(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応液を貯留する反応容器と、
前記反応液と反応して水素を発生させる固形の水素発生剤を収容する水素発生剤収容部と、
その水素発生剤収容部から前記水素発生剤を前記反応液に供給する水素発生剤供給手段と、
を備える水素発生装置であって、
前記水素発生剤は、磁性体を含有し、
前記水素発生剤供給手段は、前記水素発生剤を磁力により搬送する搬送部と、搬送した前記水素発生剤を前記反応液に落下させる落下部と、を有する水素発生装置。
【請求項２】
前記水素発生剤収容部は、前記反応容器内に配置され、
前記水素発生剤供給手段は、磁気結合を介して、前記反応容器の外部に設けた駆動装置に連結されている請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記搬送部は、複数の磁石をらせん状に配置した回転体と、その回転体の少なくとも一部を覆う薄板のカバー体と、前記カバー体を介して前記磁石の磁力により保持された前記水素発生剤の回転を妨げるガイド体と、を有する請求項１又は２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記搬送部のガイド体は、前記水素発生剤の回転を妨げて上側に保持する位置に設けられ、
前記落下部は、前記ガイド体の下流側端部を超えた位置で、前記磁石に保持された前記水素発生剤を離脱させるストッパーを有し、
前記回転体の磁石は、前記ガイド体の下流側端部を超えた位置にも設けられている請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項５】
前記搬送部の上流側は、前記水素発生剤収容部の下方に位置し、
前記水素発生剤収容部は、前記水素発生剤が通過できる開口を下方に有する、請求項１〜４いずれかに記載の水素発生装置。
【請求項６】
前記水素発生剤収容部は、前記反応容器内に配置され、
前記水素発生剤供給手段は、前記反応容器の外部に設けた磁石を移動させて、前記水素発生剤を磁力により保持しつつ搬送する搬送部を有する請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項７】
請求項１〜６いずれかに記載の水素発生装置と、
その水素発生装置から供給される水素で発電を行う燃料電池と、を備える発電装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、反応液を貯留する反応容器内で、固形の水素発生剤を反応液に供給して水素を発生させる水素発生装置およびこれを用いた発電装置に関する。本発明は、燃料電池に水素を供給して発電するための技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
例えば、特許文献１には、反応容器内の水素発生剤に対して、加圧により反応液である水を滴下して、両者の反応により水素を発生させる方法が記載されている。しかし、この方法では、特に水素発生剤を多量に使用する場合、反応が進行すると、反応済みの水素発生剤が水を吸収してしまい、供給した水が発生剤に到達するまでのタイムラグが発生し、応答性が低下する。また、水の供給を停止した場合でも、吸収された水が発生剤と反応する為、停止時の応答性も低下する傾向がある。
【０００３】
また特許文献２には、水素を発生させるための反応容器内に、水素発生剤の粉体と、反応液である水とを、別途搬送しつつ同時に供給して、両者の反応により水素を発生させる方法が記載されている。しかし、この方法では、搬送機構が２系統になるため装置構造が複雑化すると共に、粉体と水との混合状態が不均一になり易いいため、反応が不均一化するという問題がある。
【０００４】
一方、特許文献３には、反応液を貯留する反応容器内で、粒子状の水素発生剤を反応液に供給して水素を発生させる水素発生装置が提案されている。また、この装置では、水素発生剤を収容する粉末供給器の底部に開口を有し、その開口に設けられた開閉可能な板状弁によって、水素発生剤を反応液に落下させて供給している。また、水素発生量の増減は落下させるペレット（粒子）の数により調整することが記載されており、バッチ方式で水素を発生させていると理解できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１４５６号公報
【特許文献２】特開２０１５−８１２２１号公報
【特許文献３】特開２００３−２２１２０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献３の水素発生装置では、バッチ方式で水素を発生させているため、図面にも記載されているように、水素発生剤粒子の性状により、発生する水素量の経時的なプロファイルが決定され、燃料電池による水素消費量に応じて、発生する水素量をコントロールするのが困難である。
【０００７】
