TW200832801A - Fuel cell system and transportation equipment including the same - Google Patents

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200832801 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於燃料電池系統及包含其之輸送機器，更特 定而言係有關一種保持燃料水溶液之燃料電池系統及包含 其之輸送機器。 5 【先前技術】 一般而言，關於將燃料水溶液直接供給至燃料電池之燃 料電池系統，據知以將保持燃料水溶液之水溶液保持機構 之液量保持在特定量之方式，將水供給至水溶液保持機 構。 而且，專利文獻1中揭示有一種在將燃料水溶液直接供 給至燃料電池之燃料電池系統中’利用燃料電池之開路電 壓（Open Circuit Voltage)來檢測燃料水溶液之濃度，並根 據其檢測結果來調整燃料水溶液之濃度之技術。 專利文獻1:日本再公布WO 2004/030134號公報 ϋ 通常由於燃料水溶液之化學變化以低溫者會變得較遲 鈍，因此燃料水溶液低溫者在每不同濃度之開路電壓之差 距變得較小。而且，於燃料電池之發電停止中，因陽極側 之反應所產生之質子會儲存而不與氧反應。然後，發電開 始時’由於該儲存之質子急遽與氧反應，因此開路電壓變 得不安定。 按照上述，於燃料水溶液為低、、w 、 Θ他Μ之^況或發電開始後， 辰度之檢測結果之可靠性會暫味 专寻降低，無法適當地調整濃 度。於此情況下，右為了將液晉彳 竹履里保持在特定量而將水供給 126601.doc 200832801 至水溶液保持機構，則會有燃料水溶液之濃度大幅變化之 問題。於專利文獻丨並未揭示於燃料水溶液為低溫之情況 下（參考專利文獻1 ··圖2)或發電開始0夺，如何檢測並調整 濃度。 【發明内容】 本t明之主要目的係在於提供一種可抑制燃料水 溶液之濃度變化之燃料電池系統及包含其之輸送機器。 若根據本發明之某見解會提供-種燃料電池系統，其係 包含：燃料電池；水溶液保持機構，其係保持用以供給至 燃料電池之燃料水溶液；水供給機構，其係將水供給至水 溶液保持機構；燃料供給機構’其係將燃料供給至水溶液 保持機構；水供給量取得機構，其係取得有關由水供給機 構供給至水溶液料機構之水供給量之f料；及控制機 構，其係根據由水供給量取得機構取得之有關水供給量之 貧料’來控制燃料供給機構。 於本發明t，控制機構控制燃料供給機構，以便將因應 水供給量之燃料供給至水溶 ^ 狀保符機構。藉由如此因廡水 供給量，將燃料供給至水溶& " 地調整燃料水溶液之濃^ I 使是無法適當 、曲 時仍可抑制伴隨於水供給之燃 料水》谷液之》辰度變化。 、、、 宜進一步包含第一燃料供給量 供仏詈里取侍機構，其係根據由水 t…里取付機構取#之有關水供給量 對於水溶液保持機構之燃料供給量之 =传有關 據由第一燃料供給量取得 "工1構係根 取件機構取得之有關燃料供給量之資 126601.doc 200832801 料，來控制燃料供給機構。此 — 得機構取得有關因應 μ ’’弟一燃料供給量取 Μ Μ ip μ ^ " ”、、、口里之燃料供給量之資料，控制 铖構根據有關該燃料供 m 〇 μ vl 里之貝枓，來控制燃料供給機 構精=將適當量之燃料供給至水溶液保持機構。 據有_且進步包含第二燃料供給量取得機構，其係根 據有關燃料水溶液之濃产 保拄嫌德 又貝。孔，來取得有關對於水溶液

Ο 料供认旦之Γ料供給量之資料；控制機構係、根據由第一燃 —里取得機構取得之有關燃料供給量之資料、及由第 —燃料供給量取得機構取得之有關燃料供給量之資料，來 控制燃料供給機構。此情況下，第二燃料供給量取得機構 取=根據有關燃料水溶液之濃度之資訊之燃料供給量之相 關貝料。然後，根據由第一及第二燃料供給量取得機構分 另:取得：有關燃料供給量之資料，控制機構控制燃料供給 冓藉此可亦因應在燃料電池之燃料消耗量等，來將 燃料供給至水溶液保持機構，可使供給至燃料電池之燃料 水溶液接近所需濃度。 於此，作為有關濃度之資訊，利用濃度檢測機構之檢測 結果，或利用燃料消耗量等之算出結果均可。 更宜進一步包含：濃度檢測機構，其係檢測燃料水溶液 之濃度；及邦斷機構，其係判斷是否可信賴濃度檢測機構 :檢測結果；若判斷機構判斷可信賴濃度檢測機構之檢測 結果，則第二燃料供給量取得機構根據濃度檢測機構之檢 測結果，來取得有關燃料供給量之資料。如此，於濃度檢 測機構之檢測結果之可靠性高之情況時，根據濃度檢測: 126601.doc 200832801 構^檢測結果，第二燃料供給量取得機構取得有關燃料供 給量之資料，藉此亦可抑制伴隨於在燃料電池之燃料消耗 之濃度變化及伴隨於溢流（crossover)或氣化等之濃度變 化。因此，可使供給至燃料電池之燃料水溶液更確實地接 近所需濃度。 . …宜進—步包含祕量取得機構，其係取得於燃料電池之 燃料消耗量；若判斷機構判斷不可信賴濃度檢測機構之檢 (、’則、‘果’則第二燃料供給量取得機構根據由消耗量取得機 ’ 構取得之燃料消耗量，來取得有關燃料供給量之資料。藉 此，即使是無法根據濃度檢測機構之檢測結果來取得有關 燃料供給量之資料之情況，仍可抑制伴隨於水供給之濃度 =化及伴隨於在燃料電池之燃料消耗之濃度變化，可更確 實地抑制燃料水溶液之濃度變化。 而且1進-步包含溫度檢測機構，其係檢測燃料水溶 t之/皿度’及4時機構’其係計算從燃料電池發電開始之 Ο 日㈣；韻機構係根據溫度檢測機構之㈣結果及計時機 構之計時結果，來判斷是否可信賴濃度檢測機構之檢測結 果:此情況下，根據由溫度檢測機構所檢測之燃料水溶液 之恤度&由计時機構所計算之從燃料電池發電開始之時 . 間’可容易判斷是否可信賴濃度檢測機構之檢測結果。 由水供給機構供給至水溶液保持機構之水更宜藉由燃料 電之電化干反應產生。如此藉由將利用燃料電池之電化 學反應所產生之水供給至水溶液保持機構，即使不從外部 供給水，仍可於系統内提供水。 126601.doc -10 - 200832801 乂包έ水保持機構，其係保持來自燃料電池之 尺七、、、u機構係將水保持機構所保持之水供給至水溶液 ”寺機構於此燃料電池系統中，來自燃料電池之水及排 2被導入水保持機構。’然後，被導人水保持機構之水及排 孔中水係由水保持機構保持，排氣則被排出。如此，藉 、由利用水供給機構，將水保持機構所保持之水供給至水溶 ^持機構’相較於㈣料電池直接將水及排氣供給至水 ς:持機構之情況，可效率良好地將水供給至水溶液保 寺=而且，藉由於水保持機構保持水，可容易僅將水 及二：溶液保持機構’因此相較於從燃料電池直接將水 ::給至水溶液保持機構之情況’可取得 保持機構之正確之水供給量。 間而二Γ:水供給量之資料宜包含水供給機構之驅動時 Ο 有關料水溶液保持機構之水供給量之資:。正確地取仔 更且it步包含第—液量檢測機構，盆係 構機構之液量’·水供給量取得機構係根據第：、夜1:液保 可檢剛一前：：水供給量之資料。此情況下， ’、、、、口月j之水溶液保持機旦 溶液保持機構之液量，取得 / ^及水供給後之水 保持機構之水供給量“距'作為對於水溶液 液保持機構之液量增加 W心水供給之水溶 水供給量。 加伤作為水供給量，可取得更正確之 第—液量檢測機構宜根據水溶液保持機構之液面 12660l.(j〇c -11 - 200832801 η ο 來檢測水溶液保持機構之液量。一般而言，據知有將燃料 水溶液循環供給至燃料電池之燃料電池系統，或以將水溶 液保持機構之液量保持在特定量之方式，將水供給至水溶 液保持機構之燃料電池系統。於此類燃料電池系統中，由 於伴卩通於發電時之燃料水溶液之回流等，由發電所產生之 二氧化碳等氣體會與燃料水溶液一同供給至水溶液保持機 構丄因此於水溶液保持機構之燃料水溶液產生氣泡。根據 水:合=保=機構之液面高度（液位）來檢測水溶液保持機構 、夜里之h况時，於發電時檢測到含氣泡之燃料水溶液之 液位因此，於發電時，即使實際液量小於特定量，仍辨 :戠：水岭液保持機構之液量為特定量。若發電停止後暫待 小：特泡：消失，因此於下次運轉開始時會檢測到 給至水、二之液量，為了使液量成為特定量，大量的水供 特別變大構。此情況下’燃料水溶液之濃度變化 保持機構，因^月Γ因應水供給量來將燃料供給至水溶液 測機構，即使大==據液位檢測液量之第-液量檢 地抑制燃料水溶:之濃:::水溶液保持機構，仍可確實 而且，宜進—步包含第二 持機構之液量；水供給量取得機：:咖’其係檢測水保 構之檢測結果，來 、㈣根據第二液量檢測機 第二液量檢、列樯椹f 纟供給量之資料。此情況下， 里知撕機構可檢測水供仏 :供給後之水保持機構之液量:二：！持機構之液量及 專之差距來作為對於水溶液保持=…得機構取得此 符機構之水供給量。如此， 126601.d〇c 12- 200832801 藉由將伴ik於水供給之水保持機構之液量減少份作為對於 水溶液保持機構之水供給量，可取得更正確之水供給量。 更宜進一步包含第—液量檢測機構，其係檢測水溶液保 持機構=液里’控制機構係於第—液量檢測機構之檢測結 果J於第特疋里時’控制水供給機構以便供給水，並根 據有關第-液量檢测機構之檢測結果小於第—特定量時所 供給之水供給量之資料，來控制燃料供給機構。此情況

