JP2007063111A - 水素発生設備及び燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 反応チャンバー2の内部に体積が変更自在な溶液容器4を設け、溶液容器4内に貯留されている反応溶液11を反応チャンバー2のワーク3に供給するにしたがって溶液容器4の体積を減少させて反応チャンバー2の容積を増加させ、少ないスペースで水素の発生を行う領域を増加させる。
【選択図】 図1
Description
水素発生設備1は、反応物容器としての反応チャンバー2を備え、反応チャンバー2内には水素発生反応物としてのワーク3(例えば、水素化ホウ素ナトリウム)が貯蔵されている。また、反応チャンバー2の内部には流体室としての溶液容器4が備えられ、溶液容器4には反応流体である反応溶液11(例えば、リンゴ酸水溶液)が貯蔵されている。反応チャンバー2と溶液容器4は流体供給路としての送液管5により接続され、送液管5は反応チャンバー2の外部を経由して反応チャンバー2と溶液容器4を接続している。
溶液容器4から送液管5を通して反応チャンバー2に反応溶液11が送液される。溶液容器4が加圧されていることと相俟って、水素が生成されていない状態での反応チャンバー2の内圧は、圧力調整弁13を開く状態の低い圧力とされ、送液管5を通して反応溶液11が送液される。
ワーク3には水素化ホウ素ナトリウムを用い、反応溶液11にはリンゴ酸水溶液を用いている。水素化ホウ素ナトリウムは固体であり、形態は粉体でも錠剤でも良い。リンゴ酸水溶液の濃度は5%以上60%以下、好ましくは、10%以上40%以下のものが用いられる。通常は25%の濃度のリンゴ酸水溶液が用いられる。水素発生反応は水素化ホウ素ナトリウムとリンゴ酸水溶液の水とによる以下の反応である。リンゴ酸は反応促進剤として作用する。
反応チャンバー2の容積 70cc
反応溶液11の供給速度 0.006cc/min
送液管5の開口端の内径 0.2mm
送液管の内径 2.0mm
圧力調整弁13の開弁圧 100kPa(ゲージ圧)
ワーク3として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、固体もしくは塩基性溶液が用いられた場合、反応溶液11として、有機酸が5%〜60%(10%〜40%)、通常は25%の濃度で使用される。ワーク3の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムが使用され、反応溶液11の有機酸として、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸が使用される。
図4には本発明の一実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示してある。
図5には本発明の他の実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示してある。
水素発生設備42は、反応物容器としての反応チャンバー45を備え、反応チャンバー45内には水素発生反応物としてのワーク46(例えば、水素化ホウ素ナトリウム)が貯蔵されている。また、反応チャンバー45の内部には流体室としての溶液容器47が備えられ、溶液容器47には反応流体である反応溶液48(例えば、リンゴ酸水溶液)が貯蔵されている。
燃料電池43にはアノードチャンバー58が備えられ、アノードチャンバー58は燃料電池セル59のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。アノードチャンバー58と反応チャンバー45は水素導管44により接続され、反応チャンバー45で発生した水素がアノードチャンバー58のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池43の出力電流に応じて決定される。
燃料電池セル59が負荷に接続されると、燃料電池システム41の内部の水素と空気中の酸素が燃料電池反応を起こして電力を発生する。発電は水素を消費しながら進行するため、アノードチャンバー58、水素導管44、反応チャンバー45の内圧が低下する。ここで、一時貯留部49は大気圧を受けているため、内圧が大気圧より低下すると一時貯留部49と反応チャンバー45とに差圧が生じ、一時貯留部49に貯留されている反応溶液48(リンゴ酸水溶液)が排出管51を通って反応チャンバー45に移動する。
図6には本発明の他の実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示してある。尚、図5に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
水素発生設備62は、反応物容器としての反応チャンバー45を備え、反応チャンバー45内には水素発生反応物としてのワーク46(例えば、水素化ホウ素ナトリウム)が貯蔵されている。また、反応チャンバー45の内部には流体室としての溶液容器47が備えられ、溶液容器47には反応流体である反応溶液48(例えば、リンゴ酸水溶液)が貯蔵されている。
