特開 2024-124247 オンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024124247

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】オンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/06 20060101AFI20240905BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

C01B3/06

H01M8/04 N

【審査請求】未請求

【請求項の数】12

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023032260

(22)【出願日】2023-03-02

(71)【出願人】

【識別番号】592016485

【氏名又は名称】株式会社デイトナ

(71)【出願人】

【識別番号】000125370

【氏名又は名称】学校法人東京理科大学

(74)【代理人】

【識別番号】100086438

【弁理士】

【氏名又は名称】東山 喬彦

(74)【代理人】

【識別番号】100217168

【弁理士】

【氏名又は名称】東山 裕樹

(72)【発明者】

【氏名】福田 一人

(72)【発明者】

【氏名】星 伸一

(72)【発明者】

【氏名】末川 知弥

(72)【発明者】

【氏名】田村 開都

(72)【発明者】

【氏名】小野 智喜

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AA01

5H127FF20

(57)【要約】

【課題】負荷に応じて必要量の水素ガスを生成段階で制御するという着想の下、新規なオンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法を開発することを技術課題とした。
【解決手段】ＳＢＨ水溶液から水素ガスを生成する水素リアクタユニット４を具えて成る装置であって、反応による生成物を受け入れる、フィルタリングチャンバ４４と水素ガス貯留チャンバ４６とを具えて成るバッファユニット４０が設けられ、フィルタリングチャンバ４４は反応による生成物を水素ガスと副生成物とに分離すると共にドレン経路に副生成物排出弁４４Ｖを具え、水素ガス貯留チャンバ４６は、生成された水素ガスを出力パッケージ２側に送り出す水素ガス取出管４９を具え、供給路５に設けらた給液装置７を、出力パッケージ２の負荷に応じて制御するための制御装置８が具えられていることを特徴として成る。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素化ホウ素ナトリウム水溶液を収納するＳＢＨ水溶液タンクと、クエン酸水溶液を収納するクエン酸水溶液タンクとを具え、各タンクから給液を行う供給路を反応路で合流させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成する水素リアクタユニットを具えて成る装置であって、
前記反応路は水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成するために必要な有効長を確保するために迂回状に形成され、且つ水素ガス生成反応が始まる反応開始部から反応が終了する反応終了部にかけて、下りの傾斜状態に形成され、
また前記反応路の反応終了部側には、反応による生成物を受け入れるバッファユニットが設けられ、このバッファユニットはフィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとを具え、
前記フィルタリングチャンバは反応による生成物を水素ガスと副生成物とに分離すると共にドレン経路に副生成物排出弁を具え、
一方、水素ガス貯留チャンバは、生成された水素ガスを燃料とする出力パッケージ側に送り出す水素ガス取出管を具え、
更に前記供給路には、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを供給する給液装置が設けられ、
更にこの給液装置を、前記出力パッケージの負荷に応じて制御するための制御装置が具えられていることを特徴とするオンデマンド水素発生装置。

【請求項2】

前記反応路において水素ガスの生成を行うには、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを反応させるか、または反応路内に触媒を配置するか、のいずれか一方または双方により水素ガスの生成を行うことができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のオンデマンド水素発生装置。

【請求項3】

前記給液装置はチューブポンプを具えて成るものであり、このチューブポンプの回転速度を制御装置で制御することにより、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液との供給量を調節するものであることを特徴とする請求項２記載のオンデマンド水素発生装置。

【請求項4】

前記バッファユニットは上下を閉塞される筒状の本体部を具えて成るものであり、この本体部の内側に内周面に添うように間隔を空けてセパレータを設け、このセパレータによってその外側にフィルタリングチャンバを形成し、
一方、前記セパレータの内側に水素ガス貯留チャンバを形成するものであり、
フィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとは、バッファユニットの底部近くにおいて連通し、
前記フィルタリングチャンバは、フィルタエレメントを具えると共に反応路と連通され、
一方、水素ガス貯留チャンバは、その上部において水素ガス取出管と連通していること
を特徴とする請求項２または３記載のオンデマンド水素発生装置。

【請求項5】

前記バッファユニットは、その上方を前記反応路を内部に設けた反応路ブロックによって蓋状に閉塞されていることを特徴とする請求項２または３記載のオンデマンド水素発生装置

【請求項6】

前記反応路ブロックは、上ブロックと下ブロックとにより上下分割され、それぞれ反応路凸条と反応路凹溝との組み合わせのいずれかを形成して、内部に集束螺旋傾斜状の反応路を形成したことを特徴とする請求項５記載のオンデマンド水素発生装置。

【請求項7】

前記バッファユニットにおける水素ガス取出管と対向するセパレーターの部位には、オリフィスが形成されていることを特徴とする請求項４記載のオンデマンド水素発生装置

【請求項8】

前記バッファユニットにおける水素ガス取出管と出力パッケージとを接続する管路には、減圧レギュレータが具えられていることを特徴とする請求項４記載のオンデマンド水素発生装置

【請求項9】

前記ＳＢＨ水溶液タンク及びクエン酸水溶液タンクは、補充充填が可能なカートリッジ容器が装着できるように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載のオンデマンド水素発生装置

【請求項10】

前記請求項１または２記載のオンデマンド水素発生装置により生成される水素ガスを燃料とする負荷装置としての出力パッケージは、内燃機関とこれに駆動される発電機または燃料電池であり、
発電負荷を制御装置への入力情報とし、この発電負荷に応じて給液装置へ必要な制御情報を出力するようにしたことを特徴とする出力パッケージに合わせた水素生成制御方法。

【請求項11】

前記給液装置はチューブポンプを具えて成るものであり、このチューブポンプの駆動にあたっては、
水素ガス取出管を通じて出力パッケージ側に供給される水素量が適したものとなる水溶液投入量へ回転数の制御を行うことを特徴とする請求項１０記載の出力パッケージに合わせた水素生成制御方法。

