(57)【要約】【課題】吸い出した燃料に気泡が混入することなくニアエンド検知が可能で、且つ小型化に有利な液体容器、燃料電池システム及びその運転方法を提供する。【解決手段】容器本体１１ａと、容器本体１１ａの一部に接続された筒状の吸出し口１１ｂと、容器本体１１ａ内に配置された第１の多孔体２１と、吸出し口１１ｂに配置され、第１の多孔体２１と接し、液体吸い上げ能力が第１の多孔体２１より大きい第２の多孔体２２と、を備え、第１の多孔体２１または第２の多孔体２２の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、第１の多孔体２１と第２の多孔体２２との接触面となる第１の多孔体２１の端面の一部と第２の多孔体２２と、吸出し口１１ｂとによって気泡収容部２３が形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器本体と、
前記容器本体の一部に接続された筒状の吸出し口と、
前記容器本体内に配置された第１の多孔体と、
前記吸出し口に配置され、前記第１の多孔体と接し、液体吸い上げ能力が前記第１の多孔体より大きい第２の多孔体と、を備え、
前記第１の多孔体または前記第２の多孔体の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、
前記第１の多孔体と前記第２の多孔体との接触面となる前記第１の多孔体の端面の一部と前記第２の多孔体と、前記吸出し口とによって気泡収容部が形成されることを特徴とする液体容器。
【請求項２】
前記気泡収容部と接する前記吸出し口の壁面に、光透過性部材で形成された窓が配置されていることを特徴とする請求項１に記載の液体容器。
【請求項３】
前記気泡収容部に気泡検知プローブを挿入するための挿入口を、前記吸出し口に更に備えることを特徴とする請求項１に記載の液体容器。
【請求項４】
前記容器本体内に、前記吸出し口に接続された多孔体固定管を備え、前記第１の多孔体の一部が前記多孔体固定管内に埋設されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体容器。
【請求項５】
燃料電池部と、
前記燃料電池部に送給するための燃料を収容し、容器本体、前記容器本体の一部に接続された筒状の吸出し口、前記容器本体内に配置された第１の多孔体、及び前記吸出し口に配置され、前記第１の多孔体と接し、液体吸い上げ能力が前記第１の多孔体より大きい第２の多孔体を備え、前記第１の多孔体または前記第２の多孔体の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、前記第１の多孔体と前記第２の多孔体との接触面となる前記第１の多孔体の端面の一部と前記第２の多孔体と前記吸出し口とによって気泡収容部が形成される液体容器と、
前記気泡収容部内の気泡を検知する検知手段と、
前記気泡の検知結果に基づいて、前記液体容器内の燃料の送給流量を制御する制御装置
とを備えることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
前記制御装置が、前記検知結果の履歴及び予め設定された複数の送給流量設定値に基づいて、前記送給流量を段階的に減少させていくことを特徴とする請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
燃料電池部に送給するための燃料を収容し、容器本体、前記容器本体の一部に接続された筒状の吸出し口、前記容器本体内に配置された第１の多孔体、及び前記吸出し口に配置され、前記第１の多孔体と接し、液体吸い上げ能力が前記第１の多孔体より大きい第２の多孔体を備え、前記第１の多孔体または前記第２の多孔体の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、前記第１の多孔体と前記第２の多孔体との接触面となる前記第１の多孔体の端面の一部と前記第２の多孔体と前記吸出し口とによって気泡収容部が形成される液体容器を備えた燃料電池システムの運転方法であって、
前記気泡収容部内の気泡を検知し、
