JP5366360B2 - 燃料電池システムおよびその運転方法 - Google Patents

Description

この発明は燃料電池システムおよびその運転方法に関し、より特定的には、燃料電池の転倒後の再起動動作を制御する燃料電池システムおよびその運転方法に関する。

直接メタノール型燃料電池システムは、他の燃料電池システムと比較して、小型化、軽量化に優れていることから自動二輪車などの鞍乗型車両に好適に用いられる。

直接メタノール型燃料電池システムでは、電解質膜として固体高分子膜を用いた燃料電池のアノードに水溶液タンクから水溶液ポンプによってメタノール水溶液が供給され、同時にカソードへエアポンプによって酸素を含んだ空気が供給される。そして、燃料電池での反応が終了するとアノードからは未反応のメタノールと水および二酸化炭素が排出されて水溶液タンクに戻され、カソードからは未反応の空気と水とが排出され水タンクへ供給される。また、水溶液タンクでは二酸化炭素、水タンクでは未反応空気がそれぞれ液体から分離される。

一般に、このような直接メタノール型燃料電池システムでは、転倒等によって過大な傾きが発生したとき、水タンクおよび水溶液タンクで気液分離のための排気管が塞がれ気液の分離ができない、または水溶液ポンプに空気が入り込みメタノール水溶液の循環ができないなどの不具合が生じる。そのため、発電を継続することができず補機類を駆動する電力を無駄に消費してしまうといった問題がある。また、水素ガスを燃料として使用する燃料電池システムにおいても、カソードに水が詰まる問題が発生する。

そこで、特許文献１には、傾斜センサを用いて転倒を検出し、転倒を検出したときにシステムを停止することができる燃料電池システムが開示されている。これによって、電力が無駄に消費されることを防止することができる。
特開２００４−１１１２１２号公報

しかし、特許文献１には、転倒により停止した後の再起動について、再起動前にシステムの状態をチェックする点にしか触れておらず詳しい起動方法についての記載がない。

たとえば、転倒によって、カソード側に水やメタノール水溶液が詰まったり、アノードのメタノール水溶液が流出し電解質膜が乾燥するといった問題が生じ、その後の再起動の妨げとなるが、これらの問題点の解決策について何ら述べられていない。

それゆえに、この発明の主たる目的は、転倒等によって所定以上傾斜した後であっても良好に再起動できる、燃料電池システムおよびその運転方法を提供することである。

上述の目的を達成するために、アノードとカソードとを有する燃料電池を含む燃料電池システムであって、燃料電池システムの傾斜を検出する傾斜検出手段、傾斜検出手段によって所定以上の傾斜が検出された後の傾斜時間を検出する時間検出手段、傾斜検出手段の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶手段、ならびに記憶手段に記憶された傾斜情報に基づいて燃料電池を通常モードおよび復旧モードのいずれかで起動させる制御手段を備え、制御手段は、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、時間検出手段の検出結果に基づいて待機時間を設定し、傾斜検出手段によって燃料電池システムの傾斜が所定以上でなくなったことを検出した直近の時点から現時点までの経過時間である正常時間が待機時間以上になれば発電を開始させる、燃料電池システムが提供される。

また、アノードとカソードとを有する燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、燃料電池システムの傾斜検出を行い、燃料電池システムが所定以上傾斜したことを記憶手段に記憶し、その後の燃料電池の起動時に、記憶手段に燃料電池システムの所定以上の傾斜の記憶があれば燃料電池を復旧モードで起動させ、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、燃料電池システムの所定以上の傾斜が検出された後の傾斜時間に基づいて待機時間を設定し、燃料電池システムの傾斜が所定以上でなくなったことを検出した直近の時点から現時点までの経過時間である正常時間が待機時間以上になれば発電を開始させる、燃料電池システムの運転方法が提供される。

上述の発明では、記憶手段に燃料電池システムの所定以上の傾斜の記憶があるとき復旧モードで起動することによって、燃料電池システムが転倒等によって所定以上傾斜した後であっても良好に燃料電池を再起動することができる。
また、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、燃料電池システムの傾斜が所定以上でなくなったことを検出した直近の時点から現時点までの経過時間である正常時間が待機時間以上になれば発電を開始させる。この場合、発電開始前に燃料電池システムにおける相分離を正常に戻すことができる。また、乾燥した電解質膜を湿らせ、正常な状態に戻すことができる。

好ましくは、制御手段は、時間検出手段によって検出された傾斜時間の増加に応じて待機時間が増加するように待機時間を設定する。
また好ましくは、傾斜検出手段の検出結果に基づいて燃料電池の運転動作が制御される。この場合、燃料電池システムが所定以上傾斜したとき燃料電池の運転を停止させることによって、燃料電池システムの所定以上の傾斜時に発電を継続することに伴う危険を防止することができる。

また好ましくは、時間検出手段によって検出された傾斜時間に基づいて燃料電池の起動が制御される。当該傾斜時間が第１所定値以上であれば燃料電池を起動しない。

燃料電池システムの所定以上の傾斜による問題点は、本来液体が存在しない箇所に液体が流入したとえば水溶液タンク等の液位が低下してしまったり、水溶液に接していなければならない電解質膜が水溶液の流出により乾いてしまったりすることである。所定以上の傾斜が短時間であれば電解質膜を再び水溶液に浸すことで電解質膜の乾燥の問題は解消される。しかし、所定以上の傾斜が長時間であればその後電解質膜を水溶液に浸しても乾燥の問題を解消するのは困難である。さらに、無理して発電を行うと電解質膜を痛めてしまう危険性がある。上述のように傾斜時間が第１所定値以上と長時間であるときには起動しないことによって、電解質膜を保護することができる。

さらに好ましくは、燃料電池のカソードに酸素を含む空気を供給する空気供給手段をさらに含み、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、燃料電池からの電力を取り出す前にカソードに酸素を含む空気を所定時間供給し続けるように空気供給手段が制御される。この場合、空気供給手段を駆動することによって、カソード内の水の排出を促すことができる。通常運転時には燃料電池の温度に応じて空気供給手段の駆動を制御しているが、復旧モードでは温度条件を無視し所定時間駆動し続けることで不要な水のカソードからの排出を促すことができる。

好ましくは、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、燃料電池からの電力を取り出す前にカソードに発電時よりも少ない量の空気を所定時間供給し続けるように空気供給手段が制御される。この場合、空気供給手段の駆動に要する電力が上がり過ぎて過電流でシステムが停止してしまうといった弊害を防止できる。

好ましくは、燃料電池のカソードから排出される水を収容する水収容部、水収容部に接続されかつ燃料電池に供給される燃料水溶液を収容する水溶液収容部、水収容部内の水を水溶液収容部に供給する水供給手段、および水溶液収容部内の液量を検出する水溶液量検出手段をさらに含み、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、水溶液収容部内の液量に基づいて水供給手段の動作が制御される。この場合、水溶液収容部内の液量が第２所定値より少ないとき水収容部内の水を供給することによって水溶液収容部内の液量を増加させる。

燃料電池システムの所定以上の傾斜によって、水溶液収容部内の水溶液が水収容部に流入することによって水溶液収容部内の液量が減少し不足してしまうことがある。このとき、水収容部内の水を水溶液収容部に戻すことによって水溶液収容部内の液量を回復させることができる。

