JP4599772B2 - Power system - Google Patents

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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電源システムに関し、特に、エネルギーの利用効率が高い可搬型の電源システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
近年、民生用や産業用のあらゆる分野において、様々な化学電池が使用されている。例えば、アルカリ乾電池やマンガン乾電池等の一次電池は、時計やカメラ、玩具、携帯型の音響機器等に多用されており、我が国に限らず、世界的な観点からも最も生産数量が多く、安価かつ入手が容易という特徴を有している。
【０００３】
一方、ニッケル・カドミウム蓄電池やニッケル・水素蓄電池、リチウムイオン電池等の二次電池は、近年普及が著しい携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、デジタルビデオカメラやデジタルスチルカメラ等の携帯機器に多用されており、繰り返し充放電ができることから経済性に優れた特徴を有している。また、二次電池のうち、鉛蓄電池は、車両や船舶の起動用電源、あるいは、産業設備や医療設備における非常用電源等として利用されている。
【０００４】
ところで、近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、上述したような化学電池の使用後の廃棄に関する問題やエネルギー変換効率の問題がクローズアップされている。
とくに、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また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ある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、環境への影響が少なく、かつ、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、いわゆる、燃料電池が注目され、車両用の駆動電源や家庭用のコジェネレーションシステム等への適用を目的として、あるいは、上述したような化学電池の代替えを目的として、実用化のための研究、開発が盛んに行われている。なお、燃料電池の具体的な構成等については、発明の詳細な説明において詳述する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、今後、燃料電池等のエネルギー利用効率が高い電源システムを小型軽量化して、可搬型又は携帯型のポータブル電源、例えば、上述したような化学電池の代替え（互換品）として適用するためには、様々な問題を解決する必要がある。
【０００８】
具体的には、燃料電池等においては、一般の化学電池と出力電圧の経時的変位の傾向が異なり、その出力電圧から残量を検出することが困難なため、利用者が電池交換時期を判断することができなかった。また、燃料の化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する電気化学反応を利用しているので、該反応に伴って、複生成物が生成され、排出される。このような副生成物は、大半は水（Ｈ２Ｏ）であり、その他に、二酸化炭素（ＣＯ２）、二酸化窒素（ＮＯ２）等も生成されることがある。
【０００９】
ここで、ポータブル電源として燃料電池を適用する場合にあっては、生成された水（又は、水分）を外部に排出したり、あるいは、漏出が生じたりすると、燃料電池が接続、又は、装着された機器本体や周辺機器（以下、「デバイス」と総称する）において、漏電や電気部品の劣化、接触不良等を生じるという問題を有していた。また、二酸化炭素や二酸化窒素等についても、微量ながらも外部に排出することにより、地球温暖化等の環境への悪影響を及ぼすという問題を有していた。
【００１０】
本発明の課題は、上述の問題を考慮し、燃料電池等の電源システムをポータブル電源に適用する場合に、電池寿命が容易に判断でき、電気エネルギーの発生時に生成される副生成物によるデバイスや自然環境への影響を極力抑制した電源システムを提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するため、請求項１記載の電源システムは、発電用燃料が封入された所定の容量を有する燃料封入部と、前記発電用燃料を用いて電気エネルギーを発生する発電モジュールと、を備え、さらに前記電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物のうち、少なくとも特定成分を分離、回収する分離回収手段と、少なくとも前記分離回収手段により回収された前記特定成分を前記燃料封入部内に保持する保持手段と、前記燃料封入部内の発電用燃料の残量を検知する残量検知手段と、を備え、前記保持手段内に、前記特定成分を吸収保持可能な吸収保持部材を備え、前記燃料封入部が、該燃料封入部の外部から内部を透視可能な透視部を備え、前記保持手段の少なくとも一部が前記特定成分を前記透視部から透視可能な構造を備えると共に、該保持手段内に前記特定成分を着色する所定量の色素が封入され、前記残量検知手段が、前記燃料封入部の外部に配設され、前記透視部を介して前記保持手段内の前記特定成分の色濃度を検出する濃度検出手段を備えることを特徴とする。
【００１２】
請求項１記載の電源システムによれば、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燃料成分）を用いて発電を行う発電モジュール（発電器）を備えたポータブル型の電源システムにおいて、発電モジュールにより電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）、酸素（Ｏ２）等のうち、少なくとも１成分が保持手段（回収袋）内の吸収保持部材に吸収・保持される。
【００１３】
これにより、副生成物が燃料封入部内に保持されて、例えば、燃料封入部使用時や燃料封入部交換時等に、電源システム外部への排出又は漏出が抑制されるので、副生成物によるデバイスの動作不良や劣化等を防止することができる。
また、吸収保持部材が副生成物を燃料封入部内で不可逆的に保持するので、副生成物を燃料封入部から外部に取り出し、燃料封入部に発電用燃料を充填する行為（発電用燃料の詰め替え）を防止することができる。
また使用者が燃料封入部内の発電用燃料の残量を把握でき、燃料封入部の交換時期を正確に認識することができる。
さらに燃料封入部の内部に発電用燃料の残量を検知するための機構を設ける必要がなく、電源システムを容易に製造できる。また、任意の色濃度に対応した発電用燃料の残量を表示可能な残量表示手段を追加構成とすれば、発電用燃料の残量をリアルタイムで把握できる。
【００１４】
請求項２記載の電源システムは、発電用燃料が封入された所定の容量を有する燃料封入部と、前記発電用燃料を用いて電気エネルギーを発生する発電モジュールと、を備え、さらに前記電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物のうち、少なくとも特定成分を分離、回収する分離回収手段と、少なくとも前記分離回収手段により回収された前記特定成分を前記燃料封入部内に保持する保持手段と、前記燃料封入部内の発電用燃料の残量を検知する残量検知手段と、を備え、前記保持手段内に、前記特定成分を吸収保持可能な吸収保持部材を備え、前記残量検知手段が、前記特定成分を保持した状態の前記保持手段の抵抗率を検出する抵抗率検出手段を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項２記載の電源システムによれば、請求項１と同様に、副生成物によるデバイスの動作不良や劣化等を防止することができる。また、吸収保持部材が副生成物を燃料封入部内で不可逆的に保持するので、副生成物を燃料封入部から外部に取り出し、燃料封入部に発電用燃料を充填する行為（発電用燃料の詰め替え）を防止することができる。また使用者が燃料封入部内の発電用燃料の残量を把握でき、燃料封入部の交換時期を正確に認識することができる。また燃料封入部の内部に発電用燃料の残量を検知するための機構を設ける必要がなく、電源システムを容易に製造できる。また、任意の抵抗率に対応した発電用燃料の残量を表示可能な残量表示手段を追加構成とすれば、発電用燃料の残量をリアルタイムで把握できる。
【００１６】
請求項３記載の電源システムは、請求項１または２記載の電源システムであって、前記吸収保持部材が高吸水性ポリマーで構成されていることを特徴とする。請求項３記載の電源システムによれば、請求項１または２と同様の効果を得られると共に、副生成物の保持力が向上することで、副生成物の漏洩をより確実に防止でき、また、発電用燃料の詰め替えをより確実に防止できる。また、高吸水性ポリマーを用いることで吸水能力が向上する、即ち一定量の副生成物を吸収・保持するために必要となる吸収保持部材の体積が少量で済むため、結果的に、一定容量の燃料封入部内において、発電用燃料が充填される空間（第１の空間）が占める割合を大きくすることができ、発電用燃料の燃料封入部内における体積効率を向上させることができる。
【００１７】
請求項４記載の電源システムは、請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源システムであって、前記吸収保持部材が生分解性を有することを特徴とする。請求項４記載の電源システムによれば、請求項１〜３と同様の効果を得られると共に、吸収保持部材として生分解性を有する部材を用い、燃料封入部全体が生分解性を有する部材から構成されるものとすれば、燃料封入部の投棄や埋め立て処理時等において、燃料封入部が水と二酸化炭素等に分解されるので、自然環境への悪影響を防止できる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る電源システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
〔第１の実施形態〕
図１は、本発明に係る電源システムの第一の実施形態を示すブロック図である。ここで、本実施形態に係る電源システムにおいては、発電モジュールを構成する発電部の例として、燃料改質方式を採用した固体高分子型の燃料電池を有しているものとして説明する。
【００３９】
本実施形態に係る電源システムは、図１に示すように、大別して、発電用燃料が封入された燃料パック１０（燃料封入部）と、該燃料パック１０が着脱可能に結合され、燃料パック１０から供給される発電用燃料に基づいて、電気エネルギーを発生（発電）する発電モジュール２０と、を有して構成され、燃料パック１０には回収保持部１１（保持手段）が設けられ、また、発電モジュール２０には発電部２１（発電手段）、動作制御部２２、出力制御部２３、分離回収部２４（分離回収手段）が設けられている。
【００４０】
以下、各構成について具体的に説明する。
燃料パック１０は、その組成に水素を含有する液体（又は、液化）燃料又は気体燃料が、充填、封入された密閉性の高い一定容積の燃料貯蔵容器であって、上記発電モジュール２０に対して、着脱可能に結合された構成を有している。燃料パック１０に封入された発電用燃料は、燃料パック１０が発電モジュール２０に結合された状態でのみ、出力制御部２３を介して、発電部２１により負荷３４に出力される電気エネルギーを生成するために必要な所定の供給量が取り込まれる。
【００４１】
また、燃料パック１０の内部、又は、その一部に、後述する発電モジュール２０において電気エネルギーを発生する際に生成、排出される副生成物のうち、分離回収部２４により分離、回収された特定の成分又は物質のみを保持するための回収保持部１１が設けられている。具体的には、後述するが、燃料パック１０が発電モジュール２０に結合された状態でのみ、発電モジュール１０の発電部２１における電気化学反応や燃焼反応等により電気エネルギーが発生する際に生成される水（Ｈ２Ｏ）や窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）等の副生成物（特定の成分又は物質）の全て、又は、これらの一部が、回収保持部１１（又は、燃料パック１０）の外部に漏出又は排出しないように、不可逆的に保持するように構成されている。
【００４２】
ここで、水（Ｈ２Ｏ）は常温常圧下で液体であるので、回収保持部１１内及び燃料パック１０の気圧を高めて液化するための手段は特に必要ないが、電気エネルギーを発生する際に生成される恐れの有る窒素酸化物（ＮＯｘ）及び硫黄酸化物（ＳＯｘ）との気化点は、常圧で概ね常温未満であり、これらの副生成物ガスの量が多く、回収保持部１１内で回収した水に溶けきれない分が回収保持部１１の容積を越える恐れがある場合、回収保持部１１内及び分離回収部２４内の気圧を高くすることにより液化して副生成物の体積を縮小して回収保持部１１に収容させる。
【００４３】
したがって、回収保持部１１に適用される構成としては、上記特定の成分又は物質を不可逆的に吸収、吸着固定、定着等することができるように、吸収保持部材としての吸収ポリマーや、あるいは逆支弁等を備えていることが好ましい。なお、燃料パック１０及び回収保持部１１の具体的な構成例及び作用については、後述する。
【００４４】
また、燃料パック１０は、人為的な過熱・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、環境汚染物質の発生が少ない、又は、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。
【００４５】
また、本実施携帯に係る電源システムに用いられる発電用燃料としては、少なくとも、発電用の燃料が封入された上記燃料パック１０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ず、かつ、後述する発電モジュール２０の主発電部２１Ａにおいて、高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができる燃料、具体的には、メタノール、エタノール、ブタノール等のアルコールからなる液体燃料や、ジメチルエーテル、ブタン、天然ガス（ＣＮＧ）等の炭化水素物からなる液化ガス、水素ガス等の気体燃料を良好に適用することができる。
【００４６】
このような構成を有する燃料パック１０及び発電用燃料によれば、本実施形態に係る電源システムにおいて電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物が、燃料パック１０内に設けられた回収保持部１１に不可逆的に保持されるので、仮に、自然環境や、電源システムが接続又は装着されるデバイスに対して有害な副生成物（ＮＯｘ、ＳＯｘ、Ｈ２Ｏ等）が生成された場合であっても、該副生成物が電源システムの外部に排出されることがないので、大気汚染、地球温暖化等の環境への影響や、デバイスの漏電や電気部品の劣化、接触不良等の発生を抑制することができる。
【００４７】
また、燃料パック１０を発電モジュール２０に対して、着脱可能に構成することにより、封入された発電用燃料の残量が減少、又は、なくなった場合には、燃料パック１０への発電用燃料の補充や燃料パック１０の再利用（リサイクル）を行うことができるので、燃料パック１０や発電モジュール２０の廃棄量を大幅に削減することができる。ここで、単一の発電モジュール２０に対して、新たな燃料パックを交換して取り付けることができるので、汎用の化学電池と同様に、簡便な使用形態を提供することができる。
また、発電用燃料がなくなった燃料パック１０を回収することにより、回収保持部１１に保持された副生成物を自然環境に負担を与えない方法で適切に処理することができるので、副生成物による自然環境の汚染や地球温暖化等を防止することができる。
【００４８】
図２は、本実施形態に係る発電モジュールに適用される発電部の第１の構成例を示す概略構成図である。
【００４９】
発電モジュール２０は、図１に示すように、燃料パック１０から供給される発電用燃料を用いて、電気化学反応や燃焼反応等により、少なくとも、電源システムに接続された負荷（電池で動作する電子機器）３４の内部に搭載され、負荷３４に駆動電源（電圧／電流）となる電気エネルギーを発生し、出力する発電部２１と、負荷３４の駆動状態（負荷駆動情報）に基づいて、動作制御信号を出力して、発電部２１の動作状態を制御する動作制御部２２と、動作制御部２２からの動作制御信号に基づいて、発電部２１における起動動作や電気エネルギーの発生量（発電量）等の発電状態を制御する出力制御部２３と、発電部２１における電気エネルギーの発生の際に生成される副生成物のうち、特定の成分又は物質を分離して、当該特定の成分又は物質のみを燃料パック１０内に設けられた回収保持部１１に不可逆的に回収、保持させる分離回収部２４と、を有して構成されている。
【００５０】
動作制御部２２は、発電モジュール２０の内部で生成、あるいは、発電モジュール２０の外部から供給される電気エネルギー（動作電源）により動作し、本実施形態に係る電源システムに接続された負荷３４の駆動状態に関する情報（負荷駆動情報）に基づいて、後述する発電部２１の発電状態を制御する。具体的には、発電部２１が駆動していない状態で、負荷３４を起動する指令を検出した場合には、後述する出力制御部２３に対して、発電部２１を起動させるための動作制御信号を出力し、また、発電部２１が駆動している状態で、負荷３４を停止する指令を検出した場合には、出力制御部２３に対して、発電部２１を停止させるための動作制御信号を出力する。
【００５１】
一方、発電部２１が駆動している状態で、負荷３４の駆動状態の変動を検出した場合には、出力制御部２３に対して、発電部２１から負荷３４に供給される電気エネルギーが負荷３４の駆動状態に対応した適切な値となるように、発電部２１における電気エネルギーの発生量（発電量）を調整するための動作制御信号を出力する。
【００５２】
ここで、動作制御部２２において検出される指令等の負荷３４の駆動状態に関する情報（負荷駆動情報）とは、負荷３４となる周辺機器側から、その駆動状態（起動／変動）に応じて出力される特定の情報信号であってもよいし、汎用の化学電池のように正（＋）極と負（−）極のみにより負荷３４と電気的に接続された構成にあっては、例えば、後述する待機状態において、正（＋）極及び負（−）極を介して、負荷３４に対して常時モニタ電圧を供給して、その変動を常時監視することにより、負荷３４の起動状態を検出し、また、後述する定常状態において、正（＋）極及び負（−）極を介して、負荷３４に供給される駆動電源となる電気エネルギー（特に、駆動電圧）の変動を常時監視することにより、負荷３４の変動状態を検出するものであってもよい。
【００５３】
