JP2019149313A - Fuel cell system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、低圧域の水素ガスをエネルギー源として発電を行う燃料電池システムにおいて、安定性と安全性を高める技術に関するものである。 The present invention relates to a technique for improving stability and safety in a fuel cell system that generates power using hydrogen gas in a low pressure region as an energy source.
近年、再生可能エネルギーによる発電が行われているが、電力出力が不安定であるという問題がある。また、災害時の非常用電源として、エンジン式発電機が多く用いられているが、騒音や排気ガスの問題がある。そこで、クリーンなエネルギー源として燃料電池が注目されている。
しかしながら、燃料電池を利用する場合には、水素ガスの供給源が必要になる。
従来の燃料電池自動車用の水素ステーションの場合、コンプレッサー（圧縮機）を用いて、蓄圧器に高圧水素ガスを予め充填させて、蓄圧器から燃料電池自動車に水素ガスを充填している（例えば、特許文献１を参照。）。
しかしながら、水素源として高圧ボンベを利用すると、危険性が高いため、法令規制により設置場所が制約されてしまうという問題がある。そのため、従来の水素ステーションでは、設置や運用のためのコストが高くなるという問題があった。
In recent years, power generation using renewable energy has been performed, but there is a problem that power output is unstable. In addition, an engine generator is often used as an emergency power source in the event of a disaster, but there are problems of noise and exhaust gas. Therefore, fuel cells are attracting attention as a clean energy source.
However, when a fuel cell is used, a hydrogen gas supply source is required.
In the case of a conventional hydrogen station for a fuel cell vehicle, a compressor (compressor) is used to pre-fill the accumulator with high-pressure hydrogen gas, and the accumulator is filled with hydrogen gas (for example, (See Patent Document 1).
However, when a high-pressure cylinder is used as a hydrogen source, there is a problem that the installation location is restricted by laws and regulations because of high risk. Therefore, the conventional hydrogen station has a problem that the cost for installation and operation becomes high.
低圧域の水素ガスを、必要となるその場所で発生させ、燃料電池に供給できれば、安全性と利便性を向上させることはできるが、水素ガスの発生には多大なコストがかかるという問題があった。 Safety and convenience can be improved if hydrogen gas in the low pressure region can be generated at the required location and supplied to the fuel cell, but there is a problem that the generation of hydrogen gas is very expensive. It was.
そこで、水とアルミニウムの反応を利用して水素をシート状のアルミニウムを水素発生材料として用いる水素製造装置が知られている（例えば、特許文献２を参照。）。これによれば、低コストで水素ガスを発生させることができる。
しかしながら、上記特許文献２に開示された水素製造装置では、安定的に水素を連続発生する点については十分な開示がされていないという問題がある。また、水素発生装置と燃料電池を一体として、利便性の高い燃料電池システムを提供するというものでもない。
Thus, a hydrogen production apparatus is known that uses hydrogen as a hydrogen-generating material by using a reaction between water and aluminum (see, for example, Patent Document 2). According to this, hydrogen gas can be generated at low cost.
However, the hydrogen production apparatus disclosed in Patent Document 2 has a problem in that it does not sufficiently disclose the point of stably continuously generating hydrogen. Moreover, it is not intended to provide a highly convenient fuel cell system by integrating the hydrogen generator and the fuel cell.
上記状況に鑑みて、本発明は、水素ガスを持続的、定量的に発生させ、利便性が高く、安全性が高い低圧域の水素ガスを安定的かつ安価に利用することが可能な燃料電池システムを提供することを目的とする。 In view of the above situation, the present invention provides a fuel cell capable of generating hydrogen gas continuously and quantitatively, and using hydrogen gas in a low-pressure range, which is highly convenient and highly safe, stably and inexpensively. The purpose is to provide a system.
上記課題を解決すべく、本発明の燃料電池システムは、低圧域の水素ガスを供給できる水素ガス供給手段および燃料電池ユニットを少なくとも備える燃料電池システムである。水素ガス供給手段は、水素ガス発生部と、発生した水素ガスを蓄積する蓄ガス部から構成される。水素ガス発生部は、アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の水溶液と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとを原材料とし、または、アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムと、水とを原材料とし、原材料を混合する反応容器と、水素ガス発生を持続的かつ定量的に行うために原材料の一部の供給を制御する供給制御機構と、反応容器を他の反応容器に交換する交換機構を有する。
本発明の燃料電池システムでは、水素ガス供給手段が、低圧域の水素ガスを供給できることにより安全性が向上する。ここで、低圧域の水素ガスとは、２ＭＰａ未満の水素ガスのことである。したがって、低圧域の水素ガスは、例えば１ＭＰａ未満の水素ガスでもよく、１ＭＰａ未満の低圧域の水素ガスを蓄える容器の場合は、高圧ガス保安法における圧力容器に該当しないため、同法による制約は受けないこととなる。
また、水素ガス供給手段に供給制御機構が設けられることにより、水素ガスを長時間、安定的に発生させることが可能となり、燃料電池ユニットを安定的に稼動することができる。
In order to solve the above problems, the fuel cell system of the present invention is a fuel cell system including at least a hydrogen gas supply means capable of supplying hydrogen gas in a low pressure region and a fuel cell unit. The hydrogen gas supply means includes a hydrogen gas generation part and a gas storage part that accumulates the generated hydrogen gas. The hydrogen gas generation part is made from an alkaline earth metal hydroxide or an aqueous solution of an alkali metal hydroxide and aluminum pieces or sheet-like aluminum, or an alkaline earth metal hydroxide or an alkali metal system. A reaction vessel that uses hydroxide, aluminum pieces or sheet-like aluminum, and water as raw materials and mixes the raw materials, and a supply that controls the supply of a part of the raw materials in order to continuously and quantitatively generate hydrogen gas It has a control mechanism and an exchange mechanism for exchanging the reaction vessel with another reaction vessel.
In the fuel cell system of the present invention, the hydrogen gas supply means can supply hydrogen gas in a low pressure region, thereby improving safety. Here, the low-pressure region hydrogen gas is a hydrogen gas of less than 2 MPa. Therefore, the hydrogen gas in the low pressure region may be, for example, hydrogen gas of less than 1 MPa, and in the case of a container that stores hydrogen gas in the low pressure region of less than 1 MPa, it does not fall under the pressure vessel in the High Pressure Gas Safety Law. It will not be received.
Further, by providing a supply control mechanism in the hydrogen gas supply means, hydrogen gas can be stably generated for a long time, and the fuel cell unit can be stably operated.
交換機構が設けられることにより、一方の反応容器における反応が終了した場合でも、燃料電池システムの稼動を止めることなく、残渣物の排出や、新たな原材料の反応容器への準備等を行うことができ、安定的に水素ガスを発生させることができる。
交換機構は、例えば、回転台に配置された反応容器を回転させて交換する仕様でもよいし、バルブを開閉することで切替えることでもよい。したがって、例えば、バルブを開閉する方式の交換機構である場合には、反応容器を交換するといった利用方法だけではなく、複数の反応容器を同時に利用して大量の水素ガスを発生させるといった利用方法も可能である。
By providing an exchange mechanism, even if the reaction in one reaction vessel is completed, it is possible to discharge residues and prepare new raw materials in the reaction vessel without stopping the operation of the fuel cell system. Hydrogen gas can be generated stably.
The exchange mechanism may be, for example, a specification for rotating and exchanging a reaction vessel arranged on a turntable, or may be switched by opening and closing a valve. Therefore, for example, in the case of an exchange mechanism that opens and closes a valve, not only a usage method such as exchanging reaction vessels, but also a usage method such as generating a large amount of hydrogen gas using a plurality of reaction vessels simultaneously. Is possible.
アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の水溶液の構成としては、アルカリ土類金属系水酸化物である水酸化カルシウムが好適であるが、水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどのアルカリ金属系水酸化物を用いてもよい。
アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとしては、厚さ１０〜１４μｍのアルミ箔を、一辺が１〜１２ｍｍの矩形にシュレッダーなどで裁断したものが好適である。
なお、原材料としては、後述する残渣排出手段により排出される残渣物を用いる構成でもよい。
As the constitution of the alkaline earth metal hydroxide or the aqueous solution of the alkali metal hydroxide, calcium hydroxide which is an alkaline earth metal hydroxide is suitable, but sodium hydroxide, potassium hydroxide, etc. Alkali metal hydroxides may be used.
As the aluminum piece or sheet-like aluminum, an aluminum foil having a thickness of 10 to 14 μm is preferably cut into a rectangle having a side of 1 to 12 mm with a shredder or the like.
In addition, as a raw material, the structure using the residue discharged | emitted by the residue discharge means mentioned later may be used.
本発明の燃料電池システムにおいて、供給制御機構は、スクリュー機構又はピストン機構を有し、反応容器内に投入するアルミニウム片又はシート状アルミニウムの投入量を調整する第１調整機構を備えたことが好ましい。
原材料を一度に混合してしまうと、瞬間的には水素ガスが大量に発生するが、その後短時間で発生量は減少し、長時間安定的に水素ガスを発生させることは困難である。
供給制御機構は、アルミニウムを投入する量を調整できるだけではなく、投入する時間的間隔を調整することもできる。
したがって、第１調整機構を設けることにより、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムを少しずつ投入して、長時間安定的に水素ガスを発生させるといったことが可能である。
In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the supply control mechanism has a screw mechanism or a piston mechanism, and includes a first adjustment mechanism that adjusts the amount of aluminum pieces or sheet-like aluminum to be introduced into the reaction vessel. .
When raw materials are mixed at once, a large amount of hydrogen gas is instantaneously generated, but the amount generated is reduced in a short time and it is difficult to stably generate hydrogen gas for a long time.
