CN101233074A - 氢生成设备及燃料电池系统 - Google Patents

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Abstract

在反应腔(2)的内部设置有体积可自由变更的溶液容器(4)，随着将贮留在溶液容器(4)内的反应溶液(11)向反应腔(2)的工作物质(3)供给，溶液容器(4)的体积减小，反应腔(2)的容积增加，从而增加利用小空间生成氢的区域。

Description

氢生成设备及燃料电池系统
技术领域
本发明涉及例如分解金属氢化物而生成氢的氢生成设备以及将利用氢生成设备生成的氢作为燃料的燃料电池系统。
背景技术
近年来因能源问题升温而要求具有更高能量密度、排出物清洁的电源。燃料电池具有这样的特点：它是具有现有电池的数倍能量密度的发电机，能量效率高，另外排出气体中不包含氮氧化物或硫氧化物，或包含很少的氮氧化物或硫氧化物。因此，可以说是符合作为下一代电源设备要求的、极其有效的设备。
在利用氢和氧的电化学反应而得到电动势的燃料电池中，作为燃料，氢是必需的。作为生成氢气的设备的一例，公开了这样的氢生成设备，其结构为具有收纳金属氢化物(硼氢化盐)的反应容器和水槽，通过泵将水槽内的水向反应容器中的金属氢化物喷出(例如参照专利文献1)。
现有的氢生成设备因水槽中的水经由泵供给到反应器中，所以，反应器的容积至少为金属氢化物(硼氢化盐)和水的体积的量。另外，因通过氢生成反应而生成卷入氢的气泡，所以，反应器的容积有必要进一步具有气泡的体积。因气泡的体积是硼氢化盐的两倍以上，所以导致氢生成设备的体积非常大。其结果，作为手机或数码相机等的电源设备使用是不现实的。
另外，水槽在供给完水后变为死空间，作为氢生成设备的空间存在浪费情况是实情。
专利文献：(日本)特开2002-137903号公报
发明内容
本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种可以利用小体积生成足够量的氢的氢生成设备。
另外，本发明是鉴于上述情况而作出的，其目的在于提供一种燃料电池系统，该燃料电池系统具有可以利用小体积生成足够量的氢的氢生成设备。
为了实现上述目的，本发明第一方面的氢生成设备，其特征在于，具有：反应物容器，其收纳通过输送反应流体而促进氢的生成的氢生成反应物；流体室，其配置在反应物容器内、收纳反应流体且体积可自由变更；以及可变机构，其通过变更流体室的体积变更容积；随着流体室内的流体向氢生成反应物供给，利用可变机构减小流体室的体积并增加反应物容器内的容积。
由此，随着流体室内的流体向氢生成反应物供给，可减小流体室的体积并增加反应物容器内的容积，可增加利用小空间生成氢的区域。
为了实现上述目的，本发明第二方面的氢生成设备，其特征在于，具有：反应物容器，其收纳通过输送反应流体而促进氢的生成的氢生成反应物；流体室，其配置在反应物容器内、收纳反应流体且体积可自由变更；加压机构，其加压流体室；排出机构，其以规定压力将在反应物容器内生成的氢排出；流体供给路径，其连通流体室及反应物容器并允许反应流体流通；以及开闭机构，其设置在流体供给路径上，当反应物容器的压力变为规定值以下时打开流体流路的流路；利用加压机构加压流体室以维持比打开开闭机构的压力高的压力，并且，对流体室加压以对应因反应流体的供给导致流体室容积的减小而减小流体室的体积。
由此，随着流体室内的流体向氢生成反应物供给，利用加压机构可减小流体室的体积并增加反应物容器内的容积，并且，利用加压机构加压流体室，当变成反应物容器的内压为规定压力以下的状态时打开开闭机构，反应流体被输送到反应物容器内，反应流体被供给到氢生成反应物中而生成氢，生成的氢以规定压力从排出机构排出。因此，可增加利用小空间生成氢的区域，可根据压力状态稳定地供给反应流体而生成足够数量的氢。
并且，本发明第三方面的氢生成设备，在第二方面的氢生成设备的基础上，其特征在于，流体室由变形容许部件形成，加压机构是按压流体室使流体室的体积减小而增大流体室压力的按压机构。
由此，通过利用按压机构按压由变形容许部件形成的流体室，可减小流体室的体积。
