水素発生器
【課題】小型の場合であっても水素を発生する化合物を含む材料から安定的且つ効率的に水素を発生させられるようにすること。
【解決手段】加熱されることによって水素を発生する化合物を含む材料で構成された複数の燃料ペレット３と、上記複数の燃料ペレットを格納する耐圧容器と、上記燃料ペレットからの水素発生を制御するコントローラを搭載した制御基板と、を有する水素発生器において、上記耐圧容器内の基板１６上に上記複数の燃料ペレット３に対応した複数の発火器を設置し、上記複数の燃料ペレット３を上記発火器上に配置し、それぞれの上記燃料ペレット３の周囲を断熱部材２０によって囲むと共に、他の燃料ペレット３との間に熱伝導率の高い導熱部材１８で構成された格子状の枠を配置する。
【解決手段】加熱されることによって水素を発生する化合物を含む材料で構成された複数の燃料ペレット３と、上記複数の燃料ペレットを格納する耐圧容器と、上記燃料ペレットからの水素発生を制御するコントローラを搭載した制御基板と、を有する水素発生器において、上記耐圧容器内の基板１６上に上記複数の燃料ペレット３に対応した複数の発火器を設置し、上記複数の燃料ペレット３を上記発火器上に配置し、それぞれの上記燃料ペレット３の周囲を断熱部材２０によって囲むと共に、他の燃料ペレット３との間に熱伝導率の高い導熱部材１８で構成された格子状の枠を配置する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを発生させるための水素燃料電池に水素ガスを供給する水素発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ、デジタルカメラ等の携帯情報機器は、主に、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池が電源として用いられてきている。近年、これらの機器の高機能化・多機能化・高速化や長時間駆動の要求に伴い、小型燃料電池が新たな電源として期待されており、一部では試作・試用も始まっている。
【０００３】
燃料電池は、従来の二次電池とは異なり充電作業が不要で、燃料を補充または燃料カートリッジを交換するだけで瞬時に機器を長時間稼動させることが可能な状態にすることができる。これらの燃料電池のうち、水素を燃料とする水素燃料電池はその特性上、パワー密度を高くすることが可能であるため、従来の二次電池に準じてある程度のピーク負荷にも対応できる燃料電池として、携帯情報機器等への応用が検討されている。
【０００４】
特に、携帯情報機器の場合は、水素を如何にコンパクトに且つ軽量に貯蔵するかがキーであり、特許文献１には、水素貯蔵合金で構成されるタンクに水素を充填して使用することが提案されている。しかし、水素吸蔵合金は重量が重く且つサイズも大きくなってしまうので、携帯情報機器には適していない。また、水素吸蔵合金に吸収された水素を使用し終わった場合には、何らかの方法で水素を再度タンクに充填する必要があるが、そのためのインフラを整えねばならないという問題がある。
【０００５】
水素吸蔵合金に関わるこれらの問題を解決するために、特許文献２には、アンモニア・ボレインのような水素を多く含む物質を熱分解することによって水素を発生させる水素発生器が提案されている。この方法によれば、水素は固体燃料から発生するので、重く大きい水素吸蔵合金のタンクや、気体の水素を水素吸蔵合金に充填するためのインフラを新たに整える必要はない。
【特許文献１】特開２００５−３２１４９０号公報
【特許文献２】国際公開第０２／１８２６７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された水素発生器の物理的な構造は、野外で利用できる運搬可能な発電機等の一般用途には適用できるが、非常に小さいサイズの水素発生器には適用できない。デジタルカメラやＰＤＡ等の携帯情報機器においては、水素発生器のサイズや形状は現状の１次電池または２次電池と同等のサイズや形状（例えば、１８６５０サイズ、直径約１８ミリ×高さ約６５ミリ）が望まれるが、上記特許文献２に開示された水素発生器の構造では、このようなサイズ・形状にすることは不可能である。
【０００７】
また、上記特許文献２には、上記携帯情報機器用の水素発生器においてアンモニア・ボレインから水素を発生させるためにアンモニア・ボレインの温度を１００℃以上に加熱するための小型の具体的な手段が記載されていない。
【０００８】
更に、水素発生器を小型にするための水素発生器の具体的な構造、各部品の構成、制御手段等についても記載されていない。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、小型の場合であっても水素を発生する化合物を含む材料から安定的且つ効率的に水素を発生させることができ、単位体積当たりの水素発生量を向上させることが可能な水素発生器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水素発生器の一態様は、
加熱されることによって水素を発生する化合物を含む材料で構成された複数の燃料ペレットと、
上記複数の燃料ペレットを格納する耐圧容器と、
上記燃料ペレットからの水素発生を制御するコントローラと、
を有する水素発生器において、
上記耐圧容器内の基板上には上記複数の燃料ペレットに対応した複数の発火器が設置されており、
上記複数の燃料ペレットは上記発火器上に配置され、
それぞれの上記燃料ペレットは、断熱部材によってその周囲が囲われており、且つ、他の燃料ペレットとの間には熱伝導率の高い部材で構成された格子状の枠が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型の場合であっても水素を発生する化合物を含む材料から安定的且つ効率的に水素を発生させることが可能となり、単位体積当たりの水素発生量を向上させることが可能な水素発生器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る水素発生器を説明する前に、水素発生の原理を説明する。
【００１４】
図１（Ａ）は、水素発生器で使用する燃料ペレットの構成を示す図である。
【００１５】
水素発生化合物であるアンモニア・ボレイン（ＮＨ３ＢＨ３）１と、該アンモニア・ボレイン１を加熱するためのヒート・ミックス２とを、それぞれ適当な圧力をかけることによって所定の形状、ここでは円筒状の形状に固め、それらアンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２に更に圧力をかけて一体物となるように形成することで、燃料ペレット３が構成されている。アンモニア・ボレイン１に加える圧力としては、実験的に５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａの値が好ましいことが求められている。
【００１６】
ここで、アンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２について説明する。
【００１７】
アンモニア・ボレイン１は、質量比で約２０％の水素を含み、常温では固体で爆発性が無く安定な水素源であり、熱分解によって水素を発生する。同じ体積であれば、液体水素の２倍の質量の水素を含んでいる。アンモニア・ボレイン１は通常は粉状であるが、必要に応じて圧力を加えることによって硬いペレット状、棒状、円錐状等にプレスすることができる物質である。
【００１８】
このアンモニア・ボレイン１は、温度を上昇させることにより３段階に熱分解して水素を発生する。熱せられると約１００℃で溶けて液体になり、その後に１分子の水素を発生させる。その際の反応式は、下記（１）式の通りであり、これが第１段階の水素発生反応である。
【００１９】
ＮＨ３ＢＨ３ → ＮＨ２ＢＨ２ ＋ Ｈ２ …（１）
この反応は発熱反応であり、この反応熱によってアンモニア・ボレイン１自身の温度が上昇して、第２段階の水素発生反応に進む。即ち、上記第１段階の水素発生反応で生成されるＮＨ２ＢＨ２は、更に温度が上昇して約１５０℃で１分子の水素を発生する。その際の反応式は、下記（２）式の通りであり、これが第２段階の水素発生反応である。
【００２０】
ＮＨ２ＢＨ２ → ＮＨＢＨ ＋ Ｈ２ …（２）
この反応も発熱反応であり、理論的にはＮＨＢＨが第３段階の熱分解を行うことができる温度まで、ＮＨＢＨの温度を上げるだけの熱を発生する。温度が約４８０℃を越えると、残ったＮＨＢＨは最後の１分子の水素を発生させる。その際の反応式は、下記（３）式の通りであり、これが第３段階の水素発生反応である。
【００２１】
ＮＨＢＨ → ＢＮ ＋ Ｈ２ …（３）
理論的には、この第３段階の水素発生反応も、熱分解が完全に行われるための十分な熱を発生させる。
【００２２】
このように、アンモニア・ボレイン１は、加熱することにより、その１分子から３分子の水素を発生する。
【００２３】
一方、上記ヒート・ミックス２は、リチウム・アルミニウム水素化合物（ＬｉＡｌＨ４）と塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）の混合物である。これは、外部からヒータ等で少量の熱を与えられると自ら発熱する熱源となり、上記アンモニア・ボレイン１を加熱する。また、単に熱源としてだけではなく、下記（４）式のように若干の水素を発生する。
【００２４】
ＬｉＡｌＨ４ ＋ ＮＨ４Ｃｌ → ＬｉＣｌ ＋ ＡｌＮ ＋ ４Ｈ２ …（４）
なお、上記ヒート・ミックス２としては、このようなＬｉＡｌＨ４とＮＨ４Ｃｌの混合物に限らず、外部から少量の熱を与えられた際に上記アンモニア・ボレイン１が熱分解を開始するために必要な熱を自ら発熱する特性を有するものであれば、どのようなものであっても良い。
【００２５】
このようなアンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２でなる燃料ペレット３は、携帯情報機器用に使用することを考慮すると、直径３ｍｍから１０ｍｍ、全体の高さが３ｍｍから１０ｍｍ程度の大きさが適当である。本発明者の実験によれば、直径５．２ｍｍ、高さ３．４ｍｍ程度のサイズのペレットにおいて、高効率で水素を発生させることができた。このペレットでは、アンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２の比率は、質量比で４：１から５：１程度に設定することで最も収率の高い水素発生が行われることが実験的に確かめられている。
【００２６】
次に、上記のような燃料ペレット３を使用する水素発生器を説明する。
【００２７】
図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る水素発生器の構成を示す図である。
【００２８】
水素発生器のケースは、その内部で水素が発生するため耐圧容器１０となっており、ステンレス等の十分強度のある部材で構成される。この水素発生器の耐圧容器１０の一側面には、水素発生口１１が設けられている。この水素発生口１１の内側には水素以外の不純物を吸収するカーボン・フィルタ（図示しない）が内蔵されており、また、外部から開け閉めできるストップバルブ（図示しない）が外付けされている。更に、この水素発生口１１が設けられた側面には、電気信号を入出力するためのコネクタ１２も設けられている。このコネクタ１２には、水素発生器の状態を示す信号の出力端子と、動作を制御するための信号の入力端子が配置されており、この水素発生器の外部に位置する図示しない機器に図示しないケーブルによって接続される。
【００２９】
また、水素発生器の耐圧容器１０の上面には、破裂板１３も設けられている。この破裂板１３は、当該破裂板１３にかかる圧力が既定の圧力以上になると破れるように構成されている市販の部品である。耐圧容器１０の内部圧力が何らかの異常動作によって最大耐圧を超える前に、この破裂板１３が破れることによって、水素発生器が爆発等の危険な状態になるのを防止する安全装置である。なお、この破裂板１３は、安全弁ＰＲＶ（Pressure Relief Valve）のような機械的なバルブを使用しても良い。
【００３０】
なお、上記水素発生口１１、コネクタ１２、破裂板１３はそれぞれ水素発生器の耐圧容器１０に取り付けられているが、それらは気密状態を保つため、Ｏリング等の漏れを防ぐ部材が併用されている。
【００３１】
図２は、図１（Ｂ）に示した水素発生器の内部構造を示す断面図である。
水素発生器の内部には、当該水素発生器の動作を制御する制御回路が搭載された制御基板１４が配されている。この制御基板１４は、ガラスエポキシやベークライト等の耐熱性と絶縁性を有するもので構成される。この制御基板１４は一端側で上記コネクタ１２に接続され、また、他端側にはコネクタ１５が設けられている。
【００３２】
