JP3858653B2 - 電源システム - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源システムに関し、特に、汎用の化学電池との互換が可能な電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、民生用や産業用のあらゆる分野において、様々な化学電池が使用されている。例えば、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池は、時計やカメラ、玩具、携帯型の音響機器等に多用されており、我が国に限らず、世界的な観点からも最も生産数量が多く、安価かつ入手が容易という特徴を有している。
【０００３】
一方、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池は、近年普及が著しい携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の携帯機器に多用されており、繰り返し充放電ができることから経済性に優れた特徴を有している。また、二次電池のうち、鉛蓄電池は、車両や船舶の起動用電源、あるいは、産業設備や医療設備における非常用電源等として利用されている。
【０００４】
ところで、近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、上述したような化学電池の使用後の廃棄に関する問題やエネルギー変換効率の問題がクローズアップされている。
特に、一次電池においては、上述したように、製品価格が安価で入手が容易なうえ、電源として利用する機器が多種多様で、しかも、基本的に一度放電されると電池容量を回復することができない、一回限りの利用（いわゆる、使い捨て）しかできないため、年間の廃棄量が数百万トンに上っている。ここで、化学電池全体では、リサイクルにより回収される比率は、概ね２０％程度に過ぎず、残りの８０％程度が自然界に投棄、又は、埋め立て処理されている、とする統計資料もあり、このような未回収の電池に含まれる水銀やインジウム等の重金属による環境破壊や、自然環境の美観の悪化が懸念されている。
【０００５】
また、エネルギー資源の利用効率の観点から上記化学電池を検証すると、一次電池においては、放電可能エネルギーの概ね３００倍のエネルギーを使用して生産されているため、エネルギー利用効率が１％にも満たない。これに対して、繰り返し充放電が可能で経済性に優れた二次電池であっても、家庭用電源（コンセント）等から充電を行う場合、発電所における発電効率や送電損失等により、エネルギー利用効率が概ね１２％程度にまで低下してしまうため、必ずしもエネルギー資源の有効利用が図られているとは言えなかった。
【０００６】
そこで、近年、環境への影響（負担）が少なく、かつ、例えば、３０〜４０％程度の極めて高いエネルギー利用効率を実現することができる燃料電池をはじめとする各種の新たな電源システムや発電システム（以下、「電源システム」と総称する）が注目され、車両用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム等への適用を目的として、あるいは、上述したような化学電池の代替えを目的として、実用化のための研究、開発が盛んに行われている。なお、燃料電池をはじめとする各種の電源システムの具体的な構成等については、発明の詳細な説明において詳述する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後、燃料電池等のエネルギー利用効率が高い電源システムを小型軽量化して、可搬型又は携帯型のポータブル電源として利用し、かつ、上述したような化学電池の代替え（互換品）として適用する場合には、次に示すような問題点を有している。
【０００８】
すなわち、化学電池を動作電源とする既存の携帯機器（特に、近年普及が著しい携帯電話や携帯情報端末）等においては、電池の消耗状態を検知して随時電池残量を表示する機能や、電池の出力電圧が所定の下限値になった場合に、電池の交換や充電を促すアラームやメッセージ等を通知する機能（以下、便宜的に「残量通知機能」と総称する）を備えたものが多い。
【０００９】
具体的には、一般的な化学電池における出力電圧の経時的な変化傾向（起電力特性）は、図４２に示すように、放電に伴う時間の経過とともに、起電力特性Ｓｐが劣化して出力電圧が徐々に低下することが知られているので、この出力電圧の変化を検出して定期的又は継続的に電池残量や機器の駆動可能推定時間を表示したり、携帯機器等において動作が正常に行われる電圧範囲（動作保証電圧範囲）を下回る出力電圧に達した場合に、機器の利用者に電池の交換や充電等を促す通知（残量通知Ｉｐ）を行っている。
【００１０】
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であるので、図４３に示すように、電源システムの出力電圧特性（起電力特性）Ｓｆは、放電に伴う時間の経過（すなわち、燃料の残量）に関わりなく、発電部に供給される燃料の量等に基づいて任意に設定される。したがって、携帯機器等の仕様上、安定的な動作を実現することができる理想的な一定電圧Ｖｉが出力されるように設計されており、燃料がなくなること（燃料切れ）により、電源システムにおける発電動作が停止して出力電圧Ｖｉが０Ｖに瞬時に変化する。
【００１１】
そのため、このような起電力特性Ｓｆを有する電源システム（燃料電池等）を、既存の携帯機器等の電源としてそのまま適用した場合、放電に伴う時間の経過による出力電圧の低下を検出することができないため、上述したような残量通知機能を全く利用することができなくなるという問題を有している。また、今後、燃料電池をはじめとする電源システムを化学電池の代替えとして携帯機器等の電源に利用する場合には、燃料の残量を直接検出して、燃料の充填、補充や電源システム自体の交換を促すための機能や構成を、機器側に新たに備える必要があるため、携帯機器等における電源部周辺の構成の大幅な設計変更が必要となり、製品コストの上昇等を招くという問題を有していた。
【００１２】
そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、電池の出力電圧の低下を検出して、電池残量の表示や電池の交換、充電を促す機能を備えた携帯機器等の既存のデバイスに対して、汎用の化学電池と同様に、そのまま電源として適用することができ、良好に機器を動作させることができる電源システムを提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る電源システムは、発電用燃料が封入された燃料封入部と、該燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電モジュールと、前記発電モジュールの動作状態を制御して、前記電力の発生量を調整する出力制御部と、前記燃料封入部における前記発電用燃料の残量と前記発電モジュールにより生成される前記電力の電圧成分との相関関係を規定した相関テーブルを備え、前記相関テーブルを参照することにより、前記発電モジュールにおける動作状態を調整するための制御信号を前記出力制御部に出力する動作制御部と、を備え、前記発電モジュールは、経時的に出力電圧が変化することを特徴としている。
【００１４】
すなわち、燃料封入部（燃料パック）に充填、封入された液体又は気体からなる発電用燃料、又は、該発電用燃料から供給される特定の成分（例えば、水素）を用いて発電を行う発電モジュール（発電器）を備えたポータブル型の電源システムにおいて、該発電による出力電圧特性（起電力特性）が、汎用の化学電池、すなわち、日本国内外で市販、あるいは、機器に付属して流通、販売される一次電池又は二次電池のうちの１種における経時的な電圧の変化傾向に応じた出力電圧となるように、発電モジュールにおける発電状態が制御される。
【００１５】
これにより、汎用の化学電池等の電圧変化傾向に応じた出力電圧特性を有するポータブル電源を実現することができるので、既存の携帯機器等の電源としてそのまま使用した場合であっても、この出力電圧の変化を検出して電池残量や機器の駆動可能推定時間を表示したり、電池の交換や充電等を促す機能を支障なく利用することができ、化学電池に対する互換性を高めた電源システムを提供することができる。
【００１６】
このような特徴を実現するために、本発明に係る電源システムは、発電モジュールが、前記発電用燃料を用いて所定の負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、少なくとも、前記第１の電源手段を動作制御するための第２の電力を常時出力する第２の電源手段と、を具備し、前記動作制御部は、前記第２の電力により動作し、少なくとも、前記第１の電源手段における動作状態を制御するものであってもよい。
【００１７】
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、少なくとも、燃料封入部に封入された発電用燃料の残量に応じて、出力制御部を制御し、第１の電源手段により生成される第１の電力の発生量を制御する動作制御部と、を備えた構成を有し、さらに、電源システムは、燃料封入部に封入された発電用燃料の残量を検出して、該残量に関する検出情報を動作制御部に出力する残量検出手段と、を備えた構成を有している。
【００１８】
すなわち、第２の発電手段により生成される第２の電力に基づいてシステム制御手段（出力制御部、システム制御手段）が駆動され、燃料封入部に残存する発電用燃料の量（残量）に応じて、第１の発電手段における第１の電力の発生量（発電状態）が制御される。これにより、電源システムの外部から燃料等の供給を受けることなく、発電モジュールにより自立的に発電状態を制御して、発電用燃料の残量に応じた所定の電力を発生、出力することができる。
【００１９】
この場合、システム制御手段（動作制御部）による第１の発電手段における発電状態の制御は、汎用の化学電池における経時的な電圧変化傾向、例えば、時間の経過に伴って出力電圧が一義的に低下する傾向に対応して、発電用燃料の残量と出力電圧（第１の電力の電圧成分）との相関関係を予め規定した相関テーブルに基づいて実行されるものであってもよい。なお、第１の発電手段における発電状態の具体的な制御方法は、上記相関テーブルに基づいて、第１の電源手段への前記発電用燃料の供給量を制御することにより調整される。
【００２０】
これによれば、燃料封入部における発電用燃料の残量に基づいて、該相関テーブルを参照し、発電部の燃料極への発電用燃料の供給量を調整することにより、簡易に出力電圧を設定制御することができるので、汎用の化学電池と同様の出力電圧特性を有し、電気的特性上、互換が可能な電源システムを提供することができる。
【００２１】
上記電源システムにおいて、より好ましい態様は、第１の電源手段及び第２の電源手段が、共に燃料封入部から供給される発電用燃料を用いた電気化学反応により、第１の電力及び第２の電力を発生する燃料電池を有している構成である。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とともに、汎用の化学電池における経時的な電圧変化傾向と同様の出力電圧特性を有する電源システムを実現することができるので、既存の携帯機器等における残量通知機能等を良好に利用することができるとともに、化石燃料等のエネルギー資源の消費量を削減して有効な利用を図ることができる。
【００２２】
また、上記電源システムにおいて、第１の電源手段のみを上記燃料電池により構成したものであってもよい。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。
【００２３】
なお、上記電源システムにおいて、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反応により生じる圧力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、発電用燃料の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。
【００２４】
また、上記電源システムにおいて、第２の電源手段のみを上記燃料電池により構成したものであってもよい。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、発電用燃料の残量に応じた電圧成分を有する第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電気的特性を有しつつ、取り扱いが簡易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。
【００２５】
なお、上記電源システムにおいて、第２の電源手段に適用可能な構成としては、上記燃料電池の他に、燃料封入部に封入された液体燃料からなる発電用燃料の気化反応又は高圧気体燃料における封入圧力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、電源システム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電源システム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電源システム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）、電源システム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。
【００２６】
したがって、本発明に係る電源システムにおいては、第１及び第２の電源手段として、発電用燃料を用いて高いエネルギー変換効率で第１及び第２の電力を生成することができ、かつ、小型化や微細化が可能な構成を有する発電装置や蓄電装置の中から、電源システムの外形形状や電気的特性等に応じて適宜組み合わせた任意の構成を適用することができる。
【００２７】
ここで、第１の電源手段又は出力制御部の少なくともいずれか一方は、第２の発電手段から直接出力される第２の電力に基づいて、又は、上記燃料電池又は発電装置から出力される電力を蓄積する蓄電装置から放出された電力（第２の電力）に基づいて動作するものであってもよい。これによれば、第２の電源手段により生成される電力の駆動電力特性に応じて、第２の電源手段から直接供給される電力、又は、蓄電装置に蓄積され、駆動電力特性が高められた電力を起動電力として用いて、第１の電源手段を良好に起動して第１の電力を生成する発電動作に移行することができる。
【００２８】
また、上記電源システムに適用される発電用燃料は、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水素からなる液体燃料又は液化燃料又は気体燃料、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。
【００２９】
ここで、上記電源システムは、第１の電源手段から出力される第１の電力により駆動する負荷に対して、システム全体が着脱可能な構成、又は、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、もしくは、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。
【００３０】
本発明に係る電源システムは、発電用燃料が封入された燃料封入部と、該燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電モジュールと、前記燃料封入部に封入された発電用燃料の残量の減衰にしたがって、前記発電用燃料の供給量を逓減して前記発電モジュールにより生成される電力の発生量を低下させる制御する出力制御部と、を備えることを特徴とする。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
まず、本発明に係る電源システムが適用される全体の概要について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る電源システムの適用形態を示す概念図である。
【００３２】
本発明に係る電源システム１は、例えば、図１（ａ）、（ｂ）に示すように、特定の電気・電子機器のほか、汎用の一次電池や二次電池により動作する既存の電気・電子機器（図１では、情報携帯端末を示す：以下、「デバイス」と総称する）ＤＶＣに対して、その全体もしくは一部が任意に装着及び取り外し（矢印Ｐ１参照）が可能であるとともに、該電源システム１の全体もしくはその一部が単独で携帯が可能なように構成され、かつ、電源システム１の所定の位置（例えば、後述するように、汎用の一次電池や二次電池と同等の位置）にプラス（＋）極及びマイナス（−）極からなる電極が設けられた構成を有している。
【００３３】
次に、本発明に係る電池システムの基本構成について説明する。
図２は、本発明に係る電源システムの基本構成を示すブロック図である。
本発明に係る電源システム１は、図２（ａ）に示すように、大別して、液体燃料又は液化燃料又は気体燃料からなる発電用燃料ＦＬが封入された燃料パック（燃料封入部）２０と、少なくとも、該燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬに基づいて、上記デバイスＤＶＣの駆動状態（負荷状態）に対応した電力ＥＧを発生（発電）する発電モジュール１０と、燃料パック２０及び発電モジュール１０相互を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又は発電モジュール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。
【００３４】
以下、各ブロックの構成について、具体的に説明する。
［第１の実施形態］
（Ａ）発電モジュール１０
図３は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第１の実施形態を示すブロック図である。
【００３５】
図３に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ａは、大別して、Ｉ／Ｆ部３０を介して燃料パック２０から供給される発電用燃料を用いて、所定の電力（第２の電力）を、常時、自立的に発生して、少なくとも、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣに内蔵され、負荷ＬＤ（デバイスＤＶＣの各種機能を有する素子又はモジュール）の駆動制御を行うコントローラＣＮＴの駆動電力（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、Ｉ／Ｆ部３０を介して燃料パック２０から供給される発電用燃料又は該発電用燃料から抽出された特定の燃料成分を用いて、所定の電力（第１の電力）を発生して、少なくとも、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣの各種機能（負荷ＬＤ）を駆動する負荷駆動電力として出力する主発電部（第１の電源手段）１２と、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、少なくとも、主発電部１２への発電用燃料の供給量を制御する出力制御部１４と、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、少なくとも、主発電部１２を待機状態から発電可能な動作状態に移行（起動）するように制御する起動制御部１５と、を有して構成されている。ここで、本実施形態に係る動作制御部１３、出力制御部１４及び起動制御部１５は、本発明におけるシステム制御手段を構成する。
【００３６】
また、発電モジュール１０Ａは、発電モジュール１０Ａ内又はＩ／Ｆ部３０Ａ内もしくは燃料パック２０ＥＡのいずれか（ここでは、発電モジュール１０Ａ内）に、燃料パック２０Ａ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上記動作制御部１３に出力する残量検出部１６が設けられた構成を有している。
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２０及びＩ／Ｆ部３０以外）からの燃料供給や制御に依存することなく、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣに対して、所定の電力（負荷駆動電力）を出力可能なように構成されている。
【００３７】
＜副電源部１１＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される副電源部１１は、図３に示したように、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬが有する物理的又は化学的エネルギー等を用いて、電源システム１の起動動作に必要な所定の電力（第２の電力）を、常時、自立的に発生する構成を有している。そして、この電力は、大別して、デバイスＤＶＣに内蔵され、その駆動状態を制御するコントローラの駆動電力（コントローラ電力）、並びに、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及び燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬの残量を検出する残量検出部１６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、残量検出部１６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。なお、残量検出部１６の動作電力となる電力は、常時供給されるもののほか、起動制御部１５による発電モジュール１０Ａの起動時以降に供給されるように構成されていてもよい。
【００３８】
副電源部１１の具体的な構成としては、例えば、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬを用いた電気化学反応によるもの（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２０に封入された発電用燃料ＦＬの封入圧力や燃料の気化によって生じるガス圧力を用いて発電器を回転させて電力を発生する力学的なエネルギー変換作用等によるもの（ガスタービン発電等）、また、発電用燃料ＦＬを栄養源とする微生物等による代謝（光合成、呼吸等）により生じる電子を捕獲し、直接電力へと変換するもの（生物化学発電）、上記封入圧力やガス圧力に基づく発電用燃料ＦＬの流体エネルギーにより生じる振動エネルギーを電磁誘導の原理を利用して電力に変換するもの（振動発電）、二次電池（充電池）やコンデンサ等の電力蓄積手段単体からの放電によるもの、さらには、上述した発電を行う各構成により生成された電力を、電力蓄積手段（二次電池やコンデンサ等）に蓄積して放出（放電）させるようにしたもの等を適用することができる。
