(57)【要約】【課題】簡単な処理動作で昇温運転から通常運転に円滑に移行できる、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１００は、セルスタック１０２と、メタノール水溶液を保持する水溶液タンク１１６ａおよび１１６ｂと水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂを接続する第１接続部１１７ａおよび第２接続部１１７ｂとを含む水溶液保持手段と、メタノール水溶液の温度を検出する温度センサ１５０とを備える。温度検出結果に基づいて、水溶液タンク１１６ａのメタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給する第１モードか、水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂのメタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給する第２モードかのいずれかが設定される。【選択図】図２
2008060075.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池、
それぞれ前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する第１収容部および第２収容部と前記第１収容部および前記第２収容部を接続する接続部とを含む水溶液保持手段、
前記燃料電池と前記水溶液保持手段との間で前記燃料水溶液を循環供給するために、前記第１収容部に収容される前記燃料水溶液を循環供給するための第１流路と前記第１収容部および前記第２収容部に収容される前記燃料水溶液を循環供給するための第２流路とを含む循環手段、
前記燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段、ならびに
前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記第１流路および前記第２流路のそれぞれを流れる前記燃料水溶液の量を設定する設定手段を備える、燃料電池システム。
【請求項２】
前記第１流路は、前記第１収容部から前記燃料電池へ前記燃料水溶液を供給するための供給流路および前記燃料電池から前記第１収容部へ前記燃料水溶液を戻すための第１還流路を含み、
前記第２流路は、前記供給流路および前記燃料電池から前記第２収容部へ前記燃料水溶液を戻すための第２還流路を含み、
前記設定手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記第１還流路および前記第２還流路のそれぞれを流れる前記燃料水溶液の量を設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第１流路は、前記第１収容部から前記燃料電池へ前記燃料水溶液を供給するための第１供給流路および前記燃料電池から前記第１収容部へ前記燃料水溶液を戻すための還流路を含み、
前記第２流路は、前記第２収容部から前記燃料電池へ前記燃料水溶液を供給するための第２供給流路および前記還流路を含み、
前記設定手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記第１供給流路および前記第２供給流路のそれぞれを流れる前記燃料水溶液の量を設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記循環手段はバルブをさらに含み、
前記設定手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記バルブを制御することによって前記第１流路および前記第２流路のそれぞれを流れる前記燃料水溶液の量を設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記設定手段は、前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記バルブを制御することによって前記第１流路および前記第２流路のいずれか一方を選択する、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記燃料水溶液を冷却するために前記第２還流路に設けられる冷却手段をさらに備える、請求項２に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記接続部は、前記第１収容部の液層と前記第２収容部の液層とを接続する第１接続部を含む、請求項１から６のいずれかに記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記接続部は、前記第１収容部の気層と前記第２収容部の気層とを接続する第２接続部をさらに備える、請求項７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含む、輸送機器。
【請求項１０】
燃料電池、
それぞれ前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する第１収容部および第２収容部と前記第１収容部および前記第２収容部を接続する接続部とを含む水溶液保持手段、
