燃料供給方法および燃料電池車両
【課題】部品点数を低減するとともに省スペース化を図り、さらには、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる燃料充填方法、および、その燃料充填方法が採用される燃料電池装置を備える燃料電池車両を提供すること。
【解決手段】供給源５０における液体燃料および不活性ガスの共通の供給部５３と、燃料電池装置２における液体燃料および不活性ガスの共通の受給部７とを接続し、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を開、第４弁３０を閉とし、第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第３ライン２５を介して不活性ガスを１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４に供給し、第１弁５７を閉、第２弁６０を開、第３弁２６を閉、第４弁３０を開とし、第２ライン５９、供給部５３、受給部７および第４ライン２９を介して液体燃料を１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８に供給し、供給部５３および受給部７を分離させる。
【解決手段】供給源５０における液体燃料および不活性ガスの共通の供給部５３と、燃料電池装置２における液体燃料および不活性ガスの共通の受給部７とを接続し、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を開、第４弁３０を閉とし、第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第３ライン２５を介して不活性ガスを１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４に供給し、第１弁５７を閉、第２弁６０を開、第３弁２６を閉、第４弁３０を開とし、第２ライン５９、供給部５３、受給部７および第４ライン２９を介して液体燃料を１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８に供給し、供給部５３および受給部７を分離させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給方法および燃料電池車両、詳しくは、燃料電池装置に、液体燃料および不活性ガスを供給するための燃料供給方法、および、その燃料電池装置を備える燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、アルカリ型（ＡＦＣ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）などの各種のものが知られている。
【０００３】
これらの燃料電池では、一方側に配置されるアノード電極（燃料側電極）、および、他方側に配置されるカソード電極（酸素側電極）とを備えている。
【０００４】
また、このような燃料電池を備える燃料電池装置として、例えば、アノード電極が接続されるアノードラインと、カソード電極が接続されるカソードラインとを備え、燃料電池の起動時および停止時に、アノードラインおよびカソードラインを窒素ガスで充填する燃料電池装置が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、このような燃料電池装置には、通常、窒素ガスを貯留するガスタンクおよび燃料を貯留する燃料タンクが備えられており、窒素ガスが、外部から窒素ガス供給ラインを介してガスタンクに供給および貯留され、一方、燃料が、外部からガス供給ラインとは異なる燃料供給ラインを介して燃料タンクに供給および貯留される。
【０００６】
そして、起動時および停止時には、ガスタンクから窒素ガスがアノードラインおよびカソードラインに供給され、アノードラインが窒素ガスで充填されるとともに、カソードラインが窒素ガスで充填される。
【０００７】
また、発電時には、燃料が、燃料タンクからアノードラインに供給され、アノード電極に接触するとともに、空気が、カソードラインに供給され、カソード電極に接触する。これにより、燃料電池装置において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２７６７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかるに、特許文献１に記載の燃料電池装置では、窒素ガスおよび燃料が、それぞれ、別のラインを介して、ガスタンクおよび燃料タンクに供給されるため、それらの供給部を、窒素ガス充填部および燃料供給部として別々に設ける必要がある。その結果、燃料電池装置の部品点数が多くなり、また、設置に広いスペースを必要とするという不具合がある。
【００１０】
また、このような燃料電池装置では、ガスタンクへの窒素ガスの供給作業と、燃料タンクへの燃料の供給作業とが別々であるため、例えば、いずれか一方のみを供給して燃料電池を稼動させると、窒素ガス不足または燃料不足を生じる。
【００１１】
一方、燃料電池としては、上記した燃料電池の燃料である水素ガスに代えて、液体燃料を用いる燃料電池、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の液体燃料形燃料電池なども知られている。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。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、部品点数を低減するとともに省スペース化を図り、さらには、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる燃料充填方法、および、その燃料充填方法が採用される燃料電池装置を備え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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料供給方法は、液体燃料および不活性ガスの供給源から、燃料電池装置に、液体燃料および不活性ガスを供給するための燃料供給方法であって、前記供給源は、不活性ガスが貯留される１次ガスタンク、液体燃料が貯留される１次燃料タンク、液体燃料および不活性ガスを前記燃料電池装置に供給するための共通の供給部、前記１次ガスタンクおよび前記供給部を接続する第１ライン、前記１次燃料タンクおよび前記供給部を接続する第２ライン、前記第１ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第１弁、および、前記第２ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第２弁を備え、前記燃料電池装置は、液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備え、前記供給部と、前記受給部とを接続する接続工程と、前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を開、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインを介して、不活性ガスを、前記１次ガスタンクから前記２次ガスタンクに供給する不活性ガス供給工程と、前記第１弁を閉、前記第２弁を開、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第２ライン、前記供給部、前記受給部および前記第４ラインを介して、液体燃料を、前記１次燃料タンクから前記２次燃料タンクに供給する液体燃料供給工程と、前記供給部および前記受給部を分離させる分離工程とを備えることを特徴としている。
【００１４】
このような燃料供給方法では、１次ガスタンクから２次ガスタンクへ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンクから２次燃料タンクへ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部および共通の受給部が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【００１５】
また、このような燃料供給方法では、供給部と受給部とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の燃料供給方法は、さらに、前記第１ラインまたは前記第３ラインに、圧力検出手段を備え、前記接続工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部を、１次ガスタンクから供給される前記不活性ガスで充填するガス充填工程と、前記ガス充填工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、前記圧力検出手段により、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部の圧力を検出する、圧力検出工程とを備えることが好適である。
【００１７】
このような燃料供給方法では、供給部および受給部が接続された後、液体燃料が供給される前に、供給部および受給部の接続部を含むラインに、不活性ガスが充填され、圧力が検出される。このとき、圧力変化を測定することにより、不活性ガスの漏出を検知することができる。
【００１８】
つまり、このような燃料供給方法によれば、液体燃料の供給前に、供給部および受給部の接続不良や、劣化による破損などを検出することができる。そのため、上記の接続不良箇所や破損箇所における液体燃料（気化物を含む）の漏出を防止することができる。
【００１９】
また、本発明の燃料供給方法では、前記液体燃料供給工程の後、かつ、前記分離工程の前において、前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および第４ラインを、１次ガスタンクから供給される不活性ガスでパージし、前記供給部、前記受給部および第４ライン内の液体燃料を、前記２次燃料タンクに輸送する、ガスパージ工程を備えることが好適である。
【００２０】
液体燃料の供給後において、接続された供給部と受給部を分離させると、例えば、供給部および受給部の接続箇所に残存した液体燃料が液垂れを生じる場合や、その液体燃料が外部に付着する場合がある。
【００２１】
一方、このような燃料供給方法では、液体燃料の供給後に、供給部および受給部の接続箇所に液体燃料が残存する場合にも、供給部および受給部が分離される前に、供給部、受給部および第４ライン内に残存する液体燃料が、不活性ガスにより、２次燃料タンクに輸送される。そのため、液体燃料の液垂れおよび付着を防止することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池車両は、前記燃料電池装置を備え、上記の燃料供給方法が採用される燃料電池車両であって、前記燃料電池装置は、液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備えていることを特徴としている。
【００２３】
このような燃料電池車両では、上記の燃料供給方法が採用される、すなわち、１次ガスタンクから２次ガスタンクへ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンクから２次燃料タンクへ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部および共通の受給部が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【００２４】
このような燃料電池車両では、供給部と受給部とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料供給方法および燃料電池車両によれば、不活性ガス供給工程と、液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部および共通の受給部が用いられるため、燃料電池車両の部品点数を低減するとともに省スペース化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明の燃料供給方法および燃料電池車両によれば、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができ、その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の燃料電池車両の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の燃料供給方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．燃料電池車両および燃料電池装置の全体構成
図１は、本発明の燃料電池車両の一実施形態を示す概略構成図である。
【００２９】
図１において、燃料電池車両１は、液体燃料を循環使用する燃料電池装置２を搭載している。
