(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素吸蔵材料を内蔵し、発電装置に水素ガスを供給するガス供給端を有する本体と、前記水素吸蔵材料と前記ガス供給端とを接続する流路を有する開閉可能な蓋とからなる水素カートリッジと、前記水素カートリッジより供給される水素ガスの圧力を調整するレギュレータおよび前記レギュレータにより圧力が調整された水素ガスを用いて発電を行う発電部本体を有する発電部と、前記発電部本体から前記水素カートリッジへのガスの逆流を阻止する逆流防止手段とを備え、
前記逆流防止手段は、
前記ガス供給端に設けられた逆止弁付きノズルと、
前記レギュレータと前記水素カートリッジとの間に設けられた第１の逆止弁と、
前記レギュレータと前記発電部本体との間に設けられ、前記発電部本体から前記レギュレータへのガスの逆流を阻止する第２の逆止弁とからなり、
前記水素カートリッジ装着時において、前記逆止弁付きノズルと前記第１の逆止弁とは連結されている
発電装置。
【請求項２】
前記水素カートリッジが、前記発電部に対して、着脱可能に構成されている、請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】
前記ガス供給端は、前記水素カートリッジが前記発電部から取り外されると、前記水素カートリッジの内部と前記水素カートリッジの外部とを遮断するように構成された、請求項１または２に記載の発電装置。
【請求項４】
前記発電部が、ポータブル機器に、一体的に設けられている、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項５】
前記水素吸蔵材料が、水素吸蔵合金からなる、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項６】
前記水素吸蔵材料が、炭素質水素吸蔵材料からなる、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の発電装置。
【請求項７】
水素ガスの圧力を調整するレギュレータおよび前記レギュレータにより圧力が調整された水素ガスを用いて発電を行う発電部本体を有する発電部に対して着脱可能な水素カートリッジであって、
水素吸蔵材料を内蔵し、前記発電部に水素ガスを供給するガス供給端を有する本体と、
前記水素吸蔵材料と前記ガス供給端とを接続する流路を有する開閉可能な蓋とを備え、
前記ガス供給端に、前記発電部から取り外されると、前記水素カートリッジの内部と前記水素カートリッジの外部とを遮断し、前記水素カートリッジ内部へのガスの侵入を阻止する逆止弁付きノズルを有する
水素カートリッジ。
【請求項８】
前記水素吸蔵材料が、水素吸蔵合金からなることを特徴とする請求項７に記載の水素カートリッジ。
【請求項９】
前記水素吸蔵材料が、炭素質水素吸蔵材料からなることを特徴とする請求項７に記載の水素カートリッジ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、発電装置およびこれに用いる水素カートリッジに関し、さらに詳細には、取り扱いの安全性が確保された発電装置およびこれに用いる水素カートリッジに関する。
【０００２】
【従来の技術】
産業革命以後、自動車などのエネルギー源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源として、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてきた。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活水準の向上や産業の発展などの利益を享受することができたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさらされ、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつある。
【０００３】
そこで、水素は、水に含まれ、地球上に無尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用するときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しないなどの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集めるようになっている。
【０００４】
ことに、近年は、水素エネルギーから電気エネルギーを取り出すことができる電気エネルギー発生装置の研究開発が盛んにおこなわれており、大規模発電から、オンサイトな自家発電、さらには、自動車用電源としての応用が期待されている。
