(57)【要約】【課題】簡易な装置構成で水素発生反応の停止や速度制御を良好に行うことができる水素発生装置、及び水素発生方法を提供する。【解決手段】固体の水素発生剤１と反応液２とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、前記水素発生剤１を複数に区分して収容する第１収容部１０と、前記反応液２を複数に区分して収容する第２収容部２０と、前記第１収容部１０の各区分１１と前記第２収容部２０の各区分２１とを仕切る仕切部材３１を有し、その仕切部材３１を解除して前記第１収容部２０の各区分収容物と前記第２収容部２０の各区分収容物とを順次接触可能とする仕切手段３０と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、
前記水素発生剤を複数に区分して収容する第１収容部と、前記反応液を複数に区分して収容する第２収容部と、前記第１収容部の各区分と前記第２収容部の各区分とを仕切る仕切部材を有し、その仕切部材を解除して前記第１収容部の各区分収容物と前記第２収容部の各区分収容物とを順次接触可能とする仕切手段と、を備えることを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記第１収容部の各区分および前記第２収容部の各区分を環状に配置して各区分同士を対向させると共に、開口部を有する仕切部材を回動させることで仕切部材を順次解除することができる仕切手段を設けた請求項１記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記仕切手段は、前記仕切部材を自動で回動させる駆動部を備える請求項２記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記第１収容部の各区分および前記第２収容部の各区分を一列又は複数列に配置して各区分同士を対向させると共に、仕切部材をスライドさせることで仕切部材を順次解除することができる仕切手段を設けた請求項１記載の水素発生装置。
【請求項５】
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生方法において、
前記水素発生剤を複数に区分して収容すると共に、前記反応液を複数に区分して収容しておき、各区分に収容した水素発生剤と反応液とを順次接触させることを特徴とする水素発生方法。
【請求項６】
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生方法において、
前記水素発生剤と前記反応液との反応を複数に分けて行い、その際に各々の反応による水素発生量が重畳するタイミングで前記反応を順次継続することを特徴とする水素発生方法。
【請求項７】
請求項６又は７に記載の水素発生方法により発生させた水素を燃料電池に供給する水素供給方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属等の固体の水素発生剤と、水等の反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置、および水素発生方法に関し、特に燃料電池に水素を供給するための技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄等の水素発生剤と水とを接触させて水素を発生させる水素発生装置としては、水を収納するためのタンクと、水素発生剤を収納する反応容器と、前記タンクから前記反応容器に水を供給する導入管とを備えた水素発生装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。この水素発生装置では、反応容器内に収容された鉄粒子等に、ポンプ等を用いてタンクから水を供給している。
【０００３】
しかしながら、この装置では、一旦、反応容器に水が供給されると反応を停止するのが困難であり、また、水の供給量を制御しても水素の発生速度を一定に制御するのは困難であった。
【０００４】
また、水とアルミニウムとの反応で水素ガスを発生させる水素発生装置として、アルミニウムを水中で切削加工等して新生表面を生成しつつ、水とアルミニウムとを反応させる装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
この水素発生装置では、特許文献１の装置より反応速度を制御するのが容易であるものの、装置が大がかりかつ複雑であるため、小型の水素発生装置には不向きであった。また、水と水素発生剤との接触を完全に遮断できないため、反応速度を制御も十分行えるとは言い難かった。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４９３９４号公報
【特許文献２】特開２００１−３１４０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、簡易な装置構成で水素発生反応の停止や速度制御を良好に行うことができる水素発生装置、及び水素発生方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的は、下記の如き本発明により達成できる。      
