(57)【要約】化学的水素化物水素生成システム及びそれを備えたエネルギーシステムが提供される。この水素生成システムは、化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、触媒を含む反応器と、前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵手段から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給手段と、反応中に前記溶液の溶媒を前記化学的水素化物溶液に連続的に供給するための第２の供給手段とを含む。また、このエネルギーシステムは、前記水素生成システムと、水素及び酸化体から電気と水を生成するための燃料電池と、前記燃料電池で生成された水を回収し、反応中にこの回収した水を前記化学的水素化物溶液に供給するための手段とを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
化学的水素化物溶質を溶媒に溶かした溶液から成る化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器と、
前記貯蔵装置と前記反応器との間に接続され、前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵装置から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給装置とを含む、
化学的水素化物水素生成システムであって、
使用時に前記化学的水素化物が消費されるにつれて、前記化学的水素化物溶液に追加の溶媒を送給するための送給手段をさらに含む、
化学的水素化物水素生成システム。
【請求項２】
前記化学的水素化物溶液がホウ化水素水溶液である、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項３】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＭＢxＨy（Ｍは金属）の形態をした水溶液である、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項４】
前記溶質が、ＮａＢＨ4、ＬｉＢＨ4、ＫＢＨ4、ＲｂＢＨ4から成る群から選択される、請求項３に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項５】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＮａＢＨ4と５重量％未満のＬｉＢＨ4とから成る水溶液である、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項６】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＮＨ3ＢＨ3の水溶液である、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項７】
前記化学的水素化物溶液が凍結点降下剤をさらに含む、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項８】
前記凍結点降下剤がグリセロールである、請求項７に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項９】
前記グリセロールの濃度が５重量％未満である、請求項８に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１０】
前記グリセロールの濃度が１重量％である、請求項９に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１１】
前記化学的水素化物溶液がアルカリ添加剤をさらに含む、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１２】
前記アルカリ添加剤がＬｉＯＨ、ＫＯＨ、及びＮａＯＨから選択される、請求項１１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１３】
前記アルカリ添加剤が０．１重量％のＮａＯＨである、請求項１１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１４】
前記貯蔵装置と前記反応器との間における前記溶液の戻りラインと、前記反応器内の水素圧が第１の値に達すると前記第１の供給手段を停止させると共に、前記反応器内の水素圧が前記第１の値よりも低い第２の値まで低下すると前記第１の供給手段を起動させるように作動する流量制御手段とをさらに含む、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１５】
別々に、前記反応器から熱を取り除いたり前記反応器に熱を加えたりすることのできる、前記反応器用の熱交換器をさらに含む、請求項１〜１４のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１６】
水素及び酸化体から電気と水を生成するための燃料電池を備え、
化学的水素化物溶質を溶媒に溶かした溶液から成る化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器と、
前記貯蔵装置と前記反応器との間に接続され、前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵装置から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給手段とを含む、化学的水素化物水素生成システムを備え、
水素を前記燃料電池に供給するための、前記反応器と前記燃料電池との間における接続部を備え、
使用時に前記化学的水素化物溶液が消費されるにつれて、前記燃料電池で生成された水を回収し、反応中にこの回収した水を前記化学的水素化物溶液に供給するための回収手段を備える、
エネルギーシステム。
【請求項１７】
前記回収手段が気体−水分離器を含む、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項１８】
前記回収手段が、前記燃料電池と前記気体−水分離器との間に触媒バーナーをさらに含み、該触媒バーナーが、前記燃料電池の余分な酸化体及び水素が流出する流出口に接続された流入口を有することによって、前記燃料電池からの未反応の水素と排気中の酸素とを反応させて水を生成する、請求項１７に記載のエネルギーシステム。
【請求項１９】
前記燃料電池の余分な水素が流出する流出口と、前記触媒バーナーと、前記燃料電池の流入口に接続された水素リサイクルラインとに接続された第１のバルブをさらに備えることによって、選択的に、第１の方式では反応後に前記燃料電池から出て行く余分な水素を前記燃料電池に戻るように循環させ、第２の方式では前記水素を前記燃料電池から前記触媒バーナーへ供給する、請求項１８に記載のエネルギーシステム。
【請求項２０】
