JP2011124211A

JP2011124211A - 電源装置

Info

Publication number: JP2011124211A
Application number: JP2010181960A
Authority: JP
Inventors: Jie-Ren Ku; クチエ−レン; Chan-Li Hsueh; シュエチャン−リ; Ya-Yi Hsu; スヤ−イ; Fang-Hei Tsau; ツァウファン−ヘイ; Reiko Tahara; 麗子太原; Shing-Fen Tsai; ツァイシン−フエン; Chien-Chang Hung; フンチエン−チャン; Ming-Shan Jeng; ジェンミン−シャン; Cheng-Yen Chen; チェンチェン−イェン
Original assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Current assignee: Industrial Technology Research Institute ITRI
Priority date: 2009-12-14
Filing date: 2010-08-16
Publication date: 2011-06-23
Also published as: US20110143235A1; TW201121135A; JP5797704B2; JP2013254744A; TWI384679B; US20130337350A1; US8535838B2

Abstract

【課題】燃料電池の水素入口に逆止バルブ、水素出口に排気バルブを備えた電源装置を提供する。
【解決手段】電源装置は、燃料電池１０２と、水素生成器１０４と、逆止バルブ１０６と、排気バルブ１０８と、を備える。燃料電池は、水素入口と水素出口を有する。水素生成器１０４は、水素入口に接続され、水素を生成する。逆止バルブ１０６は、水素入口に配置され、燃料電池内の水素が水素生成器へ流れ出るのを抑制し、外の空気が燃料電池に進入するのを抑制する。排気バルブ１０８は、水素出口に配置され、燃料電池内部の水素を放出する。
【選択図】図１

Description

本願は、２００９年１２月１４日に出願された台湾出願第９８１４２７９０号を基礎出願とする優先権主張出願であって、当該台湾出願の主題は、参照することにより本願に組み入れられたものとする。

本発明は、電源装置に関する。特に、燃料電池を備える電源装置に関する。

燃料電池の原理は、水素と酸素が化学反応して、水と電力を得るのを利用している。ここで、水素は投入原料として用いられ、酸素は酸化剤として用いられている。

米国特許第６４１６８９９号公報

水素入口と水素出口とを備える燃料電池について、先行文献１に記載がある。ここで、水素入口は水素源に接続しており、水素出口は大気環境に接続している。しかしながら、燃料電池内に入ったもののまだ化学反応が生じていない水素が、水素出口から大気環境に放出される可能性がある。その結果、水素が消耗され、水素の利用率も上がらず、当該燃料電池の発電効率は十分高いものにはなっていない。

（１）上記課題を解決するために、本発明に係る電源装置は、水素入口と水素出口を有する燃料電池と、前記水素入口に接続され、前記燃料電池へ注入する水素を生成する水素生成器と、前記水素入口に配置され、前記燃料電池内部の水素が前記水素入口から放出されるのを抑制する逆止バルブと、前記水素出口に配置され、前記燃料電池内部の水素が前記水素出口から放出される排気バルブと、を備える。

（２）上記（１）に記載の電源装置であって、前記排気バルブは、外から前記燃料電池内部へ空気が進入するのを抑制する他の逆止バルブであってもよい。

（３）上記（１）に記載の電源装置であって、前記排気バルブは、前記燃料電池内部の水素圧が所定の圧力に達すると前記燃料電池内部の水素が放出されるよう開く、圧力制御バルブであってもよい。

（４）上記（１）に記載の電源装置であって、前記水素生成器は、固体水素燃料と、前記固体水素燃料と反応して水素を放出するための水を保有する吸水材料と、を備えていてもよい。

（５）上記（４）に記載の電源装置であって、前記水素生成器は、第１開口部と第３開口部とを有するとともに、前記固体水素燃料が内部に配置される、第１躯体と、第２開口部を有するとともに、前記吸水材料が内部に配置される、第２躯体と、を備え、前記第３開口部は、前記水素入口と接続され、前記第２開口部の内径は、前記固体水素燃料の外径より大きく、前記第２躯体の外径は、前記第１躯体の内径より小さく、前記第２躯体は、前記第１開口部を通して、前記第１躯体に挿入され、前記吸水材料と前記固体水素燃料が接触して、水素を生成してもよい。

（６）上記（５）に記載の電源装置であって、前記第１開口部は、前記第１躯体の一端に位置し、前記第２開口部は、前記第２躯体の一端に位置し、前記第１躯体は前記第２躯体と接続され、前記第２躯体は、前記第２開口部を遮蔽する薄膜を備え、前記第２躯体が前記第１躯体に挿入される際、前記薄膜は、前記固体水素燃料によって突き破かれてもよい。

