(57)【要約】【課題】  簡便でかつ効率よく水素を製造し得る水素製造装置を提供する。【解決手段】  水素発生物質に対して連続的または断続的に水を供給し、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させる機構を有する水素製造装置であって、水を収容するための水収容容器、および、水素発生物質を収容し、上記水収容容器から供給された水と該水素発生物質とを反応させて水素を発生させるための水素発生物質収容容器を有し、かつ上記水収容容器から上記水素発生物質収容容器への水の供給を、弾性物の弾力により行う機構を有することを特徴とする水素製造装置である。【選択図】  図１
2007119323.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素発生物質に対して連続的または断続的に水を供給し、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させる機構を有する水素製造装置であって、
水を収容するための水収容容器、および、水素発生物質を収容し、上記水収容容器から供給された水と該水素発生物質とを反応させて水素を発生させるための水素発生物質収容容器を有し、かつ
上記水収容容器から上記水素発生物質収容容器への水の供給を、弾性物の弾力により行う機構を有することを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
水収容容器から水素発生物質収容容器への水の供給を弾性物の弾力により行う機構として、水収容容器が弾性物で構成される風船状の容器であり、該風船状容器が萎むことにより、内部の水を、水素発生物質収容容器に供給する機構を有する請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
水収容容器から水素発生物質収容容器への水の供給を弾性物の弾力により行う機構として、水収容容器が変形可能な材質で構成されており、該水収容容器に接触させた弾性物の弾力により、該水収容容器を変形させることで、内部の水を、水素発生物質収容容器に供給する機構を有する請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項４】
水素発生物質収容容器から排出された水素と水の混合物を分離するための気液分離膜を備えた気液分離部と、該気液分離部で分離された水を、水収容容器に戻す機構を有する請求項１〜３のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項５】
気液分離部で分離された水を、水収容容器に戻すための管を有する請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項６】
気液分離部で分離された水を、水収容容器に戻すための管に、逆流防止弁を有する請求項５に記載の水素製造装置。
【請求項７】
水素発生物質収容容器から排出された水素と水の混合物を冷却するための冷却部を有する請求項４〜６のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項８】
圧力逃がし弁を有する請求項１〜７のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項９】
圧力逃がし弁が、弾性物の弾力により発生する水の圧力よりも大きく、かつ気液分離部の耐水圧よりも小さい圧力で作動する請求項８に記載の水素製造装置。
【請求項１０】
水収容容器から水素発生物質収容容器へ水を供給するための管を有し、かつ水の供給量を調整するための調整機構を上記管に有する請求項１〜９のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項１１】
水素発生物質収容容器の外部に、保温材を配置している請求項１〜１０のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項１２】
水素発生物質および／または水を加熱可能な加熱手段を有する請求項１〜１１のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項１３】