一方、例えばスクリューフィーダのような汎用の粉体供給装置を使用して、ペレット状の水素発生剤を安定して供給しようとすると、駆動エネルギーを大きくする必要があり、また機械的な負荷によってペレットが破断し易いという問題があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、水素発生剤を多量に使用する場合（大容量の場合）でも、水素の発生速度・発生量を容易に調整することが可能となり、駆動エネルギーも少なく、水素発生剤の破断も生じにくい水素発生装置およびこれを用いた発電装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的は、以下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、反応液を貯留する反応容器と、前記反応液と反応して水素を発生させる固形の水素発生剤を収容する水素発生剤収容部と、その水素発生剤収容部から前記水素発生剤を前記反応液に供給する水素発生剤供給手段と、を備える水素発生装置であって、前記水素発生剤は、磁性体を含有し、前記水素発生剤供給手段は、前記水素発生剤を磁力により搬送する搬送部と、搬送した前記水素発生剤を前記反応液に落下させる落下部と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明の水素発生装置によると、水素発生剤が磁性体を含有し、これを磁力により搬送して反応液に供給する水素発生剤供給手段を設けているため、装置と水素発生剤又は水素発生剤同士の摩擦によるエネルギー損失や機械的な負荷を小さくすることができるので、少ない駆動エネルギーで水素発生剤を破断させることなく搬送して、反応液に供給することができる。また、水素発生剤を搬送してから別の場所で落下させるため、反応によって生じる水蒸気等の影響を水素発生剤が受けにくくすることができる。その結果、水素発生剤を多量に使用する場合（大容量の場合）でも、水素の発生速度・発生量を容易に調整することが可能となり、駆動エネルギーも少なく、水素発生剤の破断も生じにくい水素発生装置を提供できる。
【００１１】
上記において、前記水素発生剤収容部は、前記反応容器内に配置され、前記水素発生剤供給手段は、磁気結合を介して、前記反応容器の外部に設けた駆動装置に連結されていることが好ましい。反応容器の内部は水素濃度が高いため、火花が生じ易いモータ等の使用が難しいが、このような構造によると、モータ等の駆動装置を使用することができるようになる。
【００１２】
また、前記搬送部は、複数の磁石をらせん状に配置した回転体と、その回転体の少なくとも一部を覆う薄板のカバー体と、前記カバー体を介して前記磁石の磁力により保持された前記水素発生剤の回転を妨げるガイド体と、を有することが好ましい。カバー体を介して水素発生剤を磁力により保持することで、水素発生剤から生じる微粉が磁石の磁力を低下させるという不具合や、装置の目詰まりによる問題を回避することができる。また、薄板のカバー体とすることで、磁石の磁力により、水素発生剤をより確実に保持することができる。更に、回転を妨げるガイド体とらせん状に配置した磁石の回転との協働によって、軸方向に沿って水素発生剤を搬送することができる。
【００１３】
また、前記搬送部のガイド体は、前記水素発生剤の回転を妨げて上側に保持する位置に設けられ、前記落下部は、前記ガイド体の下流側端部を超えた位置で、前記磁石に保持された前記水素発生剤を離脱させるストッパーを有し、前記回転体の磁石は、前記ガイド体の下流側端部を超えた位置にも設けられていることが好ましい。ガイド体が、水素発生剤の回転を妨げて上側に保持する位置に設けられることで、搬送中に水素発生剤が落下するのを防ぐことができる。また、ガイド体の下流側端部を超えた位置にも磁石が設けられ、下流側端部を超えた位置にストッパーを有するため、下流側端部を超えた位置まで搬送された前記水素発生剤を、離脱させて落下させることができる。
【００１４】
前記搬送部の上流側は、前記水素発生剤収容部の下方に位置し、前記水素発生剤収容部は、前記水素発生剤が通過できる開口を下方に有することが好ましい。このような構成により、開口から磁力によって、水素発生剤収容部の下方の水素発生剤を搬出させることができる。
【００１５】
あるいは、前記水素発生剤収容部は、前記反応容器内に配置され、前記水素発生剤供給手段は、前記反応容器の外部に設けた磁石を移動させて、前記水素発生剤を磁力により保持しつつ搬送する搬送部を有することも可能である。これにより、磁気結合のための部材を設けることなく、モータ等の駆動装置を使用して、水素発生剤を反応液に供給できるようになる。
【００１６】
一方、本発明の発電装置は、以上のいずれかに記載の水素発生装置と、その水素発生装置から供給される水素で発電を行う燃料電池と、を備えることを特徴とする。本発明の発電装置によると、水素発生剤を多量に使用する場合（大容量の場合）でも、水素を安定して発生させることができ、水素発生のための駆動エネルギーも少なく、水素発生剤の破断も生じにくくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の発電装置の一例を示す概略構成図
【図２】本発明の発電装置における制御（発電ルーチン）の一例を示すフローチャート
【図３】本発明の発電装置における制御（全体）の一例を示すフローチャート
【図４】本発明の発電装置の一例の要部を示す組立斜視図
【図５】図４に示す発電装置の要部の各部の断面を示す断面図
【図６】本発明の発電装置の他の例の要部を示す断面図
【図７】本発明の発電装置の他の例の要部を示す図であり、（ａ）は要部の正面図、（ｂ）はそのＤ−Ｄ矢視断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（水素発生装置）
