(57)【要約】【課題】水素の発生効率を向上させることが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備えた燃料電池システムを提供する。【解決手段】金属水素化物及びアンモニアを収容可能な反応容器と、少なくともアンモニアと反応し得る金属水素化物が反応容器に収容されている間に、金属水素化物へ振動を付与可能な振動付与手段と、が備えられる水素供給装置とし、当該水素供給装置と、水素供給装置から供給された水素を用いて作動させることが可能な燃料電池と、水素供給装置と燃料電池とを繋ぐ水素流路と、が備えられる燃料電池システムとする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属水素化物及びアンモニアを収容可能な反応容器と、
少なくとも前記アンモニアと反応し得る前記金属水素化物が前記反応容器に収容されている間に、前記金属水素化物へ振動を付与可能な振動付与手段と、
が備えられることを特徴とする、水素供給装置。
【請求項２】
さらに、少なくとも前記アンモニアと反応し得る前記金属水素化物が前記反応容器に収容されている間に、前記金属水素化物と前記アンモニアとが反応することにより生成された水素を前記反応容器の外へと放出する放出手段、が備えられることを特徴とする、請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記放出手段に、前記反応容器から放出された流体に含有される前記水素と前記アンモニアとを分離可能な分離手段、及び、前記反応容器と前記分離手段とを繋ぐ流体流路が備えられることを特徴とする、請求項２に記載の水素供給装置。
【請求項４】
前記分離手段へ振動を付与可能な振動付与手段が備えられることを特徴とする、請求項３に記載の水素供給装置。
【請求項５】
前記流体流路に、前記反応容器から放出された前記アンモニアの流通を阻害する阻害手段が備えられることを特徴とする、請求項３又は４に記載の水素供給装置。
【請求項６】
前記分離手段が複数備えられ、複数の前記分離手段が前記流体流路に並列に接続されていることを特徴とする、請求項３〜５のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項７】
さらに、前記分離手段によって分離された前記アンモニアを、前記反応容器へと還流させる還流手段が備えられることを特徴とする、請求項３〜６のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項８】
金属水素化物及びアンモニアを収容可能な反応容器と、
少なくとも前記アンモニアと反応し得る前記金属水素化物が前記反応容器に収容されている間に、前記金属水素化物と前記アンモニアとが反応することにより生成された水素を前記反応容器の外へと放出する放出手段と、を備え、
前記放出手段は、前記反応容器から放出された流体に含有される前記水素と前記アンモニアとを分離可能な分離手段、及び、前記反応容器と前記分離手段とを繋ぐ流体流路を備え、
前記分離手段へ振動を付与可能な振動付与手段が備えられることを特徴とする、水素供給装置。
【請求項９】
前記流体流路に、前記反応容器から放出された前記アンモニアの流通を阻害する阻害手段が備えられることを特徴とする、請求項８に記載の水素供給装置。
【請求項１０】
前記分離手段が複数備えられ、複数の前記分離手段が前記流体流路に並列に接続されていることを特徴とする、請求項８又は９に記載の水素供給装置。
【請求項１１】
さらに、前記分離手段によって分離された前記アンモニアを、前記反応容器へと還流させる還流手段が備えられることを特徴とする、請求項８〜１０のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項１２】
前記振動付与手段が超音波発生手段であることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載の水素供給装置と、前記水素供給装置から供給された水素を用いて作動させることが可能な燃料電池と、前記水素供給装置と前記燃料電池とを繋ぐ水素流路と、が備えられ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、化学反応により発生させた水素ガスを供給可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
地球温暖化対策技術として有望な燃料電池に関する研究が、近年盛んに行われている。燃料電池は、電解質層と一対の電極とを備える構造体で電気化学反応を起こし、この電気化学反応により発生した電気エネルギーを外部に取り出す装置である。燃料電池の中でも、家庭用コージェネレーション・システムや自動車等の分野で利用される固体高分子型燃料電池（以下「ＰＥＦＣ」ということがある。）では、水素含有ガスと酸素含有ガスとが用いられる。それゆえ、ＰＥＦＣの実用化を図る上で、水素製造技術及び水素貯蔵技術の確立は不可欠である。
【０００３】
これまでに提案されている水素貯蔵技術としては、水素ガスを圧縮して高圧水素タンクに貯蔵する形態、液体水素を液体水素タンクに貯蔵する形態、及び、水素を吸蔵した水素吸蔵材料（以下、「水素発生材料」ということがある。）をタンクに貯蔵する形態等が知られている。しかし、高圧水素タンクを用いる形態では、タンクの体積が大きく小型化を図りにくいほか、高圧化すると、加圧エネルギーを浪費しやすい等の問題がある。また、液体水素タンクを用いる形態では、水素を極低温（−２５３℃以下）に冷却し続ける必要があるため、貯蔵時にエネルギーを消費しやすいほか、タンク外部から流入する熱で液体水素が気化する「ボイルオフ」を回避し難い等の問題がある。それゆえ、貯蔵時のエネルギーが少なく、ボイルオフ等の懸念がない水素吸蔵材料を用いる形態が注目されている。
【０００４】
一方、これまでに提案されている水素製造技術としては、複数の物質を化学反応させることにより水素ガスを製造する形態等が知られており、化学反応により発生させた水素ガスを貯蔵する技術についても、研究開発が進められている。これに関連する技術として、例えば、特許文献１には、金属水素化物とアンモニアとを反応させることにより水素を発生させることを特徴とする水素発生方法が開示されている。また、特許文献２には、燃料電池等の燃料として用いられる水素を発生させる水素貯蔵材料の製造原料として用いられる金属アミド化合物を、金属水素化物とアンモニアとを反応させることにより製造する技術が開示されている。また、特許文献３には、水素吸蔵合金から吸熱反応によって水素脱離を引き起こすために付与される非熱エネルギーとして、超音波エネルギーを用いる技術が開示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１５４２３２号公報
【特許文献２】特開２００６−８４４０号公報
【特許文献３】特表２０００−５１５１０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されているように、金属水素化物とアンモニアとを反応させれば、水素ガスを発生させることができる。しかし、発生した水素ガスは、外部から力が付与されない閉空間でのアンモニア雰囲気下では、化学平衡的に反応量が決まる。それゆえ、特許文献１に開示されている技術を水素供給装置や燃料電池システムに適用しても、水素ガスの発生量を維持し難く、発生させた水素ガスを燃料電池へ継続的に供給することが困難である、という問題があった。かかる問題は、特許文献１に開示されている技術と特許文献２及び／又は特許文献３に開示されている技術とを単に組み合わせたとしても、解決が困難であった。
