水素発生装置及び燃料電池システム
【課題】 大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を発生させる。
【解決手段】 巻取りロール６でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体１５が押し潰されて隔壁が破断し、金属水素化物に反応用溶液が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成され、生成された水素が反応室２に放出される。
【解決手段】 巻取りロール６でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体１５が押し潰されて隔壁が破断し、金属水素化物に反応用溶液が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成され、生成された水素が反応室２に放出される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素発生装置及び水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードを有する発電部のアノード側に例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、カソード側に酸化用流体例えば酸素や空気を供給し電気化学反応により電力を発生する。
【０００３】
水素ガスを燃料とする場合の水素を低エネルギーで得る方法として、ケミカルハイドライドと呼ばれる金属水素化物を加水分解する方法が知られている。ケミカルハイドライドとして、例えば金属水素化物の一種である水素化ホウ素リチウムや水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウムがある。
【０００４】
金属水素化物を加水分解して水素を得る場合、加水分解により生成される生成物は水和性を有するため、反応式で理論上必要とされる量よりも多量の水が必要となり、水を供給するためのスペースが多くなってしまう。このため、金属水素化物を微粉化し、微粉化した金属水素化物に水蒸気を反応させることで、水素を発生させる技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、必要最小限の量の水により水素を発生させて無駄な水の供給をなくすことができる。
【０００５】
しかし、金属水素化物を微粉化する装置及び水蒸気を発生させる装置、微粉化した金属水素化物及び水蒸気を供給する機構が必要であり、構造が複雑になって大型化が避けられない技術であった。このため、小型化を必要とする機器に適用するには向かない技術であるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることができる水素発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の水素発生装置は、反応用溶液と反応して水素を発生する水素発生物質を収容するする物質収容部、及び、前記反応用溶液が貯留される液体貯留部を備えた物質部材と、前記物質部材が保持される支持部材と、前記物質部材に対して外力を付与して前記水素発生物質に前記反応用溶液を接触させる外力付与部材と、前記外力付与部材に対して前記支持部材を相対的に移動させることで物質部材に外力を付与させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、外力付与部材に対して支持部材を移動手段により相対的に移動させる過程で、外力付与部材により物質部材に外力を付与し、水素発生物質に反応用溶液を接触させて水素を発生させるので、外力が付与された物質部材の水素発生物質により独立して水素を発生させることができる。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることが可能になる。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の水素発生装置は、請求項１に記載の水素発生装置において、前記支持部材は帯状であり、前記物質部材を長手方向に複数保持し、前記外力付与部材に対して移動自在に備えられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、帯状の支持部材を移動させることで複数の物質部材に対し順次外力が付与され、支持部材の移動により所望量の水素を発生させることができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の水素発生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置において、前記物質部材は、前記物質収容部または前記液体貯留部のいずれか一方が他方に内包され、内包される側の前記物質収容部または前記液体貯留部の容器が前記物質収容部と前記液体貯留部とを隔てる隔壁となり、前記外力付与部材は、前記物質部材に対して外力を付与して前記隔壁を破断することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、物質部材に対し外力が付与されて隔壁が破断されることで物質収容部または液体貯留部の容器が破断され、水素発生物質に反応用溶液を接触させることができる。