(57)【要約】【課題】  大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させる。【解決手段】  反応室１１の容積を、反応室１１に収容される水素発生物質の体積に対して加水分解により水和物の生成が抑制される量の反応用溶液で満たされる容積に設定し、一つの反応室１１に送液される反応用溶液を反応室１１の容積で規定し、溶液流路４と導入口１３の流路断面積を設定して反応用溶液の供給を上流側の反応室１１から隣接する下流側の反応室１１に順次切り換える。【選択図】図９
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質が収容される反応室と、
複数の前記反応室が配置され、生成された前記水素を排出する排出路を備えた反応容器と、
前記反応容器に備えられ、前記複数の前記反応室に前記反応用溶液を送液する溶液流路と、
前記溶液流路に備えられ、上流側の前記反応室に前記反応用溶液が規定量送液されて前記水素の発生反応が生じた際に、前記反応用溶液の送液が下流側の次の前記反応室に順次切り換えられる切換え手段とを備え、
前記規定量は、前記反応室の容積で規定される
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素発生装置において、
前記反応用溶液の送液は、一つの前記反応室への前記反応用溶液の流入が連続している
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置において、
前記規定量は、前記水素発生物質に対する前記反応用溶液の混合割合を規定する量である
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記複数の前記反応室は、同一面内に複数配されて一つの反応室集合盤とされ、
前記溶液流路は、前記反応室集合盤の前記反応室に対して前記反応用溶液が直列に送液される状態に配されている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項５】
請求項４に記載の水素発生装置において、
前記反応室集合盤が前記反応容器に複数配されている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項６】
請求項５に記載の水素発生装置において、
前記溶液流路に対して前記反応用溶液を送液する一つの流入路が前記反応容器に備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水素発生装置において、
前記反応室集合盤は、互いに積層されて前記反応容器に収容され、
前記溶液流路は、積層された前記反応室集合盤の前記反応室に対して前記反応用溶液が直列に送液される状態に配されている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項８】
請求項５に記載の水素発生装置において、
前記溶液流路に対して前記反応用溶液を送液する流入路が前記反応室集合盤にそれぞれ備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項９】
請求項８に記載の水素発生装置において、
前記反応室集合盤は、互いに積層されて前記反応容器に収容されている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記反応室には水素排出用の開口が形成され、
前記開口には、気体の流通だけを許容して液体の流通を阻止する気液分離膜が備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の水素発生装置において、
前記気液分離膜の上面には、前記反応室の内部を外部雰囲気から遮断すると共に、前記反応室内で発生した水素により膨張・破裂する隔離膜が備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記反応室の内周面には親水手段が備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１３】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記切換え手段は、
前記溶液流路からの前記反応用溶液が導入される導入口を前記反応室に備え、前記溶液流路の流路抵抗が前記導入口の流路抵抗に比べて大きく設定されている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記切換え手段は、
前記反応室に備えられ前記溶液流路からの前記反応用溶液が導入される導入口と、
前記反応室への前記反応用溶液の導入量が規定量になった際に前記導入口を閉じる弁体とを備えた
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の水素発生装置において、
前記弁体は、閉弁方向に付勢され、前記反応室の内部に配された水溶性の支え部材により開弁状態に保持され、
前記反応室の内部に前記反応用溶液が導入された際に、前記支え部材が溶解もしくは軟化して前記弁体により前記導入口が閉じられる
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１６】
請求項１４に記載の水素発生装置において、
前記弁体は、吸水性膨張部材により開弁状態に保持され、
前記反応室の内部に導入された前記反応用溶液が前記吸水性膨張部材に送液された際に、前記吸水性膨張部材が膨張して前記弁体により前記導入口が閉じられる
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記切換え手段は、
前記溶液流路の上流側の前記反応室と下流側の次の前記反応室への分岐により構成され、
前記溶液流路は、
上流側の前記反応室に接続される第１溶液流路と、
前記第１溶液流路の分岐部に設けられ、下流側の次の前記反応室に接続される第２溶液流路とからなり、
前記分岐部までの前記第１溶液流路と前記分岐部からの前記第１溶液流路とのなす第１角度が、前記分岐部までの前記第１溶液流路と前記第２溶液流路とのなす第２角度よりも小さく設定されている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１８】
請求項１７に記載の水素発生装置において、
前記第１角度は、９０度を下回る角度であり、前記第２角度が９０度以上の角度である
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１９】
請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記排出路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が燃料極に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素発生装置及び水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
水素ガスを燃料とする場合の水素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を加水分解する方法が知られている。ケミカルハイドライドとして、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がある。
【０００４】
金属水素化物を加水分解して水素を得る場合、加水分解により生成される生成物は水和性を有するため、反応式で理論上必要とされる量よりも多量の水が必要となり、水を供給するためのスペースが多くなってしまう。このため、金属水素化物を微粉化し、微粉化した金属水素化物に水蒸気を反応させることで、水素を発生させる技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、必要最小限の量の水により水素を発生させて無駄な水の供給をなくすことができる。
