(57)【要約】【課題】触媒を用いなくても水素発生の効率を高め、繰り返し及び長期的使用における信頼性の向上を図れる水素ガス発生方法、水素ガス製造装置及びエネルギー変換システムを提供すること。【解決手段】下記一般式（１）で表される金属水素化物と、水と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体との混合系において、前記金属水素化物を分解する、水素ガス発生方法。一般式（１）：αｚ（１−ｘ）βｚｘ［ＢＨｙ］（但し、α、βは周期表１Ａ族、２Ａ族及び２Ｂ族から選ばれた原子である。また、３＜ｙ＜６、０≦ｘ≦１、０＜ｚ＜３である。）前記水溶液を貯蔵する第１貯蔵部２と、ｐＨが前記水溶液より小さい他の液体を貯蔵する第２貯蔵部３と、前記水溶液及び前記他の液体を混合して水素ガスを発生させる反応部４とを有する、水素ガス製造装置１。水素ガス製造装置１で得た水素ガスをエネルギー変換装置で電気化学エネルギーに変換するシステム。【選択図】　　　　　図１
2004083318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記一般式（１）で表される金属水素化物と、水と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体との混合系において、前記金属水素化物を分解する、水素ガス発生方法。
一般式（１）：αｚ（１−ｘ）βｚｘ［ＢＨｙ］
（但し、前記一般式（１）において、α、βは互いに異なり、周期表１Ａ族、
２Ａ族及び２Ｂ族から選ばれた原子である。また、３＜ｙ＜６、０≦ｘ≦１、
０＜ｚ＜３である。）
【請求項２】
前記α、βがＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎから選ばれた原子である、請求項１に記載した水素ガス発生方法。
【請求項３】
前記一般式（１）で表される金属水素化物の水溶液に対して、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の水溶液を加える、請求項１に記載した水素ガス発生方法。
【請求項４】
前記金属水素化物の水溶液と前記他の水溶液とを一定比で連続的に混合、反応させる、請求項３に記載した水素ガス発生方法。
【請求項５】
前記金属水素化物の水溶液をｐＨ＞７とし、前記他の液体をｐＨ＜７とする、請求項１に記載した水素ガス発生方法。
【請求項６】
前記他の液体として酸単独の液体、又は酸の水溶液を用いる、請求項１に記載した水素ガス発生方法。
【請求項７】
前記他の液体として、無機酸又は有機酸からなる酸性水溶液を用いる、請求項５に記載した水素ガス発生方法。
【請求項８】
下記一般式（１）で表される金属水素化物の水溶液を貯蔵する第１貯蔵部と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体を貯蔵する第２貯蔵部と、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を混合して水素ガスを発生させる反応部とを有する、水素ガス製造装置。
一般式（１）：αｚ（１−ｘ）βｚｘ［ＢＨｙ］
（但し、前記一般式（１）において、α、βは互いに異なり、周期表１Ａ族、
２Ａ族及び２Ｂ族から選ばれた原子である。また、３＜ｙ＜６、０≦ｘ≦１、
０＜ｚ＜３である。）
【請求項９】
前記α、βがＬｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎから選ばれた原子である、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１０】
前記金属水素化物の水溶液がｐＨ＞７であり、前記他の液体がｐＨ＜７である、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１１】
前記他の液体が酸単独の液体、又は酸の水溶液である、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１２】
前記他の液体が無機酸又は有機酸からなる酸性水溶液である、請求項１０に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１３】
前記第１貯蔵部と前記第２貯蔵部とが前記反応部にそれぞれ接続されている、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１４】
前記金属水素化物の水溶液と前記他の液体とを一定比で連続的に混合、反応させる機構を有する、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１５】
前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体の充填率が常に１００％となるように、前記第１貯蔵部及び前記第２貯蔵部が構成されている、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１６】
前記第１貯蔵部の水溶液収容部が耐アルカリ性の伸縮材料からなり、前記第２貯蔵部の液体収容部が耐酸性の伸縮材料からなる、請求項１５に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１７】
前記第１貯蔵部の前記水溶液収容部としての内容器が耐アルカリ性の外容器の中に設置され、また前記第２貯蔵部の前記液体収容部としての内容器が耐酸性の外容器の中に設置されている、請求項１６に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１８】
前記第１貯蔵部の前記内容器と前記外容器の間に、アルカリ水溶液と反応すると硬化する物質が配置され、前記第２貯蔵部の前記内容器と前記外容器の間に、酸性水溶液と反応すると硬化する物質が配置されている、請求項１７に記載した水素ガス製造装置。
【請求項１９】
前記第１貯蔵部及び／又は前記第２貯蔵部と前記反応部との間に、流量のレギュレーターを有する、請求項１３に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２０】
前記反応部の内圧を検出する圧力センサーと、前記圧力センサーの値に連動して前記レギュレーターの動作を制御する制御部とを有する、請求項１９に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２１】
前記反応部から前記水素ガスを導出する、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２２】
前記第１貯蔵部と前記第２貯蔵部に、所定の値以下に内圧を抑えるための安全弁を有する、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２３】
前記第１貯蔵部の前記安全弁と、前記第２貯蔵部の前記安全弁とのガス圧作用方向が互いに逆の方向に向かって設置されている、請求項２２に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２４】
前記反応部からの廃液を貯蔵する廃液貯蔵部を有する、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２５】
