JP2008021514A

JP2008021514A - 燃料電池用の水素ガス発生装置

Info

Publication number: JP2008021514A
Application number: JP2006191814A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Sugita; 泰一杉田; Masakazu Sugimoto; 正和杉本; Masaya Yano; 雅也矢野
Original assignee: Aquafairy Corp
Current assignee: Aquafairy Corp
Priority date: 2006-07-12
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2008-01-31

Abstract

【課題】水素発生剤収容室内に水素発生剤を高い充填率で収容した場合にも水素ガスを排出口から確実に排出させることが可能な水素ガス発生装置を提供する。
【解決手段】反応液収容室から反応液が供給される供給口１２ｄと、反応液と反応して水素ガスを発生させる水素発生剤が収容される水素発生剤収容室１２ｃと、発生した水素ガスが排出される排出口１２ｅとを備えた燃料電池用の水素ガス発生装置であって、水素発生剤収容室１２ｃ内に、水素ガスを通過させるが反応液を通過させないメンブレンフィルター１５を、供給口１２ｄから排出口１２ｅの方向にわたって配置した。好ましくは、メンブレンフィルター１５は、水素発生剤収容室１２ｃ内の内壁面に沿うように配置する。好ましくは、反応液を通過可能な濾紙１６を、供給口１２ｄから排出口１２ｅの方向にわたって配置する。
【選択図】図２

Description

本発明は、反応液収容室から反応液が供給される供給口と、反応液と反応して水素ガスを発生させる水素発生剤が収容される水素発生剤収容室と、発生した水素ガスが排出される排出口と、を備えた燃料電池用の水素ガス発生装置に関するものである。

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。水素ガス供給型の燃料電池では、発電を行なわせるために、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になる。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。

以上のように、燃料電池には燃料としての水素ガスを供給する必要がある。そこで水素ガス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に開示される水素ガス発生装置が知られている。この水素ガス発生装置は、水（反応液に相当）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（水素発生剤に相当）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（水素発生剤収容室に相当）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。

特開２００４−１４９３９４号公報

かかる水素ガス発生装置において、水素発生剤収容室内にはできるだけ多くの水素発生剤を充填させておくことが好ましい。これにより、水素ガスの総発生量が増えるからである。例えば、水素発生剤を微細に粉末化させて充填させる。しかし、水素発生剤の充填密度を高めると、発生した水素ガスが排出口から排出しにくくなり、収容室内に水素ガスが溜まったままになることがある。そうすると、水素発生剤収容室内の圧力が高まり、容器の破損などの問題が生じるため、容器の強度を確保するなどの措置を講じる必要が出てくる。また、予定された量の水素ガスが燃料電池へ供給されないと発電効率が低下するという問題も生じる。

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、水素発生剤収容室内に水素発生剤を高い充填率で収容した場合にも水素ガスを排出口から確実に排出させることが可能な水素ガス発生装置を提供することである。

上記課題を解決するため本発明に係る水素ガス発生装置は、
反応液収容室から反応液が供給される供給口と、
反応液と反応して水素ガスを発生させる水素発生剤が収容される水素発生剤収容室と、
発生した水素ガスが排出される排出口と、を備えた燃料電池用の水素ガス発生装置であって、
水素発生剤収容室内に、水素ガスを通過させるが反応液を通過させない第１フィルターを、供給口から排出口の方向にわたって配置したことを特徴とするものである。

この構成による水素ガス発生装置の作用・効果を説明する。この装置は、水素発生剤が収容される水素発生剤収容室を備えており、供給口から反応液の供給を受ける。供給された反応液は水素発生剤と反応して、水素ガスを発生し、発生した水素ガスは排出口を介して排出される。また、水素発生剤収容室内には第１フィルターが、供給口から排出口の方向にわたって配置される。この第１フィルターは、反応液は通さないが水素ガスは通すという特性を有している。すなわち、発生した水素ガスは、この第１フィルター内を通過することが可能である。従って、排出口から比較的遠い場所で発生した水素ガスも、第１フィルターを介して排出口へ到達することができる。これにより、水素発生剤収容室内に水素ガスが蓄積し圧力が必要以上に高まることを抑制することができる。その結果、水素発生剤収容室内に水素発生剤を高い充填率で収容した場合にも水素ガスを排出口から確実に排出させることが可能な水素ガス発生装置を提供することができる。

