(57)【要約】【課題】異常判定用の新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定することができる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供する。【解決手段】燃料電池システム１００は、セルスタック１０２と、セルスタック１０２にメタノール水溶液を供給するための水溶液供給手段とを備える。水溶液供給手段は、メタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給可能に構成され、セルスタック１０２につながる主流路、主流路から分岐し気体源に接続される副流路、メタノール水溶液を保持する水溶液タンク１１６、および水溶液ポンプ１３６を含む。副流路に超音波センサ１５４が設けられる。超音波センサ１５４は、水溶液ポンプ１３６の停止時に水溶液タンク１１６の液面より高い位置に設けられる。超音波センサ１５４の濃度情報検出結果に基づいて、水溶液供給手段の異常を判定する。さらに水溶液タンク１１６内の液量の検出結果を考慮してもよい。【選択図】図５
2008034380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池、
前記燃料電池に燃料水溶液を供給するための水溶液供給手段、
前記水溶液供給手段に設けられ、前記燃料水溶液の物理的特性に基づいて前記燃料水溶液の濃度情報を検出する濃度検出手段、および
前記濃度検出手段の検出結果に基づいて前記水溶液供給手段の異常を判定する判定手段を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記水溶液供給手段は水溶液ポンプを含み、
前記濃度検出手段は、前記水溶液供給手段のうち前記水溶液ポンプの停止時に気体が存在する位置に設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記水溶液供給手段は、前記燃料電池に供給すべき前記燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、前記燃料電池につながる主流路、および前記主流路から分岐し気体源に接続される副流路を含み、
前記濃度検出手段は、前記水溶液ポンプの停止時に前記水溶液保持手段の液面より高い位置に設けられる、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記濃度検出手段は前記副流路に設けられる、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
当該燃料電池システムは前記副流路への前記燃料水溶液の流入を制御する流入制御手段をさらに備える、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記気体源は前記水溶液保持手段の気層である、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記水溶液供給手段は、前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段を含み、前記燃料水溶液を前記燃料電池に循環供給可能に構成される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記水溶液保持手段内の液量を検出する液量検出手段をさらに備え、
前記判定手段は、前記濃度検出手段の検出結果と前記液量検出手段の検出結果とに基づいて前記水溶液供給手段の異常を判定する、請求項７に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記濃度検出手段は、超音波を発信する発信部と前記超音波を受信する受信部とを含む超音波センサである、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
前記燃料電池に酸素を含む空気を供給する空気供給手段、および
前記判定手段の判定結果に基づいて前記空気供給手段の動作を制御する空気供給制御手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１１】
前記判定手段の判定結果を報知する報知手段をさらに備える、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１２】
請求項１から１１のいずれかに記載の燃料電池システムを備える、輸送機器。
【請求項１３】
燃料電池と前記燃料電池に燃料水溶液を供給するための水溶液供給手段とを含む燃料電池システムの運転方法であって、
前記燃料水溶液の物理的特性に基づいて前記燃料水溶液の濃度情報を検出する濃度検出工程、および
前記濃度検出工程での検出結果に基づいて前記水溶液供給手段の異常を判定する判定工程を備える、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】
この発明は燃料電池システムおよびその運転方法に関し、より特定的には、保護機能を備えた燃料電池システムおよびその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池システムでは、水溶液ポンプによって燃料水溶液が燃料電池のアノードに、エアポンプによって酸素を含む空気が燃料電池のカソードにそれぞれ供給される。水溶液ポンプは、電気エネルギで駆動されるモータの回転動力をポンプ本体に回転軸を介して伝達することによって駆動される。ここで、回転軸が折れてモータの動力がポンプ本体に伝達されなくなると燃料水溶液の供給が停止するといった異常や、モータの劣化によりモータの性能が低下すると燃料水溶液の供給量が減少するといった異常が想定される。
【０００３】
このような異常が発生するとアノードに燃料が偏在し電解質膜が劣化してしまう。また、燃料水溶液の供給量が減少すると燃料電池の出力が低下するといった問題が発生する。
【０００４】
また、燃料水溶液の流路としてのパイプが折れるといった異常や、上記パイプに穴が開くといった異常も想定される。このような異常が発生すると、燃料水溶液の供給が停止したり減少したりすることによって、上記のポンプの異常時と同様の問題が発生する。
【０００５】
燃料水溶液の流路に配置された流量センサや圧力センサの検出結果に基づいて上記の異常を判定することが考えられる。特許文献１には燃料電池冷却系の異常を冷媒流量および冷媒圧力に基づいて検出する燃料電池システムが開示されている。
【特許文献１】特開２００２−１８４４３５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に開示されている技術を水溶液供給手段の異常を判定するために用いると、新たに流量検出のためのセンサと圧力検出のためのセンサとを設けなければならない。
【０００７】
それゆえにこの発明の主たる目的は、異常判定用の新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定することができる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の目的を達成するために、燃料電池、燃料電池に燃料水溶液を供給するための水溶液供給手段、水溶液供給手段に設けられ、燃料水溶液の物理的特性に基づいて燃料水溶液の濃度情報を検出する濃度検出手段、および濃度検出手段の検出結果に基づいて水溶液供給手段の異常を判定する判定手段を備える、燃料電池システムが提供される。