また好ましくは、水収容部内の液量を検出する液量検出手段をさらに含み、燃料電池を復旧モードで起動させるとき、水収容部内の液量に基づいて燃料電池に供給する燃料水溶液の濃度が制御される。この場合、水収容部内の液量が第３所定値より少ないとき燃料電池に供給する燃料水溶液の濃度を上昇させる。

燃料電池システムの所定以上の傾斜によって水収容部内の水が流出し液量が減少するおそれがある。上述のように燃料電池に供給する燃料水溶液の濃度を上昇させることによって発電中のクロスオーバー量を増加させる。これによって、カソードから排出される液量を増加させ、水収容部内の液量を増加させることができる。特に、水収容部内の水を水溶液収容部内に戻すことによって水収容部内の液量が不足してしまう場合に有効である。

さらに好ましくは、発電の停止中において燃料電池システムの傾斜を検出する頻度は運転中より少なく設定される。これによって、発電の停止中の消費電力を抑制できる。

燃料電池システムを含む輸送機器や電子機器は所定以上傾斜する場合があるので、この発明は、燃料電池システムを含む輸送機器や電子機器に好適に用いられる。

傾斜時間とは、燃料電池システムが所定以上傾斜している状態の継続時間をいう。

復旧モードとは、所定以上の傾斜後の燃料電池システムの状態を所定以上の傾斜前の正常な状態に戻す起動モードあるいは通常モードより低い出力で起動する起動モードをいう。

通常モードとは、燃料電池システムが所定以上傾斜していない場合の起動モードをいう。

なお、復旧モードおよび通常モード以外の起動モードがあってもよい。

この発明によれば、燃料電池システムが転倒等によって所定以上傾斜した後であっても良好に燃料電池を再起動することができる。

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、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〜図７を参照して、自動二輪車１０は車体１１を含み、車体１１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と、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と、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と、リヤフレーム１８の上端部に取り付けられるシートレール２０とを備えている。フロントフレーム１６の後端部はリヤフレーム１８の中央部よりもやや下端部寄りの位置に接続され、フロントフレーム１６およびリヤフレーム１８全体で側面視略Ｙ字状を呈している。

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後方へ斜め下方に延び左右方向に幅を有するフランジ部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、後端部に設けられたとえばボルト等によってリヤフレーム１８が連結される連結部１６ｅとを備えている。補強リブ１６ｄは、フランジ部１６ｂおよび１６ｃと共に板状部材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、それぞれ後方へ斜め上方に延び前後方向に幅を有しフロントフレーム１６の連結部１６ｅを挟むように配置される板状部材１８ａおよび１８ｂと、板状部材１８ａと１８ｂとを連結する板状部材（図示せず）とを備えている。

ヘッドパイプ１４内には、図１に示すように、車体方向変更用のステアリング軸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が取り付けられており、ハンドル２４の両端にはグリップ２８が取り付けられている。右側のグリップ２８は回動可能なスロットルグリップを構成している。

ハンドル支持部２６のハンドル２４の前方には表示操作部３０が配置されている。表示操作部３０は、電動モータ６０（後述）の各種データを計測表示するためのメータ３０ａ、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た表示部３０ｂ、および各種情報入力用の入力部３０ｃ等が一体化されたものである。ハンドル支持部２６における表示操作部３０の下方には、ヘッドランプ３２が固定されており、ヘッドランプ３２の左右両側には、フラッシャランプ３４がそれぞれ設けられている。

また、ステアリング軸２２の下端には左右一対のフロントフォーク３６が取り付けられており、フロントフォーク３６それぞれの下端には、前輪３８が前車軸４０を介して取り付けられている。前輪３８は、フロントフォーク３６によって緩衝懸架された状態で前車軸４０によって回転自在に軸支されている。

一方、リヤフレーム１８の後端部には、フレーム状のシートレール２０が取り付けられている。シートレール２０は、リヤフレーム１８の上端部にたとえば溶接によって固設され、略前後方向に配設されている。シートレール２０上には図示しないシートが開閉自在に設けられている。シートレール２０の後端部には取り付けブラケット４２が固設されており、取り付けブラケット４２にはテールランプ４４および左右一対のフラッシャランプ４６がそれぞれ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）４８がピボット軸５０を介して揺動自在に支持されており、スイングアーム４８の後端部４８ａには電動モータ６０（後述）を介して駆動輪である後輪５２が回転自在に支持されており、スイングアーム４８および後輪５２は、図示しないリヤクッションによってリヤフレーム１８に対して緩衝懸架されている。

さらに、リヤフレーム１８の下端部の前側には、リヤフレーム１８から左右方向に突出するようにフットレスト取付用バー５４が固定され、フットレスト取付用バー５４には図示しないフットレストが取り付けられる。フットレスト取付用バー５４の後方には、メインスタンド５６が回動可能にスイングアーム４８に支持されており、メインスタンド５６は、リターンスプリング５８によって閉じ側に付勢されている。

この実施形態では、スイングアーム４８には、後輪５２に連結されかつ後輪５２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６０と、電動モータ６０に電気的に接続される駆動ユニット６２とが内蔵されている。図１１をも参照して、駆動ユニット６２は、電動モータ６０の回転駆動を制御するためのコントローラ６４、および二次電池１３４（後述）の蓄電量を検出するための蓄電量検出器６５を含む。

このような自動二輪車１０の車体１１には、車体フレーム１２に沿って燃料電池システム１００が取り付けられている。燃料電池システム１００は、電動モータ６０やその他の構成部材を駆動するための電気エネルギを生成する。

以下、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発電に利用する直接メタノール型燃料電池システムである。

燃料電池システム１００は、フロントフレーム１６の下方に配置される燃料電池セルスタック（以下、単にセルスタックという）１０２を含む。

図８および図９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電気エネルギを生成することができる燃料電池（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側に設けられる白金触媒層を含む。

図４等に示すように、セルスタック１０２はスキッド１０８上に載せられ、スキッド１０８はフロントフレーム１６のフランジ部１６ｃから吊されるステースタック１１０によって支持されている。

図６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、水溶液用のラジエータ１１２と気液分離用のラジエータ１１４とが配置されている。ラジエータ１１２と１１４とは一体的に構成され、その前面が車両の前方やや下向きに配置され、前面に対して直交するように設けられる複数の板状のフィン（図示せず）を有する。このようなラジエータ１１２および１１４は、走行時に風を十分に受けることができる。

図６等に示すように、ラジエータ１１２は、旋回するように形成されるラジエータパイプ１１６を含む。ラジエータパイプ１１６は、ステンレス等からなる直線状パイプとＵ字状の継手パイプとを溶接することによって、入口１１８ａ（図５参照）から出口１１８ｂ（図３参照）までの１本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ１１２の裏面側にはラジエータパイプ１１６と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２０が設けられている。

