JP2002033112A

JP2002033112A - 電気エネルギー発生素子

Info

Publication number: JP2002033112A
Application number: JP2000216780A
Authority: JP
Inventors: Hiroyoshi Koshiba; 広吉小柴; Terubumi Miyakoshi; 光史宮腰
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 2000-07-18
Filing date: 2000-07-18
Publication date: 2002-01-31

Abstract

(57)【要約】【課題】水素ガスが浪費されることを防止するととも
に、コストアップを招くことなく、電気エネルギーの発
生効率を向上させることができる電気エネルギー発生素
子を提供する。【解決手段】水素電極膜７とプロトン導電体膜８の積
層体９を備えた反応チャンバー１と、水素ガス源に接続
された水素チャンバー２と、発電電圧が所定の範囲に制
御されるように、水素チャンバーから、反応チャンバー
に、水素ガスを供給するレギュレータ４、１１、１２、
１３を備えた電気エネルギー発生素子。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電気エネルギー発
生素子に関するものであり、さらに詳細には、水素ガス
が浪費されることを防止するとともに、コストアップを
招くことなく、電気エネルギーの発生効率を向上させる
ことができる電気エネルギー発生素子に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】産業革命以後、自動車などのエネルギー
源としてはもちろん、電力製造などのエネルギー源とし
て、ガソリン、軽油などの化石燃料が広く用いられてき
た。この化石燃料の利用によって、人類は飛躍的な生活
水準の向上や産業の発展などの利益を享受することがで
きたが、その反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさら
され、さらに、化石燃料の枯渇の虞が生じてその長期的
な安定供給に疑問が投げかけられる事態となりつつあ
る。

【０００３】そこで、水素は、水に含まれ、地球上に無
尽蔵に存在している上、物質量あたりに含まれる化学エ
ネルギー量が大きく、また、エネルギー源として使用す
るときに、有害物質や地球温暖化ガスなどを放出しない
などの理由から、化石燃料に代わるクリーンで、かつ、
無尽蔵なエネルギー源として、近年、大きな注目を集め
るようになっている。

【０００４】ことに、近年は、水素エネルギーから電気
エネルギーを取り出すことができる電気エネルギー発生
素子の研究開発が盛んにおこなわれており、大規模発電
から、オンサイトな自家発電、さらには、自動車用電源
としての応用が期待されている。

【０００５】水素エネルギーから電気エネルギーを取り
出す電気エネルギー発生素子は、水素ガスが供給される
水素電極と、酸素が供給される酸素電極と、水素電極で
生成されたプロトンを酸素電極に伝達するプロトン伝導
体膜を有している。水素電極に供給された水素ガスは、
触媒の作用によって、プロトン（陽子）と電子に解離さ
れ、電子は水素電極において、吸収され、他方、プロト
ンは、プロトン伝導体膜を介して、酸素電極に運ばれ
る。水素電極において、吸収された電子は、負荷を経由
して、酸素電極に運ばれる。一方、酸素電極に供給され
た酸素は、触媒の作用により、水素電極から運ばれたプ
ロトンおよび電子と結合して、水を生成する。このよう
にして、水素電極と酸素電極との間に、起電力が生じ、
負荷に電流が流れるように、電気エネルギー発生素子は
構成されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】かかる電気エネルギー
発生素子においては、従来、水素ガスを水素電極に向け
て流し、水素電極と反応させて、電気を生成し、反応に
関与しなかった水素ガスは大気中に放出するように構成
されていた。

【０００７】しかしながら、このように、反応に関与し
なかった水素ガスを大気中に放出することは、水素ガス
を浪費することになるばかりでなく、水素ガスは可燃性
ガスであるため、危険があるという問題があった。

【０００８】かかる問題は、水素ガスを循環させ、再利
用することによって解決可能ではあるが、水素ガスを循
環再利用するためには循環ポンプなどが必要になり、設
備コストおよびエネルギーコストが増大するという問題
があった。

【０００９】したがって、本発明は、水素ガスが浪費さ
れることを防止するとともに、コストアップを招くこと
なく、電気エネルギーの発生効率を向上させることがで
きる電気エネルギー発生素子を提供することを目的とす
るものである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のかかる目的は、
水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体を備えた反応チ
ャンバーと、水素ガス源に接続された水素チャンバー
と、発電電圧が所定の範囲に制御されるように、前記水
素チャンバーから、前記反応チャンバーに、水素ガスを
供給するレギュレータを備えた電気エネルギー発生素子
によって達成される。