【０００９】
また、燃料電池と燃料電池に燃料水溶液を供給するための水溶液供給手段とを含む燃料電池システムの運転方法であって、燃料水溶液の物理的特性に基づいて燃料水溶液の濃度情報を検出する濃度検出工程、および濃度検出工程での検出結果に基づいて水溶液供給手段の異常を判定する判定工程を備える、燃料電池システムの運転方法が提供される。
【００１０】
上述の発明では、水溶液供給手段、たとえば流路に異常が発生し、燃料水溶液中に外部から空気が混入し、濃度検出手段に気体が導入されてしまうと、燃料水溶液の物理的特性を利用した濃度情報の検出が不能となる。この現象を利用することによって濃度情報の検出結果に基づいて水溶液供給手段の異常を判定することができる。特に、水溶液供給手段のうち濃度検出手段（濃度検出箇所）より上流側の異常を好適に検出することができる。また、このように燃料濃度の検出結果を利用するので、異常検出用に新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定することができる。
【００１１】
好ましくは、水溶液供給手段は水溶液ポンプを含み、濃度検出手段は、水溶液供給手段のうち水溶液ポンプの停止時に気体が存在する位置に設けられる。この場合、水溶液ポンプが異常により停止すると、燃料水溶液を濃度検出手段に供給できなくなりあるいは供給量が減少し、濃度検出手段に気体が導入されてしまう。その結果、燃料水溶液の物理的特性を利用した濃度情報の検出が不能となる。この現象を利用することによって濃度情報の検出結果に基づいて水溶液供給手段の異常を判定することができる。特に、水溶液ポンプの異常を好適に検出することができる。
【００１２】
また好ましくは、水溶液供給手段は、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、燃料電池につながる主流路、および主流路から分岐し気体源に接続される副流路を含み、濃度検出手段は、水溶液ポンプの停止時に水溶液保持手段の液面より高い位置に設けられる。この場合、水溶液ポンプが異常により停止すると、気体源からの気体が副流路を介して主流路に導入され、主流路の液面を水溶液保持手段の液面まで低下させる。これにより、濃度検出手段には気体が導入され、水溶液ポンプの異常を容易に検出できる。
【００１３】
さらに好ましくは、濃度検出手段は副流路に設けられる。この場合、副流路に燃料水溶液を流入させることによって、燃料水溶液の流速を小さくした状態でまたは燃料水溶液を止めて濃度情報を検出できる。これによって燃料電池への燃料水溶液の供給を止めずに精度よく水溶液ポンプの異常を検出することができる。
【００１４】
好ましくは、燃料電池システムは副流路への燃料水溶液の流入を制御する流入制御手段をさらに備える。この場合、主流路から副流路に流入される燃料水溶液の量を容易に制御できる。このため、主流路内の燃料水溶液を燃料電池へ円滑に供給しつつ、副流路で水溶液ポンプの異常を円滑に検出できる。
【００１５】
また好ましくは、気体源は水溶液保持手段の気層である。この場合、副流路を水溶液保持手段の気層に接続するだけで容易に気体源が得られる。
【００１６】
さらに好ましくは、水溶液供給手段は、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段を含み、燃料水溶液を燃料電池に循環供給可能に構成される。この発明は、このように燃料水溶液を燃料電池に循環供給可能な燃料電池システムに好適に用いられる。
【００１７】
なお、上述のように水溶液供給手段が燃料水溶液を循環供給可能に構成される場合において、「濃度検出手段の上流」とは、濃度検出手段から水溶液保持手段を介して燃料電池のアノード出口までをいう。
【００１８】
好ましくは、水溶液保持手段内の液量を検出する液量検出手段をさらに備え、判定手段は、濃度検出手段の検出結果と液量検出手段の検出結果とに基づいて水溶液供給手段の異常を判定する。このように水溶液保持手段の液量検出結果をも考慮することによって、水溶液供給手段の異常をより正確に判定できる。特に、水溶液保持手段から濃度検出手段（濃度検出箇所）までの間の異常を好適に検出できる。
【００１９】
また好ましくは、濃度検出手段は、超音波を発信する発信部と超音波を受信する受信部とを含む超音波センサである。この場合、発信部からの超音波を受信部で受信して得られる超音波の伝搬時間（伝搬速度）に基づいて燃料水溶液の濃度情報が検出される。しかし、水溶液供給手段に異常が発生すると、発信部と受信部との間に気体が導入されてしまい濃度情報を検出できなくなる。したがって、超音波センサを利用することによって水溶液供給手段の異常を簡単かつ確実に判定することができる。
【００２０】
好ましくは、燃料電池に酸素を含む空気を供給する空気供給手段、および判定手段の判定結果に基づいて空気供給手段の動作を制御する空気供給制御手段をさらに備える。水溶液供給手段に異常があり燃料水溶液が供給されないまたは供給量が低下した状態で空気を供給すると、燃料電池の一部分で燃料水溶液が不足し、燃料電池の発電反応に偏りが生じてしまう。これは電解質膜の劣化を引き起こす原因となる。このため、水溶液供給手段が異常と判定された場合、空気供給手段を停止させることによって電解質膜の劣化を防止することができる。また、起動時において、濃度情報の検出結果に基づいて水溶液供給手段に異常が無いことを確認してから空気供給手段を駆動するように制御すると、確実に電解質膜の劣化を防止することができる。
【００２１】
また好ましくは、判定手段の判定結果を報知する報知手段をさらに備える。水溶液供給手段の異常を報知することによって燃料電池システムの利便性が向上する。
【００２２】
燃料電池システムを輸送機器に搭載する場合には、構成部品を少なくしシステムを小さくすることが望まれる。この発明では、異常判定用の新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定でき、構成部品を増やすことなくシステムを小さく構成できる。このため、この発明は輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２３】
この発明によれば、燃料水溶液の濃度情報の検出結果を利用することによって、異常判定用の新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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１００を、輸送機器の一例である自動二輪車１０に搭載した場合について説明する。
まず、自動二輪車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、自動二輪車１０のシートにドライバーがそのハンドル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。
【００２５】
