(57)【要約】 【課題】本発明は、加熱装置や一酸化炭素低減器を備えた燃料改質装置が必要でなく、かつ、二酸化炭素の回収器も必要ない真に地球温暖化防止に配慮した自動車およびこの自動車に搭載された水素発生装置に外部から水と添加金属元素をそれぞれ供給することができる取り扱いが容易かつ安価な燃料ステーションを提供することを目的とする。【解決手段】水素発生装置６３と、この水素発生装置６３から得られた水素２３と別途供給される酸素との反応により発電する燃料電池６１と、この燃料電池６１で得られた電気により駆動されるモータ１００とを有した自動車。水素発生装置６３へ水２と添加金属元素からなるロール体９をそれぞれ供給する水供給設備１１１と添加金属元素供給設備１１２とを有した燃料ステーション１１０。【選択図】図１
2009159802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発生用組成物と水との接触反応により水素を発生する水素発生装置と、この水素発生装置から得られた水素と別途供給される酸素との反応により発電する燃料電池とこの燃料電池で得られた電気により駆動されるモータ、および／または、前記水素発生装置から得られた水素を燃料とする内燃エンジンを備えたことを特徴とする自動車。
【請求項２】
前記燃料電池より発生する水を前記水素発生装置に戻す手段を有した請求項１に記載の自動車。
【請求項３】
ガソリン、または、ディーゼル燃料を燃料とする内燃エンジンが付加された請求項１または２に記載の自動車。
【請求項４】
前記水素発生用組成物は、スズとガリウムを含有した第１の金属、または、銀とガリウムを含有した第２の金属、もしくは、ガリウムからなる第３の金属と、標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素とから構成されたことを特徴とする請求項１〜３に記載の自動車。
【請求項５】
前記第１の金属は、スズがＷ％（質量％の意味、以下同じ）、ガリウムがＸ％であり、
前記第２の金属は、銀がＹ％、ガリウムがＺ％であり、前記第１または第２の金属は下記
式（１）〜（６）を満たし、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の
金属元素の合計量は、前記第１または第２の金属基準で０.１％以上である請求項４に記載の自動車。
０＜Ｗ≦９６        …  （１）
４≦Ｘ＜１００      …  （２）
Ｘ＝１００−Ｗ  …  （３）
０＜Ｙ≦５５        …  （４）
４５≦Ｚ＜１００      …  （５）
Ｚ＝１００−Ｙ  …  （６）
【請求項６】
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種
の金属元素が、アルミニウムまたはマグネシウムの少なくともいずれか１種である請求項
４または５に記載の自動車。
【請求項７】
前記水素発生装置には、外部から水と添加金属元素をそれぞれ受給するための貯水容器と添加金属元素貯蔵容器とを有した請求項１〜６に記載の自動車。
【請求項８】
請求項７に記載の自動車が備えた貯水容器と添加金属元素貯蔵容器に水と添加金属元素をそれぞれ供給するための水供給設備と添加金属元素供給設備とを有した燃料ステーション。
【請求項９】
水素発生装置用の水と添加金属元素を前記水素発生装置の外部からそれぞれ供給するための水供給設備と添加金属元素供給設備とを備えた燃料ステーション。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生用組成物と水との接触反応により水素を発生する水素発生装置を搭載した自動車および燃料ステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球温暖化防止に配慮した自動車の研究開発が活発に行なわれている。その１つとして有望視されているのが、通称燃料電池自動車と呼ばれるものである（例えば、特許文献１）。この燃料電池自動車１０は、燃料改質装置２２と呼ばれる装置を備えているため、車内に搭載されたタンク２１内のメタノールや天然ガスなどの炭化水素系の原燃料から水素を発生させることができる。したがって、最初からタンク内に純度の高い水素を出発燃料ガスとして貯蔵しておく必要がない。
【０００３】
また、燃料電池自動車に搭載された燃料電池へ供給する燃料ガスとしての純度の高い水素を製造するための施設である水素ステーションもすでに幾つか開示されている（例えば、特許文献２）。この水素ステーション１は、水電解装置２と、その水電解装置２によって製造された水素を吸蔵し、且つ放出することが可能な水素吸蔵材を有する水素貯蔵タンク３１〜３３と、水素吸蔵過程にある水素貯蔵タンク３１の水素吸蔵材が発生する熱により水素吸蔵後の水素貯蔵タンク３２を加熱してそのタンク３２の内圧を上昇させる加熱手段４とを有している。この水素ステーション１で製造された純度の高い水素を燃料ガスに活用すれば、燃料電池自動車側に上記燃料改質装置が必要なくなる。