C Ο 下於水/合液保持機構之液量不超過第一特定量之範圍内 ^給水’對應水供給量來供給燃料。因此，可使水溶液保 〜、 液適里，並且可正確進行濃度控制。 且進#步包含水保持機構，其係保持來自燃料電池之 欠’及第—液1檢測機構，其係檢測水保持機構之液量； ^制機構係於第一液量檢測機構之檢測結果小於第-特定 =’且第：液量檢測機構之檢測結果為第二㈣量以上 日守’控制水供給機槿 # .. ^便供A水。此情況下，若水保持機 構之液量小於篦-4主〜θ , > 、弟—特疋置，則可停止水供給，因此可防止 水泵專水供給機構Αm ± -旦 用趾而空轉，並且可正確取得水 \/\ 0 輸送機器要求可安定運 文疋連仃。由於本發明之燃料電池系統 可抑制燃料水溶液之濃 死 安〜^ 又交化，因此可使燃料電池之輸出 辦料雪1:疋驅動輔機類甚至輸送機器。因此，本發明之 π先適宜利用在輸送機器。 附Η相μ *上述目的及其他目的、特徵、局面及優點從與 進订之以下實施型態之詳細說明當可更加明 126601.doc • 13· 200832801 瞭。 【實施方式】 以下’參考圖式來說明有關本發明之實施型態。 於此，說明有關將本發明之燃料電池系統丨〇〇搭载於輪 送機器之一例即機車丨〇之情況。 首先，說明有關機車丨〇。本發明之實施型態中之左右、

月’J後、上下係意味以駕駛者朝向其把手Μ而坐在機車之 座椅之狀態為基準之左右、前後、上下。 參考圖1，機車10具有車體架12。車體架12具備··頭管 4彳火頭g 14往後方傾斜地延伸往下方之縱剖面I字形之 刚車木16、及連結於前車架16之後端部且往後方傾斜地朝 上方站立之後車架18。 前車架16具備：板狀構件丨以，其係上下方向具有寬 度，往後方傾斜地延伸往下方且對於左右方向呈正交；凸 緣口P16b及16c ’ #係、分別形成於板狀構件—之上端緣及 下端緣，且左右方向具有寬度，並往後方傾斜地延伸往下 方，及補強肋部16d，其係突設於板狀構件16a之兩表面。 補強肋部16d係與凸緣部16b及心—同劃分板狀構件心之 兩表面，形成收納後述之燃料電池系統1〇〇之構成構件之 收納空間。 /另方面’後車架18具備分別於前後方向具有寬度，往 後方傾斜地延伸在上方，且於左右配置為夾住前車架W之 後端^之1對板狀構件。於後車架以之丨對板狀構件之上端 ㈤’固定設置有用以設置未圖示之座椅之座椅導條20。此 -14- 200832801 外，圖1中表不有後車架1 8左側之板狀構件。 於頭管14内’轉向軸22係轉動自如地插通。於轉向軸η 之上端，安裝固定有把手24之把手支持部％。於把手支 部2 6之上端配置有顯示操作部2 8。 、 亦參考圖3，顯示操作部28係一體化地設置有：儀表 28a ’其係用以計測顯示電動馬達4〇(後述）之各種資料；顯 . $部鳥，其細行駛狀態等各種資訊提供用之例如液1 顯示器等構成；及各種指示或各種f訊輸人用之輪^曰 ’ 28C。輸入部叫包含：開始按㈣a，其係用以指示辦料 電池單元堆（以下僅稱為單元堆）1〇2之發電㈣；及停止按 紐3 Ob，其係用以指示單元堆i 〇2之發電停止。 乂而且，如圖1所示，於轉向軸22之下端安裝有左右丨對之 前叉32,於前叉32各個之下端，旋轉自如地安裝有前輪 34 ° 而且，於後車架18之下端部，搖動自如地安裝有搖臂 〇 (後臂）36。於搖臂36之後端部36a，内建有連結於後輪38且 用以旋轉驅動後輪38之例如軸向間隙型之電動馬達利。而 且，於搖臂36内建有電性連接於電動馬達4〇之驅動單元 , 42 |區動單元42包含：馬達控制器44，其係用以控制電動 • 4達4G之旋轉驅動；及蓄電量檢測器46,其係檢測二次電 池126(後述）之蓄電量。 於此機車10，沿著車體架12配置有燃料電池系統100之 成構件燃料電池系統100產生用以驅動電動馬達4〇或 輔機類等之電能。 126601.doc 15 200832801 以下，參考圖1及圖2來說明有關燃料電池系統1〇〇。 燃料電池系統100為直接甲醇型燃料電池系統，其係不 將甲醇（甲醇水溶液）改質而直接利用於產生電能（發電）。 燃料電池系統100包含單元堆1〇2。如圖i所示，單元堆 1〇2係從凸緣部16c垂吊，並配置於前車架16之下方。 如圖2所示’單元堆1〇2係將可藉由基於甲醇之氫離子與 氧之電化學反應來發電之燃料電池（燃料電池單元）1〇4，隔 著分隔器106疊層（堆疊）複數個而構成。構成單元堆1〇2之 各燃料電池1 04包含：由固體高分子膜等所構成之電解質 膜l〇4a ;及夾著電解質膜10乜互相對向之陽極（燃料 極）104b及陰極（空氣極）i〇4c。陽極i〇4b及陰極i〇4c分別包 含設置於電解質膜1 〇4a側之鉑觸媒層。 而且，於如圖1所示，於前車架16之下方且單元堆1〇2之 上方配置有散熱器單元1〇8。 如圖2所示，散熱器單位1〇8係一體地設置有水溶液用之 散熱器108a及氣液分離用之散熱器i〇8t)。於散熱器單位 108之背面側，設置有用以冷卻散熱器1〇8a之風扇u〇及用 以冷卻散熱器108b之風扇112(參考圖3)。此外，於圖1中， 散熱器108a及108b配置於左右，表示出用以冷卻左側之散 熱器108a之風扇110。 而且，於後車架18之丨對板狀構件間，從上方依序配置 有燃料箱114、水溶液箱116及水箱118。 燃料箱114係收容作為單元堆1 〇2之電化學反應之燃料之 高濃度（例如含甲醇約50wt%)之甲醇燃料（高濃度甲醇水溶 126601.doc •16- 200832801 液）。水溶液箱116係收容將來自燃料箱114之甲醇燃料稀 釋為適合單元堆1〇2之電化學反應之濃度（例如含甲醇約3 wt%)之甲醇水溶液。水箱118係收容伴隨於單元堆1〇2之發 電所產生之水。 於燃料箱114安裝有位準感測器12〇，於水溶液箱116安 裝有位準感測器122，於水箱118安裝有位準感測器124。 位準感測器120，122及124係分別具有例如未圖示之浮子之 浮子感測裔’藉由浮動之浮子之位置來檢測箱内之液面高 度（液位）。 而且，於燃料箱114之前側且浮子架16之上側，配置有 二次電池126。二次電池126係儲存來自單元堆102之電 力’並因應控制器142(後述）之指令來將電力供給至電性構 成構件。於二次電池126之上側配置有燃料泵128。而且， 於燃料相114之鈾側且二次電池12 6之後方斜上側配置有收 集槽130。 在由前車架16、單元堆102與散熱器單位ι〇8所包圍之空 間，配置有用以除去氣體所含之灰塵等異物之空氣過濾器 13 2 ’於空氣過慮器13 2之後方斜下側，配置有水溶液過渡 器 134。 於前車架1 6左側之收納空間，收納有水溶液泵丨3 6及空 氣泵138。於空氣泵138之左側配置有空氣室mo。而且， 於前車架16右侧之收納空間，配置有控制器142、防銹用 閥144及水泵146。 於前車架1 6 ’主開關148設置如從右側往左側貫通前車 126601.doc -17- 200832801 架16之收納空間。藉由開啟主開關148，來對於控制器142