前記第１貯蔵部及び／又は前記第２貯蔵部の前記内容器と前記外容器の間に、前記反応部で生成した廃液が導入され、前記内容器と前記外容器の間に前記廃液が貯蔵される、請求項１７に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２６】
前記第１貯蔵部と、前記第２貯蔵部とが同心の２重管又は多重管構造に設けられ、各管構造部が前記反応部に接続されている、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２７】
前記反応部からの廃液を貯蔵する管構造部が前記２重管又は多重管構造と同心に設けられている、請求項２６に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２８】
前記第１貯蔵部と前記第２貯蔵部との間に、酸性及び／又はアルカリ性水溶液と反応すると硬化する物質が配されている、請求項２６に記載した水素ガス製造装置。
【請求項２９】
前記反応部に水素ガス分離機構が設置されている、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３０】
前記反応部が水素ガス透過性及び液体不透過性を有する多孔質管と接続されており、水素ガス発生反応を前記反応部又は／及び前記多孔質管内で行い、発生した水素ガスと水溶液との混合物を前記多孔質管内を通過させて前記水素ガスのみを前記多孔質管外へ透過することにより、前記水素ガスと前記水溶液とをそれぞれ分離する、請求項２９に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３１】
前記反応部が液体導入部とこれに連接された吸水性材料部とによって構成され、前記金属水素化物の水溶液と前記他の液体が前記液体導入部に供給されて反応し、水溶液が前記吸水性材料部に吸収される、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３２】
前記液体導入部と前記吸水性材料部とが隣接している、請求項３１に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３３】
前記吸水性材料部内に空間部が形成され、前記吸水性材料部を貫通して前記空間部に前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体が供給される、請求項３１に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３４】
前記反応部に供給する前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体の流量を制御する制御機構を有する、請求項８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３５】
前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を前記反応部に供給する各供給管の径が互いに異なる、請求項３４に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３６】
前記制御機構が圧力−変位変換素子からなる、請求項３４に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３７】
前記制御機構がダイアフラム型圧力−変位変換素子である、請求項３６に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３８】
前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体の収容器にそれぞれ、前記水溶液又は前記液体を押出すための可動壁が内接されている、請求項１５に記載した水素ガス製造装置。
【請求項３９】
前記可動壁が一方側に設けられた弾性手段によって一方向に付勢され、この付勢力によって前記水溶液又は前記液体が連続的に押出される、請求項３８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項４０】
前記可動壁がシリンジのピストン部を構成している、請求項３８に記載した水素ガス製造装置。
【請求項４１】
前記反応部からの廃液が、前記弾性手段の収容空間に貯蔵される、請求項３９に記載した水素ガス製造装置。
【請求項４２】
水素ガス製造装置及びエネルギー変換装置から構成され、前記水素ガス製造装置で得た水素ガスを前記エネルギー変換装置で電気化学エネルギーに変換するシステムであって、前記水素ガス製造装置が、下記一般式（１）で表される金属水素化物の水溶液を貯蔵する第１貯蔵部と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体を貯蔵する第２貯蔵部と、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を混合して水素ガスを発生させる反応部とを有する、エネルギー変換システム。
一般式（１）：αｚ（１−ｘ）βｚｘ［ＢＨｙ］
（但し、前記一般式（１）において、α、βは互いに異なり、周期表１Ａ族、
２Ａ族及び２Ｂ族から選ばれた原子である。また、３＜ｙ＜６、０≦ｘ≦１、
０＜ｚ＜３である。）
【請求項４３】
前記水素ガス製造装置が、請求項９〜４１のいずれか１項に記載した水素ガス製造装置である、請求項４２に記載したエネルギー変換システム。
【請求項４４】
前記反応部にて発生した熱を前記エネルギー変換装置に供給する機構を有する、請求項４２に記載したエネルギー変換システム。
【請求項４５】
前記エネルギー変換装置で発生した水を前記水素ガス製造装置に送液する機構を有する、請求項４２に記載したエネルギー変換システム。
【請求項４６】
前記エネルギー変換装置と前記反応部とが一体化されている、請求項４２に記載したエネルギー変換システム。
【請求項４７】
前記エネルギー変換装置が燃料電池として構成されている、請求項４２に記載したエネルギー変換システム。
【請求項４８】
水素極とイオン伝導部と酸素極とからなる電気化学エネルギー変換手段と、前記反応部とが接続されている、請求項４６に記載したエネルギー変換システム。
【請求項４９】
一対の前記電気化学エネルギー変換手段の間に、前記反応部が挟持されている、請求項４８に記載したエネルギー変換システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガス発生方法、水素ガス製造装置及びエネルギー変換システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
産業革命以後、自動車等の動力源としてはもちろん、電力発生など多岐にわたってガソリン、軽油などの化石燃料が用いられてきた。この化石燃料の利用により、人類は飛躍的な生活水準の向上や産業の発展を享受した。
【０００３】
しかしながらその反面、地球は深刻な環境破壊の脅威にさらされ、さらに化石燃料の長期的安定供給にも疑問が投げかけられている。
【０００４】
そこで化石燃料に代わる代替クリーンエネルギーとして水素燃料が注目されている。それは、水素燃料が燃焼後には水のみを発生させるためである。この水素を有効に貯蔵、発生させ、かつ容易に運搬可能な材料の開発が今注目されている。
【０００５】