出力制御部２３は、図１に示すように、上記動作制御部２２からの動作制御信号に基づいて、発電部２１への発電用燃料（水素ガス）の供給量を制御する燃料制御部２３ｂと、発電部２１への空気（酸素ガス）の供給量を制御する空気制御部２３ｃと、発電用燃料を改質して、発電用燃料に含有される水素をガス化して供給する原料や生成物が導通する流路幅及び／又は高さが１０μｍ〜１０００μｍのマイクロリアクタからなる改質部２３ｄと、液体燃料からの燃料や水により自発的に発電し、少なくとも負荷３４のオフ時に、燃料制御部２３ｂ、空気制御部２３ｃ、改質部２３ｄに電力を供給する副発電部２３ｅと、を有して構成されている。
【００５４】
副発電部２３ｅは、燃料パック１０に連通する管から毛細管現象により送出された液体燃料が改質器なしに直接供給されることにより発電する直接型燃料電池、或いは燃料パック１０から送出された液体燃料が気化する際に上昇する圧力でタービンを回転し発電するガスタービン型やロータリーエンジン型発電器により構成され、少なくとも負荷３４がオフ時に動作制御部２２が負荷駆動情報をモニタリングするために必要な電力を動作制御部２２に供給するとともに、オフ時の待機電力を負荷３４に供給している。ここで、動作制御部２２は、発電部２１が駆動していない状態で、負荷３４がオフ時からオン時に切り替わるときの負荷駆動情報信号を受け取ると、燃料制御部２３ｂ及び空気制御部２３ｃ（燃料制御部２３ｂのみの場合もある）を起動させる。燃料制御部２３ｂは副発電部２３ｅから供給された電力で駆動し、所定の量の液体燃料や水を改質部２３ｄに送出し、改質部２３ｄ及び空気制御部２３ｃが発電部２１にそれぞれ水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）を供給することにより、発電部２１を起動させて、所定の電気エネルギーを発生する動作状態（定常状態）に移行させる。
【００５５】
また、動作制御部２２は、発電部２１が駆動している状態で、負荷３４がオン時からオフ時に切り替わるときの負荷駆動情報信号を受け取ると、燃料制御部２３ｂ（燃料制御部２３ｂ及び空気制御部２３ｃの場合は燃料及び空気の供給を停止）を制御して、発電部２１への燃料や水の供給を停止することにより、改質部２３ｄの水素改質を停止することにより発電部２１における電気エネルギーの発生（発電）を停止させて、待機状態に移行させる。
【００５６】
燃料制御部２３ｂは、動作制御部２２から出力される動作制御信号に基づいて、発電部２１において、所定の電気エネルギーを生成、出力するために必要な量の水素ガス（Ｈ２）となる分の燃料や水等を燃料パック１０から供給して、改質部２３ｄにより水素ガス（Ｈ２）に改質して、後述する発電部２１（図２参照）の燃料極３１に供給する制御を行い、また、空気制御部２３ｃは、発電部２１の空気極３２に供給する酸素ガス（Ｏ２）の量を制御する。これらの制御部２３ｂ、２３ｃによる発電部２１への水素ガス（Ｈ２）及び酸素ガス（Ｏ２）の供給量を調整することにより、発電部（燃料電池本体）２１における電気化学反応の進行状態が制御され、電気エネルギーの発生量（発電量）が制御される。
【００５７】
ここで、空気制御部２３ｃは、発電部２１の空気極３２に供給する酸素ガスの量を電気的にポンプを駆動して供給するように設定されていてもよく、また、発電部２１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（大気）を供給できるものであれば、空気制御部２３ｃを大気と発電部が繋がった通気孔とし、発電部２１における電気化学反応に用いられる量の空気が通気孔を介して、常時供給されるように構成とすることで、出力制御部２３が電気化学反応の進行状態を燃料制御部２３ｂのみで制御することができる。
【００５８】
また、改質部２３ｄは、上述したように、燃料パック１０に封入された発電用燃料に含まれる水素成分を抽出してガス化し、発電部２１に供給する。燃料パック１０内の発電用燃料は、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）のほかに、メタノールと等モルの水（Ｈ２Ｏ）が存在し、水とメタノールとは、均一に混合された状態で燃料パック１０から出力制御部２３に供給されるか、別途改質部２３ｄに供給されることで改質部２３ｄ内で混合されるように設定されている。これらのメタノール等の水素を含む液体燃料（アルコール類）と水との混合物が、改質部２３ｄ内のヒータにより一旦気化し、さらにヒータの熱及び触媒作用により次の化学反応式（１）に示すように、水蒸気改質反応を引き起こして、水素ガス（Ｈ２）を生成する。なお、この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、ＣＯ２）は、大気中に排出される。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ→３Ｈ２＋ＣＯ２・・・（１）
【００５９】
また、発電部２１は、図２に示すように、大別して、例えば、白金や白金・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)３１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)３２と、燃料極３１と空気極３２の間に介装されたフィルム状のイオン導電膜(交換膜)３３と、を有して構成されている。ここで、燃料極３１には、上述した改質部２３ｄを介して抽出された水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、空気極３２には大気中の酸素ガス（Ｏ２）が供給されることにより、電気化学反応により発電が行なわれ、負荷３４に対して所定の駆動電源（電圧／電流）となる電気エネルギーが供給される。
【００６０】
具体的には、燃料極３１に水素ガス（Ｈ２）が供給されると、次の化学反応式(２)に示すように、上記触媒により電子（ｅ−）が分離した水素イオン(プロトン；Ｈ+)が発生し、イオン導電膜３３を介して空気極３２側に通過するとともに、燃料極３１を構成する炭素電極により電子が取り出されて負荷３４に供給される。
３Ｈ２→６Ｈ＋＋６ｅ− ・・・（２）
【００６１】
一方、空気極３２に空気が供給されると、次の化学反応式（３）に示すように、上記触媒により負荷３４を経由した電子とイオン導電膜３３を通過した水素イオンと空気中の酸素ガスが反応して水が生成される。
６Ｈ＋＋３／２Ｏ２+６ｅ−→３Ｈ２Ｏ ・・・（３）
このような一連の電気化学反応（（２）式及び（３）式）は、概ね６０〜８０℃の比較的低温の環境下で進行する。なお、上記化学反応式（１）〜（３）には記載していないが、副生成物として、水の他に燃料中に存在する微量の窒素、硫黄成分から合成される窒素酸化物（ＮＯｘ）と、硫黄酸化物（ＳＯｘ）が生じることがある。
【００６２】
なお、上述したような電気化学反応により負荷３４に供給される駆動電力は、発電部２１の燃料極３１に供給される水素ガス（Ｈ２）の量に依存する。したがって、改質部２３ｄによって発電部２１の燃料極３１に供給される水素ガス（Ｈ２）の量を制御することにより、ひいては燃料制御部２３ｂによって水及びメタノール等の液体燃料の量を制御することにより負荷３４に供給される電気エネルギーを任意に調整することができる。
【００６３】
そして、分離回収部２４は、上述した出力制御部２３及び発電部２１において、電気エネルギーを発生するための一連の化学反応に伴って生成される副生成物のうち、少なくとも一種類又はそれ以上の、特定の成分又は物質を分離して、上記燃料パック１０に設けられた回収保持部１１に送出する。
【００６４】
具体的には、本実施形態に係る電源システムにおいては、出力制御部２３の改質部２３ｄにおける水蒸気改質反応（化学反応式（１））に伴って、水素ガスと共に生成される二酸化炭素（ＣＯ２）、及び、発電部２１における電気化学反応（化学反応式（２）、（３））に伴って、電気エネルギーの発生とともに生成される水（Ｈ２Ｏ）が、改質部２３ｄ及び発電部２１から排出されるが、二酸化炭素（ＣＯ２）は極めて微量であり、デバイスへの影響もほとんどないため、非回収物質として電源システム外に排出され、一方、水（Ｈ２Ｏ）等が分離回収部２４により回収されて回収保持部１１に送出され、不可逆的に保持される。
【００６５】
ここで、発電部２１における電気化学反応（化学反応式（２）、（３））は、概ね６０〜９０℃程度で進行するため、発電部２１において生成される水（Ｈ２Ｏ）は、ほぼ水蒸気（気体）の状態で排出される。そこで、分離回収部２４は、例えば、発電部２１から排出される水蒸気を冷却することにより、あるいは、圧力を加えることにより、水（Ｈ２Ｏ）の成分のみを液化して、他の成分から分離、回収する。
【００６６】
なお、本実施形態においては、発電用燃料としてメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を適用した場合を示したので、電気エネルギーの発生に伴う副生成物は、大半が水（Ｈ２Ｏ）であって、微量の二酸化炭素（ＣＯ２）を電源システム外に排出する態様を採用することにより、分離回収部２４における特定の成分又は物質（すなわち、水）の分離、回収を比較的簡易な構成により実現することができるが、発電用燃料として他の物質を適用した場合には、水（Ｈ２Ｏ）とともに比較的大量の二酸化炭素（ＣＯ２）等が生成される場合もある。
【００６７】
このような場合には、分離回収部２４により、例えば、水（Ｈ２Ｏ）と、その他の大量に生成される特定の成分又は物質（二酸化炭素）を分離した後、燃料パック１０に設けた単一又は複数の回収保持部１１に、合一又は個別に保持するように構成してもよい。
【００６８】
このように、本実施形態に係る電源システムによれば、発電モジュール２０により電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物、例えば、二酸化炭素（ＣＯ２）、水（Ｈ２Ｏ）等のうち、少なくとも１成分が燃料パック１０内に設けられた回収保持部１１に保持されることにより、副生成物が燃料パック１０内に不可逆的に保持されて、電源システム外部への排出又は漏出が抑制されるので、複製製物（水）によるデバイスの動作不良や劣化等を防止することができるとともに、燃料封入部に保持された副生成物を自然環境に負担を与えない方法で適切に処理することができるので、副生成物（二酸化炭素）による自然環境の汚染や地球温暖化等を防止することができる。また、窒素酸化物（ＮＯｘ）、硫黄酸化物（ＳＯｘ）についても、水（Ｈ２Ｏ）とは別の回収保持部１１に回収するようにしてもよい。
【００６９】
また、本実施形態に係る電源システムにおいては、電源システムに接続される負荷（デバイス）３４の駆動状態（負荷駆動情報）に応じて、所定の駆動電源となる電気エネルギーの供給、停止制御、及び、電気エネルギーの発生量の調整制御を行うことができるので、発電用燃料を効率的に消費することができる。したがって、所定の電気的特性を実現しつつ、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。
【００７０】
さらに、本実施形態にかかる電源システムにおいては、後述するように、本実施形態に係る電源システム（発電モジュール）を、半導体製造技術を適用して小型軽量化し、汎用の化学電池と同等の形状になるように構成することにより、外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科学電池に替えて、燃料電池を用い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、高いエネルギー利用効率を実現することができる。
【００７１】
次に、本実施形態に係る燃料パックの具体的な構成と、燃料パックと回収保持部との関係について、図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る燃料パックと回収保持部との関係を示す概略図である。
【００７２】
図３（ａ）に示すように、本実施形態に係る燃料パック１０は、一定の容積を有し、上述したような分解性を有する高分子材料（プラスチック）により構成されているとともに、例えば、メタノール等の発電用燃料が充填された空間１２Ａ（第１の空間）と、分離回収部２４から送出される水等の副生成物（特定の成分又は物質）が保持される空間１２Ｂ（第２の空間）と、後述するように、空間１２Ｂの容積を相対的に可変し、空間１２Ｂを空間１２Ａから隔絶する回収袋（保持手段）１３と、分離回収部２４から送出される副生成物を空間１２Ｂ、即ち、回収袋内に取り込むための副生成物取込弁１４Ｂとを有して構成されている。そして、発電モジュール２０には、燃料パック１０の空間１２Ａに封入された発電用燃料を燃料制御部２３ｂに供給する燃料供給管１４Ａが設けられ、燃料パック１０に嵌合することにより燃料供給管１４Ａが空間１２Ａ内に挿入され、分離回収部２４が副生成物取込弁１４Ｂと接続される。
【００７３】
ここで、副生成物取込管１４Ｂは、燃料パック１０が発電モジュール２０に結合された状態でのみ、発電用燃料の供給や、副生成物の取り込みが可能となるように、逆止弁が設けられている。これにより、燃料パック１０が発電モジュール２０から取り外された状態においては、空間１２Ａに封入された発電用燃料及び空間１２Ｂに保持された副生成物は、燃料パック１０の外部に漏出することがない（漏出を防止できる）。なお、副生成物取込弁１４Ｂに逆止弁の機能を設ける替わりに、または、逆止弁の機能を設けると共に、後述するように、空間１２Ｂ（回収袋１３）に吸収（吸水）ポリマー等の吸収保持部材を充填した構成を有するものであってもよい。
【００７４】
このような構成を有する燃料パック１０において、空間１２Ａに封入された発電用燃料が燃料供給管１４Ａを介して発電モジュール２０（発電部２１）に供給されることにより、所定の電気エネルギーを発生する動作が実行されるとともに、上記分離回収部２４により電気エネルギーの発生に伴って生成された副生成物のうち、特定の成分又は物質（例えば、水）のみが回収されて、副生成物取込弁１４Ｂを介して空間１２Ｂに取込、保持される。
【００７５】
これにより、空間１２Ａに封入された発電用燃料の容積が減少するとともに、相対的に、空間１２Ｂに保持される特定の成分又は物質の容積が増大する。
このとき、後述するように、空間１２Ｂ（回収袋１３）に吸収保持部材が充填されていれば、回収され、取り込まれた副生成物の実質的な容積に比較して、より大きな容積を有するように空間１２Ｂの容積を制御することができる。
【００７６】
したがって、空間１２Ａと１２Ｂの関係は、発電モジュール２０における電気エネルギーの発生（発電）動作に伴って、単に、相対的に増減するだけでなく、空間１２Ｂに保持された副生成物の量に応じて、図３（ｂ）に示すように、所定の圧力で回収袋１３を押圧することにより、空間１２Ａに封入された発電用燃料に圧力が印加されることになるので、発電モジュール２０への発電用燃料の供給を適切に行うことができ、図３（ｃ）に示すように、空間１２Ｂに保持される副生成物により、空間１２Ａに封入された発電用燃料をほぼ完全になくなるまで供給することができる。
【００７７】
ここで、上記（１）式〜（３）式により、１モルのメタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び１モルの水（Ｈ２Ｏ）に対して、３モルの割合で水（Ｈ２Ｏ）が生成されるが、液体の状態で１モルのメタノール（ＣＨ３ＯＨ）は、４０．５６ｃｍ３程度であるのに対して、１モルの水（Ｈ２Ｏ）は、１８．０２ｃｍ３程度であるので、燃料パック１０の空間１２Ａに初期状態で封入されたメタノール（ＣＨ３ＯＨ）をＭｃｍ３とすると、空間１２Ａは水を含めて１．４４４Ｍｃｍ３の容積となる。
【００７８】
そして、全てのメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が反応すると、副生成物の水（Ｈ２Ｏ）は１．３３３Ｍｃｍ３となり、初期状態の液体燃料（メタノール（ＣＨ３ＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）との混合物）との体積比が９２．３１％程度になるので、副生成物の容積のほとんどを水が占める場合、副生成物が生成されるにしたがって、燃料パック１０の空間１２Ａ内の発電用燃料の容積と空間１２Ｂ内の複生成物の容積との和は減少するため、予め液体燃料が入らない複生成物用の空間１２Ｂを大きく設ける必要がないので、初期状態で燃料パック１０内に有効に液体燃料を充填することができる。
【００７９】
また、上述のように回収袋１３内には吸収保持部材４０が封入されている（図４を参照）。
吸収保持部材４０は、副生成物（特定の成分又は物質）を回収袋１３内に不可逆的に吸収、吸着固定、定着するための部材である。
吸収保持部材４０としては、副生成物と化学的に安定で、親和性が高く、かつ副生成物を吸収することで膨潤する性質を有する部材を用いる。このような性質を有する部材としては、例えば、多孔質の発泡体（吸水スポンジ）等が挙げられる。
【００８０】
吸収保持部材４０として吸水スポンジを用いる場合、図４（ａ）に示すように、初期状態、つまり回収袋１３内に副生成物が存在しない状態では、吸水スポンジは圧縮されている。そして、空間１２Ａに封入された発電用燃料が燃料制御部２３ｂへ供給されるに従い、分離回収部２４から空間１２Ｂ（回収袋１３）に副生成物が送出される。そして、回収袋１３に封入された吸水スポンジが副生成物を吸収するに従って、図４（ｂ）に示すように、この吸水スポンジは燃料パック１０内において、空間１２Ａ方向に膨張していき、最終的には、図４（ｃ）に示すように、燃料パック１０内のほぼ全域にまで膨張する。
【００８１】
このように、吸収保持部材４０として吸水スポンジを用いることにより、副生成物が燃料パック１０内に保持されるので、例えば、燃料パック１０使用時や燃料パック１０交換時等に、副生成物が副生成物取込弁１４Ｂを介して外部に漏洩することを防止できる。
また、吸水スポンジが副生成物を燃料パック１０内で不可逆的に保持するので、副生成物取込弁１４Ｂを介して副生成物を外部に取り出し、第１の空間１２Ａの容量を拡大し、燃料供給管１４Ａを介して、この第１の空間に発電用燃料を充填する行為（発電用燃料の詰め替え）を防止することができる。
【００８２】
また、副生成物の大部分を水が占める場合には、吸収保持部材４０としていわゆる高吸水（吸収）性ポリマーを用いても良い。
高吸水性ポリマーは、水を瞬時に吸収し、膨張して、水をゲル化させる性質を有しており、また、吸収した水に対して高い保持力を有し、圧力を加えても離水しにくいという性質も有している。
高吸水性ポリマーとしては、例えば、デンプン系のグラフト重合体、カルボキシルメチル化体、セルロース系のグラフト重合体、カルボキシルメチル化体、合成ポリマーとしてのポリアクリル酸系、ポリアクリル酸塩系、ポリビニルアルコール系、ポリアクリルアミド系、ポリオキシエチレン系、イソブチレンマレイン酸塩系等の単体もしくはこれら各々の合成体、又は、デンプン系、セルロース系、合成ポリマー系の各混合体等が挙げられる。
【００８３】
このように、吸収保持部材４０として高吸水性ポリマーを用いることにより、吸収保持部材４０として吸水スポンジを用いた場合と比較して、以下のような効果を奏することができる。
