JP2007005275A

JP2007005275A - Hydrogen generation apparatus and fuel cell system

Info

Publication number: JP2007005275A
Application number: JP2005268466A
Authority: JP
Inventors: Taiichi Sugita; 泰一杉田; Masakazu Sugimoto; 正和杉本; Masaya Yano; 雅也矢野
Original assignee: Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Denko Corp
Priority date: 2005-05-25
Filing date: 2005-09-15
Publication date: 2007-01-11

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generation apparatus which restricts the amount of supplied water when water is supplied from a water accommodation unit to a metal accommodation unit. <P>SOLUTION: The hydrogen generation apparatus is to generate hydrogen gas to be supplied to a fuel cell. The apparatus is equipped with: a metal accommodation unit 12 to accommodate aluminum; a water accommodation unit 13 to accommodate water to react with aluminum in the metal accommodation unit 12; a water supply paper 14 to supply water in the water accommodation unit 13 to the metal accommodation unit 12 utilizing capillary phenomenon; and a gas outlet port 17a to guide hydrogen generated by the reaction of the metal with water outside the metal accommodation unit 12. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、燃料電池に供給する水素ガスを発生させるための水素発生装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator for generating hydrogen gas to be supplied to a fuel cell.

燃料電池は、他の発電システムに比べると発電効率が高く、大気を汚染する物質を生成しないという点で注目されているエネルギー源である。燃料電池で発電を行わせるために、カソードへ空気（酸素）を供給し、アノードへ水素を供給する。水素はアノードでの触媒反応によって水素イオン及び電子となり、水素イオンは電解質内を移動し、カソードの触媒反応により酸素と反応して水となる。一方、電子は外部回路を伝わってカソードに移動する。この電子の移動により電気エネルギーが発生することになる。 A fuel cell is an energy source that is attracting attention because it has higher power generation efficiency than other power generation systems and does not generate substances that pollute the atmosphere. In order to generate power in the fuel cell, air (oxygen) is supplied to the cathode and hydrogen is supplied to the anode. Hydrogen becomes hydrogen ions and electrons by the catalytic reaction at the anode, and the hydrogen ions move through the electrolyte and react with oxygen by the catalytic reaction at the cathode to become water. On the other hand, the electrons travel through the external circuit and move to the cathode. Electric energy is generated by the movement of the electrons.

以上のように、燃料電池には燃料としての水素を供給する必要がある。そこで水素を発生するための装置が種々知られており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。これらはいずれも炭化水素を分解することで水素を発生させるものである。特許文献１，２における水素発生装置は、円筒形の熱供給器と同じく円筒形の反応器により構成されている。 As described above, it is necessary to supply hydrogen as a fuel to the fuel cell. Accordingly, various apparatuses for generating hydrogen are known and disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2 below. These all generate hydrogen by decomposing hydrocarbons. The hydrogen generators in Patent Documents 1 and 2 are constituted by a cylindrical reactor as well as a cylindrical heat supply device.

また、下記特許文献３に開示されている水素ガス発生ユニットは、水を収容するためのタンクと、水との化学反応により水素を生成する金属を収容する反応容器と、この反応容器に近接配置される加熱手段と、タンクに収容された水を反応容器に導入するための導入管と、反応容器で生成した水素及び未反応の水をタンク内に導入する戻り管と、タンク内の水素及び水を排出する排出管とを備えている。そしてタンクの水を反応容器に導入するためにポンプを使用しており、これにより、水を反応容器に供給する量を制御している。反応容器は、装置本体内に収容され、加熱手段により密着保持される。これにより、反応容器内に導入された水が加熱されて水蒸気になるとともに、反応容器内の水素ガスを発生させるための反応を促進させることができる。 In addition, a hydrogen gas generation unit disclosed in Patent Document 3 below includes a tank for containing water, a reaction vessel containing a metal that generates hydrogen by a chemical reaction with water, and a proximity to the reaction vessel. Heating means, an introduction pipe for introducing water contained in the tank into the reaction container, a return pipe for introducing hydrogen generated in the reaction container and unreacted water into the tank, hydrogen in the tank and And a discharge pipe for discharging water. A pump is used to introduce the tank water into the reaction vessel, thereby controlling the amount of water supplied to the reaction vessel. The reaction container is accommodated in the apparatus main body, and is closely held by the heating means. Thereby, the water introduced into the reaction vessel is heated to become water vapor, and the reaction for generating hydrogen gas in the reaction vessel can be promoted.

特開２００４−６３１２７号公報JP 2004-63127 A 特開２００４−５９３４０号公報JP 2004-59340 A 特開２００４−１４９３９４号公報JP 2004-149394 A

かかる水素発生装置において、水を反応容器内に送り込む量を制御あるいは制限する必要がある。あまり、多量の水を送り込むと必要以上の水素ガスが発生してしまうという問題がある。水の送り量を制御（制限）するには、ポンプを用いることが好ましいが、ポンプを収容するスペースや駆動する機構が必要となり、コストアップや装置の大型化の原因となる。特に、水素発生セルをノートパソコンやＰＤＡなどの携帯機器に組み込む場合等は、できるだけ小型化を実現できる構成が要求される。すなわち、ポンプを用いなくても水を供給できるような水素発生セルが望まれている。 In such a hydrogen generator, it is necessary to control or limit the amount of water fed into the reaction vessel. There is a problem that excessive hydrogen gas is generated when a large amount of water is fed. In order to control (limit) the feed amount of water, it is preferable to use a pump. However, a space for housing the pump and a mechanism for driving the pump are required, which increases costs and enlarges the apparatus. In particular, when a hydrogen generating cell is incorporated in a portable device such as a notebook personal computer or a PDA, a configuration capable of realizing as small a size as possible is required. That is, a hydrogen generation cell that can supply water without using a pump is desired.

