(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
含水素有機系化合物からなる液体燃料を貯蔵する燃料液貯蔵手段と、
前記燃料液貯蔵手段から取り出された燃料を脱水素反応させて水素と有機系反応生成物とに分離する脱水素反応手段と、
前記脱水素反応手段で燃料から分離された水素を燃料電池に供給するとともに、脱水素後の反応生成物を液体で回収する気液分離手段と、
前記気液分離手段により回収された反応生成物よりなる回収液を貯蔵する回収液貯蔵手段とを備える燃料電池用水素供給システムであって、
前記燃料液貯蔵手段は、該燃料液貯蔵手段に前記液体燃料を供給するための供給口を備え、前記回収液貯蔵手段は、前記回収液を排出するための排液口を備えており、
前記回収液貯蔵手段に貯蔵された回収液は、前記排液口から燃料電池用水素供給システム外部へ排出される燃料電池用水素供給システム。
【請求項２】
含水素有機系化合物からなる液体燃料を貯蔵する燃料液貯蔵手段と、
前記燃料液貯蔵手段から取り出された燃料を脱水素反応させて水素と有機系反応生成物とに分離する脱水素反応手段と、
前記脱水素反応手段で燃料から分離された水素を燃料電池に供給するとともに、脱水素後の反応生成物を液体で回収する気液分離手段と、
前記気液分離手段により回収された反応生成物よりなる回収液を貯蔵する回収液貯蔵手段とを備え、
前記燃料液貯蔵手段と前記回収液貯蔵手段は共に容積可変構造を有し、燃料の消費により前記燃料液貯蔵手段が容積を減少させた空間に、前記回収液貯蔵手段が容積を増加させるように構成されている燃料電池用水素供給システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記燃料液貯蔵手段と前記回収液貯蔵手段は、共通の容器と、該容器内に移動可能に設けられた可動仕切とを備え、該可動仕切の両側に分離された二室の貯蔵室としてそれぞれ構成され、前記可動仕切は燃料の消費による燃料の減量と回収液の増量とをバランスさせるように自律的に移動する燃料電池用水素供給システム。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記回収液は可燃性であり、前記回収液貯蔵手段に貯蔵された回収液を熱源として燃焼させる燃焼手段を備え、前記回収液を該燃焼手段により燃焼させたその燃焼熱を、脱水素反応器の熱源又は低温起動時の補助熱源として利用する燃料電池用水素供給システム。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記脱水素反応手段は、前記燃料電池の廃熱を利用してその吸熱反応の熱源とする燃料電池用水素供給システム。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記燃料電池の廃熱を前記燃料の脱水素反応が進む脱水素反応温度まで昇温させる第１のケミカルヒートポンプを少なくとも一段備え、前記脱水素反応手段は該第１のケミカルヒートポンプによって昇温された発熱を熱源とする燃料電池用水素供給システム。
【請求項７】
請求項５又は６に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記反応生成物の水素化反応により前記燃料を再生する水素化反応手段を備え、前記脱水素反応手段と前記水素化反応手段とにより水素化脱水素反応系よりなる昇温型の第２のケミカルヒートポンプを構築し、該第２のケミカルヒートポンプを構成する前記水素化反応手段の発熱を排熱する排熱手段を備えている燃料電池用水素供給システム。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記燃料電池の廃熱を昇温するための少なくとも一段のケミカルヒートポンプと、
前記少なくとも一段のケミカルヒートポンプによって昇温された昇温温度の発熱を排熱するための排熱手段と
を備えている燃料電池用水素供給システム。
【請求項９】
請求項８に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記ケミカルヒートポンプは多数段設けられ、そのうち一段が前記脱水素反応手段を構成する脱水素反応器を吸熱反応器とする水素化脱水素反応系のケミカルヒートポンプである燃料電池用水素供給システム。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記燃料電池の廃熱を昇温させるケミカルヒートポンプは、前記燃料電池の作動温度で脱水素反応が進む含水素有機系化合物を使用する吸熱反応手段と、該吸熱反応手段での脱水素反応による反応生成物の水素化反応を利用する発熱反応手段とを備え、前記吸熱反応手段は前記燃料電池に内蔵されている燃料電池用水素供給システム。
【請求項１１】
請求項１０に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記吸熱反応手段は、前記燃料電池を構成するセパレータの燃料極面と空気極面との間に触媒を担持した反応通路を有するようにセパレータと一体的に設けられている燃料電池用水素供給システム。
【請求項１２】
請求項７、１０、１１のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記排熱手段は、排熱の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電をする発電手段を備えている燃料電池用水素供給システム。
【請求項１３】
請求項１２に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記発電手段は、排熱の熱エネルギーを使って駆動される熱機関と、熱機関の動力を使って発電する発電機とを備えている燃料電池用水素供給システム。
【請求項１４】
請求項１３に記載の燃料電池用水素供給システムにおいて、
前記熱機関はスクロール式膨張機である燃料電池用水素供給システム。
【請求項１５】
請求項７、１０〜１４のいずれか一項に記載の発明において、
車載用の燃料電池用水素供給システムであって、車両の走行終了を検出すると、前記燃料電池への水素供給を止めて、前記脱水素反応手段を有するケミカルヒートポンプをエネルギー収支が成り立つ範囲内で余熱運転する余熱運転制御手段を備えている燃料電池用水素供給システム。
【請求項１６】
請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムを構成する前記回収液貯蔵手段から外部へ回収された回収液を液体運搬用移動体により運搬する回収液運搬工程と、運搬した回収液を燃料再生手段により水素化反応させて燃料を再生する燃料再生工程と、再生された燃料を液体運搬用移動体により燃料電池用水素供給システムの燃料液貯蔵手段へ供給することが可能な場所まで運搬する燃料運搬工程とを少なくとも備える燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法。
【請求項１７】
請求項１６に記載の燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法において、前記燃料電池用水素供給システムは燃料電池の電力で走行駆動される車両に搭載されたものであって、該車両は燃料を給油する際に給油設備の燃料液貯蔵手段から燃料を車両の燃料液貯蔵手段に給油するとともに、車両の回収液貯蔵手段から回収液を給油設備の回収液貯蔵手段へ回収し、前記回収液運搬工程では前記給油設備の回収液貯蔵手段から回収された回収液を燃料再生手段に運搬し、前記燃料運搬工程では、再生された燃料を給油設備へ運搬してその燃料液貯蔵手段に供給する燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法。
【請求項１８】
請求項１６又は１７に記載の燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法において使用される液体運搬用移動体であって、該移動体が搭載する液体運搬用タンクは、燃料を貯蔵するための燃料室と、回収液を貯蔵するための回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて自律的に変化させる可動仕切を備えている液体運搬用移動体。
【請求項１９】
請求項１７に記載の燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法において使用される給油設備であって、燃料と回収液を貯蔵するためのタンクを備え、該タンクは、燃料を貯蔵するための燃料室と、回収液を貯蔵するための回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて自律的に変化させる可動仕切を備えている給油設備。
【請求項２０】
前記燃料電池と、請求項２〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムと、液体運搬用タンクとを搭載し、前記燃料電池の電力を使用する電動アクチュエータの動力によって移動する方式の液体運搬用移動体であって、
前記液体運搬用タンクは、燃料運搬用の燃料室と、回収液運搬用の回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて変化させる可動仕切を備え、当該運搬用の燃料室と回収室が、当該液体運搬用移動体に搭載された前記燃料電池用水素供給システムの前記燃料液貯蔵手段と前記回収液貯蔵手段をそれぞれ兼用している液体運搬用移動体。
【請求項２１】
前記燃料電池と、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムとを搭載する車両と、
前記車両内で回収液貯蔵手段に貯蔵保管された回収液を車外に回収する車外回収手段と、
前記車外回収手段により回収された回収液を車外で再び水素化反応により燃料に再生する燃料再生手段と、
前記燃料再生手段により再生された燃料を車両に供給する燃料給油手段と
を備えている燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクルシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料電池用水素供給システム、燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法、液体運搬用移動体、給油設備及び燃料リサイクルシステムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
燃料電池はエネルギー効率が高く小型化を図り易いため、電気自動車の電源として採用されている。特に固体高分子型燃料電池は作動温度が１００℃前後と比較的低温であるため、自動車の電源や家庭用自家発電装置として実用的である。燃料電池は水素と酸素から水を生成する起電反応によって発電をする方式であるため、燃料電池に水素を供給するための水素供給システムが必要となる。
【０００３】
燃料電池に水素を供給する方法には、高圧タンクに水素ガスを加圧貯蔵する方法、水素吸蔵合金を使用する方法、液体水素を断熱タンクに貯蔵する方法、メタンやメタノールなどの炭化水素化合物を改質し、水素と炭酸ガスの混合ガスを供給する方法などがある。
【０００４】
燃料電池を例えば自動車の電源として使用する場合、一度の燃料補給で必要な走行距離を走行できる必要がある。また重量があると走行距離が短くなるので、重量はなるべく軽い方がよい。また車両という限られたスペースに収容する必要があるため、容積にも制約がある。そのため、水素供給システムは、必要な走行距離を走行できるだけの水素を供給できる規模としたとき、その容積および重量が課題となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、燃料電池の発電効率を高めるためには純水素を供給する方式がよいと言われている。純水素を供給する方式としては、高圧ガス方式、液体水素方式、水素吸蔵合金方式などがある。しかし、高圧ガス方式は容積が大きく走行距離が得られない。また、液体水素方式は気化ロスがあるうえ、液化に要するエネルギーが大きく総合効率が低下してしまう。水素吸蔵合金方式は、供給水素量に対して５０倍以上の合金重量が必要で他の方式と比べ重量の点で不利である。
【０００６】
また、インフラ面の課題もある。高圧ガス方式も水素吸蔵合金方式も水素ガスを補給する設備を整備する必要があり、取り扱いに慣れた液体燃料方式に比べインフラ面で不利である。液体水素は液体燃料ではあるが、極低温のため更に取り扱いが困難であり、給油の自動化が取り組まれているが、インフラ面の課題は最も大きい。
【０００７】
このような事情から、現在、メタノールやガソリンなどの炭化水素化合物の改質によって水素を生成する水素供給システムが提案され、開発が進められている。炭化水素化合物の改質による水素供給方法は、燃料が有機化合物の液体で取り扱いに慣れた液体燃料方式とすることもできる。
例えばメタノール改質方式には、水蒸気改質や部分酸化改質、およびこれらを組み合せ熱収支を合わせるオートサーマル方式がある。反応式は次のようになる。
【０００８】
水蒸気改質    ＣＨ3 ＯＨ  ＋  Ｈ2 Ｏ      →  ３Ｈ2   ＋  ＣＯ2
部分酸化改質  ＣＨ3 ＯＨ  ＋  １／２Ｏ2   →  ２Ｈ2   ＋  ＣＯ2
共にＣＯ2 が生成され大気に排出される。つまり、燃料となる炭化水素化合物中の炭素の全てを、昨今、地球温暖化で問題となっているＣ０2 として排出する。このため、環境面からは不適当な水素供給システムであると言える。
【０００９】
また、燃料電池は発電効率が約５０％で、エネルギーの残り約５０％は廃熱となる。燃料電池は固体高分子電解質膜を使用するため、電解質膜が反応熱に侵されないように、その排熱を効率よく行う必要がある。従来は、燃料電池に冷却水を流してラジエータで排熱する冷却装置を使用していた。燃料電池は通常１００℃以下の作動温度に保たれるように冷却されるが、燃料電池から排出された冷却水の温度（例えば６０〜８０℃）と、ラジエータの周りの外部環境温度（例えば３０℃）との温度差が小さくラジエータの放熱効率が悪いため、放熱面積の広い大型のラジエータを設置しなければならなかった。このため、大型のラジエータの設置に伴い燃料電池システムが大型化するという問題があった。
【００１０】
本発明は前記課題を解決するためになされたものであって、その第１の目的は、取り扱いに慣れた有機系液体燃料を使用して、比較的小型で、しかも燃料電池に純水素を供給できて地球温暖化で問題となる炭酸ガスをほとんど排出しない燃料電池用水素供給システム及びその燃料リサイクルシステムを提供することにある。
【００１１】
第２の目的は、燃料電池の冷却装置の小型化を図ることにより燃料電池システムの小型化を実現することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために請求項１に記載の発明は、含水素有機系化合物からなる液体燃料を貯蔵する燃料液貯蔵手段と、前記燃料液貯蔵手段から取り出された燃料を脱水素反応させて水素と有機系反応生成物とに分離する脱水素反応手段と、前記脱水素反応手段で燃料から分離された水素を燃料電池に供給するとともに、脱水素後の反応生成物を液体で回収する気液分離手段と、前記気液分離手段により回収された反応生成物よりなる回収液を貯蔵する回収液貯蔵手段とを備える燃料電池用水素供給システムであって、前記燃料液貯蔵手段は、該燃料液貯蔵手段に前記液体燃料を供給するための供給口を備え、前記回収液貯蔵手段は、前記回収液を排出するための排液口を備えており、前記回収液貯蔵手段に貯蔵された回収液は、前記排液口から燃料電池用水素供給システム外部へ排出される。
上記第１の目的を達成するために請求項２に記載の発明は、燃料電池用水素供給システムにおいて、含水素有機系化合物からなる液体燃料を貯蔵する燃料液貯蔵手段と、前記燃料液貯蔵手段から取り出された燃料を脱水素反応させて水素と有機系反応生成物とに分離する脱水素反応手段と、前記脱水素反応手段で燃料から分離された水素を燃料電池に供給するとともに、脱水素後の反応生成物を液体で回収する気液分離手段と、前記気液分離手段により回収された反応生成物よりなる回収液を貯蔵する回収液貯蔵手段とを備え、前記燃料液貯蔵手段と前記回収液貯蔵手段は共に容積可変構造を有し、燃料の消費により前記燃料液貯蔵手段が容積を減少させてできる空間に、前記回収液貯蔵手段は容積を増加させるように構成されている。
