(57)【要約】【課題】均圧容器を備えるにもかかわらず、閉鎖空間外部の圧力変化量が大きい場合であっても、水素ガスの生成量を適切に調整することができる水素ガス生成装置を提供することにある。【解決手段】反応槽２２へ送給する原料スラリ１および反応水２の送給量を調整するポンプ２３ａ，２５ａ及び開閉バルブ２３ｂ，２５ｂと、反応槽から排出する廃液５の排出量を調整するポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂと、反応槽内の圧力を計測する圧力計２２ａと、反応槽内における反応水とスラリとの混合物３の液面を検出する液面検出器２２ｂと、閉鎖空間外部の圧力を計測する圧力計３１と、圧力計および液面検出器が計測したデータに基づき、前記ポンプおよび前記開閉バルブを制御する制御装置３０とを備え、原料スラリ１、反応水２、廃液５を貯留するタンク２４，２６，２８を、閉鎖空間外部の圧力と均圧する均圧容器とした。【選択図】図１
2014162664.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
閉鎖空間に設置され、燃料電池へ供給する水素ガスを生成する水素ガス生成装置であって、
反応槽と、
前記反応槽へ反応水を送給する反応水送給手段と、
前記反応槽への前記反応水の送給量を調整する反応水送給量調整手段と、
前記反応水送給手段が送給する前記反応水を貯留する反応水タンクと、
水との混和性を有すると共に水素化金属に対し非反応性を有する溶媒と当該水素化金属とを混合した原料スラリを貯留するスラリタンクと、
前記スラリタンク内の前記原料スラリを前記反応槽へ送給するスラリ送給手段と、
前記反応槽への前記原料スラリの送給量を調整するスラリ送給量調整手段と、
前記原料スラリと前記反応水とが反応して生じた廃液を前記反応槽内から排出する廃液排出手段と、
前記廃液排出手段が排出した前記廃液を貯留する廃液タンクと、
前記廃液タンクへの前記廃液の排出量を調整する廃液排出量調整手段と、
前記反応槽内の圧力を計測する反応槽圧力計測手段と、
前記反応槽内における前記反応水と前記原料スラリとの混合物の液面を検出する混合物液面検出手段と、
前記閉鎖空間外部の圧力を計測する外部圧力計測手段と、
前記反応槽圧力計測手段、前記混合物液面検出手段、および前記外部圧力計測手段が計測したデータに基づき、前記スラリ送給量調整手段、前記反応水送給量調整手段、前記廃液排出量調整手段を制御する制御手段と
を備え、
前記反応水タンク、前記スラリタンク、前記廃液タンクは、前記閉鎖空間外部の圧力と均圧する均圧容器である
ことを特徴とする水素ガス生成装置。
【請求項２】
請求項１に記載された水素ガス生成装置であって、
前記制御手段は、前記外部圧力計測手段が計測した圧力が所定の変化量ΔＰ以上変化している場合、前記反応槽内の圧力が前記閉鎖空間外部の圧力と同じになるように、前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段ならびに前記廃液排出量調整手段を制御する
ことを特徴とする水素ガス生成装置。
【請求項３】
請求項２に記載された水素ガス生成装置であって、
前記制御手段は、前記所定の変化量ΔＰが正であるときに、
前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が増加するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する、
または、
前記反応槽内からの前記廃液の排出量が減少するように前記廃液排出量調整手段を制御する、
もしくは、
前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が増加するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する一方、前記反応槽内からの前記廃液の排出量が減少するように前記廃液排出量調整手段を制御する
ことを特徴とする水素ガス生成装置。
【請求項４】
請求項２に記載された水素ガス生成装置であって、
前記制御手段は、前記所定の変化量ΔＰが負であるときに、
前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が減少するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する、
または、
前記反応槽内からの前記廃液の排出量が増加するように前記廃液排出量調整手段を制御する、
もしくは、
前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が減少するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する一方、前記反応槽内からの前記廃液の排出量が増加するように前記廃液排出量調整手段を制御する
ことを特徴とする水素ガス生成装置。
【請求項５】
請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載された水素ガス生成装置を備える