另外，本发明第四方面的氢生成设备，在第三方面的氢生成设备的基础上，其特征在于，流体室的变形容许部件是袋部件，在袋部件的端部设置有板材，通过经由板材按压流体室，袋部件变形，流体室的体积减小。
由此，通过按压板材使袋部件变形，可减小流体室的体积。
另外，本发明第五方面的氢生成设备，在第三方面的氢生成设备的基础上，其特征在于，流体室的变形容许部件是波纹管部件，在波纹管部件的端部设置有板材，通过经由板材按压流体室，波纹管部件收缩，流体室的体积减小。
由此，通过经由板材按压波纹管部件，可使波纹管部件收缩而减小流体室的体积。
另外，本发明第六方面的氢生成设备，在第三方面的氢生成设备的基础上，其特征在于，流体室的变形容许部件是端部敞开的缸及装备在缸的敞开端侧的活塞板，通过按压活塞板，缸的容积减小，敞开体积增加，流体室的体积减小。
由此，通过按压活塞板，减小缸的容积而增加敞开体积，从而可减小流体室的体积。
另外，本发明第七方面的氢生成设备，在第三方面至第六方面的任一记载的氢生成设备的基础上，其特征在于，按压机构是压缩弹簧。
由此，可通过利用压缩弹簧的弹性力以极其简单的结构来按压流体室。
另外，本发明第八方面的氢生成设备，在第二方面至第七方面的任一记载的氢生成设备的基础上，其特征在于，开闭机构是压力调整阀，在反应物容器的内压比流体室的内压低规定值的定压时，打开阀体成为容许反应流体从流体室侧向反应物容器侧流通的状态。
由此，通过使用根据规定的压力差打开阀体的压力调整阀，可按规定压力将反应流体输送到反应容器中。
为了实现上述目的，本发明第九方面的燃料电池系统，其特征在于，将第一方面至第八方面的任一记载的氢生成设备的排出机构与具有被供给氢的阳极室的燃料电池的阳极室连接。
由此，可构成具有氢生成设备的燃料电池系统，该氢生成设备随着流体室内的流体向氢生成反应物供给，可减小流体室的体积并增加反应物容器内的容积，可增加利用小空间生成氢的区域。
并且，本发明第十方面记载的燃料电池系统，在第九方面记载的的燃料电池系统的基础上，其特征在于，阳极室和反应物容器形成密闭空间。
由此，因生成的氢不向外部漏出，所以可使用生成的所有氢。
本发明的氢生成设备可构成利用小体积生成足够量的氢的氢生成设备。
而且，本发明的燃料电池系统可构成具有氢生成设备的燃料电池系统，该氢生成设备可利用小体积生成足够量的氢。
附图说明
图1是本发明第一实施例的氢生成设备的概略结构图；
图2是本发明第二实施例的氢生成设备的概略结构图；
图3是本发明第三实施例的氢生成设备的概略结构图；
图4是本发明一个实施例的燃料电池系统的概略结构图；
图5是本发明另一实施例的燃料电池系统的概略结构图；
图6是本发明再一实施例的燃料电池系统的概略结构图。
附图标记说明
1、15、21、42、62氢生成设备
2、45反应腔               3、46工作物质
4、16、22、47溶液容器     5送液管
6、17加重板               7压缩弹簧
10、44氢导管              11、48反应溶液
12调节器                  13、55、64压力调整阀
23缸                      24活塞板
25缸室                    30、41、61燃料电池系统
31、43燃料电池            32、58阳极腔
33、59燃料电池单元        49临时贮留部
50供给管                  51排出管
52、63止回阀              56大气取入口
具体实施方式
图1表示本发明第一实施例的氢生成设备的概略结构，图2表示本发明第二实施例的氢生成设备的概略结构，图3表示本发明第三实施例的氢生成设备的概略结构。
基于图1说明第一实施例。
氢生成设备1具有作为反应物容器的反应腔2，反应腔2内贮藏有作为氢生成反应物的工作物质3(例如，硼氢化钠)。另外，反应腔2内部具有作为流体室的溶液容器4，溶液容器4中贮藏有反应流体即反应溶液11(例如，苹果酸水溶液)。反应腔2和溶液容器4通过作为流体供给路径的送液管5连接，送液管5经由反应腔2的外部连接反应腔2和溶液容器4。
