JP5051049B2 - Power system - Google Patents

Power system Download PDF

Info

Publication number
JP5051049B2
JP5051049B2 JP2008199205A JP2008199205A JP5051049B2 JP 5051049 B2 JP5051049 B2 JP 5051049B2 JP 2008199205 A JP2008199205 A JP 2008199205A JP 2008199205 A JP2008199205 A JP 2008199205A JP 5051049 B2 JP5051049 B2 JP 5051049B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
power generation
fuel
unit
supply system
generation module
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2008199205A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009021253A (en
Inventor
雅治 塩谷
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Casio Computer Co Ltd
Original Assignee
Casio Computer Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Casio Computer Co Ltd filed Critical Casio Computer Co Ltd
Priority to JP2008199205A priority Critical patent/JP5051049B2/en
Publication of JP2009021253A publication Critical patent/JP2009021253A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5051049B2 publication Critical patent/JP5051049B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Fuel Cell (AREA)
  • Details Of Rigid Or Semi-Rigid Containers (AREA)

Description

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。   The present invention relates to a power supply system, and more particularly to a portable power supply system with high energy use efficiency.

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。   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 acoustic devices, etc. It is easy to obtain.

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。   On the other hand, secondary batteries such as nickel / cadmium storage batteries, nickel / hydrogen storage batteries, and lithium ion batteries are widely used in mobile 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.

ところで、近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、上述したような化学電池の使用後の廃棄に関する問題やエネルギー変換効率の問題がクローズアップされている。
特に、一次電池においては、上述したように、製品価格が安価で入手が容易なうえ、電源として利用する機器も多く、しかも、基本的に一度放電されると電池容量を回復することができない、一回限りの利用(いわゆる、使い捨て)しかできないため、年間の廃棄量が数百万トンに上っている。ここで、化学電池全体では、リサイクルにより回収される比率は、概ね20%程度に過ぎず、残りの80%程度が自然界に投棄又は埋め立て処理されている、とする統計資料もあり、このような未回収の電池に含まれる水銀やインジウム等の重金属による環境破壊や、自然環境の美観の悪化が懸念されている。
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 rate of collection 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.

また、エネルギー資源の利用効率の観点から上記化学電池を検証すると、一次電池においては、放電可能エネルギーの概ね300倍のエネルギーを使用して生産されているため、エネルギー利用効率が1%にも満たない。これに対して、繰り返し充放電が可能で経済性に優れた二次電池であっても、家庭用電源(コンセント)等から充電を行う場合、発電所における発電効率や送電損失等により、エネルギー利用効率が概ね12%程度にまで低下してしまうため、必ずしもエネルギー資源の有効利用が図られているとは言えなかった。   In addition, when the above-described chemical battery is verified from the viewpoint of energy resource utilization efficiency, the primary battery is produced using approximately 300 times the energy that can be discharged, so that the energy utilization efficiency is less than 1%. Absent. On the other hand, even if it is a secondary battery that can be charged and discharged repeatedly and has excellent economic efficiency, when it is charged from a household power source (outlet), etc., the energy usage depends on the power generation efficiency and transmission loss at the power plant. Since the efficiency is reduced to about 12%, it cannot be said that effective use of energy resources is necessarily achieved.

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。   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.

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。   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.

具体的には、燃料電池等においては、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、副生成物が生成され、排出される。このような副生成物は、大半は水(HO)であり、その他に、二酸化炭素(CO)、二酸化窒素(NO)等も生成されることがある。 Specifically, in a fuel cell or the like, by using an electrochemical reaction that directly converts chemical energy of fuel into electric energy, a by-product is generated and discharged along 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.

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。   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.

そこで、本発明は、上述した問題点に鑑み、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を目的とする。   Therefore, in view of the above-described problems, the present invention suppresses the influence of by-products generated when electrical energy is generated on the device and the natural environment as much as possible when a power system such as a fuel cell is applied to a portable power source. An object is to provide a power supply system.

本発明に係る電源システムは、発電用燃料が封入された所定の容積を有する燃料封入部と、該封入部が着脱可能に構成され、かつ、前記燃料封入部から供給される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、を備える電源システムであって、前記発電モジュールは、少なくとも前記燃料から水素を生成する改質部と、前記水素から発電する燃料電池と、前記電気エネルギーを発生する際に前記改質部及び前記燃料電池から生成される副生成物のうち、少なくとも特定の成分を分離、回収する分離回収手段と、を有し、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の成分を、前記燃料封入部内に保持する保持手段と、を備えたことを特徴としている。   A power supply system according to the present invention includes a fuel sealing portion having a predetermined volume in which power generation fuel is sealed, and the power generation fuel supplied from the fuel sealing portion, the sealing portion being configured to be detachable. A power generation system that generates electric energy using the power generation module, wherein the power generation module includes at least a reforming unit that generates hydrogen from the fuel, a fuel cell that generates power from the hydrogen, and the electric energy. A separation / recovery means for separating and recovering at least a specific component of the by-products generated from the reforming unit and the fuel cell when generated, and at least recovered by the separation / recovery means And holding means for holding a specific component in the fuel sealing portion.

すなわち、燃料封入部(燃料パック)に充填、封入された液体又は気体からなる発電用燃料(又は、該発電用燃料から供給される特定の燃料成分)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(CO)、水(HO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)、酸素(O)等のうち、少なくとも1成分が燃料封入部内に設けられた保持手段に保持される。 That is, a power generation module (generator) that generates power using a power generation fuel (or a specific fuel component supplied from the power generation fuel) made of liquid or gas filled and sealed in a fuel sealing portion (fuel pack) ) By-products generated when generating electric energy by the power generation module, such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen oxides (NO X) ), Sulfur oxide (SO X ), oxygen (O 2 ), etc., are held by holding means provided in the fuel enclosure.

これにより、副生成物が燃料封入部内に保持されて、電源システム外部への排出又は漏出が抑制されるので、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、燃料封入部が、発電モジュールに対して着脱可能に構成され、かつ、交換可能に構成されていることにより、燃料封入部に封入された発電用燃料がなくなった(又は、少なくなった)ときに、燃料封入部を発電モジュールから取り外して新たな燃料封入部に交換することができるので、燃料封入部をあたかも汎用の化学電池のように簡便に使用することができるとともに、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。   As a result, the by-product is held in the fuel enclosure, and discharge or leakage to the outside of the power supply system is suppressed, so that malfunction or deterioration of the device due to the by-product can be prevented. Further, since the fuel sealing part is configured to be detachable from the power generation module and replaceable, the power generation fuel sealed in the fuel sealing part is eliminated (or decreased). Sometimes, the fuel enclosure can be removed from the power generation module and replaced with a new fuel enclosure so that the fuel enclosure can be used simply as if it were a general-purpose chemical cell, Since the retained by-product can be appropriately processed in a method that does not give a burden to the natural environment, contamination of the natural environment by the by-product or global warming can be prevented.

また、上記発電モジュールは、前記発電用燃料が直接的又は間接的に供給される燃料極と、空気中の酸素が供給される空気極と、を備え、燃料極及び空気極における電気化学反応により、電気エネルギーを発生する発電手段を有するように構成されているものであってもよく、さらに、発電用燃料が直接的又は間接的に供給され、該発電用燃料の燃焼反応に基づいて、電気エネルギーを発生する発電手段を有するように構成されているものであってもよい。   The power generation module includes a fuel electrode to which the fuel for power generation is directly or indirectly supplied, and an air electrode to which oxygen in the air is supplied, and an electrochemical reaction at the fuel electrode and the air electrode. The power generation means may be configured to generate electric energy, and the power generation fuel is supplied directly or indirectly, and the electric power is generated based on the combustion reaction of the power generation fuel. It may be configured to have a power generation means for generating energy.

すなわち、発電モジュール(発電手段)における電気エネルギーの発生方法(発電方法)は、発電用燃料を用いた電気化学反応によるもの、例えば、発電手段を構成する燃料極(カソード)に供給される発電用燃料(水素)と、空気極(アノード)に供給される酸素による電気化学反応により電気エネルギーを発生する燃料電池を良好に適用することができるし、発電用燃料を用いた燃焼反応によるもの、例えば、ガス燃焼型タービン発電器やゼーベック効果を利用した温度差発電器によるものを良好に適用することもできる。   That is, the generation method (power generation method) of electric energy in the power generation module (power generation means) is based on an electrochemical reaction using the fuel for power generation, for example, for power generation supplied to the fuel electrode (cathode) constituting the power generation means. A fuel cell that generates electric energy by an electrochemical reaction between fuel (hydrogen) and oxygen supplied to an air electrode (anode) can be applied well, and is based on a combustion reaction using a fuel for power generation, for example, Further, a gas combustion type turbine generator or a temperature difference generator using the Seebeck effect can be favorably applied.

この場合、上記発電モジュールは、電気エネルギーが供給される負荷の駆動状態に応じて、発電手段への発電用燃料の供給量を制御して、電気エネルギーの発生量を制御するように構成されているものであってもよい。
これにより、汎用の化学電池に比較して、極めてエネルギー利用効率の高い燃料電池やガス燃焼型タービン発電器等の発電手段を適用して、かつ、発電手段に供給される発電用燃料の量を調整制御することにより、負荷の駆動状態に応じた適切な電気エネルギーを発生、出力することができるので、電気エネルギーの効率的な発生(発電)を行うことができ、化石燃料等のエネルギー資源の消費量を削減して有効な利用を図ることができる。
In this case, the power generation module is configured to control the generation amount of the electric energy by controlling the supply amount of the power generation fuel to the power generation means according to the driving state of the load to which the electric energy is supplied. It may be.
This makes it possible to apply power generation means such as a fuel cell or a gas combustion type turbine generator with extremely high energy utilization efficiency compared to general-purpose chemical batteries, and to reduce the amount of fuel for power generation supplied to the power generation means. By adjusting and controlling, it is possible to generate and output appropriate electrical energy according to the driving state of the load, so that efficient generation (power generation) of electrical energy can be performed, and energy resources such as fossil fuels can be generated. Effective consumption can be achieved by reducing consumption.

また、上記発電モジュールは、発電用燃料及び分離回収手段により分離、回収された特定の成分を用いて、電気エネルギーを発生するように構成された発電手段を有するものであってもよく、特に、上記特定の成分は、少なくとも、電気化学反応又は燃焼反応により生成される水であってもよい。   Further, the power generation module may have a power generation means configured to generate electric energy using a specific component separated and recovered by the fuel for power generation and the separation / recovery means. The specific component may be at least water produced by an electrochemical reaction or a combustion reaction.

これにより、副生成物のうち、特定の成分、例えば、水(HO)を発電用燃料の水蒸気改質反応や燃料電池のイオン交換膜の保水に適用したり、酸素ガス(O)を電気化学反応における反応ガスとして供給したり、あるいは、燃焼反応における酸素ガスリッチの燃料として供給するようにして、発電手段における電気エネルギーの発生(発電)の際に、直接的又は間接的に適用(再利用)することができ、さらに、副生成物の特定の成分を回収する保持手段を小型にすることができる。また、水(HO)等の副生成物が、電源システムの外部に排出されることなく、燃料封入部内に設けられた保持手段に保持されるので、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。 Thereby, a specific component, for example, water (H 2 O) among the by-products is applied to the steam reforming reaction of the fuel for power generation and the water retention of the ion exchange membrane of the fuel cell, or oxygen gas (O 2 ). Can be supplied as a reaction gas in an electrochemical reaction, or as an oxygen gas-rich fuel in a combustion reaction, and applied directly or indirectly when generating electric energy (power generation) in a power generation means ( In addition, the holding means for recovering a specific component of the by-product can be reduced in size. In addition, since a by-product such as water (H 2 O) is not discharged to the outside of the power supply system but is held in the holding means provided in the fuel enclosure, malfunction of the device due to the by-product or Deterioration and the like can be prevented.

また、上記分離回収手段により分離、回収され、保持手段に保持される特定の成分は、少なくとも、電気化学反応又は前記燃焼反応により生成される地球温暖化物質であってもよい。
これにより、二酸化炭素(CO)や窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)等の地球温暖化物質と目される副生成物が、電源システムの外部に排出されることなく、燃料封入部内に設けられた保持手段に保持されるので、発電用燃料の使用後、燃料封入部のみを取り外して回収することにより、自然環境に負担を与えない処理方法により、上記地球温暖化物質を適切に処理することができ、自然環境の汚染や地球温暖化を抑制することができる。
In addition, the specific component separated and recovered by the separation and recovery unit and held in the holding unit may be at least a global warming substance generated by an electrochemical reaction or the combustion reaction.
As a result, byproducts that are regarded as global warming substances such as carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen oxide (NO X ), and sulfur oxide (SO X ) are not discharged outside the power supply system. Since it is held by the holding means provided in the fuel enclosure, the above global warming can be performed by using a treatment method that does not place a burden on the natural environment by removing and collecting only the fuel enclosure after using the fuel for power generation. Substances can be treated appropriately, and pollution of the natural environment and global warming can be suppressed.

