(57)【要約】【課題】  水素生成過程（燃料改質過程）で水素とともに発生する一酸化炭素を簡易な構成及び手法で除去することができるとともに、所望のタイミングで高濃度の水素ガスを迅速に供給することができる水素供給装置、及び、該水素供給装置を備え、迅速な起動、及び、発電特性の劣化の抑制が可能な電源システムを提供する。【解決手段】  水素供給装置は、燃料改質部１０と、水素貯蔵部２０Ａと、を備え、燃料改質部１０は、メタノール等の炭化水素系の発電用燃料と水とを加熱、気化させて、メタノールガスを生成する気化器１１と、該メタノールガスを用いた水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器１２と、からなり、また、水素貯蔵部２０Ａは、上記燃料改質部１０により生成された改質ガスのうち、水素のみを取り込んで貯蔵し、所定の温度条件で貯蔵した水素を放出する水素吸蔵合金を備えた構成を有している。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を用いて駆動する負荷に供給する水素供給装置において、
組成中に水素原子を含む第１の流体物質を所定の化学反応により改質して、前記水素を含む第２の流体物質を生成する改質手段と、
前記第２の流体物質から水素を選択的に貯蔵するとともに、所定の反応条件で前記貯蔵した水素を放出して前記負荷に直接供給する水素貯蔵手段と、
を備えることを特徴とする水素供給装置。
【請求項２】
前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵金属を有し、該水素吸蔵金属により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を異なるタイミングで実行する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記水素貯蔵手段は、各々水素吸蔵金属が収納された複数の貯蔵室を備え、該複数の貯蔵室のうち、いずれかの前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、他の前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を同時並行して実行する手段を備えることを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
【請求項４】
少なくとも前記改質手段は、前記第１の流体物質を加熱して気化させる気化器と、前記気化された前記第１の流体物質を所定の触媒反応により前記第２の流体物質に改質する改質器と、を備えることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の水素供給装置。
【請求項５】
少なくとも前記改質手段は、微小な基板に反応流路が形成された複数の反応器を備え、前記反応器相互が離間して配置された構成を有していることを特徴とする請求項４記載の水素供給装置。
【請求項６】
組成中に水素原子を含む第１の流体物質が封入された燃料容器と、
前記燃料容器から供給された前記第１の流体物質を所定の化学反応により改質して、前記水素を含む第２の流体物質を生成する改質手段と、
前記第２の流体物質から水素を選択的に貯蔵するとともに、所定の反応条件で前記貯蔵した水素を放出して前記負荷に直接供給する水素貯蔵手段と、
前記水素貯蔵手段から直接供給された前記水素を用いて電気エネルギーを生成する発電手段と、
を備えることを特徴とする電源システム。
【請求項７】
前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵金属を有し、該水素吸蔵金属により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を異なるタイミングで実行する手段を備えることを特徴とする請求項６記載の電源システム。
【請求項８】
前記水素貯蔵手段は、各々水素吸蔵金属が収納された複数の貯蔵室を備え、該複数の貯蔵室のうち、いずれかの前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、他の前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を同時並行して実行する手段を備えることを特徴とする請求項６記載の電源システム。
【請求項９】
少なくとも前記改質手段は、前記第１の流体物質を加熱して気化させる気化器と、前記気化された前記第１の流体物質を所定の触媒反応により前記第２の流体物質に改質する改質器と、を備えることを特徴とする請求項６乃至８のいずれかに記載の電源システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素供給装置及び電源システムに関し、特に、メタノール等の組成中に水素原子を含む発電用燃料を改質して水素を生成する水素供給装置、及び、該水素供給装置を備え、生成された水素を用いて発電動作を行う電源システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題やエネルギー問題への関心の高まりに伴い、次世代の主流となる電源システム（又は、発電システム）として、燃料電池（又は、燃料電池を用いた電源システム）が注目されている。燃料電池の発電原理は、概ね、水素と酸素を用いた電気化学反応により電気エネルギーを取り出すものであるので、温暖化ガスや汚染物質をほとんど排出せず、環境への影響（環境負荷）が極めて小さいという利点を有している。また、旧来の発電システムに比較して極めて高い発電効率（エネルギー変換効率）を実現することができるため、様々な産業分野での本格的な普及に向けた研究開発が盛んに行われている。
【０００３】
例えば、自動車分野において、排気ガス等の排出による環境負荷が大きいガソリンエンジンやディーゼルエンジンに代わる駆動装置である電気モータの駆動電源として、また、事業所や家庭等の電力分野において、電力会社の発電所からの電力に代わる低損失の発電設備として、実用化や製品化され、今後、一層普及することが期待されている。
【０００４】
そして、このような燃料電池システムは、近年、半導体デバイス製造技術に基づく微細加工技術等を応用して、システム構成を大幅に小型化、軽量化、薄型化して、ノート型パーソナルコンピュータ（ノートパソコン）やデジタルカメラ、携帯情報端末（ＰＤＡ）、携帯電話等のポータブル型の電子機器（携帯機器）の電源ユニットとして適用する試みが盛んに行われている。
【０００５】
ここで、周知の固体高分子型燃料電池においては、概略、アノード極（燃料極）とカソード極（酸素極）の間に、固体高分子膜を電解質膜（イオン交換膜）として介挿した燃料電池本体において、アノード極に供給された発電用燃料又は水素から水素イオンと電子が生成され、該水素イオンが上記電解質膜を介して透過し、カソード極側で酸素分子と結合する際に、アノード極側からカソード極側へ移動する電子を取り出すことにより電気エネルギー（電力）が生成される。
【０００６】
なお、燃料電池本体（アノード極側）に供給される発電用燃料としては、予め貯蔵された高濃度の水素ガスが直接供給されることが望ましいが、このような水素ガスを直接燃料電池本体に供給するシステムは、水素ガスの生成、貯蔵、供給等における技術面や安全面における取り扱いの難しさや、社会的なインフラの整備等の経済的な観点から、事業所における発電設備や、一部の特殊な車両の駆動電源等の比較的大型のシステムにおいてのみ実用化が図られている。
【０００７】
これに対して、小型の電子機器（携帯機器）等への適用が検討されている燃料電池システムにおいては、比較的入手や取り扱いが容易で、製造コストも安価な、エタノールやメタノール等の炭化水素系の液体燃料（アルコール類）を適用したものが実用化されている。そして、このような燃料電池システムにおける液体燃料からなる発電用燃料の供給方式としては、当該発電用燃料（メタノール等）を直接燃料電池本体のアノード極に供給する燃料直接供給方式と、該発電用燃料を改質して得られる水素ガスをアノード極に供給する燃料改質供給方式と、が知られている。
【０００８】
