(57)【要約】【課題】本発明は、外部回路と電極との間の抵抗を低減させることにより、電子をより容易に移動させられる水素発生装置及び燃料電池発電システムを提供する。【解決手段】本発明による水素発生装置は、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第１電極と、第１電極と所定距離離隔されるように電解槽内部の一側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第２電極と、を含み、電極と導電性被覆層とを固定する構造を形成することを特徴とする。【選択図】図３
2008273827.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電解質水溶液を収納する電解槽と、
前記電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第１電極と、
前記第１電極から所定距離離隔されるように前記電解槽内部の前記一側面に結合され、前記電子と前記電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第２電極と、
を含む水素発生装置。
【請求項２】
前記電解槽内部の前記一側面に第１溝が形成され、前記第１電極は、一端部が前記第１溝中に挿入および固定されることを特徴とする、請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記第１電極から前記第２電極に流れる電子量を制御する制御部をさらに含む、請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記第１電極の前記一端部と前記第１溝により形成される前記電解槽の内壁との間に配置される第１導電性被覆層をさらに含むことを特徴とする、請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記第１導電性被覆層が金で形成されることを特徴とする、請求項４に記載の水素発生装置。
【請求項６】
前記第１導電性被覆層が、インクジェット被覆法、吹き付け被覆法、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）法及び薄膜蒸着法のうち少なくとも何れか一つの方法で形成されることを特徴とする請求項４に記載の水素発生装置。
【請求項７】
前記第１電極と前記第２電極とが上下に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項８】
前記電解槽内部の前記一側面に結合され、電子を発生させる第３電極と、
前記第３電極と所定距離離隔されるように前記電解槽内部の前記一側面に結合され、前記電子と前記電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第４電極と、
をさらに含む、請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項９】
前記電解槽内部の他側面に結合され、電子を発生させる第５電極と、
前記第５電極と所定距離離隔されるように前記電解槽内部の他側面に結合され、前記電子と前記電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第６電極と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項１０】
前記電解槽内部の前記他側面に第２溝が形成され、前記第５電極は、一端部が前記第２溝に挿入および固定されることを特徴とする、請求項９に記載の水素発生装置。
【請求項１１】
前記第５電極から前記第６電極に流れる電子量を制御する制御部をさらに含む、請求項９に記載の水素発生装置。
【請求項１２】
前記第５電極の前記一端部と前記第２溝により形成される前記電解槽の内壁との間に配置される第２導電性被覆層をさらに含むことを特徴とする、請求項１０に記載の水素発生装置。
【請求項１３】
前記第２導電性被覆層が金で形成されることを特徴とする、請求項１２に記載の水素発生装置。
【請求項１４】
前記第５電極と前記第６電極とが上下に配置されることを特徴とする、請求項９に記載の水素発生装置。
【請求項１５】
前記第１電極と前記第５電極とが一体で形成されることを特徴とする、請求項９に記載の水素発生装置。
【請求項１６】
前記電解槽が前記水素を放出する水素放出口をさらに含むことを特徴とする、請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項１７】
電解質水溶液が入っている電解槽と、
前記電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第１電極と、
