(57)【要約】【課題】排出液に含まれる反応生成物を、簡易かつ効率よく除去することができる燃料電池システムを提供すること。【解決手段】燃料電池システム２は、液体燃料が供給される燃料電池３と、燃料電池３から排出され、液体燃料の反応により生成される反応生成物を含む排出液を、燃料電池３に還流するための還流ライン２４と、還流ライン２４に介在され、液体燃料を含む液体と、反応生成物を含む気体とに、排出液を分離するための調整タンク２５と、調整タンク２５において分離された気体を排出するための燃料側排気ライン２８と、燃料側排気ライン２８に介在され、調整タンク２５において分離された気体から、反応生成物を溶媒中に分離する分離装置６５と、分離装置６５により溶媒中に分離された反応生成物を処理する処理装置６８とを備える。【選択図】図１
2016096003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料が供給される燃料電池と、
前記燃料電池から排出され、前記液体燃料の反応により生成される反応生成物を含む排出液を、前記燃料電池に還流するための還流経路と、
前記還流経路に介在され、液体燃料を含む液体と、反応生成物を含む気体とに、排出液を分離するための気液分離器と、
前記気液分離器において分離された気体を排出するための排気経路と、
前記排気経路に介在され、前記気液分離器において分離された気体から、前記反応生成物を溶媒中に分離する分離手段と、
前記分離手段により溶媒中に分離された反応生成物を処理する処理手段と
を備えることを特徴とする、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、車両などに搭載される燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電解質層、電解質層の一方側に配置されたアノード、および、電解質層の他方側に配置されたカソードを有する燃料電池と、アノードに液体燃料を供給する燃料給排部と、カソードに空気を供給する空気給排部とを備える燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の燃料電池システムにおける燃料給排部は、アノードから排出される液体燃料を再びアノードに還流する還流管、還流管に介在される気液分離器、および、気液分離器で分離された窒素や水蒸気を排出するためのガス排出管を備える。また、空気給排部は、空気供給経路を備える。
【０００４】
特許文献１に記載の燃料電池システムの燃料給排部では、還流管、気液分離器およびアノードを循環するクローズドラインが形成されており、かかるクローズドラインを液体燃料が循環する。また、気液分離器で分離された窒素や水蒸気は、ガス排出管を介して外部へ排出される。一方、空気給排部では、通常、酸素および水蒸気を含む空気を、空気供給経路からカソードに供給することにより、燃料電池が発電している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３−１３４９８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
一方、このような燃料電池システムでは、電気化学反応によって燃料が消費され、起電力が発生するとともに、反応生成物が生じ、排出液中に混入される場合がある。
【０００７】
より具体的には、例えば、液体燃料としてヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が消費される場合には、窒素ガス（Ｎ２）と水（Ｈ２Ｏ）とが生じる一方、ヒドラジンの分解反応による生成物（反応生成物）としてアンモニア（ＮＨ３）が生じ、排出液中に混入される場合がある。
【０００８】
そして、排出液に混入される反応生成物（アンモニアなど）は、排出液の再利用時において発電効率を低下させる場合があるため、燃料電池システムにおいては、反応生成物（アンモニアなど）を、排出液から分離することが要求される。
【０００９】
反応生成物（アンモニアなど）を分離する方法としては、例えば、排出液中の反応生成物（アンモニアなど）を、イオン交換処理や微生物処理などにより直接除去することが検討される。しかし、イオン交換処理や微生物処理は、液体燃料の種類や、添加剤（例えば、電解質塩）の種類などの各種条件によって、適用できない場合がある。
【００１０】