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、水収容部から金属収容部へ水を供給する場合に供給量を制限することができる水素発生装置及びこの水素発生装置を備えた燃料電池システムを提供することである。 This invention is made | formed in view of the said situation, The subject is equipped with the hydrogen generator which can restrict | limit supply amount when supplying water from a water accommodating part to a metal accommodating part, and this hydrogen generating apparatus. A fuel cell system is provided.

上記課題を解決するため本発明に係る水素発生装置は、
燃料電池に供給する水素ガスを発生させるための水素発生装置であって、
金属を収容するための金属収容部と、
金属収容部内の金属と反応すべき水が収容される水収容部と、
水収容部内の水を毛細管現象を利用して金属収容部内へ供給するための給水手段と、
金属と水が反応することで発生した水素ガスを金属収容部外へ導くためのガス導出部とを備えたことを特徴とするものである。 In order to solve the above problems, a hydrogen generator according to the present invention provides:
A hydrogen generator for generating hydrogen gas to be supplied to a fuel cell,
A metal housing for housing the metal,
A water storage section for storing water to be reacted with the metal in the metal storage section;
Water supply means for supplying water in the water storage portion into the metal storage portion using capillary action;
It is characterized by comprising a gas outlet for guiding hydrogen gas generated by the reaction of metal and water out of the metal housing.

かかる構成を有する水素発生セルの作用・効果を説明する。この水素発生装置は、金属収容部と水収容部とを備えている。金属収容部には、水収容部内の水と反応して水素ガスを発生する金属が収容されている。金属としては、鉄やアルミニウムなどが例としてあげられる。水収容部内の水は、毛細管現象を利用して給水部材により吸い取られる形で水収容部から金属収容部へ導かれる。金属収容部に供給された水は、金属収容部内の金属と化学反応を起こす。これにより、水素ガスが発生し、この水素ガスは、ガス導出部により燃料電池へと供給されることになる。 The operation and effect of the hydrogen generation cell having such a configuration will be described. This hydrogen generator includes a metal storage part and a water storage part. A metal that reacts with water in the water storage portion to generate hydrogen gas is stored in the metal storage portion. Examples of the metal include iron and aluminum. Water in the water storage part is guided from the water storage part to the metal storage part in a form that is sucked by the water supply member using a capillary phenomenon. The water supplied to the metal container causes a chemical reaction with the metal in the metal container. Thereby, hydrogen gas is generated, and this hydrogen gas is supplied to the fuel cell by the gas outlet.

従って、水収容部から供給される水の量は、毛細管現象を利用した給水手段により制限されることになり、過剰に水が供給されることを防止することができる。給水手段による水の制限量は、給水手段の材質や給水手段の大きさ等に基づいて、設定することができる。その結果、水収容部から金属収容部へ水を供給する場合に供給量を制限する水素発生装置を提供することができる。 Therefore, the amount of water supplied from the water storage unit is limited by the water supply means using the capillary phenomenon, and it is possible to prevent excessive water supply. The limit amount of water by the water supply means can be set based on the material of the water supply means, the size of the water supply means, and the like. As a result, it is possible to provide a hydrogen generator that limits the supply amount when water is supplied from the water storage unit to the metal storage unit.

本発明に係る前記給水手段は、給水紙であることが好ましい。給水紙であれば、容易に入手することができ、コストも低く抑えることができる。また、水収容部への組み込みも容易に行うことができる。 The water supply means according to the present invention is preferably water supply paper. If it is water supply paper, it can obtain easily and can also hold down cost low. Further, it can be easily incorporated into the water storage section.

本発明に係る前記給水手段は、多孔性を有する材質により形成されることが好ましい。係る材質を使用することで、適切な量の水を金属収容部へ供給することができる。 The water supply means according to the present invention is preferably formed of a porous material. By using such a material, an appropriate amount of water can be supplied to the metal accommodating portion.

本発明において、金属収容部を構成する金属収容容器と、
この金属収容容器を取り囲むように配置され、前記水収容部を構成する水収容容器とを備え、
前記給水手段は、金属収容容器と水収容容器の両方にまたがるように配置されることが好ましい。 In the present invention, a metal container constituting the metal container,
It is arranged so as to surround this metal container, and comprises a water container that constitutes the water container,
The water supply means is preferably arranged so as to straddle both the metal container and the water container.

金属収容部と水収容部とは、夫々収容容器の形で構成することができ、これにより、組立性に優れた構造とすることができる。また、給水手段は、金属収容部と水収容部の両方にまたがるように配置することで、水収容部の水を金属収容部内にスムーズに供給することができる。 The metal storage portion and the water storage portion can each be configured in the form of a storage container, and thus a structure with excellent assemblability can be obtained. In addition, the water supply means can be smoothly supplied to the metal storage portion by arranging the water supply means so as to straddle both the metal storage portion and the water storage portion.

本発明において、金属収容部と水収容部の境界部に配置され、開閉制御されるシャッターを備え、
前記給水手段は、金属収容部側の前記シャッターの近傍に配置されることが好ましい。 In the present invention, the shutter is disposed at the boundary between the metal storage portion and the water storage portion and is controlled to be opened and closed.
It is preferable that the water supply means is disposed in the vicinity of the shutter on the metal housing portion side.

