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JP2018137199A - Fuel cell system - Google Patents

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JP2018137199A
JP2018137199A JP2017032896A JP2017032896A JP2018137199A JP 2018137199 A JP2018137199 A JP 2018137199A JP 2017032896 A JP2017032896 A JP 2017032896A JP 2017032896 A JP2017032896 A JP 2017032896A JP 2018137199 A JP2018137199 A JP 2018137199A
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Japan
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fuel
gas
liquid
fuel cell
line
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Pending
Application number
JP2017032896A
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Japanese (ja)
Inventor
芳和 井関
Yoshikazu Izeki
芳和 井関
良平 岩崎
Ryohei Iwasaki
良平 岩崎
純子 山田
Junko Yamada
純子 山田
克彰 水越
Katsuaki Mizukoshi
克彰 水越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tohoku University NUC
Daihatsu Motor Co Ltd
Original Assignee
Tohoku University NUC
Daihatsu Motor Co Ltd
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    • Y02E60/50—Fuel cells

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Abstract

【課題】反応生成物（アンモニアなど）を分解できるとともに、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの発生を抑制することができ、さらに、システムの大型化を抑制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、燃料電池３と燃料電池３から排出される排出液を燃料電池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気液分離器２７と還流ライン２４において気液分離器２７よりも下流側に介在され液体燃料が貯留される調整タンク２５と気液分離器２７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と調整タンク２５において分離された気体を燃料側排気ライン２８に輸送するための輸送ライン３０と燃料側排気ライン２８において輸送ライン３０の接続部よりも下流側に介在され反応生成物をプラズマ処理するプラズマ反応装置６５とを備える。【選択図】図１PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fuel cell system capable of decomposing reaction products (ammonia and the like), suppressing generation of nitrogen oxides (NOX) and the like, and further suppressing increase in size of the system. A fuel cell system (2) produces a reaction between a fuel cell (3) and a return line (24) for returning an exhaust liquid discharged from the fuel cell (3) to the fuel cell (3) and a liquid containing a liquid fuel interposed in the return line (24). A gas-liquid separator 27 for separating the discharged liquid into a gas containing a substance, and an adjusting tank 25 and a gas-liquid separator 27 that are interposed downstream of the gas-liquid separator 27 in the reflux line 24 and store liquid fuel. Of the fuel-side exhaust line 28 for discharging the gas separated in the above, and a transport line 30 for transporting the gas separated in the adjustment tank 25 to the fuel-side exhaust line 28 and the connection of the transport line 30 in the fuel-side exhaust line 28. And a plasma reaction device 65 that is interposed downstream of the above-mentioned part and that processes the reaction product by plasma. [Selection diagram] Figure 1

Description

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。   The present invention relates to a fuel cell system mounted on a vehicle or the like.

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）。   Conventionally, a fuel cell having an electrolyte layer, an anode disposed on one side of the electrolyte layer, and a cathode disposed on the other side of the electrolyte layer, a fuel supply / discharge portion that supplies liquid fuel to the anode, and air to the cathode There is known a fuel cell system including an air supply / exhaust unit for supplying (see, for example, Patent Document 1).

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、空気供給経路および空気排出経路を備える。   The fuel supply / discharge unit in the fuel cell system described in Patent Document 1 includes a reflux pipe that recirculates the liquid fuel discharged from the anode to the anode, a gas-liquid separator interposed in the reflux pipe, and a gas-liquid separator. A gas discharge pipe for discharging the separated nitrogen and water vapor is provided. The air supply / discharge unit includes an air supply path and an air discharge path.

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。このようにして、燃料電池が発電している。   In the fuel supply / exhaust section of the fuel cell system described in Patent Document 1, a closed line that circulates through the reflux pipe, the gas-liquid separator, and the anode is formed, and liquid fuel circulates through the closed line. Further, nitrogen and water vapor separated by the gas-liquid separator are discharged to the outside through the gas discharge pipe. On the other hand, in the air supply / discharge section, air containing oxygen and water vapor is usually supplied to the cathode from the air supply path. In this way, the fuel cell is generating electricity.

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。   On the other hand, in such a fuel cell system, fuel is consumed by an electrochemical reaction, an electromotive force is generated, a reaction product is generated, and may be mixed in the effluent.

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。 For example, when hydrazine (N 2 H 4 ) is consumed as a liquid fuel, nitrogen gas (N 2 ) and water (H 2 O) are generated, while a product (reaction product) resulting from a decomposition reaction of hydrazine. As a result, ammonia (NH 3 ) may be generated and mixed in the effluent.

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、還流管に介在される気液分離器により分離され、ガス排出管を介して外気に開放される場合がある。また、排出液に混入される反応生成物（アンモニアなど）の一部が、アノード側から電解質膜を透過してカソード側に漏出（クロスリーク）し、空気とともに外気に開放される場合がある。   A reaction product (ammonia or the like) mixed in the discharged liquid may be separated by a gas-liquid separator interposed in the reflux pipe and may be released to the outside air through the gas discharge pipe. In addition, a part of the reaction product (ammonia etc.) mixed in the effluent may permeate the electrolyte membrane from the anode side, leak to the cathode side (cross leak), and be released to the outside air together with air.

このような反応生成物（アンモニアなど）は、人体や地球環境に影響を及ぼす場合があるため、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）を分解処理することが要求される。具体的には、反応生成物がアンモニアである場合、気液分離器により分離されたアンモニアや、アノード側から電解質膜を透過してカソード側に漏出（クロスリーク）したアンモニアを分解処理することが要求される。   Since such a reaction product (ammonia or the like) may affect the human body or the global environment, the fuel cell system is required to decompose the reaction product (ammonia or the like). Specifically, when the reaction product is ammonia, it is possible to decompose ammonia separated by the gas-liquid separator or ammonia leaking to the cathode side through the electrolyte membrane from the anode side (cross leak). Required.

一方、アンモニアを分解処理する方法としては、例えば、プラズマ反応器を用いてアンモニアを窒素および水素に分解する方法などが知られている。   On the other hand, as a method for decomposing ammonia, for example, a method of decomposing ammonia into nitrogen and hydrogen using a plasma reactor is known.

より具体的には、例えば、プラズマ反応器と、そのプラズマ反応器の内側に配置された高電圧電極と、プラズマ反応器の外側に配置された接地電極と、アンモニアを含むガスをプラズマ反応器に供給するガス供給手段とを備える水素生成装置が、提案されている。このような水素生成装置では、プラズマ反応器にアンモニアを含むガスを供給するとともに、高電圧電極および接地電極の間で放電させることにより、アンモニアをプラズマとし、アンモニアを窒素および水素に分解することができる（例えば、特許文献２参照。）。   More specifically, for example, a plasma reactor, a high-voltage electrode arranged inside the plasma reactor, a ground electrode arranged outside the plasma reactor, and a gas containing ammonia to the plasma reactor. A hydrogen generation apparatus including a gas supply means for supplying has been proposed. In such a hydrogen generator, ammonia gas is supplied to the plasma reactor and discharged between the high voltage electrode and the ground electrode, whereby ammonia is converted into plasma and ammonia can be decomposed into nitrogen and hydrogen. (For example, refer to Patent Document 2).

