專(zhuān)利名稱：氫產(chǎn)生方法、氫產(chǎn)生裝置及燃料電池設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于向燃料電池、所謂氫發(fā)動(dòng)機(jī)的需要?dú)涞难b置或氫 貯藏容器高效率地供給氫的氫產(chǎn)生方法以及氫產(chǎn)生裝置。另外，本發(fā)明還涉及裝備有可以高效率地供給氫的氫產(chǎn)生裝置的 燃料電池設(shè)備。
背景技術(shù)：
由于近年來(lái)重視能源問(wèn)題及環(huán)境問(wèn)題，在石化燃料以外作為排出 物清潔的燃料，對(duì)氫的期待愈加提高?？墒?，對(duì)于氫來(lái)說(shuō)，在制造、 貯藏、搬運(yùn)、利用技術(shù)等所有方面都存在課題，處理技術(shù)的開(kāi)發(fā)乃是 當(dāng)務(wù)之急。作為利用氫的發(fā)電裝置，可以舉出燃料電池或內(nèi)燃機(jī)(以下稱為 氫發(fā)動(dòng)機(jī))。這些發(fā)電裝置以地域分散電源、高樓、家庭、汽車(chē)、便攜 儀器等所有業(yè)種為對(duì)象。在任何情況都需要快速地供給規(guī)定量的氫， 而且，特別是在汽車(chē)或便攜儀器中設(shè)置發(fā)電裝置的空間關(guān)系上，以及 為了高效率地向消耗電力的裝置輸送所發(fā)電的電力，要求將氫供給器 及氫產(chǎn)生材料做成高氫貯藏密度，利用低能量產(chǎn)生氫?，F(xiàn)有技術(shù)中，作為用低能量得到氫的方法，已知有水解被稱為化 學(xué)水合物的絡(luò)合氫化物(錯(cuò)體水素化物)的方法。已知有例如將作為 絡(luò)合氫化物的一種的氫化硼鋰或氫化硼鈉、氫化鋁鋰、氫化鋁鈉溶解 在堿水溶液中、將該水溶液供給向貴金屬催化劑并與其接觸、引起氫 產(chǎn)生反應(yīng)的方法，將水或醇供給向絡(luò)合氫化物、引起氫產(chǎn)生反應(yīng)的方 法等(例如參照專(zhuān)利文獻(xiàn)l)。此時(shí)，氫產(chǎn)生反應(yīng)的反應(yīng)物是絡(luò)合氫化物和水，催化劑有促進(jìn)氫 產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的效果。
專(zhuān)利文獻(xiàn)1:日本特開(kāi)2003-206101號(hào)公報(bào)(第4-6頁(yè)、圖1)發(fā)明要解決的課題然而，按現(xiàn)有的方法，在堿水溶液中溶解絡(luò)合氬化物并使之反應(yīng) 時(shí)，存在如下問(wèn)題絡(luò)合氫化物和貴金屬催化劑的接觸概率歷時(shí)變化， 絡(luò)合氫化物的堿水溶液的供給控制會(huì)變得復(fù)雜；氫產(chǎn)生反應(yīng)的控制會(huì) 變得困難；相對(duì)于絡(luò)合氫化物的總重量的氫產(chǎn)生量(以下作為反應(yīng)效 率)小。這是因?yàn)椋鐨浠疴c水溶液的濃度若超過(guò)12重量％,則 生成物的偏硼酸鈉水合并析出，故而要使氫化硼鈉與催化劑均勻且高 效地接觸變得困難。另外，當(dāng)使用向絡(luò)合氫化物供給水或醇的方法時(shí)，由于反應(yīng)速度 慢，很難按發(fā)電裝置所需要的速度來(lái)獲得氫。在該方法中，雖能可通 過(guò)提高水或醇的供給量來(lái)提高反應(yīng)速度，但由于相對(duì)于水或醇的絡(luò)合 氫化物的量變得極少，所以產(chǎn)生了整個(gè)反應(yīng)物的單位重量的氫產(chǎn)生量 (以下作為氫貯藏密度)變小的問(wèn)題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明是鑒于上述狀況提出的，本發(fā)明的目的在于提供一種氫產(chǎn) 生方法以及氫產(chǎn)生裝置，其能均勻且高效地使絡(luò)合氫化物和催化劑接 觸，能按所要求的速度產(chǎn)生氫，而且成為高反應(yīng)效率及高氫貯藏密度。另外，本發(fā)明是鑒于上述狀況提出的，本發(fā)明的目的在于提供一 種燃料電池設(shè)備，其裝備有氫產(chǎn)生裝置，該氫產(chǎn)生裝置能均勾且高效 地使絡(luò)合氫化物和催化劑接觸，能按所要求的速度產(chǎn)生氫，而且成為 高反應(yīng)效率及高氫貯藏密度。解決課題的方法用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第一方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氬產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氫化物、產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)于所述絡(luò)合氫化物的重量，使在供向 所述絡(luò)合氬化物的所述促進(jìn)劑水溶液中包含的水的總重量在0.2倍以 上3倍以下。
本發(fā)明的第二方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在第一方面所述的氫產(chǎn)生方法中，使所述水的總重量在1.0倍以上3倍以下。由此，在絡(luò)合氫化物和水反應(yīng)的氫產(chǎn)生反應(yīng)中，借助促進(jìn)劑水溶 液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因此，與少的水量無(wú)關(guān) 地，反應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率沒(méi)有變化， 能均勻地接觸。而且，相對(duì)促進(jìn)劑水溶液及絡(luò)合氫化物的重量，可以 得到9重量％，可以得到高的氫貯藏密度。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第三方面所述的氬產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氫化物、產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促進(jìn)劑使用金屬氯化物，所述金 屬氯化物的濃度為0.1重量％以上40重量％以下。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第四方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氫化物、產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促進(jìn)劑使用金屬氯化物，所述金 屬氯化物的濃度為0.1重量％以上25重量％以下。而且，作為金屬氯化物的濃度最好為1重量％以上15重量％以下。 由此，在絡(luò)合氫化物和水反應(yīng)的氫產(chǎn)生反應(yīng)中，借助促進(jìn)劑水溶 液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因此，與少的水量無(wú)關(guān) 地，反應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率沒(méi)有變化， 能均勻地接觸。而且，水溶性的促進(jìn)劑在水溶液中均勻地分散，能使 絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率保持一定。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第五方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氬化物、產(chǎn)生氬時(shí)，作為所述促進(jìn)劑使用酸，所述促進(jìn)劑水溶 液的pH為1以上3以下。而且，最好使促進(jìn)劑水溶液的pH為1.4以上2以下。由此，在絡(luò)合氫化物和水反應(yīng)的氫產(chǎn)生反應(yīng)中，借助促進(jìn)劑水溶
液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因此，與少的水量無(wú)關(guān) 地，反應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率不變，能 均勻地接觸。而且，在酸性度高的條件下，雖然酸的水溶液的體積或 重量變大，但在另一方面卻能夠提高反應(yīng)效率，作為其結(jié)果，可以使 單位體積或單位重量的氫貯藏密度變高。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第六方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氫化物、產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促進(jìn)劑使用金屬氯化物及酸，所述金屬氯化物的濃度為0.1重量％以上25重量％以下，同時(shí)，所述促 進(jìn)劑水溶液的pH為1以上3以下。由此，在絡(luò)合氫化物和水反應(yīng)的氬產(chǎn)生反應(yīng)中，利用促進(jìn)劑水溶 液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因而，與水量少無(wú)關(guān)地， 反應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率不變，能均勻 地接觸。而且，水溶性的促進(jìn)劑在水溶液中均勻地分散，能使絡(luò)合氫 化物和促進(jìn)劑的接觸概率保持一定，同時(shí)，在酸性度高的條件下，雖 然酸的水溶液的體積或重量變大，但另一方面，由于反應(yīng)效率提高， 作為其結(jié)果，可以使單位體積或單位重量的氫貯藏密度變高。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第七方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氬化物、產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)所述絡(luò)合氫化物的重量，使在供給向 所述絡(luò)合氬化物的所述促進(jìn)劑水溶液中包含的水的總重量在0.2倍以 上3倍以下，作為所述促進(jìn)劑使用金屬氯化物，所述金屬氯化物的濃 度為0.1重量％以上25重量％以下。由此，在絡(luò)合氬化物和水反應(yīng)的氬產(chǎn)生反應(yīng)中，利用促進(jìn)劑水溶 液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因此，與水量少無(wú)關(guān)地， 反應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氬化物和促進(jìn)劑的接觸概率不變，能均勻地接觸。而且，向?qū)τ诖龠M(jìn)劑水溶液及絡(luò)合氫化物的重量，可以得到9重量％,可以得到高氫貯藏密度，同時(shí)，水溶性的促進(jìn)劑在水溶液 中均勻地分散，能使絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率保持一定。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第八方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氬化物、產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)所述絡(luò)合氫化物的重量，使在供給向 所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液中包含的水的總重量在0.2倍以 上3倍以下，作為所述促進(jìn)劑使用酸，所述促進(jìn)劑水溶液的pH為1 以上3以下。由此，在絡(luò)合氫化物和水反應(yīng)的氫產(chǎn)生反應(yīng)中，利用促進(jìn)劑水溶 液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因而，盡管水量少，反 應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率不變，能均勻地 接觸。而且，向?qū)τ诖龠M(jìn)劑水溶液及絡(luò)合氫化物的重量，可以得到9 重量％，可以得到高氫貯藏密度，同時(shí)，雖在酸性度高的條件下，酸 的水溶液的體積或重量變大，但另一方面，由于反應(yīng)效率提高，作為 結(jié)果，可以使單位體積或單位重量的氫貯藏密度變高。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第九方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給 向絡(luò)合氫化物、產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)于所述絡(luò)合氫化物的重量，使在供給 向所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液中包含的水的總重量在0.2倍 以上3倍以下，作為所述促進(jìn)劑使用金屬氯化物以及酸，所述金屬氯 化物的濃度為0.1重量％以上25重量％以下，同時(shí)，所述促進(jìn)劑水溶 液的pH為1以上3以下。由此，在絡(luò)合氫化物和水反應(yīng)的氫產(chǎn)生反應(yīng)中，利用促進(jìn)劑水溶 液，可以將促進(jìn)反應(yīng)的促進(jìn)劑和水一起供給向絡(luò)合氫化物，在絡(luò)合氫 化物和水反應(yīng)時(shí)，經(jīng)常向反應(yīng)部供給促進(jìn)劑。因而，盡管水量少，反 應(yīng)速度可以加快，且絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑的接觸概率不變，能均勻地 接觸。而且，相對(duì)于促進(jìn)劑水溶液及絡(luò)合氫化物的重量，可以得到9
