(57)【要約】【課題】  熱源からの排熱が低温であっても、排熱を加熱する加熱手段や大型な加熱設備を必要とすることなく、多量の水を使用することもなく、効率よく燃料ガスを発生することができるガス発生装置、発生システム及び発生方法を提供する。【解決手段】  ガスを吸収することにより発熱するガス吸収材と、加熱によりガスを放出するガス放出材と、系外からガスを供給する供給口と系外へガス排出する排出口とを備え、前記ガス吸収材とガス放出材とを互いに伝熱するように内在した密閉容器とを備えたガス発生装置であって、前記ガス吸収材がガスを吸収することにより到達する温度が、前記ガス放出材の前記ガスを放出するための熱分解温度よりも高く、前記ガス放出材が放出したガスの量が、前記ガス吸収材が吸収したガスの量よりも多くするようにした。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを吸収することにより発熱するガス吸収材と、
加熱によりガスを放出するガス放出材と、
系外からガスを供給する供給口と系外へガス排出する排出口とを備え、前記ガス吸収材とガス放出材とを互いに伝熱するように内在した密閉容器と
を備え、
前記ガス吸収材がガスを吸収することにより到達する温度が、前記ガス放出材の前記ガスを放出するための熱分解温度よりも高く、前記ガス放出材が放出したガスの量が、前記ガス吸収材が吸収したガスの量よりも多い、ガス発生装置。
【請求項２】
前記ガス放出材が放出したガスの量が、前記ガス吸収材が吸収したガスの量の２倍以上である、請求項１に記載のガス発生装置。
【請求項３】
前記ガス吸収材と前記ガス放出材が、水素吸収剤と水素化剤、又は酸素吸収剤と酸素化剤である、請求項２に記載のガス発生装置。
【請求項４】
前記水素吸収剤がＭｇ２Ｎｉ、ＺｒＭｎ２又はＭｇを添加したＮｂ２Ｏ５であり、前記水素化剤が、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、活性マグネシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化マグネシウム、水素化ホウ素ナトリウム又は水素化アルミニウムである請求項３に記載のガス発生装置。
【請求項５】
前記酸素吸収剤が鉄微粉又は鉄微粉とセラミックとの混合物であり、前記酸素化剤が酸化銀である請求項３に記載のガス発生装置。
【請求項６】
前記ガス吸収材の層と前記ガス放出材の層とを積層し、前記密閉容器の供給口側に前記ガス吸収材の層を配置し、前記密閉容器の排出口側に前記ガス放出材の層を配置した請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項７】
前記密閉容器の供給口から排出口に沿って、前記ガス吸収材とガス放出材の層を複数積層した請求項６に記載のガス発生装置。
【請求項８】
前記密閉容器の供給口に前記ガス吸収材を接触して配置し、前記ガス放出材を前記ガス吸収材の周囲に接触して配置した請求項１〜５のいずれか一項に記載のガス発生装置。
【請求項９】
請求項１〜８に記載のガス発生装置をガスが供給される方向に沿って複数配置したガス発生システムであって、
系外からのガスを複数の前記ガス発生装置にそれぞれ独立して供給するように、系外からのガスが供給される一端と、前記複数のガス発生装置の供給口にそれぞれ開閉弁と共に連結した複数の他端とを有する供給流路と、
前記ガス発生装置の排出口に連結する一端と、前記ガス発生装置にて発生したガスを系外に排出する他端とを有する排出流路と、
前記複数のガス発生装置と順に接触し、その内部に冷却媒体が循環しており、熱交換器備えた温度制御流路と
を備えたガス発生システム。
【請求項１０】
請求項９に記載のガス発生システムを用いたガス発生方法であって、
系外からのガスを前記複数のうちの１つのガス発生装置に供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第一ガス発生工程と、
前記第一ガス発生工程が完了する際に、前記温度制御流路内の冷却媒体を循環させることにより、前記１つのガス発生装置に蓄熱した熱を回収すると共に次に水素の発生に使用する前記複数のうちの他のガス発生装置を予熱する第一予熱工程と、
予熱した前記他のガス発生装置に系外からのガスを供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第二ガス発生工程と
を少なくとも備えるガス発生方法。
【請求項１１】
請求項１〜８に記載のガス発生装置をガスが供給される方向に沿って複数配置したガス発生システムであって、
系外からのガスを前記複数のガス発生装置にそれぞれ独立して供給するように、系外からのガスが供給される一端と、前記複数のガス発生装置の供給口にそれぞれ開閉弁と共に連結した複数の他端とを有する供給流路と、
前記ガス発生装置の排出口に連結する一端と、前記ガス発生装置にて発生したガスを系外に排出する他端と、温度計と、開閉弁と有する第一排出流路と、
前記１つのガス発生装置にて発生したガスを前記他のガス発生装置に供給するように、前記複数のうちの１つのガス発生装置の前記第一排出流路に連結した一端と、前記他のガス発生装置の排出口に前記他のガス発生装置への供給流路を介して連結する他端と、開閉弁を有する温度制御流路と、
