(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物並びに水と、前記水素発生用組成物と水とを予め分離する隔壁と、前記水素発生用組成物と水とを接触させるための媒介手段とを備え、
前記水素発生用組成物は、前記ガリウム系金属と前記金属元素とが予め接触しており、前記金属元素が前記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であり、
前記媒介手段を作動させることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されたことを特徴とする水素発生用カートリッジ。
【請求項２】
前記媒介手段は、前記隔壁を破ることが可能な針式機構、もしくは、捩じ込み式機構、または、前記隔壁を回転可能とする可動機構のいずれかである請求項１に記載の水素発生用カートリッジ。
【請求項３】
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物と、前記容器に設けられた水を受け入れるための受水口とを備え、
前記水素発生用組成物は、前記ガリウム系金属と前記金属元素とが予め接触しており、前記金属元素が前記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であり、
前記受水口から前記水を所定量受け入れることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されたことを特徴とする水素発生用カートリッジ。
【請求項４】
前記ガリウム系金属は、スズとガリウムを含有した第１の金属、銀とガリウムを含有した第２の金属、ガリウムからなる第３の金属、または、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を含有した第４の金属から選択される少なくとも１種である請求項１〜３に記載の水素発生用カートリッジ。
【請求項５】
前記第１の金属は、スズがＷ％（％は、質量％の意味、以下同じ）、ガリウムがＸ％であり、前記第２の金属は、銀がＹ％、ガリウムがＺ％であり、前記第１または第２の金属は下記式（１）〜（６）を満たし、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量は、前記第１または第２の金属基準で０.１％以上である請求項４に記載の水素発生用カートリッジ。
０＜Ｗ≦９６ … （１）
４≦Ｘ＜１００ … （２）
Ｘ＝１００-Ｗ … （３）
０＜Ｙ≦５５ … （４）
４５≦Ｚ＜１００ … （５）
Ｚ＝１００-Ｙ … （６）
【請求項６】
前記第４の金属は、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を０．０５〜１％含有したものであり、前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量は、前記第４の金属基準で０.１％以上である請求項４に記載の水素発生用カートリッジ。
【請求項７】
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素が、アルミニウムまたはマグネシウムの少なくともいずれか１種である請求項５または６に記載の水素発生用カートリッジ。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生用組成物を用いた水素発生用カートリッジに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境負荷を低減する技術として、燃料電池で発電される電気を動力源とする発電システムの開発が進められており、この燃料電池用の小型な水素発生カートリッジの研究開発も行なわれている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
また、携帯電話に内蔵する燃料電池の開発も進められており、この燃料電池用の小型な水素発生カートリッジの研究開発も行なわれている（例えば、特許文献２）。
【０００４】
また、水素発生装置に内蔵する水素発生用カートリッジの研究開発も行なわれている（例えば、特許文献３）。
【０００５】
上記特許文献１には、カートリッジ１が第１室３と第２室２からなり、第１室には第１の液体原料６、第２室には第１の液体原料と反応して水素を発生さす第２の液体原料５がそれぞれ収容され、第２室が陰圧状態にされたとき、第１の液体原料を第２室に移送できるようにする連結手段と、第２室が所定量以上の液体量になったとき、過剰の液体を第１室に戻す移送手段とを備え、さらに第２室には発生した水素の排出口１６を有し、第１室には前記連結手段と結合され、第１の液体原料を収容する伸縮自在な袋体４を有することを特徴とする燃料電池用水素発生カートリッジが開示されている。
【０００６】
また、上記特許文献２には、複数の収容室１１が区画されて設けられ、各収容室１１に、反応液と反応して水素ガスを発生する水素発生剤が収容される第１カートリッジ１０と、これに対して着脱自在に取り付けられ、１つの収容室１１Ａに収容される水素発生剤と反応するのに必要な量の反応液が収容される第２カートリッジ２０とを備え、第２カートリッジ２０を第１カートリッジ１０に取り付けた際に、１つの収容室１１Ａに対し、第２カートリッジ２０内の反応液を供給可能に連結する手段と、発生した反応物を第２カートリッジ２０側に取り込む手段と、反応液を消費後、反応物と共に第２カートリッジ２０を取り外す手段と、この取り外し後に、残りの収容室１１Ｂ，１１Ｃのうちの１つに対して、新たに装着する第２カートリッジ２０内の反応液を供給可能に連結する手段とを備えたことを特徴とする燃料電池用水素発生カートリッジが開示されている。
