(57)【要約】【課題】燃料補給に際して、効率的に燃料補給することができ、液体燃料の総量を簡易に管理できる燃料電池システムおよびそのシステムにおける燃料供給方法を提供すること。【解決手段】燃料成分を消費する反応により発電し、その反応において水を生成する燃料電池３と、燃料電池３に接続されて閉流路を形成し、未消費の燃料成分および生成水を含有する循環燃料を燃料電池３に循環させる循環管２１と、循環管２１に介在される燃料タンク２２とを備える燃料電池システム２において、循環燃料の燃料成分濃度よりも高い燃料成分濃度の補給燃料を任意量Ｘ供給する際に、補給後の循環燃料中の燃料成分が全消費された時点において、生成水の増加に基づく循環燃料の増加により循環燃料の量が燃料タンクの満杯量Ｖｍａｘとなるように制御するために、燃料タンク２２から排出する循環燃料の排出量Ｃを算出する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料成分を消費する反応により発電し、その反応において水を生成する燃料電池と、
前記燃料電池に接続されて前記燃料電池とともに閉流路を形成し、未消費の燃料成分および生成水を含有する循環燃料を前記燃料電池に循環させるための循環路とを備える燃料電池システムであって、
前記循環路に介在され、前記循環燃料を貯留するための燃料タンクと、
前記燃料タンクに設けられ、前記燃料タンクにおける前記循環燃料の満杯を検知する満杯検知手段と、
前記循環燃料の濃度を検知するための濃度検知手段と、
前記循環燃料の燃料成分濃度よりも高い燃料成分濃度の補給燃料を任意量供給する際に、前記補給燃料供給後の前記循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づく前記循環燃料の増加により前記循環燃料の満杯が前記満杯検知手段によって検知されるように制御するために、前記燃料タンクから排出する前記循環燃料の排出量を算出するための排出量算出手段とを備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記排出量算出手段は、
前記循環燃料を仮定量排出し、その仮定量排出後に前記燃料タンクに残存する仮定残存燃料に前記補給燃料を供給することにより、燃料成分濃度が高められた仮定循環燃料を仮定するステップと、
前記仮定循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づいて増加すると仮定される前記仮定循環燃料の総量を算出するステップと、
算出された前記仮定循環燃料の総量と、前記満杯検知手段が満杯を検知するときの前記循環燃料の総量とが等しくなるときの前記仮定残存燃料の総量を算出するステップと、
算出された前記仮定残存燃料の総量と、排出前の前記循環燃料の総量との差を求めることにより、前記循環燃料の排出量を算出するステップとを実行することを特徴とする、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
燃料成分を消費する反応により発電し、その反応において水を生成する燃料電池と、
前記燃料電池に接続されて前記燃料電池とともに閉流路を形成し、未消費の燃料成分および生成水を含有する循環燃料を前記燃料電池に循環させるための循環路と、前記循環路に介在され、前記循環燃料を貯留するための燃料タンクとを備える燃料電池システムにおける燃料供給方法であって、
前記循環燃料の燃料成分濃度よりも高い燃料成分濃度の補給燃料を任意量供給する際に、前記補給燃料供給後の前記循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づく前記循環燃料の増加により前記循環燃料の量が前記燃料タンクの満杯量となるように制御するために、前記燃料タンクから排出する前記循環燃料の排出量を算出する工程を備えることを特徴とする、燃料供給方法。
【請求項４】
前記循環燃料の排出量を算出する工程において、
前記循環燃料を仮定量排出し、その仮定量排出後に前記燃料タンクに残存する仮定残存燃料に前記補給燃料を供給することにより、燃料成分濃度が高められた仮定循環燃料を仮定し、
前記仮定循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づいて増加すると仮定される前記仮定循環燃料の総量を算出し、
算出された前記仮定循環燃料の総量と、前記燃料タンクの満杯量とが等しくなるときの前記仮定残存燃料の総量を算出し、
算出された前記仮定残存燃料の総量と、排出前の前記循環燃料の総量との差を求めることにより、前記循環燃料の排出量を算出することを特徴とする、請求項３に記載の燃料供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料を使用する燃料電池システムおよびその燃料電池システムにおける燃料供給方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体燃料が供給される燃料電池として、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などの液体燃料形燃料電池が知られている。
液体燃料形燃料電池は、水素ガスを生成するための改質器を必要としないので、システムとしての構造の簡略化が期待されている。
【０００３】
液体燃料形燃料電池を備えるシステムとして、例えば、液体燃料を貯蔵するためのタンクと、液体燃料が供給される燃料電池と、タンクに貯蔵された液体燃料を吸入して燃料電池に供給可能なポンプと、タンクから燃料電池に液体燃料を供給するための第１流路と、燃料電池から排出された使用後の廃液をタンク内に戻すための第２流路とを備える燃料電池システムが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
このような燃料電池システムでは、ポンプの駆動により燃料電池のアノードに液体燃料が供給され、また、燃料電池のカソードに空気が供給される。そして、燃料電池がアニオン成分を移動可能な電解質層を有するアニオン交換型であり、液体燃料がメタノールである場合、燃料電池では、下記式（１）および（２）で示される電気化学反応が生じ、起電力が発生する。
【０００５】
（１）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−  （アノードでの反応）
（２）Ｏ２＋Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−                 （カソードでの反応）
また、液体燃料がヒドラジンである場合、電気化学反応は、下記式（３）および（４）で示される。
（３）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−    （アノードでの反応）
（４）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−            （カソードでの反応）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２０３２６９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
液体燃料を使用する燃料電池システムでは、上記式のように、液体燃料中の燃料成分（メタノール、ヒドラジンなど）を消費する反応が生じることによって、発電するとともにアノードに水が生成する。そのため、発電の経過に伴って水が増加し続けるので、循環する液体燃料の燃料成分濃度が低下し、その総量が増加する。したがって、このような燃料電池システムでは、液体燃料の燃料成分濃度および総量の管理を適切に行なう必要がある。
【０００８】
また、発電の経過に伴って液体燃料の総量が増加し続けるので、燃料補給の際には、循環使用していた燃料成分濃度の低い液体燃料を排出して、未使用の燃料成分濃度の高い液体燃料を補給する必要がある。しかし、循環使用していた液体燃料をすべて排出して、未使用の液体燃料を補給していたのでは、循環使用していた液体燃料の燃料成分が無駄になる。
【０００９】
