JP2008181871A - 燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを簡単に検出できる、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１００は、メタノール水溶液を保持する水溶液タンク１１６、水溶液タンク１１６内の液位に応じて検出信号ＨＩＧＨとＬＯＷとのいずれか一方を出力するレベルセンサ１２２、メタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給するための水溶液ポンプ１３２、水溶液タンク１１６に水を供給するための水ポンプ１４０、および燃料電池システム１００の動作を制御するＣＰＵ１５２を含む。ＣＰＵ１５２は、検出信号がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替えられるまでの所要時間（ＬＯＷ時間）と第１所定時間との比較結果や検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替えられるまでの所要時間（ＨＩＧＨ時間）と第２所定時間との比較結果に基づいて、異常が発生していることを検出する。
【選択図】図５

Description

この発明は燃料電池システムに関し、より特定的には、燃料水溶液を燃料電池に循環供給する燃料電池システムに関する。

一般に、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液を循環手段によって燃料電池に循環供給するとともに酸素を含む空気を燃料電池に供給す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は、発電中に循環手段の異常によって燃料水溶液の循環供給が停止されるとその内部に残った燃料水溶液を用いてしばらく発電を継続した後に発電を停止する。燃料電池のカソード（空気極）には酸素が不均一に供給されるので、燃料電池のアノード（燃料極）ではカソードの酸素が供給されやすい部分に対応する部分で燃料の消費が進む。したがって、燃料水溶液の循環供給を停止した状態で発電が継続されると燃料が燃料電池に偏在した状態となる。このように燃料が偏在した状態となると燃料電池の劣化が進み、燃料電池の寿命が短くなってしまう。

また、燃料水溶液を循環供給する燃料電池システムでは、液位調整手段によって水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つことが知られている。燃料水溶液は燃料電池で消費されるので、液位調整手段の異常によって水溶液保持手段に水や燃料を供給（補給）できなくなると、水溶液保持手段の液位が所定範囲よりも低下する。通常、燃料水溶液の濃度調整は、その液位が所定範囲であるものとして水溶液保持手段に燃料を供給することによって行われる。このために、水溶液保持手段に水を供給できなくなると、水溶液保持手段の液位が所定範囲よりも低下しているにもかかわらず液位が所定範囲であるものとして燃料が供給される。したがって、水溶液保持手段の燃料水溶液の濃度が上昇し過ぎて、燃料電池の出力が不安定になってしまう。また、液位調整手段の異常によって水溶液保持手段に燃料を供給できなくなると、燃料電池の発電に伴って燃料水溶液の濃度が低下し、燃料電池の出力が低下してしまう。このように液位調整手段に異常が発生すると適切な濃度調整ができなくなり、正常な発電を継続できなくなる。

さらに、液位調整手段の異常によって水溶液保持手段に水や燃料を供給できなくなると、水溶液保持手段が空になるおそれがある。水溶液保持手段に破損等の異常が発生した場合も同様である。水溶液保持手段が空になると燃料水溶液を循環供給できなくなり、発電停止や燃料電池の劣化を招く。

特許文献１には、凝縮器で排気から回収した水を回収ポンプによってタンクに供給するとともにタンクに保持される水を供給ポンプによって燃料電池に供給する燃料電池システムが開示されている。特許文献１の燃料電池システムでは、回収ポンプを停止させかつ供給ポンプを動作させた状態でタンクに保持される水の変化量を測定し、測定した変化量に基づいて供給ポンプの異常を検出する。
特開２００６−１２８０１２号公報

しかし、特許文献１の技術では、供給ポンプと燃料電池との間に発生している異常（たとえば流路の破損による水漏れ等）を検出できない。このような特許文献１の技術を、燃料水溶液を循環供給する燃料電池システムに適用しても、循環手段に異常が発生していることを検出できないおそれがある。

燃料水溶液を循環供給する燃料電池システムでは、水溶液保持手段、循環手段および液位調整手段の異常を検出するために燃料水溶液の流量や流圧を検出する検出手段を複数設ける必要があった。このために、システムの構成が複雑になってしまうという問題があった。

それゆえに、この発明の主たる目的は、水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを簡単に検出できる、燃料電池システムを提供することである。

上述の目的を達成するために、燃料電池、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液を燃料電池に循環供給する循環手段、水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段、液位検出手段の検出結果に基づいて水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つように調整する液位調整手段、および液位検出手段の検出結果の推移に基づいて水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを検出する異常検出手段を備える、燃料電池システムが提供される。

この発明では、現在までの水溶液保持手段の液位の推移と正常な場合の水溶液保持手段の液位の推移とを比較する。水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とが正常な場合、水溶液保持手段では、燃料電池での燃料水溶液の消費に伴う液位低下と液位調整手段による水や燃料の供給に伴う液位上昇とが繰り返される。これによって、正常な場合の水溶液保持手段の液位は所定範囲を周期的に変動する。したがって、現在までの液位の推移と正常な場合の液位の推移とを比較することによって、水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを簡単に検出できる。

なお、この発明において「燃料電池に燃料水溶液を循環供給する」とは、燃料電池からの燃料水溶液をも含む燃料水溶液を燃料電池に供給することをいう。

好ましくは、液位検出手段は、水溶液保持手段の液位が所定範囲の上限と下限とのいずれか一方に達したことを検出し、異常検出手段は、液位検出手段の検出結果が所定範囲の上限と下限との一方から他方に変わるまでの所要時間と所定時間との比較結果に基づいて異常が発生していることを検出する。正常な場合の水溶液保持手段の液位は所定範囲を周期的に上下動するので、水溶液保持手段の液位が所定範囲の上限と下限との一方から他方に変わるまでの所要時間と正常な場合の推移に基づく所定時間とを比較することによって異常が発生していることを検出できる。このようにして異常が発生していることを検出する場合、水溶液保持手段の液位が所定範囲の上限と下限とのいずれか一方に達したことのみを検出する簡単な液位検出手段を用いればよく、システムのコストを抑えることができる。

