JP2002158020A

JP2002158020A - 発電装置

Info

Publication number: JP2002158020A
Application number: JP2000352067A
Authority: JP
Inventors: Seiji Shiraishi; 誠司白石; Atsuo Yamada; 淳夫山田; Hisashi Kajiura; 尚志梶浦; Ryuichiro Maruyama; 竜一郎丸山; Takahiro Nakamura; 享弘中村; Terubumi Miyakoshi; 光史宮腰; Hiroshi Miyazawa; 弘宮沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-11-20
Filing date: 2000-11-20
Publication date: 2002-05-31

Abstract

(57)【要約】【課題】発電の開始および停止の制御が容易な発電装
置を提供する。【解決手段】水素電極１３と、酸素電極１４と、水素
電極１３及び酸素電極１４間に設けられたプロトン伝導
体膜１５と、水素電極１３側に設けられたガス流路２４
と、酸素電極１４側に設けられたガス流路２５とを備
え、ガス流路２４に水素ガスが供給されるとともに、ガ
ス流路２５に空気が供給されることによって、発電を行
う発電装置であって、さらに、ガス流路２４および２５
の少なくとも一方を遮断する遮断手段を備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、発電装置に関し、
さらに詳細には、発電の開始および停止の制御が容易な
発電装置に関する。

【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】しかしながら、燃料電
池は化学電池とは異なり、発電を開始させたり、停止さ
せたりするための制御が必要である。

【００１１】また、水素電極側に設けられた水素ガス流
路は、空気などの不純物ガスが侵入しないよう密閉され
ているが、密閉されているが故に、一旦、不純物ガスが
侵入すると、これを排出することができなかった。この
ため、水素電極に供給される水素ガスの純度が徐々に低
下し、発電効率が低下するという問題があった。

【００１２】したがって、本発明の目的は、発電の開始
および停止の制御が容易な発電装置を提供することにあ
る。

【００１３】また、本発明の他の目的は、水素電極に供
給される水素ガスの純度を向上させ、これにより、発電
効率が向上された発電装置を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
第１の電極および第２の電極と、前記第１の電極および
前記第２の電極間に設けられた電解質膜と、前記第１の
電極の側に設けられた第１のガス流路と、前記第２の電
極の側に設けられた第２のガス流路とを備え、前記第１
のガス流路に第１のガスが供給されるとともに、前記第
２のガス流路に第２のガスが供給されることによって、
発電を行う発電装置であって、前記第１のガス流路およ
び前記第２のガス流路の少なくとも一方を遮断する遮断
手段を備えたことを特徴とする発電装置によって達成さ
れる。

【００１５】本発明によれば、第１のガス流路および第
２のガス流路の少なくとも一方を遮断する遮断手段を備
えているので、これによって、第１のガス流路および第
２のガス流路の少なくとも一方を遮断することにより、
容易に発電を停止させることができる。

【００１６】本発明の好ましい実施態様においては、前
記第１のガスが水素ガスである。

【００１７】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記第２のガスが酸素ガスである。

【００１８】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記遮断手段が、前記第１のガス流路を遮断する第
１の遮断部と、前記第２のガス流路を遮断する第２の遮
断部とを有している。

【００１９】本発明の前記目的はまた、水素吸蔵材料を
有する水素供給源と、発電部と、前記水素供給源より供
給される水素ガスを前記発電部に導くガス流路と、前記
ガス流路に設けられた開閉可能なバルブとを備えたこと
を特徴とする発電装置によって達成される。

【００２０】本発明によれば、水素ガスを導くガス流路
に、バルブが設けられているので、これを操作すること
によって、発電の開始および停止を容易に制御すること
が可能となる。

【００２１】本発明の好ましい実施態様においては、前
記水素供給源が、前記発電部に対して着脱可能に構成さ
れた水素カートリッジによって構成される。

【００２２】本発明の好ましい実施態様によれば、水素
カートリッジを交換するだけで引き続き、発電を継続さ
せることができる。このため、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
を長時間にわたって、使用することが可能となる。

