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JP4863689B2 - Fuel cell system and concentration adjustment 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濃度調整方法に関し、より特定的には、燃料水溶液の濃度を制御する燃料電池システムおよびその濃度調整方法に関する。   The present invention relates to a fuel cell system and a concentration adjustment method thereof, and more particularly to a fuel cell system for controlling the concentration of a fuel aqueous solution and a concentration adjustment method thereof.

燃料濃度を調整する技術の一例が特許文献1において開示されている。
特許文献1では、希釈タンクの燃料濃度を直接測定することなく、燃料電池から排出されるガスの成分および燃料電池の発電量を計測し、それらの結果に基づいて希釈タンクへ供給すべき燃料および水の量を制御し濃度調整する技術が開示されている。
特開2005−26215号公報
An example of a technique for adjusting the fuel concentration is disclosed in Patent Document 1.
In Patent Document 1, the component of the gas discharged from the fuel cell and the amount of power generated by the fuel cell are measured without directly measuring the fuel concentration in the dilution tank, and the fuel to be supplied to the dilution tank based on the results thereof, and A technique for controlling the amount of water and adjusting the concentration is disclosed.
JP 2005-26215 A

しかし、特許文献1に記載の技術では、酸化剤欠乏処理(エアスターブ処理)を実行する場合に精度よく濃度調整できないと考えられる。
すなわち、酸化剤欠乏処理は、一時的に燃料電池のカソードへの酸化剤の供給を停止するあるいは一時的にカソードへの酸化剤の供給量を減少させることによってカソードを酸化剤欠乏状態にする処理であり、この処理の実行直後には精度よく濃度調整できないという問題があるが、特許文献1には、酸化剤欠乏処理を実行する場合の濃度調整について何ら開示も示唆もされていない。
However, with the technique described in Patent Document 1, it is considered that the concentration cannot be adjusted accurately when an oxidant deficiency process (air stave process) is performed.
In other words, the oxidant deficiency process is a process in which the supply of the oxidant to the cathode of the fuel cell is temporarily stopped or the supply amount of the oxidant to the cathode is temporarily reduced to bring the cathode into an oxidant deficiency state. However, there is a problem that the concentration cannot be adjusted accurately immediately after the execution of this process, but Patent Document 1 does not disclose or suggest the concentration adjustment when the oxidizing agent deficiency process is executed.

それゆえに、この発明の主たる目的は、酸化剤欠乏処理を実行する場合であっても燃料水溶液の濃度を精度よく調整できる、燃料電池システムおよびその濃度調整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 its concentration adjusting method capable of accurately adjusting the concentration of the aqueous fuel solution even when the oxidant deficiency treatment is executed.

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、燃料電池での電気エネルギーの生成に用いられる燃料水溶液の電気化学的特性を利用して燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第1濃度検出手段、第1濃度検出手段とは異なる方法によって燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第2濃度検出手段、第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理前に検出された濃度情報を記憶する記憶手段、および酸化剤欠乏処理後に、第2濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて濃度調整し燃料水溶液の濃度を目標濃度より高くなるように調整するとともに、第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理後に検出された濃度情報が記憶手段に記憶された濃度情報よりも高濃度を示すと判断されたとき、第1濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて燃料水溶液の濃度を調整する濃度調整手段を備える。   In order to achieve the above object, the fuel cell system according to claim 1 is a fuel cell that generates electric energy by an electrochemical reaction, and electrochemical characteristics of an aqueous fuel solution used for generating electric energy in the fuel cell. A first concentration detecting means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution using a second concentration detecting means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution by a method different from the first concentration detecting means; Storage means for storing concentration information detected before the oxidant deficiency treatment by the first concentration detection means, and concentration adjustment based on the concentration information detected by the second concentration detection means after the oxidant deficiency processing, The concentration is adjusted to be higher than the target concentration, and the concentration information detected after the oxidant deficiency treatment by the first concentration detection means is stored in the storage means. When the it is determined that with higher concentration than the concentration information comprises concentration adjusting means for adjusting the concentration of the fuel aqueous solution based on the concentration information detected by the first density detecting means.

請求項2に記載の燃料電池システムは、請求項1に記載の燃料電池システムにおいて、第2濃度検出手段は燃料電池からの電流に基づいて燃料水溶液の濃度情報を検出することを特徴とする。   The fuel cell system according to claim 2 is the fuel cell system according to claim 1, wherein the second concentration detecting means detects concentration information of the aqueous fuel solution based on the current from the fuel cell.

請求項3に記載の自動二輪車は、請求項1または2に記載の燃料電池システムを含むことを特徴とする。   A motorcycle according to a third aspect includes the fuel cell system according to the first or second aspect.

請求項4に記載の輸送機器は、請求項1または2に記載の燃料電池システムを含むことを特徴とする。   A transportation device according to a fourth aspect includes the fuel cell system according to the first or second aspect.

請求項5に記載の燃料電池システムの濃度調整方法は、電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、燃料電池での電気エネルギーの生成に用いられる燃料水溶液の電気化学的特性を利用して燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第1濃度検出手段、第1濃度検出手段とは異なる方法によって燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第2濃度検出手段、および濃度情報を記憶可能な記憶手段を備える燃料電池システムの濃度調整方法であって、第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理前に検出された濃度情報を記憶手段に記憶するステップ、酸化剤欠乏処理後に、第2濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて燃料水溶液の濃度を目標濃度より高くなるように調整するステップ、および第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理後に検出された濃度情報が記憶手段に記憶された濃度情報よりも高濃度を示したとき、第1濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて燃料水溶液の濃度を調整するステップを備える。   The fuel cell system concentration adjusting method according to claim 5 is a fuel cell that generates electric energy by an electrochemical reaction, and a fuel that uses an electrochemical characteristic of an aqueous fuel solution used for generating electric energy in the fuel cell. First concentration detecting means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous solution, second concentration detecting means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution by a method different from the first concentration detecting means, and storing the concentration information A fuel cell system concentration adjustment method comprising a storage means capable of storing concentration information detected by the first concentration detection means before the oxidant deficiency process in the storage means, after the oxidant deficiency process, Adjusting the concentration of the aqueous fuel solution to be higher than the target concentration based on the concentration information detected by the concentration detecting means; and a first concentration When the concentration information detected after the oxidant deficiency treatment by the output means indicates a higher concentration than the concentration information stored in the storage means, the concentration of the aqueous fuel solution is determined based on the concentration information detected by the first concentration detection means. Adjusting.

ここで、「目標濃度」とは、酸化剤欠乏処理後の燃料水溶液の目標とする濃度をいう。   Here, the “target concentration” refers to a target concentration of the aqueous fuel solution after the oxidant deficiency treatment.

