(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】燃料電池のアノードに循環供給する液体燃料の濃度調整及び気液分離を行う濃度調整タンク４１であり、濃度調整タンク４１からアノードに燃料を供給する第２供給ライン４２、アノードから排出される燃料（排出液）を導入する燃料排出ライン３８、排出液から分離した気体を排出する外部排出ライン２６、燃料タンクから高濃度燃料を導入する第１供給ライン３９を備える。濃度調整タンク４１は容器５０と、容器５０に設けられている排出液供給部５１、気体排出部５３及び燃料排出部５４と、容器５０内を仕切る多孔質板５５とを備える。気体排出部５３は、多孔質板５５に対して排出液供給部５１の反対側に設けられる。燃料排出部５４は、排出液供給部５１及び気体排出部５３よりも下方に設けられる。多孔質板５５は、容器５０内の上端及び下端に接触するように設けられる。【選択図】図２
2016122497.tif 000002
【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、
前記燃料電池へ液体燃料を供給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および前記燃料排出ラインに接続され、前記燃料電池から排出される排出液を貯留する貯留タンクと
を備え、
前記貯留タンクは、
容器と、
前記容器に設けられ、前記燃料排出ラインから排出される前記排出液を前記容器内に供給するための排出液供給部と、
前記容器に設けられ、前記容器内において前記排出液から分離される気体を前記容器外に排出するための気体排出部と、
前記容器に設けられ、前記容器内において前記排出液から調製される液体燃料を前記燃料供給ラインに供給するための燃料排出部と、
前記容器内において、前記排出液供給部と間隔を隔てて対向配置される多孔質板と
を備え、
前記気体排出部は、前記多孔質板に対して前記排出液供給部の反対側に設けられ、
前記燃料排出部は、前記排出液供給部および前記気体排出部よりも下方に設けられ、  
前記多孔質板は、前記容器内の上端および下端に接触するように設けられていることを特徴とする、燃料電池システム。
【請求項２】
前記多孔質板が複数設けられており、
前記複数の多孔質板が間隔を隔てて対向配置されてい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。
【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、または、直接ヒドラジン形燃料電池などの直接液体燃料形燃料電池を備えた燃料電池システムが知られている。
【０００３】
直接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】
直接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。
【０００６】
また、このようなシステムでは、気液分離器に、浸入する排出液を当接させて、下方に落下させるための邪魔板を気液分離器の浸入口と対向するように設けることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１２−１７４５２５号公報
【特許文献２】特開２０１４−１２７４５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
このような燃料システムでは、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があり、省スペース化が要求されている。そのため、気液分離器と濃度調整タンクとを１つにすることが検討される。
【０００９】
その場合、上記邪魔板では、液体燃料の液面レベルが、邪魔板の下端より上方に位置すると、気液分離の効率が低下する。
【００１０】
一方、液面レベルを常に邪魔板より下方に位置するように調整すれば、気液分離は可能であるが、燃料調整タンクとしての容量を確保できないという不具合がある。
【００１１】
本発明の目的は、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】
【００１２】
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、前記燃料電池へ液体燃料を供給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および前記燃料排出ラインに接続され、前記燃料電池から排出される排出液を貯留する貯留タンクとを備え、前記貯留タンクは、容器と、前記容器に設けられ、前記燃料排出ラインから排出される前記排出液を前記容器内に供給するための排出液供給部と、前記容器に設けられ、前記容器内において前記排出液から分離される気体を前記容器外に排出するための気体排出部と、前記容器に設けられ、前記容器内において前記排出液から調製される液体燃料を前記燃料供給ラインに供給するための燃料排出部と、前記容器内において、前記排出液供給部と間隔を隔てて対向配置される多孔質板とを備え、前記気体排出部は、前記多孔質板に対して前記排出液供給部の反対側に設けられ、前記燃料排出部は、前記排出液供給部および前記気体排出部よりも下方に設けられ、前記多孔質板は、前記容器内の上端および下端に接触するように設けられていることを特徴としている。
【００１３】