前記気泡の検知結果に基づいて、前記液体容器内の燃料の送給流量を制御することを特徴とする燃料電池システムの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多孔体を利用した液体容器、燃料電池システム及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料容器や、例えばインクジェットプリンタの容器等のように、燃料容器に形態が似ている液体容器に関して、この容器内に親水性多孔体を設置すれば、重力方向に対し容器がどの方向に向いても燃料を吸い出すことができる。
【０００３】
ところが、親水性多孔体の設置は、その体積の分だけ容器に納められる燃料の容積が減るため、親水性多孔体からできるだけ多くの燃料を吸い出す必要がある。しかし、燃料容器から親水性多孔体を介してポンプで燃料を吸い出す場合に、親水性多孔体に含まれる燃料残量がある値以下となると、吸い出した燃料に気泡が混入し、そのまま液体ポンプへ流れ、ポンプ性能に悪影響を及ぼす。
【０００４】
すなわち、ポンプにて燃料を吸い出す際に気泡が混入し始めるときの、親水性多孔体に含まれる燃料残量（以下では「ニアエンド」と呼ぶ）を検知する必要があると同時に、燃料容器から吸い出した燃料への気泡の混入を防ぐ必要がある。
【０００５】
気泡の混入を防ぐ例としては、例えば親水性多孔体Ａと、親水性多孔体Ａより吸出し口に近い位置に設置した親水性多孔体Ｂとの間に空隙部を設け、この空隙部への気泡の混入を目視することによりニアエンドを検知する方法がある。水性ペンの構成などに見られるように、液体の吸い出し率を上げる目的で、親水性多孔体Ｂの液体吸い上げ能力を親水性多孔体Ａよりも高く設定する例が多い。
【０００６】
しかし、このニアエンド検知では、空隙部の液体がなくなる前に直ちに容器を交換しないと、吸い出した液体に気泡が混入し始めてしまう。液体の吸い出しを一旦完全に止めれば、十分な容器交換の時間は得られるが、燃料電池システム等に利用する場合においては、機器の運転上、好ましくない。また、十分な大きさの空隙部を設けることにより、容器交換のための時間は得られるが、目視に必要な窓の面積が増える。気泡検知を光学的又は電気的な機構に置き換える場合においては、窓が大きくなると検知面積も増えるため、燃料容器や燃料消費機器の小型化に不利となり、やはり好ましくない。
【０００７】
特許文献１に示す例では、多孔体がインクタンク壁面に接する一部をアクリルで構成するとともに、アクリルの内面に毛管力の異なる複数の溝部を形成している。多孔体の毛管力とインクタンク壁面の溝の毛管力との大小関係により、毛細管に形成した溝内に入り込むインクの状態が変化することを利用して、インクの検出ができるとしている。これを液体容器の吸出し口に設置すればニアエンド検知は可能であろう。
【０００８】
しかし、特に液体をポンプ吸い出しする場合は、溝部に気泡が混入してニアエンド検知した時点で、既に溝部周辺の多孔体には多くの気泡が混入していることを意味するため、吸い出した液体に気泡が混入する恐れがある。
【０００９】
特許文献２に示す例では、異なる毛管力を発言するインク・リザーバを備え、毛管力が大きい方のインク・リザーバにインク排出口とインク・レベル・センサとを設けている。インク・レベル・センサは、両端とも毛管力が大きい方のインク・リザーバに接続されたＣの字型のチューブであり、毛管力が大きい方のインク・リザーバのインクが少なくなると、チューブ内のインクがなくなるように毛管力を設計することで、ニアエンドを検知する機能を得ようとしている。
【００１０】
しかし、特に液体をポンプ吸い出しする場合は、インク・レベル・センサに気泡が混入してニアエンド検知した時点で、毛管力が大きい方のインク・リザーバには既に多くの気泡が混入していることを意味するため、吸い出した液体に気泡が混入する恐れがある。
【００１１】
なお、インク・レベル・センサを、毛管力が大きい方のインク・リザーバではなく、毛管力が小さい方のインク・リザーバに接続すれば、インク・レベル・センサがそのインク・リザーバのニアエンドを検知したときでも、毛管力が大きい方のインク・リザーバ・タンクは気泡の混入が殆どない状態を達成できると考えられる。