請求項1に記載の燃料電池システムでは、第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理前に検出された濃度情報が記憶手段に格納される。そして、第2濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理後に検出された濃度情報に基づいて燃料水溶液の濃度(燃料濃度)が目標濃度より高くなるように調整され、第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理後に検出された濃度情報が記憶手段に記憶された濃度情報より高濃度を示したとき、第1濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて燃料水溶液の濃度が調整される。すなわち、燃料水溶液の電気化学的特性を利用して濃度情報を検出する第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理直後に濃度情報を検出しても、その検出結果は正確ではないことがわかっているので、それを回避するために酸化剤欠乏処理直後には一時的に、第1濃度検出手段の濃度情報を使用せず、第2濃度検出手段による濃度情報に基づいて燃料水溶液の濃度が調整され、しかも燃料水溶液の濃度は目標濃度より高くなるように調整される。これによって、酸化剤欠乏処理を行う燃料電池システムにおいて燃料濃度の検出精度を高く維持することができるとともに、酸化剤欠乏処理後に第1濃度検出手段の検出精度を速やかに正常に戻し第2濃度検出手段から第1濃度検出手段へ早期に切り替えることができる。その結果、酸化剤欠乏処理を行う場合であっても、燃料濃度を精度よく調整できる。請求項5に記載の燃料電池システムの濃度調整方法についても同様である。   In the fuel cell system according to the first aspect, the concentration information detected by the first concentration detection means before the oxidant deficiency treatment is stored in the storage means. Then, the concentration of the aqueous fuel solution (fuel concentration) is adjusted to be higher than the target concentration based on the concentration information detected after the oxidant deficiency processing by the second concentration detection unit, and the oxidant deficiency processing is performed by the first concentration detection unit. When the concentration information detected later indicates a higher concentration than the concentration information stored in the storage means, the concentration of the aqueous fuel solution is adjusted based on the concentration information detected by the first concentration detection means. That is, it is known that even if the concentration information is detected immediately after the oxidant deficiency treatment by the first concentration detection means that detects the concentration information using the electrochemical characteristics of the aqueous fuel solution, the detection result is not accurate. Therefore, in order to avoid this, the concentration information of the first concentration detection means is temporarily not used immediately after the oxidant deficiency treatment, and the concentration of the aqueous fuel solution is adjusted based on the concentration information by the second concentration detection means. In addition, the concentration of the aqueous fuel solution is adjusted to be higher than the target concentration. Accordingly, it is possible to maintain high detection accuracy of the fuel concentration in the fuel cell system that performs the oxidant deficiency process, and to quickly return the detection accuracy of the first concentration detection means to normal after the oxidant deficiency process and detect the second concentration. It is possible to quickly switch from the means to the first concentration detecting means. As a result, the fuel concentration can be accurately adjusted even when the oxidant deficiency treatment is performed. The same applies to the fuel cell system concentration adjustment method according to claim 5.

酸化剤欠乏処理の実行直後は第1濃度検出手段の濃度検出精度は低下するが、請求項2に記載の燃料電池システムでは、酸化剤欠乏処理の実行直後は燃料電池からの電流に基づいて燃料水溶液の濃度情報を取得できるので、濃度検出精度の低下を抑制できる。   The concentration detection accuracy of the first concentration detection means is reduced immediately after the execution of the oxidant deficiency process, but in the fuel cell system according to claim 2, the fuel based on the current from the fuel cell is immediately after the execution of the oxidant deficiency process. Since the concentration information of the aqueous solution can be acquired, it is possible to suppress a decrease in concentration detection accuracy.

請求項3や請求項4に示すような燃料電池システムを含む自動二輪車ひいては輸送機器では、発電効率を向上させるために必要に応じて酸化剤欠乏処理が実行されるので、この発明は好適に用いられる。   Since the motorcycle including the fuel cell system as described in claim 3 and claim 4 and thus the transportation equipment is subjected to an oxidant deficiency treatment as necessary in order to improve power generation efficiency, the present invention is preferably used. It is done.

この発明によれば、酸化剤欠乏処理を実行する燃料電池システムにおいて燃料水溶液の濃度を精度よく調整できる。   According to the present invention, the concentration of the aqueous fuel solution can be accurately adjusted in the fuel cell system that executes the oxidant deficiency treatment.

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。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. Here, a case where the fuel cell system 100 of the present invention is mounted on a motorcycle 10 which is an example of a transportation device will be described.

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。   First, the motorcycle 10 will be described. Left and right, front and rear, and top and bottom in the embodiment of the present invention mean left and right, front and back, and top and bottom, based on a state where the driver is seated on the seat of the motorcycle 10 toward the handle 24 thereof.

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。   1 to 7, the motorcycle 10 includes a vehicle body 11, and the vehicle body 11 has a vehicle body frame 12. The vehicle body frame 12 includes a head pipe 14, a front frame 16 having an I-shaped longitudinal section extending obliquely downward from the head pipe 14, and a rear frame connected to a rear end portion of the front frame 16 and rising obliquely upward rearward. 18 and a seat rail 20 attached to the upper end of the rear frame 18. The rear end portion of the front frame 16 is connected to a position slightly closer to the lower end portion than the center portion of the rear frame 18, and the front frame 16 and the rear frame 18 as a whole have a substantially Y shape in side view.

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。   The front frame 16 has a plate-like member 16a having a width in the up-down direction, extending obliquely downward to the rear and orthogonal to the left-right direction, and formed at the upper and lower edges of the plate-like member 16a, respectively, and to the rear. Flange portions 16b and 16c extending obliquely downward and having a width in the left-right direction, reinforcing ribs 16d projecting on both surfaces of the plate-like member 16a, and the rear frame 18 are connected to each other by, for example, bolts provided at the rear end portion. Connecting portion 16e. The reinforcing rib 16d partitions both surfaces of the plate-like member 16a together with the flange portions 16b and 16c to form a storage space for storing components of the fuel cell system 100 described later.

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。   On the other hand, the rear frame 18 extends rearward and obliquely upward, has a width in the front-rear direction, and is disposed so as to sandwich the connecting portion 16e of the front frame 16, and the plate-shaped members 18a and 18b. And a plate-like member (not shown) for connecting the two.

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。   As shown in FIG. 1, a steering shaft 22 for changing the vehicle body direction is rotatably inserted into the head pipe 14. A handle support portion 26 to which a handle 24 is fixed is attached to the upper end of the steering shaft 22, and grips 28 are attached to both ends of the handle 24. The right grip 28 constitutes a rotatable throttle grip.

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。   A display operation unit 30 is disposed in front of the handle 24 of the handle support unit 26. The display operation unit 30 includes a meter 30a for measuring and displaying various data of an electric motor 60 (described later), a display unit 30b configured by, for example, a liquid crystal display for providing various information such as a running state, and various information input. The input unit 30c and the like are integrated. A headlamp 32 is fixed below the display operation section 30 in the handle support section 26, and flasher lamps 34 are provided on both the left and right sides of the headlamp 32.

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。   A pair of left and right front forks 36 are attached to the lower end of the steering shaft 22, and a front wheel 38 is attached to the lower end of each front fork 36 via a front axle 40. The front wheel 38 is rotatably supported by the front axle 40 while being buffered and suspended by the front fork 36.

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。   On the other hand, a frame-like seat rail 20 is attached to the rear end portion of the rear frame 18. The seat rail 20 is fixed to the upper end portion of the rear frame 18 by welding, for example, and is disposed substantially in the front-rear direction. A seat (not shown) is provided on the seat rail 20 so as to be freely opened and closed. A mounting bracket 42 is fixed to the rear end portion of the seat rail 20, and a tail lamp 44 and a pair of left and right flasher lamps 46 are mounted on the mounting bracket 42, respectively.

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。   A swing arm (rear arm) 48 is swingably supported at the lower end portion of the rear frame 18 via a pivot shaft 50, and an electric motor 60 (described later) is provided at a rear end portion 48a of the swing arm 48. A rear wheel 52, which is a drive wheel, is rotatably supported, and the swing arm 48 and the rear wheel 52 are buffered and suspended from the rear frame 18 by a rear cushion (not shown).

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。   Further, a footrest mounting bar 54 is fixed to the front side of the lower end portion of the rear frame 18 so as to protrude from the rear frame 18 in the left-right direction, and a footrest (not shown) is mounted on the footrest mounting bar 54. Behind the footrest mounting bar 54, a main stand 56 is rotatably supported by a swing arm 48, and the main stand 56 is urged toward the closing side by a return spring 58.

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。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を含む。   In this embodiment, the swing arm 48 is connected to the rear wheel 52, for example, an axial gap type electric motor 60 for rotating the rear wheel 52, and a drive unit 62 electrically connected to the electric motor 60. And built-in. The drive unit 62 includes a controller 64 for controlling the rotational drive of the electric motor 60.