最近、Ｔｉ、Ｚｒ等の触媒金属の存在下、１５０℃付近で、ＮａＡｌＨ４が以下に示すような可逆的な水素化及び脱水素化反応を起こすことが報告された（文献Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ａｌｌｏｙｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｏｕｎｄｓ　２５３−２５４　（１９９７）　１−９及び特表平１１−５１０１３３号）。
【０００６】
【化１】
2004083318.tif 000003
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記式（１）によるＮａＡｌＨ４の水素化及び脱水素化反応速度は、温度の低下と共に急激に遅くなる。例えば、１００℃以下の温度域では実用的な水素吸蔵体としては機能しない。
【０００８】
また、触媒等の添加により、上記式（１）において、水素の理論放出量は３．７重量％であるが、実際に利用できる水素量は３重量％程度とされており、これは十分とはいえない。
【０００９】
一方、反応に可逆性はないものの、非常に多くの水素を取り出せる技術として、ＮａＨやＭｇＨ２などの金属水素化物と水を直接反応させる方法が提案されている。しかしながら、急激な反応であるために反応制御が極めて難しく、安全性確保の面でも多大な労力とコストが必要とされる。
【００１０】
このような制御性・安全性の問題を回避できる技術として、ＮａＢＨ４やＫＢＨ４などの水素化物をアルカリ水溶液中で安定化させ、触媒機能を持つ金属と接触させることにより、常温・常圧で水素発生が可能なことが知られている（特開２００１−１９４０１号、ＷＯ０１／５１４１０Ａ１号等）。この場合、触媒と水溶液の接触によって必要時に必要量の水素ガスを取り出すことが可能である。例えば下記式（３）に示すように、この反応は水からも水素を得ることができる。
【００１１】
【化２】
2004083318.tif 000004
【００１２】
しかしながら、ＢＨ４−やＨ２Ｏ分子の分解による水素ガスの発生方法は、急激な体積変化を伴い、これによって衝撃波が生じる。そこで、衝撃波による触媒剥離を回避するために、触媒担持方法に特別な工夫を加える必要がある。また、十分な反応速度を確保する上でも触媒担持方法の工夫は重要であり、ここに多くの労力とコストが必要とされる。
【００１３】
また、水素発生反応は固体触媒と液体燃料の接触界面においてのみ進行するので、反応は触媒の活性比表面積によって律速される。上記の触媒担持方法における問題を解決し、最適化が図られたとしても、十分な水素発生速度を確保するためには、触媒活性の高い材料の選択と同時に、触媒量を単位時間あたりの最大水素発生量に合わせて、予め多めに担持しておく必要がある。これは、少量の水素発生時には触媒の殆どが無駄になっている状況であり、システムの空間有効利用の面で好ましくなく、触媒及びその担持母体の導入量を増やすことは、そのままシステムの体積・重量増につながる。
【００１４】
さらに、触媒は様々な反応種によって被毒され、その活性を失う。ここで、上記の反応種とは、機械的に触媒表面を覆うものと、化学的に失活させるものの双方を意味するが、液体燃料からこのような反応種を完全に取り除くことは不可能であり、繰り返し及び長期的使用における信頼性の面で一定の制限を加えざるを得ない。
【００１５】
例えば上記式（３）に示すように、反応が進行するに伴って生成物であるＮａＢＯ２の濃度が増加し、反応効率が低下するという問題点もある。これは、溶液の化学的性質が変化することにも起因するが、飽和濃度を超えるとＮａＢＯ２が触媒表面に析出し、触媒活性を低下させることも原因となり得る。また、配管中でＮａＢＯ２が析出することによる目詰まり等の危険性が考えられる。
【００１６】
この反応系の本質的な欠点は、反応に伴って溶液組成が変化するところにあり、初期の溶液組成の自由度が制限されるばかりではなく、真の理想組成溶液を連続的に使用できないという根本的な問題を抱えている。
【００１７】
更には、アルカリ性の水溶液から直接水素が発生するため、水素ガス中への苛性ソーダ等の不純物を含むミスト混入が避けられない。これは、デバイスの構成材料の選択を制限するばかりでなく、特性劣化の原因にもなる。
【００１８】
本発明は、上述したような問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、固液界面での不均一触媒反応の限界をなくし、触媒を用いなくても水素発生の反応効率を飛躍的に高めると同時に、繰り返し及び長期的使用における信頼性の向上を図ることができる水素ガス発生方法、水素ガス製造装置及びエネルギー変換システムを提供することにある。
【００１９】
【課題を解決するための手段】
即ち、本発明は、下記一般式（１）で表される金属水素化物と、水と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体との混合系において、前記金属水素化物を分解する、水素ガス発生方法に係るものである。
一般式（１）：αｚ（１−ｘ）βｚｘ［ＢＨｙ］
（但し、前記一般式（１）において、α、βは互いに異なり、周期表１Ａ族、
２Ａ族及び２Ｂ族から選ばれた原子である。また、３＜ｙ＜６、０≦ｘ≦１、
０＜ｚ＜３である。）
【００２０】
また、前記一般式（１）で表される金属水素化物の水溶液を貯蔵する第１貯蔵部と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体を貯蔵する第２貯蔵部と、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を混合して水素ガスを発生させる反応部とを有する、水素ガス製造装置に係るものである。
【００２１】
さらに、水素ガス製造装置及びエネルギー変換装置から構成され、前記水素ガス製造装置で得た水素ガスを前記エネルギー変換装置で電気化学エネルギーに変換するシステムであって、前記水素ガス製造装置が、前記一般式（１）で表される金属水素化物の水溶液を貯蔵する第１貯蔵部と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の液体を貯蔵する第２貯蔵部と、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を混合して水素ガスを発生させる反応部とを有する、エネルギー変換システムに係るものである。
【００２２】
本発明によれば、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物と、前記水と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい前記他の液体との混合系において、前記金属水素化物を分解するので、前記水溶液−前記液体間、即ち液相の均一反応を行うことができ、反応活性点が従来の固体触媒と液体燃料の接触反応に比べて格段に多くなるので、効率的な水素発生が実現できる。
【００２３】
また、前記水溶液−前記液体間の均一反応は、従来の触媒アシストの反応とは異なり、化学量論によって規定されるため、理論的な反応式に従って、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を一定比で供給、混合し、その供給段階をスイッチングすることで、触媒を用いなくても極めて効率的であり、ロスのないかつ高度に制御された水素ガスの製造を行うことができる。
【００２４】
