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JP4487231B2 - Power generation module, power supply system and device - Google Patents
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JP4487231B2 - Power generation module, power supply system and device - Google Patents

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    • Y02E60/50—Fuel cells

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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、エネルギー資源の有効利用が可能な発電モジュール、発電モジュールを備えた可搬型の電源システム及びデバイスに関する。
【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に生じる廃棄物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事業用の電源システム、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、次に示すような問題点を有している。
【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で、その取り扱いが極めて簡易であるという利点を有している。
これに対して、燃料電池をはじめとするエネルギー利用効率が高い電源システムのほとんどは、基本的に所定の燃料を用いた発電装置（例えば、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、上述した化学電池とは構造や電気的特性の点で大きく異なる。
【０００９】
すなわち、上記電源システムにおいては、汎用の化学電池の場合と同様に、電力を供給するための電極端子（汎用の化学電池における正極端子及び負極端子に相当する端子）を単に負荷に接続又は切り離しするだけでは、所定の電力を供給又は遮断することができないため、負荷の駆動又は停止を制御するための複雑な構成や制御を必要とするという問題を有している。また、負荷を適切かつ継続的に駆動させるためには、負荷の駆動状態に応じて電力の発生量（発電量）を随時制御する必要もある。さらに、このような電源システムをポータブル電源として適用する場合にあっては、搬送又は携帯可能な発電用燃料の量に制約があるため、より効率的に発電用燃料を消費するように制御して、電源としての寿命を長期化する必要もある。
【００１０】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、汎用の化学電池を動作電力とする機器（デバイス）に対して、直接電極端子を接続することにより、機器を安定かつ良好に動作させることができるとともに、発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の有効利用を図ることができる発電モジュール、発電モジュールを備えた電源システム及びデバイス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】
本発明に係る発電モジュールは、発電用燃料が封入された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であって、前記発電用燃料を用いて負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記電力が供給される前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力を発生する第２の電源手段と、前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、を備え、前記システム制御手段は、少なくとも、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、前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記燃料安定化手段により検出される前記発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行う動作制御部と、を備えることを特徴としている。
【００１２】
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（発電装置）を備えたポータブル型の電源システムに用いる発電モジュールにおいて、該発電モジュールから供給される電力より駆動する負荷を備えた機器（デバイス）の駆動状態を監視し、該駆動状態の変化に応じて、発電モジュールにおける発電状態（起動動作、停止動作、定常状態における発電量等）を制御するように構成されている。
【００１３】
ここで、発電モジュールは、発電状態を制御する手法として、電源システムから負荷に対して供給される電力の電圧成分の変化を検出することにより、発電状態を制御することができ、特に、検出された電圧成分の変化に基づいて、定常状態における電力を所定の電圧範囲内に収束するようにフィードバック制御を行う制御方法を適用することができる。ここで、フィードバック制御に係る電圧範囲の規定値（例えば、上限値及び下限値、又は、中心値及び電圧幅等）は、例えば、負荷を備えた機器に設けられ、該負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段（コントローラ）から通知される電力要求に応じて、変更制御するものであってもよい。
【００１４】
これにより、電源システムに接続される負荷に対して、所定の電極端子を介して供給される電力の電圧成分を監視することにより、負荷の駆動状態を検出することができ、該電圧成分の変化に応じて、発電モジュールにおける発電動作の起動制御、停止制御、フィードバック制御等を行うことができるので、本発明に係る電源システムを、所定の電極端子を介して、負荷を備えた機器に直接接続する簡易な取り扱い方法により、機器の駆動状態（消費電力）に応じた適切な電力を供給して、安定かつ良好な動作を実現することができるとともに、発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の有効利用を図ることができる。
【００１５】
このような特徴を実現するために、本発明に係る発電モジュールは、第１の電源手段を動作制御するとともに、上記負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力（動作電力、負荷制御電力）を発生する第２の電源手段と、第２の電力により動作し、少なくとも、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、を具備している。
【００１６】
ここで、システム制御手段は、少なくとも、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、負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、を備え、前記動作制御部は、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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ことを特徴としている。
そして、この出力制御部による第１の電力の調整は、前記電圧検出部により検出される電圧成分の変化及び前記負荷駆動制御手段から通知される電力要求のいずれかを前記動作制御部が参照することにより、前記出力制御部は、前記第１の電源手段への前記発電用燃料の供給量と前記第１の電源手段の加熱手段の温度との少なくとも何れか一方を制御することにより実行される。
【００１７】
すなわち、第２の電源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（出力制御部、動作制御部等）が駆動され、発電モジュールから所定の電極端子を介して出力される電力（第１の電力及び第２の電力）の電圧成分の変化に応じて、第１の電源手段への発電用燃料の供給量等が制御される。これにより、第１の電源手段における発電状態（起動動作、停止動作、定常状態における第１の電力の発生量）が自立的に制御されるので、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。
【００１８】
そして、本発明に係る発電モジュールにおける発電状態の制御は、具体的には、次に示すような手法を適用することにより良好に実現することができる。
すなわち、動作制御部は、負荷が駆動していない状態において、上記電圧検出部により検出される電力の電圧成分を常時参照し、該電圧成分が所定の規定値を下回る電圧低下が発生した場合には、機器において負荷が駆動したものと判断して、起動制御手段を制御して第１の電源手段を所定の動作状態に移行させる起動動作を行う。
【００１９】
これにより、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムを、汎用の化学電池と同様に、所定の電極端子を介して、負荷を備えた機器に接続する簡易な形態により、負荷の駆動に伴う負荷駆動制御電力（第２の電力）の電圧成分の変化に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を起動し、負荷の駆動状態に応じた電力（負荷駆動電力）の供給を開始することができるので、発電用燃料の効率的な消費を図りつつ、負荷を良好に駆動させることができる。
【００２０】
また、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムにおける他の起動動作の手法としては、負荷が駆動していない状態において、動作制御部は、上記負荷駆動制御手段から負荷を駆動するための電力要求（電力供給要求）を受け取ったときには、該電力要求に基づく制御信号を起動制御手段に出力して、第１の電源手段を所定の動作状態に移行させる起動動作を行うとともに、該起動動作に伴って発電モジュールにおいて生成、出力される電力（負荷に供給される第１の電力）の電圧成分に関する情報（出力電圧データ）を電圧検出部により検出して、負荷駆動制御手段に通知するように制御するものであってもよい。ここで、動作制御部は、第１の電源手段の起動動作に際して、負荷に供給される電力の電圧成分が、負荷駆動制御手段からの電力要求に基づく電位に達した場合には、第１の電源手段の起動動作の終了情報を負荷駆動制御手段に通知する。
【００２１】
これにより、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムを、所定の電極端子を介して、負荷及び負荷駆動制御手段を備えた機器に接続する簡易な形態により、負荷駆動制御手段からの電力供給要求に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を起動し、負荷の駆動状態に応じた電力（負荷駆動電力）の供給を開始することができるとともに、機器側（負荷駆動制御手段）に対して、電源システムにおける発電状態に関する情報を通知することができるので、電源システムの発電状態（起動動作）を確認しつつ、安定かつ良好に負荷を駆動させるように制御することができる。
【００２２】
また、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムにおいて、動作制御部は、負荷に供給される電力の電圧成分が、上記フィードバック制御に関わらず、所定の電圧範囲を逸脱する状態、例えば、所定の規定値を上回る電圧上昇が所定時間以上継続した場合には、機器において負荷がなくなったものと判断して、第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うものであってもよい。ここで、電源システムが接続される機器が負荷及び負荷駆動制御手段を備えた構成である場合には、該第１の電源手段の動作停止情報を、負荷駆動制御手段に通知する。
【００２３】
これにより、負荷の駆動停止や消滅に伴う負荷駆動制御電力（第２の電力）の電圧成分の上昇変化に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を停止して、負荷の有無に応じた電力の供給制御を行うことができるので、発電用燃料の効率的な消費を図ることができる。また、負荷駆動制御手段を備えた機器に対して、電源システムにおける発電状態（停止動作）に関する情報（自動電源遮断（オートパワーオフ）情報）を通知することができるので、機器側で電源システムの発電状態を正確に把握することができる。
【００２４】
また、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムにおいて、動作制御部は、負荷駆動制御手段から通知される負荷を停止する電力要求（電力遮断要求）に基づいて、第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うとともに、該第１の電源手段の動作停止情報を、負荷駆動制御手段に通知するものであってもよい。
これにより、負荷駆動制御手段からの電力遮断要求に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を停止して、負荷の有無に応じた電力の供給制御を行うことができるとともに、機器側（負荷駆動制御手段）に対して、電源システムにおける発電状態（停止動作）に関する情報を通知することができるので、機器側で電源システムの発電状態を正確に把握することができる。
【００２５】
さらに、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムにおける他の起動動作の手法としては、発電モジュールが、燃料封入部に封入された発電用燃料の残量を検出する残量検出手段を備え、動作制御部は、上記第１の電源手段の起動動作に先立って、残量検出部により検出した発電用燃料の残量を参照し、該残量に異常がある場合には、発電用燃料の異常情報（残量異常）を、負荷駆動制御手段に通知するものであってもよい。また、残量検出部により検出される発電用燃料の残量を随時参照し、該発電用燃料の残量に関する情報を、負荷駆動制御手段に通知するものであってもよく、このとき、該残量に異常がある場合には、第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行い、さらには、該発電用燃料の異常情報を、負荷駆動制御手段に通知するように制御するものであってもよい。
【００２６】
これにより、燃料封入部に封入された発電用燃料の残量が常時検出され、残量に関する情報（残量データ）や残量不足等に伴う発電用燃料の異常を機器側（負荷駆動制御手段）に通知することができるので、機器側で発電用燃料の残量等を正確に把握して、発電用燃料の残量や機器の駆動可能推定時間、あるいは、電源システムの交換や発電用燃料の補充等を促す表示を行うことができ、汎用の化学電池を既存の機器の動作電力として適用した場合と同等の使用形態を実現することができる。
【００２７】
また、本発明に係る発電モジュールを適用した電源システムにおける他の起動動作の手法としては、発電モジュールが、燃料封入部に封入された発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段を備え、動作制御部は、上記第１の電源手段の起動動作に先立って、燃料安定化手段により検出した発電用燃料の封入状態を参照し、該封入状態に異常がある場合には、発電用燃料の異常情報（封入異常）を、負荷駆動制御手段に通知するものであってもよく、また、該発電用燃料の異常情報を、負荷駆動制御手段に通知するように制御するものであってもよい。
【００２８】
これにより、燃料封入部に封入された発電用燃料の封入状態が常時検出され、封入圧力や温度の上昇等に伴う発電用燃料の異常を機器側（負荷駆動制御手段）に通知することができるので、機器側で発電用燃料の封入状態等を正確に把握して、機器の利用環境の改善や電源システムの交換等を促す表示を行うことができ、燃焼性や可燃性の発電用燃料を適用した電源システムにおける安全性や信頼性を良好に確保することができる。
【００２９】
そして、上述したような発電モジュールを適用した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、これにより、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。
【００３０】
また、上記発電モジュールを適用した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い。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。
【００３１】
なお、上記発電モジュールにおいて、第１の電源手段に適用可能な構成としては、上記燃料電池の他に、燃料封入部から供給される発電用燃料の燃焼エネルギーに基づいて、第１の電力を発生する発電装置（ガス燃焼タービン、ロータリーエンジン、スターリングエンジン、パルス燃焼エンジン等と、電磁誘導や圧電変換の原理を用いた発電器との組み合わせ）や、発電用燃料を用いた燃焼反応により生じる熱エネルギーによる高温と電源システム内外の他の領域における定温との温度差に基づいて、熱電変換により電力を発生する発電装置（温度差発電器）、発電用燃料を用いた熱音響効果による外力発生効果に基づいて、電力を発生する発電装置（熱音響効果発電器）、発電用燃料を用いた電磁流体発電により電力を発生する発電装置（電磁流体力学発電器）等であってもよい。
【００３２】
また、上記発電モジュールにおいて、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い。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。
【００３３】
なお、上記発電モジュールにおいて、第２の電源手段に適用可能な構成としては、上記燃料電池の他に、燃料封入部に封入された液体燃料又は高圧液化燃料からなる発電用燃料の気化反応により生じる圧力エネルギーに基づいて、第２の電力を発生する発電装置（ガスタービン、ロータリーエンジン等と、電磁誘導や圧電変換の原理を用いた発電器との組み合わせ）や、発電モジュールの周辺と内部における温度差、又は、発電用燃料を用いた触媒燃焼反応により生じる熱エネルギーによる高温と発電モジュール内外の他の領域における定温との温度差、もしくは、燃料封入部に封入され、液化された前記発電用燃料の気化反応により吸収される熱エネルギーによる低温と前記発電モジュール内外の他の領域における定温との温度差等に基づいて、熱電変換により電力を発生する発電装置（温度差発電器）、発電用燃料を用いた生物化学的反応に基づいて、前記第２の電力を発生する発電装置（生物電池）、発電用燃料の流体移動により生じる振動エネルギーに基づいて、前記第２の電力を発生する発電装置（振動発電器）、発電モジュールの外部から入射する光エネルギーに基づいて、光電変換により前記第２の電力を発生する発電装置（太陽電池）、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。
【００３４】
したがって、本発明に係る発電モジュールにおいては、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、発電モジュールの形状等の設定により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。
【００３５】
また、上記発電モジュール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。
【００３６】
また、上記発電モジュールを適用する電源システムは、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。
【００３７】
さらに、上記電源システムは、燃料封入部及び発電モジュールを組み合わせた物理的外形形状が、汎用の化学電池のうちの任意の１種、例えば、円形電池や単１型等のように日本工業規格で規格化された電池と同等の形状及び寸法を有するように構成されているものであってもよく、これによれば、上記電気的特性のみならず、外形形状においても、汎用の化学電池との高い互換性を実現することができるので、極めてエネルギー変換効率の高い電源システムを既存の化学電池の市場に支障なく普及させることができる。なお、本発明に係る電源システムは、燃料封入部及び発電モジュールを組み合わせた電源システム全体の外形形状を汎用の化学電池と同等の形状及び寸法とする場合に限らず、燃料封入部のみを汎用の化学電池と同等の形状及び寸法に構成するものであってもよい。
【００３８】
本発明に係る他の発電モジュールは、発電用燃料が封入された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であって、前記発電用燃料を用いて負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記電力が供給される前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力を発生する第２の電源手段と、前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、を備え、前記システム制御手段は、少なくとも、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、前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記第１の電源手段の起動動作に先立って、前記燃料安定化手段により検出した前記発電用燃料の封入状態を参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷の駆動状態を制御する前記負荷駆動制御手段に通知する動作制御部と、を備えることを特徴としている。
本発明に係る他の発電モジュールは、発電用燃料が封入された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であって、
前記発電用燃料を用いて負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記電力が供給される前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力を発生する第２の電源手段と、前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、を備え、前記システム制御手段は、少なくとも、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、前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、前記発電用燃料の封入状態の異常に基づいて、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷の駆動状態を制御する前記負荷駆動制御手段に通知する動作制御部と、を備えることを特徴としている。
本発明に係る他の発電モジュールは、発電用燃料により負荷を駆動するための第１の電力を発生するための第１の電源手段と、前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に、充電された電荷による第２の電力を供給するための第２の電源手段と、前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、を備え、前記システム制御手段は、少なくとも、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、前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記第１の電源手段が発生した電力により前記第２の電源手段を充電させるための動作制御部と、前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、を備え、前記燃料安定化手段により検出される前記発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うことを特徴としている。
【００３９】
負荷（負荷ＬＤ）が駆動していない状態から駆動している状態への移行を制御する前記負荷駆動制御手段（コントローラＣＮＴ）は、負荷が駆動していない状態であっても駆動されてなければならないが、上記発明にかかる発電モジュールによれば、第２の電源手段（電荷蓄積部１８２）がコントロール電力を前記負荷駆動制御手段に供給することができ、このような負荷の駆動待機状態に必ずしも第１の電源手段を駆動させて発電しなくてもよいだけでなく、第２の電源手段の充電量が少なくなれば必要に応じて第１の電源手段を駆動させて第２の電源手段を充電すればよいので、必要最小限に消費電力を抑えることが可能になる。このとき、動作制御手段は、第２の電源手段からの電力により動作するようにしてもよい。
【００４０】
また、上記発電モジュールは、前記発電用燃料が封入された燃料封入部と着脱可能に構成されていてもよく、前記負荷と着脱可能に構成されていてもよく、さらには、前記発電モジュール及び前記発電モジュールに結合された前記燃料封入部からなる電源システムが、前記燃料封入部及び前記発電モジュールからなる物理的外形形状が、各種汎用の化学電池のうちの１種と同等の形状及び寸法を有して構成されているようにしてもよい。
【００４１】
そして、前記第１の電源手段が発電していない間でも前記第１の電源手段を駆動するための電力を発生するために一定の燃料を消費している自己発電型の燃料直接方式の接燃料電池を第２の電源手段に適用した場合と比較して、上記発電モジュールの第２の電源手段は、所定の期間中電荷を保持することができるので、第２の電源手段での消費電力を抑制することができる。特に、第１の電源手段として燃料直接方式よりも発電効率のよい燃料改質型の燃料電池を採用すれば、効果的に第２の電源手段に充電することができ、長期にわたり低消費電力で第２の電源手段を駆動することができる。
【００４２】
本発明に係るさらに他の発電モジュールは、発電用燃料により負荷を駆動するための第１の電力を発生するための第１の電源手段と、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に、充電された第２の電力を供給するための第２の電源手段と、前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、を備え、前記システム制御手段は、少なくとも、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、前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記第２の電源手段で充電された電荷による電力を前記第１の電源手段に供給させることにより前記第１の電源手段で発生させ、前記第１の電源手段で発生した電力で前記第２の電源手段を充電させるように制御する動作制御部と、前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、を備え、前記燃料安定化手段により検出される前記発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うことを特徴としている。
【００４３】
上記発電モジュールによれば、第２の電源手段は、負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に供給するとともに必要に応じて動作制御部の制御に応じて第１の電源手段に供給することができるが、必要に応じて第２の電源手段が充電された電荷により電力を出力するので、負荷駆動制御手段及び第１の電源手段を同時に駆動するのに必要な電力を常に発生させる必要がなく、第２の電源手段で消費される電力を抑制することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電源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。
【００４５】
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、デバイスＤＶＣに電力を供給するためのプラス（＋）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。
【００４６】
次に、本発明に係る電源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、任意の形態で結合、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、あるいは、燃料パック２０及び発電モジュール１０の双方に分割して構成されているものであってもよい。
【００４７】
以下、各ブロックの構成について、具体的に説明する。
［第１の参考実施形態］
（Ａ）発電モジュール
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の参考実施形態を示すブロック図であり、図４は、本実施形態に係る電源システム(発電モジュール)とデバイスとの電気的な接続関係を示す概略図である。
【００４８】
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３０Ａを介して燃料パック２０Ａ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の駆動電力（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、内部にヒータ（加熱手段）を有し、Ｉ／Ｆ部３０Ａを介して燃料パック２０Ａ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の制御及び／又は主発電部１２のヒータの温度の制御を行う出力制御部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、発電モジュール１０Ａ(副電源部１１及び主発電部１２)からデバイスＤＶＣに出力される電力（コントロール電力又は負荷駆動電力）の電圧成分の変化を検出する電圧モニタ部（電圧検出部）１６と、を有して構成されている。
【００４９】
ここで、本実施形態に係る動作制御部１３、出力制御部１４、起動制御部１５及び電圧モニタ部１６は、本発明におけるシステム制御手段を構成する。また、本実施形態に係る電源システム１とデバイスＤＶＣは、図４に示すように、後述する副電源部１１及び主発電部１２の各々から出力されるコントローラ電力及び負荷駆動電力からなる供給電力が、単一の電極端子ＥＬを介してデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴ及び負荷ＬＤに共通に供給されるように構成されている。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２０Ａ及びＩ／Ｆ部３０Ａ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。
【００５０】
＜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２０Ａ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、各種機能（負荷ＬＤ）の駆動状態を制御するコントローラＣＮＴ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。
【００５１】
副電源部１１の具体的な構成としては、例えば、燃料パック２０Ａ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）や触媒燃焼反応等に伴う熱エネルギーによるもの（温度差発電）を良好に適用することができるほか、燃料パック２０Ａ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。
【００５２】
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５は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００５３】
図５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２０Ａ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。
【００５４】
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）
【００５５】
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）
【００５６】
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２０Ａ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２０Ａ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における同様の構成と併せて後述する。
【００５７】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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。
【００５８】
したがって、燃料パック２０Ａ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、発電用燃料を用いた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、振動や騒音が発生しないので、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。
【００５９】
なお、本構成例における燃料電池においては、燃料パック２０Ａ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、水素元素を少なくとも有する液体燃料、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２０Ａ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。
【００６０】
（副電源部の第２の構成例）
図６は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００６１】
図６（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６（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。
【００６２】
このような副電源部１１Ｂにおいて、例えば、図６（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。
【００６３】
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。
【００６４】
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。
【００６５】
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２０Ａ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。
【００６６】
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。
【００６７】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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により所定の電力を常時、自立的に生成して、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。
【００６８】
（副電源部の第３の構成例）
図７は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００６９】
図７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。
【００７０】
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７（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。
【００７１】
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。
【００７２】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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により所定の電力を常時、自立的に生成して、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。
【００７３】
（副電源部の第４の構成例）
図８は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００７４】
図８（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８（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８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。
【００７５】
このような構成を有する副電源部１１Ｄにおいて、図８（ｃ）に示すように、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料（燃焼ガス）ＦＬがＩ／Ｆ部３０Ａ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。
【００７６】
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８（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。
【００７７】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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により所定の電力を常時、自立的に生成して、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。
【００７８】
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。
【００７９】
（副電源部の第５の構成例）
図９は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００８０】
図９（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８（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９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。
【００８１】
このような構成を有する副電源部１１Ｅにおいて、図９（ｂ）に示すように、例えば、燃料パック２０Ａ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３０Ａ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。
【００８２】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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により所定の電力を常時、自立的に生成して、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。
【００８３】
（副電源部の第６の構成例）
図１０は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００８４】
図１０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２０ＡからＩ／Ｆ部３０Ａ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。
【００８５】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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、所定の電力を常時、自立的に生成して、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。
【００８６】
（副電源部の第７の構成例）
図１１は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【００８７】
図１１（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１１（ｂ）に示すように、燃料パック２０ＡからＩ／Ｆ部３０Ａ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。
【００８８】
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２０Ａを結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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、所定の電力を常時、自立的に生成して、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。
【００８９】
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２０Ａ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。
【００９０】
（副電源部の第８の構成例）
図１２、図１３〜図１５、図１６〜図１８は、それぞれ本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例及び動作状態を示す概略構成図であり、図中の配線に沿った矢印は電流の流れる方向を示す。
図１２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２０Ａ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３０Ａ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。
【００９１】
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、電圧モニタ部１６を介して供給電力の電圧変化を検出することにより、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動開始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。
【００９２】
ここで、デバイスＤＶＣが長時間連続して駆動しているために主発電部１２又は出力制御部１４で消費される電荷蓄積部１８２のチャージがある程度の量まで減少した場合に、主発電部１２が、デバイスＤＶＣ及び電荷蓄積部１８２に電力を供給するように切り替わることで電荷蓄積部１８２が放電しつくさないように制御することができる。また、主発電部１２がデバイスＤＶＣに電力を供給している間も発電装置１８１が継続的に電荷蓄積部１８２にチャージするようにしてもよい。なお、後述する第２の参考実施形態において、副電源部１１として本構成例を適用する場合にあっては、動作制御部１３は、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ＥＬｘを介して受け取ることにより、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動を検出して、上記スイッチ１８３の接続状態を切り替える動作制御信号を出力する。
【００９３】
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。
【００９４】
なお、本構成例に係る副電源部として、図１３〜図１５に示すように、発電装置１８１を省略して、予めチャージアップされたコンデンサからなる電荷蓄積部１８２のみを備えた構成を適用してもよい。
図１３〜図１５において、電荷蓄積部１８２は、正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）からデバイスＤＶＣにコントローラＣＮＴへのコントローラ電力及び負荷ＬＤへの負荷駆動電力を常時供給できる機能に加え、必要に応じてスイッチ１８３ａにより出力制御部１４に電力を供給する機能を有する。
【００９５】
また、コントローラＣＮＴは、デバイスＤＶＣの操作者の操作又は何らかの理由によりデバイスＤＶＣが起動すると、スイッチＬＳがオンして負荷ＬＤに電力を供給させる機能を有する。
動作制御部１３は、電荷蓄積部１８２の電荷の蓄積状態を検知する機能を有し、負荷ＬＤの駆動状態に関わらず、電荷蓄積部１８２の電荷の蓄積量が十分でない場合に限り、スイッチ１８３ａをオンさせて出力制御部１４を駆動させて主発電部１２を起動させる。
【００９６】
このような構成において、図１３では、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤが駆動せず待機状態のためにスイッチＬＳがオフし、電荷蓄積部１８２がコントローラＣＮＴに電力を供給している状況を示している。このとき、電荷蓄積部１８２は、所定量の電力を供給できるだけの電荷を充電しているので、動作制御部１３はスイッチ１８３ａをオフさせている。
【００９７】
また、図１４では、同様に待機状態であるが、動作制御部１３が電荷蓄積部１８２の充電量が所定の量より減ったことを検知して、スイッチ１８３ａをオンした状況を示し、出力制御部１４が、電荷蓄積部１８２からの電力で駆動を開始して、燃料パック２０から主発電部１２に所定の量の燃料等を供給するとともに、主発電部１２のヒータを所定の時間中に所定の温度になるように主発電部１２に電力を供給する。これにより、主発電部１２は電力を発電し、電荷蓄積部１８２は、この電力により電荷を蓄積する充電モードになるとともに、コントローラＣＮＴを駆動し続けるために待機電力放電モードを維持し続ける。そして、この状態から、電荷蓄積部１８２に所定量の電荷が蓄積された場合には、上述した図１３に示したように、動作制御部１３がスイッチ１８３ａをオフ状態に切り替える。
【００９８】
また、図１５では、デバイスＤＶＣの操作者の操作又はその他の何らかの理由によりデバイスＤＶＣが起動することを検知したコントローラＣＮＴにより、スイッチＬＳをオンした状況を示し、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤ及びコントローラＣＮＴでの電力消費に伴い、動作制御部１３が電荷蓄積部１８２に蓄積された電荷量が所定の量より減ったと検知すると、動作制御部１３が起動制御部として機能するスイッチ１８３ａをオンして、出力制御部１４が駆動して主発電部１２を発電させて電荷蓄積部１８２を充電する。そして、電荷蓄積部１８２に電荷が十分に蓄積されれば、動作制御部１３がその状態を検知してスイッチ１８３ａをオフして主発電部１２の発電及び動作制御部１３の駆動を停止させる。
【００９９】
なお、動作制御部１３がスイッチ１８３ａをオンしなければならないと検知したときの電荷蓄積部１８２の充電量に相当するしきい値と、スイッチ１８３ａをオフしなければならないと検知したときの電荷蓄積部１８２の充電量に相当するしきい値と、は互いにほぼ等しくなるように設定してもよく、また、スイッチ１８３ａをオフするときのしきい値が大きくなるように設定してもよい。
【０１００】
このような構成を有する電源システムにおいては、主に、副電源部自体が発電する機能を有していない点、主発電部１２が負荷ＬＤの駆動状況に関わらず電荷蓄積部１８２の充電状態に応じて発電する点、動作制御部１３が電荷蓄積部１８２の充電状態を検知してスイッチ１８３ａを制御している点、電荷蓄積部１８２がデバイスＤＶＣに電力を供給する点で、図１２に示した上述の電源システムとは構成及び機能動作が異なる。そして、このような構造を有していることにより、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴから負荷駆動情報を得ることなく、電荷蓄積部１８２の電荷の蓄積状態のみで主発電部１２が発電及び発電の停止を制御すればよいので、負荷駆動情報を入力するための端子部ＥＬｘが不要となり、二電極端子構造を採用することができるので、一般の電池との互換性に優れているという効果をもたらし、さらに、副電源部としての電荷蓄積部１８２は、主発電部１２が停止している間、継続的に燃料パック２０の燃料を消費して発電することがないので、無駄に燃料パック２０の燃料を浪費しないという効果も有している。また、デバイスＤＶＣもコントローラＣＮＴから電源システムに対して負荷駆動情報を提供する回路を備える必要もないという利点を有している。
【０１０１】
次いで、本構成例に係る電荷蓄積型の副電源部を有するさらに別の電源システムを図１６〜図１８に示す。
図１６〜図１８において、電荷蓄積部１８２は、正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）からデバイスＤＶＣに対して、コントローラＣＮＴへのコントローラ電力を常時供給する機能に加え、必要に応じてスイッチ１８３ｂを介して出力制御部１４に電力を供給して、主発電部１２を駆動させる機能を有する。
【０１０２】
また、コントローラＣＮＴは、デバイスＤＶＣの操作者の操作又は何らかの理由によりデバイスＤＶＣが起動すると、スイッチＬＳがオンして負荷ＬＤに電力を供給させる機能を有する。
動作制御部１３は、電荷蓄積部１８２の電荷の蓄積状態を検知する機能を有し、負荷ＬＤの駆動状態に関わらず、電荷蓄積部１８２の電荷の蓄積量が十分でない場合に限り、スイッチ１８３ｂをオンさせて出力制御部１４を駆動させて主発電部１２で発電させ、また、スイッチ１８３ｃをオンさせて主発電部１２で発生した電力を電荷蓄積部１８２の電力とともに、コントローラＣＮＴへのコントローラ電力及び負荷ＬＤへの負荷駆動電力として出力させる。
【０１０３】
このような構成において、図１６では、デバイスＤＶＣが待機状態において、電荷蓄積部１８２が十分な電荷を蓄積していると動作制御部１３が判断している場合に、動作制御部１３がスイッチ１８３（スイッチ１８３ｂ及びスイッチ１８３ｃ）をオフして、主発電部１２及び出力制御部１４の駆動を停止させ、電荷蓄積部１８２がコントローラＣＮＴに電力を供給している状況を示している。
【０１０４】
また、図１７では、デバイスＤＶＣが待機状態において、電荷蓄積部１８２に蓄積されている電荷が所定量まで減衰し、かつ、負荷ＬＤが駆動していないために減衰の進行が緩やかであると動作制御部１３が判断した場合に、動作制御部１３がスイッチ１８３ｂをオンさせるとともにスイッチ１８３ｃをオンさせて、出力制御部１４へ駆動電力を電荷蓄積部１８２から供給することにより、出力制御部１４及び主発電部１２を駆動させ、主発電部１２で発生した電力で電荷蓄積部１８２に電荷を蓄積する状況を示している。このとき、出力制御部１４は、電荷蓄積部１８２からの電力で駆動を開始して、燃料パック２０から主発電部１２に所定の量の燃料等を供給するとともに、主発電部１２のヒータを所定の時間中に所定の温度になるように主発電部１２に電力を供給する。また、この間、電荷蓄積部１８２は、常にコントローラＣＮＴに電力を供給している。そして、この状態から電荷蓄積部１８２に所定量の電荷が蓄積され場合には、上述した図１６に示したように、動作制御部１３がスイッチ１８３（スイッチ１８３ｂ及びスイッチ１８３ｃ）をオフ状態に切り替える。
【０１０５】
また、図１８では、コントローラＣＮＴがスイッチＬＳをオンして負荷ＬＤが駆動した状態において、電荷蓄積部１８２に蓄積されている電荷が所定量まで減衰し、かつ、負荷ＬＤが駆動していているためにその減衰の進行が早いと動作制御部１３が判断した場合に、動作制御部１３は、スイッチ１８３ｂをオンさせて、出力制御部１４を駆動させて主発電部１２で発電させるとともに、スイッチ１８３ｃをオンさせて、主発電部１２で発生した電力を電荷蓄積部１８２からの電力とともに、コントローラＣＮＴへのコントローラ電力及び負荷ＬＤへの負荷駆動電力として出力する状況を示している。このときの主発電部１２での単位時間当たりに発生する電力量は、図１７に示した電荷蓄積部１８２への電荷蓄積（充電）時より大きくなるように設定してもよい。
【０１０６】
＜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２０Ａ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。主発電部１２の具体的な構成としては、例えば、燃料パック２０Ａ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。
【０１０７】
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（電荷蓄積部１８２）が、デバイスＤＶＣのコントローラ電力や動作制御部１３、出力制御部１４、主発電部１２への動作電力等を供給するものであって、主発電部１２が負荷ＬＤへ負荷駆動電力を供給する場合において、副電源部１１の供給するる電力（第２の電力）と、主発電部１２の供給する電力とはその性質を互いに異にする。
【０１０８】
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１９は、本実施形態に係る発電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２０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２０Ａ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。
【０１０９】
図１９に示すように、主発電部１２Ａは、大別して、燃料パック２０Ａ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又は負荷ＬＤ）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。
【０１１０】
燃料改質部２１０ａは、図２０（ａ）に示すように、概略、燃料パック２０Ａ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出力制御部１４により制御されたヒータで概ね沸点程度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。
【０１１１】
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）
【０１１２】
ここで、図２０（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）
【０１１３】
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）
【０１１４】
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。
【０１１５】
燃料電池本体２１０ｂは、図１９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。また、必要に応じて燃料電池本体２１０ｂで生成された電力の一部が燃料制御部１４ａ及び／又はヒータ制御部１４ｅに供給される。
【０１１６】
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）
【０１１７】
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）
【０１１８】
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２０Ａ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とともに併せて後述する。
【０１１９】
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。
【０１２０】
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。
【０１２１】
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、水素元素を少なくとも含む液体燃料又は液化燃料又は気体燃料であればよい。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。
【０１２２】
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。
【０１２３】
（主発電部の第２の構成例）
図２１は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【０１２４】
図２１（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２１（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。
【０１２５】
このような主発電部１２Ｂにおいて、例えば、図２１（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。
【０１２６】
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２０Ａ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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
（主発電部の第３の構成例）
図２２は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【０１２９】
図２２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。
【０１３０】
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２２（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２２（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２２（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２２（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。
【０１３１】
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。
【０１３２】
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。
【０１３３】
（主発電部の第４の構成例）
図２３は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【０１３４】
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２３（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。
【０１３５】
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。
【０１３６】
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。
【０１３７】
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２３（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。
【０１３８】
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。
【０１３９】
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。
【０１４０】
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２３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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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利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。
【０１４３】
（主発電部の第５の構成例）
図２４は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【０１４４】
図２４（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８（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２４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。
【０１４５】
このような構成を有する主発電部１２Ｅにおいて、図２４（ｂ）に示すように、燃料パック２０Ａ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。
【０１４６】
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。
【０１４７】
（主発電部の第６の構成例）
図２５は、本実施形態に係る発電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２０Ａ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。
【０１４８】
図２５（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。
【０１４９】
このような構成を有する主発電部１２Ｆにおいて、図２５（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。
【０１５０】
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。
【０１５１】
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。
【０１５２】
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２０Ａ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。
【０１５３】
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、上述した副電源部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。
【０１５４】
＜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、上述した副電源部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）の駆動状態に応じて変化する供給電力の電圧成分（出力電圧）の変化に関する情報（具体的には、後述する電圧モニタ部１６からの検出電圧）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。
【０１５５】
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、副電源部１１により生成された電力で駆動しており、デバイスＤＶＣに供給されるコントロール電力の電圧変化から負荷ＬＤの起動命令情報を検出した場合に、後述する起動制御部１５に対して、出力制御部１４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、デバイスＤＶＣ（コントローラＣＮＴ）に供給されるコントロール電力の電圧変化から負荷ＬＤの駆動に必要な電力と主発電部１２から負荷ＬＤに出力される電力との間に差が生じている情報を検出した場合には、後述する出力制御部１４に対して、主発電部１２により生成され、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に供給される負荷駆動電力が、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）。
【０１５６】
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の電圧変化が、上記フィードバック制御に係る所定の電圧範囲を逸脱して過剰となる状態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の動作を停止させるための動作制御信号を出力する（緊急停止制御）。
また、動作制御部１３は、主発電部１２が動作している状態で、デバイスＤＶＣに供給されるコントロール電力の電圧変化から負荷ＬＤの駆動停止命令情報を検出した場合に、起動制御部１５に対して出力制御部１４の駆動を停止するための動作制御信号を出力する（通常停止制御）。
【０１５７】
なお、電源システム１の外形形状として、後述するように、汎用の化学電池と同様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からなる供給電力を供給するとともに、該供給電力の電圧成分の変動を電圧モニタ部１６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。また、デバイスＤＶＣが、コントローラＣＮＴからデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態に関する負荷駆動情報を出力できる構造であれば、電源システム１は、正極と負極の端子電極以外に、負荷駆動情報を入力するための端子が設けられていてもよい。
【０１５８】
＜出力制御部１４＞
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、上述した副電源部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。
【０１５９】
出力制御部１４は、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や、主発電部１２等に設けられたヒータの温度を調整するヒータ温度調整手段等を備え、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）の供給及び主発電部１２等の各種反応を促進するためのヒータの温度の最適化のために、動作制御信号に基づいて流量調整手段及びヒータ温度調整手段を制御する。
【０１６０】
なお、図２６は、本実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの一具体例の要部構成を示すブロック図である。
すなわち、上述した実施形態において、主発電部１２として上述した第１の構成例（図１９参照）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２６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。
【０１６１】
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２０Ａから取り込んで燃料改質部２１０ａにより水素ガス（Ｈ２）に改質して、燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１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）や出力電圧が制御される。
【０１６２】
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２６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。
【０１６３】
＜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、上述した副電源部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。
【０１６４】
具体的には、図２６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、出力制御部１４の燃料制御部１４ａに対して、副電源部１１から出力される起動電力を供給するとともに、出力制御部１４のヒータ制御部１４ｅに対して、副電源部１１から出力される起動電力を供給する。これにより燃料制御部１４ａは燃料改質部２１０ａへの燃料等の供給量を制御し、ヒータ制御部１４ｅは、燃料改質部２１０ａのヒータに供給する電力量を調節することによりこのヒータの温度を制御することができる。燃料改質部２１０ａは、内部で燃料等から改質された水素ガス（Ｈ２）を燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１に供給し、さらに、空気制御部１４ｂが空気極２１２に酸素ガス（Ｏ２）を供給することにより、燃料電池本体２１０ｂを自動的に起動させて、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。
【０１６５】
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、空気制御部１４ｂ及びヒータ制御部１４ｅ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、副電源部１１、及び、該副電源部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、後述する電圧モニタ部１６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。
【０１６６】
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、室温で発電可能な燃料直接供給方式の燃料電池を適用する場合、主発電部１２内のヒータや燃料改質部２１０ａやヒータ制御部１４ｅが不要となり、発電用燃料の供給、遮断を制御するだけで、主発電部１２の発電する電力量を制御することができるので、起動制御部１５は、出力制御部１４の燃料制御部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。
【０１６７】
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２６に示した構成においては、燃料制御部１４ａ）には、副電源部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電源部１１から供給される電力のみでは十分でない場合には、副電源部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２６中、点線矢印参照）。
【０１６８】
このとき、電源システムとして、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に対して負荷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ＤＶＣ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２６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。
【０１６９】
＜電圧モニタ部１６＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される電圧モニタ部１６は、図３、図４に示したように、上述した主発電部１２により生成され、電源システムに設けられた電極端子ＥＬ（詳しくは、後述する正極端子及び負極端子、あるいは、その他の端子）を介して出力される出力電力、すなわち、電極端子ＥＬに接続されたデバイスＤＶＣに対して供給される供給電力によって駆動するデバイスＤＶＣの駆動状況（容量の増減）に応じて変位した電圧成分を検出して動作制御部１３に出力する。
【０１７０】
具体的には、電圧モニタ部１６は、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤが駆動していない状態においては、副電源部１１により生成され、電極端子ＥＬを介してデバイスＤＶＣ（コントローラＣＮＴ）に供給されるコントローラ電力の電圧成分変化を検出し、一方、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤが駆動している状態においては、実質的に、主発電部１２により生成され、電極端子ＥＬを介してデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に供給される負荷駆動電力の電圧成分変化を検出する。これにより、動作制御部１３は、該検出電圧に基づいて、後述する電源システムの起動制御、フィードバック制御、停止制御等を実行する。したがって、本実施形態においては、副電源部１１又は主発電部１２により生成され、デバイスＤＶＣに供給されるコントローラ電力又は負荷駆動電力の各々が、電圧モニタ部１６により電圧検出される対象（モニタ電圧）となる。
【０１７１】
（Ｂ）燃料パック
本発明に係る電源システムに適用される燃料パック２０Ａ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３に示したように、発電モジュール１０Ａに対して、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬは、後述するＩ／Ｆ部３０Ａに設けられた燃料送出経路を介して発電モジュール１０Ａ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）に応じた所定の電圧特性を有する電力（第１の電力）を発生するために必要な量の発電用燃料ＦＬが、主発電部１２に随時供給される。
【０１７２】
また、副電源部１１として、上述したように、燃料パック２０Ａ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３０Ａを介して副電源部１１に常時供給される。
【０１７３】
特に、電源システム１として、発電モジュール１０Ａと燃料パック２０Ａ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２０Ａが発電モジュール１０Ａに結合された状態でのみ、発電モジュール１０Ａに発電用燃料ＦＬを供給する。この場合、燃料パック２０Ａは、発電モジュール１０Ａ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２０Ａ外部に漏出しないように、例えば、燃料パック２０Ａ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３０Ａを介して発電モジュール１０Ａに結合されることにより、Ｉ／Ｆ部３０Ａ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２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬをＩ／Ｆ部３０Ａを介して発電モジュール１０Ａに供給する。
【０１７４】
なお、このような構成を有する燃料パック２０Ａにおいては、燃料パック２０Ａ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１０Ａから燃料パック２０Ａ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２０Ａ単独での持ち運びが可能となる。
【０１７５】
ここで、燃料パック２０Ａ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２０Ａ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。
【０１７６】
また、燃料パック２０Ａ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２０Ａ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２０Ａ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。
【０１７７】
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２０Ａ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。
【０１７８】
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２０Ａ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１０Ａ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、発電モジュール１０Ａ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。
【０１７９】
このような構成を有する燃料パック２０Ａ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２０Ａ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。
【０１８０】
また、燃料パック２０Ａを発電モジュール１０Ａ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ＦＬの残量が減少、又は、なくなった場合には、燃料パック２０Ａへの発電用燃料ＦＬの補充や燃料パック２０Ａ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２０Ａや発電モジュール１０Ａ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１０Ａに対して、新たな燃料パック２０Ａ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。
【０１８１】
なお、発電モジュール１０Ａ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可能性がある場合等には、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２０Ａ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２０Ａは、発電モジュール１０Ａから取り外された状態では、燃料パック２０Ａ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２０Ａ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。
【０１８２】
（Ｃ）Ｉ／Ｆ部３０
本発明に係る電源システムの一例として適用されるＩ／Ｆ部３０Ａは、図２に示したように、少なくとも、発電モジュール１０Ａと燃料パック２０Ａを物理的に結合するとともに、燃料パック２０Ａ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１０Ａ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１０Ａと燃料パック２０Ａが着脱可能な構成を適用した場合にあっては、Ｉ／Ｆ部３０Ａは、図６６に示すように、上記燃料送出経路に加え、燃料パック２０Ａに設けられた燃料漏出防止手段（燃料供給弁２４Ａ）の漏出防止機能を解除する漏出防止解除手段（燃料送出管５２ｆ）を備えている。さらに、Ｉ／Ｆ部３０Ａは、後述するように、発電モジュール１０Ａ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２０Ａ内に送出するための副生成物回収経路５２ｅを設けた構成を有している。
【０１８３】
Ｉ／Ｆ部３０Ａは、具体的には、燃料送出経路を介して、燃料パック２０Ａ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１０Ａ（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１０Ａと燃料パック２０ＡがＩ／Ｆ部３０Ａ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２０Ａ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１０Ａに常時供給可能な状態にあり、一方、発電モジュール１０Ａと燃料パック２０ＡがＩ／Ｆ部３０Ａ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２０Ａが発電モジュール１０Ａに結合されることにより、燃料パック２０Ａ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１０Ａに発電用燃料ＦＬが供給可能な状態となる。
【０１８４】
なお、発電モジュール１０Ａと燃料パック２ＡがＩ／Ｆ部３０Ａ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ＤＶＣに装着するか否かに関わらず、常時発電用燃料ＦＬが発電モジュール１０Ａに供給され、副電源部１１において電力の生成が行われる場合、発電用燃料の効率的な消費が図れないことがある。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３０Ａ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、発電用燃料の効率的な消費を実現することができる。
【０１８５】
＜第１の参考実施形態の全体動作＞
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２７は、本実施形態に係る電源システムの概略動作を示すフローチャートである。また、図２８は、本実施形態に係る電源システムの初期動作（待機状態）を示す動作概念図であり、図２９は、本実施形態に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図であり、図３０は、本実施形態に係る電源システムの定常動作（定常状態）を示す動作概念図であり、図３１は、本実施形態に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３、図４）を適宜参照しつつ、動作を説明する。
【０１８６】
本実施形態に係る構成を有する電源システム１は、図２７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、電極端子ＥＬ（詳しくは、図２８〜図３１に示す正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−））を介して、デバイスＤＶＣ（コントローラＣＮＴ）に出力する初期動作（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）と、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの駆動（無→有への変化）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）を生成し、電極端子ＥＬ（ＥＬ（＋）、ＥＬ（−））を介して、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に出力する起動動作（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に供給する発電用燃料ＦＬの量を調整し、負荷の駆動状態に応じた電圧成分を有する電力（第１の電力）を生成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（有→無への変化）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（第１の電力）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。
【０１８７】
以下、各動作について、図２８〜図３１を参照して詳しく説明する。
（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ＤＶＣ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、図２８に示すように、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）Ｅ１が自立的に生成、出力されて、動作制御部１３及びコントローラＣＮＴの各々に、継続的に供給される（ステップＳ１０２）。
【０１８８】
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、図２８に示すように、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）Ｅ１が自立的に生成、出力されて、動作制御部１３、電圧モニタ部１６及びコントローラＣＮＴに継続的に供給される（ステップＳ１０２）。
