レドックス燃料電池システムおよび燃料電池車両
【課題】エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供する。
【解決手段】燃料ガスＧｆｕをアノード２ｄにカソード溶液Ｌｃａをカソード２ｂに供給して発電するレドックス燃料電池２と、燃料ガスＧｆｕを貯蔵する燃料ガスタンク１１と、カソード溶液Ｌｃａを酸化剤Ｇｏｘで酸化させ再生するカソード溶液再生装置３２と、燃料ガスＧｆｕを燃料ガスタンク１１からアノード２ｄに供給する燃料ガス供給路１６ａ等と、カソード溶液Ｌｃａをカソード溶液再生装置３２とカソード２ｂの間で循環させるカソード溶液循環路３５ａ等と、酸化剤Ｇｏｘをカソード溶液再生装置３２に供給する酸化剤供給路２４ａ等と、アノード２ｄに供給される前の燃料ガスＧｆｕの圧力で、酸化剤Ｇｏｘを押圧してカソード溶液再生装置３２に供給し、カソード溶液Ｌｃａを押圧してカソード溶液再生装置３２とカソード２ｂの間を循環させる押圧手段３とを備える。
【解決手段】燃料ガスＧｆｕをアノード２ｄにカソード溶液Ｌｃａをカソード２ｂに供給して発電するレドックス燃料電池２と、燃料ガスＧｆｕを貯蔵する燃料ガスタンク１１と、カソード溶液Ｌｃａを酸化剤Ｇｏｘで酸化させ再生するカソード溶液再生装置３２と、燃料ガスＧｆｕを燃料ガスタンク１１からアノード２ｄに供給する燃料ガス供給路１６ａ等と、カソード溶液Ｌｃａをカソード溶液再生装置３２とカソード２ｂの間で循環させるカソード溶液循環路３５ａ等と、酸化剤Ｇｏｘをカソード溶液再生装置３２に供給する酸化剤供給路２４ａ等と、アノード２ｄに供給される前の燃料ガスＧｆｕの圧力で、酸化剤Ｇｏｘを押圧してカソード溶液再生装置３２に供給し、カソード溶液Ｌｃａを押圧してカソード溶液再生装置３２とカソード２ｂの間を循環させる押圧手段３とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レドックス燃料電池を備えたレドックス燃料電池システムと、それを搭載した燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
レドックス燃料電池システムとしては、アノードに供給された水素ガスと、カソードに供給されたカソード溶液とを用いて発電するものが提案されている（特許文献１等参照）。カソード溶液は、カソードに供給され還元されるが、反応チャンバ（再生装置）において酸化剤によって再酸化されることで、カソードに循環供給されることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５４１１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レドックス燃料電池システムを車載する場合には、航続距離の長距離化の観点から、高圧にすることで水素ガスを大量に貯蔵することができる高圧水素タンクを用いることが考えられる。高圧水素タンクに貯蔵された水素は、減圧されてから、アノードに供給される。高圧の水素は、高圧から減圧される過程で、弾性をもって膨張するので、縮んでいたばねが伸びるのと同様に考えられ、圧縮された状態のばねの位置（弾性）エネルギが、伸びて、すなわち膨張し、運動エネルギに変換されている。この運動エネルギは、最終的には熱エネルギに変換され外部に伝導していると考えられる。この高圧の水素が有する位置（弾性）エネルギや運動エネルギが利用できれば、有用である。
【０００５】
そして、水素タンクに高圧で貯蔵された水素のいわゆる位置（弾性）エネルギを、有効に利用できれば、レドックス燃料電池システムのシステム全体としてのエネルギ効率を向上できると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供し、さらに、これを搭載しエネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された非揮発性のカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード溶液再生装置と、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノードに供給する燃料ガス供給路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴としている。
【０００８】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノードに供給される前の高い圧力を用いて、酸化剤を押圧して圧縮することで、流動させ、カソード溶液再生装置に供給することができるので、従来、この供給に要していたコンプレッサの駆動電力が省け、システム効率を向上することができる。また、水素等の燃料ガスのアノードに供給される前の高い圧力を用いて、カソード溶液を押圧して流動させることで、カソード溶液再生装置とカソードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【０００９】
また、第１の本発明では、前記アノードを通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノードに戻す燃料ガス循環路を備え、
前記押圧手段は、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノードに循環させることが好ましい。
【００１０】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノードに供給される前の高い圧力を用いて、アノードに供給された後の圧力が低下して低圧力になった燃料ガスを押圧して圧縮することで、流動させ燃料ガス循環路を介してアノードに循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１１】
また、第２の本発明は、アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給されたカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともいずれか一つを実施する押圧手段を有することを特徴としている。
【００１２】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、酸化剤を押圧して圧縮することで、流動させカソード溶液再生装置に供給することができるので、従来、この供給に要していたコンプレッサの駆動電力が省け、システム効率を向上することができる。また、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、カソード溶液を押圧して流動させることで、カソード溶液再生装置とカソードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。また、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、アノード溶液を押圧して流動させることで、アノード溶液再生装置とアノードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１３】
また、第３の本発明は、アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給された酸化剤とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソードに供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソードに前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴としている。
【００１４】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、酸化剤を押圧して圧縮することで、流動させカソード溶液再生装置に供給することができるので、従来、この供給に要していたコンプレッサの駆動電力が省け、システム効率を向上することができる。また、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、アノード溶液を押圧して流動させることで、アノード溶液再生装置とアノードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１５】
また、第２の本発明と第３の本発明では、前記アノード溶液再生装置を通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノード溶液再生装置に戻す燃料ガス循環路とを備え、
前記押圧手段は、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノード溶液再生装置に循環させることが好ましい。
【００１６】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、アノード溶液再生装置に供給された後の圧力が低下して低圧力になった燃料ガスを押圧して圧縮することで、流動させ燃料ガス循環路を介してアノード溶液再生装置に循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１７】
また、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とでは、
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力でピストンを押圧し、クランクシャフトを回動させる燃料ガス用シリンダを有し、かつ、
前記クランクシャフトの回動により、内蔵するピストンを移動させ前記酸化剤を押圧する酸化剤用シリンダと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させカソード溶液を押圧するカソード溶液用ポンプと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させアノード溶液を押圧するアノード溶液用ポンプと、の少なくともいずれか一つを有することが好ましい。
【００１８】
これによれば、押圧手段として、容積型往復動（レシプロ）機関の内燃機関（ＩＣＥ）を転用して用いることができる。具体的に、容積型往復動（レシプロ）機関である内燃機関（ＩＣＥ）を転用する場合は、複数の気筒を、燃料ガス用シリンダと酸化剤用シリンダに割り当て、内燃機関（ＩＣＥ）を冷却するために内蔵された冷却用ポンプを、カソード溶液用ポンプとアノード溶液用ポンプのどちらか一方に転用することができる。これにより、設計のコストを低減することができる。そして、設計の際に、燃料ガス用シリンダと酸化剤用シリンダとに割り当てられる気筒のボアまたはストロークを調整することにより、燃料ガスと酸化剤の流量比を調整することができる。
【００１９】
また、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とでは、
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で、貯留させたカソード溶液とアノード溶液の少なくともどちらか一方を押圧する第１気液シリンダと、
前記第１気液シリンダとカソード溶液又はアノード溶液の液面の下同士で接続され、カソード溶液又はアノード溶液の圧力で、貯留させた酸化剤を押圧する第２気液シリンダとを有することが好ましい。
【００２０】
これによれば、押圧手段として、容積型往復動（レシプロ）機関の往復動（レシプロ）圧縮機を用いることができる。具体的に、第１気液シリンダは、往復動（レシプロ）圧縮機として機能し、燃料ガスの圧力によって、貯留させたカソード溶液やアノード溶液を押圧し圧送することができる。また、第２気液シリンダも、往復動（レシプロ）圧縮機として機能し、圧送されてきたカソード溶液やアノード溶液の圧力によって、貯留させた酸化剤を押圧し圧送することができる。
【００２１】
また、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とでは、
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で押圧され、取り付けられている回転軸を回転させる燃料ガス用羽根車を有し、かつ、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転し前記酸化剤を押圧する酸化剤用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しカソード溶液を押圧するカソード溶液用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しアノード溶液を押圧するアノード溶液用羽根車と、の少なくともいずれか一つを有することが好ましい。
【００２２】
これによれば、押圧手段として、回転軸が互いに連結したガスタービンとターボ圧縮機を用いることができる。具体的に、ガスタービンでは、燃料ガス用羽根車に燃料ガスが吹き付けられることで、燃料ガス用羽根車が燃料ガスの圧力で押圧され回転する。そして、この回転に伴って回転軸が回転し、遠心式ポンプのカソード溶液用羽根車とアノード溶液用羽根車とが回転する。回転したカソード溶液用羽根車とアノード溶液用羽根車とによって、カソード溶液とアノード溶液とが押圧される。これによって、カソード溶液とアノード溶液を圧送することができる。
【００２３】
また、本発明は、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とに係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であることを特徴としている。
【００２４】
これによれば、エネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供することができ、さらに、これを搭載しエネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図２】第１の実施形態のレドックス燃料電池システムの発電のメカニズムを説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図６】第４の実施形態のレドックス燃料電池システムの発電のメカニズムを説明するための図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係るレドックス燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載されることを想定しているが、船舶や、自動二輪車、定置用発電装置などに搭載されてもよいのはもちろんである。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。燃料電池車両１００では、車輪を駆動させる駆動モータＭＯＴが、パワーディストリビューションユニットＰＤＵ（インバータ）を介して、レドックス燃料電池２（レドックス燃料電池システム１）に接続している。駆動モータＭＯＴは、レドックス燃料電池２（レドックス燃料電池システム１）から供給された電力で、車輪を回動させることで、燃料電池車両１００は走行することができる。
【００２９】
レドックス燃料電池システム１は、主として、レドックス燃料電池２と、水素タンク（燃料ガスタンク）１１と、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）と、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）と、カソード溶液再生装置（再生装置）３２と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）と、押圧手段３とを有している。
【００３０】
レドックス燃料電池２は、アノード２ｄに供給された燃料ガスＧｆｕ（例えば、水素ガス）と、カソード２ｂに供給された非揮発性のカソード溶液Ｌｃａ（例えば、バナジウム（Ｖ）を希硫酸に溶解させた電解液）とを用いて発電する。燃料ガスＧｆｕは、アノード側流路２ｅを通流することで、アノード側流路２ｅに面しているアノード２ｄに到達することができる。アノード２ｄとカソード２ｂの間には、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃが設けられている。カソード溶液Ｌｃａは、カソード側流路２ａを通流することで、カソード側流路２ａに面しているカソード２ｂに到達することができる。レドックス燃料電池２では、アノード２ｄとカソード２ｂとでプロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを挟持してなる単セルを複数積層すれば、所望の電圧に高めて取り出すことができる。
【００３１】
水素タンク１１には、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、高圧に圧縮されて貯蔵されている。
【００３２】
燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）は、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、水素タンク１１から、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に供給する。燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）は、水素タンク１１に接続する配管１６ａと、配管１６ａが接続する高圧噴射装置１２と、高圧噴射装置１２とエキスパンダ１３とを接続する配管１６ｂと、エキスパンダ１３とレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅとを接続する配管１６ｃとを有している。なお、図１において、燃料ガス供給路の配管１６ａ〜１６ｃは太い実線で示されている。また、配管１６ａには、電磁弁１１ａと、二次遮断弁１１ｂと、フィルタ１１ｃと、リリーフ弁１９などが備えられているが、減圧弁は、備えられておらず、水素タンク１１内の高圧水素は、高圧状態を保ったまま高圧噴射装置１２に供給される。
【００３３】
高圧噴射装置１２は、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、高い圧力のまま噴射し、配管１６ｂを介してエキスパンダ１３へ供給する。高圧噴射装置１２には、バルブが内蔵されており、このバルブが、ＥＣＵ（Engine Control Unit）などによって開閉制御されることによって、エキスパンダ１３への高圧水素供給が制御されている。
【００３４】
燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）は、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）を通流後の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、循環させ、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に戻している。燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）は、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅと排出水素タンク１４とを接続する配管１６ｄと、レドックス燃料電池２から排出された燃料ガス（水素）Ｇｆｕをいったん貯蔵する排出水素タンク１４と、排出水素タンク１４内に貯蔵された燃料ガス（水素）Ｇｆｕが含んでいる液相分（水分）を、燃料ガス（水素）Ｇｆｕから分離する気液分離装置４１と、排出水素タンク１４とコンプレッサ１５の吸入用バルブ１５ｄとを接続する配管１６ｅと、コンプレッサ１５の排出用バルブ１５ｅと配管１６ｃとを接続する配管１６ｆと、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに接続する配管１６ｃとを有している。なお、図１において、燃料ガス循環路の配管１６ｃ〜１６ｆは太い実線で示されている。また、配管１６ｃは、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を兼ねている。気液分離装置４１で分離された液相分（水分）は、ドレイン配管４３ａと、ドレイン弁４２と、ドレイン配管４３ｂと、再生装置３２と、ドレイン配管４３ｃとを、順に経由して大気に放出される。