【００１１】本発明によれば、水素ガスは、反応チャン
バー内で、水素電極膜と接触して、プロトンと電子に解
離されるから、反応チャンバーに供給された水素ガスを
すべて、電気エネルギーを発生させるために、使用する
ことができ、水素ガスが浪費されることを防止すること
が可能となるとともに、発電電圧が所定の範囲に制御さ
れるように、レギュレータによって、水素ガス源に接続
された水素チャンバーから、反応チャンバーに水素ガス
が供給されるから、水素ガスが消費され、反応チャンバ
ー内の水素ガス圧力が低下して、発電電圧が低下する
と、水素ガスが反応チャンバー内に供給されて、水素ガ
スが補充され、したがって、水素ガスを循環させる必要
も、また、とくに耐圧性の高い水素電極膜やプロトン導
電体膜を用いる必要もないから、コストアップを招くこ
となく、電気エネルギーの発生効率を向上させることが
可能になる。

【００１２】本発明の好ましい実施態様においては、前
記レギュレータが、前記反応チャンバーと前記水素チャ
ンバーとを接続する開口部と、前記開口部を開閉するバ
ルブ手段を備え、前記バルブ手段が、発電電圧にしたが
って、前記開口部を開閉制御するように構成されてい
る。

【００１３】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素電極膜と前記プロトン導電体膜の積層体
が、前記反応チャンバーの壁の一部を形成している。

【００１４】反応チャンバー内の水素ガスがプロトンと
電子に解離されて、消費されると、反応チャンバー内の
水素ガス圧力が低くなり、発電電力も低下して、水素ガ
スチャンバーから、水素ガスを反応チャンバーに補充す
る必要が生じるが、本発明のさらに好ましい実施態様に
よれば、バルブ手段が、発電電圧にしたがって、反応チ
ャンバーと水素ガスチャンバーとを連通する開口部を開
閉制御するように構成されているから、反応チャンバー
内の水素ガス圧力が低くなって、水素ガスを反応チャン
バーに補充する必要が生じたときに、自動的に、バルブ
手段が開口部を開いて、開口部を介して、水素ガスを反
応チャンバー内に補充することができ、したがって、反
応チャンバー内の水素ガス圧力を、一定の圧力範囲内に
保持することができるから、水素電極膜とプロトン導電
体膜の積層体を保護しつつ、電気エネルギー発生効率を
向上させることが可能になる。

【００１５】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体が、前
記開口部に対向する前記反応チャンバーの壁を構成し、
前記バルブ手段が、前記水素電極膜とプロトン導電体膜
の積層体と連動して、移動が可能なように、前記水素電
極膜とプロトン導電体膜の積層体に取り付けられ、さら
に、前記バルブ手段が前記開口部を閉じるように、前記
バルブ手段を付勢するばね部材を備えている。

【００１６】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体が、開口部
に対向する反応チャンバーの壁を構成し、バルブ手段
が、水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体と連動し
て、移動が可能なように、水素電極膜とプロトン導電体
膜の積層体に取り付けられ、さらに、バルブ手段が開口
部を閉じるように、バルブ手段を付勢するばね部材を備
えているから、反応チャンバー内の水素ガス圧力が所定
圧力を越えているときは、ばね部材によって、バルブ手
段が付勢されて、開口部を閉じ、一方、反応チャンバー
内の水素ガス圧力が所定圧力以下に低下すると、ばね部
材のばね力に抗して、水素電極膜とプロトン導電体膜の
積層体が変形して、開口部側に膨らみ、バルブ手段も開
口部側に移動する結果、バルブ手段が、自動的に、開口
部を開き、開口部を介して、水素ガスを反応チャンバー
内に補充することができ、したがって、反応チャンバー
内の水素ガス圧力を、一定の圧力範囲内に保持すること
ができるから、水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体
を保護しつつ、電気エネルギー発生効率を向上させるこ
とが可能になる。

【００１７】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記ばね部材が、圧縮スプリングによって構成さ
れ、前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体を押圧
して、前記バルブを、前記開口部を閉じる向きに付勢す
るように構成されている。