【００１３】
請求項１及び２に記載の発明の構成によれば、燃料液貯蔵手段から取り出された燃料は、脱水素反応手段における脱水素反応によって水素と反応生成物に分離される。気液分離手段は、燃料から分離された水素を燃料電池に供給するとともに、脱水素反応後の反応生成物を液体で回収する。反応生成物よりなる回収液は回収液貯蔵手段に貯蔵される。
【００１４】
このように燃料の脱水素後の反応生成物は液体で回収されるので、燃料がその組成中に炭素原子を含むものであってもその炭素原子は反応生成物の組成として液体で回収され、地球温暖化で問題になる炭酸ガスを外部にほとんど排出しないシステムとなる。よって、炭酸ガスをほとんど排出しない環境にやさしく、しかも燃料及び反応生成物が共に液体で貯蔵されるためそれらの貯蔵容積が比較的小さくて済む。また、燃料および回収液がこれまで取り扱いに慣れたガソリンや軽油などと同じ有機系化合物液体よりなるため、取り扱いに慣れた有機系化合物液体方式とすることができる。このため、純水素を供給可能な他の水素供給方式（高圧ガス方式、液体水素方式、水素吸蔵合金方式など）など、水素ガスや液体水素を燃料として取り扱う方式に比べ取り扱い易い方式となる。また、脱水素反応により水素とともに反応生成物が気体で生成されても、生成ガスを冷却あるいは膨張等させることにより反応生成物と水素の気液分離が可能であるため、反応生成物の回収がし易い。
【００１６】
また、請求項２に記載の発明の構成によれば、燃料液貯蔵手段に貯蔵された燃料の消費により燃料液貯蔵手段が容積を減少させてできた空間に、回収液貯蔵手段は回収液の増加により容積を増加させる。このため、回収液を貯蔵保管する方式であるものの、燃料と回収液の貯蔵に必要な貯蔵容積が比較的小さくなる。
【００１７】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、前記燃料液貯蔵手段と前記回収液貯蔵手段は、共通の容器と、該容器内に移動可能に設けられた可動仕切とを備え、該可動仕切の両側に分離された二室の貯蔵室としてそれぞれ構成され、前記可動仕切は燃料の消費による燃料の減量と回収液の増量とをバランスさせるように自律的に移動することを要旨とする。
【００１８】
この構成によれば、燃料液貯蔵手段と回収液貯蔵手段は、共通の容器内に可動仕切の両側に分離された二室の貯蔵室としてそれぞれ構成され、燃料の消費による燃料の減量と回収液の増量とをバランスさせるように可動仕切は自律的に移動する。
【００１９】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明において、前記回収液は可燃性であり、前記回収液貯蔵手段に貯蔵された回収液を熱源として燃焼させる燃焼手段を備え、前記回収液を該燃焼手段により燃焼させたその燃焼熱を、脱水素反応器の熱源又は低温起動時の補助熱源として利用する。
【００２０】
この構成によれば、回収液貯蔵手段に貯蔵された可燃性の回収液を燃焼手段により燃焼させたその燃焼熱が熱源として利用される。燃焼手段による燃焼熱は、脱水素反応器の熱源又は低温起動時の補助熱源として利用される。
【００２１】
請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記脱水素反応手段は、前記燃料電池の廃熱を利用してその吸熱反応の熱源とすることを要旨とする。
【００２２】
この構成によれば、燃料電池の廃熱を利用し、吸熱反応である燃料の脱水素反応の熱源とされる。燃料電池の排熱効率が脱水素反応の吸熱によって高められるとともに、燃料電池の廃熱が燃料の脱水素反応に有効利用される。
【００２３】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記燃料電池の廃熱を前記燃料の脱水素反応が進む脱水素反応温度まで昇温させる第１のケミカルヒートポンプを少なくとも一段備え、前記脱水素反応手段は該第１のケミカルヒートポンプによって昇温された発熱を熱源とすることを要旨とする。
【００２４】
この構成によれば、燃料電池の作動温度より高い脱水素反応温度で脱水素反応が進む燃料を使用する場合でも、少なくとも一段設けられた第１のケミカルヒートポンプにより燃料電池の廃熱が脱水素反応温度まで昇温されるので、その脱水素反応の熱源として燃料電池の廃熱を利用することが可能になる。また、第１のケミカルヒートポンプの吸熱により燃料電池の排熱効率（冷却効果）が高まる。
【００２５】
第２の目的を達成するために請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、前記反応生成物の水素化反応により前記燃料を再生する水素化反応手段を備え、前記脱水素反応手段と前記水素化反応手段とにより水素化脱水素反応系よりなる昇温型の第２のケミカルヒートポンプを構築し、該第２のケミカルヒートポンプを構成する前記水素化反応手段の発熱を排熱する排熱手段を備えている。
【００２６】
この構成によれば、反応生成物から水素化反応手段による反応生成物の水素化反応によって燃料が再生される。脱水素反応手段と水素化反応手段とにより構築された昇温型の第２のケミカルヒートポンプによって、燃料電池の廃熱はさらに昇温される。その昇温された熱は排熱手段により排熱される。燃料電池の廃熱は高温度に昇温されてから排熱されるので、その排熱効率（冷却効率）が高まる。
【００２７】
第２の目的を達成するために請求項８に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池の廃熱を昇温するための少なくとも一段のケミカルヒートポンプと、前記少なくとも一段のケミカルヒートポンプによって昇温された昇温温度の発熱を排熱するための排熱手段とを備えている。
【００２８】
この構成によれば、燃料電池の廃熱は少なくとも一段のケミカルヒートポンプにより昇温され、その昇温された高温度の発熱が排熱手段により排熱される。高温で熱が排熱されることにより排熱手段の排熱効率が高くなり、排熱手段を小型化することが可能になる。例えば排熱手段がラジエータの場合、ラジエータを通る冷却水などの冷媒が高温になるため、ラジエータの温度とその外部環境温度との温度差が大きく、排熱効率（放熱効率）が高くなるので、ラジエータが小型で済むようになる。
【００２９】
請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、前記ケミカルヒートポンプは多数段設けられ、そのうち一段が前記脱水素反応手段を構成する脱水素反応器を吸熱反応器とする水素化脱水素反応系のケミカルヒートポンプであることを要旨とする。
【００３０】
この構成によれば、脱水素反応手段をケミカルヒートポンプに利用して、燃料電池の廃熱を昇温させることが可能になる。また、脱水素反応手段を利用したケミカルヒートポンプの発熱側の水素化反応により反応生成物から燃料が再生される。
【００３１】
請求項１０に記載の発明は、請求項６〜９のいずれか一項に記載の発明において、前記燃料電池の廃熱を昇温させるケミカルヒートポンプは、前記燃料電池の作動温度で脱水素反応が進む含水素有機系化合物を使用する吸熱反応手段と、該吸熱反応手段での脱水素反応による反応生成物の水素化反応を利用する発熱反応手段とを備え、前記吸熱反応手段は前記燃料電池に内蔵されている。
【００３２】
この構成によれば、燃料電池に内蔵された吸熱反応手段では、燃料電池の作動温度で脱水素反応（吸熱反応）が進むため、燃料電池からの直接の吸熱により燃料電池の冷却効果が高められる。
【００３３】
請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、前記脱水素反応手段は、前記燃料電池を構成するセパレータの燃料極面と空気極面との間に触媒を担持した反応通路を有するようにセパレータと一体的に設けられている。
【００３４】
この構成によれば、脱水素反応手段はその反応通路がセパレータの燃料極面と空気極面との間を通るようにセパレータと一体的に設けられているので、燃料電池に比較的コンパクトに内蔵可能であるとともに燃料電池からの吸熱効率も高められる。
【００３５】
請求項１２に記載の発明は、請求項７、１０、１１のいずれか一項に記載の発明において、前記排熱手段は、排熱の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電をする発電手段を備えていることを要旨とする。
【００３６】
この構成によれば、排熱手段が備える発電手段は、排熱の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電をする。排熱を利用した発電による発電量の増加により燃料電池システムの発電効率が高まる。
【００３７】
請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、前記発電手段は、排熱の熱エネルギーを使って駆動される熱機関と、熱機関の動力を使って発電する発電機とを備えている。
【００３８】
この構成によれば、排熱の熱エネルギーを使って熱機関が駆動され、熱機関の動力を使って発電機により発電される。
請求項１４に記載の発明は、請求項１３に記載の発明において、前記熱機関はスクロール式膨張機であることを要旨とする。
【００３９】
この構成によれば、熱機関はスクロール式膨張機であるので、回転数の高低にかかわらず高い機械効率が得られる。
請求項１５に記載の発明は、請求項７、１０〜１４のいずれか一項に記載の発明において、車載用の燃料電池用水素供給システムであって、車両の走行終了を検出すると、前記燃料電池への水素供給を止めて、前記脱水素反応手段を有するケミカルヒートポンプをエネルギー収支が成り立つ範囲内で余熱運転する余熱運転制御手段を備えている。
【００４０】
この構成によれば、走行終了を検出すると、燃料電池への水素供給を止めて、脱水素反応手段を有するケミカルヒートポンプをエネルギー収支が成り立つ範囲内で余熱運転される。このため、余熱を利用して水素が生成され、また発電手段を備える構成では余熱を利用した発電が行われる。さらに反応生成物の水素化反応により燃料が再生される。このため、発電効率が高まる。
【００４１】
請求項１６に記載の発明は、燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法についての発明であって、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムを構成する前記回収液貯蔵手段から外部へ回収された回収液を液体運搬用移動体により運搬する回収液運搬工程と、運搬した回収液を燃料再生手段により水素化反応させて燃料を再生する燃料再生工程と、再生された燃料を液体運搬用移動体により燃料電池用水素供給システムの燃料液貯蔵手段へ供給することが可能な場所まで運搬する燃料運搬工程とを少なくとも備える。
【００４２】
この構成によれば、回収液運搬工程では、燃料電池用水素供給システムを構成する回収液貯蔵手段から外部へ回収された回収液を液体運搬用移動体により運搬する。燃料再生工程では、運搬した回収液を燃料再生手段により水素化反応させて燃料を再生する。燃料運搬工程では、再生された燃料を液体運搬用移動体により燃料電池用水素供給システムの燃料液貯蔵手段へ供給することが可能な場所まで運搬する。各工程によって回収液は水素化反応により再び燃料に再生され、再生された燃料が燃料電池用水素供給システムでの利用に供される。また、燃料再生に使用する水素の製造方法として水蒸気改質などを採用すると炭酸ガスが出るが、水素を水の電気分解で製造するなどの方法を採用すれば、燃料リサイクルの全工程において炭酸ガスをまったく排出しない構成も可能である。
【００４３】
請求項１７に記載の発明は、請求項１６に記載の発明において、前記燃料電池用水素供給システムは燃料電池の電力で走行駆動される車両に搭載されたものであって、該車両は燃料を給油する際に給油設備の燃料液貯蔵手段から燃料を車両の燃料液貯蔵手段に給油するとともに、車両の回収液貯蔵手段から回収液を給油設備の回収液貯蔵手段へ回収し、前記回収液運搬工程では前記給油設備の回収液貯蔵手段から回収された回収液を燃料再生手段に運搬し、前記燃料運搬工程では、再生された燃料を給油設備へ運搬してその燃料液貯蔵手段に供給することを要旨とする。
【００４４】
この構成によれば、請求項１６の発明の作用に加え、燃料電池用水素供給システムを搭載する車両が燃料を給油する際は、給油設備の燃料液貯蔵手段から燃料を車両の燃料液貯蔵手段に給油するとともに、車両の回収液貯蔵手段から回収液を給油設備の回収液貯蔵手段へ回収する。回収液運搬工程では給油設備の回収液貯蔵手段から回収された回収液が燃料再生手段に運搬され、燃料運搬工程では、再生された燃料が給油設備に運搬され、その燃料液貯蔵手段へ供給される。
【００４５】
請求項１８に記載の発明は、請求項１６又は１７に記載の燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法において使用される液体運搬用移動体であって、該移動体が搭載する液体運搬用タンクは、燃料を貯蔵するための燃料室と、回収液を貯蔵するための回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて自律的に変化させる可動仕切を備えている。
【００４６】
この構成によれば、液体運搬用移動体が搭載する液体運搬用タンクでは、可動仕切が燃料を貯蔵するための燃料室と、回収液を貯蔵するための回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて変化させるように自律的に変位する。このため、液体運搬用タンクが運搬すべき液量の割に小型となる。
【００４７】
請求項１９に記載の発明は、請求項１７に記載の燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクル方法において使用される給油設備であって、燃料と回収液を貯蔵するためのタンクを備え、該タンクは、燃料を貯蔵するための燃料室と、回収液を貯蔵するための回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて自律的に変化させる可動仕切を備えている。
【００４８】
この構成によれば、給油設備が燃料と回収液を貯蔵するために備えるタンクでは、可動仕切が燃料を貯蔵するための燃料室と、回収液を貯蔵するための回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて変化させるように自律的に変位する。このため、タンクが貯蔵すべき液量の割に小型となる。
【００４９】
請求項２０に記載の発明は、前記燃料電池と、請求項２〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムと、液体運搬用タンクとを搭載し、前記燃料電池の電力を使用する電動アクチュエータの動力によって移動する方式の液体運搬用移動体であって、前記液体運搬用タンクは、燃料運搬用の燃料室と、回収液運搬用の回収室との二室を区画するとともに両室の容積を液量変化に応じて変化させる可動仕切を備え、当該運搬用の燃料室と回収室が、当該液体運搬用移動体に搭載された前記燃料電池用水素供給システムの前記燃料液貯蔵手段と前記回収液貯蔵手段をそれぞれ兼用している。
【００５０】
この構成によれば、液体運搬用移動体は、自身が搭載する燃料電池用水素供給システムで生成された水素を使って燃料電池が発電した電力により電動アクチュエータを動かし、液体運搬用タンクに貯蔵された液体を運搬する。液体運搬用タンク内に可動仕切により区画された液体運搬用の二室は、燃料電池用水素供給システムの燃料液貯蔵手段と回収液貯蔵手段としても兼用され、運搬用の燃料室内の燃料を水素生成にも使用し、その反応生成物は運搬用の回収室に回収される。このように液体運搬用タンクが水素生成用の貯蔵手段として兼用されるので、燃料電池用水素供給システム専用のタンクを別途設ける必要がなくなる。また、液体運搬用タンク内の二室の容量が可動仕切の変位により変化するので、液体運搬用タンクを二室に区画する割に、燃料と回収液を多量に運搬することが可能となる。
【００５１】
