JP7079441B2 - Fuel cell system - Google Patents

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Description

本発明は、低圧域の水素ガスをエネルギー源として発電を行う燃料電池システムにおいて、安定性と安全性を高める技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for enhancing stability and safety in a fuel cell system that generates electricity using hydrogen gas in a low pressure region as an energy source.

近年、再生可能エネルギーによる発電が行われているが、電力出力が不安定であるという問題がある。また、災害時の非常用電源として、エンジン式発電機が多く用いられているが、騒音や排気ガスの問題がある。そこで、クリーンなエネルギー源として燃料電池が注目されている。
しかしながら、燃料電池を利用する場合には、水素ガスの供給源が必要になる。
従来の燃料電池自動車用の水素ステーションの場合、コンプレッサー(圧縮機)を用いて、蓄圧器に高圧水素ガスを予め充填させて、蓄圧器から燃料電池自動車に水素ガスを充填している(例えば、特許文献1を参照。)。
しかしながら、水素源として高圧ボンベを利用すると、危険性が高いため、法令規制により設置場所が制約されてしまうという問題がある。そのため、従来の水素ステーションでは、設置や運用のためのコストが高くなるという問題があった。
In recent years, power generation has been carried out using renewable energy, but there is a problem that the power output is unstable. In addition, engine-type generators are often used as emergency power sources in the event of a disaster, but there are problems with noise and exhaust gas. Therefore, fuel cells are attracting attention as a clean energy source.
However, when using a fuel cell, a hydrogen gas supply source is required.
In the case of a conventional hydrogen station for a fuel cell vehicle, a compressor is used to pre-fill the accumulator with high-pressure hydrogen gas, and the accumulator fills the fuel cell vehicle with hydrogen gas (for example). See Patent Document 1).
However, if a high-pressure cylinder is used as a hydrogen source, there is a problem that the installation location is restricted by laws and regulations because of the high risk. Therefore, the conventional hydrogen station has a problem that the cost for installation and operation is high.

低圧域の水素ガスを、必要となるその場所で発生させ、燃料電池に供給できれば、安全性と利便性を向上させることはできるが、水素ガスの発生には多大なコストがかかるという問題があった。 If hydrogen gas in the low pressure range can be generated at the required location and supplied to the fuel cell, safety and convenience can be improved, but there is a problem that it costs a lot to generate hydrogen gas. rice field.

そこで、水とアルミニウムの反応を利用して水素をシート状のアルミニウムを水素発生材料として用いる水素製造装置が知られている(例えば、特許文献2を参照。)。これによれば、低コストで水素ガスを発生させることができる。
しかしながら、上記特許文献2に開示された水素製造装置では、安定的に水素を連続発生する点については十分な開示がされていないという問題がある。また、水素発生装置と燃料電池を一体として、利便性の高い燃料電池システムを提供するというものでもない。
Therefore, a hydrogen production apparatus using hydrogen as a sheet-shaped aluminum as a hydrogen generating material by utilizing the reaction between water and aluminum is known (see, for example, Patent Document 2). According to this, hydrogen gas can be generated at low cost.
However, the hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 2 has a problem that the point of stably continuously generating hydrogen is not sufficiently disclosed. Further, it does not mean that a highly convenient fuel cell system is provided by integrating a hydrogen generator and a fuel cell.

特開2006-138332号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2006-138332 特開2016-117620号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2016-117620

上記状況に鑑みて、本発明は、水素ガスを持続的、定量的に発生させ、利便性が高く、安全性が高い低圧域の水素ガスを安定的かつ安価に利用することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention is a fuel cell capable of continuously and quantitatively generating hydrogen gas, and stably and inexpensively using hydrogen gas in a low pressure region with high convenience and safety. The purpose is to provide a system.

上記課題を解決すべく、本発明の燃料電池システムは、低圧域の水素ガスを供給できる水素ガス供給手段および燃料電池ユニットを少なくとも備える燃料電池システムである。水素ガス供給手段は、水素ガス発生部と、発生した水素ガスを蓄積する蓄ガス部から構成される。水素ガス発生部は、アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の水溶液と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとを原材料とし、または、アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムと、水とを原材料とし、原材料を混合する反応容器と、水素ガス発生を持続的かつ定量的に行うために原材料の一部の供給を制御する供給制御機構と、反応容器を他の反応容器に交換する交換機構を有する。
本発明の燃料電池システムでは、水素ガス供給手段が、低圧域の水素ガスを供給できることにより安全性が向上する。ここで、低圧域の水素ガスとは、2MPa未満の水素ガスのことである。したがって、低圧域の水素ガスは、例えば1MPa未満の水素ガスでもよく、1MPa未満の低圧域の水素ガスを蓄える容器の場合は、高圧ガス保安法における圧力容器に該当しないため、同法による制約は受けないこととなる。
また、水素ガス供給手段に供給制御機構が設けられることにより、水素ガスを長時間、安定的に発生させることが可能となり、燃料電池ユニットを安定的に稼動することができる。
In order to solve the above problems, the fuel cell system of the present invention is a fuel cell system including at least a hydrogen gas supply means capable of supplying hydrogen gas in a low pressure region and a fuel cell unit. The hydrogen gas supply means is composed of a hydrogen gas generation unit and a gas storage unit that stores the generated hydrogen gas. The hydrogen gas generating part is made of an aqueous solution of an alkaline earth metal hydroxide or an alkali metal hydroxide and an aluminum piece or a sheet of aluminum as raw materials, or an alkaline earth metal hydroxide or an alkali metal. A reaction vessel that uses hydroxide, aluminum pieces or sheet-like aluminum, and water as raw materials to mix the raw materials, and a supply that controls the supply of a part of the raw materials in order to continuously and quantitatively generate hydrogen gas. It has a control mechanism and an exchange mechanism for exchanging the reaction vessel with another reaction vessel.
In the fuel cell system of the present invention, the hydrogen gas supply means can supply hydrogen gas in a low pressure region, which improves safety. Here, the hydrogen gas in the low pressure region is a hydrogen gas of less than 2 MPa. Therefore, the hydrogen gas in the low pressure region may be, for example, hydrogen gas of less than 1 MPa, and in the case of a container for storing hydrogen gas in the low pressure region of less than 1 MPa, it does not fall under the pressure vessel in the High Pressure Gas Safety Law, so the restriction by the law is limited. You will not receive it.
Further, by providing the supply control mechanism in the hydrogen gas supply means, it becomes possible to stably generate hydrogen gas for a long time, and the fuel cell unit can be operated stably.

交換機構が設けられることにより、一方の反応容器における反応が終了した場合でも、燃料電池システムの稼動を止めることなく、残渣物の排出や、新たな原材料の反応容器への準備等を行うことができ、安定的に水素ガスを発生させることができる。
交換機構は、例えば、回転台に配置された反応容器を回転させて交換する仕様でもよいし、バルブを開閉することで切替えることでもよい。したがって、例えば、バルブを開閉する方式の交換機構である場合には、反応容器を交換するといった利用方法だけではなく、複数の反応容器を同時に利用して大量の水素ガスを発生させるといった利用方法も可能である。
By providing an exchange mechanism, even if the reaction in one of the reaction vessels is completed, it is possible to discharge the residue and prepare new raw materials in the reaction vessel without stopping the operation of the fuel cell system. It can generate hydrogen gas in a stable manner.
The exchange mechanism may be, for example, a specification in which a reaction vessel arranged on a rotary table is rotated and exchanged, or may be switched by opening and closing a valve. Therefore, for example, in the case of an exchange mechanism that opens and closes a valve, not only a method of exchanging a reaction vessel but also a method of using a plurality of reaction vessels at the same time to generate a large amount of hydrogen gas is also possible. It is possible.

アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の水溶液の構成としては、アルカリ土類金属系水酸化物である水酸化カルシウムが好適であるが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属系水酸化物を用いてもよい。
アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとしては、厚さ10~14μmのアルミ箔を、一辺が1~12mmの矩形にシュレッダーなどで裁断したものが好適である。
なお、原材料としては、後述する残渣排出手段により排出される残渣物を用いる構成でもよい。
As the composition of the aqueous solution of the alkaline earth metal hydroxide or the alkali metal hydroxide, calcium hydroxide which is an alkaline earth metal hydroxide is suitable, but sodium hydroxide, potassium hydroxide and the like are suitable. Alkali metal-based hydroxides may be used.
As the aluminum piece or sheet-shaped aluminum, aluminum foil having a thickness of 10 to 14 μm is preferably cut into a rectangle having a side of 1 to 12 mm with a shredder or the like.
As the raw material, a residue discharged by a residue discharging means described later may be used.

本発明の燃料電池システムにおいて、供給制御機構は、スクリュー機構又はピストン機構を有し、反応容器内に投入するアルミニウム片又はシート状アルミニウムの投入量を調整する第1調整機構を備えたことが好ましい。
原材料を一度に混合してしまうと、瞬間的には水素ガスが大量に発生するが、その後短時間で発生量は減少し、長時間安定的に水素ガスを発生させることは困難である。
供給制御機構は、アルミニウムを投入する量を調整できるだけではなく、投入する時間的間隔を調整することもできる。
したがって、第1調整機構を設けることにより、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムを少しずつ投入して、長時間安定的に水素ガスを発生させるといったことが可能である。
In the fuel cell system of the present invention, the supply control mechanism preferably has a screw mechanism or a piston mechanism, and includes a first adjusting mechanism for adjusting the amount of aluminum pieces or sheet-shaped aluminum charged into the reaction vessel. ..
When the raw materials are mixed at once, a large amount of hydrogen gas is instantaneously generated, but the generated amount decreases in a short time thereafter, and it is difficult to stably generate hydrogen gas for a long time.
The supply control mechanism can not only adjust the amount of aluminum charged, but also the time interval of charging.
Therefore, by providing the first adjusting mechanism, it is possible to add aluminum pieces or sheet-shaped aluminum little by little to stably generate hydrogen gas for a long time.