溶液容器4例如由聚丙烯制(可挠性材料：树脂或橡胶的膜、片状材料)的袋部件构成，在底部设置有作为板材的加重板6。在加重板6和反应腔2的底壁之间设置有作为按压机构的压缩弹簧7，利用压缩弹簧7对加重板6施加作用力。另外，作为溶液容器4，除聚丙烯之外，也可适用PET、硅酮、硅酮橡胶、丁基橡胶、异戊二烯橡胶等可挠性材料。
因溶液容器4经由压缩弹簧7和加重板6一直被按压，所以，一旦变为反应溶液11在送液管5中流动的条件，则可将反应溶液11从溶液容器4中挤出。反应溶液11一旦被挤出，则因为经由加重板6按压溶液容器4，所以，袋部件变形，溶液容器4的体积减小，反应腔2的容积相应地增加。反应溶液11从送液管5向反应腔2输送，则反应溶液11和工作物质3接触，在容积增加的反应腔2内进行氢生成反应。
作为排出机构的氢导管10与反应腔2连接，氢导管10上设置有调节器12(压力调整阀)。利用调节器12调整来自反应腔2的氢排出量。另外，虽然可利用调节器12控制氢排出量，但也可使用定压阀以一定的氢压力排出氢。
另一方面，在反应腔2外部部位的送液管5上设置有压力调整用的压力调整阀13，压力调整阀13是调整反应溶液11变为流通容许状态时的压力的阀。反应溶液11变为流通容许状态时的输出压力是压力调整阀13打开时的压力(开阀压力)。反应腔2内的压力超过开阀压力时关闭压力调整阀13，反应腔2内的压力低于开阀压力时(规定值以下)打开压力调整阀13。
也就是说，压力调整阀13是在反应腔2的压力变为规定值以下时打开送液管5的流路的开闭机构。即，构成为，溶液容器4的内压被加压并维持比打开压力调整阀13时的压力更大的压力(超过用于打开压力调整阀13的、反应腔2的规定压力值的压力)，在反应腔2的内压变为规定值以下的定压时，压力调整阀13在允许反应溶液11从溶液容器4侧向反应腔2侧流通的状态下打开阀体。
压力调整阀13例如是定压阀，包括：溶液容器4侧的流路即一次流路；反应腔2侧的流路即二次流路；一次流路和二次流路之间具有的阀体；将外部压力向阀传送的外压传送路径；将反应腔2的内压向阀体传送的内压传送路径。
另外，虽然经由反应腔2的外部利用送液管5连接反应腔2和溶液容器4，但也可将送液管5配置在反应腔2的内部。另外，也可在向反应腔2内部开口的送液管5的喷嘴部设置止回阀。通过设置止回阀，可防止在反应腔2生成的氢或卷入氢的气泡的回流，可减小氢生成设备1的使用姿势的限制。
说明上述氢生成设备1的作用。
反应溶液11通过送液管5从溶液容器4向反应腔2输送。溶液容器4被加压，与此同时，在未生成氢的状态下反应腔2的内压是打开压力调整阀13状态下的低压，通过送液管5输送反应溶液11。
反应溶液11一旦输送到反应腔2中，则反应溶液11与工作物质3接触并进行反应，生成氢。一旦生成氢，则反应腔2的内压上升，超过压力调整阀13的开阀压力(压力调整阀13变为关闭状态)。因反应腔2的内压上升，压力调整阀13变为阀关闭状态，来自送液管5的反应溶液11的供给被停止。
一旦不供给反应溶液11，则反应腔2中的氢生成反应的反应速度降低，生成的氢从反应腔2的氢导管10排出。因反应腔2的内压降低，变为打开压力调整阀13状态下的低压。反应溶液11重新从溶液容器4向反应腔2输送，反应溶液11与工作物质3接触而生成氢。
在此，为了从溶液容器4输送反应溶液11而使用加压机构。即，利用压缩弹簧7对加重板6施加作用力，在溶液容器4的体积减小的状态下，袋部件变形，反应溶液11被加压，利用加压力输送反应溶液11。对反应溶液11经常施加这样的力，即利用溶液容器4的变形(体积减小)被加压而从溶液容器4排出，该变形是利用压缩弹簧7经由加重板6而产生的。其中，压力对应于压缩弹簧7的位移量而变化。
通过具有这样的压力调整阀13，即相对于反应溶液11排出速度的变化，根据反应溶液11的内压降低而打开阀且开阀压力一定，从而与溶液容器4的压力无关，反应溶液11的排出速度变为一定。另外，因压力调整阀13根据反应腔2的内压和外压之间的关系来进行阀的开闭，且因外压(具体地说是大气压)一定，所以，反应腔2的内压大致保持为一定。
