WO2010026945A1 - 水素発生装置、およびそれを備えた燃料電池システム - Google Patents

水素発生装置、およびそれを備えた燃料電池システム Download PDF

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田中淳史
三木健
中井敏浩
戸高義弘
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日立マクセル株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen generator containing a hydrogen generating material, a hydrogen generator including water supply means for generating hydrogen by supplying water to the hydrogen generator, and a fuel cell system including the hydrogen generator.
  • the present invention relates to a hydrogen generator capable of estimating the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generator, and a fuel cell system including the hydrogen generator.
  • the fuel cell can be used continuously if fuel and oxygen are supplied.
  • a polymer electrolyte membrane fuel cell (PEMFC: Polymer Electrolyte Fuel Fuel Cell) uses a solid polymer electrolyte as the electrolyte, oxygen in the air as the positive electrode active material, and fuel (hydrogen, methanol, etc.) as the negative electrode active material Therefore, it is attracting attention as a battery that can be expected to have a higher energy density than the current mainstream lithium ion secondary battery.
  • hydrogen as a fuel used in this PEMFC
  • a reaction between water and a hydrogen generating substance such as lithium, potassium, calcium, sodium, magnesium, or aluminum which is a metal having a high ionization tendency is used.
  • a method for generating hydrogen has been proposed.
  • JP 2006-306700 A JP 2007-45646 A JP-A-10-252567
  • the conventional method for measuring the amount of hydrogen supplied requires a device for measuring the amount of hydrogen, such as a flow meter or pressure gauge, and the fuel cell used in a mobile device that is required to be small and light. This is undesirable and increases the cost.
  • current detection means are required, and when all of the hydrogen generated by the fuel cell cannot be used for power generation and is discharged to the outside, the remaining amount is detected. A problem arises that an error in quantity occurs.
  • the present invention has been made in view of such problems, and a hydrogen generator capable of estimating the remaining amount of hydrogen without adding a detection means that leads to high costs, and a fuel cell including the hydrogen generator The purpose is to obtain a system.
  • a hydrogen generator of the present invention includes a hydrogen generator containing a hydrogen generating substance that generates hydrogen by reaction with water, water supply means for supplying water to the hydrogen generator, Water supply amount control means for controlling the water supply means to adjust the amount of water supplied to the hydrogen generation section, and the water supply means or the water supply amount control means obtained from the water supply means or supplied to the hydrogen generation section. And a remaining amount management means for estimating the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generator from the amount of water information.
  • the fuel cell system of the present invention includes the hydrogen generator of the present invention and a fuel cell that generates power using hydrogen generated by the hydrogen generator.
  • a means for detecting the amount of generated hydrogen is separately provided. The remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generator can be estimated.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a hydrogen production apparatus according to a first embodiment of the present invention and a fuel cell system including the same.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating integration of the amount of supplied water in the remaining amount management device of the hydrogen generator according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A shows a change in the amount of supplied water per unit time
  • FIG. 2B shows a change in the total amount of supplied water, which is an integrated water amount.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a hydrogen generator according to the second embodiment of the present invention and a fuel cell system including the hydrogen generator.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the control unit in the hydrogen generator according to the second embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a schematic configuration of a hydrogen production apparatus according to a first embodiment of the present invention and a fuel cell system including the same.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating integration of the amount of supplied water
  • FIG. 5 is a diagram showing the relationship between the amount of supplied water and the amount of hydrogen generated in the hydrogen generator according to the second embodiment of the present invention, and shows the relationship when the reaction between the hydrogen generating substance and water has not progressed so much. It is shown.
  • FIG. 6 is a diagram showing the relationship between the amount of supplied water and the amount of hydrogen generated in the hydrogen generator according to the second embodiment of the present invention, and shows the relationship when the reaction between the hydrogen generating substance and water has progressed considerably. It is shown.
  • FIG. 6A shows a case where the amount of supplied water is increased at the beginning of water supply
  • FIG. 6B shows a case where water is supplied with a constant amount of water.
  • the hydrogen generator according to the present invention includes a hydrogen generator containing a hydrogen generating substance that generates hydrogen by reaction with water, water supply means for supplying water to the hydrogen generator, and the water Water supply amount control means for controlling the supply means to adjust the amount of water supplied to the hydrogen generation section, and the water supplied to the hydrogen generation section obtained from the water supply means or the water supply amount control means Remaining amount management means for estimating the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generator from the amount of water information.
  • the amount of hydrogen generated from the hydrogen generator can be grasped from the amount of water supplied to the hydrogen generator obtained from the water supply means or the water supply amount control means.
  • hydrogen can be generated without providing a means such as a flow meter for measuring the amount of hydrogen generated from the hydrogen generating material.
  • the remaining amount of hydrogen that can be generated by the generated substance can be estimated.
  • the remaining amount management means estimates the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generating unit from the total amount of water supplied to the hydrogen generating unit. By doing in this way, the amount of generated hydrogen can be calculated based on the amount of water used for hydrogen generation.
  • the remaining amount management unit estimates a remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generation unit from an operation time of the water supply unit. By doing in this way, when the flow rate of the supplied water is constant, the amount of water supplied to the hydrogen generator can be calculated based on one index of time.
  • the water supply means is powered by electricity, and the remaining amount management means has a hydrogen amount that can be generated by the hydrogen generator from the integrated value of the voltage applied to the water supply means. It is preferable to estimate the remaining amount. In this way, when the water supply means is an electric pump or the like, the amount of water supplied to the hydrogen generation unit can be calculated from electrical information that can be easily detected, transmitted, and calculated as information. .
  • the hydrogen generation unit includes a detachable fuel cartridge that contains the hydrogen generation substance, and the fuel cartridge includes a memory unit that stores the amount of supplied water or the remaining amount of hydrogen that can be generated. It is preferable. In this way, the accumulated supply water amount supplied to the hydrogen generation unit of the fuel cartridge, or the remaining amount of hydrogen that can be generated estimated from the integrated supply water amount is stored in the memory unit, and the cartridge is Even in the case of replacement, the remaining amount of hydrogen that can be easily generated can be grasped.
  • the water supply amount control means controls the amount of water supplied by the water supply means based on the water amount information of the water supplied to the hydrogen generator. By doing in this way, the appropriate quantity of water according to the integrated supply water quantity can be supplied to a hydrogen generation part. For this reason, hydrogen generation according to the degree of reaction of the hydrogen generating substance accommodated in the hydrogen generating part with water can be performed, and the power generation of the fuel cell can be started promptly.
  • the fuel cell system of the present invention includes the above-described hydrogen generator of the present invention and a fuel cell that generates electric power using hydrogen generated by the hydrogen generator.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system according to a first embodiment of the present invention.
  • the fuel cell system 200 of the present embodiment includes a hydrogen generator 100 and a fuel cell 10 that generates power using hydrogen generated by the hydrogen generator 100.
  • the hydrogen generation apparatus 100 is configured to generate hydrogen by an exothermic reaction between the container 3 which is a hydrogen generation unit that stores a hydrogen generation substance 4 that generates hydrogen by an exothermic reaction with water, and the hydrogen generation substance 4 accommodated in the container 3.
  • the container 3 which is a hydrogen generation unit that stores a hydrogen generation substance 4 that generates hydrogen by an exothermic reaction with water, and the hydrogen generation substance 4 accommodated in the container 3.
  • a water storage tank 1 for storing water 2 to be generated, and an electric pump 5 as water supply means for supplying water 2 from the water storage tank 1 to the container 3.
  • a control unit 11 that is a water supply amount control unit that operates a pump 5 that is a water supply unit to control a supply amount of water 2 that is supplied from the water storage tank 1 to a container 3 that is a hydrogen generation unit; Remaining amount management that estimates the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generating unit from the water amount information of the water 2 supplied to the container 3 obtained from the control unit 11 or the pump 5 that is a water supply means.
  • a remaining amount management device 13 as a means.
  • the container 3 and the water storage tank 1 are sectional drawing in order to show the internal structure.
  • the container 3 has a container body 3a and a lid 3b.
  • a water supply pipe 6 for supplying water 2 stored in the water storage tank 1 through the lid 3b and a hydrogen outlet pipe 8 for leading the generated hydrogen are provided in the container body 3a. ing.
  • the water 2 sent from the water storage tank 1 by the pump 5 is supplied from the water supply port 7 of the water supply pipe 6 to the hydrogen generating material 4 in the container 1 and is generated by the reaction between the hydrogen generating material 4 and the water 2.
  • the hydrogen thus introduced is led from the hydrogen lead-out port 9 to the fuel cell 10 through the hydrogen lead-out pipe 8.
  • the hydrogen generating substance 4 in the container 3 is not particularly limited as long as it is a material that reacts with water to generate hydrogen, but lithium, potassium, calcium, sodium, magnesium, aluminum, which is a metal having a high ionization tendency, and silicon At least one metal material selected from the group consisting of zinc, and alloys mainly composed of these elements can be suitably used. In the case of an alloy, metal components other than the main element are not particularly limited.
  • the main body refers to a substance that is contained in an amount of 80% by weight or more, more preferably 90% by weight or more based on the entire alloy.
  • the metal material described above is a substance that hardly reacts with water at room temperature, but can easily exothermic reaction with water when heated.
  • “normal temperature” is a temperature in the range of 20 to 30 ° C.
  • the average particle size of these metal materials is preferably 0.1 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less, and more preferably 0.1 ⁇ m or more and 50 ⁇ m or less.