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１、２に開示された技術には、以下のような問題点が存在する。
【０００５】
すなわち、特許文献１に開示された燃料電池自動車１０では、燃料電池２３へ供給する燃料ガスとしての水素をメタノールや天然ガスなどの炭化水素系の原燃料から発生させるため、単に燃料改質装置が必要であるばかりでなく、改質反応を促進するための加熱装置としての電気触媒加熱ヒータ２５が必要となる。また、この燃料電池自動車１０では、改質過程で一酸化炭素が残存したり、二酸化炭素が副生成物として発生したりする。したがって、純度の高い水素を発生させ、かつ、地球温暖化防止により配慮するためには、一酸化炭素を除去するための一酸化炭素低減器２２ｃや二酸化炭素の回収器を設置しなければならないといった様々な問題点がある。
【０００６】
また、特許文献２に開示された水素ステーション１を活用すれば、燃料電池自動車側に上記燃料改質装置が必要なくなるものの、燃料電池自動車の外から水素が供給されるため、水素を一旦貯蔵しておくための高圧タンクが必要になる。また、この水素ステーション１は、水電解装置２を用いているため、大きな電気エネルギー供給設備が必要となるばかりか、水素が貯蔵されるタンクの内圧を上げるための加熱手段４も必要となるといった問題点がある。
【特許文献１】特開２００４−１９２８２０号公報
【特許文献２】特開２００２−１６１９９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、加熱装置や一酸化炭素低減器を備えた燃料改質装置が必要でなく、かつ、二酸化炭素の回収器も必要ない真に地球温暖化防止に配慮した自動車およびこの自動車に搭載された水素発生装置に外部から水と添加金属元素をそれぞれ供給することができる取り扱いが容易かつ安価な燃料ステーションを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、水素発生用組成物と水との接触反応により水素を発生する水素発生装置と、この水素発生装置から得られた水素と別途供給される酸素との反応により発電する燃料電池とこの燃料電池で得られた電気により駆動されるモータ、および／または、前記水素発生装置から得られた水素を燃料とする内燃エンジンを備えたことを特徴とする自動車である。
【０００９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記燃料電池より発生する水を前記水素発生装置に戻す手段を有したことを特徴とするものである。
【００１０】
請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の発明において、ガソリン、または、ディーゼル燃料を燃料とする内燃エンジンが付加されたことを特徴とするものである。
【００１１】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の発明において、前記水素発生用組成物は、スズとガリウムを含有した第１の金属、または、銀とガリウムを含有した第２の金属、もしくは、ガリウムからなる第３の金属と、標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素とから構成されたことを特徴とするものである。
【００１２】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第１の金属は、スズがＷ％（質量％の意味、以下同じ）、ガリウムがＸ％であり、
前記第２の金属は、銀がＹ％、ガリウムがＺ％であり、前記第１または第２の金属は下記
式（１）〜（６）を満たし、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の
金属元素の合計量は、前記第１または第２の金属基準で０.１％以上であることを特徴とするものである。
０＜Ｗ≦９６        …  （１）
４≦Ｘ＜１００      …  （２）
Ｘ＝１００−Ｗ  …  （３）
０＜Ｙ≦５５        …  （４）
４５≦Ｚ＜１００      …  （５）
Ｚ＝１００−Ｙ  …  （６）
【００１３】
請求項６に記載の発明は、請求項４または５に記載の発明において、前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素が、アルミニウムまたはマグネシウムの少なくともいずれか１種であることを特徴とするものである。
【００１４】
請求項７に記載の発明は、請求項１〜６に記載の発明において、前記水素発生装置には、外部から水と添加金属元素をそれぞれ受給するための貯水容器と添加金属元素貯蔵容器とを有したことを特徴とするものである。
【００１５】
