(57)【要約】【課題】水素発生システム４２の提供。【解決手段】水素化ホウ素ナトリウムの供給源は、供給ロール１２から巻き取りロール１４へと移動する可撓性基材１０上に担持されている。水素化ホウ素ナトリウム、触媒、及び水７の間での反応によって水素が放出され、副生物９が形成される。副生物は反応領域８から除去される。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素化ホウ素ナトリウムの供給源と、
水の供給源と、
触媒と、
前記水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を反応領域（８）で接触させて水素を放出させ、前記反応領域（８）から副生物（９）を移動させるように適合された構造とからなる、水素発生システム（４２）。
【請求項２】
水素化ホウ素ナトリウム及び水の溶液（１６）が、可撓性基材（１０）上にカプセル化されて支持される、請求項１記載のシステム。
【請求項３】
前記溶液が破壊可能なミクロスフェア（２４）にカプセル化され、前記可撓性基材（１０）がその上に前記触媒を含み、前記ミクロスフェア（２４）を破壊して前記溶液が前記触媒に接触するのを可能にする破壊構造（２２，１８，２０）をさらに備える、請求項２記載のシステム。
【請求項４】
前記溶液が少なくとも１つの貫通され得る区画にカプセル化され、前記区画を貫通して前記触媒が前記溶液に接触するのを可能にする触媒含有構造（２２）をさらに備える、請求項２記載のシステム。
【請求項５】
前記水素化ホウ素ナトリウムが、固体形状で可撓性基材（１０）上に支持されて少なくとも１つの触媒被覆要素（３０）と接触し、前記水素化ホウ素ナトリウム及び触媒と接触するように水を供給する構造をさらに備える、請求項１記載のシステム。
【請求項６】
水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を接触させて水素を放出させ、及び
反応物（９）を反応領域（８）から移動させることからなる、水素発生方法。
【請求項７】
水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を接触させて水素を放出させる手段と、及び
反応物（９）を反応領域（８）から移動させる手段とからなる、水素発生器（４２）。
【請求項８】
燃料電池（４０）と、及び
前記燃料電池（４０）に水素を供給すべく接続された水素発生器（４２）とからなり、この水素発生器（４２）が、
水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を接触させる手段と、及び
反応物を反応領域（８）から移動させる手段とからなる、燃料電池システム。
【請求項９】
水素を発生させる水素発生器（４２）と、
前記水素を受け取って電気を発生させる燃料電池（４０）と、及び
該燃料電池（４０）から電気エネルギーを受け取るよう接続された電子機器（４４）とからなり、前記水素発生器（４２）が、水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を接触させて水素を放出させる手段と、及び
反応物を反応領域（８）から移動させる手段とを備える、電子機器システム。
【請求項１０】
水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を含む交換可能な構造と、及び
水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒（７）を接触させて水素を放出させる手段とからなり、反応物を反応領域（８）の内外に移動させる手段をさらに含む、燃料カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素の発生に関し、より具体的には水素化ホウ素ナトリウムの接触加水分解のためのシステムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
周知のように、燃料電池は水素と酸素を結合して電気を発生させる。幾つかの用途では、電気出力を制御するために、要求時（オンデマンド）に燃料電池に対し、水素を精密かつ正確に計量することが必要である。その一例は、小型ＰＥＭ燃料電池である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