ここで、上記燃料封入部は、少なくとも自然界において自然を構成する1乃至複数の物質へ変換可能な分解性を示す材料により構成されているものであってもよい。
すなわち、上記発電手段における電気エネルギーの発生に伴って生成される副生成物を保持した燃料封入部が、自然界において生分解性や光分解性等の分解性を示す高分子材料(プラスチック)等により構成されている。
Here, the fuel sealing portion may be made of a material exhibiting decomposability that can be converted into one or more substances constituting nature at least in nature.
That is, the fuel encapsulating part holding the by-product generated along with the generation of electric energy in the power generation means is made of a polymer material (plastic) or the like that exhibits degradability such as biodegradability and photodegradability in nature. It is configured.

これにより、上記水(HO)や酸素ガス(O)等の副生成物が保持された状態の燃料封入部や、上記二酸化炭素(CO)や窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)等の副生成物が適切に処理された後の燃料封入部が、仮に自然界に投棄又は埋め立て処理された場合であっても、元来自然界を構成する1乃至複数の物質に分解され、自然界に有害な物質を排出することなく、また、長期にわたって自然の美観を損ねることがないので、自然環境への負担を大幅に軽減することができる。 Thereby, the fuel enclosure part in which the by-products such as water (H 2 O) and oxygen gas (O 2 ) are held, carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen oxide (NO X ), sulfur One or more substances that originally constitute the natural world even if the fuel enclosure after the by-products such as oxides (SO X ) have been appropriately treated is disposed of or disposed of in the natural world Since it is decomposed into natural substances and does not discharge substances harmful to the natural world, and it does not impair the natural beauty over a long period of time, the burden on the natural environment can be greatly reduced.

さらに、上記燃料封入部は、発電用燃料が封入された第1の空間と、保持手段により特定の成分が保持される第2の空間とを有し、第2の空間に保持される特定の成分の量に応じて、第1の空間に封入された発電用燃料を所定の圧力で押圧するように構成されていてもよい。   Furthermore, the fuel sealing portion has a first space in which the fuel for power generation is sealed and a second space in which a specific component is held by the holding means, and a specific space held in the second space. Depending on the amount of the component, the power generation fuel sealed in the first space may be pressed at a predetermined pressure.

これにより、発電手段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のうち、特定の成分が分離、回収されて保持手段に保持され、かつ、燃料封入部は所定(一定)の容積を有しているので、該保持された特定の成分の量に応じた所定の圧力で発電用燃料を押し出すことができ、発電手段への発電用燃料の供給を適切に行うことができる。   As a result, among the by-products generated when generating electric energy in the power generation means, specific components are separated and recovered and held in the holding means, and the fuel enclosure has a predetermined (constant) volume. Therefore, the power generation fuel can be pushed out at a predetermined pressure corresponding to the amount of the specific component held, and the power generation fuel can be appropriately supplied to the power generation means.

加えて、上記燃料封入部又は発電モジュールの少なくともいずれか一方は、燃料封入部及び発電モジュールが結合された状態で、燃料封入部に封入された発電用燃料が発電モジュールに供給されるとともに、分離回収手段により分離、回収された特定の成分が保持手段に保持されるように構成されているものであってもよい。   In addition, at least one of the fuel enclosing unit and the power generation module is separated while the fuel encapsulating unit and the power generation module are coupled and the power generation fuel sealed in the fuel encapsulation unit is supplied to the power generation module. The specific component separated and recovered by the recovery means may be configured to be held by the holding means.

すなわち、発電モジュールに燃料封入部が結合された状態においてのみ、燃料封入部の封密が解かれて(破れて)、第1の空間から発電用燃料が発電モジュールに供給され、電気エネルギーが発生される。また、上記結合状態においてのみ、発電モジュールにおける電気エネルギーの発生に際して生成された副生成物(特定の成分)が保持手段に供給されて第2の空間に保持される。
これにより、燃料封入部及び発電モジュールの結合が解除された状態では、燃料封入部から発電用燃料及び特定の成分が漏出することがないので、安全かつ簡易に燃料封入部を交換して、燃料の供給及び副生成物の回収を行うことができる。
That is, only in a state where the fuel enclosure part is coupled to the power generation module, the fuel enclosure part is unsealed (breached), and the power generation fuel is supplied from the first space to the power generation module to generate electrical energy. Is done. In addition, only in the combined state, a by-product (specific component) generated upon generation of electrical energy in the power generation module is supplied to the holding unit and held in the second space.
As a result, in the state where the coupling between the fuel enclosing unit and the power generation module is released, the fuel encapsulating unit and the specific component are not leaked from the fuel enclosing unit. And by-product recovery can be performed.

なお、本発明に係る電源システムは、発電モジュールにより発生される電気エネルギーが、各種汎用の化学電池のうちの1種と同等の電気的特性を示すように構成され、さらに、燃料封入部及び発電モジュールを組み合わせた物理的外形形状が、汎用の化学電池のうちの1種の形状及び寸法と同等に構成されているものであってもよく、これによれば、電気的特性及び外形形状において、汎用の化学電池との互換性を有することになるので、極めてエネルギー変換効率の高い電源システムを既存の電池の市場に支障なく普及させることができる。   The power supply system according to the present invention is configured such that the electrical energy generated by the power generation module exhibits electrical characteristics equivalent to one of various general-purpose chemical cells, and further includes a fuel sealing unit and a power generation unit. The physical outer shape combining the modules may be configured to be equivalent to the shape and size of one kind of general-purpose chemical batteries. According to this, in the electrical characteristics and outer shape, Since it is compatible with a general-purpose chemical battery, a power supply system with extremely high energy conversion efficiency can be widely used in the existing battery market.

本発明によれば、燃料封入部(燃料パック)に充填、封入された液体又は気体からなる発電用燃料(又は、該発電用燃料から供給される特定の燃料成分)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(CO)、水(HO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)、酸素(O)等のうち、少なくとも1成分が燃料封入部内に設けられた保持手段に保持される。 According to the present invention, power generation is performed by using power generation fuel (or a specific fuel component supplied from the power generation fuel) made of liquid or gas filled and sealed in a fuel sealing portion (fuel pack). In a portable power supply system equipped with a module (generator), by-products generated when generating electric energy by the power generation module, such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), and nitrogen oxidation Among the substances (NO X ), sulfur oxides (SO X ), oxygen (O 2 ), etc., at least one component is held by the holding means provided in the fuel enclosure.

これにより、副生成物が燃料封入部内に保持されて、電源システム外部への排出又は漏出が抑制されるので、副生成物による周辺機器の動作不良や劣化等を防止することができる。また、燃料封入部が、発電モジュールに対して着脱可能に構成され、かつ、交換可能に構成されていることにより、燃料封入部に封入された発電用燃料がなくなった(又は、少なくなった)ときに、燃料封入部を発電モジュールから取り外して新たな燃料封入部に交換することができるので、燃料封入部をあたかも汎用の化学電池のように簡便に使用することができるとともに、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。   As a result, the by-product is held in the fuel enclosure, and discharge or leakage to the outside of the power supply system is suppressed, so that malfunction or deterioration of peripheral devices due to the by-product can be prevented. Further, since the fuel sealing part is configured to be detachable from the power generation module and replaceable, the power generation fuel sealed in the fuel sealing part is eliminated (or decreased). Sometimes, the fuel enclosure can be removed from the power generation module and replaced with a new fuel enclosure so that the fuel enclosure can be used simply as if it were a general-purpose chemical cell, Since the retained by-product can be appropriately processed in a method that does not give a burden to the natural environment, contamination of the natural environment by the by-product or global warming can be prevented.

また、上記発電モジュールは、発電用燃料及び分離回収手段により分離、回収された特定の成分を用いて、電気エネルギーを発生する発電手段を有するように構成されているものであってもよく、特に、上記特定の成分は、少なくとも、電気化学反応又は燃焼反応により生成される水であってもよい。   Further, the power generation module may be configured to have a power generation means for generating electric energy using a specific component separated and recovered by the fuel for power generation and the separation and recovery means. The specific component may be at least water produced by an electrochemical reaction or a combustion reaction.

これにより、副生成物のうち、特定の成分、例えば、水(HO)を発電用燃料の水蒸気改質反応や燃料電池のイオン交換膜の保水に適用したり、酸素ガス(O)を電気化学反応における反応ガスとして供給したり、あるいは、燃焼反応における酸素ガスリッチの燃料として供給するようにして、発電手段における電気エネルギーの発生(発電)の際に、直接的又は間接的に適用(再利用)することができ、さらに、副生成物の特定の成分を回収する保持手段を小型にすることができる。また、水(HO)等の副生成物が、電源システムの外部に排出されることなく、燃料封入部内に設けられた保持手段に保持されるので、副生成物による周辺機器の動作不良や劣化等を防止することができる。 Thereby, a specific component, for example, water (H 2 O) among the by-products is applied to the steam reforming reaction of the fuel for power generation and the water retention of the ion exchange membrane of the fuel cell, or oxygen gas (O 2 ). Can be supplied as a reaction gas in an electrochemical reaction, or as an oxygen gas-rich fuel in a combustion reaction, and applied directly or indirectly when generating electric energy (power generation) in a power generation means ( In addition, the holding means for recovering a specific component of the by-product can be reduced in size. Also, by-products such as water (H 2 O) are held in the holding means provided in the fuel enclosure without being discharged to the outside of the power supply system. And deterioration can be prevented.

さらに、上記燃料封入部は、発電用燃料が封入された第1の空間と、保持手段により特定の成分が保持される第2の空間とを有し、第2の空間に保持される特定の成分の量に応じて、第1の空間に封入された発電用燃料を所定の圧力で押圧するように構成されていてもよい。
これにより、発電手段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のうち、特定の成分が分離、回収されて保持手段に保持され、かつ、燃料封入部は所定(一定)の容積を有しているので、該保持された特定の成分の量に応じた所定の圧力で発電用燃料が押し出されるので、発電手段への発電用燃料の供給を適切に行うことができる。
Furthermore, the fuel sealing portion has a first space in which the fuel for power generation is sealed and a second space in which a specific component is held by the holding means, and a specific space held in the second space. Depending on the amount of the component, the power generation fuel sealed in the first space may be pressed at a predetermined pressure.
As a result, among the by-products generated when generating electric energy in the power generation means, specific components are separated and recovered and held in the holding means, and the fuel enclosure has a predetermined (constant) volume. Therefore, the power generation fuel is pushed out at a predetermined pressure corresponding to the amount of the specific component held, so that the power generation fuel can be appropriately supplied to the power generation means.

加えて、上記燃料封入部又は発電モジュールの少なくともいずれか一方は、燃料封入部及び発電モジュールが結合された状態で、燃料封入部に封入された発電用燃料が発電モジュールに供給されるとともに、分離回収手段により分離、回収された特定の成分が保持手段に保持されるように構成されているものであってもよい。   In addition, at least one of the fuel enclosing unit and the power generation module is separated while the fuel encapsulating unit and the power generation module are coupled and the power generation fuel sealed in the fuel encapsulation unit is supplied to the power generation module. The specific component separated and recovered by the recovery means may be configured to be held by the holding means.

すなわち、発電モジュールに燃料封入部が結合された状態においてのみ、燃料封入部の封密が解かれて(破れて)、第1の空間から発電用燃料が発電モジュールに供給され、電気エネルギーが発生される。また、上記結合状態においてのみ、発電モジュールにおける電気エネルギーの発生に際して生成された副生成物(特定の成分)が保持手段に供給されて第2の空間に保持される。
これにより、燃料封入部及び発電モジュールの結合が解除された状態では、燃料封入部から発電用燃料及び特定の成分が漏出することがないので、安全かつ簡易に燃料封入部を交換して、燃料の供給及び副生成物の回収を行うことができる。
That is, only in a state where the fuel enclosure part is coupled to the power generation module, the fuel enclosure part is unsealed (breached), and the power generation fuel is supplied from the first space to the power generation module to generate electrical energy. Is done. In addition, only in the combined state, a by-product (specific component) generated upon generation of electrical energy in the power generation module is supplied to the holding unit and held in the second space.
As a result, in the state where the coupling between the fuel enclosing unit and the power generation module is released, the fuel encapsulating unit and the specific component are not leaked from the fuel enclosing unit. And by-product recovery can be performed.

