WO2013080414A1 - 直接酸化型燃料電池システム - Google Patents

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雅樹 三井
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    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a direct oxidation fuel cell system, and more particularly to a control system for controlling the amount of oxidant gas supplied to the fuel cell.
  • Fuel cells are being put into practical use as in-vehicle power supplies, household cogeneration system power supplies, and the like.
  • use as a power source for portable small electronic devices such as notebook personal computers, cellular phones, and personal digital assistants (PDAs) has also been studied.
  • PDAs personal digital assistants
  • the use of a fuel cell as a power source for outdoor leisure or an emergency backup power source is also being studied.
  • the fuel cell can continuously generate power by replenishing fuel, it can be further improved in convenience by using it as a power source for portable small electronic devices or a portable power source. It is expected.
  • Direct oxidation fuel cells among fuel cells are easy to miniaturize because they directly oxidize liquid fuel at room temperature without being reformed to hydrogen, and take out electrical energy. is there.
  • direct methanol fuel cells that use methanol as the fuel are superior to other direct oxidation fuel cells in terms of energy efficiency and power generation output, and are most promising among DOFC. Yes.
  • FIG. 6 shows an example of a conventional fuel cell system including DMFC.
  • the fuel cell system 80 of FIG. 6 includes a fuel cell 51, a fuel pump 52 for supplying fuel to the fuel cell 51, and an air pump 53 for supplying air, which is an oxidant gas, to the fuel cell 51. ing.
  • the suction side of the fuel pump 52 is connected to a dilution tank 54, and a methanol pump 55 and a return pump 56 are connected to the dilution tank 54.
  • the methanol pump 55 sends the high concentration methanol stored in the methanol tank 57 to the dilution tank 54.
  • the return pump 56 sends the liquid separated by the gas-liquid separator 58 to the dilution tank 54.
  • the gas-liquid separator 58 separates liquid (methanol and water, that is, an aqueous methanol solution) from a mixture of air, water, unreacted fuel (methanol), carbon dioxide, and the like, which are the discharge from the fuel cell 51.
  • the fuel pump 52, the air pump 53, the methanol pump 55, and the return pump 56 are controlled by the control unit 59.
  • the control unit 59 controls the methanol pump 55 and the return pump 56 so as to adjust the feed amount of the high-concentration methanol from the methanol tank 57 and the feed amount of the methanol aqueous solution from the gas-liquid separator 58, whereby methanol
  • the high-concentration methanol sent from the tank 57 is diluted in the dilution tank 54 so as to become a methanol aqueous solution having a concentration of several mass%.
  • methanol is supplied to the fuel electrode (anode), and air is supplied to the air electrode (cathode).
  • methanol and water react as shown in the following formula (11) in a region called a three-phase interface where the reactants methanol and water, the catalyst (electrode surface), and the electrolyte are in contact with each other. . Thereby, carbon dioxide, hydrogen ions and electrons are generated.
  • the flow rate of air supplied to the air electrode is measured to control the supply amount.
  • the pressure and flow rate of air supplied to the air electrode are detected, and the opening degree of a control valve provided in the air supply pipe is adjusted according to the detected value.
  • the present invention has been made in view of the above problems, and prevents clogging of a supply system that supplies air to a fuel cell stack, suppresses the occurrence of malfunction, and reduces size and cost.
  • An object is to provide an easy fuel cell system.
  • a direct oxidation fuel cell system of the present invention comprises: A fuel cell that generates power from fuel and oxidant gas; A fuel supply device for supplying the fuel to the fuel cell; An oxidant gas supply device including a non-volumetric pump for supplying the oxidant gas to the fuel cell; A pressure sensor for detecting a discharge pressure of the pump; A rotational speed sensor for detecting the rotational speed of the pump; A first memory for storing first information relating to a set value of the generated power of the fuel cell; A second memory for storing second information related to a target supply flow rate of the oxidant gas to the fuel cell, which is set in advance corresponding to a set value of the generated power; A third memory for storing third information relating to the relationship between the rotational speed of the pump, the discharge pressure of the pump, and the target supply flow rate; Based on the first information, the second information, the third information, the detected value of the pressure sensor, and the detected value of the rotational speed sensor, the supply flow rate of the oxid
  • the direct oxidation fuel cell system of the present invention includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cells that generate electric power from a fuel gas and an oxidant gas are stacked, and the oxidant gas is supplied to the fuel cell stack.
