JP2007176713A - 水素発生設備及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】動力を用いずに圧力状態により反応流体を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備とする。
【解決手段】溶液タンク５と反応チャンバー２を送液管４で連通し、反応チャンバー２の圧力に応じて送液管４の流路を開閉する圧力調整弁１３を備え、圧縮ばね９により液室６の可動壁８を押圧して液室６の容積を変更することで液室６内を加圧し、圧力調整弁１３が動作する圧力状態を保持し、動力を用いずに圧力状態により反応溶液７を安定して反応チャンバー２に供給して水素を生成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生設備及び水素発生設備で発生した水素を燃料とする燃料電池システムに関する。

近年のエネルギー問題の高まりから、より高いエネルギー密度で、排出物がクリーンな電源が要求されている。燃料電池は、既存電池の数倍のエネルギー密度を有する発電機であり、エネルギー効率が高く、また、排出ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物がない、もしくは、少ないといった特徴がある。従って、次世代の電源デバイスとしての要求に合った極めて有効なデバイスであるといえる。

水素と酸素の電気化学反応により起電力を得る燃料電池では、燃料として水素が必要となる。水素ガスを生成する設備の例としては、金属酸化物を用いて加水分解または熱分解により水素を生成するようになっている。従来から、水素生成設備では、水素を効率よく無駄のない状態で生成することが考えられている（例えば、特許文献１参照）。

即ち、従来の水素生成設備は、複数の反応器が並列に接続され、それぞれの反応器が弁を介して水タンクに接続された構成となっている。そして、各弁の開閉を独立して制御し、開いている弁に対応した反応器にポンプで圧送される水を選択的に供給し、必要な水素が得られるようになっている。このため、弁の開閉を制御することで所望量の水素を確保することができ、安定した水素の供給が無駄なく行える。

しかし、従来の水素発生設備は、補器類の体積が大きく設備自体の体積が多くなり携帯電話やデジタルカメラ等の電源デバイスとして用いるのは非現実的であった。また、水タンクからの水を反応器に送るために、ポンプを用いているが、ポンプは体積が大きく、電力を消費してしまう。現状では最小でも２５ｃｃ、５００ｍＷであり、携帯電話やデジタルカメラには電力消費が大きいため、用いることができないのが実情であった。更に、反応器内には圧力センサが設置され、圧力センサにより検知された圧力に基づいてポンプや弁を制御して必要な水素量を発生させている。このため、複雑な検知機器や制御系が必要となり、制御に電力が必要となり燃料電池の出力、体積エネルギー密度が減少してしまう。

特開２００２−１５４８０２号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、複雑な機構や動力を用いることなく反応流体を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備を提供することを目的とする。特に、小型で電力消費がない設備で水素、特に、大気圧より高い圧力の水素を発生・維持することができる水素発生設備を提供することを目的とする。

また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、複雑な機構や動力を用いることなく反応流体を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、反応流体が収容される流体室を備えた反応容器と、流体室を加圧する加圧手段と、流体室の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、反応物容器内で発生した水素を排出する排出手段と、反応容器の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、加圧手段で加圧される流体室の圧力は開閉手段を開く圧力よりも高く維持されることを特徴とする水素発生設備にある。

第１の態様では、加圧手段により流体室が加圧され反応物容器の内圧が所定圧力以下の状態になった時に開閉手段が開いて反応流体が反応物容器に送られ、水素発生反応物に反応流体が供給されて水素が生成され、発生した水素は排出手段から所定圧力で排出される。このため、動力を用いずに圧力状態により反応流体を安定して供給して水素を生成することができる。

そして、本発明の第２の態様は、第１の態様に記載の水素発生設備において、加圧手段は、流体室の容積を可変にする可動壁と、流体室の圧力を加圧する状態に可動壁を押圧する押圧手段とからなることを特徴とする水素発生設備にある。