前記供給流路に前記１つのガス発生装置側の開閉弁と前記他のガス発生装置側の開閉弁と間にて連結する一端と、前記１つのガス発生装置で発生したガスの一部を系外に排出する他端と、開閉弁とを有する第二排出流路と
を備えたガス発生システム。
【請求項１２】
請求項１１に記載のガス発生システムを用いたガス発生方法であって、
系外からのガスを前記複数のうちの１つのガス発生装置に供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第一ガス発生工程と、
前記第一ガス発生工程にて発生したガスの温度が所定の温度以上となった際に、前記第一供給流路から系外へガスを排出しながら、前記発生したガスを前記複数のうちの他のガス発生装置に供給することにより前記他のガス発生装置を予熱する第二予熱工程と、
予熱した前記他のガス発生装置に系外からのガスを供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第二ガス発生工程と
を備えるガス発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス発生装置、発生システム及び発生方法に関し、特に、水素ガス又は酸素ガスを発生するためのガス発生装置、ガス発生システム及びガス発生方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスエンジン、燃料電池等の燃料ガスにより発電する燃料駆動デバイスには、燃料ガスを供給するためのガス発生装置が利用されている。このようなガス発生装置では、燃料ガスを取り出す方法として、加熱により２００℃前後の温度で燃料ガスを発生する加熱分解法や、水を供給することにより常温から１５０℃の範囲で燃料ガスを発生する加水分解法が利用されている。これら方法は、ガスボンベ等よりもガスの貯蔵密度が高く、特に移動体においては、航続距離を長くする上で期待されている方法である。
【０００３】
加熱分解法を利用したガス発生装置では、燃料ガスを発生させる加熱のために、熱を継続的に供給する熱源を確保する必要がある。熱源として、ガスエンジン、燃料電池等の燃料駆動デバイスからの排熱やヒーター等を利用している。このようなガス発生装置の一つとして、水素エンジンの排熱を利用して水素化金属を加熱し、燃料ガスとして水素エンジンに供給する装置が知られている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平２−９５７６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記した例では、例えば、熱源となる燃料駆動デバイスからの排熱が燃料ガスを発生させるのに必要な温度より低温である場合、燃料ガスを発生するためには不十分である。また、低温の排熱を燃料ガスの発生温度まで加熱するための加熱手段が必要となる。さらに、燃料駆動デバイスの排熱を熱源とする場合は、燃料駆動デバイスを起動する際にその排熱が発生していないため、利用することができず、加熱設備を別途設けることが必要となる。
さらにまた、燃料ガスを発生するために加水分解法を利用すると、水を供給するだけで燃料ガスが発生するため加熱設備の設置が不要となるが、理論量以上の水が必要となり、ガス発生装置内の水の搭載量が多くなり、ガス貯蔵密度が低くなってしまう。
【０００６】
本発明は、前記事情に照らして、熱源となる燃料駆動デバイスからの排熱が低温であっても、排熱を加熱する加熱手段や起動用の加熱設備を必要とすることなく、多量の水を使用することもなく、簡素でコンパクトに燃料ガスを発生できるガス発生装置、ガス発生システム及びガス発生方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、一つの側面にて、ガス発生装置である。前記ガス発生装置は、ガスを吸収することにより発熱するガス吸収材と、加熱によりガスを放出するガス放出材と、系外からガスを供給する供給口と系外へガス排出する排出口とを備え、前記ガス吸収材とガス放出材とを互いに伝熱するように内在した密閉容器とを備え、前記ガス吸収材がガスを吸収することにより到達する温度が、前記ガス放出材の前記ガスを放出するための熱分解温度よりも高く、前記ガス放出材が放出したガスの量が、前記ガス吸収材が吸収したガスの量よりも多くすることとしている。
【０００８】
前記ガス放出材が放出したガスの量は、前記ガス吸収材が吸収したガスの量の２倍以上とすることができる。
【０００９】
前記ガス吸収材と前記ガス放出材は、水素吸収剤と水素化剤又は酸素吸収剤と酸素化剤とすることができる。また、前記水素吸収剤は、Ｍｇ２Ｎｉ、ＺｒＭｎ２又はＭｇを添加したＮｂ２Ｏ５であることが好ましく、前記水素化剤は、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、活性マグネシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化マグネシウム、水素化ホウ素ナトリウム又は水素化アルミニウムであることが好ましい。また、前記酸素吸収剤は、鉄微粉又は鉄微粉とセラミックとの混合物であることが好ましく、前記酸素化剤は酸化銀であることが好ましい。
【００１０】
