JP6899231B2

JP6899231B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP6899231B2
Application number: JP2017041345A
Authority: JP
Inventors: 裕哲 ▲高▼口; 振郭; 正和大橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2017-03-06
Filing date: 2017-03-06
Publication date: 2021-07-07
Anticipated expiration: 2037-03-06
Also published as: JP2018147708A

Description

本発明は、燃料電池システムに関するものである。 The present invention relates to a fuel cell system.

燃料電池システムにおいて、循環燃料をバイパス経路に流入させ、イオン交換樹脂装置により循環燃料から金属イオンを除去するものが知られている（例えば特許文献１参照）。 A fuel cell system is known in which a circulating fuel is allowed to flow into a bypass path and metal ions are removed from the circulating fuel by an ion exchange resin device (see, for example, Patent Document 1).

特開２０１２−１６４４６８号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2012-164468

上記燃料電池システムでは、燃料電池の運転温度近傍まで上昇した高温の液体燃料にイオン交換樹脂が曝されてしまうという問題がある。 In the above fuel cell system, there is a problem that the ion exchange resin is exposed to the high temperature liquid fuel that has risen to near the operating temperature of the fuel cell.

本発明が解決しようとする課題は、イオン交換樹脂が高温の液体燃料に曝されることが抑制され得る燃料電池システムを提供することである。 An object to be solved by the present invention is to provide a fuel cell system capable of suppressing exposure of an ion exchange resin to a high temperature liquid fuel.

[１]本発明に係る燃料電池システムは、液体燃料を消費して発電する燃料電池を備え、少なくともイオン交換樹脂を含み、前記液体燃料に含まれるイオン系不純物を除去する除去手段と、前記液体燃料を放熱する放熱手段と、を備え、前記放熱手段を介して、前記除去手段に対して前記液体燃料が供給されている燃料電池システムである。 [1] The fuel cell system according to the present invention includes a fuel cell that consumes liquid fuel to generate power, contains at least an ion exchange resin, removes means for removing ionic impurities contained in the liquid fuel, and the liquid. It is a fuel cell system including a heat radiating means for radiating fuel, and the liquid fuel is supplied to the removing means via the radiating means.

[２]上記発明において、少なくとも前記燃料電池から発生する熱を低減する冷却水が循環する水循環配管と、前記水循環配管に設けられ、前記冷却水を冷却する冷却手段と、をさらに備え、前記放熱手段の少なくとも一部は、前記冷却手段に対向していてもよい。 [2] In the above invention, at least a water circulation pipe for circulating cooling water for reducing heat generated from the fuel cell and a cooling means provided in the water circulation pipe for cooling the cooling water are further provided to dissipate heat. At least a part of the means may face the cooling means.

[３]上記発明において、前記放熱手段の少なくとも一部は、コイル状又はＳ字状に形成されていてもよい。 [3] In the above invention, at least a part of the heat radiating means may be formed in a coil shape or an S shape.

[４]上記発明において、前記除去手段と前記放熱手段とが設けられた第１の配管をさらに備え、前記放熱手段は、前記第１の配管に連通された第２の配管を含み、前記第２の配管を構成する材料の熱伝導率は、前記第１の配管を構成する材料の熱伝導率に対して相対的に高くてもよい。 [4] In the above invention, the first pipe provided with the removing means and the heat radiating means is further provided, and the heat radiating means includes a second pipe communicated with the first pipe, and the first pipe is included. The thermal conductivity of the material constituting the second pipe may be relatively high with respect to the thermal conductivity of the material constituting the first pipe.

[５]上記発明において、前記除去手段と前記放熱手段とが設けられた第１の配管をさらに備え、前記放熱手段は、前記第１の配管に連通された第２の配管を含み、前記第２の配管の肉厚は、前記第１の配管の肉厚に対して相対的に薄くてもよい。 [5] In the above invention, the first pipe provided with the removing means and the heat radiating means is further provided, and the heat radiating means includes a second pipe communicating with the first pipe, and the first pipe is included. The wall thickness of the second pipe may be relatively thin with respect to the wall thickness of the first pipe.

[６]上記発明において、前記第２の配管は、フッ素樹脂又はステンレス鋼を主成分とする材料により構成されていてもよい。 [6] In the above invention, the second pipe may be made of a material containing fluororesin or stainless steel as a main component.

[７]上記発明において、前記除去手段と前記放熱手段とが設けられた第１の配管と、前記第１の配管おいて前記放熱手段よりも上流側に設けられ、前記液体燃料の燃料濃度を測定する濃度センサと、前記第１の配管において前記濃度センサよりも上流側に設けられ、前記濃度センサに前記液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、を備えていてもよい。 [7] In the above invention, the first pipe provided with the removing means and the heat radiating means and the first pipe provided upstream of the heat radiating means to determine the fuel concentration of the liquid fuel. A concentration sensor to be measured and a liquid fuel supply means provided on the upstream side of the concentration sensor in the first pipe to supply the liquid fuel to the concentration sensor may be provided.

［８］上記発明において、前記液体燃料が貯蔵された燃料タンクと、前記除去手段と前記放熱手段とが設けられた第１の配管と、を備え、前記第１の配管の両端は、前記燃料タンクに接続されていてもよい。 [8] In the above invention, a fuel tank in which the liquid fuel is stored and a first pipe provided with the removing means and the heat radiating means are provided, and both ends of the first pipe are the fuel. It may be connected to the tank.

本発明によれば、放熱手段により液体燃料を放熱できるため、イオン交換樹脂が高温の液体燃料に曝されることが抑制され得る燃料電池システムが提供される。 According to the present invention, since the liquid fuel can be radiated by the heat radiating means, a fuel cell system capable of suppressing the exposure of the ion exchange resin to the high temperature liquid fuel is provided.

図１は、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図２（Ａ）は、本発明の一実施の形態に係る放熱器及びラジエータを面方向から視た正面図であり、図２（Ｂ）は、その放熱器及びラジエータの側面図である。FIG. 2A is a front view of the radiator and the radiator according to the embodiment of the present invention as viewed from the surface direction, and FIG. 2B is a side view of the radiator and the radiator. 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態に係る放熱器を示す斜視図である。3 (A) and 3 (B) are perspective views showing a radiator according to another embodiment of the present invention. 図４は、実施例及び比較例における放熱配管の長さ（ｍ）と放熱器における放熱量（Ｗ）との関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between the length (m) of the heat radiating pipe and the heat radiating amount (W) in the radiator in Examples and Comparative Examples. 図５は、実施例及び比較例における放熱配管の長さ（ｍ）と放熱器の出口近傍における液体燃料の温度（℃）との関係を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the relationship between the length (m) of the heat radiating pipe and the temperature (° C.) of the liquid fuel in the vicinity of the outlet of the heat radiator in Examples and Comparative Examples.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図１は本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図、図２（Ａ）は本発明の一実施の形態に係る放熱器及びラジエータを面方向から視た正面図、図２（Ｂ）はその放熱器及びラジエータの側面図、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は本発明の他の実施の形態に係る放熱器を示す斜視図である。 FIG. 1 is a block diagram showing a fuel cell system according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 (A) is a front view of a radiator and a radiator according to an embodiment of the present invention as viewed from a plane direction. (B) is a side view of the radiator and the radiator, and FIGS. 3 (A) and 3 (B) are perspective views showing the radiator according to another embodiment of the present invention.