【００３９】
以下に、各々の具体例について、図面を参照して簡単に説明する。
（副電源部の第１の構成例）
図４は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３）を適宜参照しながら説明する。
第１の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０から直接供給される発電用燃料ＦＬを用い、電気化学反応により電力（第２の電力）を発生する燃料直接供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池の構成を有している。
【００４０】
図４に示すように、本構成例に係る副電源部１１Ａは、概略、所定の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極（カソード）１１１と、所定の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極（アノード）１１２と、燃料極１１１と空気極１１２の間に介装されたイオン導電膜（交換膜）１１３と、を有して構成されている。ここで、燃料極１１１には、燃料パック２０に封入された発電用燃料（例えば、メタノール等のアルコール類及び水）が直接供給され、一方、空気極１１２には大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給される。
【００４１】
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）
【００４２】
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）
【００４３】
このような一連の電気化学反応（化学反応式（１）及び（２））は、概ね室温程度の比較的低温の環境下で進行する。ここで、空気極１１２で発生する副生成物である水（Ｈ２Ｏ）を回収し、燃料極１１１側に必要量を供給することにより、上記化学反応式（１）に示した触媒反応の原料物質として再利用することができるとともに、燃料パック２０に予め備蓄（封入）される水（Ｈ２Ｏ）の量を大幅に減らすことができるので、燃料パック２０の容積を大幅に縮小しつつ、副電源部１１を長時間、継続的に動作させて、所定の電力を供給することが可能となる。なお、空気極１１２で発生する水（Ｈ２Ｏ）等の副生成物を回収、再利用する副生成物回収手段の構成については、主発電部１２における同様の構成と併せて後述する。
【００４４】
このような構成を有する燃料電池を副電源部に適用することにより、他の方式（例えば、後述する燃料改質型の燃料電池）に比較して周辺構成を必要としないので、副電源部１１Ａの構成を簡素化かつ小型化することができるとともに、例えば、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０に設けられた燃料輸送管を介して毛細管現象により所定量の発電用燃料が副電源部１１Ａ（燃料極１１１）に自動的に送入されて、上記化学反応式（１）及び（２）に基づく、発電動作を開始、継続することができる。
【００４５】
したがって、燃料パック２０からの発電用燃料の供給が継続する限り、副電源部１１Ａにより所定の電力が常時、自立的に生成され、デバイスＤＶＣのコントローラ電力並びに動作制御部１３及び残量検出部１６の動作電力、さらには、主発電部１２又は出力制御部１４に対する起動電力として供給することができる。また、上述したような燃料電池においては、発電用燃料から電気化学反応を利用して直接電力を発生しているので、極めて高い発電効率を実現することができ、エネルギー資源の有効利用や副電源部を含む発電モジュールの小型化を図ることができるとともに、振動や騒音がないので、汎用の一次電池や二次電池と同様に、広範な機器への利用が可能となる。
【００４６】
なお、本構成例における燃料電池においては、燃料パック２０から供給される発電用燃料としてメタノールを適用した場合についてのみ示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも、水素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２０から副電源部１１Ａに供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件の下で気体状態にあるものを良好に適用することができる。
【００４７】
（副電源部の第２の構成例）
図５は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
第２の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料が有する圧力エネルギー（封入圧力やガス圧力）により圧力駆動機関（ガスタービン）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００４８】
図５（ａ）、（ｂ）に示すように、本構成例に係る副電源部１１Ｂは、概略、複数の羽根が円周の所定の方向に沿って湾曲しつつ、略放射状に配列され、かつ、自在に回転が可能なように構成された可動羽根１２２ａと、可動羽根１２２ａの回転中心に直結され、周知の電磁誘導あるいは圧電変換の原理に基づいて、可動羽根１２２ａの回転エネルギーを電力に変換する発電器１２５と、複数の羽根が可動羽根１２２ａの外周側に沿って、可動羽根１２２ａとは逆方向に湾曲しつつ、略放射状に配列され、かつ、可動羽根１２２ａに対して相対的に固定された固定羽根１２２ｂと、可動羽根１２２ａと固定羽根１２２ｂとからなるガスタービン１２２への気化された発電用燃料（燃料ガス）の供給を制御する吸気制御部１２３と、ガスタービン１２２通過後の発電用燃料の排出を制御する排気制御部１２４と、を有して構成されている。ここで、ガスタービン１２２、吸気制御部１２３及び排気制御部１２４からなる副電源部１１Ｂの構成は、半導体製造技術等により蓄積された微細加工技術をはじめとする、いわゆる、マイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、単一のシリコンチップ１２１上の微小空間に集積化して形成することができる。なお、図５（ａ）においては、ガスタービン１２２の構成を明確にするために、可動羽根１２２ａ及び固定羽根１２２ｂが便宜的に露出するように示した。
【００４９】
このような副電源部１１Ｂにおいて、例えば、図５（ｂ）に示すように、吸気制御部１２３を介してガスタービン１２２の固定羽根１２２ｂ側から可動羽根１２２ａ側に、燃料パック２０内に封入された液体燃料が気化した高圧の燃料ガスを吸入（矢印Ｐ２参照）することにより、固定羽根１２２ｂの湾曲方向に沿って燃料ガスの渦流が生じ、該渦流によって、可動羽根１２２ａが所定の方向に回転して、発電器１２５を駆動する。これにより、燃料ガスが有する圧力エネルギーがガスタービン１２２及び発電器１２５を介して電力に変換される。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
したがって、本構成例に係る副電源部１１Ｂにおいては、燃料パック２０から供給される発電用燃料（燃料ガス）ＦＬは、必ずしも燃焼性（あるいは、可燃性）を有している必要はなく、特に、電力の生成に利用された燃料ガスを、そのまま電源システム１の外部に排出する構成にあっては、発電用燃料ＦＬを排出ガスとして排出することを考慮すれば、不燃性又は難燃性を有し、さらに、毒性がない方が望ましい。なお、発電用燃料が燃焼性又は毒性がある成分を含む物質からなる場合は、排出ガスを外部に排出する前に難燃化や無毒化する処理が必要となることはいうまでもない。
【００５３】
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。
【００５４】
このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した第１の構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して高圧の発電用燃料（燃料ガス）ＦＬが副電源部１１Ｂ（ガスタービン１２２）に自動的に送入されて、上記発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｂにより所定の電力を常時、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。
【００５５】
（副電源部の第３の構成例）
図６は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第３の構成例を示す概略構成図である。
第３の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬが有する圧力エネルギー（封入圧力やガス圧力）により圧力駆動機関（ロータリーエンジン）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００５６】
図６に示すように、第３の構成例に係る副電源部１１Ｃは、外周が概略、楕円型の作動空間１３１ａを有するハウジング１３１と、作動空間１３１ａの内壁に沿って中心軸１３３の周囲を回転する略三角形状の断面を有するローター１３２と、中心軸１３３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。ここで、副電源部１１Ｃの構成は、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、ミリメートルオーダーの微小空間に集積化して形成することができる。
【００５７】
このような構成を有する副電源部１１Ｃにおいて、吸気口１３４ａからほぼ常温に保たれている作動空間１３１ａ内に液体の状態の燃料を封入すると、燃料が気化膨張するとともに、排気口１３４ｂ側を低圧、例えば、常圧に制御することにより、作動空間１３１ａの内壁とローター１３２により形成される各作動室間に気圧差が生じ、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、気化した燃料ガスが吸入口１３４ａから排気口１３４ｂ方向に流動することにより、燃料ガスの圧力によりローター１３２がその内周を中心軸１３３の外周に沿うように回転する（矢印Ｐ３）。これにより、燃料ガスが有する圧力エネルギーが中心軸１３３の回転エネルギーに変換されて、該中心軸１３３に接続された発電器により電力に変換される。
【００５８】
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。
【００５９】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して高圧の発電用燃料（燃料ガス）ＦＬが副電源部１１Ｃ（作動空間１３１ａ）に自動的に送入されて、上記発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｃにより所定の電力を常時、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。
【００６０】
（副電源部の第４の構成例）
図７は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第４の構成例を示す概略構成図である。
第４の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬの触媒燃焼反応に基づいて熱エネルギーを発生することにより生じる温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【００６１】
図７（ａ）に示すように、第４の構成例に係る副電源部１１Ｄは、概略、発電用燃料ＦＬを触媒燃焼させて熱エネルギーを発生させる触媒燃焼部１４１と、概ね一定の温度を保持する定温部１４２と、触媒燃焼部１４１を第１の温度端、定温部１４２を第２の温度端として、該第１及び第２の温度端間に接続された熱電変換素子１４３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、熱電変換素子１４３は、図７（ｂ）に示すように、２種類の半導体又は金属（以下、便宜的に「金属等」という）ＭＡ、ＭＢの端部相互が接合（例えば、金属等ＭＡの両端部に、各々金属等ＭＢが接合）され、各接合部Ｎ１、Ｎ２が上記触媒燃焼部１４１（第１の温度端）及び定温部１４２（第２の温度端）に各々接続された構成を有している。また、定温部１４２は、例えば、電源システム１が装着されるデバイスＤＶＣに設けられた開口部等を介して、常時外気に晒され、略一定の温度を保持するように構成されている。なお、図７に示した温度差発電器からなる副電源部１１Ｄの構成は、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、微小空間に集積化して形成することができる。
【００６２】
このような構成を有する副電源部１１Ｄにおいて、図７（ｃ）に示すように、燃料パック２０に封入された発電用燃料（燃焼ガス）ＦＬがＩ／Ｆ部３０を介して、触媒燃焼部１４１に供給されると、触媒燃焼反応により発熱して、触媒燃焼部１４１（第１の温度端）の温度が上昇する。一方、定温部１４２の温度は、ほぼ一定に保持されるように構成されているので、触媒燃焼部１４１と定温部１４２との間には温度差が発生する。そして、この温度差に基づいて、熱電変換素子１４３におけるゼーベック効果により、所定の起電力が発生して電力が生成される。
【００６３】
具体的には、第１の温度端（接合部Ｎ１）における温度をＴａ、第２の温度端（接合部Ｎ２）における温度をＴｂ（＜Ｔａ）と規定した場合、該温度Ｔａ、Ｔｂ間の差が微小である場合には、図７（ｂ）に示した出力端子Ｏａ、Ｏｂ間に、Ｖab＝Ｓab×（Ｔａ−Ｔｂ）の電圧が生じる。ここで、Ｓabは、金属等ＭＡ、ＭＢの相対ゼーベック係数である。
【００６４】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して発電用燃料（液体燃料又は液化燃料又は気体燃料）が副電源部１１Ｄ（触媒燃焼部１４１）に自動的に送入されて、触媒燃焼反応に伴う熱エネルギーが発生し、上記温度差発電器による発電動作を開始、継続することができ、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、副電源部１１Ｄにより所定の電力を常時、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。
【００６５】
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。
【００６６】
（副電源部の第５の構成例）
図８は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第５の構成例を示す概略構成図である。
第５の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料（液体燃料）ＦＬが気化反応に基づいて熱エネルギーを吸収することにより生じる温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【００６７】
図８（ａ）に示すように、第５の構成例に係る副電源部１１Ｅは、概略、発電用燃料（特に、液化燃料）ＦＬを気化させた場合に熱エネルギーを吸収することにより実現される冷熱を保持する冷熱保持部１５１と、概ね一定の温度を保持する定温部１５２と、冷熱保持部１５１を第１の温度端、定温部１５２を第２の温度端として、第１及び第２の温度端間に接続された熱電変換素子１５３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、熱電変換素子１５３は、上述した第４の構成例（図７（ｂ）参照）に示したものと同等の構成を有している。また、定温部１５２は、電源システム１内外の他の領域に接触又は晒されることにより、略一定の温度を保持するように構成されている。なお、図８に示した温度差発電器からなる副電源部１１Ｅの構成も、上述した各構成例と同様に、微小空間に集積化して形成される。
【００６８】
このような構成を有する副電源部１１Ｅにおいて、図８（ｂ）に示すように、例えば、燃料パック２０に所定の圧力条件で封入された発電用燃料（液化燃料）ＦＬがＩ／Ｆ部３０を介して、副電源部１１Ｅに供給され、常温、常圧等の所定の環境条件に移行することにより、発電用燃料ＦＬが気化し、その際、周囲から熱エネルギーを吸収して、冷熱保持部１５１の温度が低下する。一方、定温部１５２の温度は、ほぼ一定に保持されるように構成されているので、冷熱保持部１５１と定温部１５２との間には温度差が発生する。そして、この温度差に基づいて、熱電変換素子１５３におけるゼーベック効果により、上述した第４の構成例に示したものと同様に、所定の起電力が発生して電力が生成される。
【００６９】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して発電用燃料（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。
【００７０】
（副電源部の第６の構成例）
図９は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第６の構成例を示す概略構成図である。
第６の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０に封入された発電用燃料に対する生物化学的な反応を利用して電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【００７１】
図９に示すように、第６の構成例に係る副電源部１１Ｆは、概略、発電用燃料を栄養源として成育する微生物や生体触媒（以下、便宜的に「微生物等」という）ＢＩＯが貯蔵された生体培養槽１６１と、該生体培養槽１６１内に設けられた陽極側電極１６１ａ及び陰極側電極１６１ｂと、を備えた構成を有している。このような構成において、燃料パック２０からＩ／Ｆ部３０を介して発電用燃料ＦＬを供給することにより、上記生体培養槽１６１内で微生物等ＢＩＯによる呼吸等の代謝等（生物化学的反応）が生じて電子（ｅ−）が生成される。そして、この電子を陽極側電極１６１ａにより捕獲することにより、出力端子Ｏａ、Ｏｂから所定の電力が得られる。
【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２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して微生物等ＢＩＯの栄養源となる発電用燃料ＦＬが副電源部１１Ｆ（生体培養槽１６１）に自動的に送入されて、微生物等ＢＩＯの生物化学的な反応による発電動作が開始され、さらに、発電用燃料の供給が継続する限り、所定の電力を常時、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。
【００７３】
（副電源部の第７の構成例）
図１０は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第７の構成例を示す概略構成図である。
第７の構成例においては、副電源部の具体例として、燃料パック２０から供給される発電用燃料の流体移動により生じる振動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００７４】
図１０（ａ）に示すように、第７の構成例に係る副電源部１１Ｇは、概略、液体又は気体からなる発電用燃料が所定方向に移動することにより、少なくとも一端側が振動可能なように構成され、その振動端１７１ａに電磁コイル１７３が設けられた振動子１７１と、電磁コイル１７３に対向して永久磁石１７４が設けられ、発電用燃料の移動に対して振動を生じない固定子１７２と、を備えた振動発電器としての構成を有している。このような構成において、図１０（ｂ）に示すように、燃料パック２０からＩ／Ｆ部３０を介して発電用燃料ＦＬを供給することにより、発電用燃料ＦＬの流動方向に対して概ね直交する方向（図中、矢印Ｐ４）に、固定子１７２に対して振動子１７１（振動端１７１ａ）が所定の振動数で振動を生じる。この振動により永久磁石１７４と電磁コイル１７３間の相対位置に変化が生じることにより、電磁誘導が発生して、電磁コイル１７３を通じて所定の電力が得られる。
【００７５】
したがって、このような構成を有する発電装置を副電源部に適用することにより、上述した各構成例と同様に、発電モジュール１０Ａに対して燃料パック２０を結合する極めて簡易な操作のみで、Ｉ／Ｆ部３０を介して流体としての発電用燃料ＦＬが副電源部１１Ｇに自動的に送入されて、流体移動に伴う振動子１７１の振動エネルギーの変換による発電動作が開始され、さらに、発電用燃料ＦＬの供給が継続する限り、所定の電力を常時、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。
【００７６】
なお、上述した各構成例は、発電モジュール１０Ａに適用される副電源部１１の一例を示したに過ぎず、本発明に係る電源システムの構成を何ら限定するものではない。要するに、本発明に適用される副電源部１１は、燃料パック２０に封入された液体燃料又は液化燃料又は気体燃料が直接的に供給されることにより、副電源部１１内部で電気化学反応や電磁誘導、発熱、吸熱反応に伴う温度差等、エネルギーの変換作用に基づいて電力を発生することができるものであれば、他の構成を有するものであってもよく、例えば、ガスタービンやロータリーエンジン以外のガス圧力駆動エンジンと電磁誘導や圧電変換による発電器とを組み合わせたものであってもよいし、次に示すように、上述した各副電源部１１と同等の発電装置に付加して、電力蓄積手段（蓄電装置）を備え、副電源部１１により発電された電力（第２の電力）の一部を蓄電した後、電源システム１（主発電部１２）の起動時に、主発電部１２又は出力制御部１４に対して起動電力として供給するように構成したものを適用することもできる。
【００７７】
（副電源部の第８の構成例）
図１１（ａ）、図１１（ｂ）は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例を示す概略構成図である。