特開２０１３−１３４９８１号公報JP2013-134981A 特開２０１４−０７００１２号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2014-070012

そこで、例えば、気液分離器のガス排出管をカソードの空気排出経路に接続し、その下流側において、空気排出経路にプラズマ分解装置を介在させ、気液分離器により分離されたアンモニアと、アノード側から電解質膜を透過してカソード側に漏出（クロスリーク）したアンモニアとをプラズマ分解することが検討される。   Therefore, for example, the gas discharge pipe of the gas-liquid separator is connected to the cathode air discharge path, and on the downstream side, a plasma decomposition device is interposed in the air discharge path, and the ammonia separated by the gas-liquid separator and the anode Plasma decomposition of ammonia that has permeated the electrolyte membrane from the side and leaked (cross leaked) to the cathode side is considered.

しかし、空気排出経路にプラズマ分解装置を介在させると、空気排出経路を通過する酸素が反応生成物（アンモニアなど）とともにプラズマ分解され、例えば、窒素酸化物（ＮＯＸ）などが発生する場合がある。また、比較的多量のガスが空気排出経路を通過するため、そのガスの流量に応じたプラズマ分解装置を用いると、システムが大型化するという不具合がある。 However, when a plasma decomposition apparatus is interposed in the air discharge path, oxygen passing through the air discharge path is plasma decomposed together with a reaction product (such as ammonia), and for example, nitrogen oxide (NO x ) may be generated. . In addition, since a relatively large amount of gas passes through the air discharge path, there is a problem that the size of the system increases when a plasma decomposition apparatus corresponding to the flow rate of the gas is used.

本発明の目的は、反応生成物（アンモニアなど）を分解できるとともに、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの発生を抑制することができ、さらに、システムの大型化を抑制できる燃料電池システムを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of decomposing a reaction product (such as ammonia), suppressing generation of nitrogen oxides (NO x ) and the like, and further suppressing an increase in size of the system. There is.

本発明［１］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、前記還流経路において、前記気液分離器よりも下流側に介在され、前記液体燃料が貯留される貯留槽と、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、前記貯留槽において分離された気体を前記排気経路に輸送するための輸送経路と、前記排気経路において、前記輸送経路の接続部よりも下流側に介在され、前記気液分離器において分離された気体中の前記反応生成物、および、前記貯留槽において分離された気体中の前記反応生成物をプラズマ処理するプラズマ処理手段とを備える、燃料電池システムを含んでいる。   The present invention [1] provides a fuel cell to which liquid fuel is supplied, and an exhaust liquid containing a reaction product discharged from the fuel cell and generated by a reaction of the liquid fuel, to the fuel cell. A reflux path, a gas-liquid separator for separating the discharged liquid into a liquid containing a liquid fuel and a gas containing a reaction product, and the gas-liquid separator in the reflux path. A storage tank that is interposed downstream of the liquid fuel and stores the liquid fuel; an exhaust path for discharging the gas separated in the gas-liquid separator; and a gas separated in the storage tank for the exhaust path The reaction product in the gas separated in the gas-liquid separator interposed between the transport path and the exhaust path downstream of the connection part of the transport path, and the storage tank Separated in And a plasma processing unit for plasma treatment was the reaction product in the gas, and includes a fuel cell system.

本発明［２］は、前記貯留槽において前記液体燃料をバブリングするためのバブリング装置を備える、上記［１］に記載の燃料電池システムを含んでいる。   The present invention [2] includes the fuel cell system according to the above [1], comprising a bubbling device for bubbling the liquid fuel in the storage tank.

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（アンモニアなど）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プラズマ分解手段によってプラズマ分解される。   In the fuel cell system of the present invention, a reaction product (ammonia or the like) generated by the reaction of liquid fuel is separated as a gas component by a gas-liquid separator interposed in the reflux path, and then interposed in the exhaust path. Plasma decomposition is performed by plasma decomposition means.

このような燃料電池システムにおいて、排気経路を通過するガスは、気液分離器によって分離された反応生成物（アンモニアなど）を比較的高濃度で含有し、酸素の含有量が低減されている。そのため、反応生成物（アンモニアなど）を分解できるとともに、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの発生を抑制することができる。 In such a fuel cell system, the gas passing through the exhaust path contains a reaction product (such as ammonia) separated by the gas-liquid separator at a relatively high concentration, and the oxygen content is reduced. Therefore, the reaction product (such as ammonia) can be decomposed and the generation of nitrogen oxides (NO x ) can be suppressed.

とりわけ、本発明の燃料電池システムでは、気液分離器よりも下流側に介在される貯留槽でも、反応生成物（アンモニアなど）を含む気体成分が分離され、その気体成分が、気液分離器で分離された気体成分とともに、プラズマ分解手段によってプラズマ分解される。その結果、より効率的に反応生成物（アンモニアなど）を分解できるとともに、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの発生を抑制することができる。 In particular, in the fuel cell system of the present invention, a gas component containing a reaction product (such as ammonia) is separated even in a storage tank interposed downstream from the gas-liquid separator, and the gas component is separated from the gas-liquid separator. Along with the gas component separated in step 1, the plasma is decomposed by the plasma decomposition means. As a result, reaction products (such as ammonia) can be decomposed more efficiently, and generation of nitrogen oxides (NO x ) and the like can be suppressed.

さらに、このような燃料電池システムでは、反応生成物（アンモニアなど）を分解することによって、液体燃料に伴う反応生成物（アンモニアなど）の漏出（クロスリーク）を低減することもできる。   Furthermore, in such a fuel cell system, by leaking the reaction product (such as ammonia), leakage (cross leak) of the reaction product (such as ammonia) accompanying the liquid fuel can be reduced.

また、このような燃料電池システムにおいて、排気経路を通過するガスは、比較的少量であるため、ガスの流量に応じた比較的小さいプラズマ分解手段を用いることができ、システムの大型化を抑制することができる。   In such a fuel cell system, since the amount of gas passing through the exhaust path is relatively small, it is possible to use a relatively small plasma decomposing means corresponding to the gas flow rate, thereby suppressing an increase in the size of the system. be able to.

