JP2010001188A - Hydrogen production apparatus and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素発生物質と水とを反応させて水素を製造する水素製造装置と、その水素製造装置を水素供給源とする燃料電池に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen production apparatus for producing hydrogen by reacting a hydrogen generating substance and water, and a fuel cell using the hydrogen production apparatus as a hydrogen supply source.
近年、パソコン、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である電池には、ますます小型化、高容量化が要望されている。現在、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る電池として実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は、一部のコードレス機器に対して、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。 In recent years, with the widespread use of cordless devices such as personal computers and mobile phones, batteries that are power sources are increasingly required to be smaller and have higher capacities. Currently, lithium ion secondary batteries have been put into practical use as batteries that have high energy density and can be reduced in size and weight, and demand for portable power sources is increasing. However, this lithium ion secondary battery has a problem that it cannot guarantee a sufficient continuous use time for some cordless devices.
上記問題の解決に向けて、例えば固体高分子型燃料電池(PEFC)などの燃料電池の開発が進められている。燃料電池は、燃料及び酸素の供給を行えば、連続的に使用することが可能である。電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料を用いるPEFCは、リチウムイオン二次電池よりもエネルギー密度が高い電池として注目されている。 In order to solve the above problems, for example, development of fuel cells such as polymer electrolyte fuel cells (PEFC) is underway. The fuel cell can be used continuously if fuel and oxygen are supplied. A PEFC that uses a solid polymer electrolyte as an electrolyte, oxygen in the air as a positive electrode active material, and fuel as a negative electrode active material has attracted attention as a battery having a higher energy density than a lithium ion secondary battery.
PEFCに用いる燃料に関しては、水素、メタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高エネルギー密度化が可能な点で、水素を燃料とするPEFCが期待されている。 Regarding fuels used in PEFC, hydrogen, methanol, and the like have been proposed and various developments have been made. However, PEFCs using hydrogen as a fuel are expected from the viewpoint of high energy density.
そして、PEFCのような燃料電池に水素を供給する方法としては、例えば、水素源となる水素発生物質と水とを反応させて水素を生成させ得る水素製造装置によって製造された水素を供給する方法が検討されている。このような水素製造装置では、例えば、水を収容するタンクと、水素発生物質を収容し、その水素発生物質と水とを反応させるための容器とが設けられており、この水を収容するタンクから、水素発生物質を収容する容器(反応容器)に水を供給して、その容器中で水素発生物質と水とを反応させ、生成した水素を、その容器に備え付けられた水素導出管を通じて燃料電池に供給する、といった機構が採用されている。 And as a method of supplying hydrogen to a fuel cell such as PEFC, for example, a method of supplying hydrogen produced by a hydrogen production apparatus capable of generating hydrogen by reacting a hydrogen generating material serving as a hydrogen source with water Is being considered. In such a hydrogen production apparatus, for example, a tank for storing water and a container for storing a hydrogen generating substance and reacting the hydrogen generating substance with water are provided. The tank for storing the water Then, water is supplied to a container (reaction container) containing the hydrogen generating substance, the hydrogen generating substance and water are reacted in the container, and the generated hydrogen is supplied to the fuel through a hydrogen outlet pipe provided in the container. A mechanism for supplying the battery is employed.
ところが、水素発生物質と水との反応の際には、未反応の水が水素と共に噴き出して、反応容器の外部に排出されてしまう。そのため、従来の水素製造装置では、水収容タンク内に、反応に必要な量をかなり上回る量の水を保持しておく必要がある。また、このような多量の水を含有する水素が燃料電池に供給されることで、燃料電池に詰まりが生じてしまう場合もある。 However, during the reaction between the hydrogen generating substance and water, unreacted water is ejected together with hydrogen and discharged outside the reaction vessel. Therefore, in the conventional hydrogen production apparatus, it is necessary to hold an amount of water that is considerably larger than the amount necessary for the reaction in the water storage tank. In addition, when hydrogen containing such a large amount of water is supplied to the fuel cell, the fuel cell may become clogged.
上記のような事情から、水素発生物質と水との反応により水素を生成する機構を有する水素製造装置においては、生成した水素と共に反応容器から排出される未反応の水の処理が求められる。例えば、特許文献1には、反応容器から排出された水素と水(水蒸気)との混合物を水収容タンク内に戻して、そのタンク内の水と混合して熱交換を行うことで混合物中の水蒸気を水とし、他方、混合物中の水素については上記タンクの上部に設けた排出管から取り出して、燃料電池などに供給する機構を有する水素発生装置が提案されている。特許文献1に記載の装置によれば、水素と共に反応容器から排出された水蒸気を、水収容タンク内で水に戻して再度反応容器に供給できるため、水を効率よく水素製造に用いることができる。
From the above circumstances, in a hydrogen production apparatus having a mechanism for generating hydrogen by reaction of a hydrogen generating substance and water, treatment of unreacted water discharged from the reaction vessel together with the generated hydrogen is required. For example,
ところが、特許文献1の水収容タンクには、水を供給する管、反応容器から排出された水素と水との混合物を戻す管、及び水素を排出する管を備える必要があり、水収容タンクの構造が複雑になる。また、高温の水素と水との混合物が直接水収容タンクに戻されるため、水素を製造するに従い水収容タンク内の水温が上昇していく。そのため、水収容タンクは耐熱性を有する材料で作製する必要がある。
However, the water storage tank of
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便でかつ効率よく水素を製造し得る水素製造装置とその水素製造装置を水素供給源とする燃料電池を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a hydrogen production apparatus capable of producing hydrogen easily and efficiently and a fuel cell using the hydrogen production apparatus as a hydrogen supply source. .
本発明の水素製造装置は、水素発生物質を収容する水素発生物質収容容器と、水を収容する水収容容器と、前記水収容容器から前記水素発生物質収容容器へ水を供給するための水供給部と、前記水素発生物質収容容器から水素を導出するための水素導出部と、前記水素発生物質収容容器から排出された水素と水とを含む混合物から水を分離するための気液分離部と、前記気液分離部で分離された水を前記水収容容器に回収するための水回収部とを含む水素製造装置であって、前記水収容容器は、不撓性を有すると共に、前記水素発生物質収容容器へ水を供給すると前記水収容容器の内部が減圧されるように密閉されており、前記水回収部は、前記水収容容器が減圧されることにより、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収することを特徴とする。 The hydrogen production apparatus according to the present invention includes a hydrogen generating material storage container that stores a hydrogen generating material, a water storage container that stores water, and a water supply for supplying water from the water storage container to the hydrogen generating material storage container. A hydrogen deriving unit for deriving hydrogen from the hydrogen generating material storage container, and a gas-liquid separation unit for separating water from a mixture containing hydrogen and water discharged from the hydrogen generating material storage container; And a water recovery unit for recovering the water separated by the gas-liquid separation unit into the water storage container, wherein the water storage container has inflexibility and the hydrogen generating substance. When water is supplied to the storage container, the inside of the water storage container is sealed so that the pressure is reduced, and the water recovery unit sucks water from the gas-liquid separation unit by reducing the pressure of the water storage container. Water to the water container Characterized in that it yield.