【０００７】
また、上記特許文献３には、容器１のスタート電極３Ａ上に、反応金属体９を内蔵した水素発生用カートリッジ２００を設け、このカートリッジ２００内に水２を供給して電熱化学反応又は熱化学反応によって水素を発生させ、反応後の残滓をカートリッジ２００内に残して廃棄する構成であることを特徴とする水素発生用カートリッジが開示されている。
【０００８】
しかしながら、上記特許文献１〜３に開示された技術には以下のような問題点が存在す
る。
【０００９】
すなわち、特許文献１に記載の燃料電池用水素発生カートリッジでは、酸性の水溶液とアルカリ性の水溶液を用いるため、カートリッジを構成する材料に耐酸性、かつ、耐アルカリ性の材料しか使用できないといった問題があった。
【００１０】
また、特許文献２に記載の燃料電池用水素発生カートリッジでは、水素発生剤が粉体や粉体を成形した形態であるため、水を水素発生剤に対して均一に分布させて、反応させることが難しい。また、この水素発生剤では、その内部まで反応させることが困難であり、極めて非効率であるといった問題があった。
【００１１】
また、特許文献３に記載の水素発生用カートリッジでは、このカートリッジを構成する本体と蓋部との間のアーク放電による発熱の助けをかり、反応金属体と水とを反応させて水素を発生させる方法であるため、高電圧を必要とするといった問題があった。
【特許文献１】特開２００５−６３６９８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３０８２８号公報
【特許文献３】特開平８−１７５８０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の目的は、効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能な水素発生用カートリッジを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この目的を達成するために、本発明の請求項１に記載の発明は、
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物並びに水と、前記水素発生用組成物と水とを予め分離する隔壁と、前記水素発生用組成物と水とを接触させるための媒介手段とを備え、
前記水素発生用組成物は、前記ガリウム系金属と前記金属元素とが予め接触しており、前記金属元素が前記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であり、
前記媒介手段を作動させることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されたことを特徴とする水素発生用カートリッジである。
【００１４】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、
前記媒介手段は、前記隔壁を破ることが可能な針式機構、もしくは、捩じ込み式機構、または、前記隔壁を回転可能とする可動機構のいずれかである。
【００１５】
請求項３に記載の発明は、
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物と、前記容器に設けられた水を受け入れるための受水口とを備え、
前記水素発生用組成物は、前記ガリウム系金属と前記金属元素とが予め接触しており、前記金属元素が前記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であり、
前記受水口から前記水を所定量受け入れることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されたことを特徴とする水素発生用カートリッジである。
【００１７】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３に記載の発明において、
前記ガリウム系金属は、スズとガリウムを含有した第１の金属、銀とガリウムを含有した第２の金属、ガリウムからなる第３の金属、または、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を含有した第４の金属から選択される少なくとも１種である。
【００１８】
請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、前記第１の金属は、スズがＷ％（％は、質量％の意味、以下同じ）、ガリウムがＸ％であり、前記第２の金属は、銀がＹ％、ガリウムがＺ％であり、前記第１または第２の金属は下記式（１）〜（６）を満たし、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量は、前記第１または第２の金属基準で０.１％以上である。
０＜Ｗ≦９６ … （１）
４≦Ｘ＜１００ … （２）
Ｘ＝１００-Ｗ … （３）
０＜Ｙ≦５５ … （４）
４５≦Ｚ＜１００ … （５）
Ｚ＝１００-Ｙ … （６）
【００１９】
請求項６に記載の発明は、請求項４に記載の発明において、
前記第４の金属は、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を０．０５〜１％含有したものであり、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量は、前記第４の金属基準で０.１％以上である。
【００２０】