重量％，可以得到高氫貯藏密度，同時(shí)，雖在酸性度高的條件下，酸 的水溶液的體積或重量變大，但另一方面，由于反應(yīng)效率提高，作為 結(jié)果，可以使單位體積或單位重量的氫貯藏密度變高。本發(fā)明的第十方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第一方面至第九方面的 任一方面中所述的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，所述絡(luò)合氫化物是氫 化硼酸鹽。本發(fā)明的第十一方面所述的氫產(chǎn)生方法，在如第五、六、八、九 方面的任一方面中所述的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，所述酸是有機(jī) 酸。本發(fā)明的第十二方面所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在如第十 一方面所述的氫產(chǎn)生方法中，所述酸是羧酸。羧酸最好是由檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸、酒石酸、丙二酸、草酸、 馬來(lái)酸組成的群中所包含的至少一種。這些酸沒(méi)有揮發(fā)性，可以調(diào)制 穩(wěn)定的酸水溶液。本發(fā)明的第十三方面所述的氫產(chǎn)生方法，在如第一方面至第十二 方面的任一方面中所述的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，在所述氫產(chǎn)生 反應(yīng)的所述促進(jìn)劑或所述絡(luò)合氫化物的至少 一方中含有消泡劑。由此，絡(luò)合氫化物和促進(jìn)劑水溶液的接觸變得容易進(jìn)行。也就是 說(shuō)，向絡(luò)合氫化物供給促進(jìn)劑水溶液時(shí)，特別是在高氫化硼酸鹽比例 的情況下，反應(yīng)后水量下降，生成物的粘性變得非常高，大量產(chǎn)生巻 入有氫或絡(luò)合氫化物、生成物的泡，但利用消泡劑的效果可容易消泡。 該結(jié)果，可以抑制由促進(jìn)劑水溶液和絡(luò)合氬化物的泡導(dǎo)致的接觸阻礙 以及反應(yīng)速度或反應(yīng)效率的下降。另外，由于通過(guò)消泡可以抑制泡的流出，故可以使收納絡(luò)合氫化物的反應(yīng)容器的體積變小，提高氫]i&藏 密度。本發(fā)明的第十四方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第一至第十三方面的 任一方面中所述的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，使供向所述絡(luò)合氫化 物的所述促進(jìn)劑水溶液與氬產(chǎn)生反應(yīng)的固體促進(jìn)劑接觸。本發(fā)明的第十五方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第十四方面所述的氫 產(chǎn)生方法中，其特征在于，所述固體促進(jìn)劑包含與所述促進(jìn)劑水溶液 的促進(jìn)劑同種的促進(jìn)劑。由于即使促進(jìn)劑水溶液和絡(luò)合氫化物混合，也不是所有的反應(yīng)物 即刻反應(yīng)，故首先形成反應(yīng)物和已經(jīng)生成的生成物混合的混合水溶液。 該水溶液由于含有絡(luò)合氫化物，故引起氫產(chǎn)生反應(yīng)。反應(yīng)速度由于和 促進(jìn)劑水溶液剛剛供給后相比變慢，故可以通過(guò)與以固體保持的固體 促進(jìn)劑接觸，使反應(yīng)速度增加。另外，促進(jìn)劑水溶液中的促進(jìn)劑和固 體促進(jìn)劑的種類(lèi)不論是同類(lèi)、異類(lèi)。本發(fā)明的第十六方面所述的氫產(chǎn)生方法，在如第十四方面中所述 的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，所述固體促進(jìn)劑是貴金屬或氬吸附合 金。作為貴金屬，可以使用銥、鋨、4巴、釕、銠、鉑、金等。貴金屬 或氫吸附合金顯示有關(guān)絡(luò)合氬化物的水解反應(yīng)的催化劑作用。因此， 當(dāng)使貴金屬或氫吸附合金與混合水溶液接觸時(shí)，可以使反應(yīng)速度增加。 由于所述的金屬或合金系的催化劑沒(méi)有溶解在混合溶液中，故可以不 依靠混合溶液的液性而顯示一定的催化劑效果，能夠穩(wěn)定地產(chǎn)生氬。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第十七方面所述的氫產(chǎn)生方法是在 將在如第一至第九方面的任一方面中所述的促進(jìn)劑水溶液]i&藏在水溶 液Ji&藏部中，貯藏如第 一至第九方面的任一方面中所述的絡(luò)合氫化物， 同時(shí)，由引起氫反應(yīng)的反應(yīng)部組成的氫供給器產(chǎn)生氫，通過(guò)供給管或 閥向外部裝置供給氫，在該氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，向絡(luò)合氬化 物供給促進(jìn)劑水溶液以產(chǎn)生氫。由此，通過(guò)促進(jìn)劑水溶液的供給和停止進(jìn)行氫產(chǎn)生反應(yīng)的開(kāi)始和 停止的控制，從而反應(yīng)控制變得容易。本發(fā)明的第十八方面所述的氫產(chǎn)生方法，在如第十七方面中所述 的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，具有將在所述外部裝置中的設(shè)定氫 壓加上所述供給管或所述閥中損失的壓力而得的值作為基準(zhǔn)壓，在所 述外部裝置的內(nèi)壓降低到所述設(shè)定氫壓以下、所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓下降到 所述基準(zhǔn)壓以下時(shí)，向所述第二氫產(chǎn)生材料供給所述促進(jìn)劑水溶液的 第一工序；在所述促進(jìn)劑水溶液中溶解第二氫產(chǎn)生材料并產(chǎn)生氫的第 二工序；以及從所述反應(yīng)部向所述外部裝置的氫供給壓變得比基準(zhǔn)壓 高時(shí)，停止所述促進(jìn)劑水溶液的供給的第三工序；按順序反復(fù)進(jìn)行從 所述第一工序到所述第三工序。由此，當(dāng)在外部裝置中消耗氫時(shí)，就能與消耗速度連動(dòng)產(chǎn)生并供 給氫。氫產(chǎn)生反應(yīng)通過(guò)將促進(jìn)劑水溶液供給至絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生，但 此時(shí)的氫產(chǎn)生量由包含在促進(jìn)劑水溶液中的水量決定。因而，根據(jù)反 應(yīng)部?jī)?nèi)壓和基準(zhǔn)壓的差供給促進(jìn)劑水溶液、停止供給時(shí)，可間斷地供 給在外部裝置中消耗所要的氫量，可以很容易地控制氫供給量。本發(fā)明的第十九方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第十八方面中所述的 氬產(chǎn)生方法中，其特征在于，所述促進(jìn)劑水溶液被供向所述絡(luò)合氫化 物后，至少一次地使氫產(chǎn)生速度上升到在所述外部裝置中的氫消耗速 度以上。由此，能使反應(yīng)部或外部裝置的內(nèi)壓增加，可以反復(fù)進(jìn)行從第一 工序到第三工序的 一 系列的流程。由于促進(jìn)劑水溶液的供給量由內(nèi)壓 的增加狀況決定，所以在迅速引起氫產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)供給量為少量，但由 于生成物覆蓋絡(luò)合氫化物而使得促進(jìn)劑水溶液和絡(luò)合氫化物的接觸緩 慢、或反應(yīng)部的溫度變低時(shí)，氫產(chǎn)生反應(yīng)的速度下降，所以使促進(jìn)劑 水溶液的供給量變多，氫產(chǎn)生速度加快。本發(fā)明的笫二十方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第十九方面所述的氫 產(chǎn)生方法中，其特征在于，所述反應(yīng)部的內(nèi)壓比所述基準(zhǔn)壓高0.3kPa ■kPa。由此，由于反應(yīng)部的內(nèi)壓不會(huì)過(guò)大，故可以安全地進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的第二H"—方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第十八方面所述的 氬產(chǎn)生方法中，其特征在于，用所述氫供給器的容積除包含在所述促 進(jìn)劑水溶液中的水和所述絡(luò)合氫化物反應(yīng)生成的化學(xué)計(jì)量氫生成量、 算出理論氫壓時(shí)，設(shè)定在進(jìn)行一次所述第 一工序時(shí)供給的所述促進(jìn)劑水溶液的供給量，4吏得所述理論氫壓成為5kPa 300kPa。由此，可以抑制氬供給器內(nèi)的壓力過(guò)度上升，并可以進(jìn)行安全的 運(yùn)轉(zhuǎn)。本發(fā)明的第二十二方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第十七至二十一方 面中任一方面所述的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，在所述氬供給器中 產(chǎn)生的氫作為供給至燃料電池的負(fù)極室的氫使用。本發(fā)明的第二十三方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第二十二方面所述 的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，燃料電池的設(shè)定氫壓是燃料電池的正極室的壓力以上且比正極室的壓力高0.3MPa的壓力以下。由此，在正極室和負(fù)極室間存在的電解質(zhì)中，從正負(fù)兩極室施加 的壓力差最大也在0.305MPa ~ 0.6MPa的范圍內(nèi)。當(dāng)從該壓力差中減 去在燃料電池中消耗的氫的量時(shí)，加在電解質(zhì)上的應(yīng)力可以為電解質(zhì) 的耐久性以下。本發(fā)明的第二十四方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第二十三方面所述 的氫產(chǎn)生方法中，其特征在于，對(duì)所述促進(jìn)劑水溶液施加所述基準(zhǔn)壓， 在連接所述水溶液貯藏部和所述反應(yīng)部的導(dǎo)管上具有止回閥，當(dāng)所述 反應(yīng)部?jī)?nèi)壓下降到所述基準(zhǔn)壓以下時(shí)，利用壓差打開(kāi)所述止回閥，所 述促進(jìn)劑水溶液供向所述絡(luò)合氬化物，當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓上升到所述 基準(zhǔn)壓以上時(shí)，利用壓差關(guān)閉所述止回閥，所述促進(jìn)劑水溶液停止。由此，無(wú)需采用壓力傳感器將壓力轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、供給促進(jìn)劑水 溶液這樣的電檢測(cè)、控制方法。也就是說(shuō)，根據(jù)止回閥，止回閥的閥 體可以檢測(cè)隨著反應(yīng)部?jī)?nèi)壓和基準(zhǔn)壓的差的力的變化而自動(dòng)開(kāi)閥、關(guān) 閥，并可以按照施加在促進(jìn)劑水溶液上的基準(zhǔn)壓和反應(yīng)部?jī)?nèi)壓的差， 供給、停止促進(jìn)劑水溶液。本發(fā)明的第二十五方面所述的氫產(chǎn)生方法在如第二十三方面所述 的氫產(chǎn)生方法中，所述促進(jìn)劑水溶液被加重，在連接所述水溶液貯藏 部和所述反應(yīng)部的導(dǎo)管上具有調(diào)節(jié)器，當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓降低到所述 基準(zhǔn)壓以下時(shí)，所述調(diào)節(jié)器開(kāi)閥，所述促進(jìn)劑水溶液被供向所述絡(luò)合 氫化物，當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓上升到所述基準(zhǔn)壓以上時(shí)，所述調(diào)節(jié)器閉 閥，所述促進(jìn)劑水溶液停止。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第二十六方面所述的氫產(chǎn)生裝置，
其特征在于，裝備有用于貯藏作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促 進(jìn)劑水溶液的水溶液貯藏部，水溶液貯藏部經(jīng)由供給管連接在|&藏絡(luò) 合氫化物的氫供給器上，在氬供給器上連接消耗由氫供給器所產(chǎn)生的 氫的外部裝置，在供給管上裝有閥部件，該閥部件根據(jù)與氫的消耗相 對(duì)應(yīng)的氫供給器的壓力以及水溶液貯藏部的壓力來(lái)容許促進(jìn)劑水溶液 的流通，在所述水溶液貯藏部中，貯藏著在第一至十六方面中任一方 面所述的氫產(chǎn)生方法的促進(jìn)劑水溶液。用于達(dá)到上述目的的本發(fā)明的第二十七方面所述的燃料電池設(shè) 備，其特征在于，在第二十六方面所述的氫產(chǎn)生裝置的氫供給器與燃 料電池的負(fù)極室連接，所產(chǎn)生的氫被供給向所述負(fù)極室。發(fā)明的效果在本發(fā)明中，可以提供一種控制容易的氫產(chǎn)生方法及氫產(chǎn)生裝置， 其通過(guò)向絡(luò)合氫化物供給促進(jìn)劑水溶液，能夠?qū)⒆鳛闅洚a(chǎn)生反應(yīng)的反 應(yīng)物的水和用于提高反應(yīng)速度的促進(jìn)劑同時(shí)供向絡(luò)合氫化物，可以使 促進(jìn)劑和絡(luò)合氫化物均勻且高效地接觸，使氫產(chǎn)生速度增加，提高反 應(yīng)效率及氫貯藏密度。另外，能提供一種燃料電池設(shè)備，其裝備有可以使氫產(chǎn)生速度增 加、提高反應(yīng)效率及氫貯藏密度、控制容易的氫產(chǎn)生裝置。


