(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ポンプ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ポンプ１３６を含む水溶液供給手段とを備える。水溶液供給手段は、セルスタック１０２につながる主流路と、主流路から分岐する副流路とを含み、副流路に超音波センサ１５４が設けられる。セルスタック１０２に供給すべきメタノール水溶液を保持する水溶液タンク１１６が副流路の下流側に接続され、水溶液タンク１１６内の気層１１６が気体源となる。水溶液ポンプ１３６を逆転駆動し、超音波センサ１５４の濃度情報検出結果と水溶液ポンプ１３６の逆転駆動時間とに基づいて、水溶液ポンプ１３６の異常を判定する。【選択図】      図５
2008021565.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ポンプを含む水溶液供給手段、
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、
前記水溶液ポンプの駆動時間を計測する計時手段、および
前記濃度検出手段の検出結果と前記計時手段の計時結果とに基づいて前記水溶液ポンプ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】
前記判定手段の判定結果に基づいて前記水溶液ポンプの出力を制御するポンプ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３】
前記水溶液ポンプは逆転駆動可能に構成され、
前記計時手段は前記水溶液ポンプの逆転駆動時間を計測する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記計時手段は前記水溶液ポンプの正転駆動時間を計測する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記水溶液ポンプは逆転駆動可能に構成される、請求項４に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記水溶液ポンプおよび前記濃度検出手段より下流側に気体源が設けられる、請求項３または５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つながる主流路と前記主流路から分岐する副流路とを含み、
前記濃度検出手段は前記副流路に設けられる、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
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を含み、
前記気体源は前記水溶液保持手段の気層である、請求項６に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
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１０】
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１１】
請求項１から１０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１２】
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ポンプを含む水溶液供給手段とを備える燃料電池システムの運転方法であって、
前記水溶液ポンプを駆動する駆動工程、
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、
前記水溶液ポンプの駆動時間を計測する計時工程、および
前記濃度検出工程の検出結果と前記計時工程の計時結果とに基づいて前記水溶液ポンプ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。
【請求項１３】
前記判定工程の判定結果に基づいて前記水溶液ポンプの出力を制御する、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１４】
前記駆動工程では前記水溶液ポンプを逆転駆動し、
前記計時工程では前記水溶液ポンプの逆転駆動時間を計測する、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１５】
発電停止時に実行される、請求項１４に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１６】
前記駆動工程では前記水溶液ポンプを正転駆動し、
前記計時工程では前記水溶液ポンプの正転駆動時間を計測する、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１７】
前記駆動工程の前に前記水溶液ポンプを逆転駆動する、請求項１６に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１８】
起動時に実行される、請求項１６に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項１９】
前記水溶液ポンプを逆転駆動することによって、前記水溶液ポンプおよび濃度検出箇所よりも下流側に設けられる気体源から気体を濃度検出箇所に導入する、請求項１４または１７に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２０】
前記水溶液供給手段は前記燃料電池につながる主流路と前記主流路から分岐し前記濃度検出箇所が設けられる副流路とを含み、
前記濃度検出工程では、前記副流路の前記濃度検出箇所において前記燃料水溶液の濃度情報を検出する、請求項１９に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２１】
前記判定工程での判定結果を報知する報知工程をさらに備える、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法。
【請求項２２】
前記濃度検出工程では超音波を利用して前記燃料水溶液の濃度情報を検出する、請求項１２に記載の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】
直接メタノール型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す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した状態で発電を継続するとアノードに燃料が偏在することで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】
上記の異常が起こっているかどうかを判定する手法として、燃料水溶液の流路に流量センサや圧力センサを配置し、それらの検出結果に基づいて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】
【０００５】
しかし、特許文献１に開示されている技術を水溶液ポンプ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。
