JP5117827B2 - Hydrogen generator and fuel cell system - Google Patents
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Description
本発明は、燃料電池用の水素発生装置に関するものであり、さらには、かかる水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。 The present invention relates to a hydrogen generator for a fuel cell, and further relates to a fuel cell system provided with such a hydrogen generator.
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードを有する発電部のアノード側に例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、カソード側に酸化用流体例えば酸素や空気を供給し電気化学反応により電力を発生する。 A fuel cell is an electrochemical reaction in which a fuel fluid such as hydrogen gas or methanol is supplied to the anode side of a power generation unit having an anode and a cathode across a solid polymer electrolyte membrane, and an oxidizing fluid such as oxygen or air is supplied to the cathode side. To generate power.
上記水素ガス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金属水素化物(水素発生物質)を加水分解する方法が知られている。例えば金属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などがある。 As a method of obtaining the hydrogen gas with low energy, a method of hydrolyzing a metal hydride (hydrogen generating material) called chemical hydride is known. Examples of the metal hydride include lithium borohydride, sodium borohydride, lithium aluminum hydride, and sodium aluminum hydride.
水素発生物質を加水分解して水素ガスを得る場合、反応で生成される金属含有物や泡等の反応生成物が存在し、反応生成物が水素発生物質を覆い、水素発生物質と水の接触を阻害する。これにより、水素発生反応の反応速度が低下し、最終的には反応が停止してしまう。 When hydrogen gas is obtained by hydrolyzing the hydrogen generating material, there are reaction products such as metal-containing materials and bubbles generated by the reaction, the reaction product covers the hydrogen generating material, and the hydrogen generating material contacts water. Inhibits. As a result, the reaction rate of the hydrogen generation reaction decreases, and the reaction eventually stops.
このため、水素発生物質に供給する水を高圧で噴き付けることにより、反応生成物を除去する技術が知られている。(例えば、特許文献1参照)水素発生物質に供給する水を高圧で噴き付けることにより、反応生成物を除去するので反応速度の低下を抑制することができる。
しかし従来の技術では、反応生成物が除去される(移動する)過程において水素発生物質の表面に接触することで水素発生物質を巻き込み、未反応の水素発生物質が流れ出す可能性があった。未反応のまま流れ出した水素発生物質は水素発生に寄与しないため、水素発生効率を低下させ、また、流れ出した未反応の水素発生物質が意図しない場所や意図しない時に水素発生反応をすることも考えられ、水素発生反応の制御が難しかった。 However, in the conventional technology, there is a possibility that the hydrogen generating material is involved by contacting the surface of the hydrogen generating material in the process of removing (moving) the reaction product, and the unreacted hydrogen generating material flows out. Since the hydrogen generating material that has flowed out unreacted does not contribute to hydrogen generation, the hydrogen generation efficiency is reduced, and it is also considered that the unreacted hydrogen generating material that has flowed out reacts in an unintended place or at an unintended time. It was difficult to control the hydrogen generation reaction.
本発明は上記状況に鑑みてなされたものであり、水素発生反応時の反応生成物の移動と共に起こる未反応の水素発生物質の流れ出しを抑制することにより、水素発生効率の向上及び安定的に水素を供給する制御を行うことができ、燃料電池において安定した電力を発電させることができる水素発生装置及び燃料電池システムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above situation, and by suppressing the flow of unreacted hydrogen generating material that occurs with the movement of the reaction product during the hydrogen generating reaction, the hydrogen generating efficiency is improved and the hydrogen is stably generated. It is an object of the present invention to provide a hydrogen generator and a fuel cell system that can perform control to supply power and can generate stable power in a fuel cell.
上記目的を達成するための、本発明の水素発生装置の第1の特徴は、水素発生物質が収容されるとともに、水素発生物質と反応用溶液とを反応させて水素を生成する反応容器と、水素発生物質に対向して配置される対向板と、反応用溶液を水素発生物質に供給する溶液流路と、対向板に備えられ、溶液流路より供給された反応用溶液を水素発生物質に吐出する複数の溶液吐出口と、数の溶液吐出口からの反応用溶液の吐出を制御する制御弁体部と、対向板に備えられ、溶液吐出口から吐出された反応用溶液と水素発生物質との反応により発生した反応生成物を排出する排出部と、反応により発生した水素を導出する水素導出流路とを備え、制御弁体部の制御により、水素発生物質の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口より順に反応用溶液が吐出されることを要旨とする。 In order to achieve the above object, the first feature of the hydrogen generator of the present invention is that a hydrogen generating substance is accommodated, and a reaction vessel that generates hydrogen by reacting the hydrogen generating substance with a reaction solution; A counter plate disposed opposite to the hydrogen generating material, a solution flow channel for supplying the reaction solution to the hydrogen generating material, and a reaction solution provided in the counter plate and supplied from the solution flow channel to the hydrogen generating material. A plurality of solution discharge ports to be discharged, a control valve body part that controls discharge of the reaction solution from a number of solution discharge ports, and a reaction solution and a hydrogen generating material discharged from the solution discharge port provided on the opposing plate A discharge part for discharging the reaction product generated by the reaction with the hydrogen, and a hydrogen outlet channel for discharging the hydrogen generated by the reaction, and the distance from the edge of the hydrogen generating substance is controlled by the control valve body part. The reaction solution is applied in order from the shortest solution outlet. Issued is that the gist.
