JP5765966B2

JP5765966B2 - Fuel cell system

Info

Publication number: JP5765966B2
Application number: JP2011040201A
Authority: JP
Inventors: 智紀谷内; 正樹鎌倉; 唯桑原
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012178260A

Description

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。 The present invention relates to a fuel cell system, and more particularly to a fuel cell system including a fuel cell to which liquid fuel is supplied.

従来、液体燃料を使用する燃料電池システムとして、例えば、直接メタノール形燃料電池、直接ジメチルエーテル形燃料電池、ヒドラジン形燃料電池などを備えた燃料電池システムが知られている。 Conventionally, as a fuel cell system using liquid fuel, for example, a fuel cell system including a direct methanol fuel cell, a direct dimethyl ether fuel cell, a hydrazine fuel cell, and the like is known.

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。 Since the liquid fuel type fuel cell does not require a reformer for generating hydrogen gas, simplification of the structure as a system is expected.

液体燃料形燃料電池が備えられる燃料電池システムは、液体燃料が供給され、その液体燃料と接触して発電する単位セルを複数備える燃料電池と、燃料電池に液体燃料を供給するための燃料供給ポンプと、燃料電池に空気を供給するためのエアコンプレッサとを備えている。 A fuel cell system provided with a liquid fuel type fuel cell includes a fuel cell provided with a plurality of unit cells that are supplied with liquid fuel and generate power in contact with the liquid fuel, and a fuel supply pump for supplying the fuel cell with liquid fuel And an air compressor for supplying air to the fuel cell.

このようなシステムでは、燃料電池のアノードに液体燃料が供給されるとともに、燃料電池のカソードに空気が供給されることによって、電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、直接メタノール形燃料電池では、下記式（１）および（２）の通りとなる。 In such a system, liquid fuel is supplied to the anode of the fuel cell and air is supplied to the cathode of the fuel cell, whereby an electrochemical reaction occurs and an electromotive force is generated. For example, in a direct methanol fuel cell, the following formulas (1) and (2) are obtained.

（１）ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻ （アノードでの反応）
（２）Ｏ_２＋Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソードでの反応）
しかし、このような燃料電池システムでは、液体燃料の流路において、燃料電池（単位セル）に給排される液体燃料中などに、電流が生じるため、液体燃料の給排に伴って、系外に漏電電流を生じ、燃料電池の性能（エネルギー効率など）が低下するという不具合がある。 (1) CH ₃ OH + 6OH ⁻ → CO ₂ + 5H ₂ O + 6e ⁻ (reaction at the anode)
(2) O ₂ + H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at the cathode)
However, in such a fuel cell system, an electric current is generated in the liquid fuel flow path of the liquid fuel in the liquid fuel supplied to and discharged from the fuel cell (unit cell). There is a problem that leakage current is generated in the fuel cell and the performance (energy efficiency, etc.) of the fuel cell is lowered.

とりわけ、単位セル数が増加すると、各単位セル間において、漏電電流が生じ、より一層、燃料電池の性能（エネルギー効率など）が低下するという不具合がある。 In particular, when the number of unit cells is increased, a leakage current is generated between the unit cells, and the fuel cell performance (energy efficiency, etc.) is further deteriorated.

一方、このような燃料電池は、発電時において液体燃料中に気泡を生じることが知られている。液体燃料中に気泡が生じれば、液体燃料の通電抵抗が増加するため、漏電電流を抑制することができる。しかし、このような燃料電池において、発電量が相対的に低い場合には、各単位セルにおける電圧が相対的に高く、気泡の発生が少ないため、漏電電流を抑制することができず、やはり、燃料電池の性能（エネルギー効率など）が低下するという不具合がある。 On the other hand, such a fuel cell is known to generate bubbles in the liquid fuel during power generation. If bubbles are generated in the liquid fuel, the conduction resistance of the liquid fuel increases, so that the leakage current can be suppressed. However, in such a fuel cell, when the power generation amount is relatively low, the voltage in each unit cell is relatively high and the occurrence of bubbles is small, so that the leakage current cannot be suppressed. There is a problem that the performance (energy efficiency, etc.) of the fuel cell is lowered.

このような不具合を解決するため、例えば、横方向の長さが縦方向の長さよりも大きい、すなわち、横長の開口部が縦方向に並列に複数形成されたフレーム枠と、それら開口部に備えられるとともに両面に電極が配置される双極板とを備え、フレーム枠に、横長の開口部の上辺および下辺において、横方向に連続する溝を設けたレドックスフロー電池用セルフレームを備えたレドックスフロー電池が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。 In order to solve such a problem, for example, the horizontal length is longer than the vertical length, that is, the frame frame in which a plurality of horizontal openings are formed in parallel in the vertical direction, and the openings are provided. A redox flow battery comprising a cell frame for a redox flow battery, wherein the frame is provided with a continuous groove in the upper side and the lower side of the horizontally long opening. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

このようなレドックスフロー電池では、そのレドックスフロー電池用セルフレームに、開口部の横方向に沿って連続する溝、すなわち、横長の溝が形成され、その溝に電解液が流れる。つまり、このようなレドックスフロー電池では、電解液の流路が細長く形成されているので、通電抵抗が増加されており、これによって、流路における漏電電流が抑制され、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上が図られている。 In such a redox flow battery, a continuous groove along the lateral direction of the opening, that is, a horizontally long groove is formed in the cell frame for the redox flow battery, and the electrolyte flows through the groove. That is, in such a redox flow battery, since the flow path of the electrolyte is formed to be elongated, the energization resistance is increased, thereby suppressing the leakage current in the flow path, and the performance (energy efficiency) of the fuel cell. Etc.) are being improved.

特開２００４−３３５１５８号公報JP 2004-335158 A

しかるに、このような燃料電池システムでは、上記したように、液体燃料の流路が細長く形成されるため、燃料電池システムが大型化するという不具合がある。 However, in such a fuel cell system, as described above, since the flow path of the liquid fuel is formed to be elongated, there is a problem that the fuel cell system is enlarged.

とりわけ、このような燃料電池システムを、車両などの制限されたスペースに配置する場合には、燃料電池システムを大型化することができず、液体燃料の流路を細長くできないため、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができないという不具合がある。 In particular, when such a fuel cell system is arranged in a limited space such as a vehicle, the fuel cell system cannot be enlarged and the flow path of the liquid fuel cannot be elongated. There is a problem that it is impossible to improve energy efficiency.

本発明の目的は、省スペース化および小型軽量化を図るとともに、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上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。 An object of the present invention is to provide a fuel cell system capable of saving space, reducing the size and weight, and improving the performance (energy efficiency, etc.) of the fuel cell.