水素発生物質が、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウム、およびこれらの１種以上の金属元素を主体とする合金よりなる群から選択される少なくとも１種の金属である請求項１〜１２のいずれかに記載の水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生物質と水とを反応させて水素を製造する水素製造装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、パソコン、携帯電話などのコードレス機器の普及に伴い、その電源である電池には、ますます小型化、高容量化が要望されている。現在、リチウムイオン二次電池は、エネルギー密度が高く、小型軽量化を図り得る電池として実用化されており、ポータブル電源としての需要が増大している。しかし、このリチウムイオン二次電池は、一部のコードレス機器に対して、十分な連続使用時間を保証することができないという問題がある。
【０００３】
上記問題の解決に向けて、例えば固体高分子型燃料電池（ＰＥＦＣ）などの燃料電池の開発が進められている。燃料電池は、燃料および酸素の供給を行えば、連続的に使用することが可能である。電解質に固体高分子電解質、正極活物質に空気中の酸素、負極活物質に燃料を用いるＰＥＦＣは、リチウムイオン二次電池よりもエネルギー密度が高い電池として注目されている。
【０００４】
ＰＥＦＣに用いる燃料に関しては、水素、メタノールなどが提案され、種々開発が行われているが、高エネルギー密度化が可能な点で、水素を燃料とするＰＥＦＣが期待されている。
【０００５】
そして、ＰＥＦＣのような燃料電池に水素を供給する方法としては、例えば、水素源となる水素発生物質と水とを反応させて水素を生成させ得る水素製造装置によって製造された水素を供給する方法が検討されている（例えば、特許文献１）。このような水素製造装置では、通常、水を収容するタンクと、水素発生物質を収容し、該物質と水を反応するための容器とが設けられており、この水を収容するタンクから、水素発生物質を収容する容器に水を供給して、該容器中で水素発生物質と水を反応させ、生成した水素を、該容器に備え付けられた水素導出管を通じて燃料電池に供給する、といった機構が採用されている。そして、水を収容する容器から、水素発生物質を収容する容器への水の供給は、ポンプを使用することが一般的である。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−１４９３９４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、上記のような従来の水素製造装置では、水を収容する容器から水素発生物質を収容する容器への水の供給に用いられるポンプを動かすために、電気などのエネルギーを外部から供給する必要がある。そのため、例えば、従来の水素製造装置を燃料供給源として構成された燃料電池では、上記のポンプを動かすためのエネルギー分が、エネルギー効率向上の阻害要因となっていた。
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、簡便でかつ効率よく水素を製造し得る水素製造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】
上記目的を達成し得た本発明の水素製造装置は、水素発生物質に対して連続的または断続的に水を供給し、水素発生物質と水とを反応させて水素を発生させる機構を有する水素製造装置であって、水を収容するための水収容容器、および、水素発生物質を収容し、上記水収容容器から供給された水と該水素発生物質とを反応させて水素を発生させるための水素発生物質収容容器を有し、かつ上記水収容容器から上記水素発生物質収容容器への水の供給を、弾性物の弾力により行う機構を有することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、簡便で効率的に水素を製造し得る水素製造装置が提供できる。すなわち、本発明の水素製造装置では、水収容容器から水素発生物質収容容器への水の供給を、ゴム、バネ、ゼンマイなどの弾性物の弾力を利用して行うため、例えば、電気エネルギーを要する従来のポンプなどのように、かかる水の供給に際して、外部からエネルギーを供給し続ける必要がないことから、エネルギーのロスを抑えて効率的に水素を製造できる。また、非常に簡便な機構で上記水の供給を達成でき、これにより、水素製造装置をコンパクトにすることもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の水素製造装置の実施形態を、図面を用いて説明する。
【００１２】
＜実施形態１＞
図１は、本発明の水素製造装置の構成の一例（実施形態１）を示す概略図である。図１中、１は水素発生物質収容容器、１ａは水供給管、１ｂは水素導出管、２は水収容容器、３は水の供給量を調整するための調整機構である。なお、図１は装置の断面を示すものではないが、構成要素の理解を容易にする目的で、一部の要素に斜線を付しているものもある（後記の図２についても、同じ）。