同様に、ラジエータ１１４は、それぞれ蛇行するように形成される２本のラジエータパイプ１２２を含む。各ラジエータパイプ１２２は、ステンレス等からなる直線状パイプとＵ字状の継手パイプとを溶接することによって、入口１２４ａ（図３参照）から出口１２４ｂ（図３参照）までの１本の連続したパイプに形成されている。ラジエータ１１４の裏面側にはラジエータパイプ１２２と対向するようにラジエータ冷却用のファン１２６が設けられている。

図１〜図７に戻り主に図３を参照して、フロントフレーム１６の連結部１６ｅの後側には、上方から順に燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２が配置されている。燃料タンク１２８、水溶液タンク１３０および水タンク１３２は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。

燃料タンク１２８は、シートレール２０の下側に配置され、シートレール２０の後端部に取り付けられている。燃料タンク１２８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。燃料タンク１２８はその上面に蓋１２８ａを備え、蓋１２８ａを取り外してメタノール燃料が供給される。

また、水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８の下側に設けられ、リヤフレーム１８に取り付けられている。水溶液タンク１３０は、燃料タンク１２８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。つまり、水溶液タンク１３０は、水溶液ポンプ１４６（後述）によってセルスタック１０２に向けて送り出すべきメタノール水溶液を収容している。

燃料タンク１２８にはレベルセンサ１２９が装着され、燃料タンク１２８内のメタノール燃料の液面の高さが検出される。水溶液タンク１３０にはレベルセンサ１３１が装着され、水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の液面の高さが検出される。レベルセンサ１２９，１３１で液面高さを検出することによって、タンク内の液量を検出できる。水溶液タンク１３０内の液面は、たとえば図４においてＡで示す範囲内にコントロールされる。

水タンク１３２は、リヤフレーム１８の板状部材１８ａおよび１８ｂ間でありかつセルスタック１０２の後側に配置されている。水タンク１３２にはレベルセンサ１３３が装着され、水タンク１３２内の水面の高さが検出される。レベルセンサ１３３で水面高さを検出することによって、水タンク１３２内の水量を検出できる。

また、燃料タンク１２８の前側でありかつフロントフレーム１６のフランジ部１６ｂの上側には、二次電池１３４が設けられている。二次電池１３４はリヤフレーム１８の板状部材（図示せず）の上面に配置される。二次電池１３４は、セルスタック１０２で生成された電気エネルギを蓄え、コントローラ１５６（後述）の指令に応じて電気エネルギを対応する電気構成部材に供給する。たとえば、二次電池１３４は、補機類や駆動ユニット６２に電気エネルギを供給する。

二次電池１３４の上側かつシートレール２０の下側には、燃料ポンプ１３６、検出用バルブ１３８が配置されている。また、水溶液タンク１３０の上側にはキャッチタンク１４０が配置されている。

キャッチタンク１４０はその上面に蓋１４０ａを備え、たとえば燃料電池システム１００を一度も起動したことがない状態（水溶液タンク１３０が空の状態）において、蓋１４０ａを取り外してメタノール水溶液が供給される。キャッチタンク１４０は、たとえばＰＥ（ポリエチレン）ブロー成型によって得られる。

また、フロントフレーム１６とセルスタック１０２とラジエータ１１２，１１４とによって囲まれた空間には、気体に含まれる塵等の異物を除去するためのエアフィルタ１４２が配置され、エアフィルタ１４２の後方斜め下側には水溶液フィルタ１４４が配置されている。

また、図４に示すように、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１４６およびエアポンプ１４８が収納されている。エアポンプ１４８の左側にはエアチャンバ１５０が配置されている。水溶液ポンプ１４６の駆動によってセルスタック１０２に向けてメタノール水溶液が送り出される。

さらに、図５に示すように、フロントフレーム１６の右側の収納スペースには、前方から順にメインスイッチ１５２、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４、コントローラ１５６、防錆用バルブ１５８および水ポンプ１６０が配置される。なお、メインスイッチ１５２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設けられている。セルスタック１０２の前面にはホーン１６２が設けられている。また、ＤＣ−ＤＣコンバータ１５４は電圧を２４Ｖから１２Ｖに変換し、変換された１２Ｖの電圧によってファン１２０，１２６が駆動される。

このように配置される燃料電池システム１００の配管について、図４〜図７および図１０を参照して説明する。
燃料タンク１２８と燃料ポンプ１３６とはパイプＰ１によって連通され、燃料ポンプ１３６と水溶液タンク１３０とはパイプＰ２によって連通されている。パイプＰ１は、燃料タンク１２８の左側面下端部と燃料ポンプ１３６の左側面下端部とを結び、パイプＰ２は、燃料ポンプ１３６の左側面下端部と水溶液タンク１３０の左側面下端部とを結ぶ。燃料ポンプ１３６を駆動させることによって、燃料タンク１２８内のメタノール燃料がパイプＰ１，Ｐ２を介して水溶液タンク１３０に与えられる。

水溶液タンク１３０と水溶液ポンプ１４６とはパイプＰ３によって連通され、水溶液ポンプ１４６と水溶液フィルタ１４４とはパイプＰ４によって連通され、水溶液フィルタ１４４とセルスタック１０２とはパイプＰ５によって連通されている。パイプＰ３は、水溶液タンク１３０の左側面下隅部と水溶液ポンプ１４６の後部とを結び、パイプＰ４は、水溶液ポンプ１４６の後部と水溶液フィルタ１４４の左側面とを結び、パイプＰ５は、水溶液フィルタ１４４の右側面とセルスタック１０２の前面右下隅部に位置するアノード入口Ｉ１とを結ぶ。水溶液ポンプ１４６を駆動させることによって、水溶液タンク１３０からのメタノール水溶液が、パイプＰ３側からパイプＰ４側へと送り出され、水溶液フィルタ１４４で不純物が除去された後、パイプＰ５を介してセルスタック１０２に与えられる。この実施形態ではパイプＰ４およびＰ５によって水溶液ポンプ１４６が送り出すメタノール水溶液をセルスタック１０２の各燃料電池１０４に案内するパイプが構成される。

セルスタック１０２と水溶液用のラジエータ１１２とはパイプＰ６によって連通され、ラジエータ１１２と水溶液タンク１３０とはパイプＰ７によって連通されている。パイプＰ６は、セルスタック１０２の後面左上隅部に位置するアノード出口Ｉ２とラジエータ１１２の下面右側端部から引き出されるラジエータパイプ１１６の入口１１８ａ（図５参照）とを結び、パイプＰ７は、ラジエータ１１２の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出されるラジエータパイプ１１６の出口１１８ｂ（図３参照）と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。セルスタック１０２から排出される未反応メタノール水溶液および二酸化炭素はパイプＰ６を介してラジエータ１１２に与えられ温度が下げられて、パイプＰ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。これによって水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液の温度を下げることができる。

