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氫產生裝置以及具備該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng)的制作方法

文檔序號:7208211閱讀:139來源:國知局
專利名稱:氫產生裝置以及具備該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng)的制作方法
技術領域
本發(fā)明涉及具備容納有氫產生物質的氫產生部、和向氫產生部供給水來使其產生 氫的供水單元的氫產生裝置、以及具備該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng),尤其涉及可以推定 通過氫產生裝置能夠產生的氫量的余量的氫產生裝置以及具備該氫產生裝置的燃料電池 系統(tǒng)。
背景技術
近年,隨著筆記本個人計算機或便攜式電話等移動設備的普及,希望作為其電源 的電池越來越小型化、高容量化。作為這種滿足能量密度高、小型并且輸出容量大的希望的 電池,固體高分子型燃料電池等燃料電池的開發(fā)取得了進展。燃料電池,若進行燃料以及氧的供給則能夠連續(xù)使用。例如高分子電解質膜型燃 料電池(PEMFC Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell),在電解質中使用固體高分子 電解質,在正極活性物質中使用空氣中的氧,在負極活性物質中使用燃料(氫、甲醇等),作 為可以期待比當前主流的鋰離子二次電池更高的能量密度的電池而受到關注。作為在使用 氫來作為在該PEMFC中使用的燃料的情況下的制備氫的方法,提出了通過水和離子化傾向 高的金屬即鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁等氫產生物質的反應來產生氫的方法。關于這種向容納了氫產生物質的氫產生部供給水,使水和氫產生物質反應來產生 作為燃料電池的燃料的氫的方法,公開了 規(guī)定作為氫產生物質而使用的金屬材料的粒子 直徑,在低溫下簡便地產生氫的技術(參照專利文獻1);或通過控制水的供給量,將容器的 內部溫度保持為可以維持發(fā)熱反應的溫度,穩(wěn)定地維持氫產生反應的技術(參照專利文獻 2)。另外,公開了在直接利用在吸藏氫的合金(hydrogen-storing alloy)中儲藏的 氫,或者利用將其用于以氫為燃料的燃料電池來獲得的電力的氫燃料汽車中,使用流量計 或壓力計來測量通過氫壓送機壓送的氫量和儲氫罐的壓力,計算從吸藏氫的合金供給的氫 的體積來計算殘存氫量的方法(參照專利文獻3)。專利文獻1 日本特開2006-306700號公報專利文獻2 日本特開2007-45646號公報專利文獻3 日本特開平10-252567號公報在使用燃料電池的筆記本個人計算機或便攜式電話等移動設備中,需要知道表示 設備的可使用時間的電池余量。并且,在使用氫作為燃料的燃料電池中,電池余量很大程度 上取決于向電池供給的氫的余量。但是,在上述通過水與氫產生物質的反應來產生氫的方法中,與使用在吸藏氫的 合金等中儲藏的氫的情況不同,難以直接掌握供給的氫的總量。另外,在測量供給的氫量的 現(xiàn)有方法中,流量計或壓力計等用于測定氫量的裝置是必要的,對于在要求小型輕量化的 移動設備中使用的燃料電池來說不理想,成本也增大。而且,在測量燃料電池產生的電流量 的方法等中,電流的檢測單元是必要的,另外,無法將燃料電池產生的氫全部用于發(fā)電而向外部排出時,存在產生余量的誤差的問題。

發(fā)明內容
鑒于上述問題而提出本發(fā)明,其目的在于,提供不追加導致高成本的檢測單元就 可以推定氫的余量的氫產生裝置、以及具備該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng)。為了解決上述問題,本發(fā)明的氫產生裝置的特征在于,具備容納了通過與水的反 應來產生氫的氫產生物質的氫產生部;向所述氫產生部供給水的供水單元;控制所述供水 單元,從而調節(jié)向所述氫產生部的水的供給量的供水量控制單元;以及根據從所述供水單 元或所述供水量控制單元得到的、供給到所述氫產生部的水的水量信息,推定所述氫產生 部能夠產生的氫量的余量的余量管理單元。另外,本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)的特征在于,具備本發(fā)明的氫產生裝置;以及使用 通過所述氫產生裝置生成的氫來進行發(fā)電的燃料電池。根據本發(fā)明的氫產生裝置,在通過水、和通過與水的反應產生氫的氫產生物質的 反應來產生氫的氫產生裝置中,不另外設置用于檢測產生的氫量的單元,就可以推定氫產 生部可以產生的氫量的余量。另外,由此可以得到能夠容易地掌握電池余量的燃料電池系統(tǒng)。


圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的氫制造裝置、和具備該氫制造裝置的燃料電 池系統(tǒng)的概要結構的框圖。圖2是表示本發(fā)明的第一實施方式的氫產生裝置的余量管理裝置中的供水量的 累計的圖。圖2(a)表示單位時間的供水量的變化,圖2(b)表示作為累計水量的總供水量 的變化。圖3是表示本發(fā)明的第二實施方式的氫產生裝置、和具備該氫產生裝置的燃料電 池系統(tǒng)的概要結構的框圖。圖4是表示本發(fā)明的第二實施方式的氫產生裝置中的控制部的動作的流程圖。圖5是表示本發(fā)明的第二實施方式的氫產生裝置中的供水量和氫產生量的關系 的圖,表示沒怎么進行氫產生物質和水的反應時的關系。圖6是表示本發(fā)明的第二實施方式的氫產生裝置中的供水量和氫產生量的關系 的圖,表示氫產生物質和水的反應進行了相當程度時的關系。圖6(a)表示在供水開始最初 使供水量較大的情況,圖6(b)表示以恒定的水量進行供水的情況。
具體實施例方式如上所述,本發(fā)明的氫產生裝置具備氫產生部,其容納了通過與水的反應來產生 氫的氫產生物質;供水單元,其向所述氫產生部供給水;供水量控制單元,其控制所述供水 單元,從而調節(jié)向所述氫產生部的水的供給量;以及余量管理單元,其根據從所述供水單元 或者所述供水量控制單元得到的、供給到所述氫產生部的水的水量信息,推定所述氫產生 部能夠產生的氫量的余量。由此,可以根據從供水單元或供水量控制單元得到的對氫產生部的供水量信息,掌握從氫產生裝置產生的氫量。通過將該產生的氫量與氫產生物質能夠產生的氫量的總量 進行比較,不設置用于測定從氫產生物質產生的氫量的流量計等單元,就可以推定氫產生 物質能夠產生的氫的余量。另外,理想的是,所述余量管理單元根據供給到所述氫產生部的水的總量推定所 述氫產生部能夠產生的氫量的余量。由此,可以根據在氫產生中使用的水量來計算所產生
的氫量。另外,理想的是,所述余量管理單元根據所述供水單元的動作時間推定所述氫產 生部能夠產生的氫量的余量。由此,在供給的水的流量恒定的情況下,根據時間這一種指標 就可以計算供給到氫產生部的水的量。而且,理想的是,所述供水單元以電為動力,所述余量管理單元根據對所述供水單 元施加的電壓的累計值(cumulative value),推定所述氫產生部能夠產生的氫量的余量。 由此,在供水單元為電動泵等情況下,可以根據作為容易進行檢測、傳遞、計算處理的信息 的電信息,計算供給到氫產生部的水的量。另外,理想的是,所述氫產生裝置具備容納了所述氫產生物質的可裝卸的燃料元 件(fuel cartridge)來作為所述氫產生部,所述燃料元件具有存儲所供給的水量或者能夠 產生的氫量的余量的存儲器部。由此,供給到燃料元件的氫產生部的累計的供水量、或者根 據累計供水量推定出的可以產生的氫量的余量被存儲在存儲器部,即使在更換元件的情況 下也可以容易地掌握能夠產生的氫量的余量。另外,理想的是,所述供水量控制單元根據供給到所述氫產生部的水的水量信息 控制所述供水單元的水的供給量。由此,可以將與累計的供水量對應的適當的量的水供給 到氫產生部。因此,可以與容納在氫產生部中的氫產生物質與水的反應程度相對應地進行 氫生成,可以迅速地開始燃料電池的發(fā)電。另外,本發(fā)明的燃料電池系統(tǒng)具備上述本發(fā)明的氫產生裝置以及使用通過所述氫 產生裝置生成的氫來進行發(fā)電的燃料電池。由此,有效利用本發(fā)明的氫產生裝置的特征,不新設置氫量的檢測單元就可以推 定氫產生物質能夠產生的氫的余量。因此,可以提供能夠容易地掌握電池余量的燃料電池 系統(tǒng)。以下,參照