なお、上記いずれの場合においても、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及び電圧モニタ部１６の動作電力となる電力のみが出力される。
【０１８９】
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、発電モジュール１０Ａの動作制御部１３、電圧モニタ部１６及びデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴのみが動作状態になる待機状態に移行する。この待機状態においては、正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）を介してデバイスＤＶＣ（コントローラＣＮＴ）に供給される供給電力（コントローラ電力；電力Ｅ１の一部）が待機状態での動作制御部１３、電圧モニタ部１６及びデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴでわずかに消費され、消費によりわずかに降下した電圧Ｖddが電圧モニタ部１６により随時検出され、動作制御部１３により当該電圧Ｖddの変化が監視される。また、コントローラＣＮＴによりデバイスＤＶＣの負荷ＬＤの駆動状態が制御される。
【０１９０】
（Ｂ）起動動作
次いで、起動動作においては、図２９に示すように、負荷ＬＤを駆動するための操作、例えば、デバイスＤＶＣのユーザーが、デバイスＤＶＣに設けられた電源スイッチＰＳ等を操作する（オン状態にする）ことにより、コントローラＣＮＴが負荷ＬＤへの電力を供給するスイッチＬＳを導通状態に制御すると、上記待機状態において、コントローラＣＮＴに供給されていた供給電力（コントロール電力）の一部が負荷ＬＤに供給されるため、供給電力の電圧Ｖddの急激な低下が生じる。
【０１９１】
動作制御部１３は、電圧モニタ部１６を介して電圧Ｖddの急激な変化を検出すると（ステップＳ１０３）、起動制御部１５に対して主発電部における発電動作を開始（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（あるいは、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（電力Ｅ２）を起動電力として供給することにより（ステップＳ１０５）、燃料パック２０Ａ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）を生成、出力する。該負荷駆動電力は、上述した副電源部１１により生成されるコントローラ電力とともに、正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）を介して、供給電力として出力され、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴ及び負荷ＬＤに供給される（ステップＳ１０６）。
【０１９２】
したがって、主発電部１２により生成された負荷駆動電力がデバイスＤＶＣに供給されることにより、供給電力の電圧Ｖddは、低下した状態から徐々に上昇して、負荷ＬＤの起動に適した電圧まで上昇することになる。すなわち、負荷ＬＤの駆動に対して、発電用燃料ＦＬが自動的に供給されて主発電部１２が発電動作を開始し、所定の電圧Ｖddを有する負荷駆動電力がデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に自立的に供給されるので、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。
【０１９３】
（Ｃ）定常動作
次いで、定常動作においては、図３０に示すように、動作制御部１３は、電圧モニタ部１６を介して、デバイスＤＶＣに供給される供給電力の電圧Ｖddの変化（実質的には、負荷駆動電力の電圧変化）を随時監視し（ステップＳ１０７）、該供給電力の電圧が所定の規定値に基づく電圧範囲（例えば、汎用の化学電池における出力電圧の変動範囲）を逸脱するような電圧Ｖddの変化を検出した場合には、電圧Ｖddが上記電圧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（ステップＳ１０８）。
【０１９４】
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に供給される供給電力（負荷駆動電力）の電圧Ｖdd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（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）が変化した場合であっても、供給電力の電圧を負荷ＬＤの駆動状態に応じた適切な電圧範囲に収束するように制御することができるので、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の消費電力に対応した電力を供給することができる。
【０１９５】
（Ｄ）停止動作
次いで、上述した定常動作において、供給電力の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した場合、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に供給される供給電力（負荷駆動電力）の電圧Ｖddが所定の電圧範囲を逸脱する状態が、電圧モニタ部１６を介して動作制御部１３により、所定時間継続して検出される。動作制御部１３は、この電圧範囲及び継続時間の条件を満たしたと判定した場合には（ステップＳ１１１）、供給電力の電圧異常として扱い、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することにより（ステップＳ１１３）、主発電部１２における発電動作を停止して、デバイスＤＶＣへのコントローラ電力以外の電力（負荷駆動電力）の供給を停止する（ステップＳ１１４）。
【０１９６】
すなわち、例えば、デバイスＤＶＣのユーザーが、電源スイッチＰＳ等を操作する（オフ状態にする）ことにより、コントローラＣＮＴが負荷ＬＤへの電力を供給するスイッチＬＳを遮断状態に制御することにより負荷ＬＤを停止する場合、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、負荷が無くなった場合（消滅した場合）には、上述した定常動作において、供給電力の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、該電圧範囲を大きく逸脱する状態が発生するため、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。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ＦＬ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。
【０１９７】
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）の駆動状態に応じて、所定の負荷駆動電力となる電力の供給、停止制御、及び、該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。
【０１９８】
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。
【０１９９】
［第２の参考実施形態］
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の参考実施形態について、図面を参照して説明する。
図３２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の参考実施形態を示すブロック図であり、図３３は、本実施形態に係る電源システム(発電モジュール)とデバイスとの電気的な接続関係を示す概略図である。ここで、上述した第１の参考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】
図３２に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｂは、大別して、上述した第１の参考実施形態（図３参照）と同様の機能を有する副電源部（第２の電源手段）１１と、主発電部（第１の電源手段）１２と、動作制御部１３と、出力制御部１４と、起動制御部１５と、電圧モニタ部（電圧検出部）１６に加え、電源システムが接続されるデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴとの所定の情報の通知を行うための端子部ＥＬｘを備えた構成を有している。すなわち、本実施形態において、電源システムは、少なくとも、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴから通知される、負荷ＬＤの駆動状態に応じた負荷駆動情報（電力要求）に基づいて、発電モジュール１０Ｂ（特に、主発電部１２）における発電状態を制御するように構成されている。
【０２０１】
また、本実施形態において、電源システムに接続されるデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴは、負荷ＬＤの駆動状態に応じて電源システムに負荷駆動情報（電力要求）を通知するとともに、該電力要求に基づく電源システムの発電状態を示す発電動作情報（電圧成分に関する情報、起動動作終了情報、動作停止情報）に応じて、負荷ＬＤの駆動状態を制御する負荷駆動制御手段としての機能を備えている。
【０２０２】
なお、本実施形態に係る電源システムにおいても、図３３に示すように、副電源部１１及び主発電部１２の各々から出力されるコントローラ電力及び負荷駆動電力からなる供給電力が、単一の電極端子ＥＬを介してデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴ及び負荷ＬＤに共通に供給され、この供給電力（実質的には、負荷駆動電力）の電圧成分が電圧モニタ部１６により随時検出されて、動作制御部１３により監視されるように構成されている。
【０２０３】
＜第２の参考実施形態の全体動作＞
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３４は、第２の参考実施形態に係る電源システムの概略動作を示すフローチャートである。また、図３５は、本実施形態に係る電源システムの初期動作（待機状態）を示す動作概念図であり、図３６、図３７は、本実施形態に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図であり、図３８、図３９は、本実施形態に係る電源システムの定常動作（定常状態）を示す動作概念図であり、図４０、図４１、図４２は、本実施形態に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３２、図３３）を適宜参照しつつ、動作を説明する。
【０２０４】
本実施形態においては、発電モジュール１０Ｂに設けられた動作制御部１３が、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴから通知される負荷の駆動制御に関する負荷駆動情報を、正極端子ＥＬ（＋）、負極端子ＥＬ（−）以外の端子部ＥＬｘを介して受け取ることにより、以下に示す一連の動作制御を実行する。なお、以下に説明する本実施形態の全体動作に加えて、上述した第１の参考実施形態の全体動作の全て、又は、その一部の動作のみを同時並行的に実行するようにしてもよい。
【０２０５】
すなわち、本実施形態に係る構成を有する電源システム１は、図３４に示すように、上述した第１の参考実施形態と同様に、大別して、副電源部１１により動作制御部１３の動作電力及びコントローラＣＮＴの駆動電力（コントローラ電力）となる電力を常時継続的に生成、出力する初期動作（ステップＳ２０１、Ｓ２０２）と、負荷ＬＤの駆動に基づいて、主発電部１２及び出力制御部１４に起動電力を供給して、負荷駆動電力となる電力を生成、出力する起動動作（ステップＳ２０３〜Ｓ２０６）と、負荷ＬＤの駆動状態の変化に基づいて、主発電部１２に供給する発電用燃料ＦＬの量を調整して、負荷の駆動状態に応じた電力（負荷駆動電力）を生成、出力する定常動作（ステップＳ２０７〜Ｓ２１０）と、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、負荷駆動電力となる電力の生成を停止する停止動作（ステップＳ２１１〜Ｓ２１４）と、を実行するように制御される。
【０２０６】
（Ａ）初期動作
まず、初期動作においては、図３５に示すように、第１の参考実施形態と同様に、燃料パック２０Ｂに封入された発電用燃料がＩ／Ｆ部３０Ｂに設けられた燃料送出経路を介して、発電モジュール１０Ｂの副電源部１１に自動的に供給され（ステップＳ２０１）、副電源部１１において動作電力及びコントローラ電力となる電力（第２の電力）Ｅ１が自立的に生成、出力されて、動作制御部１３に動作電力が継続的に供給されるとともに、電源システムがデバイスＤＶＣに接続されることにより、電源システムに設けられた正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）を介して、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴにコントローラ電力が供給電力（電圧Ｖｓ）として供給される（ステップＳ２０２）。これにより、発電モジュール１０Ａの動作制御部１３及びデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴのみが動作状態にある待機状態に移行する。この待機状態においては、動作制御部１３は、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴから負荷の駆動状態に応じて通知される負荷駆動情報（後述する各種電力要求）を常時監視する。
【０２０７】
（Ｂ）起動動作
次いで、起動動作においては、まず、図３６に示すように、例えば、デバイスＤＶＣのユーザーが、デバイスＤＶＣに設けられた電源スイッチＰＳ等を操作する（オン状態にする）ことにより、コントローラＣＮＴから端子部ＥＬｘを介して、発電モジュール１０Ｂ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、コントローラＣＮＴからの負荷駆動情報を受け取ると（ステップＳ２０３）、起動制御部１５に対して主発電部１２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Ｓ２０４）。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（あるいは、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（電力Ｅ２）を起動電力として供給することにより（ステップＳ２０５）、燃料パック２０Ｂ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）を生成、出力する。該負荷駆動電力は、上述した副電源部１１により生成されるコントローラ電力とともに、正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）を介して、供給電力としてデバイスＤＶＣに供給される（ステップＳ２０６）。このとき、デバイスに供給される供給電力の電圧は、上述した待機状態における電圧Ｖｓから徐々に上昇するように変化する。
【０２０８】
ここで、上述した起動動作において、図３６に示すように、動作制御部１３は、ステップＳ２０４において主発電部１２を起動するための動作制御信号を出力する際に、電圧モニタ部１６を正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）間に接続するように、スイッチＭＳを導通状態に制御することにより、主発電部１２により生成、出力され、デバイスＤＶＣに供給される供給電力（実質的に負荷駆動電力）の電圧変化を電圧モニタ部１６を介して随時検出する。そして、動作制御部１３は、図３７に示すように、電圧モニタ部１６により検出された供給電力の電圧データそのものを随時、もしくは、上記電力供給要求に基づく所定の電圧Ｖａに到達したことを示す起動動作終了信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。コントローラＣＮＴは、動作制御部１３から通知される発電動作情報に基づいて、正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）を介して供給される供給電力の電圧が、負荷ＬＤの駆動に適した電圧Ｖａに達した場合には、スイッチＬＳを導通状態に制御して、電源システムからの供給電力（負荷駆動電力）を供給して負荷ＬＤを駆動する。
【０２０９】
（Ｃ）定常動作
次いで、定常動作においては、図３８に示すように、第１の参考実施形態に示したステップＳ１０７〜Ｓ１１０と同様に、動作制御部１３は、電圧モニタ部１６を介して、デバイスＤＶＣに供給される供給電力の電圧Ｖａの変化（実質的には、負荷駆動電力の電圧変化）を随時監視し、該供給電力の電圧が所定の規定値に基づく電圧範囲内に設定されるようにフィードバック制御を実行する。
【０２１０】
また、このような定常動作において、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴにより、負荷ＬＤの新たな駆動状態が制御、把握されると、図３９に示すように、該負荷ＬＤの駆動状態に応じた新たな電力（例えば、電圧Ｖｂを有する供給電力）の供給を要求する電力変更要求信号が負荷駆動情報として、端子部ＥＬｘを介して動作制御部１３に出力される。動作制御部１３は、該負荷駆動情報を受け取ると（ステップＳ２０７）、起動制御部１５に対して主発電部１２により生成、出力される電力を、上記負荷ＬＤの新たな駆動状態に対応した負荷駆動電力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Ｓ２０８）。
【０２１１】
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の量やヒータの加熱時間、加熱温度を調整して（ステップＳ２０９）、デバイスＤＶＣに供給される供給電力（負荷駆動電力）が、上記負荷ＬＤの新たな駆動状態に対応した電圧を有するように制御する（ステップＳ２１０）。すなわち、動作制御部１３は、電力変更要求信号を受け取ることにより、上記フィードバック制御に係る電圧範囲を設定するための規定値を電力変更要求信号に基づく電圧Ｖｂに変更して、該変更された電圧範囲に対応する電圧を有する負荷駆動電力が生成されるように主発電部１２における発電量を制御する。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、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の消費電力に対応した電力を供給して、負荷ＬＤを良好に駆動させることができるとともに、負荷ＬＤの駆動状態の変化に伴う供給電力の大幅な電圧変化が抑制されるので、デバイスＤＶＣにおける動作異常の発生等を抑制することができる。
【０２１２】
（Ｄ）停止動作
次いで、上述した定常動作において、図４０に示すように、第１の参考実施形態に示したステップＳ１１１〜Ｓ１１４と同様に、供給電力の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（例えば、負荷ＬＤに負荷駆動電力を供給するスイッチＬＳが遮断制御される）ことにより、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ことにより、供給電力の電圧Ｖａが所定の電圧範囲を逸脱する状態が、所定時間継続して検出された場合には、動作制御部１３は、供給電力の電圧異常として扱い、動作制御信号を出力制御部１４に出力することにより、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給を遮断等して、主発電部１２における発電動作を停止制御する（自動電源遮断（オートパワーオフ）動作）。
【０２１３】
また、定常動作において、図４１に示すように、例えば、デバイスＤＶＣのユーザーが、電源スイッチＰＳ等を操作する（オフ状態にする）ことにより、コントローラＣＮＴが負荷ＬＤへの電力を供給するスイッチＬＳを遮断状態に制御することにより負荷ＬＤを停止する場合、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、負荷が無くなった場合（消滅した場合）には、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴにより、負荷ＬＤの駆動停止が制御、把握されて、電源システムからの供給電力（負荷駆動電力）の供給停止を要求する電力停止要求信号が負荷駆動情報として、端子部ＥＬｘを介して動作制御部１３に出力される。動作制御部１３は、該負荷駆動情報を受け取ると（ステップＳ２１１）、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Ｓ２１２）。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することにより（ステップＳ２１３）、主発電部１２における発電動作を停止して、デバイスＤＶＣへのコントローラ電力以外の電力（負荷駆動電力）の供給を停止する（ステップＳ２１４）。
【０２１４】
そして、上述した図４０又は図４１に示した停止動作において、動作制御部１３は、例えば、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することにより、あるいは、主発電部１２の停止により減衰する供給電力（実質的に負荷駆動電力）の電圧変化を電圧モニタ部１６を介して随時検出することにより、主発電部１２の停止を把握した場合には、図４２に示すように、スイッチＭＳを遮断状態に制御することにより、電圧モニタ部１６を正極端子ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）間から電気的に切り離すとともに、主発電部１２における発電動作が停止したことを示す電源遮断通知信号（オートパワーオフ通知信号）又は動作停止信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。これにより、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの駆動停止等に対して、発電用燃料の供給が遮断されて主発電部１２が自動的に停止して、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給が停止されて、電源システム１及びデバイスＤＶＣが上述した待機状態に復起する。
【０２１５】
このように、本実施形態に係る電源システムによれば、上述した第１の参考実施形態と同様に、電源システムに接続されるデバイス（負荷）の駆動状態に応じて、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とともに、特に、デバイスＤＶＣが正常に駆動する動作状態の期間のみ主発電部１２を発電動作させることができるので、発電用燃料を効率的に消費して、長期にわたって起電力を維持することができる。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。
【０２１６】
なお、本実施形態においては、デバイスＤＶＣから電源システムに対して負荷駆動情報を通知するとともに、電源システムからデバイスＤＶＣに対して発電動作情報を通知する双方向の情報通知を行う場合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、少なくとも、デバイスＤＶＣから電源システムに対して負荷駆動情報を通知する片方向の情報通知を行うことにより、電源システム（発電モジュール）において、負荷の駆動状態に応じた負荷駆動電力を生成して出力するものであってもよい。
【０２１７】
［第３の参考実施形態］
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の参考実施形態について、図面を参照して説明する。
図４３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の参考実施形態を示すブロック図である。ここでは、上述した第２の参考実施形態と同様に、端子部ＥＬｘを介して、電源システムが接続されるデバイスとの間で所定の情報の通知を行う構成を有する場合について示すが、第１の参考実施形態と同様に、デバイスと電極端子（正極端子及び負極端子）のみを介して接続され、デバイスとの間で特別な通知を行わない構成を有するものであってもよいことはいうまでもない。また、上述した第１の参考実施形態又は第２の参考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。
【０２１８】
上述した第１の参考実施形態及び第２の参考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１０Ｃ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の化合物として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水素や水素化合物等の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。
【０２１９】
具体的には、図４３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２の参考実施形態（図３２参照）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、電圧モニタ部１６と、電極部ＥＬｘ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の全部又はその一部（これらを便宜的に「排出燃料ガス」と記す）が、発電モジュール１０Ｃ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。
【０２２０】
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の参考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燃料ガスを生成する構成（例えば、上述した第１の参考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。
【０２２１】
また、主発電部１２として、上述した第１の参考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。
【０２２２】
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からの排出燃料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。
【０２２３】
［第４の参考実施形態］
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４の参考実施形態について、図面を参照して説明する。図４４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４の参考実施形態を示すブロック図である。ここでは、上述した第２の参考実施形態及び第３の参考実施形態と同様に、電源システムが接続されるデバイスとの間で所定の情報の通知を行う構成を有する場合について示すが、デバイスとの間で特別な通知を行わない構成（第１の参考実施形態に示した構成）を有するものであってもよい。また、上述した第１の参考実施形態乃至第３の参考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。
【０２２４】
上述した第１の参考実施形態乃至第３の参考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２０Ａ、Ｂ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。
【０２２５】
具体的には、図４４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２の参考実施形態（図３２参照）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、電圧モニタ部１６と、電極部ＥＬｘと、を備えるとともに、燃料パック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１１を備えた構成を有している。
副電源部１１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。
【０２２６】
以下に、副電源部１１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４５は、本実施形態に係る発電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。
【０２２７】
図４５（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。
【０２２８】
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の参考実施形態における第４の構成例（図８（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。
【０２２９】
このような構成を有する副電源部１１Ｓにおいて、図４５（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。
【０２３０】
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、負荷駆動電力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。
【０２３１】
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。
【０２３２】
（非燃料型副電源部の第２の構成例）
図４６は、本実施形態に係る発電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。
【０２３３】
図４６（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。
【０２３４】
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４６（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。
【０２３５】
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４６（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。
【０２３６】
＜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４７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。ここでも、上述した第２の参考実施形態乃至第４の参考実施形態と同様に、電源システムが接続されるデバイスとの間で所定の情報の通知を行う構成を有する場合について示すが、デバイスとの間で特別な通知を行わない構成（第１の参考実施形態に示した構成）を有するものであってもよい。また、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。
【０２３７】
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。
【０２３８】
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４７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、例えば、発電モジュール１０Ｅ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１７が設けられているとともに、燃料パック２０Ｅ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。
【０２３９】
分離回収部１７は、上述した各構成例に示した構成を有し、燃料パック２０Ｅ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３０Ｅに設けられた副生成物回収経路を介して、燃料パック２０Ｅ内に設けられた回収保持部２１に送出する。
【０２４０】
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１７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１７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。
【０２４１】
また、回収保持部２１は、燃料パック２０Ｅの内部、又は、その一部に設けられ、燃料パック２０Ｅが発電モジュール１０Ｅに結合された状態においてのみ、上記分離回収部１７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２０Ｅが発電モジュール１０Ｅ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２０Ｅが発電モジュール１０Ｅ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２０Ｅ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。
【０２４２】
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１７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。
【０２４３】
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。
【０２４４】
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、主発電部１２として、図１９に示したような燃料改質方式の燃料電池を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（上記化学反応式（１）〜（３）参照）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（上記化学反応式（６）、（７）参照）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１７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２０Ｅ内の回収保持部２１に送出され、不可逆的に保持される。
【０２４５】
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１７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。
【０２４６】
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１７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１７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２０Ｅ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。
【０２４７】
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１０Ｅ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２０Ｅ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２０Ｅ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。
【０２４８】
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４８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。
【０２４９】
図４８（ａ）に示すように、本実施例に係る燃料パック２０Ｅ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１７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１７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。
【０２５０】
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２０ＥがＩ／Ｆ部３０Ｅを介して発電モジュール１０Ｅ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。
【０２５１】
このような構成を有する燃料パック２０Ｅにおいて、図４８（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１０Ｅ（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１７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。
【０２５２】
これにより、図４８（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。
【０２５３】
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４８（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１０Ｅへの発電用燃料ＦＬの供給を適切に行うことができ、図４８（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。
【０２５４】
なお、本実施例においては、発電モジュール１０Ｅに付設された分離回収部１７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２０Ｅ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１０Ｅ（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４７中、点線矢印（「再利用回収物」と表記）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２０Ｅ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２０Ｅ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。
【０２５５】
＜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４９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。また、図５０は、本実施例に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図であり、図５１は、本実施例に係る電源システムの定常動作（定常状態）を示す動作概念図であり、図５２は、本実施例に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。ここでも、上述した第２の参考実施形態乃至第４の参考実施形態と同様に、電源システムが接続されるデバイスとの間で所定の情報の通知を行う構成を有する場合について示すが、デバイスとの間で特別な通知を行わない構成（第１の参考実施形態に示した構成）を有するものであっても適用することができる。また、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。
【０２５６】
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４９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、発電モジュール１０Ｆ内又はＩ／Ｆ部３０Ｆ内もしくは燃料パック２０Ｆ内のいずれか（ここでは、発電モジュール１０Ｆ内）に、燃料パック２０Ｆ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１８が設けられた構成を有している。
【０２５７】
残量検出部１８は、燃料パック２０Ｆ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２０Ｆ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。そして、残量検出部１８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を出力する。なお、残量検出部１８は、発電用燃料ＦＬが封入された燃料パック２０Ｆが、発電モジュール１０Ｆ及びＩ／Ｆ部３０Ｆに結合する度に、副電源部１１からの電力により駆動する。
【０２５８】
このような構成を有する電源システムにおいては、基本的には、上述した第２の参考実施形態（第１の参考実施形態における動作制御を同時並列的に実行した場合を含む）と同等の動作制御を適用することができるが、これに加えて、以下に示すような本実施例特有の動作制御を適用することができる。
まず、第１の参考実施形態又は第２の参考実施形態に示した全体動作（図２７、図３４参照）の起動動作において、動作制御部１３は、電圧モニタ部１６を介して供給電力の電圧変化を検出した場合、又は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴから通知される、電力供給を要求する負荷駆動情報を受け取った場合には、起動制御部１５に対して主発電部１２を起動するための動作制御信号を出力する動作（ステップＳ１０４又はＳ２０４）に先立って、残量検出部１８からの残量検出信号を参照し、主発電部１２を正常に起動可能な量の発電用燃料ＦＬが残存しているか否かを判断する。
【０２５９】
動作制御部１３は、上記残量検出信号に基づいて、主発電部１２の起動動作に必要な十分な量の発電用燃料が燃料パック２０Ｆに残存していると判断した場合には、上述した第１の参考実施形態又は第２の参考実施形態に示した起動動作（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６又はＳ２０４〜Ｓ２０６）を実行して、主発電部１２により負荷駆動電力を生成して、所定の供給電力をデバイスＤＶＣに供給する。
【０２６０】
一方、動作制御部１３は、図５０に示すように、上記残量検出信号に基づいて、起動動作に必要な十分な量の発電用燃料が燃料パック２０Ｆに残存していないと判断した場合（残量異常を検出した場合）には、該残量異常に基づく起動異常信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。これにより、コントローラＣＮＴは、デバイスＤＶＣのユーザーに残量異常に関する情報を通知して、電源システムの交換や発電用燃料の補充等の適切な対処を講じるように促すことができる。
【０２６１】
また、第１の参考実施形態又は第２の参考実施形態に示した全体動作（図２７、図３４参照）の定常動作において、動作制御部１３は、図５１に示すように、残量検出部１８を介して検出される残量検出信号（残量）を逐次監視し、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の残量情報信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。
【０２６２】
ここで、動作制御部１３は、図５１に示すように、残量検出部１８を介して検出された発電用燃料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、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に供給する発電用燃料の量を減少するように調整して、主発電部１２により生成される負荷駆動電力（実質的には、デバイスＤＶＣに供給される供給電力の電圧）を経時的に徐々に変化（低下）させるように制御してもよい。
【０２６３】
これにより、コントローラＣＮＴは、残量情報信号や供給電力の電圧変化に基づいて、電源システムにおける発電用燃料の残量やデバイスＤＶＣの駆動可能推定時間を正確に把握して、ユーザーに電源システムの交換や発電用燃料の補充等を促す通知を行うことができるので、例えば、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、デバイスのユーザー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、汎用の化学電池を既存のデバイスの動作電力として適用した場合と略同等の使用形態を実現することができる。
【０２６４】
さらに、この定常動作において、供給電力（主発電部１２により生成される負荷駆動電力）のフィードバック制御中に、動作制御部１３は、図５２に示すように、残量検出部１８により発電用燃料ＦＬの残量の急激な減少等の残量異常を検出した場合には、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に対して出力することにより、主発電部１２への発電用燃料の供給を遮断して、主発電部１２の発電動作を停止するとともに、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、さらに、該残量異常又は主発電部１２の動作停止に基づく異常停止信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。これにより、コントローラＣＮＴは、デバイスＤＶＣのユーザーに残量異常に伴う動作停止に関する情報を通知して、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の漏出等の発生に対して、適切な対処を講じるように促すことができる。
【０２６５】
［第１の実施形態］
＜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第１の実施形態の燃料安定化手段について、図面を参照して説明する。
図５３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。また、図５４は、本実施例に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図であり、図５５は、本実施例に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。ここでも、上述した第２の参考実施形態乃至第４の参考実施形態と同様に、電源システムが接続されるデバイスとの間で所定の情報の通知を行う構成を有する場合について示すが、デバイスとの間で特別な通知を行わない構成（第１の参考実施形態に示した構成）を有するものであっても適用することができる。また、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。
【０２６６】
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５３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１０Ｇ、燃料パック２０Ｇ及びＩ／Ｆ部３０Ｇにおいて、Ｉ／Ｆ部３０Ｇ又は燃料パック２０Ｇのいずれか（ここでは、燃料パック２０Ｇ）に、燃料パック２０Ｇ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２０Ｇから発電モジュール１０Ｇ（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２０Ｇ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。
【０２６７】
供給制御弁２５は、燃料パック２０Ｇ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２０Ｇ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。
【０２６８】
また、圧力制御弁２６は、燃料パック２０Ｇ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２０Ｇ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２０Ｇ内の圧力を低下させる。具体的には、燃料パック２０Ｇ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。
【０２６９】
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１０Ｇ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２０Ｇ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の封入状態を自立的に安定化することができる。
【０２７０】
そして、このような構成を有する電源システムにおいては、基本的には、上述した第２の参考実施形態（第１の参考実施形態における動作制御を同時並列的に実行した場合を含む）と同等の動作制御を適用することができるが、これに加えて、以下に示すような本実施例特有の動作制御を適用することができる。
第１の参考実施形態又は第２の参考実施形態に示した全体動作（図２７、図３４参照）の起動動作において、動作制御部１３は、電圧モニタ部１６を介して供給電力の電圧変化を検出した場合、又は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴから通知される、電力供給を要求する負荷駆動情報を受け取った場合には、起動制御部１５に対して主発電部１２を起動するための動作制御信号を出力する動作（ステップＳ１０４又はＳ２０４）に先立って、供給制御弁２５の動作状態、すなわち、燃料パック２０Ｇからの発電用燃料ＦＬの供給状態を参照し、発電用燃料ＦＬの封入状態が正常か否か（又は、主発電部１２への発電用燃料の供給が可能か否か）を判断する。
【０２７１】
動作制御部１３は、上記供給制御弁２５の動作状態に基づいて、発電用燃料ＦＬの封入状態が正常であり、主発電部１２への発電用燃料の供給が可能であると判断した場合には、上述した第１の参考実施形態又は第２の参考実施形態に示した起動動作（ステップＳ１０４〜Ｓ１０６又はＳ２０４〜Ｓ２０６）を実行して、主発電部１２により負荷駆動電力を生成して、所定の供給電力をデバイスＤＶＣに供給する。
一方、動作制御部１３は、図５４に示すように、上記供給制御弁２５の動作状態に基づいて、発電用燃料ＦＬの封入状態が異常であり、主発電部１２への発電用燃料の供給が遮断されていると判断した場合（封入異常を検出した場合）には、該封入異常に基づく起動異常信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。
【０２７２】
また、第１の参考実施形態又は第２の参考実施形態に示した全体動作（図２７、図３４参照）の定常動作において、供給電力のフィードバック制御中に、動作制御部１３は、供給制御弁２５の動作状態を逐次監視し、図５５に示すように、燃料パック２０Ｇ内おける発電用燃料ＦＬの封入状態を安定化させるための圧力制御弁２６による圧力開放動作（安定化動作）にも関わらず、発電用燃料ＦＬの封入状態の異常を検出した場合には、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に対して出力することにより、主発電部１２への発電用燃料の供給を遮断して、主発電部１２の発電動作を停止するとともに、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、さらに、該封入異常又は主発電部１２の動作停止に基づく異常停止信号を発電動作情報として、端子部ＥＬｘを介して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに通知する。
【０２７３】
これにより、燃料パック２０Ｇ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１０Ｇにおける動作異常（例えば、供給電力の電圧不良）、燃料パック２０Ｇ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することができるとともに、デバイスＤＶＣのユーザーに該封入異常に関する情報を通知して、デバイスの利用環境の改善や電源システムの交換等の適切な対処を講じるように促すことができるので、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。
【０２７４】
なお、上述した副生成物回収手段、残量検出手段及び燃料安定化手段については、これらを個別に上記実施形態に適用した場合のみを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、これらを適宜選択して、任意の組み合わせを適用するものであってもよいことはいうまでもない。これによれば、本発明に係る電源システムの環境への負荷やエネルギー変換効率、使用形態、安全性等のより一層の向上を図ることができる。
【０２７５】
＜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５６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５７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。
【０２７６】
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５６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５６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。
【０２７７】
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、図示を省略するが、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ＥＬｘ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ＥＬｘ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ＥＬｘ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。
【０２７８】
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１９参照）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２１乃至図２３参照）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２４、図２５参照）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。
【０２７９】
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５６（ａ））や、腕時計等に利用されるボタン型（図５６（ｂ））、カメラや電子手帳等に利用されるコイン型（図５６（ｃ））等の外形形状を有している。
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５６（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５６（ｅ））、平型（図５６（ｆ））等の外形形状を有している。
【０２８０】
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。
【０２８１】
したがって、本実施形態に係る電源システムにおいて、図５６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５７（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５７（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。
【０２８２】
なお、図５７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。
【０２８３】
また、図５７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。
【０２８４】
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５８（ａ）〜図５８（ｄ）及び図５８（ｅ）〜図５８（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５９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。
【０２８５】
図５８（ａ）〜図５８（ｄ）及び図５８（ｅ）〜図５８（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。
【０２８６】
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。さらに、ホルダー部５２は、対向部５２ｂの当接部分の周囲にバネ材等の弾性を有し、中央に孔を有する凸部５２ｄと、凸部５２の孔及び発電モジュール１０の副生成物供給経路１７ａを連結する副生成物回収経路５２ｅと、を備えている。
【０２８７】
このような構成を有する電源システムにおいて、図５９（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の燃料供給弁２４Ａが設けられた燃料送出口（一端側）５１ａをホルダー部５２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５９（ｂ）に示すように、該燃料パック５１の底部（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。このとき燃料送出経路となる燃料送出管５２ｆが、バネで姿勢が固定されている燃料供給弁２４Ａを押し下げて燃料パック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、毛細管５２ｇ内及び燃料送出管５２ｆ内での表面張力により自動的に搬送されて発電モジュール１０Ｘに供給される。
【０２８８】
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５６（ａ）、図５７（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。
【０２８９】
具体的には、図５９（ａ）、（ｂ）に示すように、例えば、副生成物である水等を回収するために燃料パック５１の他端側５１ｂに形成された副生成物取込弁２４Ｂが配置された凹部と、対向部５２ｂの当接部分の周囲にバネ材等の弾性を有する凸部５２ｄと、の間での係合機構を適用することができる。このとき、凸部５２ｄに押し上げられることにより、副生成物取込弁２４Ｂが閉じた状態から開いた状態になるとともに、副生成物回収経路５２ｅと連結するため、副生成物回収経路５２ｅからの副生成物が、燃料パック５１内に設けられた回収袋２３に回収可能となる。
【０２９０】
これにより、上述した全体動作（図２７、図３４参照）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（コントローラ電力）として供給される（初期動作）。
【０２９１】
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。
【０２９２】
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。
【０２９３】
（着脱構造の第２の実施例）
図６０（ａ）〜図６０（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６０（ｄ）〜図６０（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６１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。
【０２９４】
図６０（ａ）〜図６０（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。
【０２９５】
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。
【０２９６】
このような構成を有する電源システムにおいて、図６１（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６１（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。
【０２９７】
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５６（ａ）、図５７（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。
【０２９８】
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。
【０２９９】
（着脱構造の第３の実施例）
図６２（ａ）〜図６２（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６２（ｄ）〜図６２（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６３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。
【０３００】
図６２（ａ）〜図６２（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。
【０３０１】
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。
【０３０２】
このような構成を有する電源システムにおいて、図６３（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６３（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９０（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。
【０３０３】
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。
【０３０４】
（着脱構造の第４の実施例）
図６４（ａ）〜図６４（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６４（ｄ）〜図６４（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６５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。
【０３０５】
図６４（ａ）〜図６４（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。
【０３０６】
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。
【０３０７】
このような構成を有する電源システムにおいて、図６５（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６５（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。
【０３０８】
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３５（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６５（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。
【０３０９】
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。
なお、ホルダー部６２、７２、８２には、いずれもホルダー部５２の燃料送出管５２ｆと同等の機能を有する燃料送出管が設けられ、さらに、いずれも副生成物回収経路５２ｅと同等の副生成物回収経路が設けられている。
【０３１０】
（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６６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６７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６８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。
【０３１１】
図６６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５６（ａ）又は図５７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。
【０３１２】
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（選択酸化触媒部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１７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。
【０３１３】
燃料パック２０（５１、６１、７１、８１）は、概略、図４８に示した構成と同様に、主発電部１２や必要に応じて副電源部１１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１７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。
【０３１４】
このような構成を有する燃料パック２０を発電モジュール１０及びＩ／Ｆ部３０と結合すると、燃料送出管５２ｆがバネで姿勢が固定されている燃料供給弁２４Ａを押し下げて燃料パック５１の漏出防止機能が解除され、燃料パック５１に封入された発電用燃料ＦＬが毛細管５２ｇ内及び燃料送出管５２ｆ内での表面張力により発電モジュール１０まで自動的に搬送される。また、燃料パック２０を発電モジュール１０及びＩ／Ｆ部３０から外すと、燃料供給弁２４Ａがバネの復元力で元の閉じた状態になって、発電用燃料ＦＬが漏れないようになる。
【０３１５】
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を主発電部１２や必要に応じて副電源部１１に供給する燃料送出経路３１と、上記主発電部１２及び場合によって副電源部１１において生成され、分離回収部１７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４９、図５３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。
【０３１６】
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６７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。
【０３１７】
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。
【０３１８】
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２０（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。
【０３１９】
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２０（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）。
【０３２０】
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一酸化炭素等を含む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。
【０３２１】
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。
【０３２２】
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。
【０３２３】
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１７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。
【０３２４】
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。
【０３２５】
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。
【０３２６】
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６８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。
【０３２７】
以上説明したように、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み合わ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適用し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。
【０３２８】
【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（発電装置）において、該電源システムから供給される電力より駆動する負荷を備えた機器（デバイス）の駆動状態を、例えば、発電モジュールから負荷に対して供給される電力の電圧成分の変化を検出することにより監視し、該駆動状態の変化（検出された電圧成分の変化）に応じて、発電モジュールにおける発電状態（起動動作、停止動作、定常状態における発電量等）をフィードバック制御するように構成されている。ここで、該フィードバック制御に係る電圧範囲の規定値は、例えば、負荷を備えた機器に設けられ、該負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段（コントローラ）から通知される電力要求に応じて、変更制御される。また、本発明の発電モジュールは、発電用燃料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燃料封入部内の発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、燃料封入部に封入された発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、電圧成分の変化に応じて、少なくとも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し、燃料安定化手段により検出される発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行う動作制御部と、を備える。
【０３２９】
これにより、負荷の駆動状態に応じて、発電モジュールにおける発電動作の起動制御、停止制御、フィードバック制御等を行うことができるので、本発明に係る発電モジュールを備えた電源システムを、所定の電極端子を介して、負荷を備えた機器に直接接続する簡易な取り扱い方法により、機器の駆動状態（消費電力）に応じた適切な電力を供給して、安定かつ良好な動作を実現することができるとともに、発電用燃料の浪費を抑制して、エネルギー資源の有効利用を図ることができる。
【０３３０】
そして、本発明に係る発電モジュールは、このような特徴を実現するために、発電モジュールが、発電用燃料を用いて上記負荷を駆動するための第１の電力（負荷駆動電力）を発生する第１の電源手段と、第１の電源手段を動作制御するとともに、上記負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力（動作電力、負荷制御電力）を発生する第２の電源手段と、第２の電力により動作し、少なくとも、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、該システム制御手段が、少なくとも、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、負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記出力制御部を制御し、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、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ことにより、第１の電源手段における発電状態（起動動作、停止動作、定常状態における第１の電力の発生量）を自立的に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発電モジュールを提供することができる。
【０３３１】
そして、本発明に係る発電モジュールの動作制御（すなわち、発電モジュールにおける発電状態の制御）は、負荷が駆動していない状態において、上記電圧検出部により検出される電力の電圧成分を常時参照し、該電圧成分が所定の規定値を下回る電圧低下が発生した場合には、機器において負荷が駆動したものと判断して、起動制御手段を制御して第１の電源手段を所定の動作状態に移行させる起動動作を行うことにより、電源システムを、汎用の化学電池と同様に、所定の電極端子を介して、負荷を備えた機器に接続する簡易な形態により、負荷の駆動に伴う負荷駆動制御電力（第２の電力）の電圧成分の変化に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を起動し、負荷の駆動状態に応じた電力（負荷駆動電力）の供給を開始することができるので、発電用燃料の効率的な消費を図りつつ、負荷を良好に駆動させることができる。
【０３３２】
また、他の起動動作の手法としては、負荷が駆動していない状態において、動作制御部は、上記負荷駆動制御手段から負荷を駆動するための電力要求（電力供給要求）を受け取ったときには、該電力要求に基づく制御信号を起動制御手段に出力して、第１の電源手段を所定の動作状態に移行させる起動動作を行うとともに、該起動動作に伴って発電モジュールにおいて生成、出力される電力（負荷に供給される第１の電力）の電圧成分に関する情報（出力電圧データ）を電圧検出部により検出して、負荷駆動制御手段に通知するように制御し、さらに、負荷に供給される電力の電圧成分が、負荷駆動制御手段からの電力要求に基づく電位に達した場合には、第１の電源手段の起動動作の終了情報を負荷駆動制御手段に通知するものであってもよく、これによれば、所定の電極端子を介して、負荷及び負荷駆動制御手段を備えた機器に接続する簡易な形態により、負荷駆動制御手段からの電力供給要求に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を起動し、負荷の駆動状態に応じた電力（負荷駆動電力）の供給を開始することができるとともに、機器側（負荷駆動制御手段）に対して、発電モジュールにおける発電状態に関する情報を通知することができるので、発電モジュールの発電状態（起動動作）を確認しつつ、安定かつ良好に負荷を駆動させるように制御することができる。
【０３３３】
また、本発明に係る発電モジュールにおいて、動作制御部は、負荷に供給される電力の電圧成分が、上記フィードバック制御に関わらず、所定の電圧範囲を逸脱する状態、例えば、所定の規定値を上回る電圧上昇が所定時間以上継続した場合には、機器において負荷がなくなったものと判断して、第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行い、さらに、発電モジュールを備えた電源システムが接続される機器が負荷及び負荷駆動制御手段を備えた構成である場合には、該第１の電源手段の動作停止情報を、負荷駆動制御手段に通知するものであってもよく、これによれば、負荷の駆動停止や消滅に伴う負荷駆動制御電力（第２の電力）の電圧成分の上昇変化に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を停止して、負荷の有無に応じた電力の供給制御を行うことができるので、発電用燃料の効率的な消費を図ることができる。また、負荷駆動制御手段を備えた機器に対して、電源システムにおける発電状態（停止動作）に関する情報（自動電源遮断情報）を通知することができるので、機器側で電源システムの発電状態を正確に把握することができる。
【０３３４】
また、本発明に係る発電モジュールにおいて、動作制御部は、負荷駆動制御手段から通知される負荷を停止する電力要求（電力遮断要求）に基づいて、第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うとともに、該第１の電源手段の動作停止情報を、負荷駆動制御手段に通知することができるので、負荷駆動制御手段からの電力遮断要求に基づいて、発電モジュール（第１の電源手段）における発電動作を停止して、負荷の有無に応じた電力の供給制御を行うことができるとともに、機器側（負荷駆動制御手段）に対して、電源システムにおける発電状態（停止動作）に関する情報を通知することができるので、機器側で電源システムの発電状態を正確に把握することができる。
【０３３５】
さらに、本発明に係る発電モジュールにおける他の起動動作の手法としては、燃料封入部に封入された発電用燃料の残量が常時検出され、残量に関する情報（残量データ）や残量不足等に伴う発電用燃料の異常を機器側（負荷駆動制御手段）に通知することができるので、機器側で発電用燃料の残量等を正確に把握して、発電用燃料の残量や機器の駆動可能推定時間、あるいは、電源システムの交換や発電用燃料の補充等を促す表示を行うことができ、汎用の化学電池を既存の機器の動作電力として適用した場合と同等の使用形態を実現することができる。
【０３３６】
また、本発明に係る発電モジュールにおけるさらに他の起動動作の手法としては、燃料封入部に封入された発電用燃料の封入状態が常時検出され、封入圧力や温度の上昇等に伴う発電用燃料の異常を機器側（負荷駆動制御手段）に通知することができるので、機器側で発電用燃料の封入状態等を正確に把握して、機器の利用環境の改善や燃料封入部、電源システムの交換等を促す表示を行うことができ、燃焼性や可燃性の発電用燃料を適用した電源システムにおける安全性や信頼性を良好に確保することができる。
【０３３７】
そして、上述したような発電モジュールにおいて、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、これにより、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、発電モジュール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。
【０３３８】
また、上記発電モジュールにおいて、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い。この場合、第１の電源手段は、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く、このような構成によれば、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発電モジュールを実現することができる。
【０３３９】
なお、上記発電モジュールにおいて、第１の電源手段に適用可能な構成としては、上記燃料電池の他に、燃料封入部から供給される発電用燃料の燃焼エネルギーに基づいて、第１の電力を発生する発電装置（ガス燃焼タービン、ロータリーエンジン、スターリングエンジン、パルス燃焼エンジン等と、電磁誘導や圧電変換の原理を用いた発電器との組み合わせ）や、発電用燃料を用いた燃焼反応により生じる熱エネルギーによる高温と電源システム内外の他の領域における定温との温度差に基づいて、熱電変換により電力を発生する発電装置（温度差発電器）、発電用燃料を用いた熱音響効果による外力発生効果に基づいて、電力を発生する発電装置（熱音響効果発電器）、発電用燃料を用いた電磁流体発電により電力を発生する発電装置（電磁流体力学発電器）等であってもよい。
【０３４０】
また、上記発電モジュールにおいて、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い。この場合、第２の電源手段は、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く、このような構成によれば、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。
【０３４１】
なお、上記発電モジュールにおいて、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。
また、上記発電モジュール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。
【０３４２】
また、上記発電モジュールは、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く、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。
【０３４３】
さらに、上記電源システムは、燃料封入部及び発電モジュールを組み合わせた物理的外形形状、又は、燃料封入部単独の物理的外形形状が、汎用の化学電池のうちの任意の１種、例えば、円形電池や単１型等のように日本工業規格で規格化された電池と同等の形状及び寸法を有するように構成されているものであってもよく、これによれば、上記電気的特性のみならず、外形形状においても、汎用の化学電池との高い互換性を実現することができるので、極めてエネルギー変換効率の高い電源システムを既存の化学電池の市場に支障なく普及させることができる。
【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の参考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システム(発電モジュール)とデバイスとの電気的な接続関係を示す概略図である。
【図５】 本実施形態に係る発電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６】 本実施形態に係る発電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７】 本実施形態に係る発電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８】 本実施形態に係る発電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９】 本実施形態に係る発電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１０】 本実施形態に係る発電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１１】 本実施形態に係る発電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１２】 本実施形態に係る発電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１３】 本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例の他の例における動作状態（その１）を示す概略構成図である。
【図１４】 本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例の他の例における動作状態（その２）を示す概略構成図である。
【図１５】 本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例の他の例における動作状態（その３）を示す概略構成図である。
【図１６】 本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例のさらに他の例における動作状態（その１）を示す概略構成図である。
【図１７】 本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例のさらに他の例における動作状態（その２）を示す概略構成図である。
【図１８】 本実施形態に係る発電モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例のさらに他の例における動作状態（その３）を示す概略構成図である。
【図１９】 本実施形態に係る発電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２０】 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２１】 本実施形態に係る発電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２２】 本実施形態に係る発電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２３】 本実施形態に係る発電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２４】 本実施形態に係る発電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２５】 本実施形態に係る発電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２６】 本実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの一具体例の要部構成を示すブロック図である。
