JP7036318B2 - Ammonia decomposition method and fuel cell system - Google Patents

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Description

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

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

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

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

特開2017-148745号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-148745

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

開閉弁60は、濃縮液輸送ライン57を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。このような開閉弁60の開閉により、貯留タンク54内のヒドラジン水溶液を、任意のタイミングでプラズマ反応容器52に輸送可能としている。 The on-off valve 60 is a valve for opening and closing the concentrated liquid transport line 57, and a known on-off valve such as a solenoid valve is used. By opening and closing the on-off valve 60 in this way, the hydrazine aqueous solution in the storage tank 54 can be transported to the plasma reaction vessel 52 at an arbitrary timing.

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

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

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

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

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

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

電極62のサイズは、例えば、電極62が断面視略円形状である場合、その直径(すなわち、1対の電極62の対向面の直径)が、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上であり、1.0mmである。また、例えば、電極62が断面視略四角形状である場合、その一辺の長さ(すなわち、1対の電極62の対向面の一辺の長さ)が、0.1mm以上、好ましくは、0.2mm以上であり、1.0mmである。 The size of the electrode 62 is, for example, when the electrode 62 has a substantially circular shape in cross section, its diameter (that is, the diameter of the facing surface of the pair of electrodes 62) is 0.1 mm or more, preferably 0.2 mm or more. It is 1.0 mm. Further, for example, when the electrode 62 has a substantially quadrangular cross-sectional view, the length of one side thereof (that is, the length of one side of the facing surface of the pair of electrodes 62) is 0.1 mm or more, preferably 0. It is 2 mm or more and 1.0 mm.

また、電極62の断面積(すなわち、1対の電極62の対向面の面積)が、0.007mm以上、好ましくは、0.03mm以上であり、例えば、1mm以下、好ましくは、0.8mm以下である。 Further, the cross-sectional area of the electrodes 62 (that is, the area of the facing surfaces of the pair of electrodes 62) is 0.007 mm 2 or more, preferably 0.03 mm 2 or more, for example, 1 mm 2 or less, preferably 0. It is 8.8 mm 2 or less.

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

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

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

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

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

これにより、水分が水分離管55内に導入され、一方、ヒドラジンおよびアンモニアは蒸気化されずに、貯留タンク54に残存する。なお、水分離管55内に導入された水蒸気は、空気と混合されながら排出される。 As a result, water is introduced into the water separation pipe 55, while hydrazine and ammonia are not vaporized and remain in the storage tank 54. The water vapor introduced into the water separation pipe 55 is discharged while being mixed with air.

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

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

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

また、濃縮後のヒドラジンの濃度は、特に制限されないが、濃縮前のヒドラジンの濃度よりも高く、例えば、2.0質量%以上、好ましくは、5.0質量%以上であり、例えば、25.0質量%以下、好ましくは、20.0質量%以下である。 The concentration of hydrazine after concentration is not particularly limited, but is higher than the concentration of hydrazine before concentration, for example, 2.0% by mass or more, preferably 5.0% by mass or more, for example, 25. It is 0% by mass or less, preferably 20.0% by mass or less.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

(1)燃料電池
燃料電池3は、液体燃料が直接供給および排出される、例えば、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池であって、電動車両1の中央下側に配置されている。液体燃料としては、燃料化合物としてヒドラジンを含む液体燃料が挙げられ、具体的には、ヒドラジンの水溶液が挙げられる。また、液体燃料には、必要に応じて、公知の添加剤(水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属水酸化物など)が、適宜の割合で添加されていてもよい。
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is, for example, an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell in which liquid fuel is directly supplied and discharged, and is arranged on the lower center side of the electric vehicle 1. Examples of the liquid fuel include liquid fuels containing hydrazine as a fuel compound, and specific examples thereof include an aqueous solution of hydrazine. Further, a known additive (alkali metal hydroxide such as sodium hydroxide or potassium hydroxide) may be added to the liquid fuel in an appropriate ratio, if necessary.

