(57)【要約】【課題】簡易な構成により、省スペース化を図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】燃料電池システム２が、液体燃料が供給され排出液が排出される燃料電池３と、燃料電池３に供給される液体燃料が貯留される燃料タンク３５と、燃料タンク３５から燃料電池３へ液体燃料を輸送する燃料供給ライン３７と、燃料電池３から液体燃料を排出させる燃料排出ライン３８と、燃料供給ライン３７に介在されるとともに、燃料排出ライン３８に接続され、燃料タンク３５から輸送された液体燃料と、燃料電池３から排出される排出液とを混合することにより液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンク４１とを備え、濃度調整タンク４１において、排出液を、液体燃料と気体とに分離する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料が供給され、排出液が排出される燃料電池と、
前記燃料電池に供給される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へ液体燃料を輸送する燃料供給ラインと、
前記燃料電池から液体燃料を排出させる燃料排出ラインと、
前記燃料供給ラインに介在されるとともに、前記燃料排出ラインに接続され、前記燃料タンクから輸送された液体燃料と、前記燃料電池から排出される排出液とを混合することにより液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクと
を備え、
前記濃度調整タンクにおいて、
排出液を、液体燃料と気体とに分離する
ことを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記燃料電池から排出される排出液が、前記濃度調整タンクの液面よりも鉛直方向下方に輸送され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】
前記濃度調整タンクが、上下方向に中心軸線を有する略円筒形状であり、
前記燃料排出ラインが、前記濃度調整タンクの内周壁面に沿うように、接線方向から前記濃度調整タンクに接続される
ことを特徴とする、請求項２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、燃料電池システム、詳しくは、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】
従来、液体燃料を使用する燃料電池システムとして、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を備えた燃料電池システムが知られている。
【０００３】
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。
【０００４】
液体燃料形燃料電池が備えられる燃料電池システムとしては、例えば、液体燃料が供給および排出される燃料電池と、燃料電池に供給される液体燃料が貯留される供給燃料タンクと、燃料電池から排出される排出液を液体燃料と気体とに分離する気液分離器と、気液分離器により分離された液体燃料を供給燃料タンクから供給される液体燃料に混合して液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンク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。）。
【０００５】
このような燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排出液には、未消費の液体燃料が含有されるため、その液体燃料を気液分離器によって分離し、濃度調整タンクにおいて、その液体燃料を供給燃料タンクから供給される液体燃料と混合することにより、再利用が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１２−１７４５２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
一方、このような燃料電池システムを、例えば、自動車などの限られたスペース内に搭載する場合には、省スペース化が要求されている。
【０００８】
本発明の目的は、簡易な構成により、省スペース化を図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】
【０００９】
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、液体燃料が供給され、排出液が排出される燃料電池と、前記燃料電池に供給される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へ液体燃料を輸送する燃料供給ラインと、前記燃料電池から液体燃料を排出させる燃料排出ラインと、前記燃料供給ラインに介在されるとともに、前記燃料排出ラインに接続され、前記燃料タンクから輸送された液体燃料と、前記燃料電池から排出される排出液とを混合することにより液体燃料の濃度を調整するための濃度調整タンクとを備え、前記濃度調整タンクにおいて、排出液を、液体燃料と気体とに分離することを特徴としている。
【００１０】
このような燃料電池システムでは、濃度調整タンクにおいて、排出液が液体燃料と気体とに分離されるため、濃度調整タンクを気液分離器として兼用することにより、気液分離器を省略できる。その結果、省スペース化を図ることができる。
【００１１】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記燃料電池から排出される排出液が、前記濃度調整タンクの液面よりも鉛直方向下方に輸送されることが好適である。
【００１２】
従来の燃料電池システムでは、気液分離器において分離された液体燃料が濃度調整タンクの上部から流入するため、濃度調整タンク内において液体燃料の液面が揺らぎ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化が促進される場合や、液体燃料が微細粒子（ミスト）として排出される場合があり、その結果、液体燃料に損失を生じる場合がある。
【００１３】
一方、上記した燃料電池システムでは、燃料電池から排出される排出液が、濃度調整タンクにおける液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）されるため、液面の揺らぎを抑制することができる。その結果、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。
【００１４】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記濃度調整タンクが、上下方向に中心軸線を有する略円筒形状であり、前記燃料排出ラインが、前記濃度調整タンクの内周壁面に沿うように、接線方向から前記濃度調整タンクに接続されることが好適である。
【００１５】
このような燃料電池システムでは、排出液が略円筒形状の濃度調整タンクの内周壁面に沿って、接線方向から輸送されるため、内周壁面において排出液が減速されながら、排出液中に含有される気泡が、成長するとともに徐々に浮上する。
【００１６】
その結果、より効率的に排出液を液体燃料と気体とに分離することができ、さらに、液面の揺らぎを抑制することができ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明の燃料電池システムによれば、濃度調整タンクを気液分離器として兼用することができるため、省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】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。