本発明の燃料電池システムにおいて、供給制御機構は、反応容器内に投入するアルカリ土類金属系水酸化物又はアルカリ金属系水酸化物の水溶液の投入量を調整する第2調整機構を備えたことが好ましい。
ここで、第2調整機構は、水酸化カルシウムなどの水溶液の投入量を調整できるだけではなく、投入する時間的間隔を調整することもできる。これにより、長時間・安定的に水素ガスを発生させることができる。
なお、水酸化カルシウムなどの水溶液を、一定の間隔で投入する場合には、水温が低下し、反応率が低下することが考えられる。そこで、効率的に水素ガスを発生させるため、水酸化カルシウムなどの水溶液を更に昇温して投入するための機構が更に設けられることが好ましい。
In the fuel cell system of the present invention, the supply control mechanism is provided with a second adjusting mechanism for adjusting the amount of the aqueous solution of the alkaline earth metal hydroxide or the alkali metal hydroxide to be charged into the reaction vessel. Is preferable.
Here, the second adjusting mechanism can not only adjust the amount of the aqueous solution such as calcium hydroxide to be added, but also can adjust the time interval for adding the aqueous solution. As a result, hydrogen gas can be stably generated for a long time.
When an aqueous solution such as calcium hydroxide is added at regular intervals, the water temperature may decrease and the reaction rate may decrease. Therefore, in order to efficiently generate hydrogen gas, it is preferable to further provide a mechanism for further heating and charging an aqueous solution such as calcium hydroxide.

本発明の燃料電池システムにおいて、供給制御機構は、反応容器内に滴下する水の滴下量を調整する第3調整機構を備えたことでもよい。
100W程度の電力を発生させる比較的小型の燃料電池システムにおいては、上記のように、アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の何れかと、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとの混合物に、水を滴下する方式を採用することも可能である。水を滴下する方式は、アルミニウム片などを投入する方式よりも、投入量の調整が容易であるため、低コストで装置を製造することが可能となる。
In the fuel cell system of the present invention, the supply control mechanism may include a third adjusting mechanism for adjusting the amount of water dropped in the reaction vessel.
In a relatively small fuel cell system that generates a power of about 100 W, as described above, either an alkaline earth metal hydroxide or an alkali metal hydroxide is mixed with an aluminum piece or a sheet of aluminum. It is also possible to adopt a method of dropping water. Since the method of dropping water is easier to adjust the amount of water added than the method of adding aluminum pieces or the like, it is possible to manufacture the device at low cost.

本発明の燃料電池システムにおいて、交換機構は、原材料の混合による化学反応が終了した反応容器を、原材料が入った他の反応容器と入れ替え、反応後の残渣物を排出するための残渣排出手段を更に備えることが好ましい。
これにより、反応に使用していない反応容器から残渣物を排出することができ、水素ガス供給手段の稼動を止めることなく、残渣物の排出が可能となり、安定的な水素ガスの発生が可能となる。
In the fuel cell system of the present invention, the exchange mechanism replaces the reaction vessel in which the chemical reaction by mixing the raw materials is completed with another reaction vessel containing the raw materials, and provides a residue discharge means for discharging the residue after the reaction. It is preferable to further prepare.
As a result, the residue can be discharged from the reaction vessel that is not used for the reaction, and the residue can be discharged without stopping the operation of the hydrogen gas supply means, and stable hydrogen gas can be generated. Become.

本発明の燃料電池システムは、水素ガス供給手段と燃料電池ユニットが接続され一体化されたことが好ましい。
水素ガス供給手段と燃料電池ユニットが接続され一体化されることにより、水素ステーションを必要とせず燃料電池を利用できるため、利便性の高いシステムとなる。
In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the hydrogen gas supply means and the fuel cell unit are connected and integrated.
By connecting and integrating the hydrogen gas supply means and the fuel cell unit, the fuel cell can be used without the need for a hydrogen station, which makes the system highly convenient.

本発明の燃料電池システムにおいて、水素ガス供給手段は、性能劣化原因となる水などの不純物を除去するための不純物除去機構を更に備えたことが好ましい。
不純物除去機構が設けられることにより、純度の高い水素ガスを燃料電池ユニットに供給できる。また、蓄ガス部などの性能の劣化を防止することにも役立つ。
In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the hydrogen gas supply means further includes an impurity removing mechanism for removing impurities such as water that cause performance deterioration.
By providing the impurity removal mechanism, high-purity hydrogen gas can be supplied to the fuel cell unit. It also helps prevent deterioration of the performance of the gas storage section and the like.

本発明の燃料電池システムにおける不純物除去機構は、吸着剤として多孔質状ゼオライトが用いられ、温度上昇と圧力変化により再生可能な再生ユニットを備えることでもよい。多孔質状ゼオライトとして、例えばモレキュラーシーブを用いることができる。モレキュラーシーブとは、ゼオライトの一種であり、多孔質の空孔に分子を吸着するものであり、粉末状やペレット状に成型したものが好適に用いることができる。特に水分子を強く吸着する。
ここで、再生ユニットは、燃料電池ユニットにおける発電の際に発生する熱を利用したものでもよいし、水素製造の際に発生する熱を利用したものでもよい。
The impurity removing mechanism in the fuel cell system of the present invention may use a porous zeolite as an adsorbent and may include a regeneration unit that can be regenerated by increasing the temperature and changing the pressure. As the porous zeolite, for example, a molecular sieve can be used. The molecular sieve is a kind of zeolite, which adsorbs molecules into porous pores, and those molded into powder or pellets can be preferably used. In particular, it strongly adsorbs water molecules.
Here, the regeneration unit may be one that utilizes the heat generated during power generation in the fuel cell unit, or may be one that utilizes the heat generated during hydrogen production.

本発明の燃料電池システムにおいて、蓄ガス部は、水素吸蔵合金が内蔵された水素吸蔵合金内蔵容器あるいは低圧の水素貯蔵タンクであることでもよい。
水素吸蔵合金は、例えば、1MPa未満の低圧域で充填したとしても、結果的に、35MPa相当の圧力の水素を貯蔵することが可能であり、燃料電池ユニットの稼働時間を増加させることができ、また、省スペース性を高めることもできる。
In the fuel cell system of the present invention, the gas storage unit may be a hydrogen storage alloy built-in container or a low-pressure hydrogen storage tank containing a hydrogen storage alloy.
Even if the hydrogen storage alloy is filled in a low pressure region of less than 1 MPa, for example, it is possible to store hydrogen at a pressure equivalent to 35 MPa, and the operating time of the fuel cell unit can be increased. In addition, space saving can be improved.

ここで、水素吸蔵合金には、既に公知の水素吸蔵合金を用いることができ、例えば、希土類元素、ニオブ、ジルコニウムに対して触媒効果を持つ遷移元素(ニッケル、コバルト、アルミニウムなど)を含む合金(AB型)、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケルなどの遷移元素の基合金(AB型)、マグネシウム基合金(Mg合金)やバナジウム基合金(V系合金)、チタン-鉄系の金属間化合物の基合金(Ti-Fe系)などを用いることができる。 Here, as the hydrogen storage alloy, an already known hydrogen storage alloy can be used, for example, an alloy containing a transition element (nickel, cobalt, aluminum, etc.) having a catalytic effect on rare earth elements, niobium, and zirconium (such as nickel, cobalt, and aluminum). AB 5 type), base alloys of transition elements such as titanium, manganese, zirconium, nickel (AB type 2 ), magnesium base alloys (Mg alloys) and vanadium base alloys (V series alloys), titanium-iron metal compounds (Ti—Fe system) or the like can be used.

本発明の燃料電池システムにおいて、蓄ガス部が水素吸蔵合金内蔵容器である場合には、水素吸蔵合金内蔵容器から燃料電池ユニットへの水素ガスの供給の際に、燃料電池ユニットからの排熱を、水素吸蔵合金内蔵容器からの水素ガスの放出に利用することでもよい。
燃料電池ユニットからの排熱を利用することで、効率的に水素ガスを放出させることができる。
In the fuel cell system of the present invention, when the gas storage unit is a container with a built-in hydrogen storage alloy, exhaust heat from the fuel cell unit is exhausted when hydrogen gas is supplied from the container with a built-in hydrogen storage alloy to the fuel cell unit. , It may be used for releasing hydrogen gas from a container containing a hydrogen storage alloy.
By utilizing the waste heat from the fuel cell unit, hydrogen gas can be efficiently released.

本発明の燃料電池システムにおいて、蓄ガス部が水素吸蔵合金内蔵容器である場合には、水素ガス発生部と水素吸蔵合金内蔵容器の間、及び、水素吸蔵合金内蔵容器と燃料電池ユニットの間には、水素ガスの供給量を調整するためのバッファタンクが設けられたことが好ましい。
水素ガス発生部における水素ガスの発生速度と水素吸蔵合金内蔵容器における水素ガスの吸蔵速度や、水素吸蔵合金内蔵容器における水素ガスの放出速度と燃料電池ユニットにおける水素ガスの使用速度は必ずしも一致するとは限らないため、流量調整を可能としたものである。
In the fuel cell system of the present invention, when the gas storage unit is a container with a built-in hydrogen storage alloy, it is between the hydrogen gas generating unit and the container with a built-in hydrogen storage alloy, and between the container with a built-in hydrogen storage alloy and the fuel cell unit. It is preferable that a buffer tank for adjusting the supply amount of hydrogen gas is provided.
The hydrogen gas generation rate in the hydrogen gas generation section and the hydrogen gas storage rate in the hydrogen storage alloy built-in container, the hydrogen gas release rate in the hydrogen storage alloy built-in container, and the hydrogen gas usage rate in the fuel cell unit do not always match. Since it is not limited, the flow rate can be adjusted.