請求項２１に記載の発明は、燃料電池用水素供給システム用の燃料リサイクルシステムにおいて、前記燃料電池と、請求項１〜１５のいずれか一項に記載の燃料電池用水素供給システムとを搭載する車両と、前記車両内で回収液貯蔵手段に貯蔵保管された回収液を車外に回収する車外回収手段と、前記車外回収手段により回収された回収液を車外で再び水素化反応により燃料に再生する燃料再生手段と、前記燃料再生手段により再生された燃料を車両に供給する燃料給油手段とを備えている。
【００５２】
この構成によれば、車両に搭載された燃料電池システムは、燃料電池および燃料電池用水素供給システムを備え、車両内の回収液貯蔵手段には回収液が貯蔵保管される。車両内の回収液貯蔵手段に貯蔵保管された回収液は、車外回収手段により車外へ回収され、車外で燃料再生手段により水素化反応されることにより燃料に再生される。そして、再生された燃料は燃料給油手段により車両の燃料液貯蔵手段に給油される。よって、炭酸ガスをほとんど排出しない燃料リサイクルシステムを構築することが可能となる。
【００５３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
以下、本発明を具体化した第１の実施形態を図１〜図３に従って説明する。
【００５４】
燃料電池システムＦＣＳは、例えば自動車などの車両に電源として搭載されたり、家庭用自家発電装置として使用される。燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１と、燃料電池１に水素を供給するための水素供給システム２とを備える。本実施形態の燃料電池１は固体高分子型燃料電池である。高分子電解質膜で区画された燃料極及び空気極からなる複数のセルを内蔵するものである。燃料電池１では、燃料極に供給される水素と、空気極に供給される空気中の酸素との電解膜を介した起電反応により発電が行われる。本実施形態では空気供給系（空気供給システム）については図示を省略している。燃料電池１の構造については後述する。
【００５５】
図２に示すように燃料電池１の単セル１ａは、一対のリブ付きセパレータ３と、両セパレータ３間に挟まれる一対の電極４，５と、両電極４，５間に挟まれる電解質膜６とを有する。一対の電極は、多孔質支持層７にアノード触媒層８が形成されたアノード電極４と、多孔質支持層７にカソード触媒層９が形成されたカソード電極５とからなる。燃料（水素）はセパレータ３のアノード電極側面上の溝を通って一方向へ流れ、空気はセパレータ３のカソード電極側面上の溝を通って燃料の流れ経路と直交する方向へ流れる。アノード側が燃料極となり、カソード側が空気極となる。燃料電池１の作動温度は約８０℃である。
【００５６】
水素供給システム２は、含水素有機系化合物としてのイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）（ＣＨ3 ）2 ＣＨＯＨを燃料として使用し、燃料であるＩＰＡの脱水素反応で得られた水素を燃料電池１に供給する。
【００５７】
ＩＰＡの脱水素反応は次式で示される。
（ＣＨ3)2 ＣＨＯＨ（液）→（ＣＨ3)2 ＣＯ（気）＋Ｈ2（気）−100.4kJ/mol
ＩＰＡは脱水素反応によりアセトン（ＣＨ3 ）2 ＣＯと水素Ｈ2 に分離する。この脱水素反応は触媒存在下で反応温度約８０℃で起こる吸熱反応である。
【００５８】
また、反応生成物であるアセトンの水素化反応は次式で示される。
（ＣＨ3)2 ＣＯ（気）＋Ｈ2（気）→（ＣＨ3)2 ＣＨＯＨ（液）＋100.4kJ/mol
この水素化反応は触媒存在下で反応温度約２００℃で起こる発熱反応である。アセトンの水素化反応によりＩＰＡが再生される。
【００５９】
本実施形態は、ＩＰＡの脱水素反応生成物であるアセトンを回収して保管する反応液保管方式を採用する。また、水素化脱水素反応を利用したＩＰＡ／アセトン／Ｈ2系のケミカルヒートポンプを構築し、燃料電池１の廃熱をケミカルヒートポンプにより昇温して高温で排熱する排熱システムを採用している。このケミカルヒートポンプでは、燃料電池１の廃熱を脱水素反応の熱源として利用している。また、このケミカルヒートポンプはアセトンの水素化反応によりＩＰＡを再生する燃料再生システムを兼ねる。ＩＰＡおよびアセトンは常温で液体の有機系化合物であるため、この燃料電池システムＦＣＳにおいて共に液体で貯蔵保管される。
【００６０】
図１に示すように水素供給システム２は、燃料タンク１０と、ケミカルヒートポンプ系ＨＰと、水素分離系ＨＳと、燃料電池冷却系ＣＳとを備える。燃料液貯蔵手段及び回収液貯蔵手段は燃料タンク１０により構成される。
【００６１】
燃料タンク１０には、燃料となるＩＰＡと、ＩＰＡの脱水素反応後の反応生成物であるアセトンとが分離して貯蔵される。すなわち、図３に示すように燃料タンク１０はタンク１１の内部を二室に区画する可動仕切としての伸縮式容器１２を収納し、伸縮式容器１２が可動仕切りとして機能することにより、タンク１１内は燃料室１３と回収室１４との二室に区画されている。伸縮式容器１２は容積可変に伸縮可能な蛇腹構造を有している。タンク１１には給油室と排液口（いずれも図示省略）が設けられ、給油口から燃料室１３へＩＰＡが供給されるとともに、排液口から回収室１４のアセトンが外部へ排出されるようになっている。伸縮式容器１２は燃料の消費量とアセトンの回収量とをバランスさせるように膨らみ、燃料室１３のＩＰＡが消費されて減った分だけ回収室１４の容積が増えるようになっている。
【００６２】
燃料タンク１０の燃料室１３は管路１５を通じて補助タンク２０に接続されている。管路１５上に設けられたポンプ１６によって燃料室１３のＩＰＡ液が補助タンク２０へ送られるようになっている。補助タンク２０にはＩＰＡの液面を検出する液面センサ１７が設けられ、液面センサ１７の検出信号に基づきＩＰＡ液面が設定液面を下回ると制御部Ｃ１によりポンプ１６が駆動され、燃料タンク１０の燃料室１３からＩＰＡ液が補助タンク２０に供給されるようになっている。
【００６３】
補助タンク２０には循環管路２１の入口と出口が接続され、循環管路２１上にはポンプ２２、熱交換器２３、脱水素反応手段としての脱水素反応器２４、熱交換器２５、水素化反応器２６及び凝縮器２７が設けられている。脱水素反応器２４の内部は触媒担持されている。触媒には例えば微粒金属ニッケル、カーボン担持貴金属、ラネーニッケル、ホウ化ニッケルなどが使用される。カーボン担持貴金属触媒用の貴金属には、白金、ルテニウム、ロジウム、パラジウム等が使用される。脱水素反応器２４では約８０℃でＩＰＡの脱水素反応が行われる。また、水素化反応器２６の内部も触媒担持されている。触媒にはニッケル触媒（例えば微粒ニッケル担持活性炭）が使用される。
【００６４】
水素化反応器２６ではアセトン水素化反応（発熱反応約２００℃）によりＩＰＡ、アセトン及び水素の平衡混合物が得られ、その顕熱は熱交換器２５によってアセトン・水素混合気体の予熱に使われるとともに、熱交換器２３によってＩＰＡの予熱に使われる。
【００６５】
水素化反応器２６には温度センサ２８が設けられ、温度センサ２８の検出温度に基づいて制御部Ｃ２により制御されるヒータ２９及び冷風機３０の加熱・冷却作用により、水素化反応器２６の内部温度は水素化反応温度（約２００℃）に調節されるようになっている。なお、水素化反応器２６及び冷風機３０により排熱手段が構成される。
【００６６】
アセトン水素化反応後のＩＰＡ、アセトン及び水素の平衡混合物は、各熱交換器２５，２３を通るときに降温されるとともに凝縮器２７でＩＰＡ（沸点８２℃）が液化された状態で、補助タンク２０に還流される。補助タンク２０に気相で還流された水素及びアセトン（ｇ）は管路３１を通じて気液分離器３３に送られるとともに、管路３１上の途中に設けられた凝縮器３２によりアセトン（沸点５６℃）が液化され、気液分離器３３にアセトン液が貯留される。
【００６７】
気液分離器３３には水素分離膜（水素透過膜）３４が設けられ、気液分離器３３に送り込まれた気体のうち水素分離膜３４を通り抜けた水素のみを燃料電池１に排出するための水素供給管路３５が気液分離器３３に水素分離膜３４の下流側室に連通する状態で接続されている。水素供給管路３５上には減圧弁（可変絞り）３６および流量制御弁（ＭＦＣ（Mass Flow Controller））３７が設けられている。ここで、流量制御弁（ＭＦＣ）３７は、流量を検出する流量検出部と、その検出した検出流量値をフィードバックして開度の制御をする制御弁部とを有するものである。制御部Ｃ３が消費電力から発電の必要があると判断すると流量制御弁３７は開かれるとともに要求発電量に応じた開度に制御され、水素は要求発電量に応じた流量で燃料電池１に供給されるようになっている。減圧弁３６は流量制御弁３７に送られる水素の圧力を設定圧力に減圧する。また、水素供給管路３５から管路３５ａが分岐し、管路３５ａの先端は循環管路２１の水素化反応器２６の上流側にて接続されている。管路３５ａ上にはコンプレッサＣＰ１が設けられ、気液分離器３３に設けられた圧力センサ３８の検出値に基づいて制御部Ｃ４により気液分離器３３の内部圧が設定値を超えないようにコンプレッサＣＰ１が駆動される。
【００６８】
また、気液分離器３３にはアセトン液を排出するための管路３９が燃料タンク１０の回収室１４との間に接続され、管路３９上にはポンプ４０が設けられている。気液分離器３３にはアセトンの液面を検出する液面センサ４１が設けられ、液面センサ４１の検出信号に基づきアセトン液面が設定液面を超えると制御部Ｃ４によりポンプ４０が駆動され、気液分離器３３内のアセトン液が回収室１４に排出されるようになっている。なお、気液分離手段は、補助タンク２０、凝縮器２７，３２、気液分離器３３及び水素分離膜３４等から構成される。
【００６９】
脱水素反応器２４の内部で起こる吸熱反応の熱源には、燃料電池１を冷却する燃料電池冷却系ＣＳの排熱を利用する。燃料電池１にはその内部を通る経路の閉回路を作る冷却用管路４３が接続されており、管路４３上にはポンプ４４及び放熱管４５が設けられている。放熱管４５は脱水素反応器２４と熱交換可能な熱交換器を構成する。燃料電池１の作動温度は約８０℃で、放熱管４５を流れる冷却水（温水）の熱が脱水素反応器２４の昇温に使用され、脱水素反応器２４の内部で起こる吸熱反応の熱源として使用される。脱水素反応器２４の内部温度を測定するための温度センサ４６が設けられ、温度センサ４６の検出値に基づいて冷却用管路４３上に設けられたヒータ４７が制御部Ｃ５により制御されることにより、ヒータ４７の予熱によって脱水素反応器２４の内部温度が反応温度（約８０℃）に調節されるようになっている。
【００７０】
燃料電池システムＦＣＳの運転開始初期で燃料電池１が作動温度に達していないうちは、ヒータ４７による予備加熱により脱水素反応器２４が加温され、燃料電池１が作動温度に達した後の定常運転状態では主に燃料電池１の廃熱を利用して脱水素反応器２４へ熱が伝えられる。また、脱水素反応器２４内の吸熱反応によって放熱管４５を流れる冷却水の熱が効率よく奪われることにより燃料電池１の排熱効率が高まるようになっている。なお、各制御部Ｃ１〜Ｃ５は実際には燃料電池システムＦＣＳを制御する一つの制御ユニットを構成している。
【００７１】
上記のように構成される燃料電池システムＦＣＳは次のように作動する。
燃料電池システムＦＣＳが装備される例えば車両または家庭用発電機で電力消費があって発電の必要があると判断されると、流量制御弁３７が開かれるとともにその要求発電量に応じた開度に制御される。その結果、気液分離器３３内から燃料電池１の燃料極に要求発電量に応じた流量で水素が供給され、これと同時に空気供給装置から空気極に空気が供給され、燃料電池１の内部では水素と酸素の起電反応による発電が行われる。
【００７２】
脱水素反応器２４では燃料電池１の廃熱を熱源としてＩＰＡの脱水素反応（吸熱反応）が行われ、水素とアセトンが生成される。脱水素反応後の生成ガスは昇温されて約２００℃近くにして水素化反応器２６に送られ、ここで水素化反応によりＩＰＡ、水素及びアセトンの平衡混合物が生成される。平衡混合物ガスは各熱交換器２５，２３で冷却されるとともに凝縮器２７を通って補助タンク２０に還流される。補助タンク２０ではＩＰＡが液化分離されるとともに、気相で送られた水素およびアセトンガスは管路３１から凝縮器３２を通って気液分離器３３に送られ、ここでさらにアセトンが液化分離される。気液分離器３３に液化分離されたアセトン液はポンプ４０によって排出され、燃料タンク１０の回収室１４に回収される。一方、気液分離器３３に蓄えられたガス中の水素は水素分離膜３４を透過し、純水素のみが水素供給管路３５を通じて燃料電池１に送られる。
【００７３】
この燃料電池システムＦＣＳでは次の効果が得られる。
（１）燃料であるＩＰＡの脱水素反応により分離された純水素を燃料電池１に供給し、脱水素後の反応生成物であるアセトンは燃料タンク１０に回収されて保管される。メタノールの水蒸気改質方式の水素供給システムの場合、水素および二酸化炭素が燃料電池に供給され、二酸化炭素を環境に排出するが、本実施形態によれば環境問題の原因になる二酸化炭素を排出しない燃料電池システムＦＣＳを提供できる。また、燃料電池１には純水素が供給されるので、二酸化炭素と水素の混合ガスを供給するシステムに比べ、発電効率を高めることができる。
【００７４】
また、燃料および回収液がこれまで取り扱いに慣れたガソリンや軽油などと同じ有機系化合物の液体よりなるため、給油などの際にも取り扱い易い有機系化合物液体方式とすることができる。このため、純水素を供給可能な公知の水素供給方式、例えば高圧ガス方式、液体水素方式、水素吸蔵合金方式などに比べ、水素ガスや液体水素を燃料として取り扱う必要がないので、燃料の取り扱い易い水素供給方式となる。また、常温で液体である反応生成物は、生成ガスを冷却あるいは膨張等させることにより比較的容易に水素と分離できるので、反応生成物の回収がし易い。
【００７５】
（２）純水素供給方式には従来より水素吸蔵合金方式、液体水素貯蔵方式および高圧水素貯蔵方式がある。例えば水素吸蔵合金方式に比べ水素吸蔵合金のような重量物がないので軽量なシステムにすることができる。また、液体水素貯蔵方式に比べエネルギーロスが少ないうえ取扱容易性およびインフラ整備の面で有利な燃料電池システムＦＣＳを提供できる。さらに高圧水素貯蔵方式に比べタンク容積を大幅に小型化できるので、コンパクトな燃料電池システムＦＣＳを提供できる。すなわち、従来の純水素供給システムに比べ、重量、容積、取扱性、インフラ整備面およびエネルギーロス面等について総合的評価で適度に満足できる燃料電池システムＦＣＳを提供することができる。
【００７６】
（３）例えば車両に燃料電池システムＦＣＳを搭載する場合、必要走行距離（例えば４００ｋｍ）を確保することができる水素供給能力をもつシステムとする必要があるが、この場合にシステムに必要な容積および重量が相対的に小さく済む。よって、車載用の燃料電池システムＦＣＳとして実用的である。
【００７７】
（４）回収液であるアセトンは燃料タンク１０内の伸縮式容器１２からなる可動仕切りで区画さた回収室１４に貯蔵され、燃料の消費による燃料の減量と回収液の増量とをバランスさせるように燃料タンク１０内の二室１３，１４の容積が自律調整される。この結果、アセトンを保管する回収液保管方式のシステムであるものの、燃料タンク１０のタンク容積を回収液の保管スペースとして有効に活用するので、システムに必要なタンク容積を相対的に小さく済ませることができる。この点からもシステムの容積効果が大きく、燃料電池システムＦＣＳの小型化に寄与する。
【００７８】
（５）脱水素反応器（吸熱反応器）２４と水素化反応器（発熱反応器）２６を有する循環管路２１を通る系は、水素化脱水素反応系のケミカルヒートポンプＨＰを構成し、燃料電池１の廃熱は、このケミカルヒートポンプＨＰにより約２００℃に昇温されてから排熱される。つまり、ラジエータとして機能する水素化反応器２６の約２００℃の温度とその周辺外部環境温度（例えば３０〜５０℃）との温度差が大きいので、水素化反応器２６が冷風機３０により冷却されるときの冷却効率が高くなる。その結果、従来技術において燃料電池を冷却するための約８０℃の冷却水温の排熱をするラジエータに比べ、ラジエータ部分が小型で済む。よって、従来の燃料電池システムにおいて、その大型化の原因であったラジエータ部分が小型になるので、小型の燃料電池システムＦＣＳとなる。
【００７９】
（６）反応生成物（アセトン）は水素に比べ分子量が大きいため、気液分離後の気体から微量の反応生成物を除去するために水素分離膜３４を使用するが、従来方式であるメタノール水蒸気改質などのように水素とＣ０を分離するのに比べ、水素分離膜３４として透過孔の大きな膜材質のものを使用することができる。その結果、水素分離膜３４の単位面積当たりの水素透過流量を多くでき、水素分離膜３４の表面積を小さくできるので、水素分離膜３４の小型化を図り易くなる。