以下、本発明に係る電池システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
<第1の実施形態>
図1は、本発明に係る電源システムの第1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。
Hereinafter, an embodiment of a battery 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.

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。   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).

以下、各構成について、具体的に説明する。
(A)燃料パック10
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。
Each configuration will be specifically described below.
(A) Fuel pack 10
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 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 required for the operation is taken in.

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(HO)や窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)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。 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 (NO X ), sulfur oxides (SO X ), or a part of them are collected and held by the recovery holding unit 11 ( Alternatively, the fuel pack 10) is irreversibly held so as not to leak or discharge outside the fuel pack 10).

ここで、水(HO)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はないが、電気エネルギーを発生する際に生成される恐れのある窒素酸化物(NO)及び硫黄酸化物(SO)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。 Here, since water (H 2 O) is a liquid at normal temperature and normal pressure, a means for increasing the pressure in the collection holding unit 11 and the fuel pack 10 to liquefy is not particularly necessary, but generates electric energy. The vaporization points of nitrogen oxides (NO X ) and sulfur oxides (SO X ) that may be generated at the time are usually below normal temperature at normal pressure, and the amount of these by-product gases is large, and they are recovered and retained. If there is a risk that the amount of water that cannot be dissolved in the water recovered in the part 11 may exceed the volume of the recovery holding part 11, it is liquefied by increasing the atmospheric pressure in the recovery holding part 11 and the separation / recovery part 24, and a by-product The volume is reduced and accommodated in the collection holding unit 11.

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、吸収ポリマーや逆止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。   Accordingly, the configuration applied to the collection holding unit 11 includes an absorption polymer, a check valve, and the like so that the specific component or substance can be irreversibly absorbed, adsorbed, fixed, or fixed. Is preferred. Note that specific configuration examples and operations of the fuel pack 10 and the collection holding unit 11 will be described later.

また、燃料パック10は、人為的な加熱・焼却処理や薬品・化学処理等を行った場合であっても、有機塩素化合物(ダイオキシン類;ポリ塩化ジベンゾパラジオキシン、ポリ塩化ジベンゾフラン)や塩化水素ガス、重金属等の有害物質、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。   In addition, the fuel pack 10 can be subjected to organic chlorine compounds (dioxins; polychlorinated dibenzopararadixins, polychlorinated dibenzofurans) or hydrogen chloride gas even when subjected to artificial heating / incineration treatment, chemical / chemical treatment, etc. Further, it may be composed of a material that generates little or no harmful substances such as heavy metals and environmental pollutants.

また、本実施形態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、イソブタン、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。   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 fuel composed of alcohol such as methanol, ethanol, butanol, etc., liquefied gas composed of hydrocarbons such as dimethyl ether, isobutane, natural gas (CNG), and gaseous fuel such as hydrogen gas should be applied well. Can do.

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(NO、SO、HO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。 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, by-products (NO X , SO X , H 2 O, etc.) harmful to the natural environment and the device to which the power supply system is connected or attached are generated. Even if this is the case, the by-products are not discharged outside the power supply system, so air pollution, global warming and other environmental impacts, device leakage, electrical component deterioration, poor contact, etc. Can be suppressed.

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。
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.

(B)発電モジュール20
図2は、本実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の要部構成を示すブロック図であり、図3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。
(B) Power generation module 20
FIG. 2 is a block diagram showing a main configuration of an embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present embodiment, and FIG. 3 is a diagram of the power generation section applied to the power generation module according to the present embodiment. It is a schematic block diagram which shows a 1st structural example.

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(図示を省略)に対して、駆動電源(電圧/電流)となる電気エネルギーを発生する発電部21と、負荷の駆動状態(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。   As shown in FIG. 1, the power generation module 20 uses at least a load (not shown) connected to the power supply system by an electrochemical reaction, a combustion reaction, or the like using the power generation fuel supplied from the fuel pack 10. On the other hand, based on the power generation unit 21 that generates electrical energy serving as a driving power source (voltage / current) and the driving state of the load (load driving information), an operation control signal is output to change the operating state of the power generation unit 21. An operation control unit 22 for controlling, an output control unit 23 for controlling a power generation state such as a start-up operation in the power generation unit 21 and an amount of generated electric energy (power generation amount) based on an operation control signal from the operation control unit 22; Among the by-products generated during the generation of electrical energy in the power generation unit 21, a specific component or substance is separated, and only the specific component or substance is provided in the fuel pack 10. Irreversibly recovered holder 11 is configured to have a separate recovery unit 24 for holding the.

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(図示を省略)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。   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 is connected to the power supply system according to the present embodiment (not shown). The power generation state of the power generation unit 21, which will be described later, is controlled based on the information on the driving state (omitted) (load drive information). Specifically, when a command for starting a load 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 is sent to the output control unit 23 described later. When an instruction to stop the load is detected while the power generation unit 21 is driven, an operation control signal for stopping the power generation unit 21 is output to the output control unit 23. .

一方、発電部21が駆動している状態で、負荷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から負荷に供給される電気エネルギーが負荷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。   On the other hand, when a change in the driving state of the load is detected while the power generation unit 21 is driving, the electric energy supplied from the power generation unit 21 to the load is output to the output control unit 23 by the load driving state. 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 be an appropriate value corresponding to the above.

ここで、動作制御部22において検出される指令等の負荷の駆動状態に関する情報(負荷駆動情報)とは、負荷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、負荷の変動状態を検出するものであってもよい。   Here, the information (load drive information) relating to the drive state of the load such as a command detected by the operation control unit 22 is output from the peripheral device serving as the load according to the drive state (startup / variation). A specific information signal may be used, and in a configuration in which a positive (+) pole and a negative (-) pole are electrically connected to each other only as in a general-purpose chemical battery, for example, a standby mode described later In the state, a monitor voltage is constantly supplied to the load via the positive (+) pole and the negative (−) pole, and the fluctuation is constantly monitored to detect the start-up state of the load. In the steady state, the fluctuation state of the load is constantly monitored by monitoring the fluctuation of the electric energy (particularly, the driving voltage) serving as the driving power supplied to the load via the positive (+) pole and the negative (−) pole. May be detected.

出力制御部23は、図2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を駆動状態に移行(起動)する制御を行う起動部23aと、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改質部23dと、を有して構成されている。   As shown in FIG. 2, the output control unit 23 includes an activation unit 23 a that performs control to shift (activate) the power generation unit 21 to a drive state based on the operation control signal from the operation control unit 22, and the power generation unit 21. A fuel control unit 23b for controlling the supply amount of power generation fuel (hydrogen gas) to the air, an air control unit 23c for controlling the supply amount of air (oxygen gas) to the power generation unit 21, and reforming the power generation fuel And a reforming section 23d for gasifying and supplying hydrogen contained in the power generation fuel.

ここで、起動部23aは、発電部21が駆動していない状態で、動作制御部22から発電部21を起動させるための動作制御信号を受け取ると、少なくとも、燃料制御部23b及び空気制御部23c(燃料制御部23bのみの場合もある)を制御して、発電部21に水素ガス(H)及び酸素ガス(O)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。 Here, when the activation unit 23a receives an operation control signal for activating the power generation unit 21 from the operation control unit 22 in a state where the power generation unit 21 is not driven, at least the fuel control unit 23b and the air control unit 23c. By controlling the fuel control unit 23b (which may be only the fuel control unit 23b) and supplying hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) to the power generation unit 21, the power generation unit 21 is started and predetermined electric power is supplied. Transition to an operating state (steady state) that generates energy.

また、発電部21が駆動している状態で、動作制御部22から発電部21を停止させるための動作制御信号を受け取ると、少なくとも、燃料制御部23b(燃料制御部23b及び空気制御部23cの場合もある)を制御して、発電部21への水素ガス(H)の供給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。 When the operation control signal for stopping the power generation unit 21 is received from the operation control unit 22 while the power generation unit 21 is driven, at least the fuel control unit 23b (of the fuel control unit 23b and the air control unit 23c). In some cases, the supply of hydrogen gas (H 2 ) to the power generation unit 21 is stopped to stop the generation of electric energy (power generation) in the power generation unit 21 and shift to a standby state.

燃料制御部23bは、起動部23aを介して、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(H)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(H)に改質して、後述する発電部21(図3参照)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(図3参照)の空気極32に供給する酸素ガス(O)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(H)及び酸素ガス(O)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。 Based on the operation control signal output from the operation control unit 22 via the starting unit 23a, the fuel control unit 23b generates hydrogen gas in an amount necessary for generating and outputting predetermined electric energy in the power generation unit 21. Fuel, water, and the like corresponding to (H 2 ) are supplied from the fuel pack 10, reformed to hydrogen gas (H 2 ) by the reforming unit 23 d, and fuel for the power generation unit 21 (see FIG. 3) described later. The supply to the electrode 31 is performed, and the air control unit 23c controls the amount of oxygen gas (O 2 ) supplied to the air electrode 32 of the power generation unit 21 (see FIG. 3). The progress of the electrochemical reaction in the power generation unit (fuel cell main body) 21 by adjusting the amount of hydrogen gas (H 2 ) and oxygen gas (O 2 ) supplied to the power generation unit 21 by the control units 23b and 23c. Is controlled, and the amount of electric energy generated (power generation amount) is controlled.

ここで、空気制御部23cは、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、発電部21の空気極32に供給する酸素ガスの量を制御することなく、駆動時(定常状態)に常に供給するように設定されていてもよい。すなわち、出力制御部23は、電気化学反応の進行状態を燃料制御部23bのみで制御し、空気制御部23cの代わりに通気孔を設け、発電部21における電気化学反応に用いられる最低限以上の量の空気が通気孔を介して、常時供給されるように構成されているものであってもよい。   Here, as long as the air control unit 23c can supply air (atmosphere) corresponding to the maximum consumption of oxygen per unit time in the power generation unit 21, the oxygen control unit 23c supplies oxygen gas to the air electrode 32 of the power generation unit 21. You may set so that it may always supply at the time of a drive (steady state), without controlling quantity. That is, the output control unit 23 controls the progress of the electrochemical reaction only by the fuel control unit 23b, and provides a vent hole instead of the air control unit 23c. It may be configured such that an amount of air is constantly supplied via the vent hole.

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。具体的には、燃料パック10内の発電用燃料は、メタノール(CHOH)の他に、メタノールと等モルの水(HO)が混合され、メタノールと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、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、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(H)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、CO)は、大気中に排出される。
CHOH+HO → 3H+CO ・・・(1)
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. Specifically, the fuel for power generation in the fuel pack 10 is a fuel in which methanol and equimolar water (H 2 O) are mixed in addition to methanol (CH 3 OH) and uniformly mixed with methanol. The mixture of liquid fuel (alcohols) containing hydrogen such as methanol and water supplied from the pack 10 to the output control unit 23 performs a steam reforming reaction as shown in the following chemical reaction formula (1). To generate hydrogen gas (H 2 ). Note that a small amount of product (mainly CO 2 ) other than hydrogen generated by this reforming reaction is discharged into the atmosphere.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)

また、発電部21は、図3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(H)が供給され、一方、空気極32には大気中の酸素ガス(O)が供給されることにより、電気化学反応により発電が行われ、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。 Further, as shown in FIG. 3, 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 adhered, and catalyst fine particles such as platinum are adhered. The air electrode (anode) 32 made of the carbon electrode and the film-like ion conductive film (exchange membrane) 33 interposed between the fuel electrode 31 and the air electrode 32 are configured. Here, the fuel electrode 31 is supplied with hydrogen gas (H 2 ) extracted through the above-described reforming unit 23 d, while the air electrode 32 is supplied with atmospheric oxygen gas (O 2 ). 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.

具体的には、燃料極31に水素ガス(H)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(e)が取り出されて負荷34に供給される。
3H → 6H++6e ・・・(2)
Specifically, when the hydrogen gas to the fuel electrode 31 (H 2) is supplied, as shown in the following chemical equation (2), electrons by the catalyst (e -) is separated hydrogen ions (protons; H + ) is generated and passes through the ion conductive film 33 toward the air electrode 32, and electrons (e ) are taken out by the carbon electrode constituting the fuel electrode 31 and supplied to the load 34.
3H 2 → 6H ++ 6e (2)

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(e)とイオン導電膜33を通過した水素イオン(H)と空気中の酸素ガス(O)が反応して水(HO)が生成される。
6H+3/2O+6e → 3HO ・・・(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(NO)、硫黄酸化物(SO)が生じることがある。
On the other hand, when air is supplied to the air electrode 32, as shown in the following chemical reaction formula (3), electrons (e ) passing through the load 34 by the catalyst and hydrogen ions ( H + ) and oxygen gas (O 2 ) in the air react to produce water (H 2 O).
6H + + 3 / 2O 2 + 6e → 3H 2 O (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 chemical reaction formulas (1) to (3), nitrogen oxides (NO) synthesized from a small amount of nitrogen and sulfur components present in the fuel in addition to water as by-products. X ), sulfur oxide (SO X ) may be generated.