さらに、前記金属水素化物の水溶液と、ｐＨが前記水溶液より小さい前記他の液体との均一反応により、触媒を用いなくても効率的な水素発生が可能であるので、繰り返し及び長期的使用における信頼性の向上を図ることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明に基づく水素ガス発生方法は、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物の水溶液に対して、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい他の水溶液を加えることが望ましく、また、前記金属水素化物の水溶液と前記他の水溶液とを一定比で連続的に混合、反応させることが望ましい。
【００２６】
また、前記金属水素化物の水溶液をｐＨ＞７とし、前記他の液体をｐＨ＜７とすることが望ましい。
【００２７】
即ち、本発明に基づく水素ガス発生方法は、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物のアルカリ性水溶液を、前記他の液体としての酸性水溶液の存在下で均一反応させ、水素ガスを発生させることが特徴的である。
【００２８】
本発明者は、上述した従来の問題点を解決するための手段として、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物のアルカリ性水溶液に対して、前記他の液体としての酸性水溶液を水素発生剤として加えること、及び両水溶液を一定比で連続的に混合、反応させることが有効であることを初めて見出した。
【００２９】
まず、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物の水溶液はアルカリ性にすることによって安定化される。従って、前記他の液体としての酸性水溶液を滴下することによって局所的に容易に水素発生が助長されると考えた。また、水溶液−液体間の均一反応であるため、反応活性点が従来の固体−液体間の反応よりも格段に多くなり、より一層の効率的な水素発生が実現されると考えた。
【００３０】
次に、水溶液−液体間反応は、従来の触媒アシストの反応とは異なり、化学量論によって規定されるので、理論的な化学反応式に従って、前記水溶液及び前記液体を一定比で供給、混合し、その供給段階をスイッチングすることで、触媒を用いなくても極めて効率的であり、ロスのないかつ高度に制御された水素ガスの製造を行うことができると考えた。
【００３１】
そして、本発明者は、以上のような独自の考察に基づいて鋭意検討を行った結果、これらの有効性を実験的に実証し、本発明に到達したものである。
【００３２】
前記一般式（１）のα、βは周期表１Ａ族、２Ａ族及び２Ｂ族から選ばれた原子であり、より具体的には、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｚｎから選ばれた原子であることが望ましい。
【００３３】
前記金属水素化物としては、前記一般式（１）で表されるものであればいずれのものも使用可能であるが、特に水素の含有率が高く、安定性が高いことからＮａＢＨ４、ＫＢＨ４、ＬｉＢＨ４、Ｍｇ（ＢＨ４）２、Ｚｎ（ＢＨ４）２、Ｃａ（ＢＨ４）２が好ましい。前記金属水素化物は単一種類で用いられてもよく、或いは複数種類を組み合わせて用いられてもよい。なお、ＮａＢＨ４は低コストであり、水素発生量が原料単独で１０．６重量％、水と混合して１０．８重量％と高いことから、より好ましい。
【００３４】
前記他の液体としては、塩酸、硫酸、リン酸等の無機酸、又は蟻酸、酢酸、蓚酸等の有機酸からなる酸性水溶液を用いることが好ましく、酸単独の液体、又は酸の水溶液を用いることができる。固体酸の場合は、水と混合して水溶液とすることが望ましい。なお、このような酸は単一種類のみで用いられてもよく、或いは複数種類を組み合わせて用いられてもよい。
【００３５】
また、本発明に基づく水素ガス発生方法において、反応条件は特に制限されないが、温度は−４０〜２００℃が好ましく、−４０〜１００℃がより好ましい。反応温度が−４０℃以下になると前記金属水素化物のアルカリ性水溶液が凍結し、水素発生反応の効率が低下する恐れがある。
【００３６】
以下、本発明の実施の形態を図面参照下により具体的に説明する。
【００３７】
実施の形態１
図１は、本発明に基づく水素ガス製造装置の概略模式図である。
【００３８】
図１に示すように、本発明に基づく水素ガス製造装置１は、前記金属水素化物のアルカリ性水溶液を貯蔵する第１貯蔵部２と、前記他の液体としての酸性水溶液を貯蔵する第２貯蔵部３と、前記アルカリ性水溶液及び前記酸性水溶液を混合、反応させて水素ガスを発生させる反応部４とを有しており、第１貯蔵部２と第２貯蔵部３とが反応部４にそれぞれ接続されている。
【００３９】
第１貯蔵部２及び第２貯蔵部３と反応部４との間には、流量のレギュレーター８が設置されており、また、反応部４の内圧を検出する圧力センサー９と、圧力センサー９の値に連動してレギュレーター８の動作を制御する制御部１０とを有している。
【００４０】
水素ガス製造装置１は、第１貯蔵部２の前記金属水素化物のアルカリ性水溶液と、第２貯蔵部３の前記他の液体としての酸性水溶液とが、レギュレーター８によって一定比で連続的に反応部４へ供給され、両水溶液が反応部４で混合、反応して水素ガスを発生する。
【００４１】
また、本発明に基づく水素ガス製造装置１は、設置方向及び設置角度に依存せずに効果的に機能するために、全方向性を有することが好ましく、このためには、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体の充填率が常に１００％となるように、第１貯蔵部２及び第２貯蔵部３が構成されていることが好ましい。
【００４２】
例えば、第１貯蔵部２の前記アルカリ性水溶液の収容部としての内容器５が耐アルカリ性のゴム等の伸縮材料からなり、また第２貯蔵部３の前記酸性水溶液の収容部としての内容器５’が耐酸性のゴム等の伸縮材料からなっていてよい。ゴム等の前記伸縮材料からなる内容器５、５’を用いることによって、前記充填率を常に１００％とすることが可能になると共に、装置自体の三次元的な動きにも耐えることができるようになる。
【００４３】
前記伸縮材料としては、例えば、天然ゴム、イソプレンゴム、スチレン／ブタジエンゴム、ブタジエンゴム、エチレン／プロピレンゴム、クロロプレンゴム、アクリロニトリル／ブタジエンゴム、アクリルゴム、ウレタンゴム、多硫化ゴム等が挙げられる。
【００４４】
また、第１貯蔵部２の内容器５は耐アルカリ性の外容器６の中に設置されており、第２貯蔵部３の内容器５’は耐酸性の外容器６’の中に設置されている。外容器６、６’を設けることによって、より一層の耐衝撃性の向上を図ることができる。
【００４５】
そして、第１貯蔵部２の内容器５と外容器６の間に、前記アルカリ性水溶液と反応すると硬化する物質７が配置され、第２貯蔵部３の内容器５’と外容器６’の間に、前記酸性水溶液と反応すると硬化する物質７’が配置されている。これによって、例えば前記アルカリ性水溶液や前記酸性水溶液が漏れた場合にも安全性は確保される。
【００４６】
前記アルカリ性水溶液と反応すると硬化する前記物質としては、例えば、α−オレフィン樹脂接着剤、アルカリ硬化型アクリルエマルジョン等が挙げられる。
【００４７】
前記酸性水溶液と反応すると硬化する前記物質としては、例えば、ゴムのり、酸硬化型フラン樹脂、酸硬化型フランフェノール樹脂、酸硬化型フェノール樹脂、酸硬化型酢酸ビニルエマルジョン、酸硬化型アミノアルキド樹脂等が挙げられる。