本發(fā)明的氫產生裝置以及具備該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng) 的實施方式。(第一實施方式)圖1是表示本發(fā)明的第一實施方式的燃料電池系統(tǒng)的概要結構的框圖。如圖1所示,本實施方式的燃料電池系統(tǒng)200具備氫產生裝置100和使用通過該 氫產生裝置100生成的氫來進行發(fā)電的燃料電池10。氫產生裝置100具備容納有通過與水的反應來產生氫的氫產生物質4的氫產生 部、即容器3 ;容納通過與在容器3內容納的氫產生物質4的發(fā)熱反應來產生氫的水2的儲 水罐1 ;從儲水罐1向容器3進行供水的供水單元、即電動泵5。另外,具有使作為供水單 元的泵5動作,控制從儲水罐1供給到作為氫產生部的容器3的水2的供給量的供水量控 制單元、即控制部11 ;根據從控制部11或者從作為供水單元的泵5得到的、供給到容器3的 水2的水量信息,推定氫產生部可以產生的氫的余量的余量管理單元、即余量管理裝置13。此外,在圖1中,容器3和儲水罐1為了表示其內部構造而表示為截面圖。容器3具有容器本體3a和蓋3b。貫穿蓋3b地設置了用于向容器本體3a內供給 在儲水罐1中容納的水2的供水管6、和用于導出所生成的氫的氫導出管8。從儲水罐1通 過泵5送來的水2從供水管6的供水口 7被供給容器1內的氫產生物質4,通過氫產生物質 4與水2的反應所生成的氫從氫導出口 9經由氫導出管8被導入燃料電池10。容器3內的氫產生物質4只要是與水反應來產生氫的材料則不特別限定,可以適 用作為離子化傾向高的金屬的鋰、鉀、鈣、鈉、鎂、鋁、硅、鋅、以及從以這些元素為主體的合 金構成的組中選擇的至少一種金屬材料。此外,在合金的情況下,作為主體的元素以外的金 屬成分不特別限定。另外,所謂主體,是指相對于合金整體含有重量占80%以上、更理想的 是重量占90%以上的物質。上述金屬材料是在常溫下難以與水反應,但是通過加熱容易與 水進行發(fā)熱反應的物質。在此,所謂“常溫”是20 30°C的范圍的溫度。這些金屬材料的大小,其平均粒子直徑優(yōu)選為0. 1 μ m以上100 μ m以下,更優(yōu)選為 0. 1 μ m以上50 μ m以下。另外,這些金屬材料的形狀也不特別限定,例如除了近似球形(包 含球形)或橄欖球形以外,還可以適當使用鱗片形的金屬材料等。而且,若在作為氫產生物質4的金屬材料中添加從由親水性氧化物、碳以及吸水 性高分子構成的組中選擇的至少一種物質,則可以促進金屬材料和水的反應,因此是理想 的。作為這種親水性氧化物,可以使用氧化鋁、二氧化硅、二氧化鈦、氧化鎂、氧化鋯、沸石、 氧化鋅等。另外,為了使水2和氫產生物質4的發(fā)熱反應容易開始,作為氫產生物質4以外 的材料,最好包含與水反應而發(fā)熱的發(fā)熱材料。作為這種發(fā)熱材料,可以使用與水反應后成 為氫氧化物或水合物的材料、與水發(fā)熱后生成氫的材料等。這些物質可以單獨使用,也可以 同時使用兩種以上。此外,雖未圖示,但在供水管6和氫導出管8上設置了裝卸機構,通過該裝卸機構, 可以將容器3從氫導出管8或在其前端連接的燃料電池10、或儲水罐1分離。在容器3內, 當使氫產生物質4和水2反應來產生氫時,在容器3中容納的氫產生物質4變化為反應生 成物,失去生成氫的能力。因此,當與水反應后成為反應生成物的氫產生物質4的比例增高 時,難以進一步產生氫。在這種情況下,通過未圖示的裝卸機構,將容器3與內部的反應率 升高的氫產生物質4 一起分離,更換為容納有新的氫產生物質4的容器3,由此可以繼續(xù)連 續(xù)地進行氫的制備。此外,儲水罐1內的水2也通過與氫產生物質4反應而減少,因此最好針對儲水罐 1也設置同樣的裝卸機構,在替換容納有新的氫產生物質4的容器3的同時,也拆卸儲水罐 1重新更換為加入了必要量的水2的儲水罐1。容器3,只要能夠容納與水2進行發(fā)熱反應來產生氫的氫產生物質4,則不特別限 定其材質或形狀。但是,最好是水2或氫不從供水口 7或氫導出口 9以外泄漏的材質或形 狀。作為具體的容器的材質,最好是水以及氫難以透過、并且即使加熱到100°C左右容器也 不破損的材質,例如可以使用鋁、鐵、不銹鋼等金屬、聚乙烯(PE)、聚丙烯(PP)等樹脂。另 外,作為容器的形狀,可以采用棱柱形、圓柱形等。此外,通過氫產生物質4與水2反應而產生的反應生成物,通常體積比氫產生物質 4大。因此,容器3為了在發(fā)生伴隨這種反應生成物的生成的內置物的體積膨脹時不破損, 最好能夠對應于氫產生物質4和水2的反應而變形。從這種觀點出發(fā),作為容器3的材料,在所述舉例所示的材質中,PE或PP等樹脂更為理想。另外,在容器3的蓋北上設置的氫導出管8或者氫導出口 9上最好設置過濾器, 以使容器3內的水2或氫產生物質4不流出到外部。