前記第１電極と所定距離離隔されるように前記電解槽内部の前記一側面に結合され、前記電子と前記電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第２電極と、
を含む水素発生装置と、
前記水素発生装置から生成された水素が供給され、前記水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電流を生産する燃料電池と、
を含む燃料電池発電システム。
【請求項１８】
前記電解槽内部の前記一側面に第１溝が形成され、前記第１電極は、一端部が前記第１溝に挿入および固定されることを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項１９】
前記第１電極から前記第２電極に流れる電子量を制御する制御部をさらに含む、請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２０】
前記第１電極の前記一端部と前記第１溝により形成される前記電解槽の内壁との間に配置される第１導電性被覆層をさらに含むことを特徴とする、請求項１８に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２１】
前記第１導電性被覆層が金で形成されることを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２２】
前記第１導電性被覆層が、インクジェット被覆法、吹き付け被覆法、スパッタリング法、及び薄膜蒸着法のうち少なくとも何れか一つの方法で形成されることを特徴とする、請求項２０に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２３】
前記第１電極と前記第２電極とが上下に配置されることを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２４】
前記電解槽内部の前記一側面に結合され、電子を発生させる第３電極と、
前記第３電極と所定距離で前記電解槽内部の前記一側面に結合され、前記電子と前記電解質溶液とを用いて水素を発生させる第４電極と、
をさらに含む、請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２５】
前記電解槽内部の他側面に結合され、電子を発生させる第５電極と、
前記第５電極と所定距離離隔されるように前記電解槽内部の他側面に結合され、前記電子と前記電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第６電極と、
をさらに含むことを特徴とする、請求項１９に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２６】
前記電解槽内部の前記他側面には第２溝が形成され、前記第５電極は、一端部が前記第２溝に挿入および固定されることを特徴とする、請求項２５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２７】
前記第５電極から前記第６電極に流れる電子量を制御する前記制御部をさらに含む、請求項２５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２８】
前記第５電極の前記一端部と前記第２溝により形成される前記電解槽の内壁との間に配置される第２導電性被覆層をさらに含むことを特徴とする、請求項２６に記載の燃料電池発電システム。
【請求項２９】
前記第２導電性被覆層が金で形成されることを特徴とする、請求項２８に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３０】
前記第５電極と前記第６電極とが上下に配置されることを特徴とする、請求項２５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３１】
前記第１電極と前記第５電極とが一体で形成されることを特徴とする、請求項２５に記載の燃料電池発電システム。
【請求項３２】
前記電解槽が前記水素を放出する水素放出口をさらに含むことを特徴とする、請求項１７に記載の燃料電池発電システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素発生装置及び燃料電池発電システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池とは、水素、ＬＮＧ、ＬＰＧ、メタノールなどの燃料と空気との化学エネルギーを、電気化学的反応により電気及び熱に直接変換させる装置である。既存の発電技術が燃料の燃焼、蒸気発生、タービン駆動、発電機駆動工程を採用するのとは異なり、燃料電池は燃焼工程や駆動装置がないため、効率が高いだけでなく、環境問題を誘発しない新たな概念の発電技術である。
