(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応用水溶液と反応して水素を発生する反応物固体が保持されると共に、前記反応物固体と前記反応用水溶液との反応により発生した水素を外部に排出するための排出口と、前記反応物固体と前記反応用水溶液との反応時に生成される生成物が蓄積される蓄積部とを有する反応容器と、
前記反応容器に連通し前記反応物固体に対して前記反応用水溶液を供給する送液流路と、
前記反応容器内の前記蓄積部に蓄積された蓄積物から生成した気泡を含む当該蓄積物の体積を検出する体積検出手段と、
前記反応容器内への前記反応用水溶液の供給を制御する供給制御手段と、を具備し、
前記供給制御手段は、前記体積検出手段の検出値が前記蓄積物から生成した気泡を含む当該蓄積物が前記排出口から外部に流出しないように予め設定された設定体積以下である場合に前記反応用水溶液の初期流量での供給を許可し、前記体積検出手段の検出結果が前記設定体積を上回っている場合には前記反応用水溶液の供給を規制するようにしたことを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記体積検出手段の検出結果に基づいて前記蓄積物の体積変化率を演算する変化率演算手段をさらに具備し、
前記供給制御手段は、前記変化率演算手段の演算結果である前記蓄積物の体積変化率が零以下であることを条件に、前記反応用水溶液を初期流量で供給することを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記供給制御手段は、前記体積検出手段の検出値が前記設定体積を上回っている場合に前記反応用水溶液の供給を停止することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記体積検出手段の検出結果に基づいて前記蓄積物の体積変化率を演算する変化率演算手段をさらに具備し、
前記供給制御手段は、前記変化率演算手段の演算結果である前記蓄積物の体積変化率が零よりも大きく且つ当該体積変化率が予め設定された設定値以上の割合で変化している場合に、前記反応用水溶液を初期流量よりも減少させた流量で供給することを特徴とする請求項１又は２に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記供給制御手段は、前記蓄積物の体積変化率が前記設定値よりも低い割合で変化していても、前記蓄積物の体積変化率が増加傾向にある場合には、前記反応用水溶液を初期流量よりも減少させた流量で供給す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６】
前記供給制御手段は、前記反応用水溶液の流量を減少させた後、前記蓄積物の体積変化が前記設定値以下の割合での減少傾向となったことを条件に、前記反応用水溶液の初期流量での供給を再開することを特徴とする請求項４又は５に記載の水素発生装置。
【請求項７】
水素が供給されるアノード室を有すると共に、該アノード室への水素供給手段として請求項１〜６の何れか一項に記載の水素発生装置を具備することを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年のエネルギー問題の高まりから、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。燃料電池は、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いえる。
【０００３】
水素と酸素の電気化学反応により起電力を得る燃料電池では、燃料として水素が必要となる。燃料電池で用いる水素を発生する水素発生装置としては、例えば、金属水素化物（水素化ホウ素塩）を収容した反応容器と、水タンクとを有し、ポンプによって水タンク内の水を反応容器の金属水素化物に噴出するようにしたものがある（特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−１３７９０３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
