(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料水溶液が供給されるアノード、酸化剤が供給されるカソードおよび前記アノードと前記カソードとに挟まれる電解質膜をそれぞれ有する第１燃料電池および第２燃料電池、ならびに
前記第２燃料電池の起電力に関する情報を検出する検出手段を備え、
前記第２燃料電池は、前記第１燃料電池よりも前記燃料水溶液の濃度の上昇に対する起電力の低下幅が大きい、燃料電池システム。
【請求項２】
前記検出手段の検出結果に基づいて前記燃料水溶液の濃度を調整する調整手段をさらに含む、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２燃料電池の前記電解質膜は、前記第１燃料電池の前記電解質膜よりも前記燃料水溶液を透過させやすい、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項４】
前記第２燃料電池の前記電解質膜は、前記第１燃料電池の前記電解質膜よりも厚みが小さい、請求項３に記載の燃料電池システム。
【請求項５】
前記第１燃料電池の前記アノードおよび前記第２燃料電池の前記アノードは、それぞれ助触媒を含む触媒層を有し、
前記第２燃料電池の前記触媒層は、前記第１燃料電池の前記触媒層よりも前記助触媒が少ない、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項６】
前記助触媒はルテニウムを含む、請求項５に記載の燃料電池システム。
【請求項７】
前記検出手段は、前記起電力に関する情報として前記第２燃料電池の開回路電圧を検出する、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項８】
前記第２燃料電池の前記アノードおよび前記カソードの少なくともいずれか一方は、前記第１燃料電池のそれよりも体積が小さい、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項９】
前記第２燃料電池が前記第１燃料電池に積層される、請求項１に記載の燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１に記載の燃料電池システムを含む、輸送機器。
【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れを含む輸送機器に関し、より特定的には、燃料水溶液の濃度を燃料電池の起電力に関する情報に基づいて取得する燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アノード（燃料極）に燃料水溶液を供給しつつ電解質膜を介してアノードに対向するカソード（空気極）に酸化剤を供給することによって燃料電池に発電させる、燃料電池システムが知られている。このような燃料電池システムの燃料電池では、燃料水溶液が電解質膜を介してアノードからカソードに移動することによって、カソードにおいて酸素の還元反応とともに燃料の酸化反応が行われる。このためにカソードの電位は、還元反応による電位と酸化反応による電位との混成電位となる。燃料の酸化反応による電位は酸素の還元反応による電位よりも小さく、燃料の酸化反応がカソードの電位に寄与することでカソードの電位ひいては燃料電池の起電力が低下する。この他にも、燃料電池では、アノードにおける燃料の酸化反応によって生じた一酸化炭素（ＣＯ）がアノードの触媒層の白金に吸着することによって、アノードにおける反応が進みにくくなり、起電力が低下する。つまり、アノードの触媒層のＣＯ被毒によって燃料電池の起電力が低下する。
【０００３】
燃料水溶液の濃度が大きくなるほど、燃料水溶液の移動（クロスオーバー）によってカソードに与えられる燃料が多くなるので、カソードにおける燃料の酸化反応が活発になり、燃料電池の起電力が低下する。また、燃料水溶液の濃度が大きくなるほど、アノードの触媒層のＣＯ被毒が進むので、燃料電池の起電力が低下する。このように燃料電池の起電力は燃料水溶液の濃度に応じて変化するので、燃料電池の起電力に関する情報を検出し、これに基づいて燃料水溶液の濃度を取得することができる。
【０００４】
たとえば特許文献１には、複数の燃料電池を含む発電部、および発電部と同じ燃料電池を含むセンサ部によってセルスタックを構成し、センサ部の燃料電池の電圧および温度に基づいて燃料水溶液の濃度を取得する技術が開示されている。
【特許文献１】再公表ＷＯ２００４／０３０１３４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年、クロスオーバーによる起電力の低下を抑えるために燃料水溶液を透過させにくい電解質膜を用いた燃料電池が提案されている。また、ＣＯ被毒を抑えるためにアノードの触媒層にルテニウム等の助触媒を含有させた燃料電池が提案されている。このように燃料電池の性能を向上させるための技術は日々進歩しており、燃料水溶液の濃度の変化に対する燃料電池の起電力の変化も小さくなりつつある。このために特許文献１の燃料電池システムのように発電部と同じ燃料電池から検出した起電力に関する情報を用いると、燃料水溶液の正確な濃度を取得できなくなるという新たな問題が生じることとなった。
それゆえに、この発明の主たる目的は、大きな出力を得つつも燃料水溶液の正確な濃度を取得できる、燃料電池システムおよびそれを含む輸送機器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、燃料水溶液が供給されるアノード、酸化剤が供給されるカソードおよび前記アノードと前記カソードとに挟まれる電解質膜をそれぞれ有する第１燃料電池および第２燃料電池、ならびに前記第２燃料電池の起電力に関する情報を検出する検出手段を備え、前記第２燃料電池は、前記第１燃料電池よりも前記燃料水溶液の濃度の上昇に対する起電力の低下幅が大きい。
【０００７】
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、前記検出手段の検出結果に基づいて前記燃料水溶液の濃度を調整する調整手段をさらに含むことを特徴とする。
【０００８】
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、前記第２燃料電池の前記電解質膜は、前記第１燃料電池の前記電解質膜よりも前記燃料水溶液を透過させやすいことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項３に記載の燃料電池システムにおいて、前記第２燃料電池の前記電解質膜は、前記第１燃料電池の前記電解質膜よりも厚みが小さいことを特徴とする。
【００１０】
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、前記第１燃料電池の前記アノードおよび前記第２燃料電池の前記アノードは、それぞれ助触媒を含む触媒層を有し、前記第２燃料電池の前記触媒層は、前記第１燃料電池の前記触媒層よりも前記助触媒が少ないことを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の燃料電池システムは、請求項５に記載の燃料電池システムにおいて、前記助触媒はルテニウムを含むことを特徴とする。
【００１２】
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、前記検出手段は、前記起電力に関する情報として前記第２燃料電池の開回路電圧を検出することを特徴とする。
