(57)【要約】【課題】迅速に起動して利便性の向上を図れる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システムは、燃料が連続して供給される連続駆動燃料電池２Ａと、燃料が必要に応じて供給される非連続駆動燃料電池２Ｂと、この非連続駆動燃料電池２Ｂに燃料を供給する非連続駆動燃料供給部３２Ｂと、連続駆動燃料電池２Ａから出力された電気エネルギを利用して非連続駆動燃料供給部３２Ｂの駆動を制御する制御手段とを備えている。そして、連続駆動燃料電池２Ａにて常時電気化学反応が生じて電気エネルギが出力された状態となり、制御手段は、この電気エネルギを利用して非連続駆動燃料供給部３２Ｂを駆動し、非連続駆動燃料電池２Ｂにて発電させて燃料電池システム全体を起動する。【選択図】  図３
2004164871.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が連続して供給される連続駆動燃料電池と、
前記燃料が必要に応じて供給される非連続駆動燃料電池と、
この非連続駆動燃料電池に前記燃料を供給する非連続駆動燃料供給手段と、
前記連続駆動燃料電池から出力された電気エネルギを利用して前記非連続駆動燃料供給手段の駆動を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料電池システムにおいて、
前記連続駆動燃料電池には、燃料を供給する連続駆動燃料供給手段が接続され、
前記連続駆動燃料供給手段は、前記燃料を送液するポンプと、このポンプを駆動する駆動部と、機械エネルギ、位置エネルギおよび熱エネルギのうちの少なくともいずれか一つを前記駆動部の駆動力として蓄積するエネルギ蓄積手段と、前記駆動部の駆動速度を調速する調速手段とを備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記連続駆動燃料供給手段は、前記エネルギ蓄積手段からのエネルギを電気エネルギに変換する発電機を備えていることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記非連続駆動燃料電池は、少なくとも一対で構成され、
前記制御手段は、一方の非連続駆動燃料電池による発電量に応じて、他方の非連続駆動燃料電池に燃料を供給するか否かを決定することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記連続駆動燃料電池および前記非連続駆動燃料電池は、並列配置することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記連続駆動燃料電池は、前記非連続駆動燃料電池よりも発電量が小さいことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料電池システムを備えたことを特徴とする機器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電気化学反応により電気エネルギを出力する燃料電池を備えた燃料電池システムに関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、燃料電池と、該燃料電池に燃料および酸化ガスを供給する補助手段としての補機とを備え、燃料電池にて電気化学反応を起こさせて電気を発生する燃料電池システムが知られている（例えば、特許文献１参照）。
この燃料電池は、電解質膜の両側にアノードとカソードの電極を備え、補機からアノードに水素や炭化水素などの燃料（還元剤）の供給を受けるとともに、カソードに酸素や空気などの酸化ガス（酸化剤）の供給を受け、電気化学反応を起こして電気を発生する。
また、補機は、燃料電池を駆動するために、燃料を貯蔵するためのタンク、燃料を供給するためのポンプ、酸化ガスを供給するためのコンプレッサ等を備えている。
そして、このような燃料電池システムは、二次電池等の電源を具備し、補機はこの電源に蓄えられた電気エネルギにより駆動され、燃料電池システム全体が起動する。
【０００３】
【特許文献１】
特開平７−１５３４７６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような燃料電池システムでは、一旦燃料電池システムを停止すると、再度、補機を駆動して燃料電池システム全体を起動させる必要があり、起動させるのに時間が掛かる。このため、例えば、燃料電池システムにて生成される電気エネルギを利用して外部駆動装置を駆動する際には、燃料電池システムの起動に時間が掛かって外部駆動装置の起動にも影響を及ぼすなどの問題が一例として挙げられる。
【０００５】
本発明の目的は、このような問題点に鑑みて、迅速に起動して利便性の向上を図れる燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池システムは、燃料が連続して供給される連続駆動燃料電池と、前記燃料が必要に応じて供給される非連続駆動燃料電池と、この非連続駆動燃料電池に前記燃料を供給する非連続駆動燃料供給手段と、前記連続駆動燃料電池から出力された電気エネルギに基づいて前記非連続駆動燃料供給手段の駆動を制御する制御手段とを備えていることを特徴とする。
ここで、燃料電池としては、例えば、メタノールやメタン等の燃料を水素ガスに改質し、この水素ガスと酸化ガスとを利用して電気化学反応を生じる固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、または、メタノール等の燃料を改質せずに、直接燃料が供給されて電気化学反応を生じる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を採用できる。
また、連続駆動燃料電池および非連続駆動燃料電池は、単一の燃料電池で構成されるものに限らず、複数の燃料電池で構成されてもよい。
さらに、非連続駆動燃料供給手段としては、非連続駆動燃料電池への燃料の供給状態を切り替えるバルブ、燃料を送液するポンプ等を採用できる。
【０００７】
本発明では、燃料電池システムの連続駆動燃料電池は、燃料が連続して供給されるので、連続駆動燃料電池には常時電気化学反応が生じて電気エネルギが生成される。そして、制御手段は、連続駆動燃料電池による電気エネルギを利用して非連続駆動燃料供給手段を駆動し、非連続駆動燃料電池に燃料を供給する。また、例えば、補機として、非連続駆動燃料供給手段の他に、コンプレッサや燃料電池の反応を促進するために該燃料電池を加熱する加熱器等が設けられている場合でも、この補機用の電力を連続駆動燃料電池によって予め発電しておくことができる。例えば、連続駆動燃料電池により発電した電気エネルギをコンプレッサに供給し、コンプレッサで用いられるモータ等の駆動速度を通常の駆動速度よりも遅い状態とし、小型のアキュムレータ等に予め圧縮空気を蓄えておく。また、連続駆動燃料電池により発電した電気エネルギを加熱器に供給し、燃料電池を加熱する通常の温度よりも低い状態で加熱器を予熱しておく。このように、補機を構成する部材に適宜、連続駆動燃料電池により発電した電気エネルギを供給して補機全体を迅速に起動可能な状態に待機しておく。したがって、燃料電池システムにて生成される電気エネルギを利用して外部駆動装置を駆動する場合でも、補機全体を立ち上げるのに手間が掛からず、燃料電池システムを迅速に起動でき、燃料電池システムの利便性の向上を図れる。
【０００８】
本発明の燃料電池システムでは、前記連続駆動燃料電池には、燃料を供給する連続駆動燃料供給手段が接続され、前記連続駆動燃料供給手段は、前記燃料を送液するポンプと、このポンプを駆動する駆動部と、機械エネルギ、位置エネルギおよび熱エネルギのうちの少なくともいずれか一つを前記駆動部の駆動力として蓄積するエネルギ蓄積手段と、前記駆動部の駆動速度を調速する調速手段とを備えていることが好ましい。
本発明では、連続駆動燃料電池には、連続駆動燃料供給手段により、常時、燃料が送液される。このことにより、例えば、燃料を送液する手段がなく、燃料電池のアノード側に常に同一の燃料が接している構成（Ｐａｓｓｉｖｅ型燃料電池）と比較して、連続駆動燃料電池には、電気化学反応により生ずる反応生成物等の不純物が滞留することを回避できる。したがって、この燃料電池における発電効率を向上させることができる。
また、連続駆動燃料供給手段は、エネルギ蓄積手段を備えているので、別途、連続駆動燃料供給手段を駆動させるエネルギを供給する二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システムの小型化を図れる。
さらに、連続駆動燃料供給手段は、調速手段を備えているので、一定量の燃料を連続駆動燃料電池に常に供給することができ、連続駆動燃料電池による不要な燃料消費を回避できる。