【０００７】
そこで本発明は、水素の発生効率を向上させることが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備えた燃料電池システムを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は以下の手段をとる。すなわち、
第１の本発明は、金属水素化物及びアンモニアを収容可能な反応容器と、少なくともアンモニアと反応し得る金属水素化物が反応容器に収容されている間に、金属水素化物へ振動を付与可能な振動付与手段と、が備えられることを特徴とする、水素供給装置である。
【０００９】
ここに、本発明における「金属水素化物」は、アンモニアと反応することにより水素を発生させることが可能な金属水素化物を意味し、本発明で使用可能な金属水素化物としては、水素化リチウム、水素化ナトリウム、及び、水素化マグネシウム等を例示することができる。さらに、本発明において、「金属水素化物及びアンモニアを収容可能な反応容器」とは、少なくとも、反応している金属水素化物及びアンモニアが反応容器に収容されることを意味し、換言すれば、金属水素化物とアンモニアとが反応容器で反応することを意味する。それゆえ、第１の本発明における反応容器で生じる反応の形態としては、反応容器に予め収容されている金属水素化物及びアンモニアが反応する形態のほか、金属水素化物及び／又はアンモニアが外部から反応容器へと供給されることによって、これらが反応容器で反応する形態を例示することができる。さらに、本発明において、「少なくともアンモニアと反応し得る金属水素化物が反応容器に収容されている間に」とは、振動付与手段から金属水素化物へ振動が付与される時期に、少なくとも、アンモニアと反応し得る金属水素化物（以下において「未反応の金属水素化物」ということがある。）が反応容器に収容されている間が含まれることを意味する。さらに、本発明において、「振動付与手段」は、振動を付与可能なものであれば特に限定されるものではなく、超音波発生器等、公知の振動付与手段を用いることができる。
【００１０】
また、上記第１の本発明において、さらに、少なくともアンモニアと反応し得る金属水素化物が反応容器に収容されている間に、金属水素化物とアンモニアとが反応することにより生成された水素を反応容器の外へと放出する放出手段、が備えられることが好ましい。
【００１１】
ここに、「少なくともアンモニアと反応し得る金属水素化物が反応容器に収容されている間に、金属水素化物とアンモニアとが反応することにより生成された水素を反応容器の外へと放出する」とは、放出手段を介して反応容器の外へ水素が放出される時期に、少なくとも、未反応の金属水素化物が反応容器に収容されている間が含まれることを意味する。本発明において、反応容器の外へ水素が放出される時期の他の具体例としては、反応容器に収容されていた金属水素化物の全てがアンモニアと反応した後や、反応容器に収容されているアンモニアと金属水素化物との反応が平衡状態に達した後等を挙げることができる。さらに、本発明における「放出手段」は、水素を反応容器の外へ放出し得るものであれば、その形態は特に限定されるものではない。すなわち、反応容器に備えられる開口部を水素放出口として機能させることにより、当該水素放出口を、本発明における放出手段の一部として機能させることができる。本発明における放出手段は、少なくとも、反応容器の開口部（水素放出口）、及び、当該開口部に延設された水素流通流路を具備する形態、とすることができる。
【００１２】
また、放出手段が備えられる上記第１の本発明において、放出手段に、反応容器から放出された流体に含有される水素とアンモニアとを分離可能な分離手段、及び、反応容器と分離手段とを繋ぐ流体流路が備えられることが好ましい。
【００１３】
ここに、本発明における「分離手段」は、水素及びアンモニアを含有する流体から水素を分離する機能を有していれば、その形態は特に限定されるものではなく、多孔体を用いてアンモニアを吸着することにより水素とアンモニアとを分離する形態等、公知の形態とすることができる。
【００１４】
また、分離手段及び流体流路が備えられる上記第１の本発明において、分離手段へ振動を付与可能な振動付与手段が備えられることが好ましい。
【００１５】
また、分離手段及び流体流路が備えられる上記第１の本発明において、流体流路に、反応容器から放出されたアンモニアの流通を阻害する阻害手段が備えられることが好ましい。
【００１６】
ここに、本発明における「阻害手段」は、アンモニアの流通を阻害することにより、分離手段へと到達するアンモニアの量を低減する機能を有していれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明における阻害手段としては、流体流路に備えられたオリフィス等を例示することができる。
【００１７】
また、分離手段及び流体流路が備えられる上記第１の本発明において、分離手段が複数備えられ、複数の分離手段が流体流路に並列に接続されていることが好ましい。
【００１８】
また、分離手段及び流体流路が備えられる上記第１の本発明において、さらに、分離手段によって分離されたアンモニアを、反応容器へと還流させる還流手段が備えられることが好ましい。
【００１９】
第２の本発明は、金属水素化物及びアンモニアを収容可能な反応容器と、少なくともアンモニアと反応し得る金属水素化物が反応容器に収容されている間に、金属水素化物とアンモニアとが反応することにより生成された水素を反応容器の外へと放出する放出手段と、を備え、該放出手段は、反応容器から放出された流体に含有される水素とアンモニアとを分離可能な分離手段、及び、反応容器と分離手段とを繋ぐ流体流路を備え、分離手段へ振動を付与可能な振動付与手段が備えられることを特徴とする、水素供給装置である。
【００２０】
また、上記第２の本発明において、流体流路に、反応容器から放出されたアンモニアの流通を阻害する阻害手段が備えられることが好ましい。
【００２１】
また、上記第２の本発明において、分離手段が複数備えられ、複数の分離手段が流体流路に並列に接続されていることが好ましい。
【００２２】
また、上記第２の本発明において、さらに、分離手段によって分離されたアンモニアを、反応容器へと還流させる還流手段が備えられることが好ましい。
【００２３】
また、上記第１の本発明及び上記第２の本発明において、振動付与手段が超音波発生手段であることが好ましい。
【００２４】
第３の本発明は、上記第１の本発明又は上記第２の本発明にかかる水素供給装置と、該水素供給装置から供給された水素を用いて作動させることが可能な燃料電池と、水素供給装置と燃料電池とを繋ぐ水素流路と、が備えられることを特徴とする、燃料電池システムである。
【発明の効果】
【００２５】
第１の本発明では、反応容器に未反応の金属水素化物が残っている間に、振動が未反応の金属水素化物へ付与される。振動が未反応の金属水素化物へ付与されることにより、反応容器に存在するアンモニアが未反応の金属水素化物の表面へと拡散しやすくなり、その結果、アンモニアと未反応の金属水素化物との反応を継続的に生じさせることが可能になる。アンモニアと未反応の金属水素化物との反応を継続的に生じさせることにより、水素の発生効率を向上させることができるので、第１の本発明によれば、水素の発生効率を向上させることが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２６】
