JP6438696B2

JP6438696B2 - 燃料電池システム

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Publication number: JP6438696B2
Application number: JP2014147413A
Authority: JP
Inventors: 振郭; 祐樹森松; 正和大橋
Original assignee: Fujikura Ltd
Current assignee: Fujikura Ltd
Priority date: 2014-07-18
Filing date: 2014-07-18
Publication date: 2018-12-19
Anticipated expiration: 2034-07-18
Also published as: JP2016024925A

Description

本発明は、液体燃料の濃度管理機能を備えた燃料電池システムに関するものである。

メタノールを燃料として発電するダイレクトメタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：Direct Methanol Fuel Cell）において、燃料電池への燃料の一部が供給される単電池を燃料濃度検出部として備え、当該単電池の開放電圧に基づいて燃料濃度を制御するものが知られている（特許文献１）。

特開昭６０−１８９１７４号公報（米国特許第４８１０５９７号公報）

しかしながら、上記従来技術のように燃料濃度検出部として燃料供給配管中に単電池を設ける構成では、燃料電池システムを小型化するのにネックとなるだけでなく、その開放電圧の検出回路も必要とされる。また、単電池の開放電圧から燃料濃度を検出しているので燃料濃度の検出精度の信頼性にも問題がある。

本発明が解決しようとする課題は、簡便且つ信頼性の高い構成で燃料濃度を制御できる燃料電池システムを提供することである。

本発明は、膜電極接合体を含む燃料電池と、前記燃料電池の燃料極へ供給する液体燃料を貯蔵する第１タンク、前記燃料極へ前記第１タンク内の液体燃料を供給する第１流路及び前記第１流路に設けられた第１ポンプを含む燃料供給手段と、前記燃料電池の空気極へ少なくとも酸素を供給する酸素供給手段と、前記液体燃料より高濃度の追加燃料を貯蔵する第２タンク、前記第１タンクへ前記第２タンク内の追加燃料を供給する第２流路及び前記第２流路に設けられた第２ポンプを含む追加燃料供給手段と、前記空気極から排出される水分を貯蔵する第３タンク、前記第３タンク内の水分を前記第１タンクへ供給する第３流路及び前記第３流路に設けられた第３ポンプを含む水供給手段と、前記第１タンクに貯蔵された前記液体燃料を前記第１タンクへ循環する第４流路、前記第４流路に設けられた第４ポンプ及び前記第４流路に設けられて前記第４流路を循環する前記液体燃料の濃度を検出する濃度センサを含む液体燃料濃度検出手段と、前記濃度センサにより検出された前記液体燃料の濃度が予め設定された基準範囲内であるか否かを判断し、その結果に基づいて前記第２ポンプ及び前記第３ポンプの作動と停止を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲内であると判断した場合には、前記第２ポンプ及び前記第３ポンプを停止し、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の下限値未満であると判断した場合には、前記第２ポンプを作動するとともに前記第３ポンプを停止し、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の上限値を超えると判断した場合には、前記第２ポンプを停止するとともに前記第３ポンプを作動する燃料電池システム、によって上記課題を解決する。

本発明において、前記制御手段は、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の下限値未満であると判断した場合であって、前記第２ポンプを作動するとともに前記第３ポンプを停止したときは、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのち、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲内であると判断した場合には、前記第２ポンプを停止し、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の上限値を超えると判断した場合であって、前記第２ポンプを停止するとともに前記第３ポンプを作動したときは、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのち、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲内であると判断した場合には、前記第３ポンプを停止するように構成することができる。

本発明によれば、第１タンクに貯蔵された液体燃料を第１タンクへ循環する第４流路に濃度センサを配置し、この第４流路を循環する液体燃料の濃度を検出するので、簡便且つ信頼性の高い構成で燃料濃度を検出することができる。

本発明の一実施の形態に係る燃料電池システムを示すブロック図である。図１の制御装置におけるデータ処理手順を示すフローチャートである。

以下、本発明の一実施の形態に係る燃料電池システム１は、メタノールを燃料として発電するダイレクトメタノール型燃料電池システムであり、図１に示すように、燃料供給装置１１と、制御装置１２と、燃料電池１３とを備える。以下、図１を参照して、それぞれの構成について説明する。

