(57)【要約】【課題】構造を簡素化して小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる燃料電池システムを提供する。【解決手段】燃料電池システム１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２と、燃料電池２における電気化学反応を補助する補助手段としての補機３と、補機３に当該燃料電池システム１を起動するエネルギを供給するエネルギ供給手段とを備える。そして、エネルギ供給手段は、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蓄積し、この蓄積したエネルギを補機３に供給する。補機３は、エネルギ供給手段からのエネルギに基づいて燃料電池システム１を起動する。【選択図】  図１
2004158334.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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であって、
前記燃料電池における電気化学反応を補助する補助手段と、
当該燃料電池システムの起動時に前記補助手段に対して起動エネルギを供給するエネルギ供給手段とを具備し、
前記エネルギ供給手段は、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起動エネルギとして蓄積し、この蓄積した起動エネルギを前記補助手段に供給す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、
前記補助手段は、前記燃料電池にて用いられる燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給部とを備え、
前記エネルギ供給手段は、前記燃料供給部に前記起動エネルギを供給して前記燃料を前記燃料電池に供給させることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項３】
請求１または請求項２に記載の燃料電池システムにおいて、
前記補助手段は、前記エネルギ供給手段からの起動エネルギを電気エネルギに変換する発電機を備え、前記発電機にて発電された電気エネルギを当該燃料電池システムを稼動するエネルギとす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、
前記エネルギ供給手段は、機械エネルギを蓄積するとともに前記補助手段に前記機械エネルギを供給するぜんまいであることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料電池システムにおいて、
外部エネルギにより回転自在に構成される回転錘を備え、
前記回転錘は、回転することにより前記ぜんまいを巻き上げ可能に構成されてい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３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記エネルギ供給手段は、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを蓄積するとともに、蓄積した位置エネルギを機械エネルギに変換する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３のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記エネルギ供給手段は、周囲の温度変化により得られる熱エネルギを蓄積するとともに、蓄積した熱エネルギを機械エネルギに変換することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記エネルギ供給手段は、外部から与えられる外部エネルギを蓄積し、この蓄積したエネルギを前記起動エネルギとして前記補助手段に供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれかに記載の燃料電池システムにおいて、
前記補助手段は、当該燃料電池システムを起動した後、前記燃料電池にて発電された電気エネルギの一部により当該燃料電池システムを稼動することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１０】
請求項１から請求項９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およびこの燃料電池システムを備えた機器に関する。
【０００２】
【背景技術】
従来より、燃料電池と、該燃料電池に燃料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燃料貯蔵部としてのタンク、燃料を供給するための燃料供給部としてのポンプ、酸化ガスを供給するためのコンプレッサ等を備えている。
そして、このような燃料電池システムは、二次電池を具備し、補機はこの二次電池に蓄えられた電気エネルギを取得して、燃料電池システムを起動している。
【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、システム起動時のエネルギ源として二次電池を用いているので、燃料電池システムの小型化を図れないなどの問題が一例として挙げられる。
また、二次電池の蓄電量が不足した場合には、利用者に二次電池の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させてしまう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、構造を簡素化して小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる燃料電池システム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、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であって、前記燃料電池における電気化学反応を補助する補助手段と、当該燃料電池システムの起動時に前記補助手段にたいして起動エネルギを供給するエネルギ供給手段とを具備し、前記エネルギ供給手段は、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起動エネルギとして蓄積し、この蓄積した起動エネルギを前記補助手段に供給することを特徴とする。
ここで、燃料電池としては、例えば、メタノールやメタン等の燃料を水素ガスに改質し、この水素ガスと酸化ガスとを利用して電気化学反応を生じる固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）、または、メタノール等の燃料を改質せずに、電気化学反応を生じる直接メタノール型燃料電池（ＤＭＦＣ）等を採用できる。
また、補助手段としては、燃料を燃料電池に供給するポンプ、メタノール等の燃料の濃度を検知するセンサ、燃料電池の電気化学反応を促進させるために燃料電池に熱をかける発熱体、酸化ガスを燃料電池に供給するコンプレッサ、等を採用できる。また、これらに限らず、燃料電池を固体高分子型燃料電池を採用した場合には、メタノールやメタン等の燃料を水素ガスに改質する改質機等も採用できる。
さらに、エネルギ供給手段としては、機械エネルギを蓄積可能に構成される、ぜんまい、ばね、板ばね、ゴム等の弾性部材を採用できる。
本発明によれば、補助手段は、エネルギ供給手段からの機械エネルギ、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により燃料電池システムを起動するので、補助手段に燃料電池システムの起動時のエネルギを供給する二次電池等を設ける必要がない。そして、利用者に二次電池等の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることがないので、燃料電池システムの利便性の向上を図れる。また、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により燃料電池システムが起動するので、燃料電池システムの構造を簡素化して小型化を図れる。
【０００７】
