JP2011140420A

JP2011140420A - 水素発生装置及び燃料電池システム

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Publication number: JP2011140420A
Application number: JP2010002398A
Authority: JP
Inventors: Kazutaka Yuzurihara; 一貴譲原; Fumiharu Iwasaki; 文晴岩崎; Toru Ozaki; 徹尾崎; Takamasa Yanase; 考応柳▲瀬▼; Noboru Ishizone; 昇石曽根
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2010-01-07
Filing date: 2010-01-07
Publication date: 2011-07-21
Anticipated expiration: 2030-01-07
Also published as: JP5574323B2

Abstract

【課題】水素発生物質を反応室の雰囲気から遮断すると共に、水素を発生させた際には必要な水素を反応室に流通させる。
【解決手段】フィルム状の弾性膜８により水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断すると共に、水素の発生に伴う発生圧力の上昇により弾性膜８を破壊させ、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止し、必要な時に水素を反応室３に流通させる。
【選択図】図１

Description

本発明は水素発生装置及び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。

水素ガスを燃料とする場合の水素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を加水分解する方法が知られている。ケミカルハイドライドとして、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がある。

金属水素化物を加水分解して水素を得る場合、加水分解により生成される生成物は水和性を有するため、反応式で理論上必要とされる量よりも多量の水が必要となり、水を供給するためのスペースが多くなってしまう。このため、金属水素化物を微粉化し、微粉化した金属水素化物に水蒸気を反応させることで、水素を発生させる技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、必要最小限の量の水により水素を発生させて無駄な水の供給をなくすことができる。

しかし、金属水素化物を微粉化する装置及び水蒸気を発生させる装置、微粉化した金属水素化物及び水蒸気を供給する機構が必要であり、構造が複雑になって大型化が避けられない技術であった。また、水蒸気と反応する前の金属水素化物に対して外部の水分が接触する虞があり、水素を必要としない場合にも水素が発生してしまうことがあった。

特開２００２−１３７９０３号公報

本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、未使用時の水素発生物質が外部の水分に接触することがない水素発生装置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、未使用時の水素発生物質が外部の水分に接触することがない水素発生装置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請求項１に係る本発明の水素発生装置は、反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質が収容される反応室と、前記反応室に設けられ前記反応室の前記水素発生物質に前記反応用溶液を送液する送液手段と、前記反応室に連通して設けられ生成された水素を水素供給部側に排出する排出手段と、前記水素発生物質を前記反応室の雰囲気から遮断すると共に水素の発生に応じて前記排出手段が連通する部位の前記反応室内に水素が流通自在とされる隔壁部材とを備えたことを特徴とする。

請求項１に係る本発明では、隔壁部材により水素発生物質が反応室の雰囲気から遮断されるので、未使用時の水素発生物質が反応室の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがなくなり、必要な時以外に水素が発生することを防止することができる。このため、水素発生物質と水との不測の混合による水素発生がなくなり、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させることができる。

また、作成された反応室に多少の水分が残留していても隔壁部材により未使用の水素発生物質との反応が生じることがないので、反応室を完全に乾燥させる等の工程が不要となり、機器の作成工程を簡素化することができる。

そして、請求項２に係る本発明の水素発生装置は、請求項１に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う圧力上昇により前記反応室内に水素が流通する状態にされることを特徴とする。

請求項２に係る本発明では、隔壁部材は、水素の発生に伴って隔壁部材で囲まれた部位の雰囲気の圧力が上昇して水素が流通する状態にされるので、水素が所要量発生するまで水素発生物質を反応室の雰囲気から遮断することができ、必要量の水素だけを反応室で発生させることができる。

また、請求項３に係る本発明の水素発生装置は、請求項２に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う圧力上昇により破壊されることを特徴とする。

請求項３に係る本発明では、水素の発生に伴って隔壁部材が破壊されて水素が流通する状態にされるので、水素が所要量発生するまで水素発生物質を反応室の雰囲気から確実に遮断することができる。

また、請求項４に係る本発明の水素発生装置は、請求項３に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、弾性部材で形成されていることを特徴とし、請求項５に係る本発明の水素発生装置は、請求項３に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、弾性率の異なる少なくとも２種類の部材で形成されていることを特徴とする。

