(57)【要約】【課題】ユーザが途中で燃料を補給せずとも十分な発電量を発電し続けることができる。【解決手段】外部に開口する開口部１０ａを有し電解質液Ａを貯留する電解質槽１０を有する電解質部３と、外部に開口する開口部１１ａを有し燃料液Ｂを貯留する燃料槽１１と、該燃料槽１１に配置され燃料液Ｂに含まれる燃料を酸化するアノード８と、大気に露出して配置され酸素を還元するカソード１４とを有する燃料電池部４と、カソード１４とアノード８との間に発生する電流を外部に出力する出力部５，６と、電解質槽１０と燃料槽１１とにそれぞれ１つずつ配置された一対の電極７，８とを備え、該一対の電極７，８のうち、一方がアノード８と接続され、他方がカソード１４と接続されている生体発電装置１を提供する。【選択図】図２
2014086294.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
外部に開口する開口部を有し電解質液を貯留する電解質槽を有する電解質部と、
外部に開口する開口部を有し燃料液を貯留する燃料槽と、該燃料槽に配置され前記燃料液に含まれる燃料を酸化するアノードと、大気に露出して配置され酸素を還元するカソードとを有する燃料電池部と、
前記カソードと前記アノードとの間に発生する電流を外部に出力する出力部と、
前記電解質槽と前記燃料槽とにそれぞれ１つずつ配置された一対の電極とを備え、
該一対の電極のうち、一方が前記アノードと接続され、他方が前記カソードと接続されている生体発電装置。
【請求項２】
前記アノードおよび前記カソードを、前記出力部と前記一対の電極とに択一的に接続するスイッチ部を備える請求項１に記載の生体発電装置。
【請求項３】
前記出力部に対して前記アノードおよび前記カソードと並列に接続された２次電池を備え、
前記スイッチ部が、前記アノードおよび前記カソードを、前記出力部および前記２次電池と前記一対の電極とに択一的に接続する請求項２に記載の生体発電装置。
【請求項４】
前記一対の電極のうち前記一方と前記アノードとが、共通である請求項１から請求項３のいずれかに記載の生体発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、生体発電装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、生体表面に取り付けられ、生体から経皮的に取り込んだ糖などを燃料として用いて発電する装置が知られている（例えば、特許文献１参照。）。このように生体から燃料を取り込むことにより、ユーザが途中で燃料を補給せずとも発電し続けることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１４７４７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１によれば、生体の表面に接触して配置されるリアクタ・ゲルに生体から糖などを取り込み、該リアクタ・ゲルに含まれている酵素により糖などを分解し、分解のときに発生する電気エネルギーをリアクタ・ゲルに接触して配置された電極により取り出している。しかしながら、酵素による分解により十分な電気エネルギーを発生させ、さらにその電気エネルギーをリアクタ・ゲルから電極により効率良く取り出すことは現実には困難であり、実用に足りる発電量を得ることができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、ユーザが途中で燃料を補給せずとも十分な発電量を発電し続けることができる生体発電装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するため、本発明は以下の手段を提供する。
本発明は、外部に開口する開口部を有し電解質液を貯留する電解質槽を有する電解質部と、外部に開口する開口部を有し燃料液を貯留する燃料槽と、該燃料槽に配置され前記燃料液に含まれる燃料を酸化するアノードと、大気に露出して配置され酸素を還元するカソードとを有する燃料電池部と、前記カソードと前記アノードとの間に発生する電流を外部に出力する出力部と、前記電解質槽と前記燃料槽とにそれぞれ１つずつ配置された一対の電極とを備え、該一対の電極のうち、一方が前記アノードと接続され、他方が前記カソードと接続されている生体発電装置を提供する。
【０００７】
