WO2007015517A1 - 水素発生設備及び燃料電池システム - Google Patents

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WO2007015517A1
WO2007015517A1 PCT/JP2006/315302 JP2006315302W WO2007015517A1 WO 2007015517 A1 WO2007015517 A1 WO 2007015517A1 JP 2006315302 W JP2006315302 W JP 2006315302W WO 2007015517 A1 WO2007015517 A1 WO 2007015517A1
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hydrogen
reaction
volume
fluid chamber
hydrogen generation
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PCT/JP2006/315302
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Takafumi Sarata
Norimasa Yanase
Toru Ozaki
Tsuneaki Tamachi
Kazutaka Yuzurihara
Fumiharu Iwasaki
Original Assignee
Seiko Instruments Inc.
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to, for example, a hydrogen generation facility that decomposes a metal hydride to generate hydrogen, and a fuel cell system that uses hydrogen generated in the hydrogen generation facility as fuel.
  • a fuel cell is a generator that has several times the energy density of an existing battery, has high energy efficiency, and is characterized by no or little nitrogen oxide or sulfur oxide contained in the exhaust gas. is there. Therefore, it can be said that it is a very effective device that meets the demands of next-generation power devices.
  • a fuel cell that obtains an electromotive force by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen
  • hydrogen is required as a fuel.
  • An example of equipment for generating hydrogen gas is a reaction vessel containing a metal hydride (borohydride salt) and a water tank, and the water in the water tank is converted into a metal hydride in the reaction vessel by a pump.
  • a hydrogen generation facility having a structure of jetting is known (for example, see Patent Document 1).
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-137903
  • the present invention has been made in view of the above situation, and an object thereof is to provide a hydrogen generation facility capable of generating a sufficient amount of hydrogen in a small volume.
  • an object of the present invention is to provide a fuel cell system including a hydrogen generation facility that can generate a sufficient amount of hydrogen in a small volume. .
  • the hydrogen generation facility includes a reactant volume in which a hydrogen generation reactant in which generation of hydrogen is promoted by sending a reaction fluid is accommodated.
  • a fluid chamber disposed in the reactant container and containing a reaction fluid, the volume of which can be freely changed, and a variable means for changing the volume by changing the volume of the fluid chamber, wherein the fluid in the fluid chamber is hydrogen.
  • the volume of the fluid chamber is decreased by the variable means as it is supplied to the generated reactant, and the volume in the reactant container is increased.
  • the volume of the fluid chamber can be reduced to increase the volume in the reactant container, and hydrogen can be generated in a small space. It is possible to increase the area to perform.
  • the hydrogen generation facility includes a reactant volume in which a hydrogen generation reactant in which generation of hydrogen is promoted by sending a reaction fluid is accommodated.
  • a fluid supply path that allows the reaction fluid to flow through the discharge means, the fluid chamber and the reactant container; and the flow of the fluid channel when the pressure of the reactant container is less than a predetermined value.
  • the fluid chamber is pressurized by the pressurizing means so that the pressure is maintained at a pressure higher than the pressure for opening the opening / closing means, and the volume of the fluid chamber is reduced by supplying the reaction fluid. And pressurizing the fluid chamber to reduce the volume of the fluid chamber You.
  • the volume of the fluid chamber can be increased by increasing the volume in the reactant container by the pressurizing means.
  • the fluid chamber is pressurized by the pressure means and the internal pressure of the reactant container is below the predetermined pressure.
  • the opening / closing means is opened, the reaction fluid is sent to the reactant container, the reaction fluid is supplied to the hydrogen generation reactant to generate hydrogen, and the generated hydrogen is discharged at the discharge means force at a predetermined pressure. For this reason, the region where hydrogen is generated in a small space can be increased, and a sufficient amount of hydrogen can be generated by stably supplying the reaction fluid according to the pressure state.
  • the hydrogen generation facility according to claim 3 of the present invention is the hydrogen generation facility according to claim 2, wherein the fluid chamber is formed of a deformation allowing member, and the pressurizing means presses the fluid chamber.
  • the pressure means is configured to reduce the volume of the fluid chamber and pressurize the pressure of the fluid chamber.
  • the volume of the fluid chamber can be reduced by pressing the fluid chamber formed by the deformation allowing member by the pressing means.
  • the hydrogen generation facility according to claim 4 of the present invention is the hydrogen generation facility according to claim 3, wherein the deformation allowing member of the fluid chamber is a bag member, and a plate member is provided at an end of the bag member. Is provided, and the bag member is deformed by pressing the fluid chamber through the plate material, and the volume of the fluid chamber is reduced.
  • the volume of the fluid chamber can be reduced by pressing the plate material and deforming the bag member.
  • the deformation-allowing member of the fluid chamber is a bellows member, and is provided at an end of the bellows member.
  • a plate material is provided, and by pressing the fluid chamber through the plate material, the bellows member contracts and the volume of the fluid chamber decreases.
  • the bellows member can be contracted by pressing the bellows member through the plate material, and the volume of the fluid chamber can be reduced.
  • the hydrogen generation facility according to claim 6 of the present invention is the hydrogen generation facility according to claim 3, wherein the deformation permitting member of the fluid chamber is a cylinder having an open end and an opening of the cylinder.
  • a piston plate provided on the end side is characterized in that by pressing the piston plate, the volume of the cylinder decreases, the open volume increases, and the volume of the fluid chamber decreases.
  • pressing the piston plate reduces the cylinder volume and increases the open volume.
  • the volume of the fluid chamber can be reduced.
  • the hydrogen generation facility according to claim 7 of the present invention is the hydrogen generation facility according to any one of claims 3 to 6, wherein the pressing means is a compression spring.
  • the fluid chamber can be pressed with a very simple configuration by the urging force of the compression spring.
  • the hydrogen generation facility according to claim 8 of the present invention is the hydrogen generation facility according to any one of claims 2 to 7, wherein the opening / closing means is a reactant compared to the internal pressure of the fluid chamber. It is a pressure regulating valve that opens the valve body in a state that allows the reaction fluid to flow from the fluid chamber side to the reactant container side at a constant pressure when the internal pressure of the container is lowered by a predetermined value.
  • reaction fluid can be sent to the reaction vessel at a predetermined pressure using the pressure regulating valve that opens the valve body by a predetermined pressure difference.
  • the fuel cell system according to claim 9 of the present invention is the anode chamber of a fuel cell having an anode chamber to which hydrogen is supplied.
  • the discharge means of the hydrogen generation facility is connected.
  • the volume of the fluid chamber can be reduced to increase the volume in the reactant container, and hydrogen can be generated in a small space. It is possible to provide a fuel cell system equipped with a hydrogen generation facility that can increase the number of regions where the fuel cell is performed.
  • the fuel cell system according to claim 10 of the present invention is the fuel cell system according to claim 9, characterized in that the anode chamber and the reactant container form a closed space. To do.
  • the hydrogen generation facility of the present invention can be a hydrogen generation facility capable of generating a sufficient amount of hydrogen in a small volume.
  • the fuel cell system of the present invention can be a fuel cell system equipped with a hydrogen generation facility capable of generating a sufficient amount of hydrogen with a small volume.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a hydrogen generation facility according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a hydrogen generation facility according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a hydrogen generation facility according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a fuel cell system according to still another embodiment of the present invention. Explanation of symbols
  • FIG. 1 shows a schematic configuration of the hydrogen generation facility according to the first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 shows a schematic configuration of the hydrogen generation facility according to the second embodiment of the present invention
  • FIG. 3 shows a schematic configuration of a hydrogen generation facility according to a third embodiment of the present invention.
  • the hydrogen generation facility 1 includes a reaction chamber 1 as a reactant container, and a work 3 (for example, sodium borohydride) as a hydrogen generation reactant is stored in the reaction chamber 12.
  • the reaction chamber 12 is provided with a solution container 4 as a fluid chamber, and a reaction solution 11 (for example, malic acid aqueous solution) as a reaction fluid is stored in the solution container 4.
  • the reaction chamber 1 and the solution container 4 are connected by a liquid feeding pipe 5 as a fluid supply path, and the liquid feeding pipe 5 connects the reaction chamber 1 and the solution container 4 via the outside of the reaction chamber 1. Yes.
  • the solution container 4 has a bag member force made of, for example, polypropylene (flexible material: a film of a resinous rubber, a sheet-like material), and a weight plate 6 as a plate material is provided at the bottom. .
  • a compression spring 7 as a pressing means is provided between the weight plate 6 and the bottom wall of the reaction chamber 12, and the load plate 6 is urged by the compression spring 7.
  • flexible materials such as PET, silicone, silicone rubber, butyl rubber, and isoprene rubber can be applied as the solution container 4.
  • the solution container 4 Since the solution container 4 is constantly pressed through the compression spring 7 and the load plate 6, when the reaction solution 11 flows through the liquid feeding tube 5, the reaction solution 11 is pushed out by four solution containers. Is possible. When the reaction solution 11 is pushed out, the solution container 4 is pressed through the weight plate 6, so that the bag member is deformed and the volume of the solution container 4 is decreased, and the volume of the reaction chamber 12 is increased accordingly. To do. When the reaction solution 11 is sent from the liquid feeding pipe 5 to the reaction chamber 1, a hydrogen generation reaction occurs in the reaction chamber 1 in which the reaction solution 11 and the workpiece 3 are in contact with each other and the volume is increased.
  • a hydrogen conduit 10 serving as a discharge means is connected to the reaction chamber 12, and the hydrogen conduit 10 is provided with a regulator 12 (pressure regulating valve). Regulator 12 adjusts the amount of hydrogen discharged from reaction chamber 2. It is also possible to discharge hydrogen at a constant hydrogen pressure by using a force constant pressure valve that allows the hydrogen discharge amount to be controlled by the regulator 12.
  • a pressure adjusting valve 13 for adjusting the pressure is installed in the liquid feeding pipe 5 outside the reaction chamber 1-2, and the pressure adjusting valve 13 adjusts the pressure when the reaction solution 11 is allowed to flow. It is a valve to do.
  • the output pressure when the reaction solution 11 is allowed to flow is the pressure when the pressure regulating valve 13 is opened (valve opening pressure).
  • the pressure regulating valve 13 is closed when the pressure in the reaction chamber 1 exceeds the valve opening pressure, and the pressure regulating valve 13 when the pressure in the reaction chamber 1 falls below the valve opening pressure (below a predetermined value). Opens.