作為該過濾器,最好具有使氣體通過, 但液體以及固體難以通過的特性,例如可以使用多孔性的聚四氟乙烯(PTFE)制的氣液分 離膜、聚丙稀(PP)制的無紡布等。在圖1所示的本實施方式的氫產生裝置100中,在供水管6上配備的泵5通過來 自控制部11的控制信號,在預定的供給時間的期間以預定的供給速度將儲水罐1內的水2 供給到容器3內。該泵5為一般的電動泵,例如可以使用管泵、隔膜泵(diaphragm pump) 或者注射泵(syringe pump)等微型泵,但是不限于此。只要是可以按照來自控制部11的 控制信號控制向容器3的水2的供給速度和時間的、即供水量可調整的單元,其具體的結構 沒有限制。此外,泵5具備檢測實際從儲水罐1供給到容器3的水2的量的功能,也可以使該 檢測信息反饋到控制部11。在容器3內通過氫產生物質4和水2的反應而生成的氫,從容器3上設置的氫導 出口 9通過氫導出管8被導出。所導出的氫被送往使用通過本實施方式的氫產生裝置100 生成的氫的設備、例如在圖1的情況下為燃料電池10。在容器3中可以設置用于檢測氫產生物質4和水2的反應狀態(tài)的未圖示的檢測單 元。作為這種檢測單元,溫度傳感器是理想的,可以使用熱電偶或熱敏電阻等已知的溫度檢 測單元??刂撇?1在本實施方式的氫產生裝置100中,根據從操作部12輸入的用于產生 氫的控制信號來控制泵5,通過調整向氫產生物質4的水2的供給量、即供給速度和供給時 間來進行控制以便生成預定量的氫。此外,由于具有上述功能,控制部11最好為微型計算機等可編程的控制裝置、或 微型處理器等的結構,但是也能夠通過電子電路來構成。向控制部11進行氫產生的指示的操作部12是向燃料電池系統(tǒng)200輸入發(fā)電開始 的指示等的用戶接口部。作為操作部12,可以使用開關或觸摸面板等。操作部12可以由用 戶直接輸入動作指示,另外,也可以成為把將通過燃料電池10生成的電力作為電源來使用 的各種設備的開關信號直接輸入到操作部12的結構。作為余量管理單元的余量管理裝置13,被輸入了從控制部11輸出的用于控制作 為供水單元的泵5的動作的信號、或表示泵5中的實際的動作狀況的信號,檢測從儲水罐1 向作為氫產生單元的容器3供給的水2的量。并且,余量管理裝置13根據所供給的水2的 水量,計算通過在容器3內容納的氫產生物質4和水2的反應而生成的氫量。而且,余量管 理裝置13根據通過容納在容器3內的氫產生物質4可以生成的氫的總量、和到目前為止已 生成的氫量,可以推定可以從作為氫產生部的容器3生成的氫的余量。由于具有這種功能, 余量管理部13也最好與控制部11同樣使用微型計算機等可編程的控制裝置。通過余量管理部13推定出的氫的余量被顯示在顯示部14中,被傳遞給用戶。此 外,本實施方式的氫產生裝置100的顯示部14,不限于具有顯示圖1所示的氫產生裝置100 中的氫的余量的液晶顯示裝置等專用的顯示終端的情況,也可以在顯示燃料電池10的電 力輸出的顯示終端上顯示余量的信息。另外,也可以在把燃料電池10作為電池來使用的便攜設備的操作終端中顯示余量。此外,為了更好地進行氫產生物質4和水2的氫生成反應,有時通過保溫材料覆蓋 容器3的本體3a的外表面,或者在容器3的本體3a上設置用于加熱的加熱器,但是省略圖 1中的圖示或說明。另外,如上所述,在氫產生物質4中也可以含有發(fā)熱材料。另外,雖然圖1中未圖示,但是在氫導出管8上最好具備用于將從容器3導出的 氫和未反應的水分離的氣液分離部、以及將通過氣液分離部分離后的水返回儲水罐1的單 元。在容器3中,當氫產生物質4與水2進行了反應時,未反應的水2作為與氫的混合物, 有時從氫導出管8被排出到容器3的外部。這種情況下,通過具備氣液分離部,可以將從容 器3排出的水和氫的混合物分離為水(液體)和氫(氣體),進而可以將分離后的水返回到 儲水罐1。通過這樣處理,可以減少實際的水的供給量,能夠減少在儲水罐1內容納的水2 的量。結果,可以減小氫產生裝置100整體的體積以及重量,使氫產生裝置100緊湊。燃料電池10是以氫作為燃料來與氧反應的公知的固體高分子型燃料電池,例 如可以使用高分子電解質膜型燃料電池(PEMFC :Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cell)。作為具體的結構例,燃料電池10具備多個由電解質和隔著它的一對電極(正極、 負極)構成的電池單體(cell),形成了電池堆(stack)。