(57)【要約】【課題】安価で且つ長寿命の燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１は、ダイレクトメタノール型の燃料電池１３を備えた燃料電池システムであり、メタノールを含む液体燃料が貯蔵される第１タンク１１１と、  第１タンクにメタノールを供給するメタノール供給手段１２３〜１２５と、燃料電池のカソードの排出部１２８から排出されるメタノール蒸気の濃度を測定するセンサ１２７と、少なくともセンサの測定結果に基づいて、メタノール供給手段によるメタノールの供給量を制御する制御装置１２と、を備え、制御装置１２は、センサの測定値が予め設定された下限値よりも小さい場合には、メタノール供給手段によるメタノールの供給量を増加させる制御を行い、センサの測定値が予め設定された上限値よりも大きい場合には、メタノール供給手段によるメタノールの供給量を減少させる制御を行う。【選択図】  図１
2016066533.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイレクトメタノール型の燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
メタノールを含む液体燃料が貯蔵される燃料タンクと、
前記燃料タンクにメタノールを供給するメタノール供給手段と、
前記燃料電池のカソードの排出部から排出されるメタノール蒸気の濃度を測定するセンサと、
少なくとも前記センサの測定結果に基づいて、前記メタノール供給手段によるメタノールの供給量を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記センサの測定値が予め設定された下限値よりも小さい場合には、前記メタノール供給手段によるメタノールの供給量を増加させる制御を行い、
前記センサの測定値が予め設定された上限値よりも大きい場合には、前記メタノール供給手段によるメタノールの供給量を減少させる制御を行う燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムであって、
前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記出力検出手段の検出結果及び前記センサの測定結果に基づいて、前記メタノール供給手段を制御する燃料電池システム。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の燃料電池システムであって、
前記メタノール供給手段は、
少なくとも前記液体燃料のメタノール濃度よりも高いメタノール濃度の高濃度メタノールが貯蔵されたメタノールタンクと、
前記メタノールタンクから前記高濃度メタノールを前記燃料タンクに供給するポンプと、を備え、
前記制御手段は、前記ポンプをＯＮする時間Ｔｏｎと前記ポンプをＯＦＦする時間Ｔｏｆｆとの比であるデューティ比（Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））により前記ポンプを制御し、
前記センサの測定値が予め設定された下限値よりも小さい場合には、前記デューティ比を相対的に大きくする制御を行い、
前記センサの測定値が予め設定された上限値よりも大きい場合には、前記デューティ比を相対的に小さくする制御を行う燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
メタノールを燃料として発電するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）を含む燃料電池システムにおいて、燃料混合器と燃料電池との間に濃度センサを設け、燃料電池で消費される混合溶液の実質的なメタノール濃度を検出し、燃料混合器において混合溶液のメタノール濃度を調整する際に、この濃度センサで検出されたメタノール濃度を参照するものが知られている（特許文献１の［００３７］参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３２６１０号公報（米国特許第７２０１９８０号公報）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記従来技術のようにメタノール混合溶液の濃度を測定する液体濃度センサは高価である。また、液体濃度センサは一般に寿命が短いため、当該液体濃度センサを備えた燃料電池システムが短寿命化するという問題が生ずる。
