JP2003229158A - 電源システム及びその電源システムを備える電子機器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 既存の電子機器を安定かつ良好に動作させつ
つ、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電源システムを提供する。 【解決手段】 電力発生部１０Ａは、発電用燃料ＦＬを
用いて所定の発電電力を発生する発電部１１と、発電部
１１からの電力を保持する電力保持部１２と、該電力保
持部１２に保持される電力に基づいて所定電圧の供給電
力を生成して出力する電圧変換部１３と、該電力保持部
１２に保持される電力の電圧成分の変化に基づいて動作
制御信号ＳＣ１、ＳＣ２を出力する電圧モニタ・制御部
１４と、該動作制御信号ＳＣ１、ＳＣ２に基づいて、発
電部１１への発電用燃料ＦＬの供給を制御する出力制御
部１６を起動するための起動電力の供給又は遮断を制御
する起動制御部１５と、を有して構成されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【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、ポータブル電源として適用が可能であり、エ
ネルギー資源を有効に利用して発電することができる発
電機能を備えた電源システム、及び、該電源システムを
備えた電子機器に関する。

【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（ＰＤ
Ａ）、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。

【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。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電極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。

【０００８】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
本的に所定の発電用燃料を用いた発電手段（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。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、負荷及
び電源システムを駆動又は停止させるための複雑な構成
や制御処理を必要とするという問題を有している。ま
た、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、発電用燃料を効率的に消費する
ように制御して、電源システムとしての稼働時間（寿
命）をより長期化する必要もある。

【０００９】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源とする電子機器（デバイ
ス）に対して、直接電極端子を接続する簡易な取り扱い
により、所定の電力を供給して該電子機器を安定かつ良
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
できる電源システム、及び、該電源システムから供給さ
れる電力により駆動する負荷を備えた電子機器を提供す
ることを目的とする。

【００１０】

【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、所定の発電用燃料を用いて供給電力を発生する電
源システムであって、少なくとも、前記発電用燃料が封
入された燃料封入部と、前記発電用燃料を用いて発電電
力を発生する発電手段と、前記発電手段を動作又は停止
させる出力制御手段と、前記出力制御手段を動作させる
ための起動電力を供給する起動制御手段と、を備えてい
ることを特徴としている。ここで、本発明において、前
記電源システムは、前記発電手段により発生される前記
発電電力に基づく電荷を保持する電力保持手段を備えた
構成を適用することができる。

【００１１】また、本発明に係る電源システムは、所定
の発電用燃料を用いて供給電力を発生する電源システム
であって、少なくとも、前記発電用燃料が封入された燃
料封入部と、前記発電用燃料を用いて発電電力を発生す
る発電手段と、前記発電手段により発生される前記発電
電力に基づく電荷を保持する電力保持手段と、前記電力
保持手段に保持された保持電力の変化に応じて、前記発
電手段の動作又は停止、及び、前記電力保持部への充電
又は停止を制御するシステム制御手段と、を備えている
ことを特徴としている。

【００１２】ここで、前記システム制御手段は、少なく
とも、前記発電手段への前記発電用燃料の供給又は遮断
を制御することにより、前記発電手段を動作又は停止さ
せる出力制御手段と、前記電力保持手段に保持された前
記保持電力の電圧成分を監視し、該電圧成分の変化に応
じて、前記発電手段の起動及び停止を制御する第１の制
御信号と、前記電力保持手段への充電又は停止を制御す
る第２の制御信号とを出力する電圧モニタ・制御部と、
少なくとも、前記電圧モニタ・制御部からの前記第１の
制御信号に基づいて、前記出力制御手段を動作させるた
めの起動電力の供給を制御して、前記発電手段の動作状
態を制御する起動制御手段と、を備えた構成を適用する
ことができる。

【００１３】上記電圧モニタ・制御部は、少なくとも、
前記電力保持手段に保持された前記保持電力の電圧が所
定の上限値に達した場合に、前記発電手段を停止制御す
る前記第１の制御信号を出力し、前記電力保持手段にお
ける前記保持電力の電圧が所定の下限値以下に低下した
場合に、前記発電手段を起動制御する前記第１の制御信
号を出力するようにした構成を適用することができる。

【００１４】ここで、上記各発明において、前記電源シ
ステムは、前記電力保持手段に保持された前記保持電力
に基づいて、前記供給電力を生成する供給電力生成手段
を備え、さらに、この供給電力生成手段は、前記保持手
段における前記保持電力に基づいて、所定電圧の前記供
給電力を生成する電圧変換手段を備えた構成を適用する
ことができる。そして、上記起動制御手段は、前記発電
手段の起動時には、該発電手段の動作とは独立した電力
を前記起動電力として前記出力制御手段に供給し、前記
発電手段の起動後には、該発電手段により発生される前
記発電電力に基づく電力を、前記起動電力として前記出
力制御部に供給するようにした構成を適用することがで
きる。

【００１５】すなわち、本発明は、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、所定の電力を発生する発電
手段を備え、所定の二電極端子（正極端子、負極端子）
を介して該電力の出力が可能なポータブル型の電源シス
テムにおいて、発電手段の動作状態（発電動作又は停止
動作）を出力制御手段への起動電力の供給、遮断により
制御する起動制御手段を備え、発電手段における最初の
起動動作の初期の段階では、起動制御部により上記発電
手段が発生する電力とは独立した電源部から供給される
電力が起動電力として上記出力制御部に供給され、発電
手段の起動後の段階では、起動制御部により上記発電手
段が発生する電力に基づいて生成される電力が起動電力
（動作継続用の電力）として供給され、さらに、発電手
段の再起動動作の初期の段階では、起動制御部により上
記発電手段が発生する電力に基づいて蓄積された電力が
起動電力（再起動用の電力）として供給されるように構
成されている。

【００１６】また、本発明は、上記起動制御部による起
動電力の供給制御により発電手段において発生された発
電電力が電力保持手段に一旦保持された後、所定電圧の
電力に変換されて、電源システムに設けられた電極端子
を介して、所定の負荷（デバイス）に対して供給電力と
して出力される。ここで、本発明に係る電源システムに
おいては、発電手段の動作状態を切り換え制御する具体
的な手法として、上記電力保持手段に保持された電力
（保持電力）の電圧成分の変化を検出し、該変化に応じ
て出力制御部への起動電力を供給又は遮断のいずれかの
状態に一義的に設定する制御方法を適用することによ
り、発電手段の動作制御（動作又は停止）を簡素化しつ
つ、発電手段により断続的に発生され、電力保持手段に
保持される電力を所定の電圧範囲内に維持して、常時略
一定の供給電力を負荷に出力することができるととも
に、発電手段における不要な発電動作を回避して、エネ
ルギーの利用効率の高い電源システムを簡易に実現する
ことができる。

【００１７】換言すれば、本発明に係る電源システムに
よれば、汎用の化学電池と同様に、所定の電極端子を介
して、電子機器（負荷）に直接接続する簡易な取り扱い
方法により、常時所定の電力を安定的に供給して、機器
を良好に動作させることができるとともに、発電用燃料
の浪費を大幅に抑制して、エネルギー利用効率が高く、
長期の稼働が可能な電源システムを実現することができ
る。

【００１８】なお、本発明に係る電源システムにおいて
は、発電手段の動作状態を切り換え制御する具体的な構
成として、起動制御手段が、少なくとも、前記発電手段
の起動時と、前記発電手段の起動後における前記出力制
御手段への前記起動電力の供給を切り換えるための切換
手段（スイッチ）を具備した構成を良好に適用すること
ができる。これによれば、電力保持部に保持された電力
の電圧成分の変化に応じて、電圧モニタ・制御部から出
力されるスイッチ切り換え用の制御信号（動作制御信
号）のみに基づいて、出力制御部への起動電力の供給又
は遮断を切り換え制御して、発電手段の動作状態を制御
することができるので、システム制御手段の機能構成を
簡素化して電源システムの装置規模の小型化や製品コス
トの削減を図ることができる。

【００１９】また、上記発電手段の動作状態を制御する
起動制御手段は、発電手段の起動時に、起動電力として
供給する所定の電力を、発電手段の動作とは独立して保
持する一次電池や二次電池等からなる起動用電源部を備
えた構成を有するものであってもよいし、上記電力保持
手段に予め充電された電力の一部を起動電力として供給
する構成を有するものであってもよい。また、起動制御
手段は、発電手段からの発電電力に基づいて、起動電力
に相当する電力を保持する補助電力保持部を備え、該補
助電力保持部からの電力を、発電手段の再起動の際の起
動電力として適用するものであってもよい。さらに、起
動制御手段は、発電手段の起動後、発電動作を持続させ
るための起動電力を生成するフィードバック電圧生成保
持回路を備え、発電手段からの発電電力に基づいて発電
手段の発電動作を継続させるための電力を生成して、出
力制御部に供給する構成を有しているものであってもよ
い。

【００２０】これによれば、発電手段における最初の起
動動作のごく初期の段階においてのみ、起動用電源部か
ら起動電力を供給し、その後、フィードバック電圧生成
保持回路により生成される電力や、補助電力保持部に保
持された電力を出力制御手段に供給することができるの
で、起動用電源部として電池容量のごく小さい一次電池
等を良好に適用しつつ、長期にわたって良好な発電動作
を行うことができる。

【００２１】なお、上記起動制御手段は、起動用電源部
と補助電力保持部を兼用した構成を有していてもよく、
これによれば、起動電力を保持、供給する機能構成を簡
素化して、電源システムの装置規模を一層小型化するこ
とができる。また、起動用電源部としては、上述したよ
うに一次電池を適用することができるが、充電可能な二
次電池を適用することもでき、この場合にあっては、発
電手段の起動動作に先立って、予め電源システム外部に
設けられた電源から供給される電力により起動用電源部
を充電することにより、上記と同等の機能を実現するこ
とができる。

【００２２】また、上記電力保持手段は、１以上の容量
素子からなる構成を適用することもできるし、複数の容
量素子を所定の関係で接続した構成、例えば、直列・並
列接続切り換え可能な回路構成等を適用することもでき
る。これによれば、電力保持手段からの電力により駆動
する負荷において、駆動状態の急激な変動が生じた場合
であっても、電力保持手段を構成する容量成分により電
圧変動が緩和されるとともに、電力保持手段として汎用
の二次電池等を適用した場合に比較して、装置重量を大
幅に軽量化することができる。また、電力保持手段への
充電動作時に複数の容量素子を直列接続することによ
り、見かけ上の容量値を小さくして充電電流値を小さ
く、又は、充電時間を短縮させることができるととも
に、放電動作時に複数の容量素子を並列接続することに
より、全体の容量値を直列接続時よりも増大させて負荷
駆動能力を向上させることができる。

【００２３】そして、上述したような特徴を有する電源
システムに適用される発電手段のより具体的な態様は、
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、所定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、電源システムの起動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の装置規模を小
型化することができる。

【００２４】ここで、上記発電手段としては、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、燃料電池への発電用燃
料の供給、遮断を制御することにより、発電手段の動作
状態を制御して、電力が必要な場合にのみ発電動作させ
て発電電力を発生させ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
変換効率で電力を発生させることができる電源システム
を実現することができる。

【００２５】また、上記電源システムに適用される発電
用燃料は、少なくとも、水素を主成分とする、又は、水
素からなる液体燃料、液化燃料、及び気体燃料のいずれ
か、具体的には、メタノールやエタノール、ブタノール
等のアルコール系の液体燃料や、ジメチルエーテルやイ
ソブタン、天然ガス等の炭化水素からなる液化燃料、あ
るいは、水素ガス等の気体燃料であって、特に、燃料封
入部から電力発生部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、発電手段において、高い
エネルギー変換効率で電力を発生させることができると
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。

【００２６】さらに、上記電源システムは、電源システ
ムから出力される供給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、少なく
とも、燃料封入部以外の各構成部分（電力発生部）が着
脱可能な構成、さらに、燃料封入部以外の各構成部分
（電力発生部）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、燃料封入部を電力発生部から取り外して新
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、燃料封入部
以外の各構成部分を繰り返し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。

【００２７】加えて、上記電源システムは、その全部又
は一部がモジュール化されて構成され、燃料封入部が結
合された電源システム全体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（二電極
端子構造）や、装着される機器に応じた特殊形状を有す
る二次電池等と同等の形状及び寸法を有するように構成
されているものであってもよく、これによれば、負荷の
駆動状態に関わらず、常時略一定の供給電力を出力でき
る電気的特性のみならず、外形形状やその取り扱いにお
いても、汎用の化学電池との高い互換性を確保すること
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。

【００２８】そして、上述したような電源システムは、
発電手段により発生され、電力保持手段に保持された保
持電力に基づいて、供給電力生成手段により生成、出力
される供給電力を、駆動電力として動作するように構成
された特定の負荷を備えた電子機器に良好に適用するこ
とができる。さらに、上記電源システムからの電力を駆
動電力として動作する電子機器において、少なくとも、
電源システムを構成する燃料封入部以外の各構成部分
が、電子機器に対して一体的又は内蔵された構成や、電
源システムの全部又は一部がモジュール化されて構成さ
れ、少なくとも、燃料封入部が電子機器に対して着脱可
能に構成されていることが好ましい。このような構成を
有する電子機器によれば、発電用燃料が封入された燃料
パックを、例えば、発電用燃料を使い切るたびに、燃料
封入部を着脱して交換する使用形態を実現することがで
き、汎用の化学電池を既存のデバイスの動作電源とする
場合と同等の使用形態を実現することができるととも
に、該燃料封入部を生分解性等の自然環境への影響の少
ない、又は、全く影響のない物質に変化する材料により
構成することにより、使用済みの燃料封入部により環境
汚染等が生じる危険性を回避することができる。

【００２９】

【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、具体的に説明する。まず、本発
明に係る電源システムが適用される構成全体の概要につ
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の一例を示す概念図である。

【００３０】本発明に係る電源システム１は、例えばモ
ジュール化して形成され、図１（ａ）、（ｂ）に示すよ
うに、特定の電子機器のほか、汎用の一次電池や二次電
池により動作する既存の電子機器（図１では、携帯情報
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
正極（プラス極（＋））及び負極（マイナス極（−））
からなる電極端子が設けられた構成を有している。

【００３１】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
ムの基本構成概念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、所定の電力ＥＧを発生（出力）
する電力発生部１０と、燃料パック２０及び電力発生部
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を電力発生部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（装着及び取
り外し）可能に、あるいは、一体的に構成されている。

【００３２】具体的には、例えば、Ｉ／Ｆ部３０が、図
２（ａ）に示したように、上記燃料パック２０及び電力
発生部１０の双方に対して個別独立的に着脱可能な構成
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又は電力発生
部１０のいずれかと一体的に、あるいは、図２（ｄ）に
示すように、燃料パック２０及び電力発生部１０の各々
に、分割されたＩ／Ｆ部３０の各部分が一体的に設けら
れた構成を有しているものであってもよい。

【００３３】なお、電力発生部１０は、以下に示す各実
施形態において、電源システム１のうち、燃料パック２
０及びＩ／Ｆ部３０を除く部分であって、説明の都合
上、モジュール化された単一の独立した構成のように取
り扱うが、本発明はこれに限定されるものではなく、モ
ジュール化された構成を有することなく、電源システム
として、以下に示す各実施形態に含まれる各部分を備え
ているものであればよい。

【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）電力発生部 図３は、本発明に係る電源システムに適用される電力発
生部の第１の実施形態を示すブロック図である。ここ
で、電源システムは、所定の供給電力を出力する正極端
子及び負極端子のみを備えた二電極端子構造を有し、所
定のデバイスに対してこれらの端子を介して接続され、
該デバイス（負荷）を駆動するための所定の電力を出力
する。本実施形態に係る電力発生部においては、発電手
段により発生された電力を蓄積する機能を有する電力保
持手段を備え、該電力保持手段に蓄積（保持）された電
力に基づく所定電圧の供給電力を生成して、負荷駆動電
力として、デバイス（負荷）に供給する構成を有してい
る。以下、具体的に説明する。