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を貯留する貯留タンクが、排出液供給部と、気体排出部と、燃料排出部とを備えているため、貯留タンクにおいて、排出液が液体燃料と気体とに分離される。よって、貯留タンクを気液分離器として兼用することにより、気液分離器を省略することができる。その結果、省スペース化を図ることができる。
【００１４】
また、貯留タンクは、容器内部に、排出液供給部と間隔を隔てて対向配置される多孔質板を備えている。そのため、排出液供給部から供給される排出液を多孔質板に当接させて、下方に、すなわち、容器内に貯留されている液体燃料（排出液）の液面に、落下させることができる。よって、排出液が気体排出部に直接流入することを抑制することができる。その結果、効率よく気液分離を実施することができる。
【００１５】
また、多孔質板は多孔質であるため、気体は、多孔質板を通過することができる。そのため、液体燃料の液面レベルが多孔質板の下端より上方に位置しても、気液分離の効率を維持することができる。
【００１６】
しかも、多孔質板が、容器内の上端および下端に接触するように設けられている。そのため、貯留タンクに貯留される液体燃料の液面レベルに関係なく、気液分離を実現することができる。
【００１７】
その結果、貯留タンクとしての容量を確保できる。すなわち、容器を過度に増大する必要がなく、省スペース化を図ることができる。
【００１８】
また、本発明の燃料電池システムでは、前記多孔質板が複数設けられており、前記複数の多孔質板が間隔を隔てて対向配置されていることが好適である。
【００１９】
そのため、排出液供給部から供給される排出液を複数の多孔質板に順次当接させることにより、より確実に下方に落下させることができる。そのため、排出液の気液分離の効率がより一層良好となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の燃料電池システムによれば、貯留タンクを気液分離器として兼用することができる。また、貯留タンクにおいて、効率よく気液分離を実現することができる。
【００２１】
よって、効率的な気液分離を可能としつつ、省スペース化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【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燃料調整タンクの概略拡大断面図である。
【図３】図３は、本発明の他の実施形態の燃料電池システムにおける燃料調整タンク（排出液供給部が、開口である形態）の概略拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
（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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
電解質層８は、例えば、アニオン成分またはカチ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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
（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の燃料供給口１５）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に介在される貯留タンクの一例としての濃度調整タンク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の燃料排出口１４）から、排出液を濃度調整タンク４１に排出（供給）させる燃料排出ライン３８とを備えている。
【００４１】
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。
【００４２】
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の燃料供給口１５）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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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の容器５０（後述）の内部へ供給される。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
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の容器５０（後述）から燃料電池３に供給される。
【００５３】
濃度調整タンク４１は、燃料供給ライン３７に介在するように設けられており、図２に示すように、容器５０と、排出液供給部５１と、燃料供給部５２と、気体排出部５３と、燃料排出部５４と、多孔質板５５とを備えている。
【００５４】
容器５０は、前後方向に延びる立方体形状（箱型）であって、前側壁５０ａと、前側壁５０ａと前後方向に間隔を隔てて配置される後側壁５０ｂと、前側壁５０ａおよび後側壁５０ｂの上端縁間に架設される上側壁５０ｃと、前側壁５０ａおよび後側壁５０ｂの下端縁間に架設され、上側壁５０ｃと上下方向に間隔を隔てて配置される下側壁５０ｄと、前側壁５０ａおよび後側壁５０ｂの左端縁間に架設される左側壁（図示せず）と、前側壁５０ａおよび後側壁５０ｂの右端縁間に架設され、左側壁と左右方向に間隔を隔てて配置される右側壁（図示せず）とを備えている。容器５０は、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。
