(57)【要約】  直接酸化型燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、燃料電池に酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、負荷電流に対応して予め設定される酸化剤ガスの燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、ポンプの駆動電圧と、ポンプの吐出圧力と、目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、第１情報、第２Ａ情報、圧力センサの検出値、負荷電流センサの検出値、および電圧センサの検出値に基づいて、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える。
2013080410.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと
前記ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、
前記第１情報、前記第２Ａ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記電圧センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記負荷電流に対応して、前記第１情報により前記目標供給流量を設定し、設定された前記目標供給流量に対応して、前記第２Ａ情報により計算された前記ポンプの吐出圧力の計算値が、前記圧力センサの検出値と一致するように、前記ポンプの駆動電圧を調節する、請求項１記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２Ａ情報により規定される、前記ポンプの吐出圧力：Ｐと、前記ポンプの駆動電圧：Ｖとの関係が、
前記目標供給流量を媒介変数とする関数：Ｐ＝ａ×Ｖ−ｂ、ただし、ａおよびｂは定数である、により示される、請求項１または２記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項４】
燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電流を供給するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、
前記ポンプの駆動電流を検出するポンプ電流センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ｂ情報を記憶する第２Ｂメモリと、
前記第１情報、前記第２Ｂ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記ポンプ電流センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記負荷電流に対応して、前記第１情報により前記目標供給流量を設定し、設定された前記目標供給流量に対応して、前記第２Ｂ情報により計算された前記ポンプの吐出圧力の計算値が、前記圧力センサの検出値と一致するように、前記ポンプの駆動電流を調節する、請求項４記載の直接酸化型燃料電池システム
【請求項６】
前記第２Ｂ情報により規定される、前記ポンプの吐出圧力：Ｐ、前記ポンプの駆動電流：ＩＰとの関係が、前記目標供給流量を媒介変数とする関数：Ｐ＝ｃ×ＩＰ−ｄ、ただし、ｃおよびｄは定数である、により示される、請求項４または５記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１情報が、前記負荷電流の増加に応じて前記目標供給流量が段階的に増加する関数である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項８】
前記酸化剤ガス整流部が、バッファチャンバを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項９】
前記圧力センサが、前記バッファチャンバ内の圧力を検出する、請求項８記載の直接酸化型燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、直接酸化型燃料電池システムに関し、さらに詳しくは、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給量を制御する制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、車載用電源、及び家庭用コージェネレーションシステム用電源等として実用化されつつある。また、近年では、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、および携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistant）等の携帯小型電子機器の電源として用いることも検討されている。さらに、アウトドアレジャー用の電源や非常用バックアップ電源として燃料電池を用いることも検討されている。そして、特に、燃料電池は燃料の補充によって連続的に発電することが可能であることから、携帯小型電子機器用の電源や可搬型電源として使用することで、それらの利便性をさらに向上させ得るものと期待されている。【０００３】
燃料電池のなかでも直接酸化型燃料電池（ＤＯＦＣ：Direct oxidation Fuel Cell）は、常温で液体の燃料を、水素に改質することなく、直接酸化して電気エネルギを取り出すため、小型化が容易である。特に、燃料としてメタノールを用いる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ：direct methanol fuel cell）は、エネルギ効率及び発電出力が他の直接酸化型燃料電池よりも優れており、ＤＯＦＣの中で最も有望視されている。【０００４】
図９に、従来の、ＤＭＦＣを含む燃料電池システムの一例を示す。図６の燃料電池システム８０は、燃料電池５１と、燃料電池５１に燃料を供給するための燃料ポンプ５２と、燃料電池５１に酸化剤ガスである空気を供給するための空気ポンプ５３とを備えている。燃料ポンプ５２の吸入側は希釈タンク５４と接続されており、その希釈タンク５４には、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６が接続されている。メタノールポンプ５５は、メタノールタンク５７に貯蔵された高濃度メタノールを希釈タンク５４に送る。一方、リターンポンプ５６は、気液分離器５８により分離された液体を希釈タンク５４に送る。【０００５】
気液分離器５８は、燃料電池５１の排出物である、空気、水、未反応燃料（メタノール）、および二酸化炭素等の混合物から液体（メタノールおよび水、つまりメタノール水溶液）を分離する。【０００６】
燃料ポンプ５２、空気ポンプ５３、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６は制御部５９により制御されている。制御部５９が、メタノールタンク５７からの高濃度メタノールの送り量と気液分離器５８からのメタノール水溶液の送り量とを調節するように、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６を制御することによって、メタノールタンク５７から送られる高濃度メタノールが希釈タンク５４内で濃度が数質量％のメタノール水溶液となるように希釈される。【０００７】