（７）上記（６）に記載の電源装置であって、前記固体水素燃料は、前記薄膜を突き破るために前記薄膜に向かって延伸する突起部を、前記固体水素燃料の一端に有してもよい。

（８）上記（５）に記載の電源装置であって、前記水素生成器は、前記第３開口部と前記固体水素燃料の間に配置される吸水ユニットを、さらに備えてもよい。

（９）上記（４）に記載の電源装置であって、前記水素生成器は、前記固体水素燃料を搭載する載体を、さらに備えてもよい。

（１０）上記（９）に記載の電源装置であって、前記載体は、中空円柱形状若しくは平面板形状をしていてもよい。

（１１）上記（９）に記載の電源装置であって、前記載体は、多孔質の載体であってもよい。

（１２）上記（１１）に記載の電源装置であって、前記載体は、ニッケル発泡体網、ニッケル網、鉄線網及び銅線網のいずれかの金属網であってもよい。

（１３）上記（１）に記載の電源装置であって、前記水素生成装置は、水入口と、水出口と、水素入口と接続される第３開口部とを有する第１躯体と、前記水入口及び前記水出口それぞれに接続され、前記第１躯体へ水を送り出し、前記第１躯体から水を取り出すポンプと、前記第１躯体内部に配置され、水素を生成する固体水素燃料と、を備えてもよい。

本発明の第１の実施例に係る電源装置の機能ブロック図である。図１に示す電源装置の概略図である。図２の部分Ａの拡大概略図である。図２の部分Ｂの拡大概略図である。図１に示す水素生成器の概略図である。図５に示す固体水素燃料と吸水材料が接触している状態を示す概略図である。図５に示す固体水素燃料の概略図である。本発明の第２の実施例に係る燃料電池の概略図である。本発明の第３の実施例に係る水素生成器の概略図である。図９に示す第３連結部が第１連結部と嵌め合わされている状態を示す概略図である。本発明の第４の実施例に係る水素生成器の概略図である。

本発明に係る電源装置は、燃料電池と２個のバルブを備えている。２個のバルブはそれぞれ、燃料電池の水素入口と水素出口に配置され、燃料電池内部の圧力を制御する。その結果、外の空気が燃料電池内部に進入するのが抑制され、燃料電池の発電効率が向上するとともに電源装置の寿命が延びる。

本発明に係る電源装置の特徴は以下の通りである。当該電源装置は、燃料電池と、水素生成器と、そして、逆止バルブ及び排気バルブとを、備えている。燃料電池には、水素入口と水素出口がある。水素生成器は、燃料電池の水素入口と、逆止バルブを介して接続されており、水素生成器は、逆止バルブを介して、燃料電池へ水素を注入する。逆止バルブは、燃料電池の内部にある水素が水素生成器に逆流するのを抑制するとともに、外から燃料電池内部に空気が進入するのを抑制している。排気バルブは、燃料電池の水素出口に接続されており、燃料電池内部の水素を外へ放出している。

本発明の実施形態に係る電源装置の実施例を、図面に基づき詳細を説明するが、本発明に係る電源装置は、これに限定されない。

図１は、本発明の第１の実施例に係る電源装置１００の機能ブロック図である。当該実施例に係る電源装置１００は、燃料電池１０２と、水素生成器１０４と、逆止バルブ１０６と、排気バルブ１０８とを、備えている。水素生成器１０４は、燃料電池１０２に注入する水素を供給するのに用いられる。

逆止バルブ１０６と排気バルブ１０８により、燃料電池１０２内部の水素圧が制御され、安定化される。それにより、燃料電池１０２内部の水素が安定的で十分な水素圧で維持され、かつ、空気中の酸素や不純物が進入するのが抑制される環境下で、燃料電池１０２によって発電される。

電源装置１００が電子機器（図示せず）と電気的に接続され、電源装置１００は当該電子機器に電力を供給する。ここで、電子機器とは、携帯電話機、コンピュータ、懐中電灯であってもいいし、他の電子機器であってもよい。さらに、本発明の当該実施例に係る電源装置は、以上の例に限定されない。他の例として、電源装置１００がリチウム電池といった蓄電装置（図示せず）と電気的に接続され、電源装置１００は当該蓄電装置に電力を供給する。これにより、当該蓄電装置は、電力を蓄え、他の電子機器に電力を供給する。

燃料電池１０２は、プロトン交換膜（Proton Exchange Membrane：以下、ＰＥＭと記す）燃料電池であってもよいし、他のタイプの燃料電池であってもよい。ここでは、ＰＥＭ燃料電池を例に説明する。