【０００５】
水素エネルギーから、電気エネルギーを取り出すための電気エネルギー発生装置、すなわち、燃料電池は、水素が供給される水素電極と、酸素が供給される酸素電極とを有している。水素電極に供給された水素は、触媒の作用によって、プロトン（陽子）と電子に解離され、電子は水素電極の集電体で集められ、他方、プロトンは酸素電極に運ばれる。水素電極において集められた電子は、負荷を経由して、酸素電極に運ばれる。一方、酸素電極に供給された酸素は、触媒の作用により、水素電極から運ばれたプロトンおよび電子と結合して、水を生成する。このようにして、水素電極と酸素電極との間に起電力が生じ、負荷に電流が流れる。
【０００６】
かかる燃料電池は、水素および酸素によって発電が可能であるため、ポータブル機器用の電源としても好適である。
【０００７】
すなわち、現在、ポータブル機器用の電源として、一般的に用いられているのは、アルカリ電池、マンガン電池に代表される１次電池や、ニッケルカドミウム電池、ニッケル水素電池、リチウムイオン電池に代表される２次電池であり、これらはいずれも、閉じた空間内で化学反応が完結する化学電池であることから、これを構成する種々の要素、たとえば、正極材料、負極材料、セパレータ、電解液、安全装置およびこれらを密閉する密閉容器などは、一体不可分的に構成されている。
【０００８】
したがって、ポータブル機器の電源として化学電池を用いた場合、電池残量がなくなると、電池自体を交換する必要があり、その一部のみを補充することはできないため、電池切れを防止するためには、ユーザは多くの電池を携帯する必要がある。
【０００９】
これに対して、ポータブル機器の電源に燃料電池を用いた場合には、燃料となる水素および酸素を、外部から供給するだけで、発電をすることが可能であるから、燃料電池の本体をポータブル機器側に設け、ユーザが水素を随時補給することによって、ユーザは、燃料電池の全てを複数個持ち運ぶ必要はなく、燃料電池の本体を一つだけを持ち運べば良い。したがって、ユーザの利便性は非常に高くなる。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
このように、燃料電池は、ポータブル機器用の電源として好適であるものの、燃料である水素は可燃性ガスであることから、ユーザによるその取り扱いが安全であることが求められる。
【００１１】
したがって、本発明の目的は、取り扱いの安全性が確保された発電装置およびこれに用いる水素カートリッジを提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のかかる目的は、水素吸蔵材料を内蔵し、発電装置に水素ガスを供給するガス供給端を有する本体と、水素吸蔵材料とガス供給端とを接続する流路を有する開閉可能な蓋とからなる水素カートリッジと、水素カートリッジより供給される水素ガスの圧力を調整するレギュレータおよびレギュレータにより圧力が調整された水素ガスを用いて発電を行う発電部本体を有する発電部と、発電部本体から水素カートリッジへのガスの逆流を阻止する逆流防止手段とを備え、逆流防止手段は、ガス供給端に設けられた逆止弁付きノズルと、レギュレータと前記水素カートリッジとの間に設けられた第１の逆止弁と、レギュレータと発電部本体との間に設けられ、発電部本体からレギュレータへのガスの逆流を阻止する第２の逆止弁とからなり、水素カートリッジ装着時において、逆止弁付きノズルと第１の逆止弁とは連結されている発電装置によって達成される。
【００１３】
本発明によれば、発電部から水素カートリッジへのガスの逆流を阻止する逆流防止手段としてガス供給端に設けられた逆止弁付きノズルと、レギュレータと水素カートリッジとの間の流路に設けられた第１の逆止弁と、レギュレータと発電部本体との間に設けられ、発電部本体からレギュレータへのガスの逆流を阻止する第２の逆止弁とを備えているから、本来発電部へ流れる水素ガスが逆流することが防止され、取り扱いの安全性が確保される。
【００１４】
本発明の好ましい実施態様においては、前記水素カートリッジが、前記発電部に対して、着脱可能に構成されている。
【００１５】
本発明の好ましい実施態様によれば、水素カートリッジを交換するだけで、引き続き、発電を継続させることが可能になる。したがって、かかる発電装置をポータブル機器の電源として用いる場合、ユーザは、発電部自体を複数持ち運ぶ必要はなく、水素カートリッジのみをいくつか持ち運ぶことによって、当該ポータブル機器を長時間使用することが可能となる。しかも、逆流防止手段が設けられているから、ユーザが、水素カートリッジを発電部から取り外した場合であっても、発電部に残留している水素ガスが外部に放出されることがなく、このため、取り扱いの安全性が確保される。