【００３０】
燃料電池装置２は、詳しくは後述するが、供給源５０（後述）の１次ガス供給装置５１から不活性ガスが供給（１次供給）されるとともに、供給源５０（後述）の１次燃料供給装置５２から液体燃料が供給（１次供給）される。
【００３１】
このような燃料電池装置２は、液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体３と、２次ガス供給装置４と、２次燃料供給装置５と、ガス排出−燃料循環部６と、受給部７と、空気給排部８と、車両側コントロールユニット９と、動力部１０とを備えている。
（１）燃料電池本体
燃料電池本体３は、液体燃料が直接供給される、例えば、アニオン交換型燃料電池であって、燃料電池車両１の中央下側に配置されている。
【００３２】
燃料電池本体３に供給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。
【００３３】
また、燃料電池本体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、後述する単位セル１つあたりの出力である。
【００３４】
燃料電池本体３は、電解質層１１と、電解質層１１の一方側に配置されたアノード１２と、電解質層１１の他方側に配置されたカソード１３とを有する燃料電池セル（単位セル）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１１を介してアノード１２およびカソード１３が対向配置されてなる単位セル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のうち、１つの単位セルだけを拡大して表わし、その他の単位セルについては簡略化して記載している。
【００３５】
電解質層１１は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜を用いて形成されている。
【００３６】
アノード１２は、アノード電極１４と、アノード電極１４に液体燃料を供給するための燃料供給部材１５とを有している。
【００３７】
アノード電極１４は、電解質層１１の一方面に形成されている。アノード電極１４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。
【００３８】
燃料供給部材１５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１５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１５は、溝の形成された表面がアノード電極１４に対向接触されている。これにより、アノード電極１４の一方面と燃料供給部材１５の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１４全体に液体燃料を接触させるための燃料供給路１６が形成される。
【００３９】
燃料供給路１６には、液体燃料をアノード１２内に流入させるための燃料供給口１８が一端側（下側）に形成され、液体燃料をアノード１２から排出するための燃料排出口１７が他端側（上側）に形成されている。
【００４０】
カソード１３は、カソード電極１９と、カソード電極１９に空気を供給するための空気供給部材２０とを有している。
【００４１】
カソード電極１９は、電解質層１１の他方面に形成されている。
【００４２】
カソード電極１９の電極材料としては、例えば、アノード電極１４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。
【００４３】
空気供給部材２０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２０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２０は、溝の形成された表面がカソード電極１９に対向接触されている。これにより、カソード電極１９の他方面と空気供給部材２０の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１９全体に空気を接触させるための空気供給路２１が形成される。
【００４４】
空気供給路２１には、空気をカソード１３内に流入させるための空気供給口２２が一端側に形成され、空気をカソード１３から排出するための空気排出口２３が他端側に形成されている。
（２）２次ガス供給装置
２次ガス供給装置４は、燃料電池本体３に不活性ガスを供給するために設けられており、不活性ガスを燃料電池本体３に供給するための２次ガスタンク２４と、その２次ガスタンク２４と受給部７とを接続する第３ライン２５と、２次ガスタンク２４と燃料電池本体３とを接続する第５ライン２７とを備えている。
【００４５】
２次ガスタンク２４は、燃料電池本体３よりも後方、燃料電池車両１の後側において、後述する２次燃料タンク２８の上方に配置されており、後述する１次ガスタンク５５から供給された不活性ガスを貯留する。
【００４６】
第３ライン２５は、一端（車両前後方向前端）が２次ガスタンク２４と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が受給部７と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００４７】
また、第３ライン２５の流れ方向途中には、第３弁２６が備えられている。
【００４８】
第３弁２６は、２次ガスタンク２４に対する不活性ガスの供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第３弁２６は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第３弁２６に入力され、車両側コントロールユニット９が、第３弁２６の開閉を制御する。
【００４９】
なお、詳しくは後述するが、第３ライン２５、具体的には、第３ライン２５の第３弁２６よりも上流側に、圧力検出手段６１（後述）を設けることができる（図１の仮想線参照）。
【００５０】
このような場合において、圧力検出手段６１（後述）は、第３ライン２５およびそれに連通するライン内の内圧を検出するために設けられ、図示しないが、車両側コントロールユニット９に電気的に接続される。
【００５１】
第５ライン２７は、一端（車両前後方向前端）が燃料電池本体３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が２次ガスタンク２４と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００５２】
また、第５ライン２７の流れ方向途中には、第５弁４３が備えられている。
【００５３】
第５弁４３は、燃料電池本体３に対する不活性ガスの供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第５弁４３は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第５弁４３に入力され、車両側コントロールユニット９が、第５弁４３の開閉を制御する。
（３）２次燃料供給装置
２次燃料供給装置５は、燃料電池本体３に液体燃料を供給するために設けられており、液体燃料を燃料電池本体３に供給するための２次燃料タンク２８と、その２次燃料タンク２８と受給部７とを接続する第４ライン２９と、２次燃料タンク２８と燃料電池本体３とを接続する第６ライン３１とを備えている。
【００５４】
２次燃料タンク２８は、燃料電池本体３よりも後方、燃料電池車両１の後側において、上記した２次ガスタンク２４の下方に配置されており、後述する１次燃料タンク５８から供給された液体燃料を貯留する。
【００５５】
第４ライン２９は、一端（車両前後方向前端）が２次燃料タンク２８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が受給部７と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００５６】
また、第４ライン２９の流れ方向途中には、第４弁３０が備えられている。
【００５７】
第４弁３０は、２次燃料タンク２８に対する液体燃料の供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第４弁３０は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第４弁３０に入力され、車両側コントロールユニット９が、第４弁３０の開閉を制御する。
【００５８】
第６ライン３１は、一端（車両前後方向前端）が燃料電池本体３の燃料供給口１８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が２次燃料タンク２８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００５９】
また、第６ライン３１の流れ方向途中には、第６弁４４が備えられている。
【００６０】
第６弁４４は、燃料電池本体３に対する液体燃料の供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第６弁４４は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第６弁４４に入力され、車両側コントロールユニット９が、第６弁４４の開閉を制御する。
（４）ガス排出−燃料循環部
ガス排出−燃料循環部６は、上記の反応における生成ガスと不活性ガスとを燃料電池車両１から排出するとともに、燃料電池本体３で消費されなかった液体燃料（未消費の液体燃料）を燃料電池本体３に循環させるために設けられている。
【００６１】
ガス排出−燃料循環部６は、ガス（具体的には、２次ガス供給装置４から供給される不活性ガス、および、燃料電池本体３における反応で得られる生成ガス）、および、燃料電池本体３（具体的には、アノード１２の燃料供給路１６）から排出される未消費（未反応）の液体燃料を、燃料電池本体３から排出させるためのガス−燃料排出ライン３２と、ガスおよび未反応の液体燃料を分離するとともに、分離されたガスを浄化するための処理装置３３と、分離および浄化されたガスを外部に排出するためのガス排出ライン３４と、未反応の液体燃料を２次燃料タンク２８に還流するための還流ライン３５とを備えている。
【００６２】
ガス−燃料排出ライン３２は、一端（車両前後方向前端）が処理装置３３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が燃料電池本体３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６３】
処理装置３３は、ガスおよび液体燃料を分離するとともに、分離されたガスを浄化できる公知の処理装置であって、一端（車両前後方向前端）がガス排出ライン３４と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）がガス−燃料排出ライン３２と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６４】
ガス排出ライン３４は、一端（車両前後方向前端）が外気に開放されるとともに、他端（車両前後方向後端）が処理装置３３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６５】
還流ライン３５は、一端（車両前後方向前端）が処理装置３３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が２次燃料タンク２８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６６】
すなわち、ガス排出−燃料循環部６では、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３およびガス排出ライン３４が、互いに接続されており、これにより、燃料電池本体３から排出されるガスが、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３およびガス排出ライン３４を順次通過し、外気に至る排出経路を形成している。
【００６７】
また、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３および還流ライン３５が、互いに接続されており、これにより、燃料電池本体３から排出される液体燃料が、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３および還流ライン３５を順次通過し、再び２次燃料タンク２８に戻る循環経路を形成している。
【００６８】
また、図示しないが、ガス排出−燃料循環部６において、処理装置３３と２次燃料タンク２８とは、内圧調整管（図示せず）により接続されている。内圧調整管（図示せず）内にガス成分が通気されることによって、処理装置３３と２次燃料タンク２８との内圧が調整される。
（５）受給部