図２は、図１に示す電源装置１００の概略図である。燃料電池１０２は、ＰＥＭ１１０と、正電極１１６と、負電極１１８とを備え、さらに、水素入口１１２及び水素出口１１４とを有している。

接続管（図示せず）が、水素入口１１２と水素生成器１０４を接続し、接続管により、水素生成器１０４で生成された水素が燃料電池１０２に送り出される。逆止バルブ１０６が、水素入口１１２に配置され、燃料電池１０２内部の水素が水素生成器１０４へ逆流するのを抑制している。排気バルブ１０８が水素出口１１４に配置され、燃料電池１０２内部の水素が外へ放出される。

さらに詳細を説明すると、逆止バルブ１０６は、燃料電池１０２内部の水素が外の環境へ漏れ出すのを抑制しており、燃料電池１０２内部の水素を閉じ込めることにより、所定の水素圧に押し上げる機能を有している。そして、燃料電池１０２内部の水素の圧力が当該所定の水素圧に達してしまう場合、排気バルブ１０８が開き、余分な水素を放出し、燃料電池１０２内部の水素を所定の圧力に維持することが出来る。ここで、所定の水素圧とは、燃料電池１０２の安全作動圧力であったり、燃料電池１０２の発電効率を押し上げる作動圧力であってもよい。逆止バルブ１０６及び排気バルブ１０８の詳細な構造について、以下に述べる。

図３は、図２の部分Ａの拡大概略図である。逆止バルブ１０６は、接続される旋回軸によって動く吸気弁１２０を備えており、吸気弁１２０は、水素入口１１２が燃料電池１０２内部へ水素を注入することのみを可能としている。

水素入口１１２の内壁には、段差構造ａ１があり、当該段差構造ａ１により、燃料電池１０２内部の水素が水素入口１１２から放出されようとするとき、吸気弁１２０が閉じられ、燃料電池１０２内部の水素は水素入口１１２から放出されない。しかしながら、本発明の当該実施例に係る逆止バルブ１０６は、図３に示す構造に限定されない。他の構造として、逆止バルブ１０６は、他の構造を有する逆止バルブ、例えば、方向制御弁などであってもよい。すなわち、本発明の当該実施例によって、逆止バルブ１０６の構造に特に限定されることはない。

図４は、図２の部分Ｂの拡大概略図である。排気バルブ１０８は、弾性部材１２２と、排気ゲート１２４を備えている。弾性部材１２２の一端は、燃料電池１０２の水素出口１１４の内壁１２６に固定されており、弾性部材１２２は、水素出口１１４を遮蔽するのに十分な弾性力を有している。燃料電池１０２内部の水素圧が排気ゲート１２４に加える力が弾性部材１２２の弾性力に達すると、排気ゲート１２４は押し出され、燃料電池１０２内部の余分な水素が放出される。

本発明の当該実施例に係る排気バルブ１０８は、図４に示す構造に限定されない。排気バルブ１０８は、他の構造を有していてもよい。他の構造として、例えば、排気バルブ１０８は、燃料電池１０２内部に外の空気や不純物が進入するのを防ぐような逆止弁であってもよい。

本発明の当該実施例に係る水素生成器１０４の詳細を以下に説明する。図５は、図１に示す水素生成器１０４の概略図である。水素生成器１０４は、第１躯体１３２と、第２躯体１３４と、固体水素燃料１２８と、吸水材料１３０とを、備えている。吸水材料１３０は、固体水素燃料１２８と反応して水素を放出するための水を含んでいる。

固体水素燃料１２８は、水素化物粉体と、触媒粉体とを含んでいる。ここで、水素化物粉体とは、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（Sodium Bronhydride：ＮａＢＨ_４）であってもよいし、触媒粉体とは、例えば、複数の金属ナノ粒子の集合体であってもよい。この金属ナノ粒子とは、ルテニウム（Ｒｕ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、鉄（Ｆｅ）、マンガン（Ｍｎ）、及び銅（Ｃｕ）のうち、１又は複数の金属からなるナノ粒子である。触媒粉体の平均的な粒の大きさは、１μｍから１０ｍｍである。

一例として、触媒粉体は、複数の触媒キャリアと、上記の金属ナノ粒子を含んでいる。金属ナノ粒子は、触媒キャリアの表面を被覆していてもよい。他の一例として、触媒粉体は複数の触媒キャリアと金属イオンを含んでおり、金属イオンが錯体キャリアの表面にキレートしていてもよい。