【０００５】
本発明が解決しようとする課題は、安価で且つ長寿命の燃料電池システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
［１］本発明に係る燃料電池システムは、ダイレクトメタノール型の燃料電池を備えた燃料電池システムであって、メタノールを含む液体燃料が貯蔵される燃料タンクと、前記燃料タンクにメタノールを供給するメタノール供給手段と、前記燃料電池のカソードの排出部から排出されるメタノール蒸気の濃度を測定するセンサと、少なくとも前記センサの測定結果に基づいて、前記メタノール供給手段によるメタノールの供給量を制御する制御手段と、を備え、前記制御手段は、前記センサの測定値が予め設定された下限値よりも小さい場合には、前記メタノール供給手段によるメタノールの供給量を増加させる制御を行い、前記センサの測定値が予め設定された上限値よりも大きい場合には、前記メタノール供給手段によるメタノールの供給量を減少させる制御を行うことを特徴とする。
【０００７】
［２］上記発明において、前記燃料電池の出力を検出する出力検出手段をさらに備え、
前記制御手段は、前記出力検出手段の検出結果及び前記センサの測定結果に基づいて、前記メタノール供給手段を制御することが好ましい。
【０００８】
［３］上記発明において、前記メタノール供給手段は、少なくとも前記液体燃料のメタノール濃度よりも高いメタノール濃度の高濃度メタノールが貯蔵されたメタノールタンクと、前記メタノールタンクから前記高濃度メタノールを前記燃料タンクに供給するポンプと、を備え、前記制御手段は、前記ポンプをＯＮする時間Ｔｏｎと前記ポンプをＯＦＦする時間Ｔｏｆｆとの比であるデューティ比（Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））により前記ポンプを制御し、前記センサの測定値が予め設定された下限値よりも小さい場合には、前記デューティ比を相対的に大きくする制御を行い、前記センサの測定値が予め設定された上限値よりも大きい場合には、前記デューティ比を相対的に小さくする制御を行うことが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、燃料タンクにメタノールを供給するメタノール供給手段の制御は、燃料電池のカソードの排出部から排出されるメタノール蒸気の濃度を測定するセンサの測定結果に少なくとも基づいて行われるため、安価で且つ長寿命の燃料電池システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態における燃料電池システムを示すブロック図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態における燃料電池システムの制御装置で実行される制御を示すフローチャートである。
【図３】図３は、本発明の実施形態における燃料電池システムの制御装置が行うデューティ制御を説明するためのグラフである。
【図４】図４は、本発明の実施形態における燃料電池システムにおいて、時間に対する燃料電池の出力電流及び温度の関係を示すグラフである。
【図５】図５は、本発明の実施形態における燃料電池システムにおいて、センサの検出結果と燃料タンク内におけるメタノール濃度との相関を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の実施形態における燃料電池システムを示すブロック図である。
【００１２】
本発明の実施形態における燃料電池システム１は、図１に示すように、燃料供給装置１１と制御装置１２と燃料電池１３とを備えている。
【００１３】
燃料電池システムに使用される燃料電池１３は、メタノールを燃料として発電するダイレクトメタノール型燃料電池であり、膜電極接合体（ＭＥＡ：Membrane-electrode assembly）１３１と、膜電極接合体１３１を挟む板状のアノードセパレータ１３５およびカソードセパレータ１３６を備える。膜電極接合体１３１は、水素イオン（陽イオン）伝導性を有する略矩形の高分子電解質膜１３２と、略矩形のアノード触媒層１３３と、カソード触媒層１３４を含み、さらに図示は省略するが、略矩形のアノードガス拡散層とカソードガス拡散層を含む。アノード触媒層１３３とアノードガス拡散層がアノード（燃料極）を構成し、カソード触媒層１３４とカソードガス拡散層がカソード（空気極）を構成する。
