JP5147165B2 - Fuel cell system and control method thereof - Google Patents

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Description

この発明は燃料電池システムおよびその制御方法に関し、より特定的には、燃料電池から排出される水分を水タンクに収容する燃料電池システムおよびその制御方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a control method therefor, and more particularly to a fuel cell system that stores water discharged from a fuel cell in a water tank and a control method therefor.

従来、燃料電池における反応によってカソード側に生じた水分をラジエータで冷却して水タンクに回収する燃料電池システムが提案されており、その一例が特許文献１に開示されている。   Conventionally, there has been proposed a fuel cell system in which moisture generated on the cathode side due to a reaction in the fuel cell is cooled by a radiator and collected in a water tank, and an example thereof is disclosed in Patent Document 1.

特許文献１の燃料電池システムでは、燃料電池の排気温度が外気温度を超えている状態において、水タンク内の水位が正常な範囲よりも低いときには冷却ファンを駆動させ、水タンク内の水位が正常な範囲を超えているときには冷却ファンを停止する。また、水タンク内の水位が正常な範囲内であれば冷却ファンの駆動あるいは冷却ファンの停止を維持する。特許文献１の燃料電池システムでは、このように水タンク内の液量に応じて冷却ファンを制御することによって水タンク内に適量の水を確保している。
特開２０００−３０７２７ In the fuel cell system of Patent Document 1, when the water level in the water tank is lower than the normal range when the exhaust temperature of the fuel cell exceeds the outside air temperature, the cooling fan is driven, and the water level in the water tank is normal. If it exceeds the range, the cooling fan is stopped. If the water level in the water tank is within a normal range, the cooling fan is driven or the cooling fan is stopped. In the fuel cell system of Patent Document 1, an appropriate amount of water is secured in the water tank by controlling the cooling fan according to the amount of liquid in the water tank.
JP2000-30727

しかし、特許文献１技術では、排気温度が外気温を超えている状態において、燃料電池システムの温度が冷却ファンを駆動させずとも十分な水を水タンクに回収できる温度であっても、冷却ファンの駆動を維持し、電力を無駄に消費するおそれがあった。ひいては、燃料電池システムのエネルギー効率が低下してしまうおそれがあった。   However, in the technique of Patent Document 1, even when the exhaust gas temperature exceeds the outside air temperature, even if the temperature of the fuel cell system is a temperature at which sufficient water can be collected in the water tank without driving the cooling fan, the cooling fan There is a possibility that the driving of the power source is maintained and power is wasted. As a result, the energy efficiency of the fuel cell system may be reduced.

それゆえに、この発明の主たる目的は、水タンク内に適量の水を確保できかつエネルギー効率の良好な、燃料電池システムおよびその制御方法を提供することである。   Therefore, a main object of the present invention is to provide a fuel cell system and a control method thereof that can secure an appropriate amount of water in a water tank and have good energy efficiency.

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、電気エネルギーを生成するための燃料電池システムであって、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、燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータ、ラジエータを冷却する冷却ファン、ラジエータから排出される水分を収容する水タンク、水タンク内の液量を検出するために水タンクに設けられる検出手段、ラジエータの排気出口の温度を検出するラジエータ出口温度検出手段、ならびに冷却ファンの動作を制御する制御手段を備え、制御手段は、ラジエータ出口温度検出手段によって検出された温度と第３所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、第１モードでは検出手段によって検出された液量に応じて冷却ファンの動作を制御し、第２モードでは冷却ファンを駆動させず、制御手段は、ラジエータ出口温度検出手段によって検出された温度が第３所定値以下のとき第２モードを選択することを特徴とする。
請求項２に記載の燃料電池システムは、電気エネルギーを生成するための燃料電池システムであって、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、燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータ、ラジエータを冷却する冷却ファン、ラジエータから排出される水分を収容する水タンク、水タンク内の液量を検出するために水タンクに設けられる検出手段、燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段、ならびに冷却ファンの動作を制御する制御手段を備え、制御手段は、燃料電池温度検出手段によって検出された温度と第１所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、第１モードでは検出手段によって検出された液量に応じて冷却ファンの動作を制御し、第２モードでは冷却ファンを駆動させず、制御手段は、燃料電池温度検出手段によって検出された温度が第１所定値以下のとき第２モードを選択することを特徴とする。
請求項３に記載の燃料電池システムは、電気エネルギーを生成するための燃料電池システムであって、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、燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータ、ラジエータを冷却する冷却ファン、ラジエータから排出される水分を収容する水タンク、水タンク内の液量を検出するために水タンクに設けられる検出手段、燃料電池のカソード出口の温度を検出するカソード出口温度検出手段、ならびに冷却ファンの動作を制御する制御手段を備え、制御手段は、カソード出口温度検出手段によって検出された温度と第２所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、第１モードでは検出手段によって検出された液量に応じて冷却ファンの動作を制御し、第２モードでは冷却ファンを駆動させず、制御手段は、カソード出口温度検出手段によって検出された温度が第２所定値以下のとき第２モードを選択することを特徴とする。 In order to achieve the above object, a fuel cell system according to claim 1 is a fuel cell system for generating electric energy, the fuel cell generating electric energy by an electrochemical reaction, and the cathode of the fuel cell. A radiator that cools the exhaust gas containing moisture discharged from the radiator, a cooling fan that cools the radiator, a water tank that stores moisture discharged from the radiator, and a detection means provided in the water tank for detecting the amount of liquid in the water tank A radiator outlet temperature detecting means for detecting the temperature of the exhaust outlet of the radiator, and a control means for controlling the operation of the cooling fan, wherein the control means is configured to detect the temperature detected by the radiator outlet temperature detecting means and the third predetermined value. Compare select one of the first and second modes on the basis of, detection by the detection means in the first mode Has been liquid amount the operation of the cooling fan is controlled depending on, in the second mode without driving the cooling fan, the control means, a second when the temperature detected by the radiator outlet temperature detecting means for third predetermined value or less A mode is selected .
The fuel cell system according to claim 2 is a fuel cell system for generating electric energy, the fuel cell generating electric energy by an electrochemical reaction, and the exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell. A radiator for cooling, a cooling fan for cooling the radiator, a water tank for storing water discharged from the radiator, a detecting means provided in the water tank for detecting the amount of liquid in the water tank, and a fuel for detecting the temperature of the fuel cell The battery temperature detection means and the control means for controlling the operation of the cooling fan are provided, and the control means is based on the comparison between the temperature detected by the fuel cell temperature detection means and the first predetermined value. In the first mode, the operation of the cooling fan is controlled in accordance with the amount of liquid detected by the detecting means, and the second mode is selected. Without driving the cooling fan is de, control means, characterized in that the fuel cell temperature detecting means temperature detected by selects the second mode when following the first predetermined value.
The fuel cell system according to claim 3 is a fuel cell system for generating electric energy, the fuel cell generating electric energy by an electrochemical reaction, and the exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell. A radiator for cooling, a cooling fan for cooling the radiator, a water tank for storing water discharged from the radiator, detection means provided in the water tank for detecting the amount of liquid in the water tank, and the temperature at the cathode outlet of the fuel cell A cathode outlet temperature detection means for detecting, and a control means for controlling the operation of the cooling fan, the control means based on a comparison between the temperature detected by the cathode outlet temperature detection means and a second predetermined value; Either one of the second modes is selected. In the first mode, the cooling fan is selected according to the amount of liquid detected by the detecting means. To control the operation, in the second mode without driving the cooling fan, the control means, the cathode outlet temperature temperature detected by the detecting means and selects the second mode when following the second predetermined value.

請求項４に記載の燃料電池システムは、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、第１モードである場合に制御手段は、検出手段によって検出された液量が第１閾値未満のときに冷却ファンを駆動させ、検出手段によって検出された液量が第２閾値を超えたときに前記冷却ファンを停止させることを特徴とする。 When the fuel cell system according to claim 4 is in the first mode in the fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 , the control means is configured such that the amount of liquid detected by the detection means is the first threshold value. The cooling fan is driven when the temperature is less than, and the cooling fan is stopped when the amount of liquid detected by the detection means exceeds a second threshold value.

請求項５に記載の燃料電池システムは、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、燃料電池には燃料水溶液が供給されることを特徴とする。 A fuel cell system according to a fifth aspect is the fuel cell system according to any one of the first to fourth aspects, wherein an aqueous fuel solution is supplied to the fuel cell.

請求項６に記載の輸送機器は、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用いたことを特徴とする。 A transportation device according to a sixth aspect uses the fuel cell system according to any one of the first to fifth aspects.

請求項７に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータと、ラジエータを冷却する冷却ファンと、ラジエータから排出される水分を収容する水タンクとを備える、燃料電池システムの制御方法において、ラジエータの排気出口の温度が第３所定値以下のとき第２モードを選択するようにラジエータの排気出口の温度と第３所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、第１モードでは水タンク内の液量に応じて冷却ファンの動作を制御し、第２モードでは冷却ファンを駆動しないことを特徴とする。
請求項８に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータと、ラジエータを冷却する冷却ファンと、ラジエータから排出される水分を収容する水タンクとを備える、燃料電池システムの制御方法において、燃料電池の温度が第１所定値以下のとき第２モードを選択するように燃料電池の温度と第１所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、第１モードでは水タンク内の液量に応じて冷却ファンの動作を制御し、第２モードでは冷却ファンを駆動しないことを特徴とする。
請求項９に記載の燃料電池システムの制御方法は、燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータと、ラジエータを冷却する冷却ファンと、ラジエータから排出される水分を収容する水タンクとを備える、燃料電池システムの制御方法において、燃料電池のカソード出口の温度が第２所定値以下のとき第２モードを選択するように燃料電池のカソード出口の温度と第２所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、第１モードでは水タンク内の液量に応じて冷却ファンの動作を制御し、第２モードでは冷却ファンを駆動しないことを特徴とする。 The method for controlling a fuel cell system according to claim 7 includes a radiator that cools exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell, a cooling fan that cools the radiator, and water that contains moisture discharged from the radiator. In a control method for a fuel cell system comprising a tank, the temperature at the exhaust outlet of the radiator is compared with a third predetermined value so that the second mode is selected when the temperature at the exhaust outlet of the radiator is equal to or lower than a third predetermined value. One of the first mode and the second mode is selected on the basis of this, the operation of the cooling fan is controlled according to the amount of liquid in the water tank in the first mode, and the cooling fan is not driven in the second mode. To do.
The method for controlling a fuel cell system according to claim 8 includes a radiator that cools exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell, a cooling fan that cools the radiator, and water that contains moisture discharged from the radiator. A control method for a fuel cell system comprising a tank, wherein the first mode is based on a comparison between the temperature of the fuel cell and the first predetermined value so that the second mode is selected when the temperature of the fuel cell is equal to or lower than the first predetermined value . One of the mode and the second mode is selected, the operation of the cooling fan is controlled according to the amount of liquid in the water tank in the first mode, and the cooling fan is not driven in the second mode.
The method for controlling a fuel cell system according to claim 9 includes a radiator that cools exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell, a cooling fan that cools the radiator, and water that contains moisture discharged from the radiator. A control method for a fuel cell system comprising a tank, wherein the temperature of the cathode outlet of the fuel cell and the second predetermined value are selected so that the second mode is selected when the temperature of the cathode outlet of the fuel cell is equal to or lower than a second predetermined value. Based on the comparison , either the first mode or the second mode is selected. In the first mode, the operation of the cooling fan is controlled according to the amount of liquid in the water tank, and in the second mode, the cooling fan is not driven. Features.