本発明の水素発生装置は、例えば図１に示すように、反応液１を貯留する反応容器２と、その反応容器２内に配置され、反応液１と反応して水素を発生させる固形の水素発生剤３を収容する水素発生剤収容部４と、その水素発生剤収容部４から水素発生剤３を反応液１に供給する水素発生剤供給手段２０と、を備えている。
【００１９】
反応液１としては、水素発生剤３と反応して水素を発生させるものであればよく、中性の水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが用いられる。水素発生剤３は、磁性体を含有しており、このため磁力による搬送が可能となる。水素発生剤３については、後に詳述する。
【００２０】
反応容器２としては、密閉容器が用いられるが、反応液１又は水素発生剤３を収容する際に、開閉可能なものが好ましい。本実施形態では、円筒部２ａと底面部２ｂとで容器本体が構成され、その上面に開閉可能な蓋部材２ｃを設けた反応容器２の例を示す。なお、反応容器２としては、水素発生剤３の反応でアルカリが生じる場合があるため、耐アルカリ性を有する材料を用いるのが好ましい。
【００２１】
反応容器２の容積は、仕込まれる反応液１と水素発生剤３に応じて決定される。例えば、反応液１の量は、水素発生剤３に対する反応理論量の８〜９倍程度が好ましい。また、反応容器２の容積は、反応液１の体積に対して、３〜４倍程度が好ましい。
【００２２】
反応容器２の蓋部材２ｃには、水素Ｈの排出部２ｅが設けられ、更に容器内の圧力が一定値を超えた際に開放する安全弁１５が設けられている。
【００２３】
安全弁１５は、一定以上の圧力でガスを開放するものであれば何れのものも使用可能である。小型化及び軽量化を図る観点から、安全弁１５としては、金属製のボールバルブ型などの弁、アンブレラ型、ダックビル型、などを用いることが好ましい。なお、安全弁１５の設定圧力は、系の耐圧性に応じて決定されるが、例えば３０〜５００ｋＰａ（特に１００ｋＰａ）程度に設定される。
【００２４】
水素発生剤収容部４は、反応容器２内の上側空間に配置され、水素発生剤供給手段２０が取り付られている。本実施形態では、水素発生剤収容部４が、上下に開口する円筒部４ａと、その上部に設けられた蓋部４ｂとを有する例を示す。また、円筒部４ａの下端には、水素発生剤３が通過可能な開口が設けられている。
【００２５】
水素発生剤供給手段２０は、水素発生剤３を磁力により搬送する搬送部２１と、搬送した水素発生剤３を反応液１に落下させる落下部２２とを有する。図示した例では、搬送部２１の上流側は、水素発生剤収容部４の下方に位置しており、水素発生剤収容部４は、水素発生剤３が通過できる開口を下方に有している。
【００２６】
本実施形態では、図４〜図５に示すように、搬送部２１が、複数の磁石２３ａをらせん状に配置した回転体２３と、その回転体２３の少なくとも一部を覆う薄板のカバー体２４と、カバー体２４を介して磁石２３ａの磁力により保持された水素発生剤３の回転を妨げるガイド体２８と、を有する例を示す。
【００２７】
この例では、回転を妨げるガイド体２８とらせん状に配置した磁石２３ａの回転との協働によって、順次配置された磁石２３ａが移動する際の磁力で、水素発生剤３が磁着と離脱を繰り返しながら、軸方向に沿って水素発生剤３を搬送することができる。
【００２８】
回転体２３としては、樹脂製のものが好ましく、摺動性の高いフッ素樹脂などが好ましく用いられる。回転体２３の表面は、平坦面に近いことが好ましく、このため、磁石２３ａは、回転体２３の凹部に埋設することが好ましい。
【００２９】
磁石２３ａとしては、ネオジウム系磁石のように、磁束密度の高い（磁力が高い）ものが好ましい。磁石２３ａは、円滑な搬送を行なう観点から、一定の間隔で設けることが好ましい。特に、らせん状に配置された磁石２３ａのピッチが、１０〜３０ｍｍであることが好ましい。ただし、前記ピッチについては、水素発生剤３と磁石２３ａとの間で生じる磁力や、水素発生剤３のサイズ等に応じて、最適な値が変化するため、これらを考慮して適宜設定することが好ましい。例えば、４ｍｍ角の水素発生剤３に対し、５φ×５ｍｍのＮｄ磁石を使用する場合、前記ピッチが、１０〜３０ｍｍであることが特に好ましい。
【００３０】
薄板のカバー体２４としては、強磁性体でないものが好ましく、例えば銅箔などの反磁性金属からなる金属箔、樹脂フィルムなどが好ましく用いられる。カバー体２４の厚みは、水素発生剤３と磁石２３ａとの間で生じる磁力や、水素発生剤３のサイズ等に応じて、適宜設定すればよいが、磁力による搬送を容易にする観点から、０．１５〜０．５μｍ程度のものが好ましい。
【００３１】
図示した例では、ガイド体２８は、回転体２３を回転自在に保持する断面Ｃ字型の部材により構成されているが、回転体２３の回転の下流側において、水素発生剤３の回転を妨げることができれば、何れの形状でも使用可能である。但し、回転体２３を回転自在に保持する保持部と一体に形成されていることが好ましい。この断面Ｃ字型の部材も、摺動性の高いフッ素樹脂などが好ましく用いられる。
【００３２】
図示した例では、薄板のカバー体２４が、回転体２３の表面と、断面Ｃ字型の部材のガイド体２８を構成する面と、対向する面とにまたがって覆っている。このようにカバー体２４が広く設けられることで、境界部における水素発生剤３の引っ掛かりを少なくして、水素発生剤３の搬送をスムーズにすることができる。しかし、本発明では必ずしもこれらを覆う必要はなく、回転体２３の少なくとも一部を覆うものであればよい。また、搬送部２１のガイド体２８は、水素発生剤３の落下を防ぐ観点から、水素発生剤３の回転を妨げて上側に保持する位置に設けられていることが好ましい。
