JP3909662B2 - Power system - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源システムに関し、特に、エネルギーの利用効率が高い可搬型の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、民生用や産業用のあらゆる分野において、様々な化学電池が使用されている。例えば、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池は、時計やカメラ、玩具、携帯型の音響機器等に多用されており、我が国に限らず、世界的な観点からも最も生産数量が多く、安価かつ入手が容易という特徴を有している。
【０００３】
一方、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池は、近年普及が著しい携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の携帯機器に多用されており、繰り返し充放電ができることから経済性に優れた特徴を有している。また、二次電池のうち、鉛蓄電池は、車両や船舶の起動用電源、あるいは、産業設備や医療設備における非常用電源等として利用されている。
【０００４】
ところで、近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、上述したような化学電池の使用後の廃棄に関する問題やエネルギー変換効率の問題がクローズアップされている。
特に、一次電池においては、上述したように、製品価格が安価で入手が容易なうえ、電源として利用する機器も多く、しかも、基本的に一度放電されると電池容量を回復することができない、一回限りの利用（いわゆる、使い捨て）しかできないため、年間の廃棄量が数百万トンに上っている。ここで、化学電池全体では、リサイクルにより回収される比率は、概ね２０％程度に過ぎず、残りの８０％程度が自然界に投棄、又は、埋め立て処理されている、とする統計資料もあり、このような未回収の電池に含まれる水銀やインジウム等の重金属による環境破壊や、自然環境の美観の悪化が懸念されている。
【０００５】
また、エネルギー資源の利用効率の観点から上記化学電池を検証すると、一次電池においては、放電可能エネルギーの概ね３００倍のエネルギーを使用して生産されているため、エネルギー利用効率が１％にも満たない。これに対して、繰り返し充放電が可能で経済性に優れた二次電池であっても、家庭用電源（コンセント）等から充電を行う場合、発電所における発電効率や送電損失等により、エネルギー利用効率が概ね１２％程度にまで低下してしまうため、必ずしもエネルギー資源の有効利用が図られているとは言えなかった。
【０００６】
そこで、近年、環境への影響（負担）が少なく、かつ、例えば、３０〜４０％程度の極めて高いエネルギー利用効率を実現することができる燃料電池をはじめとする各種の新たな電源システムや発電システム（以下、「電源システム」と総称する）が注目され、車両用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム等への適用を目的として、あるいは、上述したような化学電池の代替えを目的として、実用化のための研究、開発が盛んに行われている。なお、燃料電池をはじめとする各種の電源システムの具体的な構成等については、発明の詳細な説明において詳述する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後、燃料電池等のエネルギー利用効率が高い電源システムを小型軽量化して、可搬型又は携帯型のポータブル電源、例えば、上述したような化学電池の代替え（互換品）として適用するためには、様々な問題を解決する必要がある。
【０００８】
具体的には、例えば、既存の化学電池においては、基本的に正極及び負極の端子を負荷に接続するだけで、所定の電圧及び電流が供給されて負荷を駆動することができるのに対して、燃料電池等においては、燃料の化学エネルギーを直接的又は間接的に電力に変換する発電器としての機能を有しているので、効率的な発電用燃料の消費を行うために、電力の発生量（発電量）を調整制御する必要がある。
【０００９】
ここで、燃料電池等の電源システムを可搬型のポータブル電源として適用する場合においては、上記電力の発生量を調整制御するための手段に対して、電源システムの外部（例えば、電源システムに接続される既存の電気機器等）から動作電力の供給や制御信号の入力を行うことは、予めそのような機能を備えた特定の機器等に接続する場合を除いて、基本的にできないため、負荷の駆動状態に関わらず、比較的大きな一定の（最大負荷を駆動するために必要な）電力を継続的に発生することが必要になり、発電用燃料が無駄に消費されて、エネルギー資源の利用効率が低下するという問題を有している。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、燃料電池等の電源システムをポータブル電源に適用する場合に、発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の利用効率の高い電源システムを提供することを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電源システムは、発電用燃料が封入された燃料封入部と、該燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電モジュールと、を備え、前記発電モジュールは、前記発電用燃料を用いて所定の負荷を駆動するための第１の電力を発生する燃料電池を有する第１の電源手段と、少なくとも、前記第１の電源手段を動作制御するための第２の電力を発生する燃料電池を有し、前記第２の電力を出力する第２の電源手段と、前記第２の電力により動作し、少なくとも、前記第１の電源手段における動作状態を制御するシステム制御手段と、を具備し、前記第１の電源手段は、前記燃料封入部から供給され、前記第２の電源手段における前記第２の電力の出力のために消費された後の前記発電用燃料を用いて、前記第１の電力を発生する発電装置を有することを特徴としている。
【００１２】
ここで、システム制御手段は、少なくとも、第１の電源手段を起動状態に設定する起動制御部と、第１の電源手段の動作状態を制御して、第１の電力の発生量を調整する出力制御部と、少なくとも、負荷の駆動状態に応じて、起動制御部及び出力制御部を制御し、第１の電源手段により生成される第１の電力の発生量を制御する動作制御部と、を備えた構成を有している。そして、この出力制御部による第１の電力の調整は、動作制御手段からの制御信号に基づいて、第１の電源手段への発電用燃料の供給量を制御することにより実行される。
【００１３】
すなわち、燃料封入部（燃料パック）に充填、封入された液体又は気体からなる発電用燃料、又は、該発電用燃料から供給される特定の成分（例えば、水素）を用いて発電を行う発電モジュール（発電器）を備えたポータブル型の電源システムにおいて、第２の発電手段により生成される第２の電力に基づいてシステム制御手段（起動制御部、出力制御部、システム制御手段）が駆動され、負荷の駆動状態に応じて、第１の電源手段への発電用燃料の供給量が制御されることにより、第１の発電手段における第１の電力の発生量（発電状態）が制御される。
【００１４】
これにより、電源システムの外部から燃料等の供給を受けることなく、発電モジュールにより自立的に発電状態を制御することができるので、負荷の駆動状態に応じた適切な電力を発生、出力することができ、発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の利用効率を高めた電源システムを提供することができるとともに、汎用の化学電池と同等の形状、寸法、電気的特性及び簡易な取り扱いを実現することができる。
【００１５】
上記電源システムにおいて、前記第１の電源手段は、燃料封入部から供給され、第２の電源手段における第２の電力の出力のために消費された後の発電用燃料を用いて、第１の電力を発生する発電装置である。また、第２の電源手段に適用される形態は、燃料封入部から供給される発電用燃料を用いて、第２の電力を常時自立的に発生する発電装置であってもよい。
【００１７】
第１の電源手段の燃料電池は、発電用燃料を改質して、特定の成分を抽出する燃料改質器と、該特定の成分が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備えた燃料改質型の燃料電池としての構成を適用することが好ましい。このような燃料改質型の燃料電池を適用した構成によれば、燃料電池に供給される発電用燃料の量を制御することにより、第１の電源手段により生成される第１の電力の量を簡易に制御することができるとともに、発電用燃料の有する化学エネルギーから極めて高いエネルギー変換効率で電力を生成することができる電源システムを実現することができる。
【００１９】
第２の電源手段の前記燃料電池は、発電用燃料が直接的に供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備えた燃料直接供給型の燃料電池としての構成を適用することが好ましい。このような燃料直接供給型の燃料電池を適用した構成によれば、簡易な構成の燃料電池に燃料封入部から発電用燃料を供給するだけで、自立的かつ継続的に高いエネルギー変換効率で所定の電力（第２の電力）を生成してシステム制御手段に動作電力として供給することができるので、特別な操作を必要とすることなく、負荷の駆動状態に応じて第１の電力を出力することができ、汎用の化学電池と同等の簡易な取り扱いが可能な電源システムを提供することができるとともに、第２の電源手段の規模を小型化することができる。
【００２０】
なお、上記電源システムにおいて、第２の電源手段に適用可能な構成としては、電力の蓄積、放出が可能な蓄電装置（二次電池、コンデンサ等）等であってもよい。
【００２１】
したがって、本発明に係る電源システムにおいては、第１及び第２の電源手段として、発電用燃料を用いて高いエネルギー変換効率で第１及び第２の電力を生成することができ、かつ、小型化や微細化が可能な構成を有する発電装置や蓄電装置の中から、電源システムの外形形状や電気的特性等に応じて適宜組み合わせた任意の構成を適用することができる。
【００２２】
ここで、第１の電源手段又は出力制御部の少なくともいずれか一方は、第２の発電手段から出力される第２の電力に基づいて、又は、第２の発電手段の上記燃料電池から出力される電力を蓄積する蓄電装置から放出された電力（第２の電力）に基づいて動作するものであってもよい。これによれば、第２の電源手段により生成される電力の駆動電力特性に応じて、第２の電源手段から直接供給される電力、又は、蓄電装置に蓄積され、駆動電力特性が高められた電力を起動電源として用いて、第１の電源手段を良好に起動して第１の電力を生成する発電動作に移行することができる。
【００２３】
また、上記電源システムに適用される発電用燃料は、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水素からなる液体燃料、液化燃料、及び気体燃料のいずれか、具体的には、メタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料であって、特に、燃料封入部から発電モジュールに供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件の下で気体状態にあるものを良好に適用することができる。これにより、第１及び第２の電源手段における発電動作において、高いエネルギー変換効率で電力を生成することができるとともに、この発電動作に伴って電力以外に生成される副生成物を比較的簡易な処理で無毒化や難燃化することができ、自然環境等への影響を大幅に抑制することができる。
【００２４】
また、上記電源システムは、第１の電源手段から出力される第１の電力により駆動する負荷に対して、システム全体が着脱可能な構成、もしくは、該負荷に対して、少なくとも燃料封入部が着脱可能な構成、又は、発電モジュールに対して、燃料封入部が着脱可能な構成を有していることが好ましい。これによれば、燃料封入部に封入された発電用燃料がなくなったときや少なくなったときに、燃料封入部を発電モジュールから取り外して新たな燃料封入部に交換、あるいは、燃料封入部に発電用燃料を注入して補充することができるので、発電モジュールを継続的に利用することができるとともに、電源システム全体又は燃料封入部をあたかも汎用の化学電池のように簡便に使用することができる。また、燃料封入部の交換や回収が可能となるので、電源システム自体の廃棄量を削減することができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明に係る電源システムが適用される全体の概要について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電源システムの適用形態を示す概念図である。
【００２７】
本発明に係る電源システム１は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、特定の電気・電子機器のほか、汎用の一次電池や二次電池により動作する既存の電気・電子機器（図１では、情報携帯端末を示す：以下、「デバイス」と総称する）ＤＶＣに対して、その全体もしくは一部が任意に装着及び取り外し（矢印Ｐ１参照）が可能であるとともに、該電源システム１の全体もしくはその一部が単独で携帯が可能なように構成され、かつ、電源システム１の所定の位置（例えば、後述するように、汎用の一次電池や二次電池と同等の位置）にプラス（＋）極及びマイナス（−）極からなる電極が設けられた構成を有している。
【００２８】
次に、本発明に係る電池システムの基本構成について説明する。
図２は、本発明に係る電源システムの基本構成を示すブロック図である。
本発明に係る電源システム１は、図２（ａ）に示すように、大別して、液体燃料又は液化燃料又は気体燃料からなる発電用燃料ＦＬが封入された燃料パック（燃料封入部）２０と、少なくとも、該燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬに基づいて、上記デバイスＤＶＣの駆動状態（負荷状態）に対応した電力ＥＧを発生（発電）する発電モジュール１０と、燃料パック２０及び発電モジュール１０相互を結合するとともに、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを発電モジュール１０に供給する燃料送出経路等を備えたインターフェース部（以下、「Ｉ／Ｆ部」と略記する）３０と、を有し、各構成が相互に、もしくは、任意の形態で分離（着脱）可能に、あるいは、一体的に構成されている。ここで、Ｉ／Ｆ部３０は、図２（ａ）に示したように、上記燃料パック２０及び発電モジュール１０と独立した構成を有しているものであってもよいし、図２（ｂ）、（ｃ）に示すように、上記燃料パック２０又は発電モジュール１０のいずれかと一体的に構成されているものであってもよい。
【００２９】
以下、各ブロック構成について、具体的に説明する。
［第１の実施形態］
（Ａ）発電モジュール１０
図３は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第１の実施形態を示すブロック図である。
【００３０】
図３に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ａは、大別して、Ｉ／Ｆ部３０を介して燃料パック２０から供給される発電用燃料を用いて、所定の電力（第２の電力）を、常時、自立的に発生して、少なくとも、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣに内蔵され、負荷ＬＤ（デバイスＤＶＣの各種機能を有する素子又はモジュール）の駆動制御を行うコントローラＣＮＴの駆動電源（コントローラ電力）、及び、発電モジュール１０Ａ内に設けられた後述する動作制御部１３の動作電力として出力する副電源部（第２の電源手段）１１と、副電源部１１から供給される電力により動作し、電源システム１全体の動作状態を制御する動作制御部１３と、Ｉ／Ｆ部３０を介して燃料パック２０から供給される発電用燃料又は該発電用燃料から抽出された特定の燃料成分を用いて、所定の電力（第１の電力）を発生して、少なくとも、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣの各種機能（負荷ＬＤ）を駆動する負荷駆動電力として出力する主発電部（第１の電源手段）１２と、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、少なくとも、主発電部１２への発電用燃料の供給量を制御する出力制御部１４と、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、少なくとも、主発電部１２を待機状態から発電可能な動作状態に移行（起動）するように制御する起動制御部１５と、を有して構成されている。ここで、本実施形態に係る動作制御部１３、出力制御部１４及び起動制御部１５は、本発明におけるシステム制御手段を構成する。
すなわち、本実施形態に係る電源システム１は、システムの外部（発電モジュール１０Ａ、燃料パック２０及びＩ／Ｆ部３０以外）からの燃料供給や制御に依存することなく、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣに対して、所定の電力（負荷駆動電力）を出力可能なように構成されている。
【００３１】
＜副電源部１１＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される副電源部１１は、図３に示したように、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬが有する物理的又は化学的エネルギー等を用いて、電源システム１の起動動作に必要な所定の電力（第２の電力）を、常時、自立的に発生する構成を有している。そして、この電力は、大別して、デバイスＤＶＣに内蔵され、その駆動状態を制御するコントローラの駆動電力（コントローラ電力）、及び、発電モジュール１０Ａ全体の動作状態を制御する動作制御部１３の動作電力として常時供給される電力Ｅ１と、発電モジュール１０Ａの起動時に、少なくとも、出力制御部１４（構成によっては、主発電部１２を含む）及び起動制御部１５に対して、起動電力（電圧・電流）として供給される電力Ｅ２からなる。
【００３２】
副電源部１１の具体的な構成としては、例えば、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬを用いた電気化学反応や触媒燃焼反応によるもの（燃料電池、温度差発電等）を良好に適用することができるほか、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの封入圧力や燃料の気化によって生じるガス圧力を用いて発電器を回転させて電力を発生する力学的なエネルギー変換作用等によるもの（ガスタービン発電等）、また、発電用燃料ＦＬを栄養源とする微生物等による代謝（光合成、呼吸等）により生じる電子を捕獲し、直接電力へと変換するもの（生物化学発電）、上記封入圧力やガス圧力に基づく発電用燃料ＦＬの流体エネルギーにより生じる振動エネルギーを電磁誘導の原理を利用して電力に変換するもの（振動発電）、二次電池（充電池）やコンデンサ等の電力蓄積手段単体からの放電によるもの、さらには、上述した発電を行う各構成により生成された電力を、電力蓄積手段（二次電池やコンデンサ等）に蓄積して放出（放電）させるようにしたもの等を適用することができる。
【００３３】
以下に、各々の具体例について、図面を参照して簡単に説明する。
（副電源部の第１の構成例）
図４は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３）を適宜参照しながら説明する。
第１の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０から直接供給される発電用燃料ＦＬを用い、電気化学反応により電力（第２の電力）を発生する燃料直接供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池の構成を有している。
【００３４】
図４に示すように、本構成例に係る副電源部１１Ａは、概略、所定の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極（カソード）１１１と、所定の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極（アノード）１１２と、燃料極１１１と空気極１１２の間に介装されたイオン導電膜（交換膜）１１３と、を有して構成されている。ここで、燃料極１１１には、燃料パック２０に封入された発電用燃料（例えば、メタノール等のアルコール類及び水）が直接供給され、一方、空気極１１２には大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給される。
【００３５】
この副電源部（燃料電池）１１Ａにおける電気化学反応の一例は、具体的には、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）が燃料極１１１に直接供給されると、次の化学反応式（１）に示すように、触媒反応により電子（ｅ−）が分離して水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、イオン導電膜１１３を介して空気極１１２側に通過するとともに、燃料極１１１を構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出されて負荷１１４（電源システム内外の所定の構成；ここでは、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴ、動作制御部１３、主発電部１２、出力制御部１４等）に供給される。なお、この触媒反応により生成される水素イオン以外の微量の二酸化炭素（ＣＯ２）は、例えば、燃料極１１１側から大気中に排出される。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ６Ｈ＋＋６ｅ−＋ＣＯ２ ・・・（１）
【００３６】
一方、空気極１１２に空気（酸素Ｏ２）が供給されると、次の化学反応式（２）に示すように、触媒反応により負荷１１４を経由した電子（ｅ−）とイオン導電膜１１３を通過した水素イオン（Ｈ＋）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）が反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・（２）
【００３７】
このような一連の電気化学反応（化学反応式（１）及び（２））は、概ね室温程度の比較的低温の環境下で進行する。ここで、空気極１１２で発生する副生成物である水（Ｈ２Ｏ）を回収し、燃料極１１１側に必要量を供給することにより、上記化学反応式（１）に示した触媒反応の原料物質として再利用することができるとともに、燃料パック２０に予め備蓄（封入）される水（Ｈ２Ｏ）の量を大幅に減らすことができるので、燃料パック２０の容積を大幅に縮小しつつ、副電源部１１を長時間、継続的に動作させて、所定の電力を供給することが可能となる。なお、空気極１１２で発生する水（Ｈ２Ｏ）等の副生成物を回収、再利用する副生成物回収手段の構成については、後述する主発電部１２における構成と併せて説明する。
【００３８】
このような構成を有する燃料電池を副電源部に適用することにより、他の方式（例えば、後述する燃料改質型の燃料電池）に比較して周辺構成を必要としないので、副電源部１１Ａの構成を簡素化かつ小型化することができるとともに、例えば、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０に設けられた燃料輸送管を介して毛細管現象により所定量の発電用燃料が副電源部１１Ａ（燃料極１１１）に自動的に送入されて、上記化学反応式（１）及び（２）に基づく、発電動作を開始、継続することができる。
【００３９】
したがって、燃料パック２０からの発電用燃料の供給が継続する限り、副電源部１１Ａにより所定の電力が常時、自立的に生成され、デバイスＤＶＣのコントローラ電力及び動作制御部１３の動作電力、さらには、主発電部１２又は出力制御部１４に対する起動電力として供給することができる。また、上述したような燃料電池においては、発電用燃料から電気化学反応を利用して直接電力を発生しているので、極めて高い発電効率を実現することができ、発電用燃料の有効利用や副電源部を含む発電モジュールの小型化を図ることができるとともに、振動や騒音がないので、汎用の一次電池や二次電池と同様に、広範な機器への利用が可能となる。
【００４０】
なお、本構成例における燃料電池においては、燃料パック２０から供給される発電用燃料としてメタノールを適用した場合についてのみ示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水素からなる液体燃料、液化燃料、及び気体燃料のいずれかであればよい。具体的には、上述したメタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス（ＣＮＧ）等の炭化水素からなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料であって、特に、燃料パック２０から副電源部１１Ａに供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件の下で気体状態にあるものを良好に適用することができる。
【００４１】
（副電源部の第２の構成例）
図５は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
第２の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料が有する圧力エネルギー（封入圧力やガス圧力）により圧力駆動機関（ガスタービン）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００４２】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本構成例に係る副電源部１１Ｂは、概略、複数の羽根が円周の所定の方向に沿って湾曲しつつ、略放射状に配列され、かつ、自在に回転が可能なように構成された可動羽根１２２ａと、可動羽根１２２ａの回転中心に直結され、周知の電磁誘導あるいは圧電変換の原理に基づいて、可動羽根１２２ａの回転エネルギーを電力に変換する発電器１２５と、複数の羽根が可動羽根１２２ａの外周側に沿って、可動羽根１２２ａとは逆方向に湾曲しつつ、略放射状に配列され、かつ、可動羽根１２２ａに対して相対的に固定された固定羽根１２２ｂと、可動羽根１２２ａと固定羽根１２２ｂとからなるガスタービン１２２への気化された発電用燃料（燃料ガス）の供給を制御する吸気制御部１２３と、ガスタービン１２２通過後の発電用燃料の排出を制御する排気制御部１２４と、を有して構成されている。ここで、ガスタービン１２２、吸気制御部１２３及び排気制御部１２４からなる副電源部１１Ｂの構成は、半導体製造技術等により蓄積された微細加工技術をはじめとする、いわゆる、マイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、単一のシリコンチップ１２１上の微小空間に集積化して形成することができる。なお、図５（ａ）においては、ガスタービン１２２の構成を明確にするために、可動羽根１２２ａ及び固定羽根１２２ｂが便宜的に露出するように示した。
【００４３】
このような副電源部１１Ｂにおいて、例えば、図５（ｂ）に示すように、吸気制御部１２３を介してガスタービン１２２の固定羽根１２２ｂ側から可動羽根１２２ａ側に、燃料パック２０内に封入された液体燃料が気化した高圧の燃料ガスを吸入（矢印Ｐ２参照）することにより、固定羽根１２２ｂの湾曲方向に沿って燃料ガスの渦流が生じ、該渦流によって、可動羽根１２２ａが所定の方向に回転して、発電器１２５を駆動する。これにより、燃料ガスが有する圧力エネルギーがガスタービン１２２及び発電器１２５を介して電力に変換される。
【００４４】
すなわち、本構成例に係る副電源部１１Ｂに適用される発電用燃料は、少なくとも、吸気制御部１２３が開放されてガスタービン１２２に吸入される際に高圧気体の状態で吸入され、また、排気制御部１２４が開放されてガスタービン１２２内の気体が、気圧の低い方、例えば、常圧である外気に向けて排出されることに伴って生じる圧力差に基づく気体の流動により、可動羽根１２２ａを所定の方向に所定の回転速度（又は、回転数）で回転させ、発電器１２５において所定の電力を発生する。
【００４５】
そして、可動羽根１２２ａの回転に寄与し、圧力が低下した（圧力エネルギーが消費された）燃料ガスは、排気制御部１２４を介して副電源部１１Ｂの外部に排出される。なお、図３に示した発電モジュール１０Ａにおいては、副電源部１１から排出された燃料ガス（排出ガス）をそのまま電源システム１の外部に排出する構成を示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、後述する実施形態に示すように、主発電部１２における発電用燃料として再度利用する構成を有するものであってもよい。
【００４６】
したがって、本構成例に係る副電源部１１Ｂにおいては、燃料パック２０から供給される発電用燃料（燃料ガス）ＦＬは、必ずしも燃焼性（あるいは、可燃性）を有している必要はなく、特に、電力の生成に利用された燃料ガスを、そのまま電源システム１の外部に排出する構成にあっては、発電用燃料ＦＬを排出ガスとして排出することを考慮すれば、不燃性又は難燃性を有し、さらに、毒性がない方が望ましい。なお、発電用燃料が燃焼性又は毒性がある成分を含む物質からなる場合は、排出ガスを外部に排出する前に難燃化や無毒化する処理が必要となることはいうまでもない。
【００４７】
なお、本構成例に係る副電源部１１Ｂのように、燃料ガスの圧力エネルギーに基づいて、電力を発生する構成においては、燃料ガスが副電源部１１Ｂ（ガスタービン１２２）内を通過するのみで、上述した燃料電池における電気化学反応のように、副生成物（水等）が発生することがないので、発電用燃料として不燃性又は難燃性であって、毒性がない物質を適用する場合や、燃焼性又は毒性を有する物質であっても、電源システム１の外部に排出する前に難燃化や無毒化する処理を行う構成を有している場合には、排出ガスを回収する手段を備える必要はない。
【００４８】
このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した第１の構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して高圧の発電用燃料（燃料ガス）ＦＬが副電源部１１Ｂ（ガスタービン１２２）に自動的に送入されて、上記発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｂにより所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の所定の構成に供給することができる。
【００４９】
（副電源部の第３の構成例）
図６は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第３の構成例を示す概略構成図である。
第３の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬが有する圧力エネルギー（封入圧力やガス圧力）により圧力駆動機関（ロータリーエンジン）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００５０】
図６に示すように、第３の構成例に係る副電源部１１Ｃは、外周が概略、楕円型の作動空間１３１ａを有するハウジング１３１と、作動空間１３１ａの内壁に沿って中心軸１３３の周囲を回転する略三角形状の断面を有するローター１３２と、中心軸１３３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。ここで、副電源部１１Ｃの構成は、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、ミリメートルオーダーの微小空間に集積化して形成することができる。
【００５１】
このような構成を有する副電源部１１Ｃにおいて、作動空間１３１ａはほぼ常温に保たれており、液体の状態で吸気口１３４ａから作動空間１３１ａに燃料を封入すると、気化膨張するとともに、排気口１３４ｂ側を低圧、例えば、常圧に制御することにより、作動空間１３１ａの内壁とローター１３２により形成される各作動室間に気圧差が生じ、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、気化した燃料ガスが吸入口１３４ａから排気口１３４ｂ方向に流動することにより、燃料ガスの圧力によりローター１３２がその内周を中心軸１３３の外周に沿うように回転する（矢印Ｐ３）。これにより、燃料ガスが有する圧力エネルギーが中心軸１３３の回転エネルギーに変換されて、該中心軸１３３に接続された発電器により電力に変換される。
【００５２】
ここで、本構成例に適用される発電器は、上述した第２の構成例と同様に、電磁誘導や圧電変換等の周知の原理を用いた発電器を良好に適用することができる。
また、本構成例においても、燃料ガスの圧力エネルギーに基づいて、電力を発生する構成を有しているので、燃料ガスは副電源部１１Ｃ（ハウジング１３１内の作動空間１３１ａ）内を通過するのみで、電力が生成されるので、発電用燃料として必ずしも燃焼性（あるいは、可燃性）を有している必要はなく、少なくとも、副電源部１１Ｃに供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件の下で、気化して所定の体積に膨張されるような高圧の燃料ガスとなる物質であれば良好に適用することができる。
【００５３】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して高圧の発電用燃料（燃料ガス）ＦＬが副電源部１１Ｃ（作動空間１３１ａ）に自動的に送入されて、上記発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｃにより所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の所定の構成に供給することができる。
【００５４】
（副電源部の第４の構成例）
図７は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第４の構成例を示す概略構成図である。
第４の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの触媒燃焼反応に基づいて熱エネルギーを発生することにより生じる温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【００５５】
図７（ａ）に示すように、第４の構成例に係る副電源部１１Ｄは、概略、発電用燃料ＦＬを触媒燃焼させて熱エネルギーを発生させる触媒燃焼部１４１と、概ね一定の温度を保持する定温部１４２と、触媒燃焼部１４１を第１の温度端、定温部１４２を第２の温度端として、該第１及び第２の温度端間に接続された熱電変換素子１４３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、熱電変換素子１４３は、図７（ｂ）に示すように、２種類の半導体又は金属（以下、便宜的に「金属等」という）ＭＡ、ＭＢの端部相互が接合（例えば、金属等ＭＡの両端部に、各々金属等ＭＢが接合）され、各接合部Ｎ１、Ｎ２が上記触媒燃焼部１４１（第１の温度端）及び定温部１４２（第２の温度端）に各々接続された構成を有している。また、定温部１４２は、例えば、電源システム１が装着されるデバイスＤＶＣに設けられた開口部等を介して、常時外気に晒され、略一定の温度を保持するように構成されている。なお、図７に示した温度差発電器からなる副電源部１１Ｄの構成は、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、微小空間に集積化して形成することができる。
【００５６】
このような構成を有する副電源部１１Ｄにおいて、図７（ｃ）に示すように、燃料パック２０に封入された発電用燃料（燃焼ガス）ＦＬがＩ／Ｆ部３０を介して、触媒燃焼部１４１に供給されると、触媒燃焼反応により発熱して、触媒燃焼部１４１（第１の温度端）の温度が上昇する。一方、定温部１４２の温度は、ほぼ一定に保持されるように構成されているので、触媒燃焼部１４１と定温部１４２との間には温度差が発生する。そして、この温度差に基づいて、熱電変換素子１４３におけるゼーベック効果により、所定の起電力が発生して電力が生成される。
【００５７】
具体的には、第１の温度端（接合部Ｎ１）における温度をＴａ、第２の温度端（接合部Ｎ２）における温度をＴｂ（＜Ｔａ）と規定した場合、該温度Ｔａ、Ｔｂ間の差が微小である場合には、図７（ｂ）に示した出力端子Ｏａ、Ｏｂ間に、Ｖab＝Ｓab×（Ｔａ−Ｔｂ）の電圧が生じる。ここで、Ｓabは、金属等ＭＡ、ＭＢの相対ゼーベック係数である。
【００５８】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して発電用燃料（液体燃料又は液化燃料又は気体燃料）が副電源部１１Ｄ（触媒燃焼部１４１）に自動的に送入されて、触媒燃焼反応に伴う熱エネルギーが発生し、上記温度差発電器による発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｄにより所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の所定の構成に供給することができる。
【００５９】
なお、本構成例においては、触媒燃焼部１４１と定温部１４２における温度差に基づいて、ゼーベック効果により電力を発生する温度差発電器について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、金属の加熱により金属表面から自由電子が放出される熱電子放出現象に基づいて、電力を発生する構成を有するものであってもよい。
【００６０】
（副電源部の第５の構成例）
図８は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第５の構成例を示す概略構成図である。
第５の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料（液体燃料）ＦＬが気化反応に基づいて熱エネルギーを吸収することにより生じる温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【００６１】