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源(電圧/電流)は、発電部21の燃料極31に供給される水素ガス(H)の量に依存する。したがって、燃料制御部23bによって、発電部21の燃料極31に供給される水素ガス(H)の量を制御することにより、負荷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。 The driving power supply (voltage / current) supplied to the load 34 by the electrochemical reaction as described above depends on the amount of hydrogen gas (H 2 ) supplied to the fuel electrode 31 of the power generation unit 21. Therefore, the electric energy supplied to the load can be arbitrarily adjusted by controlling the amount of hydrogen gas (H 2 ) supplied to the fuel electrode 31 of the power generation unit 21 by the fuel control unit 23b.

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1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。   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.

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、水素ガスとともに生成される二酸化炭素(CO)、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(HO)が、改質部23d及び発電部21から排出されるが、二酸化炭素(CO)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(HO)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。 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 ( CO 2 ) 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 Although it is discharged from the power generation unit 21, carbon dioxide (CO 2 ) is extremely small and has almost no influence on the device. Therefore, it is discharged out of the power supply system as a non-recovered substance, while water (H 2 O), etc. Is collected by the separation and collection unit 24 and sent to the collection and holding unit 11 to be irreversibly held.

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(HO)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(HO)の成分のみを液化して、他の成分から分離、回収する。 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 It is discharged almost in the state of water vapor (gas). 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 from other components. Separate and collect.

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(CHOH)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(HO)であって、微量の二酸化炭素(CO)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(HO)とともに比較的大量の二酸化炭素(CO)等が生成される場合もある。 In the present embodiment, since shows the case of application methanol (CH 3 OH) as a power generation fuel, by-products due to the generation of electrical energy, mostly a water (H 2 O), By adopting a mode in which a small amount of carbon dioxide (CO 2 ) is discharged outside the power supply system, separation and recovery of a specific component or substance (that is, water) in the separation / recovery unit 24 is realized with a relatively simple configuration. However, when another substance is applied as a fuel for power generation, a relatively large amount of carbon dioxide (CO 2 ) or the like may be generated together with water (H 2 O).

このような場合には、分離回収部24により、例えば、水(HO)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。 In such a case, for example, water (H 2 O) and other specific components or substances (carbon dioxide) produced in large quantities are separated by the separation / recovery unit 24 and then provided in the fuel pack 10. You may comprise so that it may hold | maintain in the single or several collection | recovery holding | maintenance part 11 integrally or separately.

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(CO)、水(HO)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、副生成物(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(NO)、硫黄酸化物(SO)についても、水(HO)とは別の回収保持部11に回収するようにしてもよい。 Thus, according to the power supply system according to the present embodiment, by-products generated when generating electric energy by the power generation module 20, such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), and the like. Among these, by-products are held irreversibly in the fuel pack 10 by holding at least one component in the collection holding unit 11 provided in the fuel pack 10, and discharge or leakage to the outside of the power supply system is prevented. As a result, it is possible to prevent malfunctions and deterioration of the device due to by-products (water) and to properly handle the by-products held in the fuel enclosure in a way that does not place a burden on the natural environment. Therefore, it is possible to prevent pollution of the natural environment and global warming due to by-products (carbon dioxide). Further, nitrogen oxide (NO X ) and sulfur oxide (SO X ) may also be recovered in the recovery holding unit 11 different from water (H 2 O).

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)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。   Further, in the power supply system according to the present embodiment, supply of electric energy to be a predetermined drive power supply, stop control, and control according to a drive state (load drive information) of a load (device) connected to the power supply system, and Since 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.

さらに、本実施形態に係る電源システムにおいては、後述するように、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、外形形状及び電気的特性(電圧/電流特性)のいずれにおいても汎用の化学電池との高い互換性を実現することができ、既存の電池市場における普及を一層容易なものとすることができる。これにより、環境問題やエネルギー利用効率等の点で課題が多い既存の化学電池に替えて、燃料電池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。   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. By configuring as described above, it is possible to realize high compatibility with general-purpose chemical batteries in any of the external shape and electrical characteristics (voltage / current characteristics), and it is easier to spread in the existing battery market. Can be. As a result, it is possible to easily disseminate power supply systems using fuel cells in place of existing chemical cells that have many problems in terms of environmental problems and energy utilization efficiency, etc., while suppressing the impact on the environment, High energy use efficiency can be realized.

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4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。
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. 4 is a schematic view showing the relationship between the fuel pack and the collection holding unit according to the present embodiment.

図4(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13と、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弁14Aと、分離回収部24から送出される副生成物を空間12B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。   As shown in FIG. 4 (a), the fuel pack 10 according to the present embodiment is made of a polymer material (plastic) having a certain volume and 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 the volume of the space 12B is relatively variable, as will be described later, the recovery bag 13 that isolates the space 12B from the space 12A, and the fuel for power generation sealed in the space 12A is supplied to the fuel control unit 23b. And a by-product intake valve 14B for taking a by-product sent from the separation and recovery unit 24 into the space 12B.

ここで、燃料供給弁14A及び副生成物取込弁14Bは、いずれも、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。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、空間12Bに吸収(吸水)ポリマー等を充填した構成を有するものであってもよい。   Here, the fuel supply valve 14 </ b> A and the by-product intake valve 14 </ b> B can supply fuel for power generation and take in by-products only when the fuel pack 10 is coupled to the power generation module 20. As such, a check valve 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. . Instead of providing the function of the check valve in the by-product intake valve 14B, the space 12B may have a configuration in which an absorption (water absorption) polymer or the like is filled.

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弁14Aを介して発電モジュール20(発電部21)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。   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 valve 14A, thereby generating predetermined electric energy. Is executed, and 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 intake valve is recovered. It is taken in and held in the space 12B via 14B.

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、空間12Bに吸収ポリマー等を充填した構成を適用することにより、回収され、取り込まれた副生成物の実質的な容積に比較して、より大きな容積を有するように空間12Bの容積を制御することができる。   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, by applying a configuration in which the space 12B is filled with an absorbing polymer or the like, the volume of the space 12B is set so as to have a larger volume than the substantial volume of the by-product collected and taken in. Can be controlled.

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4(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がなるので、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4(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。   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. 4B, by pressing the collection bag 13 at a predetermined pressure, pressure is applied to the power generation fuel sealed in the space 12A. The power generation fuel can be appropriately supplied, and as shown in FIG. 4C, the power generation fuel sealed in the space 12A is supplied almost completely due to the by-product held in the space 12B. can do.

ここで、上記(1)式〜(3)式により、1molのメタノール(CHOH)及び1molの水(HO)に対して、3molの割合で水(HO)が生成されるが、液体の状態で1molのメタノール(CHOH)は、40.56cm程度であるのに対して、1molの水(HO)は、18.02cm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(CHOH)をMcmとすると、空間12Aは水を含めて1.444Mcmの容積となる。 Here, according to the formulas (1) to (3), water (H 2 O) is generated at a ratio of 3 mol with respect to 1 mol of methanol (CH 3 OH) and 1 mol of water (H 2 O). However, 1 mol of methanol (CH 3 OH) in the liquid state is about 40.56 cm 3 , whereas 1 mol of water (H 2 O) is about 18.02 cm 3 , so that the fuel pack 10 When methanol (CH 3 OH) sealed in the initial state in the space 12A is Mcm 3 , the space 12A has a volume of 1.444 Mcm 3 including water.

そして、すべてのメタノール(CHOH)が反応すると、副生成物の水(HO)は1.333Mcmとなり、初期状態の液体燃料(メタノール(CHOH)と水(HO)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内の副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副生成物用の空間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内のほとんどに液体燃料を充填することができる。 When all the methanol (CH 3 OH) reacts, the by-product water (H 2 O) becomes 1.333 Mcm 3 , and the liquid fuel in the initial state (methanol (CH 3 OH) and water (H 2 O)) Therefore, when water accounts for most of the volume of the by-product, power generation in the space 12A of the fuel pack 10 is generated as the by-product is generated. Since the sum of the volume of the fuel for use and the volume of the by-product in the space 12B is reduced, there is no need to provide a large by-product space 12B in which liquid fuel does not enter in advance. Most of them can be filled with liquid fuel.

次に、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他の構成例について、図面を参照して説明する。
図5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2の構成例を示す概略構成図である。ここでは、必要に応じて、上述した電源システムの構成(図1乃至図3)を参照しながら説明する。
Next, another configuration example of the power generation unit applied to the power generation module according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram illustrating a second configuration example of the power generation unit applied to the power generation module according to the present embodiment. Here, it demonstrates, referring to the structure (FIGS. 1 thru | or FIG. 3) of the power supply system mentioned above as needed.

上述した第1の構成例(図3)においては、発電モジュール20に適用される発電部21として、燃料改質方式を利用した固体高分子型の燃料電池を示して説明したが、第2の構成例においては、発電部の例として、燃料直接供給方式を採用した固体高分子型の燃料電池の構成を有している。   In the above-described first configuration example (FIG. 3), as the power generation unit 21 applied to the power generation module 20, a solid polymer fuel cell using a fuel reforming method is shown and described. In the configuration example, as an example of the power generation unit, there is a configuration of a solid polymer fuel cell adopting a direct fuel supply system.

図5に示すように、第2の構成例に係る発電部21Xは、所定の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる燃料極41と、所定の触媒微粒子が付着した炭素電極からなる空気極42と、燃料極41と空気極42の間に介装されたイオン導電膜43と、を有して構成されている。ここで、燃料極41には、第1の構成例に示したような改質部23dを介すことなく、燃料パック10に封入された発電用燃料(例えば、メタノール等のアルコール類)が直接供給され、一方、空気極42には大気中の酸素ガス(O)が供給される。 As shown in FIG. 5, the power generation unit 21X according to the second configuration example includes a fuel electrode 41 made of a carbon electrode to which predetermined catalyst fine particles are attached, and an air electrode 42 made of a carbon electrode to which predetermined catalyst fine particles are attached. , And an ion conductive film 43 interposed between the fuel electrode 41 and the air electrode 42. Here, the fuel electrode 41 directly receives power generation fuel (for example, alcohol such as methanol) sealed in the fuel pack 10 without passing through the reforming portion 23d as shown in the first configuration example. On the other hand, oxygen gas (O 2 ) in the atmosphere is supplied to the air electrode 42.

この発電部(燃料電池)21Xにおける電気化学反応は、具体的には、燃料極41に発電用燃料であるメタノール(CHOH)が直接供給されると、次の化学反応式(4)に示すように、触媒反応により電子(e)が分離して水素イオン(プロトン;H)が発生し、イオン導電膜43を介して空気極42側に通過するとともに、燃料極41を構成する炭素電極により電子(e)が取り出されて負荷44に供給される。なお、この触媒反応により生成される水素以外の微量の生成物(主に、CO)は、燃料極41側から大気中に排出される。
CHOH+HO → 6H+6e+CO ・・・(4)
Specifically, when the methanol (CH 3 OH), which is a fuel for power generation, is directly supplied to the fuel electrode 41, the electrochemical reaction in the power generation unit (fuel cell) 21X is expressed by the following chemical reaction formula (4). As shown, electrons (e ) are separated by a catalytic reaction to generate hydrogen ions (protons; H + ), which pass through the ion conductive film 43 to the air electrode 42 side and constitute the fuel electrode 41. Electrons (e ) are taken out by the carbon electrode and supplied to the load 44. A very small amount of product (mainly CO 2 ) other than hydrogen generated by this catalytic reaction is discharged into the atmosphere from the fuel electrode 41 side.
CH 3 OH + H 2 O → 6H + + 6e + CO 2 (4)

一方、空気極42には空気が供給されることにより、上述した化学反応式(3)と同様に、触媒により負荷44を経由した電子(e)とイオン導電膜33を通過した水素イオン(H)と空気中の酸素ガス(O)が反応して水(HO)が生成される。
なお、このような一連の電気化学反応((4)式及び(3)式)は、概ね室温程度の比較的低温の環境下で進行する。
On the other hand, when air is supplied to the air electrode 42, as in the chemical reaction formula (3) described above, electrons (e ) passing through the load 44 by the catalyst and hydrogen ions ( H + ) and oxygen gas (O 2 ) in the air react to produce water (H 2 O).
Such a series of electrochemical reactions (formulas (4) and (3)) proceeds in a relatively low temperature environment of about room temperature.