前記第１の方式と前記第２の方式との間で前記第１のバルブを切り替えるように作動する第１の制御手段をさらに備える、請求項１９に記載のエネルギーシステム。
【請求項２１】
前記接続部が、前記反応器で生成された水素を前記燃料電池に供給する前に精製するための濾過手段を、前記反応器と前記燃料電池との間にさらに含む、請求項１６〜２０のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２２】
前記反応器内の水素圧が第１の値に達すると前記第１の供給手段を停止させると共に、前記反応器内の水素圧が前記第１の値よりも低い第２の値まで低下すると前記第１の供給手段を起動させるように作動する第２の制御手段をさらに備える、請求項１６〜２０のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２３】
選択的に前記反応器から熱を取り除いたり前記反応器を加熱したりすることによって水素生成反応を制御する、前記反応器用の熱交換手段をさらに備える、請求項１６〜２０のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２４】
前記化学的水素化物溶液がホウ化水素水溶液である、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項２５】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＭＢxＨy（Ｍは金属）の形態をした水溶液である、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項２６】
前記溶質が、ＮａＢＨ4、ＬｉＢＨ4、ＫＢＨ4、ＲｂＢＨ4から成る群から選択される、請求項２５に記載のエネルギーシステム。
【請求項２７】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＮａＢＨ4及び５％未満のＬｉＢＨ4である水溶液である、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項２８】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＮＨ3ＢＨ3の水溶液である、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項２９】
前記化学的水素化物溶液が凍結点降下剤をさらに含む、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項３０】
前記凍結点降下剤がグリセロールである、請求項２９に記載のエネルギーシステム。
【請求項３１】
前記グリセロールの濃度が５重量％未満である、請求項３０に記載のエネルギーシステム。
【請求項３２】
前記グリセロールの濃度が１重量％である、請求項３１に記載のエネルギーシステム。
【請求項３３】
前記化学的水素化物溶液がアルカリ添加剤をさらに含む、請求項１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項３４】
前記アルカリ添加剤がＬｉＯＨ、ＫＯＨ、及びＮａＯＨから選択される、請求項３３に記載のエネルギーシステム。
【請求項３５】
前記アルカリ添加剤が０．１重量％のＮａＯＨである、請求項３４に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項３６】
前記燃料電池が、複数の燃料電池を含む燃料電池スタックから構成される、請求項１６〜２０のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３７】
水素を生成し燃料電池に供給する方法であって、
（ａ）溶媒と該溶媒中に溶解した化学的水素化物とから成る溶液を供給することと、
（ｂ）水素が要求されたときに、前記溶液を、前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器に供給することと、
（ｃ）生成された水素を前記燃料電池に送給することと、
（ｄ）前記燃料電池で水素を消費することから生じる水を回収することと、
（ｅ）回収した水を前記溶液に供給し、前記水素化物の水素を生成する反応中に消費された水を補うと共に、水素生成反応による生成物の濃度レベルを適当なレベルに維持できるようにすることによって、水素の生成を制限する傾向にある、前記生成物の沈澱が始まるのを遅らせることと、
を含む、前記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成システムに関し、より詳細には、燃料電池システムと組み合わせた化学的水素化物水素生成システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水素は、環境に優しい未来の無公害燃料として認められてきたので、発電システムにおいて様々な用途がある。例えば、水素は、燃料電池用の、特に、水素及び空気を用いて発電し、副生成物としては水しか生成しない、固体高分子型燃料電池用の燃料として用いることができる。燃料電池は、無公害で環境に優しいエネルギーを生成するので、従来の発電器に代わるものとして開発が進められている。しかしながら、このような燃料電池には、水素を外部から供給することが必要であると共に、水素用の貯蔵デバイスが必要である。特に自動車用途における水素の安全且つ効率的な貯蔵方法の開発に向けて、多くの取り組みがなされてきた。従来の水素貯蔵技法としては、液体水素、ガスボンベ、化合物の脱水素化、合金への化学吸着、及び水素化物としての化学的貯蔵が挙げられる。このような従来のシステムはいずれも、有害であるか或いは嵩が大きい。
【０００３】
最近、新たな水素貯蔵方法が提案された。この方法では、水素貯蔵媒体として、ＮａＢＨ4のような古典的な化学的水素化物を用いる。この方法の原理は、化学的水素化物が触媒の存在により水と反応して水素を生成するというものであり、次のような式で表される。
ＮａＢＨ4＋２Ｈ2Ｏ＿４Ｈ2＋ＮａＢＯ2＋熱
【０００４】
ホウ化水素であるＮａＢＨ4は、水素担体としての機能と貯蔵媒体としての機能との両方を果たす。この反応において、触媒としては、ルテニウム、コバルト、白金、又はこれらの合金を用いることができる。この反応は、酸性の環境やほんのわずかなアルカリ性条件下では触媒が無くても生じる、ということに注意されたい。これは、化学的水素化物溶液はアルカリ性条件下において貯蔵することができると共に貯蔵安定性を有する、ということを意味する。この反応は、生成される水素の半分はＮａＢＨ4から生じ、もう半分はＨ2Ｏから生じるので、重量ベースで効率がよい。ホウ化水素は、比較的安価な材料であり、通常、排水処理や薬剤合成などに用いられる。また、ホウ化水素は、高圧水素又は極低温水素に比べて、取り扱いや搬送が容易且つ安全である。従って、燃料電池用の燃料として水素を貯蔵する方法にホウ化水素を用いることには、いくつかの利点がある。
【０００５】