また、第１の本発明において、放出手段が備えられる形態とすることにより、反応容器に未反応の金属水素化物が残っている間に、反応容器で生成された水素を反応容器の外へと放出することができる。金属水素化物の周囲に存在していた水素が反応容器の外へ放出されることにより、反応容器に存在するアンモニアが未反応の金属水素化物の表面へと拡散しやすくなり、その結果、アンモニアと未反応の金属水素化物との反応を継続的に生じさせることが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、水素の発生効率を向上させることが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２７】
また、第１の本発明において、分離手段及び流体流路が備えられる形態とすることにより、不純物の少ない高純度の水素を外部機器へ供給することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００２８】
また、第１の本発明において、分離手段へ振動を付与可能な振動付与手段が備えられる形態とすることにより、分離手段に捕捉されたアンモニアを、分離手段から脱離させやすくなる。
【００２９】
また、第１の本発明において、流体流路に阻害手段が備えられる形態とすることにより、外部機器へと供給される水素ガスの高純度化を図ることが容易になる。
【００３０】
また、第１の本発明において、複数の分離手段が流体流路に並列に接続されている形態とすることにより、分離手段に捕捉されたアンモニアの除去処理を行っている間であっても、他の分離手段を用いて流体から水素を分離することができる。したがって、かかる形態とすることにより、分離手段の水素分離機能を長期間に亘って維持することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００３１】
また、第１の本発明において、還流手段が備えられる形態とすることにより、上記効果に加えて、金属水素化物と反応し得るアンモニアを無駄なく利用することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００３２】
第２の本発明によれば、放出手段が備えられることにより、反応容器に未反応の金属水素化物が残っている間に、反応容器で生成された水素を反応容器の外へと放出することができる。金属水素化物の周囲に存在していた水素が反応容器の外へ放出されることにより、反応容器に存在するアンモニアが未反応の金属水素化物の表面へと拡散しやすくなり、その結果、アンモニアと未反応の金属水素化物との反応を継続的に生じさせることが可能になる。したがって、かかる形態とすることにより、水素の発生効率を向上させることが可能な、水素供給装置を提供することができる。当該構成に加えて、第２の本発明によれば、分離手段へ振動を付与可能な振動付与手段が備えられることにより、分離手段に捕捉されたアンモニアを、分離手段から容易に脱離させることが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００３３】
また、第２の本発明において、流体流路に阻害手段が備えられる形態とすることにより、外部機器へと供給される水素ガスの高純度化を図ることが容易になる。
【００３４】
また、第２の本発明において、複数の分離手段が流体流路に並列に接続されている形態とすることにより、分離手段に捕捉されたアンモニアの除去処理を行っている間であっても、他の分離手段を用いて流体から水素を分離することができる。したがって、かかる形態とすることにより、分離手段の水素分離機能を長期間に亘って維持することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００３５】
また、第２の本発明において、還流手段が備えられる形態とすることにより、上記効果に加えて、金属水素化物と反応し得るアンモニアを無駄なく利用することが可能な、水素供給装置を提供することができる。
【００３６】
また、第１の本発明及び第２の本発明において、振動付与手段が超音波発生手段であることにより、水素の発生効率を容易に向上させることができる。
【００３７】
第３の本発明によれば、第１の本発明又は第２の本発明にかかる水素供給装置が備えられるので、水素供給装置から供給された水素を用いて作動される燃料電池の時間を増大させることが可能な、燃料電池システムを提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
燃料電池を搭載した車両（以下において「燃料電池車」という。）では、水素貯蔵手段が、燃料電池とともに搭載される。燃料電池車のエネルギー効率を向上させるには、燃料電池車の小型化・軽量化を図ることが有効であり、そのための方策として、水素貯蔵手段の小型化・軽量化に関する研究が進められている。一方、金属水素化物とアンモニアとを反応させることにより水素を発生させる技術が、これまでに提案されており、当該技術を燃料電池車の水素貯蔵手段へと適用するには、搭載される金属水素化物及びアンモニアの総質量を低減しつつ、多量の水素を燃料電池へ供給可能な形態とすることが重要である。
【００３９】
本発明者らは、鋭意研究の結果、金属水素化物及びアンモニアを、単に、外力が付与されない閉空間に配置しても、アンモニアとの反応に供される金属水素化物の割合（以下において「利用率」という。）を向上させ難いことを知見した。金属水素化物及びアンモニアの総質量を低減しつつ多量の水素を発生させるには、金属水素化物やアンモニア（以下において「反応物」ということがある。）の利用率を向上させることが重要である。そこで、金属水素化物の利用率増大を阻害している要因について検討したところ、反応で生成された水素によって、未反応の金属水素化物の表面へと向かうアンモニアの拡散が阻害される可能性があることを知見した。さらに、反応容器におけるアンモニアの圧力のみでは、アンモニアを反応容器内の金属水素化物へ十分に拡散させることが困難になる可能性があることを知見した。したがって、未反応の金属水素化物の表面へアンモニアを拡散させることができれば、金属水素化物の利用率を向上させて水素発生量を増大させることが可能になると考えられる。
【００４０】
そこで、水素発生量を増大させるための方策について検討する過程で、未反応の金属水素化物（アルドリッチ社製の水素化リチウム、純度９９．４％）及びアンモニア（純度９９．９９９％）を収容した反応容器に振動を付与した。図６に、反応時間及び水素生成量と、超音波発生器による振動付与の有無との関係を示す。図６の縦軸は、水素化リチウムの単位質量あたりの水素発生量［ｍｍｏｌ／ｇ（ＬｉＨ）］、横軸は反応時間［ｓ］である。図６より、本発明者らは、未反応の金属水素化物及びアンモニアを収容した反応容器に振動を付与することによって、水素生成速度、並びに、水素生成量を増大させることが可能になることを知見した。これは、反応容器に振動を付与することにより、未反応の金属水素化物の表面へアンモニアが拡散しやすくなることを示す結果であると考えられる。
【００４１】