図１を参照して、自動二輪車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、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、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、およびリヤフレーム１８の上端部に取り付けられるシートレール２０を備えている。
【００２６】
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左右方向に幅を有して後方へ斜め下方に延びるフランジ部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の構成部材を収納する収納スペースを形成している。
【００２７】
一方、リヤフレーム１８は、それぞれ前後方向に幅を有して後方へ斜め上方に延びかつフロントフレーム１６の後端部を挟むように左右に配置される一対の板状部材を含む。なお、図１には、リヤフレーム１８の左側の板状部材が示されている。
【００２８】
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が取り付けられている。ハンドル支持部２６の上端には表示操作部２８が配置されている。
【００２９】
図３をも参照して、表示操作部２８は、自動二輪車１０を駆動する電動モータ４４（後述）の各種データを計測表示するためのメータ２８ａ、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る表示部２８ｂ、および各種指示や各種情報入力用の入力部２８ｃを一体的に設けたものである。入力部２８ｃには、リレー１７６を切り替えることで電動モータ４４等の外部負荷とセルスタック１０２および二次電池１２６（後述）とを接続するための始動ボタン３０ａ、運転停止指示後にセルスタック１０２の発電停止を指示するための停止ボタン３０ｂ、および停止ボタン３０ｂを点灯させるためのバックライト３０ｃが設けられている。
【００３０】
また、図１に示すように、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３２が取り付けられており、フロントフォーク３２それぞれの下端には、前輪３４が前車軸３６を介して取り付けられている。前輪３４は、フロントフォーク３２によって緩衝懸架された状態で前車軸３６によって回転自在に軸支されている。
【００３１】
一方、リヤフレーム１８の上端部には、前後方向に延びるフレーム状のシートレール２０がたとえば溶接によって固設されている。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。
【００３２】
また、リヤフレーム１８の下端部には、スイングアーム（リヤアーム）３８がピボット軸４０を介して揺動自在に支持されている。スイングアーム３８の後端部３８ａには、後輪４２に連結されかつ後輪４２を回転駆動させるためのたとえばアキシャルギャップ型の電動モータ４４が内蔵されている。また、スイングアーム３８には、電動モータ４４に電気的に接続される駆動ユニット４６が内蔵されている。駆動ユニット４６は、電動モータ４４の回転駆動を制御するためのコントローラ４８、および二次電池１２６の蓄電量を検出する蓄電量検出器５０を含む。スイングアーム３８および後輪４２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。
【００３３】
このような自動二輪車１０には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００の構成部材が配置されている。燃料電池システム１００は、電動モータ４４や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。
【００３４】
以下、図１および図２を参照して、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電気エネルギの生成（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。
【００３５】
燃料電池システム１００は、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。図１に示すように、セルスタック１０２は、フランジ部１６ｃから吊るされ、フロントフレーム１６の下方に配置されている。
【００３６】
図２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イオンと酸素との電気化学反応によって発電できる燃料電池（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膜１０４ａと、電解質膜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、電解質膜１０４ａ側に設けられる白金触媒層を含む。
【００３７】
また、図１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、ラジエータユニット１０８が配置されている。ラジエータユニット１０８は、その前面が下向きに配置され、走行時に風を十分に受けることができる。
【００３８】
図２に示すように、ラジエータユニット１０８は、水溶液用のラジエータ１０８ａと気液分離用のラジエータ１０８ｂとを一体的に設けたものである。ラジエータユニット１０８の裏面側には、ラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０と、ラジエータ１０８ｂを冷却するためのファン１１２（図３参照）とが設けられている。なお、図１においては、ラジエータ１０８ａと１０８ｂとが左右に配置されているものとし、左側のラジエータ１０８ａを冷却するためのファン１１０が示されている。
【００３９】
また、リヤフレーム１８の一対の板状部材の間には、上方から順に燃料タンク１１４、水溶液タンク１１６および水タンク１１８が配置されている。
【００４０】
燃料タンク１１４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１１４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１１４にはレベルセンサ１２０が装着され、燃料タンク１１４内のメタノール燃料の液面の高さひいては液量が検出される。
【００４１】
水溶液タンク１１６は、燃料タンク１１４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。水溶液タンク１１６は、燃料タンク１１４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。水溶液タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の液面の高さひいては液量が検出される。
【００４２】