本発明に係る第１フィルターは、水素発生剤収容室内の内壁面に沿うように配置することが好ましい。

この構成によると、第１フィルターは充填されている水素発生剤を囲むような位置に配置される。内壁面に沿うように配置することで、内壁面と第１フィルターとの間に空間を形成し、水素ガスを排出口へ導くための通路として機能させることができる。あるいは、内壁面に第１フィルターを密着させてもよい。この場合、発生した水素ガスは第１フィルター内を通って排出させることができる。これにより、水素発生剤を充填するための空間を可能な限り確保すると共に、水素ガスを排出させるための通路も確保することができる。

本発明において、反応液を通過可能な第２フィルターを、供給口から排出口の方向にわたって配置したことが好ましい。

かかる第２フィルターを供給口から排出口の方向にわたって配置することで、第２フィルターを介して反応液を収容室内の各部に供給することができる。これにより、水素発生剤収容室内に満遍なく反応液を行き渡らせるようにすることができる。

本発明において、第１フィルターと第２フィルターを共に水素発生剤収容室内の内壁面に沿うように配置し、かつ、第１フィルターを内壁面に近い側に配置することが好ましい。

かかる構成によると、第1フィルター及び第２フィルターは充填されている水素発生剤を囲むような位置に配置される。内壁面に沿うように配置することで、内壁面と第１フィルターとの間に空間を形成し、水素ガスを排出口へ導くための通路として機能させることができる。あるいは、内壁面に第１フィルターを密着させてもよい。この場合、発生した水素ガスは第１フィルター内を通って排出させることができる。第２フィルターは水素ガスを通すこともでき、発生した水素ガスの通路の邪魔になることはない。

本発明において、供給口の近傍に水素ガス発生のための反応開始を促進させる反応起爆剤を収容することが好ましい。

例えば、反応起爆剤により積極的に発熱させることで、水素発生剤と反応液との反応を促進させるようにすることができる。

本発明において、水素発生剤収容室と隣接して中間室を配置し、排出口から排出される水素ガスを中間室を経て排出させることが好ましい。

水素ガスを排出する場合には、水素ガスと共に反応液の蒸気も排出されることがある。この蒸気を中間室で凝集させて集めるようにすることで、燃料電池には水素ガスのみを供給できる。回収した反応液は、反応液収容室へ戻すようにすれば、反応液を再利用できて効率がよい。

本発明において、反応液収容室から前記供給口への反応液通路に逆止弁を設けたことが好ましい。

これにより、水素発生剤収容室内で発生した水素ガスが反応液収容室のほうへ逆流することを防止することができる。

次に、本発明に係る水素ガス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、水素ガス発生装置を用いた燃料電池システムの構成を示す模式図である。このシステムは、好適には、携帯電話に内蔵される二次電池の充電用として使用される。

＜燃料電池システムの構成＞
図１において、燃料電池システムは、セルユニットＡと水素ガス発生装置Ｂにより構成される。セルユニットＡは、４つの燃料電池セル（単位セルＳ）により構成される。４つの単位セルＳは、カソード側を外向きに枠状に結合されている。単位セルＳとしては、例えば、特開２００６−６６３３９号公報や特開２００６−８６０４２号公報に開示される構造のものを使用することができる。