請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法は、請求項７から９のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法において、第１モードでは、水タンク内の液量が第１閾値未満のときに冷却ファンを駆動させ、水タンク内の液量が第２閾値を超えたときに冷却ファンを停止させることを特徴とする。 The fuel cell system control method according to claim 10 is the fuel cell system control method according to any one of claims 7 to 9, wherein in the first mode, the amount of liquid in the water tank is less than the first threshold value. The cooling fan is sometimes driven, and the cooling fan is stopped when the amount of liquid in the water tank exceeds the second threshold value.

なお、制御手段が第１モードおよび第２モード以外の冷却ファンの動作モードを有していてもよい。また、「冷却ファンを駆動しない」とは、実質的に駆動しない意味であって極めて低い電力で冷却ファンを駆動させる場合も含む。   The control means may have a cooling fan operation mode other than the first mode and the second mode. Further, “not driving the cooling fan” means that the cooling fan is not substantially driven, and includes a case where the cooling fan is driven with extremely low power.

請求項１に記載の燃料電池システムでは、ラジエータの排気出口の温度が高いときには、第１モードに移行し、水タンク内の液量に応じて冷却ファンを駆動させる。一方、ラジエータの排気出口の温度が低いときには、第２モードに移行し、冷却ファンを駆動しない。言い換えれば、ラジエータの排気出口の温度と水タンク内の液量とに応じて冷却ファンを制御する。これによって、ラジエータの排気出口の温度が高いときには、ラジエータから水タンクに供給する液量を冷却ファンの駆動によって調節でき、水タンク内に適量の水を確保できる。一方、ラジエータの排気出口の温度が低いときには、燃料電池から排出される水分の温度も低く、水タンクに至るまでに水分の一部が自然に凝集し液化する。したがって、ラジエータを冷却ファンによって強制的に冷却せずとも水タンクに十分な水を回収できる。このように水分が自然に液化するときには冷却ファンを駆動しないことによって、節電でき、エネルギー効率を良好にできる。また、水分が自然に液化するときには冷却ファンを駆動しないことによって、水タンクに必要以上の水を回収して水タンクから水が溢れることを抑制できる。また、請求項１に記載の燃料電池システムでは、冷却ファンの動作の影響を直接的に受けるラジエータの排気出口の温度に着目し、ラジエータの排気出口の温度に応じて第１モードに移行する。このようにラジエータの排気出口の温度に着目することによって、冷却ファンを駆動させずともよいか否か、つまりラジエータを強制的に冷却せずともよいか否かを適切に判断でき、無駄な電力消費を抑え、エネルギー効率をより一層良好にできる。請求項７に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
通常、燃料電池にはその動作状態等を確認するために温度検出手段が設けられる。請求項２に記載の燃料電池システムでは、動作状態等を確認するために検出される燃料電池の温度に着目し、燃料電池の温度に応じて第１モードに移行する。このように動作状態等を確認するための燃料電池の温度に着目することによって、冷却ファンを駆動させずともよいか否かを効率的に判断できる。請求項８に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。
また、この他にも請求項３に記載の燃料電池システムおよび請求項９に記載の燃料電池システムの制御方法のように、燃料電池のカソード出口の温度に着目し、カソード出口の温度に応じて第１モードに移行するようにしてもよい。 In the fuel cell system according to the first aspect, when the temperature of the exhaust outlet of the radiator is high, the mode is shifted to the first mode, and the cooling fan is driven in accordance with the amount of liquid in the water tank. On the other hand, when the temperature at the exhaust outlet of the radiator is low, the mode is shifted to the second mode and the cooling fan is not driven. In other words, the cooling fan is controlled according to the temperature of the exhaust outlet of the radiator and the amount of liquid in the water tank. Thereby, when the temperature of the exhaust outlet of the radiator is high, the amount of liquid supplied from the radiator to the water tank can be adjusted by driving the cooling fan, and an appropriate amount of water can be secured in the water tank. On the other hand, when the temperature at the exhaust outlet of the radiator is low, the temperature of the water discharged from the fuel cell is also low, and some of the water naturally aggregates and liquefies before reaching the water tank. Therefore, sufficient water can be collected in the water tank without forcibly cooling the radiator by the cooling fan. In this way, when the water naturally liquefies, by not driving the cooling fan, power can be saved and energy efficiency can be improved. In addition, when the water naturally liquefies, by not driving the cooling fan, it is possible to suppress the overflow of water from the water tank by collecting excessive water in the water tank. In the fuel cell system according to the first aspect, attention is paid to the temperature of the exhaust outlet of the radiator that is directly influenced by the operation of the cooling fan, and the first mode is shifted according to the temperature of the exhaust outlet of the radiator. By paying attention to the temperature of the exhaust outlet of the radiator in this way, it is possible to appropriately determine whether it is not necessary to drive the cooling fan, that is, whether it is not necessary to cool the radiator forcibly. Consumption can be suppressed and energy efficiency can be further improved. The same applies to the control method of the fuel cell system according to claim 7.
Usually, the fuel cell is provided with temperature detecting means for confirming its operating state and the like. In the fuel cell system according to the second aspect, attention is paid to the temperature of the fuel cell detected in order to confirm the operation state and the like, and the first mode is shifted according to the temperature of the fuel cell. By paying attention to the temperature of the fuel cell for confirming the operation state and the like in this way, it can be efficiently determined whether or not the cooling fan need not be driven. The same applies to the control method of the fuel cell system according to claim 8.
In addition, as in the fuel cell system according to claim 3 and the control method for the fuel cell system according to claim 9, the temperature at the cathode outlet of the fuel cell is focused and the temperature at the cathode outlet is determined. You may make it transfer to 1st mode.

請求項４に記載の燃料電池システムでは、第１モードにおいて、水タンク内の液量が第１閾値未満のときに冷却ファンを駆動させ、一方、第２閾値を超えたときに冷却ファンを停止させる。これによって、水タンク内の液量を所望の範囲内に安定させることができる。請求項１０に記載の燃料電池システムの制御方法についても同様である。 In the fuel cell system according to claim 4 , in the first mode, the cooling fan is driven when the amount of liquid in the water tank is less than the first threshold value, while the cooling fan is stopped when the second threshold value is exceeded. Let Thereby, the amount of liquid in the water tank can be stabilized within a desired range. The same applies to the control method of the fuel cell system according to claim 10.

一般に、燃料水溶液が燃料電池に直接供給される燃料電池システムでは、燃料水溶液に水を利用する必要があり、水分の回収および循環が不可欠である。適量の水を確保できかつエネルギー効率を良好にできるので、この発明は請求項５に記載するように燃料水溶液が燃料電池に供給される燃料電池システムに特に有効である。 In general, in a fuel cell system in which an aqueous fuel solution is directly supplied to a fuel cell, it is necessary to use water as the aqueous fuel solution, and it is essential to collect and circulate water. Since an appropriate amount of water as possible can and energy efficiency ensure satisfactory, the invention is particularly effective in the fuel cell system the fuel solution is supplied to the fuel cell as described in claim 5.

一般に、輸送機器は、据え置き型の装置とは異なり水や燃料の補給が難しく、据え置き型の装置よりもエネルギー効率が良好であることが望まれる。適量の水を確保できかつエネルギー効率を良好にできるので、この発明の燃料電池システムは請求項６に記載するように輸送機器に好適に用いられる。 In general, unlike a stationary device, it is difficult to replenish water and fuel in a transportation device, and it is desired that the transportation device has better energy efficiency than the stationary device. Since an appropriate amount of water can be secured and energy efficiency can be improved, the fuel cell system of the present invention is suitably used for transportation equipment as described in claim 6 .

この発明によれば、水タンク内に適量の水を確保できかつエネルギー効率を良好にできる。   According to this invention, an appropriate amount of water can be secured in the water tank, and energy efficiency can be improved.

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。
図１〜図４に示すように、この発明の一実施形態の燃料電池システム１０は、直接メタノール型燃料電池システムとして構成される。直接メタノール型燃料電池システムは改質器が不要であるので、携帯性を要する機器や小型化が望まれる機器に好適に用いられる。ここでは、燃料電池システム１０を輸送機器の一例である自動二輪車に用いる場合について説明する。なお、図２に示すように、自動二輪車については車体フレーム２００のみを示し、図２において左側が車両前方、右側が車両後方である。燃料電池システム１０は車体フレーム２００に沿って配置される。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
As shown in FIGS. 1-4, the fuel cell system 10 of one Embodiment of this invention is comprised as a direct methanol type fuel cell system. Since the direct methanol fuel cell system does not require a reformer, it is suitably used for equipment that requires portability or equipment that requires downsizing. Here, the case where the fuel cell system 10 is used for a motorcycle which is an example of a transportation device will be described. As shown in FIG. 2, for the motorcycle, only the body frame 200 is shown. In FIG. 2, the left side is the front of the vehicle and the right side is the rear of the vehicle. The fuel cell system 10 is disposed along the vehicle body frame 200.

図１を主に参照して、燃料電池システム１０は燃料電池１２を含む。燃料電池１２は、電解質１２ａと電解質１２ａを両側から挟むアノード（燃料極）１２ｂおよびカソード（空気極）１２ｃとを含む複数の直接メタノール型燃料電池セルを直列に接続（積層）した燃料電池セルスタックとして構成される。   Referring mainly to FIG. 1, the fuel cell system 10 includes a fuel cell 12. The fuel cell 12 includes a fuel cell stack in which a plurality of direct methanol fuel cells including an electrolyte 12a and an anode (fuel electrode) 12b and a cathode (air electrode) 12c sandwiching the electrolyte 12a from both sides are connected (stacked) in series. Configured as

また、燃料電池システム１０は、高濃度のメタノール燃料（メタノールを約５０ｗｔ％程度含む水溶液）Ｆを収容する燃料タンク１４を含み、燃料タンク１４は燃料供給パイプ１６を介してメタノール水溶液（メタノールを約３ｗｔ％程度含む水溶液）Ｓが収容される水溶液タンク１８に接続される。燃料供給パイプ１６には燃料ポンプ２０が介挿され、燃料ポンプ２０の駆動によって燃料タンク１４内のメタノール燃料Ｆが水溶液タンク１８に供給される。   The fuel cell system 10 also includes a fuel tank 14 that contains a high-concentration methanol fuel (an aqueous solution containing about 50 wt% of methanol) F. The fuel tank 14 passes through a fuel supply pipe 16 to provide an aqueous methanol solution (about about methanol). An aqueous solution containing about 3 wt%) is connected to an aqueous solution tank 18 in which S is stored. A fuel pump 20 is inserted into the fuel supply pipe 16, and the methanol fuel F in the fuel tank 14 is supplied to the aqueous solution tank 18 by driving the fuel pump 20.

燃料タンク１４には水位センサ１５が装着され、燃料タンク１４内のメタノール燃料Ｆの水位が検出される。また、水溶液タンク１８には水位センサ２２が装着され、水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓの水位が検出される。水溶液タンク１８は、水溶液パイプ２４を介して燃料電池１２のアノード１２ｂに接続される。水溶液パイプ２４には、上流側から水溶液ポンプ２６、熱交換器として機能するラジエータ２８、および水溶液フィルタ３０が順に介挿される。ラジエータ２８の近傍にはラジエータ２８を冷却するための冷却ファン３２が配置される。水溶液タンク１８内のメタノール水溶液Ｓは、水溶液ポンプ２６によってアノード１２ｂに向けて供給され、必要に応じてラジエータ２８によって冷却され、さらに水溶液フィルタ３０によって浄化されてアノード１２ｂに供給される。
一方、燃料電池１２のカソード１２ｃにはエアポンプ３４がエア側パイプ３６を介して接続され、エア側パイプ３６にはエアフィルタ３８が介挿される。したがって、エアポンプ３４からの酸素を含む空気がエアフィルタ３８によって浄化されたのちカソード１２ｃに与えられる。 A water level sensor 15 is attached to the fuel tank 14 to detect the water level of the methanol fuel F in the fuel tank 14. A water level sensor 22 is attached to the aqueous solution tank 18 to detect the water level of the aqueous methanol solution S in the aqueous solution tank 18. The aqueous solution tank 18 is connected to the anode 12 b of the fuel cell 12 through the aqueous solution pipe 24. An aqueous solution pump 26, a radiator 28 that functions as a heat exchanger, and an aqueous solution filter 30 are sequentially inserted into the aqueous solution pipe 24 from the upstream side. A cooling fan 32 for cooling the radiator 28 is disposed in the vicinity of the radiator 28. The aqueous methanol solution S in the aqueous solution tank 18 is supplied to the anode 12b by the aqueous solution pump 26, cooled as required by the radiator 28, further purified by the aqueous solution filter 30, and supplied to the anode 12b.
On the other hand, an air pump 34 is connected to the cathode 12 c of the fuel cell 12 via an air side pipe 36, and an air filter 38 is inserted into the air side pipe 36. Therefore, air containing oxygen from the air pump 34 is purified by the air filter 38 and then given to the cathode 12c.