まず、副生成物の保持力が向上することで、副生成物の漏洩をより確実に防止でき、また、発電用燃料の詰め替えをより確実に防止できる。
また、吸水能力が向上する、即ち一定量の副生成物を吸収・保持するために必要となる高吸水性ポリマーの体積が、吸水スポンジの体積と比較して少量で済むため、結果的に、一定容量の燃料パック１０内において、発電用燃料が充填される空間１２Ａ（第１の空間）が占める割合を大きくすることができ、発電用燃料の燃料パック１０内体積効率を向上させることができる。
【００８４】
また、吸収保持部材４０として、土壌や水中の微生物により分解される生分解性を有する部材を用いても良い。
このような特性を有する部材としては、例えば、生分解性を有する原料により多孔質あるいは中空構造を備えるように製造された繊維部材が挙げられる。そして、毛細管現象を利用し、この繊維部材が副生成物を吸収・保持するものとしても良い。
生分解性を有する原料としては、天然高分子、合成高分子、微生物により作られたものが挙げられ、例えば、植物細胞膜の主成分をなす多糖類であるセルロース、デンプン、脂肪族ポリエステル等の周知の原料を使用できる。
【００８５】
このように、吸収保持部材４０として生分解性を有する部材を用いることにより、燃料パック１０全体が生分解性を有し、燃料パック１０の投棄や埋め立て処理時等において、燃料パック１０が水と二酸化炭素等に分解されるので、自然環境への悪影響を防止できる。
【００８６】
なお、上述した構成は、発電モジュール２０に適用される発電部２１の一例を示したに過ぎず、本発明に係る電源システムの構成を何ら限定するものではない。要するに、本発明に適用される発電部２１は、燃料パック１０に封入された液体燃料又は気体燃料が直接又は間接的に供給されることにより、発電部２１内部で電気化学反応や燃焼反応等により電気エネルギーを発生することができるものであれば、他の構成を有するものであってもよく、例えば、ロータリーエンジンやスターリングエンジン、パルス燃焼エンジン等の内燃機関又は外燃機関（エンジン）と電磁誘導や圧電変換による発電器とを組み合わせたもの、熱音響効果による外力発生手段と電磁誘導や圧電変換による発電器とを組み合わせたもの、あるいは、電磁流体力学（ＭＨＤ）発電器等を良好に適用することができる。
【００８７】
次に、上記第一の実施の形態に示した電源システムの構成に、燃料パック１０内の発電用燃料の残量を検知するための残量検知手段を付加した場合の電源システムの構成を第二から第九の実施の形態として図を用いて説明する。なお、以下の実施の形態にかかる電源システムにおいて、上記第一の実施の形態と同様の構成となる部分には図面中同一の符号を付し、それらの説明は省略する。また、以下の各実施の形態の説明においては、電源システムが一つの燃料パック１０に対して一つの残量検知手段を備えるものとしたが、一つの燃料パック１０に対して複数の残量検知手段を備えるものとしても良い。
【００８８】
〔第二の実施の形態〕
負荷３４が、例えば一般的なデジタルビデオ、デジタルスチルカメラのように、汎用の電池により駆動し、汎用の電池の出力電圧の変位より電池残量を算出して残量を表示部で示すものである場合、図５に示すように、第二の実施の形態に係る電源システムは残量検知手段５０を備え、残量検知手段５０は残量に応じた発電用燃料情報となる信号を検知して出力制御部２３に制御信号を出力すると、出力制御部２３は生成する水素量を制御し、結果として発電部２１から出力される出力電圧値を変位するように設定されている。負荷３４は、発電モジュール２０内からの出力電圧の電圧値を検知する出力電圧検知手段５３と、出力電圧検知手段５３により検知された電圧値に応じて所定のテーブルを参照して電池残量を算出する電池残量算出手段５４と、電池残量算出手段５４により判断された電池の残量を負荷３４の利用者に表示する残量表示手段５２と、を備えている。
発電用燃料情報となる信号は、後述する第三の実施の形態以降の各実施の形態での情報でもよい。
【００８９】
次いで、本実施形態に係る電源システムの出力電圧特性について、図面を参照して説明する。
図６は、本実施形態に係る電源システムの出力電圧の経時変化を示す特性図である。ここでは、上述した電源システムの構成（図１）を適宜参照する。また、本実施形態に係る電源システムの有効性を明確にするために、汎用の化学電池及び従来の燃料電池における起電力特性と対比しながら説明する。
【００９０】
図６に示すように、本実施形態に係る電源システムにおける第１の出力電圧特性Ｓａは、一般に汎用された化学電池における放電に伴う出力電圧特性の経時的な変化傾向と略同等の変化傾向を示すように出力電圧が制御される。すなわち、発電モジュール２０の発電部２１における発電状態が、放電に伴う時間の経過（換言すれば、燃料パック１０における液体燃料の残量）に応じて減衰するように、少なくとも改質部２３ｂによる発電部２１の燃料極３１への水素ガスの供給量が減少するように設定される。
【００９１】
具体的には、出力電圧の制御方法は、まず、残量検知手段５０により燃料パック１０に残存する液体燃料の量が検出され、その残量検出信号が継続的又は定期的に燃料制御部２３ｂに入力される。ここで、液体燃料の残量は、放電に伴う時間の経過に応じて減少するので、液体燃料の残量と経過時間とは密接な相関関係を有することになる。
【００９２】
一方、燃料制御部２３ｂは、汎用の化学電池（マンガン電池、アルカリ電池、アルカリボタン電池、リチウムコイン電池、二次電池等）における放電に伴う出力電圧の経時的な変化傾向と同様に、液体燃料の残量と出力電圧との相関関係が一義的に規定された出力電圧特性Ｓａに基づく相関テーブルを備えている。そして、燃料制御部２３ｂは、残量検出信号による液体燃料の残量（すなわち、放電に伴う時間の経過）に基づいて、一義的に出力電圧を決定し、この出力電圧に対応した量の水素ガスを発電部２１に供給するように、液体燃料の供給量を調整する。ここで、液体燃料の残量と出力電圧との相関関係を一義的に規定するとは、図６に示したように、液体燃料の残量に対して出力電圧が１対１で対応する関係を意味し、曲線的な変化傾向を示すものに限らず、一次直線的に変化するものであってもよい。
【００９３】
また、汎用の化学電池の出力は、例えば、単１型〜単５型やコイン型のように容量に応じて出力電圧の経時的変位は異なるので、本発明に係る燃料電池の形状、大きさは、規格に則った汎用の化学電池の形状、大きさに従うとともに、燃料電池の燃料の残存量に応じた出力電圧は、同一型の化学電池の残りの寿命に応じた出力電圧に合わせるように出力制御部２３が設定されている。したがって、例えば、単１型の燃料電池の出力電圧の経時的変化の軌跡は、単一型のマンガン電池等の各種化学電池のいずれかの起電力の減衰する出力電圧の経時的変化の軌跡に合同、或いは、時間軸に沿って拡大又は縮小する。
【００９４】
このような出力電圧特性を有する電源システムによれば、動作電源として既存の携帯機器等に適用した場合、電源システムからの出力電圧が、一般的な化学電池の場合と同等の経時的な変化傾向を示すので、負荷３４となる携帯機器側で既存の構成を用いて、この出力電圧の変化を出力電圧検知手段５３で検出することにより、所定のテーブルを参照して電池残量算出手段５４が電池の残量を判断し、定期的又は継続的に電池残量や機器の駆動可能時間を残量表示手段５２で表示したり、携帯機器等の動作保証電圧範囲を下回る電圧に達した場合に、携帯機器等のデバイスが電池の交換や充電等を促す残量通知を正確に行うことができる。
【００９５】
また、後述するように、本実施形態に係る電源システム（発電モジュール）を、半導体製造技術を適用して小型軽量化し、市販の化学電池と同等の形状を適用することにより、外形形状及び電圧特性において市販の化学電池との完全な互換生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、燃料電池を用いた電源システムを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、高いエネルギー利用効率を実現することができる。
【００９６】
なお、上述したように、液体燃料の残量と経過時間とは密接な相関関係を有するものであるが、その関係は、必ずしも汎用の化学電池における電池残量と放電に伴う経過時間との関係とは一致しなくてもよい。したがって、燃料電池においては、エネルギー変換効率が汎用の化学電池に比較して極めて高い特徴を有しているので、例えば、図６における第２の出力電圧特性Ｓｂに示すように、汎用の化学電池における経時的な電圧変化傾向に対応した第１の出力電圧特性Ｓａよりも長い時間単位で電圧が変化（低下）するものであってもよい。
【００９７】
ここで、第１の出力電圧特性Ｓａにおいては、動作保証電圧範囲の下限を電圧Ｖ０とし、電圧Ｖ０に至るまでの時間をＴ０としたときに、時間Ｔ０の半分の時間、つまり、残りの寿命が半分になるときの時間をＴ０.５とし、そのときの電圧をＶ０.５とする。そして、携帯機器等のデバイスが、電池の出力電圧を電圧Ｖ０に達したと検知すると残量通知Ｉａを行うように予め設定されている。
【００９８】
また、燃料電池の第２の出力電圧特性Ｓｂにおいては、燃料電池の残量がほぼなくなるときの電圧を上記化学電池の電圧Ｖ０と等しくなるようにし、電圧Ｖ０に至るまでの時間をＴ０′としたときに、時間Ｔ０′の半分の時間、つまり、残りの寿命が半分になるときの時間をＴ０.５′とし、そのときの電圧を上記化学電池の電圧Ｖ０.５と等しくなるように設定されている。
【００９９】
すなわち、本発明の燃料電池の燃料の残量が半分になったときの電圧が、汎用の化学電池の動作保証電圧範囲での起電力の残量が半分になったときの電圧と等しく、本発明の燃料電池の燃料の残量がほぼなくなりかけたときの電圧が、汎用の化学電池の動作保証電圧範囲での起電力の残量がほぼなくなりかけたときの電圧と等しいように、出力制御部２３が燃料の供給量や酸素又は空気の供給量を制御する。
【０１００】
このように、携帯機器等のデバイスに本発明の燃料電池を用いた場合、放電に伴う経過時間に関わらず、液体燃料の残量に基づいて一義的に決定された出力電圧が、携帯機器等の動作保証電圧範囲を下回る電圧に達した場合に、携帯機器等のデバイスが電池の交換や充電等を促す残量通知Ｉｂが行われることになり、このタイミングは、汎用化学電池を用いたときの残量通知Ｉａのタイミングと一致させる必要はない。
【０１０１】
したがって、本発明の燃料電池の寿命Ｔ０′は一般の化学電池の寿命Ｔ０と一致させる必要はなく、時間軸Ｔに沿って拡大又は縮小した軌跡を描くような時間−出力電圧特性にすればよい。なお、残量検知手段５０は、残量が半分やほぼなくなるときのみに限らず残量が３３％、２５％のとき等のように、より細かく分割された残量を検知してもよく、いずれも化学電池の起電力の残量に応じた出力電圧とほぼ一致するような出力電圧に設定すればよい。
【０１０２】
〔第三の実施の形態〕
図７に示すように、第三の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段６０は、光照射手段６１と、反射板６２と、光検出手段６３と、残量表示手段（図示せず）とを備える。なお、残量表示手段については後述する第九の実施の形態で示した残量表示手段５２と同様のものを用いるものとする。
光照射手段６１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を備え、燃料パック１０の外部から後述する反射板６２に光を照射するために配設される。
【０１０３】
反射板６２は、前記光照射手段６１により照射される光を反射するための部材であり、燃料パック１０内の所定位置に回転可能に軸支される。なお、所定位置とは、回収袋１３が所定量の副生成物を保持した際に、膨張した回収袋１３の前面部分に反射板６２の背面側が当接する位置を指す。そして、反射板６２は、膨張する回収袋１３により押圧され、所定位置まで回転することで光の反射方向を所定範囲内で変更する。
光検出手段６３は、上述のように、回収袋１３に押圧され所定位置まで回転した状態の反射板６２からの反射光を受光（検知）するために設けられる。光検出手段６３としては、例えば、周知の光学センサを用いる。
なお、燃料パック１０の一部には、光照射手段６１からの照射光及び反射板６２からの反射光を透過するための光透過部１０ａが形成されている。
【０１０４】
このような構成を備える電源システムにおいては、まず、図７（ａ）に示すように、光照射手段６１から反射板６２に対して光が照射され、この反射板６２からの反射光は、光検知手段により検知されない方向（図７では上方）に反射する。そして、図７（ｂ）に示すように、副生成物の保持に伴い左方向に膨張する回収袋１３により反射板６２が押圧され、半時計回りに所定位置まで回転する。この反射板６２の回転により、反射光の進行方向が変わり、所定位置に配設された光検出手段６３に検出される。そして、光検出手段６３が反射光を検出した時点で、予め設定されている発電用燃料の残量が残量表示手段に表示される。
【０１０５】
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、発電用燃料の残量を燃料パック１０毎に表示することができ、燃料パック１０毎に発電用燃料の残量を把握できる。
なお、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、残量検知手段６０を回収袋１３が膨張する方向（左方向）に沿って複数（例えば３つ）配設してもよい。即ち、前記反射板６２を、回収袋１３が膨張する方向（左方向）に沿って複数配設し、各反射板６２に対応して前記光照射手段６１及び前記光検出手段６３を配設するものとしてもよい。この場合は、発電用燃料の残量を複数の段階で表示することができ、発電用燃料の残量をより正確に把握することができる。
【０１０６】
また、本実施の形態においては、反射板６２が回収袋１３に押圧される前の状態では、反射板６２からの反射光が、光検出手段６３によって検出されない方向に反射しているものとしたが、これに限らず、反射板６２が回収袋１３に押圧される前の状態において、反射光が光検出手段６３によって検知される方向に反射しており、その後、反射板６２が回収袋１３に押圧されることによって、反射光の進行方向が光検出手段６３により検知されない方向に変更されるものとしてもよい。
【０１０７】
〔第四の実施の形態〕
図９に示すように、第四の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段７０は、光照射手段７１と、光検出手段７２と、残量表示手段とを備える。なお、残量表示手段については前記第九の実施の形態で示した残量表示手段５２と同様のものを用いるものとする。
燃料パック１０は、後述する光照射手段７１により照射される光を透過させるための光透過部１０ｂを備える。
光照射手段７１は、発光ダイオード（ＬＥＤ）などの発光素子を備え、所定位置において燃料パック１０の外部から前記光透過部１０ｂを介して燃料パック１０内に光を照射するために設けられる。
光検出手段７２は、前記光照射手段７１が照射し、燃料パック１０内を通過した光を、燃料パック１０の外部において検出するために設けられる。光検出手段７２としては、例えば周知の光学センサを用いる。
【０１０８】
このような構成を備える電源システムにおいては、光照射手段７１より光検出手段７２に対して常時光が照射されている。そして、副生成物の保持に伴い、左方向に膨張する回収袋１３が光を遮断し、光検出手段７２が光を検出できなくなった時点で、予め設定されている発電用燃料の残量が残量表示手段に表示される。
【０１０９】
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、燃料パック１０内部に、例えば前記第三の実施の形態で示した反射板６２のような発電用燃料の残量を検知するための機構を設ける必要がなく、電源システムの製造が容易となる。
【０１１０】
〔第五の実施の形態〕
図１０に示すように、第五の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段８０は、導電体８１と、電極８２と、絶縁体８３と、導通検知手段８４と、残量表示手段とを備える。なお、残量表示手段については前記第九の実施の形態で示した残量表示手段５２と同様のものを用いるものとする。
導電体８１は、燃料パック１０内において前記回収袋１３の表面から外部に突出して配設され、燃料パック１０の副生成物の保持による膨張に伴い、燃料パック１０内を左方向に移動する。
電極８２は、燃料パック１０の左端側に、前記導電体８１に対向して複数配設される。
絶縁体８３は、燃料パック１０内において、前記導電体８１と電極８２の間に配設され、これら導電体８１と電極８２とを電気的に絶縁するために配設される。
導通検知手段８４は、前記導電体８１が電極８２に接触することによる該電極８２の導通を検知するために設けられる。
【０１１１】
このような構成を備える電源システムにおいては、図１０（ａ）に示すように、回収袋１３内に副生成物が存在しない状態から、図１０（ｂ）に示すように、副生成物の保持によって回収袋１３が膨張し、図１０（ｃ）に示すように、燃料パック１０内を左方向に移動する導電体８１が、前記絶縁体８３を挿通し、前記電極８２に接触することによって電極８２が導通状態となる。そして、この導通状態を導通検知手段８４が検知し、この時点で、予め設定されている発電用燃料の残量が残量表示手段に表示される。
【０１１２】
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、例えば前記第三及び第四の実施の形態で示した光照射手段６１、７１及び光検出手段６３、７２のような比較的複雑かつ高額な装置を設置する必要がなく、導電体８１、電極８２、導通検知手段８４等の比較的簡易かつ安価な装置を用いて、発電用燃料の残量を容易に把握でき、また、電源システムの製造コストを抑えることができる。
【０１１３】
〔第六の実施の形態〕
図１１に示すように、第六の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段９０は、反応剤保持手段９１と、突起９２と、反応検知手段９３と、残量表示手段とを備える。なお、残量表示手段については前記第九の実施の形態で示した残量表示手段５２と同様のものを用いるものとする。
反応剤保持手段９１は、副生成物と化学的に反応可能な反応剤９４を内部に保持すると共に、前記回収袋１３前方の少なくとも一部を覆うように配設され、該回収袋１３の副生成物の保持による膨張に伴い燃料パック１０内を左方向に移動する部材である。なお、反応剤９４の種類としては、例えば、副生成物の大部分を水が占める場合には硫酸アンモニウムや尿素またはこれらの混合物等が挙げられるが、これらに限定されるものではなく、副生成物と化学的に反応可能であって、この化学反応が後述する反応検知手段９３により検知可能なものであればよい。
【０１１４】
突起９２は、燃料パック１０内の左端側に、反応剤保持手段９１に対向して配設される部材である。