【００１３】
請求項８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、前記第２燃料電池の前記アノードおよび前記カソードの少なくともいずれか一方は、前記第１燃料電池のそれよりも体積が小さいことを特徴とする。
【００１４】
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、前記第２燃料電池が前記第１燃料電池に積層されることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の輸送機器は、請求項１に記載の燃料電池システムを含むことを特徴とする。
【００１６】
請求項１に記載の燃料電池システムでは、濃度取得用として、電力供給用の第１燃料電池よりも燃料水溶液の濃度の上昇に対する起電力の低下幅が大きい第２燃料電池が用いられる。つまり、発電という点では第１燃料電池よりも性能の低い第２燃料電池が濃度取得用に用いられる。このように、電力供給用にクロスオーバーやＣＯ被毒等を抑えた第１燃料電池を用いかつ濃度取得用にあえて濃度の変化に対する起電力の変化が大きい第２燃料電池を用いることによって、大きな出力を得つつも燃料水溶液の正確な濃度を取得できる。
【００１７】
請求項２に記載の燃料電池システムでは、第２燃料電池を用いて正確な濃度を取得できるので、大きな出力を得つつも燃料水溶液の濃度を適切に調整できる。
【００１８】
請求項３に記載の燃料電池システムでは、第１燃料電池の電解質膜よりも燃料水溶液をアノードからカソードに透過させやすい電解質膜が第２燃料電池に用いられる。つまり、第２燃料電池には、第１燃料電池の電解質膜よりも燃料水溶液をクロスオーバーさせやすい電解質膜が用いられる。第１燃料電池のアノードおよび第２燃料電池のアノードに与えられる燃料水溶液の濃度が等しいとすると、第１燃料電池よりも燃料水溶液をクロスオーバーさせやすい第２燃料電池では、第１燃料電池よりもカソードに与えられる燃料が多くなる。したがって、第２燃料電池では、第１燃料電池に比べて、カソードにおける燃料の酸化反応が活発になり、燃料水溶液の濃度の上昇に対する起電力の低下幅が大きくなる。このように燃料水溶液を透過させやすい電解質膜を用いることによって、第２燃料電池において簡単に燃料水溶液の濃度の変化に対する起電力の変化を大きくできる。
【００１９】
請求項４に記載の燃料電池システムでは、第１燃料電池の電解質膜よりも厚みの小さい電解質膜が第２燃料電池に用いられる。これによって、たとえば第１燃料電池と第２燃料電池とで同じ材質の電解質膜を用いても、第２燃料電池において簡単に燃料水溶液をクロスオーバーさせやすくできる。
【００２０】
請求項５に記載の燃料電池システムでは、第２燃料電池のアノードの触媒層に含まれる助触媒が第１燃料電池のアノードの触媒層に含まれる助触媒よりも少ない。これによって、第２燃料電池では、燃料水溶液の濃度が大きくなるほど、第１燃料電池よりもアノードの触媒層でＣＯ被毒が進み、燃料電池の起電力が低下する。このように、ＣＯ被毒を抑えるための助触媒を第１燃料電池よりも少なくすることによって、第２燃料電池において簡単に燃料水溶液の濃度の変化に対する起電力の変化を大きくできる。たとえば請求項６に記載するように、助触媒としてはルテニウム（Ｒｕ）が用いられる。
【００２１】
請求項７に記載の燃料電池システムでは、検出手段が第２燃料電池の起電力に関する情報として開回路電圧（起電力そのもの）を検出する。このように、簡単に検出できる開回路電圧を起電力に関する情報として用いることによって、検出手段を簡素に構成でき、ひいてはシステム全体を簡素に構成できる。
【００２２】
一般に、アノードおよびカソードの触媒層は、主触媒として白金（Ｐｔ）を含むことが知られている。請求項８に記載の燃料電池システムでは、第２燃料電池のアノードおよびカソードの少なくともいずれか一方が第１燃料電池のそれよりも体積が小さくなるように
設けられる。したがって、第２燃料電池における白金等の高価な材料の使用量を少なくでき、第２燃料電池を低コストに構成できる。ひいてはシステム全体のコストを抑えることができる。
【００２３】
請求項９に記載の燃料電池システムでは、第２燃料電池が第１燃料電池に積層されることによって、第２燃料電池を第１燃料電池と略同じ条件で発電させることができる。したがって、第２燃料電池から検出した起電力に関する情報に基づいて、電力供給用の第１燃料電池の発電に用いられる燃料水溶液の正確な濃度を取得できる。
【００２４】
燃料電池システムが搭載される輸送機器では、大きな出力が要求されるとともに、限られた燃料で効率よく燃料電池に発電させることが要求される。この発明の燃料電池システムによれば、大きな出力を得つつも燃料水溶液の正確な濃度を取得でき、燃料水溶液の濃度を適切に管理できる。ひいては適切な濃度の燃料水溶液を用いて燃料電池に効率よく発電させることができる。したがって、この発明の燃料電池システムは、請求項１０に記載するように輸送機器に好適に用いられる。
【発明の効果】
【００２５】
この発明によれば、大きな出力を得つつも燃料水溶液の正確な濃度を取得できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
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。
【００２７】
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、およびフロントフレーム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を備えている。
【００２８】
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とともに板状部材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。
【００２９】
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。リヤフレーム１８の一対の板状部材の上端部には、図示しないシートを設けるためのシートレール２０が固設されている。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。
【００３０】
ヘッドパイプ１４内には、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。
【００３１】
表示操作部２８は、電動モータ３８（後述）の各種データを計測表示するためのメータ、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、および各種指示や各種情報入力用の入力部を一体的に設けたものである。
【００３２】
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３０が取り付けられており、フロントフォーク３０それぞれの下端には前輪３２が回転自在に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、スイングアーム（リヤアーム）３４が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム３４の後端部３４ａには、後輪３６に連結されかつ後輪３６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３８が内蔵されている。また、スイングアーム３４には、電動モータ３８に電気的に接続される駆動ユニット４０が内蔵されている。駆動ユニット４０は、電動モータ３８の回転駆動を制御するためのモータコントローラ４２、および二次電池１２８（後述）の蓄電量を検出する蓄電量検出器４４を含む。