【００１３】
本発明の水素製造装置では、水素発生物質収容容器１に、水収容容器２から水を供給し、該容器１内において水素発生物質と水とを反応させて水素を製造する。よって、水素発生物質収容容器１は、水素発生物質と水との反応容器としての役割も担っている。容器１で発生した水素は、水素導出管１ｂを経て、水素を必要とする機器（燃料電池）などに供給される。
【００１４】
本発明の水素製造装置では、水収容容器２から、弾性物の弾力によって、水素発生物質収容容器１に水を供給することを特徴としている。弾性物の弾力を用いることにより、ポンプなどの動力を要する供給装置が不要であるため、水素を発生させるために必要とするエネルギーを抑えることができることから、エネルギー効率のよい水素製造装置となる。
【００１５】
水の供給に用いる弾性物としては、特に制限は無く、例えば、ゴム、バネ、ゼンマイなどの弾力を有する材料を用いることができる。
【００１６】
また、弾性物の弾力により水を供給する機構の形態は特に制限は無く、使用する弾性物に応じて、種々の形態を採ることができる。例えば、図１に示すように、水供給容器２にゴム製の風船状容器（所謂ゴム風船）を用い、内部に水を収容してこれを膨らませ、この風船状容器を構成するゴムの弾力によって該容器が萎む力を、水の供給圧力として用いることができる。また、水収容容器を容易に変形させ得る材質で構成し、その容器の外側に弾性物として縮めたバネを設置し、該バネの弾力（復元力）により容器を変形させて水を供給する形態を採ってもよい。さらに、電動式のモーターに代えてゼンマイを動力源としたチューブポンプなどの形態を採ることも可能である。
【００１７】
水素発生物質収容容器１は、水と発熱反応して水素を発生させる水素発生物質を収納可能であれば、その材質や形状は特に限定されないが、水の供給口や水素の導出口以外から水や水素が漏れない材質や形状を採用することが好ましい。具体的な容器の材質としては、水および水素を透過しにくく、かつ１００℃程度に加熱しても容器が破損しない材質が好ましく、例えば、アルミニウム、鉄などの金属、ポリエチレン、ポリプロピレン（ＰＰ）などの樹脂を用いることができる。また、容器の形状としては、角柱状、円柱状などが採用できる。
【００１８】
水素発生物質収容容器１には、水素を導出するための水素導出手段が設けられる。水素導出手段としては特に限定されず、例えば、図１に示す実施形態１のように水素導出管１ｂであってもよく、また、水素導出口などであっても構わない。さらに、水素導出管、水素導出口などには、容器内の水素発生物質が外部に出ないように、フィルターを設置することが好ましい。このフィルターとしては、気体を通すが液体および固体を通しにくい特性を有するものであれば特に限定されず、例えば、ＰＰ製の不織布を用いることができる。
【００１９】
本発明の水素製造装置で使用できる水素発生物質としては、水と反応して水素を発生させる物質であれば特に限定されないが、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、マグネシウムといった金属や、アルミニウム、ケイ素、亜鉛、およびマグネシウムの中の１種以上の金属元素を主体とする合金が好適に使用できる。上記合金の場合には、主体となる上記の各金属元素以外の元素については特に限定されない。ここで、「主体」とは、合金全体に対して８０質量％以上、より好ましくは９０質量％以上含有されていることを意味する。上記例示の金属や合金の１種のみを水素発生物質として使用してもよく、２種以上を併用しても構わない。これらの水素発生物質は、常温では水と反応しにくいが、加熱することにより水との発熱反応が容易となる物質である。なお、本明細書において常温とは、２０〜３０℃の範囲の温度である。
【００２０】
ちなみに、例えば、アルミニウムと水との反応は、下記式（１）〜（３）のいずれかによって進行していると考えられる。下記式（１）による発熱量は、４１９ｋＪ／ｍｏｌである。
【００２１】
２Ａｌ＋６Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ２Ｏ３・３Ｈ２Ｏ＋３Ｈ２    （１）
２Ａｌ＋４Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ２Ｏ３・Ｈ２Ｏ＋３Ｈ２      （２）
２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ  →  Ａｌ２Ｏ３＋３Ｈ２              （３）
【００２２】