【図２】図２は、図１に示す燃料電池システムにおける濃度調整タンクの概略拡大図であって、  図２Ａは、平断面図、  図２Ｂは、側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
１．燃料電池システムの全体構成
図１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。
【００２０】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、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。
【００２１】
燃料電池３に供給され、また、燃料電池３から排出される液体燃料としては、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジン（例えば、無水ヒドラジンや、ヒドラジン１水和物などの水加ヒドラジンなどを含む）などが挙げられる。
【００２２】
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とし、燃料電池３から排出される液体燃料を排出液として、それぞれ区別する。
【００２３】
また、燃料電池３の出力電圧は、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、単位セル２８（後述）１つあたりの出力である。
【００２４】
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１では、積層される複数の単位セル２８のうち、電動車両１の前後方向最前端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。
【００２５】
電解質層８は、例えば、アニ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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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流路としての空気供給路１８が形成される。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、供給液が貯留される燃料タンク３５と、燃料タンク３５から燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）へ、供給液を輸送する燃料供給ライン３７と、燃料供給ライン３７に介在される濃度調整タンク４１と、その濃度調整タンク４１に接続され、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から、排出液を濃度調整タンク４１に排出させる燃料排出ライン３８とを備えている。
【００３６】
燃料タンク３５は、液体燃料に耐性のある材質、具体的には、ステンレス板などの金属材料などから、例えば、箱状などに形成されている。
【００３７】
燃料供給ライン３７は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク３５に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）に接続されており、その流れ方向途中において、濃度調整タンク４１が介在されている。
【００３８】
より具体的には、燃料供給ライン３７は、燃料タンク３５および濃度調整タンク４１間を接続する第１供給ライン３９と、濃度調整タンク４１および燃料電池３間を接続する第２供給ライン４２とを備えている。
【００３９】
第１供給ライン３９は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料タンク３５に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４１に接続されている。
【００４０】
また、第１供給ライン３９の流れ方向途中には、第１供給ポンプ４３および燃料供給弁４４が設けられている。
【００４１】
第１供給ポンプ４３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いる（図１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４３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４３の駆動および停止を制御する。
【００４２】
また、燃料供給弁４４は、第１供給ライン３９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４４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１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４４に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、燃料供給弁４４の開閉を制御する。
【００４３】
このような第１供給ライン３９により、燃料タンク３５から、液体燃料（１次（高濃度）供給液）が、濃度調整タンク４１へ供給される。
【００４４】
第２供給ライン４２は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４１に接続されるとともに、下流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、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。
【００４５】
また、第２供給ライン４２の流れ方向途中には、第２供給ポンプ４５が設けられている。
【００４６】
第２供給ポンプ４５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４５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１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４５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４５の駆動および停止を制御する。
【００４７】
このような第２供給ライン４２により、液体燃料（２次供給液）が、濃度調整タンク４１から燃料電池３に供給される。
【００４８】
濃度調整タンク４１は、上下方向に中心軸線を有する略円筒形状の容器であって、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。
【００４９】
このような濃度調整タンク４１は、燃料供給ライン３７に介在するように備えられており、側壁面における上部に、シール材（ガスケットなど）を介して、第１供給ライン３９が接続され、また、底面に、シール材（ガスケットなど）を介して、第２供給ライン４２が接続されている。
【００５０】
また、濃度調整タンク４１の内部には、図２に示すように、傘部材４０が設けられている。
【００５１】
傘部材４０は、濃度調整タンク４１と同じ材料の薄板などからなり、濃度調整タンク４１の内径と略同一の外径を有する平面視環状部材として形成されている。