【００３４】
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３８や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。
【００３５】
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。
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、複数の燃料電池１０４ａを積層（スタック）することによって構成される供給部１０６、供給部１０６に積層される燃料電池１０４ｂ、および供給部１０６と燃料電池１０４ｂとの間に介挿される絶縁部材１０８を含む。燃料電池１０４ａおよび１０４ｂはそれぞれ、メタノールに基づく水素イオンと酸素（酸化剤）との電気化学反応によって発電できる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）である。燃料電池１０４ａおよび１０４ｂについては後に詳しく説明する。
【００３７】
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１１０が配置されている。
図２に示すように、ラジエータユニット１１０は、水溶液用のラジエータ１１０ａと気液分離用のラジエータ１１０ｂとを一体的に設けたものである。ラジエータユニット１１０の裏面側には、ラジエータ１１０ａを冷却するためのファン１１２と、ラジエータ１１０ｂを冷却するためのファン１１４（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１１０ａと１１０ｂとが左右に配置されているものとし、左側のラジエータ１１０ａを冷却するためのファン１１２が示されている。
【００３８】
また、図１に示すように、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１１６、水溶液タンク１１８および水タンク１２０が配置されている。
燃料タンク１１６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。水溶液タンク１１８は、燃料タンク１１６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。水タンク１２０は、水溶液タンク１１８に供給すべき水を収容している。
【００３９】
燃料タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水溶液タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着され、水タンク１２０にはレベルセンサ１２６が装着されている。レベルセンサ１２２，１２４および１２６は、それぞれたとえばフロートセンサであり、タンク内の液面の高さ（液位）を検出する。
【００４０】
燃料タンク１１６の前側でありかつフロントフレーム１６の上側には、二次電池１２８が配置されている。二次電池１２８は、セルスタック１０２の供給部１０６からの電力を蓄え、コントローラ１４０（後述）の指示に応じて電気構成部材に電力を供給する。二次電池１２８の上側には、燃料ポンプ１３０が配置されている。また、燃料タンク１１６の前側かつ二次電池１２８の後方斜め上側には、キャッチタンク１３２が配置されている。
【００４１】
また、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１３４およびエアポンプ１３６が収納されている。エアポンプ１３６の左側にはエアチャンバ１３８が配置されている。また、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１４０、ストップバルブ１４２および水ポンプ１４４が配置されている。
【００４２】
さらに、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１４６が設けられている。メインスイッチ１４６がオンされることによってコントローラ１４０に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４６がオフされることによってコントローラ１４０に運転停止指示が与えられる。
【００４３】
図２に示すように、燃料タンク１１６と燃料ポンプ１３０とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１３０と水溶液タンク１１８とはパイプＰ２によって連通され、水溶液タンク１１８と水溶液ポンプ１３４とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３４とセルスタック１０２とはパイプＰ４によって連通されている。パイプＰ４はセルスタック１０２のアノード入口Ｉ１に接続されている。水溶液ポンプ１３４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。
【００４４】
セルスタック１０２の燃料電池１０４ｂは、供給部１０６よりもアノード入口Ｉ１（水溶液ポンプ１３４）側に設けられている。つまり、燃料電池１０４ｂは供給部１０６よりもメタノール水溶液の流路の上流側に設けられている。燃料電池１０４ｂには、その起電力（開回路電圧：Open Circuit Voltage）を検出する電圧センサ１４８が設けられている。また、セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近には、燃料電池１０４ｂに供給されるメタノール水溶液の温度ひいては燃料電池１０４ｂの温度を検出する温度センサ１５０が設けられている。
【００４５】
セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１１０ａとはパイプＰ５によって連通され、ラジエータ１１０ａと水溶液タンク１１８とはパイプＰ６によって連通されている。パイプＰ５はセルスタック１０２のアノード出口Ｉ２に接続されている。
上述したパイプＰ１〜Ｐ６は主として燃料の流路となる。
【００４６】
また、エアチャンバ１３８にはパイプＰ７が接続され、エアチャンバ１３８とエアポンプ１３６とはパイプＰ８によって連通され、エアポンプ１３６とストップバルブ１４２とはパイプＰ９によって連通され、ストップバルブ１４２とセルスタック１０２とはパイプＰ１０によって連通されている。パイプＰ１０はセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３に接続されている。ストップバルブ１４２を開いた状態でエアポンプ１３６を駆動させることによって外部からセルスタック１０２に酸素（酸化剤）を含む空気（エア）が供給される。
【００４７】
セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１１０ｂとはパイプＰ１１によって連通され、ラジエータ１１０ｂと水タンク１２０とはパイプＰ１２によって連通され、水タンク１２０にはパイプ（排気管）Ｐ１３が設けられている。パイプＰ１１は、セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４に接続されている。パイプＰ１３は水タンク１２０の排気口に設けられ、セルスタック１０２からの排気を外部に出す。
上述したパイプＰ７〜Ｐ１３は主として酸化剤の流路となる。
【００４８】
また、水タンク１２０と水ポンプ１４４とはパイプＰ１４によって連通され、水ポンプ１４４と水溶液タンク１１８とはパイプＰ１５によって連通されている。
上述したパイプＰ１４，Ｐ１５は水の流路となる。
【００４９】
さらに、水溶液タンク１１８とキャッチタンク１３２とはパイプＰ１６，Ｐ１７によって連通されている。また、キャッチタンク１３２にはパイプＰ１８が接続されており、パイプＰ１８はパイプＰ１０の接続部Ｊに接続されている。
上述したパイプＰ１６〜Ｐ１８は燃料処理用の流路となる。
【００５０】
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１４０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ＣＰＵ１５２、ＣＰＵ１５２にクロック信号を与えるクロック回路１５４、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、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１５６、電動モータ３８にセルスタック１０２の供給部１０６（図２参照）を接続する電気回路１５８における電圧を検出するための電圧検出回路１６０、電気回路１５８を流れる電流を検出するための電流検出回路１６２、電気回路１５８を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１６４、ならびに電気回路１５８に所定の電圧を供給するための電源回路１６６を含む。
【００５１】
コントローラ１４０のＣＰＵ１５２によって、燃料ポンプ１３０、水溶液ポンプ１３４、エアポンプ１３６、水ポンプ１４４、ファン１１２，１１４およびストップバルブ１４２等の補機類が制御される。この他にも、表示操作部２８のメータおよび表示部、ならびに電気回路１５８を開閉するＯＮ／ＯＦＦ回路１６４等がＣＰＵ１５２によって制御される。
【００５２】
ＣＰＵ１５２には、メインスイッチ１４６および表示操作部２８の入力部からの入力信号、ならびにレベルセンサ１２２，１２４，１２６からの検出信号が入力される。
【００５３】
また、ＣＰＵ１５２には、電圧センサ１４８からの電圧検出値、および温度センサ１５０からの温度検出値が入力される。ＣＰＵ１５２は、燃料電池１０４ｂの起電力に関する情報として電圧センサ１４８によって検出された燃料電池１０４ｂの開回路電圧、および温度センサ１５０によって検出された燃料電池１０４ｂの温度に基づいて燃料電池１０４ｂに供給されたメタノール水溶液の濃度を取得する。詳しくは、ＣＰＵ１５２は、燃料電池１０４ｂの開回路電圧および温度とメタノール水溶液の濃度との対応関係を示すテーブルデータから、電圧センサ１４８によって検出された開回路電圧、および温度センサ１５０によって検出された温度に対応するメタノール水溶液の濃度を取得する。そして、ＣＰＵ１５２は、取得したメタノール水溶液の濃度に基づいて燃料ポンプ１３０を制御し、水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液の濃度を調整する。濃度取得用のテーブルデータは、記憶手段であるメモリ１５６に格納（記憶）されている。
【００５４】
さらに、ＣＰＵ１５２には、電圧検出回路１６０からの電圧検出値、および電流検出回路１６２からの電流検出値が入力される。ＣＰＵ１５２は、電圧検出回路１６０の検出結果と電流検出回路１６２の検出結果とを用いて供給部１０６の出力を算出する。
【００５５】
二次電池１２８は、セルスタック１０２の出力を補完するものであり、セルスタック１０２の供給部１０６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３８や補機類等に電力を供給する。ＣＰＵ１５２には、インターフェイス回路１６８を介して蓄電量検出器４４からの蓄電量検出値が入力される。ＣＰＵ１５２は、蓄電量検出器４４によって検出された蓄電量と二次電池１２８の容量とを用いて二次電池１２８の蓄電率を算出する。
【００５６】
このような燃料電池システム１００で注目すべきは、セルスタック１０２の燃料電池１０４ａと１０４ｂとで構成が異なっていることである。
【００５７】
ついで、図４〜図６を参照して、燃料電池１０４ａおよび１０４ｂについて詳しく説明する。まず、供給部１０６を構成する燃料電池１０４ａについて説明する。
図４および図５に示すように、各燃料電池（燃料電池セル）１０４ａは、電解質膜１７０ａ、電解質膜１７０ａを挟んで互いに対向するアノード（燃料極）１７２およびカソード（空気極）１７４、ならびに電解質膜１７０ａ、アノード１７２およびカソード１７４からなる膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を挟んで互いに対向する一対のセパレータ１７６を含む。なお、図５には、セルスタック１０２において絶縁部材１０８を挟んで対向する燃料電池１０４ａと１０４ｂとが示されている。
【００５８】
電解質膜１７０ａは、厚み０．２ｍｍ程度の固体高分子電解質膜である。具体的に、この実施形態では、電解質膜１７０ａとしてパーフルオロスルホン酸系高分子電解質膜の一例であるＮＡＦＩＯＮ(登録商標：デュポン社製)が用いられる。このような電解質膜１７０ａは、アノード１７２に与えられるメタノール水溶液を５％程度カソード１７４側に透過させる。つまり、電解質膜１７０ａにおけるメタノール水溶液の透過率は５％程度である。
【００５９】
図５に示すように、アノード１７２は、電解質膜１７０ａ側に設けられる触媒層１７８、およびセパレータ１７６側に設けられる拡散層１８０を含む。図６に示すように、触媒層１７８は、メタノールの脱水素酸化反応を促進させるための白金（Ｐｔ）、および脱水素酸化反応によって生じた一酸化炭素の酸化反応を促進させるためのルテニウム（Ｒｕ）を含む。アノード１７２の触媒層１７８には、主触媒である白金が１ｍｇ／ｃｍ2程度用いられ、助触媒であるルテニウムが１ｍｇ／ｃｍ2程度用いられる。同様に、カソード１７４は、電解質膜１７０ａ側に設けられる触媒層１８２、およびセパレータ１７６側に設けられる拡散層１８４を含む。触媒層１８２には、酸素の還元反応を促進させるための触媒として白金が２ｍｇ／ｃｍ2程度用いられる。
【００６０】
図４に示すように、セルスタック１０２の供給部１０６では、隣り合う２つの燃料電池１０４ａにおいてセパレータ１７６が共用されている。図５に示すように、セパレータ１７６のアノード１７２側主面には、アノード１７２にメタノール水溶液を供給するための溝が蛇行するように形成されている。同様に、セパレータ１７６のカソード１７４側主面には、カソード１７４に酸素（酸化剤）を含む空気を供給するための溝（不図示）が蛇行するように形成されている。セパレータ１７６としては、カーボンと樹脂との複合板等が用いられる。
【００６１】
