JP4487478B2 - 燃料電池システム及びこれを用いた機器 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料貯蔵部から供給される燃料に基づいて電気化学反応を生じ、電気エネルギを出力する燃料電池を備えた燃料電池システム及びこれを用いた機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、燃料電池と、該燃料電池に燃料及び酸化ガスを供給する補機と、この補機の駆動を制御する制御手段とを備え、燃料電池にて電気化学反応を起こさせて電気を発生する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料電池は、電解質膜の両側にアノードとカソードの電極を備え、補機からアノードに水素や炭化水素などの燃料（還元剤）の供給を受けるとともに、カソードに酸素や空気などの酸化ガス（酸化剤）の供給を受け、電気化学反応を起こして電気を発生する。
また、補機は、燃料電池を駆動するために、燃料を貯蔵するためのタンク、燃料を供給するための供給手段としてのポンプ、酸化ガスを供給するためのコンプレッサ等を備えている。
【０００３】
このうち、ポンプは、例えば、圧電アクチュエータ等により燃料の供給を実施させ、このような構成によりポンプ自体の小型化を図り、小型の燃料電池システムを構築している。
また、このような燃料電池システムは、燃料の供給を積極的に実施する必要があり、ポンプ（圧電アクチュエータ）を駆動するために、一次電池または二次電池等の電源を具備している。
そして、制御手段及び補機は、一次電池または二次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギにより駆動して、燃料電池システムが稼動する。
また、例えば、一次電池または二次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギを燃料電池システムの起動時のみに用い、燃料電池システムの起動後には、燃料電池にて生成される電気エネルギの一部を利用して燃料電池システムを稼動させる構成も採用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５３４７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような燃料電池システムでは、供給手段としてのポンプは、電気エネルギにより駆動するために、電気エネルギを供給するための一次電池または二次電池等の電源が必須の構成となる。このため、燃料電池システムの小型化を困難にする。
また、一次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギが不足した場合には、利用者に一次電池を交換させる等の煩雑な作業を実施させてしまう。同様に、二次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギが不足した場合には、利用者に二次電池等の電源の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させてしまう。
さらに、燃料電池システムの稼動時に、燃料電池にて生成される電気エネルギの一部を利用する場合には、燃料電池システムにて生成される電気エネルギを外部装置に対して効率的に利用できない。
【０００６】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みて、小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる燃料電池システム及びこれを用いた機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムは、燃料貯蔵部から供給される燃料に基づいて電気化学反応を生じ、電気エネルギを出力する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、弾性部材の変形に伴う弾性エネルギ、位置エネルギ、及び周囲の温度変化により膨張収縮する熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギのうちの少なくともいずれか一つを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段と、このエネルギ蓄積手段からのエネルギにより前記燃料を前記燃料貯蔵部から前記燃料電池に供給する供給手段と、前記エネルギ蓄積手段からのエネルギを電気エネルギに変換する発電機と、この発電機にて変換された電気エネルギで駆動されて、前記供給手段の駆動を制御する制御手段と、前記燃料電池内を洗浄する洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵部とを備え、前記制御手段は、前記供給手段を駆動して前記燃料を前記燃料電池に供給させるとともに、前記洗浄液貯蔵部に貯蔵された洗浄液を前記燃料電池に供給させ、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部は、当該燃料電池システムの筐体に対して着脱自在のカートリッジとして構成され、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部に貯蔵された燃料及び洗浄液をそれぞれ一時的に蓄積する２つの予備室を備え、前記供給手段は、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部からそれぞれ前記２つの予備室に一時的に蓄積された燃料及び洗浄液を前記燃料電池に供給することを特徴とする。
ここで、燃料電池としては、例えば、メタノールやメタン等の燃料を水素ガスに改質し、この水素ガスと酸化ガスとを利用して電気化学反応を生じる固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、または、メタノール等の燃料を改質せずに、電気化学反応を生じる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を利用できる。
【０００８】
本発明では、供給手段は、エネルギ蓄積手段からの弾性部材の変形に伴う弾性エネルギ、位置エネルギ、及び熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギのうちの少なくともいずれか一つにより燃料電池に燃料を供給する。また、制御手段は、発電機にて発電された電気エネルギで駆動し、供給手段における駆動を制御する。このことにより、一次電池または二次電池等の電源からの電気エネルギの供給を受けずとも、燃料の供給及びこの供給における制御を実施できる。したがって、一次電池または二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システムの小型化を図れる。また、一次電池または二次電池等の電源を不要とするので、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることがなく、燃料電池システムの利便性の向上を図れる。
【０００９】
ところで、例えば、燃料電池として直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を用いた場合、燃料電池システムを継続して稼動すると、電気化学反応の反応過程において、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、蟻酸、または未反応物質（水、その他の不純物）等が燃料電池のアノード側に滞留しやすい。このため、燃料電池における反応効率が低下し、それに伴って発電効率が低下してしまう。
ここで、洗浄液としては、水、メタノール溶液等を採用できる。また、これらとともにまたはこれらに代えて燃料電池内に滞留した不純物を除去する作用のある物質を採用してもよい。
本発明によれば、燃料電池システムは、洗浄液貯蔵部を具備し、制御手段は、燃料電池に洗浄液を供給させるので、この供給される洗浄液により燃料電池内に滞留した不純物が排除され、燃料電池における発電効率の低下を回避できる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、燃料貯蔵部がカートリッジとして構成されているので、燃料電池システムにて用いられる燃料を交換可能に構成できる。したがって、例えば、燃料貯蔵部内の燃料が不足して燃料電池システムが稼動できない状態となった場合でも、燃料貯蔵部を交換することで、迅速に対応でき、燃料電池システムのさらなる利便性の向上を図れる。
また、洗浄液貯蔵部がカートリッジとして構成されているので、燃料貯蔵部と同様に、燃料電池システムにて用いられる洗浄液を交換可能に構成できる。
【００１１】
また、本発明によれば、燃料電池システムは、２つの予備室を備えているので、例えば、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部がカートリッジとして構成されている場合には、このカートリッジが燃料電池システムの筐体に設置された際に、カートリッジ内に貯蔵された燃料及び洗浄液をそれぞれ２つの予備室に予め蓄積しておくことができる。
例えば、カートリッジにおいて、内部の液体を外部に対して供給するための開口部分の面積が小さい場合には、供給手段は、カートリッジ内の液体を燃料電池に供給するには大きい駆動力が必要となる。
本発明では、予め、カートリッジ内部の燃料及び洗浄液がそれぞれ２つの予備室に蓄積されるので、供給手段は、２つの予備室にそれぞれ蓄積された燃料及び洗浄液を小さい駆動力で容易に燃料電池に供給できる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムでは、前記２つの予備室には、前記供給手段にて該予備室から前記燃料電池に燃料及び洗浄液がそれぞれ供給されると、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部から燃料及び洗浄液がそれぞれ補充されることが好ましい。
ここで、燃料及び洗浄液の２つの予備室への補充としては、以下に示すような種々の構成を採用できる。
例えば、供給手段にて２つの予備室から燃料及び洗浄液がそれぞれ燃料電池に供給された際に、予備室が負圧となり、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部から燃料及び洗浄液をそれぞれ吸入して補充する構成を採用できる。
また、例えば、供給手段の駆動に連動し、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部にそれぞれ貯蔵された燃料及び洗浄液を２つの予備室にそれぞれ強制的に補充する機構を備えた構成も採用できる。
本発明によれば、２つの予備室には、内部の燃料及び洗浄液が外部に供給されると、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部からそれぞれ燃料及び洗浄液が常時、補充されるように構成されているので、供給手段による燃料電池への燃料及び洗浄液の供給を脈動なく実施させることができる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムでは、前記供給手段は、内部に液体が流通するチューブと、このチューブの一部を圧閉しながら移動して前記チューブ内の液体を移動させる押圧体と、この押圧体を移動させる押圧体駆動部とを備えていることが好ましい。
本発明によれば、供給手段は、チューブ、押圧体及び押圧体駆動部を備え、押圧体駆動部の駆動により押圧体がチューブの一部を圧閉しながらチューブ上を移動するので、チューブ内の燃料または洗浄液等の液体を送液できる。したがって、小さな駆動力で駆動できるとともに、押圧体駆動部を小型化でき、燃料電池システムの小型化を図れる。
【００１４】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ蓄積手段は、弾性エネルギを蓄積して供給するぜんまいであることが好ましい。
本発明によれば、エネルギ蓄積手段は、ぜんまいで構成されているので、簡単な構造で駆動源としてのエネルギ蓄積手段を構成できる。また、人力によって容易に弾性エネルギを発生し、発生した弾性エネルギを容易に蓄積できる。さらに、ぜんまいを巻き上げる回転錘を設ければ、燃料電池システムを携帯している人の運動等によりぜんまいが自動的に巻き上げられ、弾性エネルギを常に蓄積できる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ蓄積手段は、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを蓄積するとともに、この位置エネルギを前記供給手段の駆動エネルギに変換して供給することが好ましい。
本発明によれば、エネルギ蓄積手段は、物体の位置の変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段は、位置エネルギを供給手段の駆動エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システムを簡素な構造で製造できる。
【００１６】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ蓄積手段は、周囲の温度変化により膨張収縮する熱変換体を備え、前記熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギを蓄積するとともに、この変位エネルギを前記供給手段の駆動エネルギに変換して供給することが好ましい。
本発明によれば、エネルギ蓄積手段は、周囲の温度変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段は、変位エネルギを供給手段の駆動エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システムを簡素な構造で製造できる。
【００１７】
一方、本発明の機器は、前述した燃料電池システムを用いたことを特徴とする。
本発明によれば、例えば、機器としてノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等に上述した燃料電池システムを搭載すれば、前述した燃料電池システムの作用効果を享受するとともに、該機器の駆動源となる燃料電池システムが小型化するので、機器自体の小型化を図れる。また、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることなく、機器の駆動を良好に維持できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
[第１実施形態]
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔燃料電池システムの構成〕
図１は、本実施形態における燃料電池システム１を模式的に示す図である。
燃料電池システム１は、メタノール溶液等の燃料及び酸素や空気等の酸化ガスを利用した電気化学反応により電気エネルギを生成する。この燃料電池システム１は、燃料電池２と、補機３と、エネルギ蓄積手段４と、発電機５と、図示しない制御手段とを備えている。
【００１９】
燃料電池２は、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、燃料電池セルが拡散層を介して複数積層されたスタック構造で構成されている。本実施形態では、説明を簡略化するため、図１に示すように、単一の燃料電池セルで構成した燃料電池２を図示する。
この燃料電池２は、固体電解質膜２１と、この固体電解質膜２１を両側から挟持するように配置されるアノード電極２２及びカソード電極２３と、燃料拡散層２４と、空気拡散層２５とを備えた燃料電池セルが両側から図示しないガスケット等により液密に構成されている。また、燃料電池２において、アノード電極２２側には、燃料が供給される燃料室２６が付設されている。
【００２０】
固体電解質膜２１は、例えば、ナフィオン膜（デゥポン社商標名）等のプロトン伝導性高分子から構成される。
アノード電極２２は、メタノール溶液等の燃料が供給される側に配置され、メタノールと水との反応の触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成される。ここで、触媒としては、例えば、白金及びルテニウムの合金等を採用できる。このアノード電極２２において、供給されたメタノールと水とが反応して二酸化炭素、プロトン及び電子が発生する。
カソード電極２３は、酸素や空気等の酸化ガスが供給される側に配置され、触媒として、例えば、白金を担持したカーボン触媒電極から構成される。このカソード電極２３において、供給された酸化ガスと、固体電解質膜２１を通ったプロトンと、外部の負荷を通って仕事をした後にカソード電極２３に達した電子とが反応して水が生成される。
【００２１】
燃料拡散層２４及び空気拡散層２５は、メッシュの金属フォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、供給される燃料及び酸化ガスをそれぞれ拡散してアノード電極２２及びカソード電極２３にそれぞれ導く。
これら燃料拡散層２４及び空気拡散層２５は、それぞれ、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、また、スポンジチタン等の多孔製金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。
燃料室２６は、アノード電極２２及び燃料拡散層２４が隔壁２６１により囲まれて略箱状に形成されている。そして、この隔壁２６１には、排出成分（未反応メタノール、水、二酸化炭素）を排出するアノード側排出口２６Ａと、燃料室２６内に燃料及び洗浄液を吸入するアノード側吸入口２６Ｂ，２６Ｃとが形成されている。なお、これらアノード側排出口２６Ａ及びアノード側吸入口２６Ｂ，２６Ｃには、それぞれ燃料の逆流を防止する図示しない逆流防止弁が設けられている。また、燃料の逆流を防止する逆流防止弁を設けずに、アノード側排出口２６Ａ及びアノード側吸入口２６Ｂ，２６Ｃの流路抵抗を異なるように形成して逆流を防止するように構成してもよい。
また、カソード電極２３側にも同様に、酸化ガスを吸入する図示しないカソード側吸入口及び生成した水及び空気を排出するカソード側排出口２５Ａを備えている。なお、カソード側吸入口から吸入される酸化ガスとしては、大気中の空気を採用でき、例えば、コンプレッサ等により強制的に空気を吸入口から流入させる構成を採用できる。
【００２２】
補機３は、燃料電池システム１を稼動して燃料電池２における電気化学反応を補助する。この補機３は、タンク３１と、供給手段３２と、高分子吸収体３３とを備えている。
タンク３１は、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部としての燃料タンク３１１と、洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵部としての洗浄液タンク３１２と、これら燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２に貯蔵された液体を一時的に蓄える予備室３１３，３１４とを備えている。
【００２３】
図２は、本実施形態における燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２の概略構成を示す図である。
燃料タンク３１１は、略箱状に形成され、燃料として純メタノール液を貯蔵する。この燃料タンク３１１は、燃料電池システム１を構成する図示しない筐体に設置されたカートリッジホルダ３１５に対して着脱自在なカートリッジとして構成される。
洗浄液タンク３１２は、略箱状に形成され、洗浄液として純水を貯蔵する。ここで、洗浄液タンク３１２に貯蔵された純水は、燃料の一部として燃料電池２で用いられる。この洗浄液タンク３１２は、燃料タンク３１１と略同様な構造であり、カートリッジホルダ３１５に対して着脱自在なカートリッジとして構成される。
【００２４】
図３及び図４は、燃料タンク３１１及びカートリッジホルダ３１５の断面を示す図である。なお、洗浄液タンク３１２は、燃料タンク３１１と略同様の構造であり、説明を省略する。
燃料タンク３１１において、底面には燃料取出部３１１Ａが形成され、上面側にはカートリッジホルダ３１５と係合する係合部３１１Ｂが形成されている。
燃料取出部３１１Ａは、燃料取り出し用の孔３１１Ａ１と、不使用時に孔３１１Ａ１から燃料タンク３１１外部に燃料が漏れることを防止する弁体３１１Ａ２と、孔３１１Ａ１を封止するように貼着されたシール３１１Ａ３とを備えている。
係合部３１１Ｂは、燃料タンク３１１の上面側から該上面と略平行に延出し、先端部分が上方に折曲して略Ｌ字状に形成されている。そして、この係合部３１１Ｂは、カートリッジホルダ３１５の蓋材３１５Ｂの案内部３１５Ｂ３と係合し、案内部３１５Ｂ３に案内されることで、燃料タンク３１１がカートリッジホルダ３１５の所定位置に設置される。