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。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with an embodiment of a fuel cell system of the present invention. 図２は、図１に示される燃料電池システムに備えられるプラズマ発生装置の一実施形態を示す概略図である。FIG. 2 is a schematic view showing an embodiment of a plasma generator provided in the fuel cell system shown in FIG.

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。 1. Overall Configuration of Electric Vehicle As shown in FIG. 1, the electric vehicle 1 is an electric vehicle that drives the motor 42 using the motor 42 as a power source and the fuel cell 3 and the battery 44 as power sources. The electric vehicle 1 is equipped with a fuel cell system 2.

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またはカチオン交換型燃料電池として構成されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / exhaust unit 4, an air supply / exhaust unit 5, a control unit 6, and a power unit 7.
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is a direct liquid fuel type fuel cell to which a liquid fuel containing a fuel component is directly supplied, and is configured as an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell.

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。   Examples of the fuel component include alcohols such as methanol, ethers such as dimethyl ether, hydrazines such as hydrazine, preferably alcohols and hydrazines, and more preferably hydrazines. .

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。   As the liquid fuel, the fuel component may be used as it is, but the fuel component can be diluted with a solvent (described later) according to the type of the fuel component, and an electrolyte salt (described later) can be used if necessary. ) Etc. can also be added.

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。   The fuel cell 3 includes a fuel cell 11. The fuel cell 3 is configured as a stack structure in which a plurality of fuel cells 11 are stacked, but in FIG. 1, only one fuel cell 11 is shown for easy illustration.

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。   The fuel cell 11 includes a membrane electrode assembly 12, a fuel supply member 13, and an air supply member 14.

膜電極接合体１２は、電解質膜１５と、アノード電極１６と、カソード電極１７とを備えている。   The membrane electrode assembly 12 includes an electrolyte membrane 15, an anode electrode 16, and a cathode electrode 17.

電解質膜１５は、アニオン交換形またはカチオン交換形の高分子電解質膜から形成されている。   The electrolyte membrane 15 is formed of an anion exchange type or cation exchange type polymer electrolyte membrane.

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。   The anode electrode 16 is disposed as a thin layer on the surface of one side in the thickness direction of the electrolyte membrane 15. The anode electrode 16 is formed of, for example, a catalyst carrier that supports a catalyst. The anode electrode 16 can also be formed directly from a catalyst without using a catalyst carrier.

カソード電極１７は、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。   The cathode electrode 17 is disposed as a thin layer on the surface of the electrolyte membrane 15 on the other side in the thickness direction. The cathode electrode 17 is formed of, for example, a catalyst carrier that supports a catalyst. The cathode electrode 17 can also be formed directly from a catalyst without using a catalyst carrier.

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。   The fuel supply member 13 is disposed on one side in the thickness direction of the membrane electrode assembly 12. The fuel supply member 13 is made of a gas impermeable conductive material. A fuel flow path 18 is formed in the fuel supply member 13.

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。   The fuel flow path 18 is formed on the other surface in the thickness direction of the fuel supply member 13. The fuel flow path 18 is a groove that is recessed from the other surface in the thickness direction of the fuel supply member 13 to one side in the thickness direction, and extends in the vertical direction while being folded back in the width direction (a direction perpendicular to the vertical direction and the thickness direction). It is formed in a twisted shape. The fuel flow path 18 faces the anode electrode 16.

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。   The air supply member 14 is disposed on the other side in the thickness direction of the membrane electrode assembly 12. The air supply member 14 is formed from a gas impermeable conductive material. An air flow path 19 is formed in the air supply member 14.

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、貯留槽の一例としての調整タンク２５、第２ポンプ２６、気液分離器２７、第３ポンプ２９、排気経路の一例としての燃料側排気ライン２８、輸送経路の一例としての輸送ライン３０、および、第２弁６０を備えている。 The air flow path 19 is formed on one surface in the thickness direction of the air supply member 14. The air channel 19 is a concave groove that is recessed from one surface in the thickness direction to the other in the thickness direction of the air supply member 14, and is formed in a folded shape extending in the vertical direction while being folded back in the width direction. The air flow path 19 faces the cathode electrode 17.
(2) Fuel supply / discharge unit The fuel supply / discharge unit 4 includes a fuel tank 21, a fuel supply line 22, a first pump 23, a first valve 20, a return line 24 as an example of a return path, and an adjustment as an example of a storage tank. A tank 25, a second pump 26, a gas-liquid separator 27, a third pump 29, a fuel side exhaust line 28 as an example of an exhaust path, a transport line 30 as an example of a transport path, and a second valve 60 are provided. Yes.

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。   The fuel tank 21 stores the liquid fuel described above. In the fuel tank 21, the liquid fuel is preferably diluted in a solvent corresponding to the type of fuel component.

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。   Examples of the solvent include, but are not limited to, for example, water when the fuel component is alcohol, and water and / or alcohol (for example, methanol, ethanol, etc.) when the fuel component is hydrazine. , Lower alcohols such as propanol and isopropanol) and the like. These solvents can be used alone or in combination of two or more. The solvent is preferably water.

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。   The fuel component concentration of the liquid fuel in the fuel tank 21 varies depending on the type of the fuel component, but when the fuel component is hydrazine, for example, it is 1% by mass or more, preferably 5% by mass or more. , 60% by mass or less, preferably 40% by mass or less.

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。   The liquid fuel preferably contains an electrolyte salt as an additive.

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。   Examples of the electrolyte salt include alkali metal hydroxides (that is, lithium hydroxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, rubidium hydroxide, cesium hydroxide, francium hydroxide), alkaline earth metal hydroxides (that is, Calcium hydroxide, strontium hydroxide, barium hydroxide, radium hydroxide) and the like. Such electrolyte salts can be used alone or in combination of two or more. The electrolyte salt is preferably an alkali metal hydroxide, and more preferably potassium hydroxide.

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。   The electrolyte salt concentration of the liquid fuel in the fuel tank 21 is, for example, 0.1 mol / L or more, preferably 0.5 mol / L or more, for example, 5 mol / L or less, preferably 3 mol / L or less, more preferably. 2 mol / L or less.

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。   The fuel supply line 22 is a pipe for supplying liquid fuel from the fuel tank 21 to an adjustment tank 25 (described later). The supply direction upstream end of the fuel supply line 22 is connected to the fuel tank 21, and the supply direction downstream end is connected to an adjustment tank 25 (described later).

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。   The first pump 23 is a pump for transporting the liquid fuel in the fuel tank 21 to the fuel flow path 18. The first pump 23 is interposed in the middle of the fuel supply line 22. Examples of the first pump 23 include known liquid feed pumps such as rotary pumps such as rotary pumps and gear pumps, and reciprocating pumps such as piston pumps and diaphragm pumps.