第２の態様では、押圧手段により可動壁を移動させて流体室の容積を変更することで流体室を加圧して開閉手段が動作する圧力状態を保持することができる。

また、本発明の第３の態様は、第２の態様に記載の水素発生設備において、押圧手段は、可動壁を付勢する圧縮ばねであることを特徴とする水素発生設備にある。

第３の態様では、圧縮ばねの付勢力により極めて簡単な構成で可動壁を押圧することができる。

また、本発明の第４の態様は、第２の態様に記載の水素発生設備において、押圧手段は、可動壁を磁力により押圧する磁石部材であることを特徴とする水素発生設備にある。

第４の態様では、磁石部材の磁力により極めて簡単な構成で可動壁を押圧することができる。

また、本発明の第５の態様は、第１の態様に記載の水素発生設備において、加圧手段は、反応容器の流体室及び反応物容器を連通し反応物容器で発生した水素の流通を許容する加圧流路と、加圧流路に備えられ反応物容器側からのみ水素の流通を許容して流体室を加圧する逆止弁とからなることを特徴とする水素発生設備にある。

第５の態様では、加圧流路の逆止弁を介して流入する水素により流体室を加圧することで、開閉手段が動作する圧力状態を保持することができる。

また、本発明の第６の態様は、第１〜第５の態様のいずれか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にある。

第６の態様では、所定の圧力差により弁体が開く圧力調整弁を用いて所定圧力で反応流体を反応容器に送ることができる。

上記目的を達成するための本発明の第７の態様は、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、第１〜第６のいずれかの態様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にある。

第７の態様では、複雑な機構や動力を用いることなく反応流体を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備を備えた燃料電池システムとすることができる。

そして、本発明の第８の態様は、第７の態様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にある。

第８の態様では、生成された水素が外部に流出しないため、生成された水素を全量用いることができる。

本発明の水素発生設備は、複雑な機構や動力を用いることなく反応流体を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備とすることができる。

また、本発明の燃料電池システムは、複雑な機構や動力を用いることなく反応流体を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備を備えた燃料電池システムとすることができる。

図１には本発明の第１実施形態例に係る水素発生設備の概略構成、図２には本発明の第２実施形態例に係る水素発生設備の概略構成、図３には本発明の第３実施形態例に係る水素発生設備の概略構成を示してある。

図１に基づいて第１実施形態例を説明する。

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。反応チャンバー２には流体供給路としての送液管４を介して反応容器としての溶液タンク５が接続され、送液管４は溶液タンク５の流体室である液室６に接続されている。液室６には反応流体である反応溶液７（例えば、リンゴ酸水溶液）が貯蔵され、液室６は可動壁８により仕切られている。

可動壁８は圧縮ばね９により液室６側に付勢され、液室６は可動壁８に押圧されて加圧されている。つまり、可動壁８及び圧縮ばね９により液室６を加圧する加圧手段が構成され、可動壁８は圧縮ばね９により常時押圧されているため、送液管４を反応溶液７が流れる条件になると、反応溶液７を押し出すことができる。反応溶液７が送液管４から反応チャンバー２に送られると、反応溶液７とワーク３が接触して水素生成反応が生じる。尚、図中の符号で１０は、可動壁８の動きを妨げないための空気取入口である。

反応チャンバー２には排出手段としての水素導管１１が接続され、水素導管１１にはレギュレータ１２（圧力調整弁）が設けられている。レギュレータ１２により、反応チャンバー２からの水素排出量が調整される。尚、レギュレータ１２により水素排出量をコントロールできるようにしたが、定圧弁を用いて一定の水素圧で水素を排出することも可能である。

一方、送液管４には圧力調整用の圧力調整弁１３が設置され、圧力調整弁１３は反応溶液７が流通許容状態になる時の圧力を調整する弁である。反応溶液７が流通許容状態になる時の出力圧が圧力調整弁１３の開弁時の圧力（開弁圧）となっている。反応チャンバー２内の圧力が開弁圧を上回った時に圧力調整弁１３が閉鎖し、反応チャンバー２内の圧力が開弁圧を下回った時（所定値以下）に圧力調整弁１３が開弁する。

つまり、圧力調整弁１３は、反応チャンバー２の圧力が所定値以下になった時に送液管４の流路を開く開閉手段となっている。即ち、液室６の内圧は加圧されて圧力調整弁１３が開く圧力よりも高く（圧力調整弁１３が開くための、反応チャンバー２の所定圧力値を超える圧力）維持され、圧力調整弁１３は、反応チャンバー２の内圧が所定値以下となった定圧時に液室６側から反応チャンバー２側への反応溶液７の流通を許容する状態に弁体が開く構成とされている。