【００３３】
本実施形態では、落下部２２が、ガイド体２８の下流側端部２８ａを超えた位置で、磁石２３ａに保持された水素発生剤３を離脱させるストッパー２２ｓを有している。図示した例では、このストッパー２２ｓの表面もカバー体２４で覆われている。このようにカバー体２４が広く設けられることで、境界部における水素発生剤３の引っ掛かりを少なくしつつ、また機械的な不良の発生（粉体や破片の巻き込み）を防止して、水素発生剤３の落下をスムーズに行なうことができる。
【００３４】
回転体２３の磁石２３ａは、ガイド体２８の下流側端部２８ａを超えた位置にも設けられているため、ガイド体２８の下流側端部２８ａを超えた位置では、そのまま磁石２３ａに水素発生剤３が磁着された状態で回転した後、ストッパー２２ｓにより水素発生剤３を離脱させることができる。
【００３５】
断面Ｃ字型の部材は、円筒状のハウジング２９に保持されており、ハウジング２９は４本の脚部２９ａで支持されている。ハウジング２９と水素発生剤収容部４の円筒部４ａとは、一体に形成することも可能である。
【００３６】
また、本実施形態では、水素発生剤収容部４内で水素発生剤３を攪拌する攪拌機構３０を有する例を示す。この攪拌機構３０は、回転体２３の回転を行なうことで、攪拌棒３１に連結した磁性体３２を、回転体２３に設けた攪拌用の磁石２３ｂで引きつけることで、攪拌棒３１を数十度の揺動範囲で左右に回動させることで、水素発生剤収容部４内で水素発生剤３を攪拌することができる。
【００３７】
図示した例では、断面Ｃ字型の部材の両側端部に設けた円板部３３の溝３３ａと、円板部３３に連結部材３４を介して連結された円板部材３５の溝３５ａとに、攪拌棒３１が回転自在に保持されている。攪拌棒３１に連結した磁性体３２は、円板部３３と円板部材３５との間に配置される。また、攪拌用の磁石２３ｂは、円板部３３と円板部材３５との間に位置する回転体２３に設けられる。
【００３８】
本実施形態では、図１に示すように、水素発生剤供給手段２０は、磁気結合手段２６を介して、反応容器２の外部に設けたモータ等の駆動装置２５に連結されている。磁気結合のために、一方の磁気結合部材２６ａが回転体２３の端部に設けられ、他方の磁気結合部材２６ｂがモータ２５の駆動軸の端部に設けられている。モータ２５は、制御手段７により回転が制御されている。
【００３９】
更に、本発明の水素発生装置は、例えば図１に示すように、反応容器２内又はこれと連通する部分の圧力を検出する反応容器圧検出器６と、反応容器圧検出器６で検出された反応容器圧力に基づいて、モータ２５を操作することで、反応容器２内の圧力を所定の圧力以上に制御する制御手段７と、を備える。本実施形態では、反応容器２の蓋部材２ｃに設けた反応容器圧検出器６を備える例を示す。
【００４０】
反応容器圧検出器６は、反応容器２内の圧力を検出可能であればよく、反応容器２内においてその圧力を測定する場合の他、反応容器２に連通する経路などにおいて圧力を測定する場合を含んでいる。つまり、本発明では、反応容器２内の圧力を直接又は間接的に検出する反応容器圧検出器６を備えている。
【００４１】
反応容器圧検出器６としては、気体の圧力をダイヤフラム（ステンレスダイヤフラム、シリコンダイヤフラム、など）を介して、感圧素子で計測し、電気信号に変換し出力する圧力センサ等が使用できる。代表的な、圧力センサとしては、半導体ピエゾ抵抗拡散圧力センサ、静電容量形圧力センサなどが挙げられる。
【００４２】
制御手段７としては、上記の制御に関する演算と操作信号が出力可能であればよく、例えばマイコンユニット、プログラムシーケンサー、パソコン等が使用できる。以下、本実施形態の制御フローを図２〜図３に基づいて説明する。
【００４３】
図３には、起動から停止までの各ルーチンが示されているが、図２における制御は、発電準備ルーチンで定義されたステップＳ３を抜けた状態において、発電ルーチン（ステップＳ４）において実施される。
【００４４】
図２に示すように、まず、ステップＳ１１では、データのサンプリングと判断が行われる。サンプリングの対象としては、反応容器圧力が挙げられ、短時間で多数回（例えば２０回／秒）のサンプリングを行うことも可能である。また、多数回のサンプリングを行って平均値を算出して、その時刻における反応容器圧力のデータとすることも可能である。
【００４５】
本実施形態では、このデータに基づいて、反応容器圧力が設定値以下であるか否かを判断する例を示す。これがイエスの場合、ステップＳ１２に進み、ノーの場合、ステップＳ１１のサンプリングと判断を再度実施する。つまり、この実施形態では、反応容器圧力が設定値を超えている間、サンプリングと判断が繰り返される。この反応容器圧力の設定値としては、例えば２０〜１００ｋＰａが挙げられ、労働安全衛生法の圧力容器規制との関係から、４０〜８０ｋＰａがより好ましく、５０〜７０ｋＰａが更に好ましい。
【００４６】
ステップＳ１２は、モータ２５に電力を一定時間だけ供給する処理である。これにより、磁気結合手段２６を介して、水素発生剤供給手段２０を駆動させることで、水素発生剤収容部４から一定量の水素発生剤３を反応液１に供給することができる。動作後、数秒で水素発生を開始させることができる。
【００４７】