図５に示す通り、第１躯体１３２は、中空管であってもよく、固体水素燃料１２８が第１躯体１３２の内部に配置される。第１躯体１３２には、第１開口部１３６と第３開口部１３８がある。第１開口部１３６は、第１躯体１３２の一端１４２に位置し、第３開口部１３８は、水素入口１１２と接続管（図示せず）を介して接続されていてもよい。

第２躯体１３４は、中空管であってもよい。吸水材料１３０は第２躯体１３４の内部に配置される。第２躯体１３４には第２開口部１４０がある。第２開口部１４０は、第２躯体１３４の一端１４４に位置し、第１躯体１３２の一端１４２は、第２躯体１３４の一端１４４に接続されている。

第１躯体１３２と第２躯体１３４は、ペン形状をしていたり、薄くて軽い形状をしていてもよく、その場合、優れた携帯性と利便性を有することとなる。

図５に示す通り、第２開口部１４０の内径Ｄ２は、固体水素燃料１２８の外径より大きく、第２躯体１３４の外径Ｄ５は、第１開口部１３６の内径Ｄ１より小さい。それゆえ、第２躯体１３４は、第１躯体１３２に、第１開口部１３６を通って進入することができ、吸水材料１３０と固体水素燃料１２８は接触し、化学反応によって水素を放出し、生成された水素が第３開口部１３８を通って燃料電池１０２内部に注入される。

ここで、本明細書中における「外径」とは、各部材の外側面の幅の長さを測定したものであり、同様に、本明細書中における「内径」とは、各部材の内側面の幅の長さを測定したものである。すなわち、部材の円形断面の外径や内径に限定されるものではない。

水素生成器１０４はさらに、蓋体１８８と、吸水ユニット１６０と、気体液体分離膜１６２と、第１密封ユニット１９０とを、備えている。蓋体１８８は、第１躯体１３２と脱着可能となるよう接続されている。たとえば、ねじにより嵌め合わせたり、圧着接合により、蓋体１８８は、第１躯体１３２と脱着可能となるよう接続されている。蓋体１８８は、導路１９４を備えていてもよく、導路１９４は第３開口部１３８と接続されている。

気体液体分離膜１６２は、蓋体１８８に接して配置され、吸水ユニット１６０は、第１躯体１３２の内部に配置され、吸水ユニット１６０と気体液体分離膜１６２は、第３開口部１３８と固体水素燃料１２８との間に位置している。

吸水ユニット１６０は、コットン、スポンジ、あるいは、ホルムアルデヒド・フェノル重（Phenol Formaldehyde：以下、ＰＦと記す）からなっていてもよく、第１躯体１３２の内部に配置され、水を吸収し、反応に寄与されなかった水が燃料電池１０２へ流入するのを抑制している。吸水ユニット１６０が、第３開口部１３８全体を遮蔽しているのが望ましいが、これに限定されることはない。

気体液体分離膜１６２は、反応に寄与されなかった水が内部に留められ、水素のみが通過される。気体液体分離膜１６２が、第３開口部１３８全体を遮蔽しているのが望ましいが、これに限定されることはない。

例えば、吸水材料１３０と固体水素燃料１２８が完全に反応した場合、もしくは、反応に寄与しなかった水が少量である場合、吸水ユニット１６０及び気体液体分離膜１６２を省略してもよい。反応に寄与しなかった水が少量であるならば、その水は、第１躯体１３２の壁や第２躯体１３４の壁に吸着するだろう。それゆえ、吸水ユニット１６０及び気体液体分離膜１６２が省略されていたとしても、第３開口部１３８から水が外部へ放出されたり漏れ出したりすることは抑制されているだろう。

たとえば弾性Ｏリングである第１密封ユニット１９２が蓋体１８８に接して配置される。蓋体１８８が第１躯体１３２に固定されているとき、第１密封ユニット１９０は、蓋体１８８と第１躯体１３２の間で圧縮され、密封効果を生み出し、反応に寄与しなかった水が第３開口部１３８から漏れ出すのを抑制する。

第２躯体１３４は、第２密封ユニット１９０と、薄膜１４６とを、備えている。薄膜１４６は、第２開口部１４０を遮蔽し、吸水材料１３０が第２開口部１４０から漏れ出すのを抑制している。固体水素燃料１２８には、その先端に突起部１４８があり、薄膜１４６を突き破るために、突起部１４８は薄膜１４６の方向へ延伸している。第２躯体１３４が第１躯体１３２に挿入されると、固体水素燃料１２８は薄膜１４６を突き破り、固体水素燃料１２８は吸水材料１３０と接触するようになる。図６は、図５に示す固体水素燃料１２８と吸水材料１３０が接触している状態を示す概略図である。