【００１８】本発明の別の好ましい実施態様において
は、前記バルブ手段が、ヒーターコイルが巻回され、バ
イメタルによって形成された開閉部材と、前記開閉部材
に固定され、前記開口部を開閉可能に構成されたバルブ
部材を備え、前記ヒーターコイルに発電電圧に応じた電
圧が印加され、前記開閉部材を形成するバイメタルが、
前記ヒーターコイルに通電される電流の値が低くなるほ
ど、前記バルブ部材を前記開口部から離間させるように
変形するように構成されている。

【００１９】反応チャンバー内の水素ガスがプロトンと
電子に解離されて、消費されると、反応チャンバー内の
水素ガス圧力が低くなり、発電電力も低下して、水素ガ
スチャンバーから、水素ガスを反応チャンバーに補充す
る必要が生じるが、本発明の別の好ましい実施態様によ
れば、バルブ手段が、ヒーターコイルが巻回され、バイ
メタルによって形成された開閉部材と、開閉部材に固定
され、開口部を開閉可能に構成されたバルブ部材を備
え、ヒーターコイルに発電電圧に応じた電圧が印加さ
れ、開閉部材を形成しているバイメタルが、ヒーターコ
イルに通電される電流の値が低くなるほど、バルブ部材
を開口部から離間させるように変形するから、水素ガス
チャンバーから、水素ガスを反応チャンバーに補充する
必要が生じたときには、自動的に、バルブ手段のバルブ
部材が、開口部を開き、開口部を介して、水素ガスを反
応チャンバー内に補充することができ、したがって、反
応チャンバー内の水素ガス圧力を、一定の圧力範囲内に
保持することができるから、水素電極膜とプロトン導電
体膜の積層体を保護しつつ、電気エネルギー発生効率を
向上させることが可能になる。

【００２０】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記反応チャンバーが、前記反応チャンバー内の気
体を大気中に放出可能なガス放出バルブを備えている。

【００２１】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記水素ガスチャンバーが、水素ガスを前記水素ガ
スチャンバー内に供給可能な逆止バルブを備えている。

【００２２】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、前記ガス放出バルブと前記逆止バルブとが連動して
操作可能に構成されている。

【００２３】本発明のさらに好ましい実施態様によれ
ば、反応チャンバーに水素ガスを供給する際、バルブ手
段によって、開口部を開き、逆止バルブを介して、水素
ガスチャンバー内に、水素ガスを導入することによっ
て、容易に、ガス放出バルブを介して、反応チャンバー
内のエアを大気中に放出し、水素ガスによって、置換す
ることが可能になる。

【００２４】本発明のさらに好ましい実施態様において
は、電気エネルギー発生素子は、さらに、前記プロトン
伝導体膜の前記水素電極膜と反対側に、酸素電極を備え
ている。

【００２５】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に基づいて、本発
明の好ましい実施態様につき、詳細に説明を加える。

【００２６】図１は、本発明の好ましい実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子の略縦断面図である。

【００２７】図１に示されるように、本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、反応チャンバー１と水素
ガスチャンバー２を備え、反応チャンバー１と水素ガス
チャンバー２とを画する壁３には、開口部４が形成され
ている。

【００２８】図１に示されるように、反応チャンバー１
の壁３と対向する壁は、多数の孔５が形成された水素ガ
ス流路形成板６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜
８が積層されて形成された積層体９によって形成されて
いる。

【００２９】図１に示されるように、一端部に、Ｏリン
グ１０が設けられたバルブ１１を有するバルブ部材１２
が、他端部において、水素ガス流路形成板６、水素電極
膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９に取り付けら
れており、さらに、壁３の反応チャンバー１側の表面と
水素ガス流路形成板６の表面との間に、圧縮スプリング
１３が保持されている。水素ガス流路形成板６、水素電
極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９は、圧縮ス
プリング１３によって、図１において、上方に付勢され
ており、その結果、バルブ部材１２のＯリング１０は、
壁３の水素ガスチャンバー２側の表面に向けて、付勢さ
れている。

【００３０】図１に示されるように、反応チャンバー１
には、反応チャンバー１内のエアを放出させるためのエ
ア放出バルブ１５設けられ、他方、水素ガスチャンバー
２には、逆止バルブ１６が設けられ、逆止バルブ１６を
介して、水素ガスボンベ（図示せず）あるいは水素ガス
を吸蔵した水素ガス吸蔵材料（図示せず）を収容する水
素ガス源（図示せず）が接続され、水素ガスチャンバー
２内に、水素ガスを供給することができるように構成さ
れている。ここに、エア放出バルブ１５と逆止バルブ１
６は同期して、開閉されるように構成されている。