なお、以下において、燃料電池3に供給される液体燃料を供給液、一方、燃料電池3から排出される液体燃料(燃料電池3に供給された液体燃料の反応生成物(窒素ガス、アンモニアなど)および反応生成水を含む)を排出液として、それぞれ区別する。 In the following, the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 is the supply liquid, while the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 (reaction products of the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 (nitrogen gas, ammonia, etc.)). And the reaction-generated water) as the discharge liquid, and distinguish them from each other.

燃料電池3は、電解質層8と、電解質層8の一方側に配置されたアノード9と、電解質層8の他方側に配置されたカソード10とを有する単位セル28(燃料電池セル)が、セパレータ(図示せず)を介して複数積層されたスタック構造に形成されている。つまり、電解質層8を介してアノード9およびカソード10が対向配置されてなる単位セル28が複数積層されている。なお、図2では、積層される複数の単位セル28のうち、電動車両1の前後方向途中に配置される単位セル28だけを拡大して示し、その他の単位セル28については簡略化して記載している。 In the fuel cell 3, the unit cell 28 (fuel cell) having the electrolyte layer 8, the anode 9 arranged on one side of the electrolyte layer 8, and the cathode 10 arranged on the other side of the electrolyte layer 8 is a separator. 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 via the electrolyte layer 8 are stacked. Note that, in FIG. 2, among the plurality of stacked unit cells 28, only the unit cell 28 arranged in the middle of the front-rear direction of the electric vehicle 1 is shown in an enlarged manner, and the other unit cells 28 are simplified and described. ing.

電解質層8は、例えば、アニオン成分またはカチオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜またはカチオン交換膜を用いて形成されている。電解質層8は、好ましくは、アニオン交換膜を用いて形成されている。 The electrolyte layer 8 is, for example, a layer on which an anion component or a cation component can move, and is formed by using an anion exchange membrane or a cation exchange membrane. The electrolyte layer 8 is preferably formed using an anion exchange membrane.

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

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

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 knot-shaped groove recessed from the surface thereof. The surface of the fuel supply member 12 in which the groove is formed is in direct contact with the anode electrode 11. As a result, between one surface of the anode electrode 11 and the other surface of the fuel supply member 12 (the surface on which the groove is formed), a fuel supply path for bringing the liquid fuel (supply liquid) into contact with the entire anode electrode 11 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 of the above is formed on the other end side (upper side).

カソード10は、酸素側電極としてのカソード電極16と、カソード電極16に空気(酸素)を供給するための空気供給部材17とを有している。 The cathode 10 has a cathode electrode 16 as an oxygen side electrode and an air supply member 17 for supplying air (oxygen) to the cathode electrode 16.

カソード電極16は、電解質層8の他方面に形成されている。 The cathode electrode 16 is formed on the other surface of the electrolyte layer 8.

カソード電極16の電極材料としては、例えば、アノード電極11の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。 Examples of the electrode material of the cathode electrode 16 include a catalyst-supported 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 knot-shaped groove recessed from the surface thereof. The surface of the air supply member 17 in which the groove is formed is in direct contact with the cathode electrode 16. As a result, an air supply path 18 for bringing air into contact with the entire cathode electrode 16 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 groove is formed). ..

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 formed on one end side (lower side). Is formed on the side).

また、このような燃料電池3において、複数の単位セル28をそれぞれ区分する1つのセパレータは、上記燃料供給部材12および上記空気供給部材17を兼ね備える。換言すると、セパレータは、その一方側面において、燃料供給部材12として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材17として作用する。 Further, in such a fuel cell 3, one separator that separates a plurality of unit cells 28 each has the fuel supply member 12 and the air supply member 17. In other words, the separator acts as a fuel supply member 12 on one side thereof and as an air supply member 17 on the other side.

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

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 located between the fuel discharge line 31 and the recirculation line 32. Is intervening.

