(57)【要約】【課題】この発明は、燃料電池システムに関し、燃料の有効利用を図りつつ、燃料電池に供給される混合液の燃料濃度および圧力を維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。【解決手段】溶媒と、溶媒に可溶な燃料とを含む混合液で運転可能なアルカリ型燃料電池と、前記燃料電池から排出される混合液を貯留する燃料貯留部と、前記アルカリ型燃料電池と前記燃料貯留部との間に、前記燃料貯留部内の混合液を循環するための循環路と、前記燃料貯留部内の混合液または水を外部に排出するための排出手段と、前記燃料貯留部に、前記燃料貯留部内の混合液よりも濃度の高い燃料を供給する燃料供給手段と、を備えることを特徴とする燃料電池システム。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒と、溶媒に可溶な燃料とを含む混合液で運転可能なアルカリ型燃料電池と、
前記燃料電池から排出される混合液を貯留する燃料貯留部と、
前記アルカリ型燃料電池と前記燃料貯留部との間に、前記燃料貯留部内の混合液を循環するための循環路と、
前記燃料貯留部内の混合液または水を外部に排出するための排出手段と、
前記燃料貯留部に、前記燃料貯留部内の混合液よりも濃度の高い燃料を供給する燃料供給手段と、
を備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料貯留部内の混合液の量が予め定めた第１基準値以上の場合に、前記排出手段を開く排出制御手段を備えることを特徴とする請求項１記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記排出制御手段は、前記排出手段を開いた後、前記燃料貯留部内の混合液の量が前記第１基準値よりも小さい第２基準値以下となった場合に、前記排出手段を閉じることを特徴とする請求項２記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記排出手段を開いた後、前記燃料貯留部内の混合液の量が前記第１基準値以下の第３基準値以下となった場合に、前記燃料供給手段を作動して燃料供給を行う作動手段を備えることを特徴とする請求項２または３記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記燃料は、気体状態で前記燃料貯留部に供給されることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池システムに関し、より詳細には、燃料を燃料電池に循環させる燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば特許文献１に記載されているように、メタノールと水との混合液を燃料として供給しつつ、燃料電池に循環させた燃料電池装置が知られている。この燃料電池は、プロトン交換性の電解質層と、その両側にそれぞれ接するように形成されたアノード極とカソード極とを有している。また、この燃料電池装置は、アノード極に、燃料を循環して供給する循環路を有し、循環路には、メタノールまたは水を供給する供給タンクが接続されている。
【０００３】
特許文献１の燃料電池を運転すると、それぞれの供給タンクからメタノールおよび水が供給され、循環路において混合液となる。この混合液が、燃料電池のアノード極に供給される。そして、混合液は、電気化学反応に供され、未反応燃料や反応生成物とともに、循環路に排出される。排出された混合液は、循環路において、メタノール又は水の供給を受けて濃度が調整された後、再度、燃料として燃料電池に供給される。したがって、特許文献１の燃料電池装置によれば、燃料の有効利用を図ることができる。再供給に際し、排出混合液は、循環路に配置された燃料貯留部に一時貯蔵され、循環路を流れる混合液の流量が調整されている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３３１８８５号公報
【特許文献２】特開２００６−２４４９６１号公報