一方、例えば、排出液中の反応生成物（アンモニアなど）を、ガスとして分離させ、吸着材や分解触媒などにより処理することも検討される。しかし、吸着材を用いる場合には、燃料電池システム中の湿気により損傷を生じるという不具合があり、また、分解触媒を用いる場合には、分解に熱エネルギーが要求され、コストがかかるという不具合がある。
【００１１】
そこで、本発明の目的は、排出液に含まれる反応生成物を、簡易かつ効率よく除去することができる燃料電池システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の燃料電池システムは、液体燃料が供給される燃料電池と、前記燃料電池から排出され、前記液体燃料の反応により生成される反応生成物を含む排出液を、前記燃料電池に還流するための還流経路と、前記還流経路に介在され、液体燃料を含む液体と、反応生成物を含む気体とに、排出液を分離するための気液分離器と、前記気液分離器において分離された気体を排出するための排気経路と、前記排気経路に介在され、前記気液分離器において分離された気体から、前記反応生成物を溶媒中に分離する分離手段と、前記分離手段により溶媒中に分離された反応生成物を処理する処理手段とを備えることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池システムでは、液体燃料の反応により生成される反応生成物が、還流経路に介在される気液分離器によって気体成分として分離された後、排気経路に介在される分離手段によって溶媒中に分離され、その溶解された状態で、処理手段において処理される。
【００１４】
このような燃料電池システムでは、反応生成物が溶媒に溶解されるため、反応生成物が液体燃料（添加剤を含む。）に溶解される場合に比べ、イオン交換処理や微生物処理などが阻害されることなく、反応生成物が容易に処理可能とされる。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムでは、反応生成物をガスとして処理する必要がないため、吸着材や分解触媒などを不要とすることができ、損傷および高コスト化を抑制することができる。
【００１６】
そのため、本発明の燃料電池システムによれば、排出液に含まれる反応生成物を、簡易かつ効率よく除去することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、本発明の燃料電池システムの一実施形態が搭載された電動車両の概略構成図である。
【図２】図２は、図１に示す電動車両の変形例の概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
１．電動車両の全体構成
図１に示すように、電動車両１は、モータ４２を動力源とし、燃料電池３およびバッテリ４４を電源としてモータ４２を駆動させる電動車両である。電動車両１は、燃料電池システム２を搭載している。
【００１９】
燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、空気給排部５と、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、燃料成分を含む液体燃料が直接供給される直接液体燃料形燃料電池であり、アニオン交換型燃料電池として構成されている。
【００２０】
燃料成分としては、例えば、メタノールなどのアルコール類、ジメチルエーテルなどのエーテル類、ヒドラジンなどのヒドラジン類などが挙げられ、好ましくは、アルコール類およびヒドラジン類が挙げられ、さらに好ましくは、ヒドラジン類が挙げられる。
【００２１】
液体燃料としては、燃料成分をそのまま用いてもよいが、燃料成分を、燃料成分の種類に応じた溶媒（後述）で希釈して用いることができ、また、必要に応じて、電解質塩（後述）などの添加剤を添加することもできる。
【００２２】
燃料電池３は、燃料電池セル１１を備えている。なお、燃料電池３は、複数の燃料電池セル１１が積層されたスタック構造として構成されるが、図１においては、図解し易いように１つの燃料電池セル１１のみを示している。
【００２３】
燃料電池セル１１は、膜電極接合体１２と、燃料供給部材１３、空気供給部材１４とを備えている。
【００２４】
膜電極接合体１２は、固体電解質膜の一例としての電解質膜１５と、燃料側電極の一例としてのアノード電極１６と、酸素側電極の一例としてのカソード電極１７とを備えている。
【００２５】
電解質膜１５は、アニオン交換形の高分子電解質膜から形成されている。
【００２６】