  • the pressure regulating valve 13 is an opening / closing means that opens the flow path of the liquid feeding pipe 5 when the pressure in the reaction chamber 12 becomes a predetermined value or less. That is, the internal pressure of the solution container 4 is maintained higher than the pressure at which the pressure regulating valve 13 is opened (the pressure exceeding the predetermined pressure value of the reaction chamber 2 for opening the pressure regulating valve 13). 13 is configured such that the valve body opens to allow the reaction solution 11 to flow from the solution container 4 side to the reaction chamber 1-2 side when the internal pressure of the reaction chamber 1-2 becomes a predetermined pressure or less. .
  • the pressure adjustment valve 13 is, for example, a constant pressure valve, and includes a primary flow path that is a flow path on the solution container 4 side, a secondary flow path that is a flow path on the reaction chamber 12 side, and a primary flow path. It consists of a valve body provided between the secondary flow paths, an external pressure transmission path that transmits external pressure to the valve, and an internal pressure transmission path that transmits the internal pressure of the reaction chamber 12 to the valve body.
  • a force-feeding pipe 5 in which the reaction chamber 1 and the solution container 4 are connected by the liquid feeding pipe 5 via the outside of the reaction chamber 1-2 can be disposed inside the reaction chamber 1-2. is there. It is also possible to provide a check valve in the nozzle portion of the liquid feeding pipe 5 that opens inside the reaction chamber 12. By providing a check valve, it is possible to prevent the hydrogen generated in the reaction chamber 2 and the backflow of bubbles entrained with hydrogen, and the restrictions on the posture of using the hydrogen generation facility 1 are reduced.
  • reaction solution 11 is fed to the reaction chamber 1 through the solution feeding tube 5 through the solution container 4.
  • hydrogen is generated, and the internal pressure of the reaction chamber 2 in the state is a low pressure in the state of opening the pressure regulating valve 13.
  • the reaction solution 11 is fed through the feeding pipe 5.
  • the reaction solution 11 When the reaction solution 11 is sent to the reaction chamber 1, the reaction solution 11 and the work 3 come into contact with each other and react to generate hydrogen.
  • the internal pressure of the reaction chamber 12 rises and exceeds the valve opening pressure of the pressure regulating valve 13 (the pressure regulating valve 13 is closed).
  • the pressure regulating valve 13 When the internal pressure of the reaction chamber 2 rises, the pressure regulating valve 13 is closed, and the supply of the reaction solution 11 from the liquid feeding pipe 5 is stopped.
  • reaction solution 11 When the reaction solution 11 is not supplied, the reaction rate of the hydrogen generation reaction in the reaction chamber 12 decreases, and the generated hydrogen is discharged from the hydrogen conduit 10 in the reaction chamber 12. As the internal pressure of the reaction chamber 2 decreases, the pressure becomes low enough to open the pressure regulating valve 13. Again, the reaction solution 11 is sent to the reaction chamber 1-2 from 4 solution containers, and the reaction solution 11 and the work 3 come into contact with each other to generate hydrogen.
  • a pressurizing means is used to send the reaction solution 11 from 4 solution containers. That is, the weight plate 6 is urged by the compression spring 7, the bag member is deformed so that the volume of the solution container 4 is reduced, the reaction solution 11 is pressurized, and the reaction solution 11 is fed by the applied pressure.
  • the reaction solution 11 is always subjected to a force that is pressurized and discharged by the force of the solution container 4 due to the deformation (volume reduction) of the solution container 4 through the load plate 6 by the compression spring 7.
  • the pressure changes depending on the amount of displacement of the compression spring 7.
  • the valve With respect to the change in the discharge speed of the reaction solution 11, the valve is opened due to a decrease in the internal pressure of the reaction solution 11, and the pressure adjustment valve 13 having a constant valve opening pressure is provided.
  • the discharge speed of the reaction solution 11 is constant.
  • the pressure adjustment valve 13 since the pressure adjustment valve 13 is opened and closed depending on the relationship between the internal pressure of the reaction chamber 12 and the external pressure, the external pressure (specifically, atmospheric pressure) is constant. Kept constant.
  • the reaction solution 11 can be stably supplied to the reaction chamber 12 by the pressure state without using power, and hydrogen can be generated.
  • the pressure plate 6 is pressurized to maintain the pressure state in which the pressure regulating valve 13 is opened by urging the load plate 6 and changing the volume of the solution container 4. be able to. Further, since the load plate 6 is pressed by the urging force of the compression spring 7, the load plate 6 can be pressed with a very simple configuration.
  • the weight plate 6 Since the reaction solution 11 in the solution container 4 is supplied to the workpiece 3 in the reaction chamber 12, the weight plate 6 is pressed by the urging force of the compression spring 7, and the volume of the solution container 4 decreases. Therefore, the volume of the reaction chamber 12 can be increased by the amount of decrease in volume. For this reason, dead space is eliminated, the area where hydrogen is generated in a small space can be increased, and space can be saved without reducing the amount of hydrogen generation. It is also possible to increase the amount of hydrogen generation without increasing the space.
  • Sodium borohydride is used for work 3, and malic acid aqueous solution is used for reaction solution 11.
  • Sodium borohydride is solid and may be in the form of powder or tablet.
  • the concentration of the phosphoric acid aqueous solution is 5% or more and 60% or less, preferably 10% or more and 40% or less. Usually, a 25% aqueous malic acid solution is used.
  • the hydrogen generation reaction is the following reaction using sodium borohydride and water of malic acid aqueous solution. Malic acid acts as a reaction promoter.
  • reaction involving this reaction accelerator is extremely fast, and a yield of nearly 90% can be obtained in about 10 sec.
  • amount of water supplied to sodium borohydride can be controlled.
  • the reaction solution 11 is sent when the pressure in the reaction chamber 12 falls below the valve opening pressure of the pressure regulating valve 13. Actually, it is designed to minimize the pressure fluctuation in the reaction chamber 12.
  • the pressure in the reaction chamber 12 is determined by the hydrogen discharge rate from the reaction chamber 1, the supply rate of the reaction solution 11, the reaction rate of the workpiece 3 and the reaction solution 11, and the volume of the reaction chamber 1. Among these, the reaction rate is constant, and the hydrogen discharge rate is determined by the setting of the regulator 12. Since the reaction solution 11 is supplied dropwise to the tank 3 from the liquid supply pipe 5, the supply speed is equal to the droplet formation speed at the open end of the liquid supply pipe 5. Depends on. That is, by regulating the inner diameter of the opening end of the liquid feeding pipe 5, the pressure fluctuation in the reaction chamber 12 can be suppressed to a small level. For example, the following design values and specifications apply.
  • the internal pressure of the solution container 4 in this embodiment is pressurized by the compression spring 9 and maintained higher than lOOkPa, and the pressure adjusting valve 13 is used when the pressure in the reaction chamber 12 becomes lOOkPa.
  • the valve opening pressure is set to open. For this reason, it is not necessary to accurately control the pressurizing means even under a pressure higher than atmospheric pressure!
  • the valve opening pressure of the pressure regulating valve 13 is limited to lOOkPa as long as the internal pressure of the reaction chamber 12 becomes lower than the internal pressure of the solution container 4. It is possible to set an arbitrary value, for example, OkPa (atmospheric pressure) as a predetermined value by gauge pressure.
  • the pressure adjusting valve 13 When the pressure adjusting valve 13 is opened and the reaction solution 11 is sent to the reaction chamber 12, the pressure varies depending on the reaction rate of hydrogen generation and the state of the equipment. Naturally, lOOkPa, the design value of pressure, is a design value that takes into account the amount of fluctuation. Therefore, it is possible to operate with the pressure in the reaction chamber 12 kept as constant as possible.
  • Sodium, potassium, and lithium are used as the salt of Work 3
  • citrate, malic acid, and succinic acid are used as the organic acids in the reaction solution 11.
  • reaction solution 11 a basic solution of a borohydride salt or an aluminum hydride salt is used as the reaction solution 11, from 1% to 20%. Usually used at a concentration of 12%. Nickel, iron, and cobalt are used as the metal for work 3, and sodium, potassium, and lithium are used as the salt for reaction solution 11.
  • FIG. 1 A second embodiment of the present invention will be described based on FIG.
  • the same members as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the hydrogen generation facility 15 is provided with a solution container 16 as a fluid chamber inside the reaction chamber 12 instead of the solution container 4 shown in FIG.
  • the solution container 16 stores a reaction solution 11 (for example, malic acid aqueous solution).
  • the reaction chamber 1 and the solution container 16 are connected by a liquid feeding pipe 5 as a fluid supply path, and the liquid feeding pipe 5 connects the reaction chamber 1 and the solution container 16 via the outside of the reaction chamber 2. .
  • the solution container 16 is formed of a bellows made of a bellows member as a deformation-permitting member, and has, for example, SUS, phosphor bronze, and beryllium force.
  • a weight plate 17 as a plate material is provided at the bottom of the solution container 16 (end portion of the bellows member), and a compression spring 7 is provided between the load plate 17 and the bottom wall of the reaction chamber 1. The weight plate 17 is biased by 7. The By pressing the solution container 16 through the weight plate 17, the bellows contracts and the volume of the solution container 16 decreases.
  • the reaction solution 11 can be pushed out of the solution container 16 when the reaction solution 11 flows through the liquid feeding tube 5. .
  • the solution container 16 is pressed through the load plate 17, so that the bellows contracts and the volume of the solution container 16 decreases, and the volume of the reaction chamber 2 increases accordingly.
  • the reaction solution 11 is sent from the liquid feeding pipe 5 to the reaction chamber 1, the reaction solution 11 comes into contact with the work 3, and a hydrogen generation reaction occurs in the reaction chamber 1 whose volume has increased.
  • the reaction solution 11 can be stably supplied to the reaction chamber 12 by the pressure state without using power, and hydrogen can be generated. Further, the volume of the solution container 16 can be changed by urging the load plate 17 to contract the bellows, and the pressure state where the pressure adjustment valve 13 is opened by pressurizing the solution container 16 can be maintained. Then, as the reaction solution 11 in the solution container 16 is supplied to the work 3 of the reaction chamber 2, the load plate 17 is pressed by the urging force of the compression spring 7, and the bellows contracts to reduce the volume of the solution container 16. Therefore, the volume of the reaction chamber 12 can be increased by the amount that the volume has decreased. For this reason, there is no dead space, the area where hydrogen is generated in a small space can be increased, and space can be saved without reducing the amount of hydrogen generated. In addition, hydrogen generation can be increased without increasing space.
  • the hydrogen generation facility 15 described above can generate a sufficient amount of hydrogen with a small volume.
