(57)【要約】【課題】比較的小さな電力から、比較的大きな電力まで幅広く発電することができるとともに、発電する電力を、精度よく制御することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】  燃料電池３、燃料成分と水とを含有する希釈燃料を貯留する第１燃料タンク３１、および、燃料成分を希釈燃料よりも高濃度に含有する高濃度燃料を貯留する第２燃料タンク３２を備え、常には、第１燃料タンク３１から燃料電池３へ、希釈燃料を供給し、燃料電池３の発電を促進させるときには、第２燃料タンク３２から燃料電池３へ、高濃度燃料を供給するように、希釈燃料および高濃度燃料の流路を制御する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体の燃料成分を消費して発電する燃料電池、
前記燃料成分と水とを含有する希釈燃料を貯留する第１燃料タンク、
前記燃料成分を前記希釈燃料よりも高濃度に含有する高濃度燃料を貯留する第２燃料タンク、
前記第１燃料タンクから前記燃料電池へ、前記希釈燃料を供給する第１供給ライン、
前記第２燃料タンクから前記燃料電池へ、前記高濃度燃料を供給する第２供給ライン、および、
常には、前記第１燃料タンクから、前記第１供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記希釈燃料を供給し、前記燃料電池の発電を促進させるときには、前記第２燃料タンクから、前記第２供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記高濃度燃料を供給するように、前記希釈燃料および前記高濃度燃料の流路を制御する流路制御手段を備えることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１供給ラインは、前記第１燃料タンクと前記燃料電池とに接続され、
前記第２供給ラインは、前記第２燃料タンクと前記第１供給ラインとに接続され、
前記第２供給ラインと前記第１供給ラインとの接続部よりも前記第１燃料タンク側において、前記第１燃料タンクから前記燃料電池へ、前記希釈燃料を送るポンプを備え、
前記流路制御手段は、前記燃料電池の発電を促進させるときには、
前記第１燃料タンクから、前記第１供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記希釈燃料を供給するとともに、
前記第２燃料タンクから、前記第２供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記高濃度燃料を供給するように、前記希釈燃料および前記高濃度燃料の流路を制御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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料が供給される燃料電池を備える燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体燃料が直接供給される液体燃料直接供給形燃料電池として、例えば、直接メタノール形燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）、直接ジメチルエーテル形燃料電池（ＤＤＦＣ：Direct Dimethyl ether Fuel Cell）などが知られている。
液体燃料直接供給形燃料電池は、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】
また、このような液体燃料直接供給形燃料電池として、例えば、アニオン交換膜からなる電解質層と、電解質層を挟んで対向配置される燃料側電極および酸素側電極とを備える燃料電池において、燃料側電極に、燃料として、ヒドラジンなどの、少なくとも水素および窒素を含有する化合物を供給する燃料電池が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−２４４９６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかるに、上記した特許文献１に記載の燃料電池では、燃料を水などで希釈して、その希釈物を燃料電池に供給している。
そのため、発電する電力を調節するためには、例えば、希釈物の供給量を調節することが検討される。
しかし、大きな電力が必要とされる場合に、必要な電力に応じて希釈物の供給量を増加させると、燃料側電極に高い圧力がかかり、その圧力によって、燃料がアニオン交換膜を透過し、酸素側電極上で、燃料の分解反応が起こってしまう場合がある。この場合には、燃料側電極と酸素側電極との電位差が低下してしまうため、得られる電力が低下してしまうという不具合がある。
【０００６】
また、燃料側電極に高い圧力がかかることを防ぐために、予め高濃度の希釈物を使用し、供給量を抑えて大きな電力を発電させることが検討される。
しかし、高濃度の希釈物を使用する場合には、希釈物の粘度が高くなり、希釈物の流動性が低下するため、燃料の供給量の精密な制御が困難になるという不具合がある。