アノード電極１６は、電解質膜１５の厚み方向一方側の表面に、薄層として配置されている。アノード電極１６は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、アノード電極１６は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００２７】
カソード電極１７は、電解質膜１５に対してアノード電極１６の反対側、すなわち、電解質膜１５の厚み方向他方側の表面に、薄層として配置されている。カソード電極１７は、例えば、触媒を担持した触媒担体により形成されている。なお、カソード電極１７は、触媒担体を用いずに、触媒から、直接形成することもできる。
【００２８】
燃料供給部材１３は、膜電極接合体１２の厚み方向一方側に配置されている。燃料供給部材１３は、気体不透過性の導電性材料から形成されている。燃料供給部材１３には、燃料流路１８が形成されている。
【００２９】
燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面に形成されている。燃料流路１８は、燃料供給部材１３の厚み方向他方面から厚み方向一方へ凹む凹溝であり、幅方向（上下方向および厚み方向に対して直交する方向）に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。燃料流路１８は、アノード電極１６に向かい合っている。
【００３０】
空気供給部材１４は、膜電極接合体１２の厚み方向他方側に配置されている。空気供給部材１４は、気体不透過性の導電性材料から形成されている。空気供給部材１４には、空気流路１９が形成されている。
【００３１】
空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面に形成されている。空気流路１９は、空気供給部材１４の厚み方向一方面から厚み方向他方へ凹む凹溝であり、幅方向に折り返されながら、上下方向に延びる葛折り形状に形成されている。空気流路１９は、カソード電極１７に向かい合っている。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、燃料タンク２１、燃料供給ライン２２、第１ポンプ２３、第１弁２０、還流経路の一例としての還流ライン２４、気液分離器の一例としての調整タンク２５、第２ポンプ２６、排気経路の一例としての燃料側排気ライン２８、および、第２弁６０を備えている。
【００３２】
燃料タンク２１は、上記した液体燃料を貯蔵する。燃料タンク２１において、液体燃料は、好ましくは、燃料成分の種類に応じた溶媒に希釈されている。
【００３３】
溶媒としては、特に制限されないが、例えば、燃料成分がアルコール類である場合には、水などが挙げられ、燃料成分がヒドラジン類である場合には、水および／またはアルコール（例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノールなどの低級アルコール）などの水系溶媒が挙げられる。これら溶媒は、単独使用または２種類以上併用することができる。溶媒として、好ましくは、水が挙げられる。
【００３４】
燃料タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料成分の種類によっても異なるが、燃料成分がヒドラジンである場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、６０質量％以下、好ましくは、４０質量％以下である。
【００３５】
また、液体燃料は、好ましくは、添加剤として、電解質塩を含有している。
【００３６】
電解質塩としては、例えば、アルカリ金属水酸化物（すなわち、水酸化リチウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化ルビジウム、水酸化セシウム、水酸化フランシウム）、アルカリ土類金属水酸化物（すなわち、水酸化カルシウム、水酸化ストロンチウム、水酸化バリウム、水酸化ラジウム）などが挙げられる。このような電解質塩は、単独使用または２種類以上併用することができる。電解質塩として、好ましくは、アルカリ金属水酸化物が挙げられ、さらに好ましくは、水酸化カリウムが挙げられる。
【００３７】