ダイレクトメタノール型燃料電池システムに使用される燃料電池１３は、固体高分子型燃料電池であり、膜電極接合体（MEA：Membrane-electrode assembly）１３１と、膜電極接合体１３１を挟む板状のアノードセパレータ１３５およびカソードセパレータ１３６を備える。膜電極接合体１３１は、水素イオン（陽イオン）伝導性を有する略矩形の高分子電解質膜１３２と、略矩形のアノード触媒層１３３と、カソード触媒層１３４を含み、さらに図示は省略するが、略矩形のアノードガス拡散層とカソードガス拡散層を含む。アノード触媒層１３３とアノードガス拡散層がアノード（燃料極）を構成し、カソード触媒層１３４とカソードガス拡散層がカソード（空気極）を構成する。

高分子電解質膜１３２としては、特に限定されるものではなく、通常の高分子電解質形燃料電池に搭載される高分子電解質膜を使用することができる。例えば、パーフルオロカーボンスルホン酸からなる高分子電解質膜（例えば、米国DuPont社製のNafion（商品名）、旭化成（株）製のAciplex（商品名）、ジャパンゴアテックス（株）製のＧＳIIなど）を使用することができる。

アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４は、例えば白金系の金属触媒などの電極触媒と、当該電極触媒を担持する導電性炭素粒子（カーボン粉末）と、水素イオン伝導性を有する高分子電解質とで構成されている。

アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４における担体である導電性炭素粒子としては、導電性を有する細孔の発達したカーボン材料を用いるのが好ましく、例えばカーボンブラック、活性炭、カーボンファイバーおよびカーボンチューブなどを使用することができる。カーボンブラックとしては、例えばチャネルブラック、ファーネスブラック、サーマルブラックおよびアセチレンブラックなどが挙げられる。また、活性炭は、種々の炭素原子を含む材料を炭化処理および賦活処理することによって得ることができる。

アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４における電極触媒としては、白金または白金合金を用いるのが好ましい。白金合金としては、白金以外の白金族の金属（ルテニウム、ロジウム、パラジウム、オスミウム、イリジウム）、鉄、チタン、金、銀、クロム、マンガン、モリブデン、タングステン、アルミニウム、ケイ素、レニウム、亜鉛およびスズからなる群より選択される１種以上の金属と、白金との合金であるのが好ましい。また、上記白金合金には、白金と上記金属との金属間化合物が含有されていてもよい。さらに、白金からなる電極触媒と白金合金からなる電極触媒を混合して得られる電極触媒混合物を用いてもよく、アノード側とカソード側に同じ電極触媒を用いても異なる電極触媒を用いてもよい。

アノード触媒層１３３およびカソード触媒層１３４の外側に配置されるアノードガス拡散層およびカソードガス拡散層（いずれも図示を省略する）としては、当該分野において公知の種々のガス拡散層を用いることができる。これらのガス拡散層を構成する基材としては、ガス透過性を持たせるために、発達したストラクチャー構造を有するカーボン微粉末、造孔材、カーボンペーパーまたはカーボンクロスなどを用いて作製された、導電性多孔質基材を用いることができる。また、排水性を向上させるために、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフルオロエチレン・ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン・エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）などのフッ素樹脂を代表とする撥水性材料（高分子）を上記基材の内部に分散させて、上記基材は撥水処理を施されていてもよい。さらに、電子伝導性を持たせるために、カーボン繊維、金属繊維またはカーボン微粉末などの電子伝導性材料で上記基材を構成してもよい。なお、カソード側およびアノード側において同じガス拡散層を用いても異なるガス拡散層を用いてもよい。

一対のアノードセパレータ１３５およびカソードセパレータ１３６は、膜電極接合体１３１の外側に配置されて、膜電極接合体１３１を機械的に固定するための部材である。アノードセパレータ１３５のうちの膜電極接合体１３１と接触する面には、アノードに燃料であるメタノールを供給し、電極反応生成物、未反応のメタノールを含む物質を反応場から外部に排出するためのアノード流路（不図示）が形成され、同様に、カソードセパレータ１３６のうちの膜電極接合体１３１と接触する面には、カソードに酸素（空気）を供給し、電極反応生成物、未反応のメタノールを含む物質を反応場から外部に運び去るためのカソード流路（不図示）が形成されている。

こうしたアノード流路およびカソード流路は、図示はしないが、それぞれアノードセパレータ１３５およびカソードセパレータ１３６の表面に常法により溝を設けることによって形成されている。特に制限されるものではないが、アノード流路およびカソード流路は、例えば複数の直線状溝部と、隣接する直線状溝部を上流から下流へと連結する複数のターン状溝部とで構成されたサーペンタイン形状を有する。

