(57)【要約】【課題】水素を発生させるまでの再起動時間を短縮可能な水素発生システムおよび燃料電池システムを提供する。【解決手段】本発明の水素発生システムは、水との反応により水素を発生する水素発生材料１０を収容する水素発生材料収容容器１と、水あるいはアルカリ水溶液を水素発生材料収容容器１内の水素発生材料１０に供給する液体供給部１１と、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を水素発生材料１０に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部８と、を備える。液体選択判定部８は、水素発生材料収容容器１内における水素の発生の状態を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間に基づいて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定し、液体供給部１１は、液体選択判定部８により判定された種類の液体を水素発生材料収容容器１内の水素発生材料１０に供給する。【選択図】図１
2010189233.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生システムにおいて、
前記水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、
水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、
水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、を含み、
前記液体選択判定部は、前記水素発生材料収容容器内における水素の発生の状態を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、
前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする水素発生システム。
【請求項２】
前記液体選択判定部は、
前記水素発生停止時間が、あらかじめ設定された設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記水素発生停止時間が、前記設定時間より長い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体はアルカリ水溶液であると判定する請求項１に記載の水素発生システム。
【請求項３】
前記アルカリ水溶液は、７＜ｙ＜ｘの関係を満たす、ｘをｐＨ値とする強アルカリ水溶液と、ｙをｐＨ値とする弱アルカリ水溶液とを含み、
前記液体選択判定部は、
前記水素発生停止時間が、あらかじめ設定された第１の設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記水素発生停止時間が、前記第１の設定時間より長く、あらかじめ設定された第２の設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は弱アルカリ水溶液であると判定し、
前記水素発生停止時間が、前記第２の設定時間より長い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は強アルカリ水溶液であると判定する請求項１に記載の水素発生システム。
【請求項４】
水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生システムにおいて、
前記水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、
水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、
水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、
前記水素発生材料収容容器内の温度を検出する温度検出器と、を含み、
前記液体選択判定部は、前記温度検出器により検出された前記水素発生材料収容容器内の温度を監視し、前記水素発生材料への液体供給を開始するときの前記水素発生材料収容容器内の温度に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、
前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする水素発生システム。
【請求項５】
前記液体選択判定部は、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、あらかじめ設定された第１の設定温度以上である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、前記第１の設定温度より低い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体はアルカリ水溶液であると判定する請求項４に記載の水素発生システム。
【請求項６】
前記アルカリ水溶液は、７＜ｙ＜ｘの関係を満たす、ｘをｐＨ値とする強アルカリ水溶液と、ｙをｐＨ値とする弱アルカリ水溶液とを含み、
前記液体選択判定部は、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、あらかじめ設定された第１の設定温度以上である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、前記第１の設定温度より低く、あらかじめ設定された第２の設定温度以上である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は弱アルカリ水溶液であると判定し、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、前記第２の設定温度より低い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は強アルカリ水溶液であると判定する請求項４に記載の水素発生システム。
【請求項７】
水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生システムにおいて、
前記水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、
水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、
水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、
前記水素発生材料収容容器内の温度を検出する温度検出器と、を含み、
前記液体選択判定部は、前記水素発生材料収容容器内における水素の発生の状態、および前記温度検出器により検出された前記水素発生材料収容容器内の温度を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間、および前記水素発生材料への液体供給を開始するときの前記水素発生材料収容容器内の温度に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、
前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする水素発生システム。
【請求項８】
前記液体選択判定部は、
前記水素発生停止時間が、あらかじめ設定された設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記水素発生停止時間が、前記設定時間より長い場合、前記水素発生材料収容容器内の温度を確認し、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、あらかじめ設定された設定温度以上である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記水素発生材料収容容器内の温度が、前記設定温度より低い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体はアルカリ水溶液であると判定する請求項７に記載の水素発生システム。
【請求項９】
前記水素発生材料が、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含み、
前記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含む請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素発生システム。
【請求項１０】
前記水素発生材料が、常温で水と反応して発熱する発熱材料を更に含む請求項９に記載の水素発生システム。
【請求項１１】
前記発熱材料が、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸カルシウムよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物である請求項１０に記載の水素発生システム。
【請求項１２】
請求項１〜１１のいずれかに記載の水素発生システムから発生した水素を、燃料電池に供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１３】