本発明の目的は、燃料補給に際して、循環使用していた液体燃料の燃料成分を有効に利用することにより、効率的に燃料補給することができ、かつ、液体燃料の総量を簡易に管理することができる燃料電池システムおよびそのシステムにおける燃料供給方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、燃料成分を消費する反応により発電し、その反応において水を生成する燃料電池と、前記燃料電池に接続されて前記燃料電池とともに閉流路を形成し、未消費の燃料成分および生成水を含有する循環燃料を前記燃料電池に循環させるための循環路とを備える燃料電池システムであって、前記循環路に介在され、前記循環燃料を貯留するための燃料タンクと、前記燃料タンクに設けられ、前記燃料タンクにおける前記循環燃料の満杯を検知する満杯検知手段と、前記循環燃料の濃度を検知するための濃度検知手段と、前記循環燃料の燃料成分濃度よりも高い燃料成分濃度の補給燃料を任意量供給する際に、前記補給燃料供給後の前記循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づく前記循環燃料の増加により前記循環燃料の満杯が前記満杯検知手段によって検知されるように制御するために、前記燃料タンクから排出する前記循環燃料の排出量を算出するための排出量算出手段とを備えることを特徴としている。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記排出量算出手段は、前記循環燃料を仮定量排出し、その仮定量排出後に前記燃料タンクに残存する仮定残存燃料に前記補給燃料を供給することにより、燃料成分濃度が高められた仮定循環燃料を仮定するステップと、前記仮定循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づいて増加すると仮定される前記仮定循環燃料の総量を算出するステップと、算出された前記仮定循環燃料の総量と、前記満杯検知手段が満杯を検知するときの前記循環燃料の総量とが等しくなるときの前記仮定残存燃料の総量を算出するステップと、算出された前記仮定残存燃料の総量と、排出前の前記循環燃料の総量との差を求めることにより、前記循環燃料の排出量を算出するステップとを実行することが好適である。
【００１２】
また、本発明の燃料供給方法は、燃料成分を消費する反応により発電し、その反応において水を生成する燃料電池と、前記燃料電池に接続されて前記燃料電池とともに閉流路を形成し、未消費の燃料成分および生成水を含有する循環燃料を前記燃料電池に循環させるための循環路と、前記循環路に介在され、前記循環燃料を貯留するための燃料タンクとを備える燃料電池システムにおける燃料供給方法であって、前記循環燃料の燃料成分濃度よりも高い燃料成分濃度の補給燃料を任意量供給する際に、前記補給燃料供給後の前記循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づく前記循環燃料の増加により前記循環燃料の量が前記燃料タンクの満杯量となるように制御するために、前記燃料タンクから排出する前記循環燃料の排出量を算出する工程を備えることを特徴としている。
【００１３】
また、本発明の燃料供給方法では、前記循環燃料の排出量を算出する工程において、前記循環燃料を仮定量排出し、その仮定量排出後に前記燃料タンクに残存する仮定残存燃料に前記補給燃料を供給することにより、燃料成分濃度が高められた仮定循環燃料を仮定し、前記仮定循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、前記生成水の増加に基づいて増加すると仮定される前記仮定循環燃料の総量を算出し、算出された前記仮定循環燃料の総量と、前記燃料タンクの満杯量とが等しくなるときの前記仮定残存燃料の総量を算出し、算出された前記仮定残存燃料の総量と、排出前の前記循環燃料の総量との差を求めることにより、前記循環燃料の排出量を算出することが好適である。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムおよび燃料供給方法によれば、補給燃料の供給に際して、補給燃料供給後の循環燃料に含有される燃料成分が全消費された時点において、循環燃料の量が燃料タンクの満杯量となるように、循環燃料の排出量が算出される。そのため、この算出結果に基づいて、循環燃料を不要量だけ排出することができる。したがって、補給燃料供給前の循環燃料に含有される燃料成分を有効に利用することができる。その結果、効率的に燃料補給することができる。
【００１５】
また、補給燃料供給後の循環燃料に含有される燃料成分が消費され、循環燃料の総量が増加し続けても、その総量の上限を燃料タンクの満杯量に制限することができる。その結果、循環燃料の総量を簡易に管理することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
【図２】燃料電池システムによる発電および燃料供給方法の手順を示すフローチャートである。
【図３】燃料電池システムによる発電の経過に伴う燃料タンク内の水加ヒドラジンの総量変化（実線）および水加ヒドラジンのヒドラジン濃度の変化（破線）を示すグラフである。
【図４】図２に示すフローの所定時点での水加ヒドラジンの燃料情報を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
１．燃料電池システムの全体構成
図１は、本発明の一実施形態に係る燃料電池システムを搭載した電動車両の概略構成図である。
電動車両１は、液体燃料を循環使用する燃料電池システム２を搭載している。
燃料電池システム２は、液体燃料の燃料成分を消費する反応により発電し、その反応において水を生成する燃料電池３と、燃料電池３で消費されなかった燃料成分（未消費の燃料成分）および燃料電池３で生成する水（生成水）を含有する液体燃料を燃料電池３に循環させるための燃料循環部４と、発電反応に使用するための空気を給排するための空気給排部５と、各種電気的制御を実行する排出量算出手段としてのコントロールユニット６と、電動車両１を駆動させるための動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００１８】
燃料電池３で使用可能な液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどの燃料成分を含有する液体燃料が挙げられる。ただし、本実施形態における液体燃料は、燃料成分の原液および燃料成分が任意の濃度に薄まった水溶液の両方を含んでいる。
燃料電池３の出力電圧ＶＦＣは、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流ＩＦＣは、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、後述する単位セル１つあたりの出力である。
【００１９】
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とを有する燃料電池セル（単位セル）が、絶縁材料からなるセパレータ（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が複数積層されている。なお、図１では、複数の単位セルのうち１つだけを燃料電池３として表し、その他の単位セルについては省略している。
【００２０】
電解質層８は、例えば、アニオン交換膜、プロトン交換膜を用いて形成されている。
アニオン交換膜としては、アニオン成分（例えば、水酸化物イオン（ＯＨ−）など）が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、４級アンモニウム基、ピリジニウム基などのアニオン交換基を有する固体高分子膜（アニオン交換樹脂）が挙げられる。
プロトン交換膜としては、プロトン（Ｈ＋）が移動可能な媒体であれば、特に限定されず、例えば、パーフルオロスルホン酸膜が挙げられる。
【００２１】
アノード９は、アノード電極１１と、アノード電極１１に液体燃料を供給するための燃料供給部材１２とを有している。
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。
【００２２】
多孔質担体としては、例えば、カーボンなどの撥水性担体が挙げられる。
触媒としては、例えば、白金族元素（Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ、Ｏｓ、Ｉｒ、Ｐｔ）、鉄族元素（Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ）などの周期表第８〜１０（ＶIII）族元素や、例えば、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕなどの周期表第１１（ＩＢ）族元素などが挙げられる。
アノード電極１１は、例えば、上記電極材料の電極インクを調製し、公知の方法（例えば、スプレー法、ダイコーター法など）により電極インクを電解質層８の一方面に塗布し、所定の温度で乾燥させることにより、薄膜状の電極膜として電解質層８の一方面に接合される。
【００２３】
燃料供給部材１２は、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全体に液体燃料を接触させるための燃料供給路１３が形成される。