化学的水素化物を利用する水素生成システムの例として、いくつか周知のものがある。１つのタイプの水素生成システムは、化学的水素化物を収容するための密閉容器と、この容器内の化学的水素化物を攪拌するためにこの容器内に配置された機械攪拌機構とを備える。この容器に水が注入されて化学的水素化物と反応し、生成された水素は流出口を通ってこの容器から出て行く。攪拌機構手段を用いることにより、確実に、水素化物と水とを十分に接触させることができる一方で、水素化物が凝集するのを防ぐことができる。このシステムでは水素化物が固相であるため、このような攪拌機構は不可欠である。しかしながら、このようなシステムにおいて、攪拌機構はエネルギーを消費し、システム全体の重量を増加させ、システム効率を低下させる。さらに、攪拌作業中に生じるノイズは望ましくないものである。その上、反応速度が遅いため、燃料は反応が鈍いか、実用性に欠けるか、制御が非常に困難なものとなる。また、このようなシステムは、大型で且つ扱いにくい傾向にある。
【０００６】
もう１つのタイプの水素生成システムは、化学的水素化物溶液を用いる。このシステムでは、水性の化学的水素化物溶液を触媒床に導入することによって、水素が生成される。しかしながら、この液相システムに関してはいくつかの問題がある。まず、上記式中の副生成物であるホウ酸塩、即ちＮａＢＯ2は、反応物であるホウ化水素、即ちＮａＢＨ4よりも溶解度が低い。具体的には、ＮａＢＯ2の溶解度はおよそ２０％にすぎない。これは、液相システムにおいて水素を生成することによって、上記の固相システムに関する問題を軽減しようとすると、溶液中のホウ化水素濃度を約２０％にしかすることができない、ということを意味する。この濃度は、ホウ化水素の水への溶解度よりもはるかに低い。従って、このシステムにおいて可能な水素濃度が大きく制限されてしまう。
【０００７】
さらに、上記の例には、どちらのシステムも燃料電池の燃料（水素）ニーズにリアルタイムで応えることができない、という欠点がある。このニーズにリアルタイムで応える能力を負荷追従力と呼ぶ。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従来技術に関する上記欠点を克服するために、本発明の１つの態様は、
化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
触媒を含む反応器と、
前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵手段から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給手段とを含む、
化学的水素化物水素生成システムであって、
反応中に前記溶液の溶媒を前記化学的水素化物溶液に連続的に供給するための第２の供給手段をさらに含む、
化学的水素化物水素生成システムを提供する。
【０００９】
前記化学的水素化物溶液は、ホウ化水素水溶液であってよい。前記溶液の溶質は、ＭＢxＨy（Ｍは金属）の形態であってよい。具体的には、前記溶質は、ＮａＢＨ4、ＬｉＢＨ4、ＫＢＨ4、ＲｂＢＨ4であってよい。或いは、前記溶質は、ＮＨ3ＢＨ3であってもよい。好ましくは、前記化学的水素化物溶液は、前記溶質がＮａＢＨ4及び５％未満のＬｉＢＨ4である水溶液であるとよい。好ましくは、確実にこのシステムが低温で適切に作動するようにするために、前記化学的水素化物溶液は、凍結点降下剤をさらに含むとよい。前記凍結点降下剤はグリセロールであるのが好ましく、前記グリセロールの濃度は５％未満である。より好ましくは、前記グリセロールの濃度は１％であるとよい。前記溶液は、アルカリ添加剤をさらに含むのが好ましい。より好ましくは、前記アルカリ添加剤は、ＬｉＯＨ、ＫＯＨ、及びＮａＯＨから選択されるとよい。より好ましくは、前記アルカリ添加剤は、０．１％のＮａＯＨであるとよい。
【００１０】
より好ましくは、このシステムは、前記反応器内の水素圧が第１の値に達すると前記第１の供給手段を停止させると共に、前記反応器内の水素圧が前記第１の値よりも低い第２の値に達すると前記第１の供給手段を起動させるように作動する、流量制御手段をさらに含むとよい。より好ましくは、このシステムは、選択的に、通常動作中は前記反応器から熱を取り除き、システムが低温下で作動しているときには前記反応器を加熱する、前記反応器用の熱交換手段をさらに含むとよい。
【００１１】
本発明の別の態様によれば、
水素及び酸化体から電気と水を生成するための燃料電池を備え、
化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
触媒を含む反応器と、
前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵手段から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給手段とを含む、化学的水素化物水素生成システムを備え、
前記反応器で生成された水素を制御された方式で前記燃料電池に供給するための手段を備え、
前記燃料電池で生成された水を回収し、反応中にこの回収した水を前記化学的水素化物溶液に供給するための手段を備える、
エネルギーシステムが提供される。
【００１２】
好ましくは、前記燃料電池で生成された水を回収するための前記手段は、気液分離器を含むとよい。より好ましくは、このシステムは、選択的に、第１の方式では反応後に前記燃料電池から出て行く余分な水素を前記燃料電池に戻るように循環させ、第２の方式では前記水素を前記燃料電池から触媒バーナーへ供給する、切り替え手段をさらに備えるとよい。より好ましくは、このシステムは、前記第１の方式と前記第２の方式との間で前記切り替え手段を切り替えるように作動する第１の制御手段をさらに備えるとよい。
【００１３】
好ましくは、前記反応器で生成された水素を前記燃料電池に供給するための前記手段は、前記反応器で生成された水素を前記燃料電池に供給する前に精製するための濾過手段を、前記反応器と前記燃料電池との間にさらに含むとよい。
【００１４】
負荷追従力を備えたエネルギーシステムを提供するために、このシステムは、前記反応器内の水素圧が第１の値に達すると前記第１の供給手段を停止させると共に、前記反応器内の水素圧が前記第１の値よりも低い第２の値に達すると前記第１の供給手段を起動させるように作動する、第２の制御手段をさらに備える。
【００１５】
確実にこのエネルギーシステムが低温で適切に作動するようにするために、このシステムは、選択的に、通常動作中は前記反応器から熱を取り除き、システムが低温下で作動しているときには前記反応器を加熱する、前記反応器用の熱交換手段をさらに備える。
【００１６】