また、本発明に係るガス発生装置は、その一実施の形態で、前記ガス吸収材の層と前記ガス放出材の層とを積層し、前記密閉容器の供給口側に前記ガス吸収材の層を配置し、前記密閉容器の排出口側に前記ガス放出材の層を配置することとしている。
【００１１】
また、本発明に係るガス発生装置は、他の一実施の形態で、前記密閉容器の供給口から排出口に沿って、前記ガス吸収材とガス放出材の層を複数積層することとしている。
【００１２】
また、本発明に係るガス発生装置は、さらに他の一実施の形態で、前記密閉容器の供給口に前記ガス吸収材が接触して配置し、前記ガス放出材が前記ガス吸収材の周囲に接触して配置することとしている。
【００１３】
また、本発明は、他の一つの側面にて、ガス発生システムである。前記ガス発生システムは、前記ガス発生装置をガスが供給される方向に沿って複数配置したガス発生システムであって、系外からのガスを前記複数のガス発生装置にそれぞれ独立して供給するように、系外からのガスが供給される一端と、前記複数のガス発生装置の供給口にそれぞれ開閉弁と共に連結した複数の他端とを有する供給流路と、前記ガス発生装置の排出口に連結する一端と、前記ガス発生装置にて発生したガスを系外に排出する他端とを有する排出流路と、その内部に冷却媒体が循環しており、前記複数のガス発生装置と熱交換可能に順に接触し、熱交換器を備えた温度制御流路を備えている。
【００１４】
また、本発明は、他の一つの側面にて、ガス発生方法である。前記ガス発生方法は、系外からのガスを前記複数のうちの１つのガス発生装置に供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第一ガス発生工程と、前記第一ガス発生工程が完了する際に、前記温度制御流路内の冷却媒体を循環させることにより、前記１つのガス発生装置に蓄熱した熱を回収すると共に次に水素の発生に使用する前記複数のうちの他のガス発生装置を予熱する第一予熱工程と、予熱した前記他のガス発生装置に系外からのガスを供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第二ガス発生工程とを備えることとしている。
【００１５】
また、本発明に係るガス発生システムは、その一実施の形態で、前記ガス発生装置をガスが供給される方向に沿って複数配置したガス発生システムであって、系外からのガスを前記複数のガス発生装置にそれぞれ独立して供給するように、系外からのガスが供給される一端と、前記複数のガス発生装置の供給口にそれぞれ開閉弁と共に連結した複数の他端とを有する供給流路と、前記ガス発生装置の排出口に連結する一端と、前記ガス発生装置にて発生したガスを系外に排出する他端と、温度計と、開閉弁と有する第一排出流路と、前記１つのガス発生装置にて発生したガスを前記他のガス発生装置に供給するように、前記複数のうちの１つのガス発生装置の前記第一排出流路に連結した一端と、前記他のガス発生装置の排出口に前記他のガス発生装置への供給流路を介して連結する他端と、開閉弁を有する温度制御流路と、前記供給流路に前記１つのガス発生装置側の開閉弁と前記他のガス発生装置側の開閉弁と間にて連結する一端と、前記１つのガス発生装置で発生したガスの一部を系外に排出する他端と、開閉弁とを有する第二排出流路とを備えることとしている。
【００１６】
また、本発明に係るガス発生方法は、その一実施の形態で、前記ガス発生システムを用いたガス発生方法であって、系外からのガスを前記複数のうちの１つのガス発生装置に供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第一ガス発生工程と、前記第一ガス発生工程にて発生したガスの温度が所定の温度以上となった際に、前記第一供給流路から系外へガスを排出しながら、前記発生したガスを前記複数のうちの他のガス発生装置に供給することにより前記他のガス発生装置を予熱する第二予熱工程と、予熱した前記他のガス発生装置に系外からのガスを供給することにより、ガスを発生させて系外へ排出する第二ガス発生工程とを備えることとしている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、熱源となる燃料駆動デバイスからの排熱が低温であっても、排熱を加熱する加熱手段や起動用の加熱設備を必要とすることなく、多量の水を使用することもなく、簡素でコンパクトに燃料ガスを発生できるガス発生装置、ガス発生システム及びガス発生方法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明に係るガス発生装置について、その構成を概念的に示す概念図である。
【図２】図２（Ａ）は、本発明に係るガス発生装置の第一実施の形態について、その装置の構成を示す概略図であり、図２（Ｂ）は、本発明に係るガス発生装置の第二実施の形態について、その装置の構成を示す概略図であり、図２（Ｃ）は、本発明に係るガス発生装置の第三実施の形態について、その装置の構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明に係るガス発生システム及びガス発生方法の第一実施の形態について、そのシステムの構成を示す概略図である。