そこで、本発明の目的は、比較的小さな電力から、比較的大きな電力まで幅広く発電することができるとともに、発電する電力を、精度よく制御することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、本発明の燃料電池システムは、液体の燃料成分を消費して発電する燃料電池、前記燃料成分と水とを含有する希釈燃料を貯留する第１燃料タンク、前記燃料成分を前記希釈燃料よりも高濃度に含有する高濃度燃料を貯留する第２燃料タンク、前記第１燃料タンクから前記燃料電池へ、前記希釈燃料を供給する第１供給ライン、前記第２燃料タンクから前記燃料電池へ、前記高濃度燃料を供給する第２供給ライン、および、常には、前記第１燃料タンクから、前記第１供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記希釈燃料を供給し、前記燃料電池の発電を促進させるときには、前記第２燃料タンクから、前記第２供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記高濃度燃料を供給するように、前記希釈燃料および前記高濃度燃料の流路を制御する流路制御手段を備えることを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、常には、第１燃料タンクから燃料電池へ、希釈燃料が供給され、燃料電池は、比較的小さな電力を発電している。そして、より大きな電力が必要となり、燃料電池の発電を促進させるときには、第２燃料タンクから燃料電池へ、高濃度燃料が供給され、燃料電池は、比較的大きな電力を発電することができる。
そのため、比較的小さな電力を発電している状態から、より大きな電力が必要となるタイミングで、精度よく、発電する電力を増加させることができる。
【０００９】
また、この構成によれば、希釈燃料の供給量を増加させることなく、燃料電池の発電を促進させることができる。
しかも、燃料電池の発電を促進させるときにだけ、高濃度燃料の供給量を制御すればよく、高濃度燃料の流動性が低い場合でも、高濃度燃料の供給量を、容易に制御することができる。
【００１０】
また、燃料電池に供給された高濃度燃料を、燃料電池中において、希釈燃料と混合して消費することができるので、高濃度燃料の供給量が変動した場合でも、その変動を緩和することができる。
そのため、燃料電池に供給される燃料成分の供給量を、容易に制御することができる。
その結果、比較的小さな電力から、比較的大きな電力まで幅広く発電することができるとともに、発電する電力を、精度よく制御することができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムは、前記第１供給ラインは、前記第１燃料タンクと前記燃料電池とに接続され、前記第２供給ラインは、前記第２燃料タンクと前記第１供給ラインとに接続され、前記第２供給ラインと前記第１供給ラインとの接続部よりも前記第１燃料タンク側において、前記第１燃料タンクから前記燃料電池へ、前記希釈燃料を送るポンプを備え、前記流路制御手段は、前記燃料電池の発電を促進させるときには、前記第１燃料タンクから、前記第１供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記希釈燃料を供給するとともに、前記第２燃料タンクから、前記第２供給ラインを介して、前記燃料電池へ、前記高濃度燃料を供給するように、前記希釈燃料および前記高濃度燃料の流路を制御することが好適である。
【００１２】
この構成によれば、燃料電池の発電を促進させるときには、第１燃料タンクから燃料電池へ、希釈燃料が供給されるとともに、第２燃料タンクから燃料電池へ、高濃度燃料が供給される。
すなわち、より大きな電力が必要となり、燃料電池の発電を促進させるときには、常に燃料電池に供給されている希釈燃料に、高濃度燃料を混合して、燃料電池に供給することができる。
【００１３】
そのため、高濃度燃料の流動性が低い場合でも、より大きな電力が必要となるタイミングで、高濃度燃料を、安定して、精度よく燃料電池に供給することができる。
その結果、発電する電力を、より一層、精度よく制御することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明の燃料電池システムによれば、比較的小さな電力から、比較的大きな電力まで幅広く発電することができるとともに、発電する電力を、精度よく制御することができる
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【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】本発明の実施例におけるセル電圧と電流との関係を示す相関図である。
【図３】本発明の変形例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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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、燃料電池を動力源とする車両であって、燃料電池システム２を搭載している。
【００１７】
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、流路制御手段の一例としての制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体の燃料成分が直接供給されるアニオン交換形燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。
【００１８】
燃料電池３に供給される燃料成分としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（水加ヒドラジン、無水ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
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。
【００１９】
電解質層８は、アニオン成分が移動可能な層であり、例えば、アニオ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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全体に燃料成分を接触させるための燃料供給路１３が形成される。
【００２３】