  • the shape of these metal materials is not particularly limited, but for example, a substantially spherical shape (including a true spherical shape), a rugby ball shape, a scale shape, and the like can be suitably used.
  • the reaction between the metal material and water can be promoted. It is preferable because it is possible.
  • a hydrophilic oxide alumina, silica, titania, magnesia, zirconia, zeolite, zinc oxide and the like can be used.
  • a heat generating material that is a material other than the hydrogen generating material 4 and generates heat by reacting with water.
  • a heat generating material a material that reacts with water to become a hydroxide or a hydrate, a material that generates heat with water and generates hydrogen, and the like can be used. These substances may be used alone or in combination of two or more.
  • the water supply pipe 6 and the hydrogen outlet pipe 8 are provided with an attaching / detaching mechanism, and the attaching / detaching mechanism connects the container 3 to the hydrogen outlet pipe 8 and the fuel cell 10 connected thereto, or the water cell. It can be separated from the storage tank 1.
  • the hydrogen generating substance 4 accommodated in the container 3 is changed into a reaction product and loses the ability to generate hydrogen. For this reason, when the ratio of the hydrogen generating substance 4 that has reacted with water to become a reaction product becomes higher, further hydrogen generation becomes difficult.
  • the container 3 is separated together with the hydrogen generating substance 4 having a high internal reaction rate by an attaching / detaching mechanism (not shown) and replaced with the container 3 containing the new hydrogen generating substance 4 to continuously continuously. Hydrogen can be produced.
  • the water storage tank 1 since the water 2 in the water storage tank 1 is reduced by reacting with the hydrogen generating substance 4, the water storage tank 1 is also provided with a similar attachment / detachment mechanism, and a container in which the new hydrogen generating substance 4 is accommodated. At the same time as replacing 3, it is preferable to remove the water storage tank 1 and replace it with a water storage tank 1 containing a new amount of water 2.
  • the material and shape of the container 3 are not particularly limited as long as the container 3 can store the hydrogen generating material 4 that generates hydrogen by exothermic reaction with the water 2.
  • a material or shape that does not allow water 2 or hydrogen to leak from other than the water supply port 7 and the hydrogen outlet 9 is preferable.
  • a specific material of the container a material that hardly permeates water and hydrogen and does not break even when heated to about 100 ° C. is preferable.
  • a metal such as aluminum, iron, and stainless steel, polyethylene (PE), Resins such as polypropylene (PP) can be used.
  • a prismatic shape, a cylindrical shape, or the like can be adopted.
  • the reaction product produced by the reaction of the hydrogen generating substance 4 with the water 2 is usually larger in volume than the hydrogen generating substance 4. Therefore, the container 3 can be deformed in accordance with the reaction between the hydrogen generating material 4 and the water 2 so that it does not break when the volume of the built-in material accompanying the generation of the reaction product occurs.
  • the material of the container 3 is more preferably a resin such as PE or PP among the materials exemplified above.
  • a filter may be installed in the hydrogen lead-out pipe 8 or the hydrogen lead-out port 9 provided in the lid 3b of the container 3 so that the water 2 and the hydrogen generating substance 4 in the container 3 do not flow outside.
  • a filter having a property of allowing gas to pass but difficult to pass liquid and solid is preferable.
  • porous polytetrafluoroethylene (PTFE) gas-liquid separation membrane, polypropylene (PP) non-woven fabric, etc. can be used.
  • the pump 5 provided in the water supply pipe 6 stores water at a predetermined supply speed for a predetermined supply time according to a control signal from the control unit 11.
  • Water 2 in the tank 1 is supplied into the container 3.
  • the pump 5 is a general electric pump.
  • a micro pump such as a tube pump, a diaphragm pump, or a syringe pump can be used, but is not limited thereto.
  • the specific configuration is not limited.
  • the pump 5 may be provided with a function of detecting the amount of water 2 actually supplied from the water storage tank 1 to the container 3, and this detection information may be fed back to the control unit 11.
  • the hydrogen produced by the reaction between the hydrogen generating substance 4 and the water 2 in the container 3 is led out from the hydrogen outlet 9 provided in the container 3 through the hydrogen outlet pipe 8.
  • the derived hydrogen is sent to a device that uses the hydrogen generated by the hydrogen generator 100 of the present embodiment, for example, the fuel cell 10 in the case of FIG.
  • the container 3 can be provided with a detection means (not shown) for detecting the reaction state between the hydrogen generating substance 4 and the water 2.
  • a detection means for detecting the reaction state between the hydrogen generating substance 4 and the water 2.
  • a temperature sensor is preferable, and a known temperature detecting means such as a thermocouple or a thermistor can be used.
  • the control unit 11 controls the pump 5 based on the control signal for hydrogen generation input from the operation unit 12 in the hydrogen generator 100 of the present embodiment, and the amount of water 2 supplied to the hydrogen generating material 4, That is, control is performed so that a predetermined amount of hydrogen is generated by adjusting the supply rate and the supply time.
  • control unit 11 is preferably configured by a programmable control device such as a microcomputer or a microprocessor, but can also be configured by an electronic circuit or the like.
  • the operation unit 12 that instructs the control unit 11 to generate hydrogen is a user interface unit that inputs an instruction to start power generation to the fuel cell system 200.
  • a switch, a touch panel, or the like can be used as the operation unit 12.
  • the operation unit 12 may be one in which a user directly inputs an operation instruction, or uses a power generated by the fuel cell 10 as a power source, and switch signals of various devices are directly input to the operation unit 12. You can also.
  • the remaining amount management device 13 that is the remaining amount management means receives a signal for controlling the operation of the pump 5 that is the water supply means that is output from the control unit 11 and a signal that indicates the actual operation state of the pump 5. Then, the amount of water 2 supplied from the water storage tank 1 to the container 3 which is a hydrogen generating means is detected. Then, the remaining amount management device 13 calculates the amount of hydrogen generated by the reaction between the hydrogen generating material 4 accommodated in the container 3 and the water 2 based on the amount of water 2 supplied. Further, the remaining amount management device 13 uses the total amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generating material 4 accommodated in the container 3 and the amount of hydrogen generated so far from the container 3 that is a hydrogen generating unit. Estimate the remaining amount of hydrogen that can be produced. Since it has such a function, it is preferable to use a programmable control device such as a microcomputer for the remaining amount management unit 13 as well as the control unit 11.
  • a programmable control device such as a microcomputer for the remaining amount
  • the remaining amount of hydrogen estimated by the remaining amount management device 13 is displayed on the display unit 14 and transmitted to the user.
  • the display unit 14 of the hydrogen generator 100 according to the present embodiment is not limited to the case where the display unit 14 has a dedicated display terminal such as a liquid crystal display that displays the remaining amount of hydrogen in the hydrogen generator 100 as shown in FIG.
  • the remaining amount information may be displayed on a display terminal that displays the power output of the fuel cell 10, or the remaining amount may be displayed on an operation terminal of a portable device that uses the fuel cell 10 as a battery. It doesn't matter.
  • the outer surface of the main body 3a of the container 3 is covered with a heat insulating material, or a heater for heating the main body 3a of the container 3 is provided.
  • a heat insulating material or a heater for heating the main body 3a of the container 3 is provided.
  • the illustration and description in FIG. 1 are omitted.
  • the hydrogen generating material 4 can contain a heat generating material.
  • the hydrogen lead-out pipe 8 is separated by a gas-liquid separation unit for separating hydrogen led out from the container 3 and unreacted water, and further by a gas-liquid separation unit. It is more preferable to provide means for returning the water to the water storage tank 1.
  • the hydrogen generating substance 4 and the water 2 react in the container 3 the unreacted water 2 may blow out from the hydrogen outlet pipe 8 to the outside of the container 3 as a mixture with hydrogen.
  • the mixture of water and hydrogen discharged from the container 3 is separated into water (liquid) and hydrogen (gas), and the separated water is stored in water. It can be returned to the tank 1.
  • the substantial amount of water supplied can be reduced, and the amount of water 2 stored in the water storage tank 1 can be reduced.
  • the volume and weight of the entire hydrogen generator 100 can be reduced and the hydrogen generator 100 can be made compact.
  • the fuel cell 10 is a well-known solid polymer fuel cell that reacts with oxygen using hydrogen as a fuel.
  • a polymer electrolyte membrane fuel cell PEMFC
  • PEMFC polymer electrolyte membrane fuel cell
  • the fuel cell 10 includes a plurality of cells each including an electrolyte and a pair of electrodes (a positive electrode and a negative electrode) sandwiching the electrolyte, thereby forming a stack.
  • a solid polymer electrolyte is used as the electrolyte.
  • Oxygen gas (positive electrode active material) in the air flowing in through the air inflow portion 15 is supplied to the positive electrode, and hydrogen (negative electrode active material) generated by the hydrogen generator 100 is supplied to the negative electrode.
  • hydrogen positive electrode active material
  • the generated electric power is output from the output terminal 16 of the fuel cell 10 to a portable device or the like.
  • the illustration and description about the detail of the structure and the mechanism of electric power generation are abbreviate
  • the configuration of the electrolyte or the like used in the fuel cell 10 is not limited to the one exemplified above.
  • FIG. 2 shows an operation of integrating the amount of water supplied to the container 3 that is a hydrogen generation unit in the remaining amount management device 13 of the hydrogen generation device 100 according to the present embodiment.
  • the control unit 11 supplies power to the pump 5.
  • the pump 5 starts to operate by supplying power from the control unit 11 and supplies the water 2 stored in the water storage tank 1 to the container 3 that is a hydrogen generation unit.