圖1是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的氫產(chǎn)生方法的工序流程圖。圖2是本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方式的裝備有氫產(chǎn)生裝置的燃料電池設(shè)備 的概略結(jié)構(gòu)圖。圖3是表示使用根據(jù)本發(fā)明的氫產(chǎn)生方法的運(yùn)轉(zhuǎn)氫供給器和燃料 電池時(shí)的氫供給器內(nèi)壓變化和燃料電池的輸出電壓的歷時(shí)變化的曲線 圖。圖4是表示在蘋(píng)果酸水溶液中溶解了氫化硼鈉時(shí)的反應(yīng)效率的蘋(píng) 果酸濃度依存性的曲線圖。圖5是表示反應(yīng)效率的氫化硼鈉濃度依存性的曲線圖。
圖6是表示反應(yīng)效率的蘋(píng)果酸的pH值的依存性的曲線圖。 圖7是說(shuō)明促進(jìn)劑水溶液及促進(jìn)劑以及固體促進(jìn)劑的組合的表。 圖8是表示反應(yīng)效率的氯化鎳濃度的依存性的曲線圖。 圖9是表示沒(méi)有收納固定催化劑時(shí)的氫產(chǎn)生壓力的歷時(shí)變化的曲 線圖。圖10是表示收納了固定催化劑時(shí)的氫產(chǎn)生壓力的歷時(shí)變化的曲 線圖。圖11是本發(fā)明第一實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖12是本發(fā)明第二實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖13是本發(fā)明第三實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖14是本發(fā)明第一實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖15是本發(fā)明第二實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖16是本發(fā)明第四實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖17是本發(fā)明第五實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖18是本發(fā)明第六實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖19是本發(fā)明第三實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖20是本發(fā)明第四實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)圖。 圖21是本發(fā)明第五實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)圖。 附圖標(biāo)記說(shuō)明1反應(yīng)部2水溶液貯藏部3連接管4止回閥5大氣取入口6燃料電池的陽(yáng)極室7氫供給管Sl第一工序S2第二工序S3第三工序具體實(shí)施方式
下面，根據(jù)附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的實(shí)施方式。圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的氫產(chǎn)生方法的工序流程圖。如圖所示，第一工序Sl是檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)壓比基準(zhǔn)壓低、向反應(yīng)器 供給促進(jìn)劑水溶液的工序。第二工序S2是在促進(jìn)劑水溶液中溶解絡(luò)合 氫化物、引起氫產(chǎn)生反應(yīng)的工序。第三工序S3是檢測(cè)反應(yīng)器內(nèi)壓比基 準(zhǔn)壓高、停止供給促進(jìn)劑水溶液的工序。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行從第一工序Sl 到第三工序S3的流程，可以連續(xù)供給氫。在本實(shí)施方式中，作為促進(jìn) 劑水溶液的促進(jìn)劑使用蘋(píng)果酸，作為絡(luò)合氫化物使用氫化硼鈉。圖2表示本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的裝有氫產(chǎn)生裝置的燃料電池設(shè) 備的概略結(jié)構(gòu)。如圖所示，氫供給器包括貯藏作為絡(luò)合氫化物的氫化硼鈉并引 起氫產(chǎn)生反應(yīng)的反應(yīng)部1、和貯藏作為促進(jìn)劑水溶液的蘋(píng)果酸水溶液 的水溶液貯藏部2;反應(yīng)部1和水溶液貯藏部2利用連接管3連接。 在連接管3上設(shè)有作為閥的止回閥4，在水溶液貯藏部2中設(shè)有用于 取入大氣的大氣取入口 5。進(jìn)而，反應(yīng)部1和作為燃料電池負(fù)極室的 陽(yáng)極室6由氫供給管7連接，從反應(yīng)部1向陽(yáng)極室6供給氫。燃料電 池是固體高分子型燃料電池，形成為被供給至陽(yáng)極室6的氫不向外部 放出的結(jié)構(gòu)。蘋(píng)果酸水溶液向反應(yīng)部1的供給、停止的控制根據(jù)圖l進(jìn)行。作 為用于使燃料電池動(dòng)作的設(shè)定氫壓，將陽(yáng)極室6的內(nèi)壓設(shè)定為大氣壓。 這是由于在用陽(yáng)極和陰極夾持的固體高分子膜上，從陰極側(cè)施加大氣 壓，從陽(yáng)極側(cè)施加陽(yáng)極室6內(nèi)壓，使兩者的壓力差變小，以將固體高 分子膜的應(yīng)力抑制得較低?；鶞?zhǔn)壓是在設(shè)定氫壓上加上由氫供給管7 導(dǎo)致的損失壓力的值。其中，在本實(shí)施例中，由于氫供給管7足夠粗 而短，不產(chǎn)生壓力損失，使基準(zhǔn)壓成為與設(shè)定氫壓同樣的大氣壓。水溶液貯藏部2由于從大氣取入口 5流入的大氣而通常成為大氣 壓。另外，止回閥4的開(kāi)閥壓大致與0Pa相同，不產(chǎn)生蘋(píng)果酸水溶液
在連接管3中通過(guò)時(shí)的壓力損失。因而，根據(jù)反應(yīng)部l內(nèi)壓和大氣壓 的差決定蘋(píng)果酸水溶液的供給和供給停止。蘋(píng)果酸水溶液的供給、供 給停止的控制如圖1所示的工序流程圖那樣，以下將進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。第一工序Sl是這樣的工序，即，根據(jù)伴隨燃料電池發(fā)電的氬消耗， 陽(yáng)極室6及反應(yīng)部1的內(nèi)壓下降，當(dāng)反應(yīng)部1的內(nèi)壓比大氣壓低時(shí)， 根據(jù)反應(yīng)部1和水溶液貯藏部2的壓差向止回閥4的閥體施加送液方 向的力，止回閥4開(kāi)閥，向反應(yīng)部1供給蘋(píng)果酸水溶液。第二工序S2是發(fā)生氫產(chǎn)生反應(yīng)的工序。當(dāng)蘋(píng)果酸水溶液被供向反 應(yīng)部1時(shí)，蘋(píng)果酸水溶液與氫化硼鈉接觸，氫化硼鈉溶解在蘋(píng)果酸水 溶液中。氫化硼鈉在蘋(píng)果酸水溶液中與溶劑的水締合而發(fā)生氬產(chǎn)生反 應(yīng)。此時(shí)，溶解的蘋(píng)果酸作為均勻系催化劑起作用，顯示促進(jìn)氬化硼 鈉和水的反應(yīng)的作用。第三工序S3是這樣的工序，即，當(dāng)由氫產(chǎn)生導(dǎo)致反應(yīng)部1的內(nèi)壓 上升超過(guò)大氣壓時(shí)，反應(yīng)部1和水溶液貯藏部2根據(jù)壓差向止回閥4 的閥體施加朝向送液方向相反方向的力，止回閥4閉鎖，停止供給蘋(píng) 果酸水溶液。通過(guò)反復(fù)上述工序，可以對(duì)陽(yáng)極室6供給氫，而且，可以供給與 燃料電池的輸出電流對(duì)應(yīng)的氫。由于利用壓力開(kāi)關(guān)止回閥4，輸送蘋(píng) 果酸水溶液，故送液控制不需要電力。另外，在燃料電池的發(fā)電停止時(shí)，沒(méi)有氫消耗，反應(yīng)部l按定壓 得以保持。因而，不向反應(yīng)部l供給蘋(píng)果酸水溶液，不會(huì)發(fā)生新的氬 產(chǎn)生。也就是說(shuō)，可以在停止燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)的同時(shí)停止供給氫。圖3示出了用于表示使用了本發(fā)明的氫產(chǎn)生方法的運(yùn)轉(zhuǎn)氫供給器 和燃料電池時(shí)的氫供給器內(nèi)壓變化和燃料電池的輸出電壓的歷時(shí)變化 的曲線圖。使蘋(píng)果酸水溶液的濃度為25重量％,混合硅酮系消泡劑。 另外，使蘋(píng)果酸水溶液中的水分相對(duì)氫化硼鈉的比率為1.3。圖3的曲線圖表示反復(fù)發(fā)生由燃料電池的發(fā)電產(chǎn)生的反應(yīng)部1的 內(nèi)壓下降和由氫產(chǎn)生反應(yīng)產(chǎn)生的反應(yīng)部1的內(nèi)壓上升，確認(rèn)了本發(fā)明的氫產(chǎn)生方法。另外，判斷出此時(shí)的燃料電池的電壓是一定的，從氬
供給器供給所需量的氫。關(guān)于蘋(píng)果酸水溶液的供給量通過(guò)如下那樣設(shè)定。連接管3的反應(yīng) 部l側(cè)的端部是內(nèi)徑為100jam左右的噴嘴，蘋(píng)果酸水溶液在噴嘴前 端形成液滴后，向氫化硼鈉滴下，由此蘋(píng)果酸水溶液一次的供給量為 0.02g。從此，由化學(xué)計(jì)量計(jì)算出的因氫壓產(chǎn)生的氫供給器內(nèi)的壓力上 升是30kPa。另外，燃料電池使陰極向大氣開(kāi)放，通過(guò)自然對(duì)流進(jìn)行 氧擴(kuò)散供給。周?chē)鷾囟仁?5。C，不進(jìn)行電池的溫度調(diào)節(jié)。使輸出電力 固定在1W,進(jìn)行發(fā)電。由該系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)的結(jié)果，到運(yùn)轉(zhuǎn)結(jié)束時(shí)，轉(zhuǎn)換成氫的氫化硼鈉相對(duì) 整個(gè)氫化硼鈉是87%,此時(shí)的氫貯藏密度成為4.8重量％。如圖3所示，判斷出在系統(tǒng)內(nèi)，當(dāng)一邊因發(fā)電使系統(tǒng)內(nèi)壓下降一 邊供給蘋(píng)果酸水溶液時(shí)，壓力上升，所以可在一定范圍的壓力內(nèi)進(jìn)行 運(yùn)轉(zhuǎn)。壓力變動(dòng)幅度是-5kPaG +10kPaG,另外，由此得到的輸出電 壓的偏差小到數(shù)mV的程度。在此，基準(zhǔn)壓是OkPaG，而壓力下降到 -5kPa左右。這是由于在蘋(píng)果酸水溶液滴在氫化硼鈉上之前，為了在 噴嘴前端形成液滴而需要時(shí)間，在該期間壓力有所下降。另外，由蘋(píng) 果酸水溶液的一次供給量計(jì)算出的壓力上升是30kPa,由于同樣的理 由，壓力上限大致成為10kPa。根據(jù)圖4至圖6，說(shuō)明在圖3中的反應(yīng)條件的設(shè)定方法和設(shè)定理由。圖4示出了用于表示在蘋(píng)果酸水溶液中溶解氫化硼鈉時(shí)的反應(yīng)效 率的蘋(píng)果酸濃度依存性的曲線圖。如圖4所示，蘋(píng)果酸水溶液中的水分相對(duì)氫化硼鈉的比率是3。 另外，該測(cè)量不是將本發(fā)明的蘋(píng)果酸水溶液按每次都以微量供給的方 式供向氫化硼鈉的方法，而是按照由壓力容器內(nèi)壓算出在壓力容器內(nèi) 溶解所有的反應(yīng)物產(chǎn)生的氫量的方法而進(jìn)行。即使在pH3的0.1重量。/。程度下混合蘋(píng)果酸時(shí)，反應(yīng)效率也超過(guò)10%，進(jìn)而，蘋(píng)果酸濃度在 25重量％以上，當(dāng)為85%左右時(shí)飽和。蘋(píng)果酸即使是O.l重量％，作 為氫貯藏密度也是有效的，由于判斷出蘋(píng)果酸濃度為25重量％時(shí)氫貯