本発明の燃料電池システムでは、前記補助手段は、前記燃料電池にて用いられる燃料を貯蔵する燃料貯蔵部と、前記燃料貯蔵部に貯蔵された燃料を前記燃料電池に供給する燃料供給部とを備え、前記エネルギ供給手段は、前記燃料供給部に前記起動エネルギを供給して前記燃料を前記燃料電池に供給させることが好ましい。
本発明によれば、補助手段は、燃料貯蔵部および燃料供給部を備え、燃料供給部はエネルギ供給手段からのエネルギにより燃料貯蔵部に貯蔵された燃料を燃料電池に供給するので、燃料電池にて電気化学反応を生じさせて電気エネルギを生成させることができる。また、燃料供給部が機械エネルギ、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により駆動するように構成されているので、燃料供給部の構成が簡単な構造となり、容易に製造できる。
【０００８】
本発明の燃料電池システムでは、前記補助手段は、前記エネルギ供給手段からの起動エネルギを電気エネルギに変換する発電機を備え、前記発電機にて発電された電気エネルギを当該燃料電池システムを稼動するエネルギとすることが好ましい。
本発明によれば、補助手段は、発電機を備えているので、エネルギ供給手段からのエネルギにより発電される電気エネルギを利用して燃料電池システムを稼動できる。したがって、燃料電池システムの起動時および稼動時で、利用するエネルギを使い分け、効率的に燃料電池システムにて電気エネルギを生成することができる。
【０００９】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ供給手段は、機械エネルギを蓄積するとともに前記補助手段に前記機械エネルギを供給するぜんまいであることが好ましい。
本発明によれば、エネルギ供給手段は、ぜんまいで構成されているので、簡単な構造で駆動源としてのエネルギ供給手段を構成できる。また、人力によって容易に機械エネルギを発生し、発生した機械エネルギを容易に蓄積できる。
【００１０】
本発明の燃料電池システムでは、外部エネルギにより回転自在に構成される回転錘を備え、前記回転錘は、回転することにより前記ぜんまいを巻き上げ可能に構成されていることが好ましい。
本発明によれば、例えば、小型化が図られ、携帯性を有する電子機器（ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ（Ｐｅｒｓｏｎａｌ  Ｄｉｇｉｔａｌ  Ａｓｓｉｓｔａｎｔ））に燃料電池システムを搭載した場合に、外部エネルギとして該電子機器の動きに応じた運動エネルギによって回転錘が回転するように構成すれば、電子機器を携帯している人の運動等によりぜんまいが自動的に巻き上げられ、エネルギ供給手段は機械エネルギを常に蓄積できる。
【００１１】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ供給手段は、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを蓄積するとともに、蓄積した位置エネルギを機械エネルギに変換することが好ましい。
本発明によれば、エネルギ供給手段は、物体の位置の変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ供給手段は、位置エネルギを機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積および供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システムの構造を簡素化して小型化が図れる。
【００１２】
本発明の燃料電池システムでは、エネルギ供給手段は、周囲の温度変化により得られる熱エネルギを蓄積するとともに、蓄積した熱エネルギを機械エネルギに変換することが好ましい。
本発明によれば、エネルギ供給手段は、周囲の温度変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ供給手段は、熱エネルギを機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積および供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システムの構造を簡素化して小型化が図れる。
【００１３】
本発明の燃料電池システムでは、前記エネルギ供給手段は、外部から与えられる外部エネルギを蓄積し、この蓄積したエネルギを前記起動エネルギとして前記補助手段に供給することが好ましい。
ここで、外部から与えられる外部エネルギとしては、利用者により燃料電池システムに対して実施される操作等を採用できる。例えば、燃料貯蔵部が、燃料電池システムを構成する筐体に対して着脱自在なカートリッジとして構成されている場合には、このカートリッジを筐体に設置する際の押圧力を外部エネルギとして採用できる。
本発明では、エネルギ供給手段は、例えば、利用者による燃料電池システムに対する操作等の外部エネルギを蓄積し、この蓄積したエネルギを起動エネルギとして補助手段に供給する。このことにより、利用者による燃料電池システムに対する操作等の外部エネルギにより燃料電池システムを起動できるので、外部エネルギを効率的に利用できる。
【００１４】
本発明の燃料電池システムでは、前記補助手段は、当該燃料電池システムを起動した後、前記燃料電池にて発電された電気エネルギの一部により当該燃料電池システムを稼動することが好ましい。
本発明では、補助手段は、燃料電池システムの起動時に、エネルギ供給手段からエネルギ供給を受ける。そして、補助手段は、起動後に、燃料電池による発電エネルギの一部の供給を受ける。このことにより、燃料電池システムの起動時および稼動時で、利用するエネルギを使い分け、効率的に燃料電池システムにて電気エネルギを生成することができる。また、補助手段は、燃料電池による発電エネルギの一部の供給により燃料電池システムを稼動するので、燃料電池に供給する燃料が不足するまで、常時、燃料電池システムを稼動できる。
【００１５】
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小型化するので、機器自体の小型化を図れる。
【００１６】
【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、エネルギ供給手段４とを備えている。
【００１７】
燃料電池２は、直接メタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）であり、燃料電池セルが拡散層を介して複数積層されたスタック構造で構成されている。本実施形態では、説明を簡略化するため、図１に示すように、単一の燃料電池セルで構成した燃料電池２を図示する。
この燃料電池２は、固体電解質膜２１と、この固体電解質膜２１を両側から挟持するように配置されるアノード電極２２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、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。
【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。この燃料供給部３２は、前述したように、機械エネルギを蓄積する後述するエネルギ供給手段４からの機械エネルギにより駆動される。本実施形態では、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の詳細については、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、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、ブロワ等を用いてもよい。
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。
【００２６】
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。
制御手段は、補機３全体を制御する。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の燃料供給量の制御、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】
エネルギ供給手段４は、補機３を構成する燃料供給部３２を駆動するために用いられているため、以下に燃料供給部３２と同時に説明する。
【００２８】
