(57)【要約】【課題】高負荷発電時に高濃度の液体燃料を液体燃料電池に速やかに供給でき、低負荷発電時に液体燃料電池の劣化を抑制できる、液体燃料供給装置を提供する。【解決手段】循環燃料タンク２２の内部空間は、仕切壁２６により、Ａ室２７とＢ室２８とに仕切られている。液体燃料は、循環燃料タンク２２から燃料供給管３４を通して液体燃料電池２に供給され、液体燃料電池２から燃料帰還管３７を通して循環燃料タンク２２のＡ室２７に戻される。Ｂ室２８には、Ａ室２７からオーバフローする液体燃料が貯留される。液体燃料電池２の通常の発電動作中は、Ｂ室２８と燃料供給管３４とが連通され、車両ＥＣＵ５から要求されている発電出力が一定以上の負荷上昇率で上昇しているときには、Ａ室２７と燃料供給管３４とが連通される。【選択図】図１
2015022812.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンクから液体燃料電池に供給される液体燃料が流通する燃料供給路と、
前記燃料供給路に介装され、吸込口が前記燃料タンクの最下部よりも下方に配置された燃料ポンプと、
前記燃料タンク内に形成されて、前記燃料タンクの内部空間を上部で互いに連通する第１室および第２室に仕切る仕切壁と、
前記液体燃料電池から前記第１室に戻される液体燃料が流通する燃料帰還路と、
前記第１室および前記第２室を前記燃料供給路と選択的に連通させる三方弁と、
前記燃料タンクに貯留されている液体燃料よりも高濃度の液体燃料を貯留する高濃度燃料タンクと、
高濃度燃料タンクから前記第１室に供給される高濃度の液体燃料が流通する高濃度燃料供給路とを含む、液体燃料供給装置。
【請求項２】
前記第１室の底部と前記三方弁とに接続される燃料流出路をさらに含み、
前記燃料帰還路は、前記第１室の上部において、前記仕切壁側に片寄った位置に接続され、
前記高濃度燃料供給路は、前記第１室の底部に接続されている、請求項１に記載の液体燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料電池に液体燃料を供給する液体燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液体燃料電池を電源として搭載する車両の開発が進められている。
【０００３】
液体燃料電池は、たとえば、固体高分子膜の両側にアノード（燃料極）およびカソード（酸素極）を貼り合わせて一体化した膜／電極接合体を備えている。アノードに液体燃料が供給され、カソードに空気が供給されると、発電反応が生じ、アノードとカソードとの間に起電力が発生する。
【０００４】
液体燃料電池に液体燃料を供給する装置（システム）は、液体燃料を貯留する燃料タンクを備えている。燃料タンクには、燃料供給管の一端が接続されている。燃料供給管の他端は、液体燃料電池のアノードに接続されている。燃料供給管の途中部には、燃料ポンプが介装されている。燃料ポンプが駆動されると、燃料タンクから燃料供給管に液体燃料が吸い出され、その液体燃料が燃料供給管を介して液体燃料電池のアノードに供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−２１６３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
液体燃料電池に対する発電出力（発電電流）の要求に応じて、液体燃料電池に供給される液体燃料の濃度を上げなければならない場合がある。
【０００７】
従来の装置では、液体燃料電池に供給される液体燃料の濃度を上げる場合、燃料タンクに高濃度の液体燃料が供給される。しかしながら、その高濃度の液体燃料の供給により、燃料タンクに貯留されている液体燃料の全体の濃度が上昇した後に、液体燃料電池に供給される液体燃料の濃度が上昇するので、液体燃料電池に供給される液体燃料の濃度を上げる必要が生じてから液体燃料電池に供給される液体燃料の濃度が上昇するまでに、タイムラグが発生する。
【０００８】