藏密度最大，故將蘋(píng)果酸濃度為25重量％作為條件進(jìn)行選擇。另外，圖5示出了表示反應(yīng)效率的氫化硼鈉濃度依存性的曲線圖。 該測(cè)定中的蘋(píng)果酸濃度為25重量％。另外，該測(cè)量利用和圖3設(shè)定蘋(píng) 果酸濃度時(shí)一樣的方法進(jìn)行。如圖5所示，據(jù)此，反應(yīng)效率在氫化硼鈉濃度低時(shí)為95%，是高 效率?？墒牵S著氫化硼鈉濃度上升，效率下降。另外，氫化硼鈉濃 度30重量％、即蘋(píng)果酸水溶液中的水分相對(duì)氫化硼鈉的比率為1.3時(shí)， 由氫放出量計(jì)算出的相對(duì)反應(yīng)物總重量的氫貯藏密度為4.4重量％, 成為最大，此時(shí)的反應(yīng)效率是81。/。。因而，由于判斷出蘋(píng)果酸水溶液 中的水分相對(duì)氫化硼鈉的比率為1.3、以及蘋(píng)果酸濃度為25重量％是 在本系統(tǒng)中具有最大的氫貯藏密度的條件，故選擇了該條件。另外，圖6示出了用于表示反應(yīng)效率的蘋(píng)果酸濃度的pH的依存 性的曲線圖。如圖6所示，反應(yīng)效率在pH下降到2以下時(shí)超過(guò)80%,是高效 率?？墒?，由于pH過(guò)低時(shí)反應(yīng)過(guò)于急速地產(chǎn)生，以及為了保持氫密 度，判斷出pH最好是l以上。另外，判斷出pH最好是1.4以上。另外，若pH超過(guò)3，則反應(yīng)效率成為30%以下，同時(shí)氫密度下 降。特別是在pH下降到1.4以下時(shí)、或者pH超過(guò)2時(shí)，反應(yīng)效率及 氬密度呈現(xiàn)下降的傾向。根據(jù)這些情況，可以說(shuō)蘋(píng)果酸濃度的pH最 好是1以上3以下。而且，蘋(píng)果酸濃度的pH可以說(shuō)是1.4以上2以 下更為適當(dāng)。以上發(fā)現(xiàn)了在利用氫化硼鈉的氫產(chǎn)生反應(yīng)的系統(tǒng)中，不用電力就 能進(jìn)行與燃料電池的電流相稱的氫的供給和氫產(chǎn)生反應(yīng)的控制、以及 提高氫貯藏密度。在圖7的表中除了上述實(shí)驗(yàn)結(jié)果外，還表示了使用其它促進(jìn)劑水 溶液時(shí)或在反應(yīng)部1中ji&藏固體促進(jìn)劑時(shí)的組合和反應(yīng)效率。(1):將溶解了 25重量％蘋(píng)果酸的水溶液、氫化硼鈉10g時(shí)的促 進(jìn)劑水溶液的促進(jìn)劑的量設(shè)成7.8g進(jìn)行燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)效率是 87%。若用蘋(píng)果酸水溶液的話，可以高反應(yīng)率得到氫，包含生成物的
水溶液的pH變低到9.5左右。(2) :將10重量％的氯化鎳水溶液、氫化硼鈉10g時(shí)的促進(jìn)劑水 溶液的促進(jìn)劑的量設(shè)成2.6g進(jìn)行燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)效率是91%。若 用氯化鎳水溶液的話，可以使催化劑量變少且反應(yīng)率提高。
(3) :將溶解了 15重量％蘋(píng)果酸、5重量％的氯化鎳的水溶液、 氫化硼鈉10g時(shí)的促進(jìn)劑水溶液的促進(jìn)劑的量做成5.3g進(jìn)行燃料電池 運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)效率是94%。若用蘋(píng)果酸及氯化鎳水溶液的話，可以提高 反應(yīng)率，減少催化劑量，包含生成物的水溶液的pH變成10.0左右。
(4) 作為促進(jìn)劑水溶液使用10重量％的氯化鎳水溶液，在反應(yīng) 部l作為固體促進(jìn)劑容納有固體的氯化鎳0.3g。將氫化硼鈉10g時(shí)的 促進(jìn)劑水溶液的促進(jìn)劑的量做成2.6g進(jìn)行燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)。在促進(jìn)劑水 溶液中溶解氫化硼鈉引起氫產(chǎn)生反應(yīng)時(shí)，初期顯示急速的反應(yīng)速度， 但隨時(shí)間推移反應(yīng)變得緩慢?？梢砸?jiàn)到如下的現(xiàn)象，即，反應(yīng)緩慢時(shí) 的反應(yīng)部位成為水溶液，該水溶液與固體的氯化鎳接觸時(shí)，固體的氯 化鎳溶解，氫產(chǎn)生反應(yīng)的速度增加。其結(jié)果，與不貯藏固體的氯化鎳 的情況相比較，反應(yīng)部1的內(nèi)壓下降到基準(zhǔn)壓以下的時(shí)間加長(zhǎng)，促進(jìn) 劑水溶液的水的反應(yīng)量變多。反應(yīng)效率是96%。
(5) :代替(4)的固體的氯化鎳，貯藏固體的氯化鈷0.3g。反應(yīng) 效率是96%。
(6) :代替(4)的固體的氯化鎳，收納固體的蘋(píng)果酸0.5g。反應(yīng) 效率是94%。
在(4) ~ (6)中，催化劑量增加了在反應(yīng)器內(nèi)固定了催化劑的 量，可以提高反應(yīng)率。(7) :代替(6)的10重量％的氯化鎳水溶液將20重量％的蘋(píng)果 酸水溶液作為促進(jìn)劑水溶液，氬化硼鈉10g時(shí)的促進(jìn)劑水溶液的促進(jìn) 劑的量做成5.8g進(jìn)行燃料電池運(yùn)轉(zhuǎn)。反應(yīng)效率是91%。
(8) :代替(7)的固體的蘋(píng)果酸，收納固體的氯化鈷0.3g。反應(yīng) 效率是92%。
(9) :代替(8)的固體的氯化鈷，作為貴金屬收納0.3g的鈀。 反應(yīng)效率是89%。在(7) ~ (9)中，可以使催化劑量減少，提高反應(yīng)率。另外， 可以使內(nèi)部壓力的變動(dòng)速度變小(參照后述的圖9)，可以得到高的安 全性和控制性。(10):在(3)的基礎(chǔ)上，在反應(yīng)部1中作為固體促進(jìn)劑收納固 體的氯化鎳0.3g。反應(yīng)效率是97%。在(10)中，催化劑量增加了在反應(yīng)器內(nèi)固定催化劑的量，可以 提高反應(yīng)率。因而，判斷出通過(guò)使用(l) ~ ( 10)的組合顯示了極高的反應(yīng)效 率、可以得到高氫貯藏密度。另外，作為金屬氯化物的鹽可以使用鈉、鉀、鋰，作為金屬可以 使用鐵。另外，作為絡(luò)合氫化物可以使用氫化鋁鹽。作為絡(luò)合氫化物 使用氧化還原電位比氫低的金屬時(shí)，使用酸作為促進(jìn)劑水溶液的促進(jìn) 劑。作為酸可以使用鹽酸、硫酸。而且，作為絡(luò)合氫化物可以使用兩 性金屬，此時(shí)，作為促進(jìn)劑水溶液使用堿性水溶液。作為兩性金屬使 用鋁、鋅、錫、鉛，作為堿性水溶液使用氫氧化鈉。如上所述，作為促進(jìn)劑水溶液的促進(jìn)劑，在(2)、(4) ~ (6)中， 作為金屬氯化物使用氯化鎳的水溶液。在此，氯化鎳設(shè)成0.1重量％ 以上40重量％以下，最好是0.1重量％以上到25，用圖8說(shuō)明反應(yīng)率 的氯化鎳的濃度依存性。圖8示出了表示反應(yīng)效率的氯化鎳的濃度依存性的曲線圖。當(dāng)評(píng) 價(jià)反應(yīng)效率、氫密度時(shí)，氯化鎳的濃度的下限以反應(yīng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)五分鐘 后的反應(yīng)初期的反應(yīng)率為根據(jù)；氯化鎳的濃度的上限以反應(yīng)結(jié)束時(shí)的 反應(yīng)效率的高度為根據(jù)。在圖中的縱軸左端的反應(yīng)效率及氫密度的值 不是完全不含氯化鎳時(shí)的值，而是加了氯化鎳的重量。/。，例如0.1重 量％以下的值?？梢耘袛喑龅氖?，如圖8所示，從反應(yīng)開(kāi)始經(jīng)過(guò)五分鐘后，在O.l 重量％以上的濃度區(qū)域成為10%以上的反應(yīng)效率，以高反應(yīng)率進(jìn)行反 應(yīng)。在到20重量％的濃度范圍內(nèi)形成高反應(yīng)效率和高氫密度，在到 25重量％的濃度范圍內(nèi)維持高的狀態(tài)。而且，若超過(guò)40重量％，反 應(yīng)效率以及氫密度維持在大致不變的狀態(tài)。因此，作為氯化鎳的濃度、 即金屬氯化物的濃度，將0.1重量％以上40重量％以下、進(jìn)而是O.l 重量％以上25重量％以下作為形成最佳值的條件而選擇。更好的是， 如圖8所示，由于判斷出在從1.0重量％到15重量％之間產(chǎn)生反應(yīng)效 率以及氫密度的峰值，所以作為金屬氯化物的濃度最好選擇1.0重量 %以上15重量°/。以下。根據(jù)圖9、圖10，說(shuō)明在反應(yīng)器中收納了固定催化劑(貴金屬或 氫吸附合金)時(shí)的反應(yīng)狀況。在圖9中示出了沒(méi)有收納固定催化劑時(shí) 的氫產(chǎn)生壓力(氫產(chǎn)生速度)的歷時(shí)變化，而在圖10中示出了收納有 固定催化劑時(shí)的氫產(chǎn)生壓力(氫產(chǎn)生速度)的歷時(shí)變化。作為具體條 件，圖9的情況是在圖7中所示的(1)中，假設(shè)發(fā)電電流為6A。而 且，圖10的情況是在圖7中所示的(7)中，假設(shè)發(fā)電電流為6A。圖9、圖IO是在燃料電池系統(tǒng)中在向氫化硼鈉滴下催化劑水溶液 時(shí)的反應(yīng)速度的不同。在此，曲線圖的傾斜度與氫產(chǎn)生速度和發(fā)電電 流相關(guān)。由于圖9、圖10的發(fā)電電流相同，故曲線的不同起因于氫產(chǎn) 生速度的不同。氫產(chǎn)生速度與催化劑量、供給的水的量相關(guān)，供給量 越多則越快。因而，當(dāng)供給促進(jìn)劑水溶液量時(shí)，曲線圖變成豎起。曲 線的一個(gè)周期與所供給的水的量、氫產(chǎn)生速度的變化及電流相關(guān)。供 給水量越多則一個(gè)周期越長(zhǎng)。另外，供給促進(jìn)劑水溶液后，氫產(chǎn)生速 度變化，直到氫產(chǎn)生速度比由于電流產(chǎn)生而產(chǎn)生的氫消耗速度小的時(shí) 間越短，則一個(gè)周期越短。下面比較兩圖。編號(hào)(a) ~ (c)為各自對(duì)應(yīng)的內(nèi)容。圖9(a) 由于氫化硼鈉和水溶液相遇會(huì)進(jìn)行反應(yīng)，所以反應(yīng)速度的變 化是圓滑的。因而，圖線圖的線上很少有細(xì)小的凹凸。(b) 豎起、下落是急劇的。這顯示了氫產(chǎn)生速度的變化速度大。(c) 一個(gè)周期短。供水量少。 圖10(a )在氫化硼鈉和水溶液相遇的基礎(chǔ)上，使反應(yīng)中的物質(zhì)與固定 在反應(yīng)器上的促進(jìn)劑接觸，進(jìn)行反應(yīng)。反應(yīng)中的物質(zhì)形成泡狀，在泡 表面上含有氫化硼鈉和水。由于反應(yīng)中的物質(zhì)是泡形狀，所以固定在 反應(yīng)器上的促進(jìn)劑和反應(yīng)中的物質(zhì)接觸的時(shí)刻各不相同。因而，在曲 線圖的線上，細(xì)小的凹凸變多。(b) 豎起、下落是緩慢的。這顯示氫產(chǎn)生速度的變化速度小。 因而，可以得到高的安全性和控制性。比起圖9豎起速度變慢的理由 可以舉出(i)由于促進(jìn)劑處在反應(yīng)器內(nèi)，在向氫化硼鈉供給促進(jìn)劑 水溶液的時(shí)刻的水和氫化硼鈉的接觸量變少；(ii)促進(jìn)劑水溶液的濃 度低。(c) 一個(gè)周期長(zhǎng)，但壓力變化量與圖9一樣。供水量多。是由于 豎起速度緩慢。在圖9、圖10中壓力不同，這是由于閥的閉閥壓不同。壓力的絕 對(duì)值與氫產(chǎn)生速度或發(fā)電電流等無(wú)關(guān)。也就是說(shuō)，由于即使混合促進(jìn)劑水溶液和氫化硼鈉，所有的反應(yīng) 物也不能立即反應(yīng)，所以，首先會(huì)形成反應(yīng)物和已生成的生成物混合 的混合水溶液。由于該水溶液包含氫化硼鈉，故引起氫產(chǎn)生反應(yīng)。由于反應(yīng)速度與促進(jìn)劑水溶液剛剛供給后相比變慢，所以通過(guò)與保持為 固體的固體促進(jìn)劑接觸，可以使反應(yīng)速度增加。因而，在容納了固體促進(jìn)劑時(shí)，可以使內(nèi)部壓力的變化速度小， 得到高安全性和控制性。另外，由于即使供給水量多，壓力變化量也 一樣，故即使不收納固體促進(jìn)劑時(shí)，也可認(rèn)為當(dāng)供給水量變少時(shí)壓力 變化量變小。由此，可以得到高的安全性和控制性。根據(jù)圖11 ~圖22說(shuō)明實(shí)施本發(fā)明的氫產(chǎn)生方法的氫產(chǎn)生裝置及 燃料電池設(shè)備的具體結(jié)構(gòu)。按圖中的說(shuō)明，工作材料(7 —夕)是絡(luò) 合氫化物，作為一例假設(shè)是氫化硼鈉。另外，反應(yīng)溶液是促進(jìn)劑水溶 液，作為一例假設(shè)是蘋(píng)果酸水溶液。而且，作為工作材料也可以適用 氫化硼鈉以外的絡(luò)合氬化物，作為反應(yīng)溶液也可以適用圖7中所例示 的促進(jìn)劑水溶液等。