上記コネクタ１５には、基板１６Ａに設けられたコネクタ１７Ａが接続されるようになっている。この基板１６Ａ上には、格子状の導熱部材１８Ａが配されている。また、上記コネクタ１７Ａとは反対面側に更にコネクタ１９Ａが設けられている。このコネクタ１９Ａには、基板１６Ｂに設けられたコネクタ１７Ｂが接続されるようになっている。この基板１６Ｂ上には、格子状の導熱部材１８Ｂが配されている。また、上記コネクタ１７Ｂとは反対面側に更にコネクタ１９Ｂが設けられている。ここで、基板１６Ａ，コネクタ１７Ａ，導熱部材１８Ａ，コネクタ１９Ａで構成されるユニット、及び基板１６Ｂ，コネクタ１７Ｂ，導熱部材１８Ｂ，コネクタ１９Ｂで構成されるユニットは、水素発生ユニットであり、同一のものである。これら２つの水素発生ユニットがコネクタ１７Ｂとコネクタ１９Ａで接続され、更にそれらがコネクタ１７Ａとコネクタ１５によって制御基板１４に接続されている。なお、コネクタ１９Ｂは、この実施形態では、どこにも接続されないダミーとなる。
【００３３】
図３は、変形例として、制御基板１４を水素発生器の耐圧容器１０の外に出した場合の構成図である。コネクタ１７Ａが耐圧容器１０の下側から外に出て、そのコネクタ１７Ａに制御基板１４のコネクタ１５が接続する。このような構成にすると、制御基板１４は温度の上昇や圧力の変化等の影響をほとんど受けないため、複数回の使用にも耐えるので経済的である。
【００３４】
なお、図２及び図３は、水素発生ユニットを２段に配置した例を示したが、段数はそれに限定されないことは勿論である。また、図の奥行き方向に複数の水素発生ユニットを配置することも可能である。
【００３５】
次に、上記水素発生ユニットについて詳細に説明する。なお、上記２つの水素発生ユニットは同一構造であるため、以下の説明では、特に必要な場合を除き、基板１６Ａ，１６Ｂを基板１６、コネクタ１７Ａ，１７Ｂをコネクタ１７、導熱部材１８Ａ，１８Ｂを導熱部材１８、コネクタ１９Ａ，１９Ｂをコネクタ１９として説明する。
【００３６】
図４は、水素発生ユニットの上面図である。格子状の導熱部材１８が基板１６の上に接着されて、それぞれの格子内には、図１（Ａ）に示したような燃料ペレット３が、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂で構成された断熱部材２０によってその円周方向の周囲を囲われて、１個ずつ格納されている。この格子状の導熱部材１８は、その材料にもよるが、約１ｍｍ程度の厚さを有することで、適度な導熱機能と強度を持たせている。また、この格子の内のりは、中に格納される断熱部材２０でその周囲を囲われた円筒形の燃料ペレット３の直径よりも若干大きめの寸法になっている。例えば、断熱部材２０を含んで直径５．２ｍｍの燃料ペレット３の場合には、０．１ｍｍの余裕を見込んで格子の内のりは５．４ｍｍ角にする。このように適当な余裕を持たせることにより、格子内に燃料ペレット３を格納する際に傾いたり、つかえたり等の不具合を防止することができ、また、逆に大きすぎて格子内で燃料ペレット３が動いて遊んでしまい、発火器から離れて正常な水素発生が行われなくなることを防止できる。格子状の導熱部材１８は、基板１６に対しては隙間がないように例えばコーキング機能を持った接着剤で接着されている。これは発生した水素は高熱であり、その水素が隣接する燃料ペレット３に流れ込んで、その隣接燃料ペレット３に対して意図しない高温化を及ぼすことを防止するためである。燃料ペレット３は、図１（Ａ）に示したものであり、その円周方向の周囲を断熱部材２０で囲んだものである。なお、図４の例では、横７個縦５列で合計３５個の燃料ペレット３が格納できるものを示しているが、個数はこれに限定されないことは勿論である。
【００３７】
以下、各水素発生ユニットについて、図４を使用して説明する。
燃料ペレット３の円周方向の周囲は、断熱部材２０によって囲われており、一方、図中の上方に相当する、基板とは反対側の端面部は、断熱部材によって囲われていないので、燃料ペレット３から発生する水素と熱は、燃料ペレット３の上方に向かって流れ出し、円周方向の周囲にはほとんど伝わらない。つまり、水素発生のために加熱した燃料ペレット３のみが加熱されることになる。
【００３８】
しかし、断熱部材２０の大きさ・形状や、燃料ペレット３への取り付け状態のバラつきによって、断熱部材２０が燃料ペレット３の円周方向の周囲を完全に囲うことができず、微小な隙間が存在する場合も起こりうる。このような場合、水素発生時に発生した熱は、その隙間を通って導熱部材１８に伝わる。この場合、導熱部材１８は熱の伝わり方に関して、電気回路のアースのような働きをする。即ち、導熱部材１８に伝わった熱は、瞬時に導熱部材１８全体に広がり、熱が発生した局地的な場所に留まることはない。導熱部材１８の熱容量は発生した熱に比べて大きいので、導熱部材１８自身の温度上昇は微々たるものである。このように、導熱部材１８が熱アースの働きをすることにより、加熱されるべき燃料ペレット３のみが加熱され、加熱された燃料ペレット３からその周囲に熱が拡散して、本来は加熱されるべきでない周囲の燃料ペレット３が加熱されることを防止できる。
【００３９】
なお、水素発生器の耐圧容器１０の外装は、ステンレス等の金属で構成されている。そこで、図５に示すように、該耐圧容器１０の外装と導熱部材１８との間を銅などの金属ばね２１を介して接触させる構造とすることで、導熱部材１８で発生した熱を金属ばね２１を通じて耐圧容器１０に伝え、その外装を通して熱を外部に拡散させることが可能となり、更に放熱効果が向上する。
【００４０】
上記金属ばね２１の内、水素発生口１１が設けられている一側面に対し直交する側面における金属ばね２１に関しては、上記水素発生口１１が設けられている一側面側にその開放端が配されるような取り付け向きで、耐圧容器１０の外装内面に取り付けられる。こうすることで、図２に示すような制御基板１４配置を持つ場合に、上記水素発生口１１が設けられている一側面に対向する側の外装を取り外し、図６（Ａ）及び（Ｂ）に矢印で示すようにスライドさせて、水素発生ユニットを出し入れすることができるので、耐圧容器１０の再利用が可能となる。
【００４１】
また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、銅などの接続部材２２をビス２３によって各水素発生ユニットの導熱部材１８Ａ，１８Ｂに結合させることで、各導熱部材同士を熱的に接続させる構造としても良い。こうすることで、各導熱部材１８Ａ，１８Ｂを一つの大きな導熱部材の一部とすることかでき、更に熱アースの機能が向上する。
【００４２】
更に、図５に示したような導熱部材１８を水素発生器の耐圧容器１０の外装に接触させる構造と、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示したような導熱部材同士を接続する構造との両方を共に採用すれば、より一層の効果が得られることは勿論である。なおこの場合には、金属ばね２１と接続部材２２とが干渉しないように、接続部材２２の上下方向の位置を選定することが必要である。
【００４３】
上記導熱部材１８の熱アースの機能は、燃料ペレット３が小さくなればなるほど重要であり、より熱伝導率の高い部材を使用する必要が出て来る。なお、格子状の導熱部材１８の材料としては、コスト的な観点を考慮して、アルミニウムや銅などが使用可能である。燃料ペレット３は８０℃を越えると液体化が始まり、上述したように１００℃を越えると水素を発生するので、この導熱部材１８は、望ましくは、隣接する格子内の温度が例えば６０℃以下となるような材料及び厚さを選定する。
【００４４】
この格子状の導熱部材１８の製作方法は、板状の部材に切り込みを入れた部材を複数組み合わせる方法が一般的である。この場合、隣接する格子に対しては気密状態が保たれていなければならない。
【００４５】
この格子状の導熱部材１８は、円柱状の燃料ペレット３を囲う断熱部材２０の周囲に接する形になっており、格子の角の部分、即ち、導熱部材１８と断熱部材２０との間には隙間ができる。この隙間は、燃料ペレット３から発生する水素のための空間としての機能も有する。即ち、水素発生器のケースは密閉された耐圧容器１０であり、内部で水素が発生すれば内部圧力が上昇する。このとき、内部に空間が全くないと圧力上昇が急激になり高い圧力まで耐える耐圧設計をする必要があるが、水素発生器の内部のどこかに空間があれば、圧力上昇を緩和することができる。上記隙間を設けないような格子を設計し、圧力緩和用の空間を水素発生器内部のどこかに設ける方法もあるが、そのような格子の形状は複雑であり、また、水素発生器内部の空間のバランスが悪い等の理由で好ましくない。図４の実施形態では、上記隙間を水素発生器内部に均等に設けることにより、全体のバランスを向上させ、且つ、耐圧設計を低い圧力に抑えることにより、設計の自由度の広がり、低コスト化・安全性向上を達成することができ、好都合である。
【００４６】
次に、水素発生ユニット上の格子内に格納される燃料ペレット３の周囲の状態を説明する。
【００４７】
図８は、水素発生ユニットの断面図である。同図に示すように、基板１６上には、各燃料ペレット３に対応して発火器２４が設けられている。この発火器２４は、制御基板１４に搭載された制御回路（図示せず）からの制御信号により電流を流すことによって発熱して、ヒート・ミックス２を反応させて発熱させ、その熱でアンモニア・ボレイン１を加熱させ、水素を発生させる。前述したように、ヒート・ミックス２とアンモニア・ボレイン１で円筒形の燃料ペレット３を構成している。
【００４８】
各燃料ペレット３の上には、円形状の厚さ０．０１〜０．０２ｍｍで、燃料ペレット３の直径と同じ直径を有するアルミ・フォイル２５が載置される。このアルミ・フォイル２５は、発火器２４によって発火されたヒート・ミックス２から発生した熱や、その熱によってアンモニア・ボレイン１から発生した水素発生反応から発生する熱が、このアルミ・フォイル２５に反射することにより、水素発生を指示された燃料ペレット３周辺にとどまることを助ける機能を有する。
【００４９】
上記アルミ・フォイル２５上には、格子の内のり寸法にほぼ合致した大きさの正方形のカーボン・フィルタ２６が載置される。このカーボン・フィルタ２６は、水素以外の不純物を吸収する機能を有する。そして、その上に、円形状の断熱部材の蓋２７が配される。この蓋２７は、断熱部材２０を含めた燃料ペレット３の直径より若干大きめで、且つ格子開口に隙間なく入り込む大きさであり、この蓋２７によってこの格子内部の燃料ペレット３やカーボン・フィルタ２６等が水素発生時の反応によって動くのを防止している。この断熱部材の蓋２７は、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂等の断熱部材が使用可能である。
【００５０】
図８からわかるように、正方形の格子の中に断熱部材２０を周囲に配置された円筒形の燃料ペレット３が格納され、その上に円形のアルミ・フォイル２５、正方形のカーボン・フィルタ２６、円形の断熱部材の蓋２７が順に積層されている構造になっている。
【００５１】
ここで、カーボン・フィルタ２６のみが正方形である理由は下記のとおりである。もし、カーボン・フィルタ２６が円形であると、正方形の格子と円筒形の燃料ペレット３との間には隙間があり、それが格子の上方に露出する。この状態で水素を発生させた場合に、もし不純物が発生すると不純物がそのまま格子の外に出てしまい、水素発生口１１に取り付けた不純物吸収用フィルタで吸収しきれない場合、水素燃料電池に不純物が流出してしまう。水素燃料電池では、水素は高い純度が要求され、もし水素純度が低いと水素燃料電池の破壊につながる。それを防ぐために、それぞれの燃料ペレット３の段階で不純物が流出しないようにするために、カーボン・フィルタ２６は格子の内のりに合わせた正方形の形状である必要がある。
【００５２】
また、蓋２７が円形状である理由は、発生した水素がカーボン・フィルタ２６を通して、容易に上方に拡散し易いようにするためである。
【００５３】
このような理由により、アルミ・フォイル２５、カーボン・フィルタ２６、蓋２７の形状が定められている。
【００５４】
図９（Ａ）乃至（Ｄ）は、格子状の導熱部材１８に対する発火器２４、ヒート・ミックス２、アンモニア・ボレイン１、断熱部材２０、アルミ・フォイル２５、カーボン・フィルタ２６、蓋２７の水平方向の位置関係を示す図である。
【００５５】
図９（Ａ）は、発火器２４が後述するような表面実装型の抵抗器の場合で、外形が正方形の場合を示している。発火器２４の中心点が格子状の導熱部材１８が形成する格子状の平面の中心点とほぼ一致していることを示している。抵抗器の外形が長方形の場合にも同様にその中心点が格子状の導熱部材１８が形成する格子状の平面の中心点とほぼ一致する位置に配置する。
【００５６】
図９（Ｂ）は、円筒形のヒート・ミックス２とアンモニア・ボレイン１と断熱部材２０とアルミ・フォイル２５の中心点が格子状の導熱部材１８が形成する格子開口部の中心点とほぼ一致していることと、格子開口部の一辺の長さがヒート・ミックス２，アンモニア・ボレイン１，アルミ・フォイル２５の部材より若干大きく、隙間があることを示している。そして、この隙間に断熱部材２０が配置される。即ち、断熱部材２０と格子開口部の一辺との間には隙間がない。
