(57)【要約】【課題】  水素化金属に供給する水に溶存する窒素などの不活性ガスを除去し、燃料電池の電圧低下を防ぐことができる水素発生装置を提供することを目的とする。【解決手段】  燃料電池に水素ガスを供給するための水素発生装置は、水と反応することにより水素ガスを発生する水素化金属５が収容される水素発生容器２０と、この水素発生容器に水を供給するための水タンク１０とを備えており、更に水タンクは、この水タンク内に収容される水１に、水素または酸素のガス３ａを導入して、水中の溶存不活性ガスを脱気する手段１２、１４と、この脱気処理した水を、水素発生容器２０に供給する給水ライン２１とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料電池に水素ガスを供給するための水素発生装置であって、
水と反応することにより水素ガスを発生する水素化金属が収容される水素発生容器と、この水素発生容器に水を供給するための水タンクとを備えており、
前記水タンクが、この水タンク内に収容される水に、水素または酸素のガスを導入して、前記水中の溶存不活性ガスを脱気する手段と、この脱気処理した水を、前記水素発生容器に供給する給水ラインとを備えるものである水素発生装置。
【請求項２】
前記水素発生容器で発生した水素ガスの一部を、前記水タンクに導入される水素ガスとして再利用するために、前記水素発生容器から前記水タンクへと水素ガスを送る水素循環ラインを更に備える請求項１に記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池用の水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に供給する水素源として、水素化金属の反応を利用して水素ガスを得る方法が知られている。水素化金属は容器に封入されており、この容器に水を注入することで、水と水素化金属との反応によって水素ガスを得る。特許文献１には、このように水と接触することで水素ガスを発生させる水素発生用合金が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１１−１２２２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
燃料電池に供給する水素ガスに不純ガスが含まれると、燃料電池の電圧が低下するという問題がある。このように水素ガスに不純ガスが含まれる原因としては、水素化金属の容器内に空気が存在することから、発生する水素ガスに窒素などの不活性ガスが含まれることや、容器に供給する水に窒素などの溶存不活性ガスが存在することから、発生する水素ガスにも窒素などの不活性ガスが含まれることが考えられる。
【０００５】
水素化金属の容器内に存在する空気は、真空パージなどによって除去することは容易であるが、供給する水に含まれる窒素などの溶存不活性ガスを除去することは容易なことではない。
【０００６】
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、水素化金属に供給する水中の窒素などの溶存不活性ガスを除去し、燃料電池の電圧低下を防ぐことができる水素発生装置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】
上記の目的を達成するために、本発明は、燃料電池に水素ガスを供給するための水素発生装置であって、水と反応することにより水素ガスを発生する水素化金属が収容される水素発生容器と、この水素発生容器に水を供給するための水タンクとを備えており、前記水タンクは、この水タンク内に収容される水に、水素または酸素のガスを導入して、前記水中の溶存不活性ガスを脱気する手段と、この脱気処理した水を、前記水素発生容器に供給する給水ラインとを備えるものである。
【０００８】
本発明に係る水素発生装置は、前記水素発生容器で発生した水素ガスの一部を、前記水タンクに導入される水素ガスとして再利用するために、前記水素発生容器から前記水タンクへと水素ガスを送る水素循環ラインを更に備えることもできる。
【発明の効果】
【０００９】
このように、本発明によれば、水タンク内の水に、水素ガスまたは酸素ガスを導入することで、水中の窒素などの溶存不活性ガスを脱気することができる。そして、この窒素などの溶存不活性ガスを脱気処理された水を水素化金属と反応させるので、発生する水素ガスの不活性ガスの濃度を低下させることができ、よって、燃料電池の電圧低下を防ぐことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明に係る燃料電池用の水素発生装置の一実施の形態を示す模式図である。