また、本発明の燃料電池は、上記本発明の水素製造装置を水素供給源とすることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention is characterized in that the hydrogen production apparatus of the present invention is used as a hydrogen supply source.
本発明によれば、簡便で効率的に水素を製造し得る水素製造装置が提供できる。すなわち、本発明の水素製造装置では、気液分離部で分離した水を水収容容器に回収するのに、水収容容器から水を水素発生物質収容容器へ供給する際に発生する負圧を利用している。そのため、水を水収容容器に回収するための補器が必要でなく、簡便な装置とすることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen production apparatus which can produce hydrogen simply and efficiently can be provided. That is, in the hydrogen production apparatus of the present invention, the negative pressure generated when water is supplied from the water storage container to the hydrogen generating substance storage container is used to collect the water separated by the gas-liquid separation unit in the water storage container. is doing. Therefore, an auxiliary device for collecting water in the water container is not necessary, and a simple device can be obtained.
また、水収容容器からの水供給を停止した場合は、水収容容器の内部に負圧が発生しないため、気液分離部に貯留する水を回収することができない。しかし、本発明では水供給を停止した場合にも機能する水回収部を別途設けることにより、水供給の停止時でも気液分離部から水収容容器に水を回収することができる。 Further, when the water supply from the water storage container is stopped, no negative pressure is generated inside the water storage container, so that the water stored in the gas-liquid separation unit cannot be recovered. However, in the present invention, by separately providing a water recovery unit that functions even when the water supply is stopped, water can be recovered from the gas-liquid separation unit to the water container even when the water supply is stopped.
本発明の水素製造装置は、水素発生物質を収容する水素発生物質収容容器と、水を収容する水収容容器と、前記水収容容器から前記水素発生物質収容容器へ水を供給するための水供給部と、前記水素発生物質収容容器から水素を導出するための水素導出部と、前記水素発生物質収容容器から排出された水素と水とを含む混合物から水を分離するための気液分離部と、前記気液分離部で分離された水を前記水収容容器に回収するための水回収部とを備えている。 The hydrogen production apparatus according to the present invention includes a hydrogen generating material storage container that stores a hydrogen generating material, a water storage container that stores water, and a water supply for supplying water from the water storage container to the hydrogen generating material storage container. A hydrogen deriving unit for deriving hydrogen from the hydrogen generating material storage container, and a gas-liquid separation unit for separating water from a mixture containing hydrogen and water discharged from the hydrogen generating material storage container; And a water recovery part for recovering the water separated by the gas-liquid separation part into the water storage container.
前記水収容容器は、不撓性を有すると共に、前記水素発生物質収容容器へ水を供給すると前記水収容容器の内部が減圧されるように密閉されており、前記水回収部は、前記水収容容器が減圧されることにより、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収する。これにより、気液分離部で分離した水を水収容容器に回収するのに、水収容容器から水を水素発生物質収容容器へ供給する際に発生する負圧を利用できるため、水を水収容容器に回収するための補器が必要でなく、簡便で効率的に水素を製造し得る水素製造装置が提供できる。 The water storage container has inflexibility, and is sealed so that the interior of the water storage container is depressurized when water is supplied to the hydrogen generating substance storage container. When the pressure is reduced, water is sucked from the gas-liquid separator, and water is collected into the water container. As a result, the negative pressure generated when water is supplied from the water storage container to the hydrogen generating substance storage container can be used to collect the water separated by the gas-liquid separator in the water storage container. An auxiliary device for collecting in a container is not required, and a hydrogen production apparatus that can produce hydrogen simply and efficiently can be provided.
また、前記水回収部は、第1水回収部と第2水回収部とを備え、前記第1水回収部は、前記水収容容器が減圧されることにより、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収し、前記第2水回収部は、前記水収容容器が非減圧状態において、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収することが好ましい。第2水回収部を備えることにより、水収容容器からの水供給を停止して水収容容器の内部に負圧が発生しない場合でも、気液分離部から水を水収容容器に回収することができる。 In addition, the water recovery unit includes a first water recovery unit and a second water recovery unit, and the first water recovery unit draws water from the gas-liquid separation unit when the water container is decompressed. The second water recovery unit sucks water from the gas-liquid separation unit when the water storage container is in a non-depressurized state and collects water into the water storage container. Is preferably recovered. By providing the second water recovery unit, water can be recovered from the gas-liquid separation unit to the water storage container even when the water supply from the water storage container is stopped and no negative pressure is generated inside the water storage container. it can.
また、前記第2水回収部は、ポンプと流路切替部とを備えていることが好ましい。これにより、第2水回収部を簡単な構造とすることができる。 The second water recovery unit preferably includes a pump and a flow path switching unit. Thereby, a 2nd water collection | recovery part can be made into a simple structure.
また、前記水収容容器は、前記水供給部及び前記水回収部がそれぞれ接続される開口部以外の開口部を備えていないことが好ましい。これにより、水収容容器内の密閉性を向上できる。 Moreover, it is preferable that the said water storage container is not provided with opening parts other than the opening part to which the said water supply part and the said water collection | recovery part are connected, respectively. Thereby, the airtightness in a water storage container can be improved.
また、本発明の水素製造装置は、前記水素発生物質収容容器から排出された水素と水とを含む混合物が前記気液分離部に入る前に、前記混合物を冷却するための冷却部をさらに備えることが好ましい。これにより、気液分離部における水と水素との分離がより容易に行える。 The hydrogen production apparatus of the present invention further includes a cooling unit for cooling the mixture before the mixture containing hydrogen and water discharged from the hydrogen generating substance storage container enters the gas-liquid separation unit. It is preferable. Thereby, separation of water and hydrogen in the gas-liquid separation unit can be performed more easily.
また、前記水回収部は、鉛直方向に対して、前記気液分離部より下部に配置されていることが好ましい。これにより、負圧に加えて重力をも利用して、気液分離部で分離した水を水収容容器に回収することができる。 Moreover, it is preferable that the said water collection | recovery part is arrange | positioned below the said gas-liquid separation part with respect to the perpendicular direction. Thereby, in addition to negative pressure, gravity can also be utilized and the water isolate | separated by the gas-liquid separation part can be collect | recovered in a water storage container.
また、前記水素発生物質収容容器は、水素発生物質を収容し、前記水素発生物質は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム及びこれらの1種以上の金属元素を主体とする合金よりなる群から選択される少なくとも1種の金属であることが好ましい。これらの物質は、水と容易に反応して水素を効率的に発生できるからである。 The hydrogen generating substance storage container stores a hydrogen generating substance, and the hydrogen generating substance is selected from the group consisting of aluminum, silicon, zinc, magnesium, and an alloy mainly composed of one or more of these metal elements. Preferably, the at least one metal. This is because these substances can easily react with water and generate hydrogen efficiently.