給予運轉開始指示，藉由關閉主開關148來對於控制器142 給予運轉停止指示。 U 如圖2所示，燃料箱114及燃料泵128係由管！>丨所連通， 燃料泵128與水溶液箱116係由管p2所連通，水溶液箱 與水溶液泵136係由管P3所連通，水溶液泵136與水溶液過 濾器134係由管P4所連通，水溶液過濾器134與單元堆1〇2 係由管P5所連通。管P5連接於單元堆1〇2之陽極入口 n， 藉由驅動水溶液泵136來將甲醇水溶液供給至單元堆1〇2。 於單元堆102之陽極入口 11附近設置有電壓感測器丨5 〇，其 係利用甲醇水溶液之電化特性，來檢測與供給至單元堆 1 02之曱醇水溶液之濃度（曱醇水溶液中之甲醇比率）相對應 之濃度資訊。電壓感測器1 5 0係檢測燃料電池（燃料電池單 元）104之開路電壓（〇peil Circuit Voltage)，將該電壓值作 為電化濃度資訊。控制器142係根據該濃度資訊來檢測供 給至單元堆102之甲醇水溶液之濃度。而且，於單元堆1〇2 之陽極入口 II附近，設置有檢測供給至單元堆1〇2之甲醇 水溶液之溫度之溫度感測器152。 單元堆102與水溶液用之散熱器1〇8a係由管㈧所連通， 散熱器108a與水溶液箱116係由管P7所連通。管P6連接於 單元堆102之陽極出口 12。 上述管P1〜P7主要成為燃料之流路。 而且，空氣過濾器132與空氣室140係由管P8所連通，空 氣室140與空氣泵138係由管P9所連通，空氣泵138與防銹 126601.doc -18 - 200832801 用閥m係由管P1G所連接，防_賴4與單㈣ι〇2係由 管P11所連接。管P11連接於單元堆m之陰極人口 i3。燃 料電池系統1GG之發電時’藉由預先打開防銹用閥144，於 該狀態下驅動空氣泵138,以便從外部吸入含氧之空氣（氣 體）。防錢用閥丨44係於燃料電池系統1〇〇停止時關閉，以 防止水蒸氣往空氣泵138逆流，防止空氣泵138生銹。於空 氣過濾器132附近設置有檢測外氣溫度之外氣溫度感測器 154 ° 單兀堆102與氣液分離用之散熱器1〇8b係由管pi2連通， 散熱器108b與水箱118係由管Pl3連通，於水箱118設有管 (排氣管）P14。管？^設置於水箱118之排氣口 U8a(參考圖 1) ’將來自單元堆102之排氣排出至外部。 上述管P 8〜P14主要成為氧化劑之流路。 並且，水箱118與水泵146係由管pi5連通，水泵146與水 >谷液相116係由管P1 6連通。 上述管P15, P16成為水之流路。 並且，水溶液箱116與收集槽130係由管P17, pi8連通， 收集槽130與空氣室140係由管pi9連通。 上述管P17〜P19主要成為燃料處理用之流路。 接著’參考圖3來說明有關燃料電池系統1 〇〇之電性結 構。 。 燃料電池系統100之控制器142係包含：CPU 156，其係 用以進行必要之運算以控制燃料電池系統1〇〇之動作；時 鐘電路158，其係用以通知cpu 156現在時刻；記憶體 126601.doc -19- 200832801 160 ’其係用以儲存為了控制燃料電池系統100之動作之程 式或貧料及運算資料等，由例如EEPROM所組成；電壓檢 貝J電路4其係用以檢測為了於驅動機車1 〇之電動馬達 4〇，連接單元堆1〇2之電路162之電壓；電流檢測電路 166 ’其係用以檢測流於燃料電池1 甚至單元堆1 μ之電 流；開啟/關閉電路168，其係用以開關電路162 •，二極體 170，其係設置於電路162 ;及電源電路172，其係用以將 特定電壓供給至電路1 62。 於此控制器142之CPU 1 56，輸入有來自位準感測器12〇, 122及124之檢測信號、來自電壓感測器15〇、溫度感測器 152及外氣溫度感測器154之檢測信號、以及來自蓄電量感 測器46之檢測信號。CPU ι56係根據來自位準感測器12〇, 122及124之與液位相對應之檢測信號，來檢測各箱内之液 量。 而且，於CPU 156輸入有來自用以開啟/關閉電源之主開 關148之輸入信號、或來自輸入部28c之開始按鈕3〇a及停 止按紐30b之輸入信號。 並且，於CPU 156輸入有來自電壓檢測電路164之電壓檢 測值及來自電流檢測電路166之電流檢測值。CPU 156利用 電壓檢測值及電流檢測值來算出單元堆102之輸出。cpu 156係監視（monitoring)單元堆1〇2之輸出來算出某期間之 發電量。 而且’措由CPU 156來控制燃料果128、水溶液果I%、 空氣泵138、水泵146、風扇11〇，112、及防錢用閥144等輔 126601.doc -20- 200832801 機類。例如水泵146係由CPU 156控制為其輸出（每單位時 間之水供給量）成為一定。並且’藉由cpu 156控制顯示部 28b ’其係用以顯示各種資訊，對機車1〇之駕駛者報知各 種資訊。 於單元堆102連接有二次電池126及驅動單元42。二次電 池126及驅動單元42係經由繼電器174而連接於電動馬達 40。二次電池126係補全來自單元堆1〇2之輸出，其藉由來 自早几堆102之電力充電，並藉由其放電而將電力給予至 電動馬達4 0或辅機類等。 於電動馬達40連接有用以計測電動馬達4〇之各種資料之 儀表28a，由儀表28a所計測到之資料或電動馬達4〇之狀況 係經由介面電路176而給予CPU 156。 而且，於介面電路176可連接充電器200，充電器2〇〇可 連接於外部電源（商用電源）2〇2。經由充電器2〇〇而連接介 面電路176與外部電源2〇2之情況，經由介面電路176而對 0?11156給予外部電源連接信號。充電器2〇〇之開關2〇(^可 由CPU 156開啟/關閉。 於圯憶機構之記憶體i6〇儲存有：用以執行圖4所示之動 作之程式、用以將由電壓感測器15〇所獲得之電化濃度資 訊（開路電壓）轉換為濃度之轉換資訊、將cpu 156所算出 之某期間之發電量轉換為曱醇消耗量之轉換資訊及運算資 料等。 於本實施型態中，水溶液箱u6相當於水溶液保持機 構’水箱118相當於水保持機構，溫度感測器1 52相當於溫 126601.doc -21- 200832801 度檢測機構。CPU 156亦作為水供給量取得機構、第—揪 料供給量取得機構、第二燃料供給量取得機構、控制機構 及判斷機構來發揮作用。水供給機構包含水泵146 :燃料 供給機構包含燃料泵128;濃度檢測機構包含電壓感測器 150及CPU 156 ;消耗量取得機構包含：cpu ι56、時鐘電 路158、電壓檢測電路164及電流檢測電路166 ;計時機構 包含CPU 156及時鐘電路158 ;第一液量檢測機構包含位準

