(57)【要約】      （修正有）【課題】軽量な水素発生器及び軽量な水素発生器を有する燃料電池システムの提供。【解決手段】水素発生物質４００と水素発生を促進する物質６００が同一容器内で隔壁５００により隔てられており、隔壁５００は外からの外力により開裂又は移動することができ、水素発生物質４００と水素発生を促進する物質６００を接触させることで両物質が混和することで水素を発生する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発生物質と水素発生を促進する物質を内包する容器を具備した燃料電池用の水素ガスを生成する燃料ガス生成装置おいて、水素発生物質と水素発生を促進する物質が同一容器内で隔壁により隔てられた燃料ガス供給機構を備える燃料ガス生成システム。
【請求項２】
前記容器が外装容器及び内装容器からなる二重構造であることを特徴とする請求項１記載の燃料ガス生成システム。
【請求項３】
前記内装容器一部の形状が円錐状である請求項１に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項４】
前記容器の内部を二分割する隔壁の形状が円錐状である請求項１または２に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項５】
前記内装容器一部の形状が球状であることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項６】
前記容器の内部を二分割する隔壁の形状が半球状である請求項１に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項７】
前記内装容器の一部に薄肉部を有する請求項１または２に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項８】
前記容器の内部を二分割する隔壁の一部に薄肉部を有する請求項１または４または６に項記載の燃料ガス生成システム。
【請求項９】
前記薄肉部の形状が、十文字状である請求項７または８に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項１０】
前記薄肉部の形状が、円形状である請求項７または８に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項１１】
前記薄肉部が、内装容器の側面部に形成され、同一円周上に有することを特徴とする請求項８記載の燃料ガス生成システム。
【請求項１２】
前記内包容器の一部がくびれ部を有する二重構造を有する請求項１または２に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項１３】
前記外装容器の一部がくびれ部を有する請求項１または２に記載の燃料ガス生成システム。
【請求項１４】
水素発生物質と水素発生促進物質を隔てる隔壁を有する水素発生部と、
前記水素発生部で発生させた水素を貯蔵する水素貯蔵部と、
前記水素貯蔵部で貯蔵する水素の出力と停止を行うバルブと、
前記バルブから出力される水素で発電を行う発電部と、
前記発電部の出力に応じてバルブの制御を行う発電制御部と、
前記発電部で生成される生成物を貯蔵する生成物貯蔵部を有する燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池などに用いられる水素ガス生成システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、直接水素を燃焼させることで推進力を得る装置や、水素を燃料とする燃料電池によって得られた電源を利用して推進力を得る装置において、燃料となる水素ガスを保管する場合、金属製の容器に高圧縮の水素を充填して用いるか、金属製の容器に水素化物を充填して用いてきた（特許文献１参照。）。しかし、水素を金属製の容器に充填し持ち運ぶことは、金属容器そのものの重量が重く、利便性に問題があった。
【０００３】
