KR20080026651A - 수소 발생 설비 및 연료전지 시스템 - Google Patents

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후미하루 이와사키
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세이코 인스트루 가부시키가이샤
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Abstract

반응 챔버(2)의 내부에 체적이 변경 자유로운 용액 용기(4)를 설치하고, 용액 용기(4) 내에 저장되어 있는 반응용액(11)을 반응 챔버(2)의 워크(3)에 공급함에 따라 용액 용기(4)의 체적을 감소시켜서 반응 챔버(2)의 용적을 증가시켜, 적은 스페이스로 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킨다.
Figure P1020087003369
반응 유체, 수소 발생 반응물, 반응물 용기, 유체실, 가변 수단, 수소 발생 설비, 애노드실, 연료전지, 연료전지 시스템

Description

수소 발생 설비 및 연료전지 시스템{HYDROGEN GENERATION APPARATUS AND FUEL CELL SYSTEM}
본 발명은, 예를 들면 금속 수소화물를 분해하여 수소를 발생시키는 수소 발생 설비 및 수소 발생 설비에서 발생한 수소를 연료로 하는 연료전지 시스템에 관한 것이다.
최근 에너지 문제의 고조로, 보다 높은 에너지 밀도이고, 배출물이 깨끗한 전원이 요구되고 있다. 연료전지는 기존 전지의 수 배의 에너지 밀도를 갖는 발전기이며, 에너지 효율이 높고, 또, 배출 가스에 포함되는 질소 산화물이나 유황 산화물이 없거나, 또는, 적다고 하는 특징이 있다. 따라서, 차세대의 전원 디바이스로서의 요구에 적합한 극히 유효한 디바이스라고 할 수 있다.
수소와 산소의 전기화학 반응에 의해 기전력을 얻는 연료전지에서는, 연료로서 수소가 필요하게 된다. 수소 가스를 생성하는 설비의 예로서는, 금속 수소화물(수소화 붕소염)을 수용한 반응용기와, 물탱크를 가지며, 펌프에 의해 물탱크 내의 물을 반응용기의 금속 수소화물에 분출하는 구조의 수소 발생 설비가 알려져 있다(예를 들면 특허문헌 1 참조).
종래의 수소 발생 설비는 물탱크의 물이 펌프를 통하여 반응기에 공급되기 때문에, 반응기의 용적은 적어도 금속 수소화물(수소화 붕소염)과 물의 체적의 분량으로 된다. 또, 수소 발생 반응에 의해 수소를 감싼 거품이 발생하기 때문에, 반응기의 용적은 거품의 체적이 더 필요하다. 거품의 체적은 수소화 붕소염의 2배 이상이 되기 때문에, 수소 발생 설비의 체적은 극히 커져버린다. 이 결과, 휴대전화나 디지탈 카메라 등의 전원 디바이스로서 사용하는 것은 비현실적였다.
또, 물탱크는 물이 공급된 후는 데드 스페이스가 되어, 수소 발생 설비로서의 스페이스에 낭비가 있는 것이 실상이었다.
특허문헌 1: 일본 특허공개 2002-137903호 공보
(발명의 개시)
(발명이 해결하고자 하는 과제)
본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명은 상기 상황을 감안하여 이루어진 것으로, 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비를 구비한 연료전지 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.
(과제를 해결하기 위한 수단)
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 청구항 1에 기재된 수소 발생 설비는 반응 유체가 보내짐으로써 수소의 발생이 촉진되는 수소 발생 반응물이 수용되는 반응물 용기와, 반응물 용기 내에 배치되고 반응 유체가 수용되어 체적이 변경 자유자유로운 유체실과, 유체실의 체적을 변경함으로써 용적을 변경하는 가변 수단을 구비하고, 유체실 내의 유체가 수소 발생 반응물에 공급됨에 따라 가변 수단에 의해 유체실의 체적을 감소시켜 반응물 용기 내의 용적을 증가시키는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 유체실 내의 유체가 수소 발생 반응물에 공급됨에 따라 유체실의 체적을 감소시켜 반응물 용기 내의 용적을 증가시킬 수 있어, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 청구항 2에 기재된 수소 발생 설비는, 반응 유체가 보내짐으로써 수소의 발생이 촉진되는 수소 발생 반응물이 수용되는 반응물 용기와, 반응물 용기 내에 배치되어 반응 유체가 수용되는 체적이 변경 자유로운 유체실과, 유체실을 가압하는 가압 수단과, 반응물 용기 내에서 발생한 수소를 소정 압력으로 배출하는 배출 수단과, 유체실 및 반응물 용기를 연통하여 반응 유체의 유통을 허용하는 유체 공급로와, 유체 공급로에 구비되어 반응물 용기의 압력이 소정값 이하로 되었을 때에 유체 유로의 유로를 여는 개폐 수단을 갖고, 개폐 수단을 여는 압력보다도 높은 압력에 유지하도록 유체실을 가압 수단에 의해 가압함과 아울러, 반응 유체의 공급에 의한 유체실의 용적의 감소에 따라 유체실의 체적을 감소시키도록 유체실을 가압하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 유체실 내의 유체가 수소 발생 반응물에 공급됨에 따라 가압 수단에 의해 유체실의 체적을 감소시켜 반응물 용기 내의 용적을 증가시킬 수 있음과 아울러, 가압 수단에 의해 유체실이 가압되어 반응물 용기의 내압이 소정 압력 이하의 상태로 되었을 때에 개폐 수단이 열려 반응 유체가 반응물 용기로 보내지고, 수소 발생 반응물에 반응 유체가 공급되어 수소가 생성되고, 발생한 수소는 배출 수단으로부터 소정 압력으로 배출된다. 이 때문에, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있어, 압력상태에 의해 반응 유체를 안정하게 공급하여 충분한 양의 수소를 생성할 수 있다.
그리고, 본 발명의 청구항 3에 기재된 수소 발생 설비는, 청구항 2에 기재된 수소 발생 설비에 있어서, 유체실은 변형 허용 부재로 형성되고, 가압 수단은 유체실을 눌러서 유체실의 체적을 감소시켜 유체실의 압력을 가압하는 누름 수단인 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 누름 수단에 의해 변형 허용 부재에서 형성된 유체실을 누름으로써 유체실 체적을 감소시킬 수 있다.
또, 본 발명의 청구항 4에 기재된 수소 발생 설비는, 청구항 3에 기재된 수소 발생 설비에 있어서, 유체실의 변형 허용 부재는 자루(bag) 부재이며, 자루 부재의 단부에 판재가 설치되고, 판재를 통하여 유체실을 누름으로써 자루 부재가 변형되어 유체실의 체적이 감소하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 판재를 가압하여 자루 부재를 변형시킴으로써 유체실의 체적을 감소시킬 수 있다.
