(57)【要約】【課題】反応の終了した化合物の交換が簡便に行えるようにすること。【解決手段】化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を燃料として発電を行う水素燃料電池システムを、上記化合物を内蔵させたカートリッジ１０１と、上記カートリッジ１０１が着脱自在に接続され、上記カートリッジ１０１内に内蔵された化合物に対して化学反応を行わしめて水素を発生させる水素発生制御器１０２と、上記水素発生制御器１０２によって上記カートリッジ１０１内で発生された水素が供給され、この水素を燃料として発電を行う水素燃料電池１８と、により構成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を燃料として発電を行う水素燃料電池システムであって、
上記化合物を内蔵させた燃料カートリッジと、
上記燃料カートリッジが着脱自在に接続され、上記燃料カートリッジ内に内蔵された化合物に対して化学反応を行わしめて水素を発生させる水素発生制御器と、
上記水素発生制御器によって上記燃料カートリッジ内で発生された水素が供給され、この水素を燃料として発電を行う水素燃料電池と、
を具備することを特徴とする水素燃料電池システム。
【請求項２】
上記燃料カートリッジは、上記化合物を内蔵させた複数のユニットがその内部に設けられており、
上記水素発生制御器は、上記複数のユニットの内の任意のユニットに対して化学反応を行わしめて水素を発生させることが可能であることを特徴とする請求項１に記載の水素燃料電池システム。
【請求項３】
上記水素燃料電池は、パージバルブを有すると共に、上記燃料カートリッジを着脱自在に接続する接続部分にも制御バルブが設けられ、
上記燃料カートリッジが新規に装着された後において、上記制御バルブを閉めた状態で上記燃料カートリッジ内から水素を発生させるべく上記水素発生制御器を制御し、上記燃料カートリッジ内の内部圧力が所定値より大きくなった後に上記パージバルブと上記制御バルブを開放して上記水素燃料電池内に残っている空気を電池外に放出させることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素燃料電池システム。
【請求項４】
上記燃料カートリッジと上記水素燃料電池の少なくとも一方の内部の圧力、温度及び酸素濃度を測定するセンサを設け、上記センサによる測定結果に基づいて上記水素燃料電池システムの動作状態を検出することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載水素燃料電池システム。
【請求項５】
上記圧力、温度及び酸素濃度の少なくとも１つが所定値を超えた場合には、上記水素発生制御器による化学反応の停止、上記パージバルブ及び制御バルブの少なくとも一方の開放、の少なくとも一方を行わしめることを特徴とする請求項４に記載の水素燃料電池システム。
【請求項６】
上記圧力センサで圧力の変化率を監視すると共に、上記変化率が所定値以下の場合には上記水素発生制御器において同時に化学反応を行わしめるユニットを１つのみとし、上記変化率が所定値以上の場合には同時に化学反応を行わしめるユニットを複数として制御することを特徴とする請求項４又は５に記載の水素燃料電池システム。
【請求項７】
上記燃料カートリッジ内に書き換え可能な不揮発性メモリを設けると共に、上記化合物の残量情報を上記不揮発性メモリに記録させることを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載の水素燃料電池システム。
【請求項８】
上記残量情報は、上記燃料カートリッジ内に設けられている上記ユニットの使用数または残数に関する情報であることを特徴とする請求項７に記載の水素燃料電池システム。
【請求項９】
上記センサが上記水素燃料電池側に設けられていることを特徴とする請求項４に記載の水素燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を水素燃料電池に供給して発電する水素燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ、デジタルカメラ等の携帯用情報機器は主にリチウムイオン電池等の充電可能な２次電池が電源として用いられてきている。近年、これらの機器の高機能化・多機能化・高速化や長時間駆動の要求に伴い、小型燃料電池が新たな電源として期待されており、一部では試作・試用も始まっている。
【０００３】
燃料電池は従来の２次電池とは異なり充電作業が不要で、燃料を補充または燃料カートリッジを交換するだけで瞬時に機器を長時間稼動させることが可能な状態にすることができる。これらの燃料電池のうち、水素を燃料とする水素燃料電池はその特性上、パワー密度を高くすることが可能であるため、従来の２次電池に準じてある程度のピーク負荷にも対応できる燃料電池として、携帯機器等への応用が検討されている。特に携帯機器の場合は、水素を如何にコンパクトに且つ軽量に貯蔵するかがキーである。
【０００４】
そこで、特許文献１には、水素貯蔵合金で構成されるタンクに水素を充填して使用することが提案されている。しかし、水素吸蔵合金は重量が重く且つサイズも大きくなってしまうので、携帯機器には向かない。また、水素吸蔵合金に吸収された水素を使用し終わった場合には、何らかの方法で水素を再度タンクに充填する必要があるが、そのためのインフラを整えねばならないという問題がある。