圖11表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)，圖12 表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)，圖13表示本發(fā)明 第三實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖ll說(shuō)明第一實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置。氫產(chǎn)生裝置11裝有作為氫供給器的反應(yīng)腔12 (相當(dāng)圖1中的反 應(yīng)部1 ),在反應(yīng)腔12內(nèi)貯藏有作為氫產(chǎn)生反應(yīng)物的工作材料13 (例 如氫化硼鈉)。在反應(yīng)腔12中通過(guò)作為供給管的送液管14連接作為水 溶液貯藏部的溶液罐15，送液管14與作為溶液罐15的流體室的液室 16連接。在液室16中貯藏有作為促進(jìn)劑水溶液的反應(yīng)溶液17 (例如 蘋(píng)果酸水溶液)，液室16由可動(dòng)壁18間隔?？蓜?dòng)壁18通過(guò)壓縮彈簧19向液室16側(cè)加力，液室16纟皮推向可 動(dòng)壁18,被加壓。即，由于可動(dòng)壁18時(shí)常由壓縮彈簧19推壓，所以 在形成反應(yīng)溶液17在送液管14中流動(dòng)的條件時(shí)，就能推出反應(yīng)溶液 17。反應(yīng)溶液17從送液管14送到反應(yīng)腔12時(shí)，反應(yīng)溶液17和工作 材料13接觸發(fā)生氫生成反應(yīng)。而圖中的附圖標(biāo)記20是用于不妨礙可 動(dòng)壁18動(dòng)作的空氣取入口 。在反應(yīng)腔12中連接作為排出裝置的氫導(dǎo)管21,在氫導(dǎo)管21中設(shè) 有調(diào)節(jié)器22。利用調(diào)節(jié)器22調(diào)整來(lái)自反應(yīng)腔12的氫排出量。另外， 利用調(diào)節(jié)器22可以控制氫排出量，但使用定壓閥也可以按一定的氫壓 排出氫。另一方面，在送液管14中設(shè)置壓力調(diào)整用的壓力調(diào)整閥23,壓 力調(diào)整閥23是調(diào)整反應(yīng)溶液17成為容許流通狀態(tài)時(shí)的壓力的閥。反 應(yīng)溶液17成為容許流通狀態(tài)時(shí)的輸出壓成為壓力調(diào)整閥23開(kāi)閥時(shí)的 壓力(開(kāi)閥壓)。反應(yīng)腔12內(nèi)的壓力上升到開(kāi)岡壓以上時(shí)，壓力調(diào)整 閥23閉鎖，在反應(yīng)腔12內(nèi)的壓力低于開(kāi)閥壓時(shí)(失見(jiàn)定值以下)壓力 調(diào)整閥23打開(kāi)。即，液室16的內(nèi)壓被加壓，維持比壓力調(diào)整閥23打開(kāi)的壓力還 高(用于打開(kāi)壓力調(diào)整闊23的、超過(guò)反應(yīng)腔12的規(guī)定壓力值的壓力)， 壓力調(diào)整閥23l故成在反應(yīng)腔12的內(nèi)壓成為井見(jiàn)定值以下的定壓時(shí)、在 容許從液室16側(cè)向反應(yīng)腔12側(cè)的反應(yīng)溶液17的流通的狀態(tài)下閥體打 開(kāi)的結(jié)構(gòu)。壓力調(diào)整閥23例如是定壓閥，由作為溶液罐15的液室16側(cè)流路 的一次流路、作為反應(yīng)腔12側(cè)的流路的二次流路、在一次流路和二次 流路之間安裝的閥體、將外部壓力傳遞給閥的外壓傳遞路、和將反應(yīng) 腔12的內(nèi)壓傳遞給閥體的內(nèi)壓傳遞路構(gòu)成。另外，也可以做成如下結(jié)構(gòu)，即，通過(guò)用壁部件分隔溶液罐15 的液室16和反應(yīng)腔12而由一個(gè)容器部件構(gòu)成溶液罐15和反應(yīng)腔12, 在分隔液室16和反應(yīng)腔12的壁部件上形成連通孔，在連通孔中設(shè)置 壓力調(diào)整閥23。由此，不需要送液管14，可以削減部件的數(shù)量。說(shuō)明上述的氫產(chǎn)生裝置11的作用。從溶液罐15的液室16通過(guò)送液管14向反應(yīng)腔12輸送反應(yīng)溶液 17。在向液室16加壓的同時(shí)，在不生成氫的狀態(tài)下的反應(yīng)腔12的內(nèi) 壓設(shè)成打開(kāi)壓力調(diào)整閥23狀態(tài)的低壓力，通過(guò)送液管14輸送反應(yīng)溶 液17。在向反應(yīng)腔12輸送反應(yīng)溶液17時(shí)，反應(yīng)溶液17和工作材料13 接觸、反應(yīng)，生成氫。在生成氫時(shí)，反應(yīng)腔12的內(nèi)壓上升，高于壓力 調(diào)整閥23的開(kāi)閥壓(成為壓力調(diào)整閥23關(guān)閉的狀態(tài))。通過(guò)反應(yīng)腔 12的內(nèi)壓上升，壓力調(diào)整閥23成為閉閥狀態(tài)，停止從送液管14供給 反應(yīng)溶液17。不供給反應(yīng)溶液17時(shí)，反應(yīng)腔12中的氫產(chǎn)生反應(yīng)的反應(yīng)速度下 降，產(chǎn)生的氫從反應(yīng)腔12的氫導(dǎo)管21排出。通過(guò)反應(yīng)腔12的內(nèi)壓下 降，形成打開(kāi)壓力調(diào)整閥23狀態(tài)的低壓力。再次從溶液罐15的液室 16向反應(yīng)腔12輸送反應(yīng)溶液17，反應(yīng)溶液17和工作材料13接觸， 生成氫。在此，為了從溶液罐15的液室16輸送反應(yīng)溶液17，使用了加壓 裝置。即，可動(dòng)壁18利用壓縮彈簧19向液室16側(cè)加力，利用液室 16被可動(dòng)壁18推壓的加壓力輸送反應(yīng)溶液17。在反應(yīng)溶液17中，在 由壓縮彈簧19產(chǎn)生的經(jīng)由可動(dòng)壁18的加壓作用下，經(jīng)常施加從溶液 罐15排出的力。其中，根據(jù)壓縮彈簧19的位移量，壓力產(chǎn)生變化。相對(duì)反應(yīng)溶液17的排出速度的變化，通過(guò)裝有由反應(yīng)溶液17的 內(nèi)壓下降而開(kāi)閥、開(kāi)閥壓一定的壓力調(diào)整閥23,不管溶液罐15的液 室16的壓力，反應(yīng)溶液17的排出速度是一定的。另外，由于壓力調(diào) 整閥23根據(jù)反應(yīng)腔12的內(nèi)壓和外壓的關(guān)系進(jìn)行閥的開(kāi)關(guān)，且由于外 壓(具體地為大氣壓)是一定的，故反應(yīng)腔12的內(nèi)壓大致保持一定。因此，可以根據(jù)壓力狀態(tài)，不用動(dòng)力即可穩(wěn)定地向反應(yīng)腔12供給 反應(yīng)溶液17,生成氫。另外，通過(guò)用可動(dòng)壁18改變液室16的容積， 可以向液室16加壓，保持壓力調(diào)整閥23打開(kāi)的壓力狀態(tài)。另外，由 于形成用壓縮彈簧19的作用力推壓可動(dòng)壁18，故可以用極筒單的結(jié) 構(gòu)推壓可動(dòng)壁18。根據(jù)圖12說(shuō)明第二實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置。另外，對(duì)與圖ll所 示的部件相同的部件賦予相同的附圖標(biāo)記，并省略重復(fù)的說(shuō)明。第二實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置24代替圖11所示的氫產(chǎn)生裝置11的 壓縮彈簧19,裝有一對(duì)磁鐵25。即，利用磁鐵25的反作用力，可動(dòng) 壁18 #>向液室16側(cè)加力，液室16 ^皮推向可動(dòng)壁18、；故加壓。由于 可動(dòng)壁18經(jīng)常被用磁鐵25的反作用力推壓，在形成反應(yīng)溶液17在送 液管14中流動(dòng)的條件時(shí)，可以推出反應(yīng)溶液17。因而，氫產(chǎn)生裝置24可以用極簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)通過(guò)磁鐵25的磁力推 壓可動(dòng)壁18。根據(jù)圖3說(shuō)明第三實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置。另外，對(duì)與圖1、圖2 所示的部件相同的部件賦予相同的附圖標(biāo)記。氫產(chǎn)生裝置28裝有反應(yīng)腔12，在反應(yīng)腔12中貯藏有工作材料13。 在反應(yīng)腔12中借助送液管14連接溶液罐15,送液管14與溶液罐15 的液室16連接。在液室16中貯藏有反應(yīng)溶液17。在反應(yīng)腔12中連 接氫導(dǎo)管21,在氫導(dǎo)管21中設(shè)有調(diào)節(jié)器22。利用調(diào)節(jié)器22調(diào)整來(lái)自 反應(yīng)腔12的氫排出量。另一方面，在送液管14中設(shè)置壓力調(diào)整用的壓力調(diào)整閥23,壓 力調(diào)整閥23是調(diào)整反應(yīng)溶液17成為容許流通狀態(tài)時(shí)的壓力的閥。反 應(yīng)溶液17成為容許流通狀態(tài)時(shí)的輸出壓成為壓力調(diào)整閥23開(kāi)閥時(shí)的 壓力(開(kāi)閥壓)。反應(yīng)腔12內(nèi)的壓力上升到開(kāi)岡壓以上時(shí)，壓力調(diào)整 閥23閉鎖，在反應(yīng)腔12內(nèi)的壓力降低到開(kāi)閥壓以下時(shí)(規(guī)定值以下)， 壓力調(diào)整閥23打開(kāi)。而且，與送液管14不同地，利用壓力傳遞管26連接反應(yīng)腔12 和溶液罐15的液室16,在反應(yīng)腔12產(chǎn)生的氫通過(guò)壓力傳遞管26送 到溶液罐15的液室16。在壓力傳遞管26上設(shè)有止回閥27,通過(guò)止回 閥27只容許氫從反應(yīng)腔12流向液室16。即，氫不能從液室16流到 反應(yīng)腔12。將反應(yīng)溶液17供向反應(yīng)腔12的原理是利用因溶液罐15的內(nèi)壓上 升和在反應(yīng)腔12的減壓而產(chǎn)生的兩者的壓力差。通過(guò)在反應(yīng)腔12產(chǎn) 生氫、壓力上升，氫從反應(yīng)腔12流入溶液罐15，溶液罐15的內(nèi)壓上 升。另一方面，由于在反應(yīng)腔12中氫經(jīng)由調(diào)節(jié)器22從氫導(dǎo)管21向外 部排出，所以反應(yīng)腔12的壓力減少。因而，在溶液罐15和反應(yīng)腔12 產(chǎn)生壓力差，反應(yīng)溶液17向反應(yīng)腔12側(cè)移動(dòng)。說(shuō)明上述的氫產(chǎn)生裝置28的作用。從溶液罐15的液室16通過(guò)送液管14向反應(yīng)腔12輸送反應(yīng)溶液 17。在向液室16加壓的同時(shí)，在不生成氫的狀態(tài)下的反應(yīng)腔12的內(nèi) 壓成為打開(kāi)壓力調(diào)整閥23狀態(tài)的低壓力，通過(guò)送液管14輸送反應(yīng)溶 液17。在向反應(yīng)腔12輸送反應(yīng)溶液17時(shí)，反應(yīng)溶液17和工作材料13 接觸、反應(yīng)，生成氫。在生成氫時(shí)，反應(yīng)腔12的內(nèi)壓上升，上升到壓 力調(diào)整閥23的開(kāi)閥壓以上(成為壓力調(diào)整岡23關(guān)閉的狀態(tài))。通過(guò)反 應(yīng)腔12的內(nèi)壓上升，壓力調(diào)整閥23成為閉閥狀態(tài)，停止從送液管14 供給反應(yīng)溶液17。不供給反應(yīng)溶液17時(shí)，反應(yīng)腔12中的氫產(chǎn)生反應(yīng)的反應(yīng)速度下 降，產(chǎn)生的氫從反應(yīng)腔12的氫導(dǎo)管21排出。通過(guò)反應(yīng)腔U的內(nèi)壓下 降，形成打開(kāi)壓力調(diào)整閥23的狀態(tài)的低壓力。再次從溶液罐15的液 室16向反應(yīng)腔12輸送反應(yīng)溶液17，反應(yīng)溶液17和工作材料13接觸， 生成氫。在此，為了從溶液罐15的液室16輸送反應(yīng)溶液17,使用了加壓 裝置。即，當(dāng)在反應(yīng)腔12內(nèi)產(chǎn)生氫、壓力上升時(shí)，從壓力傳遞管26 向溶液罐15送氫，從反應(yīng)腔12向溶液罐15傳遞壓力。同時(shí)，從氬導(dǎo) 管21排出反應(yīng)腔12的氫時(shí)，反應(yīng)腔12的內(nèi)壓下降，用止回閥27維 持溶液罐15的內(nèi)壓比反應(yīng)腔12的內(nèi)壓高的狀態(tài)，溶液罐15成加壓狀 態(tài)，輸送反應(yīng)溶液17。因此，可以根據(jù)壓力狀態(tài)，不用動(dòng)力即可穩(wěn)定地向反應(yīng)腔12供給 反應(yīng)溶液17，生成氫。另外，可以通過(guò)借助壓力傳遞管26的止回閥 27流入的氫對(duì)溶液罐15加壓，保持壓力調(diào)整閥23打開(kāi)的壓力狀態(tài)。根據(jù)圖14、圖15說(shuō)明燃料電池設(shè)備。在圖14中表示本發(fā)明第一實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)， 在圖15中表示本發(fā)明第二實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)。圖14所示的燃料電池系統(tǒng)31是使圖11所示的氫產(chǎn)生裝置11與 燃料電池32連接的系統(tǒng)。即，在燃料電池32中裝有作為負(fù)極室的陽(yáng) 極腔33，陽(yáng)極腔33構(gòu)成與燃料電池組34的陽(yáng)極室連接的空間。陽(yáng)極 室是臨時(shí)保持在陽(yáng)極中消耗的氫的空間。陽(yáng)極腔33和反應(yīng)腔12由氫 導(dǎo)管21連接，在反應(yīng)腔12中產(chǎn)生的氬供向陽(yáng)極腔33的陽(yáng)極室。供給 陽(yáng)極室的氫在陽(yáng)極中的燃料電池反應(yīng)被消耗。在陽(yáng)極中的氫的消耗量 根據(jù)燃料電池32的輸出電流決定。另外，由于不需要設(shè)置裝在圖11所示的氫導(dǎo)管21上的調(diào)節(jié)器22, 故沒(méi)有安裝。上述的燃料電池系統(tǒng)31可以做成裝有不使用復(fù)雜的機(jī)構(gòu)或動(dòng)力 就能穩(wěn)定地供給反應(yīng)溶液17而生成氫的氫產(chǎn)生裝置11的燃料電池系 統(tǒng)31。圖15所示的燃料電池設(shè)備35是使圖13所示的氫產(chǎn)生裝置28與 燃料電池32連接的系統(tǒng)。即，在燃料電池32中裝有陽(yáng)極腔33，陽(yáng)極 腔33構(gòu)成與燃料電池組34的陽(yáng)極室連接的空間。陽(yáng)極室是臨時(shí)保持 在陽(yáng)極中消耗的氫的空間。陽(yáng)極腔33和反應(yīng)腔12由氫導(dǎo)管21連接，
