WO2014045510A1 - 直接酸化型燃料電池システムおよびこれに用いる回収タンク - Google Patents

Abstract

　直接酸化型燃料電池システムは、直接酸化型燃料電池と、アノードから排出された、ガス成分を含むアノード流体を回収する回収タンクと、を具備する。回収タンクは、アノード流体を回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口、回収タンク内の液体をアノードに送出する液体送出口、並びに、アノード流体回収口と液体送出口との間に配され、アノード流体の前記ガス成分が、アノード流体回収口から液体送出口まで移動して、液体送出口から送出される液体に混入するのを防止するガス遮断部材を有している。回収タンク内の液量は、第１下限値以上になるように制御されている。ただし、第１下限値は、アノード流体回収口および液体送出口が、回収タンク内の液体の液面より下部に位置するように設定されている。

Description

直接酸化型燃料電池システムおよびこれに用いる回収タンク

　本発明は、直接酸化型燃料電池システムに関し、特にアノードから排出されるアノード流体を回収する回収タンクを備える燃料電池の構造および回収タンク内の液量制御に関する。

　携帯電話、ノートＰＣ、デジタルカメラ等のモバイル機器の高性能化に伴い、その電源として、固体高分子電解質膜を用いた固体高分子型燃料電池が期待されている。固体高分子型燃料電池の中でも、燃料としてメタノールなどの液体燃料を直接アノードに供給する直接酸化型燃料電池は、小型軽量化に適しており、モバイル機器用電源やポータブル発電機として開発が進められている。

　燃料電池は、膜電極接合体（ＭＥＡ）を具備する。ＭＥＡは、電解質膜と、その両面にそれぞれ接合されたアノード（燃料極）およびカソード（空気極）とから構成されている。アノードは、アノード触媒層とアノード拡散層とからなり、カソードは、カソード触媒層とカソード拡散層とからなる。ＭＥＡが一対のセパレータで挟み込まれることで、セルが構成される。アノード側セパレータは、アノードに水素ガスやメタノールなどの燃料を供給する燃料流路を有する。カソード側セパレータは、カソードに、酸素ガスや空気などの酸化剤を供給する酸化剤流路を有する。複数のセルが電気的に直列に積層されることでスタックが構成される。

　直接酸化型燃料電池スタックからは、発電時に水を含む液体が排出される。より具体的には、カソードからは発電の際の反応によって生成された水が排出され、アノードからは余剰の燃料を含む水溶液が排出される。直接酸化型燃料電池の燃料はアノードで酸化される。その酸化反応には水が必要である。このため、通常は燃料と水を混合した燃料水溶液がアノードに供給される。また、発電電流から算出される理論的な燃料の必要量よりも多くの量の燃料がアノードに供給される。このため、未反応の燃料は、水とともに燃料電池スタックから排出される。

　そのような排出液を燃料電池システムから外部にそのまま排出することは環境に対する負荷が大きい。このため、燃料電池スタックから排出された液体を回収するための機構を備えた燃料電池システムが提案されている。そのような機構は、回収された液体を蓄えておくための回収タンクを備えている。回収タンク内の液体（主に水）は、燃料と混合して燃料水溶液を生成するために再利用される。

　以上のように、回収タンク内の液体を燃料と混合して再利用する燃料電池システムでは、発電中の反応により生成した水も同じく再利用することが望ましい。例えば、燃料を、反応により生成した水と混合して希釈することで、燃料タンク（例えばカートリッジタンク）により供給される燃料（水溶液）の濃度を、アノードに供給する燃料水溶液の濃度よりも高くすることができる。その結果、燃料タンクをより小さくすることができる。したがって、燃料電池システムを小型軽量化することが容易となる。以下、アノードを通して、水を、未消費の燃料とともに循環させる系を水循環系という。また、水循環系の内部空間のうち、送液ポンプからアノードを経由してアノード流体回収口に至るまでの空間を、アノード側空間という。

　特許文献１、２には、燃料電池の発電中において、回収タンク内の液体の量が所定の範囲内に収まるように、燃料電池スタックから回収する液体の量を制御する機構を備えた燃料電池システムが提案されている。

　特許文献３には、燃料電池の起動時に、前回の使用時からの経過時間が長期間である場合には、電解質膜の含水処理を行う機構を備えた燃料電池システムが提案されている。

特開２００６－０８６１１１号公報 特開２００６－１０７７８６号公報 特開２００５－２４３５６８号公報

　燃料電池は、発電時間が増大するに従って徐々に出力が低下していく。燃料電池を家庭用電源として使用する場合には、延べ４００００時間以上の出力維持が望まれる。また、モバイル機器用電源やポータブル発電機として使用する場合でも、延べ５０００時間以上の出力維持が望まれる。そのような寿命特性を実現するためには、さまざまな技術課題を解決することが必要となる。

　発電時間の増大に伴う燃料電池の出力低下には、いくつかの原因がある。その１つはアノード触媒の劣化である。アノード触媒としては、白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合金の微粒子であるＰｔ－Ｒｕブラック触媒や、Ｐｔ－Ｒｕ合金の微粒子をカーボン（Ｃ）粒子上に担持させたＰｔ－Ｒｕ／Ｃ触媒などが使用される。また、アノード触媒層には、イオン伝導性を持つ高分子電解質も含まれている。燃料電池の発電期間が長期間に及ぶと、アノード触媒層においては、ＰｔやＲｕの溶出、カーボンの腐食、高分子電解質の分解などが起こっていることが多い。これらはアノードの基本的な性能を低下させ、出力低下を引き起こす。

　また、アノードから溶出したＲｕは、電解質膜を透過してカソードへ析出することがある。ＲｕはカソードのＰｔ触媒の活性を低下させる。これにより、カソードの基本的な性能も低下する。

　以上のようなアノード触媒層の劣化は、アノード電位が上昇することによって促進される。したがって、燃料電池の寿命特性を向上させるためには、アノード電位を常に低い状態に保っておくことが必要である。

　さらに、直接酸化型燃料電池を含むシステムは、長期保存への対策が必要である。例えば、直接酸化型燃料電池システムが、ホームユースでレクリエーションのために使用される場合には、燃料電池が長期間使用されずに放置されることもある。そうした長期保存を経た後にも、燃料電池は、初期の発電性能を維持していることが望まれる。

　長期保存によって直接酸化型燃料電池に起こり得る変化の中で、重要なものの１つは、燃料電池システム内からの水の散逸である。アノードでの燃料の酸化反応には水が必要である。回収タンク内の液体（主に、水）を燃料と混合して燃料水溶液を生成し、それをアノードに送るシステムでは、回収タンク内の液体が長期保存によって散逸してしまうと、アノードに適切な濃度の燃料水溶液を供給できなくなる。

　通常、高濃度の燃料水溶液を燃料電池に供給すると、その発電特性は、一時的に低下してしまう。このため、水の不足が懸念される長期保存を経た直後は、燃料電池システムは、十分な性能を発揮できなくなる。また、高濃度の燃料水溶液を燃料電池に供給すると、ＭＥＡに含有されている高分子電解質の大幅な膨張を引き起こす可能性がある。これにより、ＭＥＡの各構成要素の変形や各構成要素間の剥離などの現象が引き起こされることも考えられる。そのような現象は、ＭＥＡの不可逆的な劣化の要因となり得る。さらに、燃料タンクから純粋な燃料のみを供給するシステムであれば、システム内に水が存在していないと、アノードでの反応が起こらなくなり（後掲の式（１）参照）、燃料電池の発電を開始することができなくなる。

　以上のように、燃料電池システムの長期保存により、システム内から水が散逸してしまうと、燃料電池の性能を大きく低下させたり、燃料電池の起動自体が不能になったりする。このため、燃料電池システムが長期間使用されない場合にも、システム内には常に一定量の水を保持しておく必要がある。

　上記のように、直接酸化型燃料電池の寿命特性を向上させるためには、アノード電位を常に低い状態に保っておくことが必要である。しかし、本発明者達は、下記のようなメカニズムで発電の停止中にアノード電位が高くなる可能性があることを見出した。

　燃料電池の発電を停止したときには、上述したアノード側空間のほとんどが、反応によって生成した二酸化炭素（ＣＯ₂）などのガスにより占められている。そして、発電の停止後、燃料電池の温度が下がっていくにつれて、それらのガスは収縮し、その体積は大きく減少する。また、アノードに残存している燃料水溶液は、徐々に電解質膜を透過してカソードに移動し、カソードに残存している酸素と反応して消費される。この現象は燃料のクロスオーバーと呼ばれる。燃料がメタノールである場合には、その現象はメタノールクロスオーバー（ＭＣＯ）と呼ばれる。

　つまり、発電を停止した後には、アノード側空間を占めていたガスや液体の体積が減少していく。このとき、アノード側空間が、外気に開放されていれば、そこからアノードに酸素が侵入する。その結果、触媒中のＰｔの表面では、メタノールの酸化還元反応よりも平衡電位が高い酸化酸素の還元反応が支配的となる。これにより、アノード電位が高くなる。したがって、燃料電池の発電と、その停止とを繰り返すことで、アノード電位の上下動が繰り返される。その結果、ＭＥＡの劣化が促進される。

　また、酸素の侵入によってアノード電位が上昇すると、アノード触媒として用いられている白金（Ｐｔ）とルテニウム（Ｒｕ）の合金触媒（Ｐｔ－Ｒｕ）からＲｕが溶出することがある。Ｒｕの溶出は、アノード触媒の活性を低下させる。