図８（ａ）に示すように、第５の構成例に係る副電源部１１Ｅは、概略、発電用燃料（特に、液化燃料）ＦＬを気化させた場合に熱エネルギーを吸収することにより実現される冷熱を保持する冷熱保持部１５１と、概ね一定の温度を保持する定温部１５２と、冷熱保持部１５１を第１の温度端、定温部１５２を第２の温度端として、第１及び第２の温度端間に接続された熱電変換素子１５３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、熱電変換素子１５３は、上述した第４の構成例（図７（ｂ）参照）に示したものと同等の構成を有している。また、定温部１５２は、電源システム１内外の他の領域に接触又は晒されることにより、略一定の温度を保持するように構成されている。なお、図８に示した温度差発電器からなる副電源部１１Ｅの構成も、上述した各構成例と同様に、微小空間に集積化して形成される。
【００６２】
このような構成を有する副電源部１１Ｅにおいて、図８（ｂ）に示すように、例えば、燃料パック２０に所定の圧力条件で封入された発電用燃料（液化燃料）ＦＬがＩ／Ｆ部３０を介して、副電源部１１Ｅに供給され、常温、常圧等の所定の環境条件に移行することにより、発電用燃料ＦＬが気化し、その際、周囲から熱エネルギーを吸収して、冷熱保持部１５１の温度が低下する。一方、定温部１５２の温度は、ほぼ一定に保持されるように構成されているので、冷熱保持部１５１と定温部１５２との間には温度差が発生する。そして、この温度差に基づいて、熱電変換素子１５３におけるゼーベック効果により、上述した第４の構成例に示したものと同様に、所定の起電力が発生して電力が生成される。
【００６３】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して発電用燃料（液化燃料）ＦＬが副電源部１１Ｅに自動的に送入されて、気化反応により熱エネルギーが吸収されて冷熱が生じ、上記温度差発電器による発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｅにより所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の所定の構成に供給することができる。
なお、本構成例においては、冷熱保持部１５１と定温部１５２における温度差に基づいて、ゼーベック効果により電力を発生する温度差発電器について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、熱電子放出現象に基づいて、電力を発生する構成を有するものであってもよい。
【００６４】
（副電源部の第６の構成例）
図９は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第６の構成例を示す概略構成図である。
第６の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料に対する生物化学的な反応を利用して電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【００６５】
図９に示すように、第６の構成例に係る副電源部１１Ｆは、概略、発電用燃料を栄養源として成育する微生物や生体触媒（以下、便宜的に「微生物等」という）ＢＩＯが貯蔵された生体培養槽１６１と、該生体培養槽１６１内に設けられた陽極側電極１６１ａ及び陰極側電極１６１ｂと、を備えた構成を有している。このような構成において、燃料パック２０からＩ／Ｆ部３０を介して発電用燃料ＦＬを供給することにより、上記生体培養槽１６１内で微生物等ＢＩＯによる呼吸等の代謝等（生物化学的反応）が生じて電子（ｅ−）が生成される。そして、この電子を陽極側電極１６１ａにより捕獲することにより、出力端子Ｏａ、Ｏｂから所定の電力が得られる。
【００６６】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して微生物等ＢＩＯの栄養源となる発電用燃料ＦＬが副電源部１１Ｆ（生体培養槽１６１）に自動的に送入されて、微生物等ＢＩＯの生物化学的な反応による発電動作が開始され、さらに、発電用燃料の供給が継続する限り、所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の所定の構成に供給することができる。
なお、上記生物化学的反応において、微生物等ＢＩＯによる光合成を利用して電力の生成を行う場合にあっては、例えば、電源システム１が装着されるデバイスＤＶＣに設けられた開口部等を介して、外光が入射するように構成することにより、所定の電力を常時自立的に生成して供給することができる。
【００６７】
（副電源部の第７の構成例）
図１０は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第７の構成例を示す概略構成図である。
第７の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０から供給される発電用燃料の流体移動により生じる振動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００６８】
図１０（ａ）に示すように、第７の構成例に係る副電源部１１Ｇは、概略、液体又は気体からなる発電用燃料が所定方向に移動することにより、少なくとも一端側が振動可能なように構成され、その振動端１７１ａに電磁コイル１７３が設けられた振動子１７１と、電磁コイル１７３に対向して永久磁石１７４が設けられ、発電用燃料の移動に対して振動を生じない固定子１７２と、を備えた振動発電器としての構成を有している。このような構成において、図１０（ｂ）に示すように、燃料パック２０からＩ／Ｆ部３０を介して発電用燃料ＦＬを供給することにより、発電用燃料ＦＬの流動方向に対して概ね直交する方向（図中、矢印Ｐ４）に、固定子１７２に対して振動子１７１（振動端１７１ａ）が所定の振動数で振動を生じる。この振動により永久磁石１７４と電磁コイル１７３間の相対位置に変化が生じることにより、電磁誘導が発生して、電磁コイル１７３を通じて所定の電力が得られる。
【００６９】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して流体としての発電用燃料ＦＬが副電源部１１Ｇに自動的に送入されて、流体移動に伴う振動子１７１の振動エネルギーの変換による発電動作が開始され、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の所定の構成に供給することができる。
【００７０】
なお、上述した各構成例は、発電モジュール１０Ａに適用される副電源部１１の一例を示したに過ぎず、本発明に係る電源システムの構成を何ら限定するものではない。要するに、本発明に適用される副電源部１１は、燃料パック２０に封入された液体燃料又は液化燃料又は気体燃料が直接的に供給されることにより、副電源部１１内部で電気化学反応や電磁誘導、発熱、吸熱反応に伴う温度差等、エネルギーの変換作用に基づいて電力を発生することができるものであれば、他の構成を有するものであってもよく、例えば、ガスタービンやロータリーエンジン以外のガス圧力駆動エンジンと電磁誘導や圧電変換による発電器とを組み合わせたものであってもよいし、次に示すように、上述した各副電源部１１と同等の発電装置に付加して、電力蓄積手段（蓄電装置）を備え、副電源部１１により発電された電力（第２の電力）の一部を蓄電した後、電源システム１（主発電部１２）の起動時に、主発電部１２又は出力制御部１４に対して起動電力として供給するように構成したものを適用することもできる。
【００７１】
（副電源部の第８の構成例）
図１１は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例を示す概略構成図である。
図１１に示すように、第８の構成例に係る副電源部１１Ｈは、概略、燃料パック２０に封入された発電用燃料（液体燃料又は液化燃料又は気体燃料）ＦＬがＩ／Ｆ部３０に設けられ燃料輸送管を介して毛細管現象により直接的に供給されることにより自立的に電力（第２の電力）を発生することができる発電装置（例えば、上述した各構成例に示した副電源部）１８１と、該発電装置１８１により生成された電力の一部を蓄積する２次電池又はコンデンサ等からなる電荷蓄積部１８２と、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、電荷蓄積部１８２への電力の蓄積、放出を切り換え設定するスイッチ１８３と、を備えた構成を有している。
【００７２】
このような構成において、燃料パックからの発電用燃料の供給が持続している間、常時駆動している発電装置１８１により生成された電力は、デバイスＤＶＣのコントローラ電力及び動作制御部１３の動作電力として出力されるとともに、その一部がスイッチ１８３を介して電荷蓄積部１８２に適宜蓄積される。そして、例えば、動作制御部１３が、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴから出力される、負荷ＬＤがオフ状態から起動してオン状態に切り替わる負荷駆動情報を端子部１８４を介して受け取り、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動を検出した場合には、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、スイッチ１８３の接続状態が切り替わり、電荷蓄積部１８２に蓄積されていた電力が主発電部１２又は出力制御部１４に対して起動電力として供給される。
【００７３】
したがって、このような構成を有する副電源部によれば、発電装置１８１により単位時間当たりに生成される電力を駆動電力特性の低いもの（微弱な電力）に設定した場合であっても、電荷蓄積部１８２に蓄積された電力を瞬時に放出することにより、主発電部１２又は出力制御部１４に対して、十分に駆動電力特性が高い電力を供給することができる。よって、発電装置１８１の発電能力を十分小さいものに設定することができるので、副電源部１１の構成を小型化することができる。
【００７４】
＜主発電部１２＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される主発電部１２は、図３に示したように、動作制御部１３による起動制御に基づいて、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬが有する物理的又は化学的エネルギー等を用いて、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）を駆動するために必要な所定の電力（第１の電力）を発生する構成を有している。例えば、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬを用いた電気化学反応によるもの（燃料電池）や、燃焼反応に伴う熱エネルギーによるもの（温度差発電）、燃焼反応等に伴う圧力エネルギーを用いて発電器を回転させて電力を発生する力学的なエネルギー変換作用等によるもの（内燃、外燃機関発電）、また、発電用燃料ＦＬの流体エネルギーや熱エネルギーを電磁誘導の原理等を利用して電力に変換するもの（電磁流体力学発電、熱音響効果発電等）等、種々の形態を適用することができる。
【００７５】
ここで、主発電器１２により生成される電力（第１の電力）は、デバイスＤＶＣ全体の各種機能（負荷ＬＤ）の駆動を行う主電源であるため、駆動電力特性が高く設定される。したがって、上述した副電源部１１により生成され、デバイスＤＶＣのコントローラ電力や動作制御部１３の動作電力等となる電力（第２の電力）とはその性質を異にする。
【００７６】
以下に、各々の具体例について、図面を参照して簡単に説明する。
（主発電部の第１の構成例）
図１２は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第１の構成例を示す概略構成図であり、図１３は、本構成例に係る主発電部に適用される燃料改質部における水素生成過程を示す概念図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３）を適宜参照しながら説明する。
第１の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、電気化学反応により電力を発生する燃料改質方式を採用した固体高分子型の燃料電池の構成を有している。
【００７７】
図１２に示すように、主発電部１２Ａは、大別して、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬに対して所定の改質反応を利用して、発電用燃料ＦＬに含有される所定の燃料成分（水素）を抽出する燃料改質部（燃料改質器）２１０ａと、燃料改質部２１０ａにより抽出された燃料成分を利用して電気化学反応により、負荷２１４（デバイスＤＶＣ）を駆動するための所定の電力（第１の電力）を発生する燃料電池本体２１０ｂと、を有して構成されている。
【００７８】
燃料改質部２１０ａは、図１３（ａ）に示すように、概略、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬに対して、蒸発及び水蒸気改質反応からなる各過程を介して、燃料成分を抽出し、燃料電池本体２１０ｂに供給する。例えば、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）を発電用燃料ＦＬとして、水素ガス（Ｈ２）を生成する場合にあっては、まず、蒸発過程において、液体燃料であるメタノール及び水に対してヒータで概ね１００℃以上の温度条件の雰囲気に設定することにより、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）を気化させる。
【００７９】
次いで、水蒸気改質反応過程においては、上記気化したメタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）に対してヒータで概ね３００℃の温度条件の雰囲気を設定することにより、４９．４kJ/molの熱エネルギーを吸熱して、次の化学反応式（３）に示すように、水素（Ｈ２）と微量の二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。なお、この水蒸気改質反応においては、水素（Ｈ２）と二酸化炭素（ＣＯ２）以外に副生成物として微量の一酸化炭素（ＣＯ）が生成される場合がある。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２＋ＣＯ２ ・・・（３）
【００８０】
ここで、図１３（ｂ）に示すように、水蒸気改質反応において副生成物として生成される一酸化炭素（ＣＯ）を除去するための選択酸化触媒部２１０ｃを燃料改質部２１０ａの後段に付設して、水性シフト反応及び選択酸化反応からなる各過程を介して、一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ２）及び水素（Ｈ２）に変換して、有害物質の排出を抑止するように構成してもよい。具体的には、水性シフト反応過程において、一酸化炭素（ＣＯ）に対して水（水蒸気；Ｈ２Ｏ）を反応させることにより４０．２kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（４）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成される。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ →ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・（４）
【００８１】
さらに、選択酸化反応過程において、水性シフト反応により二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）に変換されなかった一酸化炭素（ＣＯ）に対して酸素（Ｏ２）を反応させることにより２８３．５kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（５）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ２）が生成される。
ＣＯ＋（１／２）Ｏ２ →ＣＯ２ ・・・（５）
【００８２】
上記一連の燃料改質反応により生成される水素以外の微量の生成物（主に、二酸化炭素）は、発電モジュール１０Ａに設けられた排出孔（図示を省略；具体構成例において後述する）を介して、大気中に排出される。
なお、このような機能を有する燃料改質部の具体的な構成については、他の構成とともに、後述する具体構成例において詳しく説明する。
【００８３】
燃料電池本体２１０ｂは、図１２に示すように、上述した副電源部１１に適用される燃料直接供給方式の燃料電池と同様に、概略、例えば、白金やパラジウム、さらには白金・ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極（カソード）２１１と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極（アノード）２１２と、燃料極２１１と空気極２１２の間に介装されたフィルム状のイオン導電膜（交換膜）２１３と、を有して構成されている。ここで、燃料極２１１には、後述する出力制御部１４により供給量が制御された発電用燃料ＦＬから、上記燃料改質部２１０ａにより抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、空気極２１２には大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給される。これにより、以下に示す電気化学反応により発電が行われ、負荷２１４（デバイスＤＶＣの負荷ＬＤ）に対して所定の駆動電力（電圧・電流）となる電力が供給される。
【００８４】
本構成例に係る主発電部１２における電気化学反応の一例は、具体的には、燃料極２１１に水素ガス（Ｈ２）が供給されると、次の化学反応式（６）に示すように、燃料極２１１における触媒反応により電子（ｅ−）が分離して水素イオン（プロトン；Ｈ＋）が発生し、イオン導電膜２１３を介して空気極２１２側に通過するとともに、燃料極２１１を構成する炭素電極により電子（ｅ−）が取り出されて負荷２１４に供給される。
３Ｈ２ → ６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・（６）
【００８５】
一方、空気極２１２に空気が供給されると、次の化学反応式（７）に示すように、空気極２１２における触媒反応により負荷２１４を経由した電子（ｅ−）とイオン導電膜２１３を通過した水素イオン（Ｈ＋）と空気中の酸素ガス（Ｏ２）が反応して水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
６Ｈ＋＋（３／２）Ｏ２＋６ｅ− → ３Ｈ２Ｏ ・・・（７）
【００８６】
このような一連の電気化学反応（化学反応式（６）及び（７））は、概ね６０〜８０℃の比較的低温の環境下で進行し、電力（負荷駆動電力）以外の副生成物は、基本的に水（Ｈ２Ｏ）のみとなる。ここで、空気極２１２において生成される副生成物である水（Ｈ２Ｏ）を回収し、上述した燃料改質部２１０ａに必要量を供給することにより、発電用燃料ＦＬの燃料改質反応や水性シフト反応に再利用することができるとともに、燃料改質反応のために燃料パック２０に予め備蓄（封入）される水（Ｈ２Ｏ）の量を大幅に減らすことができ、さらには、燃料パック２０内に設けられた副生成物を回収する副生成物回収手段への回収量を大幅に減らすことができる。なお、空気極２１２で発生する水（Ｈ２Ｏ）等の副生成物を回収、再利用する副生成物回収手段の構成については、上述した副電源部１１における副生成物回収手段（副電源部１１の第１の構成例参照）とともに併せて後述する。
【００８７】
なお、上述したような電気化学反応により生成され、負荷２１４に供給される電力は、主発電部１２Ａ（燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１）に供給される水素ガス（Ｈ２）の量に依存する。したがって、出力制御部１４を介して主発電部１２に供給される発電用燃料（実質的には水素ガス）ＦＬの量を制御することにより、デバイスＤＶＣに供給される電力を任意に調整することができ、例えば、汎用の化学電池のうちの１種と同等になるように設定することができる。
【００８８】
このような構成を有する燃料改質方式の燃料電池を主発電部に適用することにより、出力制御部１４により発電用燃料ＦＬの供給量を制御することにより、より効果的に任意の電力を発生することができるので、負荷駆動情報に基づいて、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態に応じた適切な発電動作を実現することができる。また、燃料電池としての構成を適用することにより、電気化学反応により発電用燃料ＦＬから直接電力を発生することができるので、極めて高い発電効率を実現することができ、発電用燃料ＦＬの有効利用や主発電部１２を含む発電モジュール１０Ａの小型化を図ることができる。
【００８９】
なお、上述した副電源部（第１の構成例参照）１１と同様に、発電用燃料ＦＬとしてメタノールを適用した場合についてのみ示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水素からなる液体燃料、液化燃料、及び気体燃料のいずれかであればよい。したがって、メタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の常温常圧で気化される炭化水素からなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料等を良好に適用することができる。
【００９０】
ここで、発電用燃料ＦＬとして、液化された水素や水素ガスをそのまま利用する場合にあっては、本構成例に示したような燃料改質部２１０ａを必要とすることなく、出力制御部１４により供給量のみを制御した発電用燃料ＦＬを、燃料電池本体２１０ｂに直接供給する構成を適用することができる。また、主発電部１２の構成として、燃料改質方式の燃料電池のみを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、上述した副電源部（第１の構成例参照）１１と同様に、電力発生効率は低いが燃料直接供給方式の燃料電池を適用して、上記液体燃料や液化燃料、気体燃料等を用いて電力を発生するものであってもよい。
【００９１】
（主発電部の第２の構成例）
図１４は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第２の構成例を示す概略構成図である。
第２の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応に伴う圧力エネルギーによりガス燃焼タービン（内燃機関）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００９２】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、本構成例に係る主発電部１２Ｂは、概略、複数の羽根が円周の所定の方向に沿って湾曲しつつ、略放射状に配列された吸気羽根２２２in及び排気羽根２２２outが連結して、自在に回転が可能なように構成された可動羽根２２２と、複数の羽根が可動羽根２２２（吸気羽根２２２in及び排気羽根２２２out）の外周側に沿って、可動羽根２２２とは逆方向に湾曲しつつ、略放射状に配列され、かつ、可動羽根２２２に対して相対的に固定された吸気羽根２２３in及び排気羽根２２３outからなる固定羽根２２３と、可動羽根２２２により吸入された発電用燃料（燃料ガス）ＦＬを所定のタイミングで燃焼する燃焼室２２４と、燃焼室２２４に吸入された燃料ガスに点火する点火部２２５と、可動羽根２２２の回転中心に直結され、周知の電磁誘導あるいは圧電変換の原理に基づいて、可動羽根２２２の回転エネルギーを電力に変換する発電器２２８と、可動羽根２２２と固定羽根２２３からなるガス燃焼タービンへの気化された燃料ガスの供給（吸入）を制御する吸気制御部２２６と、ガス燃焼タービンにおける燃焼後の燃料ガス（排出ガス）の排出を制御する排気制御部２２７と、を有して構成されている。ここで、ガス燃焼タービン、吸気制御部２２６及び排気制御部２２７を備えた主発電部１２Ｂの構成は、上述した副電源部１１と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、シリコンチップ２２１上のミリメートルオーダーの微小空間に集積化して形成することができる。なお、図１４（ａ）においては、ガス燃焼タービンの構成を明確にするために、吸気羽根２２２in、２２３inが便宜的に露出するように示した。
【００９３】
このような主発電部１２Ｂにおいて、例えば、図１４（ｂ）に示すように、吸気制御部２２６を介してガス燃焼タービンの吸気羽根２２２in、２２３in側から吸入した燃料ガスを、燃焼室２２４において所定のタイミングで点火部２２５で点火、燃焼し、排気羽根２２２out、２２３out側から排出することにより（矢印Ｐ５）、可動羽根２２２及び固定羽根２２３の湾曲方向に沿って燃料ガスの渦流が生じ、該渦流によって、燃料ガスの吸入、排出が自動的に行われて、可動羽根２２２が所定の方向に連続的に回転し、発電器２２８を駆動する。これにより、燃料ガスによる燃料エネルギーがガス燃焼タービン及び発電器２２８を介して電力に変換される。
【００９４】
したがって、本構成例に係る主発電部１２Ｂにおいては、燃料ガスの燃焼エネルギーを用いて電力を発生する構成を有しているので、燃料パック２０から供給される発電用燃料（燃料ガス）ＦＬは、少なくとも、発火性又は燃焼性を有することが要であり、例えば、メタノールやエタノールブタノール等のアルコール系の液体燃料やジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の常温常圧で気化される炭化水素からなる液化燃料、水素ガス等の気体燃料を良好に適用することができる。
なお、燃焼後の燃料ガス（排出ガス）を電源システム１の外部にそのまま排出する構成を適用する場合にあっては、排出ガスが燃焼性又は毒性がある成分を含む場合は、排出ガスを外部に排出する前に難燃化や無毒化する処理を行うか、該排出ガスを回収する手段を備える必要があることはいうまでもない。
【００９５】
このような構成を有するガス燃焼タービンを主発電部に適用することにより、上述した第１の構成例と同様に、発電用燃料ＦＬの供給量を調整する簡易な制御方法により、任意の電力を発生することができるので、デバイスＤＶＣの駆動状態に応じた適切な発電動作を実現することができる。また、微細化したガス燃焼タービンとしての構成を適用することにより、比較的高いエネルギー変換効率で電力を発生して、発電用燃料ＦＬの有効利用を図りつつ、主発電部１２を含む発電モジュール１０Ａの小型化を図ることができる。
【００９６】
（主発電部の第３の構成例）
図１５は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第３の構成例を示す概略構成図である。
第３の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応による圧力エネルギーによりロータリーエンジン（内燃機関）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００９７】
図１５に示すように、第３の構成例に係る主発電部１２Ｃは、外周が概略、楕円型の作動空間２３１ａを有するハウジング２３１、及び、作動空間２３１ａの内壁に沿って偏心しながら回転する略三角形状の断面を有するローター２３２、圧縮された燃料ガスを点火、燃焼させる点火部２３４を備えた周知のロータリーエンジンと、中心軸２３３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。ここで、ロータリーエンジンからなる主発電部１２Ｃの構成は、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、微小空間に集積化して形成することができる。
【００９８】
このような構成を有する主発電部１２Ｃにおいて、ローター２３２が回転することによる吸気、圧縮、燃焼（爆発）、排気の各行程を繰り返すことにより、燃料ガスの燃焼により生じる圧力エネルギーを回転エネルギーに変換して発電器に伝達する。すなわち、吸気行程においては、図１５（ａ）に示すように、吸気口２３５ａから燃料ガスが吸入されて、作動空間２３１ａの内壁とローター２３２により形成される所定の作動室ＡＳに充填され、次いで、圧縮行程において、図１５（ｂ）に示すように、作動室ＡＳ内の燃料ガスが高い圧力に圧縮された後、燃焼行程において、図１５（ｃ）に示すように、所定のタイミングで点火部２３４により燃料ガスを点火、燃焼（爆発）させ、排気行程において、図１５（ｄ）に示すように、燃焼後の排出ガスが作動室ＡＳから排気口２３５ｂを介して排出される。この一連の駆動行程において、燃焼行程における燃料ガスの爆発、燃焼に伴う圧力エネルギーにより、ローター２３２の所定方向（矢印Ｐ６）への回転が維持されて、中心軸２３３への回転エネルギーの伝達が継続される。これにより、燃料ガスによる燃焼エネルギーが中心軸２３３の回転エネルギーに変換されて、該中心軸２３３に接続された発電器（図示を省略）により電力に変換される。
【００９９】
ここで、発電器の構成は、上述した第２の構成例と同様に、電磁誘導や圧電変換による周知の発電器を適用することができる。
また、本構成例においても、燃料ガスの燃焼エネルギーに基づいて、電力を発生する構成を有しているので、発電用燃料（燃料ガス）ＦＬは、少なくとも、発火性又は燃焼性を有することを必要とする。また、燃焼後の燃料ガス（排出ガス）を電源システム１の外部にそのまま排出する構成を適用する場合にあっては、排出ガスが燃焼性又は毒性がある成分を含む場合は、排出ガスを外部に排出する前に難燃化や無毒化する処理を行うか、該排出ガスを回収する手段を備える必要があることはいうまでもない。
【０１００】
このような構成を有するロータリーエンジンを主発電部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電用燃料ＦＬの供給量を調整する簡易な制御方法により、任意の電力を発生することができるので、デバイスの駆動状態に応じた適切な発電動作を実現することができる。また、微細化したロータリーエンジンとしての構成を適用することにより、比較的簡易な構成、かつ、振動の少ない動作により電力を発生しつつ、主発電部１２を含む発電モジュール１０Ａの小型化を図ることができる。
【０１０１】
（主発電部の第４の構成例）
図１６は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第４の構成例を示す概略構成図である。ここでは、第４の構成例に適用される周知のスターリングエンジンの基本構造（２ピストン形、ディスプレーサ形）のみを示し、その動作を簡単に説明する。
第４の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応による熱エネルギーによりスターリングエンジン（外燃機関）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【０１０２】
第４の構成例に係る主発電部１２Ｄにおいて、２ピストン形スターリングエンジンは、図１６（ａ）に示すように、概略、互いに作動ガスが往復可能に構成された高温（膨張）側のシリンダ２４１ａ及び低温（圧縮）側のシリンダ２４２ａ、これらのシリンダ２４１ａ、２４２ａ内にあって、互いに９０°の位相差を有して往復運動するようにクランク軸２４３に接続された高温側ピストン２４１ｂ及び低温側ピストン２４２ｂ、高温側のシリンダ２４１ａを加熱する加熱器２４４、低温側のシリンダ２４２ａを冷却する冷却器２４５、クランク軸２４３の軸芯に接続されたフライホイール２４６を備えた周知のスターリングエンジンと、クランク軸２４３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。
【０１０３】
このような構成を有する主発電部１２Ｄにおいては、高温側のシリンダ２４１ａを燃料ガスの燃焼に伴う熱エネルギーにより常時加熱し、低温側のシリンダ２４２ａを外気等、電源システム１内外の他の領域に接触又は晒されることにより常時冷却した状態に保持し、等容加熱、等温膨張、等容冷却、等温圧縮の各行程を繰り返すことにより、高温側ピストン２４１ｂ及び低温側ピストン２４２ｂを往復運動させる運動エネルギーを、クランク軸２４３の回転エネルギーに変換して発電器に伝達する。
【０１０４】
すなわち、等容加熱行程においては、作動ガスの熱膨張を開始して高温側ピストン２４１ｂが下降し始めると、高温側シリンダ２４１ａと連続した空間である小さい容積の低温側のシリンダ２４２ａは、高温側ピストン２４１ｂの急下降に伴う減圧により低温側ピストン２４２ｂが上昇し、低温側シリンダ２４２ａの冷却した作動ガスが高温側シリンダ２４１ａに流入する。次いで、等温膨張行程においては、高温側シリンダ２４１ａ内に流入された冷却された作動ガスは、十分熱膨張して高温側シリンダ２４１ａ及び低温側のシリンダ２４２ａ内の空間の圧力を上昇し、高温側ピストン２４１ｂ及び低温側ピストン２４２ｂがともに下降する。次いで、等容冷却行程においては、低温側ピストン２４２ｂの下降により低温側シリンダ２４２ａ内の空間が増大され、それに伴い高温側シリンダ２４１ａ内の空間が収縮して高温側ピストン２４１ｂが上昇し、高温側シリンダ２４１ａの作動ガスが低温側シリンダ２４２ａに流入して冷却される。そして、等温圧縮行程においては、低温側シリンダ２４２ａ内の空間を満たす冷却された作動ガスは収縮し、連続した低温側シリンダ２４２ａ及び高温側シリンダ２４１ａ内の空間はともに減圧され、高温側ピストン２４１ｂ及び低温側ピストン２４２ｂがともに上昇して、作動ガスが圧縮される。この一連の駆動行程において、燃料ガスの加熱、冷却に伴うピストンの往復運動により、クランク軸２４３の所定方向（矢印Ｐ７）への回転が維持される。これにより、作動ガスの圧力エネルギーがクランク軸２４３の回転エネルギーに変換されて、該クランク軸２４３に接続された発電器（図示を省略）により電力に変換される。
【０１０５】
一方、第４の構成例に係る主発電部１２Ｄにおいて、ディスプレーサ形スターリングエンジンは、図１６（ｂ）に示すように、概略、ディスプレーサピストン２４１ｄにより隔壁され、互いに作動ガスが往復可能な高温空間と低温空間を有するシリンダ２４１ｃ、このシリンダ２４１ｃ内にあって、往復運動可能に構成されたディスプレーサピストン２４１ｄ、シリンダ２４１ｃ内の圧力変化に応じて往復運動するパワーピストン２４２ｄ、ディスプレーサピストン２４１ｄ及びパワーピストン２４２ｄが互いに９０°の位相差を有するように接続されたクランク軸２４３、シリンダ２４１ｃの一端側（高温空間側）を加熱する加熱器２４４、シリンダ２４１ｃの他端側（低温空間側）を冷却する冷却器２４５、クランク軸２４３の軸芯に接続されたフライホイール２４６を備えた周知のスターリングエンジンと、クランク軸２４３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。
【０１０６】
このような構成を有する主発電部１２Ｄにおいては、シリンダ２４１ｃの高温空間側を燃料ガスの燃焼に伴う熱エネルギーにより常時加熱し、低温空間側を常時冷却した状態に保持し、等容加熱、等温膨張、等容冷却、等温圧縮の各行程を繰り返すことにより、ディスプレーサピストン２４１ｄ及びパワーピストン２４２ｄを所定の位相差で往復運動させる運動エネルギーを、クランク軸２４３の回転エネルギーに変換して発電器に伝達する。
【０１０７】
すなわち、等容加熱行程においては、ディスプレーサピストン２４１ｄが加熱器２４４による作動ガスの熱膨張が開始し上昇し始めると、低温空間側の作動ガスが高温空間側に流入して加熱される。次いで、等温膨張行程においては、増量した高温空間側の作動ガスが熱膨張して圧力が上昇することにより、パワーピストン２４２ｄが上昇する。次いで、等容冷却行程においては、加熱器２４４による熱膨張した作動ガスの低温空間側への流入によりディスプレーサピストン２４１ｄが下降すると、高温空間側の作動ガスが低温空間側に流入して冷却される。そして、等温圧縮行程においては、低温空間側のシリンダ２４１ｃ内で冷却された作動ガスが収縮して低温空間側のシリンダ２４１ｃ内を減圧し、パワーピストン２４２ｄが下降する。この一連の駆動行程において、作動ガスの加熱、冷却に伴うピストンの往復運動により、クランク軸２４３の所定方向（矢印Ｐ７）への回転が維持される。これにより、作動ガスの圧力エネルギーがクランク軸２４３の回転エネルギーに変換されて、該クランク軸２４３に接続された発電器（図示を省略）により電力に変換される。
【０１０８】
ここで、発電器の構成は、上述した第２、第３の構成例と同様に、電磁誘導や圧電変換による周知の発電器を適用することができる。また、図１６に示したスターリングエンジンを備えた主発電部１２Ｄの構成も、上述した各構成例と同様に、微小空間に集積化して形成される。さらに、本構成例においても、燃料ガスの燃焼に伴う熱エネルギーに基づいて、電力を発生する構成を有しているので、発電用燃料（燃料ガス）は、少なくとも、発火性又は燃焼性を有している必要がある。
【０１０９】
このような構成を有するスターリングエンジンを主発電部に適用することにより、上述した第３の構成例と同様に、発電用燃料ＦＬの供給量を調整する簡易な制御方法により、任意の電力を発生することができるので、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態に応じた適切な発電動作を実現することができる。また、微細化したスターリングエンジンとしての構成を適用することにより、比較的簡易な構成、かつ、振動の少ない動作により電力を発生しつつ、主発電部１２を含む発電モジュール１０Ａの小型化を図ることができる。
【０１１０】
なお、上述した第２乃至第４の構成例においては、発電用燃料ＦＬの燃焼反応に基づくガス圧力の変化を回転エネルギーを介して電力に変換する発電装置として、ガス燃焼タービン、ロータリーエンジン及びスターリングエンジンを備えたものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パルス燃焼エンジン等の各種の内燃機関又は外燃機関と、周知の電磁誘導あるいは圧電変換の原理を適用した発電器とを組み合わせたものを適用できることはいうまでもない。
【０１１１】
（主発電部の第５の構成例）
図１７は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第５の構成例を示す概略構成図である。