【請求項12】

前記請求項１または２記載のオンデマンド水素発生装置を用いて水素ガスを生成するにあたり、
バッファユニットにおけるドレン経路に具えられた副生成物排出弁を開放することにより、
バッファユニットのフィルタリングチャンバ部分に存在する副生成物の溶液を適度に排出し、
バッファユニット内に副生成物を溜め過ぎることなく、水素ガス取出管を通じて出力パッケージ側に送り出す水素ガスの量を所望の値とすることを特徴とする出力パッケージに合わせた水素生成制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジン等の出力パッケージの燃料としての水素ガスを水素化ホウ素ナトリウム水溶液を基幹原料として、その消費状況に応じてその都度必要量生成することのできるオンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

地球環境保全の見地からいわゆる化石燃料に替わるエネルギー源の一つとして水素が注目されている。
しかしながら、水素は目下商用可能なものとするには専ら大規模プラントでの生成がされており、且つその貯留タンクも大規模なものとなっている。加えて水素ガスの小分け補充のための扱いも、充分な安全確保操作を要求されており、必ずしも簡便な使い勝手は得られていない。

【0003】

このような現状から本発明者は、水素ガスを必要が生じた都度発生させて利用できるようにする手法の研究を進めており、既に特許取得乃至は特許出願により、その成果を開示している。
具体的には、特許文献１は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを反応管内に必要時間かけて通過させて、水素ガスを発生させる基本的手法を開示したものである。
また特許文献２は、高圧水素ガスを燃料とする出力パッケージ（エンジン）に対し、その動力負荷に応じて水素ガス供給量を適切に制御する手法を開示するものである。
また特許文献３は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを積極的に撹拌混合させ水素ガスを効果的に発生させ、且つ撹拌混合の動力源としてのエンジンに燃料としてその発生した水素ガスを用いることを開示したものである。

【0004】

このような研究開発の中では出力パッケージによる水素ガスの燃費向上も技術課題とされるものであるが、従来はこの課題は解決途上というべき段階であり、いわゆる省エネルギー対策としては開発の余地が残されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特許第６８６９７９９号公報

【特許文献2】特開２０２０－３３９９２公報

【特許文献3】特願２０２２－０７９８１４号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明はこのような背景を考慮してなされたものであって、省エネルギー化、省燃費化を達成するには水素ガスの供給の段階で負荷対応させるのではなく、根本的に負荷に応じて必要量の水素ガスを生成段階で制御するという着想の下、新規なオンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法を開発することを技術課題としたものである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

すなわち請求項１記載のオンデマンド水素発生装置は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を収納するＳＢＨ水溶液タンクと、クエン酸水溶液を収納するクエン酸水溶液タンクとを具え、各タンクから給液を行う供給路を反応路で合流させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成する水素リアクタユニットを具えて成る装置であって、前記反応路は水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成するために必要な有効長を確保するために迂回状に形成され、且つ水素ガス生成反応が始まる反応開始部から反応が終了する反応終了部にかけて、下りの傾斜状態に形成され、また前記反応路の反応終了部側には、反応による生成物を受け入れるバッファユニットが設けられ、このバッファユニットはフィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとを具え、前記フィルタリングチャンバは反応による生成物を水素ガスと副生成物とに分離すると共にドレン経路に副生成物排出弁を具え、一方、水素ガス貯留チャンバは、生成された水素ガスを燃料とする出力パッケージ側に送り出す水素ガス取出管を具え、更に前記供給路には、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを供給する給液装置が設けられ、更にこの給液装置を、前記出力パッケージの負荷に応じて制御するための制御装置が具えられていることを特徴として成るものである。

【0008】

また請求項２記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記反応路において水素ガスの生成を行うには、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを反応させるか、または反応路内に触媒を配置するか、のいずれか一方または双方により水素ガスの生成を行うことができるように構成されていることを特徴として成るものである。

【0009】

また請求項３記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項２記載の要件に加え、前記給液装置はチューブポンプを具えて成るものであり、このチューブポンプの回転速度を制御装置で制御することにより、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液との供給量を調節するものであることを特徴として成るものである。

【0010】

また請求項４記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項２または３記載の要件に加え、前記バッファユニットは上下を閉塞される筒状の本体部を具えて成るものであり、この本体部の内側に内周面に添うように間隔を空けてセパレータを設け、このセパレータによってその外側にフィルタリングチャンバを形成し、一方、前記セパレータの内側に水素ガス貯留チャンバを形成するものであり、フィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとは、バッファユニットの底部近くにおいて連通し、前記フィルタリングチャンバは、フィルタエレメントを具えると共に反応路と連通され、一方、水素ガス貯留チャンバは、その上部において水素ガス取出管と連通していることを特徴として成るものである。

【0011】

また請求項５記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項２または３記載の要件に加え、前記バッファユニットは、その上方を前記反応路を内部に設けた反応路ブロックによって蓋状に閉塞されていることを特徴として成るものである。

【0012】

また請求項６記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項５記載の要件に加え、前記反応路ブロックは、上ブロックと下ブロックとにより上下分割され、それぞれ反応路凸条と反応路凹溝との組み合わせのいずれかを形成して、内部に集束螺旋傾斜状の反応路を形成したことを特徴として成るものである。

【0013】

また請求項７記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項４記載の要件に加え、前記バッファユニットにおける水素ガス取出管と対向するセパレーターの部位には、オリフィスが形成されていることを特徴として成るものである。

【0014】

また請求項８記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項４記載の要件に加え、前記バッファユニットにおける水素ガス取出管と出力パッケージとを接続する管路には、減圧レギュレータが具えられていることを特徴として成るものである。