Ο 感測1§ 122及CPU 156 ;第二液量檢測機構包含位準感測器 124及 CPU 156 〇 〇 接著’說明有關燃料電池系統100之基本動作。 燃料電池系統100係以主開關148被開啟作為契機來起動 控制器142而開始運轉。然後，於控制器142之起動後，以 二次電池126之蓄電量成為特定值以下（例如蓄電率為4〇% 以下）或開始按鈕30a被按下作為契機，藉由來自二次電池 126之電力驅動水溶液泵136或空氣泵138等輔機類，開始 單元堆102之發電。此時之時刻係由cplJ ι56從時鐘電路 158取得’作為水溶液泵136及空氣泵138之驅動開始之時 刻’亦即發電開始之時刻而儲存於記憶體16〇。而且，於 發電開始之後，進行開啟/關閉電路168之開啟及繼電器 174之切換，電動馬達40連接於單元堆1〇2及二次電池 126。 此外，於燃料電池系統100，發電開始之後，單元堆1〇2 連接於二次電池126，若二次電池126充滿電，即使不按下 停止按鈕30b，單元堆1〇2之發電仍會停止。 126601.doc -22- 200832801 參考圖2，水溶液箱116内《曱醇水溶液係藉由水溶液果 136之驅動，經由管P3, P4而供給至水溶液過遽器134。然 後，由水溶液過濾器134除去雜質等之甲醇水溶液係經由 管P5、陽極入口 II，直接供給至構成單元堆1〇2之各燃料 電池104之陽極104b。 而且，位於水溶液箱116内之氣體（主要為二氧化碳、氣 化之甲醇及水蒸氣）係經由管P17來給予收集槽13〇。於收 集槽130内冷卻氣化之曱醇及水蒸氣。然後，於收集槽13〇 内獲得之甲醇水溶液係經由管p 1 8回到水溶液箱丨丨6。而 且’收集槽130内之氣體（二氧化碳、未液化之曱醇及水蒸 氣）係經由管P19來給予空氣室140。 另一方面’藉由空氣泵138之驅動而從空氣過濾器132被 吸入之空氣（air)係經由管P8而流入空氣室140，藉此消 音。然後，給予空氣室140之空氣及來自收集槽13〇之氣體 係經由管P 9而流入空氣栗1 3 8，並進一步經由管p 1 〇、防錄 用閥144、管P11及陰極入口 13而供給至構成單元堆1〇2之 各燃料電池104之陰極l〇4c。 於各燃料電池104之陽極l〇4b，供給之甲醇水溶液中之 曱醇與水進行化學反應，產生二氧化碳及氫離子。產生之 氫離子係經由電解質膜l〇4a而流入陰極1〇4c，與供給至該 陰極104c側之空氣中之氧進行電化學反應，產生水（水蒸 氣）及電能。總言之，於單元堆1 〇2進行發電。來自單元堆 102之電力係利用於對於二次電池ι26之充電或機車1〇之行 駛驅動等。單元堆102係由於伴隨於電化學反應所產生之 126601.doc •23· 200832801 熱而溫度上升。單元堆102之輸出係伴隨於該溫度上升而 上升，單元堆1〇2約於5(TC可恆常地發電。單元堆1〇2之溫 度可藉由溫度感測器152所檢測到之曱醇水溶液之溫度來 確認。 於各燃料電池104之陽極M4b所產生之二氧化碳及包含 未反應甲醇之甲醇水溶液係伴隨於電化學反應而被加熱。 忒一氧化石反及甲醇水溶液係經由單元堆i 〇2之陽極出口 12 及官P6而給予散熱器108&進行冷卻。藉由風扇110之驅動 來促進該冷卻動作。然後，經由管”回到水溶液箱116。 總言之，水溶液箱116内之曱醇水溶液被循環供給至單元 堆 102。 發電時，由於來自單元堆102之甲醇水溶液之回流、來 自單元堆102之二氧化碳之流入、來自燃料箱}丨4之甲醇燃 料之供給、以及來自水箱118之水之供給，於水溶液箱116 内之甲醇水溶液會產生氣泡。由於位準感測器122之浮子 ^ 僅上升氣泡份，因此發電時，由位準感測器122所檢測到 之液位會比實際之甲醇水溶液之液位高。總言之，發電 時，水溶液箱116内之液量被辨識作比實際液量多。 另一方面，於各燃料電池104之陰極1〇4c產生之水蒸氣 之大部分係液化而成為水，並從單元堆1〇2之陰極出口 14 排出，飽和水蒸氣份係以氣體狀態排出。從陰極出口 14排 出之水蒸氣係經由管P12而給予散熱器108b，由散熱器 l〇8b冷卻，其一部分藉由溫度成為露點以下而液化。由散 熱器108b所進行之水蒸氣之液化動作係藉由使風扇112動 126601.doc -24- 200832801 作來促進。含水分（水及水蒸氣）、二氧化碳及未反應之空 氣之來自陰極出口 14之排氣係經由管P12、散熱器1〇8b及 管P13而給予水箱118，由水箱118回收水之後，經由水箱 11 8之排氣口 11 8 a及管P14而排出至外部。

