(57)【要約】【課題】水素を効率よく供給することができる水素発生装置及びかかる水素発生装置を備えた燃料電池設備を提供する。【解決手段】反応器２に格納されたワーク３が溶液容器４内の促進剤水溶液５を供給されることにより化学反応を起こす。化学反応で発生した水素と反応生成物が送液管１３を通り移動し、溶液容器４の促進剤水溶液５と接触することにより泡や金属含有物等の生成物が分離される。発生した水素は水素導管１４を通り圧力室７に送られる。発生した水素は溶液容器４内を加圧し大気圧以上になると、定圧閉止弁９は開き、圧力制御弁１１は閉鎖し、水素が排出部１７に排出される。水素排出により、溶液容器４内は減圧して大気圧を下回る時、定圧閉止弁９は閉じ、圧力制御弁１１は開くので、圧力室７の水素が排出される。圧力室７の水素排出により、弾性膜６が上方に変形移動して収容室８は減圧する。収容室８が減圧することによって、促進剤水溶液５が反応器２に移動し、ワーク３と化学反応を起こし水素を発生する。【選択図】図１
2008037699.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体反応物を収容し、内部で水素を発生させる反応器と、
前記反応器内にあって前記固体反応物を収容する収容室と、
前記反応器の前記収容室に前記収容室の体積を可変とする流体室と、
前記固体反応物との接触により水素を発生させる促進剤水溶液を収容する溶液貯蔵器と、
前記反応器と前記溶液貯蔵器とを連絡し、前記反応器からの水素を前記溶液貯蔵器に送出する、前記溶液貯蔵器側の端部が前記促進剤水溶液に接触する流体流路と、
前記溶液貯蔵器と前記流体室とを連絡し、前記溶液貯蔵器からの水素を前記反応器の前記流体室に送出する水素流路と、
前記溶液貯蔵器に設けられ、前記溶液貯蔵器に送出された水素を排出する第１水素排出路と、
前記流体室に設けられ、前記流体室に送出された水素を排出する第２水素排出路と、
水素の発生と排出による前記流体室を介しての前記収容室内の減圧により、前記流体流路の促進剤水溶液の流通と、前記水素流路及び前記第１水素排出路及び前記第２水素排出路の水素の流通を制御すると共に、水素を前記流体流路に流通させて反応生成物を促進剤水溶液に接触させる制御手段と、
を備えることを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
固体反応物を収容し、内部で水素を発生させる反応器と、
前記反応器内にあって前記固体反応物を収容する収容室と、
前記反応器の前記収容室に前記収容室の体積を可変とする流体室と、
前記固体反応物との接触により水素を発生させる促進剤水溶液を収容する溶液貯蔵器と、
前記反応器の前記収容室と前記溶液貯蔵器とを連絡し、前記溶液貯蔵器からの促進剤水溶液を前記収容室の前記固体反応物に供給する第１流体流路と、
前記反応器の前記収容室と前記溶液貯蔵器とを連絡し、前記反応器で発生した反応生成物を前記溶液貯蔵器の促進剤水溶液に接触させる第２流体流路と、
前記溶液貯蔵器と前記反応器の前記流体室とを連絡し、前記溶液貯蔵器からの水素を前記流体室に送る水素流路と、
水素の発生と排出による前記流体室を介しての前記収容室内の減圧により、前記第１流体流路の前記促進剤水溶液の流通と、前記水素流路及び前記第１水素排出路及び前記第２水素排出路の水素の流通を制御すると共に、水素を前記第２流体流路に流通させて前記反応生成物を前記促進剤水溶液に接触させる制御手段と、
を備えることを特徴とする水素発生装置。
【請求項３】
前記第２水素排出路の途中部に前記水素流路が接続され、接続部を挟んで前記流体室の反対側の前記第２水素排出路に前記第１水素排出路が接続され、
前記制御手段は、
前記水素流路に設けられ水素の前記溶液貯蔵器から前記流体室への流通のみを許容する逆止弁と、
前記第２水素排出路に設けられ所定圧力以上で閉じる圧力制御弁と、
前記第１水素排出路に設けられ前記圧力制御弁が閉じる時の前記所定圧力を下回ると閉じる弁体を有する定圧閉止弁を備えた
ことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記第２水素排出路の途中部に前記水素流路が接続され、前記接続部を挟んで前記流体室の反対側の前記第２水素排出路に前記第１水素排出路が接続され、
前記制御手段は、
前記水素流路に設けられ水素の前記溶液貯蔵器から前記流体室への流通のみを許容する前記逆止弁と、
前記第１水素排出路と前記第２水素排出路の前記接続部に設けられ
所定圧以上の時に前記第１水素排出路が流通し、所定圧を下回った時に前記第２水素排出路が流通する三方弁を備えた
ことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記定圧閉止弁の所定圧を制御するのはばねである
ことを特徴とする請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項６】
前記圧力制御弁の設定圧力は、前記溶液貯蔵器の内圧を基準として開弁圧が設定されている
ことを特徴とする請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項７】
前記三方弁の設定圧力は、前記溶液貯蔵器の内圧を基準として開弁圧が設定されている
ことを特徴とする請求項４に記載の水素発生装置。
【請求項８】
前記流体流路の前記溶液貯蔵器への開口端が前記促進剤水溶液の中に配されている
ことを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の水素発生装置。
【請求項９】
前記反応器の前記流体室と前記収容室とを仕切り、併せて前記流体室と前記収容室の体積を可変にする手段は変形許容部材である
ことを特徴とする請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項１０】
前記反応器の前記流体室と前記収容室とを仕切り、併せて前記流体室と前記収容室の体積を可変にする手段である前記変形許容部材は可撓性の膜である
ことを特徴とする請求項９に記載の水素発生装置。
【請求項１１】
前記促進剤水溶液が移動する前記流体流路の配管口にフィルターを取り付けた
ことを特徴とする請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載の水素発生装置。
【請求項１２】
請求項１〜請求項１１のいずれか一項に記載の水素発生装置の排出路が燃料電池の燃料極に接続され、発生した水素が負極室に供給されることを特徴とする燃料電池設備。
【請求項１３】
水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物に接触させることで水素を発生させるに際し、水素の発生により加圧力を発生させて発生加圧力とし、発生した加圧力と水素排出により固体反応物を収容する反応器内の仕切られた部屋が減圧することで、促進剤水溶液を移動させる一方、水素と共に発生した生成物を促進剤水溶液に接触させて生成物を除去することを特徴とする水素発生方法。
【請求項１４】
水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物に接触させることで水素を発生させるに際し、水素の発生により加圧力を発生させて発生加圧力とし、発生した加圧力と水素排出により固体反応物を収容する反応器内の仕切られた部屋が減圧することで、促進剤水溶液を移動させることを特徴とする水素発生方法。
【請求項１５】
水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物に接触させることで水素を発生させるに際し、水素と共に発生した生成物を促進剤水溶液に接触させて生成物を除去することを特徴とする水素発生方法。
【請求項１６】
前記反応生成物が除去された水素を発生加圧力により排出する
ことを特徴とする請求項１３もしくは請求項１４に記載の水素発生方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池、水素エンジンといった水素を必要とする装置や水素貯蔵容器に効率よく水素を供給するための水素発生装置及び水素発生方法に関する。