【図４】図４（Ａ）及び図４（Ｂ）は、本発明に係るガス発生システム及びガス発生方法の第二実施の形態について、そのシステムの構成を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、添付図面を参照して、本発明に係るガス発生装置、ガス発生システム及びガス発生方法の実施の形態について、詳細に説明する。本発明は、以下に説明する実施の形態によって限定されない。また、添付図面は、本実施の形態の概要を説明するための図であり、付属する機器を一部省略している。
【００２０】
［１．ガス発生装置］
先ず、図１を用いて、本発明に係るガス発生装置の概念を説明する。本発明に係るガス発生装置１０は、ガス発生体３と、密閉容器５とを備えている。
ガス発生体３は、ガス発生装置１０の外部から供給したガスを吸収することにより発熱するガス吸収材と、加熱によりガスを放出するガス放出材とからなる。ガス吸収材は、ガスを吸収することにより到達する温度が、ガス放出材がガスを放出するための熱分解温度よりも高い材料である。また、ガス放出材は、その放出したガスの量が、ガス吸収材が吸収したガスの量よりも多くなる材料である。
また、密閉容器５は、気密性を有する容器であり、その内部にガス発生体３のガス吸収材とガス放出材とを互いに伝熱するように内在している。また、密閉容器５は、その一端から密閉容器５の外部（系外）からのガス（以下、供給ガスともいう。）を供給し、その他端が密閉容器５の供給口と連通した供給流路５ａと、その一端から密閉容器５内で発生したガス（以下、発生ガスともいう。）を排出し、その他端が密閉容器５の排出口と連通した排出流路５ｂとを備える。
すなわち、ガス発生装置１０は、密閉容器５の外部からの供給ガスの量以上の発生ガスを発生するように構成され、好ましくは、密閉容器５の外部から供給した供給ガスの２倍以上の発生ガスを発生するように構成されている。
【００２１】
以上のような構成により、密閉容器５内に供給ガスを供給すると、ガス吸収材が供給ガスを吸収して発熱する。これにより、ガス発生体３のガス吸収材とガス放出材とが共に熱せられる。ガス放出材は、加熱されることによりガスを放出し、所定の温度、例えば１５０℃程度でガス放出（熱分解）を開始する。この場合、吸熱反応となり、ガス吸収材は冷却される。
その結果、ガス発生装置１０では、系外からの供給ガスの量以上のガスを発生することができる。例えば、供給ガスが水素ガスである場合、ガス吸収材としたＭｇ2Ｎｉが水素ガスを吸蔵した際の発熱量は７４ｋＪ／ｍоｌであり、ガス放出材とした水素化アルミニウムが水素ガスを放出する際の吸熱量は、５．１ｋＪ／ｍоｌである。したがって、熱量のバランスを考慮すると、ガス吸収材に１ｍоｌの水素ガスを吸蔵することにより、１４．５ｍоｌ分の水素ガスを発生することができる。
したがって、供給ガスが低温であってもガスを発生することができ、ヒーター、バーナー等の電気的又は機械的な加熱手段を用いずにガスを発生することができる。さらに、熱源が水素エンジン、燃料電池等の燃料駆動デバイスの排熱であっても、燃料駆動デバイスの起動の際に必要な加熱設備を不必要として、ガスを発生することができる。よって、効率のよいガスの発生を実現することができる。
【００２２】
ガス発生体３を構成するガス吸収材は水素吸収剤又は酸素吸収剤であり、ガス放出材は水素化剤又は酸素化剤である。
ここで、ガス吸収材がガスを吸収することにより到達する温度をガス放出材の前記ガスを放出するための熱分解温度よりも高く設定する。到達する温度は、ガス放出材が放出するガスの量をガス吸収材が吸収するガスの量よりも多くなるようにガス吸収材とガス放出材を選択することにより、適宜設定することができる。
水素吸収剤は、水素吸蔵合金が好ましく、例えば、Ｍｇ2Ｎｉ、ＺｒＭｎ２、Ｍｇを添加した酸化ニオビウム(Ｎｂ2Ｏ5)等である。水素化剤は、例えば、水素化アルミニウムリチウム(ＬｉＡｌＨ4)、チタン触媒を添加した水素化アルミニウムナトリウム(ＮａＡｌＨ4)、活性マグネシウム、水素化ホウ素リチウム(ＬｉＢＨ4)、水素化ホウ素ナトリウム(ＮａＢＨ4)、水素化マグネシウム(ＭｇＨ2)、水素化アルミニウム(ＡｌＨ3)等である。水素吸収剤と水素化剤との組合せは、水素化剤が放出する水素ガスの量が、水素吸収剤が吸収する水素ガスの量の少なくとも２倍以上となる組合せを選択することが好適である。また、酸素吸収剤は、鉄微粉、セラミックを混入した鉄微粉等であり、酸素化剤は、酸化銀等である。酸素吸収剤と酸素化剤の組合せは、酸素化剤が放出する酸素ガスの量が、酸素貯蔵材が吸収する酸素ガスの量の少なくとも２倍以上となる組合せを選択することが好適である。
以上の組合せにより、効率よく水素ガス、酸素ガス等のガスを発生することができるため、燃料電池等の燃料駆動デバイスの発電効率を向上することができる。
【００２３】
密閉容器５内に供給する供給ガスは、供給ガスが水素ガスである場合、水素ガスボンベ内の水素ガス、加水分解にて発生させた少量の水素ガス、液体水素を気化した少量の水素ガス等の水素ガスを用いることができる。供給する水素ガスの純度は、発生ガス（水素ガス）の発生効率の観点より、９９．９９９９％以上が好ましい。また、供給ガスが酸素ガスである場合、酸素ガスボンベ内の酸素ガス、加水分解にて発生させた少量の酸素ガス、液体酸素を気化した少量の酸素ガス等の酸素ガスを用いることができる。供給する酸素ガスの純度は、発生ガス（酸素ガス）の発生効率の観点より、９９．９９９９％以上が好ましい。