前記燃料電池と前記水溶液保持手段との間で前記燃料水溶液を循環供給する循環手段、
前記燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段、ならびに
前記温度検出手段の検出結果に基づいて前記第１収容部に収容される前記燃料水溶液を循環供給する第１モードか前記第１収容部および前記第２収容部に収容される前記燃料水溶液を循環供給する第２モードかのいずれかに前記循環手段を設定する設定手段を備える、燃料電池システム。
【請求項１１】
燃料電池と、それぞれ前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する第１収容部および第２収容部と前記第１収容部および前記第２収容部を接続する接続部とを含む水溶液保持手段とを備え、前記燃料電池と前記水溶液保持手段との間で前記燃料水溶液を循環供給させる燃料電池システムの制御方法であって、
前記燃料水溶液の温度を検出する工程、および
検出された前記燃料水溶液の温度が所定値以上のとき、前記第２収容部の前記燃料水溶液の循環供給量を前記燃料水溶液の温度が前記所定値未満の場合より多くする工程を備える、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、燃料電池に燃料水溶液を直接供給す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】
直接メタノール型燃料電池システムでは、起動開始から発電量を最大にするまでの時間を短くすることが望まれており、その方策として燃料電池に供給されるメタノール水溶液の所定温度までの昇温時間を短くすることが提案されている。
【０００３】
たとえば、特許文献１には、所定温度までの昇温時間を短縮するため起動時に水溶液タンクに収容される燃料水溶液を他のタンクに移送させる技術が開示されている。
【０００４】
また、特許文献２には、主に発電用の低濃度燃料を貯蔵する第１容器と、主に発電および発電セルの温度上昇用の高濃度燃料を貯蔵する第２容器とを備え、発電セルの温度に基づいて容器を選択し発電セルに供給する燃料を切り替える技術が開示されている。
【特許文献１】ＷＯ２００６／０２５３２１
【特許文献２】特開２００６−００４８６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１では、水溶液タンク内の燃料水溶液を他のタンクに移送させ昇温運転時に循環する燃料水溶液の量を少なくすることで昇温時間を短縮することができる。しかし、他のタンクに移送させた燃料水溶液を通常運転を行うために水溶液タンクに戻す必要があり、処理動作が面倒であった。
【０００６】
また、特許文献２では、短時間で発電セルの温度を上昇させることができる。しかし、通常運転に入るために容器を切り替えると、発電セルに供給される燃料水溶液の温度や濃度が一変し、円滑に通常運転に移行することができなかった。
【０００７】
それゆえに、この発明の主たる目的は、簡単な処理動作で昇温運転から通常運転に円滑に移行できる、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】
【０００８】
上述の目的を達成するために、燃料電池、それぞれ燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する第１収容部および第２収容部と第１収容部および第２収容部を接続する接続部とを含む水溶液保持手段、燃料電池と水溶液保持手段との間で燃料水溶液を循環供給するために、第１収容部に収容される燃料水溶液を循環供給するための第１流路と第１収容部および第２収容部に収容される燃料水溶液を循環供給するための第２流路とを含む循環手段、燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段、ならびに温度検出手段の検出結果に基づいて第１流路および第２流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を設定する設定手段を備える、燃料電池システムが提供される。
【０００９】
また、燃料電池と、それぞれ燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する第１収容部および第２収容部と第１収容部および第２収容部を接続する接続部とを含む水溶液保持手段とを備え、燃料電池と水溶液保持手段との間で燃料水溶液を循環供給させる燃料電池システムの制御方法であって、燃料水溶液の温度を検出する工程、および検出された燃料水溶液の温度が所定値以上のとき、第２収容部の燃料水溶液の循環供給量を燃料水溶液の温度が所定値未満の場合より多くする工程を備える、燃料電池システムの制御方法が提供される。
【００１０】