또, 본 발명의 청구항 5에 기재된 수소 발생 설비는, 청구항 3에 기재된 수소 발생 설비에 있어서, 유체실의 변형 허용 부재는 벨로스 부재이며, 벨로스 부재의 단부에 판재가 설치되고, 판재를 통하여 유체실을 누름으로써 벨로스 부재가 수축되어 유체실의 체적이 감소하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 판재를 통하여 벨로스 부재를 누름으로써 벨로스 부재를 수축시켜 유체실의 체적을 감소시킬 수 있다.
또, 본 발명의 청구항 6에 기재된 수소 발생 설비는, 청구항 3에 기재된 수소 발생 설비에 있어서, 유체실의 변형 허용 부재는 단부가 개방된 실린더 및 실린더의 개방단측에 구비된 피스톤 판으로, 피스톤 판을 누름으로써 실린더의 용적이 감소하고 개방 체적이 증가하여 유체실의 체적이 감소하는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 피스톤 판을 누름으로써 실린더의 용적을 감소시켜 개방 체적을 증가하여, 유체실 체적을 감소시킬 수 있다.
또, 본 발명 청구항 7에 기재된 수소 발생 설비는, 청구항 3∼청구항 6 중 어느 하나에 기재된 수소 발생 설비에 있어서, 누름 수단은 압축 스프링인 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 압축 스프링의 부세력(urging force)에 의해 극히 간단한 구성으로 유체실을 누를 수 있다.
또, 본 발명 청구항 8에 기재된 수소 발생 설비는, 청구항 2∼청구항 7 중 어느 하나에 기재된 수소 발생 설비에 있어서, 개폐 수단은 유체실의 내압에 비해 반응물 용기의 내압이 소정값 낮게 된 정압시에 유체실측으로부터 반응물 용기측으로의 반응 유체의 유통을 허용하는 상태로 밸브 본체가 여는 압력조정 밸브인 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 소정의 압력차에 의해 밸브 본체가 여는 압력조정 밸브를 사용하여 소정 압력으로 반응 유체를 반응용기에 보낼 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 청구항 9의 연료전지 시스템은, 수소가 공급되는 애노드실을 갖는 연료전지의 애노드실에, 청구항 1∼청구항 8 중 어느 하나에 기재된 수소 발생 설비의 배출 수단을 접속한 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 유체실 내의 유체가 수소 발생 반응물에 공급됨에 따라 유체실의 체적을 감소시켜 반응물 용기 내의 용적을 증가시킬 수 있어, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있는 수소 발생 설비를 구비한 연료전지 시스템으로 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 청구항 10에 기재된 연료전지 시스템은, 청구항 9에 기재된 연료전지 시스템에 있어서, 애노드실과 반응물 용기가 폐공간을 형성하고 있는 것을 특징으로 한다.
이것에 의해, 생성된 수소가 외부로 유출되지 않기 때문에, 생성된 수소를 전량 사용할 수 있다.
(발명의 효과)
본 발명의 수소 발생 설비는 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비로 할 수 있다.
또 본 발명의 연료전지 시스템은, 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비를 구비한 연료전지 시스템으로 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비의 개략 구성도이 다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비의 개략 구성도이다.
도 3은 본 발명의 제 3 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비의 개략 구성도이다.
도 4는 본 발명의 1 실시형태 예에 따른 연료전지 시스템의 개략 구성도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 연료전지 시스템의 개략 구성도이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시형태 예에 따른 연료전지 시스템의 개략 구성도이다.
(부호의 설명)
1, 15, 21, 42, 62 수소 발생 설비
2, 45 반응 챔버 3, 46 워크
4, 16, 22, 47 용액 용기 5 송액관
6, 17 가중판 7 압축 스프링
10, 44 수소 도관 11, 48 반응용액
12 레귤레이터 13, 55, 64 압력조정 밸브
23 실린더 24 피스톤 판
25 실린더 실 30, 41, 61 연료전지 시스템
31, 43 연료전지 32, 58 애노드 챔버
33, 59 연료전지 셀 49 일시 저류부
50 공급관 51 배출관
52, 63 체크 밸브 56 대기 취입구
(발명을 실시하기 위한 최선의 형태)
도 1에는 본 발명의 제 1 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비의 개략적인 구성, 도 2에는 본 발명의 제 2 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비의 개략적인 구성, 도 3에는 본 발명의 제 3 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비의 개략적인 구성을 도시하고 있다.
도 1에 기초하여 제 1 실시형태 예를 설명한다.
수소 발생 설비(1)는 반응물 용기로서의 반응 챔버(2)를 구비하고, 반응 챔버(2) 내에는 수소 발생 반응물로서의 워크(3)(예를 들면, 수소화 붕소 나트륨)가 저장되어 있다. 또, 반응 챔버(2)의 내부에는 유체실로서의 용액 용기(4)가 구비되고, 용액 용기(4)에는 반응 유체인 반응용액(11)(예를 들면, 말산 수용액)이 저장되어 있다. 반응 챔버(2)와 용액 용기(4)는 유체 공급로로서의 송액관(5)에 의해 접속되고, 송액관(5)은 반응 챔버(2)의 외부를 경유하여 반응 챔버(2)와 용액 용기(4)를 접속하고 있다.
용액 용기(4)는, 예를 들면, 폴리프로필렌제(가요성 재료: 수지나 고무의 필름, 시트 형상 재료)의 자루 부재로 이루어지고, 바닥부에는 판재로서의 가중판(6) 이 설치되어 있다. 가중판(6)과 반응 챔버(2)의 바닥벽 사이에는 누름 수단으로서의 압축 스프링(7)이 설치되고, 압축 스프링(7)에 의해 가중판(6)이 부세되어 있다. 한편, 용액 용기(4)로서는, 폴리프로필렌 이외에, PET, 실리콘, 실리콘 고무, 부틸 고무, 이소프렌 고무 등의 가요성 재료를 적용할 수 있다.
용액 용기(4)는 압축 스프링(7) 및 가중판(6)을 통하여 상시 눌려져 있기 때문에, 송액관(5)을 반응용액(11)이 흐르는 조건이 되면, 반응용액(11)을 용액 용기(4)로부터 밀어낼 수 있다. 반응용액(11)이 밀어내지면, 가중판(6)을 통하여 용액 용기(4)가 눌려져 있기 때문에, 자루 부재가 변형하여 용액 용기(4)의 체적이 감소하고, 반응 챔버(2)의 용적이 그 만큼 증가한다. 반응용액(11)이 송액관(5)로부터 반응 챔버(2)로 보내지면, 반응용액(11)과 워크(3)가 접촉하여 용적이 증가한 반응 챔버(2)에서 수소생성 반응이 일어난다.