図１１（ａ）に示すように、第８の構成例に係る副電源部１１Ｈは、概略、燃料パック２０に封入された発電用燃料（液体燃料又は液化燃料又は気体燃料）ＦＬがＩ／Ｆ部３０に設けられ燃料輸送管を介して毛細管現象により直接的に供給されることにより自立的に電力（第２の電力）を発生することができる発電装置（例えば、上述した各構成例に示した副電源部）１８１と、該発電装置１８１により生成された電力の一部を蓄積する２次電池又はコンデンサ等からなる電荷蓄積部１８２と、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、電荷蓄積部１８２への電力の蓄積、放出を切り換え設定するスイッチ１８３と、を備えた構成を有している。
【００７８】
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に蓄積される。そして、例えば、動作制御部１３が、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴから出力される、負荷ＬＤがオフ状態から起動してオン状態に切り替わる負荷駆動情報を端子部１８４を介して受け取り、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動を検出した場合には、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、スイッチ１８３の接続状態が切り替わり、電荷蓄積部１８２に蓄積されていた電力が主発電部１２又は出力制御部１４に対して起動電力として供給される。
【００７９】
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。
【００８０】
また、図１１（ｂ）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電荷蓄積部１８２のみを副電源部として構成するようにしてもよい。電荷蓄積部１８２は、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供給する機能を有する。負荷ＬＤでの負荷駆動電力の消費に伴い電荷蓄積部１８２の電荷蓄積量が所定の量まで減衰することを動作制御部１３が検知したら、電荷蓄積部１８２と、出力制御部１４及び主発電部１２との間で起動制御部として機能するスイッチ１８３が閉じて、電荷蓄積部１８２が出力制御部１４及び主発電部１２に駆動電力を供給する。次いで、駆動開始した出力制御部１４が主発電部１２に燃料等を供給し、主発電部１２は発電して電荷蓄積部１８２をチャージアップさせる。そして、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいてスイッチ１８３を切り替えると、電荷蓄積部１８２で蓄積された電荷が負荷駆動電力として負荷ＬＤに出力される。電荷蓄積部１８２で蓄積された電荷になれば主発電部１２の発電は停止する。このような構造にすれば、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しに電荷蓄積部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行うので、端子部１８４及び起動制御部１５が不要となり、デバイスＤＶＣもコントローラＣＮＴから負荷駆動情報を提供する構造でなくてもよい。
【００８１】
上記実施形態では、スイッチ１８２は電荷蓄積部１８２から主発電部１２及び出力制御部１４への電力供給並びに主発電部１２から電荷蓄積部１８２への電荷の蓄積と、電荷蓄積部１８２から負荷ＬＤへの負荷駆動電力の供給と、に切り替えたが、電荷蓄積部１８２から主発電部１２及び出力制御部１４への電力供給並びに主発電部１２から電荷蓄積部１８２への電荷の蓄積と、主発電部１２から負荷ＬＤへの負荷駆動電力の直接供給と、に切り替えてもよい。
【００８２】
＜主発電部１２＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される主発電部１２は、図３に示したように、動作制御部１３による起動制御に基づいて、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬが有する物理的又は化学的エネルギー等を用いて、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）を駆動するために必要な所定の電力（第１の電力）を発生する構成を有している。主発電部１２の具体的な構成としては、例えば、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬを用いた電気化学反応によるもの（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。
【００８３】
ここで、主発電部１２により生成される電力（第１の電力）は、デバイスＤＶＣ全体の各種機能（負荷ＬＤ）の駆動を行う主電源であるため、駆動電力特性が高く設定される。したがって、上述した副電源部１１により生成され、デバイスＤＶＣのコントローラ電力や動作制御部１３、残量検出部１６の動作電力等となる電力（第２の電力）とはその性質を異にする。
【００８４】
以下に、各々の具体例について、図面を参照して簡単に説明する。
（主発電部の第１の構成例）
図１２は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第１の構成例を示す概略構成図であり、図１３は、本構成例に係る主発電部に適用される燃料改質部における水素生成過程を示す概念図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３）を適宜参照しながら説明する。
第１の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、電気化学反応により電力を発生する燃料改質方式を採用した固体高分子型の燃料電池の構成を有している。
【００８５】
図１２に示すように、主発電部１２Ａは、大別して、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬに対して所定の改質反応を利用して、発電用燃料ＦＬに含有される所定の燃料成分（水素）を抽出する燃料改質部（燃料改質器）２１０ａと、燃料改質部２１０ａにより抽出された燃料成分を利用して電気化学反応により、負荷２１４（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。
【００８６】
燃料改質部２１０ａは、図１３（ａ）に示すように、概略、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬに対して、蒸発及び水蒸気改質反応からなる各過程を介して、燃料成分を抽出し、燃料電池本体２１０ｂに供給する。例えば、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）を発電用燃料ＦＬとして、水素ガス（Ｈ２）を生成する場合にあっては、まず、蒸発過程において、液体燃料であるメタノール及び水をヒータで概ね１００℃以上に加熱することにより、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）を気化させる。
【００８７】
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）をヒータで概ね３００℃若しくはそれ以上の温度に加熱することにより、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）
【００８８】
ここで、図１３（ｂ）に示すように、水蒸気改質反応において副生成物として生成される一酸化炭素（ＣＯ）を除去するための選択酸化触媒部２１０ｃを燃料改質部２１０ａの後段に付設して、水性シフト反応及び選択酸化反応からなる各過程を介して、一酸化炭素（ＣＯ）を二酸化炭素（ＣＯ２）及び水素（Ｈ２）に変換して、有害物質の排出を抑止するように構成してもよい。具体的には、水性シフト反応過程において、一酸化炭素（ＣＯ）に対して水（水蒸気；Ｈ２Ｏ）を反応させることにより４０．２kJ/molの熱エネルギーを発熱して、次の化学反応式（４）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ２）と水素（Ｈ２）が生成される。
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ →ＣＯ２＋Ｈ２ ・・・（４）
【００８９】
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）
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。
【００９０】
燃料電池本体２１０ｂは、図１２に示すように、上述した副電源部１１に適用される燃料直接供給方式の燃料電池と同様に、概略、例えば、白金やパラジウム、さらには白金・ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極（カソード）２１１と、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極（アノード）２１２と、燃料極２１１と空気極２１２の間に介装されたフィルム状のイオン導電膜（交換膜）２１３と、を有して構成されている。ここで、燃料極２１１には、後述する出力制御部１４により供給量が制御された発電用燃料ＦＬから、上記燃料改質部２１０ａにより抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、空気極２１２には大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給される。これにより、以下に示す電気化学反応により発電が行われ、負荷２１４（デバイスＤＶＣの負荷ＬＤ）に対して所定の駆動電力（電圧・電流）となる電力が供給される。
【００９１】
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）
【００９２】
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）
【００９３】
このような一連の電気化学反応（化学反応式（６）及び（７））は、概ね６０〜８０℃の比較的低温の環境下で進行し、電力（負荷駆動電力）以外の副生成物は、基本的に水（Ｈ２Ｏ）のみとなる。ここで、空気極２１２において生成される副生成物である水（Ｈ２Ｏ）を回収し、上述した燃料改質部２１０ａに必要量を供給することにより、発電用燃料ＦＬの燃料改質反応や水性シフト反応に再利用することができるとともに、燃料改質反応のために燃料パック２０に予め備蓄（封入）される水（Ｈ２Ｏ）の量を大幅に減らすことができ、さらには、燃料パック２０内に設けられた副生成物を回収する副生成物回収手段への回収量を大幅に減らすことができる。なお、空気極２１２で発生する水（Ｈ２Ｏ）等の副生成物を回収、再利用する副生成物回収手段の構成については、上述した副電源部１１における副生成物回収手段（副電源部１１の第１の構成例参照）とともに併せて後述する。
【００９４】
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。
【００９５】
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の効率的な消費や主発電部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。
【００９６】
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下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。
【００９７】
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。
【００９８】
（主発電部の第２の構成例）
図１４は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第２の構成例を示す概略構成図である。
第２の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応に伴う圧力エネルギーによりガス燃焼タービン（内燃機関）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【００９９】
図１４（ａ）、（ｂ）に示すように、本構成例に係る主発電部１２Ｂは、概略、複数の羽根が円周の所定の方向に沿って湾曲しつつ、略放射状に配列された吸気羽根２２２in及び排気羽根２２２outが連結して、自在に回転が可能なように構成された可動羽根２２２と、複数の羽根が可動羽根２２２（吸気羽根２２２in及び排気羽根２２２out）の外周側に沿って、可動羽根２２２とは逆方向に湾曲しつつ、略放射状に配列され、かつ、可動羽根２２２に対して相対的に固定された吸気羽根２２３in及び排気羽根２２３outからなる固定羽根２２３と、可動羽根２２２により吸入された発電用燃料（燃料ガス）ＦＬを所定のタイミングで燃焼する燃焼室２２４と、燃焼室２２４に吸入された燃料ガスに点火する点火部２２５と、可動羽根２２２の回転中心に直結され、周知の電磁誘導あるいは圧電変換の原理に基づいて、可動羽根２２２の回転エネルギーを電力に変換する発電器２２８と、可動羽根２２２と固定羽根２２３からなるガス燃焼タービンへの気化された燃料ガスの供給（吸入）を制御する吸気制御部２２６と、ガス燃焼タービンにおける燃焼後の燃料ガス（排出ガス）の排出を制御する排気制御部２２７と、を有して構成されている。ここで、ガス燃焼タービン、吸気制御部２２６及び排気制御部２２７を備えた主発電部１２Ｂの構成は、上述した副電源部１１と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、例えば、シリコンチップ２２１上のミリメートルオーダーの微小空間に集積化して形成することができる。なお、図１４（ａ）においては、ガス燃焼タービンの構成を明確にするために、吸気羽根２２２in、２２３inが便宜的に露出するように示した。
【０１００】
このような主発電部１２Ｂにおいて、例えば、図１４（ｂ）に示すように、吸気制御部２２６を介してガス燃焼タービンの吸気羽根２２２in、２２３in側から吸入した燃料ガスを、燃焼室２２４において所定のタイミングで点火部２２５で点火、燃焼し、排気羽根２２２out、２２３out側から排出することにより（矢印Ｐ５）、可動羽根２２２及び固定羽根２２３の湾曲方向に沿って燃料ガスの渦流が生じ、該渦流によって、燃料ガスの吸入、排出が自動的に行われて、可動羽根２２２が所定の方向に連続的に回転し、発電器２２８を駆動する。これにより、燃料ガスによる燃料エネルギーがガス燃焼タービン及び発電器２２８を介して電力に変換される。
【０１０１】
したがって、本構成例に係る主発電部１２Ｂにおいては、燃料ガスの燃焼エネルギーを用いて電力を発生する構成を有しているので、燃料パック２０から供給される発電用燃料（燃料ガス）ＦＬは、少なくとも、発火性又は燃焼性を有することが要であり、例えば、メタノールやエタノールブタノール等のアルコール系の液体燃料やジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の常温常圧下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。
【０１０２】
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の効率的な消費を図りつつ、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。
【０１０３】
（主発電部の第３の構成例）
図１５は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第３の構成例を示す概略構成図である。
第３の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応による圧力エネルギーによりロータリーエンジン（内燃機関）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【０１０４】
図１５に示すように、第３の構成例に係る主発電部１２Ｃは、外周が概略、楕円型の作動空間２３１ａを有するハウジング２３１、及び、作動空間２３１ａの内壁に沿って偏心しながら回転する略三角形状の断面を有するローター２３２、圧縮された燃料ガスを点火、燃焼させる点火部２３４を備えた周知のロータリーエンジンと、中心軸２３３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。ここで、ロータリーエンジンからなる主発電部１２Ｃの構成は、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、微小空間に集積化して形成することができる。
【０１０５】
このような構成を有する主発電部１２Ｃにおいて、ローター２３２が回転することによる吸気、圧縮、燃焼（爆発）、排気の各行程を繰り返すことにより、燃料ガスの燃焼により生じる圧力エネルギーを回転エネルギーに変換して発電器に伝達する。すなわち、吸気行程においては、図１５（ａ）に示すように、吸気口２３５ａから燃料ガスが吸入されて、作動空間２３１ａの内壁とローター２３２により形成される所定の作動室ＡＳに充填され、次いで、圧縮行程において、図１５（ｂ）に示すように、作動室ＡＳ内の燃料ガスが高い圧力に圧縮された後、燃焼行程において、図１５（ｃ）に示すように、所定のタイミングで点火部２３４により燃料ガスを点火、燃焼（爆発）させ、排気行程において、図１５（ｄ）に示すように、燃焼後の排出ガスが作動室ＡＳから排気口２３５ｂを介して排出される。この一連の駆動行程において、燃焼行程における燃料ガスの爆発、燃焼に伴う圧力エネルギーにより、ローター２３２の所定方向（矢印Ｐ６）への回転が維持されて、中心軸２３３への回転エネルギーの伝達が継続される。これにより、燃料ガスによる燃焼エネルギーが中心軸２３３の回転エネルギーに変換されて、該中心軸２３３に接続された発電器（図示を省略）により電力に変換される。
【０１０６】
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。
【０１０７】
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。
【０１０８】
（主発電部の第４の構成例）
図１６は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第４の構成例を示す概略構成図である。ここでは、第４の構成例に適用される周知のスターリングエンジンの基本構造（２ピストン形、ディスプレーサ形）のみを示し、その動作を簡単に説明する。
第４の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応による熱エネルギーによりスターリングエンジン（外燃機関）を駆動し、その駆動エネルギーを電力に変換する発電装置としての構成を有している。
【０１０９】
第４の構成例に係る主発電部１２Ｄにおいて、２ピストン形スターリングエンジンは、図１６（ａ）に示すように、概略、互いに作動ガスが往復可能に構成された高温（膨張）側のシリンダ２４１ａ及び低温（圧縮）側のシリンダ２４２ａ、これらのシリンダ２４１ａ、２４２ａ内にあって、互いに９０°の位相差を有して往復運動するようにクランク軸２４３に接続された高温側ピストン２４１ｂ及び低温側ピストン２４２ｂ、高温側のシリンダ２４１ａを加熱する加熱器２４４、低温側のシリンダ２４２ａを冷却する冷却器２４５、クランク軸２４３の軸芯に接続されたフライホイール２４６を備えた周知のスターリングエンジンと、クランク軸２４３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。
【０１１０】
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。
【０１１１】
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で低温側ピストン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。
【０１１２】
一方、第４の構成例に係る主発電部１２Ｄにおいて、ディスプレーサ形スターリングエンジンは、図１６（ｂ）に示すように、概略、ディスプレーサピストン２４１ｄにより隔壁され、互いに作動ガスが往復可能な高温空間と低温空間を有するシリンダ２４１ｃ、このシリンダ２４１ｃ内にあって、往復運動可能に構成されたディスプレーサピストン２４１ｄ、シリンダ２４１ｃ内の圧力変化に応じて往復運動するパワーピストン２４２ｄ、ディスプレーサピストン２４１ｄ及びパワーピストン２４２ｄが互いに９０°の位相差を有するように接続されたクランク軸２４３、シリンダ２４１ｃの一端側（高温空間側）を加熱する加熱器２４４、シリンダ２４１ｃの他端側（低温空間側）を冷却する冷却器２４５、クランク軸２４３の軸芯に接続されたフライホイール２４６を備えた周知のスターリングエンジンと、クランク軸２４３に直結された発電器（図示を省略）と、を有して構成されている。
【０１１３】
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。
【０１１４】
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。
【０１１５】
ここで、発電器の構成は、上述した第２、第３の構成例と同様に、電磁誘導や圧電変換による周知の発電器を適用することができる。また、図１６に示したスターリングエンジンを備えた主発電部１２Ｄの構成も、上述した各構成例と同様に、微小空間に集積化して形成される。さらに、本構成例においても、燃料ガスの燃焼に伴う熱エネルギーに基づいて、電力を発生する構成を有しているので、発電用燃料（燃料ガス）は、少なくとも、発火性又は燃焼性を有している必要がある。
【０１１６】
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。
【０１１７】
なお、上述した第２乃至第４の構成例においては、発電用燃料ＦＬの燃焼反応に基づくガス圧力の変化を回転エネルギーを介して電力に変換する発電装置として、ガス燃焼タービン、ロータリーエンジン及びスターリングエンジンを備えたものを示したが、本発明はこれに限定されるものではなく、パルス燃焼エンジン等の各種の内燃機関又は外燃機関と、周知の電磁誘導あるいは圧電変換の原理を適用した発電器とを組み合わせたものを適用できることはいうまでもない。
【０１１８】
