(57)【要約】【課題】水収容部から金属収容部へ水（水蒸気を含む）を供給する場合に、ポンプ等のアクチュエータを用いなくても供給量を適切にすることができる水素発生装置を提供すること。【解決手段】金属と水を反応させることで燃料電池に供給する水素ガスを発生させる水素発生装置であって、金属を収容するための金属収容部１と、この金属と反応させるための水が収容される水収容部３と、金属収容部１と水収容部３の隔壁部１ａに形成され、水収容部３内の水を金属収容部１内へと供給するための連通孔１ｂと、連通孔１ｂを閉鎖する態様で金属収容部１側に配置される第１給水紙５と、連通孔１ｂを閉鎖する態様で水収容部３側に配置される第２給水紙６とを備えている。【選択図】図１
2007035485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属と水を反応させることで燃料電池に供給する水素ガスを発生させる水素発生装置であって、
金属を収容するための金属収容部と、
この金属と反応させるための水が収容される水収容部と、
金属収容部と水収容部の隔壁部に形成され、水収容部内の水を金属収容部内へと供給するための連通部と、
連通部の金属収容部側端部に配置される第１給水手段と、
連通部の水収容部側端部に配置される第２給水手段とを備えていることを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
第１給水手段及び第２給水手段は、毛細管現象を利用して水を供給す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】
第１給水手段と第２給水手段は、給水紙であることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記連通部は隔壁部に複数設けられ、連通部を開閉するシャッタ手段と、複数の連通部のうちの任意個数を選択する手段を備えていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属と水を反応させることで燃料電池に供給する水素ガスを発生させる水素発生装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、他の発電システムに比べると発電効率が高く、大気を汚染する物質を生成しないという点で注目されているエネルギー源である。燃料電池で発電を行わせるために、カソードへ空気（酸素）を供給し、アノードへ水素を供給する。水素はアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは電解質内を移動し、カソードの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。
【０００３】
以上のように、燃料電池には燃料としての水素を供給する必要がある。そこで水素を発生するための装置が種々知られており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。これらはいずれも炭化水素を分解することで水素を発生させるものである。特許文献１，２における水素発生装置は、円筒形の熱供給器と同じく円筒形の反応器により構成されている。
【０００４】
また、下記特許文献３に開示されている水素発生装置は、水を収容するためのタンクと、水との化学反応により水素を生成する金属を収容する反応容器と、この反応容器に近接配置される加熱手段と、タンクに収容された水を反応容器に導入するための導入管と、反応容器で生成した水素及び未反応の水をタンク内に導入する戻り管と、タンク内の水素及び水を排出する排出管とを備えている。そしてタンクの水を反応容器に導入するためにポンプを使用しており、これにより、水を反応容器に供給する量を制御している。反応容器は、装置本体内に収容され、加熱手段により密着保持される。これにより、反応容器内に導入された水が加熱されて水蒸気になるとともに、反応容器内の水素ガスを発生させるための反応を促進させることができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−６３１２７号公報
【特許文献２】特開２００４−５９３４０号公報
【特許文献３】特開２００４−１４９３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
かかる水素発生装置において、水を反応容器内に送り込む量を制御あるいは制限する必要がある。あまり、多量の水（水蒸気を含む。）を送り込むと必要以上の水素ガスが発生してしまうという問題がある。水の送り量を制御（制限）するには、ポンプを用いることが好ましいが、ポンプを収容するスペースや駆動する機構が必要となり、コストアップや装置の大型化の原因となる。特に、水素発生装置をノートパソコンなどの携帯機器に組み込む場合は、できるだけ小型化を実現できる構成が要求される。すなわち、ポンプを用いなくても所定の機能を発揮するような水素発生装置が望まれている。
【０００７】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、水収容部から金属収容部へ水（水蒸気を含む）を供給する場合に、ポンプ等のアクチュエータを用いなくても供給量を適切にすることができる水素発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため本発明に係る水素発生装置は、
