JP2009289419A - 発電装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】改質ガスのみを発電に用いる従来の発電装置と比べて、一酸化炭素濃度をより低減できる発電装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】発電装置１００は、燃料と水から水素を含む燃料ガスを生成する反応装置２と、反応装置２で生成された燃料ガスの電気化学反応により電力を取り出す発電セル３と、発電セル３によって生成された副生成物を利用して水素を発生させる水素発生部１２と、を備える。そして、発電装置１００の定常運転時に、燃料ガスとともに、水素発生部１２で発生した水素を発電セル３に送る。
【選択図】図１

Description

本発明は、発電用燃料及び水が送られて電気化学反応により発電する発電装置及びそれを備える電子機器に関する。

近年、ノート型ＰＣや携帯電話等の携帯機器に搭載が期待される発電装置が開発されている。発電装置には、原燃料を改質して改質ガスを生成する改質器と、改質器によって生成された改質ガスを基に発電を行う発電セル等が設けられている。このような発電装置では、発電セルに送られる一酸化炭素の濃度が高いと、発電セルに形成された触媒の活性が低下するという、発電セルの被毒が発生する。このため、例えば特許文献１のように、発電セルの上流において一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器を配置して、一酸化炭素濃度を低くすることにより、発電セルの被毒を抑制している。
特開２００７−３３５２２４号公報

一方、発電セルの被毒をより一層抑制するためには、発電セルに送られる一酸化炭素濃度がより一層低減されていることが望ましい。
そこで、本発明は、改質ガスのみを発電に用いる従来の発電装置と比べて、発電セルに送られる一酸化炭素濃度をより一層低減できる発電装置及び電子機器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するため、請求項１の発明は、燃料と水から水素を含む燃料ガスを生成する反応装置と、
前記燃料ガスの電気化学反応により電力を生成する発電セルと、
前記発電セルによって生成された副生成物を利用して水素を生成する水素発生部と、を備え、
定常運転時に、前記水素発生部で生成された水素と、前記反応装置で生成された燃料ガスとが前記発電セルに送られることを特徴とする。

請求項２の発明は、請求項１に記載の発電装置において、
前記反応装置で生成された燃料ガスに含まれる水素の圧力を検出する第一の圧力検出部と、
前記水素発生部で生成された水素の圧力を検出する第二の圧力検出部と、
前記水素発生部の下流側に設けられた流量調整バルブと、
前記第二の圧力検出部で検出した圧力が、前記第一の圧力検出部で検出した圧力よりも高い場合に、前記流量調整バルブ開放して前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを許容し、前記第二の圧力検出部で検出した圧力が、前記第一の圧力検出部で検出した圧力以下である場合に、前記流量調整バルブを閉じて前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを遮断する制御部と、を備えることを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２に記載の発電装置において、
前記反応装置に燃料を送る燃料用ポンプと、前記反応装置に水を送る水用ポンプとを更に備え、
前記制御部は、前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを許容するとともに、前記燃料用ポンプ及び前記水用ポンプを制御して、前記反応装置への前記燃料及び水の供給量を変更することを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３に記載の発電装置において、
前記水素発生部から送られる水素の流量を検出する流量検出部を更に備え、
前記制御部は、前記反応装置への前記燃料及び水の供給量を変更した後であって、前記流量検出部で検出した流量が、所定値以下である場合に、前記流量調整バルブを閉じて前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを遮断することを特徴とする。
請求項５の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記水素発生部は、金属水素化物の加水分解により水素を発生させることを特徴とする。
請求項６の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記水素発生部は、金属微粒子の酸化により水素を発生させることを特徴とする。
請求項７の発明は、請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記水素発生部が前記反応装置に着脱自在に設けられていることを特徴とする。
請求項８の発明は、請求項７に記載の発電装置において、
前記反応装置に着脱自在に設けられ、前記反応装置に燃料を送る燃料容器を更に備え、
前記燃料容器に前記水素発生部が設けられていることを特徴とする。
請求項９の発明は、請求項１〜８のいずれか一項に記載の発電装置において、
前記水素発生部を加熱する加熱部を備えることを特徴とする。
請求項１０の発明は、電子機器において、
請求項１〜９のいずれか一項に記載の発電装置と、
前記発電装置により生成された電力によって動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、改質ガスのみを発電に用いる従来の発電装置と比べて、発電セルに送られる一酸化炭素濃度をより一層低減することができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。
図１は、電子機器５００の概略構成を示したブロック図である。
電子機器５００は、電子機器本体４００と発電装置１００とから概略構成される。発電装置１００は、発電用燃料を貯蔵する燃料容器１と、燃料容器１から送られた燃料を利用して発電する発電モジュール２００と、を備える。燃料容器１は発電モジュール２００に対して着脱自在に設けられている。
発電モジュール２００は、燃料と水とから水素を生成する反応装置２と、水素の電気化学反応により電力を生成する発電セル３と、を備えている。また、発電モジュール２００は、反応装置２で生成された水素を加湿して発電セル３のアノード３１に送る第一の加湿器４、カソード３２に送る空気を加湿して発電セル３のカソード３２に送る第二の加湿器５、発電セル３のアノード３１から排出された未反応の水素を含むアノードオフガスのうちの一部を燃焼させる排ガス用燃焼器６、排ガス用燃焼器６から排出された排出ガスとしての水蒸気のうちの一部を凝縮する熱交換器７、熱交換器７によって凝縮された水を回収するとともに水が凝縮された余剰の排出ガスを排出する水回収器８を備えている。
さらに、発電モジュール２００は、発電セル３により生成された電力を適切な電圧に変換するＤＣ／ＤＣコンバータ９１と、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１に接続される２次電池９２と、発電モジュール２００の各部を制御する制御部９３とを備えている。