また、前記水素発生物質収容容器は、水と発熱反応する発熱物質をさらに収容していることが好ましい。これにより、水と水素発生物質との反応を容易に開始できる。 Moreover, it is preferable that the said hydrogen generating substance storage container further contains the exothermic substance which carries out an exothermic reaction with water. Thereby, reaction of water and a hydrogen generating substance can be started easily.
また、前記発熱物質は、前記水供給部の開口部の近傍に、偏在して配置されていることが好ましい。これにより、水と水素発生物質とが反応して水素が発生するまでの時間を短縮することができる。 Moreover, it is preferable that the said exothermic substance is unevenly distributed and arrange | positioned in the vicinity of the opening part of the said water supply part. Thereby, the time until hydrogen is generated by the reaction of water and the hydrogen generating substance can be shortened.
また、本発明の燃料電池は、上記本発明の水素製造装置を水素供給源とすることを特徴とする。 The fuel cell of the present invention is characterized in that the hydrogen production apparatus of the present invention is used as a hydrogen supply source.
以下、本発明の水素製造装置の実施形態を図面を用いて説明する。 Hereinafter, embodiments of the hydrogen production apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、本発明の水素製造装置の一例を示す一部断面概略図である。図1は、本発明の水素製造装置の一例を示すものであり、本発明の水素製造装置は図1に示される構成のものに限定されるものではない。図1において、1は水素発生物質収容容器、10は水素発生物質、1aは水素導出管、1bは水供給管、2は水収容容器、20は水、2aは水供給管、2bは水回収管、3は水素製造装置本体部と水素発生物質収容容器1又は水収容容器2とを連結するための脱着部、4は保温材、5はポンプ、6は冷却部、7は気液分離部である。また、水供給管1b、2a及びポンプ5により本実施形態の水供給部を構成している。さらに、水素導出管1aにより本実施形態の水素導出部を構成している。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a partial cross-sectional schematic view showing an example of the hydrogen production apparatus of the present invention. FIG. 1 shows an example of the hydrogen production apparatus of the present invention, and the hydrogen production apparatus of the present invention is not limited to the one shown in FIG. In FIG. 1, 1 is a hydrogen generating substance storage container, 10 is a hydrogen generating substance, 1a is a hydrogen outlet pipe, 1b is a water supply pipe, 2 is a water storage container, 20 is water, 2a is a water supply pipe, 2b is water recovery A pipe 3 is a desorption part for connecting the hydrogen production apparatus
図1では、水素発生物質収容容器1、水収容容器2、保温材4及び気液分離部7のみを断面で示している。
In FIG. 1, only the hydrogen generating
本発明の水素製造装置では、水素発生物質収容容器1に水収容容器2から水を供給し、水素発生物質収容容器1内において水素発生物質と水とを反応させて水素を製造する。よって、水素発生物質収容容器1は、水素発生物質と水との反応容器としての役割も担っている。水素発生物質収容容器1で発生した水素は、水素導出管1aを経て、水素を必要とする機器(燃料電池など)などに供給される。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, water is supplied from the
上記の通り、水素発生物質収容容器1内において、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させると、未反応の水が水素と共に噴き出され、水素導出管1aから、水素との混合物として反応容器である水素発生物質収容容器1の外部へ排出されてしまう。しかし、本発明の水素製造装置は気液分離部7を有しており、水素発生物質収容容器1から排出された水と水素との混合物を、気液分離部7によって水と水素に分離し、分離した水を水収容容器2に回収することができる。
As described above, when hydrogen is generated by reacting the hydrogen generating substance with water in the hydrogen generating
図1の装置における気液分離部7は、水と水素とを分離するための水分離容器7a、水分離容器7aに水と水素との混合物を導入するための水素導入管7b、水分離容器7a内で分離された水素を排出するための水素排出管7c、及び水分離容器7a内で分離された水を水収容容器2へ戻すための水回収管7dから構成されている。水素導入管7bから流入した水と水素との混合物のうち、水は重力により水分離容器7aの下方に落下して水素から分離される。分離された水は水回収管7d、2bを通って水収容容器2に回収される。このように、本実施形態では、水素発生物質収容容器1より排出された水と水素との混合物から分離した水を水収容容器2に戻す水回収部を、気液分離部7と水収容容器2との間を接続する水回収管2b、7dで構成している。
1 includes a
上記のように本発明の装置では、生成した水素と共に水素発生物質収容容器1から排出された未反応の水を、気液分離部7の作用により、水収容容器2に回収して再度水素発生反応に供し得ることから、実質的な水の使用量を低減でき、水収容容器2内に収容しておく水の量を減らすことが可能となるため、水素製造装置の体積及び重量を低減してコンパクト化することができる。
As described above, in the apparatus of the present invention, the unreacted water discharged from the hydrogen generating
また、例えば水素製造装置が燃料電池の燃料源として用いられている場合、水素と共に多量の水が燃料電池内に供給されると、燃料電池内で水の詰まりが生じてしまうことがある。しかし、本発明の水素製造装置によれば、気液分離部7において、水素発生物質収容容器1から排出された水と水素との混合物から、水を除いた上で燃料電池に供給できるため、上記詰まりを防止することも可能である。
For example, when a hydrogen production apparatus is used as a fuel source of a fuel cell, if a large amount of water is supplied into the fuel cell together with hydrogen, water may be clogged in the fuel cell. However, according to the hydrogen production apparatus of the present invention, the gas-
さらに、本発明の水素製造装置では、水収容容器2とは別体の気液分離部7において水と水素との分離を行うため、水収容容器2に接続される管は水供給管2a及び水回収管2bの2つでよく、水と水素との分離を水収容容器2内で行う場合に必要な水素導出管を省略できるため、水収容容器2の構造が簡便になる。また、図1に示すように、気液分離部7は、水収容容器2のみならず水素発生物質収容容器1とも別体としていることが好ましく、このようにすることで、水素発生物質収容容器1及び水収容容器2をより簡素な構造にすることができ、それらをコンパクトにすることができる。
Furthermore, in the hydrogen production apparatus of the present invention, water and hydrogen are separated in the gas-
本発明の水収容容器2は、不撓性の容器で構成されている。不撓性の容器とすることで、水収容容器2から水素発生物質収容容器1へ水を供給すると、水収容容器2の内部の圧力が低下する。この圧力低下により、水回収管7d、2bを通じて気液分離部から水を吸引することができる。従って、特に気液分離部7から水を回収するための装置を必要とすることなく、簡便な水素製造装置とすることができる。