図１に示す燃料電池システム１は、燃料電池１０と、装置筐体１１と、燃料タンク１２と、燃料ポンプ１４と、ブロワ１６と、凝縮器１８と、気液分離器１９と、水タンク２０と、水ポンプ２２と、外部燃料タンク２４と、外部燃料ポンプ２６と、水循環配管２７と、ラジエータ２８と、ラジエータ冷却ファン３０と、燃料循環配管３２と、プレフィルタ３３と、循環ポンプ３４と、イオン交換器３６と、放熱器３８と、液体濃度センサ４０と、を備えている。上記の燃料電池システム１の構成のうち、燃料電池１０と、燃料タンク１２と、燃料ポンプ１４と、ブロワ１６と、凝縮器１８と、気液分離器１９と、水タンク２０と、水ポンプ２２と、水循環配管２７と、ラジエータ２８と、ラジエータ冷却ファン３０と、燃料循環配管３２と、プレフィルタ３３と、循環ポンプ３４と、イオン交換器３６と、放熱器３８と、液体濃度センサ４０とは、装置筐体１１に収容され、外部燃料タンク２４と、外部燃料ポンプ２６とは、装置筐体１１外に設置されている。 The fuel cell system 1 shown in FIG. 1 includes a fuel cell 10, an apparatus housing 11, a fuel tank 12, a fuel pump 14, a blower 16, a condenser 18, a gas-liquid separator 19, and a water tank 20. , Water pump 22, external fuel tank 24, external fuel pump 26, water circulation pipe 27, radiator 28, radiator cooling fan 30, fuel circulation pipe 32, prefilter 33, circulation pump 34, and so on. It includes an ion exchanger 36, a radiator 38, and a liquid concentration sensor 40. Among the configurations of the fuel cell system 1 described above, the fuel cell 10, the fuel tank 12, the fuel pump 14, the blower 16, the condenser 18, the gas-liquid separator 19, the water tank 20, and the water pump 22 The water circulation pipe 27, the radiator 28, the radiator cooling fan 30, the fuel circulation pipe 32, the prefilter 33, the circulation pump 34, the ion exchanger 36, the radiator 38, and the liquid concentration sensor 40. , The external fuel tank 24 and the external fuel pump 26 are housed in the device housing 11, and are installed outside the device housing 11.

燃料電池１０は、液体燃料を消費して発電する、ダイレクトメタノール型の燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）である。燃料電池１０は、発電セル１０１が積層された発電装置を備えており、家庭・産業用の電源等として用いられ、外部負荷（不図示）に対して電力を供給する。この燃料電池１０は、積層された複数の発電セル１０１と、複数の発電セル１０１をその積層方向に挟む一対の集電体１０２と、発電セル１０１及び一対の集電体１０２を発電セル１０１の積層方向に挟む一対のエンドプレート１０３とを備えている。 The fuel cell 10 is a direct methanol fuel cell (DMFC) that consumes liquid fuel to generate power. The fuel cell 10 includes a power generation device in which power generation cells 101 are stacked, is used as a power source for homes and industries, and supplies electric power to an external load (not shown). The fuel cell 10 has a plurality of stacked power generation cells 101, a pair of current collectors 102 sandwiching the plurality of power generation cells 101 in the stacking direction, and a power generation cell 101 and a pair of current collectors 102 of the power generation cell 101. It includes a pair of end plates 103 sandwiched in the stacking direction.

燃料電池１０は、燃料供給口１０Ａと、空気供給口１０Ｂと、燃料排出口１０Ｃと、空気排出口１０Ｄとを備えている。燃料供給口１０Ａは、燃料ポンプ１４を介して燃料タンク１２に連通されている。また、空気供給口１０Ｂは、ブロワ１６を介してシステム外部に連通されている。また、燃料排出口１０Ｃは、燃料タンク１２に連通されている。さらに、空気排出口１０Ｄは、凝縮器１８及び気液分離器１９を介して水タンク２０に連通されている。 The fuel cell 10 includes a fuel supply port 10A, an air supply port 10B, a fuel discharge port 10C, and an air discharge port 10D. The fuel supply port 10A communicates with the fuel tank 12 via the fuel pump 14. Further, the air supply port 10B communicates with the outside of the system via the blower 16. Further, the fuel discharge port 10C communicates with the fuel tank 12. Further, the air discharge port 10D communicates with the water tank 20 via the condenser 18 and the gas-liquid separator 19.

燃料タンク１２には、数重量％に希釈化されたメタノール水溶液（ＭｅＯＨ）が貯蔵されている。システムが起動されると、燃料ポンプ１４により、メタノール水溶液が、燃料タンク１２から燃料供給口１０Ａを通してアノード（燃料極）に供給され、ブロワ１６により、外部の空気が空気供給口１０Ｂを通してカソード（空気極）に供給される。 The fuel tank 12 stores an aqueous solution of methanol (Methanol) diluted to several weight%. When the system is started, the fuel pump 14 supplies an aqueous methanol solution from the fuel tank 12 to the anode (fuel electrode) through the fuel supply port 10A, and the blower 16 allows external air to pass through the air supply port 10B to the cathode (air). It is supplied to the pole).

アノードでは、下記（１）式で示すように、触媒による酸化反応により二酸化炭素、水素イオン、及び電子が生成される。アノードで生成された電子が外部の回路を通ることで、ユーザ側の電子機器等の外部負荷に電力が供給される。一方、アノードで生成された水素イオンは、高分子電解質膜を通過してカソードに移動する。カソードでは、下記（２）式に示すように、触媒による酸素の還元反応により水が生成される。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ … （１）
３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ … （２） At the anode, carbon dioxide, hydrogen ions, and electrons are generated by a catalytic oxidation reaction, as shown by the following equation (1). By passing the electrons generated at the anode through an external circuit, electric power is supplied to an external load such as an electronic device on the user side. On the other hand, the hydrogen ions generated at the anode pass through the polymer electrolyte membrane and move to the cathode. At the cathode, water is produced by the reduction reaction of oxygen by the catalyst as shown in the following equation (2).
CH ₃ OH + H ₂ O → CO ₂ + 6H ⁺ + 6e ⁻ … (1)
_{^{3 / 2O 2 + 6H + +}} 6e - → 3H 2 O ... (2)

燃料電池１０のアノードで生じた生成物（二酸化炭素等）及び未反応のメタノールは、燃料排出口１０Ｃから排出されて燃料タンク１２に戻される。燃料タンク１２に戻されたメタノールは、燃料タンク１２に留まり、一方、燃料タンク１２に戻された二酸化炭素は、システム外部に放出される。燃料電池１０のカソードで生じた生成物に含まれる水蒸気は、空気排出口１０Ｄから排出され、凝縮器１８において概ね液化される。凝縮器１８から排出された水は、水タンク２０に送られ、一方、凝縮器１８で液化されなかったガス成分（水蒸気等）は気液分離器１９からシステム外部に放出される。 Products (carbon dioxide and the like) generated at the anode of the fuel cell 10 and unreacted methanol are discharged from the fuel discharge port 10C and returned to the fuel tank 12. The methanol returned to the fuel tank 12 stays in the fuel tank 12, while the carbon dioxide returned to the fuel tank 12 is released to the outside of the system. The water vapor contained in the product generated at the cathode of the fuel cell 10 is discharged from the air outlet 10D and is generally liquefied in the condenser 18. The water discharged from the condenser 18 is sent to the water tank 20, while the gas components (water vapor and the like) not liquefied in the condenser 18 are discharged from the gas-liquid separator 19 to the outside of the system.

凝縮器１８は、熱交換器であり、ラジエータ２８から水循環配管２７を介して冷却水が供給されている。冷却水は、水循環配管２７を介して凝縮器１８とラジエータ２８との間を循環しており、凝縮器１８において、空気排出口１０Ｄから排出された水蒸気と熱交換して、燃料電池から発生する熱を除去している。これによって、空気排出口１０Ｄから排出された水蒸気が液化される。 The condenser 18 is a heat exchanger, and cooling water is supplied from the radiator 28 via the water circulation pipe 27. The cooling water circulates between the condenser 18 and the radiator 28 via the water circulation pipe 27, and in the condenser 18, heat exchanges with the water vapor discharged from the air discharge port 10D and is generated from the fuel cell. The heat is being removed. As a result, the water vapor discharged from the air discharge port 10D is liquefied.