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ーを生成する。   A fuel cell system 100 is attached to the vehicle body 11 of the motorcycle 10 along the vehicle body frame 12. The fuel cell system 100 generates electrical energy for driving the electric motor 60 and other components.

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。
Hereinafter, the fuel cell system 100 will be described.
The fuel cell system 100 is a direct methanol fuel cell system that directly uses methanol (aqueous methanol solution) for power generation without reforming.

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。   The fuel cell system 100 includes a fuel cell stack (hereinafter simply referred to as a cell stack) 102 disposed below the front frame 16.

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ー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セル104は、固体高分子膜等から構成される電解質(電解質膜)104aと、電解質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104a側に設けられる白金触媒層を含む。   As shown in FIGS. 8 and 9, the cell stack 102 sandwiches a separator 106 with a fuel cell (fuel cell) 104 that can generate electric energy by an electrochemical reaction between hydrogen ions based on methanol and oxygen. A plurality of layers are stacked. Each fuel cell 104 constituting the cell stack 102 includes an electrolyte (electrolyte membrane) 104a composed of a solid polymer membrane and the like, an anode (fuel electrode) 104b and a cathode (air electrode) facing each other across the electrolyte 104a. 104c. Each of the anode 104b and the cathode 104c includes a platinum catalyst layer provided on the electrolyte 104a side.

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。   As shown in FIG. 4 and the like, the cell stack 102 is placed on a skid 108, and the skid 108 is supported by a stay stack 110 that is suspended from a flange portion 16 c of the front frame 16.

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。   As shown in FIG. 6, an aqueous solution radiator 112 and a gas-liquid separation radiator 114 are disposed below the front frame 16 and above the cell stack 102. The radiators 112 and 114 are integrally formed, and have a plurality of plate-like fins (not shown) whose front surfaces are disposed slightly forward of the vehicle and are orthogonal to the front surfaces. Such radiators 112 and 114 can sufficiently receive wind during traveling.

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。   As shown in FIG. 6 and the like, the radiator 112 includes a radiator pipe 116 that is formed to pivot. The radiator pipe 116 is formed as a single continuous pipe from the inlet 118a (see FIG. 5) to the outlet 118b (see FIG. 3) by welding a straight pipe made of stainless steel or the like and a U-shaped joint pipe. Is formed. A radiator cooling fan 120 is provided on the back side of the radiator 112 so as to face the radiator pipe 116.

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。   Similarly, the radiator 114 includes two radiator pipes 122 formed to meander. Each radiator pipe 122 is a single continuous pipe from the inlet 124a (see FIG. 3) to the outlet 124b (see FIG. 3) by welding a straight pipe made of stainless steel or the like and a U-shaped joint pipe. Is formed. A radiator cooling fan 126 is provided on the back surface side of the radiator 114 so as to face the radiator pipe 122.

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。   1 to 7 and mainly referring to FIG. 3, a fuel tank 128, an aqueous solution tank 130, and a water tank 132 are arranged in order from the top on the rear side of the connecting portion 16 e of the front frame 16. The fuel tank 128, the aqueous solution tank 130, and the water tank 132 are obtained by, for example, PE (polyethylene) blow molding.

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。   The fuel tank 128 is disposed below the seat rail 20 and is attached to the rear end portion of the seat rail 20. The fuel tank 128 contains methanol fuel (high-concentration aqueous methanol solution) with a high concentration (for example, containing about 50 wt% of methanol) that becomes a fuel for the electrochemical reaction of the cell stack 102. The fuel tank 128 has a lid 128a on its upper surface, and the lid 128a is removed to supply methanol fuel.

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。   The aqueous solution tank 130 is provided below the fuel tank 128 and attached to the rear frame 18. The aqueous solution tank 130 contains an aqueous methanol solution obtained by diluting the methanol fuel from the fuel tank 128 to a concentration suitable for the electrochemical reaction of the cell stack 102 (for example, containing about 3 wt% of methanol). That is, the aqueous solution tank 130 contains an aqueous methanol solution to be sent out toward the cell stack 102 by an aqueous solution pump 146 (described later).

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。   A level sensor 129 is attached to the fuel tank 128 to detect the level of the methanol fuel level in the fuel tank 128. A level sensor 131 is attached to the aqueous solution tank 130 to detect the level of the aqueous methanol solution in the aqueous solution tank 130. By detecting the liquid level height with the level sensors 129 and 131, the amount of liquid in the tank can be detected. The liquid level in the aqueous solution tank 130 is controlled, for example, within a range indicated by A in FIG.

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。   The water tank 132 is disposed between the plate-like members 18 a and 18 b of the rear frame 18 and on the rear side of the cell stack 102. A level sensor 133 is attached to the water tank 132 and the height of the water surface in the water tank 132 is detected.

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ーを蓄え、コントローラ156(後述)の指令に応じて電気エネルギー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に電気エネルギーを供給する。   A secondary battery 134 is provided on the front side of the fuel tank 128 and on the upper side of the flange portion 16 b of the front frame 16. The secondary battery 134 is disposed on the upper surface of a plate-like member (not shown) of the rear frame 18. The secondary battery 134 stores the electrical energy generated in the cell stack 102 and supplies the electrical energy to the corresponding electrical component in accordance with a command from a controller 156 (described later). For example, the secondary battery 134 supplies electric energy to the auxiliary machines and the drive unit 62.

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。   A fuel pump 136 and a detection valve 138 are disposed above the secondary battery 134 and below the seat rail 20. A catch tank 140 is disposed above the aqueous solution tank 130.

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。   The catch tank 140 is provided with a lid 140a on the upper surface thereof. For example, in a state where the fuel cell system 100 has never been activated (the aqueous solution tank 130 is empty), the aqueous methanol solution is supplied by removing the lid 140a. The catch tank 140 is obtained by PE (polyethylene) blow molding, for example.

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。   An air filter 142 for removing foreign substances such as dust contained in the gas is disposed in a space surrounded by the front frame 16, the cell stack 102, and the radiators 112 and 114. On the side, an aqueous solution filter 144 is arranged.

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。   As shown in FIG. 4, an aqueous solution pump 146 and an air pump 148 are stored in the storage space on the left side of the front frame 16. An air chamber 150 is disposed on the left side of the air pump 148. By driving the aqueous solution pump 146, an aqueous methanol solution is sent out toward the cell stack 102.

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。   Further, as shown in FIG. 5, a main switch 152, a DC-DC converter 154, a controller 156, a rust prevention valve 158, and a water pump 160 are arranged in order from the front in the storage space on the right side of the front frame 16. The main switch 152 is provided so as to penetrate the storage space of the front frame 16 from the right side to the left side. A horn 162 is provided on the front surface of the cell stack 102. The DC-DC converter 154 converts the voltage from 24V to 12V, and the fans 120 and 126 are driven by the converted 12V voltage.

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。
The piping of the fuel cell system 100 arranged in this way will be described with reference to FIGS. 4 to 7 and FIG.
The fuel tank 128 and the fuel pump 136 are connected by a pipe P1, and the fuel pump 136 and the aqueous solution tank 130 are connected by a pipe P2. The pipe P1 connects the lower left end of the fuel tank 128 and the lower left end of the fuel pump 136, and the pipe P2 connects the lower left end of the fuel pump 136 and the lower left end of the aqueous solution tank 130. By driving the fuel pump 136, the methanol fuel in the fuel tank 128 is supplied to the aqueous solution tank 130 through the pipes P1 and P2.