このエネルギーシステムにおいて用いられる前記化学的水素化物溶液は、ホウ化水素水溶液であってよい。前記溶液の溶質は、ＭＢxＨy（Ｍは金属）の形態であってよい。具体的には、前記溶質は、ＮａＢＨ4、ＬｉＢＨ4、ＫＢＨ4、ＲｂＢＨ4であってよい。或いは、前記溶質は、ＮＨ3ＢＨ3であってもよい。好ましくは、前記化学的水素化物溶液は、前記溶質がＮａＢＨ4及び５％未満のＬｉＢＨ4である水溶液であるとよい。好ましくは、確実にこのシステムが低温で適切に作動するようにするために、前記化学的水素化物溶液は、凍結点降下剤をさらに含むとよい。前記凍結点降下剤はグリセロールであるのが好ましく、前記グリセロールの濃度は５％未満である。より好ましくは、前記グリセロールの濃度は１％であるとよい。前記溶液は、アルカリ添加剤をさらに含むのが好ましい。より好ましくは、前記アルカリ添加剤は、ＬｉＯＨ、ＫＯＨ、及びＮａＯＨから選択されるとよい。より好ましくは、前記アルカリ添加剤は、０．１％のＮａＯＨであるとよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明による化学的水素化物水素生成システムは、安全且つ無公害で、効率が良く、信頼性のある水素生成システム、及び、水素生成システムと燃料電池システムとが協働するエネルギーシステムを提供する。この水素生成システムは、高圧水素ではなく低圧水素が生成されて燃料電池において用いられる、という点で安全である。また、このシステムは、反応生成物が無害な洗浄剤の基剤となる化学物質である、という点で環境的にも安全である。新規なホウ化水素溶液を用いれば、このシステムは、−２２℃もの低温で作動することが可能である。圧力制御手段を用いることによって、このシステムは、燃料電池スタックの負荷を追従することができると共に、ピーク性能要求を満たすことができる。燃料電池から排出される水を取得してリサイクルし、この水を水素化物溶液に導入することによって、本発明のシステムはエネルギー密度をさらに高める。実験によれば、本発明による化学的水素化物水素生成システムでは、１．２ＫＷｈ／Ｌ及び０．８ＫＷｈ／ｋｇ（現在利用可能な燃料電池システムに対して優れていないとしても同程度の値）のエネルギー密度が可能である、ということが示されている。また、濾過システムを通して水素をリサイクルすることによって、システム効率を高めることができると共に、化学的水素化物エネルギー密度を高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
本発明をより良く理解するために、且つ、本発明の実施方法をより明確に示すために、例として本発明の好適な実施形態を示している添付の図面を参照する。
【００１９】
本発明の特徴及び利点は、以下の本発明の好適な実施形態の詳細な説明から、より明らかとなるであろう。
【００２０】
図１を参照すると、本発明による化学的水素化物発電システムは、水素生成システムと燃料電池システムとを組み合わせたものである。水素生成システムは、化学的水素化物貯蔵タンク５と反応器２０とを備える。燃料電池システムは、燃料電池スタック３といくつかの周辺機器、即ち、冷却材貯蔵タンク４、熱交換器１４、及び気液分離器１６とを備える。この実施形態では、水素生成システムで用いられる化学的水素化物の例としてＮａＢＨ4を用いることによって、本発明を説明する。
【００２１】
化学的水素化物は、溶液の状態で貯蔵タンク５に貯蔵される。燃料電池スタック３によって水素が要求されると、この水素化物は、ポンプ２６によってライン２２を通り反応器２０へ供給される。この反応器２０は、反応させるための触媒を含む。ゆえに、水素化物はこの反応器２０内で反応し、水素が生成される。この生成された水素は、反応器２０の頂部にある水素流出口を通って流出し、水素ライン１１を介して燃料電池スタック３の陽極流入口に供給される。当該分野では周知のように、この水素は燃料電池スタック３の陽極で反応し、未反応の水素は燃料電池スタック３の陽極流出口１０を通って燃料電池スタック３から出て行く。溶液状態であるこの未反応の水素化物は、副生成物であるＮａＢＯ2と共に、ライン６を通って貯蔵タンク５に戻る。
【００２２】
燃料電池スタック３では、一般的には空気である酸化体が、空気流入口７を通して燃料電池スタック３の陰極へ導入される。当業者には周知のように、この空気中の酸素が、燃料電池スタック３の陰極で反応し、生成物として水を生成する。未反応の空気は、燃料電池スタック３の陰極流出口を通って燃料電池スタック３を後にし、図１に示されているような排気ライン１７を通って流出する。
【００２３】
前述したように、水素生成反応による副生成物（この実施形態ではＮａＢＯ2）は、反応物であるＮａＢＨ4よりも溶解度が低い。具体的には、ＮａＢＯ2の溶解度はおよそ２０％にすぎない。従って、水素生成反応が続くと、貯蔵タンクに貯蔵された水素化物溶液中のＮａＢＯ2の濃度は、ＮａＢＯ2の溶解度に達するまで上昇する。さらに反応が続くと、貯蔵タンクに固相のＮａＢＯ2が生じて、反応器２０に供給されることがあり、水素生成システムの目詰まりの原因となる。目詰まりが生じると、反応は低下し、十分な水素が燃料電池スタック３に供給されなくなる。従来のシステムでは、このようなことが生じるのを避けるために、溶液中の水素化物の初期濃度を２０％という低い濃度に下げなければならず、この濃度は、ホウ化水素の水への溶解度である４０％と比べるとはるかに低い。従って、このシステムにおいて可能な水素貯蔵密度が大きく制限されてしまう。本発明では、水素化物タンク５に水を連続的に導入することによって、この問題を克服する。水素生成が続く場合、溶媒、即ち水を増やすことによって、溶液中のＮａＢＯ2濃度が上昇するのを妨げる。ゆえに、水素化物の初期濃度を従来のシステムで可能な濃度よりも高くすることができ、これにより、システムの水素密度が高くなる。
【００２４】
燃料電池からの排出物に含まれた水をリサイクルし水素化物溶液に供給することによって、水素化物タンク５に水を連続的に導入するのが好ましい。図１に示されているように、水は、燃料電池スタック３の陰極で生成され、未反応の空気と共に燃料電池スタック３から排出される。次に、この排出された空気と水との混合物は気液分離器１６に流れ、この気液分離器１６において空気と水とが分離される。よって、水が回収される。次に、この回収された水は、回収水ライン１２を通って貯蔵タンク５内の化学的水素化物溶液に導入される。水は燃料電池反応による副生成物であるので、水素生成システムがこの容易に入手できる水をその周辺で利用すれば、システム効率が上昇することとなる。一般的に、排出された水を回収することによって、以下の表で実証されているように、水素化物の初期濃度を少なくとも５０％上昇させることができる。
【００２５】
【表１】
2005520759.tif 000002
【００２６】
【表２】
2005520759.tif 000003
【００２７】
表１及び表２はそれぞれ、従来の溶液中と、反応の進行に伴い水が添加される本発明による溶液中の、水素生成反応時におけるＮａＢＨ4、水、及びＮａＢＯ2の組成を示している。両方の表におけるＮａＢＨ4の初期濃度は、４０％、つまり、水１リットルにＮａＢＨ4が４００ｇ含まれている濃度である。実験データが示しているように、従来の溶液では、溶液中のＮａＢＨ4が３００ｇになったときに目詰まりが始まる。これは、ＮａＢＨ4の濃度が初期の２０％レベルに近くなり、ＮａＢＨ4のレベルが２５０ｇに下がるとこの２０％レベルを越えてしまうからである。一方、本発明の溶液（表２）では、溶液中のＮａＢＨ4が２５０ｇになったときにやっと目詰まりが始まる。即ち、表２によれば、ＮａＢＨ2にとって重要な２０％レベルは、ＮａＢＨ4の量が２５０ｇに下がる直前に越えられる、ということが示されている。このことから、本発明がＮａＢＨ4水溶液の水素生成能力を大幅に高めることは明らかである。このデータは、排出された水を添加することによって、ＮａＢＯ2の濃度を下げることができ、これにより、目詰まりが生じる前に効果的にＮａＢＨ4レベルをさらに下げることができる、ということを示している。表１によれば、水素を生成するのにＨ2Ｏを用いることにより、予想どおり、実験の最後にはＨ2Ｏの量が３分の１以上減少する、ということが示されている。一方、表２によれば、排出された水を添加することにより、水の総量が１，４００ｇ近くまで増加し、反復回数３のときには１，１４２．９０ｇである、ということが示されている。このため、タンク５はより大きな容積を有することが必要とされる。しかしながら、ＮａＢＨ4の初期量の増加は５０ｇであり、これは、従来のシステムにおけるＮａＢＨ4の初期量よりも６分の１多いにすぎない。しかも、水が増加するのは、反応が続く場合だけである。この例では、水の量はおよそ１０分の１しか増加していない。これは、水の回収がシステム全体のエネルギー密度を高める効果を依然として及ぼす、ということを意味している。