以上のように構成された燃料電池１３において、上述したアノードセパレータ１３５のアノード流路の入口に第１流路１１２を介してメタノールを供給し、カソードセパレータ１３６のカソード流路の入口に第６流路１１６を介して空気を供給すると、アノードにおいては、
［数１］
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻
という化学反応が生じ、カソードにおいては、
［数２］
３／２Ｏ_２＋６Ｈ^＋＋６ｅ⁻→３Ｈ_２Ｏ
という化学反応が生じる。これによりアノードとカソードとの間に電流が流れることになる。

なお、アノードで生成した二酸化炭素ガスと、反応に寄与しなかった未反応メタノールは、アノード流路の出口から第５流路１１４を介して第１タンク１１１に戻される。同様に、カソードで生成した水と、膜電極接合体１３１を透過（クロスオーバ）した未反応メタノールは、カソード流路の出口から第７流路１１８及び凝縮器１１９を介して第３タンク１２０へ戻される。

燃料供給装置１１は、第１タンク１１１と、第２タンク１２３と、第３タンク１２０とを備え、第１タンク１１１には、燃料電池１３に供給される液体燃料であるメタノール水溶液が貯蔵され、第２タンク１２３には、第１タンク１１１に貯蔵されたメタノール水溶液の濃度よりも濃度が高い、高濃度のメタノール水溶液又はメタノール原液が追加燃料として貯蔵され、第３タンク１２０には、上述したように燃料電池１３のカソードから戻されて液化された水分（一部にメタノールを含む水）が貯蔵されている。なお、図示は省略するが、第１タンク１１１と、第２タンク１２３と、第３タンク１２０のそれぞれには、液面レベルを検出するレベルセンサが設けられ、各レベルセンサの検出信号は制御手段である制御装置１２へ出力される。第１タンク１１１、第１流路１１２、第１ポンプ１１３が本発明に係る燃料供給手段に相当し、第２タンク１２３、第２流路１２４、第２ポンプ１２５が本発明に係る追加燃料供給手段に相当する。

第１タンク１１１に貯蔵されたメタノール水溶液は、配管などの第１流路１１２を介して当該第１流路１１２に設けられた第１ポンプ１１３により燃料電池１３のアノードの流路入口に供給される。第１ポンプ１１３の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号によって制御される。なお、後述する第５流路１１４，第６流路１１６，第７流路１１８，第３流路１２１，第２流路１２４，第４流路１２６を含めて、これらの流路１１２，１１４，１１６，１１８，１２１，１２４，１２６は、燃料電池システム１の大きさやレイアウトなどに応じて、配管又は通路などの具体的構造を採用することができる。なお、燃料電池１３のアノードの流路出口から第５流路１１４を介して未反応メタノールと二酸化炭素ガスが第１タンク１１１へ戻されるが、気相の二酸化炭素ガスは液面に浮上するので、この第１タンク１１１により液相のメタノールと気相の二酸化炭素が概ね分離され、二酸化炭素ガスは図示しない排気流路を介して系外へ排出される。

第２タンク１２３に貯蔵されたメタノール原液又は高濃度メタノール水溶液（以下、追加メタノールともいう。）は、第２タンク１２３と第１タンク１１１との間に設けられた配管などの第２流路１２４を介して当該第２流路１２４に設けられた第２ポンプ１２５により第１タンク１１１へ供給される。第２ポンプ１２５の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号に基づいて制御される。また、第３タンク１２０に貯蔵された水（一部にメタノールを含む）は、第３タンク１２０と第１タンク１１１との間に設けられた配管などの第３流路１２１を介して当該第３流路１２１に設けられた第３ポンプ１２２を含む水供給手段により第１タンク１１１へ供給される。第３ポンプ１２２の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号によって制御される。

燃料電池１３のカソードの流路入口には、配管又は通路などの第６流路１１６が設けられ、当該第６流路１１６を介して当該第６流路１１６に設けられたブロア１１７を含む酸素供給手段により外部の空気が吸入される。なお、第６流路１１６には空気に含まれる塵埃等を除去するフィルタ１１５が設けられている。ブロア１１７の作動及び停止は、制御装置１２からの制御信号によって制御される。

なお、燃料電池１３のカソードの流路出口と第３タンク１２０との間に設けられた第７流路１１８には、凝縮器１１９が設けられ、カソードで生じた水蒸気を液化して第３タンク１２０へ戻す機能を司る。

