JP2009126733A - 水素発生装置及び燃料電池システム - Google Patents

Abstract

【課題】 水素発生反応時の生成物の移動に伴う未反応の水素発生物質の反応部からの流れ出しを抑制することにより、水素発生効率の向上及び安定的に水素を供給する制御を行うことができ、燃料電池において安定した電力を発電させることができる水素発生装置及び燃料電池システムを提供する。
【解決手段】 水素発生物質に対して複数の反応用溶液の溶液吐出口を配置し、水素発生物質の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口から順に反応用溶液を吐出することにより、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際の未反応の水素発生物質の流れ出しを抑制することができ、水素発生効率が向上し、安定的に水素を供給する水素発生装置及び燃料電池システムとすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、燃料電池用の水素発生装置に関するものであり、さらには、かかる水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。

燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードを有する発電部のアノード側に例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、カソード側に酸化用流体例えば酸素や空気を供給し電気化学反応により電力を発生する。

上記水素ガスを低エネルギーで得る方法として、ケミカルハイドライドと呼ばれる金属水素化物（水素発生物質）を加水分解する方法が知られている。例えば金属水素化物の一種である水素化ホウ素リチウムや水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウムなどがある。

水素発生物質を加水分解して水素ガスを得る場合、反応で生成される金属含有物や泡等の反応生成物が存在し、反応生成物が水素発生物質を覆い、水素発生物質と水の接触を阻害する。これにより、水素発生反応の反応速度が低下し、最終的には反応が停止してしまう。

このため、水素発生物質に供給する水を高圧で噴き付けることにより、反応生成物を除去する技術が知られている。（例えば、特許文献１参照）水素発生物質に供給する水を高圧で噴き付けることにより、反応生成物を除去するので反応速度の低下を抑制することができる。
特開２００２−１３７９０３号公報

しかし従来の技術では、反応生成物が除去される（移動する）過程において水素発生物質の表面に接触することで水素発生物質を巻き込み、未反応の水素発生物質が流れ出す可能性があった。未反応のまま流れ出した水素発生物質は水素発生に寄与しないため、水素発生効率を低下させ、また、流れ出した未反応の水素発生物質が意図しない場所や意図しない時に水素発生反応をすることも考えられ、水素発生反応の制御が難しかった。

本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、水素発生反応時の反応生成物の移動と共に起こる未反応の水素発生物質の流れ出しを抑制することにより、水素発生効率の向上及び安定的に水素を供給する制御を行うことができ、燃料電池において安定した電力を発電させることができる水素発生装置及び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、本発明の水素発生装置の第１の特徴は、水素発生物質が収容されるとともに、水素発生物質と反応用溶液とを反応させて水素を生成する反応容器と、水素発生物質に対向して配置される対向板と、反応用溶液を水素発生物質に供給する溶液流路と、対向板に備えられ、溶液流路より供給された反応用溶液を水素発生物質に吐出する複数の溶液吐出口と、数の溶液吐出口からの反応用溶液の吐出を制御する制御弁体部と、対向板に備えられ、溶液吐出口から吐出された反応用溶液と水素発生物質との反応により発生した反応生成物を排出する排出部と、反応により発生した水素を導出する水素導出流路とを備え、制御弁体部の制御により、水素発生物質の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口より順に反応用溶液が吐出されることを要旨とする。

かかる特徴によれば、水素発生反応は水素発生物質の縁部から順に起こるため、水素発生反応に伴い生じた反応生成物が移動する際に、未反応の水素発生物質を巻き込み反応部から流れ出すことを抑制できる。

これにより、水素発生効率が向上し、安定的に水素を供給する制御を行うことが可能となる。

また、本発明の水素発生装置の第２の特徴は、制御弁体部は第１の変位部と第２の変位部とを備え、
第１の変位部は、第１の溶液流路を流れる反応用溶液を第１の溶液吐出口より吐出する第１の開状態と、第１の溶液吐出口を塞ぎ反応用溶液を第２の前記溶液流路へ送る第１の閉状態のいずれかに変位し、第２の変位部は、第１の溶液流路と第２の溶液流路との連通流路を塞ぐ第２の閉状態と、連通流路を開放し反応用溶液を第２の溶液流路へ送る第２の開状態のいずれかに変位し、第１の変位部が第１の開状態の場合は第２の変位部は第２の閉状態となり、第１の変位部が第１の閉状態の場合は第２の変位部は第２の開状態となることを要旨とする。