반응 챔버(2)에는 배출 수단으로서의 수소 도관(10)이 접속되고, 수소 도관(10)에는 레귤레이터(12)(압력조정 밸브)이 설치되어 있다. 레귤레이터(12)에 의해, 반응 챔버(2)로부터의 수소 배출량이 조정된다. 또한, 레귤레이터(12)에 의해 수소 배출량을 컨트롤할 수 있도록 했지만, 정압 밸브를 사용하여 일정한 수소압으로 수소를 배출하는 것도 가능하다.
한편, 반응 챔버(2)의 외부 부위의 송액관(5)에는 압력조정용의 압력조정 밸브(13)가 설치되고, 압력조정 밸브(13)는 반응용액(11)이 유통 허용상태로 될 때의 압력을 조정하는 밸브이다. 반응용액(11)이 유통 허용상태로 될 때의 출력압이 압력조정 밸브(13)의 밸브 개방시의 압력(밸브 개방압)으로 되어 있다. 반응 챔 버(2) 내의 압력이 밸브 개방압을 상회했을 때에 압력조정 밸브(13)가 폐쇄되고, 반응 챔버(2) 내의 압력이 밸브 개방압을 하회했을 때(소정값 이하)에 압력조정 밸브(13)가 밸브 개방된다.
즉, 압력조정 밸브(13)는 반응 챔버(2)의 압력이 소정값 이하로 되었을 때에 송액관(5)의 유로를 여는 개폐 수단으로 되어 있다. 즉, 용액 용기(4)의 내압은 가압되어 압력조정 밸브(13)가 개방되는 압력보다도 높게(압력조정 밸브(13)가 열리기 위한 반응 챔버(2)의 소정 압력값을 초과하는 압력) 유지되고, 압력조정 밸브(13)는 반응 챔버(2)의 내압이 소정값 이하로 된 정압시에 용액 용기(4)측으로부터 반응 챔버(2)측으로의 반응용액(11)의 유통을 허용하는 상태로 밸브 본체가 열리는 구성으로 되어 있다.
압력조정 밸브(13)는, 예를 들면, 정압 밸브이며, 용액 용기(4)측의 유로인 1차 유로와, 반응 챔버(2)측의 유로인 2차 유로와, 1차 유로와 2차 유로 사이에 구비된 밸브 본체와, 외부의 압력을 밸브에 전해주는 외압 전달로와, 반응 챔버(2)의 내압을 밸브 본체에 전해주는 내압 전달로로 구성된다.
또한, 반응 챔버(2)의 외부를 경유하여 송액관(5)에 의해 반응 챔버(2)와 용액 용기(4)를 접속했지만, 송액관(5)을 반응 챔버(2)의 내부에 배치하는 것도 가능하다. 또, 반응 챔버(2)의 내부로 개구하는 송액관(5)의 노즐부에 체크 밸브를 설치하는 것도 가능하다. 체크 밸브를 설치함으로써, 반응 챔버(2)에서 발생한 수소나 수소를 감싼 거품의 역류를 방지할 수 있어, 수소 발생 설비(1)를 사용하는 자세의 제약이 감소된다.
상기한 수소 발생 설비(1)의 작용을 설명한다.
용액 용기(4)로부터 송액관(5)을 통하여 반응 챔버(2)에 반응용액(11)이 송액 된다. 용액 용기(4)이 가압되어 있는 것과 맞물려, 수소가 생성되어 있지 않은 상태에서의 반응 챔버(2)의 내압은 압력조정 밸브(13)를 여는 상태의 낮은 압력으로 되어, 송액관(5)을 통하여 반응용액(11)이 송액된다.
반응 챔버(2)에 반응용액(11)이 보내지면, 반응용액(11)과 워크(3)가 접촉해서 반응하여, 수소가 생성된다. 수소가 생성되면, 반응 챔버(2)의 내압이 상승하여, 압력조정 밸브(13)의 밸브 개방압을 상회한다(압력조정 밸브(13)가 닫히는 상태로 됨). 반응 챔버(2)의 내압이 상승함으로써 압력조정 밸브(13)가 밸브 폐쇄 상태가 되어, 송액관(5)로부터의 반응용액(11)의 공급이 정지된다.
반응용액(11)이 공급되지 않게 되면, 반응 챔버(2)에서의 수소 발생 반응의 반응속도가 저하되어, 발생한 수소가 반응 챔버(2)의 수소 도관(10)으로부터 배출된다. 반응 챔버(2)의 내압이 저하됨으로써, 압력조정 밸브(13)를 여는 상태의 낮은 압력으로 된다. 다시, 용액 용기(4)로부터 반응 챔버(2)에 반응용액(11)이 송액되어, 반응용액(11)과 워크(3)가 접촉하여 수소가 생성된다.
여기에서, 용액 용기(4)로부터 반응용액(11)을 송액하기 위하여, 가압 수단이 사용되고 있다. 즉, 압축 스프링(7)에 의해 가중판(6)이 부세되고, 용액 용기(4)의 체적이 감소하는 상태로 자루 부재가 변형되어 반응용액(11)이 가압되고, 가압력에 의해 반응용액(11)이 송액된다. 반응용액(11)에는, 압축 스프링(7)에 의한 가중판(6)을 개재한 용액 용기(4)의 변형(체적 감소)에 의해, 가압되어 용액 용 기(4)로부터 배출되는 힘이 항상 가해지고 있다. 단, 압축 스프링(7)의 변위량에 따라 압력은 변화된다.
반응용액(11)의 배출속도의 변화에 대해서는, 반응용액(11)의 내압 저하에 의해 밸브 개방되고, 밸브 개방압이 일정한 압력조정 밸브(13)를 구비함으로써, 용액 용기(4)의 압력에 의하지 않고 반응용액(11)의 배출속도는 일정하게 된다. 또, 압력조정 밸브(13)는 반응 챔버(2)의 내압과 외압과의 관계에 의해 밸브의 개폐가 행해지기 때문에, 외압(구체적으로는 대기압)이 일정하기 때문에, 반응 챔버(2)의 내압은 대략 일정하게 유지된다.
이 때문에, 동력을 사용하지 않고 압력상태에 의해 반응용액(11)을 안정하게 반응 챔버(2)에 공급하여, 수소를 생성할 수 있다. 또, 가중판(6)을 부세하여 용액 용기(4)의 체적을 변경함으로써 용액 용기(4)를 가압하여 압력조정 밸브(13)가 열리는 압력상태를 유지할 수 있다. 또, 가중판(6)을 압축 스프링(7)의 부세력에 의해 가압하도록 했으므로, 극히 간단한 구성으로 가중판(6)을 가압할 수 있다.
그리고, 용액 용기(4)의 반응용액(11)이 반응 챔버(2)의 워크(3)에 공급됨에 따라서 가중판(6)이 압축 스프링(7)의 부세력에 의해 가압되어, 용액 용기(4)의 체적이 감소하기 때문에, 체적이 감소한 만큼 반응 챔버(2)의 용적을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 데드 스페이스가 없어져, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있어, 수소 발생량을 줄이지 않고 공간 절약화가 가능하게 된다. 또, 스페이스를 증가시키지 않고 수소 발생량을 증가시키는 것이 가능하게 된다.