ステップＳ１３は、待機時間の待ち時間のための処理である。これにより、待ち時間としては、水素発生装置の水素発生容量にもよるが、例えば１〜１００秒が挙げられ、５秒〜８０秒が好ましい。所定の待機時間が経過すると、ステップＳ１４に進む。この待ち時間は、モータの回転速度等に応じて、適宜設定される。例えば、一定間隔に設定した動作にて水素発生量が過剰となる場合、待機時間を延ばすことにより、最大水素派生速度のコントロールが可能となる。
【００４８】
ステップＳ１４では、例えば、外部からの入力信号や、緊急の停止信号により、運転を停止するか否かを判断する。ノーの場合、運転が継続され、ステップＳ１１に戻る。ステップＳ１１で再度サンプリングが行われ、反応容器圧力が設定値未満である場合には、ステップＳ１２により、再度、水素発生剤３が供給される。このような制御により、反応容器２内の圧力を所定の圧力以上に制御することができる。ステップＳ１４により、動作を停止することで、約３分以内に水素発生を停止させることができる。
【００４９】
つまり、本実施形態では、反応容器２内又はこれと連通する部分の圧力を検出する反応容器圧検出器６と、前記反応容器圧検出器６で検出された反応容器圧力に基づいて、モータ２５である駆動機構を操作することで、前記反応容器２内の圧力を所定の圧力以上に制御する制御手段７を備えている。
【００５０】
この水素発生装置によると、反応容器２に貯留される反応液１に、上側空間に配置された水素発生剤収容部４から固形の水素発生剤３が供給されるため、供給された水素発生剤３が反応液と直ちに接触し（反応により生じる水酸化物は底部に堆積する）、水素発生剤３を多量に使用する場合でも、反応開始時と反応停止時の応答性を高めることができる。その際、水素発生剤供給部４により水素発生剤を反応液に供給することができ、制御手段７によって水素発生剤供給部２０の駆動機構を操作することで、反応容器２内の圧力を所定の圧力以上に制御することができる。このため、水素発生剤３を多量に使用する場合でも、水素を安定して発生させることができ、反応容器２の圧力が上がり過ぎるのを防止できる。その結果、労働安全衛生法の圧力容器規制がかからない範囲の反応容器２とすることができ、また、燃料電池等で発電を行う場合に、大容量の発電を安定して行うことができる。
【００５１】
（水素発生剤）
水素発生剤としては、固形の水素発生剤であって、磁性体を含有するものが用いられる。このため、樹脂の母材中に粒状の水素発生物質と磁性体とを含有するものが好ましい。その際、使用する樹脂としては、反応を適度に調整する観点から、水溶性樹脂以外のものが好ましい。
【００５２】
用いられる磁性体としては、磁力によって確実に搬送を行なう観点から、鉄、コバルト、ニッケルなどの強磁性体の金属粉が好ましく、特に樹脂の重合時の反応に影響しにくい、鉄粉、コバルト、ニッケル等が好ましく、環境負荷の観点から鉄が好ましい。磁性体の平均粒子径は、樹脂中への分散性や、取り扱いの観点から、１０〜５００μｍが好ましく、１０〜１５０μｍがより好ましい。
【００５３】
また、磁性体の含有量は、水素発生量を確保しつつ、磁力によって確実に搬送を行なう観点から、水素発生剤中、５〜３０重量％が好ましく、１０〜２０重量％がより好ましい。
【００５４】
用いられる固形の水素発生剤としては、粉末状、粒状（粉砕物）、塊状（成形品）など何れの形状でもよいが、ある程度の粒度のものを効率良く製造する観点から、押出成形後に、所定の粒度に粉砕され、篩分けにより粒度調整されたものが好ましい。このような粒状物の平均粒径は、水素発生剤の磁石による搬送と落下を確実に行なう観点から、１〜１０ｍｍが好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。
【００５５】
水素発生物質としては、水素化カルシウム、水素化リチウム、水素化カリウム、水素化リチウムアルミニウム、水素化アルミニウムナトリウム、又は水素化マグネシウムなどの水素化金属、アルミニウム、鉄、マグネシウム、カルシウム等の金属、水素化ホウ素化合物等の金属水素錯化合物などが挙げられる。中でも、水素化金属が好ましく、特に水素化カルシウムが好ましい。水素化金属化合物、金属、金属水素錯化合物は、何れかを複数組み合わせて使用することもでき、また、それぞれを組み合わせて使用することも可能である。
【００５６】
即ち、水素発生剤としては、水溶性樹脂を除く樹脂の母材中に、粒状の水素化カルシウム（ＣａＨ２）を含有するものが特に好ましい。この水素発生剤では、粒状の水素化カルシウムが樹脂のマトリックス中に分散又は埋設された状態となり、これにより、水素化カルシウムの反応性が抑制され、水との反応の際の取り扱い性が改善される。また、水素発生物質として水素化カルシウムを使用することで、水等との反応性が高くなり、水等と反応した際に生成する反応物（水酸化カルシウム）の体積膨張率が高くなるため、樹脂母材を崩壊させる作用が大きくなり、水等との反応が自然に内部まで進行し易くなる。
【００５７】
水素発生物質の含有量は、好ましくは水素発生剤中６０重量％以上であるが、保形性を維持しつつ反応の際に樹脂母材を崩壊させる観点から、水素発生剤中、６０〜９０重量％であることが好ましく、７０〜８５重量％がより好ましい。
【００５８】
粒状の水素発生物質の平均粒径は、樹脂中への分散性や反応を適度に制御する観点から、１〜１００μｍが好ましく、６〜３０μｍがより好ましく、８〜１０μｍが更に好ましい。
【００５９】
水素化カルシウムに他の水素発生物質を添加する場合、その水素発生物質の含有量は、水素発生剤中、０〜２０重量％が好ましく、０〜１０重量％がより好ましく、０〜５重量％が更に好ましい。
【００６０】