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

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

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

第1供給ポンプ33としては、例えば、ロータリーポンプ、ギヤポンプなどの回転式ポンプ、ピストンポンプ、ダイヤフラムポンプなどの往復式ポンプなど、公知の送液ポンプが用いられる。第1供給ポンプ33は、コントロールユニット29(後述)に電気的に接続されている(図2の破線参照)。これにより、コントロールユニット29(後述)からの制御信号が、第1供給ポンプ33に入力され、コントロールユニット29(後述)が、第1供給ポンプ33の駆動および停止を制御する。 As the first supply pump 33, a known liquid feed pump such as a rotary pump such as a rotary pump or a gear pump, a reciprocating pump such as a piston pump or a diaphragm pump is used. The first supply pump 33 is electrically connected to the control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 2). As a result, the 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 the drive and stop of the first supply pump 33.

また、燃料供給弁34は、高濃度燃料供給ライン45を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、燃料供給弁34は、コントロールユニット29(後述)に電気的に接続されている(図2の破線参照)。これにより、コントロールユニット29(後述)からの制御信号が、燃料供給弁34に入力され、コントロールユニット29(後述)が、燃料供給弁34の開閉を制御する。 Further, the fuel supply valve 34 is a valve for opening and closing the high-concentration fuel supply line 45, and a known on-off valve such as a solenoid valve is used. Further, the fuel supply valve 34 is electrically connected to the control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 2). As a result, the 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、液体燃料(1次(高濃度)供給液)が、高濃度燃料供給ライン45を介して、高濃度燃料タンク22から循環燃料タンク47へ供給される。 By driving the first supply pump 33 and opening and closing the fuel supply valve 34, the liquid fuel (primary (high concentration) supply liquid) is supplied to the high concentration fuel tank 22 via the high concentration fuel supply line 45. Is supplied to the circulating fuel tank 47.

循環燃料タンク47は、液体燃料を貯留するタンクであって、上記した液体燃料に耐性のある材質から形成されている。 The circulating fuel tank 47 is a tank for storing liquid fuel, and is made of a material resistant to the above-mentioned liquid fuel.

循環燃料タンク47には、還流ライン32(後述)の下流側端部が接続されており、詳しくは後述するが、還流ライン32を介して、排出液が供給される。これにより、循環燃料タンク47において、高濃度燃料タンク22から輸送された液体燃料(1次供給液)と、燃料電池3から排出された排出液とが、適宜の割合で混合され、燃料電池3に供給される液体燃料(2次供給液)の濃度が、調整される。 A downstream end of the recirculation line 32 (described later) is connected to the circulating fuel tank 47, and the discharged liquid is supplied via the recirculation line 32, which will be described in detail later. As a result, in the circulating fuel tank 47, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the high-concentration fuel tank 22 and the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 are mixed at an appropriate ratio, and the fuel cell 3 is mixed. The concentration of the liquid fuel (secondary supply liquid) supplied to the vehicle is adjusted.

燃料供給ライン30は、その上流側端部が、循環燃料タンク47に接続されるとともに、下流側端部が、燃料電池3(具体的には、アノード9の燃料供給路13)に接続されている。 The upstream end of the fuel supply line 30 is connected to the circulating fuel tank 47, and the downstream end of the fuel supply line 30 is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9). There is.

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

第2供給ポンプ35としては、上記した公知の送液ポンプが用いられる。第2供給ポンプ35は、コントロールユニット29(後述)に電気的に接続されている(図2の破線参照)。これにより、コントロールユニット29(後述)からの制御信号が、第2供給ポンプ35に入力され、コントロールユニット29(後述)が、第2供給ポンプ35の駆動および停止を制御する。 As the second supply pump 35, the above-mentioned known liquid feeding pump is used. The second supply pump 35 is electrically connected to the control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 2). As a result, the 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 the drive and stop of the second supply pump 35.

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

燃料排出ライン31は、その上流側端部が、燃料電池3(具体的には、アノード9の燃料供給路13)に接続されるとともに、下流側端部が、気液分離器23に接続されている。 The upstream end of the fuel discharge line 31 is connected to the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9), and the downstream end is connected to the gas-liquid separator 23. ing.

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

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

また、気液分離器23の上部には、気液分離器23の内外を流通させる上部流通口25が1つ形成されている。 Further, on the upper part of the gas-liquid separator 23, one upper distribution port 25 for circulating the inside and outside of the gas-liquid separator 23 is formed.