上記先行技術に開示されるように、各単位セルＳは、カソード側金属板１とアノード側金属板２により固体高分子電解質を有する膜・電極接合体（ＭＥＡ）を挟持した構造を備えている。カソード側には、空気（酸化ガス）を取り込むための小孔１ａが多数形成されている。４つの単位セルＳは、接続用の端子３により電気的に直列接続されている。

枠状に形成されたセルユニットＡの上部には回路基板４が取り付けられる。回路基板４には、接続端子５が取り付けられると共に、携帯電話に適切な充電電圧が供給できるように昇圧回路などが搭載されている。セルユニットＡと回路基板４とは、端子６により電気的に接続されており、セルユニットＡによって発生した電圧は、昇圧回路により適切な電圧に昇圧されてから携帯電話側に供給される。

水素ガス発生装置Ｂは、大きく分けて圧縮気体収容部１０と、反応液収容部１１と、水素発生剤収容部１２とを備えている。圧縮気体収容部１０は、反応液を押し出すための圧縮気体が収容されている。反応液収容部１１は、反応液収容室を内部に備えており、水素発生剤と反応させるための反応液が収容される。水素発生剤収容部１２は、水素発生剤収容室を内部に備えており、反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤が収容される。発生した水素ガスは、排出口１２ａを介して適宜のパイプ（不図示）によりセルユニットＡ側に供給される。

セルユニットＡの各単位セルＳは、燃料ガスである水素ガスを流通させるためのガス流路が形成されており、各単位セルＳのガス流路は、直列接続されている。従って、水素ガス発生装置Ｂから供給される水素ガスは、４つの単位セルＳのうちのある１つの単位セルＳに対して供給され、順次直列接続されたガス流路を通って、各単位セルＳに順番に供給される。

枠状に組み立てられたセルユニットＡの内部には空間部が形成されており、水素ガス発生装置Ｂの圧縮気体収容部１０と反応液収容部１１が挿入される。圧縮気体収容部１０及び反応液収容部１１は、断面略正方形の直方体状に形成される。水素発生剤収容部１２も断面略正方形の直方体状に形成される。図１において、水素ガス発生装置Ｂの反応液収容部１１をセルユニットＡ内に挿入した時、セルユニットＡの下部に水素発生剤収容部１２が位置する。

＜水素ガス発生装置の構成＞
次に、水素ガス発生装置Ｂの構成について図２及び図３により詳細に説明する。便宜上、図の上下方向を水素ガス発生装置Ｂの上下方向であるとして説明する。ただし、実際に水素ガス発生装置Ｂが使用される場合の姿勢については、かかる上下方向のみに限定されるものではない。

圧縮気体収容部１０の内部には、数気圧の圧縮気体が収容される。圧縮気体は、空気や窒素などを用いることができる。圧縮気体収容部１０は、本体容器１０ａと本体容器１０ａの下部周囲に形成される雄ねじ１０ｂを有している。本体容器１０ａの内部には弁１３が取り付けられており、図２に示す状態は、弁１３を閉じた状態である。従って、圧縮気体は本体容器１０ａの外部に出て行くことはできない。

反応液収容部１１は、内部に反応液収容室１１ｂを形成するための本体容器１１ａを備えている。本体容器１１ａの上部には雌ねじ１１ｃが形成されており、圧縮気体収容部１１の雄ねじ１０ｂと螺合することができる。図３は、螺合させた状態を図示している。本体容器１１ａの上部中央には、作用部１１ｄが設けられており、この作用部１１ｄは、弁１３の端部１３ａを押すことができる。従って、図３に示すように螺合した状態では、作用部１１ｄにより弁１３が上方に押し上げられる。作用部１１ｄには、流通孔１１ｅが形成されており、図３に示す状態では、流通孔１１ｅを介して圧縮気体が反応液収容室１１ｂ内に送り込まれる。圧縮気体が反応液収容室１１ｂ内に送り込まれると、その圧力により反応液が反応液収容室１１ｂ外へ排出されることになる。

