(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料供給を行うマイクロポンプのポンプ室内圧力を圧電アクチュエータを利用して検出し、検出結果に基づいて燃料供給を適切に行う燃料電池を提供する。【解決手段】マイクロポンプの圧電アクチュエータ３が振動制御電圧Ｖａによって駆動される。圧電アクチュエータ３が変位することによって発生した検出電圧Ｖｄが演算増幅器５６を介してコンパレータ５７に供給され、振動制御電圧Ｖａと比較される。コンパレータ５７の出力に取り出される検出電圧ＳＶｄは、加圧力Ｆに比例して大きくなる。検出電圧ＳＶｄがデジタルの検出データＤｄに変換され、ＣＰＵ５１に供給される。ＣＰＵ５１は、検出データに基づいて、ドライスタートから定常運転への切り替えの制御、ポンプ室内が空になったことの検出、燃料供給量を適切とする制御を行う。【選択図】図５
2010257618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を前記発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプと、
前記ポンプに対して前記駆動信号を供給する駆動部と、
前記検出信号を取り出す検出信号出力部と、
前記検出信号出力部からの前記検出信号が供給され、前記駆動信号を制御する制御部とを備え、
前記制御部によって、前記検出信号が前記ポンプ室内圧が低い状態を示す動作開始時に、前記駆動信号による駆動周期を、前記検出信号が前記ポンプ室内圧が高い状態を示す定常運転時の前記駆動周期に比してより短いものとする燃料電池装置。
【請求項２】
燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を前記発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプと、
前記ポンプに対して前記駆動信号を供給する駆動部と、
前記検出信号を取り出す検出信号出力部と、
前記検出信号出力部からの前記検出信号が供給され、前記駆動信号を制御する制御部とを備え、
前記制御部によって、前記検出信号によって前記ポンプ室内の燃料がほぼ空の状態を検出する場合に前記ポンプの動作を停止し、
前記検出信号によって前記発電部に対する燃料供給量が過大なことを検出する場合に、前記駆動信号による駆動周期をより長いものとする燃料電池装置。
【請求項３】
前記発電部は、燃料が供給されるアノード電極と、空気が供給されるカソード電極と、前記アノード電極および前記カソード電極により挟まれる膜電極接合体と、前記アノード電極と積層されたアノード板状部材とを有する請求項１または２記載の燃料電池装置。
【請求項４】
前記燃料ポンプの動作を停止し、通知を発生する請求項２記載の燃料電池装置。
【請求項５】
燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を前記発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプを備える燃料制御方法において、
前記検出信号が前記ポンプ室内圧が低い状態を示す動作開始時に、前記駆動信号による駆動周期を、前記検出信号が前記ポンプ室内圧が高い状態を示す定常運転時の前記駆動周期に比してより短いものとする燃料制御方法。
【請求項６】
燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を前記発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプを備える燃料制御方法において、
前記検出信号によって前記ポンプ室内の燃料がほぼ空の状態を検出する場合に前記ポンプの動作を停止し、
前記検出信号によって前記発電部に対する燃料供給量が過大なことを検出する場合に、前記駆動信号による駆動周期をより長いものとする燃料制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃料電池例えば直接メタノール型燃料電池に適用可能な燃料電池装置および燃料制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、電解質の違い等により様々なタイプのものに分類されるが、代表的なものに、電解質として固体高分子電解質を用いた固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Polymer