金属と水を反応させることで燃料電池に供給する水素ガスを発生させる水素発生装置であって、
金属を収容するための金属収容部と、
この金属と反応させるための水が収容される水収容部と、
金属収容部と水収容部の隔壁部に形成され、水収容部内の水を金属収容部内へと供給するための連通部と、
連通部の金属収容部側端部に配置される第１給水手段と、
連通部の水収容部側端部に配置される第２給水手段とを備えていることを備えていることを特徴とするものである。
【０００９】
この構成による水素発生装置の作用・効果を説明する。水素発生装置は、金属収容部と水収容部とを備えており、金属収容部には、水収容部内の水と反応して水素ガスを発生する金属が収容されている。金属としては、鉄やアルミニウムなどが例としてあげられる。金属収容部と水収容部とは隔壁部により仕切られており、この隔壁部に形成された連通部を介して水が供給される。ここで、連通部の金属収容部側端部と水収容部側端部には、給水手段が設けられており、この給水手段を介して水が金属収容部へ供給される。仮に給水手段がなく、連通部のみで構成すると、大量の水が金属収容部に送り込まれて必要以上の水素ガスを発生させてしまう恐れがある。本発明のごとく、給水手段を設けることで、この給水手段が緩衝材的な役割を果たし、適切な量の水を金属収容部に供給することができる。その結果、水収容部から金属収容部へ水を供給する場合に、ポンプ等のアクチュエータを用いなくても供給量を適切にすることができる水素発生装置を提供することができる。
【００１０】
本発明において、第１給水手段及び第２給水手段は、毛細管現象を利用して水を供給することが好ましい。
【００１１】
毛細管現象を利用することで、簡素な構成で、ポンプ等のアクチュエータを用いなくても供給量を適切にすることができる。
【００１２】
本発明において、第１給水手段と第２給水手段は、給水紙であることが好ましい。給水紙であれば、容易に入手することができ、コストも低く抑えることができる。また、水収容部や金属収容部への組み込みも容易に行うことができる。
【００１３】
本発明において、前記連通部は隔壁部に複数設けられ、連通部を開閉するシャッタ手段と、複数の連通部のうちの任意個数を選択する手段を備えていることが好ましい。
【００１４】
連通部を開閉するシャッタを設けることで、水を供給する量を制御することができる。連通部を複数設けて、そのうちの任意個数を選択する手段を設け、水の供給量を変更するなどの制御を容易に行うことができる。連通部の開閉や連通孔を選択する機構については、特定の機構に限定されるものではなく、手動・自動のいずれであってもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
＜第１実施形態＞
本発明に係る水素発生装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、水素発生装置の構成を画像領域に示す図である。
【００１６】
金属収容部１には、水と反応して水素ガスを発生する金属としてアルミニウムが収容されている。アルミニウムは、粉末の形で収容しても良いし、塊状で収容してもよい。金属収容部１は、適宜のケース部材により形成することができ、その上部にはガス供給管２が取り付けられる。金属収容部１内で発生した水素ガスは、ガス供給管２を通って燃料電池へと供給される。燃料電池は特定の構造のものに限定されるものではないが、例えば、特開２００５−１５０００８号公報に開示される燃料電池が薄型化・小型化の面で好適である。この燃料電池は、板状の固体高分子電解質と、その固体高分子電解質の両側に配置され外面に流路溝が形成された一対の電極板とを備え、電極板の両側に配置され、流路溝に連通する注入口及び排出口が設けられた一対の金属板を備え、その金属板の周縁が絶縁材料を介在させつつカシメにより封止されている。
【００１７】
金属収容部１の底部には水収容部３が設けられており、この水収容部３には、水供給管４を介して水が供給される。金属収容部１と水収容部３とは、金属収容部１の底面に位置する隔壁部１ａにより仕切られており、この隔壁部１ａには連通孔１ｂ（連通部に相当）が形成されている。すなわち、水収容部３内の水は、この連通孔１ｂを介して金属収容部１へと供給される。連通孔１ｂは、小孔であり、例えば、φ１．８ｍｍ×ｈ１ｍｍ（ｈは隔壁部１ａの厚さに等しい）である。小孔にすることで毛細管現象により水収容部３よりも上部にある金属収容部１へと水を供給することができる。
【００１８】
また、連通孔１ｂの上側（金属収容部１側）には連通孔１ｂを閉鎖するように第１給水紙５（第１給水手段に相当）が配置され、連通孔１ｂの下側（水収容部３側）にも連通孔１ｂを閉鎖するように第２給水紙６（第２給水手段に相当）が配置されている。給水紙５，６として、好適には濾紙を使用することができ、例えば、東洋濾紙株式会社製の標準用濾紙Ｎｏ．２を使用することができる。濾紙を用いることで、毛細管現象により水分を吸収することができる。
【００１９】