水素を燃料として用いる燃料電池を含む燃料電池システムにおいて、
水との反応により水素を発生する水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、
水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、
水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、
前記水素発生材料収容容器内において発生した水素を前記燃料電池に供給する水素供給部と、を含み、
前記液体選択判定部は、前記燃料電池の発電状態を監視し、前回の液体供給により発生した水素を燃料として用いた前記燃料電池の発電が停止してからの経過時間である発電停止時間に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、
前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１４】
前記液体選択判定部は、
前記燃料電池の発電停止時間が、あらかじめ設定された設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記燃料電池の発電停止時間が、前記設定時間より長い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体はアルカリ水溶液であると判定する請求項１３に記載の燃料電池システム。
【請求項１５】
前記アルカリ水溶液は、７＜ｙ＜ｘの関係を満たす、ｘをｐＨ値とする強アルカリ水溶液と、ｙをｐＨ値とする弱アルカリ水溶液とを含み、
前記液体選択判定部は、
前記燃料電池の発電停止時間が、あらかじめ設定された第１の設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は水であると判定し、
前記燃料電池の発電停止時間が、前記第１の設定時間より長く、あらかじめ設定された第２の設定時間以内である場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は弱アルカリ水溶液であると判定し、
前記燃料電池の発電停止時間が、前記第２の設定時間より長い場合、次に前記水素発生材料に供給すべき液体は強アルカリ水溶液であると判定する請求項１３に記載の燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生システムおよび燃料電池システムに関し、詳しくは、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いた水素発生システムおよび燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である二次電池はますます小型化、高容量化が要望されている。現在、エネルギー密度が高く、小型軽量化が図れる二次電池としてリチウムイオン二次電池が実用化されており、ポータブル電源として需要が増大している。しかし、このリチウム二次電池は、一部のコードレス機器に対して十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。
【０００３】
このような状況の中で、上記要望に応え得る電池の一例として、固体高分子型燃料電池が検討されている。電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料（水素、メタノールなど）を用いる固体高分子型燃料電池は、リチウムイオン二次電池よりも高エネルギー密度化が期待できる電池系として注目されている。燃料電池は、燃料および酸素の供給さえ行えば、連続的に使用することが可能である。
【０００４】
燃料電池に用いる燃料に関しては、いくつかの候補が挙げられているが、それぞれ種々の問題点を有しており、最終的な決定が未だなされていない。燃料としてメタノールを用い、直接電極で反応させる直接メタノール型燃料電池は、小型化が容易であり将来のポータブル電源として期待されているが、メタノールのクロスオーバーによる電圧の低下の問題を抱えており、期待されるエネルギー密度が得られていない。ここで、メタノールのクロスオーバーとは、負極（燃料極）に供給されたメタノールが電解質膜を透過して正極（空気極）に達する現象のことである。
【０００５】
一方、燃料として水素を用いる場合には、例えば、高圧タンク或いは水素吸蔵合金タンクに蓄えた水素を供給する方法が一部で実用化されているが、体積および重量が大きくなり、エネルギー密度が低下するためポータブル電源として適さない。また、燃料として炭化水素系燃料を用い、それを改質して水素を取り出す方法もある。しかし、改質装置が必要となり、改質装置への熱の供給および断熱などの問題が生じるため、やはりポータブル電源としては適さないものである。
【０００６】
このような状況下において、１００℃以下の低温で化学反応により水素を発生させて燃料として用いる方法が提案されている。これらの方法は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛など水と反応して水素を発生する金属を水素源とするものである（特許文献１〜６）。
【０００７】
アルミニウムとアルカリまたは酸とを反応させる特許文献１〜３に記載の方法によれば、化学的に簡便に水素が発生するが、アルミニウムに見合う当量のアルカリまたは酸を添加する必要があり、水素源以外の材料の比率が高くなることによるエネルギー密度の減少の問題が生じる。また、反応生成物である酸化物または水酸化物が上記金属の表面に皮膜を形成して、内部の金属と水とが接触できなくなり、酸化反応が上記金属の表面のみで停止するという問題が生じやすい。このため、特許文献３では、アルミニウムの割合を８５重量％以下とした水素発生材料が提案されている。
【０００８】
一方、機械的に表面皮膜を取り除くことにより上記問題を回避しようとする特許文献４では、表面皮膜を取り除くための機械的設備が必要になるなど装置が大型化するという問題を生じる。特許文献５では、上記水酸化物の皮膜を形成しにくくするための触媒としてアルミナを添加して、５０℃という低温で水素を発生させている。しかし、アルミニウムだけでは水素が発生せず、一定量の触媒を添加する必要があるため、アルミニウムの含有量が低下するという問題がある。
【０００９】
これらの問題を解決する技術として、特許文献６では、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を含む水素発生材料を用いることで、低温で簡便に水素を発生させることができる水素製造装置および燃料電池が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】米国特許第６５０６３６０号公報
【特許文献２】特許第２５６６２４８号公報
【特許文献３】特開２００４−２３１４６６号公報
【特許文献４】特開２００１−３１４０１号公報
【特許文献５】特表２００４−５０５８７９号公報
【特許文献６】特開２００６−３０６７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、特許文献６の場合、水素発生材料から水素を発生させる時間が経過するに伴い、水素発生材料の表面を酸化物が覆うため、最初に水素を発生させるために要する起動時間と、前回の水素の発生が停止してから時間を置いた後に再度水素を発生させるために要する再起動時間とを比較すると、再起動時間の方が長くなってしまうという問題があった。
【００１２】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、再起動時間を短縮可能な水素発生システムおよび燃料電池システム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】
【００１３】
本発明の第１の水素発生システムは、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生システムにおいて、前記水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、を含み、前記液体選択判定部は、前記水素発生材料収容容器内における水素の発生の状態を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする。
【００１４】
本発明の第２の水素発生システムは、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生システムにおいて、前記水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、前記水素発生材料収容容器内の温度を検出する温度検出器と、を含み、前記液体選択判定部は、前記温度検出器により検出された前記水素発生材料収容容器内の温度を監視し、前記水素発生材料への液体供給を開始するときの前記水素発生材料収容容器内の温度に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする。
【００１５】