The
また、水収容容器2は、水供給管2a及び水回収管2bがそれぞれ接続される開口部以外の開口部を有していない。これにより、水収容容器2内の密閉性をより高めることができる。
Moreover, the
気液分離部7から水収容容器2へ水を戻す手段として、水の自重によって戻すことも可能であるが、その場合、気液分離部7は、鉛直方向に対して、水収容容器2より上部に設置する必要がある。しかし、本発明の水素製造装置では、水収容容器2の内部の圧力低下によって水を引き込むため、気液分離部7と水収容容器2の設置位置に制限がない。ただし、水回収管7dは、鉛直方向に対して、気液分離部7より下部に設置されることが好ましい。これにより、気液分離部7の下部に貯留した水を水回収管7dにより水収容容器2に戻すことができる。
As a means for returning water from the gas-
また、図1の装置では、水素発生物質収容容器1及び水収容容器2が、脱着部3を介して装置本体部に脱着可能に連結されている。このように、本発明の水素製造装置では、水素発生物質収容容器1及び/又は水収容容器2が、本体部に脱着可能に取り付けられていることが好ましい。ここでいう本体部(装置本体部)とは、水素発生物質収容容器1及び水収容容器2以外の部分(保温材4、ポンプ5、図1中の脱着部3より上の管部分、気液分離部7を含む)を意味している。
Further, in the apparatus of FIG. 1, the hydrogen generating
水素発生物質収容容器1内において、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させると、水素発生物質収容容器1に収容されている水素発生物質10は反応生成物に変化し、水収容容器2に収容されている水20は消費されて減少していく。上記のように脱着可能な水素発生物質収容容器1及び/又は水収容容器2を有している装置であれば、水素発生物質収容容器1内の水素発生物質10が反応して、水素が生成しなくなった後、脱着部3から水素発生物質収容容器1及び水収容容器2を取り外し、水素発生物質を収容している新しい水素発生物質収容容器と、水を収容している新しい水収容容器とを、脱着部3により本体部に取り付けることで、繰り返し水素を発生させることができる。そのため、予備の水素発生物質収容容器や水収容容器を用意しておくことで、水素発生物質又は水の入手が困難な場所や、水素発生物質又は水を装置に供給し難い場所においても、連続的な水素の製造が可能な可搬性の高い装置とすることができる。
When hydrogen is generated by reacting the hydrogen generating substance with water in the hydrogen generating
また、水素発生物質収容容器1と水収容容器2とを一体化させて一体容器とし、これを装置本体部に脱着可能とすることも好ましく、これにより容器の交換をより容易とすることができる。
Further, it is also preferable that the hydrogen generating
脱着部3としては、特に制限はないが、例えば、装置本体部側に筒状に成形した部位(管など)を設け、そこへ水素発生物質収容容器1及び水収容容器2の各々の管(水素導出管1a、水供給管1b、2aなど)を挿入するようにし、接続部分(管の挿入部分)を樹脂製の円形リングなどのパッキングによって密閉し、水素や水の漏れを防止するような構成を採用することができる。
Although there is no restriction | limiting in particular as the desorption part 3, For example, the site | part (pipe etc.) shape | molded cylindrically in the apparatus main body part side is provided, and each pipe | tube ( The hydrogen lead-out
また、上記水素製造装置では、水素発生物質収容容器1から排出された水と水素との混合物を冷却するための冷却部6を有していることが好ましい。本発明の装置では、水素発生物質収容容器1の内部が水の沸点に近い温度になり得るため、水素との混合物として排出される水は、部分的に水蒸気となる。そこで、冷却部6を設けることにより、上記混合物中の水蒸気を冷却して液体の水にして、気液分離部7での水の回収率を高めることができる。そのため、冷却部6は水素発生物質収容容器1と気液分離部7との間に設置されることが好ましい。冷却部6としては、例えば、金属製の冷却フィンが管に接するように配置された構造の冷却器を用いることができる。さらには冷却部6として空冷ファンを用いることもできる。
In addition, the hydrogen production apparatus preferably has a
図1に示すように、水素発生物質収容容器1の外周の少なくとも一部には、保温材4を配置することが好ましい。上記のように保温材4を配置することにより、水素発生物質収容容器1内の熱が水素発生物質収容容器1の外部へ放出してしまうことを防止できるため、水素発生の安定化を図ることができる。これは、水素製造装置では、水素発生物質が加温されて水と反応することにより水素を発生するが、水素発生物質を加温しても、その熱が水素発生物質収容容器1の外壁を通じて外部に放出されてしまうと、水素発生物質の温度が上昇せずに、水素発生の反応効率が低下したり、水素発生反応が停止して、水素発生に至らない場合も生じ得るが、保温材4を上記のように配置することで、水素発生物質収容容器1内の熱の外部への放出が抑制できるからである。
As shown in FIG. 1, it is preferable to arrange a
特に、水素製造装置において水素発生物質収容容器1と水収容容器2とが隣接している場合には、少なくとも、水素発生物質収容容器1と水収容容器2とが、保温材4を介して隣接するように、保温材4を配置することがより好ましい。すなわち、水素発生物質収容容器1と水収容容器2とが隣接し、互いに接触している場合には、水素発生物質収容容器1内の熱が水収容容器2側に移動しやすく、水素発生物質収容容器1内の温度低下による上記の問題がより顕著に生じ得る。しかしながら、水素発生物質収容容器1と水収容容器2とが保温材4を介して隣接するように、保温材4を配置すれば、これらの問題を回避できる。保温材4は、水素発生物質収容容器1の外周全面に配置されていることが特に好ましい。
In particular, when the hydrogen generating
水素発生物質収容容器1の外周に配置する保温材4の材質としては、例えば、発泡スチロール、ポリウレタンフォームなどの多孔性断熱材、又は真空断熱構造を有する断熱材などが好ましい。
As a material of the
本発明の水素製造装置で使用できる水素発生物質としては、水と反応して水素を発生させる物質であれば特に限定されないが、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛及びマグネシウムの中の1種以上の金属元素を主体とする合金が好適に使用できる。上記合金の場合には、主体となる上記各金属元素以外の元素については特に限定されない。ここで、「主体」とは、合金全体に対して80質量%以上、より好ましくは90質量%以上含有されていることを意味する。上記例示の金属や合金の1種のみを水素発生物質として使用してもよく、2種以上を併用しても構わない。これらの水素発生物質は、常温では水と反応しにくいが、加熱することにより水との発熱反応が容易となる物質である。本明細書において常温とは、20〜30℃の範囲の温度である。 The hydrogen generating substance that can be used in the hydrogen production apparatus of the present invention is not particularly limited as long as it is a substance that reacts with water to generate hydrogen, but metals such as aluminum, silicon, zinc, magnesium, aluminum, silicon, zinc and An alloy mainly composed of one or more metal elements in magnesium can be preferably used. In the case of the above alloy, the elements other than the respective metal elements as the main elements are not particularly limited. Here, the “main body” means that 80% by mass or more, more preferably 90% by mass or more is contained with respect to the entire alloy. Only one of the above exemplified metals and alloys may be used as the hydrogen generating material, or two or more may be used in combination. These hydrogen generating substances are substances that do not easily react with water at room temperature, but are easily exothermic with water when heated. In this specification, normal temperature is a temperature in the range of 20-30 ° C.
