JP4840781B2 - 水素発生方法及び水素発生装置及び燃料電池設備 - Google Patents
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Description
また、本発明は、水素を効率よく供給することができる水素発生装置を備えた燃料電池設備に関する。
上記目的を達成するための請求項22に係る本発明の水素発生装置は、水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、前記促進剤として金属塩化物を適用し、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上40重量%以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されていることを特徴とする。
上記目的を達成するための請求項23に係る本発明の水素発生装置は、水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、前記促進剤として酸を適用し、前記促進剤水溶液のpHを1以上3以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されていることを特徴とする。
上記目的を達成するための請求項24に係る本発明の水素発生装置は、水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、前記促進剤として金属塩化物及び酸を適用し、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上25重量%以下にすると共に、前記促進剤水溶液のpHを1以上3以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されていることを特徴とする。
また、水素発生速度を増加させ、反応効率や水素貯蔵密度を高くすることができ、制御が容易な水素発生装置を備えた燃料電池設備を提供することが可能になる。
2 水溶液貯蔵部
3 連結管
4 逆止弁
5 大気取入口
6 燃料電池のアノード室
7 水素供給管
S1 第一の工程
S2 第二の工程
S3 第三の工程
(a)水素化ホウ素ナトリウムと水溶液が出会うことにより反応が進行するため、反応速度の変化がスムーズである。従って、グラフのラインに細かい凹凸が少ない。
(b)立ち上がり、立下りが急峻である。これは水素発生速度の変化速度が大きいことを示している。
(c)一周期が短い。供給水量が少ない。
(a)水素化ホウ素ナトリウムと水溶液が出会うことに加えて、反応中の物質と反応器に固定した促進剤が接触して反応が進行する。反応中の物質は泡状になっており、泡表面に水素化ホウ素ナトリウムと水とを含んでいる。反応中の物質が泡形状のため、反応器に固定した促進剤と反応中の物質とが接触するタイミングはまちまちである。従ってグラフのラインに細かい凹凸が多くなっている。
(b)立ち上がり、立下りが緩やかである。これは水素発生速度の変化速度が小さいことを示している。従って高い安全性と制御性が得られる。図9より立ち上がり速度が遅くなった理由は、(i)促進剤が反応器内にあるため、促進剤水溶液が水素化ホウ素ナトリウムに供給された時点での水と水素化ホウ素ナトリウムの接触量が少なくなったこと、(ii)促進剤水溶液の濃度が低いことが挙げられる。
(c)一周期が長いが、圧力変化量が図9と同等である。供給水量が多い。立ち上がり速度が遅いためである。
Claims (25)
- 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水溶液貯蔵部に貯蔵し、錯体水素化物を貯蔵すると共に前記水溶液貯蔵部から促進剤水溶液が供給されて水素反応を起こす反応部からなる水素供給器から水素を発生させ、供給管やバルブを通して外部装置に水素を供給する水素発生方法において、
前記錯体水素化物の重量に対して前記錯体水素化物に供給される前記促進剤水溶液に含まれる水の全重量を0.2倍以上3倍以下にし、
前記錯体水素化物に促進剤水溶液を供給して水素を発生させるに際し、
前記外部装置での設定水素圧に前記供給管や前記バルブで損失する圧力を加算した値を基準圧とし、前記外部装置の内圧が前記設定水素圧を下回り、前記基準圧を前記反応部内圧が下回った際に、前記促進剤水溶液を第二の水素発生材料に供給する第一の工程と、
前記促進剤水溶液に前記第二の水素発生材料を溶解しつつ、水素を発生する第二の工程と、
前記反応部から前記外部装置への水素供給圧が基準圧より高くなった際に、前記促進剤水溶液の供給を停止する第三の工程と
を有し、
前記第一の工程から前記第三の工程までが順に繰り返して行なわれる
ことを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1に記載の水素発生方法において、
前記水の全重量を1.0倍以上3倍以下にしたことを特徴とする水素発生方法。 - 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水溶液貯蔵部に貯蔵し、錯体水素化物を貯蔵すると共に前記水溶液貯蔵部から促進剤水溶液が供給されて水素反応を起こす反応部からなる水素供給器から水素を発生させ、供給管やバルブを通して外部装置に水素を供給する水素発生方法において、