〔燃料供給部およびエネルギ供給手段の構成〕
次にチューブポンプとして構成される燃料供給部３２の構成について説明する。
図２は、第１実施形態における燃料供給部３２の概略構成を示す図である。
図３は、第１実施形態における燃料供給部３２の断面図である。
この燃料供給部３２は、外郭を形成する筐体３２１と、この筐体３２１内に収容されるチューブ３２２と、このチューブ３２２内の燃料を送液する駆動機構３２３とを備えている。
【００２９】
筐体３２１は、図２または図３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。
【００３０】
第１筐体３２１Ａは、図３に示すように、略円盤状に形成された中空部材であり、その内部には、第２筐体３２１Ｂ側に開口した孔３２１Ａ１と、後述する駆動機構３２３が収容される略円形の収容部３２１Ａ２とが形成されている。ここで、この収容部３２１Ａ２は、第２筐体３２１Ｂの中心位置から偏心して形成されている。また、第１筐体３２１Ａの上面は、蓋材３２１Ａ３が設けられ、この蓋材３２１Ａ３にて第１筐体３２１Ａの上面を塞ぐことで、収容部３２１Ａ２が閉塞される。
第２筐体３２１Ｂは、平面略正方形状に形成され、図３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。
【００３１】
図４は、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２または図４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。
【００３２】
図５は、燃料供給部３２の駆動機構３２３を図３の上方から見た平面図である。
図６は、燃料供給部３２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５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供給手段４と、エネルギ供給手段４からの機械エネルギに基づいてチューブ３２２内部の燃料を流通させる駆動部３２４（図６）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、本実施形態では、エネルギ供給手段４を燃料供給部３２に具備した構成としている。
【００３３】
エネルギ供給手段４は、ぜんまい４１と、このぜんまい４１を収納する香箱４２とを備えている。
香箱４２は、中心部分に形成された香箱真４２Ａを軸として回転自在に構成され、外周には調速部３２５の二番車３２５Ａと噛合する香箱車４２Ｂが形成されている。
ぜんまい４１は、一端が香箱真４２Ａに、他端が香箱車４２Ｂの内周部分に固定されている。そして、香箱４２は、ぜんまい４１がほどけることにより香箱真４２Ａを軸として回転し、ぜんまい４１の機械エネルギが調速部３２５および駆動部３２４（図６）に伝達される。
また、香箱真４２Ａには、角穴車４２Ｃが固定され、この角穴車４２Ｃは、筐体３２１の外部に突出して設けられた巻き上げ機構３２６の巻真３２６Ａ（図２、５）に図示しない巻き上げ輪列を介して接続されている。そして、巻真３２６Ａの端部に設けられた竜頭３２６Ｂ（図２）を回すことで、香箱真４２Ａが回転してぜんまい４１を巻き上げることが可能となる。
【００３４】
駆動部３２４は、図３または図６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３または図４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。
【００３５】
ロータ駆動部３２４Ｂは、図６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４２の回転に伴う二番車３２５Ａの回転に連動し、二番車３２５Ａ位置を中心として回転する。また、ロータ駆動部３２４Ｂの外周側には、円盤状部分の下方に略垂直に突出して複数の突出部３２４Ｂ１が設けられている（本実施形態では二つ）。
【００３６】
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３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。
【００３７】
リテーナ３２４Ｄは、図３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４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。
【００３８】
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５に示すように、香箱車４２Ｂと噛合する二番車３２５Ａと、以下順に増速するように噛合した三番車３２５Ｂと、四番車３２５Ｃと、五番第一中間車３２５Ｄと、五番第二中間車３２５Ｅと、五番車３２５Ｆと、六番車３２５Ｇと、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４２Ｂの回転は、図５または図６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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
ここで、補機３を構成する制御手段は、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、燃料供給部３２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４１の巻数や寸法、材質などは、燃料電池システム１を稼動する時間、例えば最低１２時間得られるように設定されている。
【００４２】
〔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４１がほどけて香箱４２が回転すると、この回転力が香箱車４２Ｂに噛合する調速部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。燃料供給部３２を除く補機３（電気エネルギを必要とする構成要素）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。制御手段もまた、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、補機３の稼動状態を制御する。以下には、補機３の稼動状態の制御のうち、燃料供給部３２の燃料供給量の制御を説明する。
【００４３】
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を介して連続で燃料電池２に供給される。
【００４４】
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燃料供給部３２の運転状態を制御する。
そして、補機３は、燃料電池システム１が起動した後には、燃料電池２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適宜利用して、燃料電池システム１を稼動する。例えば、燃料供給部３２は、図示しないモータを備え、燃料電池システム１を稼動する際には、このモータが燃料電池２にて生成される電気エネルギの一部を利用して、燃料電池２に燃料を供給するように構成する。
【００４５】
〔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）補機３の燃料供給部３２は、ぜんまい４１を備えたエネルギ供給手段４からのエネルギ（機械エネルギ）により燃料電池２に燃料を供給して、燃料電池システムを起動するので、燃料電池システム１の起動時に燃料供給部３２にエネルギを供給する二次電池等を設ける必要がない。そして、利用者に二次電池等の充電を実施させる等の煩雑な作業を実施させることがないので、燃料電池システム１の利便性の向上を図れる。また、機械エネルギを蓄積して供給するぜんまい４１により燃料電池システム１が起動するので、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化を図れる。
【００４６】
（２）燃料供給部３２は、チューブ３２２、駆動部３２４および調速部３２５を備えているので、一定量の燃料を燃料電池に供給することができ、燃料電池における発電を効率的に実施できる。