請求項４及び請求項５に係る本発明では、簡単な構造で隔壁部材を設けることができる。

また、請求項６に係る本発明の水素発生装置は、請求項４もしくは請求項５に記載の水素発生装置において、前記水素の発生に伴う圧力上昇により前記隔壁部材に相対的に押し付けられて破壊を促進する破壊促進部材を備えたことを特徴とする。

請求項６に係る本発明では、水素が発生した際に破壊促進部材が隔壁部材に相対的に押し付けられて破壊が促進されるので、反応室内に水素を確実に流通させることができる。隔壁部材としてフィルム状の弾性部材を用いた場合、反応室に破壊促進部材として針を固定することにより、水素の発生圧力によるフィルム状の弾性部材の膨張に応じて針が刺さり、弾性部材を容易に破壊して反応室内に水素を流通させることができる。

また、請求項７に係る本発明の水素発生装置は、請求項３に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、剛性部材で形成されていることを特徴とし、請求項８に係る本発明の水素発生装置は、請求項７に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、開口を有する本体と、前記開口に嵌合され前記水素の発生圧力により前記開口に対する嵌合状態が解除される蓋部材とからなることを特徴とし、請求項９に係る本発明の水素発生装置は、請求項７に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、開口を有する本体と、前記開口に接合され前記水素の発生圧力により前記開口に対する接合状態が解除される蓋部材とからなることを特徴とし、請求項１０に係る本発明の水素発生装置は、請求項７に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、剛性部材の壁面に切欠きが形成されていることを特徴する。

請求項７から請求項１０に係る本発明では、簡単な構造で隔壁部材を設けることができる。

また、請求項１１に係る本発明の水素発生装置は、請求項１に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う反応熱により前記反応室内に水素が流通する状態にされることを特徴とする。

請求項１１に係る本発明では、水素の発生に伴う反応熱により隔壁部材による遮断が解放されて水素が流通する状態にされるので、水素が所要量発生するまで水素発生物質を反応室の雰囲気から遮断し、必要時には水素を確実に反応室に流通させることができる。

また、請求項１２に係る本発明の水素発生装置は、請求項１１に記載の水素発生装置において、前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う反応熱により前記隔壁部材が開放される開放手段を有することを特徴とする。

請求項１２に係る本発明では、水素の発生に伴う反応熱により隔壁部材の開放手段を開放し、水素が発生した状態で水素を確実に流通させることができる。

また、請求項１３に係る本発明の水素発生装置は、請求項１２に記載の水素発生装置において、前記開放手段は、前記反応熱により前記隔壁部材が開放される開閉部材であることを特徴とする。

請求項１３に係る本発明では、開閉部材により隔壁部材を開放して水素を反応室に流通させることができる。隔壁部材を開閉する開閉部材としては、熱により移動体を移動させることにより隔壁部材を開閉したり、熱変形により自身の形状を変化させて隔壁部材を開閉する部材が適用可能である。

また、請求項１４に係る本発明の水素発生装置は、請求項１３に記載の水素発生装置において、前記開閉部材は、前記隔壁部材を閉じる弁体と、前記弁体に設けられ前記反応熱により変形することで前記弁体を開弁させる熱変位部材とからなることを特徴とする。

請求項１４に係る本発明では、弁体により隔壁部材を開放して水素を反応室に流通させることができる。

また、請求項１５に係る本発明の水素発生装置は、請求項１４に記載の水素発生装置において、前記熱変位部材は、熱膨張率が異なる異種金属を張り合わせたバイメタルであることを特徴とする。

請求項１５に係る本発明では、バイメタルにより弁体を動作させて隔壁部材を開放することで水素を反応室に流通させることができる。バイメタルで弁体を開弁さる場合、繰り返し弁体を使用することができる。

また、請求項１６に係る本発明の水素発生装置は、請求項１２に記載の水素発生装置において、前記開放手段は、前記隔壁部材の一部に形成された被溶解部と、前記被溶解部に接触して配され前記反応熱が伝わることで前記被溶解部を溶かす熱伝導部材とからなることを特徴とする。

