JP2008189490A - 水素供給装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本願発明は、簡易な構造で、水素の発生量を調整することが可能な水素供給装置を提供する。
【解決手段】本願発明は、一定量の水が収納される反応室と、該反応室に前記水と反応して水素を発生する水素発生材料を収納する収納室と、発生した水素を燃料電池に供給する供給部を少なくとも具備する水素供給装置において、前記水素発生材料を、粉体状又は粒状に形成すると共に、前記収納室と前記反応室の間に、前記水素発生材料を所定の割合で供給する水素発生量調整手段を具備する。
【選択図】 図１
【解決手段】本願発明は、一定量の水が収納される反応室と、該反応室に前記水と反応して水素を発生する水素発生材料を収納する収納室と、発生した水素を燃料電池に供給する供給部を少なくとも具備する水素供給装置において、前記水素発生材料を、粉体状又は粒状に形成すると共に、前記収納室と前記反応室の間に、前記水素発生材料を所定の割合で供給する水素発生量調整手段を具備する。
【選択図】 図１
Description
この発明は、燃料電池、特に小型燃料電池に水素を供給するための水素供給装置に関する。
特許文献１は、圧電振動子の振動により液滴を吐出するインクジェットで、改質器の触媒上に燃料を吐出する燃料電池システムを提供するもので、圧電振動子の振動で燃料を吐出するので、微量吐出ができ、発生する水素量を正確に制御することができるようにしたものである。したがって、必要な量の水素のみを発生させることができることから、水素の収容スペースを大きく確保する必要がないため、燃料電池システムの小型化を促進できる。
特許文献２は、装置を大型化させることなく安定して効率の良い水素生成法を提供するもので、この水素生成法は、水素生成剤として金属水素錯化合物のアルカリ溶液を、酸水溶液に注入して反応させることにより、水素を発生させるものである。
特許文献３は、水素の発生に関し、水素化ホウ素ナトリウムの接触加水分解のための水素発生システムを提供するもので、この水素発生システムにおいて前記水素化ホウ素ナトリウムの供給源は、供給ロールから巻き取りロールへと移動する可撓性基材に担持されているものである。
特許文献４は、小型化、軽量化を促進でき、簡易な構造で大容量の水素を収容できる水素カートリッジ及びこの水素カートリッジを備えた機器を提供するものである。この特許文献４において、前記水素カートリッジは、液体燃料を貯留した燃料タンクと、液体燃料を改質して水素を発生する改質器と、改質器で発生した水素中に含まれる不純物を除去する水素透過器と、水素を一時的に貯蔵する水素予備室と、水素を外部に放出可能な水素供給弁と、これらの構成部品を収容するケースとによって少なくとも構成される。
特開２００５−２２５７０９号公報
特開２００４−２４４２６２号公報
特開２００４−２１８９号公報
特開２００５−２９８３０２号公報
従来、燃料電池の電力消費量に合わせて水素の発生量を調整することは非常にむずかしく、上記特許文献はそれを改善するための方法を開示するものであるが、構造が複雑であったり、著しい効果を得ることができない等の問題点があった。
このため、本願発明は、簡易な構造で、水素の発生量を調整することが可能な水素供給装置を提供するものである。
したがって、本願発明は、一定量の水が収納される反応室と、該反応室に前記水と反応して水素を発生する水素発生材料を収納する収納室と、発生した水素を燃料電池に供給する供給部を少なくとも具備する水素供給装置において、前記水素発生材料を、粉体状又は粒状に形成すると共に、前記収納室と前記反応室の間に、前記水素発生材料を所定の割合で供給する水素発生量調整手段を具備することにある。
前記水素発生材料は、元素単独で水と接触して水素は発生する物質、例えばアルカリ金属元素、アルカリ土類金属元素若しくは表面の酸化物又は窒化物を除去した金属元素であり、炭素元素水素化物、例えばアルカリ金属元素の水素化物、アルカリ土類金属元素の水素化物、金属元素の水素化物若しくは水素を吸蔵した水素吸蔵合金であり、錯体水素化物、例えばアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素とアルミニウムが化合したアラネート系水素化物、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素とホウ素が化合したボロハイドライド、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素と窒素が加工したアミド系水素化物である。