ことを特徴とする潜水機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池に供給する水素を生成する水素ガス生成装置およびこれを利用する潜水機に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、負極および正極に燃料および酸化剤をそれぞれ供給することにより発電している。前記燃料として水素ガスを用い、前記酸化剤として酸素ガスを用いたものがあり、水素ガスと酸素ガスとが電気化学的に反応することにより、水を生成すると共に、電力を得るようになっている。前記燃料電池は、前記水素ガスおよび前記酸素ガスを貯留するタンクを大きくすることによって発電時間を延ばすことができることから、長期運用に適した電源として知られている。前記燃料電池は、例えば、潜水機などの閉鎖空間内で使用される装置の電源として利用することが検討されている。
【０００３】
前記燃料電池を潜水機で利用する場合、前記水素ガスおよび前記酸素ガスを貯留する燃料タンクおよび酸化剤タンクを耐圧構造にする必要があり、これらタンクは通常の容器と比べて重量物であり大型であった。これらタンクを軽量化したものが発明されている。例えば、下記特許文献１は、液状金属水素化物を貯留する液状Ｈ2貯蔵体充填槽と、前記液状金属水素化物と水素発生促進剤との接触により発生した水素を分離後の排液を貯留する排液貯留槽とを備え、前記液状Ｈ2貯蔵体充填槽および前記排液貯留槽が、機外の水圧とほぼ均圧する均圧容器である水素発生装置を備えた潜水機を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１８７５９５号公報（例えば、段落［００２９］〜［００３６］、［図１］〜［図３］など参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した潜水機は、水面近傍から水中の深深度に亘って航行する機体である。そのため、上記特許文献１に記載の水素発生装置を備えた潜水機においては、安全且つ取扱い容易に水素ガスを発生できるものの、航行深度の変化量が大きいと、すなわち、機外の水圧の変化量が大きいと、液状Ｈ2貯蔵体充填槽から触媒充填槽への液状金属水素化物の供給量、および触媒充填槽から排液貯留槽への排液の排出量を制御できず、触媒充填槽において水素ガスの生成量を適切に調整することができなくなってしまう可能性があった。
【０００６】
このようなことから、本発明は、前述した課題を解決するために為されたものであって、均圧容器を備えるにもかかわらず、閉鎖空間外部の圧力の変化量が大きい場合であっても、水素ガスの生成量を適切に調整することができる水素ガス生成装置およびこれを利用する潜水機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上述した課題を解決する第１の発明に係る水素ガス生成装置は、閉鎖空間に設置され、燃料電池へ供給する水素ガスを生成する水素ガス生成装置であって、反応槽と、前記反応槽へ反応水を送給する反応水送給手段と、前記反応槽への前記反応水の送給量を調整する反応水送給量調整手段と、前記反応水送給手段が送給する前記反応水を貯留する反応水タンクと、水との混和性を有すると共に水素化金属に対し非反応性を有する溶媒と当該水素化金属とを混合した原料スラリを貯留するスラリタンクと、前記スラリタンク内の前記原料スラリを前記反応槽へ送給するスラリ送給手段と、前記反応槽への前記原料スラリの送給量を調整するスラリ送給量調整手段と、前記原料スラリと前記反応水とが反応して生じた廃液を前記反応槽内から排出する廃液排出手段と、前記廃液排出手段が排出した前記廃液を貯留する廃液タンクと、前記廃液タンクへの前記廃液の排出量を調整する廃液排出量調整手段と、前記反応槽内の圧力を計測する反応槽圧力計測手段と、前記反応槽内における前記反応水と前記原料スラリとの混合物の液面を検出する混合物液面検出手段と、前記閉鎖空間外部の圧力を計測する外部圧力計測手段と、前記反応槽圧力計測手段、前記混合物液面検出手段、および前記外部圧力計測手段が計測したデータに基づき、前記スラリ送給量調整手段、前記反応水送給量調整手段、前記廃液排出量調整手段を制御する制御手段とを備え、前記反応水タンク、前記スラリタンク、前記廃液タンクは、前記閉鎖空間外部の圧力と均圧する均圧容器であることを特徴とする。
【０００８】
上述した課題を解決する第２の発明に係る水素ガス生成装置は、前述した第１の発明に係る水素ガス生成装置であって、前記制御手段は、前記外部圧力計測手段が計測した圧力が所定の変化量ΔＰ以上変化している場合、前記反応槽内の圧力が前記閉鎖空間外部の圧力と同じになるように、前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段ならびに前記廃液排出量調整手段を制御することを特徴とする。
【０００９】