在電解質中使用固體高分子電解 質。向正極供給經由空氣流入部15流入的空氣中的氧氣(正極活性物質),向負極供給通 過氫產生裝置100生成的氫(負極活性物質)。在該結構中,負極活性物質的氫離子通過電 解質后向正極側移動,當與氧分子結合時,電子在外部電路中移動而發(fā)電。產生的電力從燃 料電池10的輸出端子16被輸出到便攜設備等。此外,燃料電池10的結構是一般的結構, 因此省略關于其結構的細節(jié)和電力生成機理的圖示和說明。另外,在燃料電池10中使用的 電解質等的結構不限定于以上舉例所示的結構。接著,在圖1以外還參照圖2來說明本實施方式的氫產生裝置100的動作。圖2 表示本實施方式中的氫產生裝置100的余量管理裝置13中的、累計向作為氫產生部的容器 3供給的水的水量的動作。首先,當操作部12例如接收到來自用戶的發(fā)電開始命令時,控制部11對泵5進行 供電。泵5通過來自控制部11的供電而開始動作,將在儲水罐1中儲藏的水2供給到作為 氫產生部的容器3。在容器3中,通過泵5經由供水管6供給的水2和氫產生物質4反應,產生氫。所 產生的氫通過氫導出管8被供給燃料電池10。燃料電池10通過從氫產生裝置100供給的 氫和從空氣流入部15取得的空氣(氧)進行發(fā)電動作??刂撇?1對泵5控制向容器3供給的水2的供給量,以便在燃料電池10中達到 能夠連續(xù)生成可以持續(xù)進行穩(wěn)定的發(fā)電的量的氫的供給量。特別是在能夠進行穩(wěn)定的氫生 成的狀態(tài)下,若把向容器3供給的水的供給量設為恒定沒有問題,則通過控制部11進行控 制,使得泵5供給的水的量恒定。余量管理裝置13監(jiān)視從控制部11給泵5的指示信號,與此同時,還適當地根據需 要來監(jiān)視泵5的動作。并且,掌握與泵5向容器3供給的水的量相關的水量信息,對其進行 累計。作為與所供給的水量相關的信息的一例,例如舉出通過作為在單位時間內供給的水 的量的供給水量和供給時間的累計而計算出的、實際的水的總供水量本身。
圖2表示實際的供水量的變化和累計出的總供水量的關系。圖2(a)表示單位時 間的供水量的變化、即供給速度的變化,圖2(b)是此時的累計水量、即總供水量的變化。如圖2 (a)所示,從時間Tl開始供水,到T2為止,以預定的供給速度Ll進行供水。 此時,圖2 (b)所示的總供水量從Tl到T2以恒定的比例增加。此后,如圖2 (a)所示,從T2 到T3的期間停止供水,圖2(b)所示的總供水量沒有變化。接著,如圖2 (a)所示,從T3到T4以供給速度L2進行供給,累計出的總供水量如 圖2(b)所示再次以恒定的比例增加。而且,如圖2(a)所示,在從T4到T5的期間以更大的 供給速度L3進行供水,如圖2(b)所示,累計出的水的總供水量以更大的斜率增加。這樣,余量管理裝置13可以通過速度和時間的累計來求出以預定的供給速度和 預定的供給時間進行的供水量的水量信息,通過重復該處理,余量管理裝置13可以累計、 計算供給到容器3的水的總供水量。然后,若將水的供給量的累計值設為A,將氫產生物質 4完全反應來產生氫的情況下的必要的水量設為B,則作為氫產生裝置100的氫產生部的容 器3中可以生成的氫的余量(%)可以通過(1-A/B) X 100而求出,該余量例如進行%顯示, 顯示在顯示部14中。如本實施方式這樣把通過氫產生裝置100生成的氫作為燃料電池10的燃料時,通 過余量管理裝置13計算出的氫產生裝置100中的氫產生量的余量直接成為燃料電池10的 電池余量。此外,以上說明了通過實際供給到容器3的水量的累計值,掌握通過余量管理裝 置13進行的供給的水的水量信息的情況,但是本實施方式的余量管理裝置13中的水量信 息的掌握不限于該方法。例如當泵5的單位時間的供水速度恒定時,或供水速度沒有大的變化時,通過僅 管理泵5的動作時間,可以掌握供給到容器3的水的水量信息。在這種情況下,應該通過余 量管理裝置13掌握的指標可以僅是“時間”一個即可,與需要管理“時間”和“供給速度”這 兩個指標的上述情況相比,可以更簡單地檢測出所供給的水量。另外,作為其它情況,當泵5如上所述為電動泵,特別在對泵5施加的電壓的大小 和單位時間內供給的水量之間存在相關關系時,根據對泵5施加的電壓的累計值、即電壓 值和施加了該電壓值的時間的累計結果,可以掌握水量信息。在這種情況下存在以下優(yōu)點 應該通過余量管理裝置13管理的指標成為可以作為數值來掌握、可以容易地進行運算等 處理的電壓信息。