燃料供給路１３には、燃料成分をアノード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、燃料成分をアノード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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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が他端側に形成されている。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、希釈燃料を貯蔵するための第１燃料タンク３１、高濃度燃料を貯留する第２燃料タンク３２、第１供給ライン３３、第２供給ライン３４、および、燃料電池３から第１燃料タンク３１へ使用後および未反応の燃料成分を排出する排出ライン３５を備えている。
【００２７】
第１燃料タンク３１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。第１燃料タンク３１には、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、水で希釈した希釈燃料が貯蔵されている。
希釈燃料は、例えば、燃料成分を、５〜８０ｗｔ％、好ましくは、１０〜６０ｗｔ％、含有している。
【００２８】
第２燃料タンク３２は、第１燃料タンク３１と燃料電池３との間に配置されている。第２燃料タンク３２には、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、希釈燃料よりも高濃度に含有するように、必要により水で希釈した高濃度燃料が貯蔵されている。
高濃度燃料は、例えば、燃料成分を、２０〜１００ｗｔ％、好ましくは、６０〜１００ｗｔ％、含有している。
【００２９】
第１供給ライン３３は、第１燃料タンク３１と、燃料電池３の燃料供給口１４とに接続され、第１燃料タンク３１から燃料電池３へ希釈燃料を供給する。また、第１供給ライン３３の途中には、燃料供給弁３６、ポンプの一例としての燃料供給ポンプ３７、および、濃度センサ３９が、第１燃料タンク３１から燃料供給口１４へ向かう方向に沿って、順次、設けられている。なお、第１供給ライン３３と第１燃料タンク３１とは、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００３０】
燃料供給弁３６は、第１供給ライン３３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３６は、コントロールユニット５１（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット５１（後述）からの制御信号が、燃料供給弁３６に入力可能とされる。
燃料供給ポンプ３７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。燃料供給ポンプ３７は、コントロールユニット５１（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット５１（後述）からの制御信号が、燃料供給ポンプ３７に入力可能とされる。
【００３１】
濃度センサ３９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、濃度センサ３９は、コントロールユニット５１（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００３２】
第２供給ライン３４は、一方側端部が、第２燃料タンク３２に接続され、他方側端部が、燃料供給ポンプ３７と、濃度センサ３９との間において、第１供給ライン３３に接続されている。すなわち、第２供給ライン３４と第１供給ライン３３との接続部よりも第１燃料タンク３１側（後側）において、燃料供給ポンプ３７が備えられている。
また、第２供給ライン３４は、第２燃料タンク３２から、第１供給ライン３３を介して、燃料電池３へ、高濃度燃料を供給する。また、第２供給ライン３４の途中には、高濃度燃料供給弁３８が設けられている。
【００３３】
高濃度燃料供給弁３８は、第２供給ライン３４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、高濃度燃料供給弁３８は、コントロールユニット５１（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット５１（後述）からの制御信号が、高濃度燃料供給弁３８に入力可能とされる。
【００３４】
排出ライン３５は、燃料電池３の燃料排出口１５と、第１燃料タンク３１とに接続され、燃料排出口１５から排出される使用後および未反応の燃料成分を、第１燃料タンク３１に供給する。これにより、燃料電池３と燃料給排部４との間には、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。
（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。
【００３５】
空気供給ライン４１は、その一方側端部が大気中に開放され、他方側端部が空気供給口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および空気供給弁４４が設けられている。
空気供給ポンプ４３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４３は、コントロールユニット５１（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット５１（後述）からの制御信号が、空気供給ポンプ４３に入力可能とされる。
【００３６】