燃料電池５１においては、燃料極（アノード）にメタノールが供給され、空気極（カソード）に空気が供給される。燃料極では、反応物質であるメタノールおよび水、触媒（電極表面）、並びに電解質の３つが接触する三相界面と呼ばれる領域において、メタノールと水とが、下記式（１１）に示すように反応する。これにより、二酸化炭素、水素イオン並びに電子が生成される。【０００８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-           （１１）
これらの生成物の内、水素イオン（Ｈ+）は燃料極と空気極との間に介在される高分子膜（電解質膜）を通り、電子（ｅ-）は外部負荷を通って、それぞれ空気極（カソード）に到達する。空気極では、空気中の酸素が、三相界面において、水素イオン（Ｈ-）と下記式（１２）に示すように反応し、触媒（電極表面）から電子を奪って水になる。【０００９】
（３／２）Ｏ2＋６Ｈ+＋６ｅ-  →  ３Ｈ2Ｏ                （１２）
式（１２）による水の発生量は負荷変動に応じて変化する。その結果、空気極の空気流路内の圧力変動が引き起こされる。また、空気極の空気流路に水がたまった場合も同様である。【００１０】
ここで、燃料電池の空気極には、発電電力に応じた最適な量の空気を供給する必要がある。空気の供給量が少なすぎると、電解質膜の表面に水がたまり、発電力が著しく低下する。反対に空気の供給量が多すぎると、電解質膜の表面が乾燥してしまい、この場合にも発電力が低下する。また、空気の供給量が適切でない場合には、水再利用のバランス、つまり水収支バランスが崩れ、長時間の発電ができなくなってしまう。【００１１】
したがって、空気極に供給される空気の流量を測定して、その供給量を制御することが行われている。例えば特許文献１記載の制御方法においては、空気極に供給される空気の圧力と流量とを検出し、その検出値にしたがって空気供給管に設けられた制御弁の開度を調節している。【００１２】
また、特許文献２記載の制御方法においては、空気の圧力を検出し、それにより制御弁の開度を調節している。【００１３】
また、特許文献３記載の制御方法においては、空気の流量を検出し、それにより制御弁の開度を調節している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平５−３０４２号公報
【特許文献２】特開２００６−２１０００４号公報
【特許文献３】特開２００６−１９６２０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上述したとおり、従来の燃料電池システムにおいては、燃料電池に供給される空気の流量や圧力を検出し、その検出結果に基づいて制御弁を制御して、燃料電池に供給される空気流量を制御している。しかしながら、特許文献１および３のように、燃料電池に供給される空気の流量を検出する構成においては、燃料電池と直列に流量検出器を接続する必要がある。流量検出器は小径の流路を有するものが多いために、流路でごみ詰まりなどが発生しやすい。これにより、流量検出器にごみ詰り等が発生すると、燃料電池に供給される空気が不足して、発電量の低下を招くおそれがある。【００１６】
また、特に小型の燃料電池システムにおいては、空気を供給する装置にダイアフラムポンプ等の容積式ポンプを使用することが小型化のためには有利である。しかしながら、そのような容積式ポンプを燃料電池システムに使用すると、ダイアフラム弁の往復運動による圧力脈動が空気流に発生し、燃料電池の発電電力が不安定になる可能性がある。【００１７】
更には、特許文献１〜３のように、制御弁を使用して空気の供給量を調節する構成では、制御弁を設けるために製造コストが増大するとともに、その設置スペースを確保する必要があることから、そのことがシステムの小型化の障害となることもありえる。【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池に空気を供給する供給系統の目詰まりを防止して、動作不良の発生を抑制するとともに、小型化および低コスト化の容易な、燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと
前記ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、
前記第１情報、前記第２Ａ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記電圧センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システムに関する。
また、本発明の直接酸化型燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルを複数個積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、前記燃料電池スタックの負荷電流を検出する負荷電流センサと、前記ポンプの電圧を検出する電圧センサと、前記負荷電流の各値に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの目標供給流量に関する情報を記憶する第１メモリと、前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する情報を記憶する第２Ａメモリと、前記第１メモリおよび前記第２Ａメモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、前記負荷電流センサおよび電圧センサの検出結果に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備えることもできる。【００２０】
これにより、燃料電池に常に最適な流量の酸化剤ガスを安定的に供給することができる。【００２１】
更に、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量が、目標供給流量と一致するようにポンプの駆動電圧を制御するのが好ましい。【００２２】
ここで、前記第２Ａメモリに記憶される情報は、下記式（Ａ）により示される、前記ポンプの吐出圧力Ｐおよび前記ポンプの駆動電圧Ｖを変数とし、前記目標供給流量を媒介変数とする関数であるのが好ましい。【００２３】
Ｐ＝ａ×Ｖ−ｂ （Ａ）
ただし、ａ、ｂ：ポンプの特性により決まる定数、である。【００２４】
また、本発明の他の局面は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電流を供給するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、
前記ポンプの駆動電流を検出するポンプ電流センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ｂ情報を記憶する第２Ｂメモリと、
前記第１情報、前記第２Ｂ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記ポンプ電流センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システムに関する。