【0015】

また請求項９記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項２または３記載の要件に加え、前記ＳＢＨ水溶液タンク及びクエン酸水溶液タンクは、補充充填が可能なカートリッジ容器が装着できるように構成されていることを特徴として成るものである。

【0016】

また請求項１０記載の出力パッケージに合わせた水素生成制御方法は、前記請求項１または２記載のオンデマンド水素発生装置により生成される水素ガスを燃料とする負荷装置としての出力パッケージは、内燃機関とこれに駆動される発電機または燃料電池であり、発電負荷を制御装置への入力情報とし、この発電負荷に応じて給液装置へ必要な制御情報を出力するようにしたことを特徴として成るものである。

【0017】

また請求項１１記載の出力パッケージに合わせた水素生成制御方法は、前記請求項１０記載の要件に加え、前記給液装置はチューブポンプを具えて成るものであり、このチューブポンプの駆動にあたっては、水素ガス取出管を通じて出力パッケージ側に供給される水素量が適したものとなる水溶液投入量へ回転数の制御を行うことを特徴として成るものである。

【0018】

また請求項１２記載の出力パッケージに合わせた水素生成制御方法は、前記請求項１または２記載のオンデマンド水素発生装置を用いて水素ガスを生成するにあたり、バッファユニットにおけるドレン経路に具えられた副生成物排出弁を開放することにより、バッファユニットのフィルタリングチャンバ部分に存在する副生成物の溶液を適度に排出し、バッファユニット内に副生成物を溜め過ぎることなく、水素ガス取出管を通じて出力パッケージ側に送り出す水素ガスの量を所望の値とすることを特徴として成るものである。
そしてこれら各請求項記載の要件を手段として前記課題の解決が図られる。

【発明の効果】

【0019】

まず請求項１記載の発明によれば、出力パッケージの負荷に応じて水素ガスの生成量を最適化することができ、省エネルギー化、省燃費化を達成することができる。

【0020】

また請求項２記載の発明によれば、一つのオンデマンド水素発生装置において、異なる反応態様で水素ガスを生成することができるとともに、反応促進剤の使用量を著しく低下させた運用を実施することができる。

【0021】

また請求項３記載の発明によれば、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液との供給を、正確且つ安定して行うことができる。

【0022】

また請求項４記載の発明によれば、生成された水素ガスと、副生成物とを効果的に分離することができる。

【0023】

また請求項５記載の発明によれば、反応路を内在させる水素リアクタユニットの気密性を、簡素な構成により、且つ簡単に確保することができる。

【0024】

また請求項６記載の発明によれば、反応路凹溝と反応路凸状との組み合わせにより反応路を容易に形成することができる。またこれらを組み合わせる前に触媒の設置等を容易に行うことができる。

【0025】

また請求項７記載の発明によれば、水素リアクタユニットから外部に排出される水素ガスの圧力を所望の圧力とすることができる。

【0026】

また請求項８記載の発明によれば、出力パッケージに供給される水素ガスの圧力を所望の圧力とすることができる。

【0027】

また請求項９記載の発明によれば、オンデマンド水素発生装置に対して、容易な燃料タンクの設置、容易な燃料供給を行うことが可能となり，大型化することなく連続運転が可能なものとすることができる。

【0028】

また請求項１０記載の発明によれば、発電機または燃料電池の出力が安定するように、内燃機関を稼働させることができる。

【0029】

また請求項１１記載の発明によれば、内燃機関を安定した状態で稼働させることができるとともに、発電機または燃料電池の出力をよりいっそう安定させることができる。

【0030】

また請求項１２記載の発明によれば、副生成物の排出を行い、内部圧力が一定となる。

【図面の簡単な説明】

【0031】

【図1】本発明のオンデマンド水素発生装置を骨格的に示すブロック図である。

【図2】本発明のオンデマンド水素発生装置を制御系に主眼を置いて骨格的に示すブロック図である。

【図3】水素リアクタユニットを一部拡大して示す縦断側面図である。

【図4】水素リアクタユニットを示す分解斜視図である。

【図5】反応ブロックにおける下ブロックを示す平面図、ｂ－ｂ断面図、ｃ－ｃ断面図である。

【図6】反応ブロックにおける上ブロックを示す平面図、ｂ－ｂ断面図、側面図である。

【図7】給液装置を示す正面図及び平面図である。

【発明を実施するための形態】

【0032】

本発明を実施するための形態は、以下の実施例に述べるものをその一つとするとともに、更に本発明の技術思想内において改良し得る種々の手法を含むものである。

【実施例0033】

以下本発明を図示の実施例に基づいて具体的に説明する。本発明のオンデマンド水素発生装置１（以下水素発生装置と略記する）は別途構成される出力パッケージ２に対して、制御装置８による制御にしたがって、生成された水素ガスを供給するものである。
なお出力パッケージ２は、水素ガスを燃料とする例えば４ストロークの内燃機関それによる動力出力あるいは、そのエンジン本体２０によって発電機２１を駆動し電力を出力させる形態を採るものである。また出力パッケージ２としては、燃料電池、水素ガスステーション等の形態を採ることも可能であり、従ってこのような種々の出力形態を考慮して、出力パッケージ２という呼称にしたものである。

【0034】

まず本発明の水素発生装置１について説明する。この水素発生装置１は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液（以下ＳＢＨ水溶液と略記することがある）とクエン酸水溶液とを混合反応させて水素ガスを生成することが大きな特徴である。
なお水素キャリア物質である水素化ホウ素ナトリウムの保存（貯蔵）にあたっては、このものを水に溶解させる前の固体状態例えば粉末状あるいは顆粒状としておき、水素ガスを生成する際に初めて水素化ホウ素ナトリウムを水に溶解させて溶液化するものである。これによって水素をガスの状態で保存する必要がなく、水素キャリア物質である水素化ホウ素ナトリウムを、容易に且つ安全に取り扱うことができる。
すなわち水素はガスの状態で保存しておく事が困難であり、且つ危険性が伴うものであるため、従来は水素ガスを高耐圧のガスボンベ等に充填して貯蔵や輸送する形態が主流になっていた。この点本発明では、ガスの状態で水素を持ち運びする必要がなく、水素キャリア物質を固体状態で容易に保存や輸送することができ、特別な技術資格等を持たないものであっても安全に取り扱うことができる。このように必要が生じた都度、水素ガスを生成することを本出願ではオンデマンド水素ガス生成という。