【００８０】
（７）水素化反応器２６によるアセトン水素化反応によって燃料であるＩＰＡを再生するので、水素を有効利用でき、燃料単位当たりの発電量を高めることができる。例えば車載用燃料電池システムＦＣＳとして使用する場合、燃料単位当たりの走行距離を延ばしたり、システムの小型化に寄与できる。
【００８１】
（第２の実施形態）
以下、本発明を具体化した第２の実施形態を図４〜図７に従って説明する。
本実施形態の燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１の冷却系と、水素供給システム２の構成および使用する燃料などが前記第１の実施形態と異なる。燃料電池１の冷却系にはケミカルヒートポンプを採用し、ケミカルヒートポンプの吸熱によって燃料電池１を冷却する方式を採用する。燃料電池１の作動温度で吸熱反応を起こす有機化学物質を利用した流体系のケミカルヒートポンプを採用し、そのうち特に水素化脱水素反応系のケミカルヒートポンプを選び、本例で使用する燃料電池１の作動温度約８０℃に吸熱反応温度をもつＩＰＡ／アセトン／Ｈ2 系（以下、単にＩＰＡ／アセトン系という）のケミカルヒートポンプを採用する。
【００８２】
一方、水素を分離生成するための燃料として使用する含水素有機系化合物には、燃料電池冷却系のケミカルヒートポンプの発熱（排熱）を熱源として利用して脱水素反応を進めることができ、しかも水素化脱水素反応系のケミカルヒートポンプを構築可能な有機系化学物質を使用する。本例では冷却系ケミカルヒートポンプがＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプであってその発熱温度が約２００℃なので、この温度で脱水素反応（吸熱反応）を起こす有機系化学物質のうちシクロヘキサンを燃料として使用する。そして水素生成反応系部分にシクロヘキサン／ベンゼン／Ｈ2 系（以下、単にシクロヘキサン／ベンゼン系という）のケミカルヒートポンプを構築する。シクロヘキサンを燃料として採用する他の理由としては、燃料１モル当たりに得られる水素の生成モル数が多いことが挙げられる。
【００８３】
ＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプと、シクロヘキサン／ベンゼン系のケミカルヒートポンプとを、それぞれ低温側ケミカルヒートポンプ及び高温側ケミカルヒートポンプとして二段のヒートポンプ系を構築する。すなわち、低温側ケミカルヒートポンプの発熱と高温側ケミカルヒートポンプの吸熱とを熱交換可能に繋ぎ、燃料電池１の冷却に使用される低温側ケミカルヒートポンプの排熱温度を、高温側ケミカルヒートポンプによりさらに昇温し、より高温度で排熱を行うようにしている。
【００８４】
燃料電池システムＦＣＳが使用される対象および燃料電池の発電方式の種別は、前記第１の実施形態と同様である。すなわち、燃料電池システムＦＣＳは車両用電源や家庭用自家発電装置として使用され、燃料電池１は固体高分子型燃料電池である。図４に示すように燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１と、燃料電池１に水素を供給するための水素供給システム２とを備える。なお、燃料電池１の空気供給系（空気供給システム）については図示を省略している。
【００８５】
まず燃料電池冷却系ＣＳは、タンク５０と、タンク５０に入口と出口が接続されるとともに燃料電池１の内部を経由する循環管路５１と、循環管路５１上に設けられたポンプ５２、熱交換器５３、脱水素反応器（吸熱反応器）５４、熱交換器５５、水素化反応器（発熱反応器）５６および凝縮器５７とを有する。吸熱反応手段としての脱水素反応器５４は燃料電池１に内蔵されている。燃料電池冷却系ＣＳはＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプＨＰ１を構成し、その基本回路構成は前記第１の実施形態におけるＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプと同様である。また、脱水素反応器５４および水素化反応器５６に使用できる触媒も同様である。なお、第１のケミカルヒートポンプはケミカルヒートポンプＨＰ１により構成される。
【００８６】
燃料電池１には温度センサ５８が設けられ、燃料電池１が作動温度になってから温度センサ５８の検出値に基づいて制御部Ｃ６によりポンプ５２は駆動される。また、水素化反応器５６には温度センサ５９が設けられ、制御部Ｃ７により温度センサ５９の検出値に基づいてヒータ６０が制御され、水素化反応器５６の内部温度が水素化反応温度（約２００℃）に調節されるようになっている。
【００８７】
脱水素反応器５４を燃料電池１に内蔵する具体的構造としては、セパレータ３を燃料側と空気側の２部品に分け、両部品間に脱水素反応器５４を挟み込む挟持方式や、セパレータ３を構成する２部品の接合界面上に脱水素反応器５４の反応通路を直接形成する一体方式を採用することができる。
【００８８】
図５は燃料電池１に内蔵された挟持方式の脱水素反応器５４の組付構造を示す。燃料電池１はセパレータ３、電極４，５及び電解質膜６からなるセルが多層に積層された構造をとり（図２を参照）、脱水素反応器５４がセパレータ３を燃料側と空気側との２部品に分けた２つのセパレータ部品３ａ，３ｂの間に挟持された構造をとる。
【００８９】
脱水素反応器５４には例えば図６に示すチューブ式冷却板が使用される。
図６に示すように、冷却板６１はアルミニウムなどの金属からなるプレス成形品からなり、その基板６２の内部には蛇行する経路のチューブ６３が成形されている。基板６２から延出するチューブ６３の両端部により、燃料流入部６３ａと燃料流出部６３ｂが形成されている。チューブ６３の内部には脱水素化反応のための触媒が担持されている。冷却板６１がセパレータ部品３ａ，３ｂに挟持された組付状態では、反応通路となるチューブ６３がセパレータ３の燃料極面と空気極面との間を通るように配置される。
【００９０】
また、図７は燃料電池１に内蔵された一体方式の脱水素反応器５４の組付構造を示す。燃料電池１はセパレータ３、電極４，５及び電解質膜６からなるセルが多層に積層された構造をとり（図２を参照）、脱水素反応器５４はセパレータ３を燃料側と空気側との２部品に分けた両セパレータ部品３ｃ，３ｄを接合することによって、両セパレータ部品３ｃ，３ｄの接合面上に加工された溝通路によって形成されている。
【００９１】
図８はセパレータ部品３ｃ（３ｄ）を示す。セパレータ部品３ｃ（３ｄ）は、例えばカーボン等の材質からなる基板６５を備える。基板６５には燃料流路６６と水素流路６７と空気流路６８の三路が厚さ方向に貫通して形成されている。燃料流路６６と水素流路６７と空気流路６８は流入用と流出用とのそれぞれ１つずつ形成され、基板６５は燃料流路６６の流入口６６ａと流出口６６ｂ、水素流路６７の流入口６７ａと流出口６７ｂ、および空気流路６８の流入口６８ａと流出口６８ｂを有する。基板６５の表面には燃料流路６６の流入口６６ａ及び流出口６６ｂと連通する状態で格子状の経路をとる溝６５ａが刻設されている。セパレータ部品３ｃと接合されるもう一方のセパレータ部品３ｄにはその相対面に溝６５ａと同形状の溝（図示せず）が形成され、両溝の接合により反応管路６９が形成される。反応管路６９の内部には脱水素反応用の触媒が担持されている。反応通路となる反応管路６９はセパレータ３の燃料極面と空気極面との間を通るようにセパレータ３の内部に形成される。
【００９２】
このセパレータ３が燃料電池１に組み込まれた状態では、三本の流路６６，６７，６８は燃料電池１をセル列方向に貫通し、水素流路６７は各セルの燃料極に連通され、空気流路６８は各セルの空気極に連通されるようになっている。各セパレータ部品３ｃ，３ｄの反応管路６９（溝６５ａ）と反対側の面上、すなわち燃料極面と空気極面には水素流路および空気流路となる多列の溝がそれぞれ直交する向きに形成されている（図２を参照）。なお、図５および図７では、脱水素反応器５４が燃料電池１のセル間にセル複数個おきに配置されているが、各セパレータ３を脱水素反応器内蔵型の構成とすることもできる。
【００９３】
また、タンク５０に接続された管路７０の先端が循環管路５１の水素化反応器５６の上流側にて接続されている。管路７０上にはコンプレッサＣＰ２が設けられ、タンク５０に設けられた圧力センサ（図示せず）の検出値に基づいて制御部Ｃ６によりタンク５０の内部圧が設定値を超えないようにコンプレッサＣＰ２が駆動される。
【００９４】
次に水素供給系について説明する。
水素供給系は、シクロヘキサン／ベンゼン系のケミカルヒートポンプＨＰ２と、脱水素反応後の水素・ベンゼン混合ガスから純水素を分離する水素分離系ＨＳとを備える。なお、第２のケミカルヒートポンプはケミカルヒートポンプＨＰ２により構成される。
【００９５】
燃料タンク１０は前記第１の実施形態と同様の構造であり、タンク１１内に収納された伸縮式容器１２によりタンク１１内は燃料室１３と回収室１４との二室に区画されている。本実施形態も、燃料の脱水素反応生成物を回収して保管する回収液保管方式を採用する。
【００９６】
燃料となるシクロヘキサンＣ6 Ｈ12の脱水素反応は次式で示される。
Ｃ6 Ｈ12（気）  →  Ｃ6 Ｈ6（気）  ＋  ３Ｈ2（気）  −  207kJ/mol
上式のようにシクロヘキサンは脱水素反応によりベンゼンＣ6 Ｈ6 と水素Ｈ2 に分離する。この脱水素反応は約２００℃で進む吸熱反応である。
【００９７】
また、ベンゼンの水素化反応は次式で示される。
Ｃ6 Ｈ6（気）  ＋  ３Ｈ2（気）  →  Ｃ6 Ｈ12（気）  ＋  207kJ/mol
この水素化反応は約３５０℃で進む発熱反応である。
【００９８】
上記の水素化脱水素反応を利用したシクロヘキサン／ベンゼン系のケミカルヒートポンプＨＰ２は次のように構成される。燃料タンク１０の燃料室１３は管路７１を通じて補助タンク７３と接続され、管路７１上に設けられたポンプ７２によって補助タンク７３へシクロヘキサン液が送られる。ケミカルヒートポンプＨＰ２は、補助タンク７３と、補助タンク７３に入口と出口を接続する循環管路７４と、循環管路７４上に設けられたポンプ７５、熱交換器７６、脱水素反応手段としての脱水素反応器７７、熱交換器７８、２つの圧縮機７９、水素化反応器８０、減圧弁８１および凝縮器８２とを備えている。
【００９９】
脱水素反応器７７および水素化反応器８０の内部は触媒担持されている。触媒には例えばアルミナ担持白金などが使用される。水素化反応器８０ではベンゼン水素化反応（発熱反応約３５０℃）によりシクロヘキサン、ベンゼン及び水素の平衡混合物が得られ、その顕熱は熱交換器７８によってベンゼン・水素混合気体の予熱に使われるとともに、熱交換器７６によってシクロヘキサンの予熱に使われる。
【０１００】
脱水素反応器７７の内部で起こる吸熱反応の熱源には、燃料電池１の冷却用に使用するＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプＨＰ１の発熱（排熱）を利用する。この冷却用ケミカルヒートポンプＨＰ１の水素化反応器（発熱反応器）５６と脱水素反応器７７は、熱交換可能な熱交換器を構成する。冷却用ケミカルヒートポンプＨＰ１の発熱温度約２００℃で脱水素反応器７７内の吸熱反応が進められる。脱水素反応器７７の内部温度も温度センサ５９の検出値に基づく制御部Ｃ７によるヒータ６０の制御により、脱水素反応温度（約２００℃）に調節されるようになっている。なお、脱水素反応器用のヒータを別途設けることもできる。また、水素化反応器５６および脱水素反応器７７により構成される熱交換器には、例えばプレート型触媒反応器が使用される。
【０１０１】
２つの圧縮機７９は、水素化反応器８０に送る水素およびベンゼンガスを高圧（例えば約２０気圧）に圧縮するためのものである。また、水素化反応器８０には温度センサ８４が設けられ、ヒータ８５及び冷風機８６が温度センサ８４の検出値に基づいて制御部Ｃ８により制御されることにより、その加熱・冷却作用によって水素化反応器８０の内部温度が約３５０℃の水素化反応温度に調節されるようになっている。なお、水素化反応器８０及び冷風機８６により排熱手段が構成される。
【０１０２】
ベンゼン水素化反応後のシクロヘキサン、水素およびベンゼンの平衡混合物は、各熱交換器７８，７６を通るときに降温されるとともに減圧弁８１で減圧されてから凝縮器８２でシクロヘキサン（沸点８１℃）及びベンゼン（沸点８０℃）が液化された状態で、補助タンク７３に還流される。
【０１０３】
循環管路７４には脱水素反応器７７と熱交換器７８との間で分岐する管路８７が接続されており、管路８７は気液分離器８８に接続されている。管路８７上には流量制御弁（ＭＦＣ）８９および凝縮器９０が設けられている。シクロヘキサン脱水素反応後に管路８７を通って送られる水素及びベンゼンは、管路８７上の途中に設けられた凝縮器９０によってベンゼン（沸点８０℃）が液化された状態で気液分離器８８に送られ、気液分離器８８にベンゼン液が貯留される。
【０１０４】
気液分離器８８には水素分離膜（水素透過膜）９１が設けられ、その水素分離膜９１を隔てた下流側の室には水素供給管路９２が接続されている。気液分離器８８からは水素分離膜９１を通り抜けた純水素が水素供給管路９２を通じて燃料電池１に排出されるようになっている。水素供給管路９２上には減圧弁９３および流量制御弁（ＭＦＣ）９４が設けられている。電力消費があって制御部Ｃ６により発電の必要があると判断されると、流量制御弁９４が開弁されて要求発電量に応じた開度に制御され、燃料電池１には要求発電量に応じた流量で水素が供給される。減圧弁９３は流量制御弁９４の上流側で水素の圧力を減圧する。なお、気液分離手段は、管路８７，９２，９７、凝縮器９０、気液分離器８８、水素分離膜９１及びポンプ９８等から構成される
また、気液分離器８８内の水素の圧力を検出する圧力センサ９５の検出信号に基づき制御部Ｃ９により流量制御弁８９は制御され、気液分離器８８には常に設定圧以上の水素が蓄えられるようになっている。補助タンク７３内の液量（シクロヘキサン主成分液）は、流量制御弁８９が開かれてベンゼン及び水素が管路８７を通ってヒートポンプＨＰ２の系から排出された分だけ減少する。補助タンク７３に設けられた液面センサ９６の検出信号に基づき補助タンク７３内の液量が設定量を下回ると判断されると制御部Ｃ１０によりポンプ７２が駆動され、燃料タンク１０の燃料室１３から補助タンク７３へシクロヘキサンが補給される。
【０１０５】
また、気液分離器８８と燃料タンク１０の回収室１４とを繋ぐ管路９７上にはポンプ９８が設けられている。気液分離器８８にはベンゼン液量を検出する液面センサ９９が設けられ、制御部Ｃ９は液面センサ９９の検出信号に基づきポンプ９８を駆動し、気液分離器８８内のベンゼン液量が設定量を超えないようにベンゼンを燃料タンク１０の回収室１４へ送るようになっている。
【０１０６】
また、補助タンク７３に接続された管路７４ａの先端が循環管路７４の水素化反応器８０の上流側にて接続されている。管路７４ａ上にはコンプレッサＣＰ３が設けられ、補助タンク７３に設けられた圧力センサ（図示せず）の検出値に基づいて制御部Ｃ１０により補助タンク７３の内部圧が設定値を超えないようにコンプレッサＣＰ３が駆動される。
【０１０７】
上記のように構成される燃料電池システムＦＣＳは次のように作動する。
燃料電池システムＦＣＳが装備される例えば車両または家庭用自家発電装置で電力消費があると流量制御弁９４が開かれるとともに要求発電量に応じた開度に制御され、気液分離器８８内から燃料電池１の燃料極に要求発電量に応じた流量で純水素が供給され、これと同時に空気極には空気供給装置から空気が供給され、燃料電池１の内部では発電が行われる。
【０１０８】
燃料電池１に設けられた温度センサ５８の検出温度に基づいて制御部Ｃ６によりポンプ５２が駆動され、脱水素反応器５４には燃料電池１が作動温度に保たれる流量でＩＰＡが送られる。脱水素反応器５４内の吸熱反応によって燃料電池１は冷却されて作動温度に調節される。
【０１０９】
燃料電池１の廃熱はその冷却用（ＩＰＡ／アセトン系）ケミカルヒートポンプＨＰ１により昇温され、その水素化反応器５６の約２００℃の発熱（排熱）が熱交換を介して脱水素反応器７７に与えられ、シクロヘキサンの脱水素反応の熱源として利用される。