【００２４】
燃料供給路１３には、液体燃料をアノード９内に流入させるための燃料供給口１４が一端側（下側）に形成され、液体燃料をアノード９から排出するための燃料排出口１５が他端側（上側）に形成されている。
カソード１０は、カソード電極１６と、カソード電極１６に空気を供給するための空気供給部材１７とを有している。
【００２５】
カソード電極１６は、電解質層８の他方面に形成されている。
カソード電極１６の電極材料としては、例えば、アノード電極１１の電極材料として例示した、触媒担持多孔質担体などが挙げられる。
カソード電極１６は、例えば、アノード電極１１と同様の方法により、薄膜状の電極膜として電解質層８の他方面に接合される。これにより、電解質層８、アノード電極１１およびカソード電極１６は、電解質層８の一方面に薄膜状のアノード電極１１が接合され、電解質層８の他方面に薄膜状のカソード電極１６が接合されてなる膜・電極接合体を形成している。
【００２６】
空気供給部材１７は、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。
【００２７】
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が一端側（下側）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が他端側（上側）に形成されている。
（２）燃料循環部
燃料循環部４は、燃料電池３に接続されて燃料供給路１３とともに閉流路を形成し、アノード９から排出される液体燃料をアノード９に循環させるための循環管２１と、循環管２１の途中に設けられ、循環管２１を流れる液体燃料を貯留するための燃料タンク２２とを備えている。
【００２８】
循環管２１は、その一端側（下側）が燃料供給口１４に接続され、他端側（上側）が燃料排出口１５に接続されている。
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。燃料タンク２２は、中空容器からなり、その底壁前部および前壁下部に循環管２１が接続されることにより、循環管２１に介装されている。これにより、燃料電池３−燃料循環部４間に液体燃料を循環させるための閉流路（クローズドライン）が形成され、燃料排出口１５から排出される液体燃料を、循環管２１および燃料タンク２２を介して燃料供給口１４に戻すことができる。
【００２９】
循環管２１において、燃料タンク２２の下流側であってアノード９における燃料供給口１４の上流側（つまり、下流側の循環管２１）の途中には、閉流路に循環流を発生させるための燃料循環ポンプ２３が介在されている。
燃料循環ポンプ２３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。燃料循環ポンプ２３は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００３０】
循環管２１において、燃料タンク２２の上流側であってアノード９における燃料排出口１５の下流側（つまり、上流側の循環管２１）の途中には、液体燃料の燃料成分濃度を測定するための濃度検知手段としての濃度計２４が設けられている。
濃度計２４としては、公知の濃度計を適用することができ、例えば、液体燃料が水加ヒドラジン（ヒドラジンの水溶液）の場合、赤外分光法によりヒドラジンの赤外吸光度を測定するＩＲセンサ（赤外線センサ）などを適用することができる。また、濃度計２４は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００３１】
循環管２１において、濃度計２４と燃料タンク２２との間（つまり、上流側の循環管２１における濃度計２４の下流側）には、閉流路内を流れる液体燃料の密度を測定するための密度計４７が設けられている。
密度計４７としては、例えば、振動式密度計など、公知の密度計を適用することができる。また、密度計４７は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００３２】
循環管２１において、濃度計２４とアノード９との間（つまり、上流側の循環管２１における濃度計２４の上流側）には、閉流路内の圧力（アノード圧力）を測定するための圧力計２５が設けられている。圧力計２５は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
燃料タンク２２の後壁上部には、燃料タンク２２に液体燃料を補給するための燃料供給口２６が設けられている。燃料供給口２６には、燃料供給管２７が接続されている。
【００３３】
燃料供給管２７は、燃料供給口２６から後方に延び、その先端が電動車両１のボディ側部に設けられた燃料供給窓２８において開放し、開閉可能な蓋により常時は閉蓋されている。
燃料タンク２２の前壁上部には、燃料タンク２２における液体燃料の満杯を検知するための満杯検知手段としてのフロートスイッチ２９が設けられている。
【００３４】
フロートスイッチ２９は、燃料タンク２２の前面に固定された端子部３０と、端子部３０から燃料タンク２２内部に直線状に延びるステム３１と、ステム３１の先端に設けられたフロート３２とを備えている。
端子部３０は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００３５】
フロート３２は、燃料タンク２２の内底面を基準とする高さにおいて、燃料供給口２６よりも低い位置に設けられている。そのため、燃料タンク２２に貯留された液体燃料が増加しても、液体燃料が燃料供給口２６へ逆流する前にフロート３２が浮上してフロートスイッチ２９がＯＮ−ＯＦＦ切替され、その切替信号が端子部３０を介してコントロールユニット６に入力される。これにより、コントロールユニット６において、燃料タンク２２の満杯が検出される。したがって、燃料タンク２２における液体燃料の満杯量Ｖｍａｘとは、液体燃料との接触によりフロート３２が浮上して、フロートスイッチ２９がＯＮ−ＯＦＦ切替される量のことである。
【００３６】
燃料タンク２２の底壁後部には、燃料タンク２２内の液体燃料を排出するための燃料排出口３５が設けられている。燃料排出口３５には、燃料排出管３６が接続されている。
燃料排出管３６は、燃料排出口３５から後方に延び、その先端が電動車両１のボディ側部において燃料供給窓２８よりも下方に設けられた燃料排出窓３７において開放し、開閉可能な蓋により常時は閉蓋されている。
【００３７】
また、燃料タンク２２の上壁には、燃料タンク２２内のガス（気体）を排出するためのガス排出管３３が接続されている。ガス排出管３３の途中には、ガス排出弁３４が設けられている。
ガス排出弁３４は、ガス排出管３３を開閉し、燃料タンク２２内の圧力を調節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３４は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
（３）空気給排部
空気給排部５は、空気をカソード１０に供給するための空気供給管３８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管３９とを備えている。
【００３８】
空気供給管３８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。空気供給管３８の途中には、空気供給ポンプ４０が介在されている。
空気供給ポンプ４０としては、例えば、エアコンプレッサなど、公知の送気ポンプが用いられる。空気供給ポンプ４０は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００３９】
空気供給管３８において空気供給ポンプ４０の下流側には、空気供給弁４１が設けられている。
空気供給弁４１は、空気供給管３８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、空気供給弁４１は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００４０】
空気排出管３９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。
（４）コントロールユニット