【図２７】 本実施形態に係る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２８】 本実施形態に係る電源システムの初期動作（待機状態）を示す動作概念図である。
【図２９】 本実施形態に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図である。
【図３０】 本実施形態に係る電源システムの定常動作（定常状態）を示す動作概念図である。
【図３１】 本実施形態に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。
【図３２】 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の参考実施形態を示すブロック図である。
【図３３】 本実施形態に係る電源システム(発電モジュール)とデバイスとの電気的な接続関係を示す概略図である。
【図３４】 第２の参考実施形態に係る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３５】 本実施形態に係る電源システムの初期動作（待機状態）を示す動作概念図である。
【図３６】 本実施形態に係る電源システムの起動動作（その１）を示す動作概念図である。
【図３７】 本実施形態に係る電源システムの起動動作（その２）を示す動作概念図である。
【図３８】 本実施形態に係る電源システムの定常動作（その１）を示す動作概念図である。
【図３９】 本実施形態に係る電源システムの定常動作（その２）を示す動作概念図である。
【図４０】 本実施形態に係る電源システムの停止動作（その１）を示す動作概念図である。
【図４１】 本実施形態に係る電源システムの停止動作（その２）を示す動作概念図である。
【図４２】 本実施形態に係る電源システムの停止動作（その３）を示す動作概念図である。
【図４３】 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の参考実施形態を示すブロック図である。
【図４４】 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４の参考実施形態を示すブロック図である。
【図４５】 本実施形態に係る発電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４６】 本実施形態に係る発電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４７】 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４８】 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４９】 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５０】 第１の本実施例に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図である。
【図５１】 本実施例に係る電源システムの定常動作（定常状態）を示す動作概念図である。
【図５２】 本実施例に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。
【図５３】 本発明の第１の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の一実施例を示すブロック図である。
【図５４】 本実施例に係る電源システムの起動動作を示す動作概念図である。
【図５５】 本実施例に係る電源システムの停止動作を示す動作概念図である。
【図５６】 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５７】 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５８】 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の外形形状を示す概略構成図である。
【図５９】 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６０】 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及び燃料パックの外形形状を示す概略構成図である。
【図６１】 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６２】 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及び燃料パックの外形形状を示す概略構成図である。
【図６３】 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６４】 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及び燃料パックの外形形状を示す概略構成図である。
【図６５】 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６６】 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６７】 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６８】 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。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
  The present invention relates to a power supply system, and in particular, a power generation module capable of effectively using energy resources.,Portable power supply system with power generation moduleAnd devicesAbout.
[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 portable 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 an increase in interest in environmental problems and energy problems, problems related to waste generated after use of the above-described chemical battery and problems 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 has excellent economic efficiency, when it is charged from a household power source (outlet), etc., the energy usage depends 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”), and for the purpose of application to a drive power supply for vehicles, a power supply system for business use, a cogeneration system for home use, etc. For the purpose of substitution, research and development for practical use are actively conducted. 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 Have the following problems.
[0008]
Specifically, for example, in an existing chemical battery, a load can be driven by supplying a predetermined voltage and current by simply connecting positive and negative terminals to the load. Has the advantage of being very simple.
On the other hand, most power supply systems with high energy use efficiency, such as fuel cells, basically use power generators that use a predetermined fuel (for example, directly or indirectly convert chemical energy of fuel into electric power). Therefore, it differs greatly from the above-described chemical battery in terms of structure and electrical characteristics.
[0009]
That is, in the power supply system, as in the case of a general-purpose chemical battery, electrode terminals for supplying power (terminals corresponding to a positive electrode terminal and a negative electrode terminal in a general-purpose chemical battery) are simply connected to or disconnected from the load. As a result, it is impossible to supply or cut off predetermined power, and thus there is a problem that a complicated configuration or control for controlling driving or stopping of a load is required. In addition, in order to drive the load appropriately and continuously, it is necessary to control the generation amount of electric power (power generation amount) as needed according to the driving state of the load. Furthermore, when such a power supply system is applied as a portable power supply, the amount of fuel for power generation that can be transported or carried is limited, so control is performed so that power generation fuel is consumed more efficiently. It is also necessary to extend the life of the power supply.
[0010]
  Therefore, in view of the above-described problems, the present invention can operate a device stably and satisfactorily by directly connecting an electrode terminal to a device (device) using a general-purpose chemical battery as operating power. At the same time, the power generation module can reduce the waste of power generation fuel and effectively use energy resources.,Power supply system with power generation moduleAnd devicesThe purpose is to provide.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  A power generation module according to the present invention is a power generation module that generates power using the power generation fuel supplied from a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed, and drives a load using the power generation fuel. First power supply means for generating first power forSaidWhile controlling the operation of the first power supply means,The drive state of the load that is built in the device having the load and to which the power is supplied is controlled.A load drive control means comprising: a second power supply means for generating a second power for driving and controlling the load; and a system control means operated by the second power, wherein the system control means comprises at least An output control unit that controls an operation state of the first power supply unit to adjust a generation amount of the first power; and the first power and the second that change according to a driving state of the load A voltage detection unit that detects any voltage component of the power of the power generation, and the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold value to cut off the transmission of the power generation fuel in the fuel sealing unit A fuel stabilization means that has at least one of a supply control valve and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel enclosure, and detects and stabilizes the encapsulated state of the power generation fuel enclosed in the fuel enclosure; , Voltage generation In accordance with the change in the output, the output control unit is controlled, the generation amount of the first power generated by the first power supply means is controlled, and the fuel for power generation detected by the fuel stabilization means is enclosed An operation control unit that performs a stop operation to stop the operation of the first power supply means when the state is referred to at any time and there is an abnormality in the enclosed state is provided.
[0012]
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 power generation module used in a portable power supply system including a (power generation device), a driving state of a device (device) having a load driven by power supplied from the power generation module is monitored, and a change in the driving state is monitored. Accordingly, the power generation state (starting operation, stopping operation, power generation amount in a steady state, etc.) in the power generation module is controlled accordingly.
[0013]
Here, as a method for controlling the power generation state, the power generation module can control the power generation state by detecting a change in the voltage component of the power supplied from the power supply system to the load. It is possible to apply a control method that performs feedback control so that the power in the steady state converges within a predetermined voltage range based on the change in the voltage component. Here, the specified value (for example, the upper limit value and the lower limit value, or the center value, the voltage width, etc.) of the voltage range related to feedback control is provided in, for example, a device having a load, and controls the driving state of the load. Change control may be performed in response to a power request notified from the load drive control means (controller).
[0014]
As a result, by monitoring the voltage component of the electric power supplied via a predetermined electrode terminal to the load connected to the power supply system, it is possible to detect the driving state of the load, and to change the voltage component Therefore, the power generation operation start control, stop control, feedback control, etc. in the power generation module can be performed, so that the power supply system according to the present invention is directly connected to a device equipped with a load via a predetermined electrode terminal. With a simple handling method, it is possible to supply appropriate power according to the driving state (power consumption) of the equipment to achieve stable and good operation, and to suppress waste of fuel for power generation and energy Effective use of resources can be achieved.
[0015]
  In order to realize such features, the power generation module according to the present invention is,Second power means for controlling the operation of the first power supply means and generating second power (operating power, load control power) for driving and controlling the load to the load drive control means; System control means for operating with power and controlling at least the operating state of the first power supply means..
[0016]
  Here, the system control means controls at least the operating state of the first power supply means to adjust the amount of the first electric power generated, and the first change that changes according to the driving state of the load. A voltage detection unit for detecting a voltage component of any one of the power and the second power;The operation control unit includes:According to the change of the voltage component, at least the output control unit is controlled to control the generation amount of the first power generated by the first power supply means.It is characterized by.
  The adjustment of the first power by the output control unit refers to either the change of the voltage component detected by the voltage detection unit or the power request notified from the load drive control unit by the operation control unit. Thus, the output control unit is executed by controlling at least one of the supply amount of the fuel for power generation to the first power supply means and the temperature of the heating means of the first power supply means. .
[0017]
That is, the system control means (output control unit, operation control unit, etc.) is driven based on the second power generated by the second power supply means, and the power output from the power generation module via the predetermined electrode terminal ( The supply amount of the power generation fuel to the first power supply means is controlled in accordance with the change in the voltage component of the first power and the second power. As a result, the power generation state (starting operation, stopping operation, generation amount of the first power in the steady state) in the first power supply means is autonomously controlled, so that appropriate power corresponding to the driving state of the load is generated. Therefore, it is possible to provide a power supply system that can output power, suppress waste of fuel for power generation, and increase the utilization efficiency of energy resources.
[0018]
And the control of the electric power generation state in the electric power generation module which concerns on this invention can be specifically implement | achieved favorably by applying the following methods.
That is, the operation control unit always refers to the voltage component of the power detected by the voltage detection unit in a state where the load is not driven, and when the voltage drop occurs that the voltage component falls below a predetermined specified value. Determines that the load is driven in the device, and controls the activation control unit to perform the activation operation for shifting the first power supply unit to a predetermined operation state.
[0019]
As a result, the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied is connected to a device equipped with a load through a predetermined electrode terminal in the same manner as a general-purpose chemical battery, and is accompanied by driving of the load. Based on the change in the voltage component of the load drive control power (second power), the power generation operation in the power generation module (first power supply means) is started, and the power (load drive power) corresponding to the load drive state is supplied. Therefore, it is possible to drive the load satisfactorily while efficiently consuming the fuel for power generation.
[0020]
In addition, as another method of starting operation in the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied, the operation control unit uses the power for driving the load from the load drive control means in a state where the load is not driven. When a request (power supply request) is received, a control signal based on the power request is output to the activation control means, and the activation operation for shifting the first power supply means to a predetermined operation state is performed. Along with this, information (output voltage data) relating to the voltage component of the power generated and output in the power generation module (first power supplied to the load) is detected by the voltage detection unit and notified to the load drive control means. It may be controlled. Here, when the voltage component of the power supplied to the load reaches the potential based on the power request from the load drive control means during the starting operation of the first power supply means, the operation control section The end information of the starting operation of the power supply means is notified to the load drive control means.
[0021]
As a result, the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied is supplied with electric power from the load drive control means in a simple form in which the power supply system is connected to a device including the load and the load drive control means via a predetermined electrode terminal. Based on the request, it is possible to start the power generation operation in the power generation module (first power supply means) and start the supply of electric power (load driving power) according to the driving state of the load, and the device side (load driving control) Since the information on the power generation state in the power supply system can be notified to the means), the load can be controlled stably and satisfactorily while confirming the power generation state (starting operation) of the power supply system. .
[0022]
Further, in the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied, the operation control unit is in a state where the voltage component of the power supplied to the load deviates from a predetermined voltage range regardless of the feedback control, for example, the predetermined When the voltage rise exceeding the specified value continues for a predetermined time or more, it may be determined that the load has disappeared in the device, and a stop operation for stopping the operation of the first power supply unit may be performed. Here, if the device to which the power supply system is connected has a load and load drive control means, the operation stop information of the first power supply means is notified to the load drive control means.
[0023]
As a result, the power generation operation in the power generation module (first power supply means) is stopped based on the rising change in the voltage component of the load drive control power (second power) that accompanies the stoppage or extinction of the load. Since power supply control according to the presence or absence can be performed, efficient consumption of fuel for power generation can be achieved. In addition, since it is possible to notify information (automatic power off (auto power off) information) regarding the power generation state (stop operation) in the power supply system to the device provided with the load drive control means, the device side of the power supply system The power generation state can be accurately grasped.
[0024]
Further, in the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied, the operation control unit operates the first power supply unit based on a power request (power cut-off request) for stopping the load notified from the load drive control unit. It is also possible to perform a stop operation for stopping the operation and notify the load drive control means of the operation stop information of the first power supply means.
Thereby, based on the power interruption request from the load drive control means, it is possible to stop the power generation operation in the power generation module (first power supply means) and perform power supply control according to the presence or absence of the load, Since the information regarding the power generation state (stop operation) in the power supply system can be notified to the device side (load drive control means), the power generation state of the power supply system can be accurately grasped on the device side.
[0025]
Furthermore, as another starting operation method in the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied, the power generation module includes a remaining amount detection means for detecting the remaining amount of power generation fuel sealed in the fuel sealing portion, The operation control unit refers to the remaining amount of the fuel for power generation detected by the remaining amount detection unit prior to the start-up operation of the first power supply means, and if there is an abnormality in the remaining amount, Abnormal information (remaining amount abnormality) may be notified to the load drive control means. Further, the remaining amount of the power generation fuel detected by the remaining amount detection unit may be referred to as needed, and information regarding the remaining amount of the power generation fuel may be notified to the load drive control unit. When there is an abnormality in the remaining amount, a stop operation for stopping the operation of the first power supply means is performed, and furthermore, control is performed so as to notify the load drive control means of the abnormality information of the fuel for power generation. There may be.
[0026]
As a result, the remaining amount of the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion is always detected, and abnormalities in the power generation fuel due to the remaining amount information (remaining amount data), the remaining amount shortage, etc. are detected on the device side (load drive control means). ), It is possible to accurately grasp the remaining amount of fuel for power generation on the device side, the remaining amount of fuel for power generation, the estimated driveable time of the device, or replacement of the power system and fuel for power generation Can be displayed, and a usage pattern equivalent to the case where a general-purpose chemical battery is applied as the operating power of an existing device can be realized.
[0027]
  Further, as another starting operation method in the power supply system to which the power generation module according to the present invention is applied, the power generation module detects and stabilizes the sealed state of the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion. And the operation control unit refers to the encapsulated state of the power generation fuel detected by the fuel stabilizing unit prior to the start-up operation of the first power supply unit, and if the encapsulated state is abnormal, Abnormal information (encapsulation abnormality) of fuel for power generation may be notified to the load drive control means,AlsoFurther, control may be performed so as to notify the load drive control means of the abnormality information of the fuel for power generation.
[0028]
Thereby, the sealed state of the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion is always detected, and an abnormality of the power generation fuel accompanying the increase in the pressure or temperature of the sealing can be notified to the device side (load drive control means). Therefore, it is possible for the equipment to accurately grasp the sealed state of the fuel for power generation, etc., and to make a display prompting improvement of the equipment usage environment, replacement of the power supply system, etc. The safety and reliability of the applied power supply system can be ensured satisfactorily.
[0029]
In the power supply system to which the power generation module as described above is applied, a more preferable aspect is that the first power supply means and the second power supply means use an electrochemical reaction using fuel for power generation supplied from the fuel sealing portion. Thus, the fuel cell that generates the first electric power and the second electric power is provided. By using the fuel cell with extremely high energy utilization efficiency compared with the general-purpose chemical cell, Since the system operating power and load driving power can be generated, the energy can be used effectively, and the power supply system (power generation module) required to obtain electrical characteristics equivalent to those of existing chemical batteries. And the scale of the fuel sealing portion) can be reduced.
[0030]
Further, in the power supply system to which the power generation module is applied, only the first power supply means may be configured by the fuel cell. In this case, the first power supply means reforms the power generation fuel to extract a specific component, a fuel electrode to which the specific component is supplied, and oxygen in the air are supplied. It is preferable to apply a configuration as a fuel reforming type fuel cell including an air electrode. 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.
[0031]
In the power generation module, as a configuration applicable to the first power supply means, in addition to the fuel cell, the first power is generated based on the combustion energy of the power generation fuel supplied from the fuel enclosure. Power generation devices (gas combustion turbines, rotary engines, Stirling engines, pulse combustion engines, etc. combined with generators using the principles of electromagnetic induction and piezoelectric conversion) and thermal energy generated by combustion reactions using power generation fuel Based on the temperature difference between the high temperature due to and the constant temperature in other areas inside and outside the power supply system, the power generation device (temperature difference generator) that generates power by thermoelectric conversion, the external force generation effect due to the thermoacoustic effect using fuel for power generation Based on a power generation device (thermoacoustic effect generator) that generates electric power, a power generation device that generates power by magnetohydrodynamic power generation using fuel for power generation ( It may be a magnetic current mechanics generator), and the like.
[0032]
In the power generation module, only the second power supply means may be constituted by the fuel cell. In this case, the second power supply means is configured 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. It is preferable to apply. 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.
[0033]
In the power generation module, a configuration applicable to the second power source means is generated by a vaporization reaction of power generation fuel including liquid fuel or high-pressure liquefied fuel sealed in a fuel sealing portion in addition to the fuel cell. Temperatures around and inside the power generation module (combination of a gas turbine, a rotary engine, etc., and a power generator using the principle of electromagnetic induction or piezoelectric conversion) that generates second power based on pressure energy The difference or the temperature difference between the high temperature due to the thermal energy generated by the catalytic combustion reaction using the power generation fuel and the constant temperature in other regions inside and outside the power generation module, or the fuel for power generation sealed and liquefied in the fuel enclosure Based on the temperature difference between the low temperature due to the heat energy absorbed by the vaporization reaction of the water and the constant temperature in other regions inside and outside the power generation module A power generation device (temperature difference power generator) that generates power by thermoelectric conversion, a power generation device (biological cell) that generates the second power based on a biochemical reaction using the power generation fuel, and a fuel for power generation The second power is generated by photoelectric conversion based on the light energy incident from outside the power generation module (vibration power generator) that generates the second power based on vibration energy generated by fluid movement It may be a power generation device (solar cell), a power storage device (secondary battery, capacitor, etc.) capable of storing and releasing electric power.
[0034]
Therefore, in the power generation module according to the present invention, the first and second 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. It is possible to apply any configuration appropriately combined according to the outer shape, electrical characteristics, etc. of the power supply system by setting the shape of the power generation module, etc. it can.
[0035]
Further, the power generation fuel applied to the power generation module 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.
[0036]
Further, the power supply system to which the power generation module is applied is configured so that the entire system can be attached to or detached from the load driven by the first power output from the first power supply means, or at least with respect to the load. It is preferable to have a configuration in which the fuel enclosure is detachable or a configuration in which the fuel enclosure is detachable with respect to 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 enclosure can be replaced and collected, the amount of power supply system discarded can be reduced.
[0037]
Furthermore, the above power supply system has a physical outer shape combining the fuel sealing part and the power generation module with any one of general-purpose chemical batteries, for example, a circular battery, a single type, etc. It may be configured to have the same shape and dimensions as a standardized battery. According to this, not only the above-mentioned electrical characteristics but also the outer shape can be used as a general-purpose chemical battery. Since high compatibility can be realized, a power supply system with extremely high energy conversion efficiency can be widely used in the existing chemical battery market. In addition, the power supply system according to the present invention is not limited to the case where the overall shape of the power supply system in which the fuel sealing portion and the power generation module are combined is the same shape and size as a general-purpose chemical battery. You may comprise in the shape and dimension equivalent to a chemical battery.
[0038]
  Another power generation module according to the present invention is a power generation module that generates electric power using the power generation fuel supplied from a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed, and uses the power generation fuel.loadFirst power supply means for generating first power for drivingSaidWhile controlling the operation of the first power supply means,The drive state of the load that is built in the device having the load and to which the power is supplied is controlled.A load drive control means comprising: a second power supply means for generating a second power for driving and controlling the load; and a system control means operated by the second power, wherein the system control means comprises at least An output control unit that controls an operation state of the first power supply unit to adjust a generation amount of the first power; and the first power and the second that change according to a driving state of the load A voltage detection unit that detects any voltage component of the power of the power generation, and the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold value to cut off the transmission of the power generation fuel in the fuel sealing unit A fuel stabilization means that has at least one of a supply control valve and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel enclosure, and detects and stabilizes the encapsulated state of the power generation fuel enclosed in the fuel enclosure; , Voltage generation In accordance with the change in the power, at least the output control unit, the amount of the first power generated by the first power supply means is controlled, and the fuel before the start-up operation of the first power supply means. Reference is made to the sealed state of the power generation fuel detected by the stabilizing means, and when there is an abnormality in the sealed state, abnormality information on the fuel for power generation is used to control the driving state of the load.SaidAnd an operation control unit for notifying the load drive control means.
  Another power generation module according to the present invention is a power generation module that generates electric power using the power generation fuel supplied from a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed,
  Using the power generation fuelloadFirst power supply means for generating first power for drivingSaidWhile controlling the operation of the first power supply means,The drive state of the load that is built in the device having the load and to which the power is supplied is controlled.A load drive control means comprising: a second power supply means for generating a second power for driving and controlling the load; and a system control means operated by the second power, wherein the system control means comprises at least An output control unit that controls an operation state of the first power supply unit to adjust a generation amount of the first power; and the first power and the second that change according to a driving state of the load A voltage detection unit that detects any voltage component of the power of the power generation, and the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold value to cut off the transmission of the power generation fuel in the fuel sealing unit It has at least one of a supply control valve and a pressure control valve that lowers the pressure in the fuel sealing part, and controls at least the output control part according to a change in the voltage component, and is generated by the first power supply means First electric The power generation means based on an abnormality in the sealed state of the power generation fuel, fuel stabilization means for controlling the generation amount of the power generation fuel and detecting and stabilizing the sealed state of the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion Controls the driving state of the load with abnormal fuel informationSaidAnd an operation control unit for notifying the load drive control means.
  The other power generation module according to the present invention controls the operation of the first power source means for generating the first power for driving the load with the fuel for power generation, and the first power source means,Embedded in a device having the load andThe load drive control means for controlling the drive state of the load includes a second power supply means for supplying the second power by the charged electric charge, and a system control means operated by the second power. The system control means controls at least the operating state of the first power supply means to adjust the amount of the first power generated, and the system control means changes according to the driving state of the load. A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power, and at least the output control unit according to a change in the voltage component, and is generated by the first power supply unit. Operation control for controlling the amount of generated first power and charging the second power supply means with the power generated by the first power supply meansPartA supply control valve that shuts off the delivery of the power generating fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generating fuel exceeds a predetermined threshold, and a pressure that reduces the pressure in the fuel sealing portion A fuel stabilization unit that has at least one of control valves and detects and stabilizes the sealed state of the power generation fuel sealed in the fuel sealing part, and is detected by the fuel stabilization unit. It is characterized by referring to the sealed state of the fuel for power generation as needed, and when there is an abnormality in the sealed state, a stop operation for stopping the operation of the first power supply means is performed.
[0039]
The load drive control means (controller CNT) that controls the transition from the state in which the load (load LD) is not driven to the state in which the load is being driven is not driven even if the load is not being driven. However, according to the power generation module according to the present invention, the second power source means (charge storage unit 182) can supply the control power to the load drive control means, and the drive standby state of such a load is not necessarily required. Not only does it not be necessary to drive the first power supply means to generate electricity, but if the amount of charge of the second power supply means decreases, the first power supply means is driven as necessary to switch the second power supply means. Since it only needs to be charged, power consumption can be suppressed to the minimum necessary. At this time, the operation control means may be operated by electric power from the second power supply means.
[0040]
Further, the power generation module may be configured to be detachable from a fuel sealing portion in which the fuel for power generation is sealed, may be configured to be detachable from the load, and further includes the power generation module and the The power supply system comprising the fuel enclosure connected to the power generation module has a physical outer shape comprising the fuel enclosure and the power generation module having the same shape and dimensions as one of various general-purpose chemical cells. You may make it comprise.
[0041]
A self-power generation type direct fuel contact fuel that consumes a certain amount of fuel to generate electric power for driving the first power supply means even when the first power supply means is not generating power. Compared to the case where the battery is applied to the second power supply means,the aboveSince the 2nd power supply means of a power generation module can hold an electric charge for a predetermined period, the power consumption in the 2nd power supply means can be controlled. In particular, if a fuel reforming type fuel cell having higher power generation efficiency than the direct fuel system is adopted as the first power supply means, the second power supply means can be effectively charged, and low power consumption can be achieved over a long period of time. The second power supply means can be driven.
[0042]
  Still another power generation module according to the present invention includes a first power supply means for generating a first power for driving a load with a fuel for power generation,Embedded in a device having the load andThe load drive control means for controlling the drive state of the load comprises: a second power supply means for supplying the charged second power; and a system control means operated by the second power, The system control means controls at least an operating state of the first power supply means to adjust an amount of generation of the first electric power, and the first control means that changes according to the driving state of the load. A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power, and at least the output control unit according to a change in the voltage component, and is generated by a first power supply unit. The first power supply means generates the first power supply by controlling the amount of power generated by the first power supply means to supply the first power supply means with the power charged by the second power supply means. The power generated by the means An operation controller for controlling the power supply means to be charged, and a supply for interrupting the delivery of the power generation fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generation fuel rises above a predetermined threshold A fuel stabilizing means having at least one of a control valve and a pressure control valve for reducing the pressure in the fuel enclosure, and detecting and stabilizing the encapsulated state of the fuel for power generation enclosed in the fuel enclosure; The power generation fuel encapsulated state detected by the fuel stabilizing means is referred to as needed, and if there is an abnormality in the encapsulated state, a stop operation is performed to stop the operation of the first power supply means It is characterized by that.