第５の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応（酸化反応）に基づいて熱エネルギーを発生することにより生じる温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【０１１２】
図１７（ａ）に示すように、第５の構成例に係る主発電部１２Ｅは、概略、発電用燃料ＦＬを燃焼反応（酸化反応）させて熱エネルギーを発生させる燃焼加熱器２５１と、概ね一定の温度を保持する定温部２５２と、燃焼加熱器２５１を第１の温度端、定温部２５２を第２の温度端として、第１及び第２の温度端間に接続された熱電変換素子２５３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、熱電変換素子２５３は、図７（ｂ）に示したものと同等の構成を有している。また、燃焼加熱器２５１は、発電用燃料ＦＬが供給されることにより、燃焼反応を継続的に維持して高温を保持し、一方、定温部２５２は、電源システム１内外の他の領域に接触又は晒されることにより、略一定の温度（例えば、常温又は低温）を保持するように構成されている。なお、図１７に示した温度差発電器からなる主発電部１２Ｅの構成も、上述した各構成例と同様に、微小空間に集積化して形成される。
【０１１３】
このような構成を有する主発電部１２Ｅにおいて、図１７（ｂ）に示すように、燃料パック２０に封入された発電用燃料が出力制御部１４を介して、燃焼加熱器２５１に供給されると、発電用燃料の供給量に応じて燃焼（酸化）反応が進行して発熱し、燃焼加熱器２５１の温度が上昇する。一方、定温部２５２の温度は、ほぼ一定に設定されるように構成されているので、燃焼加熱器２５１と定温部２５２との間には温度差が発生する。そして、この温度差に基づいて、熱電変換素子２５３におけるゼーベック効果により、所定の起電力が発生して電力が生成される。
【０１１４】
このような構成を有する温度差発電器を主発電部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電用燃料ＦＬの供給量を調整する簡易な制御方法により、任意の電力を発生することができるので、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態に応じた適切な発電動作を実現することができる。また、微細化した温度差発電器としての構成を適用することにより、比較的簡易な構成、かつ、振動のない動作により電力を発生しつつ、主発電部１２を含む発電モジュール１０Ａの小型化を図ることができる。
なお、本構成例においては、燃焼加熱器２５１と定温部２５２における温度差に基づいて、ゼーベック効果により電力を発生する温度差発電器について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、熱電子放出現象に基づいて、電力を発生する構成を有するものであってもよい。
【０１１５】
（主発電部の第６の構成例）
図１８は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第６の構成例を示す概略構成図である。
第６の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、電磁流体力学の原理により電力（起電力）を発生する発電装置としての構成を有している。
【０１１６】
図１８（ａ）に示すように、第６の構成例に係る主発電部１２Ｆは、概略、導電性流体からなる発電用燃料ＦＬが所定の流束で通過する流路の側壁を構成し、相互に対向する一対の電極ＥＬａ、ＥＬｂと、電極ＥＬａ、ＥＬｂの対向方向及び発電用燃料ＦＬの流路方向のいずれにも垂直な方向に所定の強さの磁界を発生するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のネオジム永久磁石からなる磁界発生手段ＭＧと、各電極ＥＬａ、ＥＬｂに個別に接続された出力端子Ｏｃ、Ｏｄと、を備えたＭＨＤ（Magneto-Hydro-Dynamics；電磁流体力学）発電器の構成を有している。ここで、発電用燃料ＦＬは、プラズマや液体金属、導電性物質を含有する液体又は気体等の導電性流体（作動流体）であって、電極ＥＬａ、ＥＬｂに平行な方向（矢印Ｐ８）に流動するように流路が形成されている。なお、本構成例に係る主発電部１２Ｆにおいても、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用して、微小空間に集積化して形成される。
【０１１７】
このような構成を有する主発電部１２Ｆにおいて、図１８（ｂ）に示すように、磁界発生手段ＭＧにより発電用燃料の流路方向に垂直に磁界Ｂを発生させ、流束ｕで発電用燃料（導電性流体）ＦＬを流路方向に移動させることにより、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、発電用燃料ＦＬが磁界を横切るときに起電力ｕ×Ｂが誘導され、発電用燃料ＦＬが有するエンタルピーが電力に変換され、出力端子Ｏｃ、Ｏｄ間に接続された負荷（図示を省略）に電流が流れる。これにより、発電用燃料ＦＬが有する熱エネルギーが直接電力に変換される。
【０１１８】
なお、ＭＨＤ発電器の流路通過後の発電用燃料（導電性流体）ＦＬを電源システム１の外部にそのまま排出する構成を適用する場合にあっては、発電用燃料ＦＬが燃焼性又は毒性がある成分を含む場合は、発電用燃料ＦＬを外部に排出する前に難燃化や無毒化する処理を行うか、該発電用燃料ＦＬを回収する手段を備える必要があることはいうまでもない。
【０１１９】
このような構成を有するＭＨＤ発電器を主発電部に適用することにより、流路を移動する発電用燃料ＦＬの速度を調整する簡易な制御方法により、任意の電力を発生することができるので、デバイスＤＶＣの駆動状態に応じた適切な発電動作を実現することができる。また、微細化したＭＨＤ発電器としての構成を適用することにより、駆動部品を必要としない極めて簡易な構成により電力を発生しつつ、主発電部１２を含む発電モジュール１０Ａの小型化を図ることができる。
【０１２０】
なお、上述した各構成例は、発電モジュール１０Ａに適用される主発電部１２の一例を示したに過ぎず、本発明に係る電源システムの構成を何ら限定するものではない。要するに、本発明に適用される主発電部１２は、燃料パック２０に封入された液体燃料又は液化燃料又は気体燃料が直接的又は間接的に供給されることにより、主発電部１２内部で電気化学反応や発熱、吸熱反応に伴う温度差、圧力エネルギーや熱エネルギーの変換作用、電磁誘導等に基づいて電力を発生することができるものであれば、他の構成を有するものであってもよく、例えば、熱音響効果による外力発生手段と電磁誘導や圧電変換による発電器とを組み合わせたもの等を良好に適用することができる。
【０１２１】
また、上述した各構成例のうち、第２乃至第５の構成例を適用した主発電部１２においては、主発電部１２に供給された発電用燃料ＦＬを燃焼反応等させて熱エネルギーを取り出す際の点火動作のために、図３に示したように、上述した副発電部１１から供給される電力（第２の電力）を起動電力として用いるように構成されている。
【０１２２】
＜動作制御部１３＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される動作制御部１３は、図３に示すように、上述した副発電部１１から供給される動作電力（第２の電力）により動作し、本実施形態に係る電源システム１内外の各種情報、すなわち、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態に関する情報（負荷駆動情報）や、燃料パック２０に封入された発電用燃料の残量等の電源システム１の動作状態に関する情報に基づいて、動作制御信号を生成、出力し、後述する主発電部１２における動作状態を制御する。ここで、負荷駆動情報とは、デバイスＤＶＣにおいて、コントローラＣＮＴにより負荷ＬＤを駆動制御する際に出力される特定の信号情報や、負荷ＬＤの駆動状態（起動／負荷変動等）に応じて変動する負荷駆動電力（第１の電力）の電圧変化等をいう。
【０１２３】
すなわち、動作制御部１３は、具体的には、主発電部１２が動作していない状態で、例えば、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の起動に伴って、コントローラＣＮＴから出力された負荷駆動情報を検出した場合には、後述する起動制御部１５に対して、出力制御部１４及び主発電部１２を起動させるための動作制御信号を出力し（起動制御）、また、主発電部１２が動作している状態で、例えば、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態の変動に伴って、負荷駆動電力の電圧変化に関連した負荷駆動情報を検出した場合には、出力制御部１４に対して、主発電部１２から負荷ＬＤに供給される負荷駆動電力（第１の電力）が、負荷ＬＤの駆動状態に対応した適切な値となるように、主発電部１２における電力の発生量（発電量）を調整するための動作制御信号を出力する（フィードバック制御）。
【０１２４】
一方、動作制御部１３は、主発電部１２が動作している状態で、例えば、上記フィードバック制御を実行しているにも関わらず、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に供給されている負荷駆動電力が過剰となる状態に関連した負荷駆動情報を所定の時間継続して検出した場合には、起動制御部１５に対して、出力制御部１４及び主発電部１２の動作を停止させるための動作制御信号を出力する（停止制御）。
【０１２５】
なお、電源システム１の外形形状として、後述するように、汎用の化学電池のように正極と負極の端子電極のみによりデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）と電気的に接続された構成を適用する場合にあっては、正極及び負極を介して、デバイスＤＶＣに対して上記コントローラ電力や負荷駆動電力となる電力を供給するとともに、その変動を動作制御部１３により常時監視することにより、負荷ＬＤの駆動状態を検出するように構成することができる。
【０１２６】
＜出力制御部１４＞
図１９は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の他の例の要部構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る発電モジュールに適用される出力制御部１４は、図３に示すように、直接又は起動制御部１５を介して、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、上述した副発電部１１から供給される電力（起動電力）により動作し、主発電部１２における動作状態（起動動作、定常動作、停止動作電力の発生量（発電量））を制御する。
【０１２７】
具体的には、例えば、発電用燃料の流量や吐出量を調整する流量調整手段等を備え、上述した各構成例に示した主発電部１２において、所定の電力からなる負荷駆動電力を生成、出力するために必要な量の発電用燃料（液体燃料、液化燃料又は気体燃料）が供給されるように、動作制御信号に基づいて流量調整手段を制御する。
【０１２８】
なお、本実施形態において、主発電部１２として上述した第１の構成例（図１２参照）に示した燃料改質方式の燃料電池の構成を適用した場合にあっては、図１９に示すように、出力制御部１４の構成として、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２Ａに供給される発電用燃料（燃料電池本体２１０ｂに供給する水素ガス）の量を制御する燃料制御部１４ａと、主発電部１２Ａに供給される空気（燃料電池本体２１０ｂに供給される酸素ガス）の量を制御する空気制御部１４ｂと、を備えるようにしてもよい。
【０１２９】
この場合、燃料制御部１４ａは、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、燃料電池本体２１０ｂにおいて、所定の電力（第１の電力）を発生するために必要な量の水素ガス（Ｈ２）となる分の発電用燃料や水等を、燃料パック２０から取り込んで燃料改質部２１０ａに供給する制御を行い、また、空気制御部１４ｂは、上記水素ガスを用いた電気化学反応（化学反応式（６）及び（７）参照）に応じた必要な量の酸素ガス（Ｏ２）を、大気中から取り込んで燃料電池本体２１０ｂの空気極２１２に供給する制御を行う。このような燃料制御部１４ａ及び空気制御部１４ｂにより主発電部１２への水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）の供給量を調整することにより、主発電部１２（燃料電池本体２１０ｂ）における電気化学反応の進行状態が制御され、負荷駆動電力となる電力の発生量（発電量）が制御される。
【０１３０】
ここで、空気制御部１４ｂは、主発電部１２における単位時間当たりの酸素の最大消費量に相当する空気を供給することができるものであれば、主発電部１２の空気極２１２に供給する酸素ガスの量を制御することなく、主発電部１２の動作時に常に供給するように設定されていてもよい。すなわち、図１９に示した発電モジュール１０Ａの構成においては、出力制御部１４は、電気化学反応の進行状態を燃料制御部１４ａのみで制御し、空気制御部１４ｂの代わりに後述するような通気孔（スリット）を設け、主発電部１２における電気化学反応に用いられる最低限以上の量の空気（酸素）が該通気孔を介して、常時供給されるように構成されているものであってもよい。
【０１３１】
＜起動制御部１５＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される起動制御部１５は、図３に示したように、上述した副発電部１１から供給される電力により動作し、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、少なくとも、出力制御部１４（構成によっては、主発電部１２を含む）に対して電力（起動電力）を供給して、主発電部１２を待機状態から発電可能な動作状態に移行する起動制御を行う。
【０１３２】
具体的には、図１９に示した構成にあっては、起動制御部１５は、主発電部１２Ａ（燃料電池本体２１０ｂ）が動作していない状態で、動作制御部１３から主発電部１２Ａを起動させるための動作制御信号を受け取ると、燃料制御部１４ａ、空気制御部１４ｂ及び主発電部１２Ａ（燃料改質部２１０ａ）に対して、副電源部１１から出力される起動電力を供給して動作状態に制御し、燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１に水素ガス（Ｈ２）を、また、空気極２１２に酸素ガス（Ｏ２）を供給することにより、燃料電池本体２１０ｂを起動させて、所定の電力（第１の電力）を発生する動作状態（定常状態）に移行させる。
【０１３３】
また、起動制御部１５は、主発電部１２Ａが駆動している状態で、動作制御部１３から主発電部１２Ａ（燃料電池本体２１０ｂ）を停止させるための動作制御信号を受け取ると、少なくとも、燃料制御部１４ａ及び空気制御部１４ｂを制御して、燃料電池本体２１０ｂへの水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）の供給を停止することにより、燃料電池本体２１０ｂにおける電力の生成（発電）を停止させて、副発電部１１、及び、該副発電部１１からの電力（動作電力、コントローラ電力）により動作制御部１３及びデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴのみが動作している待機状態に移行させる。
【０１３４】
なお、ここでは、主発電部１２として、燃料改質方式の燃料電池を適用し、起動制御部１５により出力制御部１４（燃料制御部１４ａ及び空気制御部１４ｂ）及び主発電部１２Ａへの起動電力の供給を制御して、主発電部１２Ａへの発電用燃料及び空気の供給、遮断を制御することにより、主発電部１２Ａの動作状態（起動動作、停止動作）を制御する場合について説明したが、上述した他の構成例（例えば、内燃機関や外燃機関等を備えた発電装置）を主発電部１２に適用する場合であっても、略同等の制御により、主発電部１２の動作状態が制御される。また、主発電部１２として、燃料直接供給方式の燃料電池を適用する場合等、主発電部１２において起動電力を必要とすることなく、発電用燃料の供給、遮断を制御するだけで、起動制御部１５により出力制御部１４（燃料制御部１４ａ）に対してのみ起動電力の供給を制御するものであってもよい。
【０１３５】
さらに、図３に示した構成においては、起動制御部１５及び出力制御部１４（図１９に示した構成においては、燃料制御部１４ａ）には、副発電部１１からの電力が動作電力又は起動電力として供給されるが、主発電部１２の定常動作時に出力制御部１４等で消費する電力が副発電部１１から供給される電力のみでは十分でない場合には、副発電部１１からの電力に加えて、主発電部１２で生成される電力の一部を出力制御部１４等に出力することにより維持することができる（図３、図１９中、点線矢印参照）。このとき、電源システムとして、デバイスに駆動電力として供給される電力が損なわれないように、出力制御部１４は、出力制御部１４自体で消費される電力の上積み分に相当する発電用燃料及びデバイスに供給される電力分に相当する発電用燃料の総量を、主発電部１２に供給するように制御する。なお、図１８に示した構成にあっては、燃料制御部１４ａにより、上記発電用燃料の総量を燃料改質部２１０ａを介して燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１に供給するとともに、空気制御部１４ｂにより、燃料電池本体２１０ｂにおいて十分な電力を発生（発電）するために必要な酸素量を満たす空気を燃料電池本体２１０ｂの空気極２１２に供給するように制御する。
【０１３６】
（Ｂ）燃料パック２０
本発明に係る電源システムに適用される燃料パック２０は、例えば、その組成成分に水素を含有する液体燃料や液化燃料、又は、気体燃料からなる発電用燃料ＦＬが、充填、封入された密閉性の高い燃料貯蔵容器であって、図２に示したように、発電モジュール１０に対して、Ｉ／Ｆ部３０を介して着脱可能に結合された構成、又は、一体的に結合された構成を有している。ここで、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬは、後述するＩ／Ｆ部３０に設けられた燃料送出経路を介して発電モジュール１０に取り込まれ、上述した出力制御部１４により、デバイスＤＶＣの駆動状態（負荷状態）に応じた所定の電力（第１の電力）を発生するために必要な供給量の発電用燃料ＦＬが、主発電部１２に随時供給される。
【０１３７】
また、副発電部１１として、上述したように、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの一部を用い、電気化学反応や触媒燃焼反応、力学的なエネルギー変換作用等を利用して、電力（第２の電力）を発生する構成を適用する場合には、少なくとも、デバイスＤＶＣのコントローラ電力及び動作制御部１３の動作電力となる電力を発生するために必要な最低限の供給量の発電用燃料ＦＬが、Ｉ／Ｆ部３０を介して副発電部１１に常時供給される。
【０１３８】
特に、電源システム１として、発電モジュール１０と燃料パック２０が着脱可能な構成を適用した場合にあっては、燃料パック２０が発電モジュール１０に結合された状態でのみ、発電モジュール１０に発電用燃料ＦＬを供給する。この場合、燃料パック２０は、発電モジュール１０に結合されていない状態では、内部に封入された発電用燃料ＦＬが燃料パック２０外部に漏出しないように、例えば、燃料パック２０内部の燃料封入圧力やバネ等の物理的な圧力等により閉止する制御弁等からなる燃料漏出防止手段を備え、Ｉ／Ｆ部３０を介して発電モジュール１０に結合されることにより、Ｉ／Ｆ部３０に設けられ、燃料漏出防止手段による漏出防止機能を解除する手段（漏出防止解除手段）が接触又は押圧することによって、例えば、上記制御弁の閉止状態を解除して、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬをＩ／Ｆ部３０を介して発電モジュール１０に供給する。なお、この構成を有する燃料パック２０においては、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬがなくなる前に、発電モジュール１０から燃料パック２０が分離された場合には、上記燃料漏出防止手段の漏出防止機能が再び作動することにより（例えば、漏出防止解除手段が非接触状態となることにより、上記制御弁が再び閉止状態になって）、発電用燃料ＦＬの漏出が防止され、燃料パック２０単独での持ち運びが可能となる。
【０１３９】
ここで、燃料パック２０は、上述したような燃料貯蔵容器としての機能を有しつつ、特定の環境条件下において、元来自然界に存在し、かつ、自然を構成する物質、又は、環境汚染等の発生を生じない物質への変換が可能な材料により構成されていることが好ましい。
すなわち、燃料パック２０は、例えば、自然界に投棄又は埋め立て処理された場合であっても、土壌中の微生物や酵素等の働き、あるいは、太陽光線の照射、雨水や大気等により、自然界に無害な物質（元来自然界に存在し、かつ、自然を構成する物質、例えば、水と二酸化炭素等）に変換される各種の分解反応からなる特性、例えば、生分解性や光分解性、加水分解性、酸化分解性等の分解特性を有する高分子材料（プラスチック）等により構成することができる。
【０１４０】
また、燃料パック２０は、人為的な加熱・焼却処理や薬品・化学処理等を行った場合であっても、有機塩素化合物（ダイオキシン類；ポリ塩化ジベンゾパラジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン）や塩化水素ガス、重金属等の有害物質もしくは環境汚染物質を発生しない、又は、発生が抑制された材料により構成されているものであってもよい。ここで、燃料パック２０を構成する材料（例えば、上記高分子材料）は、封入される発電用燃料ＦＬとの接触により、少なくとも短期間で分解されるおそれがなく、また、封入される発電用燃料ＦＬを、少なくとも短期間で燃料としての利用が不可能となるほど変質させるものではないことはいうまでもなく、さらに、該高分子材料により構成された燃料パック２０が、外的な物理的応力に対して十分な強度を有しているものであることもいうまでもない。
【０１４１】
なお、上述したように、化学電池のリサイクルによる回収率は、僅か２０％程度に過ぎず、残りの８０％程度が自然界に投棄、又は、埋め立て処理されている現状を鑑みると、燃料パック２０の材料としては、分解特性を有する材料、特に、生分解性プラスチックを適用することが望ましく、具体的には、石油系又は植物系原料から合成される化学合成型の有機化合物を含む高分子材料（ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、共重合ポリエステル等）や、微生物産生型のバイオポリエステル、トウモロコシやサトウキビ等の植物系原料から抽出されるでんぷんやセルロース、キチン、キトサン等からなる天然物利用型の高分子材料等を良好に適用することができる。
【０１４２】
また、本実施形態に係る電源システム１に用いられる発電用燃料ＦＬとしては、少なくとも、発電用燃料ＦＬが封入された上記燃料パック２０が、自然界に投棄、又は、埋め立て処理されて、大気中や土壌中、水中に漏れ出した場合であっても、自然環境に対して汚染物質とならないこと、上述した発電モジュール１０の主発電部１２において、高いエネルギー変換効率で電力を発生することができること、所定の封入条件（圧力、温度等）の下で安定した液体状態又は気体状態を保持し、好ましくは、常温、常圧下で気化して気体の状態で発電モジュール１０に供給される燃料物質であることが好ましく、具体的には、上述したメタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、常温、常圧下で気体であるジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、もしくは、水素ガス等の気体燃料を良好に適用することができる。なお、後述するように、燃料パック内の発電用燃料の封入状態を安定化させる燃料安定化手段等の構成を設けて、電源システムの安全性をより高めるようにすることもできる。
【０１４３】
このような構成を有する燃料パック２０及び発電用燃料ＦＬによれば、本実施形態に係る電源システム１の全部又は一部（燃料パック２０や発電用燃料ＦＬ等）が、仮に自然界に投棄された場合や、人為的に埋め立て処理、焼却処分、薬品処理等された場合であっても、自然環境に対して大気や土壌、水質の汚染、あるいは、環境ホルモンの生成等を大幅に抑制することができ、環境破壊の防止や自然環境の美観悪化の抑制、人体に対する悪影響の防止に寄与することができる。
【０１４４】
また、燃料パック２０を発電モジュール１０に対して、着脱可能に構成した場合にあっては、封入された発電用燃料の残量が減少、又は、なくなった場合には、燃料パック２０への発電用燃料ＦＬの補充や燃料パック２０の交換、再利用（リサイクル）を行うことができるので、燃料パック２０や発電モジュール１０の廃棄量を大幅に削減することができるリサイクルシステムの構築に寄与することができる。また、単一の発電モジュール１０に対して、新たな燃料パック２０を交換して取り付け、デバイスＤＶＣに装着して利用することができるので、汎用の化学電池と略同様に、簡便な使用形態の電源システムを提供することができる。
【０１４５】
なお、発電モジュール１０の副電源部１１及び主発電部１２における電力の発生に際し、電力以外に副生成物が生じる場合であって、該副生成物が周辺環境に悪影響を及ぼす場合や、デバイスＤＶＣに対して動作不良等の機能上の影響を及ぼす場合等には、後述する副生成物回収手段により回収された該副生成物を保持する手段を、燃料パック２０内部に設けた構成を適用することができる。この場合、燃料パック２０は、発電モジュール１０から取り外された状態では、燃料パック２０内（回収保持手段）に一旦回収保持された副生成物が燃料パック２０外部に漏出しないように、例えば、副生成物を吸収、吸着固定、定着等することができる吸収ポリマーや、バネ等の物理的な圧力等により閉止する制御弁等を備えた構成を適用することができる。副生成物の回収保持手段の構成については、上記副生成物回収手段とともに併せて後述する。
【０１４６】
（Ｃ）Ｉ／Ｆ部３０
本発明に係る電源システムに適用されるＩ／Ｆ部３０は、図２に示したように、少なくとも、発電モジュール１０と燃料パック２０を物理的に結合するとともに、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを、燃料送出経路を介して、所定の状態で発電モジュール１０に供給する機能を備えている。ここで、上述したように、電源システム１として、発電モジュール１０と燃料パック２０が着脱可能な構成を適用した場合にあっては、Ｉ／Ｆ部３０は、上記燃料送出経路に加え、燃料パック２０に設けられた燃料漏出防止手段の漏出防止機能を解除する漏出防止解除手段を備えている。さらに、後述するように、発電モジュール１０の副電源部１１及び主発電部１２において生成される副生成物を回収する副生成物回収手段をも備えた構成を適用する場合にあっては、該副生成物を燃料パック２０内に送出するための副生成物回収経路を設けた構成を有している。
【０１４７】
Ｉ／Ｆ部３０は、具体的には、燃料送出経路を介して、燃料パック２０に所定の条件（温度、圧力等）の下で封入された発電用燃料ＦＬを液体燃料や液化燃料として、あるいは、気化して気体燃料（燃料ガス）として発電モジュール１０（副電源部１１及び主発電部１２）に供給する。したがって、発電モジュール１０と燃料パック２０がＩ／Ｆ部３０を介して一体的に構成された電源システムにおいては、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬが、燃料送出経路を介して、常時発電モジュール１０に常時供給可能な状態にあり、一方、発電モジュール１０と燃料パック２０がＩ／Ｆ部３０を介して着脱可能に構成された電源システムにおいては、燃料パック２０が発電モジュール１０に結合されることにより、燃料パック２０に設けられた燃料漏出防止手段の漏出防止機能が漏出防止解除手段により解除され、燃料送出経路を介して、発電モジュール１０に発電用燃料ＦＬが供給可能な状態となる。
【０１４８】
なお、発電モジュール１０と燃料パック２０がＩ／Ｆ部３０を介して一体的に構成された電源システムにおいては、当該電源システムをデバイスに装着するか否かに関わらず、常時発電用燃料が発電モジュールに供給され、副電源部１１において電力の生成が行われるため、発電用燃料の有効利用が図れない場合がある。したがって、例えば、少なくとも、電源システムの使用前（デバイスへの装着前）においては、Ｉ／Ｆ部３０の燃料送出経路を遮断（遮蔽）状態に保持し、使用に際して上記遮断状態を解除し、燃料送出経路を燃料供給可能状態に不可逆的に制御（貫通）する構成を適用することにより、発電用燃料の有効利用を図ることができる。
【０１４９】
＜全体動作＞
次に、上述した構成を有する電源システムの全体動作について、図面を参照して説明する。
図２０は、電源システムの概略動作を示すフローチャートである。
上述した構成を有する電源システム１は、図２０に示すように、大別して、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを発電モジュール１０Ａに供給して、副電源部１１において上記動作電力及びコントローラ電力となる電力（第２の電力）を常時継続的に生成して出力する初期動作（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）と、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの駆動に基づいて、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを主発電部１２に供給して、負荷駆動電力となる電力（第１の電力）を発生して出力する起動動作（ステップＳ１０３〜Ｓ１０６）と、上記負荷ＬＤの駆動状態の変化に基づいて、主発電部１２に供給される発電用燃料ＦＬの量を調整して、負荷の駆動状態に応じた電力を発生して出力するフィードバック制御を行う定常動作（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０）と、上記負荷ＬＤの停止に基づいて、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給を遮断して、電力の生成を停止する停止動作（ステップＳ１１１〜Ｓ１１４）と、を実行するように制御される。これにより、既存のデバイスＤＶＣにおいても適用可能な電源システムが実現される。
【０１５０】
（Ａ）初期動作
まず、初期動作においては、発電モジュール１０Ａと燃料パック２０がＩ／Ｆ部３０を介して一体的に構成された電源システムにおいては、例えば、デバイスへの装着に際して、Ｉ／Ｆ部３０の燃料送出経路の遮断状態を解除することにより、燃料送出経路の毛細管現象により燃料パック２０に封入された発電用燃料が燃料送出経路内を移動して、発電モジュール１０Ａの副電源部１１に自動的に供給され（ステップＳ１０１）、副電源部１１において、少なくとも、動作制御部１３の動作電力、及び、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴの駆動電力（コントローラ電力）となる電力（第２の電力）が自立的に生成され、常時継続的に出力される（電源システムがデバイスＤＶＣに接続されるまでは、動作制御部１３の動作電力となる電力のみが出力される）（ステップＳ１０２）。
【０１５１】
一方、発電モジュール１０Ａと燃料パック２０が着脱可能に構成された電源システムにおいては、燃料パック２０をＩ／Ｆ部３０を介して発電モジュール１０Ａに結合することにより、燃料パック２０に設けられた燃料漏出防止手段の漏出防止機能が解除され、燃料パック２０に封入された発電用燃料が燃料送出経路の毛細管現象により燃料送出経路内を移動して、発電モジュール１０Ａの副電源部１１に自動的に供給され（ステップＳ１０１）、副電源部１１において、少なくとも、上記動作電力及びコントローラ電力となる電力（第２の電力）が自立的に生成され、常時継続的に出力される（電源システムがデバイスＤＶＣに接続されるまでは、動作制御部１３の動作電力となる電力のみが出力される）（ステップＳ１０２）。
【０１５２】
これにより、発電モジュール１０Ａの動作制御部１３が動作状態になって、デバイスＤＶＣからの負荷駆動情報を監視する。また、電源システムがデバイスＤＶＣに接続されることにより、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴが駆動状態になって、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤの駆動を制御するとともに、該駆動状態を電源システム１（発電モジュール１０Ａ）の動作制御部１３に負荷駆動情報として通知する。
【０１５３】
（Ｂ）起動動作
次いで、起動動作においては、デバイスＤＶＣのユーザー等が負荷ＬＤを駆動するための操作を行うと、コントローラＣＮＴから発電モジュール１０Ａの動作制御部１３に対して負荷駆動電力となる電力（第１の電力）の供給を要求する電力供給要求信号が負荷駆動情報として出力される。動作制御部１３は、電源システム１の端子部１８４を介して入力される電圧変位からなる該負荷駆動情報を受け取ると（ステップＳ１０３）、起動制御部１５に対して主発電部における動作を開始（起動）するための動作制御信号を出力する（ステップＳ１０４）。起動制御部１５は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、出力制御部１４及び主発電部１２に対して、副電源部１１により生成される電力の一部を起動電源として供給することにより（ステップＳ１０５）、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを、出力制御部１４を介して主発電部１２に供給して、負荷駆動電力となる電力（第１の電力）を発生してデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に出力する動作を行う（ステップＳ１０６）。これにより、負荷ＬＤの駆動に対して、発電用燃料が供給されて主発電部１２が自動的に起動し、所定の出力電圧からなる負荷駆動電力が供給されるので、汎用の化学電池と略同等の電力的特性を実現しつつ、負荷ＬＤを良好に駆動することができる。
【０１５４】
なお、この起動動作において、動作制御部１３は、主発電部１２により生成され、デバイスＤＶＣに供給される電力（負荷駆動電力）の電圧変化を負荷駆動情報の一つとして監視し、該電圧データそのもの、もしくは、所定の電圧に到達したことを示す起動終了信号を、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに出力するように構成されているものであってもよい。これにより、負荷駆動電力の電圧値に基づいて、負荷ＬＤの駆動状態を制御する構成を有するデバイスＤＶＣに対しても、電力として良好に適用することができる。
【０１５５】
（Ｃ）定常動作
次いで、定常動作においては、動作制御部１３は、主発電部１２により生成され、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧の変化を負荷駆動情報として常時監視し、該負荷駆動電力の出力電圧が所定の電圧範囲（例えば、汎用の化学電池における出力電圧の変動範囲）内に設定されるように、主発電部１２において生成される電力の量（発電量）を増減制御するための動作制御信号を出力制御部１４に出力する。出力制御部１４は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２に供給する発電用燃料ＦＬの量を調整して、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が上記電圧範囲に設定されるようにフィードバック制御を行う。これにより、デバイスＤＶＣ側の負荷ＬＤの駆動状態（負荷状態）の変化により、負荷駆動電力に電圧変化が生じた場合であっても、該負荷ＬＤの駆動に伴って変化するデバイスＤＶＣの消費電力に対応した電力を供給することができる。
【０１５６】
また、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴにより、負荷ＬＤの駆動状態が把握され、該駆動状態に応じた電力の供給を電源システム側に要求する機能を備えている場合にあっては、動作制御部１３は、コントローラＣＮＴからの電力変更要求信号を負荷駆動情報として受け取り（ステップＳ１０７）、主発電部１２において生成される電力を上記要求に応じた出力電圧に設定するための動作制御信号を出力制御部１４に出力する（ステップＳ１０８）。出力制御部１４は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２に供給する発電用燃料ＦＬの量を調整して（ステップＳ１０９）、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が上記要求に応じた電圧に設定されるように制御する（ステップＳ１１０）。これにより、デバイスＤＶＣ側の負荷ＬＤの駆動状態（負荷状態）に応じて適切な電力が供給されるので、負荷ＬＤの駆動状態の変化に伴う負荷駆動電力の電圧変化が大幅に抑制され、デバイスＤＶＣにおける動作異常の発生を抑制することができる。
【０１５７】
（Ｄ）停止動作
次いで、上述した定常動作においてフィードバック制御中に、デバイスＤＶＣがオン状態からオフ状態に移行する場合、あるいは、何らかの理由によりデバイスＤＶＣや電源システム１が異常動作を引き起こした場合には、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が所定の電圧範囲を逸脱する状態が所定時間に達するまで継続されるので、この電圧範囲及び継続時間の条件を満たしたと動作制御部１３が判定すると、該出力電圧異常を負荷駆動情報として扱い（ステップＳ１１１）、主発電部１２における電力の生成を停止するための動作制御信号を出力制御部１４に出力する（ステップＳ１１２）。出力制御部１４は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給を遮断するとともに、水素生成のための吸熱反応を促進するためのヒータの加熱を停止して（ステップＳ１１３）、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給を停止する（ステップＳ１１４）。すなわち、デバイスＤＶＣのユーザー等が負荷ＬＤを停止する操作を行うことにより、あるいは、電源システム１がデバイスＤＶＣから取り外されること等により、負荷がなくなると、上述した定常動作において、負荷駆動電力の出力電圧を所定の電圧範囲に設定するフィードバック制御を行った場合であっても、予め設定した負荷駆動電力の電圧範囲を大きく逸脱するため、動作制御部１３により、このような状態が一定時間以上継続して検出された場合には、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤが停止または無くなったと判断して主発電部１２における発電動作を停止する。