水タンク１１８は、セルスタック１０２の後側に配置され、リヤフレーム１８に取り付けられている。水タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着され、水タンク１１８内の水面の高さひいては水量が検出される。
【００４３】
また、燃料タンク１１４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１２６が配置されている。二次電池１２６は、セルスタック１０２からの電力を蓄え、コントローラ１４２（後述）の指令に応じて電気構成部材に電力を供給する。
【００４４】
二次電池１２６の上側かつシートレール２０の下側には、燃料ポンプ１２８が配置されている。また、燃料タンク１１４の前側かつ二次電池１２６の後方斜め上側には、キャッチタンク１３０が配置されている。
【００４５】
フロントフレーム１６とセルスタック１０２とラジエータユニット１０８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１３２が配置され、エアフィルタ１３２の後方斜め下側には水溶液フィルタ１３４が配置されている。
【００４６】
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１３６およびエアポンプ１３８が収納されている。エアポンプ１３８の左側にはエアチャンバ１４０が配置されている。
【００４７】
フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、コントローラ１４２、防錆用バルブ１４４および水ポンプ１４６が配置されている。
【００４８】
フロントフレーム１６には、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メインスイッチ１４８が設けられている。メインスイッチ１４８がオンされることによってコントローラ１４２に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４８がオフされることによってコントローラ１４２に運転停止指示が与えられる。
【００４９】
図２に示すように、燃料タンク１１４と燃料ポンプ１２８とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１２８と水溶液タンク１１６とはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１１６と水溶液ポンプ１３６とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３６と水溶液フィルタ１３４とはパイプＰ４によって連通され、水溶液フィルタ１３４とセルスタック１０２とはパイプＰ５によって連通されている。パイプＰ５はセルスタック１０２のアノード入口Ｉ１に接続され、水溶液ポンプ１３６を駆動させることによってセルスタック１０２にメタノール水溶液が供給される。セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近にはメタノール水溶液の温度を検出する温度センサ１５０が設けられている。温度センサ１５０がセルスタック１０２内を流れるメタノール水溶液の温度を検出することによって、セルスタック１０２の温度を検出できる。
【００５０】
セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１０８ａとはパイプＰ６によって連通され、ラジエータ１０８ａと水溶液タンク１１６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のアノード出口Ｉ２に接続されている。
上述したパイプＰ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。
【００５１】
また、エアフィルタ１３２とエアチャンバ１４０とはパイプＰ８によって連通され、エアチャンバ１４０とエアポンプ１３８とはパイプＰ９によって連通され、エアポンプ１３８と防錆用バルブ１４４とはパイプＰ１０によって連通され、防錆用バルブ１４４とセルスタック１０２とはパイプＰ１１によって連通されている。パイプＰ１１はセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３に接続されている。燃料電池システム１００の発電時には防錆用バルブ１４４を開いておき、その状態でエアポンプ１３８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。防錆用バルブ１４４は、燃料電池システム１００の停止時には閉じられており、エアポンプ１３８への水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ１３８の錆を防止する。エアフィルタ１３２付近には、外気温度を検出する外気温度センサ１５２が設けられている。
【００５２】
セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１０８ｂとはパイプＰ１２によって連通され、ラジエータ１０８ｂと水タンク１１８とはパイプＰ１３によって連通され、水タンク１１８にはパイプ（排気管）Ｐ１４が設けられている。
上述したパイプＰ８〜Ｐ１４は主として酸化剤の流路となる。
【００５３】
さらに、水タンク１１８と水ポンプ１４６とはパイプＰ１５によって連通され、水ポンプ１４６と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１６によって連通されている。
上述したパイプＰ１５，Ｐ１６は水の流路となる。
【００５４】
また、パイプＰ４の分岐部Ａには、パイプＰ４を流れるメタノール水溶液の一部が流入するようにパイプＰ１７が接続されている。パイプＰ１７には超音波センサ１５４が取り付けられている。超音波センサ１５４は、メタノール濃度に応じて超音波の伝搬時間（伝搬速度）が変化することを利用して、メタノール水溶液のメタノール濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）を検出するために用いられる。超音波センサ１５４は、発信部１５４ａと受信部１５４ｂとを含み、発信部１５４ａから発信した超音波を受信部１５４ｂで受信してパイプＰ１７内での超音波伝搬時間を検出し、その伝搬時間に相当する電圧値を物理的な濃度情報とする。コントローラ１４２は、その濃度情報に基づいて、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。超音波センサ１５４は、水溶液供給手段の異常時に超音波センサ１５４内に気体が導入されるような位置に設けられている。言い換えると、超音波センサ１５４は、水溶液供給手段の異常時の液面高さよりも高い位置に設けられる。図２に示す例では、通常運転時にたとえば水溶液ポンプ１３６が停止し、濃度測定のために検出用バルブ１５６が開かれると水溶液タンク１１６内の気体がパイプＰ１８を介してパイプＰ１７およびＰ４に導入される。これによって主流路（パイプＰ３〜Ｐ５）の液面は水溶液タンク１１６の液面にまで低下する。このとき、超音波センサ１５４は主流路の液面ひいては水溶液タンク１１６の液面よりも高い位置にあり、超音波センサ１５４には気体が存在する。
【００５５】