The supply control mechanism can adjust not only the amount of aluminum to be charged, but also the time interval for charging.
Therefore, by providing the first adjustment mechanism, it is possible to introduce the aluminum pieces or the sheet-like aluminum little by little and stably generate hydrogen gas for a long time.
本発明の燃料電池システムにおいて、供給制御機構は、反応容器内に投入するアルカリ土類金属系水酸化物又はアルカリ金属系水酸化物の水溶液の投入量を調整する第２調整機構を備えたことが好ましい。
ここで、第２調整機構は、水酸化カルシウムなどの水溶液の投入量を調整できるだけではなく、投入する時間的間隔を調整することもできる。これにより、長時間・安定的に水素ガスを発生させることができる。
なお、水酸化カルシウムなどの水溶液を、一定の間隔で投入する場合には、水温が低下し、反応率が低下することが考えられる。そこで、効率的に水素ガスを発生させるため、水酸化カルシウムなどの水溶液を更に昇温して投入するための機構が更に設けられることが好ましい。
In the fuel cell system of the present invention, the supply control mechanism includes a second adjustment mechanism that adjusts an input amount of an alkaline earth metal hydroxide or an aqueous solution of the alkali metal hydroxide to be supplied into the reaction vessel. Is preferred.
Here, the second adjustment mechanism can not only adjust the amount of the aqueous solution such as calcium hydroxide, but also adjust the time interval of the addition. Thereby, hydrogen gas can be generated stably for a long time.
When an aqueous solution such as calcium hydroxide is added at regular intervals, the water temperature may decrease and the reaction rate may decrease. Therefore, in order to efficiently generate hydrogen gas, it is preferable to further provide a mechanism for further raising the temperature of an aqueous solution such as calcium hydroxide.
本発明の燃料電池システムにおいて、供給制御機構は、反応容器内に滴下する水の滴下量を調整する第３調整機構を備えたことでもよい。
１００Ｗ程度の電力を発生させる比較的小型の燃料電池システムにおいては、上記のように、アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の何れかと、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとの混合物に、水を滴下する方式を採用することも可能である。水を滴下する方式は、アルミニウム片などを投入する方式よりも、投入量の調整が容易であるため、低コストで装置を製造することが可能となる。
In the fuel cell system of the present invention, the supply control mechanism may include a third adjustment mechanism that adjusts the amount of water dripped into the reaction vessel.
In a relatively small fuel cell system that generates power of about 100 W, as described above, a mixture of either an alkaline earth metal hydroxide or an alkali metal hydroxide and an aluminum piece or sheet-like aluminum It is also possible to adopt a method of dripping water. Since the method of dropping water is easier to adjust the input amount than the method of adding aluminum pieces or the like, the apparatus can be manufactured at low cost.
本発明の燃料電池システムにおいて、交換機構は、原材料の混合による化学反応が終了した反応容器を、原材料が入った他の反応容器と入れ替え、反応後の残渣物を排出するための残渣排出手段を更に備えることが好ましい。
これにより、反応に使用していない反応容器から残渣物を排出することができ、水素ガス供給手段の稼動を止めることなく、残渣物の排出が可能となり、安定的な水素ガスの発生が可能となる。
In the fuel cell system of the present invention, the exchange mechanism replaces the reaction vessel in which the chemical reaction due to the mixing of the raw materials is completed with another reaction vessel containing the raw materials, and provides a residue discharging means for discharging the residue after the reaction. It is preferable to further provide.
As a result, the residue can be discharged from the reaction vessel that is not used for the reaction, and the residue can be discharged without stopping the operation of the hydrogen gas supply means, thereby generating stable hydrogen gas. Become.
本発明の燃料電池システムは、水素ガス供給手段と燃料電池ユニットが接続され一体化されたことが好ましい。
水素ガス供給手段と燃料電池ユニットが接続され一体化されることにより、水素ステーションを必要とせず燃料電池を利用できるため、利便性の高いシステムとなる。
In the fuel cell system of the present invention, the hydrogen gas supply means and the fuel cell unit are preferably connected and integrated.
By connecting and integrating the hydrogen gas supply means and the fuel cell unit, the fuel cell can be used without the need for a hydrogen station, so that the system is highly convenient.
本発明の燃料電池システムにおいて、水素ガス供給手段は、性能劣化原因となる水などの不純物を除去するための不純物除去機構を更に備えたことが好ましい。
不純物除去機構が設けられることにより、純度の高い水素ガスを燃料電池ユニットに供給できる。また、蓄ガス部などの性能の劣化を防止することにも役立つ。
In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the hydrogen gas supply means further includes an impurity removal mechanism for removing impurities such as water that cause performance deterioration.
By providing the impurity removal mechanism, high purity hydrogen gas can be supplied to the fuel cell unit. Moreover, it is useful also for preventing deterioration of performances, such as a gas storage part.
本発明の燃料電池システムにおける不純物除去機構は、吸着剤として多孔質状ゼオライトが用いられ、温度上昇と圧力変化により再生可能な再生ユニットを備えることでもよい。多孔質状ゼオライトとして、例えばモレキュラーシーブを用いることができる。モレキュラーシーブとは、ゼオライトの一種であり、多孔質の空孔に分子を吸着するものであり、粉末状やペレット状に成型したものが好適に用いることができる。特に水分子を強く吸着する。
ここで、再生ユニットは、燃料電池ユニットにおける発電の際に発生する熱を利用したものでもよいし、水素製造の際に発生する熱を利用したものでもよい。
The impurity removal mechanism in the fuel cell system of the present invention may be provided with a regeneration unit that uses porous zeolite as an adsorbent and can be regenerated by temperature rise and pressure change. For example, a molecular sieve can be used as the porous zeolite. The molecular sieve is a kind of zeolite and adsorbs molecules in porous pores, and those molded into a powder form or a pellet form can be suitably used. In particular, it strongly adsorbs water molecules.
Here, the regeneration unit may use heat generated during power generation in the fuel cell unit, or may use heat generated during hydrogen production.
本発明の燃料電池システムにおいて、蓄ガス部は、水素吸蔵合金が内蔵された水素吸蔵合金内蔵容器あるいは低圧の水素貯蔵タンクであることでもよい。
水素吸蔵合金は、例えば、１ＭＰａ未満の低圧域で充填したとしても、結果的に、３５ＭＰａ相当の圧力の水素を貯蔵することが可能であり、燃料電池ユニットの稼働時間を増加させることができ、また、省スペース性を高めることもできる。
In the fuel cell system of the present invention, the gas storage unit may be a hydrogen storage alloy built-in container in which a hydrogen storage alloy is incorporated or a low-pressure hydrogen storage tank.
Even if the hydrogen storage alloy is filled in, for example, a low pressure region of less than 1 MPa, as a result, it is possible to store hydrogen at a pressure equivalent to 35 MPa, and increase the operating time of the fuel cell unit, In addition, space saving can be improved.
ここで、水素吸蔵合金には、既に公知の水素吸蔵合金を用いることができ、例えば、希土類元素、ニオブ、ジルコニウムに対して触媒効果を持つ遷移元素（ニッケル、コバルト、アルミニウムなど）を含む合金（ＡＢ５型）、チタン、マンガン、ジルコニウム、ニッケルなどの遷移元素の基合金（ＡＢ２型）、マグネシウム基合金（Ｍｇ合金）やバナジウム基合金（Ｖ系合金）、チタン−鉄系の金属間化合物の基合金（Ｔｉ−Ｆｅ系）などを用いることができる。 Here, as the hydrogen storage alloy, a known hydrogen storage alloy can be used. For example, an alloy containing a transition element (nickel, cobalt, aluminum, etc.) having a catalytic effect on rare earth elements, niobium, zirconium ( AB type 5 ), transition alloy based alloys such as titanium, manganese, zirconium, nickel (AB 2 type), magnesium based alloys (Mg alloys), vanadium based alloys (V based alloys), titanium-iron based intermetallic compounds A base alloy (Ti-Fe system) or the like can be used.
本発明の燃料電池システムにおいて、蓄ガス部が水素吸蔵合金内蔵容器である場合には、水素吸蔵合金内蔵容器から燃料電池ユニットへの水素ガスの供給の際に、燃料電池ユニットからの排熱を、水素吸蔵合金内蔵容器からの水素ガスの放出に利用することでもよい。
燃料電池ユニットからの排熱を利用することで、効率的に水素ガスを放出させることができる。
In the fuel cell system of the present invention, when the gas storage part is a hydrogen storage alloy built-in container, the exhaust heat from the fuel cell unit is removed when hydrogen gas is supplied from the hydrogen storage alloy built-in container to the fuel cell unit. Further, it may be used for releasing hydrogen gas from the hydrogen storage alloy built-in container.
By utilizing the exhaust heat from the fuel cell unit, hydrogen gas can be efficiently released.
本発明の燃料電池システムにおいて、蓄ガス部が水素吸蔵合金内蔵容器である場合には、水素ガス発生部と水素吸蔵合金内蔵容器の間、及び、水素吸蔵合金内蔵容器と燃料電池ユニットの間には、水素ガスの供給量を調整するためのバッファタンクが設けられたことが好ましい。
水素ガス発生部における水素ガスの発生速度と水素吸蔵合金内蔵容器における水素ガスの吸蔵速度や、水素吸蔵合金内蔵容器における水素ガスの放出速度と燃料電池ユニットにおける水素ガスの使用速度は必ずしも一致するとは限らないため、流量調整を可能としたものである。
In the fuel cell system of the present invention, when the gas storage unit is a hydrogen storage alloy built-in container, between the hydrogen gas generation unit and the hydrogen storage alloy built-in container, and between the hydrogen storage alloy built-in container and the fuel cell unit. It is preferable that a buffer tank for adjusting the supply amount of hydrogen gas is provided.