第１給水紙５は、連通孔１ｂをカバーするに足りる程度の大きさを有する円形の濾紙を使用する。第２給水紙６は、第１給水紙５よりも大径の濾紙を使用し、複数枚を重ねた状態で使用する。これら給水紙５，６は、毛細管現象により水を吸い取ることができる。給水紙５，６を設けない場合は、連通孔１ｂを介して大量の水が供給されてしまう可能性があり、必要以上の水素ガスが発生し、金属収容部１内の圧力が高まる問題がある。そこで、給水紙５，６を設けることで、必要以上の水が金属収容部１に供給されることを抑制し、定量の水を供給できるようになる。
【００２０】
第１給水紙５を設けることで、大量の水が金属へ供給されるのを抑制することができる。また、第２給水紙６を設けることで、第１給水紙５への水の供給量が定量になるように制御することができる。第２給水紙６により吸い取られた水は、毛細管現象により連通孔１ｂを上昇し第１給水紙５へと送られる。連通孔１ｂを介した水の供給は連続的な動きではなく、断続的な動きとなる。すなわち、水供給管４における水面高さの時間変化をグラフにすると、図２に示すようになることが実験的に確認され、水の定量供給が行われていることが確認された。特に第２給水紙６を１枚ではなく、３〜４枚重ねて使用することで、より安定的に水の定量供給が行われることが確認できた。
【００２１】
金属としてアルミニウムを用いた場合、アルミニウム粉末と水を反応させると、次のような反応が生じて水素ガスが発生するものと推測される。
【００２２】
２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２    または  
Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ→Ａｌ（ＯＨ）３＋３／２Ｈ２
なお、反応を促進するための加熱手段を適宜設けてもよい。この化学反応では、二酸化炭素や一酸化炭素のような環境に対して悪影響を与えるガスを発生しない。すなわち、 クリーンなエネルギーであるということができる。水素ガスのみ（純水素）が、燃料電池に対して供給されることになる。
【００２３】
＜第２実施形態＞
次に、連通孔１ｂが２個設けられている実施形態を図３及び図４により説明する。水収容部３の上部を形成する隔壁部３ａと金属収容部１の隔壁部１ａとは、ちょうど当接するように配置され、連通孔１ｂに対応して水収容部３側にも開口孔３ｂが２個形成される。開口孔３ｂの大きさは、連通孔１ｂよりも少し大きめであり、例えば、連通孔１ｂがφ１．８ｍｍであれば、開口孔３ｂはφ２ｍｍ程度である。また、第１給水紙５の大きさはφ２．２ｍｍ程度の円形である。また、第２給水紙６の大きさは隔壁部１ａの底面積とほぼ同じ程度とすることができる。
【００２４】
第１給水紙５の周囲にはＯリング７が配置されており、第１給水紙５により吸い取られた水が、広範囲に浸透していくことを抑制することができる。これにより、必要以上に水が金属に供給されることを抑制することができる。
【００２５】
図４は、連通孔１ｂと開口孔３ｂの相対的な位置関係を示す図である。図４（ａ）は、２つの連通孔１ｂと開口孔３ｂが共に向かい合っている状態であり、２つの連通孔１ｂを介して水が供給される。（ｂ）は１つの連通孔１ｂと開口孔３ｂが向かい合った状態であり、１つの連通孔１ｂを介して水が供給される。（ｃ）は、２つの連通孔１ｂがいずれも閉鎖された状態である。このような状態は、水収容部３を回転させることで達成される。水収容部３に形成される開口孔３ｂは、連通孔１ｂを開閉するシャッタ手段として機能し、この連通孔１ｂと水収容部３を回転させる機構は、複数の連通孔１ｂから任意個数の連通孔１ｂを選択する手段として機能する。
【００２６】
＜更に別の実施形態＞
水収容部３を回転させる機構は、公知の駆動機構を用いて構成することができる。回転は手動でもよいし、モータ等を用いた自動で行ってもよい。水収容部３を回転させる代わりに金属収容部１を回転駆動させてもよい。シャッタ手段は、第１実施形態の構成の場合にも用いることができる。
【００２７】
水素ガスの発生量を検知して、連通孔１ｂの開閉制御を行うようにしてもよい。水素ガスの発生量は、金属収容部１内に設けられた圧力センサーや、ガス供給管２に設けられたガス流量計により検知することができる。ガスの発生量が大きすぎる場合は、連通孔１ｂを閉じる方向に制御することで、常に適切な量の水素ガスが発生できるように制御することができる。
【００２８】
連通孔１を配置する場所は、適宜変更することができる。また、金属収容部１の底面ではなく、側面に設けるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】水素発生装置の構成を示す概念図
【図２】水の供給量の時間的変化を示すグラフ
【図３】別実施形態に係る水素発生装置の構成を示す概念図
【図４】シャッタ手段の動作を説明する図
【符号の説明】
【００３０】
１      金属収容部
１ａ    隔壁部
１ｂ    連通孔
２      ガス供給管
３      水収容部
３ａ    隔壁部
３ｂ    開口孔
５      第１給水紙
６      第２給水紙
７      Ｏリング
【図１】
2007035485.tif 000003
【図２】
2007035485.tif 000004
【図３】
2007035485.tif 000005
【図４】
2007035485.tif 000006