【００５５】
排出液供給部５１は、前側壁５０ａの上部に設けられている。排出液供給部５１は、前側壁５０ａから容器５０の内部に向って延びる管であり、その先端（後端）には、後側壁５０ｂに向かって開放される排出液供給口が形成されている。すなわち、排出液供給部５１の前端は、燃料排出ライン３８に接続され、その後端は、容器５０の内部の空間に連通している。
【００５６】
燃料供給部５２は、後側壁５０ｂの下部に設けられている。燃料供給部５２は、後側壁５０ｂから容器５０の内部に向って延びる管であり、その先端（前端）には、前側壁５０ａに向かって開放される液体燃料供給口が形成されている。すなわち、燃料供給部５２の前端は、容器５０内部の空間に連通し、その後端は、第１供給ライン３９に接続されている。
【００５７】
気体排出部５３は、後側壁５０ｂの上部に設けられている。気体排出部５３は、燃料供給部５２および燃料排出部５４よりも上方に設けられている。気体排出部５３は、後側壁５０ｂから容器５０の内部に向って延びる管であり、その先端（前端）には、前側壁５０ａに向かって開放される気体排出口が形成されている。すなわち、気体排出部５３の前端は、容器５０内部の空間に連通し、その後端は、外部排出ライン２６に接続されている。
【００５８】
外部排出ライン２６は、図１に示すように、容器５０で分離された気体を外部に排出するために、その下流側端部が、大気に開放されている。また、外部排出ライン２６の途中には、気体排出弁２７が設けられている。
【００５９】
気体排出弁２７は、外部排出ライン２６を開放して容器５０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。気体排出弁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）からの制御信号が気体排出弁２７に入力され、コントロールユニット２９（後述）が、気体排出弁２７の開閉を制御する。
【００６０】
燃料排出部５４は、図２に示すように、後側壁５０ｂの下部に設けられている。燃料排出部５４は、排出液供給部５１および気体排出部５３よりも下方に設けられている。また、燃料排出部５４は、燃料供給部５２よりも下方に設けられている。燃料排出部５４は、後側壁５０ｂから容器５０の内部に向って延びる管であり、その先端（前端）には、前側壁５０ａに向かって開放される液体排出口が形成されている。すなわち、燃料排出部５４の前端は、容器５０内部の空間に連通し、その後端は、第２供給ライン４２に接続されている。
【００６１】
多孔質板５５は、複数、より具体的には、前側多孔質板５５Ａおよび後側多孔質板５５Ｂを備えている。
【００６２】
前側多孔質板５５Ａおよび後側多孔質板５５Ｂは、前後方向において、相対的に前側壁５０ａの近くに並列配置されている。
【００６３】
前側多孔質板５５Ａは、平板形状に形成されており、具体的には、前後方向に投影したときに、容器５０の内周縁と略同一形状となるように形成されている。前側多孔質板５５Ａは、排出液供給部５１（前側壁５０ａ）と間隔を隔てて対向配置されており、容器５０内の上端、下端および左右側端に接触するように設けられている。具体的には、前側多孔質板５５Ａは、その周縁が容器５０の内周縁に接触するように、配置されている。
【００６４】
後側多孔質板５５Ｂは、前側多孔質板５５Ａと略同一形状の平板形状に形成されている。後側多孔質板５５Ｂは、前側多孔質板５５Ａと間隔を隔てて、前側多孔質板５５Ａの後方に対向配置されており、容器５０内の上端、下端および左右側端に接触するように設けられている。具体的には、後側多孔質板５５Ｂは、その周縁が容器５０の内周縁に接触するように、配置されている。
【００６５】
これにより、容器５０は、２つの多孔質板５５によって、仕切られている。具体的には、容器５０は、２つの多孔質板５５によって、３つの空間に区画されている。すなわち、容器５０は、前側壁５０ａと前側多孔質板５５Ａとの間に区画される前側空間６１、前側多孔質板５５Ａと後側多孔質板５５Ｂとの間に区画される中間空間６２、および、後側多孔質板５５Ｂと後側壁５０ｂとの間に区画される後側空間６３を有する。
【００６６】
そして、排出液供給部５１は、前側空間６１の内部に臨み、燃料供給部５２、燃料排出部５４および気体排出部５３は、前側空間６１以外の空間、具体的には、後側空間６３に臨んでいる。
【００６７】
また、燃料供給部５２、気体排出部５３および燃料排出部５４は、２つの多孔質板５５に対して、前後方向において、排出液供給部５１の反対側に配置されている。
【００６８】
多孔質板５５は、気体および液体燃料を通過することができる材料で形成されており、例えば、メッシュ板、パンチングメタル、発泡金属などが挙げられる。
【００６９】
多孔質板５５の孔径（目開き）は、気体を通過させる一方、液体燃料の通過を抑制するサイズであれば制限されてないが、例えば、０．１μｍ以上、好ましくは、０．５μｍ以上であり、また、例えば、１．０μｍ以下、好ましくは、０．８μｍ以下である。
【００７０】
多孔質板５５の厚みは、例えば、１ｍｍ以上、好ましくは、２ｍｍ以上であり、また、例えば、１０ｍｍ以下、好ましくは、４ｍｍ以下である。
【００７１】
