(57)【要約】      （修正有）【課題】加熱ユニットを有する水素生成装置及び発電設備の提供。【解決手段】第一槽体１１２、多孔性構造体１１４、第一ガイド構造１１６、及び加熱ユニット１１８を含む。第一槽体１１２は固体反応物５０を収納する。多孔性構造体１１４は第一槽体１１２内に配置される。第一ガイド構造１１６は対向する第一端部１１６ａ及び第二端部１１６ｂを有し、第一端部１１６ａは多孔性構造体１１４に接続され、第二端部１１６ｂは第一槽体１１２外に突き出す。加熱ユニット１１８は第二端部１１６ｂに接続され、液体反応物６０は第二端部１１６ｂを経由して加熱ユニット１１８により加熱されて気化して気体反応物６０’になり、且つ気体反応物６０’は第一端部１１６ａを経由して多孔性構造体１１４に到達し多孔性構造体１１４から第一槽体１１２内に拡散し、これにより、気体反応物６０’と固体反応物５０とは反応して水素７０を生成する水素生成装置。【選択図】図２
2016041647.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素生成装置であって、
第一槽体、多孔性構造体、第一ガイド構造、及び加熱ユニットを含み、
前記第一槽体は固体反応物を収納し、
前記多孔性構造体は前記第一槽体内に配置され、
前記第一ガイド構造は第一端部と、前記第一端部に対する第二端部とを有し、前記第一端部は前記多孔性構造体に接続され、前記第二端部は前記第一槽体外に突き出し、
前記加熱ユニットは前記第二端部に接続され、液体反応物は前記加熱ユニットにより気化して気体反応物になり、前記気体反応物は前記第一ガイド構造を通過して前記多孔性構造体に到達し、前記多孔性構造体から前記第一槽体内に拡散し、前記気体反応物と前記固体反応物とは反応して水素を生成する、水素生成装置。
【請求項２】
請求項1に記載の水素生成装置であって、
前記多孔性構造体の温度が所定温度値より低く且つ前記気体反応物が前記多孔性構造体に到達した時に、前記気体反応物は冷却されて液化して前記液体反応物になり、前記多孔性構造体内に収納され、前記多孔性構造体の温度が前記所定温度値より高い時に、前記多孔性構造体内に収納されている前記液体反応物は加熱されて気化して前記気体反応物になり、前記多孔性構造体から前記第一槽体内に拡散する、水素生成装置。
【請求項３】
請求項1に記載の水素生成装置であって、
前記多孔性構造体は頂部及び底部を含み、前記頂部は前記固体反応物と前記底部との間に位置し、前記底部は前記第一端部に接続され、前記頂部の外径は前記底部の外径より大きい、水素生成装置。
【請求項４】
請求項3に記載の水素生成装置であって、
前記頂部の外径は前記底部から前記固体反応物への方向に沿って次第に逓減する、水素生成装置。
【請求項５】
請求項1に記載の水素生成装置であって、
伝熱構造体を更に含み、
前記伝熱構造体は前記多孔性構造体に接続され且つ前記第一槽体内に位置し、前記気体反応物が前記固体反応物と反応して生成した熱エネルギーは、前記伝熱構造体により吸収され前記第一ガイド構造に伝導し、前記第一ガイド構造に位置する前記液体反応物は加熱されて気化して前記気体反応物になる、水素生成装置。
【請求項６】
請求項5に記載の水素生成装置であって、
前記伝熱構造体は柱状体であり且つ前記固体反応物により囲まれる、水素生成装置。
【請求項７】
請求項1に記載の水素生成装置であって、
前記多孔性構造体は粉末焼結材料を含む、水素生成装置。
【請求項８】
請求項7に記載の水素生成装置であって、
前記粉末焼結材料は金属粉末焼結材料である、水素生成装置。
【請求項９】
発電設備であって、
水素生成装置及び燃料電池スタックを含み、
前記水素生成装置は第一槽体、多孔性構造体、第一ガイド構造、及び加熱ユニットを含み、
前記第一槽体は固体反応物を収納し、
前記多孔性構造体は前記第一槽体内に配置され、
前記第一ガイド構造は対向する第一端部及び第二端部を有し、前記第一端部は前記多孔性構造体に接続され、前記第二端部は前記第一槽体外に突き出し、
前記加熱ユニットは前記第二端部に接続され、前記液体反応物は前記加熱ユニットにより気化して気体反応物になり、前記気体反応物は前記第一ガイド構造を通過して前記多孔性構造体に到達し、前記多孔性構造体から前記第一槽体内に拡散し、前記気体反応物と前記固体反応物とは反応して水素を生成し、