受給部７は、液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部であって、２次ガスタンク２４および２次燃料タンク２８よりも後方、燃料電池車両１の後側において、後述する供給源５０の供給部５３と接続可能に設けられている。
【００６９】
より具体的には、受給部７は、その一端（車両前後方向前端）が、第３ライン２５の他端（車両前後方向後端）および第４ライン２９の他端（車両前後方向後端）と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。また、受給部７は、その他端（車両前後方向後端）が外気に開放されるように、燃料電池車両１の後端に配置されている。
【００７０】
なお、受給部７は、不使用時には図示しないキャップにより封止されている。
（６）空気給排部
空気給排部８は、発電反応に使用するための空気を給排するために設けられており、空気をカソード１３に供給するための空気供給ライン３６と、カソード１３から排出される空気を外部に排出するための空気排出ライン３７とを備えている。
【００７１】
空気供給ライン３６は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が燃料電池本体３の空気供給口２２に接続されている。空気供給ライン３６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３８が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁３９が設けられている。
【００７２】
これら空気供給ポンプ３８および空気供給弁３９は、それぞれ、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されており（図１の破線参照）、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、空気供給ポンプ３８および空気供給弁３９に入力され、車両側コントロールユニット９が、空気供給ポンプ３８の駆動および停止、および、空気供給弁３９の開閉を制御する。
【００７３】
空気排出ライン３７は、その一端側（上流側）が燃料電池本体３の空気排出口２３に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（７）車両側コントロールユニット
車両側コントロールユニット９は、燃料電池車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。車両側コントロールユニット９は、電気的な接続によりユニット外との信号通信が可能とされている。
【００７４】
なお、車両側コントロールユニット９は、燃料供給時において、供給源側コントロールユニット５４（後述）と電気的に接続され、互いに電子情報を交換することにより、対応動作を可能とされている。
（８）動力部
動力部１０は、燃料電池車両１を駆動させるために設けられており、燃料電池本体３から出力される電気エネルギを、燃料電池車両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４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、インバータ４２とを備えている。
【００７５】
モータ４０は、燃料電池本体３よりも前方、燃料電池車両１の前側に配置されている。モータ４０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。
【００７６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、これに接続される複数の機器に対して入力電力を振り分けるスイッチング機能を有するとともに、入力電圧を降圧する降圧機能を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の正極側入力端子には、カソード１３に接続された正極配線４５が接続されている。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の負極側入力端子には、アノード１２に接続された負極配線４６が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００７７】
インバータ４２は、モータ４０とＤＣ／ＤＣコンバータ４１との間において直列に接続されている。インバータ４２としては、直流電力を交流電力に変換可能な機器であれば、特に限定されず、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。燃料電池本体３から出力される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によりインバータ４２に振り分けられ、インバータ４２により直流電力から三相交流電力に変換されることにより、三相交流電力としてモータ４０に供給される。
２．供給源
上記した燃料電池装置２には、液体燃料および不活性ガスの供給源５０から、液体燃料および不活性ガスが供給（１次供給）される。
【００７８】
供給源５０は、例えば、ステーション（スタンド）などの店舗として設備され、１次ガス供給装置５１と、１次燃料供給装置５２と、供給部５３と、供給源側コントロールユニット５４とを備えている。
（１）１次ガス供給装置
１次ガス供給装置５１は、燃料電池装置２に不活性ガスを供給するために設けられており、不活性ガスが貯留される１次ガスタンク５５と、その１次ガスタンク５５と供給部５３とを接続する第１ライン５６とを備えている。
【００７９】
第１ライン５６は、一端（車両側端）が供給部５３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端が１次ガスタンク５５と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００８０】
また、第１ライン５６の流れ方向途中には、第１弁５７が備えられている。
【００８１】
第１弁５７は、燃料電池装置２に対する不活性ガスの供給および停止を切り替えるために設けられ、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５７は、供給源側コントロールユニット５４に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、供給源側コントロールユニット５４からの制御信号が、第１弁５７に入力され、供給源側コントロールユニット５４が、第１弁５７の開閉を制御する。
【００８２】
また、第１ライン５６、具体的には、第１ライン５６の第１弁５７よりも下流側には、さらに、圧力検出手段６１が備えられている。
【００８３】
圧力検出手段６１は、第１ライン５６およびそれに連通するライン内の内圧を検出するために設けられており、供給源側コントロールユニット５４に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
（２）１次燃料供給装置
１次燃料供給装置５２は、燃料電池装置２に液体燃料を供給するために設けられており、液体燃料が貯留される１次燃料タンク５８と、その１次燃料タンク５８と供給部５３とを接続する第２ライン５９とを備えている。
【００８４】
第２ライン５９は、一端（車両側端）が供給部５３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端が１次燃料タンク５８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００８５】
また、第２ライン５９の流れ方向途中には、第２弁６０が備えられている。
【００８６】
第２弁６０は、燃料電池装置２に対する液体燃料の供給および停止を切り替えるために設けられ、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６０は、供給源側コントロールユニット５４に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、供給源側コントロールユニット５４からの制御信号が、第２弁６０に入力され、供給源側コントロールユニット５４が、第２弁６０の開閉を制御する。
（３）供給部
供給部５３は、液体燃料および不活性ガスを燃料電池装置２に供給するための共通の供給部であって、１次ガスタンク５５および１次燃料タンク５８よりも車両側において、上記した燃料電池装置２の受給部７と接続可能に設けられている。
【００８７】
より具体的には、供給部５３は、その一端（車両側端）が外気に開放されるように、供給源５０の車両側端に配置されており、また、その他端が、第１ライン５６の一端（車両側端）および第２ライン５９の一端（車両側端）と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００８８】
なお、供給部５３は、不使用時には図示しないキャップにより封止されている。
（４）供給源側コントロールユニット
供給源側コントロールユニット５４は、供給源５０における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。供給源側コントロールユニット５４は、電気的な接続によりユニット外との信号通信が可能とされている。
【００８９】
なお、供給源側コントロールユニット５４は、燃料供給時において、車両側コントロールユニット９と電気的に接続され、互いに電子情報を交換することにより、対応動作を可能とされている。
３．燃料供給方法
図２は、本発明の燃料供給方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。
【００９０】
以下では、図１とともに、図２を参照して、燃料電池装置２に対する燃料供給方法について、その手順を説明する。
【００９１】
この方法では、まず、供給部５３と、受給部７とを接続する（ステップＳ１：接続工程）。
【００９２】
また、これとともに、図１において破線で示すように、車両側コントロールユニット９と、供給源側コントロールユニット５４とを、電気的に接続し、互いに対応動作可能とする。
【００９３】
なお、以降の各工程において、各弁や圧力検出手段などを、車両側コントロールユニット９および供給源側コントロールユニット５４により、それぞれ制御する。
【００９４】
次いで、この方法では、上記の接続工程の後、かつ、後述する液体燃料供給工程の前において、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を閉、第４弁３０を閉とする。なお、このとき、第５弁４３および第６弁４４を、閉とする。これにより、第１ライン５６、供給部５３および受給部７（さらに、第３ライン２５の流れ方向途中まで）を、順次連通させる。そして、順次接続された第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第３ライン２５（詳しくは、第３弁２６の上流側）の内部を、１次ガスタンク５５から供給される不活性ガスで充填し、その後、第１弁５７を閉とする（ステップＳ２：ガス充填工程）。
【００９５】
次いで、この方法では、上記のガス充填工程の後、かつ、後述する液体燃料供給工程の前において、圧力検出手段６１により、順次接続された第１ライン５６（詳しくは、第１弁の下流側）、供給部５３、受給部７および第３ライン２５（詳しくは、第３弁２６の上流側）の内部の圧力を検出する（ステップＳ３：圧力検出工程）。
【００９６】
このような燃料供給方法において、供給部５３および受給部７の接続が不良である場合や、供給部５３および／または受給部７が劣化により破損している場合などには、後述するように、液体燃料を供給すると、その接続不良箇所や破損箇所から、液体燃料（気化物を含む）が漏出する場合がある。
【００９７】
一方、このような燃料供給方法では、供給部５３および受給部７が接続された後、液体燃料が供給される前に、供給部５３および受給部７の接続部を含むラインに、不活性ガスが充填され、圧力が検出される。このとき、圧力変化を測定することにより、不活性ガスの漏出を検知することができる。
【００９８】
つまり、このような燃料供給方法によれば、液体燃料の供給前に、供給部５３および受給部７の接続不良や、劣化による破損などを検出することができる。そのため、上記の接続不良箇所や破損箇所における液体燃料（気化物を含む）の漏出を防止することができる。
【００９９】
次いで、この方法では、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を開、第４弁３０を閉とし、順次接続された第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第３ライン２５を介して、不活性ガスを、１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４に供給（１次供給）する（ステップＳ４：不活性ガス供給工程）。
【０１００】
次いで、この方法では、第１弁５７を閉、第２弁６０を開、第３弁２６を閉、第４弁３０を開とし、順次接続された第２ライン５９、供給部５３、受給部７および第４ライン２９を介して、液体燃料を、１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８に供給（１次供給）する（ステップＳ５：液体燃料供給工程）。