  • the water 2 supplied through the water supply pipe 6 by the pump 5 and the hydrogen generating substance 4 react to generate hydrogen.
  • the generated hydrogen is supplied to the fuel cell 10 through the hydrogen outlet pipe 8.
  • the fuel cell 10 performs a power generation operation using hydrogen supplied from the hydrogen generator 100 and air (oxygen) taken from the air inflow portion 15.
  • the control unit 11 supplies the water 2 supplied to the container 3 so that the fuel cell 10 can continuously generate hydrogen in an amount sufficient for stable power generation to the pump 5. To control. In particular, in a state where stable hydrogen generation can be performed, if there is no problem assuming that the supply amount of water supplied to the container 3 is constant, the control unit 11 sets the amount of water supplied by the pump 5 to be constant. Control is performed.
  • the remaining amount management device 13 monitors an instruction signal from the control unit 11 to the pump 5 and monitors the operation of the pump 5 at the same time or as necessary. And the water quantity information regarding the quantity of the water which the pump 5 supplied to the container 3 is grasped
  • the information regarding the supplied water amount for example, the actual total water supply amount itself calculated by integrating the supplied water amount and the supply time, which is the amount of water supplied per unit time, can be mentioned.
  • FIG. 2 shows the relationship between the actual change in water supply and the total water supply integrated.
  • FIG. 2A shows a change in the amount of supplied water per unit time, that is, a change in the supply speed, and
  • FIG. 2A shows a change in the amount of supplied water per unit time, that is, a change in the supply speed
  • water supply starts from time T1, and water is supplied at a predetermined supply speed L1 until T2.
  • the total water supply amount shown in FIG. 2B increases from T1 to T2 at a constant rate.
  • the supply of water is stopped between T2 and T3, and there is no change in the total amount of supplied water shown in FIG.
  • the supply at the supply speed L2 is performed from T3 to T4, and the integrated total supply water amount is again at a constant rate as shown in FIG. 2 (b). Increase with.
  • water is supplied at a higher supply speed L3, and the total amount of water accumulated as shown in FIG. 2 (b). Increases with a greater slope.
  • the remaining amount management device 13 can obtain the water amount information of the amount of water supplied at a predetermined supply speed and a predetermined supply time by integrating the speed and time, and by repeating this, The remaining amount management device 13 can integrate and calculate the total amount of water supplied to the container 3. Then, if the integrated value of the amount of water supplied is A, and the required amount of water when all the hydrogen generating substance 4 reacts to generate hydrogen is B, it is generated in the container 3 which is the hydrogen generating part of the hydrogen generating device 100. The remaining amount (%) of hydrogen that can be obtained can be obtained by (1 ⁇ A / B) ⁇ 100, and this remaining amount is displayed on the display unit 14 as, for example,% display.
  • the remaining amount of hydrogen generated in the hydrogen generator 100 calculated by the remaining amount management device 13 is calculated. The amount becomes the remaining battery level of the fuel cell 10 as it is.
  • the case where the water amount information of the supplied water performed by the remaining amount management device 13 is grasped by the integrated value of the amount of water actually supplied to the container 3 has been described.
  • the grasping of the water amount information in the management device 13 is not limited to this method.
  • the water supplied to the container 3 is managed by managing only the operation time of the pump 5. It is possible to grasp water volume information. In this case, the remaining amount management device 13 needs to have only one index “time”, and it is necessary to manage two indexes “time” and “supply speed”, compared to the above case. Thus, the amount of supplied water can be detected more easily.
  • the pump 5 is an electric pump as described above, there is a correlation between the magnitude of the voltage applied to the pump 5 and the amount of water supplied per unit time. Can grasp the water amount information based on the integrated value of the voltage applied to the pump 5, that is, the integrated result of the voltage value and the time when the voltage value is applied.
  • the index to be managed by the remaining amount management device 13 is voltage information that can be grasped as a numerical value and can be easily subjected to processing such as calculation.
  • the amount of generated hydrogen is measured, such as a flow meter that is a means for detecting the flow rate of the generated hydrogen and a pressure gauge that measures the hydrogen pressure. Therefore, the amount of hydrogen generated in the hydrogen generator can be calculated from the amount of supplied water without adding a detection means for the purpose. Based on the calculated water supply amount, the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generator 100 can be easily calculated and estimated. Furthermore, in the fuel cell system 200 of the present embodiment, the remaining amount of the fuel cell 10 can be measured from the remaining amount of hydrogen generated by the hydrogen generator 100.
  • the hydrogen generating apparatus 300 is a fuel cartridge 17 in which a container 3 that is a hydrogen generating unit that contains a hydrogen generating substance that reacts with water to generate hydrogen is detachable. This is different from the hydrogen generator 100 in the first embodiment.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a schematic configuration of a fuel cell system 400 including the hydrogen generator 300 according to the present embodiment.
  • the fuel cell system 400 of the present embodiment includes a container 3 that is a hydrogen generation unit that contains a hydrogen generating substance, and a memory 18 that can record the amount of hydrogen generated in the container 3 and can read and write data.
  • the fuel cartridge 17 is different from the first embodiment.
  • Other members constituting the hydrogen generator 300 for example, the water storage tank 1, the electric pump 5 that is a water supply means, the operation unit 12, the display unit 11, and the like are shown in FIG. Detailed description of each member having the same configuration as that of the apparatus 100 is omitted.
  • the structure of the water storage tank 1 and the container 3 is also the same structure as the hydrogen generator 100 of 1st Embodiment shown in the said FIG. 1, it does not represent as sectional drawing in FIG.
  • the container 3 of the hydrogen generator 300 in this embodiment can be easily attached and detached as the fuel cartridge 17.
  • the container 3 can be separated by the attaching / detaching mechanism (not shown) provided in the water supply pipe 6 and the hydrogen outlet pipe 8.
  • the fuel cartridge 17 is a concept indicating a unit that can be frequently and easily replaced by a user.
  • the memory 18 included in the fuel cartridge 17 records the integrated value of the amount of water supplied to the container 3 in which the hydrogen generating substance is stored, and is composed of, for example, an EEPROM (electrically erasable / readable memory).
  • Various types can be used in which the unit 11 can write the integrated amount of supplied water as appropriate, and the controller 11 can read the integrated amount of supplied water as appropriate.
  • the control unit 11 when receiving the power generation start instruction from the operation unit 12, the control unit 11 reads the accumulated water amount supplied to the container 3 of the fuel cartridge 17 from the memory 18 of the fuel cartridge 17. Then, the ratio of the hydrogen generating substance that has already reacted with water is calculated in light of the information on the amount of the hydrogen generating material accommodated in the container 3. Further, in accordance with the calculated amount of the hydrogen generating substance that has already reacted with water, a pump 5 that is a water supply means is used to supply an appropriate amount of water to the container 3 in order to quickly generate hydrogen. In addition, a driving signal for supplying water with a predetermined amount of water is given. Further, the amount of water supplied by the pump 5 is calculated from the supply speed and supply time, the integrated amount of water supplied to the container 3 is updated, and this is written in the memory 18.
  • FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the fuel cell system according to the present embodiment.
  • the water supply amount A indicates an appropriate water supply amount when the cumulative amount of water supplied to a container that is a hydrogen generation unit containing a hydrogen generating substance is 0 or smaller than a predetermined threshold.
  • the water supply amount B indicates an appropriate water supply amount when the cumulative amount of water supplied to the hydrogen generation unit containing the hydrogen generating substance is large.
  • the water supply amount A ⁇ water supply amount B.
  • water supply amount A and water supply amount B are the material of the hydrogen generating material, the capacity of the container 3 as the hydrogen generating part, the shape and environmental temperature of the container 3, the performance of the fuel cell 10 and the performance of the fuel cell 10. It is a numerical value that is appropriately determined depending on the amount of power required for output.
  • a power generation start command is given by the operation from the operation unit 12, and the operation of the hydrogen generator is started.
  • step S ⁇ b> 101 the control unit 11 that has received the power generation start command reads the integrated amount of water supplied to the container 3 from the memory 18 of the fuel cartridge 17.
  • step S102 the control unit 11 determines whether or not the read integrated water supply amount is less than a predetermined specified value.
  • This predetermined specified value is defined as a threshold value that, when the value is exceeded, hydrogen generation is delayed when hydrogen production is started under conditions for starting a normal hydrogen generation reaction.
  • the process proceeds to the next step S103, and the control unit 11 supplies water to the pump 5 with the water supply amount A. Communicate information on the amount of water that should be supplied.
  • the pump 5 to which the information on the supply water amount is transmitted supplies water from the water storage tank 1 to the container 3 with the water supply amount A.
  • step S102 when the integrated supply water amount read from the memory 18 is not less than the predetermined specified value (in the case of No), the process proceeds to step S104, and the control unit 11 supplies water to the pump 5. Information on the amount of water to be supplied that water should be supplied at the amount of supply B is transmitted. The pump 5 to which the information on the supply water amount is transmitted supplies water from the water storage tank 1 to the container 3 with the water supply amount B.
  • step S105 the control unit 11 integrates the water supply amount from the water supply speed and the supply time based on the supply water amount information transmitted to the pump 5.
  • control unit 11 stops the pump 5 and stops the supply of water (step S107).
  • the control unit 11 stops the pump 5 and stops the supply of water (step S107).
  • the hydrogen generation reaction between the water and the hydrogen generating substance in the container 3 is stopped, and the generation of power in the fuel cell 10 is ended when the hydrogen is not supplied.