【００２８】
反応器２０における反応は発熱を伴うので、必要な冷却手段を設けなくてはならない。一般的には、冷却管を反応器２０内に設けることが可能であり、冷却流体がこの冷却管を通って流れる。図１に示されているように、本発明では、水素生成反応に用いる冷却材は、水であってもよいし、燃料電池スタック３に対して通常用いられるその他の冷却材であってもよい。冷却材は、冷却材ライン１３ａから反応器２０の冷却材流入口を介して反応器２０に入り、反応器２０内の冷却管を通って流れ、冷却材流出口を介して反応器２０から出て行き、これによって、反応器２０で発生した熱が取り除かれる。次に、冷却材は、冷却材ライン１３ｂを介して冷却材貯蔵タンク４に戻り、燃料電池スタック３に循環される。一般的には、冷却材が燃料電池スタック３に到達する前か到達した後の冷却材ライン１３に熱交換器１４が設けられ、冷却材を低温に維持する。次に、冷却材は、燃料電池スタック３を通ってから反応器２０内に流れ、この冷却材ループにおいて循環を続ける。熱交換器１４は、原則的に、この冷却材ランプにおける場所であれば、いずれの場所に位置していてもよい。
【００２９】
作動中、燃料電池スタック３は、反応器２０から供給される水素を消費しながら発電する。負荷追従力を備えた水素生成システムを提供するために、圧力センサ１８が反応器２０の水素流出口に設けられている。この圧力センサ１８は、水素化物供給ライン２２においてスイッチ２４と接続していてその動作を制御し、このスイッチ２４は、タンク５から反応器２０へ溶液を汲み上げるポンプ２６を制御する。反応器２０における反応が続くと、水素が生成されて燃料電池スタック３に供給される。しかし、反応器２０における水素生成速度が燃料電池スタック３の水素消費速度よりも速い状態で燃料電池スタック３が作動すると、反応器２０内における水素の圧力が上昇していき、圧力センサ１８がスイッチ２４を起動させてポンプを停止させる値に達し、これにより反応器２０への水素化物供給が中断される。ゆえに、反応器２０における反応が停止する。すると、燃料電池スタック３が水素の消費を続けるため、反応器２０内における水素の圧力は低下していき、圧力センサ１８がスイッチ２４を制御してポンプを始動させる値に達し、これにより水素化物溶液が反応器２０に供給されて、水素が生成され、燃料電池スタック３の要求を満たす。このように、本発明のシステムは、負荷を追従すると共にピーク性能要求を満たす機能を有する。さらに、燃料電池スタック３が停止すると、圧力センサ１８は即座にスイッチ２４を起動させてポンプ２６を停止させる。反応器２０は排気孔（図示せず）を有して、停止時に反応器内に存在する水素及びその後生成される水素を環境或いは貯蔵デバイスに放出することができるのが好ましい。ゆえに、このシステムは、比較的短い時間、完全に停止することができる。図３は、前記圧力センサ１８及びスイッチ２４を用いた本発明のシステムの、一定速度での作動中における水素流量を示している。図示されているように、水素流量は作動中を通して安定している。水素流量が曲線を描いて減少しているのはシステムを停止させたことを示している、ということは理解されたい。（瞬間的な停止の場合、存在する残留水素及び停止後に生成される残留水素を放出するバルブに排気孔を設ける必要があるか？）
【００３０】
実際には、燃料電池及び水素生成システムは低温で作動し得るが、ホウ化水素水溶液は約０℃で凍結してしまう。本発明では、この溶液を、グリセロール及び水酸化ナトリウムを含むホウ化水素水溶液にしてもよい。溶液の凍結点とグリセロールの濃度との関係を示す図４に見られるように、グリセロールを添加することによって、溶液の凍結点を大幅に下げることができる。例えば、グリセロールが１％の場合、−２２℃もの低温でも溶液は安定しており、依然として機能可能である。図５は、様々な濃度のグリセロールが溶液の凍結点に与える影響を示している。図５において、溶液の温度が急に上昇しているのは、溶液が凍結し始めたことを示しており、結晶化が発熱を伴うことによる。グリセロールの濃度が高いほど一層低い凍結点が得られ、グリセロールが１６％の場合、凍結点はおよそ−３５℃となる。しかしながら、ホウ化水素の溶解度、ゆえに水素生成システム全体の水素濃度は、グリセロールの濃度が高いほど低くなる。実験によれば、グリセロールの濃度は５％よりも低いのが好ましく、溶液の凍結点と水素濃度との最適な妥協点はグリセロールが１％の場合である、ということが示されている。グリセロールが１％の場合、ホウ化水素の溶解度を著しく妥協することなく、凍結点が−２２℃となる。
【００３１】
さらに確実にこのシステムが低温で適切に作動するようにするために、本発明の冷却材を用いることによってシステムを加熱してもよい。この場合、燃料電池スタック３と反応器２０との間の冷却材ライン１３に熱交換器をもう１台追加して、燃料電池スタック３から出て行った冷却材をさらに加熱することができるようにしてもよい。加熱された冷却材が次に反応器２０を加熱することで、水素生成反応が容易になる。
【００３２】
化学的水素化物溶液は、例えばＬｉＯＨ、ＫＯＨ、ＮａＯＨのようなアルカリ添加剤をさらに含み、化学的水素化物反応速度を著しく遅くすることによって溶液の貯蔵寿命を長くするアルカリ性条件を備えるのが好ましい。比較的質量が少なくコストが安いことから、通常、ＮａＯＨが用いられる。溶液が安定するようにＰＨを上昇させるには、ＮａＯＨの濃度は０．１％であるのが適当である。
【００３３】
ＮａＢＨ4に関しては、もう１つの添加剤、即ち、ＬｉＢＨ4をＮａＢＨ4溶液に添加してもよい。より軽いこの材料は、ＮａＢＨ4よりもはるかに高い水素密度を有する。しかしながら、ＬｉＢＨ4と水との反応による副生成物であるＬｉＢＯ2の溶解度は５％しかなく、ＬｉＢＨ4と水との反応速度はＮａＢＨ4と水との反応速度に比べてはるかに遅い。これは、ＬｉＢＨ4を５％よりも少なくＮａＢＨ4溶液に添加すれば、前記副生成物を沈澱させることなく、且つシステムの負荷追従力に大きな影響を与えることなく、溶液の水素濃度を上昇させることができる、ということを意味する。図６は、ＮａＢＨ4溶液とＬｉＢＨ4−ＮａＢＨ4溶液との比較を示している。概ね反応速度が遅く温度の上昇の仕方が遅いことから、混合液の方が純粋なＮａＢＨ4よりも安定性が高いことを示している。