また、水素化ホウ素ナトリウムＮａＢＨ４の接触加水分解によるなどして、反応性溶液から水素を放出させうることも既知である。燃料電池での使用のためにオンデマンドで水素を発生させる、従来技術による手法では、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を触媒ベッドに供給するためにポンプを利用している。しかしながら、この手法には問題がある。化学量論量の水素化ホウ素ナトリウム水溶液は粘度が高く、正確に給送するのは困難である。場合によっては、粘度を低下させるために非反応性の化学物質が添加され、或いはポンプ給送を助けるために非化学量論量が使用される。或いはまた、水素化ホウ素ナトリウム溶液を安定化させるため、これに水酸化ナトリウム等の強塩基が添加される。その場合に得られる溶液は苛性であり、取り扱いがより困難となっていた。
【０００４】
従来技術の手法についての別の問題は、加水分解反応が副生物としてメタホウ酸ナトリウムＮａＢＯ４を発生し、これを除去することが必要となることである。メタホウ酸ナトリウムは水を取り込む性質があり、冷却するとゲル化する傾向がある。これが存在すると、触媒への接触が妨げられ、反応に必要な水の利用し易さが減じられる。この反応生成物が冷却してゲル化すると、ポンプにより除去することは簡単にはできなくなる。
【０００５】
水素化ホウ素ナトリウムから水素を放出させる別の手法は、材料を加熱して、必要に応じて水素を発生させることからなる。この手法の問題点は寄生損失が高いことにあり、別の問題は、おそらく材料適合性の点にある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の水素発生システムは、水素化ホウ素ナトリウムの供給源を、水の供給源及び触媒、例えばルテニウム等と共に含む。水素化ホウ素ナトリウム、水、及び触媒を接触させることにより水素を放出させ、また反応生成物を反応領域内外へと移動させる構造が提供される。
【０００７】
【発明の実施の形態】
一つの実施形態では、水素化ホウ素ナトリウムと水の溶液が、カプセル化されて可撓性基材上に支持される。この実施形態では、溶液は破壊可能なミクロスフェアにカプセル化され、可撓性基材はその上に触媒を含む。この実施形態はさらに、ミクロスフェアを破壊して溶液が触媒と接触するのを可能にする手段を含む。この実施形態では、破壊手段には、間にニップを形成する複数のローラが含まれる。
【０００８】
別の側面では、水素化ホウ素ナトリウム水溶液は、可撓性基材上に担持された貫通され得る区画にカプセル化され、このシステムはさらに、かかる区画を貫通して触媒が溶液に接触することを可能にする、触媒含有構造を含んでいる。この実施形態では、触媒含有構造は、ローラから延びるスパイク状要素を形成する。これらの好ましい実施形態では、可撓性基材は供給ロールから巻き取りロールへと移動され、それによってメタホウ酸ナトリウムの副生物は反応領域から取り除かれる。
【０００９】
他の実施形態では、水素化ホウ素ナトリウムは、触媒で被覆された要素との接触のために、可撓性基材上に固体形状で支持される。このシステムはさらに、水素化ホウ素ナトリウム及び触媒と接触するように水を供給する構造を含む。この実施形態では、触媒が被覆された要素が中空で穿孔されており、水がこの要素の内部に供給されることが望ましい。上記したこれらの実施形態のすべてに適した触媒は、ルテニウムである。
【００１０】
本発明の水素発生システムは、水素をオンデマンドで正確に計量し、メタホウ酸ナトリウムである反応生成物は、加水分解反応に干渉しないように反応領域から取り除かれる。
【００１１】
まず図１を参照すると、ブロック７は、水素化ホウ素ナトリウムの供給源と、水及び触媒を表している。これらの物質は、反応領域８において互いに接触して水素を発生し、反応生成物であるメタホウ酸ナトリウム９は、反応が妨げられないように反応領域８から取り除かれる。
【００１２】