【００１２】
しかし、ニアエンド検知は、毛管力が大きい方のインク・リザーバにインク・レベル・センサを接続した場合よりもインク残量が多い状態を検知することになるため、インク残量が極力少ない状態を検知するには、更に独創的な検討が必要となる。
【特許文献１】特開平５−４２６８０号公報
【特許文献２】米国特許第６４３１６７２号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、吸い出した液体に気泡が混入することなくニアエンド検知が可能で、小型化に有利な液体容器、この液体容器を利用した燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本願発明の態様によれば、容器本体と、容器本体の一部に接続された筒状の吸出し口と、容器本体内に配置された第１の多孔体と、吸出し口に配置され、第１の多孔体と接し、液体吸い上げ能力が第１の多孔体より大きい第２の多孔体と、を備え、第１の多孔体または第２の多孔体の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、第１の多孔体と第２の多孔体との接触面となる第１の多孔体の端面の一部と第２の多孔体と、吸出し口とによって気泡収容部が形成される液体容器が提供される。
【００１５】
本願発明の他の態様によれば、燃料電池部と、燃料電池部に送給するための燃料を収容し、容器本体、容器本体の一部に接続された筒状の吸出し口、容器本体内に配置された第１の多孔体、及び吸出し口に配置され、第１の多孔体と接し、液体吸い上げ能力が第１の多孔体より大きい第２の多孔体を備え、第１の多孔体または第２の多孔体の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、第１の多孔体と第２の多孔体との接触面となる第１の多孔体の端面の一部と第２の多孔体と吸出し口とによって気泡収容部が形成される液体容器と、気泡収容部内の気泡を検知する検知手段と、気泡の検知結果に基づいて、液体容器内の燃料の送給流量を制御する制御装置とを備える燃料電池システムが提供される。
【００１６】
本願発明の他の態様によれば、燃料電池部に送給するための燃料を収容し、容器本体、容器本体の一部に接続された筒状の吸出し口、容器本体内に配置された第１の多孔体、及び吸出し口に配置され、第１の多孔体と接し、液体吸い上げ能力が第１の多孔体より大きい第２の多孔体を備え、第１の多孔体または第２の多孔体の少なくともいずれか一方を切り欠き部を有する形状とすることによって、第１の多孔体と第２の多孔体との接触面となる第１の多孔体の端面の一部と第２の多孔体と吸出し口とによって気泡収容部が形成される液体容器を備えた燃料電池システムの運転方法であって、気泡収容部内の気泡を検知し、気泡の検知結果に基づいて、液体容器内の燃料の送給流量を制御する燃料電池システムの運転方法が提供される。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、吸い出した液体に気泡が混入することなくニアエンド検知が可能で、小型化に有利な液体容器、この液体容器を利用した燃料電池システム及び燃料電池システムの運転方法が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
次に、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載においては、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号を付している。以下に示す実施の形態は、この発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、この発明の技術的思想は構成部品の構造、配置等を下記のものに特定するものではない。
【００１９】
（液体容器）