係るシャッターを配置することで、水の供給量を更に精度よく制御することができる。また、金属収容部内のシャッターの近傍に給水手段を配置することで、シャッターの開口部から進入した水は、いったん給水手段により吸い取られることになる。これにより、シャッターから入ってきた水の供給量を制限することができる。 By disposing such a shutter, the amount of water supply can be controlled more accurately. In addition, by arranging the water supply means in the vicinity of the shutter in the metal accommodating portion, the water that has entered from the opening of the shutter is once sucked by the water supply means. Thereby, the amount of water supplied from the shutter can be limited.

本発明において、給水手段に隣接して水を保持する水保持体を備えていることが好ましい。水保持体としては、例えば、脱脂綿を用いることができ、供給された水を脱脂綿に染み込ませた形で保持することができる。かかる水保持体により、直ちに金属に対して水を供給するのではなく、水保持体にバッファ的な機能を持たせることができる。 In this invention, it is preferable to provide the water holding body which hold | maintains water adjacent to a water supply means. As the water holder, for example, absorbent cotton can be used, and the supplied water can be held in a form soaked in absorbent cotton. With such a water holder, water is not immediately supplied to the metal, but the water holder can have a buffer function.

本発明において、金属収容部で発生した水素ガスの量もしくは圧力を検出するガス検出手段と、
このガス検出手段による検出結果に基づいて、シャッターの開閉を制御するシャッター制御部とを備えたことが好ましい。 In the present invention, a gas detection means for detecting the amount or pressure of hydrogen gas generated in the metal accommodating portion,
It is preferable to include a shutter control unit that controls opening and closing of the shutter based on the detection result by the gas detection means.

シャッターの開閉制御を行うのは、適量の水が金属収容部へ供給されるようにすることである。水素ガスの発生量が多すぎる場合は、水の供給量を抑制する必要があり、逆に少なすぎる場合は、水の供給量を増やす必要がある。そこで、発生した水素ガスの量や圧力を検出することで、シャッターの開閉を制御することで、適量の水が供給されるように制御することができる。 The shutter opening / closing control is performed so that an appropriate amount of water is supplied to the metal accommodating portion. When the amount of hydrogen gas generated is too large, it is necessary to suppress the amount of water supplied. Conversely, when the amount of hydrogen gas is too small, it is necessary to increase the amount of water supplied. Therefore, by detecting the amount and pressure of the generated hydrogen gas and controlling the opening and closing of the shutter, it is possible to control to supply an appropriate amount of water.

本発明において、水収容部内の水に圧力を作用させる加圧手段を備えていることが好ましい。 In this invention, it is preferable to provide the pressurization means which makes a pressure act on the water in a water accommodating part.

水に圧力を作用させることで、水が確実に金属収容部内の方向に向かうように作用させることができる。例えば、先ほどのシャッターを設ける構成の場合、シャッターの開口部を介して確実に水が供給されるように作用させることができる。 By applying pressure to the water, it is possible to cause the water to surely move in the direction inside the metal housing portion. For example, in the case of the configuration in which the shutter is provided as described above, water can be reliably supplied through the opening of the shutter.

本発明において、金属収容部と水収容部を仕切る隔壁部に収容部同士を連通させる連通部を設け、この連通部内に前記給水手段を配置することが好ましい。 In this invention, it is preferable to provide the communication part which connects accommodating parts in the partition part which partitions off a metal accommodating part and a water accommodating part, and arrange | positions the said water supply means in this communicating part.

かかる構成によれば、隔壁部に形成された連通部内に給水手段が配置されるため、金属収容部内への水の供給を安定して行なうことができる。また、連通部の大きさを適切にすることで、より安定した水の供給が可能になる。 According to such a configuration, the water supply means is disposed in the communication portion formed in the partition wall portion, so that water can be stably supplied into the metal housing portion. Further, by making the size of the communication part appropriate, it becomes possible to supply water more stably.

本発明において、金属収容部を構成する内壁面に第２給水手段を設け、前記給水手段により供給される水を更に第２給水手段を介して金属へ供給可能に構成したことが好ましい。 In the present invention, it is preferable that second water supply means is provided on the inner wall surface constituting the metal accommodating portion, and that water supplied by the water supply means can be further supplied to the metal via the second water supply means.

金属収容部内の金属に水を供給する場合、収容部内の場所に関係なく満遍なく水を供給できることが好ましい。そこで、内壁面に第２給水手段を設けることで、連通部を介して供給される水を受け取ると共に、収容されている金属の全体に対して満遍なく水を供給することができる。 When water is supplied to the metal in the metal accommodating part, it is preferable that water can be supplied evenly regardless of the location in the accommodating part. Then, by providing the 2nd water supply means in an inner wall surface, while receiving the water supplied via a communicating part, it can supply water uniformly with respect to the whole metal accommodated.

上記課題を解決するため本発明に係る燃料電池システムは、本発明に係る水素発生装置と、この水素発生装置から水素ガスが供給されて発電を行う発電セルとから構成されるものである。発電セルについては、特定の構造に限定されるものではなく、任意の構造の発電セルと、本発明に係る水素発生装置とを組み合わせることができる。 In order to solve the above problems, a fuel cell system according to the present invention includes a hydrogen generator according to the present invention and a power generation cell that generates power by supplying hydrogen gas from the hydrogen generator. About a power generation cell, it is not limited to a specific structure, The power generation cell of arbitrary structures and the hydrogen generator which concerns on this invention can be combined.

本発明に係る水素発生装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は水素発生装置を備えた燃料電池システムの構成を示す模式図である。 A preferred embodiment of a hydrogen generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a schematic diagram showing the configuration of a fuel cell system equipped with a hydrogen generator.