上述の発明では、温度検出結果に基づいて第１収容部に収容される燃料水溶液を循環供給するための第１流路と第１収容部および第２収容部に収容される燃料水溶液を循環供給するための第２流路とのそれぞれを流れる燃料水溶液の量が設定される。たとえば、燃料水溶液の温度が所定値未満の昇温運転時には、第１流路を流れる燃料水溶液の量を多くすることで循環する燃料水溶液の熱容量を小さくして迅速に昇温させる。一方、燃料水溶液の温度が所定値以上になると、第２流路を流れる燃料水溶液の量を多くすることで循環する燃料水溶液の熱容量を大きくして燃料水溶液の温度を安定させる。これによれば、外部から循環手段内に燃料水溶液を戻す必要はないので、処理動作を簡単にできる。また、検出温度が所定値以上でも未満でもいずれにしても少なくとも第１収容部の燃料水溶液を循環させるので、燃料水溶液の熱容量を変更することによって燃料電池に供給される燃料水溶液の状態（たとえば温度や濃度）が大きく変化することはなく、昇温運転から通常運転に円滑に移行できる。
【００１１】
好ましくは、第１流路は、第１収容部から燃料電池へ燃料水溶液を供給するための供給流路および燃料電池から第１収容部へ燃料水溶液を戻すための第１還流路を含み、第２流路は、供給流路および燃料電池から第２収容部へ燃料水溶液を戻すための第２還流路を含み、設定手段は、温度検出手段の検出結果に基づいて第１還流路および第２還流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を設定する。この場合、温度検出手段の検出結果に基づいて第１還流路および第２還流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を調整するだけで、循環する燃料水溶液の熱容量を簡単に変更することができる。また、検出温度が所定値以上でも未満でもいずれにしても燃料電池へは第１収容部から燃料水溶液が供給されるので、熱容量の変更直後において（第２還流路を流れる水溶液量を急激に増加させた場合であっても）燃料電池へ供給される燃料水溶液の温度や濃度の変化を抑制できる。
【００１２】
また好ましくは、第１流路は、第１収容部から燃料電池へ燃料水溶液を供給するための第１供給流路および燃料電池から第１収容部へ燃料水溶液を戻すための還流路を含み、第２流路は、第２収容部から燃料電池へ燃料水溶液を供給するための第２供給流路および還流路を含み、設定手段は、温度検出手段の検出結果に基づいて第１供給流路および第２供給流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を設定する。この場合、温度検出手段の検出結果に基づいて第１供給流路および第２供給流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を調整するだけで、循環する燃料水溶液の熱容量を簡単に変更することができる。また、検出温度が所定値以上でも未満でもいずれにしても燃料電池へ供給される燃料水溶液には第１収容部の燃料水溶液が含まれるので、熱容量の変更直後において（第２供給流路を流れる水溶液量を急激に増加させた場合であっても）燃料電池へ供給される燃料水溶液の温度や濃度の変化を抑制できる。
【００１３】
さらに好ましくは、循環手段はバルブを含み、設定手段は、温度検出手段の検出結果に基づいてバルブを制御することによって第１流路および第２流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を設定する。この場合、外部から循環手段内に燃料水溶液を戻す必要はなく、バルブを制御するだけで簡単に第１流路および第２流路のそれぞれを流れる燃料水溶液の量を設定することができる。
【００１４】
好ましくは、設定手段は、温度検出手段の検出結果に基づいてバルブを制御することによって第１流路および第２流路のいずれか一方を選択する。この場合、温度検出手段の検出結果に基づいて第１流路および第２流路のいずれか一方を選択し燃料水溶液を循環させるだけで、簡単に熱容量を変更することができる。検出温度が所定値未満では第１収容部の燃料水溶液が循環供給され、検出温度が所定値以上では第１収容部および第２収容部の燃料水溶液が循環供給される。
【００１５】
さらに好ましくは、燃料水溶液を冷却するために第２還流路に冷却手段が設けられる。この場合、第２還流路を通る燃料水溶液を冷却することによって通常運転時に燃料電池に供給される燃料水溶液の温度をより安定させることができる。
【００１６】
好ましくは、接続部は、第１収容部の液層と第２収容部の液層とを接続する第１接続部を含む。この場合、第１収容部の液層と第２収容部の液層とが接続されているので、第１収容部の燃料水溶液と第２収容部の燃料水溶液との濃度、温度の差が縮まるように第１収容部および第２収容部相互間で燃料水溶液が拡散していく。したがって、熱容量の切り替え直後において（第２流路を流れる水溶液量を急激に増加させた場合であっても）燃料電池へ供給される燃料水溶液の温度や濃度の変化をさらに抑制できる。
【００１７】
また好ましくは、接続部は、第１収容部の気層と第２収容部の気層とを接続する第２接続部をさらに備える。このように第１収容部および第２収容部のそれぞれの気層をさらに接続することによって、２つの収容部相互間での燃料水溶液の拡散を促進でき、第１収容部および第２収容部間での燃料水溶液の温度、濃度の均一化をさらに促進できる。
【００１８】
この発明のその他の見地によれば、燃料電池、それぞれ燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する第１収容部および第２収容部と第１収容部および第２収容部を接続する接続部とを含む水溶液保持手段、燃料電池と水溶液保持手段との間で燃料水溶液を循環供給する循環手段、燃料水溶液の温度を検出する温度検出手段、ならびに温度検出手段の検出結果に基づいて第１収容部に収容される燃料水溶液を循環供給する第１モードか第１収容部および第２収容部に収容される燃料水溶液を循環供給する第２モードかのいずれかに循環手段を設定する設定手段を備える、燃料電池システムが提供される。