パイプＰ１７には検出用バルブ１５６が接続され、検出用バルブ１５６と水溶液タンク１１６の気層１１６ａとはパイプＰ１８によって連通されている。メタノール濃度の検出時には検出用バルブ１５６が閉じられ、パイプＰ１７内でのメタノール水溶液の流れが止められる。メタノール濃度の測定後、検出用バルブ１５６が開けられ、濃度検出済みのメタノール水溶液が水溶液タンク１１６に戻される。
上述したパイプＰ１７，Ｐ１８は主として濃度検出用の流路となる。
【００５６】
さらに、水溶液タンク１１６とキャッチタンク１３０とはパイプＰ１９，Ｐ２０によって連通され、キャッチタンク１３０とエアチャンバ１４０とはパイプＰ２１によって連通されている。
上述したパイプＰ１９〜Ｐ２１は主として燃料処理用の流路となる。
【００５７】
ついで、図３を参照して、燃料電池システム１００の電気的構成について説明する。
燃料電池システム１００のコントローラ１４２は、必要な演算を行い燃料電池システム１００の動作を制御するためのＣＰＵ１５８、ＣＰＵ１５８にクロックを与えるクロック回路１６０、燃料電池システム１００の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１６２、外部負荷にセルスタック１０２を接続するための電気回路１６４における電圧を検出するための電圧検出回路１６６、燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２を流れる電流を検出するための電流検出回路１６８、電気回路１６４を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１７０、電気回路１６４に設けられるダイオード１７２、および電気回路１６４に所定の電圧を供給するための電源回路１７４を含む。
【００５８】
このようなコントローラ１４２のＣＰＵ１５８には、レベルセンサ１２０，１２２および１２４からの検出信号、ならびに温度センサ１５０、外気温度センサ１５２および超音波センサ１５４からの検出信号が入力される。また、ＣＰＵ１５８には、電源をオン／オフするためのメインスイッチ１４８からの入力信号や、入力部２８ｃの始動ボタン３０ａおよび停止ボタン３０ｂからの入力信号が入力される。また、ＣＰＵ１５８には蓄電量検出器５０からの検出信号が入力される。ＣＰＵ１５８は、蓄電量検出器５０からの検出信号と二次電池１２６の容量に関する情報とを用いて二次電池１２６の蓄電率（二次電池１２６の容量に対する蓄電量の割合）を算出する。さらに、ＣＰＵ１５８には電圧検出回路１６６からの電圧検出値および電流検出回路１６８からの電流検出値が入力される。ＣＰＵ１５８は、電圧検出値と電流検出値とを用いてセルスタック１０２の出力を算出する。
【００５９】
また、ＣＰＵ１５８によって、燃料ポンプ１２８、水溶液ポンプ１３６、エアポンプ１３８、水ポンプ１４６、ファン１１０，１１２、防錆用バルブ１４４および検出用バルブ１５６等の補機類が制御される。また、ＣＰＵ１５８によって、各種情報を表示し自動二輪車１０のドライバーに各種情報を報知するための表示部２８ｂが制御される。さらに、ＣＰＵ１５８によって、入力部２８ｃのバックライト３０ｃの点灯／消灯が制御される。
【００６０】
セルスタック１０２には二次電池１２６および駆動ユニット４６が接続される。二次電池１２６および駆動ユニット４６はリレー１７６を介して電動モータ４４等の外部負荷に接続される。二次電池１２６は、セルスタック１０２からの出力を補完するものであり、セルスタック１０２からの電力によって充電され、その放電によって電動モータ４４、駆動ユニット４６および補機類等に電力を与える。
【００６１】
電動モータ４４には、電動モータ４４の各種データを計測するためのメータ２８ａが接続され、メータ２８ａによって計測されたデータや電動モータ４４の状況は、インターフェイス回路１７８を介してＣＰＵ１５８に与えられる。
【００６２】
また、インターフェイス回路１７８には充電器２００が接続可能であり、充電器２００は外部電源（商用電源）２０２に接続できる。インターフェイス回路１７８に充電器２００を介して外部電源２０２が接続されている場合には、インターフェイス回路１７８を介してＣＰＵ１５８に外部電源接続信号が与えられる。充電器２００のスイッチ２００ａはＣＰＵ１５８によってオン／オフできる。
【００６３】
メモリ１６２には、図５〜図７に示す動作を実行するためのプログラムが格納されている。また、メモリ１６２には、ＮＧ回数、ＮＧ回数の閾値となる所定回数、液量回復処理フラグ、閾値となる第１所定時間および第２所定時間、演算データ、ならびに図４に示すような超音波の伝搬時間（濃度情報）と液温と燃料濃度との対応関係を示すテーブルデータ等が格納されている。
【００６４】
図４には、４つの濃度（０ｗｔ％、１．９ｗｔ％、２．９ｗｔ％および４．６ｗｔ％）における伝搬時間と液温との対応関係（曲線）しか示されていないが、実際には伝搬時間と液温とが決まれば対応する燃料濃度を決定できるように５つ以上の曲線に対応するテーブルデータが用いられる。
【００６５】
すなわち、濃度情報と液温とが得られると、ＣＰＵ１５８は上記テーブルデータを参照してメタノール水溶液の濃度を検出する。
【００６６】
この実施形態では、水溶液供給手段は、パイプＰ３〜Ｐ７，Ｐ１７およびＰ１８、水溶液タンク１１６、水溶液ポンプ１３６、水溶液フィルタ１３４ならびに水溶液用ラジエータ１０８ａを含み、メタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給可能に構成される。水溶液タンク１１６が水溶液保持手段に相当する。超音波センサ１５４が濃度検出手段に相当する。レベルセンサ１２２が液量検出手段に相当する。パイプＰ３〜Ｐ５が主流路に相当し、パイプＰ１７およびＰ１８が副流路に相当する。検出用バルブ１５６およびＣＰＵ１５８が流入制御手段に相当する。空気供給手段はエアポンプ１３８を含む。ＣＰＵ１５８は判定手段および空気供給制御手段に相当する。水溶液タンク１１６の気層１１６ａが気体源に相当する。表示部２８ｂが報知手段に相当する。
【００６７】
ついで、燃料電池システム１００の運転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１４８がオンされることを契機として、コントローラ１４２を起動し、運転を開始する。そして、コントローラ１４２の起動後に始動ボタン３０ａが押されることを契機として、リレー１７６の切り替えが行われ、電動モータ４４等の外部負荷がセルスタック１０２および二次電池１２６に接続される。また、二次電池１２６の蓄電率が所定値以下となると、二次電池１２６からの電力によって水溶液ポンプ１３６やエアポンプ１３８等の補機類を駆動し、セルスタック１０２の発電を開始する。
【００６８】
なお、外部負荷とは、セルスタック１０２の発電を維持するために必要な電力を除いた電力を消費する負荷をいう。具体的に、この実施形態においては電動モータ４４や自動二輪車１０のヘッドライト等が外部負荷に挙げられる。
【００６９】
図２を参照して、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ１３６の駆動によってパイプＰ３，Ｐ４を介して水溶液フィルタ１３４に供給される。そして、水溶液フィルタ１３４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。