燃料直接供給方式の燃料電池においては、メタノール等の発電用燃料（厳密には、メタノール水溶液）を直接燃料電池本体に供給することができるので、燃料供給経路に後述する改質器等の構成を必要とせず、燃料電池システムの構成を簡素化することができるという利点はあるものの、この方式の燃料電池においては、一般に、燃料改質供給方式の燃料電池に比較して、発電効率（エネルギー変換効率）が低いという欠点を有している。
【０００９】
一方、燃料改質供給方式の燃料電池においては、発電用燃料（メタノール等）を改質して生成された高純度の水素ガスを燃料電池本体に供給することができるので、燃料直接供給方式の燃料電池に比較して、発電効率（エネルギー変換効率）が高いという利点を有するものの、発電用燃料から水素ガスを生成するための改質器等を設ける必要があり、燃料電池システムの構成が複雑化するという欠点を有している。
【００１０】
ここで、従来技術における燃料改質供給方式の燃料電池システムについて簡単に説明する。
図１２は、従来技術における燃料改質供給方式の燃料電池システムの一構成例を示す概略ブロック図であり、図１３は、燃料改質供給方式の燃料電池システムに適用される燃料改質部における化学反応の一例を示す概略図である。また、図１４は、従来技術における燃料改質供給方式の燃料電池システムの他の構成例を示す概略ブロック図である。
【００１１】
図１２に示すように、従来技術における燃料電池システムは、概略、メタノール等の発電用燃料が貯蔵又は封入された燃料供給部３１０と、発電用燃料を改質して水素ガスを生成するとともに、該改質反応の際に生成される副生成物を除去する燃料改質部３２０と、生成された水素ガスと大気中の酸素とを用いた電気化学反応により電気エネルギーを生成して出力する発電セル部（燃料電池本体）３３０と、を備えて構成されている。
【００１２】
ここで、燃料改質部３２０は、例えば、図１３に示すように、発電用燃料（メタノールＣＨ３ＯＨ）と水（Ｈ２Ｏ）からなる水溶液を気化して（蒸発させて）燃料ガスを生成する気化部３２１と、燃料ガスを水蒸気改質反応により改質して水素（Ｈ２）を生成する改質器３２２と、該水蒸気改質反応に伴って、副生成部として生成される微量の二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）のうち、有害な一酸化炭素（ＣＯ）を水性シフト反応により水素（Ｈ２）に変換するともに、該水性シフト反応において残留する一酸化炭素（ＣＯ）をさらに選択酸化反応により二酸化炭素ＣＯ２に変換するＣＯ除去器３２３と、を備えた構成を有している。
なお、燃料改質部及び発電セル部における具体的な化学反応については、後述する発明の実施形態の形態において詳しく説明する。
【００１３】
そして、近年においては、このような燃料改質供給方式の燃料電池システムにおける燃料改質部を、半導体デバイス製造技術に基づく微細加工技術等を用いて、大幅に小型、軽量、薄型化した化学反応器（マイクロリアクタ）を適用して構成する技術の研究開発が盛んに行われている。これにより、小型の電子機器に搭載が可能であって、燃料直接供給方式の燃料電池システムよりも発電効率に優れ、比較的長い駆動時間を実現することができる（電力供給能力に優れる）小型の燃料改質供給方式の燃料電池システムを実現することができる。
【００１４】
上述したような燃料改質方式の燃料電池システムや、燃料改質部の構成等については、例えば、特許文献１等に詳しく記載されている。なお、特許文献１には、上述したような気化器と改質器とＣＯ除去器からなる燃料改質部を備えた燃料電池システムのほかに、改質器３２２において生成される水素ガスと、副生成物として生成される二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）とを分離するための構成として、上述したＣＯ除去器３２３に替えて、図１４に示すように、水素ガスのみを透過する半透膜（水素透過膜）３２４を備えた構成についても記載されている。
【００１５】
【特許文献１】特開２００４−１２７６２６号公報  （第４頁〜第６頁、図１、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
上述したような燃料改質方式の燃料電池システムにおいては、燃料改質部（改質器）における化学反応（水蒸気改質反応）により、水素とともに一酸化炭素が発生する。この一酸化炭素は、人体に有害であるばかりでなく、直接発電セル部（燃料電池本体）のアノード極（燃料極）に供給されると、電極に付着形成されている触媒を劣化させて発電特性を低下させる。ここで、この一酸化炭素は、水蒸気改質反応における温度条件が高温になるほどその濃度が高くなる。
【００１７】
そこで、上述したように、このような一酸化炭素を除去するための構成として、例えば、特許文献１等にも記載されているように、改質器の後段（発電セル部との間）にＣＯ除去器や半透膜が設けられている。
ここで、ＣＯ除去器による一酸化炭素の除去処理（水性シフト反応、選択酸化反応）においては、概ね１８０℃程度の温度条件を必要とするため、熱源としてのヒータや温度制御のための手段を備える必要があり、システムの構成が大型化、複雑化するという問題を有していた。
【００１８】
また、半透膜を用いた構成においては、半透膜の水素透過速度が膜の両面の差圧や、温度条件等に依存するため、十分な水素供給量を確保するためには、高温高圧の条件が必要なうえ、さらに、半透膜を薄膜化する必要があり、膜の耐性や信頼性の点で実用に適する性能を有するものが未だ開発されていないという問題を有していた。
【００１９】
さらに、従来の燃料改質型の燃料電池システムにおいては、発電動作に先立って、燃料改質部により発電用燃料の気化、改質、ＣＯ除去の各過程を実行しなければならず、水素を生成して発電セル部に供給し、発電動作が実際に開始されるまでにある程度の時間を要する（起動に時間を要する）という問題も有していた。
【００２０】
そこで、本発明は、上記問題点に鑑み、水素生成過程（燃料改質過程）で水素とともに発生する一酸化炭素を簡易な構成及び手法で除去することができるとともに、所望のタイミングで高濃度の水素ガスを迅速に供給することができる水素供給装置、及び、該水素供給装置を備え、起動時に、一酸化炭素が除去された高濃度の水素ガスを迅速に発電セルに供給して発電動作を行うことができる電源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】
【００２１】
請求項１記載の発明は、
水素を用いて駆動する負荷に供給する水素供給装置において、
組成中に水素原子を含む第１の流体物質を所定の化学反応により改質して、前記水素を含む第２の流体物質を生成する改質手段と、
前記第２の流体物質から水素を選択的に貯蔵するとともに、所定の反応条件で前記貯蔵した水素を放出して前記負荷に直接供給する水素貯蔵手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２２】
ここで、前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵金属を有し、該水素吸蔵金属により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を異なるタイミングで実行する手段を備えるものであってもよい。
【００２３】
また、前記水素貯蔵手段は、各々水素吸蔵金属が収納された複数の貯蔵室を備え、該複数の貯蔵室のうち、いずれかの前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、他の前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を同時並行して実行する手段を備えるものであってもよい。
【００２４】
さらに、少なくとも前記改質手段は、前記第１の流体物質を加熱して気化させる気化器と、前記気化された前記第１の流体物質を所定の触媒反応により前記第２の流体物質に改質する改質器と、を備えるものであってもよい。
この場合、少なくとも前記改質手段は、微小な基板に反応流路が形成された複数の反応器を備え、前記反応器相互が離間して配置された構成を有しているものであることが望ましい。
【００２５】
請求項６記載の発明に係る電源システムは、
組成中に水素原子を含む第１の流体物質が封入された燃料容器と、
前記燃料容器から供給された前記第１の流体物質を所定の化学反応により改質して、前記水素を含む第２の流体物質を生成する改質手段と、