好ましくは、異常検出手段は、水溶液保持手段の液位が所定範囲の上限と下限との一方から他方に変わるまでの所要時間が所定時間を経過した場合に異常が発生しているものとする。この場合、異常検出手段は、所要時間が所定時間を経過したか否かのみを判定すればよく、簡単に異常を検出できる。

また、燃料電池、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液を燃料電池に循環供給する循環手段、水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段、液位検出手段の検出結果に基づいて水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つように調整する液位調整手段、および液位検出手段の検出結果の推移に基づいて燃料電池の発電を停止させる停止手段を備える、燃料電池システムが提供される。

この発明では、現在までの液位の推移が正常な場合の液位の推移と異なる場合、燃料電池の発電を停止させる。つまり、水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生しており、燃料電池が正常な発電を継続できない場合、燃料電池の発電を停止させる。これによって、燃料電池ひいては当該燃料電池システムを保護できる。

さらに、燃料電池、燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、水溶液保持手段に保持される燃料水溶液を燃料電池に循環供給する循環手段、水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段、液位検出手段の検出結果に基づいて水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つように調整する液位調整手段、および液位検出手段の検出結果の推移に基づいて水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを報知する報知手段を備える、燃料電池システムが提供される。

この発明では、現在までの液位の推移が正常な場合の液位の推移と異なる場合、水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを燃料電池システムの使用者に報知できる。これによって、正常な発電を継続できない場合に、使用者がたとえば発電を停止させる等の何らかの対処をすることができるようになり、燃料電池ひいては燃料電池システムを保護できる。

輸送機器に用いられる燃料電池システムでは、据え置き型の機器に用いられる燃料電池システムに比べて、輸送機器の駆動に伴う振動の影響等によって水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とに異常が発生しやすい。この発明の燃料電池システムによれば、水溶液保持手段と循環手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを簡単に検出でき、システムを確実に保護できる。したがって、この発明の燃料電池システムは、輸送機器に好適に用いられる。

この発明によれば、水溶液保持手段と循環供給手段と液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを簡単に検出できる。

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。

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。

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。

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。

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。

図３をも参照して、表示操作部２８は、電動モータ４０（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の発電開始を指示するための開始ボタン３０ａ、およびセルスタック１０２の発電停止を指示するための停止ボタン３０ｂを含む。

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が回転自在に取り付けられている。

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）３６が揺動自在に取り付けられている。スイングアーム３６の後端部３６ａには、後輪３８に連結されかつ後輪３８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４０が内蔵されている。また、スイングアーム３６には、電動モータ４０に電気的に接続される駆動ユニット４２が内蔵されている。駆動ユニット４２は、電動モータ４０の回転駆動を制御するためのモータコントローラ４４、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４６を含む。

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４０や補機類等を駆動するための電気エネルギを生成する。

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、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。

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に接合され、電解質膜１０４ａとアノード１０４ｂとカソード１０４ｃとで膜・電極接合体（ＭＥＡ：Membrane Electrode Assembly）を構成している。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。

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。

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。

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。

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。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。水タンク１１８は、セルスタック１０２の電気化学反応に伴って生成される水を収容している。

燃料タンク１１４にはレベルセンサ１２０が装着され、水溶液タンク１１６にはレベルセンサ１２２が装着され、水タンク１１８にはレベルセンサ１２４が装着されている。レベルセンサ１２０，１２２および１２４は、それぞれたとえば図示しないフロートを有するフロートセンサであり、浮動するフロートの位置によってタンク内の液面の高さ（液位）を検出する。

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１３８（後述）の指令に応じて電気構成部材に電力を供給する。二次電池１２６の上側には、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。

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１３２およびエアポンプ１３４が収納されている。エアポンプ１３４の左側にはエアチャンバ１３６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１３８および水ポンプ１４０が配置されている。

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１４２が設けられている。メインスイッチ１４２がオンされることによってコントローラ１３８に運転開始指示が与えられ、メインスイッチ１４２がオフされることによってコントローラ１３８に運転停止指示が与えられる。

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１３２とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１３２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１３２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、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）に対応する濃度情報をメタノール水溶液の電気化学的特性を利用して検出する電圧センサ１４４が設けられている。電圧センサ１４４は、燃料電池１０４の開回路電圧（Open Circuit Voltage）を検出し、その電圧値を電気化学的な濃度情報とする。コントローラ１３８は、その濃度情報に基づいて、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度を検出する。また、セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近には、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の温度を検出する温度センサ１４６が設けられている。

セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１０８ａとはパイプＰ５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。

また、エアチャンバ１３６にはパイプＰ７が接続され、エアチャンバ１３６とエアポンプ１３４とはパイプＰ８によって連通され、エアポンプ１３４とセルスタック１０２とはパイプＰ９によって連通されている。パイプＰ９はセルスタック１０２のカソード入口Ｉ３に接続されている。エアポンプ１３４を駆動させることによってセルスタック１０２に外部からの空気（エア）が供給される。

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Ｐ１０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Ｐ１１によって連通され、水タンク１１８にはパイプ（排気管）Ｐ１２が設けられている。パイプＰ１２は水タンク１１８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排出する。
上述したパイプＰ７〜Ｐ１２は主として酸化剤の流路となる。

また、水タンク１１８と水ポンプ１４０とはパイプＰ１３によって連通され、水ポンプ１４０と水溶液タンク１１６とはパイプＰ１４によって連通されている。
上述したパイプＰ１３，Ｐ１４は水の流路となる。

