JP2004259480A

JP2004259480A - 燃料電池発電システム

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Publication number: JP2004259480A
Application number: JP2003046111A
Authority: JP
Inventors: Minoru Yagi; 稔八木
Original assignee: Kurita Water Industries Ltd
Current assignee: Kurita Water Industries Ltd
Priority date: 2003-02-24
Filing date: 2003-02-24
Publication date: 2004-09-16
Anticipated expiration: 2023-02-24
Also published as: JP4345320B2

Abstract

【課題】水素燃料、更には酸素燃料の貯蔵、有効利用効率に優れた燃料電池発電システムを提供する。
【解決手段】水の分解装置１と、この分解装置１からの水素が導入される水素分子化合物を内蔵した水素貯槽２と、この分解装置１からの酸素が導入される酸素分子化合物を内蔵した酸素貯槽５と、この水素貯槽２からの水素及び酸素貯槽５からの酸素が導入される燃料電池３とを備えた燃料電池発電システム。水素又は酸素分子化合物としては、ホスト分子と水素又は酸素分子との接触反応により水素又は酸素分子を包接した水素又は酸素分子包接化合物が用いられる。燃料電池３で発生する水を分解して水素と酸素を発生させ、これを燃料電池３の燃料として利用することができる。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水の分解により発生した水素、或いは水素と酸素を、水素分子化合物、酸素分子化合物として貯蔵し、燃料電池の水素、酸素源として利用する燃料電池発電システム、更には、燃料電池で発生した水を回収して、これを分解することにより発生した水素及び酸素を分子化合物として貯蔵して循環使用する燃料電池システムに関する。
【０００２】
【従来の技術及び先行技術】
近年、ＣＯ_２排出に伴う地球環境問題に対処する方策として、水素をエネルギー媒体とする新しいクリーンエネルギーシステムが提案されている。中でも燃料電池は、燃料が有するエネルギーを直接電気エネルギーに変換する装置であり、電解質を挟んで設けられた一対の電極のうちの陽極に水素を含有する燃料ガスを供給すると共に、他方の陰極に酸素を含有する燃料ガスを供給し、これら一対の電極の電解質側の表面で生じる下記の化学反応エネルギーを電気エネルギーとして取り出すエネルギー変換技術であり、自動車のガソリンエンジンに替わる動力源、家庭用オンサイト発電、ＩＴ用の直流給電設備等として、次世代の最も重要な技術の１つとして注目されている。
陽極反応：Ｈ_２→２Ｈ^＋＋２ｅ⁻
陰極反応：２Ｈ^＋＋２ｅ⁻＋（１／２）Ｏ_２→Ｈ_２Ｏ
【０００３】
燃料電池には、使用する電解質の種類によってリン酸型、溶融炭酸塩型、固体酸化物型、固体高分子型がある。リン酸型はすでに実用化レベルにあり、工場、病院、オフィス、集合住宅、ホテルなど業務自家発電機として導入が進んでおり、小型の発電所用として１０００ｋＷ級のものも開発されている。一方、固体高分子型は、電気自動車用電源として注目されており、自動車メーカーを中心に燃料電池自動車の開発が進められている。
【０００４】
燃料の酸素源としては、空気が用いられている。一方、水素源としては、天然ガス、メタノール等と水蒸気との反応で得られる水素含有ガス（改質ガス）を用いるものと、水素ガスを直接用いるものとがあるが、メタノール等を水蒸気で改質して用いる燃料電池では、水素と共に二酸化炭素が発生するという問題がある。これに対して、水素ガスを直接用いる燃料電池であれば、二酸化炭素の発生の問題はなく、環境維持に有効である。
【０００５】