[0043]
According to the power generation module, the second power supply means supplies the load power supply control means for controlling the drive state of the load and supplies the first power supply means as required according to the control of the operation control unit. However, since the second power supply means outputs electric power by the charged electric charge as necessary, it is necessary to always generate electric power necessary to drive the load drive control means and the first power supply means at the same time. In addition, the power consumed by the second power supply means can be suppressed.
[0044]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a power supply 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.
[0045]
For example, as shown in FIGS. 1A and 1B, the power supply system 1 according to the present invention is an existing electric / electronic device that operates on a general-purpose primary battery or secondary battery in addition to a specific electric / electronic device. A device (shown as an information portable terminal in FIG. 1; hereinafter collectively referred to as “device”) DVC can be attached or detached arbitrarily (see arrow P1) in its entirety or in part, and the power supply The entire system 1 or a part of the system 1 is configured to be portable by itself, and a predetermined position of the power supply system 1 (for example, a position equivalent to a general-purpose primary battery or secondary battery as described later) In addition, an electrode including a positive (+) electrode and a negative (−) electrode for supplying power to the device DVC is provided.
[0046]
Next, the basic configuration of the power supply 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 power supply system 1 according to the present invention is roughly divided into a fuel pack (fuel enclosing unit) 20 in which a power generation fuel FL made of liquid fuel, liquefied fuel or gaseous fuel is encapsulated, The power generation module 10 that generates (power generation) electric power EG corresponding to the drive state (load state) of the device DVC based on at least the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20, the fuel pack 20 and the power generation module 10 is an interface unit (hereinafter, abbreviated as “I / F unit”) that physically connects each other and includes a fuel delivery path for supplying the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20 to the power generation module 10. 30, and each component is configured to be mutually connectable or separable (detachable) in an arbitrary form, or integrally configured. Here, as shown in FIG. 2A, the I / F unit 30 may have a configuration independent of the fuel pack 20 and the power generation module 10, or FIG. ) And (c), the fuel pack 20 or the power generation module 10 may be integrated with the fuel pack 20 or the power generation module 10 or divided into both the fuel pack 20 and the power generation module 10. .
[0047]
  Hereinafter, the configuration of each block will be specifically described.
  [FirstreferenceEmbodiment]
  (A) Power generation module
  FIG. 3 shows a first power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceFIG. 4 is a block diagram illustrating an embodiment, and FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an electrical connection relationship between a power supply system (power generation module) and a device according to the present embodiment.
[0048]
As shown in FIG. 3, the power generation module 10A according to the present embodiment is roughly divided into predetermined power (second power) using fuel for power generation supplied from the fuel pack 20A via the I / F unit 30A. ) Is always autonomously generated, and at least the controller CNT is driven in the device DVC connected to the power supply system 1 and controls the drive of the load LD (element or module having various functions of the device DVC). Power (controller power), and sub power supply unit (second power supply means) 11 that outputs as operation power of an operation control unit 13 (described later) provided in the power generation module 10A, and power supplied from the sub power supply unit 11 The operation control unit 13 that controls the operation state of the entire power supply system 1 and the heater (heating means) inside, and the fuel pack via the I / F unit 30A. A device DVC connected to the power supply system 1 at least by generating predetermined power (first power) using the fuel for power generation supplied from 20A or a specific fuel component extracted from the fuel for power generation Based on the operation control signal from the main power generation unit (first power supply means) 12 and the operation control unit 13 that outputs as the load driving power for driving the various functions (load LD) of at least the main power generation unit 12 Based on the operation control signal from the output control unit 14 and the operation control unit 13 that controls the supply amount of the fuel for power generation and / or the temperature of the heater of the main power generation unit 12, at least the standby of the main power generation unit 12 The start control unit 15 that controls to shift (starts) from the state to the operation state in which power generation is possible, and the power (con And a voltage monitor unit (voltage detection unit) 16 that detects a change in the voltage component of the troll power or the load drive power).
[0049]
Here, the operation control unit 13, the output control unit 14, the activation control unit 15, and the voltage monitoring unit 16 according to the present embodiment constitute system control means in the present invention. Further, as shown in FIG. 4, the power supply system 1 and the device DVC according to the present embodiment have a supply power composed of controller power and load drive power output from each of the sub power supply unit 11 and the main power generation unit 12 described later. The device is configured to be commonly supplied to the controller CNT and the load LD of the device DVC via a single electrode terminal EL. That is, the power supply system 1 according to the present embodiment is connected to the power supply system 1 without depending on fuel supply and control from outside the system (other than the power generation module 10A, the fuel pack 20A, and the I / F unit 30A). A predetermined power (load driving power) can be output to the device DVC.
[0050]
<Sub power supply unit 11>
As shown in FIG. 3, the sub power supply unit 11 applied to the power generation module according to the present embodiment uses a physical or chemical energy or the like included in the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20 </ b> A. A predetermined power (second power) necessary for the startup operation of the system 1 is always generated independently. This power is roughly divided into the device DVC, and the driving power (controller power) of the controller CNT that controls the driving state of various functions (load LD) and the operation that controls the operating state of the entire power generation module 10A. When the power generation module 10A is activated, the power E1 that is always supplied as the operating power of the control unit 13 and at least the output control unit 14 (including the main power generation unit 12 depending on the configuration) and the activation control unit 15 are activated. It consists of electric power E2 supplied as electric power (voltage / current).
[0051]
As a specific configuration of the sub power supply unit 11, for example, an electrochemical reaction using a power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20 </ b> A (fuel cell), or a thermal energy associated with a catalytic combustion reaction (temperature) In addition to being able to satisfactorily apply (differential power generation), mechanical power is generated by rotating the generator using the sealing pressure of the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20A and the gas pressure generated by the vaporization of the fuel. Capturing electrons generated by metabolism (photosynthesis, respiration, etc.) by microorganisms etc. that use power generation fuel FL as a nutrient source, and convert it directly into electric power (such as gas turbine power generation) Biochemical power generation), vibration energy generated by fluid energy of power generation fuel FL based on the enclosed pressure and gas pressure is converted into electric power using the principle of electromagnetic induction Power generation means (vibration power generation), secondary battery (rechargeable battery) or discharge from a single power storage means such as a capacitor, and further, the power generated by each of the above-described power generation means is stored as power storage means ( Secondary batteries, capacitors, etc.) that are accumulated and discharged (discharged) can be applied.
[0052]
Each specific example will be briefly described below with reference to the drawings.
(First configuration example of sub power supply unit)
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A and generates electric power (second electric power) by an electrochemical reaction is used. It has the structure of the adopted polymer electrolyte fuel cell.
[0053]
As shown in FIG. 5, the sub-power supply unit 11A according to the present 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 power generation fuel (for example, alcohol such as methanol and water) sealed in the fuel pack 20A, while the air electrode 112 is supplied with oxygen gas (O2) Is supplied.
[0054]
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 conductive film 113 to the air electrode 112 side, and electrons (e−) Is taken out and supplied to a load 114 (a predetermined configuration inside and outside the power supply system; here, the controller CNT of the device DVC, the operation control unit 13, the main power generation unit 12, the output control unit 14 and the like). Note that a small amount of carbon dioxide (CO) other than hydrogen ions generated by this catalytic reaction.2) Is discharged into the atmosphere from the fuel electrode 111 side, for example.
CH3OH + H2O → 6H++ 6e−+ CO2          ... (1)
[0055]
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)
[0056]
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 fuel pack 20A in advance ( Enclosed water (H2Since the amount of O) can be greatly reduced, it is possible to supply the predetermined power by operating the sub power supply unit 11 continuously for a long time while greatly reducing the volume of the fuel pack 20A. Become. Note that water (H2The configuration of the by-product recovery means for recovering and reusing by-products such as O) will be described later together with the same configuration in the main power generation unit 12 described later.
[0057]
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, only by a very simple operation of coupling the fuel pack 20A to the power generation module 10A via the fuel transport pipe provided in the I / F portion 30A. A predetermined amount of power generation fuel is automatically fed into the sub power supply unit 11A (fuel electrode 111) by capillary action, and the power generation operation based on the chemical reaction equations (1) and (2) is started and continued. Can do.
[0058]
Therefore, as long as the supply of fuel for power generation from the fuel pack 20A continues, predetermined power is always generated autonomously by the sub power supply unit 11A, and the controller power of the device DVC and the operation power of the operation control unit 13, and , Can be supplied as starting power to the main power generation unit 12 or the output control unit 14. Further, in the fuel cell as described above, since electric power is directly generated using an electrochemical reaction using the power generation fuel, extremely high power generation efficiency can be realized, and effective use of the power generation fuel is possible. Since the power generation module including the sub power supply unit can be reduced in size and vibration and noise are not generated, the power generation module can be used for a wide range of devices as in the case of general-purpose primary batteries and secondary batteries.
[0059]
In the fuel cell in this configuration example, only the case where methanol is applied as the power generation fuel supplied from the fuel pack 20A is shown, but the present invention is not limited to this, and at least a hydrogen element is used. Any of at least liquid fuel, liquefied fuel, and gaseous fuel may be used. Specifically, alcohol-based liquid fuels such as methanol, ethanol, and butanol described above, liquefied fuels composed of hydrocarbons such as dimethyl ether, isobutane, and natural gas (CNG), or gaseous fuels such as hydrogen gas. In particular, it is possible to satisfactorily apply those in a gaseous state under predetermined environmental conditions such as normal temperature and normal pressure when supplied from the fuel pack 20A to the sub power supply unit 11A.
[0060]
(Second configuration example of sub power supply unit)
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A. It has a configuration as a power generator that converts drive energy into electric power.
[0061]
As shown in FIGS. 6A and 6B, the sub power supply unit 11B according to this configuration example is roughly arranged in a substantially radial manner 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 air 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. 6A, in order to clarify the configuration of the gas turbine 122, the movable blade 122a and the fixed blade 122b are shown to be exposed for convenience.
[0062]
In such a sub power supply unit 11B, for example, as shown in FIG. 6B, the gas turbine 122 is sealed in the fuel pack 20 from the fixed blade 122b side to the movable blade 122a side via the intake air control unit 123. By sucking the high-pressure fuel gas vaporized by the liquid fuel (see arrow P2), a swirl of the fuel gas is generated along the curved direction of the fixed blade 122b, and the movable blade 122a is rotated in a predetermined direction by the swirl. Then, the generator 125 is driven. Thereby, the pressure energy which fuel gas has is converted into electric power via the gas turbine 122 and the generator 125.
[0063]
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.
[0064]
Then, 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 sub power supply unit 11B via the exhaust control unit 124. In the power generation module 10A shown in FIG. 3, the configuration in which the fuel gas (exhaust gas) discharged from the sub power supply unit 11 is directly discharged outside the power supply system 1 is shown. However, the present invention is not limited to this. Instead of this, as shown in an embodiment described later, it may be configured to be reused as a power generation fuel in the main power generation unit 12.
[0065]
Therefore, in the sub power supply unit 11B according to the present configuration example, the power generation fuel (fuel gas) FL supplied from the fuel pack 20A does not necessarily have to be combustible (or combustible). In the configuration in which the fuel gas used for generating the electric power is discharged to the outside of the power supply system 1 as it is, in consideration of discharging the power generation fuel FL as an exhaust gas, nonflammability or flame retardancy is achieved. In addition, it is desirable that it has no toxicity. Needless to say, when the fuel for power generation is made of a substance containing a combustible or toxic component, a process for making it flame retardant or detoxified is required before the exhaust gas is discharged to the outside.
[0066]
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 power supply system 1, and means for collecting the exhaust gas It is not necessary to have.
[0067]
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 / O can be performed with only a very simple operation of coupling the fuel pack 20A to the power generation module 10A. The high-pressure power generation fuel (fuel gas) FL is automatically sent to the sub power source section 11B (gas turbine 122) via the F section 30A, and the power generation operation can be started and continued. As long as the supply of the fuel FL is continued, predetermined power can be always and autonomously generated by the sub power supply unit 11B and supplied to a predetermined configuration inside and outside the power supply system 1.
[0068]
(Third configuration example of the sub power supply unit)
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a third configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
In the third configuration example, as a specific example of the sub power supply unit, a pressure driving engine (rotary engine) is driven by pressure energy (enclosed pressure or gas pressure) of the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20A. It has a configuration as a power generator that converts the drive energy into electric power.
[0069]
As shown in FIG. 7, the sub power source unit 11 </ b> C according to the third configuration example has a housing 131 having an elliptical working space 131 a around the periphery of the central axis 133 along the inner wall of the working space 131 a. The rotor 132 has a substantially triangular cross section that rotates, and a generator (not shown) directly connected to the central shaft 133. Here, the configuration of the sub power supply unit 11C can be formed by being integrated in a micro space of, for example, a millimeter order by applying a micromachine manufacturing technique, as in the above-described configuration examples.
[0070]
In the sub-power supply unit 11C having such a configuration, the working space 131a is maintained at substantially normal temperature. When fuel is filled from the inlet port 134a into the working space 131a in the liquid state, the fuel space is vaporized and expanded, and the exhaust port 134b side Is controlled to a low pressure, for example, a normal pressure, an atmospheric pressure difference is generated between each working chamber formed by the inner wall of the working space 131a and the rotor 132, and as shown in FIGS. 7A to 7C, vaporization occurs. The flow of the fuel gas from the inlet port 134a toward the exhaust port 134b causes the rotor 132 to rotate along the outer periphery of the central shaft 133 by the pressure of the fuel gas (arrow P3). Thereby, the pressure energy which fuel gas has is converted into the rotational energy of the central shaft 133, and is converted into electric power by the power generator connected to the central shaft 133.
[0071]
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 power supply unit 11C (the working space 131a in the housing 131). Therefore, it is not always necessary to have combustibility (or flammability) as a fuel for power generation, and at least predetermined temperatures such as normal temperature and normal pressure when supplied to the sub power supply unit 11C. Any material that becomes a high-pressure fuel gas that vaporizes and expands to a predetermined volume under these environmental conditions can be applied.
[0072]
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 fuel pack 20A to the power generation module 10A. The high-pressure power generation fuel (fuel gas) FL is automatically sent to the sub power source section 11C (working space 131a) via the F section 30A, and the power generation operation can be started and continued. As long as the supply of the fuel FL is continued, predetermined power can be always and autonomously generated by the sub power supply unit 11C and supplied to a predetermined configuration inside and outside the power supply system 1.
[0073]
(Fourth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a fourth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
In the fourth configuration example, as a specific example of the sub-power supply unit, thermoelectric 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 fuel pack 20A. It has the structure as a power generator which generates electric power.
[0074]
As shown in FIG. 8 (a), 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 constant temperature unit 142 to be held, and a thermoelectric conversion element 143 connected between the first and second temperature ends with the catalytic combustion unit 141 as a first temperature end and the constant temperature unit 142 as a second temperature end, It has the structure of the provided temperature difference generator. Here, as shown in FIG. 8B, the thermoelectric conversion element 143 has two kinds of semiconductor or metal (hereinafter referred to as “metal etc.” for convenience) MA and MB end portions joined together (for example, metal MB, etc. are joined to both ends of the MA, etc., and the joints N1, N2 are connected to the catalytic combustion part 141 (first temperature end) and the constant temperature part 142 (second temperature end), respectively. It has a configuration. In addition, the constant temperature unit 142 is configured to be exposed to the outside air at all times through, for example, an opening provided in the device DVC to which the power supply system 1 is mounted, and to maintain a substantially constant temperature. Note that the configuration of the sub-power supply unit 11D including the temperature difference power generator illustrated in FIG. 8 can be formed by being integrated in a minute space by applying a micromachine manufacturing technique, similarly to each of the configuration examples described above. .
[0075]
In the sub-power supply unit 11D having such a configuration, as shown in FIG. 8C, the power generation fuel (combustion gas) FL sealed in the fuel pack 20A is passed through the I / F unit 30A and the catalytic combustion unit. When supplied to 141, heat is generated by the catalytic combustion reaction, and the temperature of the catalytic combustion unit 141 (first temperature end) rises. On the other hand, since the temperature of the constant temperature unit 142 is configured to be kept substantially constant, a temperature difference is generated between the catalytic combustion unit 141 and the constant temperature unit 142. Based on this temperature difference, a predetermined electromotive force is generated due to the Seebeck effect in the thermoelectric conversion element 143 to generate electric power.
[0076]
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 small, 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.
[0077]
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 fuel pack 20A to the power generation module 10A. The power generation fuel (liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel) is automatically sent to the sub power source unit 11D (catalytic combustion unit 141) via the F unit 30A, and thermal energy associated with the catalytic combustion reaction is generated. The power generation operation by the temperature difference generator can be started and continued, and as long as the supply of the power generation fuel FL is continued, predetermined power is always generated autonomously by the sub power supply unit 11D, and the power supply system 1 can be supplied to a predetermined configuration inside and outside.
[0078]
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 constant temperature unit 142 has been described. However, the present invention is not limited to this. Instead, it may be configured to generate electric power based on a thermoelectron emission phenomenon in which free electrons are emitted from the metal surface by heating the metal.
[0079]
(Fifth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a fifth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A absorbs thermal energy based on the vaporization reaction is used. It has a configuration as a power generation device that generates electric power by thermoelectric power generation.
[0080]
As shown in FIG. 9 (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 constant temperature unit 152 for maintaining a substantially constant temperature, the first temperature end, and the constant temperature unit 152 as the second temperature end. And a thermoelectric conversion element 153 connected between the temperature ends of the temperature difference generator. Here, the thermoelectric conversion element 153 has a configuration equivalent to that shown in the above-described fourth configuration example (see FIG. 8B). The constant temperature unit 152 is configured to maintain a substantially constant temperature by contacting or being exposed to other regions inside and outside the power supply system 1. In addition, the structure of the sub power supply part 11E which consists of a temperature difference power generator shown in FIG. 9 is also integrated and formed in micro space similarly to each structural example mentioned above.
[0081]
In the sub-power supply unit 11E having such a configuration, as shown in FIG. 9B, for example, the power generation fuel (liquefied fuel) FL sealed in the fuel pack 20A under a predetermined pressure condition is supplied to the I / F unit 30A. Is supplied to the sub-power supply unit 11E, and the power generation fuel FL is vaporized by shifting to a predetermined environmental condition such as normal temperature and normal pressure. The temperature of the part 151 falls. On the other hand, since the temperature of the constant temperature unit 152 is configured to be held substantially constant, a temperature difference is generated between the cold heat holding unit 151 and the constant temperature unit 152. Based on this temperature difference, a predetermined electromotive force is generated and electric power is generated by the Seebeck effect in the thermoelectric conversion element 153 as in the fourth configuration example described above.
[0082]
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 fuel pack 20A to the power generation module 10A. The power generation fuel (liquefied fuel) FL is automatically sent to the sub power supply unit 11E through the F unit 30A, and the heat energy is absorbed by the vaporization reaction to generate cold heat. As long as the supply of the power generation fuel FL is continued, predetermined power is always generated autonomously by the sub power supply unit 11E and supplied to a predetermined configuration inside and outside the power supply system 1 be able to.
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 constant temperature unit 152 has been described, but the present invention is not limited to this. Instead, it may have a configuration for generating electric power based on the thermionic emission phenomenon.
[0083]
(Sixth configuration example of sub power supply unit)
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a sixth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A is provided. .
[0084]
As shown in FIG. 10, the sub-power supply unit 11F according to the sixth configuration example is roughly stored with microorganisms and biocatalysts (hereinafter referred to as “microorganisms or the like” for convenience) BIO that grows using the power generation fuel as a nutrient source. The living body culture tank 161 and the anode side electrode 161a and the cathode side electrode 161b provided in the living body culture tank 161 are provided. In such a configuration, by supplying the fuel FL for power generation from the fuel pack 20A through the I / F unit 30A, metabolism such as respiration by BIO such as microorganisms in the biological culture tank 161 (biochemical reaction) Occurs and electrons (e−) Is generated. Then, by capturing these electrons by the anode electrode 161a, predetermined power can be obtained from the output terminals Oa and Ob.
[0085]
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 fuel pack 20A to the power generation module 10A. The power generation fuel FL, which serves as a nutrient source for BIO such as microorganisms, is automatically sent to the sub power supply unit 11F (biological culture tank 161) via the F unit 30A, and the power generation operation is performed by the biochemical reaction of BIO such as microorganisms. As long as the supply of the fuel for power generation continues, the predetermined power can be always generated autonomously and supplied to a predetermined configuration inside and outside the power supply system 1.
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 power supply system 1 is mounted. By configuring so that external light is incident, it is possible to always generate and supply predetermined power independently.
[0086]
(Seventh configuration example of sub power supply unit)
FIG. 11 is a schematic configuration diagram illustrating a seventh configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A into electric power is provided.
[0087]
As shown in FIG. 11A, 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 stator 172 provided with a permanent magnet 174 facing the electromagnetic coil 173 so as not to vibrate with respect to the movement of the power generation fuel. And a configuration as a vibration power generator including In such a configuration, as shown in FIG. 11B, by supplying the power generation fuel FL from the fuel pack 20A via the I / F portion 30A, the flow direction of the power generation fuel FL is substantially orthogonal. The vibrator 171 (vibration end 171a) vibrates at a predetermined frequency with respect to the stator 172 in the direction (arrow P4 in the figure). This vibration causes a change in the relative position between the permanent magnet 174 and the electromagnetic coil 173, so that electromagnetic induction occurs and a predetermined power is obtained through the electromagnetic coil 173.
[0088]
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 fuel pack 20A to the power generation module 10A. The power generation fuel FL as a fluid is automatically sent to the sub power supply unit 11G via the F unit 30A, and a power generation operation is started by conversion of vibration energy of the vibrator 171 accompanying the fluid movement. As long as the supply of the fuel FL continues, the predetermined power can be always generated autonomously and supplied to a predetermined configuration inside and outside the power supply system 1.
[0089]
In addition, each structure example mentioned above only showed an example of the sub power supply part 11 applied to 10 A of electric power generation modules, and does not limit the structure of the power supply system which concerns on this invention at all. In short, the sub-power supply unit 11 applied to the present invention is directly supplied with liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel sealed in the fuel pack 20A, so that an electrochemical reaction or electromagnetic wave is generated inside the sub-power supply unit 11. It may have other configurations as long as it can generate electric power based on energy conversion action such as induction, heat generation, temperature difference due to endothermic reaction, for example, gas turbine or rotary engine It may be a combination of a gas pressure drive engine other than the above and a generator by electromagnetic induction or piezoelectric conversion, and as shown below, in addition to the power generator equivalent to each sub-power supply unit 11 described above, A power storage unit (power storage device) is provided, and after storing a part of the power (second power) generated by the sub power supply unit 11, the main power generation unit 1 is activated when the power supply system 1 (main power generation unit 12) is started. Or the output control unit 14 can also be applied those configured to provide a starting power.
[0090]
(Eighth configuration example of sub power supply unit)
12, FIG. 13 to FIG. 15 and FIG. 16 to FIG. 18 are schematic configuration diagrams showing an eighth configuration example and operation state of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment, respectively. The arrow along the wiring indicates the direction of current flow.
As shown in FIG. 12, the auxiliary power supply unit 11H according to the eighth configuration example is roughly configured such that the power generation fuel (liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel) FL enclosed in the fuel pack 20A is in the I / F unit 30A. A power generation device that is capable of generating power (second power) autonomously by being provided directly by capillarity through a fuel transport pipe (for example, the sub-power source shown in each of the above-described configuration examples) ), A charge storage unit 182 including a secondary battery or a capacitor that stores a part of the power generated by the power generation device 181, and a charge storage unit based on an operation control signal from the operation control unit 13 And a switch 183 for switching and setting the storage and release of electric power to and from 182.
[0091]
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 operation control unit 13. As well as a part of which is appropriately stored in the charge storage unit 182 via the switch 183. For example, when the operation control unit 13 detects the start of driving of the device DVC (load LD) by detecting the voltage change of the supplied power via the voltage monitor unit 16, the output is output from the operation control unit 13. Based on the operation control signal, the connection state of the switch 183 is switched, and the power stored in the charge storage unit 182 is supplied to the main power generation unit 12 or the output control unit 14 as starting power.
[0092]
  Here, when the device DVC is continuously driven for a long time and the charge of the charge storage unit 182 consumed by the main power generation unit 12 or the output control unit 14 is reduced to a certain amount, the main power generation unit 12 However, by switching so as to supply power to the device DVC and the charge storage unit 182, the charge storage unit 182 can be controlled not to discharge completely. Further, the power generation device 181 may continuously charge the charge storage unit 182 while the main power generation unit 12 supplies power to the device DVC. In addition, the second to be described laterreferenceIn the embodiment, when the present configuration example is applied as the sub power supply unit 11, the operation control unit 13 switches from the off state to the on state, which is output from the controller CNT of the device DVC. By receiving the load drive information via the terminal unit ELx, the drive of the device DVC (load LD) is detected, and an operation control signal for switching the connection state of the switch 183 is output.
[0093]
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 unit 182, it is possible to supply the main power generation unit 12 or the output control unit 14 with sufficiently high driving power characteristics. Therefore, since the power generation capability of the power generation device 181 can be set to be sufficiently small, the configuration of the sub power supply unit 11 can be reduced in size.
[0094]
As shown in FIGS. 13 to 15, as the sub power supply unit according to this configuration example, a configuration in which the power generation device 181 is omitted and only the charge storage unit 182 including a capacitor charged in advance is applied. May be.
13 to 15, the charge storage unit 182 has a function capable of constantly supplying controller power to the controller CNT and load driving power to the load LD from the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) to the device DVC. In addition, it has a function of supplying power to the output control unit 14 by the switch 183a as necessary.
[0095]
Further, the controller CNT has a function of turning on the switch LS to supply power to the load LD when the device DVC is activated for some reason by an operation of the operator of the device DVC.
The operation control unit 13 has a function of detecting the charge accumulation state of the charge accumulation unit 182, and only when the charge accumulation amount of the charge accumulation unit 182 is not sufficient regardless of the driving state of the load LD, the switch 183a. Is turned on to drive the output control unit 14 to start the main power generation unit 12.
[0096]
In such a configuration, FIG. 13 shows a situation where the load LD of the device DVC is not driven and the switch LS is turned off because of the standby state, and the charge storage unit 182 supplies power to the controller CNT. At this time, since the charge storage unit 182 is charged with enough charge to supply a predetermined amount of power, the operation control unit 13 turns off the switch 183a.
[0097]
Further, in FIG. 14, similarly, the operation control unit 13 detects that the charge amount of the charge storage unit 182 has decreased from a predetermined amount and turns on the switch 183 a, and the output control is performed. The unit 14 starts driving with the electric power from the charge storage unit 182 to supply a predetermined amount of fuel or the like from the fuel pack 20 to the main power generation unit 12, and to turn on the heater of the main power generation unit 12 during a predetermined time Electric power is supplied to the main power generation unit 12 so as to reach a predetermined temperature. As a result, the main power generation unit 12 generates power, and the charge storage unit 182 enters a charge mode in which charges are stored by this power, and also maintains the standby power discharge mode to continue driving the controller CNT. From this state, when a predetermined amount of charge is accumulated in the charge accumulation unit 182, the operation control unit 13 switches the switch 183 a to the off state as shown in FIG. 13 described above.
[0098]
FIG. 15 shows a state in which the switch LS is turned on by the controller CNT that has detected that the device DVC is activated due to an operation of the operator of the device DVC or for some other reason, and the load LD of the device DVC and the controller CNT When the operation control unit 13 detects that the amount of charge stored in the charge storage unit 182 has decreased below a predetermined amount with the power consumption of the power, the operation control unit 13 turns on the switch 183a that functions as the start control unit, and outputs The control unit 14 is driven to cause the main power generation unit 12 to generate power and charge the charge storage unit 182. When the charge storage unit 182 has sufficiently stored charges, the operation control unit 13 detects the state and turns off the switch 183a to stop the power generation of the main power generation unit 12 and the drive of the operation control unit 13.
[0099]
Note that the threshold corresponding to the charge amount of the charge storage unit 182 when the operation control unit 13 detects that the switch 183a must be turned on, and the charge storage when it is detected that the switch 183a must be turned off. The threshold value corresponding to the charge amount of the unit 182 may be set to be substantially equal to each other, or may be set so that the threshold value when the switch 183a is turned off is increased.
[0100]
In the power supply system having such a configuration, mainly, the sub power supply unit itself does not have a function of generating power, and the main power generation unit 12 is in the charged state of the charge storage unit 182 regardless of the driving state of the load LD. FIG. 12 shows that power is generated accordingly, the operation control unit 13 detects the charge state of the charge storage unit 182 to control the switch 183a, and the charge storage unit 182 supplies power to the device DVC. The configuration and functional operation differ from the above-described power supply system. And, by having such a structure, the main power generation unit 12 can stop power generation and power generation only in the charge accumulation state of the charge accumulation unit 182 without obtaining load drive information from the controller CNT of the device DVC. Since it only has to be controlled, the terminal part ELx for inputting the load drive information is not necessary, and a two-electrode terminal structure can be adopted, which brings about an effect of being excellent in compatibility with a general battery, and The charge storage unit 182 as the sub power supply unit does not continuously generate power by consuming the fuel in the fuel pack 20 while the main power generation unit 12 is stopped. It also has the effect of not wasting it. The device DVC also has the advantage that it is not necessary to provide a circuit for providing load drive information from the controller CNT to the power supply system.
[0101]
Next, still another power supply system having a charge storage type sub power supply unit according to this configuration example is shown in FIGS.
16 to 18, the charge storage unit 182 has a function of constantly supplying controller power to the controller CNT from the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) to the device DVC as needed. Thus, power is supplied to the output control unit 14 via the switch 183b to drive the main power generation unit 12.
[0102]
Further, the controller CNT has a function of turning on the switch LS to supply power to the load LD when the device DVC is activated for some reason by an operation of the operator of the device DVC.
The operation control unit 13 has a function of detecting the charge storage state of the charge storage unit 182, and only when the charge storage amount of the charge storage unit 182 is not sufficient regardless of the driving state of the load LD, the switch 183b. Is turned on to drive the output control unit 14 to generate power in the main power generation unit 12, and the switch 183c is turned on to generate the power generated in the main power generation unit 12 together with the power in the charge storage unit 182 and the controller to the controller CNT. The power and the load drive power to the load LD are output.
[0103]
In such a configuration, in FIG. 16, when the operation control unit 13 determines that the charge storage unit 182 stores a sufficient charge while the device DVC is in the standby state, the operation control unit 13 switches the switch 183. (Switches 183b and 183c) are turned off to stop the driving of the main power generation unit 12 and the output control unit 14, and the charge storage unit 182 supplies power to the controller CNT.
[0104]
In FIG. 17, when the device DVC is in a standby state, the charge accumulated in the charge accumulation unit 182 is attenuated to a predetermined amount, and the load LD is not driven, so that the operation of the attenuation is slow. When the control unit 13 determines, the operation control unit 13 turns on the switch 183b and turns on the switch 183c, and supplies drive power to the output control unit 14 from the charge storage unit 182. A situation is shown in which the main power generation unit 12 is driven and charges are accumulated in the charge accumulation unit 182 with the power generated in the main power generation unit 12. At this time, the output control unit 14 starts driving with the electric power from the charge storage unit 182, supplies a predetermined amount of fuel and the like from the fuel pack 20 to the main power generation unit 12, and turns on the heater of the main power generation unit 12. Electric power is supplied to the main power generation unit 12 so as to reach a predetermined temperature during a predetermined time. During this time, the charge storage unit 182 always supplies power to the controller CNT. When a predetermined amount of charge is stored in the charge storage unit 182 from this state, the operation control unit 13 switches the switch 183 (switch 183b and switch 183c) to the off state as shown in FIG. .
[0105]
In FIG. 18, in a state where the controller CNT turns on the switch LS and the load LD is driven, the charge accumulated in the charge storage unit 182 is attenuated to a predetermined amount, and the load LD is driven. Therefore, when the operation control unit 13 determines that the progress of the attenuation is fast, the operation control unit 13 turns on the switch 183b to drive the output control unit 14 to generate power in the main power generation unit 12, and the switch The situation where 183c is turned on and the power generated in the main power generation unit 12 is output as the controller power to the controller CNT and the load drive power to the load LD together with the power from the charge storage unit 182 is shown. The amount of power generated per unit time in the main power generation unit 12 at this time may be set to be larger than that during charge accumulation (charging) in the charge accumulation unit 182 shown in FIG.
[0106]
<Main power generation unit 12>
As shown in FIG. 3, the main power generation unit 12 applied to the power generation module according to the present embodiment has the physical power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20 </ b> A based on the start control by the operation control unit 13. It has a configuration for generating a predetermined power (first power) necessary for driving the device DVC (load LD) by using mechanical or chemical energy. Specific configurations of the main power generation unit 12 include, for example, an electrochemical reaction (fuel cell) using the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A, or a thermal energy associated with the combustion reaction (temperature difference). Power generation), by dynamic energy conversion action that generates electric power by rotating the generator using pressure energy accompanying combustion reaction (internal combustion, external combustion engine power generation), and fluid energy of fuel FL for power generation Various forms such as those that convert heat energy into electric power using the principle of electromagnetic induction or the like (magnetohydrodynamic power generation, thermoacoustic effect power generation, etc.) can be applied.
[0107]
Here, since the electric power (first electric power) generated by the main generator 12 is a main power source that drives various functions (load LD) of the entire device DVC, the driving electric power characteristic is set high. Therefore, the sub power supply unit 11 (charge storage unit 182) described above supplies the controller power of the device DVC, the operation control unit 13, the output control unit 14, the operation power to the main power generation unit 12, and the like. When the power generation unit 12 supplies load driving power to the load LD, the power supplied from the sub power supply unit 11 (second power) and the power supplied from the main power generation unit 12 have different properties. .
[0108]
Each specific example will be briefly described below with reference to the drawings.
(First configuration example of the main power generation unit)
FIG. 19 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment, and FIG. 20 illustrates 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 system that uses power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A via the output control unit 14 and generates electric power by an electrochemical reaction is used. It has the structure of the adopted polymer electrolyte fuel cell.
[0109]
As shown in FIG. 19, the main power generation unit 12A is roughly divided into predetermined power contained in the power generation fuel FL using a predetermined reforming reaction for the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A. A fuel reformer (fuel reformer) 210a that extracts a fuel component (hydrogen), and a load 214 (device DVC or load LD) by an electrochemical reaction using the fuel component extracted by the fuel reformer 210a And a fuel cell main body 210b that generates a predetermined power (first power) for driving the battery.
[0110]
As shown in FIG. 20 (a), the fuel reforming unit 210a is roughly configured by each of evaporation and steam reforming reactions on the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A via the output control unit 14. Through the process, fuel components are extracted and supplied to the fuel cell main body 210b. For example, methanol (CH3OH) and water (H2O) as fuel for power generation FL, hydrogen gas (H2In the evaporation process, first, in the evaporation process, by setting the atmosphere under the temperature condition of about the boiling point with the heater controlled by the output control unit 14 with respect to methanol and water as the liquid fuel, Methanol (CH3OH) and water (H2Evaporate O).
[0111]
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)
[0112]
Here, as shown in FIG. 20 (b), a selective oxidation catalyst unit 210c for removing carbon monoxide (CO) generated as a by-product in the steam reforming reaction is provided at the rear stage of the fuel reforming unit 210a. In addition, carbon monoxide (CO) is converted into carbon dioxide (CO) through processes consisting of an aqueous shift reaction and a selective oxidation reaction.2) And hydrogen (H2) To suppress emission of harmful substances. Specifically, in the aqueous shift reaction process, water (water vapor; H2O) reacts to generate heat of 40.2 kJ / mol, and as shown in the following chemical reaction formula (4), carbon dioxide (CO2) And hydrogen (H2) Is generated.
CO + H2O → CO2+ H2              ... (4)
[0113]
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)
[0114]
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 power generation module 10A. Discharged into the atmosphere.
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.
[0115]
As shown in FIG. 19, the fuel cell main body 210b is roughly similar to the fuel direct supply type fuel cell applied to the sub-power supply unit 11 described above, for example, a catalyst such as platinum, palladium, or platinum / ruthenium. A fuel electrode (cathode) 211 made of a carbon electrode to which fine particles are attached, an air electrode (anode) 212 made of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum are attached, and a fuel electrode 211 and an air electrode 212 are interposed. And a film-like ion conductive film (exchange membrane) 213. Here, hydrogen gas (H) extracted by the fuel reforming unit 210a from the fuel FL for power generation whose supply amount is controlled by the output control unit 14 described later is supplied to the fuel electrode 211.2On the other hand, the air electrode 212 is supplied with oxygen gas (O2) Is supplied. As a result, power generation is performed by the electrochemical reaction described below, and power that is a predetermined drive power (voltage / current) is supplied to the load 214 (the load LD of the device DVC). Further, part of the electric power generated by the fuel cell main body 210b is supplied to the fuel control unit 14a and / or the heater control unit 14e as necessary.
[0116]
An example of an electrochemical reaction in the main power generation unit 12 according to this configuration example is specifically hydrogen gas (H2) Is supplied, as shown in the following chemical reaction formula (6), electrons (e−) Are separated and hydrogen ions (protons; H+) Is generated and passes through the ion conductive film 213 to the air electrode 212 side, and electrons (e) are generated by the carbon electrode constituting the fuel electrode 211.−) Is taken out and supplied to the load 214.
3H2 → 6H++ 6e−          ... (6)
[0117]
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)
[0118]
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 fuel reforming unit 210a described above, so that it can be reused for the fuel reforming reaction and the water shift reaction of the power generation fuel FL, and for the fuel reforming reaction. The water stored in the fuel pack 20A in advance (enclosed) (H2The amount of O) can be greatly reduced, and furthermore, the recovery amount to the by-product recovery means for recovering the by-product provided in the fuel pack 20 can be greatly reduced. Note that water (H2The structure of the by-product recovery means for recovering and reusing by-products such as O) will be described later together with the by-product recovery means in the above-described sub power source unit 11.
[0119]
The electric power generated by the electrochemical reaction as described above and supplied to the load 214 is hydrogen gas (H) supplied to the main power generation unit 12A (the fuel electrode 211 of the fuel cell main body 210b).2) Depending on the amount. Therefore, the power supplied to the device DVC can be arbitrarily adjusted by controlling the amount of power generation fuel (substantially hydrogen gas) FL supplied to the main power generation unit 12 via the output control unit 14. For example, it can be set to be equivalent to one of general-purpose chemical batteries.
[0120]
By applying the fuel reforming type fuel cell having such a configuration to the main power generation unit, the output control unit 14 controls the supply amount of the power generation fuel FL, thereby generating arbitrary power more effectively. Therefore, an appropriate power generation operation according to the drive state of the device DVC (load LD) can be realized based on the load drive information. In addition, by applying the configuration as a fuel cell, it is possible to generate electric power directly from the power generation fuel FL by an electrochemical reaction, so that extremely high power generation efficiency can be realized, and effective use of the power generation fuel FL is achieved. The power generation module 10A including the main power generation unit 12 can be downsized.