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。   The aqueous solution tank 130 and the aqueous solution pump 146 are communicated by a pipe P3, the aqueous solution pump 146 and the aqueous solution filter 144 are communicated by a pipe P4, and the aqueous solution filter 144 and the cell stack 102 are communicated by a pipe P5. The pipe P3 connects the lower left side corner of the aqueous solution tank 130 and the rear portion of the aqueous solution pump 146, the pipe P4 connects the rear portion of the aqueous solution pump 146 and the left side surface of the aqueous solution filter 144, and the pipe P5 connects the aqueous solution filter 144. The right side is connected to the anode inlet I1 located at the lower right corner of the front surface of the cell stack 102. By driving the aqueous solution pump 146, the aqueous methanol solution from the aqueous solution tank 130 is sent from the pipe P3 side to the pipe P4 side, and after impurities are removed by the aqueous solution filter 144, the aqueous solution pump 146 enters the cell stack 102 via the pipe P5. Given. In this embodiment, pipes P4 and P5 constitute pipes for guiding the aqueous methanol solution sent out by the aqueous solution pump 146 to each fuel cell 104 of the cell stack 102.

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。   The cell stack 102 and the aqueous solution radiator 112 are connected by a pipe P6, and the radiator 112 and the aqueous solution tank 130 are connected by a pipe P7. The pipe P6 connects the anode outlet I2 located at the upper left corner of the rear surface of the cell stack 102 and the inlet 118a (see FIG. 5) of the radiator pipe 116 drawn from the lower right end of the radiator 112, and the pipe P7 is connected to the radiator 112. The outlet 118b of the radiator pipe 116 (see FIG. 3) drawn from a position slightly closer to the center from the lower left end of the lower surface of the aqueous solution tank 130 is connected to the upper left corner of the aqueous solution tank 130. The unreacted aqueous methanol solution and carbon dioxide discharged from the cell stack 102 are supplied to the radiator 112 via the pipe P6, the temperature is lowered, and returned to the aqueous solution tank 130 via the pipe P7. As a result, the temperature of the aqueous methanol solution in the aqueous solution tank 130 can be lowered.

上述したパイプP1〜P7は主として燃料の流路となる。   The pipes P1 to P7 described above mainly serve as fuel flow paths.

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。   Further, the air filter 142 and the air chamber 150 are communicated by a pipe P8, the air chamber 150 and the air pump 148 are communicated by a pipe P9, and the air pump 148 and the rust prevention valve 158 are connected by a pipe P10 and are used for rust prevention. The valve 158 and the cell stack 102 are connected by a pipe P11. The pipe P8 connects the rear part of the air filter 142 and a position slightly ahead of the center part of the air chamber 150, and the pipe P9 connects the lower side of the center part of the air chamber 150 and the rear part of the air pump 148. P10 connects the air pump 148 located on the left side of the plate member 16a of the front frame 16 and the rust prevention valve 158 located on the right side of the plate member 16a, and the pipe P11 is connected to the rust prevention valve 158 and the cell stack 102. To the cathode inlet I3 located at the upper right end of the rear surface. When the fuel cell system 100 is operated, the rust prevention valve 158 is opened, and the air pump 148 is driven in this state, whereby oxygen-containing air is sucked from the outside. The sucked air is purified by the air filter 142 and then flows into the air pump 148 through the pipe P8, the air chamber 150 and the pipe P9, and further, the cell is passed through the pipe P10, the rust prevention valve 158 and the pipe P11. Is provided to the stack 102. The rust prevention valve 158 is closed when the fuel cell system 100 is stopped, and prevents the backflow of water vapor to the air pump 148 and prevents the air pump 148 from rusting.

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。   The cell stack 102 and the radiator 114 for gas-liquid separation are communicated with each other by two pipes P12. The radiator 114 and the water tank 132 are communicated by two pipes P13, and the water tank 132 is connected to a pipe (exhaust pipe) P14. Is provided. Each pipe P12 connects a cathode outlet I4 located at the lower left corner of the front surface of the cell stack 102 and an inlet 124a (see FIG. 3) of each radiator pipe 122 drawn from the lower left end of the radiator 114. The outlet 124b (see FIG. 3) of each radiator pipe 122 drawn from a position slightly on the left side of the lower surface of the radiator 114 is connected to the front upper part of the water tank 132, and the pipe P14 is an upper rear part of the water tank 132. It is formed in a U shape so that it rises once and then descends. Exhaust gas containing water (water and water vapor) and carbon dioxide discharged from the cathode outlet I4 of the cell stack 102 is given to the radiator 114 via the pipe P12, and the water vapor is liquefied. Exhaust gas from the radiator 114 is supplied to the water tank 132 together with water through the pipe P13, and is discharged to the outside through the pipe P14.

上述したパイプP8〜P14は、主として排気の流路となる。   The pipes P8 to P14 described above mainly serve as an exhaust passage.

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。   Further, the water tank 132 and the water pump 160 are communicated by a pipe P15, and the water pump 160 and the aqueous solution tank 130 are communicated by a pipe P16. The pipe P15 connects the lower right side of the water tank 132 and the central part of the water pump 160, and the pipe P16 connects the central part of the water pump 160 and the upper left corner of the aqueous solution tank 130. By driving the water pump 160, the water in the water tank 132 is returned to the aqueous solution tank 130 via the pipes P15 and P16.

上述したパイプP15,16は水の流路となる。   The pipes P15 and P16 described above serve as water flow paths.

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。   In addition, a pipe P17 is connected to the pipe P4 so that a part of the methanol aqueous solution sent out by the aqueous solution pump 146 and flowing through the pipe P4 flows. As shown in FIG. 4, the ultrasonic sensor 164 for detecting the methanol concentration in the pipe P17 is attached to the pipe P17. The ultrasonic sensor 164 detects the methanol concentration of the aqueous methanol solution in the pipe P17 by utilizing the fact that the ultrasonic wave propagation speed changes in accordance with the methanol concentration of the methanol aqueous solution that has flowed in (ratio of methanol in the aqueous methanol solution). Used for.

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。   As shown in FIG. 4, the ultrasonic sensor 164 includes a transmission unit 164a that generates ultrasonic waves and a reception unit 164b that detects ultrasonic waves. Transmitter 164a is inserted in pipe P4. The starting end of the pipe P17 is connected to the branch port 165 of the transmitter 164a, and an aqueous methanol solution is introduced into the pipe P17 via the branch port 165. The receiving unit 164b is connected to the end of the pipe P17 and disposed on the left side surface of the secondary battery 134. In the ultrasonic sensor 164, the time from the generation of ultrasonic waves at the transmission unit 164a to the reception of the ultrasonic waves at the reception unit 164b after the transmission unit 164a generates ultrasonic waves, the reception unit 164b receives ultrasonic waves. Is detected, and the propagation speed is converted into a voltage value to obtain physical concentration information. The controller 156 detects the methanol concentration of the aqueous methanol solution in the pipe P17 based on the concentration information.

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。   The receiving unit 164b and the detection valve 138 are communicated with each other by a pipe P18. Further, the detection valve 138 and the aqueous solution tank 130 are communicated with each other by a pipe P19. The pipe P18 connects the upper surface of the receiving unit 164b and the left side surface of the detection valve 138, and the pipe P19 connects the right side surface of the detection valve 138 and the upper surface of the aqueous solution tank 130.

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。   The pipes P17 to P19 described above mainly serve as a concentration detection flow path.