本発明の第３の水素発生システムは、水との反応により水素を発生する水素発生材料を用いて水素を発生させる水素発生システムにおいて、前記水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、前記水素発生材料収容容器内の温度を検出する温度検出器と、を含み、前記液体選択判定部は、前記水素発生材料収容容器内における水素の発生の状態、および前記温度検出器により検出された前記水素発生材料収容容器内の温度を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間、および前記水素発生材料への液体供給を開始するときの前記水素発生材料収容容器内の温度に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１の燃料電池システムは、上記本発明の水素発生システムから発生した水素を、燃料電池に供給することを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２の燃料電池システムは、水素を燃料として用いる燃料電池を含む燃料電池システムにおいて、水との反応により水素を発生する水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器と、水あるいはアルカリ水溶液を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給する液体供給部と、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を前記水素発生材料に供給すべきであるかを判定する液体選択判定部と、前記水素発生材料収容容器内において発生した水素を前記燃料電池に供給する水素供給部と、を含み、前記液体選択判定部は、前記燃料電池の発電状態を監視し、前回の液体供給により発生した水素を燃料として用いた前記燃料電池の発電が停止してからの経過時間である発電停止時間に基づいて、次に前記水素発生材料に供給すべき液体の種類を判定し、前記液体供給部は、前記液体選択判定部により判定された種類の液体を前記水素発生材料収容容器内の前記水素発生材料に供給することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、水素発生の停止時間、または水素発生材料収容容器内の温度に基づいて、アルカリ水溶液及び水から選択した液体を、水素発生材料に供給するようにしたので、再度水素を発生させるために要する再起動時間が短く、高信頼性の水素発生システムおよび燃料電池システムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の実施形態１に係る水素発生システムの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態２に係る水素発生システムの概略構成図である。
【図３】本発明の実施形態３に係る水素発生システムの概略構成図である。
【図４】本発明の実施形態４に係る水素発生システムの概略構成図である。
【図５】本発明の実施形態５に係る水素発生システムの概略構成図である。
【図６】本発明の実施形態７に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図７】本発明の実施形態１における、液体選択判定部８による液体選択判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】本発明の実施形態３における、液体選択判定部８ａによる液体選択判定処理を説明するためのフローチャートである。
【図９】本発明の実施形態５における、液体選択判定部８ｂによる液体選択判定処理を説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下、本発明の水素発生システム及び燃料電池システムについて、図面を参照しながら具体的に説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。
【００２１】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る水素発生システムについて説明する。図１は、本実施形態１の水素発生システムの概略構成を示す図である。
【００２２】
図１において、本実施形態１の水素発生システムは、水素発生材料収容容器１、液体選択弁２、アルカリ水溶液タンク３、水タンク４、液体選択弁制御部５、液体選択判定部８、液体供給部１１、及び水素排出部１２を備えている。
【００２３】
水素発生材料収容容器１は、水との反応により水素を発生する水素発生材料１０を収容する。この水素発生材料収容容器１は、水素発生材料１０を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、液体供給部１１や水素排出部１２以外から液体や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、液体および水素が透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
【００２４】
水素発生材料収容容器１に収容される水素発生材料１０としては、水との反応により水素を発生するものであれば良い。例えば、アルミニウム、マグネシウムおよびそれらの合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属材料を用いることができる。この金属材料と水とが反応して、水素が発生する。特に、上記金属材料が、６０μｍ以下の粒径の粒子を８０質量％以上含むものである場合、水との反応性が向上するため好ましい。
【００２５】
さらに、水素発生材料１０は、常温で水と反応して発熱する発熱材料を含むことが好ましい。水素発生材料１０が発熱材料を含む場合、水素発生材料収容容器１内に供給された水が低温であっても、発熱材料が水と反応して発熱するため、水素発生材料１０と水との水素発生反応が促進され、迅速に水素を発生させることができる。また、金属材料と発熱材料との合計質量中、金属材料の割合が、８５質量％超で９９質量％以下であることが好ましい。金属材料の量が少なすぎると、水素発生量が低下し、発熱材料の量が多すぎると、温度が上昇しすぎて水素発生反応を制御するのが難しくなるからである。
【００２６】
水素発生材料１０に含まれる発熱材料としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウムおよび硫酸カルシウムよりなる群から選択される少なくとも１種の化合物を使用できる。
【００２７】
水素発生材料１０に含まれる金属材料が、アルミニウム合金またはマグネシウム合金である場合、より効率よく水素を発生させるためには、アルミニウム合金またはマグネシウム合金が、２〜２０質量％の添加元素を含むことが好ましい。添加元素としては、例えば、ケイ素、鉄、銅、マンガン、マグネシウム、亜鉛、ニッケル、チタン、鉛、スズおよびクロムよりなる群から選択される少なくとも１種の元素を使用できる。
【００２８】
ところで、金属材料は、一般に、表面に安定な酸化皮膜が形成されているため、常温では水と反応しにくく、加熱しても水との反応が進行しない場合もある。しかし、平均粒径を１００μｍ以下にすれば、酸化皮膜による水との反応抑制作用が減少し、常温では水と反応しにくいものの、加熱すれば水との反応が促進され、水素発生反応が持続するようになる。金属材料の平均粒径を３０μｍ以下とすれば、より水との反応が促進され、より効率よく水素を発生できる。一方、金属材料の粒径を小さくすれば、水素発生速度を増加できるが、粒径が０．１μｍより小さくなると、引火性が高まり取り扱いが困難となるだけでなく、金属材料の充填密度が低下してエネルギー密度が低下しやすくなる。そのため、金属材料の粒径は、０．１μｍ以上であることが好ましい。
【００２９】
なお、金属材料の平均粒径とは、体積基準の積算分率５０％における粒子直径の値を意味している。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックＨＲＡ（製品名）」などを用いることができる。
【００３０】
また、金属材料は、アトマイズ法により作製された粉末状のものを使用できる。より効率よく水素を発生させるためには、金属材料は、化学的手段または機械的手段により、表面における水との反応性を向上させるための表面処理が施されていることが好ましい。金属材料の表面処理は、例えば、金属材料を溶媒中で機械的に撹拌することにより行う。また、金属材料は、ペレット状または顆粒状に形成されていても良い。
【００３１】
液体選択弁２は、アルカリ水溶液タンク３に収容されたアルカリ水溶液か、水タンク４に収容された水のいずれかを選択する。
【００３２】
液体選択弁制御部５は、液体選択判定部８の判定結果に応じて液体選択弁２を制御する。
【００３３】
液体選択判定部８は、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を水素発生材料１０に供給すべきであるかを判定する。この液体選択判定部８は、タイマー６と水素発生停止時間算出部７とを具備し、水素発生材料収容容器１内における水素の発生の状態を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間に基づいて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定する。
【００３４】