因此，可不使用动力而利用压力状态将反应溶液11稳定地供给到反应腔2中，并生成氢。另外，通过对加重板6施加作用力，从而可改变溶液容器4的体积，可对溶液容器4加压并保持打开压力调整阀13的压力状态。另外，因利用压缩弹簧7的作用力按压加重板6，所以可通过极其简单的结构来按压加重板6。
并且，随着溶液容器4的反应溶液11向反应腔2的工作物质3供给，利用压缩弹簧7的作用力，加重板6被按压，溶液容器4的体积减小，所以，可使反应腔2的容积增加该体积减小的量。因此，死空间消失，可增加利用小空间生成氢的区域，不会减小氢生成量且可节省空间。而且，也可不增加空间而增加氢生成量。
因此，在上述氢生成设备1中，可利用小体积生成足够量的氢。
在此，说明工作物质3和反应溶液11的具体例。
工作物质3使用硼氢化钠，反应溶液11使用苹果酸水溶液。硼氢化钠是固体，形态可为粉末体也可为丸片剂。苹果酸水溶液的浓度为5％以上且60％以下，优选使用10％以上且40％以下的浓度。通常使用浓度为25％的苹果酸水溶液。氢生成反应是由硼氢化钠和苹果酸水溶液的水之间进行的以下反应。苹果酸作为反应促进剂起作用。
NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2
伴随着该反应促进剂的反应极其迅速，在10sec左右可获得接近90％的收率。为了生成必需的氢量且尽可能缓慢地反应，控制供给到硼氢化钠的水量即可。
在本实施例中，反应溶液11的输送在反应腔2内的压力小于压力调整阀13的开阀压力时进行。实际上，设计为抑制反应腔2内的压力变动，使压力变动小。反应腔2内的压力由从反应腔2的氢排出速度、反应溶液11的供给速度、工作物质3和反应溶液11的反应速度、反应腔2的容积来确定。其中，反应速度一定，氢排出速度由调节器12的设定来确定。因反应溶液11从送液管5向工作物质3滴下而供给，所以，供给速度依赖于送液管5开口端的液滴形成速度。即，通过规定送液管5开口端的内径，可抑制反应腔2内的压力变动，使压力变动小。例如，使用如下所述的设计值和规格。
氢排出速度                15cc/min
反应腔2的容积             70cc
反应溶液11的供给速度      0.006cc/min
送液管5开口端的内径       0.2mm
送液管的内径              2.0mm
压力调整阀13的开阀压力100kPa(表压)
即，本实施例的溶液容器4的内压利用压缩弹簧9被加压，维持为比100kPa更高，压力调整阀13以在反应腔2内的压力变为100kPa时打开的方式设定开阀压力。因此，即便在比大气压高的压力下也没有必要高精度地控制加压机构。
另外，压力调整阀13的开阀压力只要设定为反应腔2的内压相对溶液容器4的内压变低的规定值即可，并不限定于100kPa，例如，可以设定为在表压下将0kPa(大气压)作为规定值等任意值。
另外，在打开压力调整阀13向反应腔2输送反应溶液11时，根据生成氢的反应速度或机器的状况压力产生变动，压力调整阀13的开阀压力的设定值即100kPa也理所当然变为将吸收该变动的值考虑进去的设计值。因此，可尽可能地将反应腔2的压力维持一定而运转。
但是，严格地说，为了根据反应溶液11的供给而减小溶液容器4的体积并增加反应腔2的容积，且为了将反应腔2内的压力变动抑制得更小，优选采用微调整氢排出速度等抑制压力变动的方法。
说明作为工作物质3和反应溶液11组合的例子。
作为工作物质3，使用硼氢化盐、氢化铝盐、固体或碱性溶液时，作为反应溶液11，使用浓度为5％～60％(10％～40％)、通常为25％的有机酸。作为工作物质3的盐，使用钠、钾、锂，作为反应溶液11的有机酸，使用柠檬酸、苹果酸、琥珀酸。
另外，作为工作物质3，使用硼氢化盐、氢化铝盐、固体或碱性溶液时，作为反应溶液11，使用浓度为1％～20％的金属氯化物。作为工作物质3的盐，使用钠、钾、锂，作为反应溶液11的金属，通常使用浓度为12％的镍、铁、钴。
另外，作为工作物质3，使用金属氯化物(固体或水溶液)时，作为反应溶液11，使用浓度为1％～20％、通常为12％的硼氢化盐、氢化铝盐的碱性溶液。作为工作物质3的金属，使用镍、铁、钴，作为反应溶液11的盐，使用钠、钾、锂。