液体燃料電池は、発電電流が大きくなるほど発電電圧が低下するＩＶ特性を有している。そのため、液体燃料電池に大きな発電電流（高負荷発電）が要求され、その要求に対する液体燃料の濃度の上昇が遅れると、液体燃料の不足が生じ、液体燃料電池の発電電圧が所定の下限電圧を下回って、フェイルセーフにより、液体燃料電池の発電動作が停止される場合がある。
【０００９】
液体燃料が不足するのを防止するため、燃料タンクに貯留されている液体燃料の濃度が常に高濃度に維持されていると、液体燃料電池に要求される発電電流が小さいとき（低負荷発電時）に、液体燃料電池の発電電圧が高くなり、液体燃料電池（セルスタック）の劣化が進行する。
【００１０】
本発明の目的は、高負荷発電時に高濃度の液体燃料を液体燃料電池に速やかに供給でき、低負荷発電時に液体燃料電池の劣化を抑制できる、液体燃料供給装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記の目的を達成するため、本発明に係る液体燃料供給装置は、液体燃料を貯留する燃料タンクと、燃料タンクから液体燃料電池に供給される液体燃料が流通する燃料供給路と、燃料供給路に介装され、吸込口が燃料タンクの最下部よりも下方に配置された燃料ポンプと、燃料タンク内に形成されて、燃料タンクの内部空間を上部で互いに連通する第１室および第２室に仕切る仕切壁と、液体燃料電池から第１室に戻される液体燃料が流通する燃料帰還路と、第１室および第２室を燃料供給路と選択的に連通させる三方弁と、燃料タンクに貯留されている液体燃料よりも高濃度の液体燃料を貯留する高濃度燃料タンクと、高濃度燃料タンクから第１室に供給される高濃度の液体燃料が流通する高濃度燃料供給路とを含む。
【００１２】
この構成によれば、燃料タンクの内部空間は、仕切壁により、第１室と第２室とに仕切られている。第１室と第２室とは、燃料タンク内の上部で互いに連通している。液体燃料は、燃料タンクから燃料供給路を通して液体燃料電池に供給され、液体燃料電池から燃料帰還路を通して燃料タンクの第１室に戻される。第１室が液体燃料で満杯になった状態で、液体燃料が第１室に戻されると、第１室から第２室に液体燃料がオーバフローし、第２室に液体燃料が貯留される。
【００１３】
高濃度燃料タンクには、燃料タンクに貯留されている液体燃料よりも高濃度の液体燃料が貯留されている。この高濃度燃料タンクに貯留されている高濃度の液体燃料は、高濃度燃料供給路を通して燃料タンクの第１室に供給される。そのため、第１室に貯留されている液体燃料は、第２室に貯留されている液体燃料よりも濃度が高い。
【００１４】
第１室および第２室は、三方弁の切り替えにより、燃料供給路と選択的に連通される。
【００１５】
液体燃料電池の通常の発電動作中は、第２室と燃料供給路とが連通されるとよい。このとき、燃料ポンプの作用により、第２室に貯留されている低濃度の液体燃料が燃料供給路を通して液体燃料電池に供給される。そのため、低負荷発電時に、液体燃料電池の発電電圧を低くすることができ、液体燃料電池の劣化を抑制することができる。
【００１６】
液体燃料電池に大きな発電電流（高負荷発電）が要求されるときには、第１室と燃料供給路とが連通されるとよい。このとき、燃料ポンプの作用により、第１室に貯留されている高濃度の液体燃料が燃料供給路を通して液体燃料電池に供給される。そのため、高濃度の液体燃料を液体燃料電池に速やかに供給することができる。よって、高負荷発電の要求に対する応答性を向上させることができる。また、高負荷発電時に、発電に必要な液体燃料の不足が生じることを防止でき、液体燃料電池の発電電圧が下限電圧を下回ることによる発電停止を防止することができる。
【００１７】