【００３４】
ここで図２を参照すると、本発明の第２の実施形態が示されている。この実施形態において、第１の実施形態と同様の構成要素は同じ参照番号で示されている。図２に見られるように、本発明による化学的水素化物水素生成システムは、水素生成システムと燃料電池システムとを組み合わせたものである。水素生成システムは、通常、化学的水素化物貯蔵タンク５と反応器２０とを備える。燃料電池システムは、燃料電池スタック３といくつかの周辺機器、即ち、冷却材貯蔵タンク４、熱交換器１４、触媒バーナー２、及び水回収ユニット１とを備える。この実施形態では、水素生成システムで用いられる化学的水素化物の例として同じくＮａＢＨ4を用いることによって、本発明を説明する。
【００３５】
水素は、第１の実施形態と同様にして、反応器２０において生成される。また、冷却材ループも、第１の実施形態のものと全く同一である。従って、簡単及び簡潔にするため、構成要素についての説明は繰り返さない。
【００３６】
この実施形態において、水素は、反応器２０の水素流出口から燃料電池スタック３に入る。水素が燃料電池スタック３に入る前の水素ライン１１にフィルタ２６を設けることによって、溶液中のエアゾール微粒子、触媒、及びその他の粒子を除去するのが好ましい（このフィルタは、図１の第１の実施形態に含まれていてもよい）。当業者には周知のように、燃料電池スタック３に供給される空気と水素は、両方ともその大部分が反応しない。それどころか、余分な水素及び空気はそれぞれ、燃料電池スタック３の陽極及び陰極の流出口を通って、燃料電池スタック３から出て行く。従って、この余分な水素を燃料電池スタック３に戻すように再循環させて反応させるのが好ましい。この目的で、この実施形態では、水素リサイクルループ１５及び触媒バーナー２が設けられている。図２に示されているように、この水素リサイクルループ１５の両端にはそれぞれ、バルブ９及び遠心力ポンプ１９が設けられている。具体的には、遠心力ポンプ１９は、この水素リサイクルループ１５と、反応器２０と燃料電池スタック３との間の水素ライン１１との接合部に設けられており、バルブ９は、この水素リサイクルループ１５と、燃料電池スタック３と触媒バーナー２との間の水素ライン１１との接合部に設けられている。燃料電池スタック３が作動中である場合には、ポンプ１９が連続的に作動し負圧を生成することによって、反応器２０において生成された水素が、確実に反応器２０から水素ライン１１を介して燃料電池スタック３に連続的に流れるようにする。余分な水素は、燃料電池スタック３の陽極流出口１０を通ってバルブ９へ流れる。このバルブ９は、陽極流出口１０から触媒バーナー２への水素ライン１１を閉鎖する位置にあることにより、水素が水素リサイクルループ１５に沿って流れ、ポンプ１９によって燃料電池スタック３に戻り、反応するようにする。バルブ９は定期的に、余分な水素が触媒バーナー２へ流れるように開放位置にされる。図２に見られるように、燃料電池の陰極からの排気も、燃料電池スタック３を出た後、排気ライン１７に沿って触媒バーナー２へ流れ込む。触媒バーナーでは、この水素と燃料電池からの排気中の酸素とが、適当な触媒の存在によって反応し、周知の方法で、即ち２Ｈ2＋Ｏ2＿２Ｈ2Ｏという式により、水が生成される。次に、この水と燃料電池からの未反応排気との混合物は、触媒バーナー２から水回収ユニット１へ流れ込む。この水回収ユニット１は、気液分離器であってもよい。この混合物から水が分離され、この水は水素化物貯蔵タンク５へ循環する。通常は余分な空気又は水素があることを認識して、残留ガスを水回収ユニット１から環境へ排出するために排気８が排出される。実際には、水素が触媒バーナー２へ流れるようにするバルブ９の開放は、例えばタイマー（図示せず）のような制御手段によって制御されてもよい。また、バルブ９を開放することにより、燃料電池反応で生成された水が溜まることによって燃料電池スタック３が水浸しになるのを防ぐことができる。バルブ９を開放する間隔は、様々な作動条件で変更してもよく、実験によって最適化してもよい。
【００３７】
本発明を２つの実施形態において詳細に説明してきた。本発明に用いることのできる化学的水素化物としては、ＮａＢＨ4やＬｉＢＨ4のようなホウ化水素が挙げられるが、これに限定されるわけではなく、Ｂ2Ｈ6、ＬｉＡｌＨ4、ＮＨ3ＢＨ3などのようなその他のタイプの化学的水素化物を用いてもよい、ということは理解されたい。同様に、本発明における燃料電池スタック３は、燃料として純水素を用いるものであれば、どんなタイプの燃料電池であってもよい。
【００３８】
当業者であれば、本発明の教示を学んだ後、本明細書中に開示された実施形態に対して様々な変更を行うことができる、ということは予測される。例えば、システムにおける構成要素の数や構造は異なっていてもよく、同じ特定機能を果たすのに異なる要素を用いてもよい。しかしながら、これらの変更は、特許請求の範囲に定義したような本発明の保護範囲内に入るものと考えるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明による化学的水素化物水素生成システムの第１の実施形態の略図である。
【図２】本発明による化学的水素化物水素生成システムの第２の実施形態の略図である。
【図３】本発明による水素生成システムの作動中における水素流量を示す図である。
【図４】本発明による化学的水素化物溶液の凍結点とこの溶液中の凍結点降下剤の濃度との関係を示す図である。
【図５】本発明による化学的水素化物溶液の温度とこの溶液中の凍結点降下剤の濃度との関係を示す図である。
【図６】２つの異なる化学的水素化物溶液の比較を示す図である。
【図１】
2005520759.tif 000004
【図２】
2005520759.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年7月21日(2003.7.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶媒と、該溶媒中に溶解した化学的水素化物と、凍結点降下剤とから成る化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器と、
前記貯蔵装置と前記反応器との間に接続され、前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵装置から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給装置とを含む、
化学的水素化物水素生成システムであって、
使用時に前記化学的水素化物が消費されるにつれて、前記化学的水素化物溶液に追加の溶媒を送給するための送給手段をさらに含む、
化学的水素化物水素生成システム。
【請求項２】
前記化学的水素化物溶液がホウ化水素水溶液である、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項３】
前記化学的水素化物溶液が、溶質がＭＢxＨy（Ｍは金属）の形態をした水溶液である、請求項１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項４】