反応液収容室１１ｂには、反応液としての水が収容される。反応液収容室１１ｂの下部には、部屋を仕切るための仕切り部１１ｆが設けられており、その中央部に反応液の排出口１１ｇが設けられる。排出される反応液は、逆止弁１４を介して水素発生剤収容部１２へと供給される。

水素発生剤収容部１２は、本体容器１２ｂを備え、その内部に水素発生剤収容室１２ｃが形成される。水素発生剤収容室１２ｃの上部中央には供給口１２ｄが設けられており、この供給口１２ｄを介して反応液収容部１１から反応液が供給される。反応液は圧縮気体の作用により、水素発生剤収容室１２ｃ内へ定量供給される。水素発生剤収容室１２ｃには、反応液である水と反応して水素ガスを発生する水素発生剤が収容されている。水素発生剤としては、水素化マグネシウム（ＭｇＨ₂）の微粉末が使用される。発生した水素ガスは、水素発生剤収容室１２ｃの下部中央に設けられた排出口１２ｄから排出される。

水素発生剤収容室１２ｃの内壁面に沿ってメンブレンフィルター１５（第1フィルターに相当、以下、ＭＦと略す）が配置され、更に、このＭＦ１５の内側に沿うように濾紙１６（第２フィルターに相当）が配置される。ＭＦ１５は、水素ガスは通過させるが水は通過させないという特性を有する。濾紙１６は、水素ガスも水も通過させるという特性を有する。ＭＦ１５と濾紙１６は、供給口１２ｄから排出口１２ｅにわたって配置されている。水素発生剤収容室１２ｃの内壁面と、ＭＦ１５と、濾紙１６は、相互に密着させてもよいし、若干の隙間を空けて配置してもよい。ＭＦ１５としては、例えば、テフロン（登録商標）シートを用いることができ、濾紙１６としては、例えば、東洋濾紙株式会社製の標準用濾紙Ｎｏ．２を用いることができる。

水素発生剤収容室１２ｃ内には、できるだけ多くの水素発生剤を充填させることで、できるだけ多くの水素ガスを発生させることができる。ただし、充填率を高めた場合、発生した水素ガスを排出口１２ｅから排出しにくくなるという問題がある。発生した水素ガスが予定通り排出されないと、水素発生剤収容部１２内の圧力が高くなる恐れがあり、本体容器１２ｂの強度も高めておかなければならなくなる。あるいは、別途安全弁を取り付けるなどの対処をしなければならない。このような対処を行なうことで装置全体が大型化したり、コスト上昇の原因となるため、発生した水素ガスは、できるだけスムーズに排出させることが好ましい。

そこで、ＭＦ１５を配置することで水素ガスを排出しやすくしている。すなわち、ＭＦ１５は水素ガスを通過させる性質があるため。ＭＦ１５自身で水素ガスを排出口１２ｅの方向に導くことができるし、ＭＦ１５と収容室内壁面の間に形成される空間部を介して、水素ガスを排出口１２ｅの方向に導くことができる。特に、排出口１２ａから離れた場所で発生した水素ガスは、ＭＦ１５がなければ、排出口１２ｅから排出されにくいが、ＭＦ１５を配置することで、スムーズな排出が可能になる。

排出口１２ｅには綿１７が配置されており、粉末の水素発生剤が排出口１２ｅから落下することを防止する。なお、発生した水素ガスは綿１７を通過するので問題ない。水素発生剤収容室１２ｃの下部に隣接して中間室１８が配置されており、水素ガスは中間室１８を通って、排出口１２ａから燃料電池セルＡへ供給される。排出口１２ｅから排出される水素ガスには水蒸気（反応液が蒸発したもの）が含まれることがあり、この水蒸気は中間室１８に凝集させることができる。すなわち、中間室１８において冷却させることで、水として回収することができる。その結果、排出口１２ａからは水素ガスのみが排出される。中間室１８に水が徐々に溜まってくると、排出口１２ｅから排出される水素ガスは、水の中を通過していくことになり、水素ガスの温度を低下させることができる。なお、排出口１２ｅには逆止弁を設けておき、中間室１８に溜まった水が逆流しないようにすることができる。