　そして、長期保存後における燃料電池システムの発電特性を維持し、かつＭＥＡの劣化を抑制するためには、上述したように、保存時の燃料電池システム内からの水の散逸を抑制することが望まれる。

　アノードへの酸素の侵入や、水の散逸を抑制するために、燃料電池発電ユニットが外気と連通している箇所に弁などを設け、燃料電池の発電を停止したときに、その弁を閉じることも考えられる。しかしながら、この方法では、燃料電池システムの全体または一部が完全な密閉空間となる。その結果、例えば環境温度の変化によって燃料電池システム内のガスや液体の体積が変化した場合には、密閉空間が極端な高圧あるいは低圧になってしまう。そのような大きな圧力変化は、ＭＥＡ、配管、ポンプなどに過大な負荷をかける。その結果、電解質膜や配管の破断、ポンプ類の故障などを引き起こす可能性がある。

　また、燃料電池システムの起動時に電解質膜を含水させる処理を行うシステム（特許文献３参照）では、ユーザが燃料電池システムを起動しても、通常の発電が開始されるまでに一定の時間を要する。したがって、ユーザに待ち時間が発生する。その結果、システムの利便性が損なわれる。さらには、そのような燃料電池システムは、システムを緊急に起動する必要がある場合に対処できない。

　また、特許文献３のシステムでは、保存期間（前回の発電から今回の発電までの経過時間）の長さに基づいて、電解質膜を含水させる処理を実行するか否かを判断している。しかしながら、そのような保存期間と水の散逸の程度との相関性は、保存時の温度や湿度によって大きく左右される。このため、水の散逸の程度を誤って判断してしまう可能性がある。

　本発明の一局面は、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池と、
　前記カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプと、
　前記アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプと、
　前記アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクと、を具備し、
　前記回収タンクが、
　前記アノード流体を前記回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、
　前記回収タンク内の液体を前記アノードに送出する液体送出口と、
　前記アノード流体回収口と前記液体送出口との間に配され、前記アノード流体中の液体が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口まで移動するのを防止または抑制するガス遮断部材と、を有し、
　前記回収タンク内の液量が、第１下限値以上になるように制御されている、ただし、前記第１下限値は、前記アノード流体回収口および前記液体送出口が、前記回収タンク内の液体の液面よりも下部に位置するように設定されている、直接酸化型燃料電池システムに関する。
　または、本発明は、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池と、
　前記カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプと、
　前記アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプと、
　前記アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクと、
　前記回収タンク内の液量を検出する液量センサと、
　前記液量センサの検出結果に基づいて、前記回収タンク内の液量を制御するように、前記燃料電池の運転状態を制御するコントローラとを具備し、
　前記回収タンクが、
　前記アノード流体を前記回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、
　前記回収タンク内の液体を前記アノードに送出する液体送出口と、
　前記アノード流体回収口と前記液体送出口との間に配され、前記アノード流体中の液体が、前記液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口まで移動するのを防止または抑制するガス遮断部材と、を有し、
　前記コントローラが、前記液量が第１下限値以上になるように前記運転状態を制御する、ただし、前記第１下限値は、前記アノード流体回収口および前記液体送出口が、前記回収タンク内の前記液体の液面よりも下部に位置するように設定されている、直接酸化型燃料電池システムに関する。

　本発明の別の局面は、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池、前記カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプ、および前記アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプを含む直接酸化型燃料電池システムに使用され、前記アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクであって、
　前記アノード流体を前記回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、
　前記回収タンク内の液体を前記アノードに送出する液体送出口と、
　前記アノード流体回収口と前記液体送出口との間に配され、前記アノード流体中の液体が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、前記液体送出口に移動するのを防止または抑制するガス遮断部材と、を有し、
　前記アノード流体回収口および前記液体送出口が、前記回収タンクの内法の高さの中心よりも下部に位置している、直接酸化型燃料電池システム用回収タンクに関する。

　本発明によれば、燃料電池システムに使用される燃料電池の寿命特性を向上させることができる。また、燃料電池の寿命特性を向上させることにより、その発電性能が低下するのを防止することもできる。

　本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成及び内容の両方に関し、本発明の他の目的及び特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。

本発明の一実施形態に係る直接酸化型燃料電池のセルを概略的に示す断面図である。 本発明の一実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムを概略的に示す図である。 液量制御方法の一例の流れを示すフローチャートである。 本発明の別の実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムで使用される回収タンクの詳細を示す断面図である。 同回収タンクの図４のＶ－Ｖ線の矢視断面図である。 同回収タンクの変形例の詳細を示す断面図である。 同回収タンクの他の変形例の詳細を示す断面図である。 本発明の更に別の実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムを概略的に示す図である。

　本発明の直接酸化型燃料電池システムは、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池（例えば直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ））と、カソードに酸化剤（例えば空気）を送る酸化剤ポンプ（例えば空気ポンプ）と、アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプと、アノードから排出されたアノード流体を回収する回収タンクと、を具備する。アノード流体は、ＣＯ₂ガス等のガス成分と、未消費の燃料の水溶液等の液体との混合物を含む。本システムには、回収タンク内の液量を検出する液量センサと、その検出結果に基づいて、回収タンク内の液量を制御するように、燃料電池の運転状態を制御するコントローラとを具備させることができる。

　回収タンクは、アノード流体を回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、回収タンク内の液体をアノードに送出する液体送出口と、アノード流体回収口と液体送出口との間に配され、アノード流体中の液体が、アノード流体回収口から液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、アノード流体回収口から液体送出口まで移動して、例えば液体送出口からアノードに送出される液体に混入するのを防止または抑制するガス遮断部材を有する。

　本発明においては、燃料電池システムの運転中および運転停止中の少なくとも一方において、回収タンク内の液体の体積（液量）が、予め定められた第１下限値以上になるように、例えば燃料電池の運転状態が制御されている。ただし、第１下限値は、アノード流体回収口および液体送出口が、回収タンク内の液体の液面よりも重力方向における下部に位置するように設定される。上記の運転状態の具体的な内容については後述する。

　上記構成によれば、アノード流体回収口が、常に回収タンク内の液体と接している状態が維持される。従って、例えば燃料電池システムの通常運転の停止後、送液ポンプからアノードを経由してアノード流体回収口に至るまでのアノード側空間が減圧状態になると、回収タンクの中の液体がアノード側空間に吸入される。よって、発電の停止中に大気中の酸素がアノードに侵入することを抑制できる。回収タンク内の液体は、燃料水溶液を含む。このため、そのような液体がアノードに流入することで、アノード電位を低い状態に保つことができる。したがって、触媒の溶出を抑えることができ、それに起因する劣化を抑制することができる。

　以上のように、本発明のシステムにおいては、回収タンク内の液面の高さを一定以上に保ち、その液面よりも下に、アノードから回収タンクに流体を注入する注入口（アノード流体回収口）を開口させている。これにより、燃料電池の発電を停止したときにアノードの内圧が負圧となっても、上記の注入口が液面よりも下に配置されているために、空気ではなく水が注入口を介して回収タンクからアノードに吸い込まれる。その結果、アノード電位が上昇して、ＭＥＡの劣化が促進されるのを防止することができる。

　ところが、アノード流体には、上述した通り、ＣＯ₂ガス等の気体（ガス成分）が含まれている。このため、回収タンク内の液面よりも下にアノード流体回収口を開口させると、アノード流体中のガス成分が、回収タンク内の液体の内部に放出される。これにより、液体の内部に放出されたガス成分が、回収タンクからアノードに送られる燃料水溶液に混入しやすくなる。燃料水溶液にガス成分が混入すると、燃料電池の発電性能が低下することも考えられる。

　本発明の燃料電池システムにおいては、ガス遮断部材を回収タンクの内部に設けたことにより、回収タンク内の液体の内部に放出されたアノード流体のガス成分が液体送出口に到達することが防止される。これにより、ガス成分が、液体送出口を通してアノードに送出される液体に混入するのが防止される。したがって、燃料電池の発電性能が低下するのを防止することができる。

　本発明の一形態においては、回収タンクが、液面よりも下部にある底部と、底部の周部から立ち上がる側壁とを有する。側壁は、互いに対向する第１側面板および第２側面板を含む。このとき、ガス遮断部材は、底部および第１側面板と接触し、かつ第２側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第１壁部材を含む。換言すれば、回収タンクは、底部、および底部の周部から立ち上がる側部（側壁）を有するような容器から構成することができる。側壁は一対の対向部（第１側面板および第２側面板）を有する。回収タンクは、代表的には、方形の容器から構成することができる。このとき、ガス遮断部材は、底部および一対の対向部の一方（第１側面板）と接触し、かつ一対の対向部の他方（第２側面板）との間に所定の間隙を設けて形成された、１以上の第１壁部材（例えば図４の部材４４）を含むことができる。

　以上の構成によれば、アノード流体回収口から液体の内部に放出されたガス成分が液体送出口まで到達する主要な経路は、第１壁部材と第２側面板との間隙（Ｌ１）だけとなる。よって、間隙の大きさを適宜の大きさに調節することにより、アノード流体中の液体がアノード流体回収口から液体送出口まで到達するのを妨げることなく、かつ、ガス成分が液体送出口まで到達するのを防止または抑制することができる。その結果、ガス成分が送出液体に混入するのが防止される。