[0121]
Note that, similar to the sub power supply unit (see the first configuration example) 11 described above, only the case where methanol is applied as the power generation fuel FL is shown, but the present invention is not limited to this, and at least, Any liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel containing at least hydrogen element 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.
[0122]
Here, when liquefied hydrogen or hydrogen gas is used as the power generation fuel FL as it is, the output control unit 14 does not require the fuel reforming unit 210a as shown in the present configuration example. Therefore, it is possible to apply a configuration in which the power generation fuel FL, in which only the supply amount is controlled, is directly supplied to the fuel cell main body 210b. Further, only the fuel reforming type fuel cell is shown as the configuration of the main power generation unit 12, but the present invention is not limited to this, and the sub power source unit (see the first configuration example) 11 described above and Similarly, a fuel cell of a direct fuel supply system with low power generation efficiency may be applied to generate power using the liquid fuel, liquefied fuel, gaseous fuel, or the like.
[0123]
(Second configuration example of the main power generation unit)
FIG. 21 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
In the second configuration example, as a specific example of the main power generation unit, a power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A via the output control unit 14 is used, and a gas combustion turbine (internal combustion engine) is generated by pressure energy accompanying a combustion reaction. ), And the drive energy is converted into electric power.
[0124]
As shown in FIGS. 21 (a) and 21 (b), the main power generation unit 12B according to this configuration example is roughly arranged in a radial pattern with a plurality of blades curved along a predetermined direction of the circumference. 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 stationary vane 223 is composed of an intake vane 223in and an exhaust vane 223out, which are arranged in a substantially radial manner while being curved in the opposite direction to the movable vane 222, and fixed relative to the movable vane 222, and the movable vane 222 The combustion chamber 224 that combusts the power generation fuel (fuel gas) FL sucked in at a predetermined timing, the ignition unit 225 that ignites the fuel gas sucked into the combustion chamber 224, and the rotation of the movable blade 222 A generator 228 that is directly connected to the core and converts the rotational energy of the movable blade 222 into electric power based on the well-known principle of electromagnetic induction or piezoelectric conversion, and is vaporized into a gas combustion turbine that includes the movable blade 222 and the fixed blade 223. An intake control unit 226 that controls the supply (intake) of the fuel gas, and an exhaust control unit 227 that controls the discharge of the fuel gas (exhaust gas) after combustion in the gas combustion turbine. Here, the configuration of the main power generation unit 12B including the gas combustion turbine, the intake control unit 226, and the exhaust control unit 227 is similar to that of the sub power supply unit 11 described above by applying a micromachine manufacturing technique, for example, a silicon chip. 221 can be integrated and formed in a minute space on the order of millimeters. In FIG. 21A, in order to clarify the configuration of the gas combustion turbine, the intake blades 222in and 223in are shown to be exposed for convenience.
[0125]
In such a main power generation unit 12B, for example, as shown in FIG. 21B, 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 by the igniter 225 at the timing of, and discharged from the exhaust vanes 222out and 223out (arrow P5), thereby generating a vortex of the fuel gas along the curved direction of the movable vane 222 and the fixed vane 223. Thus, the intake and discharge of the fuel gas are automatically performed, and the movable blade 222 continuously rotates in a predetermined direction to drive the power generator 228. Thereby, the fuel energy by fuel gas is converted into electric power through the gas combustion turbine and the power generator 228.
[0126]
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 fuel pack 20A is However, it is necessary to have at least ignitability or flammability, for example, alcohol-based liquid fuels such as methanol and ethanolbutanol, and liquefaction composed of hydrocarbons vaporized at normal temperature and normal pressure such as dimethyl ether, isobutane and natural gas. Gas fuel such as fuel and hydrogen gas can be favorably applied.
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 power supply system 1, if the exhaust gas contains a combustible or toxic component, the exhaust gas is discharged to the outside. Needless to say, it is necessary to carry out a process for making it flame-retardant or detoxified before discharging it, or to provide means for collecting the exhaust gas.
[0127]
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 power generation module 10A including the main power generation unit 12 is generated while generating electric power with relatively high energy conversion efficiency and effectively using the power generation fuel FL. Can be miniaturized.
[0128]
(Third configuration example of the main power generation unit)
FIG. 22 is a schematic configuration diagram illustrating a third configuration example of the main power generation unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A via the output control unit 14 is used, and a rotary engine (internal combustion engine) is generated by pressure energy by a combustion reaction. It has the structure as a power generator which drives and converts the drive energy into electric power.
[0129]
As shown in FIG. 22, the main power generation unit 12 </ b> C according to the third configuration example rotates while being eccentric along a housing 231 having an elliptical working space 231 a and an inner wall of the working space 231 a. A rotor 232 having a substantially triangular cross section, a known rotary engine having an ignition unit 234 for igniting and burning compressed fuel gas, and a generator (not shown) directly connected to the central shaft 233 Configured. Here, the configuration of the main power generation unit 12 </ b> C formed of a rotary engine can be formed by being integrated in a minute space by applying a micromachine manufacturing technique, similarly to each of the configuration examples described above.
[0130]
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. 22 (a), 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. 22 (b), after the fuel gas in the working chamber AS is compressed to a high pressure, in the combustion stroke, as shown in FIG. 22 (c), ignition is performed at a predetermined timing. The fuel gas is ignited and burned (exploded) by the portion 234, and in the exhaust stroke, the exhaust gas after combustion is discharged from the working chamber AS through the exhaust port 235b as shown in FIG. In this series of driving strokes, the rotation of the rotor 232 in a predetermined direction (arrow P6) is maintained by the pressure energy accompanying the explosion and combustion of the fuel gas in the combustion stroke, and the transmission of the rotational energy to the central shaft 233 is continued. Is done. Thereby, the combustion energy by fuel gas is converted into the rotational energy of the central shaft 233, and is converted into electric power by a power generator (not shown) connected to the central shaft 233.
[0131]
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 power supply system 1, if the exhaust gas contains a combustible or toxic component, the exhaust gas is discharged to the outside. Needless to say, it is necessary to carry out a process for making it flame-retardant or detoxified before discharging it, or to provide means for collecting the exhaust gas.
[0132]
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 power generation module 10A including the main power generation unit 12 can be reduced in size while generating electric power with a relatively simple structure and operation with little vibration. Can do.
[0133]
(Fourth configuration example of the main power generation unit)
FIG. 23 is a schematic configuration diagram illustrating a fourth configuration example of the main power generation unit applicable to the power generation 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, the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A via the output control unit 14 is used as a specific example of the main power generation unit, and the Stirling engine (external combustion engine) is generated by the thermal energy generated by the combustion reaction. And a configuration as a power generator that converts the drive energy into electric power.
[0134]
In the main power generation unit 12D according to the fourth configuration example, as shown in FIG. 23A, 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 crankshaft 243 so as to reciprocate with a phase difference of 90 ° from each other, and a low temperature side A known Stirling engine including a piston 242b, a heater 244 for heating the high temperature side cylinder 241a, a cooler 245 for cooling the low temperature side cylinder 242a, and a flywheel 246 connected to the axis of the crankshaft 243; And a power generator (not shown) directly connected to the shaft 243.
[0135]
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 power supply system 1 such as outside air. Kinetic energy for reciprocating the high-temperature side piston 241b and the low-temperature side piston 242b by maintaining a constantly cooled state by contact or exposure, and repeating the steps of isovolume heating, isothermal expansion, isovolume cooling, and isothermal compression. Is converted into rotational energy of the crankshaft 243 and transmitted to the generator.
[0136]
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 process, 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 crankshaft 243 in a predetermined direction (arrow P7) is maintained by the reciprocating motion of the piston accompanying heating and cooling of the fuel gas. As a result, the pressure energy of the working gas is converted into rotational energy of the crankshaft 243, and is converted into electric power by a power generator (not shown) connected to the crankshaft 243.
[0137]
On the other hand, in the main power generation unit 12D according to the fourth configuration example, as shown in FIG. 23B, the displacer-type Stirling engine is roughly partitioned by a displacer piston 241d and includes a high-temperature space in which working gas can reciprocate. A cylinder 241c having a low-temperature space, a displacer piston 241d 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 The crankshaft 243 connected so as to have a phase difference of 90 °, the heater 244 for heating one end side (high temperature space side) of the cylinder 241c, and the cooler for cooling the other end side (low temperature space side) of the cylinder 241c. 245, in contact with the axis of the crankshaft 243 And well-known Stirling engine with a flywheel 246, is configured to have a generator which is directly connected to the crank shaft 243 and (not shown), a.
[0138]
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 crankshaft 243 and transmitted to the generator. To do.
[0139]
That is, in the isovolumetric heating process, when the displacer piston 241d starts thermal expansion of the working gas by the heater 244 and starts to rise, the working gas on the low temperature space side flows into the high temperature space side and is heated. Next, in the isothermal expansion stroke, the increased amount of the working gas on the high-temperature space side is thermally expanded to increase the pressure, whereby the power piston 242d is raised. Next, in the isovolumetric cooling process, when the displacer piston 241d is lowered by the inflow of the working gas thermally expanded by the heater 244 to the low temperature space side, the working gas on the high temperature space side flows into the low temperature space side and is cooled. . In the isothermal compression stroke, the working gas cooled in the low temperature space side cylinder 241c contracts to reduce the pressure in the low temperature space side cylinder 241c, and the power piston 242d descends. In this series of driving strokes, the rotation of the crankshaft 243 in a predetermined direction (arrow P7) is maintained by the reciprocating motion of the piston accompanying the heating and cooling of the working gas. As a result, the pressure energy of the working gas is converted into rotational energy of the crankshaft 243, and is converted into electric power by a power generator (not shown) connected to the crankshaft 243.
[0140]
Here, similarly to the above-described second and third configuration examples, 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. 23 is also formed by being integrated in a minute space, similarly to the above-described configuration examples. 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.
[0141]
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 power generation module 10A including the main power generation unit 12 can be reduced in size while generating power with a relatively simple configuration and operation with less vibration. Can do.
[0142]
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 such as a pulse combustion engine or an external 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.
[0143]
(Fifth configuration example of the main power generation unit)
FIG. 24 is a schematic configuration diagram illustrating a fifth configuration example of the main power generation unit applicable to the power generation 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 fuel pack 20A via the output control unit 14 is used, and thermal energy is generated based on a combustion reaction (oxidation reaction). It has the structure as an electric power generating apparatus which generate | occur | produces electric power by the thermoelectric conversion electric power generation using the temperature difference produced by doing.
[0144]
As shown in FIG. 24 (a), the main power generation unit 12E according to the fifth configuration example is roughly composed of a combustion heater 251 that generates thermal energy by a combustion reaction (oxidation reaction) of the power generation fuel FL, A thermoelectric conversion element 253 connected between the first and second temperature ends, with a constant temperature portion 252 that holds a constant temperature, and the combustion heater 251 as a first temperature end and the constant temperature portion 252 as a second temperature end. And the structure of the temperature difference power generator provided with these. Here, the thermoelectric conversion element 253 has a configuration equivalent to that shown in FIG. Further, the combustion heater 251 maintains the high temperature by continuously maintaining the combustion reaction by being supplied with the power generation fuel FL, while the constant temperature unit 252 is in contact with other regions inside and outside the power supply system 1. Or it is comprised so that substantially constant temperature (for example, normal temperature or low temperature) may be hold | maintained by being exposed. Note that the configuration of the main power generation unit 12E including the temperature difference power generator illustrated in FIG. 24 is also formed by being integrated in a minute space, similarly to each of the configuration examples described above.
[0145]
In the main power generation unit 12E having such a configuration, when the power generation fuel sealed in the fuel pack 20A is supplied to the combustion heater 251 via the output control unit 14, as shown in FIG. The combustion (oxidation) reaction proceeds in accordance with the amount of power generation fuel supplied and generates heat, and the temperature of the combustion heater 251 rises. On the other hand, since the temperature of the constant temperature part 252 is configured to be substantially constant, a temperature difference is generated between the combustion heater 251 and the constant temperature part 252. And based on this temperature difference, a predetermined electromotive force is generated by the Seebeck effect in the thermoelectric conversion element 253, and electric power is generated.
[0146]
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 power generation module 10A including the main power generation unit 12 can be reduced in size while generating power by a relatively simple configuration and operation without vibration. Can be planned.
In the present configuration example, the temperature difference generator that generates electric power by the Seebeck effect based on the temperature difference between the combustion heater 251 and the constant temperature unit 252 has been described, but the present invention is not limited to this. Instead, it may have a configuration for generating electric power based on the thermionic emission phenomenon.
[0147]
(Sixth configuration example of the main power generation unit)
FIG. 25 is a schematic configuration diagram illustrating a sixth configuration example of the main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
In the sixth configuration example, as a specific example of the main power generation unit, power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20A via the output control unit 14 is used, and electric power (electromotive force) is generated based on the principle of magnetohydrodynamics. It has a configuration as a power generation device.
[0148]
As shown in FIG. 25 (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 provided with magnetic field generating means MG composed 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.
[0149]
In the main power generation unit 12F having such a configuration, as shown in FIG. 25B, 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 generation fuel FL crosses the magnetic field based on Faraday's law of electromagnetic induction, and the power generation fuel FL becomes 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.
[0150]
In addition, in the case of applying the 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 power supply system 1, the power generation fuel FL is flammable or toxic. When a certain component is included, it is needless to say that it is necessary to perform a process for making the fuel FL incombustible or non-toxic before discharging the power generation fuel FL to the outside, or to have a means for collecting the power generation fuel FL. .
[0151]
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 power generation module 10A including the main power generation unit 12 while generating power with an extremely simple configuration that does not require driving components. it can.
[0152]
In addition, each structure example mentioned above only showed an example of the main power generation part 12 applied to 10 A of electric power generation modules, and does not limit the structure of the power supply system which concerns on this invention at all. In short, the main power generation unit 12 applied to the present invention is directly or indirectly supplied with liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel sealed in the fuel pack 20A, so that the inside of the main power generation unit 12 is electrochemical. As long as it can generate electric power based on reaction, exotherm, temperature difference due to endothermic reaction, pressure energy or thermal energy conversion action, electromagnetic induction, etc., it may have other configurations, For example, a combination of an external force generating means based on a thermoacoustic effect and a generator based on electromagnetic induction or piezoelectric conversion can be suitably applied.
[0153]
Of the above-described configuration examples, in the main power generation unit 12 to which the second to fifth configuration examples are applied, the power generation fuel FL supplied to the main power generation unit 12 is subjected to a combustion reaction to extract thermal energy. For this ignition operation, as shown in FIG. 3, the electric power (second electric power) supplied from the sub power supply unit 11 described above is used as the starting electric power.
[0154]
<Operation control unit 13>
As shown in FIG. 3, the operation control unit 13 applied to the power generation module according to the present embodiment operates with the operating power (second power) supplied from the sub power supply unit 11 described above. Various types of information inside and outside the power supply system 1, that is, information relating to changes in the voltage component (output voltage) of the supplied power that changes according to the driving state of the device DVC (load LD) connected to the power supply system 1 (specifically, The operation control signal is generated and output based on the detection voltage from the voltage monitor unit 16 described later, and the operation state of the main power generation unit 12 described later is controlled.
[0155]
Specifically, the operation control unit 13 is driven by the power generated by the sub power supply unit 11 in a state where the main power generation unit 12 is not operating, and the voltage of the control power supplied to the device DVC. When the activation command information of the load LD is detected from the change, an operation control signal for activating the output control unit 14 is output to the activation control unit 15 described later (activation control), and the main power generation unit 12 The difference between the power required for driving the load LD and the power output from the main power generation unit 12 to the load LD from the voltage change of the control power supplied to the device DVC (controller CNT) while Is detected, the load drive power generated by the main power generation unit 12 and supplied to the device DVC (load LD) is negative with respect to the output control unit 14 to be described later. So that an appropriate value corresponding to the driving state of the LD, and outputs an operation control signal for adjusting the amount of generated power (power generation amount) in the main power generation part 12 (feedback control).
[0156]
On the other hand, the operation control unit 13 is in a state where the main power generation unit 12 is operating, for example, the load driving power supplied to the device DVC (load LD) in spite of executing the feedback control. When a state in which the voltage change exceeds the predetermined voltage range related to the feedback control and becomes excessive is detected for a predetermined time, the operation of the output control unit 14 is stopped with respect to the activation control unit 15. The operation control signal for making it output is output (emergency stop control).
Further, when the operation control unit 13 detects the drive stop command information of the load LD from the voltage change of the control power supplied to the device DVC while the main power generation unit 12 is operating, the operation control unit 13 On the other hand, an operation control signal for stopping the drive of the output control unit 14 is output (normal stop control).
[0157]
As will be described later, the external shape of the power supply system 1 may be applied to a configuration in which a device DVC (load LD) is electrically connected only by positive and negative terminal electrodes, as in a general-purpose chemical battery. By supplying supply power comprising the controller power and load drive power to the device DVC via the positive electrode and the negative electrode, the voltage monitor unit 16 constantly monitors fluctuations in the voltage component of the supply power. The driving state of the load LD can be detected. Further, if the device DVC has a structure capable of outputting the load drive information related to the drive state of the device DVC (load LD) from the controller CNT, the power supply system 1 inputs the load drive information in addition to the positive and negative terminal electrodes. A terminal may be provided.
[0158]
<Output control unit 14>
As shown in FIG. 3, the output control unit 14 applied to the power generation module according to the present embodiment is based on the operation control signal output from the operation control unit 13 directly or via the activation control unit 15. The operation is performed by the power (startup power) supplied from the sub power supply unit 11 and the operation state (startup operation, steady operation, stop operation, power generation amount (power generation amount)) in the main power generation unit 12 is controlled.
[0159]
Specifically, the output control unit 14 includes, for example, a flow rate adjustment unit that adjusts the flow rate and discharge amount of power generation fuel, a heater temperature adjustment unit that adjusts the temperature of the heater provided in the main power generation unit 12 and the like. In the main power generation unit 12 shown in each configuration example described above, supply of power generation fuel (liquid fuel, liquefied fuel, or gaseous fuel) in an amount necessary to generate and output load driving power composed of predetermined power In order to optimize the temperature of the heater for promoting various reactions of the main power generation unit 12 and the like, the flow rate adjusting means and the heater temperature adjusting means are controlled based on the operation control signal.
[0160]
FIG. 26 is a block diagram showing a main configuration of a specific example of the power generation module applied to the power supply system according to the present embodiment.
That is, in the embodiment described above, when the fuel reforming type fuel cell configuration shown in the first configuration example (see FIG. 19) described above as the main power generation unit 12 is applied, the configuration shown in FIG. As described above, as the configuration of the output control unit 14, the amount of power generation fuel (hydrogen gas supplied to the fuel cell main body 210b) supplied to the main power generation unit 12A is controlled based on the operation control signal from the operation control unit 13. A fuel control unit 14a that controls the amount of air (oxygen gas supplied to the fuel cell body 210b) supplied to the main power generation unit 12A.
[0161]
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 operation control unit 13. (H2) Is taken in from the fuel pack 20A, and the hydrogen gas (H2) And the supply to the fuel electrode 211 of the fuel cell main body 210b is performed, and the air control unit 14b performs an electrochemical reaction (chemical reaction formulas (6) and (7)) using the hydrogen gas. Required amount of oxygen gas (O)2) Is supplied from the atmosphere and supplied to the air electrode 212 of the fuel cell main body 210b. Such fuel control unit 14a and air control unit 14b provide hydrogen gas (H2) And oxygen gas (O2) Is controlled, the progress of the electrochemical reaction in the main power generation unit 12 (fuel cell main body 210b) is controlled, and the amount of generated power (power generation) and output voltage as load driving power are controlled. The
[0162]
Here, if the air control part 14b can supply the air equivalent to the maximum consumption of oxygen per unit time in the main power generation part 12, the oxygen supplied to the air electrode 212 of the main power generation part 12 You may set so that it may always supply at the time of operation | movement of the main electric power generation part 12, without controlling the quantity of gas. That is, in the configuration of the power generation module 10A shown in FIG. 26, the output control unit 14 controls the progress of the electrochemical reaction only by the fuel control unit 14a, and the air hole as will be described later instead of the air control unit 14b. (Slit) is provided so that a minimum amount of air (oxygen) used for the electrochemical reaction in the main power generation unit 12 is constantly supplied through the vent hole. Good.
[0163]
<Startup control unit 15>
The activation control unit 15 applied to the power generation module according to the present embodiment operates with the electric power supplied from the sub power supply unit 11 described above and operates as output from the operation control unit 13 as illustrated in FIG. Based on the signal, at least power (starting power) is supplied to the output control unit 14 (including the main power generation unit 12 depending on the configuration), and the main power generation unit 12 is changed from the standby state to an operation state capable of generating power. Start control to be transferred.
[0164]
Specifically, in the configuration shown in FIG. 26, the activation control unit 15 moves the main power generation unit 12A from the operation control unit 13 in a state where the main power generation unit 12A (fuel cell body 210b) is not operating. When the operation control signal for starting is received, the starting power output from the sub power supply unit 11 is supplied to the fuel control unit 14a of the output control unit 14, and the heater control unit 14e of the output control unit 14 is supplied. Thus, the starting power output from the sub power supply unit 11 is supplied. Thus, the fuel control unit 14a controls the amount of fuel and the like supplied to the fuel reforming unit 210a, and the heater control unit 14e adjusts the amount of power supplied to the heater of the fuel reforming unit 210a to thereby adjust the temperature of the heater. Can be controlled. The fuel reforming unit 210a has a hydrogen gas (H2) Is supplied to the fuel electrode 211 of the fuel cell main body 210b, and the air control unit 14b supplies oxygen gas (O2) Is automatically activated to shift to an operation state (steady state) in which predetermined power (first power) is generated.
[0165]
In addition, when the activation control unit 15 receives an operation control signal for stopping the main power generation unit 12A (fuel cell body 210b) from the operation control unit 13 while the main power generation unit 12A is driven, at least the fuel The control unit 14a, the air control unit 14b, and the heater control unit 14e are controlled to supply hydrogen gas (H2) And oxygen gas (O2) Is stopped, power generation (power generation) in the fuel cell main body 210b is stopped, and operation control is performed by the sub-power supply unit 11 and power from the sub-power supply unit 11 (operating power, controller power). The unit 13, the voltage monitor unit 16 described later, and the controller CNT of the device DVC are shifted to a standby state.
[0166]
Here, a fuel reforming type fuel cell is applied as the main power generation unit 12, and the activation control unit 15 activates the output control unit 14 (fuel control unit 14a and air control unit 14b) and the main power generation unit 12A. The case where the operation state (starting operation, stopping operation) of the main power generation unit 12A is controlled by controlling the supply of electric power to control the supply and shutoff of fuel and air for power generation to the main power generation unit 12A has been described. However, even when the other configuration example described above (for example, a power generation device including an internal combustion engine, an external combustion engine, or the like) is applied to the main power generation unit 12, the operation of the main power generation unit 12 is performed by substantially the same control. The state is controlled. Further, when a fuel direct supply type fuel cell capable of generating power at room temperature is applied as the main power generation unit 12, the heater, the fuel reforming unit 210a, and the heater control unit 14e in the main power generation unit 12 are not required, and the fuel for power generation Since the amount of power generated by the main power generation unit 12 can be controlled simply by controlling the supply and shutoff of the engine, the start control unit 15 supplies the start power only to the fuel control unit 14a of the output control unit 14 It may be one that controls.
[0167]
Further, in the configuration shown in FIG. 3, the power from the sub power supply unit 11 is supplied to the activation control unit 15 and the output control unit 14 (in the configuration illustrated in FIG. 26, the fuel control unit 14 a) as the operating power or the activation. If the power consumed by the output control unit 14 or the like during steady operation of the main power generation unit 12 is not sufficient from the power supplied from the sub power supply unit 11, the power from the sub power supply unit 11 is used. In addition, a part of the electric power generated by the main power generation unit 12 can be maintained by outputting it to the output control unit 14 or the like (see dotted arrows in FIGS. 3 and 26).
[0168]
At this time, as the power supply system, the output control unit 14 adds the power consumed by the output control unit 14 itself so that the power supplied as load driving power to the device DVC (load LD) is not impaired. The power generation fuel corresponding to the above and the total amount of power generation fuel corresponding to the power supplied to the device DVC are controlled to be supplied to the main power generation unit 12. In the configuration shown in FIG. 26, the fuel control unit 14a supplies the total amount of power generation fuel to the fuel electrode 211 of the fuel cell main body 210b via the fuel reforming unit 210a, and the air control unit. By 14b, the fuel cell body 210b is controlled so as to supply the air electrode 212 of the fuel cell body 210b with air that satisfies the oxygen amount necessary to generate (power generation) sufficient power in the fuel cell body 210b.
[0169]
<Voltage monitor unit 16>
As shown in FIGS. 3 and 4, the voltage monitor unit 16 applied to the power generation module according to the present embodiment is generated by the main power generation unit 12 described above, and is provided with an electrode terminal EL (provided in detail). Drive of the device DVC driven by output power output via a positive electrode terminal and a negative electrode terminal (or other terminals described later), that is, supply power supplied to the device DVC connected to the electrode terminal EL. The voltage component displaced according to the situation (capacity increase / decrease) is detected and output to the operation control unit 13.
[0170]
Specifically, the voltage monitor unit 16 is a controller that is generated by the sub power supply unit 11 and supplied to the device DVC (controller CNT) via the electrode terminal EL in a state where the load LD in the device DVC is not driven. In the state in which the voltage component change of the power is detected and the load LD in the device DVC is driven, the power is substantially generated by the main power generation unit 12 and is transmitted to the device DVC (load LD) via the electrode terminal EL. A change in voltage component of the supplied load driving power is detected. As a result, the operation control unit 13 executes start-up control, feedback control, stop control, and the like of the power system described later based on the detected voltage. Therefore, in the present embodiment, each of the controller power or the load driving power generated by the sub power supply unit 11 or the main power generation unit 12 and supplied to the device DVC is a target whose voltage is detected by the voltage monitoring unit 16 (monitor voltage). )
[0171]
(B) Fuel pack
The fuel pack 20A applied to the power supply system according to the present invention has, for example, a hermeticity in which a power generation fuel FL composed of a liquid fuel, a liquefied fuel, or a gaseous fuel containing hydrogen as a composition component is filled and sealed. As shown in FIG. 3, the fuel storage container is configured to be detachably coupled to the power generation module 10A via the I / F part 30A, or to be integrally coupled. Have. Here, the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20A is taken into the power generation module 10A via a fuel delivery path provided in the I / F unit 30A described later, and the output control unit 14 described above causes the device DVC. An amount of power generation fuel FL necessary for generating electric power (first electric power) having a predetermined voltage characteristic corresponding to the driving state (load state) is supplied to the main power generation unit 12 as needed.
[0172]
Further, as described above, a part of the power generation fuel FL enclosed in the fuel pack 20A is used as the sub power supply unit 11, and an electrochemical reaction, catalytic combustion reaction, dynamic energy conversion action, etc. are used. When applying a configuration that generates electric power (second electric power), at least power generation with a minimum supply amount necessary to generate electric power that becomes controller electric power of the device DVC and operating electric power of the operation control unit 13 Fuel FL is always supplied to the sub power supply unit 11 via the I / F unit 30A.
[0173]
In particular, when a configuration in which the power generation module 10A and the fuel pack 20A are detachable is applied as the power supply system 1, the power generation module 10A is connected to the power generation module 10A only when the fuel pack 20A is coupled to the power generation module 10A. Supply FL. In this case, when the fuel pack 20A is not coupled to the power generation module 10A, for example, the fuel sealing pressure inside the fuel pack 20A or the like can be prevented so that the power generation fuel FL sealed inside does not leak to the outside of the fuel pack 20A. Provided in the I / F unit 30A by being provided with a fuel leakage prevention means including a control valve that is closed by a physical pressure such as a spring, etc., and coupled to the power generation module 10A via the I / F unit 30A. When the means (leakage prevention release means) for releasing the leakage prevention function by the fuel leakage prevention means is contacted or pressed, for example, the closed state of the control valve is released and the power generation fuel FL enclosed in the fuel pack 20A is released. Is supplied to the power generation module 10A via the I / F unit 30A.
[0174]
In the fuel pack 20A having such a configuration, when the fuel pack 20A is separated from the power generation module 10A before the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20A runs out, the fuel leakage prevention means described above is used. When the leakage prevention function of the engine is activated again (for example, when the leakage prevention release means is brought into a non-contact state, the control valve is closed again), the leakage of the power generation fuel FL is prevented, and the fuel pack 20A alone can be carried.
[0175]
Here, the fuel pack 20A has a function as a fuel storage container as described above, and originally exists in the natural world under specific environmental conditions and is a substance that constitutes nature, environmental pollution, or the like. It is preferable that the material is made of a material that can be converted into a substance that does not generate the above-described problem.
That is, even when the fuel pack 20A is dumped or landfilled in nature, it is harmless to nature due to the action of microorganisms, enzymes, etc. in the soil, or irradiation with sunlight, rainwater, air, etc. Properties consisting of various decomposition reactions that are converted into substances (naturally existing and natural substances such as water and carbon dioxide), such as biodegradability, photodegradability, and hydrolyzability Further, it can be composed of a polymer material (plastic) having a decomposition characteristic such as oxidative decomposition.
[0176]
In addition, the fuel pack 20A has an organic chlorine compound (dioxins; polychlorinated dibenzoparadoxine, polychlorinated dibenzofuran) or hydrogen chloride gas even when it is subjected to artificial heating / incineration treatment or chemical / chemical treatment. Further, it may be composed of a material that does not generate or suppress generation of harmful substances such as heavy metals or environmental pollutants. Here, the material (for example, the polymer material) constituting the fuel pack 20A is not likely to be decomposed in at least a short period due to contact with the encapsulated power generation fuel FL, and the encapsulated power generation. Needless to say, the fuel FL is not denatured so that it cannot be used as a fuel in a short period of time, and further, the fuel pack 20A made of the polymer material has an external physical stress. Needless to say, it has sufficient strength.
[0177]
As described above, the recovery rate by recycling of the chemical battery is only about 20%, and in view of the current situation that the remaining 80% is dumped or landfilled in nature, the fuel pack 20A As a material, it is desirable to apply a material having decomposition characteristics, particularly, a biodegradable plastic, and specifically, a polymer material containing a chemically synthesized organic compound synthesized from petroleum-based or plant-based materials ( Polylactic acid, aliphatic polyester, copolymerized polyester, etc.), bio-polyester produced by microorganisms, starch-derived polymers extracted from plant materials such as corn and sugarcane, cellulose, chitin, chitosan, etc. Materials and the like can be applied satisfactorily.
[0178]
Further, as the power generation fuel FL used in the power supply system 1 according to the present embodiment, at least the fuel pack 20A in which the power generation fuel FL is sealed is dumped in nature or disposed of in landfill, Even if it leaks into the water in the soil, it does not become a pollutant with respect to the natural environment, the main power generation unit 12 of the power generation module 10A described above can generate electric power with high energy conversion efficiency, It is preferably a fuel material that maintains a stable liquid state or gas state under predetermined sealing conditions (pressure, temperature, etc.) and is supplied to the power generation module 10A. Specifically, the above-described methanol or ethanol, Is it an alcohol-based liquid fuel such as butanol, or a hydrocarbon such as dimethyl ether, isobutane, or natural gas that is a gas at normal temperature and pressure? It becomes liquefied fuel, or can be favorably applied to gas fuel such as hydrogen gas. Note that, as will be described later, it is possible to further improve the safety of the power supply system by providing a structure such as a fuel stabilizing means for stabilizing the sealed state of the power generation fuel in the fuel pack.
[0179]
According to the fuel pack 20A and the power generation fuel FL having such a configuration, all or part of the power supply system 1 according to the present embodiment (the fuel pack 20A, the power generation fuel FL, etc.) is temporarily discarded in the natural world. Even in cases such as when landfilling, incineration, chemical treatment, etc. are carried out artificially, air, soil, water quality pollution, or production of environmental hormones, etc. can be greatly suppressed against the natural environment. It can contribute to prevention of environmental destruction, prevention of deterioration of the aesthetic appearance of the natural environment, and prevention of adverse effects on the human body.
[0180]
Further, when the fuel pack 20A is configured to be detachable from the power generation module 10A, when the remaining amount of the enclosed power generation fuel FL decreases or disappears, the fuel pack 20A is supplied to the fuel pack 20A. Since the power generation fuel FL can be replenished, the fuel pack 20A can be replaced and reused (recycled), it contributes to the construction of a recycling system that can greatly reduce the amount of waste of the fuel pack 20A and the power generation module 10A. be able to. In addition, since a new fuel pack 20A can be exchanged and attached to a single power generation module 10A and mounted on the device DVC, it can be used in a simple manner, just like a general-purpose chemical battery. A power supply system can be provided.
[0181]
In addition, when power is generated in the sub power supply unit 11 and the main power generation unit 12 of the power generation module 10A, by-products other than power are generated, and the by-products adversely affect the surrounding environment, or the device DVC In the case where there is a possibility of adverse effects on the function such as malfunction, a means for holding the by-product recovered by the by-product recovery means described later is provided inside the fuel pack 20A. Configuration can be applied. In this case, in a state where the fuel pack 20A is removed from the power generation module 10A, for example, by-products that are once collected and held in the fuel pack 20A (recovery holding means) do not leak out of the fuel pack 20A. A configuration provided with an absorption polymer capable of absorbing, adsorbing and fixing the product, a control valve that is closed by a physical pressure such as a spring, and the like can be applied. The configuration of the by-product recovery and holding means will be described later together with the by-product recovery means.
[0182]
(C) I / F unit 30
As shown in FIG. 2, the I / F unit 30A applied as an example of the power supply system according to the present invention physically connects at least the power generation module 10A and the fuel pack 20A and is enclosed in the fuel pack 20A. The power generation fuel FL is supplied to the power generation module 10A in a predetermined state via the fuel delivery path. Here, as described above, when the power supply system 1 adopts a configuration in which the power generation module 10A and the fuel pack 20A are detachable, the I / F unit 30A has the above fuel as shown in FIG. In addition to the delivery path, a leakage prevention release means (fuel delivery pipe 52f) for releasing the leakage prevention function of the fuel leakage prevention means (fuel supply valve 24A) provided in the fuel pack 20A is provided. Furthermore, as described later, the I / F unit 30A employs a configuration including a by-product recovery unit that recovers by-products generated in the sub power source unit 11 and the main power generation unit 12 of the power generation module 10A. In some cases, a by-product recovery path 52e for sending the by-product into the fuel pack 20A is provided.
[0183]
Specifically, the I / F unit 30A uses, as a liquid fuel or a liquefied fuel, the power generation fuel FL sealed under a predetermined condition (temperature, pressure, etc.) in the fuel pack 20A via the fuel delivery path. Alternatively, it is vaporized and supplied as gas fuel (fuel gas) to the power generation module 10A (the sub power supply unit 11 and the main power generation unit 12). Therefore, in the power supply system in which the power generation module 10A and the fuel pack 20A are integrally configured via the I / F unit 30A, the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20A is always transmitted via the fuel delivery path. In the power supply system in which the power generation module 10A and the fuel pack 20A are configured to be detachable via the I / F unit 30A, the fuel pack 20A is coupled to the power generation module 10A. As a result, the leakage prevention function of the fuel leakage prevention means provided in the fuel pack 20A is canceled by the leakage prevention release means, and the power generation fuel FL can be supplied to the power generation module 10A via the fuel delivery path. Become.
[0184]
In the power supply system in which the power generation module 10A and the fuel pack 2A are integrally configured via the I / F unit 30A, the power generation fuel FL is always generated regardless of whether or not the power supply system is attached to the device DVC. Is supplied to the power generation module 10 </ b> A and power generation is performed in the sub power supply unit 11, efficient generation of power generation fuel may not be achieved. Therefore, for example, at least before the power supply system is used (before being attached to the device), the fuel delivery path of the I / F unit 30A is kept in a cut-off (shielded) state, and the cut-off state is released during use to By applying a configuration in which the delivery path is irreversibly controlled (penetrated) in a fuel supply enabled state, efficient consumption of power generation fuel can be realized.
[0185]
  <FirstreferenceOverall Operation of Embodiment>
  Next, the overall operation of the power supply system having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
  FIG. 27 is a flowchart showing a schematic operation of the power supply system according to the present embodiment. FIG. 28 is an operation conceptual diagram showing an initial operation (standby state) of the power supply system according to the present embodiment. FIG. 29 is an operation conceptual diagram showing a startup operation of the power supply system according to the present embodiment. FIG. 30 is an operation conceptual diagram illustrating a steady operation (steady state) of the power supply system according to the present embodiment, and FIG. 31 is an operation conceptual diagram illustrating a stop operation of the power supply system according to the present embodiment. Here, the operation will be described with reference to the configuration of the power supply system described above (FIGS. 3 and 4) as appropriate.
[0186]
As shown in FIG. 27, the power supply system 1 having the configuration according to the present embodiment broadly categorizes and supplies the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20 to the power generation module 10 </ b> A. The power (second power) that is the power and the controller power is continuously generated, and the electrode terminals EL (specifically, the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) shown in FIGS. 28 to 31) are generated. Via the initial operation (steps S101 and S102) output to the device DVC (controller CNT) and the drive of the load LD in the device DVC (change from “no” to “present”) for power generation enclosed in the fuel pack 20 The fuel FL is supplied to the main power generation unit 12 to generate electric power (first electric power) as load driving electric power, and the device is connected via the electrode terminals EL (EL (+), EL (−)). Based on the starting operation (steps S103 to S106) output to the VC (load LD) and the change in the driving state of the load LD, the amount of power generation fuel FL supplied to the main power generation unit 12 is adjusted to drive the load. Based on steady operation (steps S107 to S110) in which feedback control is performed to generate and output electric power (first electric power) having a voltage component corresponding to the state, and the load LD is stopped (change from presence to absence). Thus, the supply of the power generation fuel FL to the main power generation unit 12 is shut off, and the stop operation (steps S111 to S114) for stopping the generation of the power (first power) is executed.
[0187]
Hereinafter, each operation will be described in detail with reference to FIGS.
(A) Initial operation
First, in the initial operation, in the power supply system in which the power generation module 10A and the fuel pack 20 are integrally configured via the I / F unit 30, for example, when the fuel is supplied to the device DVC, the fuel of the I / F unit 30 By releasing the blocking state of the delivery path, as shown in FIG. 28, the power generation fuel enclosed in the fuel pack 20 moves in the fuel delivery path due to the capillary action of the fuel delivery path, and the sub-module of the power generation module 10A. Power that is automatically supplied to the power supply unit 11 (step S101), and in the sub power supply unit 11, at least the operation power of the operation control unit 13 and the drive power (controller power) of the controller CNT built in the device DVC (Second power) E1 is independently generated and output, and continuously supplied to each of the operation control unit 13 and the controller CNT. It is (step S102).