【０００６】
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ポンプ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】
【０００７】
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ポンプを含む水溶液供給手段、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、前記水溶液ポンプの駆動時間を計測する計時手段、および前記濃度検出手段の検出結果と前記計時手段の計時結果とに基づいて前記水溶液ポンプの異常を判定する判定手段を備える。
【０００８】
なお、「水溶液ポンプの異常」とは、水溶液ポンプが駆動しなくなった場合だけではなく、水溶液ポンプの性能が低下した場合も含む。
【０００９】
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、前記判定手段の判定結果に基づいて前記水溶液ポンプの出力を制御するポンプ制御手段をさらに備えることを特徴とする。
【００１０】
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、前記水溶液ポンプは逆転駆動可能に構成され、前記計時手段は前記水溶液ポンプの逆転駆動時間を計測することを特徴とする。
【００１１】
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、前記計時手段は前記水溶液ポンプの正転駆動時間を計測することを特徴とする。
【００１２】
請求項５に記載の燃料電池システムは、請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、前記水溶液ポンプは逆転駆動可能に構成されることを特徴とする。
【００１３】
請求項６に記載の燃料電池システムは、請求項３または５に記載の燃料電池システムにおいて、前記水溶液ポンプおよび前記濃度検出手段より下流側に気体源が設けられることを特徴とする。
【００１４】
請求項７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、前記水溶液供給手段は前記燃料電池につながる主流路と前記主流路から分岐する副流路とを含み、前記濃度検出手段は前記副流路に設けられることを特徴とする。
【００１５】
請求項８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、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を含み、前記気体源は前記水溶液保持手段の気層であることを特徴とする。
【００１６】
請求項９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、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ことを特徴とする。
【００１７】
請求項１０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、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ことを特徴とする。
【００１８】
請求項１１に記載の輸送機器は、請求項１から１０のいずれかに記載の燃料電池システムを備えることを特徴とする。
【００１９】
請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法は、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ポンプを含む水溶液供給手段とを備える燃料電池システムの運転方法であって、前記水溶液ポンプを駆動する駆動工程、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、前記水溶液ポンプの駆動時間を計測する計時工程、および前記濃度検出工程の検出結果と前記計時工程の計時結果とに基づいて前記水溶液ポンプの異常を判定する判定工程を備える。
【００２０】
請求項１３に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記判定工程の判定結果に基づいて前記水溶液ポンプの出力を制御することを特徴とする。
【００２１】
請求項１４に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記駆動工程では前記水溶液ポンプを逆転駆動し、前記計時工程では前記水溶液ポンプの逆転駆動時間を計測することを特徴とする。
【００２２】
請求項１５に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１４に記載の燃料電池システムの運転方法において、発電停止時に実行されることを特徴とする。
【００２３】
請求項１６に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記駆動工程では前記水溶液ポンプを正転駆動し、前記計時工程では前記水溶液ポンプの正転駆動時間を計測することを特徴とする。
【００２４】
請求項１７に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１６に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記駆動工程の前に前記水溶液ポンプを逆転駆動することを特徴とする。
【００２５】
請求項１８に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１６に記載の燃料電池システムの運転方法において、起動時に実行されることを特徴とする。
【００２６】
請求項１９に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１４または１７に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記水溶液ポンプを逆転駆動することによって、前記水溶液ポンプおよび濃度検出箇所よりも下流側に設けられる気体源から気体を濃度検出箇所に導入することを特徴とする。
【００２７】
請求項２０に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１９に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記水溶液供給手段は前記燃料電池につながる主流路と前記主流路から分岐し前記濃度検出箇所が設けられる副流路とを含み、前記濃度検出工程では、前記副流路の前記濃度検出箇所において前記燃料水溶液の濃度情報を検出することを特徴とする。
【００２８】
請求項２１に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記判定工程での判定結果を報知する報知工程をさらに備えることを特徴とする。
【００２９】