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。   The first valve 20 is interposed in the middle of the fuel supply line 22, and is specifically disposed on the downstream side in the supply direction of the first pump 23. Examples of the first valve 20 include a known on-off valve such as an electromagnetic valve.

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。   The reflux line 24 is a reflux pipe for refluxing the liquid fuel to the fuel cell 3. Specifically, the recirculation line 24 supplies water generated by the reaction of the liquid fuel supplied to the fuel flow path 18 of the fuel cell 3 and an exhaust liquid containing a reaction product (such as ammonia) to the fuel cell 3. This is a reflux pipe for returning to the fuel flow path 18. The upstream end (one end) in the return direction of the return line 24 is connected to the downstream end (outlet or upper end) of the fuel flow path 18. The downstream end (other end portion) of the return line 24 in the return direction is connected to the upstream end (inlet or lower end portion) of the fuel flow path 18.

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。   Thereby, the reflux line 24 and the fuel flow path 18 form a circulation (claude) line through which the liquid fuel circulates.

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、一時的に貯留するためのタンクである。   The adjustment tank 25 is a tank for temporarily storing the liquid fuel supplied from the fuel tank 21 in a state diluted with an exhaust liquid (described later).

具体的には、調整タンク２５は、中空の容器からなり、還流ライン２４の途中（気液分離器２７（後述）よりも還流方向下流側）に介在されており、その内側に液体燃料を貯留可能とするとともに、その液体燃料から分離した気体成分を内部上方に滞留可能としている。すなわち、調整タンク２５は、気液分離器としても作用している。   Specifically, the adjustment tank 25 is formed of a hollow container, and is interposed in the middle of the reflux line 24 (downstream in the reflux direction with respect to the gas-liquid separator 27 (described later)), and stores liquid fuel therein. The gas component separated from the liquid fuel can be retained in the upper part of the interior. That is, the adjustment tank 25 also functions as a gas-liquid separator.

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の上端部には、輸送ライン３０（後述）の上流側端部が接続されている。   A supply direction downstream end of the fuel supply line 22 is connected to the lower end of the adjustment tank 25. Further, an upstream end portion of a transportation line 30 (described later) is connected to the upper end portion of the adjustment tank 25.

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。   In the adjustment tank 25, the liquid fuel is preferably diluted with a solvent corresponding to the type of the fuel component, like the liquid fuel in the fuel tank 21 described above.

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。   The fuel component concentration of the liquid fuel in the adjustment tank 25 is lower than the fuel component concentration of the liquid fuel in the fuel tank 21. More specifically, the fuel component concentration of the liquid fuel in the adjustment tank 25 is adjusted according to the traveling state of the electric vehicle 1, but when the electric vehicle 1 is traveling at a constant speed, for example, 1 mass% or more, preferably 5 mass% or more, for example, 20 mass% or less, preferably 15 mass% or less.

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。   Further, like the liquid fuel in the fuel tank 21 described above, the liquid fuel preferably contains an electrolyte salt as an additive.

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。   The electrolyte salt concentration of the liquid fuel in the adjustment tank 25 is, for example, 0.1 mol / L or more, preferably 0.5 mol / L or more, for example, 5 mol / L or less, preferably 3 mol / L or less, more preferably. 2 mol / L or less.

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。   The second pump 26 is a pump for transporting (supplying) the liquid fuel in the adjustment tank 25 to the fuel flow path 18. The second pump 26 is disposed in the middle of the reflux line 24, and specifically, is disposed downstream of the adjustment tank 25 in the reflux line 24 in the reflux (supply) direction. Examples of the second pump 26 include a liquid feed pump similar to the first pump 23 described above.

気液分離器２７は、中空の容器からなり、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に、還流ライン２４の途中に介在されている。詳しくは、気液分離器２７は、還流ライン２４における調整タンク２５より還流（供給）方向上流側に配置されている。換言すれば、調整タンク２５が、気液分離器２７よりも還流（供給）方向下流側に配置されている。また、気液分離器２７の上端部には、燃料側排気ライン２８の上流側端部が接続されている。   The gas-liquid separator 27 is a hollow container, and is recirculated in order to separate the discharged liquid discharged from the fuel flow path 18 of the fuel cell 3 into a liquid containing liquid fuel and a gas containing reaction products. It is interposed in the middle of the line 24. Specifically, the gas-liquid separator 27 is disposed upstream of the adjustment tank 25 in the reflux line 24 in the reflux (supply) direction. In other words, the adjustment tank 25 is disposed downstream of the gas-liquid separator 27 in the reflux (supply) direction. The upstream end of the fuel side exhaust line 28 is connected to the upper end of the gas-liquid separator 27.

第３ポンプ２９は、気液分離器２７内の液体燃料を調整タンク２５に輸送（供給）するためのポンプである。第３ポンプ２９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における気液分離器２７より還流（供給）方向下流側、かつ、調整タンク２５より還流（供給）方向上流側に配置されている。第３ポンプ２９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。   The third pump 29 is a pump for transporting (supplying) the liquid fuel in the gas-liquid separator 27 to the adjustment tank 25. The third pump 29 is interposed in the middle of the reflux line 24. Specifically, the third pump 29 is downstream of the gas-liquid separator 27 in the reflux line 24 in the reflux (supply) direction and upstream of the adjustment tank 25 in the reflux (supply) direction. Arranged on the side. As the 3rd pump 29, the liquid feeding pump similar to the above-mentioned 1st pump 23 is mentioned.

燃料側排気ライン２８は、気液分離器２７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、気液分離器２７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、空気排出ライン３４（後述）の流れ方向途中に接続されており、気液分離器２７において分離された気体を、空気排出ライン３４（後述）を介して排気可能としている。   The fuel side exhaust line 28 is a pipe for exhausting the gas separated by the gas-liquid separator 27. The upstream end of the fuel side exhaust line 28 in the exhaust direction is connected to the upper end of the gas-liquid separator 27. The downstream end of the fuel side exhaust line 28 in the exhaust direction is connected in the middle of the flow direction of an air discharge line 34 (described later), and the gas separated in the gas-liquid separator 27 passes through the air discharge line 34 (described later). The exhaust is possible.

輸送ライン３０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。輸送ライン３０の排気方向上端側は、調整タンク２５の上端部に接続されている。輸送ライン３０の排気方向下流端は、燃料側排気ライン２８の流れ方向途中に接続されており、調整タンク２５において分離された気体を、燃料側排気ライン２５に輸送（排気）可能としている。   The transport line 30 is a pipe for exhausting the gas separated in the adjustment tank 25. The upper end side in the exhaust direction of the transport line 30 is connected to the upper end portion of the adjustment tank 25. The downstream end of the transportation line 30 in the exhaust direction is connected in the middle of the fuel side exhaust line 28 in the flow direction, and the gas separated in the adjustment tank 25 can be transported (exhausted) to the fuel side exhaust line 25.