樹脂としては、好ましくは水溶性樹脂以外のものが使用され、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂、耐熱性樹脂などが挙げられるが、熱硬化性樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を使用することで、一般的に樹脂母材がもろくなり易く、反応の際に樹脂母材がより容易に崩壊して、反応が自然に進行し易くなる。
【００６１】
なお、熱可塑性樹脂としては、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、アクリル樹脂、フッ素樹脂、ポリエステル、ポリアミドなどが挙げられる。また、耐熱性樹脂としては、芳香族系のポリイミド、ポリアミド、ポリエステルなどが挙げられる。
【００６２】
熱硬化性樹脂としては、エポキシ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、ポリウレタン樹脂、シリコーン樹脂、または熱硬化性ポリイミド樹脂等が挙げられる。なかでも、水素発生反応中に樹脂母材が適度な崩壊性を有する観点から、エポキシ樹脂が好ましい。熱硬化性樹脂を硬化させる際には、必要に応じて硬化剤や硬化促進剤などが適宜併用される。
【００６３】
樹脂の含有量は、好ましくは４０重量％未満であるが、保形性を維持しつつ反応の際に樹脂母材を崩壊させる観点から、水素発生剤中、５〜３５重量％が好ましく、１０〜３０重量％がより好ましい。
【００６４】
用いられる水素発生剤には、上記の成分以外の任意成分として、触媒、充填材、などのその他の成分を含有してもよい。触媒としては、水素発生剤用の金属触媒の他、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、水酸化カルシウムなどのアルカリ化合物も有効である。
【００６５】
水素発生剤は、多孔質化された構造でもよいが、実質的に中実の構造が好ましい。つまり、本発明の水素発生剤は、空孔率（％）＝空孔体積／全体積×１００が５％以下が好ましく、２％以下がより好ましく、１％以下が更に好ましい。
【００６６】
（発電装置）
本発明の発電装置は、図１に示すように、以上のような本発明の水素発生装置と、その水素発生装置から供給される水素Ｈで発電を行う燃料電池１３と、を備えている。本実施形態では、発電ルーチンＳ４に先立って、窒素排出時ルーチンＳ２を実施するための窒素濃縮装置１４を備える例を示す。
【００６７】
また、本実施形態では、水素Ｈの供給経路には、アンモニア除去装置１１と、供給・停止を行う二方向（２ポート）の電磁弁１７と、供給経路を切り換えるための三方向（３ポート）の電磁弁１２を備えている。
【００６８】
つまり、本発明では、発生した水素Ｈから、不純物であるアンモニアを除去するために、アンモニア除去剤等を利用したアンモニア除去装置１１を設けるのが好ましい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤を容器内に充填したものを使用することができる。このようなアンモニア除去剤は、シート状に形成されたものが市販されているが、粒状の吸着剤等を通気性の袋に収容したものを使用することも可能である。
【００６９】
アンモニア除去剤としては、例えば、水素中のアンモニアを吸着除去する吸着剤（吸着・分解や反応吸着などの化学吸着を含む）、アンモニアを溶解除去する吸収剤、アンモニアを反応により除去する反応剤、アンモニアを分解（加熱分解・触媒反応分解等）により除去する分解手段、などが挙げられるが、アンモニアを物理吸着又は化学吸着により除去する吸着剤を備えることが好ましい。
【００７０】
中でも吸着剤が、物理吸着又は化学吸着によりアンモニアを除去するものであることがより好ましく、固体酸、活性炭（固体酸に相当するものを除く）、ゼオライト（固体酸に相当するものを除く）、及びモレキュラーシーブからなる群から選ばれる１種以上であることが更に好ましい。中でも、アンモニアの吸着除去能力やより高温で吸着可能な観点から、固体酸を用いることが好ましい。
【００７１】
固体酸としては、固体酸自体が粒状であるものや、粒状体に固体酸や液体酸を担持させたものなどがあるが、活性炭に金属塩を担持したものがコストや製造性などの観点からより好ましい。金属塩としては、硫酸塩、リン酸塩、塩化物塩、硝酸塩が挙げられ、塩を形成する金属としては、金属塩として酸性を示す金属が好適に使用できる。
【００７２】
活性炭（固体酸に相当するものも含む）としては、ＧＷ４８／１００、ＧＷ−Ｈ４８／１００、ＧＧ１０／２０、２ＧＧ、ＧＬＣ１０／３２、２ＧＳ、ＧＷ１０／３２、ＧＷ２０／４０、ＫＬＹ１０／３２、ＫＷ１０／３２、ＫＷ２０／４２（以上、クラレケミカル（株）製）、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤、Ｓ剤（酸用）（以上、アニコジャパン（株）製）、４Ｔ−Ｂ、４Ｔ−Ｃ、４Ｇ−Ｈ、４ＳＡ、２ＧＳ、ＧＷ２０／４０４２（以上、クラレケミカル（株）製）などが挙げられ、好ましくは４Ｔ−Ｂ、ＳＷＷＢ剤（アルカリ用）、ＷＢ剤である。
【００７３】
ゼオライトとしては、ＢＸ、ＨＩＳＩＶ、Ｒ−３（以上、ユニオン昭和（株）製）などが挙げられ、好ましくはＢＸである。
【００７４】
モレキュラーシーブとしては、ゼオラムＡ−３、ゼオラムＡ−４（以上、東ソー（株）製）などが挙げられ、好ましくはゼオラムＡ−４である。