[0188]
On the other hand, in the power supply system in which the power generation module 10A and the fuel pack 20 are configured to be detachable, the fuel pack 20 is coupled to the power generation module 10A via the I / F unit 30 as shown in FIG. The leakage prevention function of the fuel leakage prevention means provided in the pack 20 is released, and the fuel for power generation sealed in the fuel pack 20 moves in the fuel delivery path due to the capillary action of the fuel delivery path, so that the sub-module of the power generation module 10A. The power supply unit 11 is automatically supplied (step S101), and at least the power (second power) E1 serving as the operation power and the controller power is independently generated and output in the sub power supply unit 11 to control the operation. Is continuously supplied to the unit 13, the voltage monitor unit 16, and the controller CNT (step S102).
In any of the above cases, until the power supply system is connected to the device DVC, only the power that is the operation power of the operation control unit 13 and the voltage monitor unit 16 is output.
[0189]
By coupling the fuel pack 20 to the power generation module 10A via the I / F unit 30, the operation control unit 13, the voltage monitoring unit 16 of the power generation module 10A, and the controller CNT of the device DVC shift to a standby state in which they are in an operation state. To do. In this standby state, the supply power (controller power; a part of the power E1) supplied to the device DVC (controller CNT) via the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) operates in the standby state. The voltage Vdd that is slightly consumed by the controller 13, the voltage monitor 16, and the controller CNT of the device DVC and slightly decreased due to consumption is detected by the voltage monitor 16 at any time, and the change of the voltage Vdd is monitored by the operation controller 13. Is done. Further, the driving state of the load LD of the device DVC is controlled by the controller CNT.
[0190]
(B) Start-up operation
Next, in the starting operation, as shown in FIG. 29, an operation for driving the load LD, for example, a user of the device DVC operates (turns on) the power switch PS provided in the device DVC. As a result, when the controller CNT controls the switch LS that supplies power to the load LD to the conductive state, a part of the supplied power (control power) supplied to the controller CNT in the standby state is supplied to the load LD. As a result, the voltage Vdd of the supplied power is rapidly reduced.
[0191]
When the operation control unit 13 detects a sudden change in the voltage Vdd via the voltage monitor unit 16 (step S103), the operation control unit 13 starts operation (starts up) the power generation operation in the main power generation unit with respect to the startup control unit 15. A signal is output (step S104). Based on the operation control signal from the operation control unit 13, the activation control unit 15 sends power generated by the sub power supply unit 11 to the output control unit 14 (or the output control unit 14 and the main power generation unit 12). By supplying a part (electric power E2) as the starting power (step S105), the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20A is supplied to the main power generation unit 12 via the output control unit 14 to load drive power. Power (first power) is generated and output. The load driving power is output as supply power through the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) together with the controller power generated by the sub power supply unit 11 described above, and the controller CNT of the device DVC and the load It is supplied to the LD (step S106).
[0192]
Accordingly, when the load driving power generated by the main power generation unit 12 is supplied to the device DVC, the voltage Vdd of the supplied power gradually increases from the lowered state and increases to a voltage suitable for starting the load LD. Will do. That is, when the load LD is driven, the power generation fuel FL is automatically supplied, the main power generation unit 12 starts the power generation operation, and the load drive power having the predetermined voltage Vdd is independent from the device DVC (load LD). Therefore, the load LD can be driven satisfactorily while realizing substantially the same power characteristics as a general-purpose chemical battery.
[0193]
(C) Steady operation
Next, in the steady operation, as shown in FIG. 30, the operation control unit 13 changes the voltage Vdd of the supply power supplied to the device DVC via the voltage monitor unit 16 (substantially, the load drive power). Change of voltage Vdd such that the voltage of the supplied power deviates from a voltage range based on a predetermined specified value (for example, a fluctuation range of output voltage in a general-purpose chemical battery). Is detected, an operation control signal for increasing / decreasing the amount of electric power (power generation amount) generated in the main power generation unit 12 is set so that the voltage Vdd is set within the voltage range. (Step S108).
[0194]
The output control unit 14 adjusts the amount of power generation fuel FL supplied to the main power generation unit 12 based on the operation control signal from the operation control unit 13 (step S109), and supplies power supplied to the device DVC ( The feedback control is performed so that the voltage Vdd of (load driving power) is set within the voltage range (step S110). Thereby, even when the drive state (load state) of the load LD on the device DVC side changes, control is performed so that the voltage of the supplied power converges to an appropriate voltage range according to the drive state of the load LD. Therefore, it is possible to supply power corresponding to the power consumption of the device DVC (load LD).
[0195]
(D) Stop operation
Next, in the steady operation described above, when the device DVC shifts from the on state to the off state during the feedback control of the supplied power, or when the device DVC or the power supply system 1 causes an abnormal operation for some reason, A state in which the voltage Vdd of the supplied power (load driving power) supplied to the device DVC deviates from a predetermined voltage range is continuously detected by the operation control unit 13 via the voltage monitor unit 16 for a predetermined time. When the operation control unit 13 determines that the conditions of the voltage range and the duration time are satisfied (step S111), the operation control unit 13 treats it as a voltage abnormality of the supplied power and stops the generation of power in the main power generation unit 12. The signal is output to the output control unit 14 (step S112). Based on the operation control signal from the operation control unit 13, the output control unit 14 shuts off the supply of the power generation fuel FL to the main power generation unit 12 and promotes an endothermic reaction for hydrogen generation. By stopping the heating (step S113), the power generation operation in the main power generation unit 12 is stopped, and the supply of power (load drive power) other than the controller power to the device DVC is stopped (step S114).
[0196]
That is, for example, when the user of the device DVC operates (turns off) the power switch PS or the like, the controller CNT controls the switch LS that supplies power to the load LD to be in the cutoff state, thereby controlling the load LD. When stopping or when the power supply system 1 is removed from the device DVC, etc., and the load disappears (when it disappears), the voltage of the supplied power is set to a predetermined voltage range in the above-described steady operation. Even when the feedback control is performed, a state deviating greatly from the voltage range occurs. Therefore, when such a state is continuously detected by the operation control unit 13 for a predetermined time or more, the device DVC It is determined that the load LD has stopped or disappeared, and the power generation operation in the main power generation unit 12 is stopped. As a result, the supply of the power generation fuel FL is cut off and the main power generation unit 12 automatically stops in response to the stop of the load LD in the device DVC, so that the main power generation unit 12 is only driven while the device DVC is normally driven. Therefore, the electromotive force can be maintained over a long period of time while effectively using the power generation fuel.
[0197]
As described above, according to the power supply system according to the present embodiment, the predetermined load is determined according to the driving state of the load (equipment or the like) connected to the power supply system without receiving supply of fuel or the like from the outside of the power supply system. Since it is possible to perform power supply, stop control, and adjustment control of the amount of power generated as drive power, 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.
[0198]
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 it can be used in both external shapes 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.
[0199]
  [SecondreferenceEmbodiment]
  Next, the second of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceEmbodiments will be described with reference to the drawings.
  FIG. 32 shows a second example of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceFIG. 33 is a block diagram illustrating an embodiment, and FIG. 33 is a schematic diagram illustrating an electrical connection relationship between a power supply system (power generation module) and a device according to the present embodiment. Here, the first mentioned abovereferenceAbout the structure equivalent to embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0200]
  As shown in FIG. 32, the power generation module 10B according to the present embodiment is roughly divided into the first described above.referenceA sub power supply unit (second power supply unit) 11 having a function similar to that of the embodiment (see FIG. 3), a main power generation unit (first power supply unit) 12, an operation control unit 13, and an output control unit 14 In addition to the start control unit 15 and the voltage monitor unit (voltage detection unit) 16, a terminal unit ELx for notifying the controller CNT built in the device DVC to which the power supply system is connected is provided. It has a configuration. That is, in the present embodiment, the power supply system is based on load drive information (power request) according to the drive state of the load LD, which is notified from the controller CNT built in the device DVC via at least the terminal unit ELx. Thus, the power generation state of the power generation module 10B (particularly, the main power generation unit 12) is controlled.
[0201]
In the present embodiment, the controller CNT of the device DVC connected to the power supply system notifies the power supply system of load drive information (power request) according to the drive state of the load LD, and the power supply system based on the power request. A function as load drive control means for controlling the drive state of the load LD is provided in accordance with the power generation operation information (information on voltage components, start operation end information, operation stop information) indicating the power generation state.
[0202]
Also in the power supply system according to the present embodiment, as shown in FIG. 33, the supply power composed of the controller power and the load driving power output from each of the sub power supply unit 11 and the main power generation unit 12 is a single electrode. The voltage component of this power supply (substantially load drive power) is detected at any time by the voltage monitor unit 16 and supplied to the controller CNT and the load LD of the device DVC via the terminal EL. It is comprised so that it may be monitored by.
[0203]
  <SecondreferenceOverall Operation of Embodiment>
  Next, the overall operation of the power supply system having the above-described configuration will be described with reference to the drawings.
  FIG. 34 shows the secondreferenceIt is a flowchart which shows schematic operation | movement of the power supply system which concerns on embodiment. FIG. 35 is an operation conceptual diagram showing an initial operation (standby state) of the power supply system according to the present embodiment, and FIGS. 36 and 37 are operation conceptual diagrams showing a start-up operation of the power supply system according to the present embodiment. 38 and 39 are operation conceptual diagrams showing steady operation (steady state) of the power supply system according to the present embodiment, and FIGS. 40, 41, and 42 are diagrams of the power supply system according to the present embodiment. It is an operation | movement conceptual diagram which shows stop operation | movement. Here, the operation will be described with reference to the configuration of the power supply system described above (FIGS. 32 and 33) as appropriate.
[0204]
  In the present embodiment, the operation control unit 13 provided in the power generation module 10B uses the positive terminal EL (+) and the negative terminal as load drive information related to load drive control notified from the controller CNT built in the device DVC. A series of operation control shown below is executed by receiving it through the terminal portion ELx other than EL (−). In addition to the overall operation of the present embodiment described below, the first operation described above is used.referenceAll or some of the entire operations of the embodiment may be executed in parallel.
[0205]
  That is, the power supply system 1 having the configuration according to the present embodiment has the above-described first configuration as shown in FIG.referenceSimilar to the embodiment, the sub-power supply unit 11 can be roughly divided into initial operations (Steps S201 and S202) that continuously generate and output the operation power of the operation control unit 13 and the drive power (controller power) of the controller CNT. ) And a start operation (steps S203 to S206) for supplying start power to the main power generation unit 12 and the output control unit 14 to generate and output power as load drive power based on the driving of the load LD, Based on the change in the driving state of the LD, the amount of power generation fuel FL supplied to the main power generation unit 12 is adjusted to generate and output power corresponding to the driving state of the load (load driving power) (step S207 to S210) and a stop operation for stopping the generation of electric power as load driving power by cutting off the supply of the power generation fuel FL to the main power generation unit 12 based on the stop of the load LD. Is controlled to execute (step S211 to S214), the.
[0206]
  (A) Initial operation
  First, in the initial operation, as shown in FIG.referenceSimilar to the embodiment, the power generation fuel sealed in the fuel pack 20B is automatically supplied to the sub power supply unit 11 of the power generation module 10B through the fuel delivery path provided in the I / F unit 30B (step S201). ), Power (second power) E1 serving as operation power and controller power is independently generated and output in the sub power supply unit 11, and the operation power is continuously supplied to the operation control unit 13, and the power supply system Is connected to the device DVC, the controller power is supplied to the controller CNT built in the device DVC via the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) provided in the power supply system (voltage Vs). ) (Step S202). Thereby, only the operation control unit 13 of the power generation module 10A and the controller CNT of the device DVC shift to a standby state in which they are in an operating state. In this standby state, the operation control unit 13 constantly monitors load drive information (various power requests to be described later) notified from the controller CNT of the device DVC according to the load drive state via the terminal unit ELx.
[0207]
(B) Start-up operation
Next, in the startup operation, first, as shown in FIG. 36, for example, the user of the device DVC operates (turns on) the power switch PS or the like provided in the device DVC to connect the terminal from the controller CNT. A power supply request signal for requesting the operation control unit 13 of the power generation module 10B to supply power (first power) serving as load drive power is output as load drive information via the unit ELx. When the operation control unit 13 receives the load drive information from the controller CNT (step S203), the operation control unit 13 outputs an operation control signal for starting (activating) the operation of the main power generation unit 12 to the activation control unit 15 (step S203). S204). Based on the operation control signal from the operation control unit 13, the activation control unit 15 sends power generated by the sub power supply unit 11 to the output control unit 14 (or the output control unit 14 and the main power generation unit 12). By supplying a part (electric power E2) as the starting power (step S205), the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20B is supplied to the main power generation unit 12 via the output control unit 14 to load load power. Power (first power) is generated and output. The load driving power is supplied to the device DVC as supply power through the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) together with the controller power generated by the sub power supply unit 11 (step S206). . At this time, the voltage of the supplied power supplied to the device changes so as to gradually increase from the voltage Vs in the standby state described above.
[0208]
Here, in the startup operation described above, as shown in FIG. 36, when the operation control unit 13 outputs an operation control signal for starting the main power generation unit 12 in step S204, the voltage monitor unit 16 is connected to the positive terminal. Supply power (substantially) generated and output by the main power generation unit 12 and supplied to the device DVC by controlling the switch MS to be in a conductive state so as to be connected between the EL (+) and the negative electrode terminal EL (−). The voltage change of the load driving power is detected at any time via the voltage monitor unit 16. Then, as shown in FIG. 37, the operation control unit 13 indicates that the supply power voltage data itself detected by the voltage monitor unit 16 has reached the predetermined voltage Va based on the power supply request as needed. The start operation end signal is notified as power generation operation information to the controller CNT of the device DVC via the terminal unit ELx. Based on the power generation operation information notified from the operation control unit 13, the controller CNT is suitable for driving the load LD with the voltage of the supplied power supplied via the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−). When the voltage Va reaches the voltage Va, the switch LS is controlled to be in a conducting state, and the supply power (load drive power) from the power supply system is supplied to drive the load LD.
[0209]
  (C) Steady operation
  Next, in the steady operation, as shown in FIG.referenceSimilar to steps S107 to S110 shown in the embodiment, the operation control unit 13 changes the voltage Va of the supply power supplied to the device DVC via the voltage monitor unit 16 (substantially, the load drive power Voltage change) is monitored as needed, and feedback control is executed so that the voltage of the supplied power is set within a voltage range based on a predetermined specified value.
[0210]
Further, in such a steady operation, when the controller CNT of the device DVC controls and grasps a new driving state of the load LD, as shown in FIG. 39, new power corresponding to the driving state of the load LD is obtained. A power change request signal for requesting supply (for example, supply power having voltage Vb) is output to the operation control unit 13 through the terminal unit ELx as load drive information. When the operation control unit 13 receives the load drive information (step S207), the operation control unit 13 generates the electric power generated and output by the main power generation unit 12 with respect to the activation control unit 15, and the load corresponding to the new drive state of the load LD. An operation control signal for setting the drive power is output to the output control unit 14 (step S208).
[0211]
Based on the operation control signal from the operation control unit 13, the output control unit 14 adjusts the amount of power generation fuel FL supplied to the main power generation unit 12, the heating time of the heater, and the heating temperature (step S209), and the device Control is performed so that the supply power (load drive power) supplied to the DVC has a voltage corresponding to the new drive state of the load LD (step S210). That is, the operation control unit 13 receives the power change request signal, changes the specified value for setting the voltage range related to the feedback control to the voltage Vb based on the power change request signal, and changes the changed voltage. The power generation amount in the main power generation unit 12 is controlled so that load driving power having a voltage corresponding to the range is generated. As a result, appropriate power is supplied in accordance with the drive state (load state) of the load LD on the device DVC side, so that power corresponding to the power consumption of the device DVC (load LD) is supplied to improve the load LD. In addition, since a significant voltage change in the supplied power accompanying a change in the driving state of the load LD is suppressed, it is possible to suppress the occurrence of abnormal operation in the device DVC.
[0212]
  (D) Stop operation
  Next, in the steady operation described above, as shown in FIG.referenceSimilar to steps S111 to S114 shown in the embodiment, the device DVC shifts from the on state to the off state during the feedback control of the supplied power (for example, the switch LS for supplying the load driving power to the load LD is controlled to be cut off). Or the device DVC or the power supply system 1 has caused an abnormal operation for some reason, and the state where the voltage Va of the supplied power deviates from the predetermined voltage range is detected continuously for a predetermined time. In this case, the operation control unit 13 treats the supply power as a voltage abnormality and outputs an operation control signal to the output control unit 14 to cut off the supply of the power generation fuel FL to the main power generation unit 12. The power generation operation in the power generation unit 12 is controlled to be stopped (automatic power cutoff (auto power off) operation).
[0213]
Further, in steady operation, as shown in FIG. 41, for example, a switch LS for supplying power to the load LD by the controller CNT when the user of the device DVC operates (turns off) the power switch PS or the like. When the load LD is stopped by controlling the power supply to the cut-off state, or when the power supply system 1 is removed from the device DVC or the load is lost (when it disappears), the controller CNT of the device DVC When the drive stop of the load LD is controlled and grasped, a power stop request signal for requesting the supply stop of the supply power (load drive power) from the power supply system is sent as load drive information to the operation control unit 13 via the terminal unit ELx. Is output. When the operation control unit 13 receives the load drive information (step S211), the operation control unit 13 outputs an operation control signal for stopping the generation of power in the main power generation unit 12 to the output control unit 14 (step S212). Based on the operation control signal from the operation control unit 13, the output control unit 14 shuts off the supply of the power generation fuel FL to the main power generation unit 12 and promotes an endothermic reaction for hydrogen generation. By stopping the heating (step S213), the power generation operation in the main power generation unit 12 is stopped, and the supply of power (load drive power) other than the controller power to the device DVC is stopped (step S214).
[0214]
In the stop operation shown in FIG. 40 or 41 described above, the operation control unit 13 outputs, for example, an operation control signal for stopping the generation of power in the main power generation unit 12, or the main power generation FIG. 42 shows the case where the main power generation unit 12 is stopped by detecting the voltage change of the supplied power (substantially load driving power) attenuated by the stop of the unit 12 through the voltage monitor unit 16 as needed. As shown, the voltage monitor unit 16 is electrically disconnected from the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) by controlling the switch MS to the cutoff state, and the power generation operation in the main power generation unit 12 is stopped. The power shutdown notification signal (auto power off notification signal) or the operation stop signal indicating that the operation has been performed is used as the power generation operation information, and the control of the device DVC is performed via the terminal portion ELx. To notify the La CNT. Thereby, in response to the drive stop of the load LD in the device DVC, the supply of power generation fuel is cut off, the main power generation unit 12 is automatically stopped, and the supply of load drive power to the device DVC is stopped. The power supply system 1 and the device DVC are restored to the standby state described above.
[0215]
  As described above, according to the power supply system according to the present embodiment, the first described above.referenceSimilar to the embodiment, it is possible to perform power supply, stop control, and power generation adjustment control according to the drive state of a device (load) connected to the power supply system. At the same time, in particular, the main power generation unit 12 can be operated to generate electric power only during the operation state in which the device DVC is normally driven. Therefore, the fuel for power generation can be efficiently consumed and the electromotive force can be maintained over a long period of time. . 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.
[0216]
In the present embodiment, the case has been described in which the device DVC notifies the power supply system of the load drive information, and the power supply system notifies the device DVC of the power generation operation information. The present invention is not limited to this, and at least the one-way information notification from the device DVC to the power supply system is sent to the power supply system, thereby driving the load in the power supply system (power generation module). You may generate | occur | produce and output the load drive electric power according to a state.
[0217]
  [ThirdreferenceEmbodiment]
  Next, a third power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceEmbodiments will be described with reference to the drawings.
  FIG. 43 shows a third example of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceIt is a block diagram which shows embodiment. Here, the second mentioned abovereferenceAs in the embodiment, a case where a configuration in which predetermined information is notified to and from a device to which the power supply system is connected via the terminal portion ELx will be described.referenceSimilarly to the embodiment, it is needless to say that the device and the electrode terminal (positive electrode terminal and negative electrode terminal) are connected only and no special notification is performed between the device and the device. . The first mentioned aboveReference embodimentOr secondreferenceAbout the structure equivalent to embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0218]
  First mentioned aboveReference embodimentAnd secondreferenceIn the power generation modules 10 </ b> A and 10 </ b> B according to the embodiment, the power generation fuel FL used in the sub power supply unit 11 is discharged as an exhaust gas as it is to the outside of the power supply system 1 or is recovered by a byproduct recovery unit described later. In the power generation module 10C according to the present embodiment, the power generation operation in the sub power supply unit 11 is not accompanied by a component change as a compound of the power generation fuel FL, or is accompanied by a component change. Even if a specific fuel component such as hydrogen or a hydrogen compound is included, the power generation fuel FL used in the sub power supply unit 11 is used as the power generation fuel in the main power generation unit 12 as it is, or A specific fuel component is extracted and reused.
[0219]
  Specifically, as illustrated in FIG. 43, the power generation module 10 </ b> C according to the present embodiment includes the second described above.referenceSub power supply unit 11, main power generation unit 12, operation control unit 13, output control unit 14, startup control unit 15, voltage monitoring unit 16 having the same configuration and functions as those of the embodiment (see FIG. 32) , Electrode part ELx, and in particular, all or a part of the fuel for power generation after being used for power generation in sub power supply part 11 (these are referred to as “exhaust fuel gas” for convenience), The power generation module 10 </ b> C is configured to be supplied to the main power generation unit 12 via the output control unit 14 without being discharged to the outside.
[0220]
  That is, the sub power supply unit 11 applied to the present embodiment consumes and converts the fuel component of the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20 via the I / F unit 30 without changing the predetermined power (first power). 2 power) can be generated and output (for example, the above-described firstreferencePower generation in the main power generation unit 12 even when the fuel component of the power generation fuel FL in the second, third, fifth or seventh configuration example in the embodiment) or the fuel component of the power generation fuel FL is consumed and converted Configuration for generating exhaust fuel gas containing fuel components that can be used for operation (for example, the above-described first configuration)referenceThe power generation device shown in the fourth or sixth configuration example in the embodiment is included.
[0221]
  In addition, as the main power generation unit 12, the above-described firstreferenceIn the case of applying the power generation apparatus shown in the first to sixth configuration examples in the embodiment, as a power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20, a fuel material having an ignitability or combustibility, for example, Alcohol-based liquid fuels such as methanol and ethanolbutanol, liquefied fuels composed of hydrocarbons such as dimethyl ether, isobutane and natural gas, and gaseous fuels such as hydrogen gas are applied.
[0222]
That is, the liquid fuel and the liquefied fuel are liquid when sealed in the fuel pack 20 under a predetermined sealing condition (temperature, pressure, etc.), and have a normal temperature, normal pressure, etc. when supplied to the sub power supply unit 11. By shifting to a predetermined environmental condition, the gas is vaporized into a high-pressure fuel gas, and the gaseous fuel is sealed in the fuel pack 20 in a compressed state at a predetermined pressure and supplied to the sub power supply unit 11. Then, since it becomes a high-pressure fuel gas according to the enclosed pressure, for example, after generating electric power (second electric power) by using the pressure energy of the fuel gas in the auxiliary power supply unit 11 with such a power generation fuel FL, In the main power generation unit 12, electric power (first electric power) can be generated by an electrochemical reaction or a combustion reaction using the fuel gas discharged from the sub power supply unit 11.
[0223]
  [FourthreferenceEmbodiment]
  Next, a fourth power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceEmbodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 44 shows a fourth example of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceIt is a block diagram which shows embodiment. Here, the second mentioned aboveReference embodimentAnd the thirdreferenceAs in the embodiment, a case where a configuration for notifying a predetermined information with a device to which the power supply system is connected is shown, but a configuration for not performing a special notification with the device (first configuration)referenceThe configuration shown in the embodiment may be included. The first mentioned aboveReference embodimentThru thirdreferenceAbout the structure equivalent to embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0224]
  First mentioned aboveReference embodimentThru thirdreferenceIn the power generation modules 10 </ b> A and 10 </ b> B according to the embodiment, predetermined power (second power) is always and autonomously generated using the power generation fuel FL supplied from the fuel packs 20 </ b> A and B as the sub power supply unit 11. In the power generation module according to the present embodiment, the power generation module according to the present embodiment has been described. However, the sub-power source unit always supplies the predetermined power independently without using the power generation fuel FL sealed in the fuel pack. It has a configuration that occurs.
[0225]
  Specifically, as illustrated in FIG. 44, the power generation module 10 </ b> C according to the present embodiment includes the second described above.referenceA main power generation unit 12, an operation control unit 13, an output control unit 14, an activation control unit 15, a voltage monitor unit 16, an electrode unit ELx having the same configuration and functions as those of the embodiment (see FIG. 32), And a sub-power supply unit 11 that constantly and independently generates predetermined power (second power) without using the power generation fuel FL sealed in the fuel pack.
  Specific configurations of the sub power supply unit 11 include, for example, those based on thermoelectric conversion based on a temperature difference in the surrounding environment of the power supply system 1 (temperature difference power generation), and photoelectric based on light energy incident from the outside of the power supply system 1. The thing by conversion (solar power generation) etc. can be applied satisfactorily.
[0226]
Hereinafter, a specific example of the sub power supply unit 11 will be briefly described with reference to the drawings.
(First configuration example of a non-fuel type sub power supply unit)
FIG. 45 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation 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 power supply system 1 is provided.
[0227]
As illustrated in FIG. 45A, the sub power supply unit 11S according to the first configuration example includes, for example, a first temperature holding unit 311 provided on one end side of the power supply system 1 and the other end of the power supply system 1. A second temperature holding unit 312 provided on the side, and a thermoelectric conversion element 313 having one end connected to the first temperature holding unit 311 side and the other end connected to the second temperature holding unit 312 side The structure of the temperature difference power generator provided with these. Here, the first and second temperature holding units 311 and 312 are configured such that the amount of heat to be held changes as needed according to the temperature state of the surrounding environment inside and outside the power supply system 1. The arrangement positions are set so that the temperatures in the second temperature holding units 311 and 312 are different from each other.
[0228]
  Specifically, for example, one of the first and second temperature holding units 311 and 312 is provided via an opening or the like (not shown) provided in the device DVC to which the power supply system 1 is attached. A configuration that is constantly exposed to the outside air and maintained at a constant temperature can be applied. Moreover, the thermoelectric conversion element 313 is the first described above.referenceIt has the same configuration as that shown in the fourth configuration example (see FIG. 8B) in the embodiment. Also in this configuration example, the configuration of the sub power supply unit 11S formed of the temperature difference power generator is formed by being integrated in a minute space by applying a micromachine manufacturing technique, similarly to the configuration described in the above-described embodiment. can do.
[0229]
In the sub power supply unit 11S having such a configuration, as shown in FIG. 45 (b), the temperature distribution between the first and second temperature holding units 311 and 312 is increased in accordance with the uneven temperature distribution in the surrounding environment of the power supply system 1. As a result of the temperature gradient, the Seebeck effect in the thermoelectric conversion element 313 generates an electromotive force according to the thermal energy due to the temperature gradient, thereby generating electric power.
[0230]
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 power supply system 1, predetermined power is constantly and autonomously provided by the sub power supply unit 11S. It can be generated and supplied to each component inside and outside the power supply system 1. Further, according to this configuration, since all of the power generation fuel FL enclosed in the fuel pack 20 can be used for generating power (first power) in the main power generation unit 12, effective use of power generation fuel is possible. In addition, power as load driving power can be supplied to the device DVC over a long period of time.
[0231]
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.
[0232]
(Second configuration example of the non-fuel type sub power supply unit)
FIG. 46 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation 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 power supply system 1 is provided.
[0233]
As shown in FIG. 46A, the sub power supply unit 11T according to the first configuration example includes a known photoelectric conversion cell (solar cell) in which a p-type semiconductor 321 and an n-type semiconductor 322 are joined, for example. 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.
[0234]
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 power supply system 1 to which the sub power supply unit 11T according to this configuration example is applied is mounted on the device DVC, as shown in FIG. 46B, at least the sub power supply unit 11T or the power generation module 10C. In order to generate predetermined power in the sub-power supply unit 11T by providing a configuration in which the opening HL is provided in advance in the device DVC so that the portion is exposed, or by configuring the housing of the device DVC with a transparent or translucent member It is necessary to apply a configuration in which the minimum light energy (light LT having a predetermined wavelength) necessary for the incident light is incident.
[0235]
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 power supply system 1. Further, according to this configuration, since all of the power generation fuel FL enclosed in the fuel pack 20 can be used for generating power (first power) in the main power generation unit 12, effective use of power generation fuel is possible. Can be achieved.
In this configuration example, only the most basic configuration of the photoelectric conversion cell (solar cell) is shown in FIG. 46A. However, the present invention is not limited to this, and the power generation efficiency is further improved. A configuration based on another configuration or principle having a high height may be applied.
[0236]
  <By-product recovery means> Next, by-product recovery means applicable to the power supply system according to each of the above-described embodiments will be described with reference to the drawings. FIG. 47 is a block diagram showing an embodiment of a by-product recovery unit applicable to the power supply system according to the present invention. Again, the second mentioned aboveReference embodimentThru fourthreferenceAs in the embodiment, a case where a configuration for notifying a predetermined information with a device to which the power supply system is connected is shown, but a configuration for not performing a special notification with the device (first configuration)referenceThe configuration shown in the embodiment may be included. Moreover, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0237]
In each of the above-described embodiments, the main power generation unit 12 and the sub power supply unit 11 use the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20 to generate predetermined power by an electrochemical reaction, a combustion reaction, or the like (described above) In the case of applying the main power generation unit and the sub power source unit shown in each configuration example, by-products other than electric power may be discharged. Some of these by-products may contain substances that cause environmental pollution by being discharged into the natural world, or substances that cause malfunction of devices equipped with power supply systems. In view of the necessity of suppressing the discharge of such a by-product as much as possible, it is preferable to apply a configuration including a by-product recovery unit as shown below.
[0238]
As shown in FIG. 47, the by-product recovery unit applicable to the power supply system according to the present invention includes a power generation module 10E, a fuel pack 20E, and an I / F unit 30E having the same configuration and function as the above-described embodiments. In the power generation module 10E, for example, a separation / recovery unit 17 that recovers all or a part of by-products generated when the main power generation unit 12 generates power is provided, and the fuel pack 20E is provided. It has the structure provided with the collection | recovery holding | maintenance part 21 which hold | maintains the said collect | recovered by-product fixed inside. Here, only the case where the by-product generated in the main power generation unit 12 is recovered will be described in detail, but it goes without saying that the same can be applied to the sub-power supply unit 11 as well.
[0239]
The separation / recovery unit 17 has the configuration shown in each configuration example described above, and at least the power supply system 1 is mounted by an electrochemical reaction or a combustion reaction using the power generation fuel FL supplied from the fuel pack 20E. Generated in the main power generation unit 12 (which may include the sub power supply unit 11) that generates power as load drive power (voltage / current) for the device DVC. By-product or a specific component of the by-product, and a recovery holding unit provided in the fuel pack 20E via a by-product recovery path provided in the I / F unit 30E 21.
[0240]
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 recovery unit 17 and sent to the by-product recovery path. When the recovered by-product is in a liquid state, for example, the inner diameter of the by-product recovery path is formed so as to continuously change, so that it is recovered from the separation / recovery unit 17 using capillary action. By-products can be automatically sent to the holding unit 21.
[0241]
The collection holding unit 21 is provided in the fuel pack 20E or a part thereof, and the by-product collected by the separation and collection unit 17 only when the fuel pack 20E is coupled to the power generation module 10E. It is possible to send and hold That is, in the power supply system in which the fuel pack 20E is configured to be detachable from the power generation module 10E, a by-product or a specific component that is collected and held in a state where the fuel pack 20E is separated from the power generation module 10E. It is configured to be fixedly or irreversibly held by the collection holding unit 21 so as not to leak or be discharged outside the fuel pack 20E.
[0242]
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 collection holding unit 21 through the by-product collection path, but nitrogen oxide (NO)X) And sulfur oxides (SOXIn the case of a by-product in which the vaporization point is at normal pressure and less than room temperature and is in a gaseous state, the volume becomes enormous and may exceed the preset volume of the collection holding unit 21. Therefore, by increasing the atmospheric pressure in the separation / recovery unit 17 and the recovery / holding unit 21, the recovered by-product is liquefied and the volume is reduced to be held by the recovery / holding unit 21. It may be configured.
[0243]
Therefore, as a specific configuration of the recovery holding unit 21, a configuration capable of irreversibly absorbing, adsorbing, fixing, fixing, etc. the recovered by-products and specific components, for example, in the recovery holding unit 21 Similar to the configuration filled with the absorbing polymer and the fuel leakage prevention means provided in the fuel pack 20 described above, the recovery such as the control valve that is closed by the internal pressure of the recovery holding portion 21 or the physical pressure of the spring or the like. The configuration provided with the object leakage prevention means can be applied satisfactorily.
[0244]
In the power supply system having the by-product recovery means having such a configuration, when a fuel reforming type fuel cell as shown in FIG. Along with the steam reforming reaction, aqueous shift reaction and selective oxidation reaction (see the chemical reaction formulas (1) to (3)) in the reforming unit 210a, hydrogen gas (H2) And carbon dioxide (CO2) And the water (H) generated along with the generation of electric power (first electric power) due to the electrochemical reaction in the fuel cell main body 210b (see the above chemical reaction formulas (6) and (7)).2O) is discharged from the main power generation unit 12 as a by-product, but carbon dioxide (CO2) Emissions are extremely small and have almost no impact on the device, so they are discharged as non-recovered substances outside the power supply system, while water (H2O) and the like are collected by the separation / recovery unit 17 and, for example, are sent to the collection holding unit 21 in the fuel pack 20E via the by-product collection path using a capillary phenomenon or the like, and are irreversibly held. .
[0245]
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 substantially in the state of water vapor (gas). Therefore, the separation / recovery unit 17, for example, cools water vapor discharged from the main power generation unit 12 or applies pressure to water (H2Only component O) is liquefied and recovered by separation from other gaseous components.
[0246]
In this embodiment, at least a fuel reforming type fuel cell is applied as the configuration of the main power generation unit 12, and methanol (CH3OH) is applied, so that most of the by-products associated with power generation are water (H2O) and other trace amounts of carbon dioxide (CO2) To the outside of the power supply system, the separation and recovery of a specific component (that is, water) in the separation and recovery unit 17 can be realized relatively easily. However, a substance other than methanol is used as a fuel for power generation. Or when a configuration other than a fuel cell is applied as the main power generation unit 12, water (H2O) together with, for example, a relatively large amount of carbon dioxide (CO2) And nitrogen oxides (NOX), Sulfur oxide (SOX) Etc. may be generated.
In such a case, the separation and recovery unit 17 separates, for example, water that is liquid and other specific gas components (such as carbon dioxide) that are generated in large quantities by the separation method described above, and then the fuel pack 20E. You may make it hold | maintain in the single or several collection | recovery holding | maintenance part 21 provided in the inside or separately.
[0247]
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-products generated when power is generated by the power generation module 10E is contained in the fuel pack 20E. Since it is irreversibly held in the collection holding unit 21 provided in the device, discharge or leakage to the outside of the power supply system is suppressed, so that by-product (for example, water) causes malfunction or deterioration of the device. By collecting the fuel pack 20E holding the by-product, the by-product is appropriately treated in a manner that does not impose a burden on the natural environment, and a by-product (for example, dioxide dioxide) is recovered. It is possible to prevent pollution of the natural environment due to carbon and global warming.
[0248]
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. 48 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.
[0249]
As shown in FIG. 48 (a), the fuel pack 20E according to the present embodiment has a fixed volume, for example, a fuel enclosure space 22A filled with power generation fuel FL such as methanol, and separated and recovered. The volume of the collection holding space 22B in which the by-products such as water sent out from the section 17 are held and the collection holding space 22B are relatively variable as described later, and the collection holding space 22B is moved from the fuel enclosure space 22A. The recovery bag 23 that is isolated, the fuel supply valve 24A that supplies the power generation fuel FL sealed in the fuel sealing space 22A to the output control unit 14, and the byproduct that is sent from the separation and recovery unit 17 to the recovery holding space 22B. And a by-product intake valve 24B for intake.
[0250]
Here, as described above, the fuel supply valve 24A and the by-product intake valve 24B are both for power generation only when the fuel pack 20E is coupled to the power generation module 10E via the I / F unit 30E. For example, a structure having a check valve function is provided so that the fuel FL can be supplied and the by-product can be taken in. As described above, instead of providing the function of the check valve in the by-product intake valve 24B, the recovery holding space 22B may be configured to be filled with an absorption (water absorption) polymer or the like.
[0251]
In the fuel pack 20E having such a configuration, as shown in FIG. 48 (a), the fuel for power generation sealed in the fuel sealing space 22A passes through the fuel supply valve 24A to generate the power generation module 10E (main power generation unit 12, sub When the power is supplied to the power supply unit 11), an operation for generating a predetermined power is performed, and a specific component (for example, among the by-products generated by the separation and recovery unit 17 with the generation of the power) , Water) is separated and collected, and taken in and held in the collection holding space 22B via the byproduct collection path and the byproduct intake valve 24B.
[0252]
As a result, as shown in FIGS. 48B and 48C, the volume of the power generation fuel FL enclosed in the fuel enclosure space 22A is reduced, and the specific holding in the collection holding space 22B is relatively performed. The volume of the component or substance increases. At this time, by applying a configuration in which the collection and holding space 22B is filled with an absorption polymer or the like, the collection and holding space has a larger volume than the substantial volume of the by-product collected and taken in. The volume of 22B can be controlled.
[0253]
Therefore, the relationship between the fuel enclosure spaces 22A and 22B not only increases or decreases relatively with the power generation (power generation) operation in the power generation module 10, but also the byproducts held in the recovery holding space 22B. According to the amount, as shown in FIG. 48 (b), pressure is applied to the power generation fuel FL sealed in the fuel sealing space 22A by pressing the collection bag 23 outward at a predetermined pressure. Therefore, the power generation fuel FL can be appropriately supplied to the power generation module 10E, and as shown in FIG. 48 (c), the by-product held in the collection holding space 22B causes the fuel enclosure space 22A. It is possible to supply the power generation fuel FL sealed in the battery until it is almost completely exhausted.
[0254]
In the present embodiment, all or part of the by-products separated and collected by the separation / collection unit 17 attached to the power generation module 10E is collected and held in the fuel pack 20E, and non-recovered substances are supplied from the power source. The case of discharging outside the system 1 has been described, but all or part of the collected by-product (for example, water) is generated in the power generation module 10E (particularly, the main power generation unit 12 and the sub power supply unit 11). It may be configured to be reused as a fuel component at the time. Specifically, in a configuration in which a power generation device including a fuel cell is applied as the main power generation unit 12 (which may include the sub power supply unit 11), water is generated as a part of the by-product. However, as described above, in the fuel cell of the fuel reforming system, water is required for the steam reforming reaction or the like of the fuel for power generation. Therefore, in FIG. As shown by (notation), a part of the recovered by-product can be supplied to the main power generation unit 12 and reused for these reactions. According to this, the amount of water previously sealed in the fuel pack 20E together with the power generation fuel FL for the steam reforming reaction or the like, and the amount of by-product (water) held in the collection holding unit 21 are set. Since it can be reduced, a larger amount of power generation fuel FL can be sealed in the fuel pack 20E having a certain capacity, and the power supply capability as the power supply system can be improved.