【００３１】図示されてはいないが、プロトン導電体膜
８の上側には、酸素電極板が配置されている。

【００３２】以上のように構成された本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、次のようにして、電力を
発生する。

【００３３】まず、逆止バルブ１６とエア放出バルブ１
５とが開かれ、逆止バルブ１６に接続された水素ガスボ
ンベ（図示せず）あるいは水素ガス源（図示せず）か
ら、逆止バルブ１６を介して、水素ガスが水素ガスチャ
ンバー２内に供給されるとともに、エア放出バルブを介
して、反応チャンバー１内のエアが引き抜かれる。

【００３４】その結果、反応チャンバー１内が減圧にな
り、水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およびプロト
ン導電体膜８の積層体９が変形して、圧縮スプリング１
３のスプリング力に抗して、反応チャンバー１内に膨ら
み、水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およびプロト
ン導電体膜８の積層体９に取り付けられたバルブ部材１
２が、図１において、下方に移動し、開口部４を開くた
め、水素ガスチャンバー２に供給された水素ガスが、開
口部４を介して、反応チャンバー１内に流入する。

【００３５】水素ガスが流入すると、反応チャンバー１
内のガス圧力が高くなって、水素ガス流路形成板６、水
素電極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９が変形
前の状態に復帰するため、開口部４は、バルブ１１によ
って閉じられるが、エア放出バルブを介して、反応チャ
ンバー１内のエアがさらに引き抜かれるため、反応チャ
ンバー１内は再び減圧となり、水素ガスチャンバー２か
ら、水素ガスが、開口部４を介して、反応チャンバー１
内に流入する。

【００３６】こうして、水素ガスチャンバー２および反
応チャンバー１内のガスが水素ガスによって、完全に置
換されると、エア放出バルブ１５が閉じられる。

【００３７】反応チャンバー１内の水素ガスは、水素ガ
ス流路形成板６に形成された多数の孔５を介して、水素
電極膜７に供給され、水素電極膜７に含まれた触媒の作
用によって、プロトン（陽子）と電子に解離される。

【００３８】生成された電子は水素電極膜７において、
吸収され、プロトンは、プロトン伝導体膜８を介して、
酸素電極板（図示せず）に運ばれる。

【００３９】水素電極膜７において、吸収された電子
は、負荷を経由して、酸素電極に運ばれ、その一方で、
酸素電極板に供給された酸素は、触媒の作用により、水
素電極膜７から、プロトン伝導体膜８を介して、運ばれ
たプロトンおよび電子と結合して、水を生成する。

【００４０】このようにして、水素電極膜７と酸素電極
板との間に、起電力が生じ、負荷に電流が流れる。

【００４１】反応チャンバー１内の水素ガスが、プロト
ンと電子に解離されるたびに、水素ガスが消費され、発
電が進むにつれて、反応チャンバー１内の水素ガス圧力
が低下するが、圧縮スプリング１３によって、図１にお
いて、上方に付勢されているため、水素ガス流路形成板
６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９
は、ただちには、変形しない。

【００４２】こうして、反応チャンバー１内の水素ガス
圧力が低下し、水素ガス圧力が、圧縮スプリング１３の
スプリング力に抗して、水素ガス流路形成板６、水素電
極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９が変形し得
る所定の圧力にまで低下すると、水素ガス流路形成板
６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９
が、反応チャンバー１内に膨らむように、変形を開始す
る。

【００４３】その結果、水素ガス流路形成板６、水素電
極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９に取り付け
られたバルブ部材１２が、図１において、下方に移動を
開始し、バルブ部材１２のバルブ１１の設けられたＯリ
ング１０が、壁３の水素ガスチャンバー２側の表面から
離間すると、開口部４が開き、逆止バルブ１６を介し
て、水素ガスボンベ（図示せず）あるいは水素ガス源
（図示せず）に接続され、水素ガス圧力が高い値に保持
された水素ガスチャンバー２から、水素ガスが、開口部
４を介して、反応チャンバー１内に流入する。