本発明の燃料電池システムにおいて、水素ガス発生部は、反応容器内の温度制御を行う温度制御機構を更に備えたことが好ましい。
温度制御機構は、水素ガス発生部において水素を発生させる際に、反応容器や原材料容器内にある水や水溶液を、水素ガスを発生させるための最適な温度に保つためのものである。これにより、安全かつ効率的に水素ガスを発生させることが可能となる。
温度制御機構には、加温手段や冷却手段を含み、例えば、反応容器の水素出口配管を、原材料容器から反応容器への原材料の投入に使用する配管の一部に巻き付けるなどして、加温手段としてもよい。
In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the hydrogen gas generating unit further includes a temperature control mechanism for controlling the temperature inside the reaction vessel.
The temperature control mechanism is for keeping the water or the aqueous solution in the reaction vessel or the raw material container at the optimum temperature for generating hydrogen gas when hydrogen is generated in the hydrogen gas generating unit. This makes it possible to safely and efficiently generate hydrogen gas.
The temperature control mechanism includes a heating means and a cooling means, and for example, the hydrogen outlet pipe of the reaction vessel is wound around a part of the pipe used for charging the raw material from the raw material container to the reaction vessel to heat the reaction vessel. It may be a means.

本発明の燃料電池システムによれば、水素ガスを持続的、定量的に発生させ、利便性が高く、安全性が高い低圧域の水素ガスを安定的かつ安価に燃料電池に利用できるといった効果がある。 According to the fuel cell system of the present invention, hydrogen gas is continuously and quantitatively generated, and hydrogen gas in a low pressure region, which is highly convenient and highly safe, can be stably and inexpensively used for a fuel cell. be.

実施例1の燃料電池システムの機能ブロック図Functional block diagram of the fuel cell system of Example 1 実施例1の燃料電池システムのシステム構成図System configuration diagram of the fuel cell system of the first embodiment 実施例1の水素ガス発生装置のイメージ図Image of the hydrogen gas generator of Example 1 実施例1の第1調整機構の説明図Explanatory drawing of the first adjustment mechanism of Example 1. 実施例1の燃料電池システムのイメージ図Image of the fuel cell system of Example 1 実施例2の水素ガス発生装置のイメージ図Image of the hydrogen gas generator of Example 2 実施例3の水素ガス発生装置のイメージ図Image of the hydrogen gas generator of Example 3 実施例4の燃料電池システムのシステム構成図System configuration diagram of the fuel cell system of Example 4 水素吸蔵時の水素吸蔵合金内蔵容器の冷却イメージ図Cooling image of the container with built-in hydrogen storage alloy during hydrogen storage 水素放出時の水素吸蔵合金内蔵容器の加温イメージ図Heating image of the container with a built-in hydrogen storage alloy when releasing hydrogen ピストン機構を用いた第1調整機構の説明図Explanatory drawing of the first adjustment mechanism using a piston mechanism スクリュー機構を用いた第1調整機構の説明図Explanatory drawing of the first adjustment mechanism using a screw mechanism 従来の水素ガス発生装置のイメージ図Image of conventional hydrogen gas generator

以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。 Hereinafter, an example of the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to the following examples and illustrated examples, and many changes and modifications can be made.

(水素ガス発生方法)
まず、水素ガスの発生方法について説明する。図13は、従来の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図13に示すように、水素ガス発生装置33は、反応容器60及び原材料容器70から成る。反応容器60は、上部に開閉式の蓋部60aが設けられた箱状を呈しており、反応容器60の内部には、アルミ箔15a及び水酸化カルシウム14が備えられている。原材料容器70の内部には、水13が備えられている。
図13に示すように、従来の水素ガス発生装置は、蓋部60aを開けた状態で容器70から水13を流し込み、蓋部60aを閉じて化学反応を起こし、水素ガスを発生させる構造である。なお、反応容器60の側部には排出孔60bが設けられており、発生した水素ガスを排出することができる。
このように、水13、水酸化カルシウム14及びアルミ箔15aを用いて水素ガスを発生させる原理については、以下の実施例において共通である。
(Hydrogen gas generation method)
First, a method of generating hydrogen gas will be described. FIG. 13 shows an image diagram of a conventional hydrogen gas generator. As shown in FIG. 13, the hydrogen gas generator 33 includes a reaction vessel 60 and a raw material vessel 70. The reaction vessel 60 has a box shape provided with an openable / closable lid 60a at the top, and the inside of the reaction vessel 60 is provided with an aluminum foil 15a and calcium hydroxide 14. Water 13 is provided inside the raw material container 70.
As shown in FIG. 13, the conventional hydrogen gas generator has a structure in which water 13 is poured from the container 70 with the lid portion 60a open, the lid portion 60a is closed to cause a chemical reaction, and hydrogen gas is generated. .. A discharge hole 60b is provided on the side of the reaction vessel 60 so that the generated hydrogen gas can be discharged.
As described above, the principle of generating hydrogen gas using water 13, calcium hydroxide 14, and aluminum foil 15a is common in the following examples.

(使用するアルミニウムについて)
使用するアルミニウムについては、まず、アルミニウム粉末を用いて、水素発生を行った。条件としては、アルミニウム粉末12g、水酸化カルシウム48g、水216mLを用いて、反応温度を10℃、20℃、40℃及び60℃に設定し、240分間水素ガスの発生量を計測した。なお、計測においては攪拌を行った。
計測の結果、反応温度を10℃に設定した場合の反応率は53%であった。また、反応温度を20℃に設定した場合の反応率は51%、反応温度を40℃に設定した場合の反応率は26%であり、反応温度を60℃に設定した場合の反応率は僅か9%という結果であった。
計測においては、反応温度を上げると水素の瞬間発生量は大きくなり、ピークに達する時間が短縮されるものの、反応率が低下することが判った。このような傾向は、攪拌方法を改善しても変わらなかった。これは、反応温度が60℃であったアルミニウム粉末では、粒子の表面のみが反応し、表層から2層目に水を遮断する層(ベーマイト層)が形成され、反応が停止してしまうからである。
(About the aluminum used)
As for the aluminum to be used, first, hydrogen was generated using aluminum powder. As conditions, using 12 g of aluminum powder, 48 g of calcium hydroxide, and 216 mL of water, the reaction temperature was set to 10 ° C., 20 ° C., 40 ° C. and 60 ° C., and the amount of hydrogen gas generated was measured for 240 minutes. In the measurement, stirring was performed.
As a result of the measurement, the reaction rate was 53% when the reaction temperature was set to 10 ° C. The reaction rate when the reaction temperature is set to 20 ° C. is 51%, the reaction rate when the reaction temperature is set to 40 ° C. is 26%, and the reaction rate when the reaction temperature is set to 60 ° C. is small. The result was 9%.
In the measurement, it was found that when the reaction temperature was raised, the amount of hydrogen generated instantaneously increased and the time to reach the peak was shortened, but the reaction rate decreased. This tendency did not change even if the stirring method was improved. This is because in the case of aluminum powder having a reaction temperature of 60 ° C., only the surface of the particles reacts, and a layer (boehmite layer) that blocks water is formed as the second layer from the surface layer, and the reaction is stopped. be.

以下の実施例においては、アルミニウム粉末ではなくアルミ箔を用いた。アルミ箔は、アルミニウム粉末よりも表面積が小さく、水素ガスの発生をコントロールしやすいため、長時間継続的に水素ガスを発生させるのに適しているからである。
また、アルミニウム粉末の場合、目開きが150μmの網ふるいを50%以上通過するものは、粉塵爆発の危険性が高く、消防法上の第2類危険物に該当することになるが、その点、アルミ箔は第2類危険物に該当せず、安全性が高いという利点もある。したがって、アルミ箔を利用した水素ガス発生装置を使用するシステムは、幅広い場所で設置・運用が可能である。
さらに、アルミ箔の厚みは11~12μmであり、これは家庭用に用いられる一般的なアルミ箔と同じ厚みであるため、入手が容易であるという利点もある。
以下の実施例では、帯状のアルミ箔を、縦横が2mm×6~10mmのサイズに裁断したものを使用している。
In the following examples, aluminum foil was used instead of aluminum powder. This is because the aluminum foil has a smaller surface area than the aluminum powder and it is easy to control the generation of hydrogen gas, so that it is suitable for continuously generating hydrogen gas for a long period of time.
In addition, in the case of aluminum powder, if it passes through a mesh sieve with a mesh size of 150 μm by 50% or more, there is a high risk of dust explosion, and it falls under the category of Class 2 dangerous goods under the Fire Service Act. , Aluminum foil does not fall under the category of Class 2 dangerous goods, and has the advantage of high safety. Therefore, a system using a hydrogen gas generator using aluminum foil can be installed and operated in a wide range of places.
Further, the thickness of the aluminum foil is 11 to 12 μm, which is the same thickness as a general aluminum foil used for home use, so that there is an advantage that it is easily available.
In the following examples, strip-shaped aluminum foil cut into a size of 2 mm × 6 to 10 mm in length and width is used.

図1は、実施例1の燃料電池システムの機能ブロック図を示している。図1に示すように、燃料電池システム1は、水素ガス供給手段2及び燃料電池ユニット5から成り、水素ガス供給手段2と燃料電池ユニット5は接続され一体となっている。
水素ガス供給手段2は、水素ガス発生部3、不純物除去機構11、温度制御機構12及び蓄ガス部4から成る。水素ガス発生部3には、反応容器6、原材料容器7、供給制御機構8、交換機構9及び残渣排出手段10が設けられている。
燃料電池システム1は、水素ガス発生部3において、温度制御機構12を用いて反応容器6や原材料容器7の内部の温度調整を行いながら、供給制御機構8を用いて原材料容器7から反応容器6へ原材料を投入し、予め反応容器に入れられた原材料と化学反応させることにより、水素ガスを発生させる。
発生した水素ガスは、不純物除去機構11によって、水などの不純物が除去され、蓄ガス部4において流量調整された後、燃料電池ユニット5に送られ、発電に利用される。
FIG. 1 shows a functional block diagram of the fuel cell system of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a hydrogen gas supply means 2 and a fuel cell unit 5, and the hydrogen gas supply means 2 and the fuel cell unit 5 are connected and integrated.
The hydrogen gas supply means 2 includes a hydrogen gas generation unit 3, an impurity removal mechanism 11, a temperature control mechanism 12, and a gas storage unit 4. The hydrogen gas generating section 3 is provided with a reaction vessel 6, a raw material vessel 7, a supply control mechanism 8, an exchange mechanism 9, and a residue discharging means 10.
In the fuel cell system 1, in the hydrogen gas generation unit 3, the temperature control mechanism 12 is used to adjust the temperature inside the reaction vessel 6 and the raw material vessel 7, while the supply control mechanism 8 is used to adjust the temperature from the raw material vessel 7 to the reaction vessel 6. Hydrogen gas is generated by putting the raw material into the fuel and chemically reacting it with the raw material previously placed in the reaction vessel.
The generated hydrogen gas is sent to the fuel cell unit 5 for power generation after impurities such as water are removed by the impurity removing mechanism 11 and the flow rate is adjusted in the gas storage unit 4.