【００１８】
本発明の好ましい実施態様によれば、水素カートリッジより供給される水素ガスの圧力を調整するレギュレータを備えているので、最適な圧力の水素ガスを発電部本体へ供給することが可能となる。
【００２０】
本発明の好ましい実施態様によれば、レギュレータと発電部本体との間に、逆流防止手段が設けられているので、発電部本体に残留している水素ガスがレギュレータに逆流することを確実に防止することが可能になる。
【００２２】
本発明の好ましい実施態様によれば、水素カートリッジが発電部から取り外されると、水素カートリッジの内部と外部とが遮断されるので、ユーザが、水素カートリッジを発電部から取り外した場合であっても、水素カートリッジから水素ガスが漏れたり、逆に水素カートリッジの内部に空気等が侵入したりすることがない。
【００２４】
本発明の好ましい実施態様によれば、ガス供給端に、逆流防止手段が設けられているので、発電部から水素カートリッジへのガスの逆流がいっそう確実に防止される。
【００２５】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記発電部が、ポータブル機器に、一体的に設けられている。
【００２６】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記水素吸蔵材料が、水素吸蔵合金からなっている。
【００２７】
本発明の別の好ましい実施態様においては、前記水素吸蔵材料が、炭素質水素吸蔵材料からなっている。
【００２８】
本発明の前記目的はまた、水素ガスの圧力を調整するレギュレータおよびレギュレータにより圧力が調整された水素ガスを用いて発電を行う発電部本体を有する発電部に対して着脱可能な水素カートリッジであって、水素吸蔵材料を内蔵し、発電部に水素ガスを供給するガス供給端を有する本体と、水素吸蔵材料とガス供給端とを接続する流路を有する開閉可能な蓋とを備え、ガス供給端に、発電部から取り外されると、水素カートリッジの内部と水素カートリッジの外部とを遮断し、水素カートリッジ内部へのガスの侵入を阻止する逆止弁付きノズルを有する水素カートリッジによって達成される。
【００２９】
本発明によれば、水素カートリッジが発電装置から取り外されると、水素カートリッジの内部と外部とが逆流防止手段である逆止弁付きノズルによって遮断されるので、ユーザが水素カートリッジを発電装置から取り外した場合に、水素カートリッジから水素ガスが漏れたり、逆に水素カートリッジの内部に空気等が侵入したりすることがない。したがって、ユーザによる取り扱いの安全性が確保される。
【００３３】
本発明において、水素吸蔵材料は、特に限定されるものではないが、水素吸蔵材料として、水素吸蔵合金あるいは炭素質水素吸蔵材料を好ましく使用することができる。水素吸蔵合金の材料は、特に限定されるものではないが、ＬａＮｉ５が好ましく用いることができ、炭素質水素吸蔵材料も、特に限定されるものではないが、フラーレン、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、炭素スス、ナノカプセル、バッキーオニオン、カーボンファイバーなどを好ましく使用することができる。
【００３４】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面に基づいて、本発明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。
【００３５】
図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる発電装置１の概略的構成を示すブロック図である。
【００３６】
図１に示されるように、本実施態様にかかる発電装置１は、実際に発電が行われる発電部本体２と、燃料となる水素が封入された水素カートリッジ３と、水素カートリッジ３より供給される水素の圧力を調整して発電部本体２に供給するレギュレータ４と、水素カートリッジ３とレギュレータ４との間の水素供給路に設けられた逆止弁５およびバルブ６と、レギュレータ４と発電部本体２との間の水素供給路に設けられた逆止弁７とを備える。逆止弁５は、バルブ６から水素カートリッジ３へ向かうガスの流れを阻止する弁であり、逆止弁７は、発電部本体２からレギュレータ４へ向かうガスの流れを阻止する弁である。また、バルブ６は、手動操作が可能な制御弁を有し、これを閉じることによってガスの供給を停止させることができる。
【００３７】
発電装置１を構成するこれら要素のうち、発電部本体２、レギュレータ４、逆止弁５、バルブ６および逆止弁７は、発電部８を構成し、水素カートリッジ３と発電部８とは着脱可能に構成されている。発電部８は、発電部本体２より供給される電力を利用する機器、例えば、携帯用のラジオ、ヘッドホンステレオ、携帯電話、携帯用のパーソナルコンピュータ等のポータブル機器と一体的に設けることができる。以下、本実施態様にかかる発電装置１より供給される電力を利用する機器を「利用機器」と呼ぶ。