【０００５】
水素吸蔵合金に関わるこれらの問題を解決するために、特許文献２に記載されているような化学反応によって水素を発生させる水素発生器を小型化することによって直接水素を供給することが提案されている。この方法によれば、水素は固体燃料から発生するので、重く大きい水素吸蔵合金のタンクや、気体の水素を水素吸蔵合金に充填するためのインフラを新たに整える必要はない。
【特許文献１】特開２００５−３２１４９０号公報
【特許文献２】国際公開第ＷＯ  ０２／１８２６７  Ａ１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された水素発生器のシステムでは、水素発生器と水素を発生する化合物が一体化されて構成されており、水素を発生した後の化合物のみを簡単な操作で未反応の化合物に交換することができない。未反応の化合物が充填された水素発生器そのものを入れ替えることにより、新たな発電を可能とする方式である。そのため、水素燃料電池システムのコストを下げることができない、という不具合がある。
【０００７】
また、水素発生器は化学反応によって水素を発生させるが、安全上、反応の状態を常に監視することが必要であり、上記水素発生器では、発生器の底面に圧力センサと温度センサを備えて反応の状態を監視するようにしている。しかし、上記特許文献２に提案されている方法では、反応時の酸素の存在については何も言及されていないため、水素と混合した状態で高温にすると爆発等の可能性があり、危険である。
【０００８】
加えて、上記特許文献２には、上記水素発生器を水素燃料電池に交換接続する場合の接続方法について何の記載もされていない。特に、発電効率を高めるために、水素燃料電池内に含まれる可能性のある空気等の不純物の取り扱いを十分考慮する必要がある。
【０００９】
更に、通常の使用状態では、あとどの程度継続して発電できるか、という情報を知りたいというニーズは高いが、上記特許文献２には、水素発生器内部の残り燃料の量を把握する方法が示されておらず、いつ燃料を交換すべきか、知ることができないという欠点がある。
【００１０】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能な水素燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の水素燃料電池システムの一態様は、
化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を燃料として発電を行う水素燃料電池システムであって、
上記化合物を内蔵させた燃料カートリッジと、
上記燃料カートリッジが着脱自在に接続され上記燃料カートリッジ内に内蔵された化合物に対して化学反応を行わしめて水素を発生させる水素発生制御器と、
上記水素発生制御器によって上記燃料カートリッジ内で発生された水素が供給されこの水素を燃料として発電を行う水素燃料電池と、
を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、水素発生のための化合物をカートリッジに格納し、このカートリッジが水素発生制御器に接続されて水素を発生し発電を行うようにしたので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能な水素燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１４】
［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。この水素燃料電池システムは、水素発生器１０、コントローラ１２、制御バルブ１４、圧力調整バルブ１６、水素燃料電池１８、パージバルブ２０、温度センサ２２、圧力センサ２４、酸素センサ２６、出力端子２８、及び２次電池３０から構成されている。
【００１５】
ここで、水素発生器１０は、カートリッジ１０１と水素発生制御器１０２を組み合わせたものである。カートリッジ１０１は、上記水素発生制御器１０２に対して着脱自在なものであり、その内部に、化学反応によって水素を発生する化合物を小分けにして格納している。このカートリッジ１０１には、当該カートリッジ１０１内に残っている使用可能な小分けにされた化合物の個数を記憶するためのＥＥＰＲＯＭ（Electric Erasable Programmable Read Only Memory）１０３が実装されている。また、水素発生制御器１０２は、取り付けられたカートリッジ１０１内の化合物を反応させて水素発生を制御するものである。なお、カートリッジ１０１の内部には化学反応によって水素を発生する化合物、例えばアンモニア・ボランと加熱用ヒートミックスの混合物、がオンデマンドの水素発生に対応するために複数の化合物ユニット１０１Ａに小分けにされ、その多数の小分けされた化合物ユニット１０１Ａのそれぞれに対して、水素発生制御器１０２に設けられた加熱用ヒータ（図示せず）を選択的に加熱することが可能なようにその接続態様、構成態様が決定されている。例えば、各化合物ユニット１０１Ａが１つの平面上にすべて展開されて並べられており、加熱用ヒータもそれに対面する平面上に設置されており且つそのヒータは特定の局部のみを任意に選択的に加熱できるように構成すれば良い。なお、特定の化合物ユニット１０１Ａのみを選択して加熱できる構成であればこの構成に限定されず、任意の構成とすることができる。また、カートリッジ１０１内部には、アンモニア・ボランから水素を発生させる際に危険防止のために製造時にアルゴン等の不活性ガスを少量充填し、酸素が存在しないようにしておく。カートリッジ１０１は、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６にそれぞれ接続され、その接続の際にカートリッジ１０１の密閉構造が破れるようになっている。