[0255]
  <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. 49 is a block diagram showing an embodiment of the remaining amount detecting means applicable to the power supply system according to the present invention. FIG. 50 is an operation conceptual diagram showing a startup operation of the power supply system according to the present embodiment. FIG. 51 is an operation conceptual diagram showing a steady operation (steady state) of the power supply system according to the present embodiment. FIG. 52 is an operation concept diagram showing a stop operation of the power supply system according to the present embodiment. Again, the second mentioned aboveReference embodimentThru fourthreferenceAs in the embodiment, a case where a configuration for notifying a predetermined information with a device to which the power supply system is connected is shown, but a configuration for not performing a special notification with the device (first configuration)referenceThe present invention can be applied even if it has the configuration described in the embodiment. Moreover, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0256]
As shown in FIG. 49, the remaining fuel amount detection means applicable to the power supply system according to the present invention includes a power generation module 10F, a fuel pack 20F, and an I / F unit 30F having the same configuration and functions as those of the above-described embodiments. , The amount (remaining amount) of power generation fuel FL remaining in the fuel pack 20F is detected either in the power generation module 10F, in the I / F section 30F or in the fuel pack 20F (here, in the power generation module 10F). The remaining amount detection unit 18 for outputting the remaining amount detection signal to the operation control unit 13 is provided.
[0257]
The remaining amount detection unit 18 detects the amount of power generation fuel FL remaining in the fuel pack 20F. For example, when the power generation fuel FL is sealed in a liquid state in the fuel pack 20F, Detects the remaining amount of power generation fuel FL by adopting a method that measures the liquid level of the fuel with an optical sensor or the like, or a method that measures changes in the attenuation (dimming rate) of light that has passed through the fuel. To do. The remaining amount of the power generation fuel FL detected by the remaining amount detection unit 18 is output to the operation control unit 13 as a remaining amount detection signal, and the operation control unit 13 performs main power generation based on the remaining amount detection signal. The operation control signal for controlling the operation state in the unit 12 is output to the output control unit 14, and information related to the remaining amount of the power generation fuel is output to the controller CNT built in the device DVC. The remaining amount detection unit 18 is driven by electric power from the sub power supply unit 11 each time the fuel pack 20F in which the power generation fuel FL is sealed is coupled to the power generation module 10F and the I / F unit 30F.
[0258]
  In the power supply system having such a configuration, basically, the above-described second system is used.referenceEmbodiment (firstreferenceIt is possible to apply operation control equivalent to that in the case where the operation control in the embodiment is executed in parallel at the same time, but in addition to this, apply the operation control specific to this embodiment as shown below. Can do.
  First, firstReference embodimentOr secondreferenceIn the start-up operation of the entire operation (see FIGS. 27 and 34) shown in the embodiment, the operation control unit 13 detects a change in the power supply voltage via the voltage monitor unit 16 or is built in the device DVC. When receiving the load drive information for requesting power supply notified from the controller CNT, an operation for outputting an operation control signal for starting the main power generation unit 12 to the start control unit 15 (Step S104 or Prior to S204), the remaining amount detection signal from the remaining amount detection unit 18 is referred to, and it is determined whether or not the amount of power generation fuel FL that can normally start the main power generation unit 12 remains.
[0259]
  If the operation control unit 13 determines that a sufficient amount of power generation fuel necessary for the starting operation of the main power generation unit 12 remains in the fuel pack 20F based on the remaining amount detection signal, the operation control unit 13 described above. FirstReference embodimentOr secondreferenceThe starting operation (steps S104 to S106 or S204 to S206) shown in the embodiment is executed, load driving power is generated by the main power generation unit 12, and predetermined supply power is supplied to the device DVC.
[0260]
On the other hand, as shown in FIG. 50, the operation control unit 13 determines that a sufficient amount of power generation fuel necessary for the start-up operation does not remain in the fuel pack 20F based on the remaining amount detection signal ( When the remaining amount abnormality is detected), the activation abnormality signal based on the remaining amount abnormality is notified as power generation operation information to the controller CNT of the device DVC via the terminal unit ELx. As a result, the controller CNT can notify the user of the device DVC of information related to the remaining amount abnormality and prompt the user to take appropriate measures such as replacement of the power supply system and replenishment of fuel for power generation.
[0261]
  The firstReference embodimentOr secondreferenceIn the steady operation of the entire operation (see FIGS. 27 and 34) shown in the embodiment, the operation control unit 13 detects the remaining amount detection signal (remaining amount) detected via the remaining amount detection unit 18 as shown in FIG. The remaining amount information signal such as the estimated remaining time that can output the actual remaining amount data itself or the remaining amount ratio or power to the controller CNT built in the device DVC. Information is sent to the controller CNT of the device DVC via the terminal unit ELx.
[0262]
Here, as shown in FIG. 51, the operation control unit 13 determines, for example, the amount of power generated in the main power generation unit 12 according to the remaining amount of the power generation fuel FL detected through the remaining amount detection unit 18. An operation control signal for control is output to the output control unit 14 and adjusted so that the amount of power generation fuel supplied to the main power generation unit 12 decreases as the remaining amount of power generation fuel FL decreases. Thus, the load drive power generated by the main power generation unit 12 (substantially, the voltage of the supply power supplied to the device DVC) may be controlled to gradually change (decrease) over time.
[0263]
Thus, the controller CNT accurately grasps the remaining amount of fuel for power generation in the power supply system and the estimated driveable time of the device DVC based on the remaining amount information signal and the voltage change of the supplied power, and informs the user of the power supply system. Notifications prompting replacement, replenishment of fuel for power generation, etc. can be made. For example, based on the output voltage from the power supply and the remaining battery level, which are standardly installed in existing devices, The function of notifying the remaining amount can be operated satisfactorily, and a usage pattern substantially equivalent to the case where a general-purpose chemical battery is applied as the operating power of an existing device can be realized.
[0264]
Further, during this steady operation, during feedback control of supplied power (load driving power generated by the main power generation unit 12), the operation control unit 13 causes the remaining amount detection unit 18 to generate fuel for power generation as shown in FIG. When an abnormality in the remaining amount such as a sudden decrease in the remaining amount of FL is detected, an operation control signal for stopping the generation of power in the main power generation unit 12 is output to the output control unit 14, thereby The supply of fuel for power generation to the power generation unit 12 is shut off, the power generation operation of the main power generation unit 12 is stopped, the heating of the heater for promoting the endothermic reaction for hydrogen generation is stopped, and the remaining An abnormal stop signal based on an abnormal amount or an operation stop of the main power generation unit 12 is notified as power generation operation information to the controller CNT of the device DVC via the terminal unit ELx. Thereby, the controller CNT notifies the user of the device DVC of information related to the operation stop due to the remaining amount abnormality, and is appropriate for the occurrence of leakage of the fuel FL for power generation from the fuel pack 20F to the outside of the power supply system 1. Can be encouraged to take appropriate action.
[0265]
[First Embodiment]
  <Fuel stabilization means>
  Next, it is applicable to the power supply system according to each embodiment described above.Of the first embodimentThe fuel stabilization means will be described with reference to the drawings.
  FIG. 53 is a block diagram showing an embodiment of fuel stabilization means applicable to the power supply system according to the present invention. FIG. 54 is an operation concept diagram showing a start-up operation of the power supply system according to the present embodiment, and FIG. 55 is an operation concept diagram showing a stop operation of the power supply system according to the present embodiment. Again, the second mentioned aboveReference embodimentThru fourthreferenceAs in the embodiment, a case where a configuration for notifying a predetermined information with a device to which the power supply system is connected is shown, but a configuration for not performing a special notification with the device (first configuration)referenceThe present invention can be applied even if it has the configuration described in the embodiment. Moreover, about the structure equivalent to each embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.
[0266]
As shown in FIG. 53, the fuel stabilization means applicable to the power supply system according to the present invention includes a power generation module 10G, a fuel pack 20G, and an I / F unit 30G having the same configuration and functions as those of the above-described embodiments. , By detecting the sealed state (temperature, pressure, etc.) of the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20G in either the I / F unit 30G or the fuel pack 20G (here, the fuel pack 20G) A supply control valve 25 for stopping the supply of the power generation fuel FL from the fuel pack 20G to the power generation module 10G (sub power supply unit 11, main power generation unit 12) when the state exceeds a predetermined threshold; It has a configuration provided with a pressure control valve 26 that detects the sealed state (temperature, pressure, etc.) of the power generation fuel FL in 20G and controls the sealed state to a predetermined stabilized state.
[0267]
The supply control valve 25 automatically operates when the temperature of the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20G rises above a predetermined threshold, and the power generation fuel FL to the fuel delivery path is supplied. Block sending. Specifically, a check valve that closes the valve can be favorably applied when the pressure in the fuel pack 20G increases as the temperature of the power generation fuel FL increases.
[0268]
In addition, the pressure control valve 26 automatically increases as the pressure in the fuel pack 20G rises above a predetermined threshold as the temperature of the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20G rises. It operates to reduce the pressure in the fuel pack 20G. Specifically, a pressure release valve (release valve) that opens the valve can be favorably applied when the pressure in the fuel pack 20G increases.
[0269]
Thereby, for example, when the temperature or pressure in the fuel pack 20G rises due to generation of power in the power generation module 10G or driving of the load of the device with the power supply system mounted on the device DVC, Since the supply stop operation and the pressure release operation of the power generation fuel FL are automatically performed, the sealed state of the power generation fuel FL can be stabilized independently.
[0270]
  In the power supply system having such a configuration, basically, the above-described second system is used.referenceEmbodiment (firstreferenceIt is possible to apply operation control equivalent to that in the case where the operation control in the embodiment is executed in parallel at the same time, but in addition to this, apply the operation control specific to this embodiment as shown below. Can do.
  FirstReference embodimentOr secondreferenceIn the start-up operation of the entire operation (see FIGS. 27 and 34) shown in the embodiment, the operation control unit 13 detects a change in the power supply voltage via the voltage monitor unit 16 or is built in the device DVC. When receiving the load drive information for requesting power supply notified from the controller CNT, an operation for outputting an operation control signal for starting the main power generation unit 12 to the start control unit 15 (Step S104 or Prior to S204), the operation state of the supply control valve 25, that is, the supply state of the power generation fuel FL from the fuel pack 20G is referred to to determine whether the sealed state of the power generation fuel FL is normal (or the main power generation unit). 12 is determined whether or not supply of fuel for power generation to 12 is possible.
[0271]
  The operation control unit 13 determines that, based on the operation state of the supply control valve 25, the sealed state of the power generation fuel FL is normal and the power generation fuel can be supplied to the main power generation unit 12. Is the first mentioned aboveReference embodimentOr secondreferenceThe starting operation (steps S104 to S106 or S204 to S206) shown in the embodiment is executed, load driving power is generated by the main power generation unit 12, and predetermined supply power is supplied to the device DVC.
  On the other hand, as shown in FIG. 54, the operation control unit 13 supplies the power generation fuel to the main power generation unit 12 because the power generation fuel FL is in an abnormal state based on the operation state of the supply control valve 25. Is detected (when an enclosure abnormality is detected), a startup abnormality signal based on the enclosure abnormality is notified as power generation operation information to the controller CNT of the device DVC via the terminal portion ELx.
[0272]
  The firstReference embodimentOr secondreferenceIn the steady operation of the overall operation shown in the embodiment (see FIGS. 27 and 34), the operation control unit 13 sequentially monitors the operation state of the supply control valve 25 during the feedback control of the supply power, and is shown in FIG. As described above, in spite of the pressure release operation (stabilization operation) by the pressure control valve 26 for stabilizing the sealed state of the power generation fuel FL in the fuel pack 20G, an abnormality in the sealed state of the power generation fuel FL is detected. In this case, by outputting an operation control signal for stopping the generation of power in the main power generation unit 12 to the output control unit 14, the supply of power generation fuel to the main power generation unit 12 is interrupted, The power generation operation of the main power generation unit 12 is stopped, the heating of the heater for promoting the endothermic reaction for hydrogen generation is stopped, and the abnormal stop signal based on the enclosure abnormality or the main power generation unit 12 operation stop is further stopped. As the power generation operation information through the terminal portion ELx, and notifies the controller CNT of the device DVC.
[0273]
As a result, alteration of the power generation fuel FL due to abnormality in the sealing conditions (temperature, pressure, etc.) of the power generation fuel FL in the fuel pack 20G, abnormal operation in the power generation module 10G (for example, voltage failure of supply power), fuel It is possible to prevent leakage of the power generation fuel FL from the pack 20G to the outside of the power supply system 1, and notify the user of the device DVC of information related to the enclosure abnormality to improve the usage environment of the device. Since it is possible to prompt the user to take appropriate measures such as replacement of the power supply system, it is possible to provide a highly reliable power supply system that ensures the safety of the combustible power generation fuel FL.
[0274]
In addition, about the by-product collection | recovery means, residual amount detection means, and fuel stabilization means which were mentioned above, although only the case where these were applied to the said embodiment separately was shown, this invention is not limited to this. Needless to say, any combination may be applied by appropriately selecting them. According to this, it is possible to further improve the environmental load, energy conversion efficiency, usage pattern, safety and the like of the power supply system according to the present invention.
[0275]
<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. 56 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. 57 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.
[0276]
In the power supply system having the above-described configuration, the external shape in a state where the fuel pack 20 is coupled to the power generation module 10 via the I / F unit 30 or a state in which these are integrally configured is, for example, FIG. As shown in Fig. 4, in accordance with the standards of circular batteries 41, 42, 43, and specially shaped batteries (non-circular batteries) 44, 45, 46, which are widely used for general-purpose chemical batteries in accordance with JIS standards, The power (first and second power) generated by the sub power supply unit 11 or the main power generation unit 12 of the power generation module 10 described above is formed so as to have an outer shape and size equivalent to any of the above. The battery is configured to be output via positive electrode (+) and negative electrode (−) electrode terminals of each battery shape shown in FIG.
[0277]
Here, a positive terminal is attached to the power generation module 10 at the top, and a negative terminal is attached to the fuel pack 20. Although not shown, the negative terminal is connected to the power generation module 10 via wiring. Has been. Then, a terminal portion ELx that circulates in a strip shape is provided on the side of the power generation module 10, and when the power supply system 1 is accommodated in the device DVC, the internal controller CNT and the terminal portion ELx are automatically electrically connected. The load drive information can be received. Needless to say, the terminal portion ELx is insulated from the positive electrode and the negative electrode.
[0278]
Specifically, in a state where the fuel pack 20 and the power generation module 10 are coupled, for example, in a main power generation unit (see FIG. 19) to which a fuel cell is applied, the fuel electrode 211 of the fuel cell main body 210b is connected to the negative electrode terminal. The air electrode 212 is electrically connected to the positive terminal. In addition, a configuration in which an internal combustion engine such as a gas combustion engine or a rotary engine, an external combustion engine, and a generator using electromagnetic induction (see FIGS. 21 to 23), a temperature difference generator, or an MHD generator is applied. The main power generation unit (see FIGS. 24 and 25) has a configuration in which the output terminal of each power generator is electrically connected to the positive terminal and the negative terminal.
[0279]
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. 56 (a)), a button type (FIG. 56 (b)) used for a wristwatch or the like, and a coin type (FIG. 56 (c)) used for a camera, an electronic notebook or the like. .
On the other hand, the non-circular batteries 44, 45, and 46 are specifically designed (customized) according to the shape of the equipment to be used, such as a compact camera or a digital still camera (FIG. 56 ( d)), and external shapes such as a rectangular shape (FIG. 56 (e)) and a flat shape (FIG. 56 (f)) corresponding to miniaturization and thinning of portable audio devices and mobile phones.
[0280]
As described above, each configuration of the power generation module 10 mounted in the power supply system according to the present embodiment can be converted into microchips on the order of millimeters to microns, for example, by applying an existing micromachine manufacturing technology, or Can be made into a microplant. Further, as the main power generation unit 12 of the power generation module 10, for example, a fuel cell or a gas fuel turbine that can realize high energy use efficiency is applied, so that it is equivalent to (or more than) an existing chemical cell. The amount of power generation fuel required to realize the battery capacity can be suppressed to a relatively small amount.
[0281]
Therefore, in the power supply system according to the present embodiment, the existing battery shape shown in FIG. 56 can be satisfactorily realized. For example, as shown in FIGS. 57 (a) and 57 (b), the fuel pack 20 can generate power. The external dimensions (for example, the length La and the diameter Da) in a state where they are coupled to the module 10 or in a state in which both are integrally formed are the external dimensions of the general-purpose chemical battery 47 as shown in FIG. For example, it can be configured to be substantially equivalent to the length Lp and the diameter Dp).
[0282]
In FIG. 57, 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 power generation module 10 and the fuel pack 20 and the electrode structure when each battery shape is applied to the power supply system according to the present invention will be described in detail in the embodiments described later.
[0283]
Further, each of the external shapes shown in FIG. 57 is an example of a chemical battery that is commercially available or distributed and sold in accordance with Japanese domestic standards, and the present invention can be applied. Only a small part of the configuration example is shown. That is, the external shape applicable to the power supply system according to the present invention may be other than the above-described specific examples, for example, a chemical battery distributed and sold in various countries around the world, or 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 properties.
[0284]
Next, the relationship between the electrode module and the structure for attaching and detaching the power generation module 10 and the fuel pack 20 when the above-described battery shapes are applied to the power supply system according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(First embodiment of detachable structure)
58 (a) to 58 (d) and 58 (e) to 58 (h) respectively show the fuel pack and the holder portion of the power supply system according to the first embodiment of the present invention in the upward direction and the forward direction. FIG. 59 is a schematic configuration diagram showing an outer shape viewed from the lateral direction and the rear direction, and FIG. 59 is a schematic diagram showing 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.
[0285]
As shown in FIGS. 58 (a) to 58 (d) and 58 (e) to 58 (h), the power supply system according to the present embodiment is a fuel pack in which power generation fuel is sealed under predetermined conditions. 51 and a holder portion 52 configured to be detachable from the fuel pack. Here, the fuel pack 51 has the same configuration and function as those of the above-described embodiments, and therefore the description thereof is omitted.
[0286]
The holder 52 is roughly divided into a power generation module 10X and an I / F unit having the same configuration as the above-described embodiment, and a power generation unit 52a provided with a positive electrode terminal EL (+), and a negative electrode terminal EL (− ) Are provided, and the power generation section 52a and the facing section 52b are coupled to each other, and the coupling section 52c that electrically connects the power generation section 52a and the negative electrode terminal EL (−) is configured. Yes. Here, the penetrating space SP1 surrounded by the power generation section 52a, the facing section 52b, and the connecting section 52c is a storage position when the fuel pack 51 is coupled. Furthermore, the holder part 52 has elasticity such as a spring material around the contact part of the facing part 52b, and has a convex part 52d having a hole in the center, a hole in the convex part 52, and a by-product supply of the power generation module 10. And a by-product recovery path 52e connecting the path 17a.
[0287]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 59A, the fuel supply valve 24 </ b> A of the fuel pack 51 is provided in the space SP <b> 1 configured by the power generation unit 52 a, the facing unit 52 b, and the connection unit 52 c. The provided fuel delivery port (one end side) 51a is brought into contact with the holder portion 52 as a fulcrum, and the other end side 51b of the fuel pack 51 is turned and pushed (arrow P9 in the figure), whereby FIG. ), The bottom portion (the other end side) 51b of the fuel pack 51 abuts against the facing portion 52b, and the fuel pack 51 is stored in the space SP1. At this time, the fuel delivery pipe 52f serving as a fuel delivery path pushes down the fuel supply valve 24A whose posture is fixed by a spring to release the leakage prevention function of the fuel pack 51, and the fuel for power generation enclosed in the fuel pack 51 The FL is automatically conveyed by the surface tension in the capillary tube 52g and the fuel delivery tube 52f and supplied to the power generation module 10X.
[0288]
Here, in the power supply system, in the state where the fuel pack 51 is accommodated in the space SP1 and coupled to the holder portion 52, for example, the above-described general-purpose chemical cell having a cylindrical shape (FIGS. 56A and 57C). The outer shape and dimensions are substantially the same as those of the reference). At this time, in a state where the fuel pack 51 is normally stored in the space SP1, the fuel delivery port 51a of the fuel pack 51 is in good contact with and connected to the fuel delivery path on the power generation unit 52a side. In order to press the other end side 51b of the fuel pack 51 with an appropriate force and prevent the fuel pack 51 from inadvertently dropping out of the holder portion 52, the contact between the other end side 51b of the fuel pack 51 and the facing portion 52b. It is desirable that the portions are configured to engage with an appropriate pressing force.
[0289]
Specifically, as shown in FIGS. 59 (a) and 59 (b), for example, by-product intake formed on the other end side 51b of the fuel pack 51 in order to recover water or the like as a by-product. An engagement mechanism between the concave portion in which the valve 24B is disposed and the convex portion 52d having elasticity such as a spring material around the contact portion of the facing portion 52b can be applied. At this time, by being pushed up by the convex portion 52d, the by-product intake valve 24B changes from the closed state to the opened state, and is connected to the by-product recovery path 52e. By-products can be collected in the collection bag 23 provided in the fuel pack 51.
[0290]
As a result, as described in the overall operation described above (see FIGS. 27 and 34), the sub-power supply unit 11 generates power (second power) autonomously, and at least the operation in the power generation module 10. Operating power is supplied to the control unit 13. In addition, when the power supply system according to the present embodiment is attached to a predetermined device DVC, a part of the power generated by the sub power supply unit 11 is provided with the positive terminal EL (+) and the facing unit provided in the power generation unit 52a. It is supplied as drive power (controller power) to the controller CNT built in the device DVC via the negative terminal EL (−) provided in 52b (initial operation).
[0291]
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.
[0292]
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 fuel pack 51 configured to be detachable from the power generation unit 52a (power generation module 10X) is described above. By applying materials such as degradable plastics, it is possible to achieve high energy use efficiency while suppressing environmental impact (burden). Therefore, environmental problems and energy caused by the disposal or disposal of existing chemical batteries The problem of utilization efficiency can be solved satisfactorily. Further, according to the power supply system according to the present embodiment, the space SP1 on the holder portion 52 side in which the fuel pack 51 is accommodated has a penetrating shape, so that the opposing side portions of the fuel pack 51 are gripped. Since it can be attached to and detached from the holder portion 52, the fuel pack 51 can be attached and detached easily and reliably.
[0293]
(Second embodiment of the detachable structure)
60 (a) to 60 (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 as viewed from the front, the lateral, and the rear. 60 (d) to 60 (g) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the holder part of the power supply system according to the present invention as seen from the front direction, the upper direction, the rear direction, and the lateral direction. 61 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.
[0294]
As shown in FIGS. 60 (a) to 60 (g), the power supply system according to the present embodiment is configured such that a fuel pack 61 in which power generation fuel is sealed under predetermined conditions and the fuel pack 61 are detachable. And a holder portion 62 formed. Here, since the fuel pack 61 has the same configuration and function as the above-described embodiments, the description thereof is omitted.
[0295]
The holder 62 is roughly divided into the power generation module 10X, the power generation unit 62a provided with the positive terminal EL (+), the opposing unit 62b provided with the negative terminal EL (-), and the power generation unit 62a. While connecting the part 62b, it has the connection part 62c which electrically connects the electric power generation part 62a and negative electrode terminal EL (-). Here, the concave space SP2 surrounded by the power generation unit 62a, the opposed unit 62b, and the connecting unit 62c is a storage position when the fuel pack 61 is coupled.
[0296]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 61 (a), the fuel delivery port 61a of the fuel pack 61 is provided to the space SP2 configured by the power generation unit 62a, the opposing unit 62b, and the coupling unit 62c. The fuel pack 61 is accommodated in the space SP2 as shown in FIG. 61 (b) by fitting the fuel pack 61 while making contact with the fuel delivery path on the power generation unit 62a side (arrow P10 in the figure). In addition, the leakage prevention function of the fuel pack 61 is released, and the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 61 is supplied to the power generation module 10X built in the power generation unit 62a through the fuel delivery path.
[0297]
Here, in the same manner as in the first embodiment described above, the power supply system, for example, in the state where the fuel pack 61 is housed in the space SP2 and coupled to the holder portion 62, for example, the above-described general-purpose chemical battery ( 56 (a) and FIG. 57 (c)). At this time, in order to prevent the fuel pack 61 from inadvertently dropping from the holder portion 62 in a state where the fuel pack 61 is normally stored in the space SP2, the outer shape of the fuel pack 61 is the holder portion 62. It is desirable to have a configuration that engages with the internal shape of the space SP2.
[0298]
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.
[0299]
(Third embodiment of the detachable structure)
62 (a) to 62 (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. 62 (d) to 62 (f) are schematic configuration diagrams showing the outer shape of the holder part 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.
[0300]
As shown in FIGS. 62 (a) to 62 (f), the power supply system according to the present embodiment can store a fuel pack 71 in which power generation fuel is sealed under a predetermined condition, and a plurality of the fuel packs 71 can be stored. And a holder part 72 configured as described above. Here, since the fuel pack 71 has the same configuration and function as the above-described embodiments, the description thereof is omitted.
[0301]
The holder 72 is roughly divided into a space SP3 between the power generation unit 72a and the power generation unit 72a in which the power generation module 10X is housed and the positive terminal EL (+) and the negative terminal EL (−) are provided on the same end surface. An upper cover 72b provided so as to have, and an opening / closing cover 72c that allows the fuel pack 71 to be stored and removed from the space SP3 and presses and fixes the fuel pack 71 stored in the space SP3. Configured.
[0302]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 63 (a), a plurality (two in this case) are provided with the open / close cover 72c of the holder portion 72 opened and one side of the space SP3 opened. After inserting the fuel pack 71 in the same direction, as shown in FIGS. 63 (b) and 63 (c), the fuel pack 71 is stored in the space SP3 by closing the open / close cover 72c. The opening / closing cover 72c presses the other end side 71b of the fuel pack 71 so that the fuel delivery port 71a of the fuel pack 71 is brought into contact with the fuel delivery path (I / F part; not shown) on the power generation unit 72a side. The leakage prevention function of the fuel pack 71 is released, and the power generation fuel FL enclosed in the fuel pack 71 is supplied to the power generation module 10X built in the power generation unit 72a through the fuel delivery path. It is.
Here, in the power supply system, in the state in which the fuel pack 71 is housed in the space SP3 and coupled to the holder portion 72, for example, the outer shape substantially equivalent to the above-described special shape chemical cell (see FIG. 90 (d)). And having dimensions.
[0303]
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.
[0304]
(Fourth embodiment of the detachable structure)
FIGS. 64 (a) to 64 (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. 64 (d) to 64 (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.
[0305]
As shown in FIGS. 64 (a) to 64 (f), the power supply system according to the present embodiment can store a fuel pack 81 in which power generation fuel is sealed under predetermined conditions, and a plurality of fuel packs 81 can be stored. And a holder portion 82 configured as described above. Here, the fuel pack 81 has the same configuration and function as those of the above-described embodiments, and thus the description thereof is omitted.
[0306]
The holder part 82 is roughly divided into a power generation part 82a in which the power generation module 10X is housed and provided with the positive electrode terminal EL (+) and the negative electrode terminal EL (-) on the same end surface, and an opposing surface having a surface facing the power generation part 82a. And a base portion 82c that connects the power generation portion 82a and the facing portion 82b. Here, the concave space SP4 surrounded by the power generation portion 82a, the facing portion 82b, and the base portion 82c is a storage position when the fuel pack 81 is coupled.
[0307]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 65 (a), the fuel delivery port (one end) of the fuel pack 81 with respect to the space SP4 constituted by the power generation part 82a, the opposing part 82b and the base part 82c. Side) 81a is brought into contact with a fuel delivery path (I / F portion; not shown) on the power generation unit 82a side as a fulcrum, and the other end side 81b of the fuel pack 81 is swung and pushed in (in the drawing, an arrow) P11), as shown in FIG. 65 (b), the other end side 81b of the fuel pack 81 is fixed in contact with the opposing portion 82b, and a plurality of (here, two) fuel packs 81 are placed in the space SP4. Stored in the same orientation. At this time, the leakage prevention function of the fuel pack 81 is released, and the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 81 is supplied to the power generation module 10X built in the power generation unit 82a through the fuel delivery path.
[0308]
Here, in the power supply system, in the state where the fuel pack 81 is accommodated in the space SP4 and coupled to the holder portion 82, for example, the outer shape substantially equivalent to the above-described special shape chemical cell (see FIG. 35D). And having dimensions. At this time, in a state where the fuel pack 81 is normally stored in the space SP4, the fuel delivery port 81a of the fuel pack 81 is in good contact with and connected to the fuel delivery path on the power generation unit 82a side, and the fuel pack 81 In order to prevent inadvertent dropping off of the holder portion 82, as shown in FIGS. 65 (a) and 65 (b), the other end side 81b of the fuel pack 81 is prevented, as in the first embodiment described above. And the contact part of the opposing part 82b is comprised so that it may engage with appropriate pressing force.
[0309]
Thereby, the power supply system which has the same effect as each above-mentioned Example is realizable.
Each of the holder portions 62, 72, and 82 is provided with a fuel delivery pipe having a function equivalent to that of the fuel delivery pipe 52f of the holder portion 52. Furthermore, all of the holder parts 62, 72, and 82 are equivalent to the by-product recovery path 52e. An object recovery route is provided.
[0310]
(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. 66 is a schematic configuration diagram showing a specific configuration example of the entire power supply system according to the present invention. FIG. 67 is a schematic diagram showing a configuration example of the fuel reforming unit applied to this specific configuration example, and FIG. 68 shows another configuration example of the fuel reforming unit applied to this specific configuration example. FIG. Here, it is assumed that a direct fuel supply type fuel cell is applied as the sub power supply unit 11 provided in the power generation module, and a fuel reforming type fuel cell is applied as the main power generation unit 12. Further, each embodiment and each configuration example described above are referred to as appropriate, and the same components are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is simplified.
[0311]
As shown in FIG. 66, the power supply system 1A according to this specific configuration example is configured such that the power generation module 10 and the fuel pack 20 are detachable via the I / F unit 30 as shown in FIG. As shown in FIG. 56 (a) or FIG. 57, it has a cylindrical outer shape. In addition, these configurations (particularly, the power generation module 10) are configured in a minute space using a micromachine manufacturing technique or the like and configured to have the same outer dimensions as a general-purpose chemical battery.
[0312]
The power generation module 10 generally extends along a cylindrical circumferential side surface, and is separated from each other, and the sub power supply unit 11 and the main power generation unit 12 that are formed by stacking the fuel cells, and the columnar power generation module 10. A steam reforming reaction unit 210A (fuel reforming unit 210a) and a selective oxidation reaction unit 210C (selective oxidation catalyst unit 210c) are formed so as to be stacked so that fuel flow paths each having a depth and width of 500 μm or less are connected to each other. ), The control chip 90 mounted with the operation control unit 13 and the activation control unit 15 which are housed in a microchip inside the power generation module 10, and the auxiliary power source unit 11 and the main power generation unit from the cylindrical side surface of the power generation module 10. A plurality of ventilation holes (slits) 14c that penetrate to the 12 air electrodes 112, 212 and take in external air, and the air electrodes 112, 212 side Separation and recovery unit 17 for liquefying (condensation) and recovering by-products (water, etc.) generated in this process, and by-product supply for supplying a part of the recovered by-products to the steam reforming reaction unit 210A It passes through the path 16a and the upper surface of the cylinder to the air electrode of the main power generation unit 12, and is generated at least on the fuel electrode side of the main power generation unit, the steam reforming reaction unit 210A, and the selective oxidation reaction unit 210C, and is a non-recoverable substance. 14 d of exhaust holes which discharge | emit a by-product (carbon dioxide etc.) to the exterior of an electric power generation module, and are comprised.
[0313]
The fuel pack 20 (51, 61, 71, 81) is roughly filled with the power generation fuel FL supplied to the main power generation unit 12 and, if necessary, the sub power source unit 11, similarly to the configuration shown in FIG. There is a boundary between the power generation module 10 and the fuel enclosure space 22A to be sealed, the recovery holding space 22B (recovery holding portion 21) for holding the by-product (water) recovered by the separation and recovery portion 17 in a fixed manner. The fuel supply valve 24A (fuel leakage prevention means) for preventing leakage of the power generation fuel FL and the byproduct intake valve 24B (recovered material leakage) for preventing leakage of the collected and retained byproduct (recovered material) Prevention means). Here, the fuel pack 20 is formed of the decomposable plastic as described above.
[0314]
When the fuel pack 20 having such a configuration is coupled to the power generation module 10 and the I / F unit 30, the fuel delivery pipe 52f pushes down the fuel supply valve 24A whose posture is fixed by a spring, thereby preventing the leakage of the fuel pack 51. Is released, and the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 51 is automatically conveyed to the power generation module 10 by the surface tension in the capillary tube 52g and the fuel delivery tube 52f. Further, when the fuel pack 20 is removed from the power generation module 10 and the I / F unit 30, the fuel supply valve 24A is originally closed by the restoring force of the spring, so that the power generation fuel FL does not leak.
[0315]
Further, the I / F unit 30 includes a fuel delivery path 31 for supplying the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20 to the main power generation unit 12 and, if necessary, the sub power supply unit 11, the main power generation unit 12, and the case. And a by-product recovery path 32 for sending all or part of the by-product (water) generated in the by-power source unit 11 and recovered by the separation and recovery unit 17 to the fuel pack 20. ing.
Although not shown, the fuel pack 20 or the I / F unit 30 has a remaining amount for detecting the remaining amount of the power generation fuel FL sealed in the fuel pack 20 as shown in FIGS. 49 and 53. You may have the structure provided with the detection means and the fuel stabilization means which stabilizes the enclosure state of the fuel for electric power generation.
[0316]
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 pattern A channel 204, a hydrogen gas exhaust unit 205, and a region corresponding to a region where the reforming reaction channel 204 is formed, for example, a thin film heater 206 provided on the other surface side of the micro substrate 201. It is configured.
[0317]
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.
[0318]
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 heating process or the depressurization process, and the vaporization process shown in FIG. 20A is performed to generate a mixed gas of fuel gas and water vapor in the mixing unit 203c.
[0319]
The reforming reaction channel 204 and the thin film heater 206 introduce the mixed gas generated in the mixing unit 203c into the reforming reaction channel 204, and are formed on the inner wall surface of the reforming reaction channel 204. (Cu—Zn) -based catalyst (not shown) and predetermined heat supplied to the reforming reaction channel 204 from the thin film heater 206 provided corresponding to the formation region of the reforming reaction channel 204 Based on the energy, the steam reforming reaction shown in FIG. 20A and the chemical reaction formula (3) is caused to occur, and hydrogen gas (H2) (Steam reforming reaction process).
[0320]
The hydrogen gas exhaust unit 205 discharges hydrogen gas containing carbon monoxide and the like generated in the reforming reaction channel 204, and passes through the aqueous shift reaction process and the selective oxidation reaction process in the selective oxidation reaction unit 210C. After removing the carbon oxide (CO), it is supplied to the fuel electrode of the fuel cell constituting the main power generation unit 12. As a result, in the main power generation unit 12, a series of electrochemical reactions based on the chemical reaction formulas (6) and (7) occur, and predetermined power is generated.
[0321]
In the power supply system having such a configuration, for example, the fuel pack 20 is connected to the power generation module 10 via the I / F unit 30 in accordance with the overall operation (initial operation, start-up operation, steady operation, stop operation) described above. When combined, the leakage prevention function by the fuel supply valve 24A (fuel leakage prevention means) is released, and the power generation fuel (for example, methanol) FL enclosed in the fuel enclosure space 22A of the fuel pack 20 is supplied to the fuel delivery path. The second electric power is generated by being supplied directly to the fuel electrode of the fuel cell constituting the sub power supply unit 11 via 31. This power is supplied as operation power to the operation control unit 13 mounted on the control chip 90, and the device DVC (illustrated) in which the power supply system 1A is electrically connected via a positive terminal and a negative terminal which are not illustrated. ) Is supplied as drive power to the controller CNT built in.
[0322]
When the operation control unit 13 receives information on the driving state of the load LD of the device DVC from the controller CNT, the operation control unit 13 outputs an operation control signal to the activation control unit 15 and a part of the power generated by the sub power supply unit 11. Is used to heat the thin film heater 206 of the steam reforming reaction unit 210A and discharge a predetermined amount of power generation fuel and water to the reforming reaction channel 204 of the steam reforming reaction unit 210A. Thereby, hydrogen gas (H) is obtained by the steam reforming reaction and the selective oxidation reaction shown in the chemical reaction formulas (3) to (5).2) And carbon dioxide (CO2) And hydrogen gas (H2) Is supplied to the fuel electrode of the fuel cell constituting the main power generation unit 12 to generate the first power, which is supplied to the load LD of the device DVC as load driving power, and carbon dioxide (CO2) Is discharged to the outside of the power generation module 10 (power supply system 1A) through a discharge hole 14d provided on the upper surface of the power generation module 10, for example.
[0323]
In addition, by-products (gas such as water vapor) generated during the power generation operation in the main power generation unit 12 are cooled and liquefied in the separation and recovery unit 17 to be separated into water and other gas components. In addition, only water is recovered and a part thereof is supplied to the steam reforming reaction unit 210A via the byproduct supply path 16a, and other water is supplied to the fuel pack 20 via the byproduct recovery path 32. It is irreversibly held in the inner collection holding space 22B.
[0324]
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 fuel pack 20. It is possible to realize a portable power supply system that has less burden on the environment against dumping in the natural world, land reclamation, and the like.
[0325]
In this specific configuration example, a part of the by-product (water) generated and recovered in the main power generation unit 12, the steam reforming reaction unit 210A, etc. is supplied to the steam reforming reaction unit 210A and reused. In the power supply system that does not apply such a configuration, the steam reforming in the steam reforming reaction unit 210A is performed using the water enclosed in the fuel pack 20 together with the fuel for power generation (such as methanol). Run the reaction.
[0326]
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. 68, 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 fuel discharge section 202, the fuel vaporization section 203, the reforming reaction flow path 204, and the hydrogen gas exhaust section 205 is formed on the one surface side can be applied.
[0327]
As described above, the power supply system according to the present invention is an arbitrary combination of the members of each configuration example described above, the power generation module of each embodiment, and the attachment / detachment structure of each example. A plurality of at least one of the sub power supply unit and the main power generation unit may be provided in parallel, or a plurality of types may be provided in parallel. With such a configuration, the drive of the main power generation unit is controlled according to the startup state of the device. Therefore, it is possible to suppress the waste of fuel for power generation and improve the utilization efficiency of energy resources, and mobile phones and personal digital assistants (PDAs), notebook personal computers, which have been applied with a general-purpose battery for removal, It can be widely used in portable devices such as digital video cameras and digital still cameras.