Electrolyte Fuel Cell)が知られている。固体高分子型燃料電池は、低コスト化が可能で、小型化、薄型化、軽量化も容易であり、電池性能の点でも高い出力密度を有することから、電子機器の駆動電源に適している。この固体高分子型燃料電池は、水素の他にメタノールや天然ガスを改質して水素を生成させて燃料とするものも開発されている。近年では、メタノールを燃料として直接燃料電池に供給し発電を行う直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ(Direct Methanol Fuel Cell)）が開発されている。
【０００３】
直接メタノール型燃料電池は、ベースプレート上に電解質膜と一対の電極とを一体化した膜電極接合体（ＭＥＡ(Membrane and Electrode Assembly) ）と、一方の面に燃料流路、他方の面に酸化剤ガス流路を有する平板状セパレータとを交互に積層させる。燃料流路にメタノール水溶液を供給し、酸化剤ガス流路に空気を供給することにより電解質膜上で発電反応が行われる。直接メタノール燃料電池では、生成物として水と二酸化炭素が生成され、これらが排出される。
【０００４】
燃料電池として、複数の単位セル（燃料電池セル）を熱可塑性樹脂シート上に平面的に配し、複数の単位セルを直列に接続する構造の薄型の燃料電池ユニットが提案されている。薄型の燃料電池例えば直接メタノール燃料電池の場合、燃料としてのメタノール水溶液が燃料カートリッジから燃料電極（以下、アノード電極と称する）に供給される。酸素（空気）が外装筐体の開口を通じて空気電極（以下、カソード電極と称する）に供給される。メタノール水溶液の供給量、空気供給量、発電温度等の運転条件が設計された最適な状態に維持されることが必要である。
【０００５】
燃料電池への燃料の供給をポンプ等を使用する方式と、発電による生成物（水，二酸化炭素）をポンプ等の補機を使った排出する方式と、メタノール水溶液や空気等の自然拡散を利用し、補機を使わない方式が提案されている。一例として、圧電素子駆動タイプのダイヤフラムポンプ（以下、マイクロポンプと称する）が使用される。マイクロポンプは、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)技術によって提供される。
【０００６】
下記の特許文献１には、マイクロポンプにおける圧電素子の挙動を検出することが記載されている。特許文献１では、ダイヤフラム駆動用圧電素子に対して検出用圧電素子を貼り付け、駆動用圧電素子に駆動信号を印加した時の立ち上がり波形からポンプ動作の異常を検出している。例えば、空気が入っていること等を検出している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開平０３−２２５０８５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
マイクロポンプ内の燃料が空の状態から動作を開始する（以下、ドライスタートと適宜称する）時と、定常運転時とでは、マイクロポンプの運転条件を変えることが望ましい。ドライスタート時には、マイクロポンプの室内になるべく早く燃料を吸い込むことがドライスタートから定常運転に移行するまでの時間を短くできるので、望ましい。一方、室内に燃料がほぼ満ちている定常運転時には、ドライスタート時に比して燃料吸い込み量を少なくしないと、クロスオーバーが発生する問題がある。クロスオーバーは、メタノールの一部が空気極側にぬけてしまい、出力が大幅に低下する問題である。
【０００９】