ラジエータ２８は、比較的高温に上昇した冷却水を冷却するために設けられている。このラジエータ２８は、矩形状の外形を有し、水循環配管２７に設けられている。ラジエータ２８は、装置筐体１１の排気孔１１１に面して配されている。 The radiator 28 is provided to cool the cooling water that has risen to a relatively high temperature. The radiator 28 has a rectangular outer shape and is provided in the water circulation pipe 27. The radiator 28 is arranged so as to face the exhaust hole 111 of the device housing 11.

水タンク２０は、水を収容しており、水ポンプ２２を介して燃料タンク１２に連通されている。また、外部燃料タンク２４は、高濃度のメタノール水溶液を収容しており、外部燃料ポンプ２６を介して燃料タンク１２に連通している。外部燃料タンク２４に貯蔵された高濃度のメタノール水溶液が、外部燃料ポンプ２６により燃料タンク１２に供給されると共に、水タンク２０に貯蔵された水が、水ポンプ２２により燃料タンク１２に供給されることにより、数重量％の濃度に希釈化されたメタノール水溶液が、燃料タンク１２に収容される。 The water tank 20 contains water and communicates with the fuel tank 12 via a water pump 22. Further, the external fuel tank 24 contains a high-concentration aqueous methanol solution and communicates with the fuel tank 12 via the external fuel pump 26. The high-concentration aqueous methanol solution stored in the external fuel tank 24 is supplied to the fuel tank 12 by the external fuel pump 26, and the water stored in the water tank 20 is supplied to the fuel tank 12 by the water pump 22. As a result, the aqueous methanol solution diluted to a concentration of several% by weight is contained in the fuel tank 12.

ラジエータ冷却ファン３０は、ラジエータ３０と装置筐体１１の排気孔１１１との間に、ラジエータ２８のコア面及び排気孔１１１に面して配されている。このラジエータ冷却ファン３０は、排気孔１１１を通して装置筐体１１の内側から外側へ送風することにより、ラジエータ２８を冷却する。 The radiator cooling fan 30 is arranged between the radiator 30 and the exhaust hole 111 of the apparatus housing 11 so as to face the core surface and the exhaust hole 111 of the radiator 28. The radiator cooling fan 30 cools the radiator 28 by blowing air from the inside to the outside of the device housing 11 through the exhaust hole 111.

燃料循環配管３２は、燃料タンク１２に貯蔵された液体燃料を循環させるための配管であり、その両端が燃料タンク１２に連通している。この燃料循環配管３２としては、液体燃料（本実施形態では、メタノール水溶液）に対して耐腐食性を有し、可撓性に富んだ材料により構成されていることが好ましく、具体的には、シリコンチューブを用いることが好ましい。なお、燃料循環配管３２を構成する材料は、特に上述に限定されず、後述する放熱器３８に含まれる放熱配管３８２を構成する材料と同じ材料を用いてもよい。この場合、燃料循環配管３２は、後述する放熱器３８と同様の作用効果を奏することができ、イオン系不純物の除去性能の低下を抑制することができる。 The fuel circulation pipe 32 is a pipe for circulating the liquid fuel stored in the fuel tank 12, and both ends thereof communicate with the fuel tank 12. The fuel circulation pipe 32 is preferably made of a material having corrosion resistance to liquid fuel (in this embodiment, an aqueous methanol solution) and having a high degree of flexibility. It is preferable to use a silicon tube. The material constituting the fuel circulation pipe 32 is not particularly limited to the above, and the same material as the material constituting the heat radiating pipe 382 included in the radiator 38 described later may be used. In this case, the fuel circulation pipe 32 can exert the same action and effect as the radiator 38 described later, and can suppress the deterioration of the removal performance of ionic impurities.

この燃料循環配管３２には、その上流側から下流側に向けて、プレフィルタ３３、循環ポンプ３４、液体濃度センサ４０、放熱器３８、及びイオン交換器３６がこの順で設けられている。なお、「上流側」や「下流側」とは、流体の流れ方向を基準とし、ここでは、燃料循環配管３２を流れる液体燃料の流れ方向を基準とする。 The fuel circulation pipe 32 is provided with a pre-filter 33, a circulation pump 34, a liquid concentration sensor 40, a radiator 38, and an ion exchanger 36 in this order from the upstream side to the downstream side. The "upstream side" and "downstream side" are based on the flow direction of the fluid, and here, the flow direction of the liquid fuel flowing through the fuel circulation pipe 32 is used as a reference.

イオン交換器３６は、液体燃料に含まれるイオン系不純物を除去するために設けられている。このイオン系不純物としては、燃料電池１０における発電反応により生成され、燃料電池システム１の系内に混入したアルミニウムイオン（Ａｌ^３＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ^２＋）、鉄イオン（Ｆｅ^２＋）、クロムイオン（Ｃｒ^３＋）等の酸性のイオン系不純物（陽イオン不純物）や、外部燃料タンク２４から送られる高濃度のメタノール水溶液に混入、又は、ブロワ１６を通じて外部から燃料電池システム１の系内に混入した塩素イオン（Ｃl⁻）といったハロゲン化物イオン等の塩基性のイオン系不純物（陰イオン不純物）が挙げられる。 The ion exchanger 36 is provided to remove ionic impurities contained in the liquid fuel. ^{The ionic impurities include aluminum ions (Al 3+} ), nickel ions (Ni ²⁺ ), iron ions (Fe ²⁺ ), and chromium ions generated by the power generation reaction in the fuel cell 10 and mixed in the system of the fuel cell system 1. It was mixed with acidic ionic impurities (cationic impurities) such as (Cr ³⁺ ) and high-concentration methanol aqueous solution sent from the external fuel tank 24, or mixed into the system of the fuel cell system 1 from the outside through the blower 16. Examples thereof include basic ionic impurities (anionic impurities) such as halide ions such as chloride ion (Cl ^−).

このようなイオン交換器３６は、粒状とされたイオン交換樹脂３６１と、イオン交換樹脂３６１を収容する容器３６２と、を有している。容器３６２は筒形状とされ、その両端が燃料循環配管３２に接続されている。 Such an ion exchanger 36 has a granular ion exchange resin 361 and a container 362 for accommodating the ion exchange resin 361. The container 362 has a tubular shape, and both ends thereof are connected to the fuel circulation pipe 32.

イオン交換樹脂３６１は、陽イオン交換樹脂及び／又は陰イオン交換樹脂を含んでいる。陽イオン交換樹脂は、陽イオン不純物に対して交換反応性を有する樹脂組成物であり、例えば、スチレン系の樹脂母体（例えば、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体）に、イオン交換基として、スルホ基やカルボキシル基を含むものを用いる。陰イオン交換樹脂は、陰イオン不純物に対して交換反応性を有する樹脂組成物であり、例えば、スチレン系の樹脂母体（例えば、スチレンとジビニルベンゼンとの共重合体）に、イオン交換基として、アンモニウム基やアミノ基を含むものを用いる。 The ion exchange resin 361 contains a cation exchange resin and / or an anion exchange resin. The cation exchange resin is a resin composition having an exchange reactivity with respect to cation impurities. For example, a styrene-based resin base (for example, a copolymer of styrene and divinylbenzene) can be used as an ion exchange group. Use one containing a sulfo group or a carboxyl group. The anion exchange resin is a resin composition having an exchange reactivity with respect to anion impurities. For example, a styrene-based resin base (for example, a copolymer of styrene and divinylbenzene) can be used as an ion exchange group. Use one containing an ammonium group or an amino group.