燃料電池43にはアノードチャンバー58が備えられ、アノードチャンバー58は燃料電池セル59のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。アノードチャンバー58と反応チャンバー45は水素導管44により接続され、反応チャンバー45で発生した水素がアノードチャンバー58のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池43の出力電流に応じて決定される。
燃料電池セル59が負荷に接続されると、燃料電池システム41の内部の水素と空気中の酸素が燃料電池反応を起こして電力を発生する。発電は水素を消費しながら進行するため、アノードチャンバー58、水素導管44、反応チャンバー45の内圧が低下する。ここで、一時貯留部49は大気圧を受けているため、内圧が大気圧より低下すると一時貯留部49と反応チャンバー45とに差圧が生じ、一時貯留部49に貯留されている反応溶液48(リンゴ酸水溶液)が排出管51を通って反応チャンバー45に移動する。
2、45 反応チャンバー
3、46 ワーク
4、16,22、47 溶液容器
5 送液管
6、17 加重板
7 圧縮ばね
10、44 水素導管
11、48 反応溶液
12 レギュレータ
13、55、64 圧力調整弁
23 シリンダ
24 ピストン板
25 シリンダ室
30、41、61 燃料電池システム
31、43 燃料電池
32、58 アノードチャンバー
33、59 燃料電池セル
49 一時貯留部
50 供給管
51 排出管
52、63 逆止弁
56 大気取込み口
Claims (10)
- 反応流体が送られることで水素の発生が促進される水素発生反応物が収容される反応物容器と、
反応物容器内に配置され反応流体が収容され体積が変更自在な流体室と、
流体室の体積を変更することで容積を変更する可変手段とを備え、
流体室内の流体が水素発生反応物に供給されるにしたがって可変手段により流体室の体積を減少させて反応物容器内の容積を増加させる
ことを特徴とする水素発生設備。 - 反応流体が送られることで水素の発生が促進される水素発生反応物が収容される反応物容器と、
反応物容器内に配置され反応流体が収容される体積が変更自在な流体室と、
流体室を加圧する加圧手段と、
反応物容器内で発生した水素を排出する排出手段と、
流体室及び反応物容器を連通し反応流体の流通を許容する流体供給路と、
流体供給路に備えられ反応物容器の圧力が所定値以下になった時に流体流路の流路を開く開閉手段とを有し、
開閉手段を開く圧力よりも高い圧力に維持するように流体室を加圧手段により加圧すると共に、反応流体の供給による流体室の容積の減少に応じて流体室の体積を減少させるように流体室を加圧する
ことを特徴とする水素発生設備。 - 請求項2に記載の水素発生設備において、
流体室は変形許容部材で形成され、加圧手段は、流体室を押圧して流体室の体積を減少させて流体室の圧力を加圧する押圧手段である
ことを特徴とする水素発生設備。 - 請求項3に記載の水素発生設備において、
流体室の変形許容部材は袋部材であり、袋部材の端部に板材が設けられ、板材を介して流体室を押圧することで袋部材が変形して流体室の体積が減少する
ことを特徴とする水素発生設備。 - 請求項3に記載の水素発生設備において、
流体室の変形許容部材はベローズ部材であり、ベローズ部材の端部に板材が設けられ、板材を介して流体室を押圧することでベローズ部材が縮んで流体室の体積が減少する
ことを特徴とする水素発生設備。 - 請求項3に記載の水素発生設備において、
流体室の変形許容部材は、端部が開放されたシリンダ及びシリンダの開放端側に備えられたピストン板であり、ピストン板を押圧することでシリンダの容積が減少して開放体積が増加して流体室の体積が減少する
ことを特徴とする水素発生設備。 - 請求項3〜請求項6のいずれか一項に記載の水素発生設備において、
押圧手段は、圧縮ばねである
ことを特徴とする水素発生設備。 - 請求項2〜請求項7のいずれか一項に記載の水素発生設備において、
開閉手段は、流体室の内圧に比べて反応物容器の内圧が所定値低くなった定圧時に流体室側から反応物容器側への反応流体の流通を許容する状態に弁体が開く圧力調整弁である
ことを特徴とする水素発生設備。 - 水素が供給されるアノード室を有する燃料電池のアノード室に、請求項1〜請求項8のいずれかに記載の水素発生設備の排出手段を接続したことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項9に記載の燃料電池システムにおいて、
アノード室と反応物容器とが閉空間を形成している
ことを特徴とする燃料電池システム。
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