従来では、発電による温度上昇を検出してドライスタートから定常運転に移行することを検出している。しかしながら、時間的な遅れが発生し、クロスオーバーが発生する問題があった。さらに、発電による温度変化を検出して定常運転時の燃料供給を適性に制御する方法も、同様の問題を生じるおそれがあった。さらに、燃料容器内の燃料が無くなったことは、目視により確認しており、自動的に燃料が無くなったことを検出することが行われていなかった。特許文献１に記載のものは、運転時の異常の検出を目的としており、燃料電池におけるドライスタートから定常運転に移行する時の問題、定常運転時の適性な燃料の供給の制御、燃料の無くなったことの検出についての技術を提供するものではなかった。
【００１０】
したがって、この発明の目的は、燃料の供給を適切に制御することが可能な燃料電池装置および燃料制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上述した課題を解決するために、この発明は、燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプと、
ポンプに対して駆動信号を供給する駆動部と、
検出信号を取り出す検出信号出力部と、
検出信号出力部からの検出信号が供給され、駆動信号を制御する制御部とを備え、
制御部によって、検出信号がポンプ室内圧が低い状態を示す動作開始時に、駆動信号による駆動周期を、検出信号がポンプ室内圧が高い状態を示す定常運転時の駆動周期に比してより短いものとする燃料電池装置である。
この発明は、燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプと、
ポンプに対して駆動信号を供給する駆動部と、
検出信号を取り出す検出信号出力部と、
検出信号出力部からの検出信号が供給され、駆動信号を制御する制御部とを備え、
制御部によって、検出信号によってポンプ室内の燃料がほぼ空の状態を検出する場合にポンプの動作を停止し、
検出信号によって発電部に対する燃料供給量が過大なことを検出する場合に、駆動信号による駆動周期をより長いものとする燃料電池装置である。
【００１２】
この発明は、燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプを備える燃料制御方法において、
検出信号がポンプ室内圧が低い状態を示す動作開始時に、駆動信号による駆動周期を、検出信号がポンプ室内圧が高い状態を示す定常運転時の駆動周期に比してより短いものとする燃料制御方法である。
この発明は、燃料容器から発電部に至る燃料供給経路内に配置され、ポンプ室内圧に応じた検出信号を出力する機能と、駆動信号に応じて燃料を発電部に供給する機能とを有する圧電素子によりダイヤフラムを駆動するポンプを備える燃料制御方法において、
検出信号によってポンプ室内の燃料がほぼ空の状態を検出する場合にポンプの動作を停止し、
検出信号によって発電部に対する燃料供給量が過大なことを検出する場合に、駆動信号による駆動周期をより長いものとする燃料制御方法である。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、ドライスタート時から定常運転時への移行の時間を短縮でき、定常運転時の燃料供給を適性に制御でき、さらに、ポンプ室内の燃料がほぼ空になったことを自動的に検出できる。発電による温度変化を検出するのと比較して、制御動作が遅れることを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の一実施の形態の概略的な断面図である。
【図２】この発明の一実施の形態に使用できる燃料電池の説明に用いる分解斜視図である。
【図３】この発明の一実施の形態に使用できる圧電アクチュエータの説明に用いる略線図である。
【図４】この発明の一実施の形態における圧電アクチュエータの振動制御電圧と変位の振幅の関係を示す波形図である。
【図５】この発明の一実施の形態の駆動制御部の一例の接続図である。
【図６】駆動制御部の説明に用いる波形図である。
【図７】この発明の一実施の形態における加圧力と検出電圧の関係を示すグラフである。
【図８】この発明の一実施の形態のマイクロポンプの動作の説明に用いる略線図である。