【００２５】
カートリッジホルダ３１５は、内周形状が燃料タンク３１１の外周形状と略同一である略箱状に形成されている。このカートリッジホルダ３１５は、上部が開口したホルダ本体３１５Ａと、ホルダ本体３１５Ａの開口部分を開閉自在とする蓋材３１５Ｂとを備えている。
ホルダ本体３１５Ａは、その底面に、上方に突出した燃料取入部３１５Ａ１が設けられている。この燃料取入部３１５Ａ１は、燃料予備室３１３とパイプを介して連通した孔であり、ホルダ本体３１５Ａの所定位置に燃料タンク３１１が搭載された時に、シール３１１Ａ３を貫通して弁体３１１Ａ２を上方に押し上げて、燃料タンク３１１内部と燃料予備室３１３とが連通する。
【００２６】
蓋材３１５Ｂは、断面略Ｖ字状に設けられ、ホルダ本体３１５Ａの開口部分の辺縁に該開口部分を開閉するように断面略Ｖ字状の谷部分が回動自在に設けられている。この蓋材３１５Ｂは、断面略Ｖ字状の一方の面に、ホルダ本体３１５Ａと係合して設置状態を保持する突起部３１５Ｂ１と、燃料タンク３１１をホルダ本体３１５Ａに対して押圧するタンク押圧部３１５Ｂ２とが形成されている。また、他方の面には、燃料タンク３１１を所定位置に案内する案内部３１５Ｂ３が形成されている。
【００２７】
このような構成では、燃料タンク３１１のカートリッジホルダ３１５への設置は、以下のように実施される。
利用者は、カートリッジホルダ３１５の蓋材３１５Ｂを開いて、新しい燃料が貯蔵された燃料タンク３１１をホルダ本体３１５Ａ内に装填する。この際、燃料タンク３１１の係合部３１１Ｂが蓋材３１５Ｂの案内部３１５Ｂ３に受け止められ、燃料タンク３１１の係合部３１１Ｂとは反対側の端部がホルダ本体３１５Ａの内周部分に支持される。
この状態で蓋材３１５Ｂを閉めると、図４に示すように、案内部３１５Ｂ３が下方に回動して燃料タンク３１１が案内され、燃料タンク３１１の燃料取出部３１１Ａが燃料取入部３１５Ａ１の先端に接触する。
【００２８】
さらに蓋材３１５Ｂを回動させると、タンク押圧部３１５Ｂ２が燃料タンク３１１をホルダ本体３１５Ａに押圧し、燃料取入部３１５Ａ１がシール３１１Ａ３を貫通して、弁体３１１Ａ２を上方に押し上げて、燃料タンク３１１と燃料予備室３１３とが燃料を流通可能に連通する。そして、蓋材３１５Ｂの突起部３１５Ｂ１がホルダ本体３１５Ａに係合して燃料タンク３１１がカートリッジホルダ３１５に固定される。
予備室３１３，３１４は、燃料タンク３１１または洗浄液タンク３１２に貯蔵された純メタノール液または純水を一時的に蓄積する。また、予備室３１３，３１４は、内部に蓄積した純メタノール液または純水が後述する供給手段３２にて吸入されると、内部が負圧となり、燃料タンク３１１または洗浄液タンク３１２内の純メタノール液または純水を吸入して補充する構成となっている。
【００２９】
供給手段３２は、予備室３１３，３１４に貯蔵された純メタノール液及び純水を燃料電池２に供給する。この供給手段３２は、燃料予備室３１３に蓄えられた純メタノール液を燃料電池２に供給する燃料供給部３２Ａと、洗浄液予備室３１４に蓄えられた純水を燃料電池２に供給する洗浄液供給部３２Ｂとを備えている。そして、これら燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂは、制御手段による制御の下、燃料電池２にて電気化学反応を生じさせる際に、燃料電池２内で純メタノール液と純水とが所定の混合比となるように、それぞれの供給量が調節される。この供給手段３２は、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギにより駆動される。本実施形態では、供給手段３２Ａ，３２Ｂは、それぞれチューブポンプとして構成される。
この供給手段３２の詳細については、後述する。
【００３０】
高分子吸収体３３は、燃料電池２からの排出成分を吸収する。すなわち、燃料電池２のアノード側排出口２６Ａから排出される排出成分（未反応メタノール、水、二酸化炭素）、及び、カソード側排出口２５Ａから排出される水分を吸収する。なお、ここでは、高分子吸収体を用いたが、これに限らず、燃料電池２からの排出成分を吸収するものであれば、その他の材料を用いてもよい。
制御手段は、補機３全体を制御する。この制御手段は、供給手段３２の駆動制御（供給量制御等）、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から予備室３１３，３１４への液体の供給量の制御等を実施する。
エネルギ蓄積手段４及び発電機５は、補機３を構成する供給手段３２に具備されているため、以下に供給手段３２と同時に説明する。
【００３１】
〔供給手段、エネルギ蓄積手段及び発電機の構成〕
次にチューブポンプとして構成される供給手段３２（３２Ａ，３２Ｂ）の構成について説明する。
図５は、第１実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の概略構成を示す図である。
図６は、第１実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の断面図である。なお、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂは、略同様の構造であるので、図５及び図６では、燃料供給部３２Ａの構造を図示する。以下の図も同様に燃料供給部３２Ａについて図示する。
この燃料供給部３２Ａは、外郭を形成する筐体３２１と、この筐体３２１内に収容されるチューブ３２２と、このチューブ３２２内の燃料を送液する駆動機構３２３とを備えている。
【００３２】
筐体３２１は、図５または図６に示すように、略円形箱状に形成され、上方に配置される第１筐体３２１Ａと、下方に配置される第２筐体３２１Ｂとを備えている。
【００３３】
第１筐体３２１Ａは、図６に示すように、略円盤状に形成された中空部材であり、その内部には、第２筐体３２１Ｂ側に開口した孔３２１Ａ１と、後述する駆動機構３２３が収容される略円形の収容部３２１Ａ２とが形成されている。ここで、この収容部３２１Ａ２は、第２筐体３２１Ｂの中心位置から偏心して形成されている。また、第１筐体３２１Ａの上面は、蓋材３２１Ａ３が設けられ、この蓋材３２１Ａ３にて第１筐体３２１Ａの上面を塞ぐことで、収容部３２１Ａ２が閉塞される。
第２筐体３２１Ｂは、平面略正方形状に形成され、図６に示すように、その上面には、後述するポンプとしてのチューブ３２２及び駆動機構３２３の一部の設置空間となる凹部３２１Ｂ１が形成されている。また、この凹部３２１Ｂ１の底面には、チューブ３２２の配置位置を規制する案内溝３２１Ｂ２が形成されている。
そして、この筐体３２１では、第１筐体３２１Ａの下面に第２筐体３２１Ｂがビス止め等により一体的に固定される。
【００３４】
図７は、燃料供給部３２Ａのチューブ３２２の配置を説明する図である。具体的には、筐体３２１の第１筐体３２１Ａを外して上方から見た図である。
チューブ３２２は、その内部を燃料が流通する。このチューブ３２２は、図５または図７に示すように、第２筐体３２１Ｂの外部から第２筐体３２１Ｂに形成された孔３２１Ｂ３を貫通して第２筐体３２１Ｂの案内溝３２１Ｂ２に沿って略円弧状に配置され、もう一方の孔３２１Ｂ３を貫通して再び外部へ配置されている。そして、この孔３２１Ｂ３とチューブ３２２との隙間は封止材３２１Ｂ４で封止され、密封されている。このチューブ３２２の材料としては、シリコーンゴム、ポリウレタン、その他の弾性材料が採用できる。
【００３５】
図８は、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の駆動機構３２３を図６の上方から見た平面図である。
図９は、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の駆動機構３２３の断面図である。
駆動機構３２３は、チューブ３２２内部の燃料を移動させて流通させる。この駆動機構３２３は、図８に示すように、機械エネルギを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段４と、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギに基づいてチューブ３２２内部の燃料を流通させる押圧体駆動部３２４（図９）と、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギを押圧体駆動部３２４に伝達する輪列３２５と、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機５とを備えている。
【００３６】
エネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１と、このぜんまい４１を収納する香箱４２とを備えている。
香箱４２は、中心部分に形成された香箱真４２Ａを軸として回転自在に構成され、外周には輪列３２５の二番車３２５Ａと噛合する香箱車４２Ｂが形成されている。
ぜんまい４１は、一端が香箱真４２Ａに、他端が香箱車４２Ｂの内周部分に固定されている。そして、香箱４２は、ぜんまい４１がほどけることにより香箱真４２Ａを軸として回転し、ぜんまい４１の機械エネルギが輪列３２５及び押圧体駆動部３２４（図９）に伝達される。
また、香箱真４２Ａには、角穴車４２Ｃが固定され、この角穴車４２Ｃは、筐体３２１の外部に突出して設けられた巻き上げ機構３２６の巻真３２６Ａ（図５、８）に図示しない巻き上げ輪列を介して接続されている。そして、巻真３２６Ａの端部に設けられた竜頭３２６Ｂ（図５）を回すことで、香箱真４２Ａが回転してぜんまい４１を巻き上げることが可能となる。
【００３７】
押圧体駆動部３２４は、図６または図９に示すように、チューブ３２２上で転動してチューブ３２２内の燃料を移動するボール３２４Ａと、輪列３２５の二番車３２５Ａと共に回転するロータ駆動部３２４Ｂと、第２筐体３２１Ｂに回動自在に固定されボール３２４Ａをチューブ３２２に対して押圧しつつ移動させるロータ３２４Ｃと、ボール３２４Ａの移動を規制するリテーナ３２４Ｄとを備えている。
ボール３２４Ａは、図６または図７に示すように、駆動機構３２３の駆動によりチューブ３２２を押圧しつつチューブ３２２上を転動してチューブ３２２内の燃料を移動する。このボール３２４Ａは、複数設けられ（本実施形態では二つ）、後述するリテーナ３２４Ｄのボール保持部３２４Ｄ２に保持され、駆動機構３２３の駆動により略円弧状に配置されたチューブ３２２上を転動する。
【００３８】
ロータ駆動部３２４Ｂは、図９に示すように、略円盤状とされ、中心部分が輪列３２５の二番車３２５Ａに固定された筒かな３２５Ａ３に接続されている。このため、ロータ駆動部３２４Ｂは、香箱４２の回転に伴う二番車３２５Ａの回転に連動し、二番車３２５Ａ位置を中心として回転する。また、ロータ駆動部３２４Ｂの外周側には、円盤状部分の下方に略垂直に突出して複数の突出部３２４Ｂ１が設けられている（本実施形態では二つ）。
【００３９】
ロータ３２４Ｃは、ボール３２４Ａを押圧しつつチューブ３２２上で転動させる。このロータ３２４Ｃは、図６に示すように、略円盤状に形成され、第２筐体３２１Ｂの案内溝３２１Ｂ２の中心に固定された支持軸３２１Ｂ５に、ベアリング３２１Ｂ６を介して回転可能に支持されている。また、ロータ３２４Ｃの内周側には、ロータ駆動部３２４Ｂの突出部３２４Ｂ１と嵌合するトラック孔３２４Ｃ１が形成され、ロータ駆動部３２４Ｂの回転と連動してロータ３２４Ｃが回転する。さらに、ロータ３２４Ｃのボール３２４Ａと対向する面には、押圧ゴム３２４Ｃ２が設けられ、ボール３２４Ａに当接している。このため、ボール３２４Ａは、ロータ３２４Ｃに対して滑り難い状態となり、ロータ３２４Ｃの回転に伴って良好にチューブ３２２上を転動する。
【００４０】
リテーナ３２４Ｄは、図６に示すように、略円盤状に形成され、ロータ３２４Ｃ及び第２筐体３２１Ｂの間に設けられている。また、リテーナ３２４Ｄの中央部分には、図７に示すように、孔３２４Ｄ１が形成され、第２筐体３２１Ｂの支持軸３２１Ｂ５、ベアリング３２１Ｂ６及びロータ３２４Ｃの下端部が貫通している。ここで、リテーナ３２４Ｄの孔３２４Ｄ１は、貫通する支持軸３２１Ｂ５、ベアリング３２１Ｂ６及びロータ３２４Ｃの下端部における全体の寸法よりも大きく形成されている。このため、リテーナ３２４Ｄは、ロータ３２４Ｃには固定されずに独立して第２筐体３２１Ｂに載置された状態となる。また、リテーナ３２４Ｄの外周部分には、ボール３２４Ａを保持するボール保持部３２４Ｄ２が形成されている。このボール保持部３２４Ｄ２は、リテーナ３２４Ｄの周囲に等間隔で、ボール３２４Ａと同数箇所（本実施形態では二つ）形成され、それぞれ内部にボール３２４Ａが配置されている。また、ボール保持部３２４Ｄ２の近傍には、凸部３２４Ｄ３が形成されている。さらに、リテーナ３２４Ｄの側面には、第２筐体３２１Ｂに揺動可能に固定された板ばね３２１Ｂ７が適当な付勢力で押し付けられている。そして、板ばね３２１Ｂ７の先端は、リテーナ３２４Ｄの凸部３２４Ｄ３の回転移動により第２筐体３２１Ｂに固定された検出部３２１Ｂ８に接触・離反する。
これらロータ駆動部３２４Ｂ、ロータ３２４Ｃ及びリテーナ３２４Ｄは、例えば、ステンレス鋼や、アルミニウム等で構成できる。
【００４１】
輪列３２５は、エネルギ蓄積手段４の香箱４２の回転を押圧体駆動部３２４のロータ駆動部３２４Ｂに伝達する。この輪列３２５は、図５に示すように、香箱車４２Ｂと噛合する二番車３２５Ａと、以下順に増速するように噛合した三番車３２５Ｂと、四番車３２５Ｃと、五番第一中間車３２５Ｄと、五番第二中間車３２５Ｅと、五番車３２５Ｆと、六番車３２５Ｇとを備えている。
そして、香箱車４２Ｂの回転は、図８または図９に示すように、二番車３２５Ａのかな３２５Ａ１へ伝達された後、二番車３２５Ａの歯車３２５Ａ２から増速されて三番車３２５Ｂのかなへ、三番車３２５Ｂの歯車から増速されて四番車３２５Ｃのかな３２５Ｃ１へ伝達される。さらに、四番車３２５Ｃの歯車３２５Ｃ２から五番第一中間車３２５Ｄを介して増速されて五番第二中間車３２５Ｅのかな３２５Ｅ１へ、五番第二中間車３２５Ｅの歯車３２５Ｅ２から増速されて五番車３２５Ｆのかなへ、五番車３２５Ｆの歯車から増速されて六番車３２５Ｇのかなへ、六番車３２５Ｇの歯車から増速されて発電機５へと伝達される。そして、これら各部材は、上下に適宜形成された輪列受及び地板に軸支されている。
【００４２】
発電機５は、輪列３２５の六番車３２５Ｇの回転に伴う運動により電気エネルギを生成する。この発電機５は、調速ロータ５１と、調速ロータ５１の回転により電気エネルギを出力するステータ５２とを備えている。
調速ロータ５１は、六番車３２５Ｇと噛合するロータかな５１１、永久磁石５１２及び調速ロータ５１の回転を滑らかにする慣性板５１３とを備えている。
ステータ５２は、調速ロータ５１の回転によって永久磁石５１２の磁束を鎖交させる磁気回路を形成し、磁束の変化により電気エネルギを出力する。このステータ５２は、一対のステータ材５２１と、このステータ材５２１にそれぞれ巻線された一対のコイル５２２とを備えている。
【００４３】
ステータ材５２１は、略平行に配置され、一対が配置された状態でその先端部分に形成された孔に、調速ロータ５１の永久磁石５１２が配置される。
コイル５２２は、永久磁石５１２が回転することで生じるステータ材５２１での磁束変化を電力に変換する。ステータ５２からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路を通して整流され、コンデンサ等で構成された電源回路に充電供給される。そして、この電源回路に充電された電力は、図示しない制御手段に供給される。
【００４４】
ここで、制御手段は、コイル５２２に電気的に接続されており、調速ロータ５１及びステータ５２で発電された電力で駆動される。そして、制御手段は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの駆動を制御する駆動制御部を備えている。
この駆動制御部は、水晶振動子と、この水晶振動子からの周波数を分周して基準信号を出力する発振回路と、発電された交流電流の周波数を検出する検出回路と、検出された周波数と基準周波数とを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。発振回路では、水晶振動子からの信号を用いて基準信号を出力する。制御回路では、この基準信号と検出回路からの回転検出信号とを比較し、その位相差等に応じて燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１を制動して輪列３２５を介して押圧体駆動部３２４のロータ駆動部３２４Ｂの回転周期をそれぞれ制御する。なお、調速ロータ５１の制動方法としては、ステータ５２の出力端子間を短絡してショートブレーキを掛けたり、コイル５２２に流れる電流値を制御して制動量をコントロールすればよい。これにより、調速ロータ５１の回転周期（回転速度）が所定の周期（速度）に保たれ、輪列３２５及びロータ駆動部３２４Ｂの回転周期（回転速度）が制御される。
ここで、ぜんまい４１の巻数や寸法、材質などは、燃料電池システム１を稼動する時間、例えば最低１２時間得られるように設定されている。
【００４５】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、第１実施形態における燃料電池システム１の動作について説明する。
燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂのぜんまい４１がほどけて香箱４２が回転すると、この回転力が香箱車４２Ｂに噛合する輪列３２５で増速されながら伝達され、輪列３２５の調速ロータ５１が回転する。そして、ステータ５２は、調速ロータ５１に固定された永久磁石５１２が回転することによって、電気エネルギに変換して発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、供給手段３２の駆動を制御する。以下には、制御手段による燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの駆動制御を説明する。
【００４６】
制御手段の駆動制御部は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１を制動して輪列３２５の回転速度をそれぞれ所定速度に調速する。
二番車３２５Ａが調速されることによって筒かな３２５Ａ３に接続されたロータ駆動部３２４Ｂは、所定回転速度で回転するとともに、ロータ３２４Ｃに回転運動を伝達する。そして、ロータ３２４Ｃは、図７に示す矢印Ｒ方向に回転する。
ロータ３２４Ｃが回転すると、押圧ゴム３２４Ｃ２に押圧されているボール３２４Ａは摩擦によってチューブ３２２を押し潰しながら転動する。これによって、チューブ３２２内の二つのボール３２４Ａに挟まれた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が移動する。一方のボール３２４Ａが案内溝３２１Ｂ２の一方の端部まで移動すると、ボール３２４Ａは押圧ゴム３２４Ｃ２とともに支持軸３２１Ｂ５を中心に回転を続けるので、チューブ３２２の押圧が解除される。この状態で、他方のボール３２４Ａが転動しながら燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を案内溝３２１Ｂ２に沿って押し出し、これによってチューブ３２２内の燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が流通する。一方のボール３２４Ａは、その間に再び案内溝３２１Ｂ２上に配置され、チューブ３２２を押し潰して、他方のボール３２４Ａとで挟まれた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を移動させる。これを繰り返すことによって燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４内に蓄えられた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がチューブ３２２を介して連続で燃料電池２に供給される。また、燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４からチューブ３２２を介して連続で燃料電池２に供給される際には、上述したように、常時、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４に燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が補充されている。
【００４７】