図１に示すように、本発明に係る液体容器１は、容器本体１１ａと、容器本体１１ａの一部に接続された筒状の吸出し口１１ｂと、容器本体１１ａ内に配置された第１の多孔体２１と、吸出し口１１ｂに配置され、第１の多孔体２１と接し、液体吸い上げ能力が第１の多孔体２１より大きい、切り欠き部２２ｃ（図２参照。）を有する形状の第２の多孔体２２と、第１の多孔体２１と第２の多孔体２２との接触面となる第１の多孔体２１の端面の一部に接するように、切り欠き部２２ｃに収容された気泡収容部２３とを備える。
【００２０】
液体容器１は、使用される形態に応じて種々の変更が可能である。図１においては、液体容器１は、幅２０ｍｍ、高さ２５ｍｍ、奥行き８０ｍｍの直方体形状の容器本体１１ａと、外径４ｍｍ、内径２ｍｍ、長さ６ｍｍの管形状の吸出し口１１ｂとから構成されている。
【００２１】
液体容器１は、内部に収容される液体１０に侵されない材料、例えばポリエーテルイミド等が用いられる。なお、第１の多孔体２１及び第２の多孔体２２を液体容器１内部に容易に収容するために、容器本体１１ａと吸出し口１１ｂとを分割し、組み立てて使用するような構造の容器が好ましい。
【００２２】
容器本体１１ａの壁面には、直径１ｍｍである穴が容器本体１１ａの空気取り入れ口１３として設けてある。容器本体１１ａの内部には、第１の多孔体２１を固定し、且つ第１の多孔体２１からの気泡混入を防ぐために、外径１０ｍｍ、内径８ｍｍ、 長さ５ｍｍの円筒形状の多孔体固定管１４が配置されている。
【００２３】
ここでは図示しないが、空気取り入れ口１３と吸出し口１１ｂはそれぞれ弁を持ち、液体容器１が後述する燃料電池システムと結合されていないときは、弁が閉じる構造となっている。
【００２４】
吸出し口１１ｂの壁面（円筒面）には、光透過性部材で形成された窓１５が形成されている。気泡収容部２３は、吸出し口１１ｂ内の窓１５と接する領域に位置しており、気泡収容部２３に収容される気泡２５を吸出し口１１ｂの外部から光学的に検知可能となっている。
【００２５】
第１の多孔体２１としては、セルローススポンジ等の親水性多孔体が好適である。第１の多孔体２１は、第１吸収体２１ａと第２吸収体２１ｂとを有している。第１吸収体２１ａの多孔体固定管１４内に挿入する前の自由状態の寸法は、直径１０ｍｍ、長さ１０ｍｍの円柱形状であり、これを圧縮して多孔体固定管１４の内壁に埋設してある。
【００２６】
このように、多孔体固定管１４の内径より直径が大きい第１吸収体２１ａを圧縮して多孔体固定管１４内に埋設することにより、第１吸収体２１ａの側壁（円筒面）が多孔体固定管１４の管壁に押さえつけられるため、第１吸収体２１ａが多孔体固定管１４から抜け落ちるのを防止できるとともに多孔体固定管１４の管壁との隙間から空気（気泡２５）が混入するのを防止できる。
【００２７】
第２吸収体２１ｂとしては、容器本体１１ａと同一形状のセルローススポンジを、仕様範囲内で、液体容器１が傾斜しても液体１０を吸い出す機能を損なわない程度でくりぬいた形状とし、容器本体１１ａ内に占める容積を極力減らすことが望ましい。
【００２８】
例えば図１に示すように、第１吸収体２１ａが配置された容器本体１１ａの中心部から、直方体形状の容器本体１１ａの８つの角に向かって放射状に延びるような形状の第２吸収体２１ｂを容器本体１１ａ内に収容してもよい。
【００２９】
第２の多孔体２２の材料としては、繊維束をバインダーで固めた親水性多孔体が好適である。図２に示すように、第２の多孔体２２は、直径２ｍｍ、高さ５．５ｍｍの円柱形状の多孔体から、図２の右上側の半分（半円柱部分）を半径１ｍｍ、高さ３．５ｍｍに渡って削り取った形状をなす。すなわち、第２の多孔体２２は、直径２ｍｍ、高さ５．５ｍｍの第１縦切円柱部（半円柱部）２２ａと直径２ｍｍ、高さ２．０ｍｍの第２縦切円柱部（半円柱部）２２ｂとからなる、切り欠き部２２ｃを備えた多孔体である。
【００３０】
切り欠き部２２ｃに隣接する第１縦切円柱部２２ａの頂部は、図１に示すように、第１の多孔体２１と接している。第２の多孔体２２の切り欠き部２２ｃを、図１に示すように配置することで、第１の多孔体２１と第２の多孔体２２との接触面となる第１の多孔体２１の端面の一部が切り欠き部２２ｃ（図１では図示省略）に露出される。そしてこの第１の多孔体２１、第２の多孔体２２、窓１５を含む吸出し口１１ｂにて形成された空間である切り欠き部２２ｃは、第１の多孔体２１側から送給される気泡２５を収容するための気泡収容部２３となる。