【０１５８】
また、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴにより、負荷ＬＤの停止状態が把握され、電力の供給停止を電源システム側に要求する機能を備えている場合にあっては、動作制御部１３は、コントローラＣＮＴからの電力停止要求信号を負荷駆動情報として受け取り（ステップＳ１１１）、主発電部１２における電力の生成を停止するための動作制御信号を出力制御部１４に出力する（ステップＳ１１２）。出力制御部１４は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給を遮断して（ステップＳ１１３）、主発電部１２の動作を停止し（ステップＳ１１４）、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給を停止する。
これにより、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの停止等に対して、発電用燃料の供給が遮断されて主発電部１２が自動的に停止するので、デバイスＤＶＣが正常に駆動する間だけ主発電部１２が発電することになり、発電用燃料の有効利用を図りつつ、長期にわたって起電力を維持することができる。
【０１５９】
このように、本実施形態に係る電源システムによれば、電源システムの外部から燃料等の供給を受けることなく、電源システムに接続される負荷（機器等）の駆動状態（負荷駆動情報）に応じて、所定の駆動電力となる電力の供給、停止制御、及び、電力の発生量の調整制御を行うことができるので、発電用燃料を効率的に消費することができる。したがって、汎用の化学電池と略同等の電気的特性を実現しつつ、環境への負担が小さく、かつ、エネルギーの利用効率が極めて高い電源システムを提供することができる。
【０１６０】
また、本実施形態に係る電源システムにおいては、後述するように、発電モジュールを、マイクロマシン製造技術を適用して微小空間に集積化して形成することにより小型軽量化し、単３型等のように日本工業規格（ＪＩＳ）等の規格に則った汎用の化学電池と同等の形状及び寸法になるように構成することにより、外形形状及び電気的特性（電圧／電流特性）のいずれにおいても汎用の化学電池との高い互換性を実現することができ、既存の電池市場における普及を一層容易なものとすることができる。これにより、環境問題やエネルギー利用効率等の点で課題が多い既存の化学電池に替えて、燃料電池等の有害物質の排出が大幅に抑制され、かつ、高いエネルギー利用効率を実現することができる発電装置を適用した電源システムを容易に普及させることができるので、環境への影響を抑制しつつ、エネルギー資源の利用効率を図ることができる。
【０１６１】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図２１は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第２の実施形態を示すブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０１６２】
上述した第１の実施形態に係る発電モジュール１０Ａにおいては、副電源部１１において利用された発電用燃料ＦＬを排出ガスとして電源システム１の外部にそのまま排出するか、あるいは、後述する副生成物回収手段により回収する構成について言及したが、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｂにおいては、副電源部１１における発電動作が発電用燃料ＦＬの成分変化を伴わない場合、もしくは、成分変化を伴った場合であっても特定の燃料成分が含まれている場合には、副電源部１１において利用された発電用燃料ＦＬを、主発電部１２における発電用燃料として、そのまま、もしくは、特定の燃料成分を抽出して再度利用する構成を有している。
【０１６３】
具体的には、図２１に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｂは、上述した第１の実施形態（図３参照）と同様の構成及び機能を有する副電源部１１と、主発電部１２と、動作制御部１３と、出力制御部１４と、起動制御部１５とを備え、特に、副電源部１１において電力の生成に利用された後の発電用燃料（排出ガス）の全部又はその一部が、発電モジュール１０Ｂの外部に排出されることなく、出力制御部１４を介して、主発電部１２に供給されるように構成されている。
【０１６４】
すなわち、本実施形態に適用される副電源部１１は、燃料パック２０からＩ／Ｆ部３０を介して供給される発電用燃料ＦＬの燃料成分を消費、変換することなく、所定の電力（第２の電力）を発生、出力することができる構成（例えば、上述した第１の実施形態における第２、第３、第５又は第７の構成例に示した発電装置）、もしくは、発電用燃料ＦＬの燃料成分を消費、変換する場合であっても、主発電部１２における発電動作に利用可能な燃料成分を含む排出ガスを生成する構成（例えば、上述した第１の実施形態における第４又は第６の構成例に示した発電装置）を有している。
【０１６５】
また、主発電部１２として、上述した第１の実施形態における第１乃至第６の構成例に示した発電装置を適用する場合にあっては、燃料パック２０に封入される発電用燃料ＦＬとして、発火性又は燃焼性を有する燃料物質、例えば、メタノールやエタノールブタノール等のアルコール系の液体燃料やジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、水素ガス等の気体燃料が適用される。
【０１６６】
すなわち、上記液体燃料や液化燃料は、所定の封入条件（温度、圧力等）で燃料パック２０に封入された状態では液体であり、副電源部１１に供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件に移行することにより、気化して高圧の燃料ガスとなり、また、気体燃料は、所定の圧力で圧縮した状態で燃料パック２０に封入され、副電源部１１に供給される際に、封入圧力に応じた高圧の燃料ガスとなるので、このような発電用燃料ＦＬにより、例えば、副電源部１１において燃料ガスの圧力エネルギーを用いて電力（第２の電力）を発生した後、主発電部１２において副電源部１１の排出ガスを用いた電気化学反応や燃焼反応等により電力（第１の電力）を発生することができる。
【０１６７】
［第３の実施形態］
次に、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図２２は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第３の実施形態を示すブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０１６８】
上述した第１及び第２の実施形態に係る発電モジュール１０Ａ、１０Ｂにおいては、副電源部１１として、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬを用いて、所定の電力（第２の電力）を常時、自立的に発生する構成を適用した場合について説明したが、本実施形態に係る発電モジュールにおいては、副電源部が燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを用いることなく、所定の電力を常時、自立的に発生する構成を有している。
【０１６９】
具体的には、図２２に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｃは、上述した第１の実施形態（図３参照）と同様の構成及び機能を有する主発電部１２と、動作制御部１３と、出力制御部１４と、起動制御部１５とを備えるとともに、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを用いることなく、所定の電力（第２の電力）を常時、自立的に発生する副電源部１１Ｓを備えた構成を有している。
副電源部１１Ｓの具体的な構成としては、例えば、電源システム１の周辺環境における温度差に基づく熱電変換によるもの（温度差発電）のほか、電源システム１の外部から入射する光エネルギーに基づく光電変換によるもの（太陽光発電）等を良好に適用することができる。
【０１７０】
以下に、副電源部１１Ｓの具体例を図面を参照して簡単に説明する。
（非燃料型副電源部の第１の構成例）
図２３は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。
第１の構成例においては、副電源部の具体例として、電源システム１内外の周辺環境における温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【０１７１】
図２３（ａ）に示すように、第１の構成例に係る副電源部１１Ｓは、例えば、電源システム１の一端側に設けられた第１の温度保持部３１１と、電源システム１の他端側に設けられた第２の温度保持部３１２と、第１の温度保持部３１１側に一端側が接続されるとともに、第２の温度保持部３１２側に他端側が接続された熱電変換素子３１３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、第１及び第２の温度保持部３１１、３１２は、電源システム１内外の周辺環境の温度状態に応じて、その保持する熱量が随時変化するように構成されているとともに、第１及び第２の温度保持部３１１、３１２における温度が相互に異なるように、配置位置が設定されている。
【０１７２】
具体的には、例えば、第１及び第２の温度保持部３１１、３１２のいずれか一方が、電源システム１が装着されるデバイスＤＶＣに設けられた開口部等（図示を省略）を介して、常時外気に晒され、定温に保持されるようにした構成を適用することができる。また、熱電変換素子３１３は、上述した第１の実施形態における第４の構成例（図７（ｂ）参照）に示したものと同等の構成を有している。なお、本構成例においても、温度差発電器からなる副電源部１１Ｓの構成は、上述した実施形態に示した構成と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、微小空間に集積化して形成することができる。
【０１７３】
このような構成を有する副電源部１１Ｓにおいて、図２３（ｂ）に示すように、電源システム１の周辺環境における温度分布の偏りに伴って、第１及び第２の温度保持部３１１、３１２間に温度勾配が生じることにより、熱電変換素子３１３におけるゼーベック効果により、該温度勾配による熱エネルギーに応じた起電力が発生して電力が生成される。
【０１７４】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、電源システム１の周辺環境において温度分布の偏りが存在する限り、副電源部１１Ｓにより所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の各構成に供給することができる。また、この構成によれば、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの全てを主発電部１２における電力（第１の電力）の生成に利用することができるので、発電用燃料の有効利用を図ることができるとともに、負荷駆動電源としての電力を長期にわたってデバイスＤＶＣに供給することができる。
【０１７５】
なお、本構成例においては、周辺環境における温度分布の偏りに対して、ゼーベック効果により電力を発生する温度差発電器について説明したが、本発明は、これに限定されるものではなく、金属の加熱により金属表面から自由電子が放出される熱電子放出現象に基づいて、電力を発生する構成を有するものであってもよい。
【０１７６】
（非燃料型副電源部の第２の構成例）
図２４は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
第２の構成例においては、副電源部の具体例として、電源システム１の外部から入射する光エネルギーを利用した光電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【０１７７】
図２４（ａ）に示すように、第１の構成例に係る副電源部１１Ｔは、例えば、ｐ型半導体３２１とｎ型半導体３２２を接合させた周知の光電変換セル（太陽電池）を備えた構成を有している。
このような光電変換セルに所定の波長の光（光エネルギー）ＬＴが照射されると、光起電力効果によりｐ−ｎ接合部３２３付近において電子−正孔対が発生し、光電変換セル内の電界によって分極した電子（−）がｎ型半導体３２２に、また、正孔（＋）がｐ型半導体３２１に拡散（ドリフト）してｐ型半導体３２１及びｎ型半導体３２２の各々に設けられた電極間（出力端子Ｏｅ、Ｏｆ間）に起電力が発生して電力が生成される。
【０１７８】
ここで、一般に、既存のデバイスにおける電池（又は、電源ユニット）の収納スペースは、デバイスの背面側等の光エネルギー（具体的には、太陽光や照明光）が入射しにくい位置に配置されていたり、デバイス内部に完全に収納する構成を有していたりするため、副電源部に対して光が十分に入射しない可能性がある。したがって、本構成例に係る副電源部１１Ｔを適用した電源システム１を、デバイスＤＶＣに装着する場合にあっては、図２４（ｂ）に示すように、少なくとも、副電源部１１Ｔ又は発電モジュール１０Ｃ部分が露出するように、デバイスＤＶＣに予め開口部ＨＬを設けた構成や、デバイスＤＶＣの筐体を透明もしくは半透明の部材により構成することにより、副電源部１１Ｔにおいて所定の電力を発生するために必要な最低限の光エネルギー（所定の波長の光ＬＴ）が入射するような構成を適用する必要がある。
【０１７９】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、デバイスＤＶＣを屋外や屋内等の所定の光エネルギーが入射する環境の下で使用する限り、副電源部１１Ｔにより所定の電力が常時、自立的に生成され、電源システム１内外の各構成に供給することができる。また、この構成によれば、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの全てを主発電部１２における電力（第１の電力）の生成に利用することができるので、発電用燃料の有効利用を図ることができる。
なお、本構成例においては、図２４（ａ）において、光電変換セル（太陽電池）の最も基本的な構成のみを示したが、本発明は、これに限定されるものではなく、より発電効率の高い他の構成や原理に基づくものを適用するものであってもよい。
【０１８０】
＜副生成物回収手段＞
次に、上述した各実施形態に係る電源システムに適用可能な副生成物回収手段について、図面を参照して説明する。
図２５は、本発明に係る電源システムに適用可能な副生成物回収手段の一実施例を示すブロック図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０１８１】
上述した各実施形態において、主発電部１２や副電源部１１として、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを用いて、電気化学反応や燃焼反応等により所定の電力を発生する構成（上記各構成例に示した主発電部や副電源部）を適用した場合にあっては、電力以外に副生成物が排出される場合がある。このような副生成物の中には、自然界に排出されることにより環境汚染の原因となる物質や、電源システムが装着されているデバイスの動作不良の原因となる物質を含む場合もあるため、このような副生成物の排出を極力抑制する必要性から、以下に示すような副生成物回収手段を備えた構成を適用することが好ましい。
【０１８２】
本発明に係る電源システムに適用可能な副生成物回収手段は、図２５に示すように、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有する発電モジュール１０Ｄ、燃料パック２０Ｄ及びＩ／Ｆ部３０Ｄにおいて、例えば、発電モジュール１０Ｄ内に、主発電部１２における電力の発生に際して生成される副生成物の全部又はその一部の成分を回収する分離回収部１６が設けられているとともに、燃料パック２０Ｄ内に、上記回収された副生成物を固定的に保持する回収保持部２１が設けられた構成を有している。なお、ここでは、主発電部１２において生成される副生成物を回収する場合についてのみ詳しく説明するが、副電源部１１に対しても同様に適用が可能であることはいうまでもない。
【０１８３】
分離回収部１６は、上述した各構成例に示した構成を有し、燃料パック２０Ｄから供給される発電用燃料ＦＬを用いた電気化学反応や燃焼反応等により、少なくとも、電源システム１が装着されたデバイスＤＶＣに対して、負荷駆動電力（電圧・電流）となる電力を発生する主発電部１２（副電源部１１を含むものであってもよい）において、該電力の発生の際に生成される副生成物、もしくは、該副生成物のうち特定の成分を分離して、Ｉ／Ｆ部３０Ｄに設けられた副生成物回収経路を介して、燃料パック２０Ｄ内に設けられた回収保持部２１に送出する。
【０１８４】
なお、上述した各構成例を適用した主発電部１２（副電源部１１を含むものであってもよい）において、電力を発生する際に生成される副生成物としては、水（Ｈ２Ｏ）や窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）等があり、これらの全て、又は、その一部、もしくは、特定の成分のみが分離回収部１６により回収されて副生成物回収経路に送出される。なお、回収された副生成物が液体状態の場合には、例えば、副生成物回収経路の内径を連続的に変化するように形成することにより、毛細管現象を利用して分離回収部１６から回収保持部２１へ副生成物を自動的に送出することができる。
【０１８５】
また、回収保持部２１は、燃料パック２０Ｄの内部、又は、その一部に設けられ、燃料パック２０Ｄが発電モジュール１０Ｄに結合された状態においてのみ、上記分離回収部１６により回収された副生成物の送入、保持が可能となるように構成されている。すなわち、燃料パック２０Ｄが発電モジュール１０Ｄに対して着脱可能に構成された電源システムにおいては、燃料パック２０Ｄが発電モジュール１０Ｄから分離された状態で、回収、保持された副生成物又は特定の成分が燃料パック２０Ｄの外部に漏出もしくは排出されないように、回収保持部２１に固定的又は不可逆的に保持されるように構成されている。
【０１８６】
ここで、上述したように、主発電部１２における電力の生成により、水（Ｈ２Ｏ）や窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）が副生成物として生成される場合にあっては、水（Ｈ２Ｏ）は常温常圧下で液体状態であるので、副生成物回収経路を介して、回収保持部２１に良好に送出されるが、窒素酸化物（ＮＯＸ）や硫黄酸化物（ＳＯＸ）等のように、気化点が常圧で概ね常温未満であり、気体状態にある副生成物の場合には、体積が膨大になり、予め設定された回収保持部２１の容積を超過する可能性があるので、分離回収部１６内及び回収保持部２１内の気圧を高くすることにより、回収された副生成物を液化して当該体積を縮小して回収保持部２１に保持されるように構成してもよい。
【０１８７】
したがって、回収保持部２１の具体的な構成としては、上記回収された副生成物や特定の成分を不可逆的に吸収、吸着固定、定着等することができる構成、例えば、回収保持部２１内に吸収ポリマーが充填された構成や、上述した燃料パック２０に備えられた燃料漏出防止手段と同様に、回収保持部２１の内部圧力やバネ等の物理的な圧力等により閉止する制御弁等の回収物漏出防止手段を備えた構成を良好に適用することができる。
【０１８８】
そして、このような構成を有する副生成物回収手段を備えた電源システムにおいて、図１２に示したような燃料改質方式の燃料電池を主発電部１２Ａに適用した場合にあっては、燃料改質部２１０ａにおける水蒸気改質反応、水性シフト反応及び選択酸化反応（化学反応式（１）〜（３））に伴って、水素ガス（Ｈ２）とともに生成される二酸化炭素（ＣＯ２）、及び、燃料電池本体２１０ｂにおける電気化学反応（化学反応式（６）、（７））に伴って、電力（第１の電力）の発生とともに生成される水（Ｈ２Ｏ）が、副生成物として主発電部１２から排出されることになるが、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量は極めて微量であり、デバイスへの影響もほとんどないため、非回収物質として電源システム外に排出され、一方、水（Ｈ２Ｏ）等が分離回収部１６により回収されて、例えば、毛細管現象等を利用して副生成物回収経路を介して、燃料パック２０Ｄ内の回収保持部２１に送出され、不可逆的に保持される。
【０１８９】
ここで、主発電部１２（燃料電池本体）における電気化学反応（化学反応式（２）、（３））は、概ね６０〜８０℃程度で進行するため、主発電部１２において生成される水（Ｈ２Ｏ）は、ほぼ水蒸気（気体）の状態で排出される。そこで、分離回収部１６は、例えば、主発電部１２から排出される水蒸気を冷却することにより、あるいは、圧力を加えることにより、水（Ｈ２Ｏ）の成分のみを液化して、他の気体成分から分離することにより回収する。
【０１９０】
なお、本実施例においては、少なくとも、主発電部１２の構成として燃料改質方式の燃料電池を適用し、発電用燃料としてメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を適用した場合を示したため、電力の発生に伴う副生成物の大半が水（Ｈ２Ｏ）であって、その他、微量の二酸化炭素（ＣＯ２）を電源システム外に排出することにより、分離回収部１６における特定の成分（すなわち、水）の分離、回収を比較的簡易に実現することができるが、発電用燃料としてメタノール以外の物質を適用した場合や、主発電部１２として燃料電池以外の構成を適用した場合には、水（Ｈ２Ｏ）とともに、例えば、比較的大量の二酸化炭素（ＣＯ２）や窒素酸化物（ＮＯＸ）、硫黄酸化物（ＳＯＸ）等が生成される場合もある。
このような場合には、分離回収部１６において上述した分離方法により、例えば、液体である水と、その他の大量に生成される特定の気体成分（二酸化炭素等）を分離した後、燃料パック２０Ｄ内に設けられた単一又は複数の回収保持部２１に、合一又は個別に保持するようにしてもよい。
【０１９１】
このように、本実施例に係る副生成物回収手段を適用した電源システムによれば、発電モジュール１０Ｄにより電力を発生する際に生成される副生成物のうち、少なくとも１成分が燃料パック２０Ｄ内に設けられた回収保持部２１に不可逆的に保持されることにより、電源システム外部への排出又は漏出が抑制されるので、副生成物（例えば、水）によるデバイスの動作不良や劣化等の発生を防止することができるとともに、副生成物を保持した燃料パック２０Ｄを回収することにより、該副生成物を自然環境に負担を与えない方法で適切に処理して、副生成物（例えば、二酸化炭素）による自然環境の汚染や地球温暖化等を防止することができる。
【０１９２】
なお、上述したような分離回収方法により回収された副生成物は、以下に示すような保持動作により回収保持部内に不可逆的に保持される。
図２６は、本実施例に係る副生成物回収手段による副生成物の保持動作を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０１９３】
図２６（ａ）に示すように、本実施例に係る燃料パック２０Ｄは、一定の容積を有し、例えば、メタノール等の発電用燃料ＦＬが封入、充填された燃料封入空間２２Ａと、分離回収部１６から送出される水等の副生成物が保持される回収保持空間２２Ｂと、後述するように、回収保持空間２２Ｂの容積を相対的に可変し、回収保持空間２２Ｂを燃料封入空間２２Ａから隔絶する回収袋２３と、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料ＦＬを出力制御部１４に供給する燃料供給弁２４Ａと、分離回収部１６から送出される副生成物を回収保持空間２２Ｂに取り込むための副生成物取込弁２４Ｂと、を有して構成されている。
【０１９４】
ここで、燃料供給弁２４Ａ及び副生成物取込弁２４Ｂは、上述したように、いずれも、燃料パック２０ＤがＩ／Ｆ部３０Ｄを介して発電モジュール１０Ｄに結合された状態でのみ、発電用燃料ＦＬの供給や副生成物の取り込みが可能となるように、例えば、逆止弁の機能を備えた構成を有している。なお、上述したように、副生成物取込弁２４Ｂに逆止弁の機能を設ける替わりに、回収保持空間２２Ｂに吸収（吸水）ポリマー等を充填した構成を有するものであってもよい。
【０１９５】
このような構成を有する燃料パック２０Ｄにおいて、図２６（ａ）に示すように、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料が燃料供給弁２４Ａを介して発電モジュール１０Ｄ（主発電部１２、副電源部１１）に供給されることにより、所定の電力を発生する動作が実行されるとともに、上記分離回収部１６により電力の発生に伴って生成された副生成物のうち、特定の成分（例えば、水）のみが分離、回収されて、副生成物回収経路及び副生成物取込弁２４Ｂを介して回収保持空間２２Ｂに取込、保持される。
【０１９６】
これにより、図２６（ｂ）、（ｃ）に示すように、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料ＦＬの容積が減少するとともに、相対的に、回収保持空間２２Ｂに保持される特定の成分又は物質の容積が増大する。このとき、回収保持空間２２Ｂに吸収ポリマー等を充填した構成を適用することにより、回収され、取り込まれた副生成物の実質的な容積に比較して、より大きな容積を有するように回収保持空間２２Ｂの容積を制御することができる。
【０１９７】
したがって、燃料封入空間２２Ａと２２Ｂの関係は、発電モジュール１０における電力の発生（発電）動作に伴って、単に、相対的に増減するだけでなく、回収保持空間２２Ｂに保持された副生成物の量に応じて、図２６（ｂ）に示すように、所定の圧力で回収袋２３を外方に押圧することにより、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料ＦＬに圧力が印加されることになるので、発電モジュール１０Ｄへの発電用燃料ＦＬの供給を適切に行うことができ、図２６（ｃ）に示すように、回収保持空間２２Ｂに保持される副生成物により、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料ＦＬをほぼ完全になくなるまで供給することができる。
【０１９８】
なお、本実施例においては、発電モジュール１０Ｄに付設された分離回収部１６により分離、回収した副生成物の全て又は一部を回収して燃料パック２０Ｄ内に保持するとともに、非回収物質を電源システム１外に排出する場合について説明したが、回収された副生成物（例えば、水）の全部又は一部を発電モジュール１０Ｄ（特に、主発電部１２、副電源部１１）における電力の発生の際の燃料成分として再利用する構成を有するものであってもよい。具体的には、主発電部１２（副電源部１１を含むものであってもよい）として、燃料電池からなる発電装置を適用した構成にあっては、水が副生成物の一部として生成されるが、上述したように、燃料改質方式の燃料電池においては、発電用燃料の水蒸気改質反応等において水を必要とするので、図２５中、点線矢印で示すように、回収された副生成物のうち、水の一部を主発電部１２に供給して、これらの反応に再利用するように構成することができる。これによれば、水蒸気改質反応等のために発電用燃料ＦＬとともに燃料パック２０Ｄに予め封入しておく水の量、また、回収保持部２１に保持される副生成物（水）の量を削減することができるので、一定の容量の燃料パック２０Ｄに対してより多くの発電用燃料ＦＬを封入することができ、電源システムとしての電力供給能力の向上を図ることができる。
【０１９９】
＜残量検出手段＞
次に、上述した各実施形態に係る電源システムに適用可能な発電用燃料の残量検出手段について、図面を参照して説明する。
図２７は、本発明に係る電源システムに適用可能な残量検出手段の一実施例を示すブロック図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０２００】
本発明に係る電源システムに適用可能な燃料残量検出手段は、図２７に示すように、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有する発電モジュール１０Ｅ、燃料パック２０Ｅ及びＩ／Ｆ部３０Ｅにおいて、発電モジュール１０Ｅ内又はＩ／Ｆ部３０Ｅ内もしくは燃料パック２０Ｅ内のいずれか（ここでは、発電モジュール１０Ｅ内）に、燃料パック２０Ｅに残存する発電用燃料ＦＬの量（残量）を検出し、その残量検出信号を動作制御部１３に出力する残量検出部１７が設けられた構成を有している。
【０２０１】
残量検出部１７は、燃料パック２０Ｅ内に残存する発電用燃料ＦＬの量を検出するものであって、例えば、燃料パック２０Ｅ内に発電用燃料ＦＬが液体の状態で封入されている場合には、光学センサ等により燃料の液面を計測する手法や燃料を透過した光の減衰（減光率）等の変化を計測する手法等を採用することにより、発電用燃料ＦＬの残量を検出する。
【０２０２】
そして、残量検出部１７により検出された発電用燃料ＦＬの残量は、残量検出信号として動作制御部１３に出力され、動作制御部１３は該残量検出信号に基づいて、主発電部１２における動作状態を制御するための動作制御信号を出力制御部１４に対して出力するとともに、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、該発電用燃料の残量に関する情報（燃料残量情報）を出力する。
【０２０３】
具体的には、上述した電源システムの全体動作（図２０参照）において、電源システムを起動動作する場合に、動作制御部１３は事前に残量検出部１７からの残量検出信号を参照し、起動動作を正常に実行可能な量の発電用燃料ＦＬが残存しているか否かを判断した後、当該動作を実行する。ここで、発電用燃料ＦＬの残量に異常が検出された場合（例えば、残量が急激に減少した場合）には、動作制御部１３は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、残量異常に関する情報を出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知する。
【０２０４】
また、上述した電源システムの全体動作（図２０参照）において、電源システムの定常動作（フィードバック制御）を継続する場合に、動作制御部１３は残量検出部１７からの残量検出信号を逐次参照し、発電用燃料ＦＬの残量に応じて、例えば、主発電部１２における電力の発生量を制御するための動作制御信号を出力制御部１４に対して出力し、例えば、発電用燃料ＦＬの残量が減少するにしたがって、主発電部１２により生成される電力（特に、出力電圧）を経時的に徐々に変化（低下）させるように制御するか、あるいは、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、実際の残量データ自体や残量比率もしくは電力を出力することが可能な推定残り時間等を燃料残量情報として出力する。これにより、既存のデバイスに標準的に搭載されている、電源からの出力電圧や電池残量に基づいて、デバイスＤＶＣの使用者に電池残量を通知する機能を良好に動作させることができる。
【０２０５】
さらに、この場合、残量検出部１７により発電用燃料ＦＬの残量の急激な減少等の残量異常が検出された場合には、動作制御部１３は該残量異常に関する検出信号に基づいて、主発電部１２における電力の生成を停止するための動作制御信号を出力制御部１４に対して出力して、主発電部１２の発電動作を停止するとともに、残量異常に関する情報をデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知する。これにより、燃料パック２０Ｅから電源システム１外部への発電用燃料ＦＬの異常な漏出の発生等を迅速に検出して、デバイスＤＶＣの使用者に対して、適切な対処を講じるように報知することができる。
【０２０６】
＜燃料安定化手段＞
次に、上述した各実施形態に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段について、図面を参照して説明する。
図２８は、本発明に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段の一実施例を示すブロック図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０２０７】
本発明に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段は、図２８に示すように、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有する発電モジュール１０Ｆ、燃料パック２０Ｆ及びＩ／Ｆ部３０Ｆにおいて、Ｉ／Ｆ部３０Ｆ又は燃料パック２０Ｆのいずれか（ここでは、燃料パック２０Ｆ）に、燃料パック２０Ｆに封入された発電用燃料ＦＬの封入状態（温度、圧力等）を検知して、該封入状態が所定のしきい値を超過した場合に、燃料パック２０Ｆから発電モジュール１０Ｆ（副電源部１１、主発電部１２）への発電用燃料ＦＬの供給を停止する供給制御弁２５と、燃料パック２０Ｆ内の発電用燃料ＦＬの封入状態（温度、圧力等）を検知して、該封入状態を所定の安定化状態に制御する圧力制御弁２６が設けられた構成を有している。
【０２０８】
供給制御弁２５は、燃料パック２０Ｆに封入された発電用燃料ＦＬの温度が所定のしきい値を超過して上昇することにより自動的に作動して、燃料送出経路への発電用燃料ＦＬの送出を遮断する。具体的には、発電用燃料ＦＬの温度の上昇に伴って燃料パック２０Ｆ内の圧力が上昇することにより、弁が閉じる逆止弁を良好に適用することができる。
【０２０９】
また、圧力制御弁２６は、燃料パック２０Ｆに封入された発電用燃料ＦＬの温度の上昇に伴って、燃料パック２０Ｆ内の圧力が所定のしきい値を超過して上昇することにより自動的に作動して、燃料パック２０Ｆ内の圧力を低下させる。具体的には、燃料パック２０Ｆ内の圧力が上昇することにより、弁が開く圧力開放弁（リリース弁）を良好に適用することができる。
【０２１０】
これにより、例えば、電源システムをデバイスＤＶＣに装着した状態で、発電モジュール１０Ｆにおける電力の生成やデバイスの負荷の駆動に伴う発熱等により、燃料パック２０Ｆ内の温度や圧力が上昇した場合には、自動的に発電用燃料ＦＬの供給停止動作、圧力開放動作が行われるので、発電用燃料ＦＬの封入状態を安定化することができる。
【０２１１】
そして、上述した電源システムの全体動作（図２０参照）において、電源システムを起動動作する場合に、動作制御部１３は事前に供給制御弁２５の動作状態、すなわち、燃料パック２０Ｆからの発電用燃料ＦＬの供給状態を参照し、発電用燃料ＦＬが正常に供給されているか否かを判断した後、当該動作を実行する。ここで、上述した燃料安定化手段（特に、圧力制御弁２６）による発電用燃料ＦＬの封入状態の安定化動作にも関わらず、発電用燃料ＦＬの供給遮断が検出された場合には、動作制御部１３は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、発電用燃料ＦＬの封入異常に関する情報を出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知する。
【０２１２】
また、上述した電源システムの全体動作（図２０参照）において、電源システムの定常動作（フィードバック制御）を継続する場合に、動作制御部１３は供給制御弁２５の動作状態、すなわち、燃料パック２０Ｆからの発電用燃料ＦＬの供給状態を逐次参照し、燃料安定化手段（特に、圧力制御弁２６）による安定化動作にも関わらず、発電用燃料ＦＬの供給遮断が検出された場合には、動作制御部１３は主発電部１２における電力の生成を停止するための動作制御信号を出力制御部１４に対して出力して、主発電部１２の発電動作を停止するとともに、発電用燃料ＦＬの封入異常に関する情報をデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知する。
【０２１３】
これにより、燃料パック２０Ｆ内の発電用燃料ＦＬの封入条件（温度、圧力等）の異常に起因する発電用燃料ＦＬの変質や発電モジュール１０Ｆにおける動作異常（例えば、出力電圧不良）、燃料パック２０Ｆから電源システム１外部への発電用燃料ＦＬの漏出等の発生を未然に防止して、燃焼性の発電用燃料ＦＬの安全性を確保した信頼性の高い電源システムを提供することができる。
【０２１４】
＜外形形状＞
次に、本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状について、図面を参照して説明する。
図２９は、本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状の具体例を示す概略構成図であり、図３０は、本発明に係る電源システムに適用される外形形状と、汎用の化学電池の外形形状との対応関係を示す概念図である。
【０２１５】
上述したような構成を有する電源システムにおいて、燃料パック２０をＩ／Ｆ部３０を介して発電モジュール１０に結合した状態、又は、これらを一体的に構成した状態における外形形状は、例えば、図２９に示すように、ＪＩＳ規格に則った汎用の化学電池に多用されている円形電池４１、４２、４３や、特殊形状の電池（非円形電池）４４、４５、４６の規格に則って、これらのいずれかと同等の外形形状及び寸法を有するように形成されているとともに、上述した発電モジュール１０の副電源部１１又は主発電部１２により生成される電力（第１及び第２の電力）が、図２９に示す各電池形状の正極（＋）及び負極（−）の電極端子を介して出力されるように構成されている。
【０２１６】
ここで、発電モジュール１０には上部に正極の端子が付属し、燃料パック２０には負極の端子が付属しており、図示しないが、負極の端子は発電モジュール１０に配線を介して接続されている。そして、発電モジュール１０の側部に帯状に周回する端子部１８４が設けられ、デバイスＤＶＣに電源システム１が収容されると、自動的に内部のコントローラＣＮＴと端子部１８４とが電気的に接続され、負荷駆動情報を受信することが可能となる。なお、端子部１８４が正極及び負極と絶縁されていることはいうまでもない。
【０２１７】
具体的には、燃料パック２０と発電モジュール１０が結合した状態で、例えば、燃料電池を適用した主発電部（図１２参照）においては、燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１が負極端子に、また、空気極２１２が正極端子に電気的に接続された構成を有している。また、ガス燃焼エンジンやロータリーエンジン等の内燃、外燃機関と電磁誘導等を利用した発電器（図１４乃至図１６参照）とを組み合わせた構成や、温度差発電器やＭＨＤ発電器を適用した主発電部（図１７、図１８参照）においては、各々の発電器の出力端子が正極端子及び負極端子に電気的に接続された構成を有している。