【００３５】
カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）は、カソード溶液Ｌｃａを、カソード溶液再生装置３２とレドックス燃料電池２のカソード２ｂ（カソード側流路２ａ）の間で循環させる。カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）は、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａとラジエータ（ＲＡＤ）３１とを接続する配管３５ａと、レドックス燃料電池２で発電の際に暖められたカソード溶液Ｌｃａを冷却するラジエータ（ＲＡＤ）３１と、ラジエータ（ＲＡＤ）３１とカソード溶液再生装置３２とを接続する配管３５ｂと、カソード溶液再生装置３２とポンプ３４とを接続する配管３５ｃと、ポンプ３４とレドックス燃料電池２のカソード側流路２ａとを接続する配管３５ｄとを有している。なお、図１において、カソード溶液循環路の配管３５ａ〜３５ｄは太い破線で示されている。
【００３６】
なお、配管３５ｃは、シリンダ２３ａ、１３ａ、１５ａの周囲に引き回されて配置されている。これは、押圧手段３をレシプロエンジンから転用する際に、冷却用配管を配管３５ｃとして転用しているためである。シリンダ１３ａにおいては、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、噴射される際に、いわゆる、断熱膨張していると考えられ、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの温度は低下し、シリンダ１３ａの温度も低下し、シリンダ１３ａを流れるカソード溶液Ｌｃａも冷却される。カソード溶液Ｌｃａは、カソード溶液再生装置３２における再生の際の化学反応によって発熱し、昇温しているが、シリンダ１３ａ近傍を流れることで冷却され降温することができる。冷却されたカソード溶液Ｌｃａを、レドックス燃料電池２に供給できるので、プロトン交換膜（ＰＥＭ）の温度負荷を低減でき、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を長寿命化できる。また、従来の燃料電池では、その内部の反応膜が主たる発熱源であったが、レドックス燃料電池２では、主たる発熱源が、その外部のカソード溶液再生装置３２になるので、プロトン交換膜（ＰＥＭ）の温度を下げやすく、容易に温度管理できる。そして、前記のように、カソード溶液Ｌｃａを冷却することで、容易に、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を冷却することができる。
【００３７】
カソード溶液再生装置３２は、レドックス燃料電池２のカソード２ｂを通流後のカソード溶液Ｌｃａを、酸化剤（例えば、酸素や空気）Ｇｏｘで酸化させることで再生する。
【００３８】
酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）は、酸化剤（例えば、酸素や空気）Ｇｏｘを、大気吸入して、カソード溶液再生装置３２に供給する。酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）は、大気を酸化剤（例えば、酸素や空気）Ｇｏｘとして取り込むインテーク２１と、インテーク２１とフィルタ２２とを接続する配管２４ａと、酸化剤（空気）Ｇｏｘに浮遊するゴミ等の異物を除くフィルタ２２と、フィルタ２２とコンプレッサ２３の吸入用バルブ２３ｄとを接続する配管２４ｂと、コンプレッサ２３の排出用バルブ２３ｅと噴射ノズル３３とを接続する配管２４ｃと、カソード溶液再生装置３２内のカソード溶液Ｌｃａに酸化剤（空気）Ｇｏｘを噴射させ吹き込む噴射ノズル３３とを有している。なお、図１において酸化剤供給路の配管２４ａ〜２４ｃは細い実線で示されている。
【００３９】
押圧手段３は、エキスパンダ（往復動（レシプロ）膨張機）１３と、コンプレッサ（燃料ガス循環用：往復動（レシプロ）圧縮機）１５と、コンプレッサ（酸化剤用：往復動（レシプロ）圧縮機）２３と、ポンプ３４と、クランクシャフト５１と、カム３７ａ、３７ｂとを有している。エキスパンダ１３は、クランクシャフト５１を介してコンプレッサ１５、２３とポンプ３４と連結され連動しており、押圧手段３は、ガソリンエンジンなど、既存のレシプロエンジンを流用（転用）することができる。
【００４０】
エキスパンダ１３は、レシプロエンジンを構成する気筒と同様に、シリンダ（燃料ガス用シリンダ）１３ａ、ピストン（燃料ガス用ピストン）１３ｂ、コンロッド１３ｃ、バルブ１３ｄなどで構成されている。高圧噴射装置１２から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、シリンダ１３ａ内に噴射されると、シリンダ１３ａ内は燃料ガス（水素）Ｇｆｕで高圧となり、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力でピストン１３ｂを押圧する。ピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。
【００４１】
バルブ１３ｄは、エキスパンダ１３の上部（上死点側）に設置されており、カムシャフトおよびカム３７ａの動作に応じて開閉する。バルブ１３ｄの閉時には、シリンダ１３ａ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、閉じ込められたまま膨張し、ピストン１３ｂが押し下げられる。バルブ１３ｄの開時には、シリンダ１３ａ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、自らの圧力（高圧）によって、膨張しながら、配管１６ｃを介してレドックス燃料電池２に圧送される。カムシャフトおよびカム３７ａは、転用する場合は既存のレシプロエンジンに備えられているものを使用してもよい。なお、バルブ１３ｄは、電磁弁などの開閉制御可能なバルブを用いてもよい。このようにすることで、コストダウンを図ることができる。
【００４２】
コンプレッサ１５は、レドックス燃料電池２で未反応の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを配管１６ｃに圧送することで、再びレドックス燃料電池２へ戻すものである。コンプレッサ１５も、レシプロエンジンを構成する気筒と同様に、シリンダ１５ａ、ピストン１５ｂ、コンロッド１５ｃ、吸入用バルブ１５ｄ、排出用バルブ１５ｅなどで構成されている。なお、図１では、エキスパンダ１３と比べて、コンプレッサ１５が小さく記述されているが、エキスパンダ１３と同じ大きさでもよい。ピストン１５ｂは、コンロッド１５ｃ、クランクシャフト５１を介して、エキスパンダ１３のピストン１３ｂと連動するように構成されている。エキスパンダ１３のピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。それに伴い、コンプレッサ１５のコンロッド１５ｃが移動して上がり、ピストン１５ｂを押し上げる。シリンダ１５ａ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、ピストン１５ｂによって押圧されて圧縮され、排気用バルブ１５ｅから配管１６ｆ、１６ｃを経由して、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送される。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を循環するようになる。なお、吸入用バルブ１５ｄおよび排出用バルブ１５ｅは、カムシャフトおよびカム３７ａ、さらには、クランクシャフト５１と連動している。
【００４３】
コンプレッサ２３（酸化剤用：往復動（レシプロ）圧縮機）も、レシプロエンジンを構成する気筒と同様に、シリンダ（酸化剤用シリンダ）２３ａ、ピストン（酸化剤用ピストン）２３ｂ、コンロッド２３ｃ、吸入用バルブ２３ｄ、排出用バルブ２３ｅなどで構成されている。ピストン２３ｂは、コンロッド２３ｃ、クランクシャフト５１を介して、エキスパンダ１３のピストン１３ｂと連動するように構成されている。
【００４４】
図１では、煩雑になるのを避けるためコンプレッサ２３の上下を逆に記載している（図３、図５、図７でも同様である）。エキスパンダ１３のピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。それに伴い、コンプレッサ２３のコンロッド２３ｃが上がり、ピストン２３ｂを押し上げる。シリンダ２３ａ内の酸化剤（空気）Ｇｏｘが、ピストン２３ｂによって押圧され圧縮される。圧縮（押圧）された酸化剤（空気）Ｇｏｘは、排出用バルブ２３ｅから配管２４ｃを経由して、噴射ノズル３３へ圧送される。これにより、酸化剤（空気）Ｇｏｘは、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）を経由して、カソード溶液再生装置３２に供給されるようになる。なお、吸入用バルブ２３ｄおよび排出用バルブ２３ｅは、カムシャフトおよびカム３７ｂ、さらには、クランクシャフト５１と連動している。
【００４５】
ポンプ３４は、レシプロエンジンを構成する冷却用のウォータポンプと同様に、クランクシャフト５１と連動して回動するロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａを有している。エキスパンダ１３のピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。この回動に伴い、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａが回動する。
【００４６】
そして、図１に示すように、エキスパンダ１３は複数（図１では３個）設けられ、クランクシャフト５１の回転軸に対してコンロッド１３ｃの取り付け角度がエキスパンダ１３毎に異なっている。例えば、エキスパンダ１３が３個の場合、基準とする１つ目のエキスパンダ１３のコンロッド１３ｃの取り付け角度を０度とすると、他の２つのエキスパンダ１３のコンロッド１３ｃの取り付け角度はそれぞれ１２０度と２４０度に設定されている。そして、複数のエキスパンダ１３で、相互に、高圧噴射装置１２が燃料ガス（水素）Ｇｆｕを噴射するタイミングをずらし、ピストン１３ｂ（コンロッド１３ｃ）が押し下げられるタイミングをずらすことで、クランクシャフト５１を連続的に回動させ、回転させることができる。クランクシャフト５１の連続的な回転（回動）により、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａも連続的に回転（回動）し、ポンプ３４は安定したポンピングを実施することができる。ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａが回転（回動）すると、カソード溶液Ｌｃａがロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａによって押圧され、配管３５ｄを経由して、カソード側流路２ａへ圧送される。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）を循環するようになる。
【００４７】
図２に、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１における、特に、レドックス燃料電池２とカソード溶液再生装置３２における、発電のメカニズムを説明するための図を示す。レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが通流すると、アノード２ｄに燃料ガス（水素）Ｇｆｕが供給される。アノード２ｄにおいては、燃料ガス（水素Ｈ２）Ｇｆｕから、水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）が生成される（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）。電子（ｅ−）は、アノード２ｄから、負荷となるパワーディストリビューションユニットＰＤＵおよび駆動モータＭＯＴが接続された配線を経由して、カソード２ｂへ移動する。この電子（ｅ−）の移動が、いわゆる、発電（現象）となる。水素イオン（Ｈ＋）は、アノード２ｄから、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを経由して、カソード２ｂへ移動する。プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃでは、水素イオン（Ｈ＋）が、アノード２ｄ側からカソード２ｂ側へ通過する。
【００４８】
レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａに、カソード溶液Ｌｃａが通流すると、カソード２ｂにカソード溶液Ｌｃａが供給される。カソード２ｂには、カソード溶液Ｌｃａから二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）が供給され、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃから水素イオン（Ｈ＋）が供給され、配線から電子（ｅ−）が供給される。これらにより、カソード２ｂにおいて、二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と、水素イオン（Ｈ＋）と、電子（ｅ−）とから、酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と、水（Ｈ２Ｏ）とが生成される（ＶＯ２＋＋２Ｈ＋＋ｅ−→ＶＯ２＋＋Ｈ２Ｏ）。
【００４９】
カソード２ｂで生成した酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と水（Ｈ２Ｏ）は、カソード側流路２ａを通流するカソード溶液Ｌｃａに溶解等して含まれて、カソード溶液Ｌｃａと共にカソード溶液再生装置３２に流れ込む。また、カソード溶液再生装置３２には、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘが供給されている。酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘは、カソード溶液Ｌｃａ中に吹き込まれている。これらにより、カソード溶液再生装置３２において、酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と、酸素（Ｏ２）とから、二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）が生成（再生）される（ＶＯ２＋＋（１／２）Ｏ２→ＶＯ２＋）。再生した二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）は、レドックス燃料電池２とカソード溶液再生装置３２の間を循環するカソード溶液Ｌｃａと共に、再び、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａ（カソード２ｂ）に供給される。カソード溶液再生装置３２における化学反応と、カソード２ｂにおける化学反応と、アノード２ｄにおける化学反応とを合わせたトータル反応は、酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とから、水（Ｈ２Ｏ）が生成される反応となっている（（１／２）Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ）。また、カソード溶液Ｌｃａ中の水（Ｈ２Ｏ）は、吹き込まれた酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘ中に溶け込み、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘと共に、カソード溶液再生装置３２の外部、すなわち、大気中に、ドレイン配管４３ｃを経由して放出される。逆に、カソード溶液Ｌｃａは、生成される水によって湿潤に保たれているので、酸化剤Ｇｏｘを吹き込む前に加湿する必要はない。
【００５０】
カソード２ｂと、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃと、アノード２ｄとは、積層され、３層の膜構造体を構成している。この３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、カソード２ｂ側をカソード溶液Ｌｃａに接し、アノード２ｄ側を燃料ガス（水素）Ｇｆｕに接している。このため、カソード溶液Ｌｃａの表面張力により、３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、カソード溶液Ｌｃａに吸着している。カソード溶液Ｌｃａは、ポンプ３４によって供給されるので、カソード溶液Ｌｃａの圧力の脈動は抑制されている。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、往復動（レシプロ）膨張機であるエキスパンダ１３と、往復動（レシプロ）圧縮機であるコンプレッサ１５によって供給されるので、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力は、脈動する。燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力が脈動しても、３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、脈動の抑制されたカソード溶液Ｌｃａに吸着しているので、脈動し難くなっている。３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、脈動が抑制されることで、変形が抑制され、疲労による膜破れ等の劣化を抑えることができる。また、アノード側流路２ｅ内を燃料ガス（水素）Ｇｆｕでパージし、水分を排出する際にも、３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、燃料ガス（水素）Ｇｆｕから圧力を受けるものの、変形を抑制することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第２の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、押圧手段３の構造が異なっている。第２の実施形態の押圧手段３は、油（液）圧シリンダ（第１気液シリンダ、往復動（レシプロ）膨張機）１３Ａと、油（液）圧シリンダ（往復動（レシプロ）圧縮機）１５Ａと、油（液）圧シリンダ（第２気液シリンダ、往復動（レシプロ）圧縮機）２３Ａと、電磁弁１８と、逆流防止弁１７ａ、１７ｂと、電磁弁２６と、逆流防止弁３６ａ〜３６ｄと、逆流防止弁２５ａ、２５ｂとを有している。これに伴い、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）と、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）の、それぞれの構成も異なっている。
【００５２】
第１の実施形態との相違点は、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）においては、配管１６ｂと配管１６ｃが、エキスパンダ１３に替えて油（液）圧シリンダ１３Ａに接続している点である。また、配管１６ｃの油（液）圧シリンダ１３Ａの近傍には、電磁弁１８が設けられている。
【００５３】