また、アノード１２ｂと水溶液タンク１８とはパイプ４０を介して接続され、アノード１２ｂから排出される未反応のメタノール水溶液や生成された二酸化炭素が水溶液タンク１８に与えられる。   The anode 12b and the aqueous solution tank 18 are connected via a pipe 40, and an unreacted aqueous methanol solution and generated carbon dioxide discharged from the anode 12b are supplied to the aqueous solution tank 18.

さらに、カソード１２ｃにはパイプ４２を介して水タンク４４が接続される。パイプ４２には気液分離器として機能するラジエータ４６が介挿され、ラジエータ４６近傍にはラジエータ４６を冷却するための冷却ファン４８が配置される。カソード１２ｃのカソード出口１３（図２および図３参照）から排出される水分（水および水蒸気）を含む排気がパイプ４２を介して水タンク４４に与えられる。   Further, a water tank 44 is connected to the cathode 12c through a pipe 42. A radiator 46 that functions as a gas-liquid separator is inserted in the pipe 42, and a cooling fan 48 for cooling the radiator 46 is disposed in the vicinity of the radiator 46. Exhaust gas containing water (water and water vapor) discharged from the cathode outlet 13 (see FIGS. 2 and 3) of the cathode 12c is supplied to the water tank 44 through the pipe.

また、水溶液タンク１８と水タンク４４とはＣＯ2ベントパイプ５０を介して接続される。ＣＯ2ベントパイプ５０にはメタノール水溶液Ｓを分離するためのメタノールトラップ５２が介挿される。これによって、水溶液タンク１８から排出される二酸化炭素が水タンク４４に与えられる。 The aqueous solution tank 18 and the water tank 44 are connected via a CO 2 vent pipe 50. A methanol trap 52 for separating the aqueous methanol solution S is inserted in the CO 2 vent pipe 50. As a result, the carbon dioxide discharged from the aqueous solution tank 18 is given to the water tank 44.

水タンク４４には、水位センサ５４が装着され、水タンク４４内の水位が検出される。また、水タンク４４には排気ガスパイプ５６が取り付けられ、排気ガスパイプ５６から二酸化炭素とカソード１２ｃからの排気とが排出される。   A water level sensor 54 is attached to the water tank 44 to detect the water level in the water tank 44. An exhaust gas pipe 56 is attached to the water tank 44, and carbon dioxide and exhaust gas from the cathode 12c are discharged from the exhaust gas pipe 56.

水タンク４４は水還流パイプ５８を介して水溶液タンク１８に接続され、水還流パイプ５８には水ポンプ６０が介挿される。水タンク４４内の水は、水溶液タンク１８の状況に応じて必要なときに水ポンプ６０の駆動によって水溶液タンク１８へ還流される。   The water tank 44 is connected to the aqueous solution tank 18 through a water reflux pipe 58, and a water pump 60 is inserted into the water reflux pipe 58. The water in the water tank 44 is returned to the aqueous solution tank 18 by driving the water pump 60 when necessary according to the situation of the aqueous solution tank 18.

また、水溶液パイプ２４において、ラジエータ２８と水溶液フィルタ３０との間には、バイパスパイプ６２が形成される。   In the aqueous solution pipe 24, a bypass pipe 62 is formed between the radiator 28 and the aqueous solution filter 30.

図４をも参照して、燃料電池システム１０には、バイパスパイプ６２にメタノール水溶液Ｓの濃度を検出するための濃度センサ６４が設けられる。また、燃料電池システム１０には、燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度を検出することによって燃料電池１２の温度を検出する温度センサ６６、カソード出口１３の温度を検出するための温度センサ６８、ラジエータ４６の出口（以下、ラジエータ出口という）４６ａの温度を検出するための温度センサ７０が設けられる。図３に示すように、温度センサ６６は、アノード１２ｂのメタノール水溶液Ｓの温度を検出するように燃料電池１２内に配置される。温度センサ６８は、カソード出口１３から排出される排気の温度を検出するようにカソード出口１３内に配置される。温度センサ７０は、ラジエータ４６から排出される排気の温度を検出するようにラジエータ出口４６ａ内に配置される。この実施形態では、温度センサ６６が燃料電池温度検出手段に相当し、温度センサ６８がカソード出口温度検出手段に相当し、温度センサ７０がラジエータ出口温度検出手段に相当する。なお、燃料電池温度検出手段としては、燃料電池１２に設けられる温度センサ６６以外のセンサを用いてもよい。   Referring also to FIG. 4, the fuel cell system 10 is provided with a concentration sensor 64 for detecting the concentration of the aqueous methanol solution S in the bypass pipe 62. The fuel cell system 10 includes a temperature sensor 66 for detecting the temperature of the fuel cell 12 by detecting the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12, a temperature sensor 68 for detecting the temperature of the cathode outlet 13, A temperature sensor 70 for detecting the temperature of the outlet 46a of the radiator 46 (hereinafter referred to as a radiator outlet) 46a is provided. As shown in FIG. 3, the temperature sensor 66 is disposed in the fuel cell 12 so as to detect the temperature of the aqueous methanol solution S of the anode 12b. The temperature sensor 68 is disposed in the cathode outlet 13 so as to detect the temperature of the exhaust gas discharged from the cathode outlet 13. The temperature sensor 70 is disposed in the radiator outlet 46 a so as to detect the temperature of the exhaust gas discharged from the radiator 46. In this embodiment, the temperature sensor 66 corresponds to the fuel cell temperature detection means, the temperature sensor 68 corresponds to the cathode outlet temperature detection means, and the temperature sensor 70 corresponds to the radiator outlet temperature detection means. As the fuel cell temperature detecting means, a sensor other than the temperature sensor 66 provided in the fuel cell 12 may be used.

さらに、エアポンプ３４のエア取込口近傍には、外気温度を検出するための温度センサ７２が設けられる。温度センサ７２は、エアポンプ３４のエア取込口近傍で車体フレーム２００に取り付けられる。   Further, a temperature sensor 72 for detecting the outside air temperature is provided in the vicinity of the air intake port of the air pump 34. The temperature sensor 72 is attached to the vehicle body frame 200 in the vicinity of the air intake port of the air pump 34.

図４に示すように、燃料電池システム１０は制御手段である制御回路７４を含む。
制御回路７４は、必要な演算を行い燃料電池システム１０の動作を制御するためのＣＰＵ７６、ＣＰＵ７６にクロックを与えるクロック回路７８、燃料電池システム１０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８０、燃料電池システム１０の誤動作を防ぐためのリセットＩＣ８２、外部機器と接続するためのインターフェイス回路８４、自動二輪車を駆動するモータ２０２に燃料電池１２を接続するための電気回路８６における電圧を検出するための電圧検出回路８８、電気回路８６を流れる電流を検出するための電流検出回路９０、電気回路８６を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路９２、電気回路８６の過電圧を防止するための電圧保護回路９４、電気回路８６に設けられるダイオード９６、および電気回路８６に所定の電圧を供給するための電源回路９８を含む。 As shown in FIG. 4, the fuel cell system 10 includes a control circuit 74 which is a control means.
The control circuit 74 performs necessary calculations to control the operation of the fuel cell system 10, a clock circuit 78 that gives a clock to the CPU 76, programs, data, calculation data, etc. for controlling the operation of the fuel cell system 10, etc. The fuel cell 12 is connected to a memory 80 comprising, for example, an EEPROM, a reset IC 82 for preventing malfunction of the fuel cell system 10, an interface circuit 84 for connecting to an external device, and a motor 202 for driving a motorcycle. A voltage detection circuit 88 for detecting a voltage in the electric circuit 86, a current detection circuit 90 for detecting a current flowing through the electric circuit 86, an ON / OFF circuit 92 for opening and closing the electric circuit 86, and an electric circuit 86, a voltage protection circuit 94 for preventing overvoltage, and an electric circuit Provided 6 diodes 96, and a power supply circuit 98 for supplying a predetermined voltage to the electric circuit 86.

このような制御回路７４のＣＰＵ７６には、濃度センサ６４、温度センサ６６，６８，７０および７２からの検出信号が入力され、また転倒の有無を検知する転倒スイッチ１００からの検知信号や各種設定や情報入力のための入力部１０２からの信号が与えられる。さらに、ＣＰＵ７６には、水位センサ１５，２２および５４からの検出信号も与えられる。   The CPU 76 of such a control circuit 74 receives detection signals from the concentration sensor 64 and the temperature sensors 66, 68, 70 and 72, and also detects detection signals from the overturn switch 100 that detects the presence or absence of overturning, various settings, and the like. A signal from the input unit 102 for inputting information is given. Further, the CPU 76 is also provided with detection signals from the water level sensors 15, 22 and 54.

メモリ８０には、水タンク４４内の液量に応じて冷却ファン４８を駆動させる第１モードを実行するためのプログラム、および水タンク４４内の液量に拘わらず冷却ファンを駆動しない第２モードを実行するためのプログラムが格納される。また、メモリ８０には、温度センサ６６によって検出した燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度と比較するための第１所定値、温度センサ６８によって検出したカソード出口１３内の排気の温度と比較するための第２所定値、および温度センサ７０によって検出したラジエータ出口４６ａ内の排気の温度と比較するための第３所定値が格納される。   The memory 80 includes a program for executing the first mode for driving the cooling fan 48 in accordance with the amount of liquid in the water tank 44, and a second mode in which the cooling fan is not driven regardless of the amount of liquid in the water tank 44. A program for executing is stored. The memory 80 also compares the first predetermined value for comparison with the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12 detected by the temperature sensor 66 and the temperature of the exhaust gas in the cathode outlet 13 detected by the temperature sensor 68. And a third predetermined value for comparison with the temperature of the exhaust gas in the radiator outlet 46a detected by the temperature sensor 70 is stored.

第１所定値は、それ以下であれば水分が水タンク４４に至るまでに自然に液化すると想定される燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度である。また、第２所定値は、それ以下であれば水分が水タンク４４に至るまでに自然に液化すると想定されるカソード出口１３内の排気の温度である。また、第３所定値は、それ以下であれば水分が水タンク４４に至るまでに自然に液化すると想定されるラジエータ出口４６ａ内の排気の温度である。   The first predetermined value is the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12 that is assumed to be naturally liquefied before reaching the water tank 44 if it is less than the first predetermined value. The second predetermined value is the temperature of the exhaust gas in the cathode outlet 13 that is assumed to be naturally liquefied before reaching the water tank 44 if the second predetermined value is lower than the second predetermined value. Further, the third predetermined value is the temperature of the exhaust gas in the radiator outlet 46 a that is assumed to be naturally liquefied before reaching the water tank 44 if it is less than the third predetermined value.