図2は、実施例1の燃料電池システムのシステム構成図を示している。図2に示すように、燃料電池システム1は、水素ガス発生装置30、不純物除去装置110、温度コントロールデバイス120、水素ガスボンベ40及び燃料電池ユニット5から成る。すなわち、図1で示した水素ガス発生部3として水素ガス発生装置30が設けられている。また、不純物除去機構11として不純物除去装置110、温度制御機構12として温度コントロールデバイス120、蓄ガス部4として水素ガスボンベ40が設けられている。 FIG. 2 shows a system configuration diagram of the fuel cell system of the first embodiment. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 includes a hydrogen gas generator 30, an impurity removing device 110, a temperature control device 120, a hydrogen gas cylinder 40, and a fuel cell unit 5. That is, the hydrogen gas generator 30 is provided as the hydrogen gas generator 3 shown in FIG. Further, an impurity removing device 110 is provided as the impurity removing mechanism 11, a temperature control device 120 is provided as the temperature control mechanism 12, and a hydrogen gas cylinder 40 is provided as the gas storage unit 4.

温度コントロールデバイス120は、水素ガス発生装置30において水素を発生させる際に、反応容器や原材料容器内にある水や水溶液を、水素ガスを発生させるための最適な温度に保つための機器である。これにより、安全かつ効率的に水素ガスを発生させることが可能となる。温度コントロールデバイス120は、水素ガス発生装置30に外付けされているが、水素ガス発生装置30に内蔵されていてもよい。 The temperature control device 120 is a device for keeping the water or the aqueous solution in the reaction vessel or the raw material container at the optimum temperature for generating hydrogen gas when hydrogen is generated in the hydrogen gas generator 30. This makes it possible to safely and efficiently generate hydrogen gas. Although the temperature control device 120 is externally attached to the hydrogen gas generator 30, it may be built in the hydrogen gas generator 30.

水素ガス発生装置30と水素ガスボンベ40の間には、不純物除去装置110が設けられている。不純物除去装置110は、水素ガス発生装置30において発生した水素ガスから水などの不純物をゼオライト(モレキュラーシーブ)により取り除き、純度の高い水素ガスを水素ガスボンベ40へと供給する役割を果たしている。 An impurity removing device 110 is provided between the hydrogen gas generator 30 and the hydrogen gas cylinder 40. The impurity removing device 110 plays a role of removing impurities such as water from the hydrogen gas generated in the hydrogen gas generating device 30 by zeolite (molecular sieve) and supplying high-purity hydrogen gas to the hydrogen gas cylinder 40.

燃料電池システム1において、燃料電池ユニット5に水素ガスを供給する際は、温度コントロールデバイス120を用いつつ、水素ガス発生装置30において水素ガスを発生させ、不純物除去装置110により不純物を取り除いた後、水素ガスボンベ40を介して燃料電池ユニット5へと供給する。
このように、燃料電池システム1は、予め水素ガスボンベに蓄えられた水素ガスを燃料電池ユニットに供給するものではなく、水素ガスを供給するその場所で水素ガスを発生させて供給する構造であるため、安全性が高く、移動可能な装置として設計することも可能である。また、二酸化炭素が発生しない水素発生源であるため、環境にも配慮した装置であるといえる。
In the fuel cell system 1, when supplying hydrogen gas to the fuel cell unit 5, hydrogen gas is generated in the hydrogen gas generator 30 while using the temperature control device 120, and after removing impurities by the impurity removing device 110, the hydrogen gas is removed. It is supplied to the fuel cell unit 5 via the hydrogen gas cylinder 40.
As described above, the fuel cell system 1 does not supply the hydrogen gas previously stored in the hydrogen gas cylinder to the fuel cell unit, but has a structure in which the hydrogen gas is generated and supplied at the place where the hydrogen gas is supplied. It is also possible to design it as a highly safe and mobile device. In addition, since it is a hydrogen generation source that does not generate carbon dioxide, it can be said that it is an environmentally friendly device.

ここで、水素ガス発生装置30の具体的な構造について、図3を参照しながら説明する。
図3は、実施例1の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図3に示すように、水素ガス発生装置30には、反応容器(6a,6b)、原材料容器(7a,7b)、第1調整機構8a、第2調整機構8b、交換機構9a及び残渣排出手段10が設けられている。第1調整機構8a及び第2調整機構8bは、図1に示す供給制御機構8に備えられたものである。なお、説明の都合上、発生した水素ガスの排出口などは図示していない。
原材料容器7aの内部には、水13と水酸化カルシウム14の混合物が入れられており、原材料容器7bの内部には、裁断されたアルミ箔15が入れられている。水素ガスを発生させる際には、水13と水酸化カルシウム14の混合物とアルミ箔15を反応容器6aに投入して、化学反応を起こすことにより、水素ガスが発生する。その際には、ここでは図示しないが、化学反応を促進するために攪拌装置により攪拌が行われる。
Here, the specific structure of the hydrogen gas generator 30 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows an image diagram of the hydrogen gas generator of the first embodiment. As shown in FIG. 3, the hydrogen gas generator 30 includes a reaction vessel (6a, 6b), a raw material vessel (7a, 7b), a first adjusting mechanism 8a, a second adjusting mechanism 8b, an exchange mechanism 9a, and a residue discharging means. 10 is provided. The first adjusting mechanism 8a and the second adjusting mechanism 8b are provided in the supply control mechanism 8 shown in FIG. For convenience of explanation, the outlet of the generated hydrogen gas is not shown.
A mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 is contained in the raw material container 7a, and a cut aluminum foil 15 is contained in the raw material container 7b. When generating hydrogen gas, a mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 and an aluminum foil 15 are put into a reaction vessel 6a to cause a chemical reaction to generate hydrogen gas. In that case, although not shown here, stirring is performed by a stirring device in order to promote a chemical reaction.

(アルミニウムの投入量調整)
前述したように、アルミ箔15はアルミニウム粉末よりも表面積が小さく、水素ガスの発生をコントロールしやすいが、アルミ箔15であっても一度に大量に投入すると、一時的に水素ガスの発生量は増大するが、短時間で水素ガスの発生が終了してしまう。水素ガスを安定的に燃料電池ユニット5に供給するためには、水素ガスを安定的に連続発生させることが必要となる。そのため、第1調整機構8aにより投入量を調整し、一定の間隔でアルミ箔15を投入し、連続的に水素ガスを発生させる。
(Adjusting the amount of aluminum input)
As described above, the aluminum foil 15 has a smaller surface area than the aluminum powder, and it is easy to control the generation of hydrogen gas. However, even if the aluminum foil 15 is used in a large amount at one time, the amount of hydrogen gas generated temporarily increases. Although it increases, the generation of hydrogen gas ends in a short time. In order to stably supply hydrogen gas to the fuel cell unit 5, it is necessary to stably and continuously generate hydrogen gas. Therefore, the charging amount is adjusted by the first adjusting mechanism 8a, and the aluminum foil 15 is charged at regular intervals to continuously generate hydrogen gas.

(アルミニウムの投入条件)
用いた反応容器6aは、容量33Lの耐圧容器である。前提として、反応容器6a内に水酸化カルシウム14が480g、80℃の水2000mLを投入し、その後、アルミ箔15を40g投入して、1.1kW燃料電池の発電に必要な13L/minが得られる条件を設定した。結果、約13分後には、反応率は100%となり、積算水素発生量は58.8Lとなった。
(Aluminum input conditions)
The reaction vessel 6a used is a pressure-resistant vessel having a capacity of 33 L. As a premise, 480 g of calcium hydroxide 14 and 2000 mL of water at 80 ° C. are charged into the reaction vessel 6a, and then 40 g of aluminum foil 15 is charged to obtain 13 L / min required for power generation of a 1.1 kW fuel cell. I set the conditions to be used. As a result, after about 13 minutes, the reaction rate became 100% and the accumulated hydrogen generation amount became 58.8 L.

(第1調整機構について)
一定間隔でアルミ箔15を投入するために用いた第1調整機構8aについて、図4を参照しながら説明する。
図4は、実施例1の第1調整機構の説明図であり、(1)は外観図、(2)は構造図を示している。図4(1)に示すように、第1調整機構8aは、第1調整機構本体81、ピストン部(82,83)及びアルミニウム投入口84から成る。ピストン部82にはピストン82aが設けられており、ピストン部83にはピストン83aが設けられている。
アルミ箔15を投入する際には、アルミニウム投入口84からアルミ箔15を投入し、ピストン82aを手動又は自動で左方から右方へ移動させて、アルミ箔15を右方へと移動させる。その後、ピストン83aを手動又は自動で上方から下方へ移動させて、アルミ箔15を下方へと移動させる。
(About the first adjustment mechanism)
The first adjusting mechanism 8a used for charging the aluminum foil 15 at regular intervals will be described with reference to FIG.
4A and 4B are explanatory views of the first adjustment mechanism of the first embodiment, where FIG. 4 is an external view and FIG. 4 is a structural view. As shown in FIG. 4 (1), the first adjusting mechanism 8a includes a first adjusting mechanism main body 81, a piston portion (82, 83), and an aluminum input port 84. The piston portion 82 is provided with the piston 82a, and the piston portion 83 is provided with the piston 83a.
When the aluminum foil 15 is charged, the aluminum foil 15 is charged from the aluminum charging port 84, and the piston 82a is manually or automatically moved from the left to the right to move the aluminum foil 15 to the right. After that, the piston 83a is manually or automatically moved from the upper side to the lower side to move the aluminum foil 15 downward.