また、電解質膜１７０ａとアノード１７２側のセパレータ１７６との間には、アノード１７２が嵌め込まれる枠状のガスケット１８６が介挿されている。同様に、電解質膜１７０ａとカソード１７４側のセパレータ１７６との間には、カソード１７４が嵌め込まれる枠状のガスケット１８６が介挿されている。ガスケット１８６の材質には、ポリイミド基材のシリコンゴムシート等が用いられる。
【００６２】
電解質膜１７０ａ、一対のセパレータ１７６および一対のガスケット１８６には、互いの間で連通するように、水溶液供給用の貫通孔、空気供給用の貫通孔、水溶液排出用の貫通孔および空気排出用の貫通孔がそれぞれ形成されている。つまり、燃料電池１０４ａには、水溶液供給用の貫通孔、空気供給用の貫通孔、水溶液排出用の貫通孔および空気排出用の貫通孔が形成されている。
【００６３】
セパレータ１７６において、水溶液供給用の貫通孔と水溶液排出用の貫通孔とはアノード１７２側主面の溝を介して繋がっている。水溶液ポンプ１３４の駆動によって水溶液供給用の貫通孔を流通するメタノール水溶液の一部はセパレータ１７６のアノード１７２側主面の溝に流入し、当該溝を流通するメタノール水溶液がアノード１７２に与えられる。そして、当該溝から使用済みのメタノール水溶液が水溶液排出用の貫通孔に流入する。また、セパレータ１７６において、空気供給用の貫通孔と空気排出用の貫通孔とはカソード１７４側主面の溝を介して繋がっている。エアポンプ１３６の駆動によって空気供給用の貫通孔を流通する空気の一部はセパレータ１７６のカソード１７４側主面の溝に流入し、当該溝を流通する空気中の酸素がカソード１７４に与えられる。そして、当該溝から使用済みの空気が空気排出用の貫通孔に流入する。
【００６４】
ついで、燃料電池１０４ｂについて説明する。
燃料電池１０４ｂには、電解質膜１７０ａに代えて電解質膜１７０ｂが用いられる。電解質膜１７０ｂは電解質膜１７０ａよりも厚みが小さい（薄い）。具体的に、電解質膜１７０ｂの厚みは０．０５ｍｍ程度である。それ以外は、電解質膜１７０ａと１７０ｂとは同様に構成される。このように電解質膜１７０ａよりもその厚みが小さいことによって、電解質膜１７０ｂでは、メタノール水溶液の透過率が電解質膜１７０ａよりも大きくなる。具体的に、この実施形態では、電解質膜１７０ｂにおけるメタノール水溶液の透過率は１５％程度である。
また、燃料電池１０４ｂの一対のセパレータ１７６にはそれぞれ、電圧センサ１４８に接続される出力端子１８８が設けられている。
【００６５】
これら以外については、燃料電池１０４ａと１０４ｂとは同様に構成されており、燃料電池１０４ｂにおいても燃料電池１０４ａと同様にアノード１７２とカソード１７４とにメタノール水溶液と酸素を含む空気とが供給される。燃料電池１０４ｂにおいて燃料電池１０４ａと同様に構成される部分については燃料電池１０４ａと同一の符合を付し、重複する説明は省略する。
【００６６】
このような燃料電池１０４ｂは、燃料電池１０４ａ（供給部１０６）に絶縁部材１０８を介して積層されている。絶縁部材１０８は、シリコンシートまたはテフロン（登録商標）シート等である。絶縁部材１０８には、燃料電池１０４ａおよび１０４ｂと同様に水溶液供給用の貫通孔、空気供給用の貫通孔、水溶液排出用の貫通孔および空気排出用の貫通孔が形成されている。燃料電池１０４ｂからのメタノール水溶液および空気は、絶縁部材１０８を介して供給部１０６（燃料電池１０４ａ）に与えられる。
【００６７】
なお、図５を参照して、絶縁部材１０８を介して対向する燃料電池１０４ａのセパレータ１７６と燃料電池１０４ｂのセパレータ１７６とには、絶縁部材１０８側主面の溝が不要であるので、これを省略してもよい。また、燃料電池１０４ｂのカソード１７４側のセパレータ１７６には、カソード１７４とは反対側主面の溝、水溶液排出用の貫通孔および空気排出用の貫通孔が不要であるので、これらを省略してもよい。さらに、図４をも参照して、最も下流側の燃料電池１０４ａにおいてアノード１７２側のセパレータ１７６には、アノード１７２とは反対側主面の溝、水溶液供給用の貫通孔および空気供給用の貫通孔が不要であるので、これらを省略してもよい。
【００６８】
この実施形態では、燃料電池１０４ａが第１燃料電池に相当し、燃料電池１０４ｂが第２燃料電池に相当し、電圧センサ１４８が検出手段に相当する。調整手段は、燃料ポンプ１３０およびＣＰＵ１５２を含む。ＣＰＵ１５２は、電圧センサ１４８によって検出された燃料電池１０４ｂの開回路電圧に基づいてメモリ１５６に格納されているテーブルデータからメタノール水溶液の濃度を取得する取得手段としても機能する。
【００６９】
ついで、燃料電池システム１００における基本的な発電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１４６がオンされることを契機としてコントローラ１４０を起動し、運転を開始する。そして、二次電池１２８の蓄電率が所定値（たとえば４０％）未満になれば、二次電池１２８からの電力によって水溶液ポンプ１３４やエアポンプ１３６等の補機類の駆動を開始し、セルスタック１０２に発電を開始させる。
【００７０】
図２を参照して、水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液は、水溶液ポンプ１３４の駆動によってパイプＰ３，Ｐ４およびアノード入口Ｉ１を介して各燃料電池１０４ａのアノード１７２および燃料電池１０４ｂのアノード１７２にダイレクトに供給される。
【００７１】
一方、エアポンプ１３６の駆動によってパイプＰ７を介して吸入された酸素を含む空気は、エアチャンバ１３８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１３８に与えられた空気が、パイプＰ８を介してエアポンプ１３６に流入し、さらに、パイプＰ９、ストップバルブ１４２、パイプＰ１０およびカソード入口Ｉ３を介して各燃料電池１０４ａのカソード１７４および燃料電池１０４ｂのカソード１７４に供給される。
【００７２】
図６を参照して、メタノール水溶液がダイレクトに供給されることによって、アノード１７２の触媒層１７８では、メタノール水溶液のメタノールと水とが反応して二酸化炭素と水素イオンとが生成される。すなわち、アノード１７２では化１に示すメタノールの脱水素酸化反応が行われる。
【００７３】
【化１】
0005252866.tif 000002
【００７４】
アノード１７２で生成された水素イオンは、電解質膜１７０ａ（１７０ｂ）を介してカソード１７４に流入し、カソード１７４の触媒層１８２でカソードに供給された酸素と反応して、水（水蒸気）と電気エネルギとが生成される。すなわち、カソード１７４では化２に示す酸素の還元反応が行われる。
【００７５】
【化２】
0005252866.tif 000003
【００７６】
たとえば、セルスタック１０２の温度が９０℃である場合、化１の反応によってアノード１７２の電位は０．０３Ｖ（ボルト）程度になり、化２の反応によってカソード１７４の電位は１．２３Ｖ程度になる。したがって、理想的には、燃料電池１０４ａ（１０４ｂ）の起電力はこれらの差の１．２０Ｖ程度になる。
【００７７】