The hydrogen gas generation rate in the hydrogen gas generation part and the hydrogen gas storage rate in the hydrogen storage alloy built-in container, the hydrogen gas release rate in the hydrogen storage alloy built-in container and the hydrogen gas use rate in the fuel cell unit are not necessarily the same. Since it is not limited, the flow rate can be adjusted.
本発明の燃料電池システムにおいて、水素ガス発生部は、反応容器内の温度制御を行う温度制御機構を更に備えたことが好ましい。
温度制御機構は、水素ガス発生部において水素を発生させる際に、反応容器や原材料容器内にある水や水溶液を、水素ガスを発生させるための最適な温度に保つためのものである。これにより、安全かつ効率的に水素ガスを発生させることが可能となる。
温度制御機構には、加温手段や冷却手段を含み、例えば、反応容器の水素出口配管を、原材料容器から反応容器への原材料の投入に使用する配管の一部に巻き付けるなどして、加温手段としてもよい。
In the fuel cell system of the present invention, it is preferable that the hydrogen gas generator further includes a temperature control mechanism for controlling the temperature in the reaction vessel.
The temperature control mechanism is for maintaining water or an aqueous solution in the reaction vessel or the raw material vessel at an optimum temperature for generating hydrogen gas when hydrogen is generated in the hydrogen gas generation unit. Thereby, it becomes possible to generate hydrogen gas safely and efficiently.
The temperature control mechanism includes a heating means and a cooling means. For example, the hydrogen outlet piping of the reaction vessel is wrapped around a part of the piping used for charging the raw material from the raw material vessel to the reaction vessel, and the heating is performed. It may be a means.
本発明の燃料電池システムによれば、水素ガスを持続的、定量的に発生させ、利便性が高く、安全性が高い低圧域の水素ガスを安定的かつ安価に燃料電池に利用できるといった効果がある。 According to the fuel cell system of the present invention, there is an effect that hydrogen gas is generated continuously and quantitatively, and hydrogen gas in a low pressure region that is highly convenient and highly safe can be used stably and inexpensively in a fuel cell. is there.
以下、本発明の実施形態の一例を、図面を参照しながら詳細に説明していく。なお、本発明の範囲は、以下の実施例や図示例に限定されるものではなく、幾多の変更及び変形が可能である。 Hereinafter, an example of an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The scope of the present invention is not limited to the following examples and illustrated examples, and many changes and modifications can be made.
（水素ガス発生方法）
まず、水素ガスの発生方法について説明する。図１３は、従来の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図１３に示すように、水素ガス発生装置３３は、反応容器６０及び原材料容器７０から成る。反応容器６０は、上部に開閉式の蓋部６０ａが設けられた箱状を呈しており、反応容器６０の内部には、アルミ箔１５ａ及び水酸化カルシウム１４が備えられている。原材料容器７０の内部には、水１３が備えられている。
図１３に示すように、従来の水素ガス発生装置は、蓋部６０ａを開けた状態で容器７０から水１３を流し込み、蓋部６０ａを閉じて化学反応を起こし、水素ガスを発生させる構造である。なお、反応容器６０の側部には排出孔６０ｂが設けられており、発生した水素ガスを排出することができる。
このように、水１３、水酸化カルシウム１４及びアルミ箔１５ａを用いて水素ガスを発生させる原理については、以下の実施例において共通である。
(Hydrogen gas generation method)
First, a method for generating hydrogen gas will be described. FIG. 13 shows an image diagram of a conventional hydrogen gas generator. As shown in FIG. 13, the hydrogen gas generator 33 includes a reaction vessel 60 and a raw material vessel 70. The reaction vessel 60 has a box shape with an openable / closable lid 60a provided on the top, and an aluminum foil 15a and calcium hydroxide 14 are provided inside the reaction vessel 60. Inside the raw material container 70, water 13 is provided.
As shown in FIG. 13, the conventional hydrogen gas generator has a structure in which water 13 is poured from the container 70 with the lid 60a opened, and the lid 60a is closed to cause a chemical reaction to generate hydrogen gas. . Note that a discharge hole 60b is provided in a side portion of the reaction vessel 60, and the generated hydrogen gas can be discharged.
Thus, the principle of generating hydrogen gas using water 13, calcium hydroxide 14 and aluminum foil 15a is common in the following embodiments.
（使用するアルミニウムについて）
使用するアルミニウムについては、まず、アルミニウム粉末を用いて、水素発生を行った。条件としては、アルミニウム粉末１２ｇ、水酸化カルシウム４８ｇ、水２１６ｍＬを用いて、反応温度を１０℃、２０℃、４０℃及び６０℃に設定し、２４０分間水素ガスの発生量を計測した。なお、計測においては攪拌を行った。
計測の結果、反応温度を１０℃に設定した場合の反応率は５３％であった。また、反応温度を２０℃に設定した場合の反応率は５１％、反応温度を４０℃に設定した場合の反応率は２６％であり、反応温度を６０℃に設定した場合の反応率は僅か９％という結果であった。
計測においては、反応温度を上げると水素の瞬間発生量は大きくなり、ピークに達する時間が短縮されるものの、反応率が低下することが判った。このような傾向は、攪拌方法を改善しても変わらなかった。これは、反応温度が６０℃であったアルミニウム粉末では、粒子の表面のみが反応し、表層から２層目に水を遮断する層（ベーマイト層）が形成され、反応が停止してしまうからである。
(About aluminum used)
As for the aluminum to be used, first, hydrogen was generated using an aluminum powder. As conditions, 12 g of aluminum powder, 48 g of calcium hydroxide and 216 mL of water were used, the reaction temperature was set to 10 ° C., 20 ° C., 40 ° C. and 60 ° C., and the amount of hydrogen gas generated was measured for 240 minutes. In the measurement, stirring was performed.
As a result of the measurement, the reaction rate when the reaction temperature was set to 10 ° C. was 53%. The reaction rate when the reaction temperature is set to 20 ° C. is 51%, the reaction rate when the reaction temperature is set to 40 ° C. is 26%, and the reaction rate when the reaction temperature is set to 60 ° C. is slight. The result was 9%.
In the measurement, it was found that when the reaction temperature was raised, the instantaneous amount of hydrogen generated increased and the time to reach the peak was shortened, but the reaction rate decreased. Such a tendency was not changed even when the stirring method was improved. This is because with the aluminum powder having a reaction temperature of 60 ° C., only the surface of the particles reacts to form a layer (boehmite layer) that blocks water from the surface layer to the second layer, and the reaction stops. is there.
以下の実施例においては、アルミニウム粉末ではなくアルミ箔を用いた。アルミ箔は、アルミニウム粉末よりも表面積が小さく、水素ガスの発生をコントロールしやすいため、長時間継続的に水素ガスを発生させるのに適しているからである。
また、アルミニウム粉末の場合、目開きが１５０μｍの網ふるいを５０％以上通過するものは、粉塵爆発の危険性が高く、消防法上の第２類危険物に該当することになるが、その点、アルミ箔は第２類危険物に該当せず、安全性が高いという利点もある。したがって、アルミ箔を利用した水素ガス発生装置を使用するシステムは、幅広い場所で設置・運用が可能である。
さらに、アルミ箔の厚みは１１〜１２μｍであり、これは家庭用に用いられる一般的なアルミ箔と同じ厚みであるため、入手が容易であるという利点もある。
以下の実施例では、帯状のアルミ箔を、縦横が２ｍｍ×６〜１０ｍｍのサイズに裁断したものを使用している。
In the following examples, aluminum foil was used instead of aluminum powder. This is because aluminum foil has a smaller surface area than aluminum powder and is easy to control the generation of hydrogen gas, and is therefore suitable for generating hydrogen gas continuously for a long time.
In addition, in the case of aluminum powder, those that pass 50% or more through a mesh sieve with an opening of 150 μm have a high risk of dust explosion and fall under the category 2 dangerous goods under the Fire Service Act. Aluminum foil does not fall under the second category of hazardous materials and has the advantage of high safety. Therefore, a system using a hydrogen gas generator using aluminum foil can be installed and operated in a wide range of places.
Furthermore, the thickness of the aluminum foil is 11 to 12 μm, which is the same thickness as a general aluminum foil used for home use, and therefore has an advantage that it is easily available.
In the following examples, a strip-shaped aluminum foil cut into a size of 2 mm × 6 to 10 mm in length and width is used.
図１は、実施例１の燃料電池システムの機能ブロック図を示している。図１に示すように、燃料電池システム１は、水素ガス供給手段２及び燃料電池ユニット５から成り、水素ガス供給手段２と燃料電池ユニット５は接続され一体となっている。
水素ガス供給手段２は、水素ガス発生部３、不純物除去機構１１、温度制御機構１２及び蓄ガス部４から成る。水素ガス発生部３には、反応容器６、原材料容器７、供給制御機構８、交換機構９及び残渣排出手段１０が設けられている。
燃料電池システム１は、水素ガス発生部３において、温度制御機構１２を用いて反応容器６や原材料容器７の内部の温度調整を行いながら、供給制御機構８を用いて原材料容器７から反応容器６へ原材料を投入し、予め反応容器に入れられた原材料と化学反応させることにより、水素ガスを発生させる。
発生した水素ガスは、不純物除去機構１１によって、水などの不純物が除去され、蓄ガス部４において流量調整された後、燃料電池ユニット５に送られ、発電に利用される。
FIG. 1 is a functional block diagram of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 1, the fuel cell system 1 includes a hydrogen gas supply unit 2 and a fuel cell unit 5, and the hydrogen gas supply unit 2 and the fuel cell unit 5 are connected and integrated.