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Ｐ１５が接続されている。パイプＰ１５には超音波センサ１４８が取り付けられている。超音波センサ１４８は、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濃度を検出するために用いられる。超音波センサ１４８は、発信部１４８ａと受信部１４８ｂとを含み、発信部１４８ａから発信した超音波を受信部１４８ｂで受信してパイプＰ１５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１３８は、その濃度情報に基づいて、パイプＰ１５内のメタノール水溶液の濃度を検出する。

パイプＰ１５には検出用バルブ１５０が接続され、検出用バルブ１５０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。濃度の検出時には検出用バルブ１５０が閉じられ、パイプＰ１５内でのメタノール水溶液の流れが止められる。濃度の検出後、検出用バルブ１５０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。
上述したパイプＰ１５，Ｐ１６は濃度検出用の流路となる。

さらに、水溶液タンク１１６とキャッチタンク１３０とはパイプＰ１７，Ｐ１８によって連通され、キャッチタンク１３０とエアチャンバ１３６とはパイプＰ１９によって連通されている。
上述したパイプＰ１７〜Ｐ１９は燃料処理用の流路となる。

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１３８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ＣＰＵ１５２、ＣＰＵ１５２に時間計測等に用いるクロック信号を与えるためのクロック回路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めの、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１５６、自動二輪車１０を駆動する電動モータ４０にセルスタック１０２を接続するための電気回路１５８における電圧を検出するための電圧検出回路１６０、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１６２、電気回路１５８を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１６４、電気回路１５８に設けられるダイオード１６６、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１６８を含む。

このようなコントローラ１３８のＣＰＵ１５２には、レベルセンサ１２０，１２２および１２４からの検出信号、ならびに電圧センサ１４４、温度センサ１４６、超音波センサ１４８および蓄電量検出器４６からの検出信号が入力される。

図４（ａ）および（ｂ）をも参照して、たとえばレベルセンサ１２２は、水溶液タンク１１６内の液位が所定範囲の上限（第１閾値）から下限（第２閾値）に低下するまではＣＰＵ１５２に検出信号ＨＩＧＨを入力し、水溶液タンク１１６内の液位が第２閾値から第１閾値に上昇するまではＣＰＵ１５２に検出信号ＬＯＷを入力する。これによって、ＣＰＵ１５２は、水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値から第２閾値に達したことと水溶液タンク１１６内の液位が第２閾値から第１閾値に達したこととを検出する。

また、ＣＰＵ１５２には、電源をオン／オフするためのメインスイッチ１４２からの入力信号や、入力部２８ｃの開始ボタン３０ａおよび停止ボタン３０ｂからの入力信号が入力される。

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。

また、ＣＰＵ１５２によって、燃料ポンプ１２８、水溶液ポンプ１３２、エアポンプ１３４、水ポンプ１４０、検出用バルブ１５０およびファン１１０，１１２等の補機類が制御される。たとえば、水溶液ポンプ１３２および水ポンプ１４０はそれぞれ、出力（単位時間当たりの吐出量）が一定になるようにＣＰＵ１５２によって制御される。さらに、ドライバに各種情報を報知するための表示部２８ｂがＣＰＵ１５２によって制御される。

セルスタック１０２には二次電池１２６および駆動ユニット４２が接続される。二次電池１２６および駆動ユニット４２は電動モータ４０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４０や補機類等に電力を与える。

電動モータ４０には、電動モータ４０の各種データを計測するためのメータ２８ａが接続される。メータ２８ａによって計測されたデータや電動モータ４０の状況は、インターフェイス回路１７０を介してＣＰＵ１５２に与えられる。

記憶手段であるメモリ１５６には、図５に示す動作を実行するためのプログラム、第１および第２所定時間、ならびに演算データ等が格納されている。

この実施形態では、水溶液タンク１１６が水溶液保持手段に相当する。液位検出手段はレベルセンサ１２２を含む。循環手段はラジエータ１０８ａと水溶液ポンプ１３２とパイプＰ３〜Ｐ６とを含む。液位調整手段は水タンク１１８と水ポンプ１４０とＣＰＵ１５２とパイプＰ１３，Ｐ１４とを含む。報知手段は表示部２８ｂとＣＰＵ１５２とを含む。ＣＰＵ１５２は異常検出手段および停止手段としても機能する。

また、燃料保持手段である燃料タンク１１４から水溶液タンク１１６にメタノール燃料を供給するための燃料供給手段が燃料ポンプ１２８とパイプＰ１，Ｐ２とによって構成されている。水保持手段である水タンク１１８から水溶液タンク１１６に水を供給するための水供給手段が水ポンプ１４０とパイプＰ１３，Ｐ１４とによって構成されている。なお、燃料供給手段は少なくとも燃料ポンプ１２８を含み、水供給手段は少なくとも水ポンプ１４０を含む。さらに、レベルセンサ１２２の検出信号がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わるまでの所要時間（ＬＯＷ時間）、およびレベルセンサ１２２の検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わるまでの所要時間（ＨＩＧＨ時間）を計測する計時手段がＣＰＵ１５２とクロック回路１５４とによって構成されている。

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１４２がオンされることを契機として、コントローラ１３８を起動し、運転を開始する。そして、コントローラ１３８の起動後に開始ボタン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１３２やエアポンプ１３４等の補機類を駆動し、セルスタック１０２の発電を開始する。

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１３２の駆動によってパイプＰ３，Ｐ４、図示しない水溶液フィルタおよびアノード入口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。

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Ｐ１７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Ｐ１８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Ｐ１９を介してエアチャンバ１３６に与えられる。

一方、エアポンプ１３４の駆動によってパイプＰ７および図示しないエアフィルタを介して吸入された空気（エア）は、エアチャンバ１３６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１３６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Ｐ８を介してエアポンプ１３４に流入し、さらに、パイプＰ９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。