【０００９】
本発明の燃料電池システムでは、前記連続駆動燃料供給手段は、前記エネルギ蓄積手段からのエネルギを電気エネルギに変換する発電機を備えていることが好ましい。
本発明によれば、連続駆動燃料供給手段は、発電機を備えているので、この発電機にて発電された電気エネルギにて制御手段を駆動するように構成すれば、制御手段を駆動するための二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システムの小型化を図れる。
また、連続駆動燃料電池の発電量が小さい場合には、この発電機にて発電された電気エネルギを加えることで非連続駆動燃料供給手段を確実に駆動できる。
【００１０】
本発明の燃料電池システムでは、前記非連続駆動燃料電池は、少なくとも一対で構成され、前記制御手段は、一方の非連続駆動燃料電池による発電量に応じて、他方の非連続駆動燃料電池に燃料を供給するか否かを決定することが好ましい。
ここで、制御手段は、例えば、以下のような構成で一方の非連続駆動燃料電池による発電量を認識できる。
例えば、制御手段は、一方の非連続駆動燃料電池から出力される電流値または電圧値等を検出することで発電量を認識する。
また、例えば、制御手段が、一方の非連続駆動燃料電池から排出される未反応燃料の濃度を検出し、この検出した濃度から一方の非連続駆動燃料電池による発電量を認識する。
さらに、例えば、制御手段が、燃料電池システムにて生成される電気エネルギを利用して駆動する外部駆動装置の稼動状態を検出して、この検出した稼動状態から一方の非連続駆動燃料電池による発電量を認識する。
【００１１】
本発明では、制御手段が、前述の認識した発電量に応じて、他方の非連続駆動燃料電池に燃料を供給するか否かを決定する。例えば、制御手段は、一方の非連続駆動燃料電池による発電量が所定の閾値に満たない場合に、他方の非連続駆動燃料電池に燃料を供給して他方の非連続駆動燃料電池も駆動する。逆に、制御手段は、発電量が所定の閾値以上の場合に、一方の非連続駆動燃料電池のみを駆動する。このことにより、燃料電池システムを迅速に起動するとともに、燃料電池システムを効率的に駆動できる。ここで、上記閾値としては、例えば、外部駆動装置を駆動するために必要とされる電気エネルギ量を予め設定しておき、この設定された値を閾値として用いるように構成を採用できる。また、この閾値を適宜、変更可能とする構成としてもよい。
また、例えば、制御手段が、外部駆動装置の稼動状態を検出して、発電量が不足していると認識した場合に、他方の非連続駆動燃料電池に燃料を供給して他方の非連続駆動燃料電池も駆動する。逆に、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態を検出して、発電量が充分であると認識した場合に、一方の非連続駆動燃料電池のみを駆動する。このことにより、燃料電池システムを効率的に駆動できるとともに、外部駆動装置の負荷変動に確実に対応することができ、燃料電池システムのさらなる利便性の向上を図れる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムでは、前記連続駆動燃料電池および前記非連続駆動燃料電池は、並列配置することが好ましい。
本発明によれば、連続駆動燃料電池および非連続駆動燃料電池が並列配置することで、例えば、複数の燃料電池を直列に配置した場合のように、前段の燃料電池にて使用された燃料を後段の燃料電池が使用する構成とせずに、それぞれの燃料電池は常に新鮮な燃料を利用でき、燃料電池における発電効率を向上できる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムでは、前記連続駆動燃料電池は、前記非連続駆動燃料電池よりも発電量が小さいことが好ましい。
本発明によれば、連続駆動燃料電池は、非連続駆動燃料電池よりも発電量が小さいので、連続駆動燃料電池に供給する燃料も少なくできる。例えば、この連続駆動燃料電池を少なくとも補機を駆動する発電量を得ることができるように形成すれば、燃料電池システムにて使用される燃料を不要に消費することを回避できる。
【００１４】
一方、本発明の機器は、前述した燃料電池システムを備えたことを特徴とする。
本発明によれば、例えば、機器としてノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等に上述した燃料電池システムを搭載すれば、前述した燃料電池システムの作用効果を享受するとともに、該機器の駆動源となる燃料電池システムが迅速に起動するので、機器自体における起動の迅速化を図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［第１実施形態］
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
〔燃料電池システムの構成〕
図１は、本実施形態における燃料電池システム１を模式的に示す図である。
燃料電池システム１は、メタノール溶液等の燃料および酸素や空気等の酸化ガスを利用した電気化学反応により電気エネルギを生成する。この燃料電池システム１は、燃料電池２と、補助手段としての補機３と、図示しない制御手段とを備えている。
【００１６】
燃料電池２は、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、燃料電池セルが拡散層を介して複数積層されたスタック構造で構成されている。この燃料電池２は、補機３から燃料であるメタノール溶液および酸化ガスである空気が供給され、電気化学反応を生じて電気エネルギを出力する。また、この燃料電池２は、詳しくは後述するが、複数で構成され（本実施形態では２つ）、補機３から連続して燃料が供給され、燃料電池システム１全体を起動する種火として機能するものを含んで構成される。
【００１７】
図２は、燃料電池２を模式的に示す図である。なお、複数（本実施形態では２つ）の燃料電池２は、全て略同一の構造であるので、図２に示す燃料電池２にて一括して説明する。また、燃料電池２は、スタック構造で構成されているが、本実施形態では、構造を簡略化して説明するため、図２に示すように、単一の燃料電池セルで構成した燃料電池２を図示する。
この燃料電池２は、固体電解質膜２１と、この固体電解質膜２１を両側から挟持するように配置されるアノード電極２２およびカソード電極２３と、燃料拡散層２４と、空気拡散層２５とを備えた燃料電池セルが両側から図示しないガスケット等により液密に構成されている。
【００１８】
固体電解質膜２１は、例えば、ナフィオン膜（デゥポン社商標名）等のプロトン伝導性高分子から構成される。
アノード電極２２は、メタノール溶液等の燃料が供給される側に配置され、メタノールと水との反応の触媒を担持したカーボン触媒電極膜から構成される。ここで、触媒としては、例えば、白金およびルテニウムの合金等を採用できる。このアノード電極２２において、供給されたメタノールと水とが反応して二酸化炭素、プロトンおよび電子が発生する。
カソード電極２３は、酸素や空気等の酸化ガスが供給される側に配置され、触媒として、例えば、白金を担持したカーボン触媒電極から構成される。このカソード電極２３において、供給された酸化ガスと、固体電解質膜２１を通ったプロトンと、外部の負荷を通って仕事をした後にカソード電極２３に達した電子とが反応して水が生成される。
【００１９】
燃料拡散層２４および空気拡散層２５は、メッシュの金属フォーム（例えば、スチールウール等）からなる多孔性膜であり、供給される燃料および酸化ガスをそれぞれ拡散してアノード電極２２およびカソード電極２３にそれぞれ導く。また、燃料拡散層２４は、燃料を吸入する吸入口２４Ａおよび排出成分（未反応メタノール、水、二酸化炭素）を排出する排出口２４Ｂとを備えている。同様に、空気拡散層２５も、酸化ガスを吸入する吸入口２５Ａおよび生成した水および空気を排出する排出口２５Ｂとを備えている。
これら燃料拡散層２４および空気拡散層２５は、それぞれ、アルミニウム、ステンレス鋼等であってもよく、また、スポンジチタン等の多孔製金属材料、カーボンペーパ紙にカーボンを担持したものやカーボンクロス等であってもよい。
【００２０】
補機３は、燃料電池システム１を稼動して燃料電池２における電気化学反応を補助する。この補機３は、図１に示すように、燃料貯蔵部としてのタンク３１と、燃料供給部３２と、コンプレッサ３３と、加熱器３４と、ラジエータ３５と、セパレータ３６と、凝縮器３７と、スプリッタ３８と、センサ３９と、図示しない制御手段とを備えている。また、この補機３には、燃料の効率的に利用するために、燃料電池２に供給される余剰燃料および電気化学反応にて生成した水分を再度利用する循環流路３Ａおよび３Ｂが形成されている。このような補機３は、小型化が図られ、例えば、手の平に載る程度の寸法で製造できる。