かかる特徴によれば、第１の溶液吐出口からの反応用溶液の吐出により反応可能な範囲の水素発生物質を消費した際に、第１の変位部と第２の変位部が連動しているため速やかに第１の変位部を第１の開状態から第１の閉状態へ変位させ、第２の変位部を第２の閉状態から第２の開状態へ変位させることで反応用溶液を第２の溶液流路へ送ることができ、反応用溶液を吐出する溶液吐出口を切り換える応答性が向上する。

これにより、反応可能な水素発生物質を無駄なく反応させることができるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給が可能となる。

また、本発明の水素発生装置の第３の特徴は、水素発生物質が所定量に達すると、第1の変位部は第１の開状態から第１の閉状態に変位し、第２の変位部は第２の閉状態から第２の開状態に変位することで、反応用溶液の吐出を第１の溶液吐出口から第２の溶液吐出口に切り換えることを要旨とする。

かかる特徴によれば、水素発生物質が所定量に達すると反応用溶液を吐出する溶液吐出口を切り換えることができる。

これにより、反応用溶液を無駄なく水素発生物質に送液することができるため、水素発生効率が向上し、安定的に水素を供給する制御を行うことが可能となる。

また、本発明の水素発生装置の第４の特徴は、排出部は、対向板に形成された溝部であり、反応生成物は、溝部を通り排出されることを要旨とする。

かかる特徴によれば、排出部が対向板に形成された溝部であるため、反応生成物を速やかに未反応の水素発生物質と接しない領域に移動させることができる。

これにより、未反応の水素発生物質が反応生成物に巻き込まれ排出されることを抑制できるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給が可能となる。

また、本発明の水素発生装置の第５の特徴は、水素発生物質は、保持機構により保持され、水素発生物質の対向板と対向する面は、対向板に対して傾斜を有し、排出部は、水素発生物質と対向板の間隔であり、間隔が最も広い部分に最も近い溶液吐出口より順に反応用溶液が吐出されることを要旨とする。

かかる特徴によれば、水素発生物質と対向板を平行に配置するのではなく、これらの間隔に傾斜を有しており、反応生成物が狭い空間から広い空間へと移動するという物理的性質を利用することができるため、水素発生物質と対向板によって形成される傾斜をもった間隔が排出部としての機能を果たし、反応生成物は未反応の水素発生物質が存在する部分に流れることなく排出される。

これにより、簡単な構造で未反応の水素発生物質の流れ出しの抑制を確実に行うことができ、水素発生効率の向上につながる。

また、本発明の水素発生装置の第６の特徴は、排出部は、水平面に対して傾斜を有し、傾斜に沿って反応生成物を排出することを要旨とする。

かかる特徴によれば、排出部が水平面に対して傾斜を有するため、反応生成物はより確実に速やかに排出部から排出される。

これにより、反応生成物による未反応の水素発生物質の流れ出しを抑制することができ、水素発生効率を向上させることが可能となる。

また、本発明の水素発生装置の第７の特徴は、溶液吐出口は、水素発生物質の縁部からの距離が最も短い複数の溶液吐出口から構成される第１の溶液吐出口群と、第１の溶液吐出口群の次に水素発生物質の縁部からの距離が短い複数の溶液吐出口から構成される第２の溶液吐出口群とを備え、第1の溶液吐出口群を構成する溶液吐出口から反応用溶液が吐出され、第1の溶液吐出口群を構成する全ての溶液吐出口からの反応用溶液の吐出が終わると第２の溶液吐出口群を構成する溶液吐出口から反応用溶液が吐出されることを要旨とする。

かかる特徴によれば、反応用溶液は水素発生物質の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口群から順に吐出されるため、水素発生反応に伴い生じた反応生成物は当該縁部付近に位置し、外部へと排出され易くなり、未反応の水素発生物質を巻き込むことなく排出される。

これにより、水素発生効率を向上させることができる。

また、本発明の燃料電池システムの特徴は、本発明の水素発生装置の第１乃至第７の特徴のいずれかを有する水素発生装置により発生した水素を導出する水素導出流路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が負極に供給されることを要旨とする。