【００３８】
発電部本体２は、水素ガスが供給される水素ガス導入口９および酸素ガス（空気）が供給される空気導入口１０を備え、水素ガス導入口９より導入された水素と、空気導入口１０より導入された空気に含まれる酸素とを化合させることによって、正極リード１１と負極リード１２との間に所望の起電力を生じさせる。正極リード１１と負極リード１２との間に生じる電力は、利用機器に供給される。
【００３９】
図２は、発電部本体２の構造を概略的に示す略断面図である。
【００４０】
図２に示されるように、発電部本体２は、燃料電極である水素電極１３と、酸素電極１４と、水素電極１３および酸素電極１４に挟持された電解質膜であるプロトン伝導体部１５と、筐体である固定ブロック１６と、水素電極１３側に設けられた第１の可動ブロック１７と、酸素電極１４側に設けられた第２の可動ブロック１８と、第１の可動ブロック１７を図２に示される位置に付勢するバネ１９とを備えている。
【００４１】
水素電極１３は、繊維状カーボン集合体からなる電極基体２０とその表面に形成された触媒層２１によって構成され、同様に、酸素電極１４は、繊維状カーボン集合体からなる電極基体２２とその表面に形成された触媒層２３によって構成されている。触媒の種類としては、白金、白金合金、パラジウム、マグネシウム、チタン、マンガン、ランタン、バナジウム、ジルコニウム、ニッケル−ランタン合金、チタン−鉄合金、イリジウム、ロジウム、金などがあるが、好ましいのは、白金および白金合金である。
【００４２】
また、図２に示されるように、酸素電極１４の電極基体２２からは正極リード１１が導出され、水素電極１３の電極基体２０からは負極リード１２が導出されており、これら正極リード１１および負極リード１２は、利用機器の電源に接続されている。
【００４３】
固定ブロック１６には、水素電極１３に水素ガスを供給するための流路２４および酸素電極１４に酸素を供給するための流路２５が形成されており、水素ガス導入口９より導入された水素ガスは、流路２４を流れて水素電極１３に達し、空気導入口１０より導入された空気は、流路２５を流れ、これに含まれる酸素ガスが酸素電極１４に達する。また、流路２４および２５を流れるガスは、それぞれ排出口２６および２７より排出可能に構成されている。すなわち、流路２４を流れる水素ガスは、第１の可動ブロック１７の位置に応じて、排出口２６からの排出が阻止または可能とされ、流路２５を流れる空気は、第２の可動ブロック１８の位置に応じて、空気導入口１０および排出口２７を介した通気が排出が阻止または可能とされる。第１の可動ブロック１７および第２の可動ブロック１８の操作については後述する。
【００４４】
水素ガス導入口９から流路２４に供給された水素ガスは、繊維状カーボン集合体からなる電極基体２０を介してその表面に形成された触媒層２１に達し、触媒作用によってプロトンと電子とに解離される。このうち電子は、電極基体２０を経由して負極リード１２へ移動し、図示しない利用機器へ供給され、プロトンは、プロトン伝導体部１５を経由して酸素電極１４側へ移動する。一方、空気導入口１０から流路２５に供給された空気に含まれる酸素ガスは、繊維状カーボン集合体からなる電極基体２２を介してその表面に形成された触媒層２３に達し、触媒作用によって、プロトン伝導体部１５より供給されるプロトンおよび正極リード１１を介して負荷より供給される電子と結合して水となる。このようにして、所望の起電力が取り出される。
【００４５】
ここで、プロトン伝導体部１５は、水素ガスの透過を防止するとともにプロトンを透過させる膜であり、その材料は特に限定されないが、炭素を主成分とする炭素質材料を母体とし、これにプロトン解離性の基が導入されてなる材料を用いることが好ましい。尚、「プロトン解離性の基」とは、「プロトンが電離により離脱し得る官能基」であることを意味する。
【００４６】
また、プロトン伝導体部１５の母体となる炭素質材料には、炭素を主成分とするものであれば、任意の材料を使用することができるが、プロトン解離性の基を導入した後に、イオン導電性が電子伝導性よりも大であることが必要である。ここで、母体となる炭素質材料としては、具体的には、炭素原子の集合体である炭素クラスターや、カーボンチューブを含む炭素質材料を挙げることができる。
【００４７】
炭素クラスターには種々のものがあり、フラーレンや、フラーレン構造の少なくとも一部に開放端を持つもの、ダイヤモンド構造を持つもの等が好適である。もちろんこれらに限らず、プロトン解離性の基を導入した後にイオン導電性が電子伝導性よりも大であるものであれば、いかなるものであっても良い。