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。   The second valve 60 is interposed in the middle of the fuel side exhaust line 28. Examples of the second valve 60 include the same on-off valve as the first valve 20 described above.

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、プラズマ処理手段の一例としてのプラズマ反応装置６５が介在されている。   Further, a plasma reactor 65 as an example of plasma processing means is interposed on the upstream side of the second valve 60 in the fuel side exhaust line 28.

プラズマ反応装置６５は、気液分離器２７において分離された気体中の反応生成物（アンモニアなど）をプラズマ処理（分解）するための装置であって、特に制限されず、公知のプラズマ分解装置を用いることができる。プラズマ反応装置６５としては、例えば、誘電体バリア放電型プラズマ反応器などが挙げられる。   The plasma reaction device 65 is a device for plasma processing (decomposition) of a reaction product (ammonia etc.) in the gas separated in the gas-liquid separator 27, and is not particularly limited, and a known plasma decomposition device is used. Can be used. Examples of the plasma reactor 65 include a dielectric barrier discharge type plasma reactor.

より具体的には、プラズマ反応装置６５は、例えば、図２が参照されるように、燃料側排気ライン２８に介在され、石英などの誘電体からなる円筒二重管７０と、円筒二重管７０の内筒７０ａの内径に沿って配置される円筒状の第１電極７１と、円筒二重管７０の外筒７０ｂの外径に沿って配置される円筒状の第２電極７２と、それら第１電極７１および第２電極７２に接続される高電圧パルス電源７３とを備えている。   More specifically, for example, as shown in FIG. 2, the plasma reactor 65 includes a cylindrical double tube 70 that is interposed in the fuel-side exhaust line 28 and made of a dielectric material such as quartz, and a cylindrical double tube. A cylindrical first electrode 71 arranged along the inner diameter of the inner cylinder 70a of the 70, a cylindrical second electrode 72 arranged along the outer diameter of the outer cylinder 70b of the cylindrical double tube 70, and A high voltage pulse power source 73 connected to the first electrode 71 and the second electrode 72 is provided.

このようなプラズマ反応装置６５では、高電圧パルス電源７３が、第１電極７１および第２電極７２に対してパルス電圧を印加すると、誘電体バリア放電現象によって、内筒７０ａと外筒７０ｂとの間隙（ギャップ）に、プラズマが生じる。   In such a plasma reactor 65, when the high voltage pulse power source 73 applies a pulse voltage to the first electrode 71 and the second electrode 72, a dielectric barrier discharge phenomenon causes the inner cylinder 70 a and the outer cylinder 70 b to be connected. Plasma is generated in the gap.

なお、詳しくは後述するが、高電圧パルス電源７３の稼働条件（印加電圧、パルス周波数）は、プラズマ反応装置６５に対する気体の供給量や、内筒７０ａと外筒７０ｂとの間隙（ギャップ）の長さ、さらには、反応生成物の種類などに応じて、適宜設定される。   As will be described in detail later, the operating conditions (applied voltage, pulse frequency) of the high-voltage pulse power source 73 are the amount of gas supplied to the plasma reactor 65 and the gap (gap) between the inner cylinder 70a and the outer cylinder 70b. The length is appropriately set according to the type of reaction product.

また、燃料給排部４は、調整タンク２５において液体燃料をバブリングするためのバブリング装置３１を備えることができる。   In addition, the fuel supply / discharge unit 4 may include a bubbling device 31 for bubbling liquid fuel in the adjustment tank 25.

バブリング装置３１は、エアポンプ３２、および、複数の気散孔を有する給気管３８を備える公知のバブリング装置であって、エアポンプ３２により吐出される空気を、給気管３８を介して、調整タンク２５内に貯留される液体燃料に供給可能としている。
（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。 The bubbling device 31 is a known bubbling device including an air pump 32 and an air supply pipe 38 having a plurality of air diffusing holes, and the air discharged from the air pump 32 is supplied into the adjustment tank 25 via the air supply pipe 38. The liquid fuel stored in the tank can be supplied.
(3) Air Supply / Discharge Unit The air supply / discharge unit 5 includes an air supply line 33, an air pump 35, a third valve 36, an air discharge line 34, and a fourth valve 37 as an example of an air supply path. ing.

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。   The air supply line 33 is a pipe for supplying air into the air flow path 19. The upstream end of the air supply line 33 in the supply direction is open to the atmosphere. The downstream end of the air supply line 33 in the supply direction is connected to the upstream end (inlet or upper end) of the air flow path 19.

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。   The air pump 35 is an air supply pump for transporting air in the atmosphere to the air flow path 19. The air pump 35 is interposed in the air supply line 33. Examples of the air pump 35 include a reciprocating pump such as a piston pump and a diaphragm pump, and a compression pump such as an air compressor.

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。   The third valve 36 is interposed in the middle of the air supply line 33. Specifically, the third valve 36 is disposed on the downstream side in the supply direction of the air pump 35 in the air supply line 33. Examples of the third valve 36 include the same on-off valve as the first valve 20 described above.

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。   The air discharge line 34 is a pipe for discharging air from the air flow path 19. The upstream end of the air discharge line 34 in the discharge direction is connected to the downstream end (exit or lower end) of the air flow path 19. The downstream end of the air discharge line 34 in the discharge direction is open to the atmosphere.

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。 The fourth valve 37 is interposed in the middle of the air discharge line 34. Examples of the fourth valve 37 include the same on-off valve as the first valve 20 described above.
(4) Control unit The control unit 6 includes an ECU 41.

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２９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。   The ECU 41 is a control unit (i.e., Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1, and includes a microcomputer that includes a CPU, a ROM, a RAM, and the like. The ECU 41 includes each valve (each of the first valve 20, the second valve 60, the third valve 36, and the fourth valve 37) and each pump (the first pump 23, the second pump 26, the third pump 29, and the air pump 35). Each) and is electrically connected to and controls them.

また、ＥＣＵ４１は、プラズマ反応装置６５の高電圧パルス電源７３に電気的に接続されており、高電圧パルス電源７３の稼働条件（印加電圧の大きさ、パルス周波数など）を、適宜制御する。   The ECU 41 is electrically connected to the high voltage pulse power source 73 of the plasma reactor 65, and appropriately controls the operating conditions (the magnitude of the applied voltage, the pulse frequency, etc.) of the high voltage pulse power source 73.