如上所述,在本實施方式的氫產生裝置100中,可以不追加作為檢測出生成的氫 的流量的單元的流量計、測量氫的壓力的壓力計等用于測定所生成的氫量的檢測單元,而 根據所供給的水的量計算氫產生裝置中的氫生成量。并且,根據該計算出的水的供給量,可 以容易地計算推定出通過氫產生裝置100可以產生的氫的余量。而且,在本實施方式的燃 料電池系統(tǒng)200中,根據通過氫產生裝置100產生的氫的余量可以測定燃料電池10的余 量。因此,作為小型且可移動性高的氫產生裝置、以及具備該氫產生裝置的燃料電池 系統(tǒng),能夠適宜作為以便攜設備為中心的各種設備的電源系統(tǒng)來使用。(第二實施方式)接著,使用圖3說明本發(fā)明的氫產生裝置和使用該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng)的第二實施方式。該第二實施方式的氫產生裝置300中,作為容納了與水反應來產生氫的氫產生物 質的氫產生部的容器3,成為能夠簡單地裝卸的燃料元件17的形式,這一點與上述實施方 式中的氫產生裝置100不同。圖3是表示具備本實施方式的氫產生裝置300的燃料電池系統(tǒng)400的概要結構的 框圖。本實施方式的燃料電池系統(tǒng)400,作為容納了氫產生物質的氫產生部的容器3、以 及可以記錄容器3中的氫產生量的、能夠進行數據的讀取和寫入的存儲器18構成了燃料元 件17,這一點與上述第一實施方式不同。關于構成氫產生裝置300的其它部件,例如儲水罐 1或作為供水單元的電動泵5、或操作部12、顯示部11等與圖1所示的第一實施方式的氫產 生裝置100相同結構的各部件,省略詳細的說明。另外,儲水罐1和容器3的結構也是與上 述圖1所示的第一實施方式的氫產生裝置100相同的結構,因此在圖3中不表示截面圖。本實施方式中的氫產生裝置300的容器3,作為燃料元件17能夠容易地裝卸。以 上說明了在第一實施方式的氫產生裝置100中,通過在供水管6和氫導出管8上設置的未 圖示的裝卸機構也能夠分離容器3,但是本實施方式中的燃料元件17是表示構成為能夠通 過用戶頻繁地、并且簡單地更換的單元的概念。燃料元件17中包含的存儲器18記錄有向容納了氫產生物質的容器3供給的水量 的累計值,例如由EEPROM(電可擦可編程只讀存儲器)構成。作為存儲器18,除了半導體存 儲器等以外,可以使用可磁力改寫的磁帶介質、或可熱改寫的條形碼、以及通過激光等可光 學改寫的存儲介質等控制部11可以適當寫入累計出的供水量、或者控制部11可以適當讀 入已寫入的累計出的供水量的各種介質。在本實施方式中,控制部11當接收來自操作部12的發(fā)電開始的指示時,從燃料元 件17的存儲器18讀入已供給到燃料元件17的容器3的水的累計水量。然后,和容納在容 器3中的氫產生材料的量的相關信息進行對照,計算氫產生物質中已經與水進行了反應的 氫產生物質的比例。而且,根據該計算出的已經與水反應了的氫產生物質的量,為了在迅速 地進行氫的產生時向容器3供給適量的水,向作為供水單元的泵5提供使其以預定的水量 進行供水的驅動信號。另外,根據供給速度和供給時間來計算由泵5供給的水量,更新已供 給到容器3的水的累計水量,將其寫入存儲器18。接著,使用圖4說明本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的、向容器3供給的水量的控制動作。圖4是表示本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的動作的流程圖。在此,供水量A表示在供給到作為容納有氫產生物質的氫產生部的容器的水的累 計水量為0或小于預定的閾值的情況下適當的供水量。另外,供水量B表示在供給到容納 有氫產生物質的氫產生部的水的累計水量大的情況下適當的供水量。一般來說,當氫產生 物質和水的反應進展時,氫產生反應的開始變晚,因此,特別是在開始反應的初期,最好增 加向氫產生物質供給的水的量。因此,在本實施方式的情況下也設供水量A <供水量B。此外,這些供水量A、供水量B是根據氫產生物質的材質或作為氫產生部的容器3 的容量、容器3的形狀或環(huán)境溫度、燃料電池10的性能或作為燃料電池10的輸出而必要的 電力量等而適當決定的數值。