【００４８】
プロトン伝導体部１５の母体となる炭素質材料としては、フラーレンを選択することが最も好ましく、これにプロトン解離性の基、例えば−ＯＨ基、−ＯＳＯ３Ｈ基、−ＣＯＯＨ基、−ＳＯ３Ｈ基、−ＯＰＯ（ＯＨ）２基が導入された材料をプロトン伝導体部３の材料として用いることが好ましい。
【００４９】
次に、水素カートリッジ３について説明する。
【００５０】
図３（ａ）は、水素カートリッジ３の外観を示す略斜視図であり、図３（ｂ）は、水素カートリッジ３の内部構造を示す略断面図である。
【００５１】
図３（ａ）および（ｂ）に示されるように、水素カートリッジ３は、本体２８と、蓋２９と、本体２８および蓋２９とを開閉可能に固定する蝶番３０と、水素ガスを発電部８に供給する逆止弁付きノズル３１とを備える。
【００５２】
図３（ｂ）に示されるように、本体２８には、水素吸蔵材料３２が充填されている。水素吸蔵材料の種類としては、水素吸蔵合金若しくは炭素質水素吸蔵材料を用いることができ、水素吸蔵合金としては、特に限定されないがＬａＮｉ５を用いることができ、炭素質水素吸蔵材料としては、特に限定されないがフラーレン、カーボンナノファイバー、カーボンナノチューブ、炭素スス、ナノカプセル、バッキーオニオン、カーボンファイバー等を用いることができる。
【００５３】
このような水素吸蔵材料３２は、用いられる材料の種類によって異なる所定の圧力以上の圧力を有する水素ガスを供給することによってこれを吸蔵することが可能であり、吸蔵された水素ガスは、用いられる材料の種類によって異なる所定の圧力（水素放出平衡圧）以下になると放出される。一般に、水素放出平衡圧は１気圧以上であることが多く、典型的には５〜１０気圧である。
【００５４】
本体２８には、さらに水素吸蔵材料３２より放出される水素ガスの流路３３が形成されており、かかる流路３３は逆止弁付きノズル３１によって終端されている。また、流路３３には、コップ状のフィルタ部材３４が配置されている。
【００５５】
一方、蓋２９には、水素吸蔵材料３２より放出される水素ガスを流路３３に導くための流路３５が設けられており、これによって、蓋２９が閉じられた状態においては、水素吸蔵材料３２より放出される水素ガスは、外部に漏れることなく、流路３３へ供給されることになる。
【００５６】
水素吸蔵材料３２へ水素ガスを補充する場合には、蓋２９を開き、この状態において水素吸蔵材料３２へ水素ガスを吸蔵させる。
【００５７】
このような構成からなる水素カートリッジ３が発電部８に装着されると、水素カートリッジ３を構成する逆止弁付きノズル３１と発電部８を構成する逆止弁５とが連結され、これにより、水素吸蔵材料３２より放出される水素ガスが逆止弁付きノズル３１を介して発電部８へ送られる。一方、水素カートリッジ３が発電部８から取り外されると、逆止弁付きノズル３１は流路３３と外部とを完全に遮断し、これにより、流路３３に存在する水素ガスの放出が阻止されるとともに、流路３３へのガスの流入が阻止される。
【００５８】
ここで、水素吸蔵材料３２がＬａＮｉ５等の水素吸蔵合金からなる場合、水素ガスの吸蔵および放出を繰り返すことによって、徐々に合金が微粉化し、飛散する。また、水素吸蔵材料３２がフラーレンやカーボンナノファイバー等からなる炭素質水素吸蔵材料からなる場合には、それ自体が非常に微細であるため、飛散しやすい。このようにして微粉化した合金や炭素質水素吸蔵材料が水素カートリッジ３の外部にまで飛散すると、水素ガスの流路に存在する各種の要素、例えばレギュレータ４や逆止弁５を汚染するおそれがあり、水素電極１３に達すれば発電効率を低下させる危険性がある。しかしながら、水素カートリッジ３には、水素ガスの流路３３にフィルタ部材３４が設けられているので、微粉化した合金や炭素質水素吸蔵材料が水素カートリッジ３の外部に飛散することがない。
【００５９】
レギュレータ４は、上述の通り、水素カートリッジ７より供給される水素の圧力を調整して、これを発電部本体２の水素ガス導入口９へ供給する役割を果たす。すなわち、水素吸蔵材料３２の水素放出平衡圧は、上述の通り、１気圧以上であることが多く、典型的には５〜１０気圧であることから、このような高圧の水素ガスが発電部本体２に導入されると、発電部本体２を破損するおそれがある。このため、このような高圧の水素ガスが、レギュレータ４によって大気圧に近い圧力、例えば約１．３気圧程度に調整され、圧力が調整された水素ガスが発電部本体２の水素ガス導入口９へ供給される。
【００６０】
次に、本実施態様にかかる発電装置１の機能について説明する。
【００６１】
図４は、水素カートリッジ３が発電部８から取り外された状態（非装着状態）における発電部本体２の状態を概略的に示す略断面図である。
【００６２】