また、ＣＰＵ７６によって、燃料ポンプ２０、水溶液ポンプ２６、エアポンプ３４、熱交換器用冷却ファン３２、気液分離器用冷却ファン４８および水ポンプ６０等の補機類が制御される。また、ＣＰＵ７６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１０４が制御される。   The CPU 76 controls auxiliary equipment such as the fuel pump 20, the aqueous solution pump 26, the air pump 34, the heat exchanger cooling fan 32, the gas-liquid separator cooling fan 48, and the water pump 60. Further, the CPU 76 controls the display unit 104 for displaying various types of information and notifying various types of information to the rider of the motorcycle.

また、燃料電池１２には二次電池１０６および二次電池１０６の蓄電量を検出するための蓄電量検出装置１０８が並列接続される。二次電池１０６および蓄電量検出装置１０８はモータ２０２にも並列接続される。二次電池１０６は、燃料電池１２からの出力を補完するものであり、燃料電池１２からの電気エネルギーによって充電され、その放電によってモータ２０２や補機類に電気エネルギーを与える。   The fuel cell 12 is connected in parallel with a secondary battery 106 and a storage amount detection device 108 for detecting the storage amount of the secondary battery 106. The secondary battery 106 and the charged amount detection device 108 are also connected in parallel to the motor 202. The secondary battery 106 complements the output from the fuel cell 12, is charged by the electric energy from the fuel cell 12, and gives electric energy to the motor 202 and the auxiliary machines by the discharge.

モータ２０２には、モータ２０２の各種データを計測するためのメータ２０４が接続され、メータ２０４によって計測されたデータやモータ２０２の状況は、インターフェイス回路１１０を介してＣＰＵ７６に与えられる。   A meter 204 for measuring various data of the motor 202 is connected to the motor 202, and the data measured by the meter 204 and the status of the motor 202 are given to the CPU 76 via the interface circuit 110.

ここで、水タンク４４について詳しく説明する。
図２および図３に示すように、水タンク４４は、たとえばＦＲＰからなり、車体フレーム２００における配置箇所に対応するように小型に構成されかつその上部より下部の方を膨出させて構成される。水タンク４４の容量は５００ｃｃ程度である。 Here, the water tank 44 will be described in detail.
As shown in FIGS. 2 and 3, the water tank 44 is made of, for example, FRP, and is configured to be small in size so as to correspond to the arrangement position in the vehicle body frame 200 and is configured to bulge the lower part from the upper part. . The capacity of the water tank 44 is about 500 cc.

図５〜図７を参照して、水タンク４４には、それぞれたとえばＳＵＳ３０４等からなる導入パイプ１１２，１１４および排出パイプ１１６，１１８が嵌通するように取り付けられる。   Referring to FIGS. 5 to 7, the water tank 44 is attached so that introduction pipes 112 and 114 and discharge pipes 116 and 118 made of, for example, SUS304 are fitted.

導入パイプ１１２は、水タンク４４の前面やや上部から水タンク４４内に嵌通する円筒部１１２ａと水タンク４４内において下方に屈曲する略ラッパ状の拡開部１１２ｂとからなる。拡開部１１２ｂの導入口１２０ｂの開口面積は、円筒部１１２ａの入口１２０ａのそれより大きく設定される。円筒部１１２ａにはパイプ４２が接続される。   The introduction pipe 112 includes a cylindrical portion 112 a that fits into the water tank 44 from the front and slightly above the water tank 44, and a substantially trumpet-shaped expanded portion 112 b that bends downward in the water tank 44. The opening area of the inlet 120b of the expansion part 112b is set larger than that of the inlet 120a of the cylindrical part 112a. A pipe 42 is connected to the cylindrical portion 112a.

導入パイプ１１４は、水タンク４４の上面角部から水タンク４４内に嵌通する円筒状パイプであり、水タンク４４内において排出パイプ１１６の上方に配置される。導入パイプ１１４にはＣＯ2ベントパイプ５０が接続される。 The introduction pipe 114 is a cylindrical pipe that fits into the water tank 44 from the upper corner portion of the water tank 44, and is disposed above the discharge pipe 116 in the water tank 44. A CO 2 vent pipe 50 is connected to the introduction pipe 114.

排出パイプ１１６は、水タンク４４の背面から水タンク４４内に嵌通する円筒状パイプであり、水タンク４４内において導入パイプ１１２の拡開部１１２ｂの上方に排出口１２２が位置するように設けられる。このように水タンク４４内において導入口１２０ｂと排出口１２２とが対向しないように、拡開部１１２ｂと排出パイプ１１６とが配置される。排出パイプ１１６には排気ガスパイプ５６が接続される。   The discharge pipe 116 is a cylindrical pipe that fits into the water tank 44 from the back surface of the water tank 44, and is provided in the water tank 44 so that the discharge port 122 is located above the expanded portion 112 b of the introduction pipe 112. It is done. Thus, the expansion part 112b and the discharge pipe 116 are disposed so that the introduction port 120b and the discharge port 122 do not face each other in the water tank 44. An exhaust gas pipe 56 is connected to the discharge pipe 116.

排出パイプ１１８は、水タンク４４の背面かつ底面近傍から水タンク４４内に嵌通する円筒状パイプであり、排出パイプ１１８には水還流パイプ５８が接続される。   The discharge pipe 118 is a cylindrical pipe that fits into the water tank 44 from the back surface and the vicinity of the bottom surface of the water tank 44, and a water reflux pipe 58 is connected to the discharge pipe 118.

したがって、カソード１２ｃからの水分を含む排気はパイプ４２を経由し導入パイプ１１２から水タンク４４内に導入される。水溶液タンク１８、ＣＯ2ベントパイプ５０を経由した二酸化炭素は、導入パイプ１１４から水タンク４４内に導入される。水タンク４４内の水は、排出パイプ１１８を経由して水還流パイプ５８に流入する。水タンク４４内の二酸化炭素を含む排気は排出パイプ１１６および排気ガスパイプ５６を通って外部に放出される。 Therefore, the exhaust gas containing moisture from the cathode 12 c is introduced into the water tank 44 from the introduction pipe 112 via the pipe 42. Carbon dioxide via the aqueous solution tank 18 and the CO 2 vent pipe 50 is introduced into the water tank 44 from the introduction pipe 114. The water in the water tank 44 flows into the water reflux pipe 58 via the discharge pipe 118. The exhaust gas containing carbon dioxide in the water tank 44 is discharged to the outside through the exhaust pipe 116 and the exhaust gas pipe 56.

さらに、水タンク４４内には防風部材１２４が設けられる。防風部材１２４は、たとえばＳＵＳ３０４からなり、略長方形かつ板状のセパレータ１２４ａと、セパレータ１２４ａに対して略直角に折り曲げられた取付部１２４ｂとからなる。セパレータ１２４ａが略水平になるように取付部１２４ｂが水タンク４４の側面内壁に取り付けられて、防風部材１２４が水タンク４４内に固定される。セパレータ１２４ａによって水タンク４４の内部が上方空間１２６ａと下方空間１２６ｂとに区画される。上方空間１２６ａ側には導入パイプ１１２，１１４および排出パイプ１１６が設けられ、下方空間１２６ｂ側には排出パイプ１１８が設けられる。   Further, a windproof member 124 is provided in the water tank 44. The windproof member 124 is made of, for example, SUS304, and includes a substantially rectangular and plate-like separator 124a and a mounting portion 124b that is bent at a substantially right angle with respect to the separator 124a. The attachment portion 124 b is attached to the inner wall of the side surface of the water tank 44 so that the separator 124 a is substantially horizontal, and the windproof member 124 is fixed in the water tank 44. The interior of the water tank 44 is partitioned into an upper space 126a and a lower space 126b by the separator 124a. Introductory pipes 112 and 114 and a discharge pipe 116 are provided on the upper space 126a side, and a discharge pipe 118 is provided on the lower space 126b side.

防風部材１２４の取付位置は、下方空間１２６ｂに水溶液タンク１８への補給に必要十分な水を収容できるような高さに設定される。また、防風部材１２４が取付部１２４ｂを除いて水タンク４４の内壁と接触しないように、すなわちセパレータ１２４ａの外縁３辺と水タンク４４の対応する内壁３面とが間隙１２８を有するように、防風部材１２４が位置決めされる。   The attachment position of the wind-proof member 124 is set to a height that allows the lower space 126b to contain water necessary and sufficient for replenishment to the aqueous solution tank 18. Further, the windbreak member 124 is not in contact with the inner wall of the water tank 44 except for the attachment portion 124b, that is, the outer wall 3 side of the separator 124a and the corresponding inner wall 3 surface of the water tank 44 have a gap 128. Member 124 is positioned.

また、セパレータ１２４ａには、複数（ここでは２１個）の小径貫通孔１３０ａと複数（ここでは１３個）の大径貫通孔１３０ｂとが設けられる。小径貫通孔１３０ａは導入口１２０ｂと対向し導入口１２０ｂからの水分を含む排気の吐出箇所に集中的に設けられる。好ましくは、小径貫通孔１３０ａの直径は４ｍｍに、大径貫通孔１３０ｂの直径は６ｍｍに設定される。小径貫通孔１３０ａをこのような位置に設けることによって、下方空間１２６ｂ内への排気の進入を抑えつつ水を効率的に回収できる。   The separator 124a is provided with a plurality (here, 21) of small diameter through holes 130a and a plurality (here, 13) of large diameter through holes 130b. The small-diameter through hole 130a faces the introduction port 120b and is concentratedly provided at a discharge location of exhaust gas containing moisture from the introduction port 120b. Preferably, the diameter of the small diameter through hole 130a is set to 4 mm, and the diameter of the large diameter through hole 130b is set to 6 mm. By providing the small-diameter through hole 130a at such a position, water can be efficiently recovered while suppressing the entry of exhaust gas into the lower space 126b.

さらに、図５および図６に示すように、下方空間１２６ｂ側の前面の内壁には、セパレータ１２４ａの下方かつセパレータ１２４ａと所定の間隙を有する位置に突起部（邪魔板）１３２が設けられる。突起部１３２は、垂直方向からみて水タンク４４の前面の内壁とセパレータ１２４ａとの間隙１２８を塞ぐように設けられる。   Further, as shown in FIGS. 5 and 6, a protrusion (baffle plate) 132 is provided on the inner wall of the front surface on the lower space 126b side below the separator 124a and at a position having a predetermined gap from the separator 124a. The protrusion 132 is provided so as to close the gap 128 between the inner wall of the front surface of the water tank 44 and the separator 124a when viewed from the vertical direction.

また、下方空間１２６ｂには、水タンク４４内の水位を検出するためのたとえばフロートセンサからなる水位センサ５４が設けられる。図７に示すように、水位センサ５４は、センサ本体５４ａとセンサ本体５４ａに取り付けられるフロート部５４ｂとを含む。水位センサ５４では、下方空間１２６ｂ内の水位の変化に伴ってフロート部５４ｂが浮動することによって、下方空間１２６ｂ内の水位を検出できる。言い換えれば、水位センサ５４では、浮動するフロート部５４ｂの位置に基づいて水タンク４４内の液量（水量）を検出できる。   Further, in the lower space 126b, a water level sensor 54 composed of, for example, a float sensor for detecting the water level in the water tank 44 is provided. As shown in FIG. 7, the water level sensor 54 includes a sensor main body 54a and a float portion 54b attached to the sensor main body 54a. The water level sensor 54 can detect the water level in the lower space 126b when the float portion 54b floats as the water level in the lower space 126b changes. In other words, the water level sensor 54 can detect the liquid amount (water amount) in the water tank 44 based on the position of the floating float portion 54b.