このような水素発生装置においては、反応容器内での金属水素化物と水との反応（水素発生反応）により水素が生成されると共に、水素以外の生成物が生成され、反応容器内には金属酸化物と水とこの生成物との混合物が蓄積される。混合物中にも金属水素化物及び水が含まれているため、この混合物からも水素が発生する。ただし、水素発生反応により生成された生成物を含む混合物は比較的粘度が高いため、水素の多くは気泡の状態で生成される。このため、この水素の気泡を含む混合物が反応容器内に蓄積されてしまう。さらに、水素の気泡の水膜にも未反応の金属水素化物が含まれている場合があり、この場合、膜の水分と金属水素化物とが反応し、気泡の水膜からさらに水素の気泡が生成される場合がある。このため、反応容器に蓄積された混合物の蓄積物（気泡）の体積が急激に増加して反応容器内に蓄積物から生成された気泡が充満してしまい、排出口からこの気泡が外部に流出してしまうという問題がある。例えば、燃料電池システムの場合、この気泡がアノード室（発電部）に流出してしまうと、水素の供給性、発電性能等に悪影響を及ぼしてしまう虞がある。さらに、気泡の水膜が付着することで、各部材の耐久性が低下してしまう虞もある。
【０００６】
このため、反応容器内に蓄積物から発生した気泡が充満しない程度のタイミングで水素発生装置の運転、つまり反応用水溶液の供給を一旦停止して、蓄積物（気泡）の体積を減少させる必要がある。しかしながら、蓄積物の体積減少が十分でない状態で反応用水溶液の供給を再開させてしまうと、蓄積物の体積が急増し、この蓄積物の急増に対応できずに気泡が外部に流出してしまう虞もある。なおこのような問題は、比較的小型の水素発生装置において特に生じやすい。
【０００７】
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、蓄積物の気泡が外部に流出するのを防止しつつ反応用水溶液を良好に供給することができる水素発生装置及びそれを用いた燃料電池システム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】
【０００８】
上記課題を解決する本発明の第１の態様は、反応用水溶液と反応して水素を発生する反応物固体が保持されると共に、前記反応物固体と前記反応用水溶液との反応により発生した水素を外部に排出するための排出口と、前記反応物固体と前記反応用水溶液との反応時に生成される生成物が蓄積される蓄積部とを有する反応容器と、前記反応容器に連通し前記反応物固体に対して前記反応用水溶液を供給する送液流路と、前記反応容器内の前記蓄積部に蓄積された蓄積物から生成した気泡を含む当該蓄積物の体積を検出する体積検出手段と、前記反応容器内への前記反応用水溶液の供給を制御する供給制御手段と、を具備し、前記供給制御手段は、前記体積検出手段の検出値が前記蓄積物から生成した気泡を含む当該蓄積物が前記排出口から外部に流出しないように予め設定された設定体積以下である場合に前記反応用水溶液の初期流量での供給を許可し、前記体積検出手段の検出結果が前記設定体積を上回っている場合には前記反応用水溶液の供給を規制するようにしたことを特徴とする水素発生装置にある。
【０００９】
かかる第１の態様では、反応容器内の蓄積物の外部への流出を確実に抑えられるため、反応用水溶液を反応用固体に良好に供給することができる。
【００１０】
本発明の第２の態様は、前記体積検出手段の検出結果に基づいて前記蓄積物の体積変化率を演算する変化率演算手段をさらに具備し、前記供給制御手段は、前記変化率演算手段の演算結果である前記蓄積物の体積変化率が零以下であることを条件に、前記反応用水溶液を初期流量で供給することを特徴とする第１の態様の水素発生装置にある。
【００１１】
かかる第２の態様では、反応用水溶液の供給再開直後に、蓄積物の体積が急激に増加することがない。したがって、反応用水溶液の供給を安全に再開することができる。
【００１２】
本発明の第３の態様は、前記供給制御手段は、前記体積検出手段の検出値が前記設定体積を上回っている場合に前記反応用水溶液の供給を停止することを特徴とする第１又は２の態様の水素発生装置にある。
【００１３】
かかる第３の態様では、反応用水溶液の供給を停止することで、蓄積物の体積を確実に減少させることができる。
【００１４】
本発明の第４の態様は、前記体積検出手段の検出結果に基づいて前記蓄積物の体積変化率を演算する変化率演算手段をさらに具備し、前記供給制御手段は、前記変化率演算手段の演算結果である前記蓄積物の体積変化率が零よりも大きく且つ当該体積変化率が予め設定された設定値以上の割合で変化している場合に、前記反応用水溶液を初期流量よりも減少させた流量で供給することを特徴とする第１又は２の態様の水素発生装置にある。
【００１５】
