(57)【要約】      （修正有）【課題】発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量を減少させることができる、燃料電池システムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】燃料電池システムでは、水溶液タンク１３０とセルスタック１０２とが、全体としてサイフォン状に設けられるパイプＰ３〜Ｐ５によって結ばれる。発電停止後に水溶液ポンプ１４６を逆回転駆動させることによって、水溶液タンク１３０内の気体が、パイプＰ１７〜Ｐ１９および導入口を介して、サイフォン効果によってメタノール水溶液が流れるパイプＰ４内に導入される。パイプＰ４内に導入された気体がパイプＰ３の最上部内に導かれ、サイフォン効果が絶たれ、メタノール水溶液の流れが止まる。【選択図】図１２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料水溶液を収容する水溶液タンク、
アノードの少なくとも一部が前記水溶液タンク内の液面よりも低い位置に設けられる燃料電池、
一部が前記液面よりも高い位置を通るように設けられ前記燃料水溶液を前記アノードに向けて送る水溶液パイプ、および
前記燃料電池の発電停止処理開始以降に前記水溶液パイプ内に気体を導入する導入手段を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記導入手段は、前記発電停止処理開始後、所定時間経過した後に前記水溶液パイプ内に前記気体を導入する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水溶液パイプには、前記水溶液パイプ内に前記気体を導入するための導入口が設けられ、
前記導入手段は、前記導入口を介して前記水溶液パイプのうち前記水溶液タンク内の前記液面よりも高い位置に前記気体を導入する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記導入手段は、当該燃料電池システムの状態を前記水溶液パイプが前記気体と連通している開放状態および前記水溶液パイプが前記気体と連通していない閉鎖状態のいずれかに設定するための開閉手段を含み、
前記開閉手段によって当該燃料電池システムを開放状態に設定することで前記水溶液パイプ内に前記気体を導入する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記導入手段は、前記水溶液パイプの前記気体が導入される位置よりも前記水溶液タンク側で前記水溶液パイプに介挿され前記燃料水溶液を前記燃料電池および前記水溶液タンクのいずれかに向けて送り出し可能な水溶液ポンプを含み、
前記燃料水溶液を前記水溶液タンクに向けて送り出すように前記水溶液ポンプを制御することによって前記水溶液パイプ内に前記気体を導入する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記導入手段は、前記水溶液タンクの気層と前記水溶液パイプとをつなぐ導入パイプを含み、
前記導入手段は、前記水溶液タンク内の前記気体を前記導入パイプを介して前記水溶液パイプ内に導入する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
当該燃料電池システムの外部から導入される前記気体に含まれる異物を除去するためのエアフィルタをさらに備え、
前記水溶液タンク内には前記外部の前記気体が前記エアフィルタを介して導入される、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
直接メタノール型燃料電池システムである、請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システムを用いた、輸送機器。
【請求項１０】
燃料水溶液を収容する水溶液タンクと、アノードの少なくとも一部が前記水溶液タンク内の液面よりも低い位置に設けられる燃料電池と、一部が前記液面よりも高い位置を通り前記水溶液タンクと前記燃料電池とを接続する水溶液パイプとを備える、燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料電池の発電停止処理開始以降に前記水溶液パイプ内に気体を導入する、燃料電池システムの制御方法。
【請求項１１】
前記水溶液パイプのうち前記水溶液タンク内の前記液面よりも高い位置に前記気体を導入する、請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は燃料電池システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、水溶液タンクから燃料電池に向けて燃料水溶液を送る燃料電池システムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水溶液タンクから燃料電池に燃料水溶液を供給する燃料電池システムが提案されており、その一例の燃料電池システムが特許文献１に開示されている。
特許文献１の燃料電池システムでは、重量の嵩む燃料電池セルスタックを水溶液タンクの下方に配置することによって、重心を低くし配置状態の安定性を高めている。発電時には水溶液パイプに介挿される水溶液ポンプによって上方の水溶液タンクから燃料電池セルスタックのアノードに燃料水溶液が供給される。発電停止後（水溶液ポンプの停止後）、アノードの燃料水溶液は、いわゆるクロスオーバーによって燃料電池セルスタックのカソードに染み出し、減少する。通常、停止状態の水溶液ポンプは燃料水溶液の流れを完全に止めることができないので、発電停止後にクロスオーバーによってアノードから移動した分の燃料水溶液が水溶液タンクから燃料電池セルスタックに流出する。
【特許文献１】ＷＯ２００５／００４２６７
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、発電停止後に水溶液タンクから燃料水溶液が流出してしまうと、再起動時に十分な量の燃料水溶液が水溶液タンク内に存在せず発電できないおそれがあった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量を減少させることができる、燃料電池システムおよびその制御方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上述の目的を達成するために、請求項１に記載の燃料電池システムは、燃料水溶液を収容する水溶液タンク、アノードの少なくとも一部が水溶液タンク内の液面よりも低い位置に設けられる燃料電池、一部が液面よりも高い位置を通るように設けられ燃料水溶液をアノードに向けて送る水溶液パイプ、および燃料電池の発電停止処理開始以降に水溶液パイプ内に気体を導入する導入手段を備える。
【０００５】
請求項２に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、導入手段は、発電停止処理開始後、所定時間経過した後に水溶液パイプ内に気体を導入することを特徴とする。
【０００６】
請求項３に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、水溶液パイプには、水溶液パイプ内に気体を導入するための導入口が設けられ、導入手段は、導入口を介して水溶液パイプのうち水溶液タンク内の液面よりも高い位置に気体を導入することを特徴とする。
【０００７】