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記水素発生物質に前記反応用溶液が接触することにより発生した前記水素の発生状態を検出する水素発生状態検出手段と、前記水素発生状態検出手段で検出された前記水素の発生状況に応じて前記移動手段を制御し、前記支持部材の前記外力付与部材に対する相対的な移動速度を制御する速度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、水素の発生状態により支持部材の外力付与部材に対する相対的な移動速度を制御するので、水素の発生状態に応じて水素発生量を制御することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記移動手段は、発生した前記水素の発生圧力が動作源であることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、発生した水素の発生圧力が移動手段の動作源となっているので、外部の動力源を用いることなく支持部材を外力付与部材に対して相対的に移動させることができる。
【００１９】
また、請求項６に係る本発明の水素発生装置は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の水素発生装置において、帯状の前記支持部材は、繰出しロールに巻回されて繰出されて巻取りロールに巻き取られ、前記外力付与部材は、前記繰出しロールと前記巻取りロールとの間で前記支持部材を押圧する押圧ロールであることを特徴とする。また、請求項７に係る本発明の水素発生装置は、前記移動手段は、前記巻取りロールを回転させる回転駆動手段であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６、請求項７に係る本発明では、繰出しロールから繰出されて巻取りロールに支持部材が巻き取られる過程で支持部材が押圧ロールで押圧され、水素発生物質に反応用溶液を接触させて水素を発生させることができる。
【００２１】
また、請求項８に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記物質部材は、水分を吸収する吸水材を備えることを特徴とする。また、請求項９に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記物質収容部に、前記反応用溶液を吸収し前記水素発生物質との接触を促進する浸透層部材を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る本発明では、外部の水分が吸水材で吸水され、外部の水分が物質部材に浸入することを防止することができ、また、物質部材の水分が吸水材で吸収されて気体だけが外部に放出される。請求項９に係る本発明では、浸透層部材により反応用溶液を速やかに、しかも、均等に水素発生物質に接触させることができる。
【００２３】
上記目的を達成するための請求項１０に係る本発明の燃料電池システムは、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記水素が排出される経路に燃料電池の燃料極を有する室が接続され、発生した前記水素が前記燃料極に供給されることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に係る本発明では、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の水素発生装置は、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることが可能になる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムは、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成図である。
【図２】水素発生装置の要部を表す外観図である。
【図３】水素発生装置の要部を表す断面図である。
【図４】水素発生装置の要部を表す断面図である。
【図５】水素発生装置の要部を表す断面図である。
【図６】押圧ロールを通過する部位のシート材の外観図である。
【図７】水素発生体の断面図である。
【図８】両側に水素発生体を備えたシート材の断面図である。
【図９】両側に水素発生体を備えたシート材の断面図である。
【図１０】両側に水素発生体を備えたシート材の断面図である。
【図１１】水素発生体の断面図である。