即ち、本発明の水素発生装置は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、前記水素発生剤を複数に区分して収容する第１収容部と、前記反応液を複数に区分して収容する第２収容部と、前記第１収容部の各区分と前記第２収容部の各区分とを仕切る仕切部材を有し、その仕切部材を解除して前記第１収容部の各区分収容物と前記第２収容部の各区分収容物とを順次接触可能とする仕切手段と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明の水素発生装置によると、水素発生剤および反応液が複数に区分して収容されており、仕切部材を解除して各区分収容物同士を順次接触させることができるため、接触のタイミングをコントロールすることで、水素発生反応の速度制御を良好に行うことができる。また、仕切部材の解除を停止することで、材料を無駄にせずに、水素発生反応を速やかに停止することができる。更に、複数に区分された一対の収容部と仕切部材によって主に構成されるため、簡易な装置構成となり、小型化や軽量化にも容易に対応することができる。なお、仕切部材の解除は、自動で行っても手動で行ってもよい。
【００１０】
上記において、前記第１収容部の各区分および前記第２収容部の各区分を環状に配置して各区分同士を対向させると共に、開口部を有する仕切部材を回動させることで仕切部材を順次解除することができる仕切手段を設けることが好ましい。各区分を環状に配置し、かつ開口部を有する仕切部材とすることで、その回動操作によって仕切部材を解除することができ、仕切手段の自動化も容易になる。また、より簡易な装置構成となり、小型化や軽量化にもより容易に対応することができる。
【００１１】
その際、前記仕切手段は、前記仕切部材を自動で回動させる駆動部を備えることが好ましい。この駆動部により仕切部材を自動で回動させることで、第１収容部の各区分収容物と第２収容部の各区分収容物とを、自動で順次接触させることができる。
【００１２】
また、前記第１収容部の各区分および前記第２収容部の各区分を一列又は複数列に配置して各区分同士を対向させると共に、仕切部材をスライドさせることで仕切部材を順次解除することができる仕切手段を設けることが好ましい。各区分を一列又は複数列に配置し、仕切部材をスライドさせることで、そのスライド操作によって仕切部材を解除することができ、仕切手段の自動化も容易になる。また、より簡易な装置構成となり、小型化や軽量化にもより容易に対応することができる。
【００１３】
一方、本発明の水素発生方法は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発生剤を複数に区分して収容すると共に、前記反応液を複数に区分して収容しておき、各区分に収容した水素発生剤と反応液とを順次接触させることを特徴とする。
【００１４】
本発明の水素発生方法によると、水素発生剤および反応液が複数に区分して収容されており、各区分の収容物同士を順次接触させるため、接触のタイミングをコントロールすることで、水素発生反応の速度制御を良好に行うことができる。また、接触を中断することで、材料を無駄にせずに、水素発生反応を速やかに停止することができる。なお、各区分の収容物同士の接触は、自動で行っても手動で行ってもよい。
【００１５】
また、本発明の別の水素発生方法は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発生剤と前記反応液との反応を複数に分けて行い、その際に各々の反応による水素発生量が重畳するタイミングで前記反応を順次継続することを特徴とする。この水素発生方法によると、個々の反応のタイミングをコントロールすることで、水素発生反応の速度制御を良好に行うことができる。また、反応を中断することで、材料を無駄にせずに、水素発生反応を速やかに停止することができる。
【００１６】
他方、本発明の水素供給方法は、上記いずれかに記載の水素発生方法により発生させた水素を燃料電池に供給することを特徴とする。本発明の水素供給方法によると、個々の反応のタイミングをコントロールすることで、水素発生反応の速度制御を良好に行うことができ、安定して燃料電池に燃料ガスを供給することができる。また、反応を中断することで、材料を無駄にせずに、水素発生反応を速やかに停止できるため、起動と停止を繰り返す事が多い燃料電池に対して、好適に燃料ガスを供給することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の水素発生装置の一例を示す分解斜視図であり、図２は、本発明における水素発生反応の停止や速度制御を説明するためのグラフである。
【００１８】
本発明の水素発生装置は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させるものである。固体の水素発生剤としては、水と反応して水素を発生する金属、例えばＦｅ、Ａｌ、Ｍｇ、Ｚｎ、Ｓｉなどから選ばれる１種以上の金属の粒子や、これらが部分的に酸化された金属の粒子が挙げられる。また、水素発生剤は触媒成分を含むものであってもよい。水素発生剤は、粉末状であってもよく、造粒、又はタブレット化したものであってもよい。
【００１９】