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。また、空気供給弁４４は、コントロールユニット５１（後述）に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット５１（後述）からの制御信号が、空気供給弁４４に入力可能とされる。
空気排出ライン４２は、その一方側端部が空気排出口２０に接続され、他方側端部がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、コントロールユニット５１、アクセルセンサ５２および車速センサ５３を備えている。
【００３７】
コントロールユニット５１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。
アクセルセンサ５２は、電動車両１のアクセルペダルの踏み込み量（アクセル開度）を検出する公知のアクセルセンサであって、コントロールユニット５１に電気的に接続されている。アクセルセンサ５２は、検出したアクセル開度を電気信号に変換し、コントロールユニット５１に出力する。
【００３８】
車速センサ５３は、例えば、電動車両１の出力軸（アウトプットシャフト）の回転速度を検出する公知の車速センサであって、コントロールユニット５１に電気的に接続されている。車速センサ５３は、検出した回転速度を電気信号に変換し、コントロールユニット５１に出力する。
（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６１を備えている。
【００３９】
モータ６１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６１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。
また、動力部７は、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２を備えている。ＤＣ／ＤＣコンバータ６２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。
【００４０】
ＤＣ／ＤＣコンバータ６２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６３が接続されている。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２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６４が接続されている。
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２は、コントロールユニット５１に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、コントロールユニット５１からの制御信号が、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２に入力可能とされる。
【００４１】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２には、モータ６１とバッテリ（図示せず）とが並列に電気接続されている。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２のスイッチング機能により、燃料電池３で発生した起電力をモータ６１もしくはバッテリ（図示せず）に、またはモータ６１およびバッテリ（図示せず）に同時に供給することができる。
モータ６１とＤＣ／ＤＣコンバータ６２との間には、インバータ６５が直列に接続されている。インバータ６５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。これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２からモータ６１への電力は、インバータ６５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６１に供給される。
２．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、燃料供給弁３６が開かれ、燃料供給ポンプ３７が駆動されることにより、希釈燃料が第１供給ライン３３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。
【００４２】
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。
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。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
【００４３】
（１）  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１１での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−              （カソード電極１６での反応）
（３）  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ      （燃料電池３全体での反応）
すなわち、メタノールが供給されたアノード電極１１では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極１６での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。
【００４４】
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（２）参照）。
【００４５】
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。