（主発電部の第５の構成例）
図１７は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第５の構成例を示す概略構成図である。
第５の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、燃焼反応（酸化反応）に基づいて熱エネルギーを発生することにより生じる温度差を利用した熱電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【０１１９】
図１７（ａ）に示すように、第５の構成例に係る主発電部１２Ｅは、概略、発電用燃料ＦＬを燃焼反応（酸化反応）させて熱エネルギーを発生させる燃焼加熱器２５１と、概ね一定の温度を保持する定温部２５２と、燃焼加熱器２５１を第１の温度端、定温部２５２を第２の温度端として、第１及び第２の温度端間に接続された熱電変換素子２５３と、を備えた温度差発電器の構成を有している。ここで、熱電変換素子２５３は、図７（ｂ）に示したものと同等の構成を有している。また、燃焼加熱器２５１は、発電用燃料ＦＬが供給されることにより、燃焼反応を継続的に維持して高温を保持し、一方、定温部２５２は、電源システム１内外の他の領域に接触又は晒されることにより、略一定の温度（例えば、常温又は低温）を保持するように構成されている。なお、図１７に示した温度差発電器からなる主発電部１２Ｅの構成も、上述した各構成例と同様に、微小空間に集積化して形成される。
【０１２０】
このような構成を有する主発電部１２Ｅにおいて、図１７（ｂ）に示すように、燃料パック２０に封入された発電用燃料が出力制御部１４を介して、燃焼加熱器２５１に供給されると、発電用燃料の供給量に応じて燃焼（酸化）反応が進行して発熱し、燃焼加熱器２５１の温度が上昇する。一方、定温部２５２の温度は、ほぼ一定に設定されるように構成されているので、燃焼加熱器２５１と定温部２５２との間には温度差が発生する。そして、この温度差に基づいて、熱電変換素子２５３におけるゼーベック効果により、所定の起電力が発生して電力が生成される。
【０１２１】
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。
【０１２２】
（主発電部の第６の構成例）
図１８は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第６の構成例を示す概略構成図である。
第６の構成例においては、主発電部の具体例として、燃料パック２０から出力制御部１４を介して供給される発電用燃料ＦＬを用い、電磁流体力学の原理により電力（起電力）を発生する発電装置としての構成を有している。
【０１２３】
図１８（ａ）に示すように、第６の構成例に係る主発電部１２Ｆは、概略、導電性流体からなる発電用燃料ＦＬが所定の流束で通過する流路の側壁を構成し、相互に対向する一対の電極ＥＬａ、ＥＬｂと、電極ＥＬａ、ＥＬｂの対向方向及び発電用燃料ＦＬの流路方向のいずれにも垂直な方向に所定の強さの磁界を発生するＮｄ−Ｆｅ−Ｂ系のネオジム永久磁石からなる磁界発生手段ＭＧと、各電極ＥＬａ、ＥＬｂに個別に接続された出力端子Ｏｃ、Ｏｄと、を備えたＭＨＤ（Magneto-Hydro-Dynamics；電磁流体力学）発電器の構成を有している。ここで、発電用燃料ＦＬは、プラズマや液体金属、導電性物質を含有する液体又は気体等の導電性流体（作動流体）であって、電極ＥＬａ、ＥＬｂに平行な方向（矢印Ｐ８）に流動するように流路が形成されている。なお、本構成例に係る主発電部１２Ｆにおいても、上述した各構成例と同様に、マイクロマシン製造技術を適用して、微小空間に集積化して形成される。
【０１２４】
このような構成を有する主発電部１２Ｆにおいて、図１８（ｂ）に示すように、磁界発生手段ＭＧにより発電用燃料の流路方向に垂直に磁界Ｂを発生させ、流束ｕで発電用燃料（導電性流体）ＦＬを流路方向に移動させることにより、ファラデーの電磁誘導の法則に基づいて、発電用燃料ＦＬが磁界を横切るときに起電力ｕ×Ｂが誘導され、発電用燃料ＦＬが有するエンタルピーが電力に変換され、出力端子Ｏｃ、Ｏｄ間に接続された負荷（図示を省略）に電流が流れる。これにより、発電用燃料ＦＬが有する熱エネルギーが直接電力に変換される。
【０１２５】
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。
【０１２６】
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。
【０１２７】
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。
【０１２８】
また、上述した各構成例のうち、第２乃至第５の構成例を適用した主発電部１２においては、主発電部１２に供給された発電用燃料ＦＬを燃焼反応等させて熱エネルギーを取り出す際の点火動作のために、図３に示したように、上述した副発電部１１から供給される電力（第２の電力）を起動電力として用いるように構成されている。
【０１２９】
＜動作制御部１３＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される動作制御部１３は、図３に示すように、上述した副発電部１１から供給される動作電力（第２の電力）により動作し、本実施形態に係る電源システム１内外の各種情報、すなわち、電源システム１に接続されるデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態に関する情報（負荷駆動情報）や、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬの残量等の電源システム１の動作状態に関する情報に基づいて、動作制御信号を生成、出力し、後述する主発電部１２における動作状態を制御する。ここで、負荷駆動情報とは、デバイスＤＶＣにおいて、コントローラＣＮＴにより負荷ＬＤを駆動制御する際に出力される特定の信号情報や、負荷ＬＤの駆動状態（起動／負荷変動等）に応じて変動する負荷駆動電力（第１の電力）の電圧変化等をいう。
【０１３０】
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からデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の起動への移行に伴って、コントローラＣＮＴから出力された負荷駆動情報を端子部１８４を介して検出した場合には、事前に後述する残量検出部１６からの残量検出信号に基づく発電用燃料ＦＬの残量データを参照し、起動動作を正常に実行することができる量の発電用燃料ＦＬが残存しているか否かを判断した後、後述する起動制御部１５に対して、出力制御部１４及び主発電部１２を起動させるための動作制御信号を出力する（起動制御）。
【０１３１】
また、動作制御部１３は、主発電部１２が動作している状態においては、残量検出部１６からの残量検出信号に基づく発電用燃料の残量データを逐次参照し、主発電部１２からの出力電圧の全体的な傾向として、例えば、デバイスＤＶＣ自体が、通常用いられる汎用の電池からの出力をモニタリングして、この電池の出力残量（電池残量）を検出するという機能を有する場合、発電用燃料ＦＬの残量が減少するにしたがって、主発電部１２により生成される電力（特に、出力電圧）が、そのデバイスＤＶＣで通常用いられる汎用の電池の経時的な出力特性に応じて経時的に徐々に変化（低下）するように制御するための動作制御信号を出力制御部１４に出力し、それを受けて後述するように主発電部１２が、燃料残量情報も兼ねている負荷駆動電力（出力電圧）を負荷ＬＤ及びコントローラＣＮＴに経時的に低下するように出力するように設定されている。
【０１３２】
また、デバイスＤＶＣが、通常用いられる汎用の電池からの出力をモニタリングして電池の出力残量を検出するという機能を有しておらず、かつ、本発明の電源システム１からの燃料残量情報をコントローラＣＮＴに受信できる機能を有している場合、動作制御部１３は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、実際の残量データ自体や、残量データをコントローラで判断できるように変換したデータを端子部１８４を介してデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに出力するようにしてもよい（出力電圧制御）。
【０１３３】
したがって、動作制御部１３は、発電用燃料の残量と電源システム（主発電部１２）の出力電圧との相関関係が一義的に規定された相関テーブルを備え、残量検出部１６からの残量検出信号に基づいて、該相関テーブルを参照し、主発電部１２における電力の発生量（発電量）を所定の出力電圧特性に対応して変化させ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。
このようにしてデバイスＤＶＣはこのデータにより駆動可能な残量や駆動可能な残り時間等の燃料残量情報を得ることができる。
【０１３４】
バッテリの出力を読み取ることによって電池残量を算出した従来のデバイスＤＶＣでは、周囲の温度や連続使用時間等の状況の違いによってバッテリの出力が均一な経時的変位をとらないために、算出した電池残量と実際の電池残量との間に大きな誤差を生じることがあるが、本発明によれば、燃料パック２０内の燃料の物理的残量を検出した残量データを用いているので、より周囲の影響が小さい正確な残量判定をすることができる。
【０１３５】
なお、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、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）の駆動状態の変動に伴って、正極及び負極から出力される負荷駆動電力の電圧変化に関連した負荷駆動情報を端子部１８４を介して検出した場合には、出力制御部１４に対して、主発電部１２から負荷ＬＤに供給される負荷駆動電力（第１の電力）が、負荷ＬＤの駆動状態に対応した適切な値となるように、主発電部１２における電力の発生量（発電量）を調整するための動作制御信号を出力するものであってもよい（フィードバック制御）。
【０１３６】
さらに、動作制御部１３は、主発電部１２が動作している状態で、例えば、上記フィードバック制御を実行しているにも関わらず、デバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に供給されている負荷駆動電力が過剰となる状態に関連した負荷駆動情報を端子部１８４を介して所定の時間継続して検出した場合や、デバイスＤＶＣからの負荷停止に関する負荷駆動情報を検出した場合には、起動制御部１５に対して、出力制御部１４及び主発電部１２の動作を停止させるための動作制御信号を出力するものであってもよい（停止制御）。
【０１３７】
加えて、動作制御部１３は、残量検出部１６により発電用燃料ＦＬの急激な減少等の残量異常を検出した場合には、該残量異常に関する検出信号に基づいて、主発電部１２における電力の生成を停止（具体的には、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給遮断）するための動作制御信号を出力制御部１４に対して出力して、主発電部１２の発電動作を停止するとともに、残量異常に関する情報をデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して出力して、デバイスＤＶＣの使用者（ユーザー）に通知するようにしてもよい。
【０１３８】
なお、電源システム１の外形形状として、後述するように、汎用の化学電池のように正極と負極の端子電極によりデバイス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燃料残量情報を兼ねた負荷駆動電力を供給するとともに、その変動を端子部１８４を介して動作制御部１３により常時監視することにより、負荷ＬＤの駆動状態を検出するように構成することができる。なお、主発電部１２から負荷駆動電力の出力が開始されれば、この電力でコントローラ電力をまかなえるので、副電源部１１はコントローラ電力の出力を停止してもよい。
【０１３９】
＜出力制御部１４＞
図１９は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の他の例の要部構成を示すブロック図である。
本実施形態に係る発電モジュールに適用される出力制御部１４は、図３に示すように、直接又は起動制御部１５を介して、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、上述した副発電部１１から供給される電力（起動電力）により動作し、主発電部１２における動作状態（起動動作、定常動作、停止動作、電力の発生量（発電量））を制御する。
【０１４０】
具体的には、例えば、発電用燃料の流量や吐出量を調整する流量調整手段等を備え、上述した各構成例に示した主発電部１２において、所定の電力からなる負荷駆動電力を生成、出力するために必要な量の発電用燃料（液体燃料、液化燃料又は気体燃料）が供給されるように、動作制御信号に基づいて流量調整手段を制御する。
【０１４１】
なお、本実施形態において、主発電部１２として上述した第１の構成例（図１２参照）に示した燃料改質方式の燃料電池の構成を適用した場合にあっては、図１９に示すように、出力制御部１４の構成として、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２Ａに供給される発電用燃料（燃料電池本体２１０ｂに供給する水素ガス）の量を制御する燃料制御部１４ａと、主発電部１２Ａに供給される空気（燃料電池本体２１０ｂに供給される酸素ガス）の量を制御する空気制御部１４ｂと、を備えるようにしてもよい。
【０１４２】
この場合、燃料制御部１４ａは、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、燃料電池本体２１０ｂにおいて、所定の電力（第１の電力）を発生するために必要な量の水素ガス（Ｈ２）となる分の発電用燃料や水等を、燃料パック２０から取り込んで燃料改質部２１０ａに供給する制御並びに主発電部１２内でのヒータの加熱温度の制御を行う。燃料パック２０からの供給量及びヒータの加熱温度は、燃料の残量の減衰に伴う動作制御部１３からの信号にしたがって徐々に逓減するように設定されている。
【０１４３】
また、空気制御部１４ｂは、上記水素ガスを用いた電気化学反応（化学反応式（６）及び（７）参照）に応じた必要な量の酸素ガス（Ｏ２）を、大気中から取り込んで燃料電池本体２１０ｂの空気極２１２に供給する制御を行う。このような燃料制御部１４ａ及び空気制御部１４ｂにより主発電部１２への水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）の供給量を調整することにより、主発電部１２（燃料電池本体２１０ｂ）における電気化学反応の進行状態が制御され、負荷駆動電力となる電力の発生量（発電量）が制御される。
【０１４４】
ここで、空気制御部１４ｂは、主発電部１２における単位時間当たりの酸素の最大消費量に相当する空気を供給することができるものであれば、主発電部１２の空気極２１２に供給する酸素ガスの量を制御することなく、主発電部１２の動作時に常に供給するように設定されていてもよい。すなわち、図１９に示した発電モジュール１０Ａの構成においては、出力制御部１４は、電気化学反応の進行状態を燃料制御部１４ａのみで制御し、空気制御部１４ｂの代わりに後述するような通気孔（スリット）を設け、主発電部１２における電気化学反応に用いられる最低限以上の量の空気（酸素）が該通気孔を介して、常時供給されるように構成されているものであってもよい。
【０１４５】
＜起動制御部１５＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される起動制御部１５は、図３に示したように、上述した副発電部１１から供給される電力により動作し、動作制御部１３から出力される動作制御信号に基づいて、少なくとも、出力制御部１４（構成によっては、主発電部１２を含む）に対して電力（起動電力）を供給して、主発電部１２を待機状態から発電可能な動作状態に移行する起動制御を行う。
【０１４６】
具体的には、図１９に示した構成にあっては、起動制御部１５は、主発電部１２Ａ（燃料電池本体２１０ｂ）が動作していない状態で、動作制御部１３から主発電部１２Ａを起動させるための動作制御信号を受け取ると、燃料制御部１４ａ、空気制御部１４ｂ及び主発電部１２Ａ（燃料改質部２１０ａ）に対して、副電源部１１から出力される起動電力を供給して動作状態に制御し、燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１に水素ガス（Ｈ２）を、また、空気極２１２に酸素ガス（Ｏ２）を供給することにより、燃料電池本体２１０ｂを起動させて、所定の電力（第１の電力）を発生する動作状態（定常状態）に移行させる。
【０１４７】
また、起動制御部１５は、主発電部１２Ａが駆動している状態で、動作制御部１３から主発電部１２Ａ（燃料電池本体２１０ｂ）を停止させるための動作制御信号を受け取ると、少なくとも、燃料制御部１４ａ及び空気制御部１４ｂを制御して、燃料電池本体２１０ｂへの水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）の供給を停止することにより、燃料電池本体２１０ｂにおける電力の生成（発電）を停止させて、副発電部１１、及び、該副発電部１１からの電力（動作電力、コントローラ電力）により動作制御部１３及びデバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴのみが動作している待機状態に移行させる。
【０１４８】
なお、ここでは、主発電部１２として、燃料改質方式の燃料電池を適用し、起動制御部１５により出力制御部１４（燃料制御部１４ａ及び空気制御部１４ｂ）及び主発電部１２Ａへの起動電力の供給を制御して、主発電部１２Ａへの発電用燃料及び空気の供給、遮断を制御することにより、主発電部１２Ａの動作状態（起動動作、停止動作）を制御する場合について説明したが、上述した他の構成例（例えば、内燃機関や外燃機関等を備えた発電装置）を主発電部１２に適用する場合であっても、略同等の制御により、主発電部１２の動作状態が制御される。また、主発電部１２として、燃料直接供給方式の燃料電池を適用する場合等、主発電部１２において起動電力を必要とすることなく、発電用燃料の供給、遮断を制御するだけで、起動制御部１５により出力制御部１４（燃料制御部１４ａ）に対してのみ起動電力の供給を制御するものであってもよい。
【０１４９】
さらに、図３に示した構成においては、起動制御部１５及び出力制御部１４（図１９に示した構成においては、燃料制御部１４ａ）には、副発電部１１からの電力が動作電力又は起動電力として供給されるが、主発電部１２の定常動作時に出力制御部１４等で消費する電力が副発電部１１から供給される電力のみでは十分でない場合には、副発電部１１からの電力に加えて、主発電部１２で生成される電力の一部を出力制御部１４等に出力することにより維持することができる（図３、図１９中、点線矢印参照）。
【０１５０】
このとき、電源システムとして、デバイスに駆動電源として供給される電力が損なわれないように、出力制御部１４は、出力制御部１４自体で消費される電力の上積み分に相当する発電用燃料及びデバイスに供給される電力分に相当する発電用燃料の総量を、主発電部１２に供給するように制御する。なお、図１９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。
【０１５１】
＜残量検出部１６＞
本実施形態に係る発電モジュールに適用される残量検出部１６は、図３に示したように、上述した副発電部１１から供給される電力により動作し、燃料パック２０Ａ内に残存する発電用燃料ＦＬの量を検出して動作制御部１３に対して残量検出信号を出力するものであって、例えば、燃料パック２０Ａ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。
【０１５２】
（Ｂ）燃料パック２０Ａ
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２に示したように、発電モジュール１０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）に対応しつつ、主発電部１２からの出力電圧の全体的な傾向として、発電用燃料ＦＬの残量に応じた所定の出力電圧特性に対応した電力（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。
【０１５３】
また、副発電部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を介して副発電部１１に常時供給される。
【０１５４】
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。なお、この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。
【０１５５】
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。
【０１５６】
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。
【０１５７】
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。
【０１５８】
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、好ましくは、常温、常圧下で気化して気体の状態で発電モジュール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。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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。
【０１６１】
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。
【０１６２】
（Ｃ）Ｉ／Ｆ部３０ＡＡ
本発明に係る電源システムに適用される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、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の漏出防止機能を解除する漏出防止解除手段を備えている。さらに、後述するように、発電モジュール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を設けた構成を有している。