【０１１０】
脱水素反応器７７ではシクロヘキサンの脱水素反応（吸熱反応）が行われ、水素とベンゼンが生成される。脱水素反応後の生成ガスは昇温されて約３５０℃近くにして水素化反応器８０に送られ、ここでベンゼンの水素化反応が行われてシクロヘキサンが再生される。ベンゼン水素化反応後の平衡混合物ガスは各熱交換器７８，７６で冷却されるとともに減圧弁８１により減圧されてから凝縮器８２を通って補助タンク７３に還流される。補助タンク７３にはシクロヘキサン及び未反応ベンゼンからなる液体が貯留される。
【０１１１】
一方、シクロヘキサン脱水素反応後の水素及びベンゼンは、気液分離器８８内の水素ガス圧が低くなって流量制御弁８９が開かれたときに凝縮器９０を通って気液分離器８８に送られる。気液分離器８８には凝縮器９０で液化されたベンゼンが貯留される。気液分離器８８に液化分離されたベンゼン液はポンプ９８の駆動によって燃料タンク１０の回収室１４に回収される。気液分離器８８に蓄えられた水素は水素分離膜９１を透過し、純水素のみが燃料電池１に送られる。
【０１１２】
この実施形態によれば第１の実施形態で述べた（１）〜（４）の効果が同様に得られる。すなわち燃料は異なるものの、燃料の脱水素反応で水素を得る方式で、脱水素反応後の反応生成物（ベンゼン）を液体で回収する回収液保管方式を採用することにより燃料電池１に純水素を供給できるので、前記（１）〜（３）の効果が同様に得られる。また燃料タンク１０は伸縮式容器１２を内蔵する可動仕切り構造なので、前記（４）の効果が同様に得られる。さらにベンゼンの水素化反応により燃料であるシクロヘキサンを再生するので、前記（６），（７）の効果が同様に得られる。その他、次の効果が得られる。
【０１１３】
（８）燃料電池１の廃熱を冷却用ケミカルヒートポンプＨＰ１により約２００℃に昇温し、さらに高温側ケミカルヒートポンプＨＰ２により約３５０℃に昇温してから排熱されるので、ラジエータとして機能する水素化反応器８０の排熱温度が約３５０℃とさらに高く、ラジエータ機能部分の排熱温度とその周辺外部環境温度（例えば３０〜５０℃）との温度差をさらに大きくすることができる。よって、水素化反応器８０が冷風機８６により冷却されるときの排熱効率が高くなる。その結果、第１の実施形態よりもラジエータ部分を一層小型にでき、さらに小型の燃料電池システムＦＣＳを提供できる。また、脱水素反応器５４はその反応通路となるチューブ６３または反応管路６９がセパレータ３の燃料極面と空気極面との間を通る挟持方式または一体方式の構造でセパレータ３と一体的に設けられているので、燃料電池１に比較的コンパクトに内蔵可能であるとともに、燃料電池１からの吸熱効率を高めることができる。
【０１１４】
（９）燃料１モル当たりの水素発生モル数の多いシクロヘキサンを燃料として使用するので、例えば燃料電池システムＦＣＳを車載用に使用する場合、必要走行距離を確保するのに必要な燃料容積を、前記第１実施形態で使用したＩＰＡを燃料とする構成に比べ少なくすることができる。よって、燃料タンク１０の小型化により燃料電池システムを一層小型化することができる。
【０１１５】
（第３の実施形態）
次に第３の実施形態を図９に従って説明する。
本実施形態では燃料電池１の廃熱をケミカルヒートポンプにより昇温した高温の排熱を利用して発電をする。本実施形態では含水素有機系化合物の燃料としてメチルシクロヘキサンを使用する。
【０１１６】
燃料となるメチルシクロヘキサンＣ6 Ｈ11ＣＨ3の脱水素反応は次式で表される。
Ｃ6 Ｈ11ＣＨ3（気）→Ｃ6 Ｈ5ＣＨ3（気）＋３Ｈ2（気）−  204.8kJ/mol
上式のようにメチルシクロヘキサンは脱水素反応によりトルエンＣ6 Ｈ5ＣＨ3 と水素Ｈ2 に分離する。この脱水素反応は約２００℃で進む吸熱反応である。
【０１１７】
また、トルエンの水素化反応は次式で示される。
Ｃ6 Ｈ5ＣＨ3（気）＋３Ｈ2（気）→Ｃ6 Ｈ11ＣＨ3（気）＋  204.8kJ/mol
この水素化反応は約３５０℃で進む発熱反応である。
【０１１８】
本実施形態では、二段のケミカルヒートポンプを構築する点は前記第２の実施形態と同様である。すなわち燃料電池冷却用に採用するＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプと、水素生成用に採用するメチルシクロヘキサン／トルエン／Ｈ2系（以下、単にメチルシクロヘキサン／トルエン系という）のケミカルヒートポンプとを、それぞれ低温側ケミカルヒートポンプ及び高温側ケミカルヒートポンプとして二段のヒートポンプ系を構築する。そして、本実施形態では、燃料電池１の冷却用に使用される低温側ケミカルヒートポンプの発熱（排熱）を、高温側ケミカルヒートポンプによりさらに昇温し、その高温度の排熱を発電に利用する。
【０１１９】
燃料電池１の冷却用に使用する低温側ヒートポンプは前記第２の実施形態と同様である。燃料電池１の廃熱はその冷却用の低温側ケミカルヒートポンプにより昇温され、その発熱側である水素化反応温度約２００℃の排熱を熱交換を介して高温側ケミカルヒートポンプの吸熱側であるメチルシクロヘキサンの脱水素反応の熱源として利用する。
【０１２０】
燃料電池冷却系は前記第２の実施形態と同様で、タンク５０と、タンク５０に入口と出口が接続されるとともに燃料電池１の内部を経由する循環管路５１と、循環管路５１上に設けられたポンプ５２、熱交換器５３、脱水素反応器（吸熱反応器）５４、熱交換器５５、水素化反応器（発熱反応器）５６および凝縮器５７とを備えている。脱水素反応器５４には前記第２の実施形態で述べた図５〜図８に示すいずれかの構造が使用されている。
【０１２１】
燃料電池１には温度センサ５８が設けられ、燃料電池１が作動温度になってから温度センサ５８の検出値に基づいて制御部Ｃ６によりポンプ５２が駆動される。また、水素化反応器５６には温度センサ５９が設けられ、水素化反応器５６の内部温度が水素化反応温度（約２００℃）になるように制御部Ｃ７によりヒータ６０が制御されるようになっている。また、タンク５０に接続された管路７０の先端が循環管路５１の水素化反応器５６の上流側にて接続され、管路７０上に設けられたコンプレッサＣＰ２が、タンク５０に設けられた圧力センサ（図示せず）の検出値に基づいて制御部Ｃ６により駆動されることによってタンク５０の内部圧が設定値を超えないようになっている。
【０１２２】
次に水素供給系について説明する。
水素供給系は、メチルシクロヘキサン／トルエン系のケミカルヒートポンプＨＰ２と、脱水素反応後の水素・トルエン混合ガスからトルエンを液化分離することにより純水素を分離する水素分離系ＨＳとを備える。
燃料タンク１０は、前記第１の実施形態と同様の構造であり、タンク１１内に収納された伸縮式容器１２により燃料室１３と回収室１４との二室に区画されている。タンク１１には給油口と排液口（いずれも図示省略）が設けられ、燃料室１３のメチルシクロヘキサンは給油口から供給されるとともに、回収室１４のトルエンは排液口から外部に排出されるようになっている。本実施形態も、燃料であるメチルシクロヘキサンの脱水素反応生成物であるトルエンを回収して保管する回収液保管方式を採用する。燃料であるメチルシクロヘキサン及び反応生成物であるトルエンは共に常温で液体である。
【０１２３】
燃料タンク１０の燃料室１３は管路１００を通じて補助タンク１０１に接続され、管路１００上に設けられたポンプ１０２によって補助タンク１０１へメチルシクロヘキサン液が送られるようになっている。メチルシクロヘキサン／トルエン系のケミカルヒートポンプＨＰ２は、脱水素反応系部分と水素化反応系部分とから構成される。
【０１２４】
脱水素反応系部分は、補助タンク１０１と、補助タンク１０１に入口を接続する管路１０３と、管路１０３上に設けられたポンプ１０４、熱交換器１０５、脱水素反応手段としての脱水素反応器１０６および凝縮器１０７とを備えている。管路１０３の出口は気液分離器１０８に接続されている。脱水素反応器１０６ではメチルシクロヘキサンの脱水素反応が冷却用（低温側）ケミカルヒートポンプＨＰ１の発熱（排熱）を熱源に利用して行われ、トルエン・水素混合気体が生成される。この冷却用ケミカルヒートポンプＨＰ１の水素化反応器（発熱反応器）５６と脱水素反応器１０６は、熱交換可能な熱交換器を構成する。冷却用ケミカルヒートポンプＨＰ１の発熱温度約２００℃で脱水素反応器１０６内の吸熱反応が進められる。脱水素反応器１０６の内部温度は温度センサ５９の検出値に基づく制御部Ｃ７によるヒータ６０の制御により脱水素反応温度（約２００℃）に調節されるようになっている。脱水素反応後の混合気体の顕熱は熱交換器１０５によってメチルシクロヘキサンの予熱に使われる。凝縮器１０７ではトルエンが液化され、気液分離器１０８にはトルエン（沸点１１１℃）が液化分離される。脱水素反応器１０６の内部は触媒担持されており、触媒には例えばアルミナ担持白金などが使用される。なお、第１のケミカルヒートポンプはケミカルヒートポンプＨＰ１により構成され、第２のケミカルヒートポンプはケミカルヒートポンプＨＰ２により構成される。
【０１２５】
気液分離器１０８は管路１０９を通じて補助タンク１０１に接続されている。管路１０９上には凝縮器１１０が設けられている。気液分離器１０８内の水素を含むガスは管路１０９を通って補助タンク１０１に送られる。
【０１２６】
補助タンク１０１には水素分離膜（水素透過膜）１１１が設けられ、その水素分離膜１１１を隔てたその下流側の室には水素供給管路１１２が接続されている。水素分離膜１１１を通り抜けた純水素は水素供給管路１１２を通じて燃料電池１に供給されるようになっている。水素供給管路１１２上には減圧弁１１３および流量制御弁（ＭＦＣ）１１４が設けられている。流量制御弁１１４は制御部Ｃ６により発電が必要と判断されたときに開かれるとともに要求発電量に応じた開度に制御され、燃料電池１には要求発電量に応じた流量で水素が供給されるようになっている。減圧弁１１３は流量制御弁１１４の上流側で水素の圧力を減圧する。
【０１２７】
一方、水素化反応系部分は、気液分離器１０８と、気液分離器１０８に入口と出口を接続する循環管路１１５と、循環管路１１５上に設けられたポンプ１１６、水素化反応器１１７、熱交換器１１８、減圧弁１１９および凝縮器１２０とを備えている。循環管路１１５にはポンプ１１６と水素化反応器１１７との間に、水素供給管路１１２から分岐した水素供給管路１２１が接続されている。水素供給管路１２１上には、２つの圧縮機１２２が設けられている。水素は２つの圧縮機１２２により高圧（例えば約２０気圧）に圧縮されてから水素化反応器１１７の上流側に供給されるようになっている。また、水素化反応器１１７には温度センサ１２３が設けられ、管路１１５に設けられたヒータ１２４が温度センサ１２３の検出値に基づいて制御部Ｃ１１により制御されることにより、その加熱によって水素化反応器１１７の内部温度が約３５０℃の水素化反応温度に調節されるようになっている。
【０１２８】
水素化反応器１１７の内部は触媒担持されており、触媒には例えばアルミナ担持白金などが使用される。水素化反応器１１７ではトルエン水素化反応（発熱反応：約３５０℃）によりメチルシクロヘキサン、トルエン及び水素の平衡混合物が得られる。つまり、水素化反応器１１７でトルエンの水素化反応が行われることによりメチルシクロヘキサンが再生される。水素化反応後の平衡混合ガスの顕熱は熱交換器１１８によって水素の予熱に使われる。トルエン水素化反応後の平衡混合ガスは、熱交換器１１８を通るときに降温されるとともに減圧弁１１９により減圧されてから凝縮器１２０でトルエン（沸点１１１℃）が液化された状態で、気液分離器１０８に還流される。
【０１２９】
気液分離器１０８では未反応トルエン（沸点１１１℃）が液化され、メチルシクロヘキサンガス（沸点１０１℃）は管路１０９を通じて補助タンク１０１に送られる。管路１０９上の途中に設けられた凝縮器１１０でメチルシクロヘキサンは液化されて補助タンク１０１に貯留される。
【０１３０】
補助タンク１０１には液面センサ１２５が設けられ、液面センサ１２５の検出信号に基づき管路１００上のポンプ１０２が制御部Ｃ１２により駆動されることによって、補助タンク１０１には常時設定量（設定液面）以上のメチルシクロヘキサン液が蓄えられている。
【０１３１】
また、気液分離器１０８にはトルエン液を排出するための管路１２６が燃料タンク１０の回収室１４との間に接続されている。気液分離器１０８に溜まったトルエン液は、その液面を検出する液面センサ１２７の検出信号に基づき管路１２６上のポンプ１２８が制御部Ｃ１３により駆動されることによって、設定量（設定液面）を超えた分量については燃料タンク１０の回収室１４に送られるようになっている。なお、気液分離手段は、凝縮器１１０，１２０、気液分離器１０８、補助タンク１０１、水素分離膜１１１、管路１１２，１２６、ポンプ１２８等により構成される。
【０１３２】
水素化反応器１１７の排熱は、発電システムＧＳの熱源に使用される。発電システムＧＳは、タンク１３０と、タンク１３０に入口と出口を接続する循環管路１３１と、循環管路１３１上に設けられたポンプ１３２、水蒸気発生器（受熱器）１３３、スクロール式膨張機１３４および凝縮器１３５と、熱機関としてのスクロール式膨張機１３４に駆動連結された発電機１３６とを備えている。ポンプ１３２は水素化反応器１１７に設けられた温度センサ１２３の検出信号に基づき制御部Ｃ１１により駆動制御される。水素化反応器１１７と水蒸気発生器１３３は熱交換器を構成し、水素化反応器１１７内の発熱反応熱を熱源として水蒸気発生器１３３では水から水蒸気が生成される。スクロール式膨張機１３４は水蒸気により駆動され、その駆動力により発電機１３６が駆動されて発電が行われる。発電機１３６により発電された電力は図示しないバッテリに蓄えられ、燃料電池システムＦＣＳの供給電力として使用されるようになっている。なお、排熱手段及び発電手段は、水素化反応器１１７、タンク１３０、循環管路１３１、ポンプ１３２、水蒸気発生器１３３、スクロール式膨張機１３４、凝縮器１３５及び発電機１３６により構成される。
【０１３３】
この実施形態によれば、第２の実施形態と同様に（１）〜（４），（６），（９）の効果が得られる。その他、次の効果が得られる。
（１０）排熱を利用して発電をするので、燃料単位当たりの発電効率を高めることができる。また、密閉式であるスクロール式膨張機を使用するので、開放式のタービンに比べ回転速度の高低によらず広い回転数域で高い機械効率が得られる。
【０１３４】
（第４の実施形態）
以下、本発明を具体化した第４の実施形態を図１０，図１１に従って説明する。
【０１３５】
本実施形態の燃料電池システムＦＣＳは、脱水素反応後の反応生成物を回収した回収液をバーナで燃焼させ、脱水素反応の熱源として利用する。燃料電池１の冷却には従来同様に冷却水によるラジエータを使用する。
【０１３６】
図１０に示すように燃料電池システムＦＣＳは、燃料電池１と、水素供給システム２を備える。水素供給システム２はＩＰＡを燃料としてその脱水素反応により水素を生成し、燃料電池１に供給するとともに、その反応生成物であるアセトンは前記第１の実施形態と同様に回収して保管する。なお、燃料電池１の空気供給系（空気供給システム）については図示を省略している。
【０１３７】
燃料液貯蔵手段及び回収液貯蔵手段としての燃料タンク１４０は、タンク１４１と、タンク１４１の内部を上下二室に区画するようにタンク１４１内に設けられた可動仕切としての隔膜１４２とを備える。タンク１４１内には、隔膜１４２の下側に燃料室１３が、隔膜１４２の上側に回収室１４が区画されている。隔膜１４２は例えば燃料に対して高い耐油性を有するゴムからなる。図１１（ａ）に示すように、燃料が多いときは隔膜１４２は上方へ凹むように弾性変形をし、燃料室１３の容積が広くなるとともに回収室１４の容積が狭くなる。図１１（ｂ）に示すように、燃料が少ないときは隔膜１４２は下方へ凹むように弾性変形をし、燃料室１３の容積が狭くなるとともに回収室１４の容積が広くなる。つまり、燃料の消費による燃料の減量と回収液の増量とをバランスさせるように隔膜１４２が変形して両室１３，１４の容積を変化させる。なお、図１１の方式の燃料タンク１４０に水素分離膜１５５を設けて本実施形態では使用している。
【０１３８】
水素供給システム２は、燃料タンク１４０と、燃料タンク１４０の燃料室１３に入口が接続されるとともに出口が気液分離器１４７に接続された管路１４３と、管路１４３上に設けられたポンプ１４４、脱水素反応手段としての脱水素反応器１４５および凝縮器１４６とを有する。脱水素反応器１４５に使用できる触媒は第１の実施形態と同様である。