【０１０１】
次いで、この方法では、上記の液体燃料供給工程の後、かつ、後述する分離工程の前において、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を閉、第４弁３０を開とし、順次接続された第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第４ライン２９を、１次ガスタンク５５から供給される不活性ガスでパージし、供給部５３、受給部７および第４ライン２９内の液体燃料を、２次燃料タンク２８に輸送する（ステップＳ６：ガスパージ工程）。
【０１０２】
液体燃料の供給後において、接続された供給部５３と受給部７を分離させると、例えば、供給部５３および受給部７の接続箇所に残存した液体燃料が液垂れを生じる場合や、その液体燃料が外部に付着する場合がある。
【０１０３】
一方、このような燃料供給方法では、液体燃料の供給後に、供給部５３および受給部７の接続箇所に液体燃料が残存する場合にも、供給部５３および受給部７が分離される前に、供給部５３、受給部７および第４ライン２９内に残存する液体燃料が、不活性ガスにより、２次燃料タンク２８に輸送される。そのため、供給部５３および受給部７の分離時における液体燃料の液垂れおよび付着を防止することができる。
【０１０４】
次いで、この方法では、供給部５３および受給部７を分離させる（ステップＳ７：分離工程）。
【０１０５】
このような燃料供給方法により、供給源５０から、液体燃料および不活性ガスを、燃料電池装置２に供給することができる。
【０１０６】
そして、このような燃料供給方法では、１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４へ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８へ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部５３および共通の受給部７が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【０１０７】
また、このような燃料供給方法では、供給部５３と受給部７とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業（一連の作業）で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体３を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
４．燃料電池装置による発電
上記した燃料電池装置２では、起動時および停止時において、車両側コントロールユニット９の制御により、第５弁４３が開、第６弁４４が閉とされ、２次ガスタンク２４から不活性ガスが、第５ライン２７を介して燃料電池本体３（燃料供給路１６および空気供給路２１）に供給され、充填される。
【０１０８】
また、発電時には、車両側コントロールユニット９の制御により、第５弁４３が閉、第６弁４４が開とされ、２次燃料タンク２８から液体燃料が、第６ライン３１を介して燃料電池本体３のアノード１２に供給される。一方、空気供給弁３９が開かれ、空気供給ポンプ３８が駆動されることにより、空気が空気供給ライン３６を介して燃料電池本体３カソード１３に供給される。なお、第６弁４４は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【０１０９】
アノード１２では、液体燃料が、アノード電極１４と接触しながら燃料供給路１６を通過する。一方、カソード１３では、空気が、カソード電極１９と接触しながら空気供給路２１を通過する。
【０１１０】
そして、各電極（アノード電極１４およびカソード電極１９）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）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１４での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１９での反応）
（３）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池本体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１４では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極１９での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。
【０１１１】
アノード電極１４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１９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。
【０１１２】
一方、カソード電極１９では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池本体３での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路２１を流れる空気中の酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する（上記式（２）参照）。
【０１１３】
そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質層１１を通過してアノード電極１４に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。
【０１１４】
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）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極１４での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１９での反応）
（６）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池本体３全体での反応）
このようなアノード電極１４およびカソード電極１９での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池本体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、燃料電池本体３に起電力が発生する。
【０１１５】
そして、動力部１０では、発生した起電力が、正極配線４５および負極配線４６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４１に送電され、インバータ４２に送電される。そして、モータ４０では、インバータ４２により三相交流電力に変換された電気エネルギが、燃料電池車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。
【０１１６】
また、上記反応により生じるガスや、供給された不活性ガスなどのガスと、未消費（未反応）の液体燃料とは、ガス−燃料排出ライン３２を介して処理装置３３に導入される。
【０１１７】
処理装置３３において、ガスと未反応液体燃料とが分離され、分離されたガスが、浄化処理される。
【０１１８】
分離および浄化されたガスは、ガス排出ライン３４を通過し、外気に排出され、一方、分離された液体燃料は、還流ライン３５を介して、２次燃料タンク２８に循環される。なお、処理装置３３および２次燃料タンク２８の内圧は、図示しない内圧調整管により、適宜調整される。
【０１１９】
このようにして発電された電力により、燃料電池車両１が、走行可能とされる。
【０１２０】
そして、このような燃料電池車両１では、上記の燃料供給方法が採用される、すなわち、１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４へ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８へ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部５３および共通の受給部７が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【０１２１】
また、このような燃料電池車両１では、供給部５３と受給部７とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業（一連の作業）で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体３を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１ 燃料電池車両
２ 燃料電池装置
３ 燃料電池本体
７ 受給部
２４ ２次ガスタンク
２５ 第３ライン
２６ 第３弁
２８ ２次燃料タンク
２９ 第４ライン
３０ 第４弁
５３ 供給部
５５ １次ガスタンク
５６ 第１ライン
５７ 第１弁
５８ １次燃料タンク
５９ 第２ライン
６０ 第２弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料供給方法および燃料電池車両、詳しくは、燃料電池装置に、液体燃料および不活性ガスを供給するための燃料供給方法、および、その燃料電池装置を備える燃料電池車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、燃料電池として、アルカリ型（ＡＦＣ）、固体高分子型（ＰＥＦＣ）、リン酸型（ＰＡＦＣ）、溶融炭酸塩型（ＭＣＦＣ）、固体電解質型（ＳＯＦＣ）などの各種のものが知られている。
【０００３】
これらの燃料電池では、一方側に配置されるアノード電極（燃料側電極）、および、他方側に配置されるカソード電極（酸素側電極）とを備えている。
【０００４】
また、このような燃料電池を備える燃料電池装置として、例えば、アノード電極が接続されるアノードラインと、カソード電極が接続されるカソードラインとを備え、燃料電池の起動時および停止時に、アノードラインおよびカソードラインを窒素ガスで充填する燃料電池装置が、提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００５】
また、このような燃料電池装置には、通常、窒素ガスを貯留するガスタンクおよび燃料を貯留する燃料タンクが備えられており、窒素ガスが、外部から窒素ガス供給ラインを介してガスタンクに供給および貯留され、一方、燃料が、外部からガス供給ラインとは異なる燃料供給ラインを介して燃料タンクに供給および貯留される。
【０００６】
そして、起動時および停止時には、ガスタンクから窒素ガスがアノードラインおよびカソードラインに供給され、アノードラインが窒素ガスで充填されるとともに、カソードラインが窒素ガスで充填される。
【０００７】
また、発電時には、燃料が、燃料タンクからアノードラインに供給され、アノード電極に接触するとともに、空気が、カソードラインに供給され、カソード電極に接触する。これにより、燃料電池装置において電気化学反応が生じ、起電力が発生する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭６２−２７６７６３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかるに、特許文献１に記載の燃料電池装置では、窒素ガスおよび燃料が、それぞれ、別のラインを介して、ガスタンクおよび燃料タンクに供給されるため、それらの供給部を、窒素ガス充填部および燃料供給部として別々に設ける必要がある。その結果、燃料電池装置の部品点数が多くなり、また、設置に広いスペースを必要とするという不具合がある。
【００１０】
また、このような燃料電池装置では、ガスタンクへの窒素ガスの供給作業と、燃料タンクへの燃料の供給作業とが別々であるため、例えば、いずれか一方のみを供給して燃料電池を稼動させると、窒素ガス不足または燃料不足を生じる。
【００１１】
一方、燃料電池としては、上記した燃料電池の燃料である水素ガスに代えて、液体燃料を用いる燃料電池、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の液体燃料形燃料電池なども知られている。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。
【００１２】
そこで、本発明の目的は、部品点数を低減するとともに省スペース化を図り、さらには、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる燃料充填方法、および、その燃料充填方法が採用される燃料電池装置を備え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】