【００７０】
また、水溶液タンク１１６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）は、パイプＰ１９を介してキャッチタンク１３０に与えられる。キャッチタンク１３０内では気化したメタノールと水蒸気とが冷却される。そして、キャッチタンク１３０内で得られたメタノール水溶液は、パイプＰ２０を介して水溶液タンク１１６に戻される。また、キャッチタンク１３０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Ｐ２１を介してエアチャンバ１４０に与えられる。
【００７１】
一方、エアポンプ１３８の駆動によってエアフィルタ１３２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１４０に流入することによって消音される。そして、エアチャンバ１４０に与えられた空気およびキャッチタンク１３０からの気体が、パイプＰ９を介してエアポンプ１３８に流入し、さらに、パイプＰ１０、防錆用バルブ１４４、パイプＰ１１およびカソード入口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。
【００７２】
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、電解質膜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。セルスタック１０２からの電力は、二次電池１２６への充電や自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。セルスタック１０２は、電気化学反応に伴って発生する熱によって温度上昇する。セルスタック１０２の出力はその温度上昇に伴って上昇し、セルスタック１０２は約６０℃で定常的に発電可能となる。つまり、燃料電池システム１００は、セルスタック１０２の温度が約６０℃で定常運転に移行する。
【００７３】
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伴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、パイプＰ６を介して水溶液用のラジエータ１０８ａに与えられ、ラジエータ１０８ａで冷却される（たとえば約４０℃となる）。ラジエータ１０８ａによる二酸化炭素および未反応メタノールの冷却動作は、ファン１１０を動作させることによって行われる。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１１６に戻される。
【００７４】
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、パイプＰ１２を介してラジエータ１０８ｂに与えられ、ラジエータ１０８ｂで冷却され露点以下となることによって液化される。ラジエータ１０８ｂによる水蒸気の液化動作は、ファン１１２を動作させることによって行われる。水分（水および水蒸気）、二酸化炭素および未反応の空気を含むカソード出口Ｉ４からの排気は、パイプＰ１２、ラジエータ１０８ｂおよびパイプＰ１３を介して水タンク１１８に与えられ、水タンク１１８に水が回収された後にパイプＰ１４を介して外部に排出される。
【００７５】
また、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃでは、キャッチタンク１３０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１０８ｂを介して水タンク１１８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１０８ｂを介して水タンク１１８に与えられる。水タンク１１８に回収された水は、水ポンプ１４６の駆動によってパイプＰ１５，Ｐ１６を介して水溶液タンク１１６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。
【００７６】
また、発電中の燃料電池システム１００では、各燃料電池１０４の劣化を防ぎつつ各燃料電池１０４に効率よく発電させるために、メタノール水溶液の濃度検出処理が定期的に実行される。そして、その検出結果に基づいてセルスタック１０２に供給すべき水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液のメタノール濃度がたとえば３ｗｔ％程度に調整される。具体的には、メタノール濃度の検出結果に基づいて燃料ポンプ１２８を駆動させ、燃料タンク１１４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１１６に与えられる。また、メタノール濃度の検出結果に基づいて水ポンプ１４６を駆動させ、水タンク１１８内の水が水溶液タンク１１６へ還流される。
【００７７】
ついで、図５を参照して、燃料電池システム１００における水溶液供給手段の異常判定動作について説明する。
この動作は燃料電池システム１００の発電中に行われる。
【００７８】
まず、ＣＰＵ１５８からの指示に基づいて検出用バルブ１５６が開けられ（ステップＳ１）、所定時間（この実施形態では、超音波センサ１５４にメタノール水溶液が十分に供給される時間としてたとえば３秒）経過したか否かが判断される（ステップＳ３）。所定時間経過するまで待機し、所定時間経過すれば検出用バルブ１５６が閉じられる（ステップＳ５）。このようにして、超音波センサ１５４にメタノール水溶液が導入され、または超音波センサ１５４内のメタノール水溶液が入れ替えられる。
【００７９】
そして、超音波センサ１５４によって発信部１５４ａからの超音波が受信部１５４ｂに伝搬するまでの伝搬時間すなわちメタノール水溶液の濃度情報が検出される（ステップＳ７）。この検出結果に基づいて、メタノール水溶液の濃度情報を検出できたか否か、すなわち超音波が発信部１５４ａから受信部１５４ｂに伝搬されたか否かが判断される（ステップＳ９）。
【００８０】
メタノール水溶液の濃度情報を検出できなければ、発信部１５４ａと受信部１５４ｂとの間に気体が導入されており、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側に異常があると判断される。すなわちパイプＰ１７のうち分岐部Ａと受信部１５４ｂとの間、パイプＰ４のうち分岐部Ａより上流側、水溶液ポンプ１３６、パイプＰ３、水溶液タンク１１６、パイプＰ７、水溶液用ラジエータ１０８ａおよびパイプＰ６のいずれかに異常があり、その結果メタノール水溶液を正常に供給できていないと判断される。
【００８１】
ステップＳ９において濃度情報を検出できなければ、濃度情報を検出できなかった回数を示すＮＧ回数がインクリメントされてメモリ１６２に記憶される（ステップＳ１１）。そして、ＮＧ回数が所定回数（たとえば１０回）を超えたか否かが判断される（ステップＳ１３）。ＮＧ回数が所定回数を超えていなければステップＳ１に戻る。このようにステップＳ９において濃度情報検出不可と判断された場合でも、ＮＧ回数が１回では水溶液供給手段の異常とは判定しない。ＮＧ回数が所定回数に達するまでステップＳ１〜Ｓ１１の処理が繰り返される。