かかる特徴によれば、水素発生反応は水素発生物質の縁部から順に起こるため、水素発生反応に伴い生じた反応生成物が移動する際に、未反応の水素発生物質を巻き込み反応部から流れ出すことを抑制できる。 According to such a feature, since the hydrogen generation reaction occurs sequentially from the edge of the hydrogen generation material, when the reaction product generated by the hydrogen generation reaction moves, the unreacted hydrogen generation material flows in and flows out from the reaction portion. Can be suppressed.
これにより、水素発生効率が向上し、安定的に水素を供給する制御を行うことが可能となる。 As a result, the efficiency of hydrogen generation is improved, and it is possible to perform control for stably supplying hydrogen.
また、本発明の水素発生装置の第2の特徴は、制御弁体部は第1の変位部と第2の変位部とを備え、
第1の変位部は、第1の溶液流路を流れる反応用溶液を第1の溶液吐出口より吐出する第1の開状態と、第1の溶液吐出口を塞ぎ反応用溶液を第2の前記溶液流路へ送る第1の閉状態のいずれかに変位し、第2の変位部は、第1の溶液流路と第2の溶液流路との連通流路を塞ぐ第2の閉状態と、連通流路を開放し反応用溶液を第2の溶液流路へ送る第2の開状態のいずれかに変位し、第1の変位部が第1の開状態の場合は第2の変位部は第2の閉状態となり、第1の変位部が第1の閉状態の場合は第2の変位部は第2の開状態となることを要旨とする。
Further, according to a second feature of the hydrogen generator of the present invention, the control valve body portion includes a first displacement portion and a second displacement portion,
The first displacement portion includes a first open state in which the reaction solution flowing through the first solution flow path is discharged from the first solution discharge port, and the first solution discharge port is closed to hold the reaction solution in the second state. The second displacement portion is displaced to one of the first closed states to be sent to the solution flow path, and the second displacement portion blocks the communication flow path between the first solution flow path and the second solution flow path. Then, the communication channel is opened and the reaction solution is displaced to any one of the second open states for sending the reaction solution to the second solution channel. If the first displacement portion is in the first open state, the second displacement is performed. The part is in the second closed state, and the second displacement part is in the second open state when the first displacement part is in the first closed state.
かかる特徴によれば、第1の溶液吐出口からの反応用溶液の吐出により反応可能な範囲の水素発生物質を消費した際に、第1の変位部と第2の変位部が連動しているため速やかに第1の変位部を第1の開状態から第1の閉状態へ変位させ、第2の変位部を第2の閉状態から第2の開状態へ変位させることで反応用溶液を第2の溶液流路へ送ることができ、反応用溶液を吐出する溶液吐出口を切り換える応答性が向上する。 According to such a feature, the first displacement portion and the second displacement portion are interlocked when the hydrogen generating material in a range that can be reacted is consumed by discharging the reaction solution from the first solution discharge port. Therefore, the reaction solution is quickly displaced by displacing the first displacement portion from the first open state to the first closed state and displacing the second displacement portion from the second closed state to the second open state. Responsiveness that can be sent to the second solution channel and switches the solution discharge port for discharging the reaction solution is improved.
これにより、反応可能な水素発生物質を無駄なく反応させることができるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給が可能となる。 As a result, the reactive hydrogen generating substance can be reacted without waste, so that the hydrogen generation efficiency is improved and stable hydrogen supply becomes possible.
また、本発明の水素発生装置の第3の特徴は、水素発生物質が所定量に達すると、第1の変位部は第1の開状態から第1の閉状態に変位し、第2の変位部は第2の閉状態から第2の開状態に変位することで、反応用溶液の吐出を第1の溶液吐出口から第2の溶液吐出口に切り換えることを要旨とする。 The third feature of the hydrogen generator of the present invention is that when the hydrogen generating material reaches a predetermined amount, the first displacement portion is displaced from the first open state to the first closed state, and the second displacement is achieved. The gist is to switch the discharge of the reaction solution from the first solution discharge port to the second solution discharge port by displacing from the second closed state to the second open state.
かかる特徴によれば、水素発生物質が所定量に達すると反応用溶液を吐出する溶液吐出口を切り換えることができる。 According to this feature, the solution discharge port for discharging the reaction solution can be switched when the hydrogen generating substance reaches a predetermined amount.
これにより、反応用溶液を無駄なく水素発生物質に送液することができるため、水素発生効率が向上し、安定的に水素を供給する制御を行うことが可能となる。 As a result, since the reaction solution can be sent to the hydrogen generating material without waste, the hydrogen generation efficiency is improved, and it is possible to control to supply hydrogen stably.
また、本発明の水素発生装置の第4の特徴は、排出部は、対向板に形成された溝部であり、反応生成物は、溝部を通り排出されることを要旨とする。 Moreover, the 4th characteristic of the hydrogen generator of this invention makes a summary the discharge part being a groove part formed in the opposing board, and a reaction product being discharged | emitted through a groove part.
かかる特徴によれば、排出部が対向板に形成された溝部であるため、反応生成物を速やかに未反応の水素発生物質と接しない領域に移動させることができる。 According to this feature, since the discharge part is a groove part formed in the counter plate, the reaction product can be quickly moved to a region that does not contact the unreacted hydrogen generating substance.
