JP5135580B2 - 水素発生装置及び燃料電池システム - Google Patents

Description

本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生装置及び水素発生装置で発生した水素を燃料とする燃料電池システムに関する。

近年のエネルギー問題の高まりから、より高いエネルギー密度で、排出物がクリーンな電源が要求されている。燃料電池は、既存電池の数倍のエネルギー密度を有する発電機であり、エネルギー効率が高く、また、排出ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物がない、もしくは、少ないといった特徴がある。従って、次世代の電源デバイスとしての要求に合った極めて有効なデバイスであるといえる。

水素と酸素の電気化学反応により起電力を得る燃料電池では、燃料として水素が必要となる。燃料電池で用いる水素を発生する水素発生装置としては、例えば、金属水素化物（水素化ホウ素塩）を収容した反応容器と、水タンクとを有し、ポンプによって水タンク内の水を反応容器の金属水素化物に噴出するようにしたものがある（特許文献１参照）。

特開２００２−１３７９０３号公報

このような従来の水素発生装置では、水、あるいは水溶液等を収容するタンクや、水、水溶液等をタンクから反応容器内に供給するための供給流路等が必要となり、装置構成が複雑化してしまう。そして、このように装置構成が複雑化することに伴い、製造コストが高くなるという問題や、装置を比較的大きくなってしまうという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、装置構成を簡略化することができる水素発生装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の第１の態様は、金属水素化物と該金属水素化物と反応して水素を発生させる反応溶液とが常温では非反応状態に固化された固化物を含む反応物固体が収容された反応容器と、該反応容器内に設けられる加熱手段とを具備し、前記固化物は、前記金属水素化物の水和物、前記金属水素化物と前記反応溶液である水を包含する包接化合物とで形成されたもの、または、前記金属水素化物と前記反応溶液である水を包含するマイクロカプセルとで形成されたものであり、前記加熱手段によって前記反応物固体を前記常温よりも高い所定温度に加熱することにより、前記水素を発生させることを特徴とする水素発生装置にある。

かかる第１の態様では、反応容器内に反応溶液を供給する必要がなく、装置構成を簡略化して小型化を図ることができる。また、反応物固体が加熱手段で加熱されることで分解された金属水素化物と反応溶液とが反応して水素が安定して発生する。また反応物固体を加熱することで、包接化合物に包接されていた水又はマイクロカプセルに包含されていた水と金属水素化物とが反応して水素が発生する。

本発明の第２の態様は、前記加熱手段は前記反応容器の深さ方向に沿って延設されると共に、当該反応容器内に所定間隔で複数本設けられていることを特徴とする第１の態様の水素発生装置にある。

かかる第２の態様では、反応物固体全体を均一に加熱することができる。

本発明の第３の態様は、前記反応物固体が、前記金属水素化物と前記反応溶液との反応を促進させる反応促進物をさらに含むことを特徴とする第１又は２の態様の水素発生装置にある。

かかる第３の態様では、金属水素化物と反応溶液との反応速度が速くなるため、加熱手段による加熱温度を比較的低くしても水素が発生する。

本発明の第４の態様は、前記反応物固体が、塩基性物質をさらに含むことを特徴とする第１又は２の態様の水素発生装置にある。

かかる第４の態様では、金属水素化物と反応溶液との反応速度は低下するものの、反応を停止させやすくなる。

本発明の第５の態様は、前記反応容器には発生した水素を排出する排出部が設けられていると共に、該排出部には水素を透過するが水蒸気を実質的に透過しないフィルタユニットが設けられていることを特徴とする第１〜４の何れか一つの態様の水素発生装置にある。

かかる第５の態様では、反応容器内の水分の外部への排出が防止され、反応に必要な水量が確保される。

本発明の第６の態様は、前記加熱手段がそれぞれ設けられた前記反応容器を複数具備すると共に、各反応容器内の前記加熱手段をそれぞれ独立して制御する制御部を有することを特徴とする第１〜５の何れか一つの態様の水素発生装置にある。