また、本願出願人は、燃料タンクの内部空間を第１室および第２室に仕切る仕切壁と、第１室および第２室を燃料供給路と選択的に連通させる三方弁とが設けられた構成を先に提案している。この提案に係る構成から新たな部品などを追加することなく、高負荷発電時に高濃度の液体燃料を液体燃料電池に速やかに供給でき、低負荷発電時に液体燃料電池の劣化を抑制することができる構成を得ることができる。よって、先の提案に係る構成を基に、高負荷発電時に高濃度の液体燃料を液体燃料電池に速やかに供給でき、低負荷発電時に液体燃料電池の劣化を抑制することができる構成を低コストで実現することができる。
【００１８】
液体燃料供給装置は、燃料タンクの第１室の底部と三方弁とに接続される燃料流出路をさらに含み、燃料帰還路は、第１室の上部において、仕切壁側に片寄った位置に接続され、高濃度燃料供給路は、第１室の底部に接続されていることが好ましい。
【００１９】
この構成によれば、高濃度燃料供給路から第１室に供給される高濃度の液体燃料と燃料帰還路から第１室に戻される低濃度の液体燃料とが混ざり合うことを抑制でき、第１室の上部に低濃度の液体燃料が溜まり、第１室の下部に高濃度の液体燃料が溜まった状態を作ることができる。そして、第１室の底部に燃料流出路が接続されているので、三方弁が第１室と燃料供給路とが連通するように切り替えられたときに、第１室の底部に溜まっている高濃度の液体燃料を燃料流出路に流出させることができる。よって、高濃度の液体燃料を液体燃料電池により速やかに供給することができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、高負荷発電時に、高濃度の液体燃料を液体燃料電池に速やかに供給できる。一方、低負荷発電時には、低濃度の液体燃料を液体燃料電池に供給することができ、液体燃料電池の劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の一実施形態に係る液体燃料供給装置を含む燃料電池システムの構成図である。
【図２】循環燃料タンクと燃料補給管および燃料帰還管との接続位置を説明するための図解的な断面図である。
【図３】燃料電池システムの電気的構成の要部を示すブロック図である。
【図４Ａ】三方弁切替制御の流れを示すフローチャート（その１）である。
【図４Ｂ】三方弁切替制御の流れを示すフローチャート（その２）である。
【図５】循環燃料タンクの他の構成を示す図解的な断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下では、本発明の実施の形態について、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
＜燃料電池システムの構成＞
【００２４】
図１は、本発明の一実施形態に係る液体燃料供給装置３を含む燃料電池システム１の構成図である。
【００２５】
燃料電池システム１は、たとえば、モータを走行用駆動源として搭載した車両（自動車）に搭載される。燃料電池システム１は、液体燃料電池２および液体燃料供給装置３を含む。
【００２６】
液体燃料電池２は、所定数（たとえば、１００〜２００）のセルが一方向に積層された、いわゆるセルスタックを有している。各セルは、膜／電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）、膜／電極接合体の両側に配置されたセパレータ、および膜／電極接合体と各セパレータとの間に介在されたガス拡散層（ＧＤＬ：Gas Diffusion Layer）を備えている。
【００２７】
膜／電極接合体は、固体高分子膜１１の両側にアノード（燃料極）１２およびカソード（酸素極）１３を貼り合わせて一体化したものである。固体高分子膜１１は、たとえば、アニオン（ＯＨ−）を透過させる性質を有する。
【００２８】
セパレータの両面には、たとえば、葛折り状に屈曲した凹溝（図示せず）が形成されている。アノード１２に対向する凹溝は、燃料流路として形成されている。燃料流路の一端および他端は、それぞれ燃料入口１４および燃料出口１５に接続されている。膜／電極接合体のカソード１３に対向する凹溝は、エア流路として形成されている。エア流路の一端および他端は、それぞれエア入口１６およびエア出口１７に接続されている。
