JP2005047765A - 水素生成装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 水素生成装置1は、触媒Mが内蔵された反応器2内で触媒Mとボロハイドライド燃料とを反応させて水素を生成させるものであって、触媒Mが固定される回転板3と、回転板3を回転させるモータ4と、触媒Mに向けてボロハイドライド燃料を吹き付ける燃料噴出装置5と、を備えている。
【選択図】 図1
Description
〈反応式〉
NaBH4+2H2O+M+(NaOH) → NaBO2+4H2+(NaOH)
なお、この反応式における「M」は、ニッケルやコバルト系の触媒である。このように、NaBH4の1分子と、水溶液を構成する水H2Oの2分子とが触媒反応することで水素ガスが生成されることとなる。また、この水素ガスの生成と同時に、反応生成物としてNaBO2も生成される。このNaBO2は、回収された後NaBH4に再生加工され、再び燃料として使用可能である。
次に、本発明に係る水素生成装置の第1の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図1は第1の実施形態に係る水素生成装置を示す斜視図、図2は回転板の半径方向の位置と、回転板上の燃料や反応生成物が受ける横加速度との関係を示すグラフである。
まず、モータ4を駆動させて回転板3を回転させた状態にした後、バルブ56を開けて燃料タンク51から燃料を排出させる。この燃料は、加圧ポンプ52で加圧されてインジェクタ53に供給され、インジェクタ53から触媒Mに向けて噴出される。
遠心力により燃料が円板状の触媒面に広がり、触媒と燃料との接触面積が大きくなり、反応を促進する。水素ガスとともに生成される反応生成物RCが、回転板3により遠心分離されるので、反応生成物RCが触媒Mに付着するのを確実に防止することができる。
本実施形態では、二つのインジェクタ53やファン43を設ける構造としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水素供給量に応じ、インジェクタ53の数を増加減できる。また、例えば、図3に示すように、短めの回転軸41の先端に接合した回転板3に、その上面全体を覆うような円板状に触媒Mを固定し、さらに、その上方にインジェクタ53を一つだけ設ける構造としてもよい。この構造によれば、燃料との接触面積が本実施形態の略リング状となる触媒Mと同じになるように円板状の触媒Mを形成するとき、その外径を略リング状の触媒Mに比べて小さくできるので、水素生成装置1全体を小型化することができる。
以下に、本発明に係る水素生成装置の第2の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態の水素生成装置1を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図5は、第2の実施形態に係る水素生成装置を示す断面図である。
まず、モータ4を駆動させて回転板3と円錐体6を回転させた状態にした後、バルブ56を開けて燃料タンク51から燃料を排出させる。この燃料は、加圧ポンプ52で加圧されてインジェクタ53に供給され、インジェクタ53から触媒M’に向けて噴出される。
略円錐状の円錐体6の外周面全体に触媒M’を取り付けるので、触媒M’の表面積を飛躍的に大きくすることができるとともに、水素生成装置1’を横方向(平面方向)において小型化することができる。
第1および第2の実施形態において、燃料の量を制御する手段として、例えば、図1に示すインジェクタ53からの燃料が所定の時間間隔をおいて断続的に触媒Mに供給されるようにインジェクタ53内の電磁弁の開閉を制御する制御装置を設ける。このような制御方法としては、図6に示すように、インジェクタ53内の電磁弁の開閉を制御することで、0.01秒(10msec)毎に一回ずつインジェクタ53を開放させるようにする。このとき、インジェクタ53を開放しておく時間は、約0.005秒(5msec)程度に設定しておく(50%デューティ)。