【０２１８】
ここで、円形電池４１、４２、４３は、具体的には、市販のマンガン乾電池やアルカリ乾電池、ニッケル・カドミウム電池、リチウム電池等に最も多用され、対応する機器も多いシリンダ型（円柱型：図２９（ａ））や、腕時計等に利用されるボタン型（図２９（ｂ））、カメラや電子手帳等に利用されるコイン型（図２９（ｃ））等の外形形状を有している。
【０２１９】
一方、非円形電池４４、４５、４６は、具体的には、コンパクトカメラやデジタルスチルカメラ等、使用する機器の形状等に対応して個別に設計（カスタマイズ）された特殊形状型（図２９（ｄ））や、携帯音響機器や携帯電話等の小型薄型化に対応した角形（図２９（ｅ））、平型（図２９（ｆ））等の外形形状を有している。
【０２２０】
なお、上述したように、本実施形態に係る電源システムに搭載される発電モジュール１０の各構成は、既存のマイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、ミリメートルオーダー乃至ミクロンオーダーにマイクロチップ化、あるいは、マイクロプラント化することができる。また、発電モジュール１０の主発電部１２として、例えば、高いエネルギー利用効率を実現することができる燃料電池やガス燃料タービン等を適用することにより、既存の化学電池と同等（又は、それ以上）の電池容量を実現するために必要となる発電用燃料の量を比較的少量に抑制することができる。
【０２２１】
したがって、本実施形態に係る電源システムにおいて、図２９に示した既存の電池形状を良好に実現することができ、例えば、図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料パック２０を発電モジュール１０に結合した状態、又は、両者を一体的に構成した状態における外形寸法（例えば、長さＬａ、直径Ｄａ）が、図３０（ｃ）に示すような汎用の化学電池４７の外形寸法（例えば、長さＬｐ、直径Ｄｐ）と略同等になるように構成することができる。
【０２２２】
なお、図３０においては、本発明に係る電源システムの着脱構造（結合関係）と外観形状との関係を概念的に示したものにすぎず、具体的な電極構造等を考慮したものではない。本発明に係る電源システムに各電池形状を適用した場合の、発電モジュール１０及び燃料パック２０の着脱構造と、電極構造との関係については、後述する実施例において詳しく説明する。
【０２２３】
また、図２９に示した外形形状はいずれも、日本国内の規格に則って市販、又は、デバイスに付属して流通、販売されている化学電池の一例であって、本発明の適用が可能な構成例のごく一部を示したものに過ぎない。すなわち、本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状は、上記具体例以外であってもよく、例えば、世界各国で流通、販売されている化学電池、あるいは、将来実用化が予定されている化学電池の形状に合致し、さらには、電気的特性をも合致するように設計することができることはいうまでもない。
【０２２４】
次いで、本発明に係る電源システムに上述した各電池形状を適用した場合の発電モジュール１０及び燃料パック２０の着脱構造と、電極構造との関係について、図面を参照して詳しく説明する。
（着脱構造の第１の実施例）
図３１（ａ）〜図３１（ｄ）及び図３１（ｅ）〜図３１（ｈ）は、それぞれ本発明の第１の実施例に係る電源システムの燃料パック及びホルダー部を上方向、前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３２は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２２５】
図３１（ａ）〜図３１（ｄ）及び図３１（ｅ）〜図３１（ｈ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック５１と、該燃料パックが着脱可能に構成されたホルダー部５２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック５１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有しているので、その説明を省略する。
【０２２６】
ホルダー部５２は、大別して、上述した実施形態と同等の構成を有する発電モジュール１０Ｘ及びＩ／Ｆ部が収納され、正極端子ＥＬ（＋）が設けられた発電部５２ａと、負極端子ＥＬ（−）が設けられた対向部５２ｂと、発電部５２ａと対向部５２ｂを連結するとともに、発電部５２ａと負極端子ＥＬ（−）を電気的に接続する連結部５２ｃと、を有して構成されている。ここで、発電部５２ａ、対向部５２ｂ及び連結部５２ｃにより囲まれた貫通した空間ＳＰ１が、上記燃料パック５１を結合した際の収納位置となる。
【０２２７】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３２（ａ）に示すように、発電部５２ａ、対向部５２ｂ及び連結部５２ｃにより構成される空間ＳＰ１に対して、燃料パック５１の燃料送出口（一端側）５１ａを発電部５２ａ側の燃料送出経路（Ｉ／Ｆ部；図示を省略）に当接させて支点とし、燃料パック５１の他端側５１ｂを旋回させて押し込むことにより（図中、矢印Ｐ９）、図３２（ｂ）に示すように、該燃料パック５１の他端側５１ｂが対向部５２ｂに当接して、燃料パック５１が空間ＳＰ１に収納されるとともに、燃料パック５１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック５１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部５２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
【０２２８】
ここで、電源システムは、燃料パック５１が空間ＳＰ１に収納され、ホルダー部５２に結合された状態において、例えば、上述した円柱形状の汎用の化学電池（図２９（ａ）、図３０（ｃ）参照）と略同等の外形形状及び寸法を有するように構成されている。また、このとき、燃料パック５１が空間ＳＰ１に正常に収納された状態で、燃料パック５１の燃料送出口５１ａが発電部５２ａ側の燃料送出経路に良好に当接して接続するように、燃料パック５１の他端側５１ｂを適当な力で押圧するとともに、燃料パック５１がホルダー部５２から不用意に脱落することを防止するために、燃料パック５１の他端側５１ｂと対向部５２ｂの当接部分が適当な押圧力で係合するように構成されていることが望ましい。具体的には、図３２（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、燃料パック５１の他端側５１ｂに凹部５１ｃが形成され、対向部５２ｂの当接部分にバネ材等の弾性を有する凸部５１ｄを備えた係合機構を適用することができる。
【０２２９】
これにより、上述した全体動作（図２０参照）において説明したように、副電源部１１において、自立的に電力（第２の電力）が生成されて、少なくとも、発電モジュール１０内の動作制御部１３に動作電力が供給される。また、本実施形態に係る電源システムが所定のデバイスＤＶＣに装着されることにより、副電源部１１により生成された電力の一部が発電部５２ａに設けられた正極端子ＥＬ（＋）及び対向部５２ｂに設けられた負極端子ＥＬ（−）を介して、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに駆動電力として供給される（初期動作）。
【０２３０】
したがって、汎用の化学電池と同様に簡易に取り扱うことができ、汎用の化学電池と同一又は同等の外形形状及び寸法（ここでは、円柱形状）を有するとともに、同一又は同等の電気的特性を有する電力を供給することができる完全互換の電源システムを実現することができるので、既存の携帯機器等のデバイスに対して、汎用の化学電池と全く同様に、動作電力として適用することができる。
【０２３１】
特に、本実施例に係る電源システムにおいて、発電モジュールとして燃料電池を備えた構成を適用し、かつ、発電部５２ａ（発電モジュール１０Ｘ）に対して着脱可能に構成された燃料パック５１として、上述した分解性プラスチック等の材料を適用することにより、環境への影響（負担）を抑制しつつ、高いエネルギー利用効率を実現することができるので、既存の化学電池の投棄や埋め立て処理による環境問題やエネルギー利用効率の問題等を良好に解決することができる。また、本実施例に係る電源システムによれば、燃料パック５１が収納されるホルダー部５２側の空間ＳＰ１が、貫通形状を有しているので、燃料パック５１の対向する側面部を把持しながらホルダー部５２に着脱することができるので、燃料パック５１の着脱を簡易かつ確実に行うことができる。
【０２３２】
（着脱構造の第２の実施例）
図３３（ａ）〜図３３（ｃ）は、それぞれ本発明の第２の実施例に係る電源システムの燃料パックを前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３３（ｄ）〜図３１（ｇ）は、それぞれ本発明に係る電源システムのホルダー部を前方向、上方向、後方向、横方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３４は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２３３】
図３３（ａ）〜図３３（ｇ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック６１と、該燃料パック６１が着脱可能に構成されたホルダー部６２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック６１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有しているので、その説明を省略する。
【０２３４】
ホルダー部６２は、大別して、発電モジュール１０Ｘが収納され、正極端子ＥＬ（＋）が設けられた発電部６２ａと、負極端子ＥＬ（−）が設けられた対向部６２ｂと、発電部６２ａと対向部６２ｂを連結するとともに、発電部６２ａと負極端子ＥＬ（−）を電気的に接続する連結部６２ｃと、を有して構成されている。ここで、発電部６２ａ、対向部６２ｂ及び連結部６２ｃにより囲まれた凹状の空間ＳＰ２が、上記燃料パック６１を結合した際の収納位置となる。
【０２３５】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３４（ａ）に示すように、発電部６２ａ、対向部６２ｂ及び連結部６２ｃにより構成される空間ＳＰ２に対して、燃料パック６１の燃料送出口６１ａを発電部６２ａ側の燃料送出経路に当接させつつ、燃料パック６１を嵌合させることにより（図中、矢印Ｐ１０）、図３４（ｂ）に示すように、燃料パック６１が空間ＳＰ２に収納されるとともに、燃料パック６１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック６１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部６２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
【０２３６】
ここで、電源システムは、上述した第１の実施例と同様に、燃料パック６１が空間ＳＰ２に収納され、ホルダー部６２に結合された状態において、例えば、上述した円柱形状の汎用の化学電池（図２９（ａ）、図３０（ｃ）参照）と略同等の形状及び寸法を有するように構成されている。また、このとき、燃料パック６１が空間ＳＰ２に正常に収納された状態で、燃料パック６１がホルダー部６２から不用意に脱落することを防止するために、燃料パック６１の外形形状がホルダー部６２の空間ＳＰ２の内部形状に係合する構成を有することが望ましい。
【０２３７】
これにより、上述した第１の実施例と同様に、汎用の化学電池と同様に簡易に取り扱うことができ、かつ、汎用の化学電池と同一又は同等の外形形状及び電気的特性を有する完全互換型のポータブル型の電源システムを実現することができる。また、発電モジュールに適用する発電装置の構成や着脱可能な燃料パックの構成材料を適切に選択することにより、環境への影響を大幅に抑制して、既存の化学電池の投棄や埋め立て処理による環境問題やエネルギー利用効率の問題等を良好に解決することができる。
【０２３８】
（着脱構造の第３の実施例）
図３５（ａ）〜図３５（ｃ）は、それぞれ本発明の第３の実施例に係る電源システムの燃料パックを前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３５（ｄ）〜図３５（ｆ）は、それぞれ本発明に係る電源システムのホルダー部を前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３６は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２３９】
図３５（ａ）〜図３５（ｆ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック７１と、該燃料パック７１が複数本収納可能に構成されたホルダー部７２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック７１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有しているので、その説明を省略する。
【０２４０】
ホルダー部７２は、大別して、発電モジュール１０Ｘが収納され、同一端面に正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）が設けられた発電部７２ａと、発電部７２ａとの間に空間ＳＰ３を有するように設けられた上部カバー７２ｂと、空間ＳＰ３への燃料パック７１の収納、取り出しを可能とするとともに、空間ＳＰ３内に収納された燃料パック７１を押圧固定する開閉カバー７２ｃと、を有して構成されている。
【０２４１】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３６（ａ）に示すように、ホルダー部７２の開閉カバー７２ｃを開状態として空間ＳＰ３の一面側を開放状態として、複数本（ここでは、２本）の燃料パック７１を同一の向きに挿入した後、図３６（ｂ）、（ｃ）に示すように、開閉カバー７２ｃを閉状態とすることにより、燃料パック７１が空間ＳＰ３に収納されるとともに、開閉カバー７２ｃが燃料パック７１の他端側７１ｂを押圧して、燃料パック７１の燃料送出口７１ａを発電部７２ａ側の燃料送出経路（Ｉ／Ｆ部；図示を省略）に当接させることにより、燃料パック７１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック７１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部７２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
ここで、電源システムは、燃料パック７１が空間ＳＰ３に収納され、ホルダー部７２に結合された状態において、例えば、上述した特殊形状の化学電池（図２９（ｄ）参照）と略同等の外形形状及び寸法を有するように構成されている。
【０２４２】
これにより、上述した各実施例と同様に、既存の化学電池と同一又は同等の外形形状及び電気的特性を有する完全互換型のポータブル型の電源システムを実現することができるとともに、発電モジュールに適用する発電装置の構成や着脱可能な燃料パックの構成材料を適切に選択することにより、環境への影響を大幅に抑制して、既存の化学電池の投棄や埋め立て処理による環境問題やエネルギー利用効率の問題等を良好に解決することができる。
【０２４３】
（着脱構造の第４の実施例）
図３７（ａ）〜図３７（ｃ）は、それぞれ本発明の第４の実施例に係る電源システムの燃料パックを前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３７（ｄ）〜図３１（ｆ）は、それぞれ本発明に係る電源システムのホルダー部を上方向、横方向、前方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３８は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２４４】
図３７（ａ）〜図３７（ｆ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック８１と、該燃料パック８１が複数本収納可能に構成されたホルダー部８２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック８１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有しているので、その説明を省略する。
【０２４５】
ホルダー部８２は、大別して、発電モジュール１０Ｘが収納され、同一端面に正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）が設けられた発電部８２ａと、発電部８２ａと対向する面を有する対向部８２ｂと、発電部８２ａと対向部８２ｂを連結するベース部８２ｃと、を有して構成されている。ここで、発電部８２ａ、対向部８２ｂ及びベース部８２ｃにより囲まれた凹状の空間ＳＰ４が、上記燃料パック８１を結合した際の収納位置となる。
【０２４６】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３８（ａ）に示すように、発電部８２ａ、対向部８２ｂ及びベース部８２ｃにより構成される空間ＳＰ４に対して、燃料パック８１の燃料送出口（一端側）８１ａを発電部８２ａ側の燃料送出経路（Ｉ／Ｆ部；図示を省略）に当接させて支点とし、燃料パック８１の他端側８１ｂを旋回させて押し込むことにより（図中、矢印Ｐ１１）、図３８（ｂ）に示すように、該燃料パック８１の他端側８１ｂが対向部８２ｂに当接して固定され、複数本（ここでは、２本）の燃料パック８１が空間ＳＰ４に同一の向きに収納される。このとき、燃料パック８１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック８１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部８２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
【０２４７】
ここで、電源システムは、燃料パック８１が空間ＳＰ４に収納され、ホルダー部８２に結合された状態において、例えば、上述した特殊形状の化学電池（図２９（ｄ）参照）と略同等の外形形状及び寸法を有するように構成されている。また、このとき、燃料パック８１が空間ＳＰ４に正常に収納された状態で、燃料パック８１の燃料送出口８１ａが発電部８２ａ側の燃料送出経路に良好に当接して接続するとともに、燃料パック８１がホルダー部８２から不用意に脱落することを防止するために、上述した第１の実施例と同様に、図３８（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料パック８１の他端側８１ｂと対向部８２ｂの当接部分が適当な押圧力で係合するように構成されている。
これにより、上述した各実施例と同様の作用効果を有する電源システムを実現することができる。
【０２４８】
（具体的構成例）
次に、上述した各実施形態（各構成例を含む）のいずれかを適用した電源システム全体の具体構成例について、図面を参照して説明する。
図３９は、本発明に係る電源システム全体の具体構成例を示す概略構成図である。また、図４０は、本具体構成例に適用される燃料改質部の一構成例を示す概略図であり、図４１は、本具体構成例に適用される燃料改質部の他の構成例を示す概略図である。ここでは、発電モジュールに設けられる副電源部１１として燃料直接供給方式の燃料電池が適用され、主発電部１２として燃料改質方式の燃料電池が適用されているものとする。また、上述した各実施形態及び各構成例を適宜参照し、同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化する。
【０２４９】
図３９に示すように、本具体構成例に係る電源システム１Ａは、図２に示したように、発電モジュール１０と燃料パック２０がＩ／Ｆ部３０を介して着脱可能に構成され、全体として図２９（ａ）又は図３０に示したように円柱形状からなる外形形状を有している。また、これらの構成（特に、発電モジュール１０）が、マイクロマシン製造技術等を用いて微小空間に構成され、汎用の化学電池と同等の外形寸法を有するように構成されている。
【０２５０】
発電モジュール１０は、概略、円柱形状の円周側面に沿って延在し、相互に分離して積層形成された燃料電池からなる副電源部１１及び主発電部１２と、円柱状の発電モジュール１０内部に、深さ及び幅がそれぞれ５００μｍ以下の燃料流路が接続されるように積層形成された水蒸気改質反応ユニット２１０Ａ（燃料改質部２１０ａ）と選択酸化反応ユニット２１０Ｃと、発電モジュール１０内部にマイクロチップ化されて収納された動作制御部１３及び起動制御部１５等を搭載したコントロールチップ９０と、発電モジュール１０の円柱側面から上記副電源部１１及び主発電部１２の空気極１１２、２１２まで貫通し、外部の空気を取り入れる複数の通気孔（スリット）１４ｃと、上記空気極１１２、２１２側において生成される副生成物（水等）を液化（凝縮）して分離回収する分離回収部１６と、回収した副生成物の一部を水蒸気改質反応ユニット２１０Ａに供給する副生成物供給経路１６ａと、円柱上面から上記主発電部１２の空気極まで貫通し、少なくとも、主発電部の燃料極側や水蒸気改質反応ユニット２１０Ａ、選択酸化反応ユニット２１０Ｃにおいて生成され、非回収物質である副生成物（二酸化炭素等）を発電モジュールの外部に排出する排出孔１４ｄと、を備えて構成されている。
【０２５１】
燃料パック２０は、概略、図２６に示した構成と同様に、副電源部１１及び主発電部１２に供給される発電用燃料ＦＬが充填、封入される燃料封入空間２２Ａと、上記分離回収部１６により回収された副生成物（水）を固定的に保持する回収保持空間２２Ｂ（回収保持部２１）と、発電モジュール１０との境界にあって、発電用燃料ＦＬの漏出を防止する燃料供給弁２４Ａ（燃料漏出防止手段）と、回収保持された副生成物（回収物）の漏出を防止する副生成物取込弁２４Ｂ（回収物漏出防止手段）と、を有して構成されている。ここで、燃料パック２０は、上述したような分解性プラスチックにより形成されている。
【０２５２】
また、Ｉ／Ｆ部３０は、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを副電源部１１及び主発電部１２に供給する燃料送出経路３１と、上記副電源部１１及び主発電部１２において生成され、分離回収部１６により回収された副生成物（水）の全部又は一部を、燃料パック２０に送出する副生成物回収経路３２と、を有して構成されている。
なお、図示を省略したが、燃料パック２０又はＩ／Ｆ部３０には、図２７、図２８に示したように、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの残量を検出する残量検出手段や、発電用燃料の封入状態を安定化させる燃料安定化手段が設けられた構成を有していてもよい。
【０２５３】
ここで、本具体構成例に係る電源システムに適用される水蒸気改質反応ユニット２１０Ａの構成は、例えば、図４０に示すように、シリコン等の微小基板２０１の一面側に、半導体製造技術等の微細加工技術を用いて、所定の溝形状及び所定の平面パターンを有するように設けられた燃料吐出部２０２ａ、水吐出部２０２ｂ、燃料気化部２０３ａ、水気化部２０３ｂ、混合部２０３ｃ、改質反応流路２０４、水素ガス排気部２０５と、上記改質反応流路２０４の形成領域に対応する領域であって、例えば、微小基板２０１の他面側に設けられた薄膜ヒータ２０６と、を備えて構成されている。
【０２５４】
燃料吐出部２０２ａ及び水吐出部２０２ｂは、上述したような水蒸気改質反応における原料物質となる発電用燃料及び水を、例えば、所定の単位量ごとに液状粒として流路内に吐出する流体吐出機構を有している。したがって、燃料吐出部２０２ａ及び水吐出部２０２ｂにおける発電用燃料又は水の吐出量に基づいて、例えば、上記化学反応式（３）式に示した水蒸気改質反応の進行状態が制御されることになるため（詳しくは、後述する薄膜ヒータ２０６からの熱量も密接に関連する）、燃料吐出部２０２ａ及び水吐出部２０２ｂは、上述した出力制御部１４（燃料制御部１４ａ）における燃料供給量の調整機能の一部を担う構成を有している。
【０２５５】
燃料気化部２０３ａ及び水気化部２０３ｂは、それぞれ発電用燃料及び水の沸点等の揮発条件に応じて加熱されるヒータであって、燃料吐出部２０２ａ及び水吐出部２０２ｂから液状粒として吐出された発電用燃料又は水を、加熱処理あるいは減圧処理等することにより、図１３（ａ）に示した蒸発過程を実行して気化し、混合部２０３ｃにおいて、燃料ガスと水蒸気の混合ガスを生成する。
【０２５６】
改質反応流路２０４及び薄膜ヒータ２０６は、上記混合部２０３ｃにおいて生成された混合ガスを改質反応流路２０４に導入し、改質反応流路２０４の内壁面に付着形成された銅-錫（Ｃｕ-Ｚｎ）系の触媒（図示を省略）、及び、改質反応流路２０４の形成領域に対応して設けられた薄膜ヒータ２０６から、改質反応流路２０４に供給される所定の熱エネルギーに基づいて、図１３（ａ）及び上記化学反応式（３）に示した水蒸気改質反応を生じさせて、水素ガス（Ｈ２）を生成する（水蒸気改質反応過程）。
【０２５７】
水素ガス排気部２０５は、改質反応流路２０４において生成された水素ガスを排出して、選択酸化反応ユニット２１０Ｃにおける水性シフト反応過程及び選択酸化反応過程を介して、一酸化炭素（ＣＯ）を除去した後、主発電部１２を構成する燃料電池の燃料極に供給する。これにより、主発電部１２において、上記化学反応式（６）及び（７）に基づく一連の電気化学反応が生じて、所定の電力が生成される。
【０２５８】
このような構成を有する電源システムにおいて、上述した全体動作（初期動作、起動動作、定常動作、停止動作）に則して、例えば、Ｉ／Ｆ部３０を介して発電モジュール１０に燃料パック２０が結合されると、燃料供給弁２４Ａ（燃料漏出防止手段）による漏出防止機能が解除されて、燃料パック２０の燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料（例えば、メタノール）ＦＬが、燃料送出経路３１を介して直接副電源部１１を構成する燃料電池の燃料極に供給されて、第２の電力が生成される。この電力は、コントロールチップ９０に搭載された動作制御部１３に動作電力として供給されるとともに、電源システム１Ａが図示を省略した正極端子及び負極端子を介して電気的に接続されたデバイスＤＶＣ（図示を省略）に内蔵されたコントローラＣＮＴに駆動電力として供給される。
【０２５９】
そして、動作制御部１３が上記コントローラＣＮＴからデバイスＤＶＣの負荷ＬＤの駆動状態に関する情報を受け取ると、起動制御部１５に動作制御信号を出力して、副電源部１１により生成される電力の一部を用いて、水蒸気改質反応ユニット２１０Ａの薄膜ヒータ２０６を加熱するとともに、所定量の発電用燃料及び水を水蒸気改質反応ユニット２１０Ａの改質反応流路２０４に吐出する。これにより、上述した化学反応式（３）〜（５）に示した水蒸気改質反応及び選択酸化反応により、水素ガス（Ｈ２）及び二酸化炭素（ＣＯ２）が生成され、水素ガス（Ｈ２）は、主発電部１２を構成する燃料電池の燃料極に供給されて第１の電力が生成され、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤに負荷駆動電力として供給されるとともに、二酸化炭素（ＣＯ２）は、例えば、発電モジュール１０の上面に設けられた排出孔１４ｄを介して発電モジュール１０（電源システム１Ａ）の外部に排出される。
【０２６０】
また、主発電部１２における発電動作に際して生成される副生成物（水蒸気等の気体）は、分離回収部１６において、冷却されて液化されることにより、水とそれ以外の気体成分とに分離し、水のみを回収して一部を副生成物供給経路１６ａを介して、上記水蒸気改質反応ユニット２１０Ａに供給するとともに、それ以外の水を副生成物回収経路３２を介して、燃料パック２０内の回収保持空間２２Ｂに不可逆的に保持される。
【０２６１】
したがって、本具体構成例に係る電源システム１Ａによれば、電源システム１Ａの外部から燃料の補給を受けることなく、駆動される負荷（デバイスＤＶＣ）の駆動状態に応じた適切な電力（第１の電力）を自立的に出力することができるので、汎用の化学電池と同等の電気的特性及び簡易な取り扱いを実現しつつ、高いエネルギー変換効率で発電動作を行うことができるとともに、少なくとも燃料パック２０の自然界への投棄、埋め立て等に対して、環境への負担が少ないポータブル型の電源システムを実現することができる。
【０２６２】
なお、本具体構成例においては、主発電部１２や水蒸気改質反応ユニット２１０Ａ等において生成され、回収された副生成物（水）の一部を水蒸気改質反応ユニット２１０Ａに供給して再利用する構成を示したが、このような構成を適用しない電源システムにおいては、燃料パック２０に発電用燃料（メタノール等）とともに封入された水を利用して、水蒸気改質反応ユニット２１０Ａにおける水蒸気改質反応を実行する。
【０２６３】
したがって、このように予め水が混合して封入された発電用燃料を用いて発電動作を行う場合にあっては、図４１に示すように、水蒸気改質反応ユニット２１０Ａの構成として、微小基板２０１の一面側に、燃料吐出部２０２、燃料気化部２０３、改質反応流路２０４及び水素ガス排気部２０５のみからなる単一の流路が形成された構成を適用することができる。
【０２６４】
本発明に係る電源システムは、上述した各構成例の部材、各実施形態の発電モジュール、並びに各実施例の着脱構造を任意に組合せてなるものであり、場合によっては、副電源部や主発電部の少なくとも一方を複数個を並列に設けたり、複数種を並列に設けてもよく、このような構成によりデバイスの起動状態に応じて主発電部の駆動が制御されるので発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の利用効率を向上することができ、リムーバルの汎用電池を電源として用いていた携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、ノート型パーソナルコンピュータ、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の携帯機器に広く利用することができる。
【０２６５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料封入部（燃料パック）に充填、封入された液体又は気体からなる発電用燃料、又は、該発電用燃料から供給される特定の成分（例えば、水素）を用いて発電を行う発電モジュール（発電器）を備えたポータブル型の電源システムにおいて、第２の発電手段により生成される第２の電力に基づいてシステム制御手段（起動制御部、出力制御部、システム制御手段）が駆動され、負荷の駆動状態に応じて、第１の電源手段への発電用燃料の供給量が制御されることにより、第１の発電手段における第１の電力の発生量（発電状態）が制御される。
【０２６６】
これにより、電源システムの外部から燃料等の供給を受けることなく、発電モジュールにより自立的に発電状態を制御することができるので、負荷の駆動状態に応じた適切な電力を発生、出力することができ、発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の利用効率を高めた電源システムを提供することができるとともに、汎用の化学電池と同等の電気的特性及び簡易な取り扱いを実現することができる。
【０２６７】
上記電源システムにおいて、より好ましい態様は、第１の電源手段及び第２の電源手段が、共に燃料封入部から供給される発電用燃料を用いた電気化学反応により、第１の電力及び第２の電力を発生する燃料電池を有している構成であり、これによれば、汎用の化学電池に比較して、極めてエネルギー利用効率の高い燃料電池を用いて、電源システムの動作電力及び負荷の駆動電力を生成することができるので、エネルギーの有効利用を図ることができるとともに、既存の化学電池と同等の電気的特性を得るために必要となる電源システム（発電モジュール及び燃料封入部）の規模を小型化することができる。
【０２６８】
また、上記電源システムにおいて、第１の電源手段のみを上記燃料電池により構成したものであってもよく、この場合、第１の電源手段は、発電用燃料を改質して、特定の成分を抽出する燃料改質器と、該特定の成分が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備えた燃料改質型の燃料電池としての構成を適用することが好ましい。このような燃料改質型の燃料電池を適用した構成によれば、燃料電池に供給される発電用燃料の量を制御することにより、第１の電源手段により生成される第１の電力の量を簡易に制御することができるとともに、発電用燃料の有する化学エネルギーから極めて高いエネルギー変換効率で電力を生成することができる電源システムを実現することができる。
【０２６９】
また、上記電源システムにおいて、第２の電源手段のみを上記燃料電池により構成したものであってもよく、この場合、第２の電源手段は、発電用燃料が直接的に供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備えた燃料直接供給型の燃料電池としての構成を適用することが好ましい。このような燃料直接供給型の燃料電池を適用した構成によれば、簡易な構成の燃料電池に燃料封入部から発電用燃料を供給するだけで、自立的かつ継続的に高いエネルギー変換効率で所定の電力（第２の電力）を生成してシステム制御手段に動作電力として供給することができるので、特別な操作を必要とすることなく、負荷の駆動状態に応じて第１の電力を出力することができ、汎用の化学電池と同等の簡易な取り扱いが可能な電源システムを提供することができるとともに、第２の電源手段の規模を小型化することができる。
【０２７０】
なお、上記電源システムにおいて、第１及び第２の電源手段としては、上述した燃料電池の他、発電用燃料を用いて高いエネルギー変換効率で第１及び第２の電力を生成することができ、かつ、小型化や微細化が可能な構成を有する種々の発電装置や蓄電装置の中から、電源システムの外形形状や電気的特性等に応じて適宜組み合わせた任意の構成を適用することができる。
【０２７１】
ここで、第１の電源手段又は出力制御部の少なくともいずれか一方は、第２の発電手段から出力される第２の電力に基づいて、又は、上記燃料電池又は発電装置から出力される電力を蓄積する蓄電装置から放出された電力（第２の電力）に基づいて動作するものであってもよく、これによれば、第２の電源手段により生成される電力の駆動電力特性に応じて、第２の電源手段から直接供給される電力、又は、蓄電装置に蓄積され、駆動電力特性が高められた電力を起動電力として用いることができるので、第１の電源手段を良好に起動して第１の電力を生成する発電動作に移行することができる。
【０２７２】
なお、上記電源システムに適用される発電用燃料は、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水素からなる液体燃料、液化燃料、及び気体燃料のいずれか、具体的には、メタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料であって、特に、燃料封入部から発電モジュールに供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件の下で気体状態にあるものを良好に適用することができるので、第１及び第２の電源手段における発電動作において、高いエネルギー変換効率で電力を生成することができるとともに、この発電動作に伴って電力以外に生成される副生成物を比較的簡易な処理で無毒化や難燃化することができ、自然環境等への影響を大幅に抑制することができる。
【０２７３】
また、上記電源システムは、第１の電源手段から出力される第１の電力により駆動する負荷に対して、システム全体が着脱可能な構成、もしくは、該負荷に対して、少なくとも燃料封入部が着脱可能な構成、又は、発電モジュールに対して、燃料封入部が着脱可能な構成を有していることが好ましい。これによれば、燃料封入部に封入された発電用燃料がなくなったときや少なくなったときに、燃料封入部を発電モジュールから取り外して新たな燃料封入部に交換、あるいは、燃料封入部に発電用燃料を注入して補充することができるので、発電モジュールを継続的に利用することができるとともに、電源システム全体又は燃料封入部をあたかも汎用の化学電池のように簡便に使用することができる。また、燃料封入部の交換や回収が可能となるので、電源システム自体の廃棄量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源システムの適用形態を示す概念図である。
【図２】本発明に係る電源システムの基本構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第１の実施形態を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図６】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第３の構成例を示す概略構成図である。
【図７】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第４の構成例を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第５の構成例を示す概略構成図である。
【図９】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第６の構成例を示す概略構成図である。
【図１０】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第７の構成例を示す概略構成図である。
【図１１】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【図１３】本構成例に係る主発電部に適用される燃料改質部における水素生成過程を示す概念図である。
【図１４】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図１５】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第３の構成例を示す概略構成図である。
【図１６】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第４の構成例を示す概略構成図である。