さらに、本発明者らは、反応容器から流出したアンモニアを捕捉する分離手段を備える水素供給装置及び燃料電池システムにおいて、分離手段からアンモニアを脱離させる際に、分離手段を単に加熱するのみでは、アンモニアを脱離させ難いことを知見した。分離手段からアンモニアを容易に脱離させることができれば、分離手段のアンモニア分離能を容易に回復させることができるので、外部機器へ高純度の水素を供給することが可能な水素供給装置、及び、高純度の水素が供給される燃料電池システムが提供可能になると考えられる。加えて、還流手段が備えられる場合には、分離手段からアンモニアを容易に脱離させることにより、反応容器へと還流させるアンモニアを増大させることができるので、アンモニアの利用率を向上させることが可能になると考えられる。
【００４２】
本発明はかかる観点からなされたものであり、その主な要旨は、振動を付与して反応物の利用率を向上させることによって、水素の発生効率を向上させることが可能な水素供給装置、及び、当該水素供給装置を備えた燃料電池システムを提供することにある。
【００４３】
以下、図面を参照しつつ、本発明の水素供給装置及び燃料電池システムについて具体的に説明する。
【００４４】
１．水素供給装置
１．１．第１実施形態
図１は、第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置の形態例を示す概念図である。図１に示すように、第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置３０は、アンモニアガスを充填したボンベ１と、水素化リチウムを収容した反応容器２と、ボンベ１と反応容器２とを繋ぐ流路３と、反応容器２から外部へと放出される流体が流通する流体流路４と、流体流路４に並列に接続された分離手段５、５（以下において、「分離手段５ａ、５ｂ」等ということがある。）と、分離手段５ａ、５ｂによって分離された水素を含有する流体が流通する水素流路６と、分離手段５ａ、５ｂから取り出されたアンモニアを反応容器２へと還流させる還流手段７と、を備えている。流体流路４には阻害手段としてのオリフィス８が、還流手段７にはアンモニアが流通する流路７ａ、及び、アンモニアを循環させるポンプ７ｂが、それぞれ備えられ、アンモニアを吸着する吸着体が収容された分離手段５ａ、５ｂには、振動付与手段９、１０（以下において「超音波発生器９、１０」等という。）が接触している。さらに、反応容器２には、アンモニア濃度等を検知するセンサー１１が、分離手段５ａ、５ｂには、アンモニアの流入量等を検知するセンサー１２、１３が、それぞれ接続され、反応容器２には、未反応の水素化リチウムへ振動を付与可能な振動付与手段３１（以下において「超音波発生器３１」という。）が接触している。さらに、流路３には弁１４が、流体流路４には弁１５が、流体流路４と水素流路６及び流路７ａとの接続箇所には弁１６が、それぞれ備えられる。そして、弁１５（以下において「三方弁１５」という。）が切り替えられることにより、反応容器２から放出された流体が分離手段５ａ又は分離手段５ｂへと流入し、弁１６（以下において「四方弁１６」という。）が切り替えられることにより、分離手段５ａ又は分離手段５ｂによって分離された水素が水素流路６へと流入し、分離手段５ｂ又は分離手段５ａから取り出されたアンモニアが流路７ａへと流入する。水素供給装置３０では、反応容器２に備えられる水素放出口として機能する開口部、当該開口部に接続された流体流路４、及び、流体流路４に接続された分離手段５ａ、５ｂが、放出手段として機能する。
【００４５】
水素供給装置３０において、弁１４、三方弁１５、及び、四方弁１６の動作は、制御装置２０によって制御される。制御装置２０には、弁１４、三方弁１５、及び、四方弁１６等の動作制御を実行するＣＰＵ２１と、このＣＰＵ２１に対する記憶装置とが設けられている。ＣＰＵ２１は、マイクロプロセッサユニット及びその動作に必要な各種周辺回路を組み合わせて構成され、ＣＰＵ２１に対する記憶装置は、例えば、弁１４、三方弁１５、及び、四方弁１６等の動作制御に必要なプログラムや各種データを記憶するＲＯＭ２２と、ＣＰＵ２１の作業領域として機能するＲＡＭ２３等を組み合わせて構成される。当該構成に加えて、さらに、ＣＰＵ２１が、ＲＯＭ２２に記憶されたソフトウエアと組み合わされることにより、水素供給装置３０における制御装置２０が機能する。
【００４６】
センサー１１、１２、１３から出力された信号は、入力ポート２４を介して、入力信号としてＣＰＵ２１へと到達する。ＣＰＵ２１は、入力信号、及び、ＲＯＭ２２に記憶されたプログラムに基づいて、弁１４、三方弁１５、及び、四方弁１６等に対する動作指令を制御し、出力ポート２５を介して信号を出力する。弁１４、三方弁１５、及び、四方弁１６等は、ＣＰＵ２１から与えられた動作指令に基づいて作動し、これによって、流路３におけるアンモニア流通の有無、流体流路４における流体の流通方向、並びに、分離手段５ａ、５ｂから水素流路６へと向かう水素の流通方向、及び、分離手段５ａ、５ｂから流路７ａへと向かうアンモニアの流通方向等が特定される。
【００４７】
水素供給装置３０では、弁１４が「開」の状態になると、流路３を通ってボンベ１から反応容器２へアンモニアが供給される。そして、反応容器２へと供給されたアンモニアと、当該反応容器２に収容されている水素化リチウムとが反応することにより、水素が生成される。図１に示すように、反応容器２は、制御装置２０によって動作を制御される超音波発生器３１と接触し、反応容器２に未反応の水素化リチウムが存在している間に、当該未反応の水素化リチウムへ振動が付与される。かかる状態とすることにより、アンモニアを、未反応の水素化リチウムの表面へ拡散させることができる。それゆえ、水素供給装置３０によれば、アンモニアと水素化リチウムとの反応を促進させて水素化リチウムの利用率を向上させることができる。アンモニアと水素化リチウムとの反応が促進されることにより、水素の生成が促進されるので、本発明によれば、水素の発生効率を向上させることが可能な、水素供給装置３０を提供することができる。
【００４８】
さらに、図１に示すように、反応容器２には、流路３、流体流路４、及び、流路７ａが接続され、少なくとも、アンモニアと水素化リチウムとが反応している間は、反応容器２に存在する流体が、流体流路４を介して反応容器２の外側へ流出可能な状態とされている。かかる状態とすることにより、アンモニアと水素化リチウムとの反応により生成された水素を、水素化リチウムの表面から拡散させることができ、流路３を介して供給されたアンモニアを水素化リチウムの表面へ拡散させることができる。すなわち、水素供給装置３０によれば、アンモニアと水素化リチウムとの反応場である反応容器２を開空間とし、反応物（アンモニア）及び生成物（水素）が拡散しやすい状態とすることにより、アンモニアと水素化リチウムとの反応を促進させることができる。アンモニアと水素化リチウムとの反応が促進されることにより、水素の生成が促進されるので、本発明によれば、水素の発生効率を向上させることが可能な、水素供給装置３０を提供することができる。
【００４９】
水素供給装置３０では、アンモニアと水素化リチウムとが反応することにより水素が生成されるため、反応容器２へと供給されたアンモニアの全てが瞬時に水素化リチウムと反応しない限り、水素生成後の反応容器２には、水素とともにアンモニアが含有される。それゆえ、流体流路４から放出される流体には、水素及びアンモニアが含有される。すなわち、水素供給装置３０は、流路３を介して供給されたアンモニアが流体流路４を介して放出され得る形態とされている。水素化リチウムと反応させるために供給したアンモニアが、水素化リチウムと反応せずに放出されると、アンモニアの利用効率が低下する虞がある。そこで、水素供給装置３０では、流体流路４にオリフィス８を配置することにより、三方弁１５へと達するアンモニアの量を低減している。かかる形態とすることにより、未反応のまま反応容器２から放出されるアンモニアの量が低減されるので、水素化リチウムとの反応に利用されるアンモニアの割合（アンモニアの利用率）を増大させることができる。