【特許文献３】特開２００６−２４４９６０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、燃料電池として、特許文献１のようなプロトンを伝導体とするものの他に、水酸化物イオンを伝導体とするアルカリ型燃料電池が知られている。アルカリ型燃料電池の電気化学反応においては、カソード極で酸素と水とから水酸化物イオンが生成され、水酸化物イオンが電解質を透過してアノード極に達し、アノード極で水酸化物イオンと燃料中の水素とが反応して水が生成される。生成された水は、アノード極側から電解質中を透過してカソード極に到達するものを除き、未反応の燃料等と共にアノード極から排出されることとなる。
【０００６】
したがって、アルカリ型燃料電池に燃料を循環して供給する場合、循環路を流れる混合液中の生成水量が経時的に増加する。このため、循環路を流れる混合液中の燃料濃度が次第に低下するとともに、混合液の体積増加により循環路の圧力が高圧となることが考えられる。
【０００７】
特許文献１では、循環路に燃料または水を供給して濃度を調整しつつ燃料を循環する。このようなシステムをアルカリ型燃料電池に適用した場合、アノード極での生成水量が経時的に増加するため、燃料又は水の供給により濃度を調整しようとすると、循環路を流れる混合液の量は増大し、循環路の圧力が高圧となってしまう。したがって、特許文献１のシステムを適用するだけでは、循環路中の燃料濃度および圧力を適正に維持することが困難であった。
【０００８】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、燃料の有効利用を図りつつ、燃料電池に供給される混合液の燃料濃度および圧力を維持することができる燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、燃料電池システムであって、
溶媒と、溶媒に可溶な燃料とを含む混合液で運転可能なアルカリ型燃料電池と、
前記燃料電池から排出される混合液を貯留する燃料貯留部と、
前記アルカリ型燃料電池と前記燃料貯留部との間に、前記燃料貯留部内の混合液を循環するための循環路と、
前記燃料貯留部内の混合液または水を外部に排出するための排出手段と、
前記燃料貯留部に、前記燃料貯留部内の混合液よりも濃度の高い燃料を供給する燃料供給手段と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
また、第２の発明は、第１の発明において、
前記燃料貯留部内の混合液の量が予め定めた第１基準値以上の場合に、前記排出手段を開く排出制御手段を備えることを特徴とする。
【００１１】
また、第３の発明は、第２の発明において、
前記排出制御手段は、前記排出手段を開いた後、前記燃料貯留部内の混合液の量が前記第１基準値よりも小さい第２基準値以下となった場合に、前記排出手段を閉じることを特徴とする。
【００１２】
また、第４の発明は、第２または第３の発明において、
前記排出手段を開いた後、前記燃料貯留部内の混合液の量が前記第１基準値以下の第３基準値以下となった場合に、前記燃料供給手段を作動して燃料供給を行う作動手段を備えることを特徴とする
【００１３】
また、第５の発明は、第１乃至第４のいずれかの発明において、
前記燃料は、気体状態で前記燃料貯留部に供給されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
第１の発明によれば、アルカリ型燃料電池から排出される混合液を燃料貯留部に貯留し、アルカリ型燃料電池に循環させることができる。このため、燃料の有効利用を図ることができる。また、第１の発明によれば、燃料貯留部に設けられた排出手段によって、燃料貯留部混合液を排出できる。これにより、燃料貯留部内の圧力増加を抑制できる。
【００１５】
第２の発明によれば、燃料貯留部内の混合液の量が予め定めた第１基準値以上となった場合に、排出手段を開くことができる。燃料電池システムを連続稼動すると、燃料貯留部内の混合液の液量は経時的に増加する。混合液の量が増加すると燃料貯留部内の圧力が高圧になってしまう。このため、予め定めた第１基準値以上となった場合に、排出手段を開き燃料貯留部から混合液を排出する。したがって、燃料貯留部内の混合液の圧力が高圧になる前に、圧力抑制ができる。
【００１６】