これにより、多量の水を使用することもなく、効率よく水素ガス、酸素ガス等のガスを発生することができる。
【００２４】
１．１．第一実施の形態
次いで、第一実施の形態に係るガス発生装置について図２（Ａ）を用いて説明する。なお、図１について前述した構成と同様のものについては、同様の番号を付すと共に説明を省略する。また、以下に説明する実施の形態では、対象とするガスが水素ガス(Ｈ2)である場合を例に取って説明する。
【００２５】
図２（Ａ）に示すように、第一実施の形態に係るガス発生装置１０Ａでは、水素吸収剤３ａの層と水素化剤３ｂの層とを互いに伝熱可能なように積層し、密閉容器５の供給口側に水素吸収剤３ａの層を配置し、密閉容器５の排出口側に水素化剤３ｂの層を配置している。すなわち、密閉容器５の供給口から密閉容器５の排出口へと向かう方向に沿って、系外から供給した水素ガスが先ず水素吸収剤３ａに接触するように、水素吸収剤３ａの層と水素化剤３ｂの層とを順に配置している。本明細書では、水素ガスが流れる方向に沿って、「上段」、「下段」、「上流」、「下流」等の単語を用いる。
【００２６】
以上の構成により、系外から水素ガスを供給流路５ａを介して密閉容器５内に供給すると、先ず水素ガスが水素吸収剤３ａに接触し、水素吸収剤３ａが水素ガスを吸蔵してその温度が上昇する。水素吸収剤３ａの水素吸蔵能が低下して、その温度が上昇すると、供給した水素ガスが上段の水素吸収剤３ａの層で加熱され、下段の水素化剤３ｂの層に流れる。これにより、水素化剤３ｂの層から徐々に加熱され、下段の水素化剤３ｂの熱分解により水素ガスの発生が開始する。系外からの水素ガスの供給を停止すると、水素化剤３ｂに熱が伝わりにくくなり、水素化剤３ｂの熱分解による自己冷却によって水素ガスの発生が停止する。
【００２７】
本実施の形態によれば、ガス吸収材の発熱分をガスの発生のために効率よく利用することができる。このため、ガス吸収材の搭載量を低減することができる。また、系外からの供給ガスの供給量を制御することにより、密閉容器内のガスの発生量を制御して、系外へのガスの発生量を制御できる。
【００２８】
１．２．第二実施の形態
次いで、第二実施の形態に係るガス発生装置について図２（Ｂ）を用いて説明する。なお、図１について前述した構成と同様のものについては、同様の番号を付すと共に説明を省略する。
【００２９】
図２（Ｂ）に示すように、第二実施の形態に係るガス発生装置１０Ｂでは、密閉容器５の供給口から密閉容器５の排出口に向かう方向に沿って、水素吸収剤３ａと水素化剤３ｂの層を複数積層している。すなわち、密閉容器５の供給口側から順に、水素吸収剤３ａの層と水素化剤３ｂの層とを交互に配置している。このように、水素吸収剤３ａと水素化剤３ｂの層とを複数積層することにより、密閉容器５内の上流側を予熱ゾーンとし、その下流側を水素ガス発生ゾーンとすることができる。このため、系外から供給した水素ガスを無駄なく水素吸収剤３ａと反応させて、水素化剤３ｂからの水素ガスの発生量を増大することができる。すなわち、密閉容器５内の上流側を予熱ゾーンとし、その下流側をガス発生ゾーンとすることにより、系外からの供給ガスを無駄なくガス吸収材と反応させて、ガス放出材からのガスの発生量を増大することができる。
【００３０】
１．３．第三実施の形態
次いで、第三実施の形態に係るガス発生装置について図２（Ｃ）を用いて説明する。なお、図１について前述した構成と同様のものについては、同様の番号を付すと共に説明を省略する。
【００３１】
図２（Ｃ）に示すように、第三実施の形態に係るガス発生装置１０Ｃでは、密閉容器５の供給口に水素吸収剤３ａを接触して配置し、水素化剤３ｂを水素吸収剤３ａの周囲に接触して配置している。本実施の形態によれば、密閉容器５内に供給した水素ガスの全てが水素吸収剤３ａに吸収され、水素吸収剤３ａで発生した熱の伝熱と水素化剤３ｂの熱分解とにより、水素ガスが発生する。本実施の形態によれば、供給ガスが酸素ガスであり、ガス放出材が酸素化剤である場合に特に有利な点がある。
【００３２】
［２．ガス発生システム及びガス発生方法］
２．１．第一実施の形態
【００３３】
次いで、本発明に係るガス発生システムの第一実施の形態について、図３を参照して説明する。図３に示すように、本実施の形態に係るガス発生システムは、例えば前述した第一〜第三実施の形態に係るガス発生装置の何れかと、供給流路２０と、排出流路３０と、温度制御流路４０とを少なくとも備える。なお、本実施の形態では、対象となるガスが水素ガスである場合を例に取って説明する。また、以下の実施の形態では、「系外」はシステムの系外を指す。
【００３４】
ガス発生装置１１〜１３は、水素ガスが供給される方向に沿って順に配置している。すなわち、複数のガス発生装置１１〜１３を、ガス発生装置１１、ガス発生装置１２、ガス発生装置１３の順に水素の発生が実施できるように、排出経路２０の水素ガスを供給する一端側から順に並列に配置している。
【００３５】