  • a non-displacement pump using a DC brushless motor as a drive source a pressure sensor configured to detect a discharge pressure of the pump, and the like, and a supply from the pump to the fuel cell stack
  • a check valve for preventing the reverse flow of the oxidant gas, a rotation speed sensor for detecting the rotation speed of the pump, and a first memory for storing information on a preset power generation value of the fuel cell stack
  • a second memory for storing information relating to a target supply flow rate of the oxidant gas preset to the fuel cell stack corresponding to the generated power setting value;
  • a third memory for storing information relating to the relationship between the rotational speed of the pump, the discharge pressure of the pump, and the target supply flow rate, the information stored in the first memory, the
  • the third information is a function represented by the following formula (1), with the discharge pressure of the pump and the rotation speed of the pump as variables, and the target supply flow rate as a parameter.
  • P a ⁇ R 2 + b ⁇ R ⁇ c (1)
  • P pump discharge pressure
  • R pump rotation speed
  • a, b, and c constants.
  • the target supply flow rate is set corresponding to a preset value of the generated power of the fuel cell, a current decrease due to deterioration of the fuel cell or an instantaneous current decrease due to water clogging occurs. Even in this case, the air supply flow rate can be made constant. For this reason, it is possible to stably supply an oxidant gas having an optimum flow rate to the fuel cell.
  • the pressure sensor is used to constantly oxidize the fuel cell at the optimum flow rate.
  • the agent gas can be supplied.
  • the target supply flow rate is controlled by PID (P: Proportional, I: Integral, D: Differential), and the rotation speed of the pump is controlled by PWM (Pulse Width Modulation). : Pulse width modulation) control is preferable. This enables fine oxidant gas supply control.
  • the power generation stability of the fuel cell can be improved.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system using a DMFC according to an embodiment of the present invention. It is a graph which shows the information (3rd information) regarding the rotational speed-discharge pressure-air flow rate characteristic memorize
  • the fuel cell system 1 in FIG. 1 is a power supply system that uses a fuel cell 2 that is a DMFC as a power supply source.
  • the fuel cell 2 includes a fuel cell stack in which a plurality of fuel cell single cells (not shown) that generate electric power from fuel and oxidant gas are stacked.
  • the fuel cell system 1 includes a fuel pump 3 for supplying fuel to the fuel cell 2, an air pump 4 that is a non-positive displacement pump that supplies air as an oxidant gas to the fuel cell 2, and an air pump.
  • 4 includes a rotational speed sensor 12 that detects the rotational speed of the pressure sensor 4, a pressure sensor 11 that detects the discharge pressure of the air pump 4, and a check valve 14 that prevents the backflow of water vapor from the fuel cell 2 to the air pump 4.
  • the check valve 14 is disposed in an oxidant gas supply path 4 a that connects a discharge port (not shown) of the air pump 4 and an oxidant gas inlet (not shown) of the fuel cell 2.
  • the check valve 14 is low in pressure loss in the forward direction, that is, in the direction from the air pump 4 to the fuel cell 2 and has a simple structure using a reaction force of a spring or rubber instead of an electric valve. preferable.
  • the pressure sensor 11 can be connected to an oxidant gas supply path 4 a between the air pump 4 and the check valve 14.
  • a sensor including a diaphragm such as a stainless steel diaphragm or a silicon diaphragm as a pressure receiving portion and a semiconductor strain gauge formed on the surface thereof can be used.
  • a semiconductor strain gauge including a piezo element can be used.
  • the semiconductor strain gauge preferably includes a bridge circuit including four piezo elements.
  • the suction side of the fuel pump 3 is connected to a dilution tank 5, and a methanol pump 6 and a return pump 7 are connected to the dilution tank 5.
  • the methanol pump 6 sends high-concentration (concentration of 50% by mass or more) methanol stored in the methanol tank 8 to the dilution tank 5.
  • the return pump 7 sends the liquid separated by the gas-liquid separator 9 to the dilution tank 5.
  • the air pump 4 can be composed of a non-positive displacement pump including a DC brushless motor (not shown) as a drive source and a blade-like rotor.
  • the rotational speed sensor 12 can be composed of a position detection sensor including a Hall element attached to a DC brushless motor.
  • the Hall element is an element that outputs a signal corresponding to a change in magnetic field.
  • the position detection sensor preferably converts the output signal of the hall element into a pulse signal and outputs it as an ON / OFF digital signal.
  • the controller 10 calculates the rotational speed of the air pump 4 based on the output signal of the position detection sensor (rotational speed sensor 12), that is, the pulse cycle of the ON / OFF digital signal.
  • a positive displacement pump or a non-positive displacement pump can be used as the fuel pump 3, the return pump 7, and the methanol pump 6, a positive displacement pump or a non-positive displacement pump can be used.
  • the gas-liquid separator 9 is an illustration for separating a liquid (methanol and water, that is, an aqueous methanol solution) from a mixture of air, water, unreacted fuel (methanol), carbon dioxide, and the like, which are the discharge from the fuel cell 2. Does not contain gas-liquid separation membrane.