【0035】

なお固体の水素化ホウ素ナトリウムは、やや吸湿性があるものの密閉状態で保存すれ ば長期保存が可能であり、当然水素ガスも発生しない。また水素化ホウ素ナトリウムは水溶液の状態でもアルカリ濃度で維持すれば、加水分解による水素ガスが発生しないため極めて取り扱いやすい物質である。因みにクエン酸については、固体状態で保存しても良いし、水溶液の状態で保存しても良い。

【0036】

以下、本発明の水素発生装置１について更に詳細に説明し、その後出力パッケージ２及び制御装置８について説明すると共に、それらの作動状態を説明しながら合わせて本発明の出力パッケージに合わせた水素生成制御方法について説明する。
水素発生装置１は一例として図１に示すように、ＳＢＨ水溶液及びクエン酸水溶液を貯留するタンク３を具える。なおそれぞれのタンク３については、ＳＢＨ水溶液タンクを符号３Ａで示し、クエン酸水溶液タンクを３Ｂで示す。
なお水素化ホウ素ナトリウムとクエン酸それぞれについて、包括的に説明する場合には原料素材と記す他、その水溶液についても原料液と記すこともある。

【0037】

このようなタンク３に続いて水素リアクタユニット４が設けられる。この水素リアクタユニット４は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成する反応路４００と、反応路４００における生成物を水素ガスと副生成物とに分離するバッファユニット４０とを具えて成るものである。
この実施例では一例として図３、４に示すように、円筒状のケーシング部材である本体部４１内にバッファユニット４０を形成し、その上部に反応路４００が形成される反応路ブロック４０５を配するとともに、これらを一体化して水素リアクタユニット４が構成されるようにした。
なお水素リアクタユニット４全体は、生成された水素ガスの圧力等に耐え得るような適宜の強度を要する金属素材等で構成されることが好ましい。

【0038】

前記円筒状の本体部４１の上端部には、内側に張り出した上部フランジ４１Ａが形成され、一方、下端部には、外側に張り出した下部フランジ４１Ｂが形成されるとともに、これらフランジ部に対して適宜の個所にボルト孔が形成されている。
このような本体部４１に対しその内側にセパレータ４３が設けられるものであり、このセパレータ４３は前記本体部４１の内側に一定寸法を隔てて添うよう、円筒状に形成されて成るものである。
なおセパレータ４３の上端部には外側に張り出したフランジ４３Ｆが具えられており、このフランジ４３Ｆに形成されたボルト孔と、前記本体部４１における上部フランジ４１Ａに形成されたボルト孔、更に反応路ブロック４０５に形成されたボルト孔にボルトを挿通して締結することにより、所望の位置決めが行われる。

【0039】

そしてこのセパレータ４３によって実質的に本体部４１内が二空間に区画されるものであり、セパレータ４３と本体部４１との間の円筒状空間をフィルタリングチャンバ４４とするものであり、ここにステンレスメッシュ等、ろ過機能を有する素材により形成されたフィルタエレメント４５が充填される。なおフィルタエレメント４５として用いるステンレスメッシュ等は、目詰まりを起こさない程度の粗目のものが好ましい。

【0040】

一方、セパレータ４３の内側の空間は水素ガス貯留チャンバ４６とされるものである。そして、セパレータ４３の側周上部に形成された穿孔部４３Ｈに嵌り込むように設けられる誘導管４７が、セパレータ４３の内側に突出した状態とされている。

【0041】

また本体部４１の下部フランジ４１Ｂには、セパレータ４３の内径よりも短径の孔が形成されたセパレータアンダ４１Ｃを介在させて、底板４１Ｄが組み付けられる。
この底板４１Ｄに形成された排出口４１Ｈには排出管４８が設けられるとともに、本体部４１の側周上部に形成された水素ガス取出口４１Ｅには、水素ガス取出管４９が設けられる。
更に前記水素ガス取出口４１Ｅ（水素ガス取出管４９）と対向することとなるセパレータ４３の部位には、オリフィス４３Ｒが形成されている。なおオリフィス４３Ｒとしては、いわゆるネジ型オリフィスを採用することが好ましく、この場合には穴径の異なるネジ型オリフィスを複数用意しておき、その中から適宜のものを選択することにより、絞り抵抗の調節を容易に行うことが可能となる。
なおセパレータ４３の高さ寸法は、穿孔部４３Ｈが形成される個所が最大となり、オリフィス４３Ｒが形成される部位が最小となるように設定されている。

【0042】

また前記反応路４００は、反応路ブロック４０５によって形成されるものであり、この反応路ブロック４０５は一例として偏平な逆円錐形状とされるものであり、その内部に反応路４００が構成される。
具体的には、反応路ブロック４０５は図４～６に示すように、下ブロック４０５Ｎと上ブロック４０５Ｐの組み合わせによって構成されるものであって、下ブロック４０５Ｎに対し下窄まり螺旋状の反応路凹溝４０６が形成され、一方、上ブロック４０５Ｐには、反応路凹溝４０６の上部の開放部を閉塞するような反応路凸条４０７が形成される。
そしてこれら下ブロック４０５Ｎと上ブロック４０５Ｐとが組み合わされることにより、螺旋状に迂回した状態で必要な反応時間を得られるような長さが確保された反応路４００が形成される。