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

上部流通口25には、気液分離器23で分離されたガス(気体)を排出するためのガス排出管26が接続されている。ガス排出管26は、上部流通口25に接続されている。また、ガス排出管26の途中には、ガス排出弁27が設けられている。 A gas discharge pipe 26 for discharging the gas (gas) separated by the gas-liquid separator 23 is connected to the upper distribution port 25. The gas discharge pipe 26 is connected to the upper distribution port 25. Further, 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2の破線参照)。これにより、コントロールユニット29(後述)からの制御信号がガス排出弁27に入力され、コントロールユニット29(後述)が、ガス排出弁27の開閉を制御する。 The gas discharge valve 27 is a valve for opening the gas discharge pipe 26 to release the pressure in the gas-liquid separator 23, and a known on-off valve such as a solenoid valve is used. The gas discharge valve 27 is electrically connected to the control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 2). As a result, 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、気液分離器23に接続されるとともに、下流側端部が、循環燃料タンク47の上壁に接続されている。 The upstream end of the reflux line 32 is connected to the gas-liquid separator 23, and the downstream end of the recirculation line 32 is connected to the upper wall of the circulating fuel tank 47.

これにより、燃料排出ライン31内を輸送される排出液が、気液分離器23および還流ライン32を介し、さらに、後述する貯留タンク54を介して、循環燃料タンク47に輸送される。そして、循環燃料タンク47内において、高濃度燃料タンク22から輸送された液体燃料(1次供給液)と混合され、濃度調整された後、供給液(2次供給液)として、燃料電池3に戻ることにより、アノード9を循環するクローズドライン(閉流路)が形成される。すなわち、循環燃料タンク47、燃料供給ライン30、燃料供給路13、燃料排出ライン31、気液分離器23、還流ライン32および貯留タンク54(後述)が、クローズドライン(閉流路)を構成する。 As a result, the discharged liquid transported in the fuel discharge line 31 is transported to the circulating fuel tank 47 via the gas-liquid separator 23 and the reflux line 32, and further via the storage tank 54 described later. Then, in the circulating fuel tank 47, the liquid fuel (primary supply liquid) transported from the high-concentration fuel tank 22 is mixed, the concentration is adjusted, and then the fuel cell 3 is used as the supply liquid (secondary supply liquid). By returning, a closed line (closed flow path) that circulates through the anode 9 is formed. That is, the circulating fuel tank 47, the fuel supply line 30, the fuel supply line 13, the fuel discharge line 31, the gas-liquid separator 23, the reflux line 32, and the storage tank 54 (described later) form a closed line (closed flow path). ..

(3)空気給排部
空気給排部5は、燃料電池3(カソード10)に対して空気を供給する空気供給ライン41と、カソード10から排出される空気を外部に排出するための空気排出ライン42とを備えている。
(3) Air supply / discharge section The air supply / discharge section 5 has an air supply line 41 for supplying air to the fuel cell 3 (cathode 10) and an air discharge for discharging the air discharged from the cathode 10 to the outside. It is equipped with a line 42.

空気供給ライン41は、その一端側(上流側)が大気中に開放され、他端側(下流側)が空気供給口19に接続されている。空気供給ライン41の途中には、空気供給ポンプ43が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁44が設けられている。 One end side (upstream side) of the air supply line 41 is open to the atmosphere, and the other end side (downstream side) is connected to the air supply port 19. An air supply pump 43 is interposed in the middle of the air supply line 41, and an air supply valve 44 is provided on the downstream side 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。 Further, the air supply pump 43 is electrically connected to the 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) receives the control signal. , Controls the drive and stop of the air supply pump 43.

空気供給弁44は、空気供給ライン41を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。 The air supply valve 44 is a valve for opening and closing the air supply line 41, and a known on-off valve such as a solenoid valve is used.