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の燃料排出口１４）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、排出液供給部５１に接続されている。
【００７２】
（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。
【００７３】
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）が燃料電池３（具体的には、カソード１０の空気供給口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。
【００７４】
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。
【００７５】
空気排出管（図示せず）は、その一端側（上流側）が燃料電池３（具体的には、カソード１０の空気排出口２０）に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
【００７６】
（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。
【００７７】
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。
【００７８】
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や気体排出弁２７の開閉などを、適宜制御する。
【００７９】
（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。
【００８０】
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。
【００８１】
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。
【００８２】
動力用バッテリ３３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、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。
【００８３】
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。
【００８４】
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。
【００８５】
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。
【００８６】
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。
【００８７】
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１次供給液が、第１供給ライン３９を介して、濃度調整タンク４１に供給される。また、濃度調整タンク４１に貯留される２次供給液が、第２供給ライン４２を介して、アノード９の燃料供給口１５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の空気供給口１９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、その後、液体燃料（２次供給液）の濃度を調整するために、適宜開閉される。
【００８８】
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を通過し、燃料排出口１４から排出液として排出される。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を通過し、空気排出口２０から空気排出管を介して、大気に放出される。
【００８９】
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、燃料電池３がアニオン変換型燃料電池であって、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）。
【００９０】
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。
【００９１】
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）。
【００９２】
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。
【００９３】
また、例えば、燃料電池３がアニオン変換型燃料電池であって、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。
【００９４】
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。
【００９５】
また、濃度調整タンク４１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、生成する水および気体を含む。）が、燃料排出ライン３８を通過して、排出液供給部５１から濃度調整タンク４１の容器５０の内部に流入する。
【００９６】
一方、燃料タンク３５から供給される液体燃料（１次（高濃度）供給液）も、燃料供給部５２から容器５０の内部に流入する。