而且’於各燃料電池104之陰極i〇4c，來自收集槽之 氣化之甲醉及因溢流而移動至陰極10 4 c之甲醇係於始觸媒 層與氧反應’分解為無害之水分及二氧化碳。分解自曱醇 之水分及二氧化碳係從陰極出口 14排出，並經由散熱器 108b而給予水箱118。並且，因水之溢流而移動至各燃料 電池104之陰極l〇4c之水分係從陰極出口 14排出，並經由 散熱器108b而給予水箱118。 水箱118内之水係藉由水泵146之驅動’經由管pi5, pi6 而適當地回流至水溶液箱116β而且，燃料箱ιΐ4内之甲醇 燃料係藉由燃料系128之驅動，經由fpi，p2而適當地供給 至水溶液箱116。 於燃料電池系統100，控制燃料栗128及水泵146，以便 將水溶液箱116内之甲醇水溶液調整為特定濃度，同時使 水溶液箱U6内之液量成為第一特定量（例如驗十總言 之，進行濃度•液量調整動作。 旦接著’參考圖4來說明有關燃料電池系統1〇〇之濃度·液 門於$ Γ #⑨&第—次濃度•液量調整動作係於運轉 開關148剛開啟後)立即進行，其後之濃度·液量 调正動作以—定間隔（例如㈣秒）進行。 首先，cpu 156判斷單元堆⑽是否為發電開始前（步驟 126601.doc -25- 200832801 S1)。為單元堆1〇2之發電開始前之情況時，cpu i56係根 據來自位準感測器122之檢測信號，來判斷水溶液箱ιΐ6内 之甲醇水溶液是否小於第一特定量（5〇〇cc)(步驟S3)。 如上述，發電時係根據含氣泡之液位，來將水溶液箱 内之液量調整為第-特定量。由於氣泡在發電停止後 會消失，因此發電停止後之位準感測器122之浮子之位置 係比第一特定量時之位置低。總言之，發電停止後之液位 比第一特定量時之液位低。因此， 度·液量調整動作，於步驟83，水溶液箱二:之：：: 於第一特定量。 於步驟S3，水溶液箱116内之液量小於第一特定量之情 況時，CPU 156P絲水系146之驅動（步驟S5)。㈣156係 從時鐘電路158取得此時之時刻，將該時刻作為水系146之 驅動開始時刻而儲存於記憶體16〇。 接著’ CPU 156係根據來自位準感測器124之檢測信號， 來判斷水箱118内之液量是否為第二料量（例如·C)以 ^ (步驟S7)。水箱u 8内之液量為第二特定量以上之情況 日守：CPU 156繼續水泵146之驅動，直到水溶液箱ιΐ6内之 液ϊ成為第一特定量(只要步驟S9仍為「否」）。 後於步驟S9’若水溶液箱116内之液量成為第一特 定量，則CPU 156傧山U " τ止水泵146之驅動（步驟S11)。cpu 156 係從時鐘電路158取^ 取传此時之時刻，將該時刻作為水泵146 K丁止時刻而儲存於記憶體玉6〇。於步驟π，水箱川 内之液量小於第二特定量之情況時，亦同樣前進至步驟 12660l.doc -26 - 200832801

Sll =:U156算出儲存於記憶體16G之水泵146之驅動 開始日，刻與驅動停止時刻之差距。總言之’算出水果146 之驅動時間。然後’ CPU156係利用該驅動時間盥水栗… 之輸出來取得對於水溶液箱116之水供給量（步驟⑴）。於 此，關於水供給量之資料即水供給量本身。 如t述，由於水果146被控制為其輸出（每單位時間之水 供給I)成為-定，因此於步驟S13，藉由算出水泵⑷之 驅動時間與水栗146之每單位時間之水供給量（吐出幻之 T，來取得從水泵146之驅動開始至驅動停止之水供給 量。 *接者’ CPU 156算出為了使取得之供給量之水成為所需 濃度之甲醇水溶液所必要之甲醇燃料之量，將此作為第— 燃料供給量而儲存於記憶體16〇。總言之，取得第一燃料 供給量（步驟S15)。於此，關於燃料供給量之資料即第: ϋ 燃料供給量本身。 接者，CPU 156應將儲存於記憶體16〇之第一燃料供給量 供給至水溶液箱116，設定作為甲醇燃料之量（步驟S17)里 並開始燃料泵128之驅動（步驟S19)。其後，於步驟^卜 若於步驟S17所設定之量之甲醇燃料之供給結束，則停止 燃料泵128之驅動（步驟S25)，結束濃度•液量調整動作。 另一方面，於步驟81 ’若為單元堆1〇2之發電開始後之 情況時’ CPU 156係根據溫度感測器152之檢測結果，來列 斷甲醇水溶液是否為特定溫度（例如45。〇以上（步驟s27)。 126601.doc •27· 200832801 於電壓感測Is 150，每不同濃度之開路電壓之差距係曱 醇水溶液高溫者變得較大。此係由於高溫者甲醇水溶液之 化學變化變得更活潑。因此’ f醇水溶液較低溫之情況 時，利用電壓感測器150所檢測到之甲醇水溶液之濃度之 可*性低。按照此理由，燃料電池系統丨〇〇係於步驟s27， 根據甲醇水溶液之溫度來判斷是否可信賴利用電壓感測器 150所檢測到之甲醇水溶液之濃度。步驟S27之特定溫度 (於此為45 C )係設定為甲醇水溶液之化學變化變得活潑之 溫度以上。總言之，設定為可利用電壓感測器【5〇來精度 良好地檢測甲醇水溶液之濃度之溫度以上。 於步驟S27，甲醇水溶液為特定溫度以上之情況時， CPU 156係從時鐘電路158取得現在時刻，算出取得之現在 時刻與儲存於記憶體160之水溶液泵136及空氣泵138之驅 動開始之時刻之差距。總言之，取得從單元堆1〇2之發電 開始之經過時間。然後，CPU 156判斷從發電開始是否已 經過特定時間（例如10分鐘）（步驟S29)。 發電開始後暫時由於溢流之甲醇水溶液附著於陰極1〇乜 之鉑觸媒層，妨礙氧接觸鉑觸媒層，燃料電池丨〇4之開路 電壓不安定。因此，直到陰極1〇乜之甲醇水溶液藉由伴隨 於空氣泵138之驅動所供給之空氣約略完全被吹走為止， 利用電壓感測器15 0所檢測到之甲醇水溶液之濃度之可靠 性低。按照此理由，燃料電池系統1〇〇係於步驟S29，根據 從發電開始之經過時間，來判斷是否可信賴利用電壓感測 器15〇所檢測之甲醇水溶液之濃度。步驟S29之特定時間 126601.doc -28- 200832801 (於此為10分鐘）係設定為設想可藉由來自空氣泵138之空 氣’約略完全除去附著於陰極l〇4c之鉑觸媒層之甲醇水溶 液之時間以上。 此外’由於單元堆102未發電則無法檢測開路電壓，因 此於單元堆1 〇2之發電開始前，當然無法利用電壓感測器 1 5 0來檢測甲醇水溶液之濃度。 於步驟S29，若從發電開始已經過特定時間，則CPU 1 56

Ο 利用電壓感測器1 50來檢測甲醇水溶液之濃度（步驟§3 1)。 然後，CPU 156係根據利用電壓感測器15〇所檢測到之濃度 及利用位準感測器122所檢測到之液量，來算出用以使水 溶液箱116内之甲醇水溶液成為所需濃度所必要之甲醇燃 料之量。其後，將算出之甲醇水溶液之量作為第二燃料供 給1而儲存於記憶體16〇，並前進至步驟S3。總言之，根 據水供給前之曱醇水溶液之狀態來取得第二燃料供給量 (步驟S33)，並前進至步驟S3。於此，關於燃料供給量之 資料即第二燃料供給量本身。 攸步驟S 3 3前進至步驟q 3} 主、、W η太 ... j疋王芡驟S3之畅况時，於步驟S3，若水溶 液箱116内之液量小於第一特定署 ^ π〜至 少哪s r/，設定牙 一燃料供給量及第二燃料供給量之和作為甲 量。總言之，與伴隨於水供办之嚿 ........ 思於水仏、、、口之/辰度紇化相對應之第一燃 料供給量、及與伴隨於單元堆⑽之甲醇消耗之濃度變化 :伴隨於溢流或氣化之濃度變化等相對應之第二燃料供給 ®之和，係設定作為甲醇燃料供給量。 # /、 而且，於步驟S27， 甲醇水溶液之溫度小 於特定溫度之 126601.doc -29- 200832801 情況，以及於步驟S29，從發電開始未經過特定時間之情 況日夺’ CPU 156取得伴隨於單元堆1〇2之發電之甲醇消耗量 (步驟S35)。 於步驟S35, CPU 156算出從前次之濃度·〉夜量調整動作 之步驟S35，至本次之濃度•液量調整動作之步驟S35為止 之期間（某期間之一例）之單元堆1〇2之發電量。然後，利用 . 儲存於記憶體160之轉換資訊來取得與該發電量相對應之 〇 T醇消耗量。此外，於前次之濃度·液量調整動作中未進 、 行步驟S35之情況時，基於從發電開始之發電量來取得對 應之甲醇消耗量即可。其後，前進至步驟S33，取得與伴 隨於甲醇消耗之濃度變化相對應之第二燃料供給量。 而且，於步驟S3，水溶液箱116内之液量為第一特定量 以上之情況時，CPU 156判斷是否須將甲醇燃料供給至水 溶液箱116(步驟S37)。於步驟S37,根據於記憶體16〇是否 儲存有第二燃料供給量，來判斷是否須將甲醇燃料供給至 I、 水洛液箱116。 於步驟S37，於記憶體160儲存有第二燃料供給量之情況 夺於步驟s 17 ’設定第二燃料供給量為甲醇燃料供給 ‘ 畺第一燃料供給量份之甲醇燃料供給至水溶液箱11 6。 另一方面，於步驟S37,於記憶體16〇未儲存有第二燃料供 給量之情況時，結束濃度•液量調整動作。 此外’於步驟S13說明有關利用水泵146之驅動時間及輸 出來取得水供給量之情況，但水供給量可由任意方法取 得0 126601.doc -30- 200832801 例如根據水溶液箱116内之液量之檢測結果來取得水供 給量亦可。此情況下’利用位準感測器122來檢測水㈣ 之驅動開始前及水泵146之驅動停止後之水溶液箱116内之