【０１３９】
脱水素反応器１４５でのＩＰＡの脱水素反応により生成された水素及びアセトンは、凝縮器１４６でＩＰＡ（沸点８１℃）が液化された状態で気液分離器１４７に送られる。気液分離器１４７に接続された管路１４８は、管路１４３に対しポンプ１４４と脱水素反応器１４５との間において接続されている。管路１４８上にはポンプ１４９が設けられ、気液分離器１４７に設けられた液面センサ１５０の検出値に基づき液面が設定液面以上になると、制御部Ｃ１５によりポンプ１４４に替えてポンプ１４９が駆動され、気液分離器１４７のＩＰＡが脱水素反応器１４５に供給されるようになっている。
【０１４０】
気液分離器１４７に接続された管路１５１は気液分離器１５２に接続され、管路１５１上には凝縮器１５３が設けられている。気液分離器１４７内のガスは管路１５１を通って途中の凝縮器１５３でアセトン（沸点５６℃）が液化され、気液分離器１５２にはアセトンが液化分離される。気液分離器１５２内のガスは管路１５４を通じて燃料タンク１４０の回収室１４に送られ、気液分離器１５２内のアセトンは所定液面に達すると管路１５４を通じて燃料タンク１４０の回収室１４に流れ込む。
【０１４１】
燃料タンク１４０の回収室１４には水素分離膜１５５が設けられ、水素分離膜１５５を隔てた下流側の室には管路１５６が接続されている。管路１５６上には減圧弁１５７および流量制御弁１５８が設けられている。制御部Ｃ１５は発電が必要であると判断すると、流量制御弁１５８を開くとともに要求発電量に応じた開度に制御し、燃料電池１には要求発電量に応じた流量で水素が供給される。減圧弁１５７は流量制御弁１５８の上流側で水素の圧力を減圧する。
【０１４２】
燃料タンク１４０の回収室１４には水素の圧力を検出するための圧力センサ１５９が設けられ、圧力センサ１５９の検出値に基づいて水素の圧力が設定値未満になると、制御部Ｃ１５によりポンプ１４４又はポンプ１４９が駆動され、ＩＰＡが脱水素反応器１４５に供給されるようになっている。なお、気液分離手段は、燃料タンク１４０、凝縮器１４６，１５３、気液分離器１４７，１５２、管路１４３，１５１，１５４、水素分離膜１５５等により構成される。
【０１４３】
燃料タンク１４０の回収室１４に接続された管路１６０は、燃焼手段としてのバーナ１６１に接続されており、管路１６０上にはポンプ１６２が設けられている。バーナ１６１は脱水素反応器１４５の近傍に位置し、圧力センサ１５９の検出値に基づく判断により、回収室１４の水素の圧力がポンプ１４４（１４９）の駆動開始設定圧以下になると、制御部Ｃ１５によりポンプ１６２が駆動されるとともにようにバ−ナ１６１が着火されるようになっている。脱水素反応器１４５には温度センサ１６３が設けられ、温度センサ１６３の検出値に基づき脱水素反応器１４５の内部温度が燃料（ＩＰＡ）の脱水素反応温度約８０℃になるように制御部Ｃ１５によりポンプ１６２の回転速度が制御され、バーナ１６１に供給されるアセトン量が調節されるようになっている。よって、回収液（アセトン）の一部はバーナ１６１で燃焼されることで脱水素反応器１４５の熱源として利用される。なお、バーナ１６１の燃焼熱を低温起動時等の補助熱源として利用することも可能である。
【０１４４】
この実施形態では燃料にＩＰＡを使ってその回収液であるアセトンを燃焼させる方式を採用したが、燃料はＩＰＡ以外であってもよく、シクロヘキサンやメチルシクロヘキサンを燃料として使用することもできる。この場合は、ＩＰＡとは燃料の脱水素反応温度が異なるので、脱水素反応器の内部温度が燃料に使用する含水素有機系化合物の脱水素反応温度となるように温度センサ１６３の検出値に基づいて制御部Ｃ１５によりバーナ１６１の燃焼を制御すればよい。
【０１４５】
この実施形態によれば、前記第１の実施形態で述べた（１）の効果の中で燃焼によって発生するＣＯ2は大気に排出されるが、従来のメタノール改質よりも排出量は少なく、それ以外は（１）と同等の効果が得られると共に、（２）〜（４）の効果が同様に得られる。すなわちＣＯ2 が混入しない純水素供給方式でありながら、小型、軽量、取扱容易性、インフラ整備面などの総合評価で従来知られる他方式の燃料電池システムに比べ優れている。よって車載用の燃料電池システムとしてより実用的であり、さらに回収液保管方式でありながら隔膜式の燃料タンク１４０を使用することによってタンク容積を小さく抑えることができ、システム全体の小型化にも寄与する。さらに以下の効果が得られる。
（１０）回収液を燃焼させて脱水素反応器１４５の熱源とするので、回収液を有効利用できる。また、例えば車載用に使用する場合、回収液の燃焼消費による減量によって走行距離を延ばす方向に寄与する。
【０１４６】
（第５の実施形態）
次に第５の実施形態を図１２に基づいて説明する。
この実施形態は、前記第３の実施形態のように燃料電池１の廃熱を利用して発電をする場合の他の発電方式を採用する例で、ゼーベック効果を利用した発電方式を採用する。
【０１４７】
図１２に示すように、例えばケミカルヒートポンプＨＰ２を構成する水素化反応器１１７に対し伝熱板１７０を介した状態で発電手段としての熱発電素子１７１を配置する。熱発電素子１７１は、高温側電極１７２と、２つの低温側電極１７３，１７４と、高温側電極１７２と低温側電極１７３間に挟まれたｎ型半導体１７５と、高温側電極１７２と低温側電極１７４間に挟まれたｐ型半導体１７６とから構成される。そして各低温側電極１７３，１７４が配線１７７，１７８を介してバッテリ１７９のマイナス電極およびプラス電極にそれぞれ接続されている。
【０１４８】
水素化反応器１１７の発熱による熱が伝熱板１７０を介して伝えられて高温側電極１７２が加熱されて高温側電極１７２が高温になり、低温側電極１７３，１７４との間に温度差が生じると、起電力が発生し、バッテリ１７９が充電される。
【０１４９】
よって、この実施形態によれば、前記第３の実施形態と同様の効果が得られる。さらに次の効果が得られる。
（１１）熱発電素子１７１を使用すれば、水蒸気発電方式に要求される排熱温度に比べ低い温度レベルの排熱温度であっても十分発電をすることができる。
【０１５０】
（第６の実施形態）
次に第６の実施形態を図１３に基づいて説明する。
この実施形態は、第２の実施形態の変形例である。第２の実施形態では二段のケミカルヒートポンプを構築して高温で排熱する方式を採用したが、この実施形態では冷却用ケミカルヒートポンプのみの一段とし、水素生成系は燃料の脱水素反応のみで水素化反応は行わない構成としている。燃料の脱水素反応後の反応生成液を回収して保管する回収液保管方式である点は同じである。
【０１５１】
図１３に示すように、燃料電池１を冷却するための燃料電池冷却系ＣＳの構成は、第２の実施形態と基本的に同じであり、ＩＰＡ／アセトン系のケミカルヒートポンプＨＰ１を構築した構成である。この例では水素化反応器の下流域にラジエータを加えている。なお、ケミカルヒートポンプＨＰ１は第１のケミカルヒートポンプを構成する。
【０１５２】
燃料電池システムＦＣＳを構成する水素供給システム２は、燃料電池冷却系ＣＳと水素供給系ＨＳＳを備える。
燃料電池冷却系ＣＳは、タンク５０と、タンク５０に入口と出口が接続されるとともに燃料電池１の内部を経由する循環管路５１と、循環管路５１上に設けられたポンプ５２、熱交換器５３、脱水素反応器（吸熱反応器）５４、熱交換器５５、水素化反応器（発熱反応器）５６、ラジエータ１８０および凝縮器５７とを有する。脱水素反応器５４は燃料電池１に内蔵されている。また、ラジエータ１８０の近傍にはラジエータ１８０に送風するための冷風機１８１が設けられている。ラジエータ１８０及び冷風機１８１を加えたのは、前記第２の実施形態において高温側ケミカルヒートポンプで昇温して排熱していた排熱部分が無くなるので、その替わりの排熱部分を設けるためである。
【０１５３】
燃料電池１には温度センサ５８が設けられ、燃料電池１が作動温度になってから温度センサ５８の検出値に基づいて制御部Ｃ６によりポンプ５２は駆動される。また、水素化反応器５６には温度センサ５９が設けられ、温度センサ５９の検出値に基づき制御部Ｃ７によりヒータ６０が制御されることにより、水素化反応器５６内が水素化反応温度（約２００℃）となるように温度制御される。また、タンク５０に接続された管路７０の先端が循環管路５１の水素化反応器５６の上流側にて接続され、管路７０上に設けられたコンプレッサＣＰ２が、タンク５０に設けられた圧力センサ（図示せず）の検出値に基づいて制御部Ｃ６により駆動されることによってタンク５０の内部圧が設定値を超えないようになっている。
【０１５４】
次に水素供給（生成）系について説明する。
水素供給系ＨＳＳは、燃料タンク１０から気液分離器８８に至る系のみが第２の実施形態と構成が異なる。シクロヘキサン／ベンゼン系のケミカルヒートポンプに替え、脱水素反応系のみとなる。
【０１５５】
燃料タンク１０の燃料室１３は管路１８３を通じて気液分離器８８に接続され、管路１８３上にはポンプ１８４、熱交換器１８５、脱水素反応手段としての脱水素反応器１８６、流量制御弁（ＭＦＣ）１８７および凝縮器１８８が設けられている。脱水素反応器１８６は水素化反応器５６と共に熱交換器を構成している。脱水素反応器１８６の内部は触媒担持されており、触媒には例えばアルミナ担持白金などが使用される。脱水素反応器１８６ではシクロヘキサンの脱水素反応によってベンゼン及び水素が生成され、その顕熱は熱交換器１８５によってシクロヘキサンの予熱に使われる。
【０１５６】
シクロヘキサン脱水素反応後のガスは、管路１８３上の途中に設けられた凝縮器１８８でベンゼン（沸点８０℃）が液化され、気液分離器８８には水素とベンゼンが気液分離される。
【０１５７】
気液分離器８８には水素分離膜９１が設けられ、水素分離膜９１を隔てた下流側の室には水素供給管路９２が接続されている。気液分離器８８からは水素分離膜９１を通り抜けた純水素が水素供給管路９２を通じて燃料電池１に排出される。水素供給管路９２上には減圧弁９３および流量制御弁（ＭＦＣ）９４が設けられている。制御部Ｃ６は発電要求指令があると、流量制御弁９４を開弁させて要求発電量に応じた開度に制御し、燃料電池１には要求発電量に応じた流量で水素が供給されるようになっている。減圧弁９３は流量制御弁９４の上流側で水素の圧力を減圧する。
【０１５８】
気液分離器８８内の水素の圧力を検出する圧力センサ９５の検出信号に基づき流量制御弁１８７は制御部Ｃ９により制御され、気液分離器８８には水素が常時設定圧以上蓄えられるようになっている。また、気液分離器８８と燃料タンク１０の回収室１４とを繋ぐように管路９７が両者の間に接続されている。管路９７上にはポンプ９８が設けられている。気液分離器８８にはベンゼン液量を検出する液面センサ９９が設けられ、制御部Ｃ９は液面センサ９９の検出信号に基づきポンプ９８を駆動し、気液分離器８８内のベンゼン液量が設定量を超えないようにベンゼンを燃料タンク１０の回収室１４へ送るようになっている。
【０１５９】
ポンプ１８４は例えば流量制御弁１８７が開弁されるとほぼ同時に駆動される。すなわち、流量制御弁１８７が開弁されて気液分離器８８へ供給される水素流出量を補うだけの水素を生成し得る量のシクロヘキサンを脱水素反応器１８６へ供給できる駆動速度でポンプ１８４は駆動される。なお、気液分離手段は、気液分離器８８、凝縮器１８８、管路９２，９７、ポンプ９８等により構成される。
【０１６０】
この実施形態によれば、前記第２の実施形態と同様に（１）〜（４），（８）の効果が得られる。さらに次の効果が得られる。
（１２）ケミカルヒートポンプが一段であるが、ラジエータ１８０は約２００℃のガス温度を下げるためのものでなので、８０℃の冷却水温を下げる従来構成に比べ排熱効率が高く、ラジエータ１８０を小型にすることができる。
【０１６１】
（第７の実施形態）
次に第７の実施形態を図１４に基づいて説明する。
この実施形態は、燃料電池システムＦＣＳを自動車に搭載した例であり、自動車に回収保管した回収液を再利用する燃料リサイクルシステムに関するものである。
【０１６２】
図１４に示すように、車両としての自動車２００には燃料電池システムＦＣＳが搭載されている。自動車２００は燃料電池１が発電した電力により走行用電動モータ（図示せず）を駆動して走行する。自動車２００に搭載された燃料タンク１０の燃料室１３内の燃料は走行することにより消費され、その回収室１４には燃料の脱水素反応後の反応生成液（回収液）が回収され保管される。
【０１６３】
給油スタンド２１０で給油するときには燃料タンク１０に繋いだ給油ホース２１１及び排油ホース２１２を経由してポンプ２１３，２１４によって、燃料室１３に燃料が給油されるとともに回収室１４内の回収液が回収される。給油場所には給油スタンド２１０と管路２１５，２１６で接続された燃料タンク２２０及び反応生成液タンク２３０が設置され、給油ホース２１１が燃料タンク２２０に接続されるとともに、排油ホース２１２が反応生成液タンク２３０に接続されている。燃料タンク２２０及び反応生成液タンク２３０はそれぞれ管路２１７，２１８を通じて大型の水素化反応装置２４０に接続されている。水素化反応装置２４０は回収液を水素化反応させて燃料を再生する装置であって、その基本構造は前記第１〜第３の各実施形態における水素供給システムと同様である。
【０１６４】
よって、給油する際に自動車２００の燃料タンク１０から排油ホース２１２を経由してポンプ２１４によって反応生成液タンク２３０に回収された回収液は、管路２１８を通じて水素化反応装置２４０に送られる。そして、水素化反応装置２４０では回収液の水素化反応が行われて燃料が再生される。水素化反応装置２４０で再生された燃料は管路２１７を通じて燃料タンク２２０に送られ、給油時に燃料として管路２１５及び給油ホース２１１を通じて自動車２００に給油される。なお、水素化反応装置２４０は必ずしも給油場所に設置されている必要はなく、例えば遠方に設置された水素化反応装置２４０と各タンク２２０，２３０がパイプラインを通じて接続されていてもよい。
【０１６５】
この実施形態によれば次の効果が得られる。
（１３）燃料電池システムＦＣＳを搭載した自動車２００がＣＯ2を排出しないとともに、自動車２００から回収した回収液（反応生成液）を車外の水素化反応装置２４０により燃料に再生するリサイクルシステムを構築したときにもＣＯ2を排出しない構成が可能である。よって、燃料リサイクルの系においてＣＯ2を一切排出しない（但し、第４の実施形態では回収液を燃焼させたときの微量のＣＯ2は排出される）システムを提供できる。
【０１６６】
（第８の実施形態）
次に第８の実施形態を図１５に基づいて説明する。
本実施形態は、第１〜第３及び第５の実施形態の燃料電池システムＦＣＳを自動車に搭載した場合に燃料電池システムＦＣＳを好適に制御する制御方法に関するもので、特に自動車が走行停止して発電の必要が無くなったときにも、余熱を利用してエネルギー収支の成り立つ範囲内で水素生成または排熱利用による発電を継続する制御を行う。
【０１６７】
前記第７の実施形態のように自動車２００に搭載された燃料電池システムＦＣＳにおいてその制御ユニットＭＣ（図１４に示す）にはマイクロコンピュータが内蔵され、そのメモリには、中央処理装置（ＣＰＵ）により実行される図１５のフローチャートで示される余熱運転制御プログラムデータが記憶されている。また、制御ユニットには自動車２００の車速センサ２０１と電気的に接続されている（図１４に示す）。なお、制御ユニットＭＣ、車速センサ２０１及び余熱運転に使用される各種機器により、余熱運転制御手段が構成される。
【０１６８】
自動車２００に設けられたスタートキーがオンされた運転状態において、自動車の電気系統で電力消費が検出されるなどして発電の必要があると判断されたときには、燃料電池システムＦＣＳの発電が指令される。そして、車速センサなどにより走行停止が検出されて発電の必要が無くなったときにＣＰＵは図１５のプログラムを実行する。なお、前記第３の実施形態では発電機があるため余熱発電した電力をバッテリに充電する。また、第１及び第２の実施形態では発電機を備えないので、余熱運転により水素の生成および燃料の再生を行う。
【０１６９】
以下、図１５のフローチャートに基づき余熱運転制御について説明する。
まずステップ（以下、単にＳと記す）１０では、車両停止か否かを判断する。車両停止と判断されなければ当ルーチンを終了し、車両停止と判断されるとＳ２０に進む。
【０１７０】