供給流路２０は、複数のガス発生装置１１〜１３にそれぞれ独立して水素ガスを供給するように、水素ガスが供給される一端と、複数のガス発生装置１１〜１３の供給口にそれぞれ開閉弁２４〜２６と共に連結した複数の他端とを有している。具体的には、供給流路２０は、水素ガスが供給される一端と、ガス発生装置１１に水素ガスを供給するように分岐した供給流路２１と、ガス発生装置１２に水素ガスを供給するように供給流路２１との分岐点を超えた箇所で分岐した供給流路２２と、ガス発生装置１３に水素ガスを供給するように供給流路２２との分岐点を超えた箇所で分岐した供給流路２３とを備えている。すなわち、供給流路２１〜２３がそれぞれガス発生装置１１〜１３の供給口に連通する他端は、供給流路２０の前記複数の他端に相当する。また、供給流路２１〜２３の前記他端側には、系外からの水素ガスをガス発生装置１１〜１３に供給するための開閉弁２４〜２６がそれぞれ設けられている。
【００３６】
排出流路３０は、ガス発生装置１１〜１３の各々の排出口に連結する一端と、ガス発生装置１１〜１３の各々にて発生したガスを系外に排出する他端とを有する排出流路３１〜３３を備えている。具体的には、排出流路３０は、ガス発生装置１１が排出した水素ガスを系外に排出する一端及びガス発生装置１１の排出口に連通した他端を有する排出流路３１と、ガス発生装置１２が排出した水素ガスを系外に排出する一端及びガス発生装置１２の排出口に連通した他端を有する排出流路３２と、ガス発生装置１３が排出した水素ガスを系外に排出する一端及びガス発生装置１３の排出口に連通した他端を有する排出流路３３とを備えている。排出流路３１には、ガス発生装置１１にて発生した水素ガスの温度を計測する温度計３１ａが設けられている。なお、図中では省略するが、排出流路３２、３３にも同様の構成の温度計が設けられている。
【００３７】
温度制御流路４０は、その内部に冷却媒体が循環しており、ガス発生装置１１〜１３と熱交換可能に順に接触し、熱交換器４１を備えている。具体的には、温度制御流路４０は、温度循環流路４０は、ガス発生装置１１〜１３と水素ガスが供給される順に接触し、熱交換器４１と、熱交換器４１への冷却媒体の供給及び停止を行う開閉弁４２、４３と、冷却媒体を循環させるための循環ポンプＰ４０とを備えている。循環ポンプＰ４０は、排出流路３１の温度計３１ａと電気的に接続しており、図示しない制御装置からの制御信号によりまたは前記制御装置に開始若しくは停止命令を入力することにより、温度計３１ａで計測した温度に基づいて駆動及び停止可能に構成されている。また、開閉弁４２、４３は、温度計３１ａと電気的に接続しており、図示しない制御装置からの制御信号によりまたは前記制御装置に開始若しくは停止命令を入力することにより、それそれ独立して開閉可能に制御されるよう構成されている。なお、開閉弁４２、４３は、それぞれ、前述した排出流路３２、３３の図示しない温度計とも電気的に接続しており、図示しない制御装置からの制御信号によりまたは前記制御装置に開始若しくは停止命令を入力することにより、それぞれ独立して開閉可能に制御されるよう構成されている。
【００３８】
次いで、以上の構成を有するガス発生システムの作動形態を説明することにより、ガス発生方法の第一実施の形態について以下に説明する。本実施の形態に係るガス発生方法は、第一ガス発生工程と、第一予熱工程と、第二ガス発生工程とを少なくとも備える。
【００３９】
先ず、第一ガス発生工程では、開閉弁２４を開き、開閉弁２５、２６を閉じた状態で、系外の水素ガスを供給流路２０、２１を介して１つ目のガス発生装置１１に供給することにより、ガス発生装置１１では水素ガスを発生する。
【００４０】
第一予熱工程では、ガス発生装置１１での水素ガスの発生がほぼ完了する際または完了後に、開閉弁２４を開いた状態で循環ポンプＰ４０を駆動し、冷却媒体を温度制御流路４０にて循環させることにより、ガス発生装置１１に蓄熱した熱を回収する。熱を回収した冷却媒体は、温度制御流路４０を介して、次に水素ガスの発生に使用するガス発生装置１２内を予熱する。
【００４１】
第二ガス発生工程では、予熱中又は予熱完了後に、開閉弁２４を閉じ、開閉弁２５を閉じ、水素ガスを供給流路２０、２２を介して２つ目のガス発生装置１２に供給することにより、予熱したガス発生装置１２で水素ガスを発生する。その後、ガス発生装置１３に対しても同様に予熱と水素の発生を実施する。
【００４２】
また、本実施の形態に係るガス発生方法は、任意選択的に、第一温度制御工程と冷却工程とをさらに備えることができる。
第一温度制御工程では、ガス発生装置１１での水素ガスの発生中に、排出流路３１の温度計３１ａによりユーザーへ供給する水素ガスの温度を計測する。温度計３１ａにて計測した水素ガス温度が高い（例えば、８０℃）場合は、循環ポンプＰ４０により冷却媒体を温度制御流路４０にて循環することにより、水素ガスの温度をユーザーが要求する程度まで低下させるように制御する。制御する冷却媒体の温度は、ユーザーが燃料電池である場合、燃料電池の発電するための温度より低い温度とすることが好ましい。燃料電池を発電するための温度は、例えば、４０℃〜８０℃の範囲である。
【００４３】
また、冷却工程は、ガス発生システムを長時間停止する場合に適用する。本工程では、ガス発生システムを長時間停止するために、開閉弁２４〜２６を閉じた状態とする。循環ポンプＰ４０により温度制御流路４０にて冷却媒体を循環すると共に、開閉弁４２を閉じ、開閉弁４３を開いた状態をすることにより、冷却媒体を熱交換器４１に流入する。熱交換器４１では、冷却媒体とシステムの系外の媒体（大気、海水等）との熱交換を行うことにより、冷却媒体の温度を低下させる。冷却媒体を熱交換器４１にて冷却させながら温度制御流路４０で循環させることにより、ガス発生装置１１〜１３内を除熱する。