ここで、ボール３２４Ａの回転数は、リテーナ３２４Ｄによって検出される。ボール３２４Ａは、転動に伴ってリテーナ３２４Ｄのボール保持部３２４Ｄ２を押し、これによってリテーナ３２４Ｄが回転する。この際、リテーナ３２４Ｄの凸部３２４Ｄ３が板ばね３２１Ｂ７に接触し、ついで板ばね３２１Ｂ７をその付勢力に抗してリテーナ３２４Ｄから離反する方向に移動させる。ここで、板ばね３２１Ｂ７の先端が検出部３２１Ｂ８に接触した状態では、電気的に導通した状態であり、板ばね３２１Ｂ７の先端が検出部３２１Ｂ８から離反することによって、検出部３２１Ｂ８がボール３２４Ａの回転を検知する。すなわち、このボール３２４Ａの回転を二回検知すれば押圧体駆動部３２４が一回転したことになる。これを利用して、図示しない制御手段の駆動制御部は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂのそれぞれの押圧体駆動部３２４の回転数等を算出するなどして燃料電池２に供給される燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が所定の混合比になるように供給手段３２の運転状態を制御する。
そして、制御手段の駆動制御部は、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１の回転速度を制御して洗浄液供給部３２Ｂからの洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を排出する。
【００４８】
〔第１実施形態の効果〕
上述した実施形態では、以下のような効果がある。
（１）燃料電池システム１の供給手段３２は、エネルギ蓄積手段４のぜんまい４１に蓄えられた機械エネルギを駆動源として燃料電池２に燃料を供給する。また、制御手段は、発電機５にて発電された電気エネルギで駆動し、供給手段３２における駆動を制御する。このことにより、一次電池または二次電池等の電源からの電気エネルギの供給を受けずとも、燃料（純メタノール液）または洗浄液（純水）の供給の制御、及び、洗浄液（純水）による燃料電池２の燃料室２６の洗浄の制御を実施できる。したがって、一次電池または二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システム１の小型化を図れる。また、一次電池または二次電池等の電源を不要とするので、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることがなく、燃料電池システム１の利便性の向上を図れる。
【００４９】
（２）燃料電池システム１では、洗浄液タンク３１２に洗浄液（純水）が貯蔵され、制御手段の駆動制御部により、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２に供給されるので、この供給される洗浄液（純水）により燃料電池２の燃料室２６内に滞留した不純物が排除され、燃料電池２における発電効率の低下を回避できる。
（３）燃料電池システム１では、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２がカートリッジとして構成されているので、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を交換可能に構成できる。例えば、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２内の燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が不足して燃料電池システム１が稼動できない状態となった場合でも、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２を交換することで、迅速に対応でき、燃料電池システム１のさらなる利便性の向上を図れる。
（４）燃料電池システム１では、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がそれぞれ燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２に分けて貯蔵されているので、燃料電池２の燃料室２６内を洗浄する際に、適宜、洗浄液（純水）のみを燃料室２６に供給できる。
【００５０】
（５）燃料電池システム１では、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を予め蓄積する予備室３１３，３１４を備えているので、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２の孔３１１Ａ１の開口面積が小さくても、供給手段３２は、予備室３１３，３１４に蓄積された所定量の燃料及び洗浄液を取り込んで、燃料電池２に供給できる。したがって、供給手段３２は、大きい駆動力を必要とせず、容易に燃料電池２に燃料及び洗浄液を供給できる。
（６）予備室３１３，３１４は、内部の燃料及び洗浄液が供給手段３２により吸入されると、内部が負圧となり、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から燃料及び洗浄液を吸入して補充するように構成されているので、予備室３１３，３１４内の燃料及び洗浄液が不足することがなく、供給手段３２による燃料電池２への燃料及び洗浄液の供給を脈動なく実施させることができる。
【００５１】
（７）燃料電池システム１では、供給手段３２は、押圧体駆動部３２４の駆動によりボール３２４Ａがチューブ３２２の一部を圧閉しながらチューブ上を転動するので、ボール３２４Ａとチューブ３２２との摩擦が低減し、小さな駆動力で駆動できる。したがって、供給手段３２は、大型の駆動機構を不要とし、燃料電池システム１の小型化を図れる。
（８）燃料電池システム１では、エネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１で構成されているので、簡単な構造で駆動源としてのエネルギ蓄積手段を構成できる。また、巻き上げ機構３２６を利用すれば、人力によって容易に機械エネルギを発生し、発生した機械エネルギを容易に蓄積できる。
【００５２】
（９）燃料電池システム１では、供給手段３２の発電機５は、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギを電気エネルギに変換するのみならず、供給手段３２における押圧体駆動部３２４の駆動速度を調速する機構としても機能するので、燃料電池２に一定量の燃料を燃料電池２に供給することができ、燃料電池２における発電効率を向上させることができる。
（１０）燃料電池システム１では、供給手段３２は、エネルギ蓄積手段４及び発電機５を具備する構成としているので、燃料電池システム１をコンパクトな構成としさらなる小型化を図れる。
（１１）燃料電池システム１を、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等の電子機器に搭載すれば、該燃料電池システム１の小型化により、電子機器自体の小型化を図れる。また、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることなく、電子機器を良好に駆動できる。
【００５３】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
第１実施形態では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１を備え、このぜんまい４１により機械エネルギを蓄積して供給している。
これに対して第２実施形態の燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、位置エネルギを蓄積して供給する。すなわち、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の構成が相違するのみで、その他の構成は同一である。
【００５４】
図１０は、第２実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の概略構成を示す図である。なお、図１０では、燃料供給部３２Ａの内部構造を説明するために、筐体３２１を適宜省略している。
燃料供給部３２Ａは、図１０に示すように、右側に配置される第１筐体３２１Ａと、左側に配置される第２筐体３２１Ｂとを備えた筐体３２１にて外郭が形成されている。
第１筐体３２１Ａは、略箱状に形成され、第２筐体３２１Ｂと対向する一方の端面に、第２筐体３２１Ｂ側に開口する孔３２１Ａ１が形成されている。そして、第１筐体３２１Ａ内部には、駆動機構３２３が設置される。
第２筐体３２１Ｂは、第１筐体３２１Ａと対向する一方の端面が開口して略箱状に形成されている。そして、第２筐体３２１Ｂ内部には、案内溝３２１Ｂ２に沿ってチューブ３２２の一部が設置されるとともに、第１筐体３２１Ａの孔３２１Ａ１を介して駆動機構３２３の一部が設置される。
【００５５】
図１１は、駆動機構３２３を正面側から見た図である。具体的には、図１０の右側から駆動機構３２３を見た図である。
駆動機構３２３は、位置エネルギを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段４と、押圧体駆動部３２４と、輪列３２５と、輪列３２５と連動して運動するとともに、輪列３２５及び押圧体駆動部３２４の回転速度を調速する調速部３２７と、調速部３２７の運動により電気エネルギを生成する発電機５とを備えている。
【００５６】
エネルギ蓄積手段４は、物体の位置エネルギを蓄積するとともに、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを機械エネルギに変換する。このエネルギ蓄積手段４は、図１０に示すように、ドラム４３と、所定重量の重錘４４と、一端がドラム４３に、他端が重錘４４にそれぞれ取り付けられたロープ４５と、ドラム４３を回転可能な取っ手４６とを備えている。
このようなエネルギ蓄積手段４では、取っ手４６を回転させると、ロープ４５がドラム４３に巻き付けられ、重錘４４が持ち上げられるようになっている。重錘４４には、重力の作用により落下しようとする力が働き、この落下しようとする力が、ドラム４３に巻き付けられたロープ４５を引っ張ることで、ドラム４３に回転力が付与され、ドラム４３と同軸上に設けられた一番車４３Ａが回転する。
【００５７】
なお、この一番車４３Ａには、図１１に示すように、重錘４４の巻き上げ方向には回転するが、反対方向には回転しないようにラチェット機構４３Ｂが形成され、重錘４４の巻き上げを容易に実施できるようになっている。
このラチェット機構４３Ｂは、ドラム４３に一体的に形成されたキチ車４３Ｂ１と、一番車４３Ａに取り付けられたこはぜ４３Ｂ２とを備えている。そして、駆動機構３２３の駆動時には、キチ車４３Ｂ１とこはぜ４３Ｂ２とが噛合した状態でドラム４３からの回転力を一番車４３Ａに伝達する。そしてまた、重錘４４の巻き上げ時のみ、キチ車４３Ｂ１に形成された爪からこはぜ４３Ｂ２が逃げて、噛み合いが外れ、巻き上げ可能となる。
【００５８】
押圧体駆動部３２４は、輪列３２５の二番車３２５Ａに接続されたロータ３２４Ｃと、リテーナ３２４Ｄとを備えている。そして、二番車３２５Ａの回転と連動してロータ３２４Ｃが回転し、押圧ゴム３２４Ｃ２にてボール３２４Ａを押圧しつつチューブ３２２上を転動させる。
輪列３２５は、第１実施形態で説明した二番車３２５Ａと、三番車３２５Ｂとを備えている。そして、二番車３２５Ａは、エネルギ蓄積手段４の一番車４３Ａと噛合し、エネルギ蓄積手段４からのエネルギを押圧体駆動部３２４に伝達する。また、三番車３２５Ｂは、調速部３２７と噛み合い、適宜、調速部３２７により調速される。
【００５９】
調速部３２７は、輪列３２５及び押圧体駆動部３２４の回転速度を調速する。この調速部３２７は、輪列３２５の三番車３２５Ｂと連動する機械式脱進機３２７Ａと、この機械式脱進機３２７Ａを間欠運動させる振り子３２７Ｂとを備えている。
機械式脱進機３２７Ａは、三番車３２５Ｂの回転が伝達されて回転するガンギ３２７Ｃと、このガンギ３２７Ｃを間欠運動させるアンクル３２７Ｄとを備えている。
ガンギ３２７Ｃは、図示しない複数個の歯を有しており、これらの歯は、アンクル３２７Ｄの爪３２７Ｄ１，３２７Ｄ２（図１１）に交互に噛み合うように形成されている。
アンクル３２７Ｄは、図１１に示すように、回転軸Ｒａｘを中心にして正面側から見て左右に揺動運動し、その２つの爪３２７Ｄ１，３２７Ｄ２によって、交互にガンギ３２７Ｃの回転を止め、ガンギ３２７Ｃを間欠的に１歯ずつ回転させる。
【００６０】
振り子３２７Ｂは、その振動によりアンクル３２７Ｄを一定の周期で揺動運動させる。本実施形態では、振り子３２７Ｂは、振動周期により押圧体駆動部３２４の駆動速度、すなわち、チューブ３２２内の燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）の供給速度を調速している。この振り子３２７Ｂは、アンクル３２７Ｄの回転軸Ｒａｘに連結されたロッド３２７Ｅと、このロッド３２７Ｅの先端部分３２７Ｅ１（図１０）に設置される円形の振り子玉３２７Ｆとを備えている。
なお、この振り子３２７Ｂは、ガンギ３２７Ｃから駆動力が伝達されることにより、その一定周期の揺動運動が減衰することなく継続される。
また、振り子３２７Ｂは、回転軸Ｒａｘを上に、振り子玉３２７Ｆを下にした状態であって、仮に、アンクル３２７Ｄから力が加わらない状態では、振り子３２７Ｂの重心と回転軸Ｒａｘの中心を結ぶ直線は、重力方向に平行で、振幅の中心になるように設置される。
【００６１】
この振り子３２７Ｂの固有振動周期Ｔｏは、図１０に示すように、ロッド３２７Ｅの支点３２７Ｅ２から振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１までの長さＬが一定であれば、振幅に関係なく一定である。
理論的には、固有振動周期Ｔｏ（ｓ）は、以下の数１で示される。なお、支点３２７Ｅ２から振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１までの長さをＬ（ｍ）、重力加速度をＧ（ｍ／ｓ2）とする。ここで、振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１とは、ロッド３２７Ｅ及び振り子玉３２７Ｆを全て含めた重心の位置を示すものである。
【００６２】
【数１】
【００６３】
ここで、ロッド３２７Ｅの長さは、適宜、変更可能となっており、すなわち、振り子３２７Ｂの固有振動周期Ｔｏを変更可能となっている。
発電機５は、振り子３２７Ｂの運動に基づいて発電する。この発電機５は、図１０または図１１に示すように、振り子３２７Ｂに固定された永久磁石５３と、この永久磁石５３に対向して配置されるコイル５４とを備えている。
永久磁石５３は、図１１に示すように、振り子３２７Ｂの裏面側で、振り子３２７Ｂの円弧状の振動軌跡に沿って複数配置されている（本実施形態では４つ）。
また、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、振り子玉３２７Ｆの厚み方向にＳ極またはＮ極が向くように取り付けられている。さらに、これら永久磁石５３は、具体的な図示は省略するが、コイル５４に対向する極が、振り子３２７Ｂの振動方向にＳ極とＮ極とが交互となるように、等間隔で取り付けられている。
【００６４】
コイル５４は、図１１に示すように、ＰＣパーマロイ等で構成された磁心５４１と、この磁心５４１に巻回されるコイル線５４２とを有することで、振り子３２７Ｂの振動によって発電する。
磁心５４１は、図１１に示すように、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４の極に対向する一対の対向部Ｘ，Ｙを有し、これらの対向部Ｘ，Ｙの間隔は、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４の間隔と同じである。
このような発電機５では、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４の極がＳ，Ｎと交互に取り付けられているため、振り子３２７Ｂの振動に伴って、コイル５４内を通過する磁束の大きさが変化するとともに、磁束の向きが交互に逆転する。このため、発電機５には、交流電力が発生する。そして、この発電された電力は、制御手段に供給される。
【００６５】
ここで、制御手段は、発電機５と電気的に接続されており、発電機５で発電された電力で駆動される。そして、制御手段の駆動制御部は、水晶振動子と、この水晶振動子からの周波数を分周して基準振動周期Ｔｓの基準信号を出力する発振回路と、発電された交流電流の周波数から振動する振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａを検出する検出回路と、検出された振動周期Ｔａと基準振動周期Ｔｓとを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。このうち、制御回路では、振動周期Ｔａと基準振動周期Ｔｓとを比較して、振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａを基準振動周期Ｔｓに一致させるように作動する。
具体的に、制御回路は、発電機５で発電された交流信号（交流電流）が入力される第１の交流入力端子に接続された図示しない第１スイッチと、前記交流信号が入力される第２の交流入力端子に接続された第２スイッチとを有し、これらのスイッチを同時にオンすることにより、第１、第２の交流入力端子を短絡等によって閉ループ状態にし、永久磁石５３及びコイル５４との間にショートブレーキを掛けるように作動する。
この結果、振り子３２７Ｂは、制御回路により所定の基準振動周期Ｔｓで振動し、この基準振動周期Ｔｓに応じて輪列３２５及び押圧体駆動部３２４が調速される。
なお、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂは、略同様な構造であるが、支点３２７Ｅ２から振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１までの長さＬ（ｍ）を異なるように、すなわち、固有振動周期Ｔｏを異なるように構成してもよい。
【００６６】
次に、第２実施形態における燃料電池システム１の動作について説明する。
燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの重錘４４が重力の作用にて落下してドラム４３が回転すると、この回転力が一番車４３Ａに噛合する二番車３２５Ａ及び三番車３２５Ｂで増速されながらガンギ３２７Ｃに伝達される。
ガンギ３２７Ｃの回転は、アンクル３２７Ｄに伝達され、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの振り子３２７Ｂは、所定の長さに設定されたロッド３２７Ｅに応じた所定の振動周期Ｔａ，Ｔｂでそれぞれ振動する。そして、発電機５は、振り子３２７Ｂの運動により発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、供給手段３２の駆動を制御する。以下には、制御手段による燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの駆動制御を説明する。
【００６７】
制御手段の駆動制御部は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａ（燃料供給部３２Ａ）及びＴｂ（洗浄液供給部３２Ｂ）が基準振動周期Ｔｓａ（燃料供給部３２Ａ）及びＴｓｂ（洗浄液供給部３２Ｂ）に一致するように調速する。また、この振り子３２７Ｂの基準振動周期Ｔｓａ，Ｔｓｂでの振動に応じて押圧体駆動部３２４が調速される。
押圧体駆動部３２４の調速により、所定の回転速度でロータ３２４Ｃが回転を実施する。そして、ロータ３２４Ｃが回転すると、ボール３２４Ａは、押圧ゴム３２４Ｃ２にて押圧されつつ、チューブ３２２上で転動し、燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４内に蓄えられた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がチューブ３２２を介して所定の混合比で燃料電池２に供給される。
そして、制御手段の駆動制御部は、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液供給部３２Ｂの振り子３２７Ｂの基準振動周期Ｔｓｂを変更して、洗浄液供給部３２Ｂからの洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を排出する。
【００６８】
〔第２実施形態の効果〕
上述した第２実施形態によれば、上記（１）〜（７）、（９）〜（１１）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１２）燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）におけるエネルギ蓄積手段４は、ドラム４３と、重錘４４と、ロープ４５と、取っ手４６とを備え、重錘４４の位置の変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段４は、位置エネルギを駆動機構３２３の駆動力となる機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化が図れる。