たとえば弾性Ｏリングである第２密封ユニット１９２が第２躯体１３４の他端１５６に接して配置される。第２躯体１３４が第１躯体１３２に挿入されると、第２密封ユニット１９２は、第２躯体１３４と第１躯体１３２の間で圧縮され、遮蔽効果を生み出し、反応に寄与しなかった水が外へ漏れ出すのを抑制する。

第１躯体１３２はさらに、第１連結部１５０を備え、第１躯体１３２の一端１４２に配置される。第２躯体１３４はさらに、第２連結部１５２及び第３連結部１５４を備える。第２連結部１５２は、第２躯体１３４の一端１４４に配置され、第３連結部１５４は第２躯体１３４の他端１５６に配置される。

本発明の当該実施例において、第１連結部１５０と第２連結部１５２とで、嵌め合うねじを構成し、同様に、第１連結部１５０と第３連結部１５４とでも、嵌め合うねじを構成する。

第１連結部１５０は、第２連結部１５２とも、第３連結部１５４とも、選択的に嵌め合わされる。第２躯体１３４が第１躯体１３２に挿入され始めるとき、第１連結部１５０は第２連結部１５２と嵌め合わされ、第２躯体１３４が第１躯体１３２に挿入された後は、第１連結部１５０は第３連結部１５４と嵌め合わされる。さらに、ユーザーが水素生成器１０４を使用するとき、図５に示す第１躯体１３２と第２躯体１３４とのいずれかが回転され、その結果、図６に示す通り、第２躯体１３４が第１躯体１３２に挿入される。ユーザーが水素生成器１０４を使用しない時、図６に示す第１躯体１３２を回転させ、図５に示す通り、固体水素燃料１２８を吸水材料１３０から引き離せばよい。第１躯体１３２及び第２躯体１３４は、第１連結部１５０、第２連結部１５２、及び第３連結部１５４により、固定して接続されることが可能となっている。

図５に示す通り、第１躯体１３２はさらに、固定部１５８を備えており、固定部１５８は、第１躯体１３２の内壁と固体水素燃料１２８との間に配置され、固体水素燃料１２８を固定している。第１躯体１３２の内壁に固定されている固定部１５８は、たとえばスルーホールといった嵌めこみ部１７８を有しており、嵌めこみ部１７８に固体水素燃料１２８が嵌めこまれる。

固体水素燃料１２８の構造について、以下に、詳細を説明する。

図７は、図５に示す固体水素燃料１２８の概略図である。水素生成器１０４はさらに、載体１６４を備え、固体水素燃料１２８に配置される。載体１６４は、中空柱形状をしていてもよく、固体水素燃料１２８は載体１６４の外表面に付着されていてもよい。しかしながら、本発明の当該実施例は、当該例に限定されることはない。たとえば、固体水素燃料１２８は載体１６４の外表面と内表面の両方に付着されていてもよいし、載体１６４の内表面にのみ付着されていてもよい。しかしながら、本発明の当該実施例は、以上の例に限定されることはない。さらに他の例として、固体水素燃料１２８が、載体１６４に付着されるものでなくてもよい。

載体１６４は、より大きな表面積を有する中空載体が望ましく、より多くの固体水素燃料１２８を載体１６４に付着させることが出来る。その結果、固体水素燃料１２８と水の反応によって生成される水素の発生率をより大きくすることが出来る。

他の例として、載体１６４は、平面板形状や他の形状を有していてもよい。載体１６４の形状が、第１躯体１３２の形状や第２躯体１３４の形状に適合していれば、本発明の当該実施例では載体１６４の形状は特に限定されない。

可撓性があり多孔質の載体とするには、載体１６４は、金属によって形成されてもよい。例えば、ニッケル発泡体（Ni-foam）網、ニッケル網、鉄線網、銅線網などからなっていてもよい。載体１６４が可撓性を有していれば、載体１６４は、図７に示すような中空柱形状に巻きあげてもよい。

載体１６４が多孔質であれば、固体水素燃料１２８は載体１６４の多孔の中に吸収されるので、固体水素燃料１２８が載体１６４を被膜することが出来る。しかしながら、本発明の当該実施例は、これらの例に限定されることはなく、固体水素燃料１２８は、たとえば噴霧したり浸透するといった他の方法により載体１６４に形成されてもよい。