【０１６３】
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。
【０１６４】
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ため、発電用燃料の効率的な消費が図れない場合がある。したがって、例えば、少なくとも、電源システムの使用前（デバイスへの装着前）においては、Ｉ／Ｆ部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。
【０１６５】
＜全体動作＞
次に、上述した構成を有する電源システムの全体動作について、図面を参照して説明する。
図２０は、電源システムの概略動作を示すフローチャートである。ここでは、上述した電源システムの構成（図３）を適宜参照して説明する。
【０１６６】
上述した構成を有する電源システム１は、図２０に示すように、大別して、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬを発電モジュール１０Ａに供給して、副電源部１１において上記動作電力及びコントローラ電力となる電力（第２の電力）を常時継続的に生成して出力する初期動作（ステップＳ１０１、Ｓ１０２）と、燃料パック２０Ａの発電用燃料の残量及びデバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの駆動に基づいて、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬを主発電部１２に供給して、負荷駆動電力となる電力（第１の電力）を発生して出力する起動動作（ステップＳ１０３〜Ｓ１０６）と、上記発電用燃料の残量及び負荷ＬＤの駆動状態の変化に基づいて、主発電部１２に供給される発電用燃料ＦＬの量を調整して、負荷ＬＤの駆動状態に応じた電力を発生して出力するフィードバック制御を行う定常動作（ステップＳ１０７〜Ｓ１１０）と、上記負荷ＬＤの停止に基づいて、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給を遮断して、電力の生成を停止する停止動作（ステップＳ１１１〜Ｓ１１４）と、を実行するように制御される。これにより、既存のデバイスＤＶＣにおいても適用可能な電源システムが実現される。
【０１６７】
（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、例えば、デバイスへの装着に際して、Ｉ／Ｆ部３０の燃料送出経路の遮断状態を解除することにより、燃料送出経路の毛細管現象により燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料が燃料送出経路内を移動して、発電モジュール１０Ａの副電源部１１に自動的に供給され（ステップＳ１０１）、副電源部１１において、少なくとも、動作制御部１３の動作電力、及び、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴの駆動電力（コントローラ電力）となる電力（第２の電力）が自立的に生成され、常時継続的に出力される（電源システムがデバイスに接続されるまでは、動作制御部１３及び残量検出部１６の動作電力となる電力のみが出力される）（ステップＳ１０２）。
【０１６８】
一方、発電モジュール１０Ａと燃料パック２０Ａ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２０ＡをＩ／Ｆ部３０Ａを介して発電モジュール１０Ａに結合することにより、燃料パック２０Ａ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２０Ａに封入された発電用燃料が燃料送出経路の毛細管現象により燃料送出経路内を移動して、発電モジュール１０Ａの副電源部１１に自動的に供給され（ステップＳ１０１）、副電源部１１において、少なくとも、上記動作電力及びコントローラ電力となる電力（第２の電力）が自立的に生成され、常時継続的に出力される（電源システムがデバイスに接続されるまでは、動作制御部１３及び残量検出部１６の動作電力となる電力のみが出力される）（ステップＳ１０２）。
【０１６９】
これにより、発電モジュール１０Ａの動作制御部１３及び残量検出部１６が動作状態になって、デバイスＤＶＣからの負荷駆動情報及び残量検出部１６からの残量検出信号を監視する。また、電源システムがデバイスＤＶＣに接続されることにより、副電源部１１により生成される電力の一部がコントローラ電力としてデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに供給されて、コントローラＣＮＴが駆動状態になって、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤの駆動を制御するとともに、該駆動状態を電源システム１（発電モジュール１０Ａ）の動作制御部１３に負荷駆動情報として通知する。
【０１７０】
（Ｂ）起動動作
次いで、起動動作においては、デバイスＤＶＣの使用者等が負荷ＬＤを駆動するための操作を行うと、コントローラＣＮＴから発電モジュール１０Ａの動作制御部１３に対して負荷駆動電力となる電力（第１の電力）の供給を要求する電力供給要求信号が負荷駆動情報として出力される。動作制御部１３は、電源システム１の端子部１８４を介して入力される電圧変位からなる該負荷駆動情報を受け取ると（ステップＳ１０３）、発電モジュール１０Ａの起動動作に先立って、残量検出部１６から出力される残量検出信号に基づく発電用燃料ＦＬの残量データを参照し、該起動動作を正常に実行可能な量の発電用燃料ＦＬが残存しているか否かを判断する（ステップＳ１０４）。
【０１７１】
ここで、発電用燃料ＦＬの残量に異常が検出された場合（例えば、残量がゼロの場合）には、動作制御部１３は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、残量異常に関する燃料残量情報を出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知するとともに、起動動作を中止する。一方、燃料パック２０Ａに十分な発電用燃料ＦＬが残存していると判断した場合には、起動制御部１５に対して主発電部１２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Ｓ１０５）。
【０１７２】
起動制御部１５は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、出力制御部１４及び主発電部１２に対して、副電源部１１により生成される電力の一部を起動電力として供給することにより（ステップＳ１０６）、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを、出力制御部１４を介して主発電部１２に供給して、負荷駆動電力となる電力（第１の電力）を発生させてデバイスＤＶＣ（負荷ＬＤ）に出力する動作を行う（ステップＳ１０７）。これにより、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの駆動要望に対して、発電用燃料が供給されて主発電部１２が自動的に起動し、所定の出力電圧からなる負荷駆動電力が供給されるので、汎用の化学電池と略同等の電力的特性を実現しつつ、負荷ＬＤを良好に駆動することができる。
【０１７３】
なお、この起動動作において、動作制御部１３は、主発電部１２により生成され、デバイスＤＶＣに供給される電力（負荷駆動電力）の電圧変化を負荷駆動情報の一つとして監視し、該電圧データそのもの、もしくは、所定の電圧に到達したことを示す起動終了信号を、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴに出力するように構成されているものであってもよい。これにより、負荷駆動電力の電圧値に基づいて、負荷ＬＤの駆動状態を制御する構成を有するデバイスＤＶＣに対しても、電源として良好に適用することができる。
【０１７４】
（Ｃ）定常動作
次いで、上記起動動作後の定常動作においては、負荷駆動電力の出力電圧の全体的な制御（経時的な電圧制御）として、動作制御部１３は、負荷ＬＤの停止等に基づいて後述する停止動作に移行するまでは、常時又は定期的に残量検出部１６からの残量検出信号を検出して発電用燃料ＦＬの残量データを監視し（ステップＳ１０９）、該残量データに基づいて、発電用燃料の残量と出力電圧との相関関係が規定された所定の相関テーブルを参照し（ステップＳ１１０）、主発電部１２における電力の発生量（発電量）が所定の出力電圧特性に応じて変化するように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（ステップＳ１１１）。
【０１７５】
ここで、動作制御部１３は、上記相関テーブルを参照することにより、後述するように、発電モジュール１０Ａから出力される負荷駆動電力の出力電圧が、例えば、汎用の化学電池（例えば、マンガン電池、アルカリ電池、アルカリボタン電池、リチウムコイン電池等）のうちの１種における経時的な電圧変化傾向と同等の出力電圧特性を示して変化するように制御するための動作制御信号を出力する。このとき、動作制御部１３は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、実際の残量データ自体や残量比率もしくは電力を出力することが可能な推定残り時間等を燃料残量情報として出力する。
【０１７６】
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Ｓ１１２）、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が上記出力電圧特性に応じて電圧に設定されるように制御する（ステップＳ１１３）。これにより、電源システム１からデバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が、汎用の化学電池の同等の経時的な変化傾向を示すので、該出力電圧や燃料残量情報に基づいて、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴが有する既存の残量通知機能を良好に動作させて、定期的又は継続的に電池残量や負荷ＬＤの駆動可能推定時間を、デバイスＤＶＣの使用者に通知することができる。
【０１７７】
また、負荷駆動電力の出力電圧の部分的な制御（個別的な電圧制御）として、動作制御部１３は、上述した全体的な制御に加えて、主発電部１２からデバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧の変化を負荷駆動情報として受け取り、該負荷駆動電力の出力電圧が所定の電圧範囲（上述した汎用の化学電池における出力電圧特性に対応して変化する出力電圧の変動許容範囲）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に出力するようにしてもよい。これにより、出力制御部１４が、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２に供給する発電用燃料ＦＬの量を調整して、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が上記電圧範囲に設定されるようにフィードバック制御が実行されるので、デバイスＤＶＣ側の負荷ＬＤの駆動状態（負荷状態）の変化により、負荷駆動電力に電圧変化が生じた場合であっても、該負荷ＬＤの駆動に伴って変化するデバイスＤＶＣの消費電力に対応した電力を供給することができる。
【０１７８】
加えて、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴにより、負荷ＬＤの駆動状態が把握され、該駆動状態に応じた電力の供給を電源システム側に要求する機能を備えている場合にあっては、負荷駆動電力の出力電圧のより部分的な制御として、動作制御部１３は、コントローラＣＮＴからの電力変更要求信号を負荷駆動情報として受け取り、主発電部１２において生成される電力を上記要求に応じた出力電圧に設定するための動作制御信号を出力制御部１４に出力するようにしてもよい。これにより、出力制御部１４が、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２に供給する発電用燃料ＦＬの量を調整して、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が上記要求に応じた電圧に設定されるように制御が行われて、デバイスＤＶＣ側の負荷ＬＤの駆動状態（負荷状態）に応じて適切な電力が供給されるので、負荷ＬＤの駆動状態の変化に伴う負荷駆動電力の電圧変化が大幅に抑制され、デバイスＤＶＣにおける動作異常の発生を抑制することができる。
【０１７９】
ここで、上述した負荷駆動電力の出力電圧の全体的な制御に適用される出力電圧特性ついて、詳しく説明する。
図２１は、本実施形態に係る電源システムの出力電圧の経時変化を示す特性図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図３）を適宜参照しつつ、汎用の化学電池及び従来の燃料電池における起電力特性（出力電圧特性；図４２、図４３参照）と対比しながら説明する。
【０１８０】
図２１に示すように、本実施形態に係る電源システムにおける出力電圧特性（説明の都合上、便宜的に「第１の出力電圧特性Ｓａ」と記す）は、例えば、図４２に示した汎用の化学電池における放電に伴う出力電圧の経時的な変化傾向（起電力特性Ｓｐ）と略同等の変化傾向を示すように出力電圧が制御される。すなわち、発電モジュール２０Ａの主発電部１２における発電状態が、放電に伴う時間の経過（換言すれば、燃料パック１０Ａにおける液体燃料の残量）に応じて減衰するように、少なくとも出力制御部１４による主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給量が制御（減少設定）される。
【０１８１】
具体的には、本実施形態に係る出力電圧の制御方法は、上述したように、まず、残留検出部１６により燃料パック２０Ａに残存する発電用燃料ＦＬの量が検出され、その残量検出信号が常時（継続的）又は定期的に動作制御部１３に入力されるが、ここで、発電用燃料ＦＬの残量は、主発電部１２における電力の生成に伴う時間の経過に応じて減少するので、発電用燃料ＦＬの残量と経過時間とは密接な相関関係を有している。
【０１８２】
一方、動作制御部１３は、予め図４２に示した汎用の化学電池（マンガン電池、アルカリ電池、アルカリボタン電池、リチウムコイン電池等）における放電に伴う出力電圧の経時的な変化傾向に対応するように、発電用燃料ＦＬの残量と出力電圧との相関関係が一義的に規定された第１の出力電圧特性Ｓａを有する相関テーブルを備えている。これにより、動作制御部１３は、残量検出信号による発電用燃料ＦＬの残量を放電に伴う時間の経過に対応付け、図２１に示した特性曲線（第１の出力電圧特性Ｓａ）に基づいて、一義的に出力電圧を決定し、この出力電圧に対応した量の発電用燃料ＦＬを主発電部１２に供給するように調整する。ここで、液体燃料の残量と出力電圧との相関関係を一義的に規定するとは、図４に示したように、発電用燃料ＦＬの残量に対して出力電圧が１対１で対応する関係を意味し、図２１に示した特性曲線のように、曲線的な変化傾向を示すものに限らず、一次直線的に変化するものであってもよい。
【０１８３】
また、汎用の化学電池の出力は、例えば、単１型〜単５型やコイン型のように容量に応じて出力電圧の経時的変位は異なるので、本実施形態に係る電源システムの形状、大きさは、後述するように汎用の化学電池の規格に則った汎用の化学電池の形状、大きさに従うとともに、動作制御部１３の相関テーブル（出力電圧特性）は、発電用燃料ＦＬの残量に応じた出力電圧が、同一型の化学電池の残りの寿命に応じた出力電圧に合致又は近似もしくは相似するように設定されている。したがって、例えば、本発明の単１型の燃電源システムの出力電圧の経時的変化の軌跡は、ＪＩＳ規格の単１型のマンガン電池等の各種化学電池のいずれかの起電力における減衰する出力電圧の経時的変化の軌跡に合同、或いは、時間軸に沿って拡大又は縮小するように設定されている。
【０１８４】
すなわち、上述したように、発電用燃料ＦＬの残量と経過時間とは密接な相関関係を有するものであるが、その関係は、必ずしも汎用の化学電池における電池残量と放電に伴う経過時間との関係とは一致しなくてもよい。すなわち、主発電部１２の構成として燃料電池等を適用した場合にあっては、エネルギー変換効率が汎用の化学電池に比較して高くなる特徴を有しているので、例えば、図２１における第２の出力電圧特性Ｓｂに示すように、汎用の化学電池における経時的な電圧変化傾向に対応した第１の出力電圧特性Ｓａよりも長い時間単位で電圧が変化（低下）するものであってもよい。
【０１８５】
具体的には、第１の出力電圧特性Ｓａにおいて、動作保証電圧範囲の下限を電圧Ｖ０とし、電圧Ｖ０に至るまでの時間をＴ０としたときに、時間Ｔ０の半分の時間、つまり、残りの寿命が半分になるときの時間をＴ０ . ５とし、そのときの電圧をＶ０ . ５とする。ここで、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴが、電源システムの出力電圧を電圧Ｖ０に達したと検知すると残量通知Ｉａを行うように予め設定されている。
【０１８６】
一方、第２の出力電圧特性Ｓｂにおいて、発電用燃料ＦＬの残量がほぼなくなるときの電圧を上記化学電池の電圧Ｖ０と等しくなるようにし、電圧Ｖ０に至るまでの時間をＴ０′としたときに、時間Ｔ０′の半分の時間、つまり、残りの寿命が半分になるときの時間をＴ０ . ５′とし、そのときの電圧を上記化学電池の電圧Ｖ０ . ５と等しくなるように設定されている。
【０１８７】
すなわち、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬの残量が半分になったときに発電モジュール１０Ａから出力される電圧が、汎用の化学電池の動作保証電圧範囲での起電力の残量が半分になったときの電圧と等しく、発電用燃料ＦＬの残量がほぼなくなりかけたときの電圧が、汎用の化学電池の動作保証電圧範囲での起電力の残量がほぼなくなりかけたときの電圧と等しいように、出力制御部１４による発電用燃料ＦＬの供給量や酸素又は空気の供給量を制御する。
【０１８８】
このように、デバイスＤＶＣの電源として本実施形態に係る電源システムを適用した場合、放電に伴う経過時間に関わらず、発電用燃料ＦＬの残量に基づいて一義的に決定された出力電圧が、デバイスＤＶＣの動作保証電圧範囲を下回る電圧に達した場合に、デバイスＤＶＣにより電池の交換や充電等を促す残量通知Ｉｂが行われることになり、このタイミングは、汎用化学電池を用いたときの残量通知Ｉａのタイミングと一致させる必要はない。
【０１８９】
したがって、本実施形態に係る電源システムの寿命（発電用燃料ＦＬの減少に伴い、出力電圧がデバイスＤＶＣの動作保証電圧範囲の下限を下回る時点）Ｔ０′は、汎用の化学電池の寿命Ｔ０と一致させる必要はなく、時間軸Ｔに沿って拡大又は縮小した軌跡を描くような時間−出力電圧特性にすればよい。なお、残量検出部１６は、発電用燃料ＦＬの残量が半分に達したときや、ほぼなくなるときのみに限らず残量が３３％、２５％のとき等のように、より細かく分割された発電用燃料ＦＬの残量を検知してもよく、いずれも化学電池の起電力の残量に応じた出力電圧とほぼ一致するような出力電圧に設定すればよい。
【０１９０】
このような出力電圧特性を有する電源システムによれば、動作電力として既存のデバイスＤＶＣに適用した場合、電源システムからの出力電圧が、汎用の化学電池と同等の経時的な変化傾向を示すので、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴにより、この出力電圧の変化を検出することにより、既存の残量通知機能を良好に動作させて、定期的又は継続的に電池残量やデバイスＤＶＣの駆動可能推定時間を表示したり、デバイスＤＶＣの動作保証電圧範囲を下回る電圧に達した場合に、デバイスＤＶＣにより電池の交換や充電等を促す残量通知を正確に行うことができる。
【０１９１】
また、後述するように、本実施形態に係る電源システム（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小型軽量化し、市販の化学電池と同等の外形形状や寸法に構成することにより、外形形状及び電圧特性において市販の化学電池との完全な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、燃料電池等のエネルギー利用効率が高い電源システムを支障なく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、エネルギー資源の有効利用を図ることができる。
【０１９２】
（Ｄ）停止動作
次いで、停止動作においては、動作制御部１３は、負荷ＬＤの停止に関する負荷駆動情報を受け取った場合には（Ｓ１０８）、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Ｓ１１４）。出力制御部１４は、動作制御部１３からの動作制御信号に基づいて、主発電部１２への発電用燃料ＦＬの供給を遮断して（ステップＳ１１５）、主発電部１２の動作を停止し（ステップＳ１１６）、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の供給を停止する。
【０１９３】
具体的には、上述した定常動作においてフィードバック制御を行った場合であっても、動作制御部１３により、デバイスＤＶＣに供給される負荷駆動電力の出力電圧が所定の電圧範囲を逸脱する状態が所定時間継続して検出された場合には、動作制御部１３は、該出力電圧異常を負荷駆動情報として扱い、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。
【０１９４】
すなわち、デバイスＤＶＣのユーザー等が負荷ＬＤを停止する操作を行うことにより、あるいは、電源システム１がデバイスＤＶＣから取り外されること等により、負荷がなくなると、上述した定常動作において、負荷駆動電力の出力電圧を所定の電圧範囲に設定するフィードバック制御等を行った場合であっても、予め設定した負荷駆動電力の電圧範囲を逸脱するため、動作制御部１３により、このような状態が一定時間以上継続して検出された場合には、デバイスＤＶＣの負荷ＬＤが停止または無くなったと判断して主発電部１２における発電動作を停止する。
【０１９５】