上述した課題を解決する第３の発明に係る水素ガス生成装置は、前述した第２の発明に係る水素ガス生成装置であって、前記制御手段は、前記所定の変化量ΔＰが正であるときに、前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が増加するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する、または、前記反応槽内からの前記廃液の排出量が減少するように前記廃液排出量調整手段を制御する、もしくは、前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が増加するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する一方、前記反応槽内からの前記廃液の排出量が減少するように前記廃液排出量調整手段を制御することを特徴とする。
【００１０】
上述した課題を解決する第４の発明に係る水素ガス生成装置は、前述した第２の発明に係る水素ガス生成装置であって、前記制御手段は、前記所定の変化量ΔＰが負であるときに、前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が減少するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する、または、前記反応槽内からの前記廃液の排出量が増加するように前記廃液排出量調整手段を制御する、もしくは、前記反応槽内への前記原料スラリおよび前記反応水の送給量が減少するように前記スラリ送給量調整手段および前記反応水送給量調整手段を制御する一方、前記反応槽内からの前記廃液の排出量が増加するように前記廃液排出量調整手段を制御することを特徴とする。
【００１１】
上述した課題を解決する第５の発明に係る潜水機は、前述した第１乃至第４の発明の何れか一つに係る水素ガス生成装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明に係る水素ガス生成装置によれば、反応水タンク、スラリタンク、廃液タンクが、閉鎖空間外部の圧力と均圧する均圧容器であるにもかかわらず、閉鎖空間外部の圧力の変化量が大きい場合であっても、反応槽への原料スラリおよび反応水の送給量を調整することができると共に、前記反応槽からの前記廃液の排出量を調整することができることから、前記反応槽での水素ガスの生成量を適切に調整することができる。
【００１３】
第２の発明に係る水素ガス生成装置によれば、閉鎖空間外部の圧力の変化量が大きい場合であっても、反応槽内で生成する水素ガスの生成量を適切に制御することができる。
【００１４】
第３の発明に係る水素ガス生成装置によれば、閉鎖空間外部の圧力が急激に大きくなる場合であっても、反応槽内で生成する水素ガスの生成量を適切に調整することができる。
【００１５】
第４の発明に係る水素ガス生成装置によれば、閉鎖空間外部の圧力が急激に小さくなる場合であっても、反応槽内で生成する水素ガスの生成量を適切に調整することができる。
【００１６】
第５の発明に係る潜水機によれば、上述した第１乃至第４の発明に係る水素ガス生成装置を備えることにより、潜入動作や浮上動作により閉鎖空間外部の圧力が急激に変わる場合であっても、反応槽での水素ガスの生成量を適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る水素ガス生成装置およびこれを利用する潜水機の一実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る水素ガス生成装置およびこれを利用する潜水機のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明に係る水素ガス生成装置およびこれを利用する潜水機を好適に実施するための形態を図面に基づいて説明するが、本発明は、図面に基づいて説明する以下の実施形態のみに限定されるものではない。
【００１９】
本発明に係る水素ガス生成装置およびこれを利用する潜水機の一実施形態を図１および図２に基づいて説明する。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る潜水機１００は、燃料電池１０を備えると共に、燃料電池１０の負極（図示せず）へ供給する燃料である水素ガス４を生成する水素ガス生成装置２０を備える。なお、燃料電池１０は酸素ガス供給源（図示せず）を備えており、当該燃料電池１０の正極（図示せず）には、前記酸素ガス供給源からの酸素ガスが供給されている。
【００２１】
水素ガス生成装置２０は、燃料電池１０の燃料極へ水素ガス４を供給する水素ガス供給管２１を備える。水素ガス供給管２１には、流量調整バルブ２１ａが設けられる。
【００２２】
水素ガス供給管２１の基端側は、反応槽２２の天井部と接続している。反応槽２２には、当該反応槽２２内に原料スラリ１を送給するスラリ送給管２３の先端側が接続している。スラリ送給管２３の基端側には、原料スラリ１を貯留する均圧スラリタンク２４が接続している。スラリ送給管２３の途中には、スラリ送給ポンプ２３ａおよび開閉バルブ２３ｂが設けられる。
【００２３】