（３）駆動機構３２３の調速部３２５は、発電機としての調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉを備えているので、エネルギ供給手段４からのエネルギ（機械エネルギ）により発電される電気エネルギを利用して燃料電池システム１を稼動できる。また、発電機としての調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉを調速部３２５に具備する構成としているので、燃料電池システム１をコンパクトな構成とし小型化を図れる。
【００４７】
（４）エネルギ供給手段４は、ぜんまい４１で構成されているので、簡単な構造で駆動源としてのエネルギ供給手段４を構成できる。また、巻き上げ機構３２６を利用すれば、人力によって容易に機械エネルギを発生し、発生した機械エネルギを容易に蓄積できる。
（５）補機３は、燃料電池システム１の起動時に、エネルギ供給手段４からエネルギの供給を受ける。そして、補機３は、燃料電池システム１の起動後に、燃料電池２による発電エネルギの一部の供給を受けて燃料電池システム１を稼動する。このことにより、例えば、燃料電池システム１を起動した後、エネルギ供給手段４にて蓄積した機械エネルギが不足し、燃料電池システム１を稼動できない場合であっても、燃料電池２による発電エネルギを利用して燃料電池システム１を稼動できる。したがって、燃料電池システム１を確実に起動するとともに、稼動でき、効率的に燃料電池システム１にて電気エネルギを生成することができる。また、補機３は、燃料電池による発電エネルギの一部の供給により燃料電池システム１を稼動するので、燃料電池２に供給する燃料が不足するまで、常時、燃料電池システム１を稼動できる。
（６）エネルギ供給手段４を燃料供給部３２に具備して燃料供給部３２内に一体的に構成しているので、燃料電池システム１の小型化を図れる。
（７）燃料電池システム１を、例えば、ノートパソコン、携帯電話、デジタルカメラ、ビデオカメラ、ＰＤＡ等の電子機器に搭載すれば、該燃料電池システム１の小型化により、電子機器自体の小型化を図れる。
【００４８】
［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、エネルギ供給手段４は、ぜんまい４１を備え、燃料電池システム１は、このぜんまい４１の機械エネルギにより起動している。
これに対して第２実施形態の燃料電池システム１では、エネルギ供給手段４は、位置エネルギを蓄積し、この位置エネルギにより起動する。すなわち、燃料供給部３２の構成が相違するのみで、その他の構成は同一である。
【００４９】
図７は、第２実施形態における燃料供給部３２の概略構成を示す図である。なお、図７では、燃料供給部３２の内部構造を説明するために、筐体３２１を適宜省略している。
燃料供給部３２は、図７に示すように、右側に配置される第１筐体３２１Ａと、左側に配置される第２筐体３２１Ｂとを備えた筐体３２１にて外郭が形成されている。
第１筐体３２１Ａは、略箱状に形成され、第２筐体３２１Ｂと対向する一方の端面に、第２筐体３２１Ｂ側に開口する孔３２１Ａ１が形成されている。そして、第１筐体３２１Ａ内部には、駆動機構３２３が設置される。
第２筐体３２１Ｂは、第１筐体３２１Ａと対向する一方の端面が開口して略箱状に形成されている。そして、第２筐体３２１Ｂ内部には、案内溝３２１Ｂ２に沿ってチューブ３２２の一部が設置されるとともに、第１筐体３２１Ａの孔３２１Ａ１を介して駆動機構３２３の一部が設置される。
【００５０】
図８は、駆動機構３２３を正面側から見た図である。具体的には、図７の右側から駆動機構３２３を見た図である。
エネルギ供給手段４は、物体の位置エネルギを蓄積するとともに、物体の位置の変化により得られる位置エネルギを機械エネルギに変換する。このエネルギ供給手段４は、図７に示すように、ドラム４３と、所定重量の重錘４４と、一端がドラム４３に、他端が重錘４４にそれぞれ取り付けられたロープ４５と、ドラム４３を回転可能な取っ手４６とを備えている。
このようなエネルギ供給手段４では、取っ手４６を回転させると、ロープ４５がドラム４３に巻き付けられ、重錘４４が持ち上げられるようになっている。重錘４４には、重力の作用により落下しようとする力が働き、この落下しようとする力が、ドラム４３に巻き付けられたロープ４５を引っ張ることで、ドラム４３に回転力が付与され、ドラム４３と同軸上に設けられた一番車４３Ａが回転する。
【００５１】
なお、この一番車４３Ａには、図８に示すように、重錘４４の巻き上げ方向には回転するが、反対方向には回転しないようにラチェット機構４３Ｂが形成され、重錘４４の巻き上げを容易に実施できるようになっている。
このラチェット機構４３Ｂは、ドラム４３に一体的に形成されたキチ車４３Ｂ１と、一番車４３Ａに取り付けられたこはぜ４３Ｂ２とを備えている。そして、駆動機構３２３の駆動時には、キチ車４３Ｂ１とこはぜ４３Ｂ２とが噛合した状態でドラム４３からの回転力を一番車４３Ａに伝達する。そしてまた、重錘４４の巻き上げ時のみ、キチ車４３Ｂ１に形成された爪からこはぜ４３Ｂ２が逃げて、噛み合いが外れ、巻き上げ可能となる。
【００５２】
駆動部３２４は、調速部３２５の二番車３２５Ａに接続されたロータ３２４Ｃと、リテーナ３２４Ｄとを備えている。そして、二番車３２５Ａの回転と連動してロータ３２４Ｃが回転し、押圧ゴム３２４Ｃ２にてボール３２４Ａを押圧しつつチューブ３２２上を転動させる。
調速部３２５は、駆動部３２４の回転速度を調速する。この調速部３２５は、一番車４３Ａと噛合する二番車３２５Ａと、増速するように噛合した三番車３２５Ｂと、この三番車３２５Ｂと連動する機械式脱進機３２５Ｊと、この機械式脱進機３２５Ｊを間欠運動させる振り子３２５Ｋと、発電機３２５Ｌとを備えている。
機械式脱進機３２５Ｊは、三番車３２５Ｂの回転が伝達されて回転するガンギ３２５Ｍと、このガンギ３２５Ｍを間欠運動させるアンクル３２５Ｎとを備えている。
ガンギ３２５Ｍは、図示しない複数個の歯を有しており、これらの歯は、アンクル３２５Ｎの爪３２５Ｎ１，３２５Ｎ２（図８）に交互に噛み合うように形成されている。
アンクル３２５Ｎは、図８に示すように、回転軸Ｒａｘを中心にして正面側から見て左右に揺動運動し、その２つの爪３２５Ｎ１，３２５Ｎ２によって、交互にガンギ３２５Ｍの回転を止め、ガンギ３２５Ｍを間欠的に１歯ずつ回転させる。
【００５３】
振り子３２５Ｋは、その振動によりアンクル３２５Ｎを一定の周期で揺動運動させる。本実施形態では、振り子３２５Ｋは、振動周期により駆動部３２４の駆動速度、すなわち、チューブ３２２内の燃料の供給速度を制御している。この振り子３２５Ｋは、アンクル３２５Ｎの回転軸Ｒａｘに連結されたロッド３２５Ｏと、このロッド３２５Ｏの先端部分３２５Ｏ１（図７）に設置される円形の振り子玉３２５Ｐとを備えている。
なお、この振り子３２５Ｋは、ガンギ３２５Ｍから駆動力が伝達されることにより、その一定周期の揺動運動が減衰することなく継続される。
また、振り子３２５Ｋは、回転軸Ｒａｘを上に、振り子玉３２５Ｐを下にした状態であって、仮に、アンクル３２５Ｎから力が加わらない状態では、振り子３２５Ｋの重心と回転軸Ｒａｘの中心を結ぶ直線は、重力方向に平行で、振幅の中心になるように設置される。
【００５４】
この振り子３２５Ｋの固有振動周期Ｔｏは、図７に示すように、ロッド３２５Ｏの支点３２５Ｏ２から振り子３２５Ｋの重心位置３２５Ｋ１までの長さＬが一定であれば、振幅に関係なく一定である。
理論的には、固有振動周期Ｔｏ（ｓ）は、以下の数１で示される。なお、支点３２５Ｏ２から振り子３２５Ｋの重心位置３２５Ｋ１までの長さをＬ（ｍ）、重力加速度をＧ（ｍ／ｓ２）とする。ここで、振り子３２５Ｋの重心位置３２５Ｋ１とは、ロッド３２５Ｏおよび振り子玉３２５Ｐを全て含めた重心の位置を示すものである。
【００５５】
【数１】
2004158334.tif 000003
【００５６】
ここで、ロッド３２５Ｏの長さは、適宜、変更可能となっており、すなわち、振り子３２５Ｋの固有振動周期Ｔｏを変更可能となっている。
発電機３２５Ｌは、振り子３２５Ｋの運動に基づいて発電する。この発電機３２５Ｌは、図７または図８に示すように、振り子３２５Ｋに固定された永久磁石３２５Ｑと、この永久磁石３２５Ｑに対向して配置されるコイル３２５Ｒとを備えている。
永久磁石３２５Ｑは、図８に示すように、振り子３２５Ｋの裏面側で、振り子３２５Ｋの円弧状の振動軌跡に沿って複数配置されている（本実施形態では４つ）。