また、本発明の燃料電池システムは、燃料ガスと酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルを複数個積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、前記燃料電池スタックの負荷電流を検出する負荷電流センサと、前記ポンプの電流を検出するポンプ電流センサと、前記負荷電流の各値に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの目標供給流量に関する情報を記憶する第１メモリと、前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する情報を記憶する第２Ｂメモリと、前記第１メモリおよび前記第２Ｂメモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、前記負荷電流センサおよび前記ポンプ電流センサの検出結果に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御する制御手段と、を備える、のも好ましい。【００２５】
これにより、燃料電池に常に最適な流量の酸化剤ガスを安定的に供給することができる。【００２６】
更に、燃料電池に供給される酸化剤ガスの供給流量が、目標供給流量と一致するようにポンプの駆動電流を制御するのが好ましい。【００２７】
ここで、前記第２Ｂメモリに記憶される情報は、下記式（Ｂ）により示される、前記ポンプの吐出圧力Ｐおよび前記ポンプの駆動電流ＩＰを変数とし、前記目標供給流量を媒介変数とする関数であるのが好ましい。【００２８】
Ｐ＝ｃ×ＩＰ−ｄ          （Ｂ）
ただし、ｃ、ｄ：ポンプの特性により決まる定数、である。【００２９】
また、前記負荷電流が前記燃料電池スタックの定格出力電流の２分の１以下であるとき、前記目標供給流量は、前記負荷電流が前記定格出力電流の２分の１であるときの最適な前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの供給流量と等しくなるように設定されることが好ましい。
【発明の効果】
【００３０】
本発明によれば、負荷電流センサにより検出される負荷電流に応じて目標供給流量が設定されるので、負荷電流が変動してもそれに応じた最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池に供給することができる。【００３１】
また、燃料電池への酸化剤ガスの供給流量を検出する流量検出器、並びに上記供給流量を調節するための制御弁等を設けることなく、圧力センサのみを使用して燃料電池に常に最適な流量の酸化剤ガスを供給することが可能となる。【００３２】
したがって、燃料電池システムを低コスト化することができるとともに、小型化することが容易となる。【００３３】
また、酸化剤ガスを供給する装置にダイアフラムポンプ等の容積式ポンプを使用することで小型化が容易となるとともに、酸化剤ガス整流部により、ダイアフラム弁の往復運動による圧力脈動が軽減されるので、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図２】同燃料電池システムのメモリに記憶される空気ポンプの駆動電圧−吐出圧力−空気流量特性に関する情報（第２Ａ情報）を示すグラフである。
【図３】同燃料電池システムの制御部が実行する空気ポンプの駆動電圧制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図４】同燃料電池システムの記憶部に記憶される負荷電流と目標供給流量との関係を示すグラフである。
【図５】同燃料電池システムの制御部が実行する目標流量値設定処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【図７】同燃料電池システムのメモリに記憶される空気ポンプの駆動電流−吐出圧力−空気流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）を示すグラフである。
【図８】同燃料電池システムの制御部が実行する空気ポンプの駆動電流制御処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】従来の燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３６】
図１の燃料電池システム１は、燃料電池２を電力の供給源として使用する電源システムである。ここで、燃料電池２は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池の単セル（図示しない）を複数個積層してなる燃料電池スタックを含んでいる。そして、燃料電池システム１は、燃料を燃料電池２に供給するための燃料ポンプ３と、酸化剤ガスである空気を燃料電池２に供給するための空気ポンプ４と、空気ポンプ４の吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部である空気室１４と、空気ポンプ４の吐出圧力を検出する圧力センサ１１を含む。空気室１４は、空気ポンプ４により送られてくる空気を一時的に貯留することで空気ポンプ４の吐出圧力の脈動を抑制するバッファチャンバとして機能する。
【００３７】
空気ポンプ４には、容積式ポンプを使用することができる。そのような容積式ポンプとしては、例えばピエゾ素子に電圧を印加することでダイアフラム弁を往復運動させるダイアフラムポンプを使用することができる。空気室１４の容積は、空気ポンプ４の吐出圧力の脈動を十分に軽減できる程度の容積に設定するのが好ましい。例えば、燃料電池システム１が定格出力で運転しているときの空気ポンプ４の１分あたりの吐出量の０．００５〜０．０５倍に設定するのが好ましい。より好ましくは、０．０１〜０．０３倍である。
【００３８】
燃料ポンプ３の吸入側は希釈タンク５と接続されており、その希釈タンク５には、メタノールポンプ６およびリターンポンプ７が接続されている。
【００３９】
メタノールポンプ６は、メタノールタンク８に貯蔵された高濃度メタノール（濃度５０％以上）を希釈タンク５に送る。一方、リターンポンプ７は、気液分離器９により分離された液体を希釈タンク５に送る。燃料ポンプ３、リターンポンプ７およびメタノールポンプ６は、容積式ポンプ、もしくは非容積式ポンプから構成される。
【００４０】
気液分離器９は、燃料電池２の排出物である、空気、水、未反応燃料（メタノール）、および二酸化炭素等の混合物から液体（メタノールおよび水、つまりメタノール水溶液）を分離するための図示しない気液分離膜を含んでいる。
【００４１】
ここで、燃料ポンプ３、空気ポンプ４、メタノールポンプ６およびリターンポンプ７は例えばワンチップマイコンからなる制御部１０（コントローラ）により制御される。制御部１０が、メタノールポンプ６およびリターンポンプ７を制御することで、メタノールタンク８からのメタノールの送り量と気液分離器９からのメタノール水溶液の送り量とが調節される。これにより、適度な濃度（数質量％）のメタノール水溶液が希釈タンク５内で生成される。
【００４２】
燃料ポンプ３は、制御部１０からの指令に基づいて希釈タンク５において生成されたメタノール水溶液を燃料電池２に送る。同様に、空気ポンプ４は制御部１０からの指令に基づいて、空気を、空気室１４を介して燃料電池２に送る。
【００４３】
圧力センサ１１は、空気室１４内の圧力を検出することで、空気ポンプ４の吐出圧力を検出するように、空気室１４と接続されている。圧力センサ１１の検出値（検出圧力Ｐｄ）は制御部１０に入力される。また、燃料電池２から外部負荷に電力を供給する電力供給ライン２ａには、燃料電池２の出力電流（負荷電流）を検出する負荷電流センサ１２が設けられている。負荷電流センサ１２の検出値（検出負荷電流ＩＬｄ）も制御部１０に入力される。