本発明によれば、アノードにおいて燃料が酸化されることにより燃料から電子が放出され、この電子を用いてカソードにおいて大気に含まれる酸素が還元される。このときのアノードからカソードへの電子の移動を電流として出力部から取り出すことができる。
【０００８】
この場合に、２つの開口部が体表によって塞がれるように生体に取り付けた状態で作動させると、一対の電極は、電解質液、開口部と隣接する生体および燃料液により電気的に接続される。一対の電極の間には、アノードとカソードとの間に発生する電圧が印加されることにより電流が発生し、逆イオントフォレーシスにより生体に存在するグルコースやビタミン、脂質などの還元性を有する分子が生体から燃料槽に流入する。すなわち、生体から燃料槽にアノードの燃料が補給される。これにより、ユーザが途中で燃料を補給せずとも十分な発電量を発電し続けることができる。
【０００９】
上記発明においては、前記アノードおよび前記カソードを、前記出力部と前記一対の電極とに択一的に接続するスイッチ部を備えていてもよい。
このようにすることで、スイッチ部によりアノードおよびカソードが出力部に接続されているときは、出力部から外部に電流が出力される。一方、スイッチ部によりアノードおよびカソードが一対の電極に接続されているときは、生体から燃料槽に燃料が補給される。これにより、燃料電池部により発生した電流を効率的に外部に出力しつつ、燃料槽の燃料が不足したときには速やかに燃料を補給することができる。
【００１０】
また、上記発明においては、前記出力部に対して前記アノードおよび前記カソードと並列に接続された２次電池を備え、前記スイッチ部が、前記アノードおよび前記カソードを、前記出力部および前記２次電池と前記一対の電極とに択一的に接続してもよい。
このようにすることで、アノードおよびカソードがスイッチ部により出力部および２次電池に接続されているときは、アノードとカソードとの間の電圧が２次電池に印加されるので、外部への電流の出力と並行して２次電池を充電することができる。また、アノードおよびカソードがスイッチ部により一対の電極に接続されているときは、２次電池から出力部に電流が出力されるので、外部に連続的に電流を出力することができる。
【００１１】
また、上記発明においては、前記一対の電極のうち前記一方と前記アノードとが、共通であってもよい。
このようにすることで、構成を簡素にすることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ユーザが途中で燃料を補給せずとも十分な発電量を発電し続けることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る生体発電装置の（ａ）外観を示す斜視図と（ｂ）内部構成を示すＩ−Ｉ線およびＩＩ−ＩＩ線を通る断面図である。
【図２】図１の生体発電装置の作用を説明する断面図である。
【図３】図１の生体発電装置の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）アノード−カソード間の電圧、（ｂ）出力端子間の電流および（ｃ）正極−アノード間の電流を示している。
【図４】図１の生体発電装置の変形例を示す断面図である。
【図５】図４の生体発電装置の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）アノード−カソード間の電圧、（ｂ）出力端子間の電流および（ｃ）正極−アノード間の電流を示している。
【図６】図１の生体発電装置のもう１つの変形例を示す断面図である。
【図７】図６の生体発電装置の動作を示すタイムチャートであり、（ａ）アノード−カソード間の電圧、（ｂ）出力端子間の電流および（ｃ）正極−アノード間の電流を示している。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に、本発明の一実施形態に係る生体発電装置１について図面を参照して説明する。
本実施形態に係る生体発電装置１は、図１（ａ），（ｂ）に示されるように、容器２と、該容器２の内部に設けられた電解質部３および燃料電池部４と、該燃料電池部４が発生した電流を容器２の外部に出力する出力端子（出力部）５，６と、電解質部３および燃料電池部４に１つずつ配置された一対の電極７，８と、電解質部３および燃料電池部４の動作を制御する制御部９とを備えている。