【００１６】
コントローラ１２は、水素燃料電池システム全体の動作を制御するものである。上記カートリッジ１０１に実装されているＥＥＰＲＯＭ１０３は、このコントローラ１２によってその内容の読み出し・書き込み・消去を行うことができる。また、コントローラ１２は、本水素燃料電池システムが接続される電子機器４０に対して、ＥＥＰＲＯＭ１０３の内容を伝達する。
【００１７】
制御バルブ１４は、カートリッジ１０１内で発生した水素の流れを制御するバルブである。また、圧力調整バルブ１６は、水素燃料電池１８に加わる水素の圧力が一定の値を超えないように調整するバルブである。カートリッジ１０１は、これら制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を介して水素燃料電池１８に接続される。
【００１８】
水素燃料電池１８は、水素発生器１０で発生させた水素を燃料として発電する。この水素燃料電池１８は、内部に配置された高分子電解質膜によって発電が行われるが、その高分子電解質膜は物理的な強度が弱いので、供給する水素の圧力は一定値以下に調整する必要がある。上記圧力調整バルブ１６はその目的で設置されている。
【００１９】
パージバルブ２０は、水素燃料電池１８内の気体を外部に放出させるバルブである。なお、上記制御バルブ１４、上記圧力調整バルブ１６及びこのパージバルブ２０は、コントローラ１２からの電気的な制御信号によって開閉を行うことが可能なバルブであり、例えばＭＥＭＳ（Micro Elector Mechanical System）技術を利用して製造される。
【００２０】
温度センサ２２は、カートリッジ１０１の内部温度を測定し、圧力センサ２４は、カートリッジ１０１の内部圧力を測定し、酸素センサ２６は、カートリッジ１０１の内部酸素濃度を測定するためのものである。これら温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６はいずれも、カートリッジ１０１と水素燃料電池１８を接続する水素流路の、カートリッジ１０１側に実装されている。これら温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６の３つのセンサによって、カートリッジ１０１の内部温度、圧力及び酸素濃度を常時測定し、その測定データをコントローラ１２に供給するようにしている。
【００２１】
出力端子２８は、水素燃料電池１８が発電する電力を外部に出力する端子である。
【００２２】
２次電池３０は、コントローラ１２の動作に必要な２次電池３０であり、水素燃料電池１８の出力によって充電されている。
【００２３】
この構成では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６はカートリッジ１０１側に実装され、カートリッジ１０１は制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を介して水素燃料電池１８に接続される。同時に、カートリッジ１０１は水素発生制御器１０２にも接続される。
【００２４】
ここで、図中の矢印は信号の流れを示している。
【００２５】
次に、各ユニットの動作を含めて、本実施形態に係る水素燃料電池システムの動作を、図２Ａ及び図２Ｂに示す一連のフローチャートを参照して説明する。
【００２６】
この水素燃料電池システムで、新しいカートリッジ１０１を水素燃料電池１８に取り付ける場合を説明する。
【００２７】
まず、水素燃料電池１８の制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を閉める（ステップＳ１０）。その後に、カートリッジ１０１を取り付ける（ステップＳ１２）。水素燃料電池１８は通常の大気圧下に置かれているので、水素燃料電池１８内部には空気が存在している。カートリッジ１０１の内部には、上述したように、化学反応によって水素を発生する化合物、例えばアンモニア・ボランと加熱用ヒートミックスの混合物、がオンデマンドの水素発生に対応するために小分けにされていると共に、アンモニア・ボランから水素を発生させる際に危険防止のために製造時にアルゴン等の不活性ガスを少量充填し、酸素が存在しないようにされている。このようなカートリッジ１０１を、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６にそれぞれ接続する。この接続の際にカートリッジ１０１の密閉構造が破れるようになっているが、制御バルブ１４及び圧力調整バルブ１６は閉じているので、カートリッジ１０１を取り付けた状態ではカートリッジ１０１内部には空気は侵入せず、密閉状態である。
【００２８】