また、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）においては、配管１６ｅと配管１６ｆが、コンプレッサ１５に替えて油（液）圧シリンダ１５Ａに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。また、配管１６ｅの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１５Ａからの流れを抑制する逆流防止弁１７ｂが設けられている。配管１６ｆの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１５Ａへの流れを抑制する逆流防止弁１７ｂが設けられている。
【００５４】
カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）は、配管３５ａと、ラジエータ（ＲＡＤ）３１と、配管３５ｂと、カソード溶液再生装置３２と油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉとを接続する配管３５ｃと、液体室１３ｉと油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）とを接続する配管３５ｄと、液体室１３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）と油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）とを接続する配管３５ｅと、複数の油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）間を接続する配管３５ｆ、３５ｇと、液体室２３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）と配管３５ｉの電磁弁２６の油（液）圧シリンダ１５Ａ側とを接続する配管３５ｈと、油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）とレドックス燃料電池２のカソード側流路２ａとを接続する配管３５ｉとを有している。また、配管３５ｃの油（液）圧シリンダ１３Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１３Ａからの流れを抑制する逆流防止弁３６ａが設けられている。配管３５ｄの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１５Ａからの流れを抑制する逆流防止弁３６ｃが設けられている。配管３５ｅの油（液）圧シリンダ２３Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ２３Ａからの流れを抑制する逆流防止弁３６ｂが設けられている。配管３５ｈには、油（液）圧シリンダ２３Ａへの流れを抑制する逆流防止弁３６ｄが設けられている。また、配管３５ｉの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、電磁弁２６が設けられている。
【００５５】
また、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）においては、配管２４ｂの油（液）圧シリンダ２３Ａの近傍に、油（液）圧シリンダ２３Ａからの流れを抑制する逆流防止弁２５ａが設けられている点が、第１の実施形態とは異なっている。また、配管２４ｃの油（液）圧シリンダ２３Ａの近傍に、油（液）圧シリンダ２３Ａへの流れを抑制する逆流防止弁２５ｂが設けられている。
【００５６】
押圧手段３の油（液）圧シリンダ（第１気液シリンダ、往復動（レシプロ）膨張機）１３Ａは、シリンダ（燃料ガス用シリンダ）１３ａ、ピストン（燃料ガス用ピストン）１３ｂ、スプリング１３ｅなどで構成されている。ピストン１３ｂによって、液体室１３ｉと気体室１３ｊとが仕切られている。ピストン１３ｂには、スプリング１３ｅが接続されている。スプリング１３ｅは、ピストン１３ｂを、液体室１３ｉの体積が拡張し気体室１３ｊの体積が縮小する方向に、押圧している。電磁弁１８が閉弁している際に、高圧噴射装置１２から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、シリンダ１３ａの気体室１３ｊ内に噴射されると、気体室１３ｊ内は燃料ガス（水素）Ｇｆｕで高圧となり、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力でピストン１３ｂさらにはカソード溶液Ｌｃａを押圧する。これにより、ピストン１３ｂは燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられ、カソード溶液Ｌｃａは、シリンダ１３ａの液体室１３ｉ内から、配管３５ｄと配管３５ｅに流れ出る。配管３５ｄと配管３５ｅに流れ出て、配管３５ｃに流れ出ないのは、逆流防止弁３６ａ〜３６ｃが設けられているからである。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉから、油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉと、油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉとへ、圧送される。
【００５７】
油（液）圧シリンダ（往復動（レシプロ）圧縮機）１５Ａは、レドックス燃料電池２で未反応の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを配管１６ｃに圧送することで、再びレドックス燃料電池２へ戻すものである。油（液）圧シリンダ１５Ａも、油（液）圧シリンダ１３Ａと同様に、シリンダ１５ａ、ピストン（仕切部材（液面））１５ｂ、スプリング１５ｈなどで構成されている。ピストン１５ｂによって、液体室１５ｉと気体室１５ｊとが仕切られている。ピストン１５ｂには、スプリング１５ｈが接続されている。スプリング１５ｈは、ピストン１５ｂを、液体室１５ｉの体積が縮小し気体室１５ｊの体積が拡張する方向に、押圧している。なお、図３では、油（液）圧シリンダ１３Ａと比べて、油（液）圧シリンダ１５Ａが小さく記述されているが、油（液）圧シリンダ１３Ａと同じ大きさでもよい。
【００５８】
油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉに、油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉから、カソード溶液Ｌｃａが圧送されてくると、このタイミングでは電磁弁２６は閉弁しており、カソード溶液Ｌｃａは、液体室１５ｉに貯留する。液体室１５ｉ内はカソード溶液Ｌｃａで高圧となり、カソード溶液Ｌｃａの圧力でピストン１５ｂさらには燃料ガス（水素）Ｇｆｕを押圧する。液体室１５ｉの体積は増大し、ピストン１５ｂを押し上げ、気体室１５ｊの体積は縮小し、気体室１５ｊ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは圧縮される。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、油（液）圧シリンダ１５Ａの気体室１５ｊ内から、配管１６ｆ、１６ｃに流れ出る。配管１６ｆ、１６ｃに流れ出て、配管１６ｅに流れ出ないのは、逆流防止弁１７ａ、１７ｂが設けられているからである。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、油（液）圧シリンダ１５Ａの気体室１５ｊから、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送され、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を循環するようになる。
【００５９】
油（液）圧シリンダ（第２気液シリンダ、往復動（レシプロ）圧縮機）２３Ａも、油（液）圧シリンダ１３Ａと同様に、シリンダ（酸化剤用シリンダ）２３ａ、ピストン（酸化剤用ピストン）２３ｂ、スプリング２３ｈなどで構成されている。ピストン２３ｂには、仕切部材２３ｆと、仕切部材２３ｇとが設けられている。シリンダ２３ａとピストン２３ｂの仕切部材２３ｆによって、液体室２３ｉが区画されている。シリンダ２３ａとピストン２３ｂの仕切部材２３ｇによって、気体室２３ｊが区画されている。ピストン２３ｂには、スプリング２３ｈが接続されている。スプリング２３ｈは、ピストン２３ｂを、液体室２３ｉの体積が縮小し気体室２３ｊの体積が拡張する方向に、押圧している。なお、図３では、油（液）圧シリンダ１３Ａと油（液）圧シリンダ１５Ａが各１つで、油（液）圧シリンダ２３Ａが３個で複数記述されているが、これに限らず、油（液）圧シリンダ１３Ａと油（液）圧シリンダ１５Ａがそれぞれ複数個設けられていても、油（液）圧シリンダ２３Ａが１つであってもよい。なお、液体室２３ｉにおけるシリンダ２３ａの断面積は、気体室２３ｊにおけるシリンダ２３ａの断面積より大きくなっている。これにより、液体室２３ｉに少量のカソード溶液Ｌｃａを流入させるだけで、気体室２３ｊ内の酸化剤Ｇｏｘを大量に流出させることができる。
【００６０】
油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉに、油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉから、カソード溶液Ｌｃａが圧送されてくると、このタイミングでは電磁弁２６は閉弁しており、カソード溶液Ｌｃａは、液体室２３ｉに貯留する。液体室２３ｉ内はカソード溶液Ｌｃａで高圧となり、カソード溶液Ｌｃａの圧力でピストン２３ｂさらには酸化剤Ｇｏｘを押圧する。液体室２３ｉの体積は増大し、ピストン２３ｂは押し上げ、気体室２３ｊの体積は縮小し、気体室２３ｊ内の酸化剤Ｇｏｘは圧縮される。これにより、酸化剤Ｇｏｘは、油（液）圧シリンダ２３Ａの気体室２３ｊ内から、配管２４ｃに流れ出る。配管２４ｃに流れ出て、配管２４ａに流れ出ないのは、逆流防止弁２５ａ、２５ｂが設けられているからである。酸化剤Ｇｏｘは、油（液）圧シリンダ２３Ａの気体室２３ｊから、噴射ノズル３３を経てカソード溶液再生装置３２へ圧送され、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）を流動するようになる。
【００６１】
油（液）圧シリンダ１３Ａにおいて、ピストン１３ｂが十分に押し下げられると、図示しない制御部によって、高圧噴射装置１２により燃料ガス（水素）Ｇｆｕの噴射が止められ、電磁弁１８、２６を開弁する。気体室１３ｊ内は低圧となり、スプリング１３ｅによってピストン１３ｂは押し上げられ、気体室１３ｊ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、配管１６ｃに流れ出る。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、油（液）圧シリンダ１３Ａの気体室１３ｊから、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ、圧送される。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）を流動することになる。
【００６２】
また、スプリング１３ｅによってピストン１３ｂが押し上げられると、液体室１３ｉ内も低圧となり、カソード溶液Ｌｃａが、シリンダ１３ａの液体室１３ｉ内へ、配管３５ｃから流れ込んでくる。配管３５ｄと配管３５ｅから流れ込まず、配管３５ｃから流れ込むのは、逆流防止弁３６ａ〜３６ｃが設けられているからである。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、液体室１３ｉ内に貯留されながら、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）を循環するようになる。また、電磁弁２６も開弁しているので、この循環の流れの一部を構成するように、液体室１５ｉと２３ｉ内のカソード溶液Ｌｃａが、配管３５ｉに流れ出る。液体室１５ｉと２３ｉ内のカソード溶液Ｌｃａは、スプリング１５ｈと２３ｈとによって押圧され、液体室１５ｉと２３ｉ内から押し出される。すなわち、液体室１５ｉと２３ｉ内から押し出されたカソード溶液Ｌｃａ分が、液体室１３ｉ内に貯留されることで、カソード溶液Ｌｃａは、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）を循環していると考えることができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
図４に、本発明の第３の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第３の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、押圧手段３の構造が異なっている。第３の実施形態の押圧手段３は、タービン１３Ｂと、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂと、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂと、遠心式ポンプ３４Ｂとを有している。
【００６４】
タービン１３Ｂは、燃料ガス用羽根車１３ｋを有している。燃料ガス用羽根車１３ｋは、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力で押圧され、取り付けられている回転軸３８を回転させる。
【００６５】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂは、燃料ガス循環用羽根車１５ｋを有している。燃料ガス循環用羽根車１５ｋは、回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを押圧・圧縮し、圧送している。
【００６６】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂは、酸化剤用羽根車２３ｋを有している。酸化剤用羽根車２３ｋは、回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、酸化剤Ｇｏｘを押圧・圧縮し、圧送している。
【００６７】
遠心式ポンプ３４Ｂは、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａを有している。ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａは、回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、カソード溶液Ｌｃａを押圧し、圧送している。
【００６８】
また、アノード溶液を用いる場合は、別途、遠心式ポンプを設ける。この遠心式ポンプは、アノード溶液用羽根車を有する。このアノード溶液用羽根車は回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、アノード溶液Ｌａｎを押圧し、圧送する。
【００６９】
これらに伴い、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）と、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）との、それぞれの構成も異なっている。
【００７０】
第１の実施形態との相違点は、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）においては、配管１６ｂと配管１６ｃが、エキスパンダ１３に替えてタービン１３Ｂに接続している点である。
【００７１】
また、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）においては、配管１６ｅと配管１６ｆが、コンプレッサ１５に替えてコンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。
【００７２】
また、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）においては、配管３５ｃと配管３５ｄが、コンプレッサ２３に替えて遠心式ポンプ３４Ｂに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。
【００７３】
また、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）においては、配管２４ｂと配管２４ｃが、コンプレッサ２３に替えてコンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。
【００７４】
高圧噴射装置１２から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、タービン１３Ｂの燃料ガス用羽根車１３ｋに噴射されると、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力で燃料ガス用羽根車１３ｋは、押圧され、回転する。これにより。回転軸３８が回転する。回転軸３８には、燃料ガス用羽根車１３ｋと、燃料ガス循環用羽根車１５ｋと、酸化剤用羽根車２３ｋと、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａとが連結されている。回転軸３８が回転することによって、燃料ガス循環用羽根車１５ｋと、酸化剤用羽根車２３ｋと、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａとが回転する。また、燃料ガス用羽根車１３ｋに噴射された燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、タービン１３Ｂから配管１６ｃに流れ出る。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、配管１６ｃを経てレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送され、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）を流動するようになる。
【００７５】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂの燃料ガス循環用羽根車１５ｋが回転すると、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを押圧し、圧縮する。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂ内から、配管１６ｆ、１６ｃに流れ出る。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂから、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送され、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を循環するようになる。
【００７６】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂの酸化剤用羽根車２３ｋが回転すると、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂ内の酸化剤Ｇｏｘは圧縮される。これにより、酸化剤Ｇｏｘは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂ内から、配管２４ｃに流れ出る。酸化剤Ｇｏｘは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂから、噴射ノズル３３を経てカソード溶液再生装置３２へ圧送され、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）を流動するようになる。