この燃料電池システムは、水素発生装置１０と燃料電池２０とを備え、水素発生装置１０により発生した水素ガスは、ガス供給パイプ１１により燃料電池２０に供給される。水素発生装置１０は、金属と水とを反応させて水素ガス（燃料ガス）を発生する機能を有し、発生した水素ガスは、ガス供給パイプ１１により燃料電池２０へと供給される。燃料電池２０は、多数の単位セルＳが回路基板２１に搭載されている。本発明としては、水素ガスが供給される燃料電池２０の構造は、特定の構造に限定されるものではない。 The fuel cell system includes a hydrogen generator 10 and a fuel cell 20, and hydrogen gas generated by the hydrogen generator 10 is supplied to the fuel cell 20 through a gas supply pipe 11. The hydrogen generator 10 has a function of reacting metal and water to generate hydrogen gas (fuel gas), and the generated hydrogen gas is supplied to the fuel cell 20 through the gas supply pipe 11. In the fuel cell 20, a large number of unit cells S are mounted on a circuit board 21. In the present invention, the structure of the fuel cell 20 to which hydrogen gas is supplied is not limited to a specific structure.

水素発生装置２０は、円筒形の外観形状を有しているが、直方体等の他の外観形状を有していてもよい。水素発生装置２０は、水供給パイプ１１と切り離すことができる。水素発生装置２０内の金属や水を消耗した場合は、新たに補充したり、交換したりする。 The hydrogen generator 20 has a cylindrical external shape, but may have another external shape such as a rectangular parallelepiped. The hydrogen generator 20 can be separated from the water supply pipe 11. When the metal or water in the hydrogen generator 20 is exhausted, it is replenished or replaced.

＜水素発生装置の内部構成＞
次に水素発生装置１０の内部構成を図２の概念図により説明する。図２（ａ）に示すように、アルミニウムの粉末が収容される金属収容部１２と、このアルミニウムと反応すべき水が収容される水収容部１３と、金属収容部１２と水収容部１３とにまたがって配置される給水紙１４（給水手段に相当）とを備えている。図２（ｂ）は、給水紙１４の形状を斜視図として示している。 <Internal configuration of hydrogen generator>
Next, the internal configuration of the hydrogen generator 10 will be described with reference to the conceptual diagram of FIG. As shown in FIG. 2 (a), a metal storage part 12 in which aluminum powder is stored, a water storage part 13 in which water to be reacted with the aluminum is stored, a metal storage part 12 and a water storage part 13 The water supply paper 14 (corresponding to the water supply means) is provided so as to straddle. FIG. 2B shows the shape of the water supply paper 14 as a perspective view.

金属収容部１２は、円筒形の金属収容容器１５により構成され、水収容部１３は、金属収容容器１５を取り囲むように配置される円筒形の水収容容器１６により構成される。水収容容器１６の開口部は、蓋部材１７により閉鎖されており、この蓋部材１７に設けられたガス導出部１７ａに、ガス供給パイプ１１が接続される。水収容容器１６は、金属収容容器１５よりも大径であり、両者は同心状に配置され、両者の間に形成される空間が水収容部１３となる。金属収容容器１５は、適宜の方法により水収容容器１６に対して固定することができる。 The metal container 12 is configured by a cylindrical metal container 15, and the water container 13 is configured by a cylindrical water container 16 disposed so as to surround the metal container 15. The opening of the water container 16 is closed by a lid member 17, and the gas supply pipe 11 is connected to a gas lead-out portion 17 a provided in the lid member 17. The water storage container 16 has a larger diameter than the metal storage container 15, both are disposed concentrically, and the space formed between the two is the water storage portion 13. The metal container 15 can be fixed to the water container 16 by an appropriate method.

給水紙１４は、毛細管現象を利用して、水収容部１３内の水を吸い上げて、金属収容部１２内に供給する。給水紙１４は、金属収容部１２内に挿入される基部１４ｂと、基部１４ｂから枝分かれした複数の分岐部１４ａとが一体に形成されている。基部１４ｂは、金属収容容器１５の底部まで挿入され、分岐部１４ａの末端も水収容容器１６の底部まで挿入される。金属収容容器１５の開口の縁部で分岐部１４ａの根元部分が折れ曲がり、金属収容容器１５内の基部１４ｂと繋がる。 The water supply paper 14 sucks up the water in the water storage unit 13 using the capillary phenomenon and supplies it to the metal storage unit 12. The water supply paper 14 is integrally formed with a base portion 14b inserted into the metal housing portion 12 and a plurality of branch portions 14a branched from the base portion 14b. The base 14 b is inserted to the bottom of the metal container 15, and the end of the branch part 14 a is also inserted to the bottom of the water container 16. At the edge of the opening of the metal container 15, the root portion of the branch part 14 a is bent and connected to the base part 14 b in the metal container 15.

給水紙１４として、好適には濾紙を使用することができ、例えば、東洋濾紙株式会社製の標準用濾紙Ｎｏ．２を使用することができるが、これに限定されるものではなく、他の材質のものを用いてもよい。 As the water supply paper 14, a filter paper can be preferably used. For example, standard filter paper No. 1 manufactured by Toyo Filter Paper Co., Ltd. can be used. 2 can be used, but is not limited to this, and other materials may be used.

金属収容部１２に収容されるアルミニウム粉末としては、例えば、平均粒子径が１〜２００μｍのものを使用することができる。アルミニウム粉末としては、アトマイズ法で製造したものが好ましい。また、表面の酸化被膜を除去処理したものが好ましい。 As an aluminum powder accommodated in the metal accommodating part 12, a thing with an average particle diameter of 1-200 micrometers can be used, for example. As an aluminum powder, what was manufactured by the atomizing method is preferable. Moreover, what removed the oxide film on the surface is preferable.