請求項２２に記載の燃料電池システムの運転方法は、請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法において、前記濃度検出工程では超音波を利用して前記燃料水溶液の濃度情報を検出することを特徴とする。
【００３０】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、濃度検出手段（濃度検出箇所）に気体が導入されると燃料水溶液の物理的特性を利用した濃度情報が検出できなくなる。この特徴を利用すれば、濃度情報の検出結果と計時結果とに基づいて、水溶液ポンプの異常の有無を判定することができる。言い換えれば、濃度情報の検出の可否が切り替わる（濃度情報の検出可から不可、あるいは検出不可から可へ切り替わる）までの水溶液ポンプ駆動時間に基づいて、水溶液ポンプの異常を判定できる。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ポンプの異常を判定することができる。請求項１２に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００３１】
請求項２に記載の燃料電池システムでは、判定結果に基づいて水溶液ポンプの出力を制御する。たとえば、燃料水溶液の流量が低下していると判断した場合には、水溶液ポンプの出力を増加することによって水溶液ポンプの出力を安定化でき、燃料水溶液の供給量を維持できる。請求項１３に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００３２】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、濃度検出手段（濃度検出箇所）に燃料水溶液が存在する状態において、水溶液ポンプを逆転駆動し、濃度検出手段に燃料水溶液が無くなるまですなわち濃度検出不能になるまでの水溶液ポンプの逆転駆動時間を計測する。その計時結果に基づいて水溶液ポンプの異常を判定する。このように水溶液ポンプを逆転駆動するだけで簡単に水溶液ポンプの異常を判定できる。請求項１４に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様であり、特に、請求項１５に記載するように発電停止時に好適となる。
【００３３】
請求項４に記載の燃料電池システムでは、濃度検出手段（濃度検出箇所）に燃料水溶液が存在しない状態において、水溶液ポンプを正転駆動し、濃度検出手段に燃料水溶液が導入されるまですなわち濃度検出可能になるまでの水溶液ポンプの正転駆動時間を計測する。その計時結果に基づいて水溶液ポンプの異常を判定する。このように水溶液ポンプを正転駆動するだけで簡単に水溶液ポンプの異常を判定できる。請求項１６に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様であり、特に、請求項１８に記載するように起動時に好適となる。
【００３４】
請求項５に記載する燃料電池システムでは、水溶液ポンプを正転駆動する前に逆転駆動しておくことによって、濃度検出手段（濃度検出箇所）に気体を導入でき濃度検出手段によって濃度を検出できない状態を容易に実現できる。したがって、その後水溶液ポンプを正転駆動するだけで容易かつ確実に水溶液ポンプの異常を判定できる。請求項１７に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００３５】
請求項６に記載するように、水溶液ポンプおよび濃度検出手段（濃度検出箇所）より下流側に気体源を設けておけば、水溶液ポンプを逆転駆動することによって濃度検出手段により確実に気体を導入でき、判定の精度を向上できる。請求項１９に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００３６】
請求項７に記載の燃料電池システムでは、副流路に濃度検出手段（濃度検出箇所）を設けることによって、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することができ、精度よく濃度検出手段に燃料水溶液が存在するか否かを判定できる。請求項２０に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００３７】
請求項８に記載の燃料電池システムでは、気体源は水溶液保持手段の気層であるので、気体源として既存の燃料電池システムの構成を用いることができる。
【００３８】
請求項９に記載の燃料電池システムでは、水溶液ポンプ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。請求項２１に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００３９】
請求項１０に記載の燃料電池システムでは、発信部からの超音波を受信部で受信して燃料水溶液の濃度情報を検出するが、発信部と受信部との間に気体が導入されると濃度情報を検出できなくなる。したがって、超音波を利用することによって水溶液ポンプの異常を簡単かつ確実に判定することができる。請求項２２に記載の燃料電池システムの運転方法についても同様である。
【００４０】
請求項１１のように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ポンプの異常を判定でき、構成部品を増やさずかつシステムを小さくできるので、この発明は輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００４１】
この発明によれば、濃度情報の検出結果および水溶液ポンプの駆動時間を利用することによって、異常判定用の新たなセンサを用いることなく水溶液ポンプの性能および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】
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
図３をも参照して、表示操作部２８は、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、セルスタック１０２（後述）の発電開始（起動）を指示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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
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（後述）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。
【００５１】
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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【００６２】
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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。水溶液ポンプ１３６は正転駆動および逆転駆動可能に構成される。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。