【００５０】
このように、オリフィス８を設けることで、反応容器２から放出されるアンモニアの量が低減されるものの、反応容器２から放出されるアンモニアの量をゼロにするのは困難であり、一部のアンモニアは、水素とともにオリフィス８を通過する。そこで、水素供給装置３０では、流体流路４に分離手段５ａ、５ｂを配置し、分離手段５ａ、５ｂに収容した吸着体に、アンモニアを吸着させる。かかる形態とすることにより、水素流路６を流通する流体に含有されるアンモニアを低減することができるので、外部機器へ高純度の水素を供給することが可能な、水素供給装置３０とすることができる。
【００５１】
水素供給装置３０において、オリフィス８を通過したアンモニアは、吸着体に吸着される。ところが、吸着体が吸着し得るアンモニアの量には限度があるため、時間が経過するにつれて吸着体のアンモニア吸着能が低下する虞がある。そこで、水素供給装置３０では、流体流路４に分離手段５ａ、５ｂを並列に接続し、流体流路４に三方弁１５を配置している。かかる形態とすることにより、流体流路４を流通する流体を、分離手段５ａ、５ｂへ交互に流入させることができるので、常に、アンモニア吸着能に余裕がある吸着体が収容された分離手段へ流体を流入させることにより、長期間に亘ってアンモニアを吸着させることが可能になる。流体流路４を流通する流体が、最初に分離手段５ａへと流入する場合、流体流路４を流通する流体の流通方向の特定は、例えば、以下のようにして行われる。
【００５２】
図１に示すように、分離手段５ａには、センサー１２が接続されている。そのため、センサー１２によって、分離手段５ａに流入したアンモニアの量を検知することができ、センサー１２で検知されたアンモニア量に関する信号は、ＣＰＵ２１へと送られる。ＣＰＵ２１によって、分離手段５ａに流入したアンモニア量が基準値（吸着体が所定以上のアンモニア吸着能を発揮し得なくなるアンモニア流入量。以下同じ。）に達したと判断されると、ＣＰＵ２１から三方弁１５、四方弁１６、超音波発生器９、及び、ポンプ７ｂへ動作指令が送られる。動作指令を送られた三方弁１５は、反応容器２から放出された流体を分離手段５ｂへ流入させるように作動し、動作指令を送られた四方弁１６は、図１のＡとＤとを接続し、図１のＢとＣとを接続するように作動する。そして、動作指令を送られた超音波発生器９は、作動することにより、分離手段５ａに収容された吸着体に振動を付与する。
【００５３】
反応容器２から放出された流体が分離手段５ｂへと流入している間、分離手段５ａは、超音波発生器９から振動を付与され、振動を付与された吸着体から、アンモニアが脱離する。そして、吸着体から脱離したアンモニアは、流路７ａへと流入し、ポンプ７ｂを用いて反応容器２へと送られる。分離手段５ａにおける、吸着体からアンモニアを脱離させる処理（以下において「脱離処理」という。）は、反応容器２から放出された流体が分離手段５ｂへと流入している間に行われる。分離手段５ｂへと流入したアンモニア量は、センサー１３によって検知され、センサー１３で検知されたアンモニア量に関する信号は、ＣＰＵ２１へと送られる。そして、ＣＰＵ２１によって、分離手段５ｂに流入したアンモニア量が基準値に達したと判断されると、ＣＰＵ２１から三方弁１５、四方弁１６、超音波発生器９、及び、超音波発生器１０へ動作指令が送られる。動作指令を送られた超音波発生器９は、その動作を停止し、動作指令を送られた四方弁１６は、図１のＡとＣとを接続し、図１のＢとＤとを接続するように作動する。さらに、動作指令を送られた三方弁１５は、反応容器２から放出された流体を分離手段５ａへ流入させるように作動し、動作指令を送られた超音波発生器１０は、分離手段５ｂに収容された吸着体に振動を付与する機能を発揮させ、分離手段５ｂに収容された吸着体の脱離処理が行われる。
【００５４】
このように、分離手段５ａ、５ｂを備える水素供給装置３０では、流体流路４を流通する流体の流通方向を切り替え、脱離処理を行うことにより、分離手段５ａ、５ｂのアンモニア吸着能を維持している。さらに、脱離処理によって脱離されたアンモニアは、反応容器２へと送られるので、分離手段５ａ、５ｂで水素から分離したアンモニアと、反応容器２に収容された水素化リチウムとを反応させて水素を発生させることができる。すなわち、水素供給装置３０によれば、水素化リチウムとの反応に供されるアンモニアの割合（アンモニアの利用率）を増大させることができる。
【００５５】
加えて、水素供給装置３０では、脱離処理を行う際に、超音波発生器９、１０から振動が付与される。脱離処理を行う際に吸着体を加熱する形態では、分離手段５ａ、５ｂに収容された吸着体から十分な量のアンモニアを脱離させるために高温（例えば、１５０℃程度）に加熱する必要があり、加熱に必要なエネルギーを浪費しやすい虞があった。ところが、水素供給装置３０では、分離手段５ａ、５ｂに収容された吸着体へ振動を付与することにより、吸着体からアンモニアを脱離させる。分離手段５ａ、５ｂから脱離させたアンモニアは、流路７ａを介して反応容器２へと還流されるので、水素供給装置３０によれば、アンモニアの利用率を向上させることができる。さらに、吸着体からアンモニアを脱離させる際に作動させる超音波発生器９、１０の、消費電力、及び、周波数を、それぞれ、例えば、１００［Ｗ］〜数百［Ｗ］程度、及び、数［ｋＨｚ］〜１００［ｋＨｚ］程度とすることにより、吸着体を高温に加熱する形態と比較して、補機損失を低減することができる。さらに、振動子の共振周波数で発振する形態の超音波発生器９、１０を用いることにより、コストも低減することができるため、好ましい。
【００５６】
第１実施形態にかかる本発明の水素供給装置３０に関する上記説明では、反応容器２と超音波発生器３１とが接触している形態を例示した。かかる形態とすることにより、水素化リチウム（金属水素化物）の利用率を向上させることができるため、金属水素化物の利用率を向上させたい場合には、反応容器に超音波発生器（振動付与手段）が接触している（又は、備えられている）形態とすることが好ましい。一方、放出手段等が備えられることにより、反応容器に収容された金属水素化物の利用率を、所定の水準以上とすることができ、振動付与手段による金属水素化物の利用率増大効果が得られ難い等の場合には、補機損失を低減可能にする等の観点から、反応容器と接触する振動付与手段が備えられない形態の水素供給装置とすることも可能である。当該形態について、以下に説明する。
【００５７】
１．２．第２実施形態
図２は、第２実施形態にかかる本発明の水素供給装置の形態例を示す概念図である。図２において、図１と同様の構成を採るものには、図１で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。図２に示すように、第２実施形態にかかる本発明の水素供給装置４０では、分離手段５ａ、５ｂが超音波発生器９、１０と接触している一方、反応容器２は振動付与手段と接触していない。かかる形態であっても、反応容器２には、流路３、流体流路４、及び、流路７ａが接続され、少なくとも、アンモニアと水素化リチウムとが反応している間は、反応容器２に存在する流体が、流体流路４を介して反応容器２の外側へ流出可能な状態とされている。それゆえ、アンモニアと水素化リチウムとの反応により生成された水素を、水素化リチウムの表面から拡散させることができ、流路３を介して供給されたアンモニアを水素化リチウムの表面へ拡散させることができる。すなわち、水素供給装置４０によれば、金属水素化物の利用率を向上させて水素の発生効率を向上させることが可能になる。加えて、分離手段５ａ、５ｂは超音波発生器９、１０と接触しているので、水素供給装置４０によれば、反応容器２へと還流されるアンモニアの量を増大することによって、アンモニアの利用率を向上させることが可能になる。