また、メタノール等の液体燃料を移動体上で必要に応じて改質し、水素を得る方法が考案されている（特許文献２参照。）。しかしながら、液体燃料に触媒を作用させて（改質）水素ガスを取り出す装置を人が持ち運ぶほどの大きさにするには、水や燃料の加熱装置、蒸気と燃料の混合器、液体燃料蒸気の改質器、改質ガスから不純物を取り除く装置などをＭＥＭＳ（micro- or nanoelectrical mechanicaland optical systems）等の微細加工技術を用いるなどが考えられるが、大きな技術革新が求められると同時にコストの面をクリアしなくてはならない。
【０００４】
ここで、ケミカルハライド材料から水素を分解反応によって得る場合、簡単な機構により水素を取り出すことができる。しかし、ケミカルハライド材料から水素を取り出す場合、
従来は金属製容器により水素を発生させ、保管する必要があった（特許文献３参照。）。
【特許文献１】特許第3367774号
【特許文献２】特許第3283482号
【特許文献３】US特許第3459510号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
金属製の容器に水素を圧縮充填して用いたり、水素吸蔵合金に水素を吸蔵して用いたりする場合、収納容器の重量が重く、また、水素を提供するインフラが整っていない現状において、携帯機器向けの用途においては利便性が損なわれると言った課題があった。
【０００６】
そこで、本発明は、時間や、場所の制約を受けず、携帯機器の電源として燃料電池を利用するために必要な軽量な水素発生器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】
【０００７】
水素発生物質が水素発生を促進する物質を取り囲む場合について説明する。水素発生容器内に水素発生物質と水素発生を促進する物質を同一容器内に封じ込め、水素を使用直前まで隔壁によって両者を分轄した状態で保管する。そして、燃料ガスを必要とするときに隔壁によって隔てられている水素発生物質と水素発生を促進する物質を接触させることで両物質が混和し、水素が生成する。水素発生物質と水素発生を促進する物質を接触させる方法は外からの外力により隔壁を開裂することができ、水素発生物質と水素発生を促進する物質を接触させることで両物質が混和できる。
【０００８】
または、水素発生物質が水素発生を促進する物質を取り囲む場合について、説明する。水素発生容器内の水素発生物質と水素発生を促進する物質を同一容器内に封じ込め、使用直前まで隔壁によって分轄した状態で保管する。そして、燃料ガスを必要とするときに隔壁によって隔てられている水素発生物質と水素発生を促進する物質を接触させることで両物質が混和し、水素が生成する。隔壁は外からの外力により、移動することができ、水素発生物質と水素発生を促進する物質を接触させることで両物質が混和できる
【発明の効果】
【０００９】
燃料電池用の水素リッチなガスを生成する燃料ガス生成装置おいて、水素発生物質と水素発生を促進する物質が同一容器内で隔壁により隔てられたことを特徴とする水素リッチな燃料ガス供給機構で、隔壁は外からの外力により開裂又は移動することができ、水素発生物質と水素発生を促進する物質を接触させることで両物質が混和することで水素を発生する。これによって、複雑な装置や器具を用いることなく、軽量な材料を用いて装置を構成することが可能となった。
【００１０】
水素供給システムに使用する外装容器に内包する容器一部の形状が円錐状であり、二重構造を有することで、外力を加えた際に応力が一点に集中し、内包容器が開裂をし易くすることが可能となる。
【００１１】
水素素供給システムに使用する外装容器の内部を二分割する隔壁の形状が円錐状とすることで、外力を加えた際に応力が隔壁の頂点に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１２】
水素素供給システムに使用する外装容器の一部の形状が球状であり、二重構造を有することにより、外力を加えた際に応力が隔壁の頂点に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１３】
水素素供給システムに使用する外装容器の内部を二分割する隔壁の形状が半球状にすることで、外力を加えた際に応力が隔壁の頂点に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１４】