【００６９】
（１３）燃料電池システム１では、制御手段は、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）における振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａ，Ｔｂを制御することができる。このことにより、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）における押圧体駆動部３２４の駆動速度を容易に変更でき、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を所定の混合比で供給できる。
（１４）燃料電池システム１では、供給手段３２における調速部３２７は、機械式脱進機３２７Ａを介して振り子３２７Ｂで押圧体駆動部３２４の駆動速度を制御し、さらに、制御手段で振り子３２７Ｂの実際の振動周期Ｔａ，Ｔｂを制御して押圧体駆動部３２４の駆動速度をそれぞれ制御するので、二段階で押圧体駆動部３２４の駆動速度を制御でき、調速精度、すなわち、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）の供給速度を高精度に実施できる。
【００７０】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
第１実施形態では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１を備え、このぜんまい４１により機械エネルギを蓄積して供給している。
これに対して第３実施形態の燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、熱エネルギを蓄積して供給する。すなわち、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の構成が相違するのみで、その他の構成は同一である。
【００７１】
図１２は、第３実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の概略構成を示す図である。
エネルギ蓄積手段４は、熱エネルギを蓄積するとともに、周囲の温度変化により得られる熱エネルギを機械エネルギに変換する。このエネルギ蓄積手段４は、図１２に示すように、周囲温度の変化により体積が変化する熱変換体４７Ａを収納する熱変換体収納部４７と、熱変換体４７Ａの膨張収縮に応じて進退運動する進退駆動部４８と、この進退駆動部４８における進退運動に応じて回転運動する回転駆動部４９とを備えている。
ここで、熱変換体４７Ａとしては、固体及び液体の一方から他方へ相変化し、この相変化により体積が変化する相変化物質を採用でき、本実施形態では、パラフィンワックスを採用している。
【００７２】
熱変換体収納部４７は、有底筒状の容器４７Ｂと、この容器４７Ｂの開口を塞ぐ可撓性を有する蓋部材４７Ｃと、容器４７Ｂの開口側端部と嵌合し、蓋部材４７Ｃを容器４７Ｂの開口側端部とで挟持する筒状のカバー部材４７Ｄとを備えている。
ここで、蓋部材４７Ｃは、例えば、シリコーンゴムまたはテフロン（登録商標）ゴム等を含んで形成された密閉性に優れた強靭な膜を採用する。
進退駆動部４８は、蓋部材４７Ｃに連結されたロッド４８Ａと、カバー部材４７Ｄの外周面に位置し、ロッド４８Ａと連動して摺動自在に設けられた有底筒状の摺動部材４８Ｂと、ロッド４８Ａと連結し、両側に鋸歯状の歯を有するラック４８Ｃとを備えている。
【００７３】
ロッド４８Ａは、熱変換体４７Ａの膨張収縮に応じて、カバー部材４７Ｄに形成されたガイド部４７Ｄ１に案内されながらカバー部材４７Ｄから進退運動し、これに連動して摺動部材４８Ｂ及びラック４８Ｃも進退運動を実施する。
また、摺動部材４８Ｂの開口側の端縁部には、径方向外側へ突出する鍔４８Ｂ１が設けられ、この鍔４８Ｂ１は、コイルスプリング４８Ｄの一端に係合している。さらに、このコイルスプリング４８Ｄの他端は、容器４７Ｂに対して位置が固定された係止部材４８Ｄ１と係合している。このため、進退駆動部４８は、コイルスプリング４８Ｄにより、例えば、図１２中下側方向に付勢され、熱変換体４７Ａの収縮時の運動を補助する。
【００７４】
回転駆動部４９は、ラック４８Ｃを挟んで、それぞれ鋸歯状の歯を有する角穴車４９Ａ及び歯車４９Ｂと、歯車４９Ｂの回転を角穴車４９Ａに伝達する歯車４９Ｃとを備えている。
角穴車４９Ａは、同軸に通常の歯車４９Ａ１及び４９Ａ２が一体化され、歯車４９Ａ１と歯車４９Ｃが噛合し、歯車４９Ａ２と輪列３２５の二番車３２５Ａのかな３２５Ａ１が噛合する。
歯車４９Ｂは、同軸に通常の歯車４９Ｂ１が一体化され、この歯車４９Ｂ１と歯車４９Ｃとが噛合する。
【００７５】
図１３は、ラック４８Ｃと角穴車４９Ａ及び歯車４９Ｂとの噛合状態を説明する図である。
ラック４８Ｃが前進すると、図１３（Ａ）に示すように、一方の側に設けられた歯４８Ｃ１が角穴車４９Ａの歯に押されて、他方の歯４８Ｃ２が歯車４９Ｂの歯と噛み合い、歯車４９Ｂが反時計回り（図１３（Ａ）中矢印の方向）に回転する。そして、歯車４９Ｂの回転が歯車４９Ｃを介して角穴車４９Ａに伝達され、図１３（Ａ）に示すように、角穴車４９Ａが反時計回り（図１３（Ａ）中矢印の方向）に回転する。
また、ラック４８Ｃが後退すると、図１３（Ｂ）に示すように、歯４８Ｃ２が歯車４９Ｂの歯に押されて、歯４８Ｃ１が角穴車４９Ａの歯と噛み合い、角穴車４９Ａが反時計回り（図１３（Ａ）中矢印の方向）に回転する。
すなわち、進退駆動部４８の進退運動に伴って、角穴車４９Ａは一定方向（反時計回り）に回転する。
押圧体駆動部３２４及び輪列３２５は、第１実施形態と略同様な構成であり、説明を省略する。
【００７６】
次に、第３実施形態における燃料電池システム１の動作を説明する。
燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの熱変換体４７Ａの膨張収縮により進退駆動部４８がそれぞれ進退運動を実施すると、回転駆動部４９により回転運動に変換され、回転駆動部４９に噛合する輪列３２５で増速されながら輪列３２５の調速ロータ５１に伝達される。そして、各ステータ５２は、調速ロータ５１に固定された永久磁石５１２が回転することによって、電気エネルギに変換して発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、供給手段３２の駆動を制御する。
【００７７】
制御手段の駆動制御部は、第１実施形態と同様に燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの各調速ロータ５１を制動し、押圧体駆動部３２４の駆動速度をそれぞれ所定速度に調速し、燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４内に蓄えられた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がチューブ３２２を介して所定の混合比で燃料電池２に供給される。
そして、制御手段の駆動制御部は、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１の回転速度を制御して洗浄液供給部３２Ｂからの洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を排出する。
【００７８】
[第３実施形態の効果]
上述した第３実施形態によれば、上記（１）〜（７）、（９）〜（１１）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１５）燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）におけるエネルギ蓄積手段４は、熱変換体４７Ａを収納する熱変換体収納部４７と、進退駆動部４８と、回転駆動部４９とを備え、周囲の温度変化による熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段４は、蓄積した熱エネルギを駆動機構３２３の駆動力となる機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化が図れる。
（１６）燃料電池システム１では、駆動機構３２３の駆動力を周囲の温度差から得るようにしたので、外部からエネルギを供給しなくとも、駆動機構３２３を半永久的に駆動できる。
【００７９】
[実施形態の変形]
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記各実施形態では、洗浄液（純水）を貯蔵して、この貯蔵した洗浄液（純水）を燃料電池２の燃料室２６に供給する構成を採用したが、これに限らず、燃料のみを貯蔵して、この貯蔵した燃料を供給する構成を採用してもよい。すなわち、補機３において、洗浄液タンク３１２、洗浄液予備室３１４及び洗浄液供給部３２Ｂを省略した構成としてもよい。
この場合には、燃料タンク３１１には、燃料として、純メタノール液と純水とが所定の混合比で混合された混合液を貯蔵する構成とする。
また、燃料電池２の燃料室２６を洗浄する際には、適宜、制御手段が燃料供給部３２Ａを駆動制御し、適宜、例えば所定の洗浄タイミングで、燃料電池２の燃料室２６に通常の燃料の供給量よりも多い燃料を供給するようにすればよい。
このような構成では、補機３をコンパクトな構成とし、燃料電池システム１のさらなる小型化を図れる。
【００８０】
前記各実施形態では、燃料電池２は、直接メタノール型燃料電池として説明したが、これに限らず、例えば、燃料電池２を固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）として構成してもよい。なお、この場合、燃料電池システム１の補機３に、燃料を改質する改質器を設け、燃料供給部３２Ａからこの改質器に燃料が流入するように構成する。
このような構成において、タンク３１に貯蔵される燃料としては、水酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）と、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と、水（Ｈ2Ｏ）とが混合した混合液採用できる。なお、燃料としては、この混合液の他、前記各実施形態で用いたメタノール溶液等、その他の燃料を使用してもよい。
【００８１】
また、改質器としては、タンク３１から供給手段３２により移動された混合液を反応させる触媒を収容する触媒収容タンクと、触媒収容タンクにて反応した混合液において水素ガスを固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）に供給するセパレータ（気液分離膜）とを備えた構成を採用できる。
触媒収容タンクは、例えば、触媒として、水素吸蔵合金であるＭｇ2ＮｉＨ4を収容する。なお、触媒としては、Ｍｇ2ＮｉＨ4に限らない。固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）の用途及び燃料に応じて種々のものを採用でき、例えば、その他のマグネシウム系水素吸蔵合金、チタン系またはジルコニウム系金属を用いた水素吸蔵合金、希土類系水素吸蔵合金、ランタン・ニッケル・アルミニウム系及びミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム系水素吸蔵合金等を採用できる。
【００８２】
前記各実施形態では、燃料供給部３２Ａは、チューブポンプとして構成されていたが、これに限らず、例えば、シリンジポンプ、ダイヤフラムポンプ等にて構成してもよい。
例えば、シリンジポンプとして構成した場合には、押圧体駆動部３２４をカム、ラック等で構成してシリンジポンプのピストンを進退移動させて燃料を流入及び流出するように構成すればよい。
同様に、例えば、ダイヤフラムポンプとして構成した場合には、押圧体駆動部３２４をカム、ラック等で構成してダイヤフラムポンプのダイヤフラムを変形させることで、ポンプ内の容積を増減させ燃料を流入及び流出するように構成すればよい。
【００８３】
前記各実施形態では、エネルギ蓄積手段４は、機械エネルギ、位置エネルギ及び熱エネルギのうちのいずれかを蓄積していたが、これに限らず、機械エネルギ、位置エネルギ及び熱エネルギのうちの２つまたは全てを蓄積するように構成してもよい。また、エネルギ蓄積手段４を複数設けるように構成してもよい。
このような構成では、燃料電池システム１を稼動するためのエネルギ量を大幅に増加でき、例えば、燃料または洗浄液の粘性が高く、チューブ３２２内を流通させるために比較的高いエネルギを必要とする場合などでも、駆動機構３２３の駆動力を補って、燃料電池２に燃料を良好に供給できる。
前記各実施形態では、洗浄液タンク３１２は、洗浄液として純水を貯蔵する構成を説明したが、これに限らず、例えば、燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を洗浄する作用を有する液体を採用してもよい。
【００８４】
前記各実施形態では、予備室３１３，３１４は、内部に蓄積された燃料及び洗浄液が供給手段３２にて吸入されると、内部が負圧となり、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から燃料及び洗浄液を吸入して補充する構成を説明したが、これに限らない。例えば、供給手段３２の押圧体駆動部３２４等の駆動に連動し、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２内に貯蔵された燃料及び洗浄液を予備室に強制的に供給するような機構を備えた構成を採用してもよい。
【００８５】
前記第１実施形態では、供給手段（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）におけるエネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１を備えていたが、これに限らず、弾性を有する弾性部材であればよく、例えば、ばね、板ばね、ゴム等にて構成してもよい。
前記第１実施形態において、外部エネルギにより回転自在に構成される回転錘を設け、ぜんまい４１を回転錘と連結させ、回転錘の回転によりぜんまい４１を巻き上げ可能に構成してもよい。
このような構成では、携帯性を有する電子機器（ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等）に燃料電池システムを搭載した場合に、外部エネルギとして該電子機器の動きに応じた運動エネルギによって回転錘が回転するように構成すれば、電子機器を携帯している人の運動等によりぜんまい４１が自動的に巻き上げられ、エネルギ蓄積手段４は機械エネルギを常に蓄積できる。
【００８６】
前記第１実施形態において、第２実施形態または第３実施形態における位置エネルギまたは熱エネルギを用いてぜんまい４１を巻き上げるように構成してもよい。
例えば、第１実施形態において、第２実施形態にて説明した位置エネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段をさらに設ける。そして、このエネルギ蓄積手段と巻き上げ機構３２６とを接続し、ぜんまい４１がほどけた状態において、重錘４４の重力の作用による位置の変化を利用して、ぜんまい４１を巻き上げる。
また、例えば、第１実施形態において、第３実施形態にて説明した熱エネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段をさらに設ける。そして、このエネルギ蓄積手段と巻き上げ機構３２６とを接続し、ぜんまい４１がほどけた状態において、熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用してぜんまい４１を巻き上げる。
【００８７】
第２実施形態において、第１実施形態または第３実施形態における機械エネルギまたは熱エネルギを用いて位置エネルギを蓄積するように構成してもよい。
例えば、第２実施形態において、第３実施形態にて説明した熱エネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段をさらに設ける。そして、重力の作用により重錘４４が落下した状態において、熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用してドラム４３を回転させ、ロープ４５を巻き上げ、エネルギ蓄積手段４に位置エネルギを蓄積する。
また、例えば、第２実施形態において、ドラム４３の軸に第１実施形態にて説明したぜんまい４１を備えたエネルギ蓄積手段を設け、ぜんまい４１を利用してドラム４３を回転させてロープ４５を巻き上げる。
【００８８】
前記第２実施形態では、永久磁石５３は、振り子玉３２７Ｆの正面側に配置された構成を説明したが、これに限らず、以下のような構成としてもよい。
例えば、永久磁石５３を振り子玉３２７Ｆの表裏を貫通するように配置してもよい。また、例えば、永久磁石５３を振り子玉３２７Ｆの両面にそれぞれ配置してもよい。さらに、例えば、永久磁石５３を振り子玉３２７Ｆの下側に配置してもよい。
【００８９】
前記第２実施形態では、永久磁石５３のＳ極及びＮ極は、振り子玉３２７Ｆの厚み方向に向くように配置されていたが、これに限らない。例えば、永久磁石５３のＳ極及びＮ極を、振り子玉３２７Ｆの振動方向に向くように配置してもよい。この際にも、永久磁石５３（５３１，５３２，５３３，５３４）は、振り子玉３２７Ｆの振動方向にＳ極とＮ極とが交互になるように配置されるとともに、振り子玉３２７Ｆの円弧状の振動軌跡に沿って配置される。
【００９０】
前記第３実施形態では、熱変換体４７Ａとしてパラフィンワックスを用いた構成を説明したが、これに限らない。例えば、液体及び気体の相変化で体積が変化するアンモニア、二酸化炭素及び塩化メチル等でもよく、相変化により体積が増減するものであればよい。また、熱変換体４７Ａの動作温度範囲を適宜変更するために、相変化物質と融点が異なる添加剤を混合してもよい。
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の燃料電池システムによれば、小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムを模式的に示す図。
【図２】前記各実施形態における燃料タンク及び洗浄液タンクの概略構成を示す図。
【図３】前記各実施形態における燃料タンク及びカートリッジホルダの断面図。
【図４】前記各実施形態における燃料タンク及びカートリッジホルダの断面図。
【図５】本発明の第１実施形態における供給手段の概略構成を示す図。
【図６】前記実施形態における供給手段の断面図である。
【図７】前記実施形態における供給手段のチューブの配置を説明する図。
【図８】前記実施形態における供給手段の駆動機構の平面図。
【図９】前記実施形態における供給手段の駆動機構の断面図。
【図１０】本発明の第２実施形態における供給手段の概略構成を示す図。
【図１１】前記実施形態における供給手段の駆動機構を正面側から見た図。
【図１２】本発明の第３実施形態における供給手段の概略構成を示す図。
【図１３】前記実施形態における供給手段のラックと角穴車及び歯車との噛合状態を説明する図。
【符号の説明】
１・・・燃料電池システム、２・・・燃料電池、４・・・エネルギ蓄積手段、５・・・発電機、３２・・・供給手段、４１・・・ぜんまい、３１１・・・燃料タンク（燃料貯蔵部）、３１２・・・洗浄液タンク（洗浄液貯蔵部）、３２２・・・チューブ、３２４・・・押圧体駆動部、３２４Ａ・・・ボール（押圧体）。
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料貯蔵部から供給される燃料に基づいて電気化学反応を生じ、電気エネルギを出力する燃料電池を備えた燃料電池システム及びこれを用いた機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、燃料電池と、該燃料電池に燃料及び酸化ガスを供給する補機と、この補機の駆動を制御する制御手段とを備え、燃料電池にて電気化学反応を起こさせて電気を発生する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料電池は、電解質膜の両側にアノードとカソードの電極を備え、補機からアノードに水素や炭化水素などの燃料（還元剤）の供給を受けるとともに、カソードに酸素や空気などの酸化ガス（酸化剤）の供給を受け、電気化学反応を起こして電気を発生する。
また、補機は、燃料電池を駆動するために、燃料を貯蔵するためのタンク、燃料を供給するための供給手段としてのポンプ、酸化ガスを供給するためのコンプレッサ等を備えている。
【０００３】
このうち、ポンプは、例えば、圧電アクチュエータ等により燃料の供給を実施させ、このような構成によりポンプ自体の小型化を図り、小型の燃料電池システムを構築している。