反応検知手段９３は反応剤９４と副生成物との化学反応を検知するために配設される。なお、化学反応とは、例えば、発熱反応や吸熱反応であり、反応検知手段９３は、これら化学反応の種類に対応して、サーミスタ、熱電対、白金測温抵抗体等の温度センサを用いるものとする。
【０１１５】
このような構成を備える電源システムにおいては、図１１（ａ）に示すように、回収袋１３内に副生成物が存在しない状態から、図１１（ｂ）に示すように、副生成物の保持によって回収袋１３が膨張し、図１１（ｃ）に示すように、燃料パック１０内を左方向に移動する反応剤保持手段９１及び回収袋１３の内部を突起９２が挿通し、前記反応剤９４と前記副生成物とが化学的に反応し、この化学反応が反応検知手段９３により検知される。そして、この時点で、予め設定されている発電用燃料の残量が残量表示手段に表示される。
なお、反応剤保持手段９１及び回収袋１３を突起９２が挿通した際に、反応剤保持手段９１及び回収袋１３が大きく破断し、反応剤９４及び副生成物が発電用燃料が封入されていた第一の空間１２Ａにまで漏出しないように、反応剤保持手段９１及び回収袋１３の強度を予め調節しておくものとする。
【０１１６】
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、例えば前記第三及び第四の実施の形態で示した光照射手段６１、７１及び光検出手段６３、７２のような比較的複雑かつ高額な装置を設置する必要がなく、反応剤９４、反応剤保持手段９１、反応検知手段９３等の比較的簡易かつ安価な装置を用いて、発電用燃料の残量を容易に把握でき、また、電源システムの製造コストを抑えることができる。
【０１１７】
〔第七の実施の形態〕
図１２に示すように、第七の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段１００は、濃度検出手段１０１と、残量表示手段とを備える。なお、残量表示手段については前記第九の実施の形態で示した残量表示手段５２と同様のものを用いるものとする。
燃料パック１０は、所定位置において該燃料パック１０の外部から内部を透視可能な透視部１０ｃを備える。
【０１１８】
回収袋１３の少なくとも一部には、副生成物を前記透視部１０ｃから透視可能とする透明部１３ａが形成され、また、回収袋１３の内部には副生成物を着色するための所定量の色素が封入される。色素としては、副生成物に容易に溶解する、例えば染料等を用いるものとする。
濃度検出手段１０１は、燃料パック１０の外部に配設され、透視部１０ｃを介して回収袋１３内の副生成物の色濃度を検出するために配設される。濃度検出手段１０１には、予め副生成物の色濃度に対応した発電用燃料の残量が入力されている。なお、濃度検出手段１０１としては、例えば、周知の色センサを用いる。
【０１１９】
このような構成を備える電源システムにおいては、図１２（ａ）に示すように、回収袋１３内に副生成物が存在しない状態から、図１２（ｂ）に示すように、副生成物の保持によって回収袋１３が膨張し、図１２（ｃ）に示すように、色素により着色された副生成物の色（色濃度）が薄くなっていく。上述のように、濃度検出手段１０１には予め副生成物が示す色濃度に対応した発電用燃料の残量が入力されており、所定の色濃度毎の発電用燃料の残量が残量表示手段に表示される。
【０１２０】
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、燃料パック１０内部に、例えば前記第三の実施の形態で示した反射板６２のような、発電用燃料の残量を検知するための機構を設ける必要がなく、電源システムを容易に製造できる。
また、任意の色濃度に対応した発電用燃料の残量を濃度検出手段１０１に入力しておくものとすれば、任意の色濃度における発電用燃料の残量を残量表示手段に表示でき、発電用燃料の残量をリアルタイムで把握できる。
【０１２１】
〔第八の実施の形態〕
図１３に示すように、第八の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段１１０は、抵抗率検出手段１１１と、残量表示手段とを備える。なお、残量表示手段については前記第九の実施の形態で示した残量表示手段５２と同様のものを用いるものとする。また、本実施の形態においては、回収袋１３内には第一の実施の形態で示した高吸水性ポリマー等の吸収保持部材４０が常に封入されているものとする。
【０１２２】
抵抗率検出手段１１１は、副生成物（水）を保持した状態の吸収保持部材４０の抵抗率を検出するために設けられ、回収袋１３の内部にまで挿通する電極１１１ａを備える。また、抵抗率検出手段１１１には、副生成物の保持により変化する吸収保持部材４０の抵抗率に対応した発電用燃料の残量が入力されている。なお、この吸収保持部材４０の抵抗率に対応した発電用燃料の残量は、副生成物と吸収保持部材４０の組合せごとに設定されているものとする。
なお、高吸水性ポリマーは、極性が高い水と高い親和性を示すことから、一般に、水を吸収した状態で比較的高い導電率（低い抵抗率）を示す。また、導電率は水中における高吸水性ポリマーの濃度、即ち吸水量に依存し、吸水量が多くなれば導電率の低下、即ち抵抗値の上昇が起こる。一方、全く吸水していない状態の高吸水性ポリマーは高い抵抗値を示す。従って、高吸水性ポリマーが副生成物である水を吸収し始めると抵抗率は一旦低下し、その後吸収量が増加していくにつれて抵抗率が徐々に増加していくことになる。
【０１２３】
このような構成を備える電源システムにおいては、回収袋１３内の副生成物の量が増えるにしたがって、吸収保持部材４０中の副生成物の含有量が変化していき、吸収保持部材４０の抵抗率が変化していく。上述のように、抵抗率検出手段１１１には、予め吸収保持部材４０の抵抗率に対応した発電用燃料の残量が入力されており、抵抗率検出手段１１１が検出した所定の抵抗率に対応した発電用燃料の残量が残量表示手段に表示される。
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、燃料パック１０内部に、例えば前記第三の実施の形態で示した反射板６２のような、発電用燃料の残量を検知するための機構を設ける必要がなく、電源システムを容易に製造できる。
また、任意の抵抗率に対応した発電用燃料の残量を抵抗率検出手段１１１に入力しておくものとすれば、任意の抵抗率における発電用燃料の残量を残量表示手段に表示でき、発電用燃料の残量をリアルタイムで把握できる。
【０１２４】
〔第九の実施の形態〕
図１４に示すように、第九の実施の形態に係る電源システムの残量検知手段５０は残量算出手段５１と残量表示手段５２とを備え、これら残量算出手段５１と残量表示手段５２は発電モジュール２０内に配設される。
残量算出手段５１は、燃料パック１０から発電モジュール２０に供給される発電用燃料の流入量を算出し、この発電用燃料の流入量に基づき、燃料パック１０内の発電用燃料の残量を算出するために配設される。
残量算出手段５１による具体的な発電用燃料の残量算出方法としては、例えば、残量算出手段５１に未使用状態の燃料パック１０に封入されている発電用燃料の容量（初期燃料量）を予め入力しておく。そして、この初期燃料量から、発電モジュール２０に供給された発電用燃料の流入量を減ずることにより算出する方法等が挙げられる。
【０１２５】
残量表示手段５２は、残量算出手段５１が算出した発電用燃料の残量を表示し、使用者が目視確認できるようにするために配設される。
残量表示手段５２は、使用者が発電用燃料の残量を目視可能な構造であればよく、例えば、液晶表示や指針による表示など、周知の表示手段を用いるものとする。負荷３４は、発電モジュール２０を収容する部位から残量表示手段５２が見えるような窓を設けてもよい。、また、残量表示手段５２が、発電用燃料の残量以外であっても、例えば、燃料パック１０の取替え時期や、燃料パック１０の使用可能時間や、発電用燃料の残量が残りわずか（エンプティ状態）であることを表示するものとしてもよい。
【０１２６】
本実施の形態で示した電源システムによれば、前記第一の実施の形態で示した電源システムと同様の効果を得られると共に、使用者が燃料パック１０内の発電用燃料の残量を把握でき、燃料パック１０交換時期を正確に認識することができる。また、燃料パック１０自体に、発電用燃料の残量を検知するための機構を設ける必要がないので、燃料パック１０の製造コストを抑えることができる。
【０１２７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物が保持手段内の吸収保持部材に吸収・保持されるので、例えば、燃料封入部使用時や燃料封入部交換時等に、電源システム外部への排出又は漏出が抑制され、副生成物によるデバイスの動作不良や劣化等を防止することができる。
また、吸収保持部材が副生成物を燃料封入部内で不可逆的に保持するので、副生成物を燃料封入部から外部に取り出し、燃料封入部に発電用燃料を充填する行為を防止することができる。
また、燃料封入部内の発電用燃料の残量を検知する残量検知手段を備えることにより、使用者が燃料封入部内の発電用燃料の残量を把握でき、燃料封入部の交換時期を正確に認識することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る電源システムの第一の実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第一の実施の形態に係る発電モジュールに適用される発電部の構成例を示す概略構成図である。
【図３】第一の実施の形態に係る燃料パックと回収保持部との関係を示す概略図である。
【図４】第一の実施の形態に係る回収袋内に吸収保持部材が封入された状態を示す概略図である。
【図５】第二の実施の形態に係る電源システムを示すブロック図である。
【図６】第二の実施の形態に係る電源システムの出力電圧の経時変化を示す特性図である。
【図７】第三の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図８】第三の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図９】第四の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図１０】第五の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図１１】第六の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図１２】第七の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図１３】第八の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【図１４】第九の実施の形態に係る燃料パックと残量検知手段との関係を示す概略図である。
【符号の説明】
１０ 燃料封入部
１０ｂ 光透過部
１０ｃ 透視部
１１ 保持手段
２０ 発電モジュール
２４ 分離回収手段
４０ 吸収保持部材
５０ 残量検知手段
５１ 残量算出手段
５２ 残量表示手段
６０ 残量検知手段
６１ 光照射手段
６２ 反射板
６３ 光検出手段
７０ 残量検知手段
７１ 光照射手段
７２ 光検出手段
８０ 残量検知手段
８１ 導電体
８２ 電極
８３ 絶縁体
８４ 導通検知手段
９０ 残量検知手段
９１ 反応剤保持手段
９２ 突起
９３ 反応検知手段
９４ 反応剤
１００ 残量検知手段
１０１ 濃度検出手段
１１０ 残量検知手段
１１１ 抵抗率検出手段[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a power supply system, and more particularly to a portable power supply system with high energy use efficiency.
[0002]
[Prior art]
In recent years, various chemical batteries have been used in all fields for consumer and industrial use. For example, primary batteries such as alkaline dry batteries and manganese dry batteries are widely used in watches, cameras, toys, portable audio equipment, etc. It is easy to obtain.
[0003]
On the other hand, secondary batteries such as nickel / cadmium storage batteries, nickel / hydrogen storage batteries, and lithium ion batteries are widely used in portable devices such as mobile phones, personal digital assistants (PDAs), digital video cameras, and digital still cameras, which have been popular in recent years. In addition, since it can be repeatedly charged and discharged, it has a feature that is excellent in economic efficiency. Among secondary batteries, lead-acid batteries are used as power sources for starting vehicles and ships, or as emergency power sources for industrial facilities and medical facilities.
[0004]
By the way, in recent years, with increasing interest in environmental problems and energy problems, the above-mentioned problems related to disposal after use of chemical batteries and the problem of energy conversion efficiency have been highlighted.
In particular, in the primary battery, as described above, the product price is inexpensive and easy to obtain, and many devices are used as a power source, and the battery capacity cannot be recovered basically once discharged. Since only one-time use (so-called disposable) is possible, the annual disposal amount is several million tons. Here, in the entire chemical battery, there are statistical materials that the ratio of recovered by recycling is only about 20%, and the remaining 80% is dumped or landfilled in nature. There are concerns about environmental destruction caused by heavy metals such as mercury and indium contained in unrecovered batteries and deterioration of the aesthetics of the natural environment.
[0005]
In addition, when the above-described chemical battery is verified from the viewpoint of energy resource utilization efficiency, the primary battery is produced using approximately 300 times the energy that can be discharged, so that the energy utilization efficiency is less than 1%. Absent. On the other hand, even if a secondary battery that can be charged and discharged repeatedly and is economical is charged from a household power source (outlet), etc. Since the utilization efficiency is reduced to about 12%, it cannot always be said that effective utilization of energy resources is achieved.
[0006]
Therefore, in recent years, so-called fuel cells have been attracting attention because they have little impact on the environment and can realize extremely high energy use efficiency of about 30 to 40%, and drive power supplies for vehicles and cogeneration for home use. Research and development for practical use have been actively conducted for the purpose of application to systems and the like, or for the purpose of replacing the above-described chemical battery. The specific configuration of the fuel cell will be described in detail in the detailed description of the invention.