先ず本願発明の特徴は、水素発生材料を粉体状又は粒状に形成したことである。これによって、水素発生量調整手段によって、反応室への少量から供給が可能となる。
また、本願発明の特徴は、反応用の水が収納された反応室に、水素発生材料を供給するようにしたことにある。これによって、水素発生材料と水との反応量を少量から調整することができるため制御性が向上する。さらに、水が反応熱を吸収するため、装置の温度上昇を抑制することが可能となる。
さらに、本願発明は、前記水素発生量調整手段を駆動する基礎となる水素供給量を演算するための水素消費量を演算する前記供給部における水素の圧力を検知する水素圧検出手段を具備することが望ましい。これによって、燃料電池側に設けられたコントロールユニットに、水素の圧力をデータとして伝送し、水素消費量が演算されると共に、その水素消費量に基づいて前記水素発生量調整手段が駆動されるものである。
これによって、水素消費量に基づいて反応室内に滴下される水素発生材料の量を調整できるので、効率の良い水素供給を達成できる。
さらにまた、前記粉体状又は粒状に形成された水素発生材料は、それぞれが水溶性の被膜で覆われることが望ましい。
また、前記粉体状又は粒状に形成された水素発生材料は、所定の大きさの水溶性カプセル内に収納されることが望ましい。
さらに、前記粉体状又は粒状に形成された水素発生材料を覆う被膜若しくは水溶性カプセルの厚さを調整することによって、水素発生材料と水との反応速度を調整することが望ましい。
以上のように、水素発生材料を水溶性の被膜で覆ったり、水溶性カプセルの中に入れ、その被膜の厚さ又はカプセルの厚さを調整することによって水素発生材料と水との反応速度を調整することができるものである。この反応速度と、前記水素発生量調整手段とによって水素の発生量を調整することができ、これによって本願発明の水素供給装置が装着される燃料電池の発電量を調整できるものである。
さらに前記水素発生材料には、水との反応を促進する触媒及び／若しくはｐＨ値を制御する物質（ｐＨ調整剤）が添加されることが望ましい。
これによって、水素発生材料が水に供給されたときに水に触媒が溶解し、また水素発生材料と水との反応によって変化したｐＨ値を元に戻すことが可能となる。
さらにまた、前記水には、前記水素発生材料との反応を促進する水溶性触媒及び／若しくはｐＨ値を制御する物質（ｐＨ調整剤）が添加させることが望ましい。これは、触媒又はｐＨ調整剤を水素発生材料ではなく、水側に添加させた例である。
また、前記反応室には、燃料電池での反応において発生した水を回収するようにしても良いものである。これによって、初期の封入水量を低減することができる。
以上のように、本願発明によれば、水素発生材料を反応室内に収納された水の中に適量供給することができるので、簡易な構造で水素の発生量を適当に制御することができるものである。また、水素の消費量に合わせて水素発生材料の供給量を調整できると共に、粉状又は粒状に形成された水素発生材料に被膜を形成したり、カプセル内に収納したりして水素発生材料と水との反応速度を調整できるために、水素発生量をきめ細かく制御できるものである。
以下、この発明の実施例について図面により説明する。
本願発明に係る水素供給装置１は、図示しない燃料電池に着脱自在に装着されて、燃料電池の出力に応じて水素を供給するためのいわゆるカートリッジであり、基本的には前記燃料電池に容易に接続可能な形状を有するケーシング２と、このケーシング２内に画成される収納室３と、前記ケーシング内で前記収納室３に隣接して画成される反応室４と、前記収納室３と前記反応室４との間に設けられ、前記収納室３内に収納される粉状又は粒状に形成された水素発生材料６を前記反応室４内に収納された反応水７に所定量落下させる水素発生量調整機構５と、前記ケーシング２に設けられ、前記反応室４で発生した水素を燃料電池側に供給するための供給口９と、燃料電池で発生した水を回収する回収口１０とによって少なくとも構成される。また、前記供給口９には、この供給口９から送出される水素の圧力を検出する圧力センサ１６を設けても良いものである。