  • control unit 11 writes the calculated latest integrated water supply amount in the memory 18 (step S108), and a series of operations is completed.
  • FIG. 5 and FIG. 6 show the relationship between the water supply amount and the hydrogen generation amount when the water supply amount control described in FIG. 4 is performed.
  • FIG. 5 shows a case where the cumulative amount of water supplied to the container 3 which is a hydrogen generating unit is less than a predetermined specified value, that is, in a state where the reaction between the hydrogen generating substance and water has not progressed so much. The relationship between the amount of supplied water and the amount of hydrogen generation is shown.
  • hydrogen begins to be generated at time t1.
  • the amount A of water supplied at this time is an amount suitable for hydrogen generation in the hydrogen generating material when the reaction with water is not progressing so much.
  • the amount of hydrogen generation has risen.
  • FIG. 6 shows a case where the integrated water supply amount supplied to the container 3 is not less than a predetermined specified value, that is, in a state where the reaction between the hydrogen generating substance and water has progressed to some extent.
  • a predetermined specified value that is, in a state where the reaction between the hydrogen generating substance and water has progressed to some extent.
  • the relationship between the amount of water and the amount of hydrogen generation is shown.
  • FIG. 6A shows the case of the fuel cell system according to the present embodiment.
  • the water is supplied at a supply water amount B larger than the supply water amount A until t2.
  • the generation of hydrogen is started at the time t3 even in the case of a hydrogen generating substance in which the reaction with water is delayed, particularly at the start of hydrogen generation.
  • the so-called rise time which is the time for the generated hydrogen amount to reach a steady amount, is also accelerated.
  • the amount of water supplied to the hydrogen generating material housed in the container that is frequently removed and attached to the fuel cartridge 17 can be ascertained. Generation can be performed easily and promptly.
  • the method of generating hydrogen by supplying water to the hydrogen generating material as in the present invention when water is supplied at the same supply amount according to the history of how much water the hydrogen generating material has reacted with.
  • the problem is that the rise time from the start of water supply to the generation of hydrogen differs, and if the amount of hydrogen generating material that has reacted with water exceeds a certain percentage, unreacted hydrogen generating material remains.
  • hydrogen may not be stably generated.
  • the problem related to the existing reaction amount of the hydrogen generating substance can be solved and quickly and stably.
  • a hydrogen generator that can generate hydrogen for a long time can be realized. For this reason, the start of power generation from the fuel cell is accelerated, and a fuel cell system capable of generating power for a long time by effectively using the hydrogen generating material with a preferable water supply amount according to the state of the hydrogen generating material Can be provided.
  • the amount of water supplied at the initial stage of hydrogen generation is set to the amount of water B suitable for the hydrogen generating material that has reacted with water.
  • the control of the water supply amount in the fuel cell of the present invention is not limited to this example. Based on the total amount of water supplied to the hydrogen generating material, the water supply to the hydrogen generating material was stabilized at the start of water supply, depending on the characteristics of the reaction between water and the hydrogen generating material. It is possible to increase the amount of water supply until hydrogen generation is started. Thus, the present invention does not prevent the control unit 11 from appropriately controlling the amount of water supplied so that more optimal hydrogen generation conditions can be obtained.
  • the example in which the integrated value of the amount of water supplied to the container 3 in which the hydrogen generating substance is stored is recorded in the memory 18, but is recorded in the memory 18 of the present embodiment.
  • the information is not limited to the integrated value of the water amount, but the remaining amount of hydrogen that can be generated by the hydrogen generating substance contained in the container 3 estimated by the remaining amount management device 13 described in the first embodiment. It may be.
  • the water supply means is controlled to supply the most appropriate supply rate and supply amount of water. It goes without saying that the function of performing can also be applied to the hydrogen generator of the first embodiment in which the hydrogen generator is not formed into a fuel cartridge.
  • the condition for supplying water to the hydrogen generating material is changed based on the cumulative amount of water supplied to the hydrogen generating material obtained from the memory provided in the fuel cartridge.
  • the time required for starting hydrogen generation can be shortened.