請求項７に記載の発明は、請求項５または６に記載の発明において、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素が、アルミニウムまたはマグネシウムの少なくともいずれか１種である。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の請求項１に記載の水素発生用カートリッジは、
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物並びに水と、前記水素発生用組成物と水とを予め分離する隔壁と、前記水素発生用組成物と水とを接触させるための媒介手段とを備え、
前記水素発生用組成物は、前記ガリウム系金属と前記金属元素とが予め接触しており、前記金属元素が前記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であり、
前記媒介手段を作動させることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されているため、必要な時に効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能である。
【００２２】
また、本発明の請求項３に記載の水素発生用カートリッジは、
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物と、前記容器に設けられた水を受け入れるための受水口とを備え、
前記水素発生用組成物は、前記ガリウム系金属と前記金属元素とが予め接触しており、前記金属元素が前記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であり、
前記受水口から前記水を所定量受け入れることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されているため、必要な時に効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について説明する。
【００２４】
本発明に係る水素発生用カートリッジは、
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物並びに水と、前記水素発生用組成物と水とを予め分離する隔壁と、前記水素発生用組成物と水とを接触させるための媒介手段とを備え、
前記媒介手段を作動させることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されたことを特徴とする。
【００２５】
また、本発明に係る別の水素発生用カートリッジは、
容器と、この容器に収容されたガリウム系金属および標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素を有した水素発生用組成物と、前記容器に設けられた水を受け入れるための受水口とを備え、
前記受水口から前記水を所定量受け入れることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触し、水素を発生するように構成されたことを特徴とする。
【００２６】
また、前記ガリウム系金属は、スズとガリウムを含有した第１の金属、銀とガリウムを含有した第２の金属、ガリウムからなる第３の金属、または、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を含有した第４の金属から選択される少なくとも１種であることが好ましい。
【００２７】
さらに、前記第１の金属は、スズがＷ％（％は、質量％の意味、以下同じ）、ガリウムがＸ％であり、前記第２の金属は、銀がＹ％、ガリウムがＺ％であり、前記第１または第２の金属は下記式（１）〜（６）を満たし、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量は、前記第１または第２の金属基準で０.１％以上であることが好ましい。
０＜Ｗ≦９６     … （１）
４≦Ｘ＜１００   … （２）
Ｘ＝１００-Ｗ    … （３）
０＜Ｙ≦５５     … （４）
４５≦Ｚ＜１００ … （５）
Ｚ＝１００-Ｙ    … （６）
【００２８】
また、前記第４の金属は、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を０．０５〜１％含有したものであり、
前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量は、前記第４の金属基準で０.１％以上であることが好ましい。
【００２９】
ここで、標準電極電位がガリウムより低い金属元素であるアルミニウム、マグネシウム
および亜鉛は酸によって、アルミニウム、亜鉛およびシリコンはアルカリによって、それ
ぞれ溶解し水素を発生する。しかしながら、こられの単体金属元素は中性の水に対しては
ほとんど反応しない。これは、中性の水に含まれる水素イオン濃度が低いためと、各単体
金属元素の表面に酸化皮膜（または水酸化物皮膜）が形成されて内部を保護するためであ
る。
【００３０】
これに対して、上記本発明に係る水素発生用カートリッジで用いる水素発生用組成物は、中性の水でも水素を発生する。この水素発生の機構は以下のように考えられる。
【００３１】
例えば、上記ガリウム系金属を構成する代表的なガリウム、スズおよび銀について、まず考察してみると、次のようなことが明らかである。すなわち、ガリウムはｐＨ３程度までの酸性の水に対しても安定であり、ほとんど消耗しない。また、スズはｐＨ１〜２程度までの強酸性の水に対しても安定であり、ほとんど消耗しない。さらに、銀は水素より標準電極電位が高いため通常の酸、アルカリに対しても消耗しない。
【００３２】