【００４４】
以下、本形態の制御方法を詳しく説明する。
【００４５】
燃料電池システム１には、空気ポンプ４に電力を供給するための電源である空気ポンプ電源１７が備えられている。空気ポンプ電源１７には、例えば燃料電池２の発電電力を蓄電する蓄電器を含ませることができる。燃料電池システム１には、さらに、空気ポンプ電源１７により空気ポンプ４に印加される、空気ポンプ４の駆動電圧を検出する電圧センサ１５が備えられている。電圧センサ１５は、空気ポンプ電源１７と並列に接続することができる。電圧センサ１５の検出値（検出ポンプ電圧Ｖｄ）は、制御部１０内のワンチップマイコンに入力される。
【００４６】
そして、制御部１０は、負荷変動等に起因して燃料電池２の発電量が低下しないように、圧力センサ１１、負荷電流センサ１２および電圧センサ１５の各検出値、並びに例えばワンチップマイコンのフラッシュメモリ等からなる補助記憶装置であるメモリ１３に予め記憶された情報に基づき空気ポンプ４の電圧を調節して、燃料電池２への空気供給量が適正なものとなるように制御を行う。
【００４７】
ここで、メモリ１３は、空気ポンプ４の駆動電圧と、空気ポンプ４の吐出圧力と、空気ポンプ４による燃料電池２への空気（酸化剤ガス）の目標供給流量Ｑとの関係に関する情報である、駆動電圧−吐出圧力−目標供給流量特性に関する情報（第２Ａ情報）を記憶している。また、メモリ１３は、燃料電池２の負荷電流−目標供給流量特性に関する情報（第１情報）を記憶している。
【００４８】
より具体的には、制御部１０は、メモリ１３に予め記憶された燃料電池２の負荷電流−目標供給流量特性に関する情報（後述の図４参照）を参照して、負荷電流センサ１２により検出された負荷電流（検出負荷電流ＩＬｄ）に基づき目標供給流量Ｑを設定する。そして、制御部１０は、メモリ１３に予め記憶された空気ポンプ４の駆動電圧−吐出圧力−目標供給流量特性に関する情報（第２Ａ情報）を参照して、空気ポンプ４の実際の空気供給流量が目標供給流量Ｑと等しくなるように、空気ポンプ４の駆動電圧を制御する。上述のように、メモリ１３は、第１メモリと第２Ａメモリとを含んでいる。
【００４９】
図２に、メモリ１３に予め記憶される空気ポンプ４の駆動電圧-吐出圧力-目標供給流量特性に関する情報（第２Ａ情報）の一例を示す。第２Ａ情報は、負荷電流に応じて設定される目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)をパラメータ（媒介変数）とした、空気ポンプ４の駆動電圧と吐出圧力との関係を表す複数のグラフ（駆動電圧−吐出圧力特性曲線）または関数を含む。つまり、それぞれの関数は、目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために必要とされる空気ポンプ４の吐出圧力と、その吐出圧力を得るために必要とされる空気ポンプ４の駆動電圧との関係を示している。図示例では、目標供給流量Ｑ(ｋ)の間には、Ｑ(１)＜Ｑ(２)＜Ｑ(３)＜・・・＜Ｑ(ｎ)という関係がある。なお、目標供給流量Ｑ(ｋ)を最適な供給流量とできるだけ一致させることができるように、ｎは可能な限り大きな数であることが好ましい。
【００５０】
メモリ１３には、目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)のそれぞれに対応する電圧−吐出圧力特性曲線を表す数式が予め記憶される。下記式（１）にｋ番目（ｋ：ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応した駆動電圧−吐出圧力特性曲線を表す数式を示す。
【００５１】
Ｐ(ｋ)＝ａ(ｋ)×Ｖ−ｂ(ｋ)                                 （１）
ただし、Ｐ(ｋ)：空気ポンプの吐出圧力、Ｖ：空気ポンプの駆動電圧、ｂ(ｋ)：空気ポンプの電圧が値「０」の場合の仮想的な空気ポンプの吐出圧力、ａ(ｋ)：空気ポンプの特性により決まる定数、である。なお、ｂ(ｋ)の値も空気ポンプの特性により決定される。
【００５２】
制御部１０は、圧力センサ１１により検出される空気ポンプ４の吐出圧力の検出値（検出圧力Ｐｄ）と、空気ポンプ４の現時点における駆動電圧Ｖ（ここでは、検出電圧Ｖｄ）に基づいて上記式（１）により計算される吐出圧力（計算圧力Ｐ(ｋ)）とを比較する。そして検出圧力Ｐｄと計算圧力Ｐ(ｋ)とが等しくなるように駆動電圧Ｖを調節する。駆動電圧Ｖの調節は、例えば空気ポンプ電源１７の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータにより変圧することで、調節することができる。ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータの電圧変換比は、制御部１０がＰＷＭ制御によりデューティー比を設定することで行うことができる。これにより、空気ポンプ４の空気供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と等しくなる。
【００５３】
図３に、制御部１０が実行する上述した空気供給流量制御処理のフローチャートを示す。
【００５４】
図３においては、先ず、圧力センサ１１により空気ポンプ４の吐出圧力および負荷電流が検出され、検出圧力Ｐｄおよび検出負荷電流ＩＬｄとして制御部１０に出力される（ステップＳ１１）。次に、検出負荷電流ＩＬｄに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)が設定され、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応して、その時点の空気ポンプ４の駆動電圧（検出電圧Ｖｄ）に基づいて、上記式（１）により計算圧力Ｐ(ｋ)が計算される。そして、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ１２）。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さければ、ステップＳ１３に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以上であれば、ステップＳ１４に進む。
【００５５】
ステップＳ１３においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで低下させて、上記設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０の指令により空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを所定量だけ減少させて、処理は次のステップＳ１４に進む。駆動電圧Ｖを減少させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の減少率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の減少率よりも大きいので、駆動電圧Ｖを減少させることで両者を一致させることができる。
【００５６】
ステップＳ１４においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電圧Ｖ（検出電圧Ｖｄ）に基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて上記式（１）により計算される計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きければ、ステップＳ１５に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以下であれば、ステップＳ１６に進む。