請求項１６に係る本発明では、熱伝導部材により被溶解部を溶かして隔壁部材を開放し、水素を反応室に流通させることができる。

また、請求項１７に係る本発明の水素発生装置は、請求項１２に記載の水素発生装置において、前記開放手段は、前記反応熱で接着力が失われる接着剤により前記隔壁部材が前記反応室に接着されていることを特徴とする。

請求項１７に係る本発明では、水素の発生に伴う反応熱により接着剤の接着力を失わせて隔壁部材の接着をなくし、水素が発生した状態で水素を反応室に流通させることができる。

上記目的を達成するための請求項１８に係る本発明の燃料電池システムは、請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記排出路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が燃料極に供給されることを特徴とする。

請求項１８に係る本発明では、未使用時の水素発生物質が反応室の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがなくなり、必要な時以外に水素が発生することを防止することができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。

本発明の水素発生装置は、未使用時の水素発生物質が外部の水分に接触することがない水素発生装置とすることが可能になる。

また、本発明の燃料電池システムは、未使用時の水素発生物質が外部の水分に接触することがない水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。

本発明の第１実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第１実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第２実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第２実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第３実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第３実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第４実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第４実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第５実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第５実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第６実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第６実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第７実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第７実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第８実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第８実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第９実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の第９実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体構成図である。

図１、図２に基づいて水素発生装置の第１実施例を説明する。

図１には水素発生前の状態の第１実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図２には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第１実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。

水素発生装置１は反応容器２を備え、反応容器２の内部が反応室３とされている。反応室３には保持部材４が設けられ、保持部材４には水素発生物質（例えば、金属水素化物）５が保持されている。反応容器２には送液手段としての溶液流入路６が設けられ、溶液流入路６は保持部材４に接続されている。図示しない溶液容器からの反応用溶液が溶液流入路６を通して水素発生物質５に送液され、水素の発生反応が生じて水素が生成される。

水素発生物質としては、例えば、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。反応用溶液である水素発生触媒としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。

反応容器２には排出手段としての排出路７が接続され、生成された水素は排出路７から図示しない水素消費部に供給される。図示しない反応用溶液貯蔵用の容器から溶液流入路６への反応用溶液の送液は、溶液送液手段により送液と停止が制御されて行われる。

反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆うフィルム状の弾性膜８が設けられている。弾性膜８により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

このため、溶液流入路６から反応用溶液が送液された時以外（必要な時以外）に水素が発生することを防止することができ、水素発生物質５と水との不測の混合による水素発生がなくなる。また、弾性膜８はフィルム状となっているので、水素発生物質５を覆うためのスペースが必要なく、反応室３の雰囲気と遮断するための空間を最小限にすることができる。

反応容器２の反応室３には破壊促進部材としての針９がフレーム１０を介して取り付けられ、針９は弾性膜８に針先が向けられている。弾性膜８が膨らんだ際に針９は相対的に弾性膜８に押し付けられ、針９により弾性膜８の破壊が促進される。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。弾性膜８の内部で水素が発生すると内部の圧力が上昇して弾性膜８が膨張して膨らみ、図２に示すように、針９により弾性膜８が相対的に押し付けられて破壊する。これにより、水素発生物質５と反応用溶液との接触により生成された水素が反応室３に放出される。

第１実施例の水素発生装置１では、フィルム状の弾性膜８により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、遮断のための空間を最小限にして未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う発生圧力の上昇により弾性膜８が膨張して針９で破壊されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３に流通させることができる。この結果、極めて簡単な構造の弾性膜８により、水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。

また、反応容器２を作成する際に反応室３に多少の水分が残留していても、即ち、乾燥工程を厳格に実施しなくても、弾性膜８により未使用の水素発生物質５と残留する水分とが接触して不必要な水素が発生することがない。このため、反応容器２を作成する工程での水分処理（乾燥）を簡素化（削除）することができ、機器の作成の工数削減を図ることが可能になる。

図３、図４に基づいて水素発生装置の第２実施例を説明する。

図３には水素発生前の状態の第２実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図４には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第２実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置１１は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う樹脂製の隔壁１２が設けられている。隔壁１２の壁面には開口１３が形成され、開口１３にはフィルム状の弾性膜材１４が設けられている。即ち、隔壁部材は弾性率の異なる２種類の部材で構成されている。弾性膜材１４を備えた隔壁１２により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

