(57)【要約】【課題】携帯型電子装置の燃料電池の用途に適した、電動ポンプを必要としない水素発生装置の提供。【解決手段】水素発生装置(42)は、化学反応室(60)と、化学溶液貯蔵器(56)と、化学溶液を化学溶液貯蔵器(56)から化学反応室(60)へ移動させるための無動力圧力生成部材(58)と、化学反応室(60)の周囲の分散型触媒床(59)とを含む。【選択図】図３
2004099434.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
　水素発生装置（４２）であって、
　化学反応室（６０）と、
　化学溶液貯蔵器（５６）と、
　化学溶液を前記化学溶液貯蔵器（５６）から前記化学反応室（６０）へ移動させるための無動力圧力生成部材（５８）と、及び
　前記化学反応室（６０）の周りに配置された分散型触媒床（５９）とを備える水素発生装置。
【請求項２】
　前記化学反応室（６０）が剛性であり、前記化学溶液貯蔵器（５６）が可撓性であって前記化学反応室（６０）内に収容される、請求項１記載の水素発生装置。
【請求項３】
　前記分散型触媒床（５９）の周りに配置され、燃料電池（４０）と流体連通するガス収集シェル（６３）をさらに含む、請求項１記載の水素発生装置。
【請求項４】
　前記ガス収集シェル（６３）と前記分散型触媒床（５９）との間に配置された疎水性膜（６１）をさらに含む、請求項３記載の水素発生装置。
【請求項５】
　前記化学反応室（６０）と前記化学溶液貯蔵器（５６）との間に配置された電動制御バルブ（６６）をさらに含む、請求項１記載の水素発生装置。
【請求項６】
　前記電動制御バルブ（６６）が、燃料電池のスタック電圧を監視し、そのスタック電圧の変化に応答して前記制御バルブの周波数、パルス幅、または開口寸法のうちの１つまたは複数を調整する電子コントローラを含む、請求項５記載の水素発生装置。
【請求項７】
　前記電子コントローラが、ユーザ設定と、構成設定と、ガス圧力と、燃料電池電流と、燃料電池電力とのうちの１つまたは複数を監視し、監視した変化に応答して、前記制御バルブ（６６）の前記周波数、パルス幅、または開口寸法のうちの１つまたは複数を調整する、請求項６記載の水素発生装置。
【請求項８】
　水素を発生させる方法であって、
　燃料溶液を収容する可撓性バッグ（５６）に偏倚力を与えることにより前記燃料溶液を前記可撓性バッグ（５６）から分散型触媒床（５９）によって実質的に包囲された反応室（６０）に移動させることを含む、方法。
【請求項９】
　前記可撓性バッグ（５６）から前記反応室（６０）を実質的に包囲する前記分散型触媒床（５９）を通過する前記燃料溶液の移動を計量するために、前記可撓性バッグ（５６）と前記反応室（６０）との間に配置されたバルブ（６６）を制御することをさらに含む、請求項８記載の方法。
【請求項１０】
　燃料電池スタック電圧と、ユーザ設定と、構成設定と、水素ガス圧力と、燃料電池電流と、燃料電池電力とのうちの１つまたは複数を監視することと、その監視に従って前記バルブ（６６）を制御することとをさらに含む、請求項９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
　本発明は、燃料電池に関する。より詳細には、本発明は、燃料電池用の水素を発生するための方法および装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
　過去１００年にわたって、エネルギーに対する需要が指数関数的に増大してきた。エネルギーに対する需要が増大することに伴い、多くの異なるエネルギー源が探究され開発されてきた。主なエネルギー源の１つは、炭化水素の燃焼であったが、それは今も続いている。しかしながら、炭化水素の燃焼は、通常、不完全燃焼であり、様々な量のスモッグおよび他の汚染物質の原因となる不燃物を放出する。
【０００３】
　炭化水素の燃焼によって汚染物質が生成される結果として、より最近の何年間かでは、より清浄なエネルギー源に対する要望が増大してきた。より清浄なエネルギー源に対する関心が高まるに従い、燃料電池がより一般化し、より高性能になってきた。燃料電池が、都市向けに大量の電気を発生させるガスタービンと、自動車に動力を供給する内燃機関と、種々の小型および大型の電子機器を動作させるバッテリとにまもなく匹敵するようになると多くの人が推測する程度まで、燃料電池に対する研究および開発が続けられてきた。