【００５７】
ステップＳ１５においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで上昇させて、上記設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０の指令により空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを上記所定量だけ増加させて、処理は次のステップＳ１６に進む。駆動電圧Ｖを増加させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の増加率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の増加率よりも大きいので、駆動電圧Ｖを増加させることで両者を一致させることができる。
【００５８】
ステップＳ１６においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電圧Ｖに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて計算される計算圧力Ｐ(ｋ)と等しいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しければ、燃料電池２に供給される空気の実際の供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と一致したものとして、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１６において、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しくなければ、ステップＳ１１に戻る。
【００５９】
ステップＳ１７においては、空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを維持し、処理はステップＳ１に戻る。
【００６０】
次に、負荷電流に応じた目標供給流量の設定を説明する。図４は、負荷電流の各値に対応して予め設定される空気の燃料電池２への目標供給流量に関する情報（第１情報）である、負荷電流−目標供給流量特性を示すグラフである。
【００６１】
目標供給流量Ｑは、最適な空気供給流量が燃料電池２の出力電流（負荷電流）に比例するので、それを目安に設定される。例えば、燃料電池２の定格出力電流値をＩＮＬとし、そのときの最適な空気供給流量をＱ(３)とする。このとき、図４に示すように、負荷電流が０．５×ＩＮＬ（定格出力電流値Ｉの２分の１）以下であれば、目標供給流量はＱ(３)の２分の１であるＱ(１)に設定される。また、負荷電流が０．５×ＩＮＬよりも大きく、かつ０．７５×ＩＮＬ（定格出力電流値ＩＮＬの４分の３）以下であれば、目標供給流量は、Ｑ(３)の４分の３であるＱ(２)に設定される。
【００６２】
このように、目標供給流量が、負荷電流の増加に対応して段階的に増加するように設定することによって、メモリ１３に記憶させるデータ量を減少させることができる。
【００６３】
しかしながら、目標供給流量を、最適な空気供給流量とできるだけ一致させるという観点からは、設定される目標供給流量の数（ｎ）は可能な限り大きい方が好ましい。
【００６４】
ここで、負荷電流が０．５×ＩＮＬ以下の場合に目標供給流量Ｑ(１)を一定値としているのは、負荷電流が比較的小さいときに供給空気流量を減少させてしまうと、空気極において発生した水が完全に空気流路を閉塞してしまい、発電電圧が著しく低下するおそれがあるためである。なお、目標供給流量を一定値とすべき負荷電流の範囲は、０．５×ＩＮＬ以下に限らず、例えば空気極に発生する水による流路閉塞等を考慮して、その範囲を決定するのが好ましい。
【００６５】
以下、図５のフローチャートにより、図４に示す情報（第１情報）を使用して制御部１０が目標供給流量Ｑ(ｋ)を設定する目標流量値設定処理を説明する。
【００６６】
図５に示すように、先ず、負荷電流センサ１２により燃料電池２の負荷電流を検出する（ステップＳ２１）。次に、検出された負荷電流（検出負荷電流ＩＬｄ）が０．５×ＩＮＬ以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ここで、検出負荷電流ＩＬｄが０．５×ＩＮＬ以下であれば、ステップＳ２３に進み、目標供給流量をＱ(１)に設定した後、上記ステップＳ２１に戻る。また、検出負荷電流ＩＬｄが０．５×ＩＮＬよりも大きければ、ステップＳ２４に進む。
【００６７】
ステップＳ２４においては、検出負荷電流ＩＬｄが０．５×ＩＮＬよりも大きく、かつ０．７５×ＩＮＬ以下の範囲にあるか否かを判定する。つまり、検出負荷電流ＩＬｄが０．７５×ＩＮＬよりも大きいかを判定し、大きくなければ（Ｓ２４でＮＯ）、検出負荷電流ＩＬｄが上記範囲にあるものとして、ステップＳ２５に進み、目標供給流量をＱ(２)に設定した後、上記ステップＳ２１に戻る。また、検出負荷電流ＩＬｄが上記範囲になければ（Ｓ２４でＹＥＳ）、検出負荷電流ＩＬｄが０．７５×ＩＮＬよりも大きいものとして、ステップＳ２６に進む。ステップＳ２６では、目標供給流量をＱ(３)に設定し、上記ステップＳ２１に戻る。
【００６８】
以上説明したように、本実施形態によれば、空気ポンプ４に容積式ポンプを使用することにより燃料電池システム１の小型化が容易となる。また、空気ポンプ４が吐出する空気をバッファチャンバとして機能する空気室１４に吐出し、空気室１４を介して燃料電池２に供給することで、常に最適な流量の酸化剤ガスを安定的に供給することができ、燃料電池２の発電電力を安定化させることができる。
【００６９】
また、負荷電流センサ１２により検出される負荷電流に応じて目標供給流量が設定されるので、負荷電流が変動してもそれに応じた最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池に供給することができる。
【００７０】
また、燃料電池２への酸化剤ガスの供給流量を検出する流量検出器、並びに上記供給流量を調節するための制御弁を設けることなく、圧力センサ１１のみを使用して燃料電池２に常に最適な流量の酸化剤ガスを供給することが可能となる。これにより燃料電池システムを低コスト化することができるとともに、小型化することが容易となる。さらに、流量検出器の目詰まり等に起因する故障の発生を抑えることができ、安定的に燃料電池システム１を運転することができる。
【００７１】
次に、本発明の他の実施形態を説明する。
【００７２】
図６に、本発明の他の実施形態に係る燃料電池システムをブロック図により示す。図示例の燃料電池システム１Ａは、空気ポンプ４に電力を供給する空気ポンプ電源１７の電流、すなわち空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを検出するポンプ電流センサ１６を備えている点が、図１のシステムとは異なっている。ポンプ電流センサ１６は空気ポンプ電源１７と直列に接続することができる。ポンプ電流センサ１６により検出された電流値（検出ポンプ電流ＩＰｄ）は制御部１０内のワンチップマイコンに入力される。
【００７３】