なお、本実施形態では、一つの容器３６２に陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを混合して充填しているが、これら陽イオン交換樹脂と陰イオン交換樹脂とを別々の容器に充填してもよい。また、陽イオン交換樹脂、陰イオン交換樹脂の何れか一方のみを設けてもよい。 In the present embodiment, one container 362 is filled with a mixture of a cation exchange resin and an anion exchange resin, but these cation exchange resins and anion exchange resins are filled in separate containers. You may. Further, only one of the cation exchange resin and the anion exchange resin may be provided.

放熱器３８は、燃料循環配管３２に設けられ、当該燃料循環配管３２を通る液体燃料を放熱するために設けられている。この放熱器３８は、燃料循環配管３２において、イオン交換器３６よりも上流側に位置すると共に、液体濃度センサ４０よりも下流側に位置している。なお、本実施形態では、イオン交換器３６と放熱器３８との間に燃料循環配管３２の一部が介しているが、特にこれに限定されず、イオ交換器３６と放熱器３８とが隣接していてもよい。 The radiator 38 is provided in the fuel circulation pipe 32, and is provided to dissipate heat from the liquid fuel passing through the fuel circulation pipe 32. The radiator 38 is located on the upstream side of the ion exchanger 36 and on the downstream side of the liquid concentration sensor 40 in the fuel circulation pipe 32. In the present embodiment, a part of the fuel circulation pipe 32 is interposed between the ion exchanger 36 and the radiator 38, but the present invention is not particularly limited to this, and the Io exchanger 36 and the radiator 38 are adjacent to each other. You may be doing it.

この放熱器３８は、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、燃料循環配管３２に連通する放熱配管３８２を含んでいる。放熱配管３８２は、複数の直管部３８２ａと、隣接する直管部３８２ａ同士を上流側から下流側へと連結する複数のＵ字状の屈曲部３８２ｂと、を含んでいる。これによって、放熱配管３８２がＳ字状を複数回に亘り形成されたサーペンタイン状になっている。 As shown in FIGS. 2 (A) and 2 (B), the radiator 38 includes a heat radiating pipe 382 that communicates with the fuel circulation pipe 32. The heat radiating pipe 382 includes a plurality of straight pipe portions 382a and a plurality of U-shaped bent portions 382b that connect adjacent straight pipe portions 382a from the upstream side to the downstream side. As a result, the heat radiating pipe 382 has a serpentine shape formed in an S shape a plurality of times.

それぞれの直管部３８２ａは図２（Ａ）中＋Ｘ方向又は図２（Ａ）中−Ｘ方向に延在しており、複数の直管部３８２ａは図２（Ａ）中−Ｚ方向又は図２（Ａ）中＋Ｚ方向に沿って並列されている。本実施形態では、サーペンタイン状とされた放熱配管３８２が、ラジエータ２８のコア面（ラジエータ２８に対してラジエータ冷却ファン３０と対向する側と反対側のコア面）に対向している。 Each straight pipe portion 382a extends in the + X direction in FIG. 2 (A) or the −X direction in FIG. 2 (A), and the plurality of straight pipe portions 382a extend in the −Z direction or the figure in FIG. 2 (A). 2 (A) They are arranged in parallel along the + Z direction. In the present embodiment, the serpentine-shaped heat radiating pipe 382 faces the core surface of the radiator 28 (the core surface on the side opposite to the side facing the radiator cooling fan 30 with respect to the radiator 28).

放熱配管３８２をラジエータ２８に対向させるに際しては、その高温側（放熱配管３８２の上流側）をラジエータ２８の低温側（水循環配管２７の下流側）と対向させると共に、その低温側（放熱配管３８２の下流側）をラジエータ２８の高温側（水循環配管２７の上流側）と対向させることが好ましい。これによって、放熱配管３８２とラジエータ２８との温度差を大きくすることができ、放熱配管３８２を通る液体燃料を効率良く放熱することができる。 When the heat radiating pipe 382 faces the radiator 28, the high temperature side (upstream side of the heat radiating pipe 382) faces the low temperature side of the radiator 28 (downstream side of the water circulation pipe 27), and the low temperature side (the heat radiating pipe 382) It is preferable that the downstream side) faces the high temperature side of the radiator 28 (upstream side of the water circulation pipe 27). As a result, the temperature difference between the heat radiating pipe 382 and the radiator 28 can be increased, and the liquid fuel passing through the heat radiating pipe 382 can be efficiently radiated.

なお、放熱配管３８２の形態は、特に上述に限定されない。例えば、上述では、Ｓ字状を複数回に亘り形成することでサーペンタイン状としていたが、放熱配管３８２を一つのＳ字状に形成してもよい。また、放熱配管３８２をコイル状に形成してもよい。このコイル状とは、図３（Ａ）に示すように、放熱配管３８２を螺旋状に等間隔で巻いたコイル状であってもよいし、図３（Ｂ）に示すように、放熱配管３８２の曲率半径を徐々に小さくして同一平面上で巻いた平面コイル状であってもよい。 The form of the heat dissipation pipe 382 is not particularly limited to the above. For example, in the above description, the S-shape is formed a plurality of times to form a serpentine shape, but the heat dissipation pipe 382 may be formed into one S-shape. Further, the heat dissipation pipe 382 may be formed in a coil shape. As shown in FIG. 3 (A), the coil shape may be a coil shape in which the heat radiation pipe 382 is spirally wound at equal intervals, or as shown in FIG. 3 (B), the heat radiation pipe 382. The radius of curvature of the above may be gradually reduced to form a plane coil wound on the same plane.

このような放熱配管３８２としては、液体燃料（本実施形態では、メタノール水溶液）に対して耐腐食性を有する材料により構成されており、燃料循環配管３２よりも高い放熱性を有していることが好ましい。例えば、放熱配管３８２を構成する材料の熱伝導率が、燃料循環配管３２を構成する材料の熱伝導率に対して相対的に高いことが好ましい。また、放熱配管３８２の肉厚が、燃料循環配管３２の肉厚に対して相対的に薄いことが好ましい。このような放熱配管３８２を構成する材料としては、燃料循環配管３２を構成するフッ素樹脂に対して熱伝導率の高い材料が好ましく、具体的には、フッ素樹脂又はステンレス鋼を主成分とする材料を用いることが好ましい。 Such a heat radiating pipe 382 is made of a material having corrosion resistance to liquid fuel (in this embodiment, an aqueous methanol solution), and has higher heat radiating property than the fuel circulation pipe 32. Is preferable. For example, it is preferable that the thermal conductivity of the material constituting the heat dissipation pipe 382 is relatively high with respect to the thermal conductivity of the material constituting the fuel circulation pipe 32. Further, it is preferable that the wall thickness of the heat radiating pipe 382 is relatively thin with respect to the wall thickness of the fuel circulation pipe 32. As the material constituting such a heat radiation pipe 382, a material having a higher thermal conductivity than the fluororesin constituting the fuel circulation pipe 32 is preferable, and specifically, a material containing fluororesin or stainless steel as a main component. Is preferably used.

液体濃度センサ４０は、循環ポンプ３４から送られる燃料タンク１２内の液体燃料のメタノール濃度を測定する濃度センサである。このような濃度センサ４０としては、公知の液体濃度センサを適宜用いることができる。本実施形態では、液体濃度センサ４０は、燃料循環配管３２において、放熱器３８よりも上流側に位置すると共に、循環ポンプ３４よりも下流側に位置している。 The liquid concentration sensor 40 is a concentration sensor that measures the methanol concentration of the liquid fuel in the fuel tank 12 sent from the circulation pump 34. As such a concentration sensor 40, a known liquid concentration sensor can be appropriately used. In the present embodiment, the liquid concentration sensor 40 is located on the upstream side of the radiator 38 and on the downstream side of the circulation pump 34 in the fuel circulation pipe 32.