따라서, 상기한 수소 발생 설비(1)에서는, 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있다.
여기에서, 워크(3)와 반응용액(11)의 구체예를 설명한다.
워크(3)에는 수소화 붕소 나트륨을 사용하고, 반응용액(11)에는 말산 수용액을 사용하고 있다. 수소화 붕소 나트륨은 고체이며, 형태는 분체이어도 정제이어도 된다. 말산 수용액의 농도는 5% 이상 60% 이하, 바람직하게는, 10% 이상 40% 이하의 것을 사용할 수 있다. 통상은 25%의 농도의 말산 수용액이 사용된다. 수소 발생 반응은 수소화 붕소 나트륨과 말산 수용액의 물에 의한 이하의 반응이다. 말산은 반응 촉진제로서 작용한다.
NaBH4 ＋ 2H2O → NaBO2 ＋ 4H2
이 반응촉진제를 동반하는 반응은 극히 빨라, 10sec 정도에 90% 가까운 수율이 얻어진다. 필요한 수소량을 발생시키면서, 가능한 한 천천히 반응시키기 위해서는 수소화 붕소 나트륨에 공급하는 수량을 컨트롤하면 된다.
본 실시형태 예에서는, 반응용액(11)의 송액은 반응 챔버(2) 내의 압력이 압력조정 밸브(13)의 밸브 개방압을 밑돌았을 때에 생긴다. 실제로는 반응 챔버(2) 내의 압력변동을 작게 억제하는 설계가 이루어지고 있다. 반응 챔버(2) 내의 압력은 반응 챔버(2)로부터의 수소 배출속도, 반응용액(11)의 공급속도, 워크(3)와 반응용액(11)의 반응속도, 반응 챔버(2)의 용적에 의해 결정된다. 이 중, 반응속도는 일정하며, 수소 배출속도는 레귤레이터(12)의 설정에 의해 결정되는 것이다. 반응용액(11)은 송액관(5)으로부터 워크(3)에 적하하여 공급되기 때문에, 공급속도는 송액관(5)의 개구단에서의 액적 형성속도에 의존된다. 즉, 송액관(5)의 개구단의 내경을 규정함으로써, 반응 챔버(2) 내의 압력변동을 작게 억제할 수 있다. 예를 들면, 이하와 같은 설계값과 사양이 적용된다.
수소 배출속도 15cc/min
반응 챔버(2)의 용적 70cc
반응용액(11)의 공급속도 0.006cc/min
송액관(5)의 개구 단의 내경 0.2mm
송액관의 내경 2.0mm
압력조정 밸브(13)의 밸브 개방압 100kPa(게이지압)
즉, 본 실시형태 예의 용액 용기(4)의 내압은 압축 스프링(9)으로 가압되어 100kPa보다도 높게 유지되고, 압력조정 밸브(13)는 반응 챔버(2) 내의 압력이 100kPa로 되었을 때에 열리도록 밸브 개방압이 설정되어 있다. 이 때문에, 대기압보다도 높은 압력하에서도 가압 수단을 정밀하게 제어할 필요가 없다.
또한, 압력조정 밸브(13)의 밸브 개방압은 용액 용기(4)의 내압에 대하여 반응 챔버(2)의 내압이 낮아지는 소정값으로 설정되는 것이면, 100kPa에 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 게이지압에서 0kPa(대기압)을 소정값으로 하는 등, 임의의 값으로 설정하는 것이 가능하다.
또, 압력조정 밸브(13)가 열려 반응 챔버(2)에 반응용액(11)이 보내진 경우, 수소 발생의 반응속도나 기기의 상황에 따라 압력이 변동되는데, 압력조정 밸 브(13)의 밸브 개방압의 설계값인 100kPa은, 당연한 것이지만, 이 변동분을 흡수하는 값을 더한 설계값으로 되어 있다. 따라서, 반응 챔버(2)의 압력을 가능한 일정하게 유지하여 운전할 수 있다.
단, 엄밀하게는 반응용액(11)의 공급에 의해 용액 용기(4)의 체적이 감소하여 반응 챔버(2)의 용적이 증가하기 때문에, 반응 챔버(2) 내의 압력변동을 보다 작게 억제하기 위해서는, 수소 배출속도를 미세조정하는 등, 압력변동을 억제하는 수단을 강구하는 것이 바람직하다.
워크(3) 및 반응용액(11)으로서의 조합의 예를 설명한다.
워크(3)로서 수소화 붕소염, 수소화 알루미늄염, 고체 혹은 염기성 용액이 사용된 경우, 반응용액(11)으로서, 유기산이 5%∼60%(10%∼40%), 통상은 25%의 농도로 사용된다. 워크(3)의 염으로서 나트륨, 칼륨, 리튬이 사용되고, 반응용액(11)의 유기산으로서 시트르산, 말산, 숙신산이 사용된다.
또, 워크(3)로서 수소화 붕소염, 수소화 알루미늄염, 고체 혹은 염기성 용액이 사용된 경우, 반응용액(11)으로서 금속 염화물이 1%∼20%의 농도로 사용된다. 워크(3)의 염으로서 나트륨, 칼륨, 리튬이 사용되며, 반응용액(11)의 금속으로서 니켈, 철, 코발트가 통상 12%의 농도로 사용된다.
또, 워크(3)로서 금속 염화물(고체 또는 수용액)이 사용된 경우, 반응용액(11)으로서, 수소화 붕소염, 수소화 알루미늄염의 염기성 용액이 1%∼20%, 통상은 12%의 농도로 사용된다. 워크(3)의 금속으로서 니켈, 철, 코발트가 사용되며, 반응용액(11)의 염으로서, 나트륨, 칼륨, 리튬이 사용된다.
또, 워크(3)로서 산화환원 전위가 수소보다 낮다는 금속이 사용된 경우, 반응용액(11)으로서 산이 사용된다. 워크(3)의 금속으로서 마그네슘, 알루미늄, 철이 사용되며, 반응용액(11)의 산으로서 염산, 황산이 사용된다.
또, 워크(3)로서 양쪽성 금속이 사용된 경우, 반응용액(11)으로서 염기성 수용액이 사용된다. 워크(3)의 양쪽성 금속으로서 알루미늄, 아연, 주석, 납이 사용되며, 반응용액(11)의 염기성 수용액으로서 수산화 나트륨이 사용된다.
도 2에 기초하여 본 발명의 제 2 실시형태 예를 설명한다. 또한, 도 1에 도시한 부재와 동일 부재에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략하고 있다.