また、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴにより、負荷ＬＤの停止状態が把握され、電力の供給停止を電源システム側に要求する機能を備えている場合にあっては、動作制御部１３は、コントローラＣＮＴからの電力停止要求信号を負荷駆動情報として受け取り、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。
これにより、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの停止等に対して、発電用燃料の供給が遮断されて主発電部１２が自動的に停止するので、発電用燃料ＦＬの効率的な消費を図りつつ、汎用の化学電池と略同等の電力的特性を実現することができる。
【０１９６】
さらに、残量検出部１６により発電用燃料ＦＬの残量の急激な減少等の残量異常が検出された場合には、動作制御部１３は、該残量異常に関する検出信号に基づいて、主発電部１２における電力の生成を停止するための動作制御信号を出力制御部１４に対して出力して、主発電部１２の発電動作を停止するとともに、残量異常に関する情報をデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知するものであってもよい。これにより、燃料パック２０Ａから電源システム１外部への発電用燃料ＦＬの漏出等の異常状態の発生を迅速に検出して、デバイスＤＶＣの使用者に対して、適切な対処を講じるように報知することができる。
【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ＬＤの駆動状態（負荷駆動情報）及び発電用燃料ＦＬの残量に応じて、所定の駆動電源となる電力の供給、停止制御、及び、電力の発生量の調整制御を行うことができるので、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、エネルギー変換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。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、本実施形態に係る電源システムを既存の電池市場で支障なく普及させることができる。
【０１９８】
［第２の実施形態］
次に、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第２の実施形態について、図面を参照して説明する。
図２２は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第２の実施形態を示すブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０１９９】
上述した第１の実施形態に係る発電モジュール１０Ａにおいては、副電源部１１において利用された発電用燃料ＦＬを排出ガスとして電源システム１の外部にそのまま排出するか、あるいは、後述する副生成物回収手段により回収する構成について言及したが、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｂにおいては、副電源部１１における発電動作が発電用燃料ＦＬの成分変化を伴わない場合、もしくは、成分変化を伴った場合であっても特定の燃料成分が含まれている場合には、副電源部１１において利用された発電用燃料ＦＬを、主発電部１２における発電用燃料として、そのまま、もしくは、特定の燃料成分を抽出して再度利用する構成を有している。
【０２００】
具体的には、図２２に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｂは、上述した第１の実施形態（図３参照）と同様の構成及び機能を有する副電源部１１と、主発電部１２と、動作制御部１３と、出力制御部１４と、起動制御部１５と、残量検出部１６と、を備え、特に、副電源部１１において電力の生成に利用された後の発電用燃料（排出ガス）の全部又はその一部が、発電モジュール１０Ｂの外部に排出されることなく、出力制御部１４を介して、主発電部１２に供給されるように構成されている。
【０２０１】
すなわち、本実施形態に適用される副電源部１１は、燃料パック２０からＩ／Ｆ部３０を介して供給される発電用燃料ＦＬの燃料成分を消費、変換することなく、所定の電力（第２の電力）を発生、出力することができる構成（例えば、上述した第１の実施形態における第２、第３、第５又は第７の構成例に示した発電装置）、もしくは、発電用燃料ＦＬの燃料成分を消費、変換する場合であっても、主発電部１２における発電動作に利用可能な燃料成分を含む排出ガスを生成する構成（例えば、上述した第１の実施形態における第４又は第６の構成例に示した発電装置）を有している。
【０２０２】
また、主発電部１２として、上述した第１の実施形態における第１乃至第６の構成例に示した発電装置を適用する場合にあっては、燃料パック２０に封入される発電用燃料ＦＬとして、発火性又は燃焼性を有する燃料物質、例えば、メタノールやエタノールブタノール等のアルコール系の液体燃料やジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、水素ガス等の気体燃料が適用される。
【０２０３】
すなわち、上記液体燃料や液化燃料は、所定の封入条件（温度、圧力等）で燃料パック２０に封入された状態では液体であり、副電源部１１に供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件に移行することにより、気化して高圧の燃料ガスとなり、また、気体燃料は、所定の圧力で圧縮した状態で燃料パック２０に封入され、副電源部１１に供給される際に、封入圧力に応じた高圧の燃料ガスとなるので、このような発電用燃料ＦＬにより、例えば、副電源部１１において燃料ガスの圧力エネルギーを用いて電力（第２の電力）を発生した後、主発電部１２において副電源部１１の排出ガスを用いた電気化学反応や燃焼反応等により電力（第１の電力）を発生することができる。
【０２０４】
［第３の実施形態］
次に、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第３の実施形態について、図面を参照して説明する。
図２３は、本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第３の実施形態を示すブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０２０５】
上述した第１及び第２の実施形態に係る発電モジュール１０Ａ、１０Ｂにおいては、副電源部１１として、燃料パック２０から供給される発電用燃料ＦＬを用いて、所定の電力（第２の電力）を常時、自立的に発生する構成を適用した場合について説明したが、本実施形態に係る発電モジュールにおいては、副電源部が燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを用いることなく、所定の電力を常時、自立的に発生する構成を有している。
【０２０６】
具体的には、図２３に示すように、本実施形態に係る発電モジュール１０Ｃは、上述した第１の実施形態（図３参照）と同様の構成及び機能を有する主発電部１２と、動作制御部１３と、出力制御部１４と、起動制御部１５と、残量検出部１６と、を備えるとともに、燃料パック２０に封入された発電用燃料ＦＬを用いることなく、所定の電力（第２の電力）を常時、自立的に発生する副電源部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。
【０２０７】
以下に、本実施形態に係る副電源部の具体例を図面を参照して簡単に説明する。
（第１の構成例）
図２４は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第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。
【０２０８】
図２４（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。
【０２０９】
具体的には、例えば、第１及び第２の温度保持部３１１、３１２のいずれか一方が、電源システム１が装着されるデバイスＤＶＣに設けられた開口部等（図示を省略）を介して、常時外気に晒され、定温に保持されるようにした構成を適用することができる。また、熱電変換素子３１３は、上述した第１の実施形態における第４の構成例（図７（ｂ）参照）に示したものと同等の構成を有している。なお、本構成例においても、温度差発電器からなる副電源部１１Ｓの構成は、上述した実施形態に示した構成と同様に、マイクロマシン製造技術を適用することにより、微小空間に集積化して形成することができる。
【０２１０】
このような構成を有する副電源部１１Ｓにおいて、図２４（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。
【０２１１】
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ＦＬの効率的な消費を実現す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。
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。
【０２１２】
（非燃料型副電源部の第２の構成例）
図２５は、本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
第２の構成例においては、副電源部の具体例として、電源システム１の外部から入射する光エネルギーを利用した光電変換発電により電力を発生する発電装置としての構成を有している。
【０２１３】
図２５（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。
【０２１４】
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。そこで、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２５（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部分に外光ＬＴの入射が可能なように、デバイスＤＶＣに予め開口部（又は、光透過部）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光透過性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）が入射するような構成を適用する必要がある。
【０２１５】
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ＦＬの効率的な消費を実現することができる。
なお、本構成例においては、図２５（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。
【０２１６】
＜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２６は、本発明に係る電源システムに適用可能な副生成物回収手段の一実施例を示すブロック図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０２１７】
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。
【０２１８】
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２６に示すように、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有する発電モジュール１０Ｄ、燃料パック２０Ｄ及びＩ／Ｆ部３０Ｄにおいて、例えば、発電モジュール１０Ｄ内に、主発電部１２における電力の発生に際して生成される副生成物の全部又はその一部の成分を回収する分離回収部１７が設けられているとともに、燃料パック２０Ｄ内に、上記回収された副生成物を固定的に保持する回収保持部２１が設けられた構成を有している。なお、ここでは、主発電部１２において生成される副生成物を回収する場合についてのみ詳しく説明するが、副電源部１１に対しても同様に適用が可能であることはいうまでもない。
【０２１９】
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２０Ｄから供給される発電用燃料ＦＬを用いた電気化学反応や燃焼反応等により、少なくとも、電源システム１が装着されたデバイスＤＶＣに対して、負荷駆動電力（電圧・電流）となる電力を発生する主発電部１２（副電源部１１を含むものであってもよい）において、該電力の発生の際に生成される副生成物、もしくは、該副生成物のうち特定の成分を分離して、Ｉ／Ｆ部３０Ｄに設けられた副生成物回収経路を介して、燃料パック２０Ｄ内に設けられた回収保持部２１に送出する。
【０２２０】
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。
【０２２１】
また、回収保持部２１は、燃料パック２０Ｄの内部、又は、その一部に設けられ、燃料パック２０Ｄが発電モジュール１０Ｄに結合された状態においてのみ、上記分離回収部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２０Ｄが発電モジュール１０Ｄに対して着脱可能に構成された電源システムにおいては、燃料パック２０Ｄが発電モジュール１０Ｄから分離された状態で、回収、保持された副生成物又は特定の成分が燃料パック２０Ｄの外部に漏出もしくは排出されないように、回収保持部２１に固定的又は不可逆的に保持されるように構成されている。
【０２２２】
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。
【０２２３】
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。
【０２２４】
そして、このような構成を有する副生成物回収手段を備えた電源システムにおいて、図１２に示したような燃料改質方式の燃料電池を主発電部１２Ａに適用した場合にあっては、燃料改質部２１０ａにおける水蒸気改質反応、水性シフト反応及び選択酸化反応（化学反応式（１）〜（３））に伴って、水素ガス（Ｈ２）とともに生成される二酸化炭素（ＣＯ２）、及び、燃料電池本体２１０ｂにおける電気化学反応（化学反応式（６）、（７））に伴って、電力（第１の電力）の発生とともに生成される水（Ｈ２Ｏ）が、副生成物として主発電部１２から排出されることになるが、二酸化炭素（ＣＯ２）の排出量は極めて微量であり、デバイスへの影響もほとんどないため、非回収物質として電源システム外に排出され、一方、水（Ｈ２Ｏ）等が分離回収部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２０Ｄ内の回収保持部２１に送出され、不可逆的に保持される。
【０２２５】
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。
【０２２６】
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２０Ｄ内に設けられた単一又は複数の回収保持部２１に、合一又は個別に保持するようにしてもよい。
【０２２７】
このように、本実施例に係る副生成物回収手段を適用した電源システムによれば、発電モジュール１０Ｄにより電力を発生する際に生成される副生成物のうち、少なくとも１成分が燃料パック２０Ｄ内に設けられた回収保持部２１に不可逆的に保持されることにより、電源システム外部への排出又は漏出が抑制されるので、副生成物（例えば、水）によるデバイスＤＶＣの動作不良や劣化等の発生を防止することができるとともに、副生成物を保持した燃料パック２０Ｄを回収することにより、該副生成物を自然環境に負担を与えない方法で適切に処理して、副生成物（例えば、二酸化炭素）による自然環境の汚染や地球温暖化等を防止することができる。
【０２２８】
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２７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。
【０２２９】
図２７（ａ）に示すように、本実施例に係る燃料パック２０Ｄは、一定の容積を有し、例えば、メタノール等の発電用燃料ＦＬが封入、充填された燃料封入空間２２Ａと、分離回収部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。
【０２３０】
ここで、燃料供給弁２４Ａ及び副生成物取込弁２４Ｂは、上述したように、いずれも、燃料パック２０ＤがＩ／Ｆ部３０Ｄを介して発電モジュール１０Ｄに結合された状態でのみ、発電用燃料ＦＬの供給や副生成物の取り込みが可能となるように、例えば、燃料パック２０Ｄ内部の発電用燃料ＦＬや副生成物の圧力やバネ等の物理的な圧力等により閉止する制御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に制御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。
【０２３１】
このような構成を有する燃料パック２０Ｄにおいて、図２７（ａ）に示すように、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料が燃料供給弁２４Ａを介して発電モジュール１０Ｄ（主発電部１２、副電源部１１）に供給されることにより、所定の電力を発生する動作が実行されるとともに、上記分離回収部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。
【０２３２】
これにより、図２７（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。
【０２３３】
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２７（ｂ）に示すように、所定の圧力で回収袋２３を外方に押圧することにより、燃料封入空間２２Ａに封入された発電用燃料ＦＬに圧力が印加されることになるので、発電モジュール１０Ｄへの発電用燃料ＦＬの供給を適切に行うことができ、図２７（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。
【０２３４】
なお、本実施例においては、発電モジュール１０Ｄに付設された分離回収部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２０Ｄ内に保持するとともに、非回収物質を電源システム１外に排出する場合について説明したが、回収された副生成物（例えば、水）の全部又は一部を発電モジュール１０Ｄ（特に、主発電部１２、副電源部１１）における電力の発生の際の燃料成分として再利用する構成を有するものであってもよい。
【０２３５】
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２６中、点線矢印で示すように、回収された副生成物のうち、水の一部を主発電部１２に供給して、これらの反応に再利用するように構成することができる。これによれば、水蒸気改質反応等のために発電用燃料ＦＬとともに燃料パック２０Ｄに予め封入しておく水の量、また、回収保持部２１に保持される副生成物（水）の量を削減することができるので、一定の容量の燃料パック２０Ｄに対してより多くの発電用燃料ＦＬを封入することができ、電源システムとしての電力供給能力の向上を図ることができる。
【０２３６】
＜燃料安定化手段＞
次に、上述した各実施形態に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段について、図面を参照して説明する。
図２８は、本発明に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段の一実施例を示すブロック図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
【０２３７】
本発明に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段は、図２８に示すように、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有する発電モジュール１０Ｆ、燃料パック２０Ｆ及びＩ／Ｆ部３０Ｆにおいて、Ｉ／Ｆ部３０Ｆ又は燃料パック２０Ｆのいずれか（ここでは、燃料パック２０Ｆ）に、燃料パック２０Ｆに封入された発電用燃料ＦＬの封入状態（温度、圧力等）を検知して、該封入状態が所定のしきい値を超過した場合に、燃料パック２０Ｆから発電モジュール１０Ｆ（副電源部１１、主発電部１２）への発電用燃料ＦＬの供給を停止する供給制御弁２５と、燃料パック２０Ｆ内の発電用燃料ＦＬの封入状態（温度、圧力等）を検知して、該封入状態を所定の安定化状態に制御する圧力制御弁２６が設けられた構成を有している。
【０２３８】
供給制御弁２５は、燃料パック２０Ｆに封入された発電用燃料ＦＬの温度が所定のしきい値を超過して上昇することにより自動的に作動して、燃料送出経路への発電用燃料ＦＬの送出を遮断する。具体的には、発電用燃料ＦＬの温度の上昇に伴って燃料パック２０Ｆ内の圧力が上昇することにより、弁が閉じる制御弁を良好に適用することができる。
また、圧力制御弁２６は、燃料パック２０Ｆに封入された発電用燃料ＦＬの温度の上昇に伴って、燃料パック２０Ｆ内の圧力が所定のしきい値を超過して上昇することにより自動的に作動して、燃料パック２０Ｆ内の圧力を低下させる。具体的には、燃料パック２０Ｆ内の圧力が上昇することにより、弁が開く圧力開放弁（リリース弁）を良好に適用することができる。
【０２３９】
これにより、例えば、電源システムをデバイスＤＶＣに装着した状態で、発電モジュール１０Ｆにおける電力の生成やデバイスの負荷の駆動に伴う発熱等により、燃料パック２０Ｆ内の温度や圧力が上昇した場合には、自動的に発電用燃料ＦＬの供給停止動作、圧力開放動作が行われるので、発電用燃料ＦＬの封入状態を安定化することができる。
【０２４０】
そして、上述した電源システムの全体動作（図２０参照）において、電源システムを起動動作する場合に、動作制御部１３は、事前に供給制御弁２５の動作状態、すなわち、燃料パック２０Ｆからの発電用燃料ＦＬの供給状態を参照し、発電用燃料ＦＬが正常に供給されているか否かを判断した後、当該動作を実行する。ここで、上述した燃料安定化手段（特に、圧力制御弁２６）による発電用燃料ＦＬの封入状態の安定化動作にも関わらず、発電用燃料ＦＬの供給遮断が検出された場合には、動作制御部１３は、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して、発電用燃料ＦＬの封入異常に関する情報を出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知する。