【０００５】
しかし、金属水素化物を微粉化する装置及び水蒸気を発生させる装置、微粉化した金属水素化物及び水蒸気を供給する機構が必要であり、構造が複雑になって大型化が避けられない技術であった。このため、小型化を必要とする機器に適用するには向かない技術であるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させることができる水素発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の水素発生装置は、反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質が収容される反応室と、複数の前記反応室が配置され、生成された前記水素を排出する排出路を備えた反応容器と、前記反応容器に備えられ、前記複数の前記反応室に前記反応用溶液を送液する溶液流路と、前記溶液流路に備えられ、上流側の前記反応室に前記反応用溶液が規定量送液されて前記水素の発生反応が生じた際に、前記反応用溶液の送液が下流側の次の前記反応室に順次切り換えられる切換え手段とを備え、前記規定量は、前記反応室の容積で規定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、溶液流路から反応用溶液を反応室に送液することにより、一つの反応室に送液される反応用溶液が反応室の容積で規定され、反応用溶液の送液が切換え手段により下流側の次の反応室に順次切り換えられる。反応室の容積は、収容される水素発生物質の体積に対して加水分解による水和物の生成が抑制される量の反応用溶液で満たされる容積に設定され、水和物の生成が抑制された状態で水素を発生させて順次下流側の反応室に反応用溶液の送液が切換えられる。これにより、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させることが可能になる。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の水素発生装置は、請求項１に記載の水素発生装置において、前記反応用溶液の送液は、一つの前記反応室への前記反応用溶液の流入が連続していることを特徴とする。また、請求項３に係る本発明の水素発生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置において、前記規定量は、前記水素発生物質に対する前記反応用溶液の混合割合を規定する量であることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、反応室への反応用溶液が連続した一回の送液で行われて反応室が反応用溶液で満たされ、請求項３に係る本発明では、収容される水素発生物質の体積に対して加水分解により水和物が生成されない量の反応用溶液が送液される。
【００１３】
また、請求項４に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記複数の前記反応室は、同一面内に複数配されて一つの反応室集合盤とされ、前記溶液流路は、前記反応室集合盤の前記反応室に対して前記反応用溶液が直列に送液される状態に配されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項４に係る本発明では、同一面内に複数の反応室を配して一つの反応室集合盤としたことにより、一つの限られた平面スペースで所望量の水素を発生させることができる。この場合、複数の反応室を同一面内にアレイ状に配して一つの反応室集合盤とすることが好ましい。
【００１５】
複数の反応室を同一面内に配して反応室集合盤とする他に、一つの反応室を複数枚積層し、溶液流路により積層方向に反応室を連結して全体で長尺状態に配し、複数の反応室を備えることができる。
【００１６】
また、請求項５に係る本発明の水素発生装置は、請求項４に記載の水素発生装置において、前記反応室集合盤が前記反応容器に複数配されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項５に係る本発明では、反応室集合盤が反応容器に複数配され、反応容器の内部で所望量の水素を発生させることができる。
【００１８】
また、請求項６に係る本発明の水素発生装置は、請求項５に記載の水素発生装置において、前記溶液流路に対して前記反応用溶液を送液する一つの流入路が前記反応容器に備えられていることを特徴とする。
【００１９】
請求項６に係る本発明では、反応容器内で複数の反応室集合盤の反応室に一つの流入路から反応用溶液を次々に送液することができる。
【００２０】
また、請求項７に係る本発明の水素発生装置は、請求項６に記載の水素発生装置において、前記反応室集合盤は、互いに積層されて前記反応容器に収容され、前記溶液流路は、積層された前記反応室集合盤の前記反応室に対して前記反応用溶液が直列に送液される状態に配されていることを特徴とする。
【００２１】
請求項７に係る本発明では、反応室集合盤が互いに積層されて一つの流入路から反応用溶液が直列に送液されることにより、限られたスペースで所望量の水素を発生させることができる。
【００２２】
また、請求項８に係る本発明の水素発生装置は、請求項５に記載の水素発生装置において、前記溶液流路に対して前記反応用溶液を送液する流入路が前記反応室集合盤にそれぞれ備えられていることを特徴とする。
【００２３】
請求項８に係る本発明では、反応容器内で複数の反応室集合盤の反応室にそれぞれの流入路から反応用溶液を次々に送液することができる。
【００２４】
また、請求項９に係る本発明の水素発生装置は、請求項８に記載の水素発生装置において、前記反応室集合盤は、互いに積層されて前記反応容器に収容されていることを特徴とする。
【００２５】
請求項９に係る本発明では、反応室集合盤が互いに積層されてそれぞれの流入路から反応用溶液が各反応室集合盤に一斉に送液されることにより、限られたスペースで所望量の水素を速やかに発生させることができる。
【００２６】
また、請求項１０に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記反応室には水素排出用の開口が形成され、前記開口には、気体の流通だけを許容して液体の流通を阻止する気液分離膜が備えられていることを特徴とする。
【００２７】
請求項１０に係る本発明では、気液分離膜を通して反応室内で発生した水素を開口から反応容器に排出することができる。この場合、気液分離膜を反応室の開口に直接貼付することができる。また、反応室の配置状況に応じた枠材に気液分離膜を設け、気液分離膜を開口に合わせて枠材を反応室に取り付けることができる。
【００２８】
また、請求項１１に係る本発明の水素発生装置は、請求項１０に記載の水素発生装置において、前記気液分離膜の上面には、前記反応室の内部を外部雰囲気から遮断すると共に、前記反応室内で発生した水素により膨張・破裂する隔離膜が備えられていることを特徴とする。
【００２９】
請求項１１に係る本発明では、反応室の内部の未使用の水素発生物質を隔離膜により他の部位の反応用溶液や水蒸気等から隔離することができ、反応時以外に他の雰囲気との接触をなくして反応を的確に行わせることができる。そして、隔離膜は、性状に発生した水素により膨張・破裂して発生した水素が排出される。
【００３０】
また、請求項１２に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項１１のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記反応室の内周面には親水手段が備えられていることを特徴とする。