【００３５】図３に示すように、本実施形態に係る電力
発生部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ＦＬを用い
て、所定の電力を発生する発電部（発電手段）１１と、
発電部１１において発生された電力（発電電力）を一旦
保持した後、一定電圧の電力を継続的に出力する２次電
池又はコンデンサ等からなる電力保持部（電力保持手
段）１２と、該電力保持部１２から出力される電力の電
圧成分を、電源システムが接続されるデバイスの駆動に
適した所定の電圧に変換して、供給電力として図示を省
略したデバイスに出力する電圧変換部１３と、電力保持
部１２に保持された電力（保持電力）の電圧成分の変化
を監視して、該変化に応じて発電部１１における動作状
態、及び、電力保持部１２における電力の蓄積状態（充
電状態）を制御する制御信号を生成、出力する電圧モニ
タ・制御部１４と、電圧モニタ・制御部１４からの制御
信号に基づいて、発電部１１を発電状態に移行（起動）
させるための起動電力を供給する起動制御部（起動制御
手段）１５と、起動制御部１５からの起動電力により動
作して、発電部１１への発電用燃料ＦＬの供給、遮断の
制御を行い、発電部１１における動作状態（発電動作及
び停止動作）を制御する出力制御部（出力制御手段）１
６と、を備えた構成を有している。

【００３６】ここで、本実施形態における電圧モニタ・
制御部１４、起動制御部１５及び出力制御部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
施形態に係る電力発生部１０Ａにおいては、発電部１１
により発生された電力が電力保持部１２に保持（蓄積）
された後、一定の電圧成分を有する供給電力として、所
定の電極端子を介して、図示を省略したデバイスのコン
トローラ及び負荷に共通に供給されるとともに、この供
給電力となる電力保持部１２の保持電力の電圧成分が、
電圧モニタ・制御部１４により、例えば、常時あるいは
任意のタイミングで監視されるように構成されている。

【００３７】以下、各構成について、具体的に説明す
る。 ＜発電部＞本実施形態に係る電力発生部１０Ａに適用さ
れる発電部１１は、図３に示したように、後述する起動
制御部１５からの起動電力の供給に伴う出力制御部１６
の動作（ＯＮ動作）に基づいて、燃料パック２０Ａから
出力制御部１６を介して発電用燃料ＦＬが供給され、該
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、一定の電力を発生する構成を有している。

【００３８】図４は、本実施形態に係る電力発生部に適
用可能な燃料電池本体の一構成例を示す概略構成図であ
り、図５は、本構成例に係る発電部に適用される燃料改
質部の構成概念図である。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。本構
成例においては、発電部１１として、燃料パック２０Ａ
から出力制御部１６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。なお、図５に示す燃料改質部は、説明の都合上、発
電部１１の構成とともに説明するが、本発明に係る電力
発生部の構成上では、後述する出力制御部の一部を構成
するものである。

【００３９】図４に示すように、本構成例に係る発電部
１１Ａは、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行う燃料改質部（燃料改
質器）１６ａにより抽出された発電用燃料ＦＬに含有さ
れる特定の燃料成分（水素）を利用して電気化学反応に
より、所定の負荷（デバイスＤＶＣや電力発生部１０Ａ
内の各部に相当）を駆動するための電力を発生する燃料
電池本体（燃料セル）１１０を備えた構成を有してい
る。

【００４０】ここで、燃料改質部１６ａは、例えば、図
５に示すように、アルコール及び水から構成され、燃料
パック２０Ａから供給される発電用燃料ＦＬを、水蒸気
改質反応過程を介して、水素と副生成物の二酸化炭素、
さらに微量の一酸化炭素を生成する水蒸気改質反応部１
６０Ｘと、水性シフト反応過程を介して、水蒸気改質反
応部１６０Ｘから供給された一酸化炭素を、発電用燃料
ＦＬに含まれる水、又は、後述するように燃料電池本体
１１０により副生成物として排出される水と反応させ、
二酸化炭素及び水素を生成する水性シフト反応部１６０
Ｙと、選択酸化反応過程を介して、水性シフト反応部１
６０Ｙで反応せず残留した一酸化炭素を酸素と反応させ
て二酸化炭素を生成する選択酸化反応部１６０Ｚと、を
備え、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬ
を、改質して得られる水素を燃料電池本体１１０に供給
するとともに、微量に生じる一酸化炭素を無毒化する機
能を有している。すなわち、燃料電池本体１１０は、水
蒸気改質反応部１６０Ｘ及び水性シフト反応部１６０Ｙ
において生成された高濃度の水素ガスにより、デバイス
ＤＶＣへの供給電力及び電力発生部１０Ａ内部の各部へ
の動作電力となる所定の電力を発生させる。

【００４１】燃料改質部１６ａを構成する各部の具体的
な機能は、図５に示したように、例えば、メタノール
（ＣＨ_３ＯＨ）及び水（Ｈ_２Ｏ）を発電用燃料ＦＬとし
て、水素ガス（Ｈ_２）を生成する場合にあっては、ま
ず、水蒸気改質反応部１６０Ｘにおける蒸発過程におい
て、液体燃料であるメタノール及び水に対して、後述す
る起動制御部１５から供給される電力により制御された
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（ＣＨ_３ＯＨ）及び水（Ｈ_２Ｏ）
を気化させる。

【００４２】次いで、水蒸気改質反応過程において、上
記気化したメタノール（ＣＨ_３ＯＨ）及び水（Ｈ_２Ｏ）
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（１）に示すように、水素（Ｈ
_２）と微量の二酸化炭素（ＣＯ_２）が生成される。な
お、この水蒸気改質反応においては、水素（Ｈ_２）と二
酸化炭素（ＣＯ_２）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。 ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ → ３Ｈ_２＋ＣＯ_２ ・・・（１）

【００４３】ここで、図５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（Ｃ
Ｏ）を除去するための水性シフト反応部１６０Ｙ及び選
択酸化反応部１６０Ｚを水蒸気改質反応部１６０Ｘ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
（ＣＯ_２）及び水素（Ｈ_２）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
シフト反応部２１０Ｙでの水性シフト反応過程により、
一酸化炭素（ＣＯ）に対して水（水蒸気；Ｈ_２Ｏ）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（２）に示すように、二酸化炭
素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）が生成される。 ＣＯ＋Ｈ_２Ｏ →ＣＯ_２＋Ｈ_２ ・・・（２）

【００４４】次いで、選択酸化反応部１６０Ｚにおける
選択酸化反応により、水性シフト反応において二酸化炭
素（ＣＯ_２）と水素（Ｈ_２）に変換されなかった一酸化
炭素（ＣＯ）に対して酸素（Ｏ_２）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（３）に示すように、二酸化炭素（ＣＯ_２）
が生成される。 ＣＯ＋（１／２）Ｏ_２ →ＣＯ_２ ・・・（３） ここで、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、例えば、
後述する、電力発生部１０Ａに設けられた排出孔を介し
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（水蒸気改質反応部）１６ａ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。

【００４５】一方、燃料電池本体１１０は、図４に示す
ように、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）１１１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）１１２
と、燃料極１１１と空気極１１２の間に介装されたフィ
ルム状のイオン導電膜（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、上記燃料改
質部１６ａにより抽出された水素ガス（Ｈ_２）が供給さ
れ、一方、空気極１１２には大気中の酸素ガス（Ｏ_２）
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１１４を駆動するための所定の
電力が生成、供給される。また、後述するように、燃料
電池本体１１０で生成された電力の一部が、必要に応じ
て起動制御部１５を介して出力制御部１６（燃料制御部
１６ｂ、ヒータ制御部１６ｄ）に起動電力として供給さ
れる（図６参照）。

【００４６】本構成例に係る発電部１１（燃料電池本体
１１０）における電気化学反応の一例は、具体的には、
燃料極１１１に水素ガス（Ｈ_２）が供給されると、次の
化学反応式（４）に示すように、燃料極１１１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に供給される。 ３Ｈ_２ → ６Ｈ^＋＋６ｅ⁻ ・・・（４）

【００４７】一方、空気極１１２に空気が供給される
と、次の化学反応式（５）に示すように、空気極１１２
における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（Ｏ_２）が反応して水（Ｈ
_２Ｏ）が生成される。 ６Ｈ^＋＋（３／２）Ｏ_２＋６ｅ⁻ → ３Ｈ_２Ｏ ・・・（５）

【００４８】このような一連の電気化学反応（化学反応
式（４）及び（５））は、概ね室温〜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（Ｈ_２Ｏ）のみとなる。ここで、空
気極１１２において生成される副生成物である水（Ｈ_２
Ｏ）を回収し、出力制御部１６に設けられた燃料改質部
１６ａに必要量を供給することにより、発電用燃料ＦＬ
の水蒸気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
Ａに予め備蓄（封入）される水（Ｈ_２Ｏ）の量を大幅に
減らすことができ、さらには、燃料パック２０Ａ等に副
生成物として回収される水の量を大幅に減らすことがで
きる。

【００４９】このような構成を有する燃料改質方式の燃
料電池を発電部に適用することにより、燃料電池本体へ
の発電用燃料ＦＬを供給、遮断する簡易な制御により、
発電部における動作状態（発電動作、停止動作）を設定
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
ら直接電力を発生させ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
利用を図ることができるとともに、発電部１１を含む電
力発生部１０Ａをモジュール化した場合に、そのサイズ
を小型化することができる。

【００５０】なお、本構成例においては、燃料パック２
０Ａから供給される発電用燃料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、水素元素を含む液
体燃料又は液化燃料又は気体燃料であれば良好に適用す
ることができる。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（ＣＮＧ）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。

【００５１】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１６ａを必要とする
ことなく、発電用燃料ＦＬを燃料電池本体１１０に直接
供給する構成を適用することができる。また、本構成例
においては、発電部１１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、周知の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、気体燃料等をそのまま
直接利用して電力を発生するものであってもよく、さら
に、他の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
の原理を利用した発電のように、燃料パック２０Ａから
直接的又は間接的に供給される液体燃料又は液化燃料又
は気体燃料を用いて、所定の電力を発生することができ
る周知の発電手段を適用するものであってもよい。

【００５２】＜出力制御部＞本実施形態に係る電力発生
部１０Ａに適用される出力制御部１６は、図３に示した
ように、後述する電圧モニタ・制御部１４からの動作制
御信号に基づいて起動制御部１５から供給される起動電
力にのみ基づいて、少なくとも、燃料パック２０Ａに封
入された発電用燃料ＦＬを上記発電部１１に供給又は遮
断することにより、発電部１１の動作状態（発電動作及
び停止動作）を制御する構成を有している。図６は、本
実施形態に係る電力発生部に適用される出力制御部の概
略構成を示すブロック図である。ここでは、発電部１１
の構成として、上述した燃料改質方式の燃料電池（図３
参照）を適用した場合の出力制御部の構成について示
す。

【００５３】図６に示すように、本実施形態に係る出力
制御部１６Ａは、具体的には、起動制御部１５から供給
される起動電力に基づいて、発電部１１に所定量の発電
用燃料ＦＬ（実質的には、燃料電池本体１１０に供給さ
れる水素ガス）を供給する燃料制御部１６ｂと、該燃料
制御部１６ｂを介して供給される発電用燃料ＦＬから、
上述した化学反応式（１）〜（３）に示したような一連
の燃料改質反応により、特定の燃料成分（水素ガス）を
生成して、燃料電池本体１１０の燃料極１１１に供給す
る燃料改質部１６ａ（図４参照）と、燃料電池本体１１
０の空気極１１２に一定量の空気（燃料電池本体１１０
に供給される酸素ガス）を供給する空気制御部１６ｃ
と、主に、燃料改質部１６ａにおける各種化学反応の温
度条件を設定するヒータ制御部１６ｄと、を備えた構成
を適用することができる。

【００５４】ここで、燃料制御部１６ｂは、起動制御部
１５から供給される起動電力に基づいて、燃料電池本体
１１０において、一定の電力を発生するために必要な量
の水素ガス（Ｈ_２）となる分の発電用燃料ＦＬ（液体燃
料、液化燃料又は気体燃料）や水等を、燃料パック２０
Ａから取り込んで燃料改質部１６ａにより水素ガス（Ｈ
_２）に改質して、一定量の水素ガスを燃料電池本体１１
０の燃料極１１１に供給する制御を行い、また、空気制
御部１６ｃは、上記水素ガスを用いた電気化学反応（化
学反応式（３）及び（５）参照）に応じた必要な量の酸
素ガス（Ｏ_２）を、大気中から取り込んで燃料電池本体
１１０の空気極１１２に供給する制御を行う。このよう
な燃料制御部１６ｂ及び空気制御部１６ｃ並びにヒータ
制御部１６ｄにより、発電部１１への水素ガス
（Ｈ_２）、酸素ガス（Ｏ_２）及び熱エネルギーの供給及
び遮断を調整することにより、発電部１１（燃料電池本
体１１０）における電気化学反応の進行状態が制御さ
れ、所定の電力の発電動作及び停止動作が制御される。

【００５５】ここで、空気制御部１６ｃは、発電部１１
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、燃料電池本
体１１０の空気極１１２への酸素ガスの供給及び遮断を
制御することなく、常に供給するように構成されたもの
であってもよい。すなわち、図６に示した電力発生部１
０Ａの構成においては、出力制御部１６Ａは、電気化学
反応の進行状態を、燃料制御部１６ｂによる発電用燃料
ＦＬの供給制御、及び、ヒータ制御部１６ｄによる熱エ
ネルギーの供給制御のみで設定し、空気制御部１６ｃに
代えて、後述するような通気孔（図３４参照）を設け、
発電部１１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。

【００５６】＜起動制御部＞本実施形態に係る電力発生
部１０Ａに適用される起動制御部１５は、後述する電力
保持部１２における保持電力の変化に応じて出力される
動作制御信号に基づいて、上述した出力制御部１６（燃
料制御部１６ｂ及びヒータ制御部１６ｄ）に対して起動
電力を供給して、発電部１１を待機状態から発電状態に
移行させる起動制御を行う。図７は、本実施形態に係る
電力発生部に適用される起動制御部の構成例を示す回路
ブロック図である。

【００５７】図７（ａ）に示すように、本実施形態に係
る起動制御部１５Ａは、発電部１１から供給される電力
に基づく電圧Ｖ１を高電位側電源、接地電位ＧＮＤを低
電位側電源として動作し、上記電圧Ｖ１に基づいて、少
なくとも、発電部１１の発電動作を持続させるための所
定の電圧（フィードバック電圧）を有する電力を生成し
て出力制御部１６に供給するフィードバック電圧生成保
持回路ＦＶＨと、一次電池等から構成され、発電部１１
の起動動作時に、所定の電圧Ｖbatを有する起動電力を
出力制御部１６に供給する起動用電源部ＰＷ１と、後述
する電圧モニタ・制御部１４から出力される動作制御信
号（第１の制御信号）ＳＣ１に基づいてＯＮ、ＯＦＦ動
作し、フィードバック電圧生成保持回路ＦＶＨからのフ
ィードバック電圧、又は、起動用電源部ＰＷ１からの起
動電力（電圧Ｖbat）のいずれかを切り換えて出力制御
部１６に供給するスイッチＳＷ１と、発電部１１から供
給される電力に応じてフィードバック電圧生成保持回路
ＦＶＨから出力される制御信号に基づいてＯＮ、ＯＦＦ
動作し、起動用電源部ＰＷ１から出力制御部１６への起
動電力の供給又は遮断を制御するスイッチＳＷ２と、を
備えて構成されている。

