JP4719838B2 - 水素燃料発生装置 - Google Patents
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Description
本発明は、水素を燃料とする燃料電池に供給する水素燃料発生装置に関し、特に廃棄物から回収したアルミニウムを原材料とすることもでき、カートリッジ式水素燃料発生装置とすることで自動車に搭載可能にもなる。
水素は燃焼しても二酸化炭素を発生せずに、水になることから水素を燃料とする水素燃料電池の開発が盛んに進められている。
しかし、小型で安全に水素を供給できる水素燃料発生装置が実現していないのが現状である。
従来は高圧水素、液体水素による貯蔵・運搬や、水素吸蔵合金を利用することが提案されているが、高圧水素は高圧容器が必要であり、容器の重量が重く、安全性にも不安があった。
液体水素は超低温用の特殊な容器が必要になり高コストとなる。
また、水素吸蔵合金は合金自体の重量が重く、動作温度が３００℃以上と高いことも問題であった。
しかし、小型で安全に水素を供給できる水素燃料発生装置が実現していないのが現状である。
従来は高圧水素、液体水素による貯蔵・運搬や、水素吸蔵合金を利用することが提案されているが、高圧水素は高圧容器が必要であり、容器の重量が重く、安全性にも不安があった。
液体水素は超低温用の特殊な容器が必要になり高コストとなる。
また、水素吸蔵合金は合金自体の重量が重く、動作温度が３００℃以上と高いことも問題であった。
特開２００６−２１１５４号公報には、アルミニウム成分を含む燃焼灰をアルカリ又は酸と反応させて水素ガスを採取する方法を開示するが焼却灰中のアルミニウム含有量が少なく実用的ではない。
本発明は小型で且つ安全に水素ガスを取り出すことができ、廃棄物からの回収アルミニウムを原材料とすることも可能な水素燃料発生装置の提供を目的とし、カートリッジ式水素燃料発生装置とすることで自動車に搭載可能にすることも目的とする。
本発明に係るカートリッジ式水素燃料発生装置は、カートリッジ容器をアルミニウム収容室とアルカリ水溶液収容室と反応残渣収容部とに、隔壁でそれぞれ仕切り、前記アルミニウム収容室とアルカリ水溶液収容室との間に設けた吐出制御手段からなる反応制御手段によりアルミニウム収容室のアルミニウムと、アルカリ水溶液収容室のアルカリ水溶液とを部分的に反応させ、発生した水素ガスを外部に取り出す開閉制御された制御弁からなる水素取出手段を有し、反応残渣は反応残渣収容部に収容し、アルミニウム収容室に投入するアルミニウムは、アルミ箔層が積層されている包装材の廃棄物を乾留処理して回収されたアルミニウムであり、前記水素取出手段を、水素燃料電池の水素ガス導入部に着脱自在にしたことを特徴とする。
アルミニウムとはアルミニウム合金を含み、アルミニウム製品の加工工場等から発生するアルミニウムの切り粉、切りくず及び端材であってもよいが、アルミ箔層が積層されている包装材の廃棄物を乾留処理して回収されたアルミニウムであると回収資源の有効利用が可能であり、循環型社会の構築に寄与する。
アルカリ水溶液はアルミニウムと反応して水素ガスを発生させるものであり、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等の水溶液が代表的である。
反応残渣とは、アルカリ水溶液とアルミニウムが反応して水素ガスが発生した後の反応生成物であり、アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液と反応すると、アルミン酸ソーダが残渣物となる。
また、アルミニウム原材料中の不純物も残渣となる。
反応残渣とは、アルカリ水溶液とアルミニウムが反応して水素ガスが発生した後の反応生成物であり、アルミニウムが水酸化ナトリウム水溶液と反応すると、アルミン酸ソーダが残渣物となる。
また、アルミニウム原材料中の不純物も残渣となる。
アルミニウムとアルカリ水溶液との反応を制御する方法としては、外部信号によりアルカリ水溶液の所定量をアルミニウム収容室に吐出して水素ガスを発生させる方法及び逆にアルミニウムの所定量をアルカリ水溶液に投入して水素ガスを発生させる方法でもよい。
アルミニウム収容室とアルカリ水溶液の収容室とは異なる反応室を設けてこの反応室に所定量のアルミニウムとアルカリ水溶液を供給する方法でもよい。
いずれにしても本発明においては反応制御手段により水素ガス発生量を制御することに特徴がある。