上記目的を達成するために、本発明の燃料電池システムは、液体燃料が供給および排出される燃料電池と、前記液体燃料を、前記燃料電池に供給および排出する燃料給排部と、前記燃料給排部に備えられ、前記燃料電池に供給される前記液体燃料を霧化する霧化手段と、前記燃料電池の発電量に応じて、前記霧化手段を制御する制御部とを備え、前記制御部は、相対的に発電量が低いときに、前記霧化手段を作動させ、相対的に発電量が高いときに、前記霧化手段を停止させることを特徴としている。 In order to achieve the above object, a fuel cell system of the present invention includes a fuel cell to which liquid fuel is supplied and discharged, a fuel supply / discharge unit that supplies and discharges the liquid fuel to and from the fuel cell, and the fuel supply system. An atomizing means provided in the discharge section for atomizing the liquid fuel supplied to the fuel cell; and a control section for controlling the atomizing means in accordance with a power generation amount of the fuel cell. The unit is characterized by operating the atomizing means when the power generation amount is relatively low and stopping the atomization means when the power generation amount is relatively high.

このような燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が相対的に低いときに、液体燃料が霧化され、燃料電池に供給される。 According to such a fuel cell system, when the power generation amount of the fuel cell is relatively low, the liquid fuel is atomized and supplied to the fuel cell.

霧化された液体燃料を燃料電池に供給すると、流路における液体燃料の密度を低減できるため、流路を細長くすることなく、液体燃料の通電抵抗を増加させることができ、その結果、流路における漏電電流を抑制し、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができる。 When the atomized liquid fuel is supplied to the fuel cell, the density of the liquid fuel in the flow path can be reduced, so that the energization resistance of the liquid fuel can be increased without elongating the flow path. The leakage current in the fuel cell can be suppressed, and the performance (energy efficiency, etc.) of the fuel cell can be improved.

また、燃料電池の発電量が相対的に低いときには、燃料電池の電圧が相対的に高く、液体燃料中に生じる気泡が少ないので、通常、多くの漏電電流を生じるが、このような燃料電池システムによれば、液体燃料が霧化されているので、漏電電流を抑制し、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができる。 In addition, when the amount of power generated by the fuel cell is relatively low, the fuel cell voltage is relatively high, and there are few bubbles in the liquid fuel. According to the above, since the liquid fuel is atomized, the leakage current can be suppressed and the performance (energy efficiency, etc.) of the fuel cell can be improved.

一方、液体燃料が霧化されていると、液体燃料の供給量に劣り、燃料電池が高電流を発電することができない場合があるが、この燃料電池システムでは、燃料電池の発電量が相対的に高いときには、液体燃料が霧化されることなく、燃料電池に供給されるので、液体燃料の供給量を十分に確保することができる。 On the other hand, when the liquid fuel is atomized, the supply amount of the liquid fuel is inferior and the fuel cell may not be able to generate a high current. However, in this fuel cell system, the power generation amount of the fuel cell is relative. When it is high, the liquid fuel is supplied to the fuel cell without being atomized, so that a sufficient amount of liquid fuel can be secured.

本発明の燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が相対的に低いときには、霧化された液体燃料が燃料電池に供給され、流路における液体燃料の密度が低減される。 According to the fuel cell system of the present invention, when the power generation amount of the fuel cell is relatively low, the atomized liquid fuel is supplied to the fuel cell, and the density of the liquid fuel in the flow path is reduced.

そのため、燃料電池の発電量が相対的に低いときには、流路を細長くすることなく、液体燃料の通電抵抗を増加させることができ、流路における漏電電流を抑制し、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができる。 Therefore, when the power generation amount of the fuel cell is relatively low, the energization resistance of the liquid fuel can be increased without elongating the flow path, the leakage current in the flow path is suppressed, and the fuel cell performance (energy efficiency) Etc.) can be improved.

また、このような燃料電池システムによれば、燃料電池の発電量が相対的に低いとき、すなわち、液体燃料中に生じる気泡が少ない場合にも、漏電電流を抑制し、燃料電池の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができる。 In addition, according to such a fuel cell system, even when the amount of power generated by the fuel cell is relatively low, that is, when there are few bubbles generated in the liquid fuel, the leakage current is suppressed and the fuel cell performance (energy Efficiency, etc.) can be improved.

一方、燃料電池の発電量が相対的に高いときには、液体燃料が霧化されることなく、燃料電池に供給される。 On the other hand, when the power generation amount of the fuel cell is relatively high, the liquid fuel is supplied to the fuel cell without being atomized.

そのため、燃料電池の発電量が相対的に高いときには、流路における液体燃料の密度が低減されないので、その高電流を発電するために十分な量の液体燃料を供給することができる。 Therefore, when the power generation amount of the fuel cell is relatively high, the density of the liquid fuel in the flow path is not reduced, so that a sufficient amount of liquid fuel can be supplied to generate the high current.

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。1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. 図１のコントロールユニットにおいて実行される制御処理を表わすフロー図である。It is a flowchart showing the control processing performed in the control unit of FIG.

１．燃料電池システムの全体構成
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。 1. Overall Configuration of Fuel Cell System FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an electric vehicle equipped with a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.

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、燃料電池システムとしての、燃料電池システム２を搭載している。 In FIG. 1, an electric vehicle 1 is a hybrid vehicle that selectively uses a fuel cell and a battery as a power source, and is equipped with a fuel cell system 2 as a fuel cell system.

燃料電池システム２は、燃料電池３と、燃料給排部４と、図示しない空気給排部と、制御部６と、動力部７とを備えている。
（１）燃料電池
燃料電池３は、液体燃料が直接供給および排出される、例えば、アニオン交換型燃料電池またはカチオン交換型燃料電池であって、電動車両１の中央下側に配置されている。 The fuel cell system 2 includes a fuel cell 3, a fuel supply / exhaust unit 4, an air supply / exhaust unit (not shown), a control unit 6, and a power unit 7.
(1) Fuel Cell The fuel cell 3 is, for example, an anion exchange type fuel cell or a cation exchange type fuel cell to which liquid fuel is directly supplied and discharged, and is disposed on the lower center side of the electric vehicle 1.

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。 Examples of the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 and discharged from the fuel cell 3 include methanol, dimethyl ether, hydrazine (for example, anhydrous hydrazine, hydrazine such as hydrazine monohydrate), and the like. Is mentioned.

また、燃料電池３の出力電圧は、例えば、０．２〜１．５Ｖであり、出力電流は、例えば、１０〜４００Ａである。なお、これら出力は、単位セル２８（後述）１つあたりの出力である。 The output voltage of the fuel cell 3 is, for example, 0.2 to 1.5 V, and the output current is, for example, 10 to 400A. These outputs are outputs per unit cell 28 (described later).