在反應(yīng)腔12中產(chǎn)生的氫供向陽(yáng)極腔33的陽(yáng)極室。供給陽(yáng)極室的氫在 陽(yáng)極中的燃料電池反應(yīng)被消耗。在陽(yáng)極中的氫的消耗量根據(jù)燃料電池 32的輸出電流決定。另外，由于不需要設(shè)置裝在圖13所示的氫導(dǎo)管21上的調(diào)節(jié)器22， 故沒(méi)有安裝。上述的燃料電池設(shè)備35可以做成裝有不使用復(fù)雜的機(jī)構(gòu)或動(dòng)力 就能穩(wěn)定地供給反應(yīng)溶液17而生成氫的氫產(chǎn)生裝置24的燃料電池設(shè) 備35。在圖16中表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)，在 圖17中表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)，在圖18 中表示本發(fā)明第六實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置的概略結(jié)構(gòu)。根據(jù)圖16說(shuō)明第四實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置。氫產(chǎn)生裝置41裝有反應(yīng)腔42,在反應(yīng)腔42內(nèi)貯藏著工作材料43。 另外，在反應(yīng)腔42的內(nèi)部裝有溶液容器44,在溶液容器44中貯藏有 作為反應(yīng)流體的反應(yīng)溶液51。反應(yīng)腔42和溶液容器44用作為流體供 給路的送液管45連接，送液管45經(jīng)由反應(yīng)腔42的外部使反應(yīng)腔42 和溶液容器44連接。溶液容器44例如由聚丙烯制(可撓性材料樹(shù)脂或橡膠的薄膜、 片狀材料)的袋部件組成，在底部設(shè)有作為板材的加重板46。在加重 板46和反應(yīng)腔42的底壁間設(shè)有壓縮彈簧47，由壓縮彈簧47向加重 板46加力。另外，作為溶液容器44,在聚丙烯以外可以使用PET、 硅酮、硅橡膠、丁基橡膠、異戊二烯橡膠等可撓性材料。由于溶液容器44借助壓縮彈簧47及加重板46經(jīng)常被推壓，當(dāng)成 為反應(yīng)溶液51在送液管45中流動(dòng)的條件時(shí)，可以從溶液容器44推出 反應(yīng)溶液51。當(dāng)反應(yīng)溶液51被推出時(shí)，由于借助加重板46推壓溶液 容器44,袋部件變形，溶液容器44的體積減小，反應(yīng)腔42的容積相 應(yīng)地增加。反應(yīng)溶液51從送液管45送到反應(yīng)腔42時(shí)，反應(yīng)溶液51 和工作材料43接觸，在容積增加的反應(yīng)腔42中發(fā)生氫生成反應(yīng)。在反應(yīng)腔42中連接氫導(dǎo)管50，在氫導(dǎo)管50中設(shè)有調(diào)節(jié)器52。利 用調(diào)節(jié)器52可以調(diào)整來(lái)自反應(yīng)腔42的氫排出量。另外，利用調(diào)節(jié)器 52可以控制氫排出量，但也可利用定壓閥按一定的氬壓排出氫。另一方面，在反應(yīng)腔42的外部部位的送液管45中設(shè)置壓力調(diào)整 用的壓力調(diào)整閥53，壓力調(diào)整閥53是調(diào)整在反應(yīng)溶液51形成流通容 許狀態(tài)時(shí)的壓力的閥。反應(yīng)溶液51成為容許流通狀態(tài)時(shí)的輸出壓成為 壓力調(diào)整閥53開(kāi)閥時(shí)的壓力(開(kāi)閥壓)。反應(yīng)腔42內(nèi)的壓力上升到開(kāi) 閥壓以上時(shí)，壓力調(diào)整閥53閉鎖，反應(yīng)腔42內(nèi)的壓力下降到開(kāi)閥壓 以下時(shí)(規(guī)定值以下)，壓力調(diào)整閥13打開(kāi)。即，溶液容器44的內(nèi)壓被加壓，維持比壓力調(diào)整閥53打開(kāi)的壓 力還高(超過(guò)用于調(diào)整閥53打開(kāi)的反應(yīng)腔42的規(guī)定壓力值的壓力)， 壓力調(diào)整閥53j故成在反應(yīng)腔42的內(nèi)壓成為規(guī)定值以下的定壓時(shí)、在 容許從溶液容器44側(cè)向反應(yīng)腔42側(cè)的反應(yīng)溶液51的流通的狀態(tài)下閥 體打開(kāi)的結(jié)構(gòu)。壓力調(diào)整閥53例如是定壓閥，由作為溶液容器44側(cè)的流路的一 次流路、作為反應(yīng)腔42側(cè)的流路的二次流路、在一次流路和二次流路 間安裝的閥體、將外部的壓力傳給閥的外壓傳遞路、和將反應(yīng)腔42 的內(nèi)壓傳給閥體的內(nèi)壓傳遞路構(gòu)成。另外，經(jīng)由反應(yīng)腔42的外部用送液管45連接反應(yīng)腔42和溶液容 器44，但也可以將送液管45配置在反應(yīng)腔42的內(nèi)部。另外，還可以 在反應(yīng)腔42的內(nèi)部開(kāi)口的送液管45的噴嘴部設(shè)置止回閥。通過(guò)設(shè)置 止回閥，可以防止在反應(yīng)腔42中產(chǎn)生的氫或巻入氫的泡的逆流，減少 使用氫產(chǎn)生裝置41的姿勢(shì)的限制。說(shuō)明上述的氫產(chǎn)生裝置41的作用。從溶液容器44通過(guò)送液管45向反應(yīng)腔42輸送反應(yīng)溶液51。在 溶液容器44被加壓的同時(shí)，在沒(méi)有生成氫的狀態(tài)下反應(yīng)腔42的內(nèi)壓 是打開(kāi)壓力調(diào)整閥53的狀態(tài)的低壓力，通過(guò)送液管45輸送反應(yīng)溶液 51。在向反應(yīng)腔42輸送反應(yīng)溶液51時(shí)，反應(yīng)溶液51和工作材料43 接觸反應(yīng)，生成氫。生成氫時(shí)，反應(yīng)腔42的內(nèi)壓上升，上升到壓力調(diào)
整閥53的開(kāi)閥壓以上(成為壓力調(diào)整閥53關(guān)閉的狀態(tài))。通過(guò)反應(yīng)腔 42的內(nèi)壓上升，壓力調(diào)整閥53成為閉閥狀態(tài)，停止從送液管45供給 反應(yīng)溶液51。當(dāng)不供給反應(yīng)溶液51時(shí)，在反應(yīng)腔42中的氬產(chǎn)生反應(yīng)的反應(yīng)速 度下降，產(chǎn)生的氫從反應(yīng)腔42的氫導(dǎo)管50排出。通過(guò)反應(yīng)腔42的內(nèi) 壓下降，形成打開(kāi)壓力調(diào)整閥53的狀態(tài)的低壓力。再次從溶液容器 44向反應(yīng)腔42輸送反應(yīng)溶液51,反應(yīng)溶液51和工作材料43接觸生 成氫。在此，為了從溶液容器44輸送反應(yīng)溶液51，使用了加壓裝置。 即，利用壓縮彈簧47對(duì)加重板46加力，在溶液容器44的體積減少的 狀態(tài)下袋部件變形，反應(yīng)溶液51被加壓，利用加壓力輸送反應(yīng)溶液 51。在反應(yīng)溶液51中通過(guò)由壓縮彈簧47形成的經(jīng)由加重板46的溶液 容器44的變形(體積減少)進(jìn)行加壓，經(jīng)常施加從溶液容器44排出 的力。其中，由壓縮彈簧47的位移量導(dǎo)致壓力變化。對(duì)于反應(yīng)溶液51的排出速度的變化，通過(guò)裝有由于反應(yīng)溶液51 的內(nèi)壓下降導(dǎo)致開(kāi)閥、開(kāi)閥壓一定的壓力調(diào)整閥53，不管溶液容器44 的壓力，反應(yīng)溶液51的排出速度成為定值。另外，由于壓力調(diào)整閥 53根據(jù)反應(yīng)腔42的內(nèi)壓和外壓的關(guān)系進(jìn)行閥的開(kāi)閉，故由于外壓(具 體地為大氣壓)一定，反應(yīng)腔42的內(nèi)壓大致保持為一定。為此，可以不用動(dòng)力由壓力狀態(tài)穩(wěn)定地向反應(yīng)腔42供給反應(yīng)溶液 51,生成氬。另外，通過(guò)向加重板46加力改變?nèi)芤喝萜?4的體積， 對(duì)溶液容器44加壓，保持壓力調(diào)整閥53打開(kāi)的壓力狀態(tài)。另外，由 于用壓縮彈簧47的作用力推壓加重板46,故可以用極簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)推 壓力口重板46。而且，由于隨著溶液容器44的反應(yīng)溶液51 ;故供給向反應(yīng)腔42 的工作材料43,加重板46由壓縮彈簧47的作用力推壓，溶液容器44 的體積減少，所以，可以與該體積減少的量對(duì)應(yīng)地使反應(yīng)腔42的容積 增加。因此，可以沒(méi)有無(wú)效空間，以較少的空間使產(chǎn)生氫的區(qū)域增加， 能不減少氫產(chǎn)生量地實(shí)現(xiàn)空間節(jié)省。另外，還能不增加空間地增加氫
產(chǎn)生量。因而，上述的氫產(chǎn)生裝置41可以用少的體積產(chǎn)生足夠量的氬。根據(jù)圖17說(shuō)明第五實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置。對(duì)與圖16所示的部 件相同的部件賦予相同的附圖標(biāo)記并省略重復(fù)的說(shuō)明。第五實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置55代替圖16中所示的溶液容器44， 在反應(yīng)腔42內(nèi)部裝有作為流體室的溶液容器56。在溶液容器56中]i!i 藏有反應(yīng)溶液51 (例如蘋(píng)果酸水溶液)。反應(yīng)腔42和溶液容器56用 作為流體供給路的送液管45連接，送液管45經(jīng)由反應(yīng)腔42的外部^f吏 反應(yīng)腔42和溶液容器56連接。溶液容器56作為變形容許部件由波紋部件所構(gòu)成的波紋管組成， 例如由SUS、磷青銅、鈹構(gòu)成。在溶液容器56的底部(波紋部件的 端部)設(shè)有作為板材的加重板57,在加重板57和反應(yīng)腔42的底壁間 設(shè)有壓縮彈簧47，由壓縮彈簧47向加重板57加力。通過(guò)借助加重板 57推壓溶液容器56，波紋管收縮，溶液容器56的體積減少。由于溶液容器56借助壓縮彈簧47及加重板57經(jīng)常被推壓，當(dāng)形 成反應(yīng)溶液51在送液管45中流動(dòng)的條件時(shí)，可以從溶液容器56推出 反應(yīng)溶液51。當(dāng)反應(yīng)溶液51^皮推出時(shí)，由于借助加重板57推壓溶液 容器56，波紋管收縮，溶液容器56的體積減小，反應(yīng)腔42的容積相 應(yīng)地增加。反應(yīng)溶液51從送液管45送到反應(yīng)腔42時(shí)，反應(yīng)溶液51 和工作材料43接觸，在容積增加的反應(yīng)腔42中發(fā)生氫生成反應(yīng)。為此，可以不用動(dòng)力由壓力狀態(tài)使反應(yīng)溶液51穩(wěn)定并供給反應(yīng)腔 42,生成氫。另外，可以通過(guò)向加重板57加力、4吏波紋管收縮，改變 溶液容器56的體積，對(duì)溶液容器56加壓，保持壓力調(diào)整閥53打開(kāi)的 壓力狀態(tài)。而且，由于隨著將溶液容器56的反應(yīng)溶液51供給反應(yīng)腔 42的工作材料43,加重板57由壓縮彈簧47的作用力推壓，由于波紋 管收縮，溶液容器56的體積減少，可以與體積減少的部分對(duì)應(yīng)地使反 應(yīng)腔42的容積增加。因此，可以沒(méi)有無(wú)效空間，以較少的空間增加產(chǎn) 生氫的區(qū)域，能不減少氫產(chǎn)生量而節(jié)省空間。另外，還能不增加空間 而增加氫產(chǎn)生量。
因而，上述的氫產(chǎn)生裝置55可以用少的體積產(chǎn)生足夠量的氬。根據(jù)圖18說(shuō)明第六實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置。對(duì)與圖16、圖17所 示的部件相同的部件賦予相同的附圖標(biāo)記并省略重復(fù)的說(shuō)明。第六實(shí)施方式的氫產(chǎn)生裝置61代替圖16中所示的溶液容器44， 在反應(yīng)腔42內(nèi)部裝有作為流體室的溶液容器62。在溶液容器62中j^ 藏有反應(yīng)溶液51 (例如蘋(píng)果酸水溶液)。反應(yīng)腔42和溶液容器62用 作為流體供給路的送液管45連接，送液管45經(jīng)由反應(yīng)腔42的外部佳: 反應(yīng)腔42和溶液容器62連接。溶液容器62由端部(下端部)開(kāi)》文的缸63和移動(dòng)自由地裝在釭 63的開(kāi)放端側(cè)的活塞板64構(gòu)成(所謂注射結(jié)構(gòu))。通過(guò)活塞板64的 移動(dòng)使缸室65的容量可變，在缸室65中j^藏有反應(yīng)溶液51。在活塞 板64和反應(yīng)腔42的底壁之間設(shè)置壓縮彈簧47,用壓縮彈簧47使活 塞板64^皮加力。通過(guò)推壓活塞板64,形成缸63的缸室65的容積減 小、溶液容器62的開(kāi)放體積增加、溶液容器62的體積減少的狀態(tài)。由于溶液容器62的活塞板64經(jīng)常借助壓縮彈簧47被推壓，當(dāng)形 成反應(yīng)溶液51在送液管45中流動(dòng)的條件時(shí)，可以使反應(yīng)溶液51從溶 液容器62的缸室65推出。當(dāng)反應(yīng)溶液51被推出時(shí)，由于用活塞板 64推壓缸室65，缸室65的容積減少，溶液容器62的體積減少，反應(yīng) 腔42的容積相應(yīng)地增加。反應(yīng)溶液51從送液管45送到反應(yīng)腔42時(shí)， 反應(yīng)溶液51和工作材料43接觸，在容積增加的反應(yīng)腔42中發(fā)生氫生 成反應(yīng)。為此，可以不用動(dòng)力由壓力狀態(tài)使反應(yīng)溶液51穩(wěn)定地供給反應(yīng)腔 42，生成氫。另外，可以通過(guò)向活塞板64加力、使缸室65的容積減 少，改變?nèi)芤喝萜?2的體積，對(duì)溶液容器62加壓，保持壓力調(diào)整閥 53打開(kāi)的壓力狀態(tài)。而且，由于隨著溶液容器62的反應(yīng)溶液51供給向反應(yīng)腔42的工 作材料43,活塞板64由壓縮彈簧47的作用力推壓，缸室65的容積 減少，使溶液容器62的體積減少，所以可以與體積減少的部分享對(duì)應(yīng) 地使反應(yīng)腔42的容積增加。因此，可以沒(méi)有無(wú)效空間，以較少的空間
