JP2009143791A - Apparatus for generating hydrogen and fuel battery system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は水素発生装置に関するものであり、さらには、かかる水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen generator, and further relates to a fuel cell system provided with such a hydrogen generator.
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードを有する発電部のアノード側に例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、カソード側に酸化用流体例えば酸素や空気を供給し電気化学反応により電力を発生する。 A fuel cell is an electrochemical reaction in which a fuel fluid such as hydrogen gas or methanol is supplied to the anode side of a power generation unit having an anode and a cathode across a solid polymer electrolyte membrane, and an oxidizing fluid such as oxygen or air is supplied to the cathode side. To generate power.
水素ガスを燃料とする場合の水素を低エネルギーで得る方法として、ケミカルハイドライドと呼ばれる金属水素化物を加水分解する方法が知られている。ケミカルハイドライドとして、例えば金属水素化物の一種である水素化ホウ素リチウムや水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウムがある。 As a method of obtaining hydrogen with low energy when using hydrogen gas as a fuel, a method of hydrolyzing a metal hydride called chemical hydride is known. Examples of the chemical hydride include lithium borohydride, sodium borohydride, lithium aluminum hydride, and sodium aluminum hydride, which are a kind of metal hydride.
金属水素化物を加水分解して水素を得る場合、反応で生成される金属含有物や泡等の生成物が存在し、生成物が金属水素化物を覆い、金属水素化物と水の接触を阻害する。これにより、水素発生反応の反応速度が低下し、最終的には反応が停止してしまう。 When hydrolyzing a metal hydride to obtain hydrogen, products such as metal inclusions and bubbles generated by the reaction are present, and the product covers the metal hydride and inhibits contact between the metal hydride and water. . As a result, the reaction rate of the hydrogen generation reaction decreases, and the reaction eventually stops.
このため、金属水素化物に供給する水を高圧で噴き付けることにより、生成物を除去する技術が知られている。(例えば、特許文献1参照)金属水素化物に供給する水を高圧で噴き付けることにより、生成物を除去するので反応速度の低下を抑制することができる。
しかし従来の技術では、水素発生量を維持するために、高圧で大量の水を供給しなければならない。大量の水を供給するため、水の供給を停止した後においてもそれまでに供給した水により水素発生反応が継続して起こり、過剰な水素が発生する。よって、必要時以外にも水素が発生することとなり、無駄に水素を放出してしまう。 However, in the conventional technology, in order to maintain the hydrogen generation amount, a large amount of water must be supplied at a high pressure. Since a large amount of water is supplied, even after the supply of water is stopped, the hydrogen generation reaction continues to occur with the water supplied up to that point, and excessive hydrogen is generated. Therefore, hydrogen is generated when it is not necessary, and hydrogen is wasted.
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、生成物による反応速度の低下の影響を抑制するとともに、必要時に所望量の水素を発生させることができ、安定した電力の供給を可能とする水素発生装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and suppresses the influence of a decrease in reaction rate due to a product, and can generate a desired amount of hydrogen when necessary, thereby enabling a stable power supply. An object of the present invention is to provide a hydrogen generator and a fuel cell system.
上記目的を達成するための本発明の第1の水素発生装置は、水素発生物質が収容されるとともに水素発生物質と反応用溶液とを反応させて水素を生成する反応容器と、反応用溶液を流通する溶液流路と、反応用溶液を溶液流路に導入する溶液送液手段と、反応用溶液を第1の水素発生物質に導入する第1の溶液導入路と、反応用溶液を第2の水素発生物質に導入する第2の溶液導入路と、反応容器内で発生した水素を排出する水素導出流路と、第1の溶液導入路及び第2の溶液導入路のいずれか一方から他方に反応用溶液の送液を切り換える制御弁とを備え、制御弁は、第1の水素発生物質の消費に伴って第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に送液を切り換える送液切り換え部とを備えることを特徴とする。 In order to achieve the above object, a first hydrogen generating apparatus of the present invention comprises a reaction vessel that contains a hydrogen generating substance and generates hydrogen by reacting the hydrogen generating substance with a reaction solution, and a reaction solution. A flowing solution channel, a solution feeding means for introducing the reaction solution into the solution channel, a first solution introduction channel for introducing the reaction solution into the first hydrogen generating material, and a second solution for the reaction. A second solution introduction path for introducing hydrogen into the hydrogen generating material, a hydrogen outlet path for discharging hydrogen generated in the reaction vessel, and one of the first solution introduction path and the second solution introduction path to the other. And a control valve for switching the liquid delivery of the reaction solution. The control valve switches the liquid delivery from the first solution introduction path to the second solution introduction path as the first hydrogen generating substance is consumed. And a switching unit.