しかしながら、水素燃料の最大の問題は、その貯蔵法と運搬法にある。即ち、従来、水素の貯蔵法としては、様々な方法が提案され、その一つとして、高圧ガスボンベに水素を気体として貯蔵する方法がある。しかし、このような高圧貯蔵は、単純ではあるが、厚肉の容器が必要であり、そのため容器の重量が重く、貯蔵・運搬効率が低いために、例えば軽量化が重視される自動車等への適用は困難である。一方、水素を液体として貯蔵する場合には、気体水素に比較して貯蔵・運搬効率は向上するが、液体水素の製造には高純度の水素が必要であること、また液化温度が−２５２．６℃という低温であり、このような超低温用の特殊な容器が必要であることなど、経済的に問題がある。また、水素貯蔵合金を用いることも提案されているが、合金自体の重量が重く、しかもＭｇ系の軽量な水素貯蔵合金では水素を放出させる使用温度が３００℃近い高温であるなどの問題がある。更には、カーボンナノチューブなどの多孔性炭素素材などを用いることも提案されているが、水素貯蔵の再現性が低く、高圧条件での貯蔵となるなど多くの問題がある。
【０００６】
従来、上述のような水素貯蔵技術を利用した燃料電池発電システムも既に提案されており、例えば、特開平７−９９７０７号公報には水素貯蔵合金を用いた燃料電池が、また、特開２００１−５９４７２号公報には、液体水素を燃料電池の水素源とすることが記載されているが、いずれも水素の貯蔵・運搬効率において問題が残されている。
【０００７】
ところで、分子化合物は、２種類以上の化合物が水素結合やファンデルワールス力などに代表される、共有結合以外の比較的弱い相互作用によって結合した化合物であり、簡単な操作によってもとの各成分化合物に解離する性質を有するため、選択的分離、化学的安定化、不揮発化、徐放化、粉末化などの技術に応用することができる。そして、分子化合物の一つである包接化合物の技術により、複数成分からなるガス状流体から特定成分を分離回収する方法も報告されている（特開平４−１５０９１７号公報）。また、包接化合物の技術により、比較的軽量にしかも常温常圧に近い状態で水素を貯蔵できることについても提案もなされている（特願２００２−１７８７５５）。
【０００８】
【特許文献１】
特開平７−９９７０７号公報
【特許文献２】
特開２００１−５９４７２号公報
【特許文献３】
特開平４−１５０９１７号公報
【特許文献４】
特願２００２−１７８７５５
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記従来の問題点を解決し、水素燃料、更には酸素燃料の貯蔵、有効利用効率に優れた燃料電池発電システムを提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明の燃料電池発電システムは、水を水素と酸素とに分解する分解装置と、水素を水素分子化合物として貯蔵する水素貯槽と、燃料電池と、前記分解装置で発生した水素を該水素貯槽に導入する手段と、該水素貯槽からの水素を該燃料電池に導入する手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明の燃料電池発電システムでは、水の分解装置で発生した水素を比較的軽量で常温に近い条件で安定に保持し得る水素分子化合物として貯蔵するため、貯蔵効率に優れる。しかも、水素分子化合物は、水素と水素分子化合物を形成する化合物（以下「成分化合物」と称す場合がある。）に水素を接触させるのみで容易に得ることができ、しかも、この水素分子化合物からは比較的低温の加熱等の簡単な操作で水素を放出させ、放出させた水素を燃料電池の水素燃料として利用することができる。
【００１２】
本発明においては、更に、酸素を酸素分子化合物として貯蔵する酸素貯槽と、前記分解装置で発生した酸素を該酸素貯槽に導入する手段と、該酸素貯槽からの酸素を前記燃料電池に導入する手段とを備え、水の分解装置で発生した酸素も酸素分子化合物として貯蔵し、この酸素分子化合物から放出させた酸素を燃料電池の酸素燃料として利用することが好ましい。
【００１３】
本発明において、水素分子化合物としては、ホスト分子と水素分子との接触反応により水素分子を包接した水素分子包接化合物が、また、酸素分子化合物としては、ホスト分子と酸素分子との接触反応により酸素分子を包接した酸素分子包接化合物が挙げられ、このホスト分子としては、多分子系ホスト化合物が好ましい。