【図２】本発明の脱気処理した処理水で発生させた水素ガスを用いた場合の燃料電池の電圧変化を示すグラフである。
【図３】本発明の脱気処理した処理水で発生させた水素ガスを用いた場合の燃料電池の電圧変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明に係る燃料電池用の水素発生装置の一実施の形態について説明する。
【００１２】
図１に示すように、本実施の形態の燃料電池用の水素発生装置は、水が収容される水タンク１０と、水と反応することにより水素ガスを発生する水素化金属が収容される水素発生容器２０とを主に備える。
【００１３】
水タンク１０は、円筒形状を有する密閉槽である。水タンク１０は、タンクを底側部と上側部とに区画するように水平方向に延びる多孔質板１１を備える。また、水タンク１０は、タンクの上面からタンク内のガスを取り込み、タンクの多孔質板１１よりも底面側に、この取り込んだガスを供給するためのガス循環ライン１２を備える。ガス循環ライン１２には、ガスを循環させるための循環ブロワ１３を設ける。また、ガス循環ライン１２のガスを供給する側の先端部分には、水中にガスを吹き込むための供給ノズル１４を設ける。
【００１４】
なお、図１では供給ノズル１４を１つしか示していないが、これに限定されず、複数のノズルを設けることができる。多孔質板１１は、タンク内の水およびノズルからのガスが自由に通過することができるものであれば、特にその材質や孔径については限定されない。水タンク１０には、タンク内に追加の水を補給するための水補給ライン（図示省略）を設ける。
【００１５】
ガス循環ライン１２には、ライン内に追加のガスを供給するためのガス源１５と、このガス源１５からガス循環ライン１２にガスを流すガス供給ライン１６を設ける。ガス源１５は、水素ガスまたは酸素ガスのガス源である。これらガスの純度は、一般に流通する水素ガスボンベや酸素ガスボンベのレベルでよく、例えば、９９．９９％以上が好ましい。ガス源１５のバルブ（図示省略）を操作することで、供給するガスの流量を調節することができる。
【００１６】
また、ガス循環ライン１２には、ライン内のガスを系外に排出するためのガス排出ライン１７を設ける。このガス排出ライン１７には、排出するガスの流量を調節することができる開閉バルブ１８を設ける。
【００１７】
水素発生容器２０は、円筒形状を有する密閉槽である。この水素発生容器２０には、容器内に収容される水素化金属５に水を供給するための給水ライン２１を設ける。この給水ライン２１の水の取込口は、水タンク１０の底面に設ける。給水ライン２１には、水タンク１０から水素発生容器２０へと水を圧送するためのポンプ２２を設ける。また、水素発生容器２０には、発生した水素ガスを燃料電池（図示省略）へ供給するための水素供給ライン２３を、容器の上面に設ける。
【００１８】
この水素供給ライン２３には、水タンクのガス源１５として水素ガスを採用する場合には、発生した水素ガスの一部を水タンクのガス循環ライン１２に供給する水素循環ライン２４を、任意に設けることができる。この水素循環ライン２４には、循環利用する水素ガスの流量を調節することができる開閉バルブ２５を設ける。
【００１９】
以上のような構成によれば、先ず、水タンク１０に、水補給ライン（図示省略）を介して水１を供給するとともに、水素発生容器２０に水素化金属５を供給する。供給する水１は、イオン交換水や逆浸透水、蒸留水などの純水が好ましい。水の純度は、特に限定されないが、例えば、ＪＩＳＫ０５５７で規定するＡ３のレベルが好ましい。水素化金属５は、水と反応することにより水素ガスを発生する金属であれば特に限定されないが、例えば、水素化マグネシウム、水素化アルミニウム、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化ナトリウム、水素化ホウ素ナトリウムなどが好ましい。
【００２０】
次に、水タンク１０に、ガス源１５から供給ノズル１４を介して酸素ガスまたは水素ガスを供給する。酸素ガスまたは水素ガスは、多孔質板１１によって水タンク１０全体に拡散され、気泡３ａとして水タンク１０内の水１中を通過する。そして、水面上の気相部には、酸素ガスまたは水素ガスが充填する。水タンク１０の気相部に充填した酸素ガスまたは水素ガスは、ガス循環ライン１２を介して循環ブロワ１３によって、水タンク１０の下部に位置する供給ノズル１４から再び水１中へと供給する。このように水タンク１０の水１中に酸素ガスまたは水素ガスを通過させることで、水１中の窒素などの溶存不活性ガスが酸素ガスまたは水素ガスと徐々に置換して脱気され、水面上の気相部へと移行する。よって、水１に溶存する不活性ガスの濃度を低下させることができる。