ＤＣ／ＤＣコンバータ９１は発電セル３により生成された電力を適切な電圧に変換して電子機器本体４００に送る。また、発電セル３により生成された電力を２次電池９２に充電したり、発電セル３側が運転されていない時に、２次電池９２から電子機器本体４００に２次電池９２側から電力を供給する。制御部９３は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１を制御し、電子機器本体４００に対して安定的に電力が供給されるように制御を行う。

そして、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１から供給された電力によって、電子機器本体４００が動作する。

燃料容器１は、発電用燃料が貯蔵された燃料貯蔵部１１と、金属水素化物が貯蔵され、金属水素化物と水との反応により水素を発生する水素発生部１２と、を備える。本実施例では、水回収器８で回収され、水用ポンプＰ７によって水回収器８から送られた水が、上述の金属水素化物との反応に利用される。また、燃料貯蔵部１１は、燃料用ポンプＰ６を介して反応装置２に接続されている。
発電用燃料としては、例えばメタノール、エタノール等のアルコール類やジメチルエーテル等のエーテル類、ガソリンといった水素原子を含む化合物を使用することができる。本実施形態では、燃料として１００％メタノールを用いる。１００％のメタノールは、水回収器８から送られた水と均一に混合されることにより所定の濃度の混合液が生成されて、後段に送られる。
なお、発電装置１００の起動時には、燃料貯蔵部１１の燃料を燃料用ポンプＰ６を用いて送るとともに、前回の発電装置１００の定常運転時に水回収器８に貯留された水を水用ポンプＰ５を用いて燃料用ポンプＰ６の後段に送ることにより、これらの燃料と水とを所定の濃度になるように混合して、その後段に配置された気化器２１側に供給する。