次に、コントローラ１２は、水素発生器１０に対して、小分けされた化合物ユニット１０１Ａの１個だけの化合物を反応させて水素を発生させるように指示を出す（ステップＳ１４）。即ち、水素発生制御器１０２内の一つの加熱用ヒータ（図示せず）が選択され、電気的なパルスが印加される。カートリッジ１０１内部では、選択された加熱用ヒータに接続された１個の小分けにされた化合物ユニット１０１Ａ内の化合物が反応して水素が発生する。このとき、制御バルブ１４及び圧力調整バルブ１６が閉じたままであるので、カートリッジ１０１内部の圧力が高まる。この際のカートリッジ１０１内部の圧力が大気圧より高くなり、且つ、カートリッジ１０１の最大耐圧より低くなるように、１個の小分けにされた化合物ユニット１０１Ａ内に収容される化合物の量は調整されている。コントローラ１２は、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記録されているデータを読み出し、その値から「１」を減算した値を再度ＥＥＰＲＯＭ１０３内に書き込む（ステップＳ１６）。この動作により、カートリッジ１０１内部に残っている小分けされた化合物（燃料）が１個だけ減ったことが記録されたことになる。もし、この時、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」の場合は（ステップＳ１８）、この時点でカートリッジ１０１内の全ての化合物ユニット１０１Ａの化合物を使い切ったことになるので、コントローラ１２は『最後の燃料使用済み』のステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返してそのステータスを、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にカートリッジ１０１の交換を促す表示を行う（ステップＳ２０）。そして、次のステップに進む。また、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」より小さい場合は（ステップＳ１８）、既にカートリッジ１０１内に未使用の化合物ユニット１０１Ａ即ち化合物残りが存在しないので、水素発生は行われない。コントローラ１２は『燃料なし』のエラーステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返して、そのステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にエラー表示を行って（ステップＳ２２）、動作を終了する。なお、ＥＥＰＲＯＭ１０３に上記のようなステータスを記憶しておくことで、該カートリッジ１０１が取り外されて別の機器に取り付けられた場合に、その機器において容易に該カートリッジ１０１の状態を知ることができるようになる。また、新たなカートリッジ１０１が水素発生制御器１０２に取り付けられた場合、上記ステータスを見ることで、コントローラ１２は、容易にそのカートリッジ１０１の状態を知ることができる。
【００２９】
ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」以上の場合には（ステップＳ１８）、カートリッジ１０１内部で水素が発生するので、カートリッジ１０１内部の圧力が高まる（ステップＳ２４）。そこで、コントローラ１２は水素燃料電池１８に取り付けられているパージバルブ２０を開く（ステップＳ２６）。この時点では、水素燃料電池１８の内部は大気圧のままで変化はない。続いてコントローラ１２は、制御バルブ１４を開く（ステップＳ２８）。制御バルブ１４を開くと、カートリッジ１０１内には大気圧より高い圧力状態で水素が充満しているので、その水素が水素燃料電池１８側に流れ込み、もともと水素燃料電池１８内に存在していた空気等の不純物をパージバルブ２０から外部に押し出す。この不純物の押し出しに必要な時間は１〜２秒程度である。そのため、ここでは、３秒間待つことで、不純物が確実に外部に押し出されるようにする（ステップＳ３０）。その後、コントローラ１２は、制御バルブ１４とパージバルブ２０を閉めてから（ステップＳ３２）、圧力調整バルブ１６を開ける（ステップＳ３４）。この操作によって、カートリッジ１０１と水素燃料電池１８の内部は空気が排出されて水素が充填された状態となり、水素燃料電池１８は負荷が接続されれば発電が可能な状態となる。
【００３０】
ここで水素燃料電池１８内部には高分子電解質膜が配置され、この電解質膜の作用によって発電が行われるが、この電解質膜は強度が高くないので、長時間にわたって高い圧力の水素を供給することは避けなければならない。そのため、通常、使用時は０．７気圧程度以上の圧力が加わらないように、コントローラ１２は圧力センサ２４の測定値に基づいて圧力調整バルブ１６を制御することによって水素圧力を調整する。この時点では、水素燃料電池１８内部の不純物を外部に押し出すために、内部の圧力は短時間だけ大気圧、即ち１気圧以上になり、不純物を外部に排出させた後はほぼ大気圧になっている。
【００３１】
一方、水素燃料電池１８には２次電池３０が接続されており、２次電池３０はコントローラ１２の電源となっているので、２次電池３０は充電可能状態である。従って、水素燃料電池１８は発電状態となり、内部の水素が使用されることによって内部圧力が下がり、大気圧よりも低い圧力となって水素燃料電池１８内部の高分子電解質膜にダメージを与えることはない。水素を供給しなければ、水素燃料電池１８内の水素を全て使用するまで発電が継続する。
【００３２】