請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、導入手段は、当該燃料電池システムの状態を水溶液パイプが気体と連通している開放状態および水溶液パイプが気体と連通していない閉鎖状態のいずれかに設定するための開閉手段を含み、開閉手段によって当該燃料電池システムを開放状態に設定することで水溶液パイプ内に気体を導入することを特徴とする。
【０００８】
請求項５に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、導入手段は、水溶液パイプの気体が導入される位置よりも水溶液タンク側で水溶液パイプに介挿され燃料水溶液を燃料電池および水溶液タンクのいずれかに向けて送り出し可能な水溶液ポンプを含み、燃料水溶液を水溶液タンクに向けて送り出すように水溶液ポンプを制御することによって水溶液パイプ内に気体を導入することを特徴とする。
【０００９】
請求項６に記載の燃料電池システムは、請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、導入手段は、水溶液タンクの気層と水溶液パイプとをつなぐ導入パイプを含み、導入手段は、水溶液タンク内の気体を導入パイプを介して水溶液パイプ内に導入することを特徴とする。
【００１０】
請求項７に記載の燃料電池システムは、請求項６に記載の燃料電池システムにおいて、当該燃料電池システムの外部から導入される気体に含まれる異物を除去するためのエアフィルタをさらに備え、水溶液タンク内には外部の気体がエアフィルタを介して導入されることを特徴とする。
【００１１】
請求項８に記載の燃料電池システムは、請求項１から７のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、直接メタノール型燃料電池システムであることを特徴とする。
【００１２】
請求項９に記載の輸送機器は、請求項１から８のいずれかに記載の燃料電池システムを用いたことを特徴とする。
【００１３】
請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料水溶液を収容する水溶液タンクと、アノードの少なくとも一部が水溶液タンク内の液面よりも低い位置に設けられる燃料電池と、一部が液面よりも高い位置を通り水溶液タンクと燃料電池とを接続する水溶液パイプとを備える、燃料電池システムの制御方法であって、燃料電池の発電停止処理開始以降に水溶液パイプ内に気体を導入することを特徴とする。
【００１４】
請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法は、請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法において、水溶液パイプのうち水溶液タンク内の液面よりも高い位置に気体を導入することを特徴とする。
【００１５】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、燃料電池のアノードの少なくとも一部が水溶液タンク内の液面よりも低い位置に設けられ、水溶液パイプの一部が水溶液タンク内の液面よりも高い位置を通る。これによって、クロスオーバーによってアノードから移動した分の燃料水溶液がサイフォン効果によって水溶液タンクからアノードへと自動的かつ連続的に流出する。発電停止処理の開始以降に、サイフォン効果によって燃料水溶液が流れる水溶液パイプ内に気体を導入することによって、アノードに向かって流れる燃料水溶液の量を減少させることができる。したがって、発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量を減少させることができ、再起動時に迅速かつ確実に発電できる。請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
【００１６】
請求項２に記載するように、発電停止処理開始後、所定時間待機することで、水溶液タンク内の気体と燃料水溶液とが分離され、水溶液パイプへ気体を確実に導入することができる。
【００１７】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、水溶液パイプのうち水溶液タンク内の液面よりも高い位置に気体を導入することによって、サイフォン効果を絶ち、水溶液タンクからの燃料水溶液の流出を止めることができる。したがって、発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量をより一層減少させることができる。請求項１１に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
【００１８】
請求項４に記載の燃料電池システムでは、開閉手段によって当該燃料電池システムを開放状態に設定することで水溶液パイプ内に気体を簡単に導入できる。
【００１９】
請求項５に記載の燃料電池システムでは、燃料水溶液を水溶液タンクに向けて送り出すように水溶液ポンプを制御することによって、水溶液パイプ内に気体を強制的に導入でき、アノードに向かって流れる燃料水溶液の量を迅速かつ確実に減少させることができる。また、水溶液ポンプが水溶液パイプ内の燃料水溶液を水溶液タンクに向けて送り出すことによって水溶液パイプ内の燃料水溶液を水溶液タンクに戻すことができる。したがって、発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量をより一層減少させることができる。
【００２０】
請求項６に記載の燃料電池システムでは、水溶液タンク内の気体を導入パイプを介して水溶液パイプ内に導入でき、水溶液パイプに供給される気体中の酸素濃度が小さく抑えられる。したがって、アノードでの酸化反応によってアルデヒドや蟻酸等の有害物質が生成されることを防止できる。特に、アノードでの反応によって生成された二酸化炭素を水溶液タンクに戻す場合に効果的である。
【００２１】
請求項７に記載の燃料電池システムでは、エアフィルタによって異物が除去され水溶液タンク内に導入された気体を水溶液パイプ内に導入できるので、異物の侵入によって当該燃料電池システムが故障してしまうといったことを防止できる。
【００２２】
直接メタノール型燃料電池システムでは、燃料水溶液がダイレクトに燃料電池に供給されるので、発電停止後にクロスオーバーが発生しやすく、水溶液タンクから燃料水溶液が流出しやすい。この発明は、発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量を減少させることができるので、請求項８に記載するように直接メタノール型燃料電池システムに特に有効となる。
【００２３】
通常、二輪車等の輸送機器では、走行安定性を考慮して重量の嵩む燃料電池をできる限り低い位置に配置することが好ましく、発電停止後に水溶液タンクから燃料水溶液が流出しやすい。この発明の燃料電池システムは、発電停止後に水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量を減少させることができるので、請求項９に記載するように燃料電池を低い位置に配置する必要がある輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２４】
この発明によれば、発電停止後の燃料電池システムにおいて水溶液タンクから流出する燃料水溶液の量を減少させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。ここでは、この発明の燃料電池システムを輸送機器の一例である二輪車１０に搭載した場合について説明する。まず、二輪車１０について説明する。この発明の実施の形態における左右、前後、上下とは、二輪車１０のシートにドライバがそのハンドル２４に向かって着座した状態を基準とした左右、前後、上下を意味する。