【００２１】
タンク３１は、純メタノール液を貯蔵するメタノールタンク３１１と、水と純メタノール液を所定の混合比で混合して貯蔵するミキシングタンク３１２とを備えている。そして、メタノールタンク３１１とミキシングタンク３１２とが図示しないバルブを介してパイプにて接続され、適宜、メタノールタンク３１１から純メタノール液がミキシングタンク３１２に供給される。なお、ミキシングタンク３１２と水を貯蔵する図示しないタンクとがバルブを介してパイプにて接続され、適宜、ミキシングタンク３１２に水が供給される。また、上述した循環流路３Ａは、ミキシングタンク３１２と燃料電池２の燃料拡散層２４の排出口２４Ｂとの間に形成され、循環流路３Ｂは、ミキシングタンク３１２と燃料電池２の空気拡散層２５の排出口２５Ｂとの間に形成される。
【００２２】
燃料供給部３２は、ミキシングタンク３１２にて混合されたメタノール溶液を燃料電池２に供給する。ここで、ミキシングタンク３１２と燃料供給部３２の流入口がパイプにより接続され、燃料供給部３２の流出口と燃料拡散層２４の吸入口２４Ａとがパイプにより接続される。本実施形態では、燃料供給部３２は、チューブポンプとして構成されている。
この燃料供給部３２は、複数の燃料電池２に対応して複数設けられている。なお、燃料供給部３２と燃料電池２との配置に関しては、詳細に後述する。
【００２３】
コンプレッサ３３は、空気拡散層２５の吸入口２５Ａとパイプにより接続され、モータ等により圧縮した大気中の空気を燃料電池２に供給する。なお、本実施形態では、コンプレッサ３３を用いたが、これに限らず、ブロア等を用いてもよい。
加熱器３４は、燃料電池２を所望の温度で加熱し、燃料電池２における電気化学反応を促進させる。なお、本実施形態では、加熱器３４にて燃料電池２を加熱しているが、これに限らず、例えば、コンプレッサ３３にて所望の温度に加熱された空気を燃料電池２に供給することで燃料電池２を加熱するような構成としてもよい。このような構成では、加熱器３４を省略できる。
【００２４】
ラジエータ３５は、循環流路３Ａに位置し、燃料拡散層２４の排出口２４Ｂとパイプにより接続され、アノード電極２２からの排出成分が有する熱を放熱する。例えば、このラジエータ３５内部に冷却水を通して内部を通過する排出成分を冷却するように構成してもよく、また、このラジエータ３５に冷却空気が送風されるように冷却ファンを別途配置するような構成としてもよい。ここで、アノード電極２２からの排出成分としては、未反応メタノール溶液、および、反応により生成した二酸化炭素等を含んでいる。
セパレータ３６は、気液分離膜として機能し、循環流路３Ａに位置する第１セパレータ３６１および循環流路３Ｂに位置する第２セパレータ３６２とを備えている。そして、第１セパレータ３６１は、ラジエータ３５にて冷却された排出成分を未反応メタノール溶液、および、二酸化炭素に分離し、未反応メタノールをミキシングタンク３１２に戻し、二酸化炭素を排出する。
【００２５】
凝縮器３７は、空気拡散層２５の排出口２５Ｂとパイプにより接続され、燃料電池２で生成した水分を回収する。そして、セパレータ３６の第２セパレータ３６２は、凝縮器３７にて回収した水分およびカソード電極２３に余剰に供給された空気を分離し、分離した空気を排出する。
スプリッタ３８は、循環流路３Ｂに位置し、図示しない制御手段による制御の下、循環流路３Ｂ中を流れる水を適宜、排出する。
センサ３９は、ミキシングタンク３１２内の混合されたメタノール溶液のメタノール濃度を検出し、検出した値を制御手段に出力する。なお、センサ３９は、メタノール濃度を検出する他、ミキシングタンク３１２に配置して内部に貯蔵されるメタノール溶液の水位を検出する水位検出センサを設けてもよい。また、燃料電池２、供給される燃料および空気の温度を検出する温度センサ等を設けてもよい。
【００２６】
制御手段は、燃料電池システム１全体を制御する。この制御手段は、例えば、センサ３９から出力される信号に基づいて、メタノールタンク３１１からミキシングタンク３１２への純メタノール液の供給量の制御、燃料供給部３２の駆動制御、コンプレッサ３３の空気供給量の制御、スプリッタ３８からの排出水量の制御、および、加熱器３４における加熱制御等を実施する。
【００２７】
〔燃料電池と燃料供給部との配置構成〕
図３は、第１実施形態における燃料電池２と燃料供給部３２との配置構成を示す図である。なお、ここでは、説明を簡略化するために、図１および図２で説明した燃料電池２における排出成分を排出する排出口２４Ｂおよび酸化ガスを吸入する吸入口２５Ａを省略して図示している。
燃料電池２は、図３に示すように、燃料が連続して供給され、燃料電池システム１全体を起動する種火として機能する連続駆動燃料電池２Ａと、この連続駆動燃料電池２Ａにて発電した電気エネルギを利用して駆動する非連続駆動燃料電池２Ｂとを備えている。そして、これら連続駆動燃料電池２Ａおよび非連続駆動燃料電池２Ｂは、並列して配置される。また、図３に示すように、連続駆動燃料電池２Ａの燃料電池セル面積は、非連続駆動燃料電池２Ｂよりも小さく形成され、すなわち、連続駆動燃料電池２Ａの発電量は、非連続駆動燃料電池２Ｂの発電量よりも小さくなっている。
【００２８】
燃料供給部３２は、図３に示すように、連続駆動燃料電池２Ａおよび非連続駆動燃料電池２Ｂに対応して、連続駆動燃料供給部３２Ａと、非連続駆動燃料供給部３２Ｂとを備えている。これら連続駆動燃料供給部３２Ａおよび非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、それぞれ構造は略同様であるが、駆動する駆動源が異なる構成となっている。
【００２９】
〔第１燃料供給部の構成〕
図４は、連続駆動燃料供給部３２Ａの概略構成を示す図である。
図５は、連続駆動燃料供給部３２Ａの断面を示す図である。
連続駆動燃料供給部３２Ａは、連続して燃料電池２の連続駆動燃料電池２Ａに燃料を供給して、連続駆動燃料電池２Ａを燃料電池システム１全体を起動する種火として機能させる。この連続駆動燃料供給部３２Ａは、図４または図５に示すように、外郭を形成する筐体３２１と、この筐体３２１内に収容されるチューブ３２２と、このチューブ３２２内の燃料を送液する駆動機構３２３とを備えている。
【００３０】
筐体３２１は、図４または図５に示すように、略円形箱状に形成され、上方に配置される第１筐体３２１Ａと、下方に配置される第２筐体３２１Ｂとを備えている。
第１筐体３２１Ａは、図５に示すように、略円盤状に形成された中空部材であり、その内部には、第２筐体３２１Ｂ側に開口した孔３２１Ａ１と、後述する駆動機構３２３が収容される略円形の収容部３２１Ａ２とが形成されている。ここで、この収容部３２１Ａ２は、第２筐体３２１Ｂの中心位置から偏心して形成されている。また、第１筐体３２１Ａの上面は、蓋材３２１Ａ３が設けられ、この蓋材３２１Ａ３にて第１筐体３２１Ａの上面を塞ぐことで、収容部３２１Ａ２が閉塞される。
【００３１】
第２筐体３２１Ｂは、平面略正方形状に形成され、図５に示すように、その上面には、後述するポンプとしてのチューブ３２２および駆動機構３２３の一部の設置空間となる凹部３２１Ｂ１が形成されている。また、この凹部３２１Ｂ１の底面には、チューブ３２２の配置位置を規制する案内溝３２１Ｂ２が形成されている。
そして、この筐体３２１では、第１筐体３２１Ａの下面に第２筐体３２１Ｂがビス止め等により一体的に固定される。
【００３２】
図６は、連続駆動燃料供給部３２Ａのチューブ３２２の配置を説明する図である。具体的には、筐体３２１の第１筐体３２１Ａを外して上方から見た図である。
チューブ３２２は、その内部を燃料が流通する。このチューブ３２２は、図４または図６に示すように、第２筐体３２１Ｂの外部から第２筐体３２１Ｂに形成された孔３２１Ｂ３を貫通して第２筐体３２１Ｂの案内溝３２１Ｂ２に沿って略円弧状に配置され、もう一方の孔３２１Ｂ３を貫通して再び外部へ配置されている。そして、この孔３２１Ｂ３とチューブ３２２との隙間は封止材３２１Ｂ４で封止され、密封されている。このチューブ３２２の材料としては、シリコーンゴム、ポリウレタン、その他の弾性材料が採用できる。
【００３３】
図７は、連続駆動燃料供給部３２Ａの駆動機構３２３を図５の上方から見た平面図である。
図８は、連続駆動燃料供給部３２Ａの駆動機構３２３の断面図である。
駆動機構３２３は、チューブ３２２内部の燃料を移動させて流通させる。この駆動機構３２３は、図７に示すように、機械エネルギを蓄積して供給するエネルギ蓄積手段３２６と、エネルギ蓄積手段３２６からの機械エネルギに基づいてチューブ３２２内部の燃料を流通させる駆動部３２４（図８）と、駆動部３２４の駆動速度を調速する調速部３２５とを備えている。すなわち、連続駆動燃料供給部３２Ａは、機械エネルギを駆動源として駆動する構成である。