かかる特徴によれば、水素発生反応時の反応生成物の移動と共に起こる未反応の水素発生物質の反応部からの流れ出しを抑制することにより、水素発生効率が向上し、且つ安定的な水素供給を行うことができる。

これにより、安定した電力の発電が可能な燃料電池システムとすることができる。

本発明の特徴によれば、水素発生物質と反応用溶液の反応による水素発生に伴い生じる反応生成物は、未反応の水素発生物質を巻き込むことなく排出されるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給の可能な水素発生装置、及び安定した電力を発電できる燃料電池システムを提供することができる。

（実施形態１）
図１は、第１の実施形態例に係る水素発生装置の概略図である。

図１に示すように、本実施形態例に係る水素発生装置１は、内部で水素発生反応が起こる反応容器２を備え、反応容器２内には水素発生反応の反応物としての水素発生物質６が対向板７を介して収容されている。また、反応容器２には、発生した水素を燃料電池システムの水素消費部へ供給する水素導出流路５が備え付けられている。尚、本実施形態例に係る水素発生装置により発生した水素の供給先は、燃料電池システムの水素消費部に限定されるものではなく、その他の用途に用いられても構わない。

対向板７は、溶液流路４により送液された反応用溶液を水素発生物質６に供給する複数の溶液吐出口８と、溶液吐出口８から吐出された反応用溶液と水素発生物質６の反応により発生した反応生成物を排出する排出部１１とを備える。

複数の溶液吐出口８からの反応用溶液の吐出は、送液制御部１０によって動作される複数の制御弁９により制御される。尚、本実施形態例では、制御弁体部は、複数の制御弁９と送液制御部１０とから構成される。

反応容器２に隣接して図示しない反応用溶液貯蔵用の容器が備えられ、容器には反応用溶液が貯蔵されている。

溶液流路４には溶液送液部３が設けられ、溶液送液部３により反応用溶液の送液と停止が制御される。溶液送液部３は溶液流路４に反応用溶液を導入流通させるものであれば、構成は限定されない。例えば、ポンプ等の圧送機構を適用して送液することができ、水素消費部の水素の消費量（燃料電池の場合は消費電力等）により送液量が制御されるものが適用される。また、反応容器２内の内圧を利用して開閉される弁を使用して送液することができ、反応容器２の内圧が低くなった時に送液を行なって水素を発生させるものが適用される。

溶液送液部３により供給された反応用溶液は、送液制御部１０により流通を制御される制御弁９を通り溶液吐出口８から吐出される。吐出された反応用溶液は、水素発生物質６に接触して反応し水素が生成され水素導出流路５から水素消費部に供給される。

水素発生物質６としては、例えば、水素化ホウ素塩、水酸化アルミニウム塩、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素リチウム、水酸化アルミニウムリチウム等が挙げられる。反応用溶液としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられる。特に、水素発生物質６として水素化ホウ素ナトリウム、反応用溶液としてリンゴ酸を用いることが好ましい。これら水素発生物質６及び反応用溶液は、特にこれらに限定されるものではなく、水素発生物質６は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、反応用溶液は、例えば、有機酸および無機酸あるいはルテニウム等、水素発生触媒であれば全て適用可能である。さらに、水素発生物質６が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で反応用溶液がリンゴ酸というように、水素発生物質６と反応用溶液の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。

水素発生物質６は、複数の溶液吐出口８が形成された対向板７の一面（反応面）に近接して設置され、制御弁９は、水素発生物質６の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口８より縁部からの距離が長い溶液吐出口８にむかって順に反応用溶液を吐出するように送液制御部１０により制御される。

ここで、対向板７に対する溶液吐出口８の配置や溶液吐出口８からの反応用溶液の吐出の順序は水素発生物質６の形状や大きさにより設定されるものであるが、図２にその具体例を示す。対向板７に形成された溶液吐出口８を丸印、反応用溶液が吐出される順序を数字、反応生成物の流れ方向を矢印で示してある。尚、溶液吐出口８及び制御弁９の数は、これらが一対一に対応していてもしていなくてもよく、限定されるものではない。

制御弁９は、対応する溶液吐出口８より吐出された反応用溶液により反応可能な水素発生物質が所定量に達すると閉状態となり、次の溶液吐出口８より反応用溶液が吐出されるように送液制御部１０により制御される。