第３の発明によれば、排出手段を開いた後、燃料貯留部内の混合液の量が第１基準値よりも小さい第２基準値以下となった場合に、排出手段を閉じることができる。第２の発明によって排出手段が開かれている間は、燃料貯留部から混合液が排出され続ける。このため、第３の発明によって、第１基準値よりも小さい第２基準値以下となった場合に、排出手段を閉じる。こうすることで、燃料貯留部からの混合液の排出を停止でき、混合液量を所望の液量にすることができる。
【００１７】
第４の発明によれば、排出手段を開いた後、燃料貯留部内の混合液の量が第１基準値以下の第３基準値以下となった場合に、燃料供給手段を作動して燃料供給を行うことができる。ここで、排出手段が開かれるのは、燃料貯留部内の混合液量が増加した場合であり、この場合燃料貯留部内の燃料濃度が薄くなっていると考えられる。このため、第４の発明により、第１基準値以下の第３基準値以下となった場合に、燃料貯留部に燃料を供給する。こうすることで、燃料貯留部内の混合液の燃料濃度を回復させることができる。また、第３基準値は、第１基準値以下の値である。したがって、第４の発明によれば、燃料低濃度の混合液の液量が所望の液量となったところで、効率的に燃料高濃度に回復できる。
【００１８】
第５の発明によれば、燃料貯留部に、溶媒に可溶な燃料を気体状態で供給することができる。したがって、燃料供給による燃料貯留部内の混合液の液量増加を考慮しなくても混合液の濃度を回復させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００２０】
実施の形態１．
[実施の形態１の構成]
図１は、この発明の実施の形態１の燃料電池システムについて説明するための模式図である。図１に示す燃料電池システムは、例えば車両等の移動体に搭載されて用いられる。図１に示す燃料電池システムは、陰イオンを伝導体とするアルカリ型の燃料電池２を有している。燃料電池２はアニオン交換膜である電解質膜１０を有している。電解質膜１０の両側にはそれぞれ、アノード触媒層１２とカソード触媒層１４とが形成されている。アノード触媒層１２とカソード触媒層１４の両外側には、一対の拡散層１６、１８が配置され、電解質膜１０と、アノード触媒層１２とカソード触媒層１４とは、両側の拡散層１６、１８により挟持されている。アノード触媒層１２側の拡散層１６の外側には集電板２０が配置され、集電板２０の外側に、溶媒に溶かした燃料を流通させるための燃料流路２２が形成されている。カソード触媒層１４側の拡散層１８の外側には集電板２４が配置され、集電板２４の外側に、酸素（空気）を流通させるための空気流路２６が形成されている。集電板２０、２４の端子には外部回路２８が接続している。
【００２１】
燃料流路２２の燃料導入口３０と燃料排出口３２には、それぞれ流路３４と流路３６とが接続されている。流路３４と流路３６とは、燃料タンク３８を介して接続されている。流路３４は、燃料タンク３８と燃料導入口３０とを接続し、燃料流路２２に燃料を注入させる。この際、燃料は、所定の圧力に調整されて燃料流路２２に注入される。流路３６は、燃料タンク３８と燃料排出口３２とを接続し、燃料流路２２から排出された燃料を燃料タンク３８に導入する。こうすることで、燃料は、燃料電池２と燃料タンク３８との間で循環される。
【００２２】
燃料タンク３８の側面には、排出弁４０が接続されている。排出弁４０は、開くことにより、燃料タンク３８に貯留された燃料を外部に排出することができる。また、燃料タンク３８の内部空間の上方には、水位センサ４２が配置されている。水位センサ４２は、燃料タンク３８の内部に貯留された液体の水位が水位センサ４２の配置位置まで達したときに出力を発することができるセンサである。
【００２３】
燃料タンク３８の上流には、燃料供給路４４が接続されている。燃料供給路４４には、アンモニアボンベ４６が接続されている。アンモニアボンベ４６は、燃料としてのアンモニア（ＮＨ３）を１０気圧程度に圧縮した状態で液体として貯蔵している。アンモニアボンベ４６には、供給弁４８が取り付けられている。供給弁４８が開弁されることにより、燃料供給路４４に気体状態のアンモニアを供給することができる。なお、アンモニアの供給に際しては、供給弁４８の下流に配置されたレギュレータ（図示せず）によって所定の供給圧となるように調整される。