【００１５】
容器２は、略平坦な取付面２ａを有し、該取付面２ａを生体の皮膚の表面に密着させて生体に取り付け可能となっている。また、容器２は、取付面２ａ以外の面（図示する例では、取付面２ａと対向する面）に開口する電解質液注入口２ｂ、燃料液注入口２ｃおよび通気口２ｄを有している。電解質液注入口２ｂ、燃料液注入口２ｃおよび通気口２ｄはそれぞれ、後述する電解質槽１０、燃料槽１１および空気槽１２に連通している。
【００１６】
電解質部３は、取付面２ａに開口する開口部１０ａを有する電解質槽１０を備え、該電解質槽１０に一対の電極のうちの正極７が配置されている。電解質槽１０は、電解質液注入口２ｂを介して電解質液が供給されるようになっている。電解質液としては、例えば、塩化ナトリウムの濃度が０．９重量％に調整された生理食塩水が用いられる。
【００１７】
燃料電池部４は、取付面２ａに開口する開口部１１ａを有する燃料槽１１と、空気槽１２と、燃料槽１１と空気槽１２とを区画するイオン交換膜１３と、該イオン交換膜１３を間に挟み互いに対向して配置されたアノード８およびカソード１４とを備えている。アノード８は、燃料槽１１においてイオン交換膜１３の燃料槽１１側の面と密着して配置されている。カソード１４は、空気槽１２においてイオン交換膜１３の空気槽１２側の面と密着して配置され、通気口２ｄを介して容器２の外部に露出している。また、アノード８と一対の電極のうちの負極とは共通であり、アノード８が負極も兼ねている。
【００１８】
燃料槽１１には、燃料液注入口２ｃを介して燃料液が供給されるようになっている。本実施形態においては、燃料液として生理食塩水にグルコースを溶解したグルコース液を想定している。グルコース液に含まれるグルコースの濃度は、後述するようにアノード８とカソード１４との間に十分な起電力が発生する濃度であればよく、好ましくは０．０１ｍＭ以上である。なお、燃料液は、生体の皮膚組織や血液などに存在し還元性を有する分子を含む電解質液であればよく、グルコースに代えて、乳酸、アスコルビン酸などのビタミン類、または、遊離脂肪酸などの脂質を燃料分子として含んでいてもよい。
【００１９】
アノード８は、燃料液に含まれるグルコースを酸化する電極であり、グルコースの酸化反応を促進する触媒と、該触媒を担持する基材とから構成されている。触媒としては、金、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、ルテニウムなどの貴金属またはこれらの合金からなる金属粒子、または、グルコースオキシターゼ、グルコースデヒドロゲナーゼ、グルコノキナーゼ、フォスフォグルコネートデヒドロゲナーゼなどの酵素が好適に用いられる。基材の材料としては、生理食塩水に対して安定であり導電性が良好なカーボンまたはチタンが好適に用いられる。
【００２０】
カソード１４は、空気に含まれる酸素を還元する電極であり、酸素の還元反応を促進する触媒と、該触媒を担持する基材とから構成されている。触媒としては、金、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウムおよびルテニウムなどの貴金属、ニッケル、マンガン、鉄、銅および銀などの卑金属、もしくは、これらの合金からなる金属粒子が好適に用いられる。基材の材料としては、生理食塩水に対して安定であり、導電性が良好なカーボンおよびチタンが好適に用いられる。
【００２１】
イオン交換膜１３は、アノード８におけるグルコースの酸化反応により生成された水酸化物イオンを選択的にカソード１４に伝達するアニオン交換膜である。
このように構成された燃料電池部４は、後で詳述するように、グルコースおよび酸素を燃料としてアノード８とカソード１４との間に電流を発生するようになっている。
【００２２】
また、取付面２ａには、電解質槽１０および燃料槽１１の開口部１０ａ，１１ａを塞ぎ、所定の分子量以下、例えば、５００Ｄａ以下の分子量を有する分子を選択的に透過する半透膜１５が備えられている。この半透膜１５により、電解質槽１０および燃料槽１１から液体が漏れることを防止しつつ、電解質槽１０と生体との間および燃料槽１１と生体との間をグルコースのような十分に小さい分子量を有する分子およびイオンが移動可能となっている。
【００２３】