かかる第４の態様では、反応用水溶液の流量を適宜減少させることで、反応用水溶液の供給を完全に停止することなく、蓄積物の体積を減少させることができる。
【００１６】
本発明の第５の態様は、前記供給制御手段は、前記蓄積物の体積変化率が前記設定値よりも低い割合で変化していても、前記蓄積物の体積変化率が増加傾向にある場合には、前記反応用水溶液を初期流量よりも減少させた流量で供給することを特徴とする第４の態様の水素発生装置にある。
【００１７】
かかる第５の態様では、蓄積物の体積変化が増加傾向にある場合には反応用水溶液の流量を減少させることで、蓄積物の体積をより確実に減少させることができる。
【００１８】
本発明の第６の態様は、前記供給制御手段は、前記反応用水溶液の流量を減少させた後、前記蓄積物の体積変化が前記設定値以下の割合での減少傾向となったことを条件に、前記反応用水溶液の初期流量での供給を再開することを特徴とする第４又は５の態様の水素発生装置にある。
【００１９】
かかる第６の態様では、上記条件を満たしていれば、反応用水溶液を初期流量で供給しても、蓄積物が急激に増加して外部に流出されることがない。
【００２０】
本発明の第７の態様は、水素が供給されるアノード室を有すると共に、該アノード室への水素供給手段として第１〜６の何れか一つの態様の水素発生装置を具備することを特徴とする燃料電池システムにある。
【００２１】
かかる第１０の態様では、長期間に亘って良好に電力を供給することができる燃料電池システムを実現することができる。
【発明の効果】
【００２２】
かかる本発明の水素発生装置では、反応容器内に水素の気泡を含む蓄積物が充満して外部に流出してしまうのを確実に防止することができる。したがって、長期に亘って水素を良好に供給することができる。よって、このような水素発生装置を採用することで、長期間に亘って良好に電力を供給することができる燃料電池システムを実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明を実施形態に基づいて詳細に説明する。
【００２４】
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１に係る水素発生装置の概略構成を示す図である。
【００２５】
図１に示すように、本実施形態に係る水素発生装置１０は、水素発生物質からなる反応物固体１１が格納される反応容器１２と、反応物固体１１と反応することにより水素を発生させる反応用水溶液１３が収容された溶液タンク１４とを有し、反応容器１２と溶液タンク１４とは、送液管（送液流路）１５によって接続されている。溶液タンク１４には、送液管１５を介して反応容器１２に反応用水溶液を送液するための送液手段１６が設けられている。送液手段１６の構成は、特に限定されないが、例えば、圧縮ばね１７及び加圧板１８からなる押圧手段１９であり、溶液タンク１４内の反応用水溶液１３は、この押圧手段１９によって常にほぼ一定の圧力で押圧されている。また溶液タンク１４と反応容器１２とを接続する送液管１５には開閉バルブ２０が設けられており、この開閉バルブ２０の動作は、制御回路である制御部２１の供給制御手段２２によって制御されている。そして、この供給制御手段２２が開閉バルブ２０の開度を適宜調整することで、詳しくは後述するが、溶液タンク１４から反応容器１２への反応用水溶液１３の供給状態、例えば、流量が制御されている。
【００２６】
反応容器１２内の上部には、ホルダ２３が設けられており、反応物固体１１はこのホルダ２３に保持されている。送液管１５の先端部は、例えば、ホルダ２３に保持された反応物固体１１の上部に配され、反応用水溶液１３が反応容器１２内の反応物固体１１に直接供給されるようになっている。そして、供給された反応用水溶液１３と反応物固体１１とが反応（水素発生反応）することにより水素が発生する。
【００２７】
ここで、反応容器１２内に保持された反応物固体（水素発生物質）１１としては、金属水素化合物、例えば、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素カリウム、水酸化リチウムアルミニウム等が挙げられ、本実施形態では、水素化ホウ素ナトリウムを用いている。一方、反応物固体１１に供給される反応用水溶液１３としては、促進剤水溶液、例えば、リンゴ酸、クエン酸、コハク酸等の水溶液が好適に用いられるが、水を用いることもできる。本実施形態では、リンゴ酸水溶液を用いている。なおこれら反応物固体１１及び反応用水溶液１３は、特に限定されるものではなく、反応物固体１１は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、反応用水溶液１３としては、例えば、有機酸および無機酸あるいはルテニウム等、水素発生触媒であれば全て適用可能である。また例えば、水素発生触媒であるリンゴ酸粉末を反応容器１２内に保持し、水素発生物質である水素化ホウ素ナトリウのム水溶液を反応容器１２に供給することで水素発生反応させるようにしてもよい。さらに、反応物固体として卑金属を用いることもでき、この場合、反応用水溶液としては、塩基性あるいは酸性水溶液、あるいは水を用いればよい。