【００３１】
請求項１２に係る本発明では、反応室内での反応用溶液の濡れ広がりを良好にして水素発生物質との接触を促進することができる。親水手段としては、反応室の内周面に親水剤を塗布して親水性を高めることが好ましい。また、サンドブラストや機械加工により反応室の内周面に凹凸を形成して親水性を高めることが好ましい。
【００３２】
また、請求項１３に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記切換え手段は、前記溶液流路からの前記反応用溶液が導入される導入口を前記反応室に備え、前記溶液流路の流路抵抗が前記導入口の流路抵抗に比べて大きく設定されていることを特徴とする。
【００３３】
請求項１３に係る本発明では、溶液流路の流路抵抗が導入口の流路抵抗に比べて大きく設定されているので、導入口の圧力損失が相対的に小さくなって、反応室に反応用溶液が満たされるまでは、溶液流路からの反応用溶液は下流側の溶液流路に導かれることなく導入口に導かれ、反応室に反応用溶液が満たされた後は、導入口の圧力損失が相対的に大きくなって、反応用溶液が下流側の溶液流路に導かれる。このため、溶液流路に反応用溶液を送液するだけの極めて簡素な構成により、反応用溶液を反応室に順次送液することができる。
【００３４】
溶液流路の流路抵抗を導入口の流路抵抗に比べて大きく設定する場合、溶液流路の断面積を導入口の断面積よりも小さく設定することが好ましい。この時、溶液流路の内面に疎水処理を施すと共に導入口の内面に親水処理を施すことで、溶液流路の流路抵抗を導入口の流路抵抗に比べて大きく設定しやすくなる。
【００３５】
また、請求項１４に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記切換え手段は、前記反応室に備えられ前記溶液流路からの前記反応用溶液が導入される導入口と、前記反応室への前記反応用溶液の導入量が規定量になった際に前記導入口を閉じる弁体とを備えたことを特徴とする。
【００３６】
請求項１４に係る本発明では、反応室への反応用溶液の導入量が規定量になった際に弁体により導入口が閉じられるため、下流側の反応室への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。反応室の容積により反応用溶液の送液量が規定されるため、反応室に反応用溶液が満たされたとみなせる状態が反応用溶液の導入量が規定量になった状態とされる。
【００３７】
また、請求項１５に係る本発明の水素発生装置は、請求項１４に記載の水素発生装置において、前記弁体は、閉弁方向に付勢され、前記反応室の内部に配された水溶性の支え部材により開弁状態に保持され、前記反応室の内部に前記反応用溶液が導入された際に、前記支え部材が溶解もしくは軟化して前記弁体により前記導入口が閉じられることを特徴とする。
【００３８】
請求項１５に係る本発明では、反応室への反応用溶液の導入量が規定量になった際に、支え部材が溶解もしくは軟化して閉じ側の付勢力により導入口が弁体により閉じられるため、下流側の反応室への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。反応室の容積により反応用溶液の送液量が規定されるため、支え部材を溶解もしくは軟化させる反応用溶液の量は、反応室に反応用溶液が満たされたとみなせる量とされる。
【００３９】
また、請求項１６に係る本発明の水素発生装置は、請求項１４に記載の水素発生装置において、前記弁体は、吸水性膨張部材により開弁状態に保持され、前記反応室の内部に導入された前記反応用溶液が前記吸水性膨張部材に送液された際に、前記吸水性膨張部材が膨張して前記弁体により前記導入口が閉じられることを特徴とする。
【００４０】
請求項１６に係る本発明では、反応室への反応用溶液の導入量が規定量になった際に、吸水性膨張部材が膨張して弁体により導入口が閉じられるため、下流側の反応室への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。反応室の容積により反応用溶液の送液量が規定されるため、吸水性膨張部材を膨張させる反応用溶液の量は、反応室に反応用溶液が満たされたとみなせる量とされる。
【００４１】
また、請求項１７に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項１２のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記切換え手段は、前記溶液流路の上流側の前記反応室と下流側の次の前記反応室への分岐により構成され、前記溶液流路は、上流側の前記反応室に接続される第１溶液流路と、前記第１溶液流路の分岐部に設けられ、下流側の次の前記反応室に接続される第２溶液流路とからなり、前記分岐部までの前記第１溶液流路と前記分岐部からの前記第１溶液流路とのなす第１角度が、前記分岐部までの前記第１溶液流路と前記第２溶液流路とのなす第２角度よりも小さく設定されていることを特徴とする。
【００４２】
請求項１７に係る本発明では、分岐部までの第１溶液流路と分岐部からの前記第１溶液流路とのなす第１角度が、分岐部までの第１溶液流路と第２溶液流路とのなす第２角度よりも小さく設定されているので、反応用溶液は第１溶液流路により反応室へ送液され、第１溶液流路から反応室への反応用溶液の導入量が規定量になった際に、第１溶液流路への送液の推進力がなくなって送液が停止され、反応用溶液の送液は第２溶液流路に切換えられ、第２溶液流路から反応室へ送液され、流路の設定により極めて簡単な構造により下流側の反応室への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。
【００４３】
反応用溶液が分岐部から第１溶液流路を通り反応室を満たすまでの間（送液が停止するまでの間）に、第２溶液流路に反応用溶液が流れて次の反応室に到達しないように、第１溶液流路、第２溶液流路の長さが設定され、反応用溶液は順次反応室に送液されるようになっている。
【００４４】
また、請求項１８に係る本発明の水素発生装置は、請求項１７に記載の水素発生装置において、前記第１角度は、９０度を下回る角度であり、前記第２角度が９０度以上の角度であることを特徴とする。
【００４５】
請求項１８に係る本発明では、第１角度は９０度を下回る鋭角で、第２角度が９０度以上の鈍角になっているので、角度分岐部における第２溶液流路への反応用溶液の流れが折り返し状態になり、第１溶液流路への反応用溶液の流入を確実に優先させることができる。
【００４６】
上記目的を達成するための請求項１９に係る本発明の燃料電池システムは、請求項１から請求項１８のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記排出路が燃料電池の燃料極室に接続され、発生した水素が燃料極に供給されることを特徴とする。
【００４７】
請求項１９に係る本発明では、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。
【発明の効果】
【００４８】
本発明の水素発生装置は、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させることができる水素発生装置とすることが可能になる。
【００４９】
また、本発明の燃料電池システムは、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の水で水素を発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の一実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。