また、各永久磁石３２５Ｑ１，３２５Ｑ２，３２５Ｑ３，３２５Ｑ４は、振り子玉３２５Ｐの厚み方向にＳ極またはＮ極が向くように取り付けられている。さらに、これら永久磁石３２５Ｑは、具体的な図示は省略するが、コイル３２５Ｒに対向する極が、振り子３２５Ｋの振動方向にＳ極とＮ極とが交互となるように、等間隔で取り付けられている。
【００５７】
コイル３２５Ｒは、図８に示すように、ＰＣパーマロイ等で構成された磁心３２５Ｒ１と、この磁心３２５Ｒ１に巻回されるコイル線３２５Ｒ２とを有することで、振り子３２５Ｋの振動によって発電する。
磁心３２５Ｒ１は、図８に示すように、各永久磁石３２５Ｑ１，３２５Ｑ２，３２５Ｑ３，３２５Ｑ４の極に対向する一対の対向部Ｘ，Ｙを有し、これらの対向部Ｘ，Ｙの間隔は、各永久磁石３２５Ｑ１，３２５Ｑ２，３２５Ｑ３，３２５Ｑ４の間隔と同じである。
このような発電機３２５Ｌでは、各永久磁石３２５Ｑ１，３２５Ｑ２，３２５Ｑ３，３２５Ｑ４の極がＳ，Ｎと交互に取り付けられているため、振り子３２５Ｋの振動に伴って、コイル３２５Ｒ内を通過する磁束の大きさが変化するとともに、磁束の向きが交互に逆転する。このため、発電機３２５Ｌには、交流電力が発生する。そして、この発電された電力は、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、および、制御手段に供給される。
【００５８】
ここで、制御手段は、発電機３２５Ｌと電気的に接続されており、発電機３２５Ｌで発電された電力で駆動される。そして、制御手段の調速制御部は、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振動周期Ｔｓの基準信号を出力する発振回路と、発電された交流電流の周波数から振動する振り子３２５Ｋの振動周期Ｔａを検出する検出回路と、検出された振動周期Ｔａと基準振動周期Ｔｓとを比較してその差に応じた出力値を出力する制御回路とを備えている。このうち、制御回路では、振動周期Ｔａと基準振動周期Ｔｓとを比較して、振り子３２５Ｋの振動周期Ｔａを基準振動周期Ｔｓに一致させるように作動する。
具体的に、制御回路は、発電機３２５Ｌで発電された交流信号（交流電流）が入力される第１の交流入力端子に接続された図示しない第１スイッチと、前記交流信号が入力される第２の交流入力端子に接続された第２スイッチとを有し、これらのスイッチを同時にオンすることにより、第１、第２の交流入力端子を短絡等によって閉ループ状態にし、永久磁石３２５Ｑおよびコイル３２５Ｒとの間にショートブレーキを掛けるように作動する。
この結果、振り子３２５Ｋは、制御回路により所定の基準振動周期Ｔｓで振動し、この基準振動周期Ｔｓに応じて駆動部３２４が調速される。
【００５９】
次に、第２実施形態における燃料電池システム１の動作について説明する。
重錘４４が重力の作用にて落下してドラム４３が回転すると、この回転力が一番車４３Ａに噛合する二番車３２５Ａおよび三番車３２５Ｂで増速されながらガンギ３２５Ｍに伝達される。
ガンギ３２５Ｍの回転は、アンクル３２５Ｎに伝達され、振り子３２５Ｋは、所定の長さに設定されたロッド３２５Ｏに応じた所定の振動周期Ｔａで振動する。そして、発電機３２５Ｌは、振り子３２５Ｋの運動により発電する。燃料供給部３２を除く補機３（電気エネルギを必要とする構成要素）は、この発電より得られた電気エネルギにより起動する。制御手段もまた、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、補機３の稼動状態を制御する。以下には、補機３の稼動状態の制御のうち、燃料供給部３２の燃料供給量の制御を説明する。
【００６０】
制御手段の調速制御部は、振り子３２５Ｋの振動周期Ｔａが基準振動周期Ｔｓに一致するように調速する。また、この振り子３２５Ｋの基準振動周期Ｔｓでの振動に応じて駆動部３２４が調速される。
駆動部３２４の調速により、所定の回転速度でロータ３２４Ｃが回転を実施する。そして、ロータ３２４Ｃが回転すると、ボール３２４Ａは、押圧ゴム３２４Ｃ２にて押圧されつつ、チューブ３２２上で転動し、ミキシングタンク３１２内に貯蔵された燃料がチューブ３２２を介して連続で燃料電池２に供給される。
そして、補機３は、燃料電池システム１が起動した後には、燃料電池２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適宜利用して、燃料電池システム１を稼動する。
【００６１】
〔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）〜（３）、（５）〜（７）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（８）エネルギ供給手段４は、ドラム４３と、重錘４４と、ロープ４５と、取っ手４６とを備え、重錘４４の位置の変化を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ供給手段４は、位置エネルギを駆動機構３２３の駆動力となる機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積および供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化が図れる。
【００６２】
（９）振り子３２５Ｋのロッド３２５Ｏの長さは、適宜、変更可能となっており、すなわち、振り子３２５Ｋの固有振動周期Ｔｏを変更可能となっている。このことにより、駆動部３２４の駆動速度を容易に変更できる。
（１０）調速部３２５は、機械式脱進機３２５Ｊを介して振り子３２５Ｋで駆動部３２４の駆動速度を制御し、さらに、制御手段で振り子３２５Ｋの実際の振動周期Ｔａを制御して駆動部３２４の駆動速度を制御するので、二段階で駆動部３２４の速度を制御でき、調速精度、すなわち、燃料の供給速度を高精度に実施できる。
【００６３】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
以下の説明では、前記第１実施形態と同様の構造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、エネルギ供給手段４は、ぜんまい４１を備え、燃料電池システム１は、このぜんまい４１の機械エネルギにより起動している。
これに対して第３実施形態の燃料電池システム１では、エネルギ供給手段４は、熱エネルギを蓄積し、この熱エネルギにより起動する。すなわち、燃料供給部３２の構成が相違するのみで、その他の構成は同一である。
【００６４】
図９は、第３実施形態における燃料供給部３２の概略構成を示す図である。
エネルギ供給手段４は、熱エネルギを蓄積するとともに、周囲の温度変化により得られる熱エネルギを機械エネルギに変換する。このエネルギ供給手段４は、図９に示すように、周囲温度の変化により体積が変化する熱変換体４７Ａを収納する熱変換体収納部４７と、熱変換体４７Ａの膨張収縮に応じて進退運動する進退駆動部４８と、この進退駆動部４８における進退運動に応じて回転運動する回転駆動部４９とを備えている。
ここで、熱変換体４７Ａとしては、固体および液体の一方から他方へ相変化し、この相変化により体積が変化する相変化物質を採用でき、本実施形態では、パラフィンワックスを採用している。
【００６５】
熱変換体収納部４７は、有底筒状の容器４７Ｂと、この容器４７Ｂの開口を塞ぐ可撓性を有する蓋部材４７Ｃと、容器４７Ｂの開口側端部と嵌合し、蓋部材４７Ｃを容器４７Ｂの開口側端部とで挟持する筒状のカバー部材４７Ｄとを備えている。
ここで、蓋部材４７Ｃは、例えば、シリコーンゴムまたはテフロン（登録商標）ゴム等を含んで形成された密閉性に優れた強靭な膜を採用する。
進退駆動部４８は、蓋部材４７Ｃに連結されたロッド４８Ａと、カバー部材４７Ｄの外周面に位置し、ロッド４８Ａと連動して摺動自在に設けられた有底筒状の摺動部材４８Ｂと、ロッド４８Ａと連結し、両側に鋸歯状の歯を有するラック４８Ｃとを備えている。
【００６６】
ロッド４８Ａは、熱変換体４７Ａの膨張収縮に応じて、カバー部材４７Ｄに形成されたガイド部４７Ｄ１に案内されながらカバー部材４７Ｄから進退運動し、これに連動して摺動部材４８Ｂおよびラック４８Ｃも進退運動を実施する。
また、摺動部材４８Ｂの開口側の端縁部には、径方向外側へ突出する鍔４８Ｂ１が設けられ、この鍔４８Ｂ１は、コイルスプリング４８Ｄの一端に係合している。さらに、このコイルスプリング４８Ｄの他端は、容器４７Ｂに対して位置が固定された係止部材４８Ｄ１と係合している。このため、進退駆動部４８は、コイルスプリング４８Ｄにより、例えば、図９中下側方向に付勢され、熱変換体４７Ａの収縮時の運動を補助する。