【０２４１】
また、上述した電源システムの全体動作（図２０参照）において、電源システムの定常動作（フィードバック制御）を継続する場合に、動作制御部１３は、供給制御弁２５の動作状態、すなわち、燃料パック２０Ｆからの発電用燃料ＦＬの供給状態を逐次参照し、燃料安定化手段（特に、圧力制御弁２６）による安定化動作にも関わらず、発電用燃料ＦＬの供給遮断が検出された場合、もしくは、デバイスＤＶＣへの負荷駆動電力の急激な低下を負荷駆動情報として受け取った場合には、動作制御部１３は、発電用燃料ＦＬの封入異常に関する情報をデバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに対して出力して、デバイスＤＶＣの使用者に通知する。
【０２４２】
これにより、燃料パック２０Ｆ内の発電用燃料ＦＬの封入条件（温度、圧力等）の異常に起因する発電用燃料ＦＬの変質や発電モジュール１０Ｆにおける動作異常（例えば、出力電圧不良）、燃料パック２０Ｆから電源システム１外部への発電用燃料ＦＬの漏出等の発生を迅速に検出して、燃焼性を有する発電用燃料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。
【０２４３】
＜外形形状＞
次に、本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状について、図面を参照して説明する。
図２９は、本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状の具体例を示す概略構成図であり、図３０は、本発明に係る電源システムに適用される外形形状と、汎用の化学電池の外形形状との対応関係を示す概念図である。
【０２４４】
上述したような構成を有する電源システムにおいて、燃料パック２０をＩ／Ｆ部３０を介して発電モジュール１０に結合した状態、又は、これらを一体的に構成した状態における外形形状は、例えば、図２９に示すように、ＪＩＳ規格に則った汎用の化学電池に多用されている円形電池４１、４２、４３や、特殊形状の電池（非円形電池）４４、４５、４６の規格に則って、これらのいずれかと同等の外形形状及び寸法を有するように形成されているとともに、上述した発電モジュール１０の副電源部１１又は主発電部１２により生成される電力（第１及び第２の電力）が、図２９に示す各電池形状の正極（＋）及び負極（−）の電極端子を介して出力されるように構成されている。
【０２４５】
具体的には、例えば、燃料電池を適用した主発電部（図１２参照）においては、燃料電池本体２１０ｂの燃料極２１１が負極端子に、また、空気極２１２が正極端子に電気的に接続された構成を有している。また、ガス燃焼エンジンやロータリーエンジン等の内燃、外燃機関と電磁誘導等を利用した発電器（図１４乃至図１６参照）とを組み合わせた構成や、温度差発電器やＭＨＤ発電器を適用した主発電部（図１７、図１８参照）においては、各々の発電器の出力端子が正極端子及び負極端子に電気的に接続された構成を有している。
【０２４６】
ここで、円形電池４１、４２、４３は、具体的には、市販のマンガン乾電池やアルカリ乾電池、ニッケル・カドミウム電池、リチウム電池等に最も多用され、対応する機器も多いシリンダ型（円柱型：図２９（ａ））や、腕時計等に利用されるボタン型（図２９（ｂ））、カメラや電子手帳等に利用されるコイン型（図２９（ｃ））等の外形形状を有している。
【０２４７】
一方、非円形電池４４、４５、４６は、具体的には、コンパクトカメラやデジタルスチルカメラ等、使用する機器の形状等に対応して個別に設計（カスタマイズ）された特殊形状型（図２９（ｄ））や、携帯音響機器や携帯電話等の小型薄型化に対応した角形（図２９（ｅ））、平型（図２９（ｆ））等の外形形状を有している。
【０２４８】
なお、上述したように、本発明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焼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。
【０２４９】
したがって、本実施形態に係る電源システムにおいて、図２９に示した既存の電池形状を良好に実現することができ、例えば、図３０（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料パック２０を発電モジュール１０に結合した状態、又は、両者を一体的に構成した状態における外形寸法（例えば、長さＬａ、直径Ｄａ）が、図３０（ｃ）に示すような汎用の化学電池４７の外形寸法（例えば、長さＬｐ、直径Ｄｐ）と略同等になるように構成することができる。
【０２５０】
なお、図３０においては、本発明に係る電源システムの着脱構造（結合関係）と外観形状との関係を概念的に示したものにすぎず、具体的な電極構造等を考慮したものではない。本発明に係る電源システムに各電池形状を適用した場合の、発電モジュール１０及び燃料パック２０の着脱構造と、電極構造との関係については、後述する実施例において詳しく説明する。
【０２５１】
また、図２９に示した外形形状はいずれも、ＪＩＳ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。
【０２５２】
次いで、本発明に係る電源システムに上述した各電池形状を適用した場合の発電モジュール１０及び燃料パック２０の着脱構造と、電極構造との関係について、図面を参照して詳しく説明する。
（着脱構造の第１の実施例）
図３１（ａ）〜図３１（ｄ）及び図３１（ｅ）〜図３１（ｈ）は、それぞれ本発明の第１の実施例に係る電源システムの燃料パック及びホルダー部を上方向、前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３２は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２５３】
図３１（ａ）〜図３１（ｄ）及び図３１（ｅ）〜図３１（ｈ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック５１と、該燃料パックが着脱可能に構成されたホルダー部５２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック５１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有しているので、その説明を省略する。
【０２５４】
ホルダー部５２は、上述した各実施形態と同等の構成を有する発電モジュール１０Ｘが収納され、正極端子ＥＬ（＋）が設けられた発電部５２ａと燃料パック５１との間に介在するＩ／Ｆ部として機能し、大別して、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５２ｄ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。
【０２５５】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３２（ａ）に示すように、発電部、対向部及び連結部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（詳しくは、図３９において後述する）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３２（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（詳しくは、図３９において後述する）が、バネで姿勢が固定されている燃料供給弁２４Ａを押し下げることにより燃料パック５１の漏出防止機能を解除して、燃料パック５１に封入された発電用燃料ＦＬが毛細管５２ｇ（詳しくは、図３９において後述する）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。
【０２５６】
ここで、電源システムは、燃料パック５１が空間ＳＰ１に収納され、ホルダー部５２に結合された状態において、例えば、上述した円柱形状の汎用の化学電池（図２９（ａ）、図３０（ｃ）参照）と略同等の外形形状及び寸法を有するように構成されている。また、このとき、燃料パック５１が空間ＳＰ１に正常に収納された状態で、燃料パック５１の燃料送出口５１ａが発電部５２ａ側の燃料送出経路に良好に当接して接続するように、燃料パック５１の他端側５１ｂを適当な力で押圧するとともに、燃料パック５１がホルダー部５２から不用意に脱落することを防止するために、燃料パック５１の他端側５１ｂと対向部５２ｂの当接部分が適当な押圧力で係合するように構成されていることが望ましい。
【０２５７】
具体的には、図３２（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で副生成物取込弁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（図３１（ｅ）参照；詳しくは、図３９において後述する）、副生成物回収経路５２ｅを経由して送出される副生成物が、燃料パック５１内に設けられた回収袋２３（図２７参照）に回収可能となる。
【０２５８】
これにより、上述した全体動作（図２０参照）において説明したように、副電源部１１において、自立的に電力（第２の電力）が生成されて、少なくとも、発電モジュール１０内の動作制御部１３に動作電力が供給される。また、本実施形態に係る電源システムが所定のデバイスＤＶＣに装着されることにより、副電源部１１により生成された電力の一部が発電部５２ａに設けられた正極端子ＥＬ（＋）及び対向部５２ｂに設けられた負極端子ＥＬ（−）を介して、デバイスＤＶＣに内蔵されたコントローラＣＮＴに駆動電力として供給される（初期動作）。
【０２５９】
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。
【０２６０】
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資源の有効利用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に着脱することにより、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。
【０２６１】
（着脱構造の第２の実施例）
図３３（ａ）〜図３３（ｃ）は、それぞれ本発明の第２の実施例に係る電源システムの燃料パックを前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３３（ｄ）〜図３１（ｇ）は、それぞれ本発明に係る電源システムのホルダー部を上方向、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３４は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２６２】
図３３（ａ）〜図３３（ｇ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック６１と、該燃料パック６１が着脱可能に構成されたホルダー部６２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック６１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有しているので、その説明を省略する。
【０２６３】
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。
【０２６４】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３４（ａ）に示すように、発電部６２ａ、対向部６２ｂ及び連結部６２ｃにより構成される空間ＳＰ２に対して、燃料パック６１の燃料送出口６１ａを発電部６２ａ側の燃料送出経路に当接させつつ、燃料パック６１を嵌合させることにより（図中、矢印Ｐ１０）、図３４（ｂ）に示すように、燃料パック６１が空間ＳＰ２に収納されるとともに、燃料パック６１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック６１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部６２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
【０２６５】
ここで、電源システムは、上述した第１の実施例と同様に、燃料パック６１が空間ＳＰ２に収納され、ホルダー部６２に結合された状態において、例えば、上述した円柱形状の汎用の化学電池（図２９（ａ）、図３０（ｃ）参照）と略同等の形状及び寸法を有するように構成されている。また、このとき、燃料パック６１が空間ＳＰ２に正常に収納された状態で、燃料パック６１がホルダー部６２から不用意に脱落することを防止するために、燃料パック６１の外形形状がホルダー部６２の空間ＳＰ２の内部形状に係合する構成を有することが望ましい。
【０２６６】
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資源の有効利用の問題等を良好に解決することができる。
【０２６７】
（着脱構造の第３の実施例）
図３５（ａ）〜図３５（ｃ）は、それぞれ本発明の第３の実施例に係る電源システムの燃料パックを前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３５（ｄ）〜図３５（ｆ）は、それぞれ本発明に係る電源システムのホルダー部を前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３６（ａ）〜図３６（ｃ）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。
【０２６８】
図３５（ａ）〜図３５（ｆ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック７１と、該燃料パック７１が複数本収納可能に構成されたホルダー部７２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック７１は、上述した各実施形態と同等の構成及び機能を有するとともに、特に、その外形形状が汎用の化学電池、例えば、単３型マンガン電池等と同等の形状及び寸法を有するように構成されている。
【０２６９】
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。
【０２７０】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３６（ａ）に示すように、ホルダー部７２の開閉カバー７２ｃを開状態として空間ＳＰ３の一面側を開放状態として、複数本（ここでは、２本）の燃料パック７１を同一の向きに挿入した後、図３６（ｂ）、（ｃ）に示すように、開閉カバー７２ｃを閉状態とすることにより、燃料パック７１が空間ＳＰ３に収納されるとともに、開閉カバー７２ｃが燃料パック７１の他端側７１ｂを押圧して、燃料パック７１の燃料送出口７１ａを発電部７２ａ側の燃料送出経路（Ｉ／Ｆ部；図示を省略）に当接させることにより、燃料パック７１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック７１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部７２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
ここで、本実施例に係る電源システムは、燃料パック７１が空間ＳＰ３に収納され、ホルダー部７２に結合された状態において、例えば、上述した特殊形状の化学電池（図２９（ｄ）参照）と略同等の外形形状及び寸法を有するように構成されている。
【０２７１】
これにより、既存の特殊形状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資源の有効利用の問題等を良好に解決することができる。また、本実施例においては、燃料パックが汎用の化学電池と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ので、汎用の化学電池を電池ホルダーに収納した後、デバイスに装着するような構成を有する電源システムと略同様に、簡易な使用形態の電源システムを提供することができる。
【０２７２】
（第４の実施例）
図３７（ａ）〜図３７（ｃ）は、それぞれ本発明の第４の実施例に係る電源システムの燃料パックを前方向、横方向、後方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３７（ｄ）〜図３１（ｆ）は、それぞれ本発明に係る電源システムのホルダー部を上方向、横方向、前方向から見た外形形状を示す概略構成図であり、図３８は、本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。ここで、上述した各実施形態と同等の構成については、その説明を簡略化又は省略する。
【０２７３】
図３７（ａ）〜図３７（ｆ）に示すように、本実施例に係る電源システムは、発電用燃料が所定の条件で封入された燃料パック８１と、該燃料パック８１が複数本収納可能に構成されたホルダー部８２と、を備えて構成されている。ここで、燃料パック８１は、上述した第３の実施例と同様に、その外形形状が汎用の化学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。
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。
【０２７４】
このような構成を有する電源システムにおいて、図３８（ａ）に示すように、発電部８２ａ、対向部８２ｂ及びベース部８２ｃにより構成される空間ＳＰ４に対して、燃料パック８１の燃料送出口（一端側）８１ａを発電部８２ａ側の燃料送出経路（Ｉ／Ｆ部；図示を省略）に当接させて支点とし、燃料パック８１の他端側８１ｂを旋回させて押し込むことにより（図中、矢印Ｐ１１）、図３８（ｂ）に示すように、該燃料パック８１の他端側８１ｂが対向部８２ｂに当接して固定され、複数本（ここでは、２本）の燃料パック８１が空間ＳＰ４に同一の向きに収納される。このとき、燃料パック８１の漏出防止機能が解除されて、燃料パック８１に封入された発電用燃料ＦＬが燃料送出経路を介して、発電部８２ａに内蔵された発電モジュール１０Ｘに供給される。
【０２７５】
ここで、電源システムは、燃料パック８１が空間ＳＰ４に収納され、ホルダー部８２に結合された状態において、例えば、上述した特殊形状の化学電池（図２９（ｄ）参照）と略同等の外形形状及び寸法を有するように構成されている。また、このとき、燃料パック８１が空間ＳＰ４に正常に収納された状態で、燃料パック８１の燃料送出口８１ａが発電部８２ａ側の燃料送出経路に良好に当接して接続するとともに、燃料パック８１がホルダー部８２から不用意に脱落することを防止するために、上述した第１の実施例と同様に、図３８（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料パック８１の他端側８１ｂと対向部８２ｂの当接部分が適当な押圧力で係合するように構成されている。
これにより、上述した第３の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。
【０２７６】
（具体的構成例）
次に、上述した各実施形態（各構成例を含む）のいずれかを適用した電源システム全体の具体構成例について、図面を参照して説明する。
図３９は、本発明に係る電源システム全体の具体的構成例を示す要部概略構成図である。また、図４０は、本具体構成例に適用される燃料改質部の一構成例を示す概略図であり、図４１は、本具体構成例に適用される燃料改質部の他の構成例を示す概略図である。ここでは、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。
【０２７７】
図３９に示すように、本具体構成例に係る電源システム１Ａは、図２に示したように、発電モジュール１０と燃料パック２０がＩ／Ｆ部３０を介して着脱可能に構成され、全体として図２９（ａ）又は図３０に示したように円柱形状からなる外形形状を有している。また、これらの構成（特に、発電モジュール１０）が、マイクロマシン製造技術等を用いて微小空間に構成され、汎用の化学電池と同等の外形寸法を有するように構成されている。
【０２７８】
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主発電部１２と、主発電部１２を駆動するための電力を供給する副電源部１１（図示を省略）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；詳しくは後述する）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主発電部１２の空気極２１２（図１２参照）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２１２側において生成される副生成物（水等）を液化（凝結、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１７ａ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。
【０２７９】
燃料パック２０（５１、６１、７１、８１）は、概略、図２６に示した構成と同様に、主発電部１２に供給される発電用燃料ＦＬが充填、封入される燃料封入空間２２Ａと、上記分離回収部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。
【０２８０】
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の漏出防止機能を解除して、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発電モジュール１０（水蒸気改質反応ユニット２１０Ａ等）まで自動的に搬送される。
【０２８１】
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管５２ｆと、上記主発電部１２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５２ｅと、を有して構成されている。