したがって、例えば、このように水に対して安定なスズ−ガリウムをそれぞれ上記所定量の割合で含有した金属（以下、スズ−ガリウム系金属と称す）に、標準電極電位がガリウム（−０．５６Ｖ）より低い（当然、スズ（−０．１３７５Ｖ）よりも低い）金属元素を添加すると、添加金属元素が選択的に水と反応することになる。また、水との反応によって添加金属元素の表面に形成される酸化皮膜（または水酸化物皮膜）は、添加金属元素を単体で用いたときにその表面に生成されるような通常の緻密な酸化皮膜ではなく、欠陥の多い疎な酸化皮膜になると推定される。さらに、この疎な酸化皮膜は、上記添加金属元素の選択的な消費による体積変化等によって容易に破壊され、また、発生する水素の気泡によって剥離し、内部の添加金属元素と水とが容易に接触して反応が進行する。したがって、このような上記スズ−ガリウム系金属と添加金属元素とを有した水素発生用組成物と、水とを必要な時に接触させれば、前記水素発生用組成物中に拡散している上記添加金属元素が酸化され、上記容器内の水の中にイオンとして溶け出す。これと引き換えに水の中の水素イオンが還元され、水素となって発生するものと考えられる。
【００３３】
ここで、スズ−ガリウム系金属におけるスズの含有量を９６質量％以下に限定したのは、スズ含有量が９６質量％を超えると、水素発生速度が急激に低下するためである。このようにスズ含有量が高くなると水素発生速度が急激に低下する理由は、現在のところ不明であるが、スズ−ガリウム系金属の組織等が変化することによる可能性も考えられる。また、標準電極電位がガリウム（−０．５６Ｖ）より低い金属元素としては、アルミニウム（−１．６６Ｖ）、マグネシウム（−２．３７Ｖ）、シリコン（−０．８６Ｖ）および亜鉛（−０．７６２８Ｖ）が、比較的安価で入手も容易なことから、好適なものとして例示できる。また、上記スズ−ガリウム系金属に添加する上記添加金属元素は、１種のみを単独で添加してもよいし、２種以上を一緒に添加してもよい。また、その添加量は、上記推定機構による水素発生効果を発揮させるため、合計量で０.１質量％以上とする。また、上記添加金属元素は、必ずしも純度の高いものに限定されるものではなく、例えば、アルミニウムの場合は、工業用アルミニウム合金でもよく、水素発生用組成物には、工業用アルミニウム合金等に含まれる鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）等の不避的不純物を有してもよい。さらに、これらの金属のスクラップ品やリサイクル品を用いることも可能である。また、添加量の上限は特に限定されないが、過剰に添加しても水素発生速度が徐々に鈍化する傾向を示すので、２０質量％以下、さらには１０質量％以下とするのがより好ましい。第１の金属としての上記スズ−ガリウム系金属と上記添加金属元素とを有した上記水素発生用組成物（ここに引用することで本明細書の一部をなすものとする特願２００７−８８８０１号に記載の水素発生用組成物、以下、スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物と称す）を、本発明に係る水素発生用カートリッジを構成する水素発生用組成物として使用することができる。
【００３４】
また、上記スズ−ガリウム系金属は、２５℃〜３０℃の室温でも液体であるため、上記添加金属元素が上記スズ−ガリウム系金属に接触するだけで、容易に上記スズ−ガリウム系金属内に溶解し、拡散する。したがって、上記水素発生用組成物は、上記スズ−ガリウム系金属と上記添加金属元素とを予め混合した形態に限定されるものではない。すなわち、上記ガリウム系金属と上記金属元素とが予め接触しており、上記金属元素が上記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であってもよし、または、上記ガリウム系金属と上記金属元素とが予め分離しており、所定の操作に基づき上記ガリウム系金属と上記金属元素とが接触し、上記金属元素が上記ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であってもよい。
【００３５】
以上のようなさまざま形態からなる上記水素発生用組成物を用いて、本発明に係る水素発生用カートリッジを構成する場合には、下記の条件を整えさえすればよい。すなわち、
１）上記水素発生用組成物と水とが、予め容器内に収容されている場合
・上記水素発生用組成物と水とを予め分離する隔壁と、上記水素発生用組成物と水とを接触させるための媒介手段とを設けておき、水素を発生する必要がある時には、上記媒介手段を作動させることにより、上記水素発生用組成物と水とが接触するように構成されていればよい。
２）上記水素発生用組成物のみが、予め容器内に収容されている場合
・上記容器に水を受け入れるための受水口を設けておき、水素を発生する必要がある時には、前記受水口から前記水を所定量受け入れることにより、前記水素発生用組成物と前記水とが接触するように構成されていればよい。
【００３６】
また、上記媒介手段は、上記水素発生用組成物と水とを隔壁により予め分離しておいたものを必要な時に接触させる機能を有するものであればよく、特定なものに限定されるものではない。例えば、隔壁を破ることが可能な針式機構、もしくは、捩じ込み式機構、または、隔壁を回転可能とする可動機構のいずれかのようなものが、好適なものとして例示できる。また、このような機械的手段に限らず、化学的手段や電気的手段等を用いることも可能である。
【００３７】
以上のように、上記本発明に係る水素発生用カートリッジは、さまざま形態からなる水素発生用組成物と水とを必要な時に接触できるような構成であるため、以下のような作用効果を奏する。
１）上述のような水素発生用組成物と水とを反応させる水素発生の機構に基づくものであるため、混合される添加金属元素量に対して効率的に水素を発生することができる。