前記促進剤として金属塩化物を適用し、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上40重量%以下にし、
前記錯体水素化物に促進剤水溶液を供給して水素を発生させるに際し、
前記外部装置での設定水素圧に前記供給管や前記バルブで損失する圧力を加算した値を基準圧とし、前記外部装置の内圧が前記設定水素圧を下回り、前記基準圧を前記反応部内圧が下回った際に、前記促進剤水溶液を第二の水素発生材料に供給する第一の工程と、
前記促進剤水溶液に前記第二の水素発生材料を溶解しつつ、水素を発生する第二の工程と、
前記反応部から前記外部装置への水素供給圧が基準圧より高くなった際に、前記促進剤水溶液の供給を停止する第三の工程と
を有し、
前記第一の工程から前記第三の工程までが順に繰り返して行なわれる
ことを特徴とする水素発生方法。 - 請求項3に記載の水素発生方法において、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上25重量%以下にしたことを特徴とする水素発生方法。
- 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水溶液貯蔵部に貯蔵し、錯体水素化物を貯蔵すると共に前記水溶液貯蔵部から促進剤水溶液が供給されて水素反応を起こす反応部からなる水素供給器から水素を発生させ、供給管やバルブを通して外部装置に水素を供給する水素発生方法において、
前記促進剤として酸を適用し、前記促進剤水溶液のpHを1以上3以下にし、
前記錯体水素化物に促進剤水溶液を供給して水素を発生させるに際し、
前記外部装置での設定水素圧に前記供給管や前記バルブで損失する圧力を加算した値を基準圧とし、前記外部装置の内圧が前記設定水素圧を下回り、前記基準圧を前記反応部内圧が下回った際に、前記促進剤水溶液を第二の水素発生材料に供給する第一の工程と、
前記促進剤水溶液に前記第二の水素発生材料を溶解しつつ、水素を発生する第二の工程と、
前記反応部から前記外部装置への水素供給圧が基準圧より高くなった際に、前記促進剤水溶液の供給を停止する第三の工程と
を有し、
前記第一の工程から前記第三の工程までが順に繰り返して行なわれる
ことを特徴とする水素発生方法。 - 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水溶液貯蔵部に貯蔵し、錯体水素化物を貯蔵すると共に前記水溶液貯蔵部から促進剤水溶液が供給されて水素反応を起こす反応部からなる水素供給器から水素を発生させ、供給管やバルブを通して外部装置に水素を供給する水素発生方法において、
前記促進剤として金属塩化物及び酸を適用し、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上25重量%以下にすると共に、前記促進剤水溶液のpHを1以上3以下にし、
前記錯体水素化物に促進剤水溶液を供給して水素を発生させるに際し、
前記外部装置での設定水素圧に前記供給管や前記バルブで損失する圧力を加算した値を基準圧とし、前記外部装置の内圧が前記設定水素圧を下回り、前記基準圧を前記反応部内圧が下回った際に、前記促進剤水溶液を第二の水素発生材料に供給する第一の工程と、
前記促進剤水溶液に前記第二の水素発生材料を溶解しつつ、水素を発生する第二の工程と、
前記反応部から前記外部装置への水素供給圧が基準圧より高くなった際に、前記促進剤水溶液の供給を停止する第三の工程と
を有し、
前記第一の工程から前記第三の工程までが順に繰り返して行なわれる
ことを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の水素発生方法において、
前記錯体水素化物が水素化ホウ素塩であることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項5もしくは請求項6に記載の水素発生方法において、
前記酸が有機酸であることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項8に記載の水素発生方法において、
前記有機酸がカルボン酸であることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1〜請求項9のいずれか一項に記載の水素発生方法において、
水素発生反応の前記促進剤もしくは前記錯体水素化物の少なくとも一方に消泡剤が含有されていることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1〜請求項10のいずれか一項に記載の水素発生方法において、
前記錯体水素化物に供給された前記促進剤水溶液を水素発生反応の固体促進剤に接触させることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項11に記載の水素発生方法において、
前記固体促進剤は、前記促進剤水溶液の促進剤と同種の促進剤を含むことを特徴とする水素発生方法。 - 請求項11に記載の水素発生方法において、
