(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料電池スタックに空気を供給する供給系統に目詰まりや燃料電池から発生する水蒸気による部品劣化を引き起こす要因を可能な限り取り除き、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直接酸化型燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池スタック２と、酸化剤ガスを供給する非容積式ポンプ４と、ポンプの吐出圧力を検出する圧力検出手段１１と、酸化剤の逆流を防止する逆止弁１４と、ポンプの回転速度を検出する回転速度検出手段と、発電電力設定値情報記憶手段１３と、発電電力設定値に対応して予め設定される酸化剤ガスの目標供給流量情報記憶手段１３と、ポンプの回転速度と、ポンプの吐出圧力と、目標供給流量との関係に関する情報を記憶する速度・圧力・流量関係情報記憶手段１３と、酸化剤ガスの供給流量をＰＩＤ制御で制御する制御手段１０と、ポンプの回転速度をＰＷＭ制御で増減する制御手段１０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ＤＣモータを駆動源とした非容積式ポンプと、
前記ポンプの吐出圧力を検出するためのピエゾ素子で構成された圧力検出手段と、
前記ポンプから前記燃料電池スタックに供給される酸化剤の逆流を防止する逆止弁と、
前記ポンプの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
予め設定される前記燃料電池スタックの発電電力設定値の情報を記憶する発電電力設定値情報記憶手段と、
前記発電電力設定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目標供給流量情報記憶手段と、
前記ポンプの回転速度と、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速度・圧力・流量関係情報記憶手段と、
前記発電電力設定値情報記憶手段と前記目標供給流量情報記憶手段および前記速度・圧力・流量関係情報記憶手段に記憶された情報、並びに前記圧力検出手段、および回転速度検出手段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が前記目標供給流量と一致するように、前記ポンプをＰＩＤ制御で制御する制御手段と、
前記ポンプの回転速度をＰＷＭ制御で増減する制御手段と、
を備える直接酸化型燃料電池システム。
【請求項２】
前記速度・圧力・流量関係情報記憶手段に記憶される情報が、下記式１により示される、前記ポンプの吐出圧力および前記ポンプの回転速度を変数とし、前記目標供給流量を媒介変数とする関数である請求項１記載の直接酸化型燃料電池システム。
Ｐ＝ａｒ２＋ｂｒ−ｃ                                         （１）
ただし、Ｐ：ポンプの吐出圧力、ｒ：ポンプの回転速度、ａ、ｂ、ｃ：定数
【請求項３】
前記速度・圧力・流量関係情報記憶手段に、前記速度・圧力・流量関係情報が少なくとも１つ記憶されている請求項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】
前記発電電力設定値情報記憶手段に、前記発電電力設定値情報が少なくとも１つ記憶されている請求項１〜３のいずれかに１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
【請求項５】
前記目標供給流量情報記憶手段に記憶される情報が、前記発電電力設定値情報に応じて前記目標供給流量が段階的に増減する関数である請求項１〜４のいずれか１項に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、燃料電池への酸化剤ガスである空気供給制御に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、車載用電源およ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。近年、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の電源、アウトドアレジャー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。燃料電池は燃料の補充によって連続発電が可能であることから、携帯小型電子機器や可搬型電源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）は、常温で液体の燃料を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。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）は、エネルギ効率およ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５に、ＤＭＦＣシステムの一例を示す。図５のＤＭＦＣシステムは、燃料電池スタック５１と、燃料を供給するための燃料ポンプ５２と、酸化剤ガスである空気を供給するための空気ポンプ５３とから構成された燃料電池７０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とリターンポンプ５６とが接続されている。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、気液分離膜５８により分離された液体を希釈タンク５４に送る。