【図１７】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第５の構成例を示す概略構成図である。
【図１８】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第６の構成例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の他の例の要部構成を示すブロック図である。
【図２０】電源システムの概略動作を示すフローチャートである。
【図２１】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第２の実施形態を示すブロック図である。
【図２２】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第３の実施形態を示すブロック図である。
【図２３】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【図２４】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図２５】本発明に係る電源システムに適用可能な副生成物回収手段の一実施例を示すブロック図である。
【図２６】本実施例に係る副生成物回収手段による副生成物の保持動作を示す概略図である。
【図２７】本発明に係る電源システムに適用可能な残量検出手段の一実施例を示すブロック図である。
【図２８】本発明に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段の一実施例を示すブロック図である。
【図２９】本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状の具体例を示す概略構成図である。
【図３０】本発明に係る電源システムに適用される外形形状と、汎用の化学電池の外形形状との対応関係を示す概念図である。
【図３１】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第１の実施例を示す概略構成図である。
【図３２】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３３】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第２の実施例を示す概略構成図である。
【図３４】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３５】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第３の実施例を示す概略構成図である。
【図３６】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３７】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第４の実施例を示す概略構成図である。
【図３８】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３９】本発明に係る電源システム全体の具体構成例を示す概略構成図である。
【図４０】本具体構成例に適用される燃料改質部の一構成例を示す概略図である。
【図４１】本具体構成例に適用される燃料改質部の他の構成例を示す概略図である。
【符号の説明】
１ 電源システム
１０、１０Ａ〜１０Ｆ 発電モジュール
１１、１１Ａ〜１１Ｈ 副電源部
１２、１２Ａ〜１２Ｆ 主発電部
１３ 動作制御部
１４ 出力制御部
１５ 起動制御部
１６ 分離回収部
１７ 残量検出部
２０、２０Ｄ〜２０Ｆ 燃料パック
３０、３０Ｄ〜３０Ｆ Ｉ／Ｆ部
ＤＶＣ デバイス
ＬＤ 負荷
ＣＮＴ コントローラ[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply system, and more particularly to a portable power supply system with high energy use efficiency.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, various chemical batteries are used in every field for consumer use and industrial use. For example, primary batteries such as alkaline dry batteries and manganese dry batteries are widely used in watches, cameras, toys, portable audio equipment, etc. It is easy to obtain.
[0003]
On the other hand, secondary batteries such as nickel / cadmium storage batteries, nickel / hydrogen storage batteries, and lithium ion batteries are widely used in mobile devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs), digital video cameras, and digital still cameras, which have been popular in recent years. In addition, since it can be repeatedly charged and discharged, it has a feature that is excellent in economic efficiency. Among secondary batteries, lead-acid batteries are used as power sources for starting vehicles and ships, or as emergency power sources for industrial facilities and medical facilities.
[0004]
By the way, in recent years, with increasing interest in environmental problems and energy problems, the above-mentioned problems related to disposal after use of chemical batteries and the problem of energy conversion efficiency have been highlighted.
In particular, in the primary battery, as described above, the product price is inexpensive and easy to obtain, and many devices are used as a power source, and the battery capacity cannot be recovered basically once discharged. Since only one-time use (so-called disposable) is possible, the annual disposal amount is several million tons. Here, in the entire chemical battery, the percentage recovered by recycling is only about 20%, and there are statistical materials that the remaining 80% is dumped in nature or landfilled. There are concerns about environmental destruction caused by heavy metals such as mercury and indium contained in such unrecovered batteries, and deterioration of the aesthetics of the natural environment.
[0005]
In addition, when the above-described chemical battery is verified from the viewpoint of energy resource utilization efficiency, the primary battery is produced using approximately 300 times the energy that can be discharged, so that the energy utilization efficiency is less than 1%. Absent. On the other hand, even if it is a secondary battery that can be charged and discharged repeatedly and is economical, when it is charged from a household power source (outlet), etc., it uses energy depending on the power generation efficiency and transmission loss at the power plant. Since the efficiency drops to about 12%, it cannot be said that effective use of energy resources is necessarily achieved.
[0006]
Therefore, in recent years, various new power supply systems and power generation systems, such as fuel cells, which have little impact on the environment (burden) and can realize extremely high energy utilization efficiency of, for example, about 30 to 40%. (Hereinafter collectively referred to as “power supply system”) has been attracting attention and has been put into practical use for the purpose of application to driving power sources for vehicles, household cogeneration systems, etc., or for the replacement of the above-described chemical batteries. Research and development are being actively pursued. The specific configuration of various power supply systems including the fuel cell will be described in detail in the detailed description of the invention.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the future, in order to reduce the size and weight of a power system with high energy use efficiency such as a fuel cell, and to apply it as a replacement (compatible product) of a portable or portable portable power source, for example, a chemical battery as described above Need to solve various problems.
[0008]
Specifically, for example, in existing chemical batteries, a load can be driven by supplying a predetermined voltage and current by simply connecting the positive and negative terminals to the load. In fuel cells, etc., it has a function as a power generator that converts chemical energy of fuel directly or indirectly into electric power. The amount (power generation) needs to be adjusted and controlled.
[0009]
Here, when a power system such as a fuel cell is applied as a portable portable power source, the means for adjusting and controlling the amount of generated power is external to the power system (for example, connected to the power system). It is basically impossible to supply operating power and input control signals from existing electrical equipment, etc., except when connecting to specific equipment with such functions in advance. Regardless of the driving condition, it is necessary to continuously generate relatively large and constant power (necessary for driving the maximum load), and fuel for power generation is wasted and energy resource utilization efficiency Has the problem of lowering.
[0010]
Therefore, in view of the above-described problems, the present invention provides a power supply system with high energy resource utilization efficiency by suppressing waste of power generation fuel when a power supply system such as a fuel cell is applied to a portable power supply. For the purpose.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
A power supply system according to the present invention includes a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed, and a power generation module that generates power using the power generation fuel supplied from the fuel sealing portion. And generating a first power for driving a predetermined load using the fuel for power generationWith fuel cellFirst power supply means and at least second power for controlling the operation of the first power supply meansAnd the second electric powerAnd a system control unit that operates at least by the second power and controls an operating state of the first power source unit, and the first power source unit comprises: A power generation device that generates the first power using the fuel for power generation supplied from the fuel sealing portion and consumed for the output of the second power in the second power supply means. It is characterized by that.
[0012]
Here, the system control means controls at least the start control unit for setting the first power supply means to the start state, and the output for adjusting the operation state of the first power supply means to adjust the generation amount of the first power. A control unit, and at least an operation control unit that controls the start control unit and the output control unit according to the driving state of the load, and controls the amount of the first power generated by the first power supply unit, It has the composition provided. Then, the adjustment of the first power by the output control unit is executed by controlling the amount of power generation fuel supplied to the first power supply unit based on the control signal from the operation control unit.
[0013]
That is, a power generation module that generates power using a power generation fuel composed of liquid or gas filled or sealed in a fuel sealing portion (fuel pack) or a specific component (for example, hydrogen) supplied from the power generation fuel. In a portable power supply system including a (generator), system control means (startup control section, output control section, system control means) is driven based on the second power generated by the second power generation means, By controlling the amount of power generation fuel supplied to the first power supply means in accordance with the driving state of the load, the generation amount (power generation state) of the first power in the first power generation means is controlled.
[0014]
As a result, the power generation state can be independently controlled by the power generation module without receiving supply of fuel or the like from the outside of the power supply system, so that it is possible to generate and output appropriate power according to the driving state of the load. It is possible to provide a power supply system that suppresses the waste of fuel for power generation and increases the use efficiency of energy resources, and realizes the same shape, dimensions, electrical characteristics and simple handling as a general-purpose chemical battery. can do.
[0015]
In the power supply system, the first power supply meansIs a power generation device that generates first power using fuel for power generation after being supplied from the fuel sealing portion and consumed for the output of the second power in the second power supply means.. Moreover, the form applied to the second power supply means may be a power generation device that constantly generates the second power independently by using the power generation fuel supplied from the fuel enclosure..
[0017]
The fuel cell of the first power supply means isA fuel reformer comprising a fuel reformer that reforms a power generation fuel and extracts a specific component, a fuel electrode that is supplied with the specific component, and an air electrode that is supplied with oxygen in the air. It is preferable to apply a configuration as a quality type fuel cell. According to the configuration to which such a fuel reforming type fuel cell is applied, the amount of the first electric power generated by the first power supply means is controlled by controlling the amount of power generation fuel supplied to the fuel cell. Can be easily controlled, and a power supply system capable of generating electric power with extremely high energy conversion efficiency from the chemical energy of the power generation fuel can be realized.
[0019]
The fuel cell of the second power supply means isIt is preferable to apply a configuration as a fuel direct supply type fuel cell including a fuel electrode to which power generation fuel is directly supplied and an air electrode to which oxygen in the air is supplied. According to the configuration in which such a fuel direct supply type fuel cell is applied, the fuel cell for power generation is simply and continuously supplied with high energy conversion efficiency by simply supplying the fuel for power generation from the fuel sealing portion to the fuel cell having a simple configuration. Power (second power) can be generated and supplied to the system control means as operating power, so that the first power is output according to the driving state of the load without requiring any special operation. Therefore, it is possible to provide a power supply system that can be handled as easily as a general-purpose chemical battery, and to reduce the scale of the second power supply means.
[0020]
In the above power supply system, the configuration applicable to the second power supply means is as follows.,It may be a power storage device (secondary battery, capacitor, etc.) that can store and release electric power.
[0021]
Therefore, in the power supply system according to the present invention, the first and second electric power can be generated with high energy conversion efficiency using the power generation fuel as the first and second power supply means, and the size can be reduced. In addition, any configuration appropriately combined according to the outer shape, electrical characteristics, and the like of the power supply system can be applied from the power generation device and the power storage device having a configuration that can be miniaturized.
[0022]
Here, at least one of the first power supply unit and the output control unit is based on the second power output from the second power generation unit, orThe fuel cell of the second power generation meansIt may operate based on the electric power (second electric power) released from the power storage device that accumulates the electric power output from the electric power. According to this, according to the drive power characteristic of the power generated by the second power supply means, the power supplied directly from the second power supply means or accumulated in the power storage device, and the drive power characteristics are enhanced. Using the power as the starting power source, the first power source means can be started well to shift to a power generation operation that generates the first power.
[0023]
In addition, the power generation fuel applied to the power supply system is at least one of a liquid fuel, a liquefied fuel, and a gaseous fuel mainly composed of hydrogen or made of hydrogen, specifically, methanol, ethanol, Alcohol-based liquid fuel such as butanol, liquefied fuel consisting of hydrocarbons such as dimethyl ether, isobutane and natural gas, or gaseous fuel such as hydrogen gas, especially when supplied to the power generation module from the fuel enclosure It is possible to satisfactorily apply those in a gaseous state under predetermined environmental conditions such as normal temperature and normal pressure. Thereby, in the power generation operation in the first and second power supply means, power can be generated with high energy conversion efficiency, and by-products generated in addition to the power accompanying the power generation operation are relatively simple. The treatment can be detoxified or flame retardant, and the influence on the natural environment can be greatly suppressed.
[0024]
The power supply system is configured so that the entire system can be attached to or detached from the load driven by the first electric power output from the first power supply means, or at least the fuel enclosure is attached to or detached from the load. It is preferable that the fuel sealing portion has a detachable configuration with respect to the possible configuration or the power generation module. According to this, when the fuel for power generation enclosed in the fuel enclosure part is exhausted or low, the fuel enclosure part is removed from the power generation module and replaced with a new fuel enclosure part, or the fuel enclosure part generates power. Therefore, the power generation module can be used continuously, and the entire power supply system or the fuel sealing portion can be used simply as if it were a general-purpose chemical battery. In addition, since the fuel sealing part can be replaced and collected, the amount of power supply system discarded can be reduced.
[0026]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a battery system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
First, an overall outline to which the power supply system according to the present invention is applied will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an application form of a power supply system according to the present invention.
[0027]
For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the
[0028]
Next, the basic configuration of the battery system according to the present invention will be described.
FIG. 2 is a block diagram showing the basic configuration of the power supply system according to the present invention.
As shown in FIG. 2 (a), the
[0029]
Hereinafter, each block configuration will be specifically described.
[First Embodiment]
(A)
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.
[0030]
As shown in FIG. 3, the
That is, the
[0031]
<Sub
As shown in FIG. 3, the secondary
[0032]
As a specific configuration of the sub
[0033]
Each specific example will be briefly described below with reference to the drawings.