【０００２】
また、本発明は、水素を効率よく供給することができる水素発生装置を備えた燃料電池設備に関する。
【背景技術】
【０００３】
近年のエネルギー問題や環境問題の高まりから、より高いエネルギー密度で、排出物がクリーンな電源が要求されている。水素発生により発電する燃料電池や内燃機関（水素エンジン）は、既存電池の数倍のエネルギー密度を有する発電機であり、エネルギー効率が高く、また、排出ガスに含まれる窒素酸化物や硫黄酸化物がない、もしくは、少ないといった特徴がある。従って、次世代の電源デバイスとしての要求に合った極めて有効なデバイスであると言える。
【０００４】
水素を利用した発電装置は、地域分散電源、ビル、家庭ジェネレーション、自動車、携帯機器等あらゆる業種を対象としている。いずれの場合も所定量の水素を速やかに供給する必要があり、また、特に自動車や携帯機器においては発電装置を設置するスペースの関係上、また電力を消費する装置に発電した電力を効率よく送るために、水素供給器及び水素発生材料を高水素貯蔵密度にし、低エネルギーで水素を発生させることが求められている。
【０００５】
従来、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錯体水素化物を加水分解する方法が知られている。例えば錯体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をアルカリ水溶液に溶解し、その水溶液を貴金属触媒に供給して接触させ、水素発生方法を起こす方法、水やアルコールを錯体水素化物に供給して、水素発生反応を起こす方法などが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００６】
この場合、水素発生反応の反応物は、錯体水素化物と水であり、触媒は水素発生反応を促進する促進剤の効果がある。水素発生反応を起こ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、流路に流通抵抗が存在する等、水素発生装置に少なからず影響を与えてしまう。
【０００７】
このため、水素発生装置において、分離器を設けることにより水素を効率よく無駄のない状態で精製することが考えられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
即ち、水素発生装置は、反応器と分離器がポンプと弁を介して水タンクに接続された構成となっている。分離器では不純物と水と水素を分離することができ、分離器内の上澄みの水は再利用される。このため、生成される水素純度を向上することができる。併せて、水の再利用によって、水タンク容積の低減、装置の小型化を図ることができる。
【０００９】
しかし、従来の水素発生装置は、水を反応器に送る動力としてポンプを用いているが、ポンプの駆動と制御に電力を消費してしまい、併せて、ポンプの制御部があるため、体積が大きくなり、小型化や高容量化に不適当であった。
【００１０】
また、分離器に移動した金属水素化物と分離器内の水とが反応して水素が発生する。分離器に移動した金属水素化物を速やかに全量反応させることが好ましいが、反応生成物として泡等が多く発生し金属水素化物の表面を覆い、反応を阻害するので反応時間がかかり、水素量の制御が困難であった。併せて、分離手段である部屋を別途備える技術であるので、スペースが必要であり、小型化できなかった。
【００１１】
以上より、水素発生器の水供給に電力を持たないこと、併せて分離器を使用せずに反応生成物である泡等を除去し水素発生制御を容易にすることが課題であった。
【００１２】
【特許文献１】特開２００３−２０６１０１号公報
【特許文献２】特開２００２−１５４８０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発生した水素及び反応生成物を促進剤水溶液に通すことにより少ないスペースで水素発生制御を容易にし、また水素発生による圧力を用いることにより、電力を用いることなく促進剤水溶液の移動を可能にした水素発生装置及び水素発生方法を提供することを目的とする。
【００１４】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、発生した水素及び反応生成物を促進剤水溶液に通すことにより少ないスペースで水素発生制御を容易にし、また水素発生による圧力を用いることにより、電力を用いることなく促進剤水溶液の移動を可能にした水素発生装置を備えた燃料電池設備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】
【００１５】
上記目的を達成するための本発明の第１の態様は、固体反応物を収容し、内部で水素を発生させる反応器と、前記反応器内にあって前記固体反応物を収容する収容室と、前記反応器の前記収容室に前記収容室の体積を可変とする流体室と、前記固体反応物との接触により水素を発生させる促進剤水溶液を収容する溶液貯蔵器と、前記反応器と前記溶液貯蔵器とを連絡し、前記反応器からの水素を前記溶液貯蔵器に送出する、前記溶液貯蔵器側の端部が前記促進剤水溶液に接触する流体流路と、前記溶液貯蔵器と前記流体室とを連絡し、前記溶液貯蔵器からの水素を前記反応器の前記流体室に送出する水素流路と、前記溶液貯蔵器に設けられ、前記溶液貯蔵器に送出された水素を排出する第１水素排出路と、前記流体室に設けられ、前記流体室に送出された水素を排出する第２水素排出路と、水素の発生と排出による前記流体室を介しての前記収容室内の減圧により、前記流体流路の促進剤水溶液の流通と、前記水素流路及び前記第１水素排出路及び前記第２水素排出路の水素の流通を制御すると共に、水素を前記流体流路に流通させて反応生成物を促進剤水溶液に接触させる制御手段と、を備えることを特徴とする水素発生装置にある。
【００１６】
第１の態様では、水素の発生と排出による溶液貯蔵器内の圧力変動に応じて制御手段を制御し、水溶液流路である流体流路を通して促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物側に移動させ、促進剤水溶液を固体反応物に接触させて水素を発生させ、循環路である流体流路を通して発生した水素を含む反応生成物を溶液貯蔵器に循環させて促進剤水溶液に接触させ、促進剤水溶液に接触させることにより生成物を除去し、生成物が除去された水素を排出路から排出する。これにより、生成物を除去するための部屋を備えることなく、併せて、流体の移動のための駆動源を備えず、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる。
【００１７】
上記目的を達成するための本発明の第２の態様は、固体反応物を収容し、内部で水素を発生させる反応器と、前記反応器内にあって前記固体反応物を収容する収容室と、前記反応器の前記収容室に前記収容室の体積を可変とする流体室と、前記固体反応物との接触により水素を発生させる促進剤水溶液を収容する溶液貯蔵器と、前記反応器の前記収容室と前記溶液貯蔵器とを連絡し、前記溶液貯蔵器からの促進剤水溶液を前記収容室の前記固体反応物に供給する第１流体流路と、前記反応器の前記収容室と前記溶液貯蔵器とを連絡し、前記反応器で発生した反応生成物を前記溶液貯蔵器の促進剤水溶液に接触させる第２流体流路と、前記溶液貯蔵器と前記反応器の前記流体室とを連絡し、前記溶液貯蔵器からの水素を前記流体室に送る水素流路と、水素の発生と排出による前記流体室を介しての前記収容室内の減圧により、前記第１流体流路の前記促進剤水溶液の流通と、前記水素流路及び前記第１水素排出路及び前記第２水素排出路の水素の流通を制御すると共に、水素を前記第２流体流路に流通させて前記反応生成物を前記促進剤水溶液に接触させる制御手段と、を備えることを特徴とする水素発生装置にある。
【００１８】