前記燃料電池スタックは前記水素生成装置に接続され、前記水素は前記水素生成装置から前記燃料電池スタックに到達し、前記燃料電池スタックにおいて反応を行って電気エネルギーを生成する、発電設備。
【請求項１０】
請求項9に記載の発電設備であって、
前記多孔性構造体の温度が所定温度値より低く且つ前記気体反応物が前記多孔性構造体に到達した時に、前記気体反応物は冷却されて液化して前記液体反応物になり、前記多孔性構造体内に収納され、前記多孔性構造体の温度が前記所定温度値より高い時に、前記多孔性構造体内に収納されている前記液体反応物は加熱されて気化して前記気体反応物になり、前記多孔性構造体から前記第一槽体内に拡散する、発電設備。
【請求項１１】
請求項9に記載の発電設備であって、
前記多孔性構造体は頂部及び底部を含み、前記頂部は前記固体反応物と前記底部との間に位置し、前記底部は前記第一端部に接続され、前記頂部の外径は前記底部の外径より大きい、発電設備。
【請求項１２】
請求項11に記載の発電設備であって、
前記頂部の外径は前記底部から前記固体反応物への方向に沿って次第に逓減する、発電設備。
【請求項１３】
請求項9に記載の発電設備であって、
伝熱構造体を更に含み、
前記伝熱構造体は前記多孔性構造体に接続され且つ前記第一槽体内に位置し、前記気体反応物が前記固体反応物と反応して生成した熱エネルギーは、前記伝熱構造体により吸収され前記第一ガイド構造に伝導し、前記第一ガイド構造に位置する前記液体反応物は加熱されて気化して前記気体反応物になる、発電設備。
【請求項１４】
請求項13に記載の発電設備であって、
前記伝熱構造体は柱状体であり且つ前記固体反応物により囲まれる、発電設備。
【請求項１５】
請求項9に記載の発電設備であって、
前記多孔性構造体は粉末焼結材料を含む、発電設備。
【請求項１６】
請求項15に記載の発電設備であって、
前記粉末焼結材料は金属粉末焼結材料である、発電設備。
【請求項１７】
請求項9に記載の発電設備であって、
ろ過ユニットを更に含み、
前記ろ過ユニットは前記水素生成装置と前記燃料電池スタックとの間において接続され、前記水素は前記水素生成装置から前記ろ過ユニットを通過して前記燃料電池スタックに到達する、発電設備。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置及び発電設備に関し、特に、加熱ユニットを有する水素生成装置及び発電設備に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池（Fuel  Cell）モジュールは、化学エネルギーを利用して電気エネルギーに直接変換する発電設備である。プロトン交換膜型燃料電池を例とすると、その動作原理は、水素が陽極の触媒層において酸化反応を行って、水素イオン（H+）及び電子（e-）を生成し、又は、メチルアルコール及び水が陽極の触媒層において酸化反応を行って、水素イオン（H+）、二酸化炭素（CO2）及び電子（e-）を生成し、そして、水素イオンがプロトン伝導膜を経由して陰極に到達し、電子が外部回路を経由して負荷に到達し仕事をした後に陰極に到達し、この時に、陰極側に供給される酸素が水素イオン及び電子と陰極の触媒層において還元反応を行って水を生成するということである。上述の陽極に必要な燃料（水素）は、固体のNaBH4により水素を生成するという技術によって得ることができ、具体的には、液体の水を固体のNaBH4に加入して化学反応を行わせて水素を生成させるということである。
【０００３】
一般的に言えば、NaBH4を反応槽に置いてから液体の水を反応槽に導入し、NaBH4と反応を行わせて水素を生成させるということである。しかし、常温下の液体の水がNaBH4と混合した後に泥状混合物を形成しやすいため、液体の水の拡散性が良くなくなり、未反応のNaBH4に迅速に接触できず、反応が不完全であるようになってしまう。よって、液体の水とNaBH4との反応レートを向上させるために、反応槽に親水性材料を添加し、又は、流路の設計によって水を複数の位置から反応槽に導入する必要があるが、このような方法は、上述の発電設備の生産コストを増加させてしまう。