ここで、例えば、アルミニウムと水との反応は、下記式(1)〜(3)のいずれかによって進行していると考えられる。下記式(1)による発熱量は、419kJ/molである。 Here, for example, the reaction between aluminum and water is considered to proceed according to any of the following formulas (1) to (3). The calorific value according to the following formula (1) is 419 kJ / mol.
2Al+6H2O → Al2O3・3H2O+3H2 (1)
2Al+4H2O → Al2O3・H2O+3H2 (2)
2Al+3H2O → Al2O3+3H2 (3)
2Al + 6H 2 O → Al 2 O 3 .3H 2 O + 3H 2 (1)
2Al + 4H 2 O → Al 2 O 3 .H 2 O + 3H 2 (2)
2Al + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 3H 2 (3)
上記水素発生物質のサイズは特に限定されないが、例えば、その平均粒径が、0.1μm以上であって、100μm以下、より好ましくは50μm以下であることが望ましい。上記水素発生物質は、一般に、表面に安定な酸化皮膜が形成されている。そのため、板状、ブロック状及び粒径が1mm以上のバルク状などの形態の場合、加熱しても水との反応が進行せず、実質的に水素を発生させない場合もある。しかし、上記水素発生物質の平均粒径を100μm以下とすると、酸化皮膜による水との反応抑制作用が減少し、常温では水と反応しにくいものの、加熱すれば水との反応性が高まり、水素発生反応が持続するようになる。また、上記水素発生物質の平均粒径を50μm以下とすると、40℃程度の穏和な条件でも水と反応して水素を発生させることができる。一方、上記水素発生物質の平均粒径を0.1μm未満とすると、発火性が高くなって取り扱いが困難になったり、水素発生物質の充填密度が低下してエネルギー密度が低下しやすくなったりする。このため、上記水素発生物質の平均粒径は、上記範囲内とすることが望ましい。 The size of the hydrogen generating substance is not particularly limited. For example, the average particle size is preferably 0.1 μm or more and 100 μm or less, more preferably 50 μm or less. The hydrogen generating substance generally has a stable oxide film formed on the surface. Therefore, in the case of forms such as a plate shape, a block shape, and a bulk shape having a particle diameter of 1 mm or more, the reaction with water does not proceed even when heated, and hydrogen may not be generated substantially. However, when the average particle size of the hydrogen generating substance is 100 μm or less, the action of suppressing the reaction with water by the oxide film is reduced, and although it is difficult to react with water at room temperature, the reactivity with water increases when heated, and hydrogen The developmental response becomes persistent. Further, when the average particle size of the hydrogen generating material is 50 μm or less, hydrogen can be generated by reacting with water even under mild conditions of about 40 ° C. On the other hand, when the average particle size of the hydrogen generating material is less than 0.1 μm, the ignitability becomes high and handling becomes difficult, or the packing density of the hydrogen generating material decreases and the energy density tends to decrease. . For this reason, it is desirable that the average particle size of the hydrogen generating material be within the above range.
本明細書でいう平均粒径は、体積基準の積算分率50%における粒子直径の値を意味する。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水などの液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の“マイクロトラックHRA”(商品名)などを用いることができる。 The average particle diameter as used herein means the value of the particle diameter at a volume-based integrated fraction of 50%. As a method for measuring the average particle diameter, for example, a laser diffraction / scattering method or the like can be used. Specifically, this is a particle diameter distribution measurement method using a scattering intensity distribution detected by irradiating a measurement target substance dispersed in a liquid phase such as water with laser light. As a particle size distribution measuring apparatus by the laser diffraction / scattering method, for example, “Microtrac HRA” (trade name) manufactured by Nikkiso Co., Ltd. can be used.
また、上記水素発生物質の形状も特に限定されないが、例えば、平均粒径が上記範囲内の粒子状又はフレーク状とすることができる。 Further, the shape of the hydrogen generating substance is not particularly limited, and for example, the average particle diameter may be in the form of particles or flakes within the above range.
水と水素発生物質との反応を容易に開始させるために、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することが好ましいが、例えば、水収容容器2内において水を加熱すると、水温の上昇に伴って水の密度が低下し、ポンプ5によって供給される水の重量が減少して、水素発生速度の低下を引き起こすこともあり得るため、水素発生物質のみを加熱するか、水を加熱する場合には、ポンプ5を通過した後の段階で加熱することがより好ましい。その加熱温度は、40℃以上、より好ましくは60℃以上であって、100℃以下であることが望ましい。上記の水素発生物質と水との発熱反応を維持できる温度は、通常は40℃以上であり、一旦発熱反応が開始して水素が発生すると、水素発生物質収容容器1の内圧が上昇して水の沸点が上昇することもあり、容器内温度が120℃に達することもあるが、水素発生速度の制御の点から加熱温度は100℃以下とすることが好ましい。
In order to easily start the reaction between water and the hydrogen generating substance, it is preferable to heat at least one of the hydrogen generating substance and water. For example, when water is heated in the
上記加熱は、上記発熱反応の開始時にのみ行えばよい。一旦、水と水素発生物質との発熱反応が開始されると、その発熱反応の熱によりその後の反応を継続できるからである。上記加熱と、水素発生物質収容容器1内への水の供給とを同時に行ってもよい。
The heating may be performed only at the start of the exothermic reaction. This is because once the exothermic reaction between water and the hydrogen generating substance is started, the subsequent reaction can be continued by the heat of the exothermic reaction. The heating and the supply of water into the hydrogen generating
上記加熱の方法は特に限定されないが、抵抗体に通電することによる発熱を利用して加熱することができる。例えば、この抵抗体を水素発生物質収容容器1や水収容容器2(好ましくは、水素発生物質収容容器1のみ)の外部に取り付けて発熱させ、これらの容器を外部から加熱することにより、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することができる。上記抵抗体の種類については特に限定されず、例えば、ニクロム線、白金線などの金属発熱体、炭化ケイ素、PTCサーミスタなどが使用できる。
Although the heating method is not particularly limited, heating can be performed using heat generated by energizing the resistor. For example, the resistor is attached to the outside of the hydrogen generating
また、上記加熱は、発熱物質の化学反応による発熱により行うこともできる。この発熱物質には、水と発熱反応して水酸化物や水和物となる物質、水と発熱反応して水素を生成する物質などを用いることができる。上記水と発熱反応して水酸化物や水和物となる物質としては、例えば、アルカリ金属の酸化物(酸化リチウムなど)、アルカリ土類金属の酸化物(酸化カルシウム、酸化マグネシウムなど)、アルカリ土類金属の塩化物(塩化カルシウム、塩化マグネシウムなど)、アルカリ土類金属の硫酸化合物(硫酸カルシウムなど)などを用いることができる。上記水と発熱反応して水素を生成する物質としては、例えば、アルカリ金属(リチウム、ナトリウムなど)、アルカリ金属水素化物(水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなど)などを用いることができる。これらの物質は、1種単独で用いることもでき、2種以上を併用することもできる。 The heating can also be performed by heat generation due to a chemical reaction of the exothermic substance. As this exothermic substance, a substance that becomes an hydroxide or a hydrate by exothermic reaction with water, a substance that generates exothermic reaction with water and hydrogen can be used. Examples of the substance that becomes exothermic reaction with water to become a hydroxide or hydrate include, for example, alkali metal oxides (such as lithium oxide), alkaline earth metal oxides (such as calcium oxide and magnesium oxide), and alkali. An earth metal chloride (such as calcium chloride or magnesium chloride), an alkaline earth metal sulfate compound (such as calcium sulfate), or the like can be used. Examples of substances that generate hydrogen by exothermic reaction with water include alkali metals (such as lithium and sodium), alkali metal hydrides (such as sodium borohydride, potassium borohydride, and lithium hydride). Can do. These substances can be used alone or in combination of two or more.