また、各溶液吐出口８からの反応用溶液の吐出量を積算し、所定量に達した際に、制御弁９の開閉を切り換えることもできる。所定量の反応用溶液の吐出量とは、１つの溶液吐出口８周辺の水素発生物質６が反応可能な範囲で反応するために必要な反応用溶液量のことである。１つの溶液吐出口８からの反応用溶液の吐出により反応可能な水素発生物質６の範囲は、溶液吐出口８から吐出された反応用溶液と水素発生物質６の反応による水素発生反応が安定してなされる範囲となる設計値として設定される。水素発生物質６の消費の検知は、各溶液吐出口８付近に設置された接触式または非接触式の位置センサーを用いることができる。

この制御により、反応用溶液と水素発生物質６の反応、つまり水素発生は、水素発生物質６の縁部から順に行われ、反応可能な水素発生物質６が反応すると反応用溶液を吐出する溶液吐出口８を切り換えるため、反応生成物は未反応の水素発生物質６を巻き込むことなく排出され、且つ、水素発生物質６への無駄な反応用溶液の供給を抑制できる。このため、水素発生物質６は効率良く反応用溶液と反応し、水素発生効率の向上が可能となる。

図３に排出部１１の配置図の一例を示す。図３に示すように、排出部１１は複数の溶液吐出口８が備えられた対向板７の水素発生物質６と対向する面（反応面）に配置されている。排出部１１は、水素発生物質６の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口８からの反応用溶液の吐出により生成した反応生成物が、速やかに未反応の水素発生物質６とは接しない範囲に排出されるように配置された溝形状の流路である。

また、反応面に配置した溝形状を水素発生物質６に配置することも可能である。水素発生反応を開始した際に、水素発生物質６の溝形状の方向に発生した水素発生反応に伴う反応生成物が排出される。水素発生反応により水素発生物質６の消費と共に水素発生物質６に配置した溝の形状は変化し消滅することになる。しかし、最初に反応用溶液を吐出する水素発生物質６の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口８における反応の際に反応生成物の排出方向が定まると同時に、水素発生物質６の消費された形状が、次に反応用溶液を吐出する溶液吐出部８の反応で生じる反応生成物の排出部として機能するため、反応生成物を未反応の水素発生物質６と接しない範囲に排出することができる。

尚、排出部１１の形状及び配置はこれらに限られることはなく、反応生成物を未反応の水素発生物質６と接しない範囲に排出することができればよい。水素発生物質６はここでは一個のユニットで示されているが、小分けにされて反応容器２に収容されていても構わない。

以上のことにより、発生した水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際に未反応の水素発生物質６と接触することを抑制でき、反応生成物による水素発生物質６の流れ出しを抑制することが可能であり、水素発生効率の向上及び安定的な水素供給の制御を行うことができる。

（実施形態１の変形例）
図４に第１の実施形態例の変形例を示す。

図４に示す変形例において、水素発生物質６は保持機構により保持され、対向板７と対向する面が対向板７に対して傾斜を有している。保持機構として具体的には、水素発生物質６の一部を対向板７から持ち上げるように水素発生物質６を支える機構や、水素発生物質６を上方より吊るす機構があげられるが、水素発生物質６を対向板７に対して傾斜を有するように保持する機構であればよく、これらに限られるものではない。実施形態１で示した図１における構成と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。対向板７の水素発生物質６と対向する面に配置された複数の溶液吐出口８からの反応用溶液の吐出は、水素発生物質６と対向板７との間隔が最も広い部分に最も近い溶液吐出口８から順に（図４においては、左から右にかけて）行われる。このように、水素発生物質６を配置し、溶液吐出口８から反応用溶液を吐出することにより、発生した反応生成物が狭い空間から広い空間へと移動するという物理的性質を利用することで、反応生成物は未反応の水素発生物質６を巻き込むことなく水素発生物質６と対向板７の間隔が広い方向に向かって排出される。

これにより、水素発生物質６と対向板７との配置関係によりそれらの間隔が排出部としての機能を果たすため、簡素な構造で水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際に水素発生物質６と接触することを抑制でき、反応生成物が未反応の水素発生物質６を巻き込んで流れ出すことの抑制が可能となる。

