液体収容容器、水素製造装置及び燃料電池システム
【課題】あらゆる方向に傾いても安定して液体を供給できる液体収容容器、並びにこれを用いた水素製造装置及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】本発明の液体収容容器は、容器本体２１と、蓋体１０と、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ａと、一端が不撓管６ａに連結され、他端に導入口１４を有する可撓管５ａとを有し、液体を不撓管６ａ、可撓管５ａを通じて導入口１４から容器本体２１内に導入する液体導入管１１と、浮力により導入口１４を液面上に浮かせる浮き１３と、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ｂと、一端が不撓管６ｂに連結され、他端に吸水口８を有する第２可撓管５ｂとを有し、容器本体２１内の液体を吸水口８から吸い込み、可撓管５ｂ、不撓管６ｂを通じて外部に排出する液体排出管１２と、重力により吸水口８を液体中に浸漬させる錘７とを備える。
【解決手段】本発明の液体収容容器は、容器本体２１と、蓋体１０と、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ａと、一端が不撓管６ａに連結され、他端に導入口１４を有する可撓管５ａとを有し、液体を不撓管６ａ、可撓管５ａを通じて導入口１４から容器本体２１内に導入する液体導入管１１と、浮力により導入口１４を液面上に浮かせる浮き１３と、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ｂと、一端が不撓管６ｂに連結され、他端に吸水口８を有する第２可撓管５ｂとを有し、容器本体２１内の液体を吸水口８から吸い込み、可撓管５ｂ、不撓管６ｂを通じて外部に排出する液体排出管１２と、重力により吸水口８を液体中に浸漬させる錘７とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料、水などの液体を収容する液体収容容器、並びにこれを用いた水素製造装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、室温から１００℃以下までの低温で動作し、迅速な起動停止、高出力密度化が可能であるなどの特徴を有するため、民生用コージェネレーションや自動車用などの移動体用発電器、携帯用電源として期待されている。
【０００３】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、電解質層としての水素イオン伝導性高分子電解質膜と、その両面に配された触媒層と、さらにその両面に配されたガス拡散層とからなる多孔質の電極基材で構成された電極・電解質一体化物（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有している。
【０００４】
固体高分子型燃料電池に用いる燃料としては、水素、エタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高エネルギー密度化が可能な点で、水素を燃料とする固体高分子型燃料電池が期待されている。
【０００５】
固体高分子型燃料電池の燃料として用いられる水素を製造する方法としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛などの水素発生物質を含む水素発生材料と水とを化学反応させて水素を発生させる方法が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器に水を供給し、水素発生材料収容容器において水素発生材料と水とを反応させて水素を発生させ、発生した水素を水素発生材料収容容器に設けられた水素排出管を通じて燃料電池に供給する水素製造装置が記載されている。ところが、水収容容器が傾いて、水供給管の吸水口が水面上に位置することとなった場合、水供給管内に空気が入り、水素発生物質収容容器に水を安定に供給できないことがある。この場合、水素発生量が低下し、安定した発電を行うことができない虞がある。しかし、このような問題に対する対応策について特許文献１には何ら提案されていない。
【０００７】
これに対し、例えば、特許文献２では、燃料などの液体を貯蔵するタンク内から外部へ供給する可撓性の供給管の先端部に錘と浮きから成る液中浸漬手段を設け、タンク内の液面の上下変化や傾斜が生じても、供給管の先端部を液体中に浸漬させて液体を供給できる方法が提案されている。また、タンク本体と供給管との結合部周辺を蛇腹構造とすることで、タンク内の液体量が少なくなった場合に、それに追従して蛇腹部分を変化させて供給管の先端部を下降させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１０５９２６号公報
【特許文献２】特開２００７−３３５１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載の方法では、タンク内の液体量が特に少ない状態でタンクが上下逆さまになった場合、供給管内に空気が入り、安定した供給ができない虞がある。また、タンクの傾きに関わらず、タンク内に液体を回収する方法については何ら提案されていない。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、あらゆる方向に傾いても、安定して液体を供給できる液体収容容器、並びにこれを用いた水素製造装置及び燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体収容容器は、液体を収容可能な容器本体と、上記容器本体を密閉するための蓋体と、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第１不撓管と、一端が上記第１不撓管に連結され、他端に導入口を有する第１可撓管と、を有し、液体を上記第１不撓管、上記第１可撓管を通じて上記導入口から上記容器本体内に導入する液体導入管と、浮力により上記導入口を液面上に浮かせる浮きと、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第２不撓管と、一端が上記第２不撓管に連結され、他端に吸水口を有する第２可撓管とを有し、上記容器本体内の液体を上記吸水口から吸い込み、上記第２可撓管、上記第２不撓管を通じて外部に排出する液体排出管と、重力により上記吸水口を液体中に浸漬させる錘と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の水素製造装置は、水との反応により水素を発生する水素発生材料に水を供給して水素を製造する水素製造装置において、気体と液体とを含む気液混合流体を、重力差によって気体と液体に分離する気液分離容器と、水素発生材料に供給する水を収容する、上記本発明の液体収容容器とを備え、水素発生材料と水との反応により発生した水素を含む気体中に含まれる液体成分は、上記気液分離容器によって分離され、上記液体収容容器に収容されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素製造装置と、上記水素製造装置で製造された水素を燃料とする燃料電池とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、あらゆる方向に傾いても、安定して液体を供給できる液体収容容器、並びに、これを用いた水素製造装置及び燃料電池システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液体収容容器の一例を示す概略透視図である。
【図２】本発明の液体収容容器の他の例を示す概略透視図である。
【図３】本発明の液体収容容器の他の例を示す概略透視図である。
【図４】本発明の液体収容容器を備えた水素製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の液体収容容器を備えた水素製造装置の他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の水素製造装置に用いられる気液分離容器の一例を示す概略透視図である。
【図７】本発明の水素製造装置に用いられる気液分離容器の他の例を示す概略透視図である。
【図８】本発明の燃料電池システムに用い得る燃料電池の一例を示す断面概略図である。
【図９】図１に示す液体収容容器を異なる４方向に傾けた場合の、内部の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の液体収容容器は、液体を収容可能な容器本体と、上記容器本体を密閉するための蓋体と、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第１不撓管と、一端が上記第１不撓管に連結され、他端に導入口を有する第１可撓管と、を有し、液体を上記第１不撓管、上記第１可撓管を通じて上記導入口から上記容器本体内に導入する液体導入管と、浮力により上記導入口を液面上に浮かせる浮きと、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第２不撓管と、一端が上記第２不撓管に連結され、他端に吸水口を有する第２可撓管とを有し、上記容器本体内の液体を上記吸水口から吸い込み、上記第２可撓管、上記第２不撓管を通じて外部に排出する液体排出管と、重力により上記吸水口を液体中に浸漬させる錘と、を備えたことを特徴とする。これにより、あらゆる方向に傾いても、安定して液体を供給できる。また、液体導入管及び液体排出管は、容器本体の中心近傍まで不撓管で構成されているため、上記液体供給管と上記液体回収管の双方の絡まりを防止できる。
【００１７】
本発明の水素製造装置は、水との反応により水素を発生する水素発生材料に水を供給して水素を製造する水素製造装置において、気体と液体とを含む気液混合流体を、重力差によって気体と液体に分離する気液分離容器と、水素発生材料に供給する水を収容する、上記本発明の液体収容容器とを備え、水素発生材料と水との反応により発生した水素を含む気体中に含まれる液体成分は、上記気液分離容器によって分離され、上記液体収容容器に収容されることを特徴とする。これにより、あらゆる方向に傾いても、安定して水素を製造することができる。そのため、本発明の水素製造装置は、燃料電池用の燃料源として利用できる。また、気液分離容器で分離した液体は、装置本体の傾き方向によらず、水素発生材料に供給される水として液体収容容器に収容されるため、水の利用効率を高めることができる。
【００１８】
本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素製造装置と、上記水素製造装置で製造された水素を燃料とする燃料電池とを備えることを特徴とする。これにより、燃料電池システムの傾き方向によらず安定して水素を燃料電池に供給できるとともに、気液分離容器や液体収容容器からの逆流によって燃料電池に液体が混入することによる燃料電池の出力低下などの発生を防止できる。その結果、方向自在に燃料電池を安定に発電させることができる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態１では、本発明の液体収容容器の一例について説明する。図１は、本実施形態の液体収容容器を示す概略透視図である。
【００２１】
図１に示す本実施形態の液体収容容器１は、上部に開口部（符号は付していない）を有し、液体を収容可能な容器本体２１と、容器本体２１の開口部を開閉させることにより、容器本体２１を密閉可能な蓋体１０と、液体を容器本体２１内に導入する液体導入管１１と、容器本体２１内の液体を外部に排出する液体排出管１２と、を有する角柱状の容器である。
【００２２】
液体導入管１１は、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ａと、一端（末端）が不撓管６ａに連結され、他端（先端）に導入口１４を有する可撓管５ａとからなり、外部にある液体は、不撓管６ａ、可撓管５ａを通じて導入口１４から容器本体２１内に導入される。可撓管５ａの先端近傍には、浮力により導入口１４を液面上に浮かせる浮き１３が設けられ、この浮き１３には、導入口１４を液面よりも高い位置に保持するための浮き用錘１５が設けられている。これにより、導入口１４は、液面よりも上に配置されるため、導入口１４内に水４が逆流するのを防止できる。図１において、不撓管６ａ、６ｂの一部に接続管２０が設けられている。この接続管２０は、不撓性でも可撓性でも良い。不撓管６ａ、６ｂが重力方向下向きに曲がることによって、先端に錘７が設けられた後述する可撓管５ｂの折れを抑制することができる。
【００２３】
液体排出管１２は、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ｂと、一端（末端）が不撓管６ｂに連結され、他端（先端）に吸水口８を有する可撓管５ｂとからなり、容器本体２１内の液体は、吸水口８から吸い込まれ、可撓管５ｂ、不撓管６ｂを通じて外部に排出される。可撓管５ｂの先端には、重力により吸水口８を液体中に浸漬させるための錘７が設けられている。これにより、吸水口８は、錘７の作用により液体収容容器１内で重力方向に移動し、液体収容容器１がどのような方向に傾いたとしても容器内の液体と接触可能な状態となるため、液体収容容器１の傾き方向に関わらず、液体収容容器１内の液体を吸水口８から吸い込み外部に排出できる。
【００２４】
上記液体排出管１２及び上記液体導入管１１は共に、容器本体２１の中心近傍まで不撓管で構成されているため、互いに絡まるのを抑制できる。
【００２５】
不撓管６ａと可撓管５ａの接続部、及び、不撓管６ｂと可撓管５ｂの接続部にはそれぞれ、３個の節部１６が一定間隔で設けられている。これにより、可撓管５ａ、５ｂの折れ曲がる角度を緩和できる。
【００２６】
不撓管６ａ、６ｂは、固定バンド９で固定されている。これにより、不撓管の強度を保持することに加え、ばらけることを抑制でき、可撓管同士がより絡まりにくくなる。
【００２７】
液体収容容器１としては、不撓性を有し、耐熱性及び耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、硬質ポリプロピレン製のもの、アクリル樹脂製のもの、アルミニウム製のものなどが好適に用いられる。液体収容容器１が不撓性を有することで、液体収容容器１内の液体を外部に排出したときに、液体収容容器１の内圧が低下し、これに伴い吸引力が生じて外部から液体導入管１１を通じて液体を導入することができる。液体収容容器１が可撓性材料からなる場合、液体収容容器１の内圧の低下に伴い、容器が撓み、外部から液体導入管１１を通じて液体を効率的に導入することができないため、液体収容容器１は不撓性材料からなることが望ましい。液体収容容器１の形状としては、ここでは角柱状としたが、他に円柱状及び球状などの容器を採用できる。
【００２８】
可撓管５ａ、５ｂとしては、中空でかつ可撓性を有するものであれば特に制限されないが、耐熱性及び耐薬品性などに優れたフロンチューブや、シリコンチューブが好適に用いられる。