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５０℃で定常的に発電可能な通常運転状態となる。セルスタック１０２の温度は、温度センサ１４６が検出したメタノール水溶液の温度によって確認できる。

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を含むメタノール水溶液は、電気化学反応に伴う熱によって加熱される。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１０８ａに与えられ冷却される。ファン１１０の駆動によってその冷却動作が促進される。そして、パイプＰ６を介して水溶液タンク１１６に還流される。

つまり、水溶液タンク１１６に保持されるメタノール水溶液が水溶液ポンプ１３２の駆動によってセルスタック１０２に循環供給される。

発電中には、セルスタック１０２からのメタノール水溶液の還流、セルスタック１０２からの二酸化炭素の流入等によって水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に泡が発生し、当該泡の分だけレベルセンサ１２２のフロートが上昇する。

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は、パイプＰ１０を介してラジエータ１０８ｂに与えられて冷却され、その一部は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Ｐ１０、ラジエータ１０８ｂおよびパイプＰ１１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Ｐ１２を介して外部に排出される。

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内の水は、水ポンプ１４０の駆動によってパイプＰ１３，Ｐ１４を介して水溶液タンク１１６に適宜供給される。水ポンプ１４０は、水溶液タンク１１６内の液位を所定範囲に保つようにレベルセンサ１２２の検出信号に基づいてＣＰＵ１５２によって制御される。

なお、レベルセンサ１２２は、その動作の開始時（ここでは発電開始時）に水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値（図４（ａ）参照）以上であれば、ＣＰＵ１５２に初期値として検出信号ＨＩＧＨを入力する。そして、水溶液タンク１１６内の液位が第２閾値（図４（ａ）参照）に低下すれば、レベルセンサ１２２はＣＰＵ１５２に入力している検出信号を初期値であるＨＩＧＨからＬＯＷに切り替える。一方、レベルセンサ１２２は、その動作の開始時に水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値未満であれば、ＣＰＵ１５２に初期値として検出信号ＬＯＷを入力する。そして、水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値に上昇すれば、レベルセンサ１２２はＣＰＵ１５２に入力している検出信号を初期値であるＬＯＷからＨＩＧＨに切り替える。検出信号を初期値から変更した後には、レベルセンサ１２２は、上述のように水溶液タンク１１６内の液位の変化に応じて検出信号をＨＩＧＨおよびＬＯＷの一方から他方に切り替える。

ここで、図４（ａ）および（ｂ）を参照して、正常な場合の水溶液タンク１１６内の液位の推移、およびレベルセンサ１２２の検出信号の推移について説明する。ここでは、図４（ｃ）に示すようにセルスタック１０２の出力が一定であるものとする。つまり、セルスタック１０２での単位時間当たりのメタノール水溶液の消費量が一定であり、水溶液タンク１１６内の液位の低下速度が一定であるものとする。

図４（ａ）に示すように、水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値（所定範囲の上限）から第２閾値（所定範囲の下限）に低下すると、図４（ｂ）に示すように、レベルセンサ１２２の検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替わる。これを契機として、ＣＰＵ１５２は、水ポンプ１４０に水溶液タンク１１６への水の供給（補給）を開始させる。

水の供給開始後、図４（ａ）に示すように、水溶液タンク１１６内の液位が第２閾値から第１閾値に上昇すると、図４（ｂ）に示すように、レベルセンサ１２２の検出信号がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替わる。これを契機として、ＣＰＵ１５２は、水ポンプ１４０に水溶液タンク１１６への水の供給を停止させる。これによって、水溶液タンク１１６内の液位が再び第１閾値から低下し始める。このように水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液が増加と減少とを繰り返すことによって、水溶液タンク１１６内の液位は第１閾値と第２閾値との間（所定範囲）を周期的に変動（上下動）する（図４（ａ）参照）。

セルスタック１０２でのメタノール水溶液の消費に伴って水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値から第２閾値に低下するまでの所要時間は１０秒程度である。つまり、ＣＰＵ１５２に入力されている検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替えられるまでの所要時間（ＨＩＧＨ時間）は１０秒程度である。

また、水の供給に伴って水溶液タンク１１６内の液位が第２閾値から第１閾値に上昇するまでの所要時間は２秒程度である。つまり、ＣＰＵ１５２に入力されている検出信号がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替えられるまでの所要時間（ＬＯＷ時間）は２秒程度である。水溶液ポンプ１３２ひいてはメタノール水溶液の循環供給を停止させると、水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に発生していた泡が消え、水溶液タンク１１６内の液位が低下する。このために循環供給停止時の液位が第２閾値であれば、循環供給停止後に液位が第２閾値から大きく低下し、次回の循環供給開始時（発電開始時）のＬＯＷ時間は通常想定される最長のＬＯＷ時間（６秒程度）になる。

なお、水溶液ポンプ１３２および水ポンプ１４０の出力が一定でありかつ運転状態（発電状態）によるメタノール水溶液の消費量の差は小さいので、運転状態にかかわらず液位および検出信号は略図４（ａ）および（ｂ）に示すように推移する。

また、実際には、後述するように水溶液タンク１１６に所定間隔でメタノール燃料が供給される。しかし、メタノール燃料の供給量は微量であるので、メタノール燃料の供給が水溶液タンク１１６内の液位の推移に及ぼす影響は少なく、図４（ａ）ではこれを考慮していない。