アルミニウム収容室とアルカリ水溶液の収容室とは異なる反応室を設けてこの反応室に所定量のアルミニウムとアルカリ水溶液を供給する方法でもよい。
いずれにしても本発明においては反応制御手段により水素ガス発生量を制御することに特徴がある。
前記の水素燃料発生装置をカートリッジ容器に収納することでカートリッジの水素取出手段としての水素取出口を水素燃料電池の水素ガス導入部に着脱自在にすると、カートリッジの交換が容易になる。
水素燃料電池は中心にある電解質を２つの電極で挟んだ構造をしているのが一般的であり、電解質として固体高分子を用いたＰＥＦＣ型でもアルカリ電解質を用いたＡＦＣ型でもよく、水素を燃料として発電される電池の全てに適用できる。
水素燃料電池は中心にある電解質を２つの電極で挟んだ構造をしているのが一般的であり、電解質として固体高分子を用いたＰＥＦＣ型でもアルカリ電解質を用いたＡＦＣ型でもよく、水素を燃料として発電される電池の全てに適用できる。
カードリッジ式の水素燃料発生装置は、ノートパソコンや自動車に搭載することが可能である。
自動車に搭載し、アクセルの開閉や、エンジン出力に対応して、水素ガスの発生量を制御することで新しい水素燃料自動車を提供できる。
自動車に搭載し、アクセルの開閉や、エンジン出力に対応して、水素ガスの発生量を制御することで新しい水素燃料自動車を提供できる。
本発明に係る水素燃料発生装置はアルミニウムとアルカリ水溶液とを反応させて水素ガスを発生させるものであり、構造が簡単で安価に製作でき、安全でもある。
特に原材料のアルミニウムとして廃棄物からの回収アルミニウムを使用することも可能である。
アルミ箔が積層された包装材は紙容器と異なり、リサイクルが難しかったが乾留処理することでアルミニウムの含有率の高い回収資源となり水素ガス発生用の原材料として実用的になる。
特に原材料のアルミニウムとして廃棄物からの回収アルミニウムを使用することも可能である。
アルミ箔が積層された包装材は紙容器と異なり、リサイクルが難しかったが乾留処理することでアルミニウムの含有率の高い回収資源となり水素ガス発生用の原材料として実用的になる。
カートリッジ式の水素燃料発生装置にすると、使用済後の交換が容易になり、水素燃料自動車の普及の促進に貢献できる。
図１に本発明に係る水素燃料発生装置の構造例を模式的に示す。
水素燃料発生装置１０はカートリッジ式になっていて、アルカリ水溶液収容室１１、アルミニウム収容室１２、残渣収容部１３及び水素ガス収容部１６を、隔壁１１ｃ、１２ｃ、１３ａにて仕切りそれぞれ設けてある。
なお、水素ガス収容部１６はアルミニウム収容室１２とかねてもよい。
水素燃料発生装置１０はカートリッジ式になっていて、アルカリ水溶液収容室１１、アルミニウム収容室１２、残渣収容部１３及び水素ガス収容部１６を、隔壁１１ｃ、１２ｃ、１３ａにて仕切りそれぞれ設けてある。
なお、水素ガス収容部１６はアルミニウム収容室１２とかねてもよい。
アルカリ水溶液収容室１１は投入口１１ｂを設けてあり、ここからアルカリ水溶液を投入する。
図１に示した例ではアルカリ水溶液として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液１１ａを示してあるが、アルミニウムと反応して水素ガスを発生させるものである限り、水酸化カリウム等溶液の種類は問わない。
アルミニウム収容室１２には投入口１２ｂを設けてあり、アルミニウム１２ａを収容してある。
アルカリ水溶液収容室１１とアルミニウム収容室１２との間は吐出制御手段１４を介して連通してある。
吐出制御手段は反応制御手段としての役割を有し、例えば電磁弁になっていて、外部からの信号にて開閉制御されている。
図１に示した例ではアルカリ水溶液として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液１１ａを示してあるが、アルミニウムと反応して水素ガスを発生させるものである限り、水酸化カリウム等溶液の種類は問わない。
アルミニウム収容室１２には投入口１２ｂを設けてあり、アルミニウム１２ａを収容してある。
アルカリ水溶液収容室１１とアルミニウム収容室１２との間は吐出制御手段１４を介して連通してある。
吐出制御手段は反応制御手段としての役割を有し、例えば電磁弁になっていて、外部からの信号にて開閉制御されている。
アルミニウム収容室に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の水溶液が吐出されると、下記の反応式により水素ガスが発生する。
（式１）