【００７７】
遠心式ポンプ３４Ｂのロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａが回転すると、遠心式ポンプ３４Ｂ内のカソード溶液Ｌｃａは押圧される。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、遠心式ポンプ３４Ｂ内から、配管３５ｄに流れ出る。カソード溶液Ｌｃａは、遠心式ポンプ３４Ｂから、配管３５ｄを経てレドックス燃料電池２のカソード側流路２ａへ圧送され、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）を流動し循環するようになる。
【００７８】
（第４の実施形態）
図５に、本発明の第４の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第４の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、レドックス燃料電池２が異なっている。第４の実施形態のレドックス燃料電池２では、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に供給されたアノード溶液Ｌａｎと、カソード２ｂ（カソード側流路２ａ）に供給された酸化剤Ｇｏｘとを用いて発電する。
【００７９】
これに伴い、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）を通流後のアノード溶液Ｌａｎを、燃料ガス（水素）Ｇｆｕで還元させることで再生するアノード溶液再生装置（再生装置）４７と、アノード溶液Ｌａｎをアノード溶液再生装置４７とアノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）の間で循環させるアノード溶液循環路（４５ａ〜４５ｄ等）と、その循環用のアノード溶液用ポンプ（ポンプ）４４が設けられている。アノード溶液用ポンプ４４は、クランクシャフト５１の回動により、ロータ（アノード溶液用羽根車）４４ａを回動させ、アノード溶液Ｌａｎを押圧し圧送する。
【００８０】
そして、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｆ等）との、それぞれの構成も異なっている。
【００８１】
第１の実施形態との相違点は、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）においては、配管１６ｃが、レドックス燃料電池２に替えて噴射ノズル４８に接続している点である。噴射ノズル４８から噴射された燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、アノード溶液再生装置４７内のアノード溶液Ｌａｎに吹き込まれることで、アノード溶液再生装置４７に供給される。
【００８２】
また、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）においては、コンプレッサ１５の吸入用バルブ１５ｄに接続する配管１６ｅが、アノード溶液再生装置４７に接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。これにより、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）は、アノード溶液再生装置４７を通流後の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを循環させ、アノード溶液再生装置４７に戻している。
【００８３】
また、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｆ等）においては、加湿装置４９を経由して、レドックス燃料電池２のカソード２ｂ（カソード側流路２ａ）に、酸化剤Ｇｏｘが供給されている点が、第１の実施形態とは異なっている。加湿装置４９では、大気吸入された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｃから入って、加湿されて配管２４ｄから出る。レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａでは、加湿された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｄから入り、発電に伴う化学反応によって生成した水を含んで加湿された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｅから出る。加湿装置４９では、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａから加湿された状態で排気された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｅから入って、含んでいた水分を配管２４ｃから入ってきた酸化剤（空気）Ｇｏｘに与え加湿し（自らは除湿され）、配管２４ｆから出て大気放出される。
【００８４】
アノード溶液循環路（４５ａ〜４５ｄ等）は、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅとラジエータ（ＲＡＤ）４６とを接続する配管４５ａと、レドックス燃料電池２で発電の際に暖められたアノード溶液Ｌａｎを冷却するラジエータ（ＲＡＤ）４６と、ラジエータ（ＲＡＤ）４６とアノード溶液再生装置４７とを接続する配管４５ｂと、アノード溶液再生装置４７とポンプ４４とを接続する配管４５ｃと、ポンプ４４とレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅとを接続する配管４５ｄとを有している。なお、図５において、アノード溶液循環路の配管４５ａ〜４５ｄは太い一点鎖線で示されている。
【００８５】
図６に、第４の実施形態のレドックス燃料電池システム１における、特に、レドックス燃料電池２とアノード溶液再生装置４７における、発電のメカニズムを説明するための図を示す。アノード溶液再生装置４７に、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが吹き込まれ通流すると、アノード溶液再生装置４７においては、燃料ガス（水素Ｈ２）Ｇｆｕから（水素Ｈ２が酸化（価数増）されて）、水素イオン（Ｈ＋）が生成され、アノード溶液Ｌａｎ中の３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）が還元（価数減）されて、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）が生成される（２Ｃｒ３＋＋Ｈ２→２Ｃｒ２＋＋２Ｈ＋）。アノード溶液再生装置４７で生成した２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）と、水素イオン（Ｈ＋）は、アノード溶液Ｌａｎに溶解等して含まれて、アノード溶液Ｌａｎと共にレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに流れ込む。アノード側流路２ｅに、アノード溶液Ｌａｎが通流すると、アノード２ｄにアノード溶液Ｌａｎが供給される。アノード２ｄには、アノード溶液Ｌａｎから、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）と、水素イオン（Ｈ＋）が供給される。アノード２ｄにおいて、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）は酸化されて、３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）と電子（ｅ−）が生成される（２Ｃｒ２＋（＋２Ｈ＋）→２Ｃｒ３＋（＋２Ｈ＋）＋２ｅ−）。なお、アノード２ｄにおいて、水素イオン（Ｈ＋）は、酸化還元反応をしない。水素イオン（Ｈ＋）は、アノード２ｄから、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを経由して、カソード２ｂへ移動する。アノード２ｄで生成した電子（ｅ−）は、アノード２ｄから、負荷となるパワーディストリビューションユニットＰＤＵおよび駆動モータＭＯＴが接続された配線を経由して、カソード２ｂへ移動する。この電子（ｅ−）の移動が、いわゆる、発電（現象）となる。
【００８６】
レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａに、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘが通流すると、カソード２ｂに酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘが供給される。カソード２ｂには、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘから酸素（Ｏ２）が供給され、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃから水素イオン（Ｈ＋）が供給され、配線から電子（ｅ−）が供給される。これらにより、カソード２ｂにおいて、酸素（Ｏ２）と、水素イオン（Ｈ＋）と、電子（ｅ−）とから、水（Ｈ２Ｏ）が生成される（（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）。生成された水は、排気される酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘを加湿することになる。なお、アノード溶液再生装置４７における化学反応と、カソード２ｂにおける化学反応と、アノード２ｄにおける化学反応とを合わせたトータル反応は、酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とから、水（Ｈ２Ｏ）が生成される反応となっている（（１／２）Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ）。また、アノード２ｄで、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）を酸化して、３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）を生成しているのに対して、アノード溶液再生装置４７では、３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）を還元して、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）を生成しているので、アノード溶液再生装置４７は、アノード２ｄにおいて還元剤として機能している２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）を再生していると考えることができる。
また、第４の実施形態では、第１の実施形態の変形例として、第１の実施形態の押圧手段３を用いた上で、カソード溶液Ｌｃａに替えてアノード溶液Ｌａｎを用いた場合を説明した。しかし、これに限らず、第２の実施形態の押圧手段３と、アノード溶液Ｌａｎとを用いてもよいし、第３の実施形態の押圧手段３と、アノード溶液Ｌａｎとを用いてもよいのである。
【００８７】
（第５の実施形態）
図７に、本発明の第５の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第５の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、レドックス燃料電池２が異なっている。第５の実施形態のレドックス燃料電池２では、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に供給されたアノード溶液Ｌａｎと、カソード２ｂ（カソード側流路２ａ）に供給されたカソード溶液Ｌｃａとを用いて発電する。
【００８８】
これに伴い、第４の実施形態で説明した、アノード溶液再生装置（再生装置）４７と、アノード溶液循環路（４５ａ〜４５ｄ等）と、アノード溶液用ポンプ（ポンプ）４４が設けられている。そして、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）との、それぞれの構成も、第４の実施形態と同じになっている。
【００８９】
なお、第５の実施形態では、第１の実施形態の変形例として、第１の実施形態の押圧手段３を用いた上で、カソード溶液Ｌｃａに加えてアノード溶液Ｌａｎを用いた場合を説明した。しかし、これに限らず、第２の実施形態の押圧手段３と、カソード溶液Ｌｃａとアノード溶液Ｌａｎとを用いてもよいし、第３の実施形態の押圧手段３と、カソード溶液Ｌｃａとアノード溶液Ｌａｎとを用いてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１ レドックス燃料電池システム
２ レドックス燃料電池
２ａ カソード側流路
２ｂ カソード
２ｃ プロトン交換膜（ＰＥＭ）
２ｄ アノード
２ｅ アノード側流路
３ 押圧手段
１１ 水素タンク（燃料ガスタンク）
１１ａ 電磁弁
１１ｂ 二次遮断弁
１１ｃ フィルタ
１２ 高圧噴射装置（燃料ガス供給路）
１３ エキスパンダ（往復動（レシプロ）膨張機）
１３ａ シリンダ（燃料ガス用シリンダ）
１３ｂ ピストン（燃料ガス用ピストン、仕切部材（液面））
１３ｃ コンロッド
１３ｄ バルブ
１３ｅ スプリング
１３ｉ 液体室
１３ｊ 気体室
１３ｋ 燃料ガス用羽根車
１３Ａ 油（液）圧シリンダ（第１気液シリンダ、往復動（レシプロ）膨張機）
１３Ｂ タービン
１４ 排出水素タンク
１５ コンプレッサ（燃料ガス循環用：往復動（レシプロ）圧縮機）
１５ａ シリンダ
１５ｂ ピストン（仕切部材（液面））
１５ｃ コンロッド
１５ｄ 吸入用バルブ
１５ｅ 排出用バルブ
１５ｈ スプリング
１５ｉ 液体室
１５ｊ 気体室
１５ｋ 燃料ガス循環用羽根車
１５Ａ 油（液）圧シリンダ（往復動（レシプロ）圧縮機）
１５Ｂ コンプレッサ（ターボ形圧縮機）
１６ａ、１６ｂ アノード系の配管（燃料ガス供給路）
１６ｃ アノード系の配管（燃料ガス供給路と燃料ガス循環路を兼ねる）
１６ｄ〜１６ｆ アノード系の配管（燃料ガス循環路）
１７ａ、１７ｂ 逆流防止弁
１８ 電磁弁
１９ リリーフ弁
２１ インテーク
２２ フィルタ
２３ コンプレッサ（酸化剤用：往復動（レシプロ）圧縮機）
２３ａ シリンダ（酸化剤用シリンダ）
２３ｂ ピストン（酸化剤用ピストン）
２３ｃ コンロッド
２３ｄ 吸入用バルブ
２３ｅ 排出用バルブ
２３ｆ、２３ｇ 仕切部材
２３ｈ スプリング
２３ｉ 液体室
２３ｊ 気体室
２３ｋ 酸化剤用羽根車
２３Ａ 油（液）圧シリンダ（第２気液シリンダ、往復動（レシプロ）圧縮機）
２３Ｂ コンプレッサ（ターボ形圧縮機）
２４ａ〜２４ｆ 配管（酸化剤供給路）
２４ｄ 配管
２５ａ、２５ｂ 逆流防止弁
２６ 電磁弁
３１ ラジエータ（ＲＡＤ）
３２ （カソード溶液）再生装置
３３ 噴射ノズル
３４ ポンプ
３４ａ ロータ（カソード溶液用羽根車）
３４Ｂ 遠心式ポンプ
３５ａ〜３５ｉ 配管（カソード溶液循環路）
３６ａ〜３６ｄ カソード溶液の逆流防止弁
３７ａ、３７ｂ カム
３８ 回転軸
４１ 気液分離装置
４２ ドレイン弁
４３ａ〜４３ｃ ドレイン配管
４４ ポンプ（コンプレッサ、ターボ形圧縮機）
４４ａ ロータ（アノード溶液用羽根車）
４５ａ〜４５ｄ 配管（アノード溶液循環路）
４６ ラジエータ（ＲＡＤ）
４７ （アノード溶液）再生装置
４８ 噴射ノズル
４９ 加湿装置
５１ クランクシャフト
１００ 燃料電池車両
Ｇｆｕ 燃料ガス
Ｇｏｘ 酸化剤ガス
Ｌｃａ カソード溶液
Ｌａｎ アノード溶液
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レドックス燃料電池を備えたレドックス燃料電池システムと、それを搭載した燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
レドックス燃料電池システムとしては、アノードに供給された水素ガスと、カソードに供給されたカソード溶液とを用いて発電するものが提案されている（特許文献１等参照）。カソード溶液は、カソードに供給され還元されるが、反応チャンバ（再生装置）において酸化剤によって再酸化されることで、カソードに循環供給されることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表２０１０−５４１１２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
レドックス燃料電池システムを車載する場合には、航続距離の長距離化の観点から、高圧にすることで水素ガスを大量に貯蔵することができる高圧水素タンクを用いることが考えられる。高圧水素タンクに貯蔵された水素は、減圧されてから、アノードに供給される。高圧の水素は、高圧から減圧される過程で、弾性をもって膨張するので、縮んでいたばねが伸びるのと同様に考えられ、圧縮された状態のばねの位置（弾性）エネルギが、伸びて、すなわち膨張し、運動エネルギに変換されている。この運動エネルギは、最終的には熱エネルギに変換され外部に伝導していると考えられる。この高圧の水素が有する位置（弾性）エネルギや運動エネルギが利用できれば、有用である。
【０００５】
そして、水素タンクに高圧で貯蔵された水素のいわゆる位置（弾性）エネルギを、有効に利用できれば、レドックス燃料電池システムのシステム全体としてのエネルギ効率を向上できると考えられる。
【０００６】
そこで、本発明の課題は、エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供し、さらに、これを搭載しエネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の本発明は、アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された非揮発性のカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード溶液再生装置と、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノードに供給する燃料ガス供給路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴としている。
【０００８】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノードに供給される前の高い圧力を用いて、酸化剤を押圧して圧縮することで、流動させ、カソード溶液再生装置に供給することができるので、従来、この供給に要していたコンプレッサの駆動電力が省け、システム効率を向上することができる。また、水素等の燃料ガスのアノードに供給される前の高い圧力を用いて、カソード溶液を押圧して流動させることで、カソード溶液再生装置とカソードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【０００９】
また、第１の本発明では、前記アノードを通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノードに戻す燃料ガス循環路を備え、
前記押圧手段は、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノードに循環させることが好ましい。
【００１０】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノードに供給される前の高い圧力を用いて、アノードに供給された後の圧力が低下して低圧力になった燃料ガスを押圧して圧縮することで、流動させ燃料ガス循環路を介してアノードに循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１１】