【０００３】
図１は、燃料電池の作動原理を示す図面である。
【０００４】
図１を参照すると、燃料電池１００の燃料極１１０はアノードであり、空気極１３０はカソードである。燃料極１１０は、水素イオン（Ｈ＋）と電子（ｅ−）に分解される水素（Ｈ２）の供給を受ける。水素イオンは膜１２０を経て空気極１３０に移動する。膜１２０は電解質層に該当する。電子は外部回路１４０を経て電流を発生させる。そして、空気極１３０にて水素イオンと電子、及び空気中の酸素が結合して水になる。前述した燃料電池１００における化学反応式は下記の化学式１で表される。
【０００５】
［化１］
燃料極１１０：Ｈ２→２Ｈ＋＋２ｅ−
空気極１３０：１/２Ｏ２＋２Ｈ＋＋２ｅ−→Ｈ２Ｏ
全体反応：Ｈ２＋１/２Ｏ２→Ｈ２Ｏ
【０００６】
すなわち、燃料極１１０から分離された電子が外部回路を経て電流を発生させることにより、電池として機能することになる。このような燃料電池１００はＳＯｘやＮＯｘなどの大気汚染物質をほとんど排出せず、かつ、二酸化炭素の発生も少ないので無公害発電であり、低騷音、無振動などの長所がある。
【０００７】
燃料電池１００は燃料極１１０から電子を発生させるために、水素原子を含有する一般燃料を、燃料電池１００が要求する高水素含有量のガスに変化させる水素発生装置を要する。
【０００８】
水素発生装置として広く知られている水素貯蔵タンクなどを利用することになると、体積が大きくなり、保管にも危険がある。
【０００９】
図２は、従来技術による水素発生装置の概略的な断面図である。図２に示すように、アノード電極のマグネシウム２２０とカソード電極のステンレススチール２３０とが電解槽２１０の電解水溶液２１５に入っている。
【００１０】
水素発生装置の原理は、ステンレススチール２３０よりもイオン化傾向の大きいマグネシウム２２０から電子が放出され、放出された電子がステンレススチール２３０に移動する。移動した電子は電解水溶液２１５と結合して水素を生成することができる。
【００１１】
ここで、マグネシウムとステンレススチールとを交互に位置させることにより水素発生量を増加させることができる。しかし、このような電極構造の水素発生装置は、電極の数を増やすほど電極の体積が大きくなるため、小型化及び薄膜化を要求する電子機器には使用できないという問題点がある。
【００１２】
従って、最近、脚光を浴びている携帯電話、ノートパソコンなどの携帯用電子機器が高容量の電源供給装置を要求していることから、燃料電池はこのような要求に応えるために、容積が小さいながらも高性能を有する必要がある。
【００１３】
ＩＣＡＯ（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｉｖｉｌ Ａｖｉａｔｉｏｎ Ｏｒｇａｎｉｚａｔｉｏｎ）により飛行機搬入が承認された、メタノールやギ酸などを用いて燃料を改質し水素を発生させたり、直接メタノールやエタノール、ギ酸などを燃料電池の直接燃料として使用したりする方式が用いられている。
【００１４】
しかし、前者は高い改質温度を要求し、またシステムが複雑になり、駆動電力が消耗されて純粋水素以外の不純物（ＣＯ２、ＣＯ）が含まれるという問題点がある。そして、後者は両極化学反応が低く、また、炭化水素の膜を通すクロスオーバー（ｃｒｏｓｓ-ｏｖｅｒ）により電力密度がかなり低くなるという問題点を伴う。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
こうした従来技術の問題点を解決するために、本発明は、電気化学的反応を用いて純粋水素を室温で生成することができ、簡単なシステム構造を有しながら別途のＢＯＰ（Ｂａｌａｎｃｅ ｏｆ Ｐｌａｎｔ）がなくても水素の発生量の制御が可能であり、回路と電極との間の抵抗を減らすことができる水素発生装置を提供することを目的とする。
【００１６】
本発明の他の目的は、下記の説明を通して容易に理解できうる。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の一実施形態では、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第１電極と、第１電極と所定距離で電解槽内部の一側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第２電極とを含む水素発生装置が提供される。
【００１８】
電解槽内部の一側面には第１溝が形成され、第１電極の一端部は第１溝に挿入および固定することができる。
【００１９】
いくつかの実施形態では、水素発生装置は、第１電極から第２電極に流れる電子量を制御する制御部をさらに含むことができる。
【００２０】