圧力調整弁１３は、例えば、定圧バルブであり、溶液タンク５の液室６側の流路である一次流路と、反応チャンバー２側の流路である二次流路と、一次流路と二次流路の間に備えられた弁体と、外部の圧力を弁に伝える外圧伝達路と、反応チャンバー２の内圧を弁体に伝える内圧伝達路から構成される。

尚、溶液タンク５の液室６と反応チャンバー２を壁部材で仕切ることで溶液タンク５と反応チャンバー２を一つの容器部材で構成し、液室６と反応チャンバー２を仕切る壁部材に連通孔を形成し、連通孔に圧力調整弁１３を設ける構成とすることも可能である。これにより、送液管４が不要となり、部品点数を削減することができる。

上述した水素発生設備１の作用を説明する。

溶液タンク５の液室６から送液管４を通して反応チャンバー２に反応溶液７が送液される。液室６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４を通して反応溶液７が送液される。

反応チャンバー２に反応溶液７が送られると、反応溶液７とワーク３とが接触して反応し、水素が生成される。水素が生成されると、反応チャンバー２の内圧が上昇し、圧力調整弁１３の開弁圧を上回る（圧力調整弁１３が閉じる状態になる）。反応チャンバー２の内圧が上昇することにより圧力調整弁１３が閉弁状態となり、送液管４からの反応溶液７の供給が停止される。

反応溶液７が供給されなくなると、反応チャンバー２での水素発生反応の反応速度が低下し、発生した水素が反応チャンバー２の水素導管１１から排出される。反応チャンバー２の内圧が低下することにより、圧力調整弁１３を開く状態の低い圧力となる。再び、溶液タンク５の液室６から反応チャンバー２に反応溶液７が送液され、反応溶液７とワーク３とが接触して水素が生成される。

ここで、溶液タンク５の液室６から反応溶液７を送液するために、加圧手段が用いられている。即ち、圧縮ばね９により可動壁８が液室６側に付勢され、液室６が可動壁８に押圧される加圧力により反応溶液７が送液される。反応溶液７には、圧縮ばね９による可動壁８を介しての加圧により、溶液タンク５から排出される力が常に加わっている。但し、圧縮ばね９の変位量により圧力は変化する。

反応溶液７の排出速度の変化に対しては、反応溶液７の内圧低下により開弁し、開弁圧が一定の圧力調整弁１３を備えたことにより、溶液タンク５の液室６の圧力によらず反応溶液７の排出速度は一定となる。また、圧力調整弁１３は反応チャンバー２の内圧と外圧との関係により弁の開閉が行われるため、外圧（具体的には大気圧）が一定のため、反応チャンバー２の内圧は略一定に保たれる。

このため、動力を用いずに圧力状態により反応溶液７を安定して反応チャンバー２に供給し、水素を生成することができる。また、可動壁８により液室６の容積を変更することで液室６を加圧して圧力調整弁１３が開く圧力状態を保持することができる。また、可動壁８を圧縮ばね９の付勢力により押圧するようにしたので、極めて簡単な構成で可動壁８を押圧することができる。

ここで、ワーク３と反応溶液７の具体例を説明する。

ワーク３には水素化ホウ素ナトリウムを用い、反応溶液７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下記の反応である。リンゴ酸は反応促進剤として作用する。

ＮａＢＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ→ＮａＢＯ_２＋４Ｈ_２
この反応促進剤を伴う反応は極めて速く、１０ｓｅｃ程度で９０％近い収率が得られる。必要な水素量を発生させつつ、可能な限りゆっくりと反応させるには、水素化ホウ素ナトリウムに供給する水量をコントロールすればよい。

本実施形態例では、反応溶液７の送液は、反応チャンバー２内の圧力が圧力調整弁１３の開弁圧を下回った時に生じる。実際は、反応チャンバー２内の圧力変動を小さく抑える設計がされている。反応チャンバー２内の圧力は、反応チャンバー２からの水素排出速度、反応溶液７の供給速度、ワーク３と反応溶液７の反応速度、反応チャンバー２の体積によって決まる。このうち、反応速度は一定であり、水素排出速度はレギュレータ１２の設定により決まるものである。反応溶液７は送液管４からワーク３に滴下して供給されるため、供給速度は送液管４の開口端での液滴形成速度に依存される。つまり、送液管４の開口端の内径を規定することにより、反応チャンバー２内の圧力変動を小さく抑えることができる。例えば、下記の通りの設計値と仕様が適用される。