第１タンク１１１には、当該第１タンク１１１に貯蔵されたメタノール水溶液を第１タンク１１１へ循環する配管などからなる第４流路１２６が設けられ、この第４流路１２６には、第４ポンプ１２７と濃度センサユニット１２８が設けられている。濃度センサユニット１２８は、ガスクロマトグラフィを利用した濃度検出、高精度の密度計を利用した濃度検出、非分散型赤外吸収法を利用した濃度検出などの液体燃料濃度検出手段である濃度センサを含み、第４流路１２６を循環するメタノール水溶液が流通する筒状体などに当該濃度センサの検知部を臨ませた、極力小型のユニットからなる。第４ポンプ１２７は、制御装置１２からの制御信号によって制御され、第１タンク１１１内のメタノール水溶液が第４流路１２６を循環し、これにより第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度を濃度センサユニット１２８により検出し、その検出信号を制御装置１２へ出力する。

制御装置１２は、入力部として燃料電池１３の起動及び停止スイッチを備え、起動スイッチがＯＮになる（停止スイッチはＯＦＦ）と、第１ポンプ１１３，第４ポンプ１２７及びブロア１１７を作動する制御信号をそれぞれに出力する。また、停止スイッチがＯＮになる（起動スイッチはＯＦＦ）と、第１ポンプ１１３，第４ポンプ１２７及びブロア１１７を停止する制御信号をそれぞれに出力する。

また本例の制御装置１２は、濃度センサユニット１２８からの濃度検出信号と、第１タンク１１１、第２タンク１２３及び第３タンク１２０の各レベルセンサからの液面レベル検出信号を所定時間間隔で読出し、第２ポンプ１２５及び第３ポンプ１２２の作動又は停止の制御信号を出力するとともに、各タンク１１１，１２３，１２０の液面レベルの警告報知を実行する。具体的な制御手順は以下のとおりである。

図２は、本例の燃料電池システム１の制御装置１２で実行される制御手順を示すフローチャートであり、予め設定された時間間隔で一連の処理を繰り返す。まずステップＳＴ１において、制御装置１２に起動スイッチのＯＮ信号が入力されるとステップＳＴ２へ進み、第１ポンプ１１３、第４ポンプ１２７及びブロア１１７へ作動信号を出力し、第２ポンプ１２５及び第３ポンプ１２２へ停止信号を出力する。これにより、第１タンク１１１に貯蔵されたメタノール水溶液が第１流路１１２を介して燃料電池１３のアノードに供給されるとともに、外部の空気が第６流路１１６及びフィルタ１１５を介して燃料電池１３のカソードに供給され、燃料電池１３による発電が開始する。これと同時に、第１タンク１１１内のメタノール水溶液が第４流路１２６を介して循環し、濃度センサユニット１２８によりメタノール水溶液の濃度検出が可能となる。なお、ステップＳＴ１において、制御装置１２に起動スイッチのＯＮ信号が入力されない場合はステップＳＴ８へ進み、停止スイッチをＯＮしたうえでステップＳＴ１へ戻る。

ステップＳＴ３では、第１タンク１１１、第２タンク１２３及び第３タンク１２０のそれぞれに設けられた液面レベルセンサの検出信号を読出したのち、ステップＳＴ４において、第１タンク１１１の液面レベルが予め設定された上限以下であるか否か、すなわちオーバフローするおそれがないかどうかを判断する。その結果、第１タンク１１１の液面レベルが上限を超えている場合はステップＳＴ９へ進み、制御装置１２などに設けられた所定の表示器などによりエラー報知を実行する。そしてこの場合は、ステップＳＴ１１にて第１ポンプ１１３、第４ポンプ１２７、ブロア１１７、第２ポンプ１２５及び第３ポンプ１２２のそれぞれに停止信号を出力し、制御処理を終了する。

ステップＳＴ４において第１タンク１１１の液面レベルが上限を超えない場合はステップＳＴ５へ進み、第３タンク１２０の液面レベルが予め設定された上限以下であるか否か、すなわちオーバフローするおそれがないかどうかを判断する。その結果、第３タンク１２０の液面レベルが上限を超えている場合はステップＳＴ１０へ進み、制御装置１２などに設けられた所定の表示器などによりエラー報知を実行する。そしてこの場合は、ステップＳＴ１１にて第１ポンプ１１３、第４ポンプ１２７、ブロア１１７、第２ポンプ１２５及び第３ポンプ１２２のそれぞれに停止信号を出力し、制御処理を終了する。