ここで、水素発生の停止とは、水素発生材料１０と液体との反応が停止した状態を意味するが、実用上は、検出した水素発生量が予め設定した所定値以下となった状態を、水素発生が停止した状態と判断することができる。上記所定値については、システムにおける水素検出の方法や制度などを考慮に入れて設定する。この場合、液体選択判定部８は、水素発生量が所定値以下であることを検出すると、タイマー６によるカウントを開始する。
【００３５】
水素発生の停止を検出する具体的な方法としては、例えば、水素排出部１２から排出された水素を、実際に燃料電池の負極へと供給して燃料電池を稼動させ、その燃料電池の電圧値に基づいて水素発生の停止を判定する方法が挙げられる。また、マスフローメータなどで水素発生量を評価し、所定の水素発生量よりも小さい場合に水素発生が停止していると判定しても良い。さらに、上記燃料電池を稼動させることによる判定と上記マスフローメータを用いる判定の両方を併用しても良い。
【００３６】
液体供給部１１は、水あるいはアルカリ水溶液を水素発生材料収容容器１内の水素発生材料１０に供給する。この液体供給部１１は、液体選択弁２に連結されており、液体選択弁２によって選択された液体を供給する。なお、液体供給部１１が供給する単位時間当たりの液体量は一定とは限らない。液体供給部１１は、図示しない部分から本実施形態１の水素発生システムに要求される水素発生量に応じ、単位時間当たりの液体供給量を変化させることが可能である。このような形態であるため、液体供給部１１は、液体を連続的に供給することも、断続的に供給することもあり得る。
【００３７】
水素排出部１２は、水素発生材料収容容器１内において、水素発生材料１０から発生した水素を外部へ排出する。
【００３８】
次に、本実施形態１の水素発生システムの動作について説明する。まず、水素発生材料収容容器１に水素発生材料１０を収容し、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に液体を供給する。水素発生材料収容容器１内では、水素発生材料１０と、液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素が発生する。水素が発生すると、発生中の水素量と図示しない部分から本実施形態１の水素発生システムに要求される水素発生量に応じて、液体供給部１１からの液体供給量を制御する。
【００３９】
次に、本実施形態１における、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内の水素発生材料１０に供給される液体の種類の判定方法について、図１を参照しながら図７を用いて詳細に説明する。図７は、本実施形態１における、液体選択判定部８による液体選択判定処理を示すフローチャート図である。
【００４０】
液体選択判定部８による液体選択判定処理を開始すると（ステップＳ１０１）、まず、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐを、タイマー６及び水素発生停止時間算出部７を用いて算出する（ステップＳ１０２）。そして、算出した水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐと、あらかじめ設定した設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１とを比較する（ステップＳ１０３）。通常、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１は３０分〜５０分の範囲内で設定される。比較の結果、水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１以内である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する（ステップＳ１０５）。水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１より長い場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３に収容されているアルカリ水溶液であると判定する（ステップＳ１０４）。
【００４１】
ここで、水素発生材料１０に供給する液体として、水とアルカリ水溶液の２種類を用いる理由について説明する。前回の液体供給による水素発生材料１０からの水素の発生が停止してからの経過時間が短い場合は、水素発生材料収容容器１内の温度が高いため、水素発生速度が大きくなるアルカリ水溶液でなく、水を水素発生材料１０に供給したとしても、再度水素を発生させるために要する再起動時間が顕著には長くならないことから、ｔ＿ｓｔｏｐ≦ｔ＿ｓｔｏｐ＿１なる関係を満足する場合は、水と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。一方、前回の液体供給による水素発生材料１０からの水素の発生が停止してからの経過時間が長くなると、水素発生材料１０の表面に酸化皮膜が形成される度合いが高まるため、再度水素を発生させるために要する再起動時間が顕著に長くなってしまうことから、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐなる関係を満足する場合は、水よりも水素発生速度の大きいアルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。水素発生材料１０をアルカリ水溶液と反応させた方が水と反応させるよりも水素発生速度が大きくなる理由は、水素発生材料１０の表面に形成された酸化皮膜をアルカリ水溶液が除去するためである。
【００４２】
上記判定結果に基づいて選択された液体が、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給される。水素発生材料収容容器１内では、水素発生材料１０と液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素発生材料１０から水素が発生する（ステップＳ１０６）。その後、図１では図示していない部分からユーザによる水素発生終了という指示を受け取るまで（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０５〜ステップＳ１０７の処理を繰り返す。すなわち、ステップＳ１０３でｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐなる関係を満足して、ステップＳ１０４の処理に進みアルカリ水溶液を選択した場合であっても、一旦、水素発生材料１０から水素が発生した後は（ステップＳ１０６）、ユーザによる水素発生終了という指示を受け取るまでは（ステップＳ１０７）、ステップＳ１０５の処理に戻って水を選択し、水を水素発生材料１０に供給して水素を発生させることとなる。なお、ステップＳ１０６では、水素発生材料１０から水素が発生していることを確認している。水素が発生していることを確認する方法としては、水素排出部１２から排出された水素を、実際に燃料電池の負極へと供給して燃料電池を稼動させ、その燃料電池の電圧値に基づいて判定することができる。
【００４３】
ステップＳ１０７で、水素発生終了という指示を受け取ると、ステップＳ１０８の処理に進み、水素発生システムの動作を停止させ、水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐにゼロを代入することで、ｔ＿ｓｔｏｐをリセットする。そして、ステップＳ１０２の処理に戻り、次の液体供給を開始するまで水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐをカウントする。
【００４４】
このように本実施形態１の水素発生システムによれば、前回の液体供給による水素発生材料１０からの水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐを算出し、算出したｔ＿ｓｔｏｐとあらかじめ設定した設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１とを比較し、ｔ＿ｓｔｏｐ≦ｔ＿ｓｔｏｐ＿１なる関係を満足する場合は、水タンク４に収容されている水を水素発生材料１０に供給し、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐなる関係を満足する場合は、アルカリ水溶液タンク３に収容されているアルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給するようにしたので、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間が長い場合、水素発生材料収容容器１内の温度が低く、水素発生反応の反応速度が遅くなると考えられるため、水よりも水素発生速度の大きいアルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させることで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮できる。
【００４５】