【００３４】
エネルギ蓄積手段３２６は、ぜんまい３２６Ａと、このぜんまい３２６Ａを収納する香箱３２６Ｂとを備えている。
香箱３２６Ｂは、中心部分に形成された香箱真３２６Ｂ１を軸として回転自在に構成され、外周には調速部３２５の二番車３２５Ａと噛合する香箱車３２６Ｂ２が形成されている。
ぜんまい３２６Ａは、一端が香箱真３２６Ｂ１に、他端が香箱車３２６Ｂ２の内周部分に固定されている。そして、香箱３２６Ｂは、ぜんまい３２６Ａがほどけることにより香箱真３２６Ｂ１を軸として回転し、ぜんまい３２６Ａの機械エネルギが調速部３２５および駆動部３２４（図８）に伝達される。
また、香箱真３２６Ｂ１には、角穴車３２６Ｂ３が固定され、この角穴車３２６Ｂ３は、筐体３２１の外部に突出して設けられた巻き上げ機構４の巻真４Ａ（図４、７）に図示しない巻き上げ輪列を介して接続されている。そして、巻真４Ａの端部に設けられた竜頭４Ｂ（図２）を回すことで、香箱真３２６Ｂ１が回転してぜんまい３２６Ａを巻き上げることが可能となる。
【００３５】
駆動部３２４は、図５または図８に示すように、チューブ３２２上で転動してチューブ３２２内の燃料を移動するボール３２４Ａと、調速部３２５の二番車３２５Ａと共に回転するロータ駆動部３２４Ｂと、第２筐体３２１Ｂに回動自在に固定されボール３２４Ａをチューブ３２２に対して押圧しつつ移動させるロータ３２４Ｃと、ボール３２４Ａの移動を規制するリテーナ３２４Ｄとを備えている。
ボール３２４Ａは、図５または図６に示すように、駆動機構３２３の駆動によりチューブ３２２を押圧しつつチューブ３２２上を転動してチューブ３２２内の燃料を移動する。このボール３２４Ａは、複数設けられ（本実施形態では二つ）、後述するリテーナ３２４Ｄのボール保持部３２４Ｄ２に保持され、駆動機構３２３の駆動により略円弧状に配置されたチューブ３２２上を転動する。
【００３６】
ロータ駆動部３２４Ｂは、図８に示すように、略円盤状とされ、中心部分が調速部３２５の二番車３２５Ａに固定された筒かな３２５Ａ３に接続されている。このため、ロータ駆動部３２４Ｂは、香箱３２６Ｂの回転に伴う二番車３２５Ａの回転に連動し、二番車３２５Ａ位置を中心として回転する。また、ロータ駆動部３２４Ｂの外周側には、円盤状部分の下方に略垂直に突出して複数の突出部３２４Ｂ１が設けられている（本実施形態では二つ）。
【００３７】
ロータ３２４Ｃは、ボール３２４Ａを押圧しつつチューブ３２２上で転動させる。このロータ３２４Ｃは、図５に示すように、略円盤状に形成され、第２筐体３２１Ｂの案内溝３２１Ｂ２の中心に固定された支持軸３２１Ｂ５に、ベアリング３２１Ｂ６を介して回転可能に支持されている。また、ロータ３２４Ｃの内周側には、ロータ駆動部３２４Ｂの突出部３２４Ｂ１と嵌合するトラック孔３２４Ｃ１が形成され、ロータ駆動部３２４Ｂの回転と連動してロータ３２４Ｃが回転する。さらに、ロータ３２４Ｃのボール３２４Ａと対向する面には、押圧ゴム３２４Ｃ２が設けられ、ボール３２４Ａに当接している。このため、ボール３２４Ａは、ロータ３２４Ｃに対して滑り難い状態となり、ロータ３２４Ｃの回転に伴って良好にチューブ３２２上を転動する。
【００３８】
リテーナ３２４Ｄは、図５に示すように、略円盤状に形成され、ロータ３２４Ｃおよび第２筐体３２１Ｂの間に設けられている。また、リテーナ３２４Ｄの中央部分には、図６に示すように、孔３２４Ｄ１が形成され、第２筐体３２１Ｂの支持軸３２１Ｂ５、ベアリング３２１Ｂ６およびロータ３２４Ｃの下端部が貫通している。ここで、リテーナ３２４Ｄの孔３２４Ｄ１は、貫通する支持軸３２１Ｂ５、ベアリング３２１Ｂ６およびロータ３２４Ｃの下端部における全体の寸法よりも大きく形成されている。このため、リテーナ３２４Ｄは、ロータ３２４Ｃには固定されずに独立して第２筐体３２１Ｂに載置された状態となる。また、リテーナ３２４Ｄの外周部分には、ボール３２４Ａを保持するボール保持部３２４Ｄ２が形成されている。このボール保持部３２４Ｄ２は、リテーナ３２４Ｄの周囲に等間隔で、ボール３２４Ａと同数箇所（本実施形態では二つ）形成され、それぞれ内部にボール３２４Ａが配置されている。また、ボール保持部３２４Ｄ２の近傍には、凸部３２４Ｄ３が形成されている。さらに、リテーナ３２４Ｄの側面には、第２筐体３２１Ｂに揺動可能に固定された板ばね３２１Ｂ７が適当な付勢力で押し付けられている。そして、板ばね３２１Ｂ７の先端は、リテーナ３２４Ｄの凸部３２４Ｄ３の回転移動により第２筐体３２１Ｂに固定された検出部３２１Ｂ８に接触・離反する。
これらロータ駆動部３２４Ｂ、ロータ３２４Ｃおよびリテーナ３２４Ｄは、例えば、ステンレス鋼や、アルミニウム等で構成できる。
【００３９】
調速部３２５は、駆動部３２４のロータ駆動部３２４Ｂの回転速度を調速する。この調速部３２５は、図７に示すように、香箱車３２６Ｂ２と噛合する二番車３２５Ａと、以下順に増速するように噛合した三番車３２５Ｂと、四番車３２５Ｃと、五番第一中間車３２５Ｄと、五番第二中間車３２５Ｅと、五番車３２５Ｆと、六番車３２５Ｇと、調速ロータ３２５Ｈと、調速ロータ３２５Ｈの回転により電気エネルギを出力するステータ３２５Ｉとを備えている。
そして、香箱車３２６Ｂ２の回転は、図７または図８に示すように、二番車３２５Ａのかな３２５Ａ１へ伝達された後、二番車３２５Ａの歯車３２５Ａ２から増速されて三番車３２５Ｂのかなへ、三番車３２５Ｂの歯車から増速されて四番車３２５Ｃのかな３２５Ｃ１へ伝達される。さらに、四番車３２５Ｃの歯車３２５Ｃ２から五番第一中間車３２５Ｄを介して増速されて五番第二中間車３２５Ｅのかな３２５Ｅ１へ、五番第二中間車３２５Ｅの歯車３２５Ｅ２から増速されて五番車３２５Ｆのかなへ、五番車３２５Ｆの歯車から増速されて六番車３２５Ｇのかなへ、六番車３２５Ｇの歯車から増速されて調速ロータ３２５Ｈへと伝達される。そして、これら各部材は、上下に適宜形成された輪列受および地板に軸支されている。
【００４０】
調速ロータ３２５Ｈは、六番車３２５Ｇと噛合するロータかな３２５Ｈ１、永久磁石３２５Ｈ２および調速ロータ３２５Ｈの回転を滑らかにする慣性板３２５Ｈ３とを備えている。
ステータ３２５Ｉは、調速ロータ３２５Ｈの回転によって永久磁石３２５Ｈ２の磁束を鎖交させる磁気回路を形成し、磁束の変化により電気エネルギを出力する。このステータ３２５Ｉは、一対のステータ材３２５Ｉ１と、このステータ材３２５Ｉ１にそれぞれ巻線された一対のコイル３２５Ｉ２とを備えている。
【００４１】
ステータ材３２５Ｉ１は、略平行に配置され、一対が配置された状態でその先端部分に形成された孔に、調速ロータ３２５Ｈの永久磁石３２５Ｈ２が配置される。
コイル３２５Ｉ２は、永久磁石３２５Ｈ２が回転することで生じるステータ材３２５Ｉ１での磁束変化を電力に変換する。ステータ３２５Ｉからの交流出力は、昇圧整流、全波整流、半波整流、トランジスタ整流等からなる整流回路を通して整流され、コンデンサ等で構成された電源回路に充電供給される。そして、この電源回路に充電された電力は、燃料電池システム１の起動時に電気エネルギを必要とする補機３の各構成要素（制御手段を含む）に供給される。
すなわち、本発明にかかる発電機は、調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉに相当する。
【００４２】
ここで、制御手段は、コイル３２５Ｉ２に電気的に接続されており、調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉで発電された電力で駆動される。そして、制御手段は、連続駆動燃料供給部３２Ａの燃料供給量の制御、すなわち、駆動部３２４の駆動速度の制御を実施する調速制御部を備えている。
この調速制御部は、水晶振動子と、この水晶振動子からの周波数を分周して基準信号を出力する発振回路と、発電された交流電流の周波数を検出する検出回路と、検出された周波数と基準周波数とを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。発振回路では、水晶振動子からの信号を用いて基準信号を出力する。制御回路では、この基準信号と検出回路からの回転検出信号とを比較し、その位相差等に応じて調速ロータ３２５Ｈを制動して調速部３２５Ａ〜３２５Ｇを介して駆動部３２４のロータ駆動部３２４Ｂの回転周期を制御する。なお、調速ロータ３２５Ｈの制動方法としては、ステータ３２５Ｉの出力端子間を短絡してショートブレーキを掛けたり、コイル３２５Ｉ２に流れる電流値を制御して制動量をコントロールすればよい。これにより、調速ロータ３２５Ｈの回転周期（回転速度）が所定の周期（速度）に保たれ、調速部３２５Ａ〜３２５Ｇおよびおよびロータ駆動部３２４Ｂの回転周期（回転速度）が調速される。