【００２９】
液体燃料供給装置３は、燃料供給タンク２１、循環燃料タンク２２および気液分離器２３を備えている。
【００３０】
燃料供給タンク２１には、電解液と混合されていない高濃度の液体燃料（たとえば、常温のヒドラジン）が貯留されている。燃料供給タンク２１には、燃料補給管２４の一端が接続されている。燃料補給管２４の他端は、循環燃料タンク２２に接続されている。燃料補給管２４の途中部には、供給ポンプ２５が介装されている。
【００３１】
循環燃料タンク２２の底面には、仕切壁２６が立設されている。仕切壁２６は、循環燃料タンク２２の互いに対向する２つの側面に接続され、循環燃料タンク２２の天面の近傍まで延びている。循環燃料タンク２２の内部空間は、その仕切壁２６により、Ａ室２７とＢ室２８とに仕切られている。そして、仕切壁２６の上端と循環燃料タンク２２の天面との間に設けられた隙間により、Ａ室２７とＢ室２８とが互いに連通している。Ａ室２７およびＢ室２８には、液体燃料が電解液（たとえば、水酸化カリウム水溶液）と混合された状態で貯留されている。
【００３２】
循環燃料タンク２２には、第１流出管３１および第２流出管３２の各一端が接続されている。具体的には、第１流出管３１の一端は、Ａ室２７の底面に接続され、第２流出管３２の一端は、Ｂ室２８の底面に接続されている。
【００３３】
また、液体燃料供給装置３は、三方弁３３および燃料供給管３４を備えている。
【００３４】
三方弁３３は、２つの入口ポート３３Ａ，３３Ｂと、１つの出口ポートとを有している。入口ポート３３Ａには、第１流出管３１の他端が接続されている。入口ポート３３Ｂには、第２流出管３２の他端が接続されている。
【００３５】
燃料供給管３４の一端は、三方弁３３の出口ポートに接続されている。燃料供給管３４の他端は、液体燃料電池２の燃料入口１４に接続されている。燃料供給管３４の途中部には、循環ポンプ３５が介装されている。循環ポンプ３５は、その吸込口が循環燃料タンク２２の最下部よりも下方に位置するように配置されている。
【００３６】
液体燃料電池２の燃料出口１５には、燃料排出管３６の一端が接続されている。燃料排出管３６の他端は、気液分離器２３に接続されている。
【００３７】
気液分離器２３の底部には、燃料帰還管３７の一端が接続されている。燃料帰還管３７の他端は、循環燃料タンク２２のＡ室２７の側面に接続されている。
【００３８】
液体燃料電池２のエア入口１６およびエア出口１７には、それぞれエア供給管４１およびエア排出管４２が接続されている。
【００３９】
液体燃料電池２による発電のために、三方弁３３の入口ポート３３Ａ，３３Ｂの１つが選択的に開かれる。そして、循環ポンプ３５が駆動される。循環ポンプ３５が駆動されると、循環ポンプ３５の作用により、循環燃料タンク２２から燃料供給管３４に液体燃料が吸い出される。そして、燃料供給管３４を液体燃料が流通し、その液体燃料が液体燃料電池２の燃料入口１４から液体燃料電池２の燃料流路に供給される。
【００４０】
その一方で、エア供給管４１にエアが送り込まれる。エア供給管４１に送り込まれたエアは、エア供給管４１を流通し、液体燃料電池２のエア入口１６から液体燃料電池２のエア流路に供給される。
【００４１】
液体燃料電池２の燃料流路を液体燃料が流通し、エア流路をエアが流通すると、液体燃料電池２において、発電反応（電気化学反応）が生じ、その電気化学反応による起電力が発生する。
【００４２】
このとき、燃料排出管３６には、未反応の液体燃料とともに、発電反応によって生成された水や気体（たとえば、窒素ガス）などが液体燃料電池２の燃料出口１５から排出される。燃料排出管３６に排出された液体燃料および気体は、燃料排出管３６を流通し、気液分離器２３に流入する。気液分離器２３では、燃料排出管３６から流入する液体燃料と気体とが分離される。液体燃料は、気液分離器２３内の底部に集まり、気体は、排ガス処理器（図示せず）を経由して、大気に放出される。
【００４３】