【００１４】
また、燃料電池において発生する水を、水の分解装置に供給する手段を設け、燃料電池で発生した水を循環利用することが好ましい。
【００１５】
水の分解装置としては、水を電気、又は光触媒を利用して分解する装置が挙げられる。
【００１６】
また、燃料電池及び／又は水の分解装置の排熱を、水素貯槽に供給する手段を設け、燃料電池及び／又は水の分解装置の排熱により水素分子化合物を加熱して水素を放出させるようにすることが好ましい。同様に、燃料電池及び／又は水の分解装置の排熱を、酸素貯槽に供給する手段を設け、燃料電池及び／又は水の分解装置の排熱により酸素分子化合物を加熱して酸素を放出させるようにすることが好ましい。
【００１７】
燃料電池としては、固体高分子型、アルカリ水溶液電解質型、リン酸塩水溶液型、溶融炭酸塩電解質型、固体酸化物電解質型など各種のものを用いることができるが、自動車搭載用としては固体高分子型燃料電池が好適である。ただし、これに限定されるものではない。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下に図面を参照して本発明の燃料電池発電システムの実施の形態を詳細に説明する。
【００１９】
図１，２は本発明の燃料電池発電システムの実施の形態を示す系統図である。
【００２０】
図１の燃料電池発電システムは、水の分解装置１と、水素貯槽２と、燃料電池３とを備え、水の分解装置１には電気エネルギー源４が接続されている。また、水素貯槽２内には水素分子化合物が貯蔵されている。この水素貯槽２には、水の分解装置１からの排熱を有効利用するための排熱循環ライン１４Ａ，１４Ｂが設けられている。また、燃料電池３で発生した水を水の分解装置１に送給して分解するための水回収ライン１３が設けられている。
【００２１】
この燃料電池発電システムでは、燃料電池３から水の分解装置１に送給された水が、水の分解装置１において電気エネルギー源４からの電気エネルギーで電気分解される。そして、水の電気分解で発生した水素が配管１１より水素貯槽２に送給される。水素貯槽２では、成分化合物がこの水素と接触して水素分子化合物が形成される。この水素貯槽２内の水素分子化合物を、水の分解装置１の排熱により加熱することにより水素分子化合物から水素を放出させ、放出させた水素を配管１２より燃料電池３に供給する。燃料電池３では、この水素を水素燃料として用いて発電を行う。
【００２２】
この燃料電池発電システムでは、水素貯槽２内の水素分子化合物から水素が放出され、水素放出能がなくなった場合には、水素貯槽２内に水の分解装置１から水素を供給して水素貯槽２内で水素と成分化合物とを接触させて水素分子化合物を生成させる。
【００２３】
図２の燃料電池発電システムは、更に酸素分子化合物が貯蔵された酸素貯槽５を有し、この酸素貯槽５に水の分解装置１で発生した酸素を送給する配管１５と、酸素貯槽５からの酸素を燃料電池３に送給する配管１６と、水の分解装置１の排熱を酸素貯槽５で有効利用するための廃熱循環ライン１７Ａ，１７Ｂが設けられている点が図１に示す燃料電池発電システムと異なり、その他は同様の構成とされている。
【００２４】
この燃料電池発電システムでは、燃料電池３から水の分解装置１に送給された水が、水の分解装置１において電気エネルギー源４からの電気エネルギーで電気分解される。そして、水の電気分解で発生した水素が配管１１より水素貯槽２に送給されると共に、酸素が配管１５より酸素貯槽５に送給される。水素貯槽２では、成分化合物がこの水素と接触して水素分子化合物が形成される。同様に、酸素貯槽５では成分化合物がこの酸素と接触して酸素分子化合物が形成される。この水素貯槽２内の水素分子化合物及び酸素貯槽５内の酸素分子化合物を、それぞれ水の分解装置１の排熱により加熱することにより、水素分子化合物から水素を放出させると共に酸素分子化合物から酸素を放出させ、放出させた水素及び酸素を各々配管１２，１６より燃料電池３に供給する。燃料電池３では、この水素及び酸素を水素燃料及び酸素燃料として用いて発電を行う。
【００２５】