【００５２】
なお、濃度調整タンク４１の内径、および、傘部材４０の外径は、特に制限されず、適宜設定されるが、還流される排出液の流速を低下させるため、比較的広径であることが好ましい。
【００５３】
このような傘部材４０は、図２Ｂに示すように、下方が開放され、上方が閉鎖されるとともに、上方から下方に向かって開口断面積が拡がる断面略Ｕ字形状に形成されており、濃度調整タンク４１の上下方向途中部分において、濃度調整タンク４１の内周壁面に沿うように配置されている。
【００５４】
また、詳しくは後述するが、濃度調整タンク４１には、シール材（ガスケットなど）を介して、燃料排出ライン３８が接続されており、燃料排出ライン３８を介して、排出液が濃度調整タンク４１に輸送（供給）される。
【００５５】
これにより、濃度調整タンク４１において、燃料タンク３５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（低濃度）供給液）の濃度が、調整される。
【００５６】
また、濃度調整タンク４１の上部には、図１に示すように、濃度調整タンク４１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。
【００５７】
上部流通口２５には、濃度調整タンク４１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。
【００５８】
より具体的には、ガス排出管２６は、その上流側端部が、シール材（ガスケット）を介して濃度調整タンク４１の上部流通口２５に接続されており、また、下流側端部が、大気に開放されている。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。
【００５９】
ガス排出弁２７は、ガス排出管２６を開放して濃度調整タンク４１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１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。
【００６０】
燃料排出ライン３８は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、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、シール材（ガスケットなど）を介して、濃度調整タンク４１に接続されている。
【００６１】
より具体的には、燃料排出ライン３８の下流側端部は、図２に示すように、濃度調整タンク４１の側壁の下部において、濃度調整タンク４１における液体燃料の液面よりも鉛直方向下方に接続されている。これにより、燃料電池３から排出される排出液が、液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）可能される。
【００６２】
また、燃料排出ライン３８の下流側端部は、図２Ａに示すように、濃度調整タンク４１の内周壁面に沿うように、平面視において、濃度調整タンク４１の接線方向から接続されている。
【００６３】
これにより、燃料電池３から排出される排出液を、濃度調整タンク４１の内周壁面に沿うように、平面視における接線方向から濃度調整タンク４１に輸送（還流）可能としている。なお、燃料排出ライン３８の下流側端部の口径は、特に制限されないが、排出液の流入速度を低下させるため、比較的広径とすることが好ましい。
【００６４】
これにより、燃料電池３から排出される排出液が、排燃料排出ライン３８を介して、濃度調整タンク４１に輸送される。そして、燃料タンク３５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（還流する）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。
（３）空気給排部
空気給排部は、詳しくは図示しないが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１０に供給するための空気供給管（図示せず）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（図示せず）とを備えている。
【００６５】
空気供給管（図示せず）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（図示せず）の途中には、エアコンプレッサなどの公知の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁（図示せず）が設けられている。
【００６６】
これら空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）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、空気供給ポンプ（図示せず）および空気供給弁（図示せず）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（図示せず）の駆動および停止を制御、および、空気供給弁（図示せず）の開閉を制御する。
【００６７】
空気排出管（図示せず）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）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。
【００６８】
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。
【００６９】
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４３、第２供給ポンプ４５などの駆動および停止、燃料供給弁４４やガス排出弁２７の開閉などを、適宜制御する。
（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３１と、モータ３１に電気的に接続されるインバータ３２と、モータ３１による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ３３と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０とを備えている。
【００７０】
モータ３１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３１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。
【００７１】
インバータ３２は、モータ３１と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３２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３２は、配線により、燃料電池３およびモータ３１にそれぞれ電気的に接続されている。
【００７２】
動力用バッテリ３３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３３は、インバータ３２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３１に電力を供給可能とされている。
【００７３】
ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、動力用バッテリ３３と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３０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３３の入出力電力を調整する機能を有している。