上記水素発生物質のサイズは特に限定されないが、例えば、その平均粒径が、０．１μｍ以上であって、１００μｍ以下、より好ましくは５０μｍ以下であることが望ましい。上記水素発生物質は、一般に、表面に安定な酸化皮膜が形成されている。そのため、板状、ブロック状および粒径が１ｍｍ以上のバルク状などの形態の場合、加熱しても水との反応が進行せず、実質的に水素を発生させない場合もある。しかし、上記水素発生物質の平均粒径を１００μｍ以下とすると、酸化皮膜による水との反応抑制作用が減少し、常温では水と反応しにくいものの、加熱すれば水との反応性が高まり、水素発生反応が持続するようになる。また、上記水素発生物質の平均粒径を５０μｍ以下とすると、４０℃程度の穏和な条件でも水と反応して水素を発生させることができる。一方、上記水素発生物質の平均粒径を０．１μｍ未満とすると、発火性が高くなって取り扱いが困難になったり、水素発生物質の充填密度が低下してエネルギー密度が低下しやすくなったりする。このため、上記水素発生物質の平均粒径は、上記範囲内とすることが望ましい。
【００２３】
なお、本明細書でいう平均粒径は、体積基準の積算分率５０％における粒子直径の値を意味する。平均粒径の測定方法としては、例えば、レーザー回折・散乱法などを用いることができる。具体的には、水等の液相に分散させた測定対象物質にレーザー光を照射することによって検出される散乱強度分布を利用した粒子径分布の測定方法である。レーザー回折・散乱法による粒子径分布測定装置としては、例えば、日機装株式会社製の「マイクロトラックＨＲＡ」などを用いることができる。
【００２４】
また、上記水素発生物質の形状も特に限定されないが、例えば、平均粒径が上記範囲内の粒子状またはフレーク状とすることができる。
【００２５】
水と水素発生物質との反応を容易に開始させるために、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することが好ましい。その加熱温度は、４０℃以上、より好ましくは６０℃以上であって、１００℃以下であることが望ましい。上記の水素発生物質と水との発熱反応を維持できる温度は、上述の通り、通常は４０℃以上であり、一旦発熱反応が開始して水素が発生すると、水素発生物質収容容器の内圧が上昇して水の沸点が上昇することもあり、容器内温度が１２０℃に達することもあるが、水素発生速度の制御の点から１００℃以下とすることが好ましい。
【００２６】
上記の加熱は、上記発熱反応の開始時にのみ行えばよい。一旦、水と水素発生物質との発熱反応が開始されると、その発熱反応の熱によりその後の反応を継続できるからである。なお、上記の加熱と、水素発生物質収容容器の内部への水の供給とを同時に行ってもよい。
【００２７】
上記加熱の方法は特に限定されないが、抵抗体に通電することによる発熱を利用して加熱することができる。例えば、この抵抗体を水収容容器や水素発生物質収容容器の外部に取り付けて発熱させ、これらの容器を外部から加熱することにより、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することができる。上記抵抗体の種類については特に限定されず、例えば、ニクロム線、白金線などの金属発熱体、炭化ケイ素、ＰＴＣサーミスタなどが使用できる。
【００２８】
また、上記加熱は、発熱物質の化学反応による発熱により行うこともできる。この発熱物質には、水と発熱反応して水酸化物や水和物となる物質、水と発熱反応して水素を生成する物質などを用いることができる。上記の、水と発熱反応して水酸化物や水和物となる物質としては、例えば、アルカリ金属の酸化物（酸化リチウムなど）、アルカリ土類金属の酸化物（酸化カルシウム、酸化マグネシウムなど）、アルカリ土類金属の塩化物（塩化カルシウム、塩化マグネシウムなど）、アルカリ土類金属の硫酸化合物（硫酸カルシウムなど）などを用いることができる。上記の、水と発熱反応して水素を生成する物質としては、例えば、アルカリ金属（リチウム、ナトリウムなど）、アルカリ金属水素化物（水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化リチウムなど）などを用いることができる。これらの物質は、１種単独で用いることもでき、２種以上を併用することもできる。
【００２９】
水素発生物質収容容器内に、水素発生物質と共に上記発熱物質を配置し、これらに水を加えることにより水と発熱物質とを発熱反応させて、該容器の内部で水素発生物質と水を直接加熱することができる。また、水収容容器や水素発生物質収容容器の外部に、上記の発熱物質を配置して発熱させ、これらの容器を外部から加熱することにより、水素発生物質と水の少なくとも一方を加熱することが可能である。
【００３０】
なお、上記発熱物質としては、水以外の物質と発熱反応する物質、例えば、鉄粉のように酸素と発熱反応する物質も知られている。このような物質は、発熱反応のために酸素を導入する必要があることから、水素発生物質収容容器に入れるのではなく、容器の外部に配置して使用することが好ましい。