図２に戻って、燃料タンク１１４内のメタノール燃料は、燃料ポンプ１２８の駆動によってパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１１６に適宜供給される。燃料ポンプ１２８は、電圧センサ１４４または超音波センサ１４８を用いて検出されるメタノール水溶液の濃度に基づいてＣＰＵ１５２によって制御される。詳しくは、ＣＰＵ１５２は、液位がたとえば第２閾値であるものとして、濃度の検出結果に基づいて水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液を発電に適した濃度（３ｗｔ％）にするように燃料ポンプ１２８にメタノール燃料を供給させる。つまり、ＣＰＵ１５２は、水溶液タンク１１６内に所定量のメタノール水溶液が保持されているものとして、濃度の検出結果に基づいて燃料ポンプ１２８にメタノール燃料を供給させる。このような濃度調整はたとえば５秒毎に行われる。メタノール水溶液の目標濃度は３ｗｔ％であるので、濃度調整で水溶液タンク１１６に供給されるメタノール燃料は水溶液タンク１１６内の液量に対して微量である。

このような燃料電池システム１００では、ＨＩＧＨ時間とＬＯＷ時間とに基づいて、水溶液保持手段である水溶液タンク１１６、ラジエータ１０８ａと水溶液ポンプ１３２とパイプＰ３〜Ｐ６とを含む循環手段、および水タンク１１８と水ポンプ１４０とパイプＰ１３，Ｐ１４とを含む液位調整手段のいずれかに異常が発生していることを検出する。

ついで、図５を参照して、燃料電池システム１００の動作の一例について説明する。
まず、開始ボタン３０ａが押されることによって、水溶液ポンプ１３２やエアポンプ１３４等の補機類が駆動され、発電が開始される。これとともにレベルセンサ１２２からのＣＰＵ１５２への検出信号の入力が開始される（ステップＳ１）。

ステップＳ１では、水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値（図４（ａ）参照）未満であればＣＰＵ１５２に液位を上昇させる必要があることを示す検出信号ＬＯＷの入力が開始される。一方、水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値以上であればＣＰＵ１５２に液位を上昇させる必要がないことを示す検出信号ＨＩＧＨの入力が開始される。そして、ステップＳ３においてＣＰＵ１５２に検出信号ＬＯＷが入力されていれば、ＣＰＵ１５２は、水ポンプ１４０の駆動を開始させるとともにクロック回路１５４からのクロック信号に基づいてＬＯＷ時間の計測を開始する（ステップＳ５）。

つづいて、ＣＰＵ１５２によって、ＬＯＷ時間と予めメモリ１５６に格納されている第１所定時間との比較が開始され、ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過したか否かが判定される（ステップＳ７）。第１所定時間は、正常な場合に想定される最長のＬＯＷ時間（６秒）よりも長く設定されている。ここでは第１所定時間が７秒に設定されている。

たとえば、水ポンプ１４０の故障や水タンク１１８およびパイプ１３，Ｐ１４の破損等によって水溶液タンク１１６に水を供給（補給）できなくなった場合、ＬＯＷ時間は第１所定時間を経過する。上述のように、メタノール燃料は水溶液タンク１１６内の液位が第２閾値であるものとして水溶液タンク１１６に供給されるので、水溶液タンク１１６に水を補給できなくなると、メタノール水溶液の濃度が上昇し過ぎる。つまり、適切な濃度調整ができなくなる。また、水溶液タンク１１６がいずれ空になり、メタノール水溶液の循環供給を継続できなくなる。発電中（エアポンプ１３４の駆動中）にメタノール水溶液の循環供給が停止されると、セルスタック１０２の内部に残ったメタノール水溶液を用いてしばらく発電が継続される。しかし、循環供給停止から３０秒程度経過すると、メタノールの消費が進み、セルスタック１０２の出力は低下し始める。そして、いずれ発電が停止される。１つの燃料電池１０４においてカソード１０４ｃには酸素が不均一に供給される。したがって、このようにメタノール水溶液の循環供給を停止した状態で発電が継続されると、アノード１０４ｂではカソード１０４ｃの酸素が供給されやすい部分に対応する部分でメタノールの消費が進む。そして、セルスタック１０２の出力が低下し始めたときには、メタノールが燃料電池１０４のＭＥＡに偏在した状態となっている。メタノールが偏在した状態となるとＭＥＡひいては燃料電池１０４の劣化が進み、セルスタック１０２の寿命が短くなってしまう。また、セルスタック１０２を構成する複数の燃料電池１０４においてもそれぞれのカソード１０４ｃに供給される酸素量は不均一である。したがって、燃料電池１０４毎に劣化の程度は異なる。

ステップＳ７においてＬＯＷ時間が第１所定時間を経過すれば、ＣＰＵ１５２は、異常が発生していると判定し（ステップＳ９）、補機類への電力供給を停止する（ステップＳ１１）。つまり、ＣＰＵ１５２は、ＬＯＷ時間と第１所定時間との比較結果に基づいてラジエータ１０８ａ、水溶液タンク１１６、水タンク１１８、水溶液ポンプ１３２、水ポンプ１４０およびパイプＰ３〜Ｐ６，Ｐ１３，Ｐ１４のいずれかに異常が発生していることを検出する。ＣＰＵ１５２は、ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過すれば異常が発生しているものとする。この場合、ＣＰＵ１５２は、通常の発電（正常な発電）を継続できなくなり燃料電池１０４を劣化させるおそれがあるとして、補機類の駆動を強制的に停止させる。これによって、セルスタック１０２の発電が強制的に停止され、燃料電池１０４の劣化を抑えることができる。ひいては燃料電池システム１００を保護できる。

その後、ＣＰＵ１５２が表示部２８ｂにメッセージ等を表示させることによって、異常が発生していることを燃料電池システム１００の使用者（ここでは自動二輪車１０のドライバ）に報知し（ステップＳ１３）、終了する。

一方、ステップＳ７においてＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する前にステップＳ１５においてＣＰＵ１５２に入力されている検出信号がＬＯＷからＨＩＧＨに切り替えられれば、ＣＰＵ１５２は、水ポンプ１４０の駆動を停止させるとともにＬＯＷ時間の計測を停止しかつＬＯＷ時間をクリアする（ステップ１７）。そして、ＣＰＵ１５２はＨＩＧＨ時間の計測を開始する（ステップＳ１９）。