また、ＥＣＵ４１は、バブリング装置３１に電気的に接続されており、バブリング装置３１の駆動および停止を、適宜制御する。
（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。 The ECU 41 is electrically connected to the bubbling device 31 and appropriately controls driving and stopping of the bubbling device 31.
(5) Power unit The power unit 7 is disposed in a so-called engine room at the front end of the electric vehicle 1. The power unit 7 includes a motor 42, an inverter 43, a battery 44, and a DC / DC converter 45.

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。   The motor 42 is electrically connected to the fuel cell 3. The motor 42 converts electrical energy output from the fuel cell 3 or the battery 44 into mechanical energy as the driving force of the electric vehicle 1. Examples of the motor 42 include known three-phase motors such as a three-phase induction motor and a three-phase synchronous motor.

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。   The inverter 43 is electrically connected between the fuel cell 3 and the motor 42 by wiring. The inverter 43 converts the DC power generated by the fuel cell 3 into AC power. Examples of the inverter 43 include a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated.

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。   The battery 44 is electrically connected to the wiring between the fuel cell 3 and the motor 42. Examples of the battery 44 include known secondary batteries such as nickel metal hydride batteries and lithium ion batteries. The battery 44 can store electric power from the fuel cell 3 and can supply electric power to the motor 42.

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。   The DC / DC converter 45 is electrically connected between the fuel cell 3 and the inverter 43 by wiring. The DC / DC converter 45 is also electrically connected to the ECU 41. Under the control of the ECU 41, the output voltage of the fuel cell 3 is increased or decreased to adjust the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the battery 44. .

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。 2. Power Generation Operation Next, power generation in the fuel cell system 2 will be described.

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２９およびエアポンプ３５）が駆動されている。   When the fuel cell system 2 is operating, all valves (the first valve 20, the second valve 60, the third valve 36, and the fourth valve 37) are opened under the control of the ECU 41, and all the pumps (first valve) are operated. The pump 23, the second pump 26, the third pump 29 and the air pump 35) are driven.

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。   The liquid fuel in the fuel tank 21 is provided with a fuel supply line 22 so as to adjust the fuel component concentration of the liquid fuel in the adjustment tank 25 by adjusting the liquid feed amount of the first pump 23 under the control of the ECU 41. Are supplied to the adjustment tank 25 sequentially.

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。   The liquid fuel in the adjustment tank 25 is supplied to the fuel flow path 18 of the fuel cell 3 via the reflux line 24 by adjusting the amount of liquid fed by the second pump 26 under the control of the ECU 41.

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）を介して気液分離器２７に排出される。   The liquid fuel supplied to the fuel flow path 18 flows from the lower side to the upper side in the fuel flow path 18 in contact with the anode electrode 16, and returns to the return line 24 (return (discharge) direction from the fuel cell 3 in the return line 24. It is discharged to the gas-liquid separator 27 via the downstream part).

気液分離器２７では、液体燃料に含有される気体が上方空間へ分離される。そして、気体が分離された（すなわち、脱気された）液体燃料は、第３ポンプ２９の駆動により、還流ライン２４を介して調整タンク２５へ排出される。   In the gas-liquid separator 27, the gas contained in the liquid fuel is separated into the upper space. Then, the liquid fuel from which the gas has been separated (that is, degassed) is discharged to the adjustment tank 25 via the reflux line 24 by driving the third pump 29.

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。   Subsequently, a part of the liquid fuel discharged to the adjustment tank 25 reacts and is consumed in the fuel flow path 18, and the fuel component concentration decreases, so that the liquid fuel is sequentially supplied from the fuel tank 21, and the fuel component After the concentration is adjusted, the liquid fuel is recirculated (supplied) to the fuel flow path 18.

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。   On the other hand, the air is supplied from the outside of the electric vehicle 1 to the air flow path 19 of the fuel cell 3 through the air supply line 33 while the air volume of the air pump 35 is adjusted by the control of the ECU 41.

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。   The air supplied to the air flow path 19 flows through the air flow path 19 from the upper side to the lower side while being in contact with the cathode electrode 17, and is discharged to the air discharge line 34.

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。 At this time, in the fuel cell 3, when the fuel component is hydrazine, an electrochemical reaction represented by the following reaction formulas (1) to (3) occurs, and power generation is performed.
(1) N 2 H 4 + 4OH − → N 2 + 4H 2 O + 4e − (reaction at the anode electrode 16)
(2) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at the cathode electrode 17)
(3) N 2 H 4 + O 2 → N 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the fuel component is methanol, an electrochemical reaction represented by the following reaction formulas (4) to (6) occurs, and power generation is performed.
(4) CH 3 OH + 6OH − → CO 2 + 5H 2 O + 6e − (reaction at the anode electrode 16)
(5) O 2 + 2H 2 O + 4e − → 4OH − (reaction at the cathode electrode 17)
(6) CH 3 OH + 3 / 2O 2 → CO 2 + 2H 2 O (reaction in the entire fuel cell 3)
By these reactions, the fuel component (N 2 H 4 or CH 3 OH) is consumed at the anode electrode 16, oxygen (O 2 ) and water (H 2 O) are consumed at the cathode electrode 17, and the anode electrode 16 , Water (H 2 O) and gas (N 2 or CO 2 ) are generated, and an electromotive force (e − ) is generated. The generated electromotive force is transformed by the DC / DC converter 45, converted into three-phase AC power by the inverter 43, supplied to the motor 42, and converted into mechanical energy for driving the wheels of the electric vehicle 1. Excess electric power that has not been converted into mechanical energy is stored in the battery 44.

３．反応生成物の分解処理
上記の発電動作において、燃料電池３から還流ライン２４を介して気液分離器２７に排出された排出液は、電気化学反応において残存した燃料成分と、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）とを含んでおり、さらに、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）を含んでいる。 3. Reaction Product Decomposition Treatment In the above power generation operation, the discharged liquid discharged from the fuel cell 3 through the reflux line 24 to the gas-liquid separator 27 is generated by the remaining fuel components in the electrochemical reaction and the electrochemical reaction. Water and gas components (N 2 , CO 2, etc.) dissolved (dissolved) therein, and the effluent contains reaction products (by-products) generated by decomposition of liquid fuel and the like. Yes.

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、排出液は、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）を含んでいる。 More specifically, for example, when hydrazine (N 2 H 4 ) is consumed as a liquid fuel, the discharged liquid is water generated by an electrochemical reaction and a gas component (nitrogen) dissolved (dissolved) in the water. In addition, ammonia (NH 3 ) generated by decomposition of hydrazine (N 2 H 4 ) is further included as a reaction product.

このようにして排出液に含有される反応生成物（アンモニアなど）は、気液分離器２７において気体として液体燃料から分離され、上方空間へ分離される。   In this way, the reaction product (such as ammonia) contained in the effluent is separated from the liquid fuel as a gas in the gas-liquid separator 27 and separated into the upper space.