【００５８】起動制御部１５Ａのより具体的な回路構成
は、例えば、図７（ｂ）に示すように、フィードバック
電圧生成保持回路ＦＶＨとして、発電部１１により生成
された電力（電圧Ｖ１）が供給される高電位側の接点Ｎ
１１と接地電位ＧＮＤが供給される低電位側の接点Ｎ１
２との間に、直列に接続された抵抗Ｒ１１、フォトダイ
オードＤ１１及び補助コンデンサ（補助電力保持部）Ｃ
１１と、フォトダイオードＤ１１及び補助コンデンサＣ
１１間の接続接点Ｎ１３と低電位側の接点Ｎ１２との間
に、直列に接続されたツェナーダイオードＤ１２、Ｄ１
３と、接続接点Ｎ１３とスイッチＳＷ１の一端側の接点
Ｎ１４との間に接続されたダイオードＤ１４が設けられ
た構成を適用することができる。

【００５９】スイッチＳＷ１の回路構成としては、例え
ば、図７（ｂ）に示すように、フィードバック電圧生成
保持回路ＦＶＨとの接点Ｎ１４と出力制御部１６への出
力接点Ｆoutとの間に、直列に接続された電流制限抵抗
Ｒ１２及び（スイッチング用電界効果トランジスタ（以
下、「スイッチトランジスタ」と記す）Ｔｒ１１と、ス
イッチトランジスタＴｒ１１のゲートと接点Ｎ１４との
間に接続された電圧検出抵抗Ｒ１３と、スイッチトラン
ジスタＴｒ１１のゲートと低電位側の接点Ｎ１２との間
に接続されたスイッチ制御用電界効果トランジスタ（以
下、「制御トランジスタ」と記す）Ｔｒ１２と、スイッ
チトランジスタＴｒ１１のゲートと制御トランジスタＴ
ｒ１２のゲートとの間に接続された電圧検出抵抗Ｒ１４
が設けられた構成を適用することができる。

【００６０】また、スイッチＳＷ２も、上記スイッチＳ
Ｗ１と略同等に、起動用電源部ＰＷ１とスイッチＳＷ１
の一端側の接点Ｎ１４との間に、直列に接続された電流
制限抵抗Ｒ１５及びスイッチトランジスタＴｒ１３と、
スイッチトランジスタＴｒ１３のゲートと起動用電源部
ＰＷ１との間に接続された電圧検出抵抗Ｒ１６と、スイ
ッチトランジスタＴｒ１３のゲートと低電位側の接点Ｎ
１２との間に接続された制御トランジスタＴｒ１４が設
けられた構成を適用することができる。

【００６１】ここで、スイッチトランジスタＴｒ１１、
制御トランジスタＴｒ１２及びスイッチトランジスタＴ
ｒ１３は、いずれもゲート信号電圧がローレベルのとき
ＯＦＦ動作し、ハイレベルのときＯＮ動作する電界効果
トランジスタである。ここで、制御トランジスタＴｒ１
２は、ゲート信号電圧がフローティングレベルのときに
もＯＮ動作する。また、制御トランジスタＴｒ１４及び
フォトダイオードＤ１１は、互いに対向して配置され、
フォトダイオードＤ１１の動作状態に応じて制御トラン
ジスタＴｒ１４がＯＮ、ＯＦＦ動作するフォトカプラ構
造を有し、フォトダイオードＤ１１に電流が流下して発
光状態にあるとき、制御トランジスタＴｒ１４がＯＮ動
作する。さらに、制御トランジスタＴｒ１２のゲートに
は、図示を省略した電圧モニタ・制御部１４から出力さ
れる動作制御信号ＳＣ１が供給される。

【００６２】このような回路構成を有する起動制御部１
５Ａにおいて、フィードバック電圧生成保持回路ＦＶＨ
の補助コンデンサＣ１１に全く電荷が蓄積されていない
状態であって、かつ、電圧モニタ・制御部１４から発電
部１１を動作させるための動作制御信号ＳＣ１が出力さ
れていない状態（具体的には、動作制御信号ＳＣ１とし
て供給される信号レベルがフローティングレベルの場
合）を初期状態とする。このとき、起動制御部１５Ａか
ら出力制御部１６へは起動電力が供給されていないの
で、発電部１１は発電停止状態にあって、高電位側の接
点Ｎ１１には電力が供給されていない。したがって、高
電位側の接点Ｎ１１と接続接点Ｎ１３との間に接続され
た抵抗Ｒ１１及びフォトダイオードＤ１１には電流が流
下せず、フォトカプラを構成する制御トランジスタＴｒ
１４はＯＦＦ状態を保持する。これにより、スイッチＳ
Ｗ２を構成するスイッチトランジスタＴｒ１３のゲート
にはハイレベルのゲート信号が印加されてＯＮ状態が保
持され、起動用電源部ＰＷ１の電圧Ｖbatがスイッチト
ランジスタＴｒ１３を介して接点Ｎ１４に印加される。

【００６３】一方、スイッチＳＷ１を構成する制御トラ
ンジスタＴｒ１２のゲートには、フローティングレベル
の動作制御信号ＳＣ１が印加されることにより、制御ト
ランジスタＴｒ１２はＯＮ状態を保持するので、スイッ
チトランジスタＴｒ１１のゲートにはローレベル（接地
電位ＧＮＤ）のゲート信号が印加されてＯＦＦ状態に保
持されて、接点Ｎ１４の電圧は出力接点Ｆoutに出力さ
れない。

【００６４】このような初期状態において、電圧モニタ
・制御部１４から発電部１１を発電状態に移行させるた
めの動作制御信号（具体的には、ローレベルの信号）Ｓ
Ｃ１が出力されると、スイッチＳＷ１の制御トランジス
タＴｒ１２がＯＦＦ状態に切り替わり、スイッチトラン
ジスタＴｒ１１のゲートにハイレベルのゲート信号が印
加されることにより、スイッチトランジスタＴｒ１１は
ＯＮ状態に切り替わる。これにより、接点Ｎ１４に印加
されていた起動用電源部ＰＷ１からの電圧Ｖbatがスイ
ッチトランジスタＴｒ１１及び出力接点Ｆoutを介し
て、出力制御部１６に起動電力（電圧Ｖ３）として出力
され、発電部１１への発電用燃料ＦＬの供給が開始され
て、発電部１１が発電状態に移行する。

【００６５】そして、発電部１１により生成された電力
（電圧Ｖ１）が高電位側の接点Ｎ１１に供給されると、
接点Ｎ１１と低電位側の接点Ｎ１２との間に電位差が生
じ、電圧検出抵抗Ｒ１１、フォトダイオードＤ１１及び
補助コンデンサＣ１１を介して電流が流下することによ
り、接続接点Ｎ１３における電圧検出抵抗Ｒ１１、フォ
トダイオードＤ１１及び補助コンデンサＣ１１による分
圧電圧（フィードバック電圧）がダイオードＤ１４を介
して接点Ｎ１４に印加されるとともに、フォトダイオー
ドＤ１１が発光動作することにより制御トランジスタＴ
ｒ１４がＯＮ動作して、スイッチトランジスタＴｒ１３
のゲートにローレベル（接地電位ＧＮＤ）のゲート信号
が印加されて、スイッチトランジスタＴｒ１３はＯＦＦ
状態に切り替わり、接点Ｎ１４への電圧Ｖbatの印加が
遮断される。これにより、接点Ｎ１４に印加されたフィ
ードバック電圧生成保持回路ＦＶＨからのフィードバッ
ク電圧がスイッチトランジスタＴｒ１１及び出力接点Ｆ
outを介して、出力制御部１６に出力されて、発電部１
１における発電動作が継続される。また、このとき、接
続接点Ｎ１３と低電位側の接点Ｎ１２間の電位差に基づ
いて、補助コンデンサ（保持電力保持部）Ｃ１１が充電
される。

【００６６】また、発電部１１における発電動作が継続
されている状態において、電圧モニタ・制御部１４から
発電部１１を発電停止状態（待機状態）に移行させるた
めの動作制御信号（具体的には、ハイレベルの信号）Ｓ
Ｃ１が出力されると、スイッチＳＷ１の制御トランジス
タＴｒ１２がＯＮ状態に切り替わり、スイッチトランジ
スタＴｒ１１のゲートにはローレベルのゲート信号が印
加されることにより、スイッチトランジスタＴｒ１１は
ＯＦＦ状態に切り替わる。これにより、接点Ｎ１４に印
加されていたフィードバック電圧生成保持回路ＦＶＨか
らのフィードバック電圧の出力が遮断され、発電部１１
への発電用燃料ＦＬの供給が停止されて、発電部１１が
発電停止状態に移行する。

【００６７】なお、上述したように、発電状態にある発
電部１１が動作制御信号ＳＣ１により停止制御されて待
機状態に移行した後、再び発電部１１を起動する場合に
あっては、ローレベルの動作制御信号ＳＣ１の供給に伴
い、出力制御部１６に対して起動用電源部ＰＷ１の電圧
Ｖbat、あるいは、補助コンデンサＣ１１の充電電圧の
うちのいずれかが起動電力として供給される。すなわ
ち、発電部１１が待機状態にあるときには、発電部１１
から高電位側の接点Ｎ１１への電力供給が行われないの
で、電圧検出抵抗Ｒ１１及びフォトダイオードＤ１１に
は電流が流下せず、制御トランジスタＴｒ１４はＯＦＦ
状態、スイッチＳＷ２はＯＮ状態となって、起動用電源
部ＰＷ１から電圧Ｖbatが接点Ｎ１４に印加される。こ
こで、フィードバック電圧生成保持回路ＦＶＨの補助コ
ンデンサＣ１１の充電電圧が、出力制御部１６に供給さ
れる起動電力（すなわち、起動用電源部ＰＷ１から供給
される電圧Ｖbat）の電圧相当又はそれ以上の場合に
は、補助コンデンサＣ１１の充電電圧がダイオードＤ１
４及びスイッチＳＷ１を介して出力制御部１６に供給さ
れ、一方、補助コンデンサＣ１１の充電電圧が、起動電
力の電圧未満の場合には、起動用電源部ＰＷ１から電圧
Ｖbatがそのまま出力制御部１６に供給される。

【００６８】すなわち、本構成例に係るフィードバック
電圧生成保持回路ＦＶＨにおいては、実質的に、発電部
１１の最初の起動動作における、ごく初期の段階におい
てのみ、起動用電源部ＰＷ１から起動電力が供給され、
その後、発電部１１により生成される電力に基づくフィ
ードバック電圧や補助コンデンサの充電電圧が発電動作
継続用の電力又は再起動用の電力として、出力制御部１
６に供給されるので、起動用電源として一次電池等を適
用した場合であっても、電源の消耗を大幅に抑制して長
期にわたって良好な起動動作を行うことができる。な
お、上記構成例においては、一次電池等からなる起動用
電源部が電力発生部内に設けられている構成を示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、
本発明に係る電源システムが装着あるいは内蔵される電
子機器がメモリバックアップ用等の小型一次電池を有し
ている場合には、これを上記起動用電源部として共用す
るように構成してもよい。

【００６９】＜電力保持部＞本実施形態に係る電力発生
部１０Ａに適用される電力保持部１２は、上述した発電
部１１により発生された電圧Ｖ１を有する電力に基づく
電荷を保持（蓄積又は充電）するとともに、該保持され
た電荷に基づく所定の電圧（充電電圧）Ｖ２を有する電
力を後述する電圧変換部１３に出力する充放電動作を行
う。図８は、本実施形態に係る電力発生部に適用される
電力保持部の構成例を示す回路ブロック図である。

【００７０】図８（ａ）に示すように、本実施形態に係
る電力保持部１２Ａは、発電部１１から供給される電力
に基づく電圧Ｖ１を高電位側電源、接地電位ＧＮＤを低
電位側電源として、上記電圧Ｖ１に応じた電荷を蓄積し
て放電する蓄電回路ＣＳＣと、該蓄電回路ＣＳＣへの電
荷の蓄積状態（保持電力：ここでは、充電電圧）を検出
する電圧検出回路ＶＭと、該電圧検出回路ＶＭから出力
される動作制御信号（第２の制御信号）ＳＣ２に基づい
てＯＮ、ＯＦＦ動作し、蓄電回路ＣＳＣへの電力の供給
（充電）又は遮断（充電停止）を制御するスイッチＳＷ
３と、を備えて構成されている。

【００７１】電力保持部１２Ａのより具体的な回路構成
は、例えば、図８（ｂ）に示すように、スイッチＳＷ３
として、発電部１１により生成された電力（電圧Ｖ１）
が供給される入力接点Ｎ２１（図７（ｂ）に示した接点
Ｎ１１と同一接点）と接点Ｎ２２との間に、直列に接続
されたスイッチトランジスタＴｒ２１及び電流制限抵抗
Ｒ２１と、スイッチトランジスタＴｒ２１のゲートと接
点Ｎ２２との間に接続された電圧検出抵抗Ｒ２２と、ス
イッチトランジスタＴｒ２１のゲートと低電位側の接点
Ｎ２３（図７（ｂ）に示した接点Ｎ１２と同一接点）と
の間に接続された制御トランジスタＴｒ２２が設けられ
た構成を適用することができる。

【００７２】また、蓄電回路ＣＳＣとしては、例えば、
図８（ｂ）に示すように、上記接点Ｎ２２と低電位側の
接点Ｎ２３との間に、直列接続された複数個（ここで
は、２個）のコンデンサＣ２１、Ｃ２２が設けられた構
成を適用することができる。なお、蓄電回路ＣＳＣの構
成は、本構成例に限定されるものではなく、発電部１１
から供給される電力に基づく電荷を保持（蓄積又は充
電）して、略一定もしくは任意の電圧範囲で変動する電
圧を放出（放電）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い。したがって、例え
ば、蓄電回路ＣＳＣとして、単一のコンデンサのみを備
えるものであってもよいし、後述するように、複数のコ
ンデンサを所定のタイミングで直列、並列に接続状態を
切り換えるようなコンデンサバンクとしての構成を有す
るものであってもよい。

【００７３】電圧検出回路ＶＭの回路構成としては、例
えば、図８（ｂ）に示すように、高電位側の入力接点Ｎ
２１と低電位側の接点Ｎ２２との間に、直列に接続され
たツェナーダイオードＤ２１、Ｄ２２及び分圧抵抗Ｒ２
３、Ｒ２４が設けられた構成を適用することができる。
ここで、スイッチＳＷ３を構成するスイッチトランジス
タＴｒ２１、制御トランジスタＴｒ２２は、いずれもゲ
ート信号電圧がローレベルのときＯＦＦ動作し、ハイレ
ベルのときＯＮ動作する電界効果トランジスタであり、
制御トランジスタＴｒ２２のゲートには、電圧検出回路
ＶＭを構成する分圧抵抗Ｒ２３及びＲ２４の接続接点Ｎ
２４における分圧電圧が動作制御信号ＳＣ２として供給
される。

【００７４】このような回路構成を有する電力保持部１
２Ａにおいて、蓄電回路ＣＳＣを構成するコンデンサＣ
２１、Ｃ２２に蓄積された電荷に基づく充電電圧（又
は、放電電圧；接点Ｎ２２の電圧）Ｖ２が電圧検出回路
ＶＭにより常時検出されることにより、該充電電圧Ｖ２
の電圧変化に応じてスイッチＳＷ３に出力される動作制
御信号ＳＣ２の信号レベルが制御される。すなわち、蓄
電回路ＣＳＣの充電電圧Ｖ２が電圧検出回路ＶＭのツェ
ナーダイオードＤ２１、Ｄ２２のツェナー電圧Ｖｚより
も低い場合には、分圧抵抗Ｒ２３及びＲ２４の接続接点
Ｎ２４における電圧はローレベルとなり、スイッチＳＷ
３の制御トランジスタＴｒ２２をＯＦＦ状態に切り換え
ることにより、スイッチトランジスタＴｒ２１のゲート
にハイレベルのゲート信号を印加してＯＮ動作させて、
入力接点Ｎ２１に供給された発電部１１からの電力に基
づく電荷を蓄電回路ＣＳＣに充電する。