【図１２】シート及び膜を構成するシート材の分解斜視図である。
【図１３】シート材を搬送させる機構の概念図である。
【図１４】本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１から図５に基づいて水素発生装置の一実施例を説明する。
【００２９】
図１には本発明の一実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図２には水素発生装置の要部を表す外観、図３から図５には水素発生装置の要部を表す断面を示してある。
【００３０】
図１に基づいて水素発生装置１の概略を説明する。
【００３１】
図１に示すように、水素発生装置１は反応室２を構成する反応容器３を備え、反応容器３の内部には、水素発生部材４が収容されている。水素発生部材４には、繰出しロール５及び移動手段としての巻取りロール６に巻回される帯状のシート材（支持部材）７が備えられている。シート材７には物質部材としての水素発生体１５が備えられ、シート材７は、繰出しロール５と巻取りロール６の間で外力付与部材としての押圧ロール８に押圧される。
【００３２】
尚、外力付与部材としては、押圧ロール８に限定されず、例えば、流通幅が狭くなる通路を設けることも可能である。また、図示例では、シート材７を押圧ロール８と受けロールとの間（一対のロールの間）に挟み込む状態を挙げているが、押圧ロール８と受け板部材との間にシート材７を挟み込む構成にすることも可能である。
【００３３】
詳細は後述するが、シート材７には、反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質（金属水素化物）を収容する物質収容部、及び、反応用溶液が貯留される液体貯留部を備えた物質部材（水素発生体１５）が長手方向に並設されている。シート材７が押圧ロール８に押圧されることにより（外力が付与されることにより）、水素発生物質に反応用溶液が接触して水素が発生し、発生した水素は反応室２に放出されて排出路９から図示しない水素消費部に供給される。
【００３４】
尚、図中の符号で１０は、排出路９に設けられた気液分離膜であり、排出路９に気体（水素）だけの流通が許容されて液体（反応用溶液）の流通が阻止される。
【００３５】
巻取りロール６は駆動モータ１１により回転が駆動制御され、駆動モータ１１は速度制御手段１２の指令により駆動制御され、所定の速度で巻取りロール６を駆動回転させる。一方、排出路９には水素発生状態検出手段としての圧力センサー１３が設けられ、圧力センサー１３の検出情報は速度制御手段１２に送られる。速度制御手段１２では、圧力センサー１３で検出された排出路９の水素圧力（水素の発生状態）に応じて駆動モータ１１に駆動指令が出力される。
【００３６】
例えば、排出路９の水素圧力が低下した場合には、巻取りロール６の回転速度を速めてシート材７の送り速度を高くし、押圧ロール８での押圧を促進して水素の発生量を増加する。逆に、排出路９の水素圧力が高い場合には、巻取りロール６の回転速度を低下させてシート材７の送り速度を低くし、押圧ロール８での押圧を抑制して水素の発生量を低くする（停止する）。
【００３７】
図２から図４に基づいて物質部材が備えられたシート材７を説明する。
【００３８】
図２には押圧ロール８を通過する部位のシート材７の外観、図３には外力が付与されていない状態の断面、図４には外力が付与された状態の断面を示してある。
【００３９】
図２に示すように、帯状のシート材７（例えば、樹脂フィルム）の上面には長手方向に所定の間隔で物質部材としての水素発生体１５が並設されている。巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、水素発生体１５が押圧ロール８に順次押圧されて潰され、潰された水素発生体１５で規定された量の水素（所望量の水素）が放出される。シート材７は、水や水蒸気を透過しないガスバリア性の高い樹脂フィルム（金属膜等を備えた樹脂フィルム）で構成されている。
【００４０】
図３に示すように、水素発生体１５は外膜１６が接着もしくは熱溶着されることで形成され、外膜１６の内側が隔壁１７により仕切られて物質収容部２１（図中右側：送り方向後側）及び液体貯留部２２（図中左側：送り方向前側）が構成されている。物質収容部２１には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部２２には反応用溶液１９が貯留されている。外膜１６は、物質収容部２１に金属水素化物１８が入れられて真空中または水素雰囲気中で接着もしくは熱溶着される。
【００４１】
液体貯留部２２に貯留される反応用溶液１９の量は、物質収容部２１に収容された金属水素化物１８の量の加水分解反応に十分な量であり、また、加水分解による水和物の生成が抑制された状態で水素が発生する量に規定されている。即ち、反応効率（水素密度）が最大となる比率で反応用溶液１９の量と金属水素化物１８の量が決められている。
【００４２】