しかし、実際の起電力（開回路電圧）は、メタノール水溶液のクロスオーバー等の影響によって理想値（１．２０Ｖ）よりも小さくなる。メタノール水溶液のクロスオーバーとは、メタノール水溶液が水素イオン（プロトン）とともに電解質膜１７０ａ（１７０ｂ）を介してアノード１７２からカソード１７４に移動する現象である。メタノール水溶液のクロスオーバーが生じると、カソード１７４においても化１の反応が行われる。このために、カソード１７４の電位（平衡電位）は化１の反応による電位と化２の反応による電位との混成電位となる。上述のように化１の反応による電位（９０℃で０．０３Ｖ）は化２の反応による電位（９０℃で１．２３Ｖ）よりも小さいので、カソード１７４の電位に寄与する化１の反応の割合が大きくなるほど開回路電圧は小さくなる。
【００７８】
たとえば、カソード１７４の電位に化１の反応と化２の反応とが同程度に寄与しているとすると、カソード１７４の電位は０．０３×０．５＋１．２３×０．５＝０．６３Ｖ程度になる。したがって、この場合の開回路電圧は０．６３−０．０３＝０．６０Ｖ程度になる。また、カソード１７４の電位に寄与する化１の反応と化２の反応との割合が７：３であるとすると、カソード１７４の電位は０．０３×０．７＋１．２３×０．３＝０．３９Ｖ程度になる。したがって、この場合の開回路電圧は０．３９−０．０３＝０．３６Ｖ程度になる。
【００７９】
このように、カソード１７４における化１の反応が活発になると開回路電圧が低下する。上述のように、電解質膜１７０ｂにおけるメタノール水溶液の透過率は電解質膜１７０ａよりも大きく、燃料電池１０４ｂは燃料電池１０４ａよりもメタノール水溶液をクロスオーバーさせやすい構成になっている。したがって、燃料電池１０４ｂでは、燃料電池１０４ａよりもカソード１７４における化１の反応が活発になり開回路電圧が小さくなる。また、メタノール水溶液の濃度が大きくなるほど、燃料電池１０４ａのカソード１７４に与えられるメタノールの量と、燃料電池１０４ｂのカソード１７４に与えられるメタノールの量との差が大きくなる。したがって、メタノール水溶液の濃度が大きくなるほど、燃料電池１０４ａの開回路電圧と燃料電池１０４ｂの開回路電圧との差が大きくなる。
【００８０】
具体的に、図７を参照して、Ｃ１にメタノール水溶液の濃度の上昇に伴う燃料電池１０４ａの開回路電圧の変化を示し、Ｃ２にメタノール水溶液の濃度の上昇に伴う燃料電池１０４ｂの開回路電圧の変化を示す。Ｃ１とＣ２とを比較して、Ｃ２ではＣ１よりも開回路電圧が小さくなっており、その傾きがＣ１よりも大きくなっていることがわかる。つまり、燃料電池１０４ｂでは、燃料電池１０４ａよりも開回路電圧が小さくなり、燃料電池１０４ａよりも濃度の上昇に伴う開回路電圧の低下幅が大きくなっていることがわかる。
【００８１】
図２に戻って、セルスタック１０２の温度は上述の反応に伴って上昇し、セルスタック１０２の出力はその温度上昇に伴って上昇する。燃料電池システム１００はセルスタック１０２が約６０℃で定常的に発電可能な通常運転に移行する。セルスタック１０２の供給部１０６からの電力は、二次電池１２８の充電や自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。
【００８２】
各アノード１７２で生成された二酸化炭素および未反応メタノールを含むメタノール水溶液は、上述の反応に伴って熱せられる。当該二酸化炭素およびメタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２およびパイプＰ５を介してラジエータ１１０ａに与えられ冷却された後、パイプＰ６を介して水溶液タンク１１８に戻される。ラジエータ１１０ａによる二酸化炭素および未反応メタノールを含むメタノール水溶液の冷却動作は、ファン１１２を動作させることによって促進される。
【００８３】
一方、各カソード１７４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Ｐ１１を介してラジエータ１１０ｂに与えられ、ラジエータ１１０ｂで冷却されその温度が露点以下になることによって液化される。ラジエータ１１０ｂによる水蒸気の液化動作は、ファン１１４を動作させることによって促進される。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Ｐ１１、ラジエータ１１０ｂおよびパイプＰ１２を介して水タンク１２０に与えられる。そして、水タンク１２０で水が回収された後に、水蒸気、二酸化炭素および未反応の空気を含む排気がパイプＰ１３を介して外部に出される。
【００８４】
また、水溶液タンク１１８内にある二酸化炭素、気化したメタノールおよび水蒸気等は、パイプＰ１６を介してキャッチタンク１３２に与えられる。キャッチタンク１３２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１３２内で得られたメタノール水溶液が、パイプＰ１７を介して水溶液タンク１１８に戻される。
【００８５】
キャッチタンク１３２内の二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気等は、パイプＰ１８および接続部Ｊを介してパイプＰ１０に流入する。外部からの空気と同様に、パイプＰ１０に流入したキャッチタンク１３２からの二酸化炭素、液化されなかったメタノールおよび水蒸気等が各カソード１７４に供給される。各カソード１７４では、キャッチタンク１３６からの気化したメタノールがクロスオーバーしたメタノールと同様に上述の化１の反応によっ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１１０ｂを介して水タンク１２０に与えられる。さらに、クロスオーバーによって各カソード１７４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１１０ｂを介して水タンク１２０に与えられる。
【００８６】
水タンク１２０内の水は、水ポンプ１４４の駆動によってパイプＰ１４，Ｐ１５を介して水溶液タンク１１８に適宜供給される。ＣＰＵ１５２は、レベルセンサ１２４からの検出信号に基づいて、水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液を所定液位（所定液量）に保つように水ポンプ１４４を制御する。
【００８７】
また、燃料タンク１１６内のメタノール燃料は、燃料ポンプ１３０の駆動によってパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１１８に適宜供給される。詳しくは、ＣＰＵ１５２は、電圧センサ１４８が検出した燃料電池１０４ｂの開回路電圧および温度センサ１５０が検出した燃料電池１０４ｂの温度に対応する濃度をメモリ１５６に格納されている濃度取得用のテーブルデータから取得する。つづいて、ＣＰＵ１５２は、水溶液タンク１１８内の所定液量のメタノール水溶液を取得した濃度（現在の濃度）から目標濃度（ここでは３ｗｔ％）にするために必要なメタノール燃料の量を算出する。そして、ＣＰＵ１５２は、算出した量のメタノール燃料を供給するように燃料ポンプ１３０を駆動させる。
【００８８】
なお、電圧センサ１４８による開回路電圧の検出動作は、所定時間毎に行うようにしてもよいし、継続して行うようにしてもよい。言い換えれば、燃料電池１０４ｂの開回路電圧を、所定時間毎に検出するようにしてもよいし、監視（モニタリング）するようにしてもよい。
【００８９】
また、燃料電池１０４ｂの開回路電圧のみを用いてメタノール水溶液の濃度を取得するようにしてもよい。この場合、メモリ１５６には燃料電池１０４ｂの開回路電圧とメタノール水溶液の濃度との対応関係を示すテーブルデータを格納しておけばよい。
【００９０】