  • the fuel cell system including the hydrogen generator of the present invention and the fuel cell using the hydrogen generated by the hydrogen generator as a fuel has been described. Is not limited to those that produce hydrogen as fuel for fuel cells. For example, it can be generally used as a hydrogen generator for generating hydrogen to be used or used in various devices such as one that generates hydrogen stored in a hydrogen storage alloy.
  • the hydrogen generator of the present invention can be widely used industrially as a hydrogen generator capable of calculating the remaining amount of hydrogen that can be generated.
  • the fuel cell system including the hydrogen generator and a fuel cell using hydrogen as a fuel can be widely used for various power sources including a power source for small portable devices.

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Abstract

　コスト高に繋がる検出手段の追加を行わずに、水素量の残量が推定できる水素発生装置、ならびにこの水素発生装置を備えた燃料電池システムを得ること。水（２）との反応により水素を発生する水素発生物質（４）を収容した水素発生部（３）と、前記水素発生部（３）に水（２）を供給する水供給手段（５）と、前記水供給手段（５）を制御して前記水素発生部（３）への水（２）の供給量を調節する水供給量制御手段（１１）と、前記水供給手段（５）または前記水供給量制御手段（１１）から得られる、前記水素発生部（３）へ供給された水（２）の水量情報から、前記水素発生部（３）が発生させることができる水素量の残量を推定する残量管理手段（１３）とを備える。

Description

水素発生装置、およびそれを備えた燃料電池システム
　本発明は、水素発生物質が収容された水素発生部と、水素発生部に水を供給して水素を発生させる水供給手段を備えた水素発生装置、およびそれを備えた燃料電池システムに関し、特に、水素発生装置で発生できる水素量の残量が推定できる水素発生装置およびこの水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。
　近年、ノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器の普及に伴い、その電源である電池は、ますます小型化、高容量化が要望されている。このような、エネルギー密度が高く、小型であり、かつ、出力容量が大きいという要望に応えうる電池として、固体高分子型燃料電池などの燃料電池の開発が進められている。
　燃料電池は、燃料および酸素の供給を行えば連続的に使用することが可能である。例えば、高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）は、電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料（水素、メタノールなど）を用いるものであり、現在の主流であるリチウムイオン二次電池よりも高エネルギー密度化が期待できる電池として注目されている。このＰＥＭＦＣで使用する燃料として水素を用いる場合の、水素を製造する方法として、水と、イオン化傾向の高い金属であるリチウム、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムなどの水素発生物質との反応により水素を発生させる方法が提案されている。
　このような、水素発生物質を収容した水素発生部に水を供給して、水と水素発生物質とを反応させて燃料電池の燃料とする水素を発生させる方法について、水素発生物質として用いる金属材料の粒径を規定して、低温で簡便に水素を発生させる技術や（特許文献１参照）、水の供給量を制御することにより、容器の内部温度を発熱反応が維持できる温度に保持して、水素発生反応を安定的に維持する技術（特許文献２参照）が開示されている。
　また、水素吸蔵合金に蓄えられた水素を、直接的に、または、水素を燃料とする燃料電池に用いて得られる電力を利用する水素燃料自動車において、水素圧送機によって圧送される水素量と水素貯蔵タンクの圧力を流量計や圧力計を用いて計測し、水素吸蔵合金から供給される水素の体積を計算して残存水素量を算出する方法が開示されている（特許文献３参照）。
特開２００６－３０６７００号公報 特開２００７－４５６４６号公報 特開平１０－２５２５６７号公報
　燃料電池の用途であるノートパソコンや携帯電話などのモバイル機器では、機器の使用可能時間を示すこととなる電池の残量を知ることが必要である。そして、燃料に水素を用いる燃料電池では、電池の残量は電池に供給される水素の残量に大きく依存する。
　しかし、上記した水と水素発生物質との反応によって水素を発生させる方法では、水素吸蔵合金などに貯蔵された水素を用いる場合とは異なり、供給される水素の総量を直接把握することが困難である。また、供給される水素量を計測する従来の方法では、流量計や圧力計などの水素量を測定するための装置が必要となり、小型軽量化が求められるモバイル機器に使用される燃料電池には好ましくなく、コストも増大する。さらに、燃料電池が発電した電流量を計測する方法などでは、電流の検出手段が必要となり、また、燃料電池が発生した水素のすべてを発電に使うことができずに外部へ放出したときには、残量の誤差が発生するという問題が生じる。
　本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、コスト高に繋がる検出手段の追加を行わずに水素の残量が推定できる水素発生装置、ならびにこの水素発生装置を備えた燃料電池システムを得ることを目的とする。
　上記課題を解決するために、本発明の水素発生装置は、水との反応により水素を発生する水素発生物質を収容した水素発生部と、前記水素発生部に水を供給する水供給手段と、前記水供給手段を制御して前記水素発生部への水の供給量を調節する水供給量制御手段と、前記水供給手段または前記水供給量制御手段から得られる、前記水素発生部へ供給された水の水量情報から、前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定する残量管理手段とを備えたことを特徴とする。
　また、本発明の燃料電池システムは、本発明の水素発生装置と、前記水素発生装置で生成された水素を用いて発電を行う燃料電池とを備えたことを特徴とする。
　本発明の水素発生装置によれば、水と、水との反応により水素を発生する水素発生物質との反応によって水素を発生させる水素発生装置において、発生した水素量を検出する手段を別途設けることなく、水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定することができる。
　また、これにより、電池の残量が容易に把握できる燃料電池システムを得ることができる。
図１は、本発明の第１の実施形態にかかる水素製造装置と、これを備えた燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図２は、本発明の第１の実施形態にかかる水素発生装置の残量管理装置における、供給水量の積算を示す図である。図２（ａ）は単位時間の供給水量の変化を示し、図２（ｂ）は積算水量である総供給水量の変化を示す。 図３は、本発明の第２の実施形態にかかる水素発生装置と、これを備えた燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。 図４は、本発明の第２の実施形態にかかる水素発生装置での制御部の動作を示すフローチャートである。 図５は、本発明の第２の実施形態にかかる水素発生装置における供給水量と水素発生量との関係を示す図であり、水素発生物質と水との反応があまり進んでいない場合の関係を示すものである。 図６は、本発明の第２の実施形態にかかる水素発生装置における供給水量と水素発生量との関係を示す図であり、水素発生物質と水との反応がかなり進んでいる場合の関係を示すものである。図６(ａ)は水供給開始当初に供給水量を大きくした場合を示し、図６(ｂ)は一定の水量で水供給を行った場合を示す。
　上記のように、本発明にかかる水素発生装置は、水との反応により水素を発生する水素発生物質を収容した水素発生部と、前記水素発生部に水を供給する水供給手段と、前記水供給手段を制御して前記水素発生部への水の供給量を調節する水供給量制御手段と、前記水供給手段または前記水供給量制御手段から得られる、前記水素発生部へ供給された水の水量情報から、前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定する残量管理手段とを備える。
　このようにすることで、水素発生装置から発生した水素量を、水供給手段や水供給量制御手段から得られる水素発生部への供給水量情報によって把握することができる。この発生した水素量を、水素発生物質が発生することができる水素量の総量と比較することで、水素発生物質から発生した水素量を測定するための流量計などの手段を設けることなく、水素発生物質が発生することができる水素の残量を推定することができる。
　また、前記残量管理手段が、前記水素発生部に供給された水の総量から前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定することが好ましい。このようにすることで、水素発生に使用された水量に基づいて発生した水素量を算出することができる。
　また、前記残量管理手段が、前記水供給手段の動作時間から前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定することが好ましい。このようにすることで、供給される水の流量が一定である場合などでは、時間という一つの指標に基づいて、水素発生部に供給された水の量を算出することができる。
　さらに、前記水供給手段が電気を動力とするものであって、前記残量管理手段が、前記水供給手段に印加された電圧の積算値から前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定することが好ましい。このようにすることで、水供給手段が電動ポンプなどである場合に、情報として検出、伝達、計算処理が容易な電気情報によって、水素発生部に供給された水の量を算出することができる。
　また、前記水素発生部として、前記水素発生物質を収容した着脱可能な燃料カートリッジを備え、前記燃料カートリッジは、供給された水量または発生させることができる水素量の残量を記憶するメモリ部を有することが好ましい。このようにすることで、燃料カートリッジの水素発生部に供給された積算の供給水量、または、積算供給水量から推定された発生させることができる水素量の残量がメモリ部に記憶され、カートリッジを交換した場合でも、容易に発生させることのできる水素量の残量を把握することができる。
　また、前記水供給量制御手段が、前記水素発生部へ供給された水の水量情報に基づいて、前記水供給手段による水の供給量を制御することが好ましい。このようにすることで、積算の供給水量に応じた適切な量の水を、水素発生部に供給することができる。このため、水素発生部に収容された水素発生物質の、水との反応度合いに応じた水素生成を行うことができ、速やかに燃料電池の発電を開始することができる。
　また、本発明の燃料電池システムは、上記した本発明の水素発生装置と、前記水素発生装置で生成された水素を用いて発電を行う燃料電池とを備える。
　このようにすることで、本発明にかかる水素発生装置の特徴を活かして、水素量の検出手段を新たに設けることなく、水素発生物質が発生できる水素の残量を推定することができる。このため、電池残量を容易に把握することができる燃料電池システムを提供することができる。
　以下、本発明にかかる水素発生装置とこれを備えた燃料電池システムの実施の形態について、図面を参照して説明する。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成を示すブロック図である。