気液分離器２３の底部に集まった液体燃料は、発電反応によって生成された水で希釈され、低濃度になっている。この低濃度の液体燃料は、燃料帰還管３７を流通して、循環燃料タンク２２のＡ室２７に戻される。Ａ室２７が液体燃料で満杯になっている状態では、燃料帰還管２７からＡ室２７に液体燃料が戻されると、Ａ室２７からＢ室２８に液体燃料がオーバフローし、Ｂ室２８に液体燃料が貯留される。
【００４４】
こうして、液体燃料は、循環燃料タンク２２、燃料供給管３４、液体燃料電池２の燃料流路、燃料排出管３６、気液分離器２３および燃料帰還管３７を含む燃料循環路を循環する。
【００４５】
液体燃料電池２のエア流路を流通したエアは、エア出口１７からエア排出管４２に排出される。
【００４６】
図２は、循環燃料タンク２２と燃料補給管２４および燃料帰還管３７との接続位置を説明するための図解的な断面図である。
【００４７】
燃料補給管２４は、循環燃料タンク２２のＡ室２７の底部（下部）の側面に接続されている。そのため、供給ポンプ２５（図１参照）が駆動されると、燃料供給タンク２１に貯留されている高濃度の液体燃料が燃料補給管２４を通してＡ室２７の底部に供給される。
【００４８】
燃料帰還管３７は、循環燃料タンク２２のＡ室２７の上部の側面であって、仕切壁２６の上端部の近傍に接続されている。そのため、燃料帰還管３７を流通する低濃度の液体燃料は、Ａ室２７の上部に戻される。
【００４９】
これにより、Ａ室２７の底部には、高濃度の液体燃料が溜まり、上部には、低濃度の液体燃料が溜まる。そして、Ａ室２７が液体燃料で満杯の状態では、燃料帰還管３７からＡ室２７に戻される低濃度の液体燃料が仕切壁２６の上端部の近傍に流入するので、Ａ室２７の上部の低濃度の液体燃料が仕切壁２６を越えてＢ室２８に流入する。よって、循環燃料タンク２２内は、Ａ室２７の底部に高濃度の液体燃料が溜まり、Ａ室２７の上部およびＢ室２８に低濃度の液体燃料が溜まった状態になる。
【００５０】
＜燃料電池システムの電気的構成＞
【００５１】
図３は、燃料電池システム１の電気的構成の要部を示すブロック図である。
【００５２】
燃料電池システム１は、ＦＣ−ＥＣＵ（電子制御ユニット）４を備えている。ＦＣ−ＥＣＵ４の基板には、ＣＰＵおよびメモリなどが実装されている。
【００５３】
ＦＣ−ＥＣＵ４には、燃料電池システム１に設けられた各種センサが接続されており、各種センサの検出信号が入力される。各種センサには、液体燃料電池２の発電電圧（スタック電圧）を検出する電圧センサ５１が含まれる。
【００５４】
また、ＦＣ−ＥＣＵ４は、車両に搭載されている車両ＥＣＵ５と双方向に通信可能に接続されている。車両ＥＣＵ５には、アクセル開度（アクセルペダルの操作量）を検出するアクセルセンサなどが接続されており、そのアクセルセンサなどの検出信号が入力される。そして、車両ＥＣＵ５は、入力される検出信号に基づいて、車両の走行用駆動源であるモータから出力すべき目標トルクを設定し、目標トルクの出力に必要な電力をＦＣ−ＥＣＵ４に要求する。
【００５５】
ＦＣ−ＥＣＵ４は、車両ＥＣＵ５からの要求および各種センサから入力される検出信号に基づいて、供給ポンプ２５および循環ポンプ３５の駆動を制御し、三方弁３３の切り替えを制御する。
【００５６】
＜三方弁切替制御＞
【００５７】
図４Ａおよび図４Ｂは、三方弁切替制御の流れを示すフローチャートである。
【００５８】
燃料電池システム１の稼働中、ＦＣ−ＥＣＵ４により、三方弁切替制御が繰り返し実行される。たとえば、燃料電池システム１を搭載した車両のイグニッションキースイッチがオンにされている間は、燃料電池システム１が稼働している。
【００５９】
三方弁切替制御では、まず、燃料電池システム１の動作モードが発電モードであるか否かが判断される（ステップＳ１）。発電モードは、車両の走行用駆動源であるモータに必要な電力を供給するために、液体燃料電池２を発電動作させるモードである。
【００６０】