２）水素発生のために熱の助けをかりる必要もないため、上記特許文献３に記載されたような高電圧も不要であり、簡易な構造とすることができる。
３）上記特許文献１に記載された酸性の水溶液やアルカリ性の水溶液を用いることなく、通常の水を用いて水素を発生することができるため、安全である。
【００３８】
また、上記スズ−ガリウム系金属よりさらに水に対して安定な銀とガリウムをそれぞれ
上記所定量の割合で含有した金属（以下、銀−ガリウム系金属と称す）に、標準電極電位
がガリウム（−０．５６Ｖ）より低い（当然、銀（＋０．８Ｖ）よりも低い）金属元素を
添加すると、添加金属元素が選択的に水と反応することになる。この銀−ガリウム系金属
を用いた場合の水素発生の機構も、上記スズ−ガリウム系金属を用いた場合と同様である
。したがって、添加金属元素と水とが容易に接触して反応が進行するため、効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生するものと考えられる。ここで、銀−ガリウム系金属における銀の含有量を５５質量％以下に限定したのも、上記スズ−ガリウム系金属の場合と同様に、銀含有量が５５質量％を超えると、水素発生速度が急激に低下するためである。また、標準電極電位がガリウムより低い金属元素としては、様々なものが利用可能であるが、水素発生量の点からも、また比較的安価で入手が容易な点からも、アルミニウム、マグネシウム、アルミニウムとマグネシウムの合金が、より好適なものとして例示できる。また、この添加金属元素も上記スズ−ガリウム系金属の場合と同様に、１種のみを単独で添加してもよいし、２種以上を一緒に添加してもよい。例えば、アルミニウムとマグネシウムの合金の添加の場合は、アルミニウム単独の添加に比べて、水素発生速度が高くなる。また、その添加量は、上記推定機構による水素発生効果を発揮させるため、合計量で０.１質量％以上とする。また、上記添加金属元素は、必ずしも純度の高いものに限定されるものではなく、例えば、アルミニウムの場合は、工業用アルミニウム合金でもよく、水素発生用組成物には、工業用アルミニウム合金等に含まれる鉄、チタン等の不可避的不純物を有してもよい。さらに、これらの金属のスクラップ品やリサイクル品を用いることも可能である。また、添加量の上限は特に限定されないが、過剰に添加しても水素発生速度が徐々に鈍化する傾向を示すので、２５質量％以下、さらには２０質量％以下とするのがより好ましい。第２の金属としての上記銀−ガリウム系金属と上記添加金属元素とを有した上記水素発生用組成物（ここに引用することで本明細書の一部をなすものとする特願２００７−２５９０２２号に記載の水素発生用組成物、以下、銀−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物と称す）を、本発明に係る水素発生用カートリッジを構成する水素発生用組成物として使用することができる。
【００３９】
また、ガリウムに鉄、銅、ゲルマニウム、アンチモンからなる群から選ばれた少なくとも１種以上を上記所定量の割合で含有した金属（以下、鉄−ガリウム系金属等と総称する）に、上記標準電極電位がガリウムより低い金属元素を添加してなる水素発生用組成物が存在することで、添加金属元素が選択的に水と反応することになる。この鉄−ガリウム系金属等を用いた場合の水素発生の機構も、上記スズ−ガリウム系金属や銀−ガリウム系金属を用いた場合と同様である。したがって、添加金属元素と水とが容易に接触して反応が進行するため、効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生するものと考えられる。第４の金属としての上記鉄−ガリウム系金属等に対する添加金属元素としてのアルミニウムの添加量が、０．１質量％以上である水素発生用組成物（例えば、ここに引用することで本明細書の一部をなすものとする特願２００８−１１７６９号に記載の水素発生用組成物、以下、鉄−ガリウム系金属等からなる水素発生用組成物と称す）を、本発明に係る水素発生用カートリッジを構成する水素発生用組成物として使用することができる。また、上記鉄−ガリウム系金属等に対する添加金属元素としては、アルミニウムに限定されるものではなく、マグネシウム、シリコンおよび亜鉛が、比較的安価で入手も容易なことから、好適なものとして例示できる。すなわち、前記標準電極電位がガリウムより低い金属元素からなる群から選ばれた少なくとも１種の金属元素の合計量が、前記第４の金属基準で０.１質量％以上である条件を満足しさえすればよい。
【００４０】
また、第３の金属として、実質的にガリウムのみからなる金属（その他は不可避不純物）を用いても、効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生するものと考えられる。しかし、上記ガリウム系金属としては、第１、第２または第４の金属を用いるのが、水素の発生効率の点からより好ましい。
【００４１】
また、上記第１の金属、第２の金属、第３の金属、または、第４の金属を、それぞれ単独で用いることに限定されるものではなく、それぞれを組み合わせることも可能である。
【００４２】
以上のように、上記銀−ガリウム系金属および鉄−ガリウム系金属等からなる水素発生用組成物も上記スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物と同様に、基本的に水素を連続的に発生させる潜在能力を備えているため、後は水素発生用カートリッジとしてこの潜在能力を引き出すために、上記スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物を用いた場合と同様な条件を整えさえすればよい。これにより、水素発生用カートリッジとして、必要な時に効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能である。