【００７５】
燃料電池１３としては、供給された水素で発電を行うものであれば、何れのタイプの燃料電池も用いることができる。例えば、固体高分子形（Ｐｏｌｙｍｅｒ  Ｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ  Ｆｕｅｌ  Ｃｅｌｌ）、固体酸化物形（ＳＯＦＣ）、溶融炭酸塩形（ＭＣＦＣ）、リン酸形（ＰＡＦＣ）を用いることができるが、本発明の水素発生方式に見合う出力で、小型かつ作動温度が低温であるなどの観点から、固体高分子形の燃料電池が好ましい。
【００７６】
固体高分子形の燃料電池は、いずれの構造であっても、固体高分子電解質層と、この固体高分子電解質層の両側に設けられた第１電極層及び第２電極層と、これら電極層の更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを有している。固体高分子電解質層と電極層とは一体化されており、膜電極接合体（ＭＥＡ）を構成する。また、導電層には、電極層からの集電を行うと共に、燃料を電極層に供給して反応させるための流路が確保されている。
【００７７】
燃料電池１３の構造としては、スタック構造、単セルを連結した構造、単セルを複合化した構造などいずれでもよい。
【００７８】
スタック構造の場合には、セパレータによって、単位セルが分離されており、集電を行うと共に、セパレータの両側には、燃料を供給するための流路が形成されている。単位セルは、電気的には直列又は並列で接続され、ガス供給としては主に流路が並列で接続される。
【００７９】
単セルを連結等した構造に用いる単セルとしては、単セルごとに流路を設けたものでもよいが、特許第４５１１６１０号公報（国際公開ＷＯ２００９／１４５０９０号公報）に記載されたような、固体高分子電解質層と、この固体高分子電解質層の両側に設けられた第１電極層及び第２電極層と、これら電極層の更に外側に各々配置された第１導電層及び第２導電層とを備え、これら各層をインサート成形した樹脂成形体で一体化してある燃料電池が好ましい。
【００８０】
また、単セルを複合化した構造としては、このような燃料電池の複数を、これらの少なくともアノード側を覆う空間形成部材と一体化して、燃料ガスの供給空間を設けたものが好ましい。このような構造では、複数の単セルが電気的に接続されて、同時にインサート成形されているのが好ましい。
【００８１】
窒素濃縮装置１４は、窒素等を濃縮して排出する窒素排出時ルーチンＳ２を実施するための装置であり、小型・小容量の燃料電池を備えている。この燃料電池は、アノード極側に連通する水素供給部と排出部を備え、排出部には電磁弁を備えている。水素供給部から、起動時において、窒素等を含む水素が供給された場合に、燃料電池による発電を行うことで、水素が消費されると共に、窒素等が濃縮される。窒素等が濃縮の程度は、燃料電池による発電状態を検出することで、判断することができ、ある程度、窒素等が濃縮された場合に、電磁弁の操作により窒素等を排出部から排出することで、窒素等を濃縮して選択的に排出することができる。
【００８２】
次ぎに、図３に基づいて、ステップＳ１（起動ルーチン）からステップＳ３（発電準備ルーチン）について説明する。この起動ルーチンによる処理を実行するために、燃料電池１３のガス排出経路に接続された電圧検出のための検知セルと、燃料電池１３の出力電圧を検出する回路が利用される（いずれも図示省略）。
【００８３】
本実施形態では、二方向（２ポート）の電磁弁１７が閉じた状態で、ステップＳ１（起動ルーチン）において、起動信号により、発電ルーチンと同様に、前述した水素発生が実施される。つまり、図２に示す、ステップＳ１１〜ステップＳ１４が実行される。但し、ステップＳ１１において、圧力が一定以上となった場合には、電磁弁１７が開いた状態となり、ステップＳ２の窒素排出時ルーチンに進む。なお、ステップＳ２〜ステップＳ３においても、一定の圧力を確保するために、図２に示すステップＳ１１〜ステップＳ１４が、引き続き実行される。
【００８４】
ステップＳ２の窒素排出時ルーチンでは、電磁弁１７が開いた状態で、三方向（３ポート）の電磁弁１２により、アンモニア除去装置１１を経由した水素が窒素濃縮装置１４に供給される。この水素には、反応容器２内に初期に存在する窒素、酸素等の空気由来の不純物が含まれている。
【００８５】
ステップＳ２では、水素供給部から、窒素等を含む水素が供給された燃料電池が発電を行うことで、水素が消費されると共に、窒素等が濃縮される。窒素等が濃縮の程度は、燃料電池による発電状態を検出することで、自動的に判断することができ、ある程度、窒素等が濃縮された場合に、電磁弁の操作により窒素等を排出部から排出することで、窒素等を濃縮して選択的に排出することができる。必要に応じて、この操作を繰り返すことで、系内の不純物をほぼ全て系外排出することができる。不純物の排出が完了したか否かについても、燃料電池による発電状態を検出することで、自動的に判断することができる。不純物の排出が完了した場合には、ステップＳ３の発電準備ルーチンに進む。
【００８６】
ステップＳ３では、三方向（３ポート）の電磁弁１２により、アンモニア除去装置１１を経由した水素が、燃料電池１３に供給されるように、供給路が切り替わる。これにより、発電ルーチンであるステップＳ４が実行可能となる。
【００８７】