【００４４】水素ガスが流入した結果、反応チャンバー
１内の水素ガス圧力が上昇し、所定の圧力を越えると、
圧縮スプリング１３のスプリング力によって、水素ガス
流路形成板６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜８
の積層体９が変形前の状態に復帰させられ、バルブ部材
１２のバルブ１１に設けられたＯリング１０が、壁３の
水素ガスチャンバー２側の表面に当接し、開口部４が閉
じられて、自動的に、水素ガスの流入が停止する。

【００４５】その後、反応チャンバー１内の水素ガス
が、プロトンと電子に解離され、水素ガスが消費され
て、反応チャンバー１内の水素ガス圧力が低下し、水素
ガス圧力が、圧縮スプリング１３のスプリング力に抗し
て、水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およびプロト
ン導電体膜８の積層体９が変形し得る所定の圧力にまで
低下すると、水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およ
びプロトン導電体膜８の積層体９が、反応チャンバー１
内に膨らむように、再び、変形を開始し、同様にして、
開口部４が開かれ、自動的に、水素ガスチャンバー２か
ら、水素ガスが、開口部４を介して、反応チャンバー１
内に流入する。

【００４６】本実施態様によれば、発電が進んで、反応
チャンバー１内の水素ガスが、プロトンと電子に解離さ
れ、水素ガスが消費されて、反応チャンバー１内の水素
ガス圧力が低下し、水素ガス圧力が、圧縮スプリング１
３のスプリング力に抗して、水素ガス流路形成板６、水
素電極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体９が変形
し得る所定の圧力にまで低下すると、水素ガス流路形成
板６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜８の積層体
９が、反応チャンバー１内に膨らむように、変形し、そ
の結果、自動的に、バルブ部材１２が開口部４を開き、
水素ガスチャンバー２から、水素ガスが、開口部４を介
して、反応チャンバー１内に流入して、水素ガスが反応
チャンバー１内に補充され、他方、水素ガスが流入し、
水素ガスが反応チャンバー１内に補充された結果、反応
チャンバー１内の水素ガス圧力が上昇し、所定の圧力を
越えると、圧縮スプリング１３のスプリング力によっ
て、水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およびプロト
ン導電体膜８の積層体９が変形前の状態に復帰させら
れ、バルブ部材１２のバルブ１１に設けられたＯリング
１０が、壁３の水素ガスチャンバー２側の表面に当接
し、開口部４が閉じられ、自動的に、水素ガスの流入が
停止されるから、反応チャンバー１内の水素ガス圧力
を、つねに、所定の圧力範囲内に保持することができ、
水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およびプロトン導
電体膜８の積層体９を保護しつつ、電気エネルギー発生
効率を向上させることが可能になる。

【００４７】さらに、本実施態様によれば、圧縮スプリ
ング１３のスプリング力を調整することによって、反応
チャンバー１内の水素ガス圧力を、つねに、所望の圧力
範囲内に制御することができ、電気エネルギー発生効率
を向上させることが可能になる。

【００４８】また、本実施態様によれば、水素ガスは、
閉じられた反応チャンバー１内に保持された状態で、プ
ロトンと電子に解離され、電気エネルギーの生成に使用
されるから、水素ガスを循環再使用するための設備もエ
ネルギーも必要とすることなく、水素ガスが浪費するこ
とを防止して、高い効率で、電気エネルギーを発生させ
ることが可能となる。

【００４９】図２は、本発明の他の好ましい実施態様に
かかる電気エネルギー発生素子の略縦断面図であり、図
３は、本発明の他の好ましい実施態様にかかる電気エネ
ルギー発生素子に用いられているバルブ部材および開口
部近傍の詳細を示す略斜視図である。

【００５０】図２に示されるように、本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、反応チャンバー１と水素
ガスチャンバー２を備え、反応チャンバー１と水素ガス
チャンバー２とを画する壁３には、開口部４が形成さ
れ、壁３の反応チャンバー１側の表面上には、開口部４
を開閉するバルブ手段２０が設けられている。

【００５１】また、前記実施態様と同様に、図２に示さ
れるように、反応チャンバー１の壁３と対向する壁は、
多数の孔５が形成された水素ガス流路形成板６、水素電
極膜７およびプロトン導電体膜８が積層されて形成され
た積層体９によって形成されており、反応チャンバー１
には、反応チャンバー１内に含まれたエアを放出させる
ためのエア放出バルブ１５設けられ、他方、水素ガスチ
ャンバー２には、逆止バルブ１６が設けられ、逆止バル
ブ１６を介して、水素ガスボンベ（図示せず）あるいは
水素ガスを吸蔵した水素ガス吸蔵材料（図示せず）を収
容する水素ガス源（図示せず）が接続され、水素ガスチ
ャンバー２内に、水素ガスを供給することができるよう
に構成されている。