ここで、ぜんまい３２６Ａの巻数や寸法、材質などは、燃料電池システム１を稼動する時間、例えば最低１２時間得られるように設定されている。
【００４３】
〔第２燃料供給部の構成〕
図９は、非連続駆動燃料供給部３２Ｂの概略構成を示す図である。
図１０は、非連続駆動燃料供給部３２Ｂの断面を示す図である。
なお、非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、前述した連続駆動燃料供給部３２Ａと略同様の構成を有しており、同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、図示しない制御手段の制御の下、非連続駆動燃料電池２Ｂに燃料を供給する。この非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、連続駆動燃料供給部３２Ａと略同様に、筐体３２１と、チューブ３２２と、駆動機構３２３とを備えている。
このうち、駆動機構３２３は、連続駆動燃料供給部３２Ａと略同様の駆動部３２４と、駆動部３２４を駆動させる圧電アクチュエータ３２７とを備えている。すなわち、非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、電気エネルギを駆動源として駆動する構成である。
【００４４】
駆動部３２４は、ボール３２４Ａと、ロータ３２４Ｃと、リテーナ３２４Ｄとを備え、連続駆動燃料供給部３２Ａで説明したロータ駆動部３２４Ｂが省略された構成となっている。
このうち、ロータ３２４Ｃの側面には、凹部３２４Ｃ３が形成され、この凹部３２４Ｃ３に圧電アクチュエータ３２７の一部が当接し、圧電アクチュエータ３２７の駆動に伴って回転する。
【００４５】
圧電アクチュエータ３２７は、圧電素子３２７Ａ２の振動によって振動する振動体３２７Ａと、この振動体３２７Ａを支持する腕部３２７Ｂとを備えている。振動体３２７Ａは、略矩形平板状に形成された補強板３２７Ａ１と、この補強板３２７Ａ１の表裏両面に設けられた平板状の圧電素子３２７Ａ２とを備えている。
補強板３２７Ａ１は、ステンレス鋼、その他の材料から構成され、略矩形状に形成されている。また、補強板３２７Ａ１の対角線上の長さ方向両端には、凸部３２７Ａ３が一体的に形成されている。凸部３２７Ａ３の一方は、ロータ３２４Ｃの凹部３２４Ｃ３に当接され、凸部３２７Ａ３の先端がロータ３２４Ｃの半径方向に対して傾斜するように配置されている。
【００４６】
圧電素子３２７Ａ２は、補強板３２７Ａ１の両面の略矩形状部分に接着されている。この圧電素子３２７Ａ２の材料は、特に限定されず、チタン酸ジルコン酸鉛（ＰＺＴ）、水晶、ニオブ酸リチウム等の各種のものを用いることができる。また、圧電素子３２７Ａ２の両面には、ニッケルメッキ層および金メッキ層などが形成され、対角線上の長さ方向両端に切欠を設けることで電極が形成されている。
ここで、制御手段は、これら圧電素子３２７Ａ２の電極とリード線等を介して接続されており、非連続駆動燃料供給部３２Ｂの燃料供給量の制御、すなわち、圧電素子３２７Ａ２に印加する電圧を制御する圧電素子制御部を備えている。この圧電素子制御部は、圧電素子３２７Ａ２に印加する電圧の振幅やタイミングを制御する。
【００４７】
腕部３２７Ｂは、補強板３２７Ａ１を支持する腕部本体３２７Ｂ１と、腕部本体３２７Ｂ１を支持する支持板３２７Ｂ２とを備えている。腕部本体３２７Ｂ１の一端は、補強板３２７Ａ１の長手方向略中央を支持しており、他端はピン３２７Ｂ３によって支持板３２７Ｂ２を介して筐体３２１に固定されている。この腕部本体３２７Ｂ１と支持板３２７Ｂ２とはねじなどによって互いに固定されており、これによって両者はピン３２７Ｂ３を中心に回転可能となっている。また、腕部本体３２７Ｂ１には、補強板３２７Ａ１の支持部分近傍からＵ字形の弾性部３２７Ｂ４が形成されている。この弾性部３２７Ｂ４は、先端が係止部材３２７Ｂ５によって筐体３２１に係止されている。この弾性部３２７Ｂ４は、ピン３２７Ｂ３を中心に振動体３２７Ａを付勢しており、これによって振動体３２７Ａの凸部３２７Ａ３はロータ３２４Ｃの凹部３２４Ｃ３に適切な付勢力で押し付けられている。
【００４８】
〔燃料電池システムの動作〕
次に、第１実施形態における燃料電池システム１の動作について説明する。
ぜんまい３２６Ａがほどけて香箱３２６Ｂが回転すると、この回転力が香箱車３２６Ｂ２に噛合する調速部３２５で増速されながら伝達され、調速部３２５の調速ロータ３２５Ｈが回転する。そして、ステータ３２５Ｉは、調速ロータ３２５Ｈに固定された永久磁石３２５Ｈ２が回転することによって、電気エネルギに変換して発電する。制御手段は、この発電により得られた電気エネルギにより起動する。そして、制御手段は、以下に示すように、連続駆動燃料供給部３２Ａの燃料供給量を制御するとともに、補機３を構成する部材（非連続駆動燃料供給部３２Ｂを除く）に適宜、連続駆動燃料電池２Ａにて発電された電気エネルギの一部を供給して補機３全体を迅速に起動可能な状態で待機させる。
なお、調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉにて発電した電気エネルギは、連続駆動燃料供給部３２Ａの制御のための利用に限らず、連続駆動燃料電池２Ａにて発電された電気エネルギと併せて補機３の駆動に利用してもよい。
【００４９】
制御手段の調速制御部は、調速ロータ３２５Ｈを制動して調速部３２５Ａ〜３２５Ｇの回転速度を所定速度に調速する。
二番車３２５Ａが調速されることによって筒かな３２５Ａ３に接続されたロータ駆動部３２４Ｂは、所定回転速度で回転するとともに、ロータ３２４Ｃに回転運動を伝達する。そして、ロータ３２４Ｃは、図４に示す矢印Ｒ方向に回転する。
ロータ３２４Ｃが回転すると、押圧ゴム３２４Ｃ２に押圧されているボール３２４Ａは摩擦によってチューブ３２２を押し潰しながら転動する。これによって、チューブ３２２内の二つのボール３２４Ａに挟まれた燃料が移動する。一方のボール３２４Ａが案内溝３２１Ｂ２の一方の端部まで移動すると、ボール３２４Ａは押圧ゴム３２４Ｃ２とともに支持軸３２１Ｂ５を中心に回転を続けるので、チューブ３２２の押圧が解除される。この状態で、他方のボール３２４Ａが転動しながら燃料を案内溝３２１Ｂ２に沿って押し出し、これによってチューブ３２２内の燃料が流通する。一方のボール３２４Ａは、その間に再び案内溝３２１Ｂ２上に配置され、チューブ３２２を押し潰して、他方のボール３２４Ａとで挟まれた燃料を移動させる。これを繰り返すことによってミキシングタンク３１２内に貯蔵された燃料がチューブ３２２を介して連続して連続駆動燃料電池２Ａに供給される。
【００５０】
ここで、ボール３２４Ａの回転数は、リテーナ３２４Ｄによって検出される。ボール３２４Ａは、転動に伴ってリテーナ３２４Ｄのボール保持部３２４Ｄ２を押し、これによってリテーナ３２４Ｄが回転する。この際、リテーナ３２４Ｄの凸部３２４Ｄ３が板ばね３２１Ｂ７に接触し、ついで板ばね３２１Ｂ７をその付勢力に抗してリテーナ３２４Ｄから離反する方向に移動させる。ここで、板ばね３２１Ｂ７の先端が検出部３２１Ｂ８に接触した状態では、電気的に導通した状態であり、板ばね３２１Ｂ７の先端が検出部３２１Ｂ８から離反することによって、検出部３２１Ｂ８がボール３２４Ａの回転を検知する。すなわち、このボール３２４Ａの回転を二回検知すれば駆動部３２４が一回転したことになる。これを利用して、図示しない調速制御手段は、駆動部３２４の回転数や燃料の流量を算出するなどして連続駆動燃料供給部３２Ａの運転状態を制御する。
【００５１】
そして、制御手段は、補機３を構成する部材に適宜、連続駆動燃料電池２Ａにおける電気化学反応により生成する電気エネルギの一部を供給して補機３全体を迅速に起動可能な状態で待機させる。例えば、制御手段は、連続駆動燃料電池２Ａによる発電エネルギを補機３のコンプレッサ３３に供給し、コンプレッサ３３で用いられるモータ等の駆動速度を通常の駆動速度よりも遅い状態で駆動しておき、小型のアキュムレータ等に予め圧縮空気を蓄えておくことも可能である。また、例えば、制御手段は、連続駆動燃料電池２Ａによる発電エネルギを補機３の加熱器３４に供給し、燃料電池２を加熱する通常の温度よりも低い状態で加熱器３４を予熱しておく。このことにより、制御手段は、燃料電池システム１の停止中における補機３の待機状態を確保する。
【００５２】
この後、制御手段は、外部から燃料電池システム１全体の起動指令（例えば、メインスイッチのＯＮによる）があった場合に、連続駆動燃料電池２Ａにて生成された電気エネルギにおいて、通常駆動可能なエネルギ量を補機３に供給して補機３全体を立ち上げ、燃料電池システム１を起動する。