また、親水性材料の多くにはアンモニアが含まれ、且つ、アンモニアは、燃料電池スタックが早く枯渇することを引き起こすことができ、よって、燃料電池スタックと反応槽との間のろ過装置はアンモニアを有効にろ過する必要があるため、ろ過装置の負荷を増加させてしまう。また、液体の水の拡散性が良くなく、且つ、一部のNaBH4が液体の水と反応を行うことができず、よって、実際の反応に必要な量よりも多い液体の水を供給してこの問題を解決する必要がある。しかし、液体の水が多すぎると、上述の発電設備の液漏れの確率を増大させることができ、且つ、反応槽内の余剰の液体の水がゆっくりと余剰のNaBH4と反応を行って反応槽内に水素が残留し、安全性に懸念を抱くおそれがある。更に、上述の親水性材料、流路の設計、及び、実際の反応に必要な量よりも遥かに多い液体の水の供給は、全て、構造全体の体積及び重量を増大させることができるため、NaBH4の配置空間を制限し、上述の発電設備のエネルギー密度を大幅に低下させてしまう。
【０００４】
中国特許文献CN100396596Cには、ウィッキング材料を利用して流体を固体の水素化物に導入する水素生成器が開示されている。中国特許文献CN1319849Cには、水蒸気生成器により生成された水蒸気を水素生成器に提供して反応を行わせて水素を生成させる電力生成器が開示されており、そのうち、水蒸気発生器は、綿又はポリマー布などの多孔性物質をバリアとして利用して液漏れを防止し、且つ、水蒸気は、上述の多孔性物質を経由して水蒸気発生器に進入し及びそれから出ることができる。
この「背景技術」段落の内容は本発明の内容の理解を助けるためのものであり、「背景技術」段落に記載される内容は、当技術分野の常用知識を持っている者が把握していること以外の従来技術も含むことができる。「背景技術」段落に記載される内容は、「背景技術」の内容又は本発明の一個又は複数個の実施例が解決しようとする問題を代表するものではなく、本発明の出願前に当技術分野の常用知識を持っている者が既に把握又は承知しているものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、良好な水素生成効率を有する水素生成装置を提供することにある。
【０００６】
本発明のもう一つの目的は、良好な水素生成効率を有する水素生成装置を含む発電設備を提供することにある。
【０００７】
本発明の他の目の及び利点は、本発明に開示の技術の特徴からさらに理解することができる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述の一つ又は一部又は全部の目的又は他の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、水素生成装置が提供され、該水素生成装置は、第一槽体、多孔性構造体、第一ガイド構造、及び加熱ユニットを含む。第一槽体は固体反応物を収納する。多孔性構造体は第一槽体内に配置される。第一ガイド構造は第一端部と前記第一端部に対する第二端部とを有し、第一端部は多孔性構造体に接続され、第二端部は第一槽体外に突き出す。加熱ユニットは第二端部に接続され、液体反応物は第二端部を通過し加熱ユニットにより加熱されて気化して気体反応物になり、且つ、気体反応物は第一端部を通過して多孔性構造体に到達して多孔性構造体から第一槽体内に拡散し、これにより、気体反応物は固体反応物と反応行って水素を生成する。
【０００９】
本発明の他の実施例では、多孔性構造体の温度が所定温度値より低く且つ気体反応物が多孔性構造体に到達した時に、気体反応物は冷却されて液化して液体反応物になり、多孔性構造体内に収納され、多孔性構造体の温度が所定温度値より高い時に、多孔性構造体内に収納されている液体反応物は加熱されて気化して気体反応物になり、多孔性構造体から第一槽体内に拡散する。
【００１０】
本発明の一実施例では、多孔性構造体は頂部及び底部を含み、頂部は固体反応物と底部との間に位置し、底部は第一端部に接続され、頂部の外径は底部の外径より大きい。
【００１１】
本発明のもう一つの実施例では、頂部の外径は前記底部から固体反応物への方向に沿って次第に逓減する。
【００１２】
本発明の一実施例では、伝熱構造体を更に含み、伝熱構造体は多孔性構造体に接続され且つ第一槽体内に位置し、気体反応物と固体反応物とが反応を行うことにより生成された熱エネルギーは伝熱構造体により吸収されて第一ガイド構造へ伝導され、これにより、第一ガイド構造に位置する液体反応物は加熱されて気化して気体反応物になる。