水素素供給システムに使用する内装容器の一部に薄肉部を有する、二重構造を有することで、外力を加えた際に応力が内装容器の一部に薄肉部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１５】
水素素供給システムに使用する外装容器の内部を二分割する隔壁の一部に薄肉部を有することで、外力を加えた際に応力が隔壁の一部に薄肉部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１６】
水素素供給システムに使用する外装容器の内部を二分割する隔壁または内装容器の一部に薄肉部を設けその形状が、十文字状であることで、外力を加えた際に応力が薄肉部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１７】
水素素供給システムに使用する外装容器の内部を二分割する隔壁または内装容器の一部に薄肉部を設けその形状が、円形状であることで、外力を加えた際に応力が薄肉部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１８】
水素素供給システムに使用する内装容器の一部に薄肉部を有する、二重構造を有することで、外力を加えた際に応力が内装容器の一部に薄肉部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００１９】
水素素供給システムに使用する内装容器の側面部に同一円周上に薄肉部が形成され、二重構造を有することにより、外力を加えた際に応力が内装容器の一部に薄肉部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００２０】
水素素供給システムに使用する内装容器にくびれ部を設けた二重構造を有することにより、外力を加えた際に応力が内装容器のくびれ部に集中し、開裂をし易くすることが可能となる。
【００２１】
水素素供給システムに使用する外装容器の一部がくびれ部を設けた二重構造を有することにより、外装容器に加える力の抵抗を抑制し、内装容器の開裂をし易くすることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、この発明の実施例を図に基づいて説明する。
【００２３】
図１に燃料ガス生成システムの概念図を示す。水素発生部で得られた水素は一時貯蔵部を介して、バルブにより堰き止められる。バルブは発電制御部の信号に基づき、開閉を行なう。バルブが開閉されることで水素ガスが発電部に流れ、発電を行なう。発電によって生じた反応生成物は一時貯蔵部に蓄えられる。この時、発電によって生じた電力は発電制御部から出力される。
【００２４】
図２は水素発生部を表す。外装容器１００は、水素発生部の本体である。形状は矩形又は筒状をしており、その一部が湾曲していても良い。材質は引っ張り破断強度特性で１４０ｋｇ／ｃｍ2以上を有る材質を用いる。特に、熱可塑性の高分子材料が好ましく、伸縮性に優れている必要があり、破断伸び特性は５％以上、特に２００％以上を有することが望ましい。本特性を有する材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリテトラフルオロエチレン等を用いることができるが、これに限定されるものではない。気液分離フィルター２００は少なくとも内容物に含まれる液体及び固体と反応によって生じた水素を分離する機能を有する微孔性の多孔質の材料、不織布又は繊維の積層物を用いることができる。気液を分離するためには通気度として２０００〜３００００ガーレの物性を有することが好ましい。また本気液分離フィルター２００は内容物に対して化学的安定性を有している必要がある。特に、表面を撥水処理することにも可能である。本特性を有する材料として、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリフェニレンスルフィド、ポリテトラフルオロエチレン、等の高分子材料や、紙に代表されるセルロール、ガラスやチタン酸カルシウムの無機繊維質、金属や炭素の繊維等を単体又は組み合わせて用いることができる。    