第２の態様では、水素の発生と排出による溶液貯蔵器内の圧力変動に応じて制御手段を制御し、水溶液流路である第１流体流路を通して促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物側に移動させ、促進剤水溶液を固体反応物に接触させて水素を発生させ、循環路である第２流体流路を通して発生した水素を含む反応生成物を溶液貯蔵器に循環させて促進剤水溶液に接触させ、促進剤水溶液に接触させることにより生成物を除去し、生成物が除去された水素を排出路から排出する。これにより、生成物を除去するための部屋を備えることなく、しかも、流体の移動のための駆動源を備えることなく、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる。
【００１９】
併せて、反応器と溶液貯蔵器とを連結する流体流路が溶液貯蔵器の促進剤水溶液を反応器の固体反応物に供給する水溶液流路である第１流体流路と反応器で発生した水素を溶液貯蔵器に循環させて反応生成物を促進剤水溶液に接触させる循環路である第２流体流路の２本の流体流路から構成されることにより、第１流体流路と第２流体流路の流体流路の配管径を変えて、流量調節ができるようになり、水素量の制御がしやすくなる。
【００２０】
本発明の第３の態様は、前記第２水素排出路の途中部に前記水素流路が接続され、接続部を挟んで前記流体室の反対側の前記第２水素排出路に前記第１水素排出路が接続され、前記制御手段は、前記水素流路に設けられ水素の前記溶液貯蔵器から前記流体室への流通のみを許容する逆止弁と、前記第２水素排出路に設けられ所定圧力以上で閉じる圧力制御弁と、前記第１水素排出路に設けられ前記圧力制御弁が閉じる時の前記所定圧力を下回ると閉じる弁体を有する定圧閉止弁を備えたことを特徴とする第１もしくは第２の態様に記載の水素発生装置にある。
【００２１】
第３の態様では、溶液貯蔵器から流体室への水素の流通のみを許容する逆止弁が流体室からの水素の逆流を防止し、溶液貯蔵器の水素を流体室に送り、第２水素排出路に設けられた圧力制御弁が、所定圧力以上で閉じて流体室内の水素の流入を制御し、第１水素排出路に設けられた定圧閉止弁が、前記圧力制御弁が閉じる所定圧力より下回ると閉じることで、液体貯蔵器内の水素の流出及び流入を制御することによって、流体室及び収容室を減圧させて、流体の移動のための駆動源を備えることなく溶液容器の促進剤水溶液を反応器の固体反応物に供給することができる。
【００２２】
本発明の第４の態様は、前記第２水素排出路の途中部に前記水素流路が接続され、前記接続部を挟んで前記流体室の反対側の前記第２水素排出路に前記第１水素排出路が接続され、前記制御手段は、前記水素流路に設けられ水素の前記溶液貯蔵器から前記流体室への流通のみを許容する前記逆止弁と、前記第１水素排出路と前記第２水素排出路の前記接続部に設けられ所定圧以上の時に前記第１水素排出路が流通し、所定圧を下回った時に前記第２水素排出路が流通する三方弁を備えたことを特徴とする第１もしくは第２の態様に記載の水素発生装置にある。
【００２３】
第４の態様では、溶液貯蔵器から流体室への水素の流通のみを許容する逆止弁が流体室からの水素の逆流を防止し、溶液貯蔵器の水素を流体室に送り、第１水素排出路と第２水素排出路の接続部に設けられた三方弁が、所定圧以上の時に溶液容器側の排出路である第１水素排出路を流通し、液体貯蔵器内の水素を排出する。一方、所定圧を下回った時に圧力室側の排出路である第２水素排出路を流通し、圧力室の水素を排出する。このように液体貯蔵器及び圧力室の水素の流出及び流入を制御することによって流体室及び収容室を減圧させて、流体の移動のための駆動源を備えることなく溶液容器の促進剤水溶液を反応器の固体反応物に供給することができる。
【００２４】
本発明の第５の態様は、前記定圧閉止弁の所定圧を制御するのはばねであることを特徴とする第３の態様に記載の水素発生装置にある。
【００２５】
第５の態様では、所定圧をばねで制御することにより、促進剤水溶液の移動を抑制できる。
【００２６】
本発明の第６の態様は、前記圧力制御弁の設定圧力は、前記溶液貯蔵器の内圧を基準として開弁圧が設定されていることを特徴とする第３の態様に記載の水素発生装置にある。
【００２７】
第６の態様では、溶液貯蔵器の内圧が低下した際に、即ち、水素の消費が進んだ際に、促進剤水溶液を固体反応物側に流通させて水素を発生させることができる。
【００２８】
本発明の第７の態様は、前記三方弁の設定圧力は、前記溶液貯蔵器の内圧を基準として開弁圧が設定されていることを特徴とする第４の態様に記載の水素発生装置にある。
【００２９】
第７の態様では、溶液貯蔵器の内圧が低下した際に、即ち、水素の消費が進んだ際に、促進剤水溶液を固体反応物側に流通させて水素を発生させることができる。
【００３０】
本発明の第８の態様は、前記流体流路の前記溶液貯蔵器への開口端が前記促進剤水溶液の中に配されていることを特徴とする第１〜第７のいずれかの態様に記載の水素発生装置にある。
【００３１】
第８の態様では、流体流路からの生成物を確実に促進剤水溶液に接触させることができる。
【００３２】
本発明の第９の態様は、前記反応器の前記流体室と前記収容室とを仕切り、併せて前記流体室と前記収容室の体積を可変にする手段は変形許容部材であることを特徴とする第１もしくは第２の態様に記載の水素発生装置にある。
【００３３】
第９の様態では、水素の発生状況及び排出状況に応じて流体室の体積が変更され、収容室の圧力を変えることができる。
【００３４】
本発明の第１０の態様は、前記反応器の前記流体室と前記収容室とを仕切り、併せて前記流体室と前記収容室の体積を可変にする手段である前記変形許容部材は可撓性の膜であることを特徴とする第９の態様に記載の水素発生装置にある。
【００３５】
第１０の態様では、水素の発生状況及び排出状況に応じて流体室の体積が変更され、収容室の圧力を変えることができる。
【００３６】
本発明の第１１の態様は、前記促進剤水溶液が移動する前記流体流路の配管口にフィルターを取り付けたことを特徴とする第１〜第１０のいずれかの態様に記載の水素発生装置にある。
【００３７】
第１１の態様では、反応器に生成物が混入するのを防ぐことができる。
【００３８】
本発明の第１２の態様は、第１〜第１１のいずれかの態様に記載の水素発生装置の排出路が燃料電池の燃料極に接続され、発生した水素が負極室に供給されることを特徴とする燃料電池設備にある。
【００３９】
第１２の態様では、生成物を除去するための部屋を備えることなく、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる水素発生装置を備えた燃料電池設備とすることができる。
【００４０】
上記目的を達成するための本発明の第１３の態様は、水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物に接触させることで水素を発生させるに際し、水素の発生により加圧力を発生させて発生加圧力とし、発生した加圧力と水素排出により固体反応物を収容する反応器内の仕切られた部屋が減圧することで、促進剤水溶液を移動させる一方、水素と共に発生した生成物を促進剤水溶液に接触させて生成物を除去することを特徴とする水素発生方法にある。
【００４１】
第１３の態様では、生成物を除去するための部屋を備えることなく、併せて、流体の移動のための駆動源を備えることなく、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる。
【００４２】
本発明の第１４の態様は、水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物に接触させることで水素を発生させるに際し、水素の発生により加圧力を発生させて発生加圧力とし、発生した加圧力と水素排出により固体反応物を収容する反応器内の仕切られた部屋が減圧することで、促進剤水溶液を移動させることを特徴とする水素発生方法にある。
【００４３】
第１４の態様では、流体の移動のための駆動源を備えることなく、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる。
【００４４】