Ｓ２０では、燃料電池への水素供給を停止する。すなわち燃料電池への水素の供給を制御する流量制御弁（ＭＦＣ）を閉弁させる。このとき温度制御用のヒータも全てオフにする。
【０１７１】
次のＳ３０では、燃料電池温度が設定温度以上であるか否かを判断する。すなわち、燃料電池１に設けられた温度センサ、あるいは燃料電池冷却系の水素化反応器に設けられた温度センサ、さらに水素生成系の脱水素反応器の温度を検出するための温度センサのうち少なくともいずれか１つからの入力値に基づいて、水素生成、燃料再生、排熱発電において余熱利用可能な温度域にあるかどうかを判断する。設定温度は余熱利用可能な温度域の下限温度に設定されている。ケミカルヒートポンプを多段に備える場合でも高温側ケミカルヒートポンプが発熱するかどうかは燃料電池１の廃熱温度次第なので、余熱利用可能であるかどうかは燃料電池１の温度をみれば分かる。そのため、高温側ケミカルヒートポンプに設けられた温度センサの検出値を使う場合も、その検出値に基づき燃料電池１の温度が余熱利用可能な温度であるかどうかを間接的に判断することになる。そして、燃料電池温度が設定温度以上であればＳ４０に進み、燃料電池温度が設定温度以上でなければＳ５０に進む。
【０１７２】
Ｓ４０では、水素供給システムの余熱運転を継続する制御をする。すなわち、燃料電池１の発電を停止した状態で、水素生成系、燃料再生系、排熱発電系のうち各実施形態に応じた所定の系の運転を継続させるように、燃料供給用のポンプや水素供給用の圧縮機などの必要な機器を制御する。
【０１７３】
そして、燃料電池温度が設定温度未満になると、Ｓ５０において、水素供給システムの運転を停止させる。なお、エネルギー収支が成り立たない温度範囲であっても、燃料電池１を冷却する必要があるときは少なくとも冷却系については別途運転を継続する。
【０１７４】
よって、この実施形態によれば次の効果が得られる。
（１４）自動車２００が走行停止して発電を停止したときは、水素生成、燃料再生、排熱発電のうち各燃料電池システム構成に応じた少なくとも１つを、余熱を利用して継続運転させる。このため、余熱を利用して電力や電力の元となる水素や燃料を生成するので、余熱の有効利用により燃料電池システムＦＣＳの発電効率を高めることができる。また、排熱発電や燃料の再生により燃料単位当たりの走行距離を延ばすことができる。
（第９の実施形態）
次に第９の実施形態を図１６，図１７に基づいて説明する。
【０１７５】
この実施形態は、第７の実施形態と同様、燃料のリサイクルシステムに関するもので、その燃料リサイクルに使用される各設備や輸送手段などの電源にも燃料電池が使用される。
【０１７６】
自動車や自家発電装置などで使用済み燃料として保管された回収液（脱水素反応生成物）を、天然ガスや石油など資源が豊富で水素の製造コストが比較的安価な海外などに輸送し、海外で回収液を水素化することにより燃料を製造（再生）し、海外から国内に輸送したその燃料を、国内の自動車や自家発電装置などで使用する大規模なリサイクルシステムを構築する。
【０１７７】
このリサイクルシステムは、図１６，図１７に示す主に９つに区分される。
▲１▼自動車２００が走行する最終コース
▲２▼自動車２００が給油をするための給油設備２５０のあるスタンド
▲３▼スタンドと港との間をタンクローリ２６０で輸送する陸上輸送
▲４▼回収液や燃料を一時ストックするための貯蔵設備２７０のある港
▲５▼タンカー２８０を使って回収液や燃料を輸送する海上輸送
▲６▼海外における天然ガスや石油などの天然資源の採掘
▲７▼採掘された天然資源を輸送するためのパイプライン
▲８▼天然資源の改質や発電所の電力による水の電気分解を使った水素生成工程
▲９▼タンカー２８０が運び入れた回収液から燃料を再生する水素化工程
自動車２００、液体運搬用移動体としてのタンクローリ２６０及びタンカー２８０はいずれも燃料電池システム（但し、ここではタンクを除く部分）２０２，２６１，２８１を搭載し、燃料電池を電源とする電動アクチュエータ（図示絵せず）の動力により動く。また、給油設備２５０、貯蔵設備２７０および燃料再生手段としての水素化設備２９０には燃料電池システム（但し、タンクを除く部分）２５１，２７１，２９１が設置され、各設備２５０，２７０，２９０で必要な電力は燃料電池でまかなう。そして、タンクローリ２６０、タンカー２８０、給油設備２５０、貯蔵設備２７０および水素化設備２９０に回収液と燃料の輸送や貯蔵を目的として配備されているタンク２６２，２８２，２５２，２７２，２９２には、燃料室１３と回収室１４が可動仕切２６３，２８３，２５３，２７３，２９３で区画された可動仕切りタンクが使用されている。各輸送用移動体２６０，２８０および各設備２５０，２７０，２９０に配備された燃料電池システム２６１，２８１，２５１，２７１，２９１は、タンク２６２，２８２，２５２，２７２，２９２の燃料室１３に貯蔵された燃料の一部を発電に必要な水素生成用燃料として使用し、燃料使用後の回収液をタンク２６２，２８２，２５２，２７２，２９２の回収室１４に保管する方式を採用する。すなわち、本来、燃料と回収液の輸送や貯蔵を目的として輸送用移動体２６０，２８０や設備２５０，２７０，２９０に備え付けられたタンク２６２，２８２，２５２，２７２，２９２中の燃料を、その輸送用移動体２６０，２８０や設備２５０，２７０，２９０に電源装置として配備された燃料電池システム２６１，２８１，２５１，２７１，２９１での発電に一部利用するとともに、その発電に利用された燃料の消費によって生成された反応生成物（回収液）をタンク２６２，２８２，２５２，２７２，２９２に保管する。つまり、輸送や貯蔵用の備え付けタンクを、燃料電池システム２６１，２８１，２５１，２７１，２９１の燃料タンクとして流用している。
【０１７８】
自動車２００、輸送用移動体２６０，２８０および設備２５０，２７０，２９０に配備された燃料電池システム２６１，２８１，２５１，２７１，２９１は、自動車２００以外のものが備え付けタンクを流用する構成を採る点を除き、前記各実施形態で述べたものと基本構成は同じである。
【０１７９】
自動車２００は燃料電池システム２０２と燃料タンク１０を搭載する。燃料タンク１０は例えばタンク１０内が隔膜からなる可動仕切２０３によって二室１３，１４に区画された隔膜式タンクであって、可動仕切２０３の変形によって二室１３，１４の容積が液量の変化に応じて自律的に変化する。
【０１８０】
給油設備２５０に設置された給油スタンド２１０は、地下に設置されたタンク２５２の二室１３，１４と配管を通じて接続された二組のポンプ２５４，２５５，２５６，２５７を備える。タンク２５２は例えば可動仕切２５３に隔膜を使用する隔膜式タンクである。自動車２００に給油をするときは、給油ホース２１１を通じてタンク２５２の燃料室１３から燃料が自動車２００の燃料タンク１０の燃料室１３にポンプ２５４の駆動によって給油されるとともに、排油ホース２１２を通じて自動車２００の燃料タンク１０の回収室１４の回収液がタンク２５２の回収室１４にポンプ２５５の駆動によって回収される。また、燃料電池システム２５１はタンク２５２の二室１３，１４と配管を通じて接続されており、タンク２５２に貯蔵された燃料の一部を発電に使用するとともに、発電により生成された反応生成物をタンク２５２の回収室１４に保管する。
【０１８１】
タンクローリ２６０は、燃料電池システム２６１と液体運搬用タンクとしてのタンク２６２を搭載し、燃料電池システム２６１はタンク２６２に貯蔵された燃料の一部を発電に使用するとともに、発電により生成された反応生成物をタンク２６２の回収室１４に保管する。タンク２６２は例えばタンク２６２内がピストンからなる可動仕切２６３によって二室１３，１４に区画されたピストン式タンクであって、可動仕切２６３の移動によって二室１３，１４の容積が液量の変化に応じて自律的に変化する。タンクローリ２６０は給油設備２５０と貯蔵設備２７０との間を走行して燃料と回収液の陸上輸送を担当する。タンクローリ２６０が貯蔵設備２７０から給油設備２５０に輸送した燃料は、タンク２６２の燃料室１３から給油ホース２５８を通じてポンプ２５７の駆動によってタンク２５２の燃料室１３に供給されるとともに、タンク２５２の回収室１４内の回収液がポンプ２５６の駆動によって排油ホース２５９を通じてタンク２６２の回収室１４へ回収される。
【０１８２】
貯蔵設備２７０は、タンク２７２と燃料電池システム２７１と、給油スタンド２７４と回収スタンド２７５とを備える。タンク２７２は例えば２つの伸縮式容器２７２ａ，２７２ｂが上下二段に接合された構造で、その接合部分からなる可動仕切２７３によって二室１３，１４に区画された二段伸縮式タンクであって、可動仕切２７３の移動によって二室１３，１４の容積が液量の変化に応じて自律的に変化する。燃料電池システム２７１および各スタンド２７４，２７５は、タンク２７２の二室１３，１４と配管を通じて接続されている。燃料電池システム２７１はタンク２７２に貯蔵された燃料の一部を発電に使用するとともに、発電により生成された反応生成物をタンク２７２の回収室１４に保管する。
【０１８３】
タンクローリ２６０が給油設備２５０から港へ運んだ回収液は、貯蔵設備２７０のタンク２７２の回収室１４へポンプ２７６の駆動によって回収されるとともに、タンク２７２の燃料室１３からポンプ２７７の駆動によってタンクローリ２６０の燃料室１３へ燃料が給油されるようになっている。
【０１８４】
タンカー２８０は、燃料電池システム２８１と液体運搬用タンクとしてのタンク２８２を搭載し、燃料電池システム２８１はタンク２８２に貯蔵された燃料の一部を発電に使用するとともに、発電により生成された反応生成物をタンク２８２の回収室１４に保管する。タンク２８２は例えば隔膜からなる可動仕切２８３によって二室１３，１４に区画された隔膜式タンクであって、可動仕切２８３の変形によって二室１３，１４の容積が液量の変化に応じて自律的に変化する。タンカー２８０は貯蔵設備２７０のある港と、水素化設備２９０のある港との間を航行し、燃料と回収液の海上輸送を担当する。タンカー２８０が水素化設備２９０から貯蔵設備２７０に海上輸送した燃料は、タンク２８２の燃料室１３から給油ホース２８４を通じてポンプ２７８の駆動によってタンク２７２の燃料室１３に供給されるとともに、タンク２７２の回収室１４内の回収液がポンプ２７９の駆動によって排油ホース２８５を通じてタンク２８２の回収室１４へ回収される。
【０１８５】
図１７に示すように水素化設備２９０は、燃料電池システム２９１と、タンク２９２と、水素化装置２９４と給油スタンド２９５とを備える。タンク２９２は例えば隔膜からなる可動仕切２９３によって二室１３，１４に区画された隔膜式タンクであって、可動仕切２９３の変形によって二室１３，１４の容積が液量の変化に応じて自律的に変化する。燃料電池システム２９１、水素化装置２９４および給油スタンド２９５は、タンク２９２の二室１３，１４と配管を通じて接続されている。タンカー２８０が貯蔵設備２７０から水素化設備２９０へ海上輸送した回収液は、タンク２８２の回収室１４から給油ホース２９６を通じてポンプ２９７の駆動によってタンク２９２の回収室１４に回収されるとともに、タンク２９２の燃料室１３内の燃料がポンプ２９８の駆動によって排油ホース２９９を通じてタンク２８２の燃料室１３へ供給される。
【０１８６】
水素化装置２９４は水素化反応器を備えた設備で、タンク２９２の回収室１４に貯蔵された回収液（脱水素反応生成物）の水素化反応によって燃料を再生する。水素化反応により生成された燃料はタンク２９２の燃料室１３に保管される。燃料電池システム２９１はタンク２９２に貯蔵された燃料の一部を発電に使用するとともに、発電により生成された反応生成物をタンク２９２の回収室１４に保管する。
【０１８７】
水素化装置２９４に水素を供給する設備には、メタンやメタノールの改質（例えば水蒸気改質）により水素を生成する改質装置３００や、原子力発電所３１０の電力を利用して水の電気分解により水素を製造する電気分解装置３２０などがある。採掘機３３０により採掘された天然ガスや石油から精製装置（プラント）３４０により精製されたメタンやメタノールはパイプライン３５０を通じて港近くのタンク３６０へパイプ輸送される。そして改質装置３００ではタンク３６０から供給されるメタンやメタノールを原料に使ってそれを改質することによって水素を製造する。
【０１８８】
よって、この燃料のリサイクルシステムによれば、国内を走行する自動車２００が燃料の消費によって燃料タンク１０に回収保管した回収液を、給油設備２５０に回収する。そして給油設備２５０に回収した回収液を、タンクローリ２６０を利用した陸上輸送、およびタンカー２８０を利用した海上輸送により海外など水素の製造コストが比較的安価な場所まで輸送し、その輸送先で天然資源から比較的安価に製造された水素を使って水素化設備２９０により回収液から燃料を再生する。
【０１８９】
そして、陸上輸送や海上輸送に輸送用移動体として使用されるタンクローリ２６０やタンカー２８０も、燃料電池システム２６１，２８１を電源として電動アクチュエータの動力によって動き、しかも輸送用のタンク２６２，２８２に貯蔵された燃料を使って発電をするとともに、燃料使用済みの回収液をタンク２６２，２８２に回収する。
【０１９０】
また、各設備２５０，２７０，２９０では、設備に必要な電力をタンク２５２，２７２，２９２に貯蔵された燃料を使った燃料電池システム２５１，２７１，２９１による発電によってまかなうとともに、発電のため消費した燃料の使用済みの回収液はタンク２５２，２７２，２９２に保管される。例えばポンプ類や照明などに必要な電力は全て燃料電池システム２５１，２７１，２９１の発電によりまかなわれる。
【０１９１】
以上詳述したように本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１５）燃料リサイクルのための輸送に使用されるタンクローリ２６０やタンカー２８０は搭載した燃料電池システム２６１，２８１による発電により駆動し、しかも輸送用のタンク２６２，２８２に貯蔵された燃料の一部を使用して発電するとともに、燃料の消費によって生成された回収液をタンク２６２，２８２に回収保管する。よって、輸送（運搬）用のタンク２６２，２８２を流用し、燃料電池システム２６１，２８１のための専用タンクを備えないので、小型化を図ることができる。また、タンク２６２，２８２は可動仕切式タンクであるので、容積を小さくすることができ、タンク２６２，２８２を小型にすることができ、しかも二室に区画する割に多量の燃料や回収液を運搬することができる。
【０１９２】
（１６）設備２５０，２７０，２９０に設置されたタンク２５２，２７２，２９２に貯蔵された燃料を使って燃料電池システム２５１，２７１，２９１による発電を行って設備２５０，２７０，２９０において照明等の必要な電力をまかなうとともに、燃料の消費によって生成された回収液をタンク２５２，２７２，２９２に回収保管する。よって、貯蔵用のタンク２５２，２７２，２９２を流用し、燃料電池システム２５１，２７１，２９１のための専用タンクを備えないので、設備２５０，２７０，２９０に自家発電装置を採用した場合に小型化を図ることができる。また、タンク２５２，２７２，２９２は可動仕切式タンクであるので、容積を小さくすることができ、タンク２５２，２７２，２９２を小型にすることができる。
【０１９３】
（１７）燃料リサイクルシステムにおいて必要な電力は全て燃料の脱水素反応を利用した燃料電池システムＦＣＳを使用し、回収液から燃料を再生するのに使用する水素の生成のための設備においても炭酸ガスを排出しないシステムを採用することも可能で、リサイクルシステム全体において炭酸ガスを排出しない環境に好ましいシステムを提供できる。
【０１９４】
なお、実施形態は上記に限定されず、例えば次の形態でも実施できる。
○  燃料タンクの構成は、前記各実施形態に限定されない。例えば図１６に示す燃料タンク４１０は、２つの伸縮式容器４１１，４１２を上下二段に配置して接合させた構成をとる。２つの伸縮式容器４１１，４１２の各内部に燃料室１３と回収室１４が形成される。２つの伸縮式容器４１１，４１２の接合部４１３が可動仕切となる。回収室１４の液体はチューブ４１４を通じて排出される。
【０１９５】
また図１７に示す燃料タンク４２０は、タンク４２１の内部にピストン４２２をその外周面がシール部材４２３により液密状態にシールされた状態で移動可能に収容し、ピストン４２２の両側にできる二室を燃料室１３と回収室１４とする。ピストン４２２が可動仕切となる。これらの構成によれば、燃料の消費による燃料の減量と回収液の増量とをバランスさせるように可動仕切としての接合部４１３やピストン４２２が自律的に移動するので、回収液を貯蔵保管する方式であるものの、その貯蔵容積が小さく済む。なお、燃料タンク４１０，４２０は、燃料液貯蔵手段及び回収液貯蔵手段をそれぞれ構成する。接合部４１３、ピストン４２２は可動仕切をそれぞれ構成する。