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the future, in order to reduce the size and weight of a power system with high energy use efficiency such as a fuel cell, and to apply it as a replacement (compatible product) of a portable or portable portable power source, for example, a chemical battery as described above Need to solve various problems.
[0008]
Specifically, in fuel cells, etc., the tendency of the time-dependent displacement of the output voltage differs from that of a general chemical battery, and it is difficult to detect the remaining amount from the output voltage. I couldn't. In addition, since an electrochemical reaction that directly converts the chemical energy of the fuel into electrical energy is utilized, a multi-product is generated and discharged with the reaction. Such by-products are mostly water (H 2 O), and in addition, carbon dioxide (CO 2), nitrogen dioxide (NO 2), and the like may be generated.
[0009]
Here, when a fuel cell is applied as a portable power source, if the generated water (or moisture) is discharged to the outside or leakage occurs, the fuel cell is connected or attached. The main body and peripheral devices (hereinafter collectively referred to as “devices”) have problems such as electric leakage, deterioration of electrical components, poor contact, and the like. In addition, carbon dioxide, nitrogen dioxide, and the like also have a problem of adversely affecting the environment such as global warming by being discharged to the outside in a small amount.
[0010]
The object of the present invention is to consider the above-mentioned problems, and when a power system such as a fuel cell is applied to a portable power source, the battery life can be easily determined, and a device by-product generated when electric energy is generated, The aim is to provide a power supply system that minimizes the impact on the natural environment.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
  In order to solve the above-described problem, a power supply system according to claim 1 includes a fuel sealing portion having a predetermined capacity in which power generation fuel is sealed, a power generation module that generates electrical energy using the power generation fuel, And separating and recovering at least a specific component of by-products generated when generating the electric energy, and sealing the fuel with at least the specific component recovered by the separation and recovery unit Holding means for holding in the section;A remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of fuel for power generation in the fuel enclosure,Absorption holding member capable of absorbing and holding the specific component in the holding meansThe fuel sealing portion includes a see-through portion that allows the inside of the fuel sealing portion to be seen through from the outside, and at least a part of the holding means includes a structure that allows the specific component to be seen through from the see-through portion. A predetermined amount of pigment coloring the specific component is enclosed in the holding means, and the remaining amount detecting means is disposed outside the fuel enclosure, and the specific in the holding means is disposed through the fluoroscopic part. Provide density detecting means for detecting the color density of the componentIt is characterized by.
[0012]
According to the power supply system of claim 1, the power generation fuel (or the specific fuel component supplied from the power generation fuel) made of liquid or gas filled and sealed in the fuel sealing portion (fuel pack) is used. In a portable power supply system that includes a power generation module (power generator) that generates power, by-products generated when generating electric energy by the power generation module, such as carbon dioxide (CO2), water (H2O), At least one component of nitrogen oxide (NOx), sulfur oxide (SOx), oxygen (O2), and the like is absorbed and held by the absorption holding member in the holding means (collection bag).
[0013]
  As a result, the by-product is held in the fuel enclosure, and for example, when the fuel enclosure is used or when the fuel enclosure is replaced, discharge or leakage to the outside of the power supply system is suppressed. Can be prevented from malfunctioning or deteriorating.
  In addition, since the absorption holding member holds the by-product irreversibly in the fuel enclosure, the act of taking out the by-product from the fuel enclosure and filling the fuel enclosure with power generation fuel (refilling power generation fuel) ) Can be prevented.
  Further, the user can grasp the remaining amount of fuel for power generation in the fuel enclosure, and can accurately recognize the replacement timing of the fuel enclosure.
  Furthermore, it is not necessary to provide a mechanism for detecting the remaining amount of power generation fuel inside the fuel enclosure, and the power supply system can be easily manufactured. Further, if a remaining amount display means capable of displaying the remaining amount of power generation fuel corresponding to an arbitrary color density is added, the remaining amount of power generation fuel can be grasped in real time.
[0014]
  The power supply system according to claim 2,A fuel generation part having a predetermined capacity in which power generation fuel is sealed, and a power generation module that generates electric energy using the power generation fuel, and further generates by-products generated when the electric energy is generated Separation / recovery means for separating and recovering at least a specific component of the product, holding means for holding at least the specific component recovered by the separation / recovery means in the fuel enclosure, and power generation fuel in the fuel enclosure A remaining amount detecting means for detecting a remaining amount, and an absorption holding member capable of absorbing and holding the specific component in the holding means, wherein the remaining amount detecting means holds the specific component. Providing resistivity detecting means for detecting the resistivity of the holding meansIt is characterized by.
[0015]
  According to the power supply system of claim 2, the same as claim 1In addition, it is possible to prevent device malfunction and deterioration due to by-products. In addition, since the absorption holding member holds the by-product irreversibly in the fuel enclosure, the act of taking out the by-product from the fuel enclosure and filling the fuel enclosure with power generation fuel (refilling power generation fuel) ) Can be prevented. Further, the user can grasp the remaining amount of fuel for power generation in the fuel enclosure, and can accurately recognize the replacement timing of the fuel enclosure. Further, it is not necessary to provide a mechanism for detecting the remaining amount of power generation fuel inside the fuel enclosure, and the power supply system can be easily manufactured. In addition, if a remaining amount display means that can display the remaining amount of fuel for power generation corresponding to an arbitrary resistivity is added, the remaining amount of fuel for power generation can be grasped in real time.it can.
[0016]
  The power supply system according to claim 3 is the power supply system according to claim 1 or 2,The absorption holding member is made of a highly water-absorbing polymer. According to the power supply system of the third aspect, the same effect as that of the first or second aspect can be obtained, and the retention of the by-product can be improved, so that the leakage of the by-product can be prevented more reliably. In addition, refilling of the fuel for power generation can be prevented more reliably. In addition, the use of a highly water-absorbing polymer improves the water absorption capacity, that is, a small volume of the absorption holding member is required to absorb and hold a certain amount of by-products. The ratio of the space filled with the power generation fuel (first space) in the fuel sealing portion can be increased, and the volumetric efficiency of the power generation fuel in the fuel sealing portion can be improved.
[0017]
  A power supply system according to a fourth aspect is the power supply system according to any one of the first to third aspects, wherein the absorption holding member is biodegradable.Claim4According to the described power supply system, the claims1-3If a member having biodegradability is used as the absorption holding member and the entire fuel encapsulating part is composed of a member having biodegradability, the fuel enclosing part is dumped or landfilled. At times, the fuel enclosure is decomposed into water, carbon dioxide, etc., so that adverse effects on the natural environment can be prevented.
[0038]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
[First Embodiment]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a power supply system according to the present invention. Here, in the power supply system according to the present embodiment, as an example of the power generation unit constituting the power generation module, a description will be given assuming that a solid polymer fuel cell adopting a fuel reforming method is included.
[0039]
As shown in FIG. 1, the power supply system according to the present embodiment is broadly divided into a fuel pack 10 (fuel sealing portion) in which fuel for power generation is sealed, and the fuel pack 10 are detachably coupled. And a power generation module 20 that generates (power generation) electric energy based on the power generation fuel supplied from the fuel pack 10, the fuel pack 10 is provided with a collection holding unit 11 (holding means), The power generation module 20 includes a power generation unit 21 (power generation unit), an operation control unit 22, an output control unit 23, and a separation and recovery unit 24 (separation and recovery unit).
[0040]
Each configuration will be specifically described below.
The fuel pack 10 is a fuel storage container having a high hermeticity and filled with a liquid (or liquefied) fuel or gaseous fuel containing hydrogen in its composition, and having a fixed volume. , And has a configuration that is detachably coupled. The power generation fuel sealed in the fuel pack 10 generates electrical energy output to the load 34 by the power generation unit 21 via the output control unit 23 only when the fuel pack 10 is coupled to the power generation module 20. A predetermined supply amount necessary for this is taken in.
[0041]
In addition, the by-product generated and discharged when generating electric energy in the power generation module 20 to be described later or in a part of the fuel pack 10 is identified and collected by the separation and recovery unit 24. A recovery holding unit 11 is provided for holding only the components or substances. Specifically, as will be described later, it is generated when electric energy is generated by an electrochemical reaction or a combustion reaction in the power generation unit 21 of the power generation module 10 only when the fuel pack 10 is coupled to the power generation module 20. All or part of by-products (specific components or substances) such as water (H 2 O), nitrogen oxides (NOx), sulfur oxides (SOx), or a part of them are collected and held by the recovery unit 11 (or fuel pack) 10) It is configured to be held irreversibly so as not to leak or discharge outside.
[0042]
Here, since water (H 2 O) is a liquid at normal temperature and normal pressure, means for increasing the pressure in the collection holding unit 11 and the fuel pack 10 to liquefy is not particularly required, but it is generated when generating electric energy. The vaporization point with nitrogen oxides (NOx) and sulfur oxides (SOx) that are likely to be generated is normal temperature and generally less than room temperature, and the amount of these by-product gases is large. If there is a risk that the amount that cannot be completely dissolved in the recovered water may exceed the volume of the recovery holding unit 11, the volume of the by-product is reduced by increasing the pressure in the recovery holding unit 11 and the separation / recovery unit 24. Then, it is accommodated in the collection holding unit 11.
[0043]
Therefore, as a configuration applied to the collection holding unit 11, an absorption polymer as an absorption holding member or a reverse valve is provided so that the specific component or substance can be irreversibly absorbed, adsorbed, fixed, fixed, or the like. Etc. are preferably provided. Note that specific configuration examples and operations of the fuel pack 10 and the collection holding unit 11 will be described later.
[0044]
In addition, the fuel pack 10 can be subjected to organic chlorine compounds (dioxins; polychlorinated dibenzoparadioxins, polychlorinated dibenzofurans) or hydrogen chloride gas even when artificial overheating, incineration, chemicals, or chemical treatment is performed. Further, it may be composed of a material that generates little or no harmful substances such as heavy metals and environmental pollutants.
[0045]
In addition, as the power generation fuel used in the power supply system according to the present embodiment, at least the fuel pack 10 in which the power generation fuel is sealed is dumped or landfilled in the natural world to be in the atmosphere, soil, or water. Even if it is leaked into the fuel, it does not become a pollutant to the natural environment, and in the main power generation unit 21A of the power generation module 20 described later, a fuel that can generate electrical energy with high energy conversion efficiency, Specifically, liquid fuels composed of alcohols such as methanol, ethanol, butanol, liquefied gases composed of hydrocarbons such as dimethyl ether, butane, and natural gas (CNG), and gaseous fuels such as hydrogen gas should be satisfactorily applied. Can do.
[0046]
According to the fuel pack 10 and the fuel for power generation having such a configuration, a by-product generated when generating electric energy in the power supply system according to the present embodiment is recovered and held in the fuel pack 10. Since it is irreversibly held in the unit 11, it is assumed that byproducts (NOx, SOx, H2O, etc.) harmful to the natural environment and the device to which the power supply system is connected or attached are generated. However, since the by-products are not discharged outside the power supply system, the effects on the environment such as air pollution and global warming, device leakage, deterioration of electrical components, poor contact, etc. are suppressed. can do.
[0047]
Further, by configuring the fuel pack 10 so as to be detachable from the power generation module 20, when the remaining amount of the enclosed power generation fuel decreases or disappears, the power generation fuel to the fuel pack 10 is reduced. Since replenishment and reuse (recycling) of the fuel pack 10 can be performed, the amount of disposal of the fuel pack 10 and the power generation module 20 can be greatly reduced. Here, since a new fuel pack can be replaced and attached to the single power generation module 20, a simple usage pattern can be provided in the same manner as a general-purpose chemical battery.
Further, by collecting the fuel pack 10 in which the power generation fuel is exhausted, the by-product held in the collection holding unit 11 can be appropriately processed in a method that does not place a burden on the natural environment. Can prevent pollution of the natural environment and global warming.
[0048]
FIG. 2 is a schematic configuration diagram illustrating a first configuration example of the power generation unit applied to the power generation module according to the present embodiment.
[0049]
As shown in FIG. 1, the power generation module 20 uses at least a load (electrons operating on a battery) connected to a power supply system by an electrochemical reaction, a combustion reaction, or the like using power generation fuel supplied from the fuel pack 10. Equipment) 34, operation control based on the power generation unit 21 that generates and outputs electrical energy as a driving power source (voltage / current) in the load 34, and the driving state (load driving information) of the load 34. Based on an operation control signal from the operation control unit 22 that outputs a signal and controls the operation state of the power generation unit 21 and an operation control signal from the operation control unit 22, the generation operation (electric power generation amount) of the power generation unit 21 Among the by-products generated during the generation of electrical energy in the power generation unit 21 by separating a specific component or substance from the output control unit 23 that controls the power generation state such as Or is a material only irreversibly collected in the collecting holder 11 provided in the fuel pack 10, is configured to have a separate recovery unit 24 for holding the.
[0050]
The operation control unit 22 operates by electric energy (operation power supply) generated inside the power generation module 20 or supplied from the outside of the power generation module 20, and drives the load 34 connected to the power supply system according to the present embodiment. Based on the information on the state (load drive information), the power generation state of the power generation unit 21 to be described later is controlled. Specifically, when a command for starting the load 34 is detected in a state where the power generation unit 21 is not driven, an operation control signal for starting the power generation unit 21 to the output control unit 23 described later. And when the command to stop the load 34 is detected while the power generation unit 21 is driven, an operation control signal for stopping the power generation unit 21 is sent to the output control unit 23. Output.
[0051]
On the other hand, when a change in the driving state of the load 34 is detected while the power generation unit 21 is driven, electric energy supplied from the power generation unit 21 to the load 34 is output to the load 34 with respect to the output control unit 23. An operation control signal for adjusting the amount of electric energy generated (power generation amount) in the power generation unit 21 is output so as to have an appropriate value corresponding to the driving state.
[0052]
Here, information relating to the driving state of the load 34 (load driving information) such as a command detected by the operation control unit 22 is output from the peripheral device serving as the load 34 according to the driving state (startup / variation). For example, in a configuration in which the information signal is electrically connected to the load 34 only by a positive (+) pole and a negative (−) pole as in a general-purpose chemical battery, In a standby state, which will be described later, a monitor voltage is constantly supplied to the load 34 via the positive (+) pole and the negative (-) pole, and the fluctuation state is constantly monitored to detect the activation state of the load 34. In addition, in a steady state to be described later, the fluctuation of electric energy (particularly, driving voltage) serving as the driving power supplied to the load 34 is constantly monitored via the positive (+) pole and the negative (−) pole. To detect the fluctuation state of the load 34 It may be the one.
[0053]
As shown in FIG. 1, the output control unit 23 includes a fuel control unit 23 b that controls the amount of power generation fuel (hydrogen gas) supplied to the power generation unit 21 based on the operation control signal from the operation control unit 22. , An air control unit 23c for controlling the supply amount of air (oxygen gas) to the power generation unit 21, and a raw material or product for reforming the power generation fuel and gasifying and supplying hydrogen contained in the power generation fuel The reforming unit 23d formed of a microreactor having a flow path width and / or height of 10 μm to 1000 μm and the fuel control unit 23b at least when the load 34 is turned off at least when the load 34 is turned off. , An air control unit 23c, and a sub power generation unit 23e that supplies power to the reforming unit 23d.
[0054]
The sub power generation unit 23e is a direct fuel cell that generates power by supplying liquid fuel sent from the pipe communicating with the fuel pack 10 by capillary action directly without a reformer, or liquid sent from the fuel pack 10. It is composed of a gas turbine type or rotary engine type power generator that generates power by rotating the turbine at a pressure that rises when the fuel is vaporized, and is necessary for the operation control unit 22 to monitor load drive information at least when the load 34 is off. Electric power is supplied to the operation control unit 22, and standby power when off is supplied to the load 34. Here, when the operation control unit 22 receives a load drive information signal when the load 34 is switched from off to on while the power generation unit 21 is not driven, the fuel control unit 23b and the air control unit 23c (fuel) In some cases, only the control unit 23b is activated. The fuel control unit 23b is driven by the electric power supplied from the sub power generation unit 23e, sends a predetermined amount of liquid fuel or water to the reforming unit 23d, and the reforming unit 23d and the air control unit 23c are supplied to the power generation unit 21, respectively. By supplying the hydrogen gas (H2) and the oxygen gas (O2), the power generation unit 21 is activated to shift to an operation state (steady state) in which predetermined electric energy is generated.