【００２８】
また反応容器１２には、水素発生反応により生じた生成物を含む混合物が蓄積される蓄積部２４が設けられている。例えば、本実施形態では、ホルダ２３に保持された反応物固体１１の鉛直方向下側の空間が蓄積部２４となっている。さらに反応容器１２の上部には、このような反応物固体１１と反応用水溶液１３との反応（水素発生反応）により発生した水素を外部に排出するための排出口２５が設けられ、この排出口２５には排出管２６の一端側が接続されている。排出管２６の他端側は、図示しないが、例えば、燃料電池の発電部等に接続される。なお排出口２５は、反応容器１２の何れの位置に設けられていてもよいが、蓄積部２４に蓄積された蓄積物（混合物）２７の流出を防止するという観点からは、反応容器１２の上部に設けられていることが好ましい。
【００２９】
このような水素発生装置１０を連続して運転すると、反応容器１２の蓄積部２４には、水素発生反応によって生成された生成物を含む混合物が徐々に蓄積されていくことになる。例えば、本実施形態では、反応物固体（水素発生物質）１１として水素化ホウ素ナトリウムを用い、反応用水溶液１３としてリンゴ酸水溶液を用いている。したがって、水素発生反応時に生成される生成物であるメタホウ酸ナトリウムと、リンゴ酸水溶液と、リンゴ酸によって溶出された水素化ホウ素ナトリウムとを含む混合物が蓄積部２４に蓄積されていく。そして、この蓄積部２４に蓄積された蓄積物（混合物）２７にも、水素化ホウ素ナトリウムと水とが含まれているため、蓄積物２７からも水素が発生する。この蓄積物２７は水量が比較的少なくメタホウ酸ナトリウムの水和性が高いため、蓄積物２７の粘度は非常に高く、水素は気泡として生成される。このため、気泡の泡膜（水膜）は比較的破れ難く気泡を含む蓄積物２７の体積は蓄積部２４で徐々に増大してしまい、蓄積物（気泡）が排出口２５から流出してしまう虞がある。
【００３０】
このため本実施形態では、以下に説明するように蓄積物２７の体積に応じて反応用水溶液１３の供給を規制すると共に、蓄積物の体積及び体積変化率に応じて反応用水溶液の初期流量での供給を再開するようにした。これにより、蓄積物が排出口から流出するのを確実に防止しつつ、反応用水溶液１３を反応容器１２に良好に供給することができる。
【００３１】
反応容器１２には、蓄積物２７の体積を検出する体積検出手段２８が設けられている。本実施形態に係る体積検出手段２８は、いわゆる非接触式測長センサであり、反応容器内の上面に設けられる発光部２９と、発光部２９で発光された光を受光する受光部３０とで構成されている。具体的には、発光部２９は、例えば、レーザ、ＬＥＤ等によって発光し、受光部３０は、発光部２９で発光された光が蓄積物２７の表面で反射した反射光を受光する。これにより、蓄積物２７までの距離を求めることで、蓄積物２７の体積を検出している。
【００３２】
そして、上述した制御部２１の供給制御手段２２は、この体積検出手段２８の検出結果、つまり蓄積物２７の体積が予め設定された設定体積を上回った場合に、開閉バルブを閉動作させて反応用水溶液の供給状態を規制している。例えば、本実施形態では、供給制御手段２２は開閉バルブ２０を全閉として反応用水溶液１３の供給を完全に停止させる。
【００３３】
また制御部２１は、蓄積物２７の体積変化率を演算する変化率演算手段３１を有する。体積検出手段２８は、蓄積物２７の体積を常時検出しており、変化率演算手段３１は、この体積検出手段２８の検出結果に基づいて、蓄積物２７の体積変化率を演算する。
【００３４】
そして供給制御手段２２は、体積検出手段２８の検出結果と共に、この変化率演算手段３１の演算結果、つまり蓄積物２７の体積変化率に基づいて開閉バルブ２０を開動作させて、反応用水溶液１３の規制を解除する。例えば、本実施形態では、蓄積物２７の体積が予め設定された所定体積よりも小さく且つ蓄積物２７の体積変化率が予め設定された所定値よりも小さいことを条件に、供給制御手段２２が開閉バルブ２０を開動作させて、溶液タンク１４から反応容器１２への反応用水溶液１３の初期流量での供給を再開するようにした。