ここで、制御手段は、連続駆動燃料電池２Ａにて生成された電気エネルギ（通常駆動可能なエネルギ量）を補機３（非連続駆動燃料供給部３２Ｂを除く）に供給することで、補機３（非連続駆動燃料供給部３２Ｂを除く）は待機状態から駆動状態に移行する。
【００５３】
また、制御手段の圧電素子制御部は、連続駆動燃料電池２Ａにて発電された電気エネルギを利用して、非連続駆動燃料供給部３２Ｂの圧電素子３２７Ａ２に所定周波数の電圧を印加する。
振動体３２７Ａは、圧電素子３２７Ａ２に電圧が印加されると、縦振動と屈曲振動を組み合わせた楕円軌道を描く。この楕円軌道の一部で凸部３２７Ａ３がロータ３２４Ｃの凹部３２４Ｃ３を押すことにより、ロータ３２４Ｃが図９の矢印Ｒ方向に回転する。この動作を適当な振動数で繰り返すことにより、ロータ３２４Ｃを所望の回転数で回転させる。
【００５４】
そして、ロータ３２４Ｃが回転することにより、ボール３２４Ａがチューブ３２２を押し潰しながら転動し、チューブ３２２内の燃料が非連続駆動燃料電池２Ｂに供給されて非連続駆動燃料電池２Ｂが起動する。なお、ロータ３２４Ｃの回転に関する検出は、連続駆動燃料供給部３２Ａと同様に、非連続駆動燃料供給部３２Ｂの板ばね３２１Ｂ７および検出部３２１Ｂ８（図９）により実施する。
すなわち、制御手段は、燃料電池システム１における補機３の待機状態を確保しつつ、外部からの起動指令に基づいて補機３に連続駆動燃料電池２Ａにて発電した発電エネルギを供給することで、補機３全体を立ち上げて、燃料電池システム１を起動させる。
【００５５】
〔第１実施形態の効果〕
上述した実施形態では、以下のような効果がある。
（１）燃料電池２は、連続駆動燃料電池２Ａと非連続駆動燃料電池２Ｂの２つから構成され、連続駆動燃料電池２Ａは、連続して燃料が供給され、常時電気化学反応が生じて電気エネルギを生成する。そして、制御手段は、連続駆動燃料電池２Ａにて生成された電気エネルギを利用して、補機３を待機状態にするとともに、適宜、補機３を待機状態から駆動状態に移行する。このことにより、燃料電池システム１における補機３の待機状態を確保しつつ、連続駆動燃料電池２Ａにて発電した発電エネルギ（補機３全体を通常駆動可能なエネルギ量）を補機３に供給することで、補機３全体を迅速に立ち上げ、燃料電池システム１を迅速に起動できる。したがって、燃料電池システム１に接続された外部駆動装置を駆動する場合でも、補機３全体を立ち上げるのに手間が掛からず、燃料電池システム１を迅速に起動でき、燃料電池システム１の利便性の向上を図れる。
【００５６】
（２）連続駆動燃料電池２Ａは、連続駆動燃料供給部３２Ａにより、常時、連続して燃料が送液される。このことにより、例えば、連続駆動燃料電池２Ａに燃料を送液する手段がないＰａｓｓｉｖｅ型燃料電池の構成に比して、連続駆動燃料電池２Ａには、電気化学反応により生ずる反応生成物等の不純物が滞留することを回避できる。したがって、不純物の滞留を回避し、連続駆動燃料電池における発電効率を向上させることができる。
（３）連続駆動燃料供給部３２Ａの駆動機構３２３は、エネルギ蓄積手段３２６を備え、エネルギ蓄積手段３２６は、ぜんまい３２６Ａから構成されているので、別途、連続駆動燃料供給部３２Ａを駆動させる電気エネルギを供給する二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システム１の小型化を図れる。また、エネルギ蓄積手段３２６がぜんまい３２６Ａから構成されているので、駆動部３２４および調速部３２５を機械式で構成でき、連続駆動燃料供給部３２Ａを簡素な構造とできる。
【００５７】
（４）連続駆動燃料供給部３２Ａの駆動機構３２３は、調速部３２５を備えているので、一定量の燃料を連続駆動燃料電池２Ａに常に供給することができ、連続駆動燃料電池２Ａによる不要な燃料消費を回避できる。
（５）連続駆動燃料供給部３２Ａの駆動機構３２３は、発電機として構成される調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉとを備えているので、これら調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉにて発電した電気エネルギで制御手段を駆動できる。したがって、別途、制御手段を駆動するための二次電池等の電源を不要とし、燃料電池システム１の小型化を図れる。また、連続駆動燃料電池２Ａの発電量が小さい場合には、この調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉにて発電された電気エネルギを加えることで非連続駆動燃料供給部３２Ｂを確実に駆動できる。
【００５８】
（６）制御手段は、外部から燃料電池システム１全体の起動指令があった場合に、燃料電池システム１を起動するので、不要に燃料電池システム１を駆動することを回避し、燃料電池２における不要な燃料消費を回避できる。
（７）連続駆動燃料電池２Ａおよび非連続駆動燃料電池２Ｂは、並列して配置されているので、複数の燃料電池を直列に配置した場合のように、前段の燃料電池にて使用された燃料を後段の燃料電池が使用する構成とせずに、それぞれの燃料電池は常に新鮮な燃料を利用でき、連続駆動燃料電池２Ａおよび非連続駆動燃料電池２Ｂにおける発電効率を向上できる。
【００５９】
（８）連続駆動燃料電池２Ａの燃料電池セル面積は、非連続駆動燃料電池２Ｂのものよりも小さく形成され、すなわち、発電量が小さいので、連続駆動燃料電池２Ａに供給する燃料を少なくできる。すなわち、連続駆動燃料電池２Ａは、燃料電池システム１全体の種火として機能するので、最低限の発電量（補機３を駆動可能な発電量）が得られるように形成することで、燃料電池システム１にて使用される燃料を不要に消費することを回避できる。
（９）非連続駆動燃料供給部３２Ｂの駆動機構３２３は、圧電アクチュエータ３２７を備え、この圧電アクチュエータ３２７によりロータ３２４Ｃを回転させるので、非連続駆動燃料供給部３２Ｂを薄くかつ小さく構成でき、燃料電池システム１の小型化を計れる。
（１０）燃料電池システム１を、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等の外部駆動装置としての電子機器に搭載すれば、該燃料電池システム１を迅速に起動できるので、電子機器自体における起動の迅速化を図れる。
【００６０】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
第１実施形態では、非連続駆動燃料電池２Ｂは、一つの燃料電池にて構成される。
これに対して第２実施形態では、非連続駆動燃料電池２Ｂは、複数の燃料電池にて構成される。なお、その他の構成は、第１実施形態と略同様のものとし、説明を省略する。
【００６１】
図１１は、第２実施形態における燃料電池２と燃料供給部３２との配置構成を示す図である。なお、この図１１では、図３と同様に、説明を簡略化するために、燃料電池２における排出成分を排出する排出口２４Ｂおよび酸化ガスを吸入する吸入口２５Ａを省略して図示している。
燃料電池２は、連続駆動燃料電池２Ａと、複数の非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）を備えている。
これら非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）は、それぞれ燃料電池セル面積が略同一であり、すなわち、発電量が等しくなるように形成されている。また、これら非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）は、それぞれ並列して配置される。
このうち、非連続駆動燃料電池２Ｂ１は、燃料電池システム１が起動すると、非連続駆動燃料供給部３２Ｂから燃料が供給されて駆動する。
そして、非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５に対応して４つの図示しない電磁弁を備え、制御手段の制御の下、電磁弁の開閉を実施して、各非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５に燃料を供給する。
【００６２】
次に、第２実施形態における燃料電池システム１の動作を説明する。なお、第２実施形態における燃料電池システム１の動作は、第１実施形態と略同様であり、以下では、制御手段による非連続駆動燃料供給部３２Ｂの制御についてのみ説明する。
制御手段は、外部から燃料電池システム１全体の起動指令があった場合に、燃料電池システム１にて生成される電気エネルギを非連続駆動燃料供給部３２Ｂに供給し、非連続駆動燃料供給部３２Ｂを駆動する。