【００４８】
また、第１貯蔵部２と第２貯蔵部３に、所定の値以下に内圧を抑えるための安全弁１１、１１’が設けられており、図示するように安全弁１１と、安全弁１１’とのガス圧作用方向が互いに逆の方向に向かって設置されている。これによって、より一層の安全性の向上を図ることが可能となる。
【００４９】
さらに、反応部４からの廃液を貯蔵する廃液貯蔵部１２を有しており、前記廃液を廃液貯蔵部１２に導入するための導入管に逆止弁１３が配されていることが好ましい。
【００５０】
かかる水素ガス製造装置１によれば、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物のアルカリ性水溶液−前記他の液体としての酸性水溶液間の均一反応を行うことができ、反応活性点が従来の固体触媒と液体燃料の接触反応に比べて格段に多くなるので、効率的な水素発生が実現できる。
【００５１】
また、前記アルカリ性水溶液−前記酸性水溶液間の均一反応は、従来の触媒アシストの反応とは異なり、化学量論によって規定されるので、理論的な反応式に従って、前記金属水素化物のアルカリ性水溶液及び前記他の液体としての酸性水溶液を一定比で供給、混合し、その供給段階をスイッチングすることで、触媒を用いなくても極めて効率的であり、ロスのないかつ高度に制御された水素ガスの製造を行うことができる。
【００５２】
さらに、液相の均一反応により、触媒を用いなくても効率的な水素発生が可能であるので、繰り返し及び長期的使用における信頼性の向上を図ることができる。
【００５３】
後述するが、水素ガス製造装置１を燃料電池１４と接続した構造であってもよく、この場合、反応部４から導出した水素ガスを燃料電池１４へと供給することが好ましい。さらには、反応部４で発生した熱も燃料電池１４へと供給する機構を設置することも可能である。
【００５４】
なお、上述した例では、反応部４で生成した前記廃液を廃液貯蔵部１２で貯蔵する構造を説明したが、これに代えて、図２に示すように、内容器５及び／又は５’と、外容器６及び／又は６’との間に物質７及び／又は７’を配置せず、この空間部に、前記廃液を導入し、内容器５及び／又は５’と外容器６及び／又は６’の間に前記廃液を貯蔵する構造としてもよい。この場合、廃液貯蔵部１２を別途設ける必要がなくなるので、更なる装置の小型化が可能となる。なお、前記廃液を内容器５及び／又は５’と外容器６及び／又は６’の間に導入するための導入管に、逆止弁１３が配されていることが好ましい。
【００５５】
実施の形態２
本発明に基づく水素ガス製造装置は、図３及び図４に示すように、前記金属水素化物のアルカリ性水溶液の第１貯蔵部２と、前記他の液体としての酸性水溶液の第２貯蔵部３とが同心の２重管（又は多重管構造）に設けられ、各管構造部２、３が反応部４に接続されていてもよい。この場合、前記廃液を貯蔵する前記廃液貯蔵部は、図１に示したと同様に別途設けてもよいが、図３及び図４に示すように、反応部４からの前記廃液を貯蔵する管構造部１２’が前記２重管（又は多重管構造）と同心に設けられていてもよい。
【００５６】
図４に示すような、第１貯蔵部２、第２貯蔵部３及び廃液貯蔵部１２’がシリンジ型の構造である場合、第１貯蔵部２及び第２貯蔵部３にそれぞれ、前記アルカリ性水溶液又は前記酸性水溶液を押出すための可動壁１５が内設されており、この可動壁１５が、一方側に設けられたバネ等の弾性手段１６によって一方向に付勢されるピストン部を構成し、この付勢力によって前記金属水素化物のアルカリ性水溶液又は前記他の液体としての酸性水溶液が連続的に反応部４に押出される。
【００５７】
また、第１貯蔵部２及び第２貯蔵部３と反応部４との間には、流量のレギュレーター８が設置されており、また、反応部４の内圧を検出する圧力センサー９と、圧力センサー９の値に連動してレギュレーター８の動作を制御する制御部１０とを有している。
【００５８】
即ち、水素ガス製造装置１は、第１貯蔵部２の前記金属水素化物のアルカリ性水溶液と、第２貯蔵部３の前記他の液体としての酸性水溶液とが、レギュレーター８及び弾性手段（例えばバネ）１６付きの可動壁１５によって一定比で連続的に反応部４へ供給され、両水溶液が反応部４で混合、反応して水素ガスを発生する。
【００５９】
第１貯蔵部２、第２貯蔵部３及び廃液貯蔵部１２’をシリンジ型の構造とすることによって、第１貯蔵部２及び第２貯蔵部３は、前記アルカリ性水溶液及び前記酸性水溶液の充填率を常に１００％とすることができる。
【００６０】
また、第１貯蔵部２と第２貯蔵部３との間に、酸及び／又はアルカリ性水溶液と反応すると硬化する物質（例えばゲル状物質）７が配されていることが好ましい。
【００６１】
かかる水素ガス製造装置１によれば、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物のアルカリ性水溶液と、前記他の液体としての酸性水溶液との液相均一反応によって水素ガスを製造することができるので、上述した実施の形態１と同様の効果が得られる。
【００６２】
実施の形態３
本発明に基づく水素ガス発生方法は、液相からの水素ガス発生反応であり、水素ガス内には、水溶液の飛沫又はミストが混在している場合があり、水素ガス中へのこれらの混入は、例えば水素ガスを消費するデバイスの構成材料の選択を制限するばかりでなく、特性劣化の原因となることがある。
【００６３】
従って、本発明に基づく水素ガス製造装置１における反応部４に水素ガスのみを分離する分離機構が設置されていることが望ましい。
【００６４】
即ち、図５に示すように、反応部４が、水素ガス透過性及び液体不透過性を有する多孔質管１７と接続された構造であることが好ましい。水素ガス発生反応を反応部４又は／及び多孔質管１７内で行い、発生した水素ガス２１と、前記廃液及び未反応の前記金属水素化物のアルカリ水溶液や前記他の液体としての酸性水溶液の混合液２２とを多孔質管１７内を通過させ、水素ガス２１のみを多孔質管１７外へ透過することにより、水素ガス２１と、混合液２２とをそれぞれ、連続的に分離することが可能となる。
【００６５】
水素ガスは、あらゆる気体の中で、最も小さい分子であるため、図５（ｂ）に示すように、容易に多孔質管１７を透過することが可能である。発生した水素ガス２１と、前記廃液及び未反応の前記金属水素化物のアルカリ水溶液や前記他の液体としての酸性水溶液と混合液２２とを、液体不透過性を有する多孔質管１７内の図中矢印方向へ送り込むことで、多孔質管１７の内圧が高まり、多孔質管１７外との圧力差によって、水素ガス２１は多孔質管１７の外へ排出され、管１７内には混合液２２が残留する。
【００６６】
また、反応部４及び多孔質管１７が、水素ガス遮断性を有しかつ水素ガス吐出孔１８を有する密閉容器１９の内部空間に配管された構造とすることが好ましい。これにより、多孔質管１７外へ排出した水素ガス２１を連続的に回収することができる。なお、密閉容器１９内に回収された水素ガス２１は、水素ガス吐出孔１８から導出すればよい。
【００６７】
これによれば、多孔質管１７内における水素ガス発生に伴う管内圧上昇と大気圧との差によって自然に水素ガス２１の排出を行うことができるので、水素ガス製造装置１を大気圧下で使用することができ、例えば液体内の溶存気体を減圧によって取り除く脱気操作とは異なり、外部に真空ポンプ等の減圧装置や作動のための動力を特に必要としない。
【００６８】