第１電極の一端部と第１溝により形成される電解槽の内壁との間に配置される第１導電性被覆層をさらに含むことができ、第１導電性被覆層は、金であることがよく、インクジェット被覆法、吹き付け被覆法及び薄膜蒸着法の少なくとも何れか一つの方法で形成されることができる。
【００２１】
また、第１電極と第２電極とは上下に配置されることがよい。
【００２２】
電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第３電極、及び、第３電極とは所定距離離隔されるように電解槽内部の一側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第４電極をさらに含むことができる。
【００２３】
電解槽内部の他側面に結合され、電子を発生させる第５電極、及び、第５電極とは所定距離離隔されるように前記電解槽内部の他側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第６電極をさらに含むことができる。
【００２４】
電解槽内部の他側面には第２溝が形成され、第５電極の一端部が第２溝に挿入され固定されることができる。
【００２５】
また、第５電極から第６電極に流れる電子量を制御する前記制御部をさらに含むことができる。
【００２６】
第５電極の一端部と第２溝により形成される電解槽の内壁との間に配置される第２導電性被覆層をさらに含むことができ、第２導電性被覆層は、金であることが好ましい。
【００２７】
第５電極と第６電極とは上下に配置されることがよく、第１電極と第５電極とは一体で形成されてもよい。
【００２８】
また、電解槽は水素を放出する水素放出口をさらに含むことができる。
【００２９】
本発明の他の実施形態によれば、電解質水溶液が入っている電解槽と、電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第１電極と、第１電極と所定距離離隔されるように電解槽内部の一側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第２電極とを含む水素発生装置と、水素発生装置から生成された水素の供給を受けて、水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電流を生産する燃料電池とを含む燃料電池発電システムが提供される。
【００３０】
電解槽内部の一側面には第１溝が形成され、第１電極の一端部が第１溝に挿入され固定されることができる。
【００３１】
また、第１電極から第２電極に流れる電子量を制御する制御部をさらに含むことができる。
【００３２】
第１電極の一端部と第１溝により形成される電解槽の内壁との間に配置される第１導電性被覆層をさらに含むことができ、第１導電性被覆層は金であることが好ましく、インクジェット被覆法、吹き付け被覆法、及び薄膜蒸着法の少なくとも何れか一つの方法で形成されることができる。
【００３３】
また、第１電極と第２電極とは上下に配置されるのが好ましい。
【００３４】
電解槽内部の一側面に結合され、電子を発生させる第３電極、及び第３電極と所定距離離隔されるように電解藻内部の一側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第４電極をさらに含むことができる。
【００３５】
電解槽内部の他側面に結合され、電子を発生させる第５電極、及び第５電極と所定距離離隔されるように前記電解槽内部の他側面に結合され、電子と電解質水溶液とを用いて水素を発生させる第６電極をさらに含むことができる。
【００３６】
電解槽内部の他側面には第２溝が形成され、第５電極の一端部が第２溝に挿入および固定することができる。
【００３７】
また、第５電極から第６電極に流れる電子量を制御する前記制御部をさらに含むことができる。
【００３８】
第５電極の一端部と第２溝により形成される電解槽の内壁との間に配置される第２導電性被覆層をさらに含むことができ、第２導電性被覆層は金であることが好ましい。
【００３９】
第５電極と第６電極とは上下に配置するのが好ましく、第１電極と第５電極とは一体で形成されてもよい。
【００４０】
また、電解槽は水素を放出する水素放出口をさらに含むことができる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明による水素発生装置は、電解槽内部に電極及び導電性被覆層を固定する構造を取るため、外部回路と電極との間の抵抗を低減できるようになり、電子の移動がより容易になることができる。
【００４２】
また、電極間の間隔を減らし、電極の数を増加させることにより、電極の効率性を高めることができ、体積を小型化することができる。
【００４３】
また、別途の消費電力を消耗し、かつ、小型化が困難であるＢＯＰユニットの代わりに親環境的物質を用いて水素を発生させることができる。