このような燃料電池システム１０の発電時の動作について説明する。
発電開始時には、水溶液タンク１８内に収容された所望の濃度のメタノール水溶液Ｓが水溶液ポンプ２６の駆動によって燃料電池１２に向けて送られ、必要に応じてラジエータ２８で冷却され、水溶液フィルタ３０によって浄化されてアノード１２ｂに供給される。燃料電池システム１０では、温度センサ６６によって検出した燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度に応じてラジエータ２８を冷却するための冷却ファン３２を制御し、メタノール水溶液Ｓの温度を管理する。 The operation of the fuel cell system 10 during power generation will be described.
At the start of power generation, a methanol aqueous solution S having a desired concentration stored in the aqueous solution tank 18 is sent to the fuel cell 12 by driving the aqueous solution pump 26, cooled by the radiator 28 as necessary, and purified by the aqueous solution filter 30. And supplied to the anode 12b. In the fuel cell system 10, the cooling fan 32 for cooling the radiator 28 is controlled according to the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12 detected by the temperature sensor 66, and the temperature of the aqueous methanol solution S is managed.

一方、酸素を含む空気がエアポンプ３４の駆動によって燃料電池１２に向けて送られ、エアフィルタ３８によって浄化されカソード１２ｃに供給される。   On the other hand, air containing oxygen is sent toward the fuel cell 12 by driving the air pump 34, purified by the air filter 38, and supplied to the cathode 12c.

燃料電池１２のアノード１２ｂでは、メタノール水溶液Ｓのメタノールと水とが電気化学反応して二酸化炭素と水素イオンとが生成され、生成された水素イオンは、電解質１２ａを通ってカソード１２ｃに流入する。この水素イオンは、カソード１２ｃ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）と電気エネルギーとが生成される。
燃料電池１２のアノード１２ｂで生成された二酸化炭素はパイプ４０、水溶液タンク１８、ＣＯ2ベントパイプ５０および導入パイプ１１４を通って水タンク４４に与えられ、排出パイプ１１６を介して排気ガスパイプ５６から排出される。 In the anode 12b of the fuel cell 12, methanol and water of the aqueous methanol solution S are electrochemically reacted to generate carbon dioxide and hydrogen ions, and the generated hydrogen ions flow into the cathode 12c through the electrolyte 12a. The hydrogen ions electrochemically react with oxygen in the air supplied to the cathode 12c to generate water (water vapor) and electric energy.
Carbon dioxide produced at the anode 12b of the fuel cell 12 is supplied to the water tank 44 through the pipe 40, the aqueous solution tank 18, the CO 2 vent pipe 50 and the introduction pipe 114, and is discharged from the exhaust gas pipe 56 through the discharge pipe 116. Is done.

一方、燃料電池１２のカソード１２ｃで生成された水蒸気の大部分は液化して水となって排出されるが、飽和水蒸気分はガス状態で排出される。カソード１２ｃから排出された水蒸気の一部は、ラジエータ４６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４６による水蒸気の液化動作は、冷却ファン４８を動作させラジエータ４６を冷却することによって行われる。カソード１２ｃからの水分（水および水蒸気）ならびに未反応の空気はパイプ４２および導入パイプ１１２を経由して水タンク４４に与えられる。また、水のクロスオーバーによってカソード１２ｃに移動した水がカソード１２ｃから排出され水タンク４４に与えられる。さらに、メタノールのクロスオーバーによってカソード１２ｃに移動したメタノールがエアポンプ３４によって供給される空気（酸素）と反応して水と二酸化炭素とに分解され、カソード１２ｃから水と二酸化炭素とが排出され水タンク４４に与えられる。   On the other hand, most of the water vapor generated at the cathode 12c of the fuel cell 12 is liquefied and discharged as water, but the saturated water vapor is discharged in a gas state. A part of the water vapor discharged from the cathode 12c is cooled by the radiator 46 and liquefied by lowering the dew point. The steam liquefaction operation by the radiator 46 is performed by operating the cooling fan 48 to cool the radiator 46. Moisture (water and water vapor) and unreacted air from the cathode 12 c are supplied to the water tank 44 via the pipe 42 and the introduction pipe 112. Further, the water moved to the cathode 12 c due to the water crossover is discharged from the cathode 12 c and supplied to the water tank 44. Further, the methanol that has moved to the cathode 12c due to the crossover of methanol reacts with the air (oxygen) supplied by the air pump 34 to be decomposed into water and carbon dioxide, and water and carbon dioxide are discharged from the cathode 12c, and the water tank. 44.

なお、水のクロスオーバーとは、アノード１２ｂで生成された水素イオンのカソード１２ｃへの移動に伴って、数モルの水がカソード１２ｃへ移動する現象である。メタノールのクロスオーバーとは、水素イオンのカソード１２ｃへの移動に伴って、メタノールがカソード１２ｃへ移動する現象である。水と混合し易いメタノールは、水の中に拡散し、水のクロスオーバーに伴ってカソード１２ｃに達する。   The water crossover is a phenomenon in which several moles of water move to the cathode 12c as the hydrogen ions generated at the anode 12b move to the cathode 12c. The methanol crossover is a phenomenon in which methanol moves to the cathode 12c as hydrogen ions move to the cathode 12c. Methanol, which is easily mixed with water, diffuses into the water and reaches the cathode 12c with the water crossover.

このようなカソード１２ｃからの水分（水および水蒸気）を含む排気は、エアポンプ３４の駆動によって導入パイプ１１２の導入口１２０ｂから図５において矢印Ｗで示すように上方空間１２６ａに導入され、水タンク４４内には強い旋回流が生じる。排気の大部分は、防風部材１２４のセパレータ１２４ａと衝突して上方空間１２６ａを旋回し、下方空間１２６ｂにはさほど流れ込まない。導入口１２０ｂから上方空間１２６ａに導入された水は、セパレータ１２４ａの複数の小径貫通孔１３０ａおよび複数の大径貫通孔１３０ｂを通って流下するとともに、セパレータ１２４ａと水タンク４４の内壁との間隙１２８を通って流下し、下方空間１２６ｂに貯留される。下方空間１２６ｂに貯留される水が旋回流によって掻き上げられても図５において矢印Ｘで示すように突起部１３２に衝突するので、水が上方空間１２６ａに逆流しない。   The exhaust gas containing water (water and water vapor) from the cathode 12c is introduced into the upper space 126a from the introduction port 120b of the introduction pipe 112 as shown by an arrow W in FIG. A strong swirl flow is generated inside. Most of the exhaust gas collides with the separator 124a of the wind-proof member 124, turns around the upper space 126a, and does not flow so much into the lower space 126b. The water introduced into the upper space 126a from the introduction port 120b flows down through the plurality of small diameter through holes 130a and the plurality of large diameter through holes 130b of the separator 124a, and the gap 128 between the separator 124a and the inner wall of the water tank 44. It flows down through and is stored in the lower space 126b. Even if the water stored in the lower space 126b is scraped up by the swirling flow, it collides with the protrusion 132 as shown by the arrow X in FIG. 5, so that the water does not flow back into the upper space 126a.

水タンク４４に回収された水は、水ポンプ６０の駆動によって水還流パイプ５８を経由して水溶液タンク１８に適宜還流され、メタノール水溶液Ｓの水として利用される。   The water collected in the water tank 44 is appropriately returned to the aqueous solution tank 18 via the water reflux pipe 58 by driving the water pump 60 and used as water of the methanol aqueous solution S.

ついで、燃料電池システム１０の起動時の主要動作の一例について説明する。
図８を参照して、まず、図示しないメインスイッチがＯＮされ、メインスイッチＯＮの信号がＣＰＵ７６に入力されると（ステップＳ１）、電源電圧が立ち上がるまで待機し安定状態になると、蓄電量検出装置１０８によって二次電池残存容量が検出される（ステップＳ３）。検出された二次電池残存容量に基づいて水ポンプ６０を駆動できるか否かが判断される（ステップＳ５）。 Next, an example of the main operation at the start-up of the fuel cell system 10 will be described.
Referring to FIG. 8, first, when a main switch (not shown) is turned on and a signal of main switch ON is input to CPU 76 (step S1), it waits until the power supply voltage rises, and when it becomes stable, The remaining secondary battery capacity is detected by 108 (step S3). It is determined whether the water pump 60 can be driven based on the detected secondary battery remaining capacity (step S5).

二次電池残存容量によって、発電に必要な電力（補機類駆動用電力）を供給できるならば、水ポンプ６０を駆動できると判断され、液量チェックモードに入り、水位センサ５４によって水タンク４４内の液量（水量）が検出される（ステップＳ７）。   If the secondary battery remaining capacity can supply the power necessary for power generation (auxiliary drive power), it is determined that the water pump 60 can be driven, and the liquid level check mode is entered. The amount of liquid (water amount) is detected (step S7).

ステップＳ７で検出した液量が予め設定されている第１所定量（たとえば２５０ｃｃ）以上であれば（ステップＳ９がＹＥＳ）、二次電池１０６の電力によって水ポンプ６０が駆動され、水タンク４４内の水が水還流パイプ５８を経由して水溶液タンク１８に還流される（ステップＳ１１）。その後、水位センサ５４の検出する液量が予め設定されている第２所定量（たとえば２２０ｃｃ）以下になると（ステップＳ１３がＹＥＳ）、水ポンプ６０が停止される（ステップＳ１５）。   If the amount of liquid detected in step S7 is equal to or larger than a first predetermined amount (for example, 250 cc) set in advance (step S9 is YES), the water pump 60 is driven by the electric power of the secondary battery 106, and the water tank 44 Is recirculated to the aqueous solution tank 18 through the water recirculation pipe 58 (step S11). Thereafter, when the amount of liquid detected by the water level sensor 54 becomes equal to or less than a second predetermined amount (for example, 220 cc) set in advance (YES in step S13), the water pump 60 is stopped (step S15).

また、ステップＳ１３において、水位センサ５４の検出する液量が第２所定量以下にならずとも（ステップＳ１３がＮＯ）、一定時間（たとえば１分）経過すれば（ステップＳ１７がＹＥＳ）、ステップＳ１５に進む。このように、一定時間経過後に水ポンプ６０を停止させることで、たとえば水位センサ５４の異常等のために検出する液量がいつまでも第２所定量にならず発電できないといったことがない。一定時間経過するまでは（ステップＳ１７がＮＯ）、引き続きステップＳ１１の処理が行われる。   In step S13, even if the amount of liquid detected by the water level sensor 54 is not less than or equal to the second predetermined amount (NO in step S13), if a certain time (for example, 1 minute) has elapsed (YES in step S17), step S15 is performed. Proceed to In this way, by stopping the water pump 60 after a certain time has elapsed, for example, the amount of liquid detected due to an abnormality of the water level sensor 54 does not always become the second predetermined amount and power generation cannot be performed. Until the predetermined time elapses (NO in step S17), the process of step S11 is continued.

ステップＳ１５の後に、燃料ポンプ２０、水溶液ポンプ２６、エアポンプ３４、熱交換器用冷却ファン３２、気液分離器用冷却ファン４８および水ポンプ６０等の補機類が駆動され、上述のようにして発電が行われる（ステップＳ１９）。ステップＳ９において水タンク４４内の液量が第１所定量未満である場合も、ステップＳ１９に進む。   After step S15, the auxiliary devices such as the fuel pump 20, the aqueous solution pump 26, the air pump 34, the heat exchanger cooling fan 32, the gas-liquid separator cooling fan 48, and the water pump 60 are driven to generate power as described above. Performed (step S19). If the amount of liquid in the water tank 44 is less than the first predetermined amount in step S9, the process proceeds to step S19.

なお、二次電池残存容量が、発電に必要な電力（補機類駆動用電力）を供給できないほど少なければ、ステップＳ５において水ポンプ６０を駆動できないと判断される。この場合には、燃料電池システム１０がダウンしてしまうことを防止するため、水ポンプ６０を駆動せずに別の処理を施して（ステップＳ２１）、ステップＳ１９に進み発電を開始する。   If the remaining capacity of the secondary battery is so small that it is impossible to supply the power necessary for power generation (power for driving auxiliary equipment), it is determined in step S5 that the water pump 60 cannot be driven. In this case, in order to prevent the fuel cell system 10 from going down, another process is performed without driving the water pump 60 (step S21), and the process proceeds to step S19 to start power generation.