前記原料スラリ１としては、水との反応で水素を生成するものであって、例えば、水素化金属（例えば、水素化マグネシウム（ＭｇＨ2）、水素化アルミニウム（ＡｌＨ3）、水素化カルシウム（ＣａＨ2）、水素化リチウム（ＬｉＨ）、水素化カリウム（ＫＨ）、水素化ナトリウム（ＮａＨ）など）の粉体と、当該水素化金属に対し非反応性を有すると共に水との混和性を有する溶媒とを混合したものを用いることが可能である。前記溶媒として、例えば、アセトン、１−ブタノール、炭素数５以上のアルコール類（例えば、ペンタノール、ヘキサノール、シクロヘキサノールなど）、グリコール類（例えば、エチレングリコール、プロピレングリコール、グリセリン、ポリエチレングリコールなど）、有機塩基類（例えば、エチレンジアミン、ピリジンなど）、有機酸類（例えば、酢酸、プロピオン酸、メタンスルホン酸など）、カチオン性界面活性剤（例えば、モノアルキルアンモニウムクロライド（第４級アンモニウム塩）、ジアルキルアンモニウムクロライド、ポリアルキレンオキシ化アルキルメチルアンモニウムクロライドなど）、非イオン性界面活性剤（例えば、ポリオキシエチレンアルキルエーテル、ポリオキシアルキレンアルキルエーテル、脂肪酸メチルエステルエトキシレート、脂肪酸ジエステル、アルキルグルコシドなど）などを用いることが可能である。
また、前記原料スラリ１として、例えば、活性アルミニウム微粒子またはアルミニウム微粒子と、フロン液、酢酸液、またはグリコール液とを混合した活性アルミニウム微粒子スラリまたはアルミニウム微粒子スラリなどを用いることも可能である。
【００２４】
スラリ送給管２３には、当該スラリ送給管２３内に反応水２を送給する反応水送給管２５の先端側が連通している。反応水送給管２５の基端側には、反応水２を貯留する均圧反応水タンク２６が接続している。反応水送給管２５の途中には、反応水送給ポンプ２５ａおよび開閉バルブ２５ｂが設けられる。
【００２５】
反応槽２２の底部には、反応槽２２内で生じた廃液５を排出する廃液排出管２７の基端側が接続している。廃液排出管２７の先端側には、廃液５を貯留する均圧廃液タンク２８が接続している。廃液排出管２７の途中には、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂが設けられる。
【００２６】
反応槽２２には、内部の原料スラリ１と反応水２との混合物３を撹拌する撹拌装置２９が設けられる。撹拌装置２９は、モータ２９ａと、モータ２９ａの軸体２９ｂの先端部近傍に設けられたパドル２９ｃとを備える。なお、モータ２９ａは、反応槽２２の天井部外側に設けられる。軸体２９ｂは、反応槽２２の高さ方向に延在して配置される。
【００２７】
前記均圧スラリタンク２４、前記均圧反応水タンク２６、前記均圧廃液タンク２８は、機外（閉鎖空間外部）の水圧を受圧して当該機外の水圧とほぼ均圧する容器である。これらタンク２４，２６，２８として、例えば、可撓性を有する材料からなるチューブ、ベローズ、受圧ピストン、ブラダなどを用いることが可能である。
【００２８】
上述した水素ガス供給管２１、反応槽２２、均圧スラリタンク２４、均圧反応水タンク２６、および均圧廃液タンク２８には、圧力計２１ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａがそれぞれ設けられる。上述した反応槽２２には、液面検出器（液面センサ）２２ｂが設けられており、原料スラリ１と反応水２との混合物３の上面の高さを検出可能になっている。潜水機１００は、機外（閉鎖空間外部）の水圧（圧力）を計測する圧力計（水圧センサ）３１を備える。
【００２９】
水素ガス生成装置２０は、入力側が、圧力計２１ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３１の出力側と接続すると共に、液面検出器２２ｂの出力側と接続する制御装置３０を備える。なお、制御装置３０の入力側は、燃料電池１０の出力側とも接続している。制御装置３０の出力側は、ポンプ２３ａ，２５ａ，２７ａの入力側と接続し、流量調整バルブ２１ａの入力側と接続し、開閉バルブ２３ｂ，２５ｂ，２７ｂの入力側と接続し、撹拌装置２９のモータ２９ａの入力側と接続している。すなわち、制御装置３０は、各種計測器２１ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３１，２２ｂなどで計測した各種データに基づき各機器２１ａ，２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９ａなどを制御可能になっている。
【００３０】
なお、前記反応槽２２、前記水素ガス供給管２１、および前記流量調整バルブ２１ａなどは、例えば、潜水機１００の最大潜航深度が６０００ｍであれば、その深度圧力に相当する６０ＭＰａ程度の圧力に耐えることが可能な耐圧構造をなしている。
【００３１】
このような本実施形態においては、前記水素ガス供給管２１および前記流量調整バルブ２１ａなどが水素ガス供給手段を構成し、前記均圧スラリタンク２４、前記スラリ送給管２３、前記スラリ送給ポンプ２３ａ、前記開閉バルブ２３ｂなどがスラリ送給手段を構成し、前記スラリ送給ポンプ２３ａおよび前記開閉バルブ２３ｂなどがスラリ送給量調整手段を構成し、前記均圧スラリタンク２４などがスラリタンクを構成し、前記均圧反応水タンク２６、前記反応水送給管２５、前記反応水送給ポンプ２５ａ、前記開閉バルブ２５ｂ、および前記スラリ送給管２３などが前記反応水送給手段を構成し、前記反応水送給ポンプ２５ａおよび前記開閉バルブ２５ｂなどが反応水送給量調整手段を構成し、前記均圧反応水タンク２６などが反応水タンクを構成し、前記廃液排出管２７、前記廃液排出ポンプ２７ａ、前記開閉バルブ２７ｂ、および前記均