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。   Further, the aqueous solution tank 130 and the catch tank 140 are communicated by a pipe P20, the catch tank 140 and the aqueous solution tank 130 are communicated by a pipe P21, and the catch tank 140 and the air chamber 150 are communicated by a pipe P22. The pipe P20 connects the upper left corner of the aqueous solution tank 130 and the upper left corner of the catch tank 140, and the pipe P21 connects the lower end of the catch tank 140 and the lower left corner of the aqueous solution tank 130. The pipe P22 connects a position near the upper left side of the catch tank 140 and the upper end surface of the air chamber 150. The gas (mainly carbon dioxide, vaporized methanol and water vapor) in the aqueous solution tank 130 is given to the catch tank 140 via the pipe P20. The vaporized methanol and water vapor are cooled and liquefied in the catch tank 140, and then returned to the aqueous solution tank 130 through the pipe P21. The gas (carbon dioxide, unliquefied methanol and water vapor) in the catch tank 140 is supplied to the air chamber 150 via the pipe P22.

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。   The pipes P20 to P22 described above mainly serve as fuel processing channels.

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。   As shown in FIG. 10, the receiver 164 b of the ultrasonic sensor 164 is provided with a first temperature sensor 166 for detecting the temperature of the aqueous methanol solution that passes through the ultrasonic sensor 164. Further, in the vicinity of the anode inlet I1 of the cell stack 102, a voltage sensor 168 for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous methanol solution supplied to the cell stack 102 using the electrochemical characteristics of the aqueous methanol solution and the cell A second temperature sensor 170 for detecting the temperature of the aqueous methanol solution supplied to the stack 102 is provided. Further, an outside air temperature sensor 171 for detecting the outside air temperature is provided in the vicinity of the air filter 142. The voltage sensor 168 detects an open circuit voltage of the fuel cell (fuel cell) 104 and uses the voltage value as electrochemical concentration information.

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。
The electrical configuration of such a fuel cell system 100 will be described with reference to FIG.
The controller 156 of the fuel cell system 100 performs necessary calculations to control the operation of the fuel cell system 100, a clock circuit 174 for supplying a clock to the CPU 172, a program and data for controlling the operation of the fuel cell system 100 In addition, a memory 176 made of, for example, an EEPROM for storing calculation data, a reset IC 178 for preventing malfunction of the fuel cell system 100, an interface circuit 180 for connecting to an external device, and an electric motor 60 for driving the motorcycle 10 The voltage detection circuit 184 for detecting the voltage in the electric circuit 182 for connecting the cell stack 102 to the battery cell 102, the current detection circuit 186 for detecting the current flowing through the fuel cell 104 and the cell stack 102, and the electric circuit 182 are opened. An ON / OFF circuit 188 for preventing the overvoltage, a voltage protection circuit 190 for preventing an overvoltage of the electric circuit 182, a diode 192 provided in the electric circuit 182, and a power supply circuit 194 for supplying a predetermined voltage to the electric circuit 182. Including.

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、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、転倒の有無を検知する転倒スイッチ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。   The CPU 172 of the controller 156 includes a detection signal from the ultrasonic sensor 164, voltage sensor 168, first temperature sensor 166, second temperature sensor 170, and outside air temperature sensor 171, and a current detection value from the current detection circuit 186. Is entered. The CPU 172 also has a detection signal from the fall switch 196 that detects the presence or absence of a fall, an input signal from the main switch 152 for turning on and off the power, and a signal from the input unit 30c for various settings and information input. Is given. Further, the CPU 172 is also provided with detection signals from the level sensors 129, 131 and 133.

記憶手段であるメモリ176には、図13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。   In the memory 176 that is a storage means, in addition to a program for executing the operation shown in FIG. 13 and calculation data, etc., physical concentration information of the aqueous methanol solution obtained by the ultrasonic sensor 164 (corresponding to the ultrasonic propagation velocity) Conversion information for converting the voltage concentration) into the concentration, and the conversion information for converting the electrochemical concentration information (the open circuit voltage of the fuel cell 104) of the aqueous methanol solution obtained by the voltage sensor 168 into the concentration. The These pieces of conversion information are, for example, table data indicating the correspondence between sensor output information and the corresponding density.

さらに、メモリ176には、電流検出回路186によって得られた電流をCPU172によって積算して得られた値(電流積算値)からなる濃度情報に基づいて、燃料ポンプ136の通電時間(メタノール燃料投入量)を求めるための変換情報が、たとえばテーブルデータとして格納される。また、メモリ176にはメタノール水溶液の目標濃度を示すデータが格納される。   Further, the memory 176 stores the energization time (methanol fuel input amount) of the fuel pump 136 based on the concentration information consisting of the value (current integrated value) obtained by integrating the current obtained by the current detection circuit 186 by the CPU 172. ) Is stored as table data, for example. The memory 176 stores data indicating the target concentration of the aqueous methanol solution.

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。   The CPU 172 controls auxiliary equipment such as the fuel pump 136, the aqueous solution pump 146, the air pump 148, the water pump 160, the cooling fans 120 and 126, the detection valve 138, and the rust prevention valve 158. Further, the CPU 172 controls the display unit 30b for displaying various information and notifying various information to the rider of the motorcycle.

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ーによって充電され、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ーを与える。   Further, a secondary battery 134 and a drive unit 62 are connected to the cell stack 102. The secondary battery 134 and the drive unit 62 are connected to the electric motor 60. The secondary battery 134 complements the output from the cell stack 102, is charged by the electric energy from the cell stack 102, and gives electric energy to the electric motor 60 and the auxiliary devices by the discharge.

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。   A meter 30 a for measuring various data of the electric motor 60 is connected to the electric motor 60, and the data measured by the meter 30 a and the state of the electric motor 60 are given to the CPU 172 via the interface circuit 198.

この実施形態では、電圧センサ168が第1濃度検出手段に相当し、電流検出回路186およびCPU172が第2濃度検出手段に相当する。パイプP1,P2および燃料ポンプ136を含む燃料供給手段、パイプP15,P16および水ポンプ160を含む水供給手段、ならびにCPU172が、濃度調整手段に相当する。なお、燃料供給手段は少なくとも燃料ポンプ136を含んでいればよく、水供給手段は少なくとも水ポンプ160を含んでいればよい。   In this embodiment, the voltage sensor 168 corresponds to the first concentration detection unit, and the current detection circuit 186 and the CPU 172 correspond to the second concentration detection unit. The fuel supply means including the pipes P1 and P2 and the fuel pump 136, the water supply means including the pipes P15 and P16 and the water pump 160, and the CPU 172 correspond to the concentration adjusting means. The fuel supply means only needs to include at least the fuel pump 136, and the water supply means only needs to include at least the water pump 160.

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。
Next, main operations during operation of the fuel cell system 100 will be described.
When the main switch 152 is turned on, the fuel cell system 100 drives auxiliary equipment such as the aqueous solution pump 146 and the air pump 148 and starts operation.

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セル104のアノード104bにダイレクトに供給される。   By driving the aqueous solution pump 146, the aqueous methanol solution stored in the aqueous solution tank 130 is sent from the pipe P 3 side to the pipe P 4 side and supplied to the aqueous solution filter 144. The methanol aqueous solution from which impurities and the like have been removed by the aqueous solution filter 144 is directly supplied to the anode 104b of each fuel cell 104 constituting the cell stack 102 via the pipe P5 and the anode inlet I1.

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セル104のカソード104cに供給される。   On the other hand, the air (air) drawn from the air filter 142 by driving the air pump 148 is silenced by flowing into the air chamber 150 via the pipe P8. Then, the sucked air and the gas from the catch tank 140 given to the air chamber 150 are supplied to the cathode 104c of each fuel cell 104 constituting the cell stack 102 via the pipes P9 to P11 and the cathode inlet I3. The

各燃料電池セル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ーが生成される。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ーは、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。   In the anode 104b of each fuel cell 104, methanol and water in the supplied aqueous methanol solution chemically react to generate carbon dioxide and hydrogen ions. The generated hydrogen ions flow into the cathode 104c through the electrolyte 104a, and electrochemically react with oxygen in the air supplied to the cathode 104c side to generate water (water vapor) and electric energy. That is, power generation is performed in the cell stack 102. The generated electrical energy is sent to and stored in the secondary battery 134 and is used for driving the motorcycle 10 and the like.