次に、本発明の燃料電池発電システムで用いられる水素貯槽又は酸素貯槽の構成について、図３を参照して説明する。図３は本発明に係る水素又は酸素貯槽の実施の形態を示す系統図である。
【００２６】
図３において、２１は、水素又は酸素分子化合物１２を内蔵する水素又は酸素貯槽であり、水素又は酸素ガスの導入口と水素又は酸素ガスの排出口を有し、各々、水素又は酸素ガスの導入ライン２１ａ及び排出ライン２１ｂが接続されている。この水素又は酸素ガスの導入ライン２１ａ及び排出ライン２１ｂに各々制御弁Ｖ_ａ，Ｖ_ｂが設けられ、弁Ｖ_ａ，Ｖ_ｂの開閉ないし開度により、水素又は酸素ガスの導入又は排出ないしはその流量が制御可能とされている。
【００２７】
また、水素又は酸素貯槽２１には、水素分子化合物２２を加熱するための加熱手段２３と、水素又は酸素分子化合物２２を冷却するための冷却手段２４が設けられている。この加熱手段２３及び冷却手段２４は、温水等の加熱媒体、冷却水等の冷却媒体がそれぞれ流通する熱交換用のコイル状配管より構成される。更に、水素又は酸素貯槽２１内の水素又は酸素分子化合物２２を撹拌する撹拌手段２５と、ポンプＰを備える水素又は酸素ガスの循環ライン２６が設けられている。
【００２８】
水素又は酸素貯槽２１内の水素又は酸素分子化合物２２を、撹拌手段５による撹拌下、加熱手段２３で加熱することにより、水素又は酸素分子化合物２２から水素又は酸素ガスを放出させ、放出させた水素又は酸素ガスを排出ライン２１ｂから取り出すことができる。また、水素又は酸素ガスの放出後は、導入ライン２１ａから水素又は酸素ガスを導入して水素又は酸素貯槽２１内に残留する成分化合物を水素又は酸素と接触させて再び水素又は酸素分子化合物を形成させることができ、これにより、水素又は酸素分子化合物の形成、水素又は酸素分子化合物からの水素又は酸素ガスの放出を繰り返し行うことができる。
【００２９】
水素又は酸素貯槽２１としては水素又は酸素分子化合物を収納することができる容器であれば良く、特に制限はないが、素材としては水素又は酸素分子化合物から水素又は酸素を放出させるために加熱を行うため、１００℃、好ましくは２００℃までの加熱に耐えられる材質が好ましい。また、熱効率を良くするために、断熱材等を設けた容器であっても良い。また、この容器は水素又は酸素が常圧条件で貯蔵できるように設定することが、容器重量を軽量化できるのでより好ましいが、耐圧性の容器であっても良い。
【００３０】
また、加熱手段２３としては、水素又は酸素貯槽２１内の水素又は酸素分子化合物を加熱できるものであれば特に制限はない。例えば、図３に示すような加熱媒体を循環させるものの他、電気炉などを用いることもできるが、水の分解装置１又は燃料電池３の排熱を利用する場合には、図３に示すように、水の分解装置１又は燃料電池３で発生する排熱を加熱媒体に吸収させて（好ましくは水を温水化して）循環させるものが好ましい。
【００３１】
制御弁Ｖ_ａ，Ｖ_ｂとしては、開閉又は開度によりガスの流れや流量を制御することができるものであれば良く、特に制限はないが、水素又は酸素貯槽２１を加圧条件で使用する場合には耐圧性の弁を使用することが好ましい。
【００３２】
図３の水素又は酸素貯槽２１は、内部の水素又は酸素分子化合物２２を冷却する冷却手段２４を有し、水素又は酸素分子化合物２２を加熱後、冷却手段２４により冷却して、水素又は酸素ガスの放出を直ちに停止することができるように構成されている。
【００３３】
即ち、水素又は酸素貯槽２１内の水素又は酸素分子化合物２２を加熱して水素又は酸素ガスを放出させた後、水素又は酸素ガスの放出を停止させる際に、水素又は酸素貯槽２１内の水素又は酸素分子化合物２２を常温に戻す際、水素又は酸素貯槽２１の素材が非断熱性のものであれば、自然放冷で比較的早期に冷却することが可能であるが、水素又は酸素貯槽２１の素材が断熱性である場合、或いは急速冷却が必要な場合には、図３に示す如く、水素又は酸素貯槽２１内の水素又は酸素分子化合物２２を冷却する冷却手段２４を設けることが好ましい。この冷却手段２４としては特に制限はなく、図３では、冷却水等の冷却媒体が流通する熱交換用のコイル状配管を用いているが、何らこれに限定されるものではない。