金属水素化物１８としては、例えば、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。反応用溶液１９は金属水素化物１８の加水分解を促進する促進剤の水溶液であり、促進剤としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。
【００４３】
金属水素化物１８及び反応用溶液１９は特に限定されるものではなく、金属水素化物１８は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、反応用溶液１９は水素を発生させる溶液であれば全て適用可能である。
【００４４】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、図４に示すように、シート材７が押圧ロール８側に移動し、液体貯留部２２の外膜１６が押し潰されて隔壁１７が破断する。隔壁１７が破断することにより反応用溶液１９が物質収容部２１に浸入し、金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。水素が生成されることにより外膜１６の内部の圧力が高くなり、外膜１６が破断して生成された水素が反応室２に放出される。この外膜１６の破断は、押圧ロール８により物質収容部２１が押し潰されることによるものでも良い。
【００４５】
巻取りロール６（図１参照）によるシート材７の巻き取り速度、即ち、シート材７の移動速度を制御することにより、水素の発生量を制御することができる。前述したように、圧力センサー１３（図１参照）の検出情報に基づいてシート材７の移動速度を制御することで、押圧ロール８での押圧を促進して水素の発生量を増加したり、押圧ロール８での押圧を抑制して水素の発生量を低くすることができる。これにより、反応室２（図１参照）の内部の水素の圧力を所望の圧力に維持することができる。
【００４６】
上述した水素発生装置１は、シート材７に物質収容部２１及び液体貯留部２２からなる水素発生体１５を設け、シート材７に移動により押圧ロール８で水素発生体１５を押し潰すことで金属水素化物１８に反応用溶液１９を接触させて水素を発生させるので、所望量の水素を効率よく確実に発生させることができる。また、シート材７の移動速度を制御することで必要量の水素を容易に得ることができる。また、シート材７の姿勢に拘わらず金属水素化物１８に反応用溶液１９を接触させることができるので、使用形態に制約を受けることがない。
【００４７】
従って、上述した水素発生装置１では、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００４８】
尚、図５に示すように、水素発生体１５の物質収容部２１に浸透層部材２３を設け、反応用溶液１９を浸透層部材２３に浸透させて金属水素化物１８に接触させることも可能である。浸透層部材２３を設けることにより、隔壁１７が破断した後に速やかに反応用溶液１９を金属水素化物１８に接触させることができ、しかも、金属水素化物１８に対して反応用溶液１９を均等に接触させることができる。また、金属水素化物１８を分散（含有）させた浸透層部材２３とする、即ち、金属水素化物１８が一体状態になった浸透層部材２３とすることができ、反応用溶液１９を速やかに確実に金属水素化物１８に接触させることができる。
【００４９】
図６から図１０に基づいて水素発生体の他の実施例を説明する。
【００５０】
図６、図７に基づいてシート材の片側に水素発生体が設けられた実施例を説明する。
【００５１】
図６には片側に水素発生体を備えたシート材７の外観、図７には水素発生体の断面を示してある。尚、図２、図３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５２】
図６に示すように、帯状のシート材７の上面には長手方向に所定の間隔で物質部材としての水素発生体２５が並設されている。また、水素発生体２５を挟んでシート材７の上面には帯状の吸水シート２６が設けられている。巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、水素発生体２５が押圧ロール８に順次押圧されて潰され、潰された水素発生体２５で規定された量の水素（所望量の水素）が放出される。吸水シート２６が設けられていることにより水分（反応用溶液や水蒸気等）が吸水され、気体（水素）だけが反応室２（図１参照）に放出される。
【００５３】
図７に示すように、吸水シート２６の内側の水素発生体２５は外膜２７がシート材７に接着もしくは熱溶着されることで形成され、外膜２７の内側には隔壁となる内膜２８がシート材７に接着もしくは熱溶着されている。外膜２７と内膜２８の間は物質収容部３１とされ、内膜２８の内側が液体貯留部３２とされている。液体貯留部３２がシート材７の送り方向前側（図中左側）に配され、物質収容部３１がシート材７の送り方向後側（図中右側）に配されている。物質収容部３１には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部３２には反応用溶液１９が貯留されている。