また、このような燃料電池システムは、燃料の供給を積極的に実施する必要があり、ポンプ（圧電アクチュエータ）を駆動するために、一次電池または二次電池等の電源を具備している。
そして、制御手段及び補機は、一次電池または二次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギにより駆動して、燃料電池システムが稼動する。
また、例えば、一次電池または二次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギを燃料電池システムの起動時のみに用い、燃料電池システムの起動後には、燃料電池にて生成される電気エネルギの一部を利用して燃料電池システムを稼動させる構成も採用されている。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１５３４７６号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような燃料電池システムでは、供給手段としてのポンプは、電気エネルギにより駆動するために、電気エネルギを供給するための一次電池または二次電池等の電源が必須の構成となる。このため、燃料電池システムの小型化を困難にする。
また、一次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギが不足した場合には、利用者に一次電池を交換させる等の煩雑な作業を実施させてしまう。同様に、二次電池等の電源に蓄えられた電気エネルギが不足した場合には、利用者に二次電池等の電源の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させてしまう。
さらに、燃料電池システムの稼動時に、燃料電池にて生成される電気エネルギの一部を利用する場合には、燃料電池システムにて生成される電気エネルギを外部装置に対して効率的に利用できない。
【０００６】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みて、小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる燃料電池システム及びこれを用いた機器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムは、燃料貯蔵部から供給される燃料に基づいて電気化学反応を生じ、電気エネルギを出力する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、弾性部材の変形に伴う弾性エネルギ、位置エネルギ、及び周囲の温度変化により膨張収縮する熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギのうちの少なくともいずれか一つを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段と、このエネルギ蓄積手段からのエネルギにより前記燃料を前記燃料貯蔵部から前記燃料電池に供給する供給手段と、前記エネルギ蓄積手段からのエネルギを電気エネルギに変換する発電機と、この発電機にて変換された電気エネルギで駆動されて、前記供給手段の駆動を制御する制御手段と、前記燃料電池内を洗浄する洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵部とを備え、前記制御手段は、前記供給手段を駆動して前記燃料を前記燃料電池に供給させるとともに、前記洗浄液貯蔵部に貯蔵された洗浄液を前記燃料電池に供給させ、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部は、当該燃料電池システムの筐体に対して着脱自在のカートリッジとして構成され、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部に貯蔵された燃料及び洗浄液をそれぞれ一時的に蓄積する２つの予備室を備え、前記供給手段は、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部からそれぞれ前記２つの予備室に一時的に蓄積された燃料及び洗浄液を前記燃料電池に供給することを特徴とする。
ここで、燃料電池としては、例えば、メタノールやメタン等の燃料を水素ガスに改質し、この水素ガスと酸化ガスとを利用して電気化学反応を生じる固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、または、メタノール等の燃料を改質せずに、電気化学反応を生じる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を利用できる。
【０００８】
本発明では、供給手段は、エネルギ蓄積手段からの弾性部材の変形に伴う弾性エネルギ、位置エネルギ、及び熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギのうちの少なくともいずれか一つにより燃料電池に燃料を供給する。また、制御手段は、発電機にて発電された電気エネルギで駆動し、供給手段における駆動を制御する。このことにより、一次電池または二次電池等の電源からの電気エネルギの供給を受けずとも、燃料の供給及びこの供給における制御を実施できる。したがって、一次電池または二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システムの小型化を図れる。また、一次電池または二次電池等の電源を不要とするので、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることがなく、燃料電池システムの利便性の向上を図れる。
【０００９】
ところで、例えば、燃料電池として直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）を用いた場合、燃料電池システムを継続して稼動すると、電気化学反応の反応過程において、一酸化炭素、ホルムアルデヒド、蟻酸、または未反応物質（水、その他の不純物）等が燃料電池のアノード側に滞留しやすい。このため、燃料電池における反応効率が低下し、それに伴って発電効率が低下してしまう。
ここで、洗浄液としては、水、メタノール溶液等を採用できる。また、これらとともにまたはこれらに代えて燃料電池内に滞留した不純物を除去する作用のある物質を採用してもよい。
本発明によれば、燃料電池システムは、洗浄液貯蔵部を具備し、制御手段は、燃料電池に洗浄液を供給させるので、この供給される洗浄液により燃料電池内に滞留した不純物が排除され、燃料電池における発電効率の低下を回避できる。
【００１０】
さらに、本発明によれば、燃料貯蔵部がカートリッジとして構成されているので、燃料電池システムにて用いられる燃料を交換可能に構成できる。したがって、例えば、燃料貯蔵部内の燃料が不足して燃料電池システムが稼動できない状態となった場合でも、燃料貯蔵部を交換することで、迅速に対応でき、燃料電池システムのさらなる利便性の向上を図れる。
また、洗浄液貯蔵部がカートリッジとして構成されているので、燃料貯蔵部と同様に、燃料電池システムにて用いられる洗浄液を交換可能に構成できる。
【００１１】
また、本発明によれば、燃料電池システムは、２つの予備室を備えているので、例えば、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部がカートリッジとして構成されている場合には、このカートリッジが燃料電池システムの筐体に設置された際に、カートリッジ内に貯蔵された燃料及び洗浄液をそれぞれ２つの予備室に予め蓄積しておくことができる。
例えば、カートリッジにおいて、内部の液体を外部に対して供給するための開口部分の面積が小さい場合には、供給手段は、カートリッジ内の液体を燃料電池に供給するには大きい駆動力が必要となる。
本発明では、予め、カートリッジ内部の燃料及び洗浄液がそれぞれ２つの予備室に蓄積されるので、供給手段は、２つの予備室にそれぞれ蓄積された燃料及び洗浄液を小さい駆動力で容易に燃料電池に供給できる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムでは、前記２つの予備室には、前記供給手段にて該予備室から前記燃料電池に燃料及び洗浄液がそれぞれ供給されると、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部から燃料及び洗浄液がそれぞれ補充されることが好ましい。
ここで、燃料及び洗浄液の２つの予備室への補充としては、以下に示すような種々の構成を採用できる。
例えば、供給手段にて２つの予備室から燃料及び洗浄液がそれぞれ燃料電池に供給された際に、予備室が負圧となり、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部から燃料及び洗浄液をそれぞれ吸入して補充する構成を採用できる。
また、例えば、供給手段の駆動に連動し、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部にそれぞれ貯蔵された燃料及び洗浄液を２つの予備室にそれぞれ強制的に補充する機構を備えた構成も採用できる。
本発明によれば、２つの予備室には、内部の燃料及び洗浄液が外部に供給されると、燃料貯蔵部及び洗浄液貯蔵部からそれぞれ燃料及び洗浄液が常時、補充されるように構成されているので、供給手段による燃料電池への燃料及び洗浄液の供給を脈動なく実施させることができる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムでは、前記供給手段は、内部に液体が流通するチューブと、このチューブの一部を圧閉しながら移動して前記チューブ内の液体を移動させる押圧体と、この押圧体を移動させる押圧体駆動部とを備えていることが好ましい。
本発明によれば、供給手段は、チューブ、押圧体及び押圧体駆動部を備え、押圧体駆動部の駆動により押圧体がチューブの一部を圧閉しながらチューブ上を移動するので、チューブ内の燃料または洗浄液等の液体を送液できる。したがって、小さな駆動力で駆動できるとともに、押圧体駆動部を小型化でき、燃料電池システムの小型化を図れる。
【００１４】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ蓄積手段は、弾性エネルギを蓄積して供給するぜんまいであることが好ましい。
本発明によれば、エネルギ蓄積手段は、ぜんまいで構成されているので、簡単な構造で駆動源としてのエネルギ蓄積手段を構成できる。また、人力によって容易に弾性エネルギを発生し、発生した弾性エネルギを容易に蓄積できる。さらに、ぜんまいを巻き上げる回転錘を設ければ、燃料電池システムを携帯している人の運動等によりぜんまいが自動的に巻き上げられ、弾性エネルギを常に蓄積できる。
【００１５】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ蓄積手段は、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを蓄積するとともに、この位置エネルギを前記供給手段の駆動エネルギに変換して供給することが好ましい。
本発明によれば、エネルギ蓄積手段は、物体の位置の変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段は、位置エネルギを供給手段の駆動エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システムを簡素な構造で製造できる。
【００１６】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ蓄積手段は、周囲の温度変化により膨張収縮する熱変換体を備え、前記熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギを蓄積するとともに、この変位エネルギを前記供給手段の駆動エネルギに変換して供給することが好ましい。
本発明によれば、エネルギ蓄積手段は、周囲の温度変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段は、変位エネルギを供給手段の駆動エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システムを簡素な構造で製造できる。
【００１７】
一方、本発明の機器は、前述した燃料電池システムを用いたことを特徴とする。
本発明によれば、例えば、機器としてノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等に上述した燃料電池システムを搭載すれば、前述した燃料電池システムの作用効果を享受するとともに、該機器の駆動源となる燃料電池システムが小型化するので、機器自体の小型化を図れる。また、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることなく、機器の駆動を良好に維持できる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
[第１実施形態]
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔燃料電池システムの構成〕
図１は、本実施形態における燃料電池システム１を模式的に示す図である。
燃料電池システム１は、メタノール溶液等の燃料及び酸素や空気等の酸化ガスを利用した電気化学反応により電気エネルギを生成する。この燃料電池システム１は、燃料電池２と、補機３と、エネルギ蓄積手段４と、発電機５と、図示しない制御手段とを備えている。
【００１９】
燃料電池２は、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、燃料電池セルが拡散層を介して複数積層されたスタック構造で構成されている。本実施形態では、説明を簡略化するため、図１に示すように、単一の燃料電池セルで構成した燃料電池２を図示する。
この燃料電池２は、固体電解質膜２１と、この固体電解質膜２１を両側から挟持するように配置されるアノード電極２２及びカソード電極２３と、燃料拡散層２４と、空気拡散層２５とを備えた燃料電池セルが両側から図示しないガスケット等により液密に構成されている。また、燃料電池２において、アノード電極２２側には、燃料が供給される燃料室２６が付設されている。
【００２０】
固体電解質膜２１は、例えば、ナフィオン膜（デゥポン社商標名）等のプロトン伝導性高分子から構成される。
アノード電極２２は、メタノール溶液等の燃料が供給される側に配置され、メタノールと水との反応の触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成される。ここで、触媒としては、例えば、白金及びルテニウムの合金等を採用できる。このアノード電極２２において、供給されたメタノールと水とが反応して二酸化炭素、プロトン及び電子が発生する。
カソード電極２３は、酸素や空気等の酸化ガスが供給される側に配置され、触媒として、例えば、白金を担持したカーボン触媒電極から構成される。このカソード電極２３において、供給された酸化ガスと、固体電解質膜２１を通ったプロトンと、外部の負荷を通って仕事をした後にカソード電極２３に達した電子とが反応して水が生成される。
【００２１】
燃料拡散層２４及び空気拡散層２５は、メッシュの金属フォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、供給される燃料及び酸化ガスをそれぞれ拡散してアノード電極２２及びカソード電極２３にそれぞれ導く。
これら燃料拡散層２４及び空気拡散層２５は、それぞれ、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、また、スポンジチタン等の多孔製金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。
燃料室２６は、アノード電極２２及び燃料拡散層２４が隔壁２６１により囲まれて略箱状に形成されている。そして、この隔壁２６１には、排出成分（未反応メタノール、水、二酸化炭素）を排出するアノード側排出口２６Ａと、燃料室２６内に燃料及び洗浄液を吸入するアノード側吸入口２６Ｂ，２６Ｃとが形成されている。なお、これらアノード側排出口２６Ａ及びアノード側吸入口２６Ｂ，２６Ｃには、それぞれ燃料の逆流を防止する図示しない逆流防止弁が設けられている。また、燃料の逆流を防止する逆流防止弁を設けずに、アノード側排出口２６Ａ及びアノード側吸入口２６Ｂ，２６Ｃの流路抵抗を異なるように形成して逆流を防止するように構成してもよい。
また、カソード電極２３側にも同様に、酸化ガスを吸入する図示しないカソード側吸入口及び生成した水及び空気を排出するカソード側排出口２５Ａを備えている。なお、カソード側吸入口から吸入される酸化ガスとしては、大気中の空気を採用でき、例えば、コンプレッサ等により強制的に空気を吸入口から流入させる構成を採用できる。
【００２２】
補機３は、燃料電池システム１を稼動して燃料電池２における電気化学反応を補助する。この補機３は、タンク３１と、供給手段３２と、高分子吸収体３３とを備えている。
タンク３１は、燃料を貯蔵する燃料貯蔵部としての燃料タンク３１１と、洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵部としての洗浄液タンク３１２と、これら燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２に貯蔵された液体を一時的に蓄える予備室３１３，３１４とを備えている。
【００２３】
図２は、本実施形態における燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２の概略構成を示す図である。
燃料タンク３１１は、略箱状に形成され、燃料として純メタノール液を貯蔵する。この燃料タンク３１１は、燃料電池システム１を構成する図示しない筐体に設置されたカートリッジホルダ３１５に対して着脱自在なカートリッジとして構成される。
洗浄液タンク３１２は、略箱状に形成され、洗浄液として純水を貯蔵する。ここで、洗浄液タンク３１２に貯蔵された純水は、燃料の一部として燃料電池２で用いられる。この洗浄液タンク３１２は、燃料タンク３１１と略同様な構造であり、カートリッジホルダ３１５に対して着脱自在なカートリッジとして構成される。
【００２４】
図３及び図４は、燃料タンク３１１及びカートリッジホルダ３１５の断面を示す図である。なお、洗浄液タンク３１２は、燃料タンク３１１と略同様の構造であり、説明を省略する。
燃料タンク３１１において、底面には燃料取出部３１１Ａが形成され、上面側にはカートリッジホルダ３１５と係合する係合部３１１Ｂが形成されている。
燃料取出部３１１Ａは、燃料取り出し用の孔３１１Ａ１と、不使用時に孔３１１Ａ１から燃料タンク３１１外部に燃料が漏れることを防止する弁体３１１Ａ２と、孔３１１Ａ１を封止するように貼着されたシール３１１Ａ３とを備えている。
係合部３１１Ｂは、燃料タンク３１１の上面側から該上面と略平行に延出し、先端部分が上方に折曲して略Ｌ字状に形成されている。そして、この係合部３１１Ｂは、カートリッジホルダ３１５の蓋材３１５Ｂの案内部３１５Ｂ３と係合し、案内部３１５Ｂ３に案内されることで、燃料タンク３１１がカートリッジホルダ３１５の所定位置に設置される。
【００２５】
カートリッジホルダ３１５は、内周形状が燃料タンク３１１の外周形状と略同一である略箱状に形成されている。このカートリッジホルダ３１５は、上部が開口したホルダ本体３１５Ａと、ホルダ本体３１５Ａの開口部分を開閉自在とする蓋材３１５Ｂとを備えている。
ホルダ本体３１５Ａは、その底面に、上方に突出した燃料取入部３１５Ａ１が設けられている。この燃料取入部３１５Ａ１は、燃料予備室３１３とパイプを介して連通した孔であり、ホルダ本体３１５Ａの所定位置に燃料タンク３１１が搭載された時に、シール３１１Ａ３を貫通して弁体３１１Ａ２を上方に押し上げて、燃料タンク３１１内部と燃料予備室３１３とが連通する。
【００２６】
蓋材３１５Ｂは、断面略Ｖ字状に設けられ、ホルダ本体３１５Ａの開口部分の辺縁に該開口部分を開閉するように断面略Ｖ字状の谷部分が回動自在に設けられている。この蓋材３１５Ｂは、断面略Ｖ字状の一方の面に、ホルダ本体３１５Ａと係合して設置状態を保持する突起部３１５Ｂ１と、燃料タンク３１１をホルダ本体３１５Ａに対して押圧するタンク押圧部３１５Ｂ２とが形成されている。また、他方の面には、燃料タンク３１１を所定位置に案内する案内部３１５Ｂ３が形成されている。
【００２７】
このような構成では、燃料タンク３１１のカートリッジホルダ３１５への設置は、以下のように実施される。
利用者は、カートリッジホルダ３１５の蓋材３１５Ｂを開いて、新しい燃料が貯蔵された燃料タンク３１１をホルダ本体３１５Ａ内に装填する。この際、燃料タンク３１１の係合部３１１Ｂが蓋材３１５Ｂの案内部３１５Ｂ３に受け止められ、燃料タンク３１１の係合部３１１Ｂとは反対側の端部がホルダ本体３１５Ａの内周部分に支持される。