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だけを拡大して表わし、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。 The fuel cell 3 includes a unit cell 28 (fuel cell) having an electrolyte layer 8, an anode 9 disposed on one side of the electrolyte layer 8, and a cathode 10 disposed on the other side of the electrolyte layer 8. It is formed in a stack structure in which a plurality of layers are stacked via (not shown). That is, a plurality of unit cells 28 in which the anode 9 and the cathode 10 are arranged to face each other with the electrolyte layer 8 interposed therebetween are stacked. In FIG. 1, among the plurality of unit cells 28 to be stacked, only the unit cell 28 arranged at the forefront end in the front-rear direction of the electric vehicle 1 is shown enlarged, and the other unit cells 28 are described in a simplified manner. doing.

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。 The electrolyte layer 8 is, for example, a layer in which an anion component or a cation component can move, and is formed using an anion exchange membrane or a cation exchange membrane.

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。 The anode 9 includes an anode electrode 11 as a fuel side electrode, and a fuel supply member 12 for supplying liquid fuel (supply liquid) to the anode electrode 11.

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。 The anode electrode 11 is formed on one surface of the electrolyte layer 8. Examples of the electrode material of the anode electrode 11 include a porous support (catalyst-supported porous support) on which a catalyst is supported.

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。 The fuel supply member 12 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The fuel supply member 12 is formed with a distorted groove recessed from the surface thereof. The surface of the fuel supply member 12 in which the groove is formed is opposed to the anode electrode 11. As a result, a fuel supply path for bringing liquid fuel (supply liquid) into contact with the entire anode electrode 11 between one surface of the anode electrode 11 and the other surface of the fuel supply member 12 (surface on which a groove is formed). 13 is formed.

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。 In the fuel supply path 13, a fuel supply port 15 for allowing the liquid fuel (supply liquid) to flow into the anode 9 is formed on one end side (lower side), and the liquid fuel (discharge liquid) is discharged from the anode 9. The fuel discharge port 14 is formed on the other end side (upper side).

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。 The cathode 10 includes a cathode electrode 16 as an oxygen side electrode and an air supply member 17 for supplying air (oxygen) to the cathode electrode 16.

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。 The cathode electrode 16 is formed on the other surface of the electrolyte layer 8.

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。 Examples of the electrode material of the cathode electrode 16 include a catalyst-supporting porous carrier exemplified as the electrode material of the anode electrode 11.

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供給路１８が形成される。 The air supply member 17 is also used as a separator and is made of a gas impermeable conductive member. The air supply member 17 is formed with a twisted groove recessed from the surface thereof. The air supply member 17 has a grooved surface in contact with the cathode electrode 16. As a result, an air supply path 18 is formed between the other surface of the cathode electrode 16 and one surface of the air supply member 17 (the surface on which the grooves are formed) so that air contacts the entire cathode electrode 16. .

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。 In the air supply path 18, an air supply port 19 for allowing air to flow into the cathode 10 is formed on the other end side (upper side), and an air discharge port 20 for discharging air from the cathode 10 is provided on one end side (lower side). Side).

また、このような燃料電池３において、複数の単位セル２８をそれぞれ区分する１つのセパレータは、上記燃料供給部材１２および上記空気供給部材１７を兼ね備える。換言すると、セパレータは、その一方側面において、燃料供給部材１２として作用するとともに、他方側面において、空気供給部材１７として作用する。
（２）燃料給排部
燃料給排部４は、液体燃料を燃料電池３に供給および排出するために設けられており、液体燃料を貯蔵するための燃料タンク２１と、燃料タンク２１から供給される液体燃料をアノード９に供給するとともに、燃料電池３（具体的には、アノード９の燃料供給路１３）から排出される液体燃料を燃料電池３（アノード９の燃料供給路１３）に還流するための循環管２２とを備えている。 In such a fuel cell 3, one separator that divides each of the plurality of unit cells 28 has both the fuel supply member 12 and the air supply member 17. In other words, the separator acts as the fuel supply member 12 on one side surface and acts as the air supply member 17 on the other side surface.
(2) Fuel Supply / Discharge Unit The fuel supply / discharge unit 4 is provided to supply and discharge liquid fuel to and from the fuel cell 3, and is supplied from the fuel tank 21 for storing the liquid fuel and the fuel tank 21. Is supplied to the anode 9, and the liquid fuel discharged from the fuel cell 3 (specifically, the fuel supply path 13 of the anode 9) is returned to the fuel cell 3 (fuel supply path 13 of the anode 9). And a circulation pipe 22 for the purpose.

燃料タンク２１は、燃料電池３よりも後方、電動車両１の後側に配置されている。燃料タンク２１には、上記した液体燃料、具体的には、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、ヒドラジンなどが貯蔵されている。 The fuel tank 21 is disposed behind the fuel cell 3 and behind the electric vehicle 1. The fuel tank 21 stores the above-described liquid fuel, specifically, for example, methanol, dimethyl ether, hydrazine, and the like.

循環管２２は、その一端側（下側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料供給口１５に接続され、他端側（上側）がシール材（ガスケットなど）を介して燃料排出口１４に接続されている。これにより、燃料電池３と燃料給排部４との間には、燃料排出口１４（上側）から排出される液体燃料が、循環管２２を介して燃料供給口１５（下側）へ流れ、燃料供給路１３を介して再び燃料排出口１４に戻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。 One end side (lower side) of the circulation pipe 22 is connected to the fuel supply port 15 via a sealing material (such as a gasket), and the other end side (upper side) thereof is connected to the fuel discharge port 14 via a sealing material (such as a gasket). It is connected to the. Thereby, between the fuel cell 3 and the fuel supply / discharge part 4, the liquid fuel discharged from the fuel discharge port 14 (upper side) flows to the fuel supply port 15 (lower side) via the circulation pipe 22, By returning to the fuel discharge port 14 again through the fuel supply path 13, a closed line (closed flow path) that circulates through the anode 9 is formed.

循環管２２の途中には、気液分離器２３が介在されている。気液分離器２３は、例えば、中空の容器からなり、その下部底壁には、気液分離器２３の下部の内外を流通させる底部流通口２４が１つ形成されている。 A gas-liquid separator 23 is interposed in the middle of the circulation pipe 22. The gas-liquid separator 23 is composed of, for example, a hollow container, and one bottom circulation port 24 through which the inside and outside of the lower part of the gas-liquid separator 23 is circulated is formed in the lower bottom wall.

また、気液分離器２３の中部側壁には、気液分離器２３の中部の内外を流通させる側部流通口３２が２つ形成されている。なお、以下において、２つの側部流通口３２を区別する必要がある場合には、上流側の側部流通口３２を上流側側部流通口３２ａとし、下流側の側部流通口３２を下流側側部流通口３２ｂとする。 In addition, two side flow ports 32 through which the inside and outside of the middle part of the gas-liquid separator 23 are circulated are formed on the middle side wall of the gas-liquid separator 23. In the following description, when it is necessary to distinguish between the two side circulation ports 32, the upstream side circulation port 32 is referred to as an upstream side circulation port 32a, and the downstream side circulation port 32 is defined as a downstream side. It is set as the side side part circulation port 32b.