これにより、未反応の水素発生物質が反応生成物に巻き込まれ排出されることを抑制できるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給が可能となる。 Thereby, since it can suppress that an unreacted hydrogen generating substance is caught in and discharged | emitted by a reaction product, hydrogen generating efficiency improves and stable hydrogen supply is attained.
また、本発明の水素発生装置の第5の特徴は、水素発生物質は、保持機構により保持され、水素発生物質の対向板と対向する面は、対向板に対して傾斜を有し、排出部は、水素発生物質と対向板の間隔であり、間隔が最も広い部分に最も近い溶液吐出口より順に反応用溶液が吐出されることを要旨とする。 A fifth feature of the hydrogen generator of the present invention is that the hydrogen generating substance is held by a holding mechanism, and the surface of the hydrogen generating substance that faces the counter plate is inclined with respect to the counter plate, and the discharge section Is the distance between the hydrogen generating substance and the counter plate, and the gist is that the reaction solution is discharged in order from the solution discharge port closest to the part having the widest distance.
かかる特徴によれば、水素発生物質と対向板を平行に配置するのではなく、これらの間隔に傾斜を有しており、反応生成物が狭い空間から広い空間へと移動するという物理的性質を利用することができるため、水素発生物質と対向板によって形成される傾斜をもった間隔が排出部としての機能を果たし、反応生成物は未反応の水素発生物質が存在する部分に流れることなく排出される。 According to such a feature, the physical property that the hydrogen generating substance and the counter plate are not arranged in parallel, but the interval between them is inclined, and the reaction product moves from a narrow space to a wide space. Since it can be used, the slanted interval formed by the hydrogen generating material and the counter plate functions as a discharge part, and the reaction product is discharged without flowing into the part where the unreacted hydrogen generating material exists. Is done.
これにより、簡単な構造で未反応の水素発生物質の流れ出しの抑制を確実に行うことができ、水素発生効率の向上につながる。 As a result, it is possible to reliably suppress the flow of the unreacted hydrogen generating substance with a simple structure, leading to an improvement in hydrogen generation efficiency.
また、本発明の水素発生装置の第6の特徴は、排出部は、水平面に対して傾斜を有し、傾斜に沿って反応生成物を排出することを要旨とする。 The sixth feature of the hydrogen generator of the present invention is summarized in that the discharge unit has an inclination with respect to a horizontal plane and discharges the reaction product along the inclination.
かかる特徴によれば、排出部が水平面に対して傾斜を有するため、反応生成物はより確実に速やかに排出部から排出される。 According to this feature, since the discharge portion has an inclination with respect to the horizontal plane, the reaction product is discharged from the discharge portion more reliably and promptly.
これにより、反応生成物による未反応の水素発生物質の流れ出しを抑制することができ、水素発生効率を向上させることが可能となる。 Thereby, the flow of the unreacted hydrogen generating substance by the reaction product can be suppressed, and the hydrogen generation efficiency can be improved.
また、本発明の水素発生装置の第7の特徴は、溶液吐出口は、水素発生物質の縁部からの距離が最も短い複数の溶液吐出口から構成される第1の溶液吐出口群と、第1の溶液吐出口群の次に水素発生物質の縁部からの距離が短い複数の溶液吐出口から構成される第2の溶液吐出口群とを備え、第1の溶液吐出口群を構成する溶液吐出口から反応用溶液が吐出され、第1の溶液吐出口群を構成する全ての溶液吐出口からの反応用溶液の吐出が終わると第2の溶液吐出口群を構成する溶液吐出口から反応用溶液が吐出されることを要旨とする。 In addition, according to a seventh feature of the hydrogen generator of the present invention, the solution discharge port includes a first solution discharge port group composed of a plurality of solution discharge ports with the shortest distance from the edge of the hydrogen generating material; And a second solution discharge port group composed of a plurality of solution discharge ports having a short distance from the edge of the hydrogen generating material next to the first solution discharge port group. When the reaction solution is discharged from the solution discharge port, and the discharge of the reaction solution from all the solution discharge ports constituting the first solution discharge port group is finished, the solution discharge ports constituting the second solution discharge port group The gist is that the reaction solution is discharged from
かかる特徴によれば、反応用溶液は水素発生物質の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口群から順に吐出されるため、水素発生反応に伴い生じた反応生成物は当該縁部付近に位置し、外部へと排出され易くなり、未反応の水素発生物質を巻き込むことなく排出される。 According to such a feature, since the reaction solution is discharged in order from the solution discharge port group having the shortest distance from the edge of the hydrogen generating substance, the reaction product generated by the hydrogen generation reaction is located near the edge. However, it is easy to be discharged to the outside, and it is discharged without involving any unreacted hydrogen generating substance.
これにより、水素発生効率を向上させることができる。 Thereby, hydrogen generation efficiency can be improved.
また、本発明の燃料電池システムの特徴は、本発明の水素発生装置の第1乃至第7の特徴のいずれかを有する水素発生装置により発生した水素を導出する水素導出流路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が負極に供給されることを要旨とする。 The fuel cell system according to the present invention is characterized in that a hydrogen outlet flow path for leading out hydrogen generated by the hydrogen generator having any one of the first to seventh features of the hydrogen generator according to the present invention is a fuel cell fuel. The gist is that it is connected to the polar chamber and the generated hydrogen is supplied to the negative electrode.