また、第２の本発明は、アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給されたカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともいずれか一つを実施する押圧手段を有することを特徴としている。
【００１２】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、酸化剤を押圧して圧縮することで、流動させカソード溶液再生装置に供給することができるので、従来、この供給に要していたコンプレッサの駆動電力が省け、システム効率を向上することができる。また、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、カソード溶液を押圧して流動させることで、カソード溶液再生装置とカソードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。また、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、アノード溶液を押圧して流動させることで、アノード溶液再生装置とアノードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１３】
また、第３の本発明は、アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給された酸化剤とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソードに供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソードに前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴としている。
【００１４】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、酸化剤を押圧して圧縮することで、流動させカソード溶液再生装置に供給することができるので、従来、この供給に要していたコンプレッサの駆動電力が省け、システム効率を向上することができる。また、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、アノード溶液を押圧して流動させることで、アノード溶液再生装置とアノードの間を循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１５】
また、第２の本発明と第３の本発明では、前記アノード溶液再生装置を通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノード溶液再生装置に戻す燃料ガス循環路とを備え、
前記押圧手段は、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノード溶液再生装置に循環させることが好ましい。
【００１６】
これによれば、水素等の燃料ガスのアノード溶液再生装置に供給される前の高い圧力を用いて、アノード溶液再生装置に供給された後の圧力が低下して低圧力になった燃料ガスを押圧して圧縮することで、流動させ燃料ガス循環路を介してアノード溶液再生装置に循環させることができるので、従来、この循環に要していた循環ポンプの駆動電力が省け、システム効率を向上させることができる。
【００１７】
また、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とでは、
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力でピストンを押圧し、クランクシャフトを回動させる燃料ガス用シリンダを有し、かつ、
前記クランクシャフトの回動により、内蔵するピストンを移動させ前記酸化剤を押圧する酸化剤用シリンダと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させカソード溶液を押圧するカソード溶液用ポンプと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させアノード溶液を押圧するアノード溶液用ポンプと、の少なくともいずれか一つを有することが好ましい。
【００１８】
これによれば、押圧手段として、容積型往復動（レシプロ）機関の内燃機関（ＩＣＥ）を転用して用いることができる。具体的に、容積型往復動（レシプロ）機関である内燃機関（ＩＣＥ）を転用する場合は、複数の気筒を、燃料ガス用シリンダと酸化剤用シリンダに割り当て、内燃機関（ＩＣＥ）を冷却するために内蔵された冷却用ポンプを、カソード溶液用ポンプとアノード溶液用ポンプのどちらか一方に転用することができる。これにより、設計のコストを低減することができる。そして、設計の際に、燃料ガス用シリンダと酸化剤用シリンダとに割り当てられる気筒のボアまたはストロークを調整することにより、燃料ガスと酸化剤の流量比を調整することができる。
【００１９】
また、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とでは、
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で、貯留させたカソード溶液とアノード溶液の少なくともどちらか一方を押圧する第１気液シリンダと、
前記第１気液シリンダとカソード溶液又はアノード溶液の液面の下同士で接続され、カソード溶液又はアノード溶液の圧力で、貯留させた酸化剤を押圧する第２気液シリンダとを有することが好ましい。
【００２０】
これによれば、押圧手段として、容積型往復動（レシプロ）機関の往復動（レシプロ）圧縮機を用いることができる。具体的に、第１気液シリンダは、往復動（レシプロ）圧縮機として機能し、燃料ガスの圧力によって、貯留させたカソード溶液やアノード溶液を押圧し圧送することができる。また、第２気液シリンダも、往復動（レシプロ）圧縮機として機能し、圧送されてきたカソード溶液やアノード溶液の圧力によって、貯留させた酸化剤を押圧し圧送することができる。
【００２１】
また、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とでは、
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で押圧され、取り付けられている回転軸を回転させる燃料ガス用羽根車を有し、かつ、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転し前記酸化剤を押圧する酸化剤用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しカソード溶液を押圧するカソード溶液用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しアノード溶液を押圧するアノード溶液用羽根車と、の少なくともいずれか一つを有することが好ましい。
【００２２】
これによれば、押圧手段として、回転軸が互いに連結したガスタービンとターボ圧縮機を用いることができる。具体的に、ガスタービンでは、燃料ガス用羽根車に燃料ガスが吹き付けられることで、燃料ガス用羽根車が燃料ガスの圧力で押圧され回転する。そして、この回転に伴って回転軸が回転し、遠心式ポンプのカソード溶液用羽根車とアノード溶液用羽根車とが回転する。回転したカソード溶液用羽根車とアノード溶液用羽根車とによって、カソード溶液とアノード溶液とが押圧される。これによって、カソード溶液とアノード溶液を圧送することができる。
【００２３】
また、本発明は、第１の本発明と第２の本発明と第３の本発明とに係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両であることを特徴としている。
【００２４】
これによれば、エネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、エネルギ効率を向上できるレドックス燃料電池システムを提供することができ、さらに、これを搭載しエネルギ効率を向上できる燃料電池車両を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図２】第１の実施形態のレドックス燃料電池システムの発電のメカニズムを説明するための図である。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図４】本発明の第３の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図５】本発明の第４の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【図６】第４の実施形態のレドックス燃料電池システムの発電のメカニズムを説明するための図である。
【図７】本発明の第５の実施形態に係るレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両の構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
次に、本発明を実施するための形態（「実施形態」という）について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、本発明の実施形態に係るレドックス燃料電池システムは、燃料電池自動車に搭載されることを想定しているが、船舶や、自動二輪車、定置用発電装置などに搭載されてもよいのはもちろんである。
【００２８】
（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。燃料電池車両１００では、車輪を駆動させる駆動モータＭＯＴが、パワーディストリビューションユニットＰＤＵ（インバータ）を介して、レドックス燃料電池２（レドックス燃料電池システム１）に接続している。駆動モータＭＯＴは、レドックス燃料電池２（レドックス燃料電池システム１）から供給された電力で、車輪を回動させることで、燃料電池車両１００は走行することができる。
【００２９】
レドックス燃料電池システム１は、主として、レドックス燃料電池２と、水素タンク（燃料ガスタンク）１１と、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）と、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）と、カソード溶液再生装置（再生装置）３２と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）と、押圧手段３とを有している。
【００３０】
レドックス燃料電池２は、アノード２ｄに供給された燃料ガスＧｆｕ（例えば、水素ガス）と、カソード２ｂに供給された非揮発性のカソード溶液Ｌｃａ（例えば、バナジウム（Ｖ）を希硫酸に溶解させた電解液）とを用いて発電する。燃料ガスＧｆｕは、アノード側流路２ｅを通流することで、アノード側流路２ｅに面しているアノード２ｄに到達することができる。アノード２ｄとカソード２ｂの間には、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃが設けられている。カソード溶液Ｌｃａは、カソード側流路２ａを通流することで、カソード側流路２ａに面しているカソード２ｂに到達することができる。レドックス燃料電池２では、アノード２ｄとカソード２ｂとでプロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを挟持してなる単セルを複数積層すれば、所望の電圧に高めて取り出すことができる。
【００３１】
水素タンク１１には、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、高圧に圧縮されて貯蔵されている。
【００３２】
燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）は、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、水素タンク１１から、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に供給する。燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）は、水素タンク１１に接続する配管１６ａと、配管１６ａが接続する高圧噴射装置１２と、高圧噴射装置１２とエキスパンダ１３とを接続する配管１６ｂと、エキスパンダ１３とレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅとを接続する配管１６ｃとを有している。なお、図１において、燃料ガス供給路の配管１６ａ〜１６ｃは太い実線で示されている。また、配管１６ａには、電磁弁１１ａと、二次遮断弁１１ｂと、フィルタ１１ｃと、リリーフ弁１９などが備えられているが、減圧弁は、備えられておらず、水素タンク１１内の高圧水素は、高圧状態を保ったまま高圧噴射装置１２に供給される。
【００３３】
高圧噴射装置１２は、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、高い圧力のまま噴射し、配管１６ｂを介してエキスパンダ１３へ供給する。高圧噴射装置１２には、バルブが内蔵されており、このバルブが、ＥＣＵ（Engine Control Unit）などによって開閉制御されることによって、エキスパンダ１３への高圧水素供給が制御されている。
【００３４】
燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）は、レドックス燃料電池２のアノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）を通流後の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを、循環させ、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に戻している。燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）は、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅと排出水素タンク１４とを接続する配管１６ｄと、レドックス燃料電池２から排出された燃料ガス（水素）Ｇｆｕをいったん貯蔵する排出水素タンク１４と、排出水素タンク１４内に貯蔵された燃料ガス（水素）Ｇｆｕが含んでいる液相分（水分）を、燃料ガス（水素）Ｇｆｕから分離する気液分離装置４１と、排出水素タンク１４とコンプレッサ１５の吸入用バルブ１５ｄとを接続する配管１６ｅと、コンプレッサ１５の排出用バルブ１５ｅと配管１６ｃとを接続する配管１６ｆと、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに接続する配管１６ｃとを有している。なお、図１において、燃料ガス循環路の配管１６ｃ〜１６ｆは太い実線で示されている。また、配管１６ｃは、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を兼ねている。気液分離装置４１で分離された液相分（水分）は、ドレイン配管４３ａと、ドレイン弁４２と、ドレイン配管４３ｂと、再生装置３２と、ドレイン配管４３ｃとを、順に経由して大気に放出される。
【００３５】
カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）は、カソード溶液Ｌｃａを、カソード溶液再生装置３２とレドックス燃料電池２のカソード２ｂ（カソード側流路２ａ）の間で循環させる。カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）は、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａとラジエータ（ＲＡＤ）３１とを接続する配管３５ａと、レドックス燃料電池２で発電の際に暖められたカソード溶液Ｌｃａを冷却するラジエータ（ＲＡＤ）３１と、ラジエータ（ＲＡＤ）３１とカソード溶液再生装置３２とを接続する配管３５ｂと、カソード溶液再生装置３２とポンプ３４とを接続する配管３５ｃと、ポンプ３４とレドックス燃料電池２のカソード側流路２ａとを接続する配管３５ｄとを有している。なお、図１において、カソード溶液循環路の配管３５ａ〜３５ｄは太い破線で示されている。
【００３６】
なお、配管３５ｃは、シリンダ２３ａ、１３ａ、１５ａの周囲に引き回されて配置されている。これは、押圧手段３をレシプロエンジンから転用する際に、冷却用配管を配管３５ｃとして転用しているためである。シリンダ１３ａにおいては、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、噴射される際に、いわゆる、断熱膨張していると考えられ、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの温度は低下し、シリンダ１３ａの温度も低下し、シリンダ１３ａを流れるカソード溶液Ｌｃａも冷却される。カソード溶液Ｌｃａは、カソード溶液再生装置３２における再生の際の化学反応によって発熱し、昇温しているが、シリンダ１３ａ近傍を流れることで冷却され降温することができる。冷却されたカソード溶液Ｌｃａを、レドックス燃料電池２に供給できるので、プロトン交換膜（ＰＥＭ）の温度負荷を低減でき、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を長寿命化できる。また、従来の燃料電池では、その内部の反応膜が主たる発熱源であったが、レドックス燃料電池２では、主たる発熱源が、その外部のカソード溶液再生装置３２になるので、プロトン交換膜（ＰＥＭ）の温度を下げやすく、容易に温度管理できる。そして、前記のように、カソード溶液Ｌｃａを冷却することで、容易に、プロトン交換膜（ＰＥＭ）を冷却することができる。
【００３７】
カソード溶液再生装置３２は、レドックス燃料電池２のカソード２ｂを通流後のカソード溶液Ｌｃａを、酸化剤（例えば、酸素や空気）Ｇｏｘで酸化させることで再生する。
【００３８】
酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）は、酸化剤（例えば、酸素や空気）Ｇｏｘを、大気吸入して、カソード溶液再生装置３２に供給する。酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）は、大気を酸化剤（例えば、酸素や空気）Ｇｏｘとして取り込むインテーク２１と、インテーク２１とフィルタ２２とを接続する配管２４ａと、酸化剤（空気）Ｇｏｘに浮遊するゴミ等の異物を除くフィルタ２２と、フィルタ２２とコンプレッサ２３の吸入用バルブ２３ｄとを接続する配管２４ｂと、コンプレッサ２３の排出用バルブ２３ｅと噴射ノズル３３とを接続する配管２４ｃと、カソード溶液再生装置３２内のカソード溶液Ｌｃａに酸化剤（空気）Ｇｏｘを噴射させ吹き込む噴射ノズル３３とを有している。なお、図１において酸化剤供給路の配管２４ａ〜２４ｃは細い実線で示されている。
【００３９】
押圧手段３は、エキスパンダ（往復動（レシプロ）膨張機）１３と、コンプレッサ（燃料ガス循環用：往復動（レシプロ）圧縮機）１５と、コンプレッサ（酸化剤用：往復動（レシプロ）圧縮機）２３と、ポンプ３４と、クランクシャフト５１と、カム３７ａ、３７ｂとを有している。エキスパンダ１３は、クランクシャフト５１を介してコンプレッサ１５、２３とポンプ３４と連結され連動しており、押圧手段３は、ガソリンエンジンなど、既存のレシプロエンジンを流用（転用）することができる。
【００４０】
エキスパンダ１３は、レシプロエンジンを構成する気筒と同様に、シリンダ（燃料ガス用シリンダ）１３ａ、ピストン（燃料ガス用ピストン）１３ｂ、コンロッド１３ｃ、バルブ１３ｄなどで構成されている。高圧噴射装置１２から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、シリンダ１３ａ内に噴射されると、シリンダ１３ａ内は燃料ガス（水素）Ｇｆｕで高圧となり、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力でピストン１３ｂを押圧する。ピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。