換言すれば、気液分離器２７において分離された気体は、反応生成物（アンモニアなど）を含有している。   In other words, the gas separated in the gas-liquid separator 27 contains a reaction product (such as ammonia).

分離された気体における反応生成物（アンモニアなど）の濃度は、比較的高濃度であり、気体の総量に対して、例えば、０．００１体積％以上、好ましくは、０．００５体積％以上であり、例えば、５体積％以下、好ましくは、１体積％以下である。   The concentration of the reaction product (ammonia, etc.) in the separated gas is relatively high and is, for example, 0.001% by volume or more, preferably 0.005% by volume or more with respect to the total amount of gas. For example, it is 5 volume% or less, Preferably, it is 1 volume% or less.

一方、気液分離器２７において気体が分離された排出液中に、反応生成物（アンモニアなど）が溶存する場合がある。   On the other hand, reaction products (such as ammonia) may be dissolved in the effluent from which gas has been separated in the gas-liquid separator 27.

このような反応生成物（アンモニアなど）を含む排出液は、その後、還流ライン２４を介して調整タンク２５に輸送され、一時的に貯留される。このとき、排出液に溶存する反応生成物（アンモニアなど）が、調整タンク２５の内部上方空間に脱離する場合がある。   The effluent containing such a reaction product (such as ammonia) is then transported to the adjustment tank 25 via the reflux line 24 and temporarily stored. At this time, a reaction product (such as ammonia) dissolved in the discharged liquid may be desorbed into the upper space inside the adjustment tank 25.

また、必要により備えられるバブリング装置３１を駆動することにより、調整タンク２５内の排出液をバブリング処理し、排出液中の反応生成物（アンモニアなど）を、強制的に脱気することもできる。   Further, by driving the bubbling device 31 provided as necessary, the discharged liquid in the adjustment tank 25 can be subjected to a bubbling process, and the reaction product (such as ammonia) in the discharged liquid can be forcibly degassed.

そして、上記のように分離された気体は、通常、大気開放される。しかし、その気体に含まれる反応生成物（アンモニアなど）は、大気開放されることによって、人体や地球環境に影響を及ぼす場合がある。   And the gas isolate | separated as mentioned above is normally open | released by air | atmosphere. However, reaction products (such as ammonia) contained in the gas may affect the human body and the global environment when released to the atmosphere.

そのため、この燃料電池システム２においては、気体を大気開放する前に、気体に含まれる反応生成物（アンモニアなど）を分解処理する。   Therefore, in this fuel cell system 2, before the gas is opened to the atmosphere, a reaction product (such as ammonia) contained in the gas is decomposed.

より具体的には、この燃料電池システム２では、気液分離器２７により分離された気体（反応生成物を含む。）は、燃料側排気ライン２８を介して、その燃料側排気ライン２８に介在されているプラズマ反応装置６５（内筒７０ａと外筒７０ｂとの間（図２参照））に供給される。   More specifically, in this fuel cell system 2, the gas (including the reaction product) separated by the gas-liquid separator 27 is interposed in the fuel side exhaust line 28 via the fuel side exhaust line 28. Is supplied to the plasma reactor 65 (between the inner cylinder 70a and the outer cylinder 70b (see FIG. 2)).

また、調整タンク２５において分離された気体（反応生成物を含む。）は、輸送ライン３０を介して、燃料側排気ライン２８に輸送（排気）され、その燃料側排気ライン２８に介在されているプラズマ反応装置６５（内筒７０ａと外筒７０ｂとの間（図２参照））に供給される。   Further, the gas (including the reaction product) separated in the adjustment tank 25 is transported (exhausted) to the fuel side exhaust line 28 via the transport line 30 and is interposed in the fuel side exhaust line 28. It is supplied to the plasma reactor 65 (between the inner cylinder 70a and the outer cylinder 70b (see FIG. 2)).

このとき、プラズマ反応装置６５に対する気体の供給量は、比較的少量であり、例えば、１Ｌ／ｍｉｎ以上、好ましくは、１０Ｌ／ｍｉｎ以上であり、例えば、３００Ｌ／ｍｉｎ以下、好ましくは、２５０Ｌ／ｍｉｎ以下である。   At this time, the amount of gas supplied to the plasma reactor 65 is relatively small, for example, 1 L / min or more, preferably 10 L / min or more, for example, 300 L / min or less, preferably 250 L / min. It is as follows.

そして、この燃料電池システム２では、気体がプラズマ反応装置６５に供給されると、ＥＣＵ４１の制御により、高電圧パルス電源７３が稼働される。   In the fuel cell system 2, when the gas is supplied to the plasma reactor 65, the high voltage pulse power source 73 is operated under the control of the ECU 41.

高電圧パルス電源７３の稼働条件（印加電圧、パルス周波数）は、プラズマ反応装置６５に対する気体の供給量（滞留時間）や、内筒７０ａと外筒７０ｂとの間隙（ギャップ）の長さ、さらには、反応生成物の種類などに応じて、適宜設定される。   The operating conditions (applied voltage, pulse frequency) of the high-voltage pulse power source 73 include the amount of gas supplied to the plasma reactor 65 (residence time), the length of the gap (gap) between the inner cylinder 70a and the outer cylinder 70b, Is appropriately set according to the type of reaction product.

より具体的には、例えば、反応生成物がアンモニアであり、プラズマ反応装置６５における気体の供給量が上記範囲であり、プラズマ反応装置６５におけるギャップ長さが、０．５〜３ｍｍである場合、印加電圧の大きさは、例えば、３ｋＶ以上、好ましくは、４ｋＶ以上であり、例えば、１０ｋＶ以下、好ましくは、８ｋＶ以下である。また、印加電圧のパルス周波数は、例えば、４００Ｈｚ以上、好ましくは、６００Ｈｚ以上であり、例えば、５０００Ｈｚ以下、好ましくは、４０００Ｈｚ以下である。   More specifically, for example, when the reaction product is ammonia, the gas supply amount in the plasma reactor 65 is in the above range, and the gap length in the plasma reactor 65 is 0.5 to 3 mm, The magnitude of the applied voltage is, for example, 3 kV or more, preferably 4 kV or more, for example, 10 kV or less, preferably 8 kV or less. Further, the pulse frequency of the applied voltage is, for example, 400 Hz or more, preferably 600 Hz or more, for example, 5000 Hz or less, preferably 4000 Hz or less.

これにより、誘電体バリア放電現象によって、内筒７０ａと外筒７０ｂとの間隙（ギャップ）に、プラズマが生じ、その間隙を通過する気体（反応生成物を含む。）が分解処理される。   Thereby, plasma is generated in the gap (gap) between the inner cylinder 70a and the outer cylinder 70b by the dielectric barrier discharge phenomenon, and the gas (including the reaction product) passing through the gap is decomposed.