図４は、水素発生剤収容部１２の横断面図を示す。ＭＦ１５及び濾紙１６は、内壁面の全周にわたって配置されている。ただし、本発明として、必ずしも全周に配置する必要はない。例えば、４つの内面のうち、２つもしくは３つの内面に対して配置してもよく、種々の変形例が考えられる。また、水素発生剤の充填密度であるが、四隅の領域は他の領域に比べて充填密度が低くなっている。水素発生剤収容室１２ｃは断面が略正方形であるから、四隅に充填密度が低い領域が生じやすい。断面が円形の場合は、通常の方法で充填すると、全域が均等な充填密度になりやすい。密度の低い領域を形成することで、目詰まりを防止し、反応液が通りやすくすることができる。従って、水素発生剤収容室１２ｃは、断面円形よりも断面矩形の方が好ましい。

＜水素発生剤＞
次に、好ましい水素発生剤について説明する。水素発生剤としては、水素化マグネシウムの粒子を含有する水素発生剤を使用することができ、必要に応じて、アルミニウム等の金属、アルカリ性無機化合物、凝集抑制粒子を更に含有することができる。

水素化マグネシウムは、水との反応によって水素ガスを発生させるが、次のような反応が生じると考えられる。
ＭｇＨ_２＋２Ｈ_２Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）_２＋２Ｈ_２・・・（１）
この反応は発熱反応であり、系の保温を行うことによって、昇温した状態で反応を進めることができる。

本実施形態における水素化マグネシウムの粒子の表面には、水酸化マグネシウムの表面層を有することが好ましい。一般的な保管方法では、空気中の水分との反応によって（上記反応式（１）と同じ）、水酸化マグネシウムの表面層が水素化マグネシウムの粒子表面に生成しており、室温で水と反応させても水素の発生が起らない。また、市販の水素化マグネシウムについて分析した結果、約５０ｎｍの厚みの水酸化マグネシウムの表面層が形成されていることが判明した。

上記のような水酸化マグネシウムの表面層の厚みは、保管状態における雰囲気中の水分などにより変化するが、一般に１０〜１００ｎｍであると考えられる。

本実施形態における水素化マグネシウムの粒子には、表面層を貫通する複数の亀裂を形成してあり、好ましくは、複数の亀裂が粒子の表面から中心付近まで延びるものである。かかる水素発生剤によると、水に不活性な水酸化マグネシウムの表面層に対し、これを貫通する複数の亀裂を形成してあるため、初期に水素化マグネシウムと水との反応が速やかに生じる。その際、水との反応により水酸化マグネシウムが生成すると考えられるが、反応熱による昇温（１００℃以上になることを確認ずみ）で、水分の拡散と反応が粒子内部まで進行して、反応率が向上すると考えられる。その結果、室温下でも水素発生反応の立ち上がりが早く、また室温下でも反応率が高い水素発生剤となる。

水素化マグネシウム（亀裂形成後）の平均粒子径については、反応率を高めながら、亀裂を生じさせ易くする観点から、平均粒子径が１〜１００μｍが好ましく、２〜５０μｍがより好ましく、５〜２０μｍが更に好ましい。

水素化マグネシウムの粒子の含有量は、全水素発生剤中に、８０重量％以上であることが好ましく、９０重量％以上であることがより好ましく、９５重量％以上であることが更に好ましい。水素化マグネシウムの含有量が８０重量％未満であると、全体の反応速度が低下すると共に、原料重量当たりの水素発生量が少なくなる傾向がある。

必要に応じて含有される金属としては、アルミニウム粒子、鉄粒子、マグネシウム粒子など、水と反応して水素を発生させる金属が好ましい。なかでも、アルミニウム粒子が好ましい。