  • FIG. 1 A third embodiment of the present invention will be described based on FIG.
  • the same members as those shown in FIGS. 1 and 2 are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
  • the hydrogen generation facility 21 is provided with a solution container 22 as a fluid chamber inside the reaction chamber 1-2 instead of the solution container 4 shown in FIG.
  • a reaction solution 11 for example, malic acid aqueous solution
  • reaction chamber 2 The solution container 22 is connected by a liquid supply pipe 5 as a fluid supply path, and the liquid supply pipe 5 connects the reaction chamber 1 and the solution container 22 via the outside of the reaction chamber 2.
  • the solution container 22 includes a cylinder 23 whose end (lower end) is open, and a piston plate 24 that is movably provided on the open end of the cylinder 23 (so-called syringe structure). .
  • the movement of the piston plate 24 makes the capacity of the cylinder chamber 25 variable, and the reaction solution 11 is stored in the cylinder chamber 25.
  • a compression spring 7 is provided between the piston plate 24 and the bottom wall of the reaction chamber 12, and the piston plate 24 is biased by the compression spring 7.
  • reaction solution 11 Since the piston plate 24 of the solution container 22 is constantly pressed via the compression spring 7, the reaction solution 11 is removed from the cylinder chamber 2 5 of the solution container 22 when the reaction solution 11 flows through the liquid feeding pipe 5. Can be extruded from. When the reaction solution 11 is pushed out, the cylinder chamber 25 is pressed by the piston plate 24, so that the volume of the cylinder chamber 25 is reduced and the volume of the solution container 22 is reduced. To increase. When reaction solution 11 is sent from reaction tube 5 to reaction chamber 1, reaction solution 11 and workpiece 3 come into contact with each other, and a hydrogen generation reaction occurs in reaction chamber 1 whose volume has increased.
  • reaction solution 11 can be stably supplied to the reaction chamber 12 by pressure without using power, and hydrogen can be generated.
  • the piston plate 24 is energized to reduce the volume of the cylinder chamber 25 to change the volume of the solution container 22, and pressurize the solution container 22 to maintain the pressure state in which the pressure regulating valve 13 is opened. it can.
  • the hydrogen generation facility 21 described above can generate a sufficient amount of hydrogen with a small volume.
  • FIG. 4 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
  • a fuel cell system 30 shown in FIG. 4 is a system in which the hydrogen generation facility 1 shown in FIG. That is, the fuel cell 31 is provided with an anode chamber 32, and the anode chamber 32 constitutes a space in contact with the anode chamber of the fuel cell 33.
  • the anode chamber is a space that temporarily holds hydrogen consumed by the anode.
  • the anode chamber 32 and the reaction chamber 1 are connected by the hydrogen conduit 10, and hydrogen generated in the reaction chamber 2 is supplied to the anode chamber of the anode chamber 32.
  • the hydrogen supplied to the anode chamber is consumed by the fuel cell reaction at the anode.
  • the amount of hydrogen consumed at the anode is determined according to the output current of the fuel cell 31.
  • the regulator 12 provided in the hydrogen conduit 10 shown in FIG. 1 is not attached because it is not necessary to install it.
  • the hydrogen generation facility 15 shown in FIG. 2 and the hydrogen generation facility 21 shown in FIG. 3 can be applied.
  • the fuel cell system 30 described above can be a fuel cell system 30 provided with a hydrogen generation facility 1 capable of generating a sufficient amount of hydrogen in a small volume.
  • FIG. 5 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 41 includes a hydrogen generation facility 42 and a fuel cell 43, and the hydrogen generation facility 42 and the fuel cell 43 are connected by a hydrogen conduit 44.
  • the hydrogen generation facility 42 includes a reaction chamber 45 as a reactant container, and a work 46 (for example, sodium borohydride) as a hydrogen generation reactant is stored in the reaction chamber 45. Further, inside the reaction chamber 45, a solution container 47 as a fluid chamber is provided. The reaction container 47 is provided with a reaction solution 48 (for example, malic acid aqueous solution) as a reaction fluid.
  • a reaction solution 48 for example, malic acid aqueous solution
  • a temporary storage unit 49 is provided outside the reaction chamber 45, and the solution container 47 and the temporary storage unit 49 are connected via a supply pipe 50.
  • the supply pipe 50 is provided with a pressure adjustment valve 55, and when the pressure on the supply pipe 50 side exceeds the predetermined pressure, the pressure adjustment valve 55 is opened and the reaction solution 48 is sent to the hour storage section 49.
  • Reference numeral 56 in the figure denotes an air intake port for taking in air for opening / closing operation of the pressure regulating valve 55.
  • a discharge pipe 51 that opens into the reaction chamber 45 is connected to the temporary storage section 49, and a check valve 52 is provided in the discharge pipe 51.
  • the check valve 52 allows the reaction solution 48 having a force on the side of the temporary storage portion 49 to flow through the discharge pipe 51, thereby preventing the reaction solution 48 from flowing back from the reaction chamber 45 side.
  • the solution container 47 is a container of a flexible film (eg, polypropylene) bag-like member, and the reaction solution 48 is sent to the time reservoir 49, and the caloric pressure is generated by hydrogen generated in the reaction chamber 45. By doing so (variable means), the volume of the solution container 47 is reduced. That is, as the reaction solution 48 is supplied from the solution container 47 to the reaction chamber 45, the volume of the solution container 47 decreases, and the volume of the reaction chamber 45 increases accordingly.
  • a flexible film eg, polypropylene
  • the fuel cell 43 is provided with an anode chamber 58, and the anode chamber 58 forms a space in contact with the anode chamber of the fuel cell 59.
  • the anode chamber is a space for temporarily holding hydrogen consumed by the anode.
  • the anode chamber 58 and the reaction chamber 45 are connected by a hydrogen conduit 44, and hydrogen generated in the reaction chamber 45 is supplied to the anode chamber of the anode chamber 58.
  • the hydrogen supplied to the anode chamber is consumed by the fuel cell reaction at the anode.
  • the amount of hydrogen consumed at the anode is determined according to the output current of the fuel cell 43.
  • reaction solution 48 moves to the reaction chamber 45, it comes into contact with the workpiece 46 (sodium borohydride) to generate a hydrogen generation reaction.
  • the generated hydrogen passes through the hydrogen conduit 44 and is supplied to the anode chamber 58. Due to the generation of hydrogen, the internal pressure of the reaction chamber 45, the hydrogen conduit 44, and the anode chamber 58 rises from the atmospheric pressure, and the internal pressure of the reaction chamber 45 rises higher than that of the temporary storage unit 49. For this reason, backflow is prevented by the force check valve 52 that causes hydrogen to flow back through the discharge pipe 51.
  • the solution container 47 is compressed by receiving the internal pressure of the reaction chamber 45, and the reaction solution 48 stored in the solution container 47 moves from the supply pipe 50 to the pressure adjustment valve 55.
  • the pressure regulating valve 55 receives, for example, the pressure of the reaction solution 48 of lOkPa (gauge pressure) in the valve closing direction, and when the internal pressure of the reaction chamber 45 exceeds lOkPa (gauge pressure), The force in the valve opening direction is increased by the pressure, the pressure regulating valve 55 is opened, and the reaction solution 48 is supplied to the reservoir 49.
  • the internal pressure of the anode chamber 58, the hydrogen conduit 44, and the reaction chamber 45 begins to decrease. While the internal pressure is higher than 1 OkPa (gauge pressure), the pressure regulating valve 55 is open, so that the reaction solution 48 flows from the temporary reservoir 49 into the solution container 47. When the internal pressure falls below lOkPa (gauge pressure), the pressure regulating valve 14 is closed, and the internal pressure in the temporary storage section 49 at this time is lOkPa (gauge pressure).
  • the check valve 52 opens, and the reaction solution 48 passes through the discharge pipe 51 to react with the reaction chamber. Go to Yanbar 45. As a result, the reaction solution 48 comes into contact with the workpiece 46 to cause a hydrogen generation reaction, and the internal pressure of the reaction chamber 45 is increased again.
  • the fuel cell system 41 described above can be a fuel cell system 41 including a hydrogen generation facility 42 that can generate a sufficient amount of hydrogen in a small volume.
  • FIG. 6 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to another embodiment of the present invention. The same members as those shown in FIG.
  • the fuel cell system 61 includes a hydrogen generation facility 62 and a fuel cell 43, and the hydrogen generation facility 62 and the fuel cell 43 are connected by a hydrogen conduit 44.
  • the hydrogen generation facility 62 includes a reaction chamber 45 as a reactant container, and a work 46 (for example, sodium borohydride) as a hydrogen generation reactant is stored in the reaction chamber 45.
  • the reaction chamber 45 is provided with a solution container 47 as a fluid chamber, and a reaction solution 48 (for example, malic acid aqueous solution) as a reaction fluid is stored in the solution container 47.
  • a temporary storage unit 49 is provided outside the reaction chamber 45, and the solution container 47 and the temporary storage unit 49 are connected via a supply pipe 50.
  • the supply pipe 50 is provided with a check valve 63.
  • the check valve 63 allows the reaction solution 48 from the solution container 47 side to flow through the supply pipe 50, thereby preventing the reaction solution 48 from flowing back as much as possible in the temporary reservoir 49.
  • the solution container 47 is pressurized by the hydrogen generated in the reaction chamber 45, and the reaction solution 48 is sent to the temporary storage section 49 when the pressure from the supply pipe 50 side exceeds the temporary storage section 49 pressure.
  • a discharge pipe 51 that opens into the reaction chamber 45 is connected to the temporary storage section 49, and a pressure adjustment valve 64 is provided in the discharge pipe 51.
  • the pressure adjustment valve 64 opens and the reaction solution 48 from the temporary reservoir 49 side is opened. Becomes possible to circulate the discharge pipe 51.
  • the internal pressure of the temporary reservoir 49 is higher than the pressure that is pressurized by the sent reaction solution 48 and the pressure regulating valve opens (pressure exceeding the predetermined pressure value of the reaction chamber 45 for opening the pressure regulating valve 64).
  • the reaction solution 48 is sent from the discharge pipe 51 to the reaction chamber 45 due to the internal pressure difference between the temporary reservoir 49 and the reaction chamber 45. As a result, the reaction solution 48 and the work 46 come into contact with each other, and a hydrogen generation reaction occurs in the reaction chamber 45.