【００５７】
図９（Ｃ）は、カーボン・フィルタ２６が格子開口と同じ大きさであり、必然的にその中心点は一致することを示している。
【００５８】
図９（Ｄ）は、蓋２７の直径が格子開口部の一辺とほぼ同じであり、ヒート・ミックス２，アンモニア・ボレイン１，アルミ・フォイル２５とは異なり格子開口部の一辺との間には隙間がないことを示している。
【００５９】
このように、燃料ペレット３と発火器２４の水平方向の位置関係として、それぞれの中心点を略一致させるように格子状の導熱部材１８で規制している。このようにすることで、発火器２４から発生する熱が燃料ペレット３下部のヒート・ミックス２に的確に伝達され、その結果、ヒート・ミックス２がアンモニア・ボレイン１を十分に加熱し、アンモニア・ボレイン１から水素を最大限に発生させることが可能となる。
【００６０】
次に、上記発火器２４について説明する。
発火器２４は、基板１６上の導熱部材１８の各格子に対応する位置に配置されており、その上に各燃料ペレット３のヒート・ミックス２が接するように位置決めされる。前述したように、発火器２４の中心と燃料ペレット３の中心が略一致するように位置決めされる。発火器２４は表面実装型の抵抗器である。
【００６１】
図１０は、発火器２４の駆動回路の構成を示す図である。
発火器２４を構成する表面実装型の抵抗器２８は、一端が駆動用ＦＥＴ２９の電流経路を介して駆動回路の電源電圧であるＤＣ＋１２Ｖに接続され、他端がＧＮＤに接続されている。駆動用ＦＥＴ２９の制御端子には、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの電圧値を示すディジタル信号である駆動制御信号３０が制御基板１４に搭載された制御回路（図示せず）から印加される。駆動用ＦＥＴ２９は、この駆動制御信号３０がＨｉｇｈレベルになるとＯＮし、ＬｏｗレベルになるとＯＦＦ状態となる。
【００６２】
従って、発火させない状態では、駆動制御信号３０はＬｏｗレベルで、駆動用ＦＥＴ２９はＯＦＦの状態であり、抵抗器２８には電流は流れていない。次に、駆動制御信号３０がＨｉｇｈレベルになって駆動用ＦＥＴ２９がＯＮすると、抵抗器２８には電流が流れる。抵抗器２８が例えば４Ωとすると、電源電圧が＋１２Ｖであるため、ＦＥＴの電圧降下約０．６Ｖを考慮しても約２．８Ａの電流が流れるので、発火器２４の抵抗器２８で消費される電力は、４＊２．８＊２．８＝約３１Ｗとなる。この３１Ｗの電力が、表面実装用の抵抗器２８で消費されるため、その温度が急激に上昇してヒート・ミックス２を発熱することが可能となる。
【００６３】
なお、この発火器２４は、抵抗器２８として、表面実装用の抵抗器を用いたが、印刷技術を用いて抵抗器を基板上に直接印刷しても同様の効果を得ることがでる。その場合は、抵抗器２８の厚さを薄くすることができ、且つ、表面実装用の抵抗器を半田付け等の手段で基板に実装する手間が省け、結果として回路の信頼性を高めることができるので、水素発生器をより小型にするためにはより好適である。
【００６４】
上記に説明した発火器２４は、本実施形態では１つの水素発生ユニットにおいては、図４に示したように横７個縦５列で合計３５個必要となる。そのレイアウトとしては、表面実装用の抵抗器２８が基板１６の上面（燃料ペレット３の搭載面と同じ面）に実装され、駆動用の駆動用ＦＥＴ２９が基板１６の下面に実装され、これらの部品とコネクタ１９を接続する配線パターンが基板１６の上面と下面の両方を使用して配置される。
【００６５】
図１１は、基板１６上に配置された３５個の発火器２４と、それぞれの発火器２４にコネクタ１９を介して３５本の駆動制御信号３０が印加される様子を示した模式図である。この接続方法では、それぞれの基板１６に対して独立の駆動制御信号線が必要になる。即ち、基板１６が１枚の場合は３５本の駆動制御信号線で良いが、基板１６が５枚ある場合には、３５×５＝１７５本の駆動制御信号線が必要となり、これらがコネクタ１９を経由するので、コネクタ１９のピン数が増える。
【００６６】
図１２は、別の接続方法を示す図である。基板１６、コネクタ１９及び発火器２４は、図１１の構成と同様である。この接続方法では、各発火器２４への駆動制御信号３０は、６入力６４出力のデコーダ３１の出力端子から印加されている。このデコーダ３１の入力端子には、制御基板１４からコネクタ１９を介して、６ビットデジタル信号３２が入力されると共に、この基板１６を動作可能にするイネーブル信号３３が入力される。ここで、６ビットデジタル信号３２は、どの発火器２４をＯＮにするかを決定する信号である。入力信号が６ビットであるので、最大２の６乗、即ち６４個の発火器２４に対して発火を指示する事ができる。コネクタ１９を経由してデコーダ３１には６ビットデジタル信号３２とイネーブル信号３３が入力される。デコーダ３１は、イネーブル信号３３がＨｉｇｈレベル、即ち「１」の時のみ、その動作が有効になる。
【００６７】
図１３は、デコーダ３１の入力信号と出力信号の対応の一部を示す図である。入力信号の６４種類のパターンに一義的に対応して、６４本の出力信号のうちのいずれか１本が「１」、即ちＨｉｇｈレベルになることを示している。このＨｉｇｈレベルになった信号を駆動制御信号３０として発火器２４に入力すれば良い。基板１６には、駆動用信号としては６本のみで良く、且つ、それぞれの基板１６で共通に使用できるので、基板枚数が増えても駆動用信号の本数は増えない。ただし、それぞれの基板１６を有効にするイネーブル信号３３がそれぞれの基板１６ごとに１本ずつ必要になるが、この方法の場合、必要な信号線の本数は、基板１６が１枚の場合は６＋１＝７本、基板１６が５枚の場合でも６＋５＊１＝１１本と大幅に少なくすることができる。
【００６８】
次に、水素発生器の動作を説明する。ここで、図示はしないが、水素発生口１１の先には水素燃料電池が接続され、外付けのストップ・バルブは開かれているものとする。
【００６９】
制御基板１４に搭載された不図示のコントローラが１個の発火器２４を選択して所定の電流を一定時間流すことにより、発火器２４内の抵抗器２８が発熱してヒート・ミックス２が加熱され、その熱によってアンモニア・ボレイン１が加熱されて水素が発生する。この時、少量ではあるが、ヒート・ミックス２からも水素が発生する。発生した水素は、水素発生口１１の入口に内蔵された不図示カーボン・フィルタを通って、水素発生口１１から放出される。
【００７０】
本実施形態における水素発生の動作シーケンスは以下のとおりである。
図１４は、制御基板１４に搭載されているコントローラ３４のブロック構成図である。このコントローラ３４は、マイクロコントローラ３５、不揮発メモリ３６、発火器セレクタ３７、２次電池３８、及び充電回路３９を備え、また、同じく制御基板１４に搭載された又は水素発生器内の任意の場所に取り付けられた圧力センサ４０が接続されている。
【００７１】
マイクロコントローラ３５は、本水素発生器全体の動作を制御するマイクロコントローラであり、ＣＰＵ、メモリ、入出力ポート等の機能を一体的に有するワンチップマイコンによって構成される。不揮発メモリ３６は、燃料ペレット３の使用状態を記録するものであり、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリのように電気的に書き換え可能なメモリである。発火器セレクタ３７は、発火させる発火器２４を選択するための信号を生成するものである。２次電池３８は、コントローラ３４に電源を供給するものであり、リチウムイオン電池やニッケル水素電池が用いられる。充電回路３９は、本水素発生器が接続される水素燃料電池から供給される電力によって上記２次電池３８を充電する。圧力センサ４０は、水素発生器の耐圧容器１０内部の圧力を測定するものである。発火器セレクタ３７によって、前述したような駆動制御信号３０（図１２の場合はイネーブル信号３３も）を生成する。
【００７２】
図１４において、一点鎖線で囲まれた部分が２次電池３８によって電源を供給される電子回路であり、破線で囲まれた部分がコントローラ３４である。
【００７３】
上記不揮発メモリ３６は、コントローラ３４が自由にリード・ライトすることができるように構成されており、それぞれの燃料ペレット３の使用状態を１対１に対応するメモリアドレスに記録するように割り当てられている。従って、不揮発メモリ３６の１つのアドレスを指定することにより、そのアドレスに対応する燃料ペレット３の使用状態を設定すること、及び使用状態をチェックすることが可能となる。不揮発メモリ３６の使用状態を示す例としては、メモリの値が１６進数で「ＦＦＨ」の場合は燃料ペレット３が未使用、「８０Ｈ」の場合は燃料ペレット３が使用済み、「００Ｈ」の場合は燃料ペレット３が未装着、を示す等である。未使用の燃料ペレット３を探す場合には、不揮発メモリ３６の内容をスキャンし、「ＦＦＨ」であるものを探せば良い。燃料ペレット３の状態を記録するメモリとして不揮発メモリを使用したことにより、燃料ペレット３をすべて使い切らない状態で本水素発生器を取り外して他の水素燃料電池に接続した場合でも、どの燃料ペレット３が未使用であるかを知ることができるので、効率的である。
【００７４】
図１５は、マイクロコントローラ３５の動作シーケンスのフローチャートを示す図である。
【００７５】
まず、上記圧力センサ４０の値を入力する（ステップＳ１１）。この際、圧力センサ４０の値を複数回入力し、その平均値を取ることによりノイズの影響を低減することも可能である。
【００７６】
次に、上記入力した圧力センサ４０の値が既定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１２）。この既定値は、本水素発生器が接続されている水素燃料電池が継続して発電できる水素の量の限界値である。即ち、水素発生器の耐圧容器１０内部の水素圧力がこの既定値より小さくなると、水素を新たに発生させないと水素燃料電池は継続して発電できなくなる。一方、アンモニア・ボレイン１から水素を発生させる際には、アンモニア・ボレイン１を加熱する際の周囲の初期圧力によって水素発生の収率が影響される。本発明者の実験した結果によると、それぞれの燃料ペレット３を加熱して水素を発生させる際には、周囲の圧力が５気圧（５０万パスカル）以上である方が水素発生収率が高いこと、且つ、１０気圧以上では水素発生収率はそれほど上がらないこと、が判明した。従って、上記既定値としては、５気圧（５０万パスカル）以上で、且つ、水素発生器の耐圧容器１０の最大耐圧（１０気圧（１００万パスカル））を超えない値にすることが望ましい。
【００７７】
上記ステップＳ１２において、圧力センサ４０の値が既定値よりも大きいと判断した場合には、上記ステップＳ１１の圧力センサ値の入力に戻る。
【００７８】
これに対して、上記ステップＳ１２において、圧力センサ４０の値が既定値以下であると判断した場合には、水素発生要求があるか否かをチェックする（ステップＳ１３）。この水素発生要求は、マイクロコントローラ３５が接続されている上位機器から発生されるもので、今、水素燃料電池を稼動させて発電する必要がない場合、例えば、水素燃料電池が接続されている機器がスリープ状態にある場合など、には発電させる必要はないので、機器から水素発生要求が発生するまで待つ（ステップＳ１４）。
【００７９】
そして、水素発生要求が発生したならば（ステップＳ１４）、不揮発メモリ３６の内容をスキャンして未使用の燃料ペレット３を探し出す（ステップＳ１５）。このスキャンは、最初だけ行い、その結果を不揮発メモリ３６の所定のアドレスに記録しておき、初回以降では不揮発メモリ３６のスキャンを省略しても良い。もし、すべての燃料ペレット３が使用されており未使用の燃料ペレット３がない場合には（ステップＳ１６）、燃料切れエラーをこの水素発生器を使用している上位機器に報告する（ステップＳ１７）。なお、ここでは、未使用の燃料ペレット３がない場合に燃料切れエラーを報告するものとしたが、未使用の燃料ペレット３の数が少なくなった場合に、燃料残り少量警告を報告するようにしても良い。
【００８０】
これに対して、未使用の燃料ペレット３がある場合には（ステップＳ１６）、その未使用の燃料ペレット３を選択して、その選択した未使用の燃料ペレット３に対応する発火器２４に所定の電流を流すように指示し、該当する燃料ペレット３から水素を発生させる動作の起動をかける（ステップＳ１８）。
【００８１】
その後、その使用した燃料ペレット３に対応する場所の不揮発メモリ３６の値を未使用から使用済みに書き換える（ステップＳ１９）。なお、上記ステップＳ１８において燃料ペレット３からの水素発生を起動させたが、実際の水素発生までには若干の時間がかかるので、一定時間だけ待った後に（ステップＳ２０）、上記ステップＳ１１に戻る。
【００８２】
これらの水素発生反応は速い速度で行われ、水素燃料電池で発電のために要求されるより速い速度で水素が発生する。このために、少量のアンモニア・ボレイン１を耐圧反応器である水素発生器の耐圧容器１０の中で断続的に水素発生させる。耐圧反応器の中で水素が発生すると内部圧力が高まり、燃料電池が水素を使用すると内部圧力が低下する。内部圧力が予め定められた圧力値より下がるまで、上記ステップＳ１１、ステップＳ１２のループを回り続ける。そして、内部圧力が予め定められた圧力値より下がったことを検出することで、別のアンモニア・ボレイン１の水素発生を開始させることにより、継続的に発電することが可能となる。