【０００５】
気液分離膜５８は、燃料電池スタック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）を分離する。
【０００６】
ここで、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からのメタノールの送り量と気液分離膜５８からのガスの送り量とを調節することによって、メタノールタンク５７からの高濃度メタノールが希釈タンク５４内で数重量％のメタノールに希釈される。
【０００７】
また、燃料電池スタック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に示すように反応して、二酸化炭素、水素イオン（Ｈ＋）並びに電子（ｅ−）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と下記式２に示す反応により、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）
この水の発生量は負荷変動が起こった場合に変化し、空気極の空気流路内の圧力変動を引き起こす。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、燃料電池スタックの空気極には、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。すなわち、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からである。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悪化し、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。ここで、供給空気流量を制御するための具体的な方法は、例えば特許文献１においては、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することが記載されている。
【００１２】
また、特許文献２においては、空気の圧力を検出し、それにより空気調整弁の開度を調整することが記載されている。
【００１３】
また、特許文献３においては、空気の流量を計測し、それによりバルブの開度を調節することが記載されている。
【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、燃料電池システムにおいては、燃料電池スタック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や空気調整弁を制御して、燃料電池スタックに供給される空気流量が制御される。しかしながら、特許文献１および３のように、燃料電池スタックに供給される空気の流量を検出する構成においては、燃料電池スタックと直列に接続される流量検出器にごみ詰り等が発生すると、燃料電池スタックに供給される空気が不足し、発電量の低下を招くおそれがある。
【００１６】
また、燃料電池スタックの発電停止時、空気供給装置を停止した場合、燃料電池スタックから逆流した水蒸気が空気供給装置内で結露し、金属部分を腐食させるおそれがある。
【００１７】
さらに、特許文献１〜３に示されるように、制御弁等を用いて空気の供給量を調節する構成は、制御弁等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装置の小型化の障害となるといった問題がある。
【００１８】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、燃料電池スタックに空気を供給する供給系統に目詰まりを引き起こす要因を可能な限り取り除くことにより、動作不良の発生を抑制するとともに、空気ポンプ等の空気供給装置内の腐食を防止し、かつ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ＤＭＦＣ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、ＤＣブラシレスモータを駆動源とした非容積式ポンプと、前記ポンプの吐出圧力を検出するためのピエゾ素子で構成された圧力検出手段と、前記ポンプから前記燃料電池スタックに供給される酸化剤ガスの逆流を防止する逆止弁と、前記ポンプの回転速度を検出する回転速度検出手段と、予め設定される前記燃料電池スタックの発電電力設定値の情報を記憶する発電電力設定値情報記憶手段と、前記発電電力設定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目標供給流量情報記憶手段と、前記ポンプの回転速度と、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速度・圧力・流量関係情報記憶手段と、前記発電電力設定値情報記憶手段と前記目標供給流量情報記憶手段および前記速度・圧力・流量関係情報記憶手段に記憶された情報、並びに前記圧力検出手段、および回転速度検出手段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が前記目標供給流量と一致するように、前記ポンプをＰＩＤ制御で制御する制御手段と、前記ポンプの回転速度をＰＷＭ制御で増減する制御手段と、を備える。
【００２０】