【００１４】
高分子電解質膜１３２としては、特に限定されるものではなく、通常の高分子電解質形燃料電池に搭載される高分子電解質膜を使用することができる。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜（例えば、米国ＤｕＰｏｎｔ社製のＮａｆｉｏｎ（商品名）、旭化成（株）製のＡｃｉｐｌｅｘ（商品名）、ジャパンゴアテックス（株）製のＧＳII（商品名）など）を使用することができる。
【００１５】
アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４は、例えば白金系の金属触媒などの電極触媒と、当該電極触媒を担持する導電性炭素粒子（カーボン粉末）と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とで構成されている。
【００１６】
アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４における担体である導電性炭素粒子としては、導電性を有する細孔の発達したカーボン材料を用いるのが好ましい。このようなカーボン材料としては、カーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーおよびカーボンチューブなどを例示することができる。カーボンブラックとしては、例えばチャネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラックおよびアセチレンブラックなどが挙げられる。また、活性炭は、種々の炭素原子を含む材料を炭化処理および賦活処理することによって得ることができる。
【００１７】
アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４における電極触媒としては、白金または白金合金を用いるのが好ましい。白金合金としては、白金以外の白金族の金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム）、鉄、チタン、金、銀、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、レニウム、亜鉛およびスズからなる群より選択される１種以上の金属と、白金との合金であるのが好ましい。また、上記白金合金には、白金と上記金属との金属間化合物が含有されていてもよい。さらに、白金からなる電極触媒と白金合金からなる電極触媒を混合して得られる電極触媒混合物を用いてもよく、アノード側とカソード側に同じ電極触媒を用いても異なる電極触媒を用いてもよい。
【００１８】
アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４の外側に配置されるアノードガス拡散層およびカソードガス拡散層（いずれも不図示）としては、当該分野において公知の種々のガス拡散層を用いることができる。これらのガス拡散層を構成する基材としては、ガス透過性を持たせるために、発達したストラクチャー構造を有するカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパーまたはカーボンクロスなどを用いて作製された、導電性多孔質基材を用いることができる。また、排水性を向上させるために、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂を代表とする撥水性材料（高分子）を上記基材の内部に分散させて、上記基材は撥水処理を施されていてもよい。さらに、電子伝導性を持たせるために、カーボン繊維、金属繊維またはカーボン微粉末などの電子伝導性材料で上記基材を構成してもよい。なお、カソード側およびアノード側において同じガス拡散層を用いても異なるガス拡散層を用いてもよい。
【００１９】
一対のアノードセパレータ１３５およびカソードセパレータ１３６は、膜電極接合体１３１の外側に配置されて、膜電極接合体１３１を機械的に固定するための部材である。アノードセパレータ１３５のうちの膜電極接合体１３１と接触する面には、アノードに燃料であるメタノールを供給し、電極反応生成物、未反応のメタノールを含む物質を反応場から外部に排出するためのアノード流路（不図示）が形成され、同様に、カソードセパレータ１３６のうちの膜電極接合体１３１と接触する面には、カソードに酸素（空気）を供給し、電極反応生成物、未反応のメタノールを含む物質を反応場から外部に運び去るためのカソード流路（不図示）が形成されている。