かかる特徴によれば、水素発生物質の消費に伴い反応用溶液の送液を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に切り換えることができ、第1の水素発生物質に生成物が付着して水素生成反応が阻害された場合においても生成物が付着していない第2の水素発生物質に反応用溶液を供給するため、生成物が反応を阻害し反応速度を低下させることを抑制することが可能である。このため、余分な水を水素発生物質に供給することなく、安定的に必要量の水素を発生させることが可能となる。 According to such a feature, the solution solution for reaction can be switched from the first solution introduction path to the second solution introduction path as the hydrogen generation substance is consumed, and the product adheres to the first hydrogen generation substance. Even when the hydrogen generation reaction is inhibited, the reaction solution is supplied to the second hydrogen generating material to which the product is not attached, so that the product inhibits the reaction and reduces the reaction rate. It is possible. Therefore, it is possible to stably generate a necessary amount of hydrogen without supplying extra water to the hydrogen generating material.
本発明の第2の水素発生装置は、送液切り換え部は、第1の溶液導入路への反応用溶液の供給量が所定量に達した際に、第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に送液を切り換えることを特徴とする。 In the second hydrogen generator of the present invention, the liquid feed switching unit is configured so that when the supply amount of the reaction solution to the first solution introduction path reaches a predetermined amount, The liquid feeding is switched to the solution introduction path.
かかる特徴によれば、第1の水素発生物質に反応に必要な反応用溶液を供給すると、反応用溶液の送液を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に切り換えることができ、反応用溶液を供給する溶液導入路の切り換えの応答性が良くなるため、生成物の阻害による反応速度の低下が抑制され、安定的に一定量の水素を供給することが可能となる。 According to such a feature, when the reaction solution necessary for the reaction is supplied to the first hydrogen generating material, the reaction solution solution can be switched from the first solution introduction path to the second solution introduction path. Since the responsiveness of switching the solution introduction path for supplying the reaction solution is improved, a decrease in the reaction rate due to the inhibition of the product is suppressed, and a certain amount of hydrogen can be stably supplied.
本発明の第3の水素発生装置は、制御弁は、水素発生物質が反応するに従って水素発生物質を押圧する押圧部を備え、送液切り換え部は、水素発生物質の減少とともに押圧部により押圧され、第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に送液を切り換えることを特徴とする。 In the third hydrogen generator of the present invention, the control valve includes a pressing portion that presses the hydrogen generating material as the hydrogen generating material reacts, and the liquid feeding switching portion is pressed by the pressing portion as the hydrogen generating material decreases. The liquid feeding is switched from the first solution introduction path to the second solution introduction path.
かかる特徴によれば、水素発生物質は反応するに従って押圧され、水素発生物質を溶液導入路の開口部付近に押し付けることができるため、より水素発生物質は反応用溶液と反応し易くなる。また、送液切り換え部は水素発生物質の減少とともに押圧部により押圧され、それに伴い送液を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に切り換えることができるため、簡素な構造により安定的に水素を発生させることができる。 According to this feature, the hydrogen generating substance is pressed as it reacts, and the hydrogen generating substance can be pressed near the opening of the solution introduction path, so that the hydrogen generating substance is more likely to react with the reaction solution. In addition, the liquid feeding switching unit is pressed by the pressing unit along with the decrease of the hydrogen generating substance, and accordingly, the liquid feeding can be switched from the first solution introduction path to the second solution introduction path. Hydrogen can be generated.
本発明の第4の水素発生装置は、送液切り換え部は、第1の溶液導入路を塞ぐ閉状態と第1の溶液導入路を開放する開状態のいずれか一方の状態に切り換わる第1弁体と、第2の溶液導入路を塞ぐ閉状態と第2の溶液導入路を開放する開状態のいずれか一方の状態に切り換わる第2弁体と、第1弁体と第2弁体とを連結し、押圧部の変位に伴って第1弁体を閉状態にするとともに第2弁体を開状態にするロッド部とを備えることを特徴とする。 In the fourth hydrogen generator of the present invention, the liquid feed switching unit is switched to either a closed state in which the first solution introduction path is closed or an open state in which the first solution introduction path is opened. A valve body, a second valve body that switches between a closed state that closes the second solution introduction path and an open state that opens the second solution introduction path, and a first valve body and a second valve body And a rod portion that closes the first valve body and opens the second valve body in accordance with the displacement of the pressing portion.
かかる特徴によれば、第1弁体と第2弁体、及び第1弁体と第2弁体を連結するロッド部を備え、押圧部の変位に伴いロッド部が押圧されることにより、第1弁体及び第2弁体を変位させ、反応用溶液の送液を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路へ容易に切り換えることができるため、構造が簡素化され、効率よく反応用溶液の送液を行うことが可能となる。 According to this feature, the first valve body and the second valve body, and the rod portion that connects the first valve body and the second valve body are provided, and the rod portion is pressed in accordance with the displacement of the pressing portion. Displacement of the 1 valve body and the 2nd valve body enables easy transfer of the solution for reaction from the first solution introduction path to the second solution introduction path, thus simplifying the structure and allowing efficient reaction It becomes possible to feed the solution for use.
本発明の第5の水素発生装置は、制御弁は、反応容器内の変動に伴って変位する受圧変位部を備え、送液切り換え部は、反応容器内の圧力の低下に伴う受圧変位部の変位により、第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に送液を切り換えることを特徴とする。 In the fifth hydrogen generator of the present invention, the control valve includes a pressure receiving displacement portion that is displaced in accordance with fluctuations in the reaction vessel, and the liquid feed switching portion is provided in the pressure receiving displacement portion that accompanies a decrease in the pressure in the reaction vessel. The liquid feeding is switched from the first solution introduction path to the second solution introduction path by the displacement.