【００６５】
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。
【００６６】
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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
上述したパイプＰ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。
【００７０】
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の運転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。
【００７１】
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。
【００７２】
上述したパイプＰ８〜Ｐ１４は主として排気の流路となる。
【００７３】
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。
【００７４】
上述したパイプＰ１５，１６は水の流路となる。
【００７５】
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播時間（伝播速度）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内での超音波伝播時間を検出し、その伝播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、水溶液ポンプ１３６の停止時における水溶液タンク１１６の液面高さよりも高い位置に設けられる。
【００７６】
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。
【００７７】
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。
【００７８】
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。
【００７９】
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。
【００８０】
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、自動二輪車１０を駆動する電動モータ４４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。
【００８１】
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。
【００８２】
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の搭乗者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。
【００８３】
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や補機類等に電力を与える。
【００８４】
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。
【００８５】
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。充電器２００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に充電器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。
【００８６】
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、第１所定時間、第２所定時間および第３所定時間、演算データ、メタノール水溶液温度と第２所定時間との関係を示すテーブルデータ、ならびに図４に示すような超音波の伝播時間（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。
【００８７】
図４には、４つの濃度（０ｗｔ％、１．９ｗｔ％、２．９ｗｔ％および４．６ｗｔ％）における伝播時間と液温との対応関係（曲線）しか示されていないが、実際には伝播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。
【００８８】
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。
【００８９】
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。超音波センサ１５４が濃度検出手段に相当する。ＣＰＵ１５８およびクロック回路１６０が計時手段に相当する。ＣＰＵ１５８は判定手段およびポンプ制御手段に相当する。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。水溶液タンク１１６が水溶液保持手段に相当する。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。
【００９０】
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、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。これと共に、ＯＮ／ＯＦＦ回路１７０のオンおよびリレー１７６の切り替えが行われ、電動モータ４４がセルスタック１０２および二次電池１２６に接続される。
【００９１】
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。
【００９２】
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。
【００９３】
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。
【００９４】
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。
【００９５】
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。
【００９６】
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で冷却され露点を下げ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。
【００９７】
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。
【００９８】
また、運転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。
【００９９】
ついで、図５を参照して、燃料電池システム１００における水溶液ポンプ１３６の異常判定動作の一例について説明する。