ついで、図９を参照して、燃料電池システム１０の運転時の主要動作の一例について説明する。
燃料電池システム１０の運転が開始されると、燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度が温度センサ６６によって検出される（ステップＳ５１）。そして、温度センサ６６によって検出された温度が第１所定値（たとえば５５℃）以下であるか否かが判断される（ステップＳ５３）。 Next, an example of main operations during operation of the fuel cell system 10 will be described with reference to FIG.
When the operation of the fuel cell system 10 is started, the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12 is detected by the temperature sensor 66 (step S51). Then, it is determined whether or not the temperature detected by temperature sensor 66 is equal to or lower than a first predetermined value (for example, 55 ° C.) (step S53).

温度センサ６６によって検出された温度が第１所定値を超えていれば、カソード出口１３内の排気の温度が温度センサ６８によって検出される（ステップＳ５５）。そして、温度センサ６８によって検出された温度が第２所定値（たとえば５４℃）以下であるか否かが判断される（ステップＳ５７）。   If the temperature detected by the temperature sensor 66 exceeds the first predetermined value, the temperature of the exhaust gas in the cathode outlet 13 is detected by the temperature sensor 68 (step S55). Then, it is determined whether or not the temperature detected by the temperature sensor 68 is equal to or lower than a second predetermined value (for example, 54 ° C.) (step S57).

温度センサ６８によって検出された温度が第２所定値を超えていれば、ラジエータ出口４６ａ内の排気の温度が温度センサ７０によって検出される（ステップＳ５９）。そして、温度センサ７０によって検出された温度が第３所定値（たとえば５３℃）以下であるか否かが判断される（ステップＳ６１）。温度センサ７０によって検出された温度が第３所定値を超えていれば、水タンク４４内の液量に応じて冷却ファン４８を駆動させる第１モードに移行する（ステップＳ６３）。   If the temperature detected by the temperature sensor 68 exceeds the second predetermined value, the temperature of the exhaust gas in the radiator outlet 46a is detected by the temperature sensor 70 (step S59). Then, it is determined whether or not the temperature detected by temperature sensor 70 is equal to or lower than a third predetermined value (for example, 53 ° C.) (step S61). If the temperature detected by the temperature sensor 70 exceeds the third predetermined value, the process proceeds to the first mode in which the cooling fan 48 is driven in accordance with the amount of liquid in the water tank 44 (step S63).

つまり、温度センサ６６によって検出した温度が第１所定値を超え、かつ温度センサ６８によって検出した温度が第２所定値を超え、かつ温度センサ７０によって検出した温度が第３所定値を超えているときには、第１モードが選択され実行される。   That is, the temperature detected by the temperature sensor 66 exceeds the first predetermined value, the temperature detected by the temperature sensor 68 exceeds the second predetermined value, and the temperature detected by the temperature sensor 70 exceeds the third predetermined value. Sometimes the first mode is selected and executed.

ここで、図１０を参照して第１モードの動作について説明する。
まず、水位センサ５４によって水タンク４４内の液量が検出され（ステップＳ１０１）、水タンク４４内の検出された液量が第１閾値となる下限値（たとえば１００ｃｃ）未満か否かが判断される（ステップＳ１０３）。液量が下限値未満であれば、ＣＰＵ７６からの指示によって冷却ファン４８が駆動される（ステップＳ１０５）。その状態で一定時間（たとえば１０秒）経過したか否かが判断され（ステップＳ１０７）、一定時間経過するとステップＳ１０１に戻り、水タンク４４内の液量が検出される。 Here, the operation in the first mode will be described with reference to FIG.
First, the amount of liquid in the water tank 44 is detected by the water level sensor 54 (step S101), and it is determined whether or not the detected amount of liquid in the water tank 44 is less than a lower limit value (for example, 100 cc) that becomes the first threshold value. (Step S103). If the liquid amount is less than the lower limit value, the cooling fan 48 is driven by an instruction from the CPU 76 (step S105). In this state, it is determined whether or not a certain time (for example, 10 seconds) has elapsed (step S107). When the certain time has elapsed, the process returns to step S101, and the amount of liquid in the water tank 44 is detected.

そして、ステップＳ１０３において水タンク４４内の液量が下限値以上と判断されると、冷却ファン４８が駆動中か否かが判断される（ステップＳ１０９）。冷却ファン４８が駆動中であれば、水タンク４４内の液量が第２閾値となる上限値（たとえば４００ｃｃ）を超えたか否かが判断される（ステップＳ１１１）。液量が上限値を超えていれば、ＣＰＵ７６からの指示によって冷却ファン４８が停止され（ステップＳ１１３）、第１モードが終了される。ステップＳ１１１において水タンク４４内の液量が上限値を超えていないときや、ステップＳ１０９において冷却ファン４８が駆動中でないときも、第１モードが終了される。   If it is determined in step S103 that the amount of liquid in the water tank 44 is equal to or greater than the lower limit value, it is determined whether or not the cooling fan 48 is being driven (step S109). If the cooling fan 48 is being driven, it is determined whether or not the amount of liquid in the water tank 44 has exceeded an upper limit value (for example, 400 cc) that is the second threshold value (step S111). If the liquid amount exceeds the upper limit value, the cooling fan 48 is stopped by an instruction from the CPU 76 (step S113), and the first mode is ended. The first mode is also terminated when the amount of liquid in the water tank 44 does not exceed the upper limit value in step S111 or when the cooling fan 48 is not being driven in step S109.

図９に戻って、第１モードの終了後、一定時間（たとえば１０秒）経過したか否かが判断され（ステップＳ６５）、一定時間経過するとステップＳ５１に戻る。   Returning to FIG. 9, after the end of the first mode, it is determined whether or not a certain time (for example, 10 seconds) has elapsed (step S65), and when the certain time has elapsed, the processing returns to step S51.

一方、ステップＳ５３において燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度が第１所定値以下であれば、冷却ファン４８を駆動しない第２モードに移行する（ステップＳ６７）。ステップＳ５７においてカソード出口１３内の排気の温度が第２所定値以下の場合、およびステップＳ６１においてラジエータ出口４６ａ内の排気の温度が第３所定値以下の場合もステップＳ６７に進む。
つまり、温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度のいずれか１つがそれぞれに対応する所定値以下であるときには、第２モードが選択され実行される。 On the other hand, if the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12 is equal to or lower than the first predetermined value in step S53, the process proceeds to the second mode in which the cooling fan 48 is not driven (step S67). If the temperature of the exhaust gas in the cathode outlet 13 is equal to or lower than the second predetermined value in step S57, and the temperature of the exhaust gas in the radiator outlet 46a is equal to or lower than the third predetermined value in step S61, the process proceeds to step S67.
That is, when any one of the temperatures detected by the temperature sensors 66, 68 and 70 is equal to or less than a predetermined value corresponding to each of the temperatures, the second mode is selected and executed.

ここで、図１１を参照して第２モードの動作について説明する。
まず、冷却ファン４８が駆動中であるか否かが判断される（ステップＳ２０１）。そして、冷却ファン４８が駆動中であれば、ＣＰＵ７６からの指示によって冷却ファン４８が停止され（ステップＳ２０２）、第２モードが終了される。第２モードが終了すると、第１モードの終了後と同様に図９のステップＳ６５に進む。ステップＳ２０１において冷却ファン４８が駆動中でない場合も第２モードが終了され、図９のステップＳ６５に進む。 Here, the operation in the second mode will be described with reference to FIG.
First, it is determined whether or not the cooling fan 48 is being driven (step S201). If the cooling fan 48 is being driven, the cooling fan 48 is stopped by an instruction from the CPU 76 (step S202), and the second mode is ended. When the second mode ends, the process proceeds to step S65 in FIG. If the cooling fan 48 is not being driven in step S201, the second mode is ended and the process proceeds to step S65 in FIG.

なお、図１０に示す第１モードにおいて、ステップＳ１０３がＹＥＳである場合に温度センサ６６，６８および７０によって温度を検出し、検出した温度に応じて第２モードに移行するようにしてもよい。つまり、第１モードの実行中に第２モードを選択し、第１モードから第２モードに切り替えるようにしてもよい。   In the first mode shown in FIG. 10, when step S103 is YES, the temperature may be detected by the temperature sensors 66, 68 and 70, and the mode may be shifted to the second mode according to the detected temperature. That is, the second mode may be selected during execution of the first mode, and the first mode may be switched to the second mode.

また、図９においては冷却ファン４８を駆動させるか否かを第１モードと第２モードとで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。第１モードおよび第２モードに加えて、第１モードおよび第２モード以外の冷却ファン４８の動作モードを実行するためのプログラムをメモリ８０に格納するようにしてもよい。そして、これらのプログラムに基づく複数の動作モードの中から燃料電池システム１０の温度に応じて所定の動作モードを選択し実行してもよい。たとえば、燃料電池システム１０の温度をいくつかのレンジに分け、冷却ファン４８の回転速度を現在のレンジに応じて設定（変更）する動作モードを実行するようにしてもよい。   In FIG. 9, the case where the cooling fan 48 is driven is controlled in the first mode and the second mode, but the present invention is not limited to this. In addition to the first mode and the second mode, a program for executing the operation mode of the cooling fan 48 other than the first mode and the second mode may be stored in the memory 80. Then, a predetermined operation mode may be selected and executed according to the temperature of the fuel cell system 10 from a plurality of operation modes based on these programs. For example, the temperature of the fuel cell system 10 may be divided into several ranges, and an operation mode in which the rotation speed of the cooling fan 48 is set (changed) according to the current range may be executed.

このような燃料電池システム１０によれば、水タンク４４内の液量に応じて冷却ファン４８を駆動させる第１モードおよび冷却ファン４８を駆動しない第２モードのいずれか一方が、温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度に応じて選択される。言い換えれば、燃料電池システム１０の温度と水タンク４４内の液量とに応じて冷却ファン４８の動作が制御される。   According to such a fuel cell system 10, any one of the first mode in which the cooling fan 48 is driven according to the amount of liquid in the water tank 44 and the second mode in which the cooling fan 48 is not driven is the temperature sensor 66, Depending on the temperature detected by 68 and 70. In other words, the operation of the cooling fan 48 is controlled according to the temperature of the fuel cell system 10 and the amount of liquid in the water tank 44.

温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度がそれぞれに対応する所定値を超えているときには、第１モードを選択し、水タンク４４内の液量に応じて冷却ファン４８を駆動させる。これによって、ラジエータ４６から水タンク４４に供給される液量を調節でき、燃料電池システム１０の駆動に必要な量の水を水タンク４４から溢れることのない程度に確保できる。   When the temperatures detected by the temperature sensors 66, 68 and 70 exceed the corresponding predetermined values, the first mode is selected and the cooling fan 48 is driven according to the amount of liquid in the water tank 44. As a result, the amount of liquid supplied from the radiator 46 to the water tank 44 can be adjusted, and an amount of water necessary for driving the fuel cell system 10 can be secured to the extent that the water tank 44 does not overflow.