【００２６】
図１〜図７を参照して、二輪車１０は車体フレーム１２を有する。車体フレーム１２は、ヘッドパイプ１４と、ヘッドパイプ１４から後方へ斜め下方に延びる縦断面Ｉ字型のフロントフレーム１６と、フロントフレーム１６の後端部に連結されかつ後方へ斜め上方に立ち上がるリヤフレーム１８と、リヤフレーム１８の上端部に取り付けられるシートレール２０とを備えている。フロントフレーム１６の後端部はリヤフレーム１８の中央部よりもやや下端部寄りの位置に接続され、フロントフレーム１６およびリヤフレーム１８全体で側面視略Ｙ字状を呈している。
【００２７】
フロントフレーム１６は、上下方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びかつ左右方向に対して直交する板状部材１６ａと、それぞれ板状部材１６ａの上端縁および下端縁に形成されかつ後方へ斜め下方に延び左右方向に幅を有するフランジ部１６ｂおよび１６ｃと、板状部材１６ａの両表面に突設される補強リブ１６ｄと、後端部に設けられたとえばボルト等によってリヤフレーム１８が連結される連結部１６ｅとを備えている。補強リブ１６ｄは、フランジ部１６ｂおよび１６ｃと共に板状部材１６ａの両表面を区画して、後述する燃料電池システム１００の構成部品を収納する収納スペースを形成している。
【００２８】
一方、リヤフレーム１８は、それぞれ後方へ斜め上方に延び前後方向に幅を有しフロントフレーム１６の連結部１６ｅを挟むように配置される板状部材１８ａおよび１８ｂを備えている。
【００２９】
図１に示すように、ヘッドパイプ１４内には、車体方向変更用のステアリング軸２２が回動自在に挿通されている。ステアリング軸２２の上端にはハンドル２４が固定されたハンドル支持部２６が取り付けられており、ハンドル２４の両端にはグリップ２８が取り付けられている。右側のグリップ２８は回動可能なスロットルグリップを構成している。
【００３０】
ハンドル支持部２６のハンドル２４の前方には、表示操作部（以下、メータと略記する）３０が配置されている。メータ３０は、ドライバに対する走行状態等の各種情報提供用のたとえば液晶ディスプレイ等で構成された表示部、およびドライバからの各種情報入力用の入力部等が一体化されたものである。ハンドル支持部２６におけるメータ３０の下方には、ヘッドランプ３２が固定されており、ヘッドランプ３２の左右両側には、フラッシャランプ３４がそれぞれ設けられている。
【００３１】
また、ステアリング軸２２の下端には左右一対のフロントフォーク３６が取り付けられており、フロントフォーク３６それぞれの下端には、前輪３８が前車軸４０を介して取り付けられている。前輪３８は、フロントフォーク３６によって緩衝懸架された状態で前車軸４０によって回転自在に軸支されている。
【００３２】
一方、リヤフレーム１８の後端部には、フレーム状のシートレール２０が取り付けられている。シートレール２０は、リヤフレーム１８の上端部にたとえば溶接によって固設され、略前後方向に配設されている。シートレール２０上には図示しないシートが開閉自在に設けられている。シートレール２０の後端部には取り付けブラケット４２が固設されており、取り付けブラケット４２にはテールランプ４４および左右一対のフラッシャランプ４６がそれぞれ取り付けられている。
【００３３】
また、リヤフレーム１８の下端部には、リヤアーム４８がピボット軸５０を介して揺動自在に支持されており、リヤアーム４８の後端部４８ａには駆動輪である後輪５２が回転自在に軸支されており、リヤアーム４８および後輪５２は、図示しないリヤクッションによってリヤフレーム１８に対して緩衝懸架されている。
【００３４】
さらに、リヤフレーム１８の下端部の前側には、リヤフレーム１８から左右方向に突出するようにフットレスト取付用バー５４が固定され、フットレスト取付用バー５４には図示しないフットレストが取り付けられる。フットレスト取付用バー５４の後方には、メインスタンド５６が回動可能にリヤアーム４８に支持されており、メインスタンド５６は、リターンスプリング５８によって閉じ側に付勢されている。
【００３５】
リヤアーム４８の後端部４８ａよりも内側には、後輪５２に連結されかつ後輪５２を回転駆動させるためのアキシャルギャップ型の電動モータ６０と、電動モータ６０に電気的に接続される駆動ユニット６２とが配設されている。駆動ユニット６２は、電動モータ６０の回転駆動を制御するためのコントローラ６４を含む。
【００３６】
このような二輪車１０には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００が搭載されている。燃料電池システム１００は、電動モータ６０やその他の構成部品を駆動するための電気エネルギを生成する。
【００３７】
以下、燃料電池システム１００について説明する。
燃料電池システム１００は、メタノール（メタノール水溶液）を改質せずにダイレクトに発電に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。
【００３８】
燃料電池システム１００は、フロントフレーム１６の下方に配置される燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１０２を含む。
【００３９】
図８および図９に示すように、セルスタック１０２は、メタノールに基づく水素と酸素との電気化学反応によって電気エネルギを生成することができる燃料電池（燃料電池セル）１０４をセパレータ１０６を挟んで複数個積層（スタック）して構成されている。セルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４は、固体高分子膜等から構成される電解質（電解質膜）１０４ａと、電解質１０４ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１０４ｂおよびカソード（空気極）１０４ｃとを含む。アノード１０４ｂおよびカソード１０４ｃはそれぞれ、電解質１０４ａ側に設けられる白金触媒層を含む。
【００４０】
セパレータ１０６のアノード側主面には、図１０に示すような４本の溝１０６ａが蛇行するように形成され、カソード側主面には、図１１に示すような６本の溝１０６ｂが蛇行するように形成されている。この実施形態では、各セパレータ１０６の溝１０６ａがセルスタック１０２内で各アノード１０４ｂにメタノール水溶液を供給するための流路となる。
【００４１】
図４等に示すように、セルスタック１０２はスキッド１０８上に載せられ、スキッド１０８はフロントフレーム１６のフランジ部１６ｃから吊されるステースタック１１０によって支持されている。
【００４２】
図６等に示すように、フロントフレーム１６の下方でありかつセルスタック１０２の上方には、水溶液用のラジエータ１１２と気液分離用のラジエータ１１４とが配置されている。ラジエータ１１２と１１４とは一体的に構成され、その前面が車両の前方やや下向きに配置され、前面に対して直交するように設けられる複数の板状のフィン（図示せず）を有する。このようなラジエータ１１２および１１４は、走行時に風を十分に受けることができる。
【００４３】