【００１３】
本発明の一実施例では、伝熱構造体は柱状であり且つ固体反応物により囲まれる。
【００１４】
本発明の一実施例では、多孔性構造体は粉末焼結材料を含む。
【００１５】
本発明の一実施例では、粉末焼結材料は金属粉末焼結材料である。
【００１６】
また、上述の一つ又は一部又は全部の目的又は他の目的を達成するために、本発明の一実施例によれば、発電設備が提供され、該発電設備は、水素生成装置及び燃料電池スタックを含む。水素生成装置は第一槽体、多孔性構造体、第一ガイド構造、及び加熱ユニットを含む。第一槽体は固体反応物を収納する。多孔性構造体は第一槽体内に配置される。第一ガイド構造は第一端部と前記第一端部に対する第二端部とを有し、第一端部は多孔性構造体に接続され、第二端部は第一槽体外に突き出す。加熱ユニットは第二端部に接続され、液体反応物は第二端部を通過し加熱ユニットにより加熱されて気化して気体反応物になり、且つ、気体反応物は第一端部を通過し多孔性構造体に到達して多孔性構造体から第一槽体内に拡散し、これにより、気体反応物は固体反応物と反応を行って水素を生成する。燃料電池スタックは水素生成装置に接続され、水素は水素生成装置から燃料電池スタックに到達し、燃料電池スタックにおいて反応を行い電気エネルギーを生成する。
【００１７】
上述により、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点を有し、本発明の上述の実施例では、加熱ユニットを利用して液体反応物を加熱することにより、液体反応物を気化させて気体反応物を生成させる。これにより、気体反応物は、その良い拡散性により、固体反応物と十分に反応を行って水素を生成することができ、且つ、気体反応物の温度が液体反応物より高く、化学反応のレートを向上させることができるため、反応レートを向上させるために第一槽体内に親水性材料を添加する必要がなく、また、流路の設計によって液体反応物を複数の位置から第一槽体に導入する必要もないので、発電設備の生産コストを節約することができる。また、第一槽体内に親水性材料を添加する必要がないため、燃料電池スタックと第一槽体との間のろ過ユニットは、ろ過親水性材料に含まれるアンモニアを要せず、ろ過ユニットの負荷を軽減することができる。
【００１８】
また、拡散性が良い気体反応物を利用して固体反応物と反応を行わせて水素を生成させるので、液体反応物を適量だけ提供し上述のようにそれを気化させて気体反応物を生成させれば、気体反応物と固体反応物とを完全に反応させて水素を生成させることができるため、発電設備が過剰の液体反応物を収納することによる液漏れを避けることができ、且つ第一槽体内の余剰の液体反応物が余剰の固体反応物とゆっくりと反応することによる第一槽体内の水素残留を避けることもでき、これにより、水素生成装置の安全性を向上させることができる。また、本発明の水素生成装置が上述のように親水性材料の添加及び流路の設計を要せず、且つ、上述のように液体反応物を適量だけ供給すれば良いので、配置空間を節約して十分な固体反応物を収納することができ、これにより、第一槽体のエネルギー密度を増大させることができる。
【００１９】
本発明の上述の特徴及び利点をより明確且つ分かりやすくするために、以下、実施例を挙げて、添付した図面を参照しながら詳しく説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施例における発電設備のブロック図である。
【図２】図１における水素生成装置の一部の構造を示す図である。
【図３】図２における水素生成装置の局部拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
なお、次の各実施例の説明は、添付した図面を参照して行われたものであり、本発明の実施可能な特定の実施例を例示するために用いられる。また、次の各実施例に言及びした方向の用語、例えば、上、下、前、後、左、右などは、添付した図面の方向を参考するためのもののみである。よって、以下に使用された方向の用語は、説明のために用いられ、本発明を限定するためのものでない。
【００２２】