【図９】この発明の一実施の形態のマイクロポンプの駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】この発明の一実施の形態のマイクロポンプの駆動制御処理の流れを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、この発明の実施の形態について説明する。なお、説明は、以下の順序で行う。
＜１．一実施の形態＞
＜２．変形例＞
なお、以下に説明する実施の形態は、この発明の好適な具体例であり、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、この発明の範囲は、以下の説明において、特にこの発明を限定する旨の記載がない限り、これらの実施の形態に限定されないものとする。
【００１６】
＜１．一実施の形態＞
「全体の構成」
図１は、この発明の一実施の形態による燃料電池装置の断面を概略的に示す。燃料電池は、アルコール、糖分、脂質、など各種の材料を燃料としても良い。ここでは、メタノールを燃料とするいわゆるダイレクトメタルール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を例として説明する。
【００１７】
ガラス基板１上にマイクロポンプがＭＥＭＳの技術でもって形成される。すなわち、薄板のダイヤフラム２が形成され、ダイヤフラム２に圧電アクチュエータ３が積層される。ダイヤフラム２の面と対向して閉空間のポンプ室４が形成される。
【００１８】
圧電アクチュエータ３が駆動制御部からの駆動信号によって駆動され、圧電アクチュエータ３が厚み方向に振動する。圧電アクチュエータ３に貼り付けられたダイヤフラム２が振動し、吸入口５を通じて燃料カートリッジ（図示せず）からの燃料例えばメタノール水溶液が配管（図示せず）を介してポンプ室４内に吸入される。さらに、ポンプ室４内に吸引された燃料が排出口６から排出される。吸入口５および排出口６のそれぞれに駆動制御部からの制御信号によって開閉が制御可能な弁が設けられている。一例として、マイクロポンプが駆動された場合、燃料の吸入量と排出量とが等しいものとされている。
【００１９】
マイクロポンプに対して発電部１１が積層される。発電部１１は、マイクロポンプの排出口６から燃料が供給されるアノード電極と、空気が供給されるカソード電極と、アノード電極およびカソード電極により挟まれる膜電極接合体と、アノード電極と積層されたアノード板状部材とを有する。
【００２０】
「燃料電池の構造」
図示せぬシャーシ上にメイン基板および燃料電池が取り付けられる。メイン基上には、燃料電池制御回路、制御用のＣＰＵ(Central Processing Unit)、メモリ等の回路部品が
マウントされている。シャーシに取り付けられる燃料電池の一例を図２に示す。
【００２１】
燃料電池は、発電部１１を有する。発電部１１は、例えば６個の発電ユニットが平面状に配置され、互いに直列に接続された構成を有する。発電部１１は、アノード電極およびカソード電極によって電解質膜を挟んだ構造の膜電極接合体が絶縁シート等によって互いに連結されたものである。図２に示すように、集電体および絶縁層からなるカソードプレート（カソード板状部材）１２およびアノードプレート（アノード板状部材）１３によって膜電極接合体１４が挟まれている。発電部１１から正負の電極に対応するリード１５ａおよび１５ｂが導出されている。
【００２２】
さらに、燃料をアノード電極に供給するための上述したマイクロポンプ１６がパッキング１７を介して設けられている。マイクロポンプ１６によって燃料が発電部１１に供給される。カソードプレート１２の集電体としては、ステンレス、アルミニウム等のパンチングメタルやメッシュが用いられる。
【００２３】
発電部１１、パッキング１７およびマイクロポンプ１６が積層され、フレーム１８内に収納される。さらに、フレーム１９およびビスによって積層状態が固定される。フレーム１９は、各コーナーに取り付け用のタブ２０ａ，２０ｂ，２０ｃ，２０ｄを有する。フレーム１８にも同様の位置に取り付け用のタブが設けられ、積層した状態でタブ同士が重なり合うようにされる。各タブには、ビスを貫通させる孔が形成されている。さらに、マイクロポンプ１６には、燃料受入部２１が形成されている。
【００２４】