かかる特徴によれば、水素発生反応時の反応生成物の移動と共に起こる未反応の水素発生物質の反応部からの流れ出しを抑制することにより、水素発生効率が向上し、且つ安定的な水素供給を行うことができる。 According to this feature, by suppressing the flow of unreacted hydrogen generating material from the reaction part that occurs with the movement of the reaction product during the hydrogen generating reaction, hydrogen generation efficiency is improved and stable hydrogen supply is achieved. It can be carried out.
これにより、安定した電力の発電が可能な燃料電池システムとすることができる。 Thereby, it can be set as the fuel cell system in which the stable electric power generation is possible.
本発明の特徴によれば、水素発生物質と反応用溶液の反応による水素発生に伴い生じる反応生成物は、未反応の水素発生物質を巻き込むことなく排出されるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給の可能な水素発生装置、及び安定した電力を発電できる燃料電池システムを提供することができる。 According to the feature of the present invention, the reaction product generated by the hydrogen generation by the reaction between the hydrogen generating material and the reaction solution is discharged without involving the unreacted hydrogen generating material, so that the hydrogen generation efficiency is improved. It is possible to provide a hydrogen generator capable of supplying stable hydrogen and a fuel cell system capable of generating stable electric power.
(実施形態1)
図1は、第1の実施形態例に係る水素発生装置の概略図である。
(Embodiment 1)
FIG. 1 is a schematic diagram of a hydrogen generator according to a first embodiment.
図1に示すように、本実施形態例に係る水素発生装置1は、内部で水素発生反応が起こる反応容器2を備え、反応容器2内には水素発生反応の反応物としての水素発生物質6が対向板7を介して収容されている。また、反応容器2には、発生した水素を燃料電池システムの水素消費部へ供給する水素導出流路5が備え付けられている。尚、本実施形態例に係る水素発生装置により発生した水素の供給先は、燃料電池システムの水素消費部に限定されるものではなく、その他の用途に用いられても構わない。
As shown in FIG. 1, a
対向板7は、溶液流路4により送液された反応用溶液を水素発生物質6に供給する複数の溶液吐出口8と、溶液吐出口8から吐出された反応用溶液と水素発生物質6の反応により発生した反応生成物を排出する排出部11とを備える。
The
複数の溶液吐出口8からの反応用溶液の吐出は、送液制御部10によって動作される複数の制御弁9により制御される。尚、本実施形態例では、制御弁体部は、複数の制御弁9と送液制御部10とから構成される。
The discharge of the reaction solution from the plurality of solution discharge ports 8 is controlled by a plurality of
反応容器2に隣接して図示しない反応用溶液貯蔵用の容器が備えられ、容器には反応用溶液が貯蔵されている。
A reaction solution storage container (not shown) is provided adjacent to the
溶液流路4には溶液送液部3が設けられ、溶液送液部3により反応用溶液の送液と停止が制御される。溶液送液部3は溶液流路4に反応用溶液を導入流通させるものであれば、構成は限定されない。例えば、ポンプ等の圧送機構を適用して送液することができ、水素消費部の水素の消費量(燃料電池の場合は消費電力等)により送液量が制御されるものが適用される。また、反応容器2内の内圧を利用して開閉される弁を使用して送液することができ、反応容器2の内圧が低くなった時に送液を行なって水素を発生させるものが適用される。
The solution flow path 4 is provided with a solution feeding section 3, and the feeding and stopping of the reaction solution is controlled by the solution feeding section 3. The configuration of the solution feeding unit 3 is not limited as long as the solution feeding unit 3 introduces and distributes the reaction solution into the solution channel 4. For example, a liquid can be fed by applying a pressure feeding mechanism such as a pump, and the amount of liquid fed is controlled by the amount of hydrogen consumed by the hydrogen consuming unit (power consumption in the case of a fuel cell). In addition, a liquid that can be sent using a valve that is opened and closed using the internal pressure in the
溶液送液部3により供給された反応用溶液は、送液制御部10により流通を制御される制御弁9を通り溶液吐出口8から吐出される。吐出された反応用溶液は、水素発生物質6に接触して反応し水素が生成され水素導出流路5から水素消費部に供給される。