コントローラ１２は、出力端子２８に接続された電子機器を連続的に稼動させるため、水素燃料電池１８内の水素が全てなくなる前に水素発生制御器１０２に指令を出し、カートリッジ１０１内に貯蔵されている小分けに分割された複数の化合物ユニット１０１Ａの内の１個内に収容された化合物を反応させて水素を発生させる（ステップＳ３６）。コントローラ１２は、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記録されているデータを読み出し、その値から「１」を減算した値を再度ＥＥＰＲＯＭ１０３内に書き込む（ステップＳ３８）。この動作により、カートリッジ１０１内部に残っている小分けされた燃料が１個だけ減ったことが記録される。もし、この時、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」の場合は、この時点でカートリッジ１０１内の全ての化合物ユニット１０１Ａの化合物を使い切ったことになるので、コントローラ１２は『最後の燃料使用済み』のステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返して、そのステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にカートリッジ１０１の交換を促す表示を行う（ステップＳ４２）。そして、次のステップに進む。また、ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」より小さい場合は、既にカートリッジ１０１内に未使用の化合物ユニット１０１Ａ即ち化合物残りが存在しないので、水素発生は行われない。そのため、コントローラ１２は、『燃料なし』のエラーステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に返して、そのステータスをＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶させると共に、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部にエラー表示を行って（ステップＳ４４）、処理を終了する。なお、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記憶されるステータスや残り燃料量は、コントローラ１２によって、本水素燃料電池システムが使用されている電子機器４０に伝達することも可能である。
【００３３】
ＥＥＰＲＯＭ１０３に書き込んだ値が「０」以上の場合には、水素が発生する。コントローラ１２は、水素発生を開始した後は、常時、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６の測定値をモニタリングして（ステップＳ４６）、異常発生がないか監視し、異常発生時は必要な処置を行なう。
【００３４】
即ち、温度センサ２２及び圧力センサ２４の出力が予め定められた上限値を超えた場合は（ステップＳ４８）、カートリッジ１０１内の化合物がコントローラ１２の指示を超えて異常反応したことを示す。この場合は、カートリッジ１０１が耐え得る温度や内部圧力を超えて最悪の場合はカートリッジ１０１が爆発する危険性があるので、コントローラ１２は、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンすると共に、制御バルブ１４とパージバルブ２０を全開にして（ステップＳ５０）、カートリッジ１０１内部の水素を速やかに外部に放出させる。そして、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部に異常発生を表示して（ステップＳ５２）、処理を終了する。
【００３５】
また、酸素センサ２６がカートリッジ１０１内部に酸素を検出した場合は、化合物から水素を発生させる際のイニシャル処理で酸素が水素と反応して爆発の恐れがあるので、コントローラ１２は、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンし、以降のカートリッジ１０１の使用を禁止する（ステップＳ５６）。そして、該コントローラ１２に接続された図示しない表示部に異常発生を表示して（ステップＳ５８）、処理を終了する。
【００３６】
このような異常の発生がなければ、水素が発生してカートリッジ１０１内部に充満するので、カートリッジ１０１内部の圧力が高まる。この時、圧力調整バルブ１６のみが開いており、予め設定された０．７気圧の圧力で水素燃料電池１８に対して水素が供給されている状態となる。この状態で水素が使用されればカートリッジ１０１内の水素が水素燃料電池１８に徐々に移動するので、カートリッジ１０１内の圧力が下がって行く。逆に、水素が使用されなければカートリッジ１０１内の圧力は変化しない。
【００３７】
コントローラ１２は、カートリッジ１０１に装着されている圧力センサ２４の測定値を監視することにより、接続されている負荷の稼動状態を知ることができるので、その状態によって水素燃料電池１８に継続的に発電を行わせるか否かの判断を行う。即ち、圧力センサ２４の測定値が予め定められた値を下回った場合には（ステップＳ６０）、上記ステップＳ３６に戻って、新たにカートリッジ１０１内の小分けにされた１個の化合物ユニット１０１Ａ内の化合物を反応させて水素を発生させる。
【００３８】