反応液としては、水素発生剤と反応して水素を発生させるものであれば何れでもよく、例えば水や、酸等を含む水溶液などが挙げられる。水素発生剤と反応液との混合比率は、反応の種類に応じて適宜決定することができる。
【００２０】
本発明の水素発生装置は、図１に示すように、水素発生剤１を複数に区分して収容する第１収容部１０と、反応液２を複数に区分して収容する第２収容部２０とを備える。本実施形態では、第１収容部１０の各区分１１および第２収容部２０の各区分２１を環状に配置して各区分同士を対向させる例を示す。
【００２１】
第１収容部１０は、放射状に形成された区分壁１２によって、各区分１１が形成され、これらが環状に配置されている。第１収容部１０には、底面が存在せず、仕切部材３１が底部に配置されることによって、球状の水素発生剤１を収容できる構造になっている。
【００２２】
また、第１収容部１０は、蓋部材１３によって上面が閉じられ、蓋部材１３に設けられた水素ガスの集合部１４と排出管１５を経由して、発生した水素ガスが外部に取り出される。
【００２３】
第２収容部２０は、放射状に形成された区分壁２２によって、各区分２１が形成され、これらが環状に配置されている。第２収容部２０には、底面２３が存在し、反応液２を収容できる構造になっている。また、第２収容部２０の中央には、駆動軸３２ａを挿通可能な挿通部２４を設けてある。第２収容部２０の周壁２５と第１収容部１０の周壁１６とは、例えば嵌合等により気密状態とするのが好ましい。
【００２４】
本発明の水素発生装置は、更に第１収容部１０の各区分１１と第２収容部２０の各区分２１とを仕切る仕切部材３１を有する仕切手段３０を備える。仕切手段３０は、仕切部材３１を解除して第１収容部１０の各区分収容物と第２収容部２０の各区分収容物とを順次接触可能とするものである。本実施形態では、開口部３１ａを有する仕切部材３１を駆動部３２により自動で回動させることで、仕切部材３１を順次解除することができる仕切手段３０を設けた例を示す。
【００２５】
仕切部材３１は、図示した例では、第１収容部１０の周壁１６等より若干小径の円形を有しているが、水素発生剤１の落下を防止できる形状であれば、多角形などでもよい。また、開口部３１ａの形状は扇形であるが、水素発生剤１を落下できる形状であれば、いずれの形状でもよい。なお、開口部３１ａは、各区分１１の１区分に対応するものでも、複数区分に対応するものでもよい。
【００２６】
仕切手段３０は、駆動部３２を設けずに手動で操作してもよいが、駆動部３２を設けて自動で回動操作を行うのが好ましい。また、駆動部３２は、電気式のモータ等であってもよいが、図１に示すように、渦巻きバネ（ゼンマイ）などの機械式の駆動装置を用いるのが好ましい。
【００２７】
このような渦巻きバネ式の駆動部３２では、入力部３２ｂを回転させて、機械的エネルギーを渦巻きバネに蓄積しておき、その弾性復元力により駆動軸３２ａを一定速度で回動させる。駆動軸３２ａの回動は、ストッパ３２ｃによって停止させることができ、その状態でエネルギーを維持することができる。また、ストッパ３２ｃを解除することによって、再び駆動軸３２ａを一定速度で回動させることができる。
【００２８】
駆動軸３２ａには仕切部材３１が連結され、仕切部材３１が回動することで、第１収容部１０の各区分収容物（水素発生剤）が、開口部３１ａを介して第２収容部２０の各区分２１に順次落下する。落下した水素発生剤は、各区分２１に収容された反応液２と接触して、反応することで水素ガスを発生させる。発生した水素ガスは、開口部３１ａを介して第１収容部１０に流出し、蓋部材１３に設けられた水素ガスの集合部１４と排出管１５を経由して排出される。
【００２９】
このとき、図２に示すグラフのように、各区分ごとの反応はピークを持った水素発生速度となるが、各区分ごとの反応を順次行うことで、トータルとしてほぼ一定の水素発生速度とすることができる。また、各区分ごとの反応の間隔を長くしたり、短くすることで容易に水素発生速度を制御することができる。さらに、各区分ごとの反応を停止することで、材料の無駄なく反応を停止することができ、再び反応を開始するのも容易となる。
【００３０】
本発明の水素発生方法は、以上のような水素発生装置を用いて好適に行うことができる。即ち、本発明の水素発生方法は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発生剤を複数に区分して収容すると共に、前記反応液を複数に区分して収容しておき、各区分に収容した水素発生剤と反応液とを順次接触させることを特徴とする。
【００３１】
本発明によると、簡易な装置構成で水素発生反応の停止や速度制御を良好に行うことができるため、発生した水素ガスを燃料電池に供給する用途に好適に使用することができる。また、簡易な装置構成ゆえに、小型化や軽量化にも容易に対応することができるため、特に携帯機器類の電源となる燃料電池へ、水素ガスを供給するのに使用するのが好ましい。
【００３２】
このため、本発明の本発明の水素供給方法は、本発明の水素発生方法により発生させた水素を燃料電池に供給することを特徴とする。
【００３３】
［他の実施形態］