一方の出力端子５は、カソード１４に接続された＋出力端子５であり、他方の出力端子６は、アノード８に接続された−出力端子６である。これら２つの出力端子５，６は、容器２の外部に配置され、外部装置に接続可能となっている。
また、カソード１４と＋出力端子５および正極７との間には、カソード１４を＋出力端子５および正極７に択一的に接続するスイッチ（スイッチ部）ＳＷ１が備えられている。
【００２４】
制御部９は、アノード８とカソード１４との間に接続され、燃料電池部４が発生する電流の一部を駆動電流として利用して動作するようになっている。また、制御部９は、アノード８とカソード１４との間の電圧を検出し、検出された電圧の大きさに基づいてスイッチＳＷ１を切り替えることにより、生体発電装置１の動作を制御する。
【００２５】
次に、このように構成された生体発電装置１の作用について図２および図３を参照して説明する。
本実施形態に係る生体発電装置１は、生体に存在するグルコースおよび酸素を燃料として利用して発電し、出力端子５，６に接続された図示しない外部装置に電流を供給するものである。生体発電装置１は、図２に示されるように、取付面２ａが皮膚Ｘの表面に密着するように生体の腕や足、腹など任意の位置に固定して用いられる。生体発電装置１は、例えば、コラーゲンや寒天、ゼラチンなどゲルからなり粘着性を有するシートやゴムバンドなどを用いて生体に安定に固定される。図中、符号Ｙは血管を示している。
【００２６】
生体発電装置１による発電を開始するためには、まず、電解質液注入口２ｂから電解質槽１０に生理食塩水Ａを供給して満たし、燃料液注入口２ｃから燃料槽１１にグルコース液Ｂを供給して満たす。この状態において、制御部９により、グルコースＣおよび酸素を燃料として発電する発電工程Ｓ１と、生体から燃料槽１１へグルコースＣを補給する補給工程Ｓ２とが開始される。
【００２７】
具体的には、まず、制御部９は、図３（ａ）〜（ｃ）に示されるように、発電工程Ｓ１に先立ってチャージ工程Ｓ０を実行する。すなわち、燃料槽１１において、グルコース液Ｂとアノード８との界面に界面電位が形成され、空気とカソード１４との界面に界面電位が形成され、これら２つの界面電位によりアノード８とカソード１４との間に起電力が発生する。このときの起電力の理論値は、１．１９Ｖ〜１．２４Ｖである。制御部９は、スイッチＳＷ１を正極７およびカソード１４の両方から切断した状態とし、起電力が所定の第１の閾値Ｔ１まで上昇するのを待つ。
【００２８】
次に、制御部９は、発電工程Ｓ１を実行する。すなわち、制御部９は、起電力が第１の閾値Ｔ１に達したときに、スイッチＳＷ１を＋出力端子５側に切り替え、カソード１４を＋出力端子５に接続する。これにより、カソード１４から＋出力端子５、外部装置、−出力端子６を順番に介してアノード８へ出力電流が流れるとともに、燃料電池部４による発電が開始される。
【００２９】
燃料電池部４による発電のメカニズムは、次のとおりである。
カソード１４において、反応式（１）に示されるように、通気口２ｄから供給される空気に含まれる酸素が還元されることにより、水酸化物イオンが生成される。生成された水酸化物イオンは、イオン交換膜１３を介してアノード８に移動する。
（１）１／２Ｏ２  ＋  Ｈ２Ｏ  ＋  ｅ−  →  ２ＯＨ−
【００３０】
一方、アノード８において、反応式（２）に示されるように、グルコース液Ｂに含まれるグルコースＣが酸化されることにより、グルコースＣから電子が放出され、グルコノラクトンが生成される。
（２）Ｃ６Ｈ１２Ｏ６  ＋  ２ＯＨ−  →  Ｃ６Ｈ１０Ｏ６  ＋  ２Ｈ２Ｏ  ＋  ２ｅ−
【００３１】
グルコースＣから放出された電子は、アノード８から−出力端子６、外部装置、＋出力端子５を介してカソード１４に移動し、カソード１４において反応式（１）に示される酸素の還元に利用される。このときの電子の移動により、＋出力端子５と−出力端子６との間に電流が発生する。
【００３２】
アノード８とカソード１４との間の電圧は、最初に燃料槽１１に供給されたグルコース液Ｂに含まれるグルコースＣが酸化反応により消費されてグルコースＣの濃度が低下するにしたがって、経時的に低下する。制御部９は、アノード８とカソード１４との間の電圧が所定の第２の閾値Ｔ２まで低下するまで、発電工程Ｓ１を継続する。
【００３３】