そして、制御部１０は、負荷変動等に起因して燃料電池２の発電量が低下しないように、圧力センサ１１、負荷電流センサ１２およびポンプ電流センサ１６の各検出値、並びに例えばワンチップマイコンのフラッシュメモリ等の補助記憶装置からなるメモリ１３Ａに予め記憶された情報に基づき空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを調節して、燃料電池２への空気供給流量が適正なものとなるように制御を行う。
【００７４】
メモリ１３Ａは、空気ポンプ４の駆動電流（検出ポンプ電流ＩＰｄ）と、空気ポンプ４の吐出圧力（検出圧力Ｐｄ）と、空気ポンプ４による燃料電池２への空気（酸化剤ガス）の目標供給流量Ｑとの関係に関する情報である、駆動電流−吐出圧力−目標供給流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）を記憶している。また、メモリ１３Ａは、燃料電池２の負荷電流−目標供給流量特性に関する情報（第１情報）を記憶している。このように、メモリ１３Ａは、第１メモリと第２Ｂメモリとを含んでいる。
【００７５】
より具体的には、制御部１０は、メモリ１３Ａに予め記憶された燃料電池２の負荷電流−目標供給流量特性に関する情報（第１情報、図４参照）を参照して、負荷電流センサ１２により検出された燃料電池２の負荷電流（検出負荷電流ＩＬｄ）に基づき目標供給流量Ｑを設定する。そして、制御部１０は、メモリ１３Ａに予め記憶された空気ポンプ４の駆動電流−吐出圧力−目標供給流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）を参照して、空気ポンプ４の実際の空気供給流量が目標供給流量Ｑと等しくなるように、空気ポンプ４の駆動電流を制御する。
【００７６】
図７に、メモリ１３Ａに予め記憶される空気ポンプ４の駆動電流-吐出圧力-目標供給流量特性に関する情報（第２Ｂ情報）の一例を示す。第２Ｂ情報は、燃料電池２の負荷電流に応じて設定される目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)をパラメータ（媒介変数）とした、空気ポンプ４の駆動電流と吐出圧力との関係を表す複数のグラフ（駆動電流−吐出圧力特性曲線）または関数を含む。つまり、それぞれの関数は、目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために必要とされる空気ポンプ４の吐出圧力と、その吐出圧力を得るために必要とされる空気ポンプ４の駆動電流との関係を示している。図示例では、目標供給流量Ｑ(ｋ)の間には、Ｑ(１)＜Ｑ(２)＜Ｑ(３)＜・・・＜Ｑ(ｎ)という関係がある。このとき、目標供給流量Ｑ(ｋ)を最適な供給流量とできるだけ一致させることができるように、ｎは可能な限り大きな数であることが好ましい。
【００７７】
メモリ１３Ａには、目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)のそれぞれに対応する電流−吐出圧力特性曲線を表す数式が予め記憶される。下記式（２）にｋ番目（ｋ：ｋ＝１、２、・・・、ｎ）の目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応した電流−吐出圧力特性曲線を表す数式を示す。
【００７８】
Ｐ(ｋ)＝ｃ(ｋ)×ＩＰ−ｄ(ｋ) （２）
ただし、Ｐ(ｋ)：空気ポンプの吐出圧力、ＩＰ：空気ポンプの駆動電流、ｄ(ｋ)：空気ポンプの電流が値「０」の場合の仮想的な空気ポンプの吐出圧力、ｃ(ｋ)：空気ポンプの特性により決まる定数、である。なお、ｄ(ｋ)の値も空気ポンプの特性により決定される。
【００７９】
制御部１０は、圧力センサ１１により検出される空気ポンプ４の吐出圧力の検出値（検出圧力Ｐｄ）と、空気ポンプ４の現時点における駆動電流（ここでは、検出ポンプ電流ＩＰｄ）に基づいて上記式（２）により計算される吐出圧力（計算圧力Ｐ(ｋ)）とを比較する。そして、検出圧力Ｐｄと計算圧力Ｐ(ｋ)とが等しくなるよう空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを調節する。駆動電流ＩＰの調節は、例えば空気ポンプ電源１７の出力電圧をＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータにより変圧することで、調節することができる。出力電圧を変圧すると、それに応じて出力電流も変化するからである。ＤＣ／ＤＣコンバータ、またはＤＣ／ＡＣインバータの電圧変換比は、制御部１０がＰＷＭ制御によりデューティー比を設定することで行うことができる。これにより、空気ポンプ４の空気供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と等しくなる。
【００８０】
図８に、制御部１０が実行する上述した空気供給流量制御処理のフローチャートを示す。
【００８１】
図８においては、先ず、圧力センサ１１により空気ポンプ４の吐出圧力および負荷電流が検出され、検出圧力Ｐｄおよび検出負荷電流ＩＬｄとして制御部１０に出力される（ステップＳ３１）。次に、検出負荷電流ＩＬｄに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)が設定され、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)に対応して、その時点の空気ポンプ４の駆動電流（検出ポンプ電流ＩＰｄ）に基づいて、上記式（２）により計算圧力Ｐ(ｋ)が計算される。そして、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さいか否かが判定される（ステップＳ３２）。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも小さければ、ステップＳ３３に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以上であれば、ステップＳ３４に進む。
【００８２】
ステップＳ３３においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで低下させて、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０の指令により空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを所定量だけ減少させて、処理は次のステップＳ３４に進む。駆動電流ＩＰを減少させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の減少率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の減少率よりも大きいので、駆動電流ＩＰを減少させることで両者を一致させることができる。
【００８３】
ステップＳ３４においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電流ＩＰに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて上記式（２）により計算される計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)よりも大きければ、ステップＳ３５に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)以下であれば、ステップＳ３６に進む。
【００８４】