水素排出速度 １５ｃｃ／ｍｉｎ
反応チャンバー２の体積 ７０ｃｃ
反応溶液７の供給速度 ０．００６ｃｃ／ｍｉｎ
送液管４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）
つまり、本実施形態例の溶液タンク５の液室６の内圧は圧縮ばね９で加圧されて１００ｋＰａよりも高く維持され、圧力調整弁１３は、反応チャンバー２内の圧力が１００ｋＰａになった時に開くように開弁圧が設定されている。このため、大気圧よりも高い圧力下においても加圧手段を精度良く制御する必要がない。

尚、圧力調整弁１３の開弁圧は、溶液タンク５の液室６の内圧に対して反応チャンバー２の内圧が低くなる所定値に設定されるものであれば、１００ｋＰａに限定されるものではなく、例えば、ゲージ圧で０ｋＰａ（大気圧）を所定値とする等、任意の値に設定することが可能である。

また、圧力調整弁１３が開いて反応チャンバー２に反応溶液７が送られた場合、水素発生の反応速度や機器の状況により圧力が変動するが、圧力調整弁１３の開弁圧の設計値である１００ｋＰａは、当然のことながら、この変動の分を吸収する値を加味した設計値となっている。従って、反応チャンバー２の圧力をできる限り一定に維持して運転することができる。

ワーク３及び反応溶液７としての組み合わせの例を説明する。

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７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７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。

また、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７として、金属塩化物が１％〜２０％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７の金属として、ニッケル、鉄、コバルトが通常１２％の濃度で使用される。

また、ワーク３として、金属塩化物（固体もしくは水溶液）が用いられた場合、反応溶液７として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩の塩基性溶液が１％〜２０％、通常は１２％の濃度で使用される。ワーク３の金属として、ニッケル、鉄、コバルトが使用され、反応溶液７の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムが使用される。

また、ワーク３として、酸化還元電位が水素より卑とされる金属が用いられた場合、反応溶液７として酸が使用される。ワーク３の金属として、マグネシウム、アルミニウム、鉄が使用され、反応溶液７の酸として、塩酸、硫酸が使用される。

また、ワーク３として、両性金属が用いられた場合、反応溶液７として塩基性水溶液が使用される。ワーク３の両性金属として、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛が使用され、反応溶液７の塩基性水溶液として水酸化ナトリウムが使用される。

図２に基づいて本発明の第２実施形態例を説明する。尚、図１に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。

第２実施形態例に係る水素発生設備１４は、図１に示した水素発生設備１の加圧手段としての圧縮ばね９に代えて、加圧手段として一対の磁石１５（磁石部材）を備えた構成となっている。即ち、磁石１５の反発力により可動壁８が液室６側に付勢され、液室６が可動壁８に押圧されて加圧されている。可動壁８は磁石１５の反発力により常時押圧されているため、送液管４を反応溶液７が流れる条件になると、反応溶液７を押し出すことができる。

従って、水素発生設備１４では、磁石１５の磁力により極めて簡単な構成で可動壁８を押圧することができる。

図３に基づいて本発明の第３実施形態例を説明する。尚、図１、図２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１８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。反応チャンバー２には流体供給路としての送液管４を介して反応容器としての溶液タンク５が接続され、送液管４は溶液タンク５の流体室である液室６に接続されている。液室６には反応流体である反応溶液７（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には排出手段としての水素導管１１が接続され、水素導管１１にはレギュレータ１２（圧力調整弁）が設けられている。レギュレータ１２により、反応チャンバー２からの水素排出量が調整される。尚、レギュレータ１２により水素排出量をコントロールできるようにしたが、定圧弁を用いて一定の水素圧で水素を排出することも可能である。

一方、送液管４には圧力調整用の圧力調整弁１３が設置され、圧力調整弁１３は反応溶液７が流通許容状態になる時の圧力を調整する弁である。反応溶液７が流通許容状態になる時の出力圧が圧力調整弁１３の開弁時の圧力（開弁圧）となっている。反応チャンバー２内の圧力が開弁圧を上回った時に圧力調整弁１３が閉鎖し、反応チャンバー２内の圧力が開弁圧を下回った時（所定値以下）に圧力調整弁１３が開弁する。