前記第２の流体物質から水素を選択的に貯蔵するとともに、所定の反応条件で前記貯蔵した水素を放出して前記負荷に直接供給する水素貯蔵手段と、
前記水素貯蔵手段から直接供給された前記水素を用いて電気エネルギーを生成する発電手段と、
を備えることを特徴とする。
【００２６】
ここで、前記水素貯蔵手段は、水素吸蔵金属を有し、該水素吸蔵金属により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を異なるタイミングで実行する手段を備えるものであってもよい。
【００２７】
また、前記水素貯蔵手段は、各々水素吸蔵金属が収納された複数の貯蔵室を備え、該複数の貯蔵室のうち、いずれかの前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記第２の流体物質から水素のみを取り出して貯蔵する動作と、他の前記貯蔵室に収納された前記水素吸蔵合金により、前記貯蔵した水素を放出して、前記負荷に直接供給する動作と、を同時並行して実行する手段を備えるものであってもよい。
【００２８】
さらに、少なくとも前記改質手段は、前記第１の流体物質を加熱して気化させる気化器と、前記気化された前記第１の流体物質を所定の触媒反応により前記第２の流体物質に改質する改質器と、を備えるものであってもよい。
また、前記発電手段は、固体高分子型燃料電池であってもよい。
【発明の効果】
【００２９】
本発明に係る水素供給装置よれば、メタノール等の炭化水素系の液体燃料（第１の流体物質）を、燃料改質部（改質手段）において改質することにより生成される水素を含む改質ガス（第２の流体物質）が、水素吸蔵合金を収納した水素貯蔵部（水素貯蔵手段）に供給されることにより、水素吸蔵合金により水素のみが選択的に吸着されて貯蔵され、このとき、上記改質反応により発生する二酸化炭素や一酸化炭素等の副生成物は水素吸蔵合金に吸着されずに残留する。
【００３０】
これにより、改質ガスから水素のみを取り出して、副生成物を分離して除去することができるので、当該副生成物を除去するための特別な手段を備える必要がなく、また、水素を貯蔵した水素吸蔵合金を所定の温度条件に設定することにより、水素のみを取り出して、高濃度の水素ガスとして発電セル部（負荷）に供給することができるので、簡易な手法により高濃度の水素を生成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、本発明に係る水素供給装置及び該水素供給装置を備えた電源システムの実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
＜水素供給装置＞
まず、本発明に係る水素供給装置について、図面を参照して説明する。
図１は、本発明に係る水素供給装置の基本構成を示す概略ブロック図である。
【００３２】
本発明に係る水素供給装置は、概略、図１に示すように、発電用燃料を気化して（蒸発させて）燃料ガスを生成する気化器１１、及び、該燃料ガスを用いた化学反応（触媒反応）により水素を含む改質ガスを生成する改質器１２からなる燃料改質手段１０Ｘと、該燃料改質手段１０Ｘにより生成された改質ガスから水素のみを選択的に取り込んで安定的に貯蔵するとともに、所定のタイミングで貯蔵した水素ガスを負荷３０Ｘに供給する水素貯蔵手段２０Ｘと、を備えた構成を有している。
【００３３】
なお、以下に示す各実施形態においては、水素貯蔵手段２０Ｘとして、水素吸蔵合金を備えた構成を示すが、本発明はこれに限定されるものではなく、要するに、供給された気体から水素のみを選択的に取り込んで安定的に貯蔵することができるとともに、所定のタイミングで貯蔵した水素を放出することができるものであれば、他の構成を有するものであってもよい。
【００３４】
＜第１の実施形態＞
図２は、本発明に係る水素供給装置の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。ここで、上述した従来技術と同等の技術内容については、適宜従来技術を参照する。
第１の実施形態に係る水素供給装置は、図２に示すように、燃料改質部（改質手段）１０と、水素貯蔵部（水素吸蔵手段）２０Ａと、を備え、燃料改質部１０は、メタノール等の組成中に水素原子を含む炭化水素系（アルコール類）の発電用燃料と水とを加熱、気化（蒸発）させて、メタノールガス（燃料ガス）を生成する気化器１１と、該メタノールガスを用いた水蒸気改質反応により水素を含む改質ガスを生成する改質器１２と、を備えた構成を有し、また、水素貯蔵部２０Ａは、上記燃料改質部１０により生成された改質ガスのうち、水素のみを取り込んで貯蔵し、水素以外の改質ガスを排出するとともに、所定のタイミングで貯蔵した水素を、発電セル部３０等の負荷に供給するように構成されている。
【００３５】
また、燃料改質部１０への発電用燃料の供給経路には、発電用燃料の供給状態（供給／遮断）を制御するための供給制御バルブＶＬ１１が設けられ、燃料改質部１０から水素貯蔵部２０Ａへの改質ガスの供給経路には、改質ガスの供給状態（供給／遮断）を制御するための供給制御バルブＶＬ１２が設けられ、また、水素貯蔵部２０Ａから発電セル部３０等の負荷への水素ガスの供給経路には、水素ガスの供給状態（供給／遮断）を制御するための供給制御バルブＶＬ１３が設けられている。これらの各供給制御バルブＶＬ１１〜ＶＬ１３は、図示を省略した制御手段により、各々、所定のタイミングで、供給／遮断状態が制御される。なお、負荷として示した発電セル部については、後述する電源システムの記載において詳しく説明する。
【００３６】
（燃料改質部）
燃料改質部１０における水素を含む改質ガスを生成する化学反応（触媒反応）は、上述した従来技術と同様に、吸熱水蒸気改質反応により実現される。
すなわち、図１３（ａ）に示したように、まず、気化器１１における蒸発過程において、図示を省略したヒータにより、気化器１１をメタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）の沸点程度（例えば、概ね１２０℃程度）に加熱して、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）を個別に、もしくは、混合液体（メタノール水溶液）を一括して気化し、燃料ガスを生成する。
【００３７】
次いで、改質器１２における水蒸気改質反応過程において、図示を省略したヒータにより、改質器１２を概ね２８０℃程度に加熱して、次の化学反応式（１）に示すように、水素（Ｈ２）を生成する。なお、この水蒸気改質反応においては、上述した従来技術においても説明したように、水素（Ｈ２）とともに、副生成物として微量の二酸化炭素（ＣＯ２）、及び、微量の一酸化炭素（ＣＯ）が発生する。
ＣＨ３ＯＨ＋Ｈ２Ｏ → ３Ｈ２＋ＣＯ２        ・・・（１）
【００３８】
したがって、燃料改質部１０における改質反応により、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び水（Ｈ２Ｏ）から、水素（Ｈ２）と微量の二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を含む改質ガスが生成される。なお、燃料改質部１０における改質反応は、発電用燃料の供給経路に設けられた供給制御バルブＶＬ１１により発電用燃料の供給状態を制御することにより、その促進状態（促進／停止）が制御される。
【００３９】
（水素貯蔵部）
水素貯蔵部２０Ａは、例えば、水素を選択的に吸着固定して安定的に貯蔵するとともに、所定の温度条件で吸蔵した水素を放出する性質を有する、周知の水素吸蔵合金が収納された構成を有している。ここで、水素吸蔵合金としては、例えば、ＬａＣｏ系、ＬａＮｉ系、ＣａＮｉ系、ＭｇＮｉ系、ＴｉＦｅ系、ＴｉＣｒ系等の各種の合金を適用することができるが、特に、水素吸蔵反応が室温程度（２０℃程度）で促進され、また、水素放出反応が比較的低い温度（例えば、９０℃程度）で促進されるＬａＣｏ（ランタン−コバルト）系の水素吸蔵合金を良好に適用することができる。
【００４０】