另外，作为工作物质3，使用氧化还原电位比氢低的金属时，作为反应溶液11使用酸。作为工作物质3的金属，使用镁、铝、铁，作为反应溶液11的酸，使用盐酸、硫酸。
另外，作为工作物质3，使用两性金属时，作为反应溶液11，使用碱性水溶液。作为工作物质3的两性金属，使用铝、锌、锡、铅，作为反应溶液11的碱性水溶液，使用氢氧化钠。
基于图2说明本发明的第二实施例。另外，与图1所示部件相同的部件标注相同的附图标记，省略重复说明。
第二实施例的氢生成设备15在反应腔2的内部具有替换图1所示的溶液容器4、作为流体室的溶液容器16。溶液容器16中贮藏有反应溶液11(例如，苹果酸水溶液)。反应腔2和溶液容器16通过作为流体供给路径的送液管5连接，送液管5经由反应腔2的外部连接反应腔2和溶液容器16。
溶液容器16由作为变形容许部件的波纹管部件形成的波纹管构成，例如由SUS、磷青铜、铍构成。在溶液容器16的底部(波纹管部件的端部)设置有作为板材的加重板17，在加重板17和反应腔2的底壁之间设置有压缩弹簧7，利用压缩弹簧7对加重板17施加作用力。通过经由加重板17按压溶液容器16，波纹管收缩，溶液容器16的体积减小。
因溶液容器16经由压缩弹簧7和加重板17一直被按压，所以，一旦变为反应溶液11在送液管5中流动的条件，则可将反应溶液11从溶液容器16中挤出。反应溶液11一旦被挤出，则因为经由加重板17溶液容器16被按压，所以，波纹管收缩，溶液容器16的体积减小，反应腔2的容积相应地增加。反应溶液11从送液管5向反应腔2输送，则反应溶液11和工作物质3接触，在容积增加的反应腔2内进行氢生成反应。
其它结构/动作或反应条件、设计值等与图1所示的第一实施例相同。
因此，可不使用动力而利用压力状态将反应溶液11稳定地供给到反应腔2中，并生成氢。另外，通过对加重板17施加作用力，波纹管收缩，从而可改变溶液容器16的体积，可对溶液容器16加压并保持打开压力调整阀13的压力状态。并且，随着溶液容器16的反应溶液11向反应腔2的工作物质3供给，利用压缩弹簧7的作用力，加重板17被按压，波纹管收缩，溶液容器16的体积减小，所以，可使反应腔2的容积增加该体积减小的量。因此，死空间消失，可增加利用小空间生成氢的区域，不会减小氢生成量且可节省空间。另外，也可不增加空间而增加氢生成量。
因此，在上述氢生成设备15中，可利用小体积生成足够量的氢。
基于图3说明本发明的第三实施例。另外，与图1、图2所示部件相同的部件标注相同的附图标记，省略重复说明。
第三实施例的氢生成设备21在反应腔2的内部具有替换图1所示的溶液容器4、作为流体室的溶液容器22。溶液容器22中贮藏有反应溶液11(例如，苹果酸水溶液)。反应腔2和溶液容器22通过作为流体供给路径的送液管5连接，送液管5经由反应腔2的外部连接反应腔2和溶液容器22。
溶液容器22包括：端部(下端部)敞开的缸23、在缸23的敞开端侧滑动自如地构成的活塞板24(所谓注射器结构)。利用活塞板24的移动可改变缸室25的容量，在缸室25中贮藏有反应溶液11。在活塞板24和反应腔2的底壁之间设置有压缩弹簧7，利用压缩弹簧7对活塞板24施加作用力。通过按压活塞板24变为这样的状态，即，缸23的缸室25的容积减小，溶液容器22的敞开体积增加，溶液容器22的体积减小。
因溶液容器22的活塞板24经由压缩弹簧7一直被按压，所以，一旦变为反应溶液11在送液管5中流动的条件，则可将反应溶液11从溶液容器22的缸室25中挤出。反应溶液11一旦被挤出，则因为利用活塞板24缸室25被按压，所以，缸室25的容积减小，溶液容器22的体积减小，反应腔2的容积相应地增加。反应溶液11从送液管5向反应腔2输送，则反应溶液11和工作物质3接触，在容积增加的反应腔2内进行氢生成反应。
其它结构/动作或反应条件、设计值等与图1所示的第一实施例相同。
因此，可不使用动力而利用压力状态将反应溶液11稳定地供给到反应腔2中，并生成氢。另外，对活塞板24施加作用力，可减小缸室25的容积，从而可改变溶液容器22的体积，可对溶液容器22加压并保持打开压力调整阀13的压力状态。