【００６７】
回転駆動部４９は、ラック４８Ｃを挟んで、それぞれ鋸歯状の歯を有する角穴車４９Ａおよび歯車４９Ｂと、歯車４９Ｂの回転を角穴車４９Ａに伝達する歯車４９Ｃとを備えている。
角穴車４９Ａは、同軸に通常の歯車４９Ａ１および４９Ａ２が一体化され、歯車４９Ａ１と歯車４９Ｃが噛合し、歯車４９Ａ２と調速部３２５の二番車３２５Ａのかな３２５Ａ１が噛合する。
歯車４９Ｂは、同軸に通常の歯車４９Ｂ１が一体化され、この歯車４９Ｂ１と歯車４９Ｃとが噛合する。
【００６８】
図１０は、ラック４８Ｃと角穴車４９Ａおよび歯車４９Ｂとの噛合状態を説明する図である。
ラック４８Ｃが前進すると、図１０（Ａ）に示すように、一方の側に設けられた歯４８Ｃ１が角穴車４９Ａの歯に押されて、他方の歯４８Ｃ２が歯車４９Ｂの歯と噛み合い、歯車４９Ｂが反時計回り（図１０（Ａ）中矢印の方向）に回転する。そして、歯車４９Ｂの回転が歯車４９Ｃを介して角穴車４９Ａに伝達され、図１０（Ａ）に示すように、角穴車４９Ａが反時計回り（図１０（Ａ）中矢印の方向）に回転する。
また、ラック４８Ｃが後退すると、図１０（Ｂ）に示すように、歯４８Ｃ２が歯車４９Ｂの歯に押されて、歯４８Ｃ１が角穴車４９Ａの歯と噛み合い、角穴車４９Ａが反時計回り（図１０（Ａ）中矢印の方向）に回転する。
すなわち、進退駆動部４８の進退運動に伴って、角穴車４９Ａは一定方向（反時計回り）に回転する。
駆動部３２４および調速部３２５は、第１実施形態と略同様な構成であり、説明を省略する。
【００６９】
次に、第３実施形態における燃料電池システム１の動作を説明する。
熱変換体４７Ａの膨張収縮により進退駆動部４８が進退運動を実施すると、回転駆動部４９により回転運動に変換され、回転駆動部４９に噛合する調速部３２５で増速されながら調速部３２５の調速ロータ３２５Ｈに伝達される。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。燃料供給部３２を除く補機３（電気エネルギを必要とする構成要素）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。制御手段もまた、この発電により得られた電気エネルギにより起動し、補機３の稼動状態を制御する。
そして、制御手段の調速制御部は、第１実施形態と同様に調速ロータ３２５Ｈを制動し、駆動部３２４の駆動速度を所定速度に調速し、ミキシングタンク３１２内に貯蔵された燃料がチューブ３２２を介して連続して一定量で燃料電池２に供給される。
そして、補機３は、燃料電池システム１が起動した後には、燃料電池２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適宜利用して、燃料電池システム１を稼動する。
【００７０】
［第３実施形態の効果］
上述した第３実施形態によれば、上記（１）〜（３）、（５）〜（７）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１１）エネルギ供給手段４は、熱変換体４７Ａを収納する熱変換体収納部４７と、進退駆動部４８と、回転駆動部４９とを備え、周囲の温度変化による熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用することで、エネルギの蓄積を容易に実施できる。また、エネルギ供給手段４は、蓄積した熱エネルギを駆動機構３２３の駆動力となる機械エネルギに変換するので、エネルギの蓄積および供給を簡単な構造で実現でき、燃料電池システム１の構造を簡素化して小型化が図れる。
（１２）駆動機構３２３の駆動力を周囲の温度差から得るようにしたので、外部からエネルギを供給しなくとも、駆動機構３２３を半永久的に駆動できる。すなわち、燃料電池システム１の起動時のエネルギとするのみならず、稼動時のエネルギとすることもできる。
【００７１】
［第４実施形態］
次に、本発明の第４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、エネルギ供給手段４のぜんまい４１には、予め機械エネルギが蓄えられ、この蓄えられた機械エネルギを燃料電池システム１の起動時のエネルギとして利用している。
これに対して第４実施形態では、メタノールタンク３１１は、燃料電池システム１を構成する筐体に対して着脱自在なカートリッジとして構成される。そして、エネルギ供給手段４のぜんまい４１は、メタノールタンク３１１を筐体に設置する際の押圧力により機械エネルギを蓄積し、この蓄積した機械エネルギを燃料電池システム１の起動時のエネルギとして利用する。
【００７２】
図１１は、第４実施形態におけるメタノールタンク３１１の概略構成を示す図である。
メタノールタンク３１１は、図１１に示すように、燃料電池システム１を構成する図示しない筐体に設置されたカートリッジホルダ３１３に対して着脱自在であるカートリッジとして構成される。
【００７３】
図１２は、メタノールタンク３１１およびカートリッジホルダ３１３の断面図である。
メタノールタンク３１１において、底面には燃料取出部３１１Ａが形成され、上面側にはカートリッジホルダ３１３と係合する係合部３１１Ｂが形成されている。
燃料取出部３１１Ａは、燃料取り出し用の孔３１１Ａ１と、不使用時に孔３１１Ａ１からメタノールタンク３１１外部に燃料が漏れることを防止する弁体３１１Ａ２と、孔３１１Ａ１を封止するように貼着されたシール３１１Ａ３とを備えている。
係合部３１１Ｂは、メタノールタンク３１１の上面側から該上面と略平行に延出し、先端部分が上方に折曲して略Ｌ字状に形成されている。そして、この係合部３１１Ｂは、カートリッジホルダ３１３の蓋材３１３Ｂの案内部３１３Ｂ３と係合し、案内部３１３Ｂ３に案内されることで、メタノールタンク３１１がカートリッジホルダ３１３の所定位置に設置される。
【００７４】
カートリッジホルダ３１３は、内周形状がメタノールタンク３１１の外周形状と略同一である略箱状に形成されている。このカートリッジホルダ３１３は、上部が開口したホルダ本体３１３Ａと、ホルダ本体３１３Ａの開口部分を開閉自在とする蓋材３１３Ｂとを備えている。
ホルダ本体３１３Ａは、その底面に、上方に突出した燃料取入部３１３Ａ１が設けられている。この燃料取入部３１３Ａ１は、ミキシングタンク３１２とパイプを介して連通した孔であり、ホルダ本体３１３Ａの所定位置にメタノールタンク３１１が搭載された時に、シール３１１Ａ３を貫通して弁体３１１Ａ２を上方に押し上げて、メタノールタンク３１１内部と連通する。
【００７５】
蓋材３１３Ｂは、断面略Ｖ字状に設けられ、ホルダ本体３１３Ａの開口部分の辺縁に開口部分を開閉するように断面略Ｖ字状の谷部分が回動自在に設けられている。この蓋材３１３Ｂは、断面略Ｖ字状の一方の面に、ホルダ本体３１３Ａと係合して設置状態を保持する突起部３１３Ｂ１と、メタノールタンク３１１をホルダ本体３１３Ａに対して押圧するタンク押圧部３１３Ｂ２とが形成されている。また、他方の面には、メタノールタンク３１１を所定位置に案内する案内部３１３Ｂ３と、洗浄機構（隔壁２６１Ａ）を押圧する洗浄機構押圧部３１３Ｂ４とが形成されている。さらに、蓋材３１３Ｂの断面略Ｖ字状の谷部分には、蓋材３１３Ｂの開閉に連動して回動する後述する外部エネルギ伝達機構５の第１伝達部５１が設けられている。
【００７６】
図１３は、メタノールタンク３１１、カートリッジホルダ３１３およびエネルギ供給手段４の配置関係を示す図である。
図１３に示すように、カートリッジホルダ３１３と燃料供給部３２のエネルギ供給手段４との間に外部エネルギ伝達機構５が設けられている。
外部エネルギ伝達機構５は、メタノールタンク３１１をカートリッジホルダ３１３に設置する際のカートリッジホルダ３１３の蓋材３１３Ｂの開閉運動（外部エネルギ）をエネルギ供給手段４に伝達する。そして、エネルギ供給手段４は、この伝達されたエネルギを蓄積する。この外部エネルギ伝達機構５は、カートリッジホルダ３１３の蓋材３１３Ｂの開閉運動を回転運動で伝達するものであり、蓋材３１３Ｂに設けられた第１伝達部５１と、この第１伝達部５１に噛合して回転する第２伝達部５２とを備えている。
【００７７】
このうち、第２伝達部５２は、同軸にかな５２１と歯車５２２とが一体化して構成される。そして、第２伝達部５２は、第１伝達部５１の回転を、第１伝達部５１と噛合するかな５２１を介して、歯車５２２にてエネルギ供給手段４に伝達する。この歯車５２２は、エネルギ供給手段４の香箱真４２Ａに固定された角穴車４２Ｃと噛合する。