図1は、本発明の一実施例における発電設備のブロック図である。図1に示すように、本実施例の発電設備100は、水素生成装置110（点線の範囲内）、燃料電池スタック120、及びろ過ユニット130を含む。ろ過ユニット130は、水素生成装置110と燃料電池スタック120との間において接続され、水素生成装置110が生成した水素は、ろ過ユニット130を経由して燃料電池スタック120に到達し、そして、燃料電池スタック120内に反応を行って電気エネルギーを生成する。
【００２３】
本実施例では、燃料電池スタック120は、例えば、片面平板型電池スタックである。また、燃料電池スタック120は、プロトン交換膜燃料電池（Proton  Exchange  Membrane  Fuel  Cell、PEMFC）、アルカリ型燃料電池（Alkaline  Fuel  Cell、AFC）、リン酸型燃料電池（Phosphoric  Acid  Fuel  Cell、PAFC）、溶融炭酸塩形燃料電池（Molten  Carbonate  Fuel  Cell、MCFC）、固体酸化物燃料電池（Solid  Oxide  Fuel  Cell、SOFC）、又は、水素を利用して電力を生成する他の燃料電池であってもよく、本発明は、これについて限定しない。また、他の実施例では、水素生成装置は、発電設備に用いず、その代わりに、水素を燃料又は反応物とする他の装置に用いてもよく、本発明は、これについて限定しない。
【００２４】
図2は、図1における水素生成装置の一部の構造を示す図である。図3は、図2における水素生成装置の局部拡大断面図である。図面を明瞭にするために、図2中の一部の構造も断面の形で示されている。詳しく言えば、図2及び図3に示すように、水素生成装置110は、第一槽体112、多孔性構造体114、第一ガイド構造116、及び加熱ユニット118を含む。第一槽体112は固体反応物50を収納し、且つ、多孔性構造体114は第一槽体112内に配置される。
【００２５】
多孔性構造体114は、粉末焼結材料を含む。例えば、粉末冶金（powder  metallurgy）の加工プロセスで制作された多孔性材料であり、この加工プロセスでは、焼結（sintering）プロセスを含み、例えば、金属、酸化物、窒化物などの一種又は複数種の固体粉末を一定温度まで加熱した後に、粉末粒子の間を結合収縮させ、孔隙を有する堅硬な焼結体を形成する必要がある。本実施例では、多孔性構造体114は金属粉末焼結材料であり、なぜなら、それは複数の孔隙を有しても良好な熱伝導性を有するからである。上述の金属材料は、銅、ステンレススチール、又は、他の適切な金属粉末粒子であってもよく、粉末粒子の粒径範囲は、約10μmないし100μmである。他の実施例では、多孔性構造体114は、他の材料を焼結することにより制作されたものであってもよく、例えば、セラミックス粉末であってもよく、本発明は、これについて限定しない。
【００２６】
第一ガイド構造116は、例えば、管（tube）状であり、且つ、第一端部116aと前記第一端部に対する第二端部116bとを有し、第一端部116aは多孔性構造体114に接続され、第二端部116bは第一槽体112外に突き出し、第一ガイド構造116の第二端部116bと第一槽体112との間は例えば、ゴムリング（ring）又は他の密封素子により密封される。加熱ユニット118は第一ガイド構造116の第二端部116bに接続され、液体反応物60は第一ガイド構造116の第二端部116bを通過し加熱ユニット118により加熱されて気化して気体反応物60’になり、且つ、気体反応物60’は第一ガイド構造116の第一端部116aを通過し多孔性構造体114に到達し、そして、多孔性構造体114を経由して第一槽体112内に拡散し、これにより、気体反応物60’は固体反応物50と反応を行って図1に示す水素（図2では水素70）を生成し、且つ、水素70は導管112aにより図1に示すろ過ユニット130に導かれる。
【００２７】
上述の水素生成方式では、気体反応物60’は、その良い拡散性により、固体反応物50と十分に反応して水素を生成することができるので、反応レートを向上させるために第一槽体112内に親水性材料を添加する必要がなく、また、流路の設計によって液体反応物60を複数の位置から第一槽体112に導入する必要もないため、発電設備100の生産コストを節約することができる。また、第一槽体112内に親水性材料を添加する必要がないので、燃料電池スタック120と第一槽体112との間のろ過ユニット130は、ろ過親水性材料に含まれるアンモニアを要せず、ろ過ユニット130の負荷を軽減することができる。