【００４４】
本実施の形態のガス発生システム及びガス発生方法によれば、前述した第一〜第三実施の形態に係るガス発生装置と同様に、ガスを発生したガス発生装置１１の次にガスを供給させるガス発生措置１２の内部を予熱することができるので、ガス発生装置１１〜１３にて、ガス放出体３中のガス放出材を加熱するためのガス吸収材の搭載量を減らすことができる。したがって、ガス発生装置１１〜１３及びそれらを備えるガス発生システム内でのガス発生体３の搭載量を削減すると共に、ガス発生装置１１〜１３に供給するガス量及びガス発生装置１１〜１３を備えるガス発生システム内で使用するガス量を低減することができる。
【００４５】
２．２．第二実施の形態
次いで、本発明に係るガス発生システムの第二実施の形態について、図４（Ａ）を参照して説明する。図４（Ａ）に示すように、本実施の形態に係るガス発生システムは、例えば前述した第一〜第三実施の形態に係るガス発生装置の何れかを水素ガスが供給される方向に沿って複数配置してなり、供給流路２０と、第一排出流路３０と、温度制御流路１４０と、第二排出流路５０とを少なくとも備える。なお、前述したガス発生システムの第一実施の形態と同様の構成については、その説明を省略する。また、本実施の形態でも、ガスを水素ガスとした場合を例に取って説明する。
【００４６】
供給流路２０は、第一実施の形態と供給流路２０と略同様の構成である。すなわち、供給流路２０は、複数のガス発生装置１１〜１３にそれぞれ独立して水素ガスを供給するように、水素ガスが供給される一端と、複数のガス発生装置１１〜１３の供給口にそれぞれ開閉弁２４〜２６と共に連結した複数の他端とを有する。また、開閉弁２４〜２６は、温度計３１ａとそれぞれ電気的に接続しており、図示しない制御装置からの制御信号によりまたは前記制御装置に開始若しくは停止命令を入力することにより、それぞれ独立して開閉可能に制御されるよう構成されている。
【００４７】
第一排出流路３０は、第一実施の形態と排出流路３０と略同様の構成である。すなわち、第一排出流路３０は、ガス発生装置１１〜１３の排出口に連結する一端と、ガス発生装置１１〜１３にて発生した水素ガスを系外に排出する他端とを有する排出流路３１〜３３を、それぞれ独立して備えている。排出流路３１には、ガス発生装置１１にて発生した水素ガスの系外への排出を開閉制御する開閉弁３１ｂが設けられている。開閉弁３１ｂは、温度計３１ａと電気的に接続しており、図示しない制御装置からの制御信号によりまたは前記制御装置に開始若しくは停止命令を入力することにより、開閉可能に制御されるよう構成されている。なお、図中では省略するが、排出流路３２、３３にも同様の構成の開閉弁が設けられている。
【００４８】
温度制御流路１４０は、ガス発生装置１１にて発生した水素ガスを次に水素ガスを供給するガス発生装置１２に供給するように、ガス発生装置１１の排出流路３１に温度計３１ａと開閉弁３１ｂとの間で連結した一端と、ガス発生装置１２の供給口にガス発生装置１２の供給流路２２を介して連結する他端と、開閉弁１４２とを有している。温度制御流路１４０の前記他端は、開閉弁２４とガス発生装置１２の供給口との間にて供給流路２２に連結している。また、開閉弁１４２は、温度計３１ａと電気的に接続しており、図示しない制御装置の制御信号によりまたは前記制御装置に開始又は停止命令を入力することにより、開閉可能に制御されるよう構成されている。なお、図中では省略するが、ガス発生装置１２にて発生した水素ガスを次に水素ガスを供給する他のガス発生装置１３に供給するように、ガス発生装置１２の排出流路３１とガス発生装置１３の供給流路２２との間にも、温度制御流路１４０と同様の構成が設けられている。
【００４９】
第二排出流路５０は、供給流路２０にてガス発生装置１１側の開閉弁２４とガス発生装置１２側の開閉弁２５と間にて連結する一端と、ガス発生装置１１で発生した水素ガスの一部を系外に排出する他端と、水素ガスの系外への排出を開閉制御する開閉弁５１とを有している。また、開閉弁５１は、排出流路３１の温度計３１ａと電気的に接続しており、図示しない制御装置からの制御信号または前記制御装置に開始若しくは停止命令を入力することにより、開閉可能に制御されるよう構成されている。
【００５０】
次いで、以上の構成を有するガス発生システムについて、図４（Ａ）及び図４（Ｂ）を参照して作動形態を説明することにより、ガス発生方法の第二実施の形態を以下に説明する。本実施の形態に係るガス発生方法は、第一ガス発生工程と、第二予熱工程と、第二ガス発生工程とを少なくとも備える。
【００５１】
第一ガス発生工程では、開閉弁２４を開き、開閉弁２５、２６を閉じた状態で、供給流路２０にガス発生システム系外の水素ガスを供給流路２０、２１を介して１つ目のガス発生装置１１に供給することにより、ガス発生装置１１では水素ガスを発生する。
【００５２】