かかる特徴によれば、反応容器内の圧力の低下に伴い、つまり、反応容器内での水素の発生量の減少に伴い反応用溶液の送液を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路に切り換えることができるため、安定的に一定量の水素を供給することが可能となる。 According to this feature, as the pressure in the reaction vessel decreases, that is, as the amount of hydrogen generated in the reaction vessel decreases, the reaction solution is fed from the first solution introduction path to the second solution introduction. Since it is possible to switch to a path, it becomes possible to supply a certain amount of hydrogen stably.
本発明の第6の水素発生装置は、送液切り換え部は、第1の溶液導入路を開放し第2の溶液導入路を塞ぐ第1状態と、第1の溶液導入路を塞ぎ第2の溶液導入路を開放する第2状態の、いずれか一方の状態に切り換わる第3弁体と、第3弁体と連結し、受圧変位部の変位に伴って第3弁体を第1状態から第2状態へ切り換える連結部とを備えることを特徴とする。 In the sixth hydrogen generator of the present invention, the liquid feed switching unit is configured to open the first solution introduction path and close the second solution introduction path, and to close the first solution introduction path and close the second solution introduction path. The third valve body that is switched to one of the second states that open the solution introduction path and the third valve body are connected, and the third valve body is moved from the first state in accordance with the displacement of the pressure receiving displacement portion. And a connecting portion for switching to the second state.
かかる特徴によれば、第3弁体、及び第3弁体と連結した連結部を備え、圧力の低下に伴う受圧変位部の変位により連結部が移動し、第3弁体を変位させ、反応用溶液の送液を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路へ容易に切り換えることができるため、構造が簡素化され、効率よく反応用溶液の送液を行うことが可能となる。 According to this feature, the third valve body and the connection portion connected to the third valve body are provided, and the connection portion moves due to the displacement of the pressure receiving displacement portion accompanying the decrease in pressure, and the third valve body is displaced to react. Since the solution supply solution can be easily switched from the first solution introduction path to the second solution introduction path, the structure is simplified and the reaction solution can be efficiently fed.
本発明の第7の水素発生装置は、第1の水素発生物質と第2の水素発生物質との間を仕切る仕切り部を備えることを特徴とする。 A seventh hydrogen generating apparatus according to the present invention includes a partition portion that partitions between the first hydrogen generating material and the second hydrogen generating material.
かかる特徴によれば、第1の水素発生物質の反応により生成した生成物が第2の水素発生物質を覆い、第2の水素発生物質の反応を阻害することを防ぐことができ、また、反応容器の姿勢が変化した場合においても未反応の水素発生物質に反応用溶液が供給されることがない。よって、水素発生物質と反応用溶液の反応が効率よく起こり、より安定した水素供給ができる。 According to such a feature, it is possible to prevent the product generated by the reaction of the first hydrogen generating material from covering the second hydrogen generating material and inhibiting the reaction of the second hydrogen generating material. Even when the posture of the container changes, the reaction solution is not supplied to the unreacted hydrogen generating substance. Therefore, the reaction between the hydrogen generating substance and the reaction solution occurs efficiently, and more stable hydrogen supply can be achieved.
また、本発明の燃料電池システムは、本発明の第1乃至第7のいずれかの水素発生装置の水素導出流路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が燃料極に供給されることを特徴とする。 In the fuel cell system of the present invention, the hydrogen outlet flow path of any one of the first to seventh hydrogen generators of the present invention is connected to the fuel electrode chamber of the fuel cell, and the generated hydrogen is supplied to the fuel electrode. It is characterized by that.
かかる特徴によれば、生成物による反応速度の低下の影響が抑制され安定的に水素を供給することができる水素発生装置を備え、安定した電力を発電させ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。 According to such a feature, there is provided a fuel cell system that is provided with a hydrogen generator capable of stably supplying hydrogen while suppressing the influence of a reduction in reaction rate due to a product, and capable of generating stable power. Can do.