【００７５】一方、蓄電回路ＣＳＣの充電電圧Ｖ２が電
圧検出回路ＶＭのツェナーダイオードＤ２１、Ｄ２２の
ツェナー電圧Ｖｚよりも高い場合には、接続接点Ｎ２４
における電圧はハイレベルとなり、スイッチＳＷ３の制
御トランジスタＴｒ２２をＯＮ状態に切り換えることに
より、スイッチトランジスタＴｒ２１のゲートにローレ
ベルのゲート信号を印加してＯＦＦ動作させて、蓄電回
路ＣＳＣへの電力の供給を遮断して、蓄電回路ＣＳＣの
充電動作を停止する。これにより、電力保持部１２Ａ
（蓄電回路ＣＳＣ）における充電電圧が常時監視され
て、常時所定の電圧範囲内に収束するように蓄電回路Ｃ
ＳＣへの電力の保持（蓄積又は充電）状態が制御され
る。

【００７６】＜電圧変換部＞本実施形態に係る電力発生
部１０Ａに適用される電圧変換部１３は、上述したよう
な電力保持部１２における充電電圧Ｖ２を有する電力
を、図示を省略したデバイス（負荷）の駆動に適した一
定の出力電圧Ｖoutを有する電力（供給電力）に変換す
る電圧変換動作を行う。図９は、本実施形態に係る電力
発生部に適用される電圧変換部の構成例を示す回路ブロ
ック図であり、図１０は、本実施形態に係る電力発生部
に適用される電圧変換部の具体的な構成例を示す回路構
成図である。

【００７７】図９に示すように、本実施形態に係る電圧
変換部１３Ａは、上述した電力保持部１２における充電
電圧Ｖ２に基づいて、所定の駆動電圧Ｖddを生成する回
路駆動電圧生成回路ＣＤＶと、回路駆動電圧生成回路Ｃ
ＤＶにより生成された駆動電圧Ｖddに基づいて動作し、
電力保持部１２における充電電圧Ｖ２を低電位側電源で
ある接地電位ＧＮＤよりも高い一定電圧に変換して出力
電圧Ｖoutとして出力する、いわゆる、ＤＣ−ＤＣコン
バータの機能を有する定電圧生成回路ＤＣ／ＤＣと、を
備えて構成されている。

【００７８】電圧変換部１３Ａのより具体的な回路構成
は、例えば、図１０に示すように、回路駆動電圧生成回
路ＣＤＶとして、電力保持部１２における充電電圧Ｖ２
が供給される高電位側の接点Ｎ３１と接地電位ＧＮＤが
供給される低電位側の接点Ｎ３２（図７（ｂ）に示した
接点Ｎ１２と同一接点）との間に、直列に接続された分
圧抵抗Ｒ３１及びツェナーダイオードＤ３１と、分圧抵
抗Ｒ３１及びツェナーダイオードＤ３１間の接続接点Ｎ
３３と低電位側の接点Ｎ３２との間に接続されたコンデ
ンサＣ３１が設けられた構成を適用することができる。

【００７９】また、定電圧生成回路ＤＣ／ＤＣの回路構
成としては、例えば、図１０に示すように、高電位側の
接点Ｎ３１と出力電圧Ｖoutを出力する出力接点Ｎ３４
との間に、直列に接続されたスイッチトランジスタＴｒ
３１及びインダクタンスＬ３１と、接点Ｎ３１と接点Ｎ
３２との間に、直列に接続された抵抗素子Ｒ３２及びツ
ェナーダイオードＤ３２と、抵抗素子Ｒ３２及びツェナ
ーダイオードＤ３２間の接続接点Ｎ３５と接点Ｎ３２と
の間に接続されたコンデンサＣ３２と、＋側入力端が接
続接点Ｎ３５に接続され、−側入力端が出力接点Ｎ３４
に接続されたコンパレータＣＯＭと、一方の入力端にコ
ンパレータＣＯＭの出力端が接続され、他方の入力端に
発振器ＯＳＣが接続され、出力端がスイッチトランジス
タＴｒ３１のゲートに接続されたスイッチ制御用の論理
ゲートＡＮＤと、スイッチトランジスタＴｒ３１及びイ
ンダクタンスＬ３１間の接続接点Ｎ３６と接点Ｎ３２と
の間に接続されたダイオードＤ３３と、出力接点Ｎ３４
と接点Ｎ３２との間に接続されたコンデンサＣ３３が設
けられた構成を適用することができる。

【００８０】このような構成を有する電圧変換部１３Ａ
において、電力保持部１２における充電電圧Ｖ２が回路
駆動電圧生成回路ＣＤＶに印加されると、抵抗素子Ｒ３
１とツェナーダイオードＤ３１の分圧比及びコンデンサ
Ｃ３１の充電状態に応じて、接続接点Ｎ３３の電圧が決
定され、これが駆動電圧Ｖddとして定電圧生成回路ＤＣ
／ＤＣに供給される。ここで、駆動電圧Ｖddは、電力保
持部１２における充電電圧Ｖ２の電圧変化に関わらず、
低電位側電源である接地電位ＧＮＤに対して、略一定の
電圧が生成される。

【００８１】一方、定電圧生成回路ＤＣ／ＤＣにおいて
は、コンパレータＣＯＭにより出力接点Ｎ３４の出力電
圧Ｖoutと接続接点Ｎ３５において分圧生成される基準
電圧Ｖｓとの比較処理が行われて、出力電圧Ｖoutが基
準電圧Ｖｓよりも低いとき、論理ゲートＡＮＤの一方の
入力端にハイレベルの信号が入力されるとともに、他方
の入力端に発振器ＯＳＣから所定の周期及び信号波形を
有するパルス信号が入力されることにより、論理ゲート
ＡＮＤからスイッチトランジスタＴｒ３１のゲートにハ
イレベルのゲート信号が印加されて、スイッチトランジ
スタＴｒ３１が間欠的にＯＮ動作する。これにより、出
力接点Ｎ３４の電位（出力電圧Ｖout）が低下すると、
接点Ｎ３１側の充電電圧Ｖ２がスイッチトランジスタＴ
ｒ３１を介して間欠的に供給されることになり、略一定
の電位を有する出力電圧Ｖoutが生成、出力される。な
お、出力接点Ｎ３４と接点Ｎ３２との間にコンデンサＣ
３３が接続されていることにより、インダクタンスＬ３
１を介して供給される電荷が蓄積されるので、出力接点
Ｎ３４を介して出力される出力電圧Ｖoutがより一定に
制御される。

【００８２】＜電圧モニタ・制御部＞本実施形態に係る
電力発生部に適用される電圧モニタ・制御部１４は、上
述した電力保持部１２から電圧変換部１３に出力される
電圧（充電電圧Ｖ２）を検出して、所定の電圧値以下に
なったとき、各々所定のタイミングで、上述した起動制
御部１５に対して発電部１１を発電状態に移行（起動）
するための動作制御信号ＳＣ１を出力するとともに、上
述した電力保持部１２に対して発電部１１により生成さ
れた電力を保持（蓄積又は充電）するための動作制御信
号ＳＣ２を出力する動作制御を行う。

【００８３】ここで、電力保持部１２における充電電圧
（保持電力の電圧成分）を検出する具体的な回路として
は、例えば、上述した電力保持部１２を構成する電圧検
出回路（図８（ｂ）参照）に示したようなツェナーダイ
オードＤ２１、Ｄ２２及び分圧抵抗Ｒ２３、Ｒ２４の直
列接続からなる回路を良好に適用することができる。し
たがって、本実施形態においては、電圧モニタ・制御部
１４の電圧検出機能部分を電力保持部１２の電圧検出回
路ＶＭと兼用することもできる。なお、電圧モニタ・制
御部１４は、上記電圧検出機能のほかに、少なくとも、
動作制御信号ＳＣ１、ＳＣ２の出力タイミングや信号レ
ベル等を制御する信号制御機能を備えている。

【００８４】（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２０
Ａ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、電力発生部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電
力発生部１０Ａに取り込まれ、上述した出力制御部１６
により、所定の電圧を有する電力を発生するために必要
な量の発電用燃料ＦＬが、発電部１１に随時供給され
る。

【００８５】特に、電源システム１として、電力発生部
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が電力発生部１０Ａ
に結合された状態でのみ、電力発生部１０Ａに発電用燃
料ＦＬを供給する。この場合、燃料パック２０Ａは、電
力発生部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
介して電力発生部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を介して電力発生部１０Ａに供給
する。

【００８６】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、電力発生部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。なお、燃料漏出防止手段については、後
述する具体構成例において詳しく説明する。

【００８７】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、その全て或いは一
部が、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。

【００８８】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。

【００８９】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。

【００９０】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、上述した電力発生部１０Ａ
の発電部１１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、電力発生部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、発電用燃料ＦＬとして、発火性や燃焼性が高
い燃料を適用する場合にあっては、例えば、燃料パック
に、発電用燃料の封入状態を安定化させるための手段を
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。

【００９１】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。

【００９２】また、燃料パック２０Ａを電力発生部１０
Ａ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や電力発生部１
０Ａ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
電力発生部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。な
お、電力発生部１０Ａの発電部１１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、副生成物を回収して燃料パック２
０Ａ内部に保持するように構成することもできる。

【００９３】（Ｃ）Ｉ／Ｆ部３０ 本発明に係る電源システム適用可能なＩ／Ｆ部３０Ａ
は、図２に示したように、少なくとも、電力発生部１０
Ａ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、所定の状態で電力発生部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、電力発生部１０Ａと燃料パック２０
Ａ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、後述する具体的構成（図３４参照）におい
て示すように、上記燃料送出経路に加え、燃料パック２
０Ａに設けられた燃料漏出防止手段（燃料供給弁２４
Ａ）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、上述したように、電力発生部１０Ａの発電部１１に
おいて生成される副生成物を回収する構成を備えている
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。

【００９４】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）として電力発生部１０Ａ（発電部１１）に供給す
る。したがって、電力発生部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、常時電力発生部１
０Ａに供給可能な状態にあり、一方、電力発生部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２０
Ａが電力発生部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、電力発生部１０Ａに発電用燃料ＦＬが供給可能
な状態となる。

【００９５】＜第１の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１１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１２は、本実施形態に係る電源システムの初期動
作を示す動作概念図であり、図１３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
１４は、本実施形態に係る電源システムの起動後の状態
を示す動作概念図であり、図１５は、本実施形態に係る
電源システムの定常動作時の状態を示す動作概念図であ
る。ここでは、上述した電力発生部の構成（図３乃至図
１０）を適宜参照しつつ、動作を説明する。なお、図示
の都合上、起動制御部を構成するフィードバック電圧生
成保持回路を、図中、フィードバック部と略記する。

【００９６】本実施形態に係る構成を有する電源システ
ム１は、図１１に示すように、少なくとも、燃料パック
２０ＡをＩ／Ｆ部３０Ａを介して電力発生部１０Ａに結
合して、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料ＦＬ
を電力発生部１０Ａに供給可能な状態とする初期動作
（ステップＳ１０１）と、起動制御部１５から出力制御
部１６に起動電力を供給することにより、出力制御部１
６を動作させて、燃料パック２０Ａに封入された発電用
燃料ＦＬを発電部１１に供給して、所定の電力を生成
し、電力保持部１２及び起動制御部１５に供給する起動
動作（ステップＳ１０２〜Ｓ１１０）と、負荷の駆動状
態等に伴う電力保持部１２の保持電圧（充電電圧）の変
化に基づいて、発電部１１を発電状態又は発電停止状態
に適宜切り換え制御して、上記出力電圧を略一定の電圧
を有する出力電圧を出力する定常動作（ステップＳ１１
１）と、を実行するように制御される。

【００９７】以下、各動作について、図１２〜図１５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、電力保持部１２の蓄電回路
ＣＳＣ及び起動制御部１５の補助コンデンサＣ１１に全
く電荷が蓄積されていない状態（初期状態）の電力発生
部１０Ａに対して、Ｉ／Ｆ部３０Ａを介して燃料パック
２０Ａを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ＦＬ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出力
制御部１６に供給されて、図１２に示すように、発電部
１１Ａに供給可能な状態に保持される（ステップＳ１０
１）。なお、この状態では、起動制御部１５Ａから出力
制御部１６に起動電力が供給されていないので、発電部
１１Ａへの発電用燃料ＦＬの供給は遮断された状態にあ
る。

【００９８】（Ｂ）起動動作 次いで、上記初期状態からの起動動作においては、所定
の起動操作を行うことにより（ステップＳ１０２）、図
１３に示すように、電圧モニタ・制御部１４から動作制
御信号ＳＣ１、ＳＣ２を出力させて（ステップＳ１０
３）、起動制御部１５ＡのスイッチＳＷ１及び電力保持
部１２ＡのスイッチＳＷ３をＯＮ状態に切り換える。こ
れにより、起動制御部１５Ａに設けられた起動用電源部
ＰＷ１から出力制御部１６に対して、起動電力が供給さ
れることにより（ステップＳ１０４）、出力制御部１６
が動作して発電用燃料ＦＬが発電部１１Ａに供給されて
所定の電力が発生される（ステップＳ１０５）。

【００９９】ここで、発電部１１Ａにより発生された電
力は、図１４に示すように、電力保持部１２Ａに供給さ
れて蓄電回路ＣＳＣに保持（蓄積又は充電）され（ステ
ップＳ１０６）、電圧モニタ・制御部１４により、その
充電電圧が監視されるとともに、発電部１１Ａにより発
生された電力の一部が起動制御部１５Ａのフィードバッ
ク電圧生成保持回路（図中では、フィードバック部と表
記）ＦＶＨに供給されて、フィードバック電圧の生成、
スイッチＳＷ２のＯＦＦ状態への切り換え及び補助コン
デンサＣ１１の充電が行われる。これにより、発電部１
１Ａにおいて発生される電力が所定の電圧Ｖ１に達する
と、発電部１１Ａから出力される電力（電圧Ｖ１）に基
づいてフィードバック電圧が生成され、出力制御部１６
に対して発電動作継続用の電力として供給されるととも
に、起動用電源部ＰＷ１から出力制御部１６への起動電
力の供給が遮断される。

【０１００】なお、電力発生部１０Ａを初期状態から起
動させるための起動操作としては、上述したように、少
なくとも、起動制御部１５ＡのスイッチＳＷ１及び電力
保持部１２ＡのスイッチＳＷ３をＯＮ状態に切り換える
制御を行うものであればよく、例えば、本発明に係る電
源システムのユーザーが手動操作により図示を省略した
起動用のスイッチ等を操作することにより、電圧モニタ
・制御部１４を制御して強制的にローレベルの動作制御
信号ＳＣ１、ＳＣ２を出力するようにしてもよいし、あ
るいは、電力発生部１０Ａに燃料パック２０Ａを結合し
た瞬間にだけ、スイッチＳＷ１、ＳＷ２を強制的にＯＮ
状態に切り換えるような機構を備えるものであってもよ
い。