  • the solution container 47 is a container of a flexible film (for example, polypropylene) bag-like member, and the reaction solution 48 is sent to the storage section 49 and the caloric pressure is generated by hydrogen generated in the reaction chamber 45. By doing so (variable means), the volume of the solution container 47 is reduced. That is, as the reaction solution 48 is supplied from the solution container 47 to the reaction chamber 45, the volume of the solution container 47 decreases, and the volume of the reaction chamber 45 increases accordingly.
  • a flexible film for example, polypropylene
  • the fuel cell 43 is provided with an anode chamber 58, and the anode chamber 58 forms a space in contact with the anode chamber of the fuel cell 59.
  • the anode chamber is a space for temporarily holding hydrogen consumed by the anode.
  • the anode chamber 58 and the reaction chamber 45 are connected by a hydrogen conduit 44, and hydrogen generated in the reaction chamber 45 is supplied to the anode chamber of the anode chamber 58.
  • the hydrogen supplied to the anode chamber is consumed by the fuel cell reaction at the anode.
  • the amount of hydrogen consumed at the anode is determined according to the output current of the fuel cell 43.
  • reaction solution 48 moves to reaction chamber 45, work 46 (sodium borohydride) ) To produce a hydrogen evolution reaction.
  • the generated hydrogen passes through the hydrogen conduit 44 and is supplied to the anode chamber 58. Due to the generation of hydrogen, the internal pressure of the reaction chamber 45, the hydrogen conduit 44, and the anode chamber 58 rises from the atmospheric pressure, and the internal pressure of the reaction chamber 45 rises higher than that of the temporary storage unit 49. For this reason, the backflow is prevented by the force-pressure regulating valve 64 that causes hydrogen to flow back through the discharge pipe 51.
  • the solution container 47 is compressed by receiving the internal pressure of the reaction chamber 45, and the reaction solution 48 stored inside the solution container 47 passes from the supply pipe 50 through the check valve 63 to the temporary storage section 4. Supplied to 9.
  • the internal pressures of the anode chamber 58, the hydrogen conduit 44, and the reaction chamber 45 begin to decrease.
  • the pressure regulating valve 64 is opened and the reaction solution 48 flows from the temporary reservoir 49 into the solution container 47.
  • the reaction solution 48 comes into contact with the workpiece 46 to cause a hydrogen generation reaction, and the internal pressure of the reaction chamber 45 is increased again.
  • the fuel cell system 61 described above can be a fuel cell system 61 including a hydrogen generation facility 62 that can generate a sufficient amount of hydrogen in a small volume.
  • the present invention can be used, for example, in the industrial field of a hydrogen generation facility that decomposes a metal hydride to generate hydrogen and a fuel cell system that uses hydrogen generated in the hydrogen generation facility as fuel.

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Abstract

　反応チャンバー２の内部に体積が変更自在な溶液容器４を設け、溶液容器４内に貯留されている反応溶液１１を反応チャンバー２のワーク３に供給するにしたがって溶液容器４の体積を減少させて反応チャンバー２の容積を増加させ、少ないスペースで水素の発生を行う領域を増加させる。

Description

明 細 書
水素発生設備及び燃料電池システム
技術分野
[0001] 本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生設備及び 水素発生設備で発生した水素を燃料とする燃料電池システムに関する。
背景技術
[0002] 近年のエネルギー問題の高まりから、より高いエネルギー密度で、排出物がタリー ンな電源が要求されている。燃料電池は、既存電池の数倍のエネルギー密度を有す る発電機であり、エネルギー効率が高ぐまた、排出ガスに含まれる窒素酸化物ゃ硫 黄酸化物がない、もしくは、少ないといった特徴がある。従って、次世代の電源デバィ スとしての要求に合った極めて有効なデバイスであるといえる。
[0003] 水素と酸素の電気化学反応により起電力を得る燃料電池では、燃料として水素が 必要となる。水素ガスを生成する設備の例としては、金属水素化物 (水素化ホウ素塩 )を収容した反応容器と、水タンクとを有し、ポンプによって水タンク内の水を反応容 器の金属水素化物に噴出する構造の水素発生設備が知られている（例えば、特許 文献 1参照)。
[0004] 従来の水素発生設備は、水タンクの水がポンプを介して反応器に供給されるため、 反応器の容積は少なくとも金属水素化物 (水素化ホウ素塩)と水の体積の分となる。 また、水素発生反応により水素を巻き込んだ泡が生じるため、反応器の容積は、更に 、泡の体積が必要である。泡の体積は水素化ホウ素塩の 2倍以上となるため、水素発 生設備の体積は極めて大きくなつてしまう。この結果、携帯電話やデジタルカメラ等 の電源デバイスとして用いるのは非現実的であった。
[0005] また、水タンクは、水が供給された後はデッドスペースとなり、水素発生設備として のスペースに無駄があるのが実情であった。
[0006] 特許文献 1 :特開 2002— 137903号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0007] 本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、少な 、体積で十分な量の水素を発生 させることができる水素発生設備を提供することを目的とする。
[0008] また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、少な 、体積で十分な量の水素 を発生させることができる水素発生設備を備えた燃料電池システムを提供することを 目的とする。
課題を解決するための手段
[0009] 上記目的を達成するための本発明の請求項 1に記載の水素発生設備は、反応流 体が送られることで水素の発生が促進される水素発生反応物が収容される反応物容 器と、反応物容器内に配置され反応流体が収容され体積が変更自在な流体室と、流 体室の体積を変更することで容積を変更する可変手段とを備え、流体室内の流体が 水素発生反応物に供給されるにしたがって可変手段により流体室の体積を減少させ て反応物容器内の容積を増加させることを特徴とする。
[0010] これにより、流体室内の流体が水素発生反応物に供給されるにしたがって流体室 の体積を減少させて反応物容器内の容積を増カロさせることができ、少な 、スペース で水素の発生を行う領域を増加させることができる。
[0011] 上記目的を達成するための本発明の請求項 2に記載の水素発生設備は、反応流 体が送られることで水素の発生が促進される水素発生反応物が収容される反応物容 器と、反応物容器内に配置され反応流体が収容される体積が変更自在な流体室と、 流体室を加圧する加圧手段と、反応物容器内で発生した水素を所定圧力で排出す る排出手段と、流体室及び反応物容器を連通し反応流体の流通を許容する流体供 給路と、流体供給路に備えられ反応物容器の圧力が所定値以下になった時に流体 流路の流路を開く開閉手段とを有し、開閉手段を開く圧力よりも高 、圧力に維持する ように流体室を加圧手段により加圧すると共に、反応流体の供給による流体室の容 積の減少に応じて流体室の体積を減少させるように流体室を加圧することを特徴とす る。
[0012] これにより、流体室内の流体が水素発生反応物に供給されるにしたがって加圧手 段により流体室の体積を減少させて反応物容器内の容積を増加させることができると 共に、加圧手段により流体室が加圧され反応物容器の内圧が所定圧力以下の状態 になった時に開閉手段が開いて反応流体が反応物容器に送られ、水素発生反応物 に反応流体が供給されて水素が生成され、発生した水素は排出手段力 所定圧力 で排出される。このため、少ないスペースで水素の発生を行う領域を増加させること ができ、圧力状態により反応流体を安定して供給して十分な量の水素を生成すること ができる。
[0013] そして、本発明の請求項 3に記載の水素発生設備は、請求項 2に記載の水素発生 設備において、流体室は変形許容部材で形成され、加圧手段は、流体室を押圧して 流体室の体積を減少させて流体室の圧力を加圧する押圧手段であることを特徴とす る。
[0014] これにより、押圧手段により変形許容部材で形成された流体室を押圧することで流 体室の体積を減少させることができる。