【００３５】
以下、図２のフローチャートを参照して本実施形態に係る反応用水溶液の供給制御について説明する。
【００３６】
水素発生装置１０の運転が開始されると、まずステップＳ１で供給制御手段２２が開閉バルブ２０を開動作させることで、反応用水溶液１３の反応容器１２への初期流量での供給が開始される。つまり、反応用水溶液１３が、連続的に、あるいは反応容器の内圧等に応じて断続的に、反応容器１２に供給され、反応物固体１１と反応用水溶液１３との反応（水素発生反応）により水素が発生する。また水素発生反応により生成された生成物を含む混合物が、反応容器１２の蓄積部２４に蓄積されていく。
【００３７】
蓄積部２４に蓄積される蓄積物（混合物）２７の体積変化は、反応容器１２に設けられた体積検出手段２８によって常時検出されており、ステップＳ２で供給制御手段２２がこの体積検出手段２８の検出結果に基づいて、蓄積物２７の体積が所定体積を超えたか否かを判定する。そして供給制御手段２２は、蓄積物２７の体積が設定体積を超えていると判定した場合（ステップＳ２：Ｙｅｓ）、開閉バルブ２０を閉動作させて完全に送液管１５を閉鎖して、反応用水溶液１３の供給を完全に停止する（ステップＳ３）。
【００３８】
ここで、反応物固体１１に反応用水溶液１３の供給が開始されると、例えば、図３に示すように、蓄積物２７の体積は徐々に増加し、またそれに伴って増加速度も徐々に速くなる。そして、蓄積物２７の体積が、例えば、経過時間Ｔａで設定体積Ａを超え、その時点で供給制御手段２２によって開閉バルブ２０を閉鎖されると、増加速度は徐々に遅くなるものの蓄積物２７の体積増加はしばらく続き、その後減少に転ずる。
【００３９】
供給制御手段２２は、ステップＳ３で反応用水溶液１３の供給を停止した後、体積検出手段２８の検出結果に基づいて、蓄積物２７の体積が減少傾向に転じて設定体積Ａを下回ったか否かを判定する（ステップＳ４）。蓄積物２７の体積が設定体積Ａを下回っていると判定した場合（ステップＳ４：Ｙｅｓ）、供給制御手段２２は、次いで、変化率演算手段３１の演算結果である蓄積物２７の体積変化率が零以下となっているか否かを判定する（ステップＳ５）。
【００４０】
ここで、反応物固体１１に反応用水溶液１３が供給された場合、蓄積物２７の体積変化率は、例えば、図４に示すグラフのように変化する。まず反応用水溶液１３の供給が開始された直後、つまり水素発生反応初期（Ｔ１領域）では、蓄積物２７の体積変化率の増加は比較的緩やかになる。このＴ１領域では、蓄積物（混合物）２７中の反応物の純度が高いため少量の水でも反応速度は速く、反応効率が高い。このため、蓄積物２７中には水量が多く生成物の濃度が低くなっており、また反応効率が高いため未反応物質の濃度は低くなっている。したがって、この段階では、蓄積物２７の粘度が低く、蓄積物２７中から新たな気泡は発生し難く、蓄積物２７の体積変化率の増加は比較的緩やかになる。
【００４１】
水素発生反応中期（Ｔ２〜Ｔ３領域）には、蓄積物２７中の反応物周囲に生成物が溜まってくるため、反応速度は低く、反応効率が低下している。このため、蓄積物２７内には未反応物質の濃度が高くなり、蓄積物２７中で長時間かけて水素が発生する。その反応の際に水は消費されるため、蓄積物２７の水分量は少なくなり、蓄積物２７の粘度が高くなる。その結果、水素発生により形成された気泡は破泡され難くなる。また泡膜からも気泡が形成されるため、蓄積物２７の体積は急激に増加する。そして、この段階（Ｔ２〜Ｔ３領域）で、蓄積物２７の体積は所定体積Ａを超えることになる。
【００４２】
そして、反応用水溶液１３の供給が停止された後である水素発生反応後期（Ｔ４領域）には、蓄積物２７を占める気泡の体積が大きくなっているため、泡膜の水濃度が低くなっており、破泡し易くなっている。反応用水溶液１３の供給が停止されたしばらくの間は、水素発生反応が続くものの、泡の発生と破泡とが繰り返されるため、蓄積物の体積の大幅な増加は見られなくなる。その後、水素発生終末期（Ｔ５領域）には、反応物或いは水が少なくなり気泡の発生量が減少すると共に破泡が進み、蓄積物２７の体積は急激に減少する。すなわち、蓄積物２７の体積変化率は零以下となる。
【００４３】