ラジエータ１１２は、旋回するように形成されるラジエータパイプ１１６を含む。ラジエータパイプ１１６は、ステンレス等からなる直線状パイプとＵ字状の継手パイプとを溶接することによって、入口１１８ａ（図５参照）から出口１１８ｂ（図３参照）までの１本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ１１２の裏面側にはラジエータパイプ１１６と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２０が設けられている。
【００４４】
同様に、ラジエータ１１４は、それぞれ蛇行するように形成される２本のラジエータパイプ１２２を含む。各ラジエータパイプ１２２は、ステンレス等からなる直線状パイプとＵ字状の継手パイプとを溶接することによって、入口１２４ａ（図３参照）から出口１２４ｂ（図３参照）までの１本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ１１４の裏面側にはラジエータパイプ１２２と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２６が設けられている。
【００４５】
図１〜図７に戻り主に図３を参照して、フロントフレーム１６の連結部１６ｅの後側には、上方から順に燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２が配置されている。燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。
【００４６】
燃料タンク１２８は、シートレール２０の下側に配置され、シートレール２０の後端部に取り付けられている。燃料タンク１２８は、セルスタック１０２の電気化学反応の燃料となる高濃度（たとえば、メタノールを約５０ｗｔ％含む）のメタノール燃料（高濃度メタノール水溶液）を収容している。燃料タンク１２８はその上面に蓋１２８ａを備え、蓋１２８ａを取り外してメタノール燃料が供給される。
【００４７】
また、水溶液タンク１３０は、セルスタック１０２の後方斜め上側でありかつ燃料タンク１２８の下側に配置され、リヤフレーム１８に取り付けられている。図４からわかるように、水溶液タンク１３０は、その底面がセルスタック１０２の上面よりも高い位置に配置されている。したがって、セルスタック１０２は、その全体が水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の液面よりも低い位置に配置されている。水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８からのメタノール燃料をセルスタック１０２の電気化学反応に適した濃度（たとえば、メタノールを約３ｗｔ％含む）に希釈したメタノール水溶液を収容している。
【００４８】
燃料タンク１２８にはレベルセンサ１２９が装着され、燃料タンク１２８内のメタノール燃料の液面の高さが検出される。水溶液タンク１３０にはレベルセンサ１３１が装着され、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の液面の高さが検出される。レベルセンサ１２９，１３１で液面高さを検出することによって、タンク内の液量を検出できる。水溶液タンク１３０内の液面は、たとえば図４においてＡで示す範囲内にコントロールされる。
【００４９】
水タンク１３２は、リヤフレーム１８の板状部材１８ａおよび１８ｂ間でありかつセルスタック１０２の後側に配置されている。
【００５０】
また、燃料タンク１２８の前側でありかつフロントフレーム１６のフランジ部１６ｂの上側には、二次電池１３４が配置されている。二次電池１３４は、セルスタック１０２で生成された電気エネルギを蓄え、コントローラ１５６（後述）の指令に応じて電気エネルギを対応する電気構成部品に供給する。たとえば、二次電池１３４は、補機類や駆動ユニット６２に電気エネルギを供給する。
【００５１】
二次電池１３４の上側でありかつシートレール２０の下側には、燃料ポンプ１３６、測定用バルブ１３８が配置されている。また、水溶液タンク１３０の上側にはキャッチタンク１４０が配置されている。
【００５２】
キャッチタンク１４０はその上面に蓋１４０ａを備え、たとえば燃料電池システム１００を一度も起動したことがない状態（水溶液タンク１３０が空の状態）において、蓋１４０ａを取り外してメタノール水溶液が供給される。キャッチタンク１４０は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。
【００５３】
また、フロントフレーム１６とセルスタック１０２とラジエータ１１２，１１４とによって囲まれた空間には、気体に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ１４２が配置され、エアフィルタ１４２の後方斜め下側には水溶液フィルタ１４４が配置されている。
【００５４】
また、図４に示すように、フロントフレーム１６の左側の収納スペースには、水溶液ポンプ１４６およびエアポンプ１４８が収納されており、エアポンプ１４８の左側にはエアチャンバ１５０が配置されている。ロータリポンプ等である水溶液ポンプ１４６は、正回転駆動によってセルスタック１０２に向けてメタノール水溶液を送り出し、逆回転駆動によって水溶液タンク１３０に向けてメタノール水溶液を送り出す。
【００５５】
さらに、図５に示すように、フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、前方から順にメインスイッチ１５２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４、コントローラ１５６、防錆用バルブ１５８および水ポンプ１６０が配置されている。なお、メインスイッチ１５２はフロントフレーム１６の収納スペースを右側から左側に貫通するように設けられている。セルスタック１０２の前面にはホーン１６２が設けられている。
【００５６】
このように配置される燃料電池システム１００の配管について、図４〜図７および図１２を参照して説明する。
燃料タンク１２８と燃料ポンプ１３６とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１３６と水溶液タンク１３０とはパイプＰ２によって連通されている。パイプＰ１は、燃料タンク１２８の左側面下端部と燃料ポンプ１３６の左側面下端部とを結び、パイプＰ２は、燃料ポンプ１３６の左側面下端部と水溶液タンク１３０の左側面下端部とを結ぶ。燃料ポンプ１３６を駆動させることによって、燃料タンク１２８内のメタノール燃料がパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１３０に与えられる。
【００５７】
図４に示すように、水溶液タンク１３０と水溶液ポンプ１４６とは、前方へ斜め上方に延びてその後下方に屈曲するパイプＰ３によって連通されている。図４からわかるように、パイプＰ３は、水溶液タンク１３０内の液面（Ａの範囲の下限）よりも低い位置で水溶液タンク１３０に接続され、水溶液タンク１３０内の液面（Ａの範囲の上限）よりも高い位置に至るように延びている。水溶液ポンプ１４６と水溶液フィルタ１４４とは、後方に湾曲しつつ下方に延びるパイプＰ４によって連通されている。パイプＰ３とＰ４とは、全体として側面視略逆Ｕ字状に延びている。また、図５に示すように、水溶液フィルタ１４４とセルスタック１０２とは、前方へ斜め下方に延びてその後下方に屈曲するパイプＰ５によって連通されている。パイプＰ３は、水溶液タンク１３０の左側面下隅部と水溶液ポンプ１４６の後部とを結び、パイプＰ４は、水溶液ポンプ１４６の後部と水溶液フィルタ１４４の左側面とを結び、パイプＰ５は、水溶液フィルタ１４４の右側面とセルスタック１０２の前面右下隅部に位置するアノード入口Ｉ１とを結ぶ。水溶液ポンプ１４６を正回転駆動させることによって、水溶液タンク１３０からのメタノール水溶液が、パイプＰ３側からパイプＰ４側へと送り出され、水溶液フィルタ１４４で不純物が除去された後、パイプＰ５を介してセルスタック１０２に与えられる。