停止時ルーチンで定義されるステップＳ５では、図２に示すステップＳ１４により運転が停止される。これにより水素発生剤３の供給が停止される。このとき、反応容器２内には、発生した水素が存在し、圧力が高い状態となっているが、電磁弁１７は、開けた状態とし、発電により生じる電力Ｐは、二次電池（図示省略）に充電される。
【００８８】
（他の実施形態）
（１）前述の実施形態では、磁気結合を介して、反応容器の外部に設けた駆動装置に回転体が連結されている例を示したが、磁気結合を介さずに、反応容器の外部と内部を遮断するシール構造を採用することなどで、これを省略することも可能である。また、反応容器の内部に圧縮空気等の流体圧を利用して作動する駆動装置を設けることも可能である。
【００８９】
一方、図１に示す装置において、回転体２３を挿入可能で、先端が閉塞した円筒体を反応容器２の壁面から内部に立設させて、円筒体により外部と内部の空間を遮断し、回転体２３を外部の駆動装置で直接回転させながら、カバー体２４の代わりに円筒を介在させつつ、水素発生剤３を磁力で搬送することも可能である。この場合なども、磁気結合を省略することができる。
【００９０】
（２）前述の実施形態では、搬送部が、複数の磁石をらせん状に配置した回転体と、その回転体の少なくとも一部を覆う薄板のカバー体と、前記カバー体を介して前記磁石の磁力により保持された前記水素発生剤の回転を妨げるガイド体と、を有する例を示したが、本発明における水素発生剤供給手段は、水素発生剤を磁力により搬送する搬送部と、搬送した前記水素発生剤を前記反応液に落下させる落下部と、を有するものであれば、何れの方式でも可能である。例えば、図６に示すように、ベルトコンベア方式を採用することも可能である。
【００９１】
この例では、ベルト４１がその内側に磁石２３ａを備えており、ベルト４１が駆動手段に連結するローラ（図示省略）の回転により、移動することで、水素発生剤３を磁力により搬送することができる。つまり、搬送部２１がベルト４１とその内側に設けた磁石２３ａとベルト４１の駆動手段とを備えている。
【００９２】
また、ベルト４１等はハンジング２９に収容されており、落下部２２に位置するハンジング２９の開口付近に設けたストッパー２９ａによって、移動してきた水素発生剤３がベルト４１より離脱して、落下する。つまり、落下部２２が、ベルト４１の下側の位置で、磁石２３ａに保持された水素発生剤３を離脱させるストッパー２９ａを有している。
【００９３】
（３）更に、別の方式として、図７に示すように、水素発生剤供給手段２０が、反応容器２の外部に設けた磁石２３ａを移動させて、水素発生剤３を磁力により保持しつつ搬送する搬送部２１を有するものでもよい。
【００９４】
この装置では、円板状の回転体２３の外周付近に磁石２３ａが設けられ、反応容器２の平面な側壁２ｇを介して、水素発生剤３が磁着される。回転体２３は、モータ２５等の駆動装置によって回転する。搬送部２１では、回転体２３の回転により、水素発生剤収容部４の水素発生剤３が磁着され、これが回転方向に移動することで、落下部２２まで搬送される。落下部２２では、移動してきた水素発生剤３がストッパー２ａによって磁石２３ａより離脱して、落下する。ストッパー２ａは、例えば上方が鋭角な楔状の部材が使用可能である。
【００９５】
（４）前述の実施形態では、モータ２５等の駆動装置を間欠的に作動させることで、水素発生剤供給手段２０による水素発生剤３の供給量を制御する例を示したが、駆動装置の回転速度を調節することで水素発生剤３の供給量を制御したり、また、駆動装置の発停と、駆動装置の回転速度の調節とを併用することで、水素発生剤３の供給量を制御することも可能である。
【００９６】
（５）前述の実施形態では、回転体２３の回転を利用して、水素発生剤収容部４の水素発生剤３を攪拌する例を示したが、回転体２３の動作とは独立して、水素発生剤の落下を円滑にするために、水素発生剤収容部４に対して、攪拌器、振動付与装置などを更に設けることも可能である。
【００９７】
（６）前述の実施形態では、水素発生剤収容部４が反応容器２内に配置されている例を示したが、本発明では、水素発生剤収容部４を反応容器２の外部に設けることも可能である。この場合にも、磁気結合を介在させることなく、火花が生じ易いモータ等の駆動装置を使用することができるようになる。このように装置を構成する場合、水素発生剤収容部４と反応容器２とが、水素発生剤供給手段２０の搬送部２１によって連結された構造となる。その場合の搬送部２１としては、図１に示す水素発生剤供給手段２０の搬送部２１や、図６に示す水素発生剤供給手段２０の搬送部２１を使用することができる。
【符号の説明】
【００９８】
１    反応液
２    反応容器
３    水素発生剤
４    水素発生剤収容部
６    反応容器圧検出器
７    制御手段
１１    アンモニア除去装置
１２    電磁弁
１３    燃料電池
１４    窒素濃縮装置
１５    安全弁
１７    電磁弁
２０    水素発生剤供給手段
２１    搬送部
２２    落下部
２２ｓ  ストッパー
２３    回転体
２４    カバー体
２８    ガイド体
【図１】
0006634349.tif 000002
【図２】
0006634349.tif 000003
【図３】
0006634349.tif 000004
【図４】
0006634349.tif 000005
【図５】
0006634349.tif 000006
【図６】
0006634349.tif 000007
【図７】
0006634349.tif 000008