ステップＳＴ５において第３タンク１２０の液面レベルが上限を超えない場合はステップＳＴ６へ進み、濃度センサユニット１２８の検出信号を読出し、続くステップＳＴ７において、検出されたメタノール水溶液の濃度が予め設定された基準範囲内であるか否かを判断する。この基準範囲は燃料電池１３の仕様に応じた適宜の値に設定することができるが、たとえば３重量％±０．５重量％（下限値が２．５重量％，上限値が３．５重量％）であるとする。燃料電池１３に供給されるメタノール水溶液の濃度が２．５重量％未満（下限値未満）であると出力電流密度が低下し、３．５重量％を超える（上限値を超える）と燃料クロスオーバーによるカソードの劣化が起きてしまうからである。そして、検出されたメタノール水溶液の濃度が基準範囲内である場合はステップＳＴ１へ戻る。

ステップＳＴ７において、検出されたメタノール水溶液の濃度が下限値である２．５重量％未満である場合はステップＳＴ１２へ進み、第２タンク１２３の液面レベルが下限を下回っていないか、すなわちメタノール原液又は高濃度メタノール水溶液の残量が充分かどうかを判断する。その結果、第２タンク１２３の液面レベルが下限を下回っていない場合はステップＳＴ１３へ進み、第２ポンプ１２５を作動する制御信号を出力したのち、続くステップＳＴ２１０にて、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのちステップＳＴ１へ戻る。これにより、第２タンク１２３に貯蔵されたメタノール原液又は高濃度メタノール水溶液が第２流路１２４を介して第１タンク１１１へ供給され、濃度が低下した第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度を上昇させることができる。なお、第２ポンプ１２５の作動は、以降のルーチンのステップＳＴ７におい第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が基準範囲内に入るまで継続し、その際のステップＳＴ７→ステップＳＴ１→ステップＳＴ２における第２ポンプ１２５の停止信号の出力によって停止する。

ステップＳＴ１２において、第２タンク１２３の液面レベルが下限を下回っている場合はステップＳＴ１４へ進み、制御装置１２などに設けられた所定の表示器などにより第２タンク１２３の液面下限エラー報知を実行する。そして、続くステップＳＴ１５において、検出された第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が、予め設定された限界値（上記基準範囲の下限値よりもさらに小さい所定値，燃料電池１３にて発電可能な最小濃度）未満か否かを判断し、この限界値未満である場合はステップＳＴ１６へ進み、制御装置１２などに設けられた所定の表示器などにより第１タンク１１１の濃度低下エラー報知を実行したのち、続くステップＳＴ１７にて第１ポンプ１１３、第４ポンプ１２７、ブロア１１７、第２ポンプ１２５及び第３ポンプ１２２のそれぞれに停止信号を出力し、制御処理を終了する。なお、ステップＳＴ１５において、検出されたメタノール水溶液の濃度が限界値以上である場合はステップＳＴ２１へ進み、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのちステップＳＴ１へ戻る。

ステップＳＴ７へ戻り、検出されたメタノール水溶液の濃度が上限値である３．５重量％を超えている場合はステップＳＴ１８へ進み、第３タンク１２０の液面レベルが下限を下回っていないか、すなわち水分の残量が充分かどうかを判断する。その結果、第３タンク１２０の液面レベルが下限を下回っていない場合はステップＳＴ１９へ進み、第３ポンプ１２２を作動する制御信号を出力したのち、続くステップＳＴ２１にて、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのちステップＳＴ１へ戻る。これにより、第３タンク１２０に貯蔵された水分が第３流路１２１を介して第１タンク１１１へ供給され、濃度が増加した第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度を下降させることができる。なお、第３ポンプ１２２の作動は、以降のルーチンのステップＳＴ７におい第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が基準範囲内に入るまで継続し、その際のステップＳＴ７→ステップＳＴ１→ステップＳＴ２における第３ポンプ１２２の停止信号の出力によって停止する。このとき、第３タンク１２０内には未反応メタノールも含まれている（すなわち低濃度メタノール水溶液）が、本例の制御では、以降のルーチンのステップＳＴ７におい第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が基準範囲内に入るまで第３ポンプ１２２の作動を継続するので、第３タンク１２０内のメタノール濃度に拘わらず適用することができる。