請求項８に記載の発明は、請求項７に記載の自動車が備えた貯水容器と添加金属元素貯蔵容器に水と添加金属元素をそれぞれ供給するための水供給設備と添加金属元素供給設備とを有した燃料ステーションである。
【００１６】
請求項９に記載の発明は、水素発生装置用の水と添加金属元素を前記水素発生装置の外部からそれぞれ供給するための水供給設備と添加金属元素供給設備とを備えた燃料ステーションである。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係る自動車によれば、水素発生用組成物と水との接触反応により水素を発生することができる水素発生装置が搭載されているため、加熱装置や一酸化炭素低減器を備えた燃料改質装置が必要でなく、かつ、二酸化炭素の回収器も必要ない真に地球温暖化防止に配慮した自動車を実現することができる。
【００１８】
また、本発明に係る燃料ステーションによれば、自動車に搭載された水素発生装置等に外部から水と添加金属元素をそれぞれ供給するだけでよいため、水電解装置で水素を得る場合のように大きな電気エネルギー供給設備や加熱手段が不要となり、安価かつ取り扱いが容易な燃料ステーションを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２０】
本発明に係る自動車は、水素発生用組成物と水との接触反応により水素を発生する水素発生装置と、この水素発生装置から得られた水素と別途供給される酸素との反応により発電する燃料電池とこの燃料電池で得られた電気により駆動されるモータ、および／または、前記水素発生装置から得られた水素を燃料とする内燃エンジンを備えたことを特徴とする。
【００２１】
また、本発明に係る燃料ステーションは、水素発生装置用の水と水素発生用組成物を構成する添加金属元素を前記水素発生装置の外部からそれぞれ供給するための水供給設備と添加金属元素供給設備とを備えたことを特徴とする。
【００２２】
本発明の自動車における中核をなす技術の中でも、最も基本となる構成要素である水素発生用組成物から最初に説明する。この水素発生用組成物は、スズとガリウムを含有した第１の金属、または、銀とガリウムを含有した第２の金属、もしくは、ガリウムからなる第３の金属と、標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素とから構成される。
【００２３】
また、前記第１の金属は、スズがＷ％（質量％の意味、以下同じ）、ガリウムがＸ％で
あり、前記第２の金属は、銀がＹ％、ガリウムがＺ％であり、前記第１または第２の金属
は下記式（１）〜（６）を満たし、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の
金属元素の合計量は、前記第１または第２の金属基準で０.１％以上であることが好まし
い。
０＜Ｗ≦９６        …  （１）
４≦Ｘ＜１００      …  （２）
Ｘ＝１００−Ｗ  …  （３）
０＜Ｙ≦５５        …  （４）
４５≦Ｚ＜１００      …  （５）
Ｚ＝１００−Ｙ  …  （６）
【００２４】
ここで、標準電極電位がガリウムより低い金属元素であるアルミニウム、マグネシウム
および亜鉛は酸によって、アルミニウム、亜鉛およびシリコンはアルカリによって、それ
ぞれ溶解し水素を発生する。しかしながら、こられの単体金属元素は中性の水に対しては
ほとんど反応しない。これは、中性の水に含まれる水素イオン濃度が低いためと、各単体
金属元素の表面に酸化皮膜（または水酸化物皮膜）が形成されて内部を保護するためであ
る。
【００２５】
これに対して、上記水素発生用組成物は、中性の水でも水素を発生する。この水素発生の機構は以下のように考えられる。
【００２６】
すなわち、ガリウムはｐＨ３程度までの酸性の水に対しても安定であり、ほとんど消耗しない。また、スズはｐＨ１〜２程度までの強酸性の水に対しても安定であり、ほとんど消耗しない。さらに、銀は水素より標準電極電位が高いため通常の酸、アルカリに対しても消耗しない。
【００２７】
そして、このように水に対して安定なスズ−ガリウムをそれぞれ上記所定量の割合で含
有した金属（以下、スズ−ガリウム系金属と称す）に、標準電極電位がガリウム（−０．
５６Ｖ）より低い（当然、スズ（−０．１３７５Ｖ）よりも低い）金属元素を添加すると
、添加金属元素が選択的に水と反応することになる。また、水との反応によって添加金属
元素の表面に形成される酸化皮膜（または水酸化物皮膜）は、添加金属元素を単体で用い
たときにその表面に生成されるような通常の緻密な酸化皮膜ではなく、欠陥の多い疎な酸
化皮膜になると推定される。さらに、この疎な酸化皮膜は、上記添加金属元素の選択的な
消費による体積変化等によって容易に破壊され、また、発生する水素の気泡によって剥離
し、内部の添加金属元素と水とが容易に接触して反応が進行するため、連続的に、かつ、
効率的に水素を発生するものと考えられる。ここで、スズ−ガリウム系金属におけるスズ