これにより、燃料電池スタック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。かつ、燃料電池スタックの発電停止後、燃料電池スタックからの水蒸気の逆流を防止することにより、圧力検出器と酸化剤ガスを供給するための空気ポンプの結露による腐食を防止することができる。
【００２１】
ここで、前記速度・圧力・流量関係情報記憶手段に記憶される情報は、下記式１により示される、前記ポンプの吐出圧力および前記ポンプの回転速度を変数とし、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。
【００２２】
Ｐ＝ａｒ２＋ｂｒ−ｃ                                       （１）
ただし、Ｐ：ポンプの吐出圧力、ｒ：ポンプの回転速度、ａ、ｂ、ｃ：定数。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によれば、予め設定された前記燃料電池スタックの発電電力設定値に対応して目標供給流量が設定されるので、燃料電池スタックの劣化による電流低下や、水詰まりによる瞬間的な電流低下が発生した場合においても、空気供給量を一定にするため、最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池スタックに安定的に供給することができる。
【００２４】
また、燃料電池スタック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、圧力検出器のみを使用して燃料電池スタック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。
【００２５】
また、目標供給量の制御はＰＩＤ制御[Ｐ：Proportional(比例)、Ｉ：Integral(積分)、Ｄ：Differential(微分)]により行い、かつ、空気ポンプの回転速度制御はＰＷＭ制御[Pulse Width Modulation(パルス幅変調)]を行なうことにより、きめ細かい空気供給制御が可能となる。
【００２６】
したがって、燃料電池の発電安定性向上と、燃料電池を使用したシステムを低コストとすることができるとともに、ＤＭＦＣシステムを小型化することが容易となる。
【００２７】
更に、燃料電池スタックの発電停止後、燃料電池スタックからの水蒸気の逆流を防止することにより、圧力検出器と空気ポンプの結露による腐食を防止することができ、信頼性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の一実施の形態にかかるＤＭＦＣシステムの概略構成を示すブロック図
【図２】同システムの記憶部に記憶される回転速度−吐出圧力−空気流量特性に関する情報を示すグラフ図
【図３】同システムの制御部が実行する空気ポンプ回転速度制御処理の流れを示すフローチャート
【図４】同システムの記憶部に記憶される燃料電池スタックの発電電力設定値と目標供給流量との関係を示す図
【図５】従来のＤＭＦＣシステムの概略構成を示すブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。
【００３０】
図１のＤＭＦＣシステム１は、燃料電池２０を電力の供給源として使用するシステムである。ここで、燃料電池２０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（図示しない）を複数個積層してなる燃料電池スタック２と、燃料を供給するための燃料ポンプ３と酸化剤である空気を供給するための空気ポンプ４と、空気ポンプ４の吐出圧力を検出する圧力検出器１１と、燃料電池スタックからの水蒸気の逆流を防止する逆止弁１４とを含む。
【００３１】
圧力検出器１１は、受圧部にダイアフラムを使用し、圧力による歪で抵抗値が変化するピエゾ素子とで構成され、精度よく抵抗変化を検出するために４個のピエゾ素子でブリッジ回路を構成するのが好ましい。
【００３２】
逆止弁は、順方向つまり空気ポンプ４から燃料電池スタック２に向かう方向の圧力損失が低く、かつ電動ではなくバネやゴムの反力を利用した単純な構造であるものが好ましい。
【００３３】
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とリターンポンプ７とが接続されている。
【００３４】
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のメタノールを希釈タンク５に送る。一方、リターンポンプ７は、気液分離膜９により分離された液体を希釈タンク５に送る。そして、空気ポンプ４は、駆動源として、ホールセンサを備えたＤＣブラシレスモータ（図示しない）を使用し、かつ羽根状の回転子を使用した非容積ポンプから構成される。ホールセンサは磁界変化を検出するセンサであり、センサ出力をパルス変換しＯＮ／ＯＦＦデジタル出力としたものが望ましい。このホールセンサをモータ内の磁石近傍に設置することにより、モータの回転速度をパルス信号として出力し制御部１０に入力される。制御部１０は、上記ホールセンサの出力信号、すなわちＯＮ／ＯＦＦパルス周期に基づいて空気ポンプ４の回転速度を算出する。
【００３５】
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、容積ポンプ、非容積ポンプ問わず構成することができる。
【００３６】
気液分離膜９は、燃料電池スタック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）を分離する。
【００３７】