非連続駆動燃料供給部３２Ｂが駆動すると、タンク３１に貯蔵された燃料が非連続駆動燃料電池２Ｂ１に供給され、非連続駆動燃料電池２Ｂ１にて電気エネルギが出力される。そして、燃料電池システム１に接続された外部駆動装置は、非連続駆動燃料電池２Ｂ１から出力される電気エネルギにて駆動する。
【００６３】
ここで、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態をモニタして、外部駆動装置の稼動状態に基づいて非連続駆動燃料電池２Ｂによる発電量を認識する。
そして、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態から、発電量が充分足りていると判断した場合には、非連続駆動燃料電池２Ｂ１にて生成される電気エネルギにて外部駆動装置を駆動させる。
一方、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態から、発電量が不足していると判断した場合には、非連続駆動燃料電池２Ｂ２に接続する図示しない電磁弁を開く旨の制御信号を出力し、電磁弁が開いて非連続駆動燃料電池２Ｂ２に燃料が供給される。
また、制御手段は、常時、外部駆動装置の稼動状態をモニタし、発電量が不足していると判断した場合には、順次、非連続駆動燃料電池２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５に接続された電磁弁を開いて非連続駆動燃料電池２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５を駆動する。
【００６４】
なお、電磁弁の開く順序は、非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５の順に限らず、ランダムに開くように制御してもよい。
また、非連続駆動燃料電池２Ｂの総発電量を減らす場合には、例えば、以下のように構成してもよい。
例えば、制御手段は、非連続駆動燃料電池２Ｂにて生成される発電量（非連続駆動燃料電池２Ｂから出力される電流値または電圧値等）を検出するとともに、外部駆動装置の必要とする電気エネルギ量（例えば、消費される電流値、電圧値等）を検出する。そして、制御手段は、検出した発電量と外部駆動装置が必要とする電気エネルギ量とを比較し、発電量が外部駆動装置の必要とする電気エネルギ量よりも大きい場合に、非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５に接続された電磁弁を閉める旨の制御信号を出力し、電磁弁を順次閉める。これにより、非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５に供給される燃料が停止し、非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５は順次、駆動を停止する。
【００６５】
〔第２実施形態の効果〕
上述した第２実施形態によれば、上記（１）〜（１０）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１１）制御手段は、外部駆動装置の稼動状態をモニタし、この稼動状態に基づいて、非連続駆動燃料電池２Ｂにおける総発電量を可変する。このことにより、燃料電池システム１を効率的に駆動できるとともに、外部駆動装置の負荷変動に確実に対応することができ、燃料電池システム１の利便性の向上を図れる。
（１２）非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）は、複数から構成されているので、燃料電池システム１において生成される総発電量の幅を広げ、負荷の異なる種々の外部駆動装置に対応でき、燃料電池システム１のさらなる利便性の向上を図れる。
【００６６】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態および前記第２実施形態と同様の構造および同一部材には同一符号を付して、その詳細な説明は省略または簡略化する。
第１実施形態および第２実施形態では、燃料供給部３２は、連続駆動燃料供給部３２Ａと非連続駆動燃料供給部３２Ｂとを備え、連続駆動燃料供給部３２Ａにより連続駆動燃料電池２Ａに連続して燃料が供給される。
これに対して第３実施形態では、燃料供給部３２は、連続駆動燃料供給部３２Ａを省略した構成としている。
【００６７】
図１２および図１３は、第３実施形態における燃料電池２と燃料供給部３２との配置構成を示す図である。なお、図１２は、第１実施形態における燃料電池システム１に本実施形態を採用したものであり、図１３は、第２実施形態における燃料電池システム１に本実施形態を採用したものである。また、図１２および図１３では、図３および図１１と同様に、説明を簡略化するために、燃料電池２における排出成分を排出する排出口２４Ｂおよび酸化ガスを吸入する吸入口２５Ａを省略して図示している。
連続駆動燃料電池２Ａは、図１２および図１３に示すように、第１実施形態および第２実施形態で説明した強制的に燃料を供給する連続駆動燃料供給部３２Ａが省略され、直接、パイプを介してタンク３１と接続されている。
そして、連続駆動燃料電池２Ａは、パイプ内に充填された燃料とアノード電極２２とが接触するように構成され、常時、この接触した燃料に基づいて電気化学反応を生じ、電気エネルギを生成する。すなわち、この連続駆動燃料電池２Ａは、Ｐａｓｓｉｖｅ型燃料電池として構成されている。
なお、燃料電池システム１の動作については、第１実施形態または第２実施形態と略同様に実施でき、説明を省略する。
【００６８】
〔第３実施形態の効果〕
上述した第３実施形態によれば、（１）、（６）〜（１２）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１３）連続駆動燃料電池２Ａは、Ｐａｓｓｉｖｅ型燃料電池として構成されているので、燃料供給部３２において、連続駆動燃料電池２Ａに強制的に燃料を供給する手段を省略でき、燃料電池システム１の小型化を図れる。
【００６９】
［実施形態の変形］
尚、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、以下に示すような変形をも含むものである。
前記各実施形態では、連続駆動燃料電池２Ａは、単一の燃料電池で構成されていたが、これに限らず、複数の燃料電池にて構成してもよい。この場合には、これら複数の燃料電池を並列に配置すれば、直列に配置する場合に比べて、個々の燃料電池は、常に新鮮な燃料を利用でき、発電効率を向上させることができる。
【００７０】
前記各実施形態では、燃料電池２は、直接メタノール型燃料電池として説明したが、これに限らず、例えば、燃料電池２を固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）として構成してもよい。なお、この場合、燃料電池システム１の補機３に、燃料を改質する改質器を設け、燃料供給部３２からこの改質器に燃料が流入するように構成する。
このような構成において、タンク３１に貯蔵される燃料としては、水酸化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）と、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と、水（Ｈ２Ｏ）とが混合した混合液採用できる。なお、燃料としては、この混合液の他、前記各実施形態で用いたメタノール溶液等、その他の燃料を使用してもよい。
【００７１】
また、改質器としては、タンク３１から燃料供給部３２により移動された混合液を反応させる触媒を収容する触媒収容タンクと、触媒収容タンクにて反応した混合液において水素ガスを固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）に供給するセパレータ（気液分離膜）とを備えた構成を採用できる。
触媒収容タンクは、例えば、触媒として、水素吸蔵合金であるＭｇ２ＮｉＨ４を収容する。なお、触媒としては、Ｍｇ２ＮｉＨ４に限らない。固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）の用途および燃料に応じて種々のものを採用でき、例えば、その他のマグネシウム系水素吸蔵合金、チタン系またはジルコニウム系金属を用いた水素吸蔵合金、希土類系水素吸蔵合金、ランタン・ニッケル・アルミニウム系およびミッシュメタル・ニッケル・アルミニウム系水素吸蔵合金等を採用できる。
【００７２】
前記各実施形態では、非連続駆動燃料供給部３２Ｂは、圧電アクチュエータ３２７を備えたチューブポンプとして構成されていたが、これに限らない。例えば、制御手段による制御の下、パイプ内の燃料の流通状態を切り替える電磁弁等のバルブを採用してもよい。この場合、非連続駆動燃料電池２Ｂは、Ｐａｓｓｉｖｅ型燃料電池を採用できる。このような構成では、燃料電池システム１の構成を簡素化できる。また、駆動部３２４の駆動は、圧電アクチュエータに限らず、その他のモータ等を採用してもよい。