以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る水素発生装置の概略図である。
(Embodiment 1)
1 is a schematic diagram of a hydrogen generator according to
図1に示すように、本実施形態に係る水素発生装置1は、反応器としての反応容器2を備え、反応容器2内には水素発生反応の反応物としての水素発生物質9が複数個収容されている。複数個の水素発生物質にはそれぞれ溶液導入路7が接続されている。
As shown in FIG. 1, the
図示していないが、反応容器2に隣接して反応用溶液貯蔵用の容器が備えられ、容器には反応用溶液が貯蔵されている。
Although not shown, a reaction solution storage container is provided adjacent to the
溶液流路4には溶液送液手段3が設けられ、溶液送液手段3により反応用溶液の送液と停止が制御される。溶液送液手段3は溶液流路4に反応用溶液を導入流通させるものであれば、構成は限定されない。例えば、ポンプ等の圧送機構を適用した送液手段を用いることができ、水素の消費量(燃料電池の場合は消費電力等)により送液量が制御されるものが適用される。また、反応容器2内の内圧を利用して開閉される弁を使用した送液手段を用いることができ、反応容器2の内圧が低くなった時に送液を行って水素を発生させるものが適用される。
The solution flow path 4 is provided with a solution feeding means 3, and the solution feeding means 3 controls the feeding and stopping of the reaction solution. The configuration of the solution delivery means 3 is not limited as long as the solution for reaction is introduced and circulated through the solution flow path 4. For example, a liquid feeding means to which a pumping mechanism such as a pump is applied can be used, and a liquid feeding amount controlled by the amount of hydrogen consumed (power consumption in the case of a fuel cell) is applied. In addition, liquid feeding means using a valve that is opened and closed using the internal pressure in the
溶液送液手段3により供給された反応用溶液は、送液切換制御部5により流通を制御される制御弁6を介し、各溶液導入路7に送られ各水素発生物質と反応し、水素を発生する。反応容器2で生成された水素は水素導出流路10から図示されていない水素消費部に供給される。
The reaction solution supplied by the solution delivery means 3 is sent to each
制御弁6の詳細な構造について図2に示す。 The detailed structure of the control valve 6 is shown in FIG.
図2に示すように、制御弁6は、第1の溶液導入路21への反応用溶液の供給量が所定量に達すると第1の溶液導入路21から第2の溶液導入路22へ送液を切り換える送液切り換え部24を備える(a)。第1の溶液導入路21より供給された反応用溶液と第1の溶液導入路21の開口部付近に配置された第1の水素発生物質28が反応し、水素が発生する。所定量に相当する反応用溶液が第1の水素発生物質に供給されたと送液切換制御部5が判断すると、送液切り換え部24は第2の溶液導入路22へ反応用溶液が供給されるように変位し(b)、第2の水素発生物質が反応用溶液と反応し水素を発生する。この繰り返しにより、複数の水素発生物質に反応用溶液が供給され、安定的に水素が発生する
なお、図2において、第1の溶液導入路21の開口部は送液切り換え部24に対して右側に形成されているが、この位置に限られることはなく、反応用溶液を第1の水素発生物質28へ供給することができれば、送液切り換え部24の上側、左側等に形成されても構わない。
As shown in FIG. 2, when the supply amount of the reaction solution to the first
また、図1には示されていないが、反応容器2は各水素発生物質の間を仕切る仕切り部を有していると良い。これにより、第1の水素発生物質の反応により生成した生成物が第2の水素発生物質を覆い、第2の水素発生物質の反応を阻害することを防ぐことができ、且つ反応容器の姿勢が変化した場合においても未反応の水素発生物質に反応用溶液が供給されることがない。よって、水素発生物質と反応用溶液の反応が効率よく起こり、より安定した水素供給が可能となる。
Although not shown in FIG. 1, the
水素発生物質としては、例えば、水素化ホウ素塩、水酸化アルミニウム塩、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素リチウム、水酸化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水酸化ホウ素ナトリウムが好ましい。水素発生触媒としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。これら水素発生物質及び水素発生触媒は、特に限定されるものではなく、水素発生物質は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、水素発生触媒は、例えば、有機酸および無機酸あるいはルテニウム等、水素発生触媒であれば全て適用可能である。さらに、水素発生物質が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で水素発生触媒がリンゴ酸というように、水素発生物質と水素発生触媒の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。 Examples of the hydrogen generating substance include borohydride salt, aluminum hydroxide salt, sodium borohydride, lithium borohydride, lithium aluminum hydroxide and the like, and sodium borohydride is particularly preferable. Examples of the hydrogen generation catalyst include sulfuric acid, malic acid, and citric acid water, and malic acid is particularly preferable. These hydrogen generating substance and hydrogen generating catalyst are not particularly limited, and any hydrogen generating substance can be applied as long as it is a hydrolyzed metal hydride. Examples of the hydrogen generating catalyst include organic acids and inorganic acids. Alternatively, any hydrogen generation catalyst such as ruthenium is applicable. Further, any combination of a hydrogen generating material and a hydrogen generating catalyst, such as sodium hydrogen borohydride aqueous solution and malic acid as a hydrogen generating material, can be applied as long as they are substances that generate hydrogen by mixing. . Alternatively, hydrogen may be obtained by a reaction between a metal and a basic or acidic aqueous solution.