これにより、上述した燃料改質部１０において生成された水素を含む改質ガスが水素貯蔵部２０Ａに供給されると、水素のみが金属中に選択的に取り込まれて固定的に吸着されて貯蔵される。この水素吸蔵反応は、概ね２０℃程度の温度条件で進行する。したがって、水素を含む改質ガスから水素のみが水素吸蔵合金に貯蔵されるので、水素貯蔵部２０Ａ内には二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）のみが残留した状態になる。この二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）は、水素貯蔵部２０Ａに設けられた排出バルブ（図示を省略）を開放することにより、外部に排出される。
【００４１】
また、図示を省略したヒータにより、水素貯蔵部（水素吸蔵合金）２０Ａを概ね９０℃程度に加熱することにより、上記水素吸蔵合金に貯蔵された水素が分離して放出される。このとき、水素ガスの供給経路に設けられた供給制御バルブＶＬ１３を制御することにより発電セル部３０への水素ガスの供給状態（供給／遮断、及び、供給量）が制御され、該発電セル部３０における発電状態（電気エネルギーの生成量）が制御される。
【００４２】
（水素貯蔵部における動作制御）
次いで、上述したような構成を有する水素供給装置の動作制御について、図面を参照して説明する。
図３は、本実施形態に係る水素供給装置（水素貯蔵部）における動作制御を説明するための概念図である。ここで、水素供給装置における、発電用燃料から水素ガスを生成する改質反応については、上述した燃料改質部の記載を参照するものとし、その説明を簡略化する。
【００４３】
上述したような構成を有する水素供給装置における水素生成・供給動作は、まず、燃料改質部１０（気化器１１及び改質器１２）において、供給制御バルブＶＬ１１を介して供給されたメタノール等の炭化水素系の発電用燃料に対して、水蒸気改質反応を施すことにより、水素を含む改質ガスが生成される。
【００４４】
次いで、図３（ａ）に示すように、燃料改質部１０により生成された改質ガスは、供給制御バルブＶＬ１２を介して、水素貯蔵部２０Ａに供給される。ここで、上述したように、改質ガスには、水素ガス（Ｈ２）に加え、水蒸気改質反応において副生成物として発生する微量の二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が含まれている。
【００４５】
水素貯蔵部２０Ａに収納された水素吸蔵合金は、水素のみを選択的に吸着する性質を有しているので、供給された改質ガスのうち、水素のみが金属中に取り込まれて貯蔵される。ここで、供給制御バルブＶＬ１２を閉止制御して、燃料改質部１０からの改質ガスの供給を遮断すると、水素貯蔵部２０Ａ内の水素ガスが水素吸蔵合金に吸着されて減少し、最終的に、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が残留した状態になる。
【００４６】
この状態で、図３（ｂ）に示すように、水素貯蔵部２０Ａに設けられた排気バルブ（図示を省略）を開放することにより、水素貯蔵部２０Ａ内に残留した二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が排気経路を介して水素貯蔵部２０Ａ外に排出される。ここで、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）の排出を促進するために、排気経路とは別に設けられた吸気経路を介して、強制的に空気や不活性ガス等の導入するようにしてもよい。
【００４７】
次いで、水素貯蔵部２０Ａから二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を排出した後、排気バルブを閉止したのち、水素貯蔵部（水素吸蔵合金）２０Ａを概ね９０℃程度に加熱することにより、上記水素吸蔵合金に吸着された水素が分離して水素貯蔵部２０Ａ内に放出される。この状態で、図３（ｃ）に示すように、供給制御バルブＶＬ１３を開放制御することにより、発電セル部３０等の負荷に、高濃度の水素ガスが所定の流量で供給される。
【００４８】
したがって、本実施形態に係る水素供給装置によれば、燃料改質部において生成された水素が、室温で一旦水素貯蔵部（水素吸蔵合金）に貯蔵され、このとき、水素生成時に発生する副生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が水素吸蔵合金に吸着されずに残留するので、従来技術に示したようなＣＯ除去器やその周辺装置であるヒータ等を備える必要がなく、簡易な手法により水素（Ｈ２）と、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）とを分離して除去することができる。
【００４９】
また、この場合、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）の分離、除去処理のための温度条件は室温でよく、高温の温度条件を必要としないので、当該熱量を発生するための電力や発電用燃料の消費を削減することができる。なお、燃料改質部における温度制御方法については、後述する電源システムにおいて詳しく説明する。
【００５０】
また、水素を貯蔵した水素貯蔵部（水素吸蔵合金）を所定の温度条件に設定することにより、水素吸蔵合金から水素（Ｈ２）のみを取り出して、高濃度の水素ガスとして負荷（発電セル部）に供給することができるので、水素（Ｈ２）以外の気体による負荷への悪影響（例えば、一酸化炭素ＣＯによる発電セル部の触媒劣化に起因する発電特性の低下等）を抑制することができる。
【００５１】
さらに、燃料改質部において生成された水素（Ｈ２）が一旦水素貯蔵部（水素吸蔵合金）に貯蔵されたのち、発電セル部等の負荷に供給されるので、負荷の起動時に水素貯蔵部を所定の温度条件に設定する制御のみで、水素（Ｈ２）を迅速に取り出して負荷に供給することができ、負荷の起動（発電動作の開始）に要する時間を大幅に短縮することができる。また、水素貯蔵部に水素吸蔵合金を適用することにより、水素（Ｈ２）を化学的に安定した状態で貯蔵することができるので、携帯型の電子機器のような厳しい使用環境（温度や湿度、衝撃等）においても安全かつ安定的に水素ガスを発電セル部に供給することができる。
【００５２】
＜第２の実施形態＞
図４は、本発明に係る水素供給装置の第２の実施形態を示す概略ブロック図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の構成及び動作制御については、同一の符号を付してその説明を簡略化する。
【００５３】
上述した第１の実施形態においては、単一の水素貯蔵手段（水素貯蔵部２０Ａ）に対して、改質ガスを供給し、水素（Ｈ２）のみを貯蔵するとともに、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分離、除去（排出）する動作と、所定の温度条件で水素を分離、放出させて、負荷に供給する動作と、を異なるタイミングで選択的に実行する場合（図３参照）について説明したが、本実施形態においては、水素貯蔵部に、各々水素吸蔵合金を収納した複数の貯蔵室（水素貯蔵手段）を備え、各貯蔵室において上記２つの動作を同時並行的に実行するようにしている。
【００５４】
具体的には、第２の実施形態に係る水素供給装置は、図４に示すように、燃料改質部１０と、水素貯蔵部２０Ｂと、を備え、燃料改質部１０は、上述した第１の実施形態と同様に、気化器１１と改質器１２とを備えた構成を有し、また、水素貯蔵部２０Ｂは、複数（本実施形態では、２個とする）の貯蔵室２１、２２が並列的に設けられた構成を有している。
【００５５】
また、燃料改質部１０への発電用燃料の供給経路には、上述した第１の実施形態と同等の供給制御バルブＶＬ２１が設けられ、燃料改質部１０から水素貯蔵部２０Ｂへの改質ガスの供給経路には、改質ガスをいずれかの貯蔵室に選択的に供給するための流路切換バルブＶＬ２２が設けられ、また、水素貯蔵部２０Ｂから発電セル部３０等の負荷への水素ガスの供給経路には、各貯蔵室２１、２２からの水素ガスを選択的に負荷（発電セル部３０）に供給するための流路切換バルブＶＬ２３が設けられている。なお、これらの各バルブＶＬ２１〜ＶＬ２３は、図示を省略した制御手段により、各々、所定のタイミングで、供給／遮断状態、又は、流路設定状態が制御される。
【００５６】