【００１９】
この発明では、温度検出結果に基づいて第１収容部の燃料水溶液を循環供給する第１モードか第１収容部および前記第２収容部の燃料水溶液を循環供給する第２モードかのいずれかが設定される。すなわち、燃料水溶液の温度が所定値未満の昇温運転時には、循環する燃料水溶液の熱容量の小さい第１モードによって迅速に昇温させる。一方、燃料水溶液の温度が所定値以上になると、循環する燃料水溶液の熱容量を第１モードより大きい第２モードに切り替えて通常運転（定常運転）に入り燃料水溶液の温度を安定させる。これによれば、外部から循環手段内に燃料水溶液を戻す必要はなくモードを切り替えるだけでよいので、処理動作を簡単にできる。また、第１モードまたは第２モードのいずれにしても少なくとも第１収容部の燃料水溶液を循環させるので、モードの切り替えによって燃料電池に供給される燃料水溶液の状態（たとえば温度や濃度）が大きく変化することはなく、昇温運転から通常運転に円滑に移行できる。
【００２０】
この発明は輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、簡単な処理動作で昇温運転から通常運転に円滑に移行できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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等の外部負荷と燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
燃料電池システム１００は、セルスタック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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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１１６ａ，１１６ｂおよび水タンク１１８が配置されている。
【００３８】
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。
【００３９】
水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂは、燃料タンク１１４の下側において左右に並置され、リヤフレーム１８に取り付けられている。水溶液タンク１１６ａ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１１６ａにはレベルセンサ１２２が装着され、水溶液タンク１１６ａ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。水溶液タンク１１６ｂも同様のメタノール水溶液を収容している。水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂのそれぞれの液層Ｌ１，Ｌ２は相互に第１接続部１１７ａで接続され、水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂのそれぞれの気層Ｇ１，Ｇ２は相互に第２接続部１１７ｂで接続されている。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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１１６ａとはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１１６ａ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。
【００４８】
セルスタック１０２と水溶液タンク１１６ａとは、パイプＰ６、切替バルブ１５１およびパイプＰ７を介して接続されている。セルスタック１０２と水溶液タンク１１６ｂとは、パイプＰ６、切替バルブ１５１、パイプＰ７ａ、水溶液用のラジエータ１０８ａおよびパイプＰ７ｂを介して接続されている。セルスタック１０２が水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂのいずれに連通するかは、切替バルブ１５１によって設定される。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，Ｐ７ａおよびＰ７ｂは主として燃料の流路となる。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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１１６ａ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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。メタノール濃度の検出後、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１１６ａ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。