【００５４】
外膜２７と内膜２８のシート材７の送り方向前側の部位はシート材７に対して剥がれないように一体的に固着され、内膜２８のシート材７の送り方向前側の部位はシート材７に対して所定の力（液体貯留部３２からの所定の力）で剥がれるように接着（溶着）されている。つまり、液体貯留部３２が物質収容部３１に内包され、液体貯留部３２の容器である内膜２８が隔壁となっている。
【００５５】
尚、物質収容部３１が液体貯留部３２に内包される構成とすることも可能である。また、金属水素化物１８の周囲に浸透層部材を設けることも可能である。更に、吸水シート２６を省略したり、吸水シート２６に代えて気液分離膜を備えることも可能である。
【００５６】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体２５が移動方向の前側から押し潰されて内膜２８の後側が剥がれる（破断する）。内膜２８の後側が剥がれることにより反応用溶液１９が外膜２７の内側に移動して物質収容部３１に浸入し、金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。
【００５７】
水素が生成されることにより外膜２７の内部（水素発生体２５の内部）の圧力が高く
なり、外膜２７が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出される。また、水素が生成されることにより、物質収容部３１の内部の圧力が高くなると同時に、押圧ロール８により水素発生体２５（物質収容部２１）が押し潰され、外膜２７が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出されるものでも良い。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００５８】
図８から図１０に基づいてシートの両側に水素発生体が設けられた実施例を説明する。
【００５９】
図８から図１０には両側に素発生体を備えたシート材７の断面をそれぞれ示してある。尚、図２、図３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６０】
図８に示すように、帯状のシート材７には、長手方向に所定の間隔で物質部材としての水素発生体３５が並設されている。水素発生体３５が設けられる部位のシート材７には隔壁部３６が形成されている。隔壁部３６の上側におけるシート材７には上膜３７が接着もしくは熱溶着されて液体貯留部３８が形成され、隔壁部３６の下側におけるシート材７には下膜３９が接着もしくは熱溶着されて物質収容部４０が形成されている。物質収容部４０には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部３８には反応用溶液１９が貯留されている。
【００６１】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体３５の上膜３７が押し潰されて隔壁部３６が破断する。隔壁部３６が破断することにより反応用溶液１９がシート材７の下側に移動して物質収容部４０に浸入し、金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。
【００６２】
水素が生成されることにより物質収容部４０の内部の圧力が高くなり、下膜３９が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出される。また、水素が生成されることにより物質収容部４０の内部の圧力が高くなると同時に、押圧ロール８により物質収容部４０が押し潰され、下膜３９が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出されるものでも良い。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００６３】
図９に示すように、上膜３７の内側にパンチ４１を設けることが可能である。パンチ４１を設けることにより、水素発生体３５が押圧ロール８で押し潰された際に隔壁部３６がパンチ４１により機械的に破断される。これにより、シート材７の移動に応じて隔壁部３６を確実に破断させることができる。
【００６４】
また、図１０に示すように、上膜３７の内側にカッタ４２を設けることが可能である。カッタ４２を設けることにより、水素発生体３５が押圧ロール８で押し潰された際に隔壁部３６が切断され、隔壁部３６の破断を機械的に促進する。これにより、シート材７の移動に応じて隔壁部３６を確実に破断させることができる。
【００６５】
尚、上述した例では、上膜３７の内側にパンチ４１やカッタ４２を設けた例を挙げて説明したが、押圧ロール８の外周にパンチ４１やカッタ４２を設けることも可能である。この場合、パンチ４１やカッタ４２が水素発生体３５に当接する押圧ロール８の回転位相に合わせ、反応用溶液１９が外部に漏れないように、押圧ロール８の周面に凹部を形成する等して水素発生体３５の部位を密閉する構造を採用することが好ましい。