【００２０】
こうしたアノード流路およびカソード流路は、図示はしないが、それぞれアノードセパレータ１３５およびカソードセパレータ１３６の表面に常法により溝を設けることによって形成されている。特に制限されるものではないが、アノード流路およびカソード流路は、例えば複数の直線状溝部と、隣接する直線状溝部を上流から下流へと連結する複数のターン状溝部とで構成されたサーペンタイン形状を有する。
【００２１】
以上のように構成された燃料電池１３において、上述したアノードセパレータ１３５のアノード流路の入口に第１流路１１２を介してメタノールを供給し、カソードセパレータ１３６のカソード流路の入口に第６流路１１６を介して空気を供給すると、アノードにおいては、
［数１］
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−
という化学反応が生じ、カソードにおいては、
［数２］
３／２Ｏ２＋６Ｈ＋＋６ｅ−→３Ｈ２Ｏ
という化学反応が生じる。これによりアノードとカソードとの間に電流が流れることになる。
【００２２】
なお、アノードで生成した二酸化炭素ガスと、反応に寄与しなかった未反応メタノールは、アノード流路の出口から第５流路１１４を介して第１タンク１１１に戻される。同様に、カソードで生成した水と、膜電極接合体１３１を透過（クロスオーバー現象）した未反応メタノールは、カソード流路の出口から第７流路１１８及び凝縮器１１９を介して第３タンク１２０へ戻される。
【００２３】
燃料供給装置１１は、第１タンク１１１と、第２タンク１２３と、第３タンク１２０とを備え、第１タンク１１１には、燃料電池１３に供給される液体燃料であるメタノール水溶液が貯蔵される。第２タンク１２３には、第１タンク１１１に貯蔵されたメタノール水溶液の濃度よりも濃度が高い、高濃度のメタノール水溶液又はメタノール原液（以下、高濃度メタノールともいう。）が追加燃料として貯蔵される。第３タンク１２０には、上述したように燃料電池１３のカソードから戻されて液化された水分（一部にメタノールを含む水）が貯蔵されている。本実施形態における第１タンク１１１が本発明の燃料タンクの一例に相当し、本実施形態における第２タンク１２３が本発明のメタノールタンクの一例に相当する。
【００２４】
第１タンク１１１に貯蔵されたメタノール水溶液は、配管などの第１流路１１２を介して当該第１流路１１２に設けられた第１ポンプ１１３により燃料電池１３のアノードの流路入口に供給される。第１ポンプ１１３の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号によって制御される。
【００２５】
なお、後述する第５流路１１４，第６流路１１６，第７流路１１８，第３流路１２１，第２流路１２４を含めて、これらの流路１１２，１１４，１１６，１１８，１２１，１２４は、燃料電池システム１の大きさやレイアウトなどに応じて、配管又は通路などの具体的構造を採用することができる。
【００２６】
また、燃料電池１３のアノードの流路出口から第５流路１１４を介して未反応メタノールと二酸化炭素ガスが第１タンク１１１へ戻されるが、気相の二酸化炭素ガスは液面に浮上するので、この第１タンク１１１により液相のメタノールと気相の二酸化炭素が概ね分離され、二酸化炭素ガスは図示しない排気流路を介して系外へ排出される。
【００２７】
第２タンク１２３に貯蔵された高濃度メタノールは、第２タンク１２３と第１タンク１１１との間に設けられた配管などの第２流路１２４を介して、当該第２流路１２４に設けられた第２ポンプ１２５により第１タンク１１１へ供給される。第２ポンプ１２５の作動及び停止は、制御装置１２からのＯＮ／ＯＦＦデューディ比制御信号に基づいて制御される。これについては後述する。本実施形態における第２ポンプ１２５が本発明のポンプの一例に相当し、本実施形態における第２タンク１２３、第２ポンプ１２５及び第２流路１２４が本発明のメタノール供給手段の一例に相当する。
【００２８】
第３タンク１２０に貯蔵された水（一部にメタノールを含む）は、第３タンク１２０と第１タンク１１１との間に設けられた配管などの第３流路１２１を介して当該第３流路１２１に設けられた第３ポンプ１２２を含む水供給手段により第１タンク１１１へ供給される。第３ポンプ１２２の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号によって制御される。