前記収納室３内には、前記水素発生材料６を水素発生量調整機構側へ押圧するための押圧機構１４が設けられる。
前記水素発生量調整機構５は、例えば図２に示すように、前記収納室３と前記反応室４の間の隔壁部１５に固定される円筒パイプ部５０と、この円筒パイプ部５０内に回転自在に設けられる回転軸部５３とによって少なくとも構成される。また、前記円筒パイプ部５０には、収納室側に開口する取込口５１と、前記反応室側に開口する放出口５２とが形成され、前記回転軸部５３には、回転によって前記取込口５１又は放出口５２と連通する所定の空間容積を有する搬送空間５４が形成される。
また、前記回転軸部５３と前記円筒パイプ部５０の間には、シリコンゴム５５が設けられ、また前記回転軸部５３の周囲には所定の間隔で隔壁ゴム５６が設けられる。これらを設けることによって、回転軸部５３の回転を円滑に行うことができるように成ると共に、収納室３と反応室４との間のシール性を向上させることができるものである。
以上の構成により、燃料電池と接続される供給口９の圧力センサ１６によって検出された水素圧力は、燃料電池側に設けられるコントロールユニット８の検出部１１によって検出され、さらに演算部１２によって検出された水素圧力から水素の消費量を演算し、この水素の消費量に基づいて駆動部１３によって前記水素発生量調整機構５が駆動され、必要な量の水素発生材料６が反応室４に供給されるものである。
さらに、前記水素発生材料６には、図３で示すように、その表面に水溶性被膜６０が形成される。この水溶性被膜６０の厚さを調整することによって水との反応速度を調整することが可能となる。
さらにまた、前記水素発生材料６は、図４で示すように、所定の大きさを有する水溶性のカプセル７０内に収納することによって、水との反応量、反応速度を調整することが可能となる。
また下記する表１で示すように、燃料電池の作動時間に合わせて、水素発生材料６の粒子径を選択することが可能となるものである。
尚、上記表は、水素化ホウ素ナトリウム（ＳＢＨ）を事例にした場合で、球形粒子の粒子径に対して、ＳＢＨ量は粒子１個当たりの重量で、水素発生量は粒子１個が加水分解反応によって発生可能な水素量を標準状態（０℃、１気圧）で示したものであり、燃料電池作動時間は粒子１個当たりの１３．５Ｗの燃料電池のフル出力のときの作動時間である。
さらに、水素発生材料６に、水との反応を促進する触媒や水のｐＨ値を制御する物質を添加混合する。これは、水素発生材料６は、アルカリ金属又はアルカリ土類金属元素が中心であるため、反応に伴って水がアルカリ性になる傾向があるからである。これによって、アルカリ化に伴う反応の低下を抑制することができるので、水素の発生速度を維持することができ、また制御調節することができるものである。
同様に、前記触媒やｐＨ値を制御する物質を、水に添加するようにしても良いものである。
また、前記水素発生材料６としては、リチウム、ナトリウム、カルシウムなどのアルカリ金属元素、ベリリウム、マグネシウム、カルシウムなどのアルカリ土類金属元素、表面の酸化物や窒化物を除去した金属元素、前記アルカリ金属元素の水素化物、前記アルカリ土類金属元素の水素化物、金属元素の水素化物、水素を吸蔵した水素吸蔵合金、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素とアルミニウムが化合したアラネート系水素化物、アルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素とホウ素が化合したボロハイドライド、若しくはアルカリ金属元素又はアルカリ土類金属元素と窒素が化合したアミド系水素化物が挙げられる。
１ 水素供給装置
２ ケーシング
３ 収納室
４ 反応室
５ 水素発生量調整機構
６ 水素発生材料
７ 反応水
８ コントロール部
９ 供給部
１０ 回収部
１１ 検出部
１２ 演算部
１３ 駆動部
１４ 押圧機構
１５ 隔壁
１６ 圧力センサ
５０ 円筒パイプ部
５１ 取込口
５２ 放出口
５３ 回転軸部
５４ 搬送空間
６０ 被膜
７０ カプセル
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５２ 放出口
５３ 回転軸部
５４ 搬送空間
６０ 被膜
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Claims (7)