【０１０１】そして、発電部１１Ａにより発生された電
力により電力保持部１２Ａの蓄電回路ＣＳＣが充電され
て、その充電電圧がフル充電状態に対応する所定値に達
すると（ステップＳ１０７）、電圧モニタ・制御部１４
によりハイレベルの動作制御信号ＳＣ１、ＳＣ２が起動
制御部１５Ａ及び電力保持部１２Ａに出力されて（ステ
ップＳ１０８）、スイッチＳＷ１、ＳＷ３がＯＦＦ状態
に切り換え制御される。これにより、出力制御部１６へ
の発電動作継続用の電力の供給が遮断されて（ステップ
Ｓ１０９）、発電部１１Ａにおける発電動作が停止され
る（ステップＳ１１０）とともに、電力保持部１２Ａへ
の電力の供給が遮断されて、蓄電回路ＣＳＣにおける充
電動作が停止され、初期状態から定常状態への移行（起
動）が完了する。このとき、電源システムがデバイスＤ
ＶＣに装着されている場合には、蓄電回路ＣＳＣの充電
電圧Ｖ２に応じた電力が、電圧変換部１３Ａにより電圧
変換されて、一定の出力電圧Ｖoutを有する供給電力と
して、デバイスＤＶＣのコントローラＣＮＴ（又は、コ
ントローラＣＮＴ及び負荷ＬＤ）に供給される。また、
蓄電回路ＣＳＣの充電電圧Ｖ２は、電圧モニタ・制御部
１４により常時監視される（ステップＳ１１１）。

【０１０２】（Ｃ）定常動作 次いで、定常動作においては、図１５に示すように、例
えば、デバイスＤＶＣにおける負荷ＬＤの駆動を継続等
することにより、電力保持部１２の蓄電回路ＣＳＣにお
ける充電電圧が、所定の電圧範囲の下限しきい値以下に
まで低下した場合には、該充電電圧の低下を電圧モニタ
・制御部１４により検出して、ローレベルの動作制御信
号ＳＣ１を起動制御部１５Ａに出力してスイッチＳＷ１
をＯＮ状態に切り換えて、発電部１１Ａを待機状態から
再度発電状態に移行（再起動）させるとともに、ローレ
ベルの動作制御信号ＳＣ２を電力保持部に出力してスイ
ッチＳＷ２をＯＮ状態に切り換えて、発電部１１Ａによ
り生成、出力される電力を蓄電回路ＣＳＣに充電（再充
電）させる制御を行う。一方、蓄電回路ＣＳＣの充電電
圧が所定の電圧範囲にある場合には、蓄電回路ＣＳＣに
所定の供給電力に対応する電荷が蓄積されていると判断
して、発電部１１Ａを発電動作させることなく、蓄電回
路ＣＳＣに蓄積された電荷を放電する動作のみを行っ
て、デバイスＤＶＣに所定の供給電力を継続して供給す
る。

【０１０３】なお、この再起動動作においては、前回の
起動動作において起動制御部１５Ａのフィードバック電
圧生成保持回路ＦＶＨを構成する補助コンデンサＣ１１
に発電部１１Ａにより発生された電力（電圧Ｖ１）に基
づいて所定の電圧が充電され、該充電電圧が起動用電源
部ＰＷ１の電圧Ｖbat相当もしくはそれ以上の場合に
は、補助コンデンサＣ１１の充電電圧に基づく起動電力
が出力制御部１６に供給される。一方、該充電電圧が起
動用電源部ＰＷ１の電圧Ｖbat未満の場合には、起動用
電源部ＰＷ１による電圧Ｖbatに基づく起動電力が出力
制御部１６に供給されるように、起動制御部１５Ａ内の
スイッチＳＷ２が切り換え制御される。このような再起
動動作は、燃料パック２０Ａに封入された発電用燃料Ｆ
Ｌを使い切って、新たな燃料パックに交換した場合であ
っても同様に実行される。これによれば、起動用電源部
ＰＷ１から供給される起動電力を用いた起動動作が、実
質的に初期状態からの最初の起動動作においてのみ実行
され、その後の再起動動作においては、補助コンデンサ
Ｃ１１に充電された電圧に基づく電力を起動電力として
利用することができるので、起動制御部１５に設けられ
る起動用電源部ＰＷ１を比較的小型で電池容量の小さい
一次電池等の電源手段により構成することができる。

【０１０４】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、燃料パックに発電用燃料が残存している
間は、初期状態からの起動動作後、電力保持部における
保持電力（充電状態）に応じて、発電部の発電、停止動
作、及び、電力保持部の充電、充電停止動作を適宜繰り
返すことにより、略一定の電力をデバイスに出力するこ
とができるので、汎用の化学電池と略同等の電気的特性
を有する電源システムを実現して既存の負荷（デバイ
ス）を良好に駆動させることができるとともに、発電部
を継続的に発電動作させる構成を有する電源システムに
比較して、発電用燃料の浪費を大幅に抑制して、より効
率的なエネルギー資源の利用を図ることができる。した
がって、汎用の化学電池との互換性を確保しつつ、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。また、この場合、発電部の発電、停止動
作、及び、電力保持部の充電、充電停止動作は、発電部
への発電用燃料の供給状態を制御するスイッチや電力保
持部への電力の供給状態を制御するスイッチを、単にＯ
Ｎ、ＯＦＦする簡易な信号制御方法により実現すること
ができるので、電力発生部の装置構成を簡素化して、装
置規模の小型化や製品コストの低減を図ることができ
る。

【０１０５】また、本実施形態に係る電源システムによ
れば、発電部により生成された電力を電力保持部に一旦
蓄積した後、デバイス（負荷）に供給する構成を有して
いるので、電源システムに接続される負荷の駆動状態の
急激な変動に対して、比較的安定した電力を供給するこ
とができる。また、仮に燃料パックの発電用燃料を使い
切り、発電部における発電動作が行われない状態になっ
た場合であっても、電力保持部に蓄積された電力をしば
らくの間、継続的に出力することができるので、燃料パ
ックの着脱交換作業中においても、デバイスの駆動状態
を維持することができる。さらに、電力保持部を構成す
る蓄電回路として、例えば、電気二重層コンデンサを適
用することにより、電荷蓄積手段として二次電池等を適
用する場合に比較して、装置重量を大幅に軽量化するこ
とができる。

【０１０６】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、電力発生部を、例えば、マイ
クロマシン製造技術を適用してモジュール化し、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、例え
ば、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手段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の向上を図るこ
とができる。

【０１０７】［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電力発生部の第２の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。図１６は、本発明に
係る電源システムに適用される電力発生部の第２の実施
形態を示すブロック図である。また、図１７は、本実施
形態に係る電力発生部に適用される起動制御部の構成例
を示す回路ブロック図であり、図１８は、本実施形態に
係る起動制御部の具体的な構成例を示す回路構成図であ
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。

【０１０８】上述した第１の実施形態に係る電力発生部
１０Ａにおいては、起動制御部１５を構成する起動用電
源部ＰＷ１として、外部からの電力供給を必要としない
一次電池等の電源手段を備えた構成を適用した場合につ
いて説明したが、本実施形態に係る電力発生部において
は、図１６に示すように、起動制御部１５に、電力発生
部１０Ｂの外部から供給される電力（外部供給電力）に
より充電が可能な電荷蓄積手段を備えた構成を有してい
る。

【０１０９】すなわち、図１７に示すように、本実施形
態に適用される起動制御部１５Ｂは、具体的には、上述
した第１の実施形態に示した起動制御部１５Ａ（図７参
照）と同等の構成を有するフィードバック電圧生成保持
回路ＦＶＨと、スイッチＳＷ１、ＳＷ２に加え、コンデ
ンサからなる起動用電源部ＰＷ２と、該起動用電源部Ｐ
Ｗ２に外部電源から供給される電力を充電するための充
電制御回路ＰＣ１と、を備えた構成を有している。

【０１１０】起動用電源部ＰＷ２及び充電制御回路ＰＣ
１の具体的な回路構成としては、図１８に示すように、
外部電源からの電力（電圧Ｖch）が供給される入力接点
Ｎ４１と接地電位ＧＮＤが供給される接点Ｎ４２（図７
に示した接点Ｎ１２と同一接点）との間に、直列に接続
された電流制限抵抗Ｒ４１、スイッチトランジスタＴｒ
４１及び起動用電源部ＰＷ２を構成する起動用コンデン
サＣ４１、Ｃ４２と、スイッチトランジスタＴｒ４１の
ゲートと入力接点Ｎ４１との間に接続された電圧検出抵
抗Ｒ４２と、スイッチトランジスタＴｒ４１及び起動用
コンデンサＣ４１間の接続接点Ｎ４３と低電位側の接点
Ｎ４２との間に、直列に接続されたツェナーダイオード
Ｄ４１、Ｄ４２及び分圧抵抗Ｒ４３、Ｒ４４と、スイッ
チトランジスタＴｒ４１のゲートと低電位側の接点Ｎ４
２との間に接続された制御トランジスタＴｒ４２が設け
られた構成を適用することができる。

【０１１１】ここで、制御トランジスタＴｒ４２のゲー
トには、分圧抵抗Ｒ４３及びＲ４４の接続接点Ｎ４４に
おける分圧電圧が供給される。また、接続接点Ｎ４３は
スイッチＳＷ２の一端側に接続されて、起動用コンデン
サＣ４１、Ｃ４２の充電電圧（電圧Ｖbat相当）に基づ
く電力が起動電力として供給される。すなわち、充電制
御回路ＰＣ１は、電流制限抵抗Ｒ４１、スイッチトラン
ジスタＴｒ４１、電圧検出抵抗Ｒ４２、制御トランジス
タＴｒ４２により実現されるスイッチング機能と、ツェ
ナーダイオードＤ４１、Ｄ４２、分圧抵抗Ｒ４３、Ｒ４
４により実現される電圧検出機能とを備えた構成を有し
ている。

【０１１２】次いで、上述したような構成を有する電源
システムの主要な動作について、図面を参照して説明す
る。図１９は、本実施形態に係る電源システムの初期動
作を示す動作概念図であり、図２０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る。こ
こで、上述した第１の実施形態と同等の動作について
は、その説明を簡略化又は省略する。

【０１１３】本実施形態形態に係る電源システムの初期
動作は、図１９に示すように、起動制御部において、ま
ず、電力発生部１０Ｂの初期状態からの起動動作、すな
わち、電源システムのユーザーによる起動用スイッチの
操作や、電力発生部１０Ｂへの燃料パックの結合等に先
立って、電源システムの外部に設けられた外部電源、例
えば、一般の商用電源や市販の乾電池類等から供給され
る所定の電力（電圧Ｖch）に基づいて、充電制御回路Ｐ
Ｃ１により起動用電源部ＰＷ２を構成する起動用コンデ
ンサＣ４１、Ｃ４２に起動電力に相当する電力を充電す
る動作を行う。これにより、図２０に示すように、発電
部１１Ｂを起動させるためにスイッチＳＷ１にローレベ
ルの動作制御信号ＳＣ１が出力された際に、起動用コン
デンサＣ４１、Ｃ４２の充電電圧（接続接点Ｎ４３の電
圧）に基づく起動電力が、スイッチＳＷ２及びＳＷ１を
介して出力制御部１６に供給される。したがって、本実
施形態においては、電力発生部１０Ｂの起動用電源とし
て一次電池等の電源手段を備える必要がないので、起動
用電源部の電池寿命を考慮することなく、長期にわたっ
て電力発生部を利用することができる。

【０１１４】なお、発電部１１Ｂを再起動する場合にお
いては、上述した第１の実施形態と同様に、フィードバ
ック電圧生成保持回路ＦＶＨの補助コンデンサＣ１１に
おける充電電圧が起動電力の電圧（Ｖbat）相当もしく
はそれ以上の場合には、補助コンデンサＣ１１の充電電
圧に基づく電力が起動電力として出力制御部１６に供給
され、該充電電圧が起動電力の電圧未満の場合には、起
動用電源部ＰＷ２の起動用コンデンサＣ４１、Ｃ４２の
充電電圧に基づく電力が起動電力として出力制御部１６
に供給される。

【０１１５】［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電力発生部の第３の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。図２１は、本実施形
態に係る電源システムに適用される電力発生部の第３の
実施形態に適用される起動制御部の構成例を示す回路構
成図である。ここで、上述した第１の実施形態及び第２
の実施形態の構成例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。上述した
第２の実施形態の構成例（図１７、図１８参照）に係る
起動制御部１５Ｂにおいては、起動用電源部ＰＷ２とし
て、外部から供給される電力により充電される起動用コ
ンデンサＣ４１、Ｃ４２を備えた構成を適用した場合に
ついて説明したが、本構成例に係る電力発生部に適用さ
れる起動制御部においては、該上記起動用コンデンサＣ
４１、Ｃ４２と、上述した第１の実施形態において示し
たフィードバック電圧生成保持回路ＦＶＨに備えられた
補助コンデンサＣ１１（図７（ｂ）参照）とを兼用した
構成を有する電荷蓄積手段を備えている。

【０１１６】すなわち、図２１（ａ）に示すように、本
構成例に適用される起動制御部１５Ｃは、上述した第１
の実施形態及び第２の実施形態の一構成例に示した起動
制御部（図７、図１８参照）と同等の構成を有するスイ
ッチＳＷ１及び充電制御回路ＰＣ１に加え、起動電力及
び発電動作継続用の電力を供給するための共通（単一）
の電荷蓄積手段を具備したフィードバック電圧生成保持
回路ＦＶＨと、を備えた構成を有している。

【０１１７】本構成例に係るフィードバック電圧生成保
持回路ＦＶＨの具体的な回路構成としては、例えば、図
２１（ｂ）に示すように、発電部１１により発電された
電力（電圧Ｖ１）が供給される高電位側の接点Ｎ１１と
接地電位ＧＮＤが供給される低電位側の接点Ｎ１２との
間に、直列に接続された抵抗Ｒ５１及び共用コンデンサ
Ｃ５１、Ｃ５２と、抵抗Ｒ５１及び共用コンデンサ（補
助電力保持部）Ｃ５１間の接続接点Ｎ５１と低電位側の
接点Ｎ１２との間に、直列に接続されたツェナーダイオ
ードＤ５１、Ｄ５２と、接続接点Ｎ５１とスイッチＳＷ
１の一端側の接点Ｎ１４との間に接続されたダイオード
Ｄ５３が設けられた構成を適用することができる。

【０１１８】また、充電制御回路ＰＣ１としては、例え
ば、図２１（ｂ）に示すように、上記第２の実施形態の
構成例と略同等に、外部電源からの電力（電圧Ｖch）が
供給される入力接点Ｎ４１と低電位側の接点Ｎ４２との
間に、直列に接続された電流制限抵抗Ｒ４１、スイッチ
トランジスタＴｒ４１、ツェナーダイオードＤ４３及び
分圧抵抗Ｒ４３、Ｒ４４と、スイッチトランジスタＴｒ
４１のゲートと入力接点Ｎ４１との間に接続された電圧
検出抵抗Ｒ４２と、スイッチトランジスタＴｒ４１のゲ
ートと低電位側の接点Ｎ１２との間に接続された制御ト
ランジスタＴｒ４２が設けられた構成を適用することが
できる。

【０１１９】ここで、制御トランジスタＴｒ４２のゲー
トには、分圧抵抗Ｒ４３及びＲ４４の接続接点Ｎ４４に
おける分圧電圧が供給される。また、スイッチトランジ
スタＴｒ４１及びツェナーダイオードＤ４３間の接続接
点Ｎ４３は、上記フィードバック電圧生成保持回路ＦＶ
Ｈの接続接点Ｎ５１に接続されて、共用コンデンサＣ５
１、Ｃ５２には、発電部１１から供給される電力（電圧
Ｖ１）に基づいてフィードバック電圧生成保持回路ＦＶ
Ｈにより生成される接続接点Ｎ５１の電圧（フィードバ
ック電圧）、又は、外部電源から供給される電力（電圧
Ｖch）に基づく接続接点Ｎ４３の電圧のいずれかが印加
されて充電が行われる。

【０１２０】次いで、上述したような構成を有する電源
システムの主要な動作について、図面を参照して説明す
る。図２２は、本実施形態に係る電源システムの初期動
作を示す動作概念図であり、図２３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る。こ
こで、上述した第１又は第２の実施形態と同等の動作に
ついては、その説明を簡略化又は省略する。