本発明の第１５の態様は、水素発生反応の促進剤の水溶液である促進剤水溶液を水素発生反応の固体反応物に接触させることで水素を発生させるに際し、水素と共に発生した生成物を促進剤水溶液に接触させて生成物を除去することを特徴とする水素発生方法にある。
【００４５】
第１５の態様では、生成物を除去するための部屋を備えることなく、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる。
【００４６】
本発明の第１６の態様は、前記反応生成物が除去された水素を発生加圧力により排出することを特徴とする第１３もしくは第１４の態様に記載の水素発生方法にある。
【００４７】
第１６の態様では、流体の移動のための駆動源を備えることなく、少ないスペースで泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を排出して消費部に供給することができる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の水素発生装置及び水素発生方法は、流体の移動のための駆動源を備えることなく、少ないスペースで固体反応物と促進剤水溶液を接触させて得られた反応生成物から泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を供給することができる水素発生装置及び水素発生方法となる。
【００４９】
また、本発明の燃料電池設備は、少ないスペースで固体反応物と促進剤水溶液を接触させて得られた反応生成物から泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を供給することができる水素発生装置を備えた燃料電池設備となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５０】
（第１実施形態例に係る水素発生装置）
図１乃至図５に基づいて第１実施形態例を説明する。
【００５１】
図１には本発明の第１実施形態例に係る水素発生装置の概略構成、図２には定圧閉止弁の断面、図３及び図４には圧力制御弁の断面、図５には水素発生処理の流れを示してある。
【００５２】
図１に示すように、水素発生装置１は、反応器２を備え、反応器２内の収容室８には水素発生反応の固体反応物としてのワーク３が貯蔵されている。反応器２に隣接して溶液貯蔵器としての溶液容器４が備えられ、溶液容器４には水素発生の促進剤の水溶液である促進剤水溶液５が貯蔵されている。
【００５３】
本実施形態例では、ワーク３に水素化ホウ素ナトリウム（ＳＢＨ）を用い、促進剤水溶液５にはリンゴ酸水溶液を用いた。このワーク３と促進剤水溶液５については、後でさらに詳細に説明する。また、本実施形態例では、水溶液流路として送液管１３を例に挙げて説明しているが、水溶液流路としては反応器２と溶液容器４を連絡するために内部空間を繋ぐ孔や溝及び蓋を用いることも可能である。
【００５４】
反応器２と溶液容器４は流体流路としての送液管１３により接続され、溶液容器４の促進剤水溶液５が反応器２に収容されているワーク３に送られる。溶液容器４の促進剤水溶液５が送液管１３から反応器２のワーク３に供給されることにより、促進剤水溶液５がワーク３に接触して反応し水素等の反応生成物が生成される。併せて、送液管１３は反応器２で反応を起こし発生した反応生成物を溶液容器４に送っている。送液管１３は、溶液容器４内の端部（開口端）が促進剤水溶液５中に配されており、反応生成物は促進剤水溶液５と接触するので反応生成物中の水素を巻き込んだ泡や金属含有物等の生成物は促進剤水溶液５中に溶解あるいは沈殿して、水素から除去される。これにより、水素は純度を増すので、化学反応が円滑に進められる。
【００５５】
反応器２は可撓する弾性膜６により、ワーク３が格納され反応が起こる部分である収容室８と、流体が出入りすることにより圧力が変動する圧力室７とに仕切られている。圧力室７が減圧することにより弾性膜６が上方に変形移動すると、収容室８が減圧するので、溶液容器４の促進剤水溶液５が反応器２に移動する。
【００５６】
尚、弾性膜６は例えば、可撓性の袋状部材、あるいは、シリンジ構造を持つ可変手段であっても構わず、圧力室７の体積を変えることができるものであれば特に限定されない。
【００５７】
反応器２内の圧力室７と溶液容器４は、水素導管１４により接続されている。溶液容器４には泡や金属含有物等を除去した水素が貯留されているが、その貯留した水素が水素導管１４を通り圧力室７へと移動する。水素導管１４には、逆止弁１０が備え付けられており、水素の溶液容器４から圧力室７方向のみの移動を許容し、水素導管１４内を移動する水素の逆流を防止する。水素導管１４内を水素が移動することにより圧力室７内は加圧される。
【００５８】
反応器２内にある圧力室７には圧力室７に貯留する水素を排出する圧力室側排出路１６があり、圧力室側排出路１６（第２水素排出路）の先端がレギュレータ１２と排出部１７に連結しており、排出された水素は、水素消費部に繋がっている。また、圧力室側排出路１６とレギュレータ１２の経路には溶液容器４内に貯留する水素を排出する溶液容器側排出路１５（第１水素排出路）の先端が接続している。
【００５９】
溶液容器側排出路１５（第１水素排出路）には溶液容器４内に貯留した水素の排出を制御する定圧閉止弁９が設けられており、溶液容器４内に貯留した水素圧が所定圧以上になると、定圧閉止弁９が開き、溶液容器４内に貯留した水素が溶液容器側排出路１５を通り、圧力室側排出路１６との接続部を経てレギュレータ１２を介して排出部１７へと排出される。逆に、溶液容器４内に貯留した水素圧が所定圧を下回ると、定圧閉止弁９は閉じ、排出路を絶たれた水素が溶液容器４内に貯留され、溶液容器４内が徐々に加圧する。加圧を続け、溶液容器４の内圧が所定圧以上になると、上記のように定圧閉止弁９が開き、水素が排出される。
【００６０】
圧力室側排出路１６（第２水素排出路）には圧力室７に貯留した水素の排出を制御する圧力制御弁１１が設けられており、溶液容器４内に貯留した水素圧が所定圧を下回ると、圧力制御弁１１が開き、圧力室７に貯留した水素が圧力室側排出路１６を通り、溶液容器側排出路１５との接続部を経てレギュレータ１２を介して排出部１７へと排出される。この水素の移動により圧力室７内は減圧するので、弾性膜６が上方に変形移動することで収容室８が減圧する。収容室８が減圧することにより、溶液容器４内の促進剤水溶液５が反応器２に移動し、ワーク３と接触して水素を発生する。逆に、溶液容器４内に貯留した水素圧が所定圧以上になると、圧力制御弁１１は閉じ、排出路を絶たれた水素が圧力室７内に貯留され、圧力室７内は徐々に加圧する。圧力室７内が加圧を続け、弾性膜６が下方に変形移動し収容室８を加圧するので、溶液容器４から反応器２への促進剤水溶液５の移動が止まる。圧力室７内の加圧が続き、溶液容器４内の水素が定圧閉止弁９を介して排出されると、溶液容器４内の水素圧が所定圧を下回り、圧力制御弁１１が開く。
【００６１】
詳細は後述するが、前記所定圧は、例えば、大気圧と水素圧（溶液容器４の内圧）との関係で設定されている。つまり、圧力制御弁１１の設定圧力は溶液容器４の内圧を基準として開弁圧が設定されているので、溶液容器４から圧力制御弁１１へ破線矢印を付し、その様子を図１に示した。
【００６２】
レギュレータ１２により、反応器２の圧力室７と溶液容器４の両方からの水素排出量が調整される。尚、レギュレータ１２により圧力室７と溶液容器４との水素排出量の割合を制御することもできるが、定圧弁を用いて一定の水素圧で水素を排出することも可能である。
【００６３】
上述した水素発生装置１は、促進剤水溶液５が反応器２のワーク３に供給されることにより水素が発生され、反応器２で生成された水素（水素、水素を巻き込んだ泡等）は促進剤水溶液５に接触した後に水素導管１４から圧力室７に貯留され、溶液容器４内が大気圧以上の時は、溶液容器側排出路１５から水素消費部に送られる。促進剤水溶液５の移動及び生成された水素の移動は、生成時の水素の圧力により定圧閉止弁９及び圧力制御弁１１の開閉制御により行われる。このため、水素の生成及び水素の移動のための動力を必要とせず、促進剤水溶液５を供給するためのポンプ等が不要になる。