かかる第６の態様では、加熱するヒータの数を適宜変更することで、要求される水素流量に比較的容易に対応することができるようになる。

本発明の第７の態様は、前記反応容器内には、前記加熱手段と共に冷却手段が設けられていることを特徴とする第１〜６の何れか一つの態様の水素発生装置にある。

かかる第７の態様では、反応容器の温度制御が容易となり、反応容器から外部に排出される水素の流量を高精度にコントロールすることができるようになる。

本発明の第８の態様は、前記反応容器が密封収容される収容容器をさらに具備すると共に、前記反応容器と前記収容容器との間に断熱層を有することを特徴とする第１〜７の何れか一つの態様の水素発生装置にある。

かかる第８の態様では、反応容器内の温度が下がりにくくなるため、水素発生のための加熱エネルギーを少なく抑えることができる。

本発明の第９の態様は、前記収容容器の一方の壁面に、前記収容容器の内圧の変化に応じて変形可能な可変部材によって支持され当該可変部材の変形により前記反応容器と接離可能なヒートシンクが設けられていることを特徴とする第８の態様の水素発生装置にある。

かかる第９の態様では、反応容器内の温度を比較的容易に調整することができるようになる。

本発明の第１０の態様は、前記加熱手段により前記反応物固体が加熱されている場合に、前記収容容器と前記反応容器との間の空間の圧力を加圧することにより、前記ヒートシンクを前記反応容器から離間させる離間制御部を備えることを特徴とする第９の態様の水素発生装置にある。

かかる第１０の態様では、ヒートシンクを反応容器から離間させることで、ヒートシンクと反応容器との間の空間が断熱層として機能し、反応容器の温度低下が抑えられる。

本発明の第１１の態様は、前記加熱手段により前記反応物固体が加熱されていない場合に、前記収容容器と前記反応容器との間の空間の圧力を減圧することにより、前記ヒートシンクを前記反応容器に接触させる接触制御部を備えることを特徴とする第９の態様の水素発生装置にある。

かかる第１１の態様では、反応容器の熱がヒートシンクを介して放熱されるため、反応容器の温度が急速に低下する。

本発明の第１２の態様は、前記加熱手段が平板状のヒータであり、薄膜状の前記反応物固体が当該ヒータ上に配されていることを特徴とする第１〜１１の何れか一つの態様の水素発生装置にある。

かかる第１２の態様では、ヒータによって効率的に反応物固体を加熱することができる。さらに平板状のヒータを採用することで装置全体の厚さを薄くすることができる。

本発明の第１３の態様は、水素が供給されるアノード室を有すると共に、該アノード室への水素供給手段として第１〜１２の何れか一つの態様の水素発生装置を有することを特徴とする燃料電池システムにある。

かかる第１３の態様では、常に安定して電力を供給することができる燃料電池システムを実現することができる。

かかる本発明では、反応物固体が加熱手段で加熱されることで分解された金属水素化物と反応溶液とが反応して水素が発生するため、反応時に生成される反応生成物の影響を受け難く、常に安定して水素を生成することができる。また、反応容器内に反応溶液を供給する必要がなく、装置を簡略化して小型化を図ることができる。

以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。

（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。

図１に示すように、水素発生装置１０は、反応物固体１１が収容された反応容器１２と、反応容器１２内の反応物固体１１を加熱する加熱手段である複数のヒータ１３とを具備する。そして、以下に説明するように、反応容器１２内の反応物固体１１がヒータ１３によって加熱されることで生成される金属水素化物と水とが反応（水素発生反応）して水素を発生させる。

ここで、反応物固体１１は、金属水素化物と、この金属水素化物と反応して水素を発生する反応溶液とが、少なくとも常温では非反応状態に固化された固化物を含むものである。例えば本実施形態では、反応物固体１１は非反応状態において金属水素化物の周囲に反応溶液が結合された水和物である固化物を含み、その水和水が反応溶液として作用する。金属水素化物としては、例えば、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素カリウム、水酸化リチウムアルミニウム等が挙げられ、本実施形態では、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ_４）を用いている。