【００２３】本発明のさらに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から取り外され
ると、前記バルブが自動的に閉状態となるよう構成され
ている。

【００２４】本発明のさらに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、バ
ルブが自動的に閉状態となるように構成されているの
で、ユーザの利便性が向上するとともに、取り扱いの安
全性が確保される。

【００２５】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素カートリッジが前記発電部に装着される
と、前記バルブが自動的に開状態となるよう構成されて
いる。

【００２６】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、水素カートリッジが発電部に装着されると、バルブ
が自動的に開状態となるよう構成されているから、ユー
ザの利便性がさらに向上する。

【００２７】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、少なくとも、前記水素供給源より供
給される水素ガスの圧力を調整するレギュレータと、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とを備えている。

【００２８】本発明のさらに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。

【００２９】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、発電装置は、さらに、前記ガス流路に設けられた逆
流防止手段を備えている。

【００３０】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、発電装置が、さらに、発電部から水素供給源へのガ
スの逆流を阻止する逆流防止手段を備えているから、本
来、発電部へ流れるべき水素ガスが逆流することがな
く、取り扱いの安全性が確保される。

【００３１】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記逆流防止手段が、逆止弁によって構成される。

【００３２】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素カートリッジには、前記発電部へ水素ガス
を供給するためのガス供給端が設けられており、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てい
る。

【００３３】本発明のさらに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などが侵入したりすること
がない。このため、ユーザによる取り扱いの安全性が確
保される。

【００３４】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記ガス供給端に、前記発電部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が設けら
れている。

【００３５】本発明のさらに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確実
に防止される。

【００３６】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。

【００３７】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る。

【００３８】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
る。

【００３９】本発明の前記目的はまた、水素電極と、酸
素電極と、前記水素電極と前記酸素電極との間に設けら
れた電解質膜と、前記水素電極側に設けられた第１のガ
ス流路と、前記酸素電極側に設けられた第２のガス流路
と、前記第１のガス流路に水素ガスを供給する水素ガス
供給手段と、前記第１のガス流路内の不純物ガスを除去
する不純物ガス除去手段とを備えたことを特徴とする発
電装置によって達成される。

【００４０】本発明によれば、第１のガス流路内の不純
物ガスを除去する不純物ガス除去手段を備えているの
で、第１のガス流路内の水素ガス純度を高く保つことが
可能となり、これによって、発電効率を向上させること
が可能となる。

【００４１】本発明の好ましい実施態様においては、前
記不純物ガス除去手段が、前記第１のガス流路に設けら
れた開閉機構を有し、前記開閉機構が開状態となると、
前記第１のガス流路が大気に開放されるように構成され
ている。

【００４２】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記開閉機構が、手動により操作可能に構成されて
いる。

【００４３】本発明の別の好ましい実施態様において
は、前記開閉機構が、発電の開始に応答して、一定時
間、前記開状態とされるように構成されている。

【００４４】本発明のさらに別の好ましい実施態様にお
いては、前記開閉機構が、一定期間おきに、前記開状態
とされるように構成されている。

【００４５】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記不純物ガス除去手段が、さらに、前記開閉機構
を閉状態に付勢する付勢手段を有している。

【００４６】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、付勢手段が設けられているから、通常時には開閉機
構を閉状態に保つことが可能となる。

【００４７】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記付勢手段がバネによって構成されている。

【００４８】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、発電装置は、さらに、前記第１のガス流路および第
２のガス流路の少なくとも一方を遮断する遮断手段を備
えている。

【００４９】本発明において、水素電極および酸素電極
は、電極基体に加えて、触媒層を備えていることが好ま
しく、本発明において使用可能な触媒としては、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、金などが挙げられるが、これらの中では、白金およ
び白金合金が、好ましく使用される。

【００５０】本発明において、電解質膜が、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プロト
ン伝導体膜によって構成されていることが好ましく、プ
ロトン伝導体膜を形成する材料は、特に限定されるもの
ではないが、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。なお、本明細書において、
「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」を意味するものである。