【図２】本発明の一実施例に係る水素発生装置の反応室集合盤の全体斜視図である。
【図３】図２の分解状況図である。
【図４】反応室集合盤の平面図である。
【図５】図３中の要部詳細図である。
【図６】気液分離膜と反応室の関係説明図である。
【図７】図５中のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視図である。
【図８】水素発生割合を表すグラフである。
【図９】反応用溶液の流通状況の説明図である。
【図１０】他の実施例に係る反応室の配置説明図である。
【図１１】気液分離膜の他の接合例の説明図である。
【図１２】気液分離膜の他の接合例の説明図である。
【図１３】他の実施例に係る反応室の要部平面断面図である。
【図１４】他の実施例に係る水素発生装置の全体構成図である。
【図１５】図１４の分解斜視図である。
【図１６】隔離膜と反応室の関係説明図である。
【図１７】図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視図である。
【図１８】他の実施例に係る反応室の要部側面断面図である。
【図１９】他の実施例に係る反応室の要部側面断面図である。
【図２０】他の実施例に係る反応室の要部側面断面図である。
【図２１】切換え手段を構成する溶液流路の概念図である。
【図２２】他の実施例に係る反応室の要部平面断面図である。
【図２３】他の実施例に係る反応室の要部平面断面図である。
【図２４】本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００５１】
図１から図１３に基づいて水素発生装置の実施例を説明する。
【００５２】
図１には本発明の一実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図２、図３には反応室集合盤の積層状況、図４には最下層の反応室集合盤の平面視、図５、図６には反応室を表す反応室集合盤の要部斜視、図７には反応室の要部断面（図５中のＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視）、図８には水素発生割合を表すグラフ、図９には反応用溶液の流通状況を示してある。また、図１０には反応室の配置の他の例の状況図、１１、図１２には気液分離膜の他の接合例、図１３には疎水面が形成された反応室の要部平面断面を示してある。
【００５３】
図１に基づいて水素発生装置１の概略を説明する。
【００５４】
図１に示すように、水素発生装置１は反応容器２を備え、反応容器２の内部には、多数の反応室（詳細は後述する）が同一平面内にアレイ状に配された反応室集合盤３が備えられている。反応室集合盤３は互いに平行に積層されて４層状態で収容され、反応室集合盤３の反応室には溶液流路４が備えられている。
【００５５】
尚、以後、反応室集合盤３が４層積層されている状態で説明するが、反応容器２に収容される反応室集合盤３は４層に限られず何層であってもよい。また、反応室集合盤３は互いに平行に積層されている状態で説明するが、互いに平行にならない状態で積層されていいてもよい。また、反応室集合盤３の反応室の配置によっては、反応容器２の内部に反応室集合盤３が積層されずに複数の反応室集合盤３が任意の状態で収容されていてもよい。
【００５６】
溶液流路４には図示しない反応用溶液貯蔵用の容器から反応用溶液が流入路１０により送液され、最下層の反応室集合盤３から順次上層の反応室集合盤３に反応用溶液が送られる。各反応室集合盤３では、上流側の反応室から下流側の反応室に反応用溶液が送液されるように溶液流路４が形成されている。
【００５７】
詳細は後述するが、反応室集合盤３に配されている反応室には、反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質（金属水素化物）がそれぞれ収容され、反応室の容積により反応室に導入される反応用溶液の量が規定される（規定量送液される）構成となっている。
【００５８】
つまり、反応室の容積は、収容される水素発生物質の体積に対して加水分解により水和物が生成されにくい状態で水素が発生する量（規定量）の反応用溶液で満たされる容積に設定されている。即ち、反応室に送液される反応用溶液の規定量は反応室の容積で規定され、規定量は水素発生物質に対する反応用溶液の混合割合が規定される量とされている。
【００５９】
反応用溶液は、一つの反応室への流入が途切れることなく送液され、規定量の反応用溶液が連続した一回の状態で送液される。規定量の反応用溶液により、水和物の生成が抑制された状態で水素を発生させ、反応用溶液は順次下流側の次の反応室に送液されるようになっている。
【００６０】
反応容器２には生成された水素が排出される排出路５が設けられている。溶液流路４から送液された反応用溶液により各反応室で生成された水素は反応容器２の内部に放出され、生成された水素は排出路５から図示しない水素消費部に供給される。図示しない反応用溶液貯蔵用の容器から溶液流路４への反応用溶液の送液は、溶液送液手段により送液と停止が制御されて行われる。
【００６１】
流入路１０に反応用溶液を送る溶液送液手段は溶液流路４に反応用溶液を導入流通させるものであればよく、水素発生反応による圧力上昇を検知して送液を制御するものや、水素発生反応による圧力を利用して開閉する制御手段により送液を制御するものが適用される。
【００６２】
図２から図７に基づいて反応容器２の内部に収容された反応室集合盤３の状況を説明し、反応室及び溶液流路４を具体的に説明する。
【００６３】
図２、図３に示すように、反応室集合盤３は互いに平行に積層され、溶液流路４が連通する状態で４枚の反応室集合盤３が４層状態に接続されている。即ち、最下層の反応室集合盤３の溶液流路４の上流には流入管６が備えられ、流入管６は反応容器２（図１参照）の流入路１０（図１参照）に接続されている。
【００６４】
最下層の反応室集合盤３の溶液流路４の下流と２層目の反応室集合盤３の溶液流路４の上流が接続管７で接続され、２層目の反応室集合盤３の溶液流路４の下流と３層目の反応室集合盤３の溶液流路４の上流が接続管７で接続され、更に、３層目の反応室集合盤３の溶液流路４の下流と最上層である４層目の反応室集合盤３の溶液流路４の上流が接続管７で接続されている。４層目の反応室集合盤３の溶液流路４の下流には停止管８が設けられている。
【００６５】
図２から図５、図７に示すように、反応室集合盤３には複数（１００個）の反応室１１が同一面内にアレイ状に（１０個×１０個）配されている。反応室集合盤３には流路枠１２が平行（図４中上下方向に延びて平行）に５本設けられ、流路枠１２を挟んで両側に１０個の反応室１１が対向して設けられている。溶液流路４は流路枠１２に連続した状態で形成されている。
【００６６】
最下層の反応室集合盤３においては、図中右側の流路枠１２の溶液流路４の一端（下端）が上流となって流入路１０が接続されている。溶液流路４は他端（上端）側で折り返されて隣接する流路枠１２に配され、順次隣接する流路枠１２に折り返された状態で配される。図中左側の溶液流路４の流路枠１２の他端（上端）側が、最下層の反応室集合盤３における溶液流路４の下流とされる。そして、溶液流路４の下流に接続管７が設けられている。
【００６７】
３層目の反応室集合盤３は、溶液流路４の向き（流れ方向の向き）が最下層の反応室集合盤３と同一の向きになるように配置され、２層目と最上層の反応室集合盤３は、溶液流路４の向きが最下層の反応室集合盤３と逆向きになるように配置される。このように、同一構成の反応室集合盤３を用いて互いに溶液流路４の向きが逆になるように積層することで、複数（１００個）の反応室１１が同一面内にアレイ状に（１０個×１０個）配されている反応室集合盤３を任意に積層することができる。