ステップＳ３５においては、計算圧力Ｐ(ｋ)を検出圧力Ｐｄまで上昇させて、設定された目標供給流量Ｑ(ｋ)を得るために、制御部１０にて空気ポンプ４の上記電流を所定量だけ増加させて、処理は次のステップＳ３６に進む。駆動電流ＩＰを増加させたときの計算圧力Ｐ(ｋ)の増加率は、実際の空気ポンプ４の吐出圧力Ｐ（検出圧力Ｐｄ）の増加率よりも大きいので、駆動電流ＩＰを増加させることで両者を一致させることができる。
【００８５】
ステップＳ３６においては、検出圧力Ｐｄが、その時点の空気ポンプ４の駆動電流ＩＰに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じて計算される計算圧力Ｐ(ｋ)と等しいか否かが判定される。ここで、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しければ、燃料電池２に供給される空気の実際の供給流量が目標供給流量Ｑ(ｋ)と一致したものとして、ステップＳ３７に進み、検出圧力Ｐｄが計算圧力Ｐ(ｋ)と等しくなければ、ステップＳ３１に戻る。
【００８６】
ステップＳ３７においては、空気ポンプ４の駆動電流ＩＰを維持し、処理はステップＳ３１に戻る。なお、目標供給流量Ｑ(ｋ)の設定は、実施形態１と同様の処理により行うことができる（図４および５参照）。
【００８７】
以上のように、実施形態１と実施形態２の燃料電池システムにおいては、空気ポンプ４による燃料電池２への実際の空気供給流量が、目標供給流量Ｑと等しくなるよう圧力センサ１１の検出値に基づき空気ポンプ４の駆動電圧もしくは駆動電流が増減される。
【００８８】
したがって、空気ポンプ４による燃料電池２への空気供給流量を検出する流量検出器、並びに空気供給流量を調節するための空気制御弁や空気調整弁等が不要となるので、燃料電池システムの製造コストを低減することができるとともに、装置の小型が容易となる。
【００８９】
また、燃料電池２と直列に接続する必要のある流量検出器を採用する必要がないことから、流量検出器の目詰まりに起因する燃料電池システムの動作不良の発生を防止することが可能となる。更には、空気室１４により、ダイアフラム弁の往復運動による圧力脈動が軽減され、燃料電池の発電電力を安定化させることができる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明の燃料電池システムは、製造コストとスペースファクターや流量検出器流路内のごみ詰りを解消できる面で優れており、例えば、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の携帯小型電子機器における電源および、アウトドアレジャーや非常用バックアップ電源として有用である。また、本発明の燃料電池システムは、電動スクータ用電源等の用途にも応用することができる。
【符号の説明】
【００９１】
１、１Ａ…燃料電池システム、
２…燃料電池、
３…燃料ポンプ、
４…空気ポンプ、
５…希釈タンク、
６…メタノールポンプ、
７…リターンポンプ、
８…メタノールタンク、
９…気液分離器、
１０…制御部、
１１…圧力センサ、
１２…負荷電流センサ、
１３、１３Ａ…メモリ、
１４…空気室、
１５…電圧センサ、
１６…ポンプ電流センサ、
１７…空気ポンプ電源
【図１】
2013080410.tif 000003
【図２】
2013080410.tif 000004
【図３】
2013080410.tif 000005
【図４】
2013080410.tif 000006
【図５】
2013080410.tif 000007
【図６】
2013080410.tif 000008
【図７】
2013080410.tif 000009
【図８】
2013080410.tif 000010
【図９】
2013080410.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年8月6日(2013.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００４】
図９に、従来の、ＤＭＦＣを含む燃料電池システムの一例を示す。図９の燃料電池システム８０は、燃料電池５１と、燃料電池５１に燃料を供給するための燃料ポンプ５２と、燃料電池５１に酸化剤ガスである空気を供給するための空気ポンプ５３とを備えている。燃料ポンプ５２の吸入側は希釈タンク５４と接続されており、その希釈タンク５４には、メタノールポンプ５５およびリターンポンプ５６が接続されている。メタノールポンプ５５は、メタノールタンク５７に貯蔵された高濃度メタノールを希釈タンク５４に送る。一方、リターンポンプ５６は、気液分離器５８により分離された液体を希釈タンク５４に送る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ  →  ＣＯ2＋６Ｈ+＋６ｅ-         （１１）
これらの生成物の内、水素イオン（Ｈ+）は燃料極と空気極との間に介在される高分子膜（電解質膜）を通り、電子（ｅ-）は外部負荷を通って、それぞれ空気極（カソード）に到達する。空気極では、空気中の酸素が、三相界面において、水素イオン（Ｈ+）と下記式（１２）に示すように反応し、触媒（電極表面）から電子を奪って水になる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
上記目的を達成するために、本発明の一局面は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと
前記ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、
前記第１情報、前記第２Ａ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記電圧センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システムに関する。
また、本発明の直接酸化型燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルを複数個積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、前記燃料電池スタックの負荷電流を検出する負荷電流センサと、前記ポンプの電圧を検出する電圧センサと、前記負荷電流の各値に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの目標供給流量に関する情報を記憶する第１メモリと、前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する情報を記憶する第２Ａメモリと、前記第１メモリおよび前記第２Ａメモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、前記負荷電流センサおよび電圧センサの検出結果に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備えることもできる。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
また、本発明の他の局面は、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電流を供給するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、
前記ポンプの駆動電流を検出するポンプ電流センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ｂ情報を記憶する第２Ｂメモリと、