【００３１】
気泡収容部２３は、容器本体１１ａから吸い上げられた液体１０で満たされている。第１の多孔体２１から送給された気泡２５は、第２の多孔体２２の内部を通過するよりも、液体１０で満たされた気泡収容部２３を通過する方が容易であるため、第２の多孔体２２の内部よりも先に、気泡収容部２３を通過する。
【００３２】
その結果、発生した気泡２５を、気泡収容部２３内に選択的にトラップすることができるので、検出手段３０ａ等により、気泡２５が検出された段階で、液体１０の送給を止める、又は送給流量を下げることにより、気泡２５の大量発生を抑止でき、液体容器１から吸い出した液体１０に、気泡２５が混入するのを抑制できる。
【００３３】
ここで、第２の多孔体２２は、第１の多孔体２１よりも液体吸い上げ能力が高い材料を選ぶのが好ましい。本発明における「液体吸い上げ能力」の評価方法を説明する。ある液体に対する多孔体の液体吸い上げ能力Ｐｃ[Ｐａ] は下式（１）で評価する。
【００３４】
Ｐｃ＝（σｃｏｓθ）／ｒeff       ・・・（１）
ここで、σはある液体の表面張力[Ｐａ・ｓ]、θは多孔体とある液体との接触角[°]、ｒeff[Ｎ／ｍ]は多孔体の孔の等価半径であり、下式（２）で評価する。
【００３５】
ｒeff＝Ｃ[{Ｋ（１−ε）2}／ε3]1/2  ・・・（２）
ε；空隙率[−]
Ｋ；透過係数[ｍ2]
Ｃ；Ｃａｒｍａｎ−Ｋｏｚｅｎｙの比例定数からＢｌａｋｅ−Ｋｏｚｅｎｙの比例定数までの範囲の定数（Ｃａｒｍａｎ−Ｋｏｚｅｎｙの比例定数とＢｌａｋｅ−Ｋｏｚｅｎｙの比例定数とを含む）
図１に示す液体容器１によれば、第１の多孔体２１の液体吸い上げ能力よりも第２の多孔体２２の液体吸い上げ能力の方が高いため、毛管力の差を利用したニアエンド検知が可能となる。逆に、第１の多孔体２１の液体吸い上げ能力の方が高いと、第２の多孔体２２内の液体が液体容器１外へ選択的に吸い出される場合があるため、ニアエンド検知が困難となる。
【００３６】
更に、図１に示す容器本体１１ａ内には、第２の多孔体２２に接する第１の多孔体２１が収容されているため、重力の向きに対して液体容器１がどの方向を向いていても液体１０を吸い出すことができる。
【００３７】
更に、気泡収容部２３が配置された吸出し口１１ｂには、光透過性部材で形成された窓１５が形成されているので、窓１５に対向して配置された検知手段３０ａにより気泡２５の混入状態を光学的に自動検知することが可能である。また、窓１５を介して気泡収容部２３の状態を目視により確認することも可能である。
【００３８】
なお、後述する燃料電池システムの運転方法において詳細に説明するが、気泡収容部２３への気泡２５の混入を検知手段３０ａにより検知し、検知結果に応じて吸出し口１１ｂから吸い出す液体１０の流量を少なくすることにより、液体１０の吸い出しも継続させながら気泡収容部２３への気泡２５の混入を止めることが可能となるため、液体容器１が接続された装置に気泡２５が混入することなく、ユーザが液体容器１を交換するための時間を確保できる。
【００３９】
図３（ａ）〜図３（ｄ）に、第１の多孔体２１、第２の多孔体２２、及び気泡収容部２３の配置例を示す。なお、図中矢印は、液体や気泡２５が吸い出される方向を表している。
【００４０】
図３（ａ）の例に示すように、第２の多孔体２２の内部に、第１の多孔体２１とは直接接しない気泡収容部２３を設けた場合は、気泡２５が気泡収容部２３に収容された時点で既に第２の多孔体２２中には多くの気泡２５が混入してしまっているため、吸い出される液体には気泡２５が混入する。
【００４１】
一方、図３（ｂ）の例に示すように、第１の多孔体２１と第２の多孔体２２との接触面となる第１の多孔体２１の端面の一部に接するように、第２の多孔体２２の切り欠き部分に気泡収容部２３を設けた場合は、第１の多孔体２１内に含まれる気泡２５が、第２の多孔体２２内に混入するよりも先に気泡収容部２３に収容される。そのため、気泡２５が収容された時点では、第２の多孔体２２中には気泡が混入せず、容器出口側の液体の気泡混入を抑止できる。