【００２９】
燃料電池１３のカソードの流路入口には、配管又は通路などの第６流路１１６が設けられ、当該第６流路１１６を介して、当該第６流路１１６に設けられたブロア１１７を含む酸素供給手段により外部の空気が吸入される。なお、第６流路１１６には空気に含まれる塵埃等を除去するフィルタ１１５が設けられている。ブロア１１７の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号によって制御される。
【００３０】
燃料電池１３のカソードの流路出口と第３タンク１２０との間に設けられた第７流路１１８には、凝縮器１１９が設けられている。この凝縮器１１９は、カソードで生じた水蒸気を液化して第３タンク１２０へ戻す機能を有している。
【００３１】
第３タンク１２０にはセンサ（ガスセンサ）１２７が設けられており、当該センサ１２７の検知部は、密閉された第３タンク１２０内の液面よりも上方に配置されている。このセンサ１２７は、第３タンク１２０に貯蔵された液から発生したメタノール蒸気の濃度を測定する。当該センサ１２７の測定結果は、メタノール蒸気の濃度検出信号として制御装置１２に送出される。
【００３２】
本実施形態における燃料電池１３の電極は、出力検出装置１３０を介して負荷１２９に接続されている。負荷１２９は、例えばパーソナルコンピュータその他の電子機器等から構成される。出力検出装置１３０は、電力計や電流計から構成されており、これにより、燃料電池１３の出力（電力又は電流）を検出することが可能となっている。出力検出装置１３０による検出結果は、制御装置１２に出力信号として送出される。本実施形態における出力検出装置１３０が、本発明の出力検出手段の一例に相当する。
【００３３】
制御装置１２は、入力部として燃料電池１３の起動及び停止スイッチを備え、起動スイッチがＯＮになる（停止スイッチはＯＦＦ）と、第１ポンプ１１３及びブロア１１７を作動する制御信号をそれぞれに出力する。また、停止スイッチがＯＮになる（起動スイッチはＯＦＦ）と、第１ポンプ１１３及びブロア１１７を停止する制御信号をそれぞれに出力する。
【００３４】
本実施形態における制御装置１２は、燃料電池１３の出力と、第２タンク１２３から第１タンク１１１に供給されるメタノール供給量Ｌとの関係（制御マップＭ）を記憶している。また、制御装置１２は、センサ１２７の検出結果Ｄと、燃料電池１３の出力に対応して予め設定された規格値（下限値Ｄ０及び上限値Ｄ１）と、の差ΔＤ、及び、第１タンク１１１からクロスオーバー現象により消失したメタノール量Ｃの関係（制御マップＮ１、Ｎ２）を記憶している。
【００３５】
そして、制御装置１２は、センサ１２７からの濃度検出信号及び出力検出装置１３０からの出力信号を所定時間間隔で読出しつつ、記憶された制御マップＭ、Ｎ１、Ｎ２を参照することにより、第２ポンプ１２５に対して作動又は停止のデューティ比制御信号を出力する。本実施形態における制御装置１２が、本発明の制御手段の一例に相当する。
【００３６】
図２は、本実施形態における燃料電池システム１の制御装置１２で実行される制御を示すフローチャートである。なお、本例では、出力検出装置１３０が燃料電池１３の出力として電流値Ｉを検出することとして説明するが、出力検出装置１３０が燃料電池１３の出力として電力値を検出する場合においても同様の制御を行うことが可能である。
【００３７】
制御装置１２は、まず、燃料電池１３の出力電流値Ｉに基づく制御を行う。具体的には、まず、制御装置１２に起動スイッチのＯＮ信号が入力されると、ステップＳ１において、出力検出装置１３０により燃料電池１３の出力電流値Ｉを検出する。
【００３８】
次いで、ステップＳ２において制御装置１２は、記憶している制御マップＭを用いて、第２タンク１２３から第１タンク１１１へのメタノール供給量の概算値を算出する。ここで、一般に、燃料電池の性能を維持するために燃料タンク（第１タンク１１１）にメタノールを供給する際の当該メタノールの供給量（必要量）は、下記（１）式で表される。
【００３９】
Ｌ＝Ｃ＋β×Ｉ・・・（１）
但し、上記（１）式において、Ｌは燃料タンクに対するメタノールの供給量であり、Ｃはクロスオーバー現象により当該燃料タンクから消失したメタノール量であり、Ｉは燃料電池の出力値（本例では電流値）であり、βは燃料電池システムによって定まる定数である。
【００４０】