ステップＳＴ１８において、第３タンク１２０の液面レベルが下限を下回っている場合はステップＳＴ２０へ進み、制御装置１２などに設けられた所定の表示器などにより第３タンク１２０の液面下限エラー報知を実行する。この場合は、燃料電池１３に供給されるメタノール水溶液の濃度が基準範囲の上限値よりも高く、発電は可能であるため、続くステップＳＴ２１にて、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのちステップＳＴ１へ戻る。

以上のとおり、本例の燃料電池システム１によれば、燃料電池１３に供給されるメタノール水溶液を貯蔵する第１タンク１１１内の当該メタノール水溶液を、第４流路１２６と第４ポンプ１２７と濃度センサユニット１２８で構成される小型の液体濃度検出手段に直接循環させるので、簡便な、しかも検出濃度の信頼性も高い燃料電池システムを提供することができる。

また本例の燃料電池システム１によれば、燃料電池１３に供給される第１タンク１１１内のメタノール水溶液を３±０．５重量％の基準範囲に制御する。すなわち、第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が基準範囲の下限値を下回ると第２タンク１２３内のメタノール原液又は高濃度メタノール水溶液を加え、第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が基準範囲の上限値を上回ると第３タンク１２０内の水を加えるので、常に第１タンク１１１内のメタノール水溶液の濃度が３±０．５重量％に維持され、これにより燃料電池１３の発電効率を高めることができる。

１…燃料電池システム
１１…燃料供給装置
１１１…第１タンク
１１２…第１流路
１１３…第１ポンプ
１１４…第５流路
１１５…フィルタ
１１６…第６流路
１１７…ブロア
１１８…第７流路
１１９…凝縮器
１２０…第３タンク
１２１…第３流路
１２２…第３ポンプ
１２３…第２タンク
１２４…第２流路
１２５…第２ポンプ
１２６…第４流路
１２７…第４ポンプ
１２８…濃度センサユニット
１２…制御装置
１３…燃料電池
１３１…膜電極接合体
１３２…高分子電解質膜
１３３…アノード触媒層
１３４…カソード触媒層
１３５…アノードセパレータ
１３６…カソードセパレータ

Claims

膜電極接合体を含む燃料電池と、
前記燃料電池の燃料極へ供給する液体燃料を貯蔵する第１タンク、前記燃料極へ前記第１タンク内の液体燃料を供給する第１流路及び前記第１流路に設けられた第１ポンプを含む燃料供給手段と、
前記燃料電池の空気極へ少なくとも酸素を供給する酸素供給手段と、
前記液体燃料より高濃度の追加燃料を貯蔵する第２タンク、前記第１タンクへ前記第２タンク内の追加燃料を供給する第２流路及び前記第２流路に設けられた第２ポンプを含む追加燃料供給手段と、
前記空気極から排出される水分を貯蔵する第３タンク、前記第３タンク内の水分を前記第１タンクへ供給する第３流路及び前記第３流路に設けられた第３ポンプを含む水供給手段と、
前記第１タンクに貯蔵された前記液体燃料を前記第１タンクへ循環する第４流路、前記第４流路に設けられた第４ポンプ及び前記第４流路に設けられて前記第４流路を循環する前記液体燃料の濃度を検出する濃度センサを含む液体燃料濃度検出手段と、
前記濃度センサにより検出された前記液体燃料の濃度が予め設定された基準範囲内であるか否かを判断し、その結果に基づいて前記第２ポンプ及び前記第３ポンプの作動と停止を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、
前記液体燃料の濃度が前記基準範囲内であると判断した場合には、前記第２ポンプ及び前記第３ポンプを停止し、
前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の下限値未満であると判断した場合には、前記第２ポンプを作動するとともに前記第３ポンプを停止し、
前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の上限値を超えると判断した場合には、前記第２ポンプを停止するとともに前記第３ポンプを作動する燃料電池システム。
前記制御手段は、
前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の下限値未満であると判断した場合であって、前記第２ポンプを作動するとともに前記第３ポンプを停止したときは、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのち、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲内であると判断した場合には、前記第２ポンプを停止し、
前記液体燃料の濃度が前記基準範囲の上限値を超えると判断した場合であって、前記第２ポンプを停止するとともに前記第３ポンプを作動したときは、予め設定された撹拌時間の経過を待ったのち、前記液体燃料の濃度が前記基準範囲内であると判断した場合には、前記第３ポンプを停止する請求項１に記載の燃料電池システム。