甲醇水溶液之液量，取得此蓉 I 里取伃此寺之差距來作為對於水溶液箱 116之水供給量。如此，藉由將伴隨於水供給之水溶液箱 116内之液量增加份作為水供給量，可取得更正碟 給量。 Γ

而且，根據水箱118内之液量（水量）之檢測結果來取得水 供給量亦可。此情況下，利用位準感測器m來檢測水泵 146广驅動開始前及水泵146之驅動停止後之水箱ιΐ8内之 夜里取得此等之差距來作為對於水溶液箱η 6之水供給 量。如此，藉由將伴隨於水供給之水箱118内之液量減少 份作為水供給量，可取得更正確之水供給量。 並且藉由异出於水供給前，利用位準感測器122所檢 測到之水溶液箱m内之液量與第—特定量（於此為·⑷ 之爰距，於水供給前取得水供給量亦可。此情況下，於水 供給刖，根據該水供給量來預先設定甲醇燃料供給量，至 火仏、6、、Ό束為止，開始對於水溶液箱11 6之甲醇燃料之供 給亦可。 步驟S27之特定溫度若是可利用電壓感測器150精度良好 地檢測甲醇水溶液之濃度之範圍，均可任意設^。而且， 步驟S29之特定時間若是可藉由空氣供給來除去附著於陰 極104c之鉑觸媒層之甲醇水溶液之範圍，均可任意設定。 即使疋彳欠步驟S3丨前進至步驟S33之情況，取得單元堆 126601.doc -31 - 200832801 102曰之甲醇消耗量亦可。此情況下，ΐ先算出因應甲醇消 •:里：甲醇燃料之供給量，該供給量之甲醇燃料供給至水 〆合^相116。其後’利用電壓感測器150來檢測甲醇水溶液 之/辰度d欢測結果非所需濃度，則將甲醇燃料或水供給 至水/合液相11 6 ’直到成為所需濃度。因此，此情況下， 不取彳于第一燃料供給量並前進至步驟Μ。 =4之動作中’甲醇水溶液之目標濃度(所需濃度)為 定/辰度或因應燃料電池系統之運轉狀態來變更均可。例 ::甲醇水溶液甚至單元堆102之溫度低之情況時，為了使 單兀堆102之/皿度迅速上升，使甲醇水溶液比通常運轉時 之濃度（3 Wt%)高亦可。具體而言，單元堆如之溫度低之 情況時’將甲醇水溶液之濃度調整為5 wt%亦可。 而且，從步驟S33前進至步驟83前，亦可進行步驟si9〜 步驟S25之處理。亦即，於取得第二燃料供給量後 :動燃料泵128，將甲醇燃料僅供給第二燃料供給量亦 若根據此燃料電池系統1〇〇’可因應水供 燃料供給至水溶液箱i^藉此，在由於 州 ，所檢r之濃度之可靠性低，無法適當地調整= 命液之/辰度時，即使水供給至水溶液箱116， 醇水溶液之濃度變化。 °抑制甲 藉由取得因應水供給量之第一燃料供給量，可、木旦 之甲醇燃料供給至水溶液箱i i 6。 ： I田里 藉由取得因應水供給前之甲醇水溶液之狀態之第二燃料 126601.doc -32- 200832801 /、…里，根據第一燃料供給量及第二燃料供給量來將甲醇 燃料供給至水溶液箱116，可使供給至單元堆102之甲醇水 溶液接近所需濃度。

斤藉由將第一燃料供給量與根據濃度之檢測結果所取得之 第一燃料供給量之和作為甲醇燃料供給量，可抑制伴隨於 火仏、°之/辰度變化、伴隨於甲醇消耗之濃度變化及伴隨於 溢机或乳化等之濃度變化。因此，可使供給至單元堆丨〇2 之甲醇水溶液更確實地接近所需濃度。 即使疋無法根據濃度之檢測結果來取得第二燃料供給量 之情況，藉由根據甲醇消耗量來取得第二燃料供給量，至 少可抑制伴隨於甲醇消耗之濃度變化。因此，可更確實地 抑制水溶液箱116内之甲醇水溶液之濃度變化。 根據由溫度感測器152之檢測結果、及從單元堆之發 電開始之日守間，可容易判斷是否可信賴利用電壓感測器 1 5 0所檢測之濃度。 藉由將利用單元堆102之發電所產生之水供給至水溶液 箱116，即使不從外部供給水，仍可於系統内提供水。 藉由將來自單元堆102之水保持於水箱118内，相較於從 單το堆102將水與排氣一同直接供給至水溶液箱丨μ之情 況，可效率良好地將水供給至水溶液箱116。而且，藉由 於水箱118内保持水，水泵146可約略僅供給水因此於如 上述利用水泵146之驅動時間及輸出，來取得對於水溶液 箱116之水供給量之情況時，可簡單取得正確之水供給

126601.doc 33- 200832801 由於因應水供給量來將甲醇燃料供給至水溶液箱丨ΐ6， 因此即使利用浮子感測器之位準感測器122，大量的水供 給至水溶液箱116以將液量保持於第一特定量，仍可確實 地抑制甲醇水溶液之濃度變化。 藉由於水溶液箱116内之液量未超過第一特定量之範圍 内供給水，因應水供給量來供給甲醇燃料，可使水溶液箱 116内之水溶液適量，並且可正確地進行濃度控制。