【００６６】
図１１、図１２に基づいてシートの両側に水素発生体が設けられた構成の具体例の一例を説明する。
【００６７】
図１１には水素発生体の断面、図１２にはシート及び膜を構成するシート材の分解斜視状況を示してある。図示例の水素発生部は、図８に示した水素発生体３５を基本構成とするものであり、吸水シート及び浸透層部材を含めて設けた例を挙げて説明してある。尚、図２、図３及び図８に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６８】
図に示すように、水素発生体５０のシート材７は隔壁部３６を構成するために２枚のシート材７ａ、７ｂが重ねられて構成されている。また、下膜３９は水素を放出する流路を形成するために２枚の下膜３９ａ、３９ｂが重ねられて構成されている。
【００６９】
図８で説明したように、隔壁部３６の上側におけるシート材７には上膜３７が接着もしくは熱溶着されて液体貯留部３８が形成され、隔壁部３６の下側におけるシート材７には下膜３９が接着もしくは熱溶着されて物質収容部４０が形成され、物質収容部４０には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部３８には反応用溶液１９が貯留されている。そして、物質収容部４０には浸透層部材４５が収容され、下膜３９の下側には吸水シート４６が備えられている。
【００７０】
図１２に示すように、隔壁部３６として、シート材７の上側のシート材７ａには上開口５１が形成され、下側のシート材７ｂには下開口５２が形成され、下開口５２は上開口５１に対して長手方向で搬送方向の前側に位置して形成されている。シート材７ａ、７ｂは上開口５１と下開口５２の間が接着され、接着部５３は液体貯留部３８が押圧ロール８で押し潰された際に剥がれる接着力で接着されている。
【００７１】
また、下膜３９の上側の下膜３９ａには上放出開口５５が形成され、下側の下膜３９ｂには下放出開口５６が形成され、下放出開口５６は上放出開口５５に対して長手方向で搬送方向の後側に位置して形成されている。下膜３９ａ、３９ｂは上放出開口５５と下放出開口５６の間が接着され、接着部５７は物質収容部４０で水素が発生した際の圧力で剥がれる接着力で接着されている。
【００７２】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体５０の上膜３７が押し潰されて接着部５３が剥がされ、反応用溶液１９が上開口５１から下開口５２を経て物質収容部４０に浸入する。物質収容部４０に反応用溶液１９が浸入することにより、浸透層部材４５を介して金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。
【００７３】
水素が生成されることにより物質収容部４０の内部の圧力が高くなって接着部５７が剥がされ、水素が上放出開口５５から下放出開口５６を経て吸水シート４６を透過して反応室２（図１参照）に放出される。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００７４】
上述した水素発生体５０は、２枚のシート材７ａ、７ｂを重ねて隔壁部３６を形成するとともに、２枚の下膜３９ａ、３９ｂを重ねて水素の放出経路を形成したので、複雑な加工（所定の強度の範囲内で部分的に強度を低下させる等）を行うことなく、隔壁部３６及び水素の放出経路を形成することができる。
【００７５】
図１に示すように、上述した水素発生装置では、巻取りロール６を駆動モータ１１で駆動回転させることによりシート材７を搬送しているが、反応室２の内部の水素の圧力によりシート材７を搬送させることもできる。
【００７６】
図１３に基づいて水素の圧力によりシート材７を搬送させる機構を説明する。
【００７７】
図１３にはシート材７を搬送させる機構の概念構成を示してあり、（ａ）は反応室２の内部の圧力が高い状態、（ｂ）（ｃ）は反応室２の内部の圧力が低下した状態、（ｄ）はシート材７を搬送している状態である。尚、シート材７及び反応室２は図１から図３に示した構成を適用して示してあり、同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００７８】
反応室２にはシリンダー６１が設けられ、シリンダー６１はシート材７の搬送方向に沿って延びて配されている。シリンダー６１の一端（図中左端）は外部に開口し、シリンダー６１の他端（図中右端）は反応室２の内部に開口している。シリンダー６１の内部にはピストン６２が摺動自在に設けられ、ピストン６２は反応室２の内部と外部の圧力差によりシリンダー６１を図中左右に摺動するようになっている。ピストン６２には反応室２側に延びるピストンロッド６３が設けられている。
【００７９】