つまり、ステップＳ５では、供給制御手段２２が、蓄積物２７の体積変化率がＴ５領域にあるか否かを判定する。そして、供給制御手段２２は、蓄積物２７の体積変化率がＴ５領域にある、つまり体積変化率が零以下であると判定した場合（ステップＳ５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１に戻り、反応用水溶液１３の初期流量での供給を再び許可（再開）する。
【００４４】
このように蓄積物２７の体積が設定体積Ａを超えた場合に、反応用水溶液１３の供給を停止することで、蓄積物２７が排出口２５から外部に流出するのを確実に防止することができる。さらに、蓄積物２７の体積が零以下である場合に反応用水溶液１３の初期流量での供給を再開することで、再開直後に蓄積物２７の体積が急激に増加して排出口２５から外部に流出してしまう虞もなくなる。すなわち、蓄積物２７の流出を確実に防止して、反応用水溶液１３の供給を安全に再開することができる。
【００４５】
なお、本実施形態では、蓄積物２７の体積及び体積変化率に基づいて反応用水溶液１３の供給規制を解除するようにしたが、勿論、蓄積物２７の体積のみに基づいて反応用水溶液１３の供給規制を解除するようにしてもよい。
【００４６】
（実施形態２）
上述の実施形態では、蓄積物２７の体積及び体積変化率によって反応用水溶液１３の初期流量での供給を停止、再開するようにしたが、本実施形態は、蓄積物２７の体積及び体積変化率によって、反応用水溶液１３の供給流量を制御するようにした例である。
【００４７】
図５のフローチャートを参照して本実施形態に係る反応用水溶液の供給制御について説明する。
【００４８】
実施形態１と同様に水素発生装置１０の運転が開始されると、まずは反応用水溶液１３の初期流量での供給が開始され（ステップＳ１１）、水素発生反応により水素が発生する。次いで、供給制御手段２２が体積検出手段２８の検出結果に基づいて、蓄積物２７の体積が所定体積Ａを超えたか否かを判定する。蓄積物２７の体積が設定体積Ａを超えている場合には（ステップＳ１２：Ｙｅｓ）、供給制御手段２２は、次いで、変化率演算手段３１の演算結果である蓄積物の体積変化率がＴ１〜Ｔ３領域（図４参照）内か否かを判定する（ステップＳ１３）。具体的には、蓄積物２７の体積変化率が零よりも大きく且つ体積変化率が設定値以上の割合で変化している領域、つまり体積変化率が急激に変化している領域（Ｔ２〜Ｔ３領域）であるか、あるいは蓄積物２７の体積変化率が設定値よりも低い割合で変化していても蓄積物２７の体積変化率が増加傾向にある領域（Ｔ１領域）にあるか否かを判定する。蓄積物２７の体積変化率がＴ１〜Ｔ３領域である場合には（ステップＳ１３：Ｙｅｓ）、供給制御手段２２は、反応用水溶液１３を初期流量よりも減少させた流量で供給する（ステップＳ１４）。つまり、開閉バルブ２０を閉動作させて反応用水溶液１３の流量を減少させる。一方、蓄積物２７の体積変化率がＴ１〜Ｔ３領域ではない場合、すなわちＴ４領域である場合には（ステップＳ１３：Ｎｏ）、初期流量での供給を継続する（ステップＳ１２に戻る）。
【００４９】
ステップＳ１４で反応用水溶液１３を初期流量よりも減少させた後は、ステップＳ１５で、供給制御手段２２は、蓄積物２７の体積変化率が、設定値以下の割合での減少傾向を示す領域（Ｔ４領域）であるか否かを判定する。そして、蓄積物２７の体積変化率がＴ４領域である場合には（ステップＳ１５：Ｙｅｓ）、ステップＳ１１に戻り、反応用水溶液の供給規制を解除、すなわち初期流量での供給を再開する。一方、蓄積物２７の体積変化率がＴ４領域でない場合には、Ｔ４領域になるまで反応用水溶液１３の供給規制を継続する。なお、ステップＳ１５で、蓄積物２７の体積変化率がＴ５領域である場合には、勿論ステップＳ１１に戻り、反応用水溶液の供給規制を解除する。
【００５０】
このように反応用水溶液１３の供給を制御することによっても、蓄積物２７が排出口２５から外部に流出するのを確実に防止することができる。さらに、本実施形態では、反応用水溶液１３の供給を完全に停止するのではなく、反応用水溶液１３の流量を適宜減少させて蓄積物の体積を減少させるようにした。したがって、長期間に亘って連続して運転することのできる水素発生装置を実現することができる。
【００５１】
なお、本実施形態では、蓄積物２７の体積変化率がＴ１〜Ｔ３領域（図４）にある場合に、反応用水溶液１３の流量を減少させるようにしたが、これに限定されず、例えば、体積変化率が急激に変化するＴ２〜Ｔ３領域であるときのみに、反応用水溶液１３の流量を減少させるようにしてもよい。
【００５２】
（実施形態３）
図６は、本発明に係る燃料電池システムの一例を示す概略図である。