【００７３】
前記各実施形態では、補機３は、コンプレッサ３３、加熱器３４、ラジエータ３５、セパレータ３６、凝縮器３７、および、スプリッタ３８を具備して燃料電池システム１の効率化を図っていたが、これに限らない。例えば、これらを適宜省略した構成としてもよい。このような構成では、燃料電池システム１をコンパクトな構成として小型化が図れる。
前記各実施形態では、燃料供給部３２は、チューブポンプとして構成されていたが、これに限らず、例えば、シリンジポンプ、ダイヤフラムポンプ等にて構成してもよい。
例えば、シリンジポンプとして構成した場合には、駆動部３２４をカム、ラック等で構成してシリンジポンプのピストンを進退移動させて燃料を流入および流出するように構成すればよい。
同様に、例えば、ダイヤフラムポンプとして構成した場合には、駆動部３２４をカム、ラック等で構成してダイヤフラムポンプのダイヤフラムを変形させることで、ポンプ内の容積を増減させ燃料を流入および流出するように構成すればよい。
【００７４】
前記各実施形態では、エネルギ蓄積手段３２６は、ぜんまい３２６Ａにて構成されていたが、これに限らず、弾性を有する弾性部材であればよく、例えば、ばね、板ばね、ゴム等にて構成してもよい。
また、エネルギ蓄積手段３２６において、機械エネルギを蓄積して供給する構成に限らず、例えば、物体の位置の変化により得られる位置エネルギ、周囲の温度差により得られる熱エネルギ等を蓄積するような構成を採用してもよい。
例えば、位置エネルギを蓄積する構成であれば、回転自在に構成された回転体にロープ等を巻きつけて、このロープの先端に任意の重さの重錘を固定しておけば、重錘の位置の変化により回転体が回転し、重錘の位置エネルギを利用できる。
また、例えば、熱エネルギを蓄積する構成であれば、パラフィンワックス等の熱変換体における体積の膨張収縮に連動するように部材を設ければ、熱変換体の熱エネルギを利用できる。
【００７５】
前記各実施形態では、連続駆動燃料電池２Ａにて生成される電気エネルギは、燃料電池システム１を起動する際の種火として利用されていたが、これに限らない。例えば、燃料電池システム１を起動する際の種火として利用するだけでなく、燃料電池システム１に接続される外部駆動装置を駆動する際のエネルギとしても利用してもよい。このような構成では、外部駆動装置が低い負荷の時は、連続駆動燃料電池２Ａにて対応でき、外部駆動装置の高い負荷の時は、燃料電池システム１を起動して非連続駆動燃料電池２Ｂと併せて対応できる。
また、この場合には、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態に応じて燃料電池システム１を起動するように構成してもよい。すなわち、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態から、連続駆動燃料電池２Ａによる発電量が不足していると判断した場合に、補機３を待機状態から起動状態に移行して燃料電池システム１を起動する。そして、連続駆動燃料電池２Ａによる発電量と補機３が起動した際の非連続駆動燃料電池２Ｂの駆動による発電量とを併せることで外部駆動装置の駆動に対応する。また、逆に、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態から、連続駆動燃料電池２Ａによる発電量が充分足りていると判断した場合に、補機３の待機状態を確保しつつ、連続駆動燃料電池２Ａによる発電量にて外部駆動装置の駆動を実施する。
【００７６】
前記第２実施形態では、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態から非連続駆動燃料電池２Ｂによる発電量を認識していたが、これに限らない。例えば、非連続駆動燃料電池２Ｂから出力される電流値または電圧値等を検出するように構成してもよい。また、例えば、非連続駆動燃料電池２Ｂから排出される排出成分における未反応燃料の濃度を検出し、この検出した濃度から非連続駆動燃料電池２Ｂによる発電量を認識してもよい。さらに、例えば、外部駆動装置の稼動状態（例えば、消費される電流値、電圧値等）を検出し、この検出した稼動状態から非連続駆動燃料電池２Ｂによる発電量を認識してもよい。
【００７７】
また、前記第２実施形態では、制御手段は、外部駆動装置の稼動状態から発電量が不足しているか充分足りているか否かを判断していたが、これに限らない。例えば、制御手段は、非連続駆動燃料電池２Ｂによる発電量と、所定の閾値とを比較する。そして、発電量が所定の閾値よりも大きい場合には、非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１）の駆動状態を維持し、逆に、小さい場合には、その他の非連続駆動燃料電池（２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）を適宜、駆動するように非連続駆動燃料供給部３２Ｂを制御する。ここで、閾値としては、例えば、外部駆動装置を駆動するために必要とされるエネルギ量を予め設定しておき、この設定された値を閾値として利用できる。また、閾値の設定を変更可能に構成してもよい。
【００７８】
さらに、前記第２実施形態において、制御手段が、外部駆動装置の稼動状態に応じて、例えば、外部駆動装置の稼動状態（消費される電流値または電圧値等）と、非連続駆動燃料電池２Ｂによる発電量とを比較し、比較した結果に応じて、開閉する電磁弁（非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５に接続する４つの電磁弁）を選択するように構成してもよい。この場合には、制御手段が、稼動状態と発電量とを比較して不足しているエネルギ量を算出し、この不足分を補填できる非連続駆動燃料電池２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５を選択するように構成してもよい。このような構成では、燃料電池システム１の駆動をさらに効率的に実施でき、燃料電池システム１のさらなる利便性の向上を図れる。
【００７９】
前記第２実施形態では、非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）は、それぞれ燃料電池セル面積が略同一であり、すなわち、発電量が同一になるように形成されていたが、これに限らない。例えば、非連続駆動燃料電池２Ｂ（２Ｂ１，２Ｂ２，２Ｂ３，２Ｂ４，２Ｂ５）をそれぞれ燃料電池セル面積を異なるように形成し、すなわち、発電量が異なるように形成してもよい。
【００８０】
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の燃料電池システムおよびこの燃料電池システムを備えた機器によれば、迅速に起動して利便性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムを模式的に示す図。
【図２】前記各実施形態における燃料電池の概略構成を示す図。
【図３】第１実施形態における燃料電池と燃料供給部との配置構成を示す図。
【図４】前記各実施形態における連続駆動燃料供給部の概略構成を示す図。
【図５】前記各実施形態における連続駆動燃料供給部の断面を示す図。
【図６】前記各実施形態における連続駆動燃料供給部のチューブの配置を説明する図。
【図７】前記各実施形態における連続駆動燃料供給部の駆動機構を図５の上方から見た平面図。
【図８】前記各実施形態における連続駆動燃料供給部の駆動機構の断面図。
【図９】前記各実施形態における非連続駆動燃料供給部の概略構成を示す図。
【図１０】前記各実施形態における非連続駆動燃料供給部の断面を示す図。
【図１１】第２実施形態における燃料電池と燃料供給部との配置構成を示す図。
【図１２】第３実施形態における燃料電池と燃料供給部との配置構成を示す図。
【図１３】第３実施形態における燃料電池と燃料供給部との配置構成を示す図。
【符号の説明】
１・・・燃料電池システム、２Ａ・・・連続駆動燃料電池、２Ｂ・・・非連続駆動燃料電池、３２Ａ・・・連続駆動燃料供給部、３２Ｂ・・・非連続駆動燃料供給部、３２２・・・チューブ（ポンプ）、３２４・・・駆動部、３２５・・・調速部、３２５Ｈ・・・調速ロータ（発電機）、３２５Ｉ・・・ステータ（発電機）。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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