パッキン３００は気液分離フィルターを押さえることができ、その材質や形状に限定されるものではない。水素発生物質と水素発生を促進する物質はそれぞれ符号４００または符号６００で表され、それぞれどちらか一方に収容される。隔壁５００によって水素発生物質と水素発生を促進する物質は隔てられる。図．１においては、外装容器１００に内包される内装容器の外装が隔壁５００に相当する。本発明で用いる水素発生物質と発生を促進する物質の組み合わせの例を次に列挙する。（水酸化ナトリウム、金属アルミニウム）、（水素化ホウ素ナトリウム、水）、（水素化ホウ素ナトリウム、硫酸）、（水素化ホウ素ナトリウム、リンゴ酸）、（水素化ホウ素ナトリウム、クエン酸）、（水素化ホウ素ナトリウム、シュウ酸）、（水素化ホウ素ナトリウム、）、（水素化ホウ素ナトリウム、塩化コバルト）、（水素化ホウ素ナトリウム、塩化ニッケル）、（水素化ホウ素ナトリウム、金属コバルト粉末）、（水素化ホウ素ナトリウム、ニッケル粉末）、（水素化ホウ素ナトリウム、ホウ酸）、（水素化リチウム、水）、（水素化ナトリウム、水）、（水素化マグネシウム，水）、（水素化カルシウム、水）、（水素化アルミリチウム、水）。これらの様に水素発生物質として水素化ホウ素ナトリウムを用いる場合、水以外に、各種無機酸、有機酸、遷移金属の塩化物等を用いることができる。
水素発生部の外装容器の端部７００は、水素発生容器を上述した水素の一時貯蔵部と接続と脱着する際に容器をつまむために用いることができる。
【００２５】
図３は図２で示した水素発生部のＡ−Ｂ面における断面を模式的に表したものである。断面の形状は、矩形、円形のいずれも可能であるが、後述する理由により特に円形であることが望ましい。水素発生物質と水素発生を促進する物質はそれぞれ符号４００または符号６００が隔壁５００によって隔てられている。
【００２６】
図４は図２で示した水素発生部のＣ−Ｄ面における断面を模式的に表したものである。容器の底面に対して垂直方向に矩形の取手状の突起７００を有し、その突起７００は容器の出し入れや回転等によりホルダー固定する際に用いることができる。
【００２７】
図５に水素発生部の水素発生機構について挿絵を示す。本発明の水素発生部は上述した様に、水素発生物質と水素発生を促進する物質は隔壁によって隔てられており、保管時は両者が混合することはない。しかし、図５に示す様に発生部の両端部を押さえ、図２で示すＡ−Ｂ面を境に屈曲することによって、引張強度の弱い内包する容器または隔壁が破れ、水素発生物質と水素発生を促進する物質が混和する。図５に示す様に容器の端部に加えた応力を戻し、水素貯蔵機能を有する装置本体に接続して用いる。
【００２８】
図６に示すように、水素発生物質４００又は６００と水素発生を促進する物質６００又は４００を隔てる隔壁５５０は容器１００の内側に１枚の板状であっても良い。
【００２９】
図７に隔壁５５２が円錐形状である場合を示す。この場合、外力により、応力が円錐の頂点に集中し、少ない外力によって、水素発生物質４００又は６００と水素発生を促進する物質６００又は４００が混合する。
【００３０】
図８に隔壁５５４が半球状である場合を示す。この場合、外力により、応力が円錐の頂点に集中し、少ない外力によって、水素発生物質４００又は６００と水素発生を促進する物質６００又は４００が混合する。
【００３１】
図９に内包する隔壁５００の一部が円錐形状を有した隔壁５４０である場合を示す。この場合、外力により、応力が円錐の頂点に集中し、少ない外力によって、水素発生物質４００又は６００と水素発生を促進する物質６００又は４００が混合する。
【００３２】
図１０に内包する隔壁５００の一部が球状の隔壁５３０である場合を示す。この場合、水素発生物質６００又は水素発生を促進する物質６００を内包がする容器に充填が容易である。さらに、外装容器１００により伝えられた外力１００を隔壁５００に伝えた場合、圧力の高まりにより、隔壁５３０がはずれ、水素発生物質４００又は６００と水素発生を促進する物質６００又は４００が混合することができる。また、図１１に示すように内包する隔壁５００の一部が円盤状の隔壁５３２であっても良い。
【００３３】