【００２９】
不撓管６ａ、６ｂとしては、耐熱性及び耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、硬質シリコン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、ポリサルフォンなどの樹脂製チューブ、ＳＵＳ製パイプなどの金属パイプが好適に用いられる。
【００３０】
錘７としては、耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、メッキを施した鉛製のものや、ステンレススチール製のものが好適に用いられる。また、錘７の重量は、例えば、捕集する液体が水である場合、その比重（ｄ＝１．０）以上であって、可撓管５ｂの浮力を差し引いた重量よりも大きければ特に制限されないが、錘の応答性から、比重（ｄ≧１０）以上が好ましい。錘７の大きさは、方向自在性を確保するため、壁面や配管に当たらない程度の大きさであれば特に問題にならないが、液体収容容器全体積の１０％未満であることが好ましい。
【００３１】
固定バンド９としては、腐食しにくいものであれば特に限定されないが、例えば容器と同じ材質のものを用いることができる。
【００３２】
浮き１３としては、内部に空気を保持できるものであれば特に限定されないが、耐熱性や耐薬品性などに優れたポリプロピレン製のものや、フッ素樹脂製のものなどが好適に用いられる。また、浮き１３の外径は、浮力が得られる大きさであれば特に限定されないが、外径が１０ｍｍ〜３０ｍｍの小型の浮きが望ましい。これは、小型の方が、液体収容容器１の内容積を最大限に使用することができるためである。
【００３３】
浮き用錘１５としては、錘７と同様に耐薬品性に優れたものであれば特に限定されず、例えば、メッキを施した鉛製のものや、ステンレススチール製の錘が好適に用いられる。
【００３４】
節部１６としては、中空であれば特に限定されないが、耐熱性及び耐薬品性などに優れたフロンチューブや、シリコンチューブが好適に用いられる。また、節部１６の幅は、可撓管５ａ、５ｂの内径よりも大きければ特に限定されないが、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が望ましい。また、節部１６の個数は、可撓管５ａ、５ｂの折れ曲がりが防止できるのであれば特に限定されないが、２個〜５個が好ましい。
【００３５】
ここで、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部を液体収容容器１の中心近傍に配置する理由について説明する。不撓管６ａ、６ｂの内部側端部が液体収容容器１の中心近傍に配置されている場合、可撓管５ａ、５ｂの長さは、図１に示す容器が傾いていない状態（通常の状態）において、液体収容容器１の中心近傍から液体収容容器１の内部側底面に達する長さとなる。この場合、容器が上下逆さまになったとしても、可撓管５ａの先端部を液面上に浮かせることで、逆流させることなく液体を導入することができ、また、可撓管５ｂの先端部は容器の底部に届くため、液体を排出可能である。しかし、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部を液体収容容器１の中心近傍より上側に配置した場合、可撓管５ａ、５ｂの長さが長くなるため、互いに絡まりやすくなる。一方、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部を液体収容容器１の中心近傍より下側に配置した場合、可撓管５ａ、５ｂの長さが短くなるため、容器内の貯留水量が多い状態で容器が上下逆さまになると、可撓管５ａの先端部にある導入口１４を液面上に浮かせることができなくなったり、容器内の貯留水量が少ない状態で容器が上下逆さまになると、可撓管５ｂの先端部にある吸水口８が容器の底部に届かず、水を排出できなくなったりする。よって、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部は液体収容容器１の中心近傍に配置するのが望ましい。
【００３６】
本実施形態の液体収容容器１の動作について図１及び図９を用いて説明する。図９は、図１に示す液体収容容器１を異なる４方向に傾けた場合の模式図であり、図９Ａは通常の状態（傾いていない状態）、図９Ｂは左に９０度傾いた状態、図９Ｃは右に９０度傾いた状態、図９Ｄは上下逆さまになった状態を示している。
【００３７】
図９Ａに示すように液体収容容器１が通常の状態の場合、液体収容容器１内に収容されている水４は、錘７の作用によって容器底部に位置する吸水口８から吸引されて可撓管５ｂ、不撓管６ｂを通じて外部に排出される。このとき、液体収容容器１の内圧が低下し、これに伴い液体導入管１１の容器外部から容器内部側へ吸引する力が生じる。この吸引力を用いて外部の水が、液体導入管１１の不撓管６ａ、可撓管５ａを通じて導入口１４から容器本体２１内に導入される。
【００３８】
一方、図９Ｂ〜Ｄに示すように液体収容容器１を傾けた場合、吸水口８は、錘７の作用によって常に容器底部に移動し、導入口１４は、浮き１３の作用によって常に液面上に位置している。そのため、図９Ｂ〜Ｄのように傾いた状態でも、吸水口８から水４を吸い込んで外部に排出できる。つまり、液体収容容器１の傾きに関わらず、安定して液体を供給可能である。また、浮き１３の浮き用錘１５によって導入口１４は常に液面に対して上向き配置されるため、液体収容容器１内の水４が導入口１４内に侵入するのを防ぐことができる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態２では、本発明の液体収容容器の他の例について説明する。図２は、本実施形態の液体収容容器を示す概略透視図である。図２において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の液体収容容器２は、図２に示すように、容器本体２２の形状が略円柱状であること以外は、上記実施形態１と同じ構成である。容器本体２２の形状を略円柱状としたことにより、上記実施形態１のような角柱状の容器１に比べて角部が少ないため、液体収容容器２が傾いたとしても吸水口８が液体に浸漬しやすくなり、より安定して液体を排出することができる。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態３では、本発明の液体収容容器の他の例について説明する。図３は、本実施形態の液体収容容器を示す概略透視図である。図３において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
本実施形態の液体収容容器３は、図３に示すように、容器本体２１の底面部に給水用蓋体１７を設置したこと、蓋体１０に安全弁１８を設置したこと、液体導入管１１と液体排出管１２の双方に着脱機構として例えばコネクタ１９を設置したこと以外は、上記実施形態１と同じ構成である。
【００４３】
上記実施形態１の場合、給水の際、蓋体１０を取り外すとともに、蓋体１０に取り付けられている液体導入管１１及び液体排出管１２を全て外部に取り出す必要があり、給水作業を繰り返すうちに液体導入管１１、液体排出管１２や、これらに設けられている浮き１３、錘７が損傷する虞がある。また、給水の終了後、蓋体１０を容器本体２１に取り付ける際には、取り出した液体導入管１１、液体排出管１２、浮き１３、錘７を容器本体２１内に収容しなければならず、手間がかかる。これに対し、本実施形態では、給水用蓋体１７を容器本体２１の下部に別途設置することで、蓋体１０を取り外さなくても容器本体２１内に給水することが可能となるため、上記のような問題を解決でき、長期に亘り安定に使用することができる。
【００４４】
安全弁１８は、液体収容容器３の内圧が安全領域を越えると外部に開放する逆止弁であり、一般的に用いられる安全弁を用いることができる。安全弁１８の開弁圧は、液体収容容器３の大きさによるが、５０ｋＰａから２００ｋＰａの範囲が好適に用いられる。安全弁１８としては、通常、水素を含め、内圧上昇時に外部にガスが排出される機構であれば特に限定されないが、減圧弁、安全弁、逃がし弁（チェックバルブ）などの、一定の圧力変動以上で自然にガスが排出される構造を有する圧力制御弁などが好適に用いられる。また、上記例示の弁を電気的に駆動可能な電磁弁とすることで、電気的に制御することもできる。
【００４５】
コネクタ１９は、液体導入管１１及び液体排出管１２の容器本体２１外側に設けられている。このコネクタ１９によって、液体導入管１１の先に接続される例えば気液分離容器や、液体排出管１２の先に接続される例えば水素発生材料収容容器から、液体収容容器３ごと切り離すことができる。例えば、液体収容容器３を燃料電池システムのカートリッジとして用いる場合、液体収容容器３内の水が減少すると、コネクタ１９によって簡便に燃料電池システムから取り外し、新しく所定量の水４が収容された液体収容容器３と取り替えることができるため、液体の補充場所まで燃料電池システムを持ち出さなくても良くなり、簡便に液体を補充することができる。コネクタ１９としては、耐熱性、耐薬品性及び強度に優れたものであれば特に限定されないが、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、ポリサルフォンなどの樹脂製のものが好適に用いられる。
【００４６】
（実施形態４）
本実施形態４では、本発明の液体収容容器を含む水素製造装置の一例を説明する。図４は、本実施形態の水素製造装置を示す概略構成図である。図４において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図４における液体収容容器１は、図１を簡略化して表したものである。
【００４７】
図４に示す本実施形態の水素製造装置１００ａは、水との反応により水素を発生する水素発生材料５０４を収容する水素発生材料収容容器５０３と、水４が収容されている液体収容容器１と、液体収容容器１内の水４を水素発生材料収容容器５０３に輸送する輸送部としての例えばポンプ３０１と、気液混合流体を気体と液体に分離する気液分離容器１０１と、気液分離容器１０１により気液混合流体から分離された液体を液体収容容器１に回収するための三方バルブ４０１とを備え、水素発生材料５０４と水４とを発熱反応させることにより水素を製造し、この水素を、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池７００に供給する。なお、液体収容容器１については上記実施形態１で説明したので、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施形態における気液分離容器１０１は、気液混合流体を導入する導入管１０５、気液混合流体から分離された液体を排出する２つの排液管１０２、気液混合流体から分離された気体を排出する排気管１０６を有する半球状の容器である。図４において、２つの排液管１０２のうち、一方は、配管２０５を介して液体収容容器１に連結され、他方は、配管２０７、三方バルブ４０１、ポンプ３０１、配管２０１を介して液体収容容器１に連結されている。導入管１０５は、配管２０３を介して水素発生材料収容容器５０３に連結されている。排気管１０６は、配管２０４を介して燃料電池７００に連結されている。
【００４９】
ここで、本発明の水素製造装置が気液分離容器を備える理由について説明する。水素発生材料収容容器５０３内では、水素発生材料５０４と水４とが反応して水素が発生し、発生した水素は、水素発生材料収容容器５０３に設けられた水素排出路（図４では、配管２０３及び配管２０４）から排出され、例えば燃料電池７００に供給される。ところが、水素発生材料５０４と反応しなかった水や水蒸気などの水分が、水素と共に水素排出路を通じて燃料電池７００に供給され、燃料電池７００の出力低下などの不具合が生じる場合がある。これに対し、本発明では、水素排出路の途中（図４では、配管２０３と配管２０４との間）に気液分離容器を設け、配管２０４から排出される水素を含む気体中の液体成分量を削減することができ、これにより、水分が供給されることによる燃料電池７００の不具合を防止できる。
【００５０】
気液分離容器としては、耐熱性及び耐腐食性に優れ、容器が変形しない不撓性材料からなるものであれば特に限定されないが、水や水素が漏れない材質や、５０ｋＰａ程度の減圧及び加圧などの内圧変動に耐えうる構造がより好ましい。具体的な容器の材質としては、水及び水素を透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、アクリル樹脂、硬質のポリプロピレンやポリエチレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、ここでは半球状としたが、他に角柱状、円柱状、球状などが採用できる。
【００５１】
以下に、本実施形態の気液分離容器１０１の詳細な構成について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態における気液分離容器１０１の内部の様子を示す概略透視図である。
【００５２】
図６において、各排液管１０２は、気液分離容器１０１の上面に配置され、気液分離容器１０１の内部から外部に延伸されたものである。この排液管１０２は、気液分離容器１０１の内部側に第１開口部（符号は付していない）を有し、液体を気液分離容器１０１の内部から外部に排出する。各排液管１０２の第１開口部にはそれぞれ、可撓性を有する吸水管１０３の末端部が接続されており、吸水管１０３の先端部には錘１０４が設けられている。吸水管１０３は錘１０４の作用により曲がり、吸水管１０３の吸水口１０９は気液分離容器１０１内で重力方向に移動し、気液分離容器１０１がどのような方向に傾いても気液分離容器１０１内に貯留する液体と接触可能な状態となる。これにより、気液分離容器１０１の傾きに関わらず、気液分離容器１０１内に貯留する液体を吸い込んで排出できる。
【００５３】
また、２つの吸水管１０３は、互いに絡まないように固定バンド１１０で固定されている。これにより、吸水管１０３の曲がる角度を制限し、吸水管１０３同士の絡みつきや、吸水管１０３と排液管１０２または吸気管１０７との絡みつきを抑制可能である。なお、上記絡みつきを抑制する効果は、固定バンド１１０に限定されるものではなく、複数の吸水管１０３を接続する他の機構によっても得ることができる。例えば、錘１０４が複数の吸水管１０３を固定する役割を兼ねるものであれば、固定バンド１１０の設置を省略でき、固定バンド１１０が外れるなどの問題を回避することもできる。
【００５４】
導入管１０５は、気液分離容器１０１の上面に配置され、気液分離容器１０１の内部から外部へ延伸されたものである。この導入管１０５は、気液分離容器１０１の内部側に第２開口部（符号は付していない）を有し、気液混合流体を気液分離容器１０１の外部から内部に導入する。
【００５５】