【００３４】
また、一般に、水素又は酸素分子化合物２２、及び水素又は酸素ガスを放出した後の成分化合物は、後述の如く粉体であるため、水素又は酸素分子化合物２からの水素又は酸素ガスの放出、或いは、水素又は酸素ガスを放出した後の成分化合物と水素又は酸素ガスとの接触による水素又は酸素分子化合物の形成（水素又は酸素の貯蔵）に際しては、撹拌手段２５により、撹拌を行うことが水素又は酸素ガスの放出効率、水素又は酸素ガスと成分化合物との接触効率を高める上で好ましい。このため、図３の水素又は酸素貯槽２１では撹拌手段２５を備える。
【００３５】
また、水素又は酸素ガスと成分化合物とを接触させて水素又は酸素分子化合物を形成させる際には、導入ライン２１ａから水素又は酸素貯槽２１内に水素又は酸素ガスを導入し、排出ライン２１ｂから排出される排ガスをポンプＰにより循環ライン２６で導入口側へ循環することが、水素又は酸素ガスの回収効率、水素又は酸素分子化合物の形成効率を高める上で好ましい。
【００３６】
水素又は酸素分子化合物２２を内蔵し、加熱手段２３、更には冷却手段２４及び／又は撹拌手段２５を備える水素又は酸素貯槽２１は、複数個直列に接続して配置して用いても良く、複数個並列に配置して用いても良い。特に、複数の水素又は酸素貯槽を並列に配置してこれらを多方弁で連結した場合には、弁の流路切り換えにより、水素又は酸素ガスを放出させる水素又は酸素貯槽と、水素又は酸素ガスを貯蔵させる水素又は酸素貯槽とを切り換えることにより、連続稼動を行うことも可能である。
【００３７】
なお、図１，２に示す燃料電池発電システム及び図３の水素又は酸素貯槽は、本発明の実施の形態の一例を示すものであって、何ら本発明を制限するものではない。例えば、水素又は酸素貯槽は、加熱手段と撹拌手段及び／又は循環ラインとを有し、冷却手段を有しないものであっても良い。また、水素又は酸素の放出と水素又は酸素の貯蔵をより効率的に行うために、水素又は酸素分子化合物又は成分化合物を水素又は酸素貯槽内に保持するための棚部を設けたり、水素又は酸素ガスを水素又は酸素貯槽内に分散供給するための通気機構等を設けても良い。
【００３８】
また、図１，２の燃料電池発電システムでは、水の分解装置１の排熱を水素貯槽２や酸素貯槽５に循環させて加熱を行うが、水の分解装置１の排熱の代りに燃料電池３の排熱を利用しても良く、水の分解装置１と燃料電池３の排熱を共に利用しても良い。また、これらの排熱のみでは、加熱エネルギーが不足する場合には、水素貯槽２や酸素貯槽５に別途加熱手段を設けても良い。
【００３９】
水の分解装置１としては、水の電気分解装置の他、光触媒による分解装置を用いても良い。水を電気分解する装置の場合、太陽電池、風力、水力などの自然エネルギーを利用するものが工業的に有利である。なお、水素を発生する手段としては、炭化水素系燃料（メタン、ＬＰＧ、都市ガスなど）の水蒸気改質等による水素発生装置もあるが、このものはＣＯ_２発生の問題があり、好ましくない。このため、本発明では、水の分解装置を用いる。
【００４０】
また、水の分解装置１から発生する酸素は、酸素分子化合物として貯蔵しなくても、空気中に含まれる酸素を利用することによって燃料電池は稼動が可能であるが、水の分解装置１より発生した純度の高い酸素を貯蔵して、これを放出して純度の高い酸素として使用した方が燃料電池としての効率は高くなるので、図２に示す如く、酸素も酸素分子化合物として貯蔵するものが好適である。
【００４１】
次に、本発明で用いる水素分子化合物及び酸素分子化合物について説明する。
【００４２】
本発明でいう分子化合物とは、単独で安定に存在することのできる化合物の２種類以上の化合物が水素結合やファンデルワールス力などに代表される、共有結合以外の比較的弱い相互作用によって結合した化合物であり、水化物、溶媒化物、付加化合物、包接化合物などが含まれる。
【００４３】
水素分子化合物は、水素分子化合物を形成する成分化合物と水素との接触反応により形成することができ、比較的軽量で常温常圧に近い状態で水素を貯蔵することができ、かつ簡単な加熱等で水素を放出することが可能である。また、酸素分子化合物は、酸素分子化合物を形成する成分化合物と酸素との接触反応により形成することができ、比較的軽量で常温常圧に近い状態で酸素を貯蔵することができ、かつ簡単な加熱等で酸素を放出することが可能である。