燃料電池システム１が発電モードに入る前は（ステップＳ１のＮＯ）、三方弁３３の入口ポート３３Ａが開かれ、入口ポート３３Ｂが閉じられている（ステップＳ２）。また、循環ポンプ３５を駆動するインバータ（図示せず）の出力周波数が０Ｈｚとされ、循環ポンプ３５が停止されている。
【００６１】
車両ＥＣＵ５からＦＣ−ＥＣＵ４に液体燃料電池２の発電出力（発電電流）が要求されると、発電モードに入り、三方弁３３の入口ポート３３Ａが開かれた状態のまま、循環ポンプ３５を駆動するインバータの出力周波数が所定の起動周波数（たとえば、６０Ｈｚ）に制御される（ステップＳ３）。これにより、循環ポンプ３５が駆動され、循環燃料タンク２２のＡ室２７から第１流出管３１に液体燃料が吸い出されて、その液体燃料が第１流出管３１および燃料供給管３４を通して液体燃料電池２に供給される。
【００６２】
また、循環ポンプ３５の起動と同時に、その起動からの経過時間の計測が開始される（ステップＳ４）。
【００６３】
そして、循環ポンプ３５の起動から所定の呼水時間（たとえば、５．５ｓｅｃ）が経過すると（ステップＳ５のＹＥＳ）、三方弁３３の入口ポート３３Ａが閉じられ、入口ポート３３Ｂが開かれる（ステップＳ６）。これにより、循環燃料タンク２２のＢ室２８が第２流出管３２を介して燃料供給管３４と連通する。また、循環ポンプ３５を駆動するインバータの出力周波数が車両ＥＣＵ５から要求されている発電出力に応じて設定された周波数に制御される（ステップＳ６）。これにより、循環ポンプ３５が車両ＥＣＵ５からの要求に応じた能力（車両ＥＣＵ５で設定された目標トルクに応じた能力）で駆動され、Ｂ室２８から第２流出管３２に低濃度の液体燃料が吸い出されて、その低濃度の液体燃料が第２流出管３２および燃料供給管３４を通して液体燃料電池２に供給される。
【００６４】
その後、車両ＥＣＵ５から要求される発電出力の単位時間あたりの上昇率（負荷上昇率）が一定以上であるか否かが判断される（ステップＳ７）。
【００６５】
また、発電モード中は、電圧センサ５１の検出信号が監視されており、電圧センサ５１によって検出されるスタック電圧が所定の下限電圧（たとえば、４５Ｖ）を下回ると、フェイルセーフモードが作動し、液体燃料電池２の発電動作が停止される。
【００６６】
負荷上昇率が一定未満である場合には（ステップＳ７のＮＯ）、発電モードが終了か否かが判断され、また、フェイルセーフモードが作動しているか否かが判断される（ステップＳ８）。
【００６７】
負荷上昇率が一定未満であり、発電モードが継続中であって、フェイルセーフモードが作動していなければ（ステップＳ８のＮＯ）、三方弁３３の入口ポート３３Ｂが開かれたまま、循環ポンプ３５が駆動され、液体燃料電池２による発電動作が継続される（ステップＳ６）。なお、車両ＥＣＵ５から要求される発電出力が緩やかに増加している場合には、必要に応じて、供給ポンプ２５が駆動されて、燃料供給タンク２１に貯留されている高濃度の液体燃料が燃料補給管２４を通してＡ室２７の底部に供給される。
【００６８】
液体燃料電池２の発電動作中に、車両ＥＣＵ５から要求されている発電出力が一定以上の負荷上昇率で上昇すると（ステップＳ７のＹＥＳ）、循環ポンプ３５の駆動が続けられたまま、三方弁３３の入口ポート３３Ｂが閉じられ、入口ポート３３Ａが開かれる（ステップＳ９）。これにより、循環燃料タンク２２のＡ室２７から第１流出管３１に高濃度の液体燃料が吸い出されて、第１流出管３１および燃料供給管３４を高濃度の液体燃料が流通する。また、供給ポンプ２５が駆動されて、燃料供給タンク２１に貯留されている高濃度の液体燃料が燃料補給管２４を通してＡ室２７の底部に供給される。
【００６９】
その後、負荷上昇率が一定未満に低下するまで、入口ポート３３Ａが開かれた状態が維持される。負荷上昇率が一定未満に低下すると、三方弁３３の入口ポート３３Ａが閉じられ、入口ポート３３Ｂが開かれる（ステップＳ６）。これにより、Ｂ室２８から液体燃料電池２への低濃度の液体燃料の供給が再開される。また、負荷上昇率が一定未満に低下すると、供給ポンプ２５が停止される。