排気管１０６は、気液分離容器１０１の上面に配置され、気液分離容器１０１の内部から外部へ延伸されたものである。この排気管１０６は、気液分離容器１０１の内部側に第３開口部（符号は付していない）を有し、気体を気液分離容器１０１の内部から外部に排出する。この排気管１０６の第３開口部には吸気管１０７の末端部が接続されており、吸気管１０７の先端部は気液分離容器１０１の中心部に配置されており、先端部の開口部である吸気口１０８から気液分離容器１０１内の気体を吸い込み排気管１０６内へ輸送する。これにより、気液分離容器１０１内に貯留する液体の液面が吸気口１０８にまで達しない限り、気液分離容器１０１がどのような方向に傾いても、吸気口１０８が気液分離容器１０１内の液体と接触するのを回避し、排気管１０６方向への液体の侵入を抑制できる。なお、図６において、排気管１０６と吸気管１０７は、区分不可能なように一体的に形成されている。
【００５６】
排液管１０２、導入管１０５及び排気管１０６としては、耐熱性、耐薬品性及び強度に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、ＰＴＦＥ、硬質シリコン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、ポリサルフォンなどの樹脂製チューブ、ＳＵＳ製パイプなどの金属パイプが好適に用いられる。
【００５７】
吸水管１０３としては、中空でかつ可撓性を有するものであれば特に限定されないが、耐熱性及び耐薬品性などに優れたフロンチューブや、シリコンチューブが好適に用いられる。
【００５８】
錘１０４としては、耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、メッキを施した鉛製のものや、ステンレススチール製のものが好適に用いられる。また、錘１０４の重量は、例えば、捕集する液体が水である場合、その比重（ｄ＝１．０）以上であって、吸水管１０３の浮力を差し引いた重量よりも大きければ特に限定されないが、錘の応答性から、比重（ｄ≧１０）以上が好ましい。錘１０４の大きさは、方向自在性を確保するため、壁面や配管に当たらない程度の大きさであれば、特に問題にならないが、気液分離容器１０１全体積の１０％未満であることが好ましい。
【００５９】
吸気管１０７としては、耐熱性及び耐薬品性に優れたものであれば、特に限定されないが、ＰＴＦＥチューブや、硬質シリコンチューブなどが好適に用いられる。吸気管１０７の形状は、気液分離容器１０１の中心に吸気口１０８を配置できる形状であれば特に限定されないが、錘１０４によりあらゆる方向に移動する吸水管１０３と絡まないように配置することがより好ましい。
【００６０】
固定バンド１１０としては、腐食しにくいものであれば特に限定されないが、例えば容器と同じ材質のものを用いることができる。
【００６１】
このような構成の気液分離容器１０１内に気液混合流体が導入されると、気液混合流体中の液体は、排液管１０２の方向に排出され、気液混合流体中の気体は、排気管１０６の方向に排出される。例えば、気液混合流体が水と水素を含むものである場合、導入管１０５から気液分離容器１０１内に導入された気液混合流体中の水は、気液分離容器１０１がどのような方向に傾いたとしても、気液分離容器１０１内において重力方向下向きに溜まる。そして、この貯留水は、錘１０４の作用により重力方向に曲がった吸水管１０３の吸水口１０９から吸い込まれ、吸水管１０３を経て排液管１０２方向に排出される。このときの排水の動力源は、例えば、排液管１０２の流路上にポンプを経由し、送液する場合や、また液体収容容器から水素発生材料収容容器へ送液するポンプの作用によって、気液分離容器１０１の外部に排液させることができる。一方、気液混合流体中の水素は、気液分離容器１０１の中心に設置した吸気口１０８より吸い込まれ、吸気管１０７を経て、排気管１０６方向に排出される。この排出された水素を、燃料電池の水素源にすることができる。
【００６２】
以上で図６を用いた気液分離容器１０１の説明を終わり、図４の説明に戻る。
【００６３】
図４において、水素発生材料収容容器５０３は、水素を発生させる水素発生材料５０４を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水及び水素を透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
【００６４】
水素発生材料収容容器５０３及び液体収容容器１は、脱着式とすることができる。例えば、水素発生材料収容容器５０３の水供給管（符号は付していない）及び水素排出管（符号は付していない）、液体収容容器１の液体導入管１１及び液体排出管１２のそれぞれに、上記実施形態３で説明したコネクタ１９（図３）を設け、水素発生材料収容容器５０３内の水素発生材料５０４が消費されつくしたり、液体収容容器１内の水がなくなったりした場合に、コネクタ１９によってこれら水素発生材料収容容器５０３及び液体収容容器１を取り外し、所定量の水素発生材料５０４が充填された水素発生材料収容容器５０３、及び所定量の水が充填された液体収容容器１と取り替えることで、再び水素を製造することができる。
【００６５】
液体収容容器１に収容する水は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液など、少なくとも水を含む液体であればよく、使用する水素発生材料５０４との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。
【００６６】
水素発生材料収容容器５０３に収容される水素発生材料５０４としては、水と反応して水素を発生させる水素発生物質を含むものであれば特に制限はないが、水と１２０℃以下の低温で反応して水素を発生し得る水素発生物質を含むことが望ましい。
【００６７】
水素発生物質としては、例えば、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、及びマグネシウムの中の一種以上の元素を主体とする合金、さらには、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムといった金属水素化物などが好適に使用できる。上記合金を用いる場合、主体となる元素以外の金属成分は特に限定されない。主体となる元素とは、合金全体に対して５０質量%以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含有されている元素のことを意味する。なお、水素発生物質としては、上記例示のものを１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６８】
水素発生材料５０４は、水と反応して発熱する発熱物質（水素発生物質以外の物質）をさらに含むことが好ましい。この場合、低温（例えば５℃程度）の水を供給しても、上記発熱物質の発熱によって反応系内の温度を高めて、迅速な水素発生が可能となる。水と反応して発熱する発熱物質としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなど、水との反応により水酸化物となるか、あるいは、水和することにより発熱するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸化合物などが挙げられる。
【００６９】
次に、本実施形態の水素製造装置１００ａの動作について図４を用いて説明する。
【００７０】
液体収容容器１に収容されている水４は、ポンプ３０１を駆動させることによって、配管２０１及び配管２０２を通じて水素発生材料収容容器５０３に輸送される。液体収容容器１は上述したように方向自在性を有するため、水素製造装置１００ａがどのような方向に傾いても安定して水４を供給可能であり、これにより、安定して水素を製造できる。
【００７１】
水素発生材料収容容器５０３内では、水素発生材料５０４と水４とが反応して水素が発生し、この水素は配管２０３に排出される。水素と共に水蒸気が配管２０３に排出された場合、水蒸気は配管２０３内で冷却されて水となり、水と水素との気液混合流体が気液分離容器１０１の導入管１０５に導入されることになる。気液分離容器１０１内では、上記気液混合流体は、重力差により、水素を含む気体と、水とに分離される。
【００７２】
分離された水素を含む気体は、排気管１０６及び配管２０４を通じて燃料電池７００に供給される。気液分離容器１０１は上述したように方向自在性を有するため、水素製造装置がどのような方向に傾いても気液分離を行うことができ、燃料電池７００に安定して水素を供給可能であるとともに、水分が供給されることにより燃料電池７００に不具合が生じるのを回避できる。
【００７３】
一方、分離された水は、以下のようにして液体収容容器１に回収され、水素発生材料収容容器５０３に供給される水４として再利用される。これにより、水の利用効率を高めることができる。さらに、水素製造用の水を収容している液体収容容器１を回収容器としても利用するため、気液分離容器１０１で分離された水を回収するための回収容器を別途備える必要がなく、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００７４】
以下に、気液分離容器１０１内で分離された水を液体収容容器１に回収する機構について詳述する。
【００７５】
ポンプ３０１を用いて液体収容容器１内の水４を水素発生材料収容容器５０３に一定割合で供給している間は、液体収容容器１の容器が不撓性の材料でかつ密閉構造であるため、容器内部の圧力が減圧状態になる。この減圧状態を補償するように、液体収容容器１に接続された他の配管２０５内において、気液分離容器１０１の排液管１０２側から液体収容容器１側の方向に吸引力が生じる。この現象を利用することにより、気液分離容器１０１内の貯留水を、液体収容容器１に回収することができる。そのため、配管２０５の途中に、気液分離容器１０１内の水を液体収容容器５０１へ輸送するポンプを設ける必要がなく、省電力化できる。
【００７６】
一方、燃料電池７００の発電終了時など水素を製造する必要がない場合は、ポンプ３０１の駆動を停止して水素発生材料収容容器５０３への水供給を停止するが、水供給を停止してもしばらくの間は、水素発生材料収容容器５０３内に残留する水４と水素発生材料５０３が反応して水素が発生し、これに伴い水が生じ、この水が気液分離容器１０１内に溜まる。そのため、上記水供給の停止後一定時間、気液分離容器１０１内から水を回収する必要がある。そこで、本実施形態では、三方バルブ４０１を配管２０７と配管２０１が通じる方向に切り替え、ポンプ３０１を、液体収容容器１から水素発生材料収容容器５０３へ送液する方向とは逆向きに動作させることによって、気液分離容器１０１内に溜まった水を配管２０７、三方バルブ４０１、ポンプ３０１、配管２０１を通じて液体収容容器１に回収する。上述したように、気液分離容器１０１及び液体収容容器１はどちらも方向自在性を有しているため、水素製造装置がどの方向に傾いたとしても気液分離容器１０１内の水を逆流させることなく回収することができる。さらに、液体収容容器１へ回収した水の体積分に相当する気体（空気）が、液体収容容器１から配管２０５、配管２０４を経て燃料電池７００に送られる。この場合、液体収容容器１の浮き１３によって液体導入管１１の先端部にある導入口１４（図１）は液面上にあるため、液体収容容器１内の水４が導入口１４（図１）内に侵入して配管２０５を通じて気液分離容器１０１へ誤って送液されることを防止できる。また、液体収容容器１及び気液分離容器１０１の内圧も高くならないため、安全である。
【００７７】
（実施形態５）
本実施形態５では、本発明の液体収容容器を含む水素製造装置の他の例について説明する。図５は、本実施形態の水素製造装置を示す概略構成図である。図５において、図３及び図４と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図５における液体収容容器３は、図３を簡略化して表したものである。上記実施形態４と異なる点は、上記実施形態１の液体収容容器１に代えて、上記実施形態３の液体収容容器３を備えた点、図６に示す気液分離容器１０１に代えて、図７に示す気液分離容器１１１を備えた点、三方バルブ４０１を設けず、ポンプ３０２を設けた点である。
【００７８】
図５に示す本実施形態の水素製造装置１００ｂは、水との反応により水素を発生する水素発生材料５０４を収容する水素発生材料収容容器５０３と、水４が収容されている液体収容容器３と、液体収容容器３内の水４を水素発生材料収容容器５０３に輸送する輸送部としての例えばポンプ３０１と、気液混合流体を気体と液体に分離する気液分離容器１１１と、気液分離容器１１１により気液混合流体から分離された液体を液体収容容器３に輸送する輸送部としての例えばポンプ３０２とを備え、水素発生材料５０４と水４とを発熱反応させることにより水素を製造し、この水素を、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池７００に供給する。なお、液体収容容器３については上記実施形態３で説明したので、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
本実施形態における気液分離容器１１１は、図７に示す構成を有するものであり、排液管１０２及び吸水管１０３が一つであること、固定バンド１１０が無いこと以外は、図６に示す気液分離容器１０１と同じ構成である。各構成については上記実施形態４で説明したので、ここでは省略する。図５において、排液管１０２は、配管２０５、ポンプ３０２、配管２０６を介して液体収容容器３に連結され、導入管１０５は、配管２０３を介して水素発生材料収容容器５０３に連結され、排気管１０６は、配管２０４を介して燃料電池７００に連結されている。
【００８０】
次に、本実施形態の水素製造装置１００ｂの動作について説明する。なお、水素の製造、及び、気液分離についての動作は、上記実施形態４と同じであるため、ここではその説明を省略する。上記実施形態４と異なる点は、気液分離容器１１１内の貯留水を回収する機構であり、以下に詳述する。
【００８１】
本実施形態では、ポンプ３０１による液体収容容器３から水素発生材料収容容器５０３への水供給の実行中あるいは停止中に関わらず、気液分離容器１１１内の貯留水は、ポンプ３０２によって液体収容容器３内へ輸送される。ポンプ３０２を用いることで、液体収容容器３から気液分離容器１１１への水の逆流を防止することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、常に、液体収容容器３の内圧が一定圧以上にならないように安全弁１８を用いて制御している。特に、水素発生材料収容容器５０３への水供給を停止中にポンプ３０２を駆動させて気液分離容器１１１内の水を回収する場合、液体収容容器３の内圧が上昇するため、安全弁１８を用いて内圧の上昇を抑えることができる。
【００８３】
（実施形態６）
本実施形態６では、本発明の燃料電池システムの一例について説明する。
【００８４】