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１チップマイコンからなる制御部１０により制御される。制御部１０が、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膜９からのガスの送り量とを調節することによって、メタノールタンク８からの高濃度のメタノールが希釈タンク５内で数重量％のメタノールに希釈される。
【００３８】
また、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において希釈されたメタノールを燃料電池スタック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燃料電池スタック２に送る。
【００３９】
ここで、燃料電池２０の空気ポンプ４から燃料電池スタック２に空気を供給する空気供給管には空気ポンプ４の吐出圧力を検出する圧力検出器１１が設けられており、その検出値は制御部１０に入力される。
【００４０】
そして、制御部１０は、負荷変動等に起因して燃料電池スタック２の発電量が低下しないように、圧力検出器１１および上記ホールセンサの各検出値、並びに例えば１チップマイコンのフラッシュメモリからなる記憶部１３に予め記憶された情報に基づき空気ポンプ４の回転速度を調節して、燃料電池スタック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。
【００４１】
ここで、記憶部１３は、空気ポンプ４の回転速度と、空気ポンプ４の吐出圧力と、空気ポンプ４による燃料電池スタック２への空気（酸化剤ガス）の目標供給流量との関係に関する回転速度−吐出圧力−目標供給流量特性の情報を記憶している。また、記憶部１３は、燃料電池スタック２の発電電力設定値に対応する目標供給流量に関する情報を記憶している。
【００４２】
より具体的には、制御部１０は、記憶部１３に予め記憶された燃料電池スタック２の発電電力設定値に対応する目標供給流量に関する情報（後の図４参照）に基づき、現在の発電電力設定値Ｗに対応する目標供給流量Ｑを設定する。そして、制御部１０は、記憶部１３に予め記憶された空気ポンプ４の回転速度−吐出圧力−目標供給流量特性に関する情報を参照して、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、ＰＩＤ制御行い、空気ポンプ４の回転速度は、ＰＷＭ制御により制御する。
【００４３】
図２に、記憶部に予め記憶される空気ポンプ４の回転速度−吐出圧力−目標供給流量特性に関する情報の一例を示す。図２は、燃料電池スタック２の発電電力設定値Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、・・・、Ｗｍに応じて設定される目標供給流量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、・・・、Ｑｎをパラメータ（媒介変数）とした、空気ポンプ４の回転速度と吐出圧力の関係を表すグラフ（回転速度−吐出圧力特性曲線）である。図示例では、目標供給流量の間には、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３＜・・・＜Ｑｎという関係があり、発電電力設定値の間には、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜・・・＜Ｗｍという関係がある。このとき、目標供給流量Ｑは、最適な供給流量とできるだけ一致するように、ｎは可能な限り大きな数であることが好ましい。また、発電電力設定値は多くとも５つとするのが好ましい。発電電力設定値を多くすると、発電に必要な燃料供給量を細かく制御する必要があり、燃料濃度管理が困難になるからである。
【００４４】
記憶部１３には、目標供給流量Ｑ１、Ｑ２、Ｑ３、・・・、Ｑｎのそれぞれに対応する回転速度−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Ｑｋに対応した回転速度−吐出圧力特性曲線を表す数式を示す。
【００４５】
Ｐ(ｋ)＝ａ(ｋ)ｒ２＋ｂ(ｋ)ｒ−ｃ(ｋ)                       （１）
ただし、Ｐ(ｋ)：空気ポンプの吐出圧力、ｒ：空気ポンプの回転速度、ｃ(ｋ)：空気ポンプの回転速度が値「０」の場合の仮想的な空気ポンプの吐出圧力、ａ(ｋ)、ｂ(ｋ)：空
気ポンプの特性により決まる定数である。なお、ｃ(ｋ)の値も空気ポンプの特性により決定される。
【００４６】
制御部１０は、圧力検出器１１により検出される空気ポンプ４の吐出圧力の検出値（圧力検出値）と、空気ポンプ４の現時点における回転速度（ｒ）に基づいて上記式１により計算される圧力（計算圧力）（Ｐ(ｋ)）の偏差を逐次算出し、ＰＩＤ制御により、圧力検出値と計算圧力（Ｐ(ｋ)）とが等しくなるよう空気ポンプ４の回転速度を増加または減少または維持させる。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と等しくなる。
【００４７】
図３に、制御部１０が実行する上述した処理（空気ポンプ回転速度制御処理）のフローチャートを示す。
【００４８】
先ず、圧力検出器１１により空気ポンプ４の吐出圧力（圧力検出値）が検出される（ステップＳ１１）。次に、空気ポンプに内蔵されたホールセンサにより空気ポンプの駆動源であるＤＣブラシレスモータの回転速度を検出する（ステップＳ１２）。次に、その時点の空気ポンプ４の回転速度に基づき目標供給流量Ｑｋに応じた上記式１により計算圧力Ｐ(ｋ)を算出する（ステップＳ１３）。次に、ＰＩＤ制御により制御の操作量、つまりＰＷＭ制御のデューティー比ｄｕｔｙｎを算出する（ステップＳ１４）。ｄｕｔｙｎは式（２）と式（３）により算出される。