このような構成を有する発電部21Xによれば、上述した燃料改質型の燃料電池を備えた発電モジュールに比較して、改質部を必要としないので、装置構成を極めて簡素化して小型化することができるとともに、継続的に電気化学反応により電気エネルギーを発生することができるので、常時電気エネルギーを生成、供給する必要がある構成、例えば、携帯電話等のように常時待機電力を必要とする機器に良好に適用することができる。   According to the power generation unit 21X having such a configuration, since the reforming unit is not required as compared with the power generation module including the fuel reforming type fuel cell described above, the device configuration is extremely simplified and downsized. In addition, since it is possible to generate electric energy by electrochemical reaction continuously, it is necessary to constantly generate standby power, such as a mobile phone, in a configuration that needs to generate and supply electric energy at all times. It can be applied well to the equipment.

次に、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さらに他の構成例について、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に適用される発電モジュールの他の実施形態の要部構成を示すブロック図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を省略する。
また、図7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3の構成例を示す概略構成図であり、図8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4の構成例を示す概略構成図である。
Next, still another configuration example of the power generation unit applied to the power generation module according to the present embodiment will be described with reference to the drawings.
FIG. 6 is a block diagram illustrating a configuration of a main part of another embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present embodiment. Here, about the structure equivalent to embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is abbreviate | omitted.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram illustrating a third configuration example of the power generation unit applied to the power generation module according to the present embodiment, and FIG. 8 is a power generation unit applied to the power generation module according to the present embodiment. It is a schematic block diagram which shows the 4th structural example of this.

上述した実施形態においては、発電部21、21Xとして、燃料電池を適用した構成を示したため、図2に示したように、起動部23aにより燃料制御部23bを制御して、発電部21、21Xへの発電用燃料の供給を制御することにより、発電部21の動作状態を制御することができるが、本構成例に係る内燃機関型や外燃機関型等の発電部を適用する場合には、図6に示すように、起動部23aにより燃料制御部23bに加えて、発電部21をも起動/停止(燃焼起動/停止)させる制御を行うものであってもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the fuel cell is applied is shown as the power generation units 21 and 21X. Therefore, as shown in FIG. 2, the fuel control unit 23b is controlled by the activation unit 23a to generate the power generation units 21 and 21X. The operation state of the power generation unit 21 can be controlled by controlling the supply of fuel for power generation to the engine. However, when the power generation unit such as the internal combustion engine type or the external combustion engine type according to this configuration example is applied. As shown in FIG. 6, in addition to the fuel control unit 23b, the power generation unit 21 may be controlled to be started / stopped (combustion start / stop) by the starter 23a.

図7(a)、(b)に示すように、第3の構成例に係る発電部21Yは、複数の羽根が円周に沿って配列され、自在に回転する可動羽根52aと、可動羽根52aの回転中心に直結された発電器55と、可動羽根52aの外周側に複数の羽根が配列された固定羽根52bと、可動羽根52aと固定羽根52bとからなるガスタービン52への気化された発電用燃料(燃料ガス)の供給を制御する吸気制御部53と、燃焼後の排気ガスの排出を制御する排気制御部54と、を有して構成されている。ここで、ガスタービン52、吸気制御部53及び排気制御部54からなる発電部21Yの構成は、半導体製造技術を適用することにより、例えば、単一のシリコンチップ51上に微細化して形成することができる。   As shown in FIGS. 7A and 7B, the power generation unit 21Y according to the third configuration example includes a movable blade 52a in which a plurality of blades are arranged along the circumference and rotates freely, and a movable blade 52a. Generator 55 directly connected to the rotation center of the motor, a stationary blade 52b having a plurality of blades arranged on the outer peripheral side of the movable blade 52a, and a vaporized power generation to the gas turbine 52 including the movable blade 52a and the fixed blade 52b. An intake control unit 53 that controls the supply of fuel for fuel (fuel gas) and an exhaust control unit 54 that controls the discharge of exhaust gas after combustion are configured. Here, the configuration of the power generation unit 21Y including the gas turbine 52, the intake control unit 53, and the exhaust control unit 54 is formed finely on, for example, a single silicon chip 51 by applying semiconductor manufacturing technology. Can do.

このような発電部21Yにおいて、吸気制御部53を介してガスタービン52の燃焼室に燃料ガスを取り込み、所定のタイミングで該燃料ガスを点火、燃焼することにより、燃焼室の圧力が上昇して力学エネルギーに変換されて、可動羽根52aを回転させて発電器55を駆動し、電気エネルギーを発生する。そして、燃焼後の排気ガスは、排気制御部54により所定のタイミングで排出される。ここで、発電部21Yの起動動作は、図6に示したように、上述した起動部23aにより燃料ガスの供給動作とともに制御され、また、燃料ガスの吸気、点火動作、排気ガスの排出動作は、所定の動作電源に基づいて動作する吸気制御部53、ガスタービン52、排気制御部54により制御される。   In such a power generation unit 21Y, the fuel gas is taken into the combustion chamber of the gas turbine 52 via the intake control unit 53, and the fuel gas is ignited and burned at a predetermined timing, whereby the pressure in the combustion chamber increases. Converted into dynamic energy, the movable blade 52a is rotated to drive the power generator 55 to generate electrical energy. The exhaust gas after combustion is discharged by the exhaust control unit 54 at a predetermined timing. Here, as shown in FIG. 6, the start-up operation of the power generation unit 21Y is controlled by the above-described start-up unit 23a together with the fuel gas supply operation, and the fuel gas intake operation, the ignition operation, and the exhaust gas discharge operation are performed. Control is performed by an intake control unit 53, a gas turbine 52, and an exhaust control unit 54 that operate based on a predetermined operating power source.

すなわち、本構成例における発電モジュールは、上述した各構成例に示したような燃料電池に替えて、燃料ガスの燃焼反応により生じる熱膨張(圧力差)に基づく力学エネルギーにより発電器を回転させて電気エネルギーを生成するガス燃焼型タービン発電器を備えた構成を有している。この場合、発電部21Yにおける電気エネルギーの発生に伴って、二酸化炭素(CO)、水(HO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)等の副生成物が大量に生成される。 That is, the power generation module in this configuration example is configured by rotating the power generator with dynamic energy based on thermal expansion (pressure difference) generated by the combustion reaction of the fuel gas, instead of the fuel cell as shown in each configuration example described above. It has the structure provided with the gas combustion type turbine generator which produces | generates an electrical energy. In this case, by-products such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen oxide (NO X ), and sulfur oxide (SO X ) are generated with the generation of electric energy in the power generation unit 21Y. Generated in large quantities.

したがって、本構成例における発電モジュールを適用した電源システムにおいても、発電モジュール20に設けられた分離回収部24により、発電部21Yにおける電気エネルギーの発生に伴って生成される副生成物のうち、少なくとも1種以上の特定の成分又は物質が分離、回収されて、燃料パック10に設けられた回収保持部11に不可逆的に保持される。   Therefore, also in the power supply system to which the power generation module in the present configuration example is applied, at least of the by-products generated by the generation and generation of electric energy in the power generation unit 21Y by the separation recovery unit 24 provided in the power generation module 20 One or more specific components or substances are separated and collected, and are irreversibly held in the collection holding unit 11 provided in the fuel pack 10.

これにより、特に、地球温暖化物質や大気汚染物質と目される特定の成分又は物質、具体的には、二酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)等を回収、保持することにより、これらの成分又は物質が電源システムの外部に排出することが防止、抑制されるので、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により、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。また、デバイスに影響を及ぼす水(HO)等の特定の成分又は物質を回収、保持することにより、これらの成分又は物質が電源システムの外部に排出することが防止、抑制されるので、デバイスの動作不良や劣化等を防止することができる。 Thereby, in particular, specific components or substances regarded as global warming substances and air pollutants, specifically, carbon dioxide (CO 2 ), nitrogen oxides (NO X ), sulfur oxides (SO X ) Since these components or substances are prevented or suppressed from being discharged to the outside of the power supply system by collecting and holding the etc., a method that does not place a burden on the natural environment by-products held in the fuel enclosure In this case, it is possible to prevent natural environment pollution or global warming due to by-products. In addition, by collecting and holding specific components or substances such as water (H 2 O) that affect the device, these components or substances are prevented or suppressed from being discharged outside the power supply system. It is possible to prevent device malfunction and deterioration.

また、本構成例における発電モジュールを適用した電源システムにおいても、上述した電源システムと同様に、出力制御部23により、ガスタービン52の起動、停止、及び、燃料ガスの供給量を調整することにより、負荷の駆動状態に応じた適切な電気エネルギーを生成、供給することができるので、発電用燃料を効率的に消費することができ、エネルギーの利用効率が高い電源システムを提供することができる。   Further, in the power supply system to which the power generation module in the present configuration example is applied, similarly to the power supply system described above, the output control unit 23 adjusts the start and stop of the gas turbine 52 and the supply amount of the fuel gas. Since it is possible to generate and supply appropriate electrical energy according to the driving state of the load, it is possible to efficiently consume fuel for power generation and to provide a power supply system with high energy use efficiency.

さらに、図8(a)、(b)に示すように、第4の構成例に係る発電部21Zは、燃料ガスを触媒燃焼させて熱を発生させる触媒燃焼器61と、概ね一定の温度を保持する定温部62と、触媒燃焼器61を第1の温度端、定温部62を第2の温度端として、第1及び第2の温度端間に生じた温度差により、ゼーベック効果に基づく熱電子を放出させて電気エネルギーを生成する温度差発電器63と、を有して構成されている。ここで、触媒燃焼器61、定温部62及び温度差発電器63からなる発電部21Zの構成は、上述した各構成例と同様に、半導体製造技術を適用することにより、微細化して形成することができる。   Further, as shown in FIGS. 8A and 8B, the power generation unit 21Z according to the fourth configuration example has a catalyst combustor 61 that generates heat by catalytic combustion of the fuel gas, and a substantially constant temperature. Heat based on the Seebeck effect due to the temperature difference generated between the first and second temperature ends, with the constant temperature portion 62 to be held and the catalytic combustor 61 as the first temperature end and the constant temperature portion 62 as the second temperature end. And a temperature difference power generator 63 that generates electric energy by emitting electrons. Here, the configuration of the power generation unit 21Z composed of the catalytic combustor 61, the constant temperature unit 62, and the temperature difference power generator 63 is formed finely by applying a semiconductor manufacturing technique, similarly to each of the configuration examples described above. Can do.

このような発電部21Zにおいて、上述した出力制御部23(燃料制御部23b)を介して触媒燃焼器61に燃料ガスが供給されると、該燃料ガスが触媒燃焼反応により発熱して、触媒燃焼器61の温度が上昇する。一方、定温部62の温度はほぼ一定に設定されているので、触媒燃焼器61と定温部62との間には温度勾配(熱傾斜)が発生する。そして、この温度勾配により熱エネルギーが温度差発電器63を移動することにより、ゼーベック効果に基づく熱電子が放出されて電気エネルギーが発生する。この場合においても、発電部21Zにおける電気エネルギーの発生に伴って、二酸化炭素(CO)、水(HO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)等の副生成物が生成される。 In such a power generation unit 21Z, when fuel gas is supplied to the catalytic combustor 61 via the output control unit 23 (fuel control unit 23b) described above, the fuel gas generates heat due to the catalytic combustion reaction, and catalytic combustion occurs. The temperature of the vessel 61 rises. On the other hand, since the temperature of the constant temperature unit 62 is set to be substantially constant, a temperature gradient (thermal gradient) is generated between the catalytic combustor 61 and the constant temperature unit 62. Then, the thermal energy moves through the temperature difference power generator 63 by this temperature gradient, so that thermoelectrons based on the Seebeck effect are emitted and electric energy is generated. Also in this case, with the generation of electric energy in the power generation unit 21Z, by-products such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen oxide (NO X ), and sulfur oxide (SO X ) are generated. Things are generated.

したがって、本構成例における発電モジュールを適用した電源システムにおいても、上述した電源システムと同様に、発電モジュール20に設けられた分離回収部24により、発電部21Zにおける電気エネルギーの発生に伴って生成される副生成物のうち、少なくとも1種以上の特定の成分又は物質が分離、回収されて、燃料パック10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、二酸化炭素(CO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)等の地球温暖化物質や大気汚染物質と目される特定の成分又は物質が電源システムの外部に排出することが防止、抑制され、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。 Therefore, also in the power supply system to which the power generation module in the present configuration example is applied, similar to the power supply system described above, the separation recovery unit 24 provided in the power generation module 20 generates the electrical energy in the power generation unit 21Z. Carbon dioxide (CO 2 ) because at least one or more types of specific components or substances are separated and collected from the by-products generated and are irreversibly held in the collection holding unit 11 provided in the fuel pack 10. Prevent or suppress the discharge of specific components or substances that are regarded as global warming substances and air pollutants such as nitrogen oxides (NO X ) and sulfur oxides (SO X ) to the outside of the power supply system, Natural environment pollution and global warming can be prevented.