　このとき、ガス遮断部材は、さらに、底部および一対の対向部の他方（第２側面板）と接触し、かつ一対の対向部の一方（第１側面板）との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第２壁部材（例えば図４の部材４６）を含むことができる。つまり、ガス遮断部材は、２種類の壁部材を含むことができる。この２種類の壁部材は、図４に示すように、間隙（Ｌ１、Ｌ２）の位置が反対側にある。このため、アノード流体回収口から液体送出口に至るアノード流体の移動経路が長くなる。その結果、回収タンクの容積が比較的小さい場合にも、ガス成分は、アノード流体が液体送出口まで移動する間に液面に到達する。その結果、ガス成分が、アノード流体回収口から液体送出口まで移動して、液体送出口を通してアノードに送出される液体に混入することが防止される。したがって、発電性能の低下が防止される。

　本発明の一形態においては、さらに、液量が第１上限値以下になるように、例えば燃料電池の運転状態を制御することができる。そのような制御は、上記コントローラおよび液量センサを含む制御系により実行することができる。ただし、第１上限値は、第１壁部材の上端が、液面よりも上部に位置するように設定される。あるいは、回収タンクが、第１壁部材および第２壁部材の両方を有する場合には、第１上限値は、それらの部材の上端が、両方とも液面よりも上部に位置するように設定される。

　以上の構成により、第１壁部材および第２壁部材の上端を、液面よりも上部に位置させることができるので、より効果的に、ガス成分がアノード流体回収口から液体送出口まで移動することが防止される。したがって、アノード流体中のガス成分が液体送出口から送出される液体に混入することをより効果的に防止することができる。

　なお、ガス遮断部材は、アノード流体回収口と液体送出口との間で、アノード流体中の液体の移動を許容し、かつアノード流体のガス成分の移動を防止する構造のものであればどのような構造のものであってもよい。例えば、アノード流体回収口と液体送出口との間に網を配置することによってもガス遮断部材を構成することができる。しかしながら、そのような網を使用すると部品点数が増大するとともに、網の配設作業が必要となる。これにより、工数が増大する。これに対して、例えば板状の壁部材（第１壁部材、第２壁部材）であれば、回収タンクを形成している容器（通常は樹脂である）と一体に成形することで、壁部材を回収タンクに容易に配設することができる。これにより、部品点数の増大と、製造の工数の増大とを抑制することもできる。

　本発明の一形態においては、回収タンクが、底部と対向する天部を有している。このとき、アノード流体回収口は、天部を貫通するアノード流体回収管の先端に開口させることができる（図４参照）。

　上記の構成によれば、回収タンクの側部に突出物を形成する必要性がなくなる。これにより、燃料電池システムの内部で回収タンクの設置位置の側方にスペースの余裕がない場合にも、回収タンクを容易に設置することができる。したがって、回収タンクの設置の自由度を増大させることができ、燃料電池システムのスペース効率を向上させることができる。

　本発明の他の形態においては、アノード流体回収口は、側壁に設けられている。これにより、回収タンクの上部に突出物を形成する必要性がないので、燃料電池システムの内部で回収タンクの設置位置の上方にスペースの余裕がない場合にも、回収タンクを容易に設置することができる。したがって、回収タンクの設置の自由度を増大させることができ、燃料電池システムのスペース効率を向上させることができる。

　本発明においては、回収タンクが、さらに、ガス成分を含むカソード流体を回収するカソード流体回収口と、アノード流体のガス成分とカソード流体のガス成分を回収タンクの内部から外部に放出するガス放出口とを含むことが好ましい。カソード流体には、燃料電池の発電の際の反応により生成される水（水蒸気）が含まれる。したがって、回収タンクによりカソード流体を回収することで、燃料水溶液を適宜の濃度にするために使用する水を容易に得ることができる。なお、カソード流体回収口と、ガス放出口は、液量が第１上限値であるときの液面よりも高い位置に配されていることが好ましい。これにより、通常、高温のガス状であるカソード流体が直接的にタンク内の液体の内部に合流されることが防止される。したがって、タンク内の液体が加熱されて、揮発性の燃料が蒸散するのを防止することができる。そして、カソード流体回収口とガス放出口は、アノード流体回収口の設置位置と対応させて、回収タンクの天部に開口させたり、側壁に開口させたりすることができる。これにより、回収タンクの設置の自由度と燃料電池システムのスペース効率をより向上させることができる。

　本発明の直接酸化型燃料電池システムは、アノード流体が全て回収タンク内に回収される構成であることが好ましい。アノード流体には未消費の燃料が含まれる。このため、アノード流体を全て回収タンクにより回収し、それを、アノードを通して循環させることで、燃料のロスを抑制して、高い効率で燃料電池を発電させることもできる。

　さらに、燃料電池システムの運転停止時に、大気中の酸素がアノードに侵入するのを完全に防止するという観点からは、回収タンク内の液体の体積（液量）が第１下限値であるときに、アノード流体回収口より上部に存在する液体の体積は、送液ポンプからアノードを経由して回収タンクのアノード流体回収口に至るまでのアノード側空間の体積よりも大きいことが望ましい。これにより、燃料電池システムの運転停止後、アノード側空間内の流体の体積が減少しても、アノード側空間に吸入される流体を回収タンク内の液体だけにすることができる。したがって、アノード側空間に大気中の酸素が侵入するのを防止することができる。これにより、アノード電位が上昇するのを防止することができる。したがって、ＭＥＡの劣化を抑制することができる。さらに、アノード側空間に十分な量の流体を供給することもできるので、燃料電池の運転停止中に、アノード側空間が負圧になるのを防止することができる。従って、ＭＥＡや燃料ポンプに過大な負荷がかかり、それによりシステムが故障するのを防止することができる。

　本発明の直接酸化型燃料電池システムにおいては、燃料電池システムの運転停止中に、例えば液量センサにより、回収タンク内の液量が第２下限値を下回ったことが検出されると、例えば自動的に一定時間だけ、水を生成するための補助運転を燃料電池に行わせるように、少なくとも酸化剤ポンプおよび送液ポンプを制御してもよい。なお、燃料電池システムの運転停止中とは、通常運転も補助運転も行われていない状態をいう。つまり、運転とは、通常運転と補助運転とを含む。

　ここで、通常運転とは、補助運転以外の運転を意味する。通常運転は、回収タンク内の液体を増量させるだけの目的で行われる補助運転とは異なり、外部負荷に対して電力を供給するための運転を意味する。反対に、補助運転においては、基本的には、外部負荷に対する電力の供給は行われない。また、運転とは、燃料電池の発電を伴う燃料電池システムの稼動状態を意味する。運転停止中は、燃料電池の発電が停止されていることも意味する。しかしながら、燃料電池システムの運転停止中においても、本発明においては、制御系統（各種制御装置、各種センサ、等）を稼働させるために、それらの装置に対する給電を行うことができる。

　第２下限値は、燃料電池システムの運転を開始するときに、必要な最低限の液体を回収タンクに保持できるように設定することができる。つまり、第２下限値は、システムの再起動を不能とさせないように設定することができる。したがって、第２下限値は、基本的には第１下限値よりも小さい値である。例えば、第２下限値は、タンク内の液面の高さを液体送出口の最上部の位置と一致させたときの液量以上の値に設定することができる。また、第２下限値は、アノード流体回収口よりも上部に存在する液体の体積がアノード側空間の体積よりも大きくなるように設定されてもよいし、そのような液体の体積がアノード側空間の体積よりも小さくなるように設定されてもよい。

　補助運転を行う場合には、回収タンクが、カソードから排出されたカソード流体の少なくとも一部を回収するカソード流体回収口を備えることが望ましい。後掲の式（２）に示すように、発電の際の反応により水が生成されるのは、カソードにおいてだからである。次に、補助運転により回収タンク内の液面の位置が高くなる原理を説明する。

　直接メタノール型燃料電池システム（ＤＭＦＣ）のアノード及びカソードでの反応を以下にそれぞれ示す。カソードに導入される酸素は、一般に、大気中から取り入れられる。
　アノード：　ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ→ＣＯ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-            （１）
　カソード：　（３／２）Ｏ₂＋６Ｈ⁺＋６ｅ^-→３Ｈ₂Ｏ        （２）

　上記式（１）に示されているように、アノードでは、メタノールと水が反応して、二酸化炭素が生成する。二酸化炭素と未反応燃料とを含む燃料排液（アノード流体）は排液タンク、あるいは回収タンクに送られる。一方、カソードでは、アノードで消費される量の３倍の水が生成する。その結果、補助運転を行い、カソードで生成する水の一部または全部を回収タンクにより回収することで、回収タンク内の液体の体積を増加させることができる。

　以上のように、燃料電池システムの運転停止中に、回収タンク内の液量が所定値未満になると、自動的に燃料電池システムの補助運転が実行される。これにより、燃料電池システムが長期間使用されずに放置された場合でも、回収タンク内の液体が完全に散逸してしまうことがない。回収タンク内に、常に、一定量以上の液体（主に水）を保持させることで、システムの再起動時に、常にアノードに適正濃度の燃料水溶液を供給することが可能となる。つまり、高濃度な燃料水溶液により発電を開始したり、水を含まない燃料により発電を開始したりすることがない。よって、ＭＥＡの主要な劣化要因を取り除くことができ、燃料電池の寿命特性を向上させることができる。

　本発明の直接酸化型燃料電池システム用回収タンクは、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池、カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプ、およびアノードに燃料水溶液を送る送液ポンプを含む直接酸化型燃料電池システムに使用される。本タンクは、アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクであり、アノード流体を回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、回収タンク内の液体をアノードに送出する液体送出口と、アノード流体中の液体が、アノード流体回収口から液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、液体送出口に移動するのを防止または抑制するガス遮断部材と、を有する。本回収タンクにおいては、アノード流体回収口および液体送出口が、回収タンクの内法の高さの中心よりも下部に位置している。