  • the fuel pump 3, the air pump 4, the methanol pump 6 and the return pump 7 are controlled by a control unit 10 (gas flow rate controller) composed of, for example, a one-chip microcomputer.
  • the control unit 10 controls the methanol pump 6 and the return pump 7 to adjust the feed amount of the high-concentration methanol from the methanol tank 8 and the feed amount of the methanol aqueous solution from the gas-liquid separator 9. Thereby, an aqueous methanol solution having an appropriate concentration (several mass%) is generated in the dilution tank 5.
  • the fuel pump 3 sends the aqueous methanol solution generated in the dilution tank 5 to the fuel cell 2 based on a command from the control unit 10.
  • the air pump 4 sends air, which is an oxidant gas, to the fuel cell 2 based on a command from the control unit 10.
  • the control unit 10 includes auxiliary values composed of detected values of the pressure sensor 11 and the rotational speed sensor 12 and, for example, a flash memory of a one-chip microcomputer so that the power generation amount of the fuel cell 2 does not decrease due to load fluctuations or the like. Based on the information stored in advance in the memory 13 which is a storage device, the rotational speed of the air pump 4 is adjusted to control the air supply amount to the fuel cell 2 to be appropriate.
  • the memory 13 stores the rotational speed-discharge pressure-target relating to the relationship between the rotational speed of the air pump 4, the discharge pressure of the air pump 4, and the target supply flow rate of air (oxidant gas) to the fuel cell 2 by the air pump 4.
  • Information on supply flow rate characteristics (third information) is stored.
  • the memory 13 stores information (second information) related to the target supply flow rate corresponding to the set value of the generated power of the fuel cell 2.
  • the memory 13 stores information (first information) regarding the set value of the generated power of the fuel cell 2.
  • the generated power of the fuel cell 2 can be set based on the load power of the system 1 and the SOC (charging state) of the secondary battery when the system 1 includes the secondary battery.
  • the memory 13 includes the first memory, the second memory, and the third memory.
  • control unit 10 includes information (second information, see FIG. 4 described later) regarding the target supply flow rate corresponding to the set value (first information) of the generated power of the fuel cell 2 stored in advance in the memory 13. ), The target supply flow rate Q corresponding to the current set value W of the generated power is set. Then, the control unit 10 refers to the information (third information) relating to the rotational speed-discharge pressure-target supply flow rate characteristic of the air pump 4 stored in advance in the memory 13, and the actual air supply flow rate of the air pump 4 is determined. The rotational speed of the air pump 4 is controlled so as to be as close as possible to the target supply flow rate Q.
  • control unit 10 includes a PID controller 15 and a PWM controller 16.
  • the PWM controller 16 outputs a control signal including a duty ratio for adjusting the rotational speed of the air pump 4 to the air pump 4.
  • the PID controller 15 feedback-controls the duty ratio included in the control signal of the PWM controller 16 so that the actual air supply flow rate of the air pump 4 is as close as possible to the target supply flow rate Q.
  • FIG. 2 shows an example of information (third information) relating to the rotational speed-discharge pressure-target supply flow rate characteristic of the air pump stored in advance in the memory 13.
  • the set values W (1), W (2), W (3),..., W (n) of the generated power of the fuel cell 2 correspond to the respective set values W (k).
  • An example of information (second information) representing a relationship with preset target supply flow rates Q (1), Q (2), Q (3),..., Q (n) is shown in a table.
  • FIG. 4 is a graph showing the second information of FIG. As shown in FIG.
  • the third information includes a plurality of graphs (rotational speed-discharge pressure characteristics) representing the relationship between the rotational speed R and the discharge pressure P of the air pump 4 using the target supply flow rate Q as a parameter (parameter). Curve) or function (see equation (1) below).
  • FIG. 3 there is a relationship of Q (1) ⁇ Q (2) ⁇ Q (3) ⁇ ... ⁇ Q (n) between the target supply flow rates, and between the set values of the generated power. Is related to W (1) ⁇ W (2) ⁇ W (3) ⁇ ... ⁇ W (n).
  • the relationship between the set value W of the generated power and the target supply flow rate Q defined by the second information is such that the target supply flow rate Q is stepped according to the set value W of the generated power. It is indicated by a function that increases or decreases automatically.
  • n is preferably as large as possible so that the target supply flow rate Q can be matched with the optimum supply flow rate as much as possible.
  • the number of set values of the generated power is preferably 5 at the maximum.
  • P (k) a (k) ⁇ R 2 + b (k) ⁇ R ⁇ c (k) (1)
  • P (k) is a calculated value of the discharge pressure of the air pump
  • R is a rotation speed of the air pump
  • c (k) is a discharge pressure of the virtual air pump when the rotation speed of the air pump is “0”.