【００２４】
本実施の形態１の燃料電池システムは、ＥＣＵ（Electronic Control Unit）５０を更に備えている。ＥＣＵ５０には、排出弁４０、水位センサ４２および供給弁４８が接続されている。ＥＣＵ５０は、水位センサ４２から発せられた出力を受けて所定の制御信号を発して排出弁４０を開く排出弁作動スイッチとしての機能を有する。ＥＣＵ５０は、供給弁４８を開く供給弁作動スイッチとしての機能を同時に有する。
【００２５】
[実施の形態１の特徴]
以下、図２〜図４を参照して、本実施の形態１の燃料電池システムの特徴を時系列的に説明する。なお、図２〜４においては、説明の都合上、燃料タンク３８周辺は側面図とし、燃料電池２は簡略化して図示する。
【００２６】
図２は、本実施の形態１の燃料電池システムのシステム作動直後の状態を説明するための図である。システムを作動させると、燃料タンク３８内のアンモニア水溶液が燃料電池２に注入される。具体的には、アンモニア水溶液が、燃料タンク３８から流路３４、燃料導入口３０を経由して燃料流路２２に注入される。アンモニア水溶液中は、燃料流路２２を流れ、アノード触媒層１２と接する。この際、アノード触媒層１２の機能により、アンモニア水溶液中のアンモニウムイオン（ＮＨ４＋）中の水素と、電解質膜１０を通過してアノード触媒層１２に到達した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応する。この結果、アノード触媒層１２では、水（Ｈ２Ｏ）と窒素（Ｎ２）とが生成される。すなわち、アノード触媒層１２において、アンモニウムイオンが消費され、水と窒素とが生成される反応が起こる。
【００２７】
アノード触媒層１２で生成された水の一部は、電解質膜１０を透過してカソード触媒層１４に到達し、他の一部は燃料流路２２を流れる。つまり、アノード触媒層１２と接した後のアンモニア水溶液は、未反応の残アンモニア水溶液、生成水および窒素を含む気液混合液となっている。気液混合液は、燃料流路２２を流れ、燃料排出口３２、流路３６を経由して燃料タンク３８に流入する。なお、気液混合液は、流路３６を流れる際に、気液分離機（図示せず）を通過し、窒素が外部に排出される。したがって、燃料タンク３８に流入するのは、未反応の残アンモニア水溶液と生成水とを含む、濃度の薄いアンモニア水溶液となる。
【００２８】
燃料電池２から排出されたアンモニア濃度の薄いアンモニア水溶液は、流路３６を介して次々に燃料タンク３８に流入し、燃料タンク３８内のアンモニア水溶液と混合する。燃料タンク３８内で混合されたアンモニア水溶液は、再び流路３４、燃料導入口３０を経由して燃料流路２２に注入される。このように、燃料としてのアンモニア水溶液は、循環利用され、これによりアンモニア水溶液の有効利用を図ることができる。以下、このように循環するアンモニア水溶液を「混合アンモニア水溶液」と称す。
【００２９】
上記のように、混合アンモニア水溶液には、燃料電池２から排出される生成水が混入する。このため、燃料電池２の運転を続けると、生成水の分だけ燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液体積が経時的に増加する。その結果、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液の水位は、経時的に上昇する。
【００３０】
図３は、図２の状態からこのシステムの運転を続けた後の状態を説明するための図である。上記のようにシステムの運転時間がある程度長くなると、混合アンモニア水溶液の水位は次第に上昇する。そして、更にシステムの運転時間が長くなると、混合アンモニア水溶液の水位は、水位センサ４２の配置位置の第１水位（第１基準値）まで達し、燃料タンク３８内がほぼ一杯となった状態になる。そこで、混合アンモニア水溶液の水位がこの第１水位まで達したときに、排出弁４０を開く。この結果、混合アンモニア水溶液は、燃料タンク３８の外部に排出されることとなる。
【００３１】