アルミニウム等の金属を併用する場合、反応性を高める上で、微粒子状のものが好ましく、平均粒子径が１００μｍ以下のものが好ましく、平均粒子径１〜５０μｍがより好ましく、平均粒子径１〜１０μｍがより好ましい。平均粒子径が１μｍ未満であると、製造が困難となり、また２次凝集し、シンターリングによって、昇温時に表面積の低下が著しくみられ、水素発生が低下する傾向がある。

アルミニウム粒子としては、アトマイズ法で製造したものが好ましい。また、表面の酸化被膜を除去処理したものが好ましい。このようなアルミニウム粒子としては、各種市販のものが使用可能である。

金属の含有量は、全水素発生剤中に、１〜１０重量％であることが好ましい。金属の含有量が１０重量％を超えると、全体の反応速度が低下すると共に、原料重量当たりの水素発生量が少なくなる傾向がある。

アルカリ性無機化合物を含有する場合、アルカリ性無機化合物としては、アルカリ金属やアルカリ土類金属の酸化物、水酸化物、炭酸塩などが挙げられる。アルカリ性無機化合物としては、酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、ほう砂、炭酸ナトリウム、及び炭酸カルシウムからなる群より選ばれる１種以上であることが好ましく、特に酸化カルシウムが好ましい。

アルカリ性無機化合物の含有量は、全水素発生剤中に、０．１〜１０重量％であり、好ましくは０．２〜５重量％であり、より好ましくは０．５〜３重量％である。

アルカリ性無機化合物は、反応液の供給し始めにおいて、反応開始を促進させるための反応起爆剤として機能するものである。この反応起爆剤は反応液である水と反応することで発熱し、水素化マグネシウムと水との反応を促進させることができる。従って、反応起爆剤は、反応液の供給口１２ｄの近傍に充填させておくことが好ましい。

凝集抑制粒子を含有する場合、凝集抑制粒子としては、水素発生反応に不活性な微粒子などを用いることができるが、凝集抑制粒子が、カーボンブラック、シリカ、酸化セリウム、酸化アルミニウム、及び酸化チタンからなる群より選ばれる１種以上であることが好ましい。なかでも、凝集抑制効果を高める上で、特にカーボンブラックが好ましい。

凝集抑制粒子の含有量は、全水素発生剤中に、０．１〜３０重量％が好ましく、１〜２０重量％がより好ましい。凝集抑制粒子の含有量が、３０重量％を超えると、相対的に水素化マグネシウムなどの含有量が少なくなり、水素ガスの総発生量が不十分となる傾向がある。

カーボンブラックとしては、例えばチャンネルブラック、サーマルブラック、アセチレンブラック、ケッチェンブラック、ファネスブラックなど、何れのものも使用することもできる。カーボンブラックとしては、親水化処理したものなども存在するが、本発明では凝集抑制効果を高める上で、未処理の疎水性のカーボンブラックが好ましく用いられる。また、これらを用いて、酸化カルシウムを担持することも可能である。カーボンブラックの一次平均粒径は、０．０１〜０．５μｍが好ましい。

本実施形態では、更に活性炭、ゼオライトなどを添加することも可能である。活性性炭としては、椰子殻炭、木粉炭、ピート炭などが挙げられるが、活性炭は保水剤としても作用する。活性炭としてはヨウ素吸着性能が８００〜１２００ｍｇ／ｇであるものが好ましい。

また、無機電解質を添加することも可能である。無機電解質としては、アルカリ金属、アルカリ土類金属、重金属の塩化物、およびアルカリ金属の硫酸塩などが好ましく、例えば、塩化ナトリウム、塩化カリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化第二鉄、硫酸ナトリウムなどが用いられる。