ヒータ１３は、反応物固体１１が収容された反応容器１２内に複数配設されており、制御部１４によってそれぞれ制御されるようになっている。複数のヒータ１３の配置は特に限定されないが、反応物固体１１全体を均一に加熱できるように配置されていることが好ましい。なおヒータ１３の数は、特に限定されず、必ずしも複数設けられている必要はない。

このような水素発生装置１０では、反応物固体１１が複数のヒータ１３によって所定温度、例えば、５０℃〜８０℃程度の温度に加熱されることで金属水素化物の水和物である固化物が分解され、生成された金属水素化物と水（水和水）とを反応（水素発生反応）させて水素を発生させている。つまり、金属水素化物と反応溶液としての水とは、常温では全く反応しない非反応状態である反応物固体１１として存在し、常温よりも高い所定温度に加熱されることで反応可能な状態となる。なお、加熱温度が高いほど水素発生反応の速度は速くなり、加熱温度は必要な速度に応じて適宜決定されればよい。また水素発生反応を停止させるには、ヒータ１３による反応物固体１１の加熱を停止すればよい。ヒータ１３による加熱を停止し、反応容器１２内が冷却されることで水素発生反応は停止し、金属水素化物が再び水和されて固化物となる。

また反応容器１２には、水素発生反応により生成された水素が排出される排出部である排出管１５の一端が接続されている。この排出管１５の他端は、図示しないが、例えば、燃料電池等に接続される。この排出管１５には、開閉バルブ１６が設けられており、この開閉バルブ１６の開閉により水素を排出するタイミングや排出量が制御されている。さらに排出管１５には、フィルタユニット１７が設けられている。このフィルタユニット１７は、水素は透過するが水蒸気は実質的に透過しないように構成されている。すなわち、フィルタユニット１７は、水素を透過するが水蒸気を透過し難いように、言い換えれば、水蒸気よりも水素透過性が高くなるように構成されている。例えば、本実施形態に係るフィルタユニット１７は、パラジウム又はパラジウム合金の金属膜からなる水素分離膜で構成されている。そして、反応容器１２内で生成された水素は、排出管１５からフィルタユニット１７を介して反応容器１２の外部に排出される。

なおフィルタユニット１７は、勿論これに限定されるものではなく、例えば、液体を透過しない程度の微小孔を有する透過気化膜と、この膜の反応容器側に設けられて水蒸気を冷却する冷却部とで構成されていてもよい。この構成では、排出管に供給された水蒸気がこの冷却部で冷却されて凝縮し、水素のみが透過気化膜を通過するようになる。また、フィルタユニット１７は、例えば、水蒸気を冷却する冷却部と、例えば、シリカゲル等の吸水材料によって形成され冷却部によって冷却されて凝縮した水が吸収される給水部とで構成されていてもよい。

上述したように反応物固体１１は反応容器１２内でヒータ１３によって加熱されるため、また水素発生反応の発熱により、反応溶液である水が加熱され、反応容器１２内には水蒸気が充満する。このため、発生させた水素と共に水蒸気が排出管１５に流れ込むが、本実施形態では、排出管１５にフィルタユニット１７が設けられているため、水蒸気が外部に排出されることがない。

水素発生反応には比較的大量の水を必要とするため、水蒸気が水素と共に外部に排出されてしまうと、水量が足りなくなり水素発生反応の反応速度が低下したり、水素の発生量が低下したりする虞がある。しかしながら、フィルタユニット１７が設けられて水蒸気の排出が防止されることで、反応に必要な水量を確実に保持することができる。勿論、水素発生反応に必要な水量を確保できていれば、フィルタユニット１７は設けなくてもよい。なお、反応容器１２内に保持された水蒸気は、温度の低下と共に金属水素化物、あるいは水素発生反応により水素と共に生成された反応生成物と水和する。