【００６８】
同一面内に複数の反応室１１をアレイ状に配して一つの反応室集合盤３とし、反応室集合盤３を互いに平行に積層したことにより、限られたスペースで所望量の水素を発生させることができる。
【００６９】
上述した実施例では、１００個の反応室１１が同一面内にアレイ状に（１０個×１０個）配されている反応室集合盤３を積層した例を挙げて説明したが、反応室１１の数は任意である。また、同一面内で複数個（例えば、１０個）の反応室１１を直列に配して矩形状の反応室集合盤とし、矩形状の反応室集合盤を積層して積層した集合体を並列に並べて配置する等の構成を適用することができる。
【００７０】
また、一つの反応室１１を複数積層し、溶液流路４により縦方向に反応室１１を連結して全体で長尺状態に配置することも可能である。即ち、図１０に示すように、一つの反応室１１をブロック１８で構成し、ブロック１８に幅が厚い接続部１５を設け、接続部１５を介して複数のブロック１８を接合して、開口に隙間（水素を放出するための隙間）を形成した状態で反応室１１を複数個（図示例は７個）積層し、上下に延びる溶液流路４を接続部１５に配置することも可能である。これにより、任意の狭い配置スペースに複数の反応室１１を配置することができる。図１０（ａ）は複数の反応室１１を積層した状態で、図１０（ｂ）は一つの反応室１１の外観を表した状態である。
【００７１】
図５、図７に示すように、反応室１１は上面が開口する容器とされ、内部に後述する水素発生物質９が収容される。反応室１１の容積は導入される反応溶液の量で規定される。つまり、反応室１１の容積は、収容される水素発生物質９の体積に対して加水分解により水和物の生成が抑制された状態で水素が発生する量の反応用溶液で満たされる容積に設定されている。反応室１１の流路枠１２側の壁面には導入口１３がそれぞれ形成されて、導入口１３は流路枠１２の溶液流路４にそれぞれ連通している。
【００７２】
図４、図５に示すように、流路枠１２を挟んで対向する反応室１１の導入口１３は、左側の反応室１１の導入口１３が溶液流路４の上流側に連通し、右側の反応室１１の導入口１３が溶液流路４の下流側に連通している。つまり、流路枠１２を挟んで対向する反応室１１の導入口１３は、溶液流路４の上流側から左、右の順で溶液流路４に連通している。流路枠１２の長手方向に隣接する反応室１１は、対向する反応室１１が溶液流路４の上流側から左、右の順で導入口１３が溶液流路４に連通している。
【００７３】
流入路１０から溶液流路４に反応用溶液が送液されると、溶液流路４の上流側から順次直列に、左、右の反応室１１の順で導入口１３から反応用溶液が反応室１１に、流入が途切れることなく連続した一回の状態で送液される。この時、一つの反応室１１に送液される反応用溶液の量は反応室１１の容積で規定され、上流側の反応室１１内に反応用溶液が満たされた後に、隣接する下流側の反応室１１に反応用溶液が送液される。即ち、反応用溶液の送液が切換え手段（詳細は後述する）により隣接する下流側の反応室１１に順次切り換えられる。
【００７４】
尚、反応室１１内に反応用溶液が満たされた状態は、反応室１１の容積に対して反応用溶液が満たされる状態だけでなく、収容されていた水素発生物質の体積に対して水和物の生成が抑制された状態で、水素が生成され終わった状態の反応用溶液の量を含む状態である。
【００７５】
反応室１１の容積は、収容される水素発生物質の体積に対して加水分解による水和物の生成が抑制された状態で水素が発生する量の反応用溶液で満たされる容積に設定されているので、一つの反応室１１に送液される反応用溶液の量が反応室１１の容積で規定される。つまり、水素発生物質に対する反応用溶液の混合割合が規定されている。
【００７６】
このため、加水分解による水和物が抑制された状態で水素が発生する量である規定量の反応用溶液が溶液流路４から順次下流の反応室１１に送られ、即ち、水素発生物質に対する混合割合が規定された量の反応用溶液が反応室１１に送られ、必要最小限の量で無駄なく反応用溶液が送液される。従って、大掛かりな機構を要さずに必要最小限の反応用溶液で水素を発生させることが可能になる。
【００７７】
反応室１１の内周面には親水剤が塗布され（親水手段）、反応室１１内での反応用溶液の濡れ広がりを良好にして水素発生物質との接触が促進されている。親水手段としては、反応室１１の内周面に、サンドブラストや機械加工により凹凸を形成して親水性を高めることも可能である。
【００７８】
反応室１１の上面の開口には気液分離膜１４が設けられている。気液分離膜１４は防水性（撥水性）と通気性を同時に発揮する膜であり、気体（水素）の流通だけが許容されて液体（反応用溶液）の流通が阻止される。つまり、容積が規定された反応室１１に送液された反応用溶液は開口から流出せずに反応室１１の内部に留まり、反応により発生した水素だけが反応室１１の外に放出される。
【００７９】
気液分離膜１４は、例えば、樹脂材料を延伸して、直径が０．１〜１０μｍ程度の微細孔を形成し、微細孔を多数有する多孔質樹脂膜が用いられる。具体的には、例えば、４フッ化エチレン樹脂を延伸して微細孔を形成し、微細孔が形成された多孔質膜が挙げられる。
【００８０】
図６に示すように、気液分離膜１４は、複数の反応室１１の開口を覆う面積のシートが貼付されて設けられる。尚、図１１、図１２に示すように、反応室集合盤３と同一の形状の薄板枠材５５を用い、反応室１１に対向する部位の一部に開口部５６を設け、開口部５６に気液分離膜５７を設け、反応室集合盤３に薄板枠材５５を接合して気液分離膜５７を反応室１１の開口の一部に設けることも可能である。図１２は図７に対応した断面状態である。
【００８１】
反応により発生した水素だけが気液分離膜１４を通して反応室１１の外、即ち、反応容器２の内部に放出され、排出路５から図示しない水素消費部に供給される。
【００８２】
水素発生物質としては、例えば、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。反応用溶液である水素発生触媒としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。
【００８３】
これら水素発生物質及び反応用溶液である水素発生触媒は、特に限定されるものではなく、水素発生物質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、水素発生触媒は、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、水素発生物質が水素化ホウ素ナトリウム水溶液で水素発生触媒がリンゴ酸というように、水素発生物質と水素発生触媒の組み合わせ、または、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。
【００８４】
図８には、金属水素化物に水素化ホウ素ナトリウム(ＮａＢＨ４)、反応用溶液にリンゴ酸水溶液(２５ｗｔ％)を用いた時のＮａＢＨ４とリンゴ酸水溶液の総重量に対する水素密度(hydrogen density[ｗｔ％])を示してある。図８において、横軸は、Ｈ２Ｏ（リンゴ酸水溶液中のＨ２Ｏ）の重量とＮａＢＨ４の重量割合（Ｈ／Ｓ）であり、縦軸は、水素密度(hydrogen density[ｗｔ％])＝発生水素量／（ＮａＢＨ４＋リンゴ酸水溶液）[ｗｔ％]である。
【００８５】
水素密度は、Ｈ２Ｏ（リンゴ酸水溶液中のＨ２Ｏ）とＮａＢＨ４の割合（Ｈ／Ｓ）が２.３の時に最大となることがわかる。このことから、Ｈ／Ｓが２.３となるように、各反応室１１の容積を設定することにより、燃料（水素発生物質＋溶液）の水素密度を最大とすることができる。
【００８６】