前記溶質が、ＮａＢＨ4、ＬｉＢＨ4、ＫＢＨ4、ＲｂＢＨ4から成る群から選択される、請求項３に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項５】
前記化学的水素化物溶液が、溶質がＮａＢＨ4と５重量％未満のＬｉＢＨ4とから成る水溶液である、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項６】
前記化学的水素化物溶液が、溶質がＮＨ3ＢＨ3の水溶液である、請求項１〜４のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項７】
前記凍結点降下剤がグリセロールである、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項８】
前記グリセロールの濃度が５重量％未満である、請求項７に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項９】
前記グリセロールの濃度が１重量％である、請求項８に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１０】
前記化学的水素化物溶液がアルカリ添加剤をさらに含む、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１１】
前記アルカリ添加剤がＬｉＯＨ、ＫＯＨ、及びＮａＯＨから選択される、請求項１０に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１２】
前記アルカリ添加剤が０．１重量％のＮａＯＨである、請求項１１に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１３】
前記貯蔵装置と前記反応器との間における前記溶液の戻りラインと、前記反応器内の水素圧が第１の値に達すると前記第１の供給手段を停止させると共に、前記反応器内の水素圧が前記第１の値よりも低い第２の値まで低下すると前記第１の供給手段を起動させるように作動する流量制御手段とをさらに含む、請求項１〜１２のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１４】
別々に、前記反応器から熱を取り除いたり前記反応器に熱を加えたりすることのできる、前記反応器用の熱交換器をさらに含む、請求項１〜１３のうちのいずれか一項に記載の化学的水素化物水素生成システム。
【請求項１５】
水素及び酸化体から電気と水を生成するための燃料電池を備え、
化学的水素化物溶質を溶媒に溶かした溶液から成る化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器と、
前記貯蔵装置と前記反応器との間に接続され、前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵装置から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給手段とを含む、化学的水素化物水素生成システムを備え、
水素を前記燃料電池に供給するための、前記反応器と前記燃料電池との間における接続部を備え、
使用時に前記化学的水素化物溶液が消費されるにつれて、前記燃料電池で生成された水を回収し、反応中にこの回収した水を前記化学的水素化物溶液に供給するための回収手段であって、前記燃料電池と気体−水分離器との間に触媒バーナーをさらに含み、該触媒バーナーが、前記燃料電池の余分な酸化体及び水素が流出する流出口に接続された流入口を有することによって、前記燃料電池からの未反応の水素と排気中の酸素とを反応させて水を生成する回収手段を備える、
エネルギーシステム。
【請求項１６】
前記回収手段が気体−水分離器を含む、請求項１５に記載のエネルギーシステム。
【請求項１７】
前記燃料電池の余分な水素が流出する流出口と、前記触媒バーナーと、前記燃料電池の流入口に接続された水素リサイクルラインとに接続された第１のバルブをさらに備えることによって、選択的に、第１の方式では反応後に前記燃料電池から出て行く余分な水素を前記燃料電池に戻るように循環させ、第２の方式では前記水素を前記燃料電池から前記触媒バーナーへ供給する、請求項１５又は１６に記載のエネルギーシステム。
【請求項１８】
前記第１の方式と前記第２の方式との間で前記第１のバルブを切り替えるように作動する第１の制御手段をさらに備える、請求項１７に記載のエネルギーシステム。
【請求項１９】
前記接続部が、前記反応器で生成された水素を前記燃料電池に供給する前に精製するための濾過手段を、前記反応器と前記燃料電池との間にさらに含む、請求項１５〜１８のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２０】
前記反応器内の水素圧が第１の値に達すると前記第１の供給手段を停止させると共に、前記反応器内の水素圧が前記第１の値よりも低い第２の値まで低下すると前記第１の供給手段を起動させるように作動する第２の制御手段をさらに備える、請求項１５〜１９のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２１】
選択的に前記反応器から熱を取り除いたり前記反応器を加熱したりすることによって水素生成反応を制御する、前記反応器用の熱交換手段をさらに備える、請求項１５〜２０のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２２】
前記化学的水素化物溶液がホウ化水素水溶液である、請求項１５〜２１のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２３】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＭＢxＨy（Ｍは金属）の形態をした水溶液である、請求項１５〜２１のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２４】
前記溶質が、ＮａＢＨ4、ＬｉＢＨ4、ＫＢＨ4、ＲｂＢＨ4から成る群から選択される、請求項２３に記載のエネルギーシステム。
【請求項２５】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＮａＢＨ4及び５％未満のＬｉＢＨ4である水溶液である、請求項１５〜２１のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２６】
前記化学的水素化物溶液が、前記溶質がＮＨ3ＢＨ3の水溶液である、請求項１５〜２１のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２７】
前記化学的水素化物溶液が凍結点降下剤をさらに含む、請求項１５〜２６のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項２８】
前記凍結点降下剤がグリセロールである、請求項２７に記載のエネルギーシステム。
【請求項２９】
