JP2007115450A - 燃料電池システムおよびその燃料濃度検出方法。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃料電池システム100は、電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池104、燃料電池104にメタノール水溶液を導くための水溶液供給路、水溶液供給路からメタノール水溶液を取り出せるように水溶液供給路から分岐する分岐路、分岐路を流れるメタノール水溶液の濃度を検出するための超音波センサ164、超音波センサ164の発信部164aおよび受信部164bにそれぞれ設けられる第1温度センサ168および第2温度センサ170、ならびに第1温度センサ168および第2温度センサ170のそれぞれによって検出された温度に基づいて、メタノール水溶液の濃度検出動作を制御するCPU172を備える。
【選択図】 図10
Description
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、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。
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、フロントフレーム16の下方に配置される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。
燃料タンク128と燃料ポンプ136とはパイプP1によって連通され、燃料ポンプ136と水溶液タンク130とはパイプP2によって連通されている。パイプP1は、燃料タンク128の左側面下端部と燃料ポンプ136の左側面下端部とを結び、パイプP2は、燃料ポンプ136の左側面下端部と水溶液タンク130の左側面下端部とを結ぶ。燃料ポンプ136を駆動させることによって、燃料タンク128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130に与えられる。
上述したパイプP1〜P7は主として燃料の流路となる。
上述したパイプP8〜P14は、主として排気の流路となる。
上述したパイプP15,16は水の流路となる。
上述したパイプP20〜P22は主として燃料処理用の流路となる。
また、エアフィルタ142付近には、外気温度を検出するための外気温度センサ171が設けられている。
燃料電池システム100のコントローラ156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制御手段であるCPU172、CPU172にクロックを与えるクロック回路174、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176、燃料電池システム100の誤動作を防ぐためのリセットIC178、外部機器と接続するためのインターフェイス回路180、自動二輪車10を駆動する電動モータ60にセルスタック102を接続するための電気回路182における電圧を検出するための電圧検出回路184、電気回路182を流れる電流を検出するための電流検出回路186、電気回路182を開閉するためのON/OFF回路188、電気回路182の過電圧を防止するための電圧保護回路190、電気回路182に設けられるダイオード192、および電気回路182に所定の電圧を供給するための電源回路194を含む。
燃料電池システム100は、メインスイッチ152がオンされることを契機として、水溶液ポンプ146やエアポンプ148等の補機類を駆動し、運転を開始する。
まず、水溶液ポンプ146が駆動され(ステップS1)、たとえばソレノイドバルブからなる検出用バルブ138が開かれると(ステップS3)、メタノール水溶液がパイプP17に導入される。そして、メタノール水溶液の入れ替え時間として検出用バルブ138を開いてから5秒経過したか否かが判断され(ステップS5)、5秒経過するまでは待機する。検出用バルブ138を開いてから5秒経過すれば、第1温度センサ168によって超音波センサ164の送信部164aを流れるメタノール水溶液の温度が検出され(ステップS7)、第2温度センサ168によって超音波センサ164の受信部164bを流れるメタノール水溶液の温度が検出される(ステップS9)。そして、検出用バルブ138を開いてから1分経過したか否かが判断され(ステップS11)、1分経過していなければ、検出された送信部164aを流れるメタノール水溶液の温度と受信部164bを流れるメタノール水溶液の温度との差が所定範囲内(ここでは±1℃以内)か否かが判断される(ステップS13)。当該温度差が所定範囲内でなければステップS7に戻り、一方、当該温度差が所定範囲内になれば、検出用バルブ138が閉じられる(ステップS15)。このように検出用バルブ138を閉じるのは、検出対象が流れていれば濃度の検出精度が低下するからである。
この実施形態では、パイプP4と検出用バルブ138とは、メタノール水溶液を冷却する冷却部200とパイプP17aとを介して連結されており、分岐路はパイプP17aとP9とを含んで構成される。分岐路の一部を構成するパイプP17aには超音波センサ202が設けられている。超音波センサ202の送信部202aおよび受信部202bは、パイプP17aを挟むように設けられ、送信部202aとパイプP17aとの間および受信部202bとパイプP17aとの間には、たとえば樹脂からなる被覆部材204が介挿されている。超音波センサ202は、パイプP17a内の液流方向に対して直交する方向に超音波を発し、その伝播速度を検出する。この実施形態では、送信部202aと受信部202bとの間が濃度検出領域となる。