図８のグラフは重量比で示してある。０．０５０ｇの水素化ホウ素ナトリウム(ＮａＢＨ４)に対して、Ｈ２Ｏが０．０５０ｇ×２.３=０．１１５ｇ、２５ｗｔ％リンゴ酸水溶液は、０．１５３ｇとすれば、水素密度を最大とすることができる。２５ｗｔ％リンゴ酸水溶液の密度は１．１ｇ／ｃｍ３なので、体積は０．１３９ｃｍ３となる。水素化ホウ素ナトリウム(ＮａＢＨ４)は粉体の状態で体積の設定が困難であるが、圧縮してペレット状にすることで、密度は約０．７ｇ／ｃｍ３で、０．０５０ｇの体積は０．０７１ｃｍ３となる。
【００８７】
従って、反応室１１の容積を、０．２１０ｃｍ３で(ＮａＢＨ４＝０．０７１ｃｍ３、２５ｗｔ％リンゴ酸水溶液＝０．１３９ｃｍ３)とすることにより、最大の水素密度が得られることがわかる。
【００８８】
生成物の水和を伴うＮａＢＨ４の加水分解は次の理論式で表すことができる。
ＮａＢＨ４＋６Ｈ２Ｏ→ＮａＢＯ２・４Ｈ２Ｏ＋４Ｈ２
理論式上では、１モルの水素化ホウ素ナトリウム(ＮａＢＨ４)に対して６モルの水（Ｈ２Ｏ）が反応し４水和物が生成されるが、上述した実施例によれば、混合比率、即ち、水素発生物質に対する反応用溶液の量を規定することにより、１モルの水素化ホウ素ナトリウム(ＮａＢＨ４)に対して５モルの水（Ｈ２Ｏ）が反応することとし、水和物の生成を抑制している。
【００８９】
図９を参照し、反応室１１の導入口１３と溶液流路４の関係に基づいて反応用溶液の送液を切り換える切換え手段を説明する。図９（ａ）には最上流側の反応室１１に反応用溶液が送液されている状態、図９（ｂ）には次の反応室１１に反応用溶液の送液が切り換った状態を示してある。
【００９０】
図９に示すように、溶液流路４の平面視の幅ｄに対して、導入口１３の平面視の幅Ｄが大きく（例えば２倍）形成されている。つまり、溶液流路４の断面積が導入口１３の断面積に比べて小さくされ、溶液流路４の流路抵抗が導入口１３の流路抵抗に比べて大きく設定されている。
【００９１】
図９（ａ）に示すように、溶液流路４に送られた反応用溶液は、流路抵抗が小さい導入口１３、即ち、最上流側の反応室１１（図中左側）の導入口１３に流れ、最上流側の反応室１１内に送液される。反応室１１に反応用溶液が送液され、反応室１１の容積が反応用溶液で満たされる過程で水素発生物質９と反応して水和物の生成が抑制された状態で水素が発生する。反応室１１の上面の開口には気液分離膜１４が設けられているため、反応室１１に反応用溶液が留まり（反応室１１は反応用溶液で満たされ）、導入口１３の流路抵抗が大きくなって、反応用溶液の流れが下流側の溶液流路４に切り換る。
【００９２】
図９（ｂ）に示すように、下流側の溶液流路４に送られた反応用溶液は、溶液流路４の下流側に隣接する（図中右側）の反応室１１の導入口１３に流れ、次の反応室１１内に送液される。前述同様に、反応室１１の容積が反応用溶液で満たされる過程で水素発生物質９と反応して水和物の生成が抑制される状態で水素が発生し、反応室１１に反応用溶液が留まることにより導入口１３の流路抵抗が大きくなって、反応溶液の流れが下流側の溶液流路４に切り換る。
【００９３】
以上の動作が繰り返されて、最下層の反応室集合盤３の全ての反応室１１に反応溶液が順次送液され、更に、２層目、３層目、最上層の反応室集合盤３の全ての反応室１１に反応溶液が順次送液される。これにより、各反応室１１では容積で規定された量の反応溶液が送液され、水和物の生成が抑制された状態で順次水素が発生する。
【００９４】
このため、大掛かりな機構を要さずに溶液流路４に反応溶液を送る極めて簡単な構成で、加水分解による水和物の生成が抑制される量である規定量の反応用溶液が溶液流路４から順次下流の反応室１１に送られ、必要最小限の量で無駄なく反応用溶液が送液され、必要最小限の反応用溶液で水素を発生させることが可能になる。
【００９５】
また、図１３に示すように、対向する反応室１１の導入口１３の間の溶液流路４に疎水面１６を形成し、導入口１３の流路抵抗に比べて溶液流路４の流路抵抗が更に大きくなる状態にすることも可能である。この場合、図に示したように、溶液流路４の幅を大きくすることも可能である。図１３（ａ）は最上流側の反応室１１に反応用溶液が送液されている状態で、図１３（ｂ）は次の反応室１１に反応用溶液の送液が切り換った状態である。
【００９６】
また、疎水面１６を形成する代わりに、オリフィスを形成することも可能である。上流側の反応室１１の導入口１３の直後の溶液流路４の流路抵抗を疎水面１６等で大きくすることにより、反応用溶液の送液を確実に上流側から順次行うことができる。
【００９７】
図１４から図１７に基づいて水素発生装置の他の実施例を説明する。
【００９８】
図１４には本発明の他の実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図１５には反応室集合盤の積層状況、図１６には反応室を表す反応室集合盤の要部斜視、図１７には反応室の要部断面（図１６中のＸＶＩＩ−ＸＶＩＩ線矢視）を示してある。図１４から図１７は、図１、図３、図６、図７の状態に対応するため、同一部材には同一符号を付して詳細な説明は省略してある。
【００９９】
図１４、図１５に示すように、水素発生装置６５の反応容器２の内部には、多数の反応室１１が同一平面内にアレイ状に配された反応室集合盤３が備えられている。反応室集合盤３は互いに平行に積層されて４層状態で収容され、反応室集合盤３の反応室１１には溶液流路４が備えられている。
【０１００】
反応室集合盤３には流入管６がそれぞれ備えられ、流入管６は反応容器２の流入路１０にそれぞれ接続されている。反応室集合盤３の溶液流路４には図示しない反応用溶液貯蔵用の容器から反応用溶液が流入路１０によりそれぞれ送液され、各反応室集合盤３に反応用溶液が独立して送液されることにより、各反応室集合盤３の反応室１１に反応用溶液が送液される。
【０１０１】
反応室集合盤３の流入管６に流入路１０がそれぞれ接続され、各反応室集合盤３に独立して反応用溶液が送液されるので、反応容器２内の各反応室集合盤３で一斉に水素を発生させることができる。このため、所望量の水素を速やかに発生させることが可能になる。
【０１０２】
図１６、図１７に示すように、反応室１１の上面の開口には気液分離膜１４が設けられ、反応室１１の開口の気液分離膜１４の上面には隔離膜６６が取り付けられている。隔離膜６６が取り付けられることにより、反応室１１の内部が外部雰囲気から遮断される。また、図１７に示すように、隔離膜６６は、反応室１１の内部で発生した水素により、次々と膨張・破裂し、反応室１１の内部で発生した水素は外に放出される。
【０１０３】
隔離膜６６を取り付けたことにより、他の反応室１１に送液された反応用溶液が未使用状態の水素発生物質に接触することがなくなり、反応容器２の内部に発生した水蒸気が未使用状態の水素発生物質に接触することがなくなる。また、反応室１１の内部に投入されて滞留（残留）した反応用溶液や水蒸気が未使用状態の水素発生物質に接触することがなくなる。更に、反応後に外気温度の上昇等により昇温されて反応水和物から離脱した水が未使用状態の水素発生物質に接触することがなくなる。
【０１０４】
このため、多数の反応室１１を備えていても、他の反応室１１に送液された反応用溶液や発生した水蒸気、他の反応室１１に残留する反応溶液や水蒸気、環境の影響で生じる水の影響を抑制することができ、不必要な水素発生をなくして所望の状態で水素を発生させることが可能になる。
【０１０５】
隔離膜６６は、図１から図７に示した実施例の反応室１１や、図１０に示した実施例の反応室１１に取り付けることも可能である。
【０１０６】
図１８から図２３に基づいて切換え手段の他の実施例を説明する。
【０１０７】
図１８から図２０には切換え手段の他の例を表す反応室の要部側面断面、図２１には切換え手段を構成する溶液流路の概念、図２２には図２１の溶液流路を備えた反応室の要部平面断面、図２３には切換え手段の他の例を表す反応室の要部平面断面を示してある。尚、図９に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【０１０８】