（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２に係る水素発生システムについて説明する。上記実施形態１と異なる点は、水素発生材料１０に供給するアルカリ水溶液として、ｐH値の異なる２種類のアルカリ水溶液を用いることである。
【００４６】
図２は、本実施形態２の水素発生システムの概略構成を示す図である。図２において、図１と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００４７】
アルカリ水溶液タンク３ａには、７＜ｙ＜ｘの関係を満たす、ｐＨ値がｘなる強アルカリ水溶液が収容され、アルカリ水溶液タンク３ｂには、ｐＨ値がｙなる弱アルカリ水溶液が収容される。ここで、ｘは、通常、ｐＨ１０〜ｐＨ１４の範囲内である。
【００４８】
本実施形態２の水素発生システム全体の動作は、上記実施形態１の水素発生システムと同様である。上記実施形態１とは液体選択判定方法が異なるため、以下に本実施形態２による液体選択判定方法について図２を参照しながら説明する。
【００４９】
液体選択判定部８による液体選択判定処理を開始すると、まず、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐを、タイマー６及び水素発生停止時間算出部７を用いて算出する。そして、算出した水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐと、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐ＿２を満たすあらかじめ設定した第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１及び第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２とを比較する。通常、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１は２０分〜３５分の範囲内で設定され、ｔ＿ｓｔｏｐ＿２は３５分〜５０分の範囲内で設定される。比較の結果、水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１以内である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する。水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１より長く、第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２以内である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３ｂに収容されている弱アルカリ水溶液であると判定する。水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２より長い場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３ａに収容されている強アルカリ水溶液であると判定する。
【００５０】
ここで、ｐＨ値が異なる２種類のアルカリ水溶液を用いる理由について説明する。ｐＨ値が大きなアルカリ水溶液の方が、ｐＨ値が小さなアルカリ水溶液よりも、水素発生材料１０の表面にある酸化皮膜を除去する割合が大きいことを利用し、ｔ＿ｓｔｏｐが長くなるにつれて水素発生材料１０の表面に酸化皮膜が形成される度合いは高まるのでｔ＿ｓｔｏｐ＿２＜ｔ＿ｓｔｏｐなる関係を満足する場合は、水素発生速度の大きい強アルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐ≦ｔ＿ｓｔｏｐ＿２なる関係を満足する場合は、強アルカリ水溶液よりも水素発生速度の小さい弱アルカリ水溶液であっても酸化皮膜の除去が可能であるので、弱アルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。
【００５１】
上記判定結果に基づいて選択された液体が、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給される。水素発生材料収容容器１内では、水素発生材料１０と液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素発生材料１０から水素が発生する。一旦、水素発生材料１０から水素が発生した後は、図示していない部分からユーザによる水素発生終了という指示を受け取るまでは、水を水素発生材料１０に供給して水素を発生させる。ユーザによる水素発生終了の指示を受け取ると、ｔ＿ｓｔｏｐをリセットし、次の液体供給を開始するまで水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐをカウントする。
【００５２】
このように本実施形態２の水素発生システムによれば、前回の液体供給による水素発生材料１０からの水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐを算出し、算出したｔ＿ｓｔｏｐと、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐ＿２を満たすあらかじめ設定した第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１及び第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２とを比較し、ｔ＿ｓｔｏｐ≦ｔ＿ｓｔｏｐ＿１なる関係を満足する場合は、水タンク４に収容されている水を水素発生材料１０に供給し、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐ≦ｔ＿ｓｔｏｐ＿２なる関係を満足する場合は、アルカリ水溶液タンク３ｂに収容されている弱アルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給し、ｔ＿ｓｔｏｐ＿２＜ｔ＿ｓｔｏｐなる関係を満足する場合は、アルカリ水溶液タンク３ａに収容されている強アルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給するようにしたので、前回の水素発生材料１０への液体供給による水素発生材料１０からの水素発生が停止してからの経過時間が長い場合には、水素発生材料収容容器１内の温度が低く、水素発生反応の反応速度が遅いと考えられるため、水素発生停止時間の長さに応じて弱アルカリ水溶液あるいは強アルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させることで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮できる。
【００５３】
（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３に係る水素発生システムについて説明する。上記実施形態１及び２と異なる点は、水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を、水素発生材料収容容器１内の温度に基づいて判定するようにしたことである。
【００５４】
図３は、本実施形態３の水素発生システムの概略構成を示す図である。図３において、図１と同一構成要素については、同一符号を付し、その説明を省略する。
【００５５】
温度検出器１３は、水素発生材料収容容器１内の温度を検出する。液体選択判定部８ａは、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を水素発生材料１０に供給すべきであるかを判定する。この液体選択判定部８ａは、温度検出器１３により検出された水素発生材料収容容器１内の温度を監視し、水素発生材料１０への液体供給を開始するときの水素発生材料収容容器１内の温度に基づいて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定する。
【００５６】
本実施形態３の水素発生システム全体の動作は、上記実施形態１、２の水素発生システムと同様である。上記実施形態１、２の水素発生システムとは液体選択判定方法が異なるため、以下に本実施形態３による液体選択判定方法について、図３を参照しながら図８を用いて詳細に説明する。図８は、本実施形態３における、液体選択判定部８ａによる液体選択判定処理を示すフローチャート図である。
【００５７】
液体選択判定部８ａによる液体選択判定処理を開始すると（ステップＳ２０１）、まず、水素発生材料収容容器１内の温度Ｔを、温度検出器１３により検出する（ステップＳ２０２）。そして、検出温度Ｔと、あらかじめ設定した設定温度Ｔ＿１とを比較する（ステップＳ２０３）。通常、Ｔ＿１は３５℃〜５０℃の範囲内で設定される。比較の結果、検出温度Ｔが設定温度Ｔ＿１以上である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する（ステップＳ２０５）。検出温度Ｔが設定温度Ｔ#１より低い場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３に収容されているアルカリ水溶液であると判定する（ステップＳ２０４）。
【００５８】