また、図５に示すように、第１の実施形態例や第１の実施形態の変形例において、水素発生物質６の外側を反応生成物が排出される付近を除き隔壁（カバー）１２で覆うことにより、反応生成物の流れの方向の制御をより確実に行うこと可能である。

これにより、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際に水素発生物質６と接触することをより確実に抑制し、未反応の水素発生物質６の流れ出しの抑制が可能となる。

また、図示しないが、排出部１１が水平面に対して傾斜をもった構造となっていってもよい。

排出部１１が水平面に対して傾斜をもつことにより、反応生成物は重力に従い排出部より流れ出るため、より確実に未反応の水素発生物質６の流れ出しを抑制することができる。

（実施形態２）
図６に、第２の実施形態例に係る水素発生装置の制御弁体部の構成を示す。

尚、本実施形態例では、制御弁体部は制御弁９から構成される。

図６に示す制御弁９は、第１の実施形態例で示した図１の水素発生装置１の構成において、送液制御部１０により制御されるのではなく、水素発生物質６の消費とともに機械的に動作し開閉制御される構成である。

図６に示した水素発生装置の制御弁９の構成を説明する。

制御弁９は、水素発生物質６の消費に伴い変位し、溶液流路に備えられた第1の変位部２１と第2の変位部２２とそれらに連接されるロッド部２３と、第１の溶液吐出口２４に通じる第１の溶液流路２５と、第２の溶液吐出口２７に通じる第２の溶液流路２８とを備える。

第1の変位部２１は、第１の溶液吐出口２４から反応用溶液を吐出する第１の開状態あるいは水素発生物質６の消費に伴い溶液吐出口２４を塞ぐ第１の閉状態のいずれかに変位し、第2の変位部２２は、第１の溶液流路２５と第２の溶液流路２８との連通流路を塞ぐ第２の閉状態、あるいは連通流路を開放し反応用溶液を第２の溶液流路２８へ送る第２の開状態のいずれかに変位する。第２の溶液流路２８が第２の開状態となると、反応用溶液は第２の溶液吐出口２７より吐出される。第1の変位部２１が第１の開状態の場合は第２の変位部は第２の閉状態、第1の変位部２１が第１の閉状態の場合は第２の変位部は第２の開状態となる。

制御弁９の具体的な動作の状態を説明する。

ロッド部２３は、水素発生物質６にロッドバネ２６で押し付けられており、水素発生物質６の消費に伴い図６の上方向に変位する。ロッド部２３に固定された第１の変位部２１と第２の変位部２２は、ロッド部２３の変位に伴い図６の上方向に変位する。

図６（ａ）の状態は、水素発生物質６が消費されていない状態を示す。

ロッド部２３は、水素発生物質６より押圧されることで押し下がった状態となり、ロッド部２３に固定された第１の変位部２１は第１の溶液吐出口２４から反応用溶液を吐出する第１の開状態、第２の変位部２２は第１の溶液流路と第２の溶液流路２８との連通流路を塞ぐ第２の閉状態となっている。このとき、反応用溶液は、第１の溶液流路２５から第１の溶液吐出口２４に送られ吐出されることにより水素発生物質６に接触し、水素を発生する。

図６（ｂ）の状態は、反応可能な範囲の水素発生物質６を消費した状態を示す。

水素発生物質６が消費され、その消費に伴いロッドバネ２６がロッド部２３を押し上げ、ロッド部２３は図６の上方向に変位する。このとき、ロッド部２３に固定された第１の変位部２１は、第1の溶液吐出口２４を塞ぐ第１の閉状態となり、第２の変位部２２は、第１の溶液流路２５と第２の溶液流路２８との連通流路を開放する第２の開状態となり、反応用溶液は連通流路を通り第２の溶液吐出口２７から吐出され、第２の溶液吐出口２７の周辺部分の水素発生物質６に接触し水素を発生する。この動作を水素発生物質６の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口から順に行う。