このように本実施形態の水素発生装置１０では、水素発生反応に必要な金属水素化物と反応溶液とが予め収容されている。つまり、従来の水素発生装置とは異なり、反応容器内に反応溶液を供給する必要がない。したがって、装置構成を極めて簡略化することができ、装置の小型化を図ることができ、またコストの削減を図ることもできる。また、本実施形態では、金属水素化物の水和物である固化物を分解させ、金属水素化物と水（水和水）とを反応させて水素を発生させている。このため、反応時に水素と共に生成される反応生成物の影響を受け難く、常に安定して水素を生成することができる。

ここで、例えば、水、水溶液等をタンクから反応容器に供給する従来の水素発生装置では、例えば、金属水素化物と水との反応（水素発生反応）により水素が生成される際、水素と共に反応生成物が生成され、この反応生成物の薄膜によって金属水素化物の表面が覆われたり、反応生成物が水和してしまうことに起因して、水素発生反応の反応速度が実質的に低下してしまう虞がある。そして、このように金属水素化物の表面が反応生成物によって覆われたり、反応生成物が水和してしまうといった現象は避けることが難しいため、従来の水素発生装置では所定量の水素を安定して発生させるのは難しかった。

これに対し、本実施形態に係る水素発生装置では、上述したように金属水素化物の水和物である固化物を分解させ、金属水素化物と水（水和水）とを反応させて水素を発生させているため、反応時に水素と共に生成される反応生成物の影響を受け難く、常に安定して水素を生成することができる。

なお、本実施形態では、反応物固体１１として金属水素化物の水和物である固化物を含むものを用いるようにしたが、固化物としては、水和物に限定されず、金属水素化物と、反応溶液を含む包接化合物、或いは反応溶液を包含するマイクロカプセルを含むものであってもよい。このように反応溶液が包接化合物等として反応物固体１１に含まれる場合、反応溶液としては、水以外に、メタノール又はエタノールを用いることができる。また、このような反応物固体１１は、一体である必要はなく、例えば、粒体や粉体であってもよい。

さらに、反応物固体１１は、固化物と共に、金属水素化物と反応溶液との反応（水素発生反応）を促進させる反応促進物がさらに含まれていてもよい。この反応促進物としては、例えば、リンゴ酸、クエン酸、コハク酸等が好適に用いられる。このように反応物固体１１に反応促進物が含まれていることで、水素発生反応が促進され反応速度が向上する。したがって、大流量の水素が要求された場合でも、所望量の水素を安全に供給することができる。すなわち、反応促進物が含まれていることで、反応物固体１１の加熱温度が比較的低温であっても大流量の水素を生成することができる。

また反応物固体１１には、反応促進物の替わりに塩基性物質が含まれていてもよい。塩基性物質としては、例えば、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム等が挙げられる。このような塩基性物質が含まれていることでｐＨ値が上がるため、水素発生反応の反応速度は低下してしまうものの、水素発生反応を停止させやすくなる。つまり、比較的短時間で水素発生反応を停止させることができるようになる。したがって、水素発生反応の開始及び停止を細かく制御したい場合には、反応物固体１１に、上記固化物と共に塩基性物質が含まれていることが好ましい。

（実施形態２）
図２は、実施形態２に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。図２に示すように、本実施形態は、反応容器１２内にヒータ１３と共に、冷却手段である冷却素子１８を設けるようにした以外は、実施形態１と同様である。この冷却素子１８は、反応容器１２内を冷却できるものであれば特に限定されず、例えば、ペルチェ素子等を用いればよい。また本実施形態では、冷却素子１８は、ヒータ１３と同様に、反応容器１２内に複数設けられている。冷却手段である冷却素子１８は、反応容器１２内で固化物が分離して生成された金属水素化物と水との混合物を均等に冷却することができればよく、その数及び配置等は特に限定されるものではない。

このような本実施形態の構成では、制御部１４によってヒータ１３及び冷却素子１８を適宜作動させて反応物固体１１及び上記混合物の温度を制御することで、排出管１５を介して外部に排出する水素流量を高精度にコントロールすることができる。例えば、要求される水素流量が減少した場合でも、速やかに応答することができる。