【０００４】
　燃料電池は、水素および酸素の電気および熱への電気化学エネルギー変換を行う。燃料電池はバッテリに類似するが、電力を供給する間に「再充電」され得る。
【０００５】
　燃料電池は、モータ、光源、または任意の数の電気装置に電力を供給するために使用され得るＤＣ（直流）電圧を供給する。各々が異なる化学的性質を使用するいくつかの異なるタイプの燃料電池がある。燃料電池は、通常、使用される電解質のタイプによって分類される。燃料電池のタイプは、概して、５つのグループ、すなわちプロトン交換膜（ＰＥＭ）燃料電池、アルカリ水溶液形燃料電池（ＡＦＣ）、リン酸形燃料電池（ＰＡＦＣ）、固体酸化物形燃料電池（ＳＯＦＣ）、および溶融炭酸塩形燃料電池（ＭＣＦＣ）のうちの１つに類別される。
【０００６】
　ＰＥＭ燃料電池
　ＰＥＭ燃料電池は、現在、最も有望な燃料電池技術であると考えられており、任意の燃料電池の最も単純な反応のうちの１つを使用する。図１を参照すると、ＰＥＭ燃料電池は、一般に、４つの基本要素、すなわち、負極（燃料極）（２０）と、正極（空気極）（２２）と、電解質（ＰＥＭ）（２４）と、電解質（２４）の両側に配置された触媒（２６）とを含む。
【０００７】
　負極（２０）は、燃料電池のマイナス極であり、水素分子から遊離した電子を伝導し、外部回路（２１）において電子を使用することができるようにする。触媒（２６）の表面にわたって可能な限り均一に水素ガスが分散するように、負極（２０）は内部にエッチングされた溝（２８）を含む。
【０００８】
　正極（２２）は、燃料電池のプラス極であり、酸素（通常、空気）を触媒（２６）の表面に均一に分配するために、内部にエッチングされた溝（３０）を有する。また、正極（２２）は、電子を外部回路から触媒に戻すように伝導し、そこで電子は、水素イオンおよび酸素と再結合して、水を形成することができる。水は、ＰＥＭ燃料電池の唯一の副産物である。
【０００９】
　電解質（２４）はプロトン交換膜（ＰＥＭ）（２４）である。ＰＥＭ（２４）は、正に帯電されたイオンのみを伝導する、特別に処理された多孔性材料である。ＰＥＭ（２４）は電子を通過させない。
【００１０】
　触媒（２６）は、通常、カーボン紙または布の上に薄くコートされた白金粉である。触媒（２６）は、通常、水素または酸素にさらされ得る白金の表面積を最大にするように、粗くて多孔性である。触媒（２６）は、酸素および水素の反応を促進する。
【００１１】
　実際の燃料電池では、ＰＥＭ（２４）は、負極（２０）と正極（２２）との間に挟まれる。燃料電池の動作を、以下のように概略的に説明することができる。加圧された水素ガス（Ｈ２）が、燃料電池の負極（２０）側に入る。Ｈ２分子は、触媒（２６）の白金と接触すると、２つのＨ+イオンと２つの電子（ｅ-）とに分裂する。電子は負極（２０）を介して伝導され、有用な仕事をする（モータを回転させるか、または電球（２３）を発光させる等）ための電力を供給している外部回路（２１）を通り抜け、燃料電池の正極側（２２）に戻る。
【００１２】
　その間、燃料電池の正極（２２）側では、酸素ガス（Ｏ２）が触媒（２６）を通過させられる。ＰＥＭ燃料電池システムによっては、Ｏ２源は空気であってもよい。Ｏ２は、触媒（２６）を通過させられる際、各々が強い負電荷を有する２つの酸素原子を形成する。この負電荷は、ＰＥＭ（２４）を通して２つのＨ+イオンを誘引し、そこでＨ+イオンは、１つの酸素原子と外部回路からの２つの電子と結合して水分子（Ｈ２Ｏ）を形成する。
【００１３】
　このようなＰＥＭ燃料電池反応は、約０．７Ｖしか発生しない。したがって、電圧をより有用なレベルまで上昇させるためには、しばしば多くの別個の燃料電池を結合して燃料電池スタックを形成する。
【００１４】
　ＰＥＭ燃料電池は、一般に、かなり低い温度（約８０℃／１７６°Ｆ）で動作し、そのため、ウォームアップを急速に行うことが可能であり、電気の生成に通常関連する高温に耐えることができる任意の特別な材料も必要としないため、安価な収容構造に収納されることが可能になる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
　燃料電池のための水素発生
　上述したように、説明した燃料電池の各々は、酸素と水素とを使用して電気を生成する。燃料電池に必要な酸素は、通常、空気から供給される。実際には、ＰＥＭ燃料電池の場合、大気状態において通常の空気がポンプによって正極に供給される。しかしながら、水素は酸素のように容易に入手可能ではない。