アルミニウム粉末と水を反応させると、次のような反応が生じて水素ガスが発生するものと推測される。 When aluminum powder and water are reacted, it is presumed that the following reaction occurs and hydrogen gas is generated.

２Ａｌ＋３Ｈ₂Ｏ→Ａｌ₂Ｏ₃＋３Ｈ₂ または
Ａｌ＋３Ｈ₂Ｏ→Ａｌ（ＯＨ）₃＋３／２Ｈ₂
なお、反応を促進するための加熱手段を適宜設けてもよい。 2Al + 3H ₂ O → Al ₂ O ₃ + 3H ₂ or
Al + 3H ₂ O → Al (OH) ₃ + 3 / 2H ₂
In addition, you may provide the heating means for accelerating | stimulating reaction suitably.

＜第２実施形態の水素発生装置＞
次に、第２実施形態に係る水素発生装置の構成の概念図を図３により説明する。図２と同じ機能をする部分については、同じ図番を付与している。金属収容容器１５の底部には、水を取り入れるための開口孔１５ａが形成されており、この開口孔１５ａの開閉を制御するために開口孔１５ａのすぐ下部にシャッター３０が設けられている。このシャッター３０を駆動することで、開口孔１５ａを開閉することができる。シャッター３０の具体的な構造については、特に限定されるものではなく、例えば、金属収容容器１５ａの底部をプレートがスライドすることで、開口孔１５ａの開閉を行うことができる。 <Hydrogen Generator of Second Embodiment>
Next, a conceptual diagram of the configuration of the hydrogen generator according to the second embodiment will be described with reference to FIG. Parts having the same functions as those in FIG. 2 are given the same figure numbers. An opening hole 15a for taking in water is formed at the bottom of the metal container 15, and a shutter 30 is provided immediately below the opening hole 15a in order to control opening and closing of the opening hole 15a. By driving the shutter 30, the opening hole 15a can be opened and closed. The specific structure of the shutter 30 is not particularly limited, and for example, the opening hole 15a can be opened and closed by sliding the plate on the bottom of the metal container 15a.

金属収容容器１５ａの底部には、給水紙１４が載置されており、更にその上に水保持体として機能する脱脂綿３１が配置される。アルミニウム１２の粉末は、その脱脂綿３１の上部に収容されることになる。 A water supply paper 14 is placed on the bottom of the metal container 15a, and an absorbent cotton 31 that functions as a water holding body is further disposed thereon. The powder of aluminum 12 is accommodated in the upper part of the absorbent cotton 31.

水収容部１３に収容される水の水面には、水面押圧プレート３２が設けられ、バネ３３により、水面を常時下方向に押圧するようにしている。すなわち、これら水面押圧プレート３２とバネ３３は、水に圧力を作用させる加圧手段として機能する。かかる加圧手段を設けることで、水は開口孔１５ａを通じて金属収容部１２内に入る方向に付勢されることになる。 A water surface pressing plate 32 is provided on the surface of the water stored in the water storage unit 13, and the water surface is always pressed downward by a spring 33. That is, the water surface pressing plate 32 and the spring 33 function as a pressurizing unit that applies pressure to water. By providing such pressurizing means, water is urged in the direction of entering the metal accommodating portion 12 through the opening hole 15a.

金属収容部１２内には、圧力センサー３４（ガス検出手段に相当）が設けられており、金属収容部１２で発生した水素ガスの量をモニターする。圧力検出部３５は、圧力センサー３４からの信号に基づいて、水素ガスの圧力値を検出する。シャッター制御部３６は、検出された圧力値に基づいて、シャッター駆動部３７に指令を与え、シャッター３０の開閉制御を行う。すなわち、圧力が大きすぎる場合は、シャッター３０を閉じた状態とし、水を金属収容部１２内に供給しないようにして、水素ガスの発生を抑制するようにする。また、圧力が小さすぎる場合は、シャッター３０を開いて水を供給できるようにし、水素ガスの発生を増大させるようにする。 A pressure sensor 34 (corresponding to a gas detection means) is provided in the metal storage unit 12 to monitor the amount of hydrogen gas generated in the metal storage unit 12. The pressure detector 35 detects the pressure value of the hydrogen gas based on the signal from the pressure sensor 34. The shutter control unit 36 gives a command to the shutter drive unit 37 based on the detected pressure value, and performs opening / closing control of the shutter 30. That is, when the pressure is too high, the shutter 30 is closed, and water is not supplied into the metal container 12 to suppress the generation of hydrogen gas. If the pressure is too low, the shutter 30 is opened so that water can be supplied, and the generation of hydrogen gas is increased.

前述した水面押圧プレート３２を設けているので、シャッター３０を開いた場合、その圧力で水を金属収容部１２内に確実に供給することができるが、大量の水がいきなり供給されることがないように、シャッター３０の近傍に給水紙１４を配置すると共に、脱脂綿３１を配置する。給水紙１４を設けることで、水の供給量を抑制することができる。給水紙１４の材質や大きさなどを変えることで、水の供給量を所定の範囲となるように制限することができる。また、脱脂綿３１を設けることで、適量の水を保持した状態とすることができ、適切な量の水素ガスが発生するようにすることができる。 Since the water surface pressing plate 32 described above is provided, when the shutter 30 is opened, water can be reliably supplied into the metal accommodating portion 12 with the pressure, but a large amount of water is not suddenly supplied. As described above, the water supply paper 14 is disposed in the vicinity of the shutter 30 and the absorbent cotton 31 is disposed. By providing the water supply paper 14, the amount of water supply can be suppressed. By changing the material and size of the water supply paper 14, the amount of water supply can be limited to a predetermined range. In addition, by providing the absorbent cotton 31, it is possible to maintain an appropriate amount of water and to generate an appropriate amount of hydrogen gas.