コントロールユニット６は、電動車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：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で構成されている。コントロールユニット６は、電気的な接続によりユニット外との信号通信が可能とされている。例えば、燃料タンク２２に補給する液体燃料の種類、燃料成分濃度、燃料密度、体積（補給量）などの燃料情報を入力部５４（後述）から入力することにより、燃料情報をコントロールユニット６に記憶させることができる。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギを、電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ４２と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３と、インバータ４６とを備えている。
【００４１】
モータ４２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４２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。
ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、これに接続される複数の機器に対して入力電力を振り分けるスイッチング機能を有するとともに、入力電圧を降圧する降圧機能を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の正極側入力端子には、カソード１０に接続された正極配線４４が接続されている。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３の負極側入力端子には、アノード９に接続された負極配線４５が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３は、コントロールユニット６に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００４２】
インバータ４６は、モータ４２とＤＣ／ＤＣコンバータ４３との間において直列に接続されている。インバータ４６としては、直流電力を交流電力に変換可能な機器であれば、特に限定されず、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。燃料電池３から出力される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３によりインバータ４６に振り分けられ、インバータ４６により直流電力から三相交流電力に変換されることにより、三相交流電力としてモータ４２に供給される。
２．燃料電池システムによる発電および燃料供給方法
以下では、図１とともに、図２〜図４を参照して、液体燃料が水加ヒドラジンである場合の燃料電池システム２による発電および燃料電池システム２における燃料供給方法について、その手順を説明する。
【００４３】
図２は、燃料電池システムによる発電および燃料供給方法の手順を示すフローチャートである。図３は、燃料電池システムによる発電の経過に伴う燃料タンク内の水加ヒドラジンの総量変化（実線）および水加ヒドラジンのヒドラジン濃度の変化（破線）を示すグラフである。図４は、図２に示すフローの所定時点での水加ヒドラジンの燃料情報を示す図である。
（ステップＳ１：燃料電池システムと燃料供給装置との接続）
燃料電池システム２を用いて発電するには、まず、燃料電池システム２と燃料供給装置５１とを接続し、空の燃料タンク２２に水加ヒドラジンを供給する（初期供給）。
【００４４】
燃料供給装置５１は、液体燃料を供給するための供給用ホース５２と、燃料タンク２２内の液体燃料を排出するための排出用ホース５３とを備えており、燃料タンク２２が空の場合の供給時には、供給用ホース５２と、燃料供給窓２８内に開放した燃料供給管２７との接続のみを行なう。
また、燃料供給装置５１は、コントロールユニット６に電気的に接続可能な入力部５４を備えている。初期供給時、供給用ホース５２と燃料供給管２７との接続とともに、入力部５４とコントロールユニット６とを電気的に接続する。
（ステップＳ２：初期供給水加ヒドラジンの燃料情報の入力・算出）
燃料電池システム２と燃料供給装置５１との接続後、入力部５４を操作して、空の燃料タンク２２に供給する初期供給水加ヒドラジンの燃料情報を入力する。
【００４５】
燃料情報としては、例えば、
（２−１）初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン濃度ａ２（ｗｔ％）
（２−２）初期供給水加ヒドラジンの密度ρ２（ｇ／ｍＬ）
（２−３）初期供給水加ヒドラジンの供給量Ｖ２（ｍＬ）
がコントロールユニット６に入力される。そして、これらの情報に基づき、他の燃料情報として、例えば、
（２−４）初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン重量ＷＨ２（ｇ）
（２−５）初期供給水加ヒドラジンの水分重量ＷＷＡ２（ｇ）
（２−６）初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ２（ｍｏｌ）
が算出される。具体的には、
（２−４）ＷＨ２は、例えば、（初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン濃度（２−１）／１００）×（初期供給水加ヒドラジンの密度（２−２））×（初期供給水加ヒドラジンの供給量（２−３））で表わされる式を用いて算出される。（２−１）〜（２−３）の値を用いることにより、ＷＨ２＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２と算出される。
【００４６】
一例として、ａ２＝３０（ｗｔ％）、ρ２＝１．０（ｇ／ｍＬ）およびＶ２＝２００００ｍＬを代入して計算すると、ＷＨ２＝（３０／１００）・１．０・２００００＝６０００（ｇ）となる。
（２−５）ＷＷＡ２は、例えば、（初期供給水加ヒドラジンの水分濃度（２−１）／１００）×（初期供給水加ヒドラジンの密度（２−２））×（初期供給水加ヒドラジンの供給量（２−３））で表わされる式を用いて算出される。（２−１）〜（２−３）の値を用いることにより、ＷＷＡ２＝（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｖ２と算出される。
【００４７】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＷＡ２＝｛（１００−３０）／１００｝・１．０・２００００（ｇ）＝１４０００（ｇ）となる。
（２−６）ＮＨ２は、例えば、（初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン重量（２−４））／（ヒドラジンの分子量）で表わされる式を用いて算出される。（２−４）の値およびヒドラジンの分子量ＭＨを用いることにより、ＮＨ２＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨと算出される。
【００４８】
一例として、ＭＨ＝３２および上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＮＨ２＝（３０／１００）・１．０・２００００／３２＝１８７．５（ｍｏｌ）となる。
ただし、初期供給水加ヒドラジンの供給量Ｖ２（ｍＬ）は、例えば、水加ヒドラジンＶ２（ｍＬ）に含有されるヒドラジンが後述する発電反応により全消費された時点（ヒドラジン濃度が０になる時点）において、発電反応により生成する水の増加に基づいて増加する水加ヒドラジンの総量と、燃料タンク２２の満杯量Ｖｍａｘとが等しくなる場合の量である。
【００４９】
すなわち、水加ヒドラジンＶ２（ｍＬ）に含有されるヒドラジンの消費に伴い、図３に示すように、水加ヒドラジンの量が実直線ＡＸ＋Ｖ２（Ａは、発電条件により変動する比例定数）に基づいて増加する。一方、ヒドラジンの消費に伴い、水加ヒドラジンのヒドラジン濃度が破直線ＢＸ＋ａ２（Ｂは、発電条件により変動する比例定数）に基づいて減少する。そして、ヒドラジンが全消費された時点において、燃料タンク２２内の水加ヒドラジンの総量が満杯量Ｖｍａｘと等しくなる。
（ステップＳ３：水加ヒドラジンの供給）
燃料情報の入力・算出後、燃料供給装置５１を操作して水加ヒドラジンを供給する。これにより、燃料タンク２２に初期供給水加ヒドラジンが貯留される。水加ヒドラジンの供給中、その供給量は、燃料供給装置５１の外面に設けられた表示部５５に表示される。
（ステップＳ４：燃料電池による発電）
そして、燃料電池３の発電を開始する。具体的には、燃料循環ポンプ２３および空気供給ポンプ４０を駆動する。これにより、水加ヒドラジンが循環管２１を介してアノード９に供給されるとともに、空気が空気供給管３８を介してカソード１０に供給される。
【００５０】
アノード９では、水加ヒドラジンが、アノード電極１１に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に接触しながら空気供給路１８を通過する。