【００５１】本発明において、プロトン伝導体膜を形成
する炭素質材料としては、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。ここに、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。

【００５２】本発明において、プロトン伝導体膜の母体
となる炭素クラスターとしては、たとえば、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などが好適であるが、
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よい。

【００５３】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、ＬａＮｉ_５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。

【００５４】

【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。

【００５５】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。

【００５６】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とを備えている。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ように構成さ
れている。

【００５７】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によって、発電部８が構成され、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。

【００５８】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、たとえば、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
ュータなど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。

【００５９】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よう
に構成されている。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。

【００６０】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。

【００６１】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１
６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。

【００６２】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２
１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、金などが使用可能であるが、白金
および白金合金が、好ましく、使用される。

【００６３】また、図２に示されるように、酸素電極１
４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、これらの正極リード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。

【００６４】図２に示されるように、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２
４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から、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から、導入された空気は、流路２５を流
れて、これに含まれる酸素ガスが酸素電極１４に達す
る。

【００６５】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２
６からの排出が阻止され、あるいは、排出され、流路２
５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を介した通気の
排出が阻止され、あるいは、排出される。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。

【００６６】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、
一方、プロトンは、プロトン伝導体部１５を経由して、
酸素電極１４の側に移動する。

【００６７】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、水を生
成する。このようにして、所望の起電力が取り出され
る。

【００６８】ここに、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。な
お、本明細書において、「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」を意味する
ものである。

【００６９】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。ここに、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。

【００７０】炭素クラスターには種々のものがあるが、
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などが好適
である。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よいことはいうまで
もない。

【００７１】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、たとえば、ＯＨ基、
−ＯＳＯ_３Ｈ基、−ＣＯＯＨ基、−ＳＯ_３Ｈ基、−ＯＰ
Ｏ（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。

【００７２】次に、水素カートリッジ３について説明す
る。

【００７３】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。

【００７４】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３
１とを備えている。

【００７５】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
としては、水素吸蔵合金若しくは炭素質水素吸蔵材料を
用いることができる。水素吸蔵合金としては、特に限定
されるものではないが、ＬａＮｉ_５を好ましく用いるこ
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用いる
ことができる。

【００７６】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ない
し１０気圧である。

【００７７】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、
水素ガスの流路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。

【００７８】一方、蓋２９には、水素吸蔵材料３２から
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から放出される水素
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。

【００７９】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。

【００８０】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。

【００８１】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。

【００８２】ここに、水素吸蔵材料３２がＬａＮｉ_５な
ど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など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、たとえば、
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。そこで、本実施態様においては、水素カートリッ
ジ３の水素ガスの流路３３に、フィルタ部材３４が設
け、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。

【００８３】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、たとえば、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
供給されるように構成されている。

【００８４】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。

【００８５】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に示される位置に配置される。

【００８６】第２の可動ブロック１８が、図４に示され
る位置に配置されると、空気導入口１０および排出口２
７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、水素カートリッジ３が発電部８から取り
外された状態においては、酸素電極１４には新しい空気
が供給されないのみならず、ゴミやホコリなどの異物の
侵入が阻止される。

【００８７】次いで、この状態から、十分な水素ガスが
水素吸蔵材料３２に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から放出
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。

【００８８】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。たとえば、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。

【００８９】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。

【００９０】この間、ユーザは、第２の可動ブロック１
８を操作して、これを、図２に示される位置に移動させ
る。第２の可動ブロック１８が、図２に示される位置に
移動されると、空気導入口１０および排出口２７が開放
され、これにより、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。

【００９１】したがって、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、これによって、利用機器を動作させることが可能と
なる。

【００９２】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、水素
の残量がゼロになる。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、十分な水素ガスが水素
吸蔵材料３２に吸蔵された別の水素カートリッジ３を装
着すればよい。

【００９３】ここに、水素カートリッジ３を発電部８か
ら取り外しても、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ため、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へ空気などが流入することはない。

【００９４】一方、発電部８側にも、逆止弁５が設けら
れているため、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から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の入り口近傍
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が取り外された場合にも、逆止弁５が存在するた
め、かかる高圧の水素ガスが外部に放出されることが確
実に防止される。