（実施形態３）
図３は、実施形態３に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態は、図３に示すように、反応容器１２が密封収容される収容容器１９をさらに具備するようにした例であり、その他の構成は実施形態１と同様である。具体的には、反応容器１２は、収容容器１９の内壁面との間に所定の空間が確保された状態で収容容器１９内に密封収容されている。また、この収容容器１９と反応容器１２との間には断熱層２０が形成されている。本実施形態では、収容容器１９と反応容器１２との間に確保されている空間が断熱層２０として機能する。勿論、収容容器１９内に断熱材等を封入して収容容器１９と反応容器１２との間に断熱層２０を形成するようにしてもよい。

このような構成では、反応容器１２内の温度が下がりにくくなるため、水素発生のための加熱エネルギーを少なく抑えることができる。つまり、ヒータ１３によって比較的短時間で反応容器１２内の反応物固体１１を所定温度に加熱することができる。したがって、ランニングコストを削減することができる。

（実施形態４）
図４は、実施形態４に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態は、実施形態３の変形例である。具体的には、図４に示すように、本実施形態に係る収容容器１９Ａの一方の壁面にはヒートシンク２１が設けられている。このヒートシンク２１は、例えば、可撓性材料等からなり変形可能な可変部材２２によって収容容器１９に固定されている。例えば、本実施形態では、ヒートシンク２１は蛇腹形状を有する可変部材２２によって収容容器１９Ａに固定されている。そして、以下に説明するように、このヒートシンク２１は、収容容器１９Ａ内に収容されている反応容器１２と接離可能になっている。

本実施形態では、排出管１５の途中から分岐されて収容容器１９に連通する連通管２３が設けられており、この連通管２３には制御部１４によって開閉制御される開閉バルブ２４が設けられている。また収容容器１９には制御部１４によって制御され収容容器１９内を吸引する吸引装置２５が接続されている。

そして、反応容器１２内の反応物固体１１をヒータ１３により加熱する場合、あるいは反応容器１２内を高温に保持したい場合には、離間制御部としての制御部１４が開閉バルブ２４を開動作させて連通管２３を介して収容容器１９内に水素を供給する。なお、このとき開閉バルブ１６は開状態であってもよいが、閉状態としておくことが望ましい。これにより、収容容器１９の内圧は大気圧よりも高くなり、図４（ａ）に示すように、ヒートシンク２１は、反応容器１２から所定距離だけ離間された状態に保持される。したがって、ヒートシンク２１と反応容器１２との間の空間が断熱層として機能し、反応容器１２の温度低下は抑えられる。一方、反応容器１２内を冷却したい場合には、接触制御部としての制御部１４が吸引装置２５を制御することによって収容容器１９内を吸引する。これにより、収容容器１９内が減圧され収容容器１９の内圧が大気圧よりも低くなるため、図４（ｂ）に示すように、可変部材２２が変形してヒートシンク２１が反応容器１２に接触した状態に保持される。これにより、反応容器１２の熱はヒートシンク２１を介して放熱される。したがって、反応容器１２の温度は急速に低下することになる。

このように本実施形態の構成では、必要に応じてヒートシンク２１を反応容器１２から離間したり、接触させたりすることで、反応容器１２内の温度を比較的容易に調整することができる。したがって、反応容器１２内の温度を比較的急速に変化させたい場合にも十分対応することができる。

なお、本実施形態では開閉バルブ２４及び吸引装置２５を設け、これらを制御することでヒートシンク２１を移動させているが、ヒートシンク２１の移動方法は、特に限定されるものではない。例えば、吸引装置２５は必ずしも設けられている必要はない。吸引装置２５が設けられていない構成では、反応容器１２を冷却したい場合、例えば、ヒータ１３による反応物固体１１の加熱を停止して水素の発生量を低下させた状態で開閉バルブ２４を開状態とすればよい。これにより、排出管１５に接続されている、例えば、燃料電池によって収容容器１９内の水素が消費されて収容容器１９内が減圧され、収容容器１９の内圧が大気圧よりも低くなる。この内圧変化に伴って可変部材２２が変形し、ヒートシンク２１が反応容器１２に接触する（図４（ｂ）参照）。