【００８３】
以上のように、本第１実施形態によれば、アンモニア・ボレイン１をペレット状に小分けにして水素を発生させる水素発生器の全体構造を提示し、且つそれに必要不可欠な要素として、発火器２４の構成、燃料ペレット３の保持手段、水素発生時に発生する熱の保熱・断熱方法、水素発生器の動作制御フローを具体的に提示したので、アンモニア・ボレイン１から効率的に水素を発生させることができる小型水素発生器を実現することが可能となる。
【００８４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８５】
図１６は、本第２実施形態に係る水素発生器の内部構造を示す断面図である。ここで、上記第１実施形態と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００８６】
同図において、参照符号１６Ｃは上記基板１６Ａ，１６Ｂと同様の基板であり、１８Ｃは上記導熱部材１８Ａ，１８Ｂと同様の格子状の導熱部材であり、１９Ｃは上記コネクタ１９Ａ，１９Ｂと同様のコネクタである。ここでは、基板１６Ａと導熱部材１８Ａとコネクタ１９Ａとを組み合わせて１つの水素発生ユニットを構成し、基板１６Ｂと導熱部材１８Ｂとコネクタ１９Ｂとを組み合わせて１つの水素発生ユニットを構成し、基板１６Ｃと導熱部材１８Ｃとコネクタ１９Ｃとを組み合わせて１つの水素発生ユニットを構成している。これらの水素発生ユニットは、それぞれコネクタ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを介して制御基板１４に接続されている。制御基板１４上には、上記第１実施形態同様、この水素発生器の動作を制御する制御回路が搭載されている。また、コネクタ１２を介してこの水素発生器の上位機器と接続されている。
【００８７】
本実施形態においては、それぞれの水素発生ユニットは、コネクタ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを介してそれぞれ独立に制御基板１４に接続されている。従って、すべての燃料ペレット３を使用した水素発生ユニットは、他の水素発生ユニットを脱着させることなく、独立に取り外し・取り付けが可能となっている。また、制御基板１４を立てて配置しているので、上記第１実施形態の構造に比べて水素発生器内部のスペースをより有効に利用することが可能となっている。
【００８８】
図１７は、本第２実施形態に係る水素発生器の変形例の内部構造を示す断面図である。ここで、図１６と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００８９】
即ち、本変形例は、図１６に示した水素発生器の耐圧容器１０の内部にあった制御基板１４を耐圧容器１０の外に出したものである。３つの水素発生ユニットは、コネクタ１９Ａとコネクタ４１Ａ、コネクタ１９Ｂとコネクタ４１Ｂ、コネクタ１９Ｃとコネクタ４１Ｃを介して、中継基板４２と接続される。そして、この中継基板４２からの信号は、コネクタ４３により耐圧容器１０の外に出て、該コネクタ４３を制御基板１４上のコネクタ４４に接続することにより、制御基板１４に達する。この構成にすると、制御基板１４は温度の上昇や圧力の変化等の影響をほとんど受けないため、複数回の使用にも耐えるので経済的である。
【００９０】
本実施形態における水素発生器の動作は、上記第１実施形態と同様であるので省略する。
【００９１】
なお、図１６及び図１７は、水素発生ユニットを３段に配置した例を示したが、それに限定されないことは勿論である。また、図の奥行き方向に複数の水素発生ユニットを配置することも可能である。
【００９２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
【００９３】
図１８は、本第３実施形態に係る水素発生器の上面図である。ここで、上記第１実施形態と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００９４】
本実施形態は、格子状の導熱部材１８を、基板１６上に、その開口が正三角形をなすように配置し、燃料ペレット３と断熱部材２０をその内部に配置するようにしたものである。この場合、コネクタ１９は基板１６上に実装されており、基板１６の外形は六角形である。
【００９５】
図１９は、本第３実施形態に係る水素発生器の変形例の上面図である。ここで、上記第１実施形態と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００９６】
この変形例は、格子状の導熱部材１８を、基板１６上に、その開口が正六角形の形状をなすように配置し、燃料ペレット３と断熱部材２０をその内部に配置するようにしたものである。この場合、コネクタ１９は基板１６上に実装されており、基板１６の外形は正六角形である。
【００９７】
このような正三角形または正六角形の格子開口の場合でも、その大きさは円筒形の燃料ペレット３の直径に対して、開口のそれぞれの辺が０．１ｍｍ程度のギャップで接するように格子寸法を調整する。このことによって、燃料ペレット３の装填を容易にすると共に、水素発生時に燃料ペレット３が発火器から大きくずれることを防止することが可能となる。
【００９８】
本実施形態においても、図示はしていないが、燃料ペレット３の上側には円形のアルミ・フォイル２５、正三角形または正六角形のカーボン・フィルタ２６、円形の断熱部材の蓋２７が順に積層されている。カーボン・フィルタの形状が上記第１実施形態と異なるのみである。
【００９９】
格子状の導熱部材１８の開口部が正六角形である場合、断熱部材２０を周囲に配置された円筒形の燃料ペレット３との隙間の体積は開口部が正三角形または正方形の場合に比べて小さくなるので、同じ体積の水素発生器に対してより多くの燃料ペレット３を実装できることになり、単位体積当たりの発生水素量が増加するので、単位体積当たりのエネルギー密度を高くすることができる。
【０１００】
このような水素発生ユニットを使用した水素発生器の外形形状は、図１８の場合は六角柱、図１９の場合は正六角柱または円筒形となる。円筒形の場合は、内部の燃料ペレット３の直径を小さくすることによって円筒外周付近に発生する無駄なスペースを小さくすることができるので、既存の円筒形の２次電池等の形状に近くなり、２次電池との置き換えを容易に行うことが可能となる。
【０１０１】
本実施形態における水素発生器の動作は、上記第１実施形態と同様であるので省略する。
【０１０２】
また、本実施形態においても、上記第２実施形態のように、制御基板１４の位置を水素発生器の耐圧容器１０内部または外部のいずれにも設定することができる。
【０１０３】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【０１０４】
例えば、上記第１乃至第３実施形態では、燃料ペレット３をアンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２とから構成しているが、ヒート・ミックス２は必ずしも必須ではなく、発火器２４が直接アンモニア・ボレイン１を加熱するように構成することも可能である。この場合は、アンモニア・ボレイン１の加熱に必要な熱量をすべて発火器２４から得ることになるので、発火器２４と加熱用の電源はより大きなものが必要になる。
【０１０５】
また、燃料ペレット３の形状は円筒形としたが、これに限定する必要はなく、例えば図２０に示すように、六角柱や直方体（その断面は六角形や四角形）、あるいは長円柱、楕円柱等の形状であっても構わず、格子状の導熱部材１８の開口部の形状に対応して任意に組合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１（Ａ）は、水素発生器で使用する燃料ペレットの構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る水素発生器の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１（Ｂ）に示した水素発生器の内部構造を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の変形例として、制御基板を水素発生器の耐圧容器の外に出した場合の水素発生器の構成を示す図である。
【図４】図４は、水素発生ユニットの上面図である。
【図５】図５は、放熱効果を向上するための第１実施形態の別の変形例の構成を説明するための水素発生器の断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、水素発生ユニットの出し入れを説明するため図５の水素発生器の平面図であり、図６（Ｂ）は、同じく正面図である。
【図７】図７（Ａ）は、熱アース機能を向上するための第１実施形態の更に別の変形例の構成を説明するための水素発生ユニットの正面図であり、図７（Ｂ）は、同じく側面図である。
【図８】図８は、水素発生ユニットの断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、格子状の断熱部材に対する発火器の水平方向の位置関係を示す図であり、図９（Ｂ）は、格子状の断熱部材に対するヒート・ミックス、アンモニア・ボレイン及びアルミ・フォイルの水平方向の位置関係を示す図であり、図９（Ｃ）は、格子状の断熱部材に対するカーボン・フィルタの水平方向の位置関係を示す図であり、図９（Ｄ）は、格子状の断熱部材に対する蓋の水平方向の位置関係を示す図である。
【図１０】図１０は、発火器の駆動回路の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、発火器への駆動制御信号の接続方法を説明するための模式図である。
【図１２】図１２は、発火器への駆動制御信号の別の接続方法を説明するための模式図である。
【図１３】図１３は、デコーダの入力信号と出力信号の対応の一部を示す図である。
【図１４】図１４は、制御基板に搭載されているコントローラのブロック構成図である。
【図１５】図１５は、マイクロコントローラ（ＣＰＵ）の動作シーケンスのフローチャートを示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態に係る水素発生器の内部構造を示す断面図である。
【図１７】図１７は、第２実施形態に係る水素発生器の変形例の内部構造を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３実施形態に係る水素発生器の上面図である。
【図１９】図１９は、第３実施形態に係る水素発生器の変形例の上面図である。
【図２０】図２０は、水素発生器で使用する燃料ペレットの構成の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…アンモニア・ボレイン、 ２…ヒート・ミックス、 ３…燃料ペレット、 １０…耐圧容器、 １１…水素発生口、 １２，１５，１７，１７Ａ，１７Ｂ，１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４３，４４…コネクタ、 １３…破裂板、 １４…制御基板、 １６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…基板、 １８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…導熱部材、 ２０…断熱部材、 ２２…接続部材、 ２３…ビス、 ２４…発火器、 ２５…アルミ・フォイル、 ２６…カーボン・フィルタ、 ２７…蓋、 ２８…抵抗器、 ２９…駆動用ＦＥＴ、 ３１…デコーダ、 ３２…６ビットデジタル信号、 ３３…イネーブル信号、 ３４…コントローラ、 ３５…マイクロコントローラ、 ３６…不揮発メモリ、 ３７…発火器セレクタ、 ３８…２次電池、 ３９…充電回路、 ４０…圧力センサ、 ４２…中継基板。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気エネルギーを発生させるための水素燃料電池に水素ガスを供給する水素発生器に関する。
【背景技術】
【０００２】
携帯電話やＰＤＡ、デジタルカメラ等の携帯情報機器は、主に、リチウムイオン電池等の充電可能な二次電池が電源として用いられてきている。近年、これらの機器の高機能化・多機能化・高速化や長時間駆動の要求に伴い、小型燃料電池が新たな電源として期待されており、一部では試作・試用も始まっている。
【０００３】