これにより、反応用溶液と水素発生物質６の接触つまり水素発生は、水素発生物質６の縁部から順に行われるため、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際の未反応の水素発生物質６との接触を抑制することができる。また、水素発生物質６の消費に伴い、第１の変位部２１は第１の開状態から第１の閉状態に変位し、第２の変位部２２は第２の閉状態から第２の開状態に変位する。尚、第１の変位部２１と第２の変位部２２はロッド部２３に固定されており、同時に変位することができるため、反応用溶液を吐出する溶液吐出口の切り換えの応答性が良くなる。この機構により、水素発生物質６の流れ出しをセンサーや電気的な制御を必要としない簡単な構造により抑制することが可能となる。

尚、図６では、ロッド部２３は溶液吐出口２４を貫通する位置に設けられているが、ロッド部２３と溶液吐出口２４の位置関係はこれに限られるものではない。溶液吐出口２４はロッド部２３の駆動位置から離れた位置に設けられていてもよい。この場合、ロッド部２３の駆動位置から反応用溶液が水素発生物質６に吐出されない構成にする必要がある。

（実施形態２の変形例）
実施形態２の変形例として、図６に示す制御弁９は反応用溶液の吐出量を検出する検出部を有し、その検出量に基づいて制御弁９の制御を行う構成である。

具体的には、第１の変位部２１が第１の開状態、第２の変位部２２が第２の閉状態の場合に、第１の溶液流路２５を流れてきた反応用溶液を第１の溶液吐出口２４から吐出する。検出部により所定量の反応用溶液の吐出が検出されると、送液切換機構により第１の変位部２１は第１の閉状態、第２の変位部２２は第２の開状態に切り換えられ、反応用溶液は第２の溶液流路２８に送液され、第２の溶液吐出口２７より吐出される。ここで、所定量の反応用溶液とは、１つの溶液吐出口の周辺の水素発生物質６が反応可能な範囲で反応するために必要な反応用溶液のことである。１つの溶液吐出口からの反応用溶液の吐出により反応可能な水素発生物質６の範囲とは、溶液吐出口から吐出された反応用溶液と水素発生物質６の反応による水素発生が安定的に起こるための設計値として設定される。

これにより、所定量の反応用溶液が吐出されると反応用溶液を吐出する溶液吐出口を切り換え、反応用溶液を新たな未反応の水素発生物質６の部分に吐出することができる。このため、反応用溶液を無駄なく水素発生物質６に送液することができ、水素発生効率の向上及び安定的な水素供給が可能となる
（実施形態３）
図７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す。

図７に示した燃料電池システムは、図１に示した水素発生装置１を燃料電池３０に接続したシステムである。即ち、燃料電池３０には燃料極室３２が備えられ、燃料極室３２は燃料電池セル３１の負極に接する空間を構成している。燃料極室３２には水素発生装置１の水素導出流路５が接続され、水素発生装置１より発生した水素が供給される。

また、水素発生装置１の溶液流路４は溶液容器３３に接続され、溶液容器３３内の反応用溶液３４が溶液送液手段３によって水素発生装置１に送られ、反応容器２内において反応用溶液３４と水素発生物質６が反応することにより水素が発生する。水素発生装置１で発生した水素は水素導出流路５から燃料極室３２に供給され、負極での燃料電池反応で消費される。燃料極室３２の負極での水素の消費量は燃料電池３０の出力に応じて決定される。

尚、本実施形態に係る燃料電池システムが有する水素発生装置の構成要素として、実施形態１及びその変形例、実施形態２及びその変形例で述べた構成を適用することも可能である。

上述した燃料電池システムは、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際の未反応の水素発生物質６の流れ出しを抑制できるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給が可能な水素発生装置１を備えた燃料電池システムとなる。

以上、本発明の一例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、各部の具体的構成等は、適宜設計変更可能である。また、各実施形態例及び変形例の作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、各実施形態例及び変形例に記載されたものに限定されるものではない。

本発明の第１実施形態例に係る水素発生装置の概略構成図である。 対向板に対する溶液吐出口の配置と反応用溶液の吐出順の概略図である。 本発明の第１実施形態例に係る水素発生装置の排出部に係る概略図である。 本発明の第１実施形態例の変形例に係る水素発生装置の概略図である。 本発明の第１実施形態例及び第１実施形態の変形例に係る水素発生装置に用いられる水素発生物質の外側を覆う隔壁を表す概略図である。 本発明の第２実施形態例に係る制御弁の概略図である。 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。