また、気液分離器２３の上部上壁には、気液分離器２３の上部内外を流通させる上部流通口２５が１つ形成されている。 In addition, one upper circulation port 25 through which the inside and outside of the upper part of the gas-liquid separator 23 circulates is formed on the upper upper wall of the gas-liquid separator 23.

気液分離器２３は、燃料電池３よりも電動車両１の前後方向後方、かつ、電動車両１の上下方向上方において、上流側側部流通口３２ａおよび底部流通口２４が循環管２２に接続されることにより、循環管２２に介装されている。 In the gas-liquid separator 23, the upstream side flow port 32 a and the bottom flow port 24 are connected to the circulation pipe 22 at the rear side in the front-rear direction of the electric vehicle 1 and the upper side in the vertical direction of the electric vehicle 1 relative to the fuel cell 3. Therefore, it is interposed in the circulation pipe 22.

底部流通口２４および上流側側部流通口３２ａと、循環管２２とは、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。これにより、気液分離器２３の中空部分が、クローズドラインの一部を形成している。 The bottom circulation port 24, the upstream side circulation port 32a, and the circulation pipe 22 are connected to each other through a sealing material (such as a gasket). Thereby, the hollow part of the gas-liquid separator 23 forms a part of closed line.

上部流通口２５には、気液分離器２３で分離されたガス（気体）を排出するためのガス排出管２６が接続されている。ガス排出管２６は、シール材（ガスケット）を介して上部流通口２５に接続されている。また、ガス排出管２６の途中には、ガス排出弁２７が設けられている。 A gas discharge pipe 26 for discharging the gas (gas) separated by the gas-liquid separator 23 is connected to the upper circulation port 25. The gas discharge pipe 26 is connected to the upper circulation port 25 via a sealing material (gasket). A gas discharge valve 27 is provided in the middle of the gas discharge pipe 26.

ガス排出弁２７は、ガス排出管２６を開放して気液分離器２３内の圧力を開放するための弁であって、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。ガス排出弁２７は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号がガス排出弁２７に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、ガス排出弁２７の開閉を制御する。 The gas discharge valve 27 is a valve for opening the gas discharge pipe 26 to release the pressure in the gas-liquid separator 23. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The gas discharge valve 27 is electrically connected to a control unit 42 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the gas discharge valve 27, and the control unit 42 (described later) controls the opening and closing of the gas discharge valve 27.

循環管２２において、気液分離器２３と燃料供給口１５との間には、第１弁３１が介在されている。 In the circulation pipe 22, a first valve 31 is interposed between the gas-liquid separator 23 and the fuel supply port 15.

第１弁３１は、循環管２２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、第１弁３１は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号が、第１弁３１に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、第１弁３１の開閉を制御する。 The first valve 31 is a valve for opening and closing the circulation pipe 22, and for example, a known opening / closing valve such as an electromagnetic valve is used. Moreover, the 1st valve 31 is electrically connected to the control unit 42 (after-mentioned) (refer the broken line of FIG. 1). As a result, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the first valve 31, and the control unit 42 (described later) controls the opening and closing of the first valve 31.

循環管２２において、第１弁３１の下流側、具体的には、第１弁３１と燃料電池３との間には、燃料循環ポンプ２９が介在されている。 In the circulation pipe 22, a fuel circulation pump 29 is interposed downstream of the first valve 31, specifically, between the first valve 31 and the fuel cell 3.

燃料循環ポンプ２９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。燃料循環ポンプ２９は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号が、燃料循環ポンプ２９に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料循環ポンプ２９の駆動および停止を制御する。 As the fuel circulation pump 29, for example, a known liquid feed pump such as a rotary pump such as a rotary pump or a gear pump, or a reciprocating pump such as a piston pump or a diaphragm pump is used. The fuel circulation pump 29 is electrically connected to a control unit 42 (described later) (see the broken line in FIG. 1). As a result, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the fuel circulation pump 29, and the control unit 42 (described later) controls driving and stopping of the fuel circulation pump 29.

そして、燃料給排部４の循環管２２において、燃料循環ポンプ２９と燃料供給口１５との間には、燃料電池３に供給される液体燃料を霧化する霧化手段としての霧化器５が、介在されている。 In the circulation pipe 22 of the fuel supply / discharge section 4, an atomizer 5 as an atomizing means for atomizing the liquid fuel supplied to the fuel cell 3 is disposed between the fuel circulation pump 29 and the fuel supply port 15. Is intervened.

霧化器５としては、例えば、超音波霧化装置、噴霧装置など、公知の霧化装置が用いられ、好ましくは、超音波霧化装置が用いられる。霧化器５は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号が、霧化器５に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、霧化器５を制御する。 As the atomizer 5, for example, a known atomizer such as an ultrasonic atomizer or a spray device is used, and an ultrasonic atomizer is preferably used. The atomizer 5 is electrically connected to a control unit 42 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the atomizer 5, and the control unit 42 (described later) controls the atomizer 5.

また、このような燃料給排部４は、気液分離器２３の下流側に、さらに、副循環管３３を備えている。 Further, such a fuel supply / discharge unit 4 further includes a sub-circulation pipe 33 on the downstream side of the gas-liquid separator 23.

副循環管３３は、その上流側端部が、シール材（ガスケットなど）を介して、気液分離器２３の下流側側部流通口３２ｂ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、循環管２２における第１弁３１と燃料循環ポンプ２９との間に接続されている。これにより、気液分離器２３と霧化器５との間には、バイパスラインが形成される。 The secondary circulation pipe 33 is connected at its upstream end to the downstream side flow port 32b of the gas-liquid separator 23 via a sealing material (such as a gasket), and at the downstream end thereof as a sealing material. It is connected between the 1st valve 31 and the fuel circulation pump 29 in the circulation pipe 22 via (gasket etc.). Thereby, a bypass line is formed between the gas-liquid separator 23 and the atomizer 5.

また、副循環管３３には、第２弁３４が介在されている。 A second valve 34 is interposed in the auxiliary circulation pipe 33.

第２弁３４は、副循環管３３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、第２弁３４は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号が、第２弁３４に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、第２弁３４の開閉を制御する。 The second valve 34 is a valve for opening and closing the sub-circulation pipe 33, and a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. Moreover, the 2nd valve 34 is electrically connected to the control unit 42 (after-mentioned) (refer the broken line of FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the second valve 34, and the control unit 42 (described later) controls the opening and closing of the second valve 34.

さらに、循環管２２において、燃料循環ポンプ２９と霧化器５との間には、燃料タンク２１に貯蔵された液体燃料を循環管２２へ供給するための燃料供給管３０が接続されている。つまり、燃料供給管３０の上流側端部は、燃料タンク２１と、シール材（ガスケットなど）を介して接続され、燃料供給管３０の下流側端部は、循環管２２の流れ方向途中と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。 Further, in the circulation pipe 22, a fuel supply pipe 30 for supplying the liquid fuel stored in the fuel tank 21 to the circulation pipe 22 is connected between the fuel circulation pump 29 and the atomizer 5. That is, the upstream end of the fuel supply pipe 30 is connected to the fuel tank 21 via a sealing material (such as a gasket), and the downstream end of the fuel supply pipe 30 is in the middle of the flow direction of the circulation pipe 22. It is connected via a sealing material (gasket etc.).