【００６４】
図１に図記号として示した定圧閉止弁９の構造について、図２に基づいて詳細に説明する。
【００６５】
図２に示すように、定圧閉止弁９は、固定部１８と弁体２０を連結するばね１９と配管２１から構成される。弁体２０はばね１９により配管２１に付勢され、ばね１９の付勢力により常時閉じられている。配管２１に所定圧力以上の圧力の水素が流通するとばね１９の付勢力に抗して弁体２０が移動し、配管２１に水素が流通する。配管２１は図１では、溶液容器側排出路１５であり、溶液容器４内の水素が流通する。配管は例えば、樹脂チューブといった形が変更自在な素材から成り、配管内の水素の流通量が変化することによりばねの釣合いで配管の直径が変化し、配管２１が開閉する。ばね力と外圧の合力と、配管をたわませる力と反応溶液の圧力との釣合いで、弁体の上下が決まる。溶液容器４の内圧が所定圧以上であると、反応溶液の圧力で開状態となり配管２１は流通可能であるが、所定圧を下回るとばねの付勢力で配管が閉鎖されて水素は流通できなくなる。ばねの付勢力を大気圧相当の圧力に設定することにより、所定圧が大気圧に釣合うようにばねで調整される。また、ばねで所望の力に制御することができる。
【００６６】
以上のように、定圧閉止弁９により溶液容器４の内圧が所定圧（大気圧相当のばねの付勢力）以上であると開状態となり、水素が排出され、溶液容器４の内圧が所定圧（大気圧相当のばねの付勢力）を下回ると閉状態のとなり、水素は溶液容器４内に貯留される。
【００６７】
図１に図記号として示した圧力制御弁１１の構造について、図３及び図４に基づいて詳細に説明する。
【００６８】
先ず、図１に示した圧力制御弁１１では、その左右方向に圧力室側排出路１６が接続されているが、図１は気体や液体の移送回路としての機器の配置関係を示すための図であるため、圧力室側排出路１６が上下方向であるか左右方向であるかは限定されない。すなわち、圧力制御弁１１に対して左側の圧力室側排出路１６と右側の圧力室側排出路１６とが同方向である場合も有りうる。図３及び図４に示す圧力制御弁１１は、左側の圧力室側排出路１６と右側の圧力室側排出路１６とが同方向である場合の例であり、図３は圧力制御弁１１の開状態を示す断面図、図４は閉状態を示す断面図である。
【００６９】
図３及び図４に示すように、圧力制御弁１１は、外周部に基体２２を有する。この基体２２は、気体や液体の移送回路に用いられる他の機器や配管との接続を担うとともに、圧力制御弁１１全体の大きさを決定する外枠となっている。尚、この基体２２は、移送回路に用いられる他の機器に一体に形成しても良い。
【００７０】
そして、基体２２には、基体の厚さ方向（図中上下方向）に貫通する貫通部２３が設けられている。この貫通部２３の一方の開口部２３ａを塞ぐように第１圧力変形部２４が設けられ、他方の開口部２３ｂを塞ぐように第２圧力変形部２５が設けられている。第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５は、可撓性のシートからなり厚さ方向（図中上下方向）に変形可能となっている。貫通部２３における第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５の間の空間には仕切部材２６が設けられ、仕切部材２６は基体２２の厚さ方向の中間に配されて第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５の間の空間が区画されている。
【００７１】
仕切部材２６により区画されて第１圧力変形部２４側に第１流路２７が形成されると共に、第２圧力変形部２５側に第２流路２８が形成されている。第１流路２７及び第２流路２８はそれぞれ基体２２の平面方向に延設されている。
【００７２】
第１流路２７が、例えば、圧力室側排出路１６の圧力室７側に接続され、第２流路２８が、例えば、圧力室側排出路１６のレギュレータ１２及び排出部１７側に接続されている。仕切部材２６には貫通孔２９が設けられ、貫通孔２９により形成された連通路３０を介して第１流路２７及び第２流路２８が連通されている。
【００７３】
貫通部２３の第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５の間の空間には弁部材３１が図中上下方向に移動自在に備えられ、弁部材３１には貫通孔２９を貫通する弁棒３２と第２流路２８側に配される弁体３３が一体に設けられている。弁部材３１が図中上側に移動した際には、連通路３０が第２流路２８側から弁体３３に塞がれた状態になる（図４参照）。弁棒３２の端部には第１圧力変形部２４が接続され、弁体３３の外側の面には第２圧力変形部２５が接続されている。つまり、弁部材３１は第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５に支持されて連通路３０を開閉可能としている。
【００７４】
圧力制御弁１１は、第１圧力変形部２４の外側に、例えば、大気圧等の所定の圧力を受け、第２圧力変形部２５の外側に溶液容器４（図１参照）の水素圧力を受けるように配置されている。即ち、図１に点線で示したように、第２圧力変形部２５の外側と溶液容器４が接続され、第２圧力変形部２５の外側に溶液容器４（図１参照）の水素圧力を受けるようにされている。第２圧力変形部２４の外側に溶液容器４（図１参照）の水素圧力を受けるようにしたので、圧力変動の少ない水素圧力を圧力制御弁１１に作用させることができる。尚、第２圧力変形部２５の外側に反応器２の水素圧力を受けるようにすることも可能である。
【００７５】
このため、溶液容器４の水素圧力が大気圧より高い状態では、図４に示すように、第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５は弁部材３１と共に図中上方に移動して連通路３０が弁体３３に塞がれた状態になり、第１流路２７と第２流路２８が遮断された状態になる。従って、溶液容器４（図１参照）の水素圧力が高い時には、第１流路２７と第２流路２８が遮断されて圧力室７の水素は圧力室７に貯留される。
【００７６】
水素の消費が進み溶液容器４の水素圧力が大気圧より低くなると、図３に示すように、第１圧力変形部２４及び第２圧力変形部２５は弁部材３１と共に図中下方に移動して弁体３３が貫通孔２９から離れて連通路３０が開かれた状態になり、第１流路２７と第２流路２８が連通した状態になる。従って、溶液容器４（図１参照）の水素圧力が低くなると、第１流路２７と第２流路２８が連通して圧力室７の水素が排出され、圧力室７内の減圧により促進剤水溶液５が反応器２へ供給される。
【００７７】
このように、圧力制御弁１１は溶液容器４（図１参照）の水素の消費に応じて開閉制御され、必要なときに、動力を用いることなく促進剤水溶液５（図１参照）を反応器２に供給して水素を発生させることができる。
【００７８】
図１及び図５に基づいて上述した水素発生装置１の作用を説明する。尚、以下の説明でしめしたステップ番号は、図５に記載したステップ番号である。
【００７９】
溶液容器４から送液管１３を通して反応器２のワーク３に促進剤水溶液５が供給される（ステップＳ１）。溶液容器４の水素圧力が低く、圧力制御弁１１は開状態、定圧閉止弁９が閉状態の時に、促進剤水溶液５が反応器２に供給され、促進剤水溶液５がワーク３に接触して反応を起こし、水素が生成される（ステップＳ２）。反応器２の内圧の上昇により、発生した水素、生成物、泡等の反応生成物は送液管１３を通って溶液容器４に移動する（ステップＳ３）（図１の矢印ｂ）。溶液容器４内の促進剤水溶液５と反応生成物が接触し金属含有物や泡は除去され水素が貯留される。貯留した水素は水素導管１４を通り、圧力室７に送られる（ステップＳ４）（図１の矢印ｃ）。水素発生に伴い、溶液容器４内の水素圧が大気圧以上になると定圧閉止弁９が開き、圧力制御弁１１が閉じると（ステップＳ５）、溶液容器４内の水素が排出される（ステップＳ６）（図１の矢印ｄ→ｆ）。水素が排出され、溶液容器４内の水素圧が大気圧を下回ると定圧閉止弁９が閉じ（ステップＳ７）、圧力制御弁１１が開くと、圧力室７の水素が排出される（ステップＳ８）（図１の矢印ｅ→ｆ）。圧力室７の水素が排出されたことで、圧力室７が減圧し、弾性膜６が上方に変形移動（ステップＳ９）するので、収容室８が減圧する。収容室８が減圧することによって、促進剤水溶液５が反応器２に移動する（ステップＳ１０）（図１の矢印ａ）。