The hydrogen gas supply unit 2 includes a hydrogen gas generation unit 3, an impurity removal mechanism 11, a temperature control mechanism 12, and a gas storage unit 4. The hydrogen gas generation unit 3 is provided with a reaction vessel 6, a raw material vessel 7, a supply control mechanism 8, an exchange mechanism 9 and a residue discharge means 10.
The fuel cell system 1 uses the supply control mechanism 8 from the raw material container 7 to the reaction container 6 while adjusting the temperature inside the reaction container 6 and the raw material container 7 using the temperature control mechanism 12 in the hydrogen gas generation unit 3. Hydrogen gas is generated by charging the raw material and chemically reacting with the raw material previously placed in the reaction vessel.
Impurities such as water are removed from the generated hydrogen gas by the impurity removal mechanism 11, the flow rate is adjusted in the gas storage unit 4, and then sent to the fuel cell unit 5 for use in power generation.
図２は、実施例１の燃料電池システムのシステム構成図を示している。図２に示すように、燃料電池システム１は、水素ガス発生装置３０、不純物除去装置１１０、温度コントロールデバイス１２０、水素ガスボンベ４０及び燃料電池ユニット５から成る。すなわち、図１で示した水素ガス発生部３として水素ガス発生装置３０が設けられている。また、不純物除去機構１１として不純物除去装置１１０、温度制御機構１２として温度コントロールデバイス１２０、蓄ガス部４として水素ガスボンベ４０が設けられている。 FIG. 2 is a system configuration diagram of the fuel cell system according to the first embodiment. As shown in FIG. 2, the fuel cell system 1 includes a hydrogen gas generation device 30, an impurity removal device 110, a temperature control device 120, a hydrogen gas cylinder 40, and a fuel cell unit 5. That is, the hydrogen gas generator 30 is provided as the hydrogen gas generator 3 shown in FIG. Further, an impurity removal device 110 is provided as the impurity removal mechanism 11, a temperature control device 120 is provided as the temperature control mechanism 12, and a hydrogen gas cylinder 40 is provided as the gas storage unit 4.
温度コントロールデバイス１２０は、水素ガス発生装置３０において水素を発生させる際に、反応容器や原材料容器内にある水や水溶液を、水素ガスを発生させるための最適な温度に保つための機器である。これにより、安全かつ効率的に水素ガスを発生させることが可能となる。温度コントロールデバイス１２０は、水素ガス発生装置３０に外付けされているが、水素ガス発生装置３０に内蔵されていてもよい。 The temperature control device 120 is an apparatus for maintaining water or an aqueous solution in the reaction vessel or the raw material vessel at an optimum temperature for generating hydrogen gas when the hydrogen gas generator 30 generates hydrogen. Thereby, it becomes possible to generate hydrogen gas safely and efficiently. The temperature control device 120 is externally attached to the hydrogen gas generator 30, but may be built in the hydrogen gas generator 30.
水素ガス発生装置３０と水素ガスボンベ４０の間には、不純物除去装置１１０が設けられている。不純物除去装置１１０は、水素ガス発生装置３０において発生した水素ガスから水などの不純物をゼオライト（モレキュラーシーブ）により取り除き、純度の高い水素ガスを水素ガスボンベ４０へと供給する役割を果たしている。 An impurity removing device 110 is provided between the hydrogen gas generator 30 and the hydrogen gas cylinder 40. The impurity removing device 110 serves to remove impurities such as water from the hydrogen gas generated in the hydrogen gas generating device 30 with zeolite (molecular sieve) and supply high-purity hydrogen gas to the hydrogen gas cylinder 40.
燃料電池システム１において、燃料電池ユニット５に水素ガスを供給する際は、温度コントロールデバイス１２０を用いつつ、水素ガス発生装置３０において水素ガスを発生させ、不純物除去装置１１０により不純物を取り除いた後、水素ガスボンベ４０を介して燃料電池ユニット５へと供給する。
このように、燃料電池システム１は、予め水素ガスボンベに蓄えられた水素ガスを燃料電池ユニットに供給するものではなく、水素ガスを供給するその場所で水素ガスを発生させて供給する構造であるため、安全性が高く、移動可能な装置として設計することも可能である。また、二酸化炭素が発生しない水素発生源であるため、環境にも配慮した装置であるといえる。
In the fuel cell system 1, when supplying hydrogen gas to the fuel cell unit 5, while using the temperature control device 120, hydrogen gas is generated in the hydrogen gas generator 30, and impurities are removed by the impurity removal device 110. It is supplied to the fuel cell unit 5 through the hydrogen gas cylinder 40.
As described above, the fuel cell system 1 is configured not to supply the hydrogen gas stored in the hydrogen gas cylinder in advance to the fuel cell unit but to generate and supply the hydrogen gas at the place where the hydrogen gas is supplied. It can also be designed as a highly secure and mobile device. Moreover, since it is a hydrogen generation source that does not generate carbon dioxide, it can be said to be an environment-friendly device.
ここで、水素ガス発生装置３０の具体的な構造について、図３を参照しながら説明する。
図３は、実施例１の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図３に示すように、水素ガス発生装置３０には、反応容器（６ａ，６ｂ）、原材料容器（７ａ，７ｂ）、第１調整機構８ａ、第２調整機構８ｂ、交換機構９ａ及び残渣排出手段１０が設けられている。第１調整機構８ａ及び第２調整機構８ｂは、図１に示す供給制御機構８に備えられたものである。なお、説明の都合上、発生した水素ガスの排出口などは図示していない。
原材料容器７ａの内部には、水１３と水酸化カルシウム１４の混合物が入れられており、原材料容器７ｂの内部には、裁断されたアルミ箔１５が入れられている。水素ガスを発生させる際には、水１３と水酸化カルシウム１４の混合物とアルミ箔１５を反応容器６ａに投入して、化学反応を起こすことにより、水素ガスが発生する。その際には、ここでは図示しないが、化学反応を促進するために攪拌装置により攪拌が行われる。
Here, a specific structure of the hydrogen gas generator 30 will be described with reference to FIG.
FIG. 3 shows an image diagram of the hydrogen gas generator according to the first embodiment. As shown in FIG. 3, the hydrogen gas generator 30 includes a reaction vessel (6a, 6b), a raw material vessel (7a, 7b), a first adjustment mechanism 8a, a second adjustment mechanism 8b, an exchange mechanism 9a, and a residue discharge means. 10 is provided. The first adjustment mechanism 8a and the second adjustment mechanism 8b are provided in the supply control mechanism 8 shown in FIG. For convenience of explanation, the generated hydrogen gas outlet is not shown.
A mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 is placed inside the raw material container 7a, and a cut aluminum foil 15 is placed inside the raw material container 7b. When hydrogen gas is generated, hydrogen gas is generated by introducing a mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 and an aluminum foil 15 into the reaction vessel 6a to cause a chemical reaction. In this case, although not shown here, stirring is performed by a stirring device in order to promote a chemical reaction.
（アルミニウムの投入量調整）
前述したように、アルミ箔１５はアルミニウム粉末よりも表面積が小さく、水素ガスの発生をコントロールしやすいが、アルミ箔１５であっても一度に大量に投入すると、一時的に水素ガスの発生量は増大するが、短時間で水素ガスの発生が終了してしまう。水素ガスを安定的に燃料電池ユニット５に供給するためには、水素ガスを安定的に連続発生させることが必要となる。そのため、第１調整機構８ａにより投入量を調整し、一定の間隔でアルミ箔１５を投入し、連続的に水素ガスを発生させる。
(Aluminum input adjustment)
As described above, the aluminum foil 15 has a smaller surface area than the aluminum powder and is easy to control the generation of hydrogen gas. However, even if the aluminum foil 15 is added in a large amount at a time, the generation amount of hydrogen gas is temporarily reduced. Although it increases, the generation of hydrogen gas is completed in a short time. In order to stably supply hydrogen gas to the fuel cell unit 5, it is necessary to stably generate hydrogen gas continuously. Therefore, the input amount is adjusted by the first adjusting mechanism 8a, the aluminum foil 15 is introduced at a constant interval, and hydrogen gas is continuously generated.
（アルミニウムの投入条件）
用いた反応容器６ａは、容量３３Ｌの耐圧容器である。前提として、反応容器６ａ内に水酸化カルシウム１４が４８０ｇ、８０℃の水２０００ｍＬを投入し、その後、アルミ箔１５を４０ｇ投入して、１．１ｋＷ燃料電池の発電に必要な１３Ｌ／ｍｉｎが得られる条件を設定した。結果、約１３分後には、反応率は１００％となり、積算水素発生量は５８．８Ｌとなった。
(Aluminum charging conditions)
The used reaction vessel 6a is a pressure vessel with a capacity of 33L. As a premise, 480 g of calcium hydroxide 14 and 2,000 mL of 80 ° C. water are introduced into the reaction vessel 6 a, and then 40 g of aluminum foil 15 is introduced to obtain 13 L / min necessary for power generation of a 1.1 kW fuel cell. To set the conditions. As a result, after about 13 minutes, the reaction rate was 100%, and the cumulative hydrogen generation amount was 58.8L.
（第１調整機構について）
一定間隔でアルミ箔１５を投入するために用いた第１調整機構８ａについて、図４を参照しながら説明する。
図４は、実施例１の第１調整機構の説明図であり、（１）は外観図、（２）は構造図を示している。図４（１）に示すように、第１調整機構８ａは、第１調整機構本体８１、ピストン部（８２，８３）及びアルミニウム投入口８４から成る。ピストン部８２にはピストン８２ａが設けられており、ピストン部８３にはピストン８３ａが設けられている。
アルミ箔１５を投入する際には、アルミニウム投入口８４からアルミ箔１５を投入し、ピストン８２ａを手動又は自動で左方から右方へ移動させて、アルミ箔１５を右方へと移動させる。その後、ピストン８３ａを手動又は自動で上方から下方へ移動させて、アルミ箔１５を下方へと移動させる。
(About the first adjustment mechanism)
The first adjusting mechanism 8a used for feeding the aluminum foil 15 at a constant interval will be described with reference to FIG.