【００３１】
また、図１では図示していないが、水素発生物質収容容器１の外部には保温材を配置することが好ましい。これにより水と水素発生物質との発熱反応を維持できる温度を保持し易くなり、また、外気温の影響も受け難くなる。保温材の材質は、耐熱性が高いものであれば特に限定されず、例えば、発泡スチロール、ポリウレタンフォームなどの多孔性断熱材、または真空断熱構造を有する断熱材などが挙げられる。
【００３２】
水収容容器２から水素発生物質収容容器１に水を供給するための管１ａには、図１に示すように、水の供給量を調整するための調整機構３を設置しておくことが好ましい。容器２から容器１へ水が供給され、水素発生物質と水の反応が開始しても、例えば水の供給量が過多となれば反応効率が低下する場合がある。しかし、調整機構３を設けておくことにより、容器１への水の供給量を制御できるため、上記のような反応効率の低下を抑制することができる。また、調整機構３を設置することで、水収容容器２から水素発生物質収容容器１への水の供給を、連続的のみならず断続的に行うことも可能になるため、例えば、容器２内に水が収容されている状態でも、容器１への水の供給を止めて、水素の発生を停止することができるようになる。
【００３３】
上記調整機構は特に限定されないが、例えば、バルブ、管径を細くした絞りなどを用いることができる。
【００３４】
また、図１には示していないが、上記水素発生装置は、圧力逃がし弁を有していることが好ましい。例えば水素発生速度が増大して、装置の内圧が上昇した場合でも、圧力逃がし弁から水素を装置外に排出することにより、破裂などによる装置の破損を防止することができる。圧力逃がし弁は、例えば、水素発生物質収容容器から発生した水素が排出できるような位置に配されていればよく、例えば、図１に示す実施形態１の水素製造装置では、水素導出管１ｂに設置すればよい。なお、圧力逃がし弁については、後記の実施形態２でも説明する。
【００３５】
＜実施形態２＞
図２は、本発明の水素製造装置の構成の他の例（実施形態２）を示す概略図である。図２中、図１と機能が共通する要素については、同一の符号を付して重複説明を避ける。図２中、４は逆流防止弁、５は圧力逃がし弁、６は気液分離部、７は冷却部である。気液分離部６には気液分離膜６ａが配置されており、更に気液分離膜６ａを通過した水素を排出するための水素排出口６ｂが設けられている。
【００３６】
水素発生物質と水との反応による水素生成の際には、未反応の水が水素と共に噴き出され、水素導出管１ｂから、水素との混合物として反応容器である水素発生物質収容容器１の外部へ排出されてしまう。そのため、従来の水素製造装置では、水収容容器内に、反応に必要な量をかなり上回る量の水を保持しておく必要があった。
【００３７】
これに対し、上記の通り、実施形態２の水素製造装置では気液分離部６を有しており、水素発生物質収容容器１から排出された水と水素の混合物を、該気液分離部６の気液分離膜６ａによって水と水素に分離し、分離した水を、水収容容器２に戻すことができる。そのため、実質的な水の使用量を低減できることから、水収容容器２内に収容しておく水の量を減らすことが可能となり、水素製造装置の体積および重量を低減して更にコンパクト化することができる。
【００３８】
また、例えば水素製造装置が燃料電池の燃料源として用いられている場合、水素と共に多量の水が燃料電池内に供給されると、詰まりが生じてしまうことがある。しかし、実施形態２の水素製造装置によれば、気液分離部６において、水素発生物質を収容する容器１から排出された水と水素の混合物内の水を除いた上で燃料電池に供給できるため、上記の詰まりを防止することも可能である。
【００３９】
更に、実施形態２の水素製造装置に係る気液分離部６では、水と水素の分離を気液分離膜６ａで行うため、装置内での水の移動量や水素発生反応の程度などについて、水と水素の分離の観点からの細かい制御は不要であり、未反応の水を、水収容容器２へ戻す回収操作を簡便かつ効率よく行うことができる。
【００４０】
気液分離部６に設置される気液分離膜６ａとしては、水と水素の混合物から、水または水素のいずれか一方のみを通過でき、他方は通過しない膜であれば特に制限はない。例えば、従来公知のポリテトラフルオロエチレン製微多孔膜、または、撥水処理を施したポリビニリデンフロリド、ポリエチレン、ポリプロピレンもしくはポリエーテルスルホンの微多孔膜などが使用できる。
【００４１】