【００５２】図示されてはいないが、プロトン導電体膜
８の上側には、酸素電極板が配置されている。

【００５３】図３に示されるように、バルブ手段２０
は、バイメタルによって形成された開閉部材２１を備
え、開閉部材２１の先端部には、バルブ２２が固定され
ている。

【００５４】図３に示されるように、開閉部材２１に
は、ヒーターコイル２３が巻回されており、図示されて
はいないが、ヒーターコイル２３には、電気エネルギー
発生素子の発電電圧に応じた電圧が印加され、また、制
御用電源（図示せず）から電圧を印加可能に構成されて
いる。

【００５５】図３に示されるように、壁３に形成された
開口部４には、Ｏリング２４が固定されている。

【００５６】開閉部材２１を形成しているバイメタル
は、ヒーターコイル２３に印加される電圧が高いときに
は、バルブ２２が開口部４を閉じ、ヒーターコイル２３
に印加される電圧が所定の電圧にまで低下すると、バル
ブ２２を開口部４から離間させるように、開閉部材２２
を変形可能に、開閉部材２１を形成している。ここに、
反応チャンバー１内の水素ガス圧力が低下すると、電気
エネルギー発生素子の発電電圧も低下するから、反応チ
ャンバー１内の水素ガス圧力が所定の圧力にまで低下
し、電気エネルギー発生素子の発電電圧がヒーターコイ
ル２３に印加される電圧が所定の電圧にまで低下する
と、開閉部材２１を形成しているバイメタルが変形し
て、バルブ２２を開口部４から離間させ、開口部４が開
くように構成されている。

【００５７】以上のように構成された本実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子は、次のようにして、電力を
発生する。

【００５８】まず、逆止バルブ１６とエア放出バルブ１
５とが開かれ、逆止バルブ１６に接続された水素ガスボ
ンベ（図示せず）あるいは水素ガス源（図示せず）か
ら、逆止バルブ１６を介して、水素ガスが水素ガスチャ
ンバー２内に供給されるとともに、エア放出バルブを介
して、反応チャンバー１内のエアが引き抜かれる。

【００５９】この時点では、電気エネルギーは生成され
てはおらず、ヒーターコイル２３には電圧が印加されて
いないから、バルブ２２は開口部４から離間し、開口部
４が開かれており、したがって、水素ガスチャンバー２
に供給された水素ガスが、開口部４を介して、反応チャ
ンバー１内に流入する。

【００６０】こうして、水素ガスチャンバー２および反
応チャンバー１内のガスが水素ガスによって、完全に置
換されると、エア放出バルブ１５が閉じられる。同時
に、制御用電源（図示せず）から、ヒーターコイル２３
に電流が供給され、バルブ２２によって、開口部４が閉
じられる。

【００６１】反応チャンバー１内の水素ガスは、水素ガ
ス流路形成板６に形成された多数の孔５を介して、水素
電極膜７に供給され、水素電極膜７に含まれた触媒の作
用によって、プロトン（陽子）と電子に解離される。

【００６２】生成された電子は水素電極膜７において、
吸収され、プロトンは、プロトン伝導体膜８を介して、
酸素電極板（図示せず）に運ばれる。

【００６３】水素電極膜７において、吸収された電子
は、負荷を経由して、酸素電極に運ばれ、その一方で、
酸素電極板に供給された酸素は、触媒の作用により、水
素電極膜７から、プロトン伝導体膜８を介して、運ばれ
たプロトンおよび電子と結合して、水を生成する。

【００６４】このようにして、水素電極膜７と酸素電極
板との間に、起電力が生じ、負荷に電流が流れる。

【００６５】電気エネルギー発生素子によって、電気エ
ネルギーが生成され、発電電圧が所定の電圧を越える
と、ヒーターコイル２３に電流を供給する電源が、制御
用電源から切り換えられる。

【００６６】反応チャンバー１内の水素ガスが、プロト
ンと電子に解離されるたびに、水素ガスが消費され、発
電が進むにつれて、反応チャンバー１内の水素ガス圧力
が低下し、発電電圧も低下する。