上述したパイプＰ１〜Ｐ７は主として燃料の流路となる。

また、エアフィルタ１４２とエアチャンバ１５０とはパイプＰ８によって連通され、エアチャンバ１５０とエアポンプ１４８とはパイプＰ９によって連通され、エアポンプ１４８と防錆用バルブ１５８とはパイプＰ１０によって接続され、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２とはパイプＰ１１によって接続されている。パイプＰ８は、エアフィルタ１４２の後部とエアチャンバ１５０の中央部よりもやや前方寄りの位置とを結び、パイプＰ９は、エアチャンバ１５０の中央部の下側とエアポンプ１４８の後部とを結び、パイプＰ１０は、フロントフレーム１６の板状部材１６ａの左側に位置するエアポンプ１４８と板状部材１６ａの右側に位置する防錆用バルブ１５８とを結び、パイプＰ１１は、防錆用バルブ１５８とセルスタック１０２の後面右上端部に位置するカソード入口Ｉ３とを結ぶ。燃料電池システム１００の運転時には防錆用バルブ１５８を開いておき、その状態でエアポンプ１４８を駆動させることによって、酸素を含む空気が外部から吸入される。吸入された空気は、エアフィルタ１４２で浄化された後、パイプＰ８、エアチャンバ１５０およびパイプＰ９を介してエアポンプ１４８に流入し、さらに、パイプＰ１０、防錆用バルブ１５８およびパイプＰ１１を介してセルスタック１０２に与えられる。防錆用バルブ１５８は、燃料電池システム１００の停止時には閉じられており、エアポンプ１４８への水蒸気の逆流を防ぎエアポンプ１４８の錆を防止する。

セルスタック１０２と気液分離用のラジエータ１１４とは２本のパイプＰ１２によって連通され、ラジエータ１１４と水タンク１３２とは２本のパイプＰ１３によって連通され、水タンク１３２にはパイプ（排気管）Ｐ１４が設けられている。各パイプＰ１２は、セルスタック１０２の前面左下隅部に位置するカソード出口Ｉ４とラジエータ１１４の下面左側端部から引き出される各ラジエータパイプ１２２の入口１２４ａ（図３参照）とを結び、各パイプＰ１３は、ラジエータ１１４の下面左側端部からやや中央寄りの位置から引き出される各ラジエータパイプ１２２の出口１２４ｂ（図３参照）と水タンク１３２の前面上部とを結び、パイプＰ１４は、水タンク１３２の後面上部に接続され、一旦上昇しその後下降するようにくの字状に形成されている。セルスタック１０２のカソード出口Ｉ４から排出される水分（水および水蒸気）や二酸化炭素を含む排気は、パイプＰ１２を介してラジエータ１１４に与えられ、水蒸気が液化される。ラジエータ１１４からの排気は、パイプＰ１３を介して水と共に水タンク１３２に与えられ、パイプＰ１４を介して外部に排出される。

上述したパイプＰ８〜Ｐ１４は、主として排気の流路となる。

さらに、水タンク１３２と水ポンプ１６０とはパイプＰ１５によって連通され、水ポンプ１６０と水溶液タンク１３０とはパイプＰ１６によって連通されている。パイプＰ１５は、水タンク１３２の右側面下部と水ポンプ１６０の中央部とを結び、パイプＰ１６は、水ポンプ１６０の中央部と水溶液タンク１３０の左側面上隅部とを結ぶ。水ポンプ１６０を駆動させることによって、水タンク１３２内の水がパイプＰ１５，１６を介して水溶液タンク１３０に戻される。

上述したパイプＰ１５，Ｐ１６は水の流路となる。

また、パイプＰ４には、水溶液ポンプ１４６によって送り出されパイプ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Ｐ１７が接続される。図４に示すように、パイプＰ１７には、パイプＰ１７内でのメタノール濃度を検出するための超音波センサ１６４が取り付けられている。超音波センサ１６４は、流入したメタノール水溶液のメタノール濃度（メタノール水溶液におけるメタノールの割合）に応じて超音波の伝播速度が変化することを利用してパイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出するために用いられる。

図４に示すように、超音波センサ１６４は、超音波を発生させる発信部１６４ａと超音波を検出する受信部１６４ｂとを有する。発信部１６４ａは、パイプＰ４に介挿される。発信部１６４ａの分岐口１６５にはパイプＰ１７の始端が接続され、パイプＰ１７内には分岐口１６５を介してメタノール水溶液が導入される。受信部１６４ｂは、パイプＰ１７の終端に接続され二次電池１３４の左側面に配置される。超音波センサ１６４では、発信部１６４ａで超音波を発生させ、受信部１６４ｂで超音波を受信して、発信部１６４ａでの超音波の発生開始から受信部１６４ｂでの超音波の受信までの時間によって得られる超音波の伝播速度を検出し、その伝播速度を電圧値に変換して物理的な濃度情報とする。コントローラ１５６は、その濃度情報に基づいて、パイプＰ１７内のメタノール水溶液のメタノール濃度を検出する。

受信部１６４ｂと検出用バルブ１３８とはパイプＰ１８によって連通されている。また、検出用バルブ１３８と水溶液タンク１３０とはパイプＰ１９によって連通されている。パイプＰ１８は、受信部１６４ｂの上面と検出用バルブ１３８の左側面とを結び、パイプＰ１９は、検出用バルブ１３８の右側面と水溶液タンク１３０の上面とを結ぶ。

上述したパイプＰ１７〜Ｐ１９は主として濃度検出用の流路となる。

さらに、水溶液タンク１３０とキャッチタンク１４０とはパイプＰ２０によって連通され、キャッチタンク１４０と水溶液タンク１３０とはパイプＰ２１によって連通され、キャッチタンク１４０とエアチャンバ１５０とはパイプＰ２２によって連通されている。パイプＰ２０は、水溶液タンク１３０の左側面上隅部とキャッチタンク１４０の左側面上隅部とを結び、パイプＰ２１は、キャッチタンク１４０の下端部と水溶液タンク１３０の左側面下隅部とを結び、パイプＰ２２は、キャッチタンク１４０の左側面上部寄りの位置とエアチャンバ１５０の上端面とを結ぶ。水溶液タンク１３０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Ｐ２０を介してキャッチタンク１４０に与えられる。気化したメタノールと水蒸気とはキャッチタンク１４０で冷却、液化された後、パイプＰ２１を介して水溶液タンク１３０に戻される。キャッチタンク１４０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Ｐ２２を介してエアチャンバ１５０に与えられる。

上述したパイプＰ２０〜Ｐ２２は主として燃料処理用の流路となる。

なお、図１０に示すように、超音波センサ１６４の受信部１６４ｂには、超音波センサ１６４を通るメタノール水溶液の温度を検出するための第１温度センサ１６６が設けられている。また、セルスタック１０２のアノード入口Ｉ１付近には、セルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の濃度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ための電圧センサ１６８とセルスタック１０２に供給されたメタノール水溶液の温度を検出するための第２温度センサ１７０とが設けられている。さらに、エアフィルタ１４２付近には、外気温度を検出するための外気温度センサ１７１が設けられている。電圧センサ１６８は、燃料電池（燃料電池セル）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。

このような燃料電池システム１００の電気的構成について、図１１を参照して説明する。
燃料電池システム１００のコントローラ１５６は、必要な演算を行い燃料電池システム１００の動作を制御するためのＣＰＵ１７２、ＣＰＵ１７２にクロックを与えるクロック回路１７４、燃料電池システム１００の動作を制御するためのプログラムやデータおよび演算データ等を格納するための、たとえばＥＥＰＲＯＭからなるメモリ１７６、燃料電池システム１００の誤動作を防ぐためのリセットＩＣ１７８、外部機器と接続するためのインターフェイス回路１８０、自動二輪車１０を駆動する電動モータ６０にセルスタック１０２を接続するための電気回路１８２における電圧を検出するための電圧検出回路１８４、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１８６、電気回路１８２を開閉するためのＯＮ／ＯＦＦ回路１８８、電気回路１８２の過電圧を防止するための電圧保護回路１９０、電気回路１８２に設けられるダイオード１９２、および電気回路１８２に所定の電圧を供給するための電源回路１９４を含む。