つづいて、ＣＰＵ１５２によって、ＨＩＧＨ時間と予めメモリ１５６に格納されている第２所定時間との比較が開始され、ＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過したか否かが判定される（ステップＳ２１）。第２所定時間は、正常な場合のＨＩＧＨ時間（１０秒）よりも長く、発電中に循環供給が停止された場合に循環供給停止からセルスタック１０２の出力が低下するまでの時間（ここでは３０秒）よりも短く設定されている。ここでは第２所定時間が１１秒に設定されている。上述のように、循環供給停止後にセルスタック１０２の出力が低下し始めたときにはメタノールが燃料電池１０４のＭＥＡに偏在した状態となっており、この状態では燃料電池１０４の劣化が進む。これを防止するために、第２所定時間は循環供給停止からセルスタック１０２の出力が低下するまでの時間よりも短く設定されている。

たとえば、発電中に水溶液ポンプ１３２の故障によってメタノール水溶液の循環供給が停止された場合、水溶液タンク１１６内の液位が低下しなくなり、ＨＩＧＨ時間は第２所定時間を経過する。この場合、メタノール水溶液の循環供給が停止されているので、発電停止や燃料電池１０４の劣化を招く。

したがって、ステップＳ２１においてＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過した場合も異常が発生しているものとしてステップＳ９に移り、補機類が強制的に停止される。

一方、ステップＳ２１において第２所定時間を経過する前に、ステップＳ２３においてＣＰＵ１５２に入力されている検出信号がＨＩＧＨからＬＯＷに切り替えられれば、ＣＰＵ１５２はＨＩＧＨ時間の計測を停止しかつＨＩＧＨ時間をクリアする（ステップＳ２５）。その後、ステップＳ５に戻る。

また、ステップＳ１５において検出信号がＨＩＧＨになるまではステップＳ７に戻る。ステップＳ２３において検出信号がＬＯＷになるまではステップＳ２１に戻る。ステップＳ３においてＣＰＵ１５２に検出信号ＨＩＧＨが入力されている場合はステップＳ１９に移る。

なお、ステップＳ９の後、ステップＳ１１とＳ１３とのいずれか一方を行うようにしてもよい。つまり、正常な発電を継続できなくなるおそれがあると判定した後に、補機類への電力供給の停止とドライバへの異常報知とのいずれか一方を行うようにしてもよい。

ついで、図６（ａ）および（ｂ）を参照して、ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する場合の液位の推移および検出信号の推移の一例について説明する。図６（ａ）および（ｂ）には、水ポンプ１４０が故障して、水溶液タンク１１６に水を供給できなくなった場合の推移が示されている。

図６（ａ）に示すように、水溶液タンク１１６に水を供給できなくなると、セルスタック１０２でのメタノール水溶液の消費に伴って水溶液タンク１１６内の液位が低下し続ける。その結果、図６（ｂ）に示すように、ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する。

このように水を供給できなくなると、上述のように適切な濃度調整ができなくなり、セルスタック１０２の出力が不安定になる。詳しくは、図６（ｃ）を参照して、濃度調整でメタノール燃料が供給されることによって、メタノール水溶液の濃度が上昇し過ぎ、セルスタック１０２の出力が低下する。発電に伴ってメタノール水溶液の濃度が低下すれば（３ｗｔ％に近づけば）セルスタック１０２の出力は上昇する。しかし、水溶液タンク１１６に再びメタノール燃料が供給されるので、セルスタック１０２の出力は低下する。このように水溶液タンク１１６に水を供給できなくなると、セルスタック１０２の出力が不安定になる。

また、水溶液タンク１１６に水を供給できなくなると水溶液タンク１１６がいずれ空になり、メタノール水溶液の循環供給を継続できなくなる。発電中に循環供給が停止されると、各燃料電池１０４のアノード１０４ｂに存在するメタノール水溶液を用いてしばらくセルスタック１０２の発電が継続される。しかし、循環供給停止から３０秒程度経過すると、アノード１０４ｂにおけるメタノールの消費が進み、セルスタック１０２の出力は低下し始める（図６（ｃ）参照）。上述のように、セルスタック１０２の出力が低下し始めたときにはメタノールが燃料電池１０４のＭＥＡに偏在した状態となっており、この状態では燃料電池１０４の劣化が進む。その結果、セルスタック１０２の寿命が短くなってしまう。

また、水タンク１１８、水ポンプ１４０およびパイプＰ１３，Ｐ１４が正常であってもＬＯＷ時間が第１所定時間を経過することも考えられる。たとえばラジエータ１０８ａ、水溶液タンク１１６、水溶液ポンプ１３２およびパイプＰ３〜Ｐ６の少なくともいずれか１つが破損してメタノール水溶液が外部に漏れている場合の液位の推移の一例を図６（ａ）に二点鎖線で示す。この場合、正常な場合よりも水溶液タンク１１６内の液位の低下速度が大きくなり、液位が第２閾値に達するまでの時間が短くなる。液位が第２閾値に達すれば、水の供給が開始されて液位の低下速度は小さくなる。しかし、メタノール水溶液の減少量が水の供給量よりも多ければ液位を上昇させることができず、ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する。この場合も適切な濃度調整ができなくなる。さらに、水溶液タンク１１６がいずれ空になって循環供給が停止され、発電停止や燃料電池１０４の劣化を招く。

この他にも、たとえば、異常が発生していることによってメタノール水溶液の減少量と水の供給量とが略等しくなっているような場合も水溶液タンク１１６内の液位を第１閾値に到達させることができず、ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する。

このようにＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する様々な場合が考えられるが、いずれの場合であってもラジエータ１０８ａ、水溶液タンク１１６、水タンク１１８、水溶液ポンプ１３２、水ポンプ１４０およびパイプＰ３〜Ｐ６，Ｐ１３，Ｐ１４のいずれかに異常が発生している。