【００４４】
水素分子化合物のうち、水素分子をホスト分子で包接した水素分子包接化合物を形成するホスト分子については、水素を包接できるものであれば良く、特に限定はされない。また、酸素分子化合物のうち、酸素分子をホスト分子で包接した酸素分子包接化合物を形成するホスト分子については、酸素を包接できるものであれば良く、特に限定はされない。
【００４５】
ホスト分子としては、単分子系、多分子系、高分子系、無機系ホスト化合物などが知られている。
【００４６】
単分子系ホスト化合物としては、シクロデキストリン類、クラウンエーテル類、クリプタンド類、シクロファン類、アザシクロファン類、カリックスアレン類、シクロトリべラトリレン類、スフェランド類、環状オリゴペプチド類などが挙げられる。また多分子系ホスト化合物としては、尿素類、チオ尿素類、デオキシコール酸類、ペルヒドロトリフェニレン類、トリ−ｏ−チモチド類、ビアンスリル類、スピロビフルオレン類、シクロフォスファゼン類、モノアルコール類、ジオール類、アセチレンアルコール類、ヒドロキシベンゾフェノン類、フェノール類、ビスフェノール類、トリスフェノール類、テトラキスフェノール類、ポリフェノール類、ナフトール類、ビスナフトール類、ジフェニルメタノール類、カルボン酸アミド類、チオアミド類、ビキサンテン類、カルボン酸類、イミダゾール類、ヒドロキノン類などが挙げられる。また、高分子系ホスト化合物としては、セルロース類、デンプン類、キチン類、キトサン類、ポリビニルアルコール類、１，１，２，２−テトラキスフェニルエタンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類、α，α，α’，α’−テトラキスフェニルキシレンをコアとするポリエチレングリコールアーム型ポリマー類などが挙げられる。さらに、無機系ホスト化合物としては、粘土鉱物類、モンモリロナイト類、ゼオライト類などが挙げられる。
【００４７】
これらのホスト化合物のうち、包接能力がゲスト化合物の分子の大きさに左右されにくい多分子系ホスト化合物が好適である。
【００４８】
多分子系ホスト化合物としては、具体的には、１，１，６，６−テトラフェニル−２，４−ヘキサジイン−１，６−ジオール、１，１−ビス（２，４−ジメチルフェニル）−２−プロピン−１−オール、１，１，４，４−テトラフェニル−２−ブチン−１，４−ジオール、１，１，６，６−テトラキス（２，４−ジメチルフェニル）−２，４−ヘキサジイン−１，６−ジオール、９，１０−ジフェニル−９，１０−ジヒドロアントラセン−９，１０−ジオール、９，１０−ビス（４−メチルフェニル）−９，１０−ジヒドロアントラセン−９，１０−ジオール、１，１，２，２−テトラフェニルエタン−１，２−ジオール、４−メトキシフェノール、２，４−ジヒドロキシベンゾフェノン、４，４’−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２’−ジヒドロキシベンゾフェノン、２，２’，４，４’−テトラヒドロキシベンゾフェノン、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン、４，４’−スルホニルビスフェノール、２，２’−メチレンビス（４−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、４，４’−エチリデンビスフェノール、４，４’−チオビス（３−メチル−６−ｔ−ブチルフェノール）、１，１，３−トリス（２−メチル−４−ヒドロキシ−５−ｔ−ブチルフェニル）ブタン、１，１，２，２−テトラキス（ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−メチル−４−ヒドロキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−フルオロ−４−ヒドロキシフェニル）エタン、α，α，α’，α’−テトラキス（４−ヒドロキシフェニル）−ｐ−キシレン、３，６，３