【００５４】
さらに、水溶液タンク１１６ａ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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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、切替バルブ１５１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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
メモリ１６２には、図５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、メタノール水溶液の温度の閾値となる所定値、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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
この実施形態では、水溶液保持手段は水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂ、第１接続部１１７ａおよび第２接続部１１７ｂを含む。水溶液タンク１１６ａが第１収容部に相当し、水溶液タンク１１６ｂが第２収容部に相当する。供給流路はパイプＰ３〜Ｐ５を含む。第１還流路はパイプＰ６およびＰ７を含む。第２還流路はパイプＰ６，Ｐ７ａおよびＰ７ｂを含む。循環手段は、供給流路、第１還流路、第２還流路および切替バルブ１５１を含む。バルブとして切り替えバルブ１５１が用いられる。第１流路は供給流路と第１還流路とを含み、第２流路は供給流路と第２還流路とを含む。冷却手段は，水溶液用のラジエータ１０８ａおよびファン１１０を含む。温度センサ１５０が温度検出手段に相当する。ＣＰＵ１５８が設定手段に相当する。
【００６５】
ついで、燃料電池システム１００の基本的な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。
【００６６】
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。
【００６７】
図２を参照して、水溶液タンク１１６ａ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。
【００６８】
また、水溶液タンク１１６ａ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１１６ａ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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。この実施形態では後述のように、燃料電池システム１００は、セルスタック１０２の温度が６０℃を超えると昇温運転から通常運転に移行する。
【００７１】
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熱せられる。当該二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、昇温運転時には、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２、パイプＰ６およびＰ７を介して水溶液タンク１１６ａに戻され、一方、通常運転時には、パイプＰ６，Ｐ７ａを介して水溶液用のラジエータ１０８ａに与えられ冷却された後、パイプＰ７ｂを介して水溶液タンク１１６ｂに戻される。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促進される。
【００７２】
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。
【００７３】
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１１６ａ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。
【００７４】
ついで、図５を参照して、燃料電池システム１００における昇温運転時および通常（定常）運転時の主要動作について説明する。なお、図５において、メタノール水溶液の温度が所定値未満であれば昇温運転時、メタノール水溶液の温度が所定値以上になれば通常運転時となる。
【００７５】
燃料電池システム１００の発電が開始されると、温度センサ１５０によってメタノール水溶液の温度が検出され（ステップＳ１）、検出されたメタノール水溶液の温度が所定値（この実施形態では６０℃）以上か否かがＣＰＵ１５８によって判断される（ステップＳ３）。メタノール水溶液の温度が所定値未満であれば、セルスタック１０２をさらに昇温させる必要があるため、ＣＰＵ１５８によって切替バルブ１５１が水溶液タンク１１６ａ側に設定される（ステップＳ５）。すなわち、セルスタック１０２からのメタノール水溶液がパイプＰ６およびＰ７を介して水溶液タンク１１６ａに戻され、水溶液タンク１１６ａのメタノール水溶液がセルスタック１０２に循環供給される第１モードが設定される。これによって、循環するメタノール水溶液の熱容量を小さくでき、セルスタック１０２の温度を素早く上昇させることができる。