4A and 4B are explanatory diagrams of the first adjustment mechanism of the first embodiment. FIG. 4A is an external view, and FIG. 4B is a structural diagram. As shown in FIG. 4A, the first adjustment mechanism 8 a includes a first adjustment mechanism main body 81, piston portions (82, 83), and an aluminum insertion port 84. The piston portion 82 is provided with a piston 82a, and the piston portion 83 is provided with a piston 83a.
When the aluminum foil 15 is introduced, the aluminum foil 15 is introduced from the aluminum introduction port 84, the piston 82a is moved manually or automatically from the left to the right, and the aluminum foil 15 is moved to the right. Thereafter, the piston 83a is moved manually or automatically from above to below, and the aluminum foil 15 is moved downward.
図４（２）に示すように、第１調整機構本体８１の内部には弁８１ａが設けられている。ピストン（８２ａ，８３ａ）の稼動により、弁８１ａは上方から下方へと移動し、弁が開いた状態となる。アルミ箔１５を投入した後は、ピストン８３ａを手動又は自動で下方から上方へ移動させて元の状態に戻す。また、同様に、ピストン８２ａを手動又は自動で右方から左方へ移動させて元の状態に戻す。第１調整機構本体８１の内部には弁８１ａが設けられているため、ピストン（８２ａ，８３ａ）を戻す際には、弁８１ａは下方から上方へと移動し、弁が閉じた状態となるため、発生した水素ガスの漏出等を防止できる構造となっている。 As shown in FIG. 4 (2), a valve 81 a is provided inside the first adjustment mechanism main body 81. By the operation of the pistons (82a, 83a), the valve 81a moves from the upper side to the lower side, and the valve is opened. After the aluminum foil 15 is inserted, the piston 83a is moved manually or automatically from below to return to the original state. Similarly, the piston 82a is moved manually or automatically from the right to the left to return to the original state. Since the valve 81a is provided inside the first adjustment mechanism main body 81, when the piston (82a, 83a) is returned, the valve 81a moves from the lower side to the upper side, and the valve is closed. In this structure, leakage of the generated hydrogen gas can be prevented.
（アルミニウム投入量調整による水素ガス連続発生について）
上記第１調整機構８ａを用いて、一定間隔でアルミ箔１５を投入し、連続的に水素ガスを発生させた。
まず、反応容器６ａに、アルミ箔１５を５０ｇ、水酸化カルシウム１４を４８０ｇ、８０℃の水１３を２０００ｍＬ投入した。投入から約４分経過後、第１調整機構８ａを用いて、４．８ｇのアルミ箔１５を４０秒毎に計１９回、反応容器６ａに投入した。その結果、水素発生流量１３Ｌ／ｍｉｎ以上を７分３０秒程度維持可能であることが判った。なお、反応率は９０％、積算水素発生量は１６４．６Ｌであった。
(Regarding the continuous generation of hydrogen gas by adjusting the amount of aluminum input)
Using the first adjusting mechanism 8a, the aluminum foil 15 was introduced at regular intervals to continuously generate hydrogen gas.
First, 50 g of aluminum foil 15, 480 g of calcium hydroxide 14, and 2000 mL of water 13 at 80 ° C. were charged into the reaction vessel 6 a. After about 4 minutes from the charging, 4.8 g of aluminum foil 15 was charged into the reaction vessel 6a 19 times every 40 seconds using the first adjusting mechanism 8a. As a result, it was found that the hydrogen generation flow rate of 13 L / min or more can be maintained for about 7 minutes 30 seconds. The reaction rate was 90%, and the cumulative hydrogen generation amount was 164.6L.
（水酸化カルシウム及び水の投入量調整を併用した水素ガス連続発生について）
しかしながら、アルミニウムを一定間隔で投入した場合、水酸化カルシウムが不足し流量が低下する場合がある。そこで、アルミニウムだけではなく、水酸化カルシウム及び水についても一定間隔で投入することで、より安定的に水素ガスを発生できるか否かを確認した。
図３に示す第２調整機構８ｂは、図示しないが、チュービングポンプで水酸化カルシウムと水をサニタリー管に移送するものである。
まず、反応容器６ａに、アルミ箔１５を５０ｇ、水酸化カルシウム１４を４８０ｇ、８０℃の水１３を１８００ｍＬ投入した。投入から約４分経過後、第１調整機構８ａを用いて、４．８ｇのアルミ箔１５を４０秒毎に計３０回、反応容器６ａに投入した。また、最初の原材料の投入から約４分経過後、第２調整機構８ｂを用いて、５０ｇの水酸化カルシウム１４と２００ｍＬの水１３の混合物を７５秒毎に計１５回、反応容器６ａに投入した。
その結果、水素発生流量はアルミニウムのみの一定間隔投入の場合に比べて劣ることがわかった。
しかしながら、水素発生時間については、アルミニウムのみの一定間隔投入の場合には、約２０分であったが、本計測では約２２分であり、水素発生時間を延長できることが判った。なお、本計測での反応率は６４％、積算水素発生量は１６３Ｌであった。
(Regarding continuous generation of hydrogen gas combined with calcium hydroxide and water input adjustment)
However, when aluminum is added at regular intervals, calcium hydroxide may be insufficient and the flow rate may decrease. Therefore, it was confirmed whether not only aluminum but also calcium hydroxide and water were introduced at regular intervals to generate hydrogen gas more stably.
Although not shown, the second adjusting mechanism 8b shown in FIG. 3 is to transfer calcium hydroxide and water to the sanitary pipe with a tubing pump.
First, 50 g of aluminum foil 15, 480 g of calcium hydroxide 14 and 1800 mL of water 13 at 80 ° C. were charged into the reaction vessel 6 a. After about 4 minutes from the charging, 4.8 g of the aluminum foil 15 was charged into the reaction vessel 6a a total of 30 times every 40 seconds using the first adjusting mechanism 8a. In addition, after about 4 minutes have passed since the first raw material was charged, the second adjustment mechanism 8b was used to charge a mixture of 50 g of calcium hydroxide 14 and 200 mL of water 13 into the reaction vessel 6a a total of 15 times every 75 seconds. did.
As a result, it was found that the hydrogen generation flow rate was inferior compared with the case where only aluminum was introduced at regular intervals.
However, the hydrogen generation time was about 20 minutes in the case where only aluminum was introduced at regular intervals, but in this measurement, it was about 22 minutes, and it was found that the hydrogen generation time can be extended. In this measurement, the reaction rate was 64%, and the cumulative hydrogen generation amount was 163L.
上記のいずれの計測においても、反応容器として、１つの反応容器６ａを使用したが、図３に示すように、本実施例の水素ガス発生装置３０では反応容器６ｂも設けている。水素ガス発生装置３０には交換機構９ａが設けられており、一方の反応容器６ａでの反応が終了した場合には、交換機構９ａにより、反応容器６ｂに切替えて、水素ガス発生装置３０の稼動を止めることなく、連続的に水素ガスを発生させることが可能である。
すなわち、化学反応が終了した反応容器６ａの内部には、反応済みの残渣物が残っているため、反応容器６ａに設けられた残渣排出手段１０により、反応後の残渣物を排出する必要がある。また、前述の如く、アルミ箔１５、水酸化カルシウム１４及び水１３を一定間隔で投入するシステムにおいても、反応当初においては、ある程度の水酸化カルシウム１４及び水１３が備えられている必要がある。そこで、反応容器６ａでの反応が終了した場合には、直ちにもう一方の反応容器６ｂに切替えることで、連続的に水素ガスを発生させることができる。
また、反応容器６ｂでの反応が終了した場合も同様に、交換機構９ａにより、反応容器６ａに切替えて、水素ガス発生装置３０の稼動を止めることなく、連続的に水素ガスを発生させることが可能である。
このように、反応容器における水素ガスの発生が終了すると、直ちに、交換機構９ａにより反応容器を切替えることができ、水素ガスを発生させていない方の反応容器について残渣物の処理や新たな原材料の投入といった水素ガス発生の準備やメンテナンスを行うことができるため、安全かつ安定的な水素ガスの連続発生が可能となる。
In any of the above measurements, one reaction vessel 6a is used as a reaction vessel. However, as shown in FIG. 3, the hydrogen gas generator 30 of this embodiment also includes a reaction vessel 6b. The hydrogen gas generator 30 is provided with an exchange mechanism 9a. When the reaction in one reaction vessel 6a is completed, the exchange mechanism 9a switches to the reaction vessel 6b to operate the hydrogen gas generator 30. It is possible to continuously generate hydrogen gas without stopping.
That is, since the reacted residue remains in the reaction vessel 6a after the chemical reaction, the residue after the reaction needs to be discharged by the residue discharging means 10 provided in the reaction vessel 6a. . Further, as described above, even in a system in which the aluminum foil 15, the calcium hydroxide 14 and the water 13 are added at regular intervals, it is necessary to provide a certain amount of calcium hydroxide 14 and water 13 at the beginning of the reaction. Therefore, when the reaction in the reaction vessel 6a is completed, hydrogen gas can be continuously generated by immediately switching to the other reaction vessel 6b.
Similarly, when the reaction in the reaction vessel 6b is completed, the exchange mechanism 9a can similarly switch to the reaction vessel 6a to continuously generate hydrogen gas without stopping the operation of the hydrogen gas generator 30. Is possible.
Thus, as soon as the generation of the hydrogen gas in the reaction vessel is completed, the reaction vessel can be switched by the exchange mechanism 9a, so that the residue of the reaction vessel not generating hydrogen gas or the processing of new raw materials can be changed. Since hydrogen gas generation preparation and maintenance such as charging can be performed, it is possible to continuously generate hydrogen gas safely and stably.