反応装置２は、上述の燃料と水との混合液を気化させて気化された燃料と水蒸気の混合気を生成する気化器２１と、気化器２１から送られた混合気を改質して改質ガスを生成する改質器２２と、発電セル３のアノードオフガスを燃焼するとともに改質器２２を加熱する熱供給用燃焼器２３と、改質器２２において微量に副成される一酸化炭素を除去して燃料ガスを生成する一酸化炭素除去器２４と、気化器２１、熱供給用燃焼器２３及び一酸化炭素除去器２４をそれぞれ加熱するとともにこれらの温度を測定するヒータ兼温度計２aと、を備えている。
なお、改質器２２では、化学反応式（１）及び（２）に示す反応が行われ、一酸化炭素除去器２４では、化学反応式（３）に示す反応が行われる。また、熱供給用燃焼器２３及び一酸化炭素除去器２４には、それぞれ空気用ポンプＰ２、Ｐ１によって、電子機器５００の外部から空気が送られる。更に、改質器２２、一酸化炭素除去器２４及び熱供給用燃焼器２３は、断熱パッケージ２５に収容されている。断熱パッケージ２５の内部空間は気体分子による熱伝導や対流を防ぐため、例えば１０Ｐａ以下、より好ましくは１Ｐａ以下、といった大気圧よりも低い圧力に維持されている。
さらに、一酸化炭素除去器２４の後段における断熱パッケージ２５の外部には、逆流防止バルブＶ４、第一の圧力センサ（第一の圧力検出部）Ｓ１が順に接続されている。逆流防止バルブＶ４は、一酸化炭素除去器２４から第一の加湿器４へ流れる改質ガスが一酸化炭素除去器２４へ逆流することを防止している。第一の圧力センサＳ１は、一酸化炭素除去器２４から第一の加湿器４へ流れる水素の圧力を測定する。
ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→３Ｈ_２＋ＣＯ_２・・・（１）
Ｈ_２＋ＣＯ_２→Ｈ_２Ｏ＋ＣＯ・・・（２）
２ＣＯ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２・・・（３）

水回収器８に貯留された水は水用ポンプＰ４によって第一及び第二の加湿器４，５にそれぞれ送られる。第一の加湿器４は、送られた水を用いて、一酸化炭素除去器２４から供給された燃料ガスを加湿して、発電セル３のアノード３１に送る。また、第二の加湿器５は、送られた水を用いて、空気用ポンプＰ３によって電子機器５００の外部から送られた空気を加湿して、発電セル３のカソード３２に送る。

発電セル３は、触媒微粒子を担持したアノード３１と、触媒微粒子を担持したカソード３２と、アノード３１とカソード３２との間に介在されたフィルム状の固体高分子電解質膜３３とを備えている。上述の通り、発電セル３のアノード３１には、加湿された燃料ガスが送られ、発電セル３のカソード３２には、加湿された空気が送られる。アノード３１においては、改質ガス中の水素が、電気化学反応式（４）に示すように、アノード３１の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。水素イオンは固体高分子電解質膜３３を通過してカソード３２に伝導し、電子はアノード３１に接続された図示しない出力電力により電力として取り出される。カソード３２においては、電気化学反応式（５）に示すように、カソード３２に移動した電子と、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜３３を通過した水素イオンとが反応して水分子が生成される。
そして、アノード３１において未反応の水素を含むアノードオフガスは、熱供給用燃焼器２３に送られて、空気用ポンプＰ２によって電子機器５００の外部から送られた空気中の酸素により燃焼される。さらに、熱供給用燃焼器２３から排出された未燃焼の水素を含む排出ガスは排ガス用燃焼器６に送られる。カソード３２で生成された水分子や未反応の酸素を含むカソードオフガスは、排ガス用燃焼器６に送られて、熱供給用燃焼器２３から排出されたアノードオフガスと混合される。
Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻・・・（４）
２Ｈ^＋＋１／２Ｏ_２＋２ｅ⁻→Ｈ_２Ｏ・・・（５）

排ガス用燃焼器６は、上述の通り、熱供給用燃焼器２３で未燃焼の水素を含む排出ガスと、発電セル３で未反応の酸素を含むカソードオフガスとが送られて、排出ガスが完全燃焼される。排ガス用燃焼器６からの排出物には、発電セル３のカソード３２で生成された水分子や、熱供給用燃焼器２３及び排ガス用燃焼器６での水素燃焼により発生した水分子、空気用ポンプＰ３で送った空気に含まれる水分子が含まれる。この排出物に含まれる水分子は、排ガス用燃焼器６から排出されたときに水蒸気として排出される。そして、水蒸気を含む排出物は、熱交換器７に送られる。