また、空気供給弁44は、それぞれ、コントロールユニット29(後述)に電気的に接続されており、コントロールユニット29(後述)からの制御信号が、空気供給弁44に入力され、コントロールユニット29(後述)が、空気供給弁44の開閉を制御する。 Further, each of the air supply valves 44 is electrically connected to the control unit 29 (described later), and a control signal from the control unit 29 (described later) is input to the air supply valve 44 to be input to the control unit 29 (described later). ) Controls the opening and closing of the air supply valve 44.

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

空気排出ライン42は、その一端側(上流側)が空気排出口20に接続され、他端側(下流側)がドレンとされる。 One end side (upstream side) of the air discharge line 42 is connected to the air discharge port 20, and the other end side (downstream side) is a drain.

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

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

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

貯留タンク54は、図1に示すアンモニア分解装置50の貯留タンク54と同じであり、液体燃料を滞留可能な密閉容器であって、上記した液体燃料に耐性のある材質から形成されている。 The storage tank 54 is the same as the storage tank 54 of the ammonia decomposition apparatus 50 shown in FIG. 1, is a closed container capable of retaining liquid fuel, and is made of a material resistant to the liquid fuel described above.

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

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

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

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

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

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

開閉弁60は、濃縮液輸送ライン57を開閉するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、開閉弁60は、コントロールユニット29(後述)に電気的に接続されている(図2の破線参照)。これにより、コントロールユニット29(後述)からの制御信号が、開閉弁60に入力され、コントロールユニット29(後述)が、開閉弁60の開閉を制御する。 The on-off valve 60 is a valve for opening and closing the concentrated liquid transport line 57, and a known on-off valve such as a solenoid valve is used. Further, the on-off valve 60 is electrically connected to the control unit 29 (described later) (see the broken line in FIG. 2). As a result, the control signal from the control unit 29 (described later) is input to the on-off valve 60, and the control unit 29 (described later) controls the opening and closing of the on-off valve 60.

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

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

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

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

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

(5)制御部
制御部6は、コントロールユニット29を備えている。
(5) Control unit The control unit 6 includes a control unit 29.

コントロールユニット29は、電動車両1における電気的な制御を実行する制御ユニット(例えば、ECU:Electronic Control Unit)であり、CPU、ROMおよびRAMなどを備えるマイクロコンピュータから構成されている。 The control unit 29 is a control unit (for example, an ECU: Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and is composed of a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

制御部6では、詳しくは後述するが、例えば、第1供給ポンプ33、第2供給ポンプ35などの駆動および停止や、例えば、燃料供給弁34、ガス排出弁27、空気供給弁44、開閉弁60などの開閉などを、適宜制御する。 The control unit 6 will be described in detail later, but for example, driving and stopping of the first supply pump 33, the second supply pump 35, etc., and for example, the fuel supply valve 34, the gas discharge valve 27, the air supply valve 44, and the on-off valve. The opening and closing of 60 and the like is appropriately controlled.

(6)動力部
動力部7は、燃料電池3から出力される電気エネルギーを電動車両1の駆動力として機械エネルギーに変換するためのモータ37と、モータ37に電気的に接続されるインバータ38と、モータ37による回生エネルギーを蓄電するための動力用バッテリ40と、DC/DCコンバータ36とを備えている。
(6) Power unit The power unit 7 includes a motor 37 for converting the electric 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 the regenerative energy of 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、電動車両1の前側に配置されている。モータ37としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機など、公知の三相電動機が挙げられる。 The motor 37 is arranged in front of the fuel cell 3 and in front 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 arranged between the motor 37 and the fuel cell 3. The inverter 38 is a device that converts DC power generated by the fuel cell 3 into AC power, and examples thereof include a power conversion device incorporating a known inverter circuit. Further, the inverter 38 is electrically connected to the fuel cell 3 and the motor 37 by wiring, respectively.

動力用バッテリ40としては、例えば、定格電圧が100V程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ40は、インバータ38と燃料電池3との間の配線に接続され、これにより、燃料電池3からの電力を蓄電可能、かつ、モータ37に電力を供給可能とされている。 Examples of the power battery 40 include known secondary batteries such as nickel-metal hydride batteries having a rated voltage of about 100 V and lithium-ion batteries. Further, the power battery 40 is connected to the wiring between the inverter 38 and the fuel cell 3, whereby the electric power from the fuel cell 3 can be stored and the electric power can be supplied to the motor 37.