次に、制御部９は、補給工程Ｓ２を実行する。すなわち、制御部９は、アノード８とカソード１４との間の電圧が第２の閾値Ｔ２よりも小さくなったときに、スイッチＳＷ１を正極７側に切り替え、カソード１４を正極７に接続する。これにより、出力端子５，６から外部装置への電流の供給が停止するとともに生体から燃料槽１１へのグルコースＣの補給が開始される。
【００３４】
すなわち、正極７、生理食塩水Ａ、生体、グルコース液Ｂ、アノード８およびカソード１４が電気的に接続された閉回路が形成される。そして、スイッチＳＷ１を介してカソード１４に接続された正極７からアノード８に向かって生体を介して電流が流れる。この電流にしたがって、生理食塩水Ａ、生体およびグルコース液Ｂに含まれるイオンおよび荷電粒子が流動することにより、電解質槽１０から皮膚Ｘの表面近傍を通って燃料槽１１へ流れる水流が発生し、グルコースＣのような電気的に中性な物質も水流に乗って移動する。そして、生体に存在するグルコースＣが半透膜１５を通過して燃料槽１１へ流入する。この生体から燃料槽１１へ分子が流入する現象は、逆イオントフォレーシスと呼ばれている。
【００３５】
ここで、生体から燃料槽１１に流入するグルコースＣの量が、燃料電池部４が電流を発生するために消費するグルコースＣの量よりも多くなるように、電流の大きさなどが制御部９により制御される。これにより、逆イオントフォレーシスにより燃料槽１１には生体に由来するグルコースＣが補給されて燃料槽１１におけるグルコースＣの濃度が回復し、アノード８とカソード１４との間の電圧が上昇する。制御部９は、アノード８とカソード１４との間の電圧の上昇にしたがって燃料電池部４が発生する電流を低下させ、アノード８とカソード１４との間の電圧が第１の閾値Ｔ１まで上昇するのを待つ。
【００３６】
次に、制御部９は、発電工程Ｓ１を実行する。すなわち、制御部９は、アノード８とカソード１４との間の電圧が第１の閾値Ｔ１に達したときに、スイッチＳＷ１を＋出力端子５側に切り替え、カソード１４を＋出力端子５に接続する。これにより、出力端子５，６から外部装置に電流の供給が再び開始されるとともに、逆イオントフォレーシスによるグルコースＣの補給が停止する。このときに外部装置に出力される電流は、生体に由来するグルコースＣを燃料として発電されたものとなる。
以下、同様にして発電工程Ｓ１と補給工程Ｓ２とが交互に繰り返されることにより、外部装置に断続的に電流が供給される。
【００３７】
なお、補給工程Ｓ２おける逆イオントフォレ―シスのメカニズムの詳細は、次のように考えられる。
電解質槽１０の正極７において、アノード８とカソード１４との間の起電力により、生理食塩水Ａに含まれる塩化物イオンが酸化されて電子を放出し、塩素が生成する。放出された電子は、カソード１４に移動し、該カソード１４において反応式（１）に示される酸素の還元に消費される。
【００３８】
一方、電解質槽１０の生理食塩水Ａに含まれるナトリウムイオンは、正極７との間の斥力にしたがって電解質槽１０から生体へ流出し、負に帯電したアノード８との間の引力にしたがって燃料槽１１に流入する。そして、燃料槽１１のアノード８において、反応式（２）に示されるグルコースＣの酸化反応によりグルコースＣから放出された電子が水と反応して水素が生成する。これは、ナトリウムイオンが触媒となり、水から水酸化物イオンを乖離させて平衡状態を保とうとする触媒作用に起因する。
【００３９】
このように、本実施形態に係る生体発電装置１によれば、カソード１４の燃料として容器２の外部から連続的に供給される酸素を用い、アノード８の燃料として最初に外部から供給されたグルコース液Ｂに含まれるグルコースＣを消費した後は、生体から補給されたグルコースＣを燃料として用いる。これにより、ユーザが途中で燃料を補給せずとも十分な発電量を半永久的に発電し続けることができるという利点がある。
【００４０】
なお、逆イオントフォレーシスを発生するための電流が大きいほど、生体から燃料槽１１に流入するグルコースＣの量は増加するが、生体への負荷を考慮すると電流の大きさは０．５ｍＡ／ｃｍ２以下が好ましい。この電流の大きさは、酸素およびグルコースＣを燃料とした燃料電池部４により十分に発生することができる大きさである。
【００４１】
なお、本実施形態においては、アノード８が、正極７と対をなす負極を兼ねることとしたが、アノード８と負極とは別体であってもよい。この場合、正極７と負極との接続・切断を切り替えるスイッチを設け、発電工程Ｓ１においては正極７と負極とを切断し、補給工程Ｓ２においては正極７と負極とを接続するようにすればよい。