【００４３】
また、上記スズ−ガリウム系金属、銀−ガリウム系金属、または、鉄−ガリウム系金属等からなる水素発生用組成物ともに接触させる水としては、完全に中性であるｐＨ７の純水を用いることも可能であるが、当然、通常の水（安価な水道水）を用いることが推奨される。また、地下水を用いることも可能である。さらに、水素発生反応を促進するため、上記スズ−ガリウム系金属、銀−ガリウム系金属、または、鉄−ガリウム系金属等が腐食しない程度に弱酸性または弱アルカリ性としてもよい。なお、水は特に加熱する必要はなく、室温でも良いし、４０℃程度等に加熱しても良い。また、水は液体状に限定されるものでなく、気体状であることも可能である。
【００４４】
また、上記各種の水素発生用組成物と水との接触方法としては、後記実施例に示すようにさまざま方式が考えられる。
【００４５】
また、上記本発明に係る水素発生用カートリッジであれば、水素発生が完了後に、このカートリッジを交換しさえすれば、再び水素を発生させることが可能である。さらに、上記交換されたカートリッジを回収し、このカートリッジ内で分離して存在する上記ガリウム系金属と副生物（例えば、水酸化アルミニウム）を別々にリサイクルすることもできる。
【実施例】
【００４６】
以下、本発明の水素発生用カートリッジの実施例について図面を参照しながら説明する。
【００４７】
（実施例１）
図１は本発明の実施例１の水素発生用カートリッジの概略構成を示す模式断面図である。図１において、１は添加金属元素としてアルミニウムが予め混合された上述のスズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物、２は水、３は水素発生用組成物１と水２を収容するための容器、４はスズ−ガリウム系金属１と水２とを予め分離しておくための容器３に固定された樹脂からなる隔壁、５は媒介手段としての水もしくはガリウムと反応しない金属であるステンレススチール製のボルト、６は容器３に設けられた水素取出し口、７は水素である。また、ボルト５は容器３に対してシールされているため、水２が漏れることもない。上記隔壁４を形成する樹脂としては、ポリエチレン樹脂、ポリ塩化ビニル樹脂、ポリスチレン樹脂、ポリプロピレン樹脂、メタクリル樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、フッ素樹脂、尿素樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ポリウレタン樹脂、アルキド樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂が使用できる。また、樹脂以外に、セラミックス、ガラス等も使用可能である。
【００４８】
次に、水素発生用カートリッジにおいて、水素が発生する動作について説明する。
【００４９】
上述のスズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物１は、室温でも液体として粘性の低い状態を呈している。この水素発生用組成物１と水２は、初期状態としては、隔壁４によって予め分離されているが、水素の発生が必要な時には、容器３の右壁に密閉され取付けられたボルト５を回し、ボルト５の先端側に進めることにより、ボルト５の先端が隔壁４を破り、水素発生用組成物１と水２が接触し、上述の水素発生機構に基づき、水素７が発生する。この水素７が水素取出し口６より外部に放出される。以上のように、水素発生用カートリッジとして、必要な時に効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能である。なお、容器３の左壁側からボルト５を押し進める構成としても良い。
【００５０】
本実施例においては、水素発生用組成物１として、スズ−ガリウム系金属とアルミニウムが予め混合された形態について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、スズ−ガリウム系金属とアルミニウムとが予め接触しており、アルミニウムがスズ−ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であってもよし、または、スズ−ガリウム系金属とアルミニウムとが予め分離しており、所定の操作に基づきスズ−ガリウム系金属とアルミニウムとが接触し、アルミニウムがスズ−ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であってもよい。
【００５１】
また、本実施例においては、水素発生用組成物１と水２とを接触させるための媒介手段として、捩じ込み式機構であるボルト５を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、必要な時に水素発生用組成物１と水２とを接触させる機能を有するものであればよい。例えば、隔壁を破ることが可能な針式機構（例えば、薄膜状の樹脂シートを金属製のピンで破るような構成）、または、隔壁を回転可能とする可動機構のいずれか又は組合せのようなものでもよい。また、これらの機構の内から選択した１種類の機構を複数設けてもよいし、これらの機構の内から選択した異種類の機構を複数設けてもよい。また、本実施例においては、ボルト５の材質として、水もしくはガリウムと反応しない金属としてのステンレススチール製を用いた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではなく、セラミックス、ガラス、樹脂のいずれか又は複合体等、さまざまな物が使用可能である。さらに、上述のような機械的手段によらず、電気化学的手段を用いることも可能である。この電気化学的手段は、例えば隔壁４を薄膜状の鉄で形成し、これを陽極とし、ボルト５を陰極として、水（硫酸ナトリウム水溶液）を介して通電し、この隔壁を電気化学的に溶解し、水素発生用組成物１と水（硫酸ナトリウム水溶液）とを接触させる構成のものである。