【００５８】
セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１１２とはパイプＰ６によって連通され、ラジエータ１１２と水溶液タンク１３０とはパイプＰ７によって連通されている。パイプＰ６は、セルスタック１０２の後面左上隅部に位置するアノード出口Ｉ２とラジエータ１１２の下面右側端部から引き出されるラジエータパイプ１１６の入口１１８ａ（図５参照）とを結び、パイプＰ７は、ラジエータ１１２の下面から引き出されるラジエータパイプ１１６の出口１１８ｂ（図３参照）と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。セルスタック１０２から排出される未反応メタノール水溶液および二酸化炭素は、パイプＰ６を介してラジエータ１１２に与えられ温度が下げられ、パイプＰ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。これによって水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の温度を下げることができる。
【００５９】
上述したパイプＰ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。この実施形態では、パイプＰ３〜Ｐ５によって水溶液パイプＸが構成されている。図４からわかるように、パイプＰ３〜Ｐ５は、全体として水溶液タンク１３０内の液面よりも低い位置から水溶液タンク１３０内の液面よりも高い位置を通るように延びてその後下方に屈曲して水溶液タンク１３０とセルスタック１０２とを結ぶ。つまり、水溶液パイプＸはサイフォン状に設けられている。このために、水溶液ポンプ１４６の停止後であっても、サイフォン効果によってメタノール水溶液が水溶液タンク１３０からセルスタック１０２に流れる。
【００６０】
また、エアフィルタ１４２とエアチャンバ１５０とはパイプＰ８によって連通され、エアチャンバ１５０とエアポンプ１４８とはパイプＰ９によって連通され、エアポンプ１４８と防錆用バルブ１５８とはパイプＰ１０によって接続され、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２とはパイプＰ１１によって接続されている。パイプＰ８は、エアフィルタ１４２の後部とエアチャンバ１５０の中央部よりもやや前方寄りの位置とを結び、パイプＰ９は、エアチャンバ１５０の中央部の下側とエアポンプ１４８の後部とを結び、パイプＰ１０は、フロントフレーム１６の板状部材１６ａの左側に位置するエアポンプ１４８と板状部材１６ａの右側に位置する防錆用バルブ１５８とを結び、パイプＰ１１は、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２の後面右上端部に位置するカソード入口Ｉ３とを結ぶ。セルスタック１０２の発電時には防錆用バルブ１５８を開いておき、その状態でエアポンプ１４８を駆動させることによって、酸素を含む空気が外部から吸入される。吸入された空気は、エアフィルタ１４２で異物が除去された後、パイプＰ８、エアチャンバ１５０およびパイプＰ９を介してエアポンプ１４８に流入し、さらに、パイプＰ１０、防錆用バルブ１５８およびパイプＰ１１を介してセルスタック１０２に与えられる。防錆用バルブ１５８は、セルスタック１０２の発電停止時には閉じられており、エアポンプ１４８への水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ１４８の錆を防止する。
【００６１】
セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１１４とは２本のパイプＰ１２によって連通され、ラジエータ１１４と水タンク１３２とは２本のパイプＰ１３によって連通され、水タンク１３２にはパイプ（排気管）Ｐ１４が設けられている。各パイプＰ１２は、セルスタック１０２の前面左下隅部に位置するカソード出口Ｉ４とラジエータ１１４の下面左側端部から引き出される各ラジエータパイプ１２２の入口１２４ａ（図３参照）とを結び、各パイプＰ１３は、ラジエータ１１４の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出される各ラジエータパイプ１２２の出口１２４ｂ（図３参照）と水タンク１３２の前面上部とを結び、パイプＰ１４は、水タンク１３２の後面上部に接続され、一旦上昇しその後下降するようにくの字状に形成されている。セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出される水分（水および水蒸気）や二酸化炭素を含む排気は、パイプＰ１２を介してラジエータ１１４に与えられ、水蒸気が液化される。ラジエータ１１４からの排気は、パイプＰ１３を介して水と共に水タンク１３２に与えられ、パイプＰ１４を介して外部に排出される。
【００６２】
上述したパイプＰ８〜Ｐ１４は主として排気の流路となる。
【００６３】
さらに、水タンク１３２と水ポンプ１６０とはパイプＰ１５によって連通され、水ポンプ１６０と水溶液タンク１３０とはパイプＰ１６によって連通されている。パイプＰ１５は、水タンク１３２の右側面下部と水ポンプ１６０の中央部とを結び、パイプＰ１６は、水ポンプ１６０の中央部と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。水ポンプ１６０を駆動させることによって、水タンク１３２内の水がパイプＰ１５，Ｐ１６を介して水溶液タンク１３０に戻される。
【００６４】
上述したパイプＰ１５，Ｐ１６は水の流路となる。
【００６５】
また、パイプＰ４には、テフロン（登録商標）パイプ等であるパイプＰ１７が接続される。図４に示すように、パイプＰ１７は、車体フレーム１２の左側で後方へ斜め上方に延びてその後端部近傍の傾斜がより強くなるように配設されている。パイプＰ１７には、パイプＰ１７内でメタノール濃度を測定するための超音波センサ１６４が取り付けられている。超音波センサ１６４は、メタノール濃度に応じて超音波の伝播速度が変化することを利用してパイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を測定するために用いられる。
【００６６】
図４に示すように、濃度センサである超音波センサ１６４は、超音波を発生させる発信部１６４ａと超音波を検出する受信部１６４ｂとを有する。発信部１６４ａは、パイプＰ４に介挿される。発信部１６４ａの導入口１６５にはパイプＰ１７の始端が接続され、パイプＰ１７内には導入口１６５を介してメタノール水溶液が導入される。この実施形態では、導入口１６５が水溶液パイプＸ内に気体を導入するための導入口としても機能する。発信部１６４ａは少なくともその一部が水溶液タンク１３０内の液面よりも高くなるように配置され、導入口１６５は全体が水溶液タンク１３０内の液面よりも高くなるように配置されている。受信部１６４ｂは、パイプＰ１７の終端に接続され二次電池１３４の左側面に配置される。超音波センサ１６４では、発信部１６４ａで超音波を発生させ、受信部１６４ｂで超音波を受信する。コントローラ１５６は、発信部１６４ａでの超音波の発生開始から受信部１６４ｂでの超音波の受信までの時間に基づいてパイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する。