【００７０】
発電モードが終了されるか、または、フェイルセーフモードが作動すると（ステップＳ８のＹＥＳ）、三方弁３３の入口ポート３３Ｂが閉じられ、入口ポート３３Ａが開かれる（ステップＳ１１）。また、循環ポンプ３５を駆動するインバータの出力周波数が０Ｈｚとされ、循環ポンプ３５が停止されて（ステップＳ１１）、三方弁切替制御が終了される。
【００７１】
＜作用効果＞
【００７２】
以上のように、循環燃料タンク２２の内部空間は、仕切壁２６により、Ａ室２７とＢ室２８とに仕切られている。Ａ室２７とＢ室２８とは、循環燃料タンク２２内の上部で互いに連通している。液体燃料は、循環燃料タンク２２から燃料供給管３４を通して液体燃料電池２に供給され、液体燃料電池２から燃料帰還管３７を通して循環燃料タンク２２のＡ室２７に戻される。Ａ室２７が液体燃料で満杯になった状態で、液体燃料がＡ室２７に戻されると、Ａ室２７からＢ室２８に液体燃料がオーバフローし、Ｂ室２８に液体燃料が貯留される。
【００７３】
燃料供給タンク２１には、循環燃料タンク２２に貯留されている液体燃料よりも高濃度の液体燃料が貯留されている。この燃料供給タンク２１に貯留されている高濃度の液体燃料は、燃料補給管２４を通して循環燃料タンク２２のＡ室２７に供給される。そのため、Ａ室２７に貯留されている液体燃料は、Ｂ室２８に貯留されている液体燃料よりも濃度が高い。
【００７４】
Ａ室２７およびＢ室２８は、三方弁３３の切り替えにより、燃料供給管３４と選択的に連通される。
【００７５】
液体燃料電池２の通常の発電動作中は、三方弁３３の入口ポート３３Ａが閉じられ、入口ポート３３Ｂが開かれて、Ｂ室２８と燃料供給管３４とが連通される。このとき、循環ポンプ３５の作用により、Ｂ室２８に貯留されている低濃度の液体燃料が燃料供給管３４を通して液体燃料電池２に供給される。そのため、低負荷発電時に、液体燃料電池２の発電電圧を低くすることができ、液体燃料電池２の劣化を抑制することができる。
【００７６】
車両ＥＣＵ５から要求されている発電出力が一定以上の負荷上昇率で上昇すると、三方弁３３の入口ポート３３Ｂが閉じられ、入口ポート３３Ａが開かれて、Ａ室２７と燃料供給管３４とが連通される。このとき、循環ポンプ３５の作用により、Ａ室２７に貯留されている高濃度の液体燃料が燃料供給管３４を通して液体燃料電池２に供給される。そのため、高濃度の液体燃料を液体燃料電池２に速やかに供給することができる。よって、液体燃料電池２に大きな発電電流（高負荷発電）が要求されても、その高負荷発電の要求に対して、良好な応答性で液体燃料電池２の発電電流を増大させることができる。また、高負荷発電時に、発電に必要な液体燃料の不足が生じることを防止でき、スタック電圧が下限電圧を下回ることによる発電停止を防止することができる。
【００７７】
また、車両ＥＣＵ５から要求されている発電出力が一定以上の負荷上昇率で上昇する状況は、たとえば、車両の急加速のために、アクセルペダルが素早く踏み込まれることによって生じる。循環燃料タンク２２のＡ室２７には、液体燃料が満杯に溜められているので、車両の急加速により、循環燃料タンク２２に貯留されている液体燃料の液面が傾いても、第１流出管３１が液体燃料で満たされた状態を維持することができる。よって、循環ポンプ３５のエア噛みの発生を防止することができる。
【００７８】
また、燃料帰還管３７は、Ａ室２７の上部において、仕切壁２６側に片寄った位置に接続され、燃料補給管２４は、Ａ室２７の底部に接続されている。
【００７９】
これにより、燃料補給管２４からＡ室２７に供給される高濃度の液体燃料と燃料帰還管３７からＡ室２７に戻される低濃度の液体燃料とが混ざり合うことを抑制でき、Ａ室２７の上部に低濃度の液体燃料が溜まり、Ａ室２７の下部に高濃度の液体燃料が溜まった状態を作ることができる。そして、Ａ室２７の底部に第１流出管３１が接続されているので、三方弁３３の入口ポート３３Ａが開かれたときに、Ａ室２７の底部に溜まっている高濃度の液体燃料を第１流出管３１に流出させることができる。よって、高濃度の液体燃料を液体燃料電池２に速やかに供給することができる。