なお、セルスタック１０２の温度が低温である場合には濃度毎の開回路電圧の差は小さくなるので、この場合は超音波センサ等を用いてメタノール水溶液の濃度を検出するようにしてもよい。
【００９１】
このような燃料電池システム１００では、濃度取得用として、電力供給用の燃料電池１０４ａよりもメタノール水溶液の濃度の上昇に対する開回路電圧の低下幅が大きい燃料電池１０４ｂが用いられる。つまり、発電という点では燃料電池１０４ａよりも性能の低い燃料電池１０４ｂが濃度取得用に用いられる。このように濃度取得用にあえて濃度の変化に対する開回路電圧の変化が大きい燃料電池１０４ｂを用いることによって、濃度取得用のテーブルデータにおいて開回路電圧とメタノール水溶液の濃度との対応関係を細かく設定でき、メタノール水溶液の正確な濃度を取得できる。つまり、メタノール水溶液の正確な濃度を検出できる。したがって、大きな出力を得つつもメタノール水溶液の濃度を適切に調整できる。
【００９２】
電解質膜１７０ａよりも厚みが小さい電解質膜１７０ｂを用いることによって、燃料電池１０４ｂにおいて簡単に燃料電池１０４ａよりもカソード１７４にクロスオーバーするメタノール水溶液を多くできる。ひいては、燃料電池１０４ｂにおいて簡単に燃料電池１０４ａよりもメタノール水溶液の濃度の変化に対する開回路電圧の変化を大きくできる。
【００９３】
燃料電池１０４ｂの起電力に関する情報として開回路電圧（起電力そのもの）を用いることによって、燃料電池１０４ｂに接続すべき抵抗等が不要であり、簡素な構成の電圧センサ１４８を用いることができる。ひいてはシステム全体を簡素に構成できる。
【００９４】
燃料電池１０４ｂが供給部１０６に積層されることによって、燃料電池１０４ｂを供給部１０６の各燃料電池１０４ａと略同じ条件で発電させることができる。したがって、燃料電池１０４ｂの開回路電圧に基づいて燃料電池１０４ａの発電に用いられるメタノール水溶液の正確な濃度を取得できる。ひいては燃料電池１０４ａの発電に用いられるメタノール水溶液を適切な濃度に調整できる。
【００９５】
燃料電池１０４ｂと供給部１０６との間に絶縁部材１０８を介挿することによって、燃料電池１０４ｂの正確な開回路電圧を検出でき、メタノール水溶液のより正確な濃度を取得できる。
【００９６】
燃料電池１０４ｂが供給部１０６よりも上流側に配置されていることによって、使用前のメタノール水溶液の濃度を取得でき、水溶液タンク１１８内のメタノール水溶液の濃度をより適切に調整できる。
【００９７】
大きな出力を得つつも正確な濃度を取得してメタノール水溶液を適切な濃度に調整できるので、燃料電池システム１００は、大きな出力が要求されるとともに限られたメタノールで効率よく発電することが要求される自動二輪車１０に好適に用いられる。
【００９８】
なお、上述の実施形態では、電解質膜１７０ｂの厚みを小さくすることによって、メタノール水溶液の濃度の変化に対する燃料電池１０４ｂの開回路電圧の変化を大きくする場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。
【００９９】
ついで、図８および図９を参照して、この発明の燃料電池システム１００に用いられるセルスタックの他の例であるセルスタック１０２ａについて説明する。
図８に示すように、セルスタック１０２ａには、燃料電池１０４ｂに代えて濃度取得用として燃料電池１０４ｃが用いられる。燃料電池１０４ｃでは、燃料電池１０４ａのアノード１７２に代えてアノード１７２ａが用いられる。それ以外は、燃料電池１０４ａと１０４ｃとは同様に構成される。セルスタック１０２ａにおいてセルスタック１０２と同様に構成される部分についてはセルスタック１０２と同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【０１００】
図６と図９とを比較して、アノード１７２ａの触媒層１７８ａに含まれるルテニウムは、アノード１７２の触媒層１７８のルテニウムよりも少ない。具体的には、アノード１７２の触媒層１７８に含まれるルテニウムが１ｍｇ／ｃｍ2程度であるのに対し、アノード１７２ａの触媒層１７８ａに含まれるルテニウムは０．１ｍｇ／ｃｍ2程度である。燃料電池１０４ａよりもルテニウムが少ない燃料電池１０４ｃでは、メタノール水溶液の濃度の上昇に対する開回路電圧の低下幅が燃料電池１０４ａよりも大きくなる。その理由を以下に説明する。
【０１０１】
上述の化１の反応は、化３に示すメタノールの酸化反応と、化４に示す一酸化炭素（ＣＯ）の酸化反応とを合わせたものである。
【０１０２】
【化３】
0005252866.tif 000004
【０１０３】
【化４】
0005252866.tif 000005
【０１０４】
化３の反応はメタノールが触媒層１７８（１７８ａ）の白金に吸着することによって行われ、化３の反応によって生じた一酸化炭素は白金に吸着したまま残る。白金に吸着した一酸化炭素は、化４の反応で二酸化炭素となって白金から離れる。ルテニウムは化４の反応を活性させるための助触媒であり、ルテニウムの量を少なくすると化４の反応が進みにくくなる。化４の反応が進みにくくなると、白金から一酸化炭素が離れにくくなり、化３の反応ひいては化１の反応が進みにくくなる。つまり、ルテニウムを少なくすると、ＣＯ被毒を改善できなくなり、アノード反応が進みにくくなる。
【０１０５】
燃料電池１０４ａよりもルテニウムが少ない燃料電池１０４ｃでは、メタノール水溶液の濃度が高いほどＣＯ被毒が進みやすく燃料電池１０４ａよりも開回路電圧が小さくなる。この現象は、メタノール水溶液の濃度が大きくなるほど顕著になる。
【０１０６】
具体的に、図１０を参照して、Ｃ１にメタノール水溶液の濃度の上昇に伴う燃料電池１０４ａの開回路電圧の変化を示し、Ｃ３にメタノール水溶液の濃度の上昇に伴う燃料電池１０４ｃの開回路電圧の変化態様を示す。Ｃ１とＣ３とを比較して、Ｃ３ではＣ１よりも開回路電圧が小さくなっており、その傾きがＣ１よりも大きくなっていることがわかる。つまり、燃料電池１０４ｃでは、燃料電池１０４ａよりも開回路電圧が小さくなり、燃料電池１０４ａよりも濃度の上昇に伴う開回路電圧の低下幅が大きくなっていることがわかる。
【０１０７】
このように触媒層１７８ａのルテニウムを少なくすることによっても、簡単にメタノール水溶液の濃度の変化に対する燃料電池１０４ｃの開回路電圧の変化を大きくでき、メタノール水溶液の正確な濃度を取得できる。
【０１０８】
なお、ＣＯ被毒を抑えるための助触媒はルテニウムに限定されず、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、錫（Ｓｎ）、パラジウム（Ｐｄ）、銅（Ｃｕ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）等を助触媒として用いることができる。また、アノードの触媒層に含まれる助触媒は１種類に限定されず、複数種類の助触媒をアノードの触媒層に含有させるようにしてもよい。濃度取得用の第２燃料電池では、アノードの触媒層が助触媒を含まないようにしてもよい。
【０１０９】
なお、メタノール水溶液の濃度の変化に対して開回路電圧の変化を大きくする構成は、燃料電池１０４ｂおよび１０４ｃの構成に限定されない。この他にも、たとえば、電解質膜においてアノードとカソードとに挟まれる部分に貫通孔を設けることによって、燃料水溶液をアノードから直接カソードに与えるようにしてもよい。また、第１燃料電池と第２燃料電池とで異なる種類の電解質膜を用いるようにしてもよい。具体的には、たとえば、第１燃料電池の電解質膜として上述のＮＡＦＩＯＮ(登録商標）を用い、第２燃料電池の電解質膜としてはこれよりも燃料水溶液の透過率が大きいネオセプタ（登録商標：株式会社アストム製）等を用いるようにしてもよい。これらの構成によっても、第２燃料電池において、燃料水溶液の濃度の変化に対する開回路電圧の変化を第１燃料電池よりも大きくできる。