【０１２１】本実施形態形態に係る電源システムの初期
動作は、図２２に示すように、起動制御部において、ま
ず、電力発生部１０Ｃの初期状態からの起動動作に先立
って、電源システムの外部に設けられた外部電源から供
給される所定の電力（電圧Ｖch）に基づいて、充電制御
回路ＰＣ１によりフィードバック電圧生成保持回路ＦＶ
Ｈに設けられた共用コンデンサＣ５１、Ｃ５２に起動電
力に相当する電力を充電する動作を行う。これにより、
図２３に示すように、発電部１１を起動させるためにス
イッチＳＷ１にローレベルの動作制御信号ＳＣ１が出力
された際に、共用コンデンサＣ５１、Ｃ５２の充電電圧
（接続接点Ｎ５１の電圧）に基づく起動電力が、スイッ
チＳＷ１を介して出力制御部１６に供給される。したが
って、本実施形態においては、電力発生部の起動用電源
として一次電池等の電源手段を備える必要がないので、
起動用電源の電池寿命を考慮することなく、長期にわた
って電力発生部を利用することができるとともに、スイ
ッチＳＷ２等の構成を省略することにより、電力発生部
の回路構成を簡素化して、装置規模の小型化を図ること
ができる。

【０１２２】なお、本実施形態において、発電部を再起
動する場合には、フィードバック電圧生成保持回路ＦＶ
Ｈの共用コンデンサＣ５１、Ｃ５２の充電電圧に基づく
起動電力が出力制御部１６に一義的に供給される。ここ
で、該充電電圧が起動電力相当の電圧Ｖbat未満の場合
には、出力制御部及び発電部の起動動作が行われない
が、このような場合には、電源システムのユーザーは、
入力接点Ｎ４１を介して外部電源から電力（電圧Ｖch）
を供給して、共用コンデンサＣ５１、Ｃ５２を充電する
ことにより、電力発生部を正常に動作させることができ
る。

【０１２３】［第４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電力発生部の第４の実施形態に
ついて、図面を参照して説明する。図２４は、本発明に
係る電源システムに適用される電力発生部の第４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又
は第２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。

【０１２４】上述した第２及び第３の実施形態（図１
７、図２１参照）においては、起動制御部を構成する起
動用電源部として、電力発生部の外部から供給される電
力（外部供給電力）により充電が可能な電荷蓄積手段
（コンデンサＣ４１、Ｃ４２又はＣ５１、Ｃ５２）を備
えた構成を適用した場合について説明したが、図２４に
示すように、本実施形態に係る電力発生部１０Ｄにおい
ては、電力保持部１２に保持された電力の一部を、起動
制御部１５を介して、出力制御部１６に起動電力として
供給する構成を有している。

【０１２５】すなわち、本実施形態に適用される電力保
持部１２Ｄは、具体的には、後述する図２５に示すよう
に、図８に示した電力保持部１２Ａと同等の回路構成
（スイッチＳＷ３、蓄電回路ＣＳＣ、電圧検出回路Ｖ
Ｍ;なお、図２５では電圧検出回路ＶＭを省略）に加
え、図１８に示した充電制御回路ＰＣ１と同等の回路構
成を有する充電制御部ＰＣ２が蓄電回路ＣＳＣに付設さ
れた構成を有し、該充電制御部ＰＣ２を介して、電力発
生部１０Ｄの外部から供給される電力を、起動制御部１
５Ｄに起動電力として供給するように構成されている。

【０１２６】次に、上述したような構成を有する電源シ
ステムの主要な動作について、図面を参照して説明す
る。図２５は、本実施形態に係る電源システムの初期動
作を示す動作概念図であり、図２６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る。こ
こで、上述した第１又は第２の実施形態と同等の動作に
ついては、その説明を簡略化又は省略する。

【０１２７】本実施形態形態に係る電源システムの初期
動作は、図２５に示すように、起動制御部において、ま
ず、電力発生部１０Ｄの初期状態からの起動動作に先立
って、電源システムの外部に設けられた外部電源から供
給される所定の電力（電圧Ｖch）に基づいて、充電制御
部ＰＣ２により電力保持部１２Ｄを構成する蓄電回路Ｃ
ＳＣ（具体的には、図８（ｂ）に示したコンデンサＣ２
１、Ｃ２２）に、少なくとも起動電力に相当する電力を
充電する動作を行う。これにより、図２６に示すよう
に、発電部１１Ｄを起動させるためにスイッチＳＷ１に
ローレベルの動作制御信号ＳＣ１が出力された際に、電
力保持部１２Ｄの蓄電回路ＣＳＣの充電電圧に基づく起
動電力が、スイッチＳＷ２及びＳＷ１を介して出力制御
部１６に供給される。したがって、本実施形態において
も上述した実施形態と同様に、電力発生部の起動用電源
として一次電池等の電源手段を備える必要がないので、
起動用電源の電池寿命を考慮することなく、長期にわた
って電力発生部を利用することができるとともに、電力
発生部の回路構成を簡素化して、装置規模の小型化を図
ることができる。

【０１２８】なお、発電部を再起動する場合において
は、上述した第１の実施形態と同様に、フィードバック
電圧生成保持回路ＦＶＨの補助コンデンサＣ１１（図７
（ｂ）参照）における充電電圧が起動電力の電圧Ｖbat
相当もしくはそれ以上の場合には、補助コンデンサＣ１
１の充電電圧に基づく起動電力が出力制御部１６に供給
され、該充電電圧が起動電力相当の電圧Ｖbat未満の場
合には、電力保持部１２ＤのコンデンサＣ２１、Ｃ２２
（図８（ｂ）参照）の充電電圧に基づく起動電力が出力
制御部１６に供給される。ここで、電力保持部１２Ｄの
コンデンサＣ２１、Ｃ２２の充電電圧が上記起動電力相
当の電圧Ｖbat未満の場合には、出力制御部１６及び発
電部１１の起動動作が行われないが、このような場合に
は、電源システムのユーザーは、外部電源から所定の電
力を供給して、コンデンサＣ２１、Ｃ２２を充電するこ
とにより、電力発生部を正常に動作させることができ
る。

【０１２９】なお、上述した第１乃至第４の実施形態に
おいては、電力保持部１２Ａ〜１２Ｄに適用される蓄電
回路ＣＳＣとして、電気二重層コンデンサ等の電荷蓄積
手段を直列に複数個、固定的に接続した構成のみを示し
たが、本発明はこれに限定されるものではなく、他の構
成を有する電荷蓄積手段を備えるものであってもよい。
図２７は、上述した本発明に係る電源システムに適用さ
れる電力発生部の第１乃至第４の実施形態の電力保持部
に適用可能な他の具体構成例を示す回路構成図である。

【０１３０】図２７に示すように、本構成例に係る電力
保持部１２Ｅの具体的な回路構成は、例えば、蓄電回路
ＣＳＣとして、高電位側の接点Ｎ６１と低電位側の接点
Ｎ６２との間に、接点Ｎ６３〜Ｎ６８を介して順次直列
に接続されたコンデンサＣ１０１、切換スイッチＳＷ１
０１、コンデンサＣ１０２、切換スイッチＳＷ１０２、
コンデンサＣ１０３、切換スイッチＳＷ１０３、コンデ
ンサＣ１０４と、接点Ｎ６１と接点Ｎ６４の間、接点Ｎ
６１と接点Ｎ６６の間、接点Ｎ６１と接点Ｎ６８の間
に、各々接続された切換スイッチＳＷ１０４〜１０６
と、接点Ｎ６２と接点Ｎ６３の間、接点Ｎ６２と接点Ｎ
６５の間、接点Ｎ６２と接点Ｎ６７の間に、各々接続さ
れた切換スイッチＳＷ１０７〜１０９と、を備えた回路
構成（いわゆる、コンデンサバンク）を良好に適用する
ことができる。

【０１３１】ここで、上記切換スイッチＳＷ１０１〜Ｓ
Ｗ１０３及びＳＷ１０４〜ＳＷ１０９は、各々、上述し
た第１の実施形態と同等の回路構成（図８参照）を有す
る電圧検出回路ＶＭ（又は、図示を省略した電圧モニタ
・制御部１４）から出力される動作制御信号ＳＣ２の非
反転信号ＳＣ２Ａ及び反転信号ＳＣ２Ｒに基づいて、相
互に逆のタイミングで一斉にＯＮ、ＯＦＦ状態に設定さ
れるように切り換え制御される。

【０１３２】このような構成を有する電力保持部１２Ｅ
において、電圧検出回路ＶＭから出力される動作制御信
号ＳＣ２の非反転信号ＳＣ２Ａ及び反転信号ＳＣ２Ｒに
基づいて、切換スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０３をＯＮ
状態に、また、切換スイッチＳＷ１０４〜ＳＷ１０９を
ＯＦＦ状態に切り換え制御して、コンデンサＣ１０１〜
Ｃ１０４相互を、接点Ｎ６１及びＮ６２間に直列に接続
された状態に設定するとともに、スイッチＳＷ３をＯＮ
状態に設定することにより、発電部１１により発生され
る電力（電圧Ｖ１）に基づく電荷を、直列接続されたコ
ンデンサＣ１０１〜Ｃ１０４に充電する充電動作を行
う。

【０１３３】一方、切換スイッチＳＷ１０１〜ＳＷ１０
３をＯＦＦ状態に、また、切換スイッチＳＷ１０４〜Ｓ
Ｗ１０９をＯＮ状態に切り換え制御して、コンデンサＣ
１０１〜Ｃ１０４相互を、入力接点Ｎ２１及び接点Ｎ２
２間に並列に接続された状態に設定するとともに、スイ
ッチＳＷ３をＯＦＦ状態に設定することにより、コンデ
ンサＣ１０１〜Ｃ１０４に充電された電荷に応じた電力
を出力（放電）する放電動作を行う。

【０１３４】このように、ｍ個（本構成例においては、
ｍ＝４）のコンデンサを直列接続状態に切り換えて充電
動作を行うことにより、蓄電回路ＣＳＣを単一のコンデ
ンサにより構成する場合に比べて、蓄電回路ＣＳＣを構
成するコンデンサの容量値を１／ｍ2（本構成例におい
ては、１／１６）倍に低減することができるので、コン
デンサの接続個数に応じて、発電部１１から出力される
電力の電流成分（充電電流）を１／ｍ（＝１／４）倍に
低減、もしくは、充電電流を一定とした場合には、充電
時間を１／ｍ（＝１／４）に短縮することができる。一
方、これらのコンデンサＣ１０１〜Ｃ１０４を並列接続
状態に切り換えて放電動作を行い、上述した電圧変換部
を介して、デバイスに供給電力として出力することによ
り、蓄電回路ＣＳＣを構成するコンデンサの容量値を、
各接続されたコンデンサＣ１０１〜Ｃ１０４の容量値の
総和に増大して負荷駆動能力を向上させることができ
る。

【０１３５】＜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２８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２９
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。

【０１３６】上述したような構成を有する電源システム
において、電力発生部１０をモジュール化して構成し
（以下、モジュール化した電力発生部を「発電モジュー
ル」と記す）、燃料パック２０をＩ／Ｆ部３０を介して
該発電モジュールに結合した状態、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２８
に示すように、ＪＩＳ規格や国際的な標準の規格に則っ
た汎用の化学電池に多用されている各種の円形電池４
１、４２、４３や、特殊形状の電池（非円形電池）４
４、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（電力発生部１０）の
発電部１１により生成される電力が、図２８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。

【０１３７】ここで、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（電力発生部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して
形成することができ、また、発電モジュールの発電部１
１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
することができるとともに、既存の乾電池の外形形状及
び寸法、並びに、電気的特性と互換性を有する電源シス
テムを良好に実現することができる。具体的には、例え
ば、発電モジュール（電力発生部１０）の上部に正極の
端子を配置し、燃料パック２０側に負極の端子を配置
し、燃料パック２０と発電モジュールが結合した状態
で、例えば、燃料電池本体１１０（図４参照）の燃料極
１１１が負極端子に、また、空気極１１２が正極端子
に、配線等を介して各々電気的に接続された構成を適用
する。なお、上述した燃料電池以外の発電手段を適用し
た発電部においては、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適用する。

【０１３８】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２８
（ａ））や、腕時計等に利用されるボタン型（図２８
（ｂ））、カメラや電子手帳等に利用されるコイン型
（図２８（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２８（ｄ））や、携帯音響機器等の小型軽量化
に対応した角形（図２８（ｅ））、ノート型パーソナル
コンピュータや携帯電話等の薄型大容量化や充電制御機
能に対応した電極構造を備えた平型（図２８（ｆ））等
の外形形状を有している。

【０１３９】したがって、本実施形態に係る電源システ
ムにおいて、図２８に示した既存の電池形状を良好に適
用することができ、例えば、図２９（ａ）、（ｂ）に示
すように、燃料パック２０を発電モジュール１０Ｍ（電
力発生部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２９（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。

【０１４０】なお、図２９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過ぎず、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１０Ｍ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。また、
図２８、図２９に示した外形形状はいずれも、日本国内
の規格に則って単独で、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。

【０１４１】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（電力
発生部）及び燃料パックの着脱構造と、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３０（ａ）〜図３０
（ｄ）及び図３０（ｅ）〜図３０（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３１は、本実施
例に係る電源システムにおける電力発生部（発電モジュ
ール）を備えたホルダー部と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。

【０１４２】図３０（ａ）〜図３０（ｄ）及び図３０
（ｅ）〜図３０（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（上述した実施形態における燃料パック２
０に相当）と、該燃料パックが着脱可能に構成され、電
力発生部１０Ｘ及びＩ／Ｆ部３０として機能するホルダ
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、図３０（ａ）〜図３０（ｄ）に示すよう
に、発電用燃料ＦＬを封入する透明の分解性高分子ケー
スであって、未使用の場合、バクテリア等の分解要因か
ら保護するパッケージ５３によりケース（燃料パック５
１）の周囲全体を被覆、密封した状態で市場に流通させ
るものであってもよい。そして、燃料パック５１をホル
ダー部５２に結合する際には、図３１（ａ）に示すよう
に、燃料パック５１からパッケージ５３を剥がせばよ
い。また、燃料パック５１を透明なケースで構成すると
ともに、図３０（ａ）に示すように、その側面に指標５
１ｃを設けた構成を適用することにより、燃料パック５
１内に残存する発電用燃料の量を視覚的に確認すること
ができる。

【０１４３】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電力発生部１０Ｘ及びＩ／
Ｆ部３０が収納され、正極端子ＥＬ（＋）が設けられた
ホルダー主要部５２ａと、負極端子ＥＬ（−）が設けら
れた対向部５２ｂと、ホルダー主要部５２ａと対向部５
２ｂを連結するとともに、ホルダー主要部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、ホルダー主要部５２
ａ、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。また、ホルダー部５２は、対向部５２
ｂ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の孔及び電力発生部
１０Ｘの副生成物供給経路１７ａ（後述する図３４参
照）を連結する副生成物回収経路５２ｅと、を備えてい
る。なお、ホルダー部５２の連結部５２ｃには、図３０
（ｅ）に示すように、図３０（ａ）に示した燃料パック
５１の指標５１ｃに代えて、又は、指標５１ｃと併設し
て指標５２ｈが刻まれた構成を適用することができる。
これにより、ホルダー部５２に燃料パック５１を結合し
た際に、発電用燃料の残量がどれだけあるかを視覚的に
確認することができる。この場合、連結部５２ｃは不透
明である方が指標５２ｈを視認しやすい。