【００５２】
また、本実施例においては、隔壁の材質として樹脂を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、例えば上述した媒介手段として隔壁を回転可能とする可動機構を採用するような場合は、隔壁の材質として、水もしくはガリウムと反応しない金属を用いることもできる。
【００５３】
また、本実施例においては、標準電極電位がガリウムより低い金属元素としてアルミニウムを用いた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではない。例えば、マグネシウム、アルミニウムとマグネシウムの合金、シリコン、亜鉛、チタン、ランタン、セリウムを単独で用いる場合やアルミニウム、マグネシウムとシリコンの合金のような３種以上を一緒に用いる場合、ランタンとセリウムの合金（ミッシュメタル）を用いる場合は割愛したが、いずれの金属元素もガリウムより標準電極電位が低いため、当然、これらの金属元素すべてが選択的に水と反応するので、上記発明例と同様の作用効果が得られることが明らかである。
【００５４】
また、本実施例においては、水素発生用組成物１を構成するガリウム系金属として、第１の金属としてのスズ−ガリウム系金属について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。例えば、上述の第２の金属としての銀−ガリウム系金属、第３の金属としてのガリウムや第４の金属としての鉄−ガリウム系金属等を用いることもできる。また、上記第１の金属、第２の金属、第３の金属、または、第４の金属を、それぞれ単独で用いることに限定されるものではなく、それぞれを組み合わせることも可能である。
【００５５】
（実施例２）
図２は本発明の実施例２の水素発生用カートリッジの概略構成を示す模式断面図である。本実施例において、実施例１と同一の構成要素については、同一の番号を付与して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図２において、８は容器３に固定され、水が含浸され、かつ、上述のスズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物１と分離するための隔壁としての機能も有した吸水性樹脂である。
【００５６】
次に、この水素発生用カートリッジにおいて、水素が発生する動作について説明する。
【００５７】
この水素発生用組成物１と吸水性樹脂８は、初期状態としては、物理的には接触しているが、水素発生用組成物１と吸水性樹脂８内の水（図示せず）とが直接接触することがないように構成されている。ただし、水素の発生が必要な時には、容器３の右壁に密閉され取付けられたボルト５を回すことにより、ボルト５の先端が吸水性樹脂８を加圧し、吸水性樹脂８内から水が押し出され、この水が水素発生用組成物１と接触し、上述の水素発生機構に基づき、水素７が発生する。この方式によれば、ボルト５の捩じ込む量を調整することにより、吸水性樹脂８からの水の放出量を調節できるため、その結果として水素の発生量を調節することも可能となる。上記吸水性樹脂８としては、アクリル酸―ビニルアルコール共重合体やポリアクリル酸ナトリウム等が使用可能である。以上のように、水素発生用カートリッジとして、必要な時に効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能である。
【００５８】
また、本実施例においては、水素発生用組成物１として、スズ−ガリウム系金属とアルミニウムが予め混合された形態について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、実施例１同様に、さまざまな形態が考えられる。
【００５９】
また、本実施例においては、水素発生用組成物１と水２とを接触させるための媒介手段として、捩じ込み式機構であるボルト５を用いた例について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、吸水性樹脂８を加圧し、吸水性樹脂８内から水が押し出せる機能を有するものであればよい。
【００６０】
また、本実施例においては、吸水性樹脂８自体に水素発生用組成物１と水とを分離するための隔壁としての機能を有しているため、別途隔壁を設ける必要がないが、積極的に隔壁を別途設けることも可能である。例えば、吸水性樹脂自体は、吸水性の機能のみ有し、吸水性樹脂と水素発生用組成物１との間に隔壁を設け、上記ボルト５を回すことにより、ボルト５の先端が隔壁を破り、さらに吸水性樹脂を加圧し、吸水性樹脂内から水が押し出され、水素発生用組成物１と水が接触し、水素７を発生するような構成であってもよい。
【００６１】
また、標準電極電位がガリウムより低い金属元素に関しては、実施例１に記載されたものと同様な、さまざまなものが使用可能である。
【００６２】
また、水素発生用組成物を構成するガリウム系金属に関しては、実施例１に記載されたものと同様な、さまざまなものが使用可能である。
【００６３】
（実施例３）