このようにすることで、アノード８を発電に最適な構成とし、負極を逆イオントフォレーシスに最適な構成とすることにより、発電効率およびグルコースＣの補給効率を向上することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、カソード１４、イオン交換膜１３およびアノード８を１つずつ有する単セルからなる燃料電池部４について説明したが、複数の単セルが直列に接続されていてもよい。
このようにすることで、燃料電池部４の起電力をより大きくし、より大きな電流を用いて逆イオントフォレーシスを発生させることで、グルコースＣをより効率良く燃料槽１１に補給することができる。
【００４３】
また、本実施形態においては、制御部９の駆動電流として燃料電池部４が発生する電流を用いることとしたが、これに代えて、専用の電池から制御部９に駆動電流を供給してもよい。
このようにすることで、チャージ工程Ｓ０において消費されるグルコースＣの量が少なくて済むので、最初に燃料槽１１に供給するグルコースＣの量を少なくすることができる。また、燃料電池部４が発生する電圧が変動するのに対し、専用の電池を用いた場合には制御部９に安定した駆動電流を供給することができる。
【００４４】
次に、本実施形態の第１の変形例に係る生体発電装置１００について図４および図５を参照して説明する。
本変形例に係る生体発電装置１００は、図４に示されるように、＋出力端子５と−出力端子６との間に接続された２次電池１６を備えている点において生体発電装置１と主に異なっている。
【００４５】
制御部９は、２つの出力端子５，６の間において２次電池１６に接続され、２次電池１６から駆動電流が供給されるようになっている。スイッチＳＷ１は、カソード１４を、正極７と＋出力端子５および２次電池１６とのいずれかに接続するように設けられている。また、アノード８を−出力端子６および２次電池１６に接続・切断するもう１つのスイッチ（スイッチ部）ＳＷ２が備えられている。制御部９は、２つのスイッチＳＷ１，ＳＷ２の切り替え動作を制御するようになっている。
【００４６】
符号１７は、整流器を示している。整流器１７は、カソード１４から＋出力端子５に向かう電流を流しつつ、２次電池１６からカソード１４に向かって電流が流れることを禁止する。
【００４７】
次に、このように構成された生体発電装置１００の作用について説明する。
まず、制御部９は、図５（ａ）〜（ｃ）に示されるように、スイッチＳＷ１，ＳＷ２を切断した状態とし、生体発電装置１と同様にしてチャージ工程Ｓ０を実行する。次に、制御部９は、スイッチＳＷ１によりカソード１４を＋出力端子５に接続し、スイッチＳＷ２によりアノード８を−出力端子６に接続することにより、発電工程Ｓ１を実行する。このときに、燃料電池部４と２次電池１６とが並列に接続されているので、出力端子５，６から外部装置に電流が出力されるのと並行して、アノード８とカソード１４との間の電圧により２次電池１６が充電される。２次電池１６と燃料電池部４の間には整流器１７が備えられているので、２次電池１６が充電されて２次電池１６の電圧が上昇したとしても、燃料電池部４に電流が逆流することが防止される。
【００４８】
次に、制御部９は、燃料槽１１のグルコースＣの消費によりアノード８とカソード１４との間の電圧が第２の閾値Ｔ２を下回ったときに、スイッチＳＷ１によりカソード１４を正極７に接続し、スイッチＳＷ２によりアノード８を２次電池１６および−出力端子６から切断することにより、補給工程Ｓ２を実行する。このときに、燃料電池部４と２次電池１６とがスイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ２により電気的に分離された状態となり、２次電池１６から出力端子５，６に電流が出力される。したがって、補給工程Ｓ２においても、外部装置に電流が供給され続ける。以下、制御部９は、発電工程Ｓ１と補給工程Ｓ２とを交互に実行する。
【００４９】
このように、本変形例に係る生体発電装置１００によれば、生体から燃料槽１１にグルコースＣを補給する間は２次電池１６から外部装置に電流を供給することにより、常に外部装置に電流を供給し続けることができるという利点がある。また、制御部９が電圧の安定した２次電池１６から駆動電流を得るようにすることで、より安定した動作を行うことができる。