一方、各燃料電池セル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。   On the other hand, the carbon dioxide and unreacted methanol aqueous solution generated at the anode 104b of each fuel cell 104 rise in temperature due to the heat generated by the electrochemical reaction (for example, about 65 ° C. to 70 ° C.), and unreacted methanol. A part of the aqueous solution is vaporized. The carbon dioxide and the unreacted aqueous methanol solution flow into the aqueous solution radiator 112 via the anode outlet I2 of the cell stack 102, and are cooled by the fan 120 while flowing through the radiator pipe 116 (for example, about 40 ° C.). . The cooled carbon dioxide and the unreacted methanol aqueous solution are returned to the aqueous solution tank 130 via the pipe P7.

一方、各燃料電池セル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で冷却され露点を下げ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。   On the other hand, most of the water vapor generated at the cathode 104c of each fuel cell 104 is liquefied and converted into water and discharged from the cathode outlet I4 of the cell stack 102, but the saturated water vapor is discharged in a gas state. A part of the water vapor discharged from the cathode outlet I4 is cooled by the radiator 114 and liquefied by lowering the dew point. The water vapor liquefaction operation by the radiator 114 is performed by operating the fan 126. Water (water and water vapor) from the cathode outlet I4 is supplied to the water tank 132 through the pipe P12, the radiator 114 and the pipe P13 together with unreacted air.

また、各燃料電池セル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セル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。   Further, in the cathode 104c of each fuel cell 104, the vaporized methanol from the catch tank 140 and the methanol moved to the cathode by the crossover react with oxygen in the platinum catalyst layer and decompose into harmless moisture and carbon dioxide. . Moisture and carbon dioxide decomposed from methanol are discharged from the cathode outlet I4 and supplied to the water tank 132 via the radiator 114. Further, the water moved to the cathode 104c of each fuel cell 104 due to the water crossover is discharged from the cathode outlet I4 and supplied to the water tank 132 via the radiator 114.

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。   The water collected in the water tank 132 is appropriately refluxed to the aqueous solution tank 130 through the pipes P15 and P16 by driving the water pump 160, and used as water of the methanol aqueous solution.

運転中の燃料電池システム100では、各燃料電池セル104の劣化を防ぎつつ各燃料電池セル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に供給すべきメタノール水溶液のメタノール濃度が調整される。具体的には、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。   In the fuel cell system 100 in operation, the concentration detection process of the aqueous methanol solution is periodically executed in order to cause each fuel cell 104 to efficiently generate power while preventing the deterioration of each fuel cell 104. Based on the detection result, the methanol concentration of the aqueous methanol solution to be supplied to the cell stack 102 is adjusted. Specifically, based on the detection result of the methanol concentration, the methanol fuel in the fuel tank 128 is supplied to the aqueous solution tank 130, and the water in the water tank 132 is returned to the aqueous solution tank 130.

このような燃料電池システム100において酸化剤欠乏処理を実行したときのデータを図12に示す。
図12の期間(2)に示す酸化剤欠乏処理の実行直後の一時期においては、反応する酸化剤(酸素)が欠乏することによって発生する電圧が低下する。そのため、燃料電池104の開回路電圧の変化特性はメタノール水溶液の濃度の変化特性と大きく異なり開回路電圧とメタノール水溶液の濃度との相関性が低くなるので、開回路電圧に基づいてメタノール水溶液の濃度を精度よく検出することはできない。一方、燃料電池104すなわちセルスタック102からの電流を検出・積算すれば、電力の取り出し量から燃料の消費量およびメタノール水溶液の濃度を概算できる。したがって、期間(2)に示す酸化剤欠乏処理の実行直後の一時期においては、開回路電圧ではなく燃料電池104からの電流値に基づいてメタノール水溶液の濃度を検出する方が高い検出精度が得られる。つまり、電圧センサ168の開回路電圧の濃度情報を使用せず、電流検出回路186の出力による濃度情報に基づいて濃度調整を実行する。
FIG. 12 shows data when the oxidant deficiency process is executed in such a fuel cell system 100.
In a period immediately after the execution of the oxidant deficiency process shown in the period (2) of FIG. 12, the voltage generated due to the lack of the reactive oxidant (oxygen) decreases. Therefore, the change characteristic of the open circuit voltage of the fuel cell 104 is greatly different from the change characteristic of the concentration of the methanol aqueous solution, and the correlation between the open circuit voltage and the concentration of the methanol aqueous solution becomes low. Cannot be detected accurately. On the other hand, if the current from the fuel cell 104, that is, the cell stack 102 is detected and integrated, the amount of fuel consumed and the concentration of aqueous methanol solution can be estimated from the amount of electric power taken out. Therefore, in a period immediately after the execution of the oxidant deficiency process shown in the period (2), it is possible to obtain higher detection accuracy by detecting the concentration of the aqueous methanol solution based on the current value from the fuel cell 104 rather than the open circuit voltage. . That is, the density adjustment is executed based on the density information from the output of the current detection circuit 186 without using the density information of the open circuit voltage of the voltage sensor 168.

そして、開回路電圧が酸化剤欠乏処理前の値を下回れば、十分に反応が行われ、開回路電圧は安定状態に戻ったと判断し、期間(3)においては開回路電圧に基づくメタノール水溶液の濃度が用いられる。なお、図12ではグラフの縦軸のスケールが大きいため開回路電圧が酸化剤欠乏処理前の値を下回ったことが把握しにくいが、時点Pにおいて明確に下回っていることに留意されたい。   Then, if the open circuit voltage falls below the value before the oxidant deficiency treatment, it is judged that the reaction has been sufficiently performed and the open circuit voltage has returned to a stable state, and in the period (3), the aqueous methanol solution based on the open circuit voltage Concentration is used. In FIG. 12, since the scale of the vertical axis of the graph is large, it is difficult to grasp that the open circuit voltage has fallen below the value before the oxidant deficiency treatment, but it should be noted that it is clearly below at time point P.

この実施形態では、期間(1)と(3)とでは開回路電圧に基づくメタノール水溶液の濃度を用いて濃度調整され、期間(2)では燃料電池104からの電流に基づくメタノール水溶液の濃度を用いて濃度調整される。   In this embodiment, the concentration is adjusted using the concentration of the aqueous methanol solution based on the open circuit voltage in the periods (1) and (3), and the concentration of the aqueous methanol solution based on the current from the fuel cell 104 is used in the period (2). To adjust the density.

このような燃料電池システム100の動作について、図13を参照して説明する。
なお、図13に示す動作は、電圧センサ168の検出精度が高い比較的高温において行われ、たとえば第2温度センサ170によって検出された温度が45℃以上であるときに行われる。
The operation of the fuel cell system 100 will be described with reference to FIG.
The operation shown in FIG. 13 is performed at a relatively high temperature where the detection accuracy of the voltage sensor 168 is high. For example, the operation detected by the second temperature sensor 170 is performed at 45 ° C. or higher.

まず、酸化剤欠乏処理前に電圧センサ168によって検出された開回路電圧がメモリ176に保存される(ステップS1)。このとき、開回路電圧を複数回取得し平均値を取ってもよい。なお、開回路電圧が低いとメタノール水溶液の濃度は高いことを示し、開回路電圧が高いとメタノール水溶液の濃度は低いことを示す。   First, the open circuit voltage detected by the voltage sensor 168 before the oxidant deficiency process is stored in the memory 176 (step S1). At this time, the open circuit voltage may be acquired a plurality of times and an average value may be taken. When the open circuit voltage is low, the concentration of the aqueous methanol solution is high, and when the open circuit voltage is high, the concentration of the aqueous methanol solution is low.