燃料タンク２１内における液体燃料の電解質塩濃度は、例えば、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上、好ましくは、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上、例えば、５ｍｏｌ／Ｌ以下、好ましくは、３ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに好ましくは、２ｍｏｌ／Ｌ以下である。
【００３８】
燃料供給ライン２２は、燃料タンク２１から調整タンク２５（後述）に液体燃料を供給するための配管である。燃料供給ライン２２の供給方向上流端は、燃料タンク２１に接続されており、供給方向下流端は、調整タンク２５（後述）に接続されている。
【００３９】
第１ポンプ２３は、燃料タンク２１内の液体燃料を燃料流路１８に輸送するためのポンプである。第１ポンプ２３は、燃料供給ライン２２の途中に介在されている。第１ポンプ２３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挙げられる。
【００４０】
第１弁２０は、燃料供給ライン２２の途中に介在されており、具体的には、第１ポンプ２３の供給方向下流側に配置されている。第１弁２０としては、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が挙げられる。
【００４１】
還流ライン２４は、液体燃料を燃料電池３に還流するための還流管である。詳しくは、還流ライン２４は、燃料電池３の燃料流路１８に対して供給された液体燃料が反応して生成される水や、反応生成物（アンモニアなど）を含む排出液を、燃料電池３の燃料流路１８に還流するための還流管である。還流ライン２４の還流方向上流端（一端部）は、燃料流路１８の下流端（出口あるいは上端部）に接続されている。還流ライン２４の還流方向下流端（他端部）は、燃料流路１８の上流端（入口あるいは下端部）に接続されている。
【００４２】
これにより、還流ライン２４および燃料流路１８は、液体燃料が循環する循環（クロード）ラインを形成している。
【００４３】
調整タンク２５は、燃料タンク２１から供給される液体燃料が排出液（後述）により希釈された状態で、一時的に貯蔵するためのタンクである。調整タンク２５は、還流ライン２４の途中に介在されている。調整タンク２５の下端部には、燃料供給ライン２２の供給方向下流端が接続されている。また、調整タンク２５は、燃料電池３の燃料流路１８から排出された排出液を、液体燃料を含む液体と、反応生成物を含む気体とに分離するための気液分離器を兼ねている。
【００４４】
調整タンク２５において、液体燃料は、上記した燃料タンク２１における液体燃料と同様、好ましくは、燃料成分の種類に応じた溶媒に希釈されている。
【００４５】
調整タンク２５内における液体燃料の燃料成分濃度は、燃料タンク２１内における液体燃料の燃料成分濃度よりも低い。より具体的には、調整タンク２５内における液体燃料の燃料成分濃度は、電動車両１の走行状態に応じて調整されるが、電動車両１が一定の速度で走行している場合には、例えば、１質量％以上、好ましくは、５質量％以上であり、例えば、２０質量％以下、好ましくは、１５質量％以下である。
【００４６】
また、液体燃料は、上記した燃料タンク２１における液体燃料と同様、好ましくは、添加剤として、電解質塩を含有している。
【００４７】
調整タンク２５内における液体燃料の電解質塩濃度は、例えば、０．１ｍｏｌ／Ｌ以上、好ましくは、０．５ｍｏｌ／Ｌ以上、例えば、５ｍｏｌ／Ｌ以下、好ましくは、３ｍｏｌ／Ｌ以下、さらに好ましくは、２ｍｏｌ／Ｌ以下である。
【００４８】
第２ポンプ２６は、調整タンク２５内の液体燃料を燃料流路１８に輸送（供給）するためのポンプである。第２ポンプ２６は、還流ライン２４の途中に介在されており、詳しくは、還流ライン２４における調整タンク２５より還流（供給）方向下流側に配置されている。第２ポンプ２６としては、上記した第１ポンプ２３と同様の送液ポンプが挙げられる。
【００４９】
燃料側排気ライン２８は、調整タンク２５で分離された気体を排気するための配管である。燃料側排気ライン２８の排気方向上流端は、調整タンク２５の上端部に接続されている。燃料側排気ライン２８の排気方向下流端は、大気開放されている。
【００５０】
第２弁６０は、燃料側排気ライン２８の途中に介在されている。第２弁６０としては、上記した第１弁２０と同様の開閉弁が挙げられる。
【００５１】
また、燃料側排気ライン２８における第２弁６０の上流側には、分離手段の一例としての分離装置６５が介在されている。
【００５２】