【００２８】
また、拡散性が良い気体反応物60’を利用して固体反応物50と反応させて水素を生成させるので、液体反応物60を適量だけ提供して上述のようにそれを気化させて気体反応物60’を生成させれば、気体反応物60’と固体反応物50とを完全に反応させて水素を生成させることができるため、発電設備100が過多の液体反応物60を収納することによる液漏れを避けることができ、且つ、第一槽体112内の余剰の液体反応物60が余剰の固体反応物50とゆっくりと反応を行うことによる第一槽体112内の水素残留を避けることもでき、これにより、水素生成装置110の安全性を向上させることができる。また、本実施例の水素生成装置110が上述のように親水性材料の添加及び流路の設計を要せず、且つ、上述のように液体反応物60を適量だけ提供すれば良いので、配置空間を節約して十分な固体反応物50を収納することができ、これにより、第一槽体112のエネルギー密度を約1000Wh/Lまで増大させることができる。
【００２９】
本実施例では、前記液体反応物は、例えば、液体の水（H2O）であり、前記気体反応物は、例えば、水蒸気であり、前記固体反応物は、固体水素化物例えばNaBH4に適切な固体触媒（catalyst）を加入したものであり、NaBH4と水蒸気との反応により水素を生成し、その反応式は、
【数１】
2016041647.tif 000003
である。また、他の実施例では、他の適切な種類の固体反応物と、気体反応物との反応により水素を生成しても良く、本発明は、これについて限定しない。
【００３０】
例えば、上述の固体反応物は、他の種類の固体水素化物、例えば、ホウ素の水素化物、窒素の水素化物、炭素の水素化物、金属の水素化物、ホウ素窒素の水素化物、ホウ素炭素の水素化物、窒素炭素の水素化物、金属ホウ素の水素化物、金属窒素の水素化物、金属炭素の水素化物、金属ホウ素窒素の水素化物、金属ホウ素炭素の水素化物、金属炭素窒素の水素化物、ホウ素窒素炭素の水素化物、金属ホウ素窒素炭素の水素化物、又は、上述の組み合わせであってもよく、また、それは、上述のNaBH4の他に、NaH、LiBH4、LiH、CaH2、Ca（BH4）2、MgBH4、KBH4、及びAl（BH3）3を含んでも良いが、それらに限定されない。また、上述の固体反応物は、一般式のBxNyHzを有する各種の化合物、例えば、H3BNH3、H2B（NH3）2BH3、NH2BH2、B3N3H6、C4H12BNO（Morpholineborane）、ボラン-テトラヒドロフランコンプレックス、B2H4、又は、上述の組み合わせを含むものであってもよいが、これらに限定されない。上述の固体触媒は、固体酸、又は、Ru、Co、Ni、Cu、Feを含む塩類、又は、そのイオンを利用して制作された固体触媒であってもよい。
【００３１】
本実施例では、水素生成装置110は、図1に示すように、第二槽体115及び駆動ユニット117を含み、且つ、水素生成装置110は、図2に示すように、第二ガイド構造119を含む。第二槽体115は液体反応物60を収納し、第二ガイド構造119は例えば導管であり且つ第二槽体115と第一ガイド構造116との間において接続される。液体反応物60は駆動ユニット117の駆動により第二槽体115から第二ガイド構造119を経由して第一ガイド構造116に到達する。駆動ユニット117は例えばポンプ又は他の適切な駆動素子であってよく、本発明はこれについて限定しない。
【００３２】
より詳細に言えば、本実施例の加熱ユニット118は、図2に示すように、管（tube）部118aを有し、第二ガイド構造119は加熱ユニット118の管部118aに接続される。第一槽体112は、例えば、棄てることができる缶体であり、且つ、その底部に固定される第一ガイド構造116と、加熱ユニット118に插設される管部118aとにより、第二ガイド構造119に連通することができる。
【００３３】