제 2 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비(15)는, 도 1에 도시한 용액 용기(4) 대신에 반응 챔버(2)의 내부에 유체실로서의 용액 용기(16)를 구비한 것이다. 용액 용기(16)에는 반응용액(11)(예를 들면, 말산 수용액)이 저장되어 있다. 반응 챔버(2)와 용액 용기(16)는 유체 공급로로서의 송액관(5)에 의해 접속되고, 송액관(5)은 반응 챔버(2)의 외부를 경유하여 반응 챔버(2)와 용액 용기(16)를 접속하고 있다.
용액 용기(16)는 변형 허용 부재로서 벨로스 부재로 이루어지는 벨로스로 구성되며, 예를 들면, SUS, 인청동, 베릴륨으로 이루어져 있다. 용액 용기(16)의 바닥부(벨로스 부재의 단부)에는 판재로서의 가중판(17)이 설치되고, 가중판(17)과 반응 챔버(2)의 바닥벽 사이에는 압축 스프링(7)이 설치되고, 압축 스프링(7)에 의해 가중판(17)이 부세되어 있다. 가중판(17)을 통하여 용액 용기(16)를 누름으로써, 벨로스가 수축하여 용액 용기(16)의 체적이 감소한다.
용액 용기(16)는 압축 스프링(7) 및 가중판(17)을 통하여 항상 눌려져 있기 때문에, 송액관(5)을 반응용액(11)가 흐르는 조건이 되면, 반응용액(11)을 용액 용기(16)로부터 밀어낼 수 있다. 반응용액(11)이 밀어내지면, 가중판(17)을 통하여 용액 용기(16)가 눌려있기 때문에, 벨로스가 수축하여 용액 용기(16)의 체적이 감소하고, 반응 챔버(2)의 용적이 그만큼 증가한다. 반응용액(11)이 송액관(5)으로부터 반응 챔버(2)에 보내지면, 반응용액(11)과 워크(3)가 접촉하여, 용적이 증가한 반응 챔버(2)에서 수소생성 반응이 일어난다.
그 밖의 구성·동작이나, 반응조건, 설계값 등은 도 1에 도시한 제 1 실시형태 예와 동일하다.
이 때문에, 동력을 사용하지 않고 압력상태에 의해 반응용액(11)을 안정하게 반응 챔버(2)에 공급하여, 수소를 생성할 수 있다. 또, 가중판(17)을 부세하여 벨로스를 수축시킴으로써 용액 용기(16)의 체적을 변경하여, 용액 용기(16)를 가압해서 압력조정 밸브(13)가 열리는 압력상태를 유지할 수 있다. 그리고, 용액 용기(16)의 반응용액(11)이 반응 챔버(2)의 워크(3)에 공급됨에 따라 가중판(17)이 압축 스프링(7)의 부세력에 의해 가압되어, 벨로스가 수축함으로써 용액 용기(16)의 체적이 감소하기 때문에, 체적이 감소한 만큼 반응 챔버(2)의 용적을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 데드 스페이스가 없어져, 적은 스페이스로 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있어, 수소 발생량을 줄이지 않고 공간 절약화가 가능하게 된다. 또, 스페이스를 증가시키지 않고 수소 발생량을 증가시키는 것이 가능하게 된다.
따라서, 상기한 수소 발생 설비(15)에서는 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있다.
도 3에 기초하여 본 발명의 제 3 실시형태 예를 설명한다. 또한, 도 1, 도 2에 도시한 부재와 동일 부재에는 동일한 부호를 붙이고 중복되는 설명은 생략했다.
제 3 실시형태 예에 따른 수소 발생 설비(21)는 도 1에 도시한 용액 용기(4) 대신 반응 챔버(2)의 내부에 유체실로서의 용액 용기(22)를 구비한 것이다. 용액 용기(22)에는 반응용액(11)(예를 들면, 말산 수용액)이 저장되어 있다. 반응 챔버(2)와 용액 용기(22)는 유체 공급로로서의 송액관(5)에 의해 접속되고, 송액관(5)은 반응 챔버(2)의 외부를 경유하여 반응 챔버(2)와 용액 용기(22)를 접속하고 있다.
용액 용기(22)는 단부(하단부)가 개방된 실린더(23)와, 실린더(23)의 개방단측으로 이동 자유롭게 구비된 피스톤 판(24)으로 구성되어 있다(소위, 시린지 구조). 피스톤 판(24)의 이동에 의해 실린더실(25)의 용량이 가변으로 되어, 실린더실(25)에 반응용액(11)이 저장되어 있다. 피스톤 판(24)과 반응 챔버(2)의 바닥벽 사이에는 압축 스프링(7)이 설치되고, 압축 스프링(7)에 의해 피스톤 판(24)이 부세되어 있다. 피스톤 판(24)을 가압함으로써 실린더(23)의 실린더실(25)의 용적이 감소해서 용액 용기(22)의 개방 체적이 증가하여, 용액 용기(22)의 체적이 감소한 상태로 된다.
용액 용기(22)의 피스톤 판(24)은 압축 스프링(7)을 통하여 항상 눌려져 있 기 때문에, 송액관(5)을 반응용액(11)이 흐르는 조건이 되면, 반응용액(11)을 용액 용기(22)의 실린더실(25)로부터 밀어낼 수 있다. 반응용액(11)이 밀어내지면, 피스톤 판(24)에 의해 실린더실(25)가 눌려져 있기 때문에, 실린더실(25)의 용적이 감소하여 용액 용기(22)의 체적이 감소하고, 반응 챔버(2)의 용적이 그만큼 증가한다. 반응용액(11)이 송액관(5)으로부터 반응 챔버(2)에 보내지면, 반응용액(11)과 워크(3)가 접촉하고, 용적이 증가한 반응 챔버(2)에서 수소생성 반응이 발생한다.
그 밖의 구성·동작이나, 반응조건, 설계값 등은 도 1에 도시한 제 1 실시형태 예와 동일하다.
이 때문에, 동력을 사용하지 않고 압력상태에 의해 반응용액(11)을 안정하게 반응 챔버(2)에 공급하여, 수소를 생성할 수 있다. 또, 피스톤 판(24)을 부세하여 실린더실(25)의 용적을 감소시켜 용액 용기(22)의 체적을 변경하고, 용액 용기(22)를 가압하여 압력조정 밸브(13)가 열리는 압력상태를 유지할 수 있다.
그리고, 용액 용기(22)의 반응용액(11)이 반응 챔버(2)의 워크(3)에 공급됨에 따라서 피스톤 판(24)이 압축 스프링(7)의 부세력에 의해 가압되고, 실린더실(25)의 용적이 감소함으로써 용액 용기(22)의 체적이 감소하기 때문에, 체적이 감소한 만큼 반응 챔버(2)의 용적을 증가시킬 수 있다. 이 때문에, 데드 스페이스가 없어져, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있어, 수소 발생량을 줄이지 않고 공간절약화가 가능하게 된다. 또, 스페이스를 증가시키지 않고 수소 발생량을 증가시키는 것이 가능하게 된다.