【００４４】
また、電気化学的反応を用いて純粋水素を室温で生成することができ、簡単なシステム構造でありながらも、コストの削減が可能である。
【００４５】
また、水素が一定量だけ発生される従来の装置とは異なって、本発明の一実施形態では、使用者または燃料電池からの要求に応じて電極間の電流量を調節することにより、発生される水素量を調節することができる。これにより、消費電力が随時に変化する携帯電話用機器（ｍｏｂｉｌｅ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ）などの製品にも燃料電池の使用が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４６】
本発明は多様な変換を加えることができ、様々な実施例を有することができるため、特定の実施例を図面に例示し、詳細に説明する。しかし、これは本発明を特定の実施形態に限定するものではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれるあらゆる変換、均等物及び代替物を含むものとして理解されるべきである。本発明を説明するに当たって、係る公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨をかえって不明にすると判断される場合、その詳細な説明を省略する。
【００４７】
「第１」、「第２」などの用語は、多様な構成要素の説明に用いることに過ぎなく、前記構成要素が前記用語により限定されるものではない。前記用語は一つの構成要素を他の構成要素と区別する目的だけに用いられる。例えば、本発明の権利範囲内における第１構成要素を第２構成要素と命名されることができ、同様に第２構成要素も第１構成要素と命名されることができる。「及び」/「または」という用語は、複数の関連のある記載項目の組合または複数の関連のある記載項目のうち何れかの項目を含む。
【００４８】
ある構成要素が他の構成要素に「連結」あるいは「接続」されていると記載された時には、その他の構成要素に直接的に連結されているか、または接続されていることができ、中間に他の構成要素が存在することもできると理解しなければならない。反面、ある構成要素が他の構成要素に「直接連結」あるいは「直接接続」されていると記載された時には、中間に他の構成要素が存在しないと理解すべきである。
【００４９】
本願で用いた用語は、ただ特定の実施例を説明するために用いたものであって、本発明を限定するものではない。単数の表現は、文の中で明らかに表現しない限り、複数の表現を含む。本願において、「含む」または「有する」などの用語は明細書上に記載された特徴、数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在を指定するものであって、一つまたはそれ以上の他の特徴や数字、段階、動作、構成要素、部品、またはこれらを組み合わせたものの存在または付加可能性を予め排除するものではないと理解すべきである。
【００５０】
その他、定義しない限り、技術的または科学的な用語を含み、ここで用いられる全ての用語は、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者であれば一般的に理解される用語と同一の意味を有する。一般的に用いられる予め定義しているような用語は、関連技術の文脈上の意味と一致する意味を有すると解釈すべきで、本出願で明らかに定義しない限り、理想的または過度に形式的な意味として解釈しない。
【００５１】
以下、本発明の実施例を添付した図面に基づいて詳しく説明する。
【００５２】
図３は、本発明の一実施例に係る水素発生装置の概略的断面図である。
【００５３】
水素発生装置３００は、電解槽３１０、電解質水溶液３１２、第１電極３２０、３３０、３４０、第２電極３２２、３３２、３４２、溝３１４、導電性被覆層３５０、３５１、３５２、３５３、３５４、３５５、水素放出口３６０を含む。以下では本発明の理解と説明の便宜のために、第１電極３２０がマグネシウム（Ｍｇ）および第２電極３２２がステンレススチールからなったものを中心に説明する。
【００５４】
電解槽３１０は、内部に電解質水溶液３１２が入っている。電解質水溶液３１２は水素イオンを含んでおり、水素発生装置３００は電解質水溶液３１２に含まれている水素イオンを用いて水素ガスを発生させることができる。
【００５５】
電解質水溶液３１２には、塩化リチウム（ＬｉＣｌ）、塩化カリウム（ＫＣｌ）、塩化ナトリウム（ＮａＣｌ）、硝酸カリウム（ＫＮＯ３）、硝酸ナトリウム（ＮａＮＯ３）、塩化カルシウム（ＣａＣｌ２）、塩化マグネシウム（ＭｇＣｌ２）、硫酸カリウム（Ｋ２ＳＯ４）、硫酸ナトリウム（Ｎａ２ＳＯ４）、硫酸マグネシウム（ＭｇＳＯ４）、塩化銀（ＡｇＣｌ）などが電解質として用いることができる。
