JP4800319B2 - 水素製造装置およびそれを用いた燃料電池システム - Google Patents
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Description
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において、1は水素発生物質収容容器、1aは水素発生物質、1bは水素導出管、1cは水供給管、2は水収容容器、2aは水、2bは水供給管、2c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または水収容容器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。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および気液分離部7についてのみを断面で示している。
2Al+4H2O → Al2O3・H2O+3H2 (2)
2Al+3H2O → Al2O3+3H2 (3)
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3において、実施形態1の図1と同様の部分には同様の符号を付けてその詳細な説明は省略する。図3において、1は水素発生物質収容容器、1cは水供給管、1bは水素導出管、2は水収容容器、6は冷却部、7は気液分離部、9は水の供給量を調整するための流量調整部、10は逆流防止弁、11は圧力逃がし弁である。気液分離部7には気液分離膜7eが配置されており、更に気液分離膜7eを通過した水素を排出するための水素導出口7cが設けられている。図3では、気液分離部7についてのみを断面で示している。
図4は、本発明の燃料電池システムの一例を示す一部断面概略図である。図4において、本実施形態の燃料電池システムは、燃料電池100と水素製造装置200とを備えている。水素製造装置200は、実施形態1または実施形態2の水素製造装置を用いることができる。図4において、実施形態1の図1と同様の部分には同様の符号を付けてその詳細な説明は省略する。また、図4では、水素発生物質収容容器1、水収容容器2、気液分離部7および燃料電池100についてのみを断面で示している。
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1cおよび水素導出管1b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は水素発生物質収容容器1と同じ構成にし、水供給管2bおよび水回収管2cにも、水供給管1c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および水収容容器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ゴム製リングを配置して、脱着部3から水素および水の漏れを抑制するようにした。水素発生物質収容容器1には、その外周を包むように厚み5mmの発泡スチロール製の保温材4を設置した。
冷却部6を配置せず、更に水素導出管1bが接続されている脱着部3から、気液分離部7までを、シリコンチューブで接続した以外は、図1と同じ構成の水素製造装置を用い、実施例1と同様にして水素を製造した。
気液分離部7を配置しない以外は、図1と同じ構成の水素製造装置を用い、実施例1と同様にして水素を製造した。
図3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9cm3でアルミニウム製の角柱状容器を用いた。水供給管1cおよび水素導出管1bは、内径2mm、外径3mmのアルミニウム製の管を用いた。気液分離部7は図3に示すように構成し、水素発生物質収容容器1から排出される混合物中の水素が、気液分離膜7eを通して水素導出管7cより排出され、他方、気液分離膜7eで分離された水は逆流防止弁10を通って、水収容容器2に回収されるようにした。圧力逃がし弁11には、開放圧0.1MPaの弁を用いた。冷却部6には、内径1mmで長さ20cmのステンレス鋼製の管を、アルミニウム製の冷却フィンの片面に葛折り状態で接するように配置したものを用いた。また、気液分離膜7eには、面積が5cm2のポリテトラフルオロエチレンの微多孔膜(ゴアテックス社製)を用いた。
冷却部6、気液分離部7等からなる水回収部を配置せず、水収容容器2に注入する水の量を25gとした以外は、実施例3と同様にして水素を製造した。
図4に示す構成の燃料電池システムで発電を行った。MEA101を、ガス漏れ抑制のためのシール材180と、正極集電板140および負極集電板150で挟み込んで燃料電池100を形成した。
イオン交換樹脂"アンバーライト1006F H"に代えて、捕集材としてキレート樹脂[ローム&ハース社製"アンバーライト IRC748"(商品名)]を0.1g用いた以外は、実施例4と同様にして発電試験を行った。
イオン交換樹脂"アンバーライト1006F H"に代えて、捕集材としてモレキュラーシーブ5A(ナカライテスク社製)を0.1g用いた以外は、実施例4と同様にして発電試験を行った。
アルミニウム粉末に代えて、水素発生物質としてNaBH4粉末2.5gを用い、水収容容器2には水に代えて、1molの塩酸7gを収容した以外は、実施例4と同様にして発電試験を行った。
アルミニウム粉末に代えて、水素発生物質としてNaBH4粉末2.5gを用い、水収容容器2には水に代えて、1molの塩酸7gを収容した以外は、実施例5と同様にして発電試験を行った。
アルミニウム粉末に代えて、水素発生物質としてNaBH4粉末2.5gを用い、水収容容器2には水に代えて、1molの塩酸7gを収容した以外は、実施例6と同様にして発電試験を行った。
捕集部12の内部に捕集材を入れなかったこと以外は、実施例4と同様にして発電試験を行った。
捕集部12の内部に捕集材を入れなかったこと以外は、実施例7と同様にして発電試験を行った。
水素製造装置200に気液分離部7を設けなかったこと以外は、実施例4と同様にして発電試験を行った。
水素製造装置200に気液分離部7を設けなかったこと以外は、実施例7と同様にして発電試験を行った。
Claims (19)
- 水素発生物質を収容するための水素発生物質収容容器と、
水を収容するための水収容容器と、
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、液体の水と、水素および水蒸気と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み、
前記水素発生物質収容容器と前記気液分離部との間に、前記混合物中の水蒸気を冷却して液体の水にする冷却部を有することを特徴とする水素製造装置。 - 前記気液分離部は、鉛直方向に対して、前記水収容容器よりも高い位置に配置されている請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記水素発生物質収容容器および前記水収容容器よりなる群から選択される少なくとも一方は、前記水素製造装置に脱着可能に取り付けられている請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記水素発生物質収容容器の外周の少なくとも一部に、保温材がさらに配置されている請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記水素発生物質収容容器と前記水収容容器とは、保温材を介して隣接している請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記水素発生物質収容容器と前記水収容容器とは、一体化されている請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記水素発生物質収容容器および前記水収容容器は、水素発生物質と水との反応に応じて変形可能である請求項1に記載の水素製造装置。
- 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、およびこれらの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に記載の水素製造装置。 - 前記水素発生物質収容容器は、水素発生物質と、常温において水と発熱反応する発熱物質とを収容し、
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、およびこれらの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に記載の水素製造装置。 - 前記発熱物質は、前記水素発生物質収容容器内で、偏在して配置されている請求項9に記載の水素製造装置。
- 前記水素発生物質収容容器は、水素発生物質と、常温において水と発熱反応する発熱物質とを収容し、
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、およびこれらの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種の金属であり、
前記発熱物質は、前記水供給部の近傍に、偏在して配置されている請求項1に記載の水素製造装置。 - 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、金属水素化物である請求項1に記載の水素製造装置。 - 前記水素発生物質と前記水との反応により生成する副生成物を捕集するための捕集部をさらに含む請求項1に記載の水素製造装置。
- 前記捕集部は、イオン交換樹脂を含む請求項13に記載の水素製造装置。
- 前記捕集部は、キレート樹脂を含む請求項13に記載の水素製造装置。
- 前記捕集部は、モレキュラーシーブス、ゼオライト、シリカゲル、活性炭、アルミナおよび吸水性高分子よりなる群から選択される少なくとも1種の材料を含む請求項13に記載の水素製造装置。
- 請求項1に記載の水素製造装置と、燃料電池とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 請求項13に記載の水素製造装置と、燃料電池とを備えたことを特徴とする燃料電池システム。
- 前記燃料電池は、固体高分子型燃料電池である請求項18に記載の燃料電池システム。
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