本実施形態の燃料電池システムは、上記実施形態４または５の水素製造装置と、該水素製造装置により製造された水素を用いて発電する燃料電池とを備えている。これにより、燃料電池システムの傾き方向によらず安定して水素を燃料電池に供給できるとともに、気液分離容器や液体収容容器からの逆流によって燃料電池に液体が混入することによる燃料電池の出力低下などの発生を防止できる。その結果、方向自在に燃料電池を安定に発電させることができる。
【００８５】
ここで、燃料電池の一例について図８を用いて説明する。図８は、本発明の燃料電池システムに用い得る燃料電池の一例を示す断面概略図である。
【００８６】
図８に示す本実施形態における燃料電池７００は、電気的に直列に接続された複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）７１０を有し、水素を燃料源として発電するものである。なお、図８では、３つのＭＥＡ７１０が組み合わさって一つの燃料電池７００を構成している状態を示しているが、これは一例であり、一単位としての燃料電池におけるＭＥＡの数は３つに限定されず、また、複数のＭＥＡから構成される一単位の燃料電池を、複数接続して全体を一つの燃料電池とすることもできる。
【００８７】
図８において、燃料電池７００は、正極拡散層７１１及び正極触媒層７１２からなる正極と、固体高分子電解質膜７１３と、負極拡散層７１５及び負極触媒層７１４からなる負極とが、順次積層されてなるＭＥＡ７１０を３個有する。ここでは、３個のＭＥＡ７１０は平面状に配置されている。
【００８８】
各ＭＥＡ７１０の正極側には、正極集電プレート７２４、正極絶縁プレート７２２及び正極パネルプレート７２０が順次配置されている。また、各ＭＥＡ７１０の負極側には、負極集電プレート７２６、負極絶縁プレート７２３及び負極パネルプレート７２１が順次配置されている。そして、全てのＭＥＡ７１０が、正極パネルプレート７２０と負極パネルプレート７２１とに挟持されて一体化している。また、図８では明らかにしていないが、隣り合うＭＥＡ７１０同士は、正極集電プレート７２４と負極集電プレート７２６との電気的接続によって、直列に接続されている。
【００８９】
正極集電プレート７２４、正極絶縁プレート７２２及び正極パネルプレート７２０には、燃料電池７００外の酸素を正極に導入するための酸素導入孔が複数設けられている。そして、正極集電プレート７２４の酸素導入孔、正極絶縁プレート７２２の酸素導入孔及び正極パネルプレート７２０の酸素導入孔により、正極パネルプレート７２０の外表面からＭＥＡ７１０の正極拡散層７１１にまで到達する複数の正極開口部７３０が形成され、これら正極開口部７３０から、燃料電池外の酸素（空気）が拡散により正極拡散層７１１に供給される。
【００９０】
負極集電プレート７２６、負極絶縁プレート７２３及び負極パネルプレート７２１には、燃料タンク部７２９内の燃料を負極に導入するための燃料導入孔が複数設けられている。そして、負極集電プレート７２６の燃料導入孔、負極絶縁プレート７２３の燃料導入孔及び負極パネルプレート７２１の燃料導入孔により、負極パネルプレー７２１の燃料タンク部７２９側表面からＭＥＡ７１０の負極拡散層７１５にまで到達する複数の負極開口部７３１が形成され、これら負極開口部７３１から、燃料タンク部７２９内の燃料（水素）が負極拡散層７１５に供給される。
【００９１】
正極パネルプレート７２０と負極パネルプレート７２１（更には燃料タンク部７２９）は、ボルト７３２とナット７３３によって固定されている。図８中、７２８ａ及び７２８ｂはシール部である。
【００９２】
正極拡散層７１１及び負極拡散層７１５は、多孔性の電子伝導性材料などから構成され、例えば、撥水処理を施した多孔質炭素シートなどが用いられる。なお、正極拡散層７１１や負極拡散層７１５の触媒層側には、更なる撥水性向上及び触媒層との接触向上を目的として、フッ素樹脂粒子［ＰＴＦＥ樹脂粒子など］を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場合もある。
【００９３】
正極触媒層７１２は、正極拡散層７１１を介して拡散してきた酸素を還元する機能を有する。正極触媒層７１２は、例えば、触媒を担持した炭素粉末（触媒担持炭素粉末）と、プロトン伝導性材料とを含有する。また、必要に応じて、樹脂バインダを更に含有していてもよい。
【００９４】
正極触媒層７１２で用いられる触媒としては、酸素を還元できるものであれば特に制限はないが、例えば、白金微粒子が挙げられる。上記触媒は、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウム及び金よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素と白金との合金で構成される微粒子などであってもよい。
【００９５】
触媒の担体である炭素粉末としては、例えば、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０００ｍ2／ｇであり、平均粒子径が２０〜１００ｎｍのカーボンブラックなどが用いられる。炭素粉末への上記触媒の担持は、例えば、コロイド法などで行うことができる。炭素粉末と触媒との含有比率としては、例えば、炭素粉末１００質量部に対して、触媒が５〜４００質量部であることが好ましい。このような含有比率であれば、十分な触媒活性を有する正極触媒層が構成できるからである。例えば、炭素粉末上に触媒を析出させる方法（例えば、コロイド法）で触媒担持炭素粉末が作製される場合には、炭素粉末と触媒とが上記の含有比率であれば、触媒の径が大きくなりすぎず、十分な触媒活性が得られるからである。
【００９６】
正極触媒層７１２に含まれるプロトン伝導性材料としては、特に制限はないが、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などのスルホン酸基を有する樹脂を用いることができる。ポリパーフルオロスルホン酸樹脂としては、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン（登録商標）」、旭硝子社製の「フレミオン（登録商標）」、旭化成工業社製の「アシプレックス（商品名）」などが挙げられる。
【００９７】
正極触媒層７１２におけるプロトン伝導性材料の含有量は、触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、２〜２００質量部であることが好ましい。プロトン伝導性材料が上記の量で含有されていれば、正極触媒層において十分なプロトン伝導性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができるからである。
【００９８】
正極触媒層７１２に係るバインダとしては、特に制限はないが、例えば、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）及びポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などのフッ素樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリスチレン、ポリエステル、アイオノマー、ブチルゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体及びエチレン・アクリル酸共重合体などの非フッ素樹脂などを用いることができる。
【００９９】
正極触媒層７１２におけるバインダの含有量は、触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、０．０１〜１００質量部であることが好ましい。バインダが上記の量で含有されていれば、正極触媒層について十分な結着性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができるからである。
【０１００】
負極触媒層７１４は、負極拡散層７１５を介して拡散してきた水素などの燃料を酸化する機能を有している。負極触媒層７１４は、例えば、触媒を担持した炭素粉末（触媒担持炭素粉末）と、プロトン伝導性材料とを含有している。必要に応じて、樹脂などのバインダを更に含有していてもよい。
【０１０１】
負極触媒層７１４に係る触媒は、水素などの燃料を酸化できれば特に制限はなく、例えば、正極触媒層７１２に係る触媒として例示した上記の各触媒を用いることができる。負極触媒層７１４に係る上記炭素粉末、プロトン伝導性材料、及びバインダについても、正極触媒層７１２に係る炭素粉末、プロトン伝導性材料、及びバインダとして例示した上記の各材料を用いることができる。
【０１０２】
固体高分子電解質膜７１３は、プロトンを輸送可能であり、かつ電子伝導性は示さない材料で構成された膜であれば、特に制限はない。固体高分子電解質膜７１３を構成し得る材料としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン（登録商標）」、旭硝子社製の「フレミオン（登録商標）」、旭化成工業社製の「アシプレックス（商品名）」などが挙げられる。その他、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂、硫酸ドープポリベンズイミダゾールなども、固体高分子電解質膜７１３の材料として用いることができる。
【０１０３】
なお、図８では示していないが、燃料電池の有するＭＥＡは、正極と負極とを、例えば、抵抗及びスイッチを介してリード体などで接続するなどして、導通可能なように形成されていることが好ましい。この場合、燃料電池による発電の終了時に、上記のスイッチを入れるなどしてＭＥＡに係る正極と負極とを短絡させて、燃料電池内に残留する水素を消費できる。そのため、燃料電池による発電の終了時に燃料電池内に残留する水素による燃料電池の劣化を抑制できる。
【０１０４】
燃料電池に係るＭＥＡにおいて、正極と負極とを、上記のように抵抗を介して導通可能なように構成する場合、かかる抵抗としては、例えば、燃料電池システムに係る燃料電池の停止後、ＭＥＡの正極−負極間の電圧が０．１Ｖ以下となるのに要する時間が１分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよく、抵抗を用いなくても、このような時間でＭＥＡの正極−負極間の電圧を上記のように下げることができるのであれば、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。
【実施例】
【０１０５】
下記実施例に基づいて本発明の液体収容容器の効果について詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。
【０１０６】
（実施例１）
図１に示す液体収容容器１を、図９に示すように異なる方向に傾けた。液体収容容器１をいずれの方向に傾けても、安定に外部へ液体を液体供給管１２から供給することができ、また液体回収管１１より液体が漏れ出すことはなかった。液体収容容器１としては、不撓性を有する高密度ポリエチレン製で、直径が５０ｍｍの円柱状容器を用いた。
【０１０７】
これは、不撓管６ｂが液体収容容器１の中心部付近まで張り出していることと、可撓管５ｂと不撓管６ｂの接続部分に設置した節部１６の作用によって、例えば図９Ｄに示すように、錘７の作用により可撓管５ｂが重力方向に大きく曲がった状態であっても、液体排出管１２に接続された可撓管５ｂは、節部１６によって折れ曲がり角度が緩和され、完全に折れ曲がることなく液体を供給することができる。一方、浮き１３の作用によって導入口１４は常に液面上にあるため、液体収容容器１が傾いても、液体収容容器１内の水が液体導入管１１を通じて容器外に漏洩するのを抑制できたと考えられる。このように、本発明の液体収容容器１は、どの方向に傾けても、安定して液体を供給することができることから、方向自在性を有することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の液体収容容器は、あらゆる方向に傾いても安定して液体を供給することのできる容器として様々な分野で利用可能である。本発明の水素製造装置は、例えば、燃料電池用の燃料源として利用可能である。本発明の水素製造装置を用いた燃料電池システムは、特に方向自在性と小型化が要求されるポータブル電源に適している。
【符号の説明】
【０１０９】
１、２、３ 液体収容容器
４ 水
５ａ、５ｂ 可撓管
６ａ、６ｂ 不撓管
７ 錘
８ 吸水口
９ 固定バンド
１０ 蓋体
１１ 液体導入管
１２ 液体排出管
１３ 浮き
１４ 導入口
１５ 浮き用錘
１６ 節部
１７ 給水用蓋体
１８ 安全弁
１９ コネクタ
２０ 接続管
１００ 水素製造装置
１０１、１１１ 気液分離容器
１０２ 排液管
１０３ 吸水管
１０４ 錘
１０５ 導入管
１０６ 排気管
１０７ 吸気管
１０８ 吸気口
１０９ 吸水口
１１０ 固定バンド
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７ 配管
３０１、３０２ ポンプ
４０１ 三方バルブ
５０３ 水素発生材料収容容器
５０４ 水素発生材料
７００ 燃料電池
７１０ 電極・電解質一体化物（ＭＥＡ）
７１１ 正極拡散層
７１２ 正極触媒層
７１３ 固体高分子電解質膜
７１４ 負極触媒層
７１５ 負極拡散層
７２０ 正極パネルプレート
７２１ 負極パネルプレート
７２２ 正極絶縁プレート
７２３ 負極絶縁プレート
７２４ 正極集電プレート
７２６ 負極集電プレート
７２８ａ、７２８ｂ シール部
７２９ 燃料タンク部
７３０ 正極開口部
７３１ 負極開口部
７３２ ボルト
７３３ ナット
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体燃料、水などの液体を収容する液体収容容器、並びにこれを用いた水素製造装置及び燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ Ｆｕｅｌ Ｃｅｌｌ）は、室温から１００℃以下までの低温で動作し、迅速な起動停止、高出力密度化が可能であるなどの特徴を有するため、民生用コージェネレーションや自動車用などの移動体用発電器、携帯用電源として期待されている。
【０００３】
一般的に、固体高分子型燃料電池は、電解質層としての水素イオン伝導性高分子電解質膜と、その両面に配された触媒層と、さらにその両面に配されたガス拡散層とからなる多孔質の電極基材で構成された電極・電解質一体化物（ＭＥＡ：Ｍｅｍｂｒａｎｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ａｓｓｅｍｂｌｙ）を有している。
【０００４】
固体高分子型燃料電池に用いる燃料としては、水素、エタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高エネルギー密度化が可能な点で、水素を燃料とする固体高分子型燃料電池が期待されている。
【０００５】
固体高分子型燃料電池の燃料として用いられる水素を製造する方法としては、例えば、アルミニウム、マグネシウム、ケイ素、亜鉛などの水素発生物質を含む水素発生材料と水とを化学反応させて水素を発生させる方法が知られている。
【０００６】