【００５８】
本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、流体流路４に分離手段５ａ、５ｂが備えられている形態を例示したが、本発明の水素供給装置は当該形態に限定されるものではない。ただし、アンモニア含有量を低減した、高純度の水素を外部機器へ供給可能な水素供給装置を提供する等の観点からは、流体流路に分離手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【００５９】
また、本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、流体流路４に阻害手段としてのオリフィス８が備えられる形態を例示したが、本発明の水素供給装置は当該形態に限定されるものではない。ただし、未反応のまま反応容器２から放出されるアンモニアの量を低減することにより、反応に供されるアンモニアの割合（アンモニアの利用率）を増大させ得る形態とする等の観点からは、流体流路に阻害手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【００６０】
また、本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、還流手段７が備えられる形態を例示したが、本発明の水素供給装置は当該形態に限定されるものではない。ただし、反応に供されるアンモニアの割合（アンモニアの利用率）を増大させやすい形態とする等の観点からは、還流手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【００６１】
また、本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、一つの三方弁１５によって、反応容器２から放出された流体の流通方向が切り替えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。例えば、反応容器２と分離手段５ａ、５ｂとの間に位置する流体流路４の分岐点に複数の弁が備えられ、当該複数の弁によって、反応容器から放出された流体の流通方向が特定される形態とすることも可能である。
【００６２】
また、本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、一つの四方弁１６によって、ＡとＣ又はＤとの接続、及び、ＢとＤ又はＣとの接続が特定される形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。例えば、分離手段５ａ、５ｂの下流側に位置する流体流路４、水素流路６、及び、流路７ａに弁がそれぞれ備えられ、これらの弁によって、分離手段５ａと水素流路６又は流路７ａとの接続、及び、分離手段５ｂと流路７ａ又は水素流路６との接続が特定される形態とすることも可能である。
【００６３】
また、本発明の水素供給装置３０、４０に関する上記説明では、流体流路４に分離手段５ａ、５ｂが並列に接続されている形態を例示したが、本発明の水素供給装置は当該形態に限定されるものではない。流体流路に分離手段が備えられる形態の水素供給装置とする場合、流体流路に備えられる分離手段の数は、１以上の任意の数とすることができ、３以上の分離手段が流体流路に直列に接続されている形態や、流体流路に備えられる３つの分離手段のうち２つの分離手段を並列に接続し、残りの分離手段を当該２つの分離手段と直列に接続する等の形態とすることも可能である。ただし、分離手段に脱離処理を施している間であってもアンモニアを捕捉可能な形態とする観点からは、複数の分離手段が並列に接続される形態とすることが好ましい。以下に、一つの分離手段が備えられる形態の水素供給装置について説明する。
【００６４】
１．３．第３実施形態
図３は、第３実施形態にかかる本発明の水素供給装置の形態例を示す概念図である。図３において、図１と同様の構成を採るものには、図１で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。図３に示すように、第３実施形態にかかる本発明の水素供給装置５０は、ボンベ１と、超音波発生器３１と接触した反応容器２と、流路３と、流体流路４と、当該流体流路４に接続されるとともに超音波発生器９と接触した分離手段５と、当該分離手段５を通過した水素を含有する流体が流通する水素流路６と、を備える。さらに、水素供給装置５０では、流路１７を介してタンク１８が水素流路６に接続され、水素流路６の、流路１７との接続点と分離手段５の間の部位、及び、流路１７との接続点よりも下流側（図３の紙面右側）の部位に、制御装置２０によって動作を制御される弁５１、５２が備えられている。加えて、タンク１８と水素流路６とを繋ぐ流路１７には、ＣＰＵ２１によって動作を制御される圧力調整手段１９（以下において「ポンプ１９」という。）、及び、弁５３が備えられ、タンク１８には、センサー５４が接続されている。水素供給装置５０では、反応容器２に備えられる水素放出口として機能する開口部、当該開口部に接続された流体流路４、及び、流体流路４に接続された分離手段５が、放出手段として機能する。
【００６５】
水素供給装置５０において、反応容器２で生成された水素とともに分離手段５へと流入したアンモニアは、当該分離手段５に収容された吸着体に吸着される。そして、分離手段５を通過した水素の少なくとも一部は、「開」とされた弁５１、及び、流路１７を介してポンプ１９へと達する。ポンプ１９へと達した水素は昇圧され、昇圧された水素は、「開」とされた弁５３を経由してタンク１８に充填される。昇圧された水素を収容するタンク１８には、センサー５４が接続されており、当該センサー５４によって、タンク１８に充填された水素量が検知される。センサー５４によって検知された水素量に関する信号は、ＣＰＵ２１へと送られ、ＣＰＵ２１によって、タンク１８に充填された水素量が所定量に達したと判断されると、ＣＰＵ２１から弁５３へ動作指令が送られ、弁５３は「閉」とされる。
【００６６】