[0328]
【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 power generation module (power generation device) that generates power using hydrogen), for example, the drive state of a device (device) having a load driven by the power supplied from the power supply system is supplied from the power generation module to the load. Monitoring by detecting a change in the voltage component of the generated power, and depending on the change in the driving state (change in the detected voltage component), the power generation state (starting operation, stopping operation, power generation in the steady state) The amount and the like) is feedback-controlled. Here, the specified value of the voltage range related to the feedback control is provided in a device including a load, for example, in response to a power request notified from a load drive control unit (controller) that controls the drive state of the load. Change control.In addition, the power generation module of the present invention has a supply control valve that shuts off the delivery of power generation fuel in the fuel sealing portion and the pressure in the fuel sealing portion when the temperature of the power generation fuel rises above a predetermined threshold. A fuel stabilizing means having at least one of a pressure control valve for lowering and detecting and stabilizing a sealed state of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing portion; and at least an output control portion according to a change in voltage component The amount of the first electric power generated by the first power supply means is controlled, and the sealed state of the power generation fuel detected by the fuel stabilizing means is referred to as needed, and the sealed state is abnormal. In some cases, an operation control unit that performs a stop operation for stopping the operation of the first power supply unit is provided.
[0329]
Accordingly, since it is possible to perform start control, stop control, feedback control, etc. of the power generation operation in the power generation module according to the drive state of the load, the power supply system including the power generation module according to the present invention is connected to the predetermined electrode terminal. Through a simple handling method that connects directly to a device equipped with a load, it is possible to supply appropriate power according to the driving state (power consumption) of the device and realize stable and good operation In addition, waste of fuel for power generation can be suppressed and energy resources can be effectively used.
[0330]
In the power generation module according to the present invention, in order to realize such a feature, the power generation module generates a first power (load drive power) for driving the load using the power generation fuel. And a second power source that controls the operation of the first power source unit and the first power source unit and generates second power (operating power, load control power) for controlling the driving of the load in the load drive control unit. And a system control unit that operates with the second electric power and controls at least an operation state of the first power supply unit, and the system control unit at least sets an operation state of the first power supply unit. An output control unit that controls and adjusts the generation amount of the first power, and a voltage detection that detects a voltage component of either the first power or the second power that changes according to the driving state of the load. And the power An operation control unit for controlling the generation amount of the first electric power by controlling at least the output control unit according to a change in the component and controlling the supply amount of the power generation fuel to the first power supply means; Since the power generation state (starting operation, stopping operation, generation amount of the first power in the steady state) in the first power supply means can be independently controlled, the load is provided. Therefore, it is possible to provide a power generation module that can generate and output appropriate power according to the driving state, suppress waste of fuel for power generation, and increase the utilization efficiency of energy resources.
[0331]
And the operation control of the power generation module according to the present invention (that is, the control of the power generation state in the power generation module) always refers to the voltage component of the power detected by the voltage detection unit in a state where the load is not driven, When a voltage drop occurs where the voltage component falls below a predetermined specified value, it is determined that the load is driven in the device, and the start control unit is controlled to shift the first power supply unit to a predetermined operating state. By performing a start-up operation, the load drive control power accompanying the drive of the load can be obtained by a simple form in which the power supply system is connected to a device equipped with a load via a predetermined electrode terminal in the same manner as a general-purpose chemical battery. Based on the change of the voltage component of (second power), the power generation operation in the power generation module (first power supply means) is started, and the power corresponding to the driving state of the load (load driving power) It is possible to start feeding, while achieving efficient consumption of the power generation fuel, it is possible to satisfactorily drive the load.
[0332]
As another startup operation method, when the load is not driven, the operation control unit receives a power request (power supply request) for driving the load from the load drive control unit. A control signal based on the power request is output to the start control means to perform a start operation for shifting the first power supply means to a predetermined operation state, and power generated and output in the power generation module in accordance with the start operation ( The information on the voltage component of the first power supplied to the load (output voltage data) is detected by the voltage detection unit and controlled to notify the load drive control means, and further, the power supplied to the load is controlled. Even when the voltage component reaches a potential based on the power request from the load drive control means, the load drive control means is notified of the end information of the startup operation of the first power supply means. According to this, based on the power supply request from the load drive control means, the power generation module (the first module) is connected to a device equipped with the load and the load drive control means via a predetermined electrode terminal. The power generation operation in the power supply unit 1) can be started, and the supply of power (load drive power) according to the drive state of the load can be started. Since the information regarding the power generation state can be notified, it is possible to control the load to be driven stably and satisfactorily while confirming the power generation state (starting operation) of the power generation module.
[0333]
In the power generation module according to the present invention, the operation control unit may exceed a state where the voltage component of the power supplied to the load deviates from a predetermined voltage range regardless of the feedback control, for example, exceeds a predetermined specified value. When the voltage rise continues for a predetermined time or more, it is determined that the load has been lost in the device, and the stop operation for stopping the operation of the first power supply means is performed, and the power supply system including the power generation module is connected. When the device to be operated has a configuration including a load and a load drive control unit, the operation stop information of the first power supply unit may be notified to the load drive control unit. The power generation operation in the power generation module (first power supply means) is stopped based on the rising change in the voltage component of the load drive control power (second power) accompanying the stoppage or extinction of the load. It is possible to perform power supply control of in accordance with the presence or absence of the load, it is possible to efficiently consume the power generation fuel. In addition, since information (automatic power shut-off information) regarding the power generation state (stop operation) in the power supply system can be notified to the device provided with the load drive control means, the power generation state of the power supply system can be accurately determined on the device side. I can grasp it.
[0334]
Further, in the power generation module according to the present invention, the operation control unit stops the operation of the first power supply unit based on a power request (power cutoff request) to stop the load notified from the load drive control unit. Since the operation stop information of the first power supply means can be notified to the load drive control means, the power generation module (first power supply means) is based on the power cutoff request from the load drive control means. Power supply operation can be stopped and power supply control can be performed according to the presence or absence of a load, and information on the power generation state (stop operation) in the power supply system is notified to the device side (load drive control means) Therefore, the power generation state of the power supply system can be accurately grasped on the device side.
[0335]
Furthermore, as another method of starting operation in the power generation module according to the present invention, the remaining amount of power generation fuel sealed in the fuel sealing portion is always detected, information on the remaining amount (remaining amount data), insufficient remaining amount, etc. Because it is possible to notify the equipment side (load drive control means) of the power generation fuel associated with the power generation, the equipment side accurately knows the remaining amount of power generation fuel, etc. Estimated driveable time, or display that prompts replacement of the power supply system or replenishment of fuel for power generation, etc., and realizes a usage pattern equivalent to when a general-purpose chemical battery is applied as the operating power of existing equipment be able to.
[0336]
Further, as another method of starting operation in the power generation module according to the present invention, the sealed state of the power generation fuel sealed in the fuel sealing portion is always detected, and the power generation fuel associated with the increase in the sealing pressure or temperature is detected. Abnormalities can be notified to the equipment side (load drive control means), so the equipment side accurately grasps the fuel supply condition of the power generation, etc. to improve the equipment usage environment, and replace the fuel enclosure and power system Etc. can be displayed, and the safety and reliability of the power supply system to which flammable or flammable power generation fuel is applied can be ensured satisfactorily.
[0337]
In the power generation module as described above, a more preferable aspect is that the first power source means and the second power source means are both subjected to the first electrochemical reaction using the power generation fuel supplied from the fuel sealing portion. The configuration includes a fuel cell that generates electric power and second electric power. By using a fuel cell with extremely high energy utilization efficiency compared to a general-purpose chemical cell, the operating power of the power generation module and Since the drive power for the load can be generated, energy can be used effectively, and the power supply system (power generation module and fuel enclosure) required to obtain the same electrical characteristics as existing chemical cells Can be reduced in size.
[0338]
In the power generation module, only the first power supply means may be constituted by the fuel cell. In this case, the first power supply means preferably employs a configuration as a fuel reforming type fuel cell. According to such a configuration, the amount of power generation fuel supplied to the fuel cell is controlled. Thus, the amount of the first power generated by the first power supply means can be easily controlled, and the power generation module capable of generating power with extremely high energy conversion efficiency from the chemical energy of the power generation fuel Can be realized.
[0339]
In the power generation module, as a configuration applicable to the first power supply means, in addition to the fuel cell, the first power is generated based on the combustion energy of the power generation fuel supplied from the fuel enclosure. Power generation devices (gas combustion turbines, rotary engines, Stirling engines, pulse combustion engines, etc. combined with generators using the principles of electromagnetic induction and piezoelectric conversion) and thermal energy generated by combustion reactions using power generation fuel Based on the temperature difference between the high temperature due to and the constant temperature in other areas inside and outside the power supply system, the power generation device (temperature difference generator) that generates power by thermoelectric conversion, the external force generation effect due to the thermoacoustic effect using fuel for power generation Based on a power generation device (thermoacoustic effect generator) that generates electric power, a power generation device that generates power by magnetohydrodynamic power generation using fuel for power generation ( It may be a magnetic current mechanics generator), and the like.
[0340]
In the power generation module, only the second power supply means may be constituted by the fuel cell. In this case, the second power supply means preferably employs a configuration as a fuel direct supply type fuel cell. According to such a configuration, the fuel for power generation is supplied from the fuel sealing portion to the fuel cell having a simple configuration. Since it is possible to generate a predetermined power (second power) independently and continuously with high energy conversion efficiency and supply it as operating power to the system control means simply by supplying it, special operation is required. The first power can be output according to the driving state of the load, and a power supply system capable of simple handling equivalent to a general-purpose chemical battery can be provided. The scale can be reduced.
[0341]
In the power generation module, as the first and second power source means, in addition to the fuel cell described above, it is possible to generate the first and second power with high energy conversion efficiency using the 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.
Further, the power generation fuel applied to the power generation module is at least one of a liquid fuel, a liquefied fuel, and a gaseous fuel mainly composed of hydrogen or made of hydrogen, and particularly from the fuel sealing portion. Since it is possible to satisfactorily apply what is in a gaseous state under predetermined environmental conditions such as normal temperature and normal pressure when supplied to the power generation module, the power generation operation in the first and second power supply means is high. Electricity can be generated with energy conversion efficiency, and by-products generated in addition to electric power along with this power generation operation can be detoxified and flame retardant with a relatively simple process. Can be greatly suppressed.
[0342]
The power generation module is configured so that the entire system can be attached to or detached from the load driven by the first 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 to have a configuration in which the fuel enclosure can be attached to and detached from the possible configuration or the power generation module. According to this, when the fuel for power generation enclosed in the fuel enclosure is exhausted or less When this happens, the fuel enclosure can be removed from the power generation module and replaced with a new fuel enclosure, or the fuel enclosure can be replenished with power generation fuel, so the power generation module can be used continuously In addition, 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 enclosure can be replaced and collected, the amount of power supply system discarded can be reduced.
[0343]
Further, in the power supply system, a physical outer shape in which the fuel sealing portion and the power generation module are combined, or a physical outer shape of the fuel sealing portion alone is any one of general-purpose chemical cells, for example, a circular battery. It may be configured to have a shape and dimensions equivalent to a battery standardized by Japanese Industrial Standards, such as a single type 1 or the like. Even in the outer shape, high compatibility with a general-purpose chemical battery can be realized, so that a power supply system with extremely high energy conversion efficiency can be widely used in the existing chemical battery market.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an application form 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 shows a first power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceIt is a block diagram which shows embodiment.
FIG. 4 is a schematic diagram showing an electrical connection relationship between a power supply system (power generation module) and a device according to the present embodiment.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram showing a third configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 8 is a schematic configuration diagram illustrating a fourth configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 9 is a schematic configuration diagram illustrating a fifth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 10 is a schematic configuration diagram illustrating a sixth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 11 is a schematic configuration diagram showing a seventh configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram illustrating an eighth configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 13 is a schematic configuration diagram showing an operation state (No. 1) in another example of the eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 14 is a schematic configuration diagram showing an operation state (part 2) in another example of the eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 15 is a schematic configuration diagram showing an operation state (part 3) in another example of the eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 16 is a schematic configuration diagram showing an operation state (No. 1) in still another example of the eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 17 is a schematic configuration diagram showing an operation state (part 2) in still another example of the eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 18 is a schematic configuration diagram showing an operation state (part 3) in still another example of the eighth configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the embodiment.
FIG. 19 is a schematic configuration diagram showing a first configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 20 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. 21 is a schematic configuration diagram showing a second configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 22 is a schematic configuration diagram showing a third configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 23 is a schematic configuration diagram showing a fourth configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 24 is a schematic configuration diagram showing a fifth configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 25 is a schematic configuration diagram showing a sixth configuration example of a main power generation unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 26 is a block diagram showing a main configuration of a specific example of a power generation module applied to the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 27 is a flowchart showing a schematic operation of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 28 is an operation concept diagram showing an initial operation (standby state) of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 29 is an operation concept diagram showing a start-up operation of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 30 is an operation concept diagram showing a steady operation (steady state) of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 31 is an operation concept diagram showing a stop operation of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 32 shows a second example of the power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceIt is a block diagram which shows embodiment.
FIG. 33 is a schematic diagram showing an electrical connection relationship between a power supply system (power generation module) and a device according to the present embodiment.
FIG. 34 shows the secondreferenceIt is a flowchart which shows schematic operation | movement of the power supply system which concerns on embodiment.
FIG. 35 is an operation concept diagram showing an initial operation (standby state) of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 36 is an operation concept diagram showing a start-up operation (No. 1) of the power supply system according to the embodiment;
FIG. 37 is an operation concept diagram showing a start-up operation (No. 2) of the power supply system according to the embodiment.
FIG. 38 is an operation concept diagram showing a steady operation (No. 1) of the power supply system according to the embodiment.
FIG. 39 is an operation concept diagram showing a steady operation (No. 2) of the power supply system according to the embodiment;
FIG. 40 is an operation concept diagram showing a stop operation (part 1) of the power supply system according to the embodiment;
FIG. 41 is an operation concept diagram showing a stop operation (part 2) of the power supply system according to the embodiment;
FIG. 42 is an operation concept diagram showing a stop operation (part 3) of the power supply system according to the present embodiment;
FIG. 43 shows a third power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceIt is a block diagram which shows embodiment.
FIG. 44 shows a fourth power generation module applied to the power supply system according to the present invention.referenceIt is a block diagram which shows embodiment.
FIG. 45 is a schematic configuration diagram showing a first configuration example of a sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 46 is a schematic configuration diagram showing a second configuration example of the sub power supply unit applicable to the power generation module according to the present embodiment.
FIG. 47 is a block diagram showing an example of by-product recovery means applicable to the power supply system according to the present invention.
FIG. 48 is a schematic view showing a by-product holding operation by a by-product recovery unit according to the present example.
FIG. 49 is a block diagram showing an embodiment of remaining amount detecting means applicable to the power supply system according to the present invention.
FIG. 50 is an operation concept diagram showing a start-up operation of the power supply system according to the first embodiment;
FIG. 51 is an operation concept diagram showing a steady operation (steady state) of the power supply system according to the embodiment.
FIG. 52 is an operation concept diagram showing a stop operation of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 53First EmbodimentIt is a block diagram which shows one Example of the fuel stabilization means applicable to the power supply system which concerns on.
FIG. 54 is an operation concept diagram showing a start-up operation of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 55 is an operation concept diagram showing a stop operation of the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 56 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. 57 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. 58 is a schematic configuration diagram showing an outer shape of a fuel pack and a holder part of the power supply system according to the first example of the present invention.
FIG. 59 is a schematic view showing a structure for attaching and detaching the power generation module and the fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 60 is a schematic configuration diagram showing a fuel pack and an outer shape of the fuel pack of the power supply system according to the second example of the present invention.
61 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.
FIG. 62 is a schematic configuration diagram showing a fuel pack and an outer shape of the fuel pack of the power supply system according to the third example of the present invention.
FIG. 63 is a schematic view showing a structure for attaching and detaching the power generation module and the fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 64 is a schematic configuration diagram showing a fuel pack and an outer shape of the fuel pack of the power supply system according to the fourth example of the present invention.
FIG. 65 is a schematic view showing a structure for attaching and detaching the power generation module and the fuel pack in the power supply system according to the present embodiment.
FIG. 66 is a schematic configuration diagram showing a specific configuration example of the entire power supply system according to the present invention.
FIG. 67 is a schematic diagram showing a configuration example of a fuel reformer applied to the present specific configuration example.
FIG. 68 is a schematic view showing another configuration example of the fuel reforming section applied to this specific configuration example.

Claims (44)

発電用燃料が封入された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であって、
前記発電用燃料を用いて負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、
前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記電力が供給される前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力を発生する第２の電源手段と、
前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、
を備え、
前記システム制御手段は、
少なくとも、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、
前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、
前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、
前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記燃料安定化手段により検出される前記発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行う動作制御部と、
を備えることを特徴とする発電モジュール。A power generation module that generates electric power using the power generation fuel supplied from a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed,
First power supply means for generating first power for driving a load using the fuel for power generation;
With operating controls said first power supply means, a second for driving and controlling the load to a load drive control means for controlling the driving state of the load is built-in and the power supplied to the device having the load A second power supply means for generating
System control means for operating with the second power;
With
The system control means includes
An output control unit that controls at least an operating state of the first power supply unit and adjusts an amount of generation of the first power;
A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power that changes according to a driving state of the load;
A supply control valve that shuts off the delivery of the power generating fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generating fuel exceeds a predetermined threshold, and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel sealing portion And a fuel stabilization means for detecting and stabilizing the sealed state of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing part,
According to the change of the voltage component, at least the output control unit is controlled, the generation amount of the first power generated by the first power supply unit is controlled, and the power generation unit detected by the fuel stabilization unit An operation control unit that performs a stop operation to stop the operation of the first power supply means when referring to the sealed state of the fuel as needed, and when there is an abnormality in the sealed state,
A power generation module comprising: 少なくとも、前記電力により駆動する負荷に対して供給する前記電力の電圧成分の変化に応じて、前記電力の発生量を制御することを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。  The power generation module according to claim 1, wherein the generation amount of the electric power is controlled at least in accordance with a change in a voltage component of the electric power supplied to a load driven by the electric power. 前記電力により駆動する負荷に対して供給する前記電力の電圧成分を所定の電圧範囲内に収束するようにフィードバック制御を行うことを特徴とする請求項１又は２記載の発電モジュール。  The power generation module according to claim 1, wherein feedback control is performed so that a voltage component of the power supplied to a load driven by the power converges within a predetermined voltage range. 前記負荷駆動制御手段から通知される電力要求に応じて、前記所定の電圧範囲の規定値を変更制御することを特徴とする請求項３記載の発電モジュール。  The power generation module according to claim 3, wherein the specified value of the predetermined voltage range is changed and controlled according to a power request notified from the load drive control means. 前記電圧検出部により検出される電圧成分の変化及び前記負荷駆動制御手段から通知される電力要求のいずれかを前記動作制御部が参照することにより、前記出力制御部は、前記第１の電源手段への前記発電用燃料の供給量と前記第１の電源手段の加熱手段の温度との少なくとも何れか一方を制御することを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。  When the operation control unit refers to any one of the change in the voltage component detected by the voltage detection unit and the power request notified from the load drive control unit, the output control unit is connected to the first power supply unit. 2. The power generation module according to claim 1, wherein at least one of a supply amount of the fuel for power generation and a temperature of a heating unit of the first power source unit is controlled. 前記動作制御部は、前記電圧検出部により検出される前記電力の電圧成分を参照し、該電圧成分が所定の規定値を下回った場合には、前記出力制御部が、前記第１の電源手段を所定の動作状態に移行させるように前記第１の電源手段への前記発電用燃料の供給量と前記第１の電源手段の加熱手段の温度との少なくとも何れか一方を制御することを特徴とする請求項５記載の発電モジュール。The operation control unit refers to the voltage component of the electric power detected by the voltage detection unit, and when the voltage component falls below a predetermined specified value, the output control unit performs the first power supply unit. And controlling at least one of the supply amount of the fuel for power generation to the first power supply means and the temperature of the heating means of the first power supply means so as to shift to a predetermined operating state. The power generation module according to claim 5. 前記動作制御部は、前記負荷駆動制御手段から通知される前記負荷を駆動する電力要求に基づいて前記第１の電源手段を所定の動作状態に移行させる起動動作を行うとともに、該起動動作に際して前記負荷に供給される前記電力の電圧成分に関する情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項５記載の発電モジュール。  The operation control unit performs a start operation for shifting the first power supply unit to a predetermined operation state based on a power request for driving the load notified from the load drive control unit, and at the time of the start operation, 6. The power generation module according to claim 5, wherein information regarding a voltage component of the electric power supplied to the load is notified to the load drive control means. 前記動作制御部は、前記第１の電源手段の起動動作に際して、前記負荷に供給される前記電力の電圧成分が、前記負荷駆動制御手段から通知された電力要求に基づく電位に達した場合に、前記第１の電源手段の起動動作の終了情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項７記載の発電モジュール。  The operation control unit, when starting the first power supply means, when the voltage component of the power supplied to the load reaches a potential based on the power request notified from the load drive control means, The power generation module according to claim 7, wherein the load drive control unit is notified of end information of the startup operation of the first power supply unit. 前記動作制御部は、前記負荷に供給される前記電力の電圧成分が、前記フィードバック制御に関わらず、前記所定の電圧範囲を逸脱する状態が所定時間以上継続した場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うことを特徴とする請求項３記載の発電モジュール。  When the voltage component of the electric power supplied to the load continues beyond the predetermined voltage range for a predetermined time or more regardless of the feedback control, the operation control unit The power generation module according to claim 3, wherein a stop operation for stopping the operation of the means is performed. 前記動作制御部は、前記第１の電源手段の動作を停止する停止動作に基づいて、該第１の電源手段の動作停止情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項９記載の発電モジュール。  The operation control unit notifies the load drive control unit of operation stop information of the first power supply unit based on a stop operation for stopping the operation of the first power supply unit. 9. The power generation module according to 9. 前記動作制御部は、前記負荷駆動制御手段から通知される前記負荷を停止する電力要求に基づいて、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うとともに、該第１の電源手段の動作停止情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項１乃至１０のいずれかに記載の発電モジュール。  The operation control unit performs a stop operation to stop the operation of the first power supply unit based on a power request to stop the load notified from the load drive control unit, and The power generation module according to claim 1, wherein operation stop information is notified to the load drive control unit. 前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段をさらに備え、
前記動作制御部は、前記第１の電源手段の起動動作に先立って、前記残量検出手段により検出した前記発電用燃料の残量を参照し、該残量に異常がある場合には、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の発電モジュール。Further comprising a remaining amount detecting means for detecting a remaining amount of the power generating fuel sealed in the fuel sealing portion,
The operation control unit refers to the remaining amount of the fuel for power generation detected by the remaining amount detecting unit prior to the starting operation of the first power source unit, and when the remaining amount is abnormal, The power generation module according to any one of claims 1 to 11, wherein abnormality information of power generation fuel is notified to the load drive control means. 前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段をさらに備え、
前記動作制御部は、前記残量検出手段により検出される前記発電用燃料の残量を随時参照し、該発電用燃料の残量に関する情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の発電モジュール。Further comprising a remaining amount detecting means for detecting a remaining amount of the power generating fuel sealed in the fuel sealing portion,
The operation control unit refers to the remaining amount of power generation fuel detected by the remaining amount detection unit as needed, and notifies the load drive control unit of information related to the remaining amount of power generation fuel. The power generation module according to any one of claims 1 to 11. 前記動作制御部は、前記残量検出手段により検出される前記発電用燃料の残量を随時参照し、該残量に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うことを特徴とする請求項１２又は１３記載の発電モジュール。  The operation control unit refers to the remaining amount of the fuel for power generation detected by the remaining amount detecting unit as needed, and when there is an abnormality in the remaining amount, stops the operation of the first power source unit The power generation module according to claim 12, wherein the power generation module performs an operation. 前記発電モジュールは、前記燃料封入部が発電モジュールと結合する度に前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の残量を検出する残量検出手段を備えることを特徴とする請求項１乃至１１のいずれかに記載の発電モジュール。  2. The power generation module includes a remaining amount detection unit configured to detect a remaining amount of the power generating fuel sealed in the fuel sealing portion every time the fuel sealing portion is coupled to the power generation module. The power generation module according to any one of 11. 前記動作制御部は、前記第１の電源手段の起動動作に先立って、前記燃料安定化手段により検出した前記発電用燃料の封入状態を参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発電モジュール。  The operation control unit refers to the sealed state of the fuel for power generation detected by the fuel stabilizing unit prior to the start-up operation of the first power supply unit, and when the sealed state is abnormal, The power generation module according to any one of claims 1 to 8, wherein abnormality information of a power generation fuel is notified to the load drive control means. 前記動作制御部は、前記発電用燃料の封入状態の異常に基づいて、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷駆動制御手段に通知することを特徴とする請求項１６記載の発電モジュール。  The power generation module according to claim 16, wherein the operation control unit notifies the load drive control unit of abnormality information of the power generation fuel based on an abnormality in the sealed state of the power generation fuel. 前記第１の電源手段及び前記第２の電源手段は、前記発電用燃料を用いた電気化学反応により、前記第１の電力及び第２の電力を発生する燃料電池を備えていることを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。  The first power supply means and the second power supply means include a fuel cell that generates the first power and the second power by an electrochemical reaction using the fuel for power generation. The power generation module according to claim 1. 前記第１の電源手段は、前記燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いた電気化学反応により、前記第１の電力を発生する燃料電池を備えていることを特徴とする請求項１記載の発電モジュール。  2. The fuel cell according to claim 1, wherein the first power supply unit includes a fuel cell that generates the first power by an electrochemical reaction using the power generating fuel supplied from the fuel sealing unit. The power generation module described. 前記燃料電池は、前記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であることを特徴とする請求項１８又は１９記載の発電モジュール。  The fuel cell includes a fuel reformer that reforms the power generation fuel to extract 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. 20. A power generation module according to claim 18, wherein the power generation module is a fuel reforming type fuel cell. 前記発電モジュールから供給される前記電力により駆動する前記負荷及び前記負荷駆動制御手段に対して、着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の発電モジュール。  The power generation module according to any one of claims 1 to 8, wherein the power generation module is configured to be detachable with respect to the load driven by the power supplied from the power generation module and the load drive control unit. 前記燃料封入部と着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項２１記載の発電モジュール。  The power generation module according to claim 21, wherein the power generation module is configured to be detachable from the fuel sealing portion. 前記発電モジュール及び前記発電モジュールに結合された前記燃料封入部からなる電源システムであって、
前記発電モジュールから供給される前記電力により駆動する前記負荷及び前記負荷駆動制御手段に対して、少なくとも前記燃料封入部が着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の電源システム。A power supply system comprising the power generation module and the fuel sealing portion coupled to the power generation module,
9. The fuel sealing unit according to claim 1, wherein at least the fuel sealing portion is configured to be attachable to and detachable from the load driven by the electric power supplied from the power generation module and the load drive control unit. Power supply system as described in. 前記発電モジュール及び前記発電モジュールに結合された前記燃料封入部からなる電源システムは、前記燃料封入部及び前記発電モジュールからなる物理的外形形状が、各種汎用の化学電池のうちの１種と同等の形状及び寸法を有して構成されていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の電源システム。  The power supply system comprising the power generation module and the fuel enclosure connected to the power generation module has a physical outer shape comprising the fuel enclosure and the power generation module equivalent to one of various general-purpose chemical cells. The power supply system according to any one of claims 1 to 23, wherein the power supply system has a shape and dimensions. 前記電源システムは、日本工業規格で規格化された電池の形状及び寸法規格に則った外形であることを特徴とする請求項２４記載の電源システム。  25. The power supply system according to claim 24, wherein the power supply system has an outer shape conforming to a shape and a dimensional standard of a battery standardized by Japanese Industrial Standards. 前記電源システムは、前記燃料封入部の物理的外形形状が、前記各種汎用の化学電池のうちの１種と同等の形状及び寸法を有して構成されていることを特徴とする請求項１乃至２３のいずれかに記載の電源システム。  2. The power supply system according to claim 1, wherein a physical outer shape of the fuel sealing portion is configured to have a shape and size equivalent to one of the various general-purpose chemical cells. 24. The power supply system according to any one of 23. 請求項１記載の発電モジュールに接続され、前記負荷及び前記負荷駆動制御手段を備え、前記発電モジュールから出力される電力によって動作することを特徴とするデバイス。A device connected to the power generation module according to claim 1, comprising the load and the load drive control means, and operated by electric power output from the power generation module. 発電用燃料が封入された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であって、
前記発電用燃料を用いて負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、
前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記電力が供給される前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力を発生する第２の電源手段と、
前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、
を備え、
前記システム制御手段は、
少なくとも、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、
前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、
前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、
前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記第１の電源手段の起動動作に先立って、前記燃料安定化手段により検出した前記発電用燃料の封入状態を参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷の駆動状態を制御する前記負荷駆動制御手段に通知する動作制御部と、
を備えることを特徴とする発電モジュール。A power generation module that generates electric power using the power generation fuel supplied from a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed,
First power supply means for generating first power for driving a load using the fuel for power generation;
With operating controls said first power supply means, a second for driving and controlling the load to a load drive control means for controlling the driving state of the load is built-in and the power supplied to the device having the load A second power supply means for generating
System control means for operating with the second power;
With
The system control means includes
An output control unit that controls at least an operating state of the first power supply unit and adjusts an amount of generation of the first power;
A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power that changes according to a driving state of the load;
A supply control valve that shuts off the delivery of the power generation fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold, and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel sealing portion And a fuel stabilization means for detecting and stabilizing the sealed state of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing part,
Prior to the start-up operation of the first power supply means, at least the output control unit is controlled in accordance with the change in the voltage component, the amount of the first power generated by the first power supply means is controlled. refers to the enclosed state of the power generation fuel detected by the fuel stabilizing means, if there is an abnormality in the encapsulated state, the abnormality information of the power generation fuel, the load for controlling the drive state of the load An operation control unit for notifying the drive control means;
A power generation module comprising: 請求項２８記載の発電モジュールに接続され、前記負荷及び前記負荷駆動制御手段を備え、前記発電モジュールから出力される電力によって動作することを特徴とするデバイス。 29. A device connected to the power generation module according to claim 28, comprising the load and the load drive control means, and operated by electric power output from the power generation module. 発電用燃料が封入された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であって、
前記発電用燃料を用いて負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、
前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記電力が供給される前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に前記負荷を駆動制御するための第２の電力を発生する第２の電源手段と、
前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、
を備え、
前記システム制御手段は、
少なくとも、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、
前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、
前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、
前記発電用燃料の封入状態の異常に基づいて、前記発電用燃料の異常情報を、前記負荷の駆動状態を制御する前記負荷駆動制御手段に通知する動作制御部と、
を備えることを特徴とする発電モジュール。A power generation module that generates electric power using the power generation fuel supplied from a fuel sealing portion in which power generation fuel is sealed,
First power supply means for generating first power for driving a load using the fuel for power generation;
With operating controls said first power supply means, a second for driving and controlling the load to a load drive control means for controlling the driving state of the load is built-in and the power supplied to the device having the load A second power supply means for generating
System control means for operating with the second power;
With
The system control means includes
An output control unit that controls at least an operating state of the first power supply unit and adjusts an amount of generation of the first power;
A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power that changes according to a driving state of the load;
A supply control valve that shuts off the delivery of the power generation fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold, and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel sealing portion And controlling at least the output control unit according to a change in the voltage component, controlling the generation amount of the first power generated by the first power supply means, Fuel stabilizing means for detecting and stabilizing the sealed state of the sealed fuel for power generation;
On the basis of an abnormality in sealed state of the power generation fuel, the abnormality information of the power generation fuel, an operation control unit configured to notify the load drive control means for controlling the drive state of the load,
A power generation module comprising: 請求項３０記載の発電モジュールに接続され、前記負荷及び前記負荷駆動制御手段を備え、前記発電モジュールから出力される電力によって動作することを特徴とするデバイス。31. A device connected to the power generation module according to claim 30, comprising the load and the load drive control means, and operated by electric power output from the power generation module. 発電用燃料により負荷を駆動するための第１の電力を発生するための第１の電源手段と、
前記第１の電源手段を動作制御するとともに、前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に、充電された電荷による第２の電力を供給するための第２の電源手段と、
前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、
を備え、
前記システム制御手段は、
少なくとも、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、
前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、
前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記第１の電源手段が発生した電力により前記第２の電源手段を充電させるための動作制御部と、
前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、
を備え、
前記燃料安定化手段により検出される前記発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うことを特徴とする発電モジュール。First power supply means for generating a first power for driving a load with fuel for power generation;
The first power supply means controls the operation of the first power supply means, and supplies the second power by the charged electric charge to the load drive control means built in the device having the load and controlling the drive state of the load. Two power supply means;
System control means for operating with the second power;
With
The system control means includes
An output control unit that controls at least an operating state of the first power supply unit and adjusts an amount of generation of the first power;
A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power that changes according to a driving state of the load;
According to the change of the voltage component, at least the output control unit is controlled, the amount of the first power generated by the first power supply means is controlled, and the power generated by the first power supply means An operation control unit for charging the second power supply means;
A supply control valve that shuts off the delivery of the power generation fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold, and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel sealing portion And a fuel stabilization means for detecting and stabilizing the sealed state of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing part,
With
The encapsulated state of the fuel for power generation detected by the fuel stabilizing unit is referred to as needed, and when there is an abnormality in the encapsulated state, a stop operation is performed to stop the operation of the first power supply unit. Power generation module. 前記動作制御部は、前記第２の電源手段からの電力により動作することを特徴とする請求項３２記載の発電モジュール。The power generation module according to claim 32, wherein the operation control unit is operated by electric power from the second power supply means. 前記第１の電源手段は、前記第２の電源手段からの電力により動作して前記負荷を駆動するための電力を発生させることを特徴とする請求項３２又は３３記載の発電モジュール。  34. The power generation module according to claim 32 or 33, wherein the first power supply means generates electric power for operating the load by operating with electric power from the second power supply means. 前記第２の電源手段は、前記負荷に電力を供給することを特徴とする請求項３２乃至３４のいずれかに記載の発電モジュール。  35. The power generation module according to claim 32, wherein the second power supply means supplies power to the load. 前記動作制御部が、前記第２の電源手段で充電された電荷による電力を前記第１の電源手段に供給させることにより前記第１の電源手段で発生させ、前記第１の電源手段で発生した電力で前記第２の電源手段を充電させるように制御することを特徴とする請求項３２乃至３５のいずれかに記載の発電モジュール。  The operation control unit causes the first power supply means to generate power by supplying the first power supply means with electric power charged by the second power supply means, and the first power supply means generates the power. 36. The power generation module according to claim 32, wherein the second power supply unit is controlled to be charged with electric power. 前記発電用燃料が封入された燃料封入部と着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項３２乃至３６のいずれかに記載の発電モジュール。  37. The power generation module according to any one of claims 32 to 36, wherein the power generation module is configured to be detachable from a fuel sealing portion in which the fuel for power generation is sealed. 前記負荷と着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項３２乃至３７のいずれかに記載の発電モジュール。  38. The power generation module according to claim 32, wherein the power generation module is configured to be detachable from the load. 前記第１の電源手段は、前記第２の電源手段の充電状態に応じて発電することを特徴とする請求項３２乃至３８のいずれかに記載の発電モジュール。  The power generation module according to any one of claims 32 to 38, wherein the first power supply unit generates power according to a state of charge of the second power supply unit. 前記発電モジュール及び前記発電モジュールに結合された前記燃料封入部からなる電源システムは、前記燃料封入部及び前記発電モジュールからなる物理的外形形状が、各種汎用の化学電池のうちの１種と同等の形状及び寸法を有して構成されていることを特徴とする請求項３２乃至３９のいずれかに記載の電源システム。  The power supply system comprising the power generation module and the fuel enclosure connected to the power generation module has a physical outer shape comprising the fuel enclosure and the power generation module equivalent to one of various general-purpose chemical cells. The power supply system according to any one of claims 32 to 39, wherein the power supply system has a shape and a size. 前記電源システムは、二電極端子電源であることを特徴とする請求項４０記載の電源システム。  41. The power supply system according to claim 40, wherein the power supply system is a two-electrode terminal power supply. 発電用燃料により負荷を駆動するための第１の電力を発生するための第１の電源手段と、
前記負荷を有するデバイスに内蔵され且つ前記負荷の駆動状態を制御する負荷駆動制御手段に、充電された第２の電力を供給するための第２の電源手段と、
前記第２の電力により動作するシステム制御手段と、
を備え、
前記システム制御手段は、
少なくとも、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、
前記負荷の駆動状態に応じて変化する前記第１の電力及び前記第２の電力のいずれかの電圧成分を検出する電圧検出部と、
前記電圧成分の変化に応じて、少なくとも前記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し、前記第２の電源手段で充電された電荷による電力を前記第１の電源手段に供給させることにより前記第１の電源手段で発生させ、前記第１の電源手段で発生した電力で前記第２の電源手段を充電させるように制御する動作制御部と、
前記発電用燃料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前記燃料封入部内の前記発電用燃料の送出を遮断する供給制御弁及び前記燃料封入部内の圧力を低下させる圧力制御弁の少なくとも一方を有し、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料の封入状態を検出して安定化させる燃料安定化手段と、
を備え、
前記燃料安定化手段により検出される前記発電用燃料の封入状態を随時参照し、該封入状態に異常がある場合には、前記第１の電源手段の動作を停止させる停止動作を行うことを特徴とする発電モジュール。First power supply means for generating a first power for driving a load with fuel for power generation;
A second power supply means for supplying a charged second power to a load drive control means built in the device having the load and controlling a drive state of the load;
System control means for operating with the second power;
With
The system control means includes
An output control unit that controls at least an operating state of the first power supply unit and adjusts an amount of generation of the first power;
A voltage detection unit that detects a voltage component of either the first power or the second power that changes according to a driving state of the load;
According to the change of the voltage component, at least the output control unit is controlled, the amount of the first power generated by the first power supply unit is controlled, and the charge charged by the second power supply unit is used. An operation control unit that controls the first power supply means to generate power by supplying power to the first power supply means and charge the second power supply means with the power generated by the first power supply means. When,
A supply control valve that shuts off the delivery of the power generation fuel in the fuel sealing portion when the temperature of the power generation fuel exceeds a predetermined threshold, and a pressure control valve that reduces the pressure in the fuel sealing portion And a fuel stabilization means for detecting and stabilizing the sealed state of the fuel for power generation sealed in the fuel sealing part,
With
The encapsulated state of the fuel for power generation detected by the fuel stabilizing unit is referred to as needed, and when there is an abnormality in the encapsulated state, a stop operation is performed to stop the operation of the first power supply unit. Power generation module. 前記発電モジュール及び前記発電モジュールに結合された前記燃料封入部からなる電源システムは、前記燃料封入部及び前記発電モジュールからなる物理的外形形状が、各種汎用の化学電池のうちの１種と同等の形状及び寸法を有して構成されていることを特徴とする請求項４２記載の電源システム。  The power supply system comprising the power generation module and the fuel enclosure connected to the power generation module has a physical outer shape comprising the fuel enclosure and the power generation module equivalent to one of various general-purpose chemical cells. The power supply system according to claim 42, wherein the power supply system has a shape and dimensions. 前記電源システムは、二電極端子電源であることを特徴とする請求項４３記載の電源システム。  44. The power supply system according to claim 43, wherein the power supply system is a two-electrode terminal power supply.
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