分離装置６５は、調整タンク２５において分離された気体から、反応生成物（アンモニアなど）を分離するための装置であって、分離槽６６および分離管６７を備えている。
【００５３】
分離槽６６は、反応生成物を分離するための溶媒（後述）が貯留されるタンクであって、公知の容器が用いられる。
【００５４】
分離槽６６における分離管６７（後述）の周囲には、溶媒が満たされている。
【００５５】
溶媒は、反応生成物（アンモニアなど）を溶解可能な液体であれば、特に制限されず、反応生成物の種類に応じて、適宜設定される。例えば、反応生成物がアンモニアである場合には、水、アルコールなどの公知の水系溶媒が挙げられる。好ましくは、水が挙げられる。
【００５６】
分離管６７は、分離槽６６を貫通するとともに燃料側排気ライン２８に介在され、また、分離槽６６内において、溶媒に浸漬されるように配置されている。
【００５７】
このような分離管６７は、反応生成物（アンモニアなど）を通過させる一方、その他の成分（窒素など）を遮断する材料から形成される。例えば、反応生成物がアンモニアである場合には、分離管６７として、４フッ化エチレン樹脂などから得られる多孔質チューブ（例えば、住友電工ファインポリマー社製のポアフロン（登録商標）チューブなど）などが挙げられる。分離管６７は、単数であってもよく、また、複数であってもよい。分離管６７が複数である場合、それら分離管６７は、互いに独立していてもよく、また、集合筒状に形成されていてもよい。
【００５８】
また、分離装置６５には、処理手段の一例としての処理装置６８が、溶媒循環ライン６９を介して接続されている。
【００５９】
処理装置６８は、上記の溶媒中に分離（溶解）された反応生成物（アンモニアなど）を処理するための装置であって、反応生成物の種類に応じて、適宜設計される。例えば、反応生成物がアンモニアである場合、処理装置６８としては、アンモニアを吸着および捕集可能なイオン交換樹脂（例えば、商品名ＤＩＡＩＯＮ  ＳＫ１Ｂ、三菱化学社製など）を用いたイオン交換処理装置や、例えば、アンモニアを分解可能な微生物処理装置（例えば、処理剤として商品名ＢＦＬ５８００ＮＴ（名東化製社製）を備える処理装置など）などが挙げられる。
【００６０】
溶媒循環ライン６９は、分離装置６５と処理装置６８との間において、溶媒を循環させるための管であって、第１循環ライン７０、第２循環ライン７１、および、第３ポンプ７２を備えている。
【００６１】
第１循環ライン７０は、分離管６７における気体の流れ方向下流側（図１紙面右側）において、分離槽６６と処理装置６８とを架設するように設けられている。より具体的には、第１循環ライン７０の一方（上流側）端が、分離槽６６に接続されており、また、他方（下流側）端が、処理装置６８に接続されている。
【００６２】
第２循環ライン７１は、分離管６７における気体の流れ方向上流側（図１紙面左側）において、分離槽６６と処理装置６８とを架設するように設けられている。より具体的には、第２循環ライン７１の一方端（上流側）が、処理装置６８に接続されており、また、他方（下流側）端が、分離槽６６に接続されている。
【００６３】
これにより、第１循環ライン７０および第２循環ライン７１は、分離槽６６と処理装置６８との間で溶媒が循環する循環（クロード）ラインを形成している。
【００６４】
第３ポンプ７２は、分離槽６６内の溶媒（反応生成物を含む。）を、処理装置６８に輸送（供給）するためのポンプである。第３ポンプ７２は、第１循環ライン７０の途中に介在されている。第３ポンプ７２としては、上記した第１ポンプ２３と同様の送液ポンプが挙げられる。
【００６５】
第３ポンプ７２の駆動により、分離槽６６内の溶媒は、第１循環ライン７０を介して処理装置６８に供給され、その後、第２循環ライン７１を介して分離槽６６に供給される。すなわち、溶媒は、分離槽６６、第１循環ライン７０、処理装置６８および第２循環ライン７１を順次経由して循環する。また、このような場合、分離槽６６における溶媒の流れと、分離管６７における気体の流れとは、並行流である。
（３）空気給排部
空気給排部５は、空気供給経路の一例としての空気供給ライン３３と、エアポンプ３５と、第３弁３６と、空気排出ライン３４と、第４弁３７とを備えている。
【００６６】
空気供給ライン３３は、空気流路１９内に空気を供給するための配管である。空気供給ライン３３の供給方向上流端は、大気開放されている。空気供給ライン３３の供給方向下流端は、空気流路１９の上流端（入口あるいは上端部）に接続されている。
【００６７】