一方、水素供給装置５０において、センサー１２によって検知されたアンモニア量に関する信号は、ＣＰＵ２１へと送られる。当該ＣＰＵ２１によって、分離手段５に流入したアンモニア量が基準値に達したと判断されると、ＣＰＵ２１から弁５２、弁５３、及び、超音波発生器９へ動作指令が送られる。動作指令を送られた弁５２は「閉」となるように、弁５３は「開」となるように、それぞれ作動する。さらに、超音波発生器９は、ＣＰＵ２１から送られた動作指令に基づいて作動され、タンク１８に充填されていた高圧水素が、超音波発生器９から振動を付与される分離手段５へと流入する。このように、分離手段５へ高圧水素を流入させることで、水素供給装置５０によれば、振動を付与されて吸着体から脱離されたアンモニアを、短時間で反応容器２へ還流させることができる。それゆえ、水素供給装置５０によれば、タンク１８、流路１７、水素流路６の一部、及び、流体流路４を還流手段としても機能させ、これらを介して反応容器２へアンモニアを還流させることによって、アンモニアの利用率を向上させることが可能になる。加えて、水素供給装置５０の反応容器２には、超音波発生器３１が接続されているので、水素供給装置５０によれば、水素化リチウム（金属水素化物）の利用率も増大させることができる。それゆえ、水素供給装置５０によれば、金属水素化物及びアンモニアの利用率を向上させて水素の発生効率を向上させることが可能になる。さらに、水素供給装置５０では、水素供給装置３０、４０とは異なり、分離手段５の吸着体から脱離させたアンモニアを反応容器２へ還流させる際に、ポンプを使用しない。そのため、かかる形態とすることにより、構成を簡素化させて補機損失を低減させることが可能な、水素供給装置５０を提供することができる。
【００６７】
本発明の水素供給装置５０に関する上記説明では、反応容器２と接触した超音波発生器３１、及び、分離手段５と接触した超音波発生器９が、それぞれ備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。超音波発生器で消費されるエネルギーを低減することにより、補機損失を低減し得る形態とする等の観点からは、反応容器２及び分離手段５の双方に振動を付与し得る一つの振動付与手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【００６８】
１．４．第４実施形態
図４は、第４実施形態にかかる本発明の水素供給装置の形態例を示す概念図である。図４において、図３と同様の構成を採るものには、図３で使用した符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。図４に示すように、第４実施形態にかかる本発明の水素供給装置６０は、ボンベ１と、振動付与手段と接触していない反応容器２と、流路３と、流体流路４と、当該流体流路４に接続されるとともに超音波発生器９と接触した分離手段５と、当該分離手段５を通過した水素を含有する流体が流通する水素流路６と、を備える。水素供給装置６０では、水素供給装置５０と同様に、反応容器２に備えられる水素放出口として機能する開口部、当該開口部に接続された流体流路４、及び、流体流路４に接続された分離手段５が、放出手段として機能する。
【００６９】
反応容器２が振動付与手段と接触していない水素供給装置６０によっても、超音波発生器９から付与された振動によって、分離手段５の吸着体からの脱離を助長されたアンモニアが、タンク１８から分離手段５へと流入した高圧水素とともに、反応容器２へと送られる。そのため、水素供給装置６０によれば、アンモニアの利用率を向上させて水素の発生効率を向上させることが可能になる。さらに、水素供給装置６０においても、分離手段５の吸着体から脱離させたアンモニアを反応容器２へ還流させる際に、ポンプを使用しない。そのため、かかる形態とすることにより、構成を簡素化させて補機損失を低減させることが可能な、水素供給装置６０を提供することができる。
【００７０】
本発明の水素供給装置に関する上記説明では、並列に接続された分離手段５ａ及び分離手段５ｂが備えられる水素供給装置３０並びに水素供給装置４０には、流路１７、タンク１８、ポンプ１９、弁５１、弁５２、弁５３、及び、センサー５４（以下、これらをまとめて「タンク１８等」という。）が備えられず、水素供給装置５０、６０にのみタンク１８等が備えられる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給装置に複数の分離手段が備えられる場合であっても、タンク１８等が備えられる形態とすることができる。
【００７１】
また、本発明の水素供給装置に関する上記説明では、分離手段５の下流側（本発明の水素供給装置から水素を供給される外部機器と、本発明の水素供給装置に備えられる分離手段との間）に、アンモニアを除去する手段が備えられない形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。外部機器へ高純度の水素（アンモニアの含有量を一層低減させた水素）を供給可能な形態とする等の観点からは、分離手段５の下流側にアンモニア除去手段が備えられる形態とすることが好ましい。
【００７２】
また、本発明の水素供給装置に関する上記説明では、水素化リチウムを収容した反応容器２へアンモニアが供給され、水素化リチウム及びアンモニアが反応容器２で反応することにより水素が生成される形態を例示したが、本発明の水素供給装置は当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給装置が採り得る他の形態としては、アンモニアが充填された反応容器へ水素化リチウムが供給されることにより水素生成反応を生じさせる形態や、アンモニア及び水素化リチウムのそれぞれが反応容器へと供給されることにより、反応容器で水素生成反応が生じる形態等を挙げることができる。
【００７３】
また、本発明の水素供給装置に関する上記説明では、金属水素化物である水素化リチウムを用いて水素を生成させる形態を例示したが、本発明は当該形態に限定されるものではない。本発明の水素供給装置に収容される金属水素化物は、アンモニアと反応して水素を生成させ得るものであれば良い。本発明の水素供給装置において使用可能な金属水素化物としては、水素化リチウムのほか、水素化ナトリウム、水素化マグネシウム等を例示することができる。
【００７４】
また、本発明の水素供給装置において、分離手段５に収容される吸着体は、反応容器２から放出される流体に含有されるアンモニアを捕捉して、水素を水素流路６へと流通させることが可能であり、かつ、捕捉したアンモニアを脱離させ得るものであれば、その形態は特に限定されるものではない。本発明の水素供給装置で使用可能な吸着体の具体例としては、活性炭のほか、カーボンナノチューブ、ゼオライト等を挙げることができる。
【００７５】
２．燃料電池システム
図５は、本発明の燃料電池システムの形態例を示す概念図である。図５において、図３と同様の構成を採るものには、図３で用いた符号と同符号を付し、その説明を適宜省略する。図５に示すように、本発明の燃料電池システム１００は、水素供給装置５０と、水素供給装置５０の水素流路６と接続された燃料電池７０と、を備えている。
【００７６】
燃料電池システム１００において、燃料電池７０で使用される水素は、水素流路６を介して供給される。ここで、燃料電池７０の運転を安定的に継続するためには、燃料電池７０で消費される水素の全てが、燃料電池７０へ供給される必要がある。ところが、例えば、燃料電池システム１００の起動直後等に、反応容器２で生成した水素の圧力（以下において「生成水素圧Ｐ１」という。）が、燃料電池７０の運転を安定的に継続するために必要な最低限の水素圧（以下において「最低水素圧Ｐ２」という。）に達しないことがある。そのため、反応容器２で生成された水素のみが燃料電池７０へと供給される形態にすると、燃料電池７０の安定した運転の継続が困難になる虞がある。そこで、燃料電池システム１００では、かかる事態を回避すべく、タンク１８に充填された水素も、燃料電池７０へ供給され得る形態としている。
【００７７】