熱交換器７は、上述したように排ガス用燃焼器６から送られる排出物から、少なくとも、第一及び第二の加湿器４，５で利用したり、燃料貯蔵部１１から送られる燃料に混合して再利用したり、さらに、水素発生部１２に送って再利用するために必要な量の水を凝縮させて、凝縮させた水を含む排出物を水回収器８に送る。
ここで、例えば、熱交換器７が送風機構を備えるものであれば、その風量を調整することにより、上述の凝縮する水量を調節することができる。その際、気化器２１に送られるメタノールと水の濃度調整は水用ポンプＰ５を調節することにより行なわれるので、第一及び第二の加湿器４，５で再利用される分も含めて、水の濃度が下回らないように、少し多めに水を回収することが望ましい。
水回収器８は、熱交換器７から送られた排出物のうち、液体である水を回収する回収室８１と、気体のみを透過する気液分離膜８２と、を備えている。そして、熱交換器７から送られた排出物のうち、液体である水のみが回収室８１で回収されて、気体である排出ガスは気液分離膜８２を透過して発電モジュール２００の外部に放出される。
回収室８１で回収された水は、水用ポンプＰ５によって、気化器２１の上流側に送られ、燃料用ポンプＰ６により送られる燃料貯蔵部１１の燃料と混合されたり、水用ポンプＰ４によって、第一及び第二の加湿器４，５に送られたり、さらに、水用ポンプＰ７によって、水素発生部１２に送られて再利用される。一方、排出ガスは、気液分離膜８２を透過して水回収器８から排出され、発電モジュール２００の外部へと放出される。なお、排出ガスは、排出されるガスの温度における飽和水蒸気圧分の水蒸気を含む。

水素発生部１２は、水素発生容器１２１を備え、水素発生容器１２１の内部には水と反応して水素を生成する物質が収容されている。そして、水回収器８の回収室８１で回収された水が水用ポンプＰ７によって水素発生容器１２１に送られるようになっている。水素発生容器１２１には、水が送られる供給口１２２と、生成された水素が排出される排出口１２３とが設けられている。これら供給口１２２及び排出口１２３にはそれぞれ供給バルブＶ１と排出バルブＶ２が設けられている。また、排出口１２３に気液分離膜が設けられており、気体だけが排出口１２３を通過し、液体は通過しないようになっている。燃料容器１と発電モジュール２００とが接続された状態では、水素発生部１２の供給バルブＶ１及び排出バルブＶ２は、それぞれ通信用端子を介して、制御部９３と電気的に接続される。そして、供給バルブＶ１及び排出バルブＶ２は、制御部９３からの電気信号により、開閉動作を行って水や水素の流通を許容又は遮断する。排出口１２３の下流には、第二の圧力センサ（第二の圧力検出部）Ｓ２、流量調整バルブＶ３、流量センサ（流量検出部）Ｓ３が順に設けられた配管の一端が接続されている。この配管の他端は、第一の圧力センサＳ１と第一の加湿器４との間に接続されている。
水素を生成する物質としては、例えば加水分解により水素を生成するケミカルハイドライドが挙げられる。ケミカルハイドライドは金属の水素化物であり、様々な種類があるがＮａＢＨ_４、ＭｇＨ_２、ＭｇＮｉＨ_４、ＬａＮｉ_５Ｈ_６、ＴｉＦｅＨ_２等が挙げられる。本実施形態では、ＮａＢＨ_４を使用した場合について説明する。この場合、次式（６）に示される加水分解の反応で水素が発生する。なおこの反応は、発熱反応である。
ＮａＢＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→ＮａＢＯ_２＋４Ｈ_２・・・（６）