エアポンプ３５は、大気中の空気を空気流路１９に輸送するための送気ポンプである。エアポンプ３５は、空気供給ライン３３の途中に介在されている。エアポンプ３５としては、例えば、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、エアコンプレッサなどの圧縮式ポンプが挙げられる。
【００６８】
第３弁３６は、空気供給ライン３３の途中に介在されている。詳しくは、第３弁３６は、空気供給ライン３３において、エアポンプ３５の供給方向下流側に配置されている。第３弁３６としては、上記した第１弁２０と同様の開閉弁が挙げられる。
【００６９】
空気排出ライン３４は、空気流路１９から空気を排出するための配管である。空気排出ライン３４の排出方向上流端は、空気流路１９の下流端（出口あるいは下端部）に接続されている。空気排出ライン３４の排出方向下流端は、大気開放されている。
【００７０】
第４弁３７は、空気排出ライン３４の途中に介在されている。第４弁３７としては、上記した第１弁２０と同様の開閉弁が挙げられる。
（４）制御部
制御部６は、ＥＣＵ４１を備えている。
【００７１】
ＥＣＵ４１は、電動車両１における電気的な制御を実行するコントロールユニット（すなわち、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。ＥＣＵ４１は、各弁（第１弁２０、第２弁６０、第３弁３６および第４弁３７のそれぞれ）と、各ポンプ（第１ポンプ２３、第２ポンプ２６、第３ポンプ７２およびエアポンプ３５のそれぞれ）とに電気的に接続されており、それらを制御する。
（５）動力部
動力部７は、電動車両１の前端部において、いわゆるエンジンルーム内に配置されている。動力部７は、モータ４２と、インバータ４３と、バッテリ４４と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５とを備えている。
【００７２】
モータ４２は、燃料電池３に電気的に接続されている。モータ４２は、燃料電池３またはバッテリ４４から出力される電気エネルギーを電動車両１の駆動力として機械エネルギーに変換する。モータ４２としては、例えば、三相誘導電動機、三相同期電動機などの公知の三相電動機などが挙げられる。
【００７３】
インバータ４３は、配線により、燃料電池３とモータ４２との間に電気的に接続されている。インバータ４３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。インバータ４３としては、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などが挙げられる。
【００７４】
バッテリ４４は、燃料電池３とモータ４２との間の配線に電気的に接続されている。バッテリ４４としては、例えば、ニッケル水素電池や、リチウムイオン電池などの公知の二次電池などが挙げられる。バッテリ４４は、燃料電池３からの電力を蓄電可能、かつ、モータ４２に電力を供給可能である。
【００７５】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、配線により、燃料電池３とインバータ４３との間に電気的に接続されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ４５は、ＥＣＵ４１にも電気的に接続されており、ＥＣＵ４１の制御により、燃料電池３の出力電圧を昇圧または降圧し、燃料電池３の電力およびバッテリ４４の入出力電力を調整する。
２．発電動作
次いで、燃料電池システム２における発電について説明する。
【００７６】
燃料電池システム２が作動しているときには、ＥＣＵ４１の制御により、すべての弁（第１弁２０、第２弁６０、第３弁３６および第４弁３７）が開放され、すべてのポンプ（第１ポンプ２３、第２ポンプ２６、第３ポンプ７２およびエアポンプ３５）が駆動されている。
【００７７】
燃料タンク２１内の液体燃料は、ＥＣＵ４１の制御によって第１ポンプ２３の送液量が調整されることにより、調整タンク２５内の液体燃料の燃料成分濃度を調整するように、燃料供給ライン２２を介して、逐次、調整タンク２５に供給される。
【００７８】
調整タンク２５内の液体燃料は、ＥＣＵ４１の制御によって第２ポンプ２６の送液量が調整されることにより、還流ライン２４を介して燃料電池３の燃料流路１８に供給される。
【００７９】
燃料流路１８に供給された液体燃料は、アノード電極１６と接触しながら燃料流路１８内を下側から上側へ流れて、還流ライン２４（還流ライン２４における燃料電池３より還流（排出）方向下流側部分）を介して調整タンク２５に排出される。