水素発生物質収容容器1内に、水素発生物質と共に上記発熱物質を配置し、これらに水を加えることにより水と発熱物質とを発熱反応させて、水素発生物質収容容器1の内部で水素発生物質と水とを直接加熱することができる。また、水素発生物質収容容器1や水収容容器2(好ましくは、水素発生物質収容容器1のみ)の外部に、上記発熱物質を配置して発熱させ、これらの容器を外部から加熱することにより、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することが可能である。
The exothermic material is disposed in the hydrogen generating
上記発熱物質としては、水以外の物質と発熱反応する物質、例えば、鉄粉のように酸素と発熱反応する物質も知られている。このような物質は、発熱反応のために酸素を導入する必要があることから、水素発生物質収容容器1に入れるのではなく、容器の外部に配置して使用することが好ましい。
As the exothermic substance, a substance that exothermically reacts with a substance other than water, for example, a substance that exothermically reacts with oxygen such as iron powder is also known. Since such a substance needs to introduce oxygen for the exothermic reaction, it is preferable to use it by placing it outside the container rather than putting it in the hydrogen generating
上記発熱物質を水素発生物質と共に水素発生物質収容容器1に収容し、これに水を供給して加熱する場合には、発熱物質は水素発生物質と均一又は不均一に分散・混合させた混合物として用いてもよいが、水素発生物質収容容器1内で発熱物質を偏在させて配置することがより好ましく、水素発生物質収容容器1の内部の水供給管1bの管口部の近傍Aに発熱物質を部分的に偏在させることが特に好ましい。水素発生物質収容容器1の内部において、発熱物質をこのように偏在させることにより、水を供給し始めてから水素発生物質が加温されるまでの時間をより短くして、迅速な水素製造を可能とすることができる。
When the heat generating material is stored in the hydrogen generating
水素発生物質収容容器1は、水と発熱反応して水素を発生させる水素発生物質を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水素導出管1a及び水供給管1bから水や水素が漏れない材質や形状を採用することが好ましい。具体的な容器の材質としては、水及び水素を透過しにくく、かつ100℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン(PE)、ポリプロピレン(PP)などの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
The material and shape of the hydrogen generating
水素発生物質が水と反応することで生じる反応生成物は、通常、水素発生物質よりも体積が大きい。そのため、水素発生物質収容容器1は、こうした反応生成物の生成に伴う体積膨張が生じた場合に破損してしまわないように、水素発生物質と水との反応に応じて変形可能であることが好ましい。このような観点から、水素発生物質収容容器1の材質は、上記例示の材質の中でもPEやPPなどの樹脂がより好ましい。
The reaction product produced by the reaction of the hydrogen generating material with water usually has a larger volume than the hydrogen generating material. Therefore, the hydrogen generating
水素発生物質収容容器1には、水素を導出するための水素導出部が設けられる。水素導出部としては特に限定されず、例えば、図1に示すように水素導出管1aであってもよく、また、水素導出口などであっても構わない。さらに、水素導出管、水素導出口などには、容器内の水素発生物質が外部に出ないように、フィルターを設置することが好ましい。このフィルターとしては、気体を通すが液体及び固体を通しにくい特性を有するものであれば特に限定されず、例えば、PP製の不織布を用いることができる。
The hydrogen generating
水収容容器2は、不撓性を有すると共に、水素発生物質収容容器1へ水を供給すると内部が減圧されるように密閉されている。すなわち、水収容容器2から水素発生物質収容容器1へ水を供給した場合に、変形することなく、かつ気液分離部7以外から減少した圧力を保証するための気体又は液体が流入しない構造であれば、特に制限されない。水収容容器2の材質としては、樹脂、金属、ガラスなどを用いることができる。その中でも樹脂を用いることが好ましい。これらの材質を用いることにより、確実に水収容容器2に不撓性を付与できる。
The
図1に示したタンク状容器を水収容容器2に採用した場合、水収容容器2から水素発生物質収容容器1への水の供給に、ポンプ5などを用いる必要がある。
When the tank-shaped container shown in FIG. 1 is adopted as the
さらに、水素製造装置には、圧力逃がし弁を設けることが好ましい。これにより、例えば、水素発生速度が増大して、装置の内圧が上昇した場合でも、圧力逃がし弁から水素を装置外に排出することにより、破裂などによる装置の破損を防止することができる。圧力逃がし弁の設置箇所は特に限定されるものではなく、水素発生物質収容容器1内で発生した水素が排出できる箇所であればよい。例えば、図1に示す構成の装置であれば、水素導出管1aから気液分離部7までの間のいずれの箇所に圧力逃がし弁を設けても構わない。
Furthermore, it is preferable to provide a pressure relief valve in the hydrogen production apparatus. Thereby, for example, even when the hydrogen generation rate increases and the internal pressure of the apparatus rises, the apparatus can be prevented from being damaged due to rupture or the like by discharging hydrogen from the pressure relief valve to the outside of the apparatus. The installation location of the pressure relief valve is not particularly limited as long as the hydrogen generated in the hydrogen generating
(実施形態2)
図2及び図3は、本発明の水素製造装置の他の一例を示す一部断面概略図である。図2及び図3では、図1に示した水素製造装置と同一部分には同一の符号を付けてその説明は省略する。また、図2及び図3では、図1と同様に水素発生物質収容容器1、水収容容器2、保温材4及び気液分離部7のみを断面で示している。
(Embodiment 2)
2 and 3 are partial cross-sectional schematic views showing another example of the hydrogen production apparatus of the present invention. 2 and 3, the same parts as those of the hydrogen production apparatus shown in FIG. 2 and 3, only the hydrogen generating
本発明の水素製造装置では、水素発生中に水の供給を停止しても、水素発生物質収容容器1の内部の水が反応又は排出されるまで水素が発生し続ける。従って、水の供給を停止した後、水素発生物質収容容器1からは水素と水との混合物が排出され、気液分離部7で水素と水とに分離される。しかし、水の供給を停止しているため、水収容容器2の内部は圧力が減少せず、気液分離部7から水が回収されず、気液分離部7に水が貯留する。そこで、本実施形態の水素製造装置では、気液分離部7の下部に新たな水回収管7e及び流路切り替えバルブ8を設けた。水素発生時は図2の状態で、水収容容器2から水素発生物質収容容器1へポンプ5を用いて水を供給する。その後、水の供給を停止して水素発生を停止するときには、流路切り替えバルブ8を図3の状態にして、水回収管7eと水供給管2aとを連結する。そしてポンプ5を逆流させて、気液分離部7に貯留する水を水回収管7e及び水供給管2aを通して水収容容器2へ回収する。本発明により、水回収管7e及び流路切り替えバルブ8を付加するのみで、水の供給停止後に気液分離部7に貯留する水を回収できる。これにより、水供給停止後に気液分離部7に水が貯留することを防ぎ、水素排出管7cより水が溢れることを防ぐことができる。
In the hydrogen production apparatus of the present invention, even if the supply of water is stopped during hydrogen generation, hydrogen continues to be generated until the water inside the hydrogen generating
本実施形態では、第1水回収部を水回収管2b、7dで構成し、第2水回収部を水回収管7e、ポンプ5、水供給管2aで構成している。