図１８に示した例は、反応室１１の開口の上側に溶液流路４が配された構成である。
【０１０９】
反応用溶液の導入口１３は反応室１１の開口に設けられた気液分離膜１４に開口して設けられている。溶液流路４の側面視の幅ｄに対して、導入口１３の側面視の幅Ｄが大きく形成され、溶液流路４の断面積が導入口１３の断面積に比べて小さくされ、溶液流路４の流路抵抗が導入口１３の流路抵抗に比べて大きく設定されている。
【０１１０】
図１８（ａ）は最上流側の反応室１１に反応用溶液が送液されている状態で、図１８（ｂ）は次の反応室１１に反応用溶液の送液が切り換った状態である。導入口１３の内面に親水処理を施したり、下流側の反応室１１に通じる溶液流路４の入り口部位に疎水処理を施すことができる。
【０１１１】
図１９に示した例は、反応用溶液の導入量が規定量になった際に導入口を閉じる弁体を備えた例である。
【０１１２】
反応室１１の底面側には、導入口２１が形成され、反応室１１の下側には溶液流路２２が形成された流路部材５１が配されている。導入口２１との対向部における溶液流路２２には流通孔２３が設けられている。導入口２１を塞ぐ弁体２４及び流通孔２３を塞ぐ孔弁２５が備えられ、弁体２４と孔弁２５は弁軸２６で繋がれて弁軸２６の軸方向に一体に移動する。孔弁２５は圧縮ばね２７により下方（開弁方向）に付勢され、弁体２４の弁軸２６側に水素発生物質９が介在することで（支え部材）、弁体２４、弁軸２６及び孔弁２５は圧縮ばね２７の付勢力に反する方向（導入口２１が開かれる方向）に維持される。
【０１１３】
弁体２４、弁軸２６及び孔弁２５が一体状態で上方に移動することにより、流通孔２３が孔弁２５で塞がれると共に、弁体２４が上方に移動して導入口２１が開かれて溶液流路２２からの反応用溶液が反応室１１に送液される。弁体２４、弁軸２６及び孔弁２５が一体状態で下方に移動することにより、導入口２１が弁体２４で塞がれると共に、孔弁２５が下方に移動して流通孔２３が開かれて溶液流路２２の反応用溶液が下流側に送られる。
【０１１４】
水素発生物質９を支え部材として用いているが、反応用溶液によって溶解もしくは軟化する部材を専用の支え部材として用いることも可能である。
【０１１５】
図１９（ａ）に示すように、反応用溶液が送液される前の水素発生物質９が消費されていない状態では、流通孔２３が閉じられて最上流側の反応室１１の導入口２１からのみ反応用溶液が反応室１１に送液される。収容される水素発生物質９の体積に対して加水分解により水和物の生成が抑制される状態で水素が発生する量の反応用溶液が送液され、反応室１１の内部に反応用溶液が満たされる。水素の発生に伴って水素発生物質９が消費される。
【０１１６】
図１９（ｂ）に示すように、水素発生物質９が消費されると、孔弁２５の支えが解除されて圧縮ばね２７により下方（開弁方向）に付勢される。弁体２４、弁軸２６及び孔弁２５が圧縮ばね２７の付勢力により下方に移動し、反応室１１の導入口２１が弁体２４で塞がれると共に、流通孔２３が開いて下流側の反応室１１の導入口２１から反応用溶液が送液される。
【０１１７】
以上の動作が繰り返されて、下流側の反応室１１に反応溶液が順次送液される。これにより、各反応室１１では容積で規定された量の反応溶液が送液され、水和物の生成が抑制された状態で順次水素が発生する。このため、反応室１１への反応用溶液の導入量が規定量になった際に、水素発生物質９が消費されて（流動性が高くなって）圧縮ばね２７の付勢力により導入口２１が閉じられるため、下流側の反応室１１への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。
【０１１８】
図２０に示した例は、反応用溶液の導入量が規定量になった際に導入口を閉じる弁体を備えた他の例である。図１９に示した部材と同一部材には同一符号を付してある。
【０１１９】
反応室１１の底面側には、導入口２１が形成され、反応室１１の下側には溶液流路３１が形成された流路部材６１が配されている。導入口２１との対向部における溶液流路３１には流通孔３２が設けられている。導入口２１及び流通孔３２を選択的に塞ぐ弁体３３が配され、弁体３３が上方に移動することにより導入口２１が閉じられると共に流通孔３２が開かれ、弁体３３が下方に移動することにより導入口２１が開かれると共に流通孔３２が閉じられる。
【０１２０】
弁体３３は下方に移動している状態で吸水性膨張部材３４に載置されて保持され、導入口２１を開弁状態に保持すると共に、流通孔３２を閉弁状態に保持している。弁体３３の軸芯部には上下に貫通する貫通路３５が形成されている。貫通路３５を通して反応室１１の内部の反応用溶液が吸水性膨張部材３４に送られると、吸水性膨張部材３４が膨張して弁体３３が上方に押し上げられる。
【０１２１】
図２０（ａ）に示すように、反応用溶液が送液される前の状態では、流通孔３２が閉じられて最上流側の反応室１１の導入口２１からのみ反応用溶液が反応室１１に送液される。同時に、反応用溶液の一部が水素発生物質９に反射して貫通路３５を通って吸水性膨張部材３４に送られる。収容される水素発生物質９の体積に対して加水分解による水和物の生成が抑制された状態で水素が発生する量の反応用溶液が送液され、反応室１１の内部に反応用溶液が満たされる。
【０１２２】
図２０（ｂ）に示すように、規定量の反応用溶液が反応室１１に送液されると、吸水性膨張部材３４が膨張して弁体３３が上方に移動し、導入口２１が閉じられると共に流通孔３２が開かれる。つまり、吸水性膨張部材３４を膨張させる反応用溶液の量は、反応室１１に反応用溶液が満たされたとみなせる量とされている。導入口２１が閉じられると共に流通孔３２が開かれると、下流側の反応室１１の導入口２１に反応用溶液が送られ、下流側の反応室１１に反応用溶液が送液される。
【０１２３】
以上の動作が繰り返されて、下流側の反応室１１に反応溶液が順次送液される。これにより、各反応室１１では反応室１１の容積で規定された量の反応溶液が送液され、水和物の生成が抑制された状態で順次水素が発生する。このため、反応室１１への反応用溶液の導入量が規定量になった際に、導入口２１が閉じられると共に流通孔３２が開かれるため、下流側の反応室１１への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。
【０１２４】
図２１、図２２に示した例は、溶液流路７０の形状により反応用溶液の切り換えを実施する例である。
【０１２５】
図に示すように、溶液流路７０は、上流側の反応室１１ａと下流側の反応室１１ｂとの分岐により構成され、分岐部７５を経由して上流側の反応室１１ａに接続されるまでの第１溶液流路７１と、分岐部７５から下流側の（次の）反応室１１ｂに接続される第２溶液流路７２とからなっている。反応室１１ｂが上流側で反応室１１ｃが下流側になる場合、第２溶液流路７２が第１溶液流路となり、反応室１１ｃに接続される第１溶液流路７１が第２溶液流路となる。反応室１１ｃが上流側で反応室１１ｄが下流側になる場合、反応室１１ｄが上流側で反応室１１ｅが下流側になる場合、反応室１１ｅが上流側で反応室１１ｆが下流側になる場合も同様である。
【０１２６】
図２１に示すように、溶液流路７０は、分岐部７５までの第１溶液流路７１ａと分岐部７５からの第１溶液流路７１ｂとのなす第１角度αが、分岐部７５までの第１溶液流路７１ａと第２溶液流路７２とのなす第２角度βよりも小さく設定されている。即ち、第１溶液流路７１ａを延長した仮想線Ｓと第１溶液流路７１ｂとのなす第１角度αが、仮想線Ｓと第２溶液流路７２とのなす第２角度βよりも小さく設定されている。具体的には、第１角度αは、９０度を下回る鋭角であり、第２角度βは９０度以上の鈍角に設定されている。
【０１２７】
図２２（ａ）には最上流側の反応室１１に反応用溶液が送液されている状態、図２２（ｂ）には次の反応室１１に反応用溶液の送液が切り換った状態を示してある。