燃料電池は、従来の二次電池とは異なり充電作業が不要で、燃料を補充または燃料カートリッジを交換するだけで瞬時に機器を長時間稼動させることが可能な状態にすることができる。これらの燃料電池のうち、水素を燃料とする水素燃料電池はその特性上、パワー密度を高くすることが可能であるため、従来の二次電池に準じてある程度のピーク負荷にも対応できる燃料電池として、携帯情報機器等への応用が検討されている。
【０００４】
特に、携帯情報機器の場合は、水素を如何にコンパクトに且つ軽量に貯蔵するかがキーであり、特許文献１には、水素貯蔵合金で構成されるタンクに水素を充填して使用することが提案されている。しかし、水素吸蔵合金は重量が重く且つサイズも大きくなってしまうので、携帯情報機器には適していない。また、水素吸蔵合金に吸収された水素を使用し終わった場合には、何らかの方法で水素を再度タンクに充填する必要があるが、そのためのインフラを整えねばならないという問題がある。
【０００５】
水素吸蔵合金に関わるこれらの問題を解決するために、特許文献２には、アンモニア・ボレインのような水素を多く含む物質を熱分解することによって水素を発生させる水素発生器が提案されている。この方法によれば、水素は固体燃料から発生するので、重く大きい水素吸蔵合金のタンクや、気体の水素を水素吸蔵合金に充填するためのインフラを新たに整える必要はない。
【特許文献１】特開２００５−３２１４９０号公報
【特許文献２】国際公開第０２／１８２６７号パンフレット
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記特許文献２に記載された水素発生器の物理的な構造は、野外で利用できる運搬可能な発電機等の一般用途には適用できるが、非常に小さいサイズの水素発生器には適用できない。デジタルカメラやＰＤＡ等の携帯情報機器においては、水素発生器のサイズや形状は現状の１次電池または２次電池と同等のサイズや形状（例えば、１８６５０サイズ、直径約１８ミリ×高さ約６５ミリ）が望まれるが、上記特許文献２に開示された水素発生器の構造では、このようなサイズ・形状にすることは不可能である。
【０００７】
また、上記特許文献２には、上記携帯情報機器用の水素発生器においてアンモニア・ボレインから水素を発生させるためにアンモニア・ボレインの温度を１００℃以上に加熱するための小型の具体的な手段が記載されていない。
【０００８】
更に、水素発生器を小型にするための水素発生器の具体的な構造、各部品の構成、制御手段等についても記載されていない。
【０００９】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、小型の場合であっても水素を発生する化合物を含む材料から安定的且つ効率的に水素を発生させることができ、単位体積当たりの水素発生量を向上させることが可能な水素発生器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の水素発生器の一態様は、
加熱されることによって水素を発生する化合物を含む材料で構成された複数の燃料ペレットと、
上記複数の燃料ペレットを格納する耐圧容器と、
上記燃料ペレットからの水素発生を制御するコントローラと、
を有する水素発生器において、
上記耐圧容器内の基板上には上記複数の燃料ペレットに対応した複数の発火器が設置されており、
上記複数の燃料ペレットは上記発火器上に配置され、
それぞれの上記燃料ペレットは、断熱部材によってその周囲が囲われており、且つ、他の燃料ペレットとの間には熱伝導率の高い部材で構成された格子状の枠が配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、小型の場合であっても水素を発生する化合物を含む材料から安定的且つ効率的に水素を発生させることが可能となり、単位体積当たりの水素発生量を向上させることが可能な水素発生器を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１３】
［第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係る水素発生器を説明する前に、水素発生の原理を説明する。
【００１４】
図１（Ａ）は、水素発生器で使用する燃料ペレットの構成を示す図である。
【００１５】
水素発生化合物であるアンモニア・ボレイン（ＮＨ３ＢＨ３）１と、該アンモニア・ボレイン１を加熱するためのヒート・ミックス２とを、それぞれ適当な圧力をかけることによって所定の形状、ここでは円筒状の形状に固め、それらアンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２に更に圧力をかけて一体物となるように形成することで、燃料ペレット３が構成されている。アンモニア・ボレイン１に加える圧力としては、実験的に５０ＭＰａ〜２５０ＭＰａの値が好ましいことが求められている。
【００１６】
ここで、アンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２について説明する。
【００１７】
アンモニア・ボレイン１は、質量比で約２０％の水素を含み、常温では固体で爆発性が無く安定な水素源であり、熱分解によって水素を発生する。同じ体積であれば、液体水素の２倍の質量の水素を含んでいる。アンモニア・ボレイン１は通常は粉状であるが、必要に応じて圧力を加えることによって硬いペレット状、棒状、円錐状等にプレスすることができる物質である。
【００１８】
このアンモニア・ボレイン１は、温度を上昇させることにより３段階に熱分解して水素を発生する。熱せられると約１００℃で溶けて液体になり、その後に１分子の水素を発生させる。その際の反応式は、下記（１）式の通りであり、これが第１段階の水素発生反応である。
【００１９】
ＮＨ３ＢＨ３ → ＮＨ２ＢＨ２ ＋ Ｈ２ …（１）
この反応は発熱反応であり、この反応熱によってアンモニア・ボレイン１自身の温度が上昇して、第２段階の水素発生反応に進む。即ち、上記第１段階の水素発生反応で生成されるＮＨ２ＢＨ２は、更に温度が上昇して約１５０℃で１分子の水素を発生する。その際の反応式は、下記（２）式の通りであり、これが第２段階の水素発生反応である。
【００２０】
ＮＨ２ＢＨ２ → ＮＨＢＨ ＋ Ｈ２ …（２）
この反応も発熱反応であり、理論的にはＮＨＢＨが第３段階の熱分解を行うことができる温度まで、ＮＨＢＨの温度を上げるだけの熱を発生する。温度が約４８０℃を越えると、残ったＮＨＢＨは最後の１分子の水素を発生させる。その際の反応式は、下記（３）式の通りであり、これが第３段階の水素発生反応である。
【００２１】
ＮＨＢＨ → ＢＮ ＋ Ｈ２ …（３）
理論的には、この第３段階の水素発生反応も、熱分解が完全に行われるための十分な熱を発生させる。
【００２２】
このように、アンモニア・ボレイン１は、加熱することにより、その１分子から３分子の水素を発生する。
【００２３】
一方、上記ヒート・ミックス２は、リチウム・アルミニウム水素化合物（ＬｉＡｌＨ４）と塩化アンモニウム（ＮＨ４Ｃｌ）の混合物である。これは、外部からヒータ等で少量の熱を与えられると自ら発熱する熱源となり、上記アンモニア・ボレイン１を加熱する。また、単に熱源としてだけではなく、下記（４）式のように若干の水素を発生する。
【００２４】
ＬｉＡｌＨ４ ＋ ＮＨ４Ｃｌ → ＬｉＣｌ ＋ ＡｌＮ ＋ ４Ｈ２ …（４）
なお、上記ヒート・ミックス２としては、このようなＬｉＡｌＨ４とＮＨ４Ｃｌの混合物に限らず、外部から少量の熱を与えられた際に上記アンモニア・ボレイン１が熱分解を開始するために必要な熱を自ら発熱する特性を有するものであれば、どのようなものであっても良い。
【００２５】
このようなアンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２でなる燃料ペレット３は、携帯情報機器用に使用することを考慮すると、直径３ｍｍから１０ｍｍ、全体の高さが３ｍｍから１０ｍｍ程度の大きさが適当である。本発明者の実験によれば、直径５．２ｍｍ、高さ３．４ｍｍ程度のサイズのペレットにおいて、高効率で水素を発生させることができた。このペレットでは、アンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２の比率は、質量比で４：１から５：１程度に設定することで最も収率の高い水素発生が行われることが実験的に確かめられている。
【００２６】
次に、上記のような燃料ペレット３を使用する水素発生器を説明する。
【００２７】
図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る水素発生器の構成を示す図である。
【００２８】
水素発生器のケースは、その内部で水素が発生するため耐圧容器１０となっており、ステンレス等の十分強度のある部材で構成される。この水素発生器の耐圧容器１０の一側面には、水素発生口１１が設けられている。この水素発生口１１の内側には水素以外の不純物を吸収するカーボン・フィルタ（図示しない）が内蔵されており、また、外部から開け閉めできるストップバルブ（図示しない）が外付けされている。更に、この水素発生口１１が設けられた側面には、電気信号を入出力するためのコネクタ１２も設けられている。このコネクタ１２には、水素発生器の状態を示す信号の出力端子と、動作を制御するための信号の入力端子が配置されており、この水素発生器の外部に位置する図示しない機器に図示しないケーブルによって接続される。
【００２９】
また、水素発生器の耐圧容器１０の上面には、破裂板１３も設けられている。この破裂板１３は、当該破裂板１３にかかる圧力が既定の圧力以上になると破れるように構成されている市販の部品である。耐圧容器１０の内部圧力が何らかの異常動作によって最大耐圧を超える前に、この破裂板１３が破れることによって、水素発生器が爆発等の危険な状態になるのを防止する安全装置である。なお、この破裂板１３は、安全弁ＰＲＶ（Pressure Relief Valve）のような機械的なバルブを使用しても良い。
【００３０】
なお、上記水素発生口１１、コネクタ１２、破裂板１３はそれぞれ水素発生器の耐圧容器１０に取り付けられているが、それらは気密状態を保つため、Ｏリング等の漏れを防ぐ部材が併用されている。
【００３１】
図２は、図１（Ｂ）に示した水素発生器の内部構造を示す断面図である。
水素発生器の内部には、当該水素発生器の動作を制御する制御回路が搭載された制御基板１４が配されている。この制御基板１４は、ガラスエポキシやベークライト等の耐熱性と絶縁性を有するもので構成される。この制御基板１４は一端側で上記コネクタ１２に接続され、また、他端側にはコネクタ１５が設けられている。
【００３２】
上記コネクタ１５には、基板１６Ａに設けられたコネクタ１７Ａが接続されるようになっている。この基板１６Ａ上には、格子状の導熱部材１８Ａが配されている。また、上記コネクタ１７Ａとは反対面側に更にコネクタ１９Ａが設けられている。このコネクタ１９Ａには、基板１６Ｂに設けられたコネクタ１７Ｂが接続されるようになっている。この基板１６Ｂ上には、格子状の導熱部材１８Ｂが配されている。また、上記コネクタ１７Ｂとは反対面側に更にコネクタ１９Ｂが設けられている。ここで、基板１６Ａ，コネクタ１７Ａ，導熱部材１８Ａ，コネクタ１９Ａで構成されるユニット、及び基板１６Ｂ，コネクタ１７Ｂ，導熱部材１８Ｂ，コネクタ１９Ｂで構成されるユニットは、水素発生ユニットであり、同一のものである。これら２つの水素発生ユニットがコネクタ１７Ｂとコネクタ１９Ａで接続され、更にそれらがコネクタ１７Ａとコネクタ１５によって制御基板１４に接続されている。なお、コネクタ１９Ｂは、この実施形態では、どこにも接続されないダミーとなる。
【００３３】
図３は、変形例として、制御基板１４を水素発生器の耐圧容器１０の外に出した場合の構成図である。コネクタ１７Ａが耐圧容器１０の下側から外に出て、そのコネクタ１７Ａに制御基板１４のコネクタ１５が接続する。このような構成にすると、制御基板１４は温度の上昇や圧力の変化等の影響をほとんど受けないため、複数回の使用にも耐えるので経済的である。
【００３４】
なお、図２及び図３は、水素発生ユニットを２段に配置した例を示したが、段数はそれに限定されないことは勿論である。また、図の奥行き方向に複数の水素発生ユニットを配置することも可能である。
【００３５】
次に、上記水素発生ユニットについて詳細に説明する。なお、上記２つの水素発生ユニットは同一構造であるため、以下の説明では、特に必要な場合を除き、基板１６Ａ，１６Ｂを基板１６、コネクタ１７Ａ，１７Ｂをコネクタ１７、導熱部材１８Ａ，１８Ｂを導熱部材１８、コネクタ１９Ａ，１９Ｂをコネクタ１９として説明する。
【００３６】