燃料電池システム１００において、タンク１８には水素が充填されている。燃料電池システム１００が作動されると、センサー１１によって反応容器２の水素圧が検知され、センサー１１によって検知された水素圧に関する信号は、ＣＰＵ２１へと送られる。信号が送られたＣＰＵ２１では、反応容器２の生成水素圧Ｐ１が最低水素圧Ｐ２に達したか否かが判断される。その結果、生成水素圧Ｐ１＜最低水素圧Ｐ２であると判断されると、ＣＰＵ２１から弁５１、弁５２、弁５３、及び、ポンプ１９へ動作指令が送られ、弁５１が「閉」、弁５２及び弁５３が「開」とされるとともに、ポンプ１９が作動される。そして、必要に応じて、タンク１８に充填されていた水素の圧力が、ポンプ１９によって最低水素圧Ｐ２以上の所定圧へと調整され、最低水素圧Ｐ２以上の圧力へと調整された水素が、流路１７及び水素流路６を経て燃料電池７０へと送られる。これに対し、生成水素圧Ｐ１≧最低水素圧Ｐ２であると判断されると、ＣＰＵ２１から弁５１、弁５２、弁５３、及び、ポンプ１９へ動作指令が送られ、必要に応じてポンプ１９が停止され、弁５３が「閉」とされるとともに、弁５１及び弁５２が「開」とされる。すなわち、生成水素圧Ｐ１≧最低水素圧Ｐ２である間は、反応容器２で生成された水素が、水素流路６を介して燃料電池７０へと送られる。
【００７８】
このように、タンク１８及びポンプ１９が備えられる形態とすることで、常に最低水素圧Ｐ２以上の圧力である水素が、燃料電池７０へと供給される燃料電池システム１００としている。そして、燃料電池システム１００には、金属水素化物及びアンモニアの利用率を向上させて水素の発生効率を向上させることが可能な水素供給装置５０が備えられる。したがって、本発明によれば、水素供給装置５０から多量の水素を燃料電池７０へ供給すること、換言すれば、水素供給装置５０から供給された水素を用いて作動される燃料電池７０の時間を増大させることが可能な、燃料電池システム１００を提供することができる。
【００７９】
本発明の燃料電池システム１００に関する上記説明では、本発明の水素供給装置５０が備えられる形態を例示したが、本発明の燃料電池システムは当該形態に限定されるものではない。水素供給装置３０、水素供給装置４０、水素供給装置６０のほか、上述した変形例にかかる本発明の水素供給装置が備えられる形態の燃料電池システムとすることも可能である。なお、タンク１８等が備えられない形態の本発明の水素供給装置が備えられる場合には、燃料電池の安定した運転を可能にする等の観点から、タンク１８の機能等を担うバッファタンク等が備えられる形態とすることが好ましい。
【実施例】
【００８０】
室温（２５℃）で５．０７×１０５［Ｐａ］のアンモニアを充填したボンベ１、１００ｇ相当のＬｉＨを収容した反応容器２、吸着体として１ｇの活性炭（やしがら炭素、株式会社キャタラー製、比表面積；１．０３×１０３［ｍ２／ｇ］）を収容した分離手段５、並びに、５０ｋＨ・５０Ｗの超音波発生器９及び超音波発生器３１を備える本発明の水素供給装置５０の動作試験を行った。
【００８１】
超音波発生器３１によって振動を付与された反応容器２（振動を付与した時間は、反応容器２で水素が発生している時間の一部）で生成された水素は、アンモニアとともに分離手段５へと流入し、ボンベ１に充填されたアンモニアの圧力が低下すると、反応容器２から放出される水素量が低減した。分離手段５には、５．０７×１０５［Ｐａ］の水素、及び、１．０１×１０３［Ｐａ］のアンモニアを含有する混合ガスが流入し、当該分離手段５によって、混合ガスに含有されていたアンモニアが分離された。分離手段５に収容された吸着体が吸着し得るアンモニアの総量を１とするとき、２０［Ｌ］の混合ガスが分離手段５を通過した時点で、当該分離手段５の吸着体に、０．５のアンモニアが吸着された。分離手段５を通過した水素は、ポンプ１９によって５．０７×１０６［Ｐａ］まで昇圧され、昇圧された水素が、タンク１８に充填された。その後、超音波発生器９を作動させるとともに、弁５２を「閉」、弁５３を「開」とすることにより、タンク１８に充填された高圧水素を、５秒間に亘って、分離手段５へ流入させる脱離処理を行った。その結果、吸着体に吸着されたアンモニアの６３％が、反応容器２へと還流された。分離手段５へと流入させた高圧水素は０．５０［Ｌ］であり、これは、タンク１８に充填された水素量の約３％であった。
【００８２】
一方、超音波発生器９が備えられない他は、水素供給装置５０と同様の構成とした本発明の水素供給装置（以下において「水素供給装置５５」という。）を用いて、同様の動作試験を行った。その結果、吸着体に吸着されたアンモニアの６０％程度を反応容器２へと還流させるために、分離手段５へと流入させる必要がある高圧水素の量は、約１．０［Ｌ］となった。
【００８３】
他方、超音波発生器３１が備えられず、かつ、超音波発生器９に代えて加熱手段が接続された分離手段５を備える従来の水素供給装置を用いて、同様の動作試験を行った。その結果、吸着体に吸着されたアンモニアの６０％程度を脱離させるための加熱に２分間程度の時間を要し、分離手段５から反応容器２へアンモニアを還流させるためタンク１８から分離手段５へと流入させた高圧水素は、約１２［Ｌ］であった。すなわち、従来の水素供給装置では、タンク１８に充填した高圧水素の大部分（２／３程度）が脱離処理に使用されたため、タンク１８への水素充填効率が低下した。さらに、本発明の水素供給装置と比較して、脱離処理に長時間を要した。それゆえ、従来の水素供給装置では、外部機器への長時間に亘る水素供給の停止を防止するために、複数の分離手段が備えられる形態とする必要があることが確認された。
【００８４】
以上の動作試験により、本発明の水素供給装置５０及び水素供給装置５５によれば、タンク１８に充填された水素のごく一部を用いて、短時間で、分離手段から脱離させたアンモニアを反応容器２へ還流させ得ることが確認された。したがって、本発明の水素供給装置５０によれば、短時間で行われる脱離処理を繰り返すことで、分離手段５に収容された吸着体のアンモニア吸着能を維持することができた。さらに、本発明の水素供給装置５０によれば、脱離処理の時間を短時間に留めることができるので、従来の水素供給装置とは異なり、一つの分離手段のみが備えられる形態とすることも可能であった。
【図面の簡単な説明】
【００８５】
【図１】本発明の水素供給装置３０の形態例を示す概念図である。
【図２】本発明の水素供給装置４０の形態例を示す概念図である。
【図３】本発明の水素供給装置５０の形態例を示す概念図である。
【図４】本発明の水素供給装置６０の形態例を示す概念図である。
【図５】本発明の燃料電池システム１００の形態例を示す概念図である。
【図６】反応時間及び水素発生量と振動付与の有無との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００８６】
１…ボンベ
２…反応容器
３…流路
４…流体流路（放出手段）
５、５ａ、５ｂ…分離手段（放出手段）
６…水素流路
７…還流手段
７ａ…流路
７ｂ…ポンプ
８…オリフィス（阻害手段）
９、１０…超音波発生器（振動付与手段）
１１、１２、１３…センサー
１４…弁
１５…三方弁
１６…四方弁
１７…流路
１８…タンク
１９…ポンプ
２０…制御装置
２１…ＣＰＵ
２２…ＲＯＭ
２３…ＲＡＭ
２４…入力ポート
２５…出力ポート
３０、４０…水素供給装置
３１…超音波発生器（振動付与手段）
５０、６０…水素供給装置
５１、５２、５３…弁
５４…センサー
７０…燃料電池
１００…燃料電池システム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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