図4(2)に示すように、第1調整機構本体81の内部には弁81aが設けられている。ピストン(82a,83a)の稼動により、弁81aは上方から下方へと移動し、弁が開いた状態となる。アルミ箔15を投入した後は、ピストン83aを手動又は自動で下方から上方へ移動させて元の状態に戻す。また、同様に、ピストン82aを手動又は自動で右方から左方へ移動させて元の状態に戻す。第1調整機構本体81の内部には弁81aが設けられているため、ピストン(82a,83a)を戻す際には、弁81aは下方から上方へと移動し、弁が閉じた状態となるため、発生した水素ガスの漏出等を防止できる構造となっている。 As shown in FIG. 4 (2), a valve 81a is provided inside the first adjusting mechanism main body 81. Due to the operation of the pistons (82a, 83a), the valve 81a moves from the upper side to the lower side, and the valve is opened. After the aluminum foil 15 is charged, the piston 83a is manually or automatically moved from the lower side to the upper side to return to the original state. Similarly, the piston 82a is manually or automatically moved from the right to the left to return to the original state. Since the valve 81a is provided inside the first adjusting mechanism main body 81, when the pistons (82a, 83a) are returned, the valve 81a moves from the lower side to the upper side, and the valve is closed. It has a structure that can prevent the leakage of generated hydrogen gas.

(アルミニウム投入量調整による水素ガス連続発生について)
上記第1調整機構8aを用いて、一定間隔でアルミ箔15を投入し、連続的に水素ガスを発生させた。
まず、反応容器6aに、アルミ箔15を50g、水酸化カルシウム14を480g、80℃の水13を2000mL投入した。投入から約4分経過後、第1調整機構8aを用いて、4.8gのアルミ箔15を40秒毎に計19回、反応容器6aに投入した。その結果、水素発生流量13L/min以上を7分30秒程度維持可能であることが判った。なお、反応率は90%、積算水素発生量は164.6Lであった。
(Continuous generation of hydrogen gas by adjusting the amount of aluminum input)
Using the first adjusting mechanism 8a, the aluminum foil 15 was charged at regular intervals to continuously generate hydrogen gas.
First, 50 g of aluminum foil 15, 480 g of calcium hydroxide 14, and 2000 mL of water 13 at 80 ° C. were put into the reaction vessel 6a. Approximately 4 minutes after charging, 4.8 g of aluminum foil 15 was charged into the reaction vessel 6a 19 times every 40 seconds using the first adjusting mechanism 8a. As a result, it was found that the hydrogen generation flow rate of 13 L / min or more can be maintained for about 7 minutes and 30 seconds. The reaction rate was 90%, and the cumulative amount of hydrogen generated was 164.6 L.

(水酸化カルシウム及び水の投入量調整を併用した水素ガス連続発生について)
しかしながら、アルミニウムを一定間隔で投入した場合、水酸化カルシウムが不足し流量が低下する場合がある。そこで、アルミニウムだけではなく、水酸化カルシウム及び水についても一定間隔で投入することで、より安定的に水素ガスを発生できるか否かを確認した。
図3に示す第2調整機構8bは、図示しないが、チュービングポンプで水酸化カルシウムと水をサニタリー管に移送するものである。
まず、反応容器6aに、アルミ箔15を50g、水酸化カルシウム14を480g、80℃の水13を1800mL投入した。投入から約4分経過後、第1調整機構8aを用いて、4.8gのアルミ箔15を40秒毎に計30回、反応容器6aに投入した。また、最初の原材料の投入から約4分経過後、第2調整機構8bを用いて、50gの水酸化カルシウム14と200mLの水13の混合物を75秒毎に計15回、反応容器6aに投入した。
その結果、水素発生流量はアルミニウムのみの一定間隔投入の場合に比べて劣ることがわかった。
しかしながら、水素発生時間については、アルミニウムのみの一定間隔投入の場合には、約20分であったが、本計測では約22分であり、水素発生時間を延長できることが判った。なお、本計測での反応率は64%、積算水素発生量は163Lであった。
(Continuous generation of hydrogen gas using calcium hydroxide and water input adjustment)
However, when aluminum is added at regular intervals, calcium hydroxide may be insufficient and the flow rate may decrease. Therefore, it was confirmed whether or not hydrogen gas can be generated more stably by adding not only aluminum but also calcium hydroxide and water at regular intervals.
Although not shown, the second adjusting mechanism 8b shown in FIG. 3 transfers calcium hydroxide and water to a sanitary pipe by a tubing pump.
First, 50 g of aluminum foil 15, 480 g of calcium hydroxide 14, and 1800 mL of water 13 at 80 ° C. were put into the reaction vessel 6a. Approximately 4 minutes after charging, 4.8 g of aluminum foil 15 was charged into the reaction vessel 6a 30 times every 40 seconds using the first adjusting mechanism 8a. In addition, about 4 minutes after the first raw material is charged, a mixture of 50 g of calcium hydroxide 14 and 200 mL of water 13 is charged into the reaction vessel 6a 15 times every 75 seconds using the second adjusting mechanism 8b. did.
As a result, it was found that the hydrogen generation flow rate was inferior to that of the case where only aluminum was charged at regular intervals.
However, the hydrogen generation time was about 20 minutes in the case of charging only aluminum at regular intervals, but it was about 22 minutes in this measurement, and it was found that the hydrogen generation time could be extended. The reaction rate in this measurement was 64%, and the cumulative hydrogen generation amount was 163 L.

上記のいずれの計測においても、反応容器として、1つの反応容器6aを使用したが、図3に示すように、本実施例の水素ガス発生装置30では反応容器6bも設けている。水素ガス発生装置30には交換機構9aが設けられており、一方の反応容器6aでの反応が終了した場合には、交換機構9aにより、反応容器6bに切替えて、水素ガス発生装置30の稼動を止めることなく、連続的に水素ガスを発生させることが可能である。
すなわち、化学反応が終了した反応容器6aの内部には、反応済みの残渣物が残っているため、反応容器6aに設けられた残渣排出手段10により、反応後の残渣物を排出する必要がある。また、前述の如く、アルミ箔15、水酸化カルシウム14及び水13を一定間隔で投入するシステムにおいても、反応当初においては、ある程度の水酸化カルシウム14及び水13が備えられている必要がある。そこで、反応容器6aでの反応が終了した場合には、直ちにもう一方の反応容器6bに切替えることで、連続的に水素ガスを発生させることができる。
また、反応容器6bでの反応が終了した場合も同様に、交換機構9aにより、反応容器6aに切替えて、水素ガス発生装置30の稼動を止めることなく、連続的に水素ガスを発生させることが可能である。
このように、反応容器における水素ガスの発生が終了すると、直ちに、交換機構9aにより反応容器を切替えることができ、水素ガスを発生させていない方の反応容器について残渣物の処理や新たな原材料の投入といった水素ガス発生の準備やメンテナンスを行うことができるため、安全かつ安定的な水素ガスの連続発生が可能となる。
In any of the above measurements, one reaction vessel 6a was used as the reaction vessel, but as shown in FIG. 3, the hydrogen gas generator 30 of this embodiment also provides the reaction vessel 6b. The hydrogen gas generator 30 is provided with an exchange mechanism 9a, and when the reaction in one of the reaction vessels 6a is completed, the exchange mechanism 9a switches to the reaction vessel 6b to operate the hydrogen gas generator 30. It is possible to continuously generate hydrogen gas without stopping.
That is, since the reacted residue remains inside the reaction vessel 6a at which the chemical reaction is completed, it is necessary to discharge the residue after the reaction by the residue discharging means 10 provided in the reaction vessel 6a. .. Further, as described above, even in the system in which the aluminum foil 15, the calcium hydroxide 14 and the water 13 are charged at regular intervals, it is necessary to provide a certain amount of calcium hydroxide 14 and the water 13 at the beginning of the reaction. Therefore, when the reaction in the reaction vessel 6a is completed, hydrogen gas can be continuously generated by immediately switching to the other reaction vessel 6b.
Similarly, when the reaction in the reaction vessel 6b is completed, the exchange mechanism 9a can switch to the reaction vessel 6a to continuously generate hydrogen gas without stopping the operation of the hydrogen gas generator 30. It is possible.
In this way, as soon as the generation of hydrogen gas in the reaction vessel is completed, the reaction vessel can be switched by the exchange mechanism 9a, and the reaction vessel that does not generate hydrogen gas can be treated with residues and new raw materials can be used. Since preparations and maintenance for hydrogen gas generation such as charging can be performed, safe and stable continuous generation of hydrogen gas becomes possible.

なお、交換機構9aは、反応容器(6a,6b)の切替を行うだけではなく、併用する機能を設けることも可能であり、反応容器(6a,6b)を同時に稼動することにより、より短時間で大量の水素ガスを発生させることも可能である。 The exchange mechanism 9a can not only switch the reaction vessels (6a, 6b), but can also be provided with a function to be used in combination. By operating the reaction vessels (6a, 6b) at the same time, the reaction vessel (6a, 6b) can be operated in a shorter time. It is also possible to generate a large amount of hydrogen gas.