ここで、溶液導入路への反応用溶液の供給量の所定量とは、予め決められた各溶液導入路に供給される反応用溶液の量である。図3で示す様に反応用溶液と水素発生物質9との反応による水素発生流量は、水素発生反応により生成される反応生成物が反応用溶液と水素発生物質9との接触を阻害するため、低下する。水素発生流量が、必要水素流量を下回る時点の反応用溶液の供給量を反応用溶液の水素発生物質との反応量v0とする。
Here, the predetermined amount of the supply amount of the reaction solution to the solution introduction path is a predetermined amount of the reaction solution supplied to each solution introduction path. As shown in FIG. 3, the hydrogen generation flow rate due to the reaction between the reaction solution and the
図4に基づいて送液切換制御部5での処理の具体的な流れを説明する。
A specific flow of processing in the liquid feeding switching
ステップ2で反応用溶液を供給する溶液導入路が決められる。初期値は、ステップ1でX=1と設定される為、溶液導入路1に反応用溶液が供給される。次いで、ステップ3で溶液導入路1への反応用溶液の供給量を積算しv1とする。ステップ4で積算反応用溶液量v1と反応用溶液の水素発生物質との反応量v0との比較を行う。ここでv0は、図3で示す、水素発生反応により生成される反応生成物により反応用溶液と水素発生物質9との反応が阻害されることにより、反応用溶液と水素発生物質9との反応による水素発生流量が低下し、必要水素流量を下回る時点の反応用溶液の供給量v0である。積算反応溶液量v1が、所定量v0に達していない(v1<v0)場合は、溶液導入路1への反応用溶液の供給を継続し、ステップ3の反応用溶液の供給量の積算を継続する。積算反応用溶液量v1が、v0に達した(v1>v0)場合は、ステップ5でXが設定した溶液導入路数Zに達したかの判断を行う。設定した溶液導入路数Zに達した場合、すなわちX=Zの場合は、反応用溶液の供給を停止する。設定した溶液導入路数Zに達していない場合は、ステップ6で溶液導入路2への反応用溶液の供給を開始する。同時にXの値は、1加算され、ステップ3での反応用溶液の供給量の積算対象は溶液導入路2への反応用溶液の供給量v2となる。この繰り返しにより、設定した溶液導入路数Z全てへの反応用溶液の供給がなされる。
In
従って、溶液導入路毎に、所定量の反応用溶液を供給することができ、所定量に達した際には次の溶液導入路へ反応用溶液を供給することができる。このため、常に必要水素流量を確保することができる。 Therefore, a predetermined amount of the reaction solution can be supplied to each solution introduction path, and when the predetermined amount is reached, the reaction solution can be supplied to the next solution introduction path. For this reason, a necessary hydrogen flow rate can always be ensured.
(実施形態2)
図5に、実施形態2に係る水素発生装置の概略図を示す。尚、図1に示した第1実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。図5と図1に示した水素発生装置では、図1では水素発生物質9は小分けにされていたが、図5では水素発生物質9は一体となっている点で異なる。図5のように水素発生物質を一体とした場合であっても、各溶液導入路から各開口部付近の水素発生物質に反応用溶液を供給するため、生成物が反応用溶液と水素発生物質の反応を阻害し反応速度を低下させることなく、安定的に水素を供給することができる。
(Embodiment 2)
In FIG. 5, the schematic of the hydrogen generator which concerns on
(実施形態3)
図6に、本発明の第3実施形態例に係る水素発生装置の概略構成を示す。
(Embodiment 3)
FIG. 6 shows a schematic configuration of the hydrogen generator according to the third embodiment of the present invention.
尚、図1に示した第1実施形態例と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。 In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the same member as 1st Embodiment shown in FIG. 1, and the overlapping description is abbreviate | omitted.
図6に示した水素発生装置は、水素発生物質9の量が減少し規定量に達したことを検知し、制御弁6に切換の信号を出力する水素発生物質残量検知部11を備える。切換信号を受け取った制御弁6は、反応用溶液を供給する溶液導入路を第1の溶液導入路から第2の溶液導入路へと切り換える。実施形態1と同様に、水素発生物質9が小分けに設置されている。また、同様に、各水素発生物質9の量は、図3の反応用溶液の供給量v0で反応できる水素発生物質の量である。
The hydrogen generating apparatus shown in FIG. 6 includes a hydrogen generating material remaining
この構成により、各水素発生物質9の残量を検知し、水素発生物質9の量が規定量に達したことを検知した際に制御弁6に切換の信号が出力されることにより、制御弁の切り換えを行うことができるため、各水素発生物質に安定した水素を供給することができる。
With this configuration, the remaining amount of each
なお、本実施形態3においても、実施形態2のように水素発生物質を一体としても構わない。 In the third embodiment, the hydrogen generating material may be integrated as in the second embodiment.
(実施形態4)
図7に、本発明の第4実施形態例に係る水素発生装置に係る制御弁の構成を示す。
(Embodiment 4)
FIG. 7 shows a configuration of a control valve according to the hydrogen generator according to the fourth embodiment of the present invention.
水素発生物質28に押しバネ29で押し付けられ水素発生物質28の消費に伴い水素発生物質28を押圧する押圧部30を備える。
A
送液切り換え部24は、押圧部30により押圧され動作するロッド部33と、ロッド部33に固定され第1の溶液導入路21を塞ぐ閉状態と開放する開状態のいずれか一方の状態に切り換わる第1弁体31と、ロッド部33に固定され、第1弁体31が開状態の場合は第2の溶液導入路22を塞ぐ閉状態となり、第1弁体31が閉状態となると第2の溶液導入路22を開放する開状態となる第2弁体32とを備える。
The liquid
具体的な動作の状態を詳細に説明する。 A specific operation state will be described in detail.