第二予熱工程では、ガス発生装置１１での水素ガスの発生中に、ガス発生装置１１から発生した水素ガスの温度を排出流路３１の温度系３１ａにて計測し、水素ガスの温度が所定の温度（例えば、５０℃〜２００℃）以上となる場合に、開閉弁３１ｂを閉じ、開閉弁１４２を開いた状態とする。ガス発生装置１１で発生した水素ガスを、温度制御流路１４０を介してガス発生装置１２に供給することにより、次に水素ガスの発生に使用するガス発生装置１２内を予熱する。また、ガス発生装置１２の予熱と共に、第二排出流路５０の開閉弁５１を開く［図４（Ｂ）］ことにより、供給流路２０からの水素ガスをユーザー側に供給する。
【００５３】
第二ガス発生工程では、予熱中又は予熱完了後に、開閉弁２４を閉じ、開閉弁２５を開け、供給流路２０にガス発生システム系外の水素ガスを供給流路２０、２２を介して２つ目のガス発生装置１２に供給することにより、予熱したガス発生装置１２で水素ガスを発生する。その後、ガス発生装置１３に対しても同様に予熱と水素の発生を実施する。
【００５４】
また、本実施の形態に係るガス発生方法は、任意選択的に、第二温度制御工程をさらに備えることができる。
第二温度制御工程では、前記予熱工程にてガス発生装置１１で発生した水素ガスの一部をユーザー側に供給すると共に、開閉弁２５を開いて供給流路２２を解放した状態とすることにより、ガス発生装置１１で発生した水素ガスの残部をボンベ等からの水素ガスと合流させることができる。例えば、ボンベ等からの水素ガスの温度が３０℃であり、ガス発生装置１１から発生する水素ガスの温度が１５０℃とした場合、ガス発生装置１１で発生した水素ガスの残部を供給する水素ガスを２：１の量の比で合流することにより、約７０℃の水素ガスとすることができる。温度の制御については、燃料電池の発電温度等のユーザーの使用温度とほぼ同等か低い温度とすることが好ましい。
【００５５】
本実施の形態のガス発生システム及びガス発生方法によれば、図３について説明した第一実施の形態と同様に、ガスを発生したガス発生装置１１の次にガスを供給させるガス発生措置１２の内部を予熱することができるので、ガス発生装置１１〜１３にて、ガス放出体３中のガス放出材を加熱するためのガス吸収材の搭載量を減らすことができる。したがって、ガス発生装置１１〜１３及びそれらを備えるガス発生システム内でのガス発生体３の搭載量を削減すると共に、ガス発生装置１１〜１３に供給するガス量及びガス発生装置１１〜１３を備えるガス発生システム内で使用するガス量を低減することができる。
【００５６】
なお、第一及び第二実施の形態に係るガス発生システム及びガス発生方法では、３つのガス発生装置１１〜１３を備える構成を例示した。本発明はこれに限定されない。ガス発生装置を２つ以上備える構成のガス発生システム及びガス発生方法であればよく、ユーザーの要求するガス量又は発電量に応じて、ガス発生装置を２つ以上備える構成のガス発生システム及びガス発生方法とすることができる。
【００５７】
また、第一及び第二実施の形態に係るガス発生システム及びガス発生方法では、ガス発生装置１１でのガス発生中又はガス発生後に、ガス発生装置１１に隣接するガス発生装置１２を予熱とガスの発生に使用する構成及び方法を例示した。本発明はこれに限定されない。最初のガス発生装置のガス発生中又はガス発生後に予熱したガス発生装置を、次に水素の発生に使用する対象とすればよい。例えば、第一実施の形態では、温度制御流路４０をガス発生装置１１とガス発生装置１３のみを経緯する流路を備えた構成としてもよく、第二実施の形態では、温度制御流路１４０をガス発生装置１１の排出流路３１とガス発生装置１３の供給口を連通する構成としてもよい。
【００５８】
また、第一〜第三実施の形態に係るガス発生装置並びに第一及び第二実施の形態に係るガス発生システム及びガス発生方法では、系外から供給ガスをガス発生装置に供給してガスを発生し、発生ガスを系外へ排出して使用することを例示した。本発明はこれに限定されない。本発明によれば、供給ガスの量よりも発生ガスの量を多くすることができるため、発生したガスを循環させるための流路をガス発生装置の系外、ガス発生システム内若しくは系外に設ける構成、又はガス発生方法にて発生したガスを循環させて供給ガスとして再利用する工程を備えることにより、最終的に得られる発生ガスの量を大きくすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明に係るガス発生装置、発生システム及び発生方法によれば、熱源からの排熱が低温であっても、排熱を加熱する加熱手段や起動用の加熱設備を必要とすることなく、多量の水を使用することもなく、簡素でコンパクトに燃料ガスを発生することができる。
【符号の説明】
【００６０】
３  ガス発生体
３ａ  水素吸収剤
３ｂ  水素化剤
５  密閉容器
５ａ、２０、２１、２２、２３  供給流路
５ｂ、３０、３１、３２、３３、５０  排出流路（第一排出流路）
１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１１、１２、１３  ガス発生装置
２４、２５、２６、３１ｂ、４２、５１、１４２  開閉弁
３１ａ  温度計
４０、１４０  温度制御流路
５０  第二排出流路
Ｐ４０  循環ポンプ
【図１】
2018138286.tif 000003
【図２】
2018138286.tif 000004
【図３】
2018138286.tif 000005
【図４】
2018138286.tif 000006