例えば、特許文献１には、水素発生材料を収容する水素発生材料収容容器に水を供給し、水素発生材料収容容器において水素発生材料と水とを反応させて水素を発生させ、発生した水素を水素発生材料収容容器に設けられた水素排出管を通じて燃料電池に供給する水素製造装置が記載されている。ところが、水収容容器が傾いて、水供給管の吸水口が水面上に位置することとなった場合、水供給管内に空気が入り、水素発生物質収容容器に水を安定に供給できないことがある。この場合、水素発生量が低下し、安定した発電を行うことができない虞がある。しかし、このような問題に対する対応策について特許文献１には何ら提案されていない。
【０００７】
これに対し、例えば、特許文献２では、燃料などの液体を貯蔵するタンク内から外部へ供給する可撓性の供給管の先端部に錘と浮きから成る液中浸漬手段を設け、タンク内の液面の上下変化や傾斜が生じても、供給管の先端部を液体中に浸漬させて液体を供給できる方法が提案されている。また、タンク本体と供給管との結合部周辺を蛇腹構造とすることで、タンク内の液体量が少なくなった場合に、それに追従して蛇腹部分を変化させて供給管の先端部を下降させる方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００８−１０５９２６号公報
【特許文献２】特開２００７−３３５１４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかし、特許文献２に記載の方法では、タンク内の液体量が特に少ない状態でタンクが上下逆さまになった場合、供給管内に空気が入り、安定した供給ができない虞がある。また、タンクの傾きに関わらず、タンク内に液体を回収する方法については何ら提案されていない。
【００１０】
本発明は、上記問題点を解消するためになされたものであり、あらゆる方向に傾いても、安定して液体を供給できる液体収容容器、並びにこれを用いた水素製造装置及び燃料電池システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の液体収容容器は、液体を収容可能な容器本体と、上記容器本体を密閉するための蓋体と、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第１不撓管と、一端が上記第１不撓管に連結され、他端に導入口を有する第１可撓管と、を有し、液体を上記第１不撓管、上記第１可撓管を通じて上記導入口から上記容器本体内に導入する液体導入管と、浮力により上記導入口を液面上に浮かせる浮きと、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第２不撓管と、一端が上記第２不撓管に連結され、他端に吸水口を有する第２可撓管とを有し、上記容器本体内の液体を上記吸水口から吸い込み、上記第２可撓管、上記第２不撓管を通じて外部に排出する液体排出管と、重力により上記吸水口を液体中に浸漬させる錘と、を備えたことを特徴とする。
【００１２】
本発明の水素製造装置は、水との反応により水素を発生する水素発生材料に水を供給して水素を製造する水素製造装置において、気体と液体とを含む気液混合流体を、重力差によって気体と液体に分離する気液分離容器と、水素発生材料に供給する水を収容する、上記本発明の液体収容容器とを備え、水素発生材料と水との反応により発生した水素を含む気体中に含まれる液体成分は、上記気液分離容器によって分離され、上記液体収容容器に収容されることを特徴とする。
【００１３】
本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素製造装置と、上記水素製造装置で製造された水素を燃料とする燃料電池とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、あらゆる方向に傾いても、安定して液体を供給できる液体収容容器、並びに、これを用いた水素製造装置及び燃料電池システムを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の液体収容容器の一例を示す概略透視図である。
【図２】本発明の液体収容容器の他の例を示す概略透視図である。
【図３】本発明の液体収容容器の他の例を示す概略透視図である。
【図４】本発明の液体収容容器を備えた水素製造装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】本発明の液体収容容器を備えた水素製造装置の他の例を示す概略構成図である。
【図６】本発明の水素製造装置に用いられる気液分離容器の一例を示す概略透視図である。
【図７】本発明の水素製造装置に用いられる気液分離容器の他の例を示す概略透視図である。
【図８】本発明の燃料電池システムに用い得る燃料電池の一例を示す断面概略図である。
【図９】図１に示す液体収容容器を異なる４方向に傾けた場合の、内部の様子を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の液体収容容器は、液体を収容可能な容器本体と、上記容器本体を密閉するための蓋体と、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第１不撓管と、一端が上記第１不撓管に連結され、他端に導入口を有する第１可撓管と、を有し、液体を上記第１不撓管、上記第１可撓管を通じて上記導入口から上記容器本体内に導入する液体導入管と、浮力により上記導入口を液面上に浮かせる浮きと、上記蓋体を貫通して上記容器本体の中心近傍まで延びた第２不撓管と、一端が上記第２不撓管に連結され、他端に吸水口を有する第２可撓管とを有し、上記容器本体内の液体を上記吸水口から吸い込み、上記第２可撓管、上記第２不撓管を通じて外部に排出する液体排出管と、重力により上記吸水口を液体中に浸漬させる錘と、を備えたことを特徴とする。これにより、あらゆる方向に傾いても、安定して液体を供給できる。また、液体導入管及び液体排出管は、容器本体の中心近傍まで不撓管で構成されているため、上記液体供給管と上記液体回収管の双方の絡まりを防止できる。
【００１７】
本発明の水素製造装置は、水との反応により水素を発生する水素発生材料に水を供給して水素を製造する水素製造装置において、気体と液体とを含む気液混合流体を、重力差によって気体と液体に分離する気液分離容器と、水素発生材料に供給する水を収容する、上記本発明の液体収容容器とを備え、水素発生材料と水との反応により発生した水素を含む気体中に含まれる液体成分は、上記気液分離容器によって分離され、上記液体収容容器に収容されることを特徴とする。これにより、あらゆる方向に傾いても、安定して水素を製造することができる。そのため、本発明の水素製造装置は、燃料電池用の燃料源として利用できる。また、気液分離容器で分離した液体は、装置本体の傾き方向によらず、水素発生材料に供給される水として液体収容容器に収容されるため、水の利用効率を高めることができる。
【００１８】
本発明の燃料電池システムは、上記本発明の水素製造装置と、上記水素製造装置で製造された水素を燃料とする燃料電池とを備えることを特徴とする。これにより、燃料電池システムの傾き方向によらず安定して水素を燃料電池に供給できるとともに、気液分離容器や液体収容容器からの逆流によって燃料電池に液体が混入することによる燃料電池の出力低下などの発生を防止できる。その結果、方向自在に燃料電池を安定に発電させることができる。
【００１９】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されない。
【００２０】
（実施形態１）
本実施形態１では、本発明の液体収容容器の一例について説明する。図１は、本実施形態の液体収容容器を示す概略透視図である。
【００２１】
図１に示す本実施形態の液体収容容器１は、上部に開口部（符号は付していない）を有し、液体を収容可能な容器本体２１と、容器本体２１の開口部を開閉させることにより、容器本体２１を密閉可能な蓋体１０と、液体を容器本体２１内に導入する液体導入管１１と、容器本体２１内の液体を外部に排出する液体排出管１２と、を有する角柱状の容器である。
【００２２】
液体導入管１１は、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ａと、一端（末端）が不撓管６ａに連結され、他端（先端）に導入口１４を有する可撓管５ａとからなり、外部にある液体は、不撓管６ａ、可撓管５ａを通じて導入口１４から容器本体２１内に導入される。可撓管５ａの先端近傍には、浮力により導入口１４を液面上に浮かせる浮き１３が設けられ、この浮き１３には、導入口１４を液面よりも高い位置に保持するための浮き用錘１５が設けられている。これにより、導入口１４は、液面よりも上に配置されるため、導入口１４内に水４が逆流するのを防止できる。図１において、不撓管６ａ、６ｂの一部に接続管２０が設けられている。この接続管２０は、不撓性でも可撓性でも良い。不撓管６ａ、６ｂが重力方向下向きに曲がることによって、先端に錘７が設けられた後述する可撓管５ｂの折れを抑制することができる。
【００２３】
液体排出管１２は、蓋体１０を貫通して容器本体２１の中心近傍まで延びた不撓管６ｂと、一端（末端）が不撓管６ｂに連結され、他端（先端）に吸水口８を有する可撓管５ｂとからなり、容器本体２１内の液体は、吸水口８から吸い込まれ、可撓管５ｂ、不撓管６ｂを通じて外部に排出される。可撓管５ｂの先端には、重力により吸水口８を液体中に浸漬させるための錘７が設けられている。これにより、吸水口８は、錘７の作用により液体収容容器１内で重力方向に移動し、液体収容容器１がどのような方向に傾いたとしても容器内の液体と接触可能な状態となるため、液体収容容器１の傾き方向に関わらず、液体収容容器１内の液体を吸水口８から吸い込み外部に排出できる。
【００２４】
上記液体排出管１２及び上記液体導入管１１は共に、容器本体２１の中心近傍まで不撓管で構成されているため、互いに絡まるのを抑制できる。
【００２５】
不撓管６ａと可撓管５ａの接続部、及び、不撓管６ｂと可撓管５ｂの接続部にはそれぞれ、３個の節部１６が一定間隔で設けられている。これにより、可撓管５ａ、５ｂの折れ曲がる角度を緩和できる。
【００２６】
不撓管６ａ、６ｂは、固定バンド９で固定されている。これにより、不撓管の強度を保持することに加え、ばらけることを抑制でき、可撓管同士がより絡まりにくくなる。
【００２７】
液体収容容器１としては、不撓性を有し、耐熱性及び耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、硬質ポリプロピレン製のもの、アクリル樹脂製のもの、アルミニウム製のものなどが好適に用いられる。液体収容容器１が不撓性を有することで、液体収容容器１内の液体を外部に排出したときに、液体収容容器１の内圧が低下し、これに伴い吸引力が生じて外部から液体導入管１１を通じて液体を導入することができる。液体収容容器１が可撓性材料からなる場合、液体収容容器１の内圧の低下に伴い、容器が撓み、外部から液体導入管１１を通じて液体を効率的に導入することができないため、液体収容容器１は不撓性材料からなることが望ましい。液体収容容器１の形状としては、ここでは角柱状としたが、他に円柱状及び球状などの容器を採用できる。
【００２８】
可撓管５ａ、５ｂとしては、中空でかつ可撓性を有するものであれば特に制限されないが、耐熱性及び耐薬品性などに優れたフロンチューブや、シリコンチューブが好適に用いられる。
【００２９】
不撓管６ａ、６ｂとしては、耐熱性及び耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、硬質シリコン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、ポリサルフォンなどの樹脂製チューブ、ＳＵＳ製パイプなどの金属パイプが好適に用いられる。
【００３０】
錘７としては、耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、メッキを施した鉛製のものや、ステンレススチール製のものが好適に用いられる。また、錘７の重量は、例えば、捕集する液体が水である場合、その比重（ｄ＝１．０）以上であって、可撓管５ｂの浮力を差し引いた重量よりも大きければ特に制限されないが、錘の応答性から、比重（ｄ≧１０）以上が好ましい。錘７の大きさは、方向自在性を確保するため、壁面や配管に当たらない程度の大きさであれば特に問題にならないが、液体収容容器全体積の１０％未満であることが好ましい。
【００３１】
固定バンド９としては、腐食しにくいものであれば特に限定されないが、例えば容器と同じ材質のものを用いることができる。
【００３２】
浮き１３としては、内部に空気を保持できるものであれば特に限定されないが、耐熱性や耐薬品性などに優れたポリプロピレン製のものや、フッ素樹脂製のものなどが好適に用いられる。また、浮き１３の外径は、浮力が得られる大きさであれば特に限定されないが、外径が１０ｍｍ〜３０ｍｍの小型の浮きが望ましい。これは、小型の方が、液体収容容器１の内容積を最大限に使用することができるためである。
【００３３】
浮き用錘１５としては、錘７と同様に耐薬品性に優れたものであれば特に限定されず、例えば、メッキを施した鉛製のものや、ステンレススチール製の錘が好適に用いられる。
【００３４】
節部１６としては、中空であれば特に限定されないが、耐熱性及び耐薬品性などに優れたフロンチューブや、シリコンチューブが好適に用いられる。また、節部１６の幅は、可撓管５ａ、５ｂの内径よりも大きければ特に限定されないが、２ｍｍ〜１０ｍｍの範囲が望ましい。また、節部１６の個数は、可撓管５ａ、５ｂの折れ曲がりが防止できるのであれば特に限定されないが、２個〜５個が好ましい。
【００３５】
ここで、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部を液体収容容器１の中心近傍に配置する理由について説明する。不撓管６ａ、６ｂの内部側端部が液体収容容器１の中心近傍に配置されている場合、可撓管５ａ、５ｂの長さは、図１に示す容器が傾いていない状態（通常の状態）において、液体収容容器１の中心近傍から液体収容容器１の内部側底面に達する長さとなる。この場合、容器が上下逆さまになったとしても、可撓管５ａの先端部を液面上に浮かせることで、逆流させることなく液体を導入することができ、また、可撓管５ｂの先端部は容器の底部に届くため、液体を排出可能である。しかし、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部を液体収容容器１の中心近傍より上側に配置した場合、可撓管５ａ、５ｂの長さが長くなるため、互いに絡まりやすくなる。一方、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部を液体収容容器１の中心近傍より下側に配置した場合、可撓管５ａ、５ｂの長さが短くなるため、容器内の貯留水量が多い状態で容器が上下逆さまになると、可撓管５ａの先端部にある導入口１４を液面上に浮かせることができなくなったり、容器内の貯留水量が少ない状態で容器が上下逆さまになると、可撓管５ｂの先端部にある吸水口８が容器の底部に届かず、水を排出できなくなったりする。よって、不撓管６ａ、６ｂの内部側端部は液体収容容器１の中心近傍に配置するのが望ましい。