の含有量を９６質量％以下に限定したのは、スズ含有量が９６質量％を超えると、水素発
生速度が急激に低下するためである。このようにスズ含有量が高くなると水素発生速度が
急激に低下する理由は、現在のところ不明であるが、スズ−ガリウム系金属の組織等が変
化することによる可能性も考えられる。また、標準電極電位がガリウム（−０．５６Ｖ）
より低い金属元素としては、アルミニウム（−１．６６Ｖ）、マグネシウム（−２．３７
Ｖ）、シリコン（−０．８６Ｖ）および亜鉛（−０．７６２８Ｖ）が、比較的安価で入手
も容易なことから、好適なものとして例示できる。また、上記スズ−ガリウム系金属に添
加する上記添加金属元素は、１種のみを単独で添加してもよいし、２種以上を一緒に添加
してもよい。また、その添加量は、上記推定機構による水素発生効果を発揮させるため、
合計量で０.１質量％以上とする。また、上記添加金属元素は、必ずしも純度の高いもの
に限定されるものではなく、例えば、アルミニウムの場合は、工業用アルミニウム合金で
もよく、水素発生用組成物には、工業用アルミニウム合金等に含まれるＦｅ、Ｔｉ等の不
可避的不純物を有してもよい。さらに、これらの金属のスクラップ品やリサイクル品を用
いることも可能である。また、添加量の上限は特に限定されないが、過剰に添加しても水
素発生速度が徐々に鈍化する傾向を示すので、２０質量％以下、さらには１０質量％以下
とするのがより好ましい。第１の金属としての上記スズ−ガリウム系金属と上記添加金属
元素とを有した上記水素発生用組成物（ここに引用することで本明細書の一部をなすもの
とする特願２００７−８８８０１号に記載の水素発生用組成物、以下、スズ−ガリウム系
金属からなる水素発生用組成物と称す）は、本発明に係る自動車に搭載された水素発生装置において使用する水素発生用組成物として適する。
【００２８】
何故ならば、上記のようなスズ−ガリウム系金属を用い、添加金属元素に上記金属を用いると、上記添加金属元素は上記スズ−ガリウム系金属に接触するだけで、容易に上記スズ−ガリウム系金属内に溶解し、拡散するからである。したがって、自動車に搭載された上記水素発生装置内にスズ−ガリウム系金属を蓄えておき、このスズ−ガリウム系金属に自動車の外から供給された上記添加金属元素を接触させることで簡単に水素発生用組成物を作成することができる。同様に、この水素発生用組成物に自動車の外から補充供給された水を接触させるだけで、簡単に純粋な水素を発生させることができる。これを繰り返すだけで連続的に水素を発生させることができる。したがって、この水素と別途供給される酸素との反応により発電する燃料電池とこの燃料電池で得られた電気によりモータを駆動される構成のシステム（以下、燃料電池自動車という）を構築すれば、加熱装置や一酸化炭素低減器を備えた燃料改質装置が必要でなく、かつ、二酸化炭素の回収器も必要ない真に地球温暖化防止に配慮した自動車を実現することができる。また、このような自動車においては、上述のように自動車の外から添加金属元素と水をそれぞれ供給するだけでよいので、燃料ステーションとしても最低、添加金属元素供給設備と水供給設備とを備えていればよい。したがって、水電解装置で水素を得る場合のように大きな電気エネルギー供給設備や加熱手段が不要となり、安価かつ取り扱いが容易な燃料ステーションを実現することができる。また、この燃料ステーションは、自動車に搭載された上記水素発生装置に限定されるものではなく、広く水素発生用組成物と水との接触反応により水素を発生する水素発生装置用の水と添加金属元素を外部からそれぞれ供給するための燃料ステーションとしても有用である。
【００２９】
また、上記水素は燃料電池にだけ使用できるものではなく、水素を燃料とする内燃エンジン（以下、水素エンジンという）に用いることも当然可能である。したがって、これによっても、真に地球温暖化防止に配慮した自動車を実現することができる。
【００３０】
さらに、市場の要求や用途によっては、上記燃料電池自動車とガソリン（ここでは、バイオエタノールが混入したガソリンも含めて広くガソリンという）、または、ディーゼル燃料（ここでは、軽油等やバイオディーゼル燃料も含めて広くディーゼル燃料という）を燃料とする内燃エンジンを搭載した自動車が合成された世に言うハイブリット自動車を実現することもできる。また、上記水素を燃料とし、上記燃料電池自動車と水素エンジンを搭載した自動車が合成されたハイブリット自動車を実現することもできる。
【００３１】
また、特に大型自動車のように搭載された水素発生装置で水素を高速度で発生できることが要求され場合は、水素発生用組成物と水とが接触する実効面積を向上させるための中間媒体としての表面積の大きな基体を採用し、この基体表面の少なくとも一部が上記スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物で覆われた構成からなる水素発生用促進部材を用いることがより好ましい。
【００３２】