水素発生物質28に押しバネ29で押し付けられ水素発生物質28の消費に伴い変位する押圧部30は、水素発生物質28の消費に伴いロッド部33を図の下方向に押圧する。ロッド部33に固定されている第1弁体31と第2弁体32は、ロッド部33の移動に伴い図の下方向に移動する。
The
図7の(a)は、水素発生物質28の残量は充分であり、押圧部30はロッド部33から離れた位置にある。このときロッド部33は、ロッドバネ25により図の上方向に押し上げられており、ロッド部33に固定された第1弁体31は、第1の溶液導入路21を開放する開状態の位置にあり、第2弁体32は、第2の溶液導入路22を塞ぐ閉状態の位置にある。このため、反応用溶液は、第1の溶液導入路21に供給される。図7の(b)は、水素発生物質28の残量が減少した場合を示す。このときロッド部33は、押圧部30により図の下方向に押し下げられ、ロッド部33に固定された第1弁体31は、第1の溶液導入路21を塞ぐ閉状態の位置に移動し、第2弁体32は、第2の溶液導入路22を開放する開状態の位置に移動する。このとき、反応用液体の送液は、第1の溶液導入路21から第2の溶液導入路22に切り換わる。
In FIG. 7A, the remaining amount of the
これにより、第1弁体、第2弁体、及び第1弁体と第2弁体を連結するロッド部を有することにより反応用溶液の送液の切り換えを容易に行うことができる。また、水素発生物質を、反応するに従って溶液導入路の開口部付近に押圧することができるため、水素発生物質が反応用溶液と反応し易くなる。よって、センサーや電気的な制御を必要としない簡単な構造により、安定した水素供給ができる。
(実施形態5)
図8に、本発明の第5実施形態例に係る水素発生装置に係る制御弁の構成を示す。
As a result, the first valve body, the second valve body, and the rod portion that connects the first valve body and the second valve body can be used to easily switch the liquid supply of the reaction solution. Further, since the hydrogen generating material can be pressed near the opening of the solution introduction path as it reacts, the hydrogen generating material easily reacts with the reaction solution. Therefore, stable hydrogen supply can be achieved with a simple structure that does not require a sensor or electrical control.
(Embodiment 5)
FIG. 8 shows the configuration of a control valve according to the hydrogen generator according to the fifth embodiment of the present invention.
本実施形態の制御弁50は、送液切り換え部55と駆動部54とで構成される。
The
送液切り換え部55は、連結部51と、連結部51に固定され、第1の溶液導入路21を開放し第2の溶液導入路22を塞ぐ第1状態と、第1の溶液導入路21を塞ぎ第2の溶液導入路22を開放する第2状態の、いずれか一方の状態に切り換わる第3弁体52と、第3弁体に固定された連結バネ521とを備える。
The liquid feed switching unit 55 is fixed to the connecting
駆動部54は、受圧変位部57と、受圧変位部57とシール部53とで仕切られた駆動部空間58と、連結部51に押し当てられるように配置されたストッパ体56とを備える。
The
制御弁50は、図8における受圧変位部57の上面が水素発生装置の反応容器2内の圧力を受ける様に設置される。受圧変位部57は、反応容器2内の圧力による下方向の力、連結バネ521により連結部51が押し上げられる上方向の力、駆動部空間58内の圧力による上方向の力、を受けて変形する、いわゆるダイヤフラム構造の隔壁である。また、上下方向に移動する、ピストン構造の隔壁であってもよい。
The
受圧変位部57の具体的な動作について詳細に説明する。
A specific operation of the pressure receiving
水素発生装置の反応容器2内の圧力による下方向の力をFi、連結バネ521により連結部51が押し上げられる上方向の力をFs、駆動部空間58内の圧力による上方向の力をFaとすると、Fi>Fs+Faのとき図8(A)の状態となり、Fi<Fs+Faのとき図8(B)の状態となる。図8(A)の状態とは上記の第1状態のことであり、図8(B)の状態とは上記の第2状態のことである。
The downward force due to the pressure in the
従って、図8(A)状態から(B)に切り換わる際の反応容器2内の圧力値(切換動作圧力)は、連結バネ521の強さと駆動部空間58内の圧力により調節することが可能である。また、受圧変位部57と連結部51を連結し、駆動部空間58内の圧力による上方向の力を利用して連結部33を移動させる構造とすることにより、連結バネ521を必要としない構造とすることも可能である。この場合、切換動作圧力の設定は駆動部空間58内の圧力のみで行う。
Therefore, the pressure value (switching operation pressure) in the
駆動部54の拡大図を図9(a)に示す。A−A面において駆動部54を上面から見た図を(b)に示す。
An enlarged view of the
ストッパ体56は、側面から連結部51に押し当てられるように配置される。例えば、図9(b)に示すように、ねじりばね60等を用いてストッパ体56を連結部51に押し当てると良い。連結部51の側面には、切欠き部59が設けられ、反応容器2内の圧力が低下し図8(B)状態となる、つまり、連結部51が上方向に押し上げられると、反応用溶液の送液が、第1の溶液導入路21から第2の溶液導入路22に切り換わると同時に、切欠き部59にストッパ体56が挿入され、連結部51は固定される。これにより、反応用溶液が、第2の溶液導入路を介し第2の水素発生物質に供給され、水素発生速度が回復し反応容器2内の圧力が上昇した際においても、連結部51は固定されているため、連結部51と連結した第3弁体52が下方向に移動し再び第1の溶液導入路21を開放することなく、第2の溶液導入路22への送液を継続することができる。
The