また、例えば、図５に示すように、吸引装置２５を設けずに、排出管１５の連通管２３との分岐点よりも反応容器１２側に開閉バルブ２６をさらに設けるようにしてもよい。この構成では、制御部１４が開閉バルブ２４，２６を開動作させて、連通管２３を介して収容容器１９内に水素を供給することで、ヒートシンク２１は反応容器１２から離間された状態に維持される。一方、制御部１４が開閉バルブ２４を開状態に維持しつつ開閉バルブ２６を閉動作させることにより、ヒートシンク２１が反応容器１２に接触する。つまり、燃料電池等によって収容容器１９内の水素が消費されることによる収容容器１９の内圧変化に伴ってヒートシンク２１が反応容器１２に接触する（図４（ｂ）参照）。

（実施形態５）
図６は、実施形態５に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態は、実施形態３の変形例であり、反応容器を複数設けるようにした以外は実施形態３と同様である。具体的には、図６に示すように、収容容器１９内に複数の反応容器１２が配されている。各反応容器１２内にはそれぞれヒータ１３が設けられており、これらのヒータ１３は制御部１４によってそれぞれ独立して制御される。また、排出管１５は、各反応容器１２にそれぞれ接続されている。

このような構成では、加熱するヒータの数、つまり反応容器の数を適宜変更することで、要求される水素流量に比較的容易に対応することができるようになる。また、水素発生反応が進み水素流量が多く得られない反応容器が存在する場合、その反応容器のヒータを運転させないようにすれば、装置全体としての熱効率を向上させることができる。さらには、複数の反応容器の中で水素発生反応が進んだ反応容器を順次交換するようにすれば、水素発生装置を長期間に亘って連続的に運転することができるようになる。

なお、このように各ヒータ１３を独立して制御する場合には、各反応容器１２間には、上述したような断熱層２０が設けられていることが好ましい。隣接する反応容器１２の温度変化の影響を防止するためである。

（実施形態６）
図７は、実施形態６に係る水素発生装置の概略構成を示す図である。本実施形態に係る水素発生装置１０Ａは、図７に示すように、平板状のヒータ１３Ａを有する。この平板状のヒータ１３Ａが内部に配される反応容器１２Ａは、ヒータ１３Ａの形状に合わせて比較的薄い厚さで形成されている。そして、このヒータ１３Ａ上に薄膜状の反応物固体１１Ａが配置されている。反応容器１２Ａには、上述の実施形態と同様に水素を排出する排出管１５Ａが設けられているが、本実施形態に係る排出管１５Ａは、反応容器１２Ａの側端面に固定された流路部材２７に形成されている。この流路部材２７は、反応容器１２Ａと略同一の厚さで形成されており、水素発生装置１０Ａは全体として比較的薄型に形成されている。なお排出管１５Ａには、図示しないが、上述の実施形態と同様に開閉バルブ及びフィルタユニットが配設されている。

このような構成では、平板状のヒータ１３Ａ上に反応物固体１１Ａが配置されていることで、ヒータ１３Ａによって効率的に反応物固体１１Ａを加熱することができる。また、ヒータ１３Ａによる反応容器１２Ａ内の温度制御が容易になる。さらに平板状のヒータ１３Ａを採用することで全体の厚さを薄くすることができるため、カードタイプの水素発生装置を実現することも可能となる。

（実施形態７）
図８は、実施形態７に係る燃料電池システムの概略を示す図であり、同一部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。

図８に示す本実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示した水素発生装置１０を燃料電池に接続したシステムである。すなわち、燃料電池５０にはアノードチャンバ５１が備えられ、アノードチャンバ５１は燃料電池セル５２のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。アノードチャンバ５１と反応容器１２とは、排出管１５によって接続されており、反応容器１２で発生した水素がアノードチャンバ５１のアノード室に供給される。また排出管１５には、アノード室に供給される水素の流量を検出する検出手段としての流量センサ２８が設けられている。そして制御部１４は、この流量センサ２８の検出結果に応じて各ヒータ１３の温度及び開閉バルブ１６の開閉動作をコントロールする。これにより、常に所望の流量の水素をアノード室に供給することができる。なお、アノード室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費され、アノードでの水素の消費量は、燃料電池５０の出力電流に応じて決定される。