このため、制御マップＭにおいて、燃料電池１３の出力電流値Ｉと第１タンク１１１へのメタノール供給量Ｌとは、図２のステップＳ２に示すように、縦軸切片Ｃかつ傾きβで線形的に増加する関係を有することとなる。なお、上記（１）式のＣ値としては、最初（１回目）に行う制御では所定の初期値Ｃ０を用いる。
【００４１】
続いて、ステップＳ３では、ステップＳ２において求めたメタノール供給量の概算値に相当するメタノールを、第２タンク１２３から第１タンク１１１に供給する。この際、第２タンク１２３から第１タンク１１１へのメタノール供給量の調整は、第２ポンプ１２５をデューティ制御することにより行うことができる。具体的には、例えば、図３に示すように、第２ポンプ１２５をＯＮとして所定電圧が当該第２ポンプ１２５に印加される時間をＴｏｎとし、当該第２ポンプ１２５をＯＦＦとする時間をＴｏｆｆとした場合のデューティ比（Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））を、ステップＳ２において求めたメタノール供給量の概算値に対応する値とすることにより、第２タンク１２３から第１タンク１１１へのメタノール供給量を高精度で制御することができる。
【００４２】
ステップＳ４以降において制御装置１２は、上記（１）式においてクロスオーバー現象により燃料タンク（第１タンク１１１）から消失したメタノールの量Ｃに基づく制御を行う。
【００４３】
まず、ステップＳ４において制御装置１２は、センサ１２７から送出されたメタノール蒸気の濃度検出信号に基づいて、第３タンク１２０内のメタノール蒸気の濃度Ｄを求める。次いで、ステップＳ５において制御装置１２は、予め設定されたメタノール濃度Ｄの規格値（下限値Ｄ０、上限値Ｄ１）に当該値Ｄが収まっているか否かの判定を行う。メタノール濃度Ｄが規格値内に収まっている場合は（ステップＳ５においてＹｅｓ）、後述のステップＳ１０へ進む。一方、メタノール濃度Ｄが規格値の下限値Ｄ０よりも小さい場合は（Ｄ＜Ｄ０）、ステップＳ６へ進む。
【００４４】
ステップＳ６において制御装置１２は、第３タンク１２０のメタノール濃度Ｄと規格値の下限値Ｄ０との差ΔＤに基づいて、第１タンク１１１から消失したメタノール量Ｃ１を算出する。具体的には、制御装置１２は、当該制御装置１２が記憶する制御マップＮ１に基づいて、第３タンク１２０のメタノール濃度Ｄと下限値Ｄ０との差ΔＤから、第１タンク１１１から消失したメタノール量Ｃ１を算出する。なお、制御マップＮ１及び後述のステップＳ８において制御装置１２が参照する制御マップＮ２では、第３タンク１２０のメタノール濃度Ｄと下限値Ｄ０又は上限値Ｄ１との差ΔＤ、及び第１タンク１１１から消失したメタノール量Ｃは、線形的な関係を有している。
【００４５】
次いで、ステップＳ７ではステップＳ６での結果を受けて、ステップＳ２で用いた制御マップＭの更新を行う。具体的には、制御マップＭにおける直線の縦軸切片がＣ１（＞Ｃ）となるよう変更された制御マップＭ´を制御装置１２は新たに記憶する。ステップＳ７の後は、後述のステップＳ１０へ進む。
【００４６】
一方、ステップＳ５において、第３タンク１２０のメタノール濃度Ｄが規格値の上限値Ｄ１よりも大きい場合は（Ｄ０＜Ｄ）、ステップＳ８へ進む。
【００４７】
ステップＳ８では、第３タンク１２０のメタノール濃度Ｄと規格値の上限値Ｄ１との差ΔＤ基づいて、第１タンク１１１から消失したメタノール量Ｃ２を算出する。具体的には、制御装置１２は、当該制御装置１２が記憶する制御マップＮ２に基づいて、第３タンク１２０のメタノール濃度Ｄと上限値Ｄ１との差ΔＤから、第１タンク１１１から消失したメタノール供給量Ｃ２を算出する。
【００４８】
なお、ステップＳ６及びステップＳ８において算出された値Ｃ１、Ｃ２は、次回に行うメタノール供給量Ｌの制御時におけるステップＳ２で用いる制御マップＭに適用される。
【００４９】
次いで、ステップＳ９ではステップＳ８での結果を受けて、ステップＳ２で用いた制御マップＭの更新を行う。具体的には、制御マップＭにおける直線の縦軸切片がＣ２（＜Ｃ）となるよう変更された制御マップＭ´´を制御装置１２は新たに記憶する。ステップＳ９の後は、ステップＳ１０へ進む。
【００５０】