つまり、圧力調整弁１３は、反応チャンバー２の圧力が所定値以下になった時に送液管４の流路を開く開閉手段となっている。即ち、液室６の内圧は加圧されて圧力調整弁１３が開く圧力よりも高く（圧力調整弁１３が開くための、反応チャンバー２の所定圧力値を超える圧力）維持され、圧力調整弁１３は、反応チャンバー２の内圧が所定値以下となった定圧時に液室６側から反応チャンバー２側への反応溶液７の流通を許容する状態に弁体が開く構成とされている。

圧力調整弁１３は、例えば、定圧バルブであり、溶液タンク５の液室６側の流路である一次流路と、反応チャンバー２側の流路である二次流路と、一次流路と二次流路の間に備えられた弁体と、外部の圧力を弁に伝える外圧伝達路と、反応チャンバー２の内圧を弁体に伝える内圧伝達路から構成される。

そして、送液管４とは別に、加圧流路としての圧力伝達管１６により反応チャンバー２と溶液タンク５の液室６が連結され、反応チャンバー２で発生した水素は圧力伝達管１６を通して溶液タンク５の液室６に送られる。圧力伝達管１６には逆止弁１７が設けられ、逆止弁１７により反応チャンバー２から液室６へのみの水素の流通が許容されている。即ち、水素は液室６から反応チャンバー２には流れないようになっている。

反応溶液７を反応チャンバー２に供給する原理は、溶液タンク５の内圧上昇と反応チャンバー２での減圧により発生した両者の圧力差によるものである。反応チャンバー２で水素が発生して圧力が上昇することにより、反応チャンバー２から溶液タンク５に水素が流入して溶液タンク５の内圧が上昇する。一方、反応チャンバー２では水素がレギュレータ１２を介して水素導管１１から外部に排出されるため、反応チャンバー２の圧力が減少する。従って、溶液タンク５と反応チャンバー２に圧力差が生じ、反応溶液７が反応チャンバー２側に移動する。

尚、溶液タンク５の液室６と反応チャンバー２を壁部材で仕切ることで溶液タンク５と反応チャンバー２を一つの容器部材で構成し、液室６と反応チャンバー２を仕切る壁部材に２個の連通孔を形成し、一方の連通孔に圧力調整弁１３を設けると共に、他方の連通孔に逆止弁１７を設ける構成とすることも可能である。これにより、送液管４及び圧力伝達管１６が不要となり、部品点数を削減することができる。

上述した水素発生設備１８の作用を説明する。

溶液タンク５の液室６から送液管４を通して反応チャンバー２に反応溶液７が送液される。液室６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４を通して反応溶液７が送液される。

反応チャンバー２に反応溶液７が送られると、反応溶液７とワーク３とが接触して反応し、水素が生成される。水素が生成されると、反応チャンバー２の内圧が上昇し、圧力調整弁１３の開弁圧を上回る（圧力調整弁１３が閉じる状態になる）。反応チャンバー２の内圧が上昇することにより圧力調整弁１３が閉弁状態となり、送液管４からの反応溶液７の供給が停止される。

反応溶液７が供給されなくなると、反応チャンバー２での水素発生反応の反応速度が低下し、発生した水素が反応チャンバー２の水素導管１１から排出される。反応チャンバー２の内圧が低下することにより、圧力調整弁１３を開く状態の低い圧力となる。再び、溶液タンク５の液室６から反応チャンバー２に反応溶液７が送液され、反応溶液７とワーク３とが接触して水素が生成される。

ここで、溶液タンク５の液室６から反応溶液７を送液するために、加圧手段が用いられている。即ち、反応チャンバー２内で水素が発生して圧力が上昇すると、圧力伝達管１６から溶液タンク５に水素が送られ、反応チャンバー２から溶液タンク５に圧力が伝えられる。同時に、水素導管１１から反応チャンバー２の水素が排出されると、反応チャンバー２の内圧が低下し、逆止弁１７により溶液タンク５の内圧が反応チャンバー２の内圧より高い状態が維持される。溶液タンク５が加圧状態とされて反応溶液７が送液される。