＜第３実施形態の水素発生装置＞
次に、第３実施形態に係る水素発生装置１０を図４の概念図により説明する。図３と異なる点を中心に説明し、同じ機能をする部分については同じ図番を付与している。 <Hydrogen Generator of Third Embodiment>
Next, the hydrogen generator 10 according to the third embodiment will be described with reference to the conceptual diagram of FIG. Differences from FIG. 3 will be mainly described, and parts having the same functions are given the same figure numbers.

金属収容容器１５の上部側面に、複数個所に開口孔１５ｂが形成されている。従って、金属収容部１２内で発生した水素ガスは、この開口孔１５ｂを通じて外部に移動し、水面押圧プレート３２を下方に押圧することができる。すなわち、先ほどのバネに代えて、水素ガスの圧力を利用して水面を押圧することができる。 Opening holes 15 b are formed at a plurality of locations on the upper side surface of the metal container 15. Accordingly, the hydrogen gas generated in the metal accommodating portion 12 can move to the outside through the opening hole 15b and press the water surface pressing plate 32 downward. That is, the water surface can be pressed using the pressure of hydrogen gas instead of the spring.

また、ガス導出部１７ａには、水素ガスの流量を検出するための流量センサー２９（ガス検出手段に相当）が設けられている。流量検出部３８は、流量センサー２９から出力される信号に基づいて、水素ガスの発生量を検出することができる。シャッター制御部３６は、検出された流量値に基づいて、シャッター駆動部３７に指令を与え、シャッター３０の開閉制御を行う。すなわち、流量が大きすぎる場合は、シャッター３０を閉じた状態とし、水を金属収容部１２内に供給しないようにし、流量が少なすぎる場合は、シャッター３０を開いて水を供給し、水素ガスの発生を増大させるようにする。 The gas outlet 17a is provided with a flow rate sensor 29 (corresponding to a gas detection means) for detecting the flow rate of hydrogen gas. The flow rate detection unit 38 can detect the amount of hydrogen gas generated based on the signal output from the flow rate sensor 29. The shutter control unit 36 gives a command to the shutter driving unit 37 based on the detected flow rate value, and performs opening / closing control of the shutter 30. That is, when the flow rate is too large, the shutter 30 is closed, and water is not supplied into the metal accommodating portion 12, and when the flow rate is too low, the shutter 30 is opened to supply water, Increase the occurrence.

＜第４実施形態の水素発生装置＞
次に、第４実施形態の水素発生装置１０について図５の分解斜視図により説明する。金属収容容器１５は、細長い円筒形状を有し、上部には中央に開口孔が形成された蓋部材１５ｃが取り付けられる。金属収容容器１５の底部には、シャッター３０として機能する回転容器が取り付けられる。回転容器３０ａの内径が、金属収容容器１５の外径に嵌合するように設定されている。回転容器３０ａは、軸芯周りに回転可能に構成される。 <Hydrogen Generator of Fourth Embodiment>
Next, the hydrogen generator 10 of 4th Embodiment is demonstrated with the exploded perspective view of FIG. The metal container 15 has an elongated cylindrical shape, and a lid member 15c having an opening hole in the center is attached to the upper part. A rotating container that functions as the shutter 30 is attached to the bottom of the metal container 15. The inner diameter of the rotating container 30 a is set so as to fit the outer diameter of the metal container 15. The rotating container 30a is configured to be rotatable around an axis.

水収容容器１６は、細長い角柱形状に形成され、金属収容容器１５が内部に挿入される。水収容容器１６の上部にある開口を閉鎖するための蓋部材１７が設けられる。 The water container 16 is formed in an elongated prismatic shape, and the metal container 15 is inserted therein. A lid member 17 for closing the opening at the top of the water storage container 16 is provided.

金属収容容器１５の底部には、開口孔１５ｄが形成され、回転容器３０ａにも同じような開口孔３０ｂが形成される。これら開口孔１５ｄ，３０ｂの位置が合致していないときは、図５（ｂ）に示すように、シャッター３０は閉じた状態となる。また、回転容器３０ａを回転させると、開口孔１５ｄ，３０ｂの位置が合致し、水が供給される状態となる。回転容器３０ａの回転は、軸心にモーターを連結するか、手動で外部から回転操作するようにすることができる。 An opening hole 15d is formed in the bottom of the metal container 15, and a similar opening hole 30b is formed in the rotating container 30a. When the positions of the opening holes 15d and 30b do not coincide with each other, the shutter 30 is closed as shown in FIG. Further, when the rotating container 30a is rotated, the positions of the opening holes 15d and 30b are matched and water is supplied. The rotating container 30a can be rotated by connecting a motor to the shaft center or manually rotating from the outside.

＜実施例＞
次に、実際に給水紙を用いて水素ガスを発生させる実験を行ったのでこれを説明する。実験で使用したアルミニウム粉末は１ｇであり、これにＣａＯ（１．２ｗｔ％）と炭素（１８ｗｔ％）を混ぜたものを使用した。ＣａＯは、水素ガスを発生するための反応を促進するために使用し、炭素は反応が進行してアルミニウム粉末が凝集するのを抑制する。 <Example>
Next, an experiment in which hydrogen gas is actually generated using water supply paper will be described. The aluminum powder used in the experiment was 1 g, and a mixture of CaO (1.2 wt%) and carbon (18 wt%) was used. CaO is used to promote a reaction for generating hydrogen gas, and carbon suppresses the agglomeration of aluminum powder due to the progress of the reaction.