すなわち、水素貯蔵部２０Ｂは、各々水素吸蔵合金を収納した複数（２個）の貯蔵室２１、２２が、燃料改質部１０側の改質ガスの供給経路、及び、負荷（発電セル部３０）への水素ガスの供給経路の各々に対して並列に配置され、上述した流路切換バルブＶＬ２２により改質ガスの供給経路（流路）を切り換えることにより、２個の貯蔵室２１、２２のうち、いずれか一方に改質ガスが供給されるように制御され、また、流路切換バルブＶＬ２３により水素ガスの供給経路（流路）を切り換えることにより、２個の貯蔵室２１、２２のうち、いずれか一方からの水素ガスが発電セル部３０に供給されるように制御される。
【００５７】
ここで、後述するように、一方の貯蔵室（例えば、貯蔵室２１）に改質ガスが供給されるように流路が設定されている場合には、他方の貯蔵室（例えば、貯蔵室２２）からの水素ガスが負荷である発電セル部３０に供給されるように流路が設定される。すなわち、複数並列に設けられた貯蔵室２１、２２のうち、いずれかの貯蔵室に改質ガスが供給されている期間中、当該貯蔵室以外の他のいずれかの貯蔵室から水素ガスが取り出されて負荷に供給される。
【００５８】
（水素貯蔵部における動作制御）
次いで、上述したような構成を有する水素供給装置の動作制御について、図面を参照して説明する。
図５は、本実施形態に係る水素供給装置（水素貯蔵部）における動作制御を説明するための概念図である。ここで、上述した第１の実施形態と同等の動作制御については、その説明を簡略化する。
【００５９】
上述したような構成を有する水素供給装置における水素生成・供給動作は、まず、燃料改質部１０（気化器１１及び改質器１２）において、供給制御バルブＶＬ２１を介して供給された発電用燃料に対して、水蒸気改質反応を施すことにより、水素ガス（Ｈ２）を含む改質ガスが生成される。ここで、上述したように、改質ガスには、水素ガス（Ｈ２）とともに、微量の二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が含まれている。
【００６０】
次いで、図５（ａ）に示すように、燃料改質部１０により生成された水素を含む改質ガスは、流路切換バルブＶＬ２２を介して、水素貯蔵部２０Ｂに供給される。ここで、流路切換バルブＶＬ２２は、水素貯蔵部２０Ｂに並列に設けられた２つの貯蔵室２１、２２のうち、例えば、一方の貯蔵室２１に改質ガスを供給するように、流路が設定されている。
【００６１】
これにより、貯蔵室２１に供給された改質ガスのうち、水素のみが、当該貯蔵室２１に収納された水素吸蔵合金により選択的に取り込まれて貯蔵され、一方、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）は貯蔵室内に残留する。ここで、流路切換バルブＶＬ２２を閉止制御して、燃料改質部１０からの改質ガスの供給を遮断すると、当該貯蔵室２１内の水素ガスが水素吸蔵合金に吸着されて減少し、最終的に、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が残留した状態になる。
この状態で、図５（ｂ）に示すように、貯蔵室２１に設けられた排気バルブ（図示を省略）を開放することにより、貯蔵室２１内に残留した二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を貯蔵室２１外に排出する。
【００６２】
一方、図５（ａ）、（ｂ）に示したように、貯蔵室２１に改質ガスが供給され、水素ガスのみを当該水素吸蔵合金に貯蔵する動作期間においては、他方の貯蔵室２２からは、先の動作期間に貯蔵された水素を放出して、流路切換バルブＶＬ２３を介して、発電セル部３０等の負荷に、高濃度の水素ガスが供給される。すなわち、貯蔵室２２に収納された水素吸蔵合金は、図示を省略したヒータにより、概ね９０℃程度に加熱され、水素吸蔵合金中に吸着されていた水素を分離、放出する。
【００６３】
次いで、図５（ｂ）に示したように、一方の貯蔵室２１内に残留した二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が貯蔵室２１外に排出されると、当該貯蔵室（水素吸蔵合金）２１を概ね９０℃程度に加熱することにより、上記動作期間に水素吸蔵合金に吸着された水素を分離、放出する。この状態で、図５（ｃ）に示すように、流路切換バルブＶＬ２３を切換制御して、当該貯蔵室２１からの水素ガスが発電セル部３０に供給されるように、流路を設定する。
【００６４】
一方、図５（ｃ）に示したように、貯蔵室２１から水素ガスが放出され、負荷に供給される動作期間においては、流路切換バルブＶＬ２２により、他方の貯蔵室２２に改質ガスが供給されるように、流路が設定される。これにより、当該貯蔵室２２に収納された水素吸蔵合金により水素のみが選択的に取り込まれて貯蔵され、一方、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）は貯蔵室２２内に残留し、図５（ｄ）に示すように、最終的に貯蔵室２２外に排出される。なお、一方の貯蔵室２１から貯蔵された水素を放出して、流路切換バルブＶＬ２３を介して、発電セル部３０に水素ガスを供給する動作は、図５（ｄ）に示したように、他方の貯蔵室２２において、改質ガスに含まれる二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を貯蔵室２２外に排出するまで継続される。
【００６５】
すなわち、本実施形態においては、燃料改質部において生成された水素を含む改質ガスが、水素貯蔵部を構成する複数の貯蔵室のいずれかに選択的に供給されて、該改質ガスのうち、水素のみが各貯蔵室に収納された水素吸蔵合金に貯蔵するとともに、残留した二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）が適当なタイミングで貯蔵室外に排出する動作と、水素が貯蔵された貯蔵室の水素吸蔵合金を、選択的に所定の温度に加熱することにより貯蔵された水素を放出させて、負荷である発電セル部に供給する動作を、並列的に実行するとともに、各貯蔵室において順次（貯蔵室が２個の場合は交互に）繰り返すように制御される。
【００６６】
したがって、燃料改質部において生成された水素ガスを水素貯蔵部の各貯蔵室に連続的に貯蔵することができるとともに、該水素貯蔵部（各貯蔵室）から高濃度の水素ガスを連続的に負荷に供給することができるので、発電セル部等の負荷を継続的に、長時間駆動させることができる。また、燃料改質部において生成された水素ガスが、水素貯蔵部のいずれかの貯蔵室に常に貯蔵された状態にあるので、負荷の起動時に水素ガスを迅速に取り出して負荷に供給することができ、負荷の起動（発電動作の開始）に要する時間を大幅に短縮することができる。
【００６７】
また、上述した実施形態と同様に、燃料改質部において生成された水素（Ｈ２）を水素貯蔵部（水素吸蔵合金）に貯蔵する際に、副生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）のみが残留して排出、除去されるので、ＣＯ除去器やその周辺装置であるヒータ等を備える必要がなく、簡易な手法により二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）除去することができ、負荷への悪影響（発電セル部における触媒の劣化等）を抑制することができる。また、水素（Ｈ２）と、二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）とを分離、除去するために、高温の温度条件を必要としないので、当該熱量を発生するための電力や発電用燃料の消費を削減することができる。
【００６８】
＜電源システムへの適用例＞
次に、本発明に係る水素供給装置を、燃料電池を備えた電源システムに適用した場合の具体例について説明する。
図６は、本発明に係る水素供給装置を適用可能な電源システム（燃料電池システム）の一実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である。
【００６９】