一方、温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度のいずれか１つがそれぞれに対応する所定値以下であるときには、第２モードを選択し、水タンク４４内の液量に拘わらず冷却ファン４８を駆動しない。温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度のいずれか１つがそれぞれに対応する所定値以下のときには、燃料電池１２から排出される水分の温度も低いので、冷却ファン４８を駆動させずとも水タンク４４に至るまでに水分の一部が自然に凝集し液化する。具体的には、たとえば、燃料電池１２のエネルギー変換効率が約２０％、燃料電池１２の出力が５００Ｗｈ、燃料電池１２が６５℃、外気温度が２５℃、メタノール水溶液Ｓのメタノール濃度が３ｗｔ％、メタノール燃料Ｆのメタノール濃度が５４ｗｔ％、カソード１２ｃに供給される空気の流量が１００Ｌ／ｍｉｎである場合、温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度のいずれか１つがそれぞれに対応する所定値以下であればラジエータ４６を冷却ファン４８によって強制的に冷却せずとも水タンク４４に十分な水を回収できる。このように水分が自然に液化するときには冷却ファン４８を駆動しないことによって、節電でき、エネルギー効率を良好にできる。また、水分が自然に液化するときには冷却ファン４８を駆動しないことによって、水タンク４４に必要以上の水を回収して水タンク４４から水が溢れることを抑制でき、燃料電池システム１０から排出される水によって水溜まりができるようなことはない。   On the other hand, when any one of the temperatures detected by the temperature sensors 66, 68 and 70 is equal to or less than a predetermined value corresponding to each, the second mode is selected, and the cooling fan 48 is turned on regardless of the amount of liquid in the water tank 44. Do not drive. When any one of the temperatures detected by the temperature sensors 66, 68 and 70 is equal to or less than a predetermined value corresponding thereto, the temperature of the water discharged from the fuel cell 12 is low, so that the water tank is not driven without driving the cooling fan 48. By the time it reaches 44, some of the water naturally aggregates and liquefies. Specifically, for example, the energy conversion efficiency of the fuel cell 12 is about 20%, the output of the fuel cell 12 is 500 Wh, the fuel cell 12 is 65 ° C., the outside air temperature is 25 ° C., and the methanol concentration of the aqueous methanol solution S is 3 wt%. When the methanol concentration of the methanol fuel F is 54 wt% and the flow rate of the air supplied to the cathode 12c is 100 L / min, any one of the temperatures detected by the temperature sensors 66, 68 and 70 is equal to or less than a predetermined value corresponding thereto. Then, sufficient water can be recovered in the water tank 44 without forcibly cooling the radiator 46 by the cooling fan 48. Thus, when the water naturally liquefies, by not driving the cooling fan 48, power can be saved and energy efficiency can be improved. Further, when the water naturally liquefies, by not driving the cooling fan 48, it is possible to prevent the water tank 44 from collecting more water than necessary and to prevent the water tank 44 from overflowing, and is discharged from the fuel cell system 10. There is no such thing as a pool of water.

また、温度センサ６６，６８および７０によって検出した温度とそれぞれに対応する所定値とを比較することによって、冷却ファン４８を駆動させずともよいか否かの判断をより詳細に行うことができる。メタノール水溶液Ｓの温度を制御するために温度センサ６６によって検出される燃料電池１２の温度を用いることによって、冷却ファン４８を駆動させずともよいか否かを効率的に判断できる。温度センサ６８によって検出したカソード出口１３内の排気の温度と温度センサ７０によって検出したラジエータ出口４６ａ内の排気の温度とを冷却ファン４８を駆動させずともよいか否かの判断に用いることによって、自動二輪車が受ける走行風等の外的要因に対応して適切に判断できる。特に、冷却ファン４８の動作の影響を直接的に受けるラジエータ出口４６ａの温度を用いることによって、ラジエータ４６を強制的に冷却せずともよいか否かを適切に判断できる。   Further, by comparing the temperatures detected by the temperature sensors 66, 68 and 70 with predetermined values corresponding to the respective temperatures, it is possible to determine in detail whether or not the cooling fan 48 need not be driven. By using the temperature of the fuel cell 12 detected by the temperature sensor 66 to control the temperature of the aqueous methanol solution S, it can be efficiently determined whether or not the cooling fan 48 need not be driven. By using the temperature of the exhaust gas in the cathode outlet 13 detected by the temperature sensor 68 and the temperature of the exhaust gas in the radiator outlet 46a detected by the temperature sensor 70 to determine whether or not it is not necessary to drive the cooling fan 48, Appropriate judgment can be made in response to external factors such as traveling wind received by the motorcycle. In particular, by using the temperature of the radiator outlet 46a that is directly affected by the operation of the cooling fan 48, it is possible to appropriately determine whether or not the radiator 46 need not be forcibly cooled.

また、水タンク４４内の液量が、下限値未満のときに冷却ファン４８を駆動させ、一方、上限値を超えたときに冷却ファン４８を停止させることによって、水タンク４４内の液量を所望の範囲内に安定させることができる。   Further, when the amount of liquid in the water tank 44 is less than the lower limit value, the cooling fan 48 is driven, and when the amount of liquid in the water tank 44 exceeds the upper limit value, the cooling fan 48 is stopped, thereby reducing the amount of liquid in the water tank 44. It can be stabilized within a desired range.

適量の水を確保できかつエネルギー効率を良好にできるので、この発明はメタノール水溶液Ｓとして利用するために水の回収および循環が不可欠な直接メタノール型の燃料電池システム１０に特に有効である。   Since an appropriate amount of water can be secured and energy efficiency can be improved, the present invention is particularly effective for the direct methanol fuel cell system 10 in which the recovery and circulation of water is indispensable for use as the aqueous methanol solution S.

このような燃料電池システム１０を用いた自動二輪車では、適量の水を確保できるとともに、節電できる。   A motorcycle using such a fuel cell system 10 can secure an appropriate amount of water and save power.

さらに、一般に小型の水タンクでは、水タンク内に導入される排気の旋回流によって水タンク内の水面が波打つため、水位を精度良く検出できないおそれがある。しかし、燃料電池システム１０では、防風部材１２４を設けることによって、下方空間１２６ｂは旋回流の影響をさほど受けず、下方空間１２６ｂに安定して水を貯留でき、水位センサ５４が水タンク４４内の水位を精度よく検出できる。   Furthermore, in general, in a small water tank, the water level in the water tank undulates due to the swirling flow of the exhaust gas introduced into the water tank, so that the water level may not be detected with high accuracy. However, in the fuel cell system 10, by providing the windproof member 124, the lower space 126 b is not significantly affected by the swirling flow, and water can be stably stored in the lower space 126 b, and the water level sensor 54 is stored in the water tank 44. The water level can be detected accurately.

なお、上述の実施形態では、燃料電池１２内のメタノール水溶液Ｓの温度を検出するように燃料電池１２内に温度センサ６６を配置する場合について説明したが、温度センサ６６の位置はこれに限定されない。たとえば、燃料電池１２内の空気の温度を検出するように燃料電池１２内に温度センサ６６を配置してもよいし、燃料電池１２の外周面に温度センサ６６を配置してもよい。温度センサ６６を燃料電池１２の外周面に配置する場合、外気温度（雰囲気温度）の影響を受けて検出精度が低下してしまう。検出精度の低下には、温度センサ７２によって検出した外気温度と補正用のテーブルデータ（マップ）とを用いて、温度センサ６６によって検出した温度を補正することによって対応すればよい。また、上述の実施形態では、温度センサ６８をカソード出口１３内に配置し、温度センサ７０をラジエータ出口４６ａ内に配置する場合について説明したが、温度センサ６８および７０の位置はこれに限定されない。たとえば、温度センサ６８をカソード出口１３の外周面に配置し、温度センサ７０をラジエータ出口４６ａの外周面に配置してもよい。この場合、温度センサ６６を燃料電池１２の外周面に配置する場合と同様に、外気温度とテーブルデータとを用いて検出した温度を補正すればよい。   In the above-described embodiment, the case where the temperature sensor 66 is arranged in the fuel cell 12 so as to detect the temperature of the aqueous methanol solution S in the fuel cell 12 has been described. However, the position of the temperature sensor 66 is not limited to this. . For example, the temperature sensor 66 may be disposed in the fuel cell 12 so as to detect the temperature of the air in the fuel cell 12, or the temperature sensor 66 may be disposed on the outer peripheral surface of the fuel cell 12. When the temperature sensor 66 is disposed on the outer peripheral surface of the fuel cell 12, the detection accuracy is reduced due to the influence of the outside air temperature (atmosphere temperature). The decrease in detection accuracy may be dealt with by correcting the temperature detected by the temperature sensor 66 using the outside air temperature detected by the temperature sensor 72 and the correction table data (map). In the above-described embodiment, the temperature sensor 68 is disposed in the cathode outlet 13 and the temperature sensor 70 is disposed in the radiator outlet 46a. However, the positions of the temperature sensors 68 and 70 are not limited thereto. For example, the temperature sensor 68 may be disposed on the outer peripheral surface of the cathode outlet 13, and the temperature sensor 70 may be disposed on the outer peripheral surface of the radiator outlet 46a. In this case, similarly to the case where the temperature sensor 66 is disposed on the outer peripheral surface of the fuel cell 12, the detected temperature may be corrected using the outside air temperature and the table data.

また、上述の実施形態では、温度検出手段として温度センサ６６，６８および７０を設け、それぞれが検出した温度とそれぞれに対応して設定される所定値とを比較する場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、温度センサ７０が検出した温度と第３所定値との比較結果のみによって、冷却ファン４８を駆動させずともよいか否かを判断してもよい。また、燃料電池システム１０の温度を検出する温度検出手段の位置についても温度センサ６６，６８および７０の位置に限定されないが、燃料電池１２からの排気の流路に温度検出手段を設けることが好ましい。 In the above-described embodiment, the temperature sensors 66, 68, and 70 are provided as temperature detecting means, and the temperature detected by each of the sensors is compared with a predetermined value set corresponding to each temperature. It is not limited. For example, it may be determined whether or not the cooling fan 48 need not be driven based only on the comparison result between the temperature detected by the temperature sensor 70 and the third predetermined value. Further, the position of the temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell system 10 is not limited to the position of the temperature sensors 66, 68 and 70, but it is preferable to provide the temperature detection means in the exhaust passage from the fuel cell 12. .

また、図９に示す動作例において、水ポンプ４４内の液量の上限値と下限値とを等しくしてもよい。さらに、検出した温度と所定値とを比較する順番は、図９に示す動作例に限定されず、任意に設定できる。たとえば、燃料電池１２、カソード出口１３およびラジエータ出口４６ａの温度を同時に検出しそれぞれに対応する所定値と比較してもよい。   In the operation example shown in FIG. 9, the upper limit value and the lower limit value of the liquid amount in the water pump 44 may be made equal. Furthermore, the order in which the detected temperature is compared with the predetermined value is not limited to the operation example shown in FIG. 9 and can be arbitrarily set. For example, the temperatures of the fuel cell 12, the cathode outlet 13 and the radiator outlet 46a may be detected at the same time and compared with predetermined values corresponding thereto.

また、水タンク４４内の液量の検出手段は、水タンク４４内の水位に基づいて検出するものに限定されず、その他の任意の手段を適用できる。   Further, the means for detecting the amount of liquid in the water tank 44 is not limited to the means for detecting based on the water level in the water tank 44, and any other means can be applied.

さらに、上述の実施形態では、アルコール系燃料の一例としてメタノールを用い、アルコール系燃料水溶液であるメタノール水溶液を用いる場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、アルコール系燃料の他の例であるエタノール等を用い、アルコール系燃料水溶液としてエタノール水溶液等を用いてもよい。   Furthermore, although the above-mentioned embodiment demonstrated the case where methanol was used as an example of alcohol fuel and the methanol aqueous solution which is alcohol fuel aqueous solution was used, it is not limited to this. For example, ethanol, which is another example of an alcohol fuel, may be used, and an ethanol aqueous solution may be used as the alcohol fuel aqueous solution.

燃料電池システム１０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も好適に用いることができる。   The fuel cell system 10 can be suitably used not only for motorcycles but also for any transportation equipment such as automobiles and ships.

この発明は、水素ガスを燃料として燃料電池に供給する水素型の燃料電池システムや改質器搭載タイプの燃料電池システムにも適用できる。また、この発明は、小型の据え付けタイプの燃料電池システムにも適用できる。   The present invention can also be applied to a hydrogen type fuel cell system that supplies hydrogen gas as a fuel to a fuel cell or a reformer-equipped type fuel cell system. The present invention can also be applied to a small installation type fuel cell system.