この動作は燃料電池システム１００の発電停止時に行われ、この動作が開始されるまでは超音波センサ１５４にはメタノール水溶液が満たされている。
【０１００】
まず、停止ボタン３０ｂを押すと、ＣＰＵ１５８からの指示に基づいて発電停止処理が開始される（ステップＳ１）。そして、メタノール水溶液の温度がＯＫか否かすなわち所定の範囲（たとえば４０℃〜５５℃）内か否かが判断される（ステップＳ３）。メタノール水溶液の温度が所定範囲内になければ、メタノール水溶液の粘性等の関係でメタノール水溶液の流速が変化し判定に誤差が生じるからである。メタノール水溶液の温度がＯＫになるまで待機し、メタノール水溶液の温度がＯＫになれば、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Ｓ５）、水溶液ポンプ１３６が逆転駆動され（ステップＳ７）、水溶液ポンプ１３６の逆転駆動時間の計測が開始される（ステップＳ９）。ポンプ駆動時間は、ＣＰＵ１５８によってクロック回路１６０からのクロック信号に基づいて計測される。
【０１０１】
なお、水溶液ポンプ１３６が正常に逆転駆動される場合には、図２において破線矢印で示すように、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分岐部Ａ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およびＰ１８内の圧力が低下し、パイプＰ１７およびＰ１８内に水溶液タンク１１６内の気層１１６ａの気体が導入され、水溶液タンク１１６内には水溶液ポンプ１３６によって送り出されたメタノール水溶液がパイプＰ３を介して導入される。
【０１０２】
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に伝播するまでの伝播時間すなわちメタノール水溶液の濃度情報が検出され（ステップＳ１１）、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に伝播されたか否かが判断される（ステップＳ１３）。メタノール水溶液の濃度情報を検出できなくなれば、水溶液ポンプ１３６の逆転駆動によって発信部１５４ａと受信部１５４ｂとの間に気体が導入されメタノール水溶液がなくなったと判定される。
【０１０３】
ステップＳ１３においてメタノール水溶液の濃度情報が検出できており受信部１５４ａと受信部１５４ｂとの間にメタノール水溶液が存在し続けていれば、逆転駆動時間が第１所定時間（たとえば１０秒）を経過したか否かが判断される（ステップＳ１５）。第１所定時間を経過していなければステップＳ１１に戻り、一方、第１所定時間を経過していれば、水溶液ポンプ１３６にエラーが発生したと判定され、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Ｓ１７）、水溶液ポンプ１３６が停止される（ステップＳ１９）。そして、エラー処理が施され（ステップＳ２１）、終了する。
【０１０４】
一方、ステップＳ１３においてメタノール水溶液の濃度情報が検出できなくなれば、受信部１５４ａと受信部１５４ｂとの間に気体が導入されメタノール水溶液がなくなったと判定される。そして、メタノール水溶液の濃度情報を検出できなくなるまでの逆転駆動時間が第２所定時間（たとえば０．５秒）内か否かが判断される（ステップＳ２３）。第２所定時間内であれば、水溶液ポンプ１３６は正常な供給能力を発揮していると判定され、水溶液ポンプ１３６が停止され（ステップＳ２５）、他の処理が施された（ステップＳ２７）後、終了する。
【０１０５】
一方、ステップＳ２３において、メタノール水溶液の濃度情報を検出できなくなるまでの逆転駆動時間が第２所定時間内でなければ、水溶液ポンプ１３６の供給能力が低下している判定され、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Ｓ２９）、水溶液流量を増加させ正常時の流量を維持すべくＣＰＵ１５８から水溶液ポンプ１３６への出力指令値が変更され（ステップＳ３１）、ステップＳ２５に進む。
【０１０６】
このように動作する燃料電池システム１００によれば、超音波センサ１５４（濃度検出箇所）に気体が導入されるとメタノール水溶液の物理的特性を利用した濃度情報を検出できなくなる点を利用して、濃度情報の検出結果と計時結果とに基づいて、水溶液ポンプ１３６の異常の有無を判定することができる。この動作例では、濃度情報の検出可から不可へ切り替わるまでの水溶液ポンプ１３６の逆転駆動時間に基づいて、水溶液ポンプ１３６の異常を簡単に判定できる。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ポンプ１３６の異常を判定することができる。
【０１０７】
また、燃料水溶液の流量が低下していると判断した場合には、水溶液ポンプ１３６の出力を増加することによって水溶液ポンプ１３６の出力を安定化でき、メタノール水溶液の供給量を維持できる。
【０１０８】
さらに、水溶液ポンプ１３６および超音波センサ１５４（濃度検出箇所）より下流側に気体源である水溶液タンク１１６の気層１１６ａを設けておけば、水溶液ポンプ１１６を逆転駆動することによって超音波センサ１５４により確実に気体を導入でき、判定の精度を向上できる。気体源は水溶液タンク１１６の気層１１６ａであるので、気体源を別途準備することなく既存の燃料電池システム１００の構成を用いることができる。
【０１０９】
また、副流路に超音波センサ１５４（濃度検出箇所）を設けることによって、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することができ、精度よく超音波センサ１５４にメタノール水溶液が存在するか否かを判定できる。
【０１１０】
さらに、水溶液ポンプ１３６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。
【０１１１】
また、濃度情報を検出するために超音波を利用することによって、水溶液ポンプ１３６の異常を簡単かつ確実に判定することができる。
【０１１２】
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ポンプ１３６の異常を判定でき、構成部品を増やさずかつ燃料電池システム１００を小さくできるので、この発明は自動二輪車１００に好適に用いられる。
【０１１３】
つづいて、図６および図７を参照して、燃料電池システム１００における水溶液ポンプ１３６における異常判定動作の他の例について説明する。
この動作は燃料電池システム１００の起動時に行われる。
【０１１４】
まず、始動ボタン３０ａを押すと、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Ｓ１０１）、その検出温度に基づいて必要に応じて第２所定時間が補正される（ステップＳ１０３）。メタノール水溶液の温度によって粘性に差がある場合には第２所定時間を補正する必要があり、このときメモリ１６２に格納されているメタノール水溶液温度と第２所定時間との関係を示すテーブルデータが参照される。
【０１１５】