また、圧力センサ２４で検出した圧力の時間に対する変化率は、接続されている負荷が使用する電力の使用スピードを示している。使用スピードが速いときには発生させる水素のスピードも速くする必要があるが、そのスピードは化学反応によって決まるので簡単には変更できない。そこで、一時に反応させる化合物の数を複数個にして発生する水素の量を多くすることで対応する。具体的には以下のようになる。もし、圧力の時間変化率が所定の値より大きい場合には（ステップＳ６２）、そのときの圧力変化率から一時に反応させる化合物つまり一時に使用する化合物ユニット１０１Ａの個数ｎを算出する（ステップＳ６４）。この算出に当たっては、算出式を用いても良いし、過去の実績から圧力変化率と化合物ユニット１０１Ａ数をテーブルにしておき、そのテーブルを参照することで求めても良い。なお、算出した化合物の個数ｎが、その時にカートリッジ１０１内の未使用の化合物ユニット１０１Ａの残り即ち化合物残りの個数よりも少ない場合には、その残りの個数を反応させる化合物の個数ｎとする。
【００３９】
そして、コントローラ１２は、この反応させる化合物の個数ｎの算出結果に従って、水素発生制御器１０２に指令を出し、カートリッジ１０１内に貯蔵されている小分けに分割されたｎ個の化合物ユニット１０１Ａ内の化合物を反応させて水素を発生させる（ステップＳ６６）。また、ＥＥＰＲＯＭ１０３に記録されているデータを読み出し、その値から「ｎ」を減算した値を再度ＥＥＰＲＯＭ１０３内に書き込む（ステップＳ６８）。この動作により、カートリッジ１０１内部に残っている小分けされた燃料がｎ個だけ減ったことが記録される。そして、上記ステップＳ４０に戻り、上記の処理を繰り返す。
【００４０】
以上のように、本第１実施形態に係る水素燃料電池システムによれば、水素発生のための化合物をカートリッジ１０１に格納し、このカートリッジ１０１が水素発生制御器１０２に接続されて水素を発生し発電を行うようにしたので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能となった。
【００４１】
また、水素発生時の温度・圧力の異常や酸素の有無を常にチェックし、異常を検出した際にはシステムを停止するようにしたので、爆発等の危険な状態の発生を防止することができる。
【００４２】
また、初期使用時に水素燃料電池１８内に存在する空気等の不純物を自動的に外部に排出するようにしたので、効率の良い発電を行うことが可能となる。
【００４３】
また、カートリッジ１０１には電気的に書き換え可能なＥＥＰＲＯＭ１０３を実装し、水素発生を行う化合物の残り量を記録するようにしたので、常に残り量を把握でき、また、使用途中でカートリッジ１０１を取り外して別の機器に取り付けた場合でも残り量を知ることができる。
【００４４】
［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【００４５】
本第２実施形態の水素燃料発電システムの構成は、上記第１実施形態のそれとほぼ同様であるが、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を介して、カートリッジ１０１を水素燃料電池１８に接続する部分の構成が異なっている。即ち、カートリッジ１０１の出口は１個で、それが制御バルブ１４に接続され、制御バルブ１４には圧力センサ２４、酸素センサ２６及び温度センサ２２を経由して圧力調整バルブ１６が接続され、それが水素燃料電池１８に接続されている。
【００４６】
制御バルブ１４は、上記第１実施形態と同様にバルブの全開・全閉が可能である。圧力調整バルブ１６は、コントローラ１２からの指令によって、水素燃料電池１８に加わる圧力を指定された値に調整するモードと、バルブを全開・全閉するモードと、の２つのモードを有する。
【００４７】
この構成では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６は、水素燃料電池１８側に実装され、カートリッジ１０１は制御バルブ１４のみを介して水素燃料電池１８に接続される。
【００４８】
カートリッジ１０１は、上記第１実施形態と同様に、水素発生制御器１０２にも接続される。
【００４９】
なお、図３において、図中の矢印は、上記第１実施形態と同様に、信号の流れを示している。
【００５０】
次に、各ユニットの動作を含めて、第２実施形態の水素燃料電池システムの動作を図４Ａ及び図４Ｂのフローチャートを用いて説明する。
【００５１】
本第２実施形態の水素燃料発電システムの動作も、上記第１実施形態のそれとほぼ同様であるが、下記の３箇所が異なっている。
【００５２】
即ち、上記第１実施形態では、最初にカートリッジ１０１を取り付けて化合物１個の反応開始を指示した後、カートリッジ１０１内に水素が発生して内部圧力が高まり、パージバルブ２０を開いた後、ステップＳ２８として制御バルブ１４を開くようにしていたが、本実施形態では、パージバルブ２０を開いた後、制御バルブ１４と圧力調整バルブ１６を全開にする（ステップＳ７０）。
【００５３】
また、上記第１実施形態では、その後、パージバルブ２０から水素燃料電池１８内の不純物が排出され、パージバルブ２０を閉めた後、ステップＳ３４として圧力調整バルブ１６を開けるようにしていたが、本実施形態では、パージバルブ２０を閉めた後に、圧力調整バルブ１６を全開から圧力調整モードに変更する（ステップＳ７２）。
【００５４】