【００９５】さらに、逆止弁７が設けられているため、
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へ逆流することも確実に防止される。

【００９６】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、説明を加える。

【００９７】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く、本実施態様にか
かる発電装置１は、いずれの方法によっても、発電を停
止させることができるように構成されている。

【００９８】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
ーザは、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されるため、発電部本体２による発
電は停止する。

【００９９】また、ユーザが、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。

【０１００】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、ユーザは、
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に示される位置に移動されると、流路２
５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。

【０１０１】なお、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、発電を停止させることもできる。

【０１０２】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、説明を加える。

【０１０３】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、発電によって、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。

【０１０４】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、手動によって、第１の可動
ブロック１７を押し込めば良い。

【０１０５】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。

【０１０６】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
力によって、図２に示される位置へ自動的に戻される。

【０１０７】このような操作を定期的に実行することに
よって、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ため、通常時における流路２４の
気密性が担保される。

【０１０８】以上、説明したように、本実施態様にかか
る発電装置１によれば、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
出されることを確実に防止することが可能になる。

【０１０９】同様に、本実施態様にかかる発電装置１に
よれば、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へ逆流することも確実に
防止することが可能になる。

【０１１０】また、本実施態様にかかる発電装置１によ
れば、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。

【０１１１】さらに、本実施態様にかかる発電装置１に
よれば、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２
４内に蓄積されている不純物ガスを排気することが可能
になる。

【０１１２】また、本実施態様にかかる発電装置１によ
れば、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、第２の可動ブロック１８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
やホコリなどの異物が発電部本体２の内部に混入するこ
とを防止することもできる。

【０１１３】さらに、本実施態様にかかる発電装置１に
よれば、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を確
実に防止することが可能になる。

【０１１４】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。

【０１１５】たとえば、上記実施態様においては、第１
の可動ブロック１７は、ユーザーによって操作されるよ
うに構成されているが、第１の可動ブロック１７の操作
が自動的に行われるように構成してもよい。たとえば、
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、一定時間にわたり、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よ
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るようにしてもよい。

【０１１６】また、上記実施態様においては、第２の可
動ブロック１８は、ユーザーによって操作されるように
構成されているが、第２の可動ブロック１８の操作が自
動的に行われるように構成してもよい。たとえば、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
てもよい。

【０１１７】さらに、上記実施態様においては、バルブ
６は、ユーザーによって操作されるように構成されてい
るが、バルブ６の操作が自動的に行われるように構成す
ることもできる。たとえば、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
う構成してもよい。ただし、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１
８およびバルブ６の少なくとも一方は、ユーザによっ
て、自由に操作可能であることが必要がある。

【０１１８】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、たとえば、パー
フルオロスルホン酸樹脂など、これとは異なる材料を用
いることもできる。

【０１１９】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。

【０１２０】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。さらに、逆止弁
を省略しても構わない。

【０１２１】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。

【０１２２】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。

【０１２３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、水素
ガスの供給を制御するバルブ６および空気の供給を制御
する第２の可動ブロック１８を設けたので、発電の開始
および停止の制御が容易な発電装置が提供される。さら
に、本発明では、流路２４内の不純物ガスを排気する第
１の可動ブロック１７を設けたので、流路２４内の水素
ガス純度を高く保つことが可能となり、これにより発電
効率を向上させることが可能となる。

【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

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梶浦尚志東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者丸山竜一郎東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者中村享弘東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者宮腰光史東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内 (72)発明者宮沢弘東京都品川区北品川６丁目７番35号ソニー株式会社内Ｆターム(参考） 5H027 AA02 AA06 BA13 BA14 BA16 MM04 MM08 MM09