図６に示すように、本実施形態に係る電源システム（燃料電池システム）ＰＷＳは、概略、メタノール（ＣＨ３ＯＨ）等の炭化水素系の発電用燃料と水（Ｈ２Ｏ）が個別に封入された燃料カートリッジ（燃料容器）２００と、上述した各実施形態に示した水素供給装置と同等の構成を有し、燃料カートリッジ２００から取り出された発電用燃料（メタノールＣＨ３ＯＨ）を改質して水素ガス（Ｈ２）を生成する燃料改質部（改質手段）１２０、及び、燃料改質部１２０により生成された水素ガス（Ｈ２）を、水素吸蔵合金に吸着させて貯蔵する水素貯蔵部（水素貯蔵手段）１３０と、水素貯蔵部１３０から供給される水素ガス（Ｈ２）と大気中の酸素（Ｏ２）とを用いた電気化学反応により電気エネルギーを生成する、固体高分子型の燃料電池からなる発電セル部（燃料電池本体；発電手段）１１０と、発電セル部１１０における電気化学反応において副生成物として生成される水（Ｈ２Ｏ）を回収する水回収制御部１４０と、燃料カートリッジ２００に封入された発電用燃料の燃料改質部１２０への供給状態を制御する燃料供給制御部１５０と、少なくとも燃料カートリッジ２００に封入された水の発電セル部１１０の電解質膜への供給状態を制御する水供給制御部１６０と、を備えた構成を有している。
【００７０】
ここで、発電セル部１１０、燃料改質部１２０、水素貯蔵部１３０、水回収制御部１４０、燃料供給制御部１５０及び水供給制御部１６０は、発電モジュール１００を構成し、該発電モジュール１００に対して、燃料カートリッジ２００が着脱可能に構成されている。したがって、後述するように、発電モジュール１００は、例えば、本発明に係る電源システムＰＷＳが搭載される電子機器側に内蔵された形態を有し、あたかも乾電池やバッテリ等を交換する場合と同様の使い勝手で、該電子機器（発電モジュール）に対して、燃料カートリッジ２００のみを着脱（交換）することにより発電用燃料及び水が補給される。
【００７１】
以下、各構成について詳しく説明する。
（発電セル部１１０）
図７は、本実施形態に係る電源システムに適用可能な発電セル部（燃料電池本体）を示す概略構成図である。
本実施形態に係る電源システム（燃料電池システム）ＰＷＳに適用される発電セル部（燃料電池本体）１１０は、図７に示すように、概略、白金や白金・ルテニウム等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなるアノード極ＥＬａと、白金等の触媒微粒子が付着した炭素電極からなるカソード極ＥＬｃと、アノード極ＥＬａとカソード極ＥＬｃの間に介挿されたフィルム状の電解質膜（イオン交換膜）ＬＹｉと、を有し、アノード極ＥＬａ側には、後述する燃料改質部１２０及び水素貯蔵部１３０により発電用燃料（メタノールＣＨ３ＯＨ）を改質して得られた高純度の水素ガス（Ｈ２）が供給され、一方、カソード極ＥＬｃ側は、例えば、外気に連通して、大気（空気）中の酸素（Ｏ２）が直接かつ常時供給されるように構成されている。
【００７２】
ここで、本実施形態に係る発電セル部１１０においては、燃料カートリッジ２００（燃料封入部２１０）から燃料供給制御部１５０を介して取り出されたメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が燃料改質部１２０に供給されて改質され、水素貯蔵部１３０により二酸化炭素（ＣＯ２）や一酸化炭素（ＣＯ）等の副生成物を除去して得られた水素ガス（Ｈ２）のみがアノード極ＥＬａに供給されるとともに、燃料カートリッジ２００（水封入部２２０）から水供給制御部１６０を介して取り出された水（Ｈ２Ｏ）が直接、又は、発電セル部１１０における発電動作に伴って副生成物として生成される水（Ｈ２Ｏ）が回収されて、電解質膜ＬＹｉに供給される。発電セル部１１０への水素ガス（Ｈ２）及び水（Ｈ２Ｏ）の供給状態（供給タイミング及び供給量）は、後述する燃料供給制御部１５０、水素貯蔵部１３０、及び、水供給制御部１６０又は水回収制御部１４０により、適宜制御される。
【００７３】
そして、このような構成を有する発電セル部（燃料電池本体）１１０における発電動作に係る電気化学反応は、アノード極ＥＬａに水素ガス（Ｈ２）が供給されると、次の化学反応式（２）に示すように、触媒反応により電子（ｅ−）が分離して水素イオンＨ＋が発生し、電解質膜ＬＹｉを介してカソード極ＥＬｃ側に通過するとともに、アノード極ＥＬａを構成する炭素電極により電子ｅ−が取り出されて負荷ＬＤに供給される。
２Ｈ２ → ４Ｈ＋＋４ｅ−          ・・・（２）
【００７４】
一方、カソード極ＥＬｃに空気（酸素Ｏ２）が供給されることにより、次の化学反応式（３）に示すように、触媒により負荷ＬＤを経由した電子ｅ−と電解質膜ＬＹｉを通過した水素イオンＨ＋と空気中の酸素（Ｏ２）が反応して、副生成物として水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
４Ｈ＋＋Ｏ２＋４ｅ− → ２Ｈ２Ｏ          ・・・（３）
【００７５】
ここで、上述した一連の電気化学反応（（２）式及び（３）式）は、概ね６０〜８０℃の比較的低温の温度条件で進行し、電気エネルギー（電力）以外の副生成物は基本的に水Ｈ２Ｏのみとなる。なお、このような電気化学反応により取り出される電気エネルギーは、発電セル部１１０のアノード極ＥＬａに供給される水素ガス（Ｈ２）の量に依存する。
【００７６】
なお、上述した発電動作において、電解質膜ＬＹｉにおける水素イオンＨ＋の伝導（通過）には、水（Ｈ２Ｏ）が介在して、Ｈ３Ｏ＋イオンが生成される必要があり、上記電気化学反応を促進して発電効率を高めるためには、電解質膜ＬＹｉ付近の雰囲気を水蒸気飽和状態（湿潤状態）にする必要があることが知られている。
【００７７】
そこで、本実施形態においては、発電セル部１１０（電解質膜ＬＹｉ）への水の供給方法として、システム起動時（発電動作開始時及び開始直後）においては、水供給制御部１６０により燃料カートリッジ２００の水封入部２２０に封入された水（Ｈ２Ｏ）が直接供給されて、電解質膜ＬＹｉが所定の湿潤状態（水蒸気飽和状態）に保持されるように制御され、発電セル部１１０における発電動作が定常状態に移行した後においては、水回収制御部１４０により発電セル部１１０における発電動作に伴って生成され、回収された水（Ｈ２Ｏ）が供給されて、電解質膜ＬＹｉが所定の湿潤状態（水蒸気飽和状態）に保持されるように制御される。
【００７８】
（燃料改質部１２０）
図８は、本実施形態に係る電源システムに適用される燃料改質部の一構成例を示す概念図である。
本実施形態に係る電源システムに適用される燃料改質部１２０は、上述した各実施形態に示した水素供給装置と同様に、気化器１２１及び改質器１２２を備えた構成を有し、具体的には、図８に示すように、燃料カートリッジ２００から供給されたメタノール（ＣＨ３ＯＨ）及び少量の水（Ｈ２Ｏ）を加熱して気化させ、燃料ガスを生成する気化器（蒸発器）１２１と、気化されたメタノール（メタノールガス）及び水（水蒸気）からなる燃料ガスに対して、所定の触媒反応を施して、水素ガス（Ｈ２）を含む改質ガスを生成する改質器１２２と、少なくとも気化器１２１及び改質器１２２における化学反応を促進するための温度条件を制御する薄膜ヒータＨａ、Ｈｂ及び燃焼器１２３と、を備えて構成されている。なお、このような構成を有する燃料改質部１２０に適用可能な化学反応器（マイクロリアクタ）の構成については、詳しく後述する。
【００７９】
ここで、薄膜ヒータＨａ、Ｈｂは、改質初期には、図示を省略した電源（例えば、蓄電池等の補助電源）からの電力により発熱し、水素貯蔵部１３０から水素が供給されることによって発電セル部１１０が発電を開始してからは、発電セル部１１０において生成された電気エネルギー（電力）を電源として切り換えて発熱することで発熱温度が制御される。
【００８０】
また、燃焼器１２３は、燃料カートリッジ２００から供給されたメタノール（ＣＨ３ＯＨ）を気化する燃料気化機能（例えば、概ね９０℃程度の温度条件でメタノールを気化する機能）を備え、気化したメタノールガスと大気中に含まれる酸素（Ｏ２）との酸化反応（燃焼反応）により、あるいは、水素貯蔵部に貯蔵された水素ガス（Ｈ２）、又は、発電セル部１１０のアノード電極ＥＬａ側において上記（２）式に示した化学反応に寄与することなく残留した未反応の水素ガス（Ｈ２）と、大気中に含まれる酸素（Ｏ２）との酸化反応（燃焼反応）により発熱温度が制御される。
【００８１】
なお、燃焼器１２３における発熱は、上述したメタノールガス又は水素ガスのいずれか一方のみの燃焼によるものであってもよいし、双方を併用するものであってもよいし、上記気化器１２１及び改質器１２２に対して個別の反応室で酸化反応させて、個別に発熱温度を制御するものであってもよい。
【００８２】