【００３６】
本実施形態の液体収容容器１の動作について図１及び図９を用いて説明する。図９は、図１に示す液体収容容器１を異なる４方向に傾けた場合の模式図であり、図９Ａは通常の状態（傾いていない状態）、図９Ｂは左に９０度傾いた状態、図９Ｃは右に９０度傾いた状態、図９Ｄは上下逆さまになった状態を示している。
【００３７】
図９Ａに示すように液体収容容器１が通常の状態の場合、液体収容容器１内に収容されている水４は、錘７の作用によって容器底部に位置する吸水口８から吸引されて可撓管５ｂ、不撓管６ｂを通じて外部に排出される。このとき、液体収容容器１の内圧が低下し、これに伴い液体導入管１１の容器外部から容器内部側へ吸引する力が生じる。この吸引力を用いて外部の水が、液体導入管１１の不撓管６ａ、可撓管５ａを通じて導入口１４から容器本体２１内に導入される。
【００３８】
一方、図９Ｂ〜Ｄに示すように液体収容容器１を傾けた場合、吸水口８は、錘７の作用によって常に容器底部に移動し、導入口１４は、浮き１３の作用によって常に液面上に位置している。そのため、図９Ｂ〜Ｄのように傾いた状態でも、吸水口８から水４を吸い込んで外部に排出できる。つまり、液体収容容器１の傾きに関わらず、安定して液体を供給可能である。また、浮き１３の浮き用錘１５によって導入口１４は常に液面に対して上向き配置されるため、液体収容容器１内の水４が導入口１４内に侵入するのを防ぐことができる。
【００３９】
（実施形態２）
本実施形態２では、本発明の液体収容容器の他の例について説明する。図２は、本実施形態の液体収容容器を示す概略透視図である。図２において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４０】
本実施形態の液体収容容器２は、図２に示すように、容器本体２２の形状が略円柱状であること以外は、上記実施形態１と同じ構成である。容器本体２２の形状を略円柱状としたことにより、上記実施形態１のような角柱状の容器１に比べて角部が少ないため、液体収容容器２が傾いたとしても吸水口８が液体に浸漬しやすくなり、より安定して液体を排出することができる。
【００４１】
（実施形態３）
本実施形態３では、本発明の液体収容容器の他の例について説明する。図３は、本実施形態の液体収容容器を示す概略透視図である。図３において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００４２】
本実施形態の液体収容容器３は、図３に示すように、容器本体２１の底面部に給水用蓋体１７を設置したこと、蓋体１０に安全弁１８を設置したこと、液体導入管１１と液体排出管１２の双方に着脱機構として例えばコネクタ１９を設置したこと以外は、上記実施形態１と同じ構成である。
【００４３】
上記実施形態１の場合、給水の際、蓋体１０を取り外すとともに、蓋体１０に取り付けられている液体導入管１１及び液体排出管１２を全て外部に取り出す必要があり、給水作業を繰り返すうちに液体導入管１１、液体排出管１２や、これらに設けられている浮き１３、錘７が損傷する虞がある。また、給水の終了後、蓋体１０を容器本体２１に取り付ける際には、取り出した液体導入管１１、液体排出管１２、浮き１３、錘７を容器本体２１内に収容しなければならず、手間がかかる。これに対し、本実施形態では、給水用蓋体１７を容器本体２１の下部に別途設置することで、蓋体１０を取り外さなくても容器本体２１内に給水することが可能となるため、上記のような問題を解決でき、長期に亘り安定に使用することができる。
【００４４】
安全弁１８は、液体収容容器３の内圧が安全領域を越えると外部に開放する逆止弁であり、一般的に用いられる安全弁を用いることができる。安全弁１８の開弁圧は、液体収容容器３の大きさによるが、５０ｋＰａから２００ｋＰａの範囲が好適に用いられる。安全弁１８としては、通常、水素を含め、内圧上昇時に外部にガスが排出される機構であれば特に限定されないが、減圧弁、安全弁、逃がし弁（チェックバルブ）などの、一定の圧力変動以上で自然にガスが排出される構造を有する圧力制御弁などが好適に用いられる。また、上記例示の弁を電気的に駆動可能な電磁弁とすることで、電気的に制御することもできる。
【００４５】
コネクタ１９は、液体導入管１１及び液体排出管１２の容器本体２１外側に設けられている。このコネクタ１９によって、液体導入管１１の先に接続される例えば気液分離容器や、液体排出管１２の先に接続される例えば水素発生材料収容容器から、液体収容容器３ごと切り離すことができる。例えば、液体収容容器３を燃料電池システムのカートリッジとして用いる場合、液体収容容器３内の水が減少すると、コネクタ１９によって簡便に燃料電池システムから取り外し、新しく所定量の水４が収容された液体収容容器３と取り替えることができるため、液体の補充場所まで燃料電池システムを持ち出さなくても良くなり、簡便に液体を補充することができる。コネクタ１９としては、耐熱性、耐薬品性及び強度に優れたものであれば特に限定されないが、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、ポリサルフォンなどの樹脂製のものが好適に用いられる。
【００４６】
（実施形態４）
本実施形態４では、本発明の液体収容容器を含む水素製造装置の一例を説明する。図４は、本実施形態の水素製造装置を示す概略構成図である。図４において、図１と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図４における液体収容容器１は、図１を簡略化して表したものである。
【００４７】
図４に示す本実施形態の水素製造装置１００ａは、水との反応により水素を発生する水素発生材料５０４を収容する水素発生材料収容容器５０３と、水４が収容されている液体収容容器１と、液体収容容器１内の水４を水素発生材料収容容器５０３に輸送する輸送部としての例えばポンプ３０１と、気液混合流体を気体と液体に分離する気液分離容器１０１と、気液分離容器１０１により気液混合流体から分離された液体を液体収容容器１に回収するための三方バルブ４０１とを備え、水素発生材料５０４と水４とを発熱反応させることにより水素を製造し、この水素を、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池７００に供給する。なお、液体収容容器１については上記実施形態１で説明したので、その詳細な説明を省略する。
【００４８】
本実施形態における気液分離容器１０１は、気液混合流体を導入する導入管１０５、気液混合流体から分離された液体を排出する２つの排液管１０２、気液混合流体から分離された気体を排出する排気管１０６を有する半球状の容器である。図４において、２つの排液管１０２のうち、一方は、配管２０５を介して液体収容容器１に連結され、他方は、配管２０７、三方バルブ４０１、ポンプ３０１、配管２０１を介して液体収容容器１に連結されている。導入管１０５は、配管２０３を介して水素発生材料収容容器５０３に連結されている。排気管１０６は、配管２０４を介して燃料電池７００に連結されている。
【００４９】
ここで、本発明の水素製造装置が気液分離容器を備える理由について説明する。水素発生材料収容容器５０３内では、水素発生材料５０４と水４とが反応して水素が発生し、発生した水素は、水素発生材料収容容器５０３に設けられた水素排出路（図４では、配管２０３及び配管２０４）から排出され、例えば燃料電池７００に供給される。ところが、水素発生材料５０４と反応しなかった水や水蒸気などの水分が、水素と共に水素排出路を通じて燃料電池７００に供給され、燃料電池７００の出力低下などの不具合が生じる場合がある。これに対し、本発明では、水素排出路の途中（図４では、配管２０３と配管２０４との間）に気液分離容器を設け、配管２０４から排出される水素を含む気体中の液体成分量を削減することができ、これにより、水分が供給されることによる燃料電池７００の不具合を防止できる。
【００５０】
気液分離容器としては、耐熱性及び耐腐食性に優れ、容器が変形しない不撓性材料からなるものであれば特に限定されないが、水や水素が漏れない材質や、５０ｋＰａ程度の減圧及び加圧などの内圧変動に耐えうる構造がより好ましい。具体的な容器の材質としては、水及び水素を透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、アクリル樹脂、硬質のポリプロピレンやポリエチレンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、ここでは半球状としたが、他に角柱状、円柱状、球状などが採用できる。
【００５１】
以下に、本実施形態の気液分離容器１０１の詳細な構成について図６を用いて説明する。図６は、本実施形態における気液分離容器１０１の内部の様子を示す概略透視図である。
【００５２】
図６において、各排液管１０２は、気液分離容器１０１の上面に配置され、気液分離容器１０１の内部から外部に延伸されたものである。この排液管１０２は、気液分離容器１０１の内部側に第１開口部（符号は付していない）を有し、液体を気液分離容器１０１の内部から外部に排出する。各排液管１０２の第１開口部にはそれぞれ、可撓性を有する吸水管１０３の末端部が接続されており、吸水管１０３の先端部には錘１０４が設けられている。吸水管１０３は錘１０４の作用により曲がり、吸水管１０３の吸水口１０９は気液分離容器１０１内で重力方向に移動し、気液分離容器１０１がどのような方向に傾いても気液分離容器１０１内に貯留する液体と接触可能な状態となる。これにより、気液分離容器１０１の傾きに関わらず、気液分離容器１０１内に貯留する液体を吸い込んで排出できる。
【００５３】
また、２つの吸水管１０３は、互いに絡まないように固定バンド１１０で固定されている。これにより、吸水管１０３の曲がる角度を制限し、吸水管１０３同士の絡みつきや、吸水管１０３と排液管１０２または吸気管１０７との絡みつきを抑制可能である。なお、上記絡みつきを抑制する効果は、固定バンド１１０に限定されるものではなく、複数の吸水管１０３を接続する他の機構によっても得ることができる。例えば、錘１０４が複数の吸水管１０３を固定する役割を兼ねるものであれば、固定バンド１１０の設置を省略でき、固定バンド１１０が外れるなどの問題を回避することもできる。
【００５４】
導入管１０５は、気液分離容器１０１の上面に配置され、気液分離容器１０１の内部から外部へ延伸されたものである。この導入管１０５は、気液分離容器１０１の内部側に第２開口部（符号は付していない）を有し、気液混合流体を気液分離容器１０１の外部から内部に導入する。
【００５５】
排気管１０６は、気液分離容器１０１の上面に配置され、気液分離容器１０１の内部から外部へ延伸されたものである。この排気管１０６は、気液分離容器１０１の内部側に第３開口部（符号は付していない）を有し、気体を気液分離容器１０１の内部から外部に排出する。この排気管１０６の第３開口部には吸気管１０７の末端部が接続されており、吸気管１０７の先端部は気液分離容器１０１の中心部に配置されており、先端部の開口部である吸気口１０８から気液分離容器１０１内の気体を吸い込み排気管１０６内へ輸送する。これにより、気液分離容器１０１内に貯留する液体の液面が吸気口１０８にまで達しない限り、気液分離容器１０１がどのような方向に傾いても、吸気口１０８が気液分離容器１０１内の液体と接触するのを回避し、排気管１０６方向への液体の侵入を抑制できる。なお、図６において、排気管１０６と吸気管１０７は、区分不可能なように一体的に形成されている。
【００５６】
排液管１０２、導入管１０５及び排気管１０６としては、耐熱性、耐薬品性及び強度に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、ＰＴＦＥ、硬質シリコン、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリカーボネート、四フッ化エチレン、ポリサルフォンなどの樹脂製チューブ、ＳＵＳ製パイプなどの金属パイプが好適に用いられる。
【００５７】
吸水管１０３としては、中空でかつ可撓性を有するものであれば特に限定されないが、耐熱性及び耐薬品性などに優れたフロンチューブや、シリコンチューブが好適に用いられる。
【００５８】
錘１０４としては、耐薬品性に優れたものであれば特に限定されないが、例えば、メッキを施した鉛製のものや、ステンレススチール製のものが好適に用いられる。また、錘１０４の重量は、例えば、捕集する液体が水である場合、その比重（ｄ＝１．０）以上であって、吸水管１０３の浮力を差し引いた重量よりも大きければ特に限定されないが、錘の応答性から、比重（ｄ≧１０）以上が好ましい。錘１０４の大きさは、方向自在性を確保するため、壁面や配管に当たらない程度の大きさであれば、特に問題にならないが、気液分離容器１０１全体積の１０％未満であることが好ましい。
【００５９】
吸気管１０７としては、耐熱性及び耐薬品性に優れたものであれば、特に限定されないが、ＰＴＦＥチューブや、硬質シリコンチューブなどが好適に用いられる。吸気管１０７の形状は、気液分離容器１０１の中心に吸気口１０８を配置できる形状であれば特に限定されないが、錘１０４によりあらゆる方向に移動する吸水管１０３と絡まないように配置することがより好ましい。
【００６０】
固定バンド１１０としては、腐食しにくいものであれば特に限定されないが、例えば容器と同じ材質のものを用いることができる。
【００６１】
このような構成の気液分離容器１０１内に気液混合流体が導入されると、気液混合流体中の液体は、排液管１０２の方向に排出され、気液混合流体中の気体は、排気管１０６の方向に排出される。例えば、気液混合流体が水と水素を含むものである場合、導入管１０５から気液分離容器１０１内に導入された気液混合流体中の水は、気液分離容器１０１がどのような方向に傾いたとしても、気液分離容器１０１内において重力方向下向きに溜まる。そして、この貯留水は、錘１０４の作用により重力方向に曲がった吸水管１０３の吸水口１０９から吸い込まれ、吸水管１０３を経て排液管１０２方向に排出される。このときの排水の動力源は、例えば、排液管１０２の流路上にポンプを経由し、送液する場合や、また液体収容容器から水素発生材料収容容器へ送液するポンプの作用によって、気液分離容器１０１の外部に排液させることができる。一方、気液混合流体中の水素は、気液分離容器１０１の中心に設置した吸気口１０８より吸い込まれ、吸気管１０７を経て、排気管１０６方向に排出される。この排出された水素を、燃料電池の水素源にすることができる。
【００６２】
以上で図６を用いた気液分離容器１０１の説明を終わり、図４の説明に戻る。
【００６３】
図４において、水素発生材料収容容器５０３は、水素を発生させる水素発生材料５０４を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水及び水素を透過しにくく、かつ１２０℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリエーテルエーテルケトンなどの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