この状態で蓋材３１５Ｂを閉めると、図４に示すように、案内部３１５Ｂ３が下方に回動して燃料タンク３１１が案内され、燃料タンク３１１の燃料取出部３１１Ａが燃料取入部３１５Ａ１の先端に接触する。
【００２８】
さらに蓋材３１５Ｂを回動させると、タンク押圧部３１５Ｂ２が燃料タンク３１１をホルダ本体３１５Ａに押圧し、燃料取入部３１５Ａ１がシール３１１Ａ３を貫通して、弁体３１１Ａ２を上方に押し上げて、燃料タンク３１１と燃料予備室３１３とが燃料を流通可能に連通する。そして、蓋材３１５Ｂの突起部３１５Ｂ１がホルダ本体３１５Ａに係合して燃料タンク３１１がカートリッジホルダ３１５に固定される。
予備室３１３，３１４は、燃料タンク３１１または洗浄液タンク３１２に貯蔵された純メタノール液または純水を一時的に蓄積する。また、予備室３１３，３１４は、内部に蓄積した純メタノール液または純水が後述する供給手段３２にて吸入されると、内部が負圧となり、燃料タンク３１１または洗浄液タンク３１２内の純メタノール液または純水を吸入して補充する構成となっている。
【００２９】
供給手段３２は、予備室３１３，３１４に貯蔵された純メタノール液及び純水を燃料電池２に供給する。この供給手段３２は、燃料予備室３１３に蓄えられた純メタノール液を燃料電池２に供給する燃料供給部３２Ａと、洗浄液予備室３１４に蓄えられた純水を燃料電池２に供給する洗浄液供給部３２Ｂとを備えている。そして、これら燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂは、制御手段による制御の下、燃料電池２にて電気化学反応を生じさせる際に、燃料電池２内で純メタノール液と純水とが所定の混合比となるように、それぞれの供給量が調節される。この供給手段３２は、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギにより駆動される。本実施形態では、供給手段３２Ａ，３２Ｂは、それぞれチューブポンプとして構成される。
この供給手段３２の詳細については、後述する。
【００３０】
高分子吸収体３３は、燃料電池２からの排出成分を吸収する。すなわち、燃料電池２のアノード側排出口２６Ａから排出される排出成分（未反応メタノール、水、二酸化炭素）、及び、カソード側排出口２５Ａから排出される水分を吸収する。なお、ここでは、高分子吸収体を用いたが、これに限らず、燃料電池２からの排出成分を吸収するものであれば、その他の材料を用いてもよい。
制御手段は、補機３全体を制御する。この制御手段は、供給手段３２の駆動制御（供給量制御等）、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から予備室３１３，３１４への液体の供給量の制御等を実施する。
エネルギ蓄積手段４及び発電機５は、補機３を構成する供給手段３２に具備されているため、以下に供給手段３２と同時に説明する。
【００３１】
〔供給手段、エネルギ蓄積手段及び発電機の構成〕
次にチューブポンプとして構成される供給手段３２（３２Ａ，３２Ｂ）の構成について説明する。
図５は、第１実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の概略構成を示す図である。
図６は、第１実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の断面図である。なお、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂは、略同様の構造であるので、図５及び図６では、燃料供給部３２Ａの構造を図示する。以下の図も同様に燃料供給部３２Ａについて図示する。
この燃料供給部３２Ａは、外郭を形成する筐体３２１と、この筐体３２１内に収容されるチューブ３２２と、このチューブ３２２内の燃料を送液する駆動機構３２３とを備えている。
【００３２】
筐体３２１は、図５または図６に示すように、略円形箱状に形成され、上方に配置される第１筐体３２１Ａと、下方に配置される第２筐体３２１Ｂとを備えている。
【００３３】
第１筐体３２１Ａは、図６に示すように、略円盤状に形成された中空部材であり、その内部には、第２筐体３２１Ｂ側に開口した孔３２１Ａ１と、後述する駆動機構３２３が収容される略円形の収容部３２１Ａ２とが形成されている。ここで、この収容部３２１Ａ２は、第２筐体３２１Ｂの中心位置から偏心して形成されている。また、第１筐体３２１Ａの上面は、蓋材３２１Ａ３が設けられ、この蓋材３２１Ａ３にて第１筐体３２１Ａの上面を塞ぐことで、収容部３２１Ａ２が閉塞される。
第２筐体３２１Ｂは、平面略正方形状に形成され、図６に示すように、その上面には、後述するポンプとしてのチューブ３２２及び駆動機構３２３の一部の設置空間となる凹部３２１Ｂ１が形成されている。また、この凹部３２１Ｂ１の底面には、チューブ３２２の配置位置を規制する案内溝３２１Ｂ２が形成されている。
そして、この筐体３２１では、第１筐体３２１Ａの下面に第２筐体３２１Ｂがビス止め等により一体的に固定される。
【００３４】
図７は、燃料供給部３２Ａのチューブ３２２の配置を説明する図である。具体的には、筐体３２１の第１筐体３２１Ａを外して上方から見た図である。
チューブ３２２は、その内部を燃料が流通する。このチューブ３２２は、図５または図７に示すように、第２筐体３２１Ｂの外部から第２筐体３２１Ｂに形成された孔３２１Ｂ３を貫通して第２筐体３２１Ｂの案内溝３２１Ｂ２に沿って略円弧状に配置され、もう一方の孔３２１Ｂ３を貫通して再び外部へ配置されている。そして、この孔３２１Ｂ３とチューブ３２２との隙間は封止材３２１Ｂ４で封止され、密封されている。このチューブ３２２の材料としては、シリコーンゴム、ポリウレタン、その他の弾性材料が採用できる。
【００３５】
図８は、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の駆動機構３２３を図６の上方から見た平面図である。
図９は、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の駆動機構３２３の断面図である。
駆動機構３２３は、チューブ３２２内部の燃料を移動させて流通させる。この駆動機構３２３は、図８に示すように、機械エネルギを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段４と、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギに基づいてチューブ３２２内部の燃料を流通させる押圧体駆動部３２４（図９）と、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギを押圧体駆動部３２４に伝達する輪列３２５と、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギを電気エネルギに変換する発電機５とを備えている。
【００３６】
エネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１と、このぜんまい４１を収納する香箱４２とを備えている。
香箱４２は、中心部分に形成された香箱真４２Ａを軸として回転自在に構成され、外周には輪列３２５の二番車３２５Ａと噛合する香箱車４２Ｂが形成されている。
ぜんまい４１は、一端が香箱真４２Ａに、他端が香箱車４２Ｂの内周部分に固定されている。そして、香箱４２は、ぜんまい４１がほどけることにより香箱真４２Ａを軸として回転し、ぜんまい４１の機械エネルギが輪列３２５及び押圧体駆動部３２４（図９）に伝達される。
また、香箱真４２Ａには、角穴車４２Ｃが固定され、この角穴車４２Ｃは、筐体３２１の外部に突出して設けられた巻き上げ機構３２６の巻真３２６Ａ（図５、８）に図示しない巻き上げ輪列を介して接続されている。そして、巻真３２６Ａの端部に設けられた竜頭３２６Ｂ（図５）を回すことで、香箱真４２Ａが回転してぜんまい４１を巻き上げることが可能となる。
【００３７】
押圧体駆動部３２４は、図６または図９に示すように、チューブ３２２上で転動してチューブ３２２内の燃料を移動するボール３２４Ａと、輪列３２５の二番車３２５Ａと共に回転するロータ駆動部３２４Ｂと、第２筐体３２１Ｂに回動自在に固定されボール３２４Ａをチューブ３２２に対して押圧しつつ移動させるロータ３２４Ｃと、ボール３２４Ａの移動を規制するリテーナ３２４Ｄとを備えている。
ボール３２４Ａは、図６または図７に示すように、駆動機構３２３の駆動によりチューブ３２２を押圧しつつチューブ３２２上を転動してチューブ３２２内の燃料を移動する。このボール３２４Ａは、複数設けられ（本実施形態では二つ）、後述するリテーナ３２４Ｄのボール保持部３２４Ｄ２に保持され、駆動機構３２３の駆動により略円弧状に配置されたチューブ３２２上を転動する。
【００３８】
ロータ駆動部３２４Ｂは、図９に示すように、略円盤状とされ、中心部分が輪列３２５の二番車３２５Ａに固定された筒かな３２５Ａ３に接続されている。このため、ロータ駆動部３２４Ｂは、香箱４２の回転に伴う二番車３２５Ａの回転に連動し、二番車３２５Ａ位置を中心として回転する。また、ロータ駆動部３２４Ｂの外周側には、円盤状部分の下方に略垂直に突出して複数の突出部３２４Ｂ１が設けられている（本実施形態では二つ）。
【００３９】
ロータ３２４Ｃは、ボール３２４Ａを押圧しつつチューブ３２２上で転動させる。このロータ３２４Ｃは、図６に示すように、略円盤状に形成され、第２筐体３２１Ｂの案内溝３２１Ｂ２の中心に固定された支持軸３２１Ｂ５に、ベアリング３２１Ｂ６を介して回転可能に支持されている。また、ロータ３２４Ｃの内周側には、ロータ駆動部３２４Ｂの突出部３２４Ｂ１と嵌合するトラック孔３２４Ｃ１が形成され、ロータ駆動部３２４Ｂの回転と連動してロータ３２４Ｃが回転する。さらに、ロータ３２４Ｃのボール３２４Ａと対向する面には、押圧ゴム３２４Ｃ２が設けられ、ボール３２４Ａに当接している。このため、ボール３２４Ａは、ロータ３２４Ｃに対して滑り難い状態となり、ロータ３２４Ｃの回転に伴って良好にチューブ３２２上を転動する。
【００４０】
リテーナ３２４Ｄは、図６に示すように、略円盤状に形成され、ロータ３２４Ｃ及び第２筐体３２１Ｂの間に設けられている。また、リテーナ３２４Ｄの中央部分には、図７に示すように、孔３２４Ｄ１が形成され、第２筐体３２１Ｂの支持軸３２１Ｂ５、ベアリング３２１Ｂ６及びロータ３２４Ｃの下端部が貫通している。ここで、リテーナ３２４Ｄの孔３２４Ｄ１は、貫通する支持軸３２１Ｂ５、ベアリング３２１Ｂ６及びロータ３２４Ｃの下端部における全体の寸法よりも大きく形成されている。このため、リテーナ３２４Ｄは、ロータ３２４Ｃには固定されずに独立して第２筐体３２１Ｂに載置された状態となる。また、リテーナ３２４Ｄの外周部分には、ボール３２４Ａを保持するボール保持部３２４Ｄ２が形成されている。このボール保持部３２４Ｄ２は、リテーナ３２４Ｄの周囲に等間隔で、ボール３２４Ａと同数箇所（本実施形態では二つ）形成され、それぞれ内部にボール３２４Ａが配置されている。また、ボール保持部３２４Ｄ２の近傍には、凸部３２４Ｄ３が形成されている。さらに、リテーナ３２４Ｄの側面には、第２筐体３２１Ｂに揺動可能に固定された板ばね３２１Ｂ７が適当な付勢力で押し付けられている。そして、板ばね３２１Ｂ７の先端は、リテーナ３２４Ｄの凸部３２４Ｄ３の回転移動により第２筐体３２１Ｂに固定された検出部３２１Ｂ８に接触・離反する。
これらロータ駆動部３２４Ｂ、ロータ３２４Ｃ及びリテーナ３２４Ｄは、例えば、ステンレス鋼や、アルミニウム等で構成できる。
【００４１】
輪列３２５は、エネルギ蓄積手段４の香箱４２の回転を押圧体駆動部３２４のロータ駆動部３２４Ｂに伝達する。この輪列３２５は、図５に示すように、香箱車４２Ｂと噛合する二番車３２５Ａと、以下順に増速するように噛合した三番車３２５Ｂと、四番車３２５Ｃと、五番第一中間車３２５Ｄと、五番第二中間車３２５Ｅと、五番車３２５Ｆと、六番車３２５Ｇとを備えている。
そして、香箱車４２Ｂの回転は、図８または図９に示すように、二番車３２５Ａのかな３２５Ａ１へ伝達された後、二番車３２５Ａの歯車３２５Ａ２から増速されて三番車３２５Ｂのかなへ、三番車３２５Ｂの歯車から増速されて四番車３２５Ｃのかな３２５Ｃ１へ伝達される。さらに、四番車３２５Ｃの歯車３２５Ｃ２から五番第一中間車３２５Ｄを介して増速されて五番第二中間車３２５Ｅのかな３２５Ｅ１へ、五番第二中間車３２５Ｅの歯車３２５Ｅ２から増速されて五番車３２５Ｆのかなへ、五番車３２５Ｆの歯車から増速されて六番車３２５Ｇのかなへ、六番車３２５Ｇの歯車から増速されて発電機５へと伝達される。そして、これら各部材は、上下に適宜形成された輪列受及び地板に軸支されている。
【００４２】
発電機５は、輪列３２５の六番車３２５Ｇの回転に伴う運動により電気エネルギを生成する。この発電機５は、調速ロータ５１と、調速ロータ５１の回転により電気エネルギを出力するステータ５２とを備えている。
調速ロータ５１は、六番車３２５Ｇと噛合するロータかな５１１、永久磁石５１２及び調速ロータ５１の回転を滑らかにする慣性板５１３とを備えている。
ステータ５２は、調速ロータ５１の回転によって永久磁石５１２の磁束を鎖交させる磁気回路を形成し、磁束の変化により電気エネルギを出力する。このステータ５２は、一対のステータ材５２１と、このステータ材５２１にそれぞれ巻線された一対のコイル５２２とを備えている。
【００４３】
ステータ材５２１は、略平行に配置され、一対が配置された状態でその先端部分に形成された孔に、調速ロータ５１の永久磁石５１２が配置される。
コイル５２２は、永久磁石５１２が回転することで生じるステータ材５２１での磁束変化を電力に変換する。ステータ５２からの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路を通して整流され、コンデンサ等で構成された電源回路に充電供給される。そして、この電源回路に充電された電力は、図示しない制御手段に供給される。
【００４４】
ここで、制御手段は、コイル５２２に電気的に接続されており、調速ロータ５１及びステータ５２で発電された電力で駆動される。そして、制御手段は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの駆動を制御する駆動制御部を備えている。
この駆動制御部は、水晶振動子と、この水晶振動子からの周波数を分周して基準信号を出力する発振回路と、発電された交流電流の周波数を検出する検出回路と、検出された周波数と基準周波数とを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。発振回路では、水晶振動子からの信号を用いて基準信号を出力する。制御回路では、この基準信号と検出回路からの回転検出信号とを比較し、その位相差等に応じて燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１を制動して輪列３２５を介して押圧体駆動部３２４のロータ駆動部３２４Ｂの回転周期をそれぞれ制御する。なお、調速ロータ５１の制動方法としては、ステータ５２の出力端子間を短絡してショートブレーキを掛けたり、コイル５２２に流れる電流値を制御して制動量をコントロールすればよい。これにより、調速ロータ５１の回転周期（回転速度）が所定の周期（速度）に保たれ、輪列３２５及びロータ駆動部３２４Ｂの回転周期（回転速度）が制御される。
ここで、ぜんまい４１の巻数や寸法、材質などは、燃料電池システム１を稼動する時間、例えば最低１２時間得られるように設定されている。
【００４５】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、第１実施形態における燃料電池システム１の動作について説明する。
燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂのぜんまい４１がほどけて香箱４２が回転すると、この回転力が香箱車４２Ｂに噛合する輪列３２５で増速されながら伝達され、輪列３２５の調速ロータ５１が回転する。そして、ステータ５２は、調速ロータ５１に固定された永久磁石５１２が回転することによって、電気エネルギに変換して発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、供給手段３２の駆動を制御する。以下には、制御手段による燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの駆動制御を説明する。
【００４６】
制御手段の駆動制御部は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１を制動して輪列３２５の回転速度をそれぞれ所定速度に調速する。
二番車３２５Ａが調速されることによって筒かな３２５Ａ３に接続されたロータ駆動部３２４Ｂは、所定回転速度で回転するとともに、ロータ３２４Ｃに回転運動を伝達する。そして、ロータ３２４Ｃは、図７に示す矢印Ｒ方向に回転する。
ロータ３２４Ｃが回転すると、押圧ゴム３２４Ｃ２に押圧されているボール３２４Ａは摩擦によってチューブ３２２を押し潰しながら転動する。これによって、チューブ３２２内の二つのボール３２４Ａに挟まれた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が移動する。一方のボール３２４Ａが案内溝３２１Ｂ２の一方の端部まで移動すると、ボール３２４Ａは押圧ゴム３２４Ｃ２とともに支持軸３２１Ｂ５を中心に回転を続けるので、チューブ３２２の押圧が解除される。この状態で、他方のボール３２４Ａが転動しながら燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を案内溝３２１Ｂ２に沿って押し出し、これによってチューブ３２２内の燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が流通する。一方のボール３２４Ａは、その間に再び案内溝３２１Ｂ２上に配置され、チューブ３２２を押し潰して、他方のボール３２４Ａとで挟まれた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を移動させる。これを繰り返すことによって燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４内に蓄えられた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がチューブ３２２を介して連続で燃料電池２に供給される。また、燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４からチューブ３２２を介して連続で燃料電池２に供給される際には、上述したように、常時、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４に燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が補充されている。
【００４７】
ここで、ボール３２４Ａの回転数は、リテーナ３２４Ｄによって検出される。ボール３２４Ａは、転動に伴ってリテーナ３２４Ｄのボール保持部３２４Ｄ２を押し、これによってリテーナ３２４Ｄが回転する。この際、リテーナ３２４Ｄの凸部３２４Ｄ３が板ばね３２１Ｂ７に接触し、ついで板ばね３２１Ｂ７をその付勢力に抗してリテーナ３２４Ｄから離反する方向に移動させる。ここで、板ばね３２１Ｂ７の先端が検出部３２１Ｂ８に接触した状態では、電気的に導通した状態であり、板ばね３２１Ｂ７の先端が検出部３２１Ｂ８から離反することによって、検出部３２１Ｂ８がボール３２４Ａの回転を検知する。すなわち、このボール３２４Ａの回転を二回検知すれば押圧体駆動部３２４が一回転したことになる。これを利用して、図示しない制御手段の駆動制御部は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂのそれぞれの押圧体駆動部３２４の回転数等を算出するなどして燃料電池２に供給される燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が所定の混合比になるように供給手段３２の運転状態を制御する。
そして、制御手段の駆動制御部は、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１の回転速度を制御して洗浄液供給部３２Ｂからの洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を排出する。
【００４８】
〔第１実施形態の効果〕
上述した実施形態では、以下のような効果がある。
（１）燃料電池システム１の供給手段３２は、エネルギ蓄積手段４のぜんまい４１に蓄えられた機械エネルギを駆動源として燃料電池２に燃料を供給する。また、制御手段は、発電機５にて発電された電気エネルギで駆動し、供給手段３２における駆動を制御する。このことにより、一次電池または二次電池等の電源からの電気エネルギの供給を受けずとも、燃料（純メタノール液）または洗浄液（純水）の供給の制御、及び、洗浄液（純水）による燃料電池２の燃料室２６の洗浄の制御を実施できる。したがって、一次電池または二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システム１の小型化を図れる。また、一次電池または二次電池等の電源を不要とするので、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることがなく、燃料電池システム１の利便性の向上を図れる。