【００４１】
バルブ１３ｄは、エキスパンダ１３の上部（上死点側）に設置されており、カムシャフトおよびカム３７ａの動作に応じて開閉する。バルブ１３ｄの閉時には、シリンダ１３ａ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、閉じ込められたまま膨張し、ピストン１３ｂが押し下げられる。バルブ１３ｄの開時には、シリンダ１３ａ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、自らの圧力（高圧）によって、膨張しながら、配管１６ｃを介してレドックス燃料電池２に圧送される。カムシャフトおよびカム３７ａは、転用する場合は既存のレシプロエンジンに備えられているものを使用してもよい。なお、バルブ１３ｄは、電磁弁などの開閉制御可能なバルブを用いてもよい。このようにすることで、コストダウンを図ることができる。
【００４２】
コンプレッサ１５は、レドックス燃料電池２で未反応の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを配管１６ｃに圧送することで、再びレドックス燃料電池２へ戻すものである。コンプレッサ１５も、レシプロエンジンを構成する気筒と同様に、シリンダ１５ａ、ピストン１５ｂ、コンロッド１５ｃ、吸入用バルブ１５ｄ、排出用バルブ１５ｅなどで構成されている。なお、図１では、エキスパンダ１３と比べて、コンプレッサ１５が小さく記述されているが、エキスパンダ１３と同じ大きさでもよい。ピストン１５ｂは、コンロッド１５ｃ、クランクシャフト５１を介して、エキスパンダ１３のピストン１３ｂと連動するように構成されている。エキスパンダ１３のピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。それに伴い、コンプレッサ１５のコンロッド１５ｃが移動して上がり、ピストン１５ｂを押し上げる。シリンダ１５ａ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、ピストン１５ｂによって押圧されて圧縮され、排気用バルブ１５ｅから配管１６ｆ、１６ｃを経由して、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送される。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を循環するようになる。なお、吸入用バルブ１５ｄおよび排出用バルブ１５ｅは、カムシャフトおよびカム３７ａ、さらには、クランクシャフト５１と連動している。
【００４３】
コンプレッサ２３（酸化剤用：往復動（レシプロ）圧縮機）も、レシプロエンジンを構成する気筒と同様に、シリンダ（酸化剤用シリンダ）２３ａ、ピストン（酸化剤用ピストン）２３ｂ、コンロッド２３ｃ、吸入用バルブ２３ｄ、排出用バルブ２３ｅなどで構成されている。ピストン２３ｂは、コンロッド２３ｃ、クランクシャフト５１を介して、エキスパンダ１３のピストン１３ｂと連動するように構成されている。
【００４４】
図１では、煩雑になるのを避けるためコンプレッサ２３の上下を逆に記載している（図３、図５、図７でも同様である）。エキスパンダ１３のピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。それに伴い、コンプレッサ２３のコンロッド２３ｃが上がり、ピストン２３ｂを押し上げる。シリンダ２３ａ内の酸化剤（空気）Ｇｏｘが、ピストン２３ｂによって押圧され圧縮される。圧縮（押圧）された酸化剤（空気）Ｇｏｘは、排出用バルブ２３ｅから配管２４ｃを経由して、噴射ノズル３３へ圧送される。これにより、酸化剤（空気）Ｇｏｘは、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）を経由して、カソード溶液再生装置３２に供給されるようになる。なお、吸入用バルブ２３ｄおよび排出用バルブ２３ｅは、カムシャフトおよびカム３７ｂ、さらには、クランクシャフト５１と連動している。
【００４５】
ポンプ３４は、レシプロエンジンを構成する冷却用のウォータポンプと同様に、クランクシャフト５１と連動して回動するロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａを有している。エキスパンダ１３のピストン１３ｂが燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられると、コンロッド１３ｃが下がり、クランクシャフト５１が回動する。この回動に伴い、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａが回動する。
【００４６】
そして、図１に示すように、エキスパンダ１３は複数（図１では３個）設けられ、クランクシャフト５１の回転軸に対してコンロッド１３ｃの取り付け角度がエキスパンダ１３毎に異なっている。例えば、エキスパンダ１３が３個の場合、基準とする１つ目のエキスパンダ１３のコンロッド１３ｃの取り付け角度を０度とすると、他の２つのエキスパンダ１３のコンロッド１３ｃの取り付け角度はそれぞれ１２０度と２４０度に設定されている。そして、複数のエキスパンダ１３で、相互に、高圧噴射装置１２が燃料ガス（水素）Ｇｆｕを噴射するタイミングをずらし、ピストン１３ｂ（コンロッド１３ｃ）が押し下げられるタイミングをずらすことで、クランクシャフト５１を連続的に回動させ、回転させることができる。クランクシャフト５１の連続的な回転（回動）により、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａも連続的に回転（回動）し、ポンプ３４は安定したポンピングを実施することができる。ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａが回転（回動）すると、カソード溶液Ｌｃａがロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａによって押圧され、配管３５ｄを経由して、カソード側流路２ａへ圧送される。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）を循環するようになる。
【００４７】
図２に、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１における、特に、レドックス燃料電池２とカソード溶液再生装置３２における、発電のメカニズムを説明するための図を示す。レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが通流すると、アノード２ｄに燃料ガス（水素）Ｇｆｕが供給される。アノード２ｄにおいては、燃料ガス（水素Ｈ２）Ｇｆｕから、水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）が生成される（Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−）。電子（ｅ−）は、アノード２ｄから、負荷となるパワーディストリビューションユニットＰＤＵおよび駆動モータＭＯＴが接続された配線を経由して、カソード２ｂへ移動する。この電子（ｅ−）の移動が、いわゆる、発電（現象）となる。水素イオン（Ｈ＋）は、アノード２ｄから、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを経由して、カソード２ｂへ移動する。プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃでは、水素イオン（Ｈ＋）が、アノード２ｄ側からカソード２ｂ側へ通過する。
【００４８】
レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａに、カソード溶液Ｌｃａが通流すると、カソード２ｂにカソード溶液Ｌｃａが供給される。カソード２ｂには、カソード溶液Ｌｃａから二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）が供給され、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃから水素イオン（Ｈ＋）が供給され、配線から電子（ｅ−）が供給される。これらにより、カソード２ｂにおいて、二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と、水素イオン（Ｈ＋）と、電子（ｅ−）とから、酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と、水（Ｈ２Ｏ）とが生成される（ＶＯ２＋＋２Ｈ＋＋ｅ−→ＶＯ２＋＋Ｈ２Ｏ）。
【００４９】
カソード２ｂで生成した酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と水（Ｈ２Ｏ）は、カソード側流路２ａを通流するカソード溶液Ｌｃａに溶解等して含まれて、カソード溶液Ｌｃａと共にカソード溶液再生装置３２に流れ込む。また、カソード溶液再生装置３２には、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘが供給されている。酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘは、カソード溶液Ｌｃａ中に吹き込まれている。これらにより、カソード溶液再生装置３２において、酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）と、酸素（Ｏ２）とから、二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）が生成（再生）される（ＶＯ２＋＋（１／２）Ｏ２→ＶＯ２＋）。再生した二酸化バナジウムイオン（ＶＯ２＋）は、レドックス燃料電池２とカソード溶液再生装置３２の間を循環するカソード溶液Ｌｃａと共に、再び、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａ（カソード２ｂ）に供給される。カソード溶液再生装置３２における化学反応と、カソード２ｂにおける化学反応と、アノード２ｄにおける化学反応とを合わせたトータル反応は、酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とから、水（Ｈ２Ｏ）が生成される反応となっている（（１／２）Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ）。また、カソード溶液Ｌｃａ中の水（Ｈ２Ｏ）は、吹き込まれた酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘ中に溶け込み、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘと共に、カソード溶液再生装置３２の外部、すなわち、大気中に、ドレイン配管４３ｃを経由して放出される。逆に、カソード溶液Ｌｃａは、生成される水によって湿潤に保たれているので、酸化剤Ｇｏｘを吹き込む前に加湿する必要はない。
【００５０】
カソード２ｂと、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃと、アノード２ｄとは、積層され、３層の膜構造体を構成している。この３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、カソード２ｂ側をカソード溶液Ｌｃａに接し、アノード２ｄ側を燃料ガス（水素）Ｇｆｕに接している。このため、カソード溶液Ｌｃａの表面張力により、３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、カソード溶液Ｌｃａに吸着している。カソード溶液Ｌｃａは、ポンプ３４によって供給されるので、カソード溶液Ｌｃａの圧力の脈動は抑制されている。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、往復動（レシプロ）膨張機であるエキスパンダ１３と、往復動（レシプロ）圧縮機であるコンプレッサ１５によって供給されるので、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力は、脈動する。燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力が脈動しても、３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、脈動の抑制されたカソード溶液Ｌｃａに吸着しているので、脈動し難くなっている。３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、脈動が抑制されることで、変形が抑制され、疲労による膜破れ等の劣化を抑えることができる。また、アノード側流路２ｅ内を燃料ガス（水素）Ｇｆｕでパージし、水分を排出する際にも、３層膜構造体（２ｂ、２ｃ、２ｄ）は、燃料ガス（水素）Ｇｆｕから圧力を受けるものの、変形を抑制することができる。
【００５１】
（第２の実施形態）
図３に、本発明の第２の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第２の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、押圧手段３の構造が異なっている。第２の実施形態の押圧手段３は、油（液）圧シリンダ（第１気液シリンダ、往復動（レシプロ）膨張機）１３Ａと、油（液）圧シリンダ（往復動（レシプロ）圧縮機）１５Ａと、油（液）圧シリンダ（第２気液シリンダ、往復動（レシプロ）圧縮機）２３Ａと、電磁弁１８と、逆流防止弁１７ａ、１７ｂと、電磁弁２６と、逆流防止弁３６ａ〜３６ｄと、逆流防止弁２５ａ、２５ｂとを有している。これに伴い、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）と、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）の、それぞれの構成も異なっている。
【００５２】
第１の実施形態との相違点は、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）においては、配管１６ｂと配管１６ｃが、エキスパンダ１３に替えて油（液）圧シリンダ１３Ａに接続している点である。また、配管１６ｃの油（液）圧シリンダ１３Ａの近傍には、電磁弁１８が設けられている。
【００５３】
また、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）においては、配管１６ｅと配管１６ｆが、コンプレッサ１５に替えて油（液）圧シリンダ１５Ａに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。また、配管１６ｅの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１５Ａからの流れを抑制する逆流防止弁１７ｂが設けられている。配管１６ｆの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１５Ａへの流れを抑制する逆流防止弁１７ｂが設けられている。
【００５４】
カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）は、配管３５ａと、ラジエータ（ＲＡＤ）３１と、配管３５ｂと、カソード溶液再生装置３２と油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉとを接続する配管３５ｃと、液体室１３ｉと油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）とを接続する配管３５ｄと、液体室１３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）と油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）とを接続する配管３５ｅと、複数の油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）間を接続する配管３５ｆ、３５ｇと、液体室２３ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）と配管３５ｉの電磁弁２６の油（液）圧シリンダ１５Ａ側とを接続する配管３５ｈと、油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉ（カソード溶液Ｌｃａの液面の下）とレドックス燃料電池２のカソード側流路２ａとを接続する配管３５ｉとを有している。また、配管３５ｃの油（液）圧シリンダ１３Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１３Ａからの流れを抑制する逆流防止弁３６ａが設けられている。配管３５ｄの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ１５Ａからの流れを抑制する逆流防止弁３６ｃが設けられている。配管３５ｅの油（液）圧シリンダ２３Ａの近傍には、油（液）圧シリンダ２３Ａからの流れを抑制する逆流防止弁３６ｂが設けられている。配管３５ｈには、油（液）圧シリンダ２３Ａへの流れを抑制する逆流防止弁３６ｄが設けられている。また、配管３５ｉの油（液）圧シリンダ１５Ａの近傍には、電磁弁２６が設けられている。
【００５５】
また、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）においては、配管２４ｂの油（液）圧シリンダ２３Ａの近傍に、油（液）圧シリンダ２３Ａからの流れを抑制する逆流防止弁２５ａが設けられている点が、第１の実施形態とは異なっている。また、配管２４ｃの油（液）圧シリンダ２３Ａの近傍に、油（液）圧シリンダ２３Ａへの流れを抑制する逆流防止弁２５ｂが設けられている。
【００５６】
押圧手段３の油（液）圧シリンダ（第１気液シリンダ、往復動（レシプロ）膨張機）１３Ａは、シリンダ（燃料ガス用シリンダ）１３ａ、ピストン（燃料ガス用ピストン）１３ｂ、スプリング１３ｅなどで構成されている。ピストン１３ｂによって、液体室１３ｉと気体室１３ｊとが仕切られている。ピストン１３ｂには、スプリング１３ｅが接続されている。スプリング１３ｅは、ピストン１３ｂを、液体室１３ｉの体積が拡張し気体室１３ｊの体積が縮小する方向に、押圧している。電磁弁１８が閉弁している際に、高圧噴射装置１２から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、シリンダ１３ａの気体室１３ｊ内に噴射されると、気体室１３ｊ内は燃料ガス（水素）Ｇｆｕで高圧となり、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力でピストン１３ｂさらにはカソード溶液Ｌｃａを押圧する。これにより、ピストン１３ｂは燃料ガス（水素）Ｇｆｕによって押し下げられ、カソード溶液Ｌｃａは、シリンダ１３ａの液体室１３ｉ内から、配管３５ｄと配管３５ｅに流れ出る。配管３５ｄと配管３５ｅに流れ出て、配管３５ｃに流れ出ないのは、逆流防止弁３６ａ〜３６ｃが設けられているからである。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉから、油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉと、油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉとへ、圧送される。
【００５７】