(First configuration example of sub power supply unit)
FIG. 4 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment. Here, description will be made with reference to the configuration of the power supply system (FIG. 3) as appropriate.
In the first configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a fuel direct supply system that uses power generation fuel FL directly supplied from the
[0034]
As shown in FIG. 4, the sub power supply unit 11A according to this configuration example is roughly composed of a fuel electrode (cathode) 111 made of a carbon electrode to which predetermined catalyst fine particles are attached, and a carbon electrode to which predetermined catalyst fine particles are attached. An air electrode (anode) 112 and an ion conductive film (exchange membrane) 113 interposed between the fuel electrode 111 and the air electrode 112 are configured. Here, the fuel electrode 111 is directly supplied with a fuel for power generation (for example, alcohols such as methanol and water) sealed in the
[0035]
An example of the electrochemical reaction in the sub power supply unit (fuel cell) 11A is specifically methanol (CH3OH) and water (H2When O) is directly supplied to the fuel electrode 111, as shown in the following chemical reaction formula (1), electrons (e−) Are separated and hydrogen ions (protons; H+) Is generated and passes through the ion
CH3OH + H2O → 6H++ 6e−+ CO2 ... (1)
[0036]
On the other hand, air (oxygen O2) Is supplied, as shown in the following chemical reaction formula (2), electrons (e−) And hydrogen ions (H+) And oxygen gas (O2) Reacts with water (H2O) is generated.
6H++ (3/2) O2+ 6e− → 3H2O (2)
[0037]
Such a series of electrochemical reactions (chemical reaction formulas (1) and (2)) proceed in a relatively low temperature environment of about room temperature. Here, water (H2O) is recovered and supplied to the fuel electrode 111 side so that it can be reused as a raw material for the catalytic reaction shown in the chemical reaction formula (1), and is stored in the
[0038]
By applying the fuel cell having such a configuration to the sub power supply unit, a peripheral configuration is not required as compared with other methods (for example, a fuel reforming type fuel cell described later). Can be simplified and reduced in size, and, for example, the
[0039]
Therefore, as long as the supply of fuel for power generation from the
[0040]
In the fuel cell in this configuration example, only the case where methanol is applied as the power generation fuel supplied from the
[0041]
(Second configuration example of sub power supply unit)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the second configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a pressure driving engine (gas turbine) is driven by pressure energy (filling pressure or gas pressure) of the power generation fuel sealed in the
[0042]
As shown in FIGS. 5A and 5B, the sub power supply unit 11B according to this configuration example is roughly arranged in a radial pattern while a plurality of blades are curved along a predetermined direction of the circumference. The movable blade 122a is configured to be freely rotatable, and is directly connected to the rotation center of the movable blade 122a. Based on the known principle of electromagnetic induction or piezoelectric conversion, the rotational energy of the movable blade 122a is converted into electric power. The generator 125 to be converted and the plurality of blades are arranged in a substantially radial manner along the outer peripheral side of the movable blade 122a while being curved in the opposite direction to the movable blade 122a, and relatively to the movable blade 122a. A fixed stationary blade 122b, an intake control unit 123 that controls the supply of vaporized power generation fuel (fuel gas) to the gas turbine 122 composed of the movable blade 122a and the stationary blade 122b, and a gas turbine It is configured to include 122 and the exhaust control unit 124 for controlling the discharge of the power generation fuel after passing through the. Here, the configuration of the sub power supply unit 11B including the gas turbine 122, the intake control unit 123, and the exhaust control unit 124 applies so-called micromachine manufacturing technology including microfabrication technology accumulated by semiconductor manufacturing technology and the like. Thus, for example, it can be integrated and formed in a minute space on a single silicon chip 121. In FIG. 5A, the movable blade 122a and the fixed blade 122b are shown to be exposed for the sake of convenience in order to clarify the configuration of the gas turbine 122.
[0043]
In such a sub power supply unit 11B, for example, as shown in FIG. 5B, the gas turbine 122 is sealed in the
[0044]
That is, the fuel for power generation applied to the sub power supply unit 11B according to this configuration example is sucked in a high-pressure gas state at least when the intake control unit 123 is opened and sucked into the gas turbine 122, and the exhaust gas is exhausted. Due to the flow of the gas based on the pressure difference generated when the control unit 124 is opened and the gas in the gas turbine 122 is discharged toward the lower atmospheric pressure, for example, outside air that is normal pressure, the movable blade 122a. Is rotated in a predetermined direction at a predetermined rotation speed (or rotation speed), and the generator 125 generates a predetermined electric power.
[0045]
The fuel gas that contributes to the rotation of the movable blade 122a and whose pressure is reduced (pressure energy is consumed) is discharged to the outside of the auxiliary power supply unit 11B via the exhaust control unit 124. In the
[0046]
Therefore, in the sub power supply unit 11B according to the present configuration example, the power generation fuel (fuel gas) FL supplied from the
[0047]
In the configuration in which electric power is generated based on the pressure energy of the fuel gas as in the sub power source unit 11B according to this configuration example, the fuel gas only passes through the sub power source unit 11B (gas turbine 122). In the case of applying a non-toxic or non-toxic substance as a fuel for power generation because no by-product (water, etc.) is generated unlike the electrochemical reaction in the fuel cell described above. In addition, even if the substance has combustibility or toxicity, it has a configuration for performing a process of making it flame-retardant or non-toxic before discharging it to the outside of the
[0048]
By applying the power generation device having such a configuration to the sub-power supply unit, as in the first configuration example described above, the I / I can be obtained with only a very simple operation of coupling the
[0049]
(Third configuration example of the sub power supply unit)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a third configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the third configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a pressure drive engine (rotary engine) is driven by pressure energy (enclosed pressure or gas pressure) of the power generation fuel FL sealed in the
[0050]
As shown in FIG. 6, the sub
[0051]
In the
[0052]
Here, similarly to the second configuration example described above, a power generator using a known principle such as electromagnetic induction or piezoelectric conversion can be favorably applied to the power generator applied to this configuration example.
Also, in this configuration example, since the power is generated based on the pressure energy of the fuel gas, the fuel gas only passes through the sub
[0053]
Therefore, by applying the power generation device having such a configuration to the sub-power supply unit, as in each of the configuration examples described above, the I / O can be performed with only a very simple operation of coupling the
[0054]
(Fourth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a fourth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the fourth configuration example, as a specific example of the sub-power supply unit, thermoelectric conversion power generation using a temperature difference generated by generating thermal energy based on the catalytic combustion reaction of the power generation fuel FL sealed in the
[0055]
As shown in FIG. 7A, the sub-power supply unit 11D according to the fourth configuration example has a substantially constant temperature and a catalytic combustion unit 141 that generates thermal energy by catalytic combustion of the power generation fuel FL. A
[0056]
In the sub-power supply unit 11D having such a configuration, as shown in FIG. 7C, the power generation fuel (combustion gas) FL sealed in the
[0057]
Specifically, when the temperature at the first temperature end (junction N1) is defined as Ta and the temperature at the second temperature end (junction N2) is defined as Tb (<Ta), the temperature between the temperatures Ta and Tb When the difference is minute, a voltage of Vab = Sab × (Ta−Tb) is generated between the output terminals Oa and Ob shown in FIG. Here, Sab is the relative Seebeck coefficient of MA or MB such as metal.
[0058]
Therefore, by applying the power generation device having such a configuration to the sub-power supply unit, as in each of the configuration examples described above, the I / O can be performed with only a very simple operation of coupling the
[0059]
In the present configuration example, the temperature difference power generator that generates electric power by the Seebeck effect based on the temperature difference between the catalyst combustion unit 141 and the
[0060]
(Fifth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a fifth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the fifth configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a temperature difference generated when the power generation fuel (liquid fuel) FL sealed in the
[0061]
As shown in FIG. 8 (a), the sub power supply unit 11E according to the fifth configuration example is roughly realized by absorbing thermal energy when the power generation fuel (particularly, liquefied fuel) FL is vaporized. The first and second cooling units 151, the
[0062]
In the sub power supply unit 11E having such a configuration, as shown in FIG. 8B, for example, the power generation fuel (liquefied fuel) FL sealed in the
[0063]
Therefore, by applying the power generation device having such a configuration to the sub-power supply unit, as in each of the configuration examples described above, the I / O can be performed with only a very simple operation of coupling the
In this configuration example, the temperature difference power generator that generates electric power by the Seebeck effect based on the temperature difference between the cold heat holding unit 151 and the
[0064]
(Sixth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a sixth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the sixth configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a configuration as a power generation device that generates electric power using a biochemical reaction with respect to the power generation fuel sealed in the
[0065]
As shown in FIG. 9, the
[0066]
Therefore, by applying the power generation device having such a configuration to the sub-power supply unit, as in each of the configuration examples described above, the I / O can be performed with only a very simple operation of coupling the
In the biochemical reaction, when power is generated by using photosynthesis by BIO such as microorganisms, for example, via an opening provided in the device DVC to which the
[0067]
(Seventh configuration example of sub power supply unit)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a seventh configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the seventh configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a configuration as a power generation device that converts vibration energy generated by fluid movement of power generation fuel supplied from the
[0068]
As shown in FIG. 10 (a), the sub-power supply unit 11G according to the seventh configuration example is generally configured such that at least one end side can vibrate when the power generation fuel made of liquid or gas moves in a predetermined direction. A vibrator 171 having an electromagnetic coil 173 provided at the vibration end 171a thereof, and a
[0069]
Therefore, by applying the power generation device having such a configuration to the sub-power supply unit, as in each of the configuration examples described above, the I / O can be performed with only a very simple operation of coupling the
[0070]
In addition, each structure example mentioned above only showed an example of the sub
[0071]
(Eighth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating an eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
As shown in FIG. 11, the auxiliary
[0072]
In such a configuration, while the supply of power generation fuel from the fuel pack continues, the power generated by the power generation device 181 that is always driven is the controller power of the device DVC and the operation power of the
[0073]
Therefore, according to the sub-power supply unit having such a configuration, even when the power generated by the power generation device 181 per unit time is set to a low driving power characteristic (weak power), charge storage is performed. By instantaneously releasing the power stored in the
[0074]
<Main
As shown in FIG. 3, the main
[0075]
Here, since the electric power (first electric power) generated by the
[0076]
Each specific example will be briefly described below with reference to the drawings.
(First configuration example of the main power generation unit)
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a first configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment, and FIG. 13 is a fuel modification applied to the main power generation unit according to the configuration example. It is a conceptual diagram which shows the hydrogen production | generation process in a mass part. Here, description will be made with reference to the configuration of the power supply system (FIG. 3) as appropriate.
In the first configuration example, as a specific example of the main power generation unit, a fuel reforming method that uses power generation fuel FL supplied from the
[0077]
As shown in FIG. 12, the main power generation unit 12A is roughly divided into predetermined power contained in the power generation fuel FL using a predetermined reforming reaction with respect to the power generation fuel FL supplied from the
[0078]
As shown in FIG. 13A, the
[0079]
Next, in the steam reforming reaction process, the vaporized methanol (CH3OH) and water (H2By setting an atmosphere of a temperature condition of approximately 300 ° C. with a heater with respect to O), the heat energy of 49.4 kJ / mol is absorbed, and as shown in the following chemical reaction formula (3), hydrogen (H2) And trace amounts of carbon dioxide (CO2) Is generated. In this steam reforming reaction, hydrogen (H2) And carbon dioxide (CO2In addition to the above, a small amount of carbon monoxide (CO) may be produced as a by-product.
CH3OH + H2O → 3H2+ CO2 ... (3)
[0080]
Here, as shown in FIG. 13 (b), a selective
CO + H2O → CO2+ H2 ... (4)
[0081]
Further, in the selective oxidation reaction process, carbon dioxide (CO2) And hydrogen (H2Oxygen (O) relative to carbon monoxide (CO) that was not converted to2) To generate heat energy of 283.5 kJ / mol, and as shown in the following chemical reaction formula (5), carbon dioxide (CO2) Is generated.
CO + (1/2) O2 → CO2 ... (5)
[0082]
A small amount of products (mainly carbon dioxide) other than hydrogen generated by the series of fuel reforming reactions are passed through discharge holes (not shown; described later in a specific configuration example) provided in the
A specific configuration of the fuel reforming section having such a function will be described in detail in a specific configuration example described later together with other configurations.
[0083]
As shown in FIG. 12, the fuel cell main body 210b is roughly similar to the fuel direct supply type fuel cell applied to the
[0084]
An example of an electrochemical reaction in the main
3H2 → 6H++ 6e− ... (6)
[0085]
On the other hand, when air is supplied to the air electrode 212, as shown in the following chemical reaction formula (7), electrons (e−) And hydrogen ions (H+) And oxygen gas (O2) Reacts with water (H2O) is generated.
6H++ (3/2) O2+ 6e− → 3H2O (7)
[0086]
Such a series of electrochemical reactions (chemical reaction formulas (6) and (7)) proceed in a relatively low temperature environment of approximately 60 to 80 ° C., and byproducts other than electric power (load driving electric power) , Basically water (H2O) only. Here, water (H which is a by-product generated in the air electrode 212)2O) is recovered, and the required amount is supplied to the
[0087]
The electric power generated by the electrochemical reaction as described above and supplied to the
[0088]
By applying the fuel reforming type fuel cell having such a configuration to the main power generation unit, the
[0089]
Note that, similar to the above-described sub power supply unit (see the first configuration example) 11, only the case where methanol is applied as the power generation fuel FL has been shown, but the present invention is not limited to this, and at least, Any of liquid fuel, liquefied fuel, and gaseous fuel containing hydrogen as a main component or made of hydrogen may be used. Therefore, alcohol-based liquid fuels such as methanol, ethanol, and butanol, liquefied fuels consisting of hydrocarbons vaporized at normal temperature and normal pressure such as dimethyl ether, isobutane, natural gas, or gaseous fuels such as hydrogen gas, etc. Can be applied.
[0090]
Here, when liquefied hydrogen or hydrogen gas is used as the power generation fuel FL as it is, the
[0091]
(Second configuration example of the main power generation unit)
FIG. 14 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the second configuration example, a power generation fuel FL supplied from the
[0092]
As shown in FIGS. 14 (a) and 14 (b), the main power generation unit 12B according to the present configuration example is roughly arranged with a plurality of blades curved along a predetermined direction of the circumference and substantially radially. The intake vane 222in and the exhaust vane 222out are connected to each other so that the movable vane 222 is configured to be freely rotatable, and a plurality of vanes are arranged along the outer peripheral side of the movable vane 222 (the intake vane 222in and the exhaust vane 222out). The
[0093]
In such a main power generation unit 12B, for example, as shown in FIG. 14B, the fuel gas sucked from the intake vanes 222in and 223in of the gas combustion turbine via the intake control unit 226 is predetermined in the combustion chamber 224. Is ignited and burned at the
[0094]
Therefore, since the main power generation unit 12B according to this configuration example has a configuration that generates electric power using the combustion energy of the fuel gas, the power generation fuel (fuel gas) FL supplied from the
In addition, in the case of applying a configuration in which the fuel gas (exhaust gas) after combustion is directly discharged to the outside of the
[0095]
By applying the gas combustion turbine having such a configuration to the main power generation unit, similarly to the above-described first configuration example, a simple control method for adjusting the supply amount of the power generation fuel FL can be used to generate arbitrary power. Since it can generate | occur | produce, suitable electric power generation operation | movement according to the drive state of device DVC is realizable. In addition, by applying the configuration as a miniaturized gas combustion turbine, the
[0096]
(Third configuration example of the main power generation unit)
FIG. 15 is a schematic configuration diagram illustrating a third configuration example of the main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the third configuration example, as a specific example of the main power generation unit, a power generation fuel FL supplied from the
[0097]
As shown in FIG. 15, the main
[0098]
In the main power generation unit 12C having such a configuration, the pressure energy generated by the combustion of the fuel gas is converted into rotational energy by repeating the steps of intake, compression, combustion (explosion), and exhaust due to the rotation of the rotor 232. To the generator. That is, in the intake stroke, as shown in FIG. 15A, the fuel gas is drawn from the intake port 235a and filled into a predetermined working chamber AS formed by the inner wall of the working space 231a and the rotor 232, In the compression stroke, as shown in FIG. 15 (b), after the fuel gas in the working chamber AS is compressed to a high pressure, in the combustion stroke, ignition is performed at a predetermined timing as shown in FIG. 15 (c). The fuel gas is ignited and burned (exploded) by the
[0099]
Here, similarly to the above-described second configuration example, a known generator by electromagnetic induction or piezoelectric conversion can be applied to the configuration of the generator.
Also, in this configuration example, since it has a configuration that generates electric power based on the combustion energy of the fuel gas, the power generation fuel (fuel gas) FL has at least ignitability or combustibility. I need. In addition, when applying a configuration in which the fuel gas (exhaust gas) after combustion is discharged as it is to the outside of the
[0100]
By applying the rotary engine having such a configuration to the main power generation unit, it is possible to generate arbitrary electric power by a simple control method for adjusting the supply amount of the power generation fuel FL as in the above-described configuration examples. Therefore, an appropriate power generation operation according to the driving state of the device can be realized. Further, by applying the structure as a miniaturized rotary engine, the
[0101]
(Fourth configuration example of the main power generation unit)
FIG. 16 is a schematic configuration diagram illustrating a fourth configuration example of the main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment. Here, only the basic structure (two-piston type, displacer type) of a well-known Stirling engine applied to the fourth configuration example is shown, and its operation will be briefly described.
In the fourth configuration example, as a specific example of the main power generation unit, the power generation fuel FL supplied from the
[0102]
In the main power generation unit 12D according to the fourth configuration example, as shown in FIG. 16A, the two-piston Stirling engine is roughly a high-temperature (expansion) side cylinder 241a configured such that the working gas can reciprocate with each other. And a low temperature (compression) side cylinder 242a, a high temperature side piston 241b in the cylinders 241a and 242a and connected to the
[0103]
In the main power generation unit 12D having such a configuration, the high temperature side cylinder 241a is constantly heated by the thermal energy accompanying the combustion of the fuel gas, and the low temperature side cylinder 242a is moved to other areas inside and outside the
[0104]
That is, in the isovolumetric heating stroke, when the working gas starts to expand and the high temperature side piston 241b starts to move down, the small volume low temperature side cylinder 242a, which is a space continuous with the high temperature side cylinder 241a, The low temperature side piston 242b rises due to the pressure reduction caused by the rapid lowering of the piston 241b, and the working gas cooled by the low temperature side cylinder 242a flows into the high temperature side cylinder 241a. Next, in the isothermal expansion stroke, the cooled working gas that has flowed into the high temperature side cylinder 241a is sufficiently thermally expanded to increase the pressure in the space in the high temperature side cylinder 241a and the low temperature side cylinder 242a. Both the piston 241b and the low temperature side piston 242b descend. Next, in the isovolumetric cooling stroke, the space in the low temperature side cylinder 242a is increased by the lowering of the low temperature side piston 242b, and the space in the high temperature side cylinder 241a is contracted accordingly, and the high temperature side piston 241b is raised. The working gas in the cylinder 241a flows into the low temperature side cylinder 242a and is cooled. In the isothermal compression stroke, the cooled working gas filling the space in the low temperature side cylinder 242a contracts, and the space in the continuous low temperature side cylinder 242a and the high temperature side cylinder 241a is depressurized, and the high temperature side piston 241b and Both the low temperature side piston 242b rises and the working gas is compressed. In this series of driving strokes, rotation of the
[0105]
On the other hand, in the main power generation unit 12D according to the fourth configuration example, the displacer-type Stirling engine is roughly partitioned by a displacer piston 241d as shown in FIG. A cylinder 241c having a low temperature space, a displacer piston 241d that is configured to be reciprocally movable in the cylinder 241c, a power piston 242d that reciprocates according to a pressure change in the cylinder 241c, a displacer piston 241d, and a power piston 242d.
[0106]
In the main power generation unit 12D having such a configuration, the high-temperature space side of the cylinder 241c is constantly heated by the thermal energy associated with the combustion of the fuel gas, and the low-temperature space side is constantly cooled, and is heated at a constant volume. By repeating each process of expansion, isovolume cooling, and isothermal compression, the kinetic energy for reciprocating the displacer piston 241d and the power piston 242d with a predetermined phase difference is converted into rotational energy of the
[0107]
That is, in the isovolumetric heating process, when the displacer piston 241d starts thermal expansion of the working gas by the
[0108]
Here, similarly to the second and third configuration examples described above, a known power generator using electromagnetic induction or piezoelectric conversion can be applied to the power generator. Further, the configuration of the main power generation unit 12D including the Stirling engine shown in FIG. 16 is also formed by being integrated in a minute space in the same manner as each configuration example described above. Furthermore, since this configuration example also has a configuration that generates electric power based on the thermal energy associated with the combustion of the fuel gas, the power generation fuel (fuel gas) has at least ignitability or combustibility. Need to be.
[0109]
By applying the Stirling engine having such a configuration to the main power generation unit, as in the third configuration example described above, any electric power is generated by a simple control method for adjusting the supply amount of the power generation fuel FL. Therefore, an appropriate power generation operation according to the driving state of the device DVC (load LD) can be realized. Further, by applying the configuration as a refined Stirling engine, the
[0110]
In the second to fourth configuration examples described above, a gas combustion turbine, a rotary engine, and Stirling are used as a power generation device that converts a change in gas pressure based on a combustion reaction of the power generation fuel FL into electric power through rotational energy. Although shown with an engine, the present invention is not limited to this, and various internal combustion engines or external combustion engines such as a pulse combustion engine, and power generation using a known principle of electromagnetic induction or piezoelectric conversion. Needless to say, a combination with a vessel can be applied.
[0111]
(Fifth configuration example of the main power generation unit)
FIG. 17 is a schematic configuration diagram illustrating a fifth configuration example of the main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the fifth configuration example, as a specific example of the main power generation unit, power generation fuel FL supplied from the
[0112]
As shown in FIG. 17 (a), the main power generation unit 12E according to the fifth configuration example is roughly composed of a
[0113]
In the main power generation unit 12E having such a configuration, when the power generation fuel sealed in the
[0114]
By applying the temperature difference power generator having such a configuration to the main power generation unit, similarly to the above-described configuration examples, a simple control method for adjusting the supply amount of the power generation fuel FL generates arbitrary power. Therefore, an appropriate power generation operation according to the driving state of the device DVC (load LD) can be realized. Further, by applying the miniaturized configuration as the temperature difference power generator, the
In the present configuration example, the temperature difference generator that generates electric power by the Seebeck effect based on the temperature difference between the
[0115]
(Sixth configuration example of the main power generation unit)
FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating a sixth configuration example of the main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the sixth configuration example, power generation fuel FL supplied from the
[0116]
As shown in FIG. 18 (a), the main power generation unit 12F according to the sixth configuration example roughly constitutes the side wall of the flow path through which the power generation fuel FL made of a conductive fluid passes with a predetermined flux, A pair of electrodes ELa and ELb facing each other, and Nd-Fe-B that generates a magnetic field having a predetermined strength in a direction perpendicular to both the facing direction of the electrodes ELa and ELb and the flow direction of the power generation fuel FL. Of MHD (Magneto-Hydro-Dynamics) generator including magnetic field generating means MG made of a neodymium permanent magnet and output terminals Oc and Od individually connected to the electrodes ELa and ELb have. Here, the power generation fuel FL is a conductive fluid (working fluid) such as plasma, liquid metal, liquid or gas containing a conductive substance, and flows in a direction parallel to the electrodes ELa and ELb (arrow P8). A flow path is formed as described above. Note that the main power generation unit 12F according to the present configuration example is also formed by being integrated in a minute space by applying a micromachine manufacturing technique, similarly to each of the configuration examples described above.
[0117]
In the main power generation unit 12F having such a configuration, as shown in FIG. 18B, a magnetic field B is generated perpendicularly to the flow direction of the power generation fuel by the magnetic field generation means MG, and the power generation fuel is generated with the flux u. By moving the (conductive fluid) FL in the flow path direction, an electromotive force u × B is induced when the power generating fuel FL crosses the magnetic field based on Faraday's law of electromagnetic induction, and the power generating fuel FL is The enthalpy it has is converted into electric power, and current flows through a load (not shown) connected between the output terminals Oc and Od. Thereby, the thermal energy which the fuel FL for electric power generation has is directly converted into electric power.
[0118]
In addition, in the case of applying a configuration in which the power generation fuel (conductive fluid) FL after passing through the flow path of the MHD generator is directly discharged to the outside of the
[0119]
By applying the MHD power generator having such a configuration to the main power generation unit, it is possible to generate arbitrary power by a simple control method for adjusting the speed of the power generation fuel FL that moves in the flow path. An appropriate power generation operation according to the driving state of the device DVC can be realized. Further, by applying the configuration as a miniaturized MHD generator, it is possible to reduce the size of the
[0120]
In addition, each structure example mentioned above only showed an example of the main
[0121]
Of the above-described configuration examples, in the main
[0122]
<
As shown in FIG. 3, the
[0123]
Specifically, the
[0124]
On the other hand, the
[0125]
As will be described later, the external shape of the
[0126]
<
FIG. 19 is a block diagram showing a main configuration of another example of an embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.
As shown in FIG. 3, the
[0127]
Specifically, for example, provided with flow rate adjusting means for adjusting the flow rate and discharge amount of power generation fuel, in the main
[0128]
In the present embodiment, when the configuration of the fuel reforming fuel cell shown in the first configuration example (see FIG. 12) described above is applied as the main
[0129]
In this case, the fuel control unit 14a uses a hydrogen gas in an amount necessary for generating predetermined power (first power) in the fuel cell main body 210b based on the operation control signal output from the
[0130]
Here, if the air control part 14b can supply the air equivalent to the maximum consumption of oxygen per unit time in the main
[0131]
<
The
[0132]
Specifically, in the configuration shown in FIG. 19, the
[0133]
In addition, when the
[0134]
Here, a fuel reforming type fuel cell is applied as the main
[0135]
Further, in the configuration shown in FIG. 3, the power from the sub
[0136]
(B)
The
[0137]
In addition, as described above, the sub
[0138]
In particular, when a configuration in which the
[0139]
Here, the
That is, the
[0140]
In addition, the
[0141]
As described above, the recovery rate by recycling of the chemical battery is only about 20%, and in view of the current situation where the remaining 80% is dumped or landfilled in nature, the
[0142]
In addition, as the power generation fuel FL used in the
[0143]
According to the
[0144]
Further, when the
[0145]
In addition, when power is generated in the sub
[0146]
(C) I /
As shown in FIG. 2, the I /
[0147]
Specifically, the I /
[0148]
In the power supply system in which the
[0149]
<Overall operation>
Next, the overall operation of the power supply system having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
FIG. 20 is a flowchart showing a schematic operation of the power supply system.
As shown in FIG. 20, the
[0150]
(A) Initial operation
First, in the initial operation, in the power supply system in which the
[0151]
On the other hand, in the power supply system in which the
[0152]
Thereby, the
[0153]
(B) Start-up operation
Next, in the startup operation, when a user of the device DVC performs an operation for driving the load LD, the controller CNT supplies power (first power) as load driving power to the
[0154]
In this startup operation, the
[0155]
(C) Steady operation
Next, in steady operation, the
[0156]
In addition, when the controller CNT of the device DVC grasps the driving state of the load LD and has a function of requesting the power supply system to supply power according to the driving state, the
[0157]
(D) Stop operation
Next, when the device DVC shifts from the on state to the off state during the feedback control in the steady operation described above, or when the device DVC or the
[0158]
Further, when the controller CNT of the device DVC grasps the stop state of the load LD and has a function of requesting the power supply system to stop supplying power, the
As a result, the supply of fuel for power generation is cut off and the main
[0159]
As described above, according to the power supply system according to the present embodiment, it is possible to respond to the drive state (load drive information) of the load (equipment etc.) connected to the power supply system without receiving supply of fuel or the like from the outside of the power supply system. As a result, it is possible to perform power supply, stop control, and adjustment control of the amount of generated power, which is a predetermined drive power, so that fuel for power generation can be consumed efficiently. Therefore, it is possible to provide a power supply system that realizes electrical characteristics substantially equivalent to those of a general-purpose chemical battery, has a low environmental burden, and has extremely high energy utilization efficiency.
[0160]
Further, in the power supply system according to the present embodiment, as will be described later, the power generation module is integrated and formed in a minute space by applying a micromachine manufacturing technology, thereby reducing the size and weight. A general-purpose chemical battery that has the same shape and dimensions as a general-purpose chemical battery that conforms to standards such as the industrial standard (JIS), so that both the external shape and electrical characteristics (voltage / current characteristics) Can be realized, and can be more easily spread in the existing battery market. As a result, in place of existing chemical cells, which have many problems in terms of environmental problems and energy utilization efficiency, the emission of harmful substances such as fuel cells is greatly suppressed, and high energy utilization efficiency can be realized. Since the power supply system to which the power generation device is applied can be easily spread, it is possible to improve the use efficiency of energy resources while suppressing the influence on the environment.