シャーシまたは筐体に対してビスによって燃料電池が取り付けられる。さらに、燃料供給用のチューブの端部がマイクロポンプ１６の燃料受入部２１に接続される。さらに、配線用のハーネス（図示せず）が接続される。
【００２５】
「圧電アクチュエータの一例」
図３Ａおよび図３Ｂに示すように、圧電アクチュエータ３は、給電電極３１、圧電素子３２、共通電極３３、圧電素子３４および検出電極３５が積層されたものである。圧電素子３２および３４としては、ＰＺＴ等の圧電セラミックスを材料とするものを使用できる。給電電極３１からリードＬ１が導出され、共通電極３３からリードＬ２が導出され、検出電極３５からリードＬ３が導出される。
【００２６】
図３Ｂに示すように、給電電極３１および共通電極３３の間にアクチュエータ振動制御電圧Ｖａが印加される。振動制御電圧Ｖａに応じて圧電素子３２が撓むと、共通電極３３および検出電極３５の間に検出電圧Ｖｄが発生する。圧電素子３２および３４としては、１枚の圧電素子の板から構成に限らず、２枚以上の圧電素子の板を積層した構成のものを使用できる。さらに、駆動される圧電素子を２枚に分割し、２枚の圧電素子によって変位検出用の圧電素子を挟む構成としても良い。
【００２７】
図４Ａに示すように、例えば４Ｖpp(Peak to Peak)のパルス波形のアクチュエータ振動制御電圧Ｖａが印加された場合の圧電素子３２の変位について説明する。マイクロポンプのポンプ室４（図１参照）内に燃料が殆ど入っておらず、ポンプ室４の圧力が低い場合には、図４Ａに示すように、圧電素子３２の変位の振幅は、例えば２０．５μｍとなる。一方、マイクロポンプのポンプ室４内が燃料で満たされ、ポンプ室４の圧力が高い場合には、図４Ｂに示すように、同じ振動制御電圧Ｖａを印加した場合に、圧電素子３２の変位の振幅は、例えば１８．３μｍとなる。
【００２８】
すなわち、ポンプ室４の内圧が高い場合、内圧が低い場合に比して変位の振幅が小となる。圧電素子３２と同様に、圧電素子３４が変位し、検出電圧Ｖｄが発生する。したがって、ポンプ室４の圧力が高い場合に比してその圧力が低い場合は、検出電圧Ｖｄの振幅がより小となる。なお、実際の振動制御電圧Ｖａとしては、例えば圧電アクチュエータ３の共振周波数に等しい周波数の正弦波が所定時間継続する期間と、正弦波が存在しない期間とが交互に存在する波形が使用される。
【００２９】
「圧電アクチュエータの駆動制御部」
図５においては、圧電アクチュエータ３に対して加わるポンプ室４の内圧に相当する加圧力がＦでもって示されている。Ｄ／Ａコンバータ５４から振動制御信号ＳＶａが出力される。振動制御信号ＳＶａが出力アンプ５５に供給され、出力アンプ５５からの振動制御電圧Ｖａが圧電アクチュエータ３の圧電素子３２に対して印加される。圧電素子３２が振動制御電圧Ｖａによって駆動される。Ｄ／Ａコンバータ５４と、出力アンプ５５とがアクチュエータ駆動回路５３を構成する。
【００３０】
圧電アクチュエータ３から検出電圧Ｖｄが出力される。検出電圧Ｖｄには、振動制御電圧Ｖａの成分が含まれている。検出電圧Ｖｄは、振動制御電圧Ｖａが加圧力Ｆに応じて変調された信号である。検出電圧Ｖｄが演算増幅器５６に供給される。
【００３１】
演算増幅器５６は、検出電圧Ｖｄを増幅した電圧Ｖｄ’をコンパレータ５７の一方の入力端子に供給する。コンパレータ５７の他方の入力端子に対して出力アンプ５５から振動制御電圧Ｖａが供給される。圧電アクチュエータ３が変位することによって発生した検出電圧Ｖｄは、入力インピーダンスが比較的大きい演算増幅器５６によって反転されると共に、増幅される。さらに、演算増幅器５６は、積分回路（ローパスフィルタ）としての機能も有し、入力を保持する。演算増幅器５６から出力される検出電圧Ｖｄ’と、振動制御電圧Ｖａとがコンパレータ５７に供給される。
【００３２】
コンパレータ５７によって、検出電圧Ｖｄ’中の振動制御電圧Ｖａの成分が取り除かれる。図６Ａは、振動制御電圧Ｖａの一例の波形である。演算増幅器５６から図６Ｂに示すように、検出電圧Ｖｄ’が出力される。検出電圧Ｖｄ’は、振動制御電圧Ｖａが破線で示す検出電圧によって変調された信号である。コンパレータ５７において、検出電圧Ｖｄ’から振動制御電圧Ｖａが減算される。その結果、図６Ｃに示すように、コンパレータ５７の出力に検出電圧ＳＶｄが取り出される。