　本発明の直接酸化型燃料電池システム用回収タンクにおいては、回収タンクが、液面よりも下部にある底部と、底部の周部から立ち上がる側壁とを有し、側壁が互いに対向する第１側面板および第２側面板を含み、ガス遮断部材が、底部および第１側面板と接触し、かつ第２側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第１壁部材を含むのが好ましい。

　また、本発明の直接酸化型燃料電池システム用回収タンクにおいては、ガス遮断部材が、さらに、底部および第２側面板と接触し、かつ第１側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第２壁部材を含むのも好ましい。

　さらに、回収タンクは、底部と対向する天部を有している。アノード流体回収口は、天部を貫通するアノード流体回収管の先端に開口してもよく、側壁に設けられていてもよい。

　また、回収タンクは、ガス成分を含むカソード流体を回収するカソード流体回収口、およびアノード流体のガス成分およびカソード流体のガス成分を回収タンクの内部から外部に放出するガス放出口を有することが好ましい。カソード流体回収口、およびガス放出口は天部に開口してもよく、側壁に設けられていてもよい。

　燃料電池システムは、回収タンク内の液体の体積（液量）を検出する液量検出手段（液量センサ）と、燃料電池システムの運転状態を制御する運転制御手段とを備えることができる。運転制御手段には、液量センサの検出結果に基づいて、液量を制御するように、燃料電池システムの運転状態を制御する液量制御手段（コントローラ）としての機能を含ませることができる。そして、燃料電池システムの運転状態を適正に制御することで、回収タンク内の液量を増加させたり、減少させたりすることができる。

　本発明の直接酸化型燃料電池システムは、カソード流体の少なくとも一部が回収タンク内に回収される構成であることが好ましい。従って、回収タンクは、カソードから排出されたカソード流体の少なくとも一部を回収するカソード流体回収口を有することが好ましい。

　液量センサとしては、回収タンク内の液量を直接検出できる水位センサが好ましい。これにより、温度や湿度によらず、水の散逸の程度を正確に把握することができ、回収タンク内の液量を常に一定以上に保持することが容易となる。

　運転制御手段には、マイクロコンピュータなどの情報処理装置を利用することができる。情報処理装置は、演算部、記憶部、各種インターフェースなどで構成されている。演算部は、記憶部に記憶されているプログラムに沿って通常運転または補助運転に必要な演算を行い、燃料電池システムの各構成要素の出力を制御するのに必要な命令を出力する。例えば、記憶部は、回収タンクに回収される液体の体積（変数Ｙｆ）と、燃料電池システムの各構成要素の出力に関するパラメータＸｋ（Ｘｋ＝Ｘ1、Ｘ2、・・・、またはＸn）との関係を記憶している。変数Ｙｆは、カソード流体から回収される水の量（以下、回収水量という）と対応している。パラメータＸｋは、カソード流体の冷却量に関するパラメータであり、例えばカソード流体を冷却する冷却ファンの回転数である。このとき、演算部は、変数Ｙｆに応じたパラメータを、例えば冷却ファンのドライバに出力することができる。

　燃料電池システムは、（i）回収タンク内の液体と混合するための燃料を収容する燃料タンクと、燃料を燃料タンクから回収タンク内の液体（またはそこからシステム内の別の部位に供給される液体）に供給する燃料ポンプとの組、（ii）アノード流体が通過するアノード側ラジエータと、アノード側ラジエータを冷却するアノード側ラジエータ冷却ファンとの組、（iii）カソード流体が通過するカソード側ラジエータと、カソード側ラジエータを冷却するカソード側ラジエータ冷却ファンとの組、および、（iv）燃料電池を冷却するスタック冷却ファン、よりなる群から選択される少なくとも１つを更に備えることができる。

　運転制御手段は、液量センサの検出結果（液量）に基づいて、燃料電池の発電電力、空気ポンプの出力（流量）、送液ポンプの出力（流量）、燃料ポンプの出力（流量）、アノード側ラジエータ冷却ファンの出力（流量）、カソード側ラジエータ冷却ファンの出力（流量）およびスタック冷却ファンの出力（流量）よりなる群から選択される少なくとも１つを制御すればよい。以上のように、運転制御手段と液量センサを利用すれば、回収タンク内の液量を任意に制御することが可能である。

　直接酸化型燃料電池システムは、その通常運転中、回収タンク内の液量が第１下限値未満であることが検出された場合には、回収タンクへの水の補充を促す警告を出力するものであることが望ましい。また、燃料電池システムは、一定時間の補助運転後にも、依然として回収タンク内の液量が第２下限値未満であることが検出された場合には、回収タンクへの水の補充を促す警告を出力するものであることが望ましい。

　以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
（実施形態１）
　本実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムは、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池と、カソードに酸化剤（例えば空気）を送る酸化剤ポンプ（例えば空気ポンプ）と、アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプと、アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクとを備える。

　アノード流体は、回収タンク内の液体の液面よりも下部にあるアノード流体回収口を通して回収タンク内に流入される。回収タンク内の液体は、上記液面よりも下部に設けられた液体送出口を通してアノードに送出される。アノード側空間は、送液ポンプからアノードを経由してアノード流体回収口に至るまでの空間であり、密閉空間となっている。

　本実施形態に係る燃料電池システムでは、アノード側空間が減圧状態となったときに、アノード側空間の少なくとも一部、好ましくは全体を満たすことができるように、回収タンク内の液量は、第１下限値以上になるように制御される。

　そして、回収タンクは、アノード流体回収口と液体送出口との間に配されたガス混入防止部材（ガス遮断部材）を有している。ガス遮断部材は、アノード流体中の液体がアノード流体回収口から液体送出口まで移動するのを許容する一方で、ガス成分が、アノード流体回収口から液体送出口まで移動するのを防止する。回収タンクがガス遮断部材を有することにより、液体送出口から送出される液体に、アノード流体のガス成分が混入するのを防止することができる。

　図１のセル１は、アノード２、カソード３、およびアノード２とカソード３との間に介在する電解質膜４を含む膜電極接合体（ＭＥＡ）５を有する。ＭＥＡ５の一方の側面には、アノード２を封止するようにガスケット１４が配置され、他方の側面には、カソード３を封止するようにガスケット１５が配置されている。

　ＭＥＡ５は、アノード側セパレータ１０およびカソード側セパレータ１１に挟持されている。アノード側セパレータ１０は、アノード２に接し、カソード側セパレータ１１は、カソード３に接している。アノード側セパレータ１０は、アノード２に燃料を供給する燃料流路１２を有する。燃料流路１２は、燃料が流入するアノード入口と、反応で生成したＣＯ₂や未使用の燃料などを排出するアノード排出口を有する。カソード側セパレータ１１は、カソード３に酸化剤を供給する酸化剤流路１３を有する。酸化剤流路１３は、酸化剤が流入するカソード入口と、反応で生成した水や使用後の酸化剤などを排出するカソード排出口を有する。

　図１のようなセルを複数設け、各セルを電気的に直列に積層することで、スタックが構成される。この場合、通常はアノード側セパレータ１０とカソード側セパレータ１１は一体のものとして形成される。すなわち、一枚のセパレータの一方の面がアノード側セパレータ、他方の面がカソード側セパレータとなる。各セルのアノード入口は、マニホールドを用いるなどして通常１つに集約される。アノード排出口、カソード入口およびカソード排出口も同様に、それぞれ集約される。

　図２の直接酸化型燃料電池システムは、燃料電池スタックの少なくともアノード２から排出された燃料水溶液を回収する回収タンク２０を有する。回収タンク２０には、アノード２から排出された燃料水溶液を含む液体２１が貯留されている。スタックのアノード排出口からのアノード流体は、チューブなどを用いて回収タンク２０の液体の中に流入するように構成されている。チューブを液体の中に挿入する場合、チューブの先端の開口がアノード流体回収口３１となる。アノード流体が確実に液体の中に流入するように、アノード流体回収口３１は、回収タンク２０の内法の高さの半分（中央）よりも下の部分、好ましくは底面近傍、または底面近傍の側壁に設けられている。

　燃料電池の停止中にアノード２へ酸素が侵入することがないように、燃料電池システムにおけるアノード側空間、すなわち送液ポンプ２５からアノードを経由してアノード流体回収口に至るまでの空間は、密閉空間となっている。ＭＥＡ５のアノード２は、アノード入口とアノード排出口以外が外部と連通しないように、ガスケット１４で封止されている。

　好ましくは、燃料電池システムの通常運転中、回収タンク内の液体２１の体積は、アノード側空間の体積よりも大きくなるように制御される。アノード流体回収口３１が回収タンクの底面近傍に設けられているため、燃料電池システムの通常運転中、アノード流体回収口３１は、常に、回収タンク内の液体の液面より下部に位置することになる。また、回収タンク内の液体２１の体積、より正確には、アノード流体回収口３１よりも上部にある液体２１の体積を、アノード側空間の体積よりも大きくすることで、アノード側空間のほぼ全体を液体で満たすことも可能になる。

　アノード側空間の体積は、燃料電池システムの構成にもよるが、例えば、燃料流路１２の容積、アノード入口やアノード排出口となるマニホールドの容積、送液ポンプ２５からアノード入口側のマニホールドまでの接続配管、アノード排出口側のマニホールドからアノード流体回収口３１までの容積、通常は多孔質であるアノード２の空隙の容積などが含まれる。回収タンク内のアノード流体回収口３１よりも上部にある液体２１の体積が、アノード側空間の体積よりも大きくなるように制御されることで、燃料電池の停止中にアノード排出口からアノード２へ酸素が侵入することを抑制することができる。