【００８０】
反応器２で生成された水素は生成物及び泡と共に促進剤水溶液５に接触して水素と生成物（泡）とを分離することができる。このため、分離のための手段（例えば、分離室等）を備えることなく、生成物（泡）を分離して反応効率の低下をなくし、水素を消費部に供給することができる。そして、反応器２の内圧の減少により促進剤水溶液５の移動及び水素、生成物、泡の移動を行うことができ、移動のための動力を必要とせず、消費電力なしで水素を発生させることができる。
【００８１】
従って、泡等を分離するための手段を備えること、少ないスペースでワーク３と促進剤水溶液５を接触させて、得られた反応生成物から泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を消費部に供給することができる水素発生装置となる。そして、動力を用いずに反応器２の内圧の減少により促進剤水溶液５の移動及び水素を含む反応生成物の移動を安定して行うことができる。
【００８２】
ここで、ワーク３と促進剤水溶液５の具体例を説明する。
【００８３】
ワーク３には水素化ホウ素ナトリウム（ＳＢＨ）を用い、促進剤水溶液５にはリンゴ酸水溶液を用いている。ＳＢＨは固体であり、形態は粉体でも錠剤でも良い。リンゴ酸水溶液の濃度は５％以上６０％以下、好ましくは、１０％以上４０％以下のものを用いる。通常は２５％の濃度のリンゴ酸水溶液を用いる。水素発生反応はＳＢＨとリンゴ酸水溶液の水とによる反応である。リンゴ酸は反応促進剤として作用する。
【００８４】
ワーク３及び促進剤水溶液５としての組み合わせの例を説明する。
【００８５】
ワーク３として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、固体もしくは塩基性溶液が用いられた場合、促進剤水溶液５として、有機酸が５％〜６０％（１０％〜４０％）、通常は２５％の濃度で使用する。ワーク３の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムを使用し、促進剤水溶液５の有機酸として、クエン酸、リンゴ酸、コハク酸を使用する。
【００８６】
また、ワーク３として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、固体もしくは塩基性溶液を用いた場合、促進剤水溶液５として、金属塩化物は１％〜２０％の濃度で使用する。ワーク３の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムを使用すると、促進剤水溶液５の促進剤金属として、ニッケル、鉄、コバルトを通常１２％の濃度で使用する。
【００８７】
また、ワーク３として、金属塩化物が用いられた場合、促進剤水溶液５として、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩の塩基性溶液を１％〜２０％、通常は１２％の濃度で使用する。ワーク３の金属として、ニッケル、鉄、コバルトを使用し、促進剤水溶液５の塩として、ナトリウム、カリウム、リチウムを使用する。
【００８８】
また、ワーク３として、酸化還元電位が水素より卑とされる金属を用いた場合、促進剤水溶液５として酸を使用する。ワーク３の金属として、マグネシウム、アルミニウム、鉄を使用し、促進剤水溶液５の酸として、塩酸、硫酸を使用する。
【００８９】
また、ワーク３として、両性金属が用いられた場合、促進剤水溶液５として塩基性水溶液を使用する。ワーク３の両性金属として、アルミニウム、亜鉛、錫、鉛を使用し、促進剤水溶液５の塩基性水溶液として水酸化ナトリウムを使用する。
【００９０】
（第２実施形態例に係る水素発生装置）
図６乃至図９に基づいて第２実施形態例を説明する。尚、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してある。
【００９１】
図６には本発明の第２実施形態例に係る水素発生装置の概略構成、図７及び図８には三方弁の断面、図９には水素発生処理の流れを示してある。
【００９２】
水素発生装置３４は、ワーク３を貯蔵する反応器２と、促進剤水溶液５を貯蔵した溶液容器４と反応器２と溶液容器４をつなぐ送液管１３と反応器２内に弾性膜６を介して水素を貯蔵する圧力室７と溶液容器４の水素を圧力室７に送る水素導管１４と水素導管１４上に設置された逆止弁１０と溶液容器側排出路１５（第１水素排出路）と圧力室側排出路１６（第２水素排出路）と前記溶液容器側排出路１５及び圧力室側排出路１６の両排出路の接続部に設置された三方弁３５とレギュレータ１２と排出部１７から構成される。
【００９３】
第１実施形態例と同様にして、第２実施形態例では、ワーク３に水素化ホウ素ナトリウム（ＳＢＨ）を用い、促進剤水溶液５にはリンゴ酸水溶液を用いた。
【００９４】
三方弁３５は、図１（第１実施形態例）の水素発生装置１における定圧閉止弁９と圧力制御弁１１の両制御弁を一つにまとめた働きをする弁である。
【００９５】
図６に示すように、水素発生装置３４は、圧力室７と溶液容器４に貯留した水素の排出を制御する三方弁３５が設けられており、溶液容器４内に貯留した水素圧が大気圧を下回ると、三方弁３５が、溶液容器側排出路１５を遮断し、圧力室側排出路１６を流通させ、圧力室７に貯留した水素が圧力室側排出路１６を通り、溶液容器側排出路１５との接続部を経て、レギュレータ１２を介して排出部１７へと排出される。この水素の移動により圧力室７内は減圧し、弾性膜６が上方に変形移動するので、収容室８が減圧する。収容室８が減圧することによって、溶液容器４内の促進剤水溶液５が反応器２に移動し、ワーク３と接触して水素を発生する。逆に、溶液容器４内に貯留した水素圧が所定圧以上になると、三方弁３５は、圧力室側排出路１６を遮断し、排出路を絶たれた水素が圧力室７内に貯留され、圧力室７内は加圧する。一方、溶液容器側排出路１５は流通し、溶液容器４内の水素が排出される。圧力室７内が加圧を続け、弾性膜６が下方に変形移動し収容室８を加圧するので、溶液容器４から反応器２への促進剤水溶液５の移動が止まる。そして、溶液容器４の水素が排出され、溶液容器４内が減圧することで水素圧が所定圧を下回ると、三方弁３５が再び、溶液容器側排出路１５を遮断し、圧力室側排出路１６を流通させる。
【００９６】
詳細は後述するが、前記所定圧は、例えば、大気圧と水素圧（溶液容器４の内圧）との関係で設定されている。つまり、三方弁３５の設定圧力は溶液容器４の内圧を基準として開弁圧が設定されているので、溶液容器４から三方弁３５へ破線矢印を付し、その様子を図６に示した。
【００９７】
上述した水素発生装置３４は、促進剤水溶液５が反応器２のワーク３に供給されることにより水素が発生され、反応器２で生成された水素（水素、水素を巻き込んだ泡等）は促進剤水溶液５に接触した後に水素導管１４から圧力室７に貯留され、溶液容器４の内圧が高い時は、溶液容器側排出路１５から水素消費部である排出部１７に送られる。促進剤水溶液５の移動及び生成された水素の移動は、生成時の水素の圧力により三方弁３５が溶液容器側排出路１５及び圧力室側排出路１６の開閉を制御する。このため、水素の生成及び水素の移動のための動力を必要とせず、促進剤水溶液５を供給するためのポンプ等が不要になる。
【００９８】
図６に図記号として示した三方弁３５の構造について、図７及び図８に基づいて詳細に説明する。
【００９９】
まず、図６に示した三方弁３５では、圧力室側排出路１６に垂直に溶液容器側排出路１５が接続されているが、図６は気体や液体の移送回路としての機器の配置関係を示すための図であるため、圧力室側排出路１６と溶液容器側排出路１５の流路の接続方向は特に限定されない。図７及び図８に示す三方弁３５は、図６に示す流路の配置と同じ場合であり、図７は、三方弁３５の圧力室７（図６）の開状態及び溶液容器４（図６）の閉状態を示す断面図、図８は、圧力室７の閉状態及び溶液容器４の開状態を示す断面図である。