図１２に示すように、隔壁の一部に肉薄部があり、肉薄部の形状が十文字とすることができる。これにより、外力を加えることによって、圧力が肉薄部集中する。特に、圧力が十文字状の場合、十文字の中心部に圧力が集中し、少ない外力によって、隔壁が開裂することができる。また、図１３に示すように、隔壁に設けた肉薄部を円形にすることもできる。
【００３４】
図１４に示すとおり内包する容器の円周上に肉薄部を設けることもできる。
【００３５】
図１５に示すとおり内包する容器にくびれを持たせることで、開裂を容易にすることもできる。
【００３６】
図１６に示すとおり外装する容器にくびれを持たせることで、外装容器を屈曲させる際の力をやわらげ、隔壁の開裂を容易にすることもできる。
【００３７】
図１の発電制御部は水素一時貯蔵部の温度、圧力のいずれかの信号をフィードバックすることにより制御することができる。また、水素貯蔵部に水素吸蔵合金を用いることで水素を一時的に貯蔵することができ、発電部において化学量論的に水素が不足した場合に供給することも可能である。
【実施例１】
【００３８】
図２の水素発生器の外装容器１００は外径８ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長さ２０ｍｍである。材質はポリエチレン製で、破断伸び３１０％、引張強度４００ｋｇ／ｃｍ2である。図２の内包する隔壁５００は外径４ｍｍ、肉厚約０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍである。材質はガラス筒を用いた。ガラスは破断伸び４％未満で、引張強度５００ｋｇ／ｃｍ2である。ガラスは市販の筒状のガラスの片方を封止し、内容物を詰めた後、他方を融解し封止した。ガラスの外側表面にフッ素系の撥水剤を塗布した。水素発生を促進する物質（図２の符号４００）として、２０ｗｔ％のリンゴ酸水溶液２ｍｌを用いた。水素発生物質（図２−符号６００）として水素化ホウ素ナトリウムの粉末２ｇを用いた。気液分離膜（図２−符号２００）は市販のＰＴＦＥ製のメンブレンフィルターを用いた。市販のＰＴＦＥ製のメンブレンフィルター（図２−符号２００）の孔径は０．２マイクロメートル、厚さ８０ミクロン空隙度８０％であり、このメンブレンフィルターを４枚に重ねて使用した。パッキン（図２―符号３００）は市販のシリコンゴムを用い、厚さ２ｍｍをドーナツ上に加工して用いた。タブ（図２−符号７００）は上述の内容物を外装容器（図２−符号１００）に詰めた後、富士インパルス製シーラー（ＦＴ−１３０型）を用い、熱融着することで封止する際に成形した。
【実施例２】
【００３９】
図６の水素発生器の外装容器１００の寸法と材質は実施例．１と同様である。気液分離膜（図６−符号２００）は実施例．１と同様に市販のＰＴＦＥ製のメンブレンフィルターを用いた。パッキン（図６―符号３００）は実施例．１と同様に用いた。続いて、水素発生物質（図６−符号４００）として水素化ホウ素ナトリウムの粉末２ｇを入れ、隔壁５５０によって、封止した。隔壁５５０は外径６ｍｍ、肉厚約０．３ｍｍ、の円盤状であり、材質はガラス製である。ガラスは破断伸び４％未満で、引張強度５００ｋｇ／ｃｍ2である。ここで、水素発生を促進する物質（図６の符号６００）として、２０ｗｔ％のリンゴ酸水溶液２ｍｌをいれ、実施例．１と同様にタブ（図６の符号７００）を成形する様に封止し、作製した。
【実施例３】
【００４０】
実施例１の内包する隔壁を図９に示す様に先端部を円錐状（５４０）に加工することで、封止した以外は、全て実施例１と同様に作成した。
【実施例４】
【００４１】
実施例２の隔壁を図７に示す様に先端部を円錐状（５５２）に加工し、封止した以外は、全て実施例２と同様に作製した。
【実施例５】
【００４２】
実施例１の内包する隔壁１００の材質にポリカーボネートを用い、図１０に示す様に先端部のガラス製の球５３０を圧入することで封止した以外は、全て実施例１と同様に作製した。
【実施例６】
【００４３】
実施例２の隔壁を図８に示す様に先端部を半球状（５５４）に加工し、封止した以外は、全て実施例２と同様に作製した。
【実施例７】
【００４４】
実施例１の内包する隔壁１００の材質にポリカーボネートを用い、側面に図１２に示す様な十文字の薄肉部を設けた以外は、全て実施例１と同様に作製した。