【００１６】
　水素は、発生、貯蔵および分配が困難である。燃料電池用の水素を生成するための１つの一般的な方法は、改質器の使用である。改質器は、炭化水素またはアルコールの燃料を使用して水素を生成し、その後水素は燃料電池に供給される。不都合なことに、改質器には問題がある。炭化水素燃料がガソリンまたは他の一般的な炭化水素のいずれかである場合、ＳＯｘ、ＮＯｘおよび他の望ましくない生成物が形成される。特に、硫黄は取り除かれなければならないものであり、さもなければ電極触媒に損傷を与える可能性がある。また、改質器は、通常、高温で動作し、供給原料のエネルギーの多くを消費する。
【００１７】
　また、水素は、触媒の存在下で燃料源を利用する低温化学反応により生成され得る。しかしながら、水素を生成するための低温化学反応には、多くの問題が関連する。主な問題の１つは、ポンプが化学混合物を、触媒剤で充填された反応室に移動させる必要があるということである。ポンプを使用することにより、燃料電池が発生している電力の少なくとも一部が消費される（寄生電力と呼ばれる）。ポンプにより消費される電力が非常に高くなると、電気を生成する燃料電池の動作が不経済になる。
【００１８】
　さらに、電力を効率的に発生する化学反応を促進するために、反応室に提供される化学混合物を正確に計量しなければならない。正確な計量装置により、ポンピングシステムに対する費用、複雑性、および敏感性が追加され、寄生電力消費が増大する。また、一般的な燃料電池システムは、通常、向きに依存し、それは化学混合物の計量を、燃料電池システムが一定の向きにある時にのみ行うことができることを意味する。向きに依存する燃料電池システムにより、携帯型民生用電子機器と複数の異なる向きで使用され得る他の機器とに対する有用性が制限される。
【００１９】
　さらに、デジタルカメラおよびラップトップコンピュータ等の携帯型民生用製品で燃料電池を使用することに対する別の難題は、安全でエネルギー密度が高い水素燃料源を提供することである。電気を発生するために使用される燃料電池システム（上述したＰＥＭ燃料電池を使用するシステムなど）があったが、それらは一般に、大抵の携帯型民生用製品で使用するためには十分に小型で高密度ではない。
【課題を解決するための手段】
【００２０】
　多くの考えられる実施形態のうちの１つにおいて、本発明は、化学反応室と、化学溶液貯蔵器と、化学溶液を化学溶液貯蔵器から化学反応室へ移動させるための無動力圧力生成部材と、化学反応室の周囲の分散型触媒床とを含む水素発生装置を提供する。
【発明の効果】
【００２１】
　本発明によれば、いかなる向きでも動作可能な燃料電池用の水素発生装置、即ち携帯型電子装置の燃料電池の用途に適した水素発生装置が提供される。また、本発明によれば、水素含有燃料の貯蔵器から反応室への移動を容易にするために機械的圧力源を提供することにより、従来のポンプの必要性を無くし、水素発生装置の寄生損失を低減して空間要件を低減することも可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
　本発明の上述の、および他の特徴および態様は、以下の詳細な説明を読みながら図面を参照することによってさらに明らかとなろう。
【００２３】
　図面において、同一の参照番号は、同様であるが必ずしも同一ではない要素を示す。本発明は、様々な修正形態および代替形態にしやすいが、本発明の特定の実施形態を、図面に例として示し、本明細書において詳細に説明する。しかしながら、特定の実施形態に関する本明細書における説明は、開示された特定の形態に本発明を限定するように意図されたものではなく、それどころか、本発明は、添付の特許請求の範囲によって定義されるような発明の思想および範囲内にあるすべての修正案、等価物、および代替案を包含することが意図されていると理解されなければならない。
【００２４】
　本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。当業者には理解されるように、本発明は、多種多様な化学反応、特に燃料電池用の水素を生成するものにおいて実施され得る。燃料電池の適用には、限定されないが、ＰＥＭ燃料電池、ＡＦＣ燃料電池、ＰＡＦＣ燃料電池、ＳＯＦＣ燃料電池、およびＭＣＦＣ燃料電池が含まれる。