ついで、図７（ａ）および（ｂ）を参照して、ＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する場合の液位の推移および検出信号の推移の一例について説明する。図７（ａ）および（ｂ）には、発電中に水溶液ポンプ１３２が故障してメタノール水溶液をセルスタック１０２に循環供給できなくなった場合の推移が示されている。

図７（ａ）に示すように、発電中に水溶液ポンプ１３２が故障してメタノール水溶液の循環供給が停止されると、水溶液タンク１１６内の泡が消え始め、第２閾値に達するまで急激に液位が低下する。液位が第２閾値に達すれば水の供給が開始される。しかし、泡の消滅による液位の低下速度は大きいので、水の供給前に比べて液位の低下速度は若干小さくなるものの液位を上昇させることはできず、泡が完全に消えるまで液位は低下する。そして、泡が完全に消えれば水の供給に伴って液位が上昇し、液位が第１閾値に達すれば水の供給が停止される。その後、循環供給が停止されているので液位が低下することはなく、図７（ｂ）に示すようにＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する。このように水溶液ポンプ１３２が故障して循環供給が停止されれば、アノード１０４ｂにおけるメタノールの消費が進んでセルスタック１０２の出力が低下し始め（図７（ｃ）参照）、発電停止や燃料電池１０４の劣化を招く。

なお、このように循環供給が停止して液位が第１閾値に達した場合であっても、第２所定時間が経過するまでに、自動二輪車１０の振動や傾き等によって液位が第２閾値以下に低下し、ＣＰＵ１５２に検出信号ＬＯＷが入力されることもある。このように誤検出によって検出信号ＬＯＷが入力されている場合も水溶液タンク１１６には水が供給されるので、いずれ振動や傾き等によって液位が第２閾値以下に低下することはなくなる。つまり、水溶液ポンプ１３２が故障（停止）して循環供給が停止されると、いずれＣＰＵ１５２には検出信号ＨＩＧＨしか入力されなくなり、ＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する。

この他にも、たとえば水ポンプ１４０の故障によって水の供給を停止できなくなった場合、図７（ａ）に二点鎖線で示すように、水溶液タンク１１６内の液位が上昇し続け、ＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する。この場合、循環供給が継続されかつ濃度調整が所定間隔で行われるので発電が継続されるが、メタノール水溶液の濃度が低下するのでセルスタック１０２の出力が低下してしまう。また、水溶液タンク１１６からメタノール水溶液が溢れ出すおそれがある。

さらに、たとえばパイプＰ３〜Ｐ６等に異物が詰まり水溶液タンク１１６内の液位の低下速度が小さくなった場合もＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する。この場合、セルスタック１０２へのメタノール水溶液の供給量が減少するので、セルスタック１０２の出力低下や燃料電池１０４の劣化を招くおそれがある。

このようにＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する様々な場合が考えられるが、いずれの場合であってもラジエータ１０８ａ、水溶液タンク１１６、水溶液ポンプ１３２、水ポンプ１４０およびパイプＰ３〜Ｐ６のいずれかに異常が発生している。

なお、通常、自動二輪車１０の駆動に伴う振動で水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液に生じる揺らぎの周期は正常な場合のＬＯＷ時間（２秒：図４（ｂ）参照）よりも大幅に短い。したがって、正常な場合のＬＯＷ時間のたとえば半分の間隔（ここでは１秒）以内で検出信号がＬＯＷからＨＩＧＨまたはＨＩＧＨからＬＯＷに切り替えられた場合、これを無視すればよい。これによって、誤検出しにくくなる。

このような燃料電池システム１００によれば、ＬＯＷ時間と第１所定時間との比較結果およびＨＩＧＨ時間と第２所定時間との比較結果に基づいて、ラジエータ１０８ａ、水溶液タンク１１６、水タンク１１８、水溶液ポンプ１３２、水ポンプ１４０およびパイプＰ３〜Ｐ６，Ｐ１３，Ｐ１４のいずれかに異常が発生していることを簡単に検出できる。つまり、実質的に現在までの液位の推移と正常な場合の液位の推移とを比較することによって、異常が発生していることを簡単に検出できる。異常が発生していれば、補機類の駆動を強制的に停止させ、セルスタック１０２の発電を停止させる。これによって、燃料電池１０４の劣化を抑制でき、セルスタック１０２の寿命が短くなることを防止できる。また、水溶液タンク１１６内の液位が上昇し続ける場合は、水溶液タンク１１６からメタノール水溶液が溢れ出すことを防止できる。さらに、表示部２８ｂを用いて異常が発生していることを報知することによって、燃料電池システム１００の使用者が修理等の対処をすることができるようになる。このように異常が発生している場合は、セルスタック１０２の発電を停止させ、異常が発生していることを報知することによって、燃料電池システム１００を保護できる。

水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値と第２閾値とのいずれか一方に達したことのみを検出する簡単なレベルセンサ１２２を用いればよく、燃料電池システム１００のコストを抑えることができる。

ＣＰＵ１５２は、ＬＯＷ時間が第１所定時間よりも長いか否かおよびＨＩＧＨ時間が第２所定時間よりも長いか否かのみを判定すればよく、簡単に異常を検出できる。

自動二輪車１０では、据え置き型の機器に比べて、走行に伴う振動の影響等によって燃料電池システム１００の構成部材に異常が発生しやすい。燃料電池システム１００では、異常が発生していることを簡単に検出でき、システムを確実に保護できる。したがって、燃料電池システム１００は自動二輪車１０のような輸送機器に好適に用いられる。