  • a (k), b (k) constants determined by the characteristics of the air pump. Note that the value of c (k) is also determined by the characteristics of the air pump.
  • the control unit 10 Based on the detected value (detected pressure Pd) of the discharge pressure of the air pump 4 detected by the pressure sensor 11 and the current rotational speed R of the air pump 4 (here, the detected speed Rd), the control unit 10 Deviation from the discharge pressure (calculated pressure P (k)) of the air pump 4 calculated in (1) is sequentially calculated so that the detected pressure Pd and calculated pressure P (k) are as close as possible by PID control.
  • the rotational speed R of the air pump 4 is increased, decreased or maintained. As a result, the air supply flow rate of the air pump 4 is as close as possible to the target supply flow rate Q.
  • the target supply amount Q is set corresponding to the set value W (k) of the generated power of the fuel cell 2 set in advance in the memory 13. If the generated power of the fuel cell 2 is small, the required air supply amount is small. If the generated power of the fuel cell 2 is large, the required air supply amount is large. Therefore, if the set value W (k) is large, the target supply is achieved. The flow rate Q (k) also increases.
  • the target supply flow rate Q (k) is set corresponding to the set value W (k) of the generated power.
  • the target supply flow rate Q (k) is set corresponding to the set value V (k) of the generated voltage or the set value I (k) of the generated current. May be set. This is because if the generated voltage of the fuel cell is determined, the generated current is also determined, and the generated power is determined. On the contrary, if the generated current of the fuel cell is determined, the generated voltage is also determined, and the generated power is determined.
  • the target supply flow rate Q (k) decreases as the set value V (k) of the generated voltage increases.
  • the target supply flow rate Q (k) increases as the set value I (k) of the generated current increases.
  • FIG. 5 shows a flowchart of the above-described air supply flow rate control process executed by the control unit 10.
  • the discharge pressure (detected pressure Pd) of the air pump 4 is detected by the pressure sensor 11 (step S11).
  • the rotation speed sensor 12 detects the rotation speed R of the DC brushless motor that is the drive source of the air pump 4 (step S12).
  • a calculated pressure P (k) corresponding to the target supply flow rate Q (k) is calculated by the above equation (1) (step S13).
  • the PID controller 15 calculates the feedback control operation amount according to the deviation between the detected pressure Pd and the calculated pressure P (k) (step S14).
  • the operation amount is a duty ratio included in the output signal of the PWM controller 16.
  • the duty ratio Dy (m) is calculated by the following equations (2) and (3).
  • e (m) is the deviation between the calculated pressure P (k) calculated in step S14 and the detected pressure Pd
  • kp is the proportional control constant
  • ki is the integral control constant
  • kd is the differential control constant.
  • the constants kp, ki, and kd are determined based on the response speed of the air pump 4, the processing speed of the control unit 10, and the like.
  • the operation amount (duty ratio Dy (m)) calculated in step S14 is output from the PWM controller 16 to the air pump 4 (step S15).
  • the rotation speed R of the air pump 4 is controlled so as to supply air of the set target supply flow rate Q (k) to the fuel cell 2.
  • the detected value (detected pressure Pd) of the pressure sensor 11 is set so that the actual air supply flow rate to the fuel cell 2 by the air pump 4 is as close as possible to the target supply flow rate. , The rotational speed of the air pump 4 is increased or decreased.
  • the flow rate detector for detecting the air supply flow rate to the fuel cell 2 by the air pump 4 and the air control valve, the air regulating valve, etc. for adjusting the air supply flow rate are not required. And the size of the apparatus can be easily reduced.
  • the rotational constant of the DC brush motor is proportional to the motor drive voltage. Therefore, the proportional constant between the motor drive voltage and the rotation speed must be grasped in advance. If so, the rotational speed can be detected by detecting the drive voltage of the motor. That is, a voltage sensor can be used as the rotation speed sensor.
  • the rotational speed control the drive voltage is supplied as a pulse voltage by directly switching the drive voltage of the DC brush motor with a semiconductor switch or the like. Thereby, the average drive voltage of the DC brush motor can be increased or decreased by increasing or decreasing the duty ratio of the PWM control, and the rotational speed can be increased or decreased.
  • the fuel cell system of the present invention is excellent in terms of eliminating manufacturing cost, space factor, and clogging of dust in the air flow path.
  • a portable small-sized personal computer, a mobile phone, a personal digital assistant (PDA), etc. It is useful as a power source for electronic devices and as an outdoor leisure or emergency backup power source. Further, the fuel cell system of the present invention can be applied to uses such as a power source for electric scooters.