【００９７】
そして、その液体燃料（１次供給液）と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。すなわち、液体燃料（１次供給液）および排出液が混合されることにより、液体燃料（２次供給液）が調製され、容器５０の底部に一時的に貯蔵される。
【００９８】
容器５０では、２次供給液の液面レベルが、排出液供給部５１および気体排出部５３よりも下方位置に保持されており、排出液は、排出液供給部５１から下方へと落下する。
【００９９】
このとき、排出液は、多孔質板５５に当接されて下方へと落下するが、排出液に含まれる気体の一部は落下せずに、容器５０の上部に滞留し、排出液から分離される。
【０１００】
また、一時的に貯留されている２次供給液（液溜まり）において、その排出液に含まれる気体の残りが、液溜まり内を浮上し、液溜まりの液面の上方（容器５０の上部）に移動する。すなわち、排出液から気体が分離される。
【０１０１】
そして、容器５０において分離され、容器５０の上方に滞留する気体は、気体排出弁２７が開かれることにより、気体排出部５３から容器５０の外部に排出され、その後、外部排出ライン２６を通過して外部へ排出される。一方、容器５０の底部に貯留される２次供給液（供給液）は、再度、燃料排出部５４から第２供給ライン４２を介して燃料供給口１５に流入する。
【０１０２】
このように、燃料電池３から排出される排出液が、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、そして、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。
【０１０３】
３．作用効果
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。よって、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、気液分離器を省略することができる。その結果、省スペース化を図ることができる。
【０１０４】
また、排出液供給部５１から容器５０に供給される排出液は、勢いよく流れ方向に沿って、後側壁５０ｂに向って噴出する。濃度調整タンク４１は、容器５０の内部に、排出液供給部５１と間隔を隔てて対向配置される２つの多孔質板５５（前側多孔質板５５Ａおよび後側多孔質板５５Ｂ）を備えている。そのため、排出液供給部５１から供給される排出液を２つの多孔質板５５に順次当接させて、下方に、すなわち、容器５０内に貯留されている液体燃料（液溜まり、２次供給液）の液面に、落下させることができる。詳しくは、まず、前側空間６１に排出液の大部分が落下し、次いで、中間空間６２に排出液の残りの部分が落下し、後側空間６３にはほとんど落下しない。よって、排出液が気体排出部５３に直接移動することが抑制される。その結果、効率よく気液分離を実施することができる。
【０１０５】
また、多孔質板５５は多孔質であるため、気体および燃料液体は、多孔質板５５を通過することができる。そのため、液体燃料の液面レベルが多孔質板５５の下端より上方に位置しても、気液分離の効率を維持することができる。
【０１０６】
しかも、多孔質板５５が、容器５０内の上端および下端に接触するように設けられている。そのため、濃度調整タンク４１に貯留される液体燃料の液面レベルに関係なく、気液分離を実現することができる。その結果、濃度調整タンク４１としての容量を確保できる。すなわち、容器５０を過度に増大する必要がなく、省スペース化を図ることができる。
【０１０７】
４．変形例
図３において、図２の実施形態と同様の部材については、同一の参照符号を付し、その詳細を省略する。
【０１０８】
図２の実施形態では、排出液供給部５１、燃料供給部５２、気体排出部５３および燃料排出部５４は、それぞれ、容器５０の側壁から容器５０の内部に向って延びる管であるが、例えば、図３に示すように、排出液供給部５１、燃料供給部５２、気体排出部５３および燃料排出部５４は、側壁に設けられる開口とすることもできる。
【０１０９】
具体的には、排出液供給部５１は、燃料排出ライン３８と連通する開口であり、燃料供給部５２は、第１供給ライン３９と連通する開口であり、燃料排出部５４は、第２供給ラインと連通する開口であり、気体排出部５３は、外部排出ライン２６と連通する開口である。
【０１１０】
図３の実施形態も、図２の実施形態と同様の作用効果を奏する。
【０１１１】
また、図２の実施形態では、濃度調整タンク４１は、２枚の多孔質板５５を備えているが、例えば、図示しないが、濃度調整タンク４１は、１枚の多孔質板５５または３枚以上の多孔質板５５を備えることもできる。
【０１１２】
本発明では、好ましくは、濃度調整タンク４１は、２枚または３枚以上の多孔質板５５を備える。これにより、排出液供給部５１から供給される排出液を複数の多孔質板５５に順次当接させることにより、より確実に下方に落下させることができる。その結果、排出液の気液分離の効率をより一層向上させることができる。
【符号の説明】
【０１１３】
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
５０    容器
５１    排出液供給部
５３    気体排出部
５４    燃料排出部
５５    多孔質板
【図１】
2016122497.tif 000003
【図２】
2016122497.tif 000004
【図３】
2016122497.tif 000005