【0043】

また前記上ブロック４０５Ｐの上面には、反応路４００と連通する注入口４０８が形成されるものであり、ＳＢＨ水溶液注入口４０８Ａとクエン酸水溶液注入口４０８Ｂとが並ぶように配される。

【0044】

一方、下ブロック４０５Ｎには、反応路４００の終端部（反応終了部４０２）に反応生成物取出口４０９が形成される。
なお反応路ブロック４０５は、実質的に前記バッファユニット４０の上蓋状の部材として機能するように構成されているものである。
そして図３、４に示すように、本体部４１内にフィルタエレメント４５を設置し、その内側にセパレータ４３を設置するとともに、本体部４１（セパレータ４３）の上部開口を反応路ブロック４０５で塞ぐようにこれらを組み付けることにより、注入口４０８から、反応路４００、反応生成物取出口４０９、フィルタリングチャンバ４４、水素ガス貯留チャンバ４６，水素ガス取出管４９へと繋がる流路が形成される。

【0045】

なお前記反応生成物取出口４０９には、一例としてシリコーンゴム製の接続チューブ４０９Ｔ一端が挿入され、この接続チューブ４０９Ｔの他端側が、前記セパレータ４３に具えられた誘導管４７に挿通されることにより、反応路４００がフィルタリングチャンバ４４に連通した状態とされる。

【0046】

そして以上述べたようなタンク３及び水素リアクタユニット４に対して、供給路５が接続されるものであり、ＳＢＨ水溶液タンク３Ａからの給液管５０Ａと、クエン酸水溶液タンク３Ｂからの給液管５０ＢとがそれぞれＳＢＨ水溶液注入口４０８Ａ、クエン酸水溶液注入口４０８Ｂに接続され、反応路４００において実質的に合流するものである。

【0047】

そして更に前記供給路５に対して給液装置７が具えられるものであり、この給液装置７は、制御装置８によって制御されて、タンク３から流出し、注入口４０８に供給されるＳＢＨ水溶液並びにクエン酸水溶液の量を、所望の量に調節するものである。その調節の目的は、出力パッケージ２における負荷に応じて適切な水素ガスが生成されるようにすることにある。
因みに出力パッケージ２の負荷に応じて水素ガスの供給を制御するための手法について本出願人は、既に前記した先行技術文献において開示しているが、本発明はいわゆる省燃費化を更に進めるべく、水素ガス生成に当っての原料液であるＳＢＨ水溶液並びにクエン酸水溶液を供給する段階で適切な量とするものである。
このような給液装置７の一例として、本実施例では以下に示すようにチューブポンプ７１を適用するが、もちろんチューブポンプ７１以外にも、流量を制御することのできるバルブ等を適用してもよい。

【0048】

前記チューブポンプ７１は、一般的に用いられるものであってポンプハウジング７０内に、流入口７２と流出口７３との間に接続された可撓チューブ７４を円周状に配置し、その可撓チューブ７４をポンプロータ７５におけるローラ状の突起で部分的に押しつぶし、可撓チューブ７４内の流体（原料液）を送り出すものである。
なお給液装置７についてもＳＢＨ水溶液に関するものについては、各符号にチューブポンプ７１Ａ等、Ａの符号を付して区別して図示し、一方クエン酸水溶液にするものについてはもチューブポンプ７１Ｂ等、Ｂの符号を付して記するものである。

【0049】

なおこの実施例では図７に示すように、ポンプハウジング７０に対してチューブポンプ７１Ａとチューブポンプ７１Ｂとが搭載され、これら二基のポンプのポンプロータ７５Ａと、ポンプロータ７５Ｂとが一基のモータＭによって駆動されるようにした。
具体的には一例として、ポンプロータ７５Ａのシャフト７８Ａに具えられたギヤ７６Ａと、ポンプロータ７５Ｂのシャフト７８Ｂに具えられたギヤ７６Ｂとの間に、これらと噛み合うギヤ７６を設けるとともに、シャフト７８Ａに対してモータＭの回転軸を直接または適宜のアダプタを介在させて接続する形態が採られる。このような形態が採られたときには、ギヤ７６Ａが駆動ギヤとして機能し、ギヤ７６は中間従動ギヤとして機能し、ギヤ７６Ｂは従動ギヤとして機能することとなる。

【0050】

なおモータＭの回転軸の接続は、ポンプロータ７５Ｂのシャフト７８Ｂに対して行うようにしてもよく、更にギヤ７６が具えられるシャフト７８に対して行うようにしてもよい。
更にシャフト７８Ａ、シャフト７８Ｂにそれぞれ個別にモータＭを接続するようにしてもよい。
また前記モータＭとしては、一例としてギヤモータが採用されるが、適宜の回転制御モータを採用することもできる。

【0051】

更にこの実施例では、ポンプロータ７５Ａを四葉タイプとしてローラ状の突起が四個所に具えられたものとし、ポンプロータ７５Ｂを二葉タイプとしてローラ状の突起が二個所に具えられたものとした。
またこの実施例では、チューブポンプ７１Ａによって送り出されるＳＢＨ水溶液と、チューブポンプ７１Ｂによって送り出されるクエン酸水溶液との質量比が約１：１．４８となるように、ポンプロータ７５Ａを駆動するためのギヤ７６Ａと、ポンプロータ７５Ｂを駆動するためのギヤ７６Ｂとのギヤ比を、それぞれの水溶液密度を考慮して約１：１．１に設定し，これらが（中間従動）ギヤ７６によって同時に同方向に回転駆動されるようにした。

【0052】

またこの実施例では流出口７３と給液管５０との間に、ゴム風船様のダンパ７７を具えることにより、流出口７３から排出される原料液の脈動抑制を図るようにした。

【0053】

また前記バッファユニット４０の底板４１Ｄに設けられた排出管４８は、ドレンタンク４Ｄに接続されるものであり、この排出管４８に対して副生成物排出弁４４Ｖが設けられる。更にドレンタンク４Ｄと減圧レギュレータ４９Ｒとは管路によって接続され、この管路にはエアクリ－ナ２０９Ａを具えたサージタンク２０９が配される。