多孔質管１７に用いられる素材としては、耐酸性及び耐アルカリ性を有することが好ましく、例えば多孔質のポリエチレン、ポリプロピレン、ポリカーボネート、パーフルオロポリエチレン等の樹脂が挙げられ、耐酸性及び耐アルカリ性を有するパーフルオロエチレンがより好ましい。また、混合液２２による多孔質管１７の目詰まりを抑制するために撥水性を有することがより好ましい。
【００６９】
ここで、多孔質管１７は、密閉容器１９の内部空間において、１ターン以上の螺旋形状に構成されていることがより望ましい。これによって、例えば水素ガス製造装置１が如何なる体勢であっても、発生した水素ガス２１と、混合液２２とが、多孔質管１７内を円滑に移動することができ、より効率的に水素ガス２１の分離及び回収を行うことができる。
【００７０】
また、多孔質管１７を収容する密閉容器１９には、容器内圧の上昇が限度を超えた場合に開放される開放弁２０を設けることが好ましい。本発明に基づく水素ガス発生方法は、液相より気相が発生する相変化であり、容器内圧の急激な上昇を伴う。従って、開放弁２０を設けることにより、意図しない内圧の急激な上昇が生じた場合でも、即座に容器内密閉空間を開放し、装置の破損を回避することができる。
【００７１】
実施の形態４
図６は、本発明に基づく水素ガス製造装置１を構成する反応部４の概略断面図である。
【００７２】
図６（ａ）に示すように、反応部４が、液体導入部２４とこれに連設された吸水性材料部２５とによって構成され、吸水性材料部２５には吸湿剤２６が充填された構造としてもよい。
【００７３】
この場合、逆止弁１３付きの供給管２３から、前記金属水素化物のアルカリ性水溶液と前記他の液体としての酸性水溶液が液体導入部２４に供給されて反応し、水素ガスを発生すると同時に、前記廃液、未反応の前記アルカリ水溶液及び未反応の前記酸性水溶液が、吸水性材料部２５に充填された吸水性材料（吸湿剤）２６に吸収される。発生した水素ガスは図示省略したが任意の方法によって液体導入部２４から導出すればよい。また、水素発生反応が進むに伴い、吸水性材料部２５の吸湿部２７が拡大する。
【００７４】
これによれば、本発明に基づく水素ガス製造装置１に、特に、前記廃液を貯蔵するための前記廃液貯蔵部を設ける必要がなくなるので、装置の小型化が期待できる。
【００７５】
また、図６（ｂ）に示すように、吸湿剤２６が充填された吸水性材料部２５（又は反応部４）に空間部２８が形成され、この吸水性材料部２５（又は反応部４）を貫通して空間部２８に、前記金属水素化物のアルカリ性水溶液及び前記他の液体としての酸性水溶液が、逆止弁１３付きの供給管２３を介して供給される構造としてもよい。
【００７６】
吸湿剤２６としては、例えば、デンプン−ポリアクリロニトリル加水分解物、デンプン−ポリアクリル酸塩橋かけ物、橋かけカルボキシメチルセルロース、酢酸ビニル−アクリル酸メチル共重合体ケン化物、ポリアクリル酸ナトリウム橋かけ物などが挙げられる。
【００７７】
実施の形態５
図７は、本発明に基づく水素ガス製造装置１のさらに他の一例による概略断面図である。
【００７８】
本発明に基づく水素ガス発生方法は、ＮａＢＨ４などの前記金属水素化物のアルカリ水溶液に対して、前記他の液体としての酸性水溶液を化学量論に基づき、一定比で連続的に混合、反応させることが重要である。そして、両水溶液の供給段階をスイッチングすることで、極めて効率的であり、ロスのないかつ高度に制御された水素ガスの製造を行うことができる。
【００７９】
前記アルカリ水溶液及び前記酸性水溶液の供給流速比を一定比に保つために、流量を制御する制御機構を有することが好ましく、最もシンプルで効率的な方法は、供給管のコンダクタンス比を最適化することである。具体的には、図７（ａ）及び（ｂ）に示すように、各供給管の径が互いに異なることが好ましい。また、前記径を調整するのに代えて、前記第１貯蔵部及び前記第２貯蔵部と、前記反応部との間の所定の位置に孔などの抵抗体を設け、この抵抗体の大きさを適宜選択することによって、供給管のコンダクタンス比を最適化することも可能である。
【００８０】
水素ガスを安定的に製造するためには、前記アルカリ性水溶液及び前記酸性水溶液の消費された分をすばやく補給する、いわゆるレギュレーティング機能を付与することが好ましい。このレギュレーティング機能は、水素ガスが反応部４から導出されることによって生じる水素圧の低下を両水溶液の供給量にすばやくフィードバックすることが好ましい。具体的には、例えばダイアフラム等の圧力−変位変換素子３４を用いて力学的に各水溶液供給弁３６をコントロールし、前記アルカリ金属水溶液及び前記酸性水溶液の総流量を自動制御することが好ましい。また、ダイアフラム型圧力−変位変換素子３４に代えて、例えば液ポンプなども用いることができる。
【００８１】
また、本発明に基づく水素ガス製造装置１は、設置方向及び設置角度に依存せずに効果的に機能するために、全方向性を有することが好ましく、このためには、上述したように、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体の充填率が常に１００％となるように、前記第１貯蔵部及び前記第２貯蔵部が構成されていることが好ましい。
【００８２】
そこで、図７に示すように、前記金属水素化物のアルカリ水溶液及び前記他の液体としての酸性水溶液の収容部にそれぞれ、前記アルカリ性水溶液又は前記酸性水溶液を押出すための可動壁１５が内設されていることが好ましい。
【００８３】
そして、可動壁１５が一方側に設けられたバネ等の弾性手段１６によって一方向に付勢され、この付勢力によって前記アルカリ性水溶液又は前記酸性水溶液が連続的に反応部４（又は４’）に押出されることが好ましい。
【００８４】
また、反応部４（又は４’）で生成した前記廃液（及び水素ガス製造装置１を燃料電池等のデバイスと接続した場合、デバイスで生じる水等）が、バネ等の弾性手段１６の収容空間部３１に貯蔵されることが好ましく、これによって更に装置の小型化が可能になる。
【００８５】
さらに、可動壁１５は各水溶液の消費に伴って連続的に移動するため、可動壁１５の位置を外部から確認することができる構造としてもよく、これを各水溶液の残量表示部３３として用いることが好ましい。
【００８６】
図７（ａ）の水素ガス製造装置１のメカニズムは、可動壁１５が一方側に設けられたバネ等の弾性手段１６によって一方向に付勢され、この付勢力によって前記金属水素化物のアルカリ性水溶液及び前記他の液体としての酸性水溶液が連続的に反応部４’に押出される。
【００８７】
反応部４’は気液分離膜によって形成されており、反応部４’内で発生した水素ガスは気液分離膜を透過し、逆止弁１３及び水素ガス吐出孔１８を有する水素１次溜め室３７に貯蔵される。そして、水素ガスを水素１次溜め室３７より任意に装置１外へ導出すればよい。
【００８８】
反応部４’で生成された前記廃液は、廃液戻し管３２を通過してバネ等の弾性手段１６の収容空間部３１に導入される。
【００８９】
上述したように、ダイアフラム型圧力−変位変換素子３４を用いて、ダイアフラム型圧力−変位変換素子３４と連結治具３５を介して連結されている各水溶液供給制御弁３６を力学的にコントロールすることができる。そして、水素ガスが反応部４’から気液分離膜を透過して導出されることによって生じる水素圧の低下を両水溶液の供給量にすばやくフィードバックし、前記アルカリ金属水溶液及び前記酸性水溶液の総流量を自動制御する。
【００９０】