The reaction solution supplied by the solution feeding unit 3 is discharged from the solution discharge port 8 through the
水素発生物質6としては、例えば、水素化ホウ素塩、水酸化アルミニウム塩、水酸化ホウ素ナトリウム、水酸化ホウ素リチウム、水酸化アルミニウムリチウム等が挙げられる。反応用溶液としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられる。特に、水素発生物質6として水素化ホウ素ナトリウム、反応用溶液としてリンゴ酸を用いることが好ましい。これら水素発生物質6及び反応用溶液は、特にこれらに限定されるものではなく、水素発生物質6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、反応用溶液は、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。さらに、水素発生物質6が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で反応用溶液がリンゴ酸というように、水素発生物質6と反応用溶液の組み合わせは、混合することによって水素を発生する物質であれば全て適用可能である。また、金属と塩基性あるいは酸性水溶液との反応によって水素を得るものであってもよい。
Examples of the
水素発生物質6は、複数の溶液吐出口8が形成された対向板7の一面(反応面)に近接して設置され、制御弁9は、水素発生物質6の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口8より縁部からの距離が長い溶液吐出口8にむかって順に反応用溶液を吐出するように送液制御部10により制御される。
The
ここで、対向板7に対する溶液吐出口8の配置や溶液吐出口8からの反応用溶液の吐出の順序は水素発生物質6の形状や大きさにより設定されるものであるが、図2にその具体例を示す。対向板7に形成された溶液吐出口8を丸印、反応用溶液が吐出される順序を数字、反応生成物の流れ方向を矢印で示してある。尚、溶液吐出口8及び制御弁9の数は、これらが一対一に対応していてもしていなくてもよく、限定されるものではない。
Here, the arrangement of the solution discharge port 8 with respect to the
制御弁9は、対応する溶液吐出口8より吐出された反応用溶液により反応可能な水素発生物質が所定量に達すると閉状態となり、次の溶液吐出口8より反応用溶液が吐出されるように送液制御部10により制御される。
The
また、各溶液吐出口8からの反応用溶液の吐出量を積算し、所定量に達した際に、制御弁9の開閉を切り換えることもできる。所定量の反応用溶液の吐出量とは、1つの溶液吐出口8周辺の水素発生物質6が反応可能な範囲で反応するために必要な反応用溶液量のことである。1つの溶液吐出口8からの反応用溶液の吐出により反応可能な水素発生物質6の範囲は、溶液吐出口8から吐出された反応用溶液と水素発生物質6の反応による水素発生反応が安定してなされる範囲となる設計値として設定される。水素発生物質6の消費の検知は、各溶液吐出口8付近に設置された接触式または非接触式の位置センサーを用いることができる。
Further, the discharge amount of the reaction solution from each solution discharge port 8 is integrated, and the opening and closing of the
この制御により、反応用溶液と水素発生物質6の反応、つまり水素発生は、水素発生物質6の縁部から順に行われ、反応可能な水素発生物質6が反応すると反応用溶液を吐出する溶液吐出口8を切り換えるため、反応生成物は未反応の水素発生物質6を巻き込むことなく排出され、且つ、水素発生物質6への無駄な反応用溶液の供給を抑制できる。このため、水素発生物質6は効率良く反応用溶液と反応し、水素発生効率の向上が可能となる。
By this control, the reaction between the reaction solution and the
図3に排出部11の配置図の一例を示す。図3に示すように、排出部11は複数の溶液吐出口8が備えられた対向板7の水素発生物質6と対向する面(反応面)に配置されている。排出部11は、水素発生物質6の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口8からの反応用溶液の吐出により生成した反応生成物が、速やかに未反応の水素発生物質6とは接しない範囲に排出されるように配置された溝形状の流路である。
FIG. 3 shows an example of the layout of the
また、反応面に配置した溝形状を水素発生物質6に配置することも可能である。水素発生反応を開始した際に、水素発生物質6の溝形状の方向に発生した水素発生反応に伴う反応生成物が排出される。水素発生反応により水素発生物質6の消費と共に水素発生物質6に配置した溝の形状は変化し消滅することになる。しかし、最初に反応用溶液を吐出する水素発生物質6の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口8における反応の際に反応生成物の排出方向が定まると同時に、水素発生物質6の消費された形状が、次に反応用溶液を吐出する溶液吐出部8の反応で生じる反応生成物の排出部として機能するため、反応生成物を未反応の水素発生物質6と接しない範囲に排出することができる。
It is also possible to arrange the groove shape arranged on the reaction surface in the
尚、排出部11の形状及び配置はこれらに限られることはなく、反応生成物を未反応の水素発生物質6と接しない範囲に排出することができればよい。水素発生物質6はここでは一個のユニットで示されているが、小分けにされて反応容器2に収容されていても構わない。
In addition, the shape and arrangement | positioning of the
以上のことにより、発生した水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際に未反応の水素発生物質6と接触することを抑制でき、反応生成物による水素発生物質6の流れ出しを抑制することが可能であり、水素発生効率の向上及び安定的な水素供給の制御を行うことができる。
By the above, it can suppress that the reaction product accompanying the generated hydrogen generating reaction contacts with the unreacted
(実施形態1の変形例)
図4に第1の実施形態例の変形例を示す。
(Modification of Embodiment 1)
FIG. 4 shows a modification of the first embodiment.