Ο 由於若水箱11 8内之液量小於第二特定量，可停止水供 給，因此可防止水泵146由於水用盡而空轉，並且可正確 地取得水供給量。 機車10要求可安定行駛。由於燃料電池系統1〇〇可抑制 甲醇水溶液之濃度變化，因此可使單元堆1〇2之輸出安 定，可安定驅動輔機類。因此，燃料電池系統1〇〇適宜利 用在如機車10之輸送機器。 接著，參考圖5〜圖8，來說明有關燃料電池系統1〇〇之比 較對象之燃料電池系統（以下稱為比較例）之單元堆之輸 出、電壓及電流、以及甲醇水溶液（單元堆）之溫度轉變。别 圖5及圖6係表示從曱醇水溶液為外氣溫度程度之狀態開 始發電之情況下之轉變。圖5為比較例之轉變，圖 電池糸統⑽之轉變。而且，圖7及圖8係從例如二次電池 :滿：，暫時停止單元堆之發電之狀態開始(再度開始)發 電之，Μ兄下之轉變。總言之’從甲醇水溶液之溫度比通常 =夕:氣溫度高之狀態開始發電之情況下之轉變。圖7 為較例之轉變’圖8為燃料電池系統100之轉變。 126601.doc -34- 200832801 於燃料電池系統100及比較例，甲醇水溶液為外氣溫度 程度之情況及曱醇水溶液為高溫之情況之任一均於運轉開 始後，立即進行第一次水供給，發電開始後每10秒供給 水0 於比較例，僅進行根據單元堆之甲醇消耗量之甲醇燃料 之供給，直到可利用電壓感測器來檢測濃度（直到從發電 開始經過10分鐘）。亦即，於比較例，並未如燃料電池系 統100，進行因應水供給量來供給甲醇燃料之處理。 首先’針對從甲醇水溶液之溫度為外氣溫度程度之狀態 開始發電之情況，比較燃料電池系統100與比較例。 如圖5所示，於比較例，由於水供給，甲醇水溶液之濃 度降低，故甲醇水溶液之溫度上升變得遲鈍，從發電開始 到經過10分鐘，無法將輸出維持在5〇〇w以上。 另—方面，如圖6所示，於燃料電池系統1〇〇，由於藉由 供給因應水供給量之甲醇燃料，可抑制甲醇水溶液之濃度 降低’因此電流甚至輸出並未伴隨於水供給而降低。而 1 ’㈣料電㈣統由於可抑制甲醇水溶液之濃度 降低’因此可使甲醇水溶液之溫度迅速上升，可使輸出迅 速上升。具體而言’從發電開始到經過1〇分鐘前，可將輸 出維持在500W以上。 、接著針對從甲醇水溶液為高溫之狀態開始發電之情 況比較燃料電池系統1 00與比較例。 “圖所不，於比較例，電流甚至輸出頻繁降低，從發 一 σ到、座過10分鐘，無法將輸出維持在500W以上。 126601.doc -35- 200832801 另方面，如圖8所示，於燃料電池系統100，由於藉由 供給因應甲醇消耗量及水供給量之甲醇燃料，可使電‘甚 至輸出迅速上升。其結果，從發電開始到經過7分鐘程 度’可將輸出維持在500W以上。 如此，燃料電池系統丨00係藉由抑制甲醇水溶液之濃度 欠化，可迅速地維持高輸出。總言之，可迅速地使輸出安 定。 接者4考圖3及圖9來說明有關本發明之其他實施型態 之燃料電池系統l00a。 如圖9所示，燃料電池系統1〇(^包含··由管p2〇, p2i所構 成之濃度檢測用之流路、安裝於管P2〇之超音波感測器 178及連接管P20與P21之檢測用閥1 8〇。其以外均與上述 燃料電池糸統1 〇 〇相同地構成，故省略重複說明。 管P20連接於管P4之分路部A，以便使流於管p4之甲醇 水溶液之一部分流入。超音波感測器178係利用超音波之 傳播時間（傳播速度）會因應濃度而變化，而被利用於用以 檢測甲醇水溶液之濃度。超音波感測器178包含傳送部 178a及接收部178b，於接收部178b接收從傳送部178a傳送 之超音波，檢測於管P20内之超音波傳播時間，將相當於 該傳播時間之電壓值作為物理性濃度資訊。 於此超音波感測器178，每不同濃度之電壓之差距係甲 醇水溶液越低溫則越大。此係由於越低溫，甲醇與水之超 音波傳播速度之差距越大。因此，甲醇水溶液較低溫之情 況可利用超音波感測器178，精度良好地檢測甲醇水溶液 126601.doc -36- 200832801 之濃度。 CPU 1 56係利用由超音波感測器178所獲得之物理性濃度 資訊、及用以將該物理性濃度資訊（與傳播時間相對應之 電壓）轉換為濃度之轉換資訊，來檢測管P20内之甲醇水溶 液之濃度。總言之，燃料電池系統1 〇〇&係將包含Cpu 1 56 及超音波感測器178之濃度檢測機構，附加於燃料電池系 * 統100。用以將由超音波感測器178所獲得之物理性濃度資 訊轉換為濃度之轉換資訊，係預先儲存於記憶體i 6〇。 於官P20連接有檢測用閥180，檢測用閥18〇與水溶液箱 116係藉由管P21來連通。於濃度檢測時，檢測用閥18〇關 閉’阻止管P20内之甲醇水溶液流動。濃度檢測後，檢測 用閥18 0打開，濃度檢測完畢之甲醇水溶液回到水溶液箱 116 ° 接著，參考圖10來說明有關燃料電池系統1〇〇a2濃度· 液量調整動作。圖1 〇之濃度•液量調整動作係於圖4之濃 I) 度•液量調整動作追加步驟S2及S3 9。於圖1〇之濃度•液 ΐ调整動作，步驟S1為「是」之情況時，前進至步驟§2， 於步驟S27為「否」之情況時，前進至步驟S39。其以外均 - 與圖4之激度•液量調整動作相同，故省略重複說明。 、 首先，於步驟S1，若單元堆102為發電開始前之情況 時’ CPU 1 56係根據溫度感測器1 52之檢測結果，來判斷曱 醇水溶液是否小於特定溫度（例如45 °C )(步驟S2)。於步驟 S2 ’甲醇水溶液小於特定溫度之情況時，cpu 1 56係利用 超音波感測器178來檢測曱醇水溶液之濃度（步驟S39)，並 126601.doc -37 - 200832801 前進至步驟阳。此情況下，於步驟S33，根據利用超音波 感測器]78所檢測到之濃度及利用位準感測器⑵所檢 之液量，來算出使水溶液箱116内之甲醇水溶液成為所需 濃度所必要之甲_料之供給量、然後，取得算出之供认 量來作為第二燃料供給量。於步驟S2,若甲醇水溶液為^ 定溫度（45°C)以上，則前進至步驟S3。 、、