上記水素発生用促進部材を構成する上記基体の詳細項目について、下記に説明する。基体の形態としては、多孔質体状、発泡体状、網状、または、不織布状等、表面積を大きくできるものであれば様々なものが使用可能である。また、基体の材質としては、セラミックス、ガラス、樹脂、水およびガリウムと反応しない金属（例えば、ステンレススチール）等様々なものが使用可能である。
【００３３】
また、上記スズ−ガリウム系金属よりさらに水に対して安定な銀とガリウムをそれぞれ
上記所定量の割合で含有した金属（以下、銀−ガリウム系金属と称す）に、標準電極電位
がガリウム（−０．５６Ｖ）より低い（当然、銀（＋０．８Ｖ）よりも低い）金属元素を
添加すると、添加金属元素が選択的に水と反応することになる。この銀−ガリウム系金属
を用いた場合の水素発生の機構も、上記スズ−ガリウム系金属を用いた場合と同様である
。したがって、添加金属元素と水とが容易に接触して反応が進行するため、連続的に、か
つ、効率的に水素を発生するものと考えられる。ここで、銀−ガリウム系金属における銀
の含有量を５５質量％以下に限定したのも、上記スズ−ガリウム系金属の場合と同様に、
銀含有量が５５質量％を超えると、水素発生速度が急激に低下するためである。また、標
準電極電位がガリウムより低い金属元素としては、様々なものが利用可能であるが、水素
発生量の点からも、また比較的安価で入手が容易な点からも、アルミニウム、マグネシウ
ム、アルミニウムとマグネシウムの合金が、より好適なものとして例示できる。また、こ
の添加金属元素も上記スズ−ガリウム系金属の場合と同様に、１種のみを単独で添加して
もよいし、２種以上を一緒に添加してもよい。例えば、アルミニウムとマグネシウムの合
金の添加の場合は、アルミニウム単独の添加に比べて、水素発生速度が高くなる。また、
その添加量は、上記推定機構による水素発生効果を発揮させるため、合計量で０.１質量
％以上とする。また、上記添加金属元素は、必ずしも純度の高いものに限定されるもので
はなく、例えば、アルミニウムの場合は、工業用アルミニウム合金でもよく、水素発生用
組成物には、工業用アルミニウム合金等に含まれるＦｅ、Ｔｉ等の不可避的不純物を有し
てもよい。さらに、これらの金属のスクラップ品やリサイクル品を用いることも可能であ
る。また、添加量の上限は特に限定されないが、過剰に添加しても水素発生速度が徐々に
鈍化する傾向を示すので、２５質量％以下、さらには２０質量％以下とするのがより好ま
しい。第２の金属としての上記銀−ガリウム系金属と上記添加金属元素とを有した上記水
素発生用組成物（ここに引用することで本明細書の一部をなすものとする特願２００７−
２５９０２２号に記載の水素発生用組成物、以下、銀−ガリウム系金属からなる水素発生
用組成物と称す）を、本発明に係る自動車に搭載された水素発生装置において使用する水素発生用組成物として使用することもできる。なお、第３の金属として、実質的にガリウムのみからなる金属（その他は不可避不純物）を用いても、同様の効果が得られる。
【００３４】
また、上記スズ−ガリウム系金属または銀−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物
ともに接触させる水としては、完全に中性であるｐＨ７の純水を用いることも可能である
が、当然、通常の水（安価な水道水）を用いることが推奨される。さらに、水素発生反応
を促進するため、上記スズ−ガリウム系金属または上記銀−ガリウム系金属が腐食しない
程度に弱酸性または弱アルカリ性としてもよい。なお、水は特に加熱する必要はなく、室
温でも良いし、４０℃程度等に加熱しても良い。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明の自動車および燃料ステーションの一実施例について図面を参照しながら説明する。
【００３６】
（実施例）
図１は本発明の一実施例の自動車および燃料ステーションを説明するための概略ブロック図、図２は図１に示す本発明の自動車に搭載された水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線での模式断面図、図３は図２に示す水素発生装置で用いる水素発生用促進部材の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はそのＡ部拡大説明図である。
【００３７】
図１において、燃料電池自動車５０は、オンボード発電機として機能する燃料電池システム６０と、補助電力源として機能する二次電池７０と、電力変換制御を行うパワーコントロールユニット８０と、パワーコントロールユニット８０を介して燃料電池システム６０又は二次電池７０から供給される電力で駆動輪９０、９１を駆動するモータ１００とを備えて構成されている。燃料電池自動車５０は前輪駆動方式を採用しており、車両後部には被駆動輪９２、９３が配置されている。
【００３８】