【００５６】
第１電極３２０は、電解槽３１０内部の一側面に結合され、電子を発生させる。ここで、結合とは第１電極３２０が電解槽３１０に固定されることを意味し、本実施例では溝３１４を用いて第１電極３２０を電解槽３１０に固定させるが、これに限定されず、多様な固定手段を用いることができる。
【００５７】
第１電極３２０は活性電極である。第１電極３２０では、マグネシウム電極と水との間のイオン化エネルギーの差のために、マグネシウム電極が水中に電子（ｅ−）を出してマグネシウムイオン（Ｍｇ２＋）に酸化する。この際に、生成される電子は電線を通して制御部（図示せず）に移動し、電線を通して第２電極３２２に移動することができる。したがって、第１電極３２０は電子を生成するにつれ消耗されて、一定時間が経過すると交換するようにする。また、第１電極３２０は第２電極３２２に比べて相対的にイオン化傾向の大きい金属であることがよい。
【００５８】
前述したように、電解槽３１０に第１電極３２０を結合するために電解槽３１０内部の一側面には溝が形成されて、第１電極３２０の一端部が溝に挿入され固定される。
【００５９】
第２電極３２２は第１電極３２０と所定距離離隔されるように電解槽３１０内部の一側面に結合され、電子と電解質水溶液３１２とを用いて水素を発生させることができる。第２電極３２２は、第１電極３２０が固定される同じ面に溝を形成し、第２電極３２２の一端部が溝に挿入および固定される。
【００６０】
従って、第１電極３２０と第２電極３２２とは、同じ面に固定され、上下に配置されることができる。ここで、上下構造は、第１電極３２０と第２電極３２２の面が互いに対向するように位置することであり、対向される面の配置は水素発生量を最大限に増加させる配置である。
【００６１】
第２電極３２２は非活性電極である。第２電極３２２は第１電極３２０のマグネシウムから発生された電子を受け、電解質水溶液３１２と反応して水素を発生させることができる。
【００６２】
また、第２電極３２２は非活性電極であり、第１電極３２０とは異なって消耗されないため、第１電極３２０の厚さより薄く形成することができる。
【００６３】
第２電極３２２における化学反応を、より詳細に説明すると、第２電極３２２では、水が第１電極３２０から移動してきた電子を受けて水素に分解される。
【００６４】
前述した化学反応式は下記の化学式２で表される。
［化２］
第１電極：Ｍｇ→Ｍｇ２＋＋２ｅ−
第２電極：２Ｈ２Ｏ＋２ｅ−→Ｈ２＋２（ＯＨ）−
全体反応：Ｍｇ＋２Ｈ２Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）２＋Ｈ２
【００６５】
前述した化学反応は多くの要素により反応速度や反応効率が決められる。反応速度を決める要素には、第１電極３２０及び/または第２電極３２２の電極の面積、電解質水溶液３１２の濃度、電解質水溶液３１２の種類、第１電極３２０及び/または第２電極３２２の数、第１電極３２０と第２電極３２２との間の接続方法、第１電極３２０と第２電極３２２との間の電気的抵抗などがある。
【００６６】
前述した要素が変われば、反応条件に応じて第１電極３２０と第２電極３２２との間に流れる電流量（すなわち、電子量）が変わるようになり、化学式２のような電気化学的反応の速度も変わることになる。電気化学的反応の速度が変わると、第２電極３２２から発生される水素量も変わる。
【００６７】
したがって、本発明の実施例によれば、第１電極３２０と第２電極３２２との間に流れる電流量を調節することにより、生成される水素量を調節できるようになる。これは下記の数学式１で表されるようにファラデー法則（Ｆａｄａｄａｙ’ｓ ｌａｗ）により原理的に説明できる。
【００６８】
【数１】
2008273827.tif 000003
【００６９】
ここで、Ｎｈｙｄｒｏｇｅｎは１秒間に生成される水素量（ｍｏｌ）であり、Ｖｈｙｄｒｏｇｅｎは１分間に生成される水素の体積（ｍｌ／ｍｉｎ）である。ｉは電流（Ｃ／ｓ）、ｎは反応電子の数、Ｅは電子１モル当たりの電荷（Ｃ／ｍｏｌ）を示す。
【００７０】
前述した化学式２を参照すると、第２電極３２２にて水素電子二つが反応するので、ｎは２であり、電子１モルの電荷は約−９６４８５クーロンである。
【００７１】
１分間に生成される水素の体積は、１秒間に生成される水素量に時間（６０秒）と、水素１モルの体積（２２４００ｍｌ）を乗じて算出することができる。
【００７２】
若し、燃料電池が２Ｗシステムで使用される場合、水素要求量は４２ｍｌ/ｍｏｌ程度であり、６Ａの電流を必要とする。また、燃料電池が５Ｗシステムで使用される場合、水素要求量は１０５ｍｌ/ｍｏｌ程度であり、１５Ａの電流を必要とする。
【００７３】
このように、水素発生装置３００は第１電極３２０と第２電極３２２とに流れる電流量を調節すれば、後段に連結される燃料電池から必要とされるだけの水素を発生させることができるようになる。