【００７６】
そして、ＣＰＵ１５８からの指示により燃料ポンプ１２８、水溶液ポンプ１３６および水ポンプ１４６を制御することによって、メタノール水溶液の濃度制御、流量制御およびセルスタック１０２の出力制御等の各種制御が行われ（ステップＳ７）、ステップＳ１に戻り発電が続けられる。なお、昇温運転時において、昇温時間を短縮するためにはメタノール水溶液の濃度を大きくすることが効果的であり、たとえば５ｗｔ％に設定される。
【００７７】
ステップＳ３において、メタノール水溶液の温度が所定値以上であれば、セルスタック１０２を通常運転（定常運転）させることが可能であると判定され、ＣＰＵ１５８によって切替バルブ１５１が水溶液タンク１１６ｂ側に設定される（ステップＳ９）。すなわち、セルスタック１０２からのメタノール水溶液がパイプＰ６およびＰ７ａ、水溶液用ラジエータ１０８ａ、パイプＰ７ｂを介して水溶液タンク１１６ｂに戻され、水溶液タンク１１６ａおよび１１６ｂ両方のメタノール水溶液がセルスタック１０２に循環供給される第２モードが設定される。これによって、循環するメタノール水溶液の熱容量を大きくでき、通常運転時におけるセルスタック１０２の温度を安定させることができる。
【００７８】
なお、昇温運転時に水溶液タンク１１６ａの高濃度のメタノール水溶液が水溶液タンク１１６ｂに拡散し、昇温運転から通常運転への切り替え後にその高濃度のメタノール水溶液が水溶液タンク１１６ａに戻され、水溶液タンク１１６ａからセルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液の濃度が急激に上昇する可能性がある。
【００７９】
したがって、ステップＳ９において切替バルブ１５１を切り替えた後、メタノール水溶液の濃度が検出され（ステップＳ１１）、その濃度が一定時間内に一定値（この実施形態では１ｗｔ％）以上上昇したか否かが判断される（ステップＳ１３）。一定値以上の濃度上昇が確認されると水ポンプ１４６が一定時間駆動され、水溶液タンク１１６ａ内に水が供給される（ステップＳ１５）。これによってメタノール水溶液の濃度を安定させる。メタノール水溶液の濃度を低下させるためには多くの水を必要とするため、ステップＳ１５において水ポンプ１４６を駆動させる際には、水溶液タンク１１６ａの液位制御を中断することが望ましい。
【００８０】
ステップＳ１５の処理後、ステップＳ７に進む。また、ステップＳ１３において、温度上昇が一定値未満であればステップＳ７に進む。そして、ステップＳ７において、メタノール水溶液の濃度制御、流量制御およびセルスタック１０２の出力制御等の各種制御が行われ、ステップＳ１に戻る。通常運転時にはメタノール水溶液の濃度をたとえば３ｗｔ％となるように制御することが望ましい。
【００８１】
なお、ステップＳ１１における濃度検出では、超音波センサ１５４によって濃度情報が検出されるとともに温度センサ１５０によってメタノール水溶液の温度が検出され、図４に示すようなテーブルデータを参照してメタノール水溶液の濃度が検出される。
【００８２】
上述の動作例において、昇温運転時には、セルスタック１０２からのメタノール水溶液が水溶液タンク１１６ａに戻されるため、水溶液タンク１１６ａの液位の増減は通常運転時よりも小さい。したがって、昇温運転時には、水溶液タンク１１６ｂに保持されるメタノール水溶液が水溶液タンク１１６ａに流入し難く、ほぼ水溶液タンク１１６ａに保持されるメタノール水溶液のみを用いて発電することができる。
【００８３】
一方、通常運転時には、セルスタック１０２からのメタノール水溶液を水溶液タンク１１６ｂに戻すことによって、水溶液タンク１１６ａの液位は減少し水溶液タンク１１６ｂの液位は上昇する。水溶液タンク１１６ａと１１６ｂとは、それぞれの液層Ｌ１およびＬ２が接続されかつ気層Ｇ１およびＧ２が接続されているので、水溶液タンク１１６ａおよび１１６ｂの液位を均一にしようと水溶液タンク１１６ｂのメタノール水溶液が水溶液タンク１１６ａに流入する。これによって、水溶液タンク１１６ａおよび１１６ｂの両方に保持されるメタノール水溶液を用いて発電を行うことができる。
【００８４】
このように動作する燃料電池システム１００によれば、昇温運転時には、循環するメタノール水溶液の熱容量の小さい第１モードによって迅速に昇温させ、一方、通常運転時には、循環するメタノール水溶液の熱容量が第１モードより大きい第２モードに切り替えてメタノール水溶液の温度を安定させる。これによれば、外部から循環手段内にメタノール水溶液を戻す必要はなくモードを切り替えるだけでよいので、処理動作を簡単にできる。また、第１モードまたは第２モードのいずれにしても少なくとも水溶液タンク１１６ａのメタノール水溶液を循環させるので、モードの切り替えによって（第２還流路を流れる水溶液量を急激に増加させた場合であっても）セルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液の状態（たとえば温度や濃度）が大きく変化することはなく、昇温運転から通常運転に円滑に移行できる。