【００５３】
本実施形態は、実施形態１に係る水素発生装置１０を用いた燃料電池システムであり、同一部材には同一部号を付し、重複する説明は省略する。
【００５４】
図６に示す本実施形態に係る燃料電池システムは、図１に示した水素発生装置１０を燃料電池に接続したシステムである。すなわち、燃料電池４０にはアノードチャンバ４１が備えられ、アノードチャンバ４１は燃料電池セル４２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。アノードチャンバ４１と反応容器１２とは、排出管２６により接続されており、反応容器１２で発生した水素がアノードチャンバ４１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４０の出力電流に応じて決定される。
【００５５】
このような構成の燃料電池システムでは、水素発生装置１０から蓄積物（気泡）２７が排出管２６を介してアノードチャンバ４１に流れ込むことがない。したがって、長期に亘って常に良好に電力を供給することができるようになる。
【００５６】
（他の実施形態）
以上、本発明の各実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるまでもない。また上述の各実施形態の構成を組み合わせてもよいことは言うまでもない。
【００５７】
例えば、上述の実施形態では、体積検出手段２８の一例として、反応容器１２内の上面に設けられたいわゆる非接触式側長センサを用いた構成を説明したが、体積検出手段２８の構成は、特に限定されるものではない。例えば、図７に示すように、体積検出手段２８Ａは、いわゆる光電センサを利用するものであってもよい。具体的には、反応容器１２の内側面に設けられる複数の発光部２９Ａと、各発光部２９Ａに対応して設けられる受光部３０Ａとで構成されていてもよい。このような構成の体積検出手段２８Ａでは、各受光部３０Ａの受光量の変化から蓄積物２７の体積を検出する。すなわち、蓄積物２７の体積が増加して各発光部２９Ａと受光部３０Ａとの間を遮ることによる受光量の減少、あるいは蓄積物２７の体積が減少して発光部２９Ａと受光部３０Ａとの間から蓄積物２７が無くなることによる受光量の増加から蓄積物２７の体積を検出する。また、体積検出手段２８は、光の代わりに超音波を利用したものであってもよい。さらには、蓄積部２４内にフロートを配置し、このフロートの高さの変化から蓄積物の体積を検出する体積検出手段としてもよい。また、体積検出手段は、例えば、電位差を有する複数の電極で構成され、電極間の電位差によって蓄積物の体積を検出するものであってもよい。つまり、電位差を有する複数の電極を配置し、異なる電極に蓄積物が接触したときにその導電性により電極間の電位差が低下することにより蓄積物の存在を検出するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の実施形態１に係る水素発生装置の概略構成図である。
【図２】実施形態１に係る水素発生装置の制御フローの一例を示す図である。
【図３】経過時間と蓄積物の体積との関係を示すグラフである。
【図４】経過時間と蓄積物の体積変化率との関係を示すグラフである。
【図５】実施形態２に係る水素発生装置の制御フローを示す図である。
【図６】本発明の実施形態３に係る燃料電池システムの概略構成図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る水素発生装置の概略構成図である。
【符号の説明】
【００５９】
１０  水素発生装置
１１  反応物固体
１２  反応容器
１３  反応用水溶液
１４  溶液タンク
１５  送液管
１７  圧縮ばね
１８  加圧板
１９  押圧手段
２０  開閉バルブ
２１  制御部
２２  供給制御手段
２３  ホルダ
２４  蓄積部
２５  排出口
２６  排出管
２７  蓄積物
２８  体積検出手段
２９  発光部
３０  受光部
３１  変化率演算手段
４０  燃料電池
４１  アノードチャンバ
４２  燃料電池セル
【図１】
0005137111.tif 000002
【図２】
0005137111.tif 000003
【図３】
0005137111.tif 000004
【図４】
0005137111.tif 000005
【図５】
0005137111.tif 000006
【図６】
0005137111.tif 000007
【図７】
0005137111.tif 000008