【０１１０】
また、上述の実施形態では、第１燃料電池のアノードと第２燃料電池のアノードとの電解質膜側主面の面積（反応面積）が等しく、第１燃料電池のカソードと第２燃料電池のカソードとの反応面積が等しい場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。
【０１１１】
たとえば、燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ）に代えて、図１１に示す燃料電池１０４ｄを用いるようにしてもよい。燃料電池１０４ｄは、燃料電池１０４ｂと同様の電解質膜１７０ｂ、燃料電池１０４ａのアノード１７２と同じ厚みで反応面積の小さいアノード１７２ｂ、および燃料電池１０４ａのカソード１７４と同じ厚みで反応面積の小さいカソード１７４ａを含む。言い換えれば、燃料電池１０４ｄは、アノード１７２およびカソード１７４よりも体積が小さいアノード１７２ｂおよびカソード１７４ａを含む。この場合、ガスケット１８６ａにおいて、アノード１７２ｂまたはカソード１７４ａが嵌め込まれる部分（抜き部）はガスケット１８６の抜き部よりも小さくしておけばよい。
【０１１２】
このようにアノード１７２ｂおよびカソード１７４ａの体積を小さくすることによって、アノード１７２ｂの触媒層１７８ｂにおける白金やルテニウムの使用量を少なくでき、カソード１７４ａの触媒層１８２ａにおける白金の使用量を少なくできる。したがって、燃料電池１０４ｄを低コストに構成でき、システム全体のコストを抑えることができる。なお、第２燃料電池のアノードおよびカソードのいずれか一方のみについて第１燃料電池のそれよりも体積を小さくするようにしてもよい。
【０１１３】
また、上述の実施形態では、燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ，１０４ｄ）と供給部１０６との間に絶縁部材１０８を介挿する場合について説明したが、絶縁部材１０８を省略するようにしてもよい。この場合、セルスタックの構成を簡素にでき、セルスタックのコストを削減できる。
【０１１４】
さらに、上述の実施形態では第２燃料電池の起電力に関する情報として開回路電圧（起電力そのもの）を用いる場合について説明したが、起電力に関する情報はこれに限定されない。たとえば、第２燃料電池の起電力に関する情報として、第２燃料電池を所定の負荷に接続した状態で第２燃料電池の電圧または電流を検出するようにしてもよい。
【０１１５】
なお、上述の実施形態では、燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ，１０４ｄ）の開回路電圧を用いてテーブルデータからメタノール水溶液の濃度を取得し、当該濃度に基づいて燃料供給手段である燃料ポンプ１３０を制御する場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。たとえば、第２燃料電池の開回路電圧が第１閾値以上になれば燃料供給手段の動作を開始させ、第２燃料電池の開回路電圧が第１閾値未満の第２閾値以下になれば燃料供給手段の動作を停止させるようにしてもよい。つまり、検出手段の検出結果に基づいて直接的に燃料供給手段の動作を制御することによって、燃料水溶液の濃度を調整するようにしてもよい。
【０１１６】
また、上述の実施形態では、燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ，１０４ｄ）を供給部１０６の上流側に積層する場合について説明したが、この発明はこれに限定されない。燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ，１０４ｄ）を、供給部１０６の下流側に設けてもよいし、供給部１０６の２つの燃料電池１０４ａの間に介挿してもよい。
【０１１７】
さらに、上述の実施形態では、燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ，１０４ｄ）を供給部１０６に積層する場合について説明したが、メタノール水溶液および空気の流路上であれば燃料電池１０４ｂ（１０４ｃ，１０４ｄ）を供給部１０６とは別に設けてもよい。
【０１１８】
なお、上述の各実施形態では、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、燃料水溶液はこれに限定されない。たとえば、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。
【０１１９】
また、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。
【０１２０】
さらに、この発明は、据え付けタイプの燃料電池システムやパーソナルコンピュータ、携帯機器等の電子機器に搭載される可搬型の燃料電池システムにも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【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】この発明の燃料電池システムの配管を示すシステム図である。
【図３】この発明の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】セルスタックの一例を示す図解図である。
【図５】燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【図６】燃料電池の膜・電極接合体の一例を示す図解図である。
【図７】メタノール水溶液の濃度と燃料電池の開回路電圧との関係の一例を示すグラフである。
【図８】セルスタックの他の例を示す図解図である。
【図９】燃料電池の膜・電極接合体の他の例を示す図解図である。
【図１０】メタノール水溶液の濃度と燃料電池の開回路電圧との関係の他の例を示すグラフである。
【図１１】濃度取得用の他の燃料電池の構成を示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【０１２２】
１０      自動二輪車
１００      燃料電池システム
１０２，１０２ａ      燃料電池セルスタック
１０４ａ，１０４ｂ，１０４ｃ，１０４ｄ      燃料電池（燃料電池セル）
１０６      供給部
１０８      絶縁部材
１３０      燃料ポンプ
１４０      コントローラ
１４８      電圧センサ
１５０      温度センサ
１７０ａ，１７０ｂ      電解質膜
１７２，１７２ａ，１７２ｂ      アノード
１７４，１７４ａ      カソード
１７８，１７８ａ，１７８ｂ，１８２，１８２ａ      触媒層
【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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【図１１】
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