(57)【要約】【課題】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を提供すること。【解決手段】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％以上に調整し（濃縮工程）、ヒドラジン水溶液中で１対の電極６２を対向配置し（準備工程）、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（分解工程）。【選択図】図２
2020015003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１７−１４８７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】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。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
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（ＮＨ３、ＮＨ４＋）を、窒素（Ｎ２）および水素（Ｈ２）に分解する。
【００１４】
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。
【００１５】
ヒドラジンとしては、例えば、無水ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）、炭酸ヒドラジン（（ＮＨ２ＮＨ２）２ＣＯ２）、硫酸ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２ＳＯ４）、モノメチルヒドラジン（ＣＨ３ＮＨＮＨ２）、ジメチルヒドラジン（（ＣＨ３）２ＮＮＨ２、ＣＨ３ＮＨＮＨＣＨ３）、カルボンヒドラジド（（ＮＨＮＨ２）２ＣＯ）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（ＮＨ２ＮＨ２）、水加ヒドラジン（ＮＨ２ＮＨ２・Ｈ２Ｏ）が挙げられる。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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、０．００７ｍｍ２以上、好ましくは、０．０３ｍｍ２以上であり、例えば、１ｍｍ２以下、好ましくは、０．８ｍｍ２以下である。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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）。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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）。
【００５５】
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。
【００５６】
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）。
【００５７】
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。
【００５８】
（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。
【００５９】
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。
【００６０】
（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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
（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。
【００６４】
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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
（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。
【００８６】
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。
【００８７】
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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。
【００９０】
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。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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。
【００９７】
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。
【００９８】
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。
【００９９】
（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。
【０１００】
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。
【０１０１】
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。
【０１０２】
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。
【０１０３】
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。
【０１０４】
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。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
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。
【０１０９】
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。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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。
【０１１２】
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。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
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。
【０１１６】
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。
【０１１７】
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。
【０１１８】
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。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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。
【０１２２】
（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。
【０１２３】
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。
【０１２４】
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。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
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。
【０１２９】
（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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
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。
【０１３４】
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。
【０１３５】
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）。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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。
【０１４３】
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。
【０１４４】
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。
【０１４５】
（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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
（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。
【０１４９】
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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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。
【０１５３】
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。
【０１５４】
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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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。
【０１５９】
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（Ｎ２Ｈ４）の水溶液である場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （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）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ              （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（Ｎ２Ｈ４）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（Ｎ２（ガス））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）。
【０１６０】
また、上記した（１）で示される反応では、実際には、窒素（Ｎ２（ガス））および水（Ｈ２Ｏ）に加えて、アンモニア（ＮＨ３、ＮＨ４＋）が副生する。
【０１６１】
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。
【０１６２】
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（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ２）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）。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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。
【０１６５】
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。
【０１６６】
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（Ｎ２）およびアンモニア（ＮＨ３、ＮＨ４＋）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。
【０１６７】
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（Ｎ２）など）の一部が、液溜まりの上方空間へ分離される。
【０１６８】
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。
【０１６９】
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。
【０１７０】
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。
【０１７１】
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。
【０１７２】
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。
【０１７３】
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（Ｎ２Ｈ４）および酸素（Ｏ２）の反応により、窒素ガス（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）を生成する。
【０１７４】
また、この反応では、窒素ガス（Ｎ２）および水（Ｈ２Ｏ）に加えて、アンモニア（ＮＨ３、ＮＨ４＋）が副生し、アンモニアが、液体燃料に含有される。
【０１７５】
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。
【０１７６】
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）。
【０１７７】
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。
【０１７８】
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。
【０１７９】
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。
【０１８０】
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。
【０１８１】
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。
【０１８２】
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。
【０１８３】
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。
【０１８４】
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。
【０１８５】
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。
【０１８６】
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。
【０１８７】
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）。
【０１８８】
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。
【０１８９】
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。
【０１９０】
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。
【０１９１】
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。
【０１９２】
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。
【０１９３】
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。
【０１９４】
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。
【０１９５】
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。
【０１９６】
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。
【０１９７】
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。
【実施例】
【０１９８】
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。
【０１９９】
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。
【０２００】
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。
【０２０１】
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。
【０２０２】
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。
【０２０３】
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。
【０２０４】
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。
【０２０５】
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。
【０２０６】
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。
【０２０７】
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。
【０２０８】
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。
【符号の説明】
【０２０９】
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
【図１】
2020015003.tif 000003
【図２】
2020015003.tif 000004
【図３】
2020015003.tif 000005