次に、本実施形態の燃料電池システム１の作用について説明する。 Next, the operation of the fuel cell system 1 of the present embodiment will be described.

燃料電池システム１を起動させると、液体燃料が燃料電池１０のアノードに供給され、空気が燃料電池１０のカソードに供給され、上記（１）式及び（２）式に示す酸化還元反応により、燃料電池１０が発電する。ここで、上記（１）式及び（２）式に示す化学反応は、発熱反応でもある。このため、燃料電池１０のアノードから排出されるアノード生成物及び未反応のメタノールは、燃料電池１０の運転温度（例えば、常温以上で８０℃以下）まで熱せされて燃料タンク１２に戻されることとなる。 When the fuel cell system 1 is started, liquid fuel is supplied to the anode of the fuel cell 10, air is supplied to the cathode of the fuel cell 10, and the fuel is fueled by the redox reactions represented by the above equations (1) and (2). The battery 10 generates electricity. Here, the chemical reactions represented by the above equations (1) and (2) are also exothermic reactions. Therefore, the anode product and unreacted methanol discharged from the anode of the fuel cell 10 are heated to the operating temperature of the fuel cell 10 (for example, 80 ° C. or higher at room temperature or higher) and returned to the fuel tank 12. Become.

ここで、一般に、濾過したい溶液の凍結開始温度よりも高い温度域においては、イオン交換樹脂は、温度が低くなると、これに応じて、イオン交換反応性が向上する傾向にあり、一方で、温度が高くなると、これに応じて、イオン交換反応性が低下する傾向にある。このため、燃料電池の運転温度近傍まで加熱された高温の液体燃料にイオン交換樹脂が曝されてしまうと、イオン交換樹脂のイオン交換反応性が低下して、当該イオン交換樹脂によるイオン系不純物の除去性能が低下するおそれがある。 Here, in general, in a temperature range higher than the freezing start temperature of the solution to be filtered, the ion exchange resin tends to improve the ion exchange reactivity as the temperature decreases, while the temperature tends to improve. As the temperature increases, the ion exchange reactivity tends to decrease accordingly. Therefore, when the ion exchange resin is exposed to the high temperature liquid fuel heated to near the operating temperature of the fuel cell, the ion exchange reactivity of the ion exchange resin is lowered, and the ion exchange impurities due to the ion exchange resin are removed. The removal performance may deteriorate.

また、特に、イオン交換樹脂に陰イオン交換樹脂を用いた場合においては、以下の問題が生じ得る。すなわち、陰イオン交換樹脂の耐熱温度は、一般的に６０℃程度であり、燃料電池システムの運転環境によっては、燃料電池の運転温度が陰イオン交換樹脂の耐熱温度よりも高くなる可能性がある。このため、燃料電池の運転温度近傍まで加熱された高温の液体燃料にイオン交換樹脂が曝されてしまうと、陰イオン交換樹脂が分解してしまい、陰イオン系不純物の除去性能が著しく低下するおそれがある。 Further, in particular, when an anion exchange resin is used as the ion exchange resin, the following problems may occur. That is, the heat-resistant temperature of the anion exchange resin is generally about 60 ° C., and the operating temperature of the fuel cell may be higher than the heat-resistant temperature of the anion exchange resin depending on the operating environment of the fuel cell system. .. Therefore, if the ion exchange resin is exposed to a high-temperature liquid fuel heated to near the operating temperature of the fuel cell, the anion exchange resin may be decomposed and the removal performance of anionic impurities may be significantly deteriorated. There is.

このように、燃料電池の運転温度近傍まで加熱された高温の液体燃料にイオン交換樹脂が曝されてしまうと種々の問題が生じてしまうおそれがある。 As described above, if the ion exchange resin is exposed to the high-temperature liquid fuel heated to the vicinity of the operating temperature of the fuel cell, various problems may occur.

これに対し、本実施形態では、液体燃料を通す燃料循環配管３２に、イオン交換器３６と放熱器３８とを設け、イオン交換器３６よりも上流側に放熱器３８を配置し、この放熱器３８を介して、液体燃料がイオン交換器３６に供給されている。これによって、放熱器３８を通過する前の温度に比べて低温の液体燃料がイオン交換器３６に供給されることとなるため、イオン交換樹脂３６１が高温の液体燃料に曝され難くなる。この結果、イオン交換樹脂３６１によるイオン系不純物の除去性能の低下を抑制することができる。また、イオン交換樹脂に陰イオン交換樹脂を用いた場合においては、陰イオン交換樹脂が分解されてしまうのを抑制することもできる。 On the other hand, in the present embodiment, the ion exchanger 36 and the radiator 38 are provided in the fuel circulation pipe 32 through which the liquid fuel is passed, and the radiator 38 is arranged on the upstream side of the ion exchanger 36. Liquid fuel is supplied to the ion exchanger 36 via 38. As a result, the liquid fuel having a temperature lower than the temperature before passing through the radiator 38 is supplied to the ion exchanger 36, so that the ion exchange resin 361 is less likely to be exposed to the high temperature liquid fuel. As a result, it is possible to suppress a decrease in the removal performance of ionic impurities due to the ion exchange resin 361. Further, when an anion exchange resin is used as the ion exchange resin, it is possible to prevent the anion exchange resin from being decomposed.

また、本実施形態では、放熱器３８の少なくとも一部（本実施形態では、サーペンタイン状とされた放熱配管３８２）を、ラジエータ２８に対向させている。この場合、ラジエータ２８に並設されるラジエータ冷却ファン３０によって放熱器３８廻りに対流が生じるため、放熱器３８による液体燃料の放熱が促進される。これにより、イオン交換樹脂が高温の液体燃料に曝されてしまうのをより確実に抑制することができる。また、本実施形態の燃料電池システム１では、放熱器３８をラジエータ２８に対向させることにより、上記の通り、液体燃料の放熱が促進され、これにより、液体燃料から奪った熱を冷却することが可能となる。このため、放熱器３８において液体燃料から奪った熱を冷却するための冷却手段を別途設ける必要がない。これにより、燃料電池システム１の小型化を図ることができる。また、放熱器３８専用の冷却手段を必要としないため、当該冷却手段に用いる冷却ファンを別途設ける必要がなくなり、燃料電池システム１における消費電力を抑えることができる。 Further, in the present embodiment, at least a part of the radiator 38 (in the present embodiment, the heat sink pipe 382 in the shape of a serpentine) is opposed to the radiator 28. In this case, the radiator cooling fan 30 arranged in parallel with the radiator 28 causes convection around the radiator 38, so that the radiator 38 promotes heat dissipation of the liquid fuel. This makes it possible to more reliably prevent the ion exchange resin from being exposed to the high temperature liquid fuel. Further, in the fuel cell system 1 of the present embodiment, by making the radiator 38 face the radiator 28, the heat dissipation of the liquid fuel is promoted as described above, whereby the heat taken from the liquid fuel can be cooled. It will be possible. Therefore, it is not necessary to separately provide a cooling means for cooling the heat taken from the liquid fuel in the radiator 38. As a result, the fuel cell system 1 can be miniaturized. Further, since the cooling means dedicated to the radiator 38 is not required, it is not necessary to separately provide a cooling fan used for the cooling means, and the power consumption in the fuel cell system 1 can be suppressed.

また、本実施形態では、放熱器３８に含まれる放熱配管３８２の一部をコイル状又はＳ字状に形成していることで、放熱配管３８２の全長を長くすることができる。これにより、放熱配管３８２の総表面積が大きくなるので、放熱器３８での液体燃料の放熱がさらに促進される。また、放熱配管３８２の一部をコイル状又はＳ字状に形成することで、放熱配管３８２をコンパクトに集合させることができるので、放熱器３８の小型化を図ることもできる。 Further, in the present embodiment, the total length of the heat radiating pipe 382 can be lengthened by forming a part of the heat radiating pipe 382 included in the radiator 38 in a coil shape or an S shape. As a result, the total surface area of the heat radiating pipe 382 is increased, so that the heat radiating of the liquid fuel in the heat radiator 38 is further promoted. Further, by forming a part of the heat radiating pipe 382 into a coil shape or an S shape, the heat radiating pipe 382 can be compactly assembled, so that the heat radiating pipe 38 can be miniaturized.