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、下記式（４−１）〜（４−３）で示される電気化学反応が生じ、起電力が発生する。
（４−１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （アノード電極１１での反応）
（４−２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−          （カソード電極１６での反応）
（４−３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ             （燃料電池３全体での反応）
すなわち、水加ヒドラジンが供給されたアノード電極１１では、水加ヒドラジンの燃料成分であるヒドラジン（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）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（４−１）参照）。
【００５１】
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。
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（４−２）参照）。
【００５２】
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（４−１）参照）が生じる。
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（４−３）で表わされる反応が生じて、燃料電池システム２による発電が行なわれる。
【００５３】
動力部７では、発生した起電力が、正極配線４４および負極配線４５を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４３に送電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ４３のスイッチング動作により、モータ４２に送電される。モータ４２では、インバータ４６により三相交流電力に変換された電気エネルギが電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。
一方、発電中、未消費のヒドラジンおよび生成水を含有する水加ヒドラジンは、燃料電池３−燃料循環部４間の閉流路を循環燃料（循環水加ヒドラジン）として循環する。閉流路において上流側の循環管２１から燃料タンク２２を介して下流側の循環管２１に至る区間では、相対的に大きい燃料タンク２２から相対的に小さい循環管２１へ水加ヒドラジンが流れる際に水加ヒドラジンの流量が制限されるので、循環水加ヒドラジンが燃料タンク２２に一時的に貯留される。
【００５４】
また、上記式（４−１）で示したように、燃料電池３の発電の経過に伴って水加ヒドラジン中のヒドラジンが消費されるので、ヒドラジン濃度が低下し続けて、それに伴って発電効率が次第に低下する（図３参照）。そのため、例えば、発電開始から時間Ｔ経過した時点において、燃料タンク２２に未使用のヒドラジン濃度の高い水加ヒドラジンを補給することにより、破直線ＢＸ＋ａ２に基づいて減少するヒドラジン濃度を増加させれば、発電効率を改善することができる（図３の太破線参照）。
【００５５】
ただし、上記のような発電では、アノード電極１１に水が生成するので、燃料電池３の発電の経過に伴って水が増加し続け、燃料タンク２２における水加ヒドラジンの貯留量が増加する（図３参照）。したがって、単に、未使用の水加ヒドラジンを注ぎ足したのでは、ヒドラジンを全消費した時点で残存する水量が燃料タンク２２の容量を超えることとなる。そのため、水加ヒドラジン補給の際には、燃料タンク２２に貯留されているヒドラジン濃度の低い水加ヒドラジンを適当量排出して、水加ヒドラジンの総量を減少させる必要がある（図３の太実線参照）。
【００５６】
そして、この燃料電池システム２では、循環する水加ヒドラジンのヒドラジン濃度および総量の管理を適切に行なう必要がある。具体的には、（ヒドラジンの全消費時点における燃料タンク２２内の水加ヒドラジンの総量Ｖ）＝（燃料タンク２２の満杯量Ｖｍａｘ）で表わされる等式（４−４）が、水加ヒドラジンの補給後においても満たされるように、補給に際して排出する水加ヒドラジンの排出量を適切に算出する。
（ステップＳ５：燃料電池システムと燃料供給装置との接続）
水加ヒドラジンを補給するには、まず、図１に示すように、供給用ホース５２と燃料供給管２７とを接続し、排出用ホース５３と燃料排出管３６とを接続する。また、入力部５４とコントロールユニット６とを電気的に接続する。これにより、燃料電池システム２と燃料供給装置５１とを接続する。
（ステップＳ６：補給水加ヒドラジンの燃料情報の入力）
燃料電池システム２と燃料供給装置５１との接続後、入力部５４を操作して、燃料タンク２２に補給する水加ヒドラジン（補給水加ヒドラジン）の燃料情報を入力する。
【００５７】
燃料情報としては、例えば、
（６−１）補給水加ヒドラジンのヒドラジン濃度ａ２（ｗｔ％）
（６−２）補給水加ヒドラジンの密度ρ２（ｇ／ｍＬ）
（６−３）補給水加ヒドラジンの補給量Ｘ（ｍＬ）
がコントロールユニット６に入力される。そして、これらの情報に基づき、他の燃料情報として、例えば、
（６−４）補給水加ヒドラジン中のヒドラジン重量ＷＨ６（ｇ）
（６−５）補給水加ヒドラジン中の水分重量ＷＷＡ６（ｇ）
（６−６）補給水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ６（ｍｏｌ）
が算出される。具体的には、
（６−４）ＷＨ６は、例えば、（補給水加ヒドラジンのヒドラジン濃度（６−１）／１００）×（補給水加ヒドラジンの密度（６−２））×（補給水加ヒドラジンの補給量（６−３））で表わされる式を用いて算出される。（６−１）〜（６−３）の値を用いることにより、ＷＨ６＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｘと算出される。
【００５８】
一例として、Ｘ＝１００００（ｍＬ）および上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＨ２＝（３０／１００）・１．０・１００００＝３０００（ｇ）となる。
（６−５）ＷＷＡ６は、例えば、（補給水加ヒドラジンの水分濃度（６−１）／１００）×（補給水加ヒドラジンの密度（６−２））×（補給水加ヒドラジンの補給量（６−３））で表わされる式を用いて算出される。（６−１）〜（６−３）の値を用いることにより、ＷＷＡ６＝（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｘと算出される。
【００５９】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＷＡ２＝｛（１００−３０）／１００｝・１．０・１００００＝７０００（ｇ）となる。
（６−６）ＮＨ６は、例えば、（補給水加ヒドラジンのヒドラジン重量（６−４））／（ヒドラジンの分子量）で表わされる式を用いて算出される。（６−４）の値およびヒドラジンの分子量ＭＨを用いることにより、ＮＨ６＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ／ＭＨと算出される。
【００６０】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＮＨ２＝（３０／１００）・１．０・１００００／３２＝９３．７５（ｍｏｌ）となる。
（ステップＳ７：循環水加ヒドラジンの濃度および密度の計測）
そして、Ｔ時間発電後において閉流路を循環する水加ヒドラジン（循環水加ヒドラジン）の、（７−１）ヒドラジン濃度ａ７（ｗｔ％）および（７−２）密度ρ７（ｇ／ｍＬ）が、濃度計２４および密度計４７によりそれぞれ計測されてコントロールユニット６に入力される。
（ステップＳ８：循環水加ヒドラジンの燃料情報の算出）
コントロールユニット６では、計測されたヒドラジン濃度および密度に基づいて、例えば、
（８−１）循環水加ヒドラジン中のヒドラジン重量ＷＨ８（ｇ）
（８−２）循環水加ヒドラジン中の水分重量ＷＷＡ８（ｇ）
（８−３）循環水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ８（ｍｏｌ）
（８−４）循環水加ヒドラジンの総量Ｖ８（ｍＬ）
が算出される。具体的には、