[0015] また、本発明の請求項 4に記載の水素発生設備は、請求項 3に記載の水素発生設 備において、流体室の変形許容部材は袋部材であり、袋部材の端部に板材が設け られ、板材を介して流体室を押圧することで袋部材が変形して流体室の体積が減少 することを特徴とする。
[0016] これにより、板材を押圧して袋部材を変形させることで流体室の体積を減少させるこ とがでさる。
[0017] また、本発明の請求項 5に記載の水素発生設備は、請求項 3に記載の水素発生設 備において、流体室の変形許容部材はべローズ部材であり、ベローズ部材の端部に 板材が設けられ、板材を介して流体室を押圧することでベローズ部材が縮んで流体 室の体積が減少することを特徴とする。
[0018] これにより、板材を介してべローズ部材を押圧することでベローズ部材を縮め流体 室の体積を減少させることができる。
[0019] また、本発明の請求項 6に記載の水素発生設備は、請求項 3に記載の水素発生設 備において、流体室の変形許容部材は、端部が開放されたシリンダ及びシリンダの 開放端側に備えられたピストン板であり、ピストン板を押圧することでシリンダの容積 が減少して開放体積が増カロして流体室の体積が減少することを特徴とする。
[0020] これにより、ピストン板を押圧することでシリンダの容積を減少させて開放体積を増 加し、流体室の体積を減少させることができる。
[0021] また、本発明の請求項 7に記載の水素発生設備は、請求項 3〜請求項 6のいずれ 力に記載の水素発生設備において、押圧手段は圧縮ばねであることを特徴とする。
[0022] これにより、圧縮ばねの付勢力により極めて簡単な構成で流体室を押圧することが できる。
[0023] また、本発明の請求項 8に記載の水素発生設備は、請求項 2〜請求項 7のいずれ かに記載の水素発生設備において、開閉手段は、流体室の内圧に比べて反応物容 器の内圧が所定値低くなつた定圧時に流体室側から反応物容器側への反応流体の 流通を許容する状態に弁体が開く圧力調整弁であることを特徴とする。
[0024] これにより、所定の圧力差により弁体が開く圧力調整弁を用いて所定圧力で反応 流体を反応容器に送ることができる。
[0025] 上記目的を達成するための本発明の請求項 9の燃料電池システムは、水素が供給 されるアノード室を有する燃料電池のアノード室に、請求項 1〜請求項 8のいずれか に記載の水素発生設備の排出手段を接続したことを特徴とする。
[0026] これにより、流体室内の流体が水素発生反応物に供給されるにしたがって流体室 の体積を減少させて反応物容器内の容積を増カロさせることができ、少な 、スペース で水素の発生を行う領域を増加させることができる水素発生設備を備えた燃料電池 システムとすることができる。
[0027] そして、本発明の請求項 10に記載の燃料電池システムは、請求項 9に記載の燃料 電池システムにおいて、アノード室と反応物容器とが閉空間を形成していることを特 徴とする。
[0028] これにより、生成された水素が外部に流出しないため、生成された水素を全量用い ることがでさる。
発明の効果
[0029] 本発明の水素発生設備は、少ない体積で十分な量の水素を発生させることができ る水素発生設備とすることができる。
また本発明の燃料電池システムは、少な ヽ体積で十分な量の水素を発生させるこ とができる水素発生設備を備えた燃料電池システムとすることができる。 図面の簡単な説明
[図 1]本発明の第 1実施形態例に係る水素発生設備の概略構成図である。
[図 2]本発明の第 2実施形態例に係る水素発生設備の概略構成図である。
[図 3]本発明の第 3実施形態例に係る水素発生設備の概略構成図である。
[図 4]本発明の一実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成図である。
[図 5]本発明の他の実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成図である。
[図 6]本発明の更に他の実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成図である。 符号の説明
1、 15、 21、 42、 62 水素発生設備
2、 45 反応チャンバ一
3、 46 ワーク
4、 16, 22、 47 溶液容器
5 送液管
6、 17 加重板
7 圧縮ばね
10、 44 水素導管
11、 48 反応溶液
12 レギユレータ
13、 55、 64 圧力調整弁
23 シリンダ
24 ピストン板
25 シリンダ室
30、 41、 61 燃料電池システム
31、 43 燃料電池
32、 58 アノードチャンバ一
33、 59 燃料電池セル
49 一時貯留部 51 排出管
52、 63 逆止弁
56 大気取込み口
発明を実施するための最良の形態
[0032] 図 1には本発明の第 1実施形態例に係る水素発生設備の概略構成、図 2には本発 明の第 2実施形態例に係る水素発生設備の概略構成、図 3には本発明の第 3実施 形態例に係る水素発生設備の概略構成を示してある。
[0033] 図 1に基づいて第 1実施形態例を説明する。
水素発生設備 1は、反応物容器としての反応チャンバ一 2を備え、反応チャンバ一 2内には水素発生反応物としてのワーク 3 (例えば、水素化ホウ素ナトリウム）が貯蔵さ れている。また、反応チャンバ一 2の内部には流体室としての溶液容器 4が備えられ 、溶液容器 4には反応流体である反応溶液 11 (例えば、リンゴ酸水溶液)が貯蔵され ている。反応チャンバ一 2と溶液容器 4は流体供給路としての送液管 5により接続され 、送液管 5は反応チャンバ一 2の外部を経由して反応チャンバ一 2と溶液容器 4を接 続している。
[0034] 溶液容器 4は、例えば、ポリプロピレン製 (可撓性材料：榭脂ゃゴムのフィルム、シー ト状材料)の袋部材力 なり、底部には板材としての加重板 6が設けられている。加重 板 6と反応チャンバ一 2の底壁との間には押圧手段としての圧縮ばね 7が設けられ、 圧縮ばね 7により加重板 6が付勢されている。尚、溶液容器 4としては、ポリプロピレン の他に、 PET、シリコーン、シリコーンゴム、ブチルゴム、イソプレンゴム等の可撓性材 料を適用することができる。
[0035] 溶液容器 4は圧縮ばね 7及び加重板 6を介して常時押圧されているため、送液管 5 を反応溶液 11が流れる条件になると、反応溶液 11を溶液容器 4カゝら押し出すことが できる。反応溶液 11が押し出されると、加重板 6を介して溶液容器 4が押圧されてい るため、袋部材が変形して溶液容器 4の体積が減少し、反応チャンバ一 2の容積がそ の分増加する。反応溶液 11が送液管 5から反応チャンバ一 2に送られると、反応溶 液 11とワーク 3が接触して容積が増加した反応チャンバ一 2で水素生成反応が生じ る。 [0036] 反応チャンバ一 2には排出手段としての水素導管 10が接続され、水素導管 10には レギユレータ 12 (圧力調整弁）が設けられている。レギユレータ 12により、反応チャン バー 2からの水素排出量が調整される。尚、レギユレータ 12により水素排出量をコント ロールできるようにした力 定圧弁を用いて一定の水素圧で水素を排出することも可 能である。
[0037] 一方、反応チャンバ一 2の外部部位の送液管 5には圧力調整用の圧力調整弁 13 が設置され、圧力調整弁 13は反応溶液 11が流通許容状態になる時の圧力を調整 する弁である。反応溶液 11が流通許容状態になる時の出力圧が圧力調整弁 13の 開弁時の圧力（開弁圧）となっている。反応チャンバ一 2内の圧力が開弁圧を上回つ た時に圧力調整弁 13が閉鎖し、反応チャンバ一 2内の圧力が開弁圧を下回った時（ 所定値以下）に圧力調整弁 13が開弁する。
[0038] つまり、圧力調整弁 13は、反応チャンバ一 2の圧力が所定値以下になった時に送 液管 5の流路を開く開閉手段となっている。即ち、溶液容器 4の内圧は加圧されて圧 力調整弁 13が開く圧力よりも高く（圧力調整弁 13が開くための反応チャンバ一 2の 所定圧力値を超える圧力）維持され、圧力調整弁 13は、反応チャンバ一 2の内圧が 所定値以下となった定圧時に溶液容器 4側から反応チャンバ一 2側への反応溶液 1 1の流通を許容する状態に弁体が開く構成とされている。
[0039] 圧力調整弁 13は、例えば、定圧バルブであり、溶液容器 4側の流路である一次流 路と、反応チャンバ一 2側の流路である二次流路と、一次流路と二次流路の間に備 えられた弁体と、外部の圧力を弁に伝える外圧伝達路と、反応チャンバ一 2の内圧を 弁体に伝える内圧伝達路から構成される。
[0040] 尚、反応チャンバ一 2の外部を経由して送液管 5により反応チャンバ一 2と溶液容器 4を接続した力 送液管 5を反応チャンバ一 2の内部に配置することも可能である。ま た、反応チャンバ一 2の内部に開口する送液管 5のノズル部に逆止弁を設けることも 可能である。逆止弁を設けることにより、反応チャンバ一 2で発生した水素や水素を 巻き込んだ泡の逆流を防止することができ、水素発生設備 1を使用する姿勢の制約 が減少する。
[0041] 上述した水素発生設備 1の作用を説明する。 溶液容器 4力ゝら送液管 5を通して反応チャンバ一 2に反応溶液 11が送液される。溶 液容器 4が加圧されて 、ることと相俟って、水素が生成されて 、な 、状態での反応チ ヤンバー 2の内圧は、圧力調整弁 13を開く状態の低い圧力とされ、送液管 5を通して 反応溶液 11が送液される。
[0042] 反応チャンバ一 2に反応溶液 11が送られると、反応溶液 11とワーク 3とが接触して 反応し、水素が生成される。水素が生成されると、反応チャンバ一 2の内圧が上昇し 、圧力調整弁 13の開弁圧を上回る (圧力調整弁 13が閉じる状態になる)。反応チヤ ンバー 2の内圧が上昇することにより圧力調整弁 13が閉弁状態となり、送液管 5から の反応溶液 11の供給が停止される。
[0043] 反応溶液 11が供給されなくなると、反応チャンバ一 2での水素発生反応の反応速 度が低下し、発生した水素が反応チャンバ一 2の水素導管 10から排出される。反応 チャンバ一 2の内圧が低下することにより、圧力調整弁 13を開く状態の低い圧力とな る。再び、溶液容器 4カゝら反応チャンバ一 2に反応溶液 11が送液され、反応溶液 11 とワーク 3とが接触して水素が生成される。
[0044] ここで、溶液容器 4カゝら反応溶液 11を送液するために、加圧手段が用いられている 。即ち、圧縮ばね 7により加重板 6が付勢され、溶液容器 4の体積が減少する状態に 袋部材が変形して反応溶液 11が加圧され、加圧力により反応溶液 11が送液される 。反応溶液 11には、圧縮ばね 7による加重板 6介しての溶液容器 4の変形 (体積減少 )により、加圧されて溶液容器 4力 排出される力が常に加わっている。但し、圧縮ば ね 7の変位量により圧力は変化する。
[0045] 反応溶液 11の排出速度の変化に対しては、反応溶液 11の内圧低下により開弁し 、開弁圧が一定の圧力調整弁 13を備えたことにより、溶液容器 4の圧力によらず反 応溶液 11の排出速度は一定となる。また、圧力調整弁 13は反応チャンバ一 2の内 圧と外圧との関係により弁の開閉が行われるため、外圧 (具体的には大気圧)が一定 のため、反応チャンバ一 2の内圧は略一定に保たれる。
[0046] このため、動力を用いずに圧力状態により反応溶液 11を安定して反応チャンバ一 2に供給し、水素を生成することができる。また、加重板 6を付勢して溶液容器 4の体 積を変更することで溶液容器 4を加圧して圧力調整弁 13が開く圧力状態を保持する ことができる。また、加重板 6を圧縮ばね 7の付勢力により押圧するようにしたので、極 めて簡単な構成で加重板 6を押圧することができる。
[0047] そして、溶液容器 4の反応溶液 11が反応チャンバ一 2のワーク 3に供給されるにし たがって加重板 6が圧縮ばね 7の付勢力により押圧され、溶液容器 4の体積が減少 するため、体積が減少した分反応チャンバ一 2の容積を増加させることができる。この ため、デッドスペースがなくなり、少ないスペースで水素の発生を行う領域を増加させ ることができ、水素発生量を減らすことなく省スペース化が可能になる。また、スぺー スを増加させることなく水素発生量を増カロさせることが可能になる。
[0048] 従って、上述した水素発生設備 1では、少な!/、体積で十分な量の水素を発生させ ることがでさる。
[0049] ここで、ワーク 3と反応溶液 11の具体例を説明する。