また、本実施形態では、放熱配管３８２を構成する材料の熱伝導率が、燃料循環配管３２を構成する材料の熱伝導率に対して相対的に高くなっている。この場合、液体燃料の熱が放熱配管３８２を伝って外部に放出され易くなるので、放熱器３８による液体燃料の放熱をより一層促進することができる。 Further, in the present embodiment, the thermal conductivity of the material constituting the heat dissipation pipe 382 is relatively high with respect to the thermal conductivity of the material constituting the fuel circulation pipe 32. In this case, since the heat of the liquid fuel is easily released to the outside through the heat dissipation pipe 382, the heat dissipation of the liquid fuel by the radiator 38 can be further promoted.

また、本実施形態では、放熱配管３８２の肉厚が、燃料循環配管３２の肉厚に対して相対的に薄くなっている。この場合、液体燃料の熱が放熱配管３８２を伝って外部に放出され易くなるので、放熱器３８による液体燃料の放熱をより一層促進することができる。 Further, in the present embodiment, the wall thickness of the heat radiating pipe 382 is relatively thin with respect to the wall thickness of the fuel circulation pipe 32. In this case, since the heat of the liquid fuel is easily released to the outside through the heat dissipation pipe 382, the heat dissipation of the liquid fuel by the radiator 38 can be further promoted.

また、放熱配管３８２を構成する材料として、フッ素樹脂又はステンレス鋼を主成分とする材料を用いた場合、これらの材料が燃料循環配管３２を構成する材料であるシリコン樹脂に比べて高い熱伝導率を有しているため、放熱器３８による液体燃料の放熱をより一層促進することができる。 Further, when a material containing fluororesin or stainless steel as a main component is used as the material constituting the heat radiating pipe 382, these materials have higher thermal conductivity than the silicon resin which is the material constituting the fuel circulation pipe 32. Therefore, the heat dissipation of the liquid fuel by the radiator 38 can be further promoted.

また、本実施形態では、液体濃度センサ４０が設けられた燃料循環配管３２に、放熱器３８やイオン交換器３６を設けている。すなわち、燃料電池システム１の濃度測定ラインにこれら放熱器３８及びイオン交換器３６を設けている。この場合、循環ポンプ３４によって、液体濃度センサ４０、放熱器３８及びイオン交換器３６に対して液体燃料を供給できるため、放熱器３８及びイオン交換器３６に対して液体燃料を供給するための供給設備を別途設ける必要がなくなる。これにより、燃料電池システム１の小型化を図ることができる。 Further, in the present embodiment, the radiator 38 and the ion exchanger 36 are provided in the fuel circulation pipe 32 provided with the liquid concentration sensor 40. That is, these radiators 38 and ion exchangers 36 are provided on the concentration measurement line of the fuel cell system 1. In this case, since the circulation pump 34 can supply the liquid fuel to the liquid concentration sensor 40, the radiator 38, and the ion exchanger 36, the supply for supplying the liquid fuel to the radiator 38 and the ion exchanger 36. There is no need to install additional equipment. As a result, the fuel cell system 1 can be miniaturized.

因みに、仮にイオン交換器３６を燃料タンク１２と燃料供給口１０Ａとの間に設けると、イオン交換器３６で生じた生成物が、燃料タンク１２と燃料供給口１０Ａとの間の流路に直接供給される。この場合、イオン交換器３６で生じた生成物が燃料電池１０のアノードに比較的流れ込みやすくなる。仮に、イオン交換器３６で生じた生成物が、燃料電池１０での発電反応に寄与しない、又は、燃料電池１０での発電反応を阻害するものである場合、燃料電池１０のアノードに送られた上記生成物により、燃料電池１０の発電効率が低下してしまうおそれがある。 Incidentally, if the ion exchanger 36 is provided between the fuel tank 12 and the fuel supply port 10A, the product generated by the ion exchanger 36 is directly connected to the flow path between the fuel tank 12 and the fuel supply port 10A. Be supplied. In this case, the product generated by the ion exchanger 36 is relatively easy to flow into the anode of the fuel cell 10. If the product produced in the ion exchanger 36 does not contribute to the power generation reaction in the fuel cell 10 or inhibits the power generation reaction in the fuel cell 10, it is sent to the anode of the fuel cell 10. The product may reduce the power generation efficiency of the fuel cell 10.

これに対して、本実施形態では、両端が燃料タンク１２に接続されている燃料循環配管３２にイオン交換器３６を設けている。この場合、イオン交換器３６で生じた生成物が燃料タンク１２に貯蔵される液体燃料中に十分に分散された後、燃料電池１０の燃料供給口１０Ａに供給されるので、燃料電池１０のアノードに当該生成物が多量に供給される可能性が低くなる。これにより、燃料電池１０の発電効率の低下を抑制することができる。 On the other hand, in the present embodiment, the ion exchanger 36 is provided in the fuel circulation pipe 32 whose both ends are connected to the fuel tank 12. In this case, since the product generated in the ion exchanger 36 is sufficiently dispersed in the liquid fuel stored in the fuel tank 12 and then supplied to the fuel supply port 10A of the fuel cell 10, the anode of the fuel cell 10 It is less likely that the product will be supplied in large quantities. As a result, it is possible to suppress a decrease in the power generation efficiency of the fuel cell 10.

また、本実施形態では、液体燃料を燃料電池１０に供給していない場合でも、燃料循環配管３２において液体燃料を循環させることで、当該液体燃料に含まれるイオン系不純物を除去することができる。このため、燃料電池システム１の動作状態に関わらず、イオン交換器３６を稼働させることができるため、イオン交換器３６の積算稼働時間を長時間確保することができる。 Further, in the present embodiment, even when the liquid fuel is not supplied to the fuel cell 10, the ionic impurities contained in the liquid fuel can be removed by circulating the liquid fuel in the fuel circulation pipe 32. Therefore, the ion exchanger 36 can be operated regardless of the operating state of the fuel cell system 1, so that the integrated operating time of the ion exchanger 36 can be secured for a long time.

また、液体燃料が燃料タンク１２に貯蔵された状態で液体燃料に混入したイオン系不純物を十分に除去することができるため、イオン系不純物が液体燃料に同伴して、燃料電池１０のアノードに供給されるのを抑えることができる。 Further, since the ionic impurities mixed in the liquid fuel can be sufficiently removed while the liquid fuel is stored in the fuel tank 12, the ionic impurities accompany the liquid fuel and are supplied to the anode of the fuel cell 10. It can be suppressed.