なお、図示を省略したが、発電モジュール１０又は燃料パック２０もしくはＩ／Ｆ部３０には、図３、図２８に示したように、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ＦＬの残量を検出する残量検出手段（残量検出部１６）や、発電用燃料ＦＬの封入状態を安定化させる燃料安定化手段（供給制御弁２５、圧力制御弁２６等）が設けられた構成を有している。
【０２８２】
ここで、本具体構成例に係る電源システムに適用される水蒸気改質反応ユニット２１０Ａの構成は、例えば、図４０に示すように、シリコン等の微小基板２０１の一面側に、半導体製造技術等の微細加工技術を用いて、所定の溝形状及び所定の平面パターンを有するように設けられた燃料吐出部２０２ａ、水吐出部２０２ｂ、燃料気化部２０３ａ、水気化部２０３ｂ、混合部２０３ｃ、改質反応流路２０４、水素ガス排気部２０５と、上記改質反応流路２０４の形成領域に対応する領域であって、例えば、微小基板２０１の他面側に設けられた薄膜ヒータ２０６と、を備えて構成されている。
【０２８３】
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。
【０２８４】
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、これらのヒータは、副電源部１１からの電力で駆動される出力制御部１４によって、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、図１３（ａ）に示した蒸発過程のように所定の温度に加熱して気化させることにより燃料流路の内圧を所定の圧力に設定するされるように制御され、燃料ガスの流路と水蒸気の流路とが連結された混合部２０３ｃにおいて、燃料ガスと水蒸気とが混合するようになっている。
【０２８５】
改質反応流路２０４及び薄膜ヒータ２０６は、上記混合部２０３ｃにおいて生成された混合ガスを改質反応流路２０４に導入し、改質反応流路２０４の内壁面に付着形成された銅-錫（Ｃｕ-Ｚｎ）系の触媒（図示を省略）、及び、改質反応流路２０４の形成領域に対応して設けられた薄膜ヒータ２０６から、改質反応流路２０４に供給される所定の熱エネルギーに基づいて、図１３（ａ）及び上記化学反応式（３）に示した水蒸気改質反応を生じさせて、水素ガス（Ｈ２）を生成する（水蒸気改質反応過程）。
【０２８６】
水素ガス排気部２０５は、改質反応流路２０４において生成された水素ガスと一酸化炭素との混合ガスを排出して、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。
【０２８７】
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。
【０２８８】
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。
【０２８９】
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１７ａ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。
【０２９０】
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）の駆動状態及び発電用燃料ＦＬの残量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。
【０２９１】
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。
【０２９２】
したがって、このように予め水が混合して封入された発電用燃料を用いて発電動作を行う場合にあっては、図４１に示すように、水蒸気改質反応ユニット２１０Ａの構成として、微小基板２０１の一面側に、燃料吐出部２０２、燃料気化部２０３、改質反応流路２０４及び水素ガス排気部２０５のみからなる単一の流路が形成された構成を適用することができる。
【０２９３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、燃料封入部（燃料パック）に充填、封入された液体又は気体からなる発電用燃料、又は、該発電用燃料から供給される特定の成分（例えば、水素）を用いて発電を行う発電モジュール（発電器）を備えたポータブル型の電源システムにおいて、該発電による出力電圧特性（起電力特性）が、汎用の化学電池、すなわち、日本国内外で市販、あるいは、機器に付属して流通、販売される一次電池又は二次電池のうちの１種における経時的な電圧の変化傾向に応じた出力電圧となるように、発電モジュールにおける発電状態が制御される。
【０２９４】
これにより、汎用の化学電池等の電圧変化傾向に応じた出力電圧特性を有するポータブル電源を実現することができるので、既存の携帯機器等の電源としてそのまま使用した場合であっても、この出力電圧の変化を検出して電池残量や機器の駆動可能推定時間を表示したり、電池の交換や充電等を促す機能を支障なく利用することができ、化学電池に対する互換性を高めた電源システムを提供することができる。
【０２９５】
このような特徴を実現するために、第２の発電手段により生成される第２の電力に基づいてシステム制御手段（出力制御部、システム制御手段）が駆動され、燃料封入部に残存する発電用燃料の量（残量）に応じて、第１の発電手段における第１の電力の発生量（発電状態）が制御されるように構成することにより、電源システムの外部から燃料等の供給を受けることなく、発電モジュールにより自立的に発電状態を制御して、発電用燃料の残量に応じた所定の電力を発生、出力することができる。
【０２９６】
この場合、システム制御手段（動作制御部）による第１の発電手段における発電状態の制御は、汎用の化学電池における経時的な電圧変化傾向、例えば、時間の経過に伴って出力電圧が一義的に低下する傾向に対応して、発電用燃料の残量と出力電圧（第１の電力の電圧成分）との相関関係を予め規定した相関テーブルに基づいて実行されるものであってもよく、これによれば、燃料封入部における発電用燃料の残量に基づいて、該相関テーブルを参照し、発電部の燃料極への発電用燃料の供給量を調整することにより、簡易に出力電圧を設定制御することができるので、汎用の化学電池と同様の出力電圧特性を有し、電気的特性上、互換が可能な電源システムを提供することができる。
【０２９７】
上記電源システムにおいて、より好ましい態様は、第１の電源手段及び第２の電源手段が、共に燃料封入部から供給される発電用燃料を用いた電気化学反応により、第１の電力及び第２の電力を発生する燃料電池を有している構成であり、これにより、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とともに、汎用の化学電池における経時的な電圧変化傾向と同様の出力電圧特性を有する電源システムを実現することができるので、既存の携帯機器等における残量通知機能等を良好に利用することができるとともに、化石燃料等のエネルギー資源の消費量を削減して有効な利用を図ることができる。
【０２９８】
また、上記電源システムにおいて、第１の電源手段のみを上記燃料電池により構成したものであってもよく、この場合、第１の電源手段は、発電用燃料を改質して、特定の成分を抽出する燃料改質器と、該特定の成分が供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備えた燃料改質型の燃料電池としての構成を適用することが好ましい。このような燃料改質型の燃料電池を適用した構成によれば、燃料電池に供給される発電用燃料の量を制御することにより、第１の電源手段により生成される第１の電力の量を簡易に制御することができるとともに、発電用燃料の有する化学エネルギーから極めて高いエネルギー変換効率で電力を生成することができる電源システムを実現することができる。
【０２９９】
また、上記電源システムにおいて、第２の電源手段のみを上記燃料電池により構成したものであってもよく、この場合、第２の電源手段は、発電用燃料が直接的に供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備えた燃料直接供給型の燃料電池としての構成を適用することが好ましい。このような燃料直接供給型の燃料電池を適用した構成によれば、簡易な構成の燃料電池に燃料封入部から発電用燃料を供給するだけで、自立的かつ継続的に高いエネルギー変換効率で所定の電力（第２の電力）を生成してシステム制御手段に動作電力として供給することができるので、特別な操作を必要とすることなく、発電用燃料の残量に応じた電圧成分を有する第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電気的特性を有しつつ、取り扱いが簡易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。
【０３００】
なお、上記電源システムにおいて、第１及び第２の電源手段としては、上述した燃料電池の他、発電用燃料を用いて高いエネルギー変換効率で第１及び第２の電力を生成することができ、かつ、小型化や微細化が可能な構成を有する種々の発電装置や蓄電装置の中から、電源システムの外形形状や電気的特性等に応じて適宜組み合わせた任意の構成を適用することができる。
【０３０１】
また、上記電源システムに適用される発電用燃料は、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水素からなる液体燃料又は液化燃料又は気体燃料、具体的には、メタノールやエタノール、ブタノール等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、あるいは、水素ガス等の気体燃料であって、特に、燃料封入部から発電モジュールに供給される際の常温、常圧等の所定の環境条件の下で気体状態にあるものを良好に適用することができるので、第１及び第２の電源手段における発電動作において、高いエネルギー変換効率で電力を生成することができるとともに、この発電動作に伴って電力以外に生成される副生成物を比較的簡易な処理で無毒化や難燃化することができ、自然環境等への影響を大幅に抑制することができる。
【０３０３】
ここで、上記電源システムは、第１の電源手段から出力される第１の電力により駆動する負荷に対して、システム全体が着脱可能な構成、又は、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、もしくは、発電モジュールに対して、燃料封入部が着脱可能な構成を有していることが好ましい。これによれば、燃料封入部に封入された発電用燃料がなくなったときや少なくなったときに、燃料封入部を発電モジュールから取り外して新たな燃料封入部に交換、あるいは、燃料封入部に発電用燃料を注入して補充することができるので、発電モジュールを継続的に利用することができるとともに、電源システム全体又は燃料封入部をあたかも汎用の化学電池のように簡便に使用することができる。また、燃料封入部の交換や回収が可能となるので、電源システム自体の廃棄量を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源システムの適用形態を示す概念図である。
【図２】本発明に係る電源システムの基本構成を示すブロック図である。
【図３】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第１の実施形態を示すブロック図である。
【図４】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【図５】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図６】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第３の構成例を示す概略構成図である。
【図７】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第４の構成例を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第５の構成例を示す概略構成図である。
【図９】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第６の構成例を示す概略構成図である。
【図１０】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第７の構成例を示す概略構成図である。
【図１１】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第８の構成例を示す概略構成図である。
【図１２】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【図１３】本構成例に係る主発電部に適用される燃料改質部における水素生成過程を示す概念図である。
【図１４】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図１５】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第３の構成例を示す概略構成図である。
【図１６】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第４の構成例を示す概略構成図である。
【図１７】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第５の構成例を示す概略構成図である。
【図１８】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な主発電部の第６の構成例を示す概略構成図である。
【図１９】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の他の例の要部構成を示すブロック図である。
【図２０】電源システムの概略動作を示すフローチャートである。
【図２１】本実施形態に係る電源システムの出力電圧の経時変化を示す特性図である。
【図２２】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第２の実施形態を示すブロック図である。
【図２３】本発明に係る電源システムに適用される発電モジュールの第３の実施形態を示すブロック図である。
【図２４】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【図２５】本実施形態に係る電源モジュールに適用可能な副電源部の第２の構成例を示す概略構成図である。
【図２６】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２７】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２８】本発明に係る電源システムに適用可能な燃料安定化手段の一実施例を示すブロック図である。
【図２９】本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状の具体例を示す概略構成図である。
【図３０】本発明に係る電源システムに適用される外形形状と、汎用の化学電池の外形形状との対応関係を示す概念図である。
【図３１】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第１の実施例を示す概略構成図である。
【図３２】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３３】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第２の実施例を示す概略構成図である。
【図３４】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３５】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第３の実施例を示す概略構成図である。
【図３６】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３７】本発明に係る電源システムに既存の化学電池の外形形状を適用した場合の第４の実施例を示す概略構成図である。
【図３８】本実施例に係る電源システムにおける発電モジュール及び燃料パックの着脱構造を示す概略図である。
【図３９】本発明に係る電源システム全体の具体的構成例を示す要部概略構成図である。
【図４０】本具体構成例に適用される燃料改質部の一構成例を示す概略図である。
【図４１】本具体構成例に適用される燃料改質部の他の構成例を示す概略図である。
【図４２】汎用の化学電池における出力電圧の経時的な変化傾向（起電力特性）を示す図である。
【図４３】従来技術における燃料電池における起電力特性を示す図である。
【符号の説明】
１ 電源システム
１０、１０Ａ〜１０Ｆ 発電モジュール
１１、１１Ａ〜１１Ｈ 副電源部
１２、１２Ａ〜１２Ｆ 主発電部
１３ 動作制御部
１４ 出力制御部
１５ 起動制御部
１６ 残量検出部
１７ 分離回収部
２０、２０Ｄ〜２０Ｆ 燃料パック
３０、３０Ｄ〜３０Ｆ Ｉ／Ｆ部
ＤＶＣ デバイス
ＬＤ 負荷
ＣＮＴ コントローラ

Claims (17)

  1. 発電用燃料が封入された燃料封入部と、
    該燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電モジュールと、
    前記発電モジュールの動作状態を制御して、前記電力の発生量を調整する出力制御部と、
    前記燃料封入部における前記発電用燃料の残量と前記発電モジュールにより生成される前記電力の電圧成分との相関関係を規定した相関テーブルを備え、前記相関テーブルを参照することにより、前記発電モジュールにおける動作状態を調整するための制御信号を前記出力制御部に出力する動作制御部と、
    を備え、
    前記発電モジュールは、経時的に出力電圧が変化することを特徴とする電源システム。
  2. 前記発電モジュールは、各種汎用の化学電池のうちの１種における経時的な電圧変化傾向に対応した出力電圧特性に基づいて、前記電力を発生することを特徴とする請求項１記載の電源システム。
  3. 前記発電モジュールは、
    前記発電用燃料を用いて所定の負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、
    少なくとも、前記第１の電源手段を動作制御するための第２の電力を常時出力する第２の電源手段と、
    を具備し、
    前記動作制御部は、前記第２の電力により動作し、少なくとも、前記第１の電源手段における動作状態を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の電源システム。
  4. 前記電源システムは、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して、該残量に関する検出情報を前記動作制御部に出力する残量検出手段を備えていることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
  5. 前記発電モジュールは、
    前記発電用燃料を用いて所定の負荷を駆動するための第１の電力を発生する第１の電源手段と、
    少なくとも、前記第１の電源手段を動作制御するための第２の電力を常時出力する第２の電源手段と、
    を備え、
    前記相関テーブルは、前記発電用燃料の残量の減少に伴って、前記第１の電源手段により生成される前記第１の電力の電圧成分が一義的に低下する相関関係を有していることを特徴とする請求項１記載の電源システム。
  6. 前記出力制御部は、前記動作制御手段からの前記制御信号に基づいて、前記第１の電源手段への前記発電用燃料の供給量を制御することにより、前記第１の電源手段により生成される前記第１の電力の電圧成分を調整することを特徴とする請求項５記載の電源システム。
  7. 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であることを特徴とする請求項３記載の電源システム。
  8. 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であることを特徴とする請求項３記載の電源システム。
  9. 前記第１の電源手段は、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７又は８記載の電源システム。
  10. 前記第２の電源手段は、電力の蓄積が可能な蓄電装置であることを特徴とする請求項３記載の電源システム。
  11. 前記第２の電源手段を構成する蓄電装置は、繰り返し充放電が可能な電気化学的な二次電池であることを特徴とする請求項１０記載の電源システム。
  12. 前記第２の電源手段を構成する蓄電装置は、繰り返し電荷の蓄積、放出が可能なコンデンサであることを特徴とする請求項１０記載の電源システム。
  13. 前記第２の電源手段は、前記燃料電池又は前記発電装置から出力される電力を蓄積する蓄電装置を備え、該蓄電装置に蓄積された前記電力を前記第２の電力として、前記第１の電源手段又は前記出力制御部の少なくともいずれか一方に出力することを特徴とする請求項３記載の電源システム。
  14. 前記電源システムは、前記第１の電源手段から出力される前記第１の電力により駆動する前記負荷に対して、着脱可能に構成されていることを特徴とする請求項３に記載の電源システム。
  15. 前記電源システムは、前記第１の電源手段から出力される前記第１の電力により駆動する前記負荷に対して、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３記載の電源システム。
  16. 前記電源システムは、前記発電モジュールに対して、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記載の電源システム。
  17. 発電用燃料が封入された燃料封入部と、
    該燃料封入部から供給される前記発電用燃料を用いて電力を発生する発電モジュールと、
    前記燃料封入部に封入された発電用燃料の残量の減衰にしたがって、前記発電用燃料の供給量を逓減して前記発電モジュールにより生成される電力の発生量を低下させる制御する出力制御部と、
    を備えることを特徴とする電源システム。
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