（８−１）ＷＨ８は、例えば、（循環水加ヒドラジンのヒドラジン濃度（７−１）／１００）×（循環水加ヒドラジンの密度（７−２））×（循環水加ヒドラジンの総量（８−４））で表わされる式を用いて算出される。（７−１）、（７−２）および（８−４）の値を用いることにより、ＷＨ８＝（ａ７／１００）・ρ７・Ｖ８と算出される。
（８−２）ＷＷＡ８は、例えば、（循環水加ヒドラジンの水分濃度（７−１）／１００）×（循環水加ヒドラジンの密度（７−２））×（循環水加ヒドラジンの総量（８−４））で表わされる式を用いて算出される。（７−１）、（７−２）および（８−４）の値を用いることにより、ＷＷＡ８＝（１００−ａ７）／１００・ρ７・Ｖ８と算出される。
（８−３）ＮＨ８は、例えば、（循環水加ヒドラジンのヒドラジン重量（８−１））／（ヒドラジンの分子量）で表わされる式を用いて算出される。（８−１）の値およびヒドラジンの分子量ＭＨを用いることにより、ＮＨ８＝ＷＨ８／ＭＨ＝ａ７／１００・ρ７・Ｖ８／ＭＨと算出される。
（８−４）Ｖ８は、例えば、｛（循環水加ヒドラジンのヒドラジン重量（８−１））＋（初期供給水加ヒドラジンの水分重量（２−５））＋（発電により生じた水分重量）｝／（循環水加ヒドラジンの密度（７−２））で表わされる式を用いて算出される。（８−１）、（２−５）、（７−２）の値および発電により生じた水分重量をＷＷＡ８´を用いることにより、Ｖ８＝（ＷＨ８＋ＷＷＡ２＋ＷＷＡ８´）／ρ７と算出される。
【００６１】
ここで、ＷＷＡ８´は、例えば、（発電により消費されたヒドラジン物質量ＮＨ８´）×（水の分子量ＭＷＡ）×（式（４−３）の量論係数ｎ）で表わされる式を用いて算出される。
ＮＨ８´は、例えば、（初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（２−６））―（発電後の循環水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（８−３））で表わされる式を用いて算出される。（２−６）および（８−３）の値を用いることにより、ＮＨ８´＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨ−（ａ７／１００）・ρ７・Ｖ８／ＭＨと算出される。
【００６２】
ヒドラジン１ｍｏｌの反応により水２ｍｏｌが発生することからｎ＝２であること（式（４−３）参照）およびＭＷＡ＝１８であることが考慮されて、ＷＷＡ８´が整理されることにより、ＷＷＡ８´＝｛（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨ−（ａ７／１００）・ρ７・Ｖ８／ＭＨ｝・１８・２と算出される。
算出されたＷＷＡ８´が（８−４）に代入されて整理されることにより、
（８−４）Ｖ８＝（ＷＨ８＋ＷＷＡ２＋ＷＷＡ８´）／ρ７＝［（ａ７／１００）・ρ７・Ｖ８＋｛（１００−ａ２）／１００｝・ρ２・Ｖ２＋｛（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨ−（ａ７／１００）・ρ７・Ｖ８／ＭＨ｝・１８・２］／ρ７と算出される。
【００６３】
Ｖ８を含む項が左辺に移項されて整理されることにより、
Ｖ８＝｛（ＭＨ−ＭＨ・（ａ２／１００）＋１８・２・（ａ２／１００））・ρ２・Ｖ２｝／（ＭＨ−ＭＨ・（ａ７／１００）＋１８・２・（ａ７／１００））・ρ７と算出される。
一例として、ａ７＝１５（ｗｔ％）、ρ７＝１．０（ｇ／ｍＬ）および上記した具体的な数値を代入して計算すると、Ｖ８＝｛（３２−３２・（３０／１００）＋１８・２・（３０／１００））・１．０・２００００｝／｛（３２−３２・（１５／１００）＋１８・２・（１５／１００））・１．０＝２０３６８（ｍＬ）となる。
【００６４】
これにより、（８−１）ＷＨ８＝（１５／１００）・１．０・２０３６８＝３０５５（ｇ）となる。また、（８−２）ＷＷＡ８＝（１００−１５）／１００・１．０・２０３６８＝１７３１３（ｇ）となる。さらに、（８−３）ＮＨ８＝１５／１００・１．０・２０３６８／３２＝９５．４８（ｍｏｌ）となる。
（ステップＳ９：仮定残存水加ヒドラジンの燃料情報の仮定）
循環水加ヒドラジンの燃料情報の算出後、補給時に際して排出すべき水加ヒドラジンの排出量が、例えば、
（９−１）仮定排出量Ｃ（ｍＬ）
と仮定される。そして、例えば、水加ヒドラジンをＣ（ｍＬ）排出した後に燃料タンク２２に残存すると予測される仮定残存燃料としての水加ヒドラジン（仮定残存水加ヒドラジン）の燃料情報（９−２）〜（９−７）が仮定される。なお、（９−２）および（９−３）については、仮定残存水加ヒドラジンが循環水加ヒドラジンをＣ（ｍＬ）排出しただけであることより、（７−１）および（７−２）と同じ値とされる。また、（９−４）については、Ｖ８−Ｃ（ｍＬ）と算出される。
（９−２）仮定残存水加ヒドラジンのヒドラジン濃度ａ７（ｗｔ％）
（９−３）仮定残存水加ヒドラジンの密度ρ７（ｇ／ｍＬ）
（９−４）仮定残存水加ヒドラジンの総量Ｖ８−Ｃ（ｍＬ）
（９−５）仮定残存水加ヒドラジン中のヒドラジン重量ＷＨ９（ｇ）
（９−６）仮定残存水加ヒドラジン中の水分重量ＷＷＡ９（ｇ）
（９−７）仮定残存水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ９（ｍｏｌ）
具体的には、
（９−５）ＷＨ９は、例えば、（仮定残存水加ヒドラジンのヒドラジン濃度（９−１）／１００）×（仮定残存水加ヒドラジンの密度（９−２））×（仮定残存水加ヒドラジンの総量（９−３））で表わされる式を用いて算出される。（９−１）〜（９−３）の値を用いることにより、ＷＨ９＝（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）と算出される。
【００６５】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＨ９＝（１５／１００）・１．０・（２０３６８−Ｃ）（ｇ）となる。
（９−６）ＷＷＡ９は、例えば、（仮定残存水加ヒドラジンの水分濃度（９−１）／１００）×（仮定残存水加ヒドラジンの密度（９−２））×（仮定残存水加ヒドラジンの総量（９−３））で表わされる式を用いて算出される。（９−１）〜（９−３）の値を用いることにより、ＷＷＡ９＝（１００−ａ７）／１００・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）と算出される。
【００６６】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＷＡ９＝（１００−１５）／１００・１．０・（２０３６８−Ｃ）（ｇ）となる。
（９−７）ＮＨ９は、例えば、（仮定残存水加ヒドラジンのヒドラジン重量（９−５））／（ヒドラジンの分子量）で表わされる式を用いて算出される。（９−５）の値およびヒドラジンの分子量ＭＨを用いることにより、ＮＨ９＝ＷＨ９／ＭＨ＝（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）／ＭＨと算出される。
【００６７】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＮＨ９＝（１５／１００）・１．０・（２０３６８−Ｃ）／３２（ｍｏｌ）となる。
（ステップＳ１０：仮定循環水加ヒドラジンの燃料情報の算出）
仮定残存水加ヒドラジンの燃料情報の仮定後、仮定残存水加ヒドラジンに補給水加ヒドラジンがＸ（ｍＬ）補給されたと仮定され、燃料タンク２２内にヒドラジン濃度の高められた仮定循環水加ヒドラジン（仮定循環燃料）が調製されたと仮定される。そして、仮定循環水加ヒドラジンの燃料情報として、例えば、（１０−１）〜（１０−５）が算出される。なお、（１０−５）については、仮定残存水加ヒドラジンに補給水加ヒドラジンをＸ（ｍＬ）加えただけであることにより、Ｖ８−Ｃ＋Ｘ（ｍＬ）と算出される。
（１０−１）仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン重量ＷＨ１０（ｇ）
（１０−２）仮定循環水加ヒドラジンの水分重量ＷＷＡ１０（ｇ）
（１０−３）仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ１０（ｍｏｌ）
（１０−４）仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン濃度ａ１０（ｗｔ％）
（１０−５）仮定循環水加ヒドラジンの総量Ｖ８−Ｃ＋Ｘ（ｍＬ）
具体的には、
（１０−１）ＷＨ１０は、例えば、（仮定残存水加ヒドラジンのヒドラジン重量（９−５））＋（補給水加ヒドラジンのヒドラジン重量（６−４））で表わされる式を用いて算出される。（９−５）および（６−４）の値を用いることにより、ＷＨ１０＝（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｘと算出される。