そして、水溶液ポンプ１３６が逆転駆動され（ステップＳ１０５）、検出用バルブ１５６が開けられ（ステップＳ１０７）、検出用バルブ１５６を開けてから一定時間（たとえば３秒）を経過したか否かが判断される（ステップＳ１０９）。一定時間を経過するまで待機し、一定時間を経過すれば検出用バルブ１５６が閉じられ（ステップＳ１１１）、水溶液ポンプ１３６が停止され（ステップＳ１１３）、超音波センサ１５４による濃度情報の検出が実行され（ステップＳ１１５）、超音波センサ１５４によって濃度情報が検出できているか否かが判断される（ステップＳ１１７）。濃度情報を検出できればまだ超音波センサ１５４内にメタノール水溶液が存在していると判定され、始動ボタン３０ａを押してから第３所定時間（たとえば１０秒）を経過したか否かが判断される（ステップＳ１１９）。第３所定時間を経過していなければステップＳ１０５に戻る。一方、第３所定時間を経過していれば、エラーが生じたと判定され、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Ｓ１２１）、ステップＳ１３９（後述）に進む。
【０１１６】
ステップＳ１１７において濃度情報が検出できなくなれば超音波センサ１５４内にメタノール水溶液が存在しなくなったと判定され、水溶液ポンプ１３６が正転駆動され（ステップＳ１２３）、検出用バルブ１５６が開けられ（ステップＳ１２５）、水溶液ポンプ１３６の正転駆動時間の計測が開始される（ステップＳ１２７）。
【０１１７】
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Ｓ１２９）、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に伝播されたか否かが判断される（ステップＳ１３１）。ステップＳ１３１においてメタノール水溶液の濃度情報を検出できていなければ、正転駆動時間が第１所定時間（たとえば１０秒）を経過したか否かが判断され（ステップＳ１３３）、第１所定時間を経過していなければステップＳ１２９に戻る。第１所定時間を経過していれば、水溶液ポンプ１３６にエラーが生じたと判定され、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Ｓ１３５）、水溶液ポンプ１３６が停止される（ステップＳ１３７）。そして、エラー処理が施され（ステップＳ１３９）、終了する。
【０１１８】
一方、ステップＳ１３１においてメタノール水溶液の濃度情報を検出できれば、水溶液ポンプ１３６の正転駆動によって発信部１５４ａと受信部１５４ｂとの間にメタノール水溶液が導入されたと判定される。そして、メタノール水溶液の濃度情報を検出できるようになるまでに要した正転駆動時間が第２所定時間（たとえば０．５秒）内か否かが判断される（ステップＳ１４１）。第２所定時間内であれば、水溶液ポンプ１３６は正常な供給能力を発揮していると判定され、起動シーケンスが行われ（ステップＳ１４３）、終了する。
【０１１９】
一方、ステップＳ１４１において、メタノール水溶液の濃度情報を検出できなくなるまでに要した正転駆動時間が第２所定時間内でなければ、水溶液ポンプ１３６の供給能力が低下していると判定され、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Ｓ１４５）、水溶液流量を増加させ正常時の流量を維持すべくＣＰＵ１５８から水溶液ポンプ１３６への出力指令値が変更され（ステップＳ１４７）、ステップＳ１４３に進む。
【０１２０】
このように動作する燃料電池システム１００によれば、濃度情報の検出不可から可へ切り替わるまでの水溶液ポンプ１３６の正転駆動時間に基づいて、水溶液ポンプ１３６の異常を判定できる。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ポンプ１３６の異常を簡単に判定することができる。
【０１２１】
また、水溶液ポンプ１３６を正転駆動する前に逆転駆動しておくことによって、超音波センサ１５４（濃度検出箇所）に気体を導入でき超音波センサ１５４によって濃度を検出できない状態を容易に実現できる。したがって、その後水溶液ポンプ１３６を正転駆動するだけで容易かつ確実に水溶液ポンプ１３６の異常を判定できる。
【０１２２】
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。
【０１２３】
なお、ステップＳ１０５からステップＳ１１９までの処理は、前回運転の終了時に水溶液ポンプ１３６を逆転駆動させて超音波センサ１５４に気体を導入し、その後水溶液ポンプ１３６を停止させておいた場合には、実行不要である。また、超音波センサ１５４が水溶液タンク１１６の液面高さより高くなるように配置されていれば、水溶液ポンプ１３６を逆転駆動させずに検出用バルブ１５６を開くだけで超音波センサ１５４に気体を導入できる。
【０１２４】
また、発電停止時に水溶液ポンプ１３６を正転駆動させて水溶液ポンプ１３６の異常を判定するようにしてもよい。この場合、判定前に超音波センサ１５４から一旦メタノール水溶液を排除しておく必要がある。また、起動時に水溶液ポンプ１３６を逆転駆動させて水溶液ポンプ１３６の異常を判定するようにしてもよい。この場合、判定前に超音波センサ１５４に一旦メタノール水溶液を導入しておく必要がある。
【０１２５】
さらに、気体源は水溶液タンク１１６の気層１１６ａに限定されない。気体源は、たとえば水タンク１１８の気層やキャッチタンク１３０の気層であってもよく、また、別途バルブを設けて系外のガスを導入してもよい。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
メタノール水溶液の温度は、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。
【０１２９】
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。
【０１３０】
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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【図面の簡単な説明】
【０１３３】
【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】超音波伝播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】図６の動作の続きを示すフロー図である。
【符号の説明】
【０１３４】
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
１３４      水溶液フィルタ
１３６      水溶液ポンプ
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】
2008021565.tif 000003
【図２】
2008021565.tif 000004
【図３】
2008021565.tif 000005
【図４】
2008021565.tif 000006
【図５】
2008021565.tif 000007
【図６】
2008021565.tif 000008
【図７】
2008021565.tif 000009