水素カートリッジ３が発電部８から取り外された状態（非装着状態）においては、第２の可動ブロック１８が、図４に示される位置に設定される。第２の可動ブロック１８が図４に示される位置に設定されると、空気導入口１０および排出口２７は閉塞され、これによって流路２５は密閉状態となる。このため、かかる状態においては、酸素電極１４には新しい空気が供給されないのみならず、ゴミやホコリ等の異物の侵入が阻止される。
【００６３】
次に、この状態から、水素吸蔵材料３２に十分水素ガスが吸蔵された状態の水素カートリッジ３が発電部８に装着されると、水素カートリッジ３に設けられた逆止弁付きノズル３１と発電部８に設けられた逆止弁５とが連結され、水素吸蔵材料３２より放出される水素ガスが発電部８へ流入可能となる（装着状態）。このとき、バルブ６が閉状態となっていれば、その制御弁を開き、水素ガスをレギュレータ４へ流入させる。
【００６４】
レギュレータ４へ送られた水素ガスは、レギュレータ４の機能によって大気圧に近い圧力に調整される。例えば、水素カートリッジ３より供給される水素ガスの圧力が５〜１０気圧であれば、レギュレータ４はこれを約１．３気圧程度に減圧する。
【００６５】
このようにして圧力が調整された水素ガスは、逆止弁７を介して発電部本体２に供給され、発電部本体２内に設けられた水素電極１３に達する。
【００６６】
この間、ユーザは、第２の可動ブロック１８を操作して、これを図２に示される位置に設定する。第２の可動ブロック１８が図２に示される位置に設定されると、空気導入口１０および排出口２７が開放され、これによって流路２５には新しい空気が流入することになる。流路２５に流入した空気に含まれる酸素ガスは、酸素電極１４に達する。
【００６７】
これにより、発電部本体２は発電状態となり、正極リード１１と負極リード１２との間には所定の起電力が生じる。上述の通り、正極リード１１および負極リード１２は、利用機器の電源に接続されているので、これにより利用機器を動作させることが可能となる。
【００６８】
このようにして利用機器を動作させると、当然ながら、水素カートリッジ３の水素吸蔵材料３２に吸蔵された水素の残量は徐々に減少し、やがてはこれがゼロになる。したがって、引き続き利用機器を動作させたい場合には、ユーザは、水素吸蔵材料３２に吸蔵された水素の残量がゼロになる前に当該水素カートリッジ３を発電部８から外し、水素吸蔵材料３２に十分な水素ガスが吸蔵された別の水素カートリッジ３を装着すればよい。
【００６９】
ここで、水素カートリッジ３を発電部８から外しても、水素カートリッジ３側には逆止弁付きノズル３１が設けられており、水素カートリッジ３内の流路３３と外部とは完全に遮断されることから、流路３３に存在する水素ガスが外部に放出されたり、外部から流路３３へ空気等が流入することはない。
【００７０】
一方、発電部８側にも、逆止弁５が設けられていることから、レギュレータ４の内部に残留している水素ガスが外部に放出されることはない。すなわち、水素カートリッジ３より供給される水素ガスの圧力が５〜１０気圧であるとすれば、レギュレータ４の入り口近辺における水素ガスの圧力もこれと同様の高い圧力となるが、バルブ６が閉じられることなく水素カートリッジ３が取り外されても、逆止弁５の存在により、かかる高圧の水素ガスが外部に放出されることはない。
【００７１】
さらに、逆止弁７が設けられていることから、発電部本体２の内部に残留している水素ガスがレギュレータ４へ逆流することもない。
【００７２】
次に、発電部本体２による発電を停止させる操作について説明する。
【００７３】
発電部本体２による発電を停止させるためには、水素電極１３への水素ガスの供給を絶つか、酸素電極１４への空気の供給を絶てばよい。本実施態様にかかる発電装置１では、いずれの方法でも発電を停止させることができる。
【００７４】
すなわち、水素電極１３への水素ガスの供給を絶つことによって発電を停止させる場合には、ユーザの操作により、バルブ６に設けられた制御弁を閉じればよい。バルブ６が閉じられると、水素カートリッジ３からの水素ガスの供給が停止するため、発電部本体２による発電は停止する。
【００７５】
また、ユーザの操作により、水素カートリッジ３を発電部８から外すことにより水素ガスの供給を絶ち、これによって発電部本体２による発電を停止させることもできる。
【００７６】
一方、酸素電極１４への空気の供給を絶つことによって発電を停止させる場合には、ユーザの操作により、第２の可動ブロック１８を図２に示される位置から図４に示される位置へ移動させればよい。第２の可動ブロック１８が図４に示される位置に設定されると、流路２５が密閉状態となるため、発電部本体２による発電は停止する。
【００７７】