前記固体促進剤は、貴金属もしくは水素吸蔵合金であることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の水素発生方法において、
前記促進剤水溶液が前記錯体水素化物に供給された後、少なくとも一回、水素発生速度が、前記外部装置での水素消費速度を上回ることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項14に記載の水素発生方法において、
前記反応部の内圧が前記基準圧より、0.3kPa〜300kPa高くなることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1から請求項13のいずれか一項に記載の水素発生方法において、
前記促進剤水溶液に含まれる水と前記錯体水素化物とが反応して生成する化学量論的水素生成量を、前記水素供給器の容積で除して理論的水素圧を算出した際に、前記理論的水素圧が5kPa〜300kPaとなるように前記第一の工程を1度行う場合に供給する前記促進剤水溶液の供給量が設定されていることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項1から請求項16のいずれか一項に記載の水素発生方法において、
前記水素供給器で発生した水素は燃料電池の負極室に供給される水素として用いられることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項17に記載の水素発生方法において、
燃料電池の設定水素圧が、燃料電池の正極室の圧力以上で正極室の圧力より0.3MPa高い圧力以下であることを特徴とする水素発生方法。 - 請求項18に記載の水素発生方法において、
前記促進剤水溶液に前記基準圧がかかっており、
前記水溶液貯蔵部と前記反応部とを連結する導管に逆止弁を有し、
前記反応部内圧が前記基準圧を下回ると、差圧により前記逆止弁が開弁し、前記促進剤水溶液が、前記錯体水素化物に供給され、
前記反応部内圧が前記基準圧を上回ると、差圧により前記逆止弁が閉弁し、前記促進剤水溶液が停止する
ことを特徴とする水素発生方法。 - 請求項18に記載の水素発生方法において、
前記促進剤水溶液が加重されており、
前記水溶液貯蔵部と前記反応部とを連結する導管にレギュレータを有し、
前記反応部内圧が前記基準圧を下回ると、前記レギュレータが開弁し、前記促進剤水溶液が、前記錯体水素化物に供給され、
前記反応部内圧が前記基準圧を上回ると、前記レギュレータが閉弁し、前記促進剤水溶液が停止する
ことを特徴とする水素発生方法。 - 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、
水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、
前記錯体水素化物の重量に対して前記錯体水素化物に供給される前記促進剤水溶液に含まれる水の全重量を0.2倍以上3倍以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されている
ことを特徴とする水素発生装置。 - 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、
水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、
前記促進剤として金属塩化物を適用し、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上40重量%以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されている
ことを特徴とする水素発生装置。 - 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、
水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、
前記促進剤として酸を適用し、前記促進剤水溶液のpHを1以上3以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されている
ことを特徴とする水素発生装置。 - 水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液が貯留される水溶液貯留部を備え、錯体水素化物が貯蔵される水素供給器に供給管を介して水溶液貯留部を接続し、水素供給器で発生した水素が消費される外部装置を水素供給器に接続し、
水素の消費に応じた水素供給器の圧力及び水溶液貯留部の圧力に応じて促進剤水溶液の流通を許容する弁部材を供給管に備え、
前記促進剤として金属塩化物及び酸を適用し、前記金属塩化物の濃度を0.1重量%以上25重量%以下にすると共に、前記促進剤水溶液のpHを1以上3以下にした前記促進剤水溶液が、前記水溶液貯留部に貯留されている
ことを特徴とする水素発生装置。 - 請求項21から請求項24のいずれか一項に記載の水素発生装置の水素供給器を燃料電池の負極室に接続し、発生した水素が前記負極室に供給されることを特徴とする燃料電池設備。
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