【００８２】
なお、この実施形態において、ステップＳ３における所定時間を３秒、ステップＳ１３における所定回数を１０回とすると、３０（＝３×１０）秒以上連続して濃度情報が検出できない場合にステップＳ１３がＹＥＳになる。
【００８３】
ここで、水溶液ポンプ１３６が停止しセルスタック１０２への燃料供給が絶たれた後でもセルスタック１０２内の燃料だけで約１分間発電できる。言い換えれば、燃料供給停止後１分を超えれば電解質膜１０４ａを傷める恐れがある。したがって、ステップＳ１３における所定回数を１０回とし、異常ありと判断するための時間を１分以内に収まるように設定すれば、電解質膜１０４ａを傷めることなく異常発生の有無を検出できる。
【００８４】
ステップＳ１３においてＮＧ回数が所定回数を超えれば、ＣＰＵ１５８は水溶液ポンプ１３６等を含む水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側に異常があると判定し、その判定結果が表示部２８ｂに表示されることによって報知される（ステップＳ１５）。そして、エアポンプ１３８の停止等を含むエラー処理が施され（ステップＳ１７）、メモリされているＮＧ回数がクリアされ（ステップＳ１９）、終了する。
【００８５】
一方、ステップＳ９において濃度情報を検出できれば、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側に異常はないと判定され、メモリされているＮＧ回数がクリアされ（ステップＳ１９）、終了する。
【００８６】
このように動作する燃料電池システム１００によれば、たとえば水溶液ポンプ１３６の回転軸が破損しメタノール水溶液を供給できないといった異常が水溶液供給手段に発生すると、メタノール水溶液を超音波センサ１５４へ供給不能となりあるいは供給量が減少し、超音波センサ１５４に気体が導入されてしまう。その結果、メタノール水溶液の物理的特性を利用した濃度情報の検出が不能となる。この現象を利用することによって濃度情報の検出結果に基づいて水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４（濃度検出箇所）より上流側の異常を判定（検出）することができる。また、このように燃料濃度の検出結果を利用するので、異常判定用に新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定することができる。
【００８７】
また、水溶液ポンプ１３６が異常により停止すると、気体源である水溶液タンク１１６の気層１１６ａからの気体が、副流路であるパイプＰ１８，Ｐ１７を介して主流路に導入される。この結果、主流路の液面が水溶液タンク１１６の液面まで低下する。これにより、超音波センサ１５４には気体が導入され、水溶液ポンプ１３６の異常を容易に検出できる。
【００８８】
さらに、パイプＰ１７およびＰ１８からなる副流路にメタノール水溶液を流入させることによって、メタノール水溶液の流速を小さくした状態でまたはメタノール水溶液を止めて濃度情報を検出できる。これによってセルスタック１０２へのメタノール水溶液の供給を止めずに精度よく水溶液ポンプ１３６の異常を検出することができる。
【００８９】
また、主流路から副流路に流入されるメタノール水溶液の量を検出用バルブ１５６を用いて容易に制御できるので、主流路内のメタノール水溶液をセルスタック１０２へ円滑に供給しつつ、副流路で水溶液ポンプ１３６の異常を円滑に検出できる。
【００９０】
さらに、副流路を水溶液タンク１１６の気層１１６ａに接続するだけで容易に気体源が得られる。
【００９１】
この発明は、燃料電池システム１００のようにメタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給可能な燃料電池システムに好適に用いられる。
【００９２】
さらに、超音波センサ１５４を利用することによって水溶液供給手段の異常を簡単かつ確実に判定することができる。
【００９３】
また、水溶液供給手段が異常と判定された場合、エアポンプ１３８を停止させることによって電解質膜１０４ａの劣化を防止することができる。さらに、起動時において、濃度情報の検出結果に基づいて水溶液供給手段に異常が無いことを確認してからエアポンプ１３８を駆動するように制御すると、確実に電解質膜１０４ａの劣化を防止することができる。
【００９４】
さらに、水溶液供給手段の異常を報知することによって燃料電池システム１００の利便性が向上する。
【００９５】
また、この発明では、異常判定用の新たなセンサを設けることなく水溶液供給手段の異常を判定でき、構成部品を増やすことなく燃料電池システム１００を小さく構成できるので、この発明は自動二輪車１０に好適に用いられる。
【００９６】
ついで、図６および図７を参照して、燃料電池システム１００の他の異常判定動作について説明する。この例では、図６および図７の各動作が燃料電池システム１００の発電中に並行される。
【００９７】
まず、図６の動作について説明する。
水溶液タンク１１６内の液量がレベルセンサ１２２によって検出され（ステップＳ１０１）、水溶液タンク１１６の液量が所定量以上か否かがＣＰＵ１５８によって判断される（ステップＳ１０３）。水溶液タンク１１６の液量が所定量未満であれば、燃料ポンプ１２８および／または水ポンプ１４６が駆動されて液量回復処理が行われ（ステップＳ１０５）、液量回復処理フラグが立てられる（ステップＳ１０７）。
【００９８】
ここで、液量回復処理とは、水ポンプ１４６を駆動して水溶液タンク１１６の液位を標準に戻し、その後燃料ポンプ１２８を駆動して濃度を所定の範囲に調整する動作をいう。
【００９９】
そして、液量回復処理フラグが立てられてから（フラグが０から１に切り替えられてから）第１所定時間（たとえば２０秒）経過したか否かが判断される（ステップＳ１０９）。第１所定時間を経過していなければステップＳ１０１に戻る。一方、第１所定時間を経過すれば、ＣＰＵ１５８は、水溶液系、すなわち燃料ポンプ１２８や水ポンプ１４６等の水溶液タンク１１６に燃料や水を供給する手段に異常があると判定し、その判定結果が表示部２８ｂに表示されることによって報知される（ステップＳ１１１）。そして、水溶液系のエラー処理が行われた（ステップＳ１１３）後、液量回復処理フラグが消され（ステップＳ１１５）、終了する。
【０１００】
一方、ステップＳ１０３において、水溶液タンク１１６の液量が所定量以上であれば、液量回復処理フラグが消され（ステップＳ１１５）、終了する。
【０１０１】
ついで、図７の動作について説明する。
まず、ＣＰＵ１５８からの指示に基づいて検出用バルブ１５６が開けられ（ステップＳ１２１）、第２所定時間（この実施形態では、超音波センサ１５４にメタノール水溶液が十分に供給される時間としてたとえば３秒）経過したか否かが判断される（ステップＳ１２３）。所定時間経過するまで待機し、所定時間経過すれば検出用バルブ１５６が閉じられる（ステップＳ１２５）。このようにして、超音波センサ１５４にメタノール水溶液が導入され、または超音波センサ１５４内のメタノール水溶液が入れ替えられる。
【０１０２】