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。すなわち、燃料電池３は、燃料成分を消費して発電する。
【００４６】
そして、動力部７では、発生した起電力が、正極配線６３および負極配線６４を介してＤＣ／ＤＣコンバータ６２に送電され、ＤＣ／ＤＣコンバータ６２のスイッチング動作により、モータ６１および／またはバッテリ（図示せず）に送電される。そして、モータ６１では、インバータ６５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、バッテリ（図示せず）では、受電された電力が充電される。
【００４７】
また、燃料給排部４では、燃料供給ポンプ３７の駆動力により、アノード９から排出される使用後の希釈燃料および高濃度燃料が、排出ライン３５に流入し、排出ライン３５を通過して第１燃料タンク３１に流入する。第１燃料タンク３１に流入した使用後の希釈燃料および高濃度燃料に含有される液体成分（燃料成分（ＣＨ３ＯＨ）、水）は、未使用の希釈燃料と混合され、再びアノード９へ供給される。このようにして、燃料成分が、クローズドライン（第１供給ライン３３、燃料供給路１３および排出ライン３５）を循環する。
【００４８】
なお、使用後の希釈燃料および高濃度燃料に含まれる気体成分（ＣＯ２、水蒸気）は、排気ライン４０から排気される。
また、例えば、燃料成分がヒドラジンである場合には、電気化学反応は、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （アノード電極１１での反応）
（５）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−          （カソード電極１６での反応）
（６）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ             （燃料電池３全体での反応）
なお、この場合には、使用後の希釈燃料および高濃度燃料に含有される液体成分には、Ｎ２Ｈ４および水が含まれ、気体成分には、Ｎ２および水蒸気が含まれている。
３．燃料給排部の動作
上記した燃料電池システム２では、電動車両１の走行中において、アクセルペダルを踏み込まず、一定の速度で走行しているときには、継続的に速度を維持する分の起電力を得るために、常時、第１燃料タンク３１から、第１供給ライン３３を介して、燃料電池３へ、希釈燃料が供給されている。
【００４９】
このとき、コントロールユニット５１は、濃度センサ３９からの電気信号に基づいて、燃料供給弁３６の開閉、および、燃料供給ポンプ３７の流量を制御することにより、希釈燃料の供給量を制御して、燃料電池３のアノード９に供給される燃料成分を、一定量に保っている。
そして、電動車両１のアクセルペダルを踏み込んで、電動車両１を加速させるときには、まず、アクセルセンサ５２からの電気信号に基づいて、コントロールユニット５１が、アクセル開度に対応した燃料成分の濃度を計算する。
【００５０】
次いで、コントロールユニット５１が、濃度センサ３９からの電気信号に基づいて、アノード９に供給されている燃料成分の濃度と、アクセル開度に対応した燃料成分の濃度とを比較する。
そして、アノード９に供給されている燃料成分の濃度が、アクセル開度に対応した燃料成分の濃度に達していなければ、コントロールユニット５１は、高濃度燃料供給弁３８を開放する。
【００５１】
そして、濃度センサ３９によって、アノード９に供給されている燃料成分の濃度をモニターしながら、必要量の高濃度燃料を、第２燃料タンク３２から、第２燃料タンク３４を介して、第１供給ライン３３へ供給する。
第１供給ライン３３へ供給された高濃度燃料は、第１供給ライン３３を流れる希釈燃料に混合され、希釈燃料とともに燃料電池３のアノード９へ供給される。すなわち、アノード９に供給されている燃料成分の濃度は、高濃度燃料が混合されることによって高くなる。
【００５２】
そして、アノード９に供給されている燃料成分の濃度が、アクセル開度に対応した燃料成分の濃度に達したことを確認して、コントロールユニット５１は、高濃度燃料供給弁３８を閉鎖する。
４．作用効果
この燃料電池システム２によれば、常には、第１燃料タンク３１から燃料電池３へ、希釈燃料が供給され、燃料電池３は、比較的小さな電力を発電している。そして、アクセルペダルが踏み込まれて、より大きな電力が必要となり、燃料電池３の発電を促進させるときには、第２燃料タンク３２から燃料電池３へ、高濃度燃料が供給され、燃料電池３は、アクセル開度に対応して、比較的大きな電力を発電することができる。
【００５３】
そのため、比較的小さな電力を発電している状態から、アクセルペダルが踏み込まれて、より大きな電力が必要となるタイミングで、精度よく、発電する電力を増加させることができる。
また、この燃料電池システム２によれば、高濃度燃料は、燃料電池３の発電を促進させるときにだけ、燃料電池３に供給される。
【００５４】
また、この燃料電池システム２によれば、希釈燃料の供給量を増加させることなく、アノード電極１１に高い圧力がかかることを防ぎながら、燃料電池３の発電を促進させることができる。
しかも、燃料電池３の発電を促進させるときにだけ、高濃度燃料の供給量を制御すればよく、高濃度燃料の流動性が低い場合でも、高濃度燃料の供給量を、容易に制御することができる。
【００５５】
また、燃料電池３に供給された高濃度燃料を、燃料電池３中において、希釈燃料と混合して消費することができるので、高濃度燃料の供給量が変動した場合でも、その変動を緩和することができる。
そのため、燃料電池３に供給される燃料成分の供給量を、容易に制御することができる。
【００５６】
その結果、比較的小さな電力から、比較的大きな電力まで幅広く発電することができるとともに、発電する電力を、精度よく制御することができる。