ここで、角穴車４２Ｃは、外部エネルギ伝達機構５の回転運動に連動して反時計方向には回転するが時計方向には回転しないように、図示しないこはぜと噛み合っており、外部エネルギ伝達機構５の回転により、角穴車４２Ｃを一方向に回転させてぜんまい４１を巻き上げる。
【００７８】
次に、第４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。
利用者は、カートリッジホルダ３１３の蓋材３１３Ｂを開いて、新しい燃料が貯蔵されたメタノールタンク３１１をホルダ本体３１３Ａ内に装填する。この際、メタノールタンク３１１の係合部３１１Ｂが蓋材３１３Ｂの案内部３１３Ｂ３に受け止められ、メタノールタンク３１１の係合部３１１Ｂとは反対側の端部がホルダ本体３１３Ａの内周部分に支持される。
この状態で蓋材３１３Ｂを閉めると、案内部３１３Ｂ３が下方に回動してメタノールタンク３１１が案内され、メタノールタンク３１１の燃料取出部３１１Ａが燃料取入部３１３Ａ１の先端に接触する。
【００７９】
さらに蓋材３１３Ｂを回動させると、タンク押圧部３１３Ｂ２がメタノールタンク３１１をホルダ本体３１３Ａに押圧し、燃料取入部３１３Ａ１がシール３１１Ａ３を貫通して、弁体３１１を上方に押し上げて、メタノールタンク３１１とミキシングタンク３１２が燃料を流通可能に連通する。そして、蓋材３１３Ｂの突起部３１３Ｂ１がホルダ本体３１３Ａに係合してメタノールタンク３１１がカートリッジホルダ３１３に固定される。
また、同時に、蓋材３１３Ｂに設けられた外部エネルギ伝達機構５の第１伝達部５１が回転し、第２伝達部５２を介してエネルギ供給手段４のぜんまい４１が巻き上がる。
そして、エネルギ供給手段４は、上述した外部エネルギにより蓄積した機械エネルギを燃料電池システム１の起動時のエネルギとして供給する。
なお、燃料電池システム１の起動動作および稼動動作については、第１実施形態と同様に実施でき、説明を省略する。
【００８０】
上述した第４実施形態によれば、上記（１）〜（７）と略同様の効果の他、以下のような効果がある。
（１３）メタノールタンク３１１は、カートリッジとして構成される。そして、メタノールタンク３１１をカートリッジホルダ３１３に設置する際に、カートリッジホルダ３１３の蓋材３１３Ｂの開閉動作に連動して外部エネルギ伝達機構５が回転し、エネルギ供給手段４に起動エネルギが蓄積される。このことにより、メタノールタンク３１１をカートリッジホルダ３１３に設置することで燃料電池システム１の起動エネルギを蓄積できるので、外部エネルギを効率的に利用し、エネルギ供給手段４に予め起動エネルギを蓄積することなく、利用者による作業効率を向上させ、燃料電池システム１の利便性の向上を図れる。
【００８１】
［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、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、以下に示すように、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）とする構成を採用してもよい。
【００８２】
図１４は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）を用いた燃料電池システム１を模式的に示す図である。
この燃料電池システム１は、前記各実施形態の燃料電池２と略同様の構成である固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）２と、補機３とを備えている。
補機３は、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）２に燃料として水素ガスを供給し、固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）２にて電気化学反応を生じさせる。この補機３は、燃料を貯蔵するタンク３１と、タンク３１に貯蔵された燃料を流通させる燃料供給部３２と、燃料供給部３２にて流通された燃料を改質する改質器３０とを備えている。
【００８３】
ここで、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を使用する。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。
また、燃料供給部３２の構成は、前記各実施形態で用いたものを採用できる。改質器３０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３０１と、触媒収容タンク３０１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）２に供給するセパレータ３０２とを備えている。
【００８４】
触媒収容タンク３０１は、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。そして、触媒収容タンク３０１において、燃料供給部３２を介して流入した混合液は、触媒により反応し、水素、水蒸気、未反応の混合液、および、混合液に含まれていたその他の不純物として、セパレータ３０２側に流出する。
【００８５】
セパレータ３０２は、気液分離膜として機能し、触媒収容タンク３０１から流入した水素、水蒸気、未反応の混合液、および、混合液に含まれていたその他の不純物を分離して、水素を固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）に供給し、その他を排出する。
すなわち、エネルギ供給手段４から機械エネルギ、位置エネルギまたは熱エネルギの供給を受けることで、燃料供給部３２がタンク３１に貯蔵された燃料を改質器３０に移動させる。そして、改質器３０から水素が固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）２に供給され、固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）２にて電気化学反応が生じて電気エネルギが生成し、燃料電池システム１が起動する。起動した後は、燃料電池システム１にて発電された電気エネルギの一部を利用して燃料電池システム１が稼動する。
【００８６】
なお、上述した固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）２を用いた燃料電池システム１において、補機３に前記各実施形態で用いたコンプレッサ３３、加熱器３４、ラジエータ３５、セパレータ３６、凝縮器３７、スプリッタ３８、および、制御手段等を備えた構成としてもよい。このような構成では、燃料の再利用および反応により生成した水分を利用でき燃料電池システム１の効率化を図れる。また、適宜、固体高分子燃料電池（ＰＥＦＣ）に水素を供給する際に、加湿する加湿器等を用いてもよい。
【００８７】
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、以下に示すようにこれらを省略した構成としてもよい。
図１５は、前記各実施形態において、補機３の構成を簡略化した図である。
この燃料電池システム１では、補機３は、タンク３１と、燃料供給部３２のみを備えて構成される。
このような構成では、エネルギ供給手段４から機械エネルギ、位置エネルギまたは熱エネルギの供給を受けることで、燃料供給部３２がタンク３１に貯蔵された燃料を燃料電池２に供給する。そして、燃料電池２にて電気化学反応が生じ、電気エネルギが生成して燃料電池システム１が起動する。起動した後は、燃料電池システム１にて発電された電気エネルギの一部を利用して燃料電池システム１が稼動するように構成する。このような構成では、補機３は、エネルギ供給手段４から供給される機械エネルギ、位置エネルギまたは熱エネルギにより電気エネルギを生成する発電機を具備する構成としなくとも、燃料電池システム１を起動でき、補機３の構成を簡略化して燃料電池システム１の小型化を図れる。この場合には、発電機を構成する調速ロータ３２５Ｈおよびステータ３２５Ｉを省略する構成とするため、駆動部３２４の調速をガンギおよびアンクル等の機械式調速機を用いる。このような構成では、電子回路等の制御手段を具備する必要がなく、燃料電池システム１の構成を簡素化できる。
【００８８】
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。