【０１２８】
図２２（ａ）に示すように、第１溶液流路７１ａに送られた反応用溶液は、分岐部７５から流路変化の角度が小さい（流通抵抗の少ない）第１溶液流路７１ｂに送液され、最上流側の反応室１１ａ内に送液される。反応室１１ａに反応用溶液が送液され、反応室１１ａの内部が反応用溶液で満たされ水素発生物質９と反応して水素が発生した後、反応室１１ａに反応用溶液が留まって第１溶液流路７１ｂが反応用溶液で満たされる。第１溶液流路７１ｂが反応用溶液で満たされた後、分岐部７５から流路変化の角度が大きい（流通抵抗の大きい）第２溶液流路７２に反応用溶液の流れが切り換えられる。
【０１２９】
図２２（ｂ）に示すように、第２溶液流路７２に切り換えられた反応用溶液は、下流側の反応室１１ｂに送液され、反応室１１ｂの内部が反応用溶液で満たされて水素発生物質９と反応して水素が発生する。順次、下流側の反応室１１が上流側の反応室１１とされて第２溶液流路７２が第１溶液流路７１とされ、下流側の反応室１１に向かう流路が第２溶液流路７２とされて反応用溶液が順に次の反応室１１に送液される。
【０１３０】
以上の動作が繰り返されて、反応室集合盤３の全ての反応室１１に反応溶液が順次送液される。このため、極めて簡単な流路を形成することにより、下流側の反応室１１への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。そして、第１角度αは９０度を下回る鋭角で、第２角度βが９０度以上の鈍角になっているので、分岐部７５における第２溶液流路７２への反応用溶液の流れが折り返し状態になり、第１溶液流路７１ｂへの反応用溶液の流入を確実に優先させることができる。
【０１３１】
反応用溶液が分岐部７５から第１溶液流路７１を通り上流側の反応室１１を満たすまでの間（送液が停止するまでの間）に、第２溶液流路７２に反応用溶液が流れて次の反応室１１に到達しないように、第１溶液流路７１ａ、７１ｂの長さ、第２溶液流路７２の長さが設定され、反応用溶液は順次反応室１１に送液されるようになっている。
【０１３２】
図２３に示した例は、溶液流路８０の接続状況により反応用溶液の切り換えを実施する例である。
【０１３３】
図に示すように、溶液流路８０は、最上流側の反応室１１の入口流路８１（第１溶液流路）に接続される溶液主流路８２を備え、下流側の反応室１１の入口流路８１と下流側の入口流路８１は接続流路８３（第２溶液流路）で連結されている。接続流路８３は反応室１１の入口に向けて延びる（図中上方に向けて延びる）流入口８３ａが設けられ、上流側の反応室１１に反応用溶液が満たされた後、反応用溶液は流入口８３ａから接続流路８３に流入して下流側の入口流路８１に順次送液される。
【０１３４】
図２３（ａ）に示すように、溶液主流路８２から送液された反応用溶液は、入口流路８１から上流側の反応室１１に送液され、反応室１１の内部が反応用溶液で満たされ水素発生物質９と反応して水素が発生する。反応室１１に反応用溶液が留まり、入口流路８１から反応用溶液が逆向きに流れて流入口８３ａから接続流路８３に流入する。これにより、反応用溶液の流れが下流側の反応室１１の入口流路８１に向けて切り換えられる。
【０１３５】
図２３（ｂ）に示すように、下流側の反応室１１の入口流路８１に向けて切り換えられた反応用溶液は、下流側の反応室１１に送液され、反応室１１の内部が反応用溶液で満たされて水素発生物質９と反応して水素が発生する。反応室１１に反応用溶液が留まることで、入口流路８１から反応用溶液が逆向きに流れて流入口８３ａから接続流路８３に流入し、接続流路８３から順次下流側の反応室１１の入口流路８１に反応用溶液が送液される。
【０１３６】
以上の動作が繰り返されて、反応室集合盤３の全ての反応室１１に反応溶液が順次送液される。このため、極めて簡単な流路を形成することにより、下流側の反応室１１への反応用溶液の送液を確実に切り換えることができる。そして、流入口８３ａを備えた接続流路８３の場合、第１流体流路の分岐部（流入口８３ａの入口の部位）からの角度（第１角度）は０度となり、逆向きに流れて流入口８３ａに流入する角度（第２角度）は１８０度となり、分岐部における流入口８３ａへの反応用溶液の流れが逆向きの折り返しになり、上流側の反応室１１への反応用溶液の流入を更に確実に優先させることができる。
【０１３７】
図２４に基づいて本発明の燃料電池システムを説明する。図２４には本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体の状況を示してある。
【０１３８】
図示の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４０に接続したシステムである。即ち、燃料電池４０には燃料極室４２が備えられ、燃料極室４２は燃料電池セル４１の燃料極に接する空間を構成している。燃料極室４２には水素発生装置１の排出路５が接続されている。
【０１３９】
また、水素発生装置１の流入路１０は溶液容器４３に接続され、溶液容器４３内の反応用溶液４４が溶液送液手段４５によって水素発生装置１に送られる。水素発生装置１で発生した水素は排出路５から燃料極室４２に送液され、燃料極での燃料電池反応で消費される。燃料極室４２の燃料極での水素の消費量は燃料電池４０の出力に応じて決定される。
【０１４０】
尚、水素発生装置１としては、図２から図２３の機構を用いた水素発生装置を適用することが可能である。
【０１４１】
反応室集合盤３を４層設置した反応容器２と４０Ｗ出力の燃料電池４０を接続し、燃料電池システムとした。発電に必要な水素流量は、約４００ｃｃ／ｍｉｎである。また、０．０５０ｇの水素化ホウ素ナトリウムからの水素発生量は、１００ｃｃであるので、上述の反応容器２を用いた場合、４００ｃｃ／ｍｉｎ／１００ｃｃ／回で、４回／ｍｉｎの周期で順次反応室に溶液を導入することになる。反応容器２の圧力で動作する開閉弁を溶液送液手段として用い、４０Ｗの安定した電力を得た。このとき、空間容積２００ｃｃである反応容器２内の圧力は、約５０ｋＰａの幅で変動した。１回の送液（反応室１１への溶液導入）で、１００ｃｃの水素発生が行われていたことがわかる。
【０１４２】
上述した燃料電池設システムは、必要最小限の反応用溶液で水素を発生させることができる水素発生装置１を備えた燃料電池システムとなる。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本発明は、水素発生装置の産業分野で利用することができる。
【０１４４】
また、本発明は、水素発生装置を備えた燃料電池システムの産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【０１４５】
１、６５  水素発生装置
２  反応容器
３  反応室集合盤
４、２２、３１、７０、８０  溶液流路
５  排出路
６  流入管
７  接続管
８  停止管
９  水素発生物質
１０  流入路
１１  反応室
１２  流路枠
１３、２１  導入口
１４、５７  気液分離膜
１５  接続部
１６  疎水面
２３、３２  流通孔
２４、３３  弁体
２５  孔弁
２６  弁軸
２７  圧縮ばね
３４  吸水性膨張部材
３５  貫通路
４０  燃料電池
４１  燃料電池セル
４２  燃料極室
４３  溶液容器
４４  反応用溶液
５１、６１  流路部材
５５  薄板枠材
５６  開口部
６６  隔離膜
７１  第１溶液流路
７２  第２溶液流路
７５  分岐部
８１  入口流路
８２  溶液主流路
８３  接続流路
８３ａ  流入口
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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