実験は、図６に示すように、帯状の給水紙１４を８枚使用したもの（図６（ａ））と、４枚使用したもの（図６（ｂ））とで実験を行った。１枚の給水紙１４の大きさは、幅５ｍｍ×長さ５０ｍｍであり、ＡＤＡＮＴＥＣ製の型番Ｎｏ．２（Φ７０ｍｍ）を使用した。給水紙１４は、長さ２０ｍｍ分をアルミニウム粉末に接触させた状態とし、他の部分を水に浸した状態とした。また、水は４５℃に加熱したものを使用した。 As shown in FIG. 6, the experiment was performed using eight strip-shaped water supply papers 14 (FIG. 6 (a)) and four sheets (FIG. 6 (b)). The size of one water supply paper 14 is 5 mm wide × 50 mm long. 2 (Φ70 mm) was used. The water supply paper 14 was in a state where the length of 20 mm was in contact with the aluminum powder, and the other part was immersed in water. Moreover, the water heated to 45 degreeC was used.

図７に実験結果を示す。図中Ａは図６（ａ）での結果を示し、Ｂは（ｂ）での結果を示す。給水紙１４を８枚使用したほうが、水素ガスの発生量は若干多いが大きな差ではなかった。また、給水紙を用いることで、１０ｍｌ／ｍｉｎの割合で４０分間、水素ガスを発生した。すなわち、給水紙１４を用いた水供給が十分に実用性のあることが証明できた。 FIG. 7 shows the experimental results. In the figure, A shows the result in FIG. 6A, and B shows the result in (b). The amount of hydrogen gas generated was slightly larger when eight sheets of water supply paper 14 were used, but this was not a big difference. Moreover, hydrogen gas was generated at a rate of 10 ml / min for 40 minutes by using water supply paper. That is, it was proved that the water supply using the water supply paper 14 is sufficiently practical.

＜第５実施形態の水素発生装置＞
次に、第５実施形態に係る水素発生装置の構成の概念図を図８により説明する。他の実施形態と同じ機能をする部分については、同じ図番を付与しており詳細な説明は省略する。 <Hydrogen Generator of Fifth Embodiment>
Next, the conceptual diagram of the structure of the hydrogen generator which concerns on 5th Embodiment is demonstrated using FIG. Portions having the same functions as those of the other embodiments are given the same drawing numbers, and detailed description thereof is omitted.

この実施形態では、金属収容部１２の底面１５ｅ（隔壁部に相当）に設けられた開口孔１５ａに給水紙１４ｃ（給水手段に相当）が充填されている。また、金属収容部１２の底面全体にわたって第２給水紙１４ｄ（第２給水手段に相当）が設けられている。従って、水収容部１３内の水は、これら給水紙１４ｃ，１４ｄを介して金属収容部１２内へ供給される。開口孔１５ａの大きさはφ１〜２ｍｍ程度である。開口孔１５ａに設けた給水紙１４ｃを介することで、過剰な水供給がされることを抑制し、安定した状態で水を供給できる。また、底面１５ｅの全面に配置される第２給水紙１４ｄにより、アルミニウム１２の全体に対して満遍なく水が供給されるようにすることができる。この第５実施形態においても、図３や図４で説明した制御機構を設けてもよい。本実施形態において、開口孔１５ａの位置や個数については、任意に設定することができる。 In this embodiment, the water supply paper 14c (corresponding to the water supply means) is filled in the opening hole 15a provided in the bottom surface 15e (corresponding to the partition wall) of the metal housing part 12. Further, the second water supply paper 14d (corresponding to the second water supply means) is provided over the entire bottom surface of the metal accommodating portion 12. Therefore, the water in the water storage unit 13 is supplied into the metal storage unit 12 through these water supply papers 14c and 14d. The size of the opening hole 15a is about φ1 to 2 mm. By using the water supply paper 14c provided in the opening hole 15a, it is possible to suppress excessive water supply and supply water in a stable state. Further, the second water supply paper 14d disposed on the entire bottom surface 15e can uniformly supply water to the entire aluminum 12. Also in the fifth embodiment, the control mechanism described with reference to FIGS. 3 and 4 may be provided. In the present embodiment, the position and number of the opening holes 15a can be arbitrarily set.

＜別実施形態＞
本実施形態では、金属の例としてアルミニウムをあげたが、これに限定されるものではなく、その他の金属（例えば、鉄）を使用してもよい。給水紙の形状は、特定の形状に限定されるものではなく、種々の変形例が考えられる。 <Another embodiment>
In this embodiment, although aluminum was mentioned as an example of a metal, it is not limited to this, You may use another metal (for example, iron). The shape of the water supply paper is not limited to a specific shape, and various modifications can be considered.

本実施形態で給水手段（給水部材）の例として給水紙をあげたが、これに限定されるものではなく、多孔性を有する材質で毛細管現象により水を供給できる機能を有しておれば、金属、セラミック、樹脂など何でも使用できる。 In this embodiment, water supply paper is given as an example of water supply means (water supply member), but is not limited to this, and has a function of supplying water by capillary action with a porous material. Anything such as metal, ceramic and resin can be used.

また、給水部材を使用しないで給水手段を構成することも可能である。例えば、金属収容容器１５の底部に極細の孔（給水手段に相当）を形成し、この孔を介して毛細管現象により水を吸い上げるようにしてもよい。この場合も、底部にシャッターを配置したり、金属収容部１５の内部に脱脂綿を配置することが好ましい。 It is also possible to configure the water supply means without using the water supply member. For example, an extremely fine hole (corresponding to a water supply means) may be formed in the bottom of the metal container 15 and water may be sucked up by capillary action through this hole. Also in this case, it is preferable to arrange a shutter at the bottom or to arrange absorbent cotton inside the metal housing part 15.