以上のような水素発生剤は、次の製造方法により好適に製造することができる。即ち、水酸化マグネシウムの表面層を有する水素化マグネシウムの粒子に対し、前記表面層を貫通する複数の亀裂を形成する工程を含むものである。

亀裂の形成方法としては、水素化マグネシウムの粒子に、圧縮力及び／又は剪断力を生じさせる方法などが挙げられる。具体的には、ボールミル、ローラミル、高速回転ミル、媒体撹拌ミル、気流式粉砕機、圧密剪断ミル等の粉砕装置を用いる方法、各種のプレス装置を用いる方法などが挙げられる。なかでも、粉砕装置を用いる方法が好ましく、特にボールミルを用いる方法が好ましい。

ボールミルを用いる方法は、水素化マグネシウムの粒子のサイズに応じて、均一な圧縮力及び／又は剪断力を生じさせることができ、また、処理時間によって、亀裂形成の成長の程度を容易にコントロールできる点で好ましい。

具体的には、室温下での反応率をより高める観点から、ボールミルを用いて２０分間以上処理を行うことが好ましく、室温下（保温なし）での反応率をより高める観点から、３０分間以上処理を行うことがより好ましい。

水素発生の際の反応には、特に加熱を行う必要がなく、室温（２５℃）下で行うことができる。但し、保温を行うことによって、反応熱による昇温が生じて、反応速度が向上する。

＜実験結果１＞
次に、ＭＦ１５および濾紙１６の効果について実験を行った。図５は、各条件における水素発生剤収容室１２ｃ内の圧力の経時変化を示すグラフである。図６は、各条件下における圧力と発生した水素ガスの流量の経時変化を示すグラフである。

条件は、本体容器１２ｂ内に（ａ）濾紙１６のみを配置（ｂ）ＭＦ１５と濾紙１６の順に配置（図２と同じ）（ｃ）ＭＦ１５も濾紙１６もなし（ｄ）ＭＦ１５のみを配置（ｅ）ＭＦ１５を３枚配置し、更に濾紙１６を配置、以上の５条件である。なお、ＭＦ１５や濾紙１６は、本体容器１２ｂの内壁面に対して密着する形で配置している。また、本体容器１２ｂは保温するようにし、反応液である水の供給速度は３ｍｌ／ｈとした。使用した試料（水素発生剤）は、ＭｇＨ_２のみである。３０分間ボールミルで粉砕し、本体容器１２ｂ内に１．２ｇ充填させた。

グラフからも分かるように、ＭＦ１５と濾紙１６を１枚ずつ使用した条件（ｂ）が最も圧力が低い状態が維持されている。条件（ｅ）はＭＦ１５を３枚使用しているが、枚数を増加させても大きな効果は得られていない。

＜実験結果２＞
図７は、図５とは異なる試料を使用した場合の実験結果を示すグラフである。試料は、ＭｇＨ_２に５ｗｔ％のカーボンを加えた水素発生剤を使用し、３０分間ボールミルで粉砕した。充填した量は１．２ｇであり、このうち、ＭｇＨ_２の量は１．１４ｇである。また、本体容器１２ｂは保温するようにし、反応液である水の供給速度は３ｍｌ／ｈとした。

このグラフからも分かるように、図５の場合と同様に条件（ｂ）が最も圧力が低くなっている。また、カーボンを含有させることで、更に圧力が低下していることが分かる。これは、カーボンにより凝集を抑制することができ、発生した水素ガスの通過をスムーズに行なうことができているためである。

＜実験結果３＞
図８は、カーボンの含有量を変えた場合の実験結果であり、圧力の経時変化を示すグラフである。図９は、圧力及び水素ガス流量の経時変化を示すグラフである。試料は、（ｆ）ＭｇＨ_２のみ（ｇ）ＭｇＨ_２に１ｗｔ％のカーボン添加（ｈ）ＭｇＨ_２に５ｗｔ％のカーボン添加、の３条件について実験を行った。本体容器１２ｂは保温するようにし、反応液である水の供給速度は３ｍｌ／ｈとした。試料は、３０分間ボールミルで粉砕し、本体容器１２ｂ内に１．２ｇ充填させた。また、本体容器１２ｂ内にＭＦ１５と濾紙１６の順に１枚ずつ配置した。