圧廃液タンク２８などが廃液排出手段を構成し、前記廃液排出ポンプ２７ａ、および前記開閉バルブ２７ｂなどが廃液排出量調整手段を構成し、前記均圧廃液タンク２８などが廃液タンクを構成し、前記圧力計２２ａなどが反応槽圧力計測手段を構成し、前記圧力計２４ａなどがスラリタンク圧力計測手段を構成し、前記圧力計２６ａなどが反応水タンク圧力計測手段を構成し、前記圧力計２８ａなどが廃液タンク圧力計測手段を構成し、前記圧力計３１などが外部圧力計測手段を構成し、前記液面検出器２２ｂなどが混合物液面検出手段を構成し、前記水素ガス供給管２１、前記流量調整バルブ２１ａ、前記反応槽２２、前記スラリ送給管２３、前記スラリ送給ポンプ２３ａ、前記開閉バルブ２３ｂ、前記均圧スラリタンク２４、前記反応水送給管２５、前記反応水送給ポンプ２５ａ、前記開閉バルブ２５ｂ、前記均圧反応水タンク２６、前記廃液排出管２７、前記廃液排出ポンプ２７ａ、前記開閉バルブ２７ｂ、前記均圧廃液タンク２８、前記撹拌装置２９、前記圧力計２１ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，３１、前記液面検出器２２ｂ、および前記制御装置３０などが前記水素ガス生成装置２０を構成し、前記燃料電池１０、前記水素ガス生成装置２０、および前記制御装置３０などが前記潜水機１００を構成している。
【００３２】
次に、上述した水素ガス生成装置２０及びこれを利用する潜水機１００の作動を説明する。
【００３３】
＜基本動作＞
制御装置３０は、均圧スラリタンク２４に貯留される原料スラリ１と均圧反応水タンク２６に貯留される反応水２とを一定比率で反応槽２２に送給するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御している。これにより、反応槽２２内にて、原料スラリ１と反応水２とが混合した混合物３となっている。制御装置３０は、必要に応じて、反応槽２２内の混合物３を撹拌するように、撹拌装置３９を制御している。これにより、水素ガス４を生成すると共に、混合物３が水素ガス４を生成した後の残滓である廃液５を生成することになる。続いて、制御装置３０は、反応槽２２内にある廃液５を均圧廃液タンク２８に排出するようにポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する一方、反応槽２２内にある水素ガス４を燃料電池１０へ供給するように流量調整バルブ２１ａを制御する。
【００３４】
反応槽２２への原料スラリ１および反応水２の送給量は、燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量に応じて制御される。つまり、制御装置３０は、燃料電池１０の出力、圧力計２２ａが計測した反応槽２２内の圧力、液面検出器２２ｂが検出した反応槽２２内の混合物３の高さ（液面）、圧力計３１が計測した周囲の水圧などの各種データの一部、もしくは組み合わせに基づき、反応槽２２への原料スラリ１および反応水２の送給量を演算している。
なお、反応槽２２内の気相及び液相、すなわち、混合物３の液面は、水素発生量、燃料電池１０への水素供給圧力、深度変化量（海水圧変化量）、反応槽２２の耐圧構造などによって所定の値に設定される。
【００３５】
例えば、燃料電池１０の発電量が１ｋＷである場合、必要な水素量は、燃料電池１０の発電効率を５０％とすると熱量ベースで２倍の２ｋＷ分程度の供給が必要となる（５６０Ｎｌ／ｈｒ）。燃料電池１０への水素供給圧力を０．６ＭＰａとし、深度変化を０〜６０００ｍとすると、海水圧変化は０〜６０ＭＰａである。このとき、運用中の反応槽２２内の圧力は、０．６ＭＰａ〜６０ＭＰａの間で変化することになる。
【００３６】
＜定常動作：海面近傍＞
潜水機１００が海面近傍を航行しているときの作動について、以下に説明する。
均圧スラリタンク２４と均圧反応水タンク２６は、ほぼ大気圧（０．１ＭＰａ）であり、燃料電池１０での水素ガス４の作動圧力は０．３ＭＰａであることから、制御装置３０は、原料スラリ１と反応水２を０．６ＭＰａ以上に昇圧して反応槽２２内へ所定の比率で送給するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。つまり、制御装置３０は、燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量が反応槽２２内で生じるように、反応槽２２内への原料スラリ１および反応水２の送給量を制御している。
【００３７】
反応槽２２内では、原料スラリ１と反応水２が反応し、反応槽２２内の圧力と等しい水素ガス４が発生することになる。前記水素ガス４は、水素ガス供給管２１を介し、流量調整バルブ２１ａにより流量が調整されて、燃料電池１０に供給される。
【００３８】
また、反応槽２２内では、水素ガス４を生じた後の残滓である廃液５も生成する。廃液５は、廃液排出管２７により反応槽２２内から排出されて均圧廃液タンク２８に貯留されることになる。このとき、反応槽２２内の圧力が０．６ＭＰａで、均圧廃液タンク２８内の圧力がほぼ大気圧（０．１ＭＰａ）であることから、廃液排出ポンプ２７ａによる移送力はほとんど必要がないことになる。廃液５の排出量は、反応槽２２内に送給されてくる原料スラリ１と反応水２とが反応して生じた生成物である水素ガス４および廃液５と釣り合うように制御される。制御装置３０は、例えば、液面検出器２２ｂが検出した反応槽２２内の混合物３の液面を一定に保持するように各機器を制御している。