并且，随着溶液容器22的反应溶液11向反应腔2的工作物质3供给，利用压缩弹簧7的作用力，活塞板24被按压，缸室25的容积减小而减小溶液容器22的体积，所以，可使反应腔2的容积增加该体积减小的量。因此，死空间消失，可增加利用小空间生成氢的区域，不会减小氢生成量且可节省空间。另外，也可不增加空间而增加氢生成量。
因此，在上述氢生成设备21中，可利用小体积生成足够量的氢。
基于图4说明本发明的燃料电池系统。
图4表示本发明一个实施例的燃料电池系统的概略结构。
图4所示的燃料电池系统30是将图1所示的氢生成设备1与燃料电池31连接的系统。即，燃料电池31具有阳极腔32，阳极腔32构成与燃料电池单元33的阳极室相接的空间。阳极室是临时保存在阳极消耗的氢的空间。
阳极腔32和反应腔2由氢导管10连接，在反应腔2生成的氢被供给到阳极腔32的阳极室中。供给到阳极室的氢在阳极的燃料电池反应中被消耗。阳极的氢消耗量对应于燃料电池31的输出电流来确定。
另外，因没有必要设置图1所示的、氢导管10上具有的调节器12，所以没有安装。另外，也可替换氢生成设备1而适用图2所示的氢生成设备15或图3所示的氢生成设备21。
上述燃料电池系统30可构成具有氢生成设备1的燃料电池系统30，该氢生成设备1可利用小体积生成足够量的氢。
基于图5说明本发明的燃料电池系统的其它实施例。
图5表示本发明其它实施例的燃料电池系统的概略结构。
如图所示，燃料电池系统41包括氢生成设备42和燃料电池43，氢生成设备42和燃料电池43由氢导管44连接。
说明氢生成设备42。
氢生成设备42具有作为反应物容器的反应腔45，反应腔45内贮藏有作为氢生成反应物的工作物质46(例如，硼氢化钠)。另外，反应腔45内部具有作为流体室的溶液容器47，溶液容器47中贮藏有反应流体即反应溶液48(例如，苹果酸水溶液)。
反应腔45的外部设置有临时贮留部49，溶液容器47和临时贮留部49经由供给管50连接。供给管50上设置有压力调整阀55，当来自供给管50侧的压力达到规定压力以上时，压力调整阀55打开，反应溶液48向临时贮留部49输送。另外，图中的附图标记56为取入用于压力调整阀55开闭动作的大气的大气取入口。
另外，临时贮留部49上连接有向反应腔45内开口的排出管51，排出管51上设置有止回阀52。利用止回阀52，来自临时贮留部49侧的反应溶液48可在排出管51内流通，而防止来自反应腔45侧的反应溶液48的回流。反应溶液48一旦从排出管51输送到反应腔45中，则反应溶液48与工作物质46接触，从而在反应腔45内进行氢生成反应。
溶液容器47为可挠性膜(例如聚丙烯)的袋状部件的容器，反应溶液48被输送到临时贮留部49中，并且，利用在反应腔45内生成的氢，溶液容器47被加压(可变机构)，溶液容器47的体积减小。即，随着反应溶液48从溶液容器47向反应腔45供给，溶液容器47的体积减小，反应腔45的容积相应地增加。
说明燃料电池43。
燃料电池43具有阳极腔58，阳极腔58构成与燃料电池单元59的阳极室相接的空间。阳极室是临时保存在阳极消耗的氢的空间。阳极腔58和反应腔45由氢导管44连接，在反应腔45生成的氢被供给到阳极腔58的阳极室中。供给到阳极室的氢在阳极的燃料电池反应中被消耗。阳极的氢消耗量对应于燃料电池43的输出电流来确定。
说明上述燃料电池系统41的作用。
燃料电池单元59与负荷连接，则燃料电池系统41内部的氢和空气中的氧进行燃料电池反应而产生电力。因边消耗氢边进行发电，所以，阳极腔58、氢导管44、反应腔45的内压降低。在此，因临时贮留部49受到大气压，所以，一旦内压降到比大气压低，则在临时贮留部49和反应腔45之间产生压力差，贮留在临时贮留部49中的反应溶液48(苹果酸水溶液)通过排出管51向反应腔45流动。
反应溶液48一旦流到反应腔45中，则与工作物质46(硼氢化钠)接触而进行氢生成反应。生成的氢通过氢导管44供给到阳极腔58中。通过进行氢的生成，反应腔45、氢导管44、阳极腔58的内压上升到比大气压高，反应腔45的内压变得比临时贮留部49的内压高。因此，虽然氢想要在排出管51中回流，但回流通过止回阀52被防止。