【００４９】
dutyn（％）= dutyn-1−Δdutyn                                   （２）
Δdutyn（％）= [kp×(en-en-1)]+[ki×en]+[kd{(en-en-1)-(en-1-en-2)}]  （３）
ここで、dutyn-1は前回の操作量、Δdutynは現時点の操作量の差分、eは計算圧力Ｐ(ｋ)と圧力検出値の偏差であり、enは現時点の偏差、en-1は前回計測時の偏差、en-2は前々回計測時の偏差である。なお、kpは比例制御定数、kiは積分制御定数、kdは微分制御定数を表し、空気ポンプ４の応答速度や制御部１０の処理速度等により決定する定数である。次に、ステップ１４で算出された操作量を、制御部１０より、ＰＷＭ信号として空気ポンプ４に出力する。したがって、空気ポンプ４は、設定された目標供給流量Ｑｋになるように回転速度が制御される。
【００５０】
このように、本実施の形態のＤＭＦＣシステムにおいては、空気ポンプ４による燃料電池スタック２への実際の空気供給流量が、目標供給流量と等しくなるよう圧力検出器１１の検出値に基づき空気ポンプ４の回転速度が増減される。
【００５１】
したがって、空気ポンプ４による燃料電池スタック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、ＤＭＦＣ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。
【００５２】
また、燃料電池スタック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ＤＭＦＣ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、燃料電池スタックの発電停止後、逆止弁１４により燃料電池スタックからの水蒸気の逆流を防止することにより、圧力検出器と空気ポンプの結露による腐食を防止することができ、信頼性が向上する。
【００５３】
以上、空気ポンプの駆動源としてＤＣブラシレスモータを例に説明したが、ＤＣブラシモータを用いても良い。ＤＣブラシモータの回転数はモータの印加電圧に比例することから、モータの印加電圧と回転速度の比例定数を予め把握しておけば、モータの印加電圧を
検出し回転速度を推定することができる。また、ＰＷＭ制御については、ＤＣブラシモータの印加電圧を半導体スイッチなどで直接スイッチングすることで、印加電圧をパルス電圧にし、ＰＷＭ制御のデューティー比の増減によりＤＣブラシモータの平均印加電圧を増減、つまり回転速度を増減することができる。
【００５４】
次に、目標供給流量の設定を説明する。図４は、燃料電池スタック２の発電電力設定値と目標供給流量Ｑとの関係を示す図である。
【００５５】
目標供給量Ｑは、記憶部１３で予め設定する燃料電池スタック２の発電電力設定値に対応して、設定される。なお、目標供給流量の間には、Ｑ１＜Ｑ２＜Ｑ３＜・・・＜Ｑｎという関係があり、発電電力設定値の間には、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜・・・＜Ｗｍという関係がある。燃料電池スタック２の発電電力が小さければ必要とする空気供給量は少なく、燃料電池スタック２の発電電力が大きければ必要とする空気供給量が多いからである。
【００５６】
このとき、目標供給流量Ｑは、最適な供給流量とできるだけ一致するように、ｎは可能な限り大きな数であることが好ましい。また、発電電力設定値は多くとも５つとするのが好ましい。発電電力設定値を多くすると、発電に必要な燃料供給量を細かく制御する必要があり、燃料濃度管理が困難になるからである。
【００５７】
これにより、燃料電池スタックの劣化による電流低下や、水詰まりによる瞬間的な電流低下が発生した場合においても、空気供給量を一定にするため、最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池スタックに安定的に供給することができる。
【００５８】
ここでは、発電電力設定値に対応して、目標供給量Ｑを設定する例を挙げたが、発電電力の代わりに、発電電圧もしくは発電電流としても良い。ただし、発電電圧設定値の間には、Ｖ１＞Ｖ２＞Ｖ３＞・・・＞Ｖｍという関係があり、発電電流設定値の間にはＩ１＜Ｉ２＜Ｉ３＜・・・＜Ｉｍという関係がある。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明のＤＭＦＣ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ＤＭＦＣ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】
【００６０】
１  ＤＭＦＣシステム
２  燃料電池スタック
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  気液分離膜
１０  制御部
１１  圧力検出器
１２  電流検出器
１３  記憶部
１４  逆止弁
２０  燃料電池
【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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