（１）前述の実施形態では、第１収容部の各区分および第２収容部の各区分を環状に配置して、開口部を有する仕切部材を回動させることで仕切部材を順次解除する例を示したが、本発明では、例えば図１に示すように、第１収容部１０の各区分１１および第２収容部２０の各区分２１を一列（又は複数列）に配置して各区分同士を対向させると共に、仕切部材３１をスライドさせることで仕切部材３１を順次解除することができる仕切手段３０を設けたものでもよい。
【００３４】
この実施形態でも、駆動部を設けて自動で切部材３１をスライドさせることが好ましい。例えばシート状の仕切部材３１を駆動ロール３３で連続的に巻き取るようにすればよい。発生した水素ガスは、前述の実施形態と同様に、第１収容部１０の側に連通した排出管から取り出すことができる。
【００３５】
（２）また、図４に示す実施形態では、下側に第１収容部１０を配置して粉末状の水素発生剤１を収容し、反応液２が密封されている例を示す。
【００３６】
第２収容部２０は、図４（ｂ）に示すように、ほぼ半球状の各区分２１が間隔を開けて設けられ、フィルム等の仕切部材３１によって各区分２１が密封されている。仕切部材３１には破断用テープ３１ｂが内在しており、破断用テープ３１ｂを引き取ることによって、仕切部材３１が順次破断するようになっている。破断用テープ３１ｂは駆動ロール３３で引き取ることができる。
【００３７】
仕切部材３１が破断すると、反応液２が第１収容部１０の各区分１１に流下し、水素発生剤１との接触によって、水素ガスが発生する。なお、第２収容部２０を、図４（ｂ）に示すような構造とし、水素発生剤１を各区分２１に密封するようにしてもよい。
【００３８】
（３）前述の実施形態では、第１収容部と第２収容部と仕切部材との何れかが別体として構成されている例を示したが、本発明では、例えば３枚のフィルムを用いて、各フィルム同士の間に水素発生剤と反応液とを介在させつつ、各区分ごとに密封して一体化することも可能である。このような一体化収容フィルムを用いて、外部から仕切部材を順次破断して、水素発生剤と反応液とを順次接触させることで、水素を発生させることができる。
【００３９】
外部から仕切部材を順次破断する方法としては、例えば、下側に反応液を配置し、上側に水素発生剤を配置しておき、最上層フィルム（第１収容部）と中間フィルム（仕切部材）とを鋭利な刃物又は針などで開口すればよい。これにより、仕切部材を解除して両者を接触させることができ、また最上層フィルムの開口から発生した水素ガスを取り出すことが可能となる。
【００４０】
（４）前述の実施形態では、水素発生剤を複数に区分して収容すると共に、反応液を複数に区分して収容しておき、各区分に収容した水素発生剤と反応液とを順次接触させる水素発生方法の例を示したが、本発明の水素発生方法は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生方法において、前記水素発生剤と前記反応液との反応を複数に分けて行い、その際に各々の反応による水素発生量が重畳するタイミングで前記反応を順次継続するものであってもよい。
【００４１】
その場合、反応液を予め区分しておく必要はなく、例えば間欠的に反応液を水素発生剤に供給する方法であってもよい。
【実施例】
【００４２】
以下、本発明の構成と効果を具体的に示す実施例等について説明する。なお、実施例等における評価項目は下記のようにして測定を行った。
（１）水素発生量
発生した水素ガスをシリカゲル乾燥器を経由させて乾燥させた後、機瞬時水素発生流量および水素発生総量をマスフローメータ（ＫＯＴ−ＬＯＣ製）で測定した。
【００４３】
実施例１
アルミニウム粉末（高純度化学研究所製：平均粒径３μｍ）９９重量部と、酸化カルシウム１重量部とを混合し、その０．１ｇを嵩密度１ｇ／ｃｍ３に圧縮して、水素発生剤の粒子を得た。ビーカに予め０．３ｇの純水を入れておき、この水素発生剤を１０分間隔で０．１ｇずつ投入した（計５回）。この時の水素発生速度と水素発生総量の経時変化を図５に示す。図５に示すように、各々の反応は点線のような水素発生速度を示すが、この水素発生量が重畳するタイミングで反応を順次継続することにより、ほぼ一定の速度で水素発生総量が増加することが判った。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の水素発生装置の一例を示す分解斜視図
【図２】本発明における水素発生反応の停止や速度制御を説明するためのグラフ
【図３】本発明の水素発生装置の他の例を示す縦断面図
【図４】本発明の水素発生装置の他の例を示す図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は要部斜視図
【図５】実施例における水素発生速度と水素発生総量の経時変化を示すグラフ
【符号の説明】
【００４５】
１      水素発生剤
２      反応液
１０      第１収容部
１１      第１収容部の各区分
２０      第２収容部
２１      第２収容部の各区分
３０      仕切手段
３１      仕切部材
３１ａ    開口部
３２      駆動部
【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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