【００８０】
続いて、調整タンク２５に排出された液体燃料は、燃料流路１８において一部が反応して消費され、燃料成分濃度が薄くなるため、燃料タンク２１から液体燃料が逐次供給されて、燃料成分濃度が調整された後、液体燃料は燃料流路１８に還流（供給）される。
【００８１】
一方、空気は、電動車両１の外部から、ＥＣＵ４１の制御により、エアポンプ３５の送風量が調整されながら、空気供給ライン３３を介して、燃料電池３の空気流路１９に供給される。
【００８２】
空気流路１９に供給された空気は、カソード電極１７と接触しながら空気流路１９内を上側から下側へ流れて空気排出ライン３４へ排出される。
【００８３】
このとき、燃料電池３では、燃料成分がヒドラジンである場合には、下記反応式（１）〜（３）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（１）  Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ−  （アノード電極１６での反応）
（２）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （カソード電極１７での反応）
（３）  Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ  （燃料電池３全体での反応）
なお、燃料成分がメタノールである場合には、下記反応式（４）〜（６）で表される電気化学反応が生じ、発電が行なわれる。
（４）  ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−  （アノード電極１６での反応）
（５）  Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ−  （カソード電極１７での反応）
（６）  ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ  （燃料電池３全体での反応）
これらの反応により、アノード電極１６において燃料成分（Ｎ２Ｈ４またはＣＨ３ＯＨ）が消費され、カソード電極１７において酸素（Ｏ２）および水（Ｈ２Ｏ）が消費されるとともに、アノード電極１６において、水（Ｈ２Ｏ）および気体（Ｎ２またはＣＯ２）が生成され、起電力（ｅ−）が発生される。発生した起電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４５によって変圧され、インバータ４３により三相交流電力に変換された後、モータ４２に供給されて、電動車両１の車輪を駆動させる機械エネルギーに変換される。機械エネルギーに変換されなかった余剰の電力は、バッテリ４４に蓄電される。
３．反応生成物の分離
燃料電池３から還流ライン２４を介して調整タンク２５に排出された排出液は、上記の電気化学反応において残存した燃料成分と、上記の電気化学反応により生成される水およびそれに溶解（溶存）する気体成分（Ｎ２やＣＯ２など）とを含んでいる。また、排出液は、液体燃料の分解などにより生じる反応生成物（副生成物）を含む場合がある。
【００８４】
より具体的には、例えば、液体燃料としてヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）が消費される場合には、電気化学反応により生成される水およびそれに溶解（溶存）する気体成分（窒素）の他、さらに、反応生成物として、ヒドラジン（Ｎ２Ｈ４）の分解により生じるアンモニア（ＮＨ３）を含む場合がある。
【００８５】
このような排出液に混入される反応生成物（アンモニアなど）は、排出液の再利用時において発電効率を低下させる原因となるため、排出液から分離することが要求される。
【００８６】
そこで、この燃料電池システム２では、まず、調整タンク２５において、排出液が、液体燃料を主成分として含む液体と、反応生成物（アンモニアなど）を含む気体とに分離される。
【００８７】
調整タンク２５内における排出液を含む液体燃料の温度は、比較的高く、具体的には、例えば、４０℃以上、好ましくは、６０℃以上、また、例えば、９０℃以下、好ましくは、８０℃以下である。
【００８８】
調整タンク２５では、液体燃料が上記した温度であるので、上記した気体は上記した温度に対応する量の反応生成物（アンモニアなど）を含んでいる。
【００８９】