このようなコントローラ１５６のＣＰＵ１７２には、超音波センサ１６４、電圧センサ１６８、第１温度センサ１６６、第２温度センサ１７０および外気温度センサ１７１からの検出信号、電圧検出回路１８４からの電圧検出値、ならびに電流検出回路１８６からの電流検出値が入力される。また、ＣＰＵ１７２には、燃料電池システム１００の傾斜を検出する傾斜センサ１９６からの検知信号や、電源をオンオフするためのメインスイッチ１５２からの入力信号や、各種設定や情報入力のための入力部３０ｃからの信号が与えられる。さらに、ＣＰＵ１７２には、レベルセンサ１２９，１３１および１３３からの検出信号も与えられる。

記憶手段であるメモリ１７６には、図１４〜図１９に示す動作を実行するためのプログラムや演算データ等の他、超音波センサ１６４によって得られたメタノール水溶液の物理的な濃度情報（超音波伝播速度に対応する電圧）を濃度に変換するための変換情報、電圧センサ１６８によって得られたメタノール水溶液の電気化学的な濃度情報（燃料電池１０４の開回路電圧）を濃度に変換するための変換情報が格納される。これらの変換情報は、たとえば、センサの出力情報とそれに対応する濃度との対応関係を示すテーブルデータである。さらに、メモリ１７６には傾斜情報、第１所定値、第２所定値および第３所定値が格納される。傾斜情報は、所定以上の傾斜の有無を判断した時刻を示す時刻データとその判断結果を示す結果データとを含む。結果データは、所定以上の傾斜があれば「１」、なければ「０」とされる。

また、メモリ１７６には、傾斜時間を待機時間に変換するための変換情報が格納されている。具体的には、図１２の傾斜時間と待機時間との対応関係を示すテーブルデータが格納されている。

なお、図１３を参照して、復旧モードでは、燃料電池システム１００の傾斜が所定以上でなくなってからの正常時間が、傾斜時間に基づいて求められた待機時間以上になれば、燃料電池１０４を起動できる。

また、ＣＰＵ１７２によって、燃料ポンプ１３６、水溶液ポンプ１４６、エアポンプ１４８、水ポンプ１６０、冷却用ファン１２０，１２６、検出用バルブ１３８および防錆用バルブ１５８等の補機類が制御される。さらに、ＣＰＵ１７２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３０ｂが制御される。

また、セルスタック１０２には二次電池１３４および駆動ユニット６２が接続される。二次電池１３４および駆動ユニット６２は電動モータ６０に接続される。二次電池１３４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からの電気エネルギによって充電され、その放電によって電動モータ６０や補機類に電気エネルギを与える。

電動モータ６０には、電動モータ６０の各種データを計測するためのメータ３０ａが接続され、メータ３０ａによって計測されたデータや電動モータ６０の状況は、インターフェイス回路１９８を介してＣＰＵ１７２に与えられる。

また、インターフェイス回路１９８には充電器２００が接続可能であり、充電器２００は外部電源（商用電源）２０２に接続できる。充電器２００を介してインターフェイス回路１９８と外部電源２０２とが接続されている場合、すなわち燃料電池システム１００と外部電源２０２とが接続されている場合には、インターフェイス回路１９８を介してＣＰＵ１７２に外部電源接続信号が与えられる。充電器２００のスイッチ２００ａはＣＰＵ１７２によってオン／オフできる。

この実施形態では、メモリ１７６が記憶手段に相当し、ＣＰＵ１７２が制御手段に相当し、ＣＰＵ１７２およびメモリ１７６が時間検出手段に相当し、水タンク１３２が水収容部に相当し、水溶液タンク１３０が水溶液収容部に相当する。メインスイッチ１５２が指示手段に相当する。また、傾斜検出手段は傾斜センサ１９６を含み、空気供給手段はエアポンプ１４８を含み、水供給手段は水ポンプ１６０を含み、水溶液量検出手段はレベルセンサ１３１を含み、液量検出手段はレベルセンサ１３３を含む。

ついで、燃料電池システム１００の運転時の主要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１５２がオンされることを契機として、水溶液ポンプ１４６やエアポンプ１４８等の補機類を駆動し、運転を開始する。

水溶液ポンプ１４６の駆動によって、水溶液タンク１３０に収容されるメタノール水溶液が、パイプＰ３側からパイプＰ４側へと送り出され、水溶液フィルタ１４４に供給される。そして、水溶液フィルタ１４４で不純物等が除去されたメタノール水溶液は、パイプＰ５、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。

一方、エアポンプ１４８の駆動によってエアフィルタ１４２から吸入された空気（エア）は、パイプＰ８を介してエアチャンバ１５０に流入することによって消音される。そして、吸入された空気およびエアチャンバ１５０に与えられたキャッチタンク１４０からの気体が、パイプＰ９〜Ｐ１１、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。生成された電気エネルギは、二次電池１３４に送られて蓄えられると共に、自動二輪車１０の走行駆動等に利用される。

一方、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水溶液は、上記電気化学反応によって発生する熱によって温度上昇し（たとえば約６５℃〜７０℃となる）、未反応メタノール水溶液の一部は気化される。二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、セルスタック１０２のアノード出口Ｉ２を介して水溶液用のラジエータ１１２内に流入し、ラジエータパイプ１１６を流れる間にファン１２０によって冷却される（たとえば約４０℃となる）。冷却された二酸化炭素および未反応メタノール水溶液は、パイプＰ７を介して水溶液タンク１３０に戻される。

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の一部は、ラジエータ１１４で冷却されその温度が露点以下になることによって液化される。ラジエータ１１４による水蒸気の液化動作は、ファン１２６を動作させることによって行われる。カソード出口Ｉ４からの水分（水および水蒸気）は未反応の空気と共にパイプＰ１２、ラジエータ１１４およびパイプＰ１３を介して水タンク１３２に与えられる。

また、各燃料電池１０４のカソード１０４ｃでは、キャッチタンク１４０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１１４を介して水タンク１３２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１１４を介して水タンク１３２に与えられる。

水タンク１３２に回収された水は、水ポンプ１６０の駆動によってパイプＰ１５，Ｐ１６を介して水溶液タンク１３０に適宜還流され、メタノール水溶液の水として利用される。

運転中の燃料電池システム１００では、各燃料電池１０４の劣化を防ぎつつ各燃料電池１０４に効率よく発電させるために、メタノール水溶液の濃度検出処理が定期的に実行される。そして、その検出結果に基づいてセルスタック１０２に供給すべき水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液のメタノール濃度がたとえば３ｗｔ％程度に調整される。具体的には、コントローラ１５６によって燃料ポンプ１３６および水ポンプ１６０が制御され、メタノール濃度の検出結果に基づいて、燃料タンク１２８内のメタノール燃料が水溶液タンク１３０へ供給され、水タンク１３２内の水が水溶液タンク１３０へ還流される。