  • Fuel cell system 1 ... Fuel cell system, 2 ... Fuel cell, 3 ... Fuel pump, 4 ... Air pump, 4a ... oxidizing gas supply path, 5 ... Dilution tank, 6 ... Methanol pump, 7 ... Return pump, 8 ... Methanol tank, 9: Gas-liquid separator, 10 ... control unit, 11 ... Pressure sensor, 12 ... rotational speed sensor, 13 ... Memory, 14 ... Check valve, 15 ... PID controller, 16 ... PWM controller,

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Abstract

　直接酸化型燃料電池システムは、燃料電池と、燃料電池に燃料を供給する燃料供給装置と、燃料電池に酸化剤ガスを供給する、非容積式ポンプを含む酸化剤ガス供給装置と、ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、ポンプの回転速度を検出する回転速度センサと、燃料電池の発電電力の設定値に関する、第１情報を記憶する第１メモリと、発電電力の設定値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２情報を記憶する第２メモリと、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、第３情報を記憶する第３メモリと、第１情報、第２情報、第３情報、圧力センサの検出値、および回転速度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が目標供給流量に近づく、または一致するように、ポンプの回転速度を制御するガス流量コントローラとを備える。

Description

直接酸化型燃料電池システム
　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。
　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。
　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。
　図６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。
　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。
　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。
　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。
　　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。
　　（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。
　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。
　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。
　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。
　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。
特開平５－３０４２号公報 特開２００６－２１０００４号公報 特開２００６－１９６２０３号公報
　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。
　また、別の問題として、空気供給装置に非容積式の空気ポンプを使用した場合は特に、燃料電池の発電が停止されて、空気供給装置が停止されたときに、燃料電池から空気供給装置に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ことがある。
　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。また、制御弁の設置スペースを確保する必要があることから、システムの小型化が困難となることもありえる。
　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。
　上記目的を達成するために、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と、
　前記燃料電池に前記燃料を供給する燃料供給装置と、
　前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する、非容積式ポンプを含む酸化剤ガス供給装置と、
　前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
　前記ポンプの回転速度を検出する回転速度センサと、
　前記燃料電池の発電電力の設定値に関する、第１情報を記憶する第１メモリと、
　前記発電電力の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への目標供給流量に関する、第２情報を記憶する第２メモリと、
　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、第３情報を記憶する第３メモリと、
　前記第１情報、前記第２情報、前記第３情報、前記圧力センサの検出値、および前記回転速度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が前記目標供給流量に近づくように、前記ポンプを制御するガス流量コントローラとを備える。
　または、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、例えば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等で構成された圧力センサと、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センサと、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第１メモリと、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第２メモリと、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第３メモリと、前記第１メモリ、第２メモリおよび第３メモリに記憶された情報、並びに前記圧力センサ、および回転速度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が前記目標供給流量にできるだけ近づき、好ましくは一致するように、前記ポンプをＰＩＤ制御で制御するＰＩＤ制御手段と、前記ポンプの回転速度をＰＷＭ制御で増減するＰＷＭ制御手段と、を備える、こともできる。