[0055]
When the operation control unit 22 receives a load drive information signal when the load 34 is switched from on to off while the power generation unit 21 is driving, the operation control unit 22 receives the fuel control unit 23b (the fuel control unit 23b and the air control). In the case of the unit 23c, the supply of fuel and air is stopped), and the supply of fuel and water to the power generation unit 21 is stopped, thereby stopping the hydrogen reforming of the reforming unit 23d, thereby generating the power generation unit 21. The generation (electric generation) of electric energy in is stopped, and a standby state is entered.
[0056]
Based on the operation control signal output from the operation control unit 22, the fuel control unit 23 b generates an amount of hydrogen gas (H 2) necessary for generating and outputting predetermined electric energy in the power generation unit 21. Fuel, water, and the like are supplied from the fuel pack 10, reformed to hydrogen gas (H2) by the reforming unit 23d, and supplied to the fuel electrode 31 of the power generation unit 21 (see FIG. 2) described later, The air control unit 23 c controls the amount of oxygen gas (O 2) supplied to the air electrode 32 of the power generation unit 21. By adjusting the supply amount of hydrogen gas (H2) and oxygen gas (O2) to the power generation unit 21 by the control units 23b and 23c, the progress of the electrochemical reaction in the power generation unit (fuel cell main body) 21 is controlled. Then, the amount of electric energy generated (power generation amount) is controlled.
[0057]
Here, the air control unit 23c may be set to electrically supply the amount of oxygen gas supplied to the air electrode 32 of the power generation unit 21 by driving a pump. If air (atmosphere) corresponding to the maximum consumption of oxygen per hour can be supplied, the air control unit 23c is a vent hole connecting the atmosphere and the power generation unit, and the amount used for the electrochemical reaction in the power generation unit 21 In this configuration, the output control unit 23 can control the progress of the electrochemical reaction only by the fuel control unit 23b.
[0058]
Further, as described above, the reforming unit 23 d extracts and gasifies the hydrogen component contained in the power generation fuel sealed in the fuel pack 10 and supplies the hydrogen component to the power generation unit 21. In addition to methanol (CH3OH), the fuel for power generation in the fuel pack 10 includes methanol and equimolar water (H2O), and the output control from the fuel pack 10 is performed while water and methanol are uniformly mixed. It is set to be mixed in the reforming unit 23d by being supplied to the unit 23 or separately supplied to the reforming unit 23d. A mixture of liquid fuel (alcohols) containing water such as methanol and water is once vaporized by the heater in the reforming section 23d, and further converted into the following chemical reaction formula (1) by the heat and catalytic action of the heater. As shown, a steam reforming reaction is caused to produce hydrogen gas (H2). Note that a small amount of products (mainly CO2) other than hydrogen generated by this reforming reaction are discharged into the atmosphere.
CH3OH + H2O → 3H2 + CO2 (1)
[0059]
Further, as shown in FIG. 2, the power generation unit 21 is roughly divided, for example, a fuel electrode (cathode) 31 composed of a carbon electrode to which catalyst fine particles such as platinum and platinum / ruthenium are attached, and catalyst fine particles such as platinum are attached. And an air electrode (anode) 32 made of a carbon electrode, and a film-like ion conductive film (exchange membrane) 33 interposed between the fuel electrode 31 and the air electrode 32. Here, hydrogen gas (H2) extracted through the reforming unit 23d described above is supplied to the fuel electrode 31, while oxygen gas (O2) in the atmosphere is supplied to the air electrode 32. As a result, electric power is generated by an electrochemical reaction, and electric energy to be a predetermined driving power source (voltage / current) is supplied to the load 34.
[0060]
Specifically, when hydrogen gas (H 2) is supplied to the fuel electrode 31, as shown in the following chemical reaction formula (2), hydrogen ions (protons; H; +) Is generated and passes to the air electrode 32 side through the ion conductive film 33, and electrons are taken out by the carbon electrode constituting the fuel electrode 31 and supplied to the load 34.
3H2 → 6H ++ 6e− (2)
[0061]
On the other hand, when air is supplied to the air electrode 32, as shown in the following chemical reaction formula (3), electrons passing through the load 34, hydrogen ions passing through the ion conductive film 33, and oxygen in the air by the catalyst. The gas reacts to produce water.
6H ++ 3 / 2O2 + 6e− → 3H2O (3)
Such a series of electrochemical reactions (formulas (2) and (3)) proceed in a relatively low temperature environment of approximately 60 to 80 ° C. Although not described in the above chemical reaction formulas (1) to (3), as a by-product, nitrogen oxide (NOx synthesized from a small amount of nitrogen and sulfur components present in the fuel in addition to water) ) And sulfur oxide (SOx) may occur.
[0062]
The driving power supplied to the load 34 by the electrochemical reaction as described above depends on the amount of hydrogen gas (H2) supplied to the fuel electrode 31 of the power generation unit 21. Therefore, by controlling the amount of hydrogen gas (H2) supplied to the fuel electrode 31 of the power generation unit 21 by the reforming unit 23d, by extension, the amount of liquid fuel such as water and methanol is controlled by the fuel control unit 23b. Thus, the electric energy supplied to the load 34 can be arbitrarily adjusted.
[0063]
And in the output control part 23 and the electric power generation part 21 which were mentioned above, the separation-and-recovery part 24 is at least 1 type or more among the by-products produced | generated with a series of chemical reactions for generating an electrical energy. Then, a specific component or substance is separated and sent to the collection holding unit 11 provided in the fuel pack 10.
[0064]
Specifically, in the power supply system according to the present embodiment, carbon dioxide (generated with hydrogen gas) accompanying the steam reforming reaction (chemical reaction formula (1)) in the reforming unit 23d of the output control unit 23 ( CO2) and water (H 2 O) generated along with the generation of electrical energy in association with the electrochemical reaction (chemical reaction formulas (2) and (3)) in the power generation unit 21 are converted into the reforming unit 23d and the power generation unit 21. However, since carbon dioxide (CO2) is extremely small and has almost no effect on the device, it is discharged as a non-recovered material outside the power supply system. On the other hand, water (H2O) and the like are separated by the separation and recovery unit 24. It is collected and sent to the collection holding unit 11 and held irreversibly.
[0065]
Here, since the electrochemical reaction (chemical reaction formulas (2) and (3)) in the power generation unit 21 proceeds at approximately 60 to 90 ° C., the water (H 2 O) generated in the power generation unit 21 is substantially water vapor. It is discharged in the (gas) state. Therefore, the separation / recovery unit 24 liquefies only the water (H 2 O) component, for example, by cooling the steam discharged from the power generation unit 21 or by applying pressure, and separates it from the other components. to recover.
[0066]
In addition, in this embodiment, since the case where methanol (CH3OH) was applied as a fuel for electric power generation was shown, the by-product accompanying generation | occurrence | production of an electrical energy is mostly water (H2O), A trace amount carbon dioxide By adopting an aspect in which (CO2) is discharged out of the power supply system, it is possible to achieve separation and recovery of a specific component or substance (that is, water) in the separation and recovery unit 24 with a relatively simple configuration. When another substance is applied as a power generation fuel, a relatively large amount of carbon dioxide (CO2) or the like may be generated together with water (H2O).
[0067]
In such a case, the separation / recovery unit 24 separates, for example, water (H 2 O) and other specific components or substances (carbon dioxide) produced in large quantities, and then a single unit provided in the fuel pack 10. Alternatively, the plurality of collection holding units 11 may be configured to be held together or individually.
[0068]
As described above, according to the power supply system according to the present embodiment, at least one of by-products generated when generating electric energy by the power generation module 20, for example, carbon dioxide (CO2), water (H2O), and the like. By holding one component in the collection holding unit 11 provided in the fuel pack 10, a by-product is irreversibly held in the fuel pack 10 and the discharge or leakage to the outside of the power supply system is suppressed. Therefore, it is possible to prevent malfunction or deterioration of the device due to the duplicate product (water), and to appropriately treat the by-product held in the fuel enclosure in a way that does not place a burden on the natural environment. Therefore, it is possible to prevent natural environment pollution or global warming due to by-products (carbon dioxide). Further, nitrogen oxide (NOx) and sulfur oxide (SOx) may also be recovered in the recovery holding unit 11 different from water (H 2 O).
[0069]
Further, in the power supply system according to the present embodiment, the supply and stop control of electrical energy to be a predetermined drive power supply according to the drive state (load drive information) of the load (device) 34 connected to the power supply system, and Since the adjustment control of the generation amount of electric energy can be performed, the fuel for power generation can be consumed efficiently. Therefore, it is possible to provide a power supply system that achieves predetermined electrical characteristics and has extremely high energy use efficiency.
[0070]
Furthermore, in the power supply system according to the present embodiment, as will be described later, the power supply system (power generation module) according to the present embodiment is reduced in size and weight by applying a semiconductor manufacturing technology, and has the same shape as a general-purpose chemical battery. With this configuration, it is possible to achieve high compatibility with general-purpose chemical batteries in both outer shape and electrical characteristics (voltage / current characteristics), making it easier to spread in the existing battery market. Can be. This makes it possible to easily disseminate power systems using fuel cells in place of existing scientific batteries, which have many problems in terms of environmental issues and energy utilization efficiency, etc., while suppressing the impact on the environment, High energy use efficiency can be realized.
[0071]
Next, the specific configuration of the fuel pack according to the present embodiment and the relationship between the fuel pack and the collection holding unit will be described with reference to the drawings.
FIG. 3 is a schematic view showing the relationship between the fuel pack and the collection holding unit according to the present embodiment.
[0072]
As shown in FIG. 3 (a), the fuel pack 10 according to the present embodiment has a certain volume and is made of a polymer material (plastic) having the decomposability as described above. A space 12A (first space) filled with fuel for power generation such as methanol and a space 12B (second component) in which by-products (specific components or substances) such as water sent from the separation and recovery unit 24 are held. And a collection bag (holding means) 13 that relatively changes the volume of the space 12B and isolates the space 12B from the space 12A, and a by-product sent from the separation and recovery unit 24, as will be described later. It has a space 12B, that is, a by-product intake valve 14B for taking it into the collection bag. The power generation module 20 is provided with a fuel supply pipe 14A for supplying power generation fuel sealed in the space 12A of the fuel pack 10 to the fuel control unit 23b. Is inserted into the space 12A, and the separation and recovery unit 24 is connected to the byproduct intake valve 14B.
[0073]
Here, the by-product intake pipe 14B has a check valve so that the fuel for power generation and the intake of by-products can be taken only when the fuel pack 10 is coupled to the power generation module 20. Is provided. Thereby, in the state where the fuel pack 10 is removed from the power generation module 20, the fuel for power generation sealed in the space 12A and the by-product held in the space 12B do not leak out of the fuel pack 10. (Can prevent leakage). Instead of providing the function of the check valve in the by-product intake valve 14B, or providing the function of the check valve, as will be described later, an absorption (water absorption) polymer or the like in the space 12B (collection bag 13), etc. It may have a configuration filled with the absorption holding member.
[0074]
In the fuel pack 10 having such a configuration, the power generation fuel sealed in the space 12A is supplied to the power generation module 20 (power generation unit 21) via the fuel supply pipe 14A, thereby generating predetermined electrical energy. While the operation is executed, only a specific component or substance (for example, water) is recovered from the by-products generated by the separation and recovery unit 24 along with the generation of electric energy, and the by-product is taken in. It is taken in and held in the space 12B via the valve 14B.
[0075]
As a result, the volume of the power generation fuel sealed in the space 12A decreases, and the volume of the specific component or substance held in the space 12B relatively increases.
At this time, as will be described later, if the space 12B (collection bag 13) is filled with an absorption holding member, it has a larger volume than the substantial volume of the by-product collected and taken in. Thus, the volume of the space 12B can be controlled.
[0076]
Therefore, the relationship between the spaces 12A and 12B not only increases or decreases relatively with the generation (power generation) operation of the electric energy in the power generation module 20, but also according to the amount of by-products held in the space 12B. Then, as shown in FIG. 3B, by pressing the collection bag 13 at a predetermined pressure, pressure is applied to the power generation fuel enclosed in the space 12A. The power generation fuel can be appropriately supplied, and as shown in FIG. 3 (c), the by-product retained in the space 12B supplies the power generation fuel sealed in the space 12A until it is almost completely removed. can do.
[0077]
Here, according to the above formulas (1) to (3), water (H 2 O) is produced at a ratio of 3 mol to 1 mol of methanol (CH 3 OH) and 1 mol of water (H 2 O). In this state, 1 mol of methanol (CH 3 OH) is about 40.56 cm 3, whereas 1 mol of water (H 2 O) is about 18.02 cm 3, so in the initial state in the space 12A of the fuel pack 10 When the enclosed methanol (CH 3 OH) is Mcm 3, the space 12A has a volume of 1.444 Mcm 3 including water.
[0078]
When all methanol (CH 3 OH) reacts, the by-product water (H 2 O) becomes 1.333 Mcm 3, and the volume ratio of the liquid fuel (mixture of methanol (CH 3 OH) and water (H 2 O)) in the initial state is Therefore, when water accounts for most of the volume of the by-product, the volume of fuel for power generation in the space 12A of the fuel pack 10 and the volume in the space 12B are increased as the by-product is generated. Since the sum with the volume of the multi-product decreases, it is not necessary to provide a large space 12B for the multi-product in which liquid fuel does not enter in advance, so that the fuel pack 10 is effectively filled with the liquid fuel in the initial state. Can do.
[0079]
Further, as described above, the absorption holding member 40 is enclosed in the collection bag 13 (see FIG. 4).
The absorption holding member 40 is a member for irreversibly absorbing, adsorbing and fixing the by-product (specific component or substance) in the collection bag 13.
As the absorption holding member 40, a member that is chemically stable with the by-product, has high affinity, and swells by absorbing the by-product is used. Examples of the member having such properties include a porous foam (water-absorbing sponge).
[0080]
When a water absorbing sponge is used as the absorption holding member 40, as shown in FIG. 4A, the water absorbing sponge is compressed in the initial state, that is, in the state where no by-product is present in the collection bag 13. Then, as the power generation fuel sealed in the space 12A is supplied to the fuel control unit 23b, a by-product is sent from the separation and recovery unit 24 to the space 12B (the recovery bag 13). Then, as the water-absorbing sponge enclosed in the collection bag 13 absorbs by-products, the water-absorbing sponge expands in the direction of the space 12A in the fuel pack 10 as shown in FIG. Specifically, as shown in FIG. 4C, the fuel pack 10 expands to almost the entire region.
[0081]
As described above, by using the water absorbing sponge as the absorption holding member 40, the by-product is held in the fuel pack 10, so that, for example, when the fuel pack 10 is used or when the fuel pack 10 is replaced, Leakage to the outside can be prevented through the byproduct intake valve 14B.
Further, since the water absorption sponge irreversibly holds the by-product in the fuel pack 10, the by-product is taken out via the by-product intake valve 14B, and the capacity of the first space 12A is expanded. The act of filling the first space with power generation fuel (refilling of power generation fuel) via the fuel supply pipe 14A can be prevented.
[0082]
In addition, when water accounts for most of the by-product, a so-called highly water-absorbing (absorbing) polymer may be used as the absorption holding member 40.
Superabsorbent polymer has the property of absorbing water instantly and expanding and gelling the water, and also has a high holding power against the absorbed water, so that it can be separated even when pressure is applied. It is also difficult to do.
Examples of the superabsorbent polymer include starch-based graft polymers, carboxyl methylated products, cellulose-based graft polymers, carboxyl methylated products, polyacrylic acid-based, polyacrylate-based, and polyvinyl alcohol as synthetic polymers. And a simple substance such as a polyacetic acid, polyacrylamide, polyoxyethylene, and isobutylene maleate, or a synthetic product of each of these, or a mixture of starch, cellulose, and synthetic polymer.
[0083]
Thus, by using a highly water-absorbing polymer as the absorption holding member 40, the following effects can be achieved as compared with the case where a water absorbing sponge is used as the absorption holding member 40.