このため、溶液流入路６から反応用溶液が送液された時以外（必要な時以外）に水素が発生することを防止することができ、水素発生物質５と水との不測の混合による水素発生がなくなる。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。弾性膜材１４を備えた隔壁１２の内部で水素が発生すると内部の圧力が上昇して弾性膜材１４が膨張して膨らみ、図４に示すように、弾性膜材１４が破壊する。これにより、水素発生物質５と反応用溶液との接触により生成された水素が開口１３から反応室３に放出される。

第２実施例の水素発生装置１１では、弾性膜材１４を備えた隔壁１２により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う発生圧力の上昇により、弾性膜材１４が膨張して破壊されて開口１３から水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３の内部に流通させることができる。この結果、簡単な構造の隔壁１２及び弾性膜材１４により水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。

尚、第１実施例と同様に、弾性膜材１４に対向して針を設けることも可能である。

図５、図６に基づいて水素発生装置の第３実施例を説明する。

図５には水素発生前の状態の第３実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図６には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第３実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置１５は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う剛性部材としての樹脂製の隔壁箱１６が設けられている。隔壁箱１６は一端（図中右端）が開口し、開口には蓋部材としての樹脂製の嵌合蓋１７が被せられて嵌合蓋１７が隔壁箱１６に嵌合している。嵌合蓋１７が嵌合された隔壁箱１６により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。隔壁箱１６の嵌合蓋１７は、水素の発生圧力により嵌合状態が解除される。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。嵌合蓋１７が嵌合された隔壁箱１６の内部で水素が発生すると、内部の圧力が上昇して嵌合蓋１７の嵌合状態が解除され、図６に示すように、隔壁箱１６から嵌合蓋１７が外れる。これにより、水素発生物質５と反応用溶液との接触により生成された水素が隔壁箱１６の開口から反応室３に放出される。

第３実施例の水素発生装置１５では、嵌合蓋１７が嵌合された隔壁箱１６により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う発生圧力の上昇により、隔壁箱１６から嵌合蓋１７が外れて開口から水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３の内部に流通させることができる。この結果、極めて簡単な構造の隔壁箱１６により水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。また、使い捨ての部材がなく、嵌合蓋１７を備えた隔壁箱１６を繰り返して使用することができる。

尚、上記実施例では、一端が開口する隔壁箱１６を用い、開口の部位に嵌合蓋１７を嵌合した例を挙げて説明したが、開口がない隔壁箱の壁面の一部に孔部を形成し、形成された孔部に同一形状の蓋部材を嵌合する構成にすることも可能である。

図７、図８に基づいて水素発生装置の第４実施例を説明する。

図７には水素発生前の状態の第４実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図８には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第４実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例及び第３実施例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。

図に示すように、水素発生装置１８は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う剛性部材としての樹脂製の隔壁箱１６が設けられている。隔壁箱１６は一端（図中右端）が開口し、隔壁箱１６の開口の縁部には蓋部材としての樹脂製の蓋板１９が接着剤１９ａで接着（接合）され、開口が蓋板１９で覆われている。隔壁箱１６に接着された蓋板１９は、水素の発生圧力により接着状態が解除される。蓋板１９が接着された隔壁箱１６により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。蓋板１９が接着された隔壁箱１６の内部で水素が発生すると、内部の圧力が上昇して蓋板１９の接着状態が解除され、図８に示すように、隔壁箱１６から蓋板１９が外れる。これにより、水素発生物質５と反応用溶液との接触により生成された水素が隔壁箱１６の開口から反応室３に放出される。

第４実施例の水素発生装置１８では、蓋板１９が接着された隔壁箱１６により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う発生圧力の上昇により、隔壁箱１６から蓋板１９が外れて開口から水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３の内部に流通させることができる。この結果、極めて簡単な構造の隔壁箱１６により水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。また、使い捨ての部材がなく、接着剤１９ａで蓋板１９を隔壁箱１６に再度接着することにより繰り返して使用することができる。

尚、上記実施例では、一端が開口する隔壁箱１６を用い、開口の部位に蓋板１９を接着した例を挙げて説明したが、開口がない隔壁箱の壁面の一部に孔部を形成し、形成された孔部に蓋部材を接着する構成にすることも可能である。