　そのような体積は、アノード側空間体積よりも僅かに大きくするのではなく、液体２１が不足しないように、充分に大きくすることが望ましい。燃料電池の停止中にアノード２へ流入した回収タンク内の液体２１は、電解質膜４を透過して、カソード３へ移動すると考えられるからである。

　アノード流体回収口３１を回収タンクの底面近傍に設けない場合には、運転を停止したときに、回収タンク２０内の液体２１の多くがアノード側空間に吸入されずに回収タンク２０に残留し得る。このような場合には、回収タンク内の液量の下限値を、アノード側空間の体積よりも充分に大きい値に設定することが望ましい。ただし、回収タンク内の液量が多すぎる場合には、水圧によってアノード流体を回収タンク２０に流入させる際の抵抗が大きくなる。アノード流体の流れが抑制されると、発電特性に影響を与える可能性がある。

　より具体的には、回収タンク内の液量の第１下限値は、アノード側空間の体積の１．５～５倍に設定することが好ましく、特にアノード流体回収口より上部に存在する液体の体積Ｖ１がアノード側空間の体積Ｖ２の１．５～５倍になるように設定することが好ましい。

　回収タンク２０の容積Ｖ３は、燃料電池システムの運転を円滑に行うために必要となる液体２１の体積を考慮して決定される。回収タンク２０の容積Ｖ３は大きくてもよいが、容積Ｖ３が大き過ぎると、燃料電池システム全体の体積も大きくなる。体積効率の観点から、回収タンク２０の容積Ｖ３は、第１下限値ＶＵ（ＶＵ≧Ｖ２）に対応する液量の更に１．５～５倍程度とすることが好ましい。つまり、１．５×ＶＵ≦Ｖ３≦５×ＶＵであることが好ましい。

　さらに、図２において、燃料電池のカソード３へは、空気ポンプ（酸化剤ポンプ）２４により空気が供給され、燃料電池のアノード２へは、燃料が送液ポンプ２５により供給される。アノード側から排出される液体２１は、回収タンク２０に回収される。回収タンク２０の液体２１は、燃料と混合して、燃料水溶液としてアノード２に供給される。また、カソード３からのカソード流体の少なくとも一部が回収タンク２０に流入するようになっている。燃料タンク２６（例えばカートリッジタンク）から燃料ポンプ２３により燃料を回収タンク２０に供給し、回収タンク２０の液体２１の燃料濃度を調整する。回収タンク２０からは、液体送出口３２を通して、濃度調整された燃料水溶液を送液ポンプ２５で燃料電池スタックのアノード２へ供給する。また、回収タンク２０とは別に、液体２１と燃料とを混合して燃料水溶液を調製するための補助タンクを設けてもよい。更に、燃料タンク２６から燃料ポンプ２３を経由する配管と、回収タンク２０から送液ポンプ２５に至る配管とを合流させてもよい。

　液体送出口３２は、アノード流体回収口３１と同様に、回収タンク２０の内法の高さの半分（中央）よりも下の部分、好ましくは底面（底部）または底面近傍の側面（側壁）に設けられている。そして、回収タンク２０の内部の、アノード流体回収口３１と液体送出口３２との間には、ガス遮断部材３３が配設されている。ガス遮断部材３３は、アノード流体回収口３１を通して回収タンク２０内の液体２１に合流されるアノード流体の液体成分を容易に通過させ、かつアノード流体のガス成分の通過を阻止する構造のものであればどのようなものであってもよい。例えば、ガス遮断部材３３は、繊維径および網目の大きさが適宜に設定された網状部材であってもよい。ただし、耐メタノール性を有し、かつ水に溶けない材料である必要がある。

　回収タンク２０の内部のアノード流体回収口３１と液体送出口３２との間にガス遮断部材３３を配設することによって、アノード流体回収口３１を通して回収タンク２０内の液体２１に合流されるアノード流体のガス成分が、液体送出口３２まで移動するのが防止される。これにより、液体送出口３２を通してアノード２に送られる液体に気体が混入するのが防止され、発電性能が低下するのが防止される。

　図２に示すような燃料電池システムでは、発電中に生成した水を再利用しているため、回収タンク内の液量を制御しやすい。また、回収タンク内の液体２１がドレインを通じて燃料電池システムから流れ出ることがないため、ユーザの利便性も向上する。更に、燃料を燃料電池システム内で回収タンク内の液体と混合しているため、燃料タンク２６の燃料濃度を高くすることができる。燃料濃度を高くすると、燃料タンク２６を小さくすることができるため、燃料電池システムを小型軽量化することができる。

　回収タンク２０にはアノード２の発電反応で生成したＣＯ₂などのガスも流入する。そこで、燃料電池システムにドレインを設けない場合には、回収タンク２０の上部、好ましくは天井部を、ガスが通過できる構成とすることが一般的である。例えば、回収タンク２０の上部もしくは天井部に開口を設け、当該開口をガス透過性の多孔質薄膜などで塞ぐことにより、ＣＯ₂などのガスは多孔質薄膜を介して外部に放出される。

　図２の燃料電池システムは、回収タンク内の液量を検出する液量センサ２７と、燃料電池システムの運転状態を制御する運転制御手段２８とを更に備える。回収タンク２０の液体２１をアノード２へ供給する構成では、回収タンク２０の液体２１が発電中に徐々に少なくなっていく可能性がある。従って、液体２１の体積を正確に制御するためには、回収タンク内の液体２１の体積を検出することが望まれる。

　液量センサ２７には、フロート式、光学式、超音波式、静電容量式など、様々な方式の水位センサを用いることができる。ただし、回収タンク２０の液体２１がアノード２に流入し得ることを考慮し、ＭＥＡ５の性能に影響を与えないように、回収タンクの液体２１に金属イオンを溶出させない水位センサが好ましい。

　運転制御手段２８は、液量センサ２７により検出された液量に基づいて、燃料電池システムの運転状態を制御する。具体的には、液量センサ２７の検出結果に基づき、液量が第１下限値以上になるように、通常運転の状態を制御する。すなわち、運転制御手段２８は、一側面において、回収タンク内の液体の体積を制御する液量制御手段（コントローラ）の少なくとも一部として機能する。コントローラは、運転制御手段２８と、燃料電池システムを構成する様々な要素との有機的な連携により実現し得る。

　燃料電池スタックの発電中には、カソード３からは発電の際の反応により生成した水が、アノード２からは未消費の燃料を含む水溶液が排出される。これらの液体の回収量をコントローラにより制御することで、回収タンク内の液量を適正に制御することができる。このような制御は、運転制御手段２８の指令により、燃料電池システムに自動的に行わせることができる。

　運転制御手段２８の指令により、例えば、燃料電池１の発電電力、空気ポンプ２４の流量、送液ポンプ２５の流量および燃料ポンプ２３の流量よりなる群から選択される少なくとも１つが制御される。この場合、運転制御手段２８と燃料電池１との連携、運転制御手段２８と空気ポンプ２４との連携、運転制御手段２８と送液ポンプ２５との連携、運転制御手段２８と燃料ポンプ２３との連携は、それぞれコントローラの少なくとも一部として機能している。従って、運転制御手段２８は、液量センサ２７、燃料電池１、空気ポンプ２４、送液ポンプ２５および燃料ポンプ２３の各々と接続されている。

　カソード３は、燃料電池１の停止中に大気中の酸素が流入しても、寿命特性に大きな影響を与えない。従って、燃料電池の運転停止中に、カソード３に回収タンク２０の液体２１を導入する必要はない。通常の直接酸化型燃料電池では、酸化剤として空気を使用するため、カソード３からの排出流体の大部分は窒素である。窒素が回収タンク２０の液体２１に導入されると、液体がバブリングされることになり、騒音などの原因となる。従って、カソード流体は、回収タンク２０内の液面よりも上部に流入させることで、窒素などのガスを速やかに外部に排出されるようにすることが好ましい。

　燃料電池の発電電力を小さくすれば、燃料の必要量が少なくなるために、アノード２から排出される流体量が多くなる。逆に、燃料電池の発電電力を大きくすれば、アノード２から排出される流体量は少なくなる。

　燃料ポンプ２３の流量を大きくするか、送液ポンプ２５の流量を小さくして、燃料水溶液の濃度を高くすれば、燃料のクロスオーバーが多くなり、カソード３で燃料と酸素との反応によって生成される水の量が多くなる。また、燃料ポンプ２３および送液ポンプ２５の流量を共に大きくして、燃料の余剰分を大きくしても、同様に燃料のクロスオーバーが多くなる。

　空気ポンプ２４の流量を大きくすれば、空気の流れによって燃料電池から持ち出される水分量が多くなり、カソード３から排出される水分量が多くなる。燃料電池は大気よりも高温になっているために、カソード流体に含まれる水分（主に水蒸気）は、燃料電池から排出された時点から凝縮していく。こうした凝縮水を回収タンク２０に流入させることで、カソード流体から水を回収することができる。

　図２の燃料電池システムは、カソード流体が通過するカソード側ラジエータ２９を備えている。カソード流体の少なくとも一部は、カソード側ラジエータ２９を通過した後に、回収タンク２０に流入する。カソード側ラジエータ２９は、図示しないカソード側ラジエータ冷却ファン等の冷却装置により冷却される。この構成では、カソード流体に含まれる水を凝縮させる効率が高いために、より多くの水を回収タンク２０に回収することができる。そして、この構成では、上記の冷却装置によるラジエータの冷却の程度、例えばファンの回転数を調節することで、回収タンク２０により回収される水の量を調節することができる。これにより、回収タンク２０内の液量を制御することができる。そのような冷却装置による冷却量も、燃料電池システムの運転状態の一種であると考えることができる。