DC/DCコンバータ36は、動力用バッテリ40と燃料電池3との間に配置されている。DC/DCコンバータ36は、燃料電池3の出力電圧を昇降圧する機能を有し、燃料電池3の電力および動力用バッテリ40の入出力電力を調整する機能を有している。 The DC / DC converter 36 is arranged between the power battery 40 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 36 has a function of raising and lowering the output voltage of the fuel cell 3 and has a function of adjusting the electric power of the fuel cell 3 and the input / output electric power of the power battery 40.

そして、DC/DCコンバータ36は、コントロールユニット29と電気的に接続されており(図2の破線参照)、これにより、コントロールユニット29から出力される出力制御信号の入力に応じて、燃料電池3の出力(出力電圧)を制御する。 The DC / DC converter 36 is electrically connected to the control unit 29 (see the broken line in FIG. 2), whereby the fuel cell 3 responds to the input of the output control signal output from the control unit 29. Controls the output (output voltage) of.

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 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。 As a result, the power from the DC / DC converter 36 to the motor 37 is converted from the DC power to the three-phase AC power in the inverter 38 and supplied to the motor 37 as the three-phase AC power.

3.燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム2では、コントロールユニット29の制御により、燃料供給弁34が開かれ、第1供給ポンプ33が駆動されることにより、高濃度燃料タンク22に貯留される液体燃料(1次供給液)が、高濃度燃料供給ライン45を介して循環燃料タンク47に供給される。また、コントロールユニット29の制御により、第2供給ポンプ35が駆動され、循環燃料タンク47内の液体燃料(2次供給液)が、燃料供給ライン30を介して、アノード9に供給される。一方、空気供給弁44が開かれ、空気供給ポンプ43が駆動されることにより、空気が空気供給ライン41を介してカソード10に供給される。なお、燃料供給弁34は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
3. 3. Power generation by the fuel cell system In the fuel cell system 2 described above, the fuel supply valve 34 is opened under the control of the control unit 29, and the first supply pump 33 is driven, so that the liquid stored in the high-concentration fuel tank 22 is stored. Fuel (primary supply liquid) is supplied to the circulating fuel tank 47 via the high-concentration fuel supply line 45. Further, under the control of the control unit 29, the second supply pump 35 is driven, and the liquid fuel (secondary supply liquid) in the circulating fuel tank 47 is supplied to the anode 9 via the fuel supply line 30. On the other hand, the air supply valve 44 is opened and the air supply pump 43 is driven, so that air is supplied to the cathode 10 via the air supply line 41. The fuel supply valve 34 is closed after a predetermined amount of liquid fuel is supplied.

アノード9では、液体燃料が、アノード電極11と接触しながら燃料供給路13を通過する。一方、カソード10では、空気が、カソード電極16と接触しながら空気供給路18を通過する。 At the anode 9, the liquid fuel passes through the fuel supply path 13 while in contact with the anode electrode 11. On the other hand, at the cathode 10, air passes through the air supply path 18 while 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。 Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (anode electrode 11 and cathode electrode 16), and an electromotive force is generated.

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

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

アノード電極11で発生した電子(e)は、図示しない外部回路を経由してカソード電極16に到達する。つまり、この外部回路を通過する電子(e)が、電流となる。 The electrons (e ) generated at the anode electrode 11 reach the cathode electrode 16 via an external circuit (not shown). That is, the electron (e ) passing through this external circuit becomes a 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(HO)と、空気供給路18を流れる空気中の酸素(O)とが反応して、水酸化物イオン(OH)が生成する(上記式(2)参照)。 On the other hand, 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 Reaction with and to generate hydroxide ion (OH ) (see equation (2) above).