例えば、前記アルカリ性水溶液及び前記酸性水溶液を供給する場合は、ダイアフラム３４及び水溶液供給制御弁は、実線で示す位置にある。次いで、両水溶液の供給を停止する場合は、ダイアフラム３６が点線で示す位置に移動し、水溶液供給制御弁３６は連結治具３５を介してダイアフラム３４と連結されているので、このダイアフラム３４の移動に伴い、弁３６も点線で示す位置にまで移動することによって両水溶液が押出される管が塞がれ、両水溶液の供給は停止する。
【００９１】
図７（ｂ）に示す水素ガス製造装置１は、図７（ａ）の水素ガス製造装置とほぼ同様の構造を有しているが、反応部４’が気液分離膜を兼ねているのに代えて、それぞれ別途に設けられている点が異なる。
【００９２】
図７（ａ）、（ｂ）の本発明に基づく水素ガス製造装置１によれば、混合、反応及び廃液処理という一連のプロセスをより一層制御性よくかつ効率的に行うことができる。また、装置１自体の空間有効利用によるコンパクト化が可能であり、さらに、設置方向に依存せずに機能する全方向性を有している。
【００９３】
実施の形態６
本発明に基づく水素ガス製造装置は、各種の電気化学デバイスに好適に使用できる。例えば、第１極と、第２極と、これらの両極間に挟持されたプロトン（Ｈ＋）伝導体とからなる基本的構造体において、前記第１極の側に本発明に基づく水素ガス製造装置を有し、この水素ガス製造装置から水素ガスが供給され、前記第２極の側に酸素又は酸素含有ガスが供給される装置である。この場合は、効率よく水素ガスが供給され、良好な出力特性が得られる。
【００９４】
ここで、前記プロトン伝導体としては、一般的なナフィオンのほかにもフラレノール（ポリ水酸化フラーレン）等のフラーレン誘導体が挙げられる。これらのフラーレン誘導体を用いたプロトン伝導体については、ＷＯ０１／０６５１９に記載がある。
【００９５】
また、前記プロトン伝導体として、前記フラーレン誘導体を用いた場合、このプロトン伝導体が実質的にフラーレン誘導体のみからなるか、或いは結合剤によって結着されていることが好ましい。
【００９６】
以下、本発明に基づく水素ガス製造装置を用い、かつ実質的に前記フラーレン誘導体のみからなるプロトン伝導体を用いた電気化学デバイスを、燃料電池として構成した例について説明する。なお、前記フラーレン誘導体のみからなる前記プロトン伝導体としては、前記フラーレン誘導体を加圧成形して得られる膜状のフラーレン誘導体を用いればよい。
【００９７】
図８には、電気化学デバイスを燃料電池として構成した例を示す。図８に示すように、この燃料電池は、触媒をそれぞれ密着又は分散させた互いに対向する、端子３９及び４０付きの負極（燃料極又は水素極）４１及び正極（酸素極）４２を有し、これらの両極間にプロトン伝導体４３が挟着されている。使用時には、負極４１側では本発明に基づく水素ガス製造装置１より水素が供給され、排出口４４（これは設けないこともある。）から排出される。燃料（Ｈ２）が流路４５を通過する間にプロトンを発生し、このプロトンはプロトン伝導体４３で発生したプロトンと共に正極４２側へ移動し、そこで導入口４６から流路４７に供給されて排出口４８へ向かう酸素（空気）と反応し、これにより所望の起電力が取り出される。
【００９８】
かかる燃料電池は、本発明に基づく水素製造装置１から水素ガスが連続的かつ効率的に安定して供給されるので、良好な出力特性が得られる。
【００９９】
また、負極４１中で水素イオンが解離し、またプロトン伝導体４３で水素イオンが解離しつつ、負極４１側から供給される水素イオンが正極４２側へ移動するので、水素イオンの伝導率が高い特徴がある。従って、プロトン伝導体としてナフィオンを用いたときに必要とされる加湿装置等は不必要となるので、システムの簡略化、軽量化を図ることができ、更に電気密度及び出力特性等の電極としての機能の向上を図ることができる。
【０１００】
なお、前記フラーレン誘導体を加圧成形して得られる膜状の前記フラーレン誘導体のみからなる、前記第１極と、第２極とに挟持されたプロトン伝導体に代わり、結合剤によって結着されているフラーレン誘導体をプロトン伝導体として用いてもよい。この場合、結合剤によって結着されることによって、強度の十分なプロトン伝導体を形成することができる。
【０１０１】
ここで、前記結合剤として使用可能な高分子材料としては、公知の成膜性を有するポリマーの１種又は２種以上が用いられ、例示するならば、ポリフルオロエチレン、ポリフッ化ビニリデン、ポリビニルアルコールなどが挙げられる。また、そのプロトン伝導体中の配合量としては、例えば２０重量％以下に抑えられる。２０重量％を超えると、水素イオンの伝導性を低下させる恐れがあるからである。
【０１０２】
このような構成のプロトン伝導体も、前記フラーレン誘導体をプロトン伝導体として含有するので、上記した実質的にフラーレン誘導体のみからなるプロトン伝導体と同様の水素イオン伝導性を発揮することができる。
【０１０３】
しかも、フラーレン誘導体単独の場合と違って、高分子材料に由来する成膜性が付与されており、フラーレン誘導体の粉末圧縮成形品に比べ、強度が大きく、かつガス透過防止能を有する柔軟なイオン伝導性薄膜（厚みは通常３００μｍ以下）として用いることができる。
【０１０４】
前記フラーレン誘導体が結合剤によって結着されてなるプロトン伝導体の薄膜を得るには、加圧成形や押出し成形を始め、公知の成膜法を用いればよい。
【０１０５】
また、前記電気化学デバイスにおいて、前記プロトン伝導体は、特に限定されるべきものではなく、イオン（水素イオン）伝導性を有するものならばいずれのものも使用可能であり、例示するならば、水酸化フラーレン、硫酸エステル化フラレノール等のフラーレン誘導体及びナフィオン等が挙げられる。
【０１０６】
実施の形態７
本発明に基づくエネルギー変換システムによれば、図８に示すような構造に代えて、図９に示すように、前記反応部と、前記エネルギー変換装置の電気化学エネルギー変換手段とを一体化し、接合した構造としてもよい。ここで、前記電気化学エネルギー変換手段とは、白金等の触媒層付きの水素極と、イオン（プロトン）伝導部と、白金等の触媒層付きの酸素極とからなるＭＥＡ（Ｍｅｍｂｒａｎｅ　＆　ｅｌｅｃｔｒｏａｓｓｅｍｂｌｙ）膜を意味する。
【０１０７】
図９（ａ）は、一対の電気化学エネルギー変換手段（ＭＥＡ膜）５１の間に、反応部４が挟持された構造を有する、本発明に基づくエネルギー変換システムの一部概略図である。
【０１０８】
図９（ｂ）は、反応部４側にＭＥＡ膜５１の酸素極５０が配置され、反応部４で発生した水素ガスがＭＥＡ膜５１の外側に配置された水素極４９側へと供給される機構を有する。
【０１０９】
図９（ｃ）は、反応部４側にＭＥＡ膜５１の水素極４９が配置され、反応部４で発生した水素ガスが水素極４９へと供給される。この場合、より効率的に水素ガスを水素極４９へと供給することができ、また、酸素極５０がＭＥＡ膜５１の外側に配置されているので、酸素極５０で発生した水の処理がより一層容易となる。
【０１１０】
図９に示すような構造によれば、反応部４にて発生した水素ガス及び熱を前記エネルギー変換装置に、より一層容易にかつ効率よく供給することができるようになる。例えば、反応部４で発生した熱を前記エネルギー変換装置に供給することによって、前記エネルギー変換装置に、特にヒーター等を設ける必要がなくなり、より一層の小型化が可能となる。
【０１１１】
本発明に基づくエネルギー変換システムは、特に前記エネルギー変換装置を燃料電池として構成した場合、車、ラジオ、電話等の電気駆動体の中に配置され、好適に用いられることができる。
【０１１２】
【実施例】
以下、実施例により本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はそれに限定されるものではない。