以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。また、上述の各実施形態の構成を組み合わせてもよいことは言うまでもない。

本発明の実施形態１に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態２に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態３に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態４に係る水素発生装置の変形例を示す断面図である。 本発明の実施形態５に係る水素発生装置の概略構成を示す断面図である。 本発明の実施形態６に係る水素発生装置の概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態７に係る燃料電池システムの概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ 水素発生装置
１１ 反応物固体
１２ 反応容器
１３ ヒータ
１４ 制御部
１５ 排出管
１６ 開閉バルブ
１７ フィルタユニット
１８ 冷却素子
１９ 収容容器
２０ 断熱層
２１ ヒートシンク
２２ 可変部材
２３ 連通管
２４ 開閉バルブ
２５ 吸引装置
２６ 開閉バルブ
２７ 流路部材
２８ 流量センサ
５０ 燃料電池

Claims (13)

1. 金属水素化物と該金属水素化物と反応して水素を発生させる反応溶液とが常温では非反応状態に固化された固化物を含む反応物固体が収容された反応容器と、該反応容器内に設けられる加熱手段とを具備し、
   前記固化物は、前記金属水素化物の水和物、前記金属水素化物と前記反応溶液である水を包含する包接化合物とで形成されたもの、または、前記金属水素化物と前記反応溶液である水を包含するマイクロカプセルとで形成されたものであり、
   前記加熱手段によって前記反応物固体を前記常温よりも高い所定温度に加熱することにより、前記水素を発生させることを特徴とする水素発生装置。
2. 前記加熱手段は前記反応容器の深さ方向に沿って延設されると共に、当該反応容器内に所定間隔で複数本設けられていることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
3. 前記反応物固体が、前記金属水素化物と前記反応溶液との反応を促進させる反応促進物をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生装置。
4. 前記反応物固体が、塩基性物質をさらに含むことを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生装置。
5. 前記反応容器には発生した水素を排出する排出部が設けられていると共に、該排出部には水素を透過するが水蒸気を実質的に透過しないフィルタユニットが設けられていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一項に記載の水素発生装置。
6. 前記加熱手段がそれぞれ設けられた前記反応容器を複数具備すると共に、各反応容器内の前記加熱手段をそれぞれ独立して制御する制御部を有することを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載の水素発生装置。
7. 前記反応容器内には、前記加熱手段と共に冷却手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載の水素発生装置。
8. 前記反応容器が密封収容される収容容器をさらに具備すると共に、前記反応容器と前記収容容器との間に断熱層を有することを特徴とする請求項１〜７の何れか一項に記載の水素発生装置。
9. 前記収容容器の一方の壁面に、前記収容容器の内圧の変化に応じて変形可能な可変部材によって支持され当該可変部材の変形により前記反応容器と接離可能なヒートシンクが設けられていることを特徴とする請求項８に記載の水素発生装置。
10. 前記加熱手段により前記反応物固体が加熱されている場合に、前記収容容器と前記反応容器との間の空間の圧力を加圧することにより、前記ヒートシンクを前記反応容器から離間させる離間制御部を備えることを特徴とする請求項９に記載の水素発生装置。
11. 前記加熱手段により前記反応物固体が加熱されていない場合に、前記収容容器と前記反応容器との間の空間の圧力を減圧することにより、前記ヒートシンクを前記反応容器に接触させる接触制御部を備えることを特徴とする請求項９に記載の水素発生装置。
12. 前記加熱手段が平板状のヒータであり、薄膜状の前記反応物固体が当該ヒータ上に配されていることを特徴とする請求項１〜１１の何れか一項に記載の水素発生装置。
13. 水素が供給されるアノード室を有すると共に、該アノード室への水素供給手段として請求項１〜１２の何れか一項に記載の水素発生装置を有することを特徴とする燃料電池システム。