【０１００】
三方弁３５は、外周部に基体３８を有する。この基体３８は、気体や液体の移送回路に用いられる他の機器や配管との接続を担うとともに、三方弁３５全体の大きさを決定する外枠となっている。尚、この基体３８は、移送回路に用いられる他の機器に一体に形成しても良い。
【０１０１】
そして、三方弁３５は、基体３８と弁部材４２と可撓性の膜３７から構成される。基体３８に貫通部３６が設けられ、貫通部３６の上部は可撓性の膜３７で塞がれている。貫通部３６の下部は弁体４４が上部に移動すると溶液容器側の貫通孔４５は開状態になるので、貫通部３６は開かれ、弁体４４が下部に移動すると溶液容器側の貫通孔４５は閉状態になるので、貫通部３６の下部は塞がれる。基体３８内部には圧力室側の水素導管３９と溶液容器側の水素導管４０が平面方向に貫通しており弁部材４２が配されている。弁部材４２は、弁棒４３と弁体４４から成り、弁棒４３の上部は、厚さ方向に変形可能な可撓性の膜３７を介して弁体４４の底部は基体３８に接するようになっている。基体３８には溶液容器側の水素導管４０と同じ太さの貫通部分をもち弁体４４の上下移動を支えるストッパー４１が設けられている。
【０１０２】
圧力室側の水素導管３９は、例えば、圧力室７からの水素が流入する流路である圧力室側排出路１６に接続され、溶液容器側の水素導管４０は、例えば、水素が排出する流路である排出部１７（図６参照）に通じる排出路に接続され、溶液容器側の貫通孔４５は溶液容器４から排出される水素が流通する溶液容器側排出路１５に接続している。基体３８内部には貫通孔４５が設けられ、貫通孔４５により形成された連通路４６を介して圧力室側の水素導管３９及び溶液容器側の水素導管４０が連結されている。
【０１０３】
弁部材４２は可撓性の膜３７を介して上下に移動し、弁体４４も弁部材４２に応じて上下に移動する。弁体４４が下方に移動した時は、弁体４４の底部が溶液容器側の水素導管４０の内壁底部とストッパー４１の底部に接触し貫通部３６が閉じられる。貫通部３６が閉じると、溶液容器側の貫通孔４５が閉状態になり、水素は圧力室側から排出路を通り排出される。弁体４４が上方に移動した時は、弁体４４の上部が溶液容器側の水素導管４０の上側内壁部とストッパー４１の上部にひっかかり貫通部３６が開かれ、溶液容器側の貫通孔４５が開状態になり、圧力室側排出路１６が閉状態になり、水素は溶液容器側から排出路に向かって排出される。
【０１０４】
弁体４４下部からの溶液容器４内の水素圧及び、可撓性膜外側から外圧（例えば、大気圧）が釣合っている。尚、圧力室の水素圧は、可撓性の内側及び弁体上部を押すため、弁体の動きには殆ど影響しない。
【０１０５】
溶液容器４内の水素圧が所定圧力（大気圧）以上になった時、弁体４４は、力の釣合いで上方に押し上げられ溶液容器側の貫通孔４７が開き、逆に圧力室側の貫通孔４５は閉じて、水素が溶液容器４内からレギュレータ１２を介して排出部１７に排出される（図８の状態）。一方、溶液容器４内の水素発が所定圧力（大気圧）より下回った時、弁体４４は、力の釣合いで下方に押し下げられ溶液容器側の貫通孔４７が閉じ、逆に圧力室側の貫通孔４５は開いて、水素が圧力室側から流通し、レギュレータ１２を介して排出部１７に排出される（図７の状態）。
【０１０６】
以上のように三方弁３５は溶液容器４内の水素圧が所定圧力（大気圧）以上になったり、下回ったりする時に流通流路の開閉を制御することで、容器内の圧力を変化させ、溶液容器４内の促進剤水溶液５を反応器２内に格納されたワーク３に供給している。
【０１０７】
図６及び図９に基づいて上述した水素発生装置３４の作用を説明する。
【０１０８】
溶液容器４から送液管１３を通して反応器２に促進剤水溶液５が供給される（ステップＳ１１）。溶液容器４の水素圧力が低く、三方弁３５が溶液容器側排出路１５を遮断し、圧力室側排出路１６を流通させる時に、促進剤水溶液５が反応器２に供給され、ワーク３に接触して反応を起こし、水素が生成される（ステップＳ１２）。反応器２の内圧の上昇により、発生した水素、生成物、泡等の反応生成物は送液管１３を通って溶液容器４に移動する（ステップＳ１３）（図６の矢印ｂ）。溶液容器４内の促進剤水溶液５と反応生成物が接触し金属含有物や泡は除去され水素が貯留される。貯留した水素は水素導管１４を通り、圧力室７に送られる（ステップＳ１４）（図６の矢印ｃ）。水素発生に伴い、溶液容器４内の水素圧が大気圧以上になると三方弁３５（ステップＳ１５）が溶液容器側排出路１５を流通し、圧力室側排出路１６を遮断させる時に、溶液容器４内の水素が排出される（ステップＳ１６）（図６の矢印ｄ→ｆ）。水素が排出され、溶液容器４内の水素圧が大気圧を下回ると三方弁３５（ステップＳ１７）が溶液容器側排出路１５を遮断し、圧力室側排出路１６を流通させ、圧力室７の水素が排出される（ステップＳ１８）（図６の矢印ｅ→ｆ）。圧力室７の水素が排出されたことで、圧力室７が減圧し、弾性膜６が上方に変形移動する（ステップＳ１９）ので収容室８が減圧する。収容室８が減圧することによって、促進剤水溶液５が反応器２に移動する（ステップＳ２０）（図６の矢印ａ）。
【０１０９】
反応器２で生成された水素は生成物及び泡と共に促進剤水溶液５に接触して水素と生成物（泡）とを分離することができる。このため、分離のための手段（例えば、分離室等）を備えることなく、生成物（泡）を分離して反応効率の低下をなくし、水素を消費部に供給することができる。そして、反応器２の内圧の減少により促進剤水溶液５の移動及び水素、生成物、泡の移動を行うことができ、移動のための動力を必要とせず、消費電力なしで水素を発生させることができる。
【０１１０】
従って、泡等を分離するための手段を備えること、少ないスペースでワーク３と促進剤水溶液５を接触させて、得られた反応生成物から泡や金属含有物等の生成物を除去した状態の水素を消費部に供給することができる水素発生装置となる。そして、動力を用いずに反応器２の内圧の減少により促進剤水溶液５の移動及び水素を含む反応生成物の移動を安定して行うことができる。
【０１１１】
ここで、導管の配管の管口か途中の管内に少なくとも１箇所に多孔質フィルターを具備してもよい。多孔質フィルターは金属発泡体から成り、多孔質フィルターを設けることにより、金属水素化物の過剰な移動を阻止できる。併せて、溶液容器での金属水素化物の反応量を少なくすることができ、水素発生量の制御がしやすくなる等の効果がある。
【０１１２】
（第３実施形態例に係る水素発生装置）
図１０に基づいて第３実施形態例を説明する。
【０１１３】
図１０には本発明の第３実施形態例に係る水素発生装置の概略構成を示してある。尚、図１、図６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してある。
【０１１４】
水素発生装置４８は、図６（第２実施形態例）の水素発生装置３４の送液管１３を２本の送液管４９、５０として、送液管４９、５０に各々逆止弁５１、５２を設けた構造となっている。また第１流体流路としての送液管４９は溶液容器４内の促進剤水溶液５を反応器２内のワーク３に送り、送液管４９に設けられた逆止弁５１が、促進剤水溶液５の溶液容器４から反応器２方向のみの移動を許容し、逆流を防いでいる。送液管４９の開口端は、ワーク３に接するように配され、促進剤水溶液がワーク３に直接添加されるようになっている。一方、送液管５０は反応器２内で発生した反応生成物を溶液容器４に送り、送液管５０に設けられた逆止弁５２が、反応生成物の反応器２から溶液容器４方向のみの移動を許容し、逆流を防いでいる。送液管５０の開口端は、溶液容器４内では促進剤水溶液５中に配され、反応生成物が促進剤水溶液５により泡や、金属含有物等の生成物を水素から除去する。また、送液管５０の開口端は、溶液容器４内の促進剤水溶液５中に接触させなくてもよい。水素発生装置４８では送液管４９、５０を２本設けることにより、各々の送液管４９、５０の管径を変えて、反応生成物及び促進剤水溶液５の流量の違いに対応できるようにすることができる。
【０１１５】
（第１実施形態例に係る燃料電池設備）