　これに限られず、酸化剤ポンプにより、カソードを通して回収タンクまで送られる酸化剤（空気）の流量も回収タンクからの水の蒸発量に影響する。このため、そのような場合には、酸化剤ポンプの吐出量を調節することで、液量を制御することができる。

　なお、燃料電池システムは、アノード流体が通過するアノード側ラジエータと、アノード側ラジエータを冷却するアノード側ラジエータ冷却ファンとを更に備えていてもよい。ただし、アノード側空間は密閉空間とする必要があるため、カソード流体とアノード流体とを同じ経路に流通させることはできない。両流体をラジエータに通過させる場合には、カソード用とアノード用の２つのラジエータを設ける必要がある。燃料電池システムは、カソード側ラジエータおよびその冷却ファンを有さず、アノード側ラジエータおよびその冷却ファンだけを有する構成でもよい。

　ラジエータを有する場合、運転制御手段２８は、液量センサ２７により検出された液量に基づいて、アノード側ラジエータ冷却ファンの流量（または、回転数）およびカソード側ラジエータ冷却ファンの流量よりなる群から選択される少なくとも１つを制御してもよい。この場合、運転制御手段２８が、液量制御手段であるコントローラとして機能し、アノード側ラジエータ冷却ファンまたはカソード側ラジエータ冷却ファンが液量を調節するための手段として機能する。従って、運転制御手段２８は、アノード側ラジエータ冷却ファンおよびカソード側ラジエータ冷却ファンの各々と接続される。

　ラジエータ冷却ファンの流量（または、回転数）を大きくすれば、ラジエータの温度が低くなり、流体に含まれるガス状の水（水蒸気）や気化した燃料が凝縮される量が多くなる。よって、回収タンク２０に回収される液体量を多くすることができる。

　燃料電池システムは、更に、燃料電池（もしくは燃料電池スタック）を冷却するためのスタック冷却ファンを備えることができる。このとき、運転制御手段２８は、液量センサ２７により検出された回収タンク内の液量に基づいて、スタック冷却ファンの流量を制御することもできる。スタック冷却ファンの流量を大きくすれば、燃料電池の温度が低くなるために、燃料電池から排出される水蒸気や気化した燃料の量が少なくなり、それらが液滴として排出される量が多くなる。この場合、スタック冷却ファンが液量を調節する手段として機能する。

　上記のように、燃料電池システムの運転状態を制御することにより、回収タンク内の液体の体積（液量）を効率的に制御することができる。燃料電池システムの各構成要素の出力は、回収タンク内の液体２１の体積に応じて連続的に変化させてもよいし、段階的に変化させてもよい。例えば、燃料電池の発電電力を、回収タンク内の液体２１の体積に応じて２段階に制御してもよい。回収タンク内の液量は、連続的に制御する必要はなく、段階的に制御すれば充分である。段階的な制御の方が単純であり、燃料電池システムの部品点数やコストを削減しやすい点でも望ましい。

　以下、コントローラが、冷却装置による冷却量を調節することによって、回収タンク内の液量を制御する場合を説明する。図３に、その制御方法のフローチャートを示す。まず、燃料電池システムの通常運転が開始されると（ステップＳ１）、燃料電池システムは、第１モードで運転される（ステップＳ２）。以後、回収タンク内の液量Ｖｆが継続的に検出される（ステップＳ３）。

　第１モードは、基本的には、回収タンク内の液量を減少させるような運転状態である。より具体的には、例えばカソード流体の冷却装置による冷却を停止、または、その冷却量を小さくする。これにより、冷却に要する電力を節約し、カソード流体からの水（液体）の回収量を小さくする。よって、回収タンク内の液量は減少していく。

　次に、液量Ｖｆが第１下限値ＶＵを下回っていることが検出されると（ステップＳ４でＹＥＳ）、燃料電池システムの運転状態を第２モードに再設定する（ステップＳ５）。第２モードは、基本的には、回収タンク内の液量を増加させるような運転状態である。より具体的には、例えばカソード流体の冷却装置による冷却を開始、または、その冷却量を大きくする。これにより、カソード流体中の水蒸気の凝縮量が大きくなる。その結果、カソード流体からの水（液体）の回収量が大きくなる。よって、回収タンク内の液量を増大させることができる。

　ステップＳ４で液量Ｖｆが第１下限値ＶＵ以上である場合には（ステップＳ４でＮｏ）、さらに、液量Ｖｆが第１上限値ＶＯを超えているかが判断される（ステップＳ６）。ここで、液量Ｖｆが第１上限値ＶＯを超えていると（ステップＳ６でＹＥＳ）、運転状態を第１モードに再設定し（ステップＳ７）、ステップＳ４に戻る。一方、液量Ｖｆが第１上限値ＶＯを超えていなければ（ステップＳ６でＮｏ）、運転状態の再設定は行わず、そのときの運転状態を維持し、上記ステップＳ４に戻る。

　以上の手順により、ＶＵ≦Ｖｆ≦ＶＯであれば、そのときのモードを維持し、Ｖｆ＞ＶＯとなったときに、運転状態を第２モードから第１モードに切り替え、Ｖｆ＜ＶＵとなったときに、運転状態を第１モードから第２モードに切り替えるという制御がなされる。

　以上述べたように、本実施形態に係る燃料電池システムでは、回収タンク内の液量が第１下限値以上になるように制御される。しかしながら、異常時など、運転制御が適切に行えない場合には、回収タンク内の液量が第１下限値を下回る場合が想定される。このような場合には、回収タンク２０への水の補充を促す警告が、ユーザに認識できるような態様で発せられることが好ましい。警告は視認できるものでも、音声のように聴覚で認識できるものでもよい。

　次に、直接酸化型燃料電池システムの各構成要素について、図１を参照しながら説明する。ただし、各構成要素は、下記に限定されるものではない。

　カソード３は、電解質膜４に接するカソード触媒層８およびカソード側セパレータ１１に接するカソード拡散層９を含む。カソード拡散層９は、例えば、カソード触媒層８に接する導電性撥水層と、カソード側セパレータ１１に接する基材層とを含む。

　カソード触媒層８は、カソード触媒と高分子電解質を含む。カソード触媒としては、触媒活性の高いＰｔなどの貴金属が好ましい。カソード触媒は、そのまま用いてもよいし、担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、電子伝導性および耐酸性の高さから、カーボンブラックなどの炭素材料を用いることが好ましい。高分子電解質としては、プロトン伝導性を有するパーフルオロスルホン酸系高分子材料、炭化水素系高分子材料などを用いることが好ましい。パーフルオロスルホン酸系高分子材料としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）などを用いることができる。

　アノード２は、電解質膜４に接するアノード触媒層６およびアノード側セパレータ１０に接するアノード拡散層７を含む。アノード拡散層７は、例えば、アノード触媒層６に接する導電性撥水層と、アノード側セパレータ１０に接する基材層とを含む。

　アノード触媒層６は、アノード触媒と高分子電解質を含む。アノード触媒としては、一酸化炭素による触媒の被毒を低減する観点から、ＰｔとＲｕとの合金触媒が好ましい。アノード触媒は、そのまま用いてもよいし、担体に担持した形態で用いてもよい。担体としては、カソード触媒を担持する担体と同様の炭素材料を用いることができる。アノード触媒層６に含まれる高分子電解質としては、カソード触媒層８に用いられる材料と同様の材料を用いることができる。

　アノード拡散層７およびカソード拡散層９に含まれる導電性撥水層は、導電剤と撥水剤を含む。導電性撥水層に含まれる導電剤としては、カーボンブラックなど、燃料電池の分野で常用される材料を特に限定することなく用いることができる。導電性撥水層に含まれる撥水剤は、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、燃料電池の分野で常用される材料を特に限定することなく用いることができる。

　基材層としては、導電性の多孔質材料が用いられる。導電性の多孔質材料としては、カーボンペーパーなど、燃料電池の分野で常用される材料を特に限定することなく用いることができる。これらの多孔質材料は、燃料の拡散性および生成水の排出性などを向上させるために、撥水剤を含んでいてもよい。撥水剤は、導電性撥水層に含まれる撥水剤と同様の材料を用いることができる。

　電解質膜４としては、例えば、従来から用いられているプロトン伝導性高分子膜を特に限定なく使用できる。具体的には、パーフルオロスルホン酸系高分子膜、炭化水素系高分子膜などを好ましく使用できる。パーフルオロスルホン酸系高分子膜としては、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（登録商標）などが挙げられる。

　図１に示される直接酸化型燃料電池は、例えば、以下の方法で作製することができる。電解質膜４の一方の面にアノード２を、他方の面にカソード３を、ホットプレス法などを用いて接合して、ＭＥＡ５を作製する。次いで、ＭＥＡ５を、アノード側セパレータ１０およびカソード側セパレータ１１で挟み込む。このとき、ＭＥＡ５のアノード２をガスケット１４で封止し、カソード３をガスケット１５で封止するように配置する。その後、アノード側セパレータ１０およびカソード側セパレータ１１の外側に、それぞれ、集電板１６および１７、端板１８を積層し、これらを締結する。さらに、端板１８の外側に、温度調整用のヒーターを積層してもよい。

（実施形態２）
　図４および図５に示すように、本実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムは、回収タンクの構造が実施形態１とは異なっている。それ以外の構成は、実施形態１と同様である。