【００４２】
また、図３（ｃ）の例に示すように、第１の多孔体２１と第２の多孔体２２との接触面となる第１の多孔体２１の端面の一部に接するように、第１の多孔体２１の切り欠き部分に気泡収容部２３を設けた場合も、第１の多孔体２１内に含まれる気泡２５が、第２の多孔体２２内に混入するよりも先に気泡収容部２３に収容される。そのため、気泡２５が収容された時点では、第２の多孔体２２中には気泡が混入せず、容器出口側の液体の気泡混入を抑止できる。
【００４３】
一方、図３（ｄ）の例に示すように、第１の多孔体２１の内部に、第２の多孔体２２とは直接接しない気泡収容部２３を設けた場合は、気泡収容部２３に気泡２５が収容された時点において、第２の多孔体２２内には気泡２５は混入していないが、液体容器１内に十分に液体が残存している状態で気泡２５が検知されることになる。そうすると、図３（ｂ）及び図３（ｃ）に示す例に比べて、液体を極力多く吸い出すことができなくなる。
【００４４】
（燃料電池システム）
図４に、本発明の実施の形態に係る燃料電池システム（ＤＭＦＣシステム）の一例を示す。図４に示す燃料電池システムは、燃料電池部（スタック６）と、スタック６に送給するための燃料を収容する液体容器１とを備える。
【００４５】
スタック６（燃料電池）は、アノード極６ｂ、カソード極６ｃ、アノード極６ｂ及びカソード極６ｃとの間に配置された電解質膜（ＭＥＡ）６ａ、アノード極６ｂ側に配置され、燃料を流通させるためのアノード流路６ｄ、及びカソード極６ｃ側に配置され、空気若しくは酸素を含む酸化剤を流通させるためのカソード流路６ｅを備える。アノード流路６ｄには、循環ポンプ４によって汲み出された循環燃料タンク３内の希釈燃料が配管５を介して送給される。カソード流路６ｅには空気が送給される。
【００４６】
アノード流路６ｄにて発電に使用され、排出された希釈燃料の一部は、循環燃料タンク３と循環ポンプ４と配管５によって再びスタック６に供給される。希釈燃料中に含まれる未反応の燃料と水は再利用される。
【００４７】
スタック６は、電気的負荷７に接続され、スタック６で発電された電力が電気的負荷７で消費される。スタック６と電気的負荷７の間には、スイッチ８（電流遮断手段）が設けられており、スイッチ８を開閉することで、スタック６から電気的負荷７の電力供給を行ったり、遮断、すなわち電気的負荷７に流している電流を略ゼロへ減少したりすることができる。ここで、「略ゼロへ減少する」とは、微小なリーク電流等の意図せずに流れる電流を除きスタック６から電気的負荷７に流している電流をゼロへ減少することを意味する。
【００４８】
スタック６と電気的負荷７の間に設けられた切替手段９は、電気的負荷７への電流の供給を、スタック６又は蓄電手段６０のどちらから供給するかを切り替えることができる。蓄電手段６０はスタック６から電気的負荷７に電流を流している間、適宜スタック６で発電された電力を用いて蓄電している。
【００４９】
スタック６に接続された例えば電圧計などの電圧測定手段５０は、スタック６の出力電圧を測定することができる。例えばモータドライバを備えたコンピュータ等からなる制御装置４０（制御手段）は電圧測定手段５０に接続され、電圧測定手段５０にて測定したスタック６の出力電圧を取得し、スイッチ８の開閉を行い、取得した出力電圧の値に応じて濃縮燃料ポンプ２を制御し、切替手段９を切り替えることができる。
【００５０】
制御装置４０は、スタック６に接続された電気的負荷７へ電流を流している状態でのスタック６の出力電圧である定常時出力電圧と、スタック６から電気的負荷７に流している電流を略ゼロへ減少させたときから一定時間経過後の時刻におけるスタック６の出力電圧である無負荷時出力電圧に応じて、濃縮燃料ポンプ２を用いて供給するメタノールの量を制御する。
【００５１】
発電に使用された希釈燃料中に含まれるメタノールを適宜補充するために、液体容器１中には、循環燃料タンク３中に収容された液体より濃度の高いメタノール（以下濃縮燃料という）が収容されている。