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１の電極および第２の電極と、前記第
１の電極および前記第２の電極間に設けられた電解質膜
と、前記第１の電極側に設けられた第１のガス流路と、
前記第２の電極側に設けられた第２のガス流路とを備
え、前記第１のガス流路に第１のガスが供給されるとと
もに、前記第２のガス流路に第２のガスが供給されるこ
とによって、発電を行う発電装置であって、さらに、前
記第１のガス流路および前記第２のガス流路の少なくと
も一方を遮断する遮断手段を備えたことを特徴とする発
電装置。
【請求項２】前記第１のガスが水素ガスであることを
特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項３】前記第２のガスが酸素ガスであることを
特徴とする請求項１に記載の発電装置。
【請求項４】前記遮断手段が、前記第１のガス流路を
遮断する第１の遮断部と、前記第２のガス流路を遮断す
る第２の遮断部とを有することを特徴とする請求項１に
記載の発電装置。
【請求項５】水素吸蔵材料を有する水素供給源と、発
電部と、前記水素供給源より供給される水素ガスを前記
発電部に導くガス流路と、前記ガス流路に設けられた開
閉可能なバルブとを備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項６】前記水素供給源が、前記発電部に対して
着脱可能に構成された水素カートリッジからなることを
特徴とする請求項５に記載の発電装置。
【請求項７】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、前記バルブが自動的に閉状態となるよ
う構成されていることを特徴とする請求項６に記載の発
電装置。
【請求項８】前記水素カートリッジが前記発電部に装
着されると、前記バルブが自動的に開状態となるよう構
成されていることを特徴とする請求項６に記載の発電装
置。
【請求項９】前記発電部が、少なくとも、前記水素供
給源より供給される水素ガスの圧力を調整するレギュレ
ータと、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とを備えたことを特
徴とする請求項５に記載の発電装置。
【請求項１０】さらに、前記ガス流路に設けられた逆
流防止手段を備えたことを特徴とする請求項５に記載の
発電装置。
【請求項１１】前記逆流防止手段が、逆止弁であるこ
とを特徴とする請求項１０に記載の発電装置。
【請求項１２】前記水素カートリッジに、前記発電部
へ水素ガスを供給するためのガス供給端が設けられてお
り、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、前記ガス供給端が、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
されたことを特徴とする請求項６に記載の発電装置。
【請求項１３】前記ガス供給端に、前記発電部から前
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
手段が設けられたことを特徴とする請求項１２に記載の
発電装置。
【請求項１４】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ことを特徴とする請求項５に記載の
発電装置。
【請求項１５】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５に記載の発電装置。
【請求項１６】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５に記載の発電装
置。
【請求項１７】水素電極と、酸素電極と、前記水素電
極と前記酸素電極との間に設けられた電解質膜と、前記
水素電極側に設けられた第１のガス流路と、前記酸素電
極側に設けられた第２のガス流路と、前記第１のガス流
路に水素ガスを供給する水素ガス供給手段と、前記第１
のガス流路内の不純物ガスを除去する不純物ガス除去手
段とを備えたことを特徴とする発電装置。
【請求項１８】前記不純物ガス除去手段が、前記第１
のガス流路に設けられた開閉機構を有し、前記開閉機構
が開状態となると、前記第１のガス流路が大気に開放さ
れるように構成されたことを特徴とする請求項１７に記
載の発電装置。
【請求項１９】前記開閉機構が、手動により操作可能
に構成されていることを特徴とする請求項１８に記載の
発電装置。
【請求項２０】前記開閉機構が、発電の開始に応答し
て、一定時間にわたり、前記開状態とされるように構成
されたことを特徴とする請求項１８に記載の発電装置。
【請求項２１】前記開閉機構が、一定期間おきに、前
記開状態とされるように構成されたことを特徴とする請
求項１８に記載の発電装置。
【請求項２２】前記不純物ガス除去手段が、さらに、
前記開閉機構を閉状態に付勢する付勢手段を有すること
を特徴とする請求項１８に記載の発電装置。
【請求項２３】前記付勢手段がバネからなることを特
徴とする請求項２２に記載の発電装置。
【請求項２４】さらに、前記第１のガス流路および第
２のガス流路の少なくとも一方を遮断する遮断手段を備
えたことを特徴とする請求項１７に記載の発電装置。