Ａｌ＋ＮａＯＨ＋３Ｈ２Ｏ → １．５Ｈ２＋ＮａＡｌ（ＯＨ）４
（式１）
Ａｌ＋ＮａＯＨ＋３Ｈ２Ｏ → １．５Ｈ２＋ＮａＡｌ（ＯＨ）４
水素ガス（Ｈ２）は水素ガス収容部に貯められ、制御弁１５ａの開閉により水素ガス取出口１５から図示を省略した燃料電池に供給される。
反応により発生したアルミン酸ソーダ［ＮａＡｌ（ＯＨ）４］は残酸収容部１３に取り込まれる。
なお、アルミン酸ソーダは水酸化アルミニウムを経由してアルミナとして回収することもできる。
反応により発生したアルミン酸ソーダ［ＮａＡｌ（ＯＨ）４］は残酸収容部１３に取り込まれる。
なお、アルミン酸ソーダは水酸化アルミニウムを経由してアルミナとして回収することもできる。
本実施例ではアルカリ水溶液をアルミニウム収容室に吐出する構造例を示したが、逆にアルミニウムをアルカリ水溶液収容室に投入制御してもよく、アルカリ水溶液収容室及びアルミニウム収容室とは別に反応室を設けてこの反応室に投入するアルミニウムとアルカリ水溶液を制御してもよい。
アルミニウムとアルカリ水溶液の反応は常温で速やかに反応し、反応速度も速く制御しやすい。
アルミニウムとアルカリ水溶液の反応は常温で速やかに反応し、反応速度も速く制御しやすい。
本発明に用いるアルミニウムはアルミニウム合金であってもよく、アルミ製品の加工工程で発生する切粉等を用いてもよいが、廃棄物から回収したアルミ資源を用いるのが省資源化と循環型社会の構築の観点から望ましい。
牛乳パック等として広く使用されている包装材の中には、アルミ箔を積層したものも多く採用されている。
これらの包装材からパルプを紙資源として回収した後の残渣にはアルミ成分を多く含有している。
この残渣を約５００〜６２０℃、３〜６時間乾留処理すると効率よくアルミを回収することができる。
牛乳パック等として広く使用されている包装材の中には、アルミ箔を積層したものも多く採用されている。
これらの包装材からパルプを紙資源として回収した後の残渣にはアルミ成分を多く含有している。
この残渣を約５００〜６２０℃、３〜６時間乾留処理すると効率よくアルミを回収することができる。
本発明に水素燃料発生装置はコンパクトで安全な装置となるため、多くの産業分野にて利用できる。
図２には自動車に搭載した場合の例を模式的に示す。
本発明に係るカートリッジ式の水素燃料発生装置１０を燃料電池の水素ガス供給部に連結して、自動車の走行に電源として利用できる。
アルミニウムが完全に消費すると、次のカートリッジに簡単に交換することができる。
カートリッジとすることで社会的インフラとして全国に販売網を構築するのが容易である。
図２には自動車に搭載した場合の例を模式的に示す。
本発明に係るカートリッジ式の水素燃料発生装置１０を燃料電池の水素ガス供給部に連結して、自動車の走行に電源として利用できる。
アルミニウムが完全に消費すると、次のカートリッジに簡単に交換することができる。
カートリッジとすることで社会的インフラとして全国に販売網を構築するのが容易である。
１０ カートリッジ式水素燃料発生装置
１１ アルカリ水溶液収容室
１１ａ 水酸化ナトリウム水溶液
１２ アルミニウム収容室
１２ａ アルミニウム
１３ 残渣収容部
１４ 吐出制御手段
１５ 水素ガス取出口
１５ａ 制御弁
１６ 水素ガス収容部
１１ アルカリ水溶液収容室
１１ａ 水酸化ナトリウム水溶液
１２ アルミニウム収容室
１２ａ アルミニウム
１３ 残渣収容部
１４ 吐出制御手段
１５ 水素ガス取出口
１５ａ 制御弁
１６ 水素ガス収容部
Claims (2)
- カートリッジ容器をアルミニウム収容室とアルカリ水溶液収容室と反応残渣収容部とに、隔壁でそれぞれ仕切り、
前記アルミニウム収容室とアルカリ水溶液収容室との間に設けた吐出制御手段からなる反応制御手段によりアルミニウム収容室のアルミニウムと、アルカリ水溶液収容室のアルカリ水溶液とを部分的に反応させ、
発生した水素ガスを外部に取り出す開閉制御された制御弁からなる水素取出手段を有し、反応残渣は反応残渣収容部に収容し、
アルミニウム収容室に投入するアルミニウムは、アルミ箔層が積層されている包装材の廃棄物を乾留処理して回収されたアルミニウムであり、
前記水素取出手段を、水素燃料電池の水素ガス導入部に着脱自在にしたことを特徴とするカートリッジ式水素燃料発生装置。 - 請求項１記載のカートリッジ式水素燃料発生装置を搭載したことを特徴とする水素燃料自動車。
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