【００５２】
液体容器１は、濃縮燃料ポンプ２（メタノール供給手段）を介して配管５に接続されている。検知手段３０は、液体容器１に隣接して配置されており、液体容器１中の気泡を検知し、検知結果を制御装置４０に出力する。
【００５３】
制御装置４０は更に、検知手段３０の検知結果の履歴情報と、予めユーザにより設定された２以上の送給流量設定値に基づいて、濃縮燃料ポンプ２を制御し、液体容器１からの濃縮燃料の送給流量を段階的に減少させる。例えば、検知手段３０による気泡検知の履歴情報が全くない場合には、制御装置４０が、濃縮燃料の送給流量を最大値として、液体容器１から濃縮燃料を吸い出させる。そして、検知手段３０が気泡を検出する度に、送給流量を下げるようにする。
【００５４】
本発明の実施の形態に係る燃料電池システムによれば、ニアエンド検出後、すぐに燃料電池システムを停止させなくても、発生した気泡がシステム内に混入しないため、液体容器１を交換するための十分な時間を確保することができるとともに、燃料電池システムを安定的に運転できる。
【００５５】
（燃料電池システムの運転方法）
図５に示すフローチャートに基づいて、実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法の一例を説明する。
【００５６】
ステップＳ１１において、図４に示す液体容器１から吸い出す濃縮燃料の送給流量の設定値を制御装置４０に入力する。設定値は２つ以上設定するのが好ましい。設定値を２つ以上設定することにより、液体容器１に濃縮燃料が少なくなった場合にその設定値に応じて送給流量を段階的に変化させることができる。
【００５７】
ステップＳ１３において、図４に示す燃料電池システムを運転させる。図４の制御装置４０は、スタック６の定常時出力電圧、無負荷時出力電圧、検知手段３０から出力される気泡の検出結果の履歴情報、及びステップＳ１１で設定された設定値に応じて、濃縮燃料ポンプ２により供給するメタノールの量を制御する。例えば、気泡検知の履歴情報が全くない場合は、制御装置４０が最大流量の設定値を記憶装置（図示省略）から読み出して、送給流量を制御する。
【００５８】
図１に示す第１の多孔体２１に含まれる濃縮燃料の残量がニアエンド値以下となると、吸い出した燃料に気泡２５が混入し始める。気泡２５が第１の多孔体２１と第２の多孔体２２の境界に達すると、気泡２５は、第２の多孔体２２よりも先に、濃縮燃料で満たされた気泡収容部２３側を通過する。検知手段３０ａは、気泡収容部２３に収容された気泡２５を光学的に検出し、検出結果（検知信号）を制御装置４０に出力する。
【００５９】
ステップＳ１５において、制御装置４０は、検知手段３０が気泡を検知したか否かを判定する。気泡を検知しない場合はステップＳ２１へ進み、燃料電池システムの運転を継続する。気泡を検知した場合は、ステップＳ１７へ進む。
【００６０】
ステップＳ１７において、制御装置４０は、検知手段３０ａからの検知信号の受信に応じて、ステップＳ１１で入力された送給流量設定値を読み出し、送給流量を下げる。送給流量を下げることにより、ニアエンド値が更に下がり、図１の気泡収容部２３への気泡２５の混入が一旦止まるため、液体容器１内の濃縮燃料を気泡混入なく吸い続けることができる。
【００６１】
ステップＳ１９において、制御装置４０が液体容器１内の濃縮燃料の残量が少ない旨をユーザに警告し、液体容器１の交換を促し、ステップＳ２１において、引き続き燃料電池システムの運転を継続する。
【００６２】
ステップＳ２３において、ユーザが液体容器１を交換する場合は、燃料電池システムを一旦停止（終了）させる。一方、ユーザが液体容器１をまだ交換しない場合は、ステップＳ１３〜Ｓ２１に示す各工程を繰り返す。
【００６３】
図５に示す実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法によれば、図４に示す検知手段３０の検知信号に応じて、制御装置４０が液体容器１からのメタノールの送給流量を段階的に下げていく。これを、燃料電池システムが許す限り繰り返せば、液体容器１に残存する燃料が極力少なくなるように自動的に濃縮燃料を吸い出すことができ、液体容器１を交換するための十分な時間も確保することができる。