【００６７】
受信部１６４ｂと測定用バルブ１３８とは、後方へ斜め上方に延びるパイプＰ１８によって連通されている。また、測定用バルブ１３８と水溶液タンク１３０とは、下方に燃料タンク１２８に沿って延びるパイプＰ１９によって連通されている。パイプＰ１８は、受信部１６４ｂの上面と測定用バルブ１３８の左側面とを結び、パイプＰ１９は、測定用バルブ１３８の右側面と水溶液タンク１３０の上面とを結ぶ。
【００６８】
上述したパイプＰ１７〜Ｐ１９は主として濃度測定用の流路となる。この実施形態では、パイプＰ１７〜Ｐ１９が導入口１６５に気体を導く導入パイプＹとしても機能する。導入パイプＹによって、水溶液タンク１３０の気層と水溶液パイプＸとが繋がれる。
【００６９】
さらに、水溶液タンク１３０とキャッチタンク１４０とはパイプＰ２０によって連通され、キャッチタンク１４０と水溶液タンク１３０とはパイプＰ２１によって連通され、キャッチタンク１４０とエアチャンバ１５０とはパイプＰ２２によって連通されている。パイプＰ２０は、水溶液タンク１３０の左側面上隅部とキャッチタンク１４０の左側面上隅部とを結び、パイプＰ２１は、キャッチタンク１４０の下端部と水溶液タンク１３０の左側面下隅部とを結び、パイプＰ２２は、キャッチタンク１４０の左側面上部寄りの位置とエアチャンバ１５０の上端面とを結ぶ。セルスタック１０２の発電時には、水溶液タンク１３０内にある気体（主に、二酸化炭素、気化したメタノールおよび水蒸気）がパイプＰ２０を介してキャッチタンク１４０に与えられる。気化したメタノールと水蒸気とはキャッチタンク１４０で冷却、液化された後、パイプＰ２１を介して水溶液タンク１３０に戻される。キャッチタンク１４０内の気体（二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気）は、パイプＰ２２を介してエアチャンバ１５０に与えられる。
【００７０】
上述したパイプＰ２０〜Ｐ２２は主として燃料処理用の流路となる。
【００７１】
この実施形態では、パイプＰ１８とＰ１９との間に介挿される測定用バルブ１３８が開閉手段に相当する。導入手段は、測定用バルブ１３８と水溶液ポンプ１４６と導入パイプＹとを含む。測定用バルブ１３８を開けることによって、水溶液パイプＸが導入口１６５を介して導入される気体に連通している開放状態に燃料電池システム１００が設定される。また、測定用バルブ１３８を閉じることによって、水溶液パイプＸが導入口１６５を介して導入される気体に連通していない閉鎖状態に燃料電池システム１００が設定される。また、図４からわかるように、水溶液ポンプ１４６は、パイプＰ３とＰ４との間に介挿され、水溶液パイプＸにおいて導入口１６５よりも水溶液タンク１３０側に設けられている。測定用バルブ１３８を開けて開放状態に設定しかつ水溶液ポンプ１４６を逆回転駆動することによって、水溶液タンク１３０内の気体が水溶液パイプＸ内に導入される。具体的には、図１２において破線の矢印で示すように、水溶液ポンプ１４６の逆回転駆動に伴って、水溶液タンク１３０内の気体がパイプＰ１９を介して吸い出され、導入口１６５を介してパイプＰ４内に導入される。
【００７２】
このような燃料電池システム１００は、メインスイッチ１５２をオンすることによって起動され、コントローラ１５６によって制御され、二次電池１３４によって電気エネルギが補完される。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４は電圧を２４Ｖから１２Ｖに変換し、変換された１２Ｖの電圧によってファン１２０，１２６が駆動される。
【００７３】
つぎに、燃料電池システム１００の運転（発電）時の主要動作について説明する。
燃料電池システム１００は、メインスイッチ１５２がオンされることを契機として、水溶液ポンプ１４６やエアポンプ１４８等の補機類を駆動し、セルスタック１０２の発電を開始する。
【００７４】
水溶液ポンプ１４６の正回転駆動によって、水溶液タンク１３０に収容されるメタノール水溶液が、パイプＰ３側からパイプＰ４側へと送り出され、水溶液フィルタ１４４に供給される。そして、水溶液フィルタ１４４で不純物等が除去されたメタノール水溶液は、パイプＰ５、アノード入口Ｉ１を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のアノード１０４ｂにダイレクトに供給される。
【００７５】
一方、エアポンプ１４８の駆動によってエアフィルタ１４２から吸入された空気（エア）は、パイプＰ８を介してエアチャンバ１５０に流入することによって消音される。そして、吸入された空気およびエアチャンバ１５０に与えられたキャッチタンク１４０からの気体が、パイプＰ９〜Ｐ１１、カソード入口Ｉ３を介してセルスタック１０２を構成する各燃料電池１０４のカソード１０４ｃに供給される。
【００７６】
各燃料電池１０４のアノード１０４ｂでは、供給されたメタノール水溶液におけるメタノールと水とが化学反応し、二酸化炭素および水素イオンが生成される。生成された水素イオンは、電解質１０４ａを介してカソード１０４ｃに流入し、そのカソード１０４ｃ側に供給された空気中の酸素と電気化学反応して水（水蒸気）および電気エネルギが生成される。つまり、セルスタック１０２において発電が行われる。生成された電気エネルギは、二次電池１３４に送られて蓄えられると共に、二輪車１０の走行駆動等に利用される。
【００７７】
一方、各燃料電池１０４のアノード１０４ｂで生成された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、上記電気化学反応によって発生する熱によって温度上昇し（たとえば約６５℃〜７０℃となる）、未反応メタノール水溶液の一部は気化される。二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２を介して水溶液用のラジエータ１１２内に流入し、ラジエータパイプ１１６を流れる間にファン１２０によって冷却される（たとえば約４０℃となる）。冷却された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。
【００７８】
一方、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となってセルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード出口Ｉ４から排出された水蒸気の一部は、ラジエータ１１４で冷却され露点を下げることによって液化される。ラジエータ１１４による水蒸気の液化動作は、ファン１２６を動作させることによって行われる。カソード出口Ｉ４からの水分（水および水蒸気）は未反応の空気と共にパイプＰ１２、ラジエータ１１４およびパイプＰ１３を介して水タンク１３２に与えられる。
【００７９】
また、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃでは、キャッチタンク１４０からの気化したメタノールおよびクロスオーバーによってカソード１０４ｃに移動したメタノールが白金触媒層で酸素と反応して無害な水分と二酸化炭素とに分解される。メタノールから分解された水分と二酸化炭素とは、カソード出口Ｉ４から排出されラジエータ１１４を介して水タンク１３２に与えられる。さらに、水のクロスオーバーによって各燃料電池１０４のカソード１０４ｃに移動した水分が、カソード出口Ｉ４から排出されラジエータ１１４を介して水タンク１３２に与えられる。
【００８０】