図4に示す変形例において、水素発生物質6は保持機構により保持され、対向板7と対向する面が対向板7に対して傾斜を有している。保持機構として具体的には、水素発生物質6の一部を対向板7から持ち上げるように水素発生物質6を支える機構や、水素発生物質6を上方より吊るす機構があげられるが、水素発生物質6を対向板7に対して傾斜を有するように保持する機構であればよく、これらに限られるものではない。実施形態1で示した図1における構成と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略する。対向板7の水素発生物質6と対向する面に配置された複数の溶液吐出口8からの反応用溶液の吐出は、水素発生物質6と対向板7との間隔が最も広い部分に最も近い溶液吐出口8から順に(図4においては、左から右にかけて)行われる。このように、水素発生物質6を配置し、溶液吐出口8から反応用溶液を吐出することにより、発生した反応生成物が狭い空間から広い空間へと移動するという物理的性質を利用することで、反応生成物は未反応の水素発生物質6を巻き込むことなく水素発生物質6と対向板7の間隔が広い方向に向かって排出される。
In the modification shown in FIG. 4, the
これにより、水素発生物質6と対向板7との配置関係によりそれらの間隔が排出部としての機能を果たすため、簡素な構造で水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際に水素発生物質6と接触することを抑制でき、反応生成物が未反応の水素発生物質6を巻き込んで流れ出すことの抑制が可能となる。
As a result, the distance between the
また、図5に示すように、第1の実施形態例や第1の実施形態の変形例において、水素発生物質6の外側を反応生成物が排出される付近を除き隔壁(カバー)12で覆うことにより、反応生成物の流れの方向の制御をより確実に行うこと可能である。
Further, as shown in FIG. 5, in the first embodiment and the modification of the first embodiment, the outside of the
これにより、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際に水素発生物質6と接触することをより確実に抑制し、未反応の水素発生物質6の流れ出しの抑制が可能となる。
Thereby, when the reaction product accompanying the hydrogen generation reaction is discharged from the reaction portion, the contact with the
また、図示しないが、排出部11が水平面に対して傾斜をもった構造となっていってもよい。
Moreover, although not shown in figure, the
排出部11が水平面に対して傾斜をもつことにより、反応生成物は重力に従い排出部より流れ出るため、より確実に未反応の水素発生物質6の流れ出しを抑制することができる。
Since the
(実施形態2)
図6に、第2の実施形態例に係る水素発生装置の制御弁体部の構成を示す。
(Embodiment 2)
In FIG. 6, the structure of the control valve body part of the hydrogen generator which concerns on the example of 2nd Embodiment is shown.
尚、本実施形態例では、制御弁体部は制御弁9から構成される。
In the present embodiment, the control valve body is composed of the
図6に示す制御弁9は、第1の実施形態例で示した図1の水素発生装置1の構成において、送液制御部10により制御されるのではなく、水素発生物質6の消費とともに機械的に動作し開閉制御される構成である。
The
図6に示した水素発生装置の制御弁9の構成を説明する。
The configuration of the
制御弁9は、水素発生物質6の消費に伴い変位し、溶液流路に備えられた第1の変位部21と第2の変位部22とそれらに連接されるロッド部23と、第1の溶液吐出口24に通じる第1の溶液流路25と、第2の溶液吐出口27に通じる第2の溶液流路28とを備える。
The
第1の変位部21は、第1の溶液吐出口24から反応用溶液を吐出する第1の開状態あるいは水素発生物質6の消費に伴い溶液吐出口24を塞ぐ第1の閉状態のいずれかに変位し、第2の変位部22は、第1の溶液流路25と第2の溶液流路28との連通流路を塞ぐ第2の閉状態、あるいは連通流路を開放し反応用溶液を第2の溶液流路28へ送る第2の開状態のいずれかに変位する。第2の溶液流路28が第2の開状態となると、反応用溶液は第2の溶液吐出口27より吐出される。第1の変位部21が第1の開状態の場合は第2の変位部は第2の閉状態、第1の変位部21が第1の閉状態の場合は第2の変位部は第2の開状態となる。
The first displacement portion 21 is either the first open state in which the reaction solution is discharged from the first solution discharge port 24 or the first closed state in which the solution discharge port 24 is closed as the
制御弁9の具体的な動作の状態を説明する。
A specific operation state of the
ロッド部23は、水素発生物質6にロッドバネ26で押し付けられており、水素発生物質6の消費に伴い図6の上方向に変位する。ロッド部23に固定された第1の変位部21と第2の変位部22は、ロッド部23の変位に伴い図6の上方向に変位する。
The
図6(a)の状態は、水素発生物質6が消費されていない状態を示す。
The state of FIG. 6A shows a state where the
ロッド部23は、水素発生物質6より押圧されることで押し下がった状態となり、ロッド部23に固定された第1の変位部21は第1の溶液吐出口24から反応用溶液を吐出する第1の開状態、第2の変位部22は第1の溶液流路と第2の溶液流路28との連通流路を塞ぐ第2の閉状態となっている。このとき、反応用溶液は、第1の溶液流路25から第1の溶液吐出口24に送られ吐出されることにより水素発生物質6に接触し、水素を発生する。
The
図6(b)の状態は、反応可能な範囲の水素発生物質6を消費した状態を示す。
The state of FIG. 6 (b) shows a state where the
水素発生物質6が消費され、その消費に伴いロッドバネ26がロッド部23を押し上げ、ロッド部23は図6の上方向に変位する。このとき、ロッド部23に固定された第1の変位部21は、第1の溶液吐出口24を塞ぐ第1の閉状態となり、第2の変位部22は、第1の溶液流路25と第2の溶液流路28との連通流路を開放する第2の開状態となり、反応用溶液は連通流路を通り第2の溶液吐出口27から吐出され、第2の溶液吐出口27の周辺部分の水素発生物質6に接触し水素を発生する。この動作を水素発生物質6の縁部からの距離が最も短い溶液吐出口から順に行う。
The