【００３９】
＜定常動作：深深度＞
潜水機１００が海中の深深度を航行しているときの作動について、以下に説明する。
潜水機１００の潜航深度が、例えば１０００ｍであった場合、均圧スラリタンク２４と均圧反応水タンク２６は、１０ＭＰａであることから、制御装置３０は、原料スラリ１と反応水２を昇圧せずに反応槽２２内へ所定の比率で送給するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御している。つまり、制御装置３０は、燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量が反応槽２２内で生じるように、反応槽２２内への原料スラリ１および反応水２の送給量を制御している。
【００４０】
反応槽２２内では、原料スラリ１と反応水２が反応し、反応槽２２内の圧力と等しい水素ガス４が発生することになる。前記水素ガス４は、水素ガス供給管２１を介し、流量調整バルブ２１ａにより流量が調整されて、燃料電池１０に供給される。
【００４１】
反応槽２２内で生成した廃液５は、廃液排出管２７により反応槽２２内から排出されて均圧廃液タンク２８に貯留されることになる。このとき、反応槽２２内の圧力と均圧廃液タンク２８内の圧力とは、ともに１０ＭＰａであることから、反応槽２２内の廃液５は、ポンプ２７ａによって排出される。廃液５の排出量は、反応槽２２内に送給されてくる原料スラリ１と反応水２が反応して生じた生成物である水素ガス４および廃液５と釣り合うように制御される。制御装置３０は、例えば、液面検出器２２ｂが検出した反応槽２２内の混合物３の液面を一定に保持するように各機器を制御している。
【００４２】
＜潜入動作：深度増加＞
潜水機１００が潜入動作し、潜水機１００の深度が増加するときの作動について、以下に説明する。
潜水機１００が潜入動作をしているとき、制御装置３０は、潜水機１００の深度の増加に対応して、反応槽２２内の圧力が増加するように各種機器を制御している。
【００４３】
制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも増やすように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が増加する一方、気相が占める空間体積が減少（圧縮）し、前記気相の圧力が上昇することになる。
【００４４】
または、制御装置３０は、反応槽２２内から廃液５の排出が停止するように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が増加する一方、気相が占める空間体積が減少（圧縮）し、前記気相の圧力が上昇することになる。
【００４５】
もしくは、制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも増やすように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する一方、反応槽２２内から廃液５の排出が停止するように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が増加する一方、気相が占める空間体積が減少（圧縮）し、前記気相の圧力が上昇することになる。
【００４６】
そして、上述の各種機器の制御は、反応槽２２内の圧力が、潜航によって上昇する海水圧と同じになるまで実施される。
【００４７】
＜潜入動作から巡航動作へ＞
潜水機１００が潜入動作から巡航動作へ変わるときの作動について、以下に説明する。
潜水機１００が潜航深度を変える動作である上述の潜入動作が完了し、巡航状態になると、海水圧の変化が無くなる。制御装置３０は、反応槽２２内の圧力が海水圧とほぼ同等になったときには、反応槽２２内の廃液５を排出するように廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御すると共に、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量と同じになるように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。廃液５の排出量は、反応槽２２内に送給されてくる原料スラリ１と反応水２とが反応して生じた生成物である水素ガス４および廃液５と釣り合うように制御される。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積と、気相が占める空間体積とは、釣り合うことになる。
【００４８】
＜浮上動作：深度減少＞
潜水機１００が浮上動作し、潜水機１００の深度が減少するときの作動について、以下に説明する。例えば、潜水機１００が浮上する前に、深度１０００ｍを巡航していた場合には、均圧スラリタンク２４、均圧反応水タンク２６、均圧廃液タンク２８は、１０ＭＰａであり、反応槽２２内の圧力も１０ＭＰａである。潜水機１００が浮上することによって、均圧スラリタンク２４内の圧力、均圧反応水タンク２６内の圧力、均圧廃液タンク２８の圧力が下降することになる。