このような温度制御機構においては、水素貯蔵部に貯蔵された水素、又は、発電セル部１１０が発電してからは、発電セル部１１０で発電に利用されなかった残存した水素と、外部から取り込んだ空気中の酸素を燃焼器１２３に供給することにより、燃焼器１２３内で水素の燃焼反応を引き起こして高い熱量の発熱をもたらす。
【００８３】
したがって、発電動作開始以降は、燃焼器１２３が燃料改質部１２０の主たる熱源となるとともに、薄膜ヒータＨａ、Ｈｂにより補助的に加熱して温度条件の細かな調整（微調整）が行われることになり、比較的少ない電気エネルギー（電力）で所望の温度条件（後述する数百℃程度の温度条件）を実現することができ、生成された電気エネルギーの消費を抑制することができる。
【００８４】
（水素貯蔵部１３０）
水素貯蔵部１３０は、上記燃料改質部１２０の後段に設けられ、上述した各実施形態に示した水素供給装置と同様に、内部に水素吸蔵合金が収納され、改質器１２２により生成された改質ガスから、水素ガス（Ｈ２）のみを選択的に取り出して吸着、貯蔵するとともに、副生成物として生成される二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分離して除去する。また、所定のタイミングで水素貯蔵部１３０に収納された水素吸蔵合金を加熱することにより、吸着された水素を分離、放出させて、発電セル部１１０に供給する。
【００８５】
具体的には、水素貯蔵部１３０は、単一の貯蔵室、又は、並列に配列された複数の貯蔵室を備え、各々の貯蔵室に水素吸蔵合金が収納された構成を有し、燃料改質部１２０側及び発電セル部１１０側に、燃料改質部１２０において生成された水素を含む改質ガスを各貯蔵室に対して供給し、また、各貯蔵室から水素ガスを取り出して発電セル部１１０に供給するための供給制御バルブ（図２に示したＶＬ１２、ＶＬ１３）又は流路切換バルブ（図４に示したＶＬ２２、ＶＬ２３）が各々設けられている。
【００８６】
なお、水素吸蔵合金から水素を分離、放出させる際の熱源としては、当該温度条件が、概ね９０℃程度と比較的低い温度であるので、例えば、上述した燃料改質部１２０に設けられた燃焼器１２３において発生される熱の余熱を良好に適用することができ、特別な発熱手段を備えなくてもよい。また、本実施形態においては、ＬａＣｏ系の水素吸蔵合金を適用した場合について説明したが、例えば、ＭｇＮｉ系の水素吸蔵合金を適用した場合にあっては、概ね２８０℃の温度条件で、水素の吸着及び放出反応を行う特性を有しているので、上述した燃料改質部１２０に設けられた燃焼器１２３と同等の発熱機能を、水素貯蔵部１３０を熱交換器として適用することにより実現することもできる。
【００８７】
（燃料供給制御部１５０）
図６に示すように、燃料供給制御部１５０は、燃料カートリッジ２００の燃料封入部２１０と発電モジュール１００との着脱可能な接続を行なうためのインターフェースとしての機能を有するとともに、燃料カートリッジ２００に封入された発電用燃料（メタノールＣＨ３ＯＨ）を、上述した燃料改質部１２０に対して供給するタイミング及び供給量を制御する機能を有している。すなわち、燃料供給制御部１５０は、上述した実施形態において燃料改質部への発電用燃料の供給経路に設けられた供給制御バルブ（図２、図４に示したＶＬ１１、ＶＬ２１）に相当する機能を有している。
【００８８】
（水供給制御部１６０）
図６に示すように、水供給制御部１６０は、燃料カートリッジ２００の水封入部２２０と発電モジュール１００との着脱可能な接続を行なうためのインターフェースとしての機能を有するとともに、燃料カートリッジ２００に封入された水（Ｈ２Ｏ）を、上述した燃料改質部１２０及び発電セル部１１０に対して供給するタイミング及び供給量を制御する機能を有している。
【００８９】
なお、燃料供給制御部１５０及び水供給制御部１６０は、具体的には、例えば、燃料カートリッジ２００と燃料改質部１２０間、及び、燃料カートリッジ２００と発電セル部１１０間の燃料供給経路や水供給経路に、液体ポンプや流量制御バルブ等（もしくは、これらと同等の機能を有する供給機構）を備えた構成を適用することができる。
【００９０】
（水回収制御部１４０）
図６に示すように、水回収制御部１４０は、発電セル部１１０における発電動作に係る電気化学反応において、副生成物として生成される水（Ｈ２Ｏ）を回収して、少なくとも発電セル部１１０に再度供給し、電解質膜（イオン交換膜）を所定の湿潤状態に保持する。さらに、水回収制御部１４０により回収された水の一部は、燃料改質部１２０（気化器１２１）に供給されて各化学反応に用いられるようにしてもよい。なお、水回収制御部１４０は、具体的には、液体ポンプや流量制御バルブ、流路切換バルブ等（もしくは、これらと同等の機能を有する供給機構）を備えた構成を適用することができる。
【００９１】
（燃料カートリッジ２００）
図６に示すように、燃料カートリッジ２００は、発電用燃料であるメタノール（ＣＨ３ＯＨ）が封入されたパッケージからなる燃料封入部２１０と、所定量の水（Ｈ２Ｏ）が封入されたパッケージからなる水封入部２２０とからなり、例えば、これらが一体化されて、発電モジュール１００に対して、着脱可能に構成されている。
【００９２】
なお、本実施形態に係る電源システム（燃料電池システム）ＰＷＳにおいて、発電用燃料がなくなり、発電モジュール１００から取り外された燃料カートリッジ２００は、所定のリサイクルルートを介して回収されて、適正に処分されることが望ましいが、回収されることなく廃棄された場合であっても、有害物質（例えば、有機塩素化合物や重金属等）の発生等、環境に影響を与えることのない、又は、その影響の少ない材質より形成されていることが望ましい。
【００９３】
また、本実施形態に係る電源システム（燃料電池システム）ＰＷＳに用いられる発電用燃料としては、少なくとも、上述した燃料電池からなる発電セル部１１０において、高いエネルギー変換効率で電気エネルギーを生成することができ、かつ、発電用燃料が封入された上記燃料カートリッジが使用後、自然界に投棄又は埋め立て処分されて、残存する発電用燃料が大気中や土壌中、水中に漏れ出し、あるいは、焼却処分されて大気中に排出された場合等であっても、自然環境に対して汚染物質とならない燃料であることが望ましく、具体的には、上記メタノールのほか、エタノール、ブタノール（アルコール類）等の炭化水素系の液体燃料を良好に適用することができる。
【００９４】
そして、このような構成を有する電源システムＰＷＳにおいて、水素供給手段（燃料改質部１２０及び水素貯蔵部１３０）として、上述した第１の実施形態に示した水素供給装置を適用した場合、燃料改質部１２０において生成された改質ガスのうち、水素（Ｈ２）のみを水素貯蔵部１３０の水素吸蔵合金に貯蔵するとともに、副生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分離して除去する動作と、水素貯蔵部１３０に貯蔵された水素を取り出して、高濃度の水素ガスとして発電セル部１１０に供給する動作と、を選択的に実行する。
【００９５】
これにより、水素を生成して貯蔵する動作と、発電セル部１１０における発電動作と、が別個のタイミングで実行されることになるので、例えば、比較的短い時間（すなわち、水素貯蔵部１３０における水素の貯蔵量分だけ、電気エネルギーを生成して）、使用する電子機器、例えば、携帯端末や携帯電話等に適用して良好な電源システムを提供することができる。この場合、電子機器の未使用時に、水素を生成して貯蔵する動作が実行される。
【００９６】
また、本実施形態に係る電源システムＰＷＳにおいて、上述した第２の実施形態に示した水素供給装置を適用した場合、燃料改質部１２０において生成された改質ガスのうち、水素（Ｈ２）のみを、例えば、水素貯蔵部１３０の複数の貯蔵室（水素吸蔵合金）の一の貯蔵室に貯蔵するとともに、副生成物である二酸化炭素（ＣＯ２）及び一酸化炭素（ＣＯ）を分離して除去する動作と、他の貯蔵室（水素吸蔵合金）に貯蔵された水素を取り出して、発電セル部１１０に供給する動作とを、同時並行して実行する。
【００９７】
これにより、水素を生成して貯蔵する動作と、発電セル部１１０における発電動作と、を同時に実行することができるので、例えば、比較的長い時間、継続的に使用する電子機器、例えば、ノート型パソコンやポータブル型の映像音響機器等に適用して良好な電源システムを提供することができる。
【００９８】