　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。また、燃料電池の発電停止後、燃料電池からポンプ等への水蒸気の逆流を防止することにより、圧力センサと酸化剤ガスを供給するためのポンプの結露による腐食を防止することができる。
　ここで、前記第３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。
　　Ｐ＝ａ×Ｒ2＋ｂ×Ｒ－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およびｃ：定数、である。
　本発明によれば、予め設定された燃料電池の発電電力の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、空気供給流量を一定にすることができる。このため、最適な流量の酸化剤ガスを燃料電池に安定的に供給することができる。
　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、並びにその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。
　また、例えば、目標供給流量の制御はＰＩＤ（Ｐ：Proportional(比例)、Ｉ：Integral(積分)、Ｄ：Differential(微分)）制御により行い、かつ、ポンプの回転速度制御はＰＷＭ（Pulse Width Modulation：パルス幅変調）制御で行なうことが好ましい。これにより、きめ細かい酸化剤ガス供給制御が可能となる。
　したがって、燃料電池の発電の安定性を向上させることができる。また、燃料電池を使用した電源システムを低コスト化することができるとともに、ＤＭＦＣ等の直接酸化型燃料電池を使用する電源システムを小型化することが容易となる。
　更に、例えば酸化剤ガスの逆流を防止する逆止弁を設けることで、燃料電池の発電停止後、燃料電池からポンプへの水蒸気の逆流を防止することにより、圧力センサと酸化剤ガスポンプの結露による腐食を防止することができる。これにより、システムの信頼性が向上する。
本発明の一実施形態に係る、ＤＭＦＣを使用した燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 同システムのメモリ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（第３情報）を示すグラフ図である。 同システムのメモリに記憶される燃料電池の発電電力の設定値と目標供給流量との関係（第２情報）を示す表である。 同システムのメモリに記憶される燃料電池の発電電力の設定値と目標供給流量との関係（第２情報）を示すグラフである。 同システムの制御部が実行する酸化剤ガス供給流量制御処理の流れを示すフローチャートである。 従来のＤＭＦＣを使用した燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
　以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を説明する。
　図１の燃料電池システム１は、ＤＭＦＣである燃料電池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、非容積式ポンプである空気ポンプ４と、空気ポンプ４の回転速度を検出する回転速度センサ１２と、空気ポンプ４の吐出圧力を検出する圧力センサ１１と、燃料電池２から空気ポンプ４への水蒸気の逆流を防止する逆止弁１４とを含む。
　逆止弁１４は、空気ポンプ４の図示しない吐出口と燃料電池２の図示しない酸化剤ガス入口とを接続する酸化剤ガス供給路４ａに配設されている。そして、逆止弁１４は、順方向、つまり空気ポンプ４から燃料電池２に向かう方向の圧力損失が低く、かつ電動弁ではなく、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。
　圧力センサ１１は、空気ポンプ４と逆止弁１４との間の酸化剤ガス供給路４ａに接続することができる。圧力センサ１１には、受圧部としてのステンレス鋼ダイアフラムやシリコンダイアフラム等の図示しないダイアフラムと、その表面に形成された半導体歪みゲージとを含むものを使用することができる。半導体歪みゲージには、ピエゾ素子を含むものを使用することができる。空気ポンプ４の吐出圧力によりダイアフラムが変形すると、ピエゾ素子に歪が発生し、その歪みによりピエゾ素子の抵抗値が変化する。その抵抗値の変化は電気信号として出力され、これにより空気ポンプ４の吐出圧力が検出される。ここで、上述の抵抗値の変化を精度よく検出するために、半導体歪みゲージは、４個のピエゾ素子で構成されたブリッジ回路を含むのが好ましい。
　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。
　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（濃度５０質量％以上）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、気液分離器９により分離された液体を希釈タンク５に送る。
　以下、空気ポンプ４をさらに詳しく説明する。空気ポンプ４は、駆動源としてのＤＣブラシレスモータ（図示しない）と、羽根状の回転子とを含む非容積式ポンプから構成することができる。回転速度センサ１２は、ＤＣブラシレスモータに付属された、ホール素子を含む位置検出センサから構成することができる。ホール素子は磁界変化に応じた信号を出力する素子である。位置検出センサは、ホール素子の出力信号をパルス信号に変換し、ＯＮ／ＯＦＦのデジタル信号として出力するものが望ましい。ホール素子をＤＣブラシレスモータのロータの磁石の近傍に設置することにより、モータの回転速度に応じたパルス信号が位置検出センサから出力され、制御部１０に入力される。制御部１０は、上記位置検出センサ（回転速度センサ１２）の出力信号、すなわちＯＮ／ＯＦＦのデジタル信号の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。
　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には、容積式ポンプ、または非容積式ポンプを使用することができる。
　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。
　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（ガス流量コントローラ）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からの高濃度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。