【００２５】
　ここで図面、特に図２を参照すると、本発明の一実施形態による燃料電池電源システムを使用する電子機器（３９）の概観が示されている。図２の実施形態によれば、水素発生装置（４２）と流体連通する燃料電池（４０）がある。水素発生装置（４２）は、矢印（４４）によって表される経路に沿って水素ガスの供給を行う。また、周囲空気によって供給され得る供給酸素も、別の矢印（４６）によって表されるように燃料電池（４０）と流体連通することができる。図２に示されるように、燃料電池（４０）の動作の副産物として水（Ｈ２Ｏ）が生成される。
【００２６】
　燃料電池（４０）は、外部回路（４８）を介して電気的負荷（５０）に電力を供給することができる。電気的負荷は、限定されないがデジタルカメラ、ラップトップコンピュータ、および他の携帯用電子機器を含む、任意の電動装置を包含することができる。また、外部回路（４８）は、燃料電池（４０）と電気的に並列であるように示される、任意の電圧調整器／制御回路（５１）および電気コンデンサまたはバッテリ（５２）にも接続され得る。任意の電圧調整器／制御回路（５１）は、水素発生装置（４２）にデータを提供するためのフィードバックループ（５３）を含むことができる。電気コンデンサまたはバッテリ（５２）は、電気的負荷（５０）に補助電力を供給することができる。
【００２７】
　水素発生装置（４２）は、燃料電池（４０）内でエネルギー生成化学反応を行わせるように、燃料電池（４０）に水素ガスを供給する。水素発生装置（４２）は、多くの異なる形態をとることができる。図３を参照すると、本発明による水素発生装置（４２、図２）の考えられる一実施形態が示されている。図３の実施形態によれば、水素発生装置は、燃料電池に結合され得るが、別個であって燃料電池から独立している水素カートリッジ（５４）である。代案として、水素カートリッジ（５４）は、燃料電池と一体化され得る。水素カートリッジ（５４）は、化学反応室（６０）と、本実施形態では供給水素含有燃料を収容する新液バッグ（５６）として示される化学溶液貯蔵器とを含む。新液バッグ（５６）の水素含有燃料は、以下にさらに説明されるように、例えば管（６４）と触媒床（５９）とを通して反応室（６０）に供給される。水素含有燃料は、限定されないが、各々水素ガスを生成する水素化ホウ素ナトリウムおよびアミンボランなどの水溶性金属水素化物を含むことができる。新液バッグ（５６）は好適には、プラスチック、エラストマ、または概して変形可能であり流体溶液を収容することができる他の材料から製作された可撓性バッグである。
【００２８】
　新液バッグ（５６）の周囲には、新液バッグ（５６）に隣接して配置された、無動力圧力生成部材、たとえば軽量バネ（５８）が配置され得る。「無動力」という用語は、圧力生成部材が動作するために電気エネルギーを消費せず、モータからの動力も必要としないということを意味する。バネ（５８）は、新液バッグ（５６）内に収容された水素含有燃料の圧力を増大させるために、新液バッグ（５６）の方へ付勢される１つまたは複数の部材を含むことができる。図示された実施形態では、新液バッグ（５６）とバネ（５８）との間に、プレート（５７）を配置することができる。バネ（５８）の圧力（偏倚力）はプレート（５７）に作用し、それによってプレート（５７）は新液バッグ（５６）に押し込まれる。しかしながら、実施形態によっては、プレート（５７）を使用せずに、バネ（５８）と新液バッグ（５６）とが直接接触する。
【００２９】
　図３の実施形態によれば、新液バッグ（５６）は、プレート（５７）を介して化学反応室（６０）の圧力に間接的にさらされる。さらに、動作中に化学反応室（６０）が加圧されるに従い、プレート（５７）は、バネ（５８）によってもたらされる圧力に加えて、その動作圧力を新液バッグ（５６）に伝達する。したがって、バネ（５８）、または他の圧力生成部材は、非常に小さい力の圧力生成部材とすることができ、それでもなお、任意の化学反応室（６０）の圧力で新液バッグ（５６）から管（６４）を通って化学反応室（６０）への燃料の流れを生じさせることができる。したがって、新液バッグ（５６）は常に化学反応室（６０）の圧力にさらされているので、小さい力の加圧部材は、小さい力で軽量とすることができる。本実施形態では、小さい力の加圧部材は軽量バネ（５８）である。他の実施形態では、新液バッグ（５６）の圧力は、エラストマにより、バッグ材料自体の形態かまたは何らかの他の形態で発生させることができる。さらに、新液バッグ（５６）を収容する化学反応室（６０）は、大きい力の（したがってより大型の）バネを操作するのに十分に大型で剛性の高い必要はないので、軽量であって従来の反応器より小型にできる。