第二の圧力センサＳ２は、水素発生部１２から第一の加湿器４へ流れる水素の圧力を測定する。
水素発生容器１２１は、断熱パッケージ１２４内に収容されており、断熱パッケージ１２４を介した熱伝導が抑制される。また、断熱パッケージ１２４と燃料貯蔵部１１とが燃料容器１内に収容されている。このように、断熱パッケージ１２４内に水素発生容器１２１を収容することによって、水素発生容器１２１内での加水分解反応により生じた熱が、断熱パッケージ１２４を介して、燃料貯蔵部１１を含め、水素発生容器１２１の外部に伝熱することを抑制することができる。

制御部９３は、燃料用ポンプＰ６、水用ポンプＰ４，Ｐ５,Ｐ７、空気用ポンプＰ１〜Ｐ３、供給バルブＶ１、排出バルブＶ２、第一の圧力センサＳ１、第二の圧力センサＳ２、流量調整バルブＶ３、流量センサＳ３、ヒータ兼温度計２a、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１及び送風機等を制御し、安定して電力が供給されるような制御を行う。

ここで、発電装置１００の定常運転時における制御部９３及び各部の動作について説明する。
まず、電子機器本体４００から通信用端子を介して制御部９３に作動信号が入力されることによって、発電装置１００が作動を開始する。このとき、制御部９３が、空気用ポンプＰ１，Ｐ２を作動させるとともに、気化器２１、改質器２２、熱供給用燃焼器２３及び一酸化炭素除去器２４の各ヒータ兼温度計２aを発熱させて所定温度となるようにそれらの温度を制御する。
そして、制御部９３は、燃料用ポンプＰ６及び水用ポンプＰ５の作動させて、燃料及び水を気化器２１に送る。気化器２１に送られた燃料及び水は加熱されて気化し、燃料ガス及び水蒸気の混合気となって改質器２２に送られる。
改質器２２では、気化器２１から送られた混合気中のメタノールと水蒸気が触媒により反応して二酸化炭素及び水素が生成される（上記化学反応式（１）参照））。また、改質器２２では、化学反応式（１）についで逐次的に一酸化炭素が生成される（上記化学反応式（２）参照）。そして、改質器２２で生成された一酸化炭素、二酸化炭素及び水素等を含む改質ガスが一酸化炭素除去器２４に送られる。

一酸化炭素除去器２４では、改質ガスに含まれる一酸化炭素が、空気用ポンプＰ１から送られた空気に含まれる酸素によって優先的に酸化されて、改質ガス中の一酸化炭素が除かれる（上記化学反応式（３）参照）。。これにより、水素及び二酸化炭素を含む燃料ガスが生成される。

生成された燃料ガスは、第一の加湿器４により加湿され、発電セル３のアノード３１に送られる。
発電セル３では、上述の通り、アノード３１に送られた水素及び第二の加湿器５により加湿され、カソード３２に送られた酸素が反応して発電する。アノード３１及びカソード３２は、それぞれＤＣ／ＤＣコンバータ９１と接続されており、アノード３１に到達した電子は、ＤＣ／ＤＣコンバータ９１を通ってカソード３２に送られる。ＤＣ／ＤＣコンバータ９１は、発電セル３により生成された電力を適切な電圧に変換したのちに電子機器本体４００に供給するとともに、二次電池９２に充電する。

熱供給用燃焼器２３には、発電セル３から排出されたアノードオフガス及び空気用ポンプＰ２によって送られた空気中の酸素が送られて、アノードオフガスの一部が酸化される。排ガス用燃焼器６には、熱供給用燃焼器２３から排出された未反応のアノードオフガス及び発電セル３のカソード３２から排出されたカソードオフガスが送られて、熱供給用燃焼器２３において未反応のアノードオフガスが酸化される。熱交換器７には、排ガス用燃焼器６から排出された排出物が送られる。そして、熱交換器７において、反応装置２や水素発生部１２で再利用するため、送られた排出物を凝縮する。凝縮された水は、水回収器８の水回収室８１で回収され、水が凝縮された余剰の排出物は、最終的な排出ガスとして、気液分離膜８２を介して、電子機器５００の外部に放出される。