　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、酸化剤ガスである空気を燃料電池２に送る。
　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および回転速度センサ１２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の回転速度を調節して、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する。
　メモリ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（第３情報）を記憶している。また、メモリ１３は、燃料電池２の発電電力の設定値に対応する目標供給流量に関する情報（第２情報）を記憶している。さらに、メモリ１３は、燃料電池２の発電電力の設定値に関する情報（第１情報）を記憶している。燃料電池２の発電電力は、システム１の負荷電力、およびシステム１に二次電池を含ませるような場合には、その二次電池のＳＯＣ（充電状態）等に基づいて設定することができる。より具体的には、システム１の負荷電力が大きければ、燃料電池２の発電電力も大きな値に設定される。一方、二次電池のＳＯＣが小さければ、燃料電池２の発電電力は大きな値に設定される。以上の説明のとおり、メモリ１３は、第１メモリ、第２メモリ、および第３メモリを含んでいる。
　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の発電電力の設定値（第１情報）に対応する目標供給流量に関する情報（第２情報、後述の図４参照）に基づき、現在の発電電力の設定値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、メモリ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（第３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とできるだけ近くなるように、空気ポンプ４の回転速度を制御する。
　より具体的には、制御部１０は、ＰＩＤコントローラ１５と、ＰＷＭコントローラ１６とを含んでいる。ＰＷＭコントローラ１６は、空気ポンプ４の回転速度を調節するための、デューティー比を含む制御信号を空気ポンプ４に出力する。ＰＩＤコントローラ１５は、空気ポンプ４の実際の空気供給流量が目標供給流量Ｑとできるだけ近くなるように、ＰＷＭコントローラ１６の制御信号に含まれたデューティー比をフィードバック制御する。
　図２に、メモリ１３に予め記憶される空気ポンプの回転速度－吐出圧力－目標供給流量特性に関する情報（第３情報）の一例を示す。図３に、燃料電池２の発電電力の設定値Ｗ(１)、Ｗ(２)、Ｗ(３)、・・・、Ｗ(ｎ)と、それぞれの設定値Ｗ(ｋ)に対応して予め設定される目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)との関係を表す情報（第２情報）の一例を表により示す。図４に、図３の第２情報をグラフ化して示す。図２に示すように、第３情報は、目標供給流量Ｑをパラメータ（媒介変数）とした、空気ポンプ４の回転速度Ｒと吐出圧力Ｐの関係を表す複数のグラフ（回転速度－吐出圧力特性曲線）または関数（下記式（１）参照）を含む。
　図３において、各目標供給流量の間には、Ｑ(１)＜Ｑ(２)＜Ｑ(３)＜・・・＜Ｑ(ｎ)という関係があり、発電電力の各設定値の間には、Ｗ(１)＜Ｗ(２)＜Ｗ(３)＜・・・＜Ｗ(ｎ)という関係がある。その結果、図４に示すように、前記第２情報により規定される、発電電力の設定値Ｗと目標供給流量Ｑとの関係は、発電電力の設定値Ｗに応じて目標供給流量Ｑが段階的に増減する関数により示される。
　なお、目標供給流量Ｑ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。一方、発電電力の設定値の個数は最大で５つとするのが好ましい。発電電力の設定値Ｗの個数を多くすると、発電に必要な燃料供給量を細かく制御する必要性が生じ、その結果、燃料濃度をより精密に調整する必要性が生じて、燃料濃度の管理が困難になるからである。
　メモリ１３には、図２に示すように、目標供給流量Ｑ(１)、Ｑ(２)、Ｑ(３)、・・・、Ｑ(ｎ)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（第３情報）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)に対応した回転速度－吐出圧力特性曲線を表す数式を示す。
　　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の計算値、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。
　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の現時点における回転速度Ｒ（ここでは、検出速度Ｒｄ）に基づいて上記式（１）により計算される空気ポンプ４の吐出圧力（計算圧力Ｐ(ｋ)）との偏差を逐次算出し、ＰＩＤ制御により、検出圧力Ｐｄと計算圧力Ｐ(ｋ)とができるだけ近くなるように、空気ポンプ４の回転速度Ｒを増加、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とできるだけ近くなる。
　次に、目標供給流量Ｑの設定方法を説明する。
　目標供給量Ｑは、メモリ１３に予め設定される燃料電池２の発電電力の設定値Ｗ(ｋ)に対応して、設定される。燃料電池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ので、設定値Ｗ(ｋ)が大きくなれば、目標供給流量Ｑ(ｋ)も大きくなる。
　これにより、燃料電池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に安定的に供給することができる。
　なお、図４の例では、発電電力の設定値Ｗ(ｋ)に対応して、目標供給流量Ｑ(ｋ)を設定している。これに限らず、発電電力の設定値Ｗ(ｋ)の代わりに、発電電圧の設定値Ｖ(ｋ)もしくは発電電流の設定値Ｉ(ｋ)に対応して、目標供給流量Ｑ(ｋ)を設定しても良い。燃料電池の発電電圧が決まれば、発電電流も決まり、発電電力が決まるからである。反対に、燃料電池の発電電流が決まれば、発電電圧も決まり、発電電力が決まるからである。ただし、発電電圧の設定値Ｖ(ｋ)が大きくなれば、目標供給流量Ｑ(ｋ)は小さくなるという関係がある。一方、発電電流の設定値Ｉ(ｋ)が大きくなれば、目標供給流量Ｑ(ｋ)は大きくなるという関係がある。
　図５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。