【０１４４】このような構成を有する電源システムにお
いて、図３１（ａ）に示すように、ホルダー主要部５２
ａ、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、パッケージ５３を剥がした燃料パッ
ク５１の燃料供給弁２４Ａ（後述する図３４参照）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Ｐ２）、
図３１（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（後述する図３４参照）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５２
ｇ内及び燃料送出管５２ｆ内での表面張力により自動的
に搬送されて電力発生部１０Ｘに供給される。

【０１４５】なお、図３１（ｃ）に示すように、燃料パ
ック５１をホルダー部５２に結合した未使用の電源シス
テムの周囲をバクテリア等の分解要因から保護するパッ
ケージ５４でケースの周囲全体を被覆、密封した状態で
市場に流通させるようにしてもよい。この場合、デバイ
ス等の電源として利用する際にパッケージ５４を剥がし
て装着する。また、電力発生部１０Ｘに適用される発電
部として、燃料電池等のように燃料パック５１の発電用
燃料と大気を構成する成分（酸素等）が反応して発電を
行う発電手段を適用した構成にあっては、パッケージ５
４により酸素を吸入するための通気孔１１０ａ（後述す
る図３４参照）を被覆することにより、電源システムの
未使用時や誤動作等における不要な発電に伴う発電用燃
料の消費を防止し、デバイスへの装着の際にパッケージ
５４を剥がすことにより、初めて発電動作が可能な状態
に移行するように電力発生部１０Ｘの動作状態を制御す
ることができる。

【０１４６】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２８（ａ）、図２９（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がホル
ダー主要部５２ａ側のＩ／Ｆ部に設けられた燃料送出経
路（図示を省略）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。

【０１４７】具体的には、図３１（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２
４Ｂ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、副生成物が、副生
成物回収経路５２ｅを介して、燃料パック５１内に設け
られた副生成物回収用の所定の空間に回収、保持され
る。

【０１４８】これにより、燃料パックに封入された発電
用燃料が電力発生部１０Ｘの発電部１１に供給可能な状
態となり、上述した全体動作（図１１参照）において説
明したように、電力保持部１２の充電電圧の変化に応じ
て起動制御部１５から出力制御部１６に起動電力が供給
されて、発電部１１において、所定の電力が発生され
て、電力保持部１２に充電されるとともに、起動制御部
１５にフィードバック電圧の生成のための電力として供
給される。また、本実施例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、発電部１１に
より発生され、電力保持部１２に保持された電力が、ホ
ルダー主要部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を
駆動するための電力（供給電力）として出力される（初
期動作）。

【０１４９】したがって、本発明に係る電源システム
は、周知の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、動作電源として適用することができ
る。

【０１５０】特に、本実施例に係る電源システムにおい
て、電力発生部として燃料電池を備えた構成を適用し、
かつ、ホルダー主要部５２ａ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の対向する両側面部を把持しながらホル
ダー部５２に容易に装着することができ、また、２つの
開口部の一方から燃料パック５１を押すことによって２
つの開口部の他方から燃料パック５１が押し出されるの
で、燃料パック５１の取り外しを簡易かつ確実に行うこ
とができる。

【０１５１】（着脱構造の第２の実施例）図３２（ａ）
〜図３２（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３２
（ｄ）〜図３２（ｆ）は、それぞれ本実施例に係る電源
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３３は、本実施
例に係る電源システムにおける電力発生部を備えたホル
ダー部と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。

【０１５２】図３２（ａ）〜図３２（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透明な燃料パック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。電力発生部１０Ｘ及び
Ｉ／Ｆ部３０として機能するホルダー部７２は、大別し
て、電力発生部１０Ｘが収納され、同一端面に正極端子
ＥＬ（＋）及び負極端子ＥＬ（−）が設けられたホルダ
ー主要部７２ａと、ホルダー主要部７２ａとの間に空間
ＳＰ２を有するように設けられた上部カバー７２ｂと、
空間ＳＰ２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ＳＰ２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。

【０１５３】このような構成を有する電源システムにお
いて、図３３（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ＳＰ２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３３（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ＳＰ２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をホル
ダー主要部７２ａ側のＩ／Ｆ部に設けられた燃料送出経
路（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、ホル
ダー主要部７２ａに内蔵された電力発生部１０Ｘに供給
される。

【０１５４】ここで、電源システムは、燃料パック７１
が空間ＳＰ２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２８（ｄ）〜（ｇ）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。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、電力発生部に適用する発電手段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。

【０１５５】（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３４は、本発明に係る電源システム全体の具体構
成例を示す要部概略構成図である。また、図３５は、本
具体構成例に適用される燃料改質部の構成例を示す概略
図である。ここでは、電力発生部（発電モジュール）に
設けられる発電部１１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。

【０１５６】図３４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、電力発生部
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２８（ａ）又は図２９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、電力発生部１０）が、マイク
ロマシン製造技術等を用いてモジュール化されて微小空
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。

【０１５７】ホルダー主要部５２ａに内蔵される電力発
生部１０Ｘは、概略、円柱形状の円周側面に沿って延在
する燃料電池本体（燃料セル部）１１０と、円柱状のホ
ルダー主要部５２ａ内部に、各々、深さ及び幅がそれぞ
れ５００μｍ以下の燃料流路が形成された水蒸気改質反
応部１６０Ｘ、水性シフト反応部１６０Ｙ及び選択酸化
反応部１６０Ｚと、ホルダー主要部５２ａ内部にマイク
ロチップ化されて収納された電力保持部１２、電圧変換
部１３、電圧モニタ・制御部１４及び起動制御部１５等
の回路機能素子を搭載したコントロールチップ９０と、
ホルダー主要部５２ａの円柱側面から上記燃料電池本体
１１０の空気極１１２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）１１０ａと、上記空気極
１１２側において生成される副生成物（水等）を液化
（凝結）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部１６０Ｘ及び水性シ
フト反応部１６０Ｙに供給する副生成物供給経路１７ａ
と、円柱上面から上記燃料電池本体１１０の空気極１１
２まで貫通し、少なくとも、燃料電池本体１１０の燃料
極１１１側や水蒸気改質反応部１６０Ｘ、選択酸化反応
部１６０Ｚ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）をホルダー主要部５２ａ（電力発生
部１０Ｘ）の外部に排出する排出孔１１０ｂと、を備え
て構成されている。

【０１５８】燃料パック２０（５１、７１）は、上述し
たような分解性プラスチックにより形成され、少なくと
も、発電部１１に供給される発電用燃料ＦＬが充填、封
入される空間と、副生成物（水）を固定的に保持する回
収用の空間と、ホルダー主要部５２ａ（電力発生部１０
Ｘ）との接続部にあって、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、を有し
て構成され、このような燃料パック２０をＩ／Ｆ部（図
示を省略）を介してホルダー主要部５２ａに結合する
と、ホルダー主要部５２ａ側に設けられた燃料送出管５
２ｆ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及び燃料送出管５２ｆを介して、表面張力によ
り電力発生部１０Ｘ（燃料制御部１６ｂ）まで自動的に
搬送される。また、燃料パック２０を電力発生部１０Ｘ
及びＩ／Ｆ部から取り外すと、燃料供給弁２４Ａがバネ
の復元力で元の閉じた状態に戻って、発電用燃料ＦＬの
漏出が防止される。

【０１５９】また、Ｉ／Ｆ部は、燃料パック２０に封入
された発電用燃料ＦＬを発電部１１に供給する燃料送出
経路（燃料送出管５２ｆ）と、上記発電部１１において
生成され、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、燃料パック２０又はＩ／Ｆ部には、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。

【０１６０】ここで、水蒸気改質反応部１６０Ｘ及び水
性シフト反応部１６０Ｙは、反応に必要な水として、副
生成物供給経路１７ａを介して供給される燃料電池本体
１１０で生成された水、又は、燃料パック５１内に発電
用燃料ＦＬとともに封入された水の少なくとも一方を利
用する。また、水蒸気改質反応部１６０Ｘ、水性シフト
反応部１６０Ｙ及び選択酸化反応部１６０Ｚ内で各反応
により生じた微量の二酸化炭素は、排出孔１１０ｂを介
してホルダー主要部５２ａ（電力発生部１０Ｘ）の外部
に排出される。

【０１６１】なお、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部１６０Ｘは、例えば、図３
５（ａ）に示すように、シリコン等の微小基板１６１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１６２ａ、水吐出部１６２ｂ、燃料
気化部１６３ａ、水気化部１６３ｂ、混合部１６３ｃ、
改質反応流路１６４、水素ガス排気部１６５と、上記改
質反応流路１６４の形成領域に対応する領域であって、
例えば、微小基板１６１の他面側に設けられた薄膜ヒー
タ１６６と、を備えて構成されている。

【０１６２】燃料吐出部１６２ａ及び水吐出部１６２ｂ
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１６２ａ及び水吐出部１６
２ｂ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１６６からの熱量も密接に関連す
る）、燃料吐出部１６２ａ及び水吐出部１６２ｂは、上
述した出力制御部１６（燃料制御部１６ｂ）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。

【０１６３】燃料気化部１６３ａ及び水気化部１６３ｂ
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１６２ａ及
び水吐出部１６２ｂ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、蒸発過程を実行して気化し、混合部１６３ｃにお
いて、燃料ガスと水蒸気の混合ガスを生成する。改質反
応流路１６４及び薄膜ヒータ１６６は、上記混合部１６
３ｃにおいて生成された混合ガスを改質反応流路１６４
に導入し、改質反応流路１６４の内壁面に付着形成され
た銅−亜鉛（Ｃｕ−Ｚｎ）系の触媒（図示を省略）、及
び、改質反応流路１６４の形成領域に対応して設けられ
た薄膜ヒータ１６６から、改質反応流路１６４に供給さ
れる所定の熱エネルギーに基づいて、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
（Ｈ_２）を生成する（水蒸気改質反応過程）。

【０１６４】水素ガス排気部１６５は、改質反応流路１
６４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、水性シフト反応部１６０Ｙ及び選択酸化反応
部１６０Ｚ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、発
電部１１を構成する燃料電池本体１１０の燃料極１１１
に供給する。これにより、発電部１１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。

【０１６５】このような構成を有する電源システムにお
いて、上述した各実施形態に示した動作（初期動作、起
動動作、定常動作）に則して、例えば、Ｉ／Ｆ部を介し
て電力発生部１０Ｘ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、燃料送出管５２ｆ
を介して出力制御部１６を構成する燃料制御部１６ｂに
送出されて、発電部１１への燃料供給が可能な初期状態
に移行する。

【０１６６】そして、例えば、電源システムのユーザー
が電圧モニタ・制御部１４を起動操作することにより、
起動制御部１５及び電力保持部１２に動作制御信号ＳＣ
１、ＳＣ２が出力されて、起動制御部１５から出力制御
部１６に起動電力が供給される。この起動電力は、出力
制御部１６を構成する燃料制御部１６ｂにおける発電用
燃料ＦＬの供給制御に用いられるとともに、燃料改質部
１６ａ（特に、水蒸気改質反応部１６０Ｘ）に設けられ
た薄膜ヒータ１６６を加熱して、所定量の発電用燃料Ｆ
Ｌ及び水を水蒸気改質反応部１６０Ｘの改質反応流路１
６４に吐出する。

【０１６７】これにより、上述した化学反応式（１）〜
（３）に示した水蒸気改質反応、水性シフト反応及び選
択酸化反応により、水素ガス（Ｈ_２）及び二酸化炭素
（ＣＯ _２）が生成され、水素ガス（Ｈ_２）は、発電部１
１を構成する燃料電池本体１１０の燃料極１１１に供給
されて所定の電力が生成され、電力保持部１２への充電
電力及び起動制御部１５におけるフィードバック電圧生
成用の電力として供給される。このとき、出力制御部１
６（燃料改質部１６ａ）における上記水蒸気改質反応、
水性シフト反応及び選択酸化反応に伴って生成される二
酸化炭素（ＣＯ_２）は、例えば、ホルダー主要部５２ａ
（電力発生部１０Ｘ）の上面に設けられた排出孔１１０
ｂを介して電源システムの外部に排出される。

【０１６８】また、発電部１１における発電動作に伴っ
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され、水のみを回収して
一部を副生成物供給経路１７ａを介して、上記燃料改質
部１６ａ（特に、水蒸気改質反応部１６０Ｘ及び水性シ
フト反応部１６０Ｙ）に供給されるとともに、それ以外
の水を副生成物回収経路５２ｅを介して、燃料パック２
０内の回収用の空間に不可逆的に保持される。

【０１６９】したがって、本具体構成例に係る電源シス
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
動状態に関わらず、常時一定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、埋め立て等による
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。

【０１７０】なお、本具体構成例においては、発電部１
１において生成され、回収された副生成物（水）の一部
を燃料改質部１６ａに供給して再利用する構成を示した
が、このような副生成物の回収、再利用を行わない構成
を有する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、燃料改質部１６ａにおける水蒸気改質反応を実行
する。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３５（ｂ）に示すように、燃料改質部１６ａを構
成する水蒸気改質反応部１６０Ｘの構成として、微小基
板１６１の一面側に、燃料吐出部１６２、燃料気化部１
６３、改質反応流路１６４及び水素ガス排気部１６５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。

【０１７１】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、各実施形態の電力
発生部、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、発電部を構成す
る燃料電池等の発電手段を複数個並列に設けた構成や、
複数種の発電手段を並列に設けた構成を適用するもので
あってもよく、このような構成によりデバイス（負荷）
の駆動状態に関わらず、簡易な信号制御により常時一定
の電力を出力するように発電部の動作状態及び電力保持
部の充電状態が制御されるので、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。

【０１７２】また、上述した各具体構成例においてはモ
ジュール化された電力発生部（発電モジュール）に燃料
パックが結合された状態における電源システム全体の外
形形状や寸法を、汎用の化学電池と同等にすることによ
り互換性を実現する場合についてのみ説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、本発明に係る電源
システムの少なくとも燃料パックが電力発生部に対して
着脱可能に構成されているものであればよく、例えば、
電力発生部の全て又はその一部がデバイスに一体的に付
設又は内蔵された構成を有しているものであってもよ
い。

【０１７３】具体的には、図３２、図３３に示したよう
な燃料パック７１及びホルダー部７２からなる電源シス
テムにおいて、ホルダー部７２がデバイスに付設又は内
蔵されるように一体化された構成を適用することができ
る。このような電力発生部（ホルダー部７２に相当）の
全て又はその一部を内蔵等したデバイスによれば、発電
用燃料が封入された燃料パックを、例えば、発電用燃料
を使い切るたびに着脱して交換する使用形態を実現する
ことができ、既存の化学電池を着脱して動作電源を確保
する周知のデバイスと同等の使用形態を実現することが
できる。また、この場合、一般的なデバイスにおいては
時計機能やメモリのバックアップ用に予備電源を備えて
いるので、例えば、上述した第２乃至第４の実施形態に
示したような電力発生部内に設けられたコンデンサを外
部電源により充電する必要がある場合であっても、予備
電源から必要な電力を取り込むように構成することもで
きる。

【０１７４】さらに、上述した各実施形態及び構成例に
おいては、電力発生部に含まれる各構成が、単一のモジ
ュールに含まれるように設けられた場合について記載し
たが、本発明に係る電源システムは、これに限定される
ものではない。要するに、本発明に係る電源システムを
構成する電力発生部は、少なくとも、発電部、電力保持
部、電圧モニタ・制御部、起動制御部及び出力制御部を
有するものであればよく、これらの各構成もしくは一部
の構成が個別独立して設けられているものであってもよ
いし、上述したように、これらの構成全てを単一のモジ
ュール（発電モジュール）に含むように設けたものであ
ってもよい。