【００１３】
上記目的を達成するために、本発明の燃料供給方法は、液体燃料および不活性ガスの供給源から、燃料電池装置に、液体燃料および不活性ガスを供給するための燃料供給方法であって、前記供給源は、不活性ガスが貯留される１次ガスタンク、液体燃料が貯留される１次燃料タンク、液体燃料および不活性ガスを前記燃料電池装置に供給するための共通の供給部、前記１次ガスタンクおよび前記供給部を接続する第１ライン、前記１次燃料タンクおよび前記供給部を接続する第２ライン、前記第１ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第１弁、および、前記第２ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第２弁を備え、前記燃料電池装置は、液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備え、前記供給部と、前記受給部とを接続する接続工程と、前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を開、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインを介して、不活性ガスを、前記１次ガスタンクから前記２次ガスタンクに供給する不活性ガス供給工程と、前記第１弁を閉、前記第２弁を開、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第２ライン、前記供給部、前記受給部および前記第４ラインを介して、液体燃料を、前記１次燃料タンクから前記２次燃料タンクに供給する液体燃料供給工程と、前記供給部および前記受給部を分離させる分離工程とを備えることを特徴としている。
【００１４】
このような燃料供給方法では、１次ガスタンクから２次ガスタンクへ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンクから２次燃料タンクへ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部および共通の受給部が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【００１５】
また、このような燃料供給方法では、供給部と受給部とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【００１６】
また、本発明の燃料供給方法は、さらに、前記第１ラインまたは前記第３ラインに、圧力検出手段を備え、前記接続工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部を、１次ガスタンクから供給される前記不活性ガスで充填するガス充填工程と、前記ガス充填工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、前記圧力検出手段により、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部の圧力を検出する、圧力検出工程とを備えることが好適である。
【００１７】
このような燃料供給方法では、供給部および受給部が接続された後、液体燃料が供給される前に、供給部および受給部の接続部を含むラインに、不活性ガスが充填され、圧力が検出される。このとき、圧力変化を測定することにより、不活性ガスの漏出を検知することができる。
【００１８】
つまり、このような燃料供給方法によれば、液体燃料の供給前に、供給部および受給部の接続不良や、劣化による破損などを検出することができる。そのため、上記の接続不良箇所や破損箇所における液体燃料（気化物を含む）の漏出を防止することができる。
【００１９】
また、本発明の燃料供給方法では、前記液体燃料供給工程の後、かつ、前記分離工程の前において、前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および第４ラインを、１次ガスタンクから供給される不活性ガスでパージし、前記供給部、前記受給部および第４ライン内の液体燃料を、前記２次燃料タンクに輸送する、ガスパージ工程を備えることが好適である。
【００２０】
液体燃料の供給後において、接続された供給部と受給部を分離させると、例えば、供給部および受給部の接続箇所に残存した液体燃料が液垂れを生じる場合や、その液体燃料が外部に付着する場合がある。
【００２１】
一方、このような燃料供給方法では、液体燃料の供給後に、供給部および受給部の接続箇所に液体燃料が残存する場合にも、供給部および受給部が分離される前に、供給部、受給部および第４ライン内に残存する液体燃料が、不活性ガスにより、２次燃料タンクに輸送される。そのため、液体燃料の液垂れおよび付着を防止することができる。
【００２２】
また、本発明の燃料電池車両は、前記燃料電池装置を備え、上記の燃料供給方法が採用される燃料電池車両であって、前記燃料電池装置は、液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備えていることを特徴としている。
【００２３】
このような燃料電池車両では、上記の燃料供給方法が採用される、すなわち、１次ガスタンクから２次ガスタンクへ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンクから２次燃料タンクへ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部および共通の受給部が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【００２４】
このような燃料電池車両では、供給部と受給部とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の燃料供給方法および燃料電池車両によれば、不活性ガス供給工程と、液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部および共通の受給部が用いられるため、燃料電池車両の部品点数を低減するとともに省スペース化を図ることができる。
【００２６】
さらに、本発明の燃料供給方法および燃料電池車両によれば、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業で供給することができ、その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の燃料電池車両の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明の燃料供給方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
１．燃料電池車両および燃料電池装置の全体構成
図１は、本発明の燃料電池車両の一実施形態を示す概略構成図である。
【００２９】
図１において、燃料電池車両１は、液体燃料を循環使用する燃料電池装置２を搭載している。
【００３０】
燃料電池装置２は、詳しくは後述するが、供給源５０（後述）の１次ガス供給装置５１から不活性ガスが供給（１次供給）されるとともに、供給源５０（後述）の１次燃料供給装置５２から液体燃料が供給（１次供給）される。
【００３１】
このような燃料電池装置２は、液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体３と、２次ガス供給装置４と、２次燃料供給装置５と、ガス排出−燃料循環部６と、受給部７と、空気給排部８と、車両側コントロールユニット９と、動力部１０とを備えている。
（１）燃料電池本体
燃料電池本体３は、液体燃料が直接供給される、例えば、アニオン交換型燃料電池であって、燃料電池車両１の中央下側に配置されている。
【００３２】
燃料電池本体３に供給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。
【００３３】
また、燃料電池本体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、後述する単位セル１つあたりの出力である。
【００３４】
燃料電池本体３は、電解質層１１と、電解質層１１の一方側に配置されたアノード１２と、電解質層１１の他方側に配置されたカソード１３とを有する燃料電池セル（単位セル）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１１を介してアノード１２およびカソード１３が対向配置されてなる単位セル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のうち、１つの単位セルだけを拡大して表わし、その他の単位セルについては簡略化して記載している。
【００３５】
電解質層１１は、例えば、アニオン成分が移動可能な層であり、アニオン交換膜を用いて形成されている。
【００３６】
アノード１２は、アノード電極１４と、アノード電極１４に液体燃料を供給するための燃料供給部材１５とを有している。
【００３７】
アノード電極１４は、電解質層１１の一方面に形成されている。アノード電極１４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。
【００３８】
燃料供給部材１５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１５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１５は、溝の形成された表面がアノード電極１４に対向接触されている。これにより、アノード電極１４の一方面と燃料供給部材１５の他方面（溝の形成された表面）との間には、アノード電極１４全体に液体燃料を接触させるための燃料供給路１６が形成される。
【００３９】
燃料供給路１６には、液体燃料をアノード１２内に流入させるための燃料供給口１８が一端側（下側）に形成され、液体燃料をアノード１２から排出するための燃料排出口１７が他端側（上側）に形成されている。
【００４０】
カソード１３は、カソード電極１９と、カソード電極１９に空気を供給するための空気供給部材２０とを有している。
【００４１】
カソード電極１９は、電解質層１１の他方面に形成されている。
【００４２】
カソード電極１９の電極材料としては、例えば、アノード電極１４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。
【００４３】
空気供給部材２０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２０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２０は、溝の形成された表面がカソード電極１９に対向接触されている。これにより、カソード電極１９の他方面と空気供給部材２０の一方面（溝の形成された表面）との間には、カソード電極１９全体に空気を接触させるための空気供給路２１が形成される。
【００４４】
空気供給路２１には、空気をカソード１３内に流入させるための空気供給口２２が一端側に形成され、空気をカソード１３から排出するための空気排出口２３が他端側に形成されている。
（２）２次ガス供給装置
２次ガス供給装置４は、燃料電池本体３に不活性ガスを供給するために設けられており、不活性ガスを燃料電池本体３に供給するための２次ガスタンク２４と、その２次ガスタンク２４と受給部７とを接続する第３ライン２５と、２次ガスタンク２４と燃料電池本体３とを接続する第５ライン２７とを備えている。
【００４５】
２次ガスタンク２４は、燃料電池本体３よりも後方、燃料電池車両１の後側において、後述する２次燃料タンク２８の上方に配置されており、後述する１次ガスタンク５５から供給された不活性ガスを貯留する。
【００４６】
第３ライン２５は、一端（車両前後方向前端）が２次ガスタンク２４と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が受給部７と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００４７】
また、第３ライン２５の流れ方向途中には、第３弁２６が備えられている。
【００４８】
第３弁２６は、２次ガスタンク２４に対する不活性ガスの供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第３弁２６は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第３弁２６に入力され、車両側コントロールユニット９が、第３弁２６の開閉を制御する。
【００４９】
なお、詳しくは後述するが、第３ライン２５、具体的には、第３ライン２５の第３弁２６よりも上流側に、圧力検出手段６１（後述）を設けることができる（図１の仮想線参照）。
【００５０】
このような場合において、圧力検出手段６１（後述）は、第３ライン２５およびそれに連通するライン内の内圧を検出するために設けられ、図示しないが、車両側コントロールユニット９に電気的に接続される。