【００５０】
次に、本実施形態の第２の変形例に係る生体発電装置２００について図６および図７を参照して説明する。
本変形例に係る生体発電装置２００は、上述した第１の変形例をさらに変形したものであり、図６に示されるように、２次電池１６が正極７と負極を兼ねているアノード８との間に電流を供給可能に構成されている点において、生体発電装置１００と主に異なっている。
【００５１】
具体的には、正極７と＋出力端子５とを接続・切断するスイッチＳＷ３と、＋出力端子５と正極７、カソード１４および２次電池１６とを接続・切断するスイッチＳＷ４とが備えられている。制御部９は、４つスイッチＳＷ１〜ＳＷ４の切り替え動作を制御するようになっている。
【００５２】
次に、このように構成された生体発電装置２００の作用について説明する。
本変形例においては、電解質槽１０および燃料槽１１の両方に生理食塩水Ａが供給される。制御部９は、スイッチＳＷ２，ＳＷ３により正極７およびアノード８を２次電池１６に接続し、スイッチＳＷ１およびスイッチＳＷ４を切断した状態とし、チャージ工程Ｓ０を実行する。
【００５３】
本変形例では、図７（ａ）〜（ｃ）に示されるように、チャージ工程Ｓ０において、逆イオントフォレーシスを利用してアノード８とカソード１４との間に起電力が発生される。すなわち、正極７とアノード８との間に２次電池１６から電圧が印加され、正極７からアノード８に向かって電流が流れ、逆イオントフォレーシスにより生体から燃料槽１１へグルコースＣが補給される。そして、燃料槽１１のグルコースＣの濃度の上昇にしたがって起電力が第１の閾値Ｔ１まで上昇する。
【００５４】
制御部９は、起電力が第１の閾値Ｔ１に達したときに、スイッチＳＷ１，ＳＷ４によりカソード１４を＋出力端子５および２次電池に接続し、スイッチＳＷ２によりアノード８を−出力端子６および２次電池に接続し、スイッチＳＷ３を切断することにより、発電工程Ｓ１を実行する。このときに、２次電池１６による逆イオントフォレーシスは停止し、燃料電池部４の発電により２次電池１６の充電と外部装置への電流の供給とが行われる。
【００５５】
次に、制御部９は、燃料槽１１のグルコースＣの消費によりアノード８とカソード１４との間の電圧が第２の閾値Ｔ２を下回ったときに、スイッチＳＷ３を切断し、スイッチＳＷ１によりカソード１４を＋出力端子５に接続することにより、補給工程Ｓ２を実行する。このときに、燃料電池部４と２次電池１６とがスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３により電気的に分離された状態となり、２次電池１６から出力端子５，６に電流が出力される。したがって、補給工程Ｓ２においても、外部装置に電流が供給され続ける。
【００５６】
このように、本変形例に係る生体発電装置２００によれば、２次電池１６から正極７とアノード８との間に電流を供給し、この電流を用いて逆イオントフォレーシスにより生体から燃料槽１１にグルコースＣを補給することにより、生体発電装置２００を起動するためのグルコースＣの供給を不要にし、生体に由来するグルコースＣのみを利用して発電することができるという利点がある。
【符号の説明】
【００５７】
１，１００，２００  生体発電装置
２  容器
２ａ  取付面
２ｂ  電解質液注入口
２ｃ  燃料液注入口
２ｄ  通気口
３  電解質部
４  燃料電池部
５  ＋出力端子（出力部）
６  −出力端子（出力部）
７  正極
８  アノード（負極）
９  制御部
１０  電解質槽
１０ａ  開口部
１１  燃料槽
１１ａ  開口部
１２  空気槽
１３  イオン交換膜
１４  カソード
１５  半透膜
１６  ２次電池
１７  整流器
Ａ  生理食塩水（電解質液）
Ｂ  グルコース液（燃料液）
Ｃ  グルコース
Ｓ０  チャージ工程
Ｓ１  発電工程
Ｓ２  補給工程
ＳＷ１〜ＳＷ４  スイッチ（スイッチ部）
Ｘ  皮膚
Ｙ  血管
【図１】
2014086294.tif 000003
【図２】
2014086294.tif 000004
【図３】
2014086294.tif 000005
【図４】
2014086294.tif 000006
【図５】
2014086294.tif 000007
【図６】
2014086294.tif 000008
【図７】
2014086294.tif 000009