図5は、実施例1の燃料電池システムのイメージ図を示している。図5に示すように、燃料電池システム1には、反応容器(6a,6b)、原材料容器(7a,7b)、燃料電池ユニット5、不純物除去装置110などが備えられており、水素ガスの発生装置と燃料電池が一体となったシステムである。水素ガスが必要となるその場所で、水素ガスを発生させて、直ぐに燃料電池に利用できるため、太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーによる電源と連動させて、長時間のバックアップ用電源として利用できる。また、安全性が高く、法規制が少ないという利点がある。
なお、燃料電池システム1には、上記以外の機器や、各機器の接続部材なども設けられているが、ここでは省略している。
例えば、燃料電池の通信機能により、水素発生システムの状況、すなわち稼働状態、異常アラームなどをネット上で把握することも可能である。また、補助バッテリが設けられており、短時間の電力供給及び燃料電池が完全に立ち上がる間の電力供給を補うことも可能である。
FIG. 5 shows an image diagram of the fuel cell system of the first embodiment. As shown in FIG. 5, the fuel cell system 1 is provided with a reaction vessel (6a, 6b), a raw material vessel (7a, 7b), a fuel cell unit 5, an impurity removing device 110, and the like, and generates hydrogen gas. It is a system in which a device and a fuel cell are integrated. Since hydrogen gas is generated at the place where hydrogen gas is needed and can be used immediately for fuel cells, it can be used as a power source for long-term backup by linking with a power source using renewable energy such as solar power generation and wind power generation. can. It also has the advantages of high safety and few laws and regulations.
The fuel cell system 1 is provided with devices other than the above, connecting members for each device, and the like, but they are omitted here.
For example, the communication function of the fuel cell makes it possible to grasp the status of the hydrogen generation system, that is, the operating status, the abnormality alarm, and the like on the net. In addition, an auxiliary battery is provided, and it is possible to supplement the power supply for a short time and the power supply while the fuel cell is completely started up.

図6は、実施例2の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図6に示すように、水素ガス発生装置31には、反応容器(6c,6d)、原材料容器(7a,7b)、第1調整機構8a、交換機構9a及び残渣排出手段10が設けられている。なお、説明の都合上、発生した水素ガスの排出口等については、図示していない。
反応容器6cには、水13と水酸化カルシウム14の混合物が入れられており、原材料容器7bの内部にあるアルミ箔15を反応容器6cに投入して、水素ガスを発生させる。
FIG. 6 shows an image diagram of the hydrogen gas generator of the second embodiment. As shown in FIG. 6, the hydrogen gas generator 31 is provided with a reaction vessel (6c, 6d), a raw material vessel (7a, 7b), a first adjusting mechanism 8a, an exchange mechanism 9a, and a residue discharging means 10. .. For convenience of explanation, the discharge port of the generated hydrogen gas and the like are not shown.
A mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 is contained in the reaction vessel 6c, and the aluminum foil 15 inside the raw material vessel 7b is put into the reaction vessel 6c to generate hydrogen gas.

実施例1と同様に、水素ガスを安定的に連続発生させるために、第1調整機構8aにより投入量を調整し、一定の間隔でアルミ箔15を投入する。また、交換機構9aにより、反応容器6cと反応容器6dを直ちに切替られる点も同様である。
しかしながら、実施例1の水素ガス発生装置30とは異なり、実施例2の水素ガス発生装置31においては、第2調整機構8bは設けられていない。水13と水酸化カルシウム14の混合物の投入は、反応に使用していない反応容器6dにおいて行い、反応容器(6c,6d)を切替えることで、装置の稼動を止めることなく継続的に水素ガスを発生させる構造である。そのため、実施例1における水素ガス発生装置30よりも設置コストを低減できるという利点がある。
Similar to the first embodiment, in order to stably and continuously generate hydrogen gas, the charging amount is adjusted by the first adjusting mechanism 8a, and the aluminum foil 15 is charged at regular intervals. The same applies to the fact that the reaction vessel 6c and the reaction vessel 6d can be immediately switched by the exchange mechanism 9a.
However, unlike the hydrogen gas generator 30 of the first embodiment, the hydrogen gas generator 31 of the second embodiment is not provided with the second adjusting mechanism 8b. The mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 is charged in the reaction vessel 6d not used for the reaction, and by switching the reaction vessel (6c, 6d), hydrogen gas is continuously supplied without stopping the operation of the apparatus. It is a structure to generate. Therefore, there is an advantage that the installation cost can be reduced as compared with the hydrogen gas generator 30 in the first embodiment.

図7は、実施例3の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図7に示すように、水素ガス発生装置32には、反応容器(6e,6f)、原材料容器7a、第3調整機構8c及び交換機構9bが設けられている。
反応容器6eには、水酸化カルシウム14とアルミ箔15の混合物が入れられており、原材料容器7aの内部にある水13を反応容器6e内に滴下して、水素ガスを発生させる構造である。また、同様に、反応容器6fにも、水酸化カルシウム14とアルミ箔15の混合物が入れられている。なお、アルミ箔15の形状については、実施例1と同様のものを用いているが、帯状のアルミ箔でもよい。
FIG. 7 shows an image diagram of the hydrogen gas generator of the third embodiment. As shown in FIG. 7, the hydrogen gas generator 32 is provided with a reaction vessel (6e, 6f), a raw material vessel 7a, a third adjusting mechanism 8c, and an exchange mechanism 9b.
The reaction vessel 6e contains a mixture of calcium hydroxide 14 and aluminum foil 15, and has a structure in which water 13 inside the raw material vessel 7a is dropped into the reaction vessel 6e to generate hydrogen gas. Similarly, the reaction vessel 6f also contains a mixture of calcium hydroxide 14 and aluminum foil 15. The shape of the aluminum foil 15 is the same as that of the first embodiment, but a strip-shaped aluminum foil may be used.

反応容器(6e,6f)は、取り外し可能な燃料カートリッジとなっている。そのため、交換機構9bの構造は、実施例1の水素ガス発生装置30における交換機構9aとは異なる。すなわち、実施例3の水素ガス発生装置32の稼動時には、実施例1の水素ガス発生装置30のように、水素ガスを発生させていない反応容器に原材料を充填したり、残渣物を排出したりするのではなく、予めアルミ箔15と水酸化カルシウム14が充填された燃料カートリッジを交換する形で反応容器の切替が行われる。したがって、反応容器(6e,6f)には、残渣排出手段10が設けられていない。なお、交換機構9bは、交換機構9aと同様に、反応容器(6e,6f)の切替を行うだけではなく、併用する機能を設けることも可能であり、反応容器(6e,6f)を同時に稼動することにより、より短時間で大量の水素ガスを発生させることも可能である。 The reaction vessel (6e, 6f) is a removable fuel cartridge. Therefore, the structure of the exchange mechanism 9b is different from that of the exchange mechanism 9a in the hydrogen gas generator 30 of the first embodiment. That is, when the hydrogen gas generator 32 of the third embodiment is in operation, the reaction vessel that does not generate the hydrogen gas is filled with the raw material and the residue is discharged like the hydrogen gas generator 30 of the first embodiment. Instead, the reaction vessel is switched by exchanging the fuel cartridge previously filled with the aluminum foil 15 and the calcium hydroxide 14. Therefore, the reaction vessel (6e, 6f) is not provided with the residue discharging means 10. Similar to the exchange mechanism 9a, the exchange mechanism 9b can not only switch the reaction vessel (6e, 6f) but also have a function to be used in combination, and the reaction vessel (6e, 6f) can be operated at the same time. By doing so, it is possible to generate a large amount of hydrogen gas in a shorter time.

実施例1又は2における水素ガス発生装置(30,31)は、500W以上の出力が求められる燃料電池システムにおいて主に利用されるものであるのに対して、本実施例における水素ガス発生装置32は、最大出力が100W程度の比較的小型の燃料電池システムにおいて主に利用されるものである。例えば、実施例2の水素ガス発生装置31におけるアルミ箔15の投入量を調整する第1調整機構8aに比べて、本実施例の水素ガス発生装置32における水13の滴下量を調整する第3調整機構8cは、流量調整を行うだけでよいため、構造が容易であり、低コストで水素ガス発生装置32を作製することができる。 The hydrogen gas generator (30, 31) in the first or second embodiment is mainly used in a fuel cell system that requires an output of 500 W or more, whereas the hydrogen gas generator 32 in the present embodiment is used. Is mainly used in a relatively small fuel cell system having a maximum output of about 100 W. For example, compared to the first adjusting mechanism 8a for adjusting the input amount of the aluminum foil 15 in the hydrogen gas generator 31 of the second embodiment, the third adjusting the dropping amount of the water 13 in the hydrogen gas generator 32 of the present embodiment. Since the adjusting mechanism 8c only needs to adjust the flow rate, the structure is simple and the hydrogen gas generator 32 can be manufactured at low cost.

図8は、実施例4の燃料電池システムのシステム構成図を示している。図8に示すように、燃料電池システム100では、蓄ガス部4として水素吸蔵合金内蔵容器41が設けられている。また、水素ガス発生装置30で発生した水素ガスは、水素吸蔵合金内蔵容器41に吸蔵される前に、一旦バッファタンク16aにおいて流量調整され、水素吸蔵合金内蔵容器41から放出された後も、バッファタンク16bにおいて流量調整され、燃料電池ユニット5に送られる構造となっている。これは、水素ガス発生装置30における水素ガスの発生速度と水素吸蔵合金内蔵容器41における水素ガスの吸蔵速度や、水素吸蔵合金内蔵容器41における水素ガスの放出速度と燃料電池ユニットにおける水素ガスの使用速度が一致しない場合の流量調整を可能としたものである。 FIG. 8 shows a system configuration diagram of the fuel cell system of the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, in the fuel cell system 100, a hydrogen storage alloy built-in container 41 is provided as a gas storage unit 4. Further, the hydrogen gas generated by the hydrogen gas generator 30 is once adjusted in flow rate in the buffer tank 16a before being stored in the hydrogen storage alloy built-in container 41, and is discharged from the hydrogen storage alloy built-in container 41 even after being discharged from the buffer. The flow rate is adjusted in the tank 16b and sent to the fuel cell unit 5. This is the hydrogen gas generation rate in the hydrogen gas generator 30, the hydrogen gas storage rate in the hydrogen storage alloy built-in container 41, the hydrogen gas release rate in the hydrogen storage alloy built-in container 41, and the use of hydrogen gas in the fuel cell unit. It is possible to adjust the flow rate when the speeds do not match.