ワーク 3には水素化ホウ素ナトリウムを用い、反応溶液 11にはリンゴ酸水溶液を用 いている。水素化ホウ素ナトリウムは固体であり、形態は粉体でも錠剤でも良い。リン ゴ酸水溶液の濃度は 5%以上 60%以下、好ましくは、 10%以上 40%以下のものが 用いられる。通常は 25%の濃度のリンゴ酸水溶液が用いられる。水素発生反応は水 素化ホウ素ナトリウムとリンゴ酸水溶液の水とによる以下の反応である。リンゴ酸は反 応促進剤として作用する。
[0050] NaBH + 2H 0→NaBO +4H
4 2 2 2
[0051] この反応促進剤を伴う反応は極めて速ぐ lOsec程度で 90%近い収率が得られる 。必要な水素量を発生させつつ、可能な限りゆっくりと反応させるには、水素化ホウ 素ナトリウムに供給する水量をコントロールすればよい。
[0052] 本実施形態例では、反応溶液 11の送液は、反応チャンバ一 2内の圧力が圧力調 整弁 13の開弁圧を下回った時に生じる。実際は、反応チャンバ一 2内の圧力変動を 小さく抑える設計がされている。反応チャンバ一 2内の圧力は、反応チャンバ一 2から の水素排出速度、反応溶液 11の供給速度、ワーク 3と反応溶液 11の反応速度、反 応チャンバ一 2の容積によって決まる。このうち、反応速度は一定であり、水素排出速 度はレギユレータ 12の設定により決まるものである。反応溶液 11は送液管 5からヮー ク 3に滴下して供給されるため、供給速度は送液管 5の開口端での液滴形成速度に 依存される。つまり、送液管 5の開口端の内径を規定することにより、反応チャンバ一 2内の圧力変動を小さく抑えることができる。例えば、以下の通りの設計値と仕様が適 用される。
[0053] 水素排出速度 15cc/min
反応チャンバ一 2の容積 70cc
反応溶液 11の供給速度 0. 006cc/min
送液管 5の開口端の内径 0.2mm
送液管の内径 2.0mm
圧力調整弁 13の開弁圧 lOOkPa (ゲージ圧）
[0054] つまり、本実施形態例の溶液容器 4の内圧は圧縮ばね 9で加圧されて lOOkPaより も高く維持され、圧力調整弁 13は、反応チャンバ一 2内の圧力が lOOkPaになった 時に開くように開弁圧が設定されている。このため、大気圧よりも高い圧力下におい ても加圧手段を精度良く制御する必要がな!、。
[0055] 尚、圧力調整弁 13の開弁圧は、溶液容器 4の内圧に対して反応チャンバ一 2の内 圧が低くなる所定値に設定されるものであれば、 lOOkPaに限定されるものではなぐ 例えば、ゲージ圧で OkPa (大気圧)を所定値とする等、任意の値に設定することが可 能である。
[0056] また、圧力調整弁 13が開いて反応チャンバ一 2に反応溶液 11が送られた場合、水 素発生の反応速度や機器の状況により圧力が変動するが、圧力調整弁 13の開弁圧 の設計値である lOOkPaは、当然のことながら、この変動の分を吸収する値を加味し た設計値となっている。従って、反応チャンバ一 2の圧力をできる限り一定に維持して 運転することができる。
[0057] 但し、厳密には反応溶液 11の供給により溶液容器 4の体積が減少して反応チャン バー 2の容積が増加するため、反応チャンバ一 2内の圧力変動をより小さく抑えるた めには、水素排出速度を微調整する等、圧力変動を抑制する手段を講じることが好 ましい。
[0058] ワーク 3及び反応溶液 11としての組み合わせの例を説明する。
ワーク 3として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、固体もしくは塩基性溶液 が用いられた場合、反応溶液 11として、有機酸が5%〜60% (10%〜40%)、通常 は 25%の濃度で使用される。ワーク 3の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムが使用 され、反応溶液 11の有機酸として、クェン酸、リンゴ酸、コハク酸が使用される。
[0059] また、ワーク 3として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、固体もしくは塩基性 溶液が用いられた場合、反応溶液 11として、金属塩化物が 1%〜20%の濃度で使 用される。ワーク 3の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムが使用され、反応溶液 11 の金属として、ニッケル、鉄、コバルトが通常 12%の濃度で使用される。
[0060] また、ワーク 3として、金属塩ィ匕物（固体もしくは水溶液）が用いられた場合、反応溶 液 11として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩の塩基性溶液が 1%〜20%、 通常は 12%の濃度で使用される。ワーク 3の金属として、ニッケル、鉄、コバルトが使 用され、反応溶液 11の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムが使用される。
[0061] また、ワーク 3として、酸化還元電位が水素より卑とされる金属が用いられた場合、 反応溶液 11として酸が使用される。ワーク 3の金属として、マグネシウム、アルミニウム 、鉄が使用され、反応溶液 11の酸として、塩酸、硫酸が使用される。
[0062] また、ワーク 3として、両性金属が用いられた場合、反応溶液 11として塩基性水溶 液が使用される。ワーク 3の両性金属として、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛が使用され、 反応溶液 11の塩基性水溶液として水酸ィ匕ナトリウムが使用される。
[0063] 図 2に基づいて本発明の第 2実施形態例を説明する。尚、図 1に示した部材と同一 部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
[0064] 第 2実施形態例に係る水素発生設備 15は、図 1に示した溶液容器 4に代えて反応 チャンバ一 2の内部に流体室としての溶液容器 16を備えたものである。溶液容器 16 には反応溶液 11 (例えば、リンゴ酸水溶液）が貯蔵されている。反応チャンバ一 2と 溶液容器 16は流体供給路としての送液管 5により接続され、送液管 5は反応チャン バー 2の外部を経由して反応チャンバ一 2と溶液容器 16を接続している。
[0065] 溶液容器 16は、変形許容部材としてべローズ部材カゝらなるベローズで構成され、 例えば、 SUS、リン青銅、ベリリウム力もなつている。溶液容器 16の底部（ベローズ部 材の端部）には板材としての加重板 17が設けられ、加重板 17と反応チャンバ一 2の 底壁との間には圧縮ばね 7が設けられ、圧縮ばね 7により加重板 17が付勢されてい る。加重板 17を介して溶液容器 16を押圧することで、ベローズが縮んで溶液容器 16 の体積が減少する。
[0066] 溶液容器 16は圧縮ばね 7及び加重板 17を介して常時押圧されているため、送液 管 5を反応溶液 11が流れる条件になると、反応溶液 11を溶液容器 16から押し出す ことができる。反応溶液 11が押し出されると、加重板 17を介して溶液容器 16が押圧 されているため、ベローズが縮んで溶液容器 16の体積が減少し、反応チャンバ一 2 の容積がその分増加する。反応溶液 11が送液管 5から反応チャンバ一 2に送られる と、反応溶液 11とワーク 3が接触し、容積が増加した反応チャンバ一 2で水素生成反 応が生じる。
[0067] その他の構成'動作や、反応条件、設計値等は図 1に示した第 1実施形態例と同一 である。
[0068] このため、動力を用いずに圧力状態により反応溶液 11を安定して反応チャンバ一 2に供給し、水素を生成することができる。また、加重板 17を付勢してベローズを縮め ることで溶液容器 16の体積を変更し、溶液容器 16を加圧して圧力調整弁 13が開く 圧力状態を保持することができる。そして、溶液容器 16の反応溶液 11が反応チャン バー 2のワーク 3に供給されるにしたがって加重板 17が圧縮ばね 7の付勢力により押 圧され、ベローズが縮むことで溶液容器 16の体積が減少するため、体積が減少した 分反応チャンバ一 2の容積を増加させることができる。このため、デッドスペースがなく なり、少ないスペースで水素の発生を行う領域を増カロさせることができ、水素発生量 を減らすことなく省スペース化が可能になる。また、スペースを増加させることなく水素 発生量を増加させることが可能になる。
[0069] 従って、上述した水素発生設備 15では、少ない体積で十分な量の水素を発生させ ることがでさる。
[0070] 図 3に基づいて本発明の第 3実施形態例を説明する。尚、図 1、図 2に示した部材と 同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
[0071] 第 3実施形態例に係る水素発生設備 21は、図 1に示した溶液容器 4に代えて反応 チャンバ一 2の内部に流体室としての溶液容器 22を備えたものである。溶液容器 22 には反応溶液 11 (例えば、リンゴ酸水溶液）が貯蔵されている。反応チャンバ一 2と 溶液容器 22は流体供給路としての送液管 5により接続され、送液管 5は反応チャン バー 2の外部を経由して反応チャンバ一 2と溶液容器 22を接続している。
[0072] 溶液容器 22は、端部（下端部）が開放されたシリンダ 23と、シリンダ 23の開放端側 に移動自在に備えられたピストン板 24とで構成されている（所謂、シリンジ構造)。ピ ストン板 24の移動によりシリンダ室 25の容量が可変とされ、シリンダ室 25に反応溶液 11が貯蔵されている。ピストン板 24と反応チャンバ一 2の底壁との間には圧縮ばね 7 が設けられ、圧縮ばね 7によりピストン板 24が付勢されている。ピストン板 24を押圧す ることでシリンダ 23のシリンダ室 25の容積が減少して溶液容器 22の開放体積が増加 し、溶液容器 22の体積が減少した状態になる。
[0073] 溶液容器 22のピストン板 24は圧縮ばね 7を介して常時押圧されているため、送液 管 5を反応溶液 11が流れる条件になると、反応溶液 11を溶液容器 22のシリンダ室 2 5から押し出すことができる。反応溶液 11が押し出されると、ピストン板 24によりシリン ダ室 25が押圧されているため、シリンダ室 25の容積が減少して溶液容器 22の体積 が減少し、反応チャンバ一 2の容積がその分増加する。反応溶液 11が送液管 5から 反応チャンバ一 2に送られると、反応溶液 11とワーク 3が接触し、容積が増加した反 応チャンバ一 2で水素生成反応が生じる。
[0074] その他の構成'動作や、反応条件、設計値等は図 1に示した第 1実施形態例と同一 である。
[0075] このため、動力を用いずに圧力状態により反応溶液 11を安定して反応チャンバ一 2に供給し、水素を生成することができる。また、ピストン板 24を付勢してシリンダ室 2 5の容積を減少させて溶液容器 22の体積を変更し、溶液容器 22を加圧して圧力調 整弁 13が開く圧力状態を保持することができる。
[0076] そして、溶液容器 22の反応溶液 11が反応チャンバ一 2のワーク 3に供給されるにし たがってピストン板 24が圧縮ばね 7の付勢力により押圧され、シリンダ室 25の容積が 減少することで溶液容器 22の体積が減少するため、体積が減少した分反応チャンバ 一 2の容積を増加させることができる。このため、デッドスペースがなくなり、少ないス ペースで水素の発生を行う領域を増加させることができ、水素発生量を減らすことな く省スペース化が可能になる。また、スペースを増加させることなく水素発生量を増加 させることが可會 になる。
[0077] 従って、上述した水素発生設備 21では、少ない体積で十分な量の水素を発生させ ることがでさる。
[0078] 図 4に基づ 、て本発明の燃料電池システムを説明する。
図 4には本発明の一実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示してある
[0079] 図 4に示した燃料電池システム 30は、図 1に示した水素発生設備 1を燃料電池 31 に接続したシステムである。即ち、燃料電池 31にはアノードチャンバ一 32が備えられ 、アノードチャンバ一 32は燃料電池セル 33のアノード室に接する空間を構成してい る。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。