燃料電池システム６０は、主に燃料電池６１と、制御部６２と、水素発生装置６３（詳細は、後記図２を参照）とを備えている。また、水素発生装置６３は、燃料ステーション１１０の水供給設備１１１と添加金属元素供給設備１１２から水２と添加金属元素８がロール状に巻かれたロール体９をそれぞれ受給するための貯水容器４と添加金属元素貯蔵容器３０と、貯水容器４と添加金属元素貯蔵容器３０からそれぞれ水２と添加金属元素８が供給され、水素２３が発生する共用容器３から構成されている。
【００３９】
制御部６２は後述するコントローラ８３と通信を行うことで、燃料電池システム６０の制御を行い、燃料電池６１に供給される水素２３及び酸化ガスの供給量を調整し、燃料電池６１での発電量がコントローラ８３の要求する電力を満たすように調整する。燃料電池システム６０のエア流路には、エアクリーナ６５、及びエアポンプ６４が配設されており、エアクリーナ６５で濾過された発電用空気（酸素）はエアポンプ６４で加圧され、燃料電池６１の酸素極に供給される。
【００４０】
燃料電池６１は固体高分子電解質型の燃料電池であり、単セルを複数積層したスタック構造を備えている。高分子電解質型の燃料電池は、常温で起動できるために起動時間が短い、常温で高い電流密度が得られる、低負荷運転が可能、小型軽量化が可能といったメリットがあり、車両搭載用の燃料電池として優れた特性を備えている。
【００４１】
コントロールユニット８０は、燃料電池６１又は二次電池７０から供給される直流電圧を動作電圧に降圧するための電圧変換部８１と、直流電流を交流電流に変換してモータ１００に供給するインバータ８２と、アクセル開度、車速、ブレーキ踏み込み量などから走行負荷を検出してモータ１００への供給電力量を演算するコントローラ８３を備えて構成されている。
【００４２】
インバータ８２は、パワースイッチ素子を主要回路素子として構成されており、直流電流を三相交流に変換する。三相交流の振幅及び周波数はコントローラ８３によって制御される。コントローラ８３はアクセルペダルポジションセンサ（図示せず）に接続しており、このセンサからの出力信号によりアクセル開度を検出する。コントローラ８３は、さらに、車速センサ（図示せず）などに接続し、車両の走行状況を検出することができる。
【００４３】
二次電池７０は燃料電池システム６０の起動用電源、ブレーキ回生時の回生エネルギー貯蔵源、燃料電池自動車５０の加速又は減速に伴う負荷変動時のエネルギーバッファとしての役割を担うものであり、ニッケル・カドミウム蓄電池、ニッケル・水素蓄電池、リチウム二次電池などが好適である。二次電池７０の容量は、燃料電池自動車５０の走行条件、走行性能（最高速度、走行距離など）、車重などに応じて適宜設定できる。モータ１００としては、三相同期モータが好適である。
【００４４】
図２において、１は室温でも液体として粘性の低い状態を呈した第１の金属としての上述のスズ−ガリウム系金属、２は水、３はガリウム系金属収容手段として、最初、下層にスズ−ガリウム系金属１を収容し、水収容手段として上層に水２を収容した共用容器、４は補給するための水２が貯留されている貯水容器（これは、上記水供給設備１１１から供給される水２を受給するための貯水容器を兼ねる）、５は貯水容器４から共用容器３の上層に水２を輸送する第１のポンプ、６は第１のポンプ５の運転を制御する第１のポンプ制御手段、７は共用容器３の下層の側壁３ａに密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロール、８は標準電極電位がガリウムより低い金属元素であるアルミニウムの箔体、９は箔体８が巻かれたロール体、１０は箔体８を双ロール７により引き込み、共用容器３に収容されたスズ−ガリウム系金属１内に供給するために双ロール７を駆動するためのモータ、１１はモータ１０の駆動を制御するモータ制御手段、２０は水およびガリウムと反応しない金属としてのステンレススチール製の枠２０ａと格子２０ｂとからなる表面積の大きな網状の基体２０ｃとこの基体２０ｃ表面を覆ったスズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物２０ｄを備えた水素発生用促進部材（詳細は、後記図３参照）、２１は基体２０ｃに取付けられた軸、２２は共用容器３に設けられた給水口、２３は発生した水素、２４は水素２３を取出すために共用容器３に設けられた水素取出し口、２５は水素取出し口２４に取り付けられた水素センサ、２６は水素センサ２５から出力された信号、２７は共用容器３の側壁３ａの上層に設けられた反応副生物である水酸化アルミニウム２８を水２と共に排出するための排出口、２９は水酸化アルミニウム２８と水２を溜めるタンクである。また、上述のスズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物２０ｄは、スズ−ガリウム系金属１に箔体８が溶解し拡散した全体としても粘性の低い状態を呈した物質である。
【００４５】