例えば、反応生成物がアンモニア（ＮＨ３）である場合、アンモニアは、プラズマ反応装置６５において、窒素（Ｎ２）および水素（Ｈ２）に分解される。 For example, when the reaction product is ammonia (NH 3 ), the ammonia is decomposed into nitrogen (N 2 ) and hydrogen (H 2 ) in the plasma reactor 65.

そして、分解された反応生成物は、燃料側排気ライン２８を介して空気排出ライン３４に導入され、空気排出ライン３４を通過する空気と混合された後、空気排出ライン３４の下流側端部から大気開放される。   The decomposed reaction product is introduced into the air discharge line 34 via the fuel side exhaust line 28, mixed with the air passing through the air discharge line 34, and then from the downstream end of the air discharge line 34. Open to the atmosphere.

また、空気排出ライン３４を通過する空気と、上記のように分解された反応生成物との混合気体が、液体成分（水など）を含有する場合には、必要に応じて、空気排出ライン３４に気液分離器（図示せず）を介在させる。これにより、空気排出ライン３４を通過する空気と、上記のように分解された反応生成物との混合気体を、再度、気液分離することができる。   Moreover, when the mixed gas of the air which passes the air exhaust line 34 and the reaction product decomposed | disassembled as mentioned above contains a liquid component (water etc.), the air exhaust line 34 is required. A gas-liquid separator (not shown) is interposed between the two. Thereby, the mixed gas of the air which passes the air discharge line 34, and the reaction product decomposed | disassembled as mentioned above can be gas-liquid separated again.

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（アンモニアなど）が、燃料側排気ライン２８に介在される気液分離器２７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に介在されるプラズマ反応装置６５によってプラズマ分解される。 4). In this fuel cell system 2, the reaction product (ammonia etc.) generated by the reaction of the liquid fuel is separated as a gas component by the gas-liquid separator 27 interposed in the fuel side exhaust line 28, and then the fuel Plasma decomposition is performed by a plasma reactor 65 interposed in the side exhaust line 28.

このような燃料電池システム２において、燃料側排気ライン２８を通過するガスは、気液分離器２７によって分離された反応生成物（アンモニアなど）を比較的高濃度で含有し、酸素の含有量が低減されている。そのため、反応生成物（アンモニアなど）を分解できるとともに、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの発生を抑制することができる。 In such a fuel cell system 2, the gas passing through the fuel side exhaust line 28 contains a reaction product (ammonia etc.) separated by the gas-liquid separator 27 at a relatively high concentration, and has an oxygen content. Has been reduced. Therefore, the reaction product (such as ammonia) can be decomposed and the generation of nitrogen oxides (NO x ) can be suppressed.

とりわけ、上記の燃料電池システム２では、気液分離器２７よりも下流側に介在される調整タンク２５でも、反応生成物（アンモニアなど）を含む気体成分が分離され、その気体成分が、気液分離器２７で分離された気体成分とともに、プラズマ分解装置６５によってプラズマ分解される。その結果、より効率的に反応生成物（アンモニアなど）を分解できるとともに、窒素酸化物（ＮＯＸ）などの発生を抑制することができる。 In particular, in the fuel cell system 2 described above, a gas component including a reaction product (such as ammonia) is also separated in the adjustment tank 25 interposed downstream from the gas-liquid separator 27, and the gas component is Along with the gas components separated by the separator 27, the plasma is decomposed by the plasma decomposition device 65. As a result, reaction products (such as ammonia) can be decomposed more efficiently, and generation of nitrogen oxides (NO x ) and the like can be suppressed.

また、上記の燃料電池システム２は、バブリング装置３１を備えるため、調整タンク２５において、反応生成物（アンモニアなど）を含む気体成分を効率よく分離することができ、その反応生成物（アンモニアなど）を、効率よくプラズマ分解装置６５によってプラズマ分解することができる。   Further, since the fuel cell system 2 includes the bubbling device 31, the adjustment tank 25 can efficiently separate a gas component including a reaction product (such as ammonia), and the reaction product (such as ammonia). Can be efficiently decomposed by the plasma decomposition apparatus 65.

さらに、このような燃料電池システム２では、反応生成物（アンモニアなど）を分解することによって、液体燃料に伴う反応生成物（アンモニアなど）の漏出（クロスリーク）を低減することもできる。   Furthermore, in such a fuel cell system 2, the reaction product (ammonia etc.) accompanying the liquid fuel can be reduced from leaking (cross leak) by decomposing the reaction product (ammonia etc.).

また、このような燃料電池システム２において、燃料側排気ライン２８を通過するガスは、比較的少量であるため、ガスの流量に応じた比較的小さいプラズマ分解手段を用いることができ、システムの大型化を抑制することができる。   Further, in such a fuel cell system 2, since the gas passing through the fuel side exhaust line 28 is relatively small, a relatively small plasma decomposing means corresponding to the gas flow rate can be used. Can be suppressed.

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 プラズマ反応装置
2 Fuel Cell System 3 Fuel Cell 24 Reflux Line 25 Adjustment Tank 28 Exhaust Line 65 Plasma Reactor

Claims (2)

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、
前記還流経路において、前記気液分離器よりも下流側に介在され、前記液体燃料が貯留される貯留槽と、
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、
前記貯留槽において分離された気体を前記排気経路に輸送するための輸送経路と、
前記排気経路において、前記輸送経路の接続部よりも下流側に介在され、
前記気液分離器において分離された気体中の前記反応生成物、および、前記貯留槽において分離された気体中の前記反応生成物をプラズマ処理するプラズマ処理手段と
を備えることを特徴とする、燃料電池システム。 A fuel cell supplied with liquid fuel;
A recirculation path for recirculating the effluent discharged from the fuel cell and containing a reaction product produced by the reaction of the liquid fuel to the fuel cell;
A gas-liquid separator that is interposed in the reflux path and separates the discharged liquid into a liquid containing liquid fuel and a gas containing reaction products;
In the reflux path, a storage tank that is interposed downstream of the gas-liquid separator and stores the liquid fuel;
An exhaust path for discharging the gas separated in the gas-liquid separator;
A transport path for transporting the gas separated in the storage tank to the exhaust path;
In the exhaust path, it is interposed downstream from the connection part of the transport path,
A fuel comprising: the reaction product in the gas separated in the gas-liquid separator; and plasma processing means for plasma-treating the reaction product in the gas separated in the storage tank. Battery system. 前記貯留槽において前記液体燃料をバブリングするためのバブリング装置を備え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。   The fuel cell system according to claim 1, further comprising a bubbling device for bubbling the liquid fuel in the storage tank.
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