なお、第１所定時間は、正常な場合に想定される最長のＬＯＷ時間よりも長く、循環供給停止から出力低下までの時間よりも短ければ任意に設定できる。また、第２所定時間は、正常な場合のＨＩＧＨ時間よりも長く、循環供給停止から出力低下までの時間よりも短ければ任意に設定できる。

また、第１および第２所定時間は可変であってよい。たとえば、セルスタック１０２の経時劣化に応じて第１所定時間を変更するようにしてもよい。具体的にはセルスタック１０２の総発電時間に応じて第１所定時間を変更するようにしてもよい。セルスタック１０２でのメタノール水溶液の消費量は、セルスタック１０２の経時劣化に伴って少なくなる。このことからセルスタック１０２の総発電時間に基づいて適切な第１所定時間を設定できる。また、水ポンプ１４０の性能（出力）の経時劣化に応じて第２所定時間を変更するようにしてもよい。具体的には、水ポンプ１４０の総駆動時間に応じて第２所定時間を変更するようにしてもよい。水溶液タンク１１６内の液位を第２閾値から第１閾値に上昇させるまでの所要時間は、水ポンプ１４０の性能の経時劣化に伴って長くなる。このことから水ポンプ１４０の総駆動時間に基づいて適切な第２所定時間を設定できる。この他にも、自動二輪車１０の駆動（走行）状態や配置状態等に応じて第１および第２所定時間を変更するようにしてもよい。

さらに、上述の実施形態では、水を供給することによって水溶液タンク１１６内の液位を第２閾値から第１閾値に上昇させる場合について説明したが、水溶液タンク１１６内の液位を上昇させる際に水とメタノール燃料とを供給（補給）するようにしてもよい。この場合、液位調整手段には、水タンク１１８、水ポンプ１４０、ＣＰＵ１５２およびパイプＰ１３，Ｐ１４だけでなく、燃料保持手段である燃料タンク１１４、ならびに燃料供給手段である燃料ポンプ１２８およびパイプＰ１，Ｐ２も含まれる。この場合、メタノール燃料の供給量は、水とメタノール燃料との供給後に水溶液タンク１１６内のメタノール水溶液の濃度が発電に適した濃度（たとえば３ｗｔ％）になるように設定しておけばよい。このような液位調整手段において、燃料保持手段と燃料供給手段とのいずれかに異常が発生すれば適切な濃度調整をできなくなることはいうまでもない。

なお、上述の実施形態では、水溶液タンク１１６内の液位が第１閾値と第２閾値とのいずれか一方に達したことを検出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。実際の液位の推移に基づいて異常が発生していることを検出するようにしてもよい。たとえば単位時間当たりの液位の変化量に基づいて異常を検出するようにしてもよい。

また、上述の実施形態では、表示部２８ｂを用いて異常が発生していることを報知する場合について説明したが、報知手段はこれに限定されない。たとえば、スピーカ等を用いて音声や警告音等によって異常が発生していることを報知するように報知手段を構成してもよい。

さらに、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。

なお、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。

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。

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。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの配管を示すシステム図である。 この発明の一実施形態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。 正常な場合の液位の推移、検出信号の推移および出力の推移を示すグラフである。 この発明の一実施形態の燃料電池システムの動作の一例を示すフロー図である。 ＬＯＷ時間が第１所定時間を経過する場合の液位の推移、検出信号の推移および出力の推移の一例を示すグラフである。 ＨＩＧＨ時間が第２所定時間を経過する場合の液位の推移、検出信号の推移および出力の推移の一例を示すグラフである。

符号の説明

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，１０８ｂ ラジエータ
１１４ 燃料タンク
１１６ 水溶液タンク
１１８ 水タンク
１２０，１２２，１２４ レベルセンサ
１２８ 燃料ポンプ
１３２ 水溶液ポンプ
１３８ コントローラ
１４０ 水ポンプ
１５２ ＣＰＵ
Ｐ１〜Ｐ１９ パイプ

Claims (6)

1. 燃料電池、
   前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、
   前記水溶液保持手段に保持される前記燃料水溶液を前記燃料電池に循環供給する循環手段、
   前記水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段、
   前記液位検出手段の検出結果に基づいて前記水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つように調整する液位調整手段、および
   前記液位検出手段の検出結果の推移に基づいて前記水溶液保持手段と前記循環手段と前記液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを検出する異常検出手段を備える、燃料電池システム。
2. 前記液位検出手段は、前記水溶液保持手段の液位が前記所定範囲の上限と下限とのいずれか一方に達したことを検出し、
   前記異常検出手段は、前記液位検出手段の検出結果が前記所定範囲の上限と下限との一方から他方に変わるまでの所要時間と所定時間との比較結果に基づいて異常が発生していることを検出する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記異常検出手段は、前記所要時間が前記所定時間を経過した場合に異常が発生しているものとする、請求項２に記載の燃料電池システム。
4. 燃料電池、
   前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、
   前記水溶液保持手段に保持される前記燃料水溶液を前記燃料電池に循環供給する循環手段、
   前記水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段、
   前記液位検出手段の検出結果に基づいて前記水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つように調整する液位調整手段、および
   前記液位検出手段の検出結果の推移に基づいて前記燃料電池の発電を停止させる停止手段を備える、燃料電池システム。
5. 燃料電池、
   前記燃料電池に供給すべき燃料水溶液を保持する水溶液保持手段、
   前記水溶液保持手段に保持される前記燃料水溶液を前記燃料電池に循環供給する循環手段、
   前記水溶液保持手段の液位を検出する液位検出手段、
   前記液位検出手段の検出結果に基づいて前記水溶液保持手段の液位を所定範囲に保つように調整する液位調整手段、および
   前記液位検出手段の検出結果の推移に基づいて前記水溶液保持手段と前記循環手段と前記液位調整手段とのいずれかに異常が発生していることを報知する報知手段を備える、燃料電池システム。
6. 請求項１から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。

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