また、本構成例における発電モジュールを適用した電源システムにおいても、上述した電源システムと同様に、出力制御部23により、触媒燃焼器61に供給される燃料ガスの供給量を調整することにより、温度差発電器63に生じる温度差を制御して、負荷の駆動状態に応じた適切な電気エネルギーを生成、供給することができるので、発電用燃料を効率的に消費することができ、エネルギーの利用効率が高い電源システムを提供することができる。   Further, in the power supply system to which the power generation module in the present configuration example is applied, similarly to the power supply system described above, the output control unit 23 adjusts the supply amount of the fuel gas supplied to the catalytic combustor 61 to thereby adjust the temperature. By controlling the temperature difference generated in the differential generator 63 and generating and supplying appropriate electrical energy according to the driving state of the load, it is possible to efficiently consume fuel for power generation and use energy A power supply system with high efficiency can be provided.

なお、上述した各構成は、発電モジュール20に適用される発電部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、ガス燃焼タービンに替えて、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。   In addition, each structure mentioned above only showed an example of the electric power generation part 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, so that electricity is generated by an electrochemical reaction, a combustion reaction, or the like inside the power generation unit. As long as it can generate 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 instead of a gas combustion turbine. (Engine) combined with a generator using electromagnetic induction or piezoelectric conversion, combination of external force generation means using thermoacoustic effect and generator using electromagnetic induction or piezoelectric conversion, or magnetohydrodynamic (MHD) generator Etc. can be applied satisfactorily.

<第2の実施形態>
次に、本発明に係る電源システムの第2の実施形態について、図面を参照して説明する。
図9は、本発明に係る電源システムの第2の実施形態を示すブロック図であり、図10は、本実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。図11は、本実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの他の実施形態の要部構成を示すブロック図である。ここで、上述した実施形態と同等の構成については、同一の符号を付して、その説明を簡略化又は省略する。
<Second Embodiment>
Next, a second embodiment of the power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 9 is a block diagram showing a second embodiment of the power supply system according to the present invention, and FIG. 10 shows a main configuration of one embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to the present embodiment. It is a block diagram. FIG. 11 is a block diagram showing a main configuration of another embodiment of the power generation module applied to the power supply system according to this embodiment. Here, about the structure equivalent to embodiment mentioned above, the same code | symbol is attached | subjected and the description is simplified or abbreviate | omitted.

本実施形態に係る電源システムは、図9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と、該燃料パック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が設けられ、また、発電モジュール20には主発電部21A(発電手段)、副発電部21B、動作制御部22、出力制御部23、分離回収部24が設けられている。   As shown in FIG. 9, the power supply system according to the present embodiment broadly generates electric energy based on the fuel pack 10 in which the fuel for power generation is sealed and the power generation fuel supplied from the fuel pack 10. The fuel pack 10 is provided with a recovery holding unit 11, and the power generation module 20 includes a main power generation unit 21A (power generation means), a sub power generation unit 21B, and an operation control unit. 22, an output control unit 23, and a separation and recovery unit 24 are provided.

ここで、燃料パック10は、上述した第1の実施形態(図1、図4参照)と同等の構成を有し、また、発電モジュール20に設けられた主発電部21Aは、上述した第1の実施形態に示した発電部21(図3、図5、図7、図8参照)と同等の構成を有しているので、その説明を省略する。ただし、上記化学反応式(1)〜(3)のように、化学反応に水が必要で、かつ、副生成物として水が生じる場合、後述するように、発電用燃料として液体燃料と等モルの水は必要なく、反応の初期に必要な量の水だけ含まれていればよい。なお、本実施形態においても、主発電部21A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適用した場合について説明する。   Here, the fuel pack 10 has a configuration equivalent to that of the first embodiment (see FIGS. 1 and 4) described above, and the main power generation unit 21A provided in the power generation module 20 includes the first power generation unit described above. Since it has the same configuration as the power generation unit 21 (see FIGS. 3, 5, 7, and 8) shown in the embodiment, the description thereof is omitted. However, when water is required for the chemical reaction as shown in the chemical reaction formulas (1) to (3) and water is generated as a by-product, as described later, equimolar to the liquid fuel as the fuel for power generation. This water is not necessary, and it is sufficient that only the necessary amount of water is contained at the beginning of the reaction. Also in the present embodiment, a case where a solid polymer fuel cell employing a fuel reforming method is applied as the main power generation unit 21A will be described.

発電モジュール20に設けられた副発電部21Bは、電源システムの外部からの燃料供給に依存することなく、電源システムの内部において、常時、所定の電気エネルギーを自立的に発生して、発電モジュール20の各構成(本実施形態においては、動作制御部22、出力制御部23)に対して、動作電源(電圧/電流)となる電気エネルギーを供給する。   The sub power generation unit 21 </ b> B provided in the power generation module 20 always independently generates predetermined electric energy inside the power supply system without depending on fuel supply from the outside of the power supply system. Electric energy to be an operation power supply (voltage / current) is supplied to each of the components (in the present embodiment, the operation control unit 22 and the output control unit 23).

ここで、副発電部21Bにおける電気エネルギーの発生方法は、例えば、上述した第1の実施形態に示した発電部21と同様に、燃料パック10から供給される発電用燃料を用いた電気化学反応や燃焼反応によるもの(図3、図5、図7、図8参照)を良好に適用することができるほか、燃料パック10に封入された発電用燃料の充填圧力(又は、吐出圧力)を用いてタービン(発電器)を回転させて電気エネルギーを発生する力学的なエネルギー変換作用等によるもの、また、発電モジュール内に、太陽電池や生物電池、振動発電器等を備え、これらにより電気エネルギーを発生するもの、さらには、上述した発電部21と同等の構成を有する主発電部21Aにより生成された電気エネルギーの一部を充電池やコンデンサ等の電気エネルギー蓄積手段に蓄積し、常時、自立的に電気エネルギーを放出(放電)させるようにしたもの等であってもよい。   Here, the generation method of the electrical energy in the sub power generation unit 21B is, for example, an electrochemical reaction using the power generation fuel supplied from the fuel pack 10 in the same manner as the power generation unit 21 shown in the first embodiment described above. In addition to being able to satisfactorily be applied to those caused by combustion reactions (see FIGS. 3, 5, 7, and 8), the charging pressure (or discharge pressure) of the power generation fuel enclosed in the fuel pack 10 is used. By a mechanical energy conversion function that generates electrical energy by rotating the turbine (generator), and also includes solar cells, biological cells, vibration generators, etc. in the power generation module. Some of the generated electric energy is generated by the main power generation unit 21A having the same configuration as that of the power generation unit 21 described above. Stored in the storage means constantly autonomously electrical energy release may be such that so as to (discharge).

したがって、副発電部21Bとして、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、力学的なエネルギー変換作用等により、電気エネルギーを発生する構成を適用する場合には、発電モジュール20の各構成(動作制御部22、出力制御部23)に対する動作電源となる電気エネルギーを生成するために必要な最低限の量の発電用燃料が、燃料パック10から副発電部21Bに常時供給される。   Therefore, in the case of applying a configuration in which electric energy is generated by the electrochemical reaction, the combustion reaction, the dynamic energy conversion action, or the like, using the power generation fuel supplied from the fuel pack 10 as the auxiliary power generation unit 21B. The minimum amount of power generation fuel necessary for generating electrical energy to be an operation power source for each configuration of the power generation module 20 (the operation control unit 22 and the output control unit 23) is supplied from the fuel pack 10 to the sub power generation unit 21B. Always supplied.

また、動作制御部22は、上述した副発電部21Bから供給される電気エネルギー(動作電源)により動作し、上述した第1の実施形態と同様に、電源システムに接続された負荷の駆動状態に関する情報(負荷駆動情報)に基づいて、後述する主発電部21Aの発電状態を制御する。   Further, the operation control unit 22 is operated by the electric energy (operation power supply) supplied from the sub power generation unit 21B described above, and relates to the drive state of the load connected to the power supply system, as in the first embodiment described above. Based on the information (load drive information), the power generation state of the main power generation unit 21A described later is controlled.

出力制御部23は、図10に示すように、上述した第1の実施形態と同様に、上記動作制御部22からの動作制御信号に基づいて、主発電部21Aを駆動状態に移行(起動)する制御を行う起動部23aと、主発電部21A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、主発電部21A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改質部23dと、を有して構成されている。ここで、少なくとも、起動部23a及び燃料制御部23bには、副発電部21Bからの電気エネルギーが動作電源として供給されている。   As shown in FIG. 10, the output control unit 23 shifts (starts) the main power generation unit 21A to the drive state based on the operation control signal from the operation control unit 22 as in the first embodiment described above. A starting unit 23a that performs control, a fuel control unit 23b that controls the supply amount of power generation fuel (hydrogen gas) to the main power generation unit 21A, and a supply amount of air (oxygen gas) to the main power generation unit 21A And a reforming unit 23d for reforming the power generation fuel and gasifying and supplying hydrogen contained in the power generation fuel. Here, at least the starting unit 23a and the fuel control unit 23b are supplied with electric energy from the sub power generation unit 21B as an operating power source.

また、分離回収部24は、出力制御部23及び主発電部21A(さらに、副発電部21Bを含むものであってもよい)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1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に送出するとともに、該回収された特定の成分又は物質の一部を燃料制御部23bに供給する。   The separation / recovery unit 24 is generated along with a series of chemical reactions for generating electric energy in the output control unit 23 and the main power generation unit 21A (which may further include the sub power generation unit 21B). At least one or more specific components or substances among the by-products generated are separated and sent to the recovery holding unit 11 provided in the fuel pack 10, and the recovered specific components Alternatively, a part of the substance is supplied to the fuel control unit 23b.

具体的には、本実施形態においては、主発電部21A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適用しているので、化学反応初期において、上述した第1の実施形態に示したものと同様に、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、燃料パック10内に含まれた水(HO)及びメタノール(CHOH)から二酸化炭素(CO)が生成され、また、主発電部21Aにおける電気化学反応(化学反応式(2)、(3))に伴って、水(HO)が生成されるが、これらの副生成物のうち、分離回収部24により、例えば、水(HO)が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。そして、化学反応の初期を過ぎると、分離回収部24により回収した水(HO)の一部が化学反応式(1)の左辺のHOとして利用され、燃料制御部23bを介して、改質部23dにおける発電用燃料の水蒸気改質反応(化学反応式(1))や、水素ガス(H)の加湿に利用される。 Specifically, in the present embodiment, since the polymer electrolyte fuel cell adopting the fuel reforming method is applied as the main power generation unit 21A, the first embodiment described above at the initial stage of the chemical reaction. In the same manner as shown in FIG. 5, water (H 2 O) and methanol (CH 3 OH) contained in the fuel pack 10 in association with the steam reforming reaction (chemical reaction formula (1)) in the reforming unit 23d. Carbon dioxide (CO 2 ) is generated from the water, and water (H 2 O) is generated along with the electrochemical reaction (chemical reaction formulas (2) and (3)) in the main power generation unit 21A. Among these by-products, for example, water (H 2 O) is recovered by the separation and recovery unit 24 and sent to the recovery and holding unit 11 to be irreversibly held. Then, after the initial stage of the chemical reaction, a part of the water (H 2 O) recovered by the separation / recovery unit 24 is used as H 2 O on the left side of the chemical reaction formula (1), via the fuel control unit 23b. The steam reforming reaction (chemical reaction formula (1)) of the fuel for power generation in the reforming unit 23d and the humidification of hydrogen gas (H 2 ) are used.

なお、主発電部21Aにおける電気化学反応(化学反応式(2)、(3))において、空気極32に供給された後、残存した酸素ガス(O)を上記副生成物として回収して、主発電部21A(又は、副発電部21B)における電気化学反応に反応ガスとして再利用するようにしてもよい。 In the electrochemical reaction (chemical reaction formulas (2) and (3)) in the main power generation unit 21A, the oxygen gas (O 2 ) remaining after being supplied to the air electrode 32 is recovered as the by-product. Further, it may be reused as a reactive gas for the electrochemical reaction in the main power generation unit 21A (or the sub power generation unit 21B).