【0054】

以上、本発明の水素発生装置１についてその構成を説明したが、次いで出力パッケージ２について説明する。
前記出力パッケージ２は、一例としてエンジン本体２０と発電機２１とを組み合わせて構成されたものであり、エンジン本体２０は常法に従い、いわゆるレシプロ、４ストロークエンジンが適用される。

【0055】

まず前記エンジン本体２０は、シリンダ２０１内に往復動するピストン２０２が収められ、シリンダ２０１上部のシリンダヘッドに対して点火プラグ２０３を具え、この点火プラグ２０３によるスパークにより、シリンダ２０１内に吸入した水素ガスに点火するものである。
具体的には点火プラグ２０３を具えたシリンダヘッドは吸気口２０４を具え、そこに吸気バルブ２０４Ｖを具え、更に排気口２０５には排気バルブ２０５Ｖが具えられてシリンダ２０１内の気密状態の設定とその開放とを図っている。

【0056】

そして動力の取出しはクランクシャフト２０６によってなされるものであり、このクランクシャフト２０６は前記ピストン２０２とコンロッド２０７を介して接続され、ピストン２０２の往復運動が回転運動として取り出される。
このクランクシャフト２０６の回転により、発電機２１のロータを直接回転駆動してもよいが、適宜減速して回転駆動するようにしてもよい。

【0057】

次に前記発電機２１は、一例として多極界磁回転型の発電部を具えたものであり、交流１００Ｖの電圧出力、定格出力０．９ｋＶＡのものを適用した。なお本明細書では、発電機２１にはインバータを含むものとした。

【0058】

そしてこのような出力パッケージ２に対して、水素発生装置１から水素ガスを供給するために、水素リアクタユニット４における水素ガス取出管４９と、出力パッケージ２におけるエンジン本体２０におけるインテークマニホールド２０８とが管路によって接続されるものであり、この管路に対して水蒸気トラップ４９Ｔ及び減圧レギュレータ４９Ｒが具えられる。
更に前記減圧レギュレータ４９Ｒに対しては、圧力センサ４９Ｐが具えられている。

【0059】

次いで制御装置８について説明すると、このものは、例えば汎用のプロセッサユニット８０（一例として商標名：Arduino （アルディーノ）等を用い、そのソフトウェアを適宜の不図示のパソコンによって設定できるように構成されている。このような設定がされたプロセッサユニット８０を主要部材として、出力パッケージ２の負荷に応じた水素ガス供給量を設定するための制御装置８が構成される。

【0060】

まず負荷自体は出力パッケージ２における発電機２１（インバータ２２）の出力電圧〔Ｖ〕の変化をもってその負荷の過少を検出する。具体的には、一般的ないわゆるダイオードブリッジブリッジにより構成された電圧センサ８２の出力に応じた変化を検出するものである。この電圧センサ８２の出力をプロセッサユニット８０に入力し、そこで出力パッケージ２の負荷に応じたフィードバック制御の設定をして、これを制御信号として速度コントローラ８３に出力する。

【0061】

そしてこの速度コントローラ８３の指令信号は、前記チューブポンプ７１を駆動するモータＭに対して送られる。
具体的には出力パッケージ２の負荷が増大した場合には電圧は降下傾向にあり、その傾向を検出した時には、直ちにこれを回復すべく速度コントローラ８３から給液装置７のモータＭの回転速度を増加させるような信号を出力するものである。
また逆に出力パッケージ２の負荷が減少した場合には電圧は上昇傾向にあり、その傾向を検出した時には、直ちにこれを回復すべく速度コントローラ８３から給液装置７のモータＭの回転速度を減少させるような信号を出力するものである。

【0062】

本発明は以上述べたような構成を有するものであり、次のように作動してオンデマンド水素ガス生成と水素ガス生成量を負荷対応させて制御する方法を現出させるものである。
まず水素発生装置１における水素ガスの生成状況について説明する。
はじめに水素ガスを実際に生成したい場合、たとえば水素ガスを燃料として出力パッケージ２を稼働させたい場合に、固体状態の水素化ホウ素ナトリウムを水に溶解させ、水溶液の状態でＳＢＨ水溶液タンク３Ａに投入する。また同様に、クエン酸を水に溶解させ、水溶液の状態でクエン酸水溶液タンク３Ｂに投入する。

【0063】

なお、このときのＳＢＨ水溶液の濃度は、一例として３３．３ｗｔ％であり、ｐＨ値としては一例としてｐＨ９である。このようにＳＢＨ水溶液はアルカリ性で維持することが望ましく、アルカリ性の状態であれば、水溶液であっても水素化ホウ素ナトリウム（水溶液）から水素ガス（加水分解による水素）が発生しない。
またクエン酸水溶液の濃度は一例として２７．０ｗｔ％である。
なお、各水溶液を収容したＳＢＨ水溶液タンク３Ａ、クエン酸水溶液タンク３Ｂは、例えば図１に示すように、上下逆にした状態で水素発生装置１内に設置される。

【0064】

次いで水溶液を送り込む作業を行うものであり、給液装置７のチューブポンプ７１を駆動すると、そのポンピング作用によってＳＢＨ水溶液とクエン酸水溶液とが、所定の混合比で供給路５（給液管５０Ａ、５０Ｂ）から反応路４００に送り込まれる。
ここで各水溶液の供給流量は、一例としてＳＢＨ水溶液が３４．８ｇ／ｍｉｎ、クエン酸水溶液が５１．６ｇ／ｍｉｎである。また、ＳＢＨ水溶液とクエン酸水溶液の混合割合は、一例の質量比として５：７．４である。