図４は、図３の状態から所定時間経過後の状態を説明するための図である。排出弁４０を開き続けると、混合アンモニア水溶液は、燃料タンク３８の外部に排出され続ける。この結果、混合アンモニア水溶液の水位は低下し、排出弁４０が設置されている位置の第２水位（第２基準値）まで低下する。この第２水位にまで達すると、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液は、それ以上は外部に排出されない状態となる。そこで、混合アンモニア水溶液の水位がこの第２水位まで低下したときに、排出弁４０を閉じる。この結果、混合アンモニア水溶液の排出が停止される。更に、排出弁４０を閉弁するタイミングで、供給弁４８を開く。供給弁４８を開くことで、アンモニアボンベ４６から燃料供給路４４を経由して、アンモニアが燃料タンク３８に供給される。アンモニアガスは、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液内に噴射されつつ溶解する。
【００３２】
上記のように、排出弁４０は、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液の水位が、第１水位まで達した状態で開弁され、その後、第２水位に減少するまで開かれる。この燃料電池システムは、この排出弁４０の開弁時間を、燃料タンク３８の容量、排出弁４０から排出される単位時間当たりの混合アンモニア水溶液の排出量、アノード触媒層１２におけるアンモニアの反応効率等から導き出し、予め、所定時間（Ｔ１）として設定し、ＥＣＵ５０に記憶している。
【００３３】
供給弁４８の開弁は、排出弁４０の閉弁と同時に行われる。供給弁４８は、混合アンモニア水溶液の濃度を、所望濃度（Ｃ０）とするために必要な時間開弁すればよい。この燃料電池システムは、供給弁４８の開弁時間を、所定時間（Ｔ２）とする。
【００３４】
なお、アンモニア供給終了後の所望濃度（Ｃ０）、所定時間（Ｔ２）は、燃料電池２の運転時に排出される水溶液の温度や、燃料タンク３８の容量、第２水位と第１水位との水位差等を考慮して設定することが好ましい。具体的には、排出水溶液の温度におけるアンモニアの飽和濃度（重量パーセント）を超えない濃度に設定することが好ましい。こうすることで、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液に、供給したアンモニアを確実に溶解させることができる。
【００３５】
図５は、アンモニア水溶液濃度（重量パーセント）と燃料電池の出力密度との関係を示す特性図である。なお、このアンモニア水溶液濃度は、２０℃における飽和アンモニア水溶液のアンモニア濃度（３４．２重量％）を基準としている。アンモニア水溶液は、９．４重量％未満の低濃度領域においては、濃度の増加と共に、出力密度が単調に増加する。また、９．４重量％〜２９．４重量％の濃度領域においては、濃度に関わらず、最も出力密度が高くなる。２９．４重量％よりも濃い高濃度領域においては、濃度の増加と共に、出力密度が単調減少する。すなわち、アンモニアは、９．４重量％〜２９．４重量％という濃度領域で高出力密度となり、９．４重量％未満および２９．４重量％より濃い領域では、低出力密度となる。
【００３６】
本実施の形態１では、例えば、所望濃度（Ｃ０）を１７．２重量％付近に設定する。この値は、燃料電池２の出力及び燃料タンク３８の容量を考慮して設定された値である。これにより、アンモニア供給によりアンモニアの濃度が濃度（Ｃ０）となった状態から、再び、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液の水位が第１水位まで達した時の混合アンモニア水溶液の濃度（Ｃ１）は９．４重量％以上となる。
【００３７】
また、このアンモニア濃度（Ｃ１）は、排出弁４０を開弁後、閉弁する時の濃度、即ち、混合アンモニア水溶液が第２水位の状態にあり、かつアンモニア供給開始直前の濃度と一致する。従って、所定時間（Ｔ２）は、燃料タンク３８の第２水位における容積、アンモニア濃度（Ｃ１）、所望のアンモニア濃度（Ｃ０）、アンモニアボンベ４６から供給される単位時間当たりのアンモニアの量等に基づいて設定することができる。このように設定された所定時間（Ｔ２）は、予めＥＣＵ５０に記憶されている。
【００３８】
[実施の形態１の具体的処理]