グラフからも分かるように、１ｗｔ％の量ではそれほど効果がなく、５ｗｔ％添加することで圧力の低下が見られ、大きな効果が得られている。

＜別実施形態＞
ＭＦ１５と濾紙１６の配置構成の変形例を図１０に示す。図１０（ａ）は、水素発生剤収容室１２ｃの底部までＭＦ１５と濾紙１６を配置させた例である。図１０（ｂ）は、内壁面に沿わせるのではなく、内部に配置した例である。このように、ＭＦ１５と濾紙１６の配置構成には種々の変形例が考えられる。

本実施形態に係る燃料電池システムは携帯電話の充電用だけではなく、その他の用途にも用いることができる。例えば、携帯電話以外の携帯機器の充電用、携帯機器の電源用、ノートパソコンの電源用や充電用として用いることができる。

水素ガス発生装置の具体的な構造については、本実施形態のものに限定されるものではなく、種々の変形例が可能である。使用する弁の構造については、適宜の構造のものを使用すればよい。各室の大きさ・形状・材質などについては、適宜決めることができる。

水素発生剤については、本実施形態のものに限定されるものではなく、種々の材料が考えられる。例えば、アルミニウムや鉄の粉末を主体とした水素発生剤を用いてもよい。

燃料電池システムの構成を示す模式図水素ガス発生装置の構成を示す模式的な断面図圧縮気体収容部と反応液収容部を結合した状態を示す図水素発生剤収容室の断面構造を示す図実験結果を示すグラフ（圧力の経時変化）実験結果を示すグラフ（圧力及び水素ガス流量の経時変化）実験結果を示すグラフ（圧力の経時変化）実験結果を示すグラフ（圧力の経時変化）実験結果を示すグラフ（圧力及び水素ガス流量の経時変化）ＭＦと濾紙の配置構成の変形例を示す図

符号の説明

１０圧縮気体収容部
１１反応液収容部
１１ａ本体容器
１１ｂ反応液収容室
１２水素発生剤収容部
１２ａ排出口
１２ｂ本体容器
１２ｃ水素発生剤収容室
１２ｄ供給口
１２ｅ排出口
１５メンブレンフィルター
１６濾紙
１８中間室
Ａセルユニット
Ｂ水素ガス発生装置
Ｓ単位セル

Claims

反応液収容室から反応液が供給される供給口と、
反応液と反応して水素ガスを発生させる水素発生剤が収容される水素発生剤収容室と、
発生した水素ガスが排出される排出口と、を備えた燃料電池用の水素ガス発生装置であって、
水素発生剤収容室内に、水素ガスを通過させるが反応液を通過させない第１フィルターを、供給口から排出口の方向にわたって配置したことを特徴とする水素ガス発生装置。
第１フィルターは、水素発生剤収容室内の内壁面に沿うように配置したことを特徴とする請求項１に記載の水素ガス発生装置。
反応液を通過可能な第２フィルターを、供給口から排出口の方向にわたって配置したことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素ガス発生装置。
第１フィルターと第２フィルターを共に水素発生剤収容室内の内壁面に沿うように配置し、かつ、第１フィルターを内壁面に近い側に配置したことを特徴とする請求項３に記載の水素ガス発生装置。
供給口の近傍に水素ガス発生のための反応開始を促進させる反応起爆剤を収容したことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素ガス発生装置。
水素発生剤収容室と隣接して中間室を配置し、排出口から排出される水素ガスを中間室を経て排出させることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素ガス発生装置。
反応液収容室から前記供給口への反応液通路に逆止弁を設けたことを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素ガス発生装置。