【００３３】
コンパレータ５７の出力に取り出される検出電圧ＳＶｄは、図７に示すように、加圧力Ｆに比例して大きくなる。検出電圧ＳＶｄがＡ／Ｄコンバータ５８によって検出データＤｄに変換される。
【００３４】
Ａ／Ｄコンバータ５８では、コンパレータ５７から出力される検出電圧ＳＶｄが例えば８μｓｅｃ程度の周期のクロック信号によってサンプリングされる。検出電圧ＳＶｄが正の場合には、入力有りと判断してサンプリング処理を続行し、検出電圧ＳＶｄが負の場合には、入力無しと判断してサンプリング処理を停止する。
【００３５】
検出データＤｄがコントローラとしてのＣＰＵ(Central Processing Unit)５１のＡ／
Ｄ入力ポートに供給される。ＣＰＵ５１に対してメモリ５２が接続されている。メモリ５２は、振動制御電圧Ｖａに対応する駆動パターンデータが格納されている。例えば短い周期の振動制御電圧を発生する駆動パターン、長い周期の振動制御電圧を発生する駆動パターン等のデータがメモリ５２に格納されている。
【００３６】
ＣＰＵ５１によってメモリ５２が制御され、ＣＰＵ５１が指定した駆動パターンデータＤｐがメモリ５２から読み出される。さらに、駆動パターンデータＤｐがＣＰＵ５１の制御によって、アクチュエータ駆動回路５３のＤ／Ａコンバータ５４に対して供給される。Ｄ／Ａコンバータ５４によって駆動パターンデータＤｐがアナログの振動制御信号ＳＶａへ変換される。振動制御信号ＳＶａが出力アンプ５５に供給され、出力アンプ５５から出力される振動制御電圧Ｖａが圧電アクチュエータ３に供給される。
【００３７】
「マイクロポンプの制御」
この発明の一実施の形態の理解を容易とするために、燃料供給用のマイクロポンプの基本動作について図８を参照して説明する。燃料カートリッジ７１が取り付けられる時は、マイクロポンプ７２の内部に殆ど燃料が存在していない。この状態から燃料のマイクロポンプ７２内への移送が開始される（ドライスタート動作）。
【００３８】
図８Ａに示すように、燃料カートリッジ７１内の燃料がマイクロポンプ７２内に移送されるように、駆動制御部７３がマイクロポンプ７２を制御する。駆動制御部７３は、図５を参照して説明したものである。ドライスタート時には、マイクロポンプ７２のポンプ室が空の状態からポンプの動作が開始する。そして、図８Ｂに示すように、ポンプ室に燃料がほぼ一杯になると、発電部１１に対して燃料の供給が開始される。発電部１１が発電動作を行う定常運転モードとなる。
【００３９】
ドライスタート時に、ポンプ室内に速く燃料を充填するために、マイクロポンプ７２が急速に燃料を吸入するようになされる。駆動制御部７３は、圧電アクチュエータ３に対する振動制御電圧Ｖａの周期を定常運転モードに比して短くする。例えば所定周期で１秒間に６回発生する振動制御電圧Ｖａ（図６Ａ参照）でもってマイクロポンプ７２が駆動される。１個の振動制御電圧Ｖａによって所定量例えば２マイクロリットルの燃料の吸入、排出がなされる。定常運転時には、例えば１０秒間に１個のパルスによってマイクロポンプ７２が駆動される。
【００４０】
図８Ｃに示すように、定常運転モードでは、燃料カートリッジ７１の内圧の変動および発電部１１の内圧の変動が温度変化等によって生じる。その結果、マイクロポンプ７２から発電部７１に対して供給される燃料の量が変動し、発電部１１の出力が設定値と異なる問題が生じる。
【００４１】
さらに、図８Ｄに示すように、定常運転中に燃料カートリッジ７１内の燃料が空になると、燃料カートリッジ７１を交換する必要が生じる。燃料カートリッジ７１内の燃料の残存状態を目視によって確認するようになされていた。
【００４２】
この発明の一実施の形態においては、マイクロポンプ７２の動作が駆動制御部７３によって制御される。図９に示すように、ステップＳ１において、ドライスタートがなされる。マイクロポンプが短い周期の振動制御電圧Ｖａによって駆動され、燃料カートリッジ７１から燃料がポンプ室内に吸引される。燃料の供給に伴ってポンプ室の内圧が徐々に増大する。図９のフローチャートは、ＣＰＵ５１（図５参照）の制御によってなされる処理の流れを表している。
【００４３】