一方、水回収器８で回収された回収水のうち一部は水用ポンプＰ５によって気化器２１に送られる。また、回収水のうち一部は、水用ポンプＰ４によって発電セル３に送られ、さらに、回収水のうち一部は、水用ポンプＰ７によって水素発生部１２に送られる。
水素発生部１２に送られた水は、水素発生容器１２１内に収容されたＮａＢＨ_４と反応して、水素が生成される。所定の条件の下、制御部９３によって流量調整バルブＶ３が開放され、生成された水素が第一の加湿器４を介して発電セル３に送られる。

図２は、燃料容器１の燃料貯蔵部１１から反応装置２へ送る燃料の供給量を調整する処理を示したフローチャートである。
まず、第一の圧力センサＳ１及び第二の圧力センサＳ２でそれぞれ水素の圧力ｐ１，ｐ２を測定する（ステップｓ１）。そして、第二の圧力センサＳ２で測定した圧力ｐ２が、第一の圧力センサＳ１で測定した圧力ｐ１よりも高いか否かを判断する（ステップｓ２）。圧力ｐ２が圧力ｐ１よりも高い場合には（ステップｓ２→Ｙｅｓ）、流量調整バルブＶ３を開放して水素の流れを許容する（ステップｓ３）。続けて、流量センサＳ３で水素の流量ｖ３を測定し、水素の圧力ｐ１，ｐ２、流量ｖ３がそれぞれ式（７）、（８）を満たすように、制御部９３によって、流量調整バルブＶ３の開度を調節する（ステップｓ４）。ここで、流量ｖ３の設定値ｖ_ｓ及び測定誤差Δｖはそれぞれ予め定められた値である。
ｐ２＞ｐ１・・・（７）
ｖ_ｓ−Δｖ＜ｖ３＜ｖ_ｓ＋Δｖ・・・（８）

これと同時に、制御部９３は、反応装置２で生成される燃料ガス中の水素の流量が、上述の既定値ｖ_ｓの分だけ減るように、水用ポンプＰ５及び燃料用ポンプＰ６の供給量を変更する（ステップｓ５）。これにより、燃料貯蔵部１１から気化器２１に送られる燃料の供給量が変更される。

次に、制御部９３は、流量センサＳ３によって水素の流量ｖ３を測定し、この測定値と上述の最小値ｖ_ｓ−Δｖとを比較する（ステップｓ６）。測定値が最小値ｖ_ｓ−Δｖより大きい場合（ステップｓ６→Ｙｅｓ）、制御部９３は、水素の圧力ｐ１，ｐ２、流量ｖ３がそれぞれ上述の式（７）、（８）を満たすように、流量調整バルブＶ３の開度を調節する（ステップｓ９）。そして、所定時間ごとに、流量センサＳ３によって水素の流量ｖ３を測定し、同様の制御を繰り返す。また、測定値が最小値ｖ_ｓ−Δｖより小さい場合（ステップｓ６→Ｎｏ）、水素発生部１２において十分な量の水素が生成されていないことが考えられるため、制御部９３は、流量調整バルブＶ３を閉じて（ステップｓ７）、水用ポンプＰ５及び燃料用ポンプＰ６の供給量を初期値に戻す（ステップｓ８）。

一方、ステップｓ２において、圧力ｐ２が圧力ｐ１以下であれば（ステップｓ２→Ｎｏ）、流量調整バルブＶ３が開いているときは、流量調整バルブＶ３を閉じて（ステップｓ７）、水用ポンプＰ５及び燃料用ポンプＰ６の供給量を初期値に戻す（ステップｓ８）。
以上のような処理を、例えば１０秒間隔といった一定の時間間隔で繰り返し行う。