ここで、水素発生材料１０に供給する液体の種類を、水素発生材料収容容器１内の温度に基づいて判定する理由について説明する。水素発生材料収容容器１内の温度Ｔが高い場合は水素発生反応の反応速度が大きくなるため、水素発生速度が大きくなるアルカリ水溶液でなく、水を水素発生材料１０に供給したとしても、再度水素を発生させるために要する再起動時間が顕著には長くならないことから、Ｔ＿１≦Ｔなる関係を満足する場合は、水と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。一方、水素発生材料収容容器１内の温度Ｔが低い場合は水素発生反応の反応速度は小さくなるため、水素発生材料１０の表面状態によっては再度水素を発生させるために要する再起動時間が顕著に長くなることから、Ｔ＜Ｔ＿１なる関係を満足する場合は、水よりも水素発生速度の大きいアルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。
【００５９】
上記判定結果に基づいて選択された液体が、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給される。水素発生材料収容容器１内では、水素発生材料１０と液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素発生材料１０から水素が発生する（ステップＳ２０６）。その後、図３では図示していない部分からのユーザによる水素発生終了という指示を受け取るまではステップＳ２０２〜Ｓ２０６の処理を繰り返す。ユーザによる水素発生終了という指示を受け取ると、処理を終了する。
【００６０】
このように本実施形態３の水素発生システムによれば、水素発生材料１０への液体供給を開始するときの水素発生材料収容容器１内の温度Ｔを検出し、検出した温度Ｔがあらかじめ設定した温度Ｔ＿１に対して、Ｔ＿１≦Ｔなる関係を満足する場合は、水タンク４に収容されている水を水素発生材料１０に供給し、Ｔ＜Ｔ＿１なる関係を満足する場合は、アルカリ水溶液タンク３に収容されているアルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給するようにしたので、水素発生材料収容容器１内の温度が低い場合は、水よりも水素発生速度の大きいアルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させることで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮できる。
【００６１】
本実施形態３の水素発生システムでは、一旦、水よりも水素発生速度の大きいアルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させておき、水素発生材料収容容器１内の温度Ｔがあらかじめ設定した温度Ｔ＿１以上となった場合、すなわち、Ｔ＿１≦Ｔなる関係を満足するようになった場合は、アルカリ水溶液よりも水素発生速度の小さい水に切り替え、水と水素発生材料１０とから水素を発生させることになるため、システム稼動で必要とするアルカリ水溶液の量を少なく抑えることができる。これにより、水素発生システムの起動時間を短縮できるとともに、使用するアルカリ水溶液の量を少なくすることができる。
【００６２】
ところで、本実施形態３の水素発生システムを用いずに単純に水と水素発生材料１０とを反応させた場合の効果と、本実施形態３の水素発生システムを用いた場合の効果は、次の通りである。水素発生材料１０として、６０μｍ以下の粒径のアルミニウム粒子を９０質量％以上含むアルミニウム粒子８６質量％と、発熱材料である酸化カルシウム１４質量％とを混合した材料を用いて水素を発生させ、この水素の発生が停止した時から１０分後の水素発生材料収容容器１内の温度は５０℃であった。この状態で水を供給したところ、再度水素を発生させるのに要した再起動時間は２分であった。一方、同じ水素発生材料１０を用いて水素を発生させ、この水素の発生が停止した時から３０分後の水素発生材料収容容器１内の温度は３０℃であった。この状態で水を供給したところ、再度水素を発生させるのに要した再起動時間は５分であった。以上の比較例に対して、本実施形態３の水素発生システムでは、Ｔ＿１を４５℃と設定した場合、水素の発生が停止した時から３０分後の水素発生材料収容容器１内の温度は上述したとおり３０℃であるため、アルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させることになる。実際にアルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させたところ、再度水素を発生させるのに要した再起動時間は２分であり、本実施形態３の水素発生システムを用いなかった場合に比較して、顕著な再起動時間の短縮効果を得た。
【００６３】
（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４に係る水素発生システムについて説明する。上記実施形態３と異なる点は、水素発生材料１０に供給するアルカリ水溶液として、ｐＨ値の異なる２種類のアルカリ水溶液を用いることである。
【００６４】
図４は、本実施形態４の水素発生システムの概略構成を示す図である。図４において、図３と同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００６５】
アルカリ水溶液タンク３ａには、７＜ｙ＜ｘの関係を満たす、ｐＨ値がｘなる強アルカリ水溶液が収容され、アルカリ水溶液タンク３ｂには、ｐＨ値がｙなる弱アルカリ水溶液が収容される。ここで、ｘは、通常、ｐＨ１０〜ｐH１４の範囲内である。
【００６６】
以下、本実施形態４の水素発生システム全体の動作は、上記実施形態１〜３の水素発生システムと同様である。上記実施形態１〜３とは液体選択判定方法が異なるため、以下に本実施形態４の液体選択判定方法について、図４を参照しながら詳細に説明する。
【００６７】
液体選択判定部８ａによる液体選択判定処理を開始すると、まず、水素発生材料収容容器１内の温度Ｔを、温度検出器１３により検出する。そして、検出温度Ｔと、Ｔ＿２＜Ｔ＿１を満たすあらかじめ設定した第１の設定温度Ｔ＿１及び第２の設定Ｔ＿２とを比較する。通常、Ｔ＿１は４５℃〜６０℃の範囲内で設定され、Ｔ＿２は３０℃〜４５℃の範囲内で設定される。比較の結果、検出温度Ｔが第１の設定温度Ｔ＿１以上である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する。検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ＿２以上で第１の設定温度Ｔ＿１より低い場合、水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３ｂに収容されている弱アルカリ水溶液であると判定する。検出温度Ｔが第２の設定温度Ｔ＿２より低い場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３ａに収容されている強アルカリ水溶液であると判定する。
【００６８】
ここで、ｐＨ値の異なる２種類のアルカリ水溶液を用いる理由について説明する。ｐＨ値が大きなアルカリ水溶液の方が、ｐＨ値が小さなアルカリ水溶液よりも、水素発生材料１０の表面にある酸化皮膜を除去する割合が大きいことを利用し、Ｔ＜Ｔ＿２なる関係を満足する場合、水素発生材料収容容器１内の温度が低く、水素発生反応の反応速度が小さいので、弱アルカリ水溶液よりも水素発生速度の大きい強アルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。強アルカリ水溶液は、弱アルカリ水溶液に比べて水素発生材料１０の表面にある酸化皮膜を除去する割合が大きく、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮できる。Ｔ＿２≦Ｔ＜Ｔ＿１なる関係の場合は、強アルカリ水溶液より水素発生速度の小さい弱アルカリ水溶液であっても酸化皮膜の除去が可能であるので、弱アルカリ水溶液と水素発生材料１０とから水素を発生させることとした。
【００６９】
上記判定結果に基づいて選択された液体が、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給される。水素発生材料収容溶液１内では、水素発生材料１０と液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素発生材料１０から水素が発生する。その後、図４では図示していない部分からのユーザによる水素発生終了という指示を受け取るまでは上記処理を繰り返す。ユーザによる水素発生終了という指示を受け取ると、処理を終了する。
【００７０】
このように本実施形態４の水素発生システムによれば、水素発生材料１０への液体供給を開始するときの水素発生材料収容容器１内の温度Ｔを検出し、検出した温度ＴがＴ＿２＜Ｔ＿１を満たすあらかじめ設定した第１の設定温度Ｔ＿１及び第２の設定温度Ｔ＿２に対して、Ｔ＿１≦Ｔなる関係を満足する場合は、水タンク４に収容されている水を水素発生材料１０に供給し、Ｔ＿２≦Ｔ＜Ｔ＿１なる関係の場合は、アルカリ水溶液タンク３ｂに収容されている弱アルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給し、Ｔ＜Ｔ＿２なる関係を満足する場合、アルカリ水溶液タンク３ａに収容されている強アルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給するようにしたので、水素発生材料収容容器１内の温度が低い場合、水素発生材料収容容器１内の温度に応じて水よりも水素発生速度の大きい弱アルカリ水溶液あるいは強アルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させることで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮できる。
【００７１】
（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５に係る水素発生システムについて説明する。上記実施形態１と異なる点は、水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を、水素発生停止時間だけでなく、水素発生材料収容容器１内の温度に基づいて、判定するようにしたことである。
【００７２】
図５は、本実施形態５の水素発生システムの概略構成を示す図である。図５において、図１、３と同一構成については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００７３】
温度検出器１３は、水素発生材料収容容器１内の温度を検出する。液体選択判定部８ｂは、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を水素発生材料１０に供給すべきであるかを判定する。この液体選択判定部８ｂは、タイマー６及び水素発生停止時間算出部７を具備し、水素発生材料収容容器１内における水素発生の状態、及び温度検出器１３により検出された水素発生材料収容容器１内の温度を監視し、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間、及び、水素発生材料１０への液体供給を開始するときの水素発生材料収容容器１内の温度に基づいて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定する。
【００７４】
本実施形態５の水素発生システム全体の動作は、上記実施形態１〜４と同様である。上記実施形態１〜４とは液体選択判定方法が異なるため、以下に本実施形態５による液体選択判定方法について図５を参照しながら図９を用いて詳細に説明する。
【００７５】
液体選択判定部８ｂによる液体選択判定処理を開始すると（ステップＳ３０１）、まず、前回の液体供給による水素の発生が停止してからの経過時間である水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐを、タイマー６及び水素発生停止時間算出部７を用いて算出する（ステップＳ３０２）。そして、算出した水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐと、あらかじめ設定した設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１とを比較する（ステップＳ３０３）。通常、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１は、３０分〜５０分の範囲内で設定される。
【００７６】
比較の結果、水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１以内である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する（ステップＳ３０７）。水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１より長い場合、水素発生材料収容容器１内の温度Ｔを検出する（ステップＳ３０４）。そして、検出温度Ｔとあらかじめ設定した設定温度Ｔ＿１とを比較する（ステップＳ３０５）。通常、Ｔ＿１は３５℃〜５０℃の範囲内で設定される。比較の結果、検出温度Ｔが設定温度Ｔ＿１以上である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する（ステップＳ３０７）。検出温度Ｔが設定温度Ｔ＿１より低い場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３に収容されているアルカリ水溶液であると判定し（ステップＳ３０６）、
【００７７】
上記判定結果に基づいて選択された液体が、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給される。水素発生材料収容容器１内では、水素発生材料１０と液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素発生材料１０から水素が発生する（ステップＳ３０８）。その後、図５では図示していない部分からユーザによる水素発生終了という指示を受け取るまでは（ステップＳ３０９）、ステップＳ３０４〜Ｓ３０９の処理を繰り返す。
【００７８】
ステップＳ３０９で、図５では図示していない部分からユーザによる水素発生終了という指示を受け取ると、ステップＳ３１０の処理に進み、水素発生システムの動作を停止させ、水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐにゼロを代入することで、ｔ＿ｓｔｏｐをリセットする。そして、ステップＳ３０２の処理に戻り、次の液体供給を開始するまで水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐをカウントする。
【００７９】
このような本実施形態５の水素発生システムによれば、前回の液体供給による水素発生材料１０からの水素の発生が停止してからの経過時間である水素停止時間の算出、および水素発生材料１０への液体供給を開始するときの水素発生材料収容容器１内の温度に基づいて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定し、判定結果に基づいて所定の液体を液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給するようにしたので、前回の水素発生材料１０への液体供給による水素発生材料１０からの水素の発生が停止してからの経過時間が長く、水素発生材料収容容器１内の温度が低い場合は、水よりも水素発生速度の大きいアルカリ水溶液と水素発生材料１０とを反応させることで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮できる。水素発生停止時間を算出するためのタイマー６及び水素発生停止時間算出部７、または、水素発生材料収容容器１内の温度を検出するための温度検出器１３に不具合があっても、水素発生材料収容容器１内の温度、あるいは水素発生停止時間に基づいて次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判別可能であるため、安定性の高いシステムを提供可能である。
【００８０】
（実施形態６）
本発明の実施形態６に係る燃料電池システムは、上記実施形態１〜５の水素発生システムを水素供給源とする。これにより、再度水素を発生させるために要する再起動時間の短い水素発生システムを搭載した燃料電池システムを構築することができる。
【００８１】
（実施形態７）
以下、本発明の実施形態７に係る燃料電池システムについて説明する。図６は、本実施形態７の燃料電池システムの概略構成を示す図である。図６において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。
【００８２】
本実施形態７の燃料電池システムは、燃料電池２１、電圧検出器２２、電流検出器２３、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）２４、二次電池充電回路制御部２５、二次電池充電回路２６、二次電池２７、及びＤＣ−ＤＣコンバータ２８を備えている。ＤＣ−ＤＣコンバータ２８の出力は、外部負荷２９に接続されている。
【００８３】
電圧検出器２２は、高周波ノイズをカットするＬＰＦ２４を介して燃料電池２１と並列に接続されており、燃料電池２１の電圧を検出する。電流検出器２３は、燃料電池２１と直列に接続され、燃料電池２１の電流を検出する。二次電池充電回路制御部２５は、電圧検出器２２により検出された燃料電池２１の電圧値と、電流検出器２３により検出された燃料電池２１の電流値に基づいて二次電池充電回路２６を制御する。二次電池充電回路２６は、二次電池充電回路制御部２５からの制御に従って二次電池２７の充電を行う。二次電池２７はＤＣ−ＤＣコンバータ２８に接続されており、このＤＣ−ＤＣコンバータ２８を介して安定した直流電流を、携帯用電子機器などの外部負荷２９に供給する。
【００８４】
また、本実施形態７の燃料電池システムは、水素発生材料収容容器１、液体選択弁２、アルカリ水溶液タンク３、水タンク４、液体選択弁制御部５、液体選択判定部８ｃ、液体供給部１１、及び水素供給部１２を含む水素発生システムを、燃料電池２１の水素供給源としてさらに備える。なお、図中の１２は、上記実施形態１〜５では、水素発生材料収容容器１内で発生した水素を排出するものであったため、「水素排出部」と呼んでいたが、本実施形態６では、水素発生材料収容容器１内で発生した水素を燃料電池２１に供給するため、「水素供給部」と呼ぶ。