また、燃料電池システム100には、燃料電池ユニット5における排熱を利用した加温冷却ユニット17が設けられている。加温冷却ユニット17は、燃料電池ユニット5から発生する熱を冷却するために用いられるだけではなく、水素吸蔵合金内蔵容器41を加温冷却するためにも用いられる。具体的には、水素吸蔵合金内蔵容器41へ水素ガスを充填する際には、加温冷却ユニット17を冷却手段として用いる。これに対して、水素吸蔵合金内蔵容器41から燃料電池ユニット5へ水素ガスを供給する際には、加温冷却ユニット17を加温手段として用いる。 Further, the fuel cell system 100 is provided with a heating / cooling unit 17 that utilizes the exhaust heat of the fuel cell unit 5. The heating / cooling unit 17 is used not only for cooling the heat generated from the fuel cell unit 5, but also for heating / cooling the hydrogen storage alloy built-in container 41. Specifically, when the container 41 containing a hydrogen storage alloy is filled with hydrogen gas, the heating / cooling unit 17 is used as a cooling means. On the other hand, when supplying hydrogen gas from the hydrogen storage alloy built-in container 41 to the fuel cell unit 5, the heating / cooling unit 17 is used as the heating means.

加温冷却ユニット17を加温手段及び冷却手段として用いる仕組みについて、図9及び10を参照しながら説明する。なお、説明の都合上、図9及び10においては、バッファタンク(16a,16b)は図示していない。
図9は、水素吸蔵時の水素吸蔵合金内蔵容器の冷却イメージ図を示している。図9に示すように、加温冷却ユニット17は、水素吸蔵合金内蔵容器41の内部及び燃料電池ユニット5の周囲を矢印(17a,17b)に示す循環方向に冷却液が流れる構造となっている。加温冷却ユニット17内を流れる冷却液は、矢印(17a,17b)に示す循環方向いずれの場合にも、同じ冷却液が用いられており、図示しないバルブを開閉することで、流路を変更することができる。
A mechanism for using the heating / cooling unit 17 as a heating means and a cooling means will be described with reference to FIGS. 9 and 10. For convenience of explanation, the buffer tanks (16a and 16b) are not shown in FIGS. 9 and 10.
FIG. 9 shows a cooling image diagram of a container containing a hydrogen storage alloy during hydrogen storage. As shown in FIG. 9, the heating / cooling unit 17 has a structure in which the coolant flows in the circulation direction indicated by the arrows (17a, 17b) inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 and around the fuel cell unit 5. .. The same coolant is used as the coolant flowing in the heating / cooling unit 17 in any of the circulation directions indicated by the arrows (17a, 17b), and the flow path is changed by opening and closing a valve (not shown). can do.

具体的には、図9に示すように、水素吸蔵合金内蔵容器41に水素ガス18を充填する場合、水素吸蔵合金内蔵容器41の内部の水素吸蔵合金を冷却し減圧する必要がある。この場合、燃料電池ユニット5の周囲を経由するためのバルブを閉じ、矢印17aに示す循環方向に冷却液を循環させる。バルブを閉じた状態で加温冷却ユニット17を稼動すると、冷却液が循環し、水素吸蔵合金内蔵容器41内の水素吸蔵合金が冷却される。水素吸蔵合金内蔵容器41内の水素吸蔵合金が冷却されると、水素吸蔵合金内蔵容器41内部が減圧され、水素ガス18が水素吸蔵合金に吸着されやすくなる。これにより、水素吸蔵合金内蔵容器41への水素ガス18の充填がなされる。
ここで、外部に(図示しない)恒温槽を設け、矢印17aに示す循環方向の冷却液の循環配管の一部の周囲を取り囲む配管に、恒温槽から一定温度の水を流れ込ませることにより、冷却温度を制御することも可能である。例えば、恒温槽が2種類の温度(50℃,10℃)の水を排出できる場合、50℃の温水ならば、冷却液の温度が上昇し、反対に、10℃の冷水ならば、冷却液の温度が更に下降することになる。このように、恒温槽から一定温度の水を流れ込ませることにより、冷却温度を制御できる。
Specifically, as shown in FIG. 9, when the hydrogen gas 18 is filled in the hydrogen storage alloy built-in container 41, it is necessary to cool the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 to reduce the pressure. In this case, the valve for passing around the fuel cell unit 5 is closed, and the coolant is circulated in the circulation direction indicated by the arrow 17a. When the heating / cooling unit 17 is operated with the valve closed, the coolant circulates and the hydrogen storage alloy in the container 41 containing the hydrogen storage alloy is cooled. When the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is cooled, the inside of the hydrogen storage alloy built-in container 41 is depressurized, and the hydrogen gas 18 is easily adsorbed by the hydrogen storage alloy. As a result, the hydrogen gas 18 is filled in the container 41 containing the hydrogen storage alloy.
Here, a constant temperature bath (not shown) is provided outside, and water at a constant temperature is allowed to flow from the constant temperature tank into a pipe that surrounds a part of the cooling liquid circulation pipe in the circulation direction indicated by the arrow 17a for cooling. It is also possible to control the temperature. For example, if the constant temperature bath can discharge water of two kinds of temperatures (50 ° C and 10 ° C), the temperature of the coolant rises if it is hot water at 50 ° C, and conversely if it is cold water at 10 ° C, the coolant The temperature of the will drop further. In this way, the cooling temperature can be controlled by flowing water having a constant temperature from the constant temperature bath.

図10は、水素放出時の水素吸蔵合金内蔵容器の加温イメージ図を示している。図10に示すように、水素吸蔵合金内蔵容器41から燃料電池ユニット5へ水素ガス18を供給する場合、水素吸蔵合金内蔵容器41の内部の水素吸蔵合金を加温し昇圧する必要がある。この場合、燃料電池ユニット5の周囲を経由するためのバルブを開け、矢印17bに示す循環方向に、燃料電池ユニット5の周囲及び水素吸蔵合金内蔵容器41の内部を冷却液が循環するようにする。バルブを開けた状態で加温冷却ユニット17を稼動すると、水素吸蔵合金内蔵容器41の内部の水素吸蔵合金だけではなく、燃料電池ユニット5の周囲も冷却液が循環するため、燃料電池ユニット5が稼動する際に発生する熱を冷却液が吸収し、冷却液の温度が上昇し、温かい循環液となって水素吸蔵合金内蔵容器41内の水素吸蔵合金を加温することとなる。水素吸蔵合金内蔵容器41内の水素吸蔵合金が加温されると、水素吸蔵合金内蔵容器41内部が昇圧し、水素ガス18が放出されやすくなる。これにより、水素吸蔵合金内蔵容器41から燃料電池ユニット5への水素ガス18の供給がなされる。上記の構成によると、燃料電池ユニット5からの排熱を、水素吸蔵合金内蔵容器41内の水素吸蔵合金の加温手段として、有効に利用することができる。
ここで、矢印17bに示す循環方向の循環液の循環配管の一部であって、水素吸蔵合金内蔵容器41の入口付近に、循環液の温度調整用のラジエータ(液体の熱を放熱する装置)を設けてもよい。水素吸蔵合金内蔵容器41の内部の水素吸蔵合金の温度を調整し、水素ガス18の放出速度を調整する。
FIG. 10 shows a heating image diagram of a container containing a hydrogen storage alloy at the time of hydrogen release. As shown in FIG. 10, when the hydrogen gas 18 is supplied from the hydrogen storage alloy built-in container 41 to the fuel cell unit 5, it is necessary to heat and boost the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41. In this case, a valve for passing around the fuel cell unit 5 is opened so that the coolant circulates around the fuel cell unit 5 and inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 in the circulation direction indicated by the arrow 17b. .. When the heating / cooling unit 17 is operated with the valve open, the coolant circulates not only in the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 but also around the fuel cell unit 5, so that the fuel cell unit 5 becomes The coolant absorbs the heat generated during operation, the temperature of the coolant rises, and it becomes a warm circulating fluid to heat the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41. When the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is heated, the pressure inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 is increased, and the hydrogen gas 18 is easily released. As a result, the hydrogen gas 18 is supplied from the hydrogen storage alloy built-in container 41 to the fuel cell unit 5. According to the above configuration, the exhaust heat from the fuel cell unit 5 can be effectively used as a heating means for the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41.
Here, a radiator (a device that dissipates heat of the liquid) for adjusting the temperature of the circulating liquid, which is a part of the circulating liquid circulation pipe in the circulation direction shown by the arrow 17b and near the inlet of the container 41 containing the hydrogen storage alloy. May be provided. The temperature of the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 is adjusted, and the discharge rate of the hydrogen gas 18 is adjusted.

なお、上記の加温冷却機能は、水素吸蔵合金内蔵容器41への水素ガス18の充填と、燃料電池ユニット5への水素ガス18の供給のスイッチ(図示せず)の切り替えによって容易に行うことが可能である。 The heating / cooling function is easily performed by filling the hydrogen storage alloy built-in container 41 with the hydrogen gas 18 and switching the switch (not shown) for supplying the hydrogen gas 18 to the fuel cell unit 5. Is possible.

図11は、ピストン機構を用いた第1調整機構の説明図を示している。図11に示すように、第1調整機構8dには、ピストン部85が設けられ、ピストン部85の内部には、ピストン85aが設けられている。ピストン85aには、上下2つのシール部(85b,85c)が設けられており、アルミニウム投入口86から投入されたアルミ箔15は、シール部85bとシール部85cの間に挟まり、ピストン85aを上方から下方へ押し下げることで、密閉性を維持したまま、反応容器6gへ投入される構造である。 FIG. 11 shows an explanatory diagram of the first adjusting mechanism using the piston mechanism. As shown in FIG. 11, the first adjusting mechanism 8d is provided with the piston portion 85, and the piston portion 85a is provided inside the piston portion 85. The piston 85a is provided with two upper and lower sealing portions (85b, 85c), and the aluminum foil 15 charged from the aluminum charging port 86 is sandwiched between the sealing portion 85b and the sealing portion 85c, and the piston 85a is moved upward. By pushing down from the bottom, the structure is such that the reaction vessel is charged into 6 g while maintaining the airtightness.