なお、交換機構９ａは、反応容器（６ａ，６ｂ）の切替を行うだけではなく、併用する機能を設けることも可能であり、反応容器（６ａ，６ｂ）を同時に稼動することにより、より短時間で大量の水素ガスを発生させることも可能である。 The exchange mechanism 9a not only switches the reaction vessels (6a, 6b), but can also be provided with a function to be used together. By operating the reaction vessels (6a, 6b) at the same time, the exchange mechanism 9a can be operated in a shorter time. It is also possible to generate a large amount of hydrogen gas.
図５は、実施例１の燃料電池システムのイメージ図を示している。図５に示すように、燃料電池システム１には、反応容器（６ａ，６ｂ）、原材料容器（７ａ，７ｂ）、燃料電池ユニット５、不純物除去装置１１０などが備えられており、水素ガスの発生装置と燃料電池が一体となったシステムである。水素ガスが必要となるその場所で、水素ガスを発生させて、直ぐに燃料電池に利用できるため、太陽光発電や風力発電といった再生可能エネルギーによる電源と連動させて、長時間のバックアップ用電源として利用できる。また、安全性が高く、法規制が少ないという利点がある。
なお、燃料電池システム１には、上記以外の機器や、各機器の接続部材なども設けられているが、ここでは省略している。
例えば、燃料電池の通信機能により、水素発生システムの状況、すなわち稼働状態、異常アラームなどをネット上で把握することも可能である。また、補助バッテリが設けられており、短時間の電力供給及び燃料電池が完全に立ち上がる間の電力供給を補うことも可能である。
FIG. 5 shows an image diagram of the fuel cell system of the first embodiment. As shown in FIG. 5, the fuel cell system 1 includes a reaction vessel (6a, 6b), a raw material vessel (7a, 7b), a fuel cell unit 5, an impurity removal device 110, and the like, and generates hydrogen gas. It is a system in which the device and the fuel cell are integrated. Since hydrogen gas is generated at the place where hydrogen gas is needed and can be used immediately for fuel cells, it can be used as a backup power source for a long time in conjunction with a power source using renewable energy such as solar power generation or wind power generation. it can. In addition, there are advantages that safety is high and there are few laws and regulations.
The fuel cell system 1 is also provided with devices other than those described above, connection members for each device, and the like, which are omitted here.
For example, it is possible to grasp the status of the hydrogen generation system, that is, the operating state, the abnormal alarm, etc. on the network by the communication function of the fuel cell. Moreover, an auxiliary battery is provided, and it is also possible to supplement the short-time power supply and the power supply while the fuel cell is completely started up.
図６は、実施例２の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図６に示すように、水素ガス発生装置３１には、反応容器（６ｃ，６ｄ）、原材料容器（７ａ，７ｂ）、第１調整機構８ａ、交換機構９ａ及び残渣排出手段１０が設けられている。なお、説明の都合上、発生した水素ガスの排出口等については、図示していない。
反応容器６ｃには、水１３と水酸化カルシウム１４の混合物が入れられており、原材料容器７ｂの内部にあるアルミ箔１５を反応容器６ｃに投入して、水素ガスを発生させる。
FIG. 6 shows an image diagram of the hydrogen gas generator according to the second embodiment. As shown in FIG. 6, the hydrogen gas generator 31 is provided with a reaction vessel (6c, 6d), a raw material vessel (7a, 7b), a first adjustment mechanism 8a, an exchange mechanism 9a, and a residue discharge means 10. . For convenience of explanation, the generated hydrogen gas outlet and the like are not shown.
The reaction vessel 6c contains a mixture of water 13 and calcium hydroxide 14, and the aluminum foil 15 inside the raw material vessel 7b is put into the reaction vessel 6c to generate hydrogen gas.
実施例１と同様に、水素ガスを安定的に連続発生させるために、第１調整機構８ａにより投入量を調整し、一定の間隔でアルミ箔１５を投入する。また、交換機構９ａにより、反応容器６ｃと反応容器６ｄを直ちに切替られる点も同様である。
しかしながら、実施例１の水素ガス発生装置３０とは異なり、実施例２の水素ガス発生装置３１においては、第２調整機構８ｂは設けられていない。水１３と水酸化カルシウム１４の混合物の投入は、反応に使用していない反応容器６ｄにおいて行い、反応容器（６ｃ，６ｄ）を切替えることで、装置の稼動を止めることなく継続的に水素ガスを発生させる構造である。そのため、実施例１における水素ガス発生装置３０よりも設置コストを低減できるという利点がある。
As in the first embodiment, in order to stably and continuously generate hydrogen gas, the input amount is adjusted by the first adjusting mechanism 8a, and the aluminum foil 15 is introduced at regular intervals. The same is true in that the reaction vessel 6c and the reaction vessel 6d can be immediately switched by the exchange mechanism 9a.
However, unlike the hydrogen gas generator 30 of the first embodiment, the hydrogen gas generator 31 of the second embodiment is not provided with the second adjustment mechanism 8b. The mixture of water 13 and calcium hydroxide 14 is charged in a reaction vessel 6d that is not used for the reaction. By switching the reaction vessel (6c, 6d), hydrogen gas is continuously supplied without stopping the operation of the apparatus. It is a structure to be generated. Therefore, there is an advantage that the installation cost can be reduced as compared with the hydrogen gas generator 30 in the first embodiment.
図７は、実施例３の水素ガス発生装置のイメージ図を示している。図７に示すように、水素ガス発生装置３２には、反応容器（６ｅ，６ｆ）、原材料容器７ａ、第３調整機構８ｃ及び交換機構９ｂが設けられている。
反応容器６ｅには、水酸化カルシウム１４とアルミ箔１５の混合物が入れられており、原材料容器７ａの内部にある水１３を反応容器６ｅ内に滴下して、水素ガスを発生させる構造である。また、同様に、反応容器６ｆにも、水酸化カルシウム１４とアルミ箔１５の混合物が入れられている。なお、アルミ箔１５の形状については、実施例１と同様のものを用いているが、帯状のアルミ箔でもよい。
FIG. 7 shows an image diagram of the hydrogen gas generator of Example 3. As shown in FIG. 7, the hydrogen gas generator 32 is provided with a reaction vessel (6e, 6f), a raw material vessel 7a, a third adjustment mechanism 8c, and an exchange mechanism 9b.
A mixture of calcium hydroxide 14 and aluminum foil 15 is placed in the reaction vessel 6e, and water 13 inside the raw material vessel 7a is dropped into the reaction vessel 6e to generate hydrogen gas. Similarly, a mixture of calcium hydroxide 14 and aluminum foil 15 is also placed in the reaction vessel 6f. In addition, about the shape of the aluminum foil 15, the thing similar to Example 1 is used, However, A strip | belt-shaped aluminum foil may be sufficient.
反応容器（６ｅ，６ｆ）は、取り外し可能な燃料カートリッジとなっている。そのため、交換機構９ｂの構造は、実施例１の水素ガス発生装置３０における交換機構９ａとは異なる。すなわち、実施例３の水素ガス発生装置３２の稼動時には、実施例１の水素ガス発生装置３０のように、水素ガスを発生させていない反応容器に原材料を充填したり、残渣物を排出したりするのではなく、予めアルミ箔１５と水酸化カルシウム１４が充填された燃料カートリッジを交換する形で反応容器の切替が行われる。したがって、反応容器（６ｅ，６ｆ）には、残渣排出手段１０が設けられていない。なお、交換機構９ｂは、交換機構９ａと同様に、反応容器（６ｅ，６ｆ）の切替を行うだけではなく、併用する機能を設けることも可能であり、反応容器（６ｅ，６ｆ）を同時に稼動することにより、より短時間で大量の水素ガスを発生させることも可能である。 The reaction containers (6e, 6f) are removable fuel cartridges. Therefore, the structure of the exchange mechanism 9b is different from the exchange mechanism 9a in the hydrogen gas generator 30 of the first embodiment. That is, when the hydrogen gas generator 32 of the third embodiment is in operation, like the hydrogen gas generator 30 of the first embodiment, a reaction vessel that does not generate hydrogen gas is filled with raw materials, or the residue is discharged. Instead, the reaction vessel is switched by replacing the fuel cartridge previously filled with the aluminum foil 15 and the calcium hydroxide 14. Therefore, the residue discharge means 10 is not provided in the reaction vessel (6e, 6f). The exchange mechanism 9b can not only switch the reaction vessel (6e, 6f), but can also be provided with a function to be used together, and operates the reaction vessel (6e, 6f) at the same time. By doing so, it is possible to generate a large amount of hydrogen gas in a shorter time.
実施例１又は２における水素ガス発生装置（３０，３１）は、５００Ｗ以上の出力が求められる燃料電池システムにおいて主に利用されるものであるのに対して、本実施例における水素ガス発生装置３２は、最大出力が１００Ｗ程度の比較的小型の燃料電池システムにおいて主に利用されるものである。例えば、実施例２の水素ガス発生装置３１におけるアルミ箔１５の投入量を調整する第１調整機構８ａに比べて、本実施例の水素ガス発生装置３２における水１３の滴下量を調整する第３調整機構８ｃは、流量調整を行うだけでよいため、構造が容易であり、低コストで水素ガス発生装置３２を作製することができる。 The hydrogen gas generator (30, 31) in the first or second embodiment is mainly used in a fuel cell system that requires an output of 500 W or more, whereas the hydrogen gas generator 32 in the present embodiment. Is mainly used in a relatively small fuel cell system having a maximum output of about 100 W. For example, as compared with the first adjustment mechanism 8a that adjusts the amount of aluminum foil 15 charged in the hydrogen gas generator 31 of the second embodiment, a third amount that adjusts the dripping amount of the water 13 in the hydrogen gas generator 32 of the present embodiment. Since the adjustment mechanism 8c only needs to adjust the flow rate, the structure is easy, and the hydrogen gas generator 32 can be manufactured at low cost.