このように運転される燃料電池システム１００が停止するまでの動作について、図１４を参照して説明する。
まず、燃料電池システム１００の運転中において、二次電池１３４が満充電されたかまたは自動二輪車１０のメインスイッチ１５２がオフされたか否かが判断される（ステップＳ１）。二次電池１３４が満充電されておらずかつ自動二輪車１０のメインスイッチ１５２がオフされていなければ、所定以上の傾斜が検出されたか否かが判断される（ステップＳ３）。燃料電池システム１００ひいては車体１１の傾きが規定値を超えている状態を傾斜センサ１９６によって一定時間以上継続して検出されたときＣＰＵ１７２によって所定以上の傾斜と判断される。

自動二輪車１０では車体１１を大きく傾けながら走行する場合があるので、車体１１の最大傾斜角を規定値としてもよい。なお、最大傾斜角とは、走行中にそれよりも倒すことのできない角度、具体的には車体１１を傾けたときに地面に最初に接触するフットレストなどの部材が地面に接触したときの角度を意味する。このような規定値を用いると、自動二輪車１０が転倒すれば規定値を超えることになる。

ステップＳ３において所定以上の傾斜が検出されたときには燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２の発電が停止される（ステップＳ５）。停止処理はエアポンプ１４８や水溶液ポンプ１４６などの補機類の駆動を停止することによって行われる。そして、所定以上の傾斜ありが記憶される（ステップＳ７）。すなわち、所定以上の傾斜の有無の判断時刻を示す時刻データと所定以上の傾斜ありを示す「１」の結果データとを含む傾斜情報がメモリ１７６に格納され、低消費モードへ進む。一方、ステップＳ１において二次電池１３４が満充電されたかまたは自動二輪車１０のメインスイッチ１５２がオフされたことを検出すれば、燃料電池１０４ひいてはセルスタック１０２の発電が停止され（ステップＳ９）、低消費モードへ進む。

ついで、図１５を参照して、低消費モードにおける動作について説明する。
低消費モードの処理は所定時間毎に（この実施形態では１分に１回）起動され（ステップＳ３１）、傾斜センサ１９６の出力をチェックすることによって所定以上の傾斜の検出が行われる（ステップＳ３３）。但し、ステップＳ３３による傾斜検出の頻度は、ステップＳ３による傾斜検出の頻度より少なく設定される。

そして、所定以上の傾斜が検出されたときはメモリ１７６に所定以上の傾斜ありが記憶される（ステップＳ３５）。すなわち、所定以上の傾斜の有無の判断時刻を示す時刻データと所定以上の傾斜ありを示す「１」の結果データとを含む傾斜情報がメモリ１７６に格納され、終了する。一方、ステップＳ３３において所定以上の傾斜が検出されなければ、メモリ１７６に所定以上の傾斜なしが記憶される（ステップＳ３７）。すなわち、当該傾斜の有無の判断時刻を示す時刻データと所定以上の傾斜なしを示す「０」の結果データとを含む傾斜情報がメモリ１７６に格納され、終了する。

このような傾斜情報に基づいて傾斜時間を検出することができ、最適な起動モードを選択できる。この実施形態では、所定以上の傾斜状態の継続を１分単位で検出でき、１分単位で傾斜時間を検出できる。

次に、図１６を参照して、起動モードを選択するためのチェックモードについて説明する。
まず、メインスイッチ１５２がオンされたか否かが判断される（ステップＳ５１）。

メインスイッチ１５２がオンされるまで待機し、メインスイッチ１５２がオンされると、ＣＰＵ１７２によってメモリ１７６内の傾斜情報の結果データに基づいて所定以上の傾斜ありの記憶があるか否かが判断される（ステップＳ５３）。所定以上の傾斜ありの記憶があればメモリ１７６内の傾斜情報に基づいてＣＰＵ１７２によって傾斜時間が検出される（ステップＳ５５）。この実施形態では、低消費モードの処理は１分間隔で起動され、傾斜情報もメモリ１７６へ１分ごとに追加的に書き込まれていく。このようなメモリ１７６内の傾斜情報の履歴を参照して、「１」の結果データの個数に基づいて簡単に傾斜時間が検出される。たとえば、「１」の結果データが１つであれば傾斜時間は１分未満、２つであれば１分以上２分未満、１０個あれば９分以上１０分未満とされる。

そして、傾斜時間が第１所定値（たとえば１４４０時間）以上か否かが判断される（ステップＳ５７）。傾斜時間が第１所定値未満であれば、ＣＰＵ１７２は起動モードとして復旧モードを選択し、燃料電池１０４が復旧モードで起動され（ステップＳ５９）、終了する。

一方、ステップＳ５３において所定以上の傾斜ありの記憶がなければ（メモリ１７６内に「１」の結果データがなければ）、ＣＰＵ１７２は起動モードとして通常モードを選択し、燃料電池１０４が通常モードで起動され（ステップＳ６１）、終了する。また、ステップＳ５７において傾斜時間が第１所定値以上であれば、燃料電池１０４を起動することなく表示部３０ｂにエラーが表示されて（ステップＳ６３）、終了する。

なお、たとえば低消費モードにおいて燃料電池システム１００が２回以上転倒したような場合には、最後の転倒すなわち最後の所定以上の傾斜のみの傾斜時間を検出し、その傾斜時間に基づいて待機時間を求めるようにしてもよい。

図１７および図１８を参照して、復旧モードの動作について説明する。
まず、チェックモードのステップＳ５５において検出された傾斜時間から待機時間が検出される（ステップＳ７１）。この実施形態では、メモリ１７６に記憶されている図１２に示すテーブルデータを参照して、傾斜時間に対応する待機時間が選択される。そして、燃料電池システム１００の傾斜が所定以上でなくなったことを検出した直近の時点から現時点までの経過時間である正常時間が待機時間以上か否かが判断される（ステップＳ７３）。正常時間が待機時間以上になるまで待機し、正常時間が待機時間以上になればステップＳ７５に進む。

このように正常時間が待機時間以上になれば、水溶液タンク１３０や水タンク１３２などの重力に依存する部分で気相、液相の相分離を正常に戻すことができる。

また、エアポンプ１４８に液体が流入するとポンプの回転の抵抗となり焼きつきなどの問題が生じ、水溶液ポンプ１４６に空気が流入すると噛み込みによって水溶液を供給することができないという問題を生じる。したがって、ポンプ類についても相分離を確実に行う必要がある。正常時間が待機時間以上になれば、ポンプ類についても相分離を確実に行うことができる。また、乾燥した電解質膜１０４ａを湿らせ、正常な状態に戻すことができる。

そして、ステップＳ７５において、燃料電池１０４に負荷である電動モータ６０および二次電池１３４が接続されず（ステップＳ７５）、その後、温度条件に拘わらずエアポンプ１４８が通常の１５〜２０％程度の出力で抑え気味に所定時間動作される（ステップＳ７７）。この動作によって転倒の影響でカソード１０４ｃに詰まっている水またはメタノール水溶液の排出を促進することができる。また、エアポンプ１４８を抑え気味に駆動させることによって、エアポンプ１４８の駆動に要する電力が上がり過ぎて過電流でシステムが停止してしまうといった弊害を防止できる。

