied. Therefore, the moisture can be supplied to the cathode electrode 16 and the electrolyte layer 8 can be wetted. As a result, the conductivity of the fuel cell 3 can be improved and the power generation efficiency can be improved.

また、空気供給ライン４１内の空気を加湿するため、別途、加湿器などを備える場合には、水タンクなどが搭載されるため、燃料電池システム２の体積が大きくなる。 Moreover, in order to humidify the air in the air supply line 41, when a humidifier etc. are separately provided, since the water tank etc. are mounted, the volume of the fuel cell system 2 becomes large.

一方、上記した燃料電池システム２によれば、加湿器を用いることなく空気に水分を含有させることができるため、加湿器を用いる場合に比べ、燃料電池システム２の体積を減少させ、省スペース化を図ることができる。 On the other hand, according to the fuel cell system 2 described above, since moisture can be contained in the air without using a humidifier, the volume of the fuel cell system 2 can be reduced and space can be saved compared to the case where a humidifier is used. Can be achieved.

また、上記した燃料電池システム２によれば、排出液に含有される水分が水蒸気として分離され、水蒸気として空気供給ライン４１に供給されるため、より効率よく空気を加湿することができる。 Further, according to the fuel cell system 2 described above, the water contained in the effluent is separated as water vapor and supplied to the air supply line 41 as water vapor, so that the air can be humidified more efficiently.

また、上記した燃料電池システム２において、燃料電池３から排出された排出液は、燃料電池３において加熱されている。そのため、排出液中の水分をより少ないエネルギーで水蒸気として回収することができ、低エネルギー化および低コスト化を図ることができる。 In the fuel cell system 2 described above, the effluent discharged from the fuel cell 3 is heated in the fuel cell 3. Therefore, the water in the effluent can be recovered as water vapor with less energy, and energy and cost can be reduced.

さらに、上記した燃料電池システム２では、水分が水蒸気として分離されるため、排出液の熱エネルギーを気化熱として放出させ、排出液を冷却することができる。そのため、排出液をより低温状態で再び燃料電池３に供給することができ、発電効率の向上を図ることができる。 Furthermore, in the fuel cell system 2 described above, since water is separated as water vapor, the thermal energy of the discharged liquid can be released as heat of vaporization, and the discharged liquid can be cooled. Therefore, the discharged liquid can be supplied again to the fuel cell 3 at a lower temperature, and the power generation efficiency can be improved.

それに加えて、上記した燃料電池システム２では、燃料電池３から排出される排出液（水分を含有した低濃度液体燃料）から、水分が回収され、高濃度液体燃料として還流ライン３２に還流されるため、燃料タンク２２からの液体燃料の供給量や供給頻度を低減することができ、より効率よく液体燃料を利用することができる。
６．変形例
上記の実施形態では、水分離ユニット４８が、空気供給ライン４１に介在されるが、水分離ユニット４８の配置は特に制限されない。例えば、水分離器４５に空気を供給するための第２空気供給ライン（図示せず）を、空気供給ライン４１とは別途設けることもできる。そのような場合には、水分離ユニット４８が、第２空気供給ライン（図示せず）に介在される。そして、第２空気供給ライン（図示せず）を介して水分離器４５に空気を供給し、反応生成水を含む液体燃料から水を分離することができる。 In addition, in the fuel cell system 2 described above, moisture is recovered from the effluent discharged from the fuel cell 3 (low-concentration liquid fuel containing water) and is returned to the reflux line 32 as a high-concentration liquid fuel. Therefore, the supply amount and supply frequency of the liquid fuel from the fuel tank 22 can be reduced, and the liquid fuel can be used more efficiently.
6). In the above embodiment, the water separation unit 48 is interposed in the air supply line 41, but the arrangement of the water separation unit 48 is not particularly limited. For example, a second air supply line (not shown) for supplying air to the water separator 45 can be provided separately from the air supply line 41. In such a case, a water separation unit 48 is interposed in a second air supply line (not shown). And air can be supplied to the water separator 45 via a 2nd air supply line (not shown), and water can be isolate | separated from the liquid fuel containing reaction product water.