また、上記第１実施形態では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６の出力をチェックして異常が発生していないかをチェックした際に、温度または圧力が上限以上であった場合に、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンすると共に、制御バルブ１４とパージバルブ２０を全開にして、カートリッジ１０１内部の水素を速やかに外部に放出させるようにしている。これに対して、本第２実施形態では、温度または圧力が上限以上であった場合には、水素発生制御器１０２の動作をシャットダウンし、制御バルブ１４、圧力調整バルブ１６及びパージバルブ２０を全て全開にして（ステップＳ７４）、カートリッジ１０１及び水素燃料電池１８の内部圧力の異常な上昇を防止するものである。
【００５５】
上記以外の動作は、上述した第１実施形態の動作と同じである。
【００５６】
即ち、本第２実施形態では、温度センサ２２、圧力センサ２４及び酸素センサ２６を全て水素燃料電池１８側に実装しているので、カートリッジ１０１を交換してもこれらのセンサ２２，２４，２６は交換する必要がない。上記第１実施形態では、これらのセンサ２２，２４，２６がカートリッジ１０１側に実装されているため、カートリッジ１０１は使用後に回収して再使用しないとシステム全体のコストが上がる可能性がある。これに対して、本第２実施形態では、カートリッジ１０１を使い捨てにしてもシステム全体のコストをほとんど上昇させることなく、システムを構成できる。
【００５７】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【００５８】
（付記）
前記の具体的実施形態から、以下のような構成の発明を抽出することができる。
【００５９】
（１）  化合物の化学反応によって水素を発生させ、その水素を燃料として発電を行う水素燃料電池システムであって、
上記化合物を内蔵させた燃料カートリッジと、
上記燃料カートリッジが着脱自在に接続され、上記燃料カートリッジ内に内蔵された化合物に対して化学反応を行わしめて水素を発生させる水素発生制御器と、
上記水素発生制御器によって上記燃料カートリッジ内で発生された水素が供給され、この水素を燃料として発電を行う水素燃料電池と、
を具備することを特徴とする水素燃料電池システム。
【００６０】
（対応する実施形態）
この（１）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、カートリッジ１０１が上記燃料カートリッジに、水素発生制御器１０２が上記水素発生制御器に、水素燃料電池１８が上記水素燃料電池に、それぞれ対応する。
【００６１】
（作用効果）
この（１）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生のための化合物をカートリッジに格納し、このカートリッジが水素発生制御器に接続されて水素を発生し発電を行うようにしたので、反応の終了した化合物の交換が簡便に行うことが可能となる。
【００６２】
（２）  上記燃料カートリッジは、上記化合物を内蔵させた複数のユニットがその内部に設けられており、
上記水素発生制御器は、上記複数のユニットの内の任意のユニットに対して化学反応を行わしめて水素を発生させることが可能であることを特徴とする（１）に記載の水素燃料電池システム。
【００６３】
（対応する実施形態）
この（２）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、化合物ユニット１０１Ａが上記ユニットに対応する。
【００６４】
（作用効果）
この（２）に記載の水素燃料電池システムによれば、１個のユニット内に収容する化合物の量を調整できるので、化合物が反応して水素を発生した際に燃料カートリッジ内部の圧力が燃料カートリッジの最大耐圧より低くすることができる。
【００６５】
（３）  上記水素燃料電池は、パージバルブを有すると共に、上記燃料カートリッジを着脱自在に接続する接続部分にも制御バルブが設けられ、
上記燃料カートリッジが新規に装着された後において、上記制御バルブを閉めた状態で上記燃料カートリッジ内から水素を発生させるべく上記水素発生制御器を制御し、上記燃料カートリッジ内の内部圧力が所定値より大きくなった後に上記パージバルブと上記制御バルブを開放して上記水素燃料電池内に残っている空気を電池外に放出させることを特徴とする（１）又は（２）に記載の水素燃料電池システム。
【００６６】
（対応する実施形態）
この（３）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、パージバルブ２０が上記パージバルブに、制御バルブ１４が上記制御バルブに、それぞれ対応する。
【００６７】
（作用効果）
この（３）に記載の水素燃料電池システムによれば、燃料カートリッジの初期使用時に、水素燃料電池内に存在する空気等の不純物を自動的に外部に排出するようにしたので、効率の良い発電を行うことが可能となる。
【００６８】
（４）  上記燃料カートリッジと上記水素燃料電池の少なくとも一方の内部の圧力、温度及び酸素濃度を測定するセンサを設け、上記センサによる測定結果に基づいて上記水素燃料電池システムの動作状態を検出することを特徴とする（１）乃至（３）の何れかに記載水素燃料電池システム。
【００６９】
（対応する実施形態）
この（４）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、圧力センサ２４、温度センサ２２及び酸素センサ２６が上記圧力、温度及び酸素濃度を測定するセンサに対応する。
【００７０】
（作用効果）
この（４）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生時の温度・圧力の異常や酸素の有無を常にチェックできる。