図９、図１０に基づいて水素発生装置の第５実施例を説明する。

図９には水素発生前の状態の第５実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図１０には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第５実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置２１は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う剛性部材としての樹脂製の隔壁２２（隔壁部材）が設けられ、隔壁２２の壁面には切欠き２３が形成されている。隔壁２２により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。隔壁２２の内部で水素が発生すると隔壁２２の内部の圧力が上昇し、内部の圧力が所定の圧力以上になると、図１０に示すように、切欠き２３の部位から隔壁２２が破断する。これにより、水素発生物質５と反応用溶液との接触により生成された水素が反応室３に放出される。

第５実施例の水素発生装置２１では、樹脂製の隔壁２２により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがなく、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う発生圧力の上昇により隔壁２２が破壊されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させて反応室３に流通させることができる。この結果、水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。

図１１、図１２に基づいて水素発生装置の第６実施例を説明する。

図１１には水素発生前の状態の第６実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図１２には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第６実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置２５は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う樹脂製の隔壁２６が設けられている。保持部材４寄りの隔壁２６の下側壁には開閉手段２７（開放手段）が設けられ、開閉手段２７は水素の発生に伴う反応熱により隔壁２６が開放されて水素が放出可能となる。開閉手段２７を備えた隔壁２６により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

開閉手段２７は、反応部に取り付けられる伝熱板２８を備え、伝熱板２８には熱変位部材としてのバイメタル２９の一端が取り付けられている。バイメタル２９は熱膨張率が異なる２種類の金属（異種金属）が張り合わされて形成され、反応熱により変形するようになっている。隔壁２６には弁孔３０が形成され、弁孔３０は弁体３１で閉じられている。弁体３１の弁軸部にはバイメタル２９の他端が接続され、バイメタル２９が変形した際に、図１２に示すように、弁体３１が下側に押し下げられて弁孔３０が開口（開弁）する。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。水素の発生による反応熱が伝熱板２８を通してバイメタル２９に伝わり、反応熱によりバイメタル２９が変形する。バイメタル２９が変形することにより弁体３１が下側に押し下げられ、隔壁２６の弁孔３０が開放され、生成された水素が弁孔３０から反応室３に放出される。

第６実施例の水素発生装置２５では、開閉手段２７を備えた隔壁２６により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う反応熱により隔壁２６の弁孔３０が開放されて弁孔３０から水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３に流通させることができる。この結果、水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に確実に流通させることができる。

また、バイメタル２９の変形により開弁される弁体３１により弁孔３０が開放されるので、使い捨ての部材がなく、開閉手段２７を備えた隔壁２６を繰り返して使用することができる。

図１３、図１４に基づいて水素発生装置の第７実施例を説明する。

図１３には水素発生前の状態の第７実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図１４には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第７実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置４１は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う樹脂製の隔壁４２が設けられている。保持部材４寄りの隔壁４２の下側壁には開放手段４３が設けられ、開放手段４３は水素の発生に伴う反応熱により隔壁４２が開放されて水素が放出可能となる。開放手段４３を備えた隔壁４２により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

開放手段４３は、反応部に取り付けられる伝熱部材４４を備えている。隔壁４２には弁孔４５が形成され、弁孔４５は弁部材４６で閉じられている。弁部材４６の弁軸４７は伝熱部材４４に接続支持され、弁孔４５を閉じた状態に保持されている。弁軸４７は熱により溶ける溶融材で形成され、水素の発生による反応熱が伝熱部材４４から伝わると、図１４に示すように、弁軸４７が溶けて弁部材４６が落下し、弁孔４５が開口（開弁）する。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。水素の発生による反応熱が伝熱部材４４を通して弁部材４６に伝わると、弁軸４７が溶けて弁部材４６が落下し、弁孔４５が開口する。隔壁４２が弁孔４５で開放され、生成された水素が弁孔４５から反応室３に放出される。

第７実施例の水素発生装置４１では、開放手段４３を備えた隔壁４２により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う反応熱により隔壁４２の弁孔４５が開口して弁孔４５から水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３に流通させることができる。この結果、簡素な弁部材４６を用いることで、水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。