水タンク１３２に回収された水は、水ポンプ１６０の駆動によってパイプＰ１５，Ｐ１６を介して水溶液タンク１３０に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。
【００８１】
また、発電中の燃料電池システム１００では、メタノール水溶液の濃度測定処理が定期的（たとえば１０秒おき）に実行される。濃度測定処理では、測定用バルブ１３８を開けて開放状態に設定することによって、パイプＰ４からパイプＰ１７に新しいメタノール水溶液を導入し、パイプＰ１７から濃度測定済みのメタノール水溶液を排出する。そして、測定用バルブ１３８を閉めて閉鎖状態に設定し、パイプＰ１７でメタノール水溶液を滞留させ、そのメタノール濃度を測定する。燃料電池システム１００では、このようにして測定したメタノール濃度に基づいてセルスタック１０２に供給すべきメタノール水溶液のメタノール濃度を調整する。具体的には、メタノール濃度の測定結果に基づいて、燃料タンク１２８内のメタノール燃料が水溶液タンク１３０に供給され、また水タンク１３２内の水が水溶液タンク１３０に還流される。
【００８２】
ついで、図１３を参照して、燃料電池システム１００の発電停止時の動作について説明する。
燃料電池システム１００は、たとえば発電中に操作者によってメインスイッチ１５２がオフされることによって、発電停止処理（ステップＳ１）を開始し、セルスタック１０２の発電を停止する。ステップＳ１では、エアポンプ１４８の停止、防錆用バルブ１５８の閉鎖、セルスタック１０２からの電流の遮断、およびファン１２０，１２６の全開駆動等が行われる。そして、セルスタック１０２に設けられる温度センサによってメタノール水溶液の温度を測定し、ステップＳ３においてメタノール水溶液が所定の温度（たとえば５５℃）以下に低下するまで水溶液ポンプ１４６の正回転駆動を継続して待機する。
【００８３】
その後、メタノール水溶液が所定の温度以下になれば（ステップＳ３がＹＥＳ）、水溶液ポンプ１４６およびファン１２０，１２６を停止させ（ステップＳ５）、ステップＳ７において所定時間（たとえば５秒）が経過するまで待機する。
【００８４】
このとき、セルスタック１０２では、クロスオーバーによってアノード１０４ｂから電解質１０４ａを介してカソード１０４ｃにメタノール水溶液が移動する（染み出す）。このために、ステップＳ５の後であっても、クロスオーバーによってセルスタック１０２内の溝１０６ａから減少した分のメタノール水溶液がサイフォン効果によって水溶液タンク１３０からセルスタック１０２へと自動的に少しずつ流れ続ける。サイフォン効果は、サイフォン状に設けられるパイプＰ３〜Ｐ５内およびセルスタック１０２内の溝１０６ａがメタノール水溶液で満たされ、かつ、水溶液ポンプ１４６がメタノール水溶液の流れを完全に遮断できないために生じる。
【００８５】
ステップＳ７の所定時間は、アノード出口Ｉ２から水溶液タンク１３０へのメタノール水溶液および二酸化炭素等の導入が止まって水溶液タンク１３０内が静穏になり、水溶液タンク１３０内で気体とメタノール水溶液とが分離するまでの時間に応じて予め設定されている。
【００８６】
その後、所定時間が経過すれば（ステップＳ７がＹＥＳ）、測定用バルブ１３８を開けて開放状態に設定し（ステップＳ９）、水溶液ポンプ１４６の逆回転駆動を開始する（ステップＳ１１）。これに伴って、パイプＰ４内のメタノール水溶液がパイプＰ４側からパイプＰ３側へと逆送され、パイプＰ４内の圧力が低下し、パイプＰ１７，Ｐ１８内のメタノール水溶液が導入口１６５を介してパイプＰ４内に導入される。パイプＰ４内へのメタノール水溶液の導入に伴ってパイプＰ１７〜Ｐ１９内の圧力が低下し、パイプＰ１７〜Ｐ１９内に水溶液タンク１３０内の気体が導入され、水溶液タンク１３０内には水溶液ポンプ１４６によって送り出されたメタノール水溶液が導入される。そして、パイプＰ１９、測定用バルブ１３８、パイプＰ１８，Ｐ１７および導入口１６５を介してパイプＰ４内に気体が導入され、パイプＰ３の最上部（図４〜図６参照）内に導かれる。
【００８７】
そして、ステップＳ１３において所定時間（たとえば５秒）が経過するまで待機し、所定時間が経過すれば（ステップＳ１３がＹＥＳ）、水溶液ポンプ１４６を停止させ（ステップＳ１５）、発電停止時の動作を終了する。ステップＳ１３の所定時間は、気体がパイプＰ３の最上部内に至るまでの時間に応じて予め設定されている。
【００８８】
水溶液ポンプ１４６の停止後、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の温度が低下するため、気体のメタノールが液体に変化し水溶液タンク１３０内の圧力が低下する。水溶液タンク１３０内の圧力が低下すると外部からの空気がエアフィルタ１４２、パイプＰ８、エアチャンバ１５０、パイプＰ２２、キャッチタンク１４０およびパイプＰ２０を介して水溶液タンク１３０に導入される。これにより、水溶液タンク１３０の圧力の低下が防止され燃料タンク１２８や水タンク１３２からのメタノール燃料や水の浸入を防止することができる。なお、水溶液ポンプ１４６を逆回転駆動しているときには水溶液タンク１３０の気層からパイプＰ１７〜Ｐ１９内に気体が導入されるが、メタノール水溶液がパイプＰ３を介して水溶液タンク１３０に導入されるため外部からの空気が水溶液タンク１３０に導入されることを防止できる。すなわち、水溶液タンク１３０内の酸素濃度の低い気体をパイプＰ１７〜Ｐ１９内に導入することができる。
【００８９】
このような発電停止後の動作によって、少なくともパイプＰ３の最上部内からパイプＰ４内のパイプＰ１７との接続部までが気体によって満たされ、パイプＰ３，Ｐ４内に存在する気体がパイプＰ１７〜Ｐ１９を介して水溶液タンク１３０内の気体に連通する。これによって、サイフォン効果が絶たれる。
【００９０】
なお、ステップＳ１１で水溶液ポンプ１４６を逆回転駆動させることによって気体の導入を行ったが、気体を加圧して水溶液パイプＸ内に導入してもよい。この場合、加圧した気体（圧縮空気）は水溶液パイプＸの任意の位置に導入されてよい。
【００９１】
また、ステップＳ１３で所定時間が経過するまでの間に所定のタイミングでメタノール濃度を測定し、メタノール濃度の測定結果が所定の範囲外であればステップＳ１５に移るようにしてもよい。パイプＰ１７内が気体で満たされていれば、超音波センサ１６４の超音波の伝播速度が変化し、メタノール濃度の測定結果は所定の範囲外となる。あるいはメタノール濃度を測定できなくなる。このことから、メタノール濃度の測定結果に基づいてパイプＰ３の最上部内に気体が存在するか否かを判断できる。このように、メタノール濃度の測定結果に基づいてパイプＰ３，Ｐ４内への気体の導入状態を判断することによって、所定時間の経過を待たずとも水溶液ポンプ１４６を停止させることができ、電力の消費を抑えることができる。
【００９２】
このような燃料電池システム１００によれば、発電停止処理の開始以降にパイプＰ３の最上部内に強制的に気体を導くことによって、迅速かつ確実に、サイフォン効果を絶ち、メタノール水溶液の流れを止めることができる。また、水溶液ポンプ１４６の逆回転駆動によって、パイプＰ３の最上部内よりも下流側（セルスタック１０２側）に流れたメタノール水溶液をパイプＰ３の最上部内よりも上流側（水溶液タンク１３０側）に戻すことができる。したがって、発電停止後に水溶液タンク１３０から流出するメタノール水溶液の量を減少させることができ、再起動時に迅速かつ確実に発電できる。また、発電停止後のクロスオーバーを抑制できるので、次回の発電開始時にカソード１０４ｃに供給される空気によってカソード１０４ｃのメタノール水溶液が吹き飛ばされ外部に排出されることを抑制できる。ひいては、環境の汚染やメタノールの利用効率の低下を抑制できる。