【００５１】
第５ライン２７は、一端（車両前後方向前端）が燃料電池本体３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が２次ガスタンク２４と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００５２】
また、第５ライン２７の流れ方向途中には、第５弁４３が備えられている。
【００５３】
第５弁４３は、燃料電池本体３に対する不活性ガスの供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第５弁４３は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第５弁４３に入力され、車両側コントロールユニット９が、第５弁４３の開閉を制御する。
（３）２次燃料供給装置
２次燃料供給装置５は、燃料電池本体３に液体燃料を供給するために設けられており、液体燃料を燃料電池本体３に供給するための２次燃料タンク２８と、その２次燃料タンク２８と受給部７とを接続する第４ライン２９と、２次燃料タンク２８と燃料電池本体３とを接続する第６ライン３１とを備えている。
【００５４】
２次燃料タンク２８は、燃料電池本体３よりも後方、燃料電池車両１の後側において、上記した２次ガスタンク２４の下方に配置されており、後述する１次燃料タンク５８から供給された液体燃料を貯留する。
【００５５】
第４ライン２９は、一端（車両前後方向前端）が２次燃料タンク２８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が受給部７と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００５６】
また、第４ライン２９の流れ方向途中には、第４弁３０が備えられている。
【００５７】
第４弁３０は、２次燃料タンク２８に対する液体燃料の供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第４弁３０は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第４弁３０に入力され、車両側コントロールユニット９が、第４弁３０の開閉を制御する。
【００５８】
第６ライン３１は、一端（車両前後方向前端）が燃料電池本体３の燃料供給口１８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が２次燃料タンク２８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００５９】
また、第６ライン３１の流れ方向途中には、第６弁４４が備えられている。
【００６０】
第６弁４４は、燃料電池本体３に対する液体燃料の供給および停止を切り替えるために設けられ、例えば、電磁弁など、公知の開閉弁が用いられる。また、第６弁４４は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、第６弁４４に入力され、車両側コントロールユニット９が、第６弁４４の開閉を制御する。
（４）ガス排出−燃料循環部
ガス排出−燃料循環部６は、上記の反応における生成ガスと不活性ガスとを燃料電池車両１から排出するとともに、燃料電池本体３で消費されなかった液体燃料（未消費の液体燃料）を燃料電池本体３に循環させるために設けられている。
【００６１】
ガス排出−燃料循環部６は、ガス（具体的には、２次ガス供給装置４から供給される不活性ガス、および、燃料電池本体３における反応で得られる生成ガス）、および、燃料電池本体３（具体的には、アノード１２の燃料供給路１６）から排出される未消費（未反応）の液体燃料を、燃料電池本体３から排出させるためのガス−燃料排出ライン３２と、ガスおよび未反応の液体燃料を分離するとともに、分離されたガスを浄化するための処理装置３３と、分離および浄化されたガスを外部に排出するためのガス排出ライン３４と、未反応の液体燃料を２次燃料タンク２８に還流するための還流ライン３５とを備えている。
【００６２】
ガス−燃料排出ライン３２は、一端（車両前後方向前端）が処理装置３３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が燃料電池本体３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６３】
処理装置３３は、ガスおよび液体燃料を分離するとともに、分離されたガスを浄化できる公知の処理装置であって、一端（車両前後方向前端）がガス排出ライン３４と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）がガス−燃料排出ライン３２と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６４】
ガス排出ライン３４は、一端（車両前後方向前端）が外気に開放されるとともに、他端（車両前後方向後端）が処理装置３３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６５】
還流ライン３５は、一端（車両前後方向前端）が処理装置３３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端（車両前後方向後端）が２次燃料タンク２８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００６６】
すなわち、ガス排出−燃料循環部６では、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３およびガス排出ライン３４が、互いに接続されており、これにより、燃料電池本体３から排出されるガスが、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３およびガス排出ライン３４を順次通過し、外気に至る排出経路を形成している。
【００６７】
また、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３および還流ライン３５が、互いに接続されており、これにより、燃料電池本体３から排出される液体燃料が、ガス−燃料排出ライン３２、処理装置３３および還流ライン３５を順次通過し、再び２次燃料タンク２８に戻る循環経路を形成している。
【００６８】
また、図示しないが、ガス排出−燃料循環部６において、処理装置３３と２次燃料タンク２８とは、内圧調整管（図示せず）により接続されている。内圧調整管（図示せず）内にガス成分が通気されることによって、処理装置３３と２次燃料タンク２８との内圧が調整される。
（５）受給部
受給部７は、液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部であって、２次ガスタンク２４および２次燃料タンク２８よりも後方、燃料電池車両１の後側において、後述する供給源５０の供給部５３と接続可能に設けられている。
【００６９】
より具体的には、受給部７は、その一端（車両前後方向前端）が、第３ライン２５の他端（車両前後方向後端）および第４ライン２９の他端（車両前後方向後端）と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。また、受給部７は、その他端（車両前後方向後端）が外気に開放されるように、燃料電池車両１の後端に配置されている。
【００７０】
なお、受給部７は、不使用時には図示しないキャップにより封止されている。
（６）空気給排部
空気給排部８は、発電反応に使用するための空気を給排するために設けられており、空気をカソード１３に供給するための空気供給ライン３６と、カソード１３から排出される空気を外部に排出するための空気排出ライン３７とを備えている。
【００７１】
空気供給ライン３６は、その一端側（上流側）が大気中に開放され、他端側（下流側）が燃料電池本体３の空気供給口２２に接続されている。空気供給ライン３６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３８が介在されており、また、その下流側には、空気供給弁３９が設けられている。
【００７２】
これら空気供給ポンプ３８および空気供給弁３９は、それぞれ、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されており（図１の破線参照）、車両側コントロールユニット９からの制御信号が、空気供給ポンプ３８および空気供給弁３９に入力され、車両側コントロールユニット９が、空気供給ポンプ３８の駆動および停止、および、空気供給弁３９の開閉を制御する。
【００７３】
空気排出ライン３７は、その一端側（上流側）が燃料電池本体３の空気排出口２３に接続され、他端側（下流側）がドレンとされる。
（７）車両側コントロールユニット
車両側コントロールユニット９は、燃料電池車両１における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。車両側コントロールユニット９は、電気的な接続によりユニット外との信号通信が可能とされている。
【００７４】
なお、車両側コントロールユニット９は、燃料供給時において、供給源側コントロールユニット５４（後述）と電気的に接続され、互いに電子情報を交換することにより、対応動作を可能とされている。
（８）動力部
動力部１０は、燃料電池車両１を駆動させるために設けられており、燃料電池本体３から出力される電気エネルギを、燃料電池車両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４０と、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１と、インバータ４２とを備えている。
【００７５】
モータ４０は、燃料電池本体３よりも前方、燃料電池車両１の前側に配置されている。モータ４０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。
【００７６】
ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、これに接続される複数の機器に対して入力電力を振り分けるスイッチング機能を有するとともに、入力電圧を降圧する降圧機能を有している。ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の正極側入力端子には、カソード１３に接続された正極配線４５が接続されている。一方、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１の負極側入力端子には、アノード１２に接続された負極配線４６が接続されている。また、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１は、車両側コントロールユニット９に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
【００７７】
インバータ４２は、モータ４０とＤＣ／ＤＣコンバータ４１との間において直列に接続されている。インバータ４２としては、直流電力を交流電力に変換可能な機器であれば、特に限定されず、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。燃料電池本体３から出力される電力は、ＤＣ／ＤＣコンバータ４１によりインバータ４２に振り分けられ、インバータ４２により直流電力から三相交流電力に変換されることにより、三相交流電力としてモータ４０に供給される。
２．供給源
上記した燃料電池装置２には、液体燃料および不活性ガスの供給源５０から、液体燃料および不活性ガスが供給（１次供給）される。
【００７８】
供給源５０は、例えば、ステーション（スタンド）などの店舗として設備され、１次ガス供給装置５１と、１次燃料供給装置５２と、供給部５３と、供給源側コントロールユニット５４とを備えている。
（１）１次ガス供給装置
１次ガス供給装置５１は、燃料電池装置２に不活性ガスを供給するために設けられており、不活性ガスが貯留される１次ガスタンク５５と、その１次ガスタンク５５と供給部５３とを接続する第１ライン５６とを備えている。
【００７９】
第１ライン５６は、一端（車両側端）が供給部５３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端が１次ガスタンク５５と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００８０】
また、第１ライン５６の流れ方向途中には、第１弁５７が備えられている。
【００８１】
第１弁５７は、燃料電池装置２に対する不活性ガスの供給および停止を切り替えるために設けられ、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５７は、供給源側コントロールユニット５４に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、供給源側コントロールユニット５４からの制御信号が、第１弁５７に入力され、供給源側コントロールユニット５４が、第１弁５７の開閉を制御する。