另一方面，溶液容器47受反应腔45的内压作用而被压缩，溶液容器47内部贮藏的反应溶液48从供给管50流到压力调整阀55。压力调整阀55在阀关闭方向，例如受到10kPa(表压)的反应溶液48的压力，反应腔45的内压一旦超过10kPa(表压)，则相比反应溶液48的压力，阀打开方向的力大，压力调整阀55打开，反应溶液48向临时贮留部49供给。
此后，氢生成速度降低、燃料电池43中的氢消耗速度上升，则阳极腔58、氢导管44、反应腔45的内压开始降低。因在内压比10kPa(表压)大的期间内压力调整阀55打开，所以反应溶液48从临时贮留部49流入到溶液容器47。内压一旦比10kPa(表压)小，则压力调整阀14关闭，此时临时贮留部49的内压为10kPa(表压)。并且，一旦反应腔45的内压降低，则临时贮留部49和反应腔45之间产生压力差，止回阀52打开，反应溶液48通过排出管51流到反应腔45。由此，反应溶液48与工作物质46接触而进行氢生成反应，反应腔45的内压重新上升。
通过以上的反复操作来生成氢，向燃料电池43的阳极腔58供给燃料即氢。
并且，随着反应溶液48从溶液容器47向反应腔45供给，溶液容器47的体积减小，反应腔45的容积相应地增加，因此，死空间消失，可增加利用小空间生成氢的区域，不会减小氢生成量且可节省空间。另外，也可不增加空间而增加氢生成量。
上述燃料电池系统41可构成具有氢生成设备42的燃料电池系统41，该氢生成设备42可利用小体积生成足够量的氢。
基于图6说明本发明的燃料电池系统的其它实施例。
图6表示本发明其它实施例的燃料电池系统的概略结构。另外，与图5所示部件相同的部件标注相同的附图标记。
如图所示，燃料电池系统61包括氢生成设备62和燃料电池43，氢生成设备62和燃料电池43由氢导管44连接。
说明氢生成设备62。
氢生成设备62具有作为反应物容器的反应腔45，反应腔45内贮藏有作为氢生成反应物的工作物质46(例如，硼氢化钠)。另外，反应腔45的内部具有作为流体室的溶液容器47，溶液容器47中贮藏有反应流体即反应溶液48(例如，苹果酸水溶液)。
反应腔45的外部设置有临时贮留部49，溶液容器47和临时贮留部49经由供给管50连接。供给管50上设置有止回阀63。利用止回阀63，来自溶液容器47侧的反应溶液48可在供给管50内流通，而防止来自临时贮留部49侧的反应溶液48的回流。利用在反应腔45生成的氢，溶液容器47被加压，当来自供给管50侧的压力变得比临时贮留部49的压力大时，反应溶液48向临时贮留部49输送。
另外，临时贮留部49上连接有向反应腔45内开口的排出管51，排出管51上设置有压力调整阀64。反应腔45的内压变为规定压力以下时，压力调整阀64打开，来自临时贮留部49侧的反应溶液48可在排出管51内流通。临时贮留部49的内压通过输送来的反应溶液48被加压而变为比打开压力调整阀的压力更高的状态(超过用于打开压力调整阀64的、反应腔45的规定压力值的压力)，利用临时贮留部49和反应腔45之间的内压差，反应溶液48从排出管51输送到反应腔45。其结果，反应溶液48与工作物质46接触，从而在反应腔45内进行氢生成反应。
溶液容器47为可挠性膜(例如聚丙烯)的袋状部件的容器，反应溶液48被输送到临时贮留部49中，并且，利用在反应腔45内生成的氢，溶液容器47被加压(可变机构)，溶液容器47的体积减小。即，随着反应溶液48从溶液容器47向反应腔45供给，溶液容器47的体积减小，反应腔45的容积相应地增加。
说明燃料电池43。
燃料电池43具有阳极腔58，阳极腔58构成与燃料电池单元59的阳极室相接的空间。阳极室是临时保存在阳极消耗的氢的空间。阳极腔58和反应腔45由氢导管44连接，在反应腔45生成的氢被供给到阳极腔58的阳极室中。供给到阳极室的氢在阳极的燃料电池反应中被消耗。阳极的氢消耗量对应于燃料电池43的输出电流来确定。
说明上述燃料电池系统61的作用。
燃料电池单元59与负荷连接，则燃料电池系统41内部的氢和空气中的氧进行燃料电池反应而产生电力。因边消耗氢边进行发电，所以，阳极腔58、氢导管44、反应腔45的内压降低。在此，因临时贮留部49受到大气压，所以，一旦内压降到比大气压低，则在临时贮留部49和反应腔45之间产生压力差，贮留在临时贮留部49中的反应溶液48(苹果酸水溶液)通过排出管51向反应腔45流动。