【００９３】
また、水溶液タンク１３０内の気体を導入パイプＹを介して水溶液パイプＸ内に導入することによって、水溶液パイプＸに供給される気体中の酸素濃度が小さく抑えられる。したがって、アノード１０４ｂでの酸化反応によってアルデヒドや蟻酸等の有害物質が生成されることを防止できる。特に、この実施形態のように、アノード１０４ｂでの反応によって生成された二酸化炭素を水溶液タンク１３０に戻す場合に効果的である。
【００９４】
さらに、エアフィルタ１４２によって異物が除去され水溶液タンク１３０内に導入された気体をパイプＰ４内に導入できるので、異物の侵入によって燃料電池システム１００が故障してしまうといったことを防止できる。
【００９５】
この発明は、発電停止後に水溶液タンクから流出するメタノール水溶液の量を減少させることができるので、クロスオーバーに伴って水溶液タンクからメタノール水溶液が流出しやすい直接メタノール型の燃料電池システムにおいて特に有効となる。
【００９６】
この発明の燃料電池システム１００は、水溶液タンク１３０よりもセルスタック１０２を低い位置に配置しても発電停止後に水溶液タンク１３０から流出するメタノール水溶液の量を減少させることができるので、二輪車１０等の輸送機器に好適に用いられる。
【００９７】
なお、発電停止時に測定用バルブ１３８を開けて開放状態にしておくのみでも水溶液タンク１３０から流出するメタノール水溶液の量を減少させることができる。開放状態にしておけば水溶液ポンプ１４６を逆回転駆動させずとも、サイフォン効果によるメタノール水溶液の流れに伴ってパイプＰ１７からパイプＰ４内に気体が導入され、いずれサイフォン効果が絶たれる。導入口１６５が水溶液タンク１３０内の液面よりも高い位置にあるので、開放状態にしておくのみでも水溶液パイプＸ内への気体の導入が容易である。
【００９８】
また、導入手段は、上述の実施形態に限定されない。
たとえば図１４（ａ）に示すように、水溶液タンク２００とセルスタック２０２とを、水溶液タンク２００内の液面よりも高い位置を通るサイフォン状の水溶液パイプ２０４によって結び、水溶液パイプ２０４の最上部よりも上流側（水溶液タンク２００側）に導入パイプ２０６を接続するようにしてもよい。この場合、導入パイプ２０６と導入パイプ２０６に介挿されるバルブ２０８とによって導入手段が構成される。発電停止後にバルブ２０８を開けて開放状態にしておけば、サイフォン効果によるメタノール水溶液の流れに伴って導入パイプ２０６から水溶液パイプ２０４内に気体が導入され、水溶液パイプ２０４の最上部内に導かれる。そして、導入された気体によって水溶液パイプ２０４の最上部からみて上流側と下流側（セルスタック２０２側）とにメタノール水溶液が分離され、サイフォン効果による連続的なメタノール水溶液の供給が停止される。
【００９９】
また、水溶液パイプは、その全体が円筒状に形成されているものに限定されず、一部がタンク状に膨らんでいるものであってもよい。たとえば図１４（ｂ）に示すように、上流側パイプ２１０ａ、最上部に設けられる膨張部２１２、および上流側パイプ２１０ａよりも膨張部２１２の高い位置から延びる下流側パイプ２１０ｂによってサイフォン状の水溶液パイプ２０４ａを構成し、膨張部２１２に導入パイプ２０６ａを接続するようにしてもよい。この場合、導入パイプ２０６ａと導入パイプ２０６ａに介挿されるバルブ２０８ａと膨張部２１２とによって導入手段が構成される。発電停止後にバルブ２０８ａを開けて開放状態にしておけば、サイフォン効果によるメタノール水溶液の流れに伴って導入パイプ２０６ａから最上部の膨張部２１２内に気体が導入され、サイフォン効果が絶たれる。上流側パイプ２１０ａと下流側パイプ２１０ｂとがそれぞれ膨張部２１２の下側と上側とに設けられているので、膨張部２１２内に導入された気体を素早く下流側パイプ２１０ｂ内に導入でき、サイフォン効果を速やかに絶つことができる。
【０１００】
また、上述の実施形態では、水溶液パイプに導入パイプを接続して導入パイプにバルブを介挿する場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、水溶液パイプに設けられた導入口に栓体を設け、栓体を導入口から取り外すことによって開放状態に設定するようにしてもよい。
【０１０１】
また、上述の実施形態では、燃料としてメタノールを、燃料水溶液としてメタノール水溶液を用いたが、これに限定されず、燃料としてエタノール等のアルコール系燃料、燃料水溶液としてエタノール水溶液等のアルコール系水溶液を用いてもよい。
【０１０２】
この発明の燃料電池システムは、二輪車だけではなく、自動車、船舶等の任意の輸送機器にも好適に用いることができる。
【０１０３】
この発明は、改質器搭載タイプの燃料電池システムにも適用できる。また、この発明は、小型の据え付けタイプの燃料電池システムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】この発明の燃料電池システムを搭載する二輪車を示す左側面図である。
【図２】二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め前方からみた斜視図である。
【図３】二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め後方からみた斜視図である。
【図４】燃料電池システムの配管状態を示す左側面図である。
【図５】燃料電池システムの配管状態を示す右側面図である。
【図６】燃料電池システムの配管状態を左斜め前方からみた斜視図である。
【図７】燃料電池システムの配管状態を右斜め前方からみた斜視図である。
【図８】燃料電池セルスタックを示す図解図である。
【図９】燃料電池セルを示す図解図である。
【図１０】セパレータのアノード側の形状（４本溝）を示す図解図である。
【図１１】セパレータのカソード側の形状（６本溝）を示す図解図である。
【図１２】燃料電池システムの配管を示すシステム図である。
【図１３】燃料電池システムにおける発電停止時の動作の一例を示すフロー図である。
【図１４】燃料電池システムの配管の他の例を示す図解図であり、（ａ）は水溶液パイプの最上部よりも上流側に導入パイプを接続する場合を示し、（ｂ）は水溶液パイプの最上部に膨張部を設けてそれに導入パイプを接続する場合を示す。
【符号の説明】
【０１０５】
１０      二輪車
１００      燃料電池システム
１０２,２０２      燃料電池セルスタック
１０４      燃料電池セル
１３０,２００      水溶液タンク
１３８      測定用バルブ
１４２      エアフィルタ
１４６      水溶液ポンプ
１６５      導入口
２０４，２０４ａ，Ｘ      水溶液パイプ
２０６，２０６ａ，Ｙ      導入パイプ
２０８，２０８ａ      バルブ
Ｐ１〜Ｐ２２      パイプ
【図１】
2006351518.tif 000003
【図２】
2006351518.tif 000004
【図３】
2006351518.tif 000005
【図４】
2006351518.tif 000006
【図５】
2006351518.tif 000007
【図６】
2006351518.tif 000008
【図７】
2006351518.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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