’，６’−テトラメトキシ−９，９’−ビ−９Ｈ−キサンテン、３，６，３’，６’−テトラアセトキシ−９，９’−ビ−９Ｈ−キサンテン、３，６，３’，６’−テトラヒドロキシ−９，９’−ビ−９Ｈ−キサンテン、没食子酸、没食子酸メチル、カテキン、ビス−β−ナフトール、α，α，α’，α’−テトラフェニル−１，１’−ビフェニル−２，２’−ジメタノール、ジフェン酸ビスジシクロヘキシルアミド、フマル酸ビスジシクロヘキシルアミド、コール酸、デオキシコール酸、１，１，２，２−テトラキス（４−カルボキシフェニル）エタン、１，１，２，２−テトラキス（３−カルボキシフェニル）エタン、２，４，５−トリフェニルイミダゾール、１，２，４，５−テトラフェニルイミダゾール、２−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，５−ジ−ｔ−ブチルヒドロキノン、２，５−ビス（２，４−ジメチルフェニル）ヒドロキノン、などが挙げられるが、中でも１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサンのようなフェノール系のホスト化合物が包接能力、及び工業的な入手の面で有利である。
【００４９】
このようなホスト化合物に水素又は酸素を包接させて水素又は酸素分子包接化合物を製造する方法としては、水素又は酸素とホスト化合物を直接接触させる方法、水素又は酸素雰囲気の状態でホスト化合物を粉砕しながら直接反応させる方法、ホスト化合物を溶媒に溶解して再結晶する際に水素又は酸素と接触反応させる方法などがあるが、特にこれらに限定されるものではない。
【００５０】
このようにして得られる水素又は酸素分子包接化合物は、用いたホスト化合物の種類、水素又は酸素との接触条件等によっても異なるが、通常ホスト化合物１モルに対して水素又は酸素分子０．２〜２０モルを包接した水素又は酸素分子包接化合物である。
【００５１】
この水素又は酸素分子包接化合物は、常温常圧において、長期に亘り水素又は酸素を安定に包接する。しかも、この水素又は酸素分子包接化合物は、水素貯蔵合金と比べ、軽量で取り扱い性にも優れ、この水素又は酸素分子包接化合物はガラス、金属、プラスチック等の容器に入れて容易に貯蔵・運搬することができる。
【００５２】
このような水素又は酸素分子包接化合物は、固体状であるため、粒径０．０１〜１ｍｍ程度の粉体として、図３に示すような水素又は酸素貯槽に貯蔵して用いることができる。
【００５３】
そして、この水素又は酸素分子包接化合物から水素又は酸素を放出させるには、ホスト化合物の種類にもよるが、３０〜２００℃、特に４０〜１００℃程度に加熱すれば良く、これにより容易に水素又は酸素分子包接化合物中から水素又は酸素を放出させて燃料電池の水素又は酸素燃料として用いることができる。
【００５４】
水素又は酸素分子包接化合物から水素又は酸素を放出した後のホスト化合物は、水素又は酸素の選択的包接能を有し、有効に再利用可能である。
【００５５】
【実施例】
以下に実施例を挙げて本発明をより具体的に説明する。
【００５６】
実施例１
図２の燃料電池発電システムにおいて、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン１モルに水素１０モルを包接させた水素分子包接化合物を、水素貯槽２に入れ、また、１，１−ビス（４−ヒドロキシフェニル）シクロヘキサン１モルに酸素１モルを包接させた酸素分子包接化合物を、酸素貯槽５に入れ、各々水素燃料源、酸素燃料源として用いて固体高分子型燃料電池３を発電させる試験を行った。
【００５７】
なお、燃料電池３で発生した水は水の分解装置１に送給し、この分解装置１で水を電気分解し、発生した水素と酸素を各々水素貯槽２、酸素貯槽５に送給した。
【００５８】
水素貯槽２内の水素分子包接化合物及び酸素貯槽５内の酸素分子包接化合物を各々撹拌下、５０℃に加熱することにより、水素ガスと酸素ガスを放出させ、水素ガスを１．１７ｍｇ／ｍｉｎの割合、酸素ガスを１．３６ｍｇ／ｍｉｎの割合で燃料電池に供給した。その結果、０．０８Ｗ／ｈｒの電力を取り出すことができた。
【００５９】
【発明の効果】