図８は、実施例４の燃料電池システムのシステム構成図を示している。図８に示すように、燃料電池システム１００では、蓄ガス部４として水素吸蔵合金内蔵容器４１が設けられている。また、水素ガス発生装置３０で発生した水素ガスは、水素吸蔵合金内蔵容器４１に吸蔵される前に、一旦バッファタンク１６ａにおいて流量調整され、水素吸蔵合金内蔵容器４１から放出された後も、バッファタンク１６ｂにおいて流量調整され、燃料電池ユニット５に送られる構造となっている。これは、水素ガス発生装置３０における水素ガスの発生速度と水素吸蔵合金内蔵容器４１における水素ガスの吸蔵速度や、水素吸蔵合金内蔵容器４１における水素ガスの放出速度と燃料電池ユニットにおける水素ガスの使用速度が一致しない場合の流量調整を可能としたものである。 FIG. 8 is a system configuration diagram of the fuel cell system according to the fourth embodiment. As shown in FIG. 8, in the fuel cell system 100, a hydrogen storage alloy built-in container 41 is provided as the gas storage unit 4. The hydrogen gas generated in the hydrogen gas generator 30 is once adjusted in flow rate in the buffer tank 16a before being stored in the hydrogen storage alloy built-in container 41, and after being released from the hydrogen storage alloy built-in container 41, The flow rate is adjusted in the tank 16 b and sent to the fuel cell unit 5. This is because the hydrogen gas generation speed in the hydrogen gas generator 30 and the hydrogen gas storage speed in the hydrogen storage alloy built-in container 41, the hydrogen gas release speed in the hydrogen storage alloy built-in container 41, and the use of hydrogen gas in the fuel cell unit. The flow rate can be adjusted when the speeds do not match.
また、燃料電池システム１００には、燃料電池ユニット５における排熱を利用した加温冷却ユニット１７が設けられている。加温冷却ユニット１７は、燃料電池ユニット５から発生する熱を冷却するために用いられるだけではなく、水素吸蔵合金内蔵容器４１を加温冷却するためにも用いられる。具体的には、水素吸蔵合金内蔵容器４１へ水素ガスを充填する際には、加温冷却ユニット１７を冷却手段として用いる。これに対して、水素吸蔵合金内蔵容器４１から燃料電池ユニット５へ水素ガスを供給する際には、加温冷却ユニット１７を加温手段として用いる。 In addition, the fuel cell system 100 is provided with a heating / cooling unit 17 that uses exhaust heat in the fuel cell unit 5. The heating / cooling unit 17 is used not only for cooling the heat generated from the fuel cell unit 5 but also for heating / cooling the hydrogen storage alloy built-in container 41. Specifically, when the hydrogen storage alloy built-in container 41 is filled with hydrogen gas, the heating / cooling unit 17 is used as a cooling means. On the other hand, when supplying hydrogen gas from the hydrogen storage alloy built-in container 41 to the fuel cell unit 5, the heating / cooling unit 17 is used as a heating means.
加温冷却ユニット１７を加温手段及び冷却手段として用いる仕組みについて、図９及び１０を参照しながら説明する。なお、説明の都合上、図９及び１０においては、バッファタンク（１６ａ，１６ｂ）は図示していない。
図９は、水素吸蔵時の水素吸蔵合金内蔵容器の冷却イメージ図を示している。図９に示すように、加温冷却ユニット１７は、水素吸蔵合金内蔵容器４１の内部及び燃料電池ユニット５の周囲を矢印（１７ａ，１７ｂ）に示す循環方向に冷却液が流れる構造となっている。加温冷却ユニット１７内を流れる冷却液は、矢印（１７ａ，１７ｂ）に示す循環方向いずれの場合にも、同じ冷却液が用いられており、図示しないバルブを開閉することで、流路を変更することができる。
A mechanism for using the heating / cooling unit 17 as a heating means and a cooling means will be described with reference to FIGS. For convenience of explanation, the buffer tanks (16a, 16b) are not shown in FIGS.
FIG. 9 shows a cooling image of the hydrogen storage alloy built-in container during hydrogen storage. As shown in FIG. 9, the heating / cooling unit 17 has a structure in which the coolant flows in the circulation direction indicated by arrows (17 a, 17 b) inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 and around the fuel cell unit 5. . The same coolant is used for the coolant flowing in the heating / cooling unit 17 in any of the circulation directions indicated by arrows (17a, 17b), and the flow path is changed by opening and closing a valve (not shown). can do.
具体的には、図９に示すように、水素吸蔵合金内蔵容器４１に水素ガス１８を充填する場合、水素吸蔵合金内蔵容器４１の内部の水素吸蔵合金を冷却し減圧する必要がある。この場合、燃料電池ユニット５の周囲を経由するためのバルブを閉じ、矢印１７ａに示す循環方向に冷却液を循環させる。バルブを閉じた状態で加温冷却ユニット１７を稼動すると、冷却液が循環し、水素吸蔵合金内蔵容器４１内の水素吸蔵合金が冷却される。水素吸蔵合金内蔵容器４１内の水素吸蔵合金が冷却されると、水素吸蔵合金内蔵容器４１内部が減圧され、水素ガス１８が水素吸蔵合金に吸着されやすくなる。これにより、水素吸蔵合金内蔵容器４１への水素ガス１８の充填がなされる。
ここで、外部に（図示しない）恒温槽を設け、矢印１７ａに示す循環方向の冷却液の循環配管の一部の周囲を取り囲む配管に、恒温槽から一定温度の水を流れ込ませることにより、冷却温度を制御することも可能である。例えば、恒温槽が２種類の温度（５０℃，１０℃）の水を排出できる場合、５０℃の温水ならば、冷却液の温度が上昇し、反対に、１０℃の冷水ならば、冷却液の温度が更に下降することになる。このように、恒温槽から一定温度の水を流れ込ませることにより、冷却温度を制御できる。
Specifically, as shown in FIG. 9, when the hydrogen storage alloy built-in container 41 is filled with the hydrogen gas 18, the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 needs to be cooled and decompressed. In this case, the valve for passing around the fuel cell unit 5 is closed, and the coolant is circulated in the circulation direction indicated by the arrow 17a. When the heating and cooling unit 17 is operated with the valve closed, the coolant circulates and the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is cooled. When the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is cooled, the pressure in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is reduced, and the hydrogen gas 18 is easily adsorbed by the hydrogen storage alloy. Thereby, the hydrogen gas 18 is filled into the hydrogen storage alloy built-in container 41.
Here, a constant temperature bath (not shown) is provided outside, and cooling is performed by flowing water at a constant temperature from the thermostat into a pipe surrounding a part of the circulation pipe for the coolant in the circulation direction indicated by the arrow 17a. It is also possible to control the temperature. For example, when the thermostat can discharge water of two kinds of temperatures (50 ° C. and 10 ° C.), if the temperature is 50 ° C., the temperature of the coolant rises. The temperature of this will further decrease. In this way, the cooling temperature can be controlled by flowing water at a constant temperature from the thermostatic bath.
図１０は、水素放出時の水素吸蔵合金内蔵容器の加温イメージ図を示している。図１０に示すように、水素吸蔵合金内蔵容器４１から燃料電池ユニット５へ水素ガス１８を供給する場合、水素吸蔵合金内蔵容器４１の内部の水素吸蔵合金を加温し昇圧する必要がある。この場合、燃料電池ユニット５の周囲を経由するためのバルブを開け、矢印１７ｂに示す循環方向に、燃料電池ユニット５の周囲及び水素吸蔵合金内蔵容器４１の内部を冷却液が循環するようにする。バルブを開けた状態で加温冷却ユニット１７を稼動すると、水素吸蔵合金内蔵容器４１の内部の水素吸蔵合金だけではなく、燃料電池ユニット５の周囲も冷却液が循環するため、燃料電池ユニット５が稼動する際に発生する熱を冷却液が吸収し、冷却液の温度が上昇し、温かい循環液となって水素吸蔵合金内蔵容器４１内の水素吸蔵合金を加温することとなる。水素吸蔵合金内蔵容器４１内の水素吸蔵合金が加温されると、水素吸蔵合金内蔵容器４１内部が昇圧し、水素ガス１８が放出されやすくなる。これにより、水素吸蔵合金内蔵容器４１から燃料電池ユニット５への水素ガス１８の供給がなされる。上記の構成によると、燃料電池ユニット５からの排熱を、水素吸蔵合金内蔵容器４１内の水素吸蔵合金の加温手段として、有効に利用することができる。
ここで、矢印１７ｂに示す循環方向の循環液の循環配管の一部であって、水素吸蔵合金内蔵容器４１の入口付近に、循環液の温度調整用のラジエータ（液体の熱を放熱する装置）を設けてもよい。水素吸蔵合金内蔵容器４１の内部の水素吸蔵合金の温度を調整し、水素ガス１８の放出速度を調整する。
FIG. 10 shows a heating image diagram of the hydrogen storage alloy built-in container at the time of hydrogen release. As shown in FIG. 10, when supplying the hydrogen gas 18 from the hydrogen storage alloy built-in container 41 to the fuel cell unit 5, it is necessary to heat and pressurize the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41. In this case, the valve for passing around the fuel cell unit 5 is opened so that the coolant circulates around the fuel cell unit 5 and inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 in the circulation direction indicated by the arrow 17b. . When the heating / cooling unit 17 is operated with the valve opened, the coolant circulates not only in the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 but also around the fuel cell unit 5. The heat generated during operation is absorbed by the cooling liquid, the temperature of the cooling liquid rises, and becomes a warm circulating liquid to heat the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41. When the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is heated, the pressure in the hydrogen storage alloy built-in container 41 is increased, and the hydrogen gas 18 is easily released. Accordingly, the hydrogen gas 18 is supplied from the hydrogen storage alloy built-in container 41 to the fuel cell unit 5. According to the above configuration, the exhaust heat from the fuel cell unit 5 can be effectively used as a means for heating the hydrogen storage alloy in the hydrogen storage alloy built-in container 41.