燃料供給管３０の流れ方向途中には、燃料供給ポンプ４１が介在されている。 A fuel supply pump 41 is interposed in the middle of the fuel supply pipe 30 in the flow direction.

燃料供給ポンプ４１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。燃料供給ポンプ４１は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号が、燃料供給ポンプ４１に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料供給ポンプ４１の駆動および停止を制御する。 As the fuel supply pump 41, for example, a known liquid feed pump such as a rotary pump such as a rotary pump or a gear pump, or a reciprocating pump such as a piston pump or a diaphragm pump is used. The fuel supply pump 41 is electrically connected to a control unit 42 (described later) (see the broken line in FIG. 1). As a result, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the fuel supply pump 41, and the control unit 42 (described later) controls driving and stopping of the fuel supply pump 41.

燃料供給管３０において燃料供給ポンプ４１の下流側には、燃料供給弁３５が設けられている。 A fuel supply valve 35 is provided downstream of the fuel supply pump 41 in the fuel supply pipe 30.

燃料供給弁３５は、燃料供給管３０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３５は、コントロールユニット４２（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４２（後述）からの制御信号が、燃料供給弁３５に入力され、コントロールユニット４２（後述）が、燃料供給弁３５の開閉を制御する。
（３）空気給排部
空気給排部は、詳しくは図示しないが、燃料電池システム２に採用される公知の構成でよく、具体的には、空気をカソード１０に供給するための空気供給管（図示せず）と、カソード１０から排出される空気を外部に排出するための空気排出管（図示せず）とを備えている。 The fuel supply valve 35 is a valve for opening and closing the fuel supply pipe 30. For example, a known on-off valve such as an electromagnetic valve is used. The fuel supply valve 35 is electrically connected to a control unit 42 (described later) (see the broken line in FIG. 1). Thereby, a control signal from the control unit 42 (described later) is input to the fuel supply valve 35, and the control unit 42 (described later) controls opening and closing of the fuel supply valve 35.
(3) Air Supply / Exhaust Unit Although not shown in detail, the air supply / exhaust unit may have a known configuration adopted in the fuel cell system 2, and specifically, an air supply pipe for supplying air to the cathode 10 (Not shown) and an air discharge pipe (not shown) for discharging the air discharged from the cathode 10 to the outside.

空気供給管（図示せず）は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が空気供給口１９に接続されている。空気供給管（図示せず）の途中には、エアコンプレッサなどの公知の空気供給ポンプ（図示せず）が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁（図示せず）が設けられている。 One end side (upstream side) of the air supply pipe (not shown) is opened to the atmosphere, and the other end side (downstream side) is connected to the air supply port 19. A known air supply pump (not shown) such as an air compressor is interposed in the middle of the air supply pipe (not shown), and an air supply valve (not shown) is provided downstream thereof. Is provided.

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４２（後述）に電気的に接続されており、コントロールユニット４２（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４２（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。 These air supply pump (not shown) and air supply valve (not shown) are each electrically connected to a control unit 42 (described later), and a control signal from the control unit 42 (described later) Input to a supply pump (not shown) and an air supply valve (not shown), a control unit 42 (described later) controls the driving and stopping of the air supply pump (not shown), and an air supply valve (not shown) (Not shown) is controlled.

空気排出管（図示せず）は、その一端側（上流側）が空気排出口２０に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（４）制御部
制御部６は、コントロールユニット４２を備えている。 One end side (upstream side) of the air discharge pipe (not shown) is connected to the air discharge port 20, and the other end side (downstream side) is a drain.
(4) Control Unit The control unit 6 includes a control unit 42.

コントロールユニット４２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：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）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。 The control unit 42 is a unit (for example, ECU: Electronic Control Unit) that executes electrical control in the electric vehicle 1 and is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and the like.

制御部６では、詳しくは後述するが、相対的に燃料電池３の発電量が低いときに、霧化器５を作動させ、相対的に燃料電池３の発電量が高いときに、霧化器５を停止させる。 As will be described in detail later, the control unit 6 operates the atomizer 5 when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low, and when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively high, the atomizer 5 is stopped.

さらに、制御部６では、例えば、燃料循環ポンプ２９、燃料供給ポンプ４１、空気供給ポンプ（図示せず）などの駆動および停止や、第１弁３１、第２弁３４、燃料供給弁３５の開閉などを、適宜制御する。
（５）動力部
動力部７は、燃料電池３から出力される電気エネルギを電動車両１の駆動力として機械エネルギに変換するためのモータ３７と、モータ３７に電気的に接続されるインバータ３８と、モータ３７による回生エネルギを蓄電するための動力用バッテリ４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６とを備えている。 Further, in the control unit 6, for example, driving and stopping of the fuel circulation pump 29, the fuel supply pump 41, the air supply pump (not shown), and the opening / closing of the first valve 31, the second valve 34, and the fuel supply valve 35 are performed. Etc. are appropriately controlled.
(5) Power unit The power unit 7 includes a motor 37 for converting electrical energy output from the fuel cell 3 into mechanical energy as a driving force of the electric vehicle 1, and an inverter 38 electrically connected to the motor 37. A power battery 40 for storing regenerative energy by the motor 37 and a DC / DC converter 36 are provided.

モータ３７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３７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。 The motor 37 is disposed in front of the fuel cell 3 and on the front side of the electric vehicle 1. Examples of the motor 37 include known three-phase motors such as a three-phase induction motor and a three-phase synchronous motor.

インバータ３８は、モータ３７と燃料電池３との間に配置されている。インバータ３８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３８は、配線により、燃料電池３およびモータ３７にそれぞれ電気的に接続されている。 The inverter 38 is disposed between the motor 37 and the fuel cell 3. The inverter 38 is a device that converts direct current power generated by the fuel cell 3 into alternating current power, and includes, for example, a power conversion device in which a known inverter circuit is incorporated. The inverter 38 is electrically connected to the fuel cell 3 and the motor 37 by wiring.

動力用バッテリ４０としては、例えば、定格電圧が１００Ｖ程度のニッケル水素電池や、リチウムイオン電池など、公知の二次電池が挙げられる。また、動力用バッテリ４０は、インバータ３８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３７に電力を供給可能とされている。 Examples of the power battery 40 include known secondary batteries such as a nickel metal hydride battery having a rated voltage of about 100 V and a lithium ion battery. In addition, the power battery 40 is connected to a wiring between the inverter 38 and the fuel cell 3, so that the power from the fuel cell 3 can be stored and the power can be supplied to the motor 37.

ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、動力用バッテリ４０と燃料電池３との間に配置されている。ＤＣ／ＤＣコンバータ３６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４０の入出力電力を調整する機能を有している。 The DC / DC converter 36 is disposed between the power battery 40 and the fuel cell 3. The DC / DC converter 36 has a function of increasing / decreasing the output voltage of the fuel cell 3, and a function of adjusting the power of the fuel cell 3 and the input / output power of the power battery 40.

また、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６は、配線により、燃料電池３および動力用バッテリ４０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３８に電気的に接続されている。 Further, the DC / DC converter 36 is electrically connected to the fuel cell 3 and the power battery 40 by wiring, and is also electrically connected to the inverter 38 by branching of the wiring.

これにより、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６からモータ３７への電力は、インバータ３８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３７に供給される。
２．燃料電池システムによる発電
上記した燃料電池システム２では、コントロールユニット４２の制御により、燃料供給弁３５が開かれ、第１弁３１または第２弁３４が選択的に開かれ、燃料循環ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１が駆動されることにより、液体燃料が燃料供給管３０および循環管２２を介してアノード９に供給される。 As a result, power from the DC / DC converter 36 to the motor 37 is converted from direct current power to three-phase alternating current power in the inverter 38 and supplied to the motor 37 as three-phase alternating current power.
2. Electricity generation by the fuel cell system In the fuel cell system 2 described above, the fuel supply valve 35 is opened and the first valve 31 or the second valve 34 is selectively opened by the control of the control unit 42, and the fuel circulation pump 29 and the fuel are supplied. By driving the supply pump 41, the liquid fuel is supplied to the anode 9 through the fuel supply pipe 30 and the circulation pipe 22.

このとき、詳しくは後述するように、コントロールユニット４２の制御により、相対的に燃料電池３の発電量が低いときには、霧化器５が作動され、液体燃料が霧化され、これにより霧化された霧状の液体燃料が、アノード９に供給される。一方、相対的に燃料電池３の発電量が高いときには、霧化器５が停止され、液体燃料は霧化されることなく、アノード９に供給される。 At this time, as will be described in detail later, when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low by the control of the control unit 42, the atomizer 5 is operated to atomize the liquid fuel, thereby atomizing. The nebulized liquid fuel is supplied to the anode 9. On the other hand, when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively high, the atomizer 5 is stopped and the liquid fuel is supplied to the anode 9 without being atomized.

また、その一方、空気供給弁（図示せず）が開かれ、空気供給ポンプ（図示せず）が駆動されることにより、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。なお、燃料供給弁３５は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。 On the other hand, an air supply valve (not shown) is opened and an air supply pump (not shown) is driven, whereby air is supplied to the cathode 10 via an air supply pipe (not shown). The The fuel supply valve 35 is closed after a predetermined amount of liquid fuel is supplied.

アノード９では、霧状または非霧状の液体燃料が、アノード電極１１と接触しながら燃料供給路１３を通過する。一方、カソード１０では、空気が、カソード電極１６と接触しながら空気供給路１８を通過する。 In the anode 9, mist-like or non-mist-like liquid fuel passes through the fuel supply path 13 while being in contact with the anode electrode 11. On the other hand, in the cathode 10, air passes through the air supply path 18 while being in contact with the cathode electrode 16.

そして、各電極（アノード電極１１およびカソード電極１６）において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。例えば、液体燃料がメタノールである場合には、下記式（１）〜（３）の通りとなる。
（１）ＣＨ_３ＯＨ＋６ＯＨ⁻→ＣＯ_２＋５Ｈ_２Ｏ＋６ｅ⁻（アノード電極１１での反応）
（２）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１６での反応）
（３）ＣＨ_３ＯＨ＋３／２Ｏ_２→ＣＯ_２＋２Ｈ_２Ｏ（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（ＣＨ_３ＯＨ）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（ＣＯ_２）および水（Ｈ_２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ⁻）が発生する（上記式（１）参照）。 Then, an electrochemical reaction occurs in each electrode (the anode electrode 11 and the cathode electrode 16), and an electromotive force is generated. For example, when the liquid fuel is methanol, the following formulas (1) to (3) are obtained.
(1) CH ₃ OH + 6OH ⁻ → CO ₂ + 5H ₂ O + 6e ⁻ (reaction at anode electrode 11)
(2) O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at cathode electrode 16)
(3) CH ₃ OH + 3 / 2O ₂ → CO ₂ + 2H ₂ O (reaction in the entire fuel cell 3)
That is, at the anode electrode 11 supplied with methanol, methanol (CH ₃ OH) reacts with hydroxide ions (OH ⁻ ) generated by the reaction at the cathode electrode 16 to react with carbon dioxide (CO ₂ ) and water. (H ₂ O) is generated and electrons (e ⁻ ) are generated (see the above formula (1)).

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。 Electrons (e ⁻ ) generated at the anode electrode 11 reach the cathode electrode 16 via an external circuit (not shown). That is, electrons (e ⁻ ) passing through the external circuit become current.

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（Ｈ_２Ｏ）と、空気供給路１８を流れる空気中の酸素（Ｏ_２）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）。 On the other hand, in the cathode electrode 16, electrons (e ⁻ ), water (H ₂ O) generated by external supply or reaction in the fuel cell 3, and oxygen (O ₂ ) in the air flowing through the air supply path 18. React with each other to produce hydroxide ions (OH ⁻ ) (see the above formula (2)).

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。 And the produced | generated hydroxide ion (OH < ^- >) passes the electrolyte layer 8, reaches the anode electrode 11, and a reaction similar to the above (refer said formula (1)) arises.

また、例えば、液体燃料がヒドラジンである場合には、下記式（４）〜（６）の通りとなる。
（４）Ｎ_２Ｈ_４＋４ＯＨ⁻→Ｎ_２＋４Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻ （アノード電極１１での反応）
（５）Ｏ_２＋２Ｈ_２Ｏ＋４ｅ⁻→４ＯＨ⁻ （カソード電極１６での反応）
（６）Ｎ_２Ｈ_４＋Ｏ_２→Ｎ_２＋２Ｈ_２Ｏ（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。 For example, when the liquid fuel is hydrazine, the following formulas (4) to (6) are obtained.
(4) N ₂ H ₄ + 4OH ⁻ → N ₂ + 4H ₂ O + 4e ⁻ (reaction at anode electrode 11)
(5) O ₂ + 2H ₂ O + 4e ⁻ → 4OH ⁻ (reaction at the cathode electrode 16)
(6) N ₂ H ₄ + O ₂ → N ₂ + 2H ₂ O (reaction in the entire fuel cell 3)
When the electrochemical reaction at the anode electrode 11 and the cathode electrode 16 continuously occurs, the reaction expressed by the above formula (3) or the above formula (6) occurs in the fuel cell 3 as a whole, and the fuel An electromotive force is generated in the battery 3.