【００２１】
なお、水タンク１０の気相部では、除去された窒素などの不活性ガスの濃度が上昇することから、開閉バルブ１８を開き、ガス循環ライン１２内を流れるガスの一部を、ガス排出ライン１７を介して系外に排出する。これにより、水タンク１０の気相部における酸素ガスまたは水素ガスの濃度を一定の値に維持することができる。酸素ガスまたは水素ガスの濃度は、特に限定されないが、例えば、９９．９９％以上が好ましい。
【００２２】
水タンク１０で窒素などの溶存不活性ガスが脱気された処理水は、給水ライン２１を介してポンプ２２によって水素発生容器２０に供給される。なお、水素発生容器２０は、真空パージなどによって、容器内に存在する空気を予め除去しておく。この水素発生容器２０では、供給された処理水７は、容器内の水素化金属５と反応して水素ガス９を発生する。この水素ガス９は、水素供給ライン２３を介して燃料電池（図示省略）へと供給する。上述したように、処理水７は、当初に溶存していた窒素などの不活性ガスが脱気されており、不活性ガスの濃度は低下していることから、発生する水素ガス９に含まれる窒素などの不活性ガスの濃度も下げることができる。
【００２３】
本発明によれば、水素ガス９に含まれる窒素などの不活性ガスの濃度を、０．０００１％以下にすることができる。これは、脱気処理しなかった純水を用いて発生させた水素ガス中の不活性ガスの濃度が約０．００１％であることから、不活性ガスの濃度を１０分の１と顕著に低下させることができる。なお、不活性ガスとの置換によって処理水７に含まれるようになった酸素ガスまたは水素ガスは、燃料電池の原料であり、電圧低下に寄与しない。
【００２４】
水タンク１０で水に供給するガスとして水素ガスを採用する場合は、水素発生容器２０で発生する水素ガス９を、水タンク１０で使用することもできる。この場合、開閉バルブ２５を開き、水素循環ライン２４を介して、水素供給ライン２３の水素ガス９の一部をガス循環ライン１２へと供給することができる。
【実施例】
【００２５】
以下、本発明の実施例および比較例について説明する。
【００２６】
ＪＩＳＫ０５５７で規定するＡ３のレベルの純水に、純度９９．９９９９％の水素ガスを１．０ＮＬ／ｍｉｎの流量で供給して、純水中の窒素などの溶存不活性ガスを脱気処理した。この処理水を水素化金属（水素化カルシウム）と反応させて水素ガスを発生させた。そして、この水素ガスを３．６ＮＬ／ｍｉｎの流量で、出力３５０Ｗ級の燃料電池に供給し、燃料電池で発電を行った。この時の燃料電池の電圧を経時的に測定した結果について、図２に示す。なお、比較のため、溶存不活性ガスの脱気処理を一切しなかった純水を用いた点を除き同様の条件で試験した結果についても、図２に合わせて示す。
【００２７】
図２に示すように、本発明である溶存不活性ガスの脱気処理をした実施例では、脱気処理をしなかった比較例と比べて、電圧が初期電圧の約９１％にまで低下するまでの運転時間を約２倍にすることができた。なお、図２のｘ軸の電圧の単位は、初期電圧からの電圧低下をパーセンテージで示すように規格化したものである。
【００２８】
また、図２に示した試験結果において水素ガス中の窒素濃度とその時の燃料電池の電圧変化を測定した。その結果を、図３に示す。
【００２９】
図３に示すように、実施例では、発生した水素ガス中の窒素濃度が１０％の場合、電圧低下量は５０ｍＶとなったが、発生した水素ガス中の窒素濃度が約６％、約４％、約２％と低下する程、電圧低下量は約２０ｍＶ、約１０ｍＶ、約１５ｍＶと減少させることができた。この結果から、本発明によって水素ガスと同伴して系内に混入する窒素量を少なくする程、燃料電池を高い電圧（すなわち、高い効率）で運転できることがわかった。
【符号の説明】
【００３０】
１  水
３  酸素または水素
５  水素化金属
７  脱気処理した水
９  水素ガス
１０  水タンク
１１  多孔質板
１２  ガス循環ライン
１３  循環ブロワ
１４  供給ノズル
１５  ガス源
１６  ガス供給ライン
１７  ガス排出ライン
１８  開閉バルブ
２０  水素発生容器
２１  給水ライン
２２  ポンプ
２３  水素供給ライン
２４  水素循環ライン
２５  開閉バルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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