図５に示す通り、吸水材料１３０は、吸水体と水とを備えており、水を保有している。吸水体は、高分子集合体や、高分子と綿状物質の混合物などによって形成されていてもよい。例えば、吸水体の物質は、ポリアクリル酸（polyacrylate）、ポリビニルアルコール（polyvinyl alcohol：ＰＶＡ）、ポリ酢酸ビニル（ethylene vinyl acetate：ＥＶＡ）、ポリウレタン（polyurethane）、ポリエチレンオキシド（polyethylene oxide）、澱粉グラフトコポリマー類（starch graft copolymers）もしくはラバーブレンド（rubber blends）などである。所望の水素生成反応を得るためには、吸水材料１３０の吸水率は１：１０から１：４０の範囲が望ましいが、これに限定されることはない。ここで、吸水率１：１０とは、１グラムの吸水体に１０グラムの水が吸水している状態をいう。さらに、吸水材料１３０は、粒形状をしていてもよい。吸水材料１３０の各粒は本質的に同じ大きさであるのが望ましいが、これに限定されることはない。

図８は、本発明の第２の実施例に係る燃料電池２０２の概略図である。当該実施例と第１の実施例との共通するものについては、同じ符号を用いるとともに、共通する点についてはここでは説明を繰り返さない。当該実施例に係る燃料電池２０２は、第１の実施例に係る燃料電池１０２と以下の点で異なっている。燃料電池２０２はさらに、脱酸素剤２６６を備え、脱酸素剤２６６は反応に寄与しなかった酸素を吸収することにより、酸素が水素と反応するのを抑制し、その結果、発生する熱量が、ＰＥＭ１１０を焼損しない程度に抑制される。

燃料電池２０２はさらに、脱酸素ユニット２６８を備えるとともに、第１スルーホール２７４と第４連結部２７６を有している。第１スルーホール２７４は、燃料電池２０２の厚い壁を貫くように設けられており、第１スルーホールにより、燃料電池２０２内部が外気と接続される。第４連結部２７６は、第１スルーホール２７４の内壁表面に位置するねじ山からなっていてもよい。

脱酸素ユニット２６８は、中空部（図示せず）と、第２スルーホール２７０と、第５連結部２７２を有している。第２スルーホール２７０は、脱酸素ユニット２６８の外壁表面（符号なし）から中空部にかけて突き抜けている。第５連結部２７２は、第４連結部２７６と接続するために脱酸素ユニット２６８の外壁表面に位置しており、第４連結部２７６と嵌め合うねじ山からなっていてもよい。脱酸素剤２６６は、脱酸素ユニット２６８の中空部に配置され、脱酸素剤２６６は、脱酸素ユニット２６８へ第２スルーホール２７０を通って入ってくる酸素を吸収する。他の例として、例えば、第４連結部２７６と第５連結部２７６の形状は、互いに嵌め合う円錐状の形状をしていてもよく、第４連結部２７６と第５連結部２７６が接続されるとき、密封効果が生じる。また、脱酸素ユニット２６８は、着脱可能な脱酸素ユニットであってもよい。

着脱可能である脱酸素ユニット２６８であれば、ユーザーが脱酸素剤２６６を取り換えるのがより簡単になる。脱酸素ユニット２６８はさらに、蓋部（図示せず）を備えているのが望ましく、脱酸素ユニット２６８の中空部に位置する脱酸素剤２６６は、蓋部を持ち上げると容易に取り換えることが出来る。

本発明の当該実施例において、燃料電池２０２の脱酸素剤２６６は、一例として脱酸素ユニット２６８の内部に位置している。しかし、本発明の当該例に限定されることはない。他の例として、たとえば、燃料電池２０２において、脱酸素ユニット２６８、第１スルーホール２７４や第４連結部２７６を省略してもよく、脱酸素剤２６６は、燃料電池２０２内部に、たとえば、水素入口１１２や水素出口１１４の内壁に、貼付したり固定して、配置されてもよい。水素生成器１０４が始動した後、水素生成器１０４や燃料電池２０２から放出される酸素が吸収されることにより、装置の長寿命化が可能となる。

さらに他の例として、脱酸素剤２６６が、水素生成器１０４の内部に、たとえば、導路１９４に配置されてもよい。

図９は、本発明の第３の実施例に係る水素生成器３０４の概略図である。当該実施例と第１の実施例との共通するものについては、同じ符号を用いるとともに、共通する点についてはここでは説明を繰り返さない。当該実施例に係る水素生成器３０４は、第１の実施例に係る水素生成器１０４と、水素生成器３０４の連結部分が、凸部と凹部からなっている点で異なっている。