[0161]
[Second Embodiment]
Next, a second embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 21 is a block diagram showing a second embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention. Here, about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0162]
In the
[0163]
Specifically, as shown in FIG. 21, the
[0164]
That is, the sub
[0165]
When the power generation device shown in the first to sixth configuration examples in the first embodiment described above is applied as the main
[0166]
That is, the liquid fuel and the liquefied fuel are liquid when sealed in the
[0167]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 22 is a block diagram showing a third embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention. Here, about the structure equivalent to 1st Embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0168]
In the
[0169]
Specifically, as illustrated in FIG. 22, the
Specific configurations of the sub
[0170]
Hereinafter, a specific example of the sub
(First configuration example of a non-fuel type sub power supply unit)
FIG. 23 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the first configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a configuration as a power generation device that generates electric power by thermoelectric power generation using a temperature difference in the surrounding environment inside and outside the
[0171]
As shown in FIG. 23A, the sub
[0172]
Specifically, for example, one of the first and second
[0173]
In the sub
[0174]
Therefore, by applying the power generation device having such a configuration to the sub power supply unit, as long as there is a temperature distribution bias in the surrounding environment of the
[0175]
In this configuration example, the temperature difference power generator that generates electric power by the Seebeck effect is described with respect to the bias of the temperature distribution in the surrounding environment, but the present invention is not limited to this, It may have a configuration that generates electric power based on a thermoelectron emission phenomenon in which free electrons are emitted from a metal surface by heating.
[0176]
(Second configuration example of the non-fuel type sub power supply unit)
FIG. 24 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
In the second configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a configuration as a power generation device that generates power by photoelectric conversion power generation using light energy incident from the outside of the
[0177]
As shown in FIG. 24A, the sub power supply unit 11T according to the first configuration example includes, for example, a known photoelectric conversion cell (solar cell) in which a p-type semiconductor 321 and an n-type semiconductor 322 are joined. It has a configuration.
When such a photoelectric conversion cell is irradiated with light (light energy) LT having a predetermined wavelength, an electron-hole pair is generated in the vicinity of the pn junction 323 due to the photovoltaic effect. Electrodes (−) polarized by an electric field are diffused (drifted) into the n-type semiconductor 322 and holes (+) are diffused into the p-type semiconductor 321, and are provided in each of the p-type semiconductor 321 and the n-type semiconductor 322. An electromotive force is generated between the output terminals (between the output terminals Oe and Of) to generate electric power.
[0178]
Here, generally, the storage space of the battery (or power supply unit) in the existing device is arranged at a position where light energy (specifically, sunlight or illumination light) is not easily incident on the back side of the device or the like. In other words, there is a possibility that light does not sufficiently enter the sub power supply unit. Therefore, when the
[0179]
Therefore, by applying the power generation apparatus having such a configuration to the sub power supply unit, as long as the device DVC is used in an environment where predetermined light energy is incident, such as outdoors or indoors, the sub power supply unit 11T performs a predetermined operation. Electric power is always generated autonomously and can be supplied to each component inside and outside the
Note that in this configuration example, only the most basic configuration of the photoelectric conversion cell (solar cell) is shown in FIG. 24A, but the present invention is not limited to this, and the power generation efficiency is higher. A configuration based on another configuration or principle having a high height may be applied.
[0180]
<By-product recovery means>
Next, by-product recovery means applicable to the power supply system according to each embodiment described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 25 is a block diagram showing an embodiment of a by-product recovery unit applicable to the power supply system according to the present invention. Here, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0181]
In each of the above-described embodiments, the main
[0182]
As shown in FIG. 25, the by-product recovery means applicable to the power supply system according to the present invention includes a power generation module 10D, a
[0183]
The separation /
[0184]
In addition, in the main power generation unit 12 (which may include the sub power supply unit 11) to which each configuration example described above is applied, as a by-product generated when generating power, water (H2O) and nitrogen oxides (NO)X), Sulfur oxide (SOXAll of these, a part of them, or only specific components are recovered by the separation and
[0185]
The
[0186]
Here, as described above, water (H2O) and nitrogen oxides (NO)X), Sulfur oxide (SOX) Is produced as a by-product, water (H2Since O) is in a liquid state at normal temperature and pressure, it is sent out to the
[0187]
Therefore, as a specific configuration of the
[0188]
In the power supply system having the by-product recovery means having such a configuration, when the fuel reforming type fuel cell as shown in FIG. 12 is applied to the main power generation unit 12A, the fuel reforming is performed. Along with the steam reforming reaction, aqueous shift reaction and selective oxidation reaction (chemical reaction formulas (1) to (3)) in the
[0189]
Here, since the electrochemical reaction (chemical reaction formulas (2) and (3)) in the main power generation unit 12 (fuel cell main body) proceeds at about 60 to 80 ° C., the water generated in the main power generation unit 12 (H2O) is discharged almost in the state of water vapor (gas). Therefore, the separation /
[0190]
In this embodiment, at least a fuel reforming type fuel cell is applied as the configuration of the main
In such a case, the separation and
[0191]
Thus, according to the power supply system to which the by-product recovery means according to the present embodiment is applied, at least one component of the by-product generated when power is generated by the power generation module 10D is contained in the
[0192]
The by-product recovered by the separation and recovery method as described above is irreversibly held in the recovery holding unit by the holding operation as described below.
FIG. 26 is a schematic view showing a by-product holding operation by the by-product recovery unit according to this example. Here, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0193]
As shown in FIG. 26 (a), the
[0194]
Here, as described above, the fuel supply valve 24A and the by-product intake valve 24B are both for power generation only when the
[0195]
In the
[0196]
As a result, as shown in FIGS. 26B and 26C, the volume of the power generation fuel FL sealed in the
[0197]
Therefore, the relationship between the
[0198]
In the present embodiment, all or a part of the by-products separated and collected by the separation /
[0199]
<Remaining amount detection means>
Next, power generation fuel remaining amount detection means applicable to the power supply systems according to the above-described embodiments will be described with reference to the drawings.
FIG. 27 is a block diagram showing an embodiment of the remaining amount detecting means applicable to the power supply system according to the present invention. Here, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0200]
As shown in FIG. 27, the remaining fuel amount detection means applicable to the power supply system according to the present invention includes a power generation module 10E, a
[0201]
The remaining
[0202]
The remaining amount of the power generation fuel FL detected by the remaining
[0203]
Specifically, in the overall operation of the power supply system described above (see FIG. 20), when starting the power supply system, the
[0204]
Further, in the overall operation of the power supply system described above (see FIG. 20), the
[0205]
Further, in this case, when a remaining amount abnormality such as a sudden decrease in the remaining amount of the power generation fuel FL is detected by the remaining
[0206]
<Fuel stabilization means>
Next, fuel stabilization means applicable to the power supply system according to each embodiment described above will be described with reference to the drawings.
FIG. 28 is a block diagram showing an embodiment of fuel stabilization means applicable to the power supply system according to the present invention. Here, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0207]
As shown in FIG. 28, the fuel stabilization means applicable to the power supply system according to the present invention includes a
[0208]
The
[0209]
Further, the
[0210]
Thereby, for example, when the temperature or pressure in the
[0211]
In the overall operation of the power supply system described above (see FIG. 20), when starting the power supply system, the
[0212]
In the overall operation of the power supply system described above (see FIG. 20), when the steady operation (feedback control) of the power supply system is continued, the
[0213]
As a result, deterioration of the power generation fuel FL due to an abnormality in the sealing conditions (temperature, pressure, etc.) of the power generation fuel FL in the
[0214]
<Outer shape>
Next, the outer shape applicable to the power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 29 is a schematic configuration diagram showing a specific example of an outer shape applicable to the power supply system according to the present invention, and FIG. 30 shows an outer shape applied to the power supply system according to the present invention and a general-purpose chemical battery. It is a conceptual diagram which shows the correspondence with an external shape.
[0215]
In the power supply system having the above-described configuration, the outer shape in a state where the
[0216]
Here, the
[0217]
Specifically, in a state where the
[0218]
Here, the circular batteries 41, 42, and 43 are specifically used in commercially available manganese dry batteries, alkaline dry batteries, nickel / cadmium batteries, lithium batteries and the like, and are cylinder type (column type: figure) with many corresponding devices. 29 (a)), a button type used for a wristwatch (FIG. 29B), a coin type used for a camera, an electronic notebook, etc. (FIG. 29C), and the like. .
[0219]
On the other hand, the non-circular batteries 44, 45, 46 are specifically specially shaped (customized) (FIG. 29 (FIG. 29 (FIG. 29)) that are individually designed (customized) corresponding to the shape of equipment to be used such as a compact camera or a digital still camera. d)), and external shapes such as a rectangular shape (FIG. 29 (e)) and a flat shape (FIG. 29 (f)) corresponding to miniaturization and thinning of portable audio devices and mobile phones.
[0220]
As described above, each configuration of the
[0221]
Therefore, in the power supply system according to the present embodiment, the existing battery shape shown in FIG. 29 can be satisfactorily realized. For example, as shown in FIGS. 30 (a) and 30 (b), the
[0222]
In addition, in FIG. 30, only the relationship between the attachment / detachment structure (coupling relationship) of the power supply system according to the present invention and the external shape is conceptually shown, and a specific electrode structure or the like is not considered. The relationship between the structure for attaching and detaching the
[0223]
Further, all of the external shapes shown in FIG. 29 are examples of chemical batteries that are commercially available according to Japanese standards, or that are distributed and sold with devices, and the present invention can be applied to them. Only a small part of the configuration example is shown. That is, the outer shape applicable to the power supply system according to the present invention may be other than the above-described specific examples. For example, chemical batteries that are distributed and sold all over the world, or are planned for practical use in the future. It goes without saying that it can be designed to match the shape of the chemical battery and also to match the electrical characteristics.
[0224]
Next, the relationship between the electrode module and the structure for attaching and detaching the
(First embodiment of detachable structure)
31 (a) to 31 (d) and 31 (e) to 31 (h) show the fuel pack and the holder part of the power supply system according to the first embodiment of the present invention in the upward direction and the forward direction, respectively. FIG. 32 is a schematic configuration diagram illustrating an outer shape viewed from the lateral direction and the rear direction, and FIG. 32 is a schematic diagram illustrating a structure for attaching and detaching the power generation module and the fuel pack in the power supply system according to the present embodiment. Here, the description of the configuration equivalent to that of each of the above-described embodiments is simplified or omitted.
[0225]
As shown in FIGS. 31 (a) to 31 (d) and 31 (e) to 31 (h), the power supply system according to this embodiment includes a fuel pack in which power generation fuel is sealed under predetermined conditions. 51 and a
[0226]
The
[0227]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 32 (a), the fuel delivery port (one end) of the
[0228]
Here, in the power supply system, in the state where the
[0229]
As a result, as described in the above-described overall operation (see FIG. 20), the sub
[0230]
Therefore, it can be easily handled in the same way as a general-purpose chemical battery, and has the same or equivalent outer shape and dimensions (here, a cylindrical shape) as a general-purpose chemical battery, and also has the same or equivalent electrical characteristics. Therefore, it can be applied to an existing device such as a portable device as operating power just like a general-purpose chemical battery.
[0231]
In particular, in the power supply system according to the present embodiment, the configuration including the fuel cell as the power generation module is applied, and the
[0232]
(Second embodiment of the detachable structure)
33 (a) to 33 (c) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the fuel pack of the power supply system according to the second embodiment of the present invention when viewed from the front, the lateral, and the rear. 33 (d) to 31 (g) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the holder portion of the power supply system according to the present invention as viewed from the front direction, the upper direction, the rear direction, and the lateral direction. 34 is a schematic diagram illustrating a structure for attaching and detaching the power generation module and the fuel pack in the power supply system according to the present embodiment. Here, the description of the configuration equivalent to that of each of the above-described embodiments is simplified or omitted.
[0233]
As shown in FIGS. 33 (a) to 33 (g), the power supply system according to the present embodiment is configured such that the
[0234]
The
[0235]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 34 (a), the fuel delivery port 61a of the
[0236]
Here, in the same manner as in the first embodiment described above, the power supply system, for example, in the state where the
[0237]
Thereby, like the first embodiment described above, it can be easily handled in the same manner as a general-purpose chemical battery, and has the same or equivalent external shape and electrical characteristics as a general-purpose chemical battery. A portable power supply system can be realized. In addition, by appropriately selecting the configuration of the power generation device applied to the power generation module and the constituent materials of the removable fuel pack, the environmental impact is greatly suppressed, and the environment created by the disposal or disposal of existing chemical cells is reduced. Problems and energy utilization efficiency problems can be solved satisfactorily.
[0238]
(Third embodiment of the detachable structure)
FIGS. 35 (a) to 35 (c) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the fuel pack of the power supply system according to the third embodiment of the present invention as viewed from the front, the lateral, and the rear. FIGS. 35 (d) to 35 (f) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the holder portion of the power supply system according to the present invention as seen from the front direction, the lateral direction, and the rear direction, respectively. It is the schematic which shows the attachment or detachment structure of the power generation module and fuel pack in the power supply system which concerns on a present Example. Here, the description of the configuration equivalent to that of each of the above-described embodiments is simplified or omitted.
[0239]
As shown in FIGS. 35A to 35F, the power supply system according to the present embodiment can store a
[0240]
The
[0241]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 36 (a), a plurality (two in this case) are provided with the open / close cover 72c of the
Here, in the power supply system, in the state where the
[0242]
As a result, as in the above-described embodiments, a fully compatible portable power supply system having the same or equivalent external shape and electrical characteristics as those of existing chemical batteries can be realized, and applied to a power generation module. By appropriately selecting the composition of the power generator to be installed and the constituent material of the removable fuel pack, the impact on the environment is greatly suppressed, and environmental problems and energy use efficiency due to the disposal and disposal of existing chemical batteries are reduced. Problems can be solved satisfactorily.
[0243]
(Fourth embodiment of the detachable structure)
FIGS. 37 (a) to 37 (c) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the fuel pack of the power supply system according to the fourth embodiment of the present invention when viewed from the front, the lateral, and the rear. 37 (d) to 31 (f) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the holder portion of the power supply system according to the present invention as viewed from above, from the side, and from the front, and FIG. It is the schematic which shows the attachment or detachment structure of the power generation module and fuel pack in the power supply system which concerns on a present Example. Here, the description of the configuration equivalent to that of each of the above-described embodiments is simplified or omitted.
[0244]
As shown in FIGS. 37 (a) to 37 (f), the power supply system according to the present embodiment can store a
[0245]
The holder part 82 is roughly divided into a power generation part 82a in which the
[0246]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 38 (a), the fuel delivery port (one end) of the
[0247]
Here, in the power supply system, in the state where the
Thereby, the power supply system which has the same effect as each above-mentioned Example is realizable.
[0248]
(Specific configuration example)
Next, a specific configuration example of the entire power supply system to which any of the above-described embodiments (including each configuration example) is applied will be described with reference to the drawings.
FIG. 39 is a schematic configuration diagram showing a specific configuration example of the entire power supply system according to the present invention. FIG. 40 is a schematic diagram illustrating one configuration example of the fuel reforming unit applied to the present specific configuration example, and FIG. 41 illustrates another configuration example of the fuel reforming unit applied to the present specific configuration example. FIG. Here, it is assumed that a direct fuel supply type fuel cell is applied as the sub
[0249]
As shown in FIG. 39, the power supply system 1A according to this specific configuration example is configured such that the
[0250]
The
[0251]
The
[0252]
The I /
Although not shown, the
[0253]
Here, the configuration of the steam reforming reaction unit 210A applied to the power supply system according to this specific configuration example is, for example, as shown in FIG. Using a microfabrication technique, a fuel discharge unit 202a, a water discharge unit 202b, a fuel vaporization unit 203a, a water vaporization unit 203b, a mixing unit 203c, a reforming reaction, which are provided to have a predetermined groove shape and a predetermined plane
[0254]
The fuel discharge unit 202a and the water discharge unit 202b are fluid discharges that discharge power generation fuel and water, which are raw material materials in the steam reforming reaction as described above, into the flow path as liquid particles, for example, for each predetermined unit amount. It has a mechanism. Therefore, for example, the progress state of the steam reforming reaction shown in the chemical reaction formula (3) is controlled based on the discharge amount of the power generation fuel or water in the fuel discharge section 202a and the water discharge section 202b. Therefore, the fuel discharge unit 202a and the water discharge unit 202b adjust the fuel supply amount in the output control unit 14 (fuel control unit 14a) described above. It has a configuration that bears part of its functions.
[0255]
The fuel vaporization unit 203a and the water vaporization unit 203b are heaters that are heated in accordance with volatilization conditions such as the boiling point of power generation fuel and water, respectively, and are discharged as liquid particles from the fuel discharge unit 202a and the water discharge unit 202b. The power generation fuel or water is vaporized by performing the evaporation process shown in FIG. 13A by performing a heat treatment or a decompression process, and a mixed gas of fuel gas and water vapor is generated in the mixing unit 203c.
[0256]
The reforming
[0257]
The hydrogen
[0258]
In the power supply system having such a configuration, for example, the
[0259]
When the
[0260]
Further, by-products (gas such as water vapor) generated during the power generation operation in the main
[0261]
Therefore, according to the power supply system 1A according to this specific configuration example, the appropriate power (first power) corresponding to the driving state of the driven load (device DVC) can be obtained without receiving fuel supply from the outside of the power supply system 1A. Power) can be output autonomously, so that it is possible to perform a power generation operation with high energy conversion efficiency while realizing the same electrical characteristics and simple handling as a general-purpose chemical battery, and at least the
[0262]
In this specific configuration example, a part of the by-product (water) generated and recovered in the main
[0263]
Therefore, when the power generation operation is performed using the power generation fuel in which water is mixed and sealed in advance as shown in FIG. 41, the structure of the steam reforming reaction unit 210A is as shown in FIG. A configuration in which a single flow path including only the
[0264]
The power supply system according to the present invention is an arbitrary combination of the members of the respective configuration examples described above, the power generation modules of the respective embodiments, and the attachment / detachment structures of the respective examples. A plurality of types may be provided in parallel, or a plurality of types may be provided in parallel, and the driving of the main power generation unit is controlled according to the startup state of the device by such a configuration, so that waste of fuel for power generation Can be used to improve the efficiency of energy resource use, such as mobile phones and personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers, digital video cameras, and digital still cameras that use removable general-purpose batteries. Can be widely used in mobile devices.
[0265]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, a fuel for power generation composed of a liquid or gas filled or sealed in a fuel sealing portion (fuel pack), or a specific component supplied from the fuel for power generation (for example, In a portable power supply system having a power generation module (power generator) that generates power using hydrogen), system control means (startup control unit, output control) based on the second power generated by the second power generation means And the system control means) are driven, and the supply amount of the fuel for power generation to the first power supply means is controlled in accordance with the driving state of the load, thereby generating the first power in the first power generation means The amount (power generation state) is controlled.
[0266]
As a result, the power generation state can be independently controlled by the power generation module without receiving supply of fuel or the like from the outside of the power supply system, so that it is possible to generate and output appropriate power according to the driving state of the load. It is possible to provide a power supply system that suppresses the waste of fuel for power generation and increases the use efficiency of energy resources, and can realize the same electrical characteristics and simple handling as a general-purpose chemical battery. .
[0267]
In the above power supply system, a more preferable aspect is that the first power supply means and the second power supply means are both subjected to the first electric power and the second electric power by an electrochemical reaction using the power generation fuel supplied from the fuel enclosure. This configuration has a fuel cell that generates electric power. According to this, the operating power and load of the power supply system are driven using a fuel cell with extremely high energy utilization efficiency compared to a general-purpose chemical cell. Since electric power can be generated, energy can be used effectively, and the scale of the power supply system (power generation module and fuel enclosure) required to obtain electrical characteristics equivalent to those of existing chemical batteries can be reduced. It can be downsized.
[0268]
Further, in the power supply system, only the first power supply means may be constituted by the fuel cell. In this case, the first power supply means reforms the fuel for power generation and supplies a specific component. It is possible to apply a configuration as a fuel reforming fuel cell including a fuel reformer to be extracted, a fuel electrode to which the specific component is supplied, and an air electrode to which oxygen in the air is supplied. preferable. According to the configuration to which such a fuel reforming type fuel cell is applied, the amount of the first electric power generated by the first power supply means is controlled by controlling the amount of power generation fuel supplied to the fuel cell. Can be easily controlled, and a power supply system capable of generating electric power with extremely high energy conversion efficiency from the chemical energy of the power generation fuel can be realized.
[0269]
Further, in the power supply system, only the second power supply means may be configured by the fuel cell. In this case, the second power supply means includes a fuel electrode to which power generation fuel is directly supplied, It is preferable to apply a configuration as a direct fuel supply type fuel cell including an air electrode to which oxygen in the air is supplied. According to the configuration in which such a fuel direct supply type fuel cell is applied, the fuel cell for power generation is simply and continuously supplied with high energy conversion efficiency by simply supplying the fuel for power generation from the fuel sealing portion to the fuel cell having a simple configuration. Power (second power) can be generated and supplied to the system control means as operating power, so that the first power is output according to the driving state of the load without requiring any special operation. Therefore, it is possible to provide a power supply system that can be handled as easily as a general-purpose chemical battery, and to reduce the scale of the second power supply means.
[0270]
In the power supply system, as the first and second power supply means, in addition to the fuel cell described above, it is possible to generate the first and second electric power with high energy conversion efficiency using fuel for power generation, In addition, an arbitrary configuration appropriately combined according to the outer shape, electrical characteristics, and the like of the power supply system can be applied from various power generation devices and power storage devices that can be downsized and miniaturized.
[0271]
Here, at least one of the first power supply unit or the output control unit generates power output from the fuel cell or the power generation device based on the second power output from the second power generation unit. It may operate based on the electric power (second electric power) released from the power storage device to be stored, and according to this, according to the driving power characteristic of the electric power generated by the second power supply means, The power supplied directly from the second power supply means or the power stored in the power storage device and having improved driving power characteristics can be used as the startup power. It is possible to shift to a power generation operation that generates one electric power.
[0272]
The power generation fuel applied to the power supply system is at least one of a liquid fuel, a liquefied fuel, and a gaseous fuel mainly composed of hydrogen or made of hydrogen, specifically, methanol, ethanol, Alcohol-based liquid fuel such as butanol, liquefied fuel consisting of hydrocarbons such as dimethyl ether, isobutane and natural gas, or gaseous fuel such as hydrogen gas, especially when supplied to the power generation module from the fuel enclosure Because it is possible to satisfactorily apply a gas that is in a gaseous state under predetermined environmental conditions such as normal temperature and normal pressure, power is generated with high energy conversion efficiency in the power generation operation of the first and second power supply means. It is possible to detoxify and incombustible by-products generated by this power generation operation other than electric power with a relatively simple process. It is possible to significantly reduce the impact on the natural environment and the like.
[0273]
The power supply system is configured so that the entire system can be attached to or detached from the load driven by the first electric power output from the first power supply means, or at least the fuel enclosure is attached to or detached from the load. It is preferable that the fuel sealing portion has a detachable configuration with respect to the possible configuration or the power generation module. According to this, when the fuel for power generation enclosed in the fuel enclosure part is exhausted or low, the fuel enclosure part is removed from the power generation module and replaced with a new fuel enclosure part, or the fuel enclosure part generates power. Therefore, the power generation module can be used continuously, and the entire power supply system or the fuel sealing portion can be used simply as if it were a general-purpose chemical battery. In addition, since the fuel sealing part can be replaced and collected, the amount of power supply system discarded can be reduced.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an application mode of a power supply system according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a basic configuration of a power supply system according to the present invention.
FIG. 3 is a block diagram showing a first embodiment of a power generation module applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram showing a second configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram showing a third configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a fourth configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram showing a fifth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram showing a sixth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram showing a seventh configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing an eighth configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a first configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 13 is a conceptual diagram showing a hydrogen generation process in a fuel reforming unit applied to a main power generation unit according to this configuration example.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing a second configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing a third configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing a fourth configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram illustrating a fifth configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram illustrating a sixth configuration example of a main power generation unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 19 is a block diagram showing a main configuration of another example of an embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 20 is a flowchart showing a schematic operation of the power supply system.
FIG. 21 is a block diagram showing a second embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 22 is a block diagram showing a third embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 23 is a schematic configuration diagram showing a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power supply module according to the present embodiment.
FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing a second configuration example of the sub power supply unit applicable to the power supply module according to the embodiment.
FIG. 25 is a block diagram showing an example of by-product recovery means applicable to the power supply system according to the present invention.
FIG. 26 is a schematic view showing a by-product holding operation by a by-product recovery unit according to the present embodiment.
FIG. 27 is a block diagram showing an embodiment of remaining amount detecting means applicable to the power supply system according to the present invention.
FIG. 28 is a block diagram showing an embodiment of fuel stabilization means applicable to the power supply system according to the present invention.
FIG. 29 is a schematic configuration diagram showing a specific example of an outer shape applicable to the power supply system according to the present invention.
FIG. 30 is a conceptual diagram showing a correspondence relationship between the outer shape applied to the power supply system according to the present invention and the outer shape of a general-purpose chemical battery.
FIG. 31 is a schematic configuration diagram showing a first embodiment when an external shape of an existing chemical battery is applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 32 is a schematic diagram showing a structure for attaching and detaching a power generation module and a fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 33 is a schematic configuration diagram showing a second embodiment when an external shape of an existing chemical battery is applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 34 is a schematic view showing a structure for attaching and detaching a power generation module and a fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 35 is a schematic configuration diagram showing a third embodiment when an external shape of an existing chemical battery is applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 36 is a schematic view showing a structure for attaching and detaching a power generation module and a fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 37 is a schematic configuration diagram showing a fourth embodiment when an external shape of an existing chemical battery is applied to the power supply system according to the present invention.
FIG. 38 is a schematic view showing a structure for attaching and detaching a power generation module and a fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 39 is a schematic configuration diagram showing a specific configuration example of the entire power supply system according to the present invention.
FIG. 40 is a schematic diagram showing a configuration example of a fuel reforming unit applied to this specific configuration example.
FIG. 41 is a schematic view showing another configuration example of the fuel reforming section applied to this specific configuration example.
[Explanation of symbols]
1 Power supply system
10, 10A-10F Power generation module
11, 11A-11H Sub power supply
12, 12A-12F Main power generation unit
13 Operation control unit
14 Output controller
15 Start control unit
16 Separation and recovery unit
17 Remaining amount detection unit
20, 20D-20F Fuel pack
30, 30D-30F I / F part
DVC device
LD load
CNT controller
Claims (17)
該燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電モジュールと、
を備え、
前記発電モジュールは、
前記発電用燃料を用いて所定の負荷を駆動するための第１の電力を発生する燃料電池を有する第１の電源手段と、
少なくとも、前記第１の電源手段を動作制御するための第２の電力を発生する燃料電池を有し、前記第２の電力を出力する第２の電源手段と、
前記第２の電力により動作し、少なくとも、前記第１の電源手段における動作状態を制御するシステム制御手段と、
を具備し、
前記第１の電源手段は、前記燃料封入部から供給され、前記第２の電源手段における前記第２の電力の出力のために消費された後の前記発電用燃料を用いて、前記第１の電力を発生する発電装置を有することを特徴とする電源システム。A fuel encapsulating section enclosing power generation fuel;
A power generation module that generates electric power using the power generation fuel supplied from the fuel sealing portion;
With
The power generation module is:
First power supply means having a fuel cell for generating a first power for driving a predetermined load using the fuel for power generation;
At least a second power supply means for outputting the second power, the fuel cell generating a second power for controlling the operation of the first power supply means;
System control means for operating with the second power and for controlling at least the operating state of the first power supply means;
Comprising
The first power supply means uses the fuel for power generation after being supplied from the fuel enclosure and consumed for the output of the second power in the second power supply means. A power supply system comprising a power generation device that generates electric power.
前記第１の電源手段を起動状態に設定する起動制御部と、
前記第１の電源手段の動作状態を制御して、前記第１の電力の発生量を調整する出力制御部と、
少なくとも、前記負荷の駆動状態に応じて、前記起動制御部及び前記出力制御部を制御し、前記第１の電源手段により生成される前記第１の電力の発生量を制御する動作制御部と、
を備えていることを特徴とする請求項１記載の電源システム。The system control means is at least
An activation control unit for setting the first power supply means in an activated state;
An output control unit that controls an operation state of the first power supply unit and adjusts an amount of generation of the first power;
An operation control unit that controls the activation control unit and the output control unit according to at least a driving state of the load, and controls an amount of the first electric power generated by the first power supply unit;
The power supply system according to claim 1, further comprising:
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