【００８５】
また、温度検出結果に基づいて切替バルブ１５１を切り替えメタノール水溶液の戻り先を水溶液タンク１１６ａか水溶液タンク１１６ｂかのいずれかに設定するだけで、簡単にモードを切り替えることができ循環するメタノール水溶液の熱容量を変更することができる。また、いずれのモードであってもセルスタック１０２へは水溶液タンク１１６ａからメタノール水溶液が供給されるので、第１モードから第２モードへの切り替え直後においてセルスタック１０２へ供給されるメタノール水溶液の温度や濃度の変化を抑制できる。
【００８６】
さらに、水溶液タンク１１６ｂにつながる第２還流路を流れるメタノール水溶液を冷却することによって通常運転時にセルスタック１０２に供給されるメタノール水溶液の温度をより安定させることができる。
【００８７】
また、水溶液タンク１１６ａの液層Ｌ１と水溶液タンク１１６ｂの液層Ｌ２とが接続され、気層Ｇ１とＧ２とが接続されているので、水溶液タンク１１６ａのメタノール水溶液と水溶液タンク１１６ｂのメタノール水溶液との濃度、温度の差が縮まるように水溶液タンク１１６ａ，１１６ｂ相互間でメタノール水溶液が拡散していく。したがって、第１モードから第２モードへの切り替え直後においてセルスタック１０２へ供給されるメタノール水溶液の温度や濃度の変化をさらに抑制できる。
【００８８】
図６に、上述の燃料電池システム１００と比較例とについての一実験結果を示す。
比較例では、燃料電池システム１００の水溶液タンク１１６ａと１１６ｂとが相互に接続されることなく個別に設けられており、図６には、水溶液タンク１１６ａのメタノール水溶液を循環供給するモードから、水溶液タンク１１６ｂのメタノール水溶液を循環供給するモードへ切り替えたときのメタノール水溶液の温度が示されている。
【００８９】
図６を参照して、燃料電池システム１００では、水溶液タンク１１６ａと１１６ｂとが連通されており、昇温運転時の水溶液タンク１１６ａに保持されるメタノール水溶液の温度が徐々に水溶液タンク１１６ｂに伝搬する。しかも、モードに拘わらず常に水溶液タンク１１６ａからのメタノール水溶液がセルスタック１０２に供給される。したがって、昇温運転から通常運転に切り替えてもさほどメタノール水溶液の温度は低下しない。それに対し、比較例では、切り替え前には水溶液タンク１１６ｂ側の水溶液温度が上昇していないため、切り替え時にセルスタック１０２に供給される水溶液温度が大幅に低下し、水溶液タンク１１６ｂのメタノール水溶液の温度が目標温度に達する時間が遅くなる。このことからも、燃料電池システム１００によれば、メタノール水溶液の状態の変化を抑制できることがわかる。
【００９０】
なお、上述の燃料電池システム１００において、水溶液タンク１１６ａと１１６ｂとの位置関係は左右方向に並置される場合に限定されず前後方向に並置されてもよい。
【００９１】
また、図７に示すように、水溶液保持手段を１つの水溶液タンク２０４によって構成してもよい。この場合、水溶液タンク２０４内の中央部において仕切り板２０６を、上下に隙間２０８ａおよび２０８ｂを設けて配置する。仕切板２０６の左側および右側にそれぞれ第１収容部２０４ａおよび第２収容部２０４ｂが設けられ、上側の隙間２０８ａが気層Ｇ１，Ｇ２を接続するための第２接続部に相当し、下側の隙間２０８ｂが液層Ｌ１，Ｌ２を接続するための第１接続部に相当する。その他の構成については先の燃料電池システム１００と同様である。
【００９２】
この場合、水溶液保持手段ひいては燃料電池システムをより小さく構成できる。
【００９３】
さらに、図８に示すように、水溶液保持手段を１つの水溶液タンク２１０によって構成してもよい。水溶液タンク２１０の中央部には凹み２１２が形成され、凹み２１２の左側および右側にそれぞれ第１収容部２１０ａおよび第２収容部２１０ｂが設けられる。そして、凹み２１２に沿って液層Ｌ１，Ｌ２を連通させる連通管２１４が設けられる。水溶液タンク２１０内のうち連通管２１４の上方の空間２１６を介して気層Ｇ１，Ｇ２が連通される。
【００９４】
この場合、サイフォン効果によって第１収容部２１０ａのメタノール水溶液の液位と第２収容部２１０ｂのメタノール水溶液の液位とが等しくなるように第１収容部２１０ａと第２収容部２１０ｂとの間をメタノール水溶液が移動する。
【００９５】
また、図９に示すように、図２に示す燃料電池システム１００から水溶液タンク１１６ｂが省かれ、水溶液用ラジエータ１０８ａがパイプＰ７ｂを介して水溶液タンク１１６ａに接続されてもよい。この場合、水溶液保持手段は、水溶液タンク１１６ａ、水溶液用ラジエータ１０８ａおよびパイプＰ７ｂを含む。水溶液タンク１１６ａが第１収容部に相当し、水溶液用ラジエータ１０８ａが第２収容部に相当し、パイプＰ７ｂが接続部に相当する。第２還流路はパイプＰ６およびＰ７ａを含む。その他の構成については燃料電池システム１００と同様である。
【００９６】
この場合においても、燃料電池システムをより小さく構成できる。
【００９７】
なお、気液分離用のラジエータ１０８ｂと水溶液用のラジエータ１０８ａとはそれぞれ個別に構成されてもよい。
【００９８】
第１接続部１１７ａにバルブが設けられてもよい。
【００９９】