增加產(chǎn)生氫的區(qū)域，能不減少氫產(chǎn)生量而節(jié)省空間。另外，還能不增 加空間而增加氪產(chǎn)生量。因而，上述的氫產(chǎn)生裝置61可以用少的體積產(chǎn)生足夠量的氬。 根據(jù)圖19 ~圖21說(shuō)明燃料電池設(shè)備。在圖19中表示本發(fā)明第三實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)， 在圖20中表示本發(fā)明第四實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)，在圖 21中表示本發(fā)明第五實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備的概略結(jié)構(gòu)。另外，在 圖19~圖21中對(duì)同一部件賦予相同的附圖標(biāo)記并省略重復(fù)的說(shuō)明。說(shuō)明第三實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備70。圖19所示的燃料電池設(shè)備70是使圖16所示的氫產(chǎn)生裝置41與 燃料電池71連接的系統(tǒng)。即，在燃料電池71中裝有陽(yáng)極腔72,陽(yáng)極 腔72構(gòu)成與燃料電池組73的陽(yáng)極室連接的空間。陽(yáng)極室是臨時(shí)保持 在陽(yáng)極上消耗的氫的空間。陽(yáng)極腔72和反應(yīng)腔42用氫導(dǎo)管50連接，在反應(yīng)腔42中產(chǎn)生的 氬供給向陽(yáng)極腔72的陽(yáng)極室。向陽(yáng)極室供給的氬在陽(yáng)極的燃料電池反 應(yīng)中被消耗。在陽(yáng)極上的氫的消耗量根據(jù)燃料電池71的輸出電流決 定。另外，由于不需要設(shè)置圖16中所示的裝在氫導(dǎo)管50上的調(diào)節(jié)器 52，故沒(méi)有安裝。另外，也可以代替氫產(chǎn)生裝置41,使用圖17中所 示的氫產(chǎn)生裝置55或圖18中所示的氫產(chǎn)生裝置61。上述燃料電池設(shè)備70可以做成裝有能在少的體積中產(chǎn)生足夠量 的氫的氫產(chǎn)生裝置41的燃料電池設(shè)備70。說(shuō)明第四實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備81。圖20中所示的燃料電池設(shè)備81由氫產(chǎn)生裝置82和燃料電池83 構(gòu)成，氫產(chǎn)生裝置82和燃料電池83用氫導(dǎo)管84連接。 說(shuō)明氫產(chǎn)生裝置82。氫產(chǎn)生裝置82裝有作為反應(yīng)物容器的反應(yīng)腔85，在反應(yīng)腔85內(nèi) 貯藏有作為氫產(chǎn)生反應(yīng)物的工作材料86 (例如氫化硼鈉)。另外，在 反應(yīng)腔85的內(nèi)部裝有作為流體室的溶液容器87，在溶液容器87中貯
藏有作為反應(yīng)流體的反應(yīng)溶液88 (例如蘋(píng)果酸水溶液)。在反應(yīng)腔85的外部設(shè)有臨時(shí)貯藏部89,借助供給管90連接溶液 容器87和臨時(shí)貯藏部89。在供給管90上設(shè)置壓力調(diào)整閥95，來(lái)自供 給管卯側(cè)的壓力成為規(guī)定壓力以上時(shí)，壓力調(diào)整閥95開(kāi)閥，反應(yīng)溶 液88被送到臨時(shí)貯藏部89。另外，圖中的附圖標(biāo)記86是用于壓力調(diào) 整閥95的開(kāi)閉動(dòng)作的取入大氣的大氣取入口 。另外，在臨時(shí)貯藏部89上連接在反應(yīng)腔85內(nèi)開(kāi)口的排出管91， 在排出管91上設(shè)置止回閥92,利用止回閥92，來(lái)自臨時(shí)貯藏部89 側(cè)的反應(yīng)溶液88可以在排出管91中流通，并可以防止來(lái)自反應(yīng)腔85 側(cè)的反應(yīng)溶液88的逆流。反應(yīng)溶液88從排出管91送到反應(yīng)腔85時(shí)， 反應(yīng)溶液88和工作材料86接觸，在反應(yīng)腔85中發(fā)生氫生成反應(yīng)。溶液容器87做成可撓性薄膜(例如聚丙烯)的袋狀部件的容器， 反應(yīng)溶液88在被送到臨時(shí)貯藏部89的同時(shí)，通過(guò)用在反應(yīng)腔85中產(chǎn) 生的氫加壓，使溶液容器87的體積減少。即，隨著從溶液容器87向 反應(yīng)腔85供給反應(yīng)溶液88,溶液容器87的體積減少，反應(yīng)腔85的 容積相應(yīng)地增加。說(shuō)明燃料電池83。在燃料電池83中裝有陽(yáng)極腔98，陽(yáng)極腔98構(gòu)成與燃料電池組99 的陽(yáng)極室連接的空間。陽(yáng)極室是臨時(shí)保持在陽(yáng)極上消耗的氫的空間。 陽(yáng)極腔98和反應(yīng)腔85用氫導(dǎo)管84連接，在反應(yīng)腔85中產(chǎn)生的氫供 給至陽(yáng)極腔98的陽(yáng)極室。供給到陽(yáng)極室的氫在陽(yáng)極的燃料電池反應(yīng)中 被消耗。在陽(yáng)極的氫的消耗量根據(jù)燃料電池83的輸出電流決定。說(shuō)明上述燃料電池設(shè)備81的作用。燃料電池組99與負(fù)荷連接時(shí)，燃料電池設(shè)備81內(nèi)部的氫和空氣 中的氧發(fā)生燃料電池反應(yīng)，產(chǎn)生電力。由于發(fā)電是一邊消耗氫一邊進(jìn) 行，故陽(yáng)極腔98、氫導(dǎo)管84、反應(yīng)腔85的內(nèi)壓下降。在此，由于臨 時(shí)貯藏部89受到大氣壓，故當(dāng)內(nèi)壓比大氣壓低時(shí)，在臨時(shí)貯藏部89 和反應(yīng)腔85產(chǎn)生壓差，貯藏在臨時(shí)貯藏部89中的反應(yīng)溶液88 (蘋(píng)果 酸水溶液)通過(guò)排出管91移動(dòng)到反應(yīng)腔85。 當(dāng)反應(yīng)溶液88移動(dòng)到反應(yīng)腔85時(shí)，與工作材料86 (氬化硼鈉) 接觸，產(chǎn)生氫產(chǎn)生反應(yīng)。產(chǎn)生的氫通過(guò)氫導(dǎo)管84供給陽(yáng)極腔98。通 過(guò)產(chǎn)生氫，反應(yīng)腔85、氫導(dǎo)管84和陽(yáng)極腔98的內(nèi)壓比大氣壓上升， 反應(yīng)腔85的內(nèi)壓比臨時(shí)貯藏部89高。因此，氬在排出管91中逆流， 1旦用止回閥92可防止逆流。另一方面，溶液容器87接受反應(yīng)腔85的內(nèi)壓被壓縮，ji&藏在溶 液容器87內(nèi)部的反應(yīng)溶液88從供給管90移動(dòng)到壓力調(diào)整閥95。壓 力調(diào)整閥95在閉閥方向上受到例如10kPa (表壓)的反應(yīng)溶液88的 壓力，反應(yīng)腔85的內(nèi)壓超過(guò)10kPa (表壓)時(shí)，由反應(yīng)溶液88的壓 力開(kāi)閥方向的力上升，壓力調(diào)整閥95開(kāi)閥，反應(yīng)溶液88^皮供向臨時(shí) 貝i藏部89。之后，氫產(chǎn)生速度下降，燃料電池83中的氫消耗速度上升時(shí)，陽(yáng) 極腔98、氬導(dǎo)管84、反應(yīng)腔85的內(nèi)壓開(kāi)始下降。由于在內(nèi)壓超過(guò)10kPa (表壓)期間壓力調(diào)整閥95開(kāi)閥，所以反應(yīng)溶液88從臨時(shí)^藏部89 流入到溶液容器87中。當(dāng)內(nèi)壓下降到10kPa (表壓)以下時(shí)，壓力調(diào) 整閥95閉岡，此時(shí)的臨時(shí)貯藏部89的內(nèi)壓為10kPa (表壓)。進(jìn)而， 反應(yīng)腔85的內(nèi)壓下降時(shí)，在臨時(shí)貯藏部89和反應(yīng)腔85中產(chǎn)生壓力差， 止回閥92開(kāi)閥，反應(yīng)溶液88通過(guò)排出管91移動(dòng)到反應(yīng)腔85。由此， 反應(yīng)溶液88與工作材料86接觸，發(fā)生氫產(chǎn)生反應(yīng)，反應(yīng)腔85的內(nèi)壓 再次上升。通過(guò)以上反復(fù)生成氫，向燃料電池83的陽(yáng)極腔98供給作為燃料 的氫。而且，由于隨著從溶液容器87向反應(yīng)腔85供給反應(yīng)溶液88，溶 液容器87的工體積減少，與之相應(yīng)地使反應(yīng)腔85的容積增加，因此， 可以沒(méi)有無(wú)效空間，在較少的空間中使進(jìn)行氫的產(chǎn)生的區(qū)域增加，能 不減少氫產(chǎn)生量而節(jié)省空間。另外，還能不增加空間而增加氫產(chǎn)生量。上述的燃料電池設(shè)備81可以做成裝有可以用少的體積產(chǎn)生足夠 量的氫的氫產(chǎn)生裝置82的燃料電池設(shè)備81。說(shuō)明第五實(shí)施方式的燃料電池設(shè)備101。37
圖21中所示的燃料電池設(shè)備101由氫產(chǎn)生裝置102和燃料電池 83構(gòu)成，氫產(chǎn)生裝置102和燃料電池83用氬導(dǎo)管84連接。 說(shuō)明氫產(chǎn)生裝置102。氫產(chǎn)生裝置102裝有作為反應(yīng)物容器的反應(yīng)腔85，在反應(yīng)腔85 內(nèi)貯藏有作為氫產(chǎn)生反應(yīng)物的工作材料86 (例如氫化硼鈉)。另外， 在反應(yīng)腔85的內(nèi)部裝有作為流體室的溶液容器87，在溶液容器87中 貯藏有作為反應(yīng)流體的反應(yīng)溶液88 (例如蘋(píng)果酸水溶液)。在反應(yīng)腔85的外部設(shè)有臨時(shí)貯藏部89，借助供給管90連接溶液 容器87和臨時(shí)貯藏部89。在供給管90上設(shè)置止回閥103，通過(guò)止回 閥103來(lái)自溶液容器87側(cè)的反應(yīng)溶液88可以在供給管90中流通，可 以防止來(lái)自臨時(shí)貯藏部89的反應(yīng)溶液88的逆流。用反應(yīng)腔85中產(chǎn)生 的氫對(duì)溶液容器87加壓，來(lái)自供給管90側(cè)的壓力成為臨時(shí)jj^藏部89 壓力以上時(shí)，反應(yīng)溶液88^皮送到臨時(shí)J3i藏部89。另外，在臨時(shí)貯藏部89上連接在反應(yīng)腔85內(nèi)開(kāi)口的排出管91, 在排出管91上設(shè)置壓力調(diào)整閥104。當(dāng)反應(yīng)腔85內(nèi)壓變成規(guī)定壓力 以下時(shí)，壓力調(diào)整閥104開(kāi)閥，來(lái)自臨時(shí)貯藏部89側(cè)的反應(yīng)溶液88 可以在排出管91中流通。臨時(shí)貯藏部89的內(nèi)壓利用輸送的反應(yīng)溶液 88加壓，成為比壓力調(diào)整閥打開(kāi)的壓力高的狀態(tài)(超過(guò)用于壓力調(diào)整 岡104打開(kāi)的反應(yīng)腔85的規(guī)定壓力值的壓力)，利用臨時(shí)貯藏部89 和反應(yīng)腔85的內(nèi)壓差，反應(yīng)溶液88從排出管91送到反應(yīng)腔85。其 結(jié)果，反應(yīng)溶液88和工作材料86接觸，在反應(yīng)腔85中發(fā)生氬生成反 應(yīng)。溶液容器87做成可撓性薄膜(例如聚丙烯)的袋狀部件的容器， 反應(yīng)溶液88在被送到臨時(shí)貯藏部89的同時(shí)，通過(guò)用在反應(yīng)室85中產(chǎn) 生的氫加壓，使溶液容器87的體積減少。即，隨著從溶液容器87向 反應(yīng)腔85供給反應(yīng)溶液88,溶液容器87的體積減少，反應(yīng)腔85的 容積相應(yīng)地增加。說(shuō)明上述的燃料電池設(shè)備IOI的作用。燃料電池組99與負(fù)荷連4妾時(shí)，燃料電池83內(nèi)部的氫和空氣中的氧引起燃料電池反應(yīng)，產(chǎn)生電力。由于發(fā)電是一邊消耗氬一邊進(jìn)行的，故陽(yáng)極腔98、氫導(dǎo)管84、反應(yīng)腔85的內(nèi)壓下降。在此，由于臨時(shí)j^ 藏部89受到大氣壓，故當(dāng)內(nèi)壓比大氣壓低時(shí)，臨時(shí)貯藏部89和反應(yīng) 腔85產(chǎn)生壓差，貯藏在臨時(shí)貯藏部89中的反應(yīng)溶液88 (蘋(píng)果酸水溶 液)通過(guò)排出管91移動(dòng)到反應(yīng)腔85。當(dāng)反應(yīng)溶液88移動(dòng)到反應(yīng)腔85時(shí)，與工作材料86 (氫化硼鈉) 接觸，發(fā)生氫產(chǎn)生反應(yīng)。產(chǎn)生的氫通過(guò)氫導(dǎo)管84供給至陽(yáng)極腔98。 通過(guò)氫的產(chǎn)生，反應(yīng)腔85、氫導(dǎo)管84、陽(yáng)極腔98的內(nèi)壓比大氣壓上 升，反應(yīng)腔85的內(nèi)壓比臨時(shí)貯藏部89高。因此，氫有在排出管91 中逆流的趨勢(shì)，^f旦用壓力調(diào)整閥104可以防止逆流。另一方面，溶液容器87接受反應(yīng)腔85的內(nèi)壓而被壓縮，貯藏在 溶液容器87內(nèi)部的反應(yīng)溶液88通過(guò)止回閥103從供給管90供給至臨 時(shí)P藏部89。此后，當(dāng)氫產(chǎn)生速度下降、在燃料電池83中的氫消耗速度上升時(shí)， 陽(yáng)極腔98、氫導(dǎo)管84、反應(yīng)腔85的內(nèi)壓開(kāi)始下降，當(dāng)內(nèi)壓下降、臨 時(shí)貯藏部89和反應(yīng)腔85產(chǎn)生壓力差時(shí)，壓力調(diào)整閥104開(kāi)閥，反應(yīng) 溶液88從臨時(shí)J^藏部89流入到溶液容器87。由此，反應(yīng)溶液88與 工作材料86接觸，發(fā)生氫產(chǎn)生反應(yīng)，反應(yīng)腔85的內(nèi)壓再次上升。通過(guò)以上反復(fù)生成氫，向燃料電池83的陽(yáng)極腔98供給作為燃料 的氫。而且，由于隨著從溶液容器87向反應(yīng)腔85供給反應(yīng)溶液88，溶 液容器87的體積減少，相應(yīng)地4吏反應(yīng)腔85的容積增加，因此，可以 沒(méi)有無(wú)效空間，在較少的空間中增加產(chǎn)生氫的區(qū)域，能不減少氫的產(chǎn) 生量而節(jié)省空間。另外，還能不增加空間而增加氫產(chǎn)生量。上述的燃料電池設(shè)備101可以做成裝有可以用少的體積產(chǎn)生足夠 量的氫的氫產(chǎn)生裝置102的燃料電池設(shè)備101。如上所述，根據(jù)本實(shí)施方式，提供這樣的氫產(chǎn)生方法及氫產(chǎn)生裝 置，即，可以使絡(luò)合氫化物和催化劑均勻、高效率地接觸，按要求的 速度產(chǎn)生氫，且可以形成高反應(yīng)效率及高氫貯藏密度。