【００６４】
水素発生材料収容容器５０３及び液体収容容器１は、脱着式とすることができる。例えば、水素発生材料収容容器５０３の水供給管（符号は付していない）及び水素排出管（符号は付していない）、液体収容容器１の液体導入管１１及び液体排出管１２のそれぞれに、上記実施形態３で説明したコネクタ１９（図３）を設け、水素発生材料収容容器５０３内の水素発生材料５０４が消費されつくしたり、液体収容容器１内の水がなくなったりした場合に、コネクタ１９によってこれら水素発生材料収容容器５０３及び液体収容容器１を取り外し、所定量の水素発生材料５０４が充填された水素発生材料収容容器５０３、及び所定量の水が充填された液体収容容器１と取り替えることで、再び水素を製造することができる。
【００６５】
液体収容容器１に収容する水は、中性の水、酸性水溶液、アルカリ性水溶液など、少なくとも水を含む液体であればよく、使用する水素発生材料５０４との反応性などに応じて好適なものを選択すればよい。
【００６６】
水素発生材料収容容器５０３に収容される水素発生材料５０４としては、水と反応して水素を発生させる水素発生物質を含むものであれば特に制限はないが、水と１２０℃以下の低温で反応して水素を発生し得る水素発生物質を含むことが望ましい。
【００６７】
水素発生物質としては、例えば、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、及びマグネシウムの中の一種以上の元素を主体とする合金、さらには、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムといった金属水素化物などが好適に使用できる。上記合金を用いる場合、主体となる元素以外の金属成分は特に限定されない。主体となる元素とは、合金全体に対して５０質量%以上、好ましくは８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含有されている元素のことを意味する。なお、水素発生物質としては、上記例示のものを１種単独で使用してもよいし、２種以上を併用してもよい。
【００６８】
水素発生材料５０４は、水と反応して発熱する発熱物質（水素発生物質以外の物質）をさらに含むことが好ましい。この場合、低温（例えば５℃程度）の水を供給しても、上記発熱物質の発熱によって反応系内の温度を高めて、迅速な水素発生が可能となる。水と反応して発熱する発熱物質としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸カルシウムなど、水との反応により水酸化物となるか、あるいは、水和することにより発熱するアルカリ金属またはアルカリ土類金属の酸化物、塩化物、硫酸化合物などが挙げられる。
【００６９】
次に、本実施形態の水素製造装置１００ａの動作について図４を用いて説明する。
【００７０】
液体収容容器１に収容されている水４は、ポンプ３０１を駆動させることによって、配管２０１及び配管２０２を通じて水素発生材料収容容器５０３に輸送される。液体収容容器１は上述したように方向自在性を有するため、水素製造装置１００ａがどのような方向に傾いても安定して水４を供給可能であり、これにより、安定して水素を製造できる。
【００７１】
水素発生材料収容容器５０３内では、水素発生材料５０４と水４とが反応して水素が発生し、この水素は配管２０３に排出される。水素と共に水蒸気が配管２０３に排出された場合、水蒸気は配管２０３内で冷却されて水となり、水と水素との気液混合流体が気液分離容器１０１の導入管１０５に導入されることになる。気液分離容器１０１内では、上記気液混合流体は、重力差により、水素を含む気体と、水とに分離される。
【００７２】
分離された水素を含む気体は、排気管１０６及び配管２０４を通じて燃料電池７００に供給される。気液分離容器１０１は上述したように方向自在性を有するため、水素製造装置がどのような方向に傾いても気液分離を行うことができ、燃料電池７００に安定して水素を供給可能であるとともに、水分が供給されることにより燃料電池７００に不具合が生じるのを回避できる。
【００７３】
一方、分離された水は、以下のようにして液体収容容器１に回収され、水素発生材料収容容器５０３に供給される水４として再利用される。これにより、水の利用効率を高めることができる。さらに、水素製造用の水を収容している液体収容容器１を回収容器としても利用するため、気液分離容器１０１で分離された水を回収するための回収容器を別途備える必要がなく、装置全体をコンパクトにすることができる。
【００７４】
以下に、気液分離容器１０１内で分離された水を液体収容容器１に回収する機構について詳述する。
【００７５】
ポンプ３０１を用いて液体収容容器１内の水４を水素発生材料収容容器５０３に一定割合で供給している間は、液体収容容器１の容器が不撓性の材料でかつ密閉構造であるため、容器内部の圧力が減圧状態になる。この減圧状態を補償するように、液体収容容器１に接続された他の配管２０５内において、気液分離容器１０１の排液管１０２側から液体収容容器１側の方向に吸引力が生じる。この現象を利用することにより、気液分離容器１０１内の貯留水を、液体収容容器１に回収することができる。そのため、配管２０５の途中に、気液分離容器１０１内の水を液体収容容器５０１へ輸送するポンプを設ける必要がなく、省電力化できる。
【００７６】
一方、燃料電池７００の発電終了時など水素を製造する必要がない場合は、ポンプ３０１の駆動を停止して水素発生材料収容容器５０３への水供給を停止するが、水供給を停止してもしばらくの間は、水素発生材料収容容器５０３内に残留する水４と水素発生材料５０３が反応して水素が発生し、これに伴い水が生じ、この水が気液分離容器１０１内に溜まる。そのため、上記水供給の停止後一定時間、気液分離容器１０１内から水を回収する必要がある。そこで、本実施形態では、三方バルブ４０１を配管２０７と配管２０１が通じる方向に切り替え、ポンプ３０１を、液体収容容器１から水素発生材料収容容器５０３へ送液する方向とは逆向きに動作させることによって、気液分離容器１０１内に溜まった水を配管２０７、三方バルブ４０１、ポンプ３０１、配管２０１を通じて液体収容容器１に回収する。上述したように、気液分離容器１０１及び液体収容容器１はどちらも方向自在性を有しているため、水素製造装置がどの方向に傾いたとしても気液分離容器１０１内の水を逆流させることなく回収することができる。さらに、液体収容容器１へ回収した水の体積分に相当する気体（空気）が、液体収容容器１から配管２０５、配管２０４を経て燃料電池７００に送られる。この場合、液体収容容器１の浮き１３によって液体導入管１１の先端部にある導入口１４（図１）は液面上にあるため、液体収容容器１内の水４が導入口１４（図１）内に侵入して配管２０５を通じて気液分離容器１０１へ誤って送液されることを防止できる。また、液体収容容器１及び気液分離容器１０１の内圧も高くならないため、安全である。
【００７７】
（実施形態５）
本実施形態５では、本発明の液体収容容器を含む水素製造装置の他の例について説明する。図５は、本実施形態の水素製造装置を示す概略構成図である。図５において、図３及び図４と同一構成要素については同一符号を付し、その詳細な説明を省略する。なお、図５における液体収容容器３は、図３を簡略化して表したものである。上記実施形態４と異なる点は、上記実施形態１の液体収容容器１に代えて、上記実施形態３の液体収容容器３を備えた点、図６に示す気液分離容器１０１に代えて、図７に示す気液分離容器１１１を備えた点、三方バルブ４０１を設けず、ポンプ３０２を設けた点である。
【００７８】
図５に示す本実施形態の水素製造装置１００ｂは、水との反応により水素を発生する水素発生材料５０４を収容する水素発生材料収容容器５０３と、水４が収容されている液体収容容器３と、液体収容容器３内の水４を水素発生材料収容容器５０３に輸送する輸送部としての例えばポンプ３０１と、気液混合流体を気体と液体に分離する気液分離容器１１１と、気液分離容器１１１により気液混合流体から分離された液体を液体収容容器３に輸送する輸送部としての例えばポンプ３０２とを備え、水素発生材料５０４と水４とを発熱反応させることにより水素を製造し、この水素を、例えば、水素を燃料として用いる燃料電池７００に供給する。なお、液体収容容器３については上記実施形態３で説明したので、その詳細な説明を省略する。
【００７９】
本実施形態における気液分離容器１１１は、図７に示す構成を有するものであり、排液管１０２及び吸水管１０３が一つであること、固定バンド１１０が無いこと以外は、図６に示す気液分離容器１０１と同じ構成である。各構成については上記実施形態４で説明したので、ここでは省略する。図５において、排液管１０２は、配管２０５、ポンプ３０２、配管２０６を介して液体収容容器３に連結され、導入管１０５は、配管２０３を介して水素発生材料収容容器５０３に連結され、排気管１０６は、配管２０４を介して燃料電池７００に連結されている。
【００８０】
次に、本実施形態の水素製造装置１００ｂの動作について説明する。なお、水素の製造、及び、気液分離についての動作は、上記実施形態４と同じであるため、ここではその説明を省略する。上記実施形態４と異なる点は、気液分離容器１１１内の貯留水を回収する機構であり、以下に詳述する。
【００８１】
本実施形態では、ポンプ３０１による液体収容容器３から水素発生材料収容容器５０３への水供給の実行中あるいは停止中に関わらず、気液分離容器１１１内の貯留水は、ポンプ３０２によって液体収容容器３内へ輸送される。ポンプ３０２を用いることで、液体収容容器３から気液分離容器１１１への水の逆流を防止することができる。
【００８２】
また、本実施形態では、常に、液体収容容器３の内圧が一定圧以上にならないように安全弁１８を用いて制御している。特に、水素発生材料収容容器５０３への水供給を停止中にポンプ３０２を駆動させて気液分離容器１１１内の水を回収する場合、液体収容容器３の内圧が上昇するため、安全弁１８を用いて内圧の上昇を抑えることができる。
【００８３】
（実施形態６）
本実施形態６では、本発明の燃料電池システムの一例について説明する。
【００８４】
本実施形態の燃料電池システムは、上記実施形態４または５の水素製造装置と、該水素製造装置により製造された水素を用いて発電する燃料電池とを備えている。これにより、燃料電池システムの傾き方向によらず安定して水素を燃料電池に供給できるとともに、気液分離容器や液体収容容器からの逆流によって燃料電池に液体が混入することによる燃料電池の出力低下などの発生を防止できる。その結果、方向自在に燃料電池を安定に発電させることができる。
【００８５】
ここで、燃料電池の一例について図８を用いて説明する。図８は、本発明の燃料電池システムに用い得る燃料電池の一例を示す断面概略図である。
【００８６】
図８に示す本実施形態における燃料電池７００は、電気的に直列に接続された複数の膜電極接合体（ＭＥＡ）７１０を有し、水素を燃料源として発電するものである。なお、図８では、３つのＭＥＡ７１０が組み合わさって一つの燃料電池７００を構成している状態を示しているが、これは一例であり、一単位としての燃料電池におけるＭＥＡの数は３つに限定されず、また、複数のＭＥＡから構成される一単位の燃料電池を、複数接続して全体を一つの燃料電池とすることもできる。
【００８７】
図８において、燃料電池７００は、正極拡散層７１１及び正極触媒層７１２からなる正極と、固体高分子電解質膜７１３と、負極拡散層７１５及び負極触媒層７１４からなる負極とが、順次積層されてなるＭＥＡ７１０を３個有する。ここでは、３個のＭＥＡ７１０は平面状に配置されている。
【００８８】
各ＭＥＡ７１０の正極側には、正極集電プレート７２４、正極絶縁プレート７２２及び正極パネルプレート７２０が順次配置されている。また、各ＭＥＡ７１０の負極側には、負極集電プレート７２６、負極絶縁プレート７２３及び負極パネルプレート７２１が順次配置されている。そして、全てのＭＥＡ７１０が、正極パネルプレート７２０と負極パネルプレート７２１とに挟持されて一体化している。また、図８では明らかにしていないが、隣り合うＭＥＡ７１０同士は、正極集電プレート７２４と負極集電プレート７２６との電気的接続によって、直列に接続されている。
【００８９】
正極集電プレート７２４、正極絶縁プレート７２２及び正極パネルプレート７２０には、燃料電池７００外の酸素を正極に導入するための酸素導入孔が複数設けられている。そして、正極集電プレート７２４の酸素導入孔、正極絶縁プレート７２２の酸素導入孔及び正極パネルプレート７２０の酸素導入孔により、正極パネルプレート７２０の外表面からＭＥＡ７１０の正極拡散層７１１にまで到達する複数の正極開口部７３０が形成され、これら正極開口部７３０から、燃料電池外の酸素（空気）が拡散により正極拡散層７１１に供給される。
【００９０】
負極集電プレート７２６、負極絶縁プレート７２３及び負極パネルプレート７２１には、燃料タンク部７２９内の燃料を負極に導入するための燃料導入孔が複数設けられている。そして、負極集電プレート７２６の燃料導入孔、負極絶縁プレート７２３の燃料導入孔及び負極パネルプレート７２１の燃料導入孔により、負極パネルプレー７２１の燃料タンク部７２９側表面からＭＥＡ７１０の負極拡散層７１５にまで到達する複数の負極開口部７３１が形成され、これら負極開口部７３１から、燃料タンク部７２９内の燃料（水素）が負極拡散層７１５に供給される。
【００９１】
正極パネルプレート７２０と負極パネルプレート７２１（更には燃料タンク部７２９）は、ボルト７３２とナット７３３によって固定されている。図８中、７２８ａ及び７２８ｂはシール部である。
【００９２】
正極拡散層７１１及び負極拡散層７１５は、多孔性の電子伝導性材料などから構成され、例えば、撥水処理を施した多孔質炭素シートなどが用いられる。なお、正極拡散層７１１や負極拡散層７１５の触媒層側には、更なる撥水性向上及び触媒層との接触向上を目的として、フッ素樹脂粒子［ＰＴＦＥ樹脂粒子など］を含む炭素粉末のペーストが塗布されている場合もある。
【００９３】
正極触媒層７１２は、正極拡散層７１１を介して拡散してきた酸素を還元する機能を有する。正極触媒層７１２は、例えば、触媒を担持した炭素粉末（触媒担持炭素粉末）と、プロトン伝導性材料とを含有する。また、必要に応じて、樹脂バインダを更に含有していてもよい。
【００９４】
正極触媒層７１２で用いられる触媒としては、酸素を還元できるものであれば特に制限はないが、例えば、白金微粒子が挙げられる。上記触媒は、鉄、ニッケル、コバルト、錫、ルテニウム及び金よりなる群から選ばれる少なくとも１種の金属元素と白金との合金で構成される微粒子などであってもよい。
【００９５】