また、切替バルブ１５１は流れる水溶液量を調整できるものであってもよい。この場合、メタノール水溶液の温度検出結果に基づいて切替バルブ１５１を制御するだけで簡単に第１還流路および第２還流路のそれぞれを流れるメタノール水溶液の量を設定することができる。
【０１００】
たとえば、メタノール水溶液の温度が所定値未満であれば第１還流路にのみメタノール水溶液を流し、メタノール水溶液の温度が所定値以上になると第１還流路および第２還流路のメタノール水溶液の流量割合を調整し両還流路にメタノール水溶液を流すようにしてもよい。また、メタノール水溶液の温度が所定値以上になると第２還流路にのみメタノール水溶液を流すようにしてもよい。これらの例では、第１還流路および第２還流路のうち、メタノール水溶液が第１還流路にのみ流れる場合が第１モードとなり、メタノール水溶液が第１および第２の両還流路に流れる場合や第２還流路にのみ流れる場合が第２モードとなる。
【０１０１】
また、メタノール水溶液の温度上昇に応じて、第１還流路および第２還流路のメタノール水溶液の流量割合を第２還流路側が増大していくように徐々に変更してもよい。典型的には、メタノール水溶液が第１還流路にのみ流れている第１状態から、第１および第２の両還流路に流れる第２状態に移り、さらに第２還流路にのみ流れる第３状態に至る。この場合、メタノール水溶液の温度検出結果に基づいて第１還流路および第２還流路のそれぞれを流れるメタノール水溶液の量を調整するだけで、循環するメタノール水溶液の熱容量を簡単に変更することができる。
【０１０２】
また、上述の実施形態では、循環手段は、１つの供給流路と２つの還流路（第１還流路および第２還流路）を含んで構成されていたが、これに限定されない。循環手段は２つの供給流路と１つの還流路とを含んで構成されてもよい。
【０１０３】
図１０を参照して、たとえば、水溶液タンク１１６ａおよび１１６ｂにそれぞれ、メタノール水溶液をセルスタック１０２に供給するためのパイプＰ３ａおよびＰ３ｂを設けておき、セルスタック１０２からのメタノール水溶液は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１１６ａにのみ還流させるようにしてもよい。この例では、第１供給流路はパイプＰ３ａを含み、第２供給路はパイプＰ３ｂを含み、還流路はパイプＰ７を含む。第１流路は第１供給流路と還流路とを含み、第２流路は第２供給流路と還流路とを含む。この場合、メタノール水溶液の温度検出結果に基づいて、パイプＰ３ａおよびＰ３ｂのそれぞれを流れるメタノール水溶液の量を調整するだけで、循環するメタノール水溶液の熱容量を簡単に変更することができる。また、検出温度が所定値以上でも未満でもいずれにしてもセルスタック１０２へ供給されるメタノール水溶液には水溶液タンク１１６ａのメタノール水溶液が含まれるので、熱容量の変更直後において（パイプＰ３ｂを流れる水溶液量を急激に増加させた場合であっても）セルスタック１０２へ供給されるメタノール水溶液の温度や濃度の変化を抑制できる。
【０１０４】
また、第１流路および第２流路は、共用部分を有さず個別に形成されてもよい。
【０１０５】
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。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
また、この発明は、液体燃料を用いるものであれば、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。
【０１０９】
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添付された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】
【０１１０】
【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】一実験結果を示すグラフである。
【図７】水溶液保持手段の変形例を示す図解図である。
【図８】水溶液保持手段の他の変形例を示す図解図である。
【図９】この発明の他の実施形態を示すシステム図である。
【図１０】循環手段の他の例を示す図解図である。
【符号の説明】
【０１１１】
１０      自動二輪車
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
１１０，１１２      ファン
１１６ａ，１１６ｂ，２０４，２１０      水溶液タンク
１１７ａ      第１接続部
１１７ｂ      第２接続部
１４２      コントローラ
１５０      温度センサ
１５１      切替バルブ
１５４      超音波センサ
１５８      ＣＰＵ
２０４ａ，２１０ａ      第１収容部
２０４ｂ，２１０ｂ      第２収容部
２０６      仕切り板
２０８ａ，２０８ｂ      隙間
２１４      連通管
２１６      空間
Ｇ１，Ｇ２      気層
Ｌ１，Ｌ２      液層
Ｐ１〜Ｐ２１，Ｐ３ａ，Ｐ３ｂ，Ｐ７ａ，Ｐ７ｂ      パイプ
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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