本実施形態における「燃料電池システム１」が本発明における「燃料電池システム」の一例に相当し、本実施形態における「燃料電池１０」が本発明における「燃料電池」の一例に相当し、本実施形態における「燃料循環配管３２」が本発明における「第１の配管」の一例に相当し、本実施形態における「イオン交換器３６」が本発明における「除去手段」の一例に相当し、本実施形態における「放熱器３８」が本発明における「放熱手段」の一例に相当し、本実施形態における「水循環配管２７」が本発明における「水循環配管」の一例に相当し、本実施形態における「ラジエータ２８」が本発明における「冷却手段」の一例に相当し、本実施形態における「放熱配管３８２」が本発明における「第２の配管」の一例に相当し、本実施形態における「液体濃度センサ４０」が本発明における「濃度センサ」の一例に相当し、本実施形態における「循環ポンプ３４」が本発明における「液体燃料供給手段」の一例に相当する。 The "fuel cell system 1" in the present embodiment corresponds to an example of the "fuel cell system" in the present invention, and the "fuel cell 10" in the present embodiment corresponds to an example of the "fuel cell" in the present invention. The "fuel circulation pipe 32" in the embodiment corresponds to an example of the "first pipe" in the present invention, and the "ion exchanger 36" in the present embodiment corresponds to an example of the "removal means" in the present invention. The "radiator 38" in the embodiment corresponds to an example of the "radiating means" in the present invention, the "water circulation pipe 27" in the present embodiment corresponds to an example of the "water circulation pipe" in the present invention, and the "radiator" in the present embodiment corresponds to the example. 28 ”corresponds to an example of the“ cooling means ”in the present invention, the“ radiating pipe 382 ”in the present embodiment corresponds to an example of the“ second pipe ”in the present invention, and the“ liquid concentration sensor 40 ”in the present embodiment. Corresponds to an example of the "concentration sensor" in the present invention, and the "circulation pump 34" in the present embodiment corresponds to an example of the "liquid fuel supply means" in the present invention.

なお、以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。 It should be noted that the embodiments described above are described for facilitating the understanding of the present invention, and are not described for limiting the present invention. Therefore, each element disclosed in the above-described embodiment is intended to include all design changes and equivalents belonging to the technical scope of the present invention.

以下に、実施例及び比較例を挙げて、本発明についてより具体的に説明する。以下の実施例及び比較例は、上述した実施形態における放熱器による液体燃料の放熱性の向上効果を確認するためのものである。 Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples and Comparative Examples. The following Examples and Comparative Examples are for confirming the effect of improving the heat dissipation of the liquid fuel by the radiator in the above-described embodiment.

＜実施例１＞
実施例１では、上述したメタノールを含む液体燃料を用いる燃料電池システムにおいて、シリコンチューブの燃料循環配管に、放熱器とイオン交換器とを上流側から順に設けた。放熱部の放熱配管にはフッ素チューブ（ポリテトラフルオロエチレン（polytetrafluoroethylene, ＰＴＦＥ））を用いた。放熱配管の外径は３．２ｍｍとし、内径は２．８ｍｍとし、長さは２ｍとした。このような放熱配管をラジエータに対向させて配置した。この実施例１において、燃料循環配管におよそ６７℃の液体燃料を数百ｍＬ／ｍｉｎの流量で流した。また、ラジエータに対して数ｍ／ｓｅｃの風速で風を供給した。この場合に、放熱器の入口近傍における燃料温度（以下、入口温度とも言う。）を測定し、放熱器の出口近傍における液体燃料の温度（以下、出口温度とも言う。）を測定した。そして、入口温度及び出口温度に基づいて放熱器における放熱量を算出した。実施例１における放熱器における放熱量の算出結果を図４に示す。また、実施例１における出口温度の測定結果を図５に示す。なお、放熱量については、後述する参考例（放熱器がない形態）における放熱量との差を表した場合の値を示した。 <Example 1>
In the first embodiment, in the fuel cell system using the liquid fuel containing methanol described above, a radiator and an ion exchanger are provided in order from the upstream side in the fuel circulation pipe of the silicon tube. A fluorine tube (polytetrafluoroethylene (PTFE)) was used for the heat dissipation pipe of the heat dissipation part. The outer diameter of the heat radiation pipe was 3.2 mm, the inner diameter was 2.8 mm, and the length was 2 m. Such a heat dissipation pipe was arranged so as to face the radiator. In this Example 1, a liquid fuel at about 67 ° C. was flowed through the fuel circulation pipe at a flow rate of several hundred mL / min. In addition, the wind was supplied to the radiator at a wind speed of several m / sec. In this case, the fuel temperature in the vicinity of the inlet of the radiator (hereinafter, also referred to as the inlet temperature) was measured, and the temperature of the liquid fuel (hereinafter, also referred to as the outlet temperature) in the vicinity of the outlet of the radiator was measured. Then, the amount of heat radiated from the radiator was calculated based on the inlet temperature and the outlet temperature. The calculation result of the heat dissipation amount in the radiator in Example 1 is shown in FIG. Further, the measurement result of the outlet temperature in Example 1 is shown in FIG. As for the heat dissipation amount, the value when the difference from the heat dissipation amount in the reference example (a form without a radiator) described later is shown is shown.

＜実施例２＞
実施例２では、放熱配管の長さを４ｍとしたこと以外は、実施例１に係る形態と同様にして燃料電池システムを準備した。この実施例２についても、実施例１と同様にして試験を行った。結果を図４及び図５に示す。 <Example 2>
In the second embodiment, the fuel cell system was prepared in the same manner as in the first embodiment except that the length of the heat radiation pipe was set to 4 m. This Example 2 was also tested in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

＜比較例１＞
実施例３では、放熱配管に相当する部分に燃料循環配管としてシリコンチューブを用いたこと以外は、実施例１に係る形態と同様にして燃料電池システムを準備した。この比較例１についても、実施例１と同様にして試験を行った。結果を図４及び図５に示す。 <Comparative example 1>
In the third embodiment, the fuel cell system was prepared in the same manner as in the first embodiment except that the silicon tube was used as the fuel circulation pipe in the portion corresponding to the heat dissipation pipe. This Comparative Example 1 was also tested in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

＜比較例２＞
実施例４では、放熱配管に相当する部分に燃料循環配管としてシリコンチューブを用い、放熱配管に相当する部分の燃料循環配管の長さを４ｍとしたこと以外は、実施例１に係る形態と同様にして燃料電池システムを準備した。この比較例２についても、実施例１と同様にして試験を行った。結果を図４及び図５に示す。 <Comparative example 2>
In the fourth embodiment, a silicon tube is used as the fuel circulation pipe in the portion corresponding to the heat dissipation pipe, and the length of the fuel circulation pipe in the portion corresponding to the heat dissipation pipe is set to 4 m, which is the same as the embodiment according to the first embodiment. And prepared the fuel cell system. This Comparative Example 2 was also tested in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIGS. 4 and 5.

＜参考例＞
参考例として、放熱配管の長さが０ｍであり、燃料循環配管としてのシリコンチューブのみを用いたこと以外は、実施例１に係る形態と同様とした燃料電池システムを準備した。なお、放熱配管の長さが０ｍであるとは、図２（Ａ）中の上流側の燃料循環配管３２の端部と、図２（Ａ）中の下流側の燃料循環配管３２の端部とを直接接続させて、放熱配管３８２が存在していないことを言う。この参考例についても、実施例１と同様にして試験を行った。結果を図４及び図５に示す。なお、参考例では、放熱器が存在しないため、入口温度及び出口温度として、イオン交換器の入口近傍における液体燃料の温度を測定した。 <Reference example>
As a reference example, a fuel cell system similar to the embodiment according to the first embodiment was prepared except that the length of the heat dissipation pipe was 0 m and only the silicon tube was used as the fuel circulation pipe. The length of the heat dissipation pipe is 0 m, which means that the end of the fuel circulation pipe 32 on the upstream side in FIG. 2 (A) and the end of the fuel circulation pipe 32 on the downstream side in FIG. 2 (A). Is directly connected to say that the heat dissipation pipe 382 does not exist. This reference example was also tested in the same manner as in Example 1. The results are shown in FIGS. 4 and 5. In the reference example, since the radiator does not exist, the temperature of the liquid fuel in the vicinity of the inlet of the ion exchanger was measured as the inlet temperature and the outlet temperature.