[0080] アノードチャンバ一 32と反応チャンバ一 2は水素導管 10により接続され、反応チヤ ンバー 2で発生した水素がアノードチャンバ一 32のアノード室に供給される。アノード 室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費される。アノードでの水素 の消費量は、燃料電池 31の出力電流に応じて決定される。
[0081] 尚、図 1で示した水素導管 10に備えられたレギユレータ 12は設置する必要がない ため取り付けられていない。また、水素発生設備 1に代えて、図 2に示した水素発生 設備 15や図 3に示した水素発生設備 21を適用することも可能である。
[0082] 上述した燃料電池システム 30は、少ない体積で十分な量の水素を発生させること ができる水素発生設備 1を備えた燃料電池システム 30とすることができる。
[0083] 図 5に基づ ヽて本発明の燃料電池システムの他の実施形態例を説明する。
図 5には本発明の他の実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示してあ る。
[0084] 図に示すように、燃料電池システム 41は、水素発生設備 42と燃料電池 43とで構成 され、水素発生設備 42と燃料電池 43は水素導管 44により接続されている。
[0085] 水素発生設備 42を説明する。
水素発生設備 42は、反応物容器としての反応チャンバ一 45を備え、反応チャンバ 一 45内には水素発生反応物としてのワーク 46 (例えば、水素化ホウ素ナトリウム）が 貯蔵されている。また、反応チャンバ一 45の内部には流体室としての溶液容器 47が 備えられ、溶液容器 47には反応流体である反応溶液 48 (例えば、リンゴ酸水溶液） が貯蔵されている。
[0086] 反応チャンバ一 45の外部には一時貯留部 49が設けられ、溶液容器 47と一時貯留 部 49は供給管 50を介して接続されている。供給管 50には圧力調整弁 55が設けら れ、供給管 50側力もの圧力が所定圧力以上になった時に圧力調整弁 55が開弁して 反応溶液 48がー時貯留部 49に送られる。尚、図中の符号で 56は、圧力調整弁 55 の開閉動作のための大気を取り込む大気取込み口である。
[0087] また、一時貯留部 49には反応チャンバ一 45内に開口する排出管 51が接続され、 排出管 51には逆止弁 52が設けられている。逆止弁 52により一時貯留部 49側力もの 反応溶液 48が排出管 51を流通可能とされ、反応チャンバ一 45側からの反応溶液 4 8の逆流が防止されている。反応溶液 48が排出管 51から反応チャンバ一 45に送ら れると、反応溶液 48とワーク 46が接触して反応チャンバ一 45で水素生成反応が生 じる。
[0088] 溶液容器 47は可撓性フィルム (例えば、ポリプロピレン)の袋状部材の容器とされ、 反応溶液 48がー時貯留部 49に送られると共に、反応チャンバ一 45で発生した水素 によりカロ圧されることにより（可変手段）、溶液容器 47の体積が減少するようにされて いる。即ち、溶液容器 47から反応チャンバ一 45に反応溶液 48が供給されるにした 力 て溶液容器 47の体積が減少し、その分反応チャンバ一 45の容積が増加する。
[0089] 燃料電池 43を説明する。
燃料電池 43にはアノードチャンバ一 58が備えられ、アノードチャンバ一 58は燃料 電池セル 59のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消 費する水素を一時的に保持する空間である。アノードチャンバ一 58と反応チャンバ 一 45は水素導管 44により接続され、反応チャンバ一 45で発生した水素がアノードチ ヤンバー 58のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードで の燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池 43の出力 電流に応じて決定される。
[0090] 上述した燃料電池システム 41の作用を説明する。
燃料電池セル 59が負荷に接続されると、燃料電池システム 41の内部の水素と空気 中の酸素が燃料電池反応を起こして電力を発生する。発電は水素を消費しながら進 行するため、アノードチャンバ一 58、水素導管 44、反応チャンバ一 45の内圧が低下 する。ここで、一時貯留部 49は大気圧を受けているため、内圧が大気圧より低下する と一時貯留部 49と反応チャンバ一 45とに差圧が生じ、一時貯留部 49に貯留されて いる反応溶液 48 (リンゴ酸水溶液）が排出管 51を通って反応チャンバ一 45に移動す る。
[0091] 反応溶液 48が反応チャンバ一 45に移動すると、ワーク 46 (水素化ホウ素ナトリウム )と接触して水素発生反応を生じる。発生した水素は、水素導管 44を通り、アノードチ ヤンバー 58に供給される。水素の発生により反応チャンバ一 45、水素導管 44、ァノ ードチャンバ一 58の内圧が大気圧より上昇し、反応チャンバ一 45の内圧が一時貯 留部 49より高くなる。このため、水素が排出管 51を逆流しょうとする力 逆止弁 52に より逆流が防止される。
[0092] 一方、溶液容器 47が反応チャンバ一 45の内圧を受けて圧縮され、溶液容器 47の 内部に貯蔵されている反応溶液 48が供給管 50から圧力調整弁 55まで移動する。圧 力調整弁 55は閉弁方向に、例えば、 lOkPa (ゲージ圧）の反応溶液 48の圧力を受 けており、反応チャンバ一 45の内圧が lOkPa (ゲージ圧）を超えると、反応溶液 48の 圧力により開弁方向の力が上回り、圧力調整弁 55が開弁して、反応溶液 48がー時 貯留部 49に供給される。
[0093] その後、水素発生速度が低下し燃料電池 43での水素消費速度が上回ると、ァノー ドチャンバ一 58、水素導管 44、反応チャンバ一 45の内圧が低下し始める。内圧が 1 OkPa (ゲージ圧)より高い間は圧力調整弁 55が開弁しているため、一時貯留部 49か ら溶液容器 47に反応溶液 48が流入する。内圧が lOkPa (ゲージ圧）を下回ると圧力 調整弁 14は閉弁し、この時の一時貯留部 49の内圧は lOkPa (ゲージ圧）とされる。 更に、反応チャンバ一 45の内圧が低下すると、一時貯留部 49と反応チャンバ一 45 とに圧力差が発生し、逆止弁 52が開弁して反応溶液 48が排出管 51を通って反応チ ヤンバー 45に移動する。これにより、ワーク 46に反応溶液 48が接触して水素発生反 応が生じ、反応チャンバ一 45の内圧が再度上昇することとなる。
[0094] 以上の繰り返しにより水素が生成され、燃料電池 43のアノードチャンバ一 58に燃 料である水素が供給される。
[0095] そして、溶液容器 47から反応チャンバ一 2に反応溶液 48が供給されるにしたがつ て溶液容器 47の体積が減少し、その分反応チャンバ一 45の容積が増加するので、 デッドスペースがなくなり、少な 、スペースで水素の発生を行う領域を増加させること ができ、水素発生量を減らすことなく省スペース化が可能になる。また、スペースを増 カロさせることなく水素発生量を増カロさせることが可能になる。
[0096] 上述した燃料電池システム 41は、少な 、体積で十分な量の水素を発生させること ができる水素発生設備 42を備えた燃料電池システム 41とすることができる。
[0097] 図 6に基づ 、て本発明の燃料電池システムの更に他の実施形態例を説明する。
図 6には本発明の他の実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示してあ る。尚、図 5に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
[0098] 図に示すように、燃料電池システム 61は、水素発生設備 62と燃料電池 43とで構成 され、水素発生設備 62と燃料電池 43は水素導管 44により接続されている。
[0099] 水素発生設備 62を説明する。
水素発生設備 62は、反応物容器としての反応チャンバ一 45を備え、反応チャンバ 一 45内には水素発生反応物としてのワーク 46 (例えば、水素化ホウ素ナトリウム）が 貯蔵されている。また、反応チャンバ一 45の内部には流体室としての溶液容器 47が 備えられ、溶液容器 47には反応流体である反応溶液 48 (例えば、リンゴ酸水溶液） が貯蔵されている。
[0100] 反応チャンバ一 45の外部には一時貯留部 49が設けられ、溶液容器 47と一時貯留 部 49は供給管 50を介して接続されている。供給管 50には逆止弁 63が設けられてい る。逆止弁 63により溶液容器 47側からの反応溶液 48が供給管 50を流通可能とされ 、一時貯留部 49側力もの反応溶液 48の逆流が防止されている。反応チャンバ一 45 で発生した水素により溶液容器 47が加圧され、供給管 50側からの圧力が一時貯留 部 49圧力以上になった時に反応溶液 48がー時貯留部 49に送られる。
[0101] また、一時貯留部 49には反応チャンバ一 45内に開口する排出管 51が接続され、 排出管 51には圧力調整弁 64が設けられている。反応チャンバ一 45内圧が所定圧 力以下になった時、圧力調整弁 64が開弁して一時貯留部 49側からの反応溶液 48 が排出管 51を流通可能となる。一時貯留部 49の内圧は送られた反応溶液 48により 加圧されて圧力調整弁が開く圧力よりも高い状態 (圧力調整弁 64が開くための反応 チャンバ一 45の所定圧力値を超える圧力）を生じており、一時貯留部 49と反応チヤ ンバー 45の内圧差により反応溶液 48が排出管 51から反応チャンバ一 45に送られる 。その結果、反応溶液 48とワーク 46が接触して反応チャンバ一 45で水素生成反応 が生じる。
[0102] 溶液容器 47は可撓性フィルム (例えば、ポリプロピレン)の袋状部材の容器とされ、 反応溶液 48がー時貯留部 49に送られると共に、反応チャンバ一 45で発生した水素 によりカロ圧されることにより（可変手段）、溶液容器 47の体積が減少するようにされて いる。即ち、溶液容器 47から反応チャンバ一 45に反応溶液 48が供給されるにした 力 て溶液容器 47の体積が減少し、その分反応チャンバ一 45の容積が増加する。
[0103] 燃料電池 43を説明する。
燃料電池 43にはアノードチャンバ一 58が備えられ、アノードチャンバ一 58は燃料 電池セル 59のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消 費する水素を一時的に保持する空間である。アノードチャンバ一 58と反応チャンバ 一 45は水素導管 44により接続され、反応チャンバ一 45で発生した水素がアノードチ ヤンバー 58のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードで の燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池 43の出力 電流に応じて決定される。
[0104] 上述した燃料電池システム 61の作用を説明する。
燃料電池セル 59が負荷に接続されると、燃料電池システム 41の内部の水素と空気 中の酸素が燃料電池反応を起こして電力を発生する。発電は水素を消費しながら進 行するため、アノードチャンバ一 58、水素導管 44、反応チャンバ一 45の内圧が低下 する。ここで、一時貯留部 49は大気圧を受けているため、内圧が大気圧より低下する と一時貯留部 49と反応チャンバ一 45とに差圧が生じ、一時貯留部 49に貯留されて いる反応溶液 48 (リンゴ酸水溶液）が排出管 51を通って反応チャンバ一 45に移動す る。
[0105] 反応溶液 48が反応チャンバ一 45に移動すると、ワーク 46 (水素化ホウ素ナトリウム )と接触して水素発生反応を生じる。発生した水素は、水素導管 44を通り、アノードチ ヤンバー 58に供給される。水素の発生により反応チャンバ一 45、水素導管 44、ァノ ードチャンバ一 58の内圧が大気圧より上昇し、反応チャンバ一 45の内圧が一時貯 留部 49より高くなる。このため、水素が排出管 51を逆流しょうとする力 圧力調整弁 6 4により逆流が防止される。
[0106] 一方、溶液容器 47が反応チャンバ一 45の内圧を受けて圧縮され、溶液容器 47の 内部に貯蔵されている反応溶液 48が供給管 50から逆止弁 63を通って一時貯留部 4 9に供給される。