【００７４】
水素発生装置３００の第２電極３２２にて水素を発生させる反応速度を決める、前述した要素のうち第１電極３２０と第２電極３２２との間の電気的抵抗を除いたその他の要素は、水素発生装置３００を構成する際に決められる要素であるため、以後その要素を変化させることは容易ではない。
【００７５】
したがって、本発明の実施例による水素発生装置３００は、第１電極３２０と第２電極３２２とを接続させる電線間に制御部（図示せず）を設けて、第１電極３２０と第２電極３２２との電気的抵抗を調節することができ、第１電極３２０から第２電極３２２に流れる電子量を制御することができる。
【００７６】
すなわち、前述した数学式１に基づいて、第１電極３２０と第２電極３２２との間の電気的抵抗を変化させることにより、第１電極３２０と第２電極３２２との間に流れる電流の大きさを調節して、燃料電池から必要とされるだけの水素を発生させることができる。
【００７７】
本発明の実施例において、第１電極３２０はマグネシウム以外にもアルミニウム（Ａｌ）、亜鉛（Ｚｎ）、鉄（Ｆｅ）など相対的にイオン化傾向が大きい金属であることができる。そして、第２電極３２２はステンレススチール以外に白金（Ｐｔ）、アルミニウム（Ａｌ）、銅（Ｃｕ）、金（Ａｕ）、銀（Ａｇ）、鉄（Ｆｅ）など第１電極３２０を構成する金属に比べて相対的にイオン化傾向が小さい金属からなることができる。
【００７８】
制御部は電気化学的反応により第１電極３２０から生成された電子を第２電極３２２に伝達する速度、すなわち、電流量を調節する。
【００７９】
制御部は燃料電池から必要とされる電力量または水素量の伝達を受け、その要求値が大きいと、第１電極３２０から第２電極３２２に流れる電子の量を増加させるし、その要求値が小さいと、第１電極３２０から第２電極３２２に流れる電子の量を減少させる。
【００８０】
例えば、制御部は可変抵抗から構成され、可変抵抗値を変化させることにより第１電極３２０と第２電極３２２との間に流れる電流量を調節したり、オン/オフスイッチから構成され、オン/オフタイミングを調節することにより第１電極３２０と第２電極３２２との間に流れる電流量を調節したりすることができる。
【００８１】
ここで、第１電極３２０の一端部と溝により形成される電解槽３１０の内壁との間に配置される導電性被覆層３５０を形成することができる。また、第２電極３２２の一端部と溝により形成される電解槽３１０の内壁との間に配置される導電性被覆層３５１を形成することができる。
【００８２】
導電性被覆層３５０は電線で制御部に結合されてもよい。この際、電線はワイヤーボンディングを形成することができる。
【００８３】
導電性被覆層３５０、３５１は、電気が通じる金属性の物質で、好ましくは金である。また、導電性被覆層３５０、３５１はインクジェット被覆法、吹き付け被覆法、スパッタリング法、及び薄膜蒸着法の少なくとも何れか一つの方法で形成することができる。本実施例では、導電性被覆層３５０、３５１はインクジェット被覆法を用いて薄膜の形態で第１電極３２０と第２電極３２２の片側に被覆され電線と接続することになる。
【００８４】
第１電極３２０と第２電極３２２との片側に導電性物質を被覆することにより、第１電極３２０から発生される電子が電線を通して制御部に円滑に移動できるようになり、電線を通して第２電極３２２に電子を容易に移動させることができる。
【００８５】
したがって、導電性被覆層３５０を用いて電極３２０、３２２と外部回路とを接続させて回路と電極３２０、３２２との間の抵抗を低減させることにより、マグネシウム電極から生成される電子をステンレススチール電極に容易に移動させることができる。
【００８６】
一方、電気化学反応は、電極と電極との間のギャップ（ｇａｐ）が小さいほど、または電極の数が多いほど、水素生成率が増加する。
【００８７】
したがって、電極の数を増加させるために、第２電極３２２と同じ面に、第１電極３３０と第２電極３３２とをさらに形成する。
【００８８】
第１電極３３０及び第２電極３３２の種類と作用効果は、前述したように、第１電極３３０から電子を発生させ、発生された電子と電解質水溶液３１２とを用いて第２電極３３２から水素を発生させる。
【００８９】
前述したように、電極を連続して形成することにより、水素の発生量をさらに増加することができるため、複数回反復して形成することがよい。
【００９０】
マグネシウム電極とステンレススチール電極とを相互に反復して形成することにより水素の生成率を高めることができ、薄膜形態の電極を形成することにより、電極の数を増やすことができ、電極間のギャップを減らすことができるので、水素発生装置３００の小型化が可能となる。
【００９１】