【実施例８】
【００４５】
実施例１の内包する隔壁１００の材質にポリカーボネートを用い、側面に図１３に示す様な円状の薄肉部を設けた以外は、全て実施例１と同様に作製した。
【実施例９】
【００４６】
実施例１の内包する隔壁１００の材質にポリカーボネートを用い、側面に図１４に示す様な周囲に溝部を設けた以外は、全て実施例１と同様に作製した。
【実施例１０】
【００４７】
実施例１の内包する隔壁１００の材質にポリカーボネートを用い、図１５に示す様に隔壁にくびれ部５１０を設けたアレー形状した以外は、全て実施例１と同様に作製した。
【実施例１１】
【００４８】
実施例１の水素発生器の外装容器１１０に、図１５に示す様に隔壁にくびれ部１１０を設けたアレー形状した以外は、全て実施例１と同様に作製した。
【実施例１２】
【００４９】
図１４の水素発生器の外装容器１００は外径８ｍｍ、肉厚１ｍｍ、長さ２０ｍｍである。材質はポリエチレン製で、破断伸び３１０％、引張強度４００ｋｇ／ｃｍ2である。図１４の隔壁５００は外径４ｍｍ、肉厚約０．５ｍｍ、長さ１０ｍｍである。材質はガラス筒を用いた。ガラスは破断伸び４％未満で、引張強度５００ｋｇ／ｃｍ2である。ガラスには径方向に筋を入れる加工（図１４−符号５１２）を施し、折れやすくした。ガラスは市販の筒状のガラスの片方を封止し、内容物を詰めた後、他方を融解し封止した。ガラスの外側表面にフッ素系の撥水剤を塗布した。水素発生を促進する物質（図１４の符号４００）として、水酸化ナトリウムの２０ｗｔ％溶液を２ｍｌ用いた。水素発生物質（図１４−符号６００）として金属アルミニウムの顆粒〜粉末を２ｇ用いた。アルミニウムの粉末は３００μｍ〜約３μｍの粒径をもつ混合状態であった。気液分離膜（図１４−符号２００）は市販のＰＴＦＥ製のメンブレンフィルターを用いた。市販のＰＴＦＥ製のメンブレンフィルター（図１４−符号２００）の孔径は０．２マイクロメートル、厚さ８０ミクロン空隙度８０％であり、このメンブレンフィルターを４枚に重ねて使用した。パッキン（図１４―符号３００）は市販のシリコンゴムを用い、厚さ２ｍｍをドーナツ上に加工してパッキンとした。タブ（図１４−符号７００）は上述の内容物を外装容器（図１４−符号１００）に詰めた後、富士インパルス製シーラー（ＦＴ−１３０型）を用い、熱融着することで封止する際に成形した。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】燃料ガス生成システムの概念図
【図２】水素発生部
【図３】水素発生部のＡ−Ｂ面における断面図
【図４】水素発生部のＣ−Ｄ面における断面図
【図５】水素発生部の水素発生機構の説明図
【図６】水素発生物質と水素発生を促進する物質を１枚の板状の隔壁で隔てた場合の図
【図７】水素発生物質と水素発生を促進する物質を円錐形状の隔壁で隔てた場合の図
【図８】水素発生物質と水素発生を促進する物質を半球状の隔壁で隔てた場合の図
【図９】水素発生物質と水素発生を促進する物質を円錐形状の隔壁で隔てた場合の図
【図１０】内包する隔壁の一部が球状の隔壁である場合の図
【図１１】内包する隔壁の一部が円錐形状の隔壁である場合の図
【図１２】隔壁の一部に肉薄部があり、肉薄部の形状が十文字の場合の図
【図１３】隔壁の一部に肉薄部があり、肉薄部の形状が円形の場合の図
【図１４】内包する容器の円周上に肉薄部を設けた場合の図
【図１５】くびれを持たせた内包する容器の図
【図１６】くびれを持たせた外装容器の図
【符号の説明】
【００５１】
１００  外装容器
２００  気液分離フィルター
３００  気液分離フィルターを押さえるパッキン
４００  水素発生物質又は水素発生を促進する物質
５００  隔壁
６００  水素発生を促進する物質又は水素発生物質
７００  水素発生部の外装容器の端部
５５０  隔壁
５５２  隔壁
５５４  隔壁
５４０  内包する隔壁
５３０  内包する隔壁
５３２  内包する隔壁
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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