【００７１】
（５）  上記圧力、温度及び酸素濃度の少なくとも１つが所定値を超えた場合には、上記水素発生制御器による化学反応の停止、上記パージバルブ及び制御バルブの少なくとも一方の開放、の少なくとも一方を行わしめることを特徴とする（４）に記載の水素燃料電池システム。
【００７２】
（対応する実施形態）
この（５）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。
【００７３】
（作用効果）
この（５）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生時に異常を検出した際にはシステムを停止するようにしたので、爆発等の危険な状態の発生を防止することができる。
【００７４】
（６）  上記圧力センサで圧力の変化率を監視すると共に、上記変化率が所定値以下の場合には上記水素発生制御器において同時に化学反応を行わしめるユニットを１つのみとし、上記変化率が所定値以上の場合には同時に化学反応を行わしめるユニットを複数として制御することを特徴とする（４）又は（５）に記載の水素燃料電池システム。
【００７５】
（対応する実施形態）
この（６）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。
【００７６】
（作用効果）
この（６）に記載の水素燃料電池システムによれば、一時に反応させる化合物の数を調整することで、接続されている負荷に応じた電力の使用スピードに対応できるようになる。
【００７７】
（７）  上記燃料カートリッジ内に書き換え可能な不揮発性メモリを設けると共に、上記化合物の残量情報を上記不揮発性メモリに記録させることを特徴とする（１）乃至（６）の何れかに記載の水素燃料電池システム。
【００７８】
（対応する実施形態）
この（７）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。それらの実施形態において、ＥＥＰＲＯＭ１０３が上記不揮発性メモリに対応する。
【００７９】
（作用効果）
この（７）に記載の水素燃料電池システムによれば、水素発生を行う化合物の残り量を常に把握でき、また、使用途中で燃料カートリッジを取り外して別の機器に取り付けた場合でも残り量を知ることができる。
【００８０】
（８）  上記残量情報は、上記燃料カートリッジ内に設けられている上記ユニットの使用数または残数に関する情報であることを特徴とする（７）に記載の水素燃料電池システム。
【００８１】
（対応する実施形態）
この（８）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第１及び第２実施形態が対応する。
【００８２】
（作用効果）
この（８）に記載の水素燃料電池システムによれば、ユニット数で管理するので、不揮発性メモリの書き換え回数が少なくて済み、その分、電力消費を抑えることができる。
【００８３】
（９）  上記センサが上記水素燃料電池側に設けられていることを特徴とする（４）に記載の水素燃料電池システム。
【００８４】
（対応する実施形態）
この（９）に記載の水素燃料電池システムに関する実施形態は、第２実施形態が対応する。
【００８５】
（作用効果）
この（９）に記載の水素燃料電池システムによれば、燃料カートリッジを使い捨てにしてもシステム全体のコストをほとんど上昇させることなく、システムを構成できる。
【図面の簡単な説明】
【００８６】
【図１】図１は、本発明の第１実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図２Ａ】図２Ａは、第１実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの前半部分を示す図である。
【図２Ｂ】図２Ｂは、第１実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの後半部分を示す図である。
【図３】図３は、本発明の第２実施形態に係る水素燃料電池システムの構成を示すブロック図である。
【図４Ａ】図４Ａは、第２実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの前半部分を示す図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、第２実施形態に係る水素燃料電池システムの一連の動作フローチャートの後半部分を示す図である。
【符号の説明】
【００８７】
１０…水素発生器、  １２…コントローラ、  １４…制御バルブ、  １６…圧力調整バルブ、  １８…水素燃料電池、  ２０…パージバルブ、  ２２…温度センサ、  ２４…圧力センサ、  ２６…酸素センサ、  ２８…出力端子、  ３０…２次電池、  ４０…電子機器、  １０１…カートリッジ、  １０１Ａ…化合物ユニット、  １０２…水素発生制御器、  １０３…ＥＥＰＲＯＭ。
【図１】
2007329006.tif 000003
【図２Ａ】
2007329006.tif 000004
【図２Ｂ】
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【図３】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
2007329006.tif 000008