尚、開放手段として、水素の発生に伴う反応熱により弁部材の座面が変形して弁孔４５を開閉させる構成を用いることも可能である。また、水素の発生に伴う反応熱により隔壁部材を開閉する機構としては、ワックスを感温容器内に密閉し、反応熱によりワックスが膨張収縮することを利用して開閉部材を動作させる構成を用いることも可能である。

図１５、図１６に基づいて水素発生装置の第８実施例を説明する。

図１５には水素発生前の状態の第８実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図１６には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第８実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置５１は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う樹脂製の隔壁５２が設けられている。保持部材４寄りの隔壁５２の下側壁には開放手段５３が設けられ、開放手段５３は水素の発生に伴う反応熱により隔壁５２が開放されて水素が放出可能となる。開放手段５３を備えた隔壁５２により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

開放手段５３は、反応部に取り付けられる伝熱部材５４を備えている。隔壁５２には開口部５５が形成され、開口部５５には熱により溶ける溶融部材５６が設けられている。溶融部材５６には伝熱部材５４の端部が接触して配され、水素の発生による反応熱が伝熱部材５４から溶融部材５６に伝わると、図１６に示すように、溶融部材５６が溶けて開口部５５が開口する。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。水素の発生による反応熱が伝熱部材５４を通して溶融部材５６に伝わると、溶融部材５６が溶けて開口部５５が開口し、隔壁５２が開放されて生成された水素が開口部５５から反応室３に放出される。

第８実施例の水素発生装置５１では、開放手段５３を備えた隔壁５２により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う反応熱により隔壁５２の開口部５５が開口して水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３に流通させることができる。この結果、複雑な機構を用いることなく、水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に流通させることができる。

図１７、図１８に基づいて水素発生装置の第９実施例を説明する。

図１７には水素発生前の状態の第９実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図１８には水素が発生した後に反応室に水素が流通している状態の第９実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成を示してある。尚、第１実施例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。

図に示すように、水素発生装置６１は反応容器２を備え、反応室３の保持部材４には水素発生物質５を覆う箱型の樹脂製の隔壁６２が取り付けられている。隔壁６２は熱により接着力が失われる接着剤６３により保持部材４の縁部（反応室）に接着されている。水素の発生に伴う反応熱により接着剤６３の接着力が失われ、図１８に示すように、隔壁６２が保持部材４から脱落し、隔壁６２の脱落により水素が放出可能となる。

接着剤６３で接着された隔壁６２により、水素発生物質５は反応室３の雰囲気から遮断され、未使用の水素発生物質５が反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）と接触することがない。

溶液流入路６を通して反応用溶液が水素発生物質５に送液されると、水素の発生反応が生じて水素が生成される。水素の発生による反応熱により接着剤６３の接着力が失われ、隔壁６２が保持部材４から脱落して水素が反応室３に放出される。

第９実施例の水素発生装置６１では、接着剤６３で保持部材４に接着された隔壁６２により水素発生物質５が反応室３の雰囲気から遮断されるので、未使用の水素発生物質５と反応室３の雰囲気中に存在する水（水蒸気）との接触をなくし、不測の混合による水素発生を防止することができる。

そして、水素の発生に伴う反応熱により接着剤６３の接着力が失われ、隔壁６２が脱落して水素が放出されるので、必要な時に必要な量の水素を的確に発生させ、発生させた水素を確実に反応室３に流通させることができる。この結果、極めて簡単な構成で、水素が所要量発生するまで水素発生物質５を反応室３の雰囲気から遮断できると共に、必要な水素を反応室３に確実に流通させることができる。

尚、上述した第２実施例の隔壁１２、第３、第４実施例の隔壁箱１６、第３実施例の嵌合蓋１７、第５実施例から第９実施例の隔壁２２、２６、４２、５２、６２は樹脂製の部材を用いた例を挙げて説明したが、金属製の部材を用いることも可能である。また、樹脂製の部材の内面に金属膜を形成したものを用いることも可能である。

図１９に基づいて本発明の燃料電池システムを説明する。図１９には本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体の状況を示してある。

図示の燃料電池システムは、図１、図２に示した第１実施例の水素発生装置１を燃料電池７０に接続したシステムである。即ち、燃料電池７０には燃料極室７２が備えられ、燃料極室７２は燃料電池セル７１の燃料極に接する空間を構成している。燃料極室７２には水素発生装置１の排出路７が接続されている。