　図１に示すように、本実施形態の燃料電池システム２００は、水素発生装置１００とこの水素発生装置１００で生成された水素を用いて発電を行う燃料電池１０とを備えている。
　水素発生装置１００は、水との発熱反応により水素を発生する水素発生物質４を収納した水素発生部である容器３と、容器３内に収容された水素発生物質４との発熱反応によって水素を発生させる水２を収容する水貯蔵タンク１，水貯蔵タンク１から容器３への水２の供給を行う水供給手段である電動のポンプ５とを備えている。また、水供給手段であるポンプ５を動作させて、水貯蔵タンク１から水素発生部である容器３に供給される水２の供給量を制御する水供給量制御手段である制御部１１と、制御部１１から、または、水供給手段であるポンプ５から得られる、容器３に供給された水２の水量情報から、水素発生部が発生させることができる水素の残量を推定する残量管理手段である残量管理装置１３とを有している。なお、図１において、容器３と水貯蔵タンク１とは、その内部構造を示すために断面図としている。
　容器３は、容器本体３ａと蓋３ｂとを有している。蓋３ｂを貫通して、容器本体３ａ内に水貯蔵タンク１に収容されている水２を供給するための水供給管６と、生成された水素を導出するための水素導出管８が設けられている。水貯蔵タンク１からポンプ５により送られてきた水２は、水供給管６の水供給口７から容器１内の水素発生物質４に供給され、水素発生物質４と水２との反応により生成された水素は、水素導出口９から水素導出管８を経て燃料電池１０に導かれる。
　容器３内の水素発生物質４は、水と反応して水素を発生させる材料であれば特に限定されないが、イオン化傾向の高い金属であるリチウム、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウム、さらに、ケイ素、亜鉛、および、これらの元素を主体とする合金からなる群から選択される少なくとも１種の金属材料が好適に使用できる。なお、合金の場合には、主体となる元素以外の金属成分は特に限定されない。また、主体とは、合金全体に対して８０重量％以上、より好ましくは、９０重量％以上含有されている物質をいう。上記した金属材料は、常温では水と反応しにくいが、加熱することにより水との発熱反応が容易となる物質である。なお、ここで「常温」とは、２０～３０℃の範囲の温度である。
　これらの金属材料の大きさは、その平均粒径が０．１μｍ以上１００μｍ以下とすることが好ましく、０．１μｍ以上５０μｍ以下がより好ましい。また、これらの金属材料の形状も特に限定されないが、例えば、略球状（真球状を含む）やラグビーボール状の他、鱗片状のものなどが好適に使用できる。
　さらに、水素発生物質４である金属材料に、親水性酸化物、炭素および吸水性高分子からなる群から選ばれる少なくとも１つの物質を添加すれば、金属材料と水との反応を促進させることができるので好ましい。このような親水性酸化物としては、アルミナ、シリカ、チタニア、マグネシア、ジルコニア、ゼオライト、酸化亜鉛等が使用できる。また、水２と水素発生物質４との発熱反応を容易に開始させるために、水素発生物質４以外の材料であって水と反応して発熱する発熱材料を含むことが好ましい。このような発熱材料としては、水と反応して水酸化物や水和物となる材料、水と発熱して水素を生成する材料等を用いることができる。これらの物質は、単独で使用してもよく、２種以上を併用してもよい。
　なお、図示しないが、水供給管６と水素導出管８には着脱機構が設けられていて、この着脱機構によって容器３を水素導出管８やその先に接続される燃料電池１０，また、水貯蔵タンク１から分離することができるようになっている。容器３内において、水素発生物質４と水２とを反応させて水素を発生させると、容器３に収容されている水素発生物質４は反応生成物に変化し、水素を生成する能力を失う。このため、水と反応して反応生成物となった水素発生物質４の割合が高くなっていくと、さらなる水素発生が困難となる。このような場合に、図示しない着脱機構によって容器３を内部の反応率の高くなった水素発生物質４ごと切り離し、新しい水素発生物質４が収容された容器３と交換することで、引き続き連続して水素の製造を行うことができるようになる。
　なお、水貯蔵タンク１内の水２も、水素発生物質４と反応させることで減少するため、水貯蔵タンク１についても、同様の着脱機構を設けて、新しい水素発生物質４が収容された容器３を取り替えると同時に、水貯蔵タンク１も取り外して新しく必要量の水２が入った水貯蔵タンク１と取り替えるようにすることが好ましい。
　容器３は、水２と発熱反応して水素を発生させる水素発生物質４を収納可能なものであれば、その材質や形状は特に限定されない。しかし、水供給口７や水素導出口９以外から水２や水素が漏れない材質や形状が好ましい。具体的な容器の材質としては、水および水素を透過しにくく、かつ１００℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄、ステンレス等の金属、ポリエチレン（ＰＥ）、ポリプロピレン（ＰＰ）等の樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状等が採用できる。
　なお、水素発生物質４が水２と反応することで生じる反応生成物は、通常、水素発生物質４よりも体積が大きい。そのため、容器３は、こうした反応生成物の生成に伴う内蔵物の体積膨張が生じた場合に破損してしまわないように、水素発生物質４と水２との反応に応じて変形可能であることが好ましい。このような観点からは、容器３の材料として、前記例示の材質の中でもＰＥやＰＰ等の樹脂がより好ましい。
　また、容器３の蓋３ｂに設けられた水素導出管８、または、水素導出口９には、容器３内の水２や水素発生物質４が外部に流出しないように、フィルターを設置することが好ましい。このフィルターとしては、気体を通すが液体および固体を通しにくい特性を有するものが好ましく、例えば、多孔性のポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）製の気液分離膜、ポリプロピレン（ＰＰ）製の不織布等を用いることができる。
　図１に示す本実施形態の水素発生装置１００では、水供給管６に備えられたポンプ５が、制御部１１からの制御信号によって、所定の供給時間の間、所定の供給速度で、水貯蔵タンク１内の水２を、容器３内に供給する。このポンプ５としては、一般の電動ポンプであって、例えば、チューブポンプ、ダイヤフラムポンプあるいはシリンジポンプなどのマイクロポンプを使用することができるが、これに限られるものではない。制御部１１からの制御信号に従って、容器３への水２の供給速度と時間をコントロールできる、いわば水供給量が調整可能な手段であれば、その具体的構成の制限はない。
　なお、ポンプ５に、実際に水貯蔵タンク１から容器３に供給された水２の量を検出する機能を備えておき、この検出情報を制御部１１にフィードバックさせることもできる。
　容器３内で水素発生物質４と水２との反応により生成された水素は、容器３に設けられた水素導出口９から水素導出管８により導出される。導出された水素は、本実施形態の水素発生装置１００で生成された水素を使用する機器、例えば図１の場合は燃料電池１０へと送られる。
　容器３には、水素発生物質４と水２との反応の状態を検出するための図示しない検出手段を設けることができる。このような検出手段としては、温度センサが好ましく、熱電対やサーミスタなどの既知の温度検出手段を用いることができる。
　制御部１１は、本実施形態の水素発生装置１００において、操作部１２から入力された水素発生のための制御信号に基づいてポンプ５を制御し、水素発生物質４への水２の供給量、すなわち、供給速度と供給時間を調整することで、所定量の水素が生成されるように制御を行う。
　なお、このような機能を有するため、制御部１１は、マイコン等のプログラミング可能な制御装置や、マイクロプロセッサーなどによる構成が望ましいが、電子回路などにより構成することも可能である。
　制御部１１に水素発生の指示を行う操作部１２は、燃料電池システム２００に発電開始の指示などを入力するユーザーインタフェース部である。操作部１２としては、スイッチやタッチパネルなどを用いることができる。操作部１２は、ユーザーが直接動作指示を入力するものでもよく、また、燃料電池１０で生成される電力を電源として使用する、各種機器のスイッチ信号がそのまま操作部１２に入力される構成とすることもできる。
　残量管理手段である残量管理装置１３は、制御部１１から出力される水供給手段であるポンプ５の動作を制御するための信号や、ポンプ５での実際の動作状況を示す信号が入力されて、水貯蔵タンク１から水素発生手段である容器３に供給された水２の量を検出する。そして、残量管理装置１３は、容器３内に収容された水素発生物質４と水２との反応によって生成される水素量を、供給される水２の水量に基づき算出する。さらに、残量管理装置１３は、容器３内に収容された水素発生物質４により生成することができる水素の総量と、現在までに生成された水素量とから、水素発生部である容器３から生成することができる水素の残量を推定する。このような機能を有するため、残量管理部１３も、制御部１１と同様にマイコン等のプログラミング可能な制御装置を用いることが好ましい。
　残量管理装置１３で推定された、水素の残量は表示部１４に表示されてユーザーに伝えられる。なお、本実施形態の水素発生装置１００の表示部１４は、図１に示すような水素発生装置１００での水素の残量を表示する液晶表示装置などの専用の表示端末を有する場合に限られず、燃料電池１０の電力出力を表示する表示端末に残量の情報を表示してもよいし、また、燃料電池１０を電池として使用するポータブル機器の操作端末に残量を表示するようにしてもかまわない。
　なお、水素発生物質４と水２との水素生成反応をより良好に行わせるために、容器３の本体３ａの外面を保温材で覆うことや、容器３の本体３ａに加熱のためのヒータを設ける場合もあるが、図１での図示や説明は省略する。また、上記したように、水素発生物質４に発熱材料を含有させることもできる。
　また、図１では図示していないが、水素導出管８に、容器３から導出される水素と未反応の水とを分離するための気液分離部と、さらに、気液分離部で分離された水を水貯蔵タンク１に戻す手段とを備えていることがより好ましい。容器３内で、水素発生物質４と水２とが反応したときに、未反応の水２が水素との混合物として、水素導出管８から容器３の外部へ吹き出してしまう場合がある。このような場合に、気液分離部を備えることで、容器３から排出された水と水素の混合物を、水（液体）と水素（気体）とに分離し、さらには分離した水を水貯蔵タンク１に戻すことができる。このようにすることで、実質的な水の供給量を低減することができ、水貯蔵タンク１内に収容しておく水２の量を減らすことが可能となる。その結果、水素発生装置１００全体の体積および重量を低減して水素発生装置１００をコンパクトなものにすることができる。
　燃料電池１０は、水素を燃料として酸素と反応させる、周知の固体高分子形燃料電池であり、例えば高分子電解質膜型燃料電池（ＰＥＭＦＣ：Ｐｏｌｙｍｅｒ　Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ　Ｍｅｍｂｒａｎｅ　Ｆｕｅｌ　Ｃｅｌｌ）を使用することができる。
　具体的な構成例としては、燃料電池１０は、電解質とそれを挟む一対の電極（正極、負極）とで構成されたセルを複数個備えて、スタックを形成している。電解質には、固体高分子電解質が使われている。正極には、空気流入部１５を介して流入する空気中の酸素ガス（正極活物質）が供給され、負極には水素発生装置１００で生成された水素（負極活物質）が供給される。この構成において、負極活物質の水素イオンが電解質を通って正極側へ移動し、酸素分子と結合する時に、外部回路中を電子が移動し発電される。発電された電力は、燃料電池１０の出力端子１６からポータブル機器などに出力される。なお、燃料電池１０の構成は、一般的なものであるため、その構成の詳細と電力生成のメカニズムについての図示と説明は省略する。また、燃料電池１０において使用される電解質などの構成は、上記例示したものに限定されない。
　次に、本実施形態の水素発生装置１００の動作について、図１に加えて図２を参照して説明する。図２は、本実施形態における水素発生装置１００の残量管理装置１３における、水素発生部である容器３に供給される水の水量を積算する動作を示している。
　まず、操作部１２が、例えばユーザーからの発電開始命令を受け付けると、制御部１１がポンプ５に対して給電を行う。ポンプ５は、制御部１１からの給電によって動作を開始して、水貯蔵タンク１に貯蔵されている水２を水素発生部である容器３に供給する。