ポンプ室の内圧の増大に伴って圧電アクチュエータ３に対する加圧力が増大し、検出電圧ＳＶｄが増大する。ステップＳ２において、検出電圧ＳＶｄと予め設定されたしきい値電圧Ｖth１とが比較される。ポンプ室内に燃料が徐々に供給され、ポンプ室内にほぼ燃料が充填されると、ステップＳ２において、（ＳＶｄ≧Ｖth１）と判定される。
【００４４】
ステップＳ２の判定結果が肯定となると、ステップＳ３において、ドライスタートから定常運転モードに切り替わる。定常運転モードでは、ドライスタート時の周期に比して長い周期の振動制御電圧Ｖａによってマイクロポンプ７２が駆動される。
【００４５】
次に、定常運転時のマイクロポンプ７２の制御について図１０を参照して説明する。定常運転時にステップＳ１１において、検出電圧ＳＶｄが予め設定されたしきい値電圧Ｖth２と比較される。しきい値電圧Ｖth２は、ポンプ室内が空となり、加圧力が最も低くなる状態に対応する値である。ステップＳ１１において、（ＳＶｄ＜Ｖth２）と判定されると、ポンプ室内の燃料が無くなったと判定される。したがって、燃料が無くなったことを自動的に検出することができる。
【００４６】
ステップＳ１１の判定が肯定となると、ステップＳ１４において、振動制御電圧Ｖａの供給が停止し、マイクロポンプ７１の駆動が停止される。そして、次のステップＳ１５において、終了モードとなる。終了モードは、燃料カートリッジが空になったことを通知する表示を行ったり、弁を閉じたりする処理である。終了モードになると、燃料カートリッジの交換が可能となる。
【００４７】
ポンプ室内に燃料が有るときは、ステップＳ１１の判定が否定となり、ステップＳ１２において、検出電圧ＳＶｄが予め設定されたしきい値電圧Ｖth３と比較される。しきい値電圧Ｖth３は、燃料カートリッジ７１の温度が上昇する等の原因によって、燃料カートリッジ７１からポンプ室内に流入する燃料が過多となる場合の加圧力に対応する値である。過流入の場合では、ポンプ室内に対する燃料の供給量が排出量より多くなり、ポンプ室内の加圧力が高くなりすぎたり、発電部１１への排出量が過大となったりする問題が発生する。しきい値電圧Ｖth１、Ｖth２おいてＶth３の関係は、加圧力に対応して（Ｖth２＜Ｖth１＜Ｖth３）の関係を有する。
【００４８】
ステップＳ１２において、（ＳＶｄ＜Ｖth３）と判定されると、過流入ではないので、処理がステップＳ１１に戻る。ステップＳ１２において、（ＳＶｄ≧Ｖth３）と判定されると、過流入であることが推定され、ステップＳ１３において、駆動条件が変更される。すなわち、振動制御電圧Ｖａの周期がより長いものに変更される。
【００４９】
なお、ステップＳ１２において、過流入の検出に加えて、検出電圧Ｖｄを二つの異なるしきい値電圧と比較し、比較結果に応じて駆動条件を変更しても良い。常時、フィードバック制御が行われることによって、定常運転時に、ポンプ室内の加圧力が設定された範囲内に制御される。このような制御によって、燃料の安定な供給が可能となり、燃料電池の発電出力のばらつきを抑えることができる。
【００５０】
＜２．変形例＞
この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えばこの発明は、着脱自在の燃料カートリッジに限らず、燃料タンクを使用する場合にも適用できる。燃料タンクに対しては、別の容器から燃料が注液される。さらに、図５に示す駆動制御部の構成は、一例であって、他の回路構成が可能である。例えば演算増幅器５６の代わりに積分回路を設けるようにしても良い。さらに、アナログ回路のコンパレータに限らず、デジタル信号に変換してから比較を行うようにしても良い。
【符号の説明】
【００５１】
２・・・ダイヤフラム
３・・・圧電アクチュエータ
４・・・ポンプ室
５・・・吸入口
６・・・排出口
１１・・・発電部
１４・・・膜電極集合体
１６・・・マイクロポンプ
３２，３４・・・圧電素子
５１・・・ＣＰＵ
５３・・・アクチュエータ駆動回路
７１・・・燃料カートリッジ
７２・・・マイクロポンプ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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