First, by improving the holding power of by-products, leakage of by-products can be prevented more reliably, and refilling of power generation fuel can be more reliably prevented.
In addition, the water absorption capacity is improved, that is, the volume of the superabsorbent polymer required to absorb and retain a certain amount of by-products is small compared to the volume of the water absorbent sponge. The proportion of the space 12A (first space) filled with the power generation fuel in the fixed capacity fuel pack 10 can be increased, and the volume efficiency of the power generation fuel in the fuel pack 10 can be improved. .
[0084]
Moreover, you may use the member which has the biodegradability decomposed | disassembled by the microorganisms in soil or water as the absorption holding member 40. FIG.
Examples of the member having such characteristics include a fiber member manufactured to have a porous or hollow structure with a biodegradable raw material. And it is good also as what this fiber member absorbs and hold | maintains a by-product using a capillary phenomenon.
Examples of biodegradable raw materials include natural polymers, synthetic polymers, and those made by microorganisms. For example, cellulose, starch, and aliphatic polyester, which are polysaccharides that are the main components of plant cell membranes, are well known. Can be used.
[0085]
In this way, by using a biodegradable member as the absorption holding member 40, the entire fuel pack 10 has biodegradability, and the fuel pack 10 is water and water when the fuel pack 10 is dumped or landfilled. Since it is decomposed into carbon dioxide, etc., adverse effects on the natural environment can be prevented.
[0086]
In addition, the structure mentioned above only showed an example of the electric power generation part 21 applied to the electric power generation module 20, and does not limit the structure of the power supply system which concerns on this invention at all. In short, the power generation unit 21 applied to the present invention is directly or indirectly supplied with liquid fuel or gaseous fuel sealed in the fuel pack 10, thereby causing an electrochemical reaction or a combustion reaction in the power generation unit 21. As long as it can generate electrical energy, it may have other configurations, for example, an internal combustion engine such as a rotary engine, a Stirling engine, a pulse combustion engine, or an external combustion engine (engine) and electromagnetic induction. Or a combination of a generator by piezoelectric conversion, a combination of external force generation means by thermoacoustic effect and a generator by electromagnetic induction or piezoelectric conversion, or a magnetohydrodynamic (MHD) generator, etc. be able to.
[0087]
Next, the configuration of the power supply system in the case where the remaining amount detection means for detecting the remaining amount of power for generation in the fuel pack 10 is added to the configuration of the power supply system shown in the first embodiment. The second to ninth embodiments will be described with reference to the drawings. Note that, in the power supply system according to the following embodiments, the same reference numerals are given to the portions having the same configurations as those in the first embodiment, and description thereof will be omitted. In the following description of each embodiment, it is assumed that the power supply system includes one remaining amount detection unit for one fuel pack 10, but a plurality of remaining amount detections are performed for one fuel pack 10. Means may be provided.
[0088]
[Second Embodiment]
The load 34 is driven by a general-purpose battery, such as a general digital video or digital still camera, and calculates the remaining battery level from the displacement of the output voltage of the general-purpose battery and indicates the remaining level on the display unit. In some cases, as shown in FIG. 5, the power supply system according to the second embodiment includes a remaining amount detecting means 50, which detects a signal that is fuel information for power generation according to the remaining amount. When the control signal is output to the output control unit 23, the output control unit 23 controls the amount of hydrogen to be generated, and as a result, the output voltage value output from the power generation unit 21 is displaced. The load 34 detects the voltage level of the output voltage from the power generation module 20 and refers to a predetermined table according to the voltage value detected by the output voltage detection unit 53 to determine the remaining battery level. A battery remaining amount calculating unit 54 for calculating, and a remaining amount displaying unit 52 for displaying the remaining amount of the battery determined by the battery remaining amount calculating unit 54 to the user of the load 34 are provided.
The signal serving as power generation fuel information may be information in each of the third and subsequent embodiments described later.
[0089]
Next, output voltage characteristics of the power supply system according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change with time of the output voltage of the power supply system according to the present embodiment. Here, the configuration of the power supply system described above (FIG. 1) will be referred to as appropriate. Further, in order to clarify the effectiveness of the power supply system according to the present embodiment, a description will be given in comparison with electromotive force characteristics in a general-purpose chemical cell and a conventional fuel cell.
[0090]
As shown in FIG. 6, the first output voltage characteristic Sa in the power supply system according to the present embodiment has a change tendency substantially equal to the change tendency with time of the output voltage characteristic accompanying discharge in a generally used chemical battery. The output voltage is controlled as shown. That is, at least power generation by the reforming unit 23b is performed so that the power generation state in the power generation unit 21 of the power generation module 20 is attenuated in accordance with the passage of time accompanying discharge (in other words, the remaining amount of liquid fuel in the fuel pack 10). The amount of hydrogen gas supplied to the fuel electrode 31 of the unit 21 is set so as to decrease.
[0091]
Specifically, in the output voltage control method, first, the amount of liquid fuel remaining in the fuel pack 10 is detected by the remaining amount detecting means 50, and the remaining amount detection signal is continuously or periodically detected by the fuel control unit 23b. Is input. Here, since the remaining amount of liquid fuel decreases with the passage of time associated with the discharge, the remaining amount of liquid fuel and the elapsed time have a close correlation.
[0092]
On the other hand, the fuel control unit 23b is a liquid fuel as well as the change tendency of the output voltage with time in a general-purpose chemical battery (manganese battery, alkaline battery, alkaline button battery, lithium coin battery, secondary battery, etc.). The correlation table based on the output voltage characteristic Sa in which the correlation between the remaining amount and the output voltage is uniquely defined is provided. Then, the fuel control unit 23b uniquely determines the output voltage based on the remaining amount of liquid fuel (that is, the passage of time associated with discharge) based on the remaining amount detection signal, and an amount of hydrogen corresponding to the output voltage. The supply amount of the liquid fuel is adjusted so that the gas is supplied to the power generation unit 21. Here, to uniquely define the correlation between the remaining amount of liquid fuel and the output voltage, as shown in FIG. 6, the relationship between the output voltage and the remaining amount of liquid fuel has a one-to-one correspondence. This means that the curve is not limited to a curved trend, but may change linearly.
[0093]
Further, since the output of a general-purpose chemical battery varies with time in the output voltage depending on the capacity, such as single 1 to single 5 or coin type, the shape and size of the fuel cell according to the present invention In accordance with the shape and size of a general-purpose chemical cell according to the standard, the output voltage according to the remaining amount of fuel in the fuel cell should be adjusted to the output voltage according to the remaining life of the same type of chemical cell An output control unit 23 is set. Thus, for example, the trajectory of change over time in the output voltage of a single type 1 fuel cell is the trajectory of change over time in the output voltage at which the electromotive force of any one of various chemical cells such as a single type manganese battery decays. Combine or scale up or down along the time axis.
[0094]
According to the power supply system having such output voltage characteristics, when applied to an existing portable device or the like as an operating power supply, the output voltage from the power supply system tends to change over time, which is equivalent to that of a general chemical battery. Therefore, by using the existing configuration on the portable device side serving as the load 34, the change in the output voltage is detected by the output voltage detection means 53, so that the battery remaining amount calculation means 54 refers to a predetermined table. When the remaining battery level is judged and the remaining battery level and the driveable time of the device are displayed on the remaining amount display means 52 periodically or continuously, or when the voltage falls below the guaranteed operating voltage range of a portable device or the like In addition, it is possible to accurately perform a remaining amount notification that prompts a device such as a portable device to replace or charge a battery.
[0095]
Further, as will be described later, the power supply system (power generation module) according to the present embodiment is reduced in size and weight by applying a semiconductor manufacturing technique, and by applying a shape equivalent to a commercially available chemical battery, the outer shape and voltage characteristics. Can be fully compatible with commercially available chemical batteries, and can be more easily spread in the existing battery market. This makes it possible to disseminate power systems using fuel cells in place of existing chemical cells, which have many problems in terms of environmental issues and energy utilization efficiency. Use efficiency can be realized.
[0096]
As described above, the remaining amount of liquid fuel and the elapsed time have a close correlation, but the relationship is not necessarily the relationship between the remaining amount of battery in a general-purpose chemical battery and the elapsed time accompanying discharge. Does not have to match. Therefore, the fuel cell has a characteristic that the energy conversion efficiency is extremely higher than that of a general-purpose chemical cell. For example, as shown in the second output voltage characteristic Sb in FIG. The voltage may change (decrease) in units of time longer than the first output voltage characteristic Sa corresponding to the voltage change tendency with time.
[0097]
Here, in the first output voltage characteristic Sa, when the lower limit of the guaranteed operating voltage range is the voltage V0 and the time to reach the voltage V0 is T0, the time is half of the time T0, that is, the remaining life. The time when the current becomes half is T0.5, and the voltage at that time is V0.5. When a device such as a portable device detects that the output voltage of the battery has reached the voltage V0, the remaining amount notification Ia is set in advance.
[0098]
Further, in the second output voltage characteristic Sb of the fuel cell, the voltage when the remaining amount of the fuel cell almost disappears is made equal to the voltage V0 of the chemical cell, and the time to reach the voltage V0 is T0 ′. Is set to be equal to the voltage V0.5 of the above-mentioned chemical battery, where T0.5 'is the time when the remaining life is halved, that is, the time when the remaining life is halved. Has been.
[0099]
That is, the voltage when the remaining amount of fuel of the fuel cell of the present invention is halved is equal to the voltage when the remaining amount of electromotive force in the guaranteed operating voltage range of the general-purpose chemical cell is halved. Output control so that the voltage when the remaining amount of fuel in the fuel cell of the invention is almost gone is equal to the voltage when the remaining amount of electromotive force is almost gone in the operation guaranteed voltage range of the general-purpose chemical cell The unit 23 controls the supply amount of fuel and the supply amount of oxygen or air.
[0100]
Thus, when the fuel cell of the present invention is used in a device such as a portable device, the output voltage uniquely determined based on the remaining amount of liquid fuel is irrespective of the elapsed time associated with the discharge. When a voltage lower than the operation guaranteed voltage range is reached, a device such as a portable device will be notified of a remaining amount Ib that prompts the user to replace or charge the battery. It is not necessary to match the timing of the remaining amount notification Ia.
[0101]
Therefore, the lifetime T0 ′ of the fuel cell of the present invention does not need to coincide with the lifetime T0 of a general chemical cell, and may have a time-output voltage characteristic that draws an enlarged or reduced locus along the time axis T. . The remaining amount detection means 50 may detect the remaining amount that is divided more finely, such as when the remaining amount is 33% or 25%, as well as when the remaining amount is almost half or almost exhausted, In any case, the output voltage may be set to substantially match the output voltage corresponding to the remaining amount of electromotive force of the chemical battery.
[0102]
[Third embodiment]
As shown in FIG. 7, the remaining amount detection means 60 of the power supply system according to the third embodiment includes a light irradiation means 61, a reflector 62, a light detection means 63, and a remaining amount display means (not shown). ). The remaining amount display means is the same as the remaining amount display means 52 shown in the ninth embodiment to be described later.
The light irradiating means 61 includes a light emitting element such as a light emitting diode (LED), and is arranged to irradiate light to the reflector 62 described later from the outside of the fuel pack 10.
[0103]
The reflection plate 62 is a member for reflecting the light irradiated by the light irradiation means 61, and is pivotally supported at a predetermined position in the fuel pack 10. The predetermined position refers to a position where the back side of the reflecting plate 62 abuts the front portion of the expanded collection bag 13 when the collection bag 13 holds a predetermined amount of by-products. The reflecting plate 62 is pressed by the inflating collection bag 13 and rotates to a predetermined position, thereby changing the light reflection direction within a predetermined range.
As described above, the light detection means 63 is provided to receive (detect) the reflected light from the reflection plate 62 that is pressed by the collection bag 13 and rotated to a predetermined position. As the light detection means 63, for example, a known optical sensor is used.
A part of the fuel pack 10 is formed with a light transmission part 10 a for transmitting the irradiation light from the light irradiation means 61 and the reflection light from the reflection plate 62.
[0104]
In the power supply system having such a configuration, first, as shown in FIG. 7A, light is irradiated from the light irradiation means 61 to the reflection plate 62, and the reflected light from the reflection plate 62 is light. Reflected in a direction not detected by the detection means (upward in FIG. 7). Then, as shown in FIG. 7B, the reflecting plate 62 is pressed by the collection bag 13 that expands in the left direction as the by-product is held, and rotates to a predetermined position counterclockwise. Due to the rotation of the reflecting plate 62, the traveling direction of the reflected light changes and is detected by the light detecting means 63 disposed at a predetermined position. Then, when the light detection unit 63 detects the reflected light, a preset remaining amount of power generation fuel is displayed on the remaining amount display unit.
[0105]
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained, and the remaining amount of power generation fuel can be displayed for each fuel pack 10. The remaining amount of fuel for power generation can be ascertained for each fuel pack 10.
As shown in FIGS. 8A to 8C, a plurality (for example, three) of the remaining amount detecting means 60 may be arranged along the direction (left direction) in which the collection bag 13 is inflated. That is, a plurality of the reflection plates 62 are arranged along the direction (left direction) in which the collection bag 13 expands, and the light irradiation means 61 and the light detection means 63 are arranged corresponding to each reflection plate 62. It may be a thing. In this case, the remaining amount of power generation fuel can be displayed in a plurality of stages, and the remaining amount of power generation fuel can be grasped more accurately.
[0106]
In the present embodiment, it is assumed that the reflected light from the reflecting plate 62 is reflected in a direction not detected by the light detecting means 63 before the reflecting plate 62 is pressed against the collection bag 13. However, the present invention is not limited to this, and the reflected light is reflected in the direction detected by the light detection means 63 in a state before the reflecting plate 62 is pressed against the collecting bag 13, and then the reflecting plate 62 is collected by the collecting bag 13. It is good also as what changes the advancing direction of reflected light to the direction which is not detected by the light detection means 63 by pressing.
[0107]
[Fourth embodiment]
As shown in FIG. 9, the remaining amount detection means 70 of the power supply system according to the fourth embodiment includes a light irradiation means 71, a light detection means 72, and a remaining amount display means. The remaining amount display means is the same as the remaining amount display means 52 shown in the ninth embodiment.
The fuel pack 10 includes a light transmission portion 10b for transmitting light irradiated by the light irradiation means 71 described later.
The light irradiation means 71 includes a light emitting element such as a light emitting diode (LED), and is provided to irradiate light into the fuel pack 10 from the outside of the fuel pack 10 through the light transmitting portion 10b at a predetermined position.
The light detection means 72 is provided to detect the light irradiated by the light irradiation means 71 and passed through the fuel pack 10 outside the fuel pack 10. As the light detection means 72, for example, a known optical sensor is used.
[0108]
In the power supply system having such a configuration, light is constantly irradiated from the light irradiation means 71 to the light detection means 72. As the by-product is retained, the collection bag 13 that expands in the left direction blocks the light, and when the light detection means 72 can no longer detect the light, the preset remaining amount of fuel for power generation is reached. It is displayed on the remaining amount display means.
[0109]
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained, and the fuel pack 10 can be shown in the third embodiment, for example. It is not necessary to provide a mechanism for detecting the remaining amount of power generation fuel such as the reflecting plate 62, and the power supply system can be easily manufactured.
[0110]
[Fifth embodiment]
As shown in FIG. 10, the remaining amount detection means 80 of the power supply system according to the fifth embodiment includes a conductor 81, an electrode 82, an insulator 83, a continuity detection means 84, and a remaining amount display means. Is provided. The remaining amount display means is the same as the remaining amount display means 52 shown in the ninth embodiment.
The conductor 81 is disposed so as to protrude from the surface of the collection bag 13 to the outside in the fuel pack 10 and moves leftward in the fuel pack 10 as the by-product of the fuel pack 10 is expanded.
A plurality of electrodes 82 are disposed on the left end side of the fuel pack 10 so as to face the conductor 81.
The insulator 83 is disposed between the conductor 81 and the electrode 82 in the fuel pack 10 to electrically insulate the conductor 81 and the electrode 82 from each other.
The continuity detecting means 84 is provided for detecting the continuity of the electrode 82 caused by the contact of the conductor 81 with the electrode 82.