そして、水溶液タンク１３０内の水溶液量が第２所定値（たとえば１０００ｃｃ）以上か否かがレベルセンサ１３１の検出結果に基づいてＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ７９）。水溶液量が第２所定値未満であれば、水ポンプ１６０が駆動されて水溶液量が調整され（ステップＳ８１）、水タンク１３２内の液量が第３所定値（たとえば７５０ｃｃ）以上か否かがレベルセンサ１３３の検出結果に基づいてＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ８３）。水タンク１３２内の液量が第３所定値以上であればステップＳ７９に戻る。水溶液タンク１３０内の水溶液量が第２所定値以上になるまで以上の処理が行われる。水溶液タンク１３０内の水溶液量が第２所定値以上になれば、水溶液ポンプ１４６およびエアポンプ１４８が駆動され発電が開始される（ステップＳ８７）。一方、水タンク１３２内の水を供給しても水溶液タンク１３０内の水溶液量を十分に回復できない場合には、ステップＳ８３において水タンク１３２内の液量が第３所定値未満となる。この場合、燃料ポンプ１３６が駆動されメタノール燃料が水溶液タンク１３０内に供給されることによって高濃度のメタノール水溶液が生成され（ステップＳ８５）、発電が開始される（ステップＳ８７）。このようにして発電を開始し高濃度のメタノール燃料を循環させることによって、メタノールのクロスオーバーが促進され、クロスオーバーしたメタノールがカソード１０４ｃで水と二酸化炭素とに分解され、その水が水タンク１３２に蓄えられる。

そして、たとえば第２温度センサ１７０によって検出された温度をセルスタック１０２の温度とみなし、その温度が所定温度（たとえば５０℃）まで上昇したか否かがＣＰＵ１７２によって判断される（ステップＳ８９）。所定温度に達していなければ、ステップＳ９０において所定時間が経過するまでは所定温度へ到達するのを待つ。所定温度に到達すれば、燃料電池１０４と負荷である電動モータ６０および二次電池１３４とが接続されて燃料電池１０４からの電力が取り出され（ステップＳ９１）、二次電池１３４の充電が開始される。そして、運転中に燃料電池１０４の電圧が測定され出力が回復したか否かが判断される（ステップＳ９３）。出力が回復したか否かは、たとえば燃料電池１０４の出力が予め設定しておいた出力の８０％以上に達したか否かによって判断される。なお、転倒直前の出力を記憶しておきそれ以上の出力が得られた時点で出力が回復したと判断するようにしてもよい。

出力が回復したと判断されると傾斜情報がクリアされ（ステップＳ９５）、通常運転に移り（ステップＳ９７）、終了する。

一方、ステップＳ９３において出力が回復しなければ、所定以上の傾斜によって出力の低下が生じたことがメモリ１７６に記憶され（ステップＳ９９）、表示部３０ｂにエラーが表示され（ステップＳ１０１）、傾斜情報がクリアされる（ステップＳ１０３）。そして、ＮＥＴ出力がマイナスになったか否かが判断される（ステップＳ１０５）。ＮＥＴ出力がマイナスになるまで発電が継続され、マイナスになれば発電が停止され（ステップＳ１０７）、終了する。

なお、ＮＥＴ出力とは、燃料電池１０４の出力（グロス出力）からエアポンプ１４８等の補機類に消費される電力を減じた出力である。補機類の消費電力がグロス出力を上回りＮＥＴ出力がマイナスになると、充電できなくなるので発電が停止される。

また、ステップＳ９０において、所定時間が経過すれば、表示部３０ｂにエラーが表示され（ステップＳ１０９）、終了する。

ついで、図１９を参照して、通常モードの動作について説明する。
まず、レベルセンサ１３１の検出結果に基づいてＣＰＵ１７２によって水溶液タンク１３０内のメタノール水溶液量が検出され（ステップＳ１１１）、二次電池１３４の蓄電量が蓄電量検出器６５によって検出され（ステップＳ１１３）、水溶液量および蓄電量に基づいて昇温方法が決定される（ステップＳ１１５）。

そして、燃料ポンプ１３６を駆動させることによってメタノール燃料が水溶液タンク１３０へ補充される（ステップＳ１１７）。その後、水溶液ポンプ１４６およびエアポンプ１４８が駆動されて発電が開始され（ステップＳ１１９）、セルスタック１０２の温度が４０℃以上になったか否かが判断される（ステップＳ１２１）。セルスタック１０２の温度が４０℃以上になるまでステップＳ１１９に戻りエアポンプ１４８の駆動が続けられる。そして、セルスタック１０２の温度が４０℃以上になれば部分負荷接続にされる（ステップＳ１２３）。部分負荷接続で運転するのは、温度が低い状態で全負荷を接続すると性能が低下するからである。

そして、発電電流に応じてエアの必要量が変わるので、発電電流に応じてエアポンプ１４８が制御され（ステップＳ１２５）、セルスタック１０２の温度が５５℃に到達したか否かが判断される（ステップＳ１２７）。セルスタック１０２の温度が５５℃に到達するまでステップＳ１２５に戻り、発電電流に応じてエアポンプ１４８が制御される。そして、セルスタック１０２の温度が５５℃に到達すれば、全負荷接続にされ（ステップＳ１２９）、終了する。

このような燃料電池システム１００によれば、メモリ１７６に所定以上の傾斜ありの記憶（「１」の結果データ）があるとき復旧モードで起動することによって、所定以上の傾斜後であっても燃料電池１０４を良好に起動することができる。

また、燃料電池システム１００が所定以上傾斜したとき燃料電池１０４の運転を停止させることによって、燃料電池システム１００の所定以上の傾斜時に発電を継続することに伴う危険を防止することができる。

さらに、所定以上の傾斜が長時間継続したときには起動せず、これによって電解質膜１０４ａを保護することができる。

また、復旧モードにおいて、エアポンプ１４８を駆動することによって、カソード１０４ｃに流入してしまった水のカソード１０４ｃからの排出を促すことができる。通常運転時には燃料電池１０４の温度に応じてエアポンプ１４８の駆動を制御しているが、復旧モードでは温度条件を無視し所定時間駆動し続けることで不要な水のカソード１０４ｃからの排出を促すことができる。

さらに、水溶液タンク１３０内の液量が減少し不足してしまうと、水タンク１３２内の水を水溶液タンク１３０に戻すことによって水溶液タンク１３０内の液量を回復させることができる。

また、燃料電池１０４に供給するメタノール水溶液の濃度を上昇させることによって発電中のクロスオーバー量を増加させる。これによって、カソード１０４ｃから排出される液量を増加させ、水タンク１３２内の液量を増加させることができる。特に、水タンク１３２内の水を水溶液タンク１３０内に戻すことによって水タンク１３２内の水量が不足する場合に有効である。