上記水素製造装置では、水素発生物質収容容器１より排出された水と水素との混合物から分離した水を水収容容器２に戻す機構として、気液分離部６と水収容容器２との間を接続する管を有していることが好ましく、該管には、逆流防止弁４を設けていることがより好ましい。逆流防止弁４を設けることにより、水素発生物質収容容器１へ、上記の管を通して水が逆流するのを防止することができる。そして、逆流防止弁を設けることで、気液分離部６で分離した水を、水収容容器２に回収するにあたり、別途ポンプなどを設置する必要がなく、無動力での回収が可能となる。
【００４２】
また、上記水素製造装置では、水素発生物質収容容器１から排出された水素と水の混合物を冷却するための冷却部７を有していることが好ましい。本発明の装置では、水素発生物質収容容器１の内部が水の沸点に近い温度になり得るため、水素との混合物として排出される水は、部分的に水蒸気となる。そこで、冷却器７を設けることにより、上記混合物中の水蒸気を冷却して液体の水にすることにより、気液分離部６での水の回収率を高めることができる。そのため、冷却部７は水素発生物質収容容器１と気液分離部６との間に設置されることが好ましい。冷却部７としては、例えば、金属製冷却フィンが管に接するように配置された構造の冷却手段を用いることができる。
【００４３】
また、実施形態１でも説明したが、水素製造装置には、圧力逃がし弁５を設けることが好ましい。なお、図２に示す実施形態２の装置では、圧力逃がし弁５を気液分離部６と冷却部７の間に配置しているが、圧力逃がし弁の設置箇所はこの位置に限定される訳ではなく、水素発生物質収容容器１内で発生した水素が排出できる箇所であればよい。例えば、水素導出管１ｂから、気液分離部６までの間であれば、いずれの箇所に圧力逃がし弁を設けても構わない。
【００４４】
実施形態２の水素製造装置においては、圧力逃がし弁５の開放圧（作動圧力）は、上記弾性物の弾力によって発生する水の供給圧力よりも大きくすることが好ましい。圧力逃がし弁５の開放圧が水の供給圧力よりも小さいと、気液分離部６で回収した水が、水を収容する容器２に戻らなくなる。また、圧力逃がし弁５の開放圧は、気液分離部６の耐水圧よりも小さくすることが好ましい。圧力逃がし弁５の開放圧が気液分離部６の耐水圧よりも大きいと、気液分離部６から水が漏れるためである。
【００４５】
なお、実施形態２の装置では、以上に説明した各構成以外の構成については、実施形態１の装置と同じ構成が採用できる。また、上記図１および図２に示した水素製造装置は、あくまで一例に過ぎず、本発明の水素製造装置は、これらの図面に示されたものに限定される訳ではない。
【００４６】
以上に説明した本発明の水素製造装置によれば、条件により変化するものの、例えば、水素発生物質が全て反応したと仮定したときの理論水素発生量（アルミニウムの場合は、１ｇあたりの理論水素発生量は、２５℃換算で約１３６０ｍｌとなる）に対し、実際に得られる水素発生量は、およそ５０％以上、より好ましくは６０％以上となり、効率的に水素を発生させることが可能となる。
【実施例】
【００４７】
以下、実施例に基づいて本発明を詳細に述べる。ただし、下記実施例は本発明を制限するものではなく、前・後記の趣旨を逸脱しない範囲で変更実施をすることは、全て本発明の技術的範囲に包含される。
【００４８】
実施例１
図１に示した水素製造装置を用いて以下の通り水素を製造した。水素発生物質収容容器１には、内容積９ｃｍ３でアルミニウム製の角柱状容器を用いた。水供給管１ａおよび水素導出管１ｂは、内径２ｍｍ、外径３ｍｍのアルミニウム製の管を用いた。
【００４９】
まず、水素発生物質収容容器１に、水素発生物質として平均粒径３μｍのアルミニウム粉末４．４ｇと、発熱物質として酸化カルシウム０．７ｇを入れた後、容器１を水供給管１ａおよび水素導出管１ｂの付いた蓋で密閉した。水収容容器２にはゴム製の風船を用い、その中に水を２５ｇ注入して、図１に示すように流量調整部３に接続した。流量調整部３には、内径０．１ｍｍのチューブを、水の供給量が０．１６ｇ／分になるように長さを調節して用いた。また、水の吐出圧力は０．０５ＭＰａであった。
【００５０】
次に、水供給管１ａから水１ｍｌを、水素発生物質収容容器１に注入した後、直ちに水供給管１ａを図１に示すように流量調整部３に接続した。その後、水収容容器２から水素発生物質を収容する容器１へ、水を供給し続けた。
【００５１】
上記の操作によって、水素発生物質収容容器１内の温度が上昇していき、水素が発生した。そして、水収容容器２から、該容器の弾力によって一定量の水を供給し続けることにより、ポンプなどの動力を用いることなしに、安定して水素を発生させることができた。なお、上記の操作による水素発生量が３４８１ｍｌであり、このとき供給した水の総量は２０ｇであった。
【００５２】