図３は本発明の実施例３の水素発生用カートリッジの概略構成を示す模式断面図であって、（ａ）は水を容器に供給する様子を説明する模式断面図、（ｂ）は水素発生用組成物と水とが接触し、水素を発生する様子を説明する模式断面図である。本実施例において、実施例１と同一の構成要素については、同一の番号を付与して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ詳述する。図３において、１０は容器１２に固定され、上述のスズ−ガリウム系金属が含浸された樹脂からなる不織布、１１は不織布１０に接触するように設けられた添加金属元素としての標準電極電位がガリウムより低い金属元素のアルミニウム、１３は容器１２の底に設けられた水２を受け入れるための受水口、１４は受水口１３に対応して容器１２の底に設けられた逆止弁、１５は容器１２に設けられた水素取出し口である。
【００６４】
次に、この水素発生用カートリッジにおいて、水素が発生する動作について説明する。
【００６５】
図３（ａ）において、アルミニウム１１が不織布１０内のスズ−ガリウム系金属に初期段階から溶け出せる状態にあり、アルミニウム１１がスズ−ガリウム系金属内に自然に拡散し水素発生用組成物が合成される点が特徴的である。また、水素発生が必要な時に、受水口１３へ水２を供給すると逆止弁１４が開き、水２を容器１２内に導くことが可能なように構成されている。また、図３（ｂ）に示すように、所定量の水２が収容された後は、逆止弁１４が閉じ、収容された水２が上記水素発生用組成物と接触し、上述の水素発生機構に基づき、水素７が発生する。この水素７が水素取出し口１５より外部に放出される。この方式によれば、受水口１３から供給する水２の量をを調整することにより、その結果として水素の発生量を調節することも可能となる。以上のように、水素発生用カートリッジとして、必要な時に効率的で、簡易に、かつ、安全に水素を発生させることが可能である。
【００６６】
本実施例においては、水素発生用組成物１として、不織布１０内に含浸されたガリウム系金属としてのスズ−ガリウム系金属と添加金属元素としてのアルミニウム１１とが予め接触しており、アルミニウムがスズ−ガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではない。すなわち、ガリウム系金属と添加金属元素とが予め混合された形態であってもよし、または、ガリウム系金属と添加金属元素とが予め分離しており、所定の操作に基づきガリウム系金属と添加金属元素とが接触し、添加金属元素がガリウム系金属内に順次拡散されてなる形態であってもよい。
【００６７】
また、本実施例においては、ガリウム系金属としてのスズ−ガリウム系金属を含浸させる形態として不織布を用いた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではなく、ガリウム系金属内に添加金属元素が順次拡散でき、かつ、混合された後の水素発生用組成物と水とが接触可能な機能を有していればよい。例えば、不織布以外にも多孔質体状、発泡体状、または、網状のいずれか又はこれらの組合せ等、さまざまな物が使用可能である。また、材質として、樹脂を用いた例について説明したが、必ずしもこれに特定されるものではなく、水もしくはガリウムと反応しない金属（例えば、ステンレススチール）、セラミックス、ガラスのいずれか又は複合体等、さまざまな物が使用可能である。
【００６８】
また、標準電極電位がガリウムより低い金属元素に関しては、実施例１および２に記載されたものと同様な、さまざまなものが使用可能である。
【００６９】
また、水素発生用組成物を構成するガリウム系金属に関しては、実施例１および２に記載されたものと同様な、さまざまなものが使用可能である。
【００７０】
また、本実施例においては、受水口１３から供給する水２としては、液体について説明したが、必ずしもこれに限定されるものではなく、気体状であることも可能である。
【００７１】
また、上記実施例１〜３のいずれの場合においても、上述のスズ−ガリウム系金属、銀−ガリウム系金属、または、鉄−ガリウム系金属等からなる水素発生用組成物ともに接触させる水としては、完全に中性であるｐＨ７の純水を用いることも可能であるが、当然、通常の水（安価な水道水）を用いることが推奨される。また、地下水を用いることも可能である。さらに、水素発生反応を促進するため、上記スズ−ガリウム系金属、銀−ガリウム系金属、または、鉄−ガリウム系金属等が腐食しない程度に弱酸性または弱アルカリ性としてもよい。なお、水は特に加熱する必要はなく、室温でも良いし、４０℃程度等に加熱しても良い。
【００７２】
また、上記実施例１〜３のいずれの場合においても、水素発生が完了後に、このカートリッジを交換しさえすれば、再び水素を発生させることが可能である。さらに、上記交換されたカートリッジを回収し、このカートリッジ内で分離して存在する上記ガリウム系金属と副生物（例えば、水酸化アルミニウム）を別々にリサイクルすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】本発明の実施例１の水素発生用カートリッジの概略構成を示す模式断面図である。
【図２】本発明の実施例２の水素発生用カートリッジの概略構成を示す模式断面図である。
【図３】本発明の実施例３の水素発生用カートリッジの概略構成を示す模式断面図であって、（ａ）は水を容器に供給する様子を説明する模式断面図、（ｂ）は水素発生用組成物と水とが接触し、水素を発生する様子を説明する模式断面図である。
【符号の説明】
【００７４】
１  水素発生用組成物
２  水
３、１２  容器
４  隔壁
５  ボルト
６、１５  水素取出し口
７  水素
８  吸水性樹脂
１０  不織布
１１  アルミニウム
１３  受水口
１４  逆止弁
【図１】
0005344830.tif 000002
【図２】
0005344830.tif 000003
【図３】
0005344830.tif 000004