したがって、上述した各実施形態に係る水素供給装置を、電源システムの水素供給手段に適用することにより、炭化水素系の発電用燃料から水素（Ｈ２）を生成する過程で発生する一酸化炭素（ＣＯ）等の副生成物を簡易な手法で除去することができるので、発電セル部における触媒の劣化等の悪影響を抑制して、発電特性の劣化を抑制することができるとともに、副生成物の除去のために、従来技術に示したようなＣＯ除去器等の特別な手段を備える必要がなく、また、そのための電力や発電用燃料の消費を削減することができる。
【００９９】
また、燃料改質部により生成された水素を予め、水素吸蔵合金に吸蔵させることにより安定的な状態で貯蔵しておくことができるので、電源システムの起動時に水素（Ｈ２）を迅速に取り出して発電動作を開始して、電子機器に必要な電気エネルギーを供給することができるとともに、携帯型の電子機器のように、厳しい使用環境（温度や衝撃等）においても安全かつ安定的に水素ガスを発電セル部に供給して、電気エネルギーを取り出すことができる。
【０１００】
＜水素生成装置の構造例＞
次に、上述した水素供給装置及び電源システムに適用される燃料改質部の具体的な装置構造について簡単に説明する。
図９は、本発明に係る水素供給装置及び電源システムの燃料改質部に適用可能な化学反応装置の一構成例を示す概略構成図である。また、図１０は、本発明に係る水素供給装置及び電源システムに適用可能な燃料改質部の具体的な装置構造を示す断面構成図であり、図１１は、図１０に示した燃料改質部の装置構造に対する比較例を示す断面構成図である。
【０１０１】
上述したような水素供給装置及び電源システムにおいて、燃料改質部を構成する気化器、改質器及び燃焼器は、半導体デバイス製造技術に基づく微細加工技術等を用いて、大幅に小型、軽量、薄型化した化学反応器（いわゆる、マイクロリアクタ）を良好に適用することができ、また、供給制御バルブや流路切換バルブについても同様の技術を用いて形成されたマイクロバルブを良好に適用することができる。
【０１０２】
図９（ａ）、（ｂ）に示すように、本発明に係る燃料改質部１０、１２０に適用可能なマイクロリアクタＭＲは、概略、一面側にミクロンオーダーの幅及び深さの溝状の断面構造を有し、かつ、所定の平面パターン（流路形状）を有する反応流路（マイクロチャネル）５１が形成されたシリコン（Ｓｉ）等の微小な主基板５０と、該主基板５０の一面側に、上記反応流路５１の開放部（上記溝部の開口端）を閉止するように接合されたガラス（ＳｉＯ２）等の閉止基板６０と、を備えた構成を有している。なお、図中、５２は、反応流路５１内での化学反応（触媒反応）を促進するための触媒層であり、７０は、当該化学反応の温度条件を設定するための薄膜ヒータである。
【０１０３】
ここで、主基板５０に形成された反応流路５１の平面パターン（流路形状）は、例えば、図９（ｂ）に示すように、基板平面に対して、蛇行した形状を有しているものであってもよいし、図９（ｃ）に示すように、流路の途中に比較的広い反応室５３を有するものであってもよい。
【０１０４】
なお、図９（ｂ）、（ｃ）においては、上記反応流路５１への流体物質の導入部５１in及び排出部５１outを、主基板５０の側方端面に設けた構成を示したが、これに限定されるものではなく、基板面に対して垂直方向（すなわち、図９において、紙面に垂直方向）に上記導入部５１in及び排出部５１outが設けられた構成を有するものであってもよい。
【０１０５】
そして、本発明に係る水素供給装置及び電源システムにおいては、例えば、図１０（ａ）に示すように、燃料改質部１０、１２０を構成する気化器、改質器及び燃焼器の各々に、個別のマイクロリアクタＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３を適用して、相互に離間させて配置するとともに、燃料ガスや改質ガスを送出するためのパス流路配管ＰＳ１、ＰＳ２により接続された構成を有している。なお、図１０、図１１に示すマイクロリアクタＭＲ１、ＭＲ２、ＭＲ３は、一構造例を示すものであって、上述した気化器、改質器及び燃焼器に個別に対応するものではない。
【０１０６】
上述したように、気化器、改質器及び燃焼器における化学反応は、各々特定の温度条件で促進される。したがって、例えば、図１１（ａ）、（ｂ）に示すように、各マイクロリアクタＭＲ１〜ＭＲ３を積層した構成や、あるいは、単一の平面基板５０ｘ、６０ｘを適用して一体的に形成し、熱伝導を抑制するために肉薄部ＮＲＢを設けた構成に比較して、図１０（ａ）に示したような構成によれば、各マイクロリアクタＭＲ１〜ＭＲ３の基板５０、６０が相互に離間していることにより、他の（隣接する）マイクロリアクタからの熱伝導による化学反応への影響（反応効率の劣化等）を大幅に抑制し、適切な温度制御を実現して、化学反応を効率的に促進することができる。また、図１０（ｂ）に示すように、パス流路配管ＰＳ１、ＰＳ２の一部を肉薄（肉薄部ＮＲＡ）にすることにより、上記熱伝導の影響を一層抑制することができる。
【０１０７】
なお、上述した電源システムにおいては、本発明に係る水素供給装置を適用した燃料改質部及び水素貯蔵部により生成される水素ガスを用いて発電を行う（すなわち、水素供給装置からの水素ガスにより駆動する負荷として）、燃料改質供給方式の燃料電池について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、水素供給装置を用いて生成された水素ガスの燃焼反応等に伴う圧力エネルギーを用いて発電器を回転させて電力を発生する力学的なエネルギー変換作用等によるもの（ガス燃焼タービンやロータリーエンジン、スターリングエンジン等の内燃、外燃機関発電）や、燃焼反応に伴う熱エネルギーによるもの（温度差発電）等、種々の形態を有する電源システムに良好に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０８】
【図１】本発明に係る水素供給装置の基本構成を示す概略ブロック図である。
【図２】本発明に係る水素供給装置の第１の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図３】本実施形態に係る水素供給装置（水素貯蔵部）における動作制御を説明するための概念図である。
【図４】本発明に係る水素供給装置の第２の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図５】本実施形態に係る水素供給装置（水素貯蔵部）における動作制御を説明するための概念図である。
【図６】本発明に係る水素供給装置を適用可能な電源システム（燃料電池システム）の一実施形態の全体構成を示す概略ブロック図である
【図７】本実施形態に係る電源システムに適用可能な発電セル部（燃料電池本体）を示す概略構成図である。
【図８】本実施形態に係る電源システムに適用される燃料改質部の一構成例を示す概念図である。
【図９】本発明に係る水素供給装置及び電源システムの燃料改質部に適用可能な化学反応装置の一構成例を示す概略構成図である。
【図１０】本発明に係る水素供給装置及び電源システムに適用可能な燃料改質部の具体的な装置構造を示す断面構成図である。
【図１１】図１０に示した燃料改質部の装置構造に対する比較例を示す断面構成図である。
【図１２】従来技術における燃料改質供給方式の燃料電池システムの一構成例を示す概略ブロック図である。
【図１３】燃料改質供給方式の燃料電池システムに適用される燃料改質部における化学反応の一例を示す概略図である。
【図１４】従来技術における燃料改質供給方式の燃料電池システムの他の構成例を示す概略ブロック図である。
【符号の説明】
【０１０９】
１０      燃料改質部
１１      気化器
１２      改質器
２０Ａ、２０Ｂ      水素貯蔵部
２１      貯蔵室
３０      発電セル部
ＶＬ１１〜ＶＬ１３、ＶＬ２１    供給制御バルブ
ＶＬ２２、ＶＬ２３    流路切換バルブ
【図１】
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【図２】
2006096573.tif 000004
【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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【図１４】
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