以下に、実施例を示す。この発電装置は、駆動環境が２５℃、相対湿度５０％、発電セルの水素利用率８５％、効率４０％であるとする。
メタノール７×１０^−５mol/sと水８．４×１０^−５mol/sを反応装置２に送ると、所定量の水素ガスが生成され、約２０Ｗの電力が発電セル３によって生成される。また、合計で３９．２×１０^−５mol/sの液体及び気体の水が排ガス用燃焼器６から排出される。熱交換器７から排出されるガスの温度を４５℃とすると、本実施例の熱交換器７では、２９．９×１０^−５mol/sの水が凝縮され、このうち２３．７×１０^−５mol/sが、反応装置２における水蒸気改質と第一及び第二の加湿器４，５で再利用される。そして、６．２×１０^−５mol/sの水が水素発生部１２に送られる。このとき、９．３×１０^−５mol/sの水が電子機器５００の外部に放出される最終的な排出ガスに含まれており、水回収室８の水の量は増減しない。なお、６．２×１０^−５mol/sの水が水素発生部１２に送られると、発電セル３で生成される電力に換算して約１２Ｗに相当する水素を生成することができる。

流量調整バルブＶ３を開放した後は、メタノール２．８×１０^−５mol/sと水３．４×１０^−５mol/sを反応装置２に送り、約８Ｗの電力が発電セル３によって生成される。また、合計で３６．０×１０^−５mol/sの液体及び気体の水が排ガス用燃焼器６から排出される。熱交換器７から排出されるガスの温度を４５℃とすると、熱交換器７では、２６．７×１０^−５mol/sの水が凝縮され、このうち１８．７×１０^−５mol/sが、反応装置２における水蒸気改質と第一及び第二の加湿器４，５で再利用される。そして、６．２×１０^−５mol/sの水が水素発生部１２に送られる。このとき、９．３×１０^−５mol/sの水が電子機器５００の外部に放出される最終的な排出ガスに含まれており、水回収室８１の水の量は２．２×１０^−５mol/sで増大する。なお、流量調整バルブＶ３は、６．２×１０^−５mol/sの水によって生成される水素の流量を超えないように調節する。

本実施例では、反応装置２から排出される改質ガスの組成は、水素８．３×１０^−５mol/s、二酸化炭素２．８×１０^−５mol/s、窒素０．４×１０^−５mol/s、一酸化炭素が数ppm〜数１０ppmである。また、ＮａＢＨ_４からの発生水素は、１２．３×１０^−５mol/sになり、改質ガスにほぼ同量の水素が混合されることになり、従来の発電装置と比べて、発電セルに送られる一酸化炭素濃度をより一層低減できる。

以上のような発電装置１００は、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、ＰＤＡ、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に用いられる。そして、発電セル３により生成された電力は電子機器本体４００を駆動するために用いられる。

以上、本発明の実施形態によれば、発電装置１００の定常運転時に、発電セル３で生成された水を水素発生部１２に送って水素発生部１２で純粋な水素を生成する。そして、生成した純粋な水素を、改質器２２で生成した改質ガスとともに発電セル３に送って発電に用いるので、改質ガスのみを発電に用いる従来の発電装置と比べて、発電セル３に送る一酸化炭素の濃度をより低減することができ、ひいては、発電セル３の一酸化炭素被毒による性能低下を防ぐことができる。また、発電セル３で生成される水を再利用することができるので、発電装置１００の外部に水等の生成物を排出する回数を低減することができる。
また、本実施形態の制御部９３は、第二の圧力センサＳ２で測定した水素の圧力ｐ２が第一の圧力センサＳ１で測定した水素の圧力ｐ１よりも高い場合に、流量調整バルブＶ３を開放して水素発生部１２から発電セル３へ水素を送るとともに、水素の圧力ｐ２が水素の圧力ｐ１以下である場合に、流量調整バルブＶ３を閉じて水素発生部１２から発電セル３への水素の供給を停止するので、水素発生容器１２１内に収容された物質を節約することができる。
さらに、水素発生部１２は、金属水素化物の加水分解により水素を発生させるので、単純な構成である。しかも、発電セル３で生成した水を再利用することができるので、水回収室８１に貯蔵された水を廃棄する回数を減らすことができる。
また、燃料容器１は発電モジュール２００に着脱自在に設けられ、また、燃料容器１内に水素発生部１２が収容されているので、水素発生容器１内の水素化金属といった水素を生成する物質を容易に補充することができる。

なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、水素発生容器１２１内に収容された水素を生成する物質として、ＮａＢＨ_４を使用したが、これに限らず、金属微粒子でも良く、鉄やアルミニウムを使用することができる。
また、水素発生部１２に電気ヒータや触媒燃焼器などの電気的もしくは化学的な加熱部（図示しない）を設けて、熱供給することで水と金属水素化物あるいは金属微粒子との反応を促進させ、水素の発生効率を向上させるようにしても良い。さらには、水素発生部１２１において、水素発生容器１２１に収容された物質を加熱して熱分解することによって、水素を発生させるようにしても良い。

電子機器５００の概略構成を示したブロック図である。 制御部９３によって発電装置１００の各部を制御する処理を示したフローチャートである。

符号の説明

１ 燃料容器
３ 発電セル
１２ 水素発生部
２２ 改質器（改質部）
９３ 制御部
１００ 発電装置
４００ 電子機器本体
５００ 電子機器
Ｓ１ 第一の圧力センサ（第一の圧力検出部）
Ｓ２ 第二の圧力センサ（第二の圧力検出部）
Ｖ３ 流量調整バルブ
ｐ１，ｐ２ 水素の圧力
Ｓ３ 流量センサ（流量検出部）
ｖ３ 水素の流量

Claims (10)

1. 燃料と水から水素を含む燃料ガスを生成する反応装置と、
   前記燃料ガスの電気化学反応により電力を生成する発電セルと、
   前記発電セルによって生成された副生成物を利用して水素を生成する水素発生部と、を備え、
   定常運転時に、前記水素発生部で生成された水素と、前記反応装置で生成された燃料ガスとが前記発電セルに送られることを特徴とする発電装置。
2. 前記反応装置で生成された燃料ガスに含まれる水素の圧力を検出する第一の圧力検出部と、
   前記水素発生部で生成された水素の圧力を検出する第二の圧力検出部と、
   前記水素発生部の下流側に設けられた流量調整バルブと、
   前記第二の圧力検出部で検出した圧力が、前記第一の圧力検出部で検出した圧力よりも高い場合に、前記流量調整バルブ開放して前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを許容し、前記第二の圧力検出部で検出した圧力が、前記第一の圧力検出部で検出した圧力以下である場合に、前記流量調整バルブを閉じて前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを遮断する制御部と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の発電装置。
3. 前記反応装置に燃料を送る燃料用ポンプと、前記反応装置に水を送る水用ポンプとを更に備え、
   前記制御部は、前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを許容するとともに、前記燃料用ポンプ及び前記水用ポンプを制御して、前記反応装置への前記燃料及び水の供給量を変更することを特徴とする請求項２に記載の発電装置。
4. 前記水素発生部から送られる水素の流量を検出する流量検出部を更に備え、
   前記制御部は、前記反応装置への前記燃料及び水の供給量を変更した後であって、前記流量検出部で検出した流量が、所定値以下である場合に、前記流量調整バルブを閉じて前記水素発生部から前記発電セルへの水素の流れを遮断することを特徴とする請求項３に記載の発電装置。
5. 前記水素発生部は、金属水素化物の加水分解により水素を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置。
6. 前記水素発生部は、金属微粒子の酸化により水素を発生させることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の発電装置。
7. 前記水素発生部が前記反応装置に着脱自在に設けられ
   ていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一項に記載の発電装置。
8. 前記反応装置に着脱自在に設けられ、前記反応装置に燃料を送る燃料容器を更に備え、
   前記燃料容器に前記水素発生部が設けられていることを特徴とする請求項７に記載の発電装置。
9. 前記水素発生部を加熱する加熱部を備えることを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の発電装置。
10. 請求項１〜９のいずれか一項に記載の発電装置と、
    前記発電装置により生成された電力によって動作する電子機器本体と、を備えることを特徴とする電子機器。

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