따라서, 상기한 수소 발생 설비(21)에서는, 적은 체적으로 충분한 양의 수소 를 발생시킬 수 있다.
도 4에 기초하여 본 발명의 연료전지 시스템을 설명한다.
도 4에는 본 발명의 1실시형태 예에 따른 연료전지 시스템의 개략 구성을 도시하고 있다.
도 4에 도시한 연료전지 시스템(30)은, 도 1에 도시한 수소 발생 설비(1)를 연료전지(31)에 접속한 시스템이다. 즉, 연료전지(31)에는 애노드 챔버(32)가 구비되고, 애노드 챔버(32)는 연료전지 셀(33)의 애노드실에 접하는 공간을 구성하고 있다. 애노드실은 애노드에서 소비하는 수소를 일시적으로 유지하는 공간이다.
애노드 챔버(32)와 반응 챔버(2)는 수소 도관(10)에 의해 접속되고, 반응 챔버(2)에서 발생한 수소가 애노드 챔버(32) 애노드실에 공급된다. 애노드실에 공급된 수소는 애노드에서의 연료전지 반응으로 소비된다. 애노드에서의 수소의 소비량은 연료전지(31)의 출력 전류에 따라 결정된다.
또한, 도 1에서 도시한 수소 도관(10)에 구비된 레귤레이터(12)는 설치할 필요가 없기 때문에 부착되어 있지 않다. 또, 수소 발생 설비(1) 대신, 도 2에 도시한 수소 발생 설비(15)나 도 3에 도시한 수소 발생 설비(21)를 적용하는 것도 가능하다.
상기한 연료전지 시스템(30)은 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비(1)를 구비한 연료전지 시스템(30)으로 할 수 있다.
도 5에 기초하여 본 발명의 연료전지 시스템의 다른 실시형태 예를 설명한다.
도 5에는 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 연료전지 시스템의 개략 구성을 도시하고 있다.
도면에 나타내는 바와 같이, 연료전지 시스템(41)은 수소 발생 설비(42)와 연료전지(43)로 구성되며, 수소 발생 설비(42)와 연료전지(43)는 수소 도관(44)에 의해 접속되어 있다.
수소 발생 설비(42)를 설명한다.
수소 발생 설비(42)는 반응물 용기로서의 반응 챔버(45)를 구비하고, 반응 챔버(45) 내에는 수소 발생 반응물로서의 워크(46)(예를 들면, 수소화 붕소 나트륨)가 저장되어 있다. 또, 반응 챔버(45)의 내부에는 유체실로서의 용액 용기(47)가 구비되고, 용액 용기(47)에는 반응 유체인 반응용액(48)(예를 들면, 말산 수용액)이 저장되어 있다.
반응 챔버(45)의 외부에는 일시 저류부(49)가 설치되고, 용액 용기(47)와 일시 저류부(49)는 공급관(50)을 통하여 접속되어 있다. 공급관(50)에는 압력조정 밸브(55)가 설치되어, 공급관(50)측으로부터의 압력이 소정 압력 이상으로 되었을 때에 압력조정 밸브(55)가 밸브개방하여 반응용액(48)이 일시 저류부(49)에 보내진다. 또한, 도면 중의 부호로 56은 압력조정 밸브(55)의 개폐 동작을 위한 대기를 받아들이는 대기 취입구이다.
또, 일시 저류부(49)에는 반응 챔버(45) 내에 개구하는 배출관(51)이 접속되고, 배출관(51)에는 체크 밸브(52)가 설치되어 있다. 체크 밸브(52)에 의해 일시 저류부(49)측으로부터의 반응용액(48)이 배출관(51)을 유통 가능하게 되어, 반응 챔버(45)측으로부터의 반응용액(48)의 역류가 방지되어 있다. 반응용액(48)이 배출관(51)로부터 반응 챔버(45)에 보내지면, 반응용액(48)과 워크(46)가 접촉하여 반응 챔버(45)에서 수소생성 반응이 발생한다.
용액 용기(47)는 가요성 필름(예를 들면, 폴리프로필렌)의 자루 형상 부재의 용기로 되고, 반응용액(48)이 일시 저류부(49)에 보내짐과 아울러, 반응 챔버(45)에서 발생한 수소에 의해 가압됨으로써(가변 수단), 용액 용기(47)의 체적이 감소하도록 되어 있다. 즉, 용액 용기(47)로부터 반응 챔버(45)에 반응용액(48)이 공급됨에 따라 용액 용기(47)의 체적이 감소하고, 그 만큼 반응 챔버(45)의 용적이 증가한다.
연료전지(43)를 설명한다.
연료전지(43)에는 애노드 챔버(58)가 구비되고, 애노드 챔버(58)는 연료전지 셀(59)의 애노드실에 접하는 공간을 구성하고 있다. 애노드실은 애노드에서 소비하는 수소를 일시적으로 유지하는 공간이다. 애노드 챔버(58)와 반응 챔버(45)는 수소 도관(44)에 의해 접속되어, 반응 챔버(45)에서 발생한 수소가 애노드 챔버(58) 애노드실에 공급된다. 애노드실에 공급된 수소는 애노드에서의 연료전지 반응에서 소비된다. 애노드에서의 수소의 소비량은 연료전지(43)의 출력 전류에 따라 결정된다.
상기한 연료전지 시스템(41)의 작용을 설명한다.
연료전지 셀(59)이 부하에 접속되면, 연료전지 시스템(41)의 내부의 수소와 공기 중의 산소가 연료전지 반응을 일으켜 전력을 발생한다. 발전은 수소를 소비 하면서 진행하기 때문에, 애노드 챔버(58), 수소 도관(44), 반응 챔버(45)의 내압이 저하된다. 여기에서, 일시 저류부(49)는 대기압을 받고 있기 때문에, 내압이 대기압보다 저하되면 일시 저류부(49)와 반응 챔버(45)에 차압이 생겨, 일시 저류부(49)에 저장되어 있는 반응용액(48)(말산 수용액)이 배출관(51)을 통하여 반응 챔버(45)로 이동한다.
반응용액(48)이 반응 챔버(45)로 이동하면, 워크(46)(수소화 붕소 나트륨)와 접촉하여 수소 발생 반응을 일으킨다. 발생한 수소는 수소 도관(44)을 통과하여, 애노드 챔버(58)에 공급된다. 수소의 발생에 의해 반응 챔버(45), 수소 도관(44), 애노드 챔버(58)의 내압이 대기압보다 상승하여, 반응 챔버(45)의 내압이 일시 저류부(49)보다 높아진다. 이 때문에, 수소가 배출관(51)을 역류하려고 하지만, 체크 밸브(52)에 의해 역류가 방지된다.