反应溶液48一旦流到反应腔45中，则与工作物质46(硼氢化钠)接触而进行氢生成反应。生成的氢通过氢导管44供给到阳极腔58中。通过进行氢的生成，反应腔45、氢导管44、阳极腔58的内压上升到比大气压高，反应腔45的内压变得比临时贮留部49的内压高。因此，虽然氢想要在排出管51中回流，但回流通过压力调整阀64被防止。
另一方面，溶液容器47受反应腔45的内压作用而被压缩，溶液容器47内部贮藏的反应溶液48从供给管50通过止回阀63供给到临时贮留部49中。
此后，氢生成速度降低、燃料电池43中的氢消耗速度上升，则阳极腔58、氢导管44、反应腔45的内压开始降低。内压降低、临时贮留部49和反应腔45之间产生压力差，则压力调整阀64打开，反应溶液48从临时贮留部49流入到溶液容器47中。由此，反应溶液48与工作物质46接触而进行氢生成反应，反应腔45的内压重新上升。
通过以上的反复操作来生成氢，向燃料电池43的阳极腔58供给燃料即氢。
并且，随着反应溶液48从溶液容器47向反应腔45供给，溶液容器47的体积减小，反应腔45的容积相应地增加，因此，死空间消失，可增加利用小空间生成氢的区域，不会减小氢生成量且可节省空间。而且，也可不增加空间而增加氢生成量。
上述燃料电池系统61可构成具有氢生成设备62的燃料电池系统61，该氢生成设备62可利用小体积生成足够量的氢。
工业实用性
本发明可用于例如分解金属氢化物而生成氢的氢生成设备以及将利用氢生成设备生成的氢作为燃料的燃料电池系统的产业领域。

Claims (10)

1.一种氢生成设备，其特征在于，具有：
反应物容器，其收纳通过输送反应流体而促进氢的生成的氢生成反应物；
流体室，其配置在反应物容器内，收纳反应流体且体积可自由变更；以及
可变机构，其通过变更流体室的体积来变更容积；
随着流体室内的流体向氢生成反应物供给，利用可变机构减小流体室的体积并增加反应物容器内的容积。
2.一种氢生成设备，其特征在于，具有：
反应物容器，其收纳通过输送反应流体而促进氢的生成的氢生成反应物；
流体室，其配置在反应物容器内，收纳反应流体且体积可自由变更；
加压机构，其对流体室加压；
排出机构，其将在反应物容器内生成的氢排出；
流体供给路径，其连通流体室及反应物容器，并允许反应流体流通；以及
开闭机构，其设置在流体供给路径上，当反应物容器的压力变为规定值以下时打开流体流路的流路；
利用加压机构对流体室加压，以便维持比打开开闭机构的压力高的压力，并且，对流体室加压，以便对应于因供给反应流体导致的流体室容积的减小来减小流体室的体积。
3.如权利要求2所述的氢生成设备，其特征在于，流体室由变形容许部件形成，加压机构是按压流体室使流体室的体积减小而增大流体室压力的按压机构。
4.如权利要求3所述的氢生成设备，其特征在于，流体室的变形容许部件是袋部件，在袋部件的端部设置有板材，通过经由板材按压流体室，袋部件变形，流体室的体积减小。
5.如权利要求3所述的氢生成设备，其特征在于，流体室的变形容许部件是波纹管部件，在波纹管部件的端部设置有板材，通过经由板材按压流体室，波纹管部件收缩，流体室的体积减小。
6.如权利要求3所述的氢生成设备，其特征在于，流体室的变形容许部件是端部敞开的缸以及装备在缸的敞开端侧的活塞板，通过按压活塞板，缸的容积减小，敞开体积增加，流体室的体积减小。
7.如权利要求3至6中任一项所述的氢生成设备，其特征在于，按压机构是压缩弹簧。
8.如权利要求2至7中任一项所述的氢生成设备，其特征在于，开闭机构是压力调整阀，在反应物容器的内压比流体室的内压低规定值的定压时，该压力调整阀打开阀体成为容许反应流体从流体室侧向反应物容器侧流通的状态。
9.一种燃料电池系统，其特征在于，将权利要求1至8中任一项所述的氢生成设备的排出机构与具有被供给氢的阳极室的燃料电池的阳极室连接。
10.如权利要求9所述的燃料电池系统，其特征在于，阳极室和反应物容器形成密闭空间。
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