また、水素発生装置１の溶液流入路６は溶液容器７３に接続され、溶液容器７３内の反応用溶液７４が溶液送液手段７５によって水素発生装置１に送られる。水素発生装置１で発生した水素は反応室３に放出された後、排出路７から燃料極室７２に送液され、燃料極での燃料電池反応で消費される。燃料極室７２の燃料極での水素の消費量は燃料電池７０の出力に応じて決定される。

上述した燃料電池設システムは、未使用時の水素発生物質５が外部の水分に接触することがない水素発生装置１を備えた燃料電池システムとなる。

尚、図示の燃料電池システムは第１実施例の水素発生装置１を用いた例を挙げて説明したが、本発明の燃料電池システムとしては、第２実施例から第９実施例の水素発生装置を用いることが可能である。

本発明は、水素発生装置の産業分野で利用することができる。

また、本発明は、水素発生装置を備えた燃料電池システムの産業分野で利用することができる。

１、１１、１５、１８、２１、２５、４１、５１、６１水素発生装置
２反応容器
３反応室
４保持部材
５水素発生物質
６溶液流入路
７排出路
８弾性膜
９針
１０フレーム
１２、２２、２６、４２、５２、６２隔壁
１３開口
１４弾性膜材
１６隔壁箱
１７嵌合蓋
１９蓋板
２３切欠き
２７開閉手段
２８伝熱板
２９バイメタル
３０、４５弁孔
３１弁体
４３、５３開放手段
４４、５４伝熱部材
４６弁部材
５５開口部
５６溶融部材
６３接着剤
７０燃料電池
７１燃料電池セル
７２燃料極室
７３溶液容器
７４反応用溶液

Claims

反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質が収容される反応室と、
前記反応室に設けられ前記反応室の前記水素発生物質に前記反応用溶液を送液する送液手段と、
前記反応室に連通して設けられ生成された水素を水素供給部側に排出する排出手段と、
前記水素発生物質を前記反応室の雰囲気から遮断すると共に水素の発生に応じて前記排出手段が連通する部位の前記反応室内に水素が流通自在とされる隔壁部材とを備えた
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う圧力上昇により前記反応室内に水素が流通する状態にされる
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項２に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う圧力上昇により破壊される
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項３に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、弾性部材で形成されている
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項３に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、弾性率の異なる少なくとも２種類の部材で形成されている
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項４もしくは請求項５に記載の水素発生装置において、
前記水素の発生に伴う圧力上昇により前記隔壁部材に相対的に押し付けられて破壊を促進する破壊促進部材を備えた
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項３に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、剛性部材で形成されている
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項７に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、
開口を有する本体と、前記開口に嵌合され前記水素の発生圧力により前記開口に対する嵌合状態が解除される蓋部材とからなる
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項７に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、
開口を有する本体と、前記開口に接合され前記水素の発生圧力により前記開口に対する接合状態が解除される蓋部材とからなる
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項７に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、剛性部材の壁面に切欠きが形成されている
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う反応熱により前記反応室内に水素が流通する状態にされる
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１１に記載の水素発生装置において、
前記隔壁部材は、前記水素の発生に伴う反応熱により前記隔壁部材が開放される開放手段を有する
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１２に記載の水素発生装置において、
前記開放手段は、前記反応熱により前記隔壁部材が開放される開閉部材である
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１３に記載の水素発生装置において、
前記開閉部材は、
前記隔壁部材を閉じる弁体と、
前記弁体に設けられ前記反応熱により変形することで前記弁体を開弁させる熱変位部材とからなる
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１４に記載の水素発生装置において、
前記熱変位部材は、熱膨張率が異なる異種金属を張り合わせたバイメタルである
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１２に記載の水素発生装置において、
前記開放手段は、
前記隔壁部材の一部に形成された被溶解部と、
前記被溶解部に接触して配され前記反応熱が伝わることで前記被溶解部を溶かす熱伝導部材とからなる
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１２に記載の水素発生装置において、
前記開放手段は、
前記反応熱で接着力が失われる接着剤により前記隔壁部材が前記反応室に接着されている
ことを特徴とする水素発生装置。
請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記排出路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が燃料極に供給されることを特徴とする燃料電池システム。