【００６８】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＨ１０＝（１５／１００）・１．０・（２０３６８−Ｃ）＋（３０／１００）・１．０・１００００（ｇ）となる。
（１０−２）ＷＷＡ１０は、例えば、（仮定残存水加ヒドラジンの水分重量（９−６））＋（補給水加ヒドラジンの水分重量（６−５））で表わされる式を用いて算出される。（９−６）および（６−５）の値を用いることにより、ＷＷＡ１０＝（１００−ａ７）／１００・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｘと算出される。
【００６９】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＷＷＡ１０＝（１００−１５）／１００・１．０・（２０３６８−Ｃ）＋（１００−３０）／１００・１．０・１００００（ｇ）となる。
（１０−３）ＮＨ１０は、例えば、（仮定残存水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（９−７））＋（補給水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（６−６））で表わされる式を用いて算出される。（９−７）および（６−６）を用いることにより、ＮＨ１０＝｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）／ＭＨ｝＋｛（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ／ＭＨ｝と算出される。
【００７０】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ＮＨ１０＝｛（１５／１００）・１．０・（２０３６８−Ｃ）／３２｝＋｛（３０／１００）・１．０・１００００／３２｝（ｍｏｌ）となる。
（１０−４）ａ１０は、例えば、（仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン重量（１０−１））／｛（仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン重量（１０−１））＋（仮定循環水加ヒドラジンの水分重量（１０−２））｝で表わされる式を用いて算出される。（１０−１）および（１０−２）の値を用いることにより、
ａ１０＝｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ｝／｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ＋（１００−ａ７）／１００・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｘ｝
＝｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ｝／｛（Ｖ８−Ｃ）・ρ７＋ρ２・Ｘ｝と算出される。
【００７１】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、ａ１０＝｛（１５／１００）・１．０・（２０３６８−Ｃ）＋（３０／１００）・１．０・１００００｝／｛（２０３６８−Ｃ）・１．０＋１．０・１００００｝（ｗｔ％）となる。
（ステップＳ１１：発電後の仮定循環水加ヒドラジンの燃料情報の算出）
仮定循環水加ヒドラジンの燃料情報算出後、仮定循環水加ヒドラジンが閉流路を循環して発電されたと仮定され、その発電によりヒドラジンが全消費されたと仮定される。そして、ヒドラジン全消費後の仮定循環水加ヒドラジンの燃料情報として、例えば、（１１−１）〜（１１−３）が算出される。
（１１−１）発電後の仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン濃度ａ１１（ｗｔ％）
（１１−２）発電後の仮定循環水加ヒドラジンの密度ρ１１（ｇ／ｍＬ）
（１１−３）発電後の仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ１１（ｍｏｌ）
（１１−４）発電後の仮定循環水加ヒドラジンの総量Ｖ１１（ｍＬ）
具体的には、
（１１−１）ａ１１は、仮定循環水加ヒドラジン中のヒドラジンが発電反応により全消費されているので、ａ１１＝０（ｗｔ％）と算出される。
（１１−２）ρ１１は、仮定循環水加ヒドラジン中のヒドラジンが全消費される発電反応により、燃料タンク２２内の貯留物は全て水に変換されるので、ρ１１＝１（ｇ／ｍＬ）と算出される。
（１１−３）ＮＨ１１は、仮定循環水加ヒドラジン中のヒドラジンが発電反応により全消費されているので、ＮＨ１１＝０（ｍｏｌ）と算出される。
（１１−４）Ｖ１１は、例えば、｛（発電前の仮定循環水加ヒドラジンの水分重量（１０−２））＋（発電により生じた水分重量）｝／（発電後の仮定循環水加ヒドラジンの密度（１１−２））で表わされる式を用いて算出される。（１０−２）、（１１−２）の値および発電により生じた水分重量をＷＷＡ１１´を用いることにより、Ｖ１１＝（ＷＷＡ１０＋ＷＷＡ１１´）／１と算出される。
【００７２】
ここで、ＷＷＡ１１´は、例えば、（発電により消費されたヒドラジン物質量ＮＨ１１´）×（水の分子量ＭＷＡ）×（式（４−３）の量論係数ｎ）で表わされる式を用いて算出される。
ＮＨ１１´は、例えば、（発電前の仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（１０−３））―（発電後の仮定循環水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（１１−３））で表わされる式を用いて算出される。（１０−３）および（１１−３）の値を用いることにより、ＮＨ１１´＝｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）／ＭＨ｝＋｛（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ／ＭＨ｝−０と算出される。
【００７３】
ヒドラジン１ｍｏｌの反応により水２ｍｏｌが発生することからｎ＝２であること（式（４−３）参照）およびＭＷＡ＝１８であることが考慮されて、ＷＷＡ１１´が整理されることにより、ＷＷＡ１１´＝（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）／ＭＨ｝＋｛（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ／ＭＨ｝・１８・２と算出される。
算出されたＷＷＡ１１´が（１１−４）に代入されて整理されることにより、
（１１−４）Ｖ１１＝ＷＷＡ１０＋ＷＷＡ１１´＝｛（１００−ａ７）／１００・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｘ｝＋｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）／ＭＨ＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ／ＭＨ｝・１８・２と算出される。
【００７４】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、Ｖ１１＝｛（１００−１５）／１００・１．０・（２０３６８−Ｃ）＋（１００−３０）／１００・１．０・１００００｝＋｛（１５／１００）・１．０・（２０３６８−Ｃ）／３２＋（３０／１００）・１．０・１００００／３２｝・１８・２（ｍＬ）となる。
（ステップＳ１２：仮定残存水加ヒドラジンの総量Ｖ８−Ｃの算出）
発電後の仮定循環水加ヒドラジンの燃料情報の算出後、（ヒドラジンの全消費時点における燃料タンク２２内の水加ヒドラジンの総量Ｖ）＝（燃料タンク２２の満杯量Ｖｍａｘ）で表わされる等式（４−４）の条件に基づき、（ヒドラジンが全消費された仮定循環水加ヒドラジンの総量Ｖ１１）＝（燃料タンク２２の満杯量Ｖｍａｘ）で表わされる等式（１２−１）が導かれる。
【００７５】
そして、等式（１２−１）が整理されることにより、ステップＳ９で仮定された仮定残存水加ヒドラジンの総量Ｖ８−Ｃが算出される。
ここで、（１２−２）Ｖｍａｘは、例えば、（初期供給水加ヒドラジンの水分体積ＶＷＡ２）＋（発電により生じる生成水の体積ＶＷＡ１２´）で表わされる式を用いて算出される。
【００７６】
ＶＷＡ２は、例えば、（初期供給水加ヒドラジンの水分重量（２−５））／（水の密度）で表わされる式を用いて算出される。（２−５）の値および水の密度（＝１ｇ／ｍＬ）を用いることにより、ＶＷＡ２＝（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｖ２と算出される。