上述のように、共用容器３は、ガリウム系金属収容手段としてのスズ−ガリウム系金属１を収容する機能と水収容手段としての水２を収容可能な機能とを共に備えている。また、水供給手段は、貯水容器４と第１のポンプ５と第１のポンプ制御手段６とから構成されている。添加金属元素供給手段は、双ロール７とロール体９とモータ１０とモータ制御手段１１とから構成されている。
【００４６】
次に、水素発生装置の動作について説明する。
【００４７】
最初に、モータ制御手段１１を始動させ、モータ１０を駆動させることにより、ロール
体９に巻かれた箔体８が双ロール７により共用容器３内に引き込まれ、共用容器３の下層
に収容されたスズ−ガリウム系金属１内に供給される。これにより、全体として粘性の低
い状態を呈した水素発生用組成物２０ｄが形成される。次に、この水素発生用組成物２０ｄが予め共用容器３の上層に貯えられている水２と接触することにより、水素発生用組成物２０ｄ中に拡散しているアルミニウム元素が酸化し、水２の中にイオンとして溶け出す。これと引き換えに水２の中の水素イオンが還元され、水素２３となって発生する。
【００４８】
さらに、図３（ａ）に示すように、基体２０ｃは枠２０ａに格子２０ｂが緻密に張られているため、基体２０ｃとして極めて大きな表面積を有することになる。したがって、この基体２０ｃが図２（ｂ）に示すように回転すると、水素発生用組成物２０ｄが図３（ｂ）に示すように、枠２０ａや格子２０ｂに担持される。その結果、水素発生用促進部材２０は実効表面積の大きな水素発生用組成物２０ｄを備えることになる。よって、この実効表面積の大きな水素発生用組成物２０ｄが水２と接触すると、単位時間当たり多量の水素２３が発生することになり、極めて高速度で水素２３を製造できるようになる。これらの水素２３を水素取出し口２４より取出すと同時に、水素センサ２５によりモニターしており、この水素センサ２５からの出力信号２６をモータ制御手段１１、第１のポンプ制御手段６と基体２０ｃの回転速度制御手段（図示せず）にフィードバックし、所定の速度（例えば、図１に示す制御部６２からの指示速度）で水素を発生できるように、モータ１０と第１のポンプ５を駆動し、箔体８と水２をそれぞれ共用容器３内の下層と上層に供給し、かつ、水素発生用促進部材２０を回転させる。
【００４９】
したがって、所定の速度で水素を発生させながら、かつ、上記反応により、水素の発生とともに減少してしまう箔体８と水２は、上記目標を満足するように常に補給されることになる。なお、供給されたアルミニウムは、前記組成物中においては、アルミニウムの濃度勾配により、水との接触界面の方に自然に拡散していく。また、上記反応を継続することにより、共用容器３の上層に次第に蓄積されてくる水酸化アルミニウム２８は水２と共に排出口２７からタンク２９に排出される。また、このタンク２９内の水２は、再び貯水容器４に戻され、有効利用される。また、燃料電池６１での発電の副産物として発生する水も貯水容器４に戻す手段を設けることで、同様に有効利用される。
【００５０】
また、本実施例では、標準電極電位がガリウムより低い金属元素としてアルミニウムを
用いた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではない。例えば、マグネ
シウム、アルミニウムとマグネシウムの合金、シリコン、亜鉛、チタン、ランタン、セリ
ウムを単独で用いる場合やアルミニウム、マグネシウムとシリコンの合金のような３種以
上を一緒に用いる場合、ランタンとセリウムの合金（ミッシュメタル）を用いる場合は割
愛したが、いずれの金属元素もガリウムより標準電極電位が低いため、当然、これらの金
属元素すべてが選択的に水と反応するので、上記発明例と同様の作用効果が得られること
が明らかである。
【００５１】
また、本実施例では、標準電極電位がガリウムより低い金属元素の形状として箔体を用
いた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではない。例えば、線体（中
実のワイヤー、パイプやパイプの中に粉体が充填された形状）等、さまざまなものを用い
ることができる。
【００５２】
また、本実施例では、共用容器３内の下層に収容する物質として、第１の金属としての
上述のスズ−ガリウム系金属１を用いた例について説明したが、必ずしもこれに特定され
るものではない。例えば、第２の金属としての上述の銀−ガリウム系金属や第３の金属と
してのガリウムを用いることもできる。また、本実施例においては、共用容器３内の下層
に最初は上述のスズ−ガリウム系金属１のみを収容しておき、その後アルミニウムの箔体
８を供給していく例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではなく、例えば最初からアルミニウム元素が混合された水素発生用組成物２０ｄが収容され、順次アルミニウム元素を補給していく形式であっても良い。
【００５３】