次に、図8の(A)状態から(B)状態に切り換わる際の反応容器2内の圧力値、切換動作圧力の設定方法を説明する。
Next, a method for setting the pressure value in the
図10に、水素発生装置運転時における反応容器2の内圧の推移の一例を示す。
FIG. 10 shows an example of the transition of the internal pressure of the
反応容器2内の圧力が設定値(送液設定圧力)まで低くなった時に反応用溶液を送液する送液手段を使用した例である。この場合、一の水素発生物質に対して一回以上、反応用溶液を供給することとなる。このとき、送液設定圧力より低く、使用する燃料電池の発電特性によって規定される最低必要圧力より高い圧力値を切換動作圧力として設定する。
This is an example using a liquid feeding means for feeding a reaction solution when the pressure in the
第1の溶液導入路21から第2の溶液導入路22への送液の切り換え動作について説明する。
The operation of switching the liquid feeding from the first
まず、第1の溶液導入路21を介し第1の水素発生物質に一定量の反応用溶液を供給すると水素が発生し、反応容器2内の圧力は上昇する。発生した水素が消費されると反応容器2内の圧力は低下するが、当該圧力が送液設定圧力まで低下すると、再び第1の水素発生物質へ反応用溶液を供給することにより、当該圧力は再び上昇する。この動作を繰り返し、第1の水素発生物質より水素を発生させる。そして、第1の水素発生物質へ反応用溶液を供給しても反応容器2内の圧力が上昇せず、切換動作圧力まで低下すると、図8(A)の状態から(B)の状態となる。つまり、受圧変位部57は上方向に変位し、第3弁体52は、第1の溶液導入路21を開放し第2の溶液導入路22を塞ぐ第1状態から、第1の溶液導入路21を塞ぎ第2の溶液導入路22を開放する第2状態へと切り換わり、反応用溶液は第2の溶液導入路22を介し第2の水素発生物質へ送液され、水素発生速度は回復する。
First, when a certain amount of reaction solution is supplied to the first hydrogen generating material via the first
この動作の繰り返しにより、複数設置された各水素発生物質に順次送液され、水素発生装置内の圧力を送液設定圧力付近に継続維持することが可能である。また、反応容器のセンサーや電気的な制御を必要としない簡単な構造により、安定した水素供給ができる。 By repeating this operation, liquid is sequentially fed to each of the plurality of hydrogen generating substances installed, and the pressure in the hydrogen generator can be continuously maintained near the liquid feeding set pressure. Moreover, a stable hydrogen supply can be achieved by a simple structure that does not require a reaction vessel sensor or electrical control.
なお、本実施形態5においても、実施形態2のように水素発生物質を一体としても構わない。 In the fifth embodiment, the hydrogen generating material may be integrated as in the second embodiment.
(実施形態6)
図11に基づいて燃料電池システムを説明する。
(Embodiment 6)
The fuel cell system will be described based on FIG.
図11に、本発明の一実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示す。本実施形態例は、図1に示した水素発生装置1を適用したものであるので、図1に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。
FIG. 11 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention. In this embodiment, since the
図11に示した燃料電池システムは、図1に示した水素発生装置1を燃料電池40に接続したシステムである。即ち、燃料電池40には燃料極室42が備えられ、燃料極室42は燃料電池セル41の燃料極に接する空間を構成している。燃料極室42には水素発生装置1の水素導出流路10が接続されている。
The fuel cell system shown in FIG. 11 is a system in which the
また、水素発生装置1の溶液流路4は溶液容器43に接続され、溶液容器43内の反応用溶液44が溶液送液手段3によって水素発生装置1に送られる。
The solution flow path 4 of the
水素発生装置1で発生した水素は水素導出流路10から燃料極室42に供給され、燃料極での燃料電池反応で消費される。燃料極室42の燃料極での水素の消費量は燃料電池40の出力に応じて決定される。
The hydrogen generated in the
尚、水素発生装置として、図5、図6の水素発生装置、及び図2、図7、図8の機構を用いた水素発生装置を適用することも可能である。 As the hydrogen generator, the hydrogen generators shown in FIGS. 5 and 6 and the hydrogen generator using the mechanisms shown in FIGS. 2, 7, and 8 can be applied.
上述した燃料電池設システムは、生成物による反応速度の低下の影響を抑制し、安定的に水素を供給する水素発生装置を備えた燃料電池システムとなる。 The fuel cell installation system described above is a fuel cell system including a hydrogen generator that suppresses the influence of a decrease in reaction rate due to a product and stably supplies hydrogen.