また、図３には、実施例１の水素製造装置について、上記操作によって水素を発生させた際の、水素発生速度（図３中、発生速度）と、水素発生物質収容容器１の表面温度（図３中、容器表面温度）の、経過時間との関係を示している。図３から、次のことが分かる。実施例１の水素製造装置では、水１ｍｌを供給した直後から水素が発生して、急激に水素発生速度および容器１の表面温度が上昇した。約５分後には、水素発生速度および容器１の表面温度は一定となり、その後１００分以上安定に、ポンプなどの動力を必要とすることなく水素が発生し続けた。
【００５３】
実施例２
図２に示した水素製造装置を用いて以下の通り水素を製造した。水素発生物質収容容器１、水収容容器２および流量調整部３は、実施例１と同様に作製した。ただし、水収容容器２に注入する水の量は５ｇとした。気液分離部６は図２に示すように構成し、水素発生物質収容容器１から排出される混合物中の水素が、気液分離膜６ａを通して水素排出口３ｂより排出され、他方、気液分離膜６ａで分離された水は逆流防止弁４を通って、水収容容器２に回収されるようにした。圧力逃がし弁５には、開放圧０．１ＭＰａの弁を用いた。冷却部７には、内径１ｍｍで長さ２０ｃｍのステンレス鋼（ＳＵＳ）管を矩形状にしたものを用いた。また、気液分離膜６ａには、面積が５ｃｍ２のポリテトラフルオロエチレンの微多孔膜（ゴアテックス社製）を用いた。
【００５４】
次に、水供給管１ａから水１ｍｌを、水素発生物質収容容器１に注入した後、直ちに水供給管１ａおよび水素導出管１ｂを、図２に示すように流量調整部３および冷却部７に接続した。その後、水収容容器２から水素発生物質を収容する容器１へ、水を供給し続けた。
【００５５】
上記の操作によって、水素発生物質収容容器１内の温度が上昇していき、水素が発生した。そして、水収容容器２から、該容器の弾力によって一定量の水を供給し続けることにより、ポンプなどの動力を用いることなしに、安定して水素を発生させることができた。
【００５６】
なお、実施例２の水素製造装置では、気液分離部６、逆流防止弁４および冷却部７を設けて、水素発生物質収容容器１から排出された未反応の水を回収した。実施例２の水素製造装置における上記操作によって発生した水素量は２４３６ｍｌであったが、このとき供給した水の総量は４．４ｇであった。上記（１）式によって水素が発生する場合、２４３６ｍｌの水素を発生させるために必要な水の量は３．６ｇであるので、水の反応率は８１％であった。この結果より、気液分離部を設けて水を回収することにより、水の反応率を大幅に向上させ得ることが判明した。
【００５７】
また、図４には、実施例２の水素製造装置について、上記操作によって水素を発生させた際の、水素発生速度（図４中、発生速度）、水素発生物質収容容器１の表面温度（図４中、容器表面温度）、および水素発生物質収容容器１の内圧（図４中、内圧）の、経過時間との関係を示している。図４から次のことが分かる。実施例２の水素製造装置においても実施例１の装置と同様に、水を供給した直後から水素が発生して、急激に水素発生速度および容器１の表面温度が上昇した。約５分後には、水素発生速度および容器１の表面温度は一定となり、その後１００分以上安定に、ポンプなどの動力を必要とすることなく、水素が発生し続けた。また、実施例２の装置では気液分離部６を設けているが、この気液分離部６に水が流入すると、一時的に容器１の内圧が上昇した。これは、気液分離膜６ａに水が接することにより、ガス透過面積が低下するために、容器１の内圧が上昇したと考えられる。水が水素と分離されて気液分離部６から水収容容器２に回収されて、気液分離部６に水がなくなると再び容器１の内圧は低下した。以上の結果から、実施例２の水素製造装置により、ポンプなどの動力を必要とせずに未反応の水を回収でき、効率よく水素を発生することができることが分かる。
【図面の簡単な説明】
【００５８】
【図１】本発明の水素製造装置の一例を示す概略図である。
【図２】本発明の水素製造装置の他の一例を示す概略図である。
【図３】実施例１の水素製造試験における水素発生速度、および水素発生物質収容容器の表面温度と、経過時間との関係を示す図である。
【図４】実施例２の水素製造試験における水素発生速度、水素発生物質収容容器の表面温度、および水素発生物質収容容器の内圧と、経過時間との関係を示す図である。
【符号の説明】
【００５９】
１    水素発生物質収容容器
１ａ  水供給管
１ｂ  水素導出管
２    水収容容器
３    流量調整部
４    逆流防止弁
５    圧力逃がし弁
６    気液分離部
６ａ  気液分離膜
６ｂ  水素排出口  
７    冷却部
【図１】
2007119323.tif 000003
【図２】
2007119323.tif 000004
【図３】
2007119323.tif 000005
【図４】
2007119323.tif 000006