これにより、反応用溶液と水素発生物質6の接触つまり水素発生は、水素発生物質6の縁部から順に行われるため、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際の未反応の水素発生物質6との接触を抑制することができる。また、水素発生物質6の消費に伴い、第1の変位部21は第1の開状態から第1の閉状態に変位し、第2の変位部22は第2の閉状態から第2の開状態に変位する。尚、第1の変位部21と第2の変位部22はロッド部23に固定されており、同時に変位することができるため、反応用溶液を吐出する溶液吐出口の切り換えの応答性が良くなる。この機構により、水素発生物質6の流れ出しをセンサーや電気的な制御を必要としない簡単な構造により抑制することが可能となる。
As a result, the contact between the reaction solution and the
尚、図6では、ロッド部23は溶液吐出口24を貫通する位置に設けられているが、ロッド部23と溶液吐出口24の位置関係はこれに限られるものではない。溶液吐出口24はロッド部23の駆動位置から離れた位置に設けられていてもよい。この場合、ロッド部23の駆動位置から反応用溶液が水素発生物質6に吐出されない構成にする必要がある。
In FIG. 6, the
(実施形態2の変形例)
実施形態2の変形例として、図6に示す制御弁9は反応用溶液の吐出量を検出する検出部を有し、その検出量に基づいて制御弁9の制御を行う構成である。
(Modification of Embodiment 2)
As a modification of the second embodiment, the
具体的には、第1の変位部21が第1の開状態、第2の変位部22が第2の閉状態の場合に、第1の溶液流路25を流れてきた反応用溶液を第1の溶液吐出口24から吐出する。検出部により所定量の反応用溶液の吐出が検出されると、送液切換機構により第1の変位部21は第1の閉状態、第2の変位部22は第2の開状態に切り換えられ、反応用溶液は第2の溶液流路28に送液され、第2の溶液吐出口27より吐出される。ここで、所定量の反応用溶液とは、1つの溶液吐出口の周辺の水素発生物質6が反応可能な範囲で反応するために必要な反応用溶液のことである。1つの溶液吐出口からの反応用溶液の吐出により反応可能な水素発生物質6の範囲とは、溶液吐出口から吐出された反応用溶液と水素発生物質6の反応による水素発生が安定的に起こるための設計値として設定される。
Specifically, when the first displacement portion 21 is in the first open state and the
これにより、所定量の反応用溶液が吐出されると反応用溶液を吐出する溶液吐出口を切り換え、反応用溶液を新たな未反応の水素発生物質6の部分に吐出することができる。このため、反応用溶液を無駄なく水素発生物質6に送液することができ、水素発生効率の向上及び安定的な水素供給が可能となる
(実施形態3)
図7には本発明の一実施形態例に係る燃料電池システムの概略構成を示す。
Thus, when a predetermined amount of the reaction solution is discharged, the solution discharge port for discharging the reaction solution can be switched, and the reaction solution can be discharged to a new unreacted
FIG. 7 shows a schematic configuration of a fuel cell system according to an embodiment of the present invention.
図7に示した燃料電池システムは、図1に示した水素発生装置1を燃料電池30に接続したシステムである。即ち、燃料電池30には燃料極室32が備えられ、燃料極室32は燃料電池セル31の負極に接する空間を構成している。燃料極室32には水素発生装置1の水素導出流路5が接続され、水素発生装置1より発生した水素が供給される。
The fuel cell system shown in FIG. 7 is a system in which the
また、水素発生装置1の溶液流路4は溶液容器33に接続され、溶液容器33内の反応用溶液34が溶液送液手段3によって水素発生装置1に送られ、反応容器2内において反応用溶液34と水素発生物質6が反応することにより水素が発生する。水素発生装置1で発生した水素は水素導出流路5から燃料極室32に供給され、負極での燃料電池反応で消費される。燃料極室32の負極での水素の消費量は燃料電池30の出力に応じて決定される。
Further, the solution flow path 4 of the
尚、本実施形態に係る燃料電池システムが有する水素発生装置の構成要素として、実施形態1及びその変形例、実施形態2及びその変形例で述べた構成を適用することも可能である。 In addition, as a component of the hydrogen generator included in the fuel cell system according to the present embodiment, the configurations described in the first embodiment and the modified example thereof, the second embodiment and the modified example may be applied.
上述した燃料電池システムは、水素発生反応に伴う反応生成物が反応部分から排出される際の未反応の水素発生物質6の流れ出しを抑制できるため、水素発生効率が向上し、安定的な水素供給が可能な水素発生装置1を備えた燃料電池システムとなる。
The fuel cell system described above can suppress the flow of the unreacted
以上、本発明の一例を説明したが、具体例を例示したに過ぎず、特に本発明を限定するものではなく、各部の具体的構成等は、適宜設計変更可能である。また、各実施形態例及び変形例の作用及び効果は、本発明から生じる最も好適な作用及び効果を列挙したに過ぎず、本発明による作用及び効果は、各実施形態例及び変形例に記載されたものに限定されるものではない。 As mentioned above, although an example of the present invention has been described, it is merely a specific example, and the present invention is not particularly limited, and the specific configuration and the like of each part can be appropriately changed in design. The actions and effects of each embodiment and modification are merely a list of the most preferable actions and effects resulting from the present invention, and the actions and effects according to the present invention are described in each embodiment and modification. It is not limited to the ones.