図４は、水素発生ユニットの上面図である。格子状の導熱部材１８が基板１６の上に接着されて、それぞれの格子内には、図１（Ａ）に示したような燃料ペレット３が、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂で構成された断熱部材２０によってその円周方向の周囲を囲われて、１個ずつ格納されている。この格子状の導熱部材１８は、その材料にもよるが、約１ｍｍ程度の厚さを有することで、適度な導熱機能と強度を持たせている。また、この格子の内のりは、中に格納される断熱部材２０でその周囲を囲われた円筒形の燃料ペレット３の直径よりも若干大きめの寸法になっている。例えば、断熱部材２０を含んで直径５．２ｍｍの燃料ペレット３の場合には、０．１ｍｍの余裕を見込んで格子の内のりは５．４ｍｍ角にする。このように適当な余裕を持たせることにより、格子内に燃料ペレット３を格納する際に傾いたり、つかえたり等の不具合を防止することができ、また、逆に大きすぎて格子内で燃料ペレット３が動いて遊んでしまい、発火器から離れて正常な水素発生が行われなくなることを防止できる。格子状の導熱部材１８は、基板１６に対しては隙間がないように例えばコーキング機能を持った接着剤で接着されている。これは発生した水素は高熱であり、その水素が隣接する燃料ペレット３に流れ込んで、その隣接燃料ペレット３に対して意図しない高温化を及ぼすことを防止するためである。燃料ペレット３は、図１（Ａ）に示したものであり、その円周方向の周囲を断熱部材２０で囲んだものである。なお、図４の例では、横７個縦５列で合計３５個の燃料ペレット３が格納できるものを示しているが、個数はこれに限定されないことは勿論である。
【００３７】
以下、各水素発生ユニットについて、図４を使用して説明する。
燃料ペレット３の円周方向の周囲は、断熱部材２０によって囲われており、一方、図中の上方に相当する、基板とは反対側の端面部は、断熱部材によって囲われていないので、燃料ペレット３から発生する水素と熱は、燃料ペレット３の上方に向かって流れ出し、円周方向の周囲にはほとんど伝わらない。つまり、水素発生のために加熱した燃料ペレット３のみが加熱されることになる。
【００３８】
しかし、断熱部材２０の大きさ・形状や、燃料ペレット３への取り付け状態のバラつきによって、断熱部材２０が燃料ペレット３の円周方向の周囲を完全に囲うことができず、微小な隙間が存在する場合も起こりうる。このような場合、水素発生時に発生した熱は、その隙間を通って導熱部材１８に伝わる。この場合、導熱部材１８は熱の伝わり方に関して、電気回路のアースのような働きをする。即ち、導熱部材１８に伝わった熱は、瞬時に導熱部材１８全体に広がり、熱が発生した局地的な場所に留まることはない。導熱部材１８の熱容量は発生した熱に比べて大きいので、導熱部材１８自身の温度上昇は微々たるものである。このように、導熱部材１８が熱アースの働きをすることにより、加熱されるべき燃料ペレット３のみが加熱され、加熱された燃料ペレット３からその周囲に熱が拡散して、本来は加熱されるべきでない周囲の燃料ペレット３が加熱されることを防止できる。
【００３９】
なお、水素発生器の耐圧容器１０の外装は、ステンレス等の金属で構成されている。そこで、図５に示すように、該耐圧容器１０の外装と導熱部材１８との間を銅などの金属ばね２１を介して接触させる構造とすることで、導熱部材１８で発生した熱を金属ばね２１を通じて耐圧容器１０に伝え、その外装を通して熱を外部に拡散させることが可能となり、更に放熱効果が向上する。
【００４０】
上記金属ばね２１の内、水素発生口１１が設けられている一側面に対し直交する側面における金属ばね２１に関しては、上記水素発生口１１が設けられている一側面側にその開放端が配されるような取り付け向きで、耐圧容器１０の外装内面に取り付けられる。こうすることで、図２に示すような制御基板１４配置を持つ場合に、上記水素発生口１１が設けられている一側面に対向する側の外装を取り外し、図６（Ａ）及び（Ｂ）に矢印で示すようにスライドさせて、水素発生ユニットを出し入れすることができるので、耐圧容器１０の再利用が可能となる。
【００４１】
また、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、銅などの接続部材２２をビス２３によって各水素発生ユニットの導熱部材１８Ａ，１８Ｂに結合させることで、各導熱部材同士を熱的に接続させる構造としても良い。こうすることで、各導熱部材１８Ａ，１８Ｂを一つの大きな導熱部材の一部とすることかでき、更に熱アースの機能が向上する。
【００４２】
更に、図５に示したような導熱部材１８を水素発生器の耐圧容器１０の外装に接触させる構造と、図７（Ａ）及び（Ｂ）に示したような導熱部材同士を接続する構造との両方を共に採用すれば、より一層の効果が得られることは勿論である。なおこの場合には、金属ばね２１と接続部材２２とが干渉しないように、接続部材２２の上下方向の位置を選定することが必要である。
【００４３】
上記導熱部材１８の熱アースの機能は、燃料ペレット３が小さくなればなるほど重要であり、より熱伝導率の高い部材を使用する必要が出て来る。なお、格子状の導熱部材１８の材料としては、コスト的な観点を考慮して、アルミニウムや銅などが使用可能である。燃料ペレット３は８０℃を越えると液体化が始まり、上述したように１００℃を越えると水素を発生するので、この導熱部材１８は、望ましくは、隣接する格子内の温度が例えば６０℃以下となるような材料及び厚さを選定する。
【００４４】
この格子状の導熱部材１８の製作方法は、板状の部材に切り込みを入れた部材を複数組み合わせる方法が一般的である。この場合、隣接する格子に対しては気密状態が保たれていなければならない。
【００４５】
この格子状の導熱部材１８は、円柱状の燃料ペレット３を囲う断熱部材２０の周囲に接する形になっており、格子の角の部分、即ち、導熱部材１８と断熱部材２０との間には隙間ができる。この隙間は、燃料ペレット３から発生する水素のための空間としての機能も有する。即ち、水素発生器のケースは密閉された耐圧容器１０であり、内部で水素が発生すれば内部圧力が上昇する。このとき、内部に空間が全くないと圧力上昇が急激になり高い圧力まで耐える耐圧設計をする必要があるが、水素発生器の内部のどこかに空間があれば、圧力上昇を緩和することができる。上記隙間を設けないような格子を設計し、圧力緩和用の空間を水素発生器内部のどこかに設ける方法もあるが、そのような格子の形状は複雑であり、また、水素発生器内部の空間のバランスが悪い等の理由で好ましくない。図４の実施形態では、上記隙間を水素発生器内部に均等に設けることにより、全体のバランスを向上させ、且つ、耐圧設計を低い圧力に抑えることにより、設計の自由度の広がり、低コスト化・安全性向上を達成することができ、好都合である。
【００４６】
次に、水素発生ユニット上の格子内に格納される燃料ペレット３の周囲の状態を説明する。
【００４７】
図８は、水素発生ユニットの断面図である。同図に示すように、基板１６上には、各燃料ペレット３に対応して発火器２４が設けられている。この発火器２４は、制御基板１４に搭載された制御回路（図示せず）からの制御信号により電流を流すことによって発熱して、ヒート・ミックス２を反応させて発熱させ、その熱でアンモニア・ボレイン１を加熱させ、水素を発生させる。前述したように、ヒート・ミックス２とアンモニア・ボレイン１で円筒形の燃料ペレット３を構成している。
【００４８】
各燃料ペレット３の上には、円形状の厚さ０．０１〜０．０２ｍｍで、燃料ペレット３の直径と同じ直径を有するアルミ・フォイル２５が載置される。このアルミ・フォイル２５は、発火器２４によって発火されたヒート・ミックス２から発生した熱や、その熱によってアンモニア・ボレイン１から発生した水素発生反応から発生する熱が、このアルミ・フォイル２５に反射することにより、水素発生を指示された燃料ペレット３周辺にとどまることを助ける機能を有する。
【００４９】
上記アルミ・フォイル２５上には、格子の内のり寸法にほぼ合致した大きさの正方形のカーボン・フィルタ２６が載置される。このカーボン・フィルタ２６は、水素以外の不純物を吸収する機能を有する。そして、その上に、円形状の断熱部材の蓋２７が配される。この蓋２７は、断熱部材２０を含めた燃料ペレット３の直径より若干大きめで、且つ格子開口に隙間なく入り込む大きさであり、この蓋２７によってこの格子内部の燃料ペレット３やカーボン・フィルタ２６等が水素発生時の反応によって動くのを防止している。この断熱部材の蓋２７は、エポキシ樹脂やポリカーボネート樹脂等の断熱部材が使用可能である。
【００５０】
図８からわかるように、正方形の格子の中に断熱部材２０を周囲に配置された円筒形の燃料ペレット３が格納され、その上に円形のアルミ・フォイル２５、正方形のカーボン・フィルタ２６、円形の断熱部材の蓋２７が順に積層されている構造になっている。
【００５１】
ここで、カーボン・フィルタ２６のみが正方形である理由は下記のとおりである。もし、カーボン・フィルタ２６が円形であると、正方形の格子と円筒形の燃料ペレット３との間には隙間があり、それが格子の上方に露出する。この状態で水素を発生させた場合に、もし不純物が発生すると不純物がそのまま格子の外に出てしまい、水素発生口１１に取り付けた不純物吸収用フィルタで吸収しきれない場合、水素燃料電池に不純物が流出してしまう。水素燃料電池では、水素は高い純度が要求され、もし水素純度が低いと水素燃料電池の破壊につながる。それを防ぐために、それぞれの燃料ペレット３の段階で不純物が流出しないようにするために、カーボン・フィルタ２６は格子の内のりに合わせた正方形の形状である必要がある。
【００５２】
また、蓋２７が円形状である理由は、発生した水素がカーボン・フィルタ２６を通して、容易に上方に拡散し易いようにするためである。
【００５３】
このような理由により、アルミ・フォイル２５、カーボン・フィルタ２６、蓋２７の形状が定められている。
【００５４】
図９（Ａ）乃至（Ｄ）は、格子状の導熱部材１８に対する発火器２４、ヒート・ミックス２、アンモニア・ボレイン１、断熱部材２０、アルミ・フォイル２５、カーボン・フィルタ２６、蓋２７の水平方向の位置関係を示す図である。
【００５５】
図９（Ａ）は、発火器２４が後述するような表面実装型の抵抗器の場合で、外形が正方形の場合を示している。発火器２４の中心点が格子状の導熱部材１８が形成する格子状の平面の中心点とほぼ一致していることを示している。抵抗器の外形が長方形の場合にも同様にその中心点が格子状の導熱部材１８が形成する格子状の平面の中心点とほぼ一致する位置に配置する。
【００５６】
図９（Ｂ）は、円筒形のヒート・ミックス２とアンモニア・ボレイン１と断熱部材２０とアルミ・フォイル２５の中心点が格子状の導熱部材１８が形成する格子開口部の中心点とほぼ一致していることと、格子開口部の一辺の長さがヒート・ミックス２，アンモニア・ボレイン１，アルミ・フォイル２５の部材より若干大きく、隙間があることを示している。そして、この隙間に断熱部材２０が配置される。即ち、断熱部材２０と格子開口部の一辺との間には隙間がない。
【００５７】
図９（Ｃ）は、カーボン・フィルタ２６が格子開口と同じ大きさであり、必然的にその中心点は一致することを示している。
【００５８】
図９（Ｄ）は、蓋２７の直径が格子開口部の一辺とほぼ同じであり、ヒート・ミックス２，アンモニア・ボレイン１，アルミ・フォイル２５とは異なり格子開口部の一辺との間には隙間がないことを示している。
【００５９】
このように、燃料ペレット３と発火器２４の水平方向の位置関係として、それぞれの中心点を略一致させるように格子状の導熱部材１８で規制している。このようにすることで、発火器２４から発生する熱が燃料ペレット３下部のヒート・ミックス２に的確に伝達され、その結果、ヒート・ミックス２がアンモニア・ボレイン１を十分に加熱し、アンモニア・ボレイン１から水素を最大限に発生させることが可能となる。
【００６０】
次に、上記発火器２４について説明する。
発火器２４は、基板１６上の導熱部材１８の各格子に対応する位置に配置されており、その上に各燃料ペレット３のヒート・ミックス２が接するように位置決めされる。前述したように、発火器２４の中心と燃料ペレット３の中心が略一致するように位置決めされる。発火器２４は表面実装型の抵抗器である。
【００６１】
図１０は、発火器２４の駆動回路の構成を示す図である。
発火器２４を構成する表面実装型の抵抗器２８は、一端が駆動用ＦＥＴ２９の電流経路を介して駆動回路の電源電圧であるＤＣ＋１２Ｖに接続され、他端がＧＮＤに接続されている。駆動用ＦＥＴ２９の制御端子には、ＨｉｇｈレベルとＬｏｗレベルの電圧値を示すディジタル信号である駆動制御信号３０が制御基板１４に搭載された制御回路（図示せず）から印加される。駆動用ＦＥＴ２９は、この駆動制御信号３０がＨｉｇｈレベルになるとＯＮし、ＬｏｗレベルになるとＯＦＦ状態となる。
【００６２】
従って、発火させない状態では、駆動制御信号３０はＬｏｗレベルで、駆動用ＦＥＴ２９はＯＦＦの状態であり、抵抗器２８には電流は流れていない。次に、駆動制御信号３０がＨｉｇｈレベルになって駆動用ＦＥＴ２９がＯＮすると、抵抗器２８には電流が流れる。抵抗器２８が例えば４Ωとすると、電源電圧が＋１２Ｖであるため、ＦＥＴの電圧降下約０．６Ｖを考慮しても約２．８Ａの電流が流れるので、発火器２４の抵抗器２８で消費される電力は、４＊２．８＊２．８＝約３１Ｗとなる。この３１Ｗの電力が、表面実装用の抵抗器２８で消費されるため、その温度が急激に上昇してヒート・ミックス２を発熱することが可能となる。