油（液）圧シリンダ（往復動（レシプロ）圧縮機）１５Ａは、レドックス燃料電池２で未反応の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを配管１６ｃに圧送することで、再びレドックス燃料電池２へ戻すものである。油（液）圧シリンダ１５Ａも、油（液）圧シリンダ１３Ａと同様に、シリンダ１５ａ、ピストン（仕切部材（液面））１５ｂ、スプリング１５ｈなどで構成されている。ピストン１５ｂによって、液体室１５ｉと気体室１５ｊとが仕切られている。ピストン１５ｂには、スプリング１５ｈが接続されている。スプリング１５ｈは、ピストン１５ｂを、液体室１５ｉの体積が縮小し気体室１５ｊの体積が拡張する方向に、押圧している。なお、図３では、油（液）圧シリンダ１３Ａと比べて、油（液）圧シリンダ１５Ａが小さく記述されているが、油（液）圧シリンダ１３Ａと同じ大きさでもよい。
【００５８】
油（液）圧シリンダ１５Ａの液体室１５ｉに、油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉから、カソード溶液Ｌｃａが圧送されてくると、このタイミングでは電磁弁２６は閉弁しており、カソード溶液Ｌｃａは、液体室１５ｉに貯留する。液体室１５ｉ内はカソード溶液Ｌｃａで高圧となり、カソード溶液Ｌｃａの圧力でピストン１５ｂさらには燃料ガス（水素）Ｇｆｕを押圧する。液体室１５ｉの体積は増大し、ピストン１５ｂを押し上げ、気体室１５ｊの体積は縮小し、気体室１５ｊ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは圧縮される。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、油（液）圧シリンダ１５Ａの気体室１５ｊ内から、配管１６ｆ、１６ｃに流れ出る。配管１６ｆ、１６ｃに流れ出て、配管１６ｅに流れ出ないのは、逆流防止弁１７ａ、１７ｂが設けられているからである。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、油（液）圧シリンダ１５Ａの気体室１５ｊから、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送され、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を循環するようになる。
【００５９】
油（液）圧シリンダ（第２気液シリンダ、往復動（レシプロ）圧縮機）２３Ａも、油（液）圧シリンダ１３Ａと同様に、シリンダ（酸化剤用シリンダ）２３ａ、ピストン（酸化剤用ピストン）２３ｂ、スプリング２３ｈなどで構成されている。ピストン２３ｂには、仕切部材２３ｆと、仕切部材２３ｇとが設けられている。シリンダ２３ａとピストン２３ｂの仕切部材２３ｆによって、液体室２３ｉが区画されている。シリンダ２３ａとピストン２３ｂの仕切部材２３ｇによって、気体室２３ｊが区画されている。ピストン２３ｂには、スプリング２３ｈが接続されている。スプリング２３ｈは、ピストン２３ｂを、液体室２３ｉの体積が縮小し気体室２３ｊの体積が拡張する方向に、押圧している。なお、図３では、油（液）圧シリンダ１３Ａと油（液）圧シリンダ１５Ａが各１つで、油（液）圧シリンダ２３Ａが３個で複数記述されているが、これに限らず、油（液）圧シリンダ１３Ａと油（液）圧シリンダ１５Ａがそれぞれ複数個設けられていても、油（液）圧シリンダ２３Ａが１つであってもよい。なお、液体室２３ｉにおけるシリンダ２３ａの断面積は、気体室２３ｊにおけるシリンダ２３ａの断面積より大きくなっている。これにより、液体室２３ｉに少量のカソード溶液Ｌｃａを流入させるだけで、気体室２３ｊ内の酸化剤Ｇｏｘを大量に流出させることができる。
【００６０】
油（液）圧シリンダ２３Ａの液体室２３ｉに、油（液）圧シリンダ１３Ａの液体室１３ｉから、カソード溶液Ｌｃａが圧送されてくると、このタイミングでは電磁弁２６は閉弁しており、カソード溶液Ｌｃａは、液体室２３ｉに貯留する。液体室２３ｉ内はカソード溶液Ｌｃａで高圧となり、カソード溶液Ｌｃａの圧力でピストン２３ｂさらには酸化剤Ｇｏｘを押圧する。液体室２３ｉの体積は増大し、ピストン２３ｂは押し上げ、気体室２３ｊの体積は縮小し、気体室２３ｊ内の酸化剤Ｇｏｘは圧縮される。これにより、酸化剤Ｇｏｘは、油（液）圧シリンダ２３Ａの気体室２３ｊ内から、配管２４ｃに流れ出る。配管２４ｃに流れ出て、配管２４ａに流れ出ないのは、逆流防止弁２５ａ、２５ｂが設けられているからである。酸化剤Ｇｏｘは、油（液）圧シリンダ２３Ａの気体室２３ｊから、噴射ノズル３３を経てカソード溶液再生装置３２へ圧送され、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）を流動するようになる。
【００６１】
油（液）圧シリンダ１３Ａにおいて、ピストン１３ｂが十分に押し下げられると、図示しない制御部によって、高圧噴射装置１２により燃料ガス（水素）Ｇｆｕの噴射が止められ、電磁弁１８、２６を開弁する。気体室１３ｊ内は低圧となり、スプリング１３ｅによってピストン１３ｂは押し上げられ、気体室１３ｊ内の燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、配管１６ｃに流れ出る。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、油（液）圧シリンダ１３Ａの気体室１３ｊから、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ、圧送される。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）を流動することになる。
【００６２】
また、スプリング１３ｅによってピストン１３ｂが押し上げられると、液体室１３ｉ内も低圧となり、カソード溶液Ｌｃａが、シリンダ１３ａの液体室１３ｉ内へ、配管３５ｃから流れ込んでくる。配管３５ｄと配管３５ｅから流れ込まず、配管３５ｃから流れ込むのは、逆流防止弁３６ａ〜３６ｃが設けられているからである。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、液体室１３ｉ内に貯留されながら、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）を循環するようになる。また、電磁弁２６も開弁しているので、この循環の流れの一部を構成するように、液体室１５ｉと２３ｉ内のカソード溶液Ｌｃａが、配管３５ｉに流れ出る。液体室１５ｉと２３ｉ内のカソード溶液Ｌｃａは、スプリング１５ｈと２３ｈとによって押圧され、液体室１５ｉと２３ｉ内から押し出される。すなわち、液体室１５ｉと２３ｉ内から押し出されたカソード溶液Ｌｃａ分が、液体室１３ｉ内に貯留されることで、カソード溶液Ｌｃａは、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｉ等）を循環していると考えることができる。
【００６３】
（第３の実施形態）
図４に、本発明の第３の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第３の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、押圧手段３の構造が異なっている。第３の実施形態の押圧手段３は、タービン１３Ｂと、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂと、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂと、遠心式ポンプ３４Ｂとを有している。
【００６４】
タービン１３Ｂは、燃料ガス用羽根車１３ｋを有している。燃料ガス用羽根車１３ｋは、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力で押圧され、取り付けられている回転軸３８を回転させる。
【００６５】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂは、燃料ガス循環用羽根車１５ｋを有している。燃料ガス循環用羽根車１５ｋは、回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを押圧・圧縮し、圧送している。
【００６６】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂは、酸化剤用羽根車２３ｋを有している。酸化剤用羽根車２３ｋは、回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、酸化剤Ｇｏｘを押圧・圧縮し、圧送している。
【００６７】
遠心式ポンプ３４Ｂは、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａを有している。ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａは、回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、カソード溶液Ｌｃａを押圧し、圧送している。
【００６８】
また、アノード溶液を用いる場合は、別途、遠心式ポンプを設ける。この遠心式ポンプは、アノード溶液用羽根車を有する。このアノード溶液用羽根車は回転軸３８に取り付けられ、回転軸３８の回転により回転し、アノード溶液Ｌａｎを押圧し、圧送する。
【００６９】
これらに伴い、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）と、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）との、それぞれの構成も異なっている。
【００７０】
第１の実施形態との相違点は、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）においては、配管１６ｂと配管１６ｃが、エキスパンダ１３に替えてタービン１３Ｂに接続している点である。
【００７１】
また、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）においては、配管１６ｅと配管１６ｆが、コンプレッサ１５に替えてコンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。
【００７２】
また、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）においては、配管３５ｃと配管３５ｄが、コンプレッサ２３に替えて遠心式ポンプ３４Ｂに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。
【００７３】
また、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）においては、配管２４ｂと配管２４ｃが、コンプレッサ２３に替えてコンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂに接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。
【００７４】
高圧噴射装置１２から、高圧の燃料ガス（水素）Ｇｆｕが、タービン１３Ｂの燃料ガス用羽根車１３ｋに噴射されると、燃料ガス（水素）Ｇｆｕの圧力で燃料ガス用羽根車１３ｋは、押圧され、回転する。これにより。回転軸３８が回転する。回転軸３８には、燃料ガス用羽根車１３ｋと、燃料ガス循環用羽根車１５ｋと、酸化剤用羽根車２３ｋと、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａとが連結されている。回転軸３８が回転することによって、燃料ガス循環用羽根車１５ｋと、酸化剤用羽根車２３ｋと、ロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａとが回転する。また、燃料ガス用羽根車１３ｋに噴射された燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、タービン１３Ｂから配管１６ｃに流れ出る。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、配管１６ｃを経てレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送され、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）を流動するようになる。
【００７５】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂの燃料ガス循環用羽根車１５ｋが回転すると、燃料ガス（水素）Ｇｆｕを押圧し、圧縮する。これにより、燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂ内から、配管１６ｆ、１６ｃに流れ出る。燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）１５Ｂから、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅへ圧送され、燃料ガス循環路（１６ｃ〜１６ｆ等）を循環するようになる。
【００７６】
コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂの酸化剤用羽根車２３ｋが回転すると、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂ内の酸化剤Ｇｏｘは圧縮される。これにより、酸化剤Ｇｏｘは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂ内から、配管２４ｃに流れ出る。酸化剤Ｇｏｘは、コンプレッサ（ターボ形圧縮機）２３Ｂから、噴射ノズル３３を経てカソード溶液再生装置３２へ圧送され、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｃ等）を流動するようになる。
【００７７】
遠心式ポンプ３４Ｂのロータ（カソード溶液用羽根車）３４ａが回転すると、遠心式ポンプ３４Ｂ内のカソード溶液Ｌｃａは押圧される。これにより、カソード溶液Ｌｃａは、遠心式ポンプ３４Ｂ内から、配管３５ｄに流れ出る。カソード溶液Ｌｃａは、遠心式ポンプ３４Ｂから、配管３５ｄを経てレドックス燃料電池２のカソード側流路２ａへ圧送され、カソード溶液循環路（３５ａ〜３５ｄ等）を流動し循環するようになる。
【００７８】
（第４の実施形態）
図５に、本発明の第４の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第４の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、レドックス燃料電池２が異なっている。第４の実施形態のレドックス燃料電池２では、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に供給されたアノード溶液Ｌａｎと、カソード２ｂ（カソード側流路２ａ）に供給された酸化剤Ｇｏｘとを用いて発電する。
【００７９】
これに伴い、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）を通流後のアノード溶液Ｌａｎを、燃料ガス（水素）Ｇｆｕで還元させることで再生するアノード溶液再生装置（再生装置）４７と、アノード溶液Ｌａｎをアノード溶液再生装置４７とアノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）の間で循環させるアノード溶液循環路（４５ａ〜４５ｄ等）と、その循環用のアノード溶液用ポンプ（ポンプ）４４が設けられている。アノード溶液用ポンプ４４は、クランクシャフト５１の回動により、ロータ（アノード溶液用羽根車）４４ａを回動させ、アノード溶液Ｌａｎを押圧し圧送する。
【００８０】
そして、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）と、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｆ等）との、それぞれの構成も異なっている。
【００８１】
第１の実施形態との相違点は、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）においては、配管１６ｃが、レドックス燃料電池２に替えて噴射ノズル４８に接続している点である。噴射ノズル４８から噴射された燃料ガス（水素）Ｇｆｕは、アノード溶液再生装置４７内のアノード溶液Ｌａｎに吹き込まれることで、アノード溶液再生装置４７に供給される。
【００８２】
また、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）においては、コンプレッサ１５の吸入用バルブ１５ｄに接続する配管１６ｅが、アノード溶液再生装置４７に接続している点が、第１の実施形態とは異なっている。これにより、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）は、アノード溶液再生装置４７を通流後の燃料ガス（水素）Ｇｆｕを循環させ、アノード溶液再生装置４７に戻している。
【００８３】
また、酸化剤供給路（２４ａ〜２４ｆ等）においては、加湿装置４９を経由して、レドックス燃料電池２のカソード２ｂ（カソード側流路２ａ）に、酸化剤Ｇｏｘが供給されている点が、第１の実施形態とは異なっている。加湿装置４９では、大気吸入された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｃから入って、加湿されて配管２４ｄから出る。レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａでは、加湿された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｄから入り、発電に伴う化学反応によって生成した水を含んで加湿された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｅから出る。加湿装置４９では、レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａから加湿された状態で排気された酸化剤（空気）Ｇｏｘが、配管２４ｅから入って、含んでいた水分を配管２４ｃから入ってきた酸化剤（空気）Ｇｏｘに与え加湿し（自らは除湿され）、配管２４ｆから出て大気放出される。
【００８４】
アノード溶液循環路（４５ａ〜４５ｄ等）は、レドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅとラジエータ（ＲＡＤ）４６とを接続する配管４５ａと、レドックス燃料電池２で発電の際に暖められたアノード溶液Ｌａｎを冷却するラジエータ（ＲＡＤ）４６と、ラジエータ（ＲＡＤ）４６とアノード溶液再生装置４７とを接続する配管４５ｂと、アノード溶液再生装置４７とポンプ４４とを接続する配管４５ｃと、ポンプ４４とレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅとを接続する配管４５ｄとを有している。なお、図５において、アノード溶液循環路の配管４５ａ〜４５ｄは太い一点鎖線で示されている。
【００８５】