【００３０】
　本発明のバネ（５８）は、化学反応室（６０）の壁（６９）とプレート（５７）との間の化学反応室（６０）の内部に配置される。したがって、バネ（５８）は、プレート（５７）を介して新液バッグ（５６）に力を加え、水素含有燃料の、新液バッグ（５６）から多孔性の分散型触媒床（５９）を通って化学反応室（６０）への移動を容易にする。分散型触媒床（５９）は、実質的に化学反応室（６０）を取り囲むことができる。図示された実施形態では、分散型触媒床（５９）は、化学反応室（６０）の側面の周囲に配置されるが、他の構成が適している場合もある。分散型触媒床（５９）は多孔性であり、ワイヤまたはポリマメッシュによって支持され得る。分散型触媒床（５９）は、限定されないが、ルテニウム、ロジウム、または白金等の貴金属触媒を含むことができる。分散型触媒床（５９）は、ニッケル等の他の金属を含んでもよい。化学反応をさらに促進するために、プレート（５７）、バネ（５８）および他の任意の構成要素を触媒によってコーティングすることもできる。
【００３１】
　化学反応室（６０）は、水素ガスを生成するために使用される反応物に従って多種多様の材料を含むことができる。化学反応室（６０）は、可撓性であっても剛性であってもよいが、本実施形態では剛性である。図３の実施形態によれば、分散型触媒床（５９）は、少なくとも部分的に疎水性膜（６１）によって包囲される。この膜（６１）は好適には、触媒床（５９）の外面の周りに配置され、触媒床（５９）と新液バッグ（５６）との間には配置されない。疎水性膜（６１）は、水素化ホウ素ナトリウム溶液から生成された水素ガス等のガスの通過を可能にするが、液体の通過は可能としない。したがって、反応室（６０）で生成された水素ガスは、疎水性膜（６１）を通過して、疎水性膜（６１）の周りに配置されたガス収集室（６３）に入る。疎水性膜は、限定されないが、Celgard（登録商標）およびGore-Tex（登録商標）を含む種々の材料を含むことができる。
【００３２】
　ガス収集室（６３）は、ポート（６５）等、たとえば燃料電池に水素ガスを供給するための１つまたは複数の流体連通経路を含む。必要に応じて、ポート（６５）内に、超過圧力に対する保護のためのリリーフバルブ（６７）を含むことができる。任意に、必要に応じてポート（６５）を開閉するための別のバルブ（図示せず）を含むことができる。
【００３３】
　上述したように、新液バッグ（５６）から化学反応室（６０）への水素含有燃料の移動は、管（６４）等の流体連通経路によって容易にされ得る。図３に示された実施形態によれば、管（６４）または他の流体連通経路は、反応室（６０）の外部にあり、新液バッグ（５６）と化学反応を行うように割り当てられた化学反応室（６０）の一部との間を走っているが、これは必ずしもそうとは限らない。また、管（６４）を、化学反応室（６０）内に完全に収容することもできる。
【００３４】
　さらに、新液バッグ（５６）から化学反応室（６０）への水素含有燃料の流れを、マイクロバルブ（６６）等のバルブによって制御することができる。マイクロバルブ（６６）は、新液バッグ（５６）からの流れを制御するために、管（６４）または他の流体連通経路に沿った任意の好都合な位置に配置され得る。マイクロバルブ（６６）は、種々の販売元から入手可能である。マイクロバルブ（６６）は好適には、通常は閉じている。マイクロバルブ（６６）は好適には、一連の信号パルスをマイクロバルブ（６６）に送信することによって制御される。マイクロバルブ（６６）は、パルスの到着によって開き、パルスの持続期間中、開状態に維持される。したがって、マイクロバルブ（６６）を通過して流れる流体の量は、種々の態様により、たとえばパルス間の時間（マイクロバルブ（６６）パルス動作周波数）、パルス幅（マイクロバルブ（６６）が開状態で保持される期間）、および／またはバルブ開口寸法を制御することによって制御され得る。可変開口寸法制御は、マイクロバルブがどれくらい開いているかまたは閉じているかのアナログ制御を示す。