一方、ＶＷＡ１２´は、（発電により消費されたヒドラジン物質量ＮＨ１２´）×（水の分子量ＭＷＡ）×（式（４−３）の量論係数ｎ）／（水の密度）で表わされる式を用いて算出される。
【００７７】
ＮＨ１２´は、（初期供給水加ヒドラジンのヒドラジン物質量（２−６））―（発電後の水加ヒドラジンのヒドラジン物質量）で表わされる式を用いて算出される。（２−６）の値および発電後の水加ヒドラジンのヒドラジン物質量ＮＨ１２（＝０）であることが考慮されることにより、ＮＨ１２´＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨと算出される。
ヒドラジン１ｍｏｌの反応により水２ｍｏｌが発生することからｎ＝２であること（式（４−３）参照）およびＭＷＡ＝１８であることが考慮されて、ＶＷＡ１２´が整理されることにより、ＶＷＡ１２´＝（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨ・１８・２と算出される。
【００７８】
算出されたＶＷＡ２およびＶＷＡ１２´が（１２−１）に代入されて整理されることにより、
（１２−２）Ｖｍａｘ＝ＶＷＡ２＋ＶＷＡ１２´＝（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｖ２＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨ・１８・２と算出される。
一例として、上記した具体的な数値を代入して算出すると、Ｖｍａｘ＝（１００−３０）／１００・１．０・２００００＋（３０／１００）・１．０・２００００／３２・１８・２＝２０７５０（ｍＬ）となる。
【００７９】
そして、算出されたＶｍａｘおよびＶ１１が等式（１２−１）に代入されることにより、下記の等式（１２−３）が導かれる。
｛（１００−ａ７）／１００・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）＋（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｘ｝＋｛（ａ７／１００）・ρ７・（Ｖ８−Ｃ）／ＭＨ＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｘ／ＭＨ｝・１８・２＝（１００−ａ２）／１００・ρ２・Ｖ２＋（ａ２／１００）・ρ２・Ｖ２／ＭＨ・１８・２・・・（１２−３）
この等式（１２−３）が整理されることにより、
Ｖ８−Ｃ＝［ρ２｛ＭＨ−ＭＨ・（ａ２／１００）＋１８・２・（ａ２／１００）｝］／［ρ７｛ＭＨ−ＭＨ・（ａ７／１００）＋１８・２・（ａ７／１００）｝（Ｖ２−Ｘ）と導かれる。
【００８０】
そして、この等式（１２−３）が参照されることにより、（９−４）Ｖ８−Ｃが算出される。
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、Ｖ８−Ｃ＝［１．０｛３２−３２・（３０／１００）＋１８・２・（３０／１００）｝］／［１．０｛３２−３２・（１５／１００）＋１８・２・（１５／１００）｝（２００００−１００００）＝１０１８４（ｍＬ）となる。
（ステップＳ１３：水加ヒドラジンの排出量Ｃを算出）
（９−４）Ｖ８−Ｃの算出後、さらに等式（１２−３）において、左辺のＣが右辺に移項され、右辺の項が左辺に移項される。これにより、等式（１３−１）が導かれる。
Ｖ８−［ρ２｛ＭＨ−ＭＨ・（ａ２／１００）＋１８・２・（ａ２／１００）｝］／［ρ７｛ＭＨ−ＭＨ・（ａ７／１００）＋１８・２・（ａ７／１００）｝（Ｖ２−Ｘ）＝Ｃ・・・（１３−１）
そして、この等式（１３−１）が参照されることにより、（９−１）仮定排出量Ｃ（ｍＬ）が算出される。
【００８１】
一例として、上記した具体的な数値を代入して計算すると、Ｃ＝２０３６８−［１．０｛３２−３２・（３０／１００）＋１８・２・（３０／１００）｝］／［１．０｛３２−３２・（１５／１００）＋１８・２・（１５／１００）｝（２００００−１００００）＝１０１８４（ｍＬ）となる。
（ステップＳ１４：水加ヒドラジンの排出）
（９−１）仮定排出量Ｃ（ｍＬ）の算出後、排出用ホース５３を用いて、発電後の循環水加ヒドラジンがＣ（ｍＬ）排出される。
（ステップＳ１５：水加ヒドラジンの補給）
循環水加ヒドラジンの排出後、補給水加ヒドラジンがＸ（ｍＬ）補給される。
【００８２】
水加ヒドラジン補給後、発電を続けると、図３に示すように、水加ヒドラジンのヒドラジン濃度が破直線ＢＸ＋ａ２と平行に減少し（図３の太破線参照）、その一方で水加ヒドラジンの総量が実直線ＡＸ＋Ｖ２と平行に増加することとなる（図３の太実線参照）。
そして、水加ヒドラジンの総量の増加に伴って燃料タンク２２内の水加ヒドラジンの液面が上昇してフロート３２に達すると、フロート３２が浮上してフロートスイッチ２９のＯＮ−ＯＦＦ切替が行なわれ、その電気信号が端子部３０からコントロールユニット６に出力される。これにより、燃料タンク２２内の水加ヒドラジンの総量が満杯量Ｖｍａｘに達したことが検出される。また、水加ヒドラジン中のヒドラジンが全消費されたことにより、燃料電池システム２による発電が終了する。
３．作用効果
上記した燃料電池システム２および燃料供給方法によれば、補給水加ヒドラジンの供給に際して、補給水加ヒドラジン供給後の循環水加ヒドラジンに含有されるヒドラジンが全消費された時点において、（ヒドラジンが全消費された仮定循環水加ヒドラジンの総量Ｖ１１）＝（燃料タンク２２の満杯量Ｖｍａｘ）で表わされる等式（１２−１）が満たされるように、水加ヒドラジンの排出量Ｃ（ｍＬ）が算出される（ステップＳ１３）。
【００８３】
そのため、その算出結果に基づいて、水加ヒドラジンを不要量（Ｃ（ｍＬ））だけ排出することができる。したがって、補給水加ヒドラジン供給前の循環水加ヒドラジンに含有されるヒドラジンを有効に利用することができる。その結果、効率的に燃料補給することができる。
また、水加ヒドラジン補給後の循環水加ヒドラジンに含有されるヒドラジンが消費され、水加ヒドラジンの総量が増加し続けても、その総量の上限を燃料タンク２２の満杯量Ｖｍａｘに制限することができる。また、フロート３２が燃料供給口２６よりも低い位置に設けられているため、燃料タンク２２内の水加ヒドラジンの液面が燃料供給口２６に達する前に、水加ヒドラジンの満杯を検知することができる。その結果、水加ヒドラジンの総量を簡易に管理することができる。
【００８４】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲で、適宜設計を変形することができる。
例えば、上記した実施形態では、液体燃料が水加ヒドラジンである場合を例示したが、液体燃料は、例えば、無水ヒドラジン、メタノール、ジメチルエーテルなどであってもよい。
【００８５】
液体燃料がメタノールである場合には、燃料電池３において下記式（４−１）´〜（４−３）´で示される電気化学反応が生じ、起電力が発生する。
（４−１）´ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１１での反応）
（４−２）´Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−           （カソード電極１６での反応）
（４−３）´ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ     （燃料電池３全体での反応）
また、水加ヒドラジンの排出量Ｃ（ｍＬ）を算出するマイクロコンピュータを燃料供給装置５１に備えることにより、排出量Ｃ（ｍＬ）の算出を燃料供給装置５１において実行することもできる。この場合、ステップＳ７で計測された循環水加ヒドラジンの、（７−１）ヒドラジン濃度ａ７（ｗｔ％）および（７−２）密度ρ７（ｇ／ｍＬ）は、コントロールユニット６から燃料供給装置５１に送信することができる。
【００８６】
また、各水加ヒドラジンの密度は、濃度計２４により測定されるヒドラジン濃度に基づいて算出することもできる。
本発明の燃料電池システムの用途としては、上記実施形態に示した電動車両の他、鉄道、船舶、航空機などが挙げられる。
【符号の説明】
【００８７】
２    燃料電池システム
３    燃料電池
６    コントロールユニット
２１  循環管
２２  燃料タンク
２４  濃度計
２９  フロートスイッチ
【図１】
2010176977.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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