한편, 용액 용기(47)이 반응 챔버(45)의 내압을 받아 압축되어, 용액 용기(47)의 내부에 저장되어 있는 반응용액(48)이 공급관(50)로부터 압력조정 밸브(55)까지 이동한다. 압력조정 밸브(55)는 밸브개방 방향으로, 예를 들면, 10kPa(게이지압)의 반응용액(48)의 압력을 받고 있어, 반응 챔버(45)의 내압이 10kPa(게이지압)을 초과하면, 반응용액(48)의 압력에 의해 밸브 개방 방향의 힘이 상회하여, 압력조정 밸브(55)가 밸브 개방되어, 반응용액(48)이 일시 저류부(49)에 공급된다.
그 후, 수소 발생 속도가 저하하여 연료전지(43)에서의 수소 소비 속도가 상회하면, 애노드 챔버(58), 수소 도관(44), 반응 챔버(45)의 내압이 저하되기 시작 한다. 내압이 10kPa(게이지압)보다 높은 동안은 압력조정 밸브(55)가 밸브 개방되어 있기 때문에, 일시 저류부(49)로부터 용액 용기(47)에 반응용액(48)이 유입된다. 내압이 10kPa(게이지압)를 하회하면 압력조정 밸브(14)는 밸브 폐쇄되고, 이 때의 일시 저류부(49)의 내압은 10kPa(게이지압)로 된다. 또한, 반응 챔버(45)의 내압이 저하되면, 일시 저류부(49)와 반응 챔버(45)에 압력차가 발생하고, 체크 밸브(52)가 밸브 개방되어 반응용액(48)이 배출관(51)을 통과하여 반응 챔버(45)로 이동한다. 이것에 의해, 워크(46)에 반응용액(48)이 접촉하여 수소 발생 반응이 일어나, 반응 챔버(45)의 내압이 다시 상승하게 된다.
이상의 반복에 의해 수소가 생성되어, 연료전지(43)의 애노드 챔버(58)에 연료인 수소가 공급된다.
그리고, 용액 용기(47)로부터 반응 챔버(2)에 반응용액(48)이 공급됨에 따라 용액 용기(47)의 체적이 감소되고, 그 만큼 반응 챔버(45)의 용적이 증가하므로, 데드 스페이스가 없어져, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있어, 수소 발생량을 줄이지 않고 공간절약화가 가능하게 된다. 또, 스페이스를 증가 시키지 않고 수소 발생량을 증가시키는 것이 가능하게 된다.
상기한 연료전지 시스템(41)은 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비(42)를 구비한 연료전지 시스템(41)으로 할 수 있다.
도 6에 기초하여 본 발명의 연료전지 시스템의 또 다른 실시형태 예를 설명한다.
도 6에는 본 발명의 다른 실시형태 예에 따른 연료전지 시스템의 개략 구성 을 도시하고 있다. 또한, 도 5에 도시한 부재와 동일 부재에는 동일한 부호를 붙였다.
도시하는 바와 같이, 연료전지 시스템(61)은 수소 발생 설비(62)와 연료전지(43)로 구성되고, 수소 발생 설비(62)와 연료전지(43)는 수소 도관(44)에 의해 접속되어 있다.
수소 발생 설비(62)를 설명한다.
수소 발생 설비(62)는 반응물 용기로서의 반응 챔버(45)를 구비하고, 반응 챔버(45) 내에는 수소 발생 반응물로서의 워크(46)(예를 들면, 수소화 붕소 나트륨)가 저장되어 있다. 또, 반응 챔버(45)의 내부에는 유체실로서의 용액 용기(47)가 구비되고, 용액 용기(47)에는 반응 유체인 반응용액(48)(예를 들면, 말산 수용액)이 저장되어 있다.
반응 챔버(45)의 외부에는 일시 저류부(49)가 설치되고, 용액 용기(47)와 일시 저류부(49)는 공급관(50)을 통하여 접속되어 있다. 공급관(50)에는 체크 밸브(63)가 설치되어 있다. 체크 밸브(63)에 의해 용액 용기(47)측으로부터의 반응용액(48)이 공급관(50)을 유통 가능하게 되고, 일시 저류부(49)측으로부터의 반응용액(48)의 역류가 방지되어 있다. 반응 챔버(45)에서 발생한 수소에 의해 용액 용기(47)가 가압되고, 공급관(50)측으로부터의 압력이 일시 저류부(49) 압력 이상으로 되었을 때에 반응용액(48)이 일시 저류부(49)에 보내진다.
또, 일시 저류부(49)에는 반응 챔버(45)내로 개구하는 배출관(51)이 접속되고, 배출관(51)에는 압력조정 밸브(64)가 설치되어 있다. 반응 챔버(45) 내압이 소정 압력 이하로 되었을 때, 압력조정 밸브(64)가 밸브 개방되어 일시 저류부(49)측으로부터의 반응용액(48)이 배출관(51)을 유통 가능하게 된다. 일시 저류부(49)의 내압은 보내진 반응용액(48)에 의해 가압되어 압력조정 밸브가 열리는 압력보다도 높은 상태(압력조정 밸브(64)가 열리기 위한 반응 챔버(45)의 소정 압력값을 초과하는 압력)을 발생시키고 있고, 일시 저류부(49)와 반응 챔버(45)의 내압차에 의해 반응용액(48)이 배출관(51)으로부터 반응 챔버(45)에 보내진다. 그 결과, 반응용액(48)과 워크(46)가 접촉하여 반응 챔버(45)에서 수소생성 반응이 일어난다.
용액 용기(47)는 가요성 필름(예를 들면, 폴리프로필렌)의 자루 형상 부재의 용기로 되고, 반응용액(48)이 일시 저류부(49)에 보내짐과 아울러, 반응 챔버(45)에서 발생한 수소에 의해 가압됨으로써(가변 수단), 용액 용기(47)의 체적이 감소하게 되어 있다. 즉, 용액 용기(47)로부터 반응 챔버(45)에 반응용액(48)이 공급됨에 따라서 용액 용기(47)의 체적이 감소되어, 그 만큼 반응 챔버(45)의 용적이 증가한다.
연료전지(43)를 설명한다.
연료전지(43)에는 애노드 챔버(58)가 구비되고, 애노드 챔버(58)는 연료전지 셀(59)의 애노드실에 접하는 공간을 구성하고 있다. 애노드실은 애노드에서 소비하는 수소를 일시적으로 유지하는 공간이다. 애노드 챔버(58)와 반응 챔버(45)는 수소 도관(44)에 의해 접속되어, 반응 챔버(45)에서 발생한 수소가 애노드 챔버(58)의 애노드실에 공급된다. 애노드실에 공급된 수소는 애노드에서의 연료전지 반응에서 소비된다. 애노드에서의 수소의 소비량은 연료전지(43)의 출력전류에 따 라 결정된다.