【００４９】
（２）燃料電池システム１では、洗浄液タンク３１２に洗浄液（純水）が貯蔵され、制御手段の駆動制御部により、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２に供給されるので、この供給される洗浄液（純水）により燃料電池２の燃料室２６内に滞留した不純物が排除され、燃料電池２における発電効率の低下を回避できる。
（３）燃料電池システム１では、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２がカートリッジとして構成されているので、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を交換可能に構成できる。例えば、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２内の燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）が不足して燃料電池システム１が稼動できない状態となった場合でも、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２を交換することで、迅速に対応でき、燃料電池システム１のさらなる利便性の向上を図れる。
（４）燃料電池システム１では、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がそれぞれ燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２に分けて貯蔵されているので、燃料電池２の燃料室２６内を洗浄する際に、適宜、洗浄液（純水）のみを燃料室２６に供給できる。
【００５０】
（５）燃料電池システム１では、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を予め蓄積する予備室３１３，３１４を備えているので、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２の孔３１１Ａ１の開口面積が小さくても、供給手段３２は、予備室３１３，３１４に蓄積された所定量の燃料及び洗浄液を取り込んで、燃料電池２に供給できる。したがって、供給手段３２は、大きい駆動力を必要とせず、容易に燃料電池２に燃料及び洗浄液を供給できる。
（６）予備室３１３，３１４は、内部の燃料及び洗浄液が供給手段３２により吸入されると、内部が負圧となり、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から燃料及び洗浄液を吸入して補充するように構成されているので、予備室３１３，３１４内の燃料及び洗浄液が不足することがなく、供給手段３２による燃料電池２への燃料及び洗浄液の供給を脈動なく実施させることができる。
【００５１】
（７）燃料電池システム１では、供給手段３２は、押圧体駆動部３２４の駆動によりボール３２４Ａがチューブ３２２の一部を圧閉しながらチューブ上を転動するので、ボール３２４Ａとチューブ３２２との摩擦が低減し、小さな駆動力で駆動できる。したがって、供給手段３２は、大型の駆動機構を不要とし、燃料電池システム１の小型化を図れる。
（８）燃料電池システム１では、エネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１で構成されているので、簡単な構造で駆動源としてのエネルギ蓄積手段を構成できる。また、巻き上げ機構３２６を利用すれば、人力によって容易に機械エネルギを発生し、発生した機械エネルギを容易に蓄積できる。
【００５２】
（９）燃料電池システム１では、供給手段３２の発電機５は、エネルギ蓄積手段４からの機械エネルギを電気エネルギに変換するのみならず、供給手段３２における押圧体駆動部３２４の駆動速度を調速する機構としても機能するので、燃料電池２に一定量の燃料を燃料電池２に供給することができ、燃料電池２における発電効率を向上させることができる。
（１０）燃料電池システム１では、供給手段３２は、エネルギ蓄積手段４及び発電機５を具備する構成としているので、燃料電池システム１をコンパクトな構成としさらなる小型化を図れる。
（１１）燃料電池システム１を、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等の電子機器に搭載すれば、該燃料電池システム１の小型化により、電子機器自体の小型化を図れる。また、利用者に電池の交換及び電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることなく、電子機器を良好に駆動できる。
【００５３】
[第２実施形態]
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
第１実施形態では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１を備え、このぜんまい４１により機械エネルギを蓄積して供給している。
これに対して第２実施形態の燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、位置エネルギを蓄積して供給する。すなわち、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の構成が相違するのみで、その他の構成は同一である。
【００５４】
図１０は、第２実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の概略構成を示す図である。なお、図１０では、燃料供給部３２Ａの内部構造を説明するために、筐体３２１を適宜省略している。
燃料供給部３２Ａは、図１０に示すように、右側に配置される第１筐体３２１Ａと、左側に配置される第２筐体３２１Ｂとを備えた筐体３２１にて外郭が形成されている。
第１筐体３２１Ａは、略箱状に形成され、第２筐体３２１Ｂと対向する一方の端面に、第２筐体３２１Ｂ側に開口する孔３２１Ａ１が形成されている。そして、第１筐体３２１Ａ内部には、駆動機構３２３が設置される。
第２筐体３２１Ｂは、第１筐体３２１Ａと対向する一方の端面が開口して略箱状に形成されている。そして、第２筐体３２１Ｂ内部には、案内溝３２１Ｂ２に沿ってチューブ３２２の一部が設置されるとともに、第１筐体３２１Ａの孔３２１Ａ１を介して駆動機構３２３の一部が設置される。
【００５５】
図１１は、駆動機構３２３を正面側から見た図である。具体的には、図１０の右側から駆動機構３２３を見た図である。
駆動機構３２３は、位置エネルギを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段４と、押圧体駆動部３２４と、輪列３２５と、輪列３２５と連動して運動するとともに、輪列３２５及び押圧体駆動部３２４の回転速度を調速する調速部３２７と、調速部３２７の運動により電気エネルギを生成する発電機５とを備えている。
【００５６】
エネルギ蓄積手段４は、物体の位置エネルギを蓄積するとともに、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを機械エネルギに変換する。このエネルギ蓄積手段４は、図１０に示すように、ドラム４３と、所定重量の重錘４４と、一端がドラム４３に、他端が重錘４４にそれぞれ取り付けられたロープ４５と、ドラム４３を回転可能な取っ手４６とを備えている。
このようなエネルギ蓄積手段４では、取っ手４６を回転させると、ロープ４５がドラム４３に巻き付けられ、重錘４４が持ち上げられるようになっている。重錘４４には、重力の作用により落下しようとする力が働き、この落下しようとする力が、ドラム４３に巻き付けられたロープ４５を引っ張ることで、ドラム４３に回転力が付与され、ドラム４３と同軸上に設けられた一番車４３Ａが回転する。
【００５７】
なお、この一番車４３Ａには、図１１に示すように、重錘４４の巻き上げ方向には回転するが、反対方向には回転しないようにラチェット機構４３Ｂが形成され、重錘４４の巻き上げを容易に実施できるようになっている。
このラチェット機構４３Ｂは、ドラム４３に一体的に形成されたキチ車４３Ｂ１と、一番車４３Ａに取り付けられたこはぜ４３Ｂ２とを備えている。そして、駆動機構３２３の駆動時には、キチ車４３Ｂ１とこはぜ４３Ｂ２とが噛合した状態でドラム４３からの回転力を一番車４３Ａに伝達する。そしてまた、重錘４４の巻き上げ時のみ、キチ車４３Ｂ１に形成された爪からこはぜ４３Ｂ２が逃げて、噛み合いが外れ、巻き上げ可能となる。
【００５８】
押圧体駆動部３２４は、輪列３２５の二番車３２５Ａに接続されたロータ３２４Ｃと、リテーナ３２４Ｄとを備えている。そして、二番車３２５Ａの回転と連動してロータ３２４Ｃが回転し、押圧ゴム３２４Ｃ２にてボール３２４Ａを押圧しつつチューブ３２２上を転動させる。
輪列３２５は、第１実施形態で説明した二番車３２５Ａと、三番車３２５Ｂとを備えている。そして、二番車３２５Ａは、エネルギ蓄積手段４の一番車４３Ａと噛合し、エネルギ蓄積手段４からのエネルギを押圧体駆動部３２４に伝達する。また、三番車３２５Ｂは、調速部３２７と噛み合い、適宜、調速部３２７により調速される。
【００５９】
調速部３２７は、輪列３２５及び押圧体駆動部３２４の回転速度を調速する。この調速部３２７は、輪列３２５の三番車３２５Ｂと連動する機械式脱進機３２７Ａと、この機械式脱進機３２７Ａを間欠運動させる振り子３２７Ｂとを備えている。
機械式脱進機３２７Ａは、三番車３２５Ｂの回転が伝達されて回転するガンギ３２７Ｃと、このガンギ３２７Ｃを間欠運動させるアンクル３２７Ｄとを備えている。
ガンギ３２７Ｃは、図示しない複数個の歯を有しており、これらの歯は、アンクル３２７Ｄの爪３２７Ｄ１，３２７Ｄ２（図１１）に交互に噛み合うように形成されている。
アンクル３２７Ｄは、図１１に示すように、回転軸Ｒａｘを中心にして正面側から見て左右に揺動運動し、その２つの爪３２７Ｄ１，３２７Ｄ２によって、交互にガンギ３２７Ｃの回転を止め、ガンギ３２７Ｃを間欠的に１歯ずつ回転させる。
【００６０】
振り子３２７Ｂは、その振動によりアンクル３２７Ｄを一定の周期で揺動運動させる。本実施形態では、振り子３２７Ｂは、振動周期により押圧体駆動部３２４の駆動速度、すなわち、チューブ３２２内の燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）の供給速度を調速している。この振り子３２７Ｂは、アンクル３２７Ｄの回転軸Ｒａｘに連結されたロッド３２７Ｅと、このロッド３２７Ｅの先端部分３２７Ｅ１（図１０）に設置される円形の振り子玉３２７Ｆとを備えている。
なお、この振り子３２７Ｂは、ガンギ３２７Ｃから駆動力が伝達されることにより、その一定周期の揺動運動が減衰することなく継続される。
また、振り子３２７Ｂは、回転軸Ｒａｘを上に、振り子玉３２７Ｆを下にした状態であって、仮に、アンクル３２７Ｄから力が加わらない状態では、振り子３２７Ｂの重心と回転軸Ｒａｘの中心を結ぶ直線は、重力方向に平行で、振幅の中心になるように設置される。
【００６１】
この振り子３２７Ｂの固有振動周期Ｔｏは、図１０に示すように、ロッド３２７Ｅの支点３２７Ｅ２から振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１までの長さＬが一定であれば、振幅に関係なく一定である。
理論的には、固有振動周期Ｔｏ（ｓ）は、以下の数１で示される。なお、支点３２７Ｅ２から振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１までの長さをＬ（ｍ）、重力加速度をＧ（ｍ／ｓ2）とする。ここで、振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１とは、ロッド３２７Ｅ及び振り子玉３２７Ｆを全て含めた重心の位置を示すものである。
【００６２】
【数１】
ここで、ロッド３２７Ｅの長さは、適宜、変更可能となっており、すなわち、振り子３２７Ｂの固有振動周期Ｔｏを変更可能となっている。
発電機５は、振り子３２７Ｂの運動に基づいて発電する。この発電機５は、図１０または図１１に示すように、振り子３２７Ｂに固定された永久磁石５３と、この永久磁石５３に対向して配置されるコイル５４とを備えている。
永久磁石５３は、図１１に示すように、振り子３２７Ｂの裏面側で、振り子３２７Ｂの円弧状の振動軌跡に沿って複数配置されている（本実施形態では４つ）。
また、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４は、振り子玉３２７Ｆの厚み方向にＳ極またはＮ極が向くように取り付けられている。さらに、これら永久磁石５３は、具体的な図示は省略するが、コイル５４に対向する極が、振り子３２７Ｂの振動方向にＳ極とＮ極とが交互となるように、等間隔で取り付けられている。
【００６４】
コイル５４は、図１１に示すように、ＰＣパーマロイ等で構成された磁心５４１と、この磁心５４１に巻回されるコイル線５４２とを有することで、振り子３２７Ｂの振動によって発電する。
磁心５４１は、図１１に示すように、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４の極に対向する一対の対向部Ｘ，Ｙを有し、これらの対向部Ｘ，Ｙの間隔は、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４の間隔と同じである。
このような発電機５では、各永久磁石５３１，５３２，５３３，５３４の極がＳ，Ｎと交互に取り付けられているため、振り子３２７Ｂの振動に伴って、コイル５４内を通過する磁束の大きさが変化するとともに、磁束の向きが交互に逆転する。このため、発電機５には、交流電力が発生する。そして、この発電された電力は、制御手段に供給される。
【００６５】
ここで、制御手段は、発電機５と電気的に接続されており、発電機５で発電された電力で駆動される。そして、制御手段の駆動制御部は、水晶振動子と、この水晶振動子からの周波数を分周して基準振動周期Ｔｓの基準信号を出力する発振回路と、発電された交流電流の周波数から振動する振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａを検出する検出回路と、検出された振動周期Ｔａと基準振動周期Ｔｓとを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。このうち、制御回路では、振動周期Ｔａと基準振動周期Ｔｓとを比較して、振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａを基準振動周期Ｔｓに一致させるように作動する。
具体的に、制御回路は、発電機５で発電された交流信号（交流電流）が入力される第１の交流入力端子に接続された図示しない第１スイッチと、前記交流信号が入力される第２の交流入力端子に接続された第２スイッチとを有し、これらのスイッチを同時にオンすることにより、第１、第２の交流入力端子を短絡等によって閉ループ状態にし、永久磁石５３及びコイル５４との間にショートブレーキを掛けるように作動する。
この結果、振り子３２７Ｂは、制御回路により所定の基準振動周期Ｔｓで振動し、この基準振動周期Ｔｓに応じて輪列３２５及び押圧体駆動部３２４が調速される。
なお、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂは、略同様な構造であるが、支点３２７Ｅ２から振り子３２７Ｂの重心位置３２７Ｂ１までの長さＬ（ｍ）を異なるように、すなわち、固有振動周期Ｔｏを異なるように構成してもよい。
【００６６】
次に、第２実施形態における燃料電池システム１の動作について説明する。
燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの重錘４４が重力の作用にて落下してドラム４３が回転すると、この回転力が一番車４３Ａに噛合する二番車３２５Ａ及び三番車３２５Ｂで増速されながらガンギ３２７Ｃに伝達される。
ガンギ３２７Ｃの回転は、アンクル３２７Ｄに伝達され、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの振り子３２７Ｂは、所定の長さに設定されたロッド３２７Ｅに応じた所定の振動周期Ｔａ，Ｔｂでそれぞれ振動する。そして、発電機５は、振り子３２７Ｂの運動により発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、供給手段３２の駆動を制御する。以下には、制御手段による燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの駆動制御を説明する。
【００６７】
制御手段の駆動制御部は、燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａ（燃料供給部３２Ａ）及びＴｂ（洗浄液供給部３２Ｂ）が基準振動周期Ｔｓａ（燃料供給部３２Ａ）及びＴｓｂ（洗浄液供給部３２Ｂ）に一致するように調速する。また、この振り子３２７Ｂの基準振動周期Ｔｓａ，Ｔｓｂでの振動に応じて押圧体駆動部３２４が調速される。
押圧体駆動部３２４の調速により、所定の回転速度でロータ３２４Ｃが回転を実施する。そして、ロータ３２４Ｃが回転すると、ボール３２４Ａは、押圧ゴム３２４Ｃ２にて押圧されつつ、チューブ３２２上で転動し、燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４内に蓄えられた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がチューブ３２２を介して所定の混合比で燃料電池２に供給される。
そして、制御手段の駆動制御部は、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液供給部３２Ｂの振り子３２７Ｂの基準振動周期Ｔｓｂを変更して、洗浄液供給部３２Ｂからの洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を排出する。
【００６８】
〔第２実施形態の効果〕
上述した第２実施形態によれば、上記（１）〜（７）、（９）〜（１１）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１２）燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）におけるエネルギ蓄積手段４は、ドラム４３と、重錘４４と、ロープ４５と、取っ手４６とを備え、重錘４４の位置の変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段４は、位置エネルギを駆動機構３２３の駆動力となる機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化が図れる。
【００６９】
（１３）燃料電池システム１では、制御手段は、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）における振り子３２７Ｂの振動周期Ｔａ，Ｔｂを制御することができる。このことにより、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）における押圧体駆動部３２４の駆動速度を容易に変更でき、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）を所定の混合比で供給できる。
（１４）燃料電池システム１では、供給手段３２における調速部３２７は、機械式脱進機３２７Ａを介して振り子３２７Ｂで押圧体駆動部３２４の駆動速度を制御し、さらに、制御手段で振り子３２７Ｂの実際の振動周期Ｔａ，Ｔｂを制御して押圧体駆動部３２４の駆動速度をそれぞれ制御するので、二段階で押圧体駆動部３２４の駆動速度を制御でき、調速精度、すなわち、燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）の供給速度を高精度に実施できる。
【００７０】
[第３実施形態]
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造及び同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
第１実施形態では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１を備え、このぜんまい４１により機械エネルギを蓄積して供給している。