本発明の別の実施形態を図２に示す。薄い可撓性フィルムが、供給ロール１２から巻き取りロール１４に移動するように支持されている。適切なフィルム１０は、多孔性ポリプロピレンフィルム又は延伸ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）である。可撓性フィルム１０は、複数のセル１６をその表面上に支持し、これらのセルは内部にＮａＢＨ４及び水の如き反応性溶液を収容している。可撓性フィルム１０及びセル１６は、バブルラップ（泡状の空気を入れたプラスチック製包装シート）に類似の構造を形成する。供給ロール１２及び巻き取りロール１４に加えて、一対のロール１８及び２０が設けられており、フィルム１０はセル１６と共に、これらのロールの間のニップを通過する。ロール１８は、ロール１８及び２０の間のニップをセル１６が通過するに際して、これらのセルを貫通する構造を含む。図２に示すように、セル１６を破壊させるためにロール１８の表面にスパイク２２が設けられる。セル１６を貫通するための、尾根状隆起部（リッジ）等の他の構造を使用してもよい。好ましくは、スパイク２２は、加水分解反応を触媒するルテニウム等の適切な触媒で被覆される。
【００１３】
動作に際して、フィルム構造１０は、巻き取りロール１４に向かって前進する。フィルム１０がローラ１８及び２０によって形成されるニップを通過するにつれて、スパイク２２はセル１６を破壊させ、水素化ホウ素ナトリウムの水溶液を、スパイク２２上の触媒と接触させる。ルテニウムの如き触媒は、加水分解反応を触媒し、水素ガスが放出される。メタホウ酸ナトリウムＮａＢＯ４の副生物（図１に示す）は、ロール１８及び２０の個所にある反応領域から、巻き取りロール１４上へと運ばれる。このようにして、メタホウ酸ナトリウムの副生物は処理される。当業者には、水素放出の速度が、ロール１８を通過するフィルム１０の速度と、フィルム１０上におけるセル１６の相対密度によって制御されることが理解されよう。図２に示す構成により、セル１６は化学量論量の水素化ホウ素ナトリウム溶液を収容可能となる。なぜなら粘稠な溶液のポンプ給送は不要であり、また廃棄副生物は反応領域から取り除かれるからである。使用の便宜のため、フィルム１０を交換式カートリッジとして構成することが意図されている。
【００１４】
本発明の別の実施形態を図３に示す。この実施形態は、図２に関連して上述したものと類似している。図３の実施形態では、可撓性膜１０上にガラス又はポリマー製のミクロスフェア２４が配置されている。ミクロスフェア２４の各々は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を収容している。膜１０には、ルテニウムの如き金属触媒がドープされている。膜１０がロール１８及び２０を通過するにつれて、ミクロスフェア２４は破砕され、水素化ホウ素ナトリウム水溶液が膜１０に担持されている触媒（図示せず）と接触することが可能になる。図２の実施形態の場合と同様に、水素ガスが放出される。代替的には、触媒は膜１０上にあるのではなく、ロール１８及び／又は２０の表面にあってもよい。
【００１５】
ミクロスフェア２４は、一定の濃度（面積当たりのミクロスフェアの数）で基材１０に付着されることが好ましい。ミクロスフェア２４の濃度が一定であれば、膜１０の速度を制御することによって、水素ガス放出の速度を正確に制御することができる。図２の実施形態と同様に、放出される水素ガスは、ＰＥＭ燃料電池（図示せず）等の燃料電池に供給されてよい。図２の実施形態とは異なり、ロール１８はミクロスフェア２４を破砕するための平滑面を有していることができる。
【００１６】
図３に示すシステムは、水素に対する要求の変化に非常に迅速に反応することができる。さらに、メタホウ酸ナトリウムの廃棄副生物は、反応位置から取り除かれる。反応物質と触媒が連続的に補給されているため、反応位置は実際に、汚染のない状態を維持する。
【００１７】