【００６３】
なお、この発火器２４は、抵抗器２８として、表面実装用の抵抗器を用いたが、印刷技術を用いて抵抗器を基板上に直接印刷しても同様の効果を得ることがでる。その場合は、抵抗器２８の厚さを薄くすることができ、且つ、表面実装用の抵抗器を半田付け等の手段で基板に実装する手間が省け、結果として回路の信頼性を高めることができるので、水素発生器をより小型にするためにはより好適である。
【００６４】
上記に説明した発火器２４は、本実施形態では１つの水素発生ユニットにおいては、図４に示したように横７個縦５列で合計３５個必要となる。そのレイアウトとしては、表面実装用の抵抗器２８が基板１６の上面（燃料ペレット３の搭載面と同じ面）に実装され、駆動用の駆動用ＦＥＴ２９が基板１６の下面に実装され、これらの部品とコネクタ１９を接続する配線パターンが基板１６の上面と下面の両方を使用して配置される。
【００６５】
図１１は、基板１６上に配置された３５個の発火器２４と、それぞれの発火器２４にコネクタ１９を介して３５本の駆動制御信号３０が印加される様子を示した模式図である。この接続方法では、それぞれの基板１６に対して独立の駆動制御信号線が必要になる。即ち、基板１６が１枚の場合は３５本の駆動制御信号線で良いが、基板１６が５枚ある場合には、３５×５＝１７５本の駆動制御信号線が必要となり、これらがコネクタ１９を経由するので、コネクタ１９のピン数が増える。
【００６６】
図１２は、別の接続方法を示す図である。基板１６、コネクタ１９及び発火器２４は、図１１の構成と同様である。この接続方法では、各発火器２４への駆動制御信号３０は、６入力６４出力のデコーダ３１の出力端子から印加されている。このデコーダ３１の入力端子には、制御基板１４からコネクタ１９を介して、６ビットデジタル信号３２が入力されると共に、この基板１６を動作可能にするイネーブル信号３３が入力される。ここで、６ビットデジタル信号３２は、どの発火器２４をＯＮにするかを決定する信号である。入力信号が６ビットであるので、最大２の６乗、即ち６４個の発火器２４に対して発火を指示する事ができる。コネクタ１９を経由してデコーダ３１には６ビットデジタル信号３２とイネーブル信号３３が入力される。デコーダ３１は、イネーブル信号３３がＨｉｇｈレベル、即ち「１」の時のみ、その動作が有効になる。
【００６７】
図１３は、デコーダ３１の入力信号と出力信号の対応の一部を示す図である。入力信号の６４種類のパターンに一義的に対応して、６４本の出力信号のうちのいずれか１本が「１」、即ちＨｉｇｈレベルになることを示している。このＨｉｇｈレベルになった信号を駆動制御信号３０として発火器２４に入力すれば良い。基板１６には、駆動用信号としては６本のみで良く、且つ、それぞれの基板１６で共通に使用できるので、基板枚数が増えても駆動用信号の本数は増えない。ただし、それぞれの基板１６を有効にするイネーブル信号３３がそれぞれの基板１６ごとに１本ずつ必要になるが、この方法の場合、必要な信号線の本数は、基板１６が１枚の場合は６＋１＝７本、基板１６が５枚の場合でも６＋５＊１＝１１本と大幅に少なくすることができる。
【００６８】
次に、水素発生器の動作を説明する。ここで、図示はしないが、水素発生口１１の先には水素燃料電池が接続され、外付けのストップ・バルブは開かれているものとする。
【００６９】
制御基板１４に搭載された不図示のコントローラが１個の発火器２４を選択して所定の電流を一定時間流すことにより、発火器２４内の抵抗器２８が発熱してヒート・ミックス２が加熱され、その熱によってアンモニア・ボレイン１が加熱されて水素が発生する。この時、少量ではあるが、ヒート・ミックス２からも水素が発生する。発生した水素は、水素発生口１１の入口に内蔵された不図示カーボン・フィルタを通って、水素発生口１１から放出される。
【００７０】
本実施形態における水素発生の動作シーケンスは以下のとおりである。
図１４は、制御基板１４に搭載されているコントローラ３４のブロック構成図である。このコントローラ３４は、マイクロコントローラ３５、不揮発メモリ３６、発火器セレクタ３７、２次電池３８、及び充電回路３９を備え、また、同じく制御基板１４に搭載された又は水素発生器内の任意の場所に取り付けられた圧力センサ４０が接続されている。
【００７１】
マイクロコントローラ３５は、本水素発生器全体の動作を制御するマイクロコントローラであり、ＣＰＵ、メモリ、入出力ポート等の機能を一体的に有するワンチップマイコンによって構成される。不揮発メモリ３６は、燃料ペレット３の使用状態を記録するものであり、ＥＥＰＲＯＭやフラッシュメモリのように電気的に書き換え可能なメモリである。発火器セレクタ３７は、発火させる発火器２４を選択するための信号を生成するものである。２次電池３８は、コントローラ３４に電源を供給するものであり、リチウムイオン電池やニッケル水素電池が用いられる。充電回路３９は、本水素発生器が接続される水素燃料電池から供給される電力によって上記２次電池３８を充電する。圧力センサ４０は、水素発生器の耐圧容器１０内部の圧力を測定するものである。発火器セレクタ３７によって、前述したような駆動制御信号３０（図１２の場合はイネーブル信号３３も）を生成する。
【００７２】
図１４において、一点鎖線で囲まれた部分が２次電池３８によって電源を供給される電子回路であり、破線で囲まれた部分がコントローラ３４である。
【００７３】
上記不揮発メモリ３６は、コントローラ３４が自由にリード・ライトすることができるように構成されており、それぞれの燃料ペレット３の使用状態を１対１に対応するメモリアドレスに記録するように割り当てられている。従って、不揮発メモリ３６の１つのアドレスを指定することにより、そのアドレスに対応する燃料ペレット３の使用状態を設定すること、及び使用状態をチェックすることが可能となる。不揮発メモリ３６の使用状態を示す例としては、メモリの値が１６進数で「ＦＦＨ」の場合は燃料ペレット３が未使用、「８０Ｈ」の場合は燃料ペレット３が使用済み、「００Ｈ」の場合は燃料ペレット３が未装着、を示す等である。未使用の燃料ペレット３を探す場合には、不揮発メモリ３６の内容をスキャンし、「ＦＦＨ」であるものを探せば良い。燃料ペレット３の状態を記録するメモリとして不揮発メモリを使用したことにより、燃料ペレット３をすべて使い切らない状態で本水素発生器を取り外して他の水素燃料電池に接続した場合でも、どの燃料ペレット３が未使用であるかを知ることができるので、効率的である。
【００７４】
図１５は、マイクロコントローラ３５の動作シーケンスのフローチャートを示す図である。
【００７５】
まず、上記圧力センサ４０の値を入力する（ステップＳ１１）。この際、圧力センサ４０の値を複数回入力し、その平均値を取ることによりノイズの影響を低減することも可能である。
【００７６】
次に、上記入力した圧力センサ４０の値が既定値より大きいか否かを判断する（ステップＳ１２）。この既定値は、本水素発生器が接続されている水素燃料電池が継続して発電できる水素の量の限界値である。即ち、水素発生器の耐圧容器１０内部の水素圧力がこの既定値より小さくなると、水素を新たに発生させないと水素燃料電池は継続して発電できなくなる。一方、アンモニア・ボレイン１から水素を発生させる際には、アンモニア・ボレイン１を加熱する際の周囲の初期圧力によって水素発生の収率が影響される。本発明者の実験した結果によると、それぞれの燃料ペレット３を加熱して水素を発生させる際には、周囲の圧力が５気圧（５０万パスカル）以上である方が水素発生収率が高いこと、且つ、１０気圧以上では水素発生収率はそれほど上がらないこと、が判明した。従って、上記既定値としては、５気圧（５０万パスカル）以上で、且つ、水素発生器の耐圧容器１０の最大耐圧（１０気圧（１００万パスカル））を超えない値にすることが望ましい。
【００７７】
上記ステップＳ１２において、圧力センサ４０の値が既定値よりも大きいと判断した場合には、上記ステップＳ１１の圧力センサ値の入力に戻る。
【００７８】
これに対して、上記ステップＳ１２において、圧力センサ４０の値が既定値以下であると判断した場合には、水素発生要求があるか否かをチェックする（ステップＳ１３）。この水素発生要求は、マイクロコントローラ３５が接続されている上位機器から発生されるもので、今、水素燃料電池を稼動させて発電する必要がない場合、例えば、水素燃料電池が接続されている機器がスリープ状態にある場合など、には発電させる必要はないので、機器から水素発生要求が発生するまで待つ（ステップＳ１４）。
【００７９】
そして、水素発生要求が発生したならば（ステップＳ１４）、不揮発メモリ３６の内容をスキャンして未使用の燃料ペレット３を探し出す（ステップＳ１５）。このスキャンは、最初だけ行い、その結果を不揮発メモリ３６の所定のアドレスに記録しておき、初回以降では不揮発メモリ３６のスキャンを省略しても良い。もし、すべての燃料ペレット３が使用されており未使用の燃料ペレット３がない場合には（ステップＳ１６）、燃料切れエラーをこの水素発生器を使用している上位機器に報告する（ステップＳ１７）。なお、ここでは、未使用の燃料ペレット３がない場合に燃料切れエラーを報告するものとしたが、未使用の燃料ペレット３の数が少なくなった場合に、燃料残り少量警告を報告するようにしても良い。
【００８０】
これに対して、未使用の燃料ペレット３がある場合には（ステップＳ１６）、その未使用の燃料ペレット３を選択して、その選択した未使用の燃料ペレット３に対応する発火器２４に所定の電流を流すように指示し、該当する燃料ペレット３から水素を発生させる動作の起動をかける（ステップＳ１８）。
【００８１】
その後、その使用した燃料ペレット３に対応する場所の不揮発メモリ３６の値を未使用から使用済みに書き換える（ステップＳ１９）。なお、上記ステップＳ１８において燃料ペレット３からの水素発生を起動させたが、実際の水素発生までには若干の時間がかかるので、一定時間だけ待った後に（ステップＳ２０）、上記ステップＳ１１に戻る。
【００８２】
これらの水素発生反応は速い速度で行われ、水素燃料電池で発電のために要求されるより速い速度で水素が発生する。このために、少量のアンモニア・ボレイン１を耐圧反応器である水素発生器の耐圧容器１０の中で断続的に水素発生させる。耐圧反応器の中で水素が発生すると内部圧力が高まり、燃料電池が水素を使用すると内部圧力が低下する。内部圧力が予め定められた圧力値より下がるまで、上記ステップＳ１１、ステップＳ１２のループを回り続ける。そして、内部圧力が予め定められた圧力値より下がったことを検出することで、別のアンモニア・ボレイン１の水素発生を開始させることにより、継続的に発電することが可能となる。
【００８３】
以上のように、本第１実施形態によれば、アンモニア・ボレイン１をペレット状に小分けにして水素を発生させる水素発生器の全体構造を提示し、且つそれに必要不可欠な要素として、発火器２４の構成、燃料ペレット３の保持手段、水素発生時に発生する熱の保熱・断熱方法、水素発生器の動作制御フローを具体的に提示したので、アンモニア・ボレイン１から効率的に水素を発生させることができる小型水素発生器を実現することが可能となる。
【００８４】
［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態を説明する。
【００８５】
図１６は、本第２実施形態に係る水素発生器の内部構造を示す断面図である。ここで、上記第１実施形態と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００８６】
同図において、参照符号１６Ｃは上記基板１６Ａ，１６Ｂと同様の基板であり、１８Ｃは上記導熱部材１８Ａ，１８Ｂと同様の格子状の導熱部材であり、１９Ｃは上記コネクタ１９Ａ，１９Ｂと同様のコネクタである。ここでは、基板１６Ａと導熱部材１８Ａとコネクタ１９Ａとを組み合わせて１つの水素発生ユニットを構成し、基板１６Ｂと導熱部材１８Ｂとコネクタ１９Ｂとを組み合わせて１つの水素発生ユニットを構成し、基板１６Ｃと導熱部材１８Ｃとコネクタ１９Ｃとを組み合わせて１つの水素発生ユニットを構成している。これらの水素発生ユニットは、それぞれコネクタ４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃを介して制御基板１４に接続されている。制御基板１４上には、上記第１実施形態同様、この水素発生器の動作を制御する制御回路が搭載されている。また、コネクタ１２を介してこの水素発生器の上位機器と接続されている。
【００８７】
本実施形態においては、それぞれの水素発生ユニットは、コネクタ１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃを介してそれぞれ独立に制御基板１４に接続されている。従って、すべての燃料ペレット３を使用した水素発生ユニットは、他の水素発生ユニットを脱着させることなく、独立に取り外し・取り付けが可能となっている。また、制御基板１４を立てて配置しているので、上記第１実施形態の構造に比べて水素発生器内部のスペースをより有効に利用することが可能となっている。