【０１７５】また、上述した各実施形態及び構成例にお
いては、電源システム（電力発生部）内に電圧変換部を
設けて、電力保持部における充電電圧をデバイス（負
荷）の駆動に適した一定の出力電圧Ｖoutを有する電力
（供給電力）に変換して出力する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、電源シス
テムの外部に設けられた電圧変換部を利用して上記電圧
変換動作を行うものであってもよい。例えば、既存のデ
バイスの大半は、汎用の化学電池や交流電源等から供給
される電力に対して、負荷の駆動に適した電圧を生成す
るためのコンバータを予め内蔵しているので、このよう
なコンバータの機能を利用することにより、電源システ
ム内部に上記電圧変換部を備えていない構成を適用する
ことができる。

【０１７６】

【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、所定の電
力を発生する発電手段を備え、所定の二電極端子（正極
端子、負極端子）を介して該電力の出力が可能なポータ
ブル型の電源システムにおいて、発電手段における最初
の起動動作の初期の段階では、起動制御部により上記発
電手段が発生する電力とは独立した電源部から得られる
電力（起動用電源部により供給される電力、又は、電力
保持手段に予め充電された電力）が起動電力として上記
出力制御部に供給され、発電手段の起動後の段階では、
起動制御部により上記発電手段が発生する電力に基づい
て生成される電力（フィードバック電圧）が起動電力
（動作継続用の電力）として供給され、さらに、発電手
段の再起動動作の初期の段階では、起動制御部により上
記発電手段が発生する電力に基づいて蓄積された電力
（補助電力保持部に保持された電力）が起動電力（再起
動用の電力）として供給される構成を有し、加えて、該
起動電力の供給制御により発電手段において発生された
電力が電力保持手段に一旦保持された後、所定電圧の電
力に変換されて、所定の負荷（デバイス）に対して供給
電力として出力される構成を有している。

【０１７７】ここで、本発明に係る電源システムにおい
ては、発電手段の動作状態を切り換え制御する具体的な
手法として、上記電力保持手段に保持された電力（保持
電力）の電圧成分の変化を検出し、該変化に応じて出力
制御部への起動電力を供給又は遮断のいずれかの状態
に、切換手段（スイッチ）により一義的に切り換え設定
する制御方法を適用することができるので、発電手段の
装置構成及び動作制御を簡素化しつつ、発電手段により
断続的に発生され、電力保持手段に保持される電力を所
定の電圧範囲内に維持して、常時略一定の供給電力を負
荷に出力することができるとともに、発電手段における
不要な発電動作を回避して、エネルギー利用効率が高
く、長期の稼働が可能な電源システムを実現することが
できる。また、発電手段における最初の起動動作のごく
初期の段階においてのみ、起動用電源部や電力保持手段
から起動電力を供給し、その後、起動制御部内で生成さ
れるフィードバック電圧や、補助電力保持部に保持され
た電力が出力制御手段に供給されるので、起動用電源部
として電池容量のごく小さい一次電池等を良好に適用し
つつ、長期にわたって良好な発電動作を行うことができ
る。

【０１７８】また、上記電力保持手段として、１以上の
容量素子からなる構成を適用することができ、特に、複
数の容量素子を所定の関係で接続した構成、例えば、直
列・並列接続切り換え可能な回路構成等を適用すること
もできるので、電力保持手段からの電力により駆動する
負荷において、駆動状態の急激な変動が生じた場合であ
っても、電力保持手段を構成する容量成分により電圧変
動が緩和されるとともに、電力保持手段として汎用の二
次電池等を適用した場合に比較して、装置重量を大幅に
軽量化することができる。また、電力保持手段への充電
動作時に複数の容量素子を直列接続することにより、見
かけ上の容量値を小さくして充電電流値を小さく、又
は、充電時間を短縮させることができるとともに、放電
動作時に複数の容量素子を並列接続することにより、全
体の容量値を直列接続時よりも増大させて負荷駆動能力
を向上させることができる。

【０１７９】さらに、上記電源システムは、電源システ
ムから出力される供給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、少なく
とも、燃料封入部以外の各構成部分（電力発生部）が着
脱可能な構成、さらに、燃料封入部以外の各構成部分
（電力発生部）に対して、燃料封入部が着脱可能な構成
を有していることにより、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
入部を電力発生部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、燃料封入部以外の各構成部分を
繰り返し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。

【０１８０】加えて、上記電力発生部を適用した電源シ
ステムは、その全部又は一部がモジュール化されて構成
され、燃料封入部が結合された電源システム全体の物理
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（二電極端子構造）や、装着される機器に
応じた特殊形状を有する二次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ことにより、負荷の駆
動状態に関わらず、常時略一定の供給電力を出力できる
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確保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の一例を
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概念を示
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電力発
生部の第１の実施形態を示すブロック図である。

【図４】本実施形態に係る発電部に適用可能な燃料電池
本体の一構成例を示す概略構成図である。

【図５】本構成例に係る発電部に適用される燃料改質部
の構成概念図である。

【図６】本実施形態に係る電力発生部に適用される出力
制御部の概略構成を示すブロック図である。

【図７】本実施形態に係る電力発生部に適用される起動
制御部の具体的な構成例を示す回路構成図である。

【図８】本実施形態に係る電力発生部に適用される電力
保持部の構成例を示す回路ブロック図である。

【図９】本実施形態に係る電力発生部に適用される電圧
変換部の構成例を示す回路ブロック図である。

【図１０】本実施形態に係る電力発生部に適用される電
圧変換部の具体的な構成例を示す回路構成図である。

【図１１】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１２】本実施形態に係る電源システムの初期動作を
示す動作概念図である。

【図１３】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１４】本実施形態に係る電源システムの起動後の状
態を示す動作概念図である。

【図１５】本実施形態に係る電源システムの定常動作時
の状態を示す動作概念図である。

【図１６】本発明に係る電源システムに適用される電力
発生部の第２の実施形態を示すブロック図である。

【図１７】本実施形態に係る電力発生部に適用される起
動制御部の構成例を示す回路ブロック図である。

【図１８】本実施形態に係る起動制御部の具体的な構成
例を示す回路構成図である。

【図１９】本実施形態に係る電源システムの初期動作を
示す動作概念図である。

【図２０】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２１】本実施形態に係る電源システムに適用される
電力発生部の第３の実施形態に適用される起動制御部の
構成例を示す回路構成図である。

【図２２】本実施形態に係る電源システムの初期動作を
示す動作概念図である。

【図２３】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２４】本発明に係る電源システムに適用される電力
発生部の第４の実施形態を示すブロック図である。

【図２５】本実施形態に係る電源システムの初期動作を
示す動作概念図である。

【図２６】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２７】上述した本発明に係る電源システムに適用さ
れる電力発生部の第１乃至第４の実施形態の電力保持部
に適用可能な他の具体構成例を示す回路構成図である。

【図２８】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２９】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３０】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３１】本実施例に係る電源システムにおける電力発
生部を備えたホルダー部と燃料パックの着脱構造を示す
概略図である。

【図３２】本発明の第２の実施例に係る電源システムの
燃料パック及びホルダー部の外形形状を示す概略構成図
である。

【図３３】本実施例に係る電源システムにおける電力発
生部を備えたホルダー部と燃料パックの着脱構造を示す
概略図である。

【図３４】本発明に係る電源システム全体の具体構成例
を示す要部概略構成図である。

【図３５】本具体構成例に適用される燃料改質部の構成
例を示す概略図である。

【符号の説明】

１ 電源システム １０、１０Ａ〜１０Ｄ 電力発生部 １１ 発電部 １２、１２Ａ〜１２Ｅ 電力保持部 １３ 電圧変換部 １４ 電圧モニタ・制御部 １５、１５Ａ〜１５Ｄ 起動制御部 １６ 出力制御部 １６ａ 燃料改質部 １６ｂ 燃料制御部 ２０、２０Ａ〜２０Ｄ 燃料パック ３０、３０Ａ〜３０Ｄ Ｉ／Ｆ部 ＤＶＣ デバイス

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） // Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ 8/10 8/10 Ｆターム(参考） 5G003 AA05 BA01 CA14 DA07 DA15 GB03 5H026 CX10 5H027 KK52 KK54

Claims (27)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定の発電用燃料を用いて供給電力を発
   生する電源システムであって、少なくとも、 前記発電用燃料が封入された燃料封入部と、 前記発電用燃料を用いて発電電力を発生する発電手段
   と、 前記発電手段を動作又は停止させる出力制御手段と、 前記出力制御手段を動作させるための起動電力を供給す
   る起動制御手段と、を備えていることを特徴とする電源
   システム。
2. 【請求項２】 前記電源システムは、前記発電手段によ
   り発生される前記発電電力に基づく電荷を保持する電力
   保持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。
3. 【請求項３】 所定の発電用燃料を用いて供給電力を発
   生する電源システムであって、少なくとも、 前記発電用燃料が封入された燃料封入部と、 前記発電用燃料を用いて発電電力を発生する発電手段
   と、 前記発電手段により発生される前記発電電力に基づく電
   荷を保持する電力保持手段と、 前記電力保持手段に保持された保持電力の変化に応じ
   て、前記発電手段の動作又は停止、及び、前記電力保持
   部への充電又は停止を制御するシステム制御手段と、を
   備えていることを特徴とする電源システム。
4. 【請求項４】 前記システム制御手段は、少なくとも、 前記発電手段への前記発電用燃料の供給又は遮断を制御
   することにより、前記発電手段を動作又は停止させる出
   力制御手段と、 前記電力保持手段に保持された前記保持電力の電圧成分
   を監視し、該電圧成分の変化に応じて、前記発電手段の
   起動及び停止を制御する第１の制御信号と、前記電力保
   持手段への充電又は停止を制御する第２の制御信号とを
   出力する電圧モニタ・制御部と、 少なくとも、前記電圧モニタ・制御部からの前記第１の
   制御信号に基づいて、前記出力制御手段を動作させるた
   めの起動電力の供給を制御して、前記発電手段の動作状
   態を制御する起動制御手段と、を備えていることを特徴
   とする請求項３記載の電源システム。
5. 【請求項５】前記電圧モニタ・制御部は、少なくとも、 前記電力保持手段に保持された前記保持電力の電圧が所
   定の上限値に達した場合に、前記発電手段を停止制御す
   る前記第１の制御信号を出力し、 前記電力保持手段における前記保持電力の電圧が所定の
   下限値以下に低下した場合に、前記発電手段を起動制御
   する前記第１の制御信号を出力することを特徴とする請
   求項４記載の電源システム。
6. 【請求項６】 前記電源システムは、前記電力保持手段
   に保持された前記保持電力に基づいて、前記供給電力を
   生成する供給電力生成手段を備えていることを特徴とす
   る請求項２又は３記載の電源システム。
7. 【請求項７】 前記供給電力生成手段は、前記保持手段
   における前記保持電力に基づいて、所定電圧の前記供給
   電力を生成する電圧変換手段を備えていることを特徴と
   する請求項６記載の電力システム。
8. 【請求項８】 前記起動制御手段は、 前記発電手段の起動時には、該発電手段の動作とは独立
   した電力を前記起動電力として前記出力制御手段に供給
   し、 前記発電手段の起動後には、該発電手段により発生され
   る前記発電電力に基づく電力を、前記起動電力として前
   記出力制御部に供給することを特徴とする請求項１又は
   ４記載の電源システム。
9. 【請求項９】 前記起動制御手段は、前記発電手段の起
   動時及び起動後における前記出力制御手段への前記起動
   電力の供給を切り換える切換手段を具備していることを
   特徴とする請求項１又は４記載の電源システム。
10. 【請求項１０】 前記起動制御手段は、前記発電手段の
    動作とは独立して所定の電力を保持する起動用電源部を
    具備し、前記発電手段の起動時に、前記起動用電源部か
    らの前記電力を、前記起動電力として前記出力制御手段
    に供給することを特徴とする請求項１又は４記載の電源
    システム。
11. 【請求項１１】 前記起動制御手段は、前記発電手段の
    起動時に、前記電力保持手段に保持された前記保持電力
    の一部を、前記起動電力として前記出力制御手段に供給
    することを特徴とする請求項２又は４記載の電源システ
    ム。
12. 【請求項１２】 前記起動制御手段は、前記発電手段に
    より発生される前記発電電力の一部を充電する補助電力
    保持部を具備し、 前記発電手段の起動後に、前記補助電力保持部の充電電
    力を、前記起動電力として前記出力制御手段に供給する
    ことを特徴とする請求項１又は４記載の電源システム。
13. 【請求項１３】 前記起動制御部は、前記起動用電源部
    及び前記補助電力保持部を兼用した構成を有しているこ
    とを特徴とする請求項１０又は１２記載の電源システ
    ム。
14. 【請求項１４】 前記起動用電源部は、少なくとも、前
    記発電手段の起動動作に先立って、前記電源システムの
    外部から供給される電力により充電されて、所定の電力
    を保持していることを特徴とする請求項１０又は１３記
    載の電源システム。
15. 【請求項１５】 前記電力保持手段は、１以上の容量素
    子から構成されていることを特徴とする請求項２又は３
    記載の電源システム。
16. 【請求項１６】 前記電力保持手段は、複数の容量素子
    を所定の関係で接続した構成を有していることを特徴と
    する請求項２又は３記載の電源システム。
17. 【請求項１７】 前記発電手段は、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、前記発電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又は３記載の電源システム。
18. 【請求項１８】 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１７記載の電源システム。
19. 【請求項１９】 少なくとも、前記電源システムにおけ
    る前記燃料封入部以外の各構成部分は、前記供給電力に
    より駆動する負荷に対して、着脱可能に構成されている
    ことを特徴とする請求項１乃至１８のいずれかに記載の
    電源システム。
20. 【請求項２０】 前記燃料封入部は、前記電源システム
    における前記燃料封入部以外の各構成部分に対して、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
    １９のいずれかに記載の電源システム。
21. 【請求項２１】 前記電源システムは、該電源システム
    の全部又は一部がモジュール化されて構成され、前記電
    源システムの物理的外形形状が、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２０のいずれかに記載
    の電源システム。
22. 【請求項２２】 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に則った外形を有して
    いることを特徴とする請求項２１記載の電源システム。
23. 【請求項２３】 前記電源システムは、一対の電極端子
    からなる二電極端子構造を有し、前記供給電力により駆
    動する負荷に対して、前記一対の電極端子を介して前記
    供給電力を供給することを特徴とする請求項２１又は２
    ２記載の電源システム。
24. 【請求項２４】 所定の発電用燃料が封入された燃料封
    入部と、前記発電用燃料を用いて発電電力を発生する発
    電手段と、前記発電手段を動作又は停止させる出力制御
    手段と、前記出力制御手段を動作させるための起動電力
    を供給する起動制御手段と、を具備する電源システムに
    接続され、前記発電用燃料を用いて発生される供給電力
    により駆動する負荷を備えたことを特徴とする電子機
    器。
25. 【請求項２５】 所定の発電用燃料が封入された燃料封
    入部と、前記発電用燃料を用いて発電電力を発生する発
    電手段と、前記発電手段により発生される前記発電電力
    に基づく電荷を保持する電力保持手段と、前記電力保持
    手段に保持された保持電力の変化に応じて、前記発電手
    段の動作又は停止、及び、前記電力保持部への充電又は
    停止を制御するシステム制御手段と、を具備する電源シ
    ステムに接続され、前記発電用燃料を用いて発生され、
    前記電力保持手段に保持された保持電力に基づいて生成
    される供給電力により駆動する負荷を備えたことを特徴
    とする電子機器。
26. 【請求項２６】 前記電源システムにおける前記燃料封
    入部以外の各構成部分が、前記電子機器に対して一体的
    に構成されていることを特徴とする請求項２４又は２５
    記載の電子機器。
27. 【請求項２７】 前記電源システムは、該電源システム
    の全部又は一部がモジュール化されて構成され、少なく
    とも、前記燃料封入部が前記電子機器に対して着脱可能
    に構成されていることを特徴とする請求項２４乃至２６
    のいずれかに記載の電子機器。