これに対して第３実施形態の燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）のエネルギ蓄積手段４は、熱エネルギを蓄積して供給する。すなわち、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の構成が相違するのみで、その他の構成は同一である。
【００７１】
図１２は、第３実施形態における供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）の概略構成を示す図である。
エネルギ蓄積手段４は、熱エネルギを蓄積するとともに、周囲の温度変化により得られる熱エネルギを機械エネルギに変換する。このエネルギ蓄積手段４は、図１２に示すように、周囲温度の変化により体積が変化する熱変換体４７Ａを収納する熱変換体収納部４７と、熱変換体４７Ａの膨張収縮に応じて進退運動する進退駆動部４８と、この進退駆動部４８における進退運動に応じて回転運動する回転駆動部４９とを備えている。
ここで、熱変換体４７Ａとしては、固体及び液体の一方から他方へ相変化し、この相変化により体積が変化する相変化物質を採用でき、本実施形態では、パラフィンワックスを採用している。
【００７２】
熱変換体収納部４７は、有底筒状の容器４７Ｂと、この容器４７Ｂの開口を塞ぐ可撓性を有する蓋部材４７Ｃと、容器４７Ｂの開口側端部と嵌合し、蓋部材４７Ｃを容器４７Ｂの開口側端部とで挟持する筒状のカバー部材４７Ｄとを備えている。
ここで、蓋部材４７Ｃは、例えば、シリコーンゴムまたはテフロン（登録商標）ゴム等を含んで形成された密閉性に優れた強靭な膜を採用する。
進退駆動部４８は、蓋部材４７Ｃに連結されたロッド４８Ａと、カバー部材４７Ｄの外周面に位置し、ロッド４８Ａと連動して摺動自在に設けられた有底筒状の摺動部材４８Ｂと、ロッド４８Ａと連結し、両側に鋸歯状の歯を有するラック４８Ｃとを備えている。
【００７３】
ロッド４８Ａは、熱変換体４７Ａの膨張収縮に応じて、カバー部材４７Ｄに形成されたガイド部４７Ｄ１に案内されながらカバー部材４７Ｄから進退運動し、これに連動して摺動部材４８Ｂ及びラック４８Ｃも進退運動を実施する。
また、摺動部材４８Ｂの開口側の端縁部には、径方向外側へ突出する鍔４８Ｂ１が設けられ、この鍔４８Ｂ１は、コイルスプリング４８Ｄの一端に係合している。さらに、このコイルスプリング４８Ｄの他端は、容器４７Ｂに対して位置が固定された係止部材４８Ｄ１と係合している。このため、進退駆動部４８は、コイルスプリング４８Ｄにより、例えば、図１２中下側方向に付勢され、熱変換体４７Ａの収縮時の運動を補助する。
【００７４】
回転駆動部４９は、ラック４８Ｃを挟んで、それぞれ鋸歯状の歯を有する角穴車４９Ａ及び歯車４９Ｂと、歯車４９Ｂの回転を角穴車４９Ａに伝達する歯車４９Ｃとを備えている。
角穴車４９Ａは、同軸に通常の歯車４９Ａ１及び４９Ａ２が一体化され、歯車４９Ａ１と歯車４９Ｃが噛合し、歯車４９Ａ２と輪列３２５の二番車３２５Ａのかな３２５Ａ１が噛合する。
歯車４９Ｂは、同軸に通常の歯車４９Ｂ１が一体化され、この歯車４９Ｂ１と歯車４９Ｃとが噛合する。
【００７５】
図１３は、ラック４８Ｃと角穴車４９Ａ及び歯車４９Ｂとの噛合状態を説明する図である。
ラック４８Ｃが前進すると、図１３（Ａ）に示すように、一方の側に設けられた歯４８Ｃ１が角穴車４９Ａの歯に押されて、他方の歯４８Ｃ２が歯車４９Ｂの歯と噛み合い、歯車４９Ｂが反時計回り（図１３（Ａ）中矢印の方向）に回転する。そして、歯車４９Ｂの回転が歯車４９Ｃを介して角穴車４９Ａに伝達され、図１３（Ａ）に示すように、角穴車４９Ａが反時計回り（図１３（Ａ）中矢印の方向）に回転する。
また、ラック４８Ｃが後退すると、図１３（Ｂ）に示すように、歯４８Ｃ２が歯車４９Ｂの歯に押されて、歯４８Ｃ１が角穴車４９Ａの歯と噛み合い、角穴車４９Ａが反時計回り（図１３（Ａ）中矢印の方向）に回転する。
すなわち、進退駆動部４８の進退運動に伴って、角穴車４９Ａは一定方向（反時計回り）に回転する。
押圧体駆動部３２４及び輪列３２５は、第１実施形態と略同様な構成であり、説明を省略する。
【００７６】
次に、第３実施形態における燃料電池システム１の動作を説明する。
燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの熱変換体４７Ａの膨張収縮により進退駆動部４８がそれぞれ進退運動を実施すると、回転駆動部４９により回転運動に変換され、回転駆動部４９に噛合する輪列３２５で増速されながら輪列３２５の調速ロータ５１に伝達される。そして、各ステータ５２は、調速ロータ５１に固定された永久磁石５１２が回転することによって、電気エネルギに変換して発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、供給手段３２の駆動を制御する。
【００７７】
制御手段の駆動制御部は、第１実施形態と同様に燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂの各調速ロータ５１を制動し、押圧体駆動部３２４の駆動速度をそれぞれ所定速度に調速し、燃料予備室３１３及び洗浄液予備室３１４内に蓄えられた燃料（純メタノール液）及び洗浄液（純水）がチューブ３２２を介して所定の混合比で燃料電池２に供給される。
そして、制御手段の駆動制御部は、適宜、例えば、所定の洗浄タイミングで洗浄液供給部３２Ｂの調速ロータ５１の回転速度を制御して洗浄液供給部３２Ｂからの洗浄液（純水）の供給量を増加させるなどして燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を排出する。
【００７８】
[第３実施形態の効果]
上述した第３実施形態によれば、上記（１）〜（７）、（９）〜（１１）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１５）燃料電池システム１では、供給手段３２（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）におけるエネルギ蓄積手段４は、熱変換体４７Ａを収納する熱変換体収納部４７と、進退駆動部４８と、回転駆動部４９とを備え、周囲の温度変化による熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ蓄積手段４は、蓄積した熱エネルギを駆動機構３２３の駆動力となる機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積及び供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化が図れる。
（１６）燃料電池システム１では、駆動機構３２３の駆動力を周囲の温度差から得るようにしたので、外部からエネルギを供給しなくとも、駆動機構３２３を半永久的に駆動できる。
【００７９】
[実施形態の変形]
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記各実施形態では、洗浄液（純水）を貯蔵して、この貯蔵した洗浄液（純水）を燃料電池２の燃料室２６に供給する構成を採用したが、これに限らず、燃料のみを貯蔵して、この貯蔵した燃料を供給する構成を採用してもよい。すなわち、補機３において、洗浄液タンク３１２、洗浄液予備室３１４及び洗浄液供給部３２Ｂを省略した構成としてもよい。
この場合には、燃料タンク３１１には、燃料として、純メタノール液と純水とが所定の混合比で混合された混合液を貯蔵する構成とする。
また、燃料電池２の燃料室２６を洗浄する際には、適宜、制御手段が燃料供給部３２Ａを駆動制御し、適宜、例えば所定の洗浄タイミングで、燃料電池２の燃料室２６に通常の燃料の供給量よりも多い燃料を供給するようにすればよい。
このような構成では、補機３をコンパクトな構成とし、燃料電池システム１のさらなる小型化を図れる。
【００８０】
前記各実施形態では、燃料電池２は、直接メタノール型燃料電池として説明したが、これに限らず、例えば、燃料電池２を固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）として構成してもよい。なお、この場合、燃料電池システム１の補機３に、燃料を改質する改質器を設け、燃料供給部３２Ａからこの改質器に燃料が流入するように構成する。
このような構成において、タンク３１に貯蔵される燃料としては、水酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ4）と、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と、水（Ｈ2Ｏ）とが混合した混合液採用できる。なお、燃料としては、この混合液の他、前記各実施形態で用いたメタノール溶液等、その他の燃料を使用してもよい。
【００８１】
また、改質器としては、タンク３１から供給手段３２により移動された混合液を反応させる触媒を収容する触媒収容タンクと、触媒収容タンクにて反応した混合液において水素ガスを固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）に供給するセパレータ（気液分離膜）とを備えた構成を採用できる。
触媒収容タンクは、例えば、触媒として、水素吸蔵合金であるＭｇ2ＮｉＨ4を収容する。なお、触媒としては、Ｍｇ2ＮｉＨ4に限らない。固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）の用途及び燃料に応じて種々のものを採用でき、例えば、その他のマグネシウム系水素吸蔵合金、チタン系またはジルコニウム系金属を用いた水素吸蔵合金、希土類系水素吸蔵合金、ランタン・ニッケル・アルミニウム系及びミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム系水素吸蔵合金等を採用できる。
【００８２】
前記各実施形態では、燃料供給部３２Ａは、チューブポンプとして構成されていたが、これに限らず、例えば、シリンジポンプ、ダイヤフラムポンプ等にて構成してもよい。
例えば、シリンジポンプとして構成した場合には、押圧体駆動部３２４をカム、ラック等で構成してシリンジポンプのピストンを進退移動させて燃料を流入及び流出するように構成すればよい。
同様に、例えば、ダイヤフラムポンプとして構成した場合には、押圧体駆動部３２４をカム、ラック等で構成してダイヤフラムポンプのダイヤフラムを変形させることで、ポンプ内の容積を増減させ燃料を流入及び流出するように構成すればよい。
【００８３】
前記各実施形態では、エネルギ蓄積手段４は、機械エネルギ、位置エネルギ及び熱エネルギのうちのいずれかを蓄積していたが、これに限らず、機械エネルギ、位置エネルギ及び熱エネルギのうちの２つまたは全てを蓄積するように構成してもよい。また、エネルギ蓄積手段４を複数設けるように構成してもよい。
このような構成では、燃料電池システム１を稼動するためのエネルギ量を大幅に増加でき、例えば、燃料または洗浄液の粘性が高く、チューブ３２２内を流通させるために比較的高いエネルギを必要とする場合などでも、駆動機構３２３の駆動力を補って、燃料電池２に燃料を良好に供給できる。
前記各実施形態では、洗浄液タンク３１２は、洗浄液として純水を貯蔵する構成を説明したが、これに限らず、例えば、燃料電池２の燃料室２６内に滞留する不純物を洗浄する作用を有する液体を採用してもよい。
【００８４】
前記各実施形態では、予備室３１３，３１４は、内部に蓄積された燃料及び洗浄液が供給手段３２にて吸入されると、内部が負圧となり、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２から燃料及び洗浄液を吸入して補充する構成を説明したが、これに限らない。例えば、供給手段３２の押圧体駆動部３２４等の駆動に連動し、燃料タンク３１１及び洗浄液タンク３１２内に貯蔵された燃料及び洗浄液を予備室に強制的に供給するような機構を備えた構成を採用してもよい。
【００８５】
前記第１実施形態では、供給手段（燃料供給部３２Ａ及び洗浄液供給部３２Ｂ）におけるエネルギ蓄積手段４は、ぜんまい４１を備えていたが、これに限らず、弾性を有する弾性部材であればよく、例えば、ばね、板ばね、ゴム等にて構成してもよい。
前記第１実施形態において、外部エネルギにより回転自在に構成される回転錘を設け、ぜんまい４１を回転錘と連結させ、回転錘の回転によりぜんまい４１を巻き上げ可能に構成してもよい。
このような構成では、携帯性を有する電子機器（ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等）に燃料電池システムを搭載した場合に、外部エネルギとして該電子機器の動きに応じた運動エネルギによって回転錘が回転するように構成すれば、電子機器を携帯している人の運動等によりぜんまい４１が自動的に巻き上げられ、エネルギ蓄積手段４は機械エネルギを常に蓄積できる。
【００８６】
前記第１実施形態において、第２実施形態または第３実施形態における位置エネルギまたは熱エネルギを用いてぜんまい４１を巻き上げるように構成してもよい。
例えば、第１実施形態において、第２実施形態にて説明した位置エネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段をさらに設ける。そして、このエネルギ蓄積手段と巻き上げ機構３２６とを接続し、ぜんまい４１がほどけた状態において、重錘４４の重力の作用による位置の変化を利用して、ぜんまい４１を巻き上げる。
また、例えば、第１実施形態において、第３実施形態にて説明した熱エネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段をさらに設ける。そして、このエネルギ蓄積手段と巻き上げ機構３２６とを接続し、ぜんまい４１がほどけた状態において、熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用してぜんまい４１を巻き上げる。
【００８７】
第２実施形態において、第１実施形態または第３実施形態における機械エネルギまたは熱エネルギを用いて位置エネルギを蓄積するように構成してもよい。
例えば、第２実施形態において、第３実施形態にて説明した熱エネルギを蓄積するエネルギ蓄積手段をさらに設ける。そして、重力の作用により重錘４４が落下した状態において、熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用してドラム４３を回転させ、ロープ４５を巻き上げ、エネルギ蓄積手段４に位置エネルギを蓄積する。
また、例えば、第２実施形態において、ドラム４３の軸に第１実施形態にて説明したぜんまい４１を備えたエネルギ蓄積手段を設け、ぜんまい４１を利用してドラム４３を回転させてロープ４５を巻き上げる。
【００８８】
前記第２実施形態では、永久磁石５３は、振り子玉３２７Ｆの正面側に配置された構成を説明したが、これに限らず、以下のような構成としてもよい。
例えば、永久磁石５３を振り子玉３２７Ｆの表裏を貫通するように配置してもよい。また、例えば、永久磁石５３を振り子玉３２７Ｆの両面にそれぞれ配置してもよい。さらに、例えば、永久磁石５３を振り子玉３２７Ｆの下側に配置してもよい。
【００８９】
前記第２実施形態では、永久磁石５３のＳ極及びＮ極は、振り子玉３２７Ｆの厚み方向に向くように配置されていたが、これに限らない。例えば、永久磁石５３のＳ極及びＮ極を、振り子玉３２７Ｆの振動方向に向くように配置してもよい。この際にも、永久磁石５３（５３１，５３２，５３３，５３４）は、振り子玉３２７Ｆの振動方向にＳ極とＮ極とが交互になるように配置されるとともに、振り子玉３２７Ｆの円弧状の振動軌跡に沿って配置される。
【００９０】
前記第３実施形態では、熱変換体４７Ａとしてパラフィンワックスを用いた構成を説明したが、これに限らない。例えば、液体及び気体の相変化で体積が変化するアンモニア、二酸化炭素及び塩化メチル等でもよく、相変化により体積が増減するものであればよい。また、熱変換体４７Ａの動作温度範囲を適宜変更するために、相変化物質と融点が異なる添加剤を混合してもよい。
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の燃料電池システムによれば、小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムを模式的に示す図。
【図２】前記各実施形態における燃料タンク及び洗浄液タンクの概略構成を示す図。
【図３】前記各実施形態における燃料タンク及びカートリッジホルダの断面図。
【図４】前記各実施形態における燃料タンク及びカートリッジホルダの断面図。
【図５】本発明の第１実施形態における供給手段の概略構成を示す図。
【図６】前記実施形態における供給手段の断面図である。
【図７】前記実施形態における供給手段のチューブの配置を説明する図。
【図８】前記実施形態における供給手段の駆動機構の平面図。
【図９】前記実施形態における供給手段の駆動機構の断面図。
【図１０】本発明の第２実施形態における供給手段の概略構成を示す図。
【図１１】前記実施形態における供給手段の駆動機構を正面側から見た図。
【図１２】本発明の第３実施形態における供給手段の概略構成を示す図。
【図１３】前記実施形態における供給手段のラックと角穴車及び歯車との噛合状態を説明する図。
【符号の説明】
１・・・燃料電池システム、２・・・燃料電池、４・・・エネルギ蓄積手段、５・・・発電機、３２・・・供給手段、４１・・・ぜんまい、３１１・・・燃料タンク（燃料貯蔵部）、３１２・・・洗浄液タンク（洗浄液貯蔵部）、３２２・・・チューブ、３２４・・・押圧体駆動部、３２４Ａ・・・ボール（押圧体）。
Claims (7)
- 燃料貯蔵部から供給される燃料に基づいて電気化学反応を生じ、電気エネルギを出力する燃料電池を備えた燃料電池システムであって、
弾性部材の変形に伴う弾性エネルギ、位置エネルギ、及び周囲の温度変化により膨張収縮する熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギのうちの少なくともいずれか一つを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段と、
このエネルギ蓄積手段からのエネルギにより前記燃料を前記燃料貯蔵部から前記燃料電池に供給する供給手段と、
前記エネルギ蓄積手段からのエネルギを電気エネルギに変換する発電機と、
この発電機にて変換された電気エネルギで駆動されて、前記供給手段の駆動を制御する制御手段と、
前記燃料電池内を洗浄する洗浄液を貯蔵する洗浄液貯蔵部とを備え、
前記制御手段は、前記供給手段を駆動して前記燃料を前記燃料電池に供給させるとともに、前記洗浄液貯蔵部に貯蔵された洗浄液を前記燃料電池に供給させ、
前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部は、当該燃料電池システムの筐体に対して着脱自在のカートリッジとして構成され、
前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部に貯蔵された燃料及び洗浄液をそれぞれ一時的に蓄積する２つの予備室を備え、
前記供給手段は、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部からそれぞれ前記２つの予備室に一時的に蓄積された燃料及び洗浄液を前記燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記２つの予備室には、前記供給手段にて該予備室から前記燃料電池に燃料及び洗浄液がそれぞれ供給されると、前記燃料貯蔵部及び前記洗浄液貯蔵部から燃料及び洗浄液がそれぞれ補充されることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記供給手段は、内部に液体が流通するチューブと、このチューブの一部を圧閉しながら移動して前記チューブ内の液体を移動させる押圧体と、この押圧体を移動させる押圧体駆動部とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記エネルギ蓄積手段は、弾性エネルギを蓄積して供給するぜんまいであることを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記エネルギ蓄積手段は、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを蓄積するとともに、この位置エネルギを前記供給手段の駆動エネルギに変換して供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記エネルギ蓄積手段は、周囲の温度変化により膨張収縮する熱変換体を備え、前記熱変換体の膨張収縮に伴う変位エネルギを蓄積するとともに、この変位エネルギを前記供給手段の駆動エネルギに変換して供給することを特徴とする燃料電池システム。 - 請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムを用いたことを特徴とする機器。
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