符号の説明

１ 水素発生装置
２ 反応容器
３ 溶液送液部
４ 溶液流路
５ 水素導出流路
６ 水素発生物質
７ 対向板
８ 溶液吐出口
９ 制御弁
１０ 送液制御部
１１ 排出部
１２ 隔壁（カバー）
２１ 第１の変位部
２２ 第２の変位部
２３ ロッド部
２４ 第１の溶液吐出口
２５ 第１の溶液流路
２６ ロッドバネ
２７ 第２の溶液吐出口
２８ 第２の溶液流路
３０ 燃料電池
３１ 燃料電池セル
３２ 燃料極室３２
３３ 溶液容器
３４ 反応用溶液

Claims (8)

1. 水素発生物質が収容されるとともに、前記水素発生物質と反応用溶液とを反応させて水素を生成する反応容器と、
   前記水素発生物質に対向して配置される対向板と、
   前記反応用溶液を前記水素発生物質に供給する溶液流路と、
   前記対向板に備えられ、前記溶液流路より供給された前記反応用溶液を前記水素発生物質に吐出する複数の溶液吐出口と、
   前記複数の溶液吐出口からの前記反応用溶液の吐出を制御する制御弁体部と、
   前記対向板に備えられ、前記溶液吐出口から吐出された前記反応用溶液と前記水素発生物質との反応により発生した反応生成物を排出する排出部と、
   前記反応により発生した水素を導出する水素導出流路とを備え、
   前記制御弁体部の制御により、前記水素発生物質の縁部からの距離が最も短い前記溶液吐出口より順に前記反応用溶液が吐出されることを特徴とする水素発生装置。
2. 前記制御弁体部は第１の変位部と第２の変位部とを備え、
   前記第１の変位部は、第１の前記溶液流路を流れる前記反応用溶液を第１の前記溶液吐出口より吐出する第１の開状態と、前記第１の溶液吐出口を塞ぎ前記反応用溶液を第２の前記溶液流路へ送る第１の閉状態のいずれかに変位し、
   前記第２の変位部は、前記第１の溶液流路と前記第２の溶液流路との連通流路を塞ぐ第２の閉状態と、前記連通流路を開放し前記反応用溶液を前記第２の溶液流路へ送る第２の開状態のいずれかに変位し、
   前記第１の変位部が前記第１の開状態の場合は前記第２の変位部は前記第２の閉状態となり、前記第１の変位部が前記第１の閉状態の場合は前記第２の変位部は前記第２の開状態となることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
3. 前記水素発生物質が所定量に達すると、前記第1の変位部は前記第１の開状態から前記第１の閉状態に変位し、前記第２の変位部は前記第２の閉状態から前記第２の開状態に変位することで、前記反応用溶液の吐出を前記第１の溶液吐出口から前記第２の溶液吐出口に切り換えることを特徴とする請求項２に記載の水素発生装置。
4. 前記排出部は、前記対向板に形成された溝部であり、
   前記反応生成物は、前記溝部を通り排出されることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。
5. 前記水素発生物質は、保持機構により保持され、
   前記水素発生物質の前記対向板と対向する面は、前記対向板に対して傾斜を有し、
   前記排出部は、前記水素発生物質と前記対向板の間隔であり、
   前記間隔が最も広い部分に最も近い前記溶液吐出口より順に前記反応用溶液が吐出されることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。
6. 前記排出部は、水平面に対して傾斜を有し、前記傾斜に沿って前記反応生成物を排出することを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
7. 前記溶液吐出口は、前記水素発生物質の縁部からの距離が最も短い複数の前記溶液吐出口から構成される第１の溶液吐出口群と、前記第１の溶液吐出口群の次に前記水素発生物質の縁部からの距離が短い複数の前記溶液吐出口から構成される第２の溶液吐出口群とを備え、
   前記第1の溶液吐出口群を構成する前記溶液吐出口から前記反応用溶液が吐出され、前記第1の溶液吐出口群を構成する全ての前記溶液吐出口からの前記反応用溶液の吐出が終わると前記第２の溶液吐出口群を構成する前記溶液吐出口から前記反応用溶液が吐出されることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
8. 請求項1乃至請求項７のいずれかに記載の水素発生装置により発生した水素を導出する前記水素導出流路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した前記水素が負極に供給されることを特徴とする燃料電池システム。

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