よって、潜水機１００が浮上動作をしているときに、制御装置３０は、潜水機１００の深度の減少に対応して、反応槽２２内の圧力が減少するように各種機器を制御している。
【００４９】
制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも減らすように、または反応槽内２２への原料スラリ１および反応水２の送給を停止するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が減少する一方、気相が占める空間体積が増加し、前記気相の圧力が減少することになる。
【００５０】
または、制御装置３０は、反応槽２２内から排出される廃液５の排出量を反応槽２２内で生成する廃液５の生成量よりも増やすように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が減少する一方、気相が占める空間体積が増加し、前記気相の圧力が減少することになる。
【００５１】
もしくは、制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも減らすように、または反応槽内２２への原料スラリ１および反応水２の送給を停止するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する一方、反応槽２２内から排出される廃液５の排出量を反応槽２２内で生成する廃液５の生成量よりも増やすように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が減少する一方、気相が占める空間体積が増加し、前記気相の圧力が減少することになる。
【００５２】
そして、上述の各種機器の制御は、反応槽２２内の圧力が、浮上によって下降する海水圧と同じになるまで実施される。
【００５３】
＜浮上動作から巡航動作へ＞
潜水機１００が浮上動作から巡航動作へ変わるときの作動について、以下に説明する。
潜水機１００が潜航深度を変える動作である上述の浮上動作が完了し、巡航状態になると、海水圧の変化が無くなる。制御装置３０は、反応槽２２内の圧力が海水圧とほぼ同等なったときには、反応槽２２内から排出される廃液５の排出量が、反応槽２２内に送給されてくる原料スラリ１と反応水２とが反応して生じた生成物である水素ガス４および廃液５と釣り合うように廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御すると共に、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量と同じになるように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積と、気相が占める空間体積とは、釣り合うことになる。
【００５４】
すなわち、上述した水素ガス生成装置２０およびこれを利用する潜水機１００においては、上述の制御装置３０は、潜入動作もしくは浮上動作を行う場合、図２に示す制御フローに基づき各種機器を制御することになる。
【００５５】
まず、制御装置３０は、圧力計３１が計測した圧力が所定の変化量ΔＰ（例えば、０．１ＭＰａ）以上変化したかを判定する（ステップＳ１）。
【００５６】
前記圧力が前記所定の変化量ΔＰ以上変化した場合には、ステップＳ２に進み、潜入動作もしくは浮上動作に応じた制御を行うことになる。なお、前記圧力が前記所定の変化量ΔＰまで変化しない場合には、潜入動作もしくは浮上動作に応じた制御を行う必要が無いと判断し、図２に示すフローによる制御を終了することになる。
【００５７】
ステップＳ２にて、前記所定の変化量ΔＰが正の値であるかを判定する。前記所定の変化量ΔＰが正の値であるときには、ステップＳ３に進み、潜入動作に応じた制御を行うことになる。他方、前記所定の変化量ΔＰが正の値ではないとき、すなわち、前記所定の変化量ΔＰが負の値であるときには、ステップＳ５に進み、浮上動作に応じた制御を行うことになる。
【００５８】
ステップＳ３にて、制御装置３０は、各種機器を制御することにより、反応槽２２内にて液相の占める空間体積を増加させる。つまり、制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも増やすように、ポンプ２３ａ，２５ａおよびバルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。または、制御装置３０は、反応槽２２内から廃液５の排出が停止するように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。もしくは、制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも増やすように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する一方、反応槽２２内から廃液５の排出が停止するように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が増加する一方、気相が占める空間体積が減少（圧縮）し、前記気相の圧力が上昇することになる。