そして、発生した起電力が、配線を介して、ＤＣ／ＤＣコンバータ３６に送電され、動力部７では、インバータ３８およびモータ３７、および／または、動力用バッテリ４０に送電される。そして、モータ３７では、インバータ３８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４０では、その電力が充電される。 The generated electromotive force is transmitted to the DC / DC converter 36 via the wiring, and is transmitted to the inverter 38 and the motor 37 and / or the power battery 40 in the power unit 7. In the motor 37, the electric energy converted into the three-phase AC power by the inverter 38 is converted into mechanical energy that drives the wheels of the electric vehicle 1. On the other hand, the power of the power battery 40 is charged.

また、燃料給排部４では、燃料循環ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１の駆動力により、アノード９から排出される使用後および未反応の液体燃料が、循環管２２を通過して上流側側部流通口３２ａから気液分離器２３に流入する。 Further, in the fuel supply / discharge section 4, the used and unreacted liquid fuel discharged from the anode 9 is passed through the circulation pipe 22 by the driving force of the fuel circulation pump 29 and the fuel supply pump 41, and the upstream side section. It flows into the gas-liquid separator 23 from the circulation port 32a.

気液分離器２３では、水位（非霧状の液体燃料の水位）が上部流通口２５および下流側側部流通口３２ｂよりも下方位置に保持される、液体燃料の液溜まり３９が、気液分離器２３の中空部分に生じるとともに、液溜まり３９に含まれるガス（気体）、および、霧状の液体燃料が、液溜まり３９の上方空間へ分離される。 In the gas-liquid separator 23, a liquid fuel reservoir 39 in which the water level (water level of the non-misty liquid fuel) is held below the upper flow port 25 and the downstream side flow port 32 b is a gas-liquid reservoir. The gas (gas) and the mist-like liquid fuel that are generated in the hollow portion of the separator 23 and contained in the liquid reservoir 39 are separated into the upper space of the liquid reservoir 39.

このとき、気液分離器２３に流入する液体燃料が霧状である場合には、その液体燃料は、下流側側部流通口３２ｂから、副循環管３３に流出する。副循環管３３に流出する液体燃料は、循環管２２に流入し、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。 At this time, when the liquid fuel flowing into the gas-liquid separator 23 is in the form of mist, the liquid fuel flows out from the downstream side circulation port 32b to the sub-circulation pipe 33. The liquid fuel flowing out to the sub-circulation pipe 33 flows into the circulation pipe 22 and again flows into the fuel supply path 13 from the fuel supply port 15.

その一方で、気液分離器２３に流入する液体燃料が霧状でない場合には、その液体燃料（液溜まり３９の一部）が、底部流通口２４から循環管２２に流出する。循環管２２に流出する液体燃料は、再び燃料供給口１５から燃料供給路１３に流入する。 On the other hand, when the liquid fuel flowing into the gas-liquid separator 23 is not in the form of mist, the liquid fuel (a part of the liquid reservoir 39) flows out from the bottom circulation port 24 to the circulation pipe 22. The liquid fuel flowing out to the circulation pipe 22 again flows into the fuel supply path 13 from the fuel supply port 15.

このようにして、霧状および非霧状の液体燃料が、クローズドラインおよびバイパスライン（副循環管３３、循環管２２、気液分離器２３および燃料供給路１３）を循環する。なお、気液分離器２３で分離された気体は、ガス排出弁２７が開かれることにより、ガス排出管２６を介して外部へ排出される。 Thus, the mist-like and non-mist-like liquid fuel circulates in the closed line and the bypass line (the auxiliary circulation pipe 33, the circulation pipe 22, the gas-liquid separator 23, and the fuel supply path 13). The gas separated by the gas-liquid separator 23 is discharged to the outside through the gas discharge pipe 26 when the gas discharge valve 27 is opened.

以下において、このような霧状および非霧状の液体燃料を循環させる制御モードについて、詳細に説明する。
３．液体燃料循環制御モードによる制御処理
図２は、図１のコントロールユニット４２において実行される制御処理を表わすフロー図である。 Hereinafter, the control mode for circulating such mist-like and non-mist-like liquid fuel will be described in detail.
3. Control Process by Liquid Fuel Circulation Control Mode FIG. 2 is a flowchart showing the control process executed in the control unit 42 of FIG.

この処理は、燃料電池３の運転開始をトリガーとしてスタートされる。処理がスタートされると、まず、霧化器５が作動され、第１弁３１が閉鎖されるとともに、第２弁３４が開放される（ステップＳ１）。 This process is started with the start of operation of the fuel cell 3 as a trigger. When the process is started, first, the atomizer 5 is operated, the first valve 31 is closed, and the second valve 34 is opened (step S1).

これにより、液体燃料が、燃料供給管３０および循環管２２を介して、霧化器５に供給されるとともに、霧化器５において霧化され、得られた霧状の液体燃料が、アノード９に供給される。一方、上記したように、空気が空気供給管（図示せず）を介してカソード１０に供給される。これにより、燃料電池３において、起電力が発生する。 Thereby, the liquid fuel is supplied to the atomizer 5 through the fuel supply pipe 30 and the circulation pipe 22 and atomized in the atomizer 5, and the obtained atomized liquid fuel is supplied to the anode 9. To be supplied. On the other hand, as described above, air is supplied to the cathode 10 via an air supply pipe (not shown). As a result, an electromotive force is generated in the fuel cell 3.

次いで、コントロールユニット４２では、燃料電池３における発電量を算出する（ステップＳ２）。 Next, the control unit 42 calculates the power generation amount in the fuel cell 3 (step S2).

次いで、コントロールユニット４２では、ステップＳ２において算出された燃料電池３の発電量が、相対的に低いか、または、相対的に高いかが判別される（ステップＳ３）。 Next, the control unit 42 determines whether the power generation amount of the fuel cell 3 calculated in step S2 is relatively low or relatively high (step S3).

具体的には、コントロールユニット４２では、燃料電池３の発電量、より具体的には、電流密度が所定量（例えば、０．３Ａ／ｃｍ^２）を超過するかが検出される。 Specifically, the control unit 42 detects whether the power generation amount of the fuel cell 3, more specifically, whether the current density exceeds a predetermined amount (for example, 0.3 A / cm ² ).

そして、燃料電池３の電流密度が所定量（例えば、０．３Ａ／ｃｍ^２）を超過しないことが検出される場合（ステップＳ３のＮＯ）、すなわち、相対的に燃料電池３の発電量が低いときには、ステップＳ１に戻る。つまり、コントロールユニット４２により霧化器５が作動され、また、第２弁３４が開放されるとともに、第１弁３１が閉鎖された状態において、燃料電池３の運転が継続される。 When it is detected that the current density of the fuel cell 3 does not exceed a predetermined amount (for example, 0.3 A / cm ² ) (NO in step S3), that is, the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low. Sometimes, the process returns to step S1. That is, the operation of the fuel cell 3 is continued in a state where the atomizer 5 is operated by the control unit 42, the second valve 34 is opened, and the first valve 31 is closed.