また、1molの水(HO)及び1molのメタノール(CHOH)から3molの水(HO)が生成され、生成された水(HO)うち、1/3程度が化学反応式(1)の左辺のHOとなるため、分離回収部24から燃料制御部23bに送出され、残り2/3程度が分離回収部24から回収保持部11に送出される。したがって、発電用燃料として液体燃料と等モルの水を必要としないため、燃料パック10の容積当たりの液体燃料の充填率を高くすることができる。 Further, 3 mol of water (H 2 O) is generated from 1 mol of water (H 2 O) and 1 mol of methanol (CH 3 OH), and about 1/3 of the generated water (H 2 O) is chemically reacted. Since it becomes H 2 O on the left side of the formula (1), it is sent from the separation / collection unit 24 to the fuel control unit 23b, and the remaining 2/3 is sent from the separation / collection unit 24 to the collection holding unit 11. Therefore, since the liquid fuel does not require equimolar water with the liquid fuel, the filling rate of the liquid fuel per volume of the fuel pack 10 can be increased.

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(CO)、水(HO)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とともに、回収された副生成物の一部が電気エネルギーの発生(発電)の際に、直接的又は間接的に再利用される。したがって、副生成物による自然環境やデバイスへの悪影響を抑制しつつ、副生成物循環型の電源システムを実現することができる。 Thus, according to the power supply system according to the present embodiment, by-products generated when generating electric energy by the power generation module 20, such as carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), and the like. Among them, at least one component is irreversibly held in the collection holding unit 11 provided in the fuel pack 10 to suppress discharge or leakage to the outside of the power supply system, and a part of the collected by-product is When electrical energy is generated (power generation), it is reused directly or indirectly. Therefore, a by-product circulation type power supply system can be realized while suppressing adverse effects of the by-products on the natural environment and devices.

なお、本実施形態においては、主発電部21Aとして、燃料電池を適用した構成を示したが、上述した各構成例に示したような内燃機関型や外燃機関型等の発電部(図7、図8)を適用する場合には、図11に示すように、主発電部21Aにおける電気エネルギーの発生に伴って生成される二酸化炭素(CO)、水(HO)、窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)、残存酸素ガス(O)等の副生成物のうち、少なくとも、1種以上の特定の成分又は物質を分離、回収して、燃料パック10に設けられた回収保持部11に不可逆的に保持することができるとともに、例えば、残存酸素ガス(O)を燃料制御部23bに供給することにより、燃料パック10から供給される発電用燃料を酸素ガスリッチの燃料に改質して、燃焼反応により電気エネルギーを発生する主発電部21Aに供給することができ、よりエネルギーの利用効率が高い電源システムを実現することができる。 In the present embodiment, a configuration in which a fuel cell is applied is shown as the main power generation unit 21A. However, a power generation unit such as an internal combustion engine type or an external combustion engine type as shown in each configuration example described above (FIG. 7). , FIG. 8), as shown in FIG. 11, carbon dioxide (CO 2 ), water (H 2 O), nitrogen oxides generated with the generation of electrical energy in the main power generation unit 21A Among the by-products such as (NO X ), sulfur oxide (SO X ), and residual oxygen gas (O 2 ), at least one or more specific components or substances are separated and recovered to form the fuel pack 10. For example, by supplying the residual oxygen gas (O 2 ) to the fuel control unit 23b, the fuel for power generation supplied from the fuel pack 10 can be oxygenated. Reforming to gas rich fuel Can be supplied to the main power generation unit 21A which generates electrical energy by combustion reaction, it is possible to achieve more energy efficiency is high power systems.

次に、本発明に係る電源システムに適用される外形形状について、図面を参照して説明する。
図12は、本発明に係る電源システムに適用される外形形状の具体例を示す概略構成図であり、図13は、本発明に係る電源システムに適用される外形形状と、汎用の化学電池の外形形状との対応関係を示す概略構成図である。
Next, the outer shape applied to the power supply system according to the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 12 is a schematic configuration diagram showing a specific example of an outer shape applied to the power supply system according to the present invention. FIG. 13 shows an outer shape applied to the power supply system according to the present invention and a general-purpose chemical battery. It is a schematic block diagram which shows the correspondence with an external shape.

上述したような構成を有する電源システムにおいて、燃料パック10を発電モジュール20に結合した状態、又は、一体的に構成した状態における外形形状は、例えば、図12に示すように、汎用の化学電池に多用されている円形電池71、72、73や、特殊形状の電池(非円形電池)81、82、83の規格に則って、これらのいずれかと同等の形状及び寸法を有するように形成されているとともに、例えば、図3、図5に示した発電モジュール20の発電部21、21Xの燃料極31、41及び空気極32、42、図12に示す各電池形状の正(+)極及び負(−)極に各々対応するように、電気的に構成されている。   In the power supply system having the above-described configuration, the outer shape in a state in which the fuel pack 10 is coupled to the power generation module 20 or a state in which the fuel pack 10 is integrally formed is, for example, a general-purpose chemical battery as illustrated in FIG. In accordance with the standards of the circular batteries 71, 72, 73 that are frequently used and the batteries (non-circular batteries) 81, 82, 83 of special shapes, they are formed to have the same shape and dimensions as any of these. In addition, for example, the fuel electrodes 31 and 41 and the air electrodes 32 and 42 of the power generation units 21 and 21X of the power generation module 20 illustrated in FIGS. 3 and 5, the positive (+) electrode and the negative (+) of each battery shape illustrated in FIG. -) It is electrically configured to correspond to each pole.

ここで、円形電池71、72、73は、具体的には、市販のマンガン乾電池やアルカリ乾電池、ニッケル・カドミウム電池、リチウム電池等に最も多用され、対応する機器も多いシリンダ型(円筒型:図12(a))や、腕時計等に利用されるボタン型(図12(b))、カメラや電子手帳等に利用されるコイン型(図12(c))等の外形形状を有している。   Here, the circular batteries 71, 72, 73 are specifically used in commercially available manganese dry batteries, alkaline dry batteries, nickel-cadmium batteries, lithium batteries, etc., and are cylinder type (cylindrical type: figure) with many corresponding devices. 12 (a)), a button type used for a wristwatch or the like (FIG. 12B), and a coin type used for a camera or an electronic notebook (FIG. 12C). .

一方、非円形電池81、82、83は、具体的には、コンパクトカメラやデジタルスチルカメラ等、使用する機器の形状等に対応して設計(カスタマイズ)された特殊形状型(図12(d))や、携帯音響機器や携帯電話等の小型薄型化に対応した角形(図12(e))、平型(図12(f))等の外形形状を有している。   On the other hand, the non-circular batteries 81, 82, 83 are specifically shaped (customized) designed (customized) corresponding to the shape of the equipment used, such as a compact camera or a digital still camera (FIG. 12D). ), A rectangular shape (FIG. 12 (e)), a flat shape (FIG. 12 (f)), and the like corresponding to miniaturization and thinning of portable audio equipment and mobile phones.

なお、上述したように、本発明に係る電源システムに搭載される発電モジュール20(発電部21、主発電部21A、副発電部21B、動作制御部22、出力制御部23、分離回収部24)は、既存の半導体技術を適用することにより、例えば、数ミクロンオーダーにマイクロチップ化、あるいは、マイクロプラント化することができる。また、発電モジュール20の発電部として、高いエネルギー利用効率を実現することができる燃料電池を適用することにより、既存の化学電池と同等(又は、それ以上)の電池容量を実現するために必要となる発電用燃料の量を比較的少量に抑制することができる。   As described above, the power generation module 20 (power generation unit 21, main power generation unit 21A, sub power generation unit 21B, operation control unit 22, output control unit 23, separation and recovery unit 24) mounted in the power supply system according to the present invention. By applying existing semiconductor technology, for example, microchips or microplants can be formed on the order of several microns. Moreover, it is necessary to realize a battery capacity equivalent to (or more than) an existing chemical battery by applying a fuel cell capable of realizing high energy use efficiency as the power generation unit of the power generation module 20. Therefore, the amount of the power generating fuel can be suppressed to a relatively small amount.

したがって、本実施形態に係る電源システムにおいて、図12に示した既存の電池形状を良好に実現することができ、例えば、図13(a)、(b)に示すように、燃料パック10Aを発電モジュール20Aに結合した状態における外形寸法(例えば、長さLa、直径Da)が、図13(c)に示すような汎用の化学電池91の外形寸法(例えば、長さLp、直径Dp)と略同等になるように構成することができる。   Therefore, in the power supply system according to the present embodiment, the existing battery shape shown in FIG. 12 can be satisfactorily realized. For example, as shown in FIGS. 13 (a) and 13 (b), the fuel pack 10A can generate power. The external dimensions (for example, length La and diameter Da) in a state of being coupled to the module 20A are substantially the same as the external dimensions (for example, length Lp and diameter Dp) of the general-purpose chemical battery 91 as shown in FIG. It can be configured to be equivalent.

これにより、汎用の化学電池と同一又は同等の電気的特性を有する電気エネルギーを供給することができるとともに、外形形状においても同等の形状及び寸法を備えた完全互換の電源システムを実現することができるので、既存の携帯機器等のデバイスに対して、汎用の化学電池と全く同様に、動作電源として適用することができる。特に、発電モジュールとして燃料電池を備えた構成を適用し、かつ、燃料パックとして電気エネルギーの発生に伴う副生成物を回収、保持する手段を備え、上述した分解性プラスチック等の材料からなる構成を適用することにより、自然環境やデバイスへの悪影響を抑制しつつ、高いエネルギー利用効率を実現することができるので、既存の化学電池の投棄や埋め立て処理による環境問題やエネルギー利用効率の問題等を良好に解決することができる。   As a result, it is possible to supply electrical energy having the same or equivalent electrical characteristics as a general-purpose chemical battery, and it is possible to realize a fully compatible power supply system having the same shape and dimensions in the outer shape. Therefore, it can be applied to an existing device such as a portable device as an operation power source just like a general-purpose chemical battery. In particular, a configuration comprising a fuel cell as a power generation module and a means for collecting and holding a by-product associated with the generation of electrical energy as a fuel pack, and comprising a material such as the degradable plastic described above. By applying it, it is possible to achieve high energy utilization efficiency while suppressing adverse effects on the natural environment and devices, so it is good for environmental problems and energy utilization efficiency problems caused by disposal or landfill disposal of existing chemical batteries. Can be solved.

なお、図12に示した外形形状はいずれも、日本国内で市販、又は、デバイスに付属して流通、販売されている化学電池の一例であって、本発明の適用が可能な構成例のごく一部を示したものに過ぎない。すなわち、本発明に係る電源システムに適用可能な外形形状は、上記具体例以外であってもよく、例えば、世界各国で流通、販売されている化学電池、あるいは、将来実用化が予定されている化学電池の形状に合致し、さらには、電気的特性をも合致するように設計することができることはいうまでもない。   Note that each of the external shapes shown in FIG. 12 is an example of a chemical battery that is commercially available in Japan, or that is distributed and sold with a device, and is an example of a configuration that can be applied to the present invention. It is only a part of it. That is, the outer shape applicable to the power supply system according to the present invention may be other than the above-described specific examples. For example, chemical batteries that are distributed and sold all over the world, or are planned for practical use in the future. It goes without saying that it can be designed to match the shape of the chemical battery and also to match the electrical characteristics.

なお、上述した実施形態においては、図示を省略したが、燃料パック10に残存する発電用燃料の量(残量)を監視するための残量検出手段を備え、該発電用燃料の残量に基づいて、発電部21又は主発電部21Aにより生成される電気エネルギー(特に、駆動電圧)を徐々に変化(低下)させるものであってもよい。このような構成によれば、本発明に係る電源システムから出力される電気エネルギー(駆動電圧)を、化学電池における経時的な電圧変化に対応させて変化させることができるので、化学電池を動作電源とする各種デバイスに標準的に搭載されている電池残量の通知機能を良好に動作させることができ、化学電池との互換性を一層高めることができる。   In the above-described embodiment, although not shown in the drawings, a remaining amount detecting means for monitoring the amount (remaining amount) of power generation fuel remaining in the fuel pack 10 is provided, and the remaining amount of power generation fuel is calculated. Based on this, the electric energy (particularly the drive voltage) generated by the power generation unit 21 or the main power generation unit 21A may be gradually changed (decreased). According to such a configuration, the electrical energy (driving voltage) output from the power supply system according to the present invention can be changed in accordance with the temporal voltage change in the chemical battery. The battery remaining capacity notification function that is normally installed in various devices can be operated satisfactorily, and the compatibility with chemical batteries can be further enhanced.