図2及び図3を参照する。本実施例の多孔性構造体114は頂部114a及び底部114bを含み、頂部114aは固体反応物50と底部114bとの間に位置し、底部114bは第一ガイド構造116の第一端部116aに接続され、且つ、頂部114aは底部114bに隣接する位置に底部114bの外径よりも大きい外径を有し、且つ、頂部114aの外径は底部114bから固体反応物50への方向に沿って次第に逓減し、これにより、多孔性構造体114は傘状になる。多孔性構造体114の頂部114aが大きい外径を有して頂部114aが大きい表面積を有するように設定することにより、一部の気体反応物60’は、頂部114aの表面を透過して固体反応物50へより均一に拡散することができる。また、多孔性構造体114の底部114bから外へ拡散する気体反応物60’は、大きい外径を有する頂部114aの導引により、頂部114aの外径方向（径向）に沿って放射線状に拡散し、その後、頂部114aに沿って更に上へ流動して固体反応物50に到達し、これにより、気体反応物60’の拡散程度をより一層向上させることができる。本実施例では、多孔性構造体114の底部114bは中空円柱体であり且つ頂部114aは円錐体であるが、他の実施例では、底部114b及び頂部114は他の幾何学的柱状体又は錐体であっても良く、本発明はこれについて限定しない。
【００３４】
図2を参照する。本実施例の水素生成装置110は伝熱構造体113を更に含み、伝熱構造体113は例えば柱状体であり且つ固体反応物50により囲まれる。伝熱構造体113は多孔性構造体114に接続され且つ第一槽体112内に位置し、気体反応物60’と固体反応物50とが行う水素生成反応は放熱反応であり、且つ、この反応により生成される熱エネルギーは伝熱構造体113により吸収され、多孔性構造体114を経由して第一ガイド構造116に伝導し、これにより、第一ガイド構造116を流れる液体反応物60は加熱されて気化して気体反応物60’になる。伝熱構造体113及び第一ガイド構造116の材料は例えばすべて金属であり、これにより、伝熱構造体113の熱エネルギーは第一ガイド構造116に迅速に伝導することができる。他の実施例では、例えば、第一ガイド構造116は銅管であり、加熱ユニット118内に挿入されもよく、また、環境温度に基づいて水素生成装置110が予熱動作を行ってもよく、これにより、環境温度が異なっても円滑に起動することができる。
【００３５】
また、水素生成装置110が最初に起動し且つ伝熱構造体113が水素生成反応による熱エネルギーを吸収していない時に、加熱ユニット118により第一ガイド構造116を流れる液体反応物60を加熱し、液体反応物60を気化させて気体反応物60’を生成させる必要がある。続いて、伝熱構造体113が上述のように水素生成反応による熱エネルギーを吸収して該熱エネルギーが第一ガイド構造116に伝導した後に、該熱エネルギーを用いて第一ガイド構造116を流れる液体反応物60を加熱してもよく、即ち、加熱ユニット118により液体反応物60を加熱しなくても良い。これにより、加熱ユニット118の動作時間を短縮し、加熱ユニット118の消費電力を低減することができる。
【００３６】
また、水素生成装置110が最初に起動し且つ多孔性構造体114がまだ低温状態にある場合（即ち、多孔性構造体114の温度が所定温度値より低いとき）、気体反応物60’が多孔性構造体114に到達した時に、気体反応物60’が冷却されて液化して液体反応物60になる可能性があり、多孔性構造体114において液化により生成された液体反応物60は、多孔性構造体114の複数の孔隙内に収納することができ、これにより、液体反応物60が固体反応物50に直接到達することによる不均一な水素生成反応を避けることができる。続いて、多孔性構造体114の温度が、より多くの高温気体反応物60’の到達に伴って上昇し、且つ、伝熱構造体113の吸収及び多孔性構造体114に到達した水素生成反応による熱エネルギーにより上昇し、多孔性構造体114が高温状態になる（即ち、多孔性構造体114の温度が前記所定温度値より高くなる）。この時に、多孔性構造体114の孔隙内に収納されている液体反応物60は、高温状態の多孔性構造体114により加熱されて気化して気体反応物60’になり、そして、多孔性構造体114から第一槽体112内に拡散し、これにより、固体反応物50との均一な水素生成反応を実現することができる。
【００３７】