電極の数をさらに増加させるために、水素発生装置は、電解槽３１０内部の他側面に結合され、電子を発生させる第１電極３４０と、第１電極３４０と所定距離離隔されるように電解槽３１０内部の他側面に結合され、電子と電解質水溶液３１２とを用いて水素を発生させる第２電極３４２とをさらに含むことができる。ここで、第１電極３４０と第２電極３４２とは、電解槽３１０の一側面に結合される第１電極３２０及び第２電極３２２と同じ種類であって、同じ結合関係を有し、同じ効果を有するものである。
【００９２】
従って、第１電極３４０及び第２電極３４２は一端部を溝に挿入および固定されることができる。また、第１電極３４０及び第２電極３４２の電子量を制御する制御部を用いて、第１電極３４０及び第２電極３４２の電子量を制御することができる。
【００９３】
さらに、第１電極３４０の一端部と溝により形成される電解槽３１０の内壁との間に配置される導電性被覆層３５４をさらに含むことができ、前述したように、導電性被覆層３５４を用いて電極と回路との抵抗を低減させることにより、電子を円滑に移動させることができる。
【００９４】
勿論、電解槽３１０内壁の他側面に電極が複数形成できる。
【００９５】
燃料電池から必要とされる電力量または水素量は、水素発生装置３００に入力される。このため、水素発生装置３００は燃料電池と結合して燃料電池から直接入力を受けるか、または別途の入力装置を具備して、使用者から必要とされる電力量または水素量の入力を受けることができる。水素発生装置３００は、燃料電池から必要とされる水素量または電力量に応じて前記電子量を制御することができる。
【００９６】
本発明の態様では、第１電極３２０及び/または第２電極３２２は一つまたは二つ以上であることができる。第１電極３２０及び/または第２電極３２２の数が増加すると、同一時間の間の水素発生量は増加することになり、より短い時間内に所望の水素量を発生させることが可能になる。
【００９７】
前述したように、薄膜構造の複数の電極から生成された水素は、電解槽３１０と水素が放出される流路の水素放出口３６０との間に配置される気液分離膜を通過することができる。気液分離膜は、電解質水溶液３１２の放出を遮断し、水素の放出を可能にする。
【００９８】
図４は、本発明の他の実施例に係る水素発生装置の概略的断面図である。
【００９９】
水素発生装置４００は、電解槽４１０、電解質水溶液４１２、第１電極４２０、４３０、第２電極４２２、４３２、導電性被膜層４５０、４５１、４５２、４５３、４５４、４５５、水素放出口４６０を含む。
【０１００】
図３に示されているものと同一の名称は同じ作用効果を示すものであって、以下では、その相違点について説明する。第１電極４２０及び第２電極４２２のそれぞれの一端部と他端部は、電解槽４１０の内部の一面と他面に形成されている溝に挿入および結合することができる。
【０１０１】
また、溝の内壁と電極との間には導電性被覆層４５０、４５１、４５２、４５３、４５４、４５５を形成することができる。したがって、第１電極４２０及び第２電極４２２の接触面積を最大限に広くし、水素発生量を増加させることができる。
【０１０２】
前述した水素発生装置から生成された水素の供給を受けて、水素の化学エネルギーを電気エネルギーに変換して直流電流を生産する燃料電池を含む燃料電池発電システムを提供できることは明らかである。
【０１０３】
したがって、本実施例による水素発生装置を燃料電池に採用して微量の水素を生成する装置を提供できるので、燃料電池の小型化が可能となる。さらに、電極間の間隔を減らし、電極の数を増加させることにより、電極の効率性を高めることができる。
【０１０４】
前記では本発明の好ましい実施例を参照して説明したが、当該技術分野で通常の知識を有する者であれば、本発明の特許請求の範囲に記載した本発明の思想及び領域から脱しない範囲内で本発明を多様に修正及び変更することができることを理解しうる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】燃料電池の作動原理を示す図面である。
【図２】従来の水素発生装置の概略的断面図である。
【図３】本発明の一実施例による水素発生装置の概略的断面図である。
【図４】本発明の他の実施例による水素発生装置の概略的断面図である。
【符号の説明】
【０１０６】
３００、４００：水素発生装置
３１０、４１０：電解槽
３１２、４１２：電解質水溶液
３２０、３３０、３４０、４２０、４３０：第１電極
３２２、３３２、３４２、４２２、４３２：第２電極
３１４：溝
３６０、４６０：水素放出口
３５０、３５１、３５２、３５３、３５４、３５５、４５０、４５１、４５２、４５３、４５４、４５５：導電性被覆層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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