このように、マイクロバルブ（６６）によって、水素含有燃料の化学反応室（６０）への流れの正確な制御を可能とすることができる。代案として、マイクロバルブ（６６）は、手によって、または他の機械装置によって機械的に作動されてもよい。水素ガスが必要である場合、マイクロバルブ（６６）を開くことにより、バネ（５８）によって加圧された水素含有燃料が反応室（６０）に流れ込むことが可能になる。また、任意のリリーフおよび／またはチェックバルブ（６８）を含むこともできる。図示された実施形態では、リリーフおよび／またはチェックバルブ（６８）をマイクロバルブ（６６）の上流に配置するが、これは必ずしもそうとは限らない。図示されたもの等のリリーフおよび／またはチェックバルブは、管（６４）に沿った任意の地点に挿入され得る。リリーフおよび／またはチェックバルブ（６８）は、多数の異なる供給元から市販されている。
【００３５】
　水素カートリッジ（５４）の動作を、以下のように説明することができる。水素化ホウ素ナトリウム等の水素含有燃料源を、新液バッグ（５６）に挿入する。実施形態によっては、新液バッグ（５６）は、充填された後にバネ（５８）に対抗して別個に挿入され得る。代案として、新液バッグ（５６）は、図３に示された構成にある間に充填され得る。バネ（５８）は、新液バッグ（５６）に隣接して配置され、新液バッグ（５６）の方へ付勢され、したがって、新液バッグ（５６）によって収容される水素化ホウ素ナトリウムまたは他の水素含有燃料を加圧する。バネ（５８）に蓄えられた位置エネルギー（圧縮された場合）が、従来の水素発生システムのポンプが行うように寄生損失を追加することなく、化学溶液の移動力を提供する。燃料電池が電流を供給するために水素ガスを必要とする場合、マイクロバルブ（６６）を開くか、または周期変動させることによって、水素化ホウ素ナトリウム等の加圧された水素含有燃料が新液バッグ（５６）から管（６４）を介して化学反応室（６０）に移動することが可能になる。水素含有燃料は、分散型触媒床（５９）を通過し、化学反応室（６０）に入ると水素ガスを発生する。そして、水素含有燃料から放出された水素ガスは、触媒床（５９）と疎水性膜（６１）とを通過し、ガス収集室（６３）に入り、そこで、たとえば図１および図２の燃料電池装置等の燃料電池に供給され得る。
【００３６】
　実施形態によっては、反応室（６０）のいかなる空洞も充填して、容量の利用状況を最大化するために、反応室（６０）に最初に水を供給することができる。そして、水素化ホウ素ナトリウムは水とよく混合するので、新液バッグ（５６）の水素化ホウ素ナトリウムの濃度は、別な方法で使用される場合に比べてわずかに高くすることができる。
【００３７】
　従来の水素発生装置は、供給水素含有燃料を貯蔵器から反応室に移動させるために何らかのポンプを必要とした。上述したように、ポンプは、燃料電池装置に寄生損失を大幅に追加し、空間を占有して、燃料電池装置に対して利用可能なエネルギー密度を制限する。有利な点は、本発明は、水素含有燃料の貯蔵器から反応室への移動を容易にするために機械的圧力源を提供することにより、寄生損失を低減して空間要件を低減する。
【００３８】
　図３の実施形態によれば、反応室（６０）内に新液バッグ（５６）を包含することにより、水素カートリッジ（５４）のエネルギー密度が従来の水素発生器より増大する。本実施形態において新液バッグ（５８）から反応室（６０）を分離するプレート（５７）は、新液が反応室（６０）に移動する際に新液バッグ（５８）を圧縮するためのピストン（５８、５７）として移動可能である。したがって、新液バッグ（５８）が圧縮されると、それまで新液バッグ（５８）によって占有されていた体積を利用するために反応室（６０）の有用な容積が増大する。
【００３９】
　この開示の利益を有する当業者には理解されるように、有利には説明された実施形態は、向きに依存しない態様で化学反応室への水素含有燃料源の計量を行う。すなわち、圧力生成部材が、いかなる向きでも新液バッグ（５６）と反応室（６０）との間に圧力差を提供するので、水素発生装置（４２、５４）は、いかなる向きでも動作可能である。これは、多くの異なる態様でしばしば移動され向きが変えられる携帯型電子装置の燃料電池の用途に対して、特に重要である。さらに、本発明の実施形態によっては、単一制御バルブ（６６）のみを使用することができ、それによりポンプおよび複数の制御バルブを必要とする従来の水素発生システムに存在する故障の発生が低減される。