상기한 연료전지 시스템(61)의 작용을 설명한다.
연료전지 셀(59)이 부하에 접속되면, 연료전지 시스템(41)의 내부의 수소와 공기 중의 산소가 연료전지 반응을 일으켜 전력을 발생한다. 발전은 수소를 소비하면서 진행하기 때문에, 애노드 챔버(58), 수소 도관(44), 반응 챔버(45)의 내압이 저하된다. 여기에서, 일시 저류부(49)는 대기압을 받고 있기 때문에, 내압이 대기압보다 저하되면 일시 저류부(49)와 반응 챔버(45)에 차압이 생겨, 일시 저류부(49)에 저장되어 있는 반응용액(48)(말산 수용액)이 배출관(51)을 통과하여 반응 챔버(45)로 이동한다.
반응용액(48)이 반응 챔버(45)로 이동하면, 워크(46)(수소화 붕소 나트륨)과 접촉하여 수소 발생 반응을 일어나게 한다. 발생한 수소는 수소 도관(44)을 통과하여, 애노드 챔버(58)에 공급된다. 수소의 발생에 의해 반응 챔버(45), 수소 도관(44), 애노드 챔버(58)의 내압이 대기압보다 상승하여, 반응 챔버(45)의 내압이 일시 저류부(49)보다 높아진다. 이 때문에, 수소가 배출관(51)을 역류하려고 하지만, 압력조정 밸브(64)에 의해 역류가 방지된다.
한편, 용액 용기(47)가 반응 챔버(45)의 내압을 받아 압축되어, 용액 용기(47)의 내부에 저장되어 있는 반응용액(48)이 공급관(50)으로부터 체크 밸브(63)를 통하여 일시 저류부(49)에 공급된다.
그 후, 수소 발생 속도가 저하되어 연료전지(43)에서의 수소 소비 속도가 상회하면, 애노드 챔버(58), 수소 도관(44), 반응 챔버(45)의 내압이 저하되기 시작 한다. 내압이 저하되어 일시 저류부(49)와 반응 챔버(45)에 압력차가 발생하면, 압력조정 밸브(64)가 밸브 개방하여 일시 저류부(49)로부터 용액 용기(47)에 반응용액(48)이 유입된다. 이것에 의해, 워크(46)에 반응용액(48)이 접촉하여 수소 발생 반응이 생기고, 반응 챔버(45)의 내압이 다시 상승하게 된다.
이상의 반복에 의해 수소가 생성되고, 연료전지(43)의 애노드 챔버(58)에 연료인 수소가 공급된다.
그리고, 용액 용기(47)로부터 반응 챔버(45)에 반응용액(48)이 공급됨에 따라 용액 용기(47)의 체적이 감소하고, 그만큼 반응 챔버(45)의 용적이 증가하므로, 데드 스페이스가 없어져, 적은 스페이스에서 수소의 발생을 행하는 영역을 증가시킬 수 있어, 수소 발생량을 줄이지 않고 공간절약화가 가능하게 된다. 또, 스페이스를 증가시키지 않고 수소 발생량을 증가시키는 것이 가능하게 된다.
상기한 연료전지 시스템(61)은 적은 체적으로 충분한 양의 수소를 발생시킬 수 있는 수소 발생 설비(62)를 구비한 연료전지 시스템(61)으로 할 수 있다.
본 발명은, 예를 들면, 금속 수소화물를 분해하여 수소를 발생시키는 수소 발생 설비 및 수소 발생 설비에서 발생한 수소를 연료로 하는 연료전지 시스템의 산업분야에서 이용할 수 있다.

Claims (10)

  1. 반응 유체가 보내짐으로써 수소의 발생이 촉진되는 수소 발생 반응물이 수용되는 반응물 용기와,
    반응물 용기 내에 배치되고 반응 유체가 수용되는 체적이 변경 자유로운 유체실과,
    유체실의 체적을 변경함으로써 용적을 변경하는 가변 수단을 구비하고,
    유체실 내의 유체가 수소 발생 반응물에 공급됨에 따라서 가변 수단에 의해 유체실의 체적을 감소시켜 반응물 용기 내의 용적을 증가시키는 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  2. 반응 유체가 보내짐으로써 수소의 발생이 촉진되는 수소 발생 반응물이 수용되는 반응물 용기와,
    반응물 용기 내에 배치되어 반응 유체가 수용되는 체적이 변경 자유로운 유체실과,
    유체실을 가압하는 가압 수단과,
    반응물 용기 내에서 발생한 수소를 배출하는 배출 수단과,
    유체실 및 반응물 용기를 연통하여 반응 유체의 유통을 허용하는 유체 공급로와,
    유체 공급로에 구비되어 반응물 용기의 압력이 소정값 이하로 되었을 때에 유체 유로의 유로를 여는 개폐 수단을 가지며,
    개폐 수단을 여는 압력보다도 높은 압력으로 유지하도록 유체실을 가압 수단에 의해 가압함과 아울러, 반응 유체의 공급에 의한 유체실의 용적의 감소에 따라 유체실의 체적을 감소시키도록 유체실을 가압하는 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  3. 제 2 항에 있어서, 유체실은 변형 허용 부재로 형성되고, 가압 수단은 유체실을 눌러서 유체실의 체적을 감소시켜 유체실의 압력을 가압하는 누름 수단인 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  4. 제 3 항에 있어서, 유체실의 변형 허용 부재는 자루 부재이며, 자루 부재의 단부에 판재가 설치되고, 판재를 통하여 유체실을 누름으로써 자루 부재가 변형되어 유체실의 체적이 감소되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  5. 제 3 항에 있어서, 유체실의 변형 허용 부재는 벨로스 부재이며, 벨로스 부재의 단부에 판재가 설치되고, 판재를 통하여 유체실을 누름으로써 벨로스 부재가 수축되어 유체실의 체적이 감소되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  6. 제 3 항에 있어서, 유체실의 변형 허용 부재는 단부가 개방된 실린더 및 실린더의 개방단측에 구비된 피스톤 판이며, 피스톤 판을 누름으로써 실린더의 용적 이 감소되어 개방 체적이 증가하여 유체실의 체적이 감소되는 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서, 누름 수단은 압축 스프링인 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  8. 제 2 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    개폐 수단은 유체실의 내압에 비해 반응물 용기의 내압이 소정값 낮게 된 정압시에 유체실측으로부터 반응물 용기측으로의 반응 유체의 유통을 허용하는 상태로 밸브 본체가 열리는 압력조정 밸브인 것을 특징으로 하는 수소 발생 설비.
  9. 수소가 공급되는 애노드실을 갖는 연료전지의 애노드실에 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 기재된 수소 발생 설비의 배출 수단을 접속한 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
  10. 제 9 항에 있어서, 애노드실과 반응물 용기가 폐공간을 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 연료전지 시스템.
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