前記グリセロールの濃度が５重量％未満である、請求項２８に記載のエネルギーシステム。
【請求項３０】
前記グリセロールの濃度が１重量％である、請求項２９に記載のエネルギーシステム。
【請求項３１】
前記化学的水素化物溶液がアルカリ添加剤をさらに含む、請求項１５〜３０のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３２】
前記アルカリ添加剤がＬｉＯＨ、ＫＯＨ、及びＮａＯＨから選択される、請求項３１に記載のエネルギーシステム。
【請求項３３】
前記アルカリ添加剤が０．１重量％のＮａＯＨである、請求項３２に記載のエネルギーシステム。
【請求項３４】
前記燃料電池が、複数の燃料電池を含む燃料電池スタックから構成される、請求項１５〜３３のうちのいずれか一項に記載のエネルギーシステム。
【請求項３５】
水素及び酸化体から電気と水を生成するための燃料電池を備え、
化学的水素化物溶質を溶媒に溶かした溶液から成る化学的水素化物溶液を貯蔵するための貯蔵手段と、
前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器と、
前記貯蔵装置と前記反応器との間に接続され、前記化学的水素化物溶液を前記貯蔵装置から前記反応器へ供給することによって、前記化学的水素化物溶液が前記触媒の存在により反応して水素が生成されるようにするための第１の供給手段と、
水素を前記燃料電池に供給するための、前記反応器と前記燃料電池との間における接続部と、
使用時に前記化学的水素化物溶液が消費されるにつれて、前記燃料電池で生成された水を回収し、反応中にこの回収した水を前記化学的水素化物溶液に供給するための回収手段と、
前記反応器に接続された熱交換手段であって、別々に、前記反応器から熱を取り除いたり前記反応器に熱を加えたりすることのできる熱交換手段とを含む、化学的水素化物水素生成システムを備える、
エネルギーシステム。
【請求項３６】
前記熱交換手段が、さらに前記燃料電池に接続され、別々に、前記燃料電池から熱を移動させたり前記燃料電池に熱を加えたりすることのできる、請求項３５に記載のエネルギーシステム。
【請求項３７】
前記熱交換手段が、前記燃料電池と前記反応器との両方を通る冷却材ループを含み、該冷却材ループが、該冷却材ループから熱を取り除くことによって前記燃料電池及び前記反応器から熱を移動させるための熱交換器と、該冷却材ループに熱を移動させることによって前記燃料電池及び前記反応器を加熱するためのさらなる熱交換器とを含む、請求項３６に記載のエネルギーシステム。
【請求項３８】
前記化学的水素化物溶液が凍結点降下剤を含む、請求項３５、３６、又は３７に記載のエネルギーシステム。
【請求項３９】
水素を生成し燃料電池に供給する方法であって、
（ａ）溶媒と、該溶媒中に溶解した化学的水素化物と、凍結点降下剤とから成る溶液を供給することと、
（ｂ）水素が要求されたときに、前記溶液を、前記化学的水素化物の反応を触媒して水素を生成する触媒を含む反応器に供給することと、
（ｃ）生成された水素を前記燃料電池に送給することと、
（ｄ）前記燃料電池で水素を消費することから生じる水を回収することと、
（ｅ）回収した水を前記溶液に供給し、前記水素化物の水素を生成する反応中に消費された水を補うと共に、水素生成反応による生成物の濃度レベルを適当なレベルに維持できるようにすることによって、水素の生成を制限する傾向にある、前記生成物の沈澱が始まるのを遅らせることと、
（ｆ）要求されたときに前記燃料電池と前記反応器の少なくとも一方に熱を加えると共に、要求されたときに前記燃料電池と前記反応器の少なくとも一方から熱を取り除くことによって、前記燃料電池及び前記反応器を有効動作温度に維持することと、
を含む、前記方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２８】
反応器２０における反応は発熱を伴うので、必要な冷却手段を設けなくてはならない。一般的には、冷却管を反応器２０内に設けることが可能であり、冷却流体がこの冷却管を通って流れる。図１に示されているように、本発明では、水素生成反応に用いる冷却材は、水であってもよいし、燃料電池スタック３に対して通常用いられるその他の冷却材であってもよい。冷却材は、冷却材ライン１３ａから反応器２０の冷却材流入口を介して反応器２０に入り、反応器２０内の冷却管を通って流れ、冷却材流出口を介して反応器２０から出て行き、これによって、反応器２０で発生した熱が取り除かれる。次に、冷却材は、冷却材ライン１３ｂを介して冷却材貯蔵タンク４に戻り、燃料電池スタック３に循環される。一般的には、冷却材が燃料電池スタック３に到達する前か到達した後の冷却材ライン１３に熱交換器１４が設けられ、冷却材を低温に維持する。次に、冷却材は、燃料電池スタック３を通ってから反応器２０内に流れ、この冷却材ループにおいて循環を続ける。熱交換器１４は、原則的に、この冷却材ループにおける場所であれば、いずれの場所に位置していてもよい。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２９】
作動中、燃料電池スタック３は、反応器２０から供給される水素を消費しながら発電する。負荷追従力を備えた水素生成システムを提供するために、圧力センサ１８が反応器２０の水素流出口に設けられている。この圧力センサ１８は、水素化物供給ライン２２においてスイッチ２４と接続していてその動作を制御し、このスイッチ２４は、タンク５から反応器２０へ溶液を汲み上げるポンプ２６を制御する。反応器２０における反応が続くと、水素が生成されて燃料電池スタック３に供給される。しかし、反応器２０における水素生成速度が燃料電池スタック３の水素消費速度よりも速い状態で燃料電池スタック３が作動すると、反応器２０内における水素の圧力が上昇していき、圧力センサ１８がスイッチ２４を起動させてポンプを停止させる値に達し、これにより反応器２０への水素化物供給が中断される。ゆえに、反応器２０における反応が停止する。すると、燃料電池スタック３が水素の消費を続けるため、反応器２０内における水素の圧力は低下していき、圧力センサ１８がスイッチ２４を制御してポンプを始動させる値に達し、これにより水素化物溶液が反応器２０に供給されて、水素が生成され、燃料電池スタック３の要求を満たす。このように、本発明のシステムは、負荷を追従すると共にピーク性能要求を満たす機能を有する。さらに、燃料電池スタック３が停止すると、圧力センサ１８は即座にスイッチ２４を起動させてポンプ２６を停止させる。反応器２０は排気孔（図示せず）を有して、停止時に反応器内に存在する水素及びその後生成される水素を環境或いは貯蔵デバイスに放出することができるのが好ましい。ゆえに、このシステムは、比較的短い時間、完全に停止することができる。図３は、前記圧力センサ１８及びスイッチ２４を用いた本発明のシステムの、一定速度での作動中における水素流量を示している。図示されているように、水素流量は作動中を通して安定している。水素流量が曲線を描いて減少しているのはシステムを停止させたことを示している、ということは理解されたい。


【国際調査報告】
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