JP6959814B2 - 燃料電池システム - Google Patents
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Description
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。
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。
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から燃料供給ライン30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。
空気給排部5は、燃料電池3(カソード10)に対して空気を供給する空気供給経路としての空気供給ライン41と、カソード10から排出される空気を外部に排出するための空気排出ライン42とを備えている。
水分離部50は、水分離手段としての水分離装置49を備えている。
制御部6は、コントロールユニット29を備えている。
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。
上記した燃料電池システム2では、コントロールユニット29の制御により、燃料供給弁34が開かれ、第1供給ポンプ33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。
(1) CH3OH+6OH−→CO2+5H2O+6e−(アノード電極11での反応)
(2) O2+2H2O+4e−→4OH− (カソード電極16での反応)
(3) CH3OH+3/2O2→CO2+2H2O (燃料電池3全体での反応)
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極11では、メタノール(CH3OH)とカソード電極16での反応で生成した水酸化物イオン(OH−)とが反応して、二酸化炭素(CO2)および水(H2O)が生成するとともに、電子(e−)が発生する(上記式(1)参照)。
(4) N2H4+4OH−→N2+4H2O+4e− (アノード電極11での反応)
(5) O2+2H2O+4e−→4OH− (カソード電極16での反応)
(6) N2H4+O2→N2+2H2O (燃料電池3全体での反応)
このようなアノード電極11およびカソード電極16での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池3全体として、上記式(3)または上記式(6)で表わされる反応が生じて、燃料電池3に起電力が発生する。
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。
このような燃料電池システム2では、滞留槽51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管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。
上記した燃料電池システム2では、水分離管45の内側に空気を通過させ、水分離管45の外側面に液体燃料を接触させることにより、液体燃料中の水分を、水分離管45の内側に導入させ、水分離している。
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
41 空気供給ライン
45 水分離器
51 滞留槽
Claims (1)
- 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おいて、液体燃料から水分を分離するための水分離手段と、
前記燃料電池に対して空気を供給する空気供給経路と、
前記燃料供給経路内の圧力を調整する圧力調整手段と、
前記燃料供給経路内の圧力が、前記空気供給経路内の圧力よりも高くなるように、前記圧力調整手段の動作を制御する制御ユニットと
を備える燃料電池システムであり、
前記水分離手段が、
前記燃料供給経路に介在され、前記液体燃料を滞留させる滞留槽と、
前記滞留槽中を通過するように配設される疎水性多孔質膜の中空糸と
を備え、
前記中空糸が、液体燃料から分離された水分を前記空気供給経路内に導入するように、前記空気供給経路に介在されており、
前記燃料供給経路内の圧力が前記疎水性多孔質膜の耐圧未満である場合に、前記燃料電池から電力を取り出し、前記燃料供給経路内の圧力が前記疎水性多孔質膜の耐圧以上である場合に、前記電力の取り出しを終了させる
ことを特徴とする、燃料電池システム。
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