In the present embodiment, the first water recovery part is constituted by
上記実施形態1及び実施形態2で説明した本発明の水素製造装置によれば、条件により変化するものの、例えば、水素発生物質が全て反応したと仮定したときの理論水素発生量(アルミニウムの場合は、1gあたりの理論水素発生量は、25℃換算で約1360mlとなる)に対し、実際に得られる水素発生量は、およそ50%以上、より好ましくは70%以上となり、効率的に水素を発生させることが可能となる。 According to the hydrogen production apparatus of the present invention described in the first embodiment and the second embodiment, the theoretical hydrogen generation amount (in the case of aluminum, for example) when it is assumed that all of the hydrogen generating material has reacted, although it varies depending on conditions. (The theoretical hydrogen generation amount per gram is approximately 1360 ml in terms of 25 ° C.), whereas the actual hydrogen generation amount is approximately 50% or more, more preferably 70% or more, and hydrogen is efficiently generated. It becomes possible to make it.
次に、本発明の燃料電池について説明する。本発明の燃料電池は、本発明の水素製造装置を水素供給源として備えていればよく、その他の構成については特に制限はなく、従来の燃料電池で採用されている各種構成が採用でき、可搬型燃料電池とすることができる。 Next, the fuel cell of the present invention will be described. The fuel cell of the present invention only needs to include the hydrogen production apparatus of the present invention as a hydrogen supply source, and there are no particular restrictions on other configurations, and various configurations employed in conventional fuel cells can be employed. A portable fuel cell can be obtained.
上記燃料電池として固体高分子型燃料電池を用い、また、水素製造装置が冷却部6(図1)を有する場合、冷却部6で水と水素との混合物を冷却する温度は、燃料電池が定常状態で運転するときの燃料電池の温度以上にすることが好ましい。固体高分子型燃料電池では、電解質の固体高分子は乾燥すると伝導度が低下する。そのため、一般的に燃料である水素及び空気を加湿して供給する。従って、水素製造装置において、水素発生物質収容容器1(図1)から排出された水と水素との混合物を、冷却部6で低い温度まで冷却すると供給水素中の湿度が低下することから、冷却部6で上記混合物を冷却する温度は燃料電池の作動温度付近にすることが好ましい。
When a polymer electrolyte fuel cell is used as the fuel cell and the hydrogen production apparatus has a cooling unit 6 (FIG. 1), the temperature at which the mixture of water and hydrogen is cooled by the
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に説明する。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。 Hereinafter, the present invention will be described in detail based on examples. However, the following examples are not intended to limit the present invention, and all modifications made without departing from the spirit of the preceding and following descriptions are included in the technical scope of the present invention.
(実施例1)
図1に示した水素製造装置を用いて以下の通り水素を製造した。水素発生物質収容容器1には、内容積65cm3でPP製の角柱状容器を用いた。水供給管1b及び水素導出管1aには、内径2mm、外径3mmのアルミニウム製の管を用いた。水収容容器2も水素発生物質収容容器1と同じ構造及び構成にし、水供給管2a及び水回収管2bにも、水供給管1bなどと同じアルミニウム製の管を用いた。脱着部3は、水素製造装置側の内径3.5mmの筒状に成形された部位に水素発生物質収容容器1及び水収容容器2の各々の管が挿入される構造とした。それぞれの筒状部位には樹脂製の円形リングを配置して、脱着部3から水素及び水の漏れを抑制するようにした。水素製造装置には水素発生物質収容容器1の外周を包むように厚み5mmの発泡ネオプレンゴム製の保温材4を設置した。
Example 1
Hydrogen was produced as follows using the hydrogen production apparatus shown in FIG. As the hydrogen generating
冷却部6は、40×50×12mmのアルミニウム製の冷却フィンに、外径3mm、内径2mmのステンレス製の管が接するように配置して構成した。冷却フィンは厚み1mmのフィン8本を有しており、ステンレス製の管200mmが冷却フィンに接している。水素導出管1aが接続されている脱着部3から気液分離部7までの管長は350mmとした。
The
先ず、水素発生物質収容容器1に、水素発生物質として平均粒径6μmのアルミニウム粉末21gと、発熱物質として酸化カルシウム3.5gを入れた後、水素発生物質収容容器1を水素導出管1a及び水供給管1bの付いた蓋で密閉した。水収容容器2には水を50g注入して、図1に示すように水素発生物質収容容器1及び水収容容器2を脱着部3に接続した。
First, 21 g of aluminum powder having an average particle diameter of 6 μm as a hydrogen generating substance and 3.5 g of calcium oxide as a heat generating substance are put into the hydrogen generating
気液分離部7は、20×20×5mmのアルミニウム製の水分離容器7aに、水素導入管7b、水素排出管7c及び水回収管7dとして、内径2mm、外径3mmのアルミニウム管を取り付けて構成した。気液分離部7と水収容容器2とは、鉛直方向に対して同じ高さ(水平位置)に設置した。
The gas-
次に、ポンプ5を用いて1.1g/minの水量で水収容容器2から水素発生物質収容容器1へ水を供給し続けた。
Next, water was continuously supplied from the
水を供給した直後から水素が発生して、急激に水素発生速度及び水素発生物質収容容器1の表面温度が上昇した。約10分後には、水素発生速度及び水素発生物質収容容器1の表面温度は一定となり、約150ml/minの一定の水素発生速度で水素が発生した。
Hydrogen was generated immediately after the water was supplied, and the hydrogen generation rate and the surface temperature of the hydrogen generating
水素発生物質収容容器1からは水素と水との混合物が排出された。気液分離部7では水素と水とが分離され、水素は水素排出管7cより排出され、水は水分離容器7aの下部に貯留した。しかし、水収容容器2は水供給管2aから水が供給された体積分減圧になり、その負圧で水分離容器7aに貯留していた水を吸い込み、水収容容器2へ回収することができた。気液分離部7を水収容容器2と水平な位置に配置したが、水は気液分離部7に貯留することなく、定常的に水収容容器2へ回収された。
A mixture of hydrogen and water was discharged from the hydrogen generating
(実施例2)
図2及び図3に示した水素製造装置を用いて、実施例1と同様な手順で水素を製造した。本実施例の水素製造装置では、実施例1の水素製造装置において、気液分離部7に新たな水回収管7eを取り付け、さらにポンプ5と水素発生物質収容容器1の水供給管1bとの間に流路切り替えバルブ8を取り付けた。流路切り替えバルブ8は、ポンプ5と水供給管1bとが通じた状態(図2)、又はポンプ5と水回収管7eとが通じた状態(図3)を切り替えることができる。上記以外は、図1に示した水素製造装置と同じ構成の装置を用いた。
(Example 2)
Hydrogen was produced in the same procedure as in Example 1 using the hydrogen production apparatus shown in FIGS. In the hydrogen production apparatus of the present embodiment, in the hydrogen production apparatus of the first embodiment, a new
図2の状態で1時間水を供給し続けて、水素を発生させた後、図3の状態に流路切り替えバルブ8を切り替え、かつポンプ5を逆流させた。図3の状態にして水の供給を停止した後も、水素と水との混合物が気液分離部7へ流入した。水素は水素排出管7cから排出され、水は水分離容器7aの下部に貯留した。貯留した水は水回収管7eから流路切り替えバルブ8、ポンプ5、水供給管2aを通して、水収容容器2へ回収できた。5分後、水素と水との混合物の排出が見られなくなったので、ポンプ5を停止した。
After continuing to supply water for 1 hour in the state of FIG. 2 to generate hydrogen, the flow path switching valve 8 was switched to the state of FIG. 3 and the
(比較例1)
水収容容器2の上部に大気と通じた穴を設けた以外は、図1と同じ構成の装置を用い、実施例1と同様にして水素を製造した。その結果、実施例1と同様に水素が発生した。しかし、比較例1の装置では水収容容器2の内部が減圧にならず、水分離容器7aに貯留した水は水収容容器2へ戻ることはなかった。そのまま水素発生を続けていくと、水分離容器7aに貯留した水が水素排出管7cより溢れ出した。
(Comparative Example 1)
Hydrogen was produced in the same manner as in Example 1 using an apparatus having the same configuration as in FIG. 1 except that a hole communicating with the atmosphere was provided in the upper part of the
(参考例)
実施例1の水素製造装置を用いて、実施例1と同様にして水素を1時間発生させた。その後、ポンプ5を停止した。ポンプ5を停止させた後も、水素と水との混合物が気液分離部7へ流入した。水の供給を停止しているため、水収容容器2の内部の圧力が減少せず、水分離容器7aに貯留した水は水収容容器2へ戻らなかった。3分後、水分離容器7aに貯留した水が水素排出管7cより溢れ出した。
(Reference example)
Using the hydrogen production apparatus of Example 1, hydrogen was generated for 1 hour in the same manner as in Example 1. Thereafter, the
以上のように本発明によれば、簡便でかつ効率よく水素を製造し得る水素製造装置とその水素製造装置を水素供給源とする燃料電池を提供することができる。 As described above, according to the present invention, it is possible to provide a hydrogen production apparatus capable of producing hydrogen simply and efficiently, and a fuel cell using the hydrogen production apparatus as a hydrogen supply source.
1 水素発生物質収容容器
10 水素発生物質
1a 水素導出管
1b 水供給管
2 水収容容器
20 水
2a 水供給管
2b 水回収管
3 脱着部
4 保温材
5 ポンプ
6 冷却部
7 気液分離部
7a 水分離容器
7b 水素導入管
7c 水素排出管
7d、7e 水回収管
8 流路切り替えバルブ
DESCRIPTION OF
Claims (10)
水を収容する水収容容器と、
前記水収容容器から前記水素発生物質収容容器へ水を供給するための水供給部と、
前記水素発生物質収容容器から水素を導出するための水素導出部と、
前記水素発生物質収容容器から排出された水素と水とを含む混合物から水を分離するための気液分離部と、
前記気液分離部で分離された水を前記水収容容器に回収するための水回収部とを含む水素製造装置であって、
前記水収容容器は、不撓性を有すると共に、前記水素発生物質収容容器へ水を供給すると前記水収容容器の内部が減圧されるように密閉されており、
前記水回収部は、前記水収容容器が減圧されることにより、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収することを特徴とする水素製造装置。 A hydrogen generating substance storage container for storing a hydrogen generating substance;
A water container for containing water;
A water supply unit for supplying water from the water container to the hydrogen generating substance container;
A hydrogen lead-out part for leading out hydrogen from the hydrogen generating substance storage container;
A gas-liquid separation unit for separating water from a mixture containing hydrogen and water discharged from the hydrogen generating substance storage container;
A hydrogen production device including a water recovery unit for recovering water separated in the gas-liquid separation unit in the water storage container,
The water storage container has inflexibility and is sealed so that the inside of the water storage container is depressurized when water is supplied to the hydrogen generating substance storage container.
The said water collection | recovery part attracts | sucks water from the said gas-liquid separation part, and collects water to the said water storage container, when the said water storage container is pressure-reduced, The hydrogen production apparatus characterized by the above-mentioned.
前記第1水回収部は、前記水収容容器が減圧されることにより、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収し、
前記第2水回収部は、前記水収容容器が非減圧状態において、前記気液分離部から水を吸引して、前記水収容容器へ水を回収する請求項1に記載の水素製造装置。 The water recovery unit includes a first water recovery unit and a second water recovery unit,
The first water recovery unit sucks water from the gas-liquid separation unit when the water storage container is depressurized, and recovers water to the water storage container.
2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the second water recovery unit sucks water from the gas-liquid separation unit and recovers water to the water storage container when the water storage container is in a non-depressurized state.
前記水素発生物質は、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム及びこれらの1種以上の金属元素を主体とする合金よりなる群から選択される少なくとも1種の金属である請求項1〜6のいずれかに記載の水素製造装置。 The hydrogen generating substance storage container stores a hydrogen generating substance,
The hydrogen generating material is at least one metal selected from the group consisting of aluminum, silicon, zinc, magnesium, and an alloy mainly composed of one or more of these metal elements. The hydrogen production apparatus as described.
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