第１連結部３５０は、第１躯体３３２に凹部として備えられている。第２連結部及び第３連結部３５４は、第２躯体３３４にそれぞれ凸部として備えられており、図９に示す通り、第１連結部３５０と嵌め合わされる。しかしながら、本発明の当該実施例は、この例に限定されることはない。他の例として、第１連結部３５０が凸部としてなっており、第２連結部３５２及び第３連結部３５４がそれぞれ凹部としてなっていてもよい。

さらに、本発明の当該実施例に係る水素生成器３０４は、蓋体が省略されていてもよく、第３開口部３３８が、第１躯体３３２の両端のうち、燃料電池の水素入口に接続される側である他端３９０に配置されていてもよい。

吸水ユニット３６０及び気体液体分離膜３６２は、第１の実施例に係る吸水ユニット１６０及び気体液体分離膜１６２と、それぞれ同様であり、共通する点についてはここでは説明を繰り返さない。

なお、吸水ユニット３６０及び気体液体分離膜３６２は、反応に寄与しない水が第３開口部３３８より漏れ出すのを抑制しており、第２連結部３５２は第１連結部３５０と嵌め合わされ、異物が水素生成器３０４に進入するのを抑制している。さらに、第２躯体３３４が第１躯体３３２に挿入された後は、第３連結部３５４が第１連結部３５０と嵌め合わされ、密封効果が生じ、反応に寄与しなかった水が漏れ出すのを抑制する。図１０は、図９に示す第３連結部３５４が第１連結部３５０と嵌め合わされている状態を示す概略図である。

第２連結部３５２及び第３連結部３５４の大きさは第１連結部３５０の大きさより少しばかり大きくてもよく、その場合、第２連結部３５２及び第３連結部３５４が第１連結部３５０とかたく嵌め合わされ、水素生成器３０４はより強く密封される。

さらに、第２連結部３５２及び第３連結部３５４は、たとえばゴムやシリコンといった弾性体によって形成されていてもよく、この場合、第２連結部３５２及び第３連結部３５４は、圧縮によって、第１連結部３５０とよりかたく嵌め合わされる。

第１の実施例乃至第３の実施例において、固体水素燃料を吸水材料と混合することにより水素を生成する水素生成器について説明した。しかし、吸水材料の代わりに液体である水を用いてもよく、その場合について、以下の第４の実施例にて説明する。

図１１は、本発明の第４の実施例に係る水素生成器４０４の概略図である。当該実施例と第１の実施例との共通するものについては、同じ符号を用いるとともに、共通する点についてはここでは説明を繰り返さない。当該実施例に係る水素生成器４０４は、第１の実施例に係る水素生成器１０４と、水素生成器４０４には吸水材料が用いられていない点で異なっている。

水素生成器４０４は、第１躯体４３２と、ポンプ４８０と、固体水素燃料４２８とを、備えている。

第１躯体４３２は、水入口４８２と、水出口４８４と、水素入口１１２と接続される第３開口部４８６とを、有している。

固体水素燃料４２８は第１躯体１３２の内部に配置され、固体水素燃料４２８及び水（液体）が反応することにより、水素が生成される。

ポンプ４８０は、水入口４８２及び水出口４８４とそれぞれ接続され、第１躯体４３２に水を送り出し、また、第１躯体４３２から水を取り出す。さらに、ユーザーが水素生成器４０４を使用するとき、第１躯体４３２へ水を送り出すよう、ユーザーはポンプ４８０の水供給機能を駆動させればよい。ユーザが水素生成器４０４の使用をやめるとき、第１躯体４３２から水を取り出すよう、ユーザーはポンプの水抽出機能を駆動させればよい。

第１の実施例乃至第４の実施例において、固体水素燃料を吸水材料若しくは水と混合させることにより水素が生成されている。しかし、本発明は、これら例に限定されることはない。他の例として、水素生成器は、水素が収容されている高圧ボンベや、金属水素化物から水素を生成する水素生成器、化学的に水素を生成する他の水素生成器といった水素生成装置であってもよい。

以上示した通り、本発明の実施例に係る電源装置において、２個のバルブが、それぞれ、燃料電池の水素入口と水素出口に配置され、燃料電池内部の圧力が制御され、燃料電池の発電効率が向上される。

以上、本発明に係る電源装置について、実施例を用いて説明したが、本発明はこれら実施例に限定されることはない。すなわち、本発明は、様々な変更や類似する構成や方法にも適用することが出来る。それゆえ、添付される請求項の範囲は、最も広い解釈において定められ、様々な変更や類似する構成や方法にも及ぶ。