＜実施例、比較例の評価＞
図４に示すように、実施例１では２５Ｗ放熱しており、比較例１では１２Ｗ放熱していた。この図４に示す結果から、実施例１においては、比較例１と比較して、液体燃料が放熱されていることが確認できる。また、図４に示すように、実施例２では５０Ｗ放熱しており、比較例２では２５Ｗ放熱していた。この図４に示す結果から実施例２においては、比較例２と比較して、液体燃料が放熱されていることが確認できる。これらの結果から、配管長が同じである場合において、放熱器（放熱配管）を備える実施例１及び実施例２においては、放熱器を備えない比較例と比較して、液体燃料が放熱されていることが確認できる。 <Evaluation of Examples and Comparative Examples>
As shown in FIG. 4, 25 W was radiated in Example 1 and 12 W was radiated in Comparative Example 1. From the results shown in FIG. 4, it can be confirmed that in Example 1, the liquid fuel is radiating heat as compared with Comparative Example 1. Further, as shown in FIG. 4, 50 W was radiated in Example 2 and 25 W was radiated in Comparative Example 2. From the results shown in FIG. 4, it can be confirmed that in Example 2, the liquid fuel is radiating heat as compared with Comparative Example 2. From these results, when the pipe lengths are the same, in the first and second embodiments provided with the radiator (heat dissipation pipe), the liquid fuel is dissipated as compared with the comparative example not provided with the radiator. It can be confirmed that there is.

特に、実施例１及び実施例２の結果から、放熱配管を長くすることで、放熱器における放熱量が大きくなることが確認できる。 In particular, from the results of Example 1 and Example 2, it can be confirmed that the amount of heat radiated in the radiator is increased by lengthening the heat radiating pipe.

また、図５に示すように、実施例１での出口温度がおよそ６０℃であり、比較例１での出口温度がおよそ６３℃であった。この図５に示す結果から、実施例１においては、比較例１と比較して、出口温度が低下していることが確認できる。また、図５に示すように、実施例２での出口温度がおよそ５３℃であり、比較例２での出口温度がおよそ６１℃であった。この図５に示す結果から、実施例２においては、比較例２と比較して、出口温度が低下していることが確認できる。これらの結果から、配管長が同じである場合において、放熱器（放熱配管）を備える実施例１及び実施例２においては、放熱器を備えない比較例と比較して、出口温度が低下していることが確認できる。 Further, as shown in FIG. 5, the outlet temperature in Example 1 was about 60 ° C., and the outlet temperature in Comparative Example 1 was about 63 ° C. From the results shown in FIG. 5, it can be confirmed that in Example 1, the outlet temperature is lower than that in Comparative Example 1. Further, as shown in FIG. 5, the outlet temperature in Example 2 was about 53 ° C, and the outlet temperature in Comparative Example 2 was about 61 ° C. From the results shown in FIG. 5, it can be confirmed that in Example 2, the outlet temperature is lower than that in Comparative Example 2. From these results, when the pipe lengths are the same, in the first and second embodiments provided with the radiator (radiating pipe), the outlet temperature is lowered as compared with the comparative example not provided with the radiator. It can be confirmed that there is.

特に、実施例１及び実施例２の結果から、放熱配管を長くすることで、出口温度を大きく低下することが確認できる。さらに、実施例２においては、出口温度が６０℃を下回っており、液体燃料の温度を陰イオン交換樹脂の耐熱温度を下回る温度まで低下させることができることが確認できる。 In particular, from the results of Example 1 and Example 2, it can be confirmed that the outlet temperature is greatly reduced by lengthening the heat dissipation pipe. Further, in Example 2, it can be confirmed that the outlet temperature is lower than 60 ° C., and the temperature of the liquid fuel can be lowered to a temperature lower than the heat resistant temperature of the anion exchange resin.

以上のように、実施例１及び実施例２の結果から、放熱器を備えることで、液体燃料の放熱性の向上を適切に実現できるものであることが確認できる。 As described above, from the results of the first and second embodiments, it can be confirmed that the heat dissipation of the liquid fuel can be appropriately improved by providing the radiator.

１…燃料電池システム
１０…燃料電池
１０１…発電セル
１０２…集電体
１０３…エンドプレート
１０Ａ…燃料供給口
１０Ｂ…空気供給口
１０Ｃ…燃料排出口
１０Ｄ…空気排出口
１１…装置筐体
１１１…排気孔
１２…燃料タンク
１４…燃料ポンプ
１６…ブロワ
１８…凝縮器
１９…気液分離器
２０…水タンク
２２…水ポンプ
２４…外部燃料タンク
２６…外部燃料ポンプ
２７…水循環配管
２８…ラジエータ
３０…ラジエータ冷却ファン
３２…燃料循環配管
３３…プレフィルタ
３４…循環ポンプ
３６…イオン交換器
３６１…イオン交換樹脂
３６２…容器
３８…放熱器
３８２…放熱配管
３８２ａ…直管部
３８２ｂ…屈曲部
４０…液体濃度センサ 1 ... Fuel cell system 10 ... Fuel cell 101 ... Power generation cell 102 ... Current collector 103 ... End plate 10A ... Fuel supply port 10B ... Air supply port 10C ... Fuel discharge port 10D ... Air discharge port 11 ... Equipment housing 111 ... Exhaust Hole 12 ... Fuel tank 14 ... Fuel pump 16 ... Blower 18 ... Condenser 19 ... Gas-liquid separator 20 ... Water tank 22 ... Water pump 24 ... External fuel tank 26 ... External fuel pump 27 ... Water circulation piping 28 ... Radiator 30 ... Radiator Cooling fan 32 ... Fuel circulation piping 33 ... Prefilter 34 ... Circulation pump 36 ... Ion exchanger 361 ... Ion exchange resin 362 ... Container 38 ... Dissipator 382 ... Heat dissipation piping 382a ... Straight pipe part 382b ... Bending part 40 ... Liquid concentration sensor

Claims

A fuel cell system equipped with a fuel cell that consumes liquid fuel to generate electricity.
A removing means that contains at least an ion exchange resin and removes ionic impurities contained in the liquid fuel.
A heat radiating means for radiating the liquid fuel and
At least a water circulation pipe that circulates cooling water that reduces the heat generated from the fuel cell,
A cooling means provided in the water circulation pipe for cooling the cooling water,
A cooling fan provided so as to face the cooling means and cool the cooling means,
The fuel tank in which the liquid fuel is stored and
A first pipe provided with the removing means and the heat radiating means is provided .
The liquid fuel is supplied to the removing means via the heat radiating means .
At least a part of the heat radiating means faces the surface of the cooling means opposite to the surface facing the cooling fan.
Both ends of the first pipe are connected to the fuel tank.
A fuel cell system in which the fuel cell is not connected to the first pipe.

The fuel cell system according to claim 1.
A fuel cell system in which at least a part of the heat radiating means is formed in a coil shape or an S shape.

The fuel cell system according to claim 1 or 2.
A first pipe provided with the removing means and the heat radiating means is further provided.
The heat radiating means includes a second pipe communicating with the first pipe.
A fuel cell system in which the thermal conductivity of the material constituting the second pipe is relatively high with respect to the thermal conductivity of the material constituting the first pipe.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3.
A first pipe provided with the removing means and the heat radiating means is further provided.
The heat radiating means includes a second pipe communicating with the first pipe.
The wall thickness of the second pipe is a fuel cell system that is relatively thin with respect to the wall thickness of the first pipe.

The fuel cell system according to claim 3 or 4.
The second pipe is a fuel cell system made of a material containing fluororesin or stainless steel as a main component.

The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5.
A first pipe provided with the removing means and the heat radiating means,
A concentration sensor provided on the upstream side of the heat radiating means in the first pipe and measuring the fuel concentration of the liquid fuel, and a concentration sensor.
A fuel cell system including a liquid fuel supply means for supplying the liquid fuel to the concentration sensor, which is provided on the upstream side of the concentration sensor in the first pipe.