さらに、発電の停止中において燃料電池システム１００の傾斜を検出する頻度を運転中より少なく設定することによって、発電の停止中の消費電力を抑制できる。

燃料電池システム１００を含む輸送機器は所定以上傾斜する場合があり、特に自動二輪車１０は転倒し易いので、この発明は、燃料電池システム１００を含む自動二輪車１０ひいては船舶等の輸送機器に好適に用いられる。

また、この発明は、輸送機器だけではなく電子機器にも適用できる。さらに、この発明は、大型、小型を問わずあらゆるサイズの据え置き型、可搬型のシステムに適用できる。

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。

さらに、この発明は、水素ガスを燃料電池に供給するタイプのシステムにも適用できる。

また、傾斜検出手段には、ジャイロ計器や、接地面との接触を検出するための接触スイッチなどの他の手段を用いることができる。

上述の実施形態では、燃料電池システム１００の傾きが規定値を超えている状態を一定時間以上継続して検出したとき、所定以上の傾斜ありと判断したが、これに限定されない。燃料電池システム１００の傾きが規定値を超えれば所定以上の傾斜ありと判断するようにしてもよい。

また、傾斜時間はクロック回路１７４からのクロックに基づいてリアルタイムに測定されてもよい。

さらに、図１６に示すステップＳ５３において所定以上の傾斜ありの記憶があれば、ステップＳ５５およびＳ５７を経ることなく直接ステップＳ５９に進み、燃料電池１０４を復旧モードで起動するようにしてもよい。

この発明が詳細に説明され図示されたが、それは単なる図解および一例として用いたものであり、限定であると解されるべきではないことは明らかであり、この発明の精神および範囲は特許請求の範囲の文言のみによって限定される。

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。 自動二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め前方からみた斜視図である。 自動二輪車の車体フレームに対する燃料電池システムの配置状態を左斜め後方からみた斜視図である。 燃料電池システムの配管状態を示す左側面図である。 燃料電池システムの配管状態を示す右側面図である。 燃料電池システムの配管状態を左斜め前方からみた斜視図である。 燃料電池システムの配管状態を右斜め前方からみた斜視図である。 燃料電池セルスタックを示す図解図である。 燃料電池セルを示す図解図である。 燃料電池システムの配管を示すシステム図である。 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。 傾斜時間と待機時間との対応関係を示すテーブルデータである。 傾斜時間、待機時間および正常時間を説明するための図解図である。 この発明の一実施形態の動作の一例を示すフロー図である。 この発明の一実施形態の低消費モードの動作の一例を示すフロー図である。 この発明の一実施形態のチェックモードの動作の一例を示すフロー図である。 この発明の一実施形態の復旧モードの動作の一例を示すフロー図である。 図１７の動作の続きを示すフロー図である。 この発明の一実施形態の通常モードの動作の一例を示すフロー図である。

符号の説明

１０ 自動二輪車
６５ 蓄電量検出器
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）
１０４ａ 電解質膜
１０４ｂ アノード
１０４ｃ カソード
１２８ 燃料タンク
１２９，１３１，１３３ レベルセンサ
１３０ 水溶液タンク
１３２ 水タンク
１３４ 二次電池
１３６ 燃料ポンプ
１４６ 水溶液ポンプ
１４８ エアポンプ
１５２ メインスイッチ
１５６ コントローラ
１６０ 水ポンプ
１７２ ＣＰＵ
１７６ メモリ
１９６ 傾斜センサ
Ｐ１〜Ｐ２２ パイプ

Claims (12)

1. アノードとカソードとを有する燃料電池を含む燃料電池システムであって、
   前記燃料電池システムの傾斜を検出する傾斜検出手段、
   前記傾斜検出手段によって所定以上の傾斜が検出された後の傾斜時間を検出する時間検出手段、
   前記傾斜検出手段の検出結果に応じた傾斜情報を記憶する記憶手段、ならびに
   前記記憶手段に記憶された前記傾斜情報に基づいて前記燃料電池を通常モードおよび復旧モードのいずれかで起動させる制御手段を備え、
   前記制御手段は、前記燃料電池を前記復旧モードで起動させるとき、前記時間検出手段の検出結果に基づいて待機時間を設定し、前記傾斜検出手段によって前記燃料電池システムの傾斜が所定以上でなくなったことを検出した直近の時点から現時点までの経過時間である正常時間が前記待機時間以上になれば発電を開始させる、燃料電池システム。
2. 前記制御手段は、前記時間検出手段によって検出された傾斜時間の増加に応じて前記待機時間が増加するように前記待機時間を設定する、請求項１に記載の燃料電池システム。
3. 前記制御手段は、前記傾斜検出手段の検出結果に基づいて前記燃料電池の運転動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
4. 前記制御手段は、前記傾斜時間に基づいて前記燃料電池の起動を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
5. 前記燃料電池の前記カソードに酸素を含む空気を供給する空気供給手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記燃料電池を前記復旧モードで起動させるとき、前記燃料電池からの電力を取り出す前に前記カソードに前記空気を所定時間供給し続けるように前記空気供給手段を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
6. 前記制御手段は、前記燃料電池を前記復旧モードで起動させるとき、前記燃料電池からの電力を取り出す前に前記カソードに発電時よりも少ない量の空気を所定時間供給し続けるように前記空気供給手段を制御する、請求項５に記載の燃料電池システム。
7. 前記燃料電池の前記カソードから排出される水を収容する水収容部、
   前記水収容部に接続されかつ前記燃料電池に供給される燃料水溶液を収容する水溶液収容部、
   前記水収容部内の前記水を前記水溶液収容部に供給する水供給手段、および
   前記水溶液収容部内の液量を検出する水溶液量検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記燃料電池を前記復旧モードで起動させるとき、前記水溶液収容部内の液量に基づいて前記水供給手段の動作を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
8. 前記燃料電池の前記カソードから排出される水を収容する水収容部、および
   前記水収容部内の液量を検出する液量検出手段をさらに含み、
   前記制御手段は、前記燃料電池を前記復旧モードで起動させるとき、前記水収容部内の液量に基づいて前記燃料電池に供給する燃料水溶液の濃度を制御する、請求項１に記載の燃料電池システム。
9. 発電の停止中において前記傾斜検出手段によって前記燃料電池システムの傾斜を検出する頻度は運転中より少なく設定される、請求項１に記載の燃料電池システム。
10. 請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池システムを備える、輸送機器。
11. 請求項１から９のいずれかに記載の燃料電池システムを備える、電子機器。
12. アノードとカソードとを有する燃料電池を備える燃料電池システムの運転方法であって、
    前記燃料電池システムの傾斜検出を行い、
    前記燃料電池システムが所定以上傾斜したことを記憶手段に記憶し、
    その後の前記燃料電池の起動時に、前記記憶手段に前記燃料電池システムの所定以上の傾斜の記憶があれば前記燃料電池を復旧モードで起動させ、
    前記燃料電池を前記復旧モードで起動させるとき、前記燃料電池システムの所定以上の傾斜が検出された後の傾斜時間に基づいて待機時間を設定し、前記燃料電池システムの傾斜が所定以上でなくなったことを検出した直近の時点から現時点までの経過時間である正常時間が前記待機時間以上になれば発電を開始させる、燃料電池システムの運転方法。

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