【0065】

このようにして給液管５０Ａ、５０ＢからＳＢＨ水溶液注入口４０８Ａ、クエン酸水溶液注入口４０８Ｂに供給された二液は、その後、反応路４００内における反応開始部４０１で合流し、反応路４００内をその緩傾斜に従ってゆっくりと流動（流下）して行くものであり、その間（反応開始部４０１～反応終了部４０２まで）反応が継続する。すなわち、反応路４００内に供給された二液は、反応路４００内において全てが結合する（反応する）ものであり、この反応路４００は、一例として内径８ｍｍ、長さが約４００ｍｍとされている。
なお、二液は、混合された瞬間から直ぐに反応し、即座に必要な水素ガス量を取り出せることが本出願人によって確認されている。また、各水溶液の供給流量を適宜変化させることにより、水素ガスの発生量を増減させることができ、必要なときに必要な量の水素ガスが生成できることも確認されている。

【0066】

以上述べたように、本発明では、反応路４００においてＳＢＨ水溶液とクエン酸水溶液とを反応（混合・結合）させて水素ガスを生成するものであり、以下その反応を化学式を例示しながら説明する。
例えば、二液の反応式は下記のように示される。なお、反応時の水素ガス発生温度は９５℃前後である。

【0067】

【化1】

【0068】

ここで当該反応式において発生するガス並びに副産物（副生成物）について説明すると、ガスは水素ガスと水蒸気であり、副産物はクエン酸ナトリウム塩とホウ酸となり、基本的に害の少ない物質である。また、このような副産物は、再生燃料化することが好ましい。

【0069】

また、二液を反応させて水素ガスを生成する化学式としては、以下のように示されるものもある。

【0070】

【化2】

【0071】

この場合、副産物は、当該化学式のように、メタホウ酸ナトリウムとクエン酸の混合物と考えられ、このような副産物を再利用するにあたっては、例えば混合状態の副産物から、まずクエン酸部分を分離し、その後、メタホウ酸ナトリウムを再生することが考えられる。

【0072】

このようにして二つの水溶液を反応させて生成した水素ガスや副産物は、図３に示すように、反応路４００から反応生成物取出口４０９を通じて排出され、フィルタリングチャンバ４４に進入し、ここで気液分離が図られる。
そして気体（水素ガス及び水蒸気）は、フィルタリングチャンバ４４と水素ガス貯留チャンバ４６とが連通している水素リアクタユニット４の下部において積極的に分離され、水素ガスは軽量高圧であって水素ガス貯留チャンバ４６内にその下方から移動貯留される状態となる。その後、水素ガス貯留チャンバ４６内に貯留された水素ガスは、オリフィス４３Ｒ，水素ガス取出管４９を通じて出力パッケージ２へと供給される。
なお、このようにして得られる水素ガスの生成量は、一例として一分間に３０リットル程度となっている。
そしてこのような水素ガスの発生量の制御は、前述したとおりチューブポンプ７１の回転速度を設定することにより原料液の供給量が増減され、出力パッケージ２の負荷に応じた適切な水素ガスの供給がなされる。

【0073】

なおエンジン本体２０の吸気口２０４側に、適宜の絞り弁たるスロットルバルブ等を設けて、ここでもエンジン本体２０側への水素ガスの供給量をコントロールするようにしてもよい。

【0074】

一方、副産物を含む液体は、一旦、水素リアクタユニット４内の下部に貯留される。
因みに、副産物の水蒸気も水素ガスと一緒に反応生成物取出口４０９から排出されるが、水蒸気トラップ４９Ｔによって水素ガスから分離されることとなる。
そして水素リアクタユニット４内の下部に貯留された副生成物に関しては、副生成物排出弁４４Ｖを、貯留する副生成物の量に応じて適宜開放させて排出するものである。なおこのような副生成物に関しても未回収の水素ガス成分があり、これらをサージタンク２０９に貯留した後、減圧レギュレータ４９Ｒに供給する。

【0075】

〔給液装置（ポンプロータ）の制御〕
以下、発電機負荷を制御装置８への入力情報とし、この発電機負荷に応じて給液装置７へ必要な制御情報を出力する制御について説明する。
上述のような作用形態によって生成された水素ガスの生成量については、出力パッケージ２における発電機２１（インバータ２２）の電圧を検出することにより、例えば電圧の低下が生じた場合には発電機２１の出力を増加させるべく、エンジン本体２０の出力を増すために水素ガスの供給量すなわち生成量を増加させる。
既に述べたようにこれは電圧センサ８２により電圧降下を検知して、制御装置８によっていわゆるフィードバック制御を実行するものであり、速度コントローラ８３からモータＭの回転数を増加させるような信号を出力し、これにより結果的にＳＢＨ水溶液とクエン酸水溶液との供給量を増加させ、反応生成される水素ガスの量を増加させることができるものである。
具体的には、電圧センサ８２により電圧降下が検知されたときには、プロセッサ８０への入力電圧が降下し、プロセッサ８０からの出力電圧が上昇する。

【0076】

〔触媒反応による水素ガスの生成〕
ところで、水素ガスが生成される化学式は必ずしも前記の式に限定されるものではなく、以下のような式も考えられる。すなわち、上述した実施例では、ＳＢＨ水溶液とクエン酸水溶液とを反応させて水素ガスを生成するものであるが、その発生要因が、主にＳＢＨ水溶液のアルカリ濃度をクエン酸水溶液で下げたことによるとも考えられる。その場合、化学式ではＳＢＨ水溶液のみから水素を生成し得る式が考えられ、この場合には、以下のように示される。