また、本実施例の基体２０ｃが回転することにより、共用容器３の下層に収容された水素発生用組成物２０ｄが攪拌されるが、共用容器３に積極的に第１の金属、または、第２の金属、もしくは、第３の金属と、添加金属元素とを攪拌する機能を備えてもよい。なお、第１の金属、または、第２の金属、もしくは、第３の金属と、添加金属元素とを攪拌する機能としては、超音波振動等により揺動させ、拡散を促進させるものでもよい。
【００５４】
また、本実施例では、添加金属元素供給手段として、双ロール７とロール体９とモータ１０とモータ制御手段１１とから構成され、双ロール７は共用容器３の下層の側壁３ａに密閉された状態で取り付けられた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではなく、双ロール７は、共用容器３の第１または第２の金属が収容されている側であり水とは隔離し密閉された状態で取り付けられていれば良い。さらに、添加金属元素供給手段として、例えば金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から粉体を共用容器３に収容された第１または第２の金属内に供給するために共用容器３の第１または第２の金属が収容されている側であり水とは隔離し密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成する等、さまざま構成のものが考えられる。
【００５５】
なお、本実施例においては、スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物２０ｄを担持させる基体２０ｃとして、ステンレススチール製の枠２０ａと格子子２０ｂとからなる表面積の大きな網状のものの例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではない。例えば、基体の形態は、多孔質体状、発泡体状、または、不織布状等、さまざまなものを用いることができる。また、基体の材質に関しても、セラミックス、ガラス、樹脂、水およびガリウムと反応しない金属等、さまざまなものを用いることができる。
【００５６】
また、本実施例においては、円形の基体２０ｃの直径が比較的小さな例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではない。例えば、用途に応じてこの直径をさらに大きくすることで、水素２３の発生速度を増加させることができる。さらに、この円形の基体２０ｃを軸２１の方向に多連形に並べることで、水素２３の発生速度をより一層増加させることができる。このような構成は、大型の自動車のように搭載された水素発生装置で水素を高速度で発生できることが要求され場合には、特に有効である。また、基体２０ｃの形状も円形に限定されるものではない。
【００５７】
また、本実施例においては、円形の基体２０ｃが水素発生装置内で回転可能に支持された例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではない。例えば、揺動可能支持等の可動式に設置されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の一実施例の自動車および燃料ステーションを説明するための概略ブロック図である。
【図２】図１に示す本発明の自動車に搭載された水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線での模式断面図である。
【図３】図２に示す水素発生装置で用いる水素発生用促進部材の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はそのＡ部拡大説明図である。
【符号の説明】
【００５９】
１  スズ−ガリウム系金属
２  水
３  共用容器
３ａ  側壁
４  貯水容器
５  第１のポンプ
６  第１のポンプ制御手段
７  双ロール
８  箔体
９  ロール体
１０  モータ
１１  モータ制御手段
２０  水素発生用促進部材
２０ａ  枠
２０ｂ  格子
２０ｃ  基体
２０ｄ  水素発生用組成物
２１  軸
２２  給水口
２３  水素
２４  水素取出し口
２５  水素センサ
２６  出力された信号
２７  排出口
２８  水酸化アルミニウム
２９  タンク
３０  添加金属元素貯蔵容器
５０  燃料電池自動車
６０  燃料電池システム
６１  燃料電池
６２  制御部
６３  水素発生装置
６４  エアポンプ
６５  エアクリーナ
７０  二次電池
８０  パワーコントロールユニット
８１  電圧変換部
８２  インバータ
８３  コントローラ
９０、９１  駆動輪
９２、９３  被駆動輪
１００  モータ
１１０  燃料ステーション
１１１  水供給設備
１１２  添加金属元素供給設備
【図１】
2009159802.tif 000003
【図２】
2009159802.tif 000004
【図３】
2009159802.tif 000005