【００８５】
液体選択判定部８ｃは、水及びアルカリ水溶液のうち、いずれの液体を水素発生材料１０に供給すべきであるかを判定する。この液体選択判定部８ｃは、タイマー６と発電停止時間算出部９とを具備し、電圧検出器２２で検出した電圧値、及び電流検出器２３で検出した電流値に基づいて燃料電池２１の発電状態を監視し、前回の液体供給により発生した水素を燃料として用いた燃料電池２１の発電が停止してからの経過時間である発電停止時間に基づいて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定する。水素供給部１２は、燃料電池２１の負極に連結されており、水素発生材料収容容器１内で発生した水素を燃料電池２１に供給する。
【００８６】
燃料電池２１の発電が停止しているかどうかは、例えば、実際に検出した電圧値が、検出した電流値に対応した所定の電圧値以下であるときに、燃料電池２１の発電が停止したと判断することができる。なお、検出した電流値に対応した所定の電圧値は、電流値と電圧値との所定の関数関係に基づいて算出できる。
【００８７】
次に、本実施形態７の燃料電池システムの動作について説明する。まず、水素発生材料収容容器１に水素発生材料１０を収容し、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に液体を供給する。水素発生材料収容容器１内では、水素発生材料１０と、液体供給部１１から供給された液体とが反応し、水素発生材料１０から水素が発生する。発生した水素は、水素供給部１２を介して燃料電池２１に供給され、燃料電池２１が発電する。
【００８８】
次に、本実施形態７における、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内の水素発生材料１０に供給される液体の種類の判定方法について、図６を参照しながら詳細に説明する。
【００８９】
液体選択判定部８ｃによる液体選択判定処理を開始すると、タイマー６及び発電停止時間算出部９を用いて、前回の液体供給によって発生した水素を燃料として用いた燃料電池２１の発電が停止してからの経過時間である発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐを算出する。そして、算出した発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐと、あらかじめ設定した設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１とを比較する。通常、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１は３０分〜５０分の範囲内で設定される。比較の結果、発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１以内である場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、水タンク４に収容されている水であると判定する。発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１より長い場合、次に水素発生材料１０に供給すべき液体は、アルカリ水溶液タンク３に収容されているアルカリ水溶液であると判定する。
【００９０】
上記判定結果に基づいて選択された液体が、液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給され、水素発生材料１０から水素が発生する。その後、図６では図示していない部分からユーザによる燃料電池２１の発電終了という指示を受け取るまでは、上記処理を続ける。ユーザによる燃料電池２１の発電終了の指示を受け取ると、ｔ＿ｓｔｏｐをリセットし、次の液体供給を開始するまで水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐをカウントする。
このように、燃料電池２１の発電停止時間に基づいて水素発生材料１０に供給する液体の種類を変更することで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮でき、その結果、燃料電池２１を発電させるために要する起動時間も短縮できる。
【００９１】
このように本実施形態７の燃料電池システムによれば、水との反応により水素を発生する水素発生材料から発生させた水素を燃料として用いる燃料電池を搭載した燃料電池システムにおいて、燃料電池２１の発電状態を監視し、燃料電池２１の発電停止時間に応じて、次に水素発生材料１０に供給すべき液体の種類を判定し、この判定結果に基づいて選択された所定の液体を液体供給部１１から水素発生材料収容容器１内に供給するようにしたので、再度水素を発生させるために要する再起動時間の短い水素発生システムを搭載した燃料電池システムを実現可能である。
【００９２】
また、本実施形態７の燃料電池システムは、電圧検出器２２及び電流検出器２３を用いて燃料電池２１の発電停止時間をより正確に算出できるため、信頼性を向上できる。
【００９３】
本実施形態７では、アルカリ水溶液が一種類である場合について説明したが、ｐＨ値の異なる２種類のアルカリ水溶液を用いても良い。例えば、ｐＨ値の異なるアルカリ水溶液として、７＜ｙ＜ｘの関係を満たす、ｘをｐＨ値とする強アルカリ水溶液と、ｙをｐＨ値とする弱アルカリ水溶液とを用いる。ｘは、通常、ｐＨ１０〜ｐＨ１４の範囲内である。この場合、タイマー６及び発電停止時間算出部９を用いて算出した発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐと、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１＜ｔ＿ｓｔｏｐ＿２を満たすあらかじめ設定した第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１及び第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２とを比較する。通常、ｔ＿ｓｔｏｐ＿１は２０分〜３５分の範囲内で設定され、ｔ＿ｓｔｏｐ＿２は３５分〜５０分の範囲内で設定される。比較の結果、発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１以内である場合、水を水素発生材料１０に供給し、発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが第１の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿１より長く、第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２以内である場合、弱アルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給し、発電停止時間ｔ＿ｓｔｏｐが第２の設定時間ｔ＿ｓｔｏｐ＿２より長い場合、強アルカリ水溶液を水素発生材料１０に供給するようにする。その後、ユーザによる燃料電池２１の発電終了という指示を受け取るまでは、上記処理を続ける。ユーザによる燃料電池２１の発電終了の指示を受け取ると、ｔ＿ｓｔｏｐをリセットし、次の液体供給を開始するまで水素発生停止時間ｔ＿ｓｔｏｐをカウントする。このように、燃料電池２１の発電停止時間に基づいて水素発生材料１０に供給する液体の種類を変更することで、再度水素を発生させるために要する再起動時間を短縮でき、その結果、燃料電池２１を発電させるために要する起動時間も短縮できる。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の水素発生システムは、水素を発生させるために要する起動時間を短縮できるものとして産業上幅広く利用可能である。また、本発明の燃料電池システムは、ポータブル電源として幅広く利用可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１  水素発生材料収容容器
２  液体選択弁
３、３ａ、３ｂ  アルカリ水溶液タンク
４  水タンク
５  液体選択弁制御部
６  タイマー
７  水素発生停止時間算出部
８、８ａ、８ｂ、８ｃ  液体選択判定部
９  発電停止時間算出部
１０  水素発生材料
１１  液体供給部
１２  水素排出部（水素供給部）
１３  温度検出器
２１  燃料電池
２２  電圧検出器
２３  電流検出器
２４  ＬＰＦ
２５  二次電池充電回路制御部
２６  二次電池充電回路
２７  二次電池
２８  ＤＣ−ＤＣコンバータ
２９  外部負荷
【図１】
2010189233.tif 000003
【図２】
2010189233.tif 000004
【図３】
2010189233.tif 000005
【図４】
2010189233.tif 000006
【図５】
2010189233.tif 000007
【図６】
2010189233.tif 000008
【図７】
2010189233.tif 000009
【図８】
2010189233.tif 000010
【図９】
2010189233.tif 000011