另外，根據(jù)本實(shí)施方式，形成以下的燃料電池設(shè)備，其裝有可以 使絡(luò)合氫化物和催化劑均勻且高效率地接觸、按要求的速度產(chǎn)生氫、 且可以形成高反應(yīng)效率及高氫貯藏密度的氫產(chǎn)生裝置。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明可以用于例如分解金屬氫化物而產(chǎn)生氫的氫產(chǎn)生裝置及以 將由該氫產(chǎn)生裝置產(chǎn)生的氫作為燃料的燃料電池設(shè)備的產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1. 一種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)于所述 絡(luò)合氫化物的重量，將被供給向所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液中所包含的水的總重量設(shè)定在0.2倍以上3倍以下。
2. 如權(quán)利要求1所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，將所述水的總 重量設(shè)定在1.0倍以上3倍以下。
3. —種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促 進(jìn)劑適用金屬氯化物，將所述金屬氯化物的濃度設(shè)定為0.1重量％以 上40重量％以下。
4. 一種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促 進(jìn)劑適用金屬氯化物，將所述金屬氯化物的濃度設(shè)定為0.1重量％以 上25重量％以下。
5. —種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氬化物而產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促 進(jìn)劑適用酸，將所述促進(jìn)劑水溶液的pH設(shè)定為1以上3以下。
6. —種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，作為所述促 進(jìn)劑適用金屬氯化物及酸，將所述金屬氯化物的濃度設(shè)定為0.1重量 %以上25重量％以下，而且，將所述促進(jìn)劑水溶液的pHi殳定為1以 上3以下。
7. —種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)于所述 絡(luò)合氫化物的重量，將被供給向所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液 中所包含的水的總重量設(shè)定在0.2倍以上3倍以下，作為所述促進(jìn)劑 適用金屬氯化物，將所述金屬氯化物的濃度設(shè)定為0.1重量％以上25 重量％以下。
8. —種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)于所述 絡(luò)合氫化物的重量，將被供給向所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液 中所包含的水的總重量設(shè)定在0.2倍以上3倍以下，作為所述促進(jìn)劑 適用酸，將所述促進(jìn)劑水溶液的pH設(shè)定為1以上3以下。
9. 一種氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在將作為氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑 的水溶液的促進(jìn)劑水溶液供給向絡(luò)合氫化物而產(chǎn)生氫時(shí)，相對(duì)于所述 絡(luò)合氫化物的重量，將被供給向所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液 中所包含的水的總重量設(shè)定在0.2倍以上3倍以下，作為所述促進(jìn)劑 適用金屬氯化物以及酸，將所述金屬氯化物的濃度設(shè)定為0.1重量％ 以上25重量％以下，而且，將所述促進(jìn)劑水溶液的pH設(shè)定為1以上 3以下。
10. 如權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于， 所述絡(luò)合氬化物是氫化硼酸鹽。
11. 如權(quán)利要求5、 6、 8及9中任一項(xiàng)所述的氫產(chǎn)生方法，其特 征在于，所述酸是有機(jī)酸。
12. 如權(quán)利要求11所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，所述有機(jī)酸 是羧酸。
13. 如權(quán)利要求1~12中任一項(xiàng)所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于， 在所述氫產(chǎn)生反應(yīng)的所述促進(jìn)劑或所述絡(luò)合氫化物的至少一方中含有 消泡劑。
14. 如權(quán)利要求1~13中任一項(xiàng)所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于， 使被供給向所述絡(luò)合氫化物的所述促進(jìn)劑水溶液與氬產(chǎn)生反應(yīng)的固體 促進(jìn)劑接觸。
15. 如權(quán)利要求14所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，所述固體促 進(jìn)劑包括與所述促進(jìn)劑水溶液的促進(jìn)劑種類(lèi)相同的促進(jìn)劑。
16. 如權(quán)利要求14所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，所述固體促 進(jìn)劑是貴金屬或氫吸附合金。
17. —種氫產(chǎn)生方法，將如權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的促進(jìn)劑 水溶液貯藏在水溶液貯藏部中，貯藏如權(quán)利要求1~9中任一項(xiàng)所述的 絡(luò)合氫化物，而且，從由引起氬反應(yīng)的反應(yīng)部組成的氬供給器產(chǎn)生氫， 通過(guò)供給管或閥向外部裝置供給氫，其特征在于，向絡(luò)合氫化物供給 促進(jìn)劑水溶液而產(chǎn)生氫。
18. 如權(quán)利要求17所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，具有如下工序第一工序，將通過(guò)將所述供給管或所述閥中損失的壓力加在所述 外部裝置中的設(shè)定氫壓而獲得的值作為基準(zhǔn)壓，在所述外部裝置的內(nèi) 壓低于所述設(shè)定氫壓、所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓低于所述基準(zhǔn)壓時(shí)，向第二氫 產(chǎn)生材料供給所述促進(jìn)劑水溶液；第二工序，在所述促進(jìn)劑水溶液中溶解所述第二氫產(chǎn)生材料，同 時(shí)產(chǎn)生氫；以及第三工序，在從所述反應(yīng)部向所述外部裝置的氫供給壓變得比基 準(zhǔn)壓高時(shí)，停止所述促進(jìn)劑水溶液的供給；從所述第一工序到所述第三工序按順序反復(fù)進(jìn)行。
19. 如權(quán)利要求18所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，在所述促進(jìn) 劑水溶液供給到所述絡(luò)合氫化物之后，至少一次地使氫產(chǎn)生速度高于 所述外部裝置中的氫消耗速度。
20. 如4又利要求19所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，所述反應(yīng)部 的內(nèi)壓比所述基準(zhǔn)壓高0.3kPa 300kPa。
21. 如權(quán)利要求18所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，用所述氫供 給器的容積除所述促進(jìn)劑水溶液中所包含的水和所述絡(luò)合氬化物反應(yīng)生成的化學(xué)計(jì)量氫生成量而算出理論氫壓時(shí)，設(shè)定在進(jìn)行一次所述第 一工序時(shí)供給的所述促進(jìn)劑水溶液的供給量，使得所述理論氬壓成 5kPa 300kPa。
22. 如權(quán)利要求17~21中任一項(xiàng)所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于， 由所述氫供給器產(chǎn)生的氫作為供給向燃料電池的負(fù)極室的氫使用。
23. 如權(quán)利要求22所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，燃料電池的 設(shè)定氫壓是燃料電池的正極室的壓力以上且比正極室的壓力高0.3MPa的壓力以下。
24. 如權(quán)利要求23所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，對(duì)所述促進(jìn) 劑水溶液施加所述基準(zhǔn)壓，在連接所述水溶液貯藏部和所述反應(yīng)部的導(dǎo)管上具有止回閥， 當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓低于所述基準(zhǔn)壓時(shí)，利用壓差打開(kāi)所述止回閥，所述促進(jìn)劑水溶液被供給向所述絡(luò)合氫化物，當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓高于所述基準(zhǔn)壓時(shí)，利用壓差關(guān)閉所述止回閥，所述促進(jìn)劑水溶液停止。
25. 如權(quán)利要求23所述的氫產(chǎn)生方法，其特征在于，所述促進(jìn)劑 水溶液被加重，在連接所述水溶液貯藏部和所述反應(yīng)部的導(dǎo)管上具有調(diào)節(jié)器， 當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓低于所述基準(zhǔn)壓時(shí)，所述調(diào)節(jié)器打開(kāi)，所述促進(jìn)劑水溶液被供給向所述絡(luò)合氫化物，當(dāng)所述反應(yīng)部?jī)?nèi)壓高于所述基準(zhǔn)壓時(shí)，所述調(diào)節(jié)器關(guān)閉，所述促進(jìn)劑水溶液停止。
26. —種氫產(chǎn)生裝置，其特征在于，裝備有用于貯藏作為氫產(chǎn)生 反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液的促進(jìn)劑水溶液的水溶液l&藏部，水溶液貯藏 部經(jīng)由供給管連接在貯藏絡(luò)合氫化物的氫供給器上，在氫供給器上連 接消耗由氫供給器所產(chǎn)生的氫的外部裝置，在供給管上裝有閥部件， 該閥部件根據(jù)與氫的消耗相對(duì)應(yīng)的氫供給器的壓力以及水溶液貯藏部 的壓力來(lái)容許促進(jìn)劑水溶液的流通，在所述水溶液貯藏部中，貯藏著在如權(quán)利要求1~16中任一項(xiàng)所 述的氫產(chǎn)生方法的促進(jìn)劑水溶液。
27. —種燃料電池設(shè)備，其特征在于，如權(quán)利要求26所述的氫產(chǎn) 生裝置的氫供給器與燃料電池的負(fù)極室連接，所產(chǎn)生的氫被供給向所 述負(fù)極室。
全文摘要
氫產(chǎn)生材料是使水解產(chǎn)生氫的絡(luò)合氫化物和在水解用的水中溶解有促進(jìn)氫產(chǎn)生反應(yīng)的促進(jìn)劑的水溶液，由檢測(cè)出反應(yīng)器內(nèi)壓比基準(zhǔn)壓低而向反應(yīng)器供給促進(jìn)劑水溶液的第一工序(S1)、在促進(jìn)劑水溶液中溶解絡(luò)合氫化物而引起氫產(chǎn)生反應(yīng)的第二工序(S2)、以及檢測(cè)出反應(yīng)器內(nèi)壓比基準(zhǔn)壓高而停止供給促進(jìn)劑水溶液的第三工序(S3)構(gòu)成，反復(fù)進(jìn)行從第一工序(S1)到第三工序(S3)的流程。
文檔編號(hào)C01B3/06GK101146738SQ20068000973
公開(kāi)日2008年3月19日 申請(qǐng)日期2006年3月24日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月25日
發(fā)明者尾崎徹, 巖崎文晴, 柳瀨考應(yīng), 玉地恒昭, 皿田孝史, 讓原一貴 申請(qǐng)人:精工電子有限公司