１００電源装置、１０２，２０２燃料電池、１０４，３０４，４０４水素生成器、１０６逆止バルブ、１０８排気バルブ、１１０ＰＥＭ、１１２水素入口、１１４水素出口、１１６正電極、１１８負電極、１２０吸気弁、１２２弾性部材、１２４排気ゲート、１２６内壁、１２８，４２８固体水素燃料、１３０吸水材料、１３２，３３２，４３２第１躯体，１３４，３３４第２躯体、１３６第１開口部、１３８，３３８第３開口部、１４０第２開口部、１４２，１４４一端、１４６薄膜、１４８突起部、１５０，３５０第１連結部、１５２，３５２第２連結部、１５４，３５４第３連結部、１５６，３９０他端、１５８固定部、１６０，３６０吸水ユニット、１６２，３６２気体液体分離膜、１６４載体、１７８嵌めこみ部、１８８蓋体、１９０第１密封ユニット、１９２第２密封ユニット、１９４導路、２６６脱酸素剤、２６８脱酸素ユニット、２８０第２スルーホール、２７２第５連結部、２７４第１スルーホール、２７６第４連結部、４８０ポンプ、４８２水入口、４８４水出口、４８６第３開口部、Ａ，Ｂ部分、ａ１段差構造、Ｄ１，Ｄ２内径、Ｄ４，Ｄ５外径。

Claims

水素入口と水素出口を有する燃料電池と、
前記水素入口に接続され、前記燃料電池へ注入する水素を生成する水素生成器と、
前記水素入口に配置され、前記燃料電池内部の水素が前記水素入口から放出されるのを抑制する逆止バルブと、
前記水素出口に配置され、前記燃料電池内部の水素が前記水素出口から放出される排気バルブと、
を備える電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記排気バルブは、外から前記燃料電池内部へ空気が進入するのを抑制する他の逆止バルブである、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記排気バルブは、前記燃料電池内部の水素圧が所定の圧力に達すると前記燃料電池内部の水素が放出されるよう開く、圧力制御バルブである、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記水素生成器は、
固体水素燃料と、
前記固体水素燃料と反応して水素を放出するための水を保有する吸水材料と、
を備えることを特徴とする電源装置。
請求項４に記載の電源装置であって、
前記水素生成器は、
第１開口部と第３開口部とを有するとともに、前記固体水素燃料が内部に配置される、第１躯体と、
第２開口部を有するとともに、前記吸水材料が内部に配置される、第２躯体と、
を備え、
前記第３開口部は、前記水素入口と接続され、
前記第２開口部の内径は、前記固体水素燃料の外径より大きく、
前記第２躯体の外径は、前記第１躯体の内径より小さく、
前記第２躯体は、前記第１開口部を通して、前記第１躯体に挿入され、前記吸水材料と前記固体水素燃料が接触して、水素を生成する、
ことを特徴とする、電源装置。
請求項５に記載の電源装置であって、
前記第１開口部は、前記第１躯体の一端に位置し、
前記第２開口部は、前記第２躯体の一端に位置し、
前記第１躯体は前記第２躯体と接続され、前記第２躯体は、前記第２開口部を遮蔽する薄膜を備え、
前記第２躯体が前記第１躯体に挿入される際、前記薄膜は、前記固体水素燃料によって突き破かれる、
ことを特徴とする、電源装置。
請求項６に記載の電源装置であって、
前記固体水素燃料は、前記薄膜を突き破るために前記薄膜に向かって延伸する突起部を、前記固体水素燃料の一端に有する、
ことを特徴とする、電源装置。
請求項５に記載の電源装置であって、
前記水素生成器は、前記第３開口部と前記固体水素燃料の間に配置される吸水ユニットを、さらに備える、
ことを特徴とする、電源装置。
請求項４に記載の電源装置であって、
前記水素生成器は、前記固体水素燃料を搭載する載体を、さらに備える、
ことを特徴とする、電源装置。
請求項９に記載の電源装置であって、
前記載体は、中空円柱形状若しくは平面板形状をしている、
ことを特徴とする、電源装置。
請求項９に記載の電源装置であって、
前記載体は、多孔質の載体である、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１１に記載の電源装置であって、
前記載体は、ニッケル発泡体網、ニッケル網、鉄線網及び銅線網のいずれかの金属網である、
ことを特徴とする電源装置。
請求項１に記載の電源装置であって、
前記水素生成装置は、
水入口と、水出口と、前記水素入口と接続される第３開口部とを有する第１躯体と、
前記水入口及び前記水出口それぞれに接続され、前記第１躯体へ水を送り出し、前記第１躯体から水を取り出すポンプと、
前記第１躯体内部に配置され、水素を生成する固体水素燃料と、を備える、
ことを特徴とする電源装置。