このような気体は、調整タンク２５から燃料側排気ライン２８を介して、分離管６７に供給される。
【００９０】
気体が分離管６７に供給されると、溶媒に溶解可能な成分である反応生成物（アンモニアなど）のみが、分離管６７の膜表面から分離槽６６に滲出し、溶媒に溶解される。一方、その他の成分（窒素など）は、分離管６７の膜表面において遮断され、溶媒に溶解されることなく、つまり、分離管６７内に留まりながら、燃料側排気ライン２８の下流側に向かって流れ、大気開放される。
【００９１】
溶媒に溶解された反応生成物（アンモニアなど）は、第３ポンプ７２の駆動によって、溶媒とともに第１循環ライン７０を通過し、処理装置６８に供給される。
【００９２】
そして、処理装置６８において、反応生成物（アンモニアなど）が処理される。
【００９３】
具体的には、処理装置６８としてイオン交換処理装置が用いられる場合には、反応生成物（アンモニアなど）は、イオン交換処理装置におけるイオン交換樹脂などによって、吸着および捕集される。また、処理装置６８として微生物処理装置が用いられる場合には、反応生成物（アンモニアなど）は、微生物により分解される。
【００９４】
このような処理によって、反応生成物が除去されることにより、処理装置６８に供給された溶媒が浄化される。浄化された溶媒は、第３ポンプ７２の駆動によって、第２循環ライン７１を介して分離槽６６に還流され、分離装置６５において再利用される。
４．作用効果
この燃料電池システム２では、液体燃料の反応により生成される反応生成物が、還流ライン２４に介在される調整タンク２５によって気体成分として分離された後、燃料側排気ライン２８に介在される分離装置６５によって溶媒中に分離され、その溶解された状態で、処理装置６８において処理される。
【００９５】
このような燃料電池システム２では、反応生成物が溶媒に溶解されるため、反応生成物が液体燃料（添加剤を含む。）に溶解される場合に比べ、イオン交換処理や微生物処理などが阻害されることなく、反応生成物が容易に処理可能とされる。
【００９６】
また、この燃料電池システム２では、反応生成物をガスとして処理する必要がないため、吸着材や分解触媒などを不要とすることができ、損傷および高コスト化を抑制することができる。
【００９７】
そのため、この燃料電池システム２によれば、排出液に含まれる反応生成物を、簡易かつ効率よく除去することができる。
５．変形例
図２を参照して、本発明の一実施形態の変形例を説明する。この変形例において、上記した一実施形態と同様の部材には同様の符号を付し、その説明を省略する。
【００９８】
上記した一実施形態では、調整タンク２５が気液分離器を兼ねている。
【００９９】
対して、この変形例では、図２に示すように、燃料給排部４は、調整タンク２５に加え、気液分離器７５を備えている。なお、燃料側排気ライン２８は、調整タンク２５ではなく、気液分離器７５に接続されている。
【０１００】
気液分離器７５は、還流ライン２４に介在されている。具体的には、気液分離器７５は、還流ライン２４において、調整タンク２５の還流方向上流側に配置されている。
【０１０１】
燃料給排部４では、燃料流路１８から排出される液体燃料は、還流ライン２４を介して気液分離器７５に排出液として排出される。
【０１０２】
続いて、気液分離器７５によって、反応生成物（アンモニアなど）を含む気体が分離された液体燃料は、還流ライン２４を介して、調整タンク２５に排出される。
【０１０３】
一方、気液分離器７５によって分離された気体は、燃料側排気ライン２８を介して、分離管６７に供給され、上記と同様にして、反応生成物（アンモニアなど）が分離および処理される。
【０１０４】
この変形例によっても、上記した一実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
【０１０５】
また、上記した一実施形態では、反応生成物が分離された気体は、燃料側排気ライン２８により大気開放されているが、例えば、燃料側排気ライン２８の下流側端部を、空気供給ライン３３および／または空気排出ライン３４の途中部分に接続し、反応生成物が分離された気体を、空気とともに空気排出ライン３４から排出することもできる。
【符号の説明】
【０１０６】
２      燃料電池システム
３      燃料電池
２４    還流ライン
２５    調整タンク
２８    排気ライン
６５    分離装置
６８    処理装置
【図１】
2016096003.tif 000003
【図２】
2016096003.tif 000004