尚、発電部本体２による発電を停止させる場合、水素ガスの供給を絶つ方法および空気の供給を絶つ方法のいずれか一方のみを用いるのではなく、その両方を用いて発電を停止させてもよい。
【００７８】
次に、流路２４に蓄積された不純物ガスの排出操作について説明する。
【００７９】
流路２４には、水素ガス導入口９から純度の高い水素ガスが供給されるが、発電により水素ガスが消費されると、流路２４の不純物ガスの濃度が徐々に上昇する。流路２４内の不純物ガスは、水素ガスが水素電極１３に達するのを阻害するため、発電効率を低下させてしまう。このため、流路２４に蓄積された不純物ガスを外部に放出する必要がある。
【００８０】
流路２４に蓄積された不純物ガスを外部に放出するためには、発電部８に水素カートリッジ３が装着されている状態において、ユーザの操作により、第１の可動ブロック１７を押し込めば良い。
【００８１】
図５は、第１の可動ブロック１７を押し込んだ状態における発電部本体２の状態を概略的に示す略断面図である。
【００８２】
図５に示されるように、第１の可動ブロック１７が押し込まれると、流路２４は、排出口２６を介して外部と通気可能な状態となる。かかる状態において、水素ガス導入口９より純度の高い水素ガスが供給されると、流路２４に蓄積されている不純物ガスは、水素ガスに押し出されて排出口２６より排気される。しかる後に、ユーザが第１の可動ブロック１７の押し込みを中止すると、第１の可動ブロック１７はバネ１９の付勢により、図２に示される位置へ自動的に戻される。
【００８３】
このような操作を定期的に行えば、流路２４内の水素ガス純度を常に高く保つことができ、これにより、発電効率を高く維持することが可能となる。また、第１の可動ブロック１７はバネ１９により付勢されていることから、通常時における流路２４の気密性が担保される。
【００８４】
以上説明したように、本実施態様にかかる発電装置１では、着脱可能な水素カートリッジ３とレギュレータ４との間に逆止弁５が設けられているので、水素カートリッジ３が取り外されても、レギュレータ４内に残留している水素ガスが逆流して外部に放出されることがなくなる。同様に、レギュレータ４と発電部本体２との間にも逆止弁７が設けられているので、発電部本体２内に残留している水素ガスがレギュレータ４へ逆流することがない。
【００８５】
また、本実施態様にかかる発電装置１では、着脱可能な水素カートリッジ３とレギュレータ４との間にバルブ６が設けられているので、これを閉じて水素ガスの供給を停止させることによって発電部本体２による発電を停止させることができる。
【００８６】
さらに、本実施態様にかかる発電装置１では、発電部本体２に第１の可動ブロック１７が設けられているので、これを操作することによって流路２４内に蓄積されている不純物ガスを排気することができる。
【００８７】
また、本実施態様にかかる発電装置１では、発電部本体２に第２の可動ブロック１８が設けられ、これを操作することによって空気の供給を停止させることができるので、これを操作することによって発電部本体２による発電を停止させることができる。また、第２の可動ブロック１８を操作することによって流路２５を密閉状態とすれば、ゴミやホコリ等の異物が発電部本体２の内部に混入するのを防止することもできる。
【００８８】
さらに、本実施態様にかかる発電装置１では、水素カートリッジ３の内部にフィルタ部材３４が設けられているので、微粉化した合金や炭素質水素吸蔵材料が水素カートリッジ３の外部に飛散することがない。
【００８９】
本発明は、以上の実施態様に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【００９０】
例えば、上記実施態様においては、第１の可動ブロック１７の操作をユーザに委ねているが、これが自動的に行われるように構成しても良い。例えば、発電開始の度ごとに不純物ガスの排気が行われるよう、発電開始に応答して一定時間、第１の可動ブロック１７を図５に示される位置に移動させても良く、また、一定時間ごとに第１の可動ブロック１７を図５に示される位置に移動させても良い。
【００９１】
また、上記実施態様においては、第２の可動ブロック１８の操作をユーザに委ねているが、これが自動的に行われるように構成しても良い。例えば、水素カートリッジ３が発電部８に装着されると、これに連動して機械的に第２の可動ブロック１８が図２に示される位置に移動し、水素カートリッジ３が発電部８から取り外されると、これに連動して機械的に第２の可動ブロック１８が図４に示される位置に移動するよう構成しても良い。
【００９２】