ついで、エアポンプ148を停止させて酸化剤欠乏処理が実行され(ステップS3)、一定時間後にエアポンプ148の駆動を再開させ(ステップS5)、燃料電池104すなわちセルスタック102からの電流が電流検出回路186によって検出され(ステップS7)、CPU172によってその電流値が所定期間分積算され積算電流値が得られる(ステップS9)。そして、CPU172によって、メモリ176に格納された積算電流値から燃料ポンプ通電時間を求める変換情報を参照して、積算電流値に対応する燃料ポンプ136の通電時間が決定され(ステップS11)、燃料ポンプ136が通電されて水溶液タンク130内にメタノール燃料が供給される(ステップS13)。このときだけ、メタノール水溶液の濃度が目標濃度より少し濃くなるように、濃度に対応する燃料ポンプ136の通電時間(ポンプ駆動時間)がやや長くなるように設定したテーブルを使用する。これによって開回路電圧が早く酸化剤欠乏処理前の値を下回るように誘導される。   Next, the air pump 148 is stopped and the oxidant deficiency process is executed (step S3). After a predetermined time, the driving of the air pump 148 is resumed (step S5), and the current from the fuel cell 104, that is, the cell stack 102 is detected by the current detection circuit 186. (Step S7), and the current value is integrated for a predetermined period by the CPU 172 to obtain an integrated current value (step S9). Then, the CPU 172 refers to conversion information for obtaining the fuel pump energizing time from the accumulated current value stored in the memory 176, determines the energizing time of the fuel pump 136 corresponding to the accumulated current value (step S11), and the fuel pump 136 is energized and methanol fuel is supplied into the aqueous solution tank 130 (step S13). Only at this time, a table set so that the energization time (pump drive time) of the fuel pump 136 corresponding to the concentration is slightly longer is used so that the concentration of the aqueous methanol solution is slightly higher than the target concentration. This induces the open circuit voltage to quickly fall below the value before the oxidant deficiency treatment.

そして、一定時間(この実施形態では9分)が経過したか否かがCPU172によって判断され(ステップS15)、一定時間が経過していなければ、開回路電圧がメモリ176に記憶された酸化剤欠乏処理前の値を下回ったか否か、すなわちメタノール水溶液の濃度情報が酸化剤欠乏処理前の濃度情報より高濃度を示したか否かがCPU172によって判断される(ステップS17)。   Then, the CPU 172 determines whether or not a certain time (9 minutes in this embodiment) has elapsed (step S15). If the certain time has not elapsed, the open circuit voltage stored in the memory 176 is deficient in oxidant. The CPU 172 determines whether or not the value before the processing is lower, that is, whether or not the concentration information of the aqueous methanol solution indicates a higher concentration than the concentration information before the oxidizing agent deficiency processing (step S17).

ステップS17において、開回路電圧が酸化剤欠乏処理前の値を下回っていなければ、開回路電圧は正常な値に戻っていないと判断されステップS7に戻る。   In step S17, if the open circuit voltage is not lower than the value before the oxidant deficiency treatment, it is determined that the open circuit voltage has not returned to a normal value, and the process returns to step S7.

一方、開回路電圧が酸化剤欠乏処理前の値を下回れば、開回路電圧も正常値に戻ったと判断されステップS19に進む。また、ステップS15において、一定時間経過したときもステップS19に進む。   On the other hand, if the open circuit voltage falls below the value before the oxidant deficiency treatment, it is determined that the open circuit voltage has returned to the normal value, and the process proceeds to step S19. In step S15, the process also proceeds to step S19 when a predetermined time has elapsed.

ステップS19では、CPU172によって、メモリ176に格納されている変換情報を参照して開回路電圧に基づいてメタノール水溶液の濃度が検出される。そして、検出された濃度と目標濃度との比較に基づいて、燃料ポンプ136の通電時間および水ポンプ160の通電時間が決定される(ステップS21)。このとき、水溶液タンク130の水位をも考慮して、燃料ポンプ136および水ポンプ160の通電時間が決定される。   In step S19, the CPU 172 refers to the conversion information stored in the memory 176, and detects the concentration of the aqueous methanol solution based on the open circuit voltage. Based on the comparison between the detected concentration and the target concentration, the energization time of the fuel pump 136 and the energization time of the water pump 160 are determined (step S21). At this time, the energization time of the fuel pump 136 and the water pump 160 is determined in consideration of the water level of the aqueous solution tank 130.

そして、通電時間が決定されたポンプがその時間分通電され、これによって水溶液タンク130内にメタノール燃料および/または水が供給され水溶液タンク130内のメタノール水溶液の濃度と水溶液量が目標濃度・量に調整され(ステップS23)、終了する。このようにして、酸化剤欠乏処理を実行した場合におけるメタノール水溶液の濃度調整が行われる。   Then, the pump whose energization time is determined is energized for that time, whereby methanol fuel and / or water is supplied into the aqueous solution tank 130, and the concentration of the aqueous methanol solution and the amount of the aqueous solution in the aqueous solution tank 130 become the target concentration and amount. Adjustment is made (step S23), and the process ends. In this way, the concentration adjustment of the aqueous methanol solution when the oxidant deficiency treatment is executed is performed.

このような燃料電池システム100によれば、酸化剤欠乏処理の実行直後は燃料電池104からの電流に基づいてメタノール水溶液液の濃度情報を取得できるので濃度検出精度の低下を抑制でき、酸化剤欠乏処理を行う場合においてもメタノール水溶液の燃料濃度の検出精度を高く維持することができる。   According to such a fuel cell system 100, immediately after execution of the oxidant deficiency process, concentration information of the aqueous methanol solution can be acquired based on the current from the fuel cell 104, so that a decrease in concentration detection accuracy can be suppressed, and oxidant deficiency Even when processing is performed, the detection accuracy of the fuel concentration of the aqueous methanol solution can be maintained high.

また、メタノール水溶液の濃度が目標濃度を超えるように高濃度のメタノール燃料を多めに加えることによって、開回路電圧をより短時間で酸化剤欠乏処理前の値に戻し、すなわち電圧センサ168の検出精度を速やかに正常に戻し、濃度調整のために用いる手段を電流検出回路186から電圧センサ168へ早期に切り替えることができる。その結果、酸化剤欠乏処理を行う場合であっても、燃料濃度を精度よく調整できる。   Further, by adding a large amount of high-concentration methanol fuel so that the concentration of the methanol aqueous solution exceeds the target concentration, the open circuit voltage is returned to the value before the oxidant depletion treatment in a shorter time, that is, the detection accuracy of the voltage sensor 168. Can be quickly returned to normal, and the means used for density adjustment can be switched from the current detection circuit 186 to the voltage sensor 168 at an early stage. As a result, the fuel concentration can be accurately adjusted even when the oxidant deficiency treatment is performed.

なお、通常モードにおける濃度検出処理では、電圧センサ168による濃度情報にさらに電流検出回路186による濃度情報を加味してもよい。また、酸化剤欠乏処理後は、電流検出回路186による濃度情報にさらに別の検出手段による濃度情報を加味してもよい。   In the density detection process in the normal mode, density information from the current detection circuit 186 may be added to density information from the voltage sensor 168. Further, after the oxidant deficiency treatment, the concentration information from the current detection circuit 186 may be added with the concentration information from another detection means.

燃料電池システムを含む自動二輪車ひいては自動車、船舶等の輸送機器では、発電効率を向上させるために必要に応じて酸化剤欠乏処理が実行されるので、この発明はこれらの任意の輸送機器に好適に用いられる。   In order to improve the power generation efficiency, the oxidant-deficient treatment is executed in motorcycles, including automobiles, ships, etc., including the fuel cell system, so that the present invention is suitable for any of these transportation equipments. Used.