1 水素発生装置
2 反応容器
3 溶液送液手段
4 溶液流路
5 送液切換制御部
6 制御弁
7 溶液導入路
9、28 水素発生物質
10 水素導出流路
11 水素発生物質残量検知部
21 第1の溶液導入路
22 第2の溶液導入路
24 送液切り換え部
25 ロッドバネ
29 押しバネ
30 押圧部
31 第1弁体
32 第2弁体
33 ロッド部
40 燃料電池
41 燃料電池セル
42 燃料極室
43 溶液容器
44 反応用溶液
50 制御弁
51 連結部
52 第3弁体
521連結バネ
53 シール部
54 駆動部
55 送液切り換え部
56 ストッパ体
57 受圧変位部
58 駆動部空間
59 切欠き部
60 ストッパ押しバネ
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記反応用溶液を流通する溶液流路と、
前記反応用溶液を前記溶液流路に導入する溶液送液手段と、
前記反応用溶液を第1の水素発生物質に導入する第1の溶液導入路と、
前記反応用溶液を第2の水素発生物質に導入する第2の溶液導入路と、
前記反応容器内で発生した水素を排出する水素導出流路と、
前記第1の溶液導入路及び前記第2の溶液導入路のいずれか一方から他方に前記反応用溶液の送液を切り換える制御弁とを備え、
前記制御弁は、前記第1の水素発生物質の消費に伴って、前記第1の溶液導入路から前記第2の溶液導入路に送液を切り換える送液切り換え部を備えることを特徴とする水素発生装置。 A hydrogen generating substance is contained, and a reaction vessel for generating hydrogen by reacting the hydrogen generating substance and a reaction solution;
A solution flow path for circulating the reaction solution;
Solution feeding means for introducing the reaction solution into the solution flow path;
A first solution introduction path for introducing the reaction solution into the first hydrogen generating material;
A second solution introduction path for introducing the reaction solution into the second hydrogen generating material;
A hydrogen outlet passage for discharging hydrogen generated in the reaction vessel;
A control valve for switching the feeding of the reaction solution from one of the first solution introduction path and the second solution introduction path to the other;
The control valve includes a liquid feed switching unit that switches the liquid feed from the first solution introduction path to the second solution introduction path as the first hydrogen generating substance is consumed. Generator.
前記送液切り換え部は、前記水素発生物質の減少とともに前記押圧部により押圧され、前記第1の溶液導入路から前記第2の溶液導入路に送液を切り換えることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 The control valve includes a pressing portion that presses the hydrogen generating material as the hydrogen generating material reacts,
The liquid feeding switching unit is pressed by the pressing unit as the hydrogen generating material decreases, and switches the liquid feeding from the first solution introduction path to the second solution introduction path. The hydrogen generator described.
前記第1の溶液導入路を塞ぐ閉状態と前記第1の溶液導入路を開放する開状態のいずれか一方の状態に切り換わる第1弁体と、
前記第2の溶液導入路を塞ぐ閉状態と前記第2の溶液導入路を開放する開状態のいずれか一方の状態に切り換わる第2弁体と、
前記第1弁体と前記第2弁体とを連結し、前記押圧部の変位に伴って前記第1弁体を閉状態にするとともに前記第2弁体を開状態にするロッド部とを備えることを特徴とする請求項3に記載の水素発生装置。 The liquid feeding switching unit is
A first valve body that switches to one of a closed state that closes the first solution introduction path and an open state that opens the first solution introduction path;
A second valve body that switches to one of a closed state that closes the second solution introduction path and an open state that opens the second solution introduction path;
A rod portion that connects the first valve body and the second valve body, and closes the first valve body and displaces the second valve body in accordance with the displacement of the pressing portion; The hydrogen generator according to claim 3.
前記送液切り換え部は、前記反応容器内の圧力の低下に伴う前記受圧変位部の変位により、前記第1の溶液導入路から前記第2の溶液導入路に送液を切り換えることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 The control valve includes a pressure receiving displacement portion that is displaced with a change in pressure in the reaction vessel,
The liquid feeding switching unit switches the liquid feeding from the first solution introduction path to the second solution introduction path according to the displacement of the pressure receiving displacement part as the pressure in the reaction vessel decreases. The hydrogen generator according to claim 1.
前記第1の溶液導入路を開放し前記第2の溶液導入路を塞ぐ第1状態と、前記第1の溶液導入路を塞ぎ前記第2の溶液導入路を開放する第2状態の、いずれか一方の状態に切り換わる第3弁体と、
前記第3弁体と連結し、前記受圧変位部の変位に伴って前記第3弁体を前記第1状態から前記第2状態へ切り換える連結部とを備えることを特徴とする請求項5に記載の水素発生装置。 The liquid feeding switching unit is
One of a first state in which the first solution introduction path is opened and the second solution introduction path is closed, and a second state in which the first solution introduction path is closed and the second solution introduction path is opened. A third valve body that switches to one state;
6. A connecting portion that is connected to the third valve body and switches the third valve body from the first state to the second state in accordance with the displacement of the pressure receiving displacement portion. Hydrogen generator.
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