　図４は、本実施形態の回収タンクを鉛直上下方向に平行な一つの平面で切断した断面図であり、図５は、図４のＶ－Ｖ線による矢視断面図である。

　図示例の回収タンク２０Ａは、底部３４、側部（側壁）３６、および天部３８を有する方形の容器である。アノード２を介してポンプ２５と接続されたアノード流体回収管４０は、天部３８を貫通し、その先端がタンク内の液体２１の内部に開口している。その開口がアノード流体回収口３１Ａを形成している。図示例では、ポンプ２３と接続された燃料供給管４２も天部３８を貫通し、その先端が液体２１の内部に開口している。燃料供給管４２については、液体２１の内部に開口させることは必須ではなく、液体２１の液面よりも上部に開口させることができる。あるいは、燃料供給管４２は、アノード流体回収管４０に途中で合流させることもできる。

　アノード流体回収管４０（および燃料供給管４２）を、天部３８を貫通させて設けることで、回収タンク２０Ａの側方への出っ張りをなくすことができる。よって、回収タンク２０Ａの設置箇所の側方にスペースの余裕がない場合にも、回収タンク２０Ａを設置することが容易となる。したがって、回収タンク２０Ａの配置の自由度が増加し、燃料電池システムのスペース効率を向上させることができる。

　上記の場合に、カソード３と接続されたカソード流体回収管４８を天部３８の内側面に開口させるとともに、回収タンク２０Ａの内部の気体を外部に排出するための気体排出管５０を天部３８の内側面に開口させることで、さらにスペース効率を向上させることができる。図示例のように、カソード流体回収管４８の開口（カソード流体回収口）と、液面との間には、遮蔽板５２を配置することができる。これにより、比較的高温であるカソード流体により、回収タンク内の液体２１（燃料水溶液）が加熱されるのを抑制することができる。その結果、燃料であるメタノール等の有害成分が気化して、システム外部に排出されるのを抑制することができる。

　図示例のガス遮断部材３３Ａは、所定の間隔（例えば、３～１５ｍｍ）で、互いに平行に設けられた第１壁部材４４および第２壁部材４６を含んでいる。図５に示すように、第１壁部材４４および第２壁部材４６は、側壁３６の互いに対向する第１側面板３６ａおよび第２側面板３６ｂの間に設けられている。第１壁部材４４は、第１側面板３６ａおよび底部３４に接触するように設けられる。一方で、第１壁部材４４と第２側面板３６ｂとの間には、所定の間隙Ｌ１を有している。また、第２壁部材４６は、第２側面板３６ｂおよび底部３４に接触するように設けられる。一方で、第２壁部材４６と第１側面板３６ａとの間には、所定の間隙Ｌ２を有している。間隙Ｌ１と間隙Ｌ２は等しくすることもできるし、いずれか一方を他方よりも大きくすることができる。間隙Ｌ１と間隙Ｌ２は、例えば、３～１５ｍｍとすることができる。

　間隙Ｌ１と間隙Ｌ２は、タンク内の液体の通り道を形成している。したがって、間隙Ｌ１を第２側面板３６ｂの近傍に設け、間隙Ｌ２を第１側面板３６ａの近傍に設けることにより、図４に示すように、アノード流体回収口３１Ａから液体送出口３２までのアノード流体の移動経路を長くすることができる。その結果、回収タンク２０Ａの容積が比較的小さい場合にも、液体の内部に合流されたアノード流体が液体送出口３２に到達するまでの間に、ガス成分を液面まで上昇させることができる。したがって、回収タンク２０Ａの容積が比較的小さい場合にも、ガス成分が、液体送出口３２を通してアノード２に送られる液体に混入するのを防止することができる。これにより、発電性能が低下するのを防止することができる。また、回収タンクを小型化するための障害が取り除かれるので、燃料電池システムを小型化することが容易となる。

　なお、ガス遮断部材は、回収タンク２０Ａの容積が十分に大きい場合には、１つの壁部材（例えば第１壁部材４４）だけから構成することもできる。１つの壁部材だけからガス遮断部材を構成しても、回収タンク２０Ａの容積が十分に大きい場合には、十分な長さのアノード流体の移動経路を確保することができるからである。

　図６に、本実施形態の回収タンクの変形例を示す。図６に示す回収タンク２０Ｂにおいては、ガス遮断部材としての第３壁部材３３Ｂの上端が液面よりも下部に設けられている。この場合には、第３壁部材３３Ｂを、底部３４と、第１側面板３６ａと、第２側面板３６ｂとに接触するように設置することができる。つまり、第１側面板３６ａおよび第２側面板３６ｂと、第３壁部材３３Ｂとの間に間隙を設けないようにすることもできる。そのような第３壁部材３３Ｂであってもガス成分が、液体送出口３２を通してアノード２に送られる液体に混入するのを防止することができる。しかしながら、この場合には、第３壁部材３３Ｂの上端が常に液面よりも下部に位置するように回収タンク２０Ａ内の液位を保つ必要性がある。

　図７に、本実施形態の回収タンクの他の変形例を示す。図７に示す回収タンク２０Ｃにおいては、アノード流体回収管４０の先端が側壁３６の内側面に開口し、その開口が、アノード流体回収口３１Ａを形成している。アノード流体回収口３１Ａは、液体２１の液面よりも下部で、かつ回収タンク２０Ｃの内法の高さの中心よりも下部に位置している。さらに、カソード流体回収管４８の先端と、気体排出管５０の先端も側壁３６の内側面に開口しており、それぞれの開口が、カソード流体回収口とガス放出口とを形成している。燃料供給管４２は、途中でアノード流体回収管４０に合流させている。

　以上のように、アノード流体回収口３１Ａを側壁３６に設けることで、回収タンク２０Ｃの上方への出っ張りを無くすることができ、システム内で回収タンク２０Ｃの設置位置の上方にスペースの余裕がない場合にも、回収タンク２０Ｃを設置することが容易となる。そして、図示例のように、カソード流体回収口とガス放出口を側壁３６に設けることで、さらに、システム内で回収タンク２０Ｃの設置位置の上方にスペースの余裕がない場合にも、回収タンク２０Ｃを設置することを容易にすることができる。

　なお、図４～図６に示すように、燃料供給管４２は、ガス遮断部材に対して、アノード流体回収管４０と同じ側に開口させるのが好ましい。これにより、液体送出口３２からアノード２に送られる液体のメタノール濃度を一定にすることが容易となる。このとき、カソード流体回収管４８は、ガス遮断部材に対して、アノード流体回収管４０の反対側に設けるのが好ましい。これにより、タンク内の液体の比較的メタノール濃度が低い位置に、カソード流体回収管４８を開口させることができる。その結果、カソード流体回収管４８から回収タンク２０Ａの内部に導入される比較的高温のカソード流体により、液体に含まれる燃料（例えばメタノール）が気化されるのを抑制することができる。したがって、気体排出管５０を通してシステムの外部にメタノール等の有害成分が排出されるのを抑えることができる。これにより燃料電池システム１の安全性を向上させることができる。また、カソード流体回収管４８の開口と対向する位置に遮蔽板５２を設けることで、メタノールの気化をより効果的に抑えることができる。

（実施形態３）
　本実施形態に係る直接酸化型燃料電池システムは、カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池（燃料電池スタック）と、カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプと、アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプと、燃料電池から排出される流体から水および未使用燃料を含む液体を回収する回収タンクと、燃料タンクと、燃料タンクから燃料を供給する燃料ポンプとを備えている。回収タンクの液体は、燃料タンクから供給される燃料と混合された後、燃料水溶液としてアノードに供給される。燃料電池システムの運転状態は運転制御手段により制御される。回収タンクの液体の体積（回収タンク内の液量）は液量検出手段（液量センサ）により検出される。

　本実施形態に係る燃料電池システムは、実施形態１に係る燃料電池システム（図２参照）と基本的な構成は同様である。燃料電池の構成も実施形態１と同様である（図１参照）。従って、本実施形態に係る燃料電池システムは、実施形態１に係る燃料電池システムと全く同じ機能を有するものであってもよい。回収タンクの構造は実施形態２（図３～５参照）と同じにすることもできる。

　ただし、本実施形態の燃料電池システムは、運転停止中、少なくとも液量センサに電力を供給する電源を備えている。そして、運転停止中に、回収タンク内の液体の体積が、第２下限値を下回った場合、運転制御手段の液量制御機能（コントローラ）は、燃料電池に、自動的に一定時間だけ補助運転をさせる。補助運転中に燃料電池から排出される流体から、水および未使用燃料を含む液体を回収することにより、回収タンク内の液体の体積を増やすことができる。

　図８は、本実施形態に係る燃料電池システムの構成を概略的に示している。図２と同じ構成要素には同じ符号を付している。

　燃料電池システムの長期保存時など、運転停止中には、回収タンク内の液体２１の散逸が起る。従って、燃料電池システムの通常運転を停止したときに、第１下限値以上の液体２１が回収タンク内に残留していたとしても、運転停止中の燃料電池システムにおいては、回収タンク内の液体２１は徐々に減少することが予測される。そこで、本実施形態では、燃料電池システムの運転停止中に、少なくとも制御装置２８（および液量センサ２７）に電力を供給する電源３０を設け、運転停止中にも回収タンク内の液体２１の体積（液量）を監視する構成としている。液量センサ２７の情報は、定期的に運転制御手段２８に送信される。回収タンク内の液量が、第２下限値を下回った場合には、運転制御手段２８は、燃料電池システムを自動的に始動させる。そして、一定時間だけ、回収タンク内の液量を増量させるための補助運転を行う。つまり、運転制御手段２８は、回収タンク内の液量を制御するコントローラとしての機能を有する。補助運転は、ユーザの操作を伴わずに、自動的に行われる。