このとき、アノード９から霧状の液体燃料が排出され、その霧状の液体燃料が、気液分離器２３に流入するとともに、下流側側部流通口３２ｂから副循環管３３に流入し、循環管２２を介して、再度、アノード９に供給される。また、燃料供給管３０から追加して供給される液体燃料は、霧化器５により霧化されて、アノード９に供給される。 At this time, the mist-like liquid fuel is discharged from the anode 9, and the mist-like liquid fuel flows into the gas-liquid separator 23 and also flows into the sub-circulation pipe 33 from the downstream side circulation port 32 b and circulates. It is again supplied to the anode 9 via the tube 22. The liquid fuel additionally supplied from the fuel supply pipe 30 is atomized by the atomizer 5 and supplied to the anode 9.

一方、燃料電池３の電流密度が所定量（例えば、０．３Ａ／ｃｍ^２）を超過することが検出される場合（ステップＳ３のＹＥＳ）、すなわち、相対的に燃料電池３の発電量が高いときには、コントロールユニット４２により霧化器５が停止され、第１弁３１が開放されるとともに、第２弁３４が閉鎖される（ステップＳ４）。 On the other hand, when it is detected that the current density of the fuel cell 3 exceeds a predetermined amount (for example, 0.3 A / cm ² ) (YES in step S3), that is, the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively high. Sometimes, the atomizer 5 is stopped by the control unit 42, the first valve 31 is opened, and the second valve 34 is closed (step S4).

このとき、気液分離器２３内の非霧状の液体燃料（液溜まり３９の一部）が、底部流通口２４から循環管２２に流出する。循環管２２に流出する液体燃料は、霧化器５により霧化されることなく、アノード９に供給され、また、アノード９から気液分離器２３に排出される。また、燃料供給管３０から追加して供給される液体燃料は、霧化器５により霧化されることなく、非霧状として、アノード９に供給される。 At this time, non-misty liquid fuel (a part of the liquid reservoir 39) in the gas-liquid separator 23 flows out from the bottom circulation port 24 to the circulation pipe 22. The liquid fuel flowing out to the circulation pipe 22 is supplied to the anode 9 without being atomized by the atomizer 5, and is discharged from the anode 9 to the gas-liquid separator 23. Further, the liquid fuel additionally supplied from the fuel supply pipe 30 is supplied to the anode 9 in a non-mist form without being atomized by the atomizer 5.

その後は、上記と同様の制御処理が、燃料電池３の定常運転中に連続的に実行される。
４．作用効果
上記のような燃料電池システム２によれば、燃料電池の発電量が相対的に低いときには、霧化された液体燃料が燃料電池３に供給され、流路（具体的には、循環管２２および副循環管３３）における液体燃料の密度が低減される。 Thereafter, the same control process as described above is continuously executed during the steady operation of the fuel cell 3.
4). Effects According to the fuel cell system 2 as described above, when the power generation amount of the fuel cell is relatively low, the atomized liquid fuel is supplied to the fuel cell 3, and the flow path (specifically, the circulation pipe) 22 and the density of the liquid fuel in the secondary circulation pipe 33) is reduced.

そのため、燃料電池３の発電量が相対的に低いときには、流路を細長くすることなく、液体燃料の通電抵抗を増加させることができ、流路（具体的には、循環管２２および副循環管３３）における漏電電流を抑制し、燃料電池３の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができる。 Therefore, when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low, the energization resistance of the liquid fuel can be increased without elongating the flow path, and the flow path (specifically, the circulation pipe 22 and the auxiliary circulation pipe). The leakage current in 33) can be suppressed and the performance (energy efficiency, etc.) of the fuel cell 3 can be improved.

また、このような燃料電池システム２によれば、燃料電池３の発電量が相対的に低いとき、すなわち、液体燃料中に生じる気泡が少ない場合にも、漏電電流を抑制し、燃料電池３の性能（エネルギー効率など）の向上を図ることができる。 Further, according to the fuel cell system 2 as described above, even when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low, that is, when there are few bubbles generated in the liquid fuel, the leakage current is suppressed, and the fuel cell 3 Performance (energy efficiency, etc.) can be improved.

一方、燃料電池３の発電量が相対的に高いときには、液体燃料が霧化されることなく、燃料電池３に供給される。 On the other hand, when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively high, the liquid fuel is supplied to the fuel cell 3 without being atomized.

そのため、燃料電池３の発電量が相対的に高いときには、流路（具体的には、循環管２２）における液体燃料の密度が低減されないので、その高電流を発電するために十分な量の液体燃料を供給することができる。 Therefore, when the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively high, the density of the liquid fuel in the flow path (specifically, the circulation pipe 22) is not reduced, so that a sufficient amount of liquid to generate the high current Fuel can be supplied.

なお、上記した説明では、燃料電池３の発電量が相対的に低いか、または、相対的に高いかをコントロールユニット４２により判別したが、判別方法としては、これに限定されず、例えば、燃料電池３の運転時間や、燃料循環ポンプ２９および燃料供給ポンプ４１の回転数など、種々の要素から燃料電池３の発電量が相対的に低いか、または、相対的に高いかを推定および判別することもできる。 In the above description, the control unit 42 determines whether the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low or relatively high. However, the determination method is not limited to this. It is estimated and determined whether the power generation amount of the fuel cell 3 is relatively low or relatively high from various factors such as the operation time of the battery 3 and the rotation speeds of the fuel circulation pump 29 and the fuel supply pump 41. You can also.

１電動車両
２燃料電池システム
３燃料電池
４燃料給排部
５霧化器
６制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electric vehicle 2 Fuel cell system 3 Fuel cell 4 Fuel supply / discharge part 5 Atomizer 6 Control part

Claims

A fuel cell to which liquid fuel is supplied and discharged;
A fuel supply / discharge section for supplying and discharging the liquid fuel to and from the fuel cell;
Atomizing means provided in the fuel supply / discharge section for atomizing the liquid fuel supplied to the fuel cell;
A control unit for controlling the atomization means according to the amount of power generated by the fuel cell,
The fuel supply / discharge part
A circulation pipe for supplying liquid fuel to the fuel cell and returning liquid fuel discharged from the fuel cell to the fuel cell;
A gas-liquid separator interposed in the middle of the circulation pipe ;
A sub-circulation pipe having an upstream end connected above a liquid reservoir in the gas-liquid separator and a downstream end connected to a circulation pipe between the gas-liquid separator and the atomizing means;
A valve interposed in the middle of the auxiliary circulation pipe ,
The controller is
When relatively power generation amount is low, Rutotomoni actuates said atomizing means, opening the valve,
A fuel cell system characterized by stopping the atomizing means and closing the valve when the amount of power generation is relatively high.