【００８０】
また、液体燃料電池２の発電動作が停止された後も、Ａ室２７に貯留されている液体燃料の液面がＢ室２８に貯留されている液体燃料の液面よりも高い状態が維持されるので、循環ポンプ３５の起動時には、Ａ室２７と燃料供給管３４とが連通するように、三方弁３３が制御される。これにより、循環ポンプ３５の起動時のエア噛みの発生を防止することができる。
【００８１】
＜変形例＞
【００８２】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は、他の形態で実施することもできる。
【００８３】
たとえば、図５に示されるように、循環燃料タンク２２のＡ室２７の上部における燃料帰還管３７の接続位置の下方の位置に、仕切壁２６から延びる分離壁６１が形成されてもよい。分離壁６１は、仕切壁２６と対向する循環燃料タンク２２の側面の近傍まで延び、当該側面と分離壁６１との間には、隙間が設けられている。また、分離壁６１は、仕切壁２６が接続された循環燃料タンク２２の２つの側面に接続されている。
【００８４】
分離壁６１が形成されているので、燃料補給管２４を通してＡ室２７の底部に供給される高濃度の液体燃料が分離壁６１の下方に溜まり、燃料帰還管３７を通してＡ室２７の上部に戻される低濃度の液体燃料が分離壁６１の上方に溜まり、高濃度の液体燃料と低濃度の液体燃料とが混ざり合うことを抑制できる。そして、Ａ室２７が液体燃料で満杯の状態では、燃料帰還管３７からＡ室２７に低濃度の液体燃料が戻されると、分離壁６１の上方の低濃度の液体燃料が仕切壁２６を越えてＢ室２８に流入する。よって、Ａ室２７の底部に高濃度の液体燃料が溜まり、Ａ室２７の上部およびＢ室２８に低濃度の液体燃料が溜まった状態を容易に作ることができる。
【００８５】
また、前述の実施形態では、車両ＥＣＵ５から要求される発電出力の単位時間あたりの上昇率（負荷上昇率）が一定以上であるときに、循環燃料タンク２２のＡ室２７から液体燃料電池２に高濃度の液体燃料が供給されるとした。これに限らず、電圧センサ５１によって検出されるスタック電圧がフェイルセーフモードの作動する下限電圧に所定値（たとえば、２０Ｖ）を加えた電圧以上であるときには、循環燃料タンク２２のＢ室２８から液体燃料電池２に低濃度の液体燃料が供給され、スタック電圧が下限電圧に所定値を加えた電圧を下回るときに、循環燃料タンク２２のＡ室２７から液体燃料電池２に高濃度の液体燃料が供給されてもよい。
【００８６】
また、循環ポンプ３５の起動から所定の呼水時間が経過すると、三方弁３３の入口ポート３３Ａが閉じられ、入口ポート３３Ｂが開かれるとしたが、その切り替えの条件は、それに限定されない。たとえば、燃料供給管３４内の圧力が検出されて、その圧力が所定圧を超えると、循環ポンプ３５が正常に起動したと判断されて、入口ポート３３Ａが閉じられ、入口ポート３３Ｂが開かれてもよい。
【００８７】
また、燃料電池システム１が車両に搭載された場合を例にとったが、燃料電池システム１は、船舶や航空機などに搭載されてもよい。
【００８８】
その他、前述の構成には、特許請求の範囲に記載された事項の範囲で種々の設計変更を施すことが可能である。
【符号の説明】
【００８９】
２    液体燃料電池
３    液体燃料供給装置
２１  燃料供給タンク（高濃度燃料タンク）
２２  循環燃料タンク（燃料タンク）
２４  燃料補給管（高濃度燃料供給路）
２６  仕切壁
２７  Ａ室（第１室）
２８  Ｂ室（第２室）
３１  第１流出管（燃料流出路）
３３  三方弁
３４  燃料供給管（燃料供給路）
３５  循環ポンプ（燃料ポンプ）
３７  燃料帰還管（燃料帰還路）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５】
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