【０１１３】
実施例１
ＮａＢＨ４（和光純薬社製、純度９５％以上）を予めＮａＯＨ（和光純薬社製、純度９６％以上）を溶解させておいたアルカリ水溶液に導入した。それぞれの重量比はＮａＢＨ４：１重量％、ＮａＯＨ：１重量％、Ｈ２Ｏ：９８重量％とした。このようにして調製したＮａＢＨ４アルカリ溶液（ｐＨ≧１２）３０ｍｌに対して塩酸（和光純薬社製、純度３５〜３７％、ｐＨ≦１）を０．５ｍｌ滴下し、時間に対する水素の発生量を測定した。水素発生量は水上置換法により経時的に測定した。測定により得られた時間と水素発生量との関係を図１０に示す。
【０１１４】
実施例２
塩酸に代わり酢酸（和光純薬社製、純度９９．７％、ｐＨ≦１）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１０に併せて示す。
【０１１５】
実施例３
塩酸に代わり硫酸（国産化学社製、純度９５％、ｐＨ≦１）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１０に併せて示す。
【０１１６】
実施例４
塩酸に代わりリン酸（国産化学社製、純度８５％、ｐＨ≦１）を用いたこと以外は実施例１と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１０に併せて示す。
【０１１７】
比較例１
塩酸に代わり純水を用いたこと以外は実施例１と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１０及び図１１に併せて示す。
【０１１８】
比較例２
水素発生方法として既に報告されているＭｉｌｌｅｎｎｉｕｍ　Ｃｅｌｌ社製のＲｕ系触媒を用いてのＮａＢＨ４アルカリ水溶液からの水素発生を行った。触媒は論文（Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｈｙｄｒｏｇｅｎ　Ｅｎｅｒｇｙ　２５　（２０００）　９６９−９７５）に従って調製した。実施例との比較方法として、実施例１と同様に同濃度のＮａＢＨ４アルカリ溶液３０ｍｌからの水素放出量及び時間を測定した。結果を図１０及び図１１に併せて示す。
【０１１９】
図１０より明らかなように、酸の種類に応じて水素の放出量が異なることが判明した。また、純水単独の場合には、水素の発生が確認されなかった。
【０１２０】
公知技術であるＲｕ系触媒との比較を行った結果、明らかにＮａＢＨ４のアルカリ性水溶液と、酸性水溶液との均一反応の方が、触媒を用いた反応より水素の放出速度が速く、極短時間でＮａＢＨ４アルカリ性水溶液が有するほぼ理論量の水素を放出できることが確認された。Ｒｕ系触媒を用いた場合には、長時間をかけても理論値の約９０％程度までしか水素の放出量が確認されず、この点についても本発明に基づく水素ガス発生方法が明らかに優れていると考えられる。
【０１２１】
実施例５
使用した塩酸の量を０．５ｍｌから０．２ｍｌとした以外は実施例１と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１１に示す。
【０１２２】
実施例６
使用した酢酸の量を０．５ｍｌから０．２ｍｌとした以外は実施例２と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１１に併せて示す。
【０１２３】
実施例７
使用した硫酸の量を０．５ｍｌから０．２ｍｌとした以外は実施例３と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１１に併せて示す。
【０１２４】
実施例８
使用したリン酸の量を０．５ｍｌから０．２ｍｌとした以外は実施例４と同様にして、時間に対する水素の発生量を測定した。結果を図１１に併せて示す。
【０１２５】
図１１より明らかなように、加える酸性水溶液の量を少なくした結果、この酸による均一反応系は酸の量により任意の水素放出量で制御することが可能であることが示された。また、酸性水溶液の量を少なくした場合においても初期段階の水素放出量が遅くなることは確認されず、少ない酸性水溶液の量であっても、初期の水素放出量は公知技術である触媒を用いた場合よりもはるかに速いことが確認された。
【０１２６】
また、発生する水素ガスにアルカリ成分を含まず、反応終了後の溶液は中性であり、かつ内容物についても無毒・安全・環境無負荷の溶液が生成するだけであった。
【０１２７】
【発明の作用効果】
以上より明らかなように、本発明によれば、前記一般式（１）で表される前記金属水素化物と、前記水と、ｐＨが前記金属水素化物の水溶液より小さい前記他の液体との混合系において、前記金属水素化物を分解するので、前記水溶液−前記液体間、即ち液相の均一反応を行うことができ、反応活性点が従来の固体触媒と液体燃料の接触反応に比べて格段に多くなるので、効率的な水素発生が実現できる。
【０１２８】
また、前記水溶液−前記液体間の均一反応は、従来の触媒アシストの反応とは異なり、化学量論によって規定されるため、理論的な反応式に従って、前記金属水素化物の水溶液及び前記他の液体を一定比で供給、混合し、その供給段階をスイッチングすることで、触媒を用いなくても極めて効率的であり、ロスのないかつ高度に制御された水素ガスの製造を行うことができる。
【０１２９】
さらに、前記金属水素化物の水溶液と、ｐＨが前記水溶液より小さい前記他の液体との均一反応により、触媒を用いなくても効率的な水素発生が可能であるので、繰り返し及び長期的使用における信頼性の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による水素ガス製造装置の一例による概略図である。
【図２】同、水素ガス製造装置の一例による概略図である。
【図３】同、水素ガス製造装置を構成する各貯蔵部の概略図である。
【図４】同、水素ガス製造装置の他の一例による概略図である。
【図５】同、水素ガス製造装置の更に他の一例による概略図である。
【図６】同、水素ガス製造装置を構成する反応部の概略断面図である。
【図７】同、水素ガス製造装置の一例の概略断面図である。
【図８】同、エネルギー変換システムを構成する燃料電池の概略断面図である。
【図９】同、エネルギー変換システムを構成する燃料電池の概略断面図である。
【図１０】本発明の実施例による水素発生量の経時的変化を示すグラフである。
【図１１】同、水素発生量の経時的変化を示すグラフである。
【符号の説明】
１…水素ガス製造装置、２、２９…第１貯蔵部、３、３０…第２貯蔵部、
４、４’…反応部、５、５’…内容器、６、６’…外容器、
７、７’…反応すると硬化する物質、８…レギュレーター、９…圧力センサー、
１０…制御部、１１、１１’…安全弁、１２、１２’…廃液貯蔵部、
１３…逆止弁、１４…燃料電池、１５…可動壁、１６…弾性手段、
１７…多孔質管、１８…水素ガス吐出孔、１９…密閉容器、２０…開放弁、
２１…発生水素ガス、２２…混合液、２３…供給管、２４…液体導入部、
２５…吸水性材料部、２６…吸湿剤、２７…吸湿部、２８…空間部、
３１…バネ収容空間部、３２…廃液戻し管、３３…残量表示部、
３４…ダイアフラム、３５…連結治具、３６…水溶液供給制御弁、
３７…水素１次溜め室、３８…気液分離膜
【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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