- 一定量の水が収納される反応室と、該反応室に前記水と反応して水素を発生する水素発生材料を収納する収納室と、発生した水素を燃料電池に供給する供給部を少なくとも具備する水素供給装置において、
前記水素発生材料を、粉体状又は粒状に形成すると共に、
前記収納室と前記反応室の間に、前記水素発生材料を所定の割合で供給する水素発生量調整手段を具備することを特徴とする水素供給装置。 - 前記水素発生量調整手段を駆動する基礎となる水素供給量を演算するための水素消費量を演算する前記供給部における水素の圧力を検知する水素圧検出手段を具備することを特徴とする請求項１記載の水素供給装置。
- 前記粉体状又は粒状に形成された水素発生材料は、それぞれが水溶性の被膜で覆われることを特徴とする請求項１又は２記載の水素供給装置。
- 前記粉体状又は粒状に形成された水素発生材料は、所定の大きさの水溶性カプセル内に収納されることを特徴とする請求項１又は２記載の水素供給装置。
- 前記粉体状又は粒状に形成された水素発生材料を覆う被膜若しくは水溶性カプセルの厚さを調整することによって、水素発生材料と水との反応速度を調整することを特徴とする請求項３又は４記載の水素供給装置。
- 前記水素発生材料には、水との反応を促進する触媒及び／若しくはｐＨ値を制御する物質が添加されることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の水素供給装置。
- 前記水には、前記水素発生材料との反応を促進する水溶性触媒及び／若しくはｐＨ値を制御する物質が添加させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の水素供給装置。
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Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013533597A (ja) * | 2010-07-23 | 2013-08-22 | シュパウント プライベート ソシエテ ア レスポンサビリテ リミテ | 燃料電池を動作させるための水素添加ポリシランによる水素生成 |
| JP2017105674A (ja) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 国立大学法人京都大学 | 水素発生装置および発電装置 |
| WO2018100926A1 (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | ３７度株式会社 | 水素発生剤並びに水素発生剤構造体 |
| CN117717970A (zh) * | 2023-09-06 | 2024-03-19 | 中北大学 | 一种胶囊投放装置及制氢系统 |
-
2007
- 2007-02-02 JP JP2007024085A patent/JP2008189490A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2013533597A (ja) * | 2010-07-23 | 2013-08-22 | シュパウント プライベート ソシエテ ア レスポンサビリテ リミテ | 燃料電池を動作させるための水素添加ポリシランによる水素生成 |
| JP2017105674A (ja) * | 2015-12-10 | 2017-06-15 | 国立大学法人京都大学 | 水素発生装置および発電装置 |
| WO2018100926A1 (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-07 | ３７度株式会社 | 水素発生剤並びに水素発生剤構造体 |
| JP2018090442A (ja) * | 2016-12-02 | 2018-06-14 | ３７度株式会社 | 水素発生剤並びに水素発生剤構造体 |
| CN117717970A (zh) * | 2023-09-06 | 2024-03-19 | 中北大学 | 一种胶囊投放装置及制氢系统 |
| CN117717970B (zh) * | 2023-09-06 | 2024-11-15 | 中北大学 | 一种胶囊投放装置及制氢系统 |
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