図６に、第４の実施形態のレドックス燃料電池システム１における、特に、レドックス燃料電池２とアノード溶液再生装置４７における、発電のメカニズムを説明するための図を示す。アノード溶液再生装置４７に、燃料ガス（水素）Ｇｆｕが吹き込まれ通流すると、アノード溶液再生装置４７においては、燃料ガス（水素Ｈ２）Ｇｆｕから（水素Ｈ２が酸化（価数増）されて）、水素イオン（Ｈ＋）が生成され、アノード溶液Ｌａｎ中の３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）が還元（価数減）されて、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）が生成される（２Ｃｒ３＋＋Ｈ２→２Ｃｒ２＋＋２Ｈ＋）。アノード溶液再生装置４７で生成した２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）と、水素イオン（Ｈ＋）は、アノード溶液Ｌａｎに溶解等して含まれて、アノード溶液Ｌａｎと共にレドックス燃料電池２のアノード側流路２ｅに流れ込む。アノード側流路２ｅに、アノード溶液Ｌａｎが通流すると、アノード２ｄにアノード溶液Ｌａｎが供給される。アノード２ｄには、アノード溶液Ｌａｎから、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）と、水素イオン（Ｈ＋）が供給される。アノード２ｄにおいて、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）は酸化されて、３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）と電子（ｅ−）が生成される（２Ｃｒ２＋（＋２Ｈ＋）→２Ｃｒ３＋（＋２Ｈ＋）＋２ｅ−）。なお、アノード２ｄにおいて、水素イオン（Ｈ＋）は、酸化還元反応をしない。水素イオン（Ｈ＋）は、アノード２ｄから、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃを経由して、カソード２ｂへ移動する。アノード２ｄで生成した電子（ｅ−）は、アノード２ｄから、負荷となるパワーディストリビューションユニットＰＤＵおよび駆動モータＭＯＴが接続された配線を経由して、カソード２ｂへ移動する。この電子（ｅ−）の移動が、いわゆる、発電（現象）となる。
【００８６】
レドックス燃料電池２のカソード側流路２ａに、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘが通流すると、カソード２ｂに酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘが供給される。カソード２ｂには、酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘから酸素（Ｏ２）が供給され、プロトン交換膜（ＰＥＭ）２ｃから水素イオン（Ｈ＋）が供給され、配線から電子（ｅ−）が供給される。これらにより、カソード２ｂにおいて、酸素（Ｏ２）と、水素イオン（Ｈ＋）と、電子（ｅ−）とから、水（Ｈ２Ｏ）が生成される（（１／２）Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ）。生成された水は、排気される酸化剤（空気、酸素Ｏ２）Ｇｏｘを加湿することになる。なお、アノード溶液再生装置４７における化学反応と、カソード２ｂにおける化学反応と、アノード２ｄにおける化学反応とを合わせたトータル反応は、酸素（Ｏ２）と水素（Ｈ２）とから、水（Ｈ２Ｏ）が生成される反応となっている（（１／２）Ｏ２＋Ｈ２→Ｈ２Ｏ）。また、アノード２ｄで、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）を酸化して、３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）を生成しているのに対して、アノード溶液再生装置４７では、３価のクロムイオン（Ｃｒ３＋）を還元して、２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）を生成しているので、アノード溶液再生装置４７は、アノード２ｄにおいて還元剤として機能している２価のクロムイオン（Ｃｒ２＋）を再生していると考えることができる。
また、第４の実施形態では、第１の実施形態の変形例として、第１の実施形態の押圧手段３を用いた上で、カソード溶液Ｌｃａに替えてアノード溶液Ｌａｎを用いた場合を説明した。しかし、これに限らず、第２の実施形態の押圧手段３と、アノード溶液Ｌａｎとを用いてもよいし、第３の実施形態の押圧手段３と、アノード溶液Ｌａｎとを用いてもよいのである。
【００８７】
（第５の実施形態）
図７に、本発明の第５の実施形態に係るレドックス燃料電池システム１を搭載した燃料電池車両１００の構成図を示す。第５の実施形態のレドックス燃料電池システム１は、第１の実施形態のレドックス燃料電池システム１と比べて、レドックス燃料電池２が異なっている。第５の実施形態のレドックス燃料電池２では、アノード２ｄ（アノード側流路２ｅ）に供給されたアノード溶液Ｌａｎと、カソード２ｂ（カソード側流路２ａ）に供給されたカソード溶液Ｌｃａとを用いて発電する。
【００８８】
これに伴い、第４の実施形態で説明した、アノード溶液再生装置（再生装置）４７と、アノード溶液循環路（４５ａ〜４５ｄ等）と、アノード溶液用ポンプ（ポンプ）４４が設けられている。そして、燃料ガス供給路（１６ａ〜１６ｃ等）と、燃料ガス循環路（１６ｃ、１６ｅ、１６ｆ等）との、それぞれの構成も、第４の実施形態と同じになっている。
【００８９】
なお、第５の実施形態では、第１の実施形態の変形例として、第１の実施形態の押圧手段３を用いた上で、カソード溶液Ｌｃａに加えてアノード溶液Ｌａｎを用いた場合を説明した。しかし、これに限らず、第２の実施形態の押圧手段３と、カソード溶液Ｌｃａとアノード溶液Ｌａｎとを用いてもよいし、第３の実施形態の押圧手段３と、カソード溶液Ｌｃａとアノード溶液Ｌａｎとを用いてもよい。
【符号の説明】
【００９０】
１ レドックス燃料電池システム
２ レドックス燃料電池
２ａ カソード側流路
２ｂ カソード
２ｃ プロトン交換膜（ＰＥＭ）
２ｄ アノード
２ｅ アノード側流路
３ 押圧手段
１１ 水素タンク（燃料ガスタンク）
１１ａ 電磁弁
１１ｂ 二次遮断弁
１１ｃ フィルタ
１２ 高圧噴射装置（燃料ガス供給路）
１３ エキスパンダ（往復動（レシプロ）膨張機）
１３ａ シリンダ（燃料ガス用シリンダ）
１３ｂ ピストン（燃料ガス用ピストン、仕切部材（液面））
１３ｃ コンロッド
１３ｄ バルブ
１３ｅ スプリング
１３ｉ 液体室
１３ｊ 気体室
１３ｋ 燃料ガス用羽根車
１３Ａ 油（液）圧シリンダ（第１気液シリンダ、往復動（レシプロ）膨張機）
１３Ｂ タービン
１４ 排出水素タンク
１５ コンプレッサ（燃料ガス循環用：往復動（レシプロ）圧縮機）
１５ａ シリンダ
１５ｂ ピストン（仕切部材（液面））
１５ｃ コンロッド
１５ｄ 吸入用バルブ
１５ｅ 排出用バルブ
１５ｈ スプリング
１５ｉ 液体室
１５ｊ 気体室
１５ｋ 燃料ガス循環用羽根車
１５Ａ 油（液）圧シリンダ（往復動（レシプロ）圧縮機）
１５Ｂ コンプレッサ（ターボ形圧縮機）
１６ａ、１６ｂ アノード系の配管（燃料ガス供給路）
１６ｃ アノード系の配管（燃料ガス供給路と燃料ガス循環路を兼ねる）
１６ｄ〜１６ｆ アノード系の配管（燃料ガス循環路）
１７ａ、１７ｂ 逆流防止弁
１８ 電磁弁
１９ リリーフ弁
２１ インテーク
２２ フィルタ
２３ コンプレッサ（酸化剤用：往復動（レシプロ）圧縮機）
２３ａ シリンダ（酸化剤用シリンダ）
２３ｂ ピストン（酸化剤用ピストン）
２３ｃ コンロッド
２３ｄ 吸入用バルブ
２３ｅ 排出用バルブ
２３ｆ、２３ｇ 仕切部材
２３ｈ スプリング
２３ｉ 液体室
２３ｊ 気体室
２３ｋ 酸化剤用羽根車
２３Ａ 油（液）圧シリンダ（第２気液シリンダ、往復動（レシプロ）圧縮機）
２３Ｂ コンプレッサ（ターボ形圧縮機）
２４ａ〜２４ｆ 配管（酸化剤供給路）
２４ｄ 配管
２５ａ、２５ｂ 逆流防止弁
２６ 電磁弁
３１ ラジエータ（ＲＡＤ）
３２ （カソード溶液）再生装置
３３ 噴射ノズル
３４ ポンプ
３４ａ ロータ（カソード溶液用羽根車）
３４Ｂ 遠心式ポンプ
３５ａ〜３５ｉ 配管（カソード溶液循環路）
３６ａ〜３６ｄ カソード溶液の逆流防止弁
３７ａ、３７ｂ カム
３８ 回転軸
４１ 気液分離装置
４２ ドレイン弁
４３ａ〜４３ｃ ドレイン配管
４４ ポンプ（コンプレッサ、ターボ形圧縮機）
４４ａ ロータ（アノード溶液用羽根車）
４５ａ〜４５ｄ 配管（アノード溶液循環路）
４６ ラジエータ（ＲＡＤ）
４７ （アノード溶液）再生装置
４８ 噴射ノズル
４９ 加湿装置
５１ クランクシャフト
１００ 燃料電池車両
Ｇｆｕ 燃料ガス
Ｇｏｘ 酸化剤ガス
Ｌｃａ カソード溶液
Ｌａｎ アノード溶液
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された非揮発性のカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード溶液再生装置と、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノードに供給する燃料ガス供給路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴とするレドックス燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノードを通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノードに戻す燃料ガス循環路を備え、
前記押圧手段は、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノードに循環させることを特徴とする請求項１に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項３】
アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給されたカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード溶液再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともいずれか一つを実施する押圧手段を有することを特徴とするレドックス燃料電池システム。
【請求項４】
アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給された酸化剤とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソードに供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソードに前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴とするレドックス燃料電池システム。
【請求項５】
前記アノード溶液再生装置を通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノード溶液再生装置に戻す燃料ガス循環路とを備え、
前記押圧手段は、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノード溶液再生装置に循環させることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項６】
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力でピストンを押圧し、クランクシャフトを回動させる燃料ガス用シリンダを有し、かつ、
前記クランクシャフトの回動により、内蔵するピストンを移動させ前記酸化剤を押圧する酸化剤用シリンダと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させカソード溶液を押圧するカソード溶液用ポンプと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させアノード溶液を押圧するアノード溶液用ポンプと、
の少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項７】
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で、貯留させたカソード溶液とアノード溶液の少なくともどちらか一方を押圧する第１気液シリンダと、
前記第１気液シリンダとカソード溶液又はアノード溶液の液面の下同士で接続され、カソード溶液又はアノード溶液の圧力で、貯留させた酸化剤を押圧する第２気液シリンダとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項８】
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で押圧され、取り付けられている回転軸を回転させる燃料ガス用羽根車を有し、かつ、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転し前記酸化剤を押圧する酸化剤用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しカソード溶液を押圧するカソード溶液用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しアノード溶液を押圧するアノード溶液用羽根車と、
の少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両。
【請求項１】
アノードに供給された燃料ガスと、カソードに供給された非揮発性のカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード溶液再生装置と、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノードに供給する燃料ガス供給路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴とするレドックス燃料電池システム。
【請求項２】
前記アノードを通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノードに戻す燃料ガス循環路を備え、
前記押圧手段は、
前記アノードに供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノードに循環させることを特徴とする請求項１に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項３】
アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給されたカソード溶液とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記カソードを通流後の前記カソード溶液を、酸化剤で酸化させることで再生するカソード溶液再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記カソード溶液を前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間で循環させるカソード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソード溶液再生装置に供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソード溶液再生装置に前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記カソード溶液を押圧して前記カソード溶液循環路を介して前記カソード溶液再生装置と前記カソードの間を循環させることと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともいずれか一つを実施する押圧手段を有することを特徴とするレドックス燃料電池システム。
【請求項４】
アノードに供給されたアノード溶液と、カソードに供給された酸化剤とを用いて発電するレドックス燃料電池と、
前記アノードを通流後の前記アノード溶液を、燃料ガスで還元させることで再生するアノード溶液再生装置と、
前記燃料ガスを貯蔵する燃料ガスタンクと、
燃料ガスを前記燃料ガスタンクから前記アノード溶液再生装置に供給する燃料ガス供給路と、
前記アノード溶液を前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間で循環させるアノード溶液循環路と、
前記酸化剤を前記カソードに供給する酸化剤供給路とを備えるレドックス燃料電池システムであって、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記酸化剤を押圧して前記カソードに前記酸化剤供給路を介して供給することと、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記アノード溶液を押圧して前記アノード溶液循環路を介して前記アノード溶液再生装置と前記アノードの間を循環させることの、
少なくともどちらか一方を実施する押圧手段を有することを特徴とするレドックス燃料電池システム。
【請求項５】
前記アノード溶液再生装置を通流後の前記燃料ガスを、循環させ前記アノード溶液再生装置に戻す燃料ガス循環路とを備え、
前記押圧手段は、
前記アノード溶液再生装置に供給される前の前記燃料ガスの圧力で、前記燃料ガスを押圧して前記燃料ガス循環路を介して前記アノード溶液再生装置に循環させることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項６】
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力でピストンを押圧し、クランクシャフトを回動させる燃料ガス用シリンダを有し、かつ、
前記クランクシャフトの回動により、内蔵するピストンを移動させ前記酸化剤を押圧する酸化剤用シリンダと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させカソード溶液を押圧するカソード溶液用ポンプと、
前記クランクシャフトの回動により、ロータを回動させアノード溶液を押圧するアノード溶液用ポンプと、
の少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項７】
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で、貯留させたカソード溶液とアノード溶液の少なくともどちらか一方を押圧する第１気液シリンダと、
前記第１気液シリンダとカソード溶液又はアノード溶液の液面の下同士で接続され、カソード溶液又はアノード溶液の圧力で、貯留させた酸化剤を押圧する第２気液シリンダとを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項８】
前記押圧手段は、
前記燃料ガスの圧力で押圧され、取り付けられている回転軸を回転させる燃料ガス用羽根車を有し、かつ、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転し前記酸化剤を押圧する酸化剤用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しカソード溶液を押圧するカソード溶液用羽根車と、
前記回転軸に取り付けられ、前記回転軸の回転により回転しアノード溶液を押圧するアノード溶液用羽根車と、
の少なくともいずれか一つを有することを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載のレドックス燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のレドックス燃料電池システムを搭載した燃料電池車両。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２２６９７２（Ｐ２０１２−２２６９７２Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９３５６７（Ｐ２０１１−９３５６７）
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月２０日（２０１１．４．２０）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]