1 水素発生装置
2 反応容器
3 溶液送液部
4 溶液流路
5 水素導出流路
6 水素発生物質
7 対向板
8 溶液吐出口
9 制御弁
10 送液制御部
11 排出部
12 隔壁(カバー)
21 第1の変位部
22 第2の変位部
23 ロッド部
24 第1の溶液吐出口
25 第1の溶液流路
26 ロッドバネ
27 第2の溶液吐出口
28 第2の溶液流路
30 燃料電池
31 燃料電池セル
32 燃料極室32
33 溶液容器
34 反応用溶液
DESCRIPTION OF
DESCRIPTION OF SYMBOLS 21
33 Solution container 34 Reaction solution
Claims (8)
前記水素発生物質に対向して配置される対向板と、
前記反応用溶液を前記水素発生物質に供給する溶液流路と、
前記対向板に備えられ、前記溶液流路より供給された前記反応用溶液を前記水素発生物質に吐出する複数の溶液吐出口と、
前記複数の溶液吐出口からの前記反応用溶液の吐出を制御する制御弁体部と、
前記対向板に備えられ、前記溶液吐出口から吐出された前記反応用溶液と前記水素発生物質との反応により発生した反応生成物を排出する排出部と、
前記反応により発生した水素を導出する水素導出流路とを備え、
前記制御弁体部の制御により、前記水素発生物質の縁部からの距離が最も短い前記溶液吐出口より前記水素発生物質の内側に向って順に前記反応用溶液が吐出されることを特徴とする水素発生装置。 A hydrogen generating substance is contained, and a reaction vessel for generating hydrogen by reacting the hydrogen generating substance and a reaction solution;
An opposing plate disposed to face the hydrogen generating material;
A solution flow path for supplying the reaction solution to the hydrogen generating material;
A plurality of solution discharge ports provided in the counter plate and configured to discharge the reaction solution supplied from the solution flow path to the hydrogen generating material;
A control valve body for controlling the discharge of the reaction solution from the plurality of solution discharge ports;
A discharge part that is provided in the counter plate and discharges a reaction product generated by a reaction between the reaction solution discharged from the solution discharge port and the hydrogen generating material;
A hydrogen outlet channel for extracting hydrogen generated by the reaction,
The reaction solution is sequentially discharged from the solution discharge port having the shortest distance from the edge of the hydrogen generating material toward the inside of the hydrogen generating material by the control of the control valve body. Hydrogen generator.
前記第1の変位部は、第1の前記溶液流路を流れる前記反応用溶液を第1の前記溶液吐出口より吐出する第1の開状態と、前記第1の溶液吐出口を塞ぎ前記反応用溶液を第2の前記溶液流路へ送る第1の閉状態のいずれかに変位し、
前記第2の変位部は、前記第1の溶液流路と前記第2の溶液流路との連通流路を塞ぐ第2の閉状態と、前記連通流路を開放し前記反応用溶液を前記第2の溶液流路へ送る第2の開状態のいずれかに変位し、
前記第1の変位部が前記第1の開状態の場合は前記第2の変位部は前記第2の閉状態となり、前記第1の変位部が前記第1の閉状態の場合は前記第2の変位部は前記第2の開状態となることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 The control valve body portion includes a first displacement portion and a second displacement portion,
The first displacement portion includes a first open state in which the reaction solution flowing through the first solution channel is discharged from the first solution discharge port, and the first solution discharge port is blocked and the reaction is performed. Displacing the working solution into any of the first closed states to send the solution to the second solution channel;
The second displacement unit includes a second closed state that blocks a communication channel between the first solution channel and the second solution channel, and opens the communication channel to allow the reaction solution to flow. Displaced to any of the second open states to be sent to the second solution flow path,
When the first displacement portion is in the first open state, the second displacement portion is in the second closed state, and when the first displacement portion is in the first closed state, the second displacement portion is in the second closed state. The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the displacement portion is in the second open state.
前記反応生成物は、前記溝部を通り排出されることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 The discharge part is a groove formed in the counter plate,
2. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the reaction product is discharged through the groove.
前記水素発生物質の前記対向板と対向する面は、前記対向板に対して傾斜を有し、
前記排出部は、前記水素発生物質と前記対向板の間隔であり、
前記間隔が最も広い部分に最も近い前記溶液吐出口より順に前記反応用溶液が吐出されることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 The hydrogen generating substance is held by a holding mechanism,
A surface of the hydrogen generating material facing the counter plate has an inclination with respect to the counter plate;
The discharge part is a distance between the hydrogen generating substance and the counter plate;
2. The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the reaction solution is discharged in order from the solution discharge port closest to the portion having the widest interval.
前記第1の溶液吐出口群を構成する前記溶液吐出口から前記反応用溶液が吐出され、前記第1の溶液吐出口群を構成する全ての前記溶液吐出口より吐出された反応用溶液により反応可能な水素発生物質が所定量に達すると前記第2の溶液吐出口群を構成する前記溶液吐出口から前記反応用溶液が吐出されることを特徴とする請求項1に記載の水素発生装置。 The solution discharge port includes a first solution discharge port group composed of a plurality of the solution discharge ports with the shortest distance from an edge of the hydrogen generating material, and the first solution discharge port group next to the first solution discharge port group. A second solution discharge port group composed of a plurality of the solution discharge ports with a short distance from the edge of the hydrogen generating substance,
The reaction solution is discharged from the solution discharge port constituting the first solution discharge port group, and the reaction is performed by the reaction solution discharged from all the solution discharge ports constituting the first solution discharge port group. 2. The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the reaction solution is discharged from the solution discharge ports constituting the second solution discharge port group when a possible amount of the hydrogen generating substance reaches a predetermined amount .
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