以下に、本発明に係る水素生成装置の第3の実施形態について説明する。この実施形態は第1の実施形態の水素生成装置1を変更したものなので、第1の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図7は第3の実施形態に係る水素生成装置を示す斜視図、図8は図7の各バルブの作動状態を示すタイムチャートである。
まず、燃料電池を含んだ燃料電池システム全体が稼動していない状態においては、図7に示す各バルブ56,73は閉じた状態となっている。燃料電池の運転を開始すると、制御装置8によりバルブ56のみが開放されるとともにインジェクタ53内の電磁弁が断続的に開放され、回転制御装置9によりモータ4が所定の回転数V1(図8参照)で回転する。これにより、燃料タンク51内の燃料が加圧ポンプ52およびインジェクタ53,53により触媒Mに吹き付けられ、この触媒Mと燃料とが反応し、水素が燃料電池に供給されることとなる。なお、この燃料電池の運転開始時や運転中における制御装置8や加圧ポンプ52などへの電力供給は、燃料電池とは別に設けた2次電池(図示せず)や、運転中の燃料電池などにより行われる。
所定時間T1おきに触媒Mが洗浄されるので、仮に触媒Mに反応生成物RCが残留していてもこの反応生成物RCを確実に洗い流すことができる。また、燃料供給時に所定の回転数V1で回転板3を回転させることで触媒Mと燃料との反応を良好に行わせることができるとともに、洗浄時に回転数V1よりも高い回転数V2で回転板3を回転させることで、残留した反応生成物RCを洗浄液とともに確実に外方へ飛ばすことができる。このようにして、触媒表面の清浄状態を維持し、安定な水素気化を実現した。
本実施形態では、燃料電池システムの稼動中において所定時間T1ごとに1回ずつ洗浄するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池システムを停止する際に1回洗浄するように構成してもよい。この場合は、燃料電池システムに対する外部からの停止信号に基づいて制御装置8、回転制御装置9、および加圧ポンプ52などを本実施形態のように作動させればよい。また、燃料電池システムが長期にわたって停止している場合に、定期的に自動洗浄するように構成してもよい。この場合は、燃料電池システムの停止と同時に作動するカウンタなどを設けておき、このカウンタが所定時間をカウントしたときに制御装置8などを本実施形態のように作動させればよい。
M,M’ 触媒
2,2’ 反応器
3 回転板(回転体)
4 モータ(回転駆動装置)
5 燃料噴出装置
51 燃料タンク
52 加圧ポンプ
53 インジェクタ
6 円錐体(回転体)
7 洗浄液噴出装置
8 制御装置
9 回転制御装置
71 洗浄液タンク
Claims (5)
- 触媒が内蔵された反応器内で前記触媒とボロハイドライド燃料とを反応させて水素を生成させる水素生成装置であって、
前記触媒が固定される回転体と、
前記回転体を回転させる回転駆動装置と、
前記触媒に向けて前記ボロハイドライド燃料を吹き付ける燃料噴出装置と、を備えたことを特徴とする水素生成装置。 - 請求項1に記載の水素生成装置であって、
前記ボロハイドライド燃料が前記触媒に所定の時間間隔をおいて断続的に供給されるように、前記燃料噴出装置を制御する制御装置を備えたことを特徴とする水素生成装置。 - 請求項1または請求項2に記載の水素生成装置であって、
前記触媒に向けて洗浄液を吹き付ける洗浄液噴出装置を備えたことを特徴とする水素生成装置。 - 前記燃料噴出装置が、前記ボロハイドライド燃料を貯蔵する燃料タンクを備えるとともに、前記洗浄液噴出装置が、前記洗浄液を貯蔵する洗浄液タンクを備える請求項3に記載の水素生成装置であって、
前記燃料噴出装置と前記洗浄液噴出装置は、
前記触媒に向けて前記ボロハイドライド燃料または前記洗浄液を吹き付けるインジェクタと、
前記インジェクタに、前記燃料タンクから送り出される前記ボロハイドライド燃料または前記洗浄液タンクから送り出される前記洗浄液を加圧して供給する加圧ポンプと、を共有することで一体に構成されていることを特徴とする水素生成装置。 - 請求項3または請求項4に記載の水素生成装置であって、
前記触媒に前記洗浄液を吹き付ける際に前記回転体の回転数を上げるように、前記回転駆動装置を制御する回転制御装置を備えたことを特徴とする水素生成装置。
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