なお、上述の実施形態では、メタノール水溶液の濃度情報を電気化学的に検出する第1濃度検出手段として、電圧センサ168が用いられたが、これに限定されず、たとえば米国特許第6,254,748号に開示されているセンサなど、濃度を電気化学的に検出する任意のセンサを用いることができる。また、電圧センサ168によって、燃料電池104の開回路電圧を検出する代わりに、セルスタック102の開回路電圧を検出しそれを濃度情報としてもよい。   In the above-described embodiment, the voltage sensor 168 is used as the first concentration detecting means for electrochemically detecting the concentration information of the aqueous methanol solution. However, the present invention is not limited to this, for example, US Pat. No. 6,254, Any sensor that detects the concentration electrochemically, such as the sensor disclosed in US Pat. No. 748, can be used. Further, instead of detecting the open circuit voltage of the fuel cell 104 by the voltage sensor 168, the open circuit voltage of the cell stack 102 may be detected and used as concentration information.

また上述の実施形態では、第2濃度検出手段は電流検出回路186を含むが、これに限定されず、第1濃度検出手段とは異なる方法によって濃度情報を検出する任意の手段を用いることができる。この実施形態では、開回路電圧を検出する電圧センサ168以外の任意のセンサ等を用いることができる。   In the above-described embodiment, the second concentration detection unit includes the current detection circuit 186, but is not limited thereto, and any unit that detects concentration information by a method different from the first concentration detection unit can be used. . In this embodiment, any sensor other than the voltage sensor 168 that detects an open circuit voltage can be used.

変換情報は、濃度情報を濃度に変換するための演算式であってもよい。   The conversion information may be an arithmetic expression for converting density information into density.

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。   In the above embodiment, methanol is used as the fuel, and methanol aqueous solution is used as the fuel aqueous solution. However, the present invention is not limited to this. Good.

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。1 is a left side view showing a motorcycle according to an embodiment of the present invention. 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。It is the perspective view which looked at the arrangement state of the fuel cell system with respect to the body frame of a motorcycle from the diagonally left front. 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。It is the perspective view which looked at the arrangement state of the fuel cell system with respect to the body frame of a motorcycle from diagonally left rear. 燃料電池システムの配管状態を示す左側面図である。It is a left view which shows the piping state of a fuel cell system. 燃料電池システムの配管状態を示す右側面図である。It is a right view which shows the piping state of a fuel cell system. 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。It is the perspective view which looked at the piping state of the fuel cell system from diagonally left forward. 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。It is the perspective view which looked at the piping state of the fuel cell system from diagonally right forward. 燃料電池セルスタックを示す図解図である。It is an illustration figure which shows a fuel cell stack. 燃料電池セルを示す図解図である。It is an illustration figure which shows a fuel cell. 燃料電池システムの配管を示すシステム図である。It is a system diagram which shows piping 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. 酸化剤欠乏処理を実行した場合のデータを示すグラフである。It is a graph which shows the data at the time of performing an oxidant deficiency process. 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。It is a flowchart which shows an example of operation | movement of one Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

10 自動二輪車
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)
136 燃料ポンプ
156 コントローラ
160 水ポンプ
164 超音波センサ
168 電圧センサ
172 CPU
176 メモリ
186 電流検出回路
P1〜P22 パイプ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Motorcycle 100 Fuel cell system 102 Fuel cell stack 104 Fuel cell (fuel cell)
136 Fuel pump 156 Controller 160 Water pump 164 Ultrasonic sensor 168 Voltage sensor 172 CPU
176 Memory 186 Current detection circuit P1 to P22 Pipe

Claims (5)

電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、
前記燃料電池での電気エネルギーの生成に用いられる燃料水溶液の電気化学的特性を利用して前記燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第1濃度検出手段、
前記第1濃度検出手段とは異なる方法によって前記燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第2濃度検出手段、
前記第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理前に検出された濃度情報を記憶する記憶手段、および
酸化剤欠乏処理後に、前記第2濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて濃度調整し前記燃料水溶液の濃度を目標濃度より高くなるように調整するとともに、前記第1濃度検出手段によって前記酸化剤欠乏処理後に検出された濃度情報が前記記憶手段に記憶された濃度情報よりも高濃度を示すと判断されたとき、前記第1濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて前記燃料水溶液の濃度を調整する濃度調整手段を備える、燃料電池システム。
A fuel cell that generates electrical energy through an electrochemical reaction;
First concentration detecting means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution by using electrochemical characteristics of the aqueous fuel solution used for generating electric energy in the fuel cell;
Second concentration detection means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution by a method different from the first concentration detection means;
Storage means for storing the concentration information detected before the oxidant deficiency treatment by the first concentration detection means; and after the oxidant deficiency treatment, the concentration is adjusted based on the concentration information detected by the second concentration detection means, and The concentration of the aqueous fuel solution is adjusted to be higher than the target concentration, and the concentration information detected by the first concentration detection means after the oxidant deficiency treatment is higher than the concentration information stored in the storage means. A fuel cell system comprising a concentration adjusting means for adjusting the concentration of the aqueous fuel solution based on the concentration information detected by the first concentration detecting means.
前記第2濃度検出手段は前記燃料電池からの電流に基づいて前記燃料水溶液の濃度情報を検出する、請求項1に記載の燃料電池システム。   2. The fuel cell system according to claim 1, wherein the second concentration detection unit detects concentration information of the aqueous fuel solution based on a current from the fuel cell. 請求項1または2に記載の燃料電池システムを含む、自動二輪車。   A motorcycle including the fuel cell system according to claim 1. 請求項1または2に記載の燃料電池システムを含む、輸送機器。   A transportation device including the fuel cell system according to claim 1. 電気化学反応によって電気エネルギーを生成する燃料電池、前記燃料電池での電気エネルギーの生成に用いられる燃料水溶液の電気化学的特性を利用して前記燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第1濃度検出手段、前記第1濃度検出手段とは異なる方法によって前記燃料水溶液の濃度に対応する濃度情報を検出する第2濃度検出手段、および濃度情報を記憶可能な記憶手段を備える燃料電池システムの濃度調整方法であって、
前記第1濃度検出手段によって酸化剤欠乏処理前に検出された濃度情報を前記記憶手段に記憶するステップ、
酸化剤欠乏処理後に、前記第2濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて前記燃料水溶液の濃度を目標濃度より高くなるように調整するステップ、および
前記第1濃度検出手段によって前記酸化剤欠乏処理後に検出された濃度情報が前記記憶手段に記憶された濃度情報よりも高濃度を示したとき、前記第1濃度検出手段によって検出された濃度情報に基づいて前記燃料水溶液の濃度を調整するステップを備える、燃料電池システムの濃度調整方法。
A fuel cell that generates electric energy by an electrochemical reaction, and firstly detects concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution using the electrochemical characteristics of the aqueous fuel solution used for generating electric energy in the fuel cell. Concentration of a fuel cell system comprising: concentration detection means; second concentration detection means for detecting concentration information corresponding to the concentration of the aqueous fuel solution by a method different from the first concentration detection means; and storage means capable of storing concentration information An adjustment method,
Storing concentration information detected by the first concentration detection means before the oxidant deficiency treatment in the storage means;
Adjusting the concentration of the aqueous fuel solution to be higher than a target concentration based on the concentration information detected by the second concentration detection means after the oxidant deficiency processing; and the oxidant deficiency by the first concentration detection means A step of adjusting the concentration of the aqueous fuel solution based on the concentration information detected by the first concentration detection means when the concentration information detected after processing indicates a higher concentration than the concentration information stored in the storage means; A method for adjusting the concentration of a fuel cell system.
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