そして、超音波センサ１５４によってメタノール水溶液の濃度情報が検出され（ステップＳ１２７）、メタノール水溶液の濃度情報を検出できたか否か、すなわち超音波が発信部１５４ａから受信部１５４ｂに伝搬されたか否かが判断される（ステップＳ１２９）。
メタノール水溶液の濃度情報を検出できなければ、発信部１５４ａと受信部１５４ｂとの間に気体が導入されており、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側に異常があり、その結果メタノール水溶液を正常に供給できないと判断される。
【０１０３】
ステップＳ１２９において濃度を検出できなければ、濃度情報を検出できなかった回数を示すＮＧ回数がインクリメントされてメモリ１６２に記憶される（ステップＳ１３１）。そして、ＮＧ回数が所定回数（たとえば１０回）を超えたか否かが判断される（ステップＳ１３３）。ＮＧ回数が所定回数を超えていなければステップＳ１２１に戻る。このようにステップＳ１２９において濃度情報検出不可と判断された場合でも、ＮＧ回数が１回では水溶液供給手段の異常とは判定しない。ＮＧ回数が所定回数に達するまでステップＳ１２１〜Ｓ１３１の処理が繰り返される。
【０１０４】
一方、ステップＳ１３３においてＮＧ回数が所定回数を超えれば、液量回復処理フラグが立っているか否かが判断される（ステップＳ１３５）。液量回復処理フラグが立っていなければ、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側でありかつ水溶液タンク１１６までの間に異常があると判定される。すなわち、パイプＰ１７のうち分岐部Ａと受信部１５４ｂとの間、パイプＰ４のうち分岐部Ａより上流側、水溶液ポンプ１３６およびパイプＰ３のいずれかに異常があり、その結果メタノール水溶液を正常に供給できていないと判定される。そして、その判定結果が表示部２８ｂに表示されることによって報知され（ステップＳ１３７）、エアポンプ１３８の停止等を含むエラー処理が施され（ステップＳ１３９）、メモリされたＮＧ回数がクリアされ（ステップＳ１４１）、終了する。
【０１０５】
ステップＳ１３５において液量回復処理フラグが立っていれば、メモリされたＮＧ回数がクリアされ（ステップＳ１４３）、ステップＳ１２１に戻る。このように液量回復処理フラグが立っている場合には、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側でありかつ水溶液タンク１１６までの間に異常があるか否かがわからないので、ＮＧ回数をクリアし、ステップＳ１２１に戻る。
【０１０６】
一方、ステップＳ１２９において濃度情報を検出できれば、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側に異常はないと判定され、メモリされているＮＧ回数がクリアされ（ステップＳ１４１）、終了する。
【０１０７】
このように動作する燃料電池システム１００によれば、水溶液タンク１１６の液量検出結果をも考慮することによって、水溶液供給手段の異常をより正確に判定できる。特に、水溶液タンク１１６から超音波センサ１５４（濃度検出箇所）までの間の異常を好適に検出できる。
【０１０８】
また、図５のように動作する場合と同様の効果も得られる。
【０１０９】
なお、検出用バルブ１５６はパイプＰ４とＰ１７とが接続される分岐部Ａに設けられてもよい。
【０１１０】
また、報知手段は、表示部２８ｂに限定されず、スピーカ等で音によって報知するようにしてもよい。
【０１１１】
メタノール水溶液の温度検出は、温度センサ１５０によって検出される場合に限定されず、超音波センサ１５４の近傍に温度センサを設けてパイプＰ１７内のメタノール水溶液の温度を検出するようにしてもよい。
【０１１２】
超音波センサ１５４の位置は、パイプＰ１７に限定されず、パイプＰ３〜Ｐ５のいずれに設けられてもよい。この場合、水溶液供給手段のうち超音波センサ１５４より上流側の異常を検出することができる。超音波センサ１５４がパイプＰ３（水溶液ポンプ１３６より上流側）に設けられる場合には、さらに水溶液ポンプ１３６の異常を検出することができる。
【０１１３】
上述の実施形態では、メタノール水溶液の物理的特性に基づいてメタノール水溶液の濃度を検出する濃度検出手段として超音波センサ１５４が用いられたが、これに限定されない。濃度検出手段としては、屈折率、誘電率、赤外線吸収率、粘度、凝固点などに基づいて濃度を物理的に検出する任意のセンサを用いることができる。これらのセンサは、水溶液供給手段の異常時にセンサ内に気体が導入されるような位置に設けられる。
【０１１４】
また、気体源は、水溶液タンク１１６の気層１１６ａに限定されず、燃料電池システム１００の外気であってもよい。
【０１１５】
この発明の燃料電池システムは、自動二輪車だけではなく、自動車、船舶等の任意の輸送機器に好適に用いることができる。
【０１１６】
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。
【０１１７】
また、この発明は、液体燃料を用いるものであれば、改質器搭載タイプの燃料電池システムや、据え付けタイプの燃料電池システムにも適用でき、さらに、パーソナルコンピュータ、携帯機器、小型電子機器等の燃料電池システムにも適用できる。
【０１１８】
この発明が詳細に説明され図示されたが、それは単なる図解および一例として用いたものであり、限定であると解されるべきではないことは明らかであり、この発明の精神および範囲は特許請求の範囲の文言のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【０１１９】
【図１】この発明の一実施形態の自動二輪車を示す左側面図である。
【図２】燃料電池システムの配管を示すシステム図である。
【図３】燃料電池システムの電気的構成を示すブロック図である。
【図４】超音波伝搬時間と液温と燃料濃度との関係を示すグラフである。
【図５】この発明の動作の一例を示すフロー図である。
【図６】この発明の動作の他の例を示すフロー図である。
【図７】この発明の動作の他の例を示すフロー図である。
【符号の説明】
【０１２０】
１０      自動二輪車
２８ｂ      表示部
１００      燃料電池システム
１０２      燃料電池セルスタック
１０４      燃料電池（燃料電池セル）
１０８ａ      水溶液用ラジエータ
１１６      水溶液タンク
１１６ａ      気層
１２０，１２２，１２４      レベルセンサ
１３４      水溶液フィルタ
１３６      水溶液ポンプ
１３８      エアポンプ
１４２      コントローラ
１５４      超音波センサ
１５４ａ      発信部
１５４ｂ      受信部
１５６      検出用バルブ
１５８      ＣＰＵ
１６２      メモリ
Ｐ１〜Ｐ２１      パイプ
【図１】
2008034380.tif 000003
【図２】
2008034380.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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