Here, a radiator for adjusting the temperature of the circulating fluid (apparatus for dissipating the heat of the liquid) is a part of the circulating piping of the circulating fluid in the circulation direction indicated by the arrow 17b, and in the vicinity of the inlet of the hydrogen storage alloy built-in container 41. May be provided. The temperature of the hydrogen storage alloy inside the hydrogen storage alloy built-in container 41 is adjusted, and the release rate of the hydrogen gas 18 is adjusted.
なお、上記の加温冷却機能は、水素吸蔵合金内蔵容器４１への水素ガス１８の充填と、燃料電池ユニット５への水素ガス１８の供給のスイッチ（図示せず）の切り替えによって容易に行うことが可能である。 The heating and cooling function is easily performed by filling the hydrogen storage alloy built-in container 41 with the hydrogen gas 18 and switching a switch (not shown) for supplying the hydrogen gas 18 to the fuel cell unit 5. Is possible.
図１１は、ピストン機構を用いた第１調整機構の説明図を示している。図１１に示すように、第１調整機構８ｄには、ピストン部８５が設けられ、ピストン部８５の内部には、ピストン８５ａが設けられている。ピストン８５ａには、上下２つのシール部（８５ｂ，８５ｃ）が設けられており、アルミニウム投入口８６から投入されたアルミ箔１５は、シール部８５ｂとシール部８５ｃの間に挟まり、ピストン８５ａを上方から下方へ押し下げることで、密閉性を維持したまま、反応容器６ｇへ投入される構造である。 FIG. 11 shows an explanatory view of a first adjustment mechanism using a piston mechanism. As shown in FIG. 11, the first adjustment mechanism 8 d is provided with a piston portion 85, and a piston 85 a is provided inside the piston portion 85. The piston 85a is provided with two upper and lower seal portions (85b, 85c). The aluminum foil 15 introduced from the aluminum insertion port 86 is sandwiched between the seal portion 85b and the seal portion 85c, and the piston 85a is positioned upward. By pushing down from the bottom, the structure is introduced into the reaction vessel 6g while maintaining hermeticity.
図１２は、スクリュー機構を用いた第１調整機構の説明図を示している。図１２に示すように、第１調整機構８ｅには、スクリュー部８７が設けられ、スクリュー部８７には、スクリュー８７ａ及びハンドル８７ｂが設けられている。アルミニウム投入口８８からアルミ箔１５を投入した状態で、ハンドル８７ｂを自動又は手動で回転させると、スクリュー８７ａが回転し、一定の量を安定的に反応容器６ｇに投入することができる構造となっている。 FIG. 12 is an explanatory diagram of a first adjustment mechanism using a screw mechanism. As shown in FIG. 12, the first adjustment mechanism 8e is provided with a screw portion 87, and the screw portion 87 is provided with a screw 87a and a handle 87b. When the handle 87b is rotated automatically or manually with the aluminum foil 15 being charged from the aluminum charging port 88, the screw 87a is rotated, and a certain amount can be stably charged into the reaction vessel 6g. ing.
（その他の実施例）
（１）不純物除去装置１１０には、不純物除去機能再生装置が設けられ、燃料電池ユニット５における発電の際に発生する熱を利用した不純物除去装置１１０の機能の再生を行う構成でもよい。その場合、不純物除去装置１１０には、吸着カラムと再生カラムが設けられる。
（２）不純物除去装置１１０には、不純物除去機能再生装置が設けられ、水素製造の際に発生する熱を利用した不純物除去装置１１０の機能の再生を行う構成でもよい。その場合、不純物除去装置１１０には、吸着カラムと再生カラムが設けられる。
（３）不純物除去装置１１０には、不純物除去機能再生装置が設けられ、燃料電池ユニット５における発電の際に発生する熱と、水素製造の際に発生する熱を利用した不純物除去装置１１０の機能の再生を行う構成でもよい。その場合、不純物除去装置１１０には、吸着カラムと再生カラムが設けられる。
(Other examples)
(1) The impurity removing device 110 may be provided with an impurity removing function regenerating device, and the function of the impurity removing device 110 may be regenerated using heat generated during power generation in the fuel cell unit 5. In that case, the impurity removal apparatus 110 is provided with an adsorption column and a regeneration column.
(2) The impurity removing device 110 may be provided with an impurity removing function regenerating device, and the function of the impurity removing device 110 may be regenerated using heat generated during hydrogen production. In that case, the impurity removal apparatus 110 is provided with an adsorption column and a regeneration column.
(3) The impurity removing device 110 is provided with an impurity removing function regeneration device, and functions of the impurity removing device 110 using heat generated during power generation in the fuel cell unit 5 and heat generated during hydrogen production. May be configured to perform the reproduction. In that case, the impurity removal apparatus 110 is provided with an adsorption column and a regeneration column.
本発明は、自然エネルギーを利用した発電のバックアップ用の電源として利用可能である。また、災害時の非常用電源としても利用可能である。 The present invention can be used as a power source for power generation backup using natural energy. It can also be used as an emergency power source in the event of a disaster.
１ 燃料電池システム
２ 水素ガス供給手段
３ 水素ガス発生部
４ 蓄ガス部
５ 燃料電池ユニット
６，６ａ〜６ｇ，６０ 反応容器
７，７ａ，７ｂ，７０ 原材料容器
８ 供給制御機構
８ａ，８ｄ，８ｅ 第１調整機構
８ｂ 第２調整機構
８ｃ 第３調整機構
９，９ａ，９ｂ 交換機構
１０ 残渣排出手段
１１ 不純物除去機構
１２ 温度制御機構
１３ 水
１４ 水酸化カルシウム
１５，１５ａ アルミ箔
１６ａ，１６ｂ バッファタンク
１７ 加温冷却ユニット
１７ａ，１７ｂ 矢印
１８ 水素ガス
３０〜３３ 水素ガス発生装置
４０ 水素ガスボンベ
４１ 水素吸蔵合金内蔵容器
６０ａ 蓋部
６０ｂ 排出口
８１ 第１調整機構本体
８１ａ 弁
８２，８３，８５ ピストン部
８２ａ，８３ａ，８５ａ ピストン
８５ｂ，８５ｃ シール部
８４，８６，８８ アルミニウム投入口
８７ スクリュー部
８７ａ スクリュー
８７ｂ ハンドル
１１０ 不純物除去装置
１２０ 温度コントロールデバイス
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Fuel cell system 2 Hydrogen gas supply means 3 Hydrogen gas generation part 4 Gas storage part 5 Fuel cell unit 6, 6a-6g, 60 Reaction container 7, 7a, 7b, 70 Raw material container 8 Supply control mechanism 8a, 8d, 8e 1st DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Adjustment mechanism 8b 2nd adjustment mechanism 8c 3rd adjustment mechanism 9, 9a, 9b Exchange mechanism 10 Residue discharge means 11 Impurity removal mechanism 12 Temperature control mechanism 13 Water 14 Calcium hydroxide 15, 15a Aluminum foil 16a, 16b Buffer tank 17 Addition Temperature cooling unit 17a, 17b Arrow 18 Hydrogen gas 30-33 Hydrogen gas generator 40 Hydrogen gas cylinder 41 Hydrogen storage alloy built-in container 60a Lid 60b Discharge port 81 First adjustment mechanism main body 81a Valve 82, 83, 85 Piston 82a, 83a 85a Piston 85b, 85c Seal part 84, 86, 88 A Miniumu inlet 87 screw portion 87a screw 87b handle 110 impurity remover 120 Temperature control device
Claims (13)
前記水素ガス供給手段は、
水素ガス発生部と、発生した水素ガスを蓄積する蓄ガス部から構成され、
前記水素ガス発生部は、
アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物の水溶液と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムとを原材料とし、
又は、
アルカリ土類金属系水酸化物もしくはアルカリ金属系水酸化物と、アルミニウム片もしくはシート状アルミニウムと、水とを原材料とし、
前記原材料を混合する反応容器と、水素ガス発生を持続的かつ定量的に行うために前記原材料の一部の供給を制御する供給制御機構と、反応容器を他の反応容器に交換する交換機構を有することを特徴とする燃料電池システム。 A fuel cell system comprising at least a hydrogen gas supply means capable of supplying hydrogen gas in a low pressure region and a fuel cell unit,
The hydrogen gas supply means includes
It consists of a hydrogen gas generator and a gas storage unit that stores the generated hydrogen gas.
The hydrogen gas generator is
Using an alkaline earth metal hydroxide or an aqueous solution of an alkali metal hydroxide and an aluminum piece or sheet-like aluminum as raw materials,
Or
Using alkaline earth metal hydroxide or alkali metal hydroxide, aluminum piece or sheet-like aluminum, and water as raw materials,
A reaction vessel for mixing the raw materials, a supply control mechanism for controlling the supply of a part of the raw materials in order to continuously and quantitatively generate hydrogen gas, and an exchange mechanism for exchanging the reaction vessel with another reaction vessel. A fuel cell system comprising:
The fuel cell system according to any one of claims 1 to 12, wherein the hydrogen gas generation unit further includes a temperature control mechanism that controls the temperature in the reaction vessel.
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