【００６７】こうして、反応チャンバー１内の水素ガス
が消費されて、水素ガス圧力が低下し、発電電圧も低下
して、ヒーターコイル２３に印加される電圧が所定の電
圧にまで低下すると、開閉部材２１を形成しているバイ
メタルが変形して、バルブ２２を開口部４から離間さ
れ、開口部４が開かれる。

【００６８】その結果、逆止バルブ１６を介して、水素
ガスボンベ（図示せず）あるいは水素ガス源（図示せ
ず）に接続され、水素ガス圧力が高い値に保持された水
素ガスチャンバー２から、水素ガスが、開口部４を介し
て、反応チャンバー１内に流入する。

【００６９】水素ガスが流入した結果、反応チャンバー
１内の水素ガス圧力が上昇し、発電電圧が上昇して、ヒ
ーターコイル２３に印加される電圧が所定の電圧を越え
ると、開閉部材２１を形成しているバイメタルが変形前
の状態に復帰して、バルブ２２が開口部４を閉じ、水素
ガスチャンバー２からの水素の供給が停止される。

【００７０】その後、反応チャンバー１内の水素ガス
が、プロトンと電子に解離され、水素ガスが消費され
て、反応チャンバー１内の水素ガス圧力が低下し、発電
電圧も低下して、ヒーターコイル２３に印加される電圧
が、再び、所定の電圧にまで低下すると、同様にして、
開閉部材２１を形成しているバイメタルが変形して、バ
ルブ２２が開口部４から離間させられて、開口部４が開
かれ、自動的に、水素ガスチャンバー２から、水素ガス
が、開口部４を介して、反応チャンバー１内に流入す
る。

【００７１】本実施態様によれば、反応チャンバー１内
の水素ガスが、プロトンと電子に解離され、水素ガスが
消費されて、反応チャンバー１内の水素ガス圧力が所定
の圧力にまで低下し、電気エネルギー発生素子の発電電
圧も所定の電圧に低下し、その結果、ヒーターコイル２
３に印加されている電圧が所定の電圧にまで低下する
と、開閉部材２１を形成しているバイメタルが変形し
て、バルブ２２を開口部４から離間させ、開口部４を開
くから、自動的に、水素ガスチャンバー２から、水素ガ
スが、開口部４を介して、反応チャンバー１内に流入し
て、反応チャンバー１内に、水素ガスが補充され、その
結果、反応チャンバー１内に水素ガスが流入して、補充
され、水素ガス圧力が所定の圧力を越えると、電気エネ
ルギー発生素子の発電電圧も所定電圧を越え、電気エネ
ルギー発生素子の発電電圧も所定の電圧を越えるため、
開閉部材２１を形成しているバイメタルが変形前の状態
に復帰して、水素ガチャンバー２からの水素ガスの流入
が、自動的に停止されるから、反応チャンバー１内の水
素ガス圧力を、つねに、所定の圧力範囲内に保持するこ
とができ、水素ガス流路形成板６、水素電極膜７および
プロトン導電体膜８の積層体９を保護しつつ、電気エネ
ルギー発生効率を向上させることが可能になる。

【００７２】さらに、本実施態様によれば、開閉部材２
１を形成しているバイメタルが変形を開始する電圧を調
整することによって、反応チャンバー１内の水素ガス圧
力を、つねに、所望の圧力範囲内に制御することがで
き、電気エネルギー発生効率を向上させることが可能に
なる。

【００７３】また、本実施態様によれば、水素ガスは、
閉じられた反応チャンバー１内に保持された状態で、プ
ロトンと電子に解離され、電気エネルギーの生成に使用
されるから、水素ガスを循環再使用するための設備もエ
ネルギーも必要とすることなく、水素ガスが浪費するこ
とを防止して、高い効率で、電気エネルギーを発生させ
ることが可能となる。

【００７４】本発明は、以上の実施態様に限定されるこ
となく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種
々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含
されるものであることはいうまでもない。