【００５９】
続いて、ステップＳ４に進み、このステップＳ４にて、制御装置３０は、反応槽２２内の圧力が機外の圧力と同じであるかを判定する。反応槽２２内の圧力が機外の圧力と同じでない場合には、ステップＳ３に戻り、反応槽２２内の圧力が機外の圧力と同じである場合には、図２に示すフローによる制御を終了することになる。
【００６０】
ステップＳ５にて、制御装置３０は、各種機器を制御することにより、反応槽２２内にて液相の占める空間体積を減少させる。つまり、制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも減らすように、または反応槽内２２への原料スラリ１および反応水２の送給を停止するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する。または、制御装置３０は、反応槽２２内から排出される廃液５の排出量を反応槽２２内で生成する廃液５の生成量よりも増やすように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。もしくは、制御装置３０は、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を燃料電池１０の運転で必要となる水素ガス４の必要量よりも減らすように、または反応槽内２２への原料スラリ１および反応水２の送給を停止するように、ポンプ２３ａ，２５ａおよび開閉バルブ２３ｂ，２５ｂを制御する一方、反応槽２２内から排出される廃液５の排出量を反応槽２２内で生成する廃液５の生成量よりも増やすように、廃液排出ポンプ２７ａおよび開閉バルブ２７ｂを制御する。これにより、反応槽２２内にて、混合物３（液相）が占める空間体積が減少する一方、気相が占める空間体積が増加し、前記気相の圧力が減少することになる。
【００６１】
続いて、ステップＳ６に進み、このステップＳ６にて、制御装置３０は、反応槽２２内の圧力が機外の圧力と同じであるかを判定する。反応槽２２内の圧力が機外の圧力と同じでない場合には、ステップＳ５に戻り、反応槽２２内の圧力が機外の圧力と同じである場合には、図２に示すフローによる制御を終了することになる。
【００６２】
したがって、本実施形態によれば、潜航動作や浮上動作により機外の水圧が急激に変化し、均圧スラリタンク２４、均圧反応水タンク２６、均圧廃液タンク２８に作用して、これらタンク２４，２６，２８が前記機外の水圧と均圧になったとしても、圧力計３１が計測した機外の圧力が所定の変化量ΔＰ以上変化したときに、制御装置３０が、各種計測器２１ｂ，２２ａ，２４ａ，２６ａ，２８ａ，２２ｂで計測した各種データに基づき各種機器２１ａ，２３ａ，２３ｂ，２５ａ，２５ｂ，２７ａ，２７ｂ，２９を制御し、反応槽２２への原料スラリ１および反応水２の送給量を制御すると共に、反応槽２２からの廃液５の排出量を制御することができることから、反応槽２２内で生成する水素ガス４の生成量を適切に制御することができ、これにより、燃料電池１０へ供給する水素ガス４の供給量を適切に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６３】
本発明に係る水素ガス生成装置及びこれを利用した潜水機は、均圧容器を備えるにもかかわらず、閉鎖空間外部の圧力の変化量が大きい場合であっても、水素ガスの生成量を適切に調整することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【符号の説明】
【００６４】
１              原料スラリ
２              反応水（水）
３              混合物
４              水素ガス（燃料）
５              廃液
１０            燃料電池
２０            水素ガス生成装置
２１            水素ガス供給管
２１ａ          流量調整バルブ
２１ｂ          圧力計
２２            反応槽
２２ａ          圧力計
２２ｂ          液面検出器（液面センサ）
２３            スラリ送給管
２３ａ          スラリ送給ポンプ
２３ｂ          開閉バルブ
２４            均圧スラリタンク
２４ａ          圧力計
２５            反応水送給管
２５ａ          反応水送給ポンプ
２５ｂ          開閉バルブ
２６            均圧反応水タンク
２６ａ          圧力計
２７            廃液排出管
２７ａ          廃液排出ポンプ
２７ｂ          開閉バルブ
２８            均圧廃液タンク
２８ａ          圧力計
２９            撹拌装置
２９ａ          モータ
２９ｂ          軸体
２９ｃ          パドル
３０            制御装置
３１            圧力計
１００          潜水機
【図１】
2014162664.tif 000003
【図２】
2014162664.tif 000004