[0111]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 10A, from the state where no by-product is present in the collection bag 13, as shown in FIG. As shown in FIG. 10C, the collection bag 13 is inflated, and the conductor 81 moving leftward in the fuel pack 10 passes through the insulator 83 and contacts the electrode 82 as shown in FIG. 82 becomes conductive. Then, the continuity detection means 84 detects this continuity state, and at this time, a preset remaining amount of power generation fuel is displayed on the remaining amount display means.
[0112]
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained. For example, the light irradiation shown in the third and fourth embodiments can be obtained. There is no need to install a relatively complicated and expensive apparatus such as the means 61 and 71 and the light detection means 63 and 72, and a relatively simple and inexpensive apparatus such as the conductor 81, the electrode 82, and the conduction detecting means 84 is used. Thus, the remaining amount of power generation fuel can be easily grasped, and the manufacturing cost of the power supply system can be reduced.
[0113]
[Sixth embodiment]
As shown in FIG. 11, the remaining amount detection means 90 of the power supply system according to the sixth embodiment includes a reactant holding means 91, a protrusion 92, a reaction detection means 93, and a remaining amount display means. The remaining amount display means is the same as the remaining amount display means 52 shown in the ninth embodiment.
The reactant holding means 91 holds the reactant 94 that can chemically react with the by-product inside, and is disposed so as to cover at least a part of the front of the collection bag 13. It is a member that moves in the fuel pack 10 in the left direction as it expands due to the retention of the product. Examples of the type of the reactant 94 include, but are not limited to, ammonium sulfate, urea, a mixture thereof, and the like when water accounts for most of the by-product. As long as the chemical reaction can be detected by the reaction detecting means 93 described later.
[0114]
The protrusion 92 is a member disposed on the left end side in the fuel pack 10 so as to face the reactant holding means 91.
The reaction detecting means 93 is arranged for detecting a chemical reaction between the reactant 94 and the by-product. The chemical reaction is, for example, an exothermic reaction or an endothermic reaction, and the reaction detection means 93 uses a temperature sensor such as a thermistor, a thermocouple, or a platinum resistance thermometer corresponding to the type of these chemical reactions. And
[0115]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 11A, from the state where no by-product is present in the collection bag 13, as shown in FIG. As a result, the collection bag 13 expands, and as shown in FIG. 11C, the reactant holding means 91 that moves in the left direction in the fuel pack 10 and the protrusion 92 pass through the inside of the collection bag 13. And the by-product chemically react, and this chemical reaction is detected by the reaction detector 93. At this time, a preset remaining amount of power generation fuel is displayed on the remaining amount display means.
When the projection 92 was inserted through the reactant holding means 91 and the collection bag 13, the reactant holding means 91 and the collection bag 13 were largely broken, and the reactant 94 and by-products were encapsulated with fuel for power generation. It is assumed that the strength of the reactant holding means 91 and the collection bag 13 is adjusted in advance so as not to leak into the first space 12A.
[0116]
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained. For example, the light irradiation shown in the third and fourth embodiments can be obtained. There is no need to install a relatively complicated and expensive apparatus such as the means 61, 71 and the light detection means 63, 72, and the reaction agent 94, the reaction agent holding means 91, the reaction detection means 93, etc. are relatively simple and inexpensive. Using the device, the remaining amount of power generation fuel can be easily grasped, and the manufacturing cost of the power supply system can be reduced.
[0117]
[Seventh embodiment]
As shown in FIG. 12, the remaining amount detection means 100 of the power supply system according to the seventh embodiment includes a concentration detection means 101 and a remaining amount display means. The remaining amount display means is the same as the remaining amount display means 52 shown in the ninth embodiment.
The fuel pack 10 includes a see-through portion 10c that can be seen through from the outside of the fuel pack 10 at a predetermined position.
[0118]
At least a part of the collection bag 13 is formed with a transparent portion 13a through which the by-product can be seen through the see-through portion 10c. The collection bag 13 has a predetermined amount for coloring the by-product. Dye is encapsulated. As the pigment, for example, a dye or the like that easily dissolves in the by-product is used.
The concentration detection means 101 is disposed outside the fuel pack 10 and is disposed for detecting the color concentration of the by-product in the collection bag 13 through the fluoroscopic portion 10c. The remaining amount of the power generation fuel corresponding to the color density of the by-product is input to the concentration detection means 101 in advance. As the density detection unit 101, for example, a known color sensor is used.
[0119]
In the power supply system having such a configuration, as shown in FIG. 12A, from the state where no by-product is present in the collection bag 13, as shown in FIG. As a result, the collection bag 13 expands, and as shown in FIG. 12C, the color (color density) of the by-product colored by the pigment becomes lighter. As described above, the remaining amount of power generation fuel corresponding to the color density indicated by the by-product is input to the concentration detection means 101 in advance, and the remaining amount of power generation fuel for each predetermined color concentration is displayed. Displayed on the means.
[0120]
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained, and the fuel pack 10 can be shown in the third embodiment, for example. It is not necessary to provide a mechanism for detecting the remaining amount of power generation fuel, such as the reflecting plate 62, and the power supply system can be easily manufactured.
If the remaining amount of power generation fuel corresponding to an arbitrary color density is input to the concentration detection means 101, the remaining amount of power generation fuel at an arbitrary color density can be displayed on the remaining amount display means. You can grasp the remaining amount of power generation fuel in real time.
[0121]
[Eighth embodiment]
As shown in FIG. 13, the remaining amount detection means 110 of the power supply system according to the eighth embodiment includes a resistivity detection means 111 and a remaining amount display means. The remaining amount display means is the same as the remaining amount display means 52 shown in the ninth embodiment. In the present embodiment, it is assumed that the absorption holding member 40 such as the superabsorbent polymer shown in the first embodiment is always enclosed in the collection bag 13.
[0122]
The resistivity detecting means 111 is provided for detecting the resistivity of the absorption holding member 40 in a state where the by-product (water) is held, and includes an electrode 111 a that passes through the inside of the collection bag 13. In addition, the remaining amount of the fuel for power generation corresponding to the resistivity of the absorption holding member 40 that changes due to holding of the by-product is input to the resistivity detecting means 111. It is assumed that the remaining amount of power generation fuel corresponding to the resistivity of the absorption holding member 40 is set for each combination of the by-product and the absorption holding member 40.
In addition, since a highly water-absorbing polymer shows high affinity with water with high polarity, generally it shows comparatively high electrical conductivity (low resistivity) in the state which absorbed water. In addition, the conductivity depends on the concentration of the highly water-absorbing polymer in water, that is, the amount of water absorption. When the amount of water absorption increases, the conductivity decreases, that is, the resistance value increases. On the other hand, a highly water-absorbing polymer in a state of not absorbing water exhibits a high resistance value. Therefore, when the superabsorbent polymer begins to absorb water as a by-product, the resistivity once decreases, and then the resistivity gradually increases as the amount of absorption increases.
[0123]
In the power supply system having such a configuration, as the amount of by-products in the collection bag 13 increases, the content of by-products in the absorption holding member 40 changes and the resistance of the absorption holding member 40 increases. The rate will change. As described above, the remaining amount of the fuel for power generation corresponding to the resistivity of the absorption holding member 40 is input to the resistivity detection unit 111 in advance, and corresponds to the predetermined resistivity detected by the resistivity detection unit 111. The remaining amount of power generation fuel is displayed on the remaining amount display means.
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained, and the fuel pack 10 can be shown in the third embodiment, for example. It is not necessary to provide a mechanism for detecting the remaining amount of power generation fuel, such as the reflecting plate 62, and the power supply system can be easily manufactured.
Further, if the remaining amount of power generation fuel corresponding to an arbitrary resistivity is input to the resistivity detection means 111, the remaining amount of power generation fuel at an arbitrary resistivity can be displayed on the remaining amount display means. The remaining amount of fuel for power generation can be grasped in real time.
[0124]
[Ninth embodiment]
As shown in FIG. 14, the remaining amount detection means 50 of the power supply system according to the ninth embodiment includes a remaining amount calculation means 51 and a remaining amount display means 52, and these remaining amount calculation means 51 and remaining amount display means. 52 is disposed in the power generation module 20.
The remaining amount calculating means 51 calculates the inflow amount of the power generation fuel supplied from the fuel pack 10 to the power generation module 20 and calculates the remaining amount of the power generation fuel in the fuel pack 10 based on the inflow amount of the power generation fuel. Arranged to calculate.
As a specific method for calculating the remaining amount of power generation fuel by the remaining amount calculation means 51, for example, the capacity of the power generation fuel (initial fuel amount) sealed in the unused fuel pack 10 in the remaining amount calculation means 51 is used. Is input in advance. And the method etc. which are calculated by subtracting the inflow amount of the power generation fuel supplied to the power generation module 20 from the initial fuel amount, etc.
[0125]
The remaining amount display means 52 is arranged to display the remaining amount of power generation fuel calculated by the remaining amount calculation means 51 so that the user can visually check.
The remaining amount display means 52 only needs to have a structure in which the user can visually check the remaining amount of power generation fuel. For example, a well-known display means such as a liquid crystal display or a display using a pointer is used. The load 34 may be provided with a window through which the remaining amount display means 52 can be seen from a portion that houses the power generation module 20. In addition, even if the remaining amount display means 52 is other than the remaining amount of fuel for power generation, for example, the replacement time of the fuel pack 10, the usable time of the fuel pack 10, the remaining amount of fuel for power generation is little (Empty state) may be displayed.
[0126]
According to the power supply system shown in the present embodiment, the same effect as that of the power supply system shown in the first embodiment can be obtained, and the user can grasp the remaining amount of power generation fuel in the fuel pack 10. It is possible to accurately recognize the replacement time of the fuel pack 10. Further, since it is not necessary to provide a mechanism for detecting the remaining amount of power generation fuel in the fuel pack 10 itself, the manufacturing cost of the fuel pack 10 can be suppressed.
[0127]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the by-product generated when generating electric energy is absorbed and held by the absorption holding member in the holding means. When replacing the enclosure, discharge or leakage to the outside of the power supply system is suppressed, and malfunction or deterioration of the device due to by-products can be prevented.
In addition, since the absorption holding member holds the by-product irreversibly in the fuel enclosure, it is possible to prevent the act of taking out the by-product from the fuel enclosure and filling the fuel enclosure with power generation fuel. .
In addition, by providing a remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of power generation fuel in the fuel enclosure, the user can grasp the remaining amount of power generation fuel in the fuel enclosure and accurately determine when to replace the fuel enclosure. Can be recognized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing a first embodiment of a power supply system according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic configuration diagram showing a configuration example of a power generation unit applied to the power generation module according to the first embodiment.
FIG. 3 is a schematic view showing a relationship between a fuel pack and a collection holding unit according to the first embodiment.
FIG. 4 is a schematic view showing a state in which an absorption holding member is sealed in a collection bag according to the first embodiment.
FIG. 5 is a block diagram showing a power supply system according to a second embodiment.
FIG. 6 is a characteristic diagram showing a change with time of the output voltage of the power supply system according to the second embodiment.
FIG. 7 is a schematic view showing a relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a third embodiment.
FIG. 8 is a schematic view showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a third embodiment.
FIG. 9 is a schematic diagram showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a fourth embodiment.
FIG. 10 is a schematic diagram showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a fifth embodiment.
FIG. 11 is a schematic diagram showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a sixth embodiment.
FIG. 12 is a schematic diagram showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a seventh embodiment.
FIG. 13 is a schematic diagram showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to an eighth embodiment.
FIG. 14 is a schematic diagram showing the relationship between a fuel pack and remaining amount detection means according to a ninth embodiment.
[Explanation of symbols]
10 Fuel enclosure
10b Light transmission part
10c fluoroscopic part
11 Holding means
20 Power generation module
24 Separation and recovery means
40 Absorption holding member
50 Remaining amount detection means
51 Remaining amount calculation means
52 Remaining amount display means
60 Remaining amount detection means
61 Light irradiation means
62 Reflector
63 photodetection means
70 Remaining amount detection means
71 Light irradiation means
72 Photodetection means
80 Remaining amount detection means
81 Conductor
82 electrodes
83 Insulator
84 Continuity detection means
90 Remaining amount detection means
91 Reagent holding means
92 Protrusions
93 Reaction detection means
94 Reactant
100 Remaining amount detection means
101 Concentration detection means
110 Remaining amount detection means
111 Resistivity detection means

Claims (4)

発電用燃料が封入された所定の容量を有する燃料封入部と、前記発電用燃料を用いて電気エネルギーを発生する発電モジュールと、を備えた電源システムにおいて、
前記電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物のうち、少なくとも特定成分を分離、回収する分離回収手段と、
少なくとも前記分離回収手段により回収された前記特定成分を前記燃料封入部内に保持する保持手段と、
前記燃料封入部内の発電用燃料の残量を検知する残量検知手段と、
を備え、
前記保持手段内に、前記特定成分を吸収保持可能な吸収保持部材を備え、
前記燃料封入部が、該燃料封入部の外部から内部を透視可能な透視部を備え、
前記保持手段の少なくとも一部が前記特定成分を前記透視部から透視可能な構造を備えると共に、該保持手段内に前記特定成分を着色する所定量の色素が封入され、
前記残量検知手段が、前記燃料封入部の外部に配設され、前記透視部を介して前記保持手段内の前記特定成分の色濃度を検出する濃度検出手段を備えることを特徴とする電源システム。In a power supply system comprising: a fuel sealing portion having a predetermined capacity in which power generation fuel is sealed; and a power generation module that generates electrical energy using the power generation fuel.
Separation and recovery means for separating and recovering at least a specific component among the by-products generated when generating the electric energy;
Holding means for holding at least the specific component recovered by the separation and recovery means in the fuel sealing portion;
A remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of fuel for power generation in the fuel enclosure,
With
The holding means includes an absorption holding member capable of absorbing and holding the specific component ,
The fuel sealing part includes a see-through part capable of seeing through the inside from the outside of the fuel sealing part;
At least a part of the holding means has a structure that allows the specific component to be seen through from the see-through unit, and a predetermined amount of pigment that colors the specific component is enclosed in the holding means,
The power supply system , wherein the remaining amount detecting means includes a density detecting means that is disposed outside the fuel sealing portion and detects the color density of the specific component in the holding means via the see-through portion. . 発電用燃料が封入された所定の容量を有する燃料封入部と、前記発電用燃料を用いて電気エネルギーを発生する発電モジュールと、を備えた電源システムにおいて、In a power supply system comprising: a fuel sealing portion having a predetermined capacity in which power generation fuel is sealed; and a power generation module that generates electrical energy using the power generation fuel.
前記電気エネルギーを発生する際に生成される副生成物のうち、少なくとも特定成分を分離、回収する分離回収手段と、Separation and recovery means for separating and recovering at least a specific component among the by-products generated when generating the electric energy;
少なくとも前記分離回収手段により回収された前記特定成分を前記燃料封入部内に保持する保持手段と、Holding means for holding at least the specific component recovered by the separation and recovery means in the fuel sealing portion;
前記燃料封入部内の発電用燃料の残量を検知する残量検知手段と、A remaining amount detecting means for detecting the remaining amount of fuel for power generation in the fuel enclosure,
を備え、With
前記保持手段内に、前記特定成分を吸収保持可能な吸収保持部材を備え、The holding means includes an absorption holding member capable of absorbing and holding the specific component,
前記残量検知手段が、前記特定成分を保持した状態の前記保持手段の抵抗率を検出する抵抗率検出手段を備えることを特徴とする電源システム。The power supply system, wherein the remaining amount detecting means includes a resistivity detecting means for detecting a resistivity of the holding means in a state where the specific component is held. 請求項１または２記載の電源システムであって、
前記吸収保持部材が高吸水性ポリマーで構成されていることを特徴とする電源システム。The power supply system according to claim 1 or 2 ,
The power supply system, wherein the absorption holding member is made of a highly water-absorbing polymer. 請求項１〜３のいずれか一つに記載の電源システムであって、
前記吸収保持部材が生分解性を有することを特徴とする電源システム。The power supply system according to any one of claims 1 to 3 ,
The power supply system, wherein the absorption holding member is biodegradable.
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