図６は、本実施の形態のＥＣＵ５０での具体的処理を表すフローチャートである。図６に示すように、まず、ステップＳ１では、排出弁４０を開く要求があるか否かが判定される。上述したように、混合アンモニア水溶液の水位は経時的に上昇する。そして、混合アンモニア水溶液の水位が、第１水位にまで達すると、水位センサ４２は出力を発し、ＥＣＵ５０に入力される。つまり、水位センサ４２の出力の有無で排出弁４０を開く要求があるか否かが判定される。開弁要求がない場合には、以下の処理を実行することなくこのルーチンは終了される。一方、開弁要求があった場合には、ステップＳ２へ進み、排出弁４０が開かれる。排出弁４０はＥＣＵ５０からの制御信号によって開弁される。
【００３９】
続いて、ステップＳ３では、開弁後、所定時間（Ｔ１）が経過したか否かが判定される。上述したように、所定時間（Ｔ１）は、排出弁４０を開弁した後、混合アンモニア水溶液の水位が第２水位にまで低下するまでの時間として設定され、予めＥＣＵ５０に記憶された時間である。ここで、所定時間（Ｔ１）の経過が認められない場合には、ステップＳ２に戻る。一方、所定時間（Ｔ１）が経過したと判定された場合は、ステップＳ４へ進み、排出弁４０が閉弁される。排出弁４０はＥＣＵ５０からの制御信号によって閉弁される。
【００４０】
続いて、ステップＳ５では、供給弁４８が開弁される。供給弁４８は、所定時間（Ｔ１）の経過が認められた場合に発せられるＥＣＵ５０からの制御信号によって開弁される。これにより、燃料タンク３８へのアンモニア供給が開始する。
【００４１】
続いて、ステップＳ６では、所定時間（Ｔ２）が経過したか否かが判定される。上述したように、所定時間（Ｔ２）は、供給弁４８を開弁した後、混合アンモニア水溶液の濃度を所望濃度（Ｃ０）とするために必要な時間として予め設定され、ＥＣＵ５０に記憶されている。所定時間（Ｔ２）の経過が認められない場合には、ステップＳ５に戻り、アンモニア供給が継続される。一方、所定時間（Ｔ２）が経過したと判定された場合は、ステップＳ７へ進み、供給弁４８が閉弁される。供給弁４８は、ＥＣＵ５０からの制御信号によって閉弁される。これにより、アンモニアの供給が終了される。このとき、燃料タンク３８内のアンモニア濃度は、所望濃度（Ｃ０）となっていると推測される。
【００４２】
上記ルーチンを行うことにより、燃料であるアンモニア水溶液の有効利用を図るに際して、生成水による燃料タンク３８の圧力が高圧となることを抑制でき、同時に燃料タンク３８内部の濃度を所望濃度に回復できる。これにより高出力密度を維持する運転を行うことができる。
【００４３】
なお、本実施の形態においては、燃料タンク３８が第１〜第５の発明における「燃料貯留部」に、流路３４および流路３６が第１の発明における「循環路」に、排出弁４０は第１〜第４の発明における「排出手段」に、燃料供給路４４、アンモニアボンベ４６および供給弁４８が、第１および第４の発明における「燃料供給手段」に、それぞれ相当する。また、ＥＣＵ５０がステップＳ１〜Ｓ２又はＳ３〜Ｓ４の処理を実行することにより第１〜第３の発明における「排出制御手段」が、ステップＳ５の処理を実行することにより第４の発明における「作動手段」が、それぞれ実現されている。
【００４４】
[変形例]
本実施の形態では、燃料としてアンモニアを用いたが、水に可溶な他の燃料を用いることもできる。水に可溶な他の燃料としては、同一分子内に１つ以上のアミノ基を含む化合物や、同一分子内に１つ以上の水酸基を含む化合物であることが好ましい。また、これらの化合物は、同一分子内に１以上４以下の炭素原子を含むことが好ましい。これらの化合物としては、例えば、メチルアミン、エチルアミン、ｎ−プロピルアミン、イソプロピルアミン、ｎ−ブチルアミン、ｔ−ブチルアミンといった第１級アミン、ジメチルアミン、ジエチルアミンといった第２級アミン、ヒドラジン、エチレンジアミン、１，１−ジメチルヒドラジン、トリメチレンジアミンといったジアミン、メタノール、エタノール、ブタノールといった第１級アルコールや、エチレングリコール等のジオールも挙げられる。さらに、例えば、２−アミノエタノール、３−アミノプロパノール、１−アミノ−２−プロパノール、４−アミノブタノールといったヒドロキシルアミンも挙げられる。