また、この燃料電池システム２によれば、燃料電池３の発電を促進させるときには、第１燃料タンク３１から燃料電池３へ、希釈燃料が供給されるとともに、第２燃料タンク３２から燃料電池３へ、高濃度燃料が供給される。
【００５７】
すなわち、より大きな電力が必要となり、燃料電池の発電を促進させるときには、常に燃料電池３に供給されている希釈燃料に、高濃度燃料を混合して、燃料電池に供給することができる。
そのため、高濃度燃料の流動性が低い場合でも、より大きな電力が必要となるタイミングで、高濃度燃料を、安定して、精度よく燃料電池３に供給することができる。
【００５８】
その結果、発電する電力を、より一層、精度よく制御することができる。
また、上記したように、燃料電池３のアノード９から排出される使用後の希釈燃料および高濃度燃料に含有される液体成分には、未反応の燃料成分（ＣＨ３ＯＨまたはＮ２Ｈ４）および水が含まれている。
そのため、使用後の希釈燃料および高濃度燃料に含有される液体成分が第１燃料タンク３１に供給されると、液体成分中の水によって希釈燃料が希釈されて、希釈燃料の燃料成分濃度が低下する。
【００５９】
これにより、例えば、長期の走行により、希釈燃料の燃料成分濃度が低下したときには、燃料電池３の発電を促進させることが、より困難になる。
一方、この燃料電池システム２によれば、希釈燃料の燃料成分濃度が低下している場合でも、より大きな電力が必要となるタイミングで、高濃度燃料を燃料電池３に供給し、燃料電池３の発電を促進させることができる。
【実施例】
【００６０】
燃料電池として、電解質膜としてアニオン交換膜を備え、電解質層の一方面にアノード電極を備え、電解質層の他方面にカソード電極を備えるアニオン交換形燃料電池を実験用に構成した。希釈燃料として、約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液を調製した。高濃度燃料として、約６０ｗｔ％のヒドラジン水溶液を調整した。
そして、アニオン交換型燃料電池のアノードに、１００ｍｌ／ｍｉｎの流量で、約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液を供給した。
【００６１】
同時に、アニオン交換型燃料電池のカソードに、１７Ｌ／ｍｉｎの流量で、空気を供給した。
すると、アニオン交換型燃料電池の各電極（アノード電極およびカソード電極）において電気化学反応が生じ、電流が１００Ａであり、電圧が０．３３８Ｖである起電力が発生した。また、このときのアニオン交換型燃料電池の温度は、７２〜７５℃であった。
【００６２】
次いで、約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液のアノードへの供給路に、約６０ｗｔ％のヒドラジン水溶液を３００ｍｌ供給し、約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液と、約６０ｗｔ％のヒドラジン水溶液とを混合してアノードへ供給した。
なお、このときアノードに供給されたヒドラジン水溶液の濃度は、試算において、１７〜６０ｗｔ％と見積もられた。
【００６３】
すると、アニオン交換型燃料電池は、電流が１００Ａであり、電圧が０．４６１Ｖである起電力を発生した。
約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液に、約６０ｗｔ％のヒドラジン水溶液を混合してアノードへ供給することにより、短時間で精度よく、電圧を０．３３８Ｖから０．４６１Ｖに向上させることができ、アニオン交換型燃料電池の起電力を向上させることができた。結果を図２に示す。
【００６４】
なお、図２においては、約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液の流量を制御し、電流が０Ａから１００Ａになるまでの、電流とセル電圧との関係をプロットしている。そして、電流が１００Ａになったときに、上記実施例に示すように、約６０ｗｔ％のヒドラジン水溶液を供給した後、引き続き、約１０ｗｔ％のヒドラジン水溶液の流量を制御し、電流が１００Ａから２００Ａになるまでの、電流とセル電圧との関係をプロットしている。
５．変形例
図３は、本発明の変形例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。
【００６５】
上記した実施形態では、第２供給ライン３４は、第１供給ライン３３に接続され、高濃度燃料は、第１供給ライン３３を流れる希釈燃料に混合され、希釈燃料とともにアノード９へ供給されている。
しかし、図３に示すように、燃料電池３には、２つの燃料供給口１４が並列配置され、第１供給ライン３３と、第２供給ライン３４とが、それぞれ、燃料供給口１４に接続されていてもよい。そして、高濃度燃料は、直接、アノード９へ供給されていてもよい。
【００６６】
変形例においても、上記した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
なお、上記した変形例においては、制御部６は、第１燃料タンク３１から燃料電池３へ、常に希釈燃料を供給しながら、より大きな電力が必要となるタイミングで、第２燃料タンク３２から燃料電池３へ、高濃度燃料を供給するようにしてもよく、また、より大きな電力が必要となるタイミングで、希釈燃料の供給と、高濃度燃料の供給とを切り替えるようにしてもよい。
【００６７】
いずれの変形例においても、上記した実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００６８】
３      燃料電池
６      制御部
３１    第１燃料タンク
３２    第２燃料タンク
３３    第１供給ライン
３４    第２供給ライン
３７    燃料供給ポンプ
【図１】
2010225470.tif 000003
【図２】
2010225470.tif 000004
【図３】
2010225470.tif 000005