【００７４】
そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０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１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。
【００７５】
また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ３３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３２に電気的に接続されている。
【００７６】
これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０からモータ３１への電力は、インバータ３２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３１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、コントロールユニット２９の制御により、燃料供給弁４４が開かれ、第１供給ポンプ４３および第２供給ポンプ４５が駆動されることにより、燃料タンク３５に貯留される供給液が燃料供給ライン３７を介して、具体的には、第１供給ライン３９、濃度調整タンク４１および第２供給ライン４２を順次通過し、アノード９に供給される。一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁４４は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
（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）。
【００７９】
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。
【００８０】
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）。
【００８１】
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。
【００８２】
また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、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）
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）または上記式（６）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。
【００８３】
そして、発生した起電力が、配線を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３０に送電され、動力部７では、インバータ３２およびモータ３１、および／または、動力用バッテリ３３に送電される。そして、モータ３１では、インバータ３２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、動力用バッテリ３３では、その電力が充電される。
【００８４】
また、燃料給排部４では、アノード９から排出される排出液（使用後および未反応の液体燃料、生成する水およびガスを含む。）が、燃料排出ライン３８を通過して濃度調整タンク４１に流入する。
【００８５】
このとき、濃度調整タンク４１では、水位が上部流通口２５よりも下方位置に保持されており、排出液は、燃料排出ライン３８を介して、濃度調整タンク４１の液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）される（図２Ｂ矢印参照）。
【００８６】
これにより、排出液に含まれるガスが、濃度調整タンク４１の液溜まり内を鉛直方向上部に向かって浮上する。一方、排出液に含まれる液体（使用後および未反応の液体燃料や、水）は、濃度調整タンク４１に貯留される。
【００８７】
このようにして、濃度調整タンク４１において、排出液が、液体燃料と気体とに分離される。
【００８８】
そして、このような燃料電池システム２では、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。
【００８９】
すなわち、例えば、液体燃料が濃度調整タンク４１の上部から流入すると、濃度調整タンク４１内において液体燃料の液面が揺らぎ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化が促進される場合や、液体燃料が微細粒子（ミスト）として排出される場合があり、その結果、液体燃料に損失を生じる場合がある。
【００９０】
一方、上記した燃料電池システム２では、燃料電池３から排出される排出液が、濃度調整タンク４１における液面よりも鉛直方向下方に輸送（還流）されるため、液面の揺らぎを抑制することができる。その結果、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。
【００９１】
また、このような燃料電池システム２では、排出液が略円筒形状の濃度調整タンク４１の内周壁面に沿って、接線方向から輸送されるため、内周壁面において排出液が減速されながら、排出液中に含有される気泡が、成長するとともに徐々に浮上する。このような気泡は、傘部材４０において滞留（トラップ）され、十分に成長された後、傘部材４０から溢れ出て、液面に浮上する。
【００９２】
その結果、このような燃料電池システム２によれば、より効率的に排出液を液体燃料と気体とに分離することができ、さらに、液面の揺らぎを抑制することができ、液体燃料中に溶け込んでいる成分（アンモニアなど）の気化や、液体燃料の微細粒子化を抑制することができ、液体燃料の損失を抑制することができる。
【００９３】
なお、濃度調整タンク４１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。
【００９４】
一方、濃度調整タンク４１において分離された液体燃料は、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。
【００９５】
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、濃度調整タンク４１において分離された液体燃料は、燃料供給弁４４の開閉によって燃料タンク３５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。
【００９６】
このようにして、液体燃料が、クローズドライン（濃度調整タンク４１、第２供給ライン４２、燃料供給路１３および燃料排出ライン３８）を循環する。
４．作用効果
以上のように、上記した燃料電池システム２によれば、濃度調整タンク４１において、排出液が液体燃料と気体とに分離されるため、濃度調整タンク４１を気液分離器として兼用することにより、気液分離器を省略できる。その結果、省スペース化を図ることができる。
【符号の説明】
【００９７】
１      電動車両
２      燃料電池システム
３      燃料電池
３５    燃料タンク
３７    燃料供給ライン
３８    燃料排出ライン
４１    濃度調整タンク
【図１】
2015125912.tif 000003
【図２】
2015125912.tif 000004