【０１９６】
○  燃料として使用する有機系化合物は、上記各実施形態に限定されない。脱水素反を起こす含水素有機系化合物を広く使用できる。また、燃料及び回収液（反応生成物）は常温で液体であることが好ましいが、必ずしも常温で液体である必要はない。例えば常温で固体であっても例えば１００℃以下の温度での加温により液体になったり、常温で気体であっても例えば−１０℃以上の温度での冷却により液体になるものであってもよい。例えばアルコール類で脱水素反応によりケトン類と水素に分離するもの、飽和炭化水素で脱水素反応により不飽和炭化水素と水素に分離するもの、環状飽和炭化水素類で脱水素反応により芳香族炭化水素等の環状不飽和炭化水素と水素に分離するものなどが挙げられる。
【０１９７】
○  第１〜第３の実施形態では、第２のケミカルヒートポンプを構築したが、水素化反応器を無くし、第２のケミカルヒートポンプでない構成を採ることもできる。燃料電池の廃熱を脱水素反応の熱源に利用することはできる。
【０１９８】
○  第１，第２の実施形態のように第２のケミカルヒートポンプを構築するシステムにおいては、排熱手段はラジエータ構造に限らず、発電手段を採用することができる。例えば発電用熱機関を駆動するのに必要な水蒸気を作ることができる温度まで昇温可能であれば、熱機関式の発電機を使用し、比較的低温（例えば２００℃以下）の昇温しかできない場合は、熱発電素子を使用するとよい。
【０１９９】
○  排熱利用の熱機関の動力は発電以外の利用も可能である。例えば補器の駆動などに利用してもよい。
○  各実施形態において、水素をタンク内に蓄えるのに替えて、水素吸蔵合金を使用することもできる。水素吸蔵合金は燃料から分離した水素を一時保管するために蓄えるだけなので少量で済み、システムの重量負担にならない。
【０２００】
○  燃料の脱水素反応温度まで昇温させるのに使う第１のケミカルヒートポンプは、炭化水素系化合物を使用するものに限定されない。また、水素化脱水素反応系のものにも限定されない。ケミカルヒートポンプを構成できる公知の他の化合物を使用できる。但し、流体系のケミカルヒートポンプが好ましい。
【０２０１】
○  燃料電池の廃熱をケミカルヒートポンプによって燃料の脱水素反応温度まで昇温できない場合は、残りの昇温のために機械式ヒートポンプやヒータを併用してもよい。
【０２０２】
○  ケミカルヒートポンプの段数は１段や２段に限定されない。３段以上の複数段にケミカルヒートポンプを構築することができる。例えば３段以上のケミカルヒートポンプを構築する場合、燃料の脱水素反応を吸熱部にもつケミカルヒートポンプは最高温度段である必要は必ずしもない。例えば燃料の脱水素反応を吸熱部にもつケミカルヒートポンプに対しさらに高温側のケミカルヒートポンプを構築し、例えば排熱の有効利用を図ってもよい。
【０２０３】
○  第４の実施形態において、燃料をシクロヘキサンやメチルシクロヘキサンとし、回収液のベンゼンやトルエンをバーナで燃料させてその燃焼熱を脱水素反応器の熱源とすることもできる。バーナによる脱水素反応器の加熱温度はこの種の燃料の脱水素反応温度（約２００℃）に設定する。
【０２０４】
○  前記各実施形態において脱水素反応器を燃料電池に組み込んだが、脱水素反応器は燃料電池の外部に設けてもよい。
○  各実施形態では、燃料の消費による燃料の増量と回収液の減量とをバランスさせるように自律的に移動する可動仕切によって燃料室と回収室とに区画された燃料タンクを使用したが、伸縮式容器内蔵式（図３）、隔膜式（図１１）、伸縮式容器二段式（図１６）、ピストン式（図１７）以外の構造をとるものであってもよい。また自律式ではなく他律的に可動仕切が移動制御されるものであってもよい。さらに燃料を貯蔵保管するタンクと回収液を貯蔵保管するタンクを別個に設けた構成でも構わない。また、タンクローリ２６０やタンカー２８０に搭載される輸送用（運搬用）のタンク２６２，２８２内の二室の容積変化は、自律式の可動仕切によるものに限定されず、例えば電動式の可動仕切によるものであっても構わない。
【０２０５】
○  燃料電池システムは車両電源用や家庭用自家発電装置用の用途に限定されない。燃料電池が使用されるあらゆるものを対象に水素供給システムを採用できる。
【０２０６】
前記実施形態及び別例から把握できる技術的思想を、以下に記載する。
（１）請求項１〜１５のいずれかにおいて、前記燃料は、常温で液体の形態をとる炭化水素系化合物からなり、前記反応生成物は常温で液体の形態をとる炭化水素系化合物からなる。
【０２０７】
（２）請求項１２において、前記発電手段は熱発電素子である。低温の廃熱を利用して発電できる。
（３）請求項１〜１５のいずれか一項の水素供給システムを搭載した車両。
【０２０８】
（４）請求項１〜１５のいずれか一項の水素供給システムを備えた自家発電装置。
【０２０９】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１及び２に記載の発明によれば、燃料の脱水素反応で得た水素を燃料電池に供給するとともに、反応生成物を液体で回収保管するので、取り扱いに慣れた有機系液体燃料を使用して、比較的小型で、しかも地球温暖化で問題となる炭酸ガスをほとんど排出しない燃料電池用水素供給システムを提供することができる。
【０２１０】
請求項２及び３に記載の発明によれば、燃料の消費により燃料液貯蔵手段が容積を減少させてできた空間に、回収液貯蔵手段は回収液の増加により容積を増加させるため、回収液を貯蔵保管する方式であるものの、燃料と回収液の貯蔵容積を比較的小さくすることができる。
【０２１１】
請求項４に記載の発明によれば、請求項１〜３のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、回収液を燃焼手段により燃焼させたその燃焼熱を、脱水素反応器の熱源又は低温起動時の補助熱源として利用するので、回収液を有効利用できる。
【０２１２】
請求項５に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、燃料電池の廃熱を燃料の脱水素反応の熱源に利用するので、燃料電池の廃熱を燃料の脱水素反応に有効利用できるとともに、脱水素反応の吸熱によって燃料電池の排熱効率を高めることができる。
【０２１３】
請求項６に記載の発明によれば、請求項５に記載の発明の効果に加え、燃料電池の作動温度より高い脱水素反応温度で脱水素反応が進む燃料を使用する場合でも、少なくとも一段設けられた第１のケミカルヒートポンプにより燃料電池の廃熱が脱水素反応温度まで昇温されるので、燃料電池の廃熱を脱水素反応の熱源として利用することができる。
【０２１４】
請求項７に記載の発明によれば、請求項５又は６に記載の発明の効果に加え、脱水素水素化反応系の第２のケミカルヒートポンプによって、燃料電池の廃熱はさらに昇温されてから高温で排熱されるので、その排熱効率を高められるとともに、反応生成物から燃料を再生して燃料単位当たりの発電効率を高めることができる。
【０２１５】
請求項８に記載の発明によれば、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、燃料電池の廃熱を少なくとも一段のケミカルヒートポンプにより昇温してから高温で排熱されるので、排熱効率を高めることができる。例えば排熱手段としてラジエータを使用する構成では、ラジエータを小型化することができる。
【０２１６】
請求項９に記載の発明によれば、請求項８に記載の発明の効果に加え、脱水素反応手段をケミカルヒートポンプに利用して、燃料電池の廃熱を昇温させ、廃熱効果を高めることができるとともに、ケミカルヒートポンプの発熱側の水素化反応により反応生成物から燃料を再生でき、燃料単位当たりの発電効率を高めることができる。
【０２１７】
請求項１０に記載の発明によれば、請求項６〜９のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、前記燃料電池の廃熱を昇温させるケミカルヒートポンプの吸熱反応手段が前記燃料電池に内蔵されているので、燃料電池の冷却効果を高めることができる。
【０２１８】
請求項１１に記載の発明によれば、請求項１０に記載の発明の効果に加え、脱水素反応手段はその反応通路がセパレータの燃料極面と空気極面との間を通るようにセパレータと一体的に設けられているので、燃料電池に比較的コンパクトに内蔵できるとともに燃料電池からの吸熱効率を高めることもできる。
【０２１９】
請求項１２及び１３に記載の発明によれば、請求項７、１０、１１のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、排熱の熱エネルギーを電気エネルギーに変換して発電をするので、燃料単位当たりの発電効果を高めることができる。
【０２２０】
請求項１４に記載の発明によれば、請求項１３に記載の発明の効果に加え、熱機関がスクロール式膨張機であるので、回転数の高低にかかわらず高い機械効率を得ることができる。
【０２２１】
請求項１５に記載の発明によれば、請求項７、１０〜１４のいずれか一項に記載の発明の効果に加え、車載用として使用した場合、走行終了後、燃料電池への水素供給を止めて、脱水素反応手段を有するケミカルヒートポンプをエネルギー収支が成り立つ範囲内で余熱運転するので、燃料単位当たりの発電効率を高めることができる。
【０２２２】
請求項１６及び１７に記載の発明によれば、燃料電池用水素供給システムから外部へ回収した回収液を運搬し、運搬先で回収液の水素化反応により再生した燃料を運搬し、燃料電池用水素供給システムで利用する燃料リサイクル方法なので、水素製造工程に炭酸ガスを発生しない方法を採用すれば、燃料リサイクルの過程においても炭酸ガスをまったく排出しないシステムを構築できる。
【０２２３】
請求項１８に記載の発明によれば、燃料リサイクルに使用される液体運搬用移動体が搭載する液体運搬用タンクは、可動仕切が燃料室と回収室との二室の容積を液量変化に応じて変化させるように自律的に変位する構造なので、液体運搬用タンクを運搬すべき液量の割に小型にすることができる。
【０２２４】
請求項１９に記載の発明によれば、燃料リサイクルに使用される給油設備が備えるタンクは、可動仕切が燃料室と回収室との二室の容積を液量変化に応じて変化させるように自律的に変位する構造なので、タンクを貯蔵すべき液量の割に小型にすることができる。
【０２２５】
請求項２０に記載の発明によれば、液体運搬用移動体が搭載する液体運搬用タンクの二室は、水素生成用の燃料と回収液の貯蔵室を兼ねるので、燃料電池用水素供給システム専用のタンクを廃止でき、しかもその二室の容積が可動仕切によって変化するので、タンクを二室に区画する割に燃料と回収液を多量に運搬することができる。
【０２２６】
請求項２１に記載の発明によれば、車両に回収保管された回収液を、車外での水素化反応により燃料に再生してリサイクル使用するので、炭酸ガスをまったく排出しない燃料のリサイクルシステムを構築することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  第１の実施形態における燃料電池システムを示す回路図。
【図２】  燃料電池のセルを示す分解斜視図。
【図３】  燃料タンクの側断面図。
【図４】  第２の実施形態における燃料電池システムを示す回路図。
【図５】  燃料電池のセルを示す模式側面図。
【図６】  脱水素反応器の模式平面図。
【図７】  図５と異なる燃料電池のセルを示す模式側面図。
【図８】  脱水素反応器を構成するセパレータ部品の模式平面図。
【図９】  第３の実施形態における燃料電池システムを示す回路図。
【図１０】  第４の実施形態における燃料電池システムを示す回路図。
【図１１】  燃料タンクの側断面図。
【図１２】  第５の実施形態における熱発電素子を示す模式側面図。
【図１３】  第６の実施形態における燃料電池システムを示す回路図。
【図１４】  第７の実施形態における燃料電池システムの燃料リサイクルシステムを示す模式図。
【図１５】  第８の実施形態における余熱運転制御を示すフローチャート。
【図１６】  第９の実施形態における燃料リサイクルシステムの部分模式図。
【図１７】  同じく燃料リサイクルシステムの部分模式図。
【図１８】  別例の燃料タンクの側断面図。
【図１９】  図１８と異なる別例の燃料タンクの側断面図。
【符号の説明】
１…燃料電池、２…水素供給システム、３…セパレータ、３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ…セパレータを構成するセパレータ部品、１０…燃料液貯蔵手段及び回収液貯蔵手段としての燃料タンク、１２…可動仕切としての伸縮式容器、２４，７７，１０６，１４５，１８６…脱水素反応手段としての脱水素反応器、２０…気液分離手段を構成する補助タンク、２７，３２…気液分離手段を構成する凝縮器，３４…気液分離手段を構成する水素分離膜、５４…吸熱反応手段としての脱水素反応器、６３…反応通路としてのチューブ、６９…反応通路としての反応管路、８７，９２，９７…気液分離手段を構成する管路、９０…気液分離手段を構成する凝縮器、８８…気液分離手段を構成する気液分離器、９１…気液分離手段を構成する水素分離膜、９８…気液分離手段を構成するポンプ、１１０，１２０…気液分離手段を構成する凝縮器、１０８…気液分離手段を構成する気液分離器、１０１…気液分離手段を構成する補助タンク、１１０…気液分離手段を構成する水素分離膜、１１１，１２６…気液分離手段を構成する管路、１２８…気液分離手段を構成するポンプ、１１７…排熱手段及び発電手段を構成する水素化反応器、１３０…排熱手段及び発電手段を構成するタンク、１３１…排熱手段及び発電手段を構成する循環管路、１３２…排熱手段及び発電手段を構成するポンプ、１３３…排熱手段及び発電手段を構成する水蒸気発生器、１３４…排熱手段及び発電手段を構成するスクロール式膨張機、１３５…排熱手段及び発電手段を構成する凝縮器、１３４…排熱手段及び発電手段を構成するとともに熱機関としてのスクロール式膨張機、１３６…排熱手段及び発電手段を構成する発電機、１４０…気液分離手段を構成する燃料タンク、１４６，１５３…気液分離手段を構成する凝縮器、１４７，１５２…気液分離手段を構成する気液分離器、１５１，１５２，１５６…気液分離手段を構成する管路、１５５…気液分離手段を構成する水素分離膜、１６１…燃焼手段としてのバーナ、１７１…発電手段としての熱発電素子、８８…気液分離手段を構成する気液分離器、１８８…気液分離手段を構成する凝縮器、９２，９７…気液分離手段を構成する管路、９８…気液分離手段を構成するポンプ、２００…燃料リサイクルシステムを構成する自動車、２１０…燃料リサイクルシステム及び燃料給油手段を構成する給油スタンド、２２０…燃料リサイクルシステム及び燃料給油手段をを構成する燃料タンク、２３０…燃料リサイクルシステムを構成するとともに車外回収手段としての反応生成液タンク、２４０…燃料リサイクルシステムを構成するとともに燃料再生手段としての水素化反応装置、２５０…給油設備、２５２…タンク、２６０…液体運搬用移動体としてのタンクローリ、２６２…液体運搬用タンクとしてのタンク、２８０…液体運搬用移動体としてのタンカー、２８２…液体運搬用タンクとしてのタンク、２９０…燃料再生手段としての水素化設備、２５１，２６１，２７１，２８１，２９１…燃料電池システム、２７２，２９２…タンク、１４０，４１０，４２０…燃料液貯蔵手段及び回収液貯蔵手段としての燃料タンク、１４２…可動仕切としての隔膜、４１３…可動仕切としての接合部、４２２…可動仕切としてのピストン、ＦＣＳ…燃料電池システム。
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
0003915334.tif 000015
【図１５】
0003915334.tif 000016
【図１６】
0003915334.tif 000017
【図１７】
0003915334.tif 000018
【図１８】
0003915334.tif 000019
【図１９】
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