　容器３では、ポンプ５により水供給管６を介して供給された水２と水素発生物質４とが反応して、水素が発生する。発生した水素は、水素導出管８を通って燃料電池１０に供給される。燃料電池１０は、水素発生装置１００から供給される水素と、空気流入部１５から取り込んだ空気（酸素）とにより発電動作を行う。
　制御部１１はポンプ５に対して、燃料電池１０において、安定した発電が継続できる量の水素を連続して生成することができる供給量になるよう、容器３に供給される水２の供給量を制御する。特に、安定した水素生成が行える状態において、容器３に供給される水の供給量を一定であるとして問題がなければ、ポンプ５が供給する水の量が一定となるように制御部１１での制御が行われる。
　残量管理装置１３は、制御部１１からポンプ５への指示信号を監視し、これと同時に、または適宜必要に応じて、ポンプ５の動作を監視する。そして、ポンプ５が容器３に供給した水の量に関する水量情報を把握し、これを積算する。供給した水量に関する情報の一例としては、例えば、単位時間に供給される水の量である供給水量と供給時間との積算で算出される、実際の水の総供給水量そのものが挙げられる。
　図２は、実際の供給水量の変化と積算された総供給水量の関係を示す。図２（ａ）が単位時間の供給水量の変化、すなわち、供給速度の変化を示し、図２（ｂ）がこのときの積算水量である総供給水量の変化である。
　図２（ａ）に示すように、時間Ｔ１から水の供給が始まり、Ｔ２までは、所定の供給速度Ｌ１での水の供給が行われている。このとき、図２（ｂ）に示す総供給水量は、Ｔ１からＴ２まで一定の割合で増加する。その後、図２（ａ）に示すように、Ｔ２からＴ３の間は水の供給が停止され、図２（ｂ）に示される総供給水量の変化はない。
　続いて、図２（ａ）に示すように、Ｔ３からＴ４までは供給速度Ｌ２での供給が行われ、積算された総供給水量は、図２（ｂ）に示すように、再び一定の割合で増加する。さらに、図２（ａ）に示すように、Ｔ４からＴ５の間は、より大きな供給速度Ｌ３での水の供給が行われ、図２（ｂ）に示すように積算された水の総供給水量は、より大きな傾斜で増加する。
　このように、残量管理装置１３は、所定の供給速度と所定の供給時間で行われた水の供給量の水量情報を、速度と時間の積算で求めることができ、これを繰り返すことで、残量管理装置１３は容器３に供給された水の総供給水量を積算、計算することができる。そして、水の供給量の積算値をＡ、水素発生物質４が全て反応して水素を発生する場合の必要な水量をＢとすれば、水素発生装置１００の水素発生部である容器３で生成できる水素の残量（％）は、（１－Ａ／Ｂ）×１００で求めることができ、この残量が例えば％表示として、表示部１４で表示される。
　本実施形態のように、水素発生装置１００で生成される水素が燃料電池１０の燃料とされる場合には、残量管理装置１３で算出された、水素発生装置１００での水素発生量の残量は、そのまま燃料電池１０の電池残量となる。
　なお、上記において、残量管理装置１３で行われる供給される水の水量情報の把握を、実際に容器３に供給された水量の積算値で行う場合について説明したが、本実施形態の残量管理装置１３での水量情報の把握は、この方法に限られるものではない。
　例えば、ポンプ５での単位時間当たりの水供給速度が一定の場合や、水供給速度に大きな変動がない場合には、ポンプ５の動作時間のみを管理することで、容器３に供給された水の水量情報を把握することかできる。この場合には、残量管理装置１３で把握すべき指標が、「時間」１つのみでよく、「時間」と「供給速度」との二つの指標を管理する必要がある上記の場合よりも、より簡易に供給された水量を検出することができる。
　また、別の場合として、ポンプ５が上記したように電動ポンプであり、特に、ポンプ５に印加される電圧の大きさと単位時間に供給される水の量との間に相関関係がある場合には、ポンプ５に印加された電圧の積算値、すなわち電圧の値とその電圧値が印加された時間との積算結果に基づいて、水量情報を把握することができる。この場合には、残量管理装置１３で管理すべき指標が、数値として把握して演算等の処理を容易に行うことができる電圧情報となるというメリットがある。
　以上、説明したように、本実施形態の水素発生装置１００では、生成される水素の流量を検出する手段である流量計や、水素の圧力を測る圧力計など、生成された水素量を測定するための検出手段を追加することなく、水素発生装置での水素生成量を、供給される水の量から算出することができる。そして、この算出された水の供給量に基づいて、水素発生装置１００で発生させることができる水素の残量を容易に算出推定することができる。さらに、本実施形態の燃料電池システム２００では、水素発生装置１００で発生される水素の残量から、燃料電池１０の残量を測定することができる。
　このため、小型で可搬性が高い水素発生装置、および、これを備えた燃料電池システムとして、ポータブル機器を中心とした各種の機器の電源システムとして好適に用いることができる。
　（第２の実施形態）
　次に、本発明の水素発生装置とこれを用いた燃料電池システムの第２の実施形態について、図３を用いて説明する。
　この、第２の実施形態にかかる水素発生装置３００は、水と反応して水素を発生する水素発生物質が収容された水素発生部である容器３が、簡易に着脱可能な燃料カートリッジ１７の形式となっている点が、上記第１の実施形態における水素発生装置１００と異なっている。
　図３は、本実施形態にかかる水素発生装置３００を備えた燃料電池システム４００の概略構成を示すブロック図である。
　本実施形態の燃料電池システム４００は、水素発生物質が収容された水素発生部である容器３と、容器３での水素発生量を記録できる、データの読み取りと書き込みが可能なメモリ１８とが、燃料カートリッジ１７となっている点が上記第１の実施の形態と異なる。水素発生装置３００を構成するその他の部材、例えば、水貯蔵タンク１や水供給手段である電動のポンプ５や、操作部１２、表示部１１など図１に示した第１の実施形態の水素発生装置１００と同じ構成の各部材について、詳細な説明は省略する。また、水貯蔵タンク１と容器３の構成も上記図１に示した第１の実施形態の水素発生装置１００と同じ構成であるため、図３では断面図としては表していない。
　本実施形態における水素発生装置３００の容器３は、燃料カートリッジ１７として容易に着脱可能となっている。上記、第１の実施形態の水素発生装置１００においても、水供給管６と水素導出管８に設けられた図示しない着脱機構により、容器３が分離可能であることを説明したが、本実施形態にいう燃料カートリッジ１７とは、ユーザーによって頻繁に、かつ簡易に取り替えることが可能なように構成されたユニットを示す概念である。
　燃料カートリッジ１７に含まれるメモリ１８は、水素発生物質が収容された容器３に供給された水量の積算値が記録されており、たとえばＥＥＰＲＯＭ（電気的に消去・読み書きが可能なメモリ）で構成される。メモリ１８としては、半導体メモリなどの他にも、磁気的に書き換え可能な磁気テープ媒体や、熱的に書き換え可能なバーコード、さらには、レーザーなどによって光学的に書き換え可能な記憶媒体など、制御部１１が適宜積算された供給水量を書き込むことができ、また、制御部１１が適宜書き込まれた積算された供給水量を読み込むことができる各種のものが使用できる。
　本実施形態において、制御部１１は、操作部１２からの発電開始の指示を受けると、燃料カートリッジ１７のメモリ１８から、燃料カートリッジ１７の容器３に供給された水の積算水量を読み込む。そして、容器３に収容されている水素発生材料の量に関する情報と照らし合わせて、水素発生物質の中ですでに水との反応が行われたものの割合を算出する。さらに、この算出された、すでに水と反応した水素発生物質の量に応じて、水素の発生を速やかに行う上で適切な量の水を容器３に供給するよう、水供給手段であるポンプ５に、所定の水量での水の供給を行わせる駆動信号を与える。また、ポンプ５が供給した水量を、供給速度と供給時間から算出し、容器３に供給された水の積算水量を更新し、これを、メモリ１８に書き込む。
　次に、図４を用いて、本実施形態の燃料電池システムの、容器３に供給される水量の制御動作について説明する。
　図４は、本実施形態にかかる燃料電池システムの動作を示す、フローチャートである。
　ここで、水供給量Ａは、水素発生物質が収容された水素発生部である容器に供給された水の積算水量が、０又は所定の閾値より小さい場合に適切な水の供給量を示す。また、水供給量Ｂは、水素発生物質が収容された水素発生部に供給された水の積算水量が大きい場合に適切な水の供給量を示す。一般に、水素発生物質と水との反応が進展すると、水素発生反応の開始が遅れるため、特に、反応を開始させる初期において、水素発生物質に供給される水の量を増やすことが好ましい。従って、本実施形態の場合も、水供給量Ａ＜水供給量Ｂとなる。
　なお、これらの水供給量Ａ、水供給量Ｂは、水素発生物質の材質や水素発生部である容器３の収容量、容器３の形状や環境温度、燃料電池１０の性能や燃料電池１０の出力として必要とされる電力量などにより適宜決定される数値である。
　図４に示すように、操作部１２からの操作によって発電開始命令が与えられ、水素発生装置の動作が開始される。
　ステップＳ１０１において、発電開始命令を受け取った制御部１１は、燃料カートリッジ１７のメモリ１８から、容器３に供給された積算の供給水量を読み込む。
　ステップＳ１０２において、制御部１１が、読み込まれた積算供給水量が、所定の規定値未満であるか否かを判断する。この所定の規定値は、その値を超えると、通常の水素発生反応を開始させる条件で水素製造を開始したときに、水素の発生が遅くなってしまう閾値として定められたものである。
　メモリ１８から読み込まれた積算の供給水量が、所定の規定未満の場合（Ｙｅｓの場合）は、次のステップＳ１０３に進んで、制御部１１は、ポンプ５に対して水供給量Ａで水を供給すべきという、供給水量の情報を伝達する。供給水量の情報が伝達されたポンプ５は、水貯蔵タンク１から容器３へ水供給量Ａで水を供給する。
　一方、ステップＳ１０２において、メモリ１８から読み込まれた積算の供給水量が、所定の規定値未満ではない場合（Ｎｏの場合）は、ステップＳ１０４に進んで、制御部１１は、ポンプ５に対して水供給量Ｂで水を供給すべきという、供給水量の情報を伝達する。供給水量の情報が伝達されたポンプ５は、水貯蔵タンク１から容器３へ水供給量Ｂで水を供給する。
　続いて、ステップＳ１０５において、制御部１１は、ポンプ５に伝達した供給水量情報に基づいて、水の供給速度と供給時間とから、水供給量の積算を行う。
　この動作は、操作部１２から発電停止の指示が与えられるまで続けられる（ステップＳ１０６）。
　発電停止の指示があった場合には、制御部１１は、ポンプ５を停止して、水の供給を停止する（ステップＳ１０７）。容器３への水の供給が停止したことにより、容器３での水と水素発生物質との水素発生反応が停止し、水素が供給されなくなったことにより燃料電池１０での発電が終了する。
　その後、制御部１１が、算出した最新の積算供給水量をメモリ１８に書き込んで（ステップＳ１０８）、一連の作業が終了する。
　次に、図５および図６に、図４で説明した水供給量の制御を行った場合の、水の供給量と、水素発生量との関係を示す。図５、図６におけるそれぞれのグラフの横軸は、発電開始命令が出された時点（ｔ＝０）からの時間の経過を表している。
　図５は、水素発生部である容器３に供給された積算の水供給量が、所定の規定値未満であった場合、すなわち、水素発生物質と水との反応があまり進んでいない状態での、供給水量と、水素発生量との関係を示す。
　この場合には、時間「ｔ＝０」から、所定の水供給量Ａでの水の供給が開始される。その結果、時刻ｔ１において水素が発生し始める。このときの供給水量Ａは、水との反応があまり進んでいない場合の水素発生物質での水素発生に適した量であるため、水素は図５に示すように発生開始後速やかに定常的な水素発生量に立ち上がっている。
　次に、図６は、容器３に供給された積算の水供給量が、所定の規定値未満ではなかった場合、即ち、水素発生物質と水との反応がある程度以上進んでいる状態での供給水量と、水素発生量との関係を示す。
　図６（ａ）は、本実施形態の燃料電池システムの場合であり、水素発生物質の水との反応がかなり進んでいることに対応して、水素発生部への水の供給開始時に、時刻ｔ２までの間、供給水量Ａよりも大きな供給水量Ｂで水の供給を行っている。このようにすることで、特に水素発生の開始時点で水との反応の開始が遅くなる、水との反応が進んでいる水素発生物質の場合でも、時刻ｔ３には水素の生成が開始されている。また、図５に示した場合と同じように、生成された水素量が、定常的な量まで到達する時間である、いわゆる立ち上がり時間も早くなっている。