但し、水素発生量や燃料電池による水素消費量により圧力が変化し、圧力変化により反応溶液７の排出速度は変化する。供給速度の変化に対しては、送液管４に備えられた開弁圧が一定の圧力調整弁１３により、溶液タンク５の圧力に拘わらず排出速度は一定となる。

このため、動力を用いずに圧力状態により反応溶液７を安定して反応チャンバー２に供給し、水素を生成することができる。また、圧力伝達管１６の逆止弁１７を介して流入する水素により溶液タンク５を加圧して圧力調整弁１３が開く圧力状態を保持することができる。

尚、反応条件や設計値等は図１に示した第１実施形態例と同一である。

図４、図５に基づいて本発明の燃料電池システムを説明する。

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、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。

図４に示した燃料電池システム２１は、図１に示した水素発生設備１を燃料電池２２に接続したシステムである。即ち、燃料電池２２にはアノードチャンバー２３が備えられ、アノードチャンバー２３は燃料電池セル２４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２３と反応チャンバー２は水素導管１１により接続され、反応チャンバー２で発生した水素がアノードチャンバー２３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２２の出力電流に応じて決定される。

尚、図１で示した水素導管１１に備えられたレギュレータ１２は設置する必要がないため取り付けられていない。

上述した燃料電池システム２１は、複雑な機構や動力を用いることなく反応溶液７を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備１を備えた燃料電池システム２１とすることができる。

図５に示した燃料電池システム２５は、図３に示した水素発生設備１８を燃料電池２２に接続したシステムである。即ち、燃料電池２２にはアノードチャンバー２３が備えられ、アノードチャンバー２３は燃料電池セル２４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２３と反応チャンバー２は水素導管１１により接続され、反応チャンバー２で発生した水素がアノードチャンバー２３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２２の出力電流に応じて決定される。

尚、図３で示した水素導管１１に備えられたレギュレータ１２は設置する必要がないため取り付けられていない。

上述した燃料電池システム２５は、複雑な機構や動力を用いることなく反応溶液７を安定して供給して水素を生成することができる水素発生設備１４を備えた燃料電池システム２５とすることができる。

本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生設備及び水素発生設備で発生した水素を燃料とする燃料電池システムの産業分野で利用することができる。

本発明の第１実施形態例に係る水素発生設備の概略構成図である。 本発明の第２実施形態例に係る水素発生設備の概略構成図である。 本発明の第３実施形態例に係る水素発生設備の概略構成図である。 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図である。 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図である。

符号の説明

１、１４、１８ 水素発生設備
２ 反応チャンバー
３ ワーク
４ 送液管
５ 溶液タンク
６ 液室
７ 反応溶液
８ 可動壁
９ 圧縮ばね
１０ 空気取入口
１１ 水素導管
１２ レギュレータ
１３ 圧力調整弁
１５ 磁石
１６ 圧力伝達管
１７ 逆止弁
２１、２５ 燃料電池システム
２２ 燃料電池
２３ アノードチャンバー
２４ 燃料電池セル

Claims (8)

1. 反応流体が収容される流体室を備えた反応容器と、
   流体室を加圧する加圧手段と、
   流体室の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、
   反応物容器内で発生した水素を排出する排出手段と、
   反応容器の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、
   加圧手段で加圧される流体室の圧力は開閉手段を開く圧力よりも高く維持される
   ことを特徴とする水素発生設備。
2. 請求項１に記載の水素発生設備において、
   加圧手段は、流体室の容積を可変にする可動壁と、流体室の圧力を加圧する状態に可動壁を押圧する押圧手段とからなる
   ことを特徴とする水素発生設備。
3. 請求項２に記載の水素発生設備において、
   押圧手段は、可動壁を付勢する圧縮ばねである
   ことを特徴とする水素発生設備。
4. 請求項２に記載の水素発生設備において、
   押圧手段は、可動壁を磁力により押圧する磁石部材である
   ことを特徴とする水素発生設備。
5. 請求項１に記載の水素発生設備において、
   加圧手段は、反応容器の流体室及び反応物容器を連通し反応物容器で発生した水素の流通を許容する加圧流路と、加圧流路に備えられ反応物容器側からのみ水素の流通を許容して流体室を加圧する逆止弁とからなる
   ことを特徴とする水素発生設備。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか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。
7. 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６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。
8. 請求項７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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