図１１には本発明の第１実施形態に係る燃料電池設備の概略構成を示してある。図１１に基づいて本発明の第１実施形態に係る燃料電池設備を説明する。
【０１１６】
上述した第１実施形態に係る燃料電池設備５３は、水素発生装置１のレギュレータ１２をなくし、燃料電池５４のアノードチャンバー５５と排出部１７を接続することにより燃料電池設備５３とすることができる。
【０１１７】
図１１に示すように本発明の第１実施形態に係る燃料電池設備５３は、図１に示した第１実施形態例における水素発生装置１を燃料電池５４に接続した設備である。即ち、燃料電池５４にはアノードチャンバー５５が備えられ、アノードチャンバー５５は燃料電池セル５６のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。
【０１１８】
アノードチャンバー５５と反応器２は圧力室側排出路１６（第２水素排出路）により接続され、反応器２と溶液容器４で発生した水素がアノードチャンバー５５のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池５４の出力に応じて決定される。
【０１１９】
燃料電池設備５３は、複雑な機構や動力を用いることなく促進剤水溶液５を安定して供給して水素を生成することができる水素発生装置１を備えた本発明の第１実施形態に係る燃料電池設備５３とすることができる。
【０１２０】
図１２には本発明の第２実施形態に係る燃料電池設備の概略構成を示してある。図１２に基づいて本発明の第２実施形態に係る燃料電池設備を説明する。
【０１２１】
上述した第２実施形態に係る燃料電池設備５７は、水素発生装置３４のレギュレータ１２をなくし、燃料電池５４のアノードチャンバー５５と排出部１７を接続することにより燃料電池設備５７とすることができる。
【０１２２】
（第２実施形態例に係る燃料電池設備）
図１２に示すように本発明の第２実施形態に係る燃料電池設備５７は、図６に示した第２実施形態例における水素発生装置３４を燃料電池５４に接続した設備である。即ち、燃料電池５４にはアノードチャンバー５５が備えられ、アノードチャンバー５５は燃料電池セル５６のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。
【０１２３】
アノードチャンバー５５と反応器２は圧力室側排出路１６（第２水素排出路）により接続され、反応器２で発生した水素がアノードチャンバー５５のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池５４の出力に応じて決定される。
【０１２４】
燃料電池設備５７は、複雑な機構や動力を用いることなく促進剤水溶液５を安定して供給して水素を生成することができる水素発生装置３４を備えた本発明の第２実施形態に係る燃料電池設備５７とすることができる。
【０１２５】
（第３実施形態例に係る燃料電池設備）
図１３には本発明の第３実施形態に係る燃料電池設備の概略構成を示してある。図１３に基づいて本発明の第３実施形態に係る燃料電池設備を説明する。
【０１２６】
上述した第３実施形態に係る燃料電池設備５８は、水素発生装置４８のレギュレータ１２をなくし、燃料電池５４のアノードチャンバー５５と排出部１７を接続することにより燃料電池設備５８とすることができる。
【０１２７】
図１３に示すように本発明の第３実施形態に係る燃料電池設備５８は、図１０に示した第３実施形態例における水素発生装置４８を燃料電池５４に接続した設備である。即ち、燃料電池５４にはアノードチャンバー５５が備えられ、アノードチャンバー５５は燃料電池セル５６のアノード室に接する空間を構成している。アノード室は、アノードで消費する水素を一時的に保持する空間である。
【０１２８】
アノードチャンバー５５と反応器２は圧力室側排出路１６（第２水素排出路）により接続され、反応器２で発生した水素がアノードチャンバー５５のアノード室に供給される。アノード室に供給された水素は、アノードでの燃料電池反応で消費される。アノードでの水素の消費量は、燃料電池５４の出力に応じて決定される。
【０１２９】
燃料電池設備５８は、複雑な機構や動力を用いることなく促進剤水溶液５を安定して供給して水素を生成することができる水素発生装置４８を備えた本発明の第３実施形態に係る燃料電池設備５８とすることができる。
【０１３０】
本発明の水素発生装置及び水素発生装置を備えた燃料電池設備は、ポンプ等の動力を用いずに、消費電力無しで促進剤水溶液５を移動させて、水素を発生することができる。併せて、溶液容器４で反応生成物を促進剤水溶液５に接触させることにより水素発生反応の停止までの時間が短くなり、水素量を容易に制御することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１３１】
本発明は、例えば、金属水素化物を分解して水素を発生させる水素発生装置及び水素発生装置で発生した水素を燃料とする燃料電池設備の産業分野の他、特に小さい流路で電力を消費することなく制御する各種分野で利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る水素発生装置の概略構成図である。
【図２】定圧閉止弁の断面図である。
【図３】圧力制御弁の断面図である。
【図４】圧力制御弁の断面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る水素発生装置の流れ図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る水素発生装置の概略構成図である。
【図７】三方弁の断面図である。
【図８】三方弁の断面図である。
【図９】本発明の第２実施形態に係る水素発生装置の流れ図である。
【図１０】本発明の第３実施形態に係る水素発生装置の概略構成図である。
【図１１】本発明の第１実施形態に係る燃料電池設備の概略構成を示す説明図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係る燃料電池設備の概略構成を示す説明図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る燃料電池設備の概略構成を示す説明図である。
【符号の説明】
【０１３３】
１、３４、４８  水素発生装置
２  反応器
３  ワーク
４  溶液容器
５  促進剤水溶液
６  弾性膜
７  圧力室
８  収容室
９  定圧閉止弁
１０、５１、５２  逆止弁
１１  圧力制御弁
１２  レギュレータ
１３、４９、５０  送液管
１４  水素導管
１５  溶液容器側排出路（第１水素排出路）
１６  圧力室側排出路（第２水素排出路）
１７  排出部
１８  固定部
１９  ばね
２０、３３、４４  弁体
２１  配管
２２、３８  基体
２３、３６  貫通部
２４  第１圧力変形部
２５  第２圧力変形部
２６  仕切部材
２７  第１流路
２８  第２流路
２９  貫通孔
３０、４６  連通路
３１、４２  弁部材
３２、４３  弁棒
３５  三方弁
３７  可撓性の膜
３９  圧力室側の水素導管
４０  溶液容器側の水素導管
４１  ストッパー
４５  圧力室側の貫通孔
４７  溶液容器側の貫通孔
５３、５７、５８  燃料電池設備
５４  燃料電池
５５  アノードチャンバー
５６  燃料電池セル
【図１】
2008037699.tif 000003
【図２】
2008037699.tif 000004
【図３】
2008037699.tif 000005
【図４】
2008037699.tif 000006
【図５】
2008037699.tif 000007
【図６】
2008037699.tif 000008
【図７】
2008037699.tif 000009
【図８】
2008037699.tif 000010
【図９】
2008037699.tif 000011
【図１０】
2008037699.tif 000012
【図１１】
2008037699.tif 000013
【図１２】
2008037699.tif 000014
【図１３】
2008037699.tif 000015