　ところが、図６（ｂ）に示すように、水素発生部への供給水量に関係なく、図５で示した場合の、水との反応がまだ少ない水素発生物質に供給することが適した水供給量Ａでの水供給のみを行った場合には、水素発生の開始時刻ｔ４が遅れ、その後も発生する水素量はなかなか規定の値には達せず、いわゆる立ち上がり時間が大幅に遅れる。
　このように、本実施形態の水素発生装置３００では、燃料カートリッジ１７化されて頻繁に着脱される容器内に収容された水素発生物質に供給された水供給量を把握することができ、水素の発生を容易に、かつ、速やかに行うことができる。
　また、本発明のように、水素発生物質に水を供給して水素を発生させる方法では、水素発生物質がどのくらいの水と反応したかという履歴によって、同じ供給量で水の供給を行ったときの水の供給を開始してから水素が発生するまでの立ち上がり時間が異なるという問題や、水と反応した水素発生物質の量が一定の割合を超えると、まだ未反応の水素発生物質が残っていても安定して水素を発生させ続けることができなくなる場合があるという問題を有していた。しかし、上記図４で示したような本実施形態の水素発生装置３００における供給水量の制御を行うことで、この問題水素発生物質の既反応量に関係する問題を解決して、速やかにかつ安定して長時間水素を発生することができる水素発生装置を実現することができる。このため、燃料電池からの発電開始が早くなり、また、水素発生物質の状態に応じた好ましい水供給量によって、水素発生物質を効果的に使用して、長時間の発電が可能な燃料電池システムを提供することができる。
　なお、上記実施形態では、水素発生物質への積算供給水量が所定の既定値より大きい場合に、水素発生の初期における供給水量を、水との反応が進んだ水素発生物質に適した供給水量Ｂとした例について示したが、本発明の燃料電池における水供給量の制御は、この場合には限定されない。水素発生物質に供給された積算供給水量に基づいて、水素発生物質への水の供給開始時の供給水量を適切にした後も、水と水素発生物質との反応の特性に応じて、安定した水素発生が行われるようになるまでの、水供給量を少し大きなものとすることができる。このように、本発明は、制御部１１によって、より最適な水素発生条件が得られるように、適宜水の供給量の制御を行うことを妨げるものではない。
　以上、本実施形態の説明において、メモリ１８に、水素発生物質が収容された容器３に供給された水量の積算値が記録される例を示したが、本実施形態のメモリ１８に記録される情報は、水量の積算値に限らず、上記第１の実施形態で説明した残量管理装置１３において推測された、容器３に収容された水素発生物質が発生させることができる水素量の残量であってもよい。
　また、本実施形態において説明した、制御部が水素発生部である容器内の水素発生物質における水素発生量に応じて、水供給手段を制御して最も適切な供給速度と供給量の水を供給するという機能については、水素発生部が燃料カートリッジ化されていない第１の実施形態の水素発生装置においても適用できるものであることは言うまでもない。
　以上のように、本実施形態として示した燃料電池システムでは、燃料カートリッジに備えられたメモリから得られる水素発生物質への積算供給水量に基づいて、水素発生物質への水供給の条件を変更することで、積算供給水量が多い燃料カートリッジでは、水素発生開始にかかる時間を短縮することができる。また、積算供給水量が少ない燃料カートリッジでは、必要以上の水の供給を行って過剰な水素発生反応を引き起こしてしまうことを防止することができる。
　以上、本発明の実施形態として、本発明の水素発生装置と、この水素発生装置で生成された水素を燃料として用いる燃料電池とを備えた燃料電池システムについて説明したが、本発明の水素発生装置は、燃料電池の燃料としての水素を製造するものに限定されるものではない。例えば、水素貯蔵合金に貯蔵する水素を生成するものなど、各種の機器に使用または利用される水素を生成する水素発生装置として、一般的に利用できるものである。
　以上のように本発明の水素発生装置は、その生成できる水素の残量を算出できる水素発生装置として、産業上幅広く利用可能である。また、この水素発生装置と、水素を燃料とする燃料電池を備えた燃料電池システムは、小型携帯機器用の電源をはじめとした各種の電源に幅広く利用可能である。

Claims (7)

  1. 　水との反応により水素を発生する水素発生物質を収容した水素発生部と、
    　前記水素発生部に水を供給する水供給手段と、
    　前記水供給手段を制御して前記水素発生部への水の供給量を調節する水供給量制御手段と、
    　前記水供給手段または前記水供給量制御手段から得られる、前記水素発生部へ供給された水の水量情報から、前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定する残量管理手段とを備えたことを特徴とする水素発生装置。
  2. 　前記残量管理手段が、前記水素発生部に供給された水の総量から前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定する請求項１に記載の水素発生装置。
  3. 　前記残量管理手段が、前記水供給手段の動作時間から前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定する請求項１に記載の水素発生装置。
  4. 　前記水供給手段が電気を動力とするものであって、前記残量管理手段が、前記水供給手段に印加された電圧の積算値から前記水素発生部が発生させることができる水素量の残量を推定する請求項１に記載の水素発生装置。
  5. 　前記水素発生部として、前記水素発生物質を収容した着脱可能な燃料カートリッジを備え、
    　前記燃料カートリッジは、供給された水量または発生させることができる水素量の残量を記憶するメモリ部を有する請求項１から４のいずれか１項に記載の水素発生装置。
  6. 　前記水供給量制御手段が、前記水素発生部へ供給された水の水量情報に基づいて、前記水供給手段による水の供給量を制御する請求項１から５のいずれか１項に記載の水素発生装置。
  7. 　請求項１から６のいずれか１項に記載の水素発生装置と、
    　前記水素発生装置で生成された水素を用いて発電を行う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。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017074790A (ja) * 2016-12-07 2017-04-20 利仁 曽根 Ｉｃチップ、交換部品および装置

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9301460B2 (en) * 2011-02-25 2016-04-05 The Toro Company Irrigation controller with weather station
JP7029268B2 (ja) * 2017-10-16 2022-03-03 株式会社デンソー 燃料電池システム
US11383975B2 (en) 2020-05-25 2022-07-12 Silican Inc. Composite for generating hydrogen
CN113620237A (zh) * 2021-07-23 2021-11-09 昆明理工大学 基于钠-空气电池的循环制氢方法及装置
CN114520348A (zh) * 2022-01-05 2022-05-20 哈尔滨工程大学 一种基于氢气水合物供氢方式的水下燃料电池系统

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54127891A (en) * 1978-03-29 1979-10-04 Fuji Electric Co Ltd Hydrogen generator
JPS61149508A (ja) * 1984-12-13 1986-07-08 ザ　ギヤレツト　コーポレーシヨン 蒸気機関用の反応装置およびその蒸気機関
JP2002128502A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システム
JP2004083318A (ja) * 2002-08-26 2004-03-18 Sony Corp 水素ガス発生方法、水素ガス製造装置及びエネルギー変換システム
JP2007080632A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Canon Inc 水素ガス供給装置および燃料電池装置
JP2007536701A (ja) * 2004-04-28 2007-12-13 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． 燃料カートリッジ及び該燃料カートリッジを有する装置
JP2007326731A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Maxell Ltd 水素製造方法
JP2009046321A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Seiko Instruments Inc 水素発生装置及び燃料電池システム

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DK1814653T3 (da) * 2004-11-12 2012-10-15 Trulite Inc Hydrogengeneratorpatron
KR100837291B1 (ko) * 2005-01-07 2008-06-11 히다치 막셀 가부시키가이샤 수소발생재료, 수소의 제조장치 및 연료전지
WO2006103959A1 (ja) * 2005-03-25 2006-10-05 Hitachi Maxell, Ltd. 水素発生材料およびその製造方法、並びに水素の製造方法
JP4574487B2 (ja) * 2005-08-08 2010-11-04 日立マクセル株式会社 水素の製造方法及び水素の製造装置並びに電源
JP2007329006A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Olympus Corp 水素燃料電池システム

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54127891A (en) * 1978-03-29 1979-10-04 Fuji Electric Co Ltd Hydrogen generator
JPS61149508A (ja) * 1984-12-13 1986-07-08 ザ　ギヤレツト　コーポレーシヨン 蒸気機関用の反応装置およびその蒸気機関
JP2002128502A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システム
JP2004083318A (ja) * 2002-08-26 2004-03-18 Sony Corp 水素ガス発生方法、水素ガス製造装置及びエネルギー変換システム
JP2007536701A (ja) * 2004-04-28 2007-12-13 ヒューレット−パッカード デベロップメント カンパニー エル．ピー． 燃料カートリッジ及び該燃料カートリッジを有する装置
JP2007080632A (ja) * 2005-09-13 2007-03-29 Canon Inc 水素ガス供給装置および燃料電池装置
JP2007326731A (ja) * 2006-06-07 2007-12-20 Hitachi Maxell Ltd 水素製造方法
JP2009046321A (ja) * 2007-08-13 2009-03-05 Seiko Instruments Inc 水素発生装置及び燃料電池システム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017074790A (ja) * 2016-12-07 2017-04-20 利仁 曽根 Ｉｃチップ、交換部品および装置

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