図12は、スクリュー機構を用いた第1調整機構の説明図を示している。図12に示すように、第1調整機構8eには、スクリュー部87が設けられ、スクリュー部87には、スクリュー87a及びハンドル87bが設けられている。アルミニウム投入口88からアルミ箔15を投入した状態で、ハンドル87bを自動又は手動で回転させると、スクリュー87aが回転し、一定の量を安定的に反応容器6gに投入することができる構造となっている。 FIG. 12 shows an explanatory diagram of the first adjusting mechanism using the screw mechanism. As shown in FIG. 12, the first adjusting mechanism 8e is provided with a screw portion 87, and the screw portion 87 is provided with a screw 87a and a handle 87b. When the handle 87b is automatically or manually rotated with the aluminum foil 15 charged from the aluminum charging port 88, the screw 87a rotates so that a certain amount can be stably charged into the reaction vessel 6 g. ing.

(その他の実施例)
(1)不純物除去装置110には、不純物除去機能再生装置が設けられ、燃料電池ユニット5における発電の際に発生する熱を利用した不純物除去装置110の機能の再生を行う構成でもよい。その場合、不純物除去装置110には、吸着カラムと再生カラムが設けられる。
(2)不純物除去装置110には、不純物除去機能再生装置が設けられ、水素製造の際に発生する熱を利用した不純物除去装置110の機能の再生を行う構成でもよい。その場合、不純物除去装置110には、吸着カラムと再生カラムが設けられる。
(3)不純物除去装置110には、不純物除去機能再生装置が設けられ、燃料電池ユニット5における発電の際に発生する熱と、水素製造の際に発生する熱を利用した不純物除去装置110の機能の再生を行う構成でもよい。その場合、不純物除去装置110には、吸着カラムと再生カラムが設けられる。
(Other examples)
(1) The impurity removing device 110 may be provided with an impurity removing function regenerating device, and may be configured to regenerate the function of the impurity removing device 110 by utilizing the heat generated during power generation in the fuel cell unit 5. In that case, the impurity removing device 110 is provided with an adsorption column and a regeneration column.
(2) The impurity removing device 110 may be provided with an impurity removing function regenerating device, and may be configured to regenerate the function of the impurity removing device 110 by utilizing the heat generated during hydrogen production. In that case, the impurity removing device 110 is provided with an adsorption column and a regeneration column.
(3) The impurity removing device 110 is provided with an impurity removing function regeneration device, and the function of the impurity removing device 110 using the heat generated during power generation in the fuel cell unit 5 and the heat generated during hydrogen production. It may be configured to reproduce. In that case, the impurity removing device 110 is provided with an adsorption column and a regeneration column.

本発明は、自然エネルギーを利用した発電のバックアップ用の電源として利用可能である。また、災害時の非常用電源としても利用可能である。 The present invention can be used as a backup power source for power generation using natural energy. It can also be used as an emergency power source in the event of a disaster.

1 燃料電池システム
2 水素ガス供給手段
3 水素ガス発生部
4 蓄ガス部
5 燃料電池ユニット
6,6a~6g,60 反応容器
7,7a,7b,70 原材料容器
8 供給制御機構
8a,8d,8e 第1調整機構
8b 第2調整機構
8c 第3調整機構
9,9a,9b 交換機構
10 残渣排出手段
11 不純物除去機構
12 温度制御機構
13 水
14 水酸化カルシウム
15,15a アルミ箔
16a,16b バッファタンク
17 加温冷却ユニット
17a,17b 矢印
18 水素ガス
30~33 水素ガス発生装置
40 水素ガスボンベ
41 水素吸蔵合金内蔵容器
60a 蓋部
60b 排出口
81 第1調整機構本体
81a 弁
82,83,85 ピストン部
82a,83a,85a ピストン
85b,85c シール部
84,86,88 アルミニウム投入口
87 スクリュー部
87a スクリュー
87b ハンドル
110 不純物除去装置
120 温度コントロールデバイス
1 Fuel cell system 2 Hydrogen gas supply means 3 Hydrogen gas generator 4 Gas storage section 5 Fuel cell unit 6,6a-6g, 60 Reaction vessel 7,7a, 7b, 70 Raw material container 8 Supply control mechanism 8a, 8d, 8e 1 Adjustment mechanism 8b 2nd adjustment mechanism 8c 3rd adjustment mechanism 9, 9a, 9b Exchange mechanism 10 Residue discharge means 11 Purity removal mechanism 12 Temperature control mechanism 13 Water 14 Calcium hydroxide 15, 15a Aluminum foil 16a, 16b Buffer tank 17 addition Heating / cooling unit 17a, 17b Arrow 18 Hydrogen gas 30-33 Hydrogen gas generator 40 Hydrogen gas cylinder 41 Hydrogen storage alloy built-in container 60a Lid 60b Discharge port 81 First adjustment mechanism body 81a Valve 82, 83, 85 Piston part 82a, 83a , 85a Piston 85b, 85c Seal part 84,86,88 Aluminum inlet 87 Screw part 87a Screw 87b Handle 110 Purity remover 120 Temperature control device

Claims (12)

低圧域の水素ガスを供給できる水素ガス供給手段および燃料電池ユニットを少なくとも備える燃料電池システムであって、
前記水素ガス供給手段は、
水素ガス発生部と、発生した水素ガスを蓄積する蓄ガス部から構成され、
前記水素ガス発生部は、
アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の水溶液と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとを原材料とし、
又は、
アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムと、水とを原材料とし、
前記原材料を混合する反応容器と、水素ガス発生を持続的かつ定量的に行うためにアルミニウム片もしくはシート状アルミニウムをスクリュー機構又はピストン機構により移動し一定間隔で前記反応容器内への投入量を調整する供給制御機構の第1調整機構と、反応容器を他の反応容器に交換する交換機構を有することを特徴とする燃料電池システム。
A fuel cell system including at least a hydrogen gas supply means and a fuel cell unit capable of supplying hydrogen gas in a low pressure region.
The hydrogen gas supply means is
It consists of a hydrogen gas generating part and a gas storage part that stores the generated hydrogen gas.
The hydrogen gas generating part is
Alkaline earth metal-based hydroxide or alkali metal-based hydroxide aqueous solution and aluminum pieces or sheet-like aluminum are used as raw materials.
Or,
Alkaline earth metal hydroxides or alkali metal hydroxides, aluminum pieces or sheet aluminum, and water are used as raw materials.
The reaction vessel for mixing the raw materials and the aluminum piece or sheet-like aluminum are moved by a screw mechanism or a piston mechanism to continuously and quantitatively generate hydrogen gas, and the amount charged into the reaction vessel is adjusted at regular intervals. A fuel cell system comprising a first adjusting mechanism of a supply control mechanism and an exchange mechanism for exchanging a reaction vessel with another reaction vessel.
前記供給制御機構は、前記反応容器内に投入する前記水溶液の投入量を調整する第2調整機構を備えたことを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1 , wherein the supply control mechanism includes a second adjusting mechanism for adjusting the amount of the aqueous solution charged into the reaction vessel. 前記供給制御機構は、前記反応容器内に滴下する水の滴下量を調整する第3調整機構を備えたことを特徴とする請求項1に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 1, wherein the supply control mechanism includes a third adjusting mechanism for adjusting the amount of water dropped in the reaction vessel. 前記交換機構は、前記原材料の混合による化学反応が終了した反応容器を、前記原材料が入った他の反応容器と入れ替え、反応後の残渣物を排出するための残渣排出手段を更に備えたことを特徴とする請求項1~の何れかに記載の燃料電池システム。 The exchange mechanism is further provided with a residue discharging means for replacing the reaction vessel in which the chemical reaction by mixing the raw materials is completed with another reaction vessel containing the raw materials and discharging the residue after the reaction. The fuel cell system according to any one of claims 1 to 3 . 前記水素ガス供給手段と前記燃料電池ユニットが、接続され一体化されたことを特徴とする請求項1~の何れかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 4 , wherein the hydrogen gas supply means and the fuel cell unit are connected and integrated. 前記水素ガス供給手段は、性能劣化原因となる水などの不純物を除去するための不純物除去機構を更に備えたことを特徴とする請求項1~の何れかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 5 , wherein the hydrogen gas supply means further includes an impurity removing mechanism for removing impurities such as water that cause performance deterioration. 前記不純物除去機構は、吸着剤として多孔質状ゼオライトを用い、温度上昇と圧力変化により再生可能な再生ユニットを備えたことを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to claim 6 , wherein the impurity removing mechanism uses porous zeolite as an adsorbent and includes a regeneration unit that can be regenerated by increasing temperature and changing pressure. 前記蓄ガス部は、水素吸蔵合金が内蔵された水素吸蔵合金内蔵容器であることを特徴とする請求項1~の何れかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the gas storage unit is a container containing a hydrogen storage alloy. 前記水素吸蔵合金内蔵容器から前記燃料電池ユニットへの水素ガスの供給の際に、前記燃料電池ユニットからの排熱を、前記水素吸蔵合金内蔵容器からの水素ガスの放出に利用することを特徴とする請求項に記載の燃料電池システム。 When supplying hydrogen gas from the container containing a hydrogen storage alloy to the fuel cell unit, the exhaust heat from the fuel cell unit is used to release hydrogen gas from the container containing the hydrogen storage alloy. The fuel cell system according to claim 8 . 前記水素ガス発生部と前記水素吸蔵合金内蔵容器の間、及び、前記水素吸蔵合金内蔵容器と前記燃料電池ユニットの間には、水素ガスの供給量を調整するためのバッファタンクが設けられたことを特徴とする請求項又はに記載の燃料電池システム。 A buffer tank for adjusting the supply amount of hydrogen gas was provided between the hydrogen gas generating unit and the container containing the hydrogen storage alloy, and between the container containing the hydrogen storage alloy and the fuel cell unit. The fuel cell system according to claim 8 or 9 . 前記蓄ガス部は、低圧域の水素ガスを貯蔵し得る水素貯蔵タンクであることを特徴とする請求項1~の何れかに記載の燃料電池システム。 The fuel cell system according to any one of claims 1 to 7 , wherein the gas storage unit is a hydrogen storage tank capable of storing hydrogen gas in a low pressure region. 前記水素ガス発生部は、前記反応容器内の温度制御を行う温度制御機構を更に備えたことを特徴とする請求項1~11の何れかに記載の燃料電池システム。
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 11 , wherein the hydrogen gas generating unit further includes a temperature control mechanism for controlling the temperature inside the reaction vessel.
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