【００４０】
　上述した実施形態の各々は好適には、水素化ホウ素ナトリウム等の水素含有燃料の化学貯蔵器から反応室への移動を計量するための制御バルブを含む。水素発生の制御は、上述したマイクロバルブ（６６）等の制御バルブによって容易にされる。次に図４を参照すると、本発明の一実施形態による水素発生装置のための制御機構の図が示されている。制御機構に対する入力には、限定されないが、ユーザ設定（１００）と、構成設定（１０２）と、燃料電池スタック電圧レベル（１０４）と、貯蔵器、水素ガス、および／または反応器圧力（１０６）と、燃料電池電流レベル（１０８）と、燃料電池電力レベル（１１０）とが含まれ得る。
【００４１】
　ユーザ設定（１００）は、ユーザが制御バルブの状態を直接制御するために作動させることが可能な、たとえばスイッチ、ボタン等を含む任意のタイプのユーザ入力装置を使用して提供され得る。構成設定（１０２）は、制御機構を初期化して動作パラメータを設定するための初期化ルーチンを含むことができる。１つまたは複数の入力（１００〜１１０）が、水素発生装置を制御するために制御アルゴリズム（１１２）に提供され得るということが理解されよう。制御アルゴリズム（１１２）は、種々の入力を受け取り、その受け取った入力を分析し、適切な対応する制御信号を制御バルブに提供するために、すべての必要なプログラムおよび電子装置を含むことができる。このため、制御アルゴリズムは、デジタル電子コントローラ、アナログ電子コントローラ、または機械的コントローラによって実施され得る。制御アルゴリズムは、コマンド状態情報（出力）を発行するために、入力（１００〜１１０）のうちのいずれか、またはすべてを使用することができる。コマンド状態情報は、バルブの位置（開／閉）を示す現在のバルブ状態（１１４）および／またはバルブ動作周波数を示すタイミング情報（１１６）を含むことができる。制御アルゴリズムの出力に応じて、制御バルブを開くかまたは閉じる（１１８）ことにより、化学溶液の貯蔵器から反応室の流れを制御し、ひいては水素生成の速度を制御することができる。電子コントローラが燃料電池のスタック電圧を監視する実施形態では、電子コントローラは、スタック電圧の変化に応答してマイクロバルブ（６６、図３）の周波数、パルス幅、または開口寸法のうちの１つまたは複数を調整することができる。電子コントローラは、監視されたスタック電圧が所定閾値より低いことに応答して、マイクロバルブ（６６、図３）の周波数、パルス幅、または開口寸法を増大させることができ、あるいは監視されたスタック電圧が所定閾値より高いことに応答して、マイクロバルブ（６６、図３）の周波数、パルス幅、または開口寸法を低減させることができる。
【００４２】
　前述した説明は、本発明を例示して説明するためだけに提示された。それは、網羅的であるように、または本発明を開示されたいかなる厳密な形態にも限定するようには意図されていない。上記教示に鑑みて、多くの修正形態および変形形態が可能である。
【００４３】
　図示された実施形態は、本発明の原理とその実際の用途とを最もよく説明するために選択されて説明された。前述の説明は、当業者が、企図された特定の用途に適するように、本発明を種々の実施形態において、および種々の変形形態で最もよく利用することができるように意図されている。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって定義されるように意図されている。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】未組立のＰＥＭ燃料電池装置の斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態による燃料電池装置の概略図である。
【図３】本発明の一実施形態による水素発生器の概略図である。
【図４】本発明の一実施形態による水素発生器のための制御機構の概念図である。
【符合の説明】
【００４５】
40　燃料電池
42　水素発生装置
56　新液バッグ
59　分散型触媒床
60　化学反応室
61　疎水性膜
63　ガス収集室
66　マイクロバルブ
【図１】
2004099434.tif 000003
【図２】
2004099434.tif 000004
【図３】
2004099434.tif 000005
【図４】
2004099434.tif 000006