前記第１情報、前記第２Ｂ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記ポンプ電流センサの検出値に基づいて、前記燃料電池に供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御するコントローラと、を備える、直接酸化型燃料電池システムに関する。
また、本発明の燃料電池システムは、燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池セルを複数個積層してなる燃料電池スタックと、前記燃料電池スタックに前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、前記燃料電池スタックの負荷電流を検出する負荷電流センサと、前記ポンプの電流を検出するポンプ電流センサと、前記負荷電流の各値に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池スタックへの目標供給流量に関する情報を記憶する第１メモリと、前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する情報を記憶する第２Ｂメモリと、前記第１メモリおよび前記第２Ｂメモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、前記負荷電流センサおよび前記ポンプ電流センサの検出結果に基づいて、前記燃料電池スタックに供給される前記酸化剤ガスの供給流量を制御する制御手段と、を備える、のも好ましい。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００５９】
ステップＳ１７においては、空気ポンプ４の駆動電圧Ｖを維持し、処理はステップＳ１１に戻る。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６１】
目標供給流量Ｑは、最適な空気供給流量が燃料電池２の出力電流（負荷電流）に比例するので、それを目安に設定される。例えば、燃料電池２の定格出力電流値をＩＮＬとし、そのときの最適な空気供給流量をＱ(３)とする。このとき、図４に示すように、負荷電流が０．５×ＩＮＬ（定格出力電流値ＩＮＬの２分の１）以下であれば、目標供給流量はＱ(３)の２分の１であるＱ(１)に設定される。また、負荷電流が０．５×ＩＮＬよりも大きく、かつ０．７５×ＩＮＬ（定格出力電流値ＩＮＬの４分の３）以下であれば、目標供給流量は、Ｑ(３)の４分の３であるＱ(２)に設定される。
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月4日(2014.6.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電圧を印加するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと
前記ポンプの駆動電圧を検出する電圧センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電圧と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ａ情報を記憶する第２Ａメモリと、
前記酸化剤ガスの供給流量を前記目標供給流量と一致させるように前記駆動電圧を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記第１情報、前記第２Ａ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記電圧センサの検出値に基づいて、前記駆動電圧を制御する、直接酸化型燃料電池システム。
【請求項２】
前記コントローラは、前記負荷電流に対応して、前記第１情報により前記目標供給流量を設定し、設定された前記目標供給流量に対応して、前記第２Ａ情報により計算された前記ポンプの吐出圧力の計算値が、前記圧力センサの検出値と一致するように、前記ポンプの駆動電圧を調節する、請求項１記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項３】
前記第２Ａ情報により規定される、前記目標供給流量Ｑ（ｋ）と対応する前記ポンプの吐出圧力：Ｐ（ｋ）と、前記ポンプの駆動電圧：Ｖとの関係が、
前記目標供給流量Ｑ（ｋ）を媒介変数とする関数：Ｐ（ｋ）＝ａ（ｋ）×Ｖ−ｂ（ｋ）、ただし、ａ（ｋ）およびｂ（ｋ）は定数であり、ｋ＝１、２、・・・である、により示される、請求項１または２記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項４】
燃料と酸化剤ガスとから電力を発生させる燃料電池と、
前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給するための容積式ポンプと、
前記ポンプに駆動電流を供給するポンプ電源と、
前記ポンプの吐出圧力の脈動を抑制する酸化剤ガス整流部と、
前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
前記燃料電池の負荷電流を検出する負荷電流センサと、
前記ポンプの駆動電流を検出するポンプ電流センサと、
前記負荷電流に対応して予め設定される前記酸化剤ガスの前記燃料電池への目標供給流量に関する第１情報を記憶する第１メモリと、
前記ポンプの駆動電流と、前記ポンプの吐出圧力と、前記目標供給流量との関係に関する第２Ｂ情報を記憶する第２Ｂメモリと、
前記酸化剤ガスの供給流量を前記目標供給流量と一致させるように前記駆動電流を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記第１情報、前記第２Ｂ情報、前記圧力センサの検出値、前記負荷電流センサの検出値、および前記ポンプ電流センサの検出値に基づいて、前記駆動電流を制御する、直接酸化型燃料電池システム。
【請求項５】
前記コントローラは、前記負荷電流に対応して、前記第１情報により前記目標供給流量を設定し、設定された前記目標供給流量に対応して、前記第２Ｂ情報により計算された前記ポンプの吐出圧力の計算値が、前記圧力センサの検出値と一致するように、前記ポンプの駆動電流を調節する、請求項４記載の直接酸化型燃料電池システム
【請求項６】
前記第２Ｂ情報により規定される、前記目標供給流量Ｑ（ｋ）と対応する前記ポンプの吐出圧力：Ｐ（ｋ）、前記ポンプの駆動電流：ＩＰとの関係が、前記目標供給流量Ｑ（ｋ）を媒介変数とする関数：Ｐ（ｋ）＝ｃ（ｋ）×ＩＰ−ｄ（ｋ）、ただし、ｃおよびｄは定数であり、ｋ＝１、２、・・・である、により示される、請求項４または５記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項７】
前記第１情報が、前記負荷電流の増加に応じて前記目標供給流量が段階的に増加する関数である、請求項１〜６のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項８】
前記酸化剤ガス整流部が、バッファチャンバを含む、請求項１〜７のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項９】
前記圧力センサが、前記バッファチャンバ内の圧力を検出する、請求項８記載の直接酸化型燃料電池システム。
【国際調査報告】
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