如圖4所示,通過來自操作部12的操作來提供發(fā)電開始命令,開始氫產生裝置的 動作。在步驟SlOl中,取得發(fā)電開始命令的控制部11從燃料元件17的存儲器18讀入 供給到容器3的累計的供水量。在步驟S102中,控制部11判斷所讀入的累計供水量是否不到預定的規(guī)定值。該 預定的規(guī)定值被決定為當超過該值時,在開始通常的氫產生發(fā)應的條件下開始制備氫時 氫的產生變慢的閾值。當從存儲器18讀入的累計的供水量不到預定的規(guī)定值時(“是”的情況下),前進 到接下來的步驟S103,控制部11對泵5傳遞應該以供水量A來供水這樣的供水量信息。被 傳遞了供水量信息的泵5從儲水罐1向容器3以供水量A供水。另一方面,在步驟S102中,當從存儲器18讀取的累計的供水量并非不到預定的規(guī) 定值時(“否”的情況下),前進到步驟S104,控制部11對泵5傳遞應該以供水量B供水這 樣的供水量信息。被傳遞了供水量信息的泵5從儲水罐1向容器3以供水量B供水。接著,在步驟S105中,控制部11根據傳遞到泵5的供水量信息,根據水的供給速 度和供給時間來進行供水量的累計。該動作持續(xù)到從操作部12提供了發(fā)電停止的指示為止(步驟S106)。當存在發(fā)電停止的指示時,控制部11停止泵5來停止供水(步驟S107)。通過停 止向容器3供水,容器3中的水和氫產生物質的氫產生反應停止,由于不供給氫,燃料電池 10中的發(fā)電結束。此后,控制部11將計算出的最新的累計供水量寫入存儲器18 (步驟S108),一系列 的作業(yè)結束。接著,在圖5以及圖6中表示進行在圖4中說明的供水量的控制的情況下的水的 供給量和氫產生量的關系。圖5、圖6中的各個曲線圖的橫軸表示從發(fā)出發(fā)電開始命令的時 刻(t = 0)起的時間的經過。圖5表示當被供給到作為氫產生部的容器3的累計的供水量不到預定的規(guī)定值 時,即氫產生物質和水的反應沒怎么進行的狀態(tài)下的供水量和氫產生量的關系。在這種情況下,從時間“t = 0”開始以預定的供水量A進行供水。其結果,在時刻 tl開始產生氫。此時的供水量A是與通過與水的反應沒怎么進行的情況下的氫產生物質進 行的氫產生相適合的量,因此,氫如圖5所示,在開始產生后迅速上升到穩(wěn)定的氫產生量。接著,圖6表示被供給到容器3的累計的供水量并非不到預定的規(guī)定值時,即氫產 生物質與水的反應在進行了某種程度以上的狀態(tài)下的供水量和氫產生量的關系。圖6(a)是本實施方式的燃料電池系統(tǒng)的情況,對應于氫產生物質與水的反應進 行了相當程度的情況,在開始向氫產生部供水時,在到時刻t2為止的期間以比供水量A大 的供水量B進行供水。通過如此操作,特別是在氫產生的開始時刻,較晚開始與水的反應 的、已進行了與水的反應的氫產生物質的情況下,也在時刻t3開始了氫的生成。另外,與圖 5所示的情況相同,所生成的氫量達到穩(wěn)定的量的時間、即所謂的上升時間也提前。然而,如圖6 (b)所示,在與向氫產生部的供水量無關地,僅進行以適合于向圖5所 示的情況下的、與水的反應還很少的氫產生物質供給的供水量A進行的供水的情況下,氫 產生的開始時刻t4推遲,此后產生的氫量也不能順利達到規(guī)定的值,所謂的上升時間大幅度推遲。這樣,在本實施方式的氫產生裝置300中可以掌握已供給到在被燃料元件17化并 被頻繁裝卸的容器內所容納的氫產生物質的供水量,可以容易并且迅速地進行氫的產生。另外,在如本發(fā)明這樣向氫產生物質供水來產生氫的方法中具有以下問題根據 氫產生物質與多少水發(fā)生了反應這樣的履歷,開始以相同供給量進行供水時的水的供給后 直到產生氫為止的上升時間不同;有時當與水反應了的氫產生物質的量超過一定比例時, 即使尚未反應的氫產生物質剩余,也無法穩(wěn)定地繼續(xù)產生氫。但是,通過進行上述圖4中所 示那樣的本實施方式的氫產生裝置300中的供水量的控制,能夠解決與該問題氫產生物質 的已反應量相關的問題,實現(xiàn)能夠迅速并且穩(wěn)定地長時間產生氫的氫產生裝置。因此,可以 提供提前開始從燃料電池進行發(fā)電,另外,根據與氫產生物質的狀態(tài)對應的優(yōu)選的供水量 高效率地使用氫產生物質,能夠進行長時間發(fā)電的燃料電池系統(tǒng)。此外,在上述實施方式中表示了當向氫產生物質的累計供水量比預定的既定值大 時,將氫產生初期的供水量設為適合于進行了與水的反應的氫產生物質的供水量B的例 子,但是,本發(fā)明的燃料電池中的供水量的控制不限定于這種情況。根據供給到氫產生物質 的累計供水量,使開始向氫產生物質供水時的供水量為適當值后,也可以根據水與氫產生 物質的反應的特性,使直到進行穩(wěn)定的氫產生之前的供水量稍大。