【００８８】
図１７は、本第２実施形態に係る水素発生器の変形例の内部構造を示す断面図である。ここで、図１６と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００８９】
即ち、本変形例は、図１６に示した水素発生器の耐圧容器１０の内部にあった制御基板１４を耐圧容器１０の外に出したものである。３つの水素発生ユニットは、コネクタ１９Ａとコネクタ４１Ａ、コネクタ１９Ｂとコネクタ４１Ｂ、コネクタ１９Ｃとコネクタ４１Ｃを介して、中継基板４２と接続される。そして、この中継基板４２からの信号は、コネクタ４３により耐圧容器１０の外に出て、該コネクタ４３を制御基板１４上のコネクタ４４に接続することにより、制御基板１４に達する。この構成にすると、制御基板１４は温度の上昇や圧力の変化等の影響をほとんど受けないため、複数回の使用にも耐えるので経済的である。
【００９０】
本実施形態における水素発生器の動作は、上記第１実施形態と同様であるので省略する。
【００９１】
なお、図１６及び図１７は、水素発生ユニットを３段に配置した例を示したが、それに限定されないことは勿論である。また、図の奥行き方向に複数の水素発生ユニットを配置することも可能である。
【００９２】
［第３実施形態］
次に、本発明の第３実施形態を説明する。
【００９３】
図１８は、本第３実施形態に係る水素発生器の上面図である。ここで、上記第１実施形態と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００９４】
本実施形態は、格子状の導熱部材１８を、基板１６上に、その開口が正三角形をなすように配置し、燃料ペレット３と断熱部材２０をその内部に配置するようにしたものである。この場合、コネクタ１９は基板１６上に実装されており、基板１６の外形は六角形である。
【００９５】
図１９は、本第３実施形態に係る水素発生器の変形例の上面図である。ここで、上記第１実施形態と同じ機能のものは同じ参照符号を付している。
【００９６】
この変形例は、格子状の導熱部材１８を、基板１６上に、その開口が正六角形の形状をなすように配置し、燃料ペレット３と断熱部材２０をその内部に配置するようにしたものである。この場合、コネクタ１９は基板１６上に実装されており、基板１６の外形は正六角形である。
【００９７】
このような正三角形または正六角形の格子開口の場合でも、その大きさは円筒形の燃料ペレット３の直径に対して、開口のそれぞれの辺が０．１ｍｍ程度のギャップで接するように格子寸法を調整する。このことによって、燃料ペレット３の装填を容易にすると共に、水素発生時に燃料ペレット３が発火器から大きくずれることを防止することが可能となる。
【００９８】
本実施形態においても、図示はしていないが、燃料ペレット３の上側には円形のアルミ・フォイル２５、正三角形または正六角形のカーボン・フィルタ２６、円形の断熱部材の蓋２７が順に積層されている。カーボン・フィルタの形状が上記第１実施形態と異なるのみである。
【００９９】
格子状の導熱部材１８の開口部が正六角形である場合、断熱部材２０を周囲に配置された円筒形の燃料ペレット３との隙間の体積は開口部が正三角形または正方形の場合に比べて小さくなるので、同じ体積の水素発生器に対してより多くの燃料ペレット３を実装できることになり、単位体積当たりの発生水素量が増加するので、単位体積当たりのエネルギー密度を高くすることができる。
【０１００】
このような水素発生ユニットを使用した水素発生器の外形形状は、図１８の場合は六角柱、図１９の場合は正六角柱または円筒形となる。円筒形の場合は、内部の燃料ペレット３の直径を小さくすることによって円筒外周付近に発生する無駄なスペースを小さくすることができるので、既存の円筒形の２次電池等の形状に近くなり、２次電池との置き換えを容易に行うことが可能となる。
【０１０１】
本実施形態における水素発生器の動作は、上記第１実施形態と同様であるので省略する。
【０１０２】
また、本実施形態においても、上記第２実施形態のように、制御基板１４の位置を水素発生器の耐圧容器１０内部または外部のいずれにも設定することができる。
【０１０３】
以上実施形態に基づいて本発明を説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形や応用が可能なことは勿論である。
【０１０４】
例えば、上記第１乃至第３実施形態では、燃料ペレット３をアンモニア・ボレイン１とヒート・ミックス２とから構成しているが、ヒート・ミックス２は必ずしも必須ではなく、発火器２４が直接アンモニア・ボレイン１を加熱するように構成することも可能である。この場合は、アンモニア・ボレイン１の加熱に必要な熱量をすべて発火器２４から得ることになるので、発火器２４と加熱用の電源はより大きなものが必要になる。
【０１０５】
また、燃料ペレット３の形状は円筒形としたが、これに限定する必要はなく、例えば図２０に示すように、六角柱や直方体（その断面は六角形や四角形）、あるいは長円柱、楕円柱等の形状であっても構わず、格子状の導熱部材１８の開口部の形状に対応して任意に組合せることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０６】
【図１】図１（Ａ）は、水素発生器で使用する燃料ペレットの構成を示す図であり、図１（Ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る水素発生器の構成を示す図である。
【図２】図２は、図１（Ｂ）に示した水素発生器の内部構造を示す断面図である。
【図３】図３は、第１実施形態の変形例として、制御基板を水素発生器の耐圧容器の外に出した場合の水素発生器の構成を示す図である。
【図４】図４は、水素発生ユニットの上面図である。
【図５】図５は、放熱効果を向上するための第１実施形態の別の変形例の構成を説明するための水素発生器の断面図である。
【図６】図６（Ａ）は、水素発生ユニットの出し入れを説明するため図５の水素発生器の平面図であり、図６（Ｂ）は、同じく正面図である。
【図７】図７（Ａ）は、熱アース機能を向上するための第１実施形態の更に別の変形例の構成を説明するための水素発生ユニットの正面図であり、図７（Ｂ）は、同じく側面図である。
【図８】図８は、水素発生ユニットの断面図である。
【図９】図９（Ａ）は、格子状の断熱部材に対する発火器の水平方向の位置関係を示す図であり、図９（Ｂ）は、格子状の断熱部材に対するヒート・ミックス、アンモニア・ボレイン及びアルミ・フォイルの水平方向の位置関係を示す図であり、図９（Ｃ）は、格子状の断熱部材に対するカーボン・フィルタの水平方向の位置関係を示す図であり、図９（Ｄ）は、格子状の断熱部材に対する蓋の水平方向の位置関係を示す図である。
【図１０】図１０は、発火器の駆動回路の構成を示す図である。
【図１１】図１１は、発火器への駆動制御信号の接続方法を説明するための模式図である。
【図１２】図１２は、発火器への駆動制御信号の別の接続方法を説明するための模式図である。
【図１３】図１３は、デコーダの入力信号と出力信号の対応の一部を示す図である。
【図１４】図１４は、制御基板に搭載されているコントローラのブロック構成図である。
【図１５】図１５は、マイクロコントローラ（ＣＰＵ）の動作シーケンスのフローチャートを示す図である。
【図１６】図１６は、本発明の第２実施形態に係る水素発生器の内部構造を示す断面図である。
【図１７】図１７は、第２実施形態に係る水素発生器の変形例の内部構造を示す断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第３実施形態に係る水素発生器の上面図である。
【図１９】図１９は、第３実施形態に係る水素発生器の変形例の上面図である。
【図２０】図２０は、水素発生器で使用する燃料ペレットの構成の別の例を示す図である。
【符号の説明】
【０１０７】
１…アンモニア・ボレイン、 ２…ヒート・ミックス、 ３…燃料ペレット、 １０…耐圧容器、 １１…水素発生口、 １２，１５，１７，１７Ａ，１７Ｂ，１９，１９Ａ，１９Ｂ，１９Ｃ，４１Ａ，４１Ｂ，４１Ｃ，４３，４４…コネクタ、 １３…破裂板、 １４…制御基板、 １６，１６Ａ，１６Ｂ，１６Ｃ…基板、 １８，１８Ａ，１８Ｂ，１８Ｃ…導熱部材、 ２０…断熱部材、 ２２…接続部材、 ２３…ビス、 ２４…発火器、 ２５…アルミ・フォイル、 ２６…カーボン・フィルタ、 ２７…蓋、 ２８…抵抗器、 ２９…駆動用ＦＥＴ、 ３１…デコーダ、 ３２…６ビットデジタル信号、 ３３…イネーブル信号、 ３４…コントローラ、 ３５…マイクロコントローラ、 ３６…不揮発メモリ、 ３７…発火器セレクタ、 ３８…２次電池、 ３９…充電回路、 ４０…圧力センサ、 ４２…中継基板。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱されることによって水素を発生する化合物を含む材料で構成された複数の燃料ペレットと、
前記複数の燃料ペレットを格納する耐圧容器と、
前記燃料ペレットからの水素発生を制御するコントローラと、
を有する水素発生器において、
前記耐圧容器内の基板上には前記複数の燃料ペレットに対応した複数の発火器が設置されており、
前記複数の燃料ペレットは前記発火器上に配置され、
それぞれの前記燃料ペレットは、断熱部材によってその周囲が囲われており、且つ、他の燃料ペレットとの間には熱伝導率の高い部材で構成された格子状の枠が配置されていることを特徴とする水素発生器。
【請求項２】
前記発火器は、表面実装型の抵抗器または基板に印刷された印刷抵抗に電流を流すことによって発生する発熱を利用することを特徴とする請求項１に記載の水素発生器。
【請求項３】
前記格子状の枠は、アルミニウムまたは銅で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生器。
【請求項４】
前記格子状の枠内に配置された前記燃料ペレットの最下部が前記発火器に接触し、且つ、前記燃料ペレットの上には円形アルミ・フォイル、水素以外の不純物を吸収するフィルタ、円形断熱部材が順に積層されており、
前記アルミ・フォイルの形状と大きさは前記ペレットに一致し、
前記フィルタの形状と大きさは前記格子開口に一致し、
前記円形断熱部材は前記格子開口に内接する直径を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水素発生器。
【請求項１】
加熱されることによって水素を発生する化合物を含む材料で構成された複数の燃料ペレットと、
前記複数の燃料ペレットを格納する耐圧容器と、
前記燃料ペレットからの水素発生を制御するコントローラと、
を有する水素発生器において、
前記耐圧容器内の基板上には前記複数の燃料ペレットに対応した複数の発火器が設置されており、
前記複数の燃料ペレットは前記発火器上に配置され、
それぞれの前記燃料ペレットは、断熱部材によってその周囲が囲われており、且つ、他の燃料ペレットとの間には熱伝導率の高い部材で構成された格子状の枠が配置されていることを特徴とする水素発生器。
【請求項２】
前記発火器は、表面実装型の抵抗器または基板に印刷された印刷抵抗に電流を流すことによって発生する発熱を利用することを特徴とする請求項１に記載の水素発生器。
【請求項３】
前記格子状の枠は、アルミニウムまたは銅で構成されることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生器。
【請求項４】
前記格子状の枠内に配置された前記燃料ペレットの最下部が前記発火器に接触し、且つ、前記燃料ペレットの上には円形アルミ・フォイル、水素以外の不純物を吸収するフィルタ、円形断熱部材が順に積層されており、
前記アルミ・フォイルの形状と大きさは前記ペレットに一致し、
前記フィルタの形状と大きさは前記格子開口に一致し、
前記円形断熱部材は前記格子開口に内接する直径を有していることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の水素発生器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２０１０−１２６４１７（Ｐ２０１０−１２６４１７Ａ）
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３０４６２０（Ｐ２００８−３０４６２０）
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１０日（２０１０．６．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１１月２８日（２００８．１１．２８）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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