ステップＳ１０では、第２タンク１２３から第１タンク１１１へのメタノール供給量Ｌの変更を行う。具体的には、ステップＳ５において、第３タンク１２０内のメタノール濃度Ｄが規格値の下限値Ｄ０よりも小さい場合には（ステップＳ５においてＮｏ（Ｄ＜Ｄ０））、ステップＳ７において更新された制御マップＭ´を用いて定まるメタノール供給量Ｌとなるよう第２ポンプ１２５によるメタノール供給量を増加させる。ステップＳ５において、第３タンク１２０内のメタノール濃度Ｄが規格値の上限値Ｄ１よりも大きい場合には（ステップＳ９においてＮｏ（Ｄ１＜Ｄ））、ステップＳ９において更新された制御マップＭ´´を用いて定まるメタノール供給量Ｌとなるよう第２ポンプ１２５によるメタノール供給量を減少させる。
【００５１】
第２ポンプ１２５の制御は、ステップＳ３で述べたように、デューティ比（Ｔｏｎ／（Ｔｏｎ＋Ｔｏｆｆ））を調整することにより行うことができる。なお、ステップＳ５において、第３タンク１２０内のメタノール濃度Ｄが規格値内であった場合には（ステップＳ５においてＹｅｓ）、ステップＳ２におけるメタノール供給量の概算値が一定の精度を確保できているとして、当該概算値をメタノール供給量Ｌとする。
【００５２】
以上に述べた制御（ステップＳ１〜Ｓ１０）は、予め設定された時間間隔で一連の処理を繰り返される。
【００５３】
燃料電池システムにおいては、燃料タンク（本例における第１タンク１１１）のメタノール濃度を適切な値に維持することは非常に重要である。すなわち、当該燃料タンク内のメタノール濃度が高過ぎる場合は、クロスオーバー現象の発生を助長することとなる。一方、燃料タンク内のメタノール濃度が低過ぎる場合は、燃料電池の出力低下を招くこととなる。
【００５４】
この点、本実施形態の燃料電池システム１では、まず燃料電池１３の出力に基づく第２ポンプ１２５の制御を行う。次いで、第３タンク１２０内に存在するメタノール蒸気の濃度をガスセンサであるセンサ１２７によって検出し、当該検出結果に基づいて第２ポンプ１２５を制御することにより、第１タンク１１１内へのメタノール供給量Ｌの調整を行う。このため、クロスオーバー現象の発生や燃料電池１３の出力低下を抑制するために、高精度で第１タンク１１１内のメタノール濃度を調整することができると共に、燃料電池システム１を安価且つ長寿命の構成とすることができる。
【００５５】
なお、本発明者らは、出力電圧が２８Ｖの燃料電池１３を用いて燃料電池システム１を構成し、所定のデューティ比でセンサ１２７を制御しつつ、３０分経過毎に１分間の休止時間を挟みながら５００分間に亘って当該燃料電池１３を作動させた結果、図４に示すように、出力電流が約１５Ａから２０Ａの間で安定して推移することを確認した。また、この間、燃料電池１３の温度も６０℃から７０℃の間で安定して推移することを確認した。
【００５６】
また、燃料電池システム１の構成に対して液体センサを第１タンク１１１内に加えることにより、第１タンク１１１内のメタノール濃度を測定しつつ、センサ１２７の出力電圧を測定した結果、図５に示すように、当該センサ１２７の出力電圧は第１タンク１１１内のメタノール濃度と相関することを確認した。すなわち、センサ１２７の出力に基づく第１タンク１１１へのメタノール供給量の調整により、第１タンク１１１内のメタノール濃度を精度良く制御できることが確認された。
【００５７】
なお、以上に説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするために記載されたものであって、本発明を限定するために記載されたものではない。したがって、上記の実施形態に開示された各要素は、本発明の技術的範囲に属する全ての設計変更や均等物をも含む趣旨である。
【符号の説明】
【００５８】
１・・・燃料電池システム
１１・・・燃料供給装置
１１１・・・第１タンク
１１２・・・第１流路
１１３・・・第１ポンプ
１１４・・・第５流路
１１５・・・フィルタ
１１６・・・第６流路
１１７・・・ブロア
１１８・・・第７流路
１１９・・・凝縮器
１２０・・・第３タンク
１２１・・・第３流路
１２２・・・第３ポンプ
１２３・・・第２タンク
１２４・・・第２流路
１２５・・・第２ポンプ
１２７・・・センサ
１２８・・・カソード排出部
１２９・・・負荷
１３０・・・出力検出装置
１２・・・制御装置
１３・・・燃料電池
１３１・・・膜電極接合体
１３２・・・高分子電解質膜
１３３・・・アノード触媒層
１３４・・・カソード触媒層
１３５・・・アノードセパレータ
１３６・・・カソードセパレータ
【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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