這樣,本發(fā)明通過控制部 11不會妨礙進行恰當的供水量的控制,以得到最佳的氫產生條件。以上,在本實施方式的說明中表示了在存儲器18中記錄了已供給到容納了氫產 生物質的容器3的水量的累計值的例子,但是在本實施方式的存儲器18中記錄的信息不限 于水量的累計值,也可以是在上述第一實施方式中說明的余量管理裝置13中推測出的、在 容器3中容納的氫產生物質可以產生的氫量的余量。另外,在本實施方式中說明的、控制部根據作為氫產生部的容器內的氫產生物質 中的氫產生量控制供水單元,從而供給最適當的供給速度和供給量的水的功能,當然也可 以應用于氫產生部未被燃料元件化的第一實施方式的氫產生裝置中。如上所述,在作為本實施方式而表示的燃料電池系統(tǒng)中,根據從燃料元件所具備 的存儲器中得到的對氫產生物質的累計供水量,變更向氫產生物質的供水條件,由此,在累 計供水量多的燃料元件中可以縮短開始產生氫所花費的時間。另外,在累計供水量少的燃 料元件中,可以防止進行必要以上的供水而引起過剩的氫產生反應。以上,作為本發(fā)明的實施方式,說明了具備本發(fā)明的氫產生裝置、和將通過該氫產 生裝置生成的氫作為燃料來使用的燃料電池的燃料電池系統(tǒng),但是,本發(fā)明的氫產生裝置 不限定于制備作為燃料電池的燃料的氫的裝置。例如,一般可以用作生成在貯藏氫的合金 中貯藏的氫的氫產生裝置等,生成在各種設備中使用的或被利用的氫的氫產生裝置。產業(yè)上的可利用性如上所述,本發(fā)明的氫產生裝置作為可以計算其可生成的氫的余量的氫產生裝 置,能夠在工業(yè)上廣泛利用。另外,具備該氫產生裝置和以氫為燃料的燃料電池的燃料電池 系統(tǒng)能夠廣泛利用于以小型便攜式設備用的電源為首的各種電源。
權利要求
1.一種氫產生裝置,其特征在于,具備氫產生部,其容納了通過與水的反應來產生氫的氫產生物質; 供水單元,其向所述氫產生部供給水;供水量控制單元,其控制所述供水單元,從而調節(jié)向所述氫產生部的水的供給量;以及 余量管理單元,其根據從所述供水單元或者所述供水量控制單元得到的、供給到所述 氫產生部的水的水量信息,推定所述氫產生部能夠產生的氫量的余量。
2.根據權利要求1所述的氫產生裝置,其特征在于,所述余量管理單元根據供給到所述氫產生部的水的總量推定所述氫產生部能夠產生 的氫量的余量。
3.根據權利要求1所述的氫產生裝置,其特征在于,所述余量管理單元根據所述供水單元的動作時間推定所述氫產生部能夠產生的氫量 的余量。
4.根據權利要求1所述的氫產生裝置,其特征在于,所述供水單元以電為動力,所述余量管理單元根據對所述供水單元施加的電壓的累計 值,推定所述氫產生部能夠產生的氫量的余量。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的氫產生裝置,其特征在于,所述氫產生裝置具備容納了所述氫產生物質的可裝卸的燃料元件來作為所述氫產生部,所述燃料元件具有存儲所供給的水量或者能夠產生的氫量的余量的存儲器部。
6.根據權利要求1至5中任意一項所述的氫產生裝置,其特征在于,所述供水量控制單元根據供給到所述氫產生部的水的水量信息控制所述供水單元的 水的供給量。
7.一種燃料電池系統(tǒng),其特征在于,具備權利要求1至6中任意一項所述的氫產生裝置;以及 使用通過所述氫產生裝置生成的氫來進行發(fā)電的燃料電池。
全文摘要
提供不追加導致高成本的檢測單元就可以推定氫量的余量的氫產生裝置、以及具備該氫產生裝置的燃料電池系統(tǒng)。具備容納了通過與水(2)的反應來產生氫的氫產生物質(4)的氫產生部(3);向所述氫產生部(3)供給水(2)的供水單元(5);控制所述供水單元(5)來調節(jié)向所述氫產生部(3)的水(2)的供給量的供水量控制單元(11);根據從所述供水單元(5)或所述供水量控制單元(11)得到的、供給到所述氫產生部(3)的水(2)的水量信息,推定所述氫產生部(3)可以產生的氫量的余量的余量管理單元(13)。
文檔編號H01M8/06GK102137810SQ200980134219
公開日2011年7月27日 申請日期2009年8月31日 優(yōu)先權日2008年9月2日
發(fā)明者三木健, 中井敏浩, 戶高義弘, 田中淳史 申請人:日立麥克賽爾株式會社
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