本発明の燃料電池発電システムは、水の分解装置で発生した水素を水素分子化合物として貯蔵し、この水素分子化合物から水素を放出させて燃料電池の水素燃料として利用するもの、更には、水の分解装置で発生した酸素を酸素分子化合物として貯蔵し、この酸素分子化合物から酸素を放出させて燃料電池の酸素燃料として利用するものであり、
▲１▼ 水素、更には酸素を比較的簡単に軽量に、常温、常圧条件で貯蔵することができる。
▲２▼ 水素分子化合物として貯蔵した水素を、更には酸素分子化合物として貯蔵した酸素を比較的低い温度の加熱等により放出させて、燃料電池に供給することができる。
▲３▼ 水素分子化合物からの水素、酸素分子化合物からの酸素の放出に必要な熱は、燃料電池や水の分解装置の排熱を利用することができ、エネルギーコストを低減することができる。
▲４▼ 水分解用の電気エネルギーとして自然エネルギーを利用することができ、ＣＯ_２の発生の問題を解消できる。
▲５▼ 燃料電池で発生した水を回収して分解することができ、燃料電池自動車などの移動物体に適用する場合に水素源及び酸素源を水として保存できる（走行に必要な水素及び酸素分だけを発生させて水素分子化合物、酸素分子化合物として貯蔵すれば良く、危険な水素、更には酸素を多量貯蔵する必要がない。）ので、安全である。
といった優れた効果が奏される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の燃料電池発電システムの実施の形態を示す系統図である。
【図２】本発明の燃料電池発電システムの別の実施の形態を示す系統図である。
【図３】本発明に係る水素又は酸素貯槽の実施の形態を示す系統図である。
【符号の説明】
１水の分解装置
２水素貯槽
３燃料電池
４電気エネルギー源
５酸素貯槽
２１水素又は酸素貯槽
２２水素又は酸素分子化合物
２３加熱手段
２４冷却手段
２５撹拌手段
２６循環ライン

Claims

水を水素と酸素とに分解する分解装置と、
水素を水素分子化合物として貯蔵する水素貯槽と、
燃料電池と、
前記分解装置で発生した水素を該水素貯槽に導入する手段と、
該水素貯槽からの水素を該燃料電池に導入する手段と
を備えることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１において、更に酸素を酸素分子化合物として貯蔵する酸素貯槽と、前記分解装置で発生した酸素を該酸素貯槽に導入する手段と、該酸素貯槽からの酸素を前記燃料電池に導入する手段とを備えることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１又は２において、該水素分子化合物は、ホスト分子と水素分子との接触反応により水素分子を包接した水素分子包接化合物であることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項２又は３において、該酸素分子化合物は、ホスト分子と酸素分子との接触反応により酸素分子を包接した酸素分子包接化合物であることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項３又は４において、該ホスト分子は、多分子系ホスト化合物であることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１ないし５のいずれか１項において、前記燃料電池において発生する水を前記分解装置に供給する手段を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１ないし６のいずれか１項において、前記分解装置が、水を電気又は光触媒を利用して分解する装置であることを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項１ないし７のいずれか１項において、前記燃料電池及び／又は水の分解装置の排熱を前記水素貯槽に供給する手段を有することを特徴とする燃料電池発電システム。
請求項２ないし８のいずれか１項において、前記燃料電池及び／又は水の分解装置の排熱を前記酸素貯槽に供給する手段を有することを特徴とする燃料電池発電システム。