【0077】

【化3】

【0078】

そしてこのようなＳＢＨ水溶液のみから水素を生成する反応を促進するために、反応路４００内に触媒Ｃを設けるとともに、この触媒Ｃを加熱する加熱手段を設けることにより、本発明の水素発生装置１を、ＳＢＨ水溶液のみから水素を生成する装置として供することができる。
なお前記加熱手段を機能させなければ、ＳＢＨ水溶液のみから水素を生成する反応は促進されないため、水素発生装置１を、前出の実施例で説明したＳＢＨ水溶液とクエン酸水溶液とを反応させて水素ガスを生成する装置と同様に供することができ、いわゆるハイブリッドでの運用が可能となる。

【0079】

ここで前記触媒Ｃとしてはニッケル触媒やコバルト触媒、好ましくは一例としてラネーニッケルが採用され、図３中に拡大して示すように、粒状の触媒Ｃを反応路４００内底部に配し、その上に流出防止用のネット型ヒータ４０３を設置して、触媒Ｃを９０℃程度で加熱するような形態が採り得る。更に反応路４００の内面に、メッキや蒸着等により触媒Ｃの層を形成するような形態も採り得る。
なおネット型ヒータ４０３による触媒Ｃの加熱温度を９０℃程度としたのは、これより高すぎると水蒸気が多くなってしまい、更に発火の危険性も高まるため、これらを回避するためである。

【0080】

〔副生成物の排出制御〕
本発明は上述したように、発電機２１（インバータ２２）の出力電力に対応させて行う給液装置７（チューブポンプ７１）の制御を主たる制御とするものであるが、副次的には次のような制御を併せ行い、前記制御の適化を行うことができる。
具体的には、水素リアクタユニット４（バッファユニット４０）における副生成物等の排出を行う副生成物排出弁４４Ｖの作動タイミングの設定等である。

【0081】

前述のように、ＳＢＨ水溶液から水素ガスを生成する際に生じる副産物を含む液体は、一旦、水素リアクタユニット４（バッファユニット４０）内の下部に貯留されるため、水素発生装置１を連続運転するにあたってはこのものを定期的に外部に放出する必要がある。
この実施例では、水素リアクタユニット４における水素ガス取出管４９と、出力パッケージ２におけるエンジン本体２０におけるインテークマニホールド２０８とを結ぶ管路に具えられた減圧レギュレータ４９Ｒに設置された圧力センサ４９Ｐにより圧力上昇を検知して、プロセッサユニット８０によっていわゆるフィードバック制御を実行するものである。すなわち圧力センサ４９Ｐの検出値を元に、プロセッサユニット８０が副生成物排出弁４４Ｖを開放させるような信号を出力し、副産物を含む液体を水素リアクタユニット４から排出する。これにより結果的に水素リアクタユニット４（バッファユニット４０）内の圧力が一定に保たれることとなる。
なおこのようにしてバッファユニット４０におけるドレン経路に具えられた副生成物排出弁４４Ｖを開放することにより、バッファユニット４０のフィルタリングチャンバ４４部分に存在する副生成物の溶液を適度に排出し、バッファユニット４０内に副生成物を溜め過ぎることなく、水素ガス取出管４９を通じて出力パッケージ２側に送り出す水素ガスの量を所望の値とすることができる。

【符号の説明】

【0082】

１ （オンデマンド）水素発生装置
２ 出力パッケージ
２０ エンジン本体
２１ 発電機
２２ インバータ
２０１ シリンダ
２０２ ピストン
２０３ 点火プラグ
２０４ 吸気口
２０４Ｖ 吸気バルブ
２０５ 排気口
２０５Ｖ 排気バルブ
２０６ クランクシャフト
２０７ コンロッド
２０８ インテークマニホールド
２０９ サージタンク
２０９Ａ エアクリ－ナ
３ タンク
３Ａ ＳＢＨ水溶液タンク
３Ｂ クエン酸水溶液タンク
４ 水素リアクタユニット
４Ｄ ドレンタンク
４０ バッファユニット
４１ 本体部
４１Ａ 上部フランジ
４１Ｂ 下部フランジ
４１Ｃ セパレータアンダ
４１Ｄ 底板
４１Ｅ 水素ガス取出口
４１Ｈ 排出口
４３ セパレータ
４３Ｆ フランジ
４３Ｈ 穿孔部
４３Ｒ オリフィス
４４ フィルタリングチャンバ
４４Ｖ 副生成物排出弁
４５ フィルタエレメント
４６ 水素ガス貯留チャンバ
４７ 誘導管
４８ 排出管
４９ 水素ガス取出管
４９Ｐ 圧力センサ
４９Ｒ 減圧レギュレータ
４９Ｔ 水蒸気トラップ
４００ 反応路
４０１ 反応開始部
４０２ 反応終了部
４０３ ネット型ヒータ
４０５ 反応路ブロック
４０５Ｎ 下ブロック
４０５Ｐ 上ブロック
４０６ 反応路凹溝
４０７ 反応路凸条
４０８ 注入口
４０８Ａ ＳＢＨ水溶液注入口
４０８Ｂ クエン酸水溶液注入口
４０９ 反応生成物取出口
４０９Ｔ 接続チューブ
５ 供給路
５０ 給液管
５０Ａ 給液管
５０Ｂ 給液管
７ 給液装置
７０ ポンプハウジング
７１ チューブポンプ
７１Ａ チューブポンプ
７１Ｂ チューブポンプ
７２ 流入口
７２Ａ 流入口
７２Ｂ 流入口
７３ 流出口
７３Ａ 流出口
７３Ｂ 流出口
７４ 可撓チューブ
７５ ポンプロータ
７５Ａ ポンプロータ
７５Ｂ ポンプロータ
７６ ギヤ
７６Ａ ギヤ
７６Ｂ ギヤ
７７ ダンパ
７８ シャフト
７８Ａ シャフト
７８Ｂ シャフト
Ｍ モータ
８ 制御装置
８０ プロセッサユニット
８２ 電圧センサ
８３ 速度コントローラ
Ｃ 触媒

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】