[0107] その後、水素発生速度が低下し燃料電池 43での水素消費速度が上回ると、ァノー ドチャンバ一 58、水素導管 44、反応チャンバ一 45の内圧が低下し始める。内圧が 低下して一時貯留部 49と反応チャンバ一 45とに圧力差が発生すると、圧力調整弁 6 4が開弁して一時貯留部 49から溶液容器 47に反応溶液 48が流入する。これにより、 ワーク 46に反応溶液 48が接触して水素発生反応が生じ、反応チャンバ一 45の内圧 が再度上昇することとなる。
[0108] 以上の繰り返しにより水素が生成され、燃料電池 43のアノードチャンバ一 58に燃 料である水素が供給される。
[0109] そして、溶液容器 47から反応チャンバ一 45に反応溶液 48が供給されるにしたがつ て溶液容器 47の体積が減少し、その分反応チャンバ一 45の容積が増加するので、 デッドスペースがなくなり、少な 、スペースで水素の発生を行う領域を増加させること ができ、水素発生量を減らすことなく省スペース化が可能になる。また、スペースを増 カロさせることなく水素発生量を増カロさせることが可能になる。
[0110] 上述した燃料電池システム 61は、少ない体積で十分な量の水素を発生させること ができる水素発生設備 62を備えた燃料電池システム 61とすることができる。
産業上の利用可能性
[0111] 本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生設備及び 水素発生設備で発生した水素を燃料とする燃料電池システムの産業分野で利用す ることがでさる。

Claims

請求の範囲
[1] 反応流体が送られることで水素の発生が促進される水素発生反応物が収容される 反応物容器と、
反応物容器内に配置され反応流体が収容され体積が変更自在な流体室と、 流体室の体積を変更することで容積を変更する可変手段とを備え、
流体室内の流体が水素発生反応物に供給されるにしたがって可変手段により流体 室の体積を減少させて反応物容器内の容積を増加させる
ことを特徴とする水素発生設備。
[2] 反応流体が送られることで水素の発生が促進される水素発生反応物が収容される 反応物容器と、
反応物容器内に配置され反応流体が収容される体積が変更自在な流体室と、 流体室を加圧する加圧手段と、
反応物容器内で発生した水素を排出する排出手段と、
流体室及び反応物容器を連通し反応流体の流通を許容する流体供給路と、 流体供給路に備えられ反応物容器の圧力が所定値以下になった時に流体流路の 流路を開く開閉手段とを有し、
開閉手段を開く圧力よりも高 、圧力に維持するように流体室を加圧手段により加圧す ると共に、反応流体の供給による流体室の容積の減少に応じて流体室の体積を減少 させるように流体室を加圧する
ことを特徴とする水素発生設備。
[3] 請求項 2に記載の水素発生設備において、
流体室は変形許容部材で形成され、加圧手段は、流体室を押圧して流体室の体 積を減少させて流体室の圧力を加圧する押圧手段である
ことを特徴とする水素発生設備。
[4] 請求項 3に記載の水素発生設備において、
流体室の変形許容部材は袋部材であり、袋部材の端部に板材が設けられ、板材を 介して流体室を押圧することで袋部材が変形して流体室の体積が減少する
ことを特徴とする水素発生設備。
[5] 請求項 3に記載の水素発生設備において、
流体室の変形許容部材はべローズ部材であり、ベローズ部材の端部に板材が設け られ、板材を介して流体室を押圧することでベローズ部材が縮んで流体室の体積が 減少する
ことを特徴とする水素発生設備。
[6] 請求項 3に記載の水素発生設備において、
流体室の変形許容部材は、端部が開放されたシリンダ及びシリンダの開放端側に 備えられたピストン板であり、ピストン板を押圧することでシリンダの容積が減少して開 放体積が増加して流体室の体積が減少する
ことを特徴とする水素発生設備。
[7] 請求項 3〜請求項 6のいずれかに記載の水素発生設備において、
押圧手段は、圧縮ばねである
ことを特徴とする水素発生設備。
[8] 請求項 2〜請求項 7のいずれかに記載の水素発生設備において、
開閉手段は、流体室の内圧に比べて反応物容器の内圧が所定値低くなつた定圧 時に流体室側力 反応物容器側への反応流体の流通を許容する状態に弁体が開く 圧力調整弁である
ことを特徴とする水素発生設備。
[9] 水素が供給されるアノード室を有する燃料電池のアノード室に、請求項 1〜請求項 8のいずれかに記載の水素発生設備の排出手段を接続したことを特徴とする燃料電 池システム。
[10] 請求項 9に記載の燃料電池システムにお 、て、
アノード室と反応物容器とが閉空間を形成している
ことを特徴とする燃料電池システム。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI369812B (en) * 2005-06-13 2012-08-01 Bic Soc Hydrogen generating fuel cell cartridges
JP2007161520A (ja) * 2005-12-13 2007-06-28 Nitto Denko Corp 水素発生装置及び燃料電池システム
JP4868352B2 (ja) * 2005-12-27 2012-02-01 セイコーインスツル株式会社 水素発生設備及び燃料電池システム
JP5135527B2 (ja) * 2007-02-16 2013-02-06 セイコーインスツル株式会社 水素発生装置及び燃料電池システム
IT1405581B1 (it) * 2009-03-10 2014-01-17 Univ Padova Produzione in situ di idrogeno tramite processo in splitting di acqua mediato da metalli o da specie inorganiche differenti dal litio e formanti leghe con il sodio
CN102869605B (zh) * 2010-04-27 2016-07-06 深井利春 氢的制造方法
WO2011136147A1 (ja) * 2010-04-27 2011-11-03 Fukai Toshiharu 水素の製造方法
EP2700121B8 (en) 2011-04-21 2015-05-13 Intelligent Energy Limited Hydrogen generator with improved volume efficiency
JP5365942B2 (ja) * 2011-10-12 2013-12-11 セイコーインスツル株式会社 水素発生設備及び燃料電池システム
US9954235B2 (en) * 2014-12-22 2018-04-24 Intelligent Energy Limited Anode chambers with variable volumes
SE1550580A1 (en) * 2015-05-07 2016-11-08 Myfc Ab Fuel cell based charger system and fuel generator therefor
US20210155476A1 (en) 2018-04-17 2021-05-27 Electriq-Global Energy Solutions Ltd. Batch systems and methods for hydrogen gas extraction from a liquid hydrogen carrier
KR102614524B1 (ko) * 2018-11-15 2023-12-14 한화오션 주식회사 금속을 이용한 수소 생산 장치

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002137903A (ja) 2000-10-30 2002-05-14 Toyota Motor Corp 水素ガス生成装置
JP2004087470A (ja) * 2002-06-21 2004-03-18 Hewlett-Packard Development Co Lp 水素発生装置
JP2004099434A (ja) * 2002-09-06 2004-04-02 Hewlett-Packard Development Co Lp 水素発生装置
JP2005071932A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd 水素発生器及び燃料電池システム
JP2005139025A (ja) * 2003-11-06 2005-06-02 Iwai Shoji Kk 水素発生装置及び燃料電池システム

Family Cites Families (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3664873A (en) * 1969-04-21 1972-05-23 United Aircraft Corp Self-regulating encapsulated fuel cell system
US4642272A (en) * 1985-12-23 1987-02-10 International Fuel Cells Corporation Integrated fuel cell and fuel conversion apparatus
US6653005B1 (en) * 2000-05-10 2003-11-25 University Of Central Florida Portable hydrogen generator-fuel cell apparatus
US6932847B2 (en) * 2001-07-06 2005-08-23 Millennium Cell, Inc. Portable hydrogen generator
US6746496B1 (en) * 2002-01-15 2004-06-08 Sandia Corporation Compact solid source of hydrogen gas
US7641889B1 (en) * 2003-05-14 2010-01-05 Lynntech Power Systems, Ltd. Hydrogen generator
US7344571B2 (en) * 2003-08-14 2008-03-18 The Gillette Company Hydrogen generator
JP4649861B2 (ja) * 2003-09-09 2011-03-16 トヨタ自動車株式会社 燃料電池システム
KR100560495B1 (ko) * 2004-01-28 2006-03-14 삼성에스디아이 주식회사 연료 전지 시스템의 개질기 및 이를 채용한 연료 전지시스템
US7901818B2 (en) * 2005-03-25 2011-03-08 Seiko Instruments Inc. Hydrogen generator
JP5135527B2 (ja) * 2007-02-16 2013-02-06 セイコーインスツル株式会社 水素発生装置及び燃料電池システム

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002137903A (ja) 2000-10-30 2002-05-14 Toyota Motor Corp 水素ガス生成装置
JP2004087470A (ja) * 2002-06-21 2004-03-18 Hewlett-Packard Development Co Lp 水素発生装置
JP2004099434A (ja) * 2002-09-06 2004-04-02 Hewlett-Packard Development Co Lp 水素発生装置
JP2005071932A (ja) * 2003-08-27 2005-03-17 Materials & Energy Research Institute Tokyo Ltd 水素発生器及び燃料電池システム
JP2005139025A (ja) * 2003-11-06 2005-06-02 Iwai Shoji Kk 水素発生装置及び燃料電池システム

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP1911720A4 *

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Publication number Publication date
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JP4899474B2 (ja) 2012-03-21
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