さらに、上記実施態様においては、バルブ６の操作をユーザに委ねているが、これが自動的に行われるように構成しても良い。例えば、水素カートリッジ３が発電部８に装着されると、これに連動して機械的にバルブ６が開き、水素カートリッジ３が発電部８から取り外されると、これに連動して機械的にバルブ６が閉じるよう構成しても良い。但し、水素カートリッジ３が発電部８に装着された状態において、発電部本体２による発電を自由に停止させるためには、第２の可動ブロック１８およびバルブ６の少なくとも一方は、ユーザによる自由な操作が可能である必要がある。
【００９３】
また、上記実施態様においては、プロトン伝導体部１５の材料として炭素を主成分とする炭素質材料を母体とする材料を用いているが、これとは異なる材料、例えば、パーフルオロスルホン酸樹脂等を用いても良い。
【００９４】
さらに、上記実施態様にかかる発電装置１はバルブ６を備え、これにより水素ガスの遮断を可能としているが、本発明において、発電装置にバルブ６を備えることは必須ではなく、これを省略しても構わない。
【００９５】
また、上記実施態様にかかる発電装置１はレギュレータ４を備え、これにより水素ガスの圧力を調整しているが、本発明において、発電装置にレギュレータ４を備えることは必須ではなく、これを省略しても構わない。
【００９６】
さらに、上記実施態様にかかる発電装置１は水素カートリッジ３と発電部本体２との間に２つの逆止弁５、７を備え、これにより水素ガスの逆流を防止しているが、本発明において、水素カートリッジ３と発電部本体２との間に２つの逆止弁を備えることは必須ではなく、これが１つであっても構わない。
【００９７】
また、上記実施態様にかかる発電装置１は第１の可動ブロック１７を備え、これにより流路２４内の不純物ガスの排出を可能としているが、本発明において、発電装置に不純物ガスの排出手段を備えることは必須ではなく、これを省略しても構わない。
【００９８】
さらに、上記実施態様にかかる発電装置１は第２の可動ブロック１８を備え、これにより空気の遮断を可能としているが、本発明において、発電装置に空気の遮断手段を備えることは必須ではなく、これを省略しても構わない。
【００９９】
また、上記実施態様にかかる発電装置１は水素カートリッジ３内にフィルタ部材３４を備え、これにより微粉化した合金や炭素質水素吸蔵材料が水素カートリッジ３の外部に飛散することを防止しているが、本発明において、水素カートリッジ内にフィルタ部材を備えることは必須ではなく、これを省略しても構わない。
【０１００】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、着脱可能な水素カートリッジとレギュレータとの間、およびレギュレータと発電部本体との間にそれぞれ逆止弁を設けたので、発電部本体から水素カートリッジへの水素ガスの逆流が防止される。このため、水素カートリッジが発電部から取り外された場合であっても、発電部に含まれる発電部本体やレギュレータ内に残留している水素ガスが外部に放出されることがなくなる。また、水素カートリッジに発電装置に水素ガスを供給する、逆止弁付きノズルを有する供給端が設けられたので、ユーザが水素カートリッジを発電装置から取り外した場合に、水素カートリッジから水素ガスが漏れたり、逆に水素カートリッジの内部に空気等が侵入したりすることがない。したがって、ユーザによる取り扱いの安全性が確保される。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる発電装置１の概略的構成を示すブロック図である。
【図２】図２は、発電部本体２の構造を概略的に示す略断面図である。
【図３】図３（ａ）は、水素カートリッジ３の外観を示す略斜視図であり、図３（ｂ）は、水素カートリッジ３の内部構造を示す略断面図である。
【図４】図４は、水素カートリッジ３が発電部８から取り外された状態（非装着状態）における発電部本体２の状態を概略的に示す略断面図である。
【図５】図５は、第１の可動ブロック１７を押し込んだ状態における発電部本体２の状態を概略的に示す略断面図である。
【符号の説明】
１  発電装置
２  発電部本体
３  水素カートリッジ
４  レギュレータ
５，７  逆止弁
６  バルブ
８  発電部
９  水素ガス導入口
１０  空気導入口
１１  正極リード
１２  負極リード
１３  水素電極
１４  酸素電極
１５  プロトン伝導体部
１６  固定ブロック
１７  第１の可動ブロック
１８  第２の可動ブロック
１９  バネ
２０，２２  電極基体
２１，２３  触媒層
２４，２５  流路
２６，２７  排出口
２８  本体
２９  蓋
３０  蝶番
３１  逆止弁付きノズル
３２  水素吸蔵材料
３３，３５  流路
３４  フィルタ部材
【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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