本発明のさらに別の実施形態を図４に示す。先の実施形態と同様に、可撓性キャリアフィルム１０が、供給ロール１２から巻き取りロール１４に移動する。フィルム１０はその表面に、固体状の水素化ホウ素ナトリウムといった、固体水素源を担持する。適切なフィルム１０は可撓性で多孔性であり、可能な限り薄く、触媒、水素化ホウ素ナトリウム、その副生物、水素及び水に対して非反応性である。また、フィルム１０が水を吸収せず、可能な限り低コストであることも好ましい。Ｃｅｌｇａｒｄ（商品名）等の多孔性ポリプロピレンフィルムが適切である。また、延伸ＰＴＦＥも適切である。フィルム１０上の位置に水素化ホウ素ナトリウムを保持するために、バインダ又はオーバーコートを提供することが恐らく望ましい。適切なバインダ又はオーバーコート材料も、上述した化合物に対して非反応性で可撓性である一方で、水が水素化ホウ素ナトリウムに達するのを可能にするものでなければならない。適切なオーバーコート材料は炭化水素ポリマー、及びポリビニルアルコールやポリエチレンイミンといったより極性のポリマーである。収縮包装のようなプロセスを、Ｃｅｌｇａｒｄ（商品名）フィルムについて使用することにより、水素化ホウ素ナトリウムを所要の位置に保持することができる。
【００１８】
キャリアフィルム１０は、図示のように供給ロール１２から巻き取りロール１４に移動するにつれて、触媒で被覆されたロッド３０に接触する。適切な触媒はルテニウムである。ロッド３０が中空で穿孔されており、水がこれらの開口を通ってポンプ給送されて、フィルム１０上の水素化ホウ素ナトリウムに達することができるのが好ましい。また所望ならば、ロッド３０を、ロッド３０を加熱するように適合された電気回路に接続してもよい。ロッド３０は好ましくは、ステンレス鋼等の非反応性金属から作製され、その上に触媒被覆が適用される。ロッド３０は、水素の出口３４を有するチャンバ又はエンクロージャ３２に収容され、例えば燃料電池（図示せず）に接続される。
【００１９】
動作時、フィルム１０上に担持された固体状の水素化ホウ素ナトリウムは、好ましくはロッド３０を介して供給される水と共に、触媒で被覆されたロッド３０と接触する。得られる反応は、先の実施形態の場合と同様に、水素、及びメタホウ素ナトリウムの副生物を発生する。この反応副生物は、エンクロージャ３２から巻き取りロール１４上へと搬出される。
【００２０】
使用に先立って、供給ロール１２上のキャリアフィルム１０は、交換式カートリッジとして構成することができ、また可撓性の不浸透性バッグに格納することができる。同様に使用後において、巻き取りロール１４はまた、可撓性の不浸透性バッグに収容することができる。
【００２１】
さて図５を参照すると、ＰＥＭ燃料電池の如き燃料電池４０が、水素発生器４２から水素を受け取って、電気を発生させる。適切な水素発生器４２は、図２、図３及び図４に示した如きものである。別の側面では、図６に示した発明においては、燃料電池４０からの電気によって電力供給される電子機器４４が示されている。この燃料電池４０は、水素発生器４２から水素を受け取る。電子機器４４は、携帯電話、カムコーダ、コンピュータ及び携帯情報端末等、いかなる電子機器であってもよい。
【００２２】
当業者には、本発明の修正及び変更が明らかとなることが理解されよう。そうした修正及び変更は全て、特許請求の範囲内に含まれることが意図されている。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように本発明の水素発生システムによれば、水素をオンデマンドで正確に計量して供給することができる。ポンプの使用は必要とされず、水素化ホウ素ナトリウムを化学量論量で使用することが可能であり、またメタホウ酸ナトリウムである反応生成物は、加水分解反応に干渉しないように反応領域から取り除かれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のシステムの例示的な実施形態のブロック図である。
【図２】本発明の一実施形態の斜視図である。
【図３】本発明の別の実施形態の斜視図である。
【図４】本発明のさらに別の実施形態の斜視図である。
【図５】水素発生器を利用して電気を発生させる燃料電池のブロック図である。
【図６】燃料電池から電気を受け取る電子機器のブロック図である。
【符号の説明】
７　水素化ホウ素ナトリウム、水及び触媒
８　反応領域
９　副生物
１０　可撓性基材
１２　供給ロール
１４　巻き取りロール
１６　セル
１８，２０　ロール
２２　スパイク
２４　ミクロスフェア
３０　ロッド
４０　燃料電池
４２　水素発生器
４４　電子機器
【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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