なお、上述した各実施の形態においては、化学反応により生成される窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)を回収する構成を示したが、窒素酸化物(NO)や硫黄酸化物(SO)の生成量がごく少量であるか、あるいは、発電モジュール20に窒素酸化物(NO)、硫黄酸化物(SO)を無毒な物質に分解又は改質する触媒を設ければ、回収保持部11に保持することなく、電源システムの外にそのまま排気するようにしてもよい。 In each of the above-described embodiments, the configuration for recovering nitrogen oxide (NO X ) and sulfur oxide (SO X ) generated by a chemical reaction has been described. However, nitrogen oxide (NO X ) and sulfur are recovered. The generation amount of oxide (SO X ) is very small, or the power generation module 20 is provided with a catalyst for decomposing or reforming nitrogen oxide (NO X ) and sulfur oxide (SO X ) into nontoxic substances. In this case, the gas may be exhausted as it is outside the power supply system without being held in the collection holding unit 11.

この場合、燃料パック10(回収保持部11を含む)は、上記燃料貯蔵容器としての機能を有しつつ、特定の環境下において、元来自然界に存在し、かつ、自然を構成する物質への変換が可能な材料により構成されていることが好ましい。すなわち、燃料パック10は、例えば、自然界に投棄又は埋め立て処理された場合であっても、土壌中の微生物や酵素等の働き、あるいは、太陽光線の照射、雨水や大気等により、自然界に無害な物質(元来自然界に存在し、かつ、自然を構成する物質、例えば、水と二酸化炭素等)に変換される各種の分解反応、例えば、生分解性や光分解性、加水分解性、酸化分解性等の分解性を有し、かつ、封入される燃料との接触により、少なくとも短期間で分解される恐れがなく、また、封入される燃料を、少なくとも短期間で燃料としての利用が不可能となるほど変質させるものではなく、さらに、外的な物理適応力に対して十分な強度を有する特性を備えた高分子材料(プラスチック)により構成することができる。   In this case, the fuel pack 10 (including the collection holding unit 11) has a function as the fuel storage container, and in a specific environment, naturally exists in the natural world, and is used for substances that constitute nature. It is preferable that it is made of a material that can be converted. That is, the fuel pack 10 is harmless to nature due to the action of microorganisms, enzymes, etc. in the soil, irradiation with sunlight, rainwater, the atmosphere, etc., even when dumped or landfilled in nature. Various decomposition reactions that are converted into substances (naturally existing and natural substances such as water and carbon dioxide), such as biodegradability, photodegradability, hydrolyzability, oxidative degradation It can be decomposed at least in a short period due to contact with the enclosed fuel, and the enclosed fuel cannot be used as a fuel in at least a short period. However, it can be made of a polymer material (plastic) having a characteristic that has sufficient strength against external physical adaptability.

なお、上述したように、化学電池のリサイクルによる回収率は、僅か20%程度に過ぎず、残りの80%程度が自然界に投棄又は埋め立て処理されている現状を鑑みると、燃料パック10の材料としては、生分解性プラスチックを適用することが望ましく、具体的には、石油系又は植物系原料から合成される化学合成型の有機化合物を含む高分子材料(ポリ乳酸、脂肪族ポリエステル、共重合ポリエステル等)や、微生物産生型のバイオポリエステル、トウモロコシやサトウキビ等の植物系原料から抽出されるでんぷんやセルロース、キチン、キトサン等からなる天然物利用型の高分子材料等を良好に適用することができる。   In addition, as mentioned above, the recovery rate by recycling of the chemical battery is only about 20%, and in view of the current situation that the remaining 80% is dumped or landfilled in nature, as a material of the fuel pack 10 It is desirable to apply biodegradable plastics, specifically, polymer materials (polylactic acid, aliphatic polyester, copolymer polyester) containing chemically synthesized organic compounds synthesized from petroleum-based or plant-based raw materials. Etc.), bio-polyesters produced by microorganisms, and natural product-based polymer materials made from starch, cellulose, chitin, chitosan, etc. extracted from plant-based raw materials such as corn and sugarcane. .

また、燃料パック10が分解性を有する高分子材料により構成され、かつ、発電用燃料としてアルコールや炭化水素等の自然界において、元来自然界に存在する無害な物質に分解しやすい物質を適用することにより、仮に、自然界に投棄又は埋め立て処理された場合や、人為的な焼却処分や薬品処理等された場合であっても、自然環境に対して大気や土壌、水質の汚染、あるいは、人体に対する環境ホルモンの生成等の悪影響を及ぼすことを大幅に抑制することができる。   In addition, the fuel pack 10 is made of a polymer material having decomposability, and a substance that easily decomposes into a harmless substance that naturally exists in nature, such as alcohol or hydrocarbon, is used as a fuel for power generation. Therefore, even if it is dumped or landfilled in the natural world, or if it is subjected to artificial incineration or chemical treatment, the environment is contaminated with air, soil, water, or the human environment. It is possible to greatly suppress adverse effects such as production of hormones.

本発明に係る電源システムの第1の実施形態を示すブロック図である。1 is a block diagram showing a first embodiment of a power supply system according to the present invention. 第1の実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of one Embodiment of the electric power generation module applied to the power supply system which concerns on 1st Embodiment. 第1の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。It is a schematic block diagram which shows the 1st structural example of the electric power generation part applied to the electric power generation module which concerns on 1st Embodiment. 第1の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。It is the schematic which shows the relationship between the fuel pack which concerns on 1st Embodiment, and a collection | recovery holding part. 第1の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2の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 2nd structural example of the electric power generation part applied to the electric power generation module which concerns on 1st Embodiment. 第1の実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの他の実施形態の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of other embodiment of the electric power generation module applied to the power supply system which concerns on 1st Embodiment. 第1の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3の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 3rd structural example of the electric power generation part applied to the electric power generation module which concerns on 1st Embodiment. 第1の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4の構成例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the 4th structural example of the electric power generation part applied to the electric power generation module which concerns on 1st Embodiment. 本発明に係る電源システムの第2の実施形態を示すブロック図である。It is a block diagram which shows 2nd Embodiment of the power supply system which concerns on this invention. 第2の実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの一実施形態の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of one Embodiment of the electric power generation module applied to the power supply system which concerns on 2nd Embodiment. 第2の実施形態に係る電源システムに適用される発電モジュールの他の実施形態の要部構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the principal part structure of other embodiment of the electric power generation module applied to the power supply system which concerns on 2nd Embodiment. 本発明に係る電源システムに適用される外形形状の具体例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the specific example of the external shape applied to the power supply system which concerns on this invention. 本発明に係る電源システムに適用される外形形状と、汎用の化学電池の外形形状との対応関係を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows the correspondence of the external shape applied to the power supply system which concerns on this invention, and the external shape of a general purpose chemical battery.

符号の説明Explanation of symbols

10、10A 燃料パック
11 回収保持部
20、20A 発電モジュール
21 発電部
21A 主発電部
21B 副発電部
22 動作制御部
23 出力制御部
23a 起動部
23b 燃料制御部
23c 空気制御部
23d 改質部
24 分離回収部
31、41 燃料極
32、42 空気極
33、43 イオン導電膜
34、44 負荷
10, 10A Fuel pack 11 Collection holding unit 20, 20A Power generation module 21 Power generation unit 21A Main power generation unit 21B Sub power generation unit 22 Operation control unit 23 Output control unit 23a Start-up unit 23b Fuel control unit 23c Air control unit 23d Reformation unit 24 Separation Recovery unit 31, 41 Fuel electrode 32, 42 Air electrode 33, 43 Ion conductive film 34, 44 Load

Claims (5)

発電用燃料が封入された所定の容積を有する燃料封入部と、
該封入部が着脱可能に構成され、かつ、前記燃料封入部から供給される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、
を備える電源システムであって、
前記発電モジュールは、少なくとも前記燃料から水素を生成する改質部と、前記水素から発電する燃料電池と、前記電気エネルギーを発生する際に前記改質部及び前記燃料電池から生成される副生成物のうち、少なくとも特定の成分を分離、回収する分離回収手段と、
を有し、
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の成分を、前記燃料封入部内に保持する保持手段を備えたことを特徴とする電源システム。
A fuel sealing portion having a predetermined volume in which power generation fuel is sealed;
A power generation module configured such that the enclosing portion is detachable and generates electric energy using the power generating fuel supplied from the fuel enclosing portion;
A power supply system comprising:
The power generation module includes at least a reforming unit that generates hydrogen from the fuel, a fuel cell that generates power from the hydrogen, and a byproduct generated from the reforming unit and the fuel cell when generating the electric energy. Separation and recovery means for separating and recovering at least a specific component,
Have
A power supply system comprising: holding means for holding at least the specific component recovered by the separation and recovery means in the fuel sealing portion.
前記発電モジュールは、前記発電用燃料及び前記分離回収手段により分離、回収された前記特定の成分を用いて、前記電気エネルギーを発生する発電手段を有することを特徴とする請求項1記載の電源システム。   2. The power supply system according to claim 1, wherein the power generation module includes a power generation unit that generates the electrical energy using the specific component separated and recovered by the power generation fuel and the separation and recovery unit. . 前記分離回収手段により分離、回収され、前記保持手段に保持される前記特定の成分は、少なくとも、前記発電モジュールで生成される水であることを特徴とする請求項1又は2記載の電源システム。   The power supply system according to claim 1 or 2, wherein the specific component separated and collected by the separation and collection unit and held by the holding unit is at least water generated by the power generation module. 前記燃料封入部は、前記発電用燃料が封入された第1の空間と、前記保持手段により前記特定の成分が保持される第2の空間とを有し、
前記第2の空間に保持される前記特定の成分の量に応じて、前記第1の空間に封入された前記発電用燃料を所定の圧力で押圧することを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の電源システム。
The fuel sealing portion has a first space in which the power generation fuel is sealed, and a second space in which the specific component is held by the holding means,
4. The power generation fuel sealed in the first space is pressed at a predetermined pressure according to the amount of the specific component held in the second space. The power supply system in any one.
前記燃料封入部又は前記発電モジュールの少なくともいずれか一方は、前記燃料封入部及び前記発電モジュールが結合された状態で、前記燃料封入部に封入された前記発電用燃料が前記発電モジュールに供給されるとともに、前記分離回収手段により分離、回収された前記特定の成分が前記保持手段に保持されるように構成されていることを特徴とする請求項1乃至4のいずれかに記載の電源システム。   At least one of the fuel sealing part and the power generation module is supplied with the power generation fuel sealed in the fuel sealing part in a state where the fuel sealing part and the power generation module are coupled. The power supply system according to claim 1, wherein the specific component separated and collected by the separation and collection unit is held by the holding unit.
JP2008199205A 2008-08-01 2008-08-01 Power system Expired - Fee Related JP5051049B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008199205A JP5051049B2 (en) 2008-08-01 2008-08-01 Power system

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008199205A JP5051049B2 (en) 2008-08-01 2008-08-01 Power system

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2001015285A Division JP4453206B2 (en) 2001-01-15 2001-01-24 Power system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009021253A JP2009021253A (en) 2009-01-29
JP5051049B2 true JP5051049B2 (en) 2012-10-17

Family

ID=40360682

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008199205A Expired - Fee Related JP5051049B2 (en) 2008-08-01 2008-08-01 Power system

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5051049B2 (en)

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH04223058A (en) * 1990-12-26 1992-08-12 Aisin Aw Co Ltd Fuel tank for liquid fuel cell
JP4028603B2 (en) * 1996-02-05 2007-12-26 松下電器産業株式会社 Fuel cell device for equipment
JP4453206B2 (en) * 2001-01-24 2010-04-21 カシオ計算機株式会社 Power system

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009021253A (en) 2009-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6777118B2 (en) Power supply system, fuel pack constituting the system, and device driven by power generator and power supply system
US6916565B2 (en) Power supply system, fuel pack constituting the system, and device driven by power generator and power supply system
JP4453206B2 (en) Power system
JP4599772B2 (en) Power system
JP4487231B2 (en) Power generation module, power supply system and device
US6824905B2 (en) Power supply system and device driven by power supply system
JP3858653B2 (en) Power system
JP3867528B2 (en) Power generation components
JP4208220B2 (en) Power system
JP2002289211A (en) Fuel filling part, power generation module and power supply system
JP5051049B2 (en) Power system
JP2006079955A (en) Fuel cell system, and container for power generating fuel
JP3909662B2 (en) Power system
JP5082476B2 (en) Fuel enclosure and power supply system
JP2003229158A (en) Power source system and electronic equipment having power source system
JP2003257462A (en) Generation type power supply
TWI222766B (en) Power supply system and electronical mechanism
JP2010153394A (en) Power supply system
JP2011060774A (en) Fuel cell system

Legal Events

Date Code Title Description
A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A132

Effective date: 20120306

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120626

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120709

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150803

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees