JP2010138983A

JP2010138983A - 気体水素発生装置及び燃料電池

Info

Publication number: JP2010138983A
Application number: JP2008315013A
Authority: JP
Inventors: Kenji Nakamichi; 憲治中道
Original assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24
Anticipated expiration: 2028-12-10
Also published as: JP5308138B2

Abstract

【課題】気体水素の発生の際における侵入熱を低減し、かつ必要なときに気体水素の取出しが可能な水素発生装置を提供する。
【解決手段】水素発生装置１０Ａは、内部に液体水素１２を貯留する断熱真空槽１１と、前記液体水素１２内に浸漬された誘電体１４と、前記誘電体１４に対してマイクロ波を発生し、マイクロ波と誘電体１４との相互作用によって、液体水素１２を気化させて気体水素１５を得るマイクロ波送・受信器１３とを具備する。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体水素から効率よく気体水素を得ることができる気体水素発生装置及び燃料電池に関する。

近年、燃料電池の出力増加にともなって、燃料である水素を液体水素タンクから取り出す量も増加している。特に、液体水素を用い、必要に応じて気化させて、気体水素を燃料とした移動体駆動用の燃料電池が提案されている。

図６に従来の気体水素を得る気体水素発生装置の一例を示す。
図６に示すように、断熱真空槽１０１内の液体水素１０２をガス化するガス化用ヒータ１１０が、液体水素１０２内に浸漬されており、前記液体水素１０２に直接接触させ、液体水素１０２を加熱して、気体水素１０５を燃料電池１２０に送り込む方式が適用されている。

また、光エネルギーを用いた光ヒータで液化ガスをガス化する方法が採用されている（特許文献１）。

特開平０８−１７８１８７号公報

しかしながら、いずれのヒータ加熱方式では、液体水素１０２を蒸発させる量が増えると、ガス化用ヒータ１１０のサイズが大きくなるが、その結果、気体水素１０５を取り出す必要のないときに、前記ガス化用ヒータ１１０から液体水素１０２への侵入熱１１１が増加し、蒸発量が増え、この結果効率的な気体水素１０５の取出しができない、という課題があった。

よって、気体水素の発生の際における侵入熱を低減し、かつ必要なときに気体水素の取出しが可能な水素発生装置の出現が切望されている。

本発明は、前記問題に鑑み、気体水素の際における侵入熱を低減し、かつ必要なときに気体水素の取出しが可能な水素発生装置を提供することを課題とする。

上述した課題を解決するための本発明の第１の発明は、内部に液体水素を貯留する断熱真空槽と、前記液体水素内に浸漬された誘電体と、前記誘電体に対してマイクロ波を発生して、液体水素を気化させて気体水素を得るマイクロ波送・受信器とを具備することを特徴とする気体水素発生装置にある。

第２の発明は、第１の発明において、前記誘電体の材料が、誘電損失が液体水素と比較して大きいものであることを特徴とする気体水素発生装置にある。

第３の発明は、第１又は２の発明において、前記誘電体の形状の接液面積が大きいものであることを特徴とする気体水素発生装置にある。

第４の発明は、第１乃至第３のいずれか一つの発明において、前記マイクロ波発生器の送信部にホーンアンテナを有することを特徴とする気体水素発生装置にある。

第５の発明は、第１乃至第４のいずれか一つの発明において、内部の圧力を監視する圧力モニタ計を有することを特徴とする気体水素発生装置にある。

第６の発明は、第１乃至第５のいずれか一つの発明において、液体水素内の温度分布を監視する温度計を複数有することを特徴とする気体水素発生装置にある。

第７の発明は、第１乃至６のいずれか一つの気体水素発生装置を備えたことを特徴とする燃料電池にある。

本発明によれば、気体水素の発生の際に、マイクロ加熱によって浸漬された誘電体を加熱することで、液体水素に非接触で加熱することができ、ガス化の必要のないときは液体水素に直接加熱用構造体である誘電体からの侵入熱はないものとなる。

以下、この発明につき図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、あるいは実質的に同一のものが含まれる。

本発明による実施例に係る水素発生装置について、図面を参照して説明する。
図１は、実施例１に係る水素発生装置図である。
図１に示すように、実施例１に係る水素発生装置１０Ａは、内部に液体水素１２を貯留する断熱真空槽１１と、前記液体水素１２内に浸漬された誘電体１４と、前記誘電体１４に対してマイクロ波を発生し、マイクロ波と誘電体との相互作用によって、液体水素１２を気化させて気体水素１５を得るマイクロ波送・受信器１３とを具備するものである。図１中、前記マイクロ波送・受信器１３は、送信部１３ａでマイクロ波を送信し、受信部１３ｂでマイクロ波を受信し、その利用効率を確認しており、図示しない出力調整部でその出力調整を行うようにしている。ここで、マイクロ波の周波数としては、特に限定されるものではないが、例えば１〜１０ＧＨｚ等のギガヘルツ帯の周波数のものを用いればよい。

実施例１では、浸漬した誘電体１４に外部からマイクロ波１６を照射し、加熱された誘電体１４により、液体水素がガス化して、気体水素１５を得ることができる。

ここで、前記誘電体１４の材料としては、誘電損失が液体水素と比較して大きいものであることが望ましい。この前記誘電体１４の材料としては、誘電損失が液体水素と比較して大きいものとは、誘電正接(tanδ）の大きいものが誘電損失の大きい樹脂材料を用いることが好ましい。
この誘電損失の大きい樹脂材料としては、例えば芳香族ポリアミド系樹脂、ポリエチレンテレフタート系樹脂等を例示することができる。
前記ポリイミドは、誘電正接(tanδ）の大きいものであり、tanδが１×(１０^-３〜^１０-２）であるが、これに対し、例えばポリエチレン、ポリスチレン、ポリテトラフロロエチレン等の樹脂は、tanδが１×１０^-4と小さいものとなり、好ましくないものとなる。

本発明においては、マイクロ波の照射構造は、液体水素１２に対して、非接触であり、誘電体１４は液体水素１２に浸漬されているので、ガス化する必要のあるときのみ誘電体１４を加熱し、ガス化の必要のないときは液体水素１２に直接加熱用構造物からの侵入熱はない。よって、従来のようなヒータ等のように水素取り出し量が増大する結果、浸入熱が大きくなることがないので、気体水素１５を取り出す必要のないときに、侵入熱が増加し、蒸発量が増えるようなことが解消される。

すなわち、外部からマイクロ波１６を用いて非接触状態で加熱される誘電体１４は、液体水素１２中に外部と遮断された形で存在しているので、従来のヒータのような外部と内部とがつながっていることがなく、ガス化の必要がない場合における浸入熱による液体水素の気化が行われることがなくなり、効率的な気体水素１５の取出しを行うことができる。

本発明による実施例に係る水素発生装置について、図面を参照して説明する。
図２は、実施例２に係る水素発生装置図である。なお、図１に示す水素発生装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図２に示すように、実施例２に係る水素発生装置１０Ｂは、誘電体１４Ａの形状を例えばフィン形状として、その接液面積を大きいものとして、熱交換効率を増大するようにしている。なお、本実施例では、誘電体の形状をフィン形状の誘電体１４Ａとしてるが、本発明はこれに限定されるものではなく、接液面積の大きな形状のものであればいずれのものであってもよい。

このような形状とすることで、接液面積が大きくなり、その結果、伝熱面積を拡大することとなり、気体水素１５の発生量が大きなものとなる。

本発明による実施例に係る水素発生装置について、図面を参照して説明する。
図３は、実施例３に係る水素発生装置図である。なお、図１に示す水素発生装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図３に示すように、実施例３に係る水素発生装置１０Ｃは、実施例１の装置において、さらにマイクロ波送・受信器１３の送信部１３ａにホーンアンテナ２１を有するものである。

このように、送信部１３ａにホーンアンテナ２１を有することにより、誘電体１４Ａへ対してのマイクロ波１６の指向性が向上し、マイクロ波の分散を防止し、誘電体１４Ａに対しての加熱を効率的に行うことができる。

本発明による実施例に係る水素発生装置について、図面を参照して説明する。
図４は、実施例４に係る水素発生装置図である。なお、図１に示す水素発生装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図４に示すように、実施例４に係る水素発生装置１０Ｄは、断熱真空槽１１内部の圧力を監視する圧力モニタ計２２を有するものである。

本実施例では、マイクロ波１６の出力を断熱真空槽１１内の内圧を圧力モニタ計２２でモニタしてコントロールすることにより、マイクロ波１６の出力を出力調整部１３ｃで適切に制御することができ、この結果、断熱真空槽１１内の内圧の過上昇を防止することできる。これにより安定した気体水素のガス化を行うことができる。

本発明による実施例に係る水素発生装置について、図面を参照して説明する。
図５は、実施例５に係る水素発生装置図である。なお、図１に示す水素発生装置の構成部材と同一の部材については、同一符号を付してその説明は省略する。
図５に示すように、実施例４に係る水素発生装置１０Ｅは、断熱真空槽１１内部の液体水素１２内の温度分布を監視する複数（本実施例では３ヶ）の第１〜３の温度計２３−１〜２３−３を有するものである。

これにより、断熱真空槽１１内の深さ方向の温度分布を第１〜第３の温度計２３−１〜２３−３で計測し、タンク内温度の深さ方向における局所的な温度上昇を防止することができる。
すなわち、液体水素の比重は７０ｋｇ／ｍ³であり、水の１／１０であるので、断熱真空槽１１の深さ方向の温度分布のバラツキがあるような場合に発生する液体水素の局所的なフラッシュを防止するようにしている。

また、温度分布にバラツキがあるような場合には、必要に応じて撹拌モータＭの回転を調整して、撹拌翼２４で効率的に撹拌させ、一様に温度を上昇させ、内部における局所的な温度分布のムラを防止するようにしている。なお、常時撹拌翼２４を回転させておき、必要に応じてさらに撹拌回数を調整するようにしてもよい。

本発明では、以上の実施例１乃至５の装置を適宜組み合わせて、さらに効率的な気体水素１５の発生を促進させることができる。

よって、水素発生装置を有する燃料電池とすることで、効率的な水素供給が可能となり、発電効率が向上した例えば車載用の燃料電池システムを提供することができる。

以上のように、本発明に係る気体水素発生装置によれば、マイクロ加熱によって浸漬された誘電体を加熱することで、液体水素に非接触で加熱することができ、ガス化の必要のないときは液体水素に直接加熱用構造体である誘電体からの侵入熱はなく、燃料電池システムに用いて適している。

実施例１に係る気体水素発生装置の概略図である。実施例２に係る気体水素発生装置の概略図である。実施例３に係る気体水素発生装置の概略図である。実施例４に係る気体水素発生装置の概略図である。実施例５に係る気体水素発生装置の概略図である。従来技術に係る気体水素発生装置の概略図である。

符号の説明

１０Ａ〜１０Ｅ水素発生装置
１１断熱真空槽
１２液体水素
１３マイクロ波送・受信器
１４誘電体

Claims

内部に液体水素を貯留する断熱真空槽と、
前記液体水素内に浸漬された誘電体と、
前記誘電体に対してマイクロ波を発生して、液体水素を気化させて気体水素を得るマイクロ波送・受信器とを具備することを特徴とする気体水素発生装置。
請求項１において、
前記誘電体の材料が、誘電損失が液体水素と比較して大きいものであることを特徴とする気体水素発生装置。
請求項１又は２において、
前記誘電体の形状の接液面積が大きいものであることを特徴とする気体水素発生装置。
請求項１乃至３のいずれか一つにおいて、
前記マイクロ波発生器の送信部にホーンアンテナを有することを特徴とする気体水素発生装置。
請求項１乃至４のいずれか一つにおいて、
内部の圧力を監視する圧力モニタ計を有することを特徴とする気体水素発生装置。
請求項１乃至５のいずれか一つにおいて、
液体水素内の温度分布を監視する温度計を複数有することを特徴とする気体水素発生装置。
請求項１乃至６のいずれか一つの気体水素発生装置を備えたことを特徴とする燃料電池。