步=39。然後，利用超音波感測器178來檢測甲醇水溶液 之浪度，於步驟S33，根據利用超音波感測器178所檢測到 之濃度來取得第二燃料供給量。 另一方面，於步驟81，單元堆102為發電開始後之情況 時，於步驟S27判斷甲醇水溶液是否為特定溫度（45。^以 上’於步驟S27 甲醇水溶液小於特定溫度，則前進至 右根據此燃料電池系統l00a，如果甲醇水溶液之溫度小 於特定溫度，即使是單元堆102之發電開始前，仍可檢測 甲醇水溶液之濃度，可取得用以抑制伴隨於溢流或氣化之 濃度變化之第二燃料供給量。而且，即使是從甲醇水溶液 為外氣溫度程度之狀態開始發電，發電開始後之曱醇水溶 液之溫度小於特定溫度，仍可檢測甲醇水溶液之濃度，取 知第一燃料供給量。總言之，即使發電開始後之甲醇水溶 液之Λ度小於特定溫度，仍可取得用以抑制伴隨於甲醇消 耗之濃度變化及伴隨於溢流或氣化之濃度變化之第二燃料 供給量。因此，可使供給至單元堆1〇2之甲醇水溶液之濃 度更加接近所需濃度。 此外’上述各實施型態係說明有關將保持於水箱118之 126601.doc -38- 200832801 水供給至水溶液箱116之情況，但亦可從單元堆ι〇2，將水 與排氣-同直接供給至水溶液箱116。此情況下，根據單 凡堆102之輸出或溫度、氣液分離用散熱器腦之冷卻能 t ’來取得對於水溶液箱116之水供給量亦可。而且，此 兄下’從單元堆102至水溶液箱116之流路之直徑、該流 T之水及排氣之流速，來取得對於水溶液箱116之水供: ΐ亦可° (、 而且’上述各實施型態係說明有關將藉由單it堆102之 t化學反應所產生之水，供給至水溶液箱ιΐ6之情況，但 將外部的水供給至水溶液箱U6亦可。 f且’於上述各實施型態、，關》水供給量之資料為水供 給！本I，關於燃料供給量t資料為第一燃料供給量及第 二燃料供給量本身，但不限定於其等。若水泵146之輸出 一定，則關於水供給量之資料亦可為水泵146之驅動時 間，若燃料泵128之輸出一定，則關於燃料供給量之資料 〇 亦可為燃料泵128之驅動時間。此時，於圖4及圖10所示之 動作中，於步驟S13取得水栗128之驅動時間，於步驟S15 取侍燃料泵128之第一驅動時間，於步驟S33取得燃料泵 ， =8之第二驅動時間即可。此外，於步驟si5，根據:供給 i來取得燃料泵128之驅動時間亦可。 如此，若根據泵之驅動時間，可容易且正確地取得有關 水或燃料之供給量之資料。 此外，本發明之燃料電池系統不僅適宜利用於機車，還 適宜利用於汽車、船舶等任何輸送機器。 < 126601.doc -39· 200832801 於上述各實施型態，作為燃料係使”醇，作為舞料水 溶液係使用甲醇水溶液，但不限定於此，作為燃料使用乙 醇等醇系燃料，作為燃料水溶液使用乙醇水溶液等 溶液亦可。 〜 而且’若是使用液龍料者均可，本發明亦可適用於固 疋型之燃料電池系統，進-步亦可適用於搭载在個人電 腦、攜帶式機器等電子機器之可搬型燃料電池系統。 本發明雖已詳細說明並圖示，但其僅作為圖解及一例而 利用，當然不應理解為限定， 申明之乾圍僅受到添付之 甲明專利乾圍之文字所限定。 【圖式簡單說明】 不本發明之-實施型態之機車之左側面圖。 ::表不本發明之燃料電池系統之配管之系統圖。 圖。 十電池糸統之電性結構之區塊 Ο 圖4係表示本發明之燃 圖 。 卄冤池糸統之動作之一例之流程 圖5係表示於比較例中從甲醇水、 狀態開始發電之情、、兄 '為外氣溫度程度之 …輸出轉變等之圖。 圖6係表示於本發明之燃 外氣溫度程度之狀能心 糸統中從甲醇水溶液為 圖。 狀關始發電之情況下之輸出轉變等之 圖7係表示於比較例中從 發電之情況下之輸出轉變等之圖奋'夜為高溫之狀態開始 126601.doc 200832801 圖8係表示於本發明之燃料電池系統中從甲醇水溶液為 高溫之狀態開始發電之情況下之輪出轉變等之圖。 圖9係表示本發明之其他燃料電池系統之 圖。 〜尔、、此 圖10係表示本發明之其他燃料電池系統之動 流程圖。 之一例之

ϋ 【主要元件符號說明】 10 機車 100, 100a 燃料電池系統 102 燃料電池單元堆 104 燃料電池（燃料電池單元） 116 水溶液箱 118 水箱 118a 排氣口 120, 122, 124 位準感測器 128 燃料泵 142 控制器 146 水泵 150 電壓感測器 152 溫度感測器 156 CPU 158 時鐘電路 160 記憶體 164 電壓檢測電路 126601.doc -41 - 200832801 166 電流檢測電路 178 超音波感測器 Ο

126601.doc 42-

Claims (1)

1. 200832801 十、申請專利範圍： 1· 一種燃料電池系統，其係包含： 燃料電池； 水溶液保持機構，其係保持用以供給至前述 之燃料水溶液； 也 水供給機構’其係將水供給至前述水溶液保持機構； 燃料供給機構，其係料供給至前述水溶液保 構； Π j μ、、σ里取付機構’其係取得有關由前述水供給機構 供給至前述水溶液保持機構之前述水供給量之資料；及 控：機構，其係根據由前述水供給量取得機構取得之 有關别述水供給1之資料，來控制前述燃料供給機構。 2·如請求们之燃料電池系統，其中進一步包含第一燃料 ，給1取得機構’其係根據由前述水供給量取得機構取 付之有關前述水供給詈$咨极 . — '仏、口里之貝科，來取得有關對於前述水 溶液保持機構之前述燃料供給量之資料； 前述控制機構係根據由前述第一燃料供給量取得機構 取得之有關前述燃料供給量之資料，來控制前述 給機構。 3· :1?項2之燃料電池系統’其中進-步包含第二燃料 供給置取得機構，其係根據有關前述燃料水溶液之濃声 :貧訊曰，來取得有關對於前述水溶液保持機構之前述ς 料供給量之資料； “、、 前述控制機構係根據由前述第—燃料供給量取得機構 126601.doc 200832801 供給量取供給量之資料、及由前述第二燃料 控，有關前述燃料供給量之資料’來 ^长項3之燃料電池系統，其中進一步包含： 機構’其係檢測前述燃料水溶液之濃度；及 檢測 ::構’其係判斷是否可信賴前述濃度檢測機構之 。 姓：'述判斷機構判斷可信賴前述濃度檢測機構之檢測 =構:Γ第二燃料供給量取得機構根據前述濃度檢 料。 "測結|，來取得㈣前述燃料供給量之資 5·如請求項4之燃料電池系統，其 得機構，其絲得於前㈣ "3植里取 W ‘ d十罨池之别述燃料消耗量； 測構判斷不可信賴前述濃度檢測機構之檢 耗量取得u+i、給里取仔機構根據由前述消 ) 里取传機構取得之前述燃料消 燃料供給量之資料。 $林侍有關别述 6.如凊求項4或5之燃料電 測機椹^ 、死，、中進一步包含溫度檢 ▲冓、、係檢測前述燃料水溶液之溫度；及 叶時機構，JL孫斗管& 間； 八十#攸别述燃料電池發電開始之時 别述判斷機構係根據前述溫产 前述計時機構之計時 、^測結果及 檢剛機構之檢測結果。㈣斷疋否可信賴前述濃度 126601.doc 200832801 月求項1之燃料電池系統，其中由前述水仏 給至前述水溶液保持機構之前述：：機構供 之電化學反應產生。 错由㈣燃料電池 8·如叫求項7之燃料電池系統，其中進一步包人 . 構：其係保持來自前述燃料電池之前述水；3水保持機 刚述水供給機構係將前述水保持機構所保持 供給至前述水溶液保持機構。 #之則述水 9·=求们之燃料電池系統，其中有關 Γ 貨料包含前述水供給機構之驅動時間。 … 10·如請求们之燃料電池系統，其中 檢測機構，其係檢測前述水溶液保持機構之液3量弟液量 二、=給來量:彳:有^ 术取仔有關前述水供給量之資料。 η.如請求項10之燃料電池系統，其中前述第1液量檢測機 構係根據前述水溶液伴括 ;j 水溶液保持機構之液量。 則玟 d 12.如請求項8之燃料電池系統，其中 ㈣機構，其係檢測前述水保持機構之液量；3第一“ 之檢列=、°Γ取付機構係根據前述第二液量檢測機構 此、、。果，來取得有關前述水供給量之資料。 13·如請求们之燃料電池系統，其中 檢測機構，並稃檢測俞、+、^ /匕3乐成里 乂 + /、係铋测别述水溶液保持機構之液量； =控制機㈣於前述第—液量檢測機構之檢測 小於弟一特定量時，柝 工制m返水供給機構以便供給前述 126601.doc 200832801 水，並根據有關前述第一液量檢測機構之檢測結果々、 前述第一特定量時所供給之前述水供給量 於 、貝钭，來控 制前述燃料供給機構。 M·如請求項13之燃料電池系統，纟中進_步包含水 構，其係保持來自前述燃料電池之前述水；& 第二液量檢測機構，i孫 旦· 〃係k測刖述水保持機構之液 量檢測機構之檢測結果 二液量檢測機構之檢測 剞述水供給機構以便供

   小於前述第-特定量，且前述 結果為第二特定量以上時，控 給前述水。 15. —種輸送機器 ”系匕各如哨求項1之燃料電池系統 〇 126601.doc