そして、生成した水酸化物イオン(OH)が、電解質層8を通過してアノード電極11に到達し、上記と同様の反応(上記式(1)参照)が生じる。 Then, the generated hydroxide ion (OH ) passes through the electrolyte layer 8 and reaches the anode electrode 11, and the same reaction as described above (see the above formula (1)) occurs.

このようなアノード電極11およびカソード電極16での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池3全体として、上記式(3)で表わされる反応が生じて、燃料電池3に起電力が発生する。 By the continuous electrochemical reaction between the anode electrode 11 and the cathode electrode 16, the reaction represented by the above formula (3) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and the fuel cell 3 receives an electromotive force. Occur.

そして、発生した起電力が、配線を介して、DC/DCコンバータ36に送電され、動力部7では、インバータ38およびモータ37、および/または、動力用バッテリ40に送電される。そして、モータ37では、インバータ38により三相交流電力に変換された電気エネルギーが電動車両1の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。一方、動力用バッテリ40では、その電力が充電される。 Then, the generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 36 via the wiring, and is transmitted to the inverter 38 and the motor 37, and / or the power battery 40 in the power unit 7. Then, in the motor 37, the electric energy converted into the three-phase AC power by the inverter 38 is converted into the mechanical energy for driving the wheels of the electric vehicle 1. On the other hand, in the power battery 40, the electric power 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(使用後および未反応の液体燃料、副生する窒素ガス(N)およびアンモニア(NH、NH )を含む。)が、燃料排出ライン31を通過して上流側の底部流通口24から気液分離器23に流入する。 Further, in the fuel supply / discharge unit 4, the liquid fuel discharged from the anode 9 (including used and unreacted liquid fuel, by-produced nitrogen gas (N 2 ) and ammonia (NH 3 , NH 4 + )). Passes through the fuel discharge line 31 and flows into the gas-liquid separator 23 from the bottom flow port 24 on the upstream side.

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

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

なお、気液分離器23において分離された気体は、ガス排出弁27が開かれることにより、ガス排出管26を介して外部へ排出される。 The gas separated in the gas-liquid separator 23 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 26 by opening the gas discharge valve 27.

一方、気液分離器23において分離された液体燃料は、還流ライン32を介して、循環燃料タンク47に流入し、供給液(2次供給液)として循環され、再度、燃料供給口15から燃料供給路13に流入する。 On the other hand, the liquid fuel separated in the gas-liquid separator 23 flows into the circulating fuel tank 47 via the recirculation line 32, is circulated as a supply liquid (secondary supply liquid), and is refueled from the fuel supply port 15 again. It flows into the supply channel 13.

また、2次供給液の循環使用に伴って、液体燃料中の燃料濃度が低くなる場合には、気液分離器23において分離され、循環燃料タンク47に流入した液体燃料は、燃料供給弁34の開閉によって高濃度燃料タンク22から輸送された液体燃料(1次(高濃度)供給液)と混合され、濃度調整された後、供給液(2次供給液)として、再度、燃料供給口15から燃料供給路13に流入する。 Further, when the fuel concentration in the liquid fuel becomes low due to the circulation use of the secondary supply liquid, the liquid fuel separated by the gas-liquid separator 23 and flowing into the circulation fuel tank 47 is the fuel supply valve 34. The fuel is mixed with the liquid fuel (primary (high concentration) supply liquid) transported from the high concentration fuel tank 22 by opening and closing, and after the concentration is adjusted, the fuel supply port 15 is used again as the supply liquid (secondary supply liquid). Flows into the fuel supply path 13.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

そして、アンモニアが分解された液体燃料は、上記したように、必要に応じて高濃度燃料タンク22から輸送された液体燃料(1次(高濃度)供給液)と混合され、濃度調整された後、供給液(2次供給液)として、再度、燃料供給口15から燃料供給路13に流入する。 Then, as described above, the liquid fuel in which ammonia is decomposed is mixed with the liquid fuel (primary (high concentration) supply liquid) transported from the high concentration fuel tank 22 as necessary, and the concentration is adjusted. , As a supply liquid (secondary supply liquid), flows into the fuel supply path 13 again from the fuel supply port 15.

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Claims (2)

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