まず、水溶液ポンプ146が駆動され(ステップS51)、検出用バルブ138が開かれると(ステップS51)、メタノール水溶液がパイプP17aに導入される。そして、検出用バルブ138を開いてから5秒経過したか否かが判断され(ステップS55)、5秒経過するまでは待機する。検出用バルブ138を開いてから5秒経過すれば、第1温度センサ206によって超音波センサ202の温度が検出され(ステップS57)、第2温度センサ208によってパイプP17aを流れるメタノール水溶液の温度が検出される(ステップS59)。そして、検出用バルブ138を開いてから1分経過したか否かが判断され(ステップS61)、1分経過していなければ、検出された超音波センサ202の温度とメタノール水溶液の温度との差が所定範囲内(ここでは±1℃以内)か否かが判断される(ステップS63)。当該温度差が所定範囲内でなければステップS57に戻り、一方、当該温度差が所定範囲内になれば、検出用バルブ138が閉じられる(ステップS65)。
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)
156 コントローラ
164,202 超音波センサ
164a,202a 送信部
164b,202b 受信部
168,206 第1温度センサ
170,208 第2温度センサ
172 CPU
176 メモリ
204 被覆部材
P1〜P22 パイプ
Claims (9)
- 電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池に燃料水溶液を導くための水溶液供給路、
前記水溶液供給路から前記燃料水溶液を取り出せるように前記水溶液供給路から分岐する分岐路、
前記分岐路を流れる前記燃料水溶液の濃度を検出するための濃度検出手段、
前記分岐路の上流側に設けられる第1温度検出手段と前記第1温度検出手段よりも前記分岐路の下流側に設けられる第2温度検出手段、ならびに
前記第1温度検出手段および前記第2温度検出手段のそれぞれによって検出された温度に基づいて、前記濃度検出手段による前記燃料水溶液の濃度検出動作を制御する制御手段を備える、燃料電池システム。 - 前記濃度検出手段は、前記燃料水溶液中の超音波の伝播速度に基づいて前記燃料水溶液の濃度を検出するために超音波を送信する送信部と前記超音波を受信する受信部とを有する超音波センサを含む、請求項1に記載の燃料電池システム。
- 前記送信部および前記受信部は前記分岐路の液流方向に沿って設けられ、
前記第1温度検出手段は前記送信部を流れる前記燃料水溶液の温度を検出するために前記送信部近傍に設けられ、前記第2温度検出手段は前記受信部を流れる前記燃料水溶液の温度を検出するために前記受信部近傍に設けられる、請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記送信部および前記受信部は前記分岐路を挟むように設けられ、
前記第1温度検出手段は前記超音波センサの温度を検出するために前記超音波センサに設けられ、前記第2温度検出手段は前記分岐部を流れる前記燃料水溶液の温度を検出するために前記分岐路において前記超音波センサより液流方向下流側に設けられる、請求項2に記載の燃料電池システム。 - 前記送信部と前記分岐路との間および前記受信部と前記分岐路との間には被覆部材が介挿される、請求項4に記載の燃料電池システム。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の燃料電池システムを含む、自動二輪車。
- 請求項1から請求項5のいずれかに記載の燃料電池システムを含む、輸送機器。
- 電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、前記燃料電池に燃料水溶液を導くための水溶液供給路、および前記水溶液供給路から取り出された前記燃料水溶液の濃度を検出するための濃度検出手段を備える燃料電池システムの燃料濃度検出方法であって、
前記燃料水溶液について複数の箇所で温度を検出するステップ、および
前記複数箇所で検出された温度に基づいて、前記濃度検出手段による前記燃料水溶液の濃度検出動作を制御するステップを備える、燃料電池システムの燃料濃度検出方法。 - 電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、前記燃料電池に燃料水溶液を導くための水溶液供給路、および前記水溶液供給路から取り出された前記燃料水溶液の濃度を検出するための濃度検出手段を備える燃料電池システムの燃料濃度検出方法であって、
前記水溶液供給路から取り出された前記燃料水溶液の温度を検出するステップ、
前記濃度検出手段の温度を検出するステップ、および
前記燃料水溶液の温度と前記濃度検出手段の温度とに基づいて、前記濃度検出手段による前記燃料水溶液の濃度検出動作を制御するステップを備える、燃料電池システムの燃料濃度検出方法。
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