これらの化合物は、水に可溶であるとともにアノード触媒層１２において水を生成することができるため好ましい。なお、これらの化合物は、これらの化合物の溶解前後で溶媒の体積増加が抑えられることが好ましい。体積増加が抑えられれば、化合物供給中の水位上昇による水位センサ４２の誤作動を防止できることから好ましい。このため、これらの化合物は、気体状態または極めて高濃度の液体状態で燃料タンク３８に供給されることが好ましく、気体状態で燃料タンク３８に供給されることがより好ましい。気体状態で燃料タンク３８に供給するためには、燃料電池２の運転状況等に応じ、気化装置等を設ける必要がある。
また、本実施の形態では、アンモニアを溶かす溶媒として水を用いたが、アンモニアや上記に列挙した化合物を溶かすことのできる他の溶媒、例えばエタノールを用いてもよい。なお、他の溶媒は、上記列挙化合物や、アルカリ型燃料電池の設計に応じて適宜選択すればよい。
【００４５】
また、本実施の形態では、排出弁４０を用いて燃料タンク３８から混合液および水を外部に排出したが、排出弁４０の代わりに、例えば水を選択的に透過するバーペーパレーション膜といった水分離手段を配置し、燃料タンク３８から水のみを外部に排出してもよい。水分離手段を用いることによっても、燃料タンク３８内の圧力増加を抑制できる。
【００４６】
また、本実施の形態では、水位センサ４２からの信号によって排出弁４０を開弁したが、水位センサ４２は、フロート等の仕掛けを用いて排出弁４０を開弁してもよい。つまり、燃料タンク３８内部の水量を取得できるものであれば、水位センサ４２の代わりに用いることができる。また、水位センサ４２を用いずに、第２水位から第１水位に達するまでの大凡の時間を予めＥＣＵ５０に記憶させ、この経過時間に基づいて排出弁４０を開弁してもよい。
【００４７】
また、本実施の形態では、混合アンモニア水溶液の水位が第２水位に達したときに、排出弁４０を閉じ、同時に供給弁４８を開く制御を実行したが、これらの制御タイミングは同時でなくともよい。すなわち、供給弁４８を開くタイミングは、混合アンモニアの水位が第２水位と異なる第３水位（第３基準値）にあるときであってもよい。ただし、第３基準値は第１基準値以下の値である。つまり、燃料タンク３８内の混合アンモニア水溶液の濃度を所望濃度（Ｃ０）まで回復できるタイミングであれば、供給弁４８の開閉タイミングは変形可能である。
【００４８】
なお、本実施の形態では、供給弁４８の開弁を所定時間（Ｔ２）行ったが、燃料タンク３８に濃度センサを設け、濃度センサから直接取得した濃度に応じて供給弁４８を閉弁してもよい。この場合、供給弁４８は、直接取得した濃度で閉弁制御が実行される。具体的には、供給弁４８を開弁後、濃度センサで取得した濃度の値が所望濃度（Ｃ０）に達した時点で閉弁される。また、さらに、燃料電池２からの出力要求を別途取得し、この出力要求に応じて供給弁４８を開弁する時間を変えてもよい。こうすることで、燃料電池２の負荷に応じた混合アンモニア水溶液の濃度調整が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】実施の形態１の燃料電池システムについて説明するための模式図である。
【図２】実施の形態１の燃料電池システムのシステム作動直後の状態を説明するための図である。
【図３】図２の状態から実施の形態１の燃料電池システムの運転を続けた後の状態を説明するための図である。
【図４】図３の状態から所定時間経過後の状態を説明するための図である。
【図５】アンモニア水溶液濃度と燃料電池の出力密度との関係を示す図である。
【図６】実施の形態１における具体的処理を表すフローチャートである。
【符号の説明】
【００５０】
２  燃料電池
２２  燃料流路
３０  燃料導入口
３２  燃料排出口
３４、３６  流路
３８  燃料タンク
４０  排出弁
４２  水位センサ
４４  燃料供給路
４６  アンモニアボンベ
４８  供給弁
５０  ＥＣＵ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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