【００８２】
また、第１ライン５６、具体的には、第１ライン５６の第１弁５７よりも下流側には、さらに、圧力検出手段６１が備えられている。
【００８３】
圧力検出手段６１は、第１ライン５６およびそれに連通するライン内の内圧を検出するために設けられており、供給源側コントロールユニット５４に電気的に接続されている（図１の破線参照）。
（２）１次燃料供給装置
１次燃料供給装置５２は、燃料電池装置２に液体燃料を供給するために設けられており、液体燃料が貯留される１次燃料タンク５８と、その１次燃料タンク５８と供給部５３とを接続する第２ライン５９とを備えている。
【００８４】
第２ライン５９は、一端（車両側端）が供給部５３と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されるとともに、他端が１次燃料タンク５８と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００８５】
また、第２ライン５９の流れ方向途中には、第２弁６０が備えられている。
【００８６】
第２弁６０は、燃料電池装置２に対する液体燃料の供給および停止を切り替えるために設けられ、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６０は、供給源側コントロールユニット５４に電気的に接続されている（図１の破線参照）。これにより、供給源側コントロールユニット５４からの制御信号が、第２弁６０に入力され、供給源側コントロールユニット５４が、第２弁６０の開閉を制御する。
（３）供給部
供給部５３は、液体燃料および不活性ガスを燃料電池装置２に供給するための共通の供給部であって、１次ガスタンク５５および１次燃料タンク５８よりも車両側において、上記した燃料電池装置２の受給部７と接続可能に設けられている。
【００８７】
より具体的には、供給部５３は、その一端（車両側端）が外気に開放されるように、供給源５０の車両側端に配置されており、また、その他端が、第１ライン５６の一端（車両側端）および第２ライン５９の一端（車両側端）と、シール材（ガスケットなど）を介して接続されている。
【００８８】
なお、供給部５３は、不使用時には図示しないキャップにより封止されている。
（４）供給源側コントロールユニット
供給源側コントロールユニット５４は、供給源５０における電気的な制御を実行するユニット（例えば、ＥＣＵ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）であり、ＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭなどを備えるマイクロコンピュータで構成されている。供給源側コントロールユニット５４は、電気的な接続によりユニット外との信号通信が可能とされている。
【００８９】
なお、供給源側コントロールユニット５４は、燃料供給時において、車両側コントロールユニット９と電気的に接続され、互いに電子情報を交換することにより、対応動作を可能とされている。
３．燃料供給方法
図２は、本発明の燃料供給方法の一実施形態の手順を示すフローチャートである。
【００９０】
以下では、図１とともに、図２を参照して、燃料電池装置２に対する燃料供給方法について、その手順を説明する。
【００９１】
この方法では、まず、供給部５３と、受給部７とを接続する（ステップＳ１：接続工程）。
【００９２】
また、これとともに、図１において破線で示すように、車両側コントロールユニット９と、供給源側コントロールユニット５４とを、電気的に接続し、互いに対応動作可能とする。
【００９３】
なお、以降の各工程において、各弁や圧力検出手段などを、車両側コントロールユニット９および供給源側コントロールユニット５４により、それぞれ制御する。
【００９４】
次いで、この方法では、上記の接続工程の後、かつ、後述する液体燃料供給工程の前において、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を閉、第４弁３０を閉とする。なお、このとき、第５弁４３および第６弁４４を、閉とする。これにより、第１ライン５６、供給部５３および受給部７（さらに、第３ライン２５の流れ方向途中まで）を、順次連通させる。そして、順次接続された第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第３ライン２５（詳しくは、第３弁２６の上流側）の内部を、１次ガスタンク５５から供給される不活性ガスで充填し、その後、第１弁５７を閉とする（ステップＳ２：ガス充填工程）。
【００９５】
次いで、この方法では、上記のガス充填工程の後、かつ、後述する液体燃料供給工程の前において、圧力検出手段６１により、順次接続された第１ライン５６（詳しくは、第１弁の下流側）、供給部５３、受給部７および第３ライン２５（詳しくは、第３弁２６の上流側）の内部の圧力を検出する（ステップＳ３：圧力検出工程）。
【００９６】
このような燃料供給方法において、供給部５３および受給部７の接続が不良である場合や、供給部５３および／または受給部７が劣化により破損している場合などには、後述するように、液体燃料を供給すると、その接続不良箇所や破損箇所から、液体燃料（気化物を含む）が漏出する場合がある。
【００９７】
一方、このような燃料供給方法では、供給部５３および受給部７が接続された後、液体燃料が供給される前に、供給部５３および受給部７の接続部を含むラインに、不活性ガスが充填され、圧力が検出される。このとき、圧力変化を測定することにより、不活性ガスの漏出を検知することができる。
【００９８】
つまり、このような燃料供給方法によれば、液体燃料の供給前に、供給部５３および受給部７の接続不良や、劣化による破損などを検出することができる。そのため、上記の接続不良箇所や破損箇所における液体燃料（気化物を含む）の漏出を防止することができる。
【００９９】
次いで、この方法では、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を開、第４弁３０を閉とし、順次接続された第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第３ライン２５を介して、不活性ガスを、１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４に供給（１次供給）する（ステップＳ４：不活性ガス供給工程）。
【０１００】
次いで、この方法では、第１弁５７を閉、第２弁６０を開、第３弁２６を閉、第４弁３０を開とし、順次接続された第２ライン５９、供給部５３、受給部７および第４ライン２９を介して、液体燃料を、１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８に供給（１次供給）する（ステップＳ５：液体燃料供給工程）。
【０１０１】
次いで、この方法では、上記の液体燃料供給工程の後、かつ、後述する分離工程の前において、第１弁５７を開、第２弁６０を閉、第３弁２６を閉、第４弁３０を開とし、順次接続された第１ライン５６、供給部５３、受給部７および第４ライン２９を、１次ガスタンク５５から供給される不活性ガスでパージし、供給部５３、受給部７および第４ライン２９内の液体燃料を、２次燃料タンク２８に輸送する（ステップＳ６：ガスパージ工程）。
【０１０２】
液体燃料の供給後において、接続された供給部５３と受給部７を分離させると、例えば、供給部５３および受給部７の接続箇所に残存した液体燃料が液垂れを生じる場合や、その液体燃料が外部に付着する場合がある。
【０１０３】
一方、このような燃料供給方法では、液体燃料の供給後に、供給部５３および受給部７の接続箇所に液体燃料が残存する場合にも、供給部５３および受給部７が分離される前に、供給部５３、受給部７および第４ライン２９内に残存する液体燃料が、不活性ガスにより、２次燃料タンク２８に輸送される。そのため、供給部５３および受給部７の分離時における液体燃料の液垂れおよび付着を防止することができる。
【０１０４】
次いで、この方法では、供給部５３および受給部７を分離させる（ステップＳ７：分離工程）。
【０１０５】
このような燃料供給方法により、供給源５０から、液体燃料および不活性ガスを、燃料電池装置２に供給することができる。
【０１０６】
そして、このような燃料供給方法では、１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４へ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８へ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部５３および共通の受給部７が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【０１０７】
また、このような燃料供給方法では、供給部５３と受給部７とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業（一連の作業）で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体３を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
４．燃料電池装置による発電
上記した燃料電池装置２では、起動時および停止時において、車両側コントロールユニット９の制御により、第５弁４３が開、第６弁４４が閉とされ、２次ガスタンク２４から不活性ガスが、第５ライン２７を介して燃料電池本体３（燃料供給路１６および空気供給路２１）に供給され、充填される。
【０１０８】
また、発電時には、車両側コントロールユニット９の制御により、第５弁４３が閉、第６弁４４が開とされ、２次燃料タンク２８から液体燃料が、第６ライン３１を介して燃料電池本体３のアノード１２に供給される。一方、空気供給弁３９が開かれ、空気供給ポンプ３８が駆動されることにより、空気が空気供給ライン３６を介して燃料電池本体３カソード１３に供給される。なお、第６弁４４は、液体燃料が所定量供給された後に閉じられる。
【０１０９】
アノード１２では、液体燃料が、アノード電極１４と接触しながら燃料供給路１６を通過する。一方、カソード１３では、空気が、カソード電極１９と接触しながら空気供給路２１を通過する。
【０１１０】
そして、各電極（アノード電極１４およびカソード電極１９）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）ＣＨ３ＯＨ＋６ＯＨ−→ＣＯ２＋５Ｈ２Ｏ＋６ｅ−（アノード電極１４での反応）
（２）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１９での反応）
（３）ＣＨ３ＯＨ＋３／２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池本体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１４では、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）とカソード電極１９での反応で生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）とが反応して、二酸化炭素（ＣＯ２）および水（Ｈ２Ｏ）が生成するとともに、電子（ｅ−）が発生する（上記式（１）参照）。
【０１１１】
アノード電極１４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１９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。
【０１１２】
一方、カソード電極１９では、電子（ｅ−）と、外部からの供給もしくは燃料電池本体３での反応で生成した水（Ｈ２Ｏ）と、空気供給路２１を流れる空気中の酸素（Ｏ２）とが反応して、水酸化物イオン（ＯＨ−）が生成する（上記式（２）参照）。
【０１１３】
そして、生成した水酸化物イオン（ＯＨ−）が、電解質層１１を通過してアノード電極１４に到達し、上記と同様の反応（上記式（１）参照）が生じる。
【０１１４】
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）Ｎ２Ｈ４＋４ＯＨ−→Ｎ２＋４Ｈ２Ｏ＋４ｅ− （アノード電極１４での反応）
（５）Ｏ２＋２Ｈ２Ｏ＋４ｅ−→４ＯＨ− （カソード電極１９での反応）
（６）Ｎ２Ｈ４＋Ｏ２→Ｎ２＋２Ｈ２Ｏ （燃料電池本体３全体での反応）
このようなアノード電極１４およびカソード電極１９での電気化学的反応が連続的に生じることによって、燃料電池本体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、燃料電池本体３に起電力が発生する。
【０１１５】
そして、動力部１０では、発生した起電力が、正極配線４５および負極配線４６を介してＤＣ／ＤＣコンバータ４１に送電され、インバータ４２に送電される。そして、モータ４０では、インバータ４２により三相交流電力に変換された電気エネルギが、燃料電池車両１の車輪を駆動させる機械エネルギに変換される。