図３で示す実施形態では、水面押圧プレート３２が上方に設けられているが、図９に示すように、下方に水面押圧プレート３２を設け、バネ３３により、水面を常時上方向に押圧するようにしてもよい。かかる構成においても、水は開口孔１５ａを通じて金属収容部１２内に入る方向に付勢されることになる。 In the embodiment shown in FIG. 3, the water surface pressing plate 32 is provided on the upper side. However, as shown in FIG. 9, the water surface pressing plate 32 is provided on the lower side, and the spring 33 always presses the water surface upward. It may be. Even in such a configuration, water is urged in the direction of entering the metal accommodating portion 12 through the opening hole 15a.

水素発生装置を備えた燃料電池システムの構成を示す図The figure which shows the structure of the fuel cell system provided with the hydrogen generator 水素発生装置の内部構成を示す概念図Conceptual diagram showing the internal configuration of the hydrogen generator 第２実施形態に係る水素発生装置の構成の概念図Conceptual diagram of the configuration of the hydrogen generator according to the second embodiment 第３実施形態に係る水素発生装置の構成の概念図The conceptual diagram of the structure of the hydrogen generator which concerns on 3rd Embodiment 第４実施形態に係る水素発生装置を示す分解斜視図Exploded perspective view showing a hydrogen generator according to a fourth embodiment 実験に使用した給水紙の状態を示す図The figure which shows the state of the water supply paper which is used for experiment 実験結果を示すグラフGraph showing experimental results 第５実施形態に係る水素発生装置の構成の概念図Conceptual diagram of the configuration of the hydrogen generator according to the fifth embodiment 第２実施形態に係る水素発生装置の変形例の概念図The conceptual diagram of the modification of the hydrogen generator which concerns on 2nd Embodiment

符号の説明Explanation of symbols

１０水素発生装置
１２金属収容部
１３水収容部
１４給水紙
１４ａ分岐部
１４ｂ基部
１４ｃ給水紙
１４ｄ第２給水手段
１５金属収容容器
１５ａ開口孔
１５ｅ底面
１６水収容容器
１７蓋部
１７ａガス導出部
２０燃料電池
３０シャッター
３１脱脂綿
３２水面押圧プレート
３３バネ
３４圧力センサー
３５圧力検出部
３６シャッター制御部
３７シャッター駆動部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Hydrogen generator 12 Metal storage part 13 Water storage part 14 Water supply paper 14a Branch part 14b Base part 14c Water supply paper 14d 2nd water supply means 15 Metal storage container 15a Opening hole 15e Bottom surface 16 Water storage container 17 Cover part 17a Gas extraction part 20 Fuel Battery 30 Shutter 31 Absorbent cotton 32 Water surface pressing plate 33 Spring 34 Pressure sensor 35 Pressure detection unit 36 Shutter control unit 37 Shutter drive unit

Claims

燃料電池に供給する水素ガスを発生させるための水素発生装置であって、
金属を収容するための金属収容部と、
金属収容部内の金属と反応すべき水が収容される水収容部と、
水収容部内の水を毛細管現象を利用して金属収容部内へ供給するための給水手段と、
金属と水が反応することで発生した水素ガスを金属収容部外へ導くためのガス導出部とを備えたことを特徴とする水素発生装置。 A hydrogen generator for generating hydrogen gas to be supplied to a fuel cell,
A metal housing for housing the metal,
A water storage section for storing water to be reacted with the metal in the metal storage section;
Water supply means for supplying water in the water storage portion into the metal storage portion using capillary action;
A hydrogen generator comprising a gas outlet for guiding hydrogen gas generated by the reaction of metal and water to the outside of the metal housing.

前記給水手段は、給水紙であることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。 The hydrogen generator according to claim 1, wherein the water supply means is water supply paper.

前記給水手段は、多孔性を有する材質により形成されることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。 The hydrogen generator according to claim 1, wherein the water supply means is formed of a porous material.

金属収容部を構成する金属収容容器と、
この金属収容容器を取り囲むように配置され、前記水収容部を構成する水収容容器とを備え、
前記給水手段は、金属収容容器と水収容容器の両方にまたがるように配置されることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生装置。 A metal container that constitutes the metal container; and
It is arranged so as to surround this metal container, and comprises a water container that constitutes the water container,
The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein the water supply means is arranged so as to straddle both the metal container and the water container.

金属収容部と水収容部を仕切る隔壁部に収容部同士を連通させる連通部を設け、この連通部内に前記給水手段を配置したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素発生装置。 The communication part which connects accommodation parts to the partition part which partitions off a metal accommodation part and a water accommodation part was provided, and the said water supply means was arrange | positioned in this communication part, The any one of Claims 1-3 characterized by the above-mentioned. Hydrogen generator.

金属収容部を構成する内壁面に第２給水手段を設け、前記給水手段により供給される水を更に第２給水手段を介して金属へ供給可能に構成したことを特徴とする請求項５に記載の水素発生装置。 The second water supply means is provided on the inner wall surface constituting the metal accommodating portion, and the water supplied by the water supply means can be further supplied to the metal via the second water supply means. Hydrogen generator.

請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素発生装置と、この水素発生装置から水素ガスが供給されて発電を行う発電セルとから構成される燃料電池システム。 The fuel cell system comprised from the hydrogen generator of any one of Claims 1-6, and the electric power generation cell which supplies hydrogen gas from this hydrogen generator, and produces electric power.