また、上記の実施形態では、水分離器４５が中空糸から形成されるが、これに限定されず、水分離器４５は、例えば、複数の貫通孔（パス）を備える略円筒形のハニカムセラミック担体と、その貫通孔（パス）の内周壁面を被覆する水分離膜とからなる水分離ユニット（例えば、サブナノセラミック膜フィルター（日本ガイシ製））などを用いることもできる。また、例えば、水分離器４５内を、公知の減圧装置によって減圧することにより、反応生成水を含む液体燃料から水を分離することもできる。 In the above embodiment, the water separator 45 is formed from a hollow fiber. However, the water separator 45 is not limited to this, and the water separator 45 is, for example, a substantially cylindrical honeycomb ceramic provided with a plurality of through holes (paths). A water separation unit (for example, a sub-nano ceramic membrane filter (manufactured by NGK)) comprising a carrier and a water separation membrane covering the inner peripheral wall surface of the through hole (path) can also be used. Further, for example, water can be separated from the liquid fuel containing the reaction product water by reducing the pressure in the water separator 45 with a known pressure reducing device.

また、上記の実施形態では、燃料電池システム２は、複数の水分離器４５を備えるが、水分離器４５の個数は、特に限定されず、１つ（単数）であってもよい。水分離器４５が１つである場合、濃度調整タンク４７は、１対の貫通口５７を有し、空気給排部５は、１つの水分離ユニット４８を備える。 Moreover, in said embodiment, although the fuel cell system 2 is provided with the some water separator 45, the number of the water separator 45 is not specifically limited, One (single) may be sufficient. When there is one water separator 45, the concentration adjustment tank 47 has a pair of through-holes 57, and the air supply / discharge unit 5 includes one water separation unit 48.

また、上記の実施形態では、濃度調整タンク４７は、略ボックス形状に形成されるが、濃度調整タンク４７の形状は特に限定されない。濃度調整タンク４７は、例えば、両端部が閉鎖される略円筒形状に形成することもできる。 In the above embodiment, the concentration adjustment tank 47 is formed in a substantially box shape, but the shape of the concentration adjustment tank 47 is not particularly limited. The concentration adjustment tank 47 can be formed in, for example, a substantially cylindrical shape whose both ends are closed.

これらによっても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。なお、これら実施形態および変形例は、適宜組み合わせることができる。 Also by these, the same effect as said embodiment can be show | played. These embodiments and modifications can be combined as appropriate.

２燃料電池システム
３燃料電池
２２燃料タンク
３０燃料供給ライン
３１燃料排出ライン
３２還流ライン
４５水分離器
４６保持ユニット
４７濃度調整タンク 2 Fuel Cell System 3 Fuel Cell 22 Fuel Tank 30 Fuel Supply Line 31 Fuel Discharge Line 32 Reflux Line 45 Water Separator 46 Holding Unit 47 Concentration Adjustment Tank

Claims

A fuel cell supplied with liquid fuel;
A fuel tank in which liquid fuel is stored;
A fuel supply path for supplying liquid fuel from the fuel tank to the fuel cell;
A fuel discharge path for discharging an exhaust liquid containing a reaction product and reaction product water of liquid fuel supplied to the fuel cell;
A reflux path for transporting an effluent from the fuel discharge path to the fuel supply path;
The concentration of the liquid fuel is adjusted by mixing the liquid fuel that is interposed in the fuel supply path and connected to the reflux path and is transported from the fuel tank and the discharged liquid discharged from the fuel cell. A concentration adjustment tank for
Water separation means disposed in the concentration adjustment tank, extending in a direction perpendicular to the vertical direction, water separation means for separating water from liquid fuel;
A fuel cell system comprising: holding means for holding the water separation means so as to hang in the concentration adjusting tank.