【００７５】たとえば、前記実施態様においては、反応
チャンバー１の壁３と対向する壁が、多数の孔５が形成
された水素ガス流路形成板６、水素電極膜７およびプロ
トン導電体膜８が積層されて形成された積層体９によっ
て形成されているが、反応チャンバー１内に、水素ガス
流路形成板６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜８
が積層されて形成された積層体９が設けられ、水素ガス
が水素電極膜７と接触して、水素がプロトンと電子に解
離されるように構成されていれば足り、水素ガス流路形
成板６、水素電極膜７およびプロトン導電体膜８が積層
されて形成された積層体９によって、反応チャンバー１
の壁３と対向する壁が形成されていることは必ずしも必
要ではない。

【００７６】

【発明の効果】本発明によれば、水素ガスが浪費される
ことを防止するとともに、コストアップを招くことな
く、電気エネルギー発生効率を向上させることができる
電気エネルギー発生素子を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明の好ましい実施態様にかかる電
気エネルギー発生素子の略縦断面図である。

【図２】図２は、本発明の他の好ましい実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子の略縦断面図である。

【図３】図３は、本発明の他の好ましい実施態様にかか
る電気エネルギー発生素子に用いられているバルブ部材
および開口部近傍の詳細を示す略斜視図である。

【符号の説明】

１反応チャンバー２水素ガスチャンバー３壁４開口部５孔６水素ガス流路形成板７水素電極膜８プロトン導電体膜９積層体１０Ｏリング１１バルブ１２バルブ部材１３圧縮スプリング１５エア放出バルブ１６逆止バルブ２０バルブ手段２１開閉部材２２バルブ２３ヒーターコイル２４Ｏリング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体
を備えた反応チャンバーと、水素ガス源に接続された水
素チャンバーと、発電電圧が所定の範囲に制御されるよ
うに、前記水素チャンバーから、前記反応チャンバー
に、水素ガスを供給するレギュレータを備えたことを特
徴とする電気エネルギー発生素子。
【請求項２】前記レギュレータが、前記反応チャンバ
ーと前記水素チャンバーとを接続する開口部と、前記開
口部を開閉するバルブ手段を備え、前記バルブ手段が、
発電電圧にしたがって、前記開口部を開閉制御するよう
に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の電気エ
ネルギー発生素子。
【請求項３】前記水素電極膜と前記プロトン導電体膜
の積層体が、前記反応チャンバーの壁の一部を形成して
いることを特徴とする請求項１または２に記載の電気エ
ネルギー発生素子。
【請求項４】前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積
層体が、前記開口部に対向する前記反応チャンバーの壁
を構成し、前記バルブ手段が、前記水素電極膜とプロト
ン導電体膜の積層体と連動して、移動が可能なように、
前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層体に取り付け
られ、さらに、前記バルブ手段が前記開口部を閉じるよ
うに、前記バルブ手段を付勢するばね部材を備えたこと
を特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の
電気エネルギー発生素子。
【請求項５】前記ばね部材が、圧縮スプリングによっ
て構成され、前記水素電極膜とプロトン導電体膜の積層
体を押圧して、前記バルブを、前記開口部を閉じる向き
に付勢するように構成されたことを特徴とする請求項４
に記載の電気エネルギー発生素子。
【請求項６】前記バルブ手段が、ヒーターコイルが巻
回され、バイメタルによって形成された開閉部材と、前
記開閉部材に固定され、前記開口部を開閉可能に構成さ
れたバルブ部材を備え、前記ヒーターコイルに発電電圧
に応じた電圧が印加され、前記開閉部材を形成するバイ
メタルが、前記ヒーターコイルに通電される電流の値が
低くなるほど、前記バルブ部材を前記開口部から離間さ
せるように変形するように構成されたことを特徴とする
請求項２または３に記載の電気エネルギー発生素子。
【請求項７】前記反応チャンバーが、前記反応チャン
バー内の気体を大気中に放出可能なガス放出バルブを備
えたことを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項
に記載の電気エネルギー発生素子。
【請求項８】前記水素ガスチャンバーが、水素ガスを
前記水素ガスチャンバー内に供給可能な逆止バルブを備
えたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれか１項
に記載の電気エネルギー発生素子。
【請求項９】前記ガス放出バルブと前記逆止バルブと
が連動して操作可能に構成されたことを特徴とする請求
項８に記載の電気エネルギー発生素子。
【請求項１０】さらに、前記プロトン伝導体膜の前記
水素電極膜と反対側に、酸素電極を備えたことを特徴と
する請求項１ないし７のいずれか１項に記載の電気エネ
ルギー発生素子。