触媒の担体である炭素粉末としては、例えば、ＢＥＴ比表面積が１０〜２０００ｍ2／ｇであり、平均粒子径が２０〜１００ｎｍのカーボンブラックなどが用いられる。炭素粉末への上記触媒の担持は、例えば、コロイド法などで行うことができる。炭素粉末と触媒との含有比率としては、例えば、炭素粉末１００質量部に対して、触媒が５〜４００質量部であることが好ましい。このような含有比率であれば、十分な触媒活性を有する正極触媒層が構成できるからである。例えば、炭素粉末上に触媒を析出させる方法（例えば、コロイド法）で触媒担持炭素粉末が作製される場合には、炭素粉末と触媒とが上記の含有比率であれば、触媒の径が大きくなりすぎず、十分な触媒活性が得られるからである。
【００９６】
正極触媒層７１２に含まれるプロトン伝導性材料としては、特に制限はないが、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂などのスルホン酸基を有する樹脂を用いることができる。ポリパーフルオロスルホン酸樹脂としては、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン（登録商標）」、旭硝子社製の「フレミオン（登録商標）」、旭化成工業社製の「アシプレックス（商品名）」などが挙げられる。
【００９７】
正極触媒層７１２におけるプロトン伝導性材料の含有量は、触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、２〜２００質量部であることが好ましい。プロトン伝導性材料が上記の量で含有されていれば、正極触媒層において十分なプロトン伝導性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができるからである。
【００９８】
正極触媒層７１２に係るバインダとしては、特に制限はないが、例えば、ＰＴＦＥ、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（Ｅ／ＴＦＥ）、ポリビニリデンフルオライド（ＰＶＤＦ）及びポリクロロトリフルオロエチレン（ＰＣＴＦＥ）などのフッ素樹脂や、ポリエチレン、ポリプロピレン、ナイロン、ポリスチレン、ポリエステル、アイオノマー、ブチルゴム、エチレン・酢酸ビニル共重合体、エチレン・エチルアクリレート共重合体及びエチレン・アクリル酸共重合体などの非フッ素樹脂などを用いることができる。
【００９９】
正極触媒層７１２におけるバインダの含有量は、触媒担持炭素粉末１００質量部に対して、０．０１〜１００質量部であることが好ましい。バインダが上記の量で含有されていれば、正極触媒層について十分な結着性が得られ、電気抵抗値が大きくなりすぎず、電池性能の良好な燃料電池を得ることができるからである。
【０１００】
負極触媒層７１４は、負極拡散層７１５を介して拡散してきた水素などの燃料を酸化する機能を有している。負極触媒層７１４は、例えば、触媒を担持した炭素粉末（触媒担持炭素粉末）と、プロトン伝導性材料とを含有している。必要に応じて、樹脂などのバインダを更に含有していてもよい。
【０１０１】
負極触媒層７１４に係る触媒は、水素などの燃料を酸化できれば特に制限はなく、例えば、正極触媒層７１２に係る触媒として例示した上記の各触媒を用いることができる。負極触媒層７１４に係る上記炭素粉末、プロトン伝導性材料、及びバインダについても、正極触媒層７１２に係る炭素粉末、プロトン伝導性材料、及びバインダとして例示した上記の各材料を用いることができる。
【０１０２】
固体高分子電解質膜７１３は、プロトンを輸送可能であり、かつ電子伝導性は示さない材料で構成された膜であれば、特に制限はない。固体高分子電解質膜７１３を構成し得る材料としては、例えば、ポリパーフルオロスルホン酸樹脂、具体的には、デュポン社製の「ナフィオン（登録商標）」、旭硝子社製の「フレミオン（登録商標）」、旭化成工業社製の「アシプレックス（商品名）」などが挙げられる。その他、スルホン化ポリエーテルスルホン酸樹脂、スルホン化ポリイミド樹脂、硫酸ドープポリベンズイミダゾールなども、固体高分子電解質膜７１３の材料として用いることができる。
【０１０３】
なお、図８では示していないが、燃料電池の有するＭＥＡは、正極と負極とを、例えば、抵抗及びスイッチを介してリード体などで接続するなどして、導通可能なように形成されていることが好ましい。この場合、燃料電池による発電の終了時に、上記のスイッチを入れるなどしてＭＥＡに係る正極と負極とを短絡させて、燃料電池内に残留する水素を消費できる。そのため、燃料電池による発電の終了時に燃料電池内に残留する水素による燃料電池の劣化を抑制できる。
【０１０４】
燃料電池に係るＭＥＡにおいて、正極と負極とを、上記のように抵抗を介して導通可能なように構成する場合、かかる抵抗としては、例えば、燃料電池システムに係る燃料電池の停止後、ＭＥＡの正極−負極間の電圧が０．１Ｖ以下となるのに要する時間が１分以内となるような抵抗値を有するものを用いればよく、抵抗を用いなくても、このような時間でＭＥＡの正極−負極間の電圧を上記のように下げることができるのであれば、抵抗を用いずにスイッチのみを介してリード体などで接続して、導通可能としてもよい。
【実施例】
【０１０５】
下記実施例に基づいて本発明の液体収容容器の効果について詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではない。
【０１０６】
（実施例１）
図１に示す液体収容容器１を、図９に示すように異なる方向に傾けた。液体収容容器１をいずれの方向に傾けても、安定に外部へ液体を液体供給管１２から供給することができ、また液体回収管１１より液体が漏れ出すことはなかった。液体収容容器１としては、不撓性を有する高密度ポリエチレン製で、直径が５０ｍｍの円柱状容器を用いた。
【０１０７】
これは、不撓管６ｂが液体収容容器１の中心部付近まで張り出していることと、可撓管５ｂと不撓管６ｂの接続部分に設置した節部１６の作用によって、例えば図９Ｄに示すように、錘７の作用により可撓管５ｂが重力方向に大きく曲がった状態であっても、液体排出管１２に接続された可撓管５ｂは、節部１６によって折れ曲がり角度が緩和され、完全に折れ曲がることなく液体を供給することができる。一方、浮き１３の作用によって導入口１４は常に液面上にあるため、液体収容容器１が傾いても、液体収容容器１内の水が液体導入管１１を通じて容器外に漏洩するのを抑制できたと考えられる。このように、本発明の液体収容容器１は、どの方向に傾けても、安定して液体を供給することができることから、方向自在性を有することが分かった。
【産業上の利用可能性】
【０１０８】
本発明の液体収容容器は、あらゆる方向に傾いても安定して液体を供給することのできる容器として様々な分野で利用可能である。本発明の水素製造装置は、例えば、燃料電池用の燃料源として利用可能である。本発明の水素製造装置を用いた燃料電池システムは、特に方向自在性と小型化が要求されるポータブル電源に適している。
【符号の説明】
【０１０９】
１、２、３ 液体収容容器
４ 水
５ａ、５ｂ 可撓管
６ａ、６ｂ 不撓管
７ 錘
８ 吸水口
９ 固定バンド
１０ 蓋体
１１ 液体導入管
１２ 液体排出管
１３ 浮き
１４ 導入口
１５ 浮き用錘
１６ 節部
１７ 給水用蓋体
１８ 安全弁
１９ コネクタ
２０ 接続管
１００ 水素製造装置
１０１、１１１ 気液分離容器
１０２ 排液管
１０３ 吸水管
１０４ 錘
１０５ 導入管
１０６ 排気管
１０７ 吸気管
１０８ 吸気口
１０９ 吸水口
１１０ 固定バンド
２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７ 配管
３０１、３０２ ポンプ
４０１ 三方バルブ
５０３ 水素発生材料収容容器
５０４ 水素発生材料
７００ 燃料電池
７１０ 電極・電解質一体化物（ＭＥＡ）
７１１ 正極拡散層
７１２ 正極触媒層
７１３ 固体高分子電解質膜
７１４ 負極触媒層
７１５ 負極拡散層
７２０ 正極パネルプレート
７２１ 負極パネルプレート
７２２ 正極絶縁プレート
７２３ 負極絶縁プレート
７２４ 正極集電プレート
７２６ 負極集電プレート
７２８ａ、７２８ｂ シール部
７２９ 燃料タンク部
７３０ 正極開口部
７３１ 負極開口部
７３２ ボルト
７３３ ナット
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を収容可能な容器本体と、
前記容器本体を密閉するための蓋体と、
前記蓋体を貫通して前記容器本体の中心近傍まで延びた第１不撓管と、一端が前記第１不撓管に連結され、他端に導入口を有する第１可撓管と、を含み、液体を前記第１不撓管、前記第１可撓管を通じて前記導入口から前記容器本体内に導入する液体導入管と、
浮力により前記導入口を液面上に浮かせる浮きと、
前記蓋体を貫通して前記容器本体の中心近傍まで延びた第２不撓管と、一端が前記第２不撓管に連結され、他端に吸水口を有する第２可撓管とを含み、前記容器本体内の液体を前記吸水口から吸い込み、前記第２可撓管、前記第２不撓管を通じて外部に排出する液体排出管と、
重力により前記吸水口を液体中に浸漬させる錘と、を含むことを特徴とする液体収容容器。
【請求項２】
前記第１不撓管と前記第１可撓管との接続部、及び前記第２不撓管と前記第２可撓管との接続部には、複数の節部が一定間隔で設けられている請求項１に記載の液体収容容器。
【請求項３】
前記液体導入管及び前記液体排出管に着脱機構が設けられた請求項１または２に記載の液体収容容器。
【請求項４】
前記液体導入管の前記第１不撓管及び前記液体排出管の前記第２不撓管が互いに絡まないように固定されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体収容容器。
【請求項５】
水との反応により水素を発生する水素発生材料に水を供給して水素を製造する水素製造装置において、
気体と液体とを含む気液混合流体を、重力差によって気体と液体に分離する気液分離容器と、
水素発生材料に供給する水を収容する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体収容容器とを含み、
水素発生材料と水との反応により発生した水素を含む気体中に含まれる液体成分は、前記気液分離容器によって分離され、前記液体収容容器に収容されることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
前記気液分離容器は、
気液混合流体を前記気液分離容器の外部から内部に導入する導入管と、
前記気液混合流体から分離された気体を前記気液分離容器の内部から外部に排出する排気管と、
前記気液混合流体から分離された液体を前記気液分離容器の内部から外部に排出する排液管と、
前記排気管に連結され、前記気液混合流体から分離された気体を吸い込むための吸気口を有する吸気管と、
前記排液管に連結され、前記気液混合流体から分離された液体を吸い込むための吸水口を有する吸水管とを含み、
前記吸気管の前記吸気口は、前記気液分離容器の中央部に配置され、
前記吸水管の前記吸水口の近傍には、前記吸水管の前記吸水口を前記気液分離容器内で重力方向に移動させる錘が設けられている請求項５に記載の水素製造装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の水素製造装置と、前記水素製造装置で製造された水素を燃料とする燃料電池とを含むことを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
液体を収容可能な容器本体と、
前記容器本体を密閉するための蓋体と、
前記蓋体を貫通して前記容器本体の中心近傍まで延びた第１不撓管と、一端が前記第１不撓管に連結され、他端に導入口を有する第１可撓管と、を含み、液体を前記第１不撓管、前記第１可撓管を通じて前記導入口から前記容器本体内に導入する液体導入管と、
浮力により前記導入口を液面上に浮かせる浮きと、
前記蓋体を貫通して前記容器本体の中心近傍まで延びた第２不撓管と、一端が前記第２不撓管に連結され、他端に吸水口を有する第２可撓管とを含み、前記容器本体内の液体を前記吸水口から吸い込み、前記第２可撓管、前記第２不撓管を通じて外部に排出する液体排出管と、
重力により前記吸水口を液体中に浸漬させる錘と、を含むことを特徴とする液体収容容器。
【請求項２】
前記第１不撓管と前記第１可撓管との接続部、及び前記第２不撓管と前記第２可撓管との接続部には、複数の節部が一定間隔で設けられている請求項１に記載の液体収容容器。
【請求項３】
前記液体導入管及び前記液体排出管に着脱機構が設けられた請求項１または２に記載の液体収容容器。
【請求項４】
前記液体導入管の前記第１不撓管及び前記液体排出管の前記第２不撓管が互いに絡まないように固定されている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の液体収容容器。
【請求項５】
水との反応により水素を発生する水素発生材料に水を供給して水素を製造する水素製造装置において、
気体と液体とを含む気液混合流体を、重力差によって気体と液体に分離する気液分離容器と、
水素発生材料に供給する水を収容する、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の液体収容容器とを含み、
水素発生材料と水との反応により発生した水素を含む気体中に含まれる液体成分は、前記気液分離容器によって分離され、前記液体収容容器に収容されることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
前記気液分離容器は、
気液混合流体を前記気液分離容器の外部から内部に導入する導入管と、
前記気液混合流体から分離された気体を前記気液分離容器の内部から外部に排出する排気管と、
前記気液混合流体から分離された液体を前記気液分離容器の内部から外部に排出する排液管と、
前記排気管に連結され、前記気液混合流体から分離された気体を吸い込むための吸気口を有する吸気管と、
前記排液管に連結され、前記気液混合流体から分離された液体を吸い込むための吸水口を有する吸水管とを含み、
前記吸気管の前記吸気口は、前記気液分離容器の中央部に配置され、
前記吸水管の前記吸水口の近傍には、前記吸水管の前記吸水口を前記気液分離容器内で重力方向に移動させる錘が設けられている請求項５に記載の水素製造装置。
【請求項７】
請求項５または６に記載の水素製造装置と、前記水素製造装置で製造された水素を燃料とする燃料電池とを含むことを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１２−３６０２３（Ｐ２０１２−３６０２３Ａ）
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１７５５３０（Ｐ２０１０−１７５５３０）
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年２月２３日（２０１２．２．２３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年８月４日（２０１０．８．４）
【出願人】（５１１０８４５５５）日立マクセルエナジー株式会社 (212)
【Ｆターム（参考）】
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