【００８９】
前記各実施形態では、エネルギ供給手段４は、機械エネルギ、位置エネルギおよび熱エネルギのうちのいずれかを蓄積していたが、これに限らず、機械エネルギ、位置エネルギおよび熱エネルギのうちの２つまたは全てを蓄積するように構成してもよい。また、エネルギ供給手段４を複数設けるように構成してもよい。このような構成では、燃料電池システム１を起動するためのエネルギ量を大幅に増加でき、燃料電池システム１を稼動するエネルギとしても利用できる。また、燃料の粘性が高く、チューブ３２２内を流通させるために比較的高いエネルギを必要とする場合などでも、駆動機構３２３の駆動力を補って、燃料電池２に燃料を良好に供給できる。
【００９０】
前記第１実施形態において、外部エネルギにより回転自在に構成される回転錘を設け、ぜんまい４１を回転錘と連結させ、回転錘の回転によりぜんまい４１を巻き上げ可能に構成してもよい。
このような構成では、携帯性を有する電子機器に燃料電池システムを具備した場合に、外部エネルギとして該電子機器の動きに応じた運動エネルギによって回転錘が回転するように構成すれば、電子機器を携帯している人の運動等によりぜんまい４１が自動的に巻き上げられ、エネルギ供給手段４は機械エネルギを常に蓄積できる。
【００９１】
前記第１実施形態において、第２実施形態または第３実施形態における位置エネルギまたは熱エネルギを用いてぜんまい４１を巻き上げるように構成してもよい。
例えば、第１実施形態において、第２実施形態にて説明した位置エネルギを蓄積するエネルギ供給手段をさらに設ける。そして、このエネルギ供給手段と巻き上げ機構３２６とを接続し、ぜんまい４１がほどけた状態において、重錘４４の重力の作用による位置の変化を利用して、ぜんまい４１を巻き上げる。
また、例えば、第１実施形態において、第３実施形態にて説明した熱エネルギを蓄積するエネルギ供給手段をさらに設ける。そして、このエネルギ供給手段と巻き上げ機構３２６とを接続し、ぜんまい４１がほどけた状態において、熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用してぜんまい４１を巻き上げる。
【００９２】
第２実施形態において、第１実施形態または第３実施形態における機械エネルギまたは熱エネルギを用いて位置エネルギを蓄積するように構成してもよい。
例えば、第２実施形態において、第３実施形態にて説明した熱エネルギを蓄積するエネルギ供給手段をさらに設ける。そして、重力の作用により重錘４４が落下した状態において、熱変換体４７Ａの膨張収縮を利用してドラム４３を回転させ、ロープ４５を巻き上げ、エネルギ供給手段４に位置エネルギを蓄積する。
また、例えば、第２実施形態において、ドラム４３の軸に第１実施形態にて説明したぜんまい４１を備えたエネルギ供給手段を設け、ぜんまい４１を利用してドラム４３を回転させてロープ４５を巻き上げる。
【００９３】
前記第１実施形態では、エネルギ供給手段４は、ぜんまい４１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。
【００９４】
前記第２実施形態では、永久磁石３２５Ｑは、振り子玉３２５Ｐの正面側に配置された構成を説明したが、これに限らず、以下のような構成としてもよい。
例えば、永久磁石３２５Ｑを振り子玉３２５Ｐの表裏を貫通するように配置してもよい。また、例えば、永久磁石３２５Ｑを振り子玉３２５Ｐの両面にそれぞれ配置してもよい。さらに、例えば、永久磁石３２５Ｑを振り子玉３２５Ｐの下側に配置してもよい。
【００９５】
前記第２実施形態では、永久磁石３２５ＱのＳ極およびＮ極は、振り子玉３２５Ｐの厚み方向に向くように配置されていたが、これに限らない。例えば、永久磁石３２５ＱのＳ極およびＮ極を、振り子玉３２５Ｐの振動方向に向くように配置してもよい。この際にも、永久磁石３２５Ｑ（３２５Ｑ１，３２５Ｑ２，３２５Ｑ３，３２５Ｑ４）は、振り子玉３２５Ｐの振動方向にＳ極とＮ極とが交互になるように配置されるとともに、振り子玉３２５Ｐの円弧状の振動軌跡に沿って配置される。
前記第３実施形態では、熱変換体４７Ａとしてパラフィンワックスを用いた構成を説明したが、これに限らない。例えば、液体および気体の相変化で体積が変化するアンモニア、二酸化炭素および塩化メチル等でもよく、相変化により体積が増減するものであればよい。また、熱変換体４７Ａの動作温度範囲を適宜変更するために、相変化物質と融点が異なる添加剤を混合してもよい。
【００９６】
前記第４実施形態における外部エネルギ伝達機構５の構成を前記第２実施形態に採用してもよい。
例えば、第２実施形態において、外部エネルギ伝達機構５とエネルギ供給手段４のドラム４３とを接続し、メタノールタンク３１１をカートリッジホルダ３１３に設置する際の蓋材３１３Ｂの開閉運動を外部エネルギ伝達機構５が伝達し、ドラム４３を回転させて重錘４４が取り付けられたロープ４５を巻き上げる。すなわち、外部から与えられる外部エネルギをエネルギ供給手段４が燃料電池システム１の起動エネルギとして蓄積する。
【００９７】
前記第４実施形態では、外部エネルギ伝達機構５は、第１伝達部５１と第２伝達部５２とを備えた構成を説明したが、これに限らない。外部から与えられる外部エネルギをエネルギ供給手段４に伝達する機構であればよく、歯車の他、カムやラック等を用いた構成としてもよい。
前記第４実施形態では、外部エネルギ伝達機構５の第１伝達部５１は、カートリッジホルダ３１３の蓋材３１３Ｂに形成されていたが、これに限らない。すなわち、外部から与えられる外部エネルギとして、カートリッジホルダ３１３にメタノールタンク３１１を設置する際の押圧力を利用すればよく、蓋材３１３Ｂに限らず、その他の位置に外部エネルギ伝達機構５を設けてもよい。
前記第４実施形態では、外部から与えられる外部エネルギとして、カートリッジホルダ３１３にメタノールタンク３１１を設置する際の押圧力とする構成を説明したが、これに限らない。例えば、利用者が燃料電池システム１を操作する際、すなわち、操作ボタンの押下等による押圧力を外部エネルギとして利用してもよい。
【発明の効果】
以上に述べたように、本発明の燃料電池システムによれば、構造を簡素化して小型化を図るとともに、利便性の向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の各実施形態に係る燃料電池システムを模式的に示す図。
【図２】本発明の第１実施形態における燃料供給部の概略構成を示す図。
【図３】前記実施形態における燃料供給部の断面図。
【図４】前記実施形態におけるチューブの配置を説明する図。
【図５】前記実施形態における駆動機構を図３の上方から見た平面図。
【図６】前記実施形態における駆動機構の断面図。
【図７】本発明の第２実施形態における燃料供給部の概略構成を示す図。
【図８】前記実施形態における駆動機構を正面側から見た図。
【図９】本発明の第３実施形態における燃料供給部の概略構成を示す図。
【図１０】前記実施形態におけるラックと角穴車および歯車との噛合状態を説明する図。
【図１１】本発明の第４実施形態におけるメタノールタンクの概略構成を示す図。
【図１２】前記実施形態におけるメタノールタンクおよびカートリッジホルダの断面図。
【図１３】前記実施形態におけるメタノールタンク、カートリッジホルダおよびエネルギ供給手段の配置関係を示す図。
【図１４】本発明における変形例を示す図。
【図１５】本発明における変形例を示す図。
【符号の説明】
１・・・燃料電池システム、２・・・燃料電池、３・・・補機（補助手段）、４・・・エネルギ供給手段、３１・・・タンク（燃料貯蔵部）、３２・・・燃料供給部、４１・・・ぜんまい、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）、３２５Ｌ・・・発電機。
【図１】
2004158334.tif 000004
【図２】
2004158334.tif 000005
【図３】
2004158334.tif 000006
【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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【図１４】
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【図１５】
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