本実施例では、加熱ユニット118が液体反応物を例えば60℃ないし150℃まで加熱し、液体反応物60を気化させて気体反応物60’を生成させる。他の実施例では、加熱ユニット118が液体反応物60を他の適切な温度例えば100℃以上まで加熱し、液体反応物60を気化させて気体反応物60’を生成させるように設計してもよく、本発明は、これについて限定しない。また、上述の水素生成反応による熱エネルギー及び伝熱構造体113による該熱エネルギーの伝導により、気体反応物60’の温度は、水素生成装置110の動作過程において継続的に上昇することができ、前記水素生成反応は、より高い温度（例えば、250℃）で行われて高い反応レートを有することができ、これにより、使用者は、液体反応物60の流量を調節して燃料電池スタック120に供給する水素の流量を即時に制御し、発電設備100の操作上の利便性を向上させることができる。
【００３８】
以上のことから、本発明の実施例は少なくとも以下の一つの利点を有し、本発明の上述の実施例では、加熱ユニットを利用して液体反応物を加熱することにより、液体反応物を気化させて気体反応物を生成させる。これにより、気体反応物は、その良い拡散性により、固体反応物と十分に反応を行って水素を生成することができ、且つ、気体反応物の温度が液体反応物より高く、化学反応のレートを向上させることができるため、反応レートを向上させるために第一槽体内に親水性材料を添加する必要がなく、また、流路の設計によって液体反応物を複数の位置から第一槽体に導入する必要もないので、発電設備の生産コストを節約することができる。また、第一槽体内に親水性材料を添加する必要がないため、燃料電池スタックと第一槽体との間のろ過ユニットは、ろ過親水性材料に含まれるアンモニアを要せず、ろ過ユニットの負荷を軽減することができる。
【００３９】
また、拡散性が良い気体反応物を利用して固体反応物と反応を行わせて水素を生成させるので、液体反応物を適量だけ提供し上述のようにそれを気化させて気体反応物を生成させれば、気体反応物と固体反応物とを完全に反応させて水素を生成させることができるため、発電設備が過剰の液体反応物を収納することによる液漏れを避けることができ、且つ、第一槽体内の余剰の液体反応物が余剰の固体反応物とゆっくりと反応することによる第一槽体内の水素残留を避けることもでき、これにより、水素生成装置の安全性を向上させることができる。また、本発明の水素生成装置が上述のように親水性材料の添加及び流路の設計を要せず、且つ上述のように液体反応物を適量だけ供給すれば良いので、配置空間を節約して十分な固体反応物を収納することができ、これにより、第一槽体のエネルギー密度を増大させることができる。
【００４０】
本発明は、前述した好適な実施例に基づいて以上のように開示されたが、前述した好適な実施例は、本発明を限定するためのものでなく、当業者は、本発明の精神と範囲を離脱しない限り、本発明に対して些細な変更と潤色を行うことができるので、本発明の保護範囲は、添付した特許請求の範囲に定まったものを基準とする。また、本発明の何れの実施例又は特許請求の範囲は、本発明に開示された全ての目の又は利点又は特徴を達成する必要がない。また、要約の一部と発明の名称は、文献の検索を助けるためのみのものであり、本発明の権利範囲を限定するものでない。また、本明細書又は特許請求の範囲に言及びしている「第一」、「第二」などの用語は、要素（element）に名前を付け、または、異なる実施例又は範囲を区別するためのもののみであり、要素の数量上の上限又は下限を限定するためのものでない。
【符号の説明】
【００４１】
50：固体反応物
60：液体反応物
60’：気体反応物
100：発電設備
110：水素生成装置
112：第一槽体
113：伝熱構造体
114：多孔性構造体
114a：頂部
114b：底部
115：第二槽体
116：第一ガイド構造
116a：第一端部
116b：第二端部
117：駆動ユニット
118：加熱ユニット
118a：管部
119：第二ガイド構造
120：燃料電池スタック
130：ろ過ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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