この発明に係る燃料電池システムの要部を示す図解図である。It is an illustration figure which shows the principal part of the fuel cell system which concerns on this invention. 自動二輪車のフレームに燃料電池システムを搭載した状態を示す斜視図である。1 is a perspective view showing a state in which a fuel cell system is mounted on a frame of a motorcycle. 燃料電池システムの要部を示す図解図である。It is an illustration figure which shows the principal part of a fuel cell system. 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。It is a block diagram which shows the electric constitution of a fuel cell system. 水タンクおよびその近傍を示す側面図である。It is a side view which shows a water tank and its vicinity. 水タンクおよびその近傍を示す断面図解図である。It is a cross-sectional schematic solution figure which shows a water tank and its vicinity. 水タンクおよびその近傍を示す背面図である。It is a rear view which shows a water tank and its vicinity. この発明に係る燃料電池システムの起動時の主要動作の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of main operation | movement at the time of starting of the fuel cell system concerning this invention. この発明に係る燃料電池システムの運転時の主要動作の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of main operation | movement at the time of operation | movement of the fuel cell system which concerns on this invention. 運転時に実行される第１モードの動作を示すフロー図である。It is a flowchart which shows operation | movement of the 1st mode performed at the time of a driving | operation. 運転時に実行される第２モードの動作を示すフロー図である。It is a flowchart which shows operation | movement of the 2nd mode performed at the time of a driving | operation.

符号の説明Explanation of symbols

１０ 燃料電池システム
１２ 燃料電池
１５，２２，５４ 水位センサ
２８，４６ ラジエータ
３２，４８ 冷却ファン
４４ 水タンク
６６，６８，７０，７２ 温度センサ
７４ 制御回路
７６ ＣＰＵ
２００ 車体フレーム
２０２ モータ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Fuel cell system 12 Fuel cell 15, 22, 54 Water level sensor 28, 46 Radiator 32, 48 Cooling fan 44 Water tank 66, 68, 70, 72 Temperature sensor 74 Control circuit 76 CPU
200 body frame 202 motor

Claims (10)

電気エネルギーを生成するための燃料電池システムであって、
電気化学反応によって前記電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータ、
前記ラジエータを冷却する冷却ファン、
前記ラジエータから排出される水分を収容する水タンク、
前記水タンク内の液量を検出するために前記水タンクに設けられる検出手段、
前記ラジエータの排気出口の温度を検出するラジエータ出口温度検出手段、ならびに
前記冷却ファンの動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記ラジエータ出口温度検出手段によって検出された温度と第３所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、前記第１モードでは前記検出手段によって検出された液量に応じて前記冷却ファンの動作を制御し、前記第２モードでは前記冷却ファンを駆動させず、
前記制御手段は、前記ラジエータ出口温度検出手段によって検出された温度が前記第３所定値以下のとき前記第２モードを選択する、燃料電池システム。 A fuel cell system for generating electrical energy,
A fuel cell that generates the electrical energy by an electrochemical reaction;
A radiator for cooling exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell;
A cooling fan for cooling the radiator;
A water tank for storing moisture discharged from the radiator;
Detecting means provided in the water tank for detecting the amount of liquid in the water tank;
Radiator outlet temperature detection means for detecting the temperature of the exhaust outlet of the radiator, and control means for controlling the operation of the cooling fan,
The control means selects either the first mode or the second mode based on a comparison between the temperature detected by the radiator outlet temperature detection means and a third predetermined value, and in the first mode, the detection means The operation of the cooling fan is controlled according to the detected liquid amount, and the cooling fan is not driven in the second mode ,
The fuel cell system, wherein the control means selects the second mode when the temperature detected by the radiator outlet temperature detection means is not more than the third predetermined value . 電気エネルギーを生成するための燃料電池システムであって、
電気化学反応によって前記電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータ、
前記ラジエータを冷却する冷却ファン、
前記ラジエータから排出される水分を収容する水タンク、
前記水タンク内の液量を検出するために前記水タンクに設けられる検出手段、
前記燃料電池の温度を検出する燃料電池温度検出手段、ならびに
前記冷却ファンの動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記燃料電池温度検出手段によって検出された温度と第１所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、前記第１モードでは前記検出手段によって検出された液量に応じて前記冷却ファンの動作を制御し、前記第２モードでは前記冷却ファンを駆動させず、
前記制御手段は、前記燃料電池温度検出手段によって検出された温度が前記第１所定値以下のとき前記第２モードを選択する、燃料電池システム。 A fuel cell system for generating electrical energy,
A fuel cell that generates the electrical energy by an electrochemical reaction;
A radiator for cooling exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell;
A cooling fan for cooling the radiator;
A water tank for storing moisture discharged from the radiator;
Detecting means provided in the water tank for detecting the amount of liquid in the water tank;
Fuel cell temperature detection means for detecting the temperature of the fuel cell; and control means for controlling the operation of the cooling fan;
The control means selects either the first mode or the second mode based on a comparison between the temperature detected by the fuel cell temperature detection means and a first predetermined value, and in the first mode, the detection means The operation of the cooling fan is controlled according to the detected liquid amount, and the cooling fan is not driven in the second mode ,
The control means selects the second mode when the temperature detected by the fuel cell temperature detecting means is not more than the first predetermined value . 電気エネルギーを生成するための燃料電池システムであって、
電気化学反応によって前記電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータ、
前記ラジエータを冷却する冷却ファン、
前記ラジエータから排出される水分を収容する水タンク、
前記水タンク内の液量を検出するために前記水タンクに設けられる検出手段、
前記燃料電池のカソード出口の温度を検出するカソード出口温度検出手段、ならびに
前記冷却ファンの動作を制御する制御手段を備え、
前記制御手段は、前記カソード出口温度検出手段によって検出された温度と第２所定値との比較に基づいて第１モードおよび第２モードのいずれかを選択し、前記第１モードでは前記検出手段によって検出された液量に応じて前記冷却ファンの動作を制御し、前記第２モードでは前記冷却ファンを駆動させず、
前記制御手段は、前記カソード出口温度検出手段によって検出された温度が前記第２所定値以下のとき前記第２モードを選択する、燃料電池システム。 A fuel cell system for generating electrical energy,
A fuel cell that generates the electrical energy by an electrochemical reaction;
A radiator for cooling exhaust gas containing moisture discharged from the cathode of the fuel cell;
A cooling fan for cooling the radiator;
A water tank for storing moisture discharged from the radiator;
Detecting means provided in the water tank for detecting the amount of liquid in the water tank;
A cathode outlet temperature detecting means for detecting the temperature of the cathode outlet of the fuel cell; and a control means for controlling the operation of the cooling fan,
The control means selects either the first mode or the second mode based on a comparison between the temperature detected by the cathode outlet temperature detection means and a second predetermined value, and in the first mode, the detection means The operation of the cooling fan is controlled according to the detected liquid amount, and the cooling fan is not driven in the second mode ,
The fuel cell system, wherein the control means selects the second mode when the temperature detected by the cathode outlet temperature detection means is equal to or lower than the second predetermined value . 前記第１モードである場合に前記制御手段は、前記検出手段によって検出された液量が第１閾値未満のときに前記冷却ファンを駆動させ、前記検出手段によって検出された液量が第２閾値を超えたときに前記冷却ファンを停止させる、請求項１から３のいずれかに記載の燃料電池システム。   In the first mode, the control means drives the cooling fan when the amount of liquid detected by the detection means is less than a first threshold, and the amount of liquid detected by the detection means is a second threshold. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3, wherein the cooling fan is stopped when the value exceeds the value. 前記燃料電池には燃料水溶液が供給される、請求項１から４のいずれかに記載の燃料電池システム。   The fuel cell system according to claim 1, wherein an aqueous fuel solution is supplied to the fuel cell. 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用いた、輸送機器。   A transportation device using the fuel cell system according to claim 1. 燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータと、前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、前記ラジエータから排出される水分を収容する水タンクとを備える、燃料電池システムの制御方法において、
前記ラジエータの排気出口の温度が第３所定値以下のとき第２モードを選択するように前記ラジエータの排気出口の温度と前記第３所定値との比較に基づいて第１モードおよび前記第２モードのいずれかを選択し、前記第１モードでは前記水タンク内の液量に応じて前記冷却ファンの動作を制御し、前記第２モードでは前記冷却ファンを駆動しない、燃料電池システムの制御方法。 In a control method of a fuel cell system, comprising: a radiator that cools exhaust gas containing moisture discharged from a cathode of a fuel cell; a cooling fan that cools the radiator; and a water tank that stores moisture discharged from the radiator. ,
The first mode and the second mode based on a comparison between the temperature and the third predetermined value of the exhaust outlet of the radiator such that the temperature to select the second mode when the third predetermined value or less of the exhaust outlet of the radiator And controlling the operation of the cooling fan according to the amount of liquid in the water tank in the first mode, and not driving the cooling fan in the second mode. 燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータと、前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、前記ラジエータから排出される水分を収容する水タンクとを備える、燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池の温度が第１所定値以下のとき第２モードを選択するように前記燃料電池の温度と前記第１所定値との比較に基づいて第１モードおよび前記第２モードのいずれかを選択し、前記第１モードでは前記水タンク内の液量に応じて前記冷却ファンの動作を制御し、前記第２モードでは前記冷却ファンを駆動しない、燃料電池システムの制御方法。 In a control method of a fuel cell system, comprising: a radiator that cools exhaust gas containing moisture discharged from a cathode of a fuel cell; a cooling fan that cools the radiator; and a water tank that stores moisture discharged from the radiator. ,
Either the first mode and the second mode based on a comparison between the temperature and the first predetermined value of the fuel cell such that the temperature to select the second mode when following the first predetermined value of the fuel cell The control method of the fuel cell system, wherein the operation of the cooling fan is controlled according to the amount of liquid in the water tank in the first mode, and the cooling fan is not driven in the second mode. 燃料電池のカソードから排出される水分を含む排気を冷却するラジエータと、前記ラジエータを冷却する冷却ファンと、前記ラジエータから排出される水分を収容する水タンクとを備える、燃料電池システムの制御方法において、
前記燃料電池のカソード出口の温度が第２所定値以下のとき第２モードを選択するように前記燃料電池のカソード出口の温度と前記第２所定値との比較に基づいて第１モードおよび前記第２モードのいずれかを選択し、前記第１モードでは前記水タンク内の液量に応じて前記冷却ファンの動作を制御し、前記第２モードでは前記冷却ファンを駆動しない、燃料電池システムの制御方法。 In a control method of a fuel cell system, comprising: a radiator that cools exhaust gas containing moisture discharged from a cathode of a fuel cell; a cooling fan that cools the radiator; and a water tank that stores moisture discharged from the radiator. ,
Comparative first mode and on the basis of the between the temperature and the second predetermined value of the cathode outlet of the fuel cell so that the temperature of the cathode outlet selects the second mode when the following second predetermined value of the fuel cell first Control of the fuel cell system by selecting one of two modes, controlling the operation of the cooling fan according to the amount of liquid in the water tank in the first mode, and not driving the cooling fan in the second mode Method. 前記第１モードでは、前記水タンク内の液量が第１閾値未満のときに前記冷却ファンを駆動させ、前記水タンク内の液量が第２閾値を超えたときに前記冷却ファンを停止させる、請求項７から９のいずれかに記載の燃料電池システムの制御方法。   In the first mode, the cooling fan is driven when the amount of liquid in the water tank is less than a first threshold, and the cooling fan is stopped when the amount of liquid in the water tank exceeds a second threshold. A control method for a fuel cell system according to any one of claims 7 to 9.
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