【０１１６】
また、上記反応により生じるガスや、供給された不活性ガスなどのガスと、未消費（未反応）の液体燃料とは、ガス−燃料排出ライン３２を介して処理装置３３に導入される。
【０１１７】
処理装置３３において、ガスと未反応液体燃料とが分離され、分離されたガスが、浄化処理される。
【０１１８】
分離および浄化されたガスは、ガス排出ライン３４を通過し、外気に排出され、一方、分離された液体燃料は、還流ライン３５を介して、２次燃料タンク２８に循環される。なお、処理装置３３および２次燃料タンク２８の内圧は、図示しない内圧調整管により、適宜調整される。
【０１１９】
このようにして発電された電力により、燃料電池車両１が、走行可能とされる。
【０１２０】
そして、このような燃料電池車両１では、上記の燃料供給方法が採用される、すなわち、１次ガスタンク５５から２次ガスタンク２４へ不活性ガスが供給される不活性ガス供給工程と、１次燃料タンク５８から２次燃料タンク２８へ液体燃料が供給される液体燃料供給工程とにおいて、共通の供給部５３および共通の受給部７が用いられるため、部品点数の削減、および、省スペース化を図ることができる。
【０１２１】
また、このような燃料電池車両１では、供給部５３と受給部７とを接続する接続工程と、それらが分離される分離工程との間において、不活性ガスと液体燃料とが、それぞれ供給されるため、不活性ガスおよび液体燃料を、１つの作業（一連の作業）で供給することができる。その結果、不活性ガスおよび液体燃料のいずれか一方のみを供給して燃料電池本体３を稼動させたときに、不活性ガス不足または燃料不足が生じることを防止することができる。
【符号の説明】
【０１２２】
１ 燃料電池車両
２ 燃料電池装置
３ 燃料電池本体
７ 受給部
２４ ２次ガスタンク
２５ 第３ライン
２６ 第３弁
２８ ２次燃料タンク
２９ 第４ライン
３０ 第４弁
５３ 供給部
５５ １次ガスタンク
５６ 第１ライン
５７ 第１弁
５８ １次燃料タンク
５９ 第２ライン
６０ 第２弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体燃料および不活性ガスの供給源から、燃料電池装置に、液体燃料および不活性ガスを供給するための燃料供給方法であって、
前記供給源は、
不活性ガスが貯留される１次ガスタンク、
液体燃料が貯留される１次燃料タンク、
液体燃料および不活性ガスを前記燃料電池装置に供給するための共通の供給部、
前記１次ガスタンクおよび前記供給部を接続する第１ライン、
前記１次燃料タンクおよび前記供給部を接続する第２ライン、
前記第１ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第１弁、および、
前記第２ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第２弁を備え、
前記燃料電池装置は、
液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、
不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、
液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、
液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、
前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、
前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、
前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、
前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備え、
前記供給部と、前記受給部とを接続する接続工程と、
前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を開、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインを介して、不活性ガスを、前記１次ガスタンクから前記２次ガスタンクに供給する不活性ガス供給工程と、
前記第１弁を閉、前記第２弁を開、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第２ライン、前記供給部、前記受給部および前記第４ラインを介して、液体燃料を、前記１次燃料タンクから前記２次燃料タンクに供給する液体燃料供給工程と、
前記供給部および前記受給部を分離させる分離工程と
を備えることを特徴とする、燃料供給方法。
【請求項２】
さらに、前記第１ラインまたは前記第３ラインに、圧力検出手段を備え、
前記接続工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、
前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部を、１次ガスタンクから供給される前記不活性ガスで充填するガス充填工程と、
前記ガス充填工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、
前記圧力検出手段により、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部の圧力を検出する、圧力検出工程と
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料供給方法。
【請求項３】
前記液体燃料供給工程の後、かつ、前記分離工程の前において、
前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および第４ラインを、１次ガスタンクから供給される不活性ガスでパージし、
前記供給部、前記受給部および第４ライン内の液体燃料を、前記２次燃料タンクに輸送する、ガスパージ工程
を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料供給方法。
【請求項４】
前記燃料電池装置を備え、請求項１〜３に記載の燃料供給方法が採用される燃料電池車両であって、
前記燃料電池装置は、
液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、
不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、
液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、
液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、
前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、
前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、
前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、
前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備えていることを特徴とする、燃料電池車両。
【請求項１】
液体燃料および不活性ガスの供給源から、燃料電池装置に、液体燃料および不活性ガスを供給するための燃料供給方法であって、
前記供給源は、
不活性ガスが貯留される１次ガスタンク、
液体燃料が貯留される１次燃料タンク、
液体燃料および不活性ガスを前記燃料電池装置に供給するための共通の供給部、
前記１次ガスタンクおよび前記供給部を接続する第１ライン、
前記１次燃料タンクおよび前記供給部を接続する第２ライン、
前記第１ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第１弁、および、
前記第２ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第２弁を備え、
前記燃料電池装置は、
液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、
不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、
液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、
液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、
前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、
前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、
前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、
前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備え、
前記供給部と、前記受給部とを接続する接続工程と、
前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を開、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインを介して、不活性ガスを、前記１次ガスタンクから前記２次ガスタンクに供給する不活性ガス供給工程と、
前記第１弁を閉、前記第２弁を開、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第２ライン、前記供給部、前記受給部および前記第４ラインを介して、液体燃料を、前記１次燃料タンクから前記２次燃料タンクに供給する液体燃料供給工程と、
前記供給部および前記受給部を分離させる分離工程と
を備えることを特徴とする、燃料供給方法。
【請求項２】
さらに、前記第１ラインまたは前記第３ラインに、圧力検出手段を備え、
前記接続工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、
前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を閉とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部を、１次ガスタンクから供給される前記不活性ガスで充填するガス充填工程と、
前記ガス充填工程の後、かつ、前記液体燃料供給工程の前において、
前記圧力検出手段により、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および前記第３ラインの内部の圧力を検出する、圧力検出工程と
を備えることを特徴とする、請求項１に記載の燃料供給方法。
【請求項３】
前記液体燃料供給工程の後、かつ、前記分離工程の前において、
前記第１弁を開、前記第２弁を閉、前記第３弁を閉、前記第４弁を開とし、順次接続された前記第１ライン、前記供給部、前記受給部および第４ラインを、１次ガスタンクから供給される不活性ガスでパージし、
前記供給部、前記受給部および第４ライン内の液体燃料を、前記２次燃料タンクに輸送する、ガスパージ工程
を備えることを特徴とする、請求項１または２に記載の燃料供給方法。
【請求項４】
前記燃料電池装置を備え、請求項１〜３に記載の燃料供給方法が採用される燃料電池車両であって、
前記燃料電池装置は、
液体燃料を消費する反応により発電する燃料電池本体、
不活性ガスを前記燃料電池本体に供給するための２次ガスタンク、
液体燃料を前記燃料電池本体に供給するための２次燃料タンク、
液体燃料および不活性ガスが受給される共通の受給部、
前記２次ガスタンクおよび前記受給部を接続する第３ライン、
前記２次燃料タンクおよび前記受給部を接続する第４ライン、
前記第３ラインに備えられ、不活性ガスの供給および停止を切り替えるための第３弁、および、
前記第４ラインに備えられ、液体燃料の供給および停止を切り替えるための第４弁を備えていることを特徴とする、燃料電池車両。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−１１４０６０（Ｐ２０１２−１１４０６０Ａ）
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２６４５７８（Ｐ２０１０−２６４５７８）
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月１４日（２０１２．６．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１１月２９日（２０１０．１１．２９）
【出願人】（０００００２９６７）ダイハツ工業株式会社 (2,560)
【Ｆターム（参考）】
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