　燃料電池システムの運転停止中に、少なくとも液量センサ２７に電力を供給する電源３０としては、乾電池、リチウムイオン二次電池など、種々の化学電池を用いることができる。通常、燃料電池システムの起動時には、空気ポンプ２４、送液ポンプ２５、燃料ポンプ２３などの構成要素にも電力を供給する必要がある。従って、液量センサ２７に電力を供給する電源３０は、これらの構成要素に電力を供給する電源と同一であってもよい。燃料電池システムの長期保存時でも液量センサ２７に電力を供給し続けられるように、液量センサ２７の消費電力は小さい方が好ましい。

　燃料電池システムの補助運転中には、カソード３において発電の際の反応で生成された水や、電解質膜４を透過した燃料がアノード２で酸素と反応することで生成される水が回収される。また、アノード２からは、未使用の燃料水溶液が回収される。運転制御手段２８により、実施形態１と同様に、液体の回収量を制御することで、回収タンク内の液量を、第２下限値を上回る所定値まで増やすことができる。

　回収タンク内の液量の第２下限値は、燃料電池システムの構成に合わせて適宜決定すればよい。ただし、第２下限値は、少なくとも０より大きい値に設定する必要がある。ここでも、第２下限値は、燃料電池システムの運転停止中、常に、アノード流体回収口が、回収タンク内の液面より重力方向における下部に位置するように設定することが望ましい。これにより、運転停止中に回収タンク内の液体の体積が大きく変動する場合でも、アノード側空間に空気が流入することを防止できる。

　燃料電池システムを起動させる際に、燃料電池のアノードに充分な燃料水溶液を供給させるためには、実施形態１の第１下限値と同じく、アノード流体回収口より上部に存在する液体の体積がアノード側空間の体積の１．５～５倍になるように、第２下限値を設定することが好ましい。つまり、アノード流体回収口が回収タンクの底面または底面近傍に設置されている場合には、アノード側空間の体積の１．５～５倍の体積を第２下限値とすればよい。

　なお、第２下限値は、通常は、第１下限値よりも小さな値である。しかしながら、第２下限値は、第１下限値と同じ値であってもよい。これにより、燃料電池システムの制御を単純化することができる。この場合、通常運転中および通常運転の停止中のいずれにおいても、回収タンク内の液量は、共通の下限値以上に維持されることになる。

　補助運転においては、運転制御手段は、燃料電池の発電電力、空気ポンプの流量、送液ポンプの流量、燃料ポンプの流量、アノード側ラジエータ冷却ファンの流量、カソード側ラジエータ冷却ファンの流量およびスタック冷却ファンの流量よりなる群から選ばれる少なくとも１つを、通常運転時とは異なる出力に制御することができる。具体的には、短時間の補助運転で効率的に回収タンク内の液体を増量させることができるように、燃料電池システムの各構成要素の出力が制御される。通常運転時の条件では、回収タンク内の液体２１の体積が大きく増減しないように各構成要素の出力が制御されるため、回収タンク内の液体２１の体積を増やすのに長時間を要する場合がある。なお、燃料電池による発電を行わない場合でも、燃料のクロスオーバーが生じるような補助運転を行えば、カソード３で水が生成するため、水を回収することができる。

　以上のように、本実施形態に係る燃料電池システムでは、回収タンク内の液量が第１または第２下限値以上になるように制御される。しかしながら、異常時などには、一定時間だけ補助運転を行っても回収タンク内の液体２１の体積が第１または第２下限値を下回っている場合が想定される。このような場合には、回収タンク２０への水の補充を促す警告が、ユーザに認識できるような態様で発せられることが好ましい。警告は視認できるものでも、音声のように聴覚で認識できるものでもよい。警告は、補助運転を自動的に停止させる動作を伴ってもよい。

　本発明によれば、直接酸化型燃料電池システムの寿命特性や長期保存における信頼性を向上させることができるとともに、発電性能の低下を防止することができる。よって、長期にわたって優れた発電特性を維持でき、長期保存を含めた継続的な使用によっても、安定した性能を維持できる直接酸化型燃料電池システムを提供することができる。本発明の直接酸化型燃料電池システムは、ノートＰＣなどの小型機器用の電源、およびポータブル発電機として非常に有用である。

　本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形及び改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神及び範囲から逸脱することなく、すべての変形及び改変を包含する、と解釈されるべきものである。

　１：燃料電池セル、２：アノード、３：カソード、４：電解質膜、５：膜電極接合体（ＭＥＡ）、６：アノード触媒層、７：アノード拡散層、８：カソード触媒層、９：カソード拡散層、１０：アノード側セパレータ、１１：カソード側セパレータ、１２：燃料流路、１３：酸化剤流路、１４，１５：ガスケット、１６,１７：集電板、１８：端板、２０，２０Ａ，２０Ｂ：回収タンク、２１：液体、２２：ドレイン、２３：燃料ポンプ、２４：空気ポンプ、２５：送液ポンプ、２６：燃料タンク、２７：液量センサ、２８：運転制御装置（情報処理装置）、２９：ラジエータ、３１，３１Ａ：アノード流体回収口、３２：液体送出口、３３，３３Ａ，３３Ｂ：ガス混入防止部材（ガス遮断部材）             

Claims (12)

1. 　カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池と、
   　前記カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプと、
   　前記アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプと、
   　前記アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクと、を具備し、
   　前記回収タンクが、
   　前記アノード流体を前記回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、
   　前記回収タンク内の液体を前記アノードに送出する液体送出口と、
   　前記アノード流体回収口と前記液体送出口との間に配され、前記アノード流体中の液体が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口まで移動するのを防止または抑制するガス遮断部材と、を有し、
   　前記回収タンク内の液量が、第１下限値以上になるように制御されている、ただし、前記第１下限値は、前記アノード流体回収口および前記液体送出口が、前記回収タンク内の液体の液面よりも下部に位置するように設定されている、直接酸化型燃料電池システム。
2. 　前記回収タンクが、底部と、前記底部の周部から立ち上がる側壁とを有し、
   　前記側壁が、互いに対向する第１側面板および第２側面板を含み、
   　前記ガス遮断部材が、前記底部および前記第１側面板と接触し、かつ前記第２側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第１壁部材を含む、請求項１記載の直接酸化型燃料電池システム。
3. 　前記ガス遮断部材が、さらに、前記底部および前記第２側面板と接触し、かつ前記第１側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第２壁部材を含む、請求項２記載の直接酸化型燃料電池システム。
4. 　さらに、前記液量が、第１上限値以下になるように制御されている、ただし、前記第１上限値は、前記第１壁部材の上端が、前記液面よりも上部に位置するように設定されている、請求項２または３記載の直接酸化型燃料電池システム。
5. 　前記回収タンクが、前記底部と対向する天部を有しており、
   　前記アノード流体回収口が、前記天部を貫通するアノード流体回収管の先端に開口している、請求項２～４のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
6. 　前記アノード流体回収口が、前記側壁に設けられている、請求項２～４のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
7. 　前記回収タンクが、さらに、ガス成分を含むカソード流体を回収するカソード流体回収口と、前記アノード流体の前記ガス成分と前記カソード流体の前記ガス成分を前記回収タンクの内部から外部に放出するガス放出口とを含み、
   　前記カソード流体回収口と前記ガス放出口が、前記液量が前記第１上限値であるときの前記液面よりも高い位置に配されている、請求項４～６のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
8. 　前記液量が前記第１下限値であるときに、前記アノード流体回収口よりも上部に存在する前記液体の体積が、前記送液ポンプから前記アノードを経由して前記アノード流体回収口に至るまでのアノード側空間の体積よりも大きい、請求項１～７のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
9. 　前記燃料電池システムの運転停止中に、前記液量が第２下限値を下回ったことが検出されると、水を生成するための補助運転が行われる、請求項１～８のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
10. 　カソードとアノードを備え、燃料を消費して発電する直接酸化型燃料電池、前記カソードに酸化剤を送る酸化剤ポンプ、および前記アノードに燃料水溶液を送る送液ポンプを含む直接酸化型燃料電池システムに使用され、前記アノードから排出された、ガス成分と液体との混合物を含むアノード流体を回収する回収タンクであって、
    　前記アノード流体を前記回収タンク内の液体と合流させるアノード流体回収口と、
    　前記回収タンク内の液体を前記アノードに送出する液体送出口と、
    　前記アノード流体回収口と前記液体送出口との間に配され、前記アノード流体中の液体が、前記アノード流体回収口から前記液体送出口に移動するのを許容する一方で、ガス成分が、前記液体送出口に移動するのを防止または抑制するガス遮断部材と、を有し、
    　前記アノード流体回収口および前記液体送出口が、前記回収タンクの内法の高さの中心よりも下部に位置している、直接酸化型燃料電池システム用回収タンク。
11. 　前記回収タンクが、底部と、前記底部の周部から立ち上がる側壁とを有し、
    　前記側壁が、互いに対向する第１側面板および第２側面板を含み、
    　前記ガス遮断部材が、前記底部および前記第１側面板と接触し、かつ前記第２側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第１壁部材を含む、請求項１０記載の直接酸化型燃料電池システム用回収タンク。
12. 　前記ガス遮断部材が、さらに、前記底部および前記第２側面板と接触し、かつ前記第１側面板との間に所定の間隙を設けて配置された、少なくとも１つの第２壁部材を含む、請求項１１記載の直接酸化型燃料電池システム用回収タンク。

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