　図５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（検出圧力Ｐｄ）が検出される（ステップＳ１１）。次に、回転速度センサ１２により空気ポンプ４の駆動源であるＤＣブラシレスモータの回転速度Ｒが検出される（ステップＳ１２）。次に、その時点のＤＣブラシレスモータの回転速度Ｒに基づき目標供給流量Ｑ(ｋ)に応じた計算圧力Ｐ(ｋ)を上記式（１）により算出する（ステップＳ１３）。次に、ＰＩＤコントローラ１５により、検出圧力Ｐｄと計算圧力Ｐ(ｋ)との偏差に応じた、フィードバック制御の操作量が算出される（ステップＳ１４）。ここでは、その操作量は、ＰＷＭコントローラ１６の出力信号に含まれるデューティー比である。デューティー比Ｄｙ(ｍ)は、下記式（２）および式（３）により算出される。
　　　Ｄｙ（ｍ）（％）= Ｄｙ（ｍ－１）－ΔＤｙ(ｍ)          （２）
　　　ΔＤｙ(ｍ)（％）= [kp×(ｅ(ｍ)－ｅ(ｍ－１))]+[ki×ｅ(ｍ)]+[kd[(ｅ(ｍ)－ｅ(ｍ－１))-(ｅ(ｍ－１)－ｅ(ｍ－２)]]                （３）
　ただし、ｅ(ｍ)：ステップＳ１４でｍ回目に算出された計算圧力Ｐ(ｋ)と検出圧力Ｐｄとの偏差、kp：比例制御定数、ki：積分制御定数、kd：微分制御定数、である。定数kp、kiおよびkdは、空気ポンプ４の応答速度や制御部１０の処理速度等に基づいて決定される。次に、ステップＳ１４で算出された操作量（デューティー比Ｄｙ(ｍ)）を、ＰＷＭコントローラ１６から空気ポンプ４に出力する（ステップＳ１５）。これにより、空気ポンプ４は、設定された目標供給流量Ｑ（ｋ）の空気を燃料電池２に供給するように回転速度Ｒが制御される。
　このように、本実施の形態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、目標供給流量とできるだけ近くなるよう圧力センサ１１の検出値（検出圧力Ｐｄ）に基づき空気ポンプ４の回転速度が増減される。
　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、装置の小型化が容易となる。
　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、燃料電池２の発電停止後に、逆止弁１４により燃料電池２からの水蒸気の逆流を防止することにより、圧力センサ１１と空気ポンプ４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。
　以上、空気ポンプ４の駆動源としてＤＣブラシレスモータを使用する場合を説明したが、これに限らず、空気ポンプ４の駆動源にはＤＣブラシモータを使用しても良い。空気ポンプ４の駆動源としてＤＣブラシモータを使用する場合には、ＤＣブラシモータの回転数がモータの駆動電圧に比例することから、モータの駆動電圧と回転速度との比例定数を予め把握しておけば、モータの駆動電圧を検出することで回転速度を検出することができる。すなわち、回転速度センサとして電圧センサを使用することができる。また、回転速度制御については、ＤＣブラシモータの駆動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、駆動電圧をパルス電圧として供給する。これにより、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駆動電圧を増減することができ、回転速度を増減することができる。
　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空気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。
１…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、
４ａ…酸化剤ガス供給路、
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…回転速度センサ、
１３…メモリ、
１４…逆止弁、
１５…ＰＩＤコントローラ、
１６…ＰＷＭコントローラ、

Claims (7)

  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燃料を供給する燃料供給装置と、
    　前記燃料電池に前記酸化剤ガスを供給する、非容積式ポンプを含む酸化剤ガス供給装置と、
    　前記ポンプの吐出圧力を検出する圧力センサと、
    　前記ポンプの回転速度を検出する回転速度センサと、
    　前記燃料電池の発電電力の設定値に関する、第１情報を記憶する第１メモリと、
    　前記発電電力の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への目標供給流量に関する、第２情報を記憶する第２メモリと、
    　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、第３情報を記憶する第３メモリと、
    　前記第１情報、前記第２情報、前記第３情報、前記圧力センサの検出値、および前記回転速度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が前記目標供給流量に近づく、または一致するように、前記ポンプの回転速度を制御するガス流量コントローラとを備える直接酸化型燃料電池システム。
  2. 　前記第３情報により規定される、前記ポンプの吐出圧力：Ｐと、前記ポンプの回転速度：Ｒ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×Ｒ2＋ｂ×Ｒ－ｃ、ただし、ａ、ｂおよびｃは定数である、により示される、請求項１記載の直接酸化型燃料電池システム。
  3. 　前記第２情報により規定される、前記発電電力の設定値と前記目標供給流量との関係が、前記発電電力の設定値に応じて前記目標供給流量が段階的に増減する関数により示される、請求項１または２記載の直接酸化型燃料電池システム。
  4. 　さらに、前記ポンプから前記燃料電池に供給される酸化剤ガスの逆流を防止する逆止弁を備える、請求項１～３のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
  5. 　前記ポンプが、ＤＣブラシレスモータを駆動源としている、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。
  6. 　前記ガス流量コントローラが、前記ポンプの回転速度を可変制御するＰＷＭコントローラと、前記酸化剤ガスの供給流量を前記目標供給流量に近づけ、または一致させるように前記ＰＷＭコントローラをＰＩＤ制御するＰＩＤコントローラと、を含む、請求項１～５のいずれか１項に記載の直接酸化型燃料電池システム。
  7. 　前記圧力センサが、前記ポンプの吐出圧力により変形するダイアフラムと、前記ダイアフラムの変形量に応じた電気信号を出力するピエゾ素子とを含む、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。
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