【００６４】
なお、燃料電池システムによっては、送給流量は一定値に保ちたいという要求がある。その場合は、送給流量の最小値をその一定値に設定しておき、一定値以上の送給流量で吸い出す場合は非連続的にかつ時間平均すれば一定値となるように吸い出すことで、この要求を満たすことができる。
【００６５】
図１に示す液体容器１に振動が与えられた場合は、液体容器１内の液体残量が十分存在するにもかかわらず、第１の多孔体２１内に気泡２５が混入する場合がある。その場合、気泡収容部２３は、液体残量がニアエンド値に達したときと同様に不具合で混入してしまった気泡２５までトラップしてしまう。そのため、ステップＳ１９に示す工程において、ユーザには、液体容器１の交換を促すだけでなく、不具合による気泡混入の可能性の有無も併せて警告するのが好ましい。
【００６６】
（液体容器１の変形例）
図１に示す検知手段３０ａの変形例を図６に示す。図６の液体容器１は、吸出し口１１ｂに、気泡検知プローブ３１を挿入するための挿入口１６を有する。
【００６７】
挿入口１６には、弾性部材１７が配置されている。気泡検知プローブ３１は、弾性部材１７を介して気泡収容部２３内に挿入されている。気泡検知プローブ３１は、電気伝導度測定回路３５に接続されている。また、挿入口１６に隣接して電極３２が配置されている。電極３２は、容器側接続端子３３及び本体側接続端子３４を介して電気伝導度測定回路３５に接続されている。
【００６８】
図６に示す液体容器１によれば、検知手段３０ｂにより、気泡収容部２３に収容される気泡２５を電気的に検知することができる。
【００６９】
本発明は上記の実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。本発明は、この開示から妥当な特許請求の範囲の発明特定事項によって表されるものであり、実施段階においては、その要旨を逸脱しない範囲で変形して具体化できる。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の実施の形態に係る液体容器の一例を示す断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係る第２の多孔体の詳細を示す斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態に係る気泡収容部の配置例を示す説明図である。
【図４】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの一例を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態に係る燃料電池システムの運転方法の一例を示すフローチャートである。
【図６】図１の液体容器の変形例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００７１】
１…液体容器
２…濃縮燃料ポンプ
３…循環燃料タンク
４…循環ポンプ
５…配管
６…スタック
６ｂ…アノード極
６ｃ…カソード極
６ｄ…アノード流路
６ｅ…カソード流路
７…電気的負荷
８…スイッチ
９…切替手段
１０…液体
１１ａ…容器本体
１１ｂ…吸出し口
１３…空気取り入れ口
１４…多孔体固定管
１５…窓
１６…挿入口
１７…弾性部材
２１…第１の多孔体
２１ａ…第１吸収体
２１ｂ…第２吸収体
２２…第２の多孔体
２２ａ…第１縦切円柱部
２２ｂ…第２縦切円柱部
２２ｃ…切り欠き部
２３…気泡収容部
２５…気泡
３０…検知手段
３０ａ…検知手段
３０ｂ…検知手段
３１…気泡検知プローブ
３２…電極
３３…容器側接続端子
３４…本体側接続端子
３５…電気伝導度測定回路
４０…制御装置
５０…電圧測定手段
６０…蓄電手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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