シリンダー６１とシート材７の間には移動駒６５がシート材７の搬送方向に沿って往復移動自在に備えられ、移動駒６５は引張りばね６９により図中左側に付勢保持されている。移動駒６５は引張りばね６９の付勢力に抗して図中右側端にある時にシート材７の下面に係合し、引張りばね６９の付勢力で図中左側に移動する際にシート材７を伴って移動駒６５が移動する。
【００８０】
ピストンロッド６３の先端（図中右端）には移動駒６５に係止する爪部材６６が設けられ、爪部材６６はピストンロッド６３が図中左端から図中右端に移動する際に移動駒６５に係止し、ピストン６２により図中右側に移動する際に移動駒６５を伴ってピストンロッド６３が移動する。
【００８１】
ピストン６２が図中右端に移動した際に、移動駒６５が当接して移動駒６５が爪部材６６から外されると共にシート材７の下面に係合させる案内部材６８が設けられている。つまり、ピストン６２が図中右端に移動した場合、移動駒６５が引張りばね６９の付勢力に抗してピストンロッド６３と共に図中右端に移動し、移動駒６５が案内部材６８に当接する。移動駒６５が爪部材６６から外されると同時にシート材７の下面に係合され、引張りばね６９の付勢力によりシート材７を伴って移動駒６５が図中左側に移動する。これにより、シート材７が図中左側に搬送される。
【００８２】
図１３（ａ）に示すように、反応室２の内部の水素の圧力が反応室の外部（大気圧）より高い場合、ピストン６２が図中左端に位置してピストンロッド６３の爪部材６６が移動駒６５に係止している。図１３（ｂ）に示すように、反応室２の水素が消費されて反応室２の内部の圧力が低下すると、大気圧によりピストン６２が図中右側に移動し、移動駒６５が引張りばね６９の付勢力に抗してピストンロッド６３と共に図中右側に移動する。
【００８３】
図１３（ｃ）に示すように、移動駒６５が図中右端に到達すると、案内部材６８に当接して爪部材６６から外されると同時にシート材７の下面に係合される。図１３（ｄ）に示すように、移動駒６５がピストンロッド６３の爪部材６６から外されることで、引張りばね６９の付勢力によりシート材７を伴って図中左側に移動する。これにより、シート材７が図中左側に搬送される。
【００８４】
シート材７が搬送されることにより水素発生体１５が押圧ロール８で押し潰されて水素が発生し、反応室２の圧力が大気圧よりも高くなる。反応室２の内部の圧力が上昇すると、ピストン６２が図中右側に移動し、ピストンロッド６３の爪部材６６が移動駒６５に係止して図１３（ａ）の状態に戻る。以降、水素の消費と発生とが繰り返され、水素の圧力の変動によりシート材７が搬送される。
【００８５】
このため、電力などの駆動源や電気的な制御手段を用いることなく、水素の発生状況により必要に応じた時期に（速度で）シート材７を搬送することが可能になる。
【００８６】
尚、水素の発生状況によりピストン６２の往復移動を移動駒６５の往復移動としてシート材７を搬送させる例を挙げて説明したが、ラックギヤ及びピニオンギヤを介してピストン６２の往復移動を回転動に変換してシート材７を搬送させることも可能である。
【００８７】
図１４に基づいて本発明の燃料電池システムを説明する。図１４には本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体の状況を示してある。
【００８８】
図示の燃料電池システムは、図１に示した水素発生装置１を燃料電池７０に接続したシステムである。即ち、燃料電池７０には燃料極室７２が備えられ、燃料極室７２は燃料電池セル７１の燃料極に接する空間を構成している。燃料極室７２には水素発生装置１の排出路９が接続されている。水素発生装置１で発生した水素は排出路９から燃料極室７２に送液され、燃料極での燃料電池反応で消費される。
【００８９】
上述した燃料電池設システムは、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることができる水素発生装置１を備えた燃料電池システムとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、水素発生装置の産業分野で利用することができる。
【００９１】
また、本発明は、水素発生装置を備えた燃料電池システムの産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 水素発生装置
２ 反応室
３ 反応容器
４ 水素発生部
５ 繰出しロール
６ 巻取りロール
７ シート材
８ 押圧ロール
９ 排出路
１０ 気液分離膜
１１ 駆動モータ
１２ 速度制御手段
１３ 圧力センサー
１５、２５、３５ 水素発生体
１６、２７ 外膜
１７ 隔壁
１８ 金属水素化物
１９ 反応用溶液
２１、３１、４０ 物質収容部
２２、３２、３８ 液体貯留部
２３、４５ 浸透層部材
２６、４６ 吸水シート
２８ 内膜
３６ 隔壁部
３７ 上膜
３９ 下膜
４１ パンチ
４２ カッタ
５１ 上開口
５２ 下開口
５３、５７ 接着部
５５ 上放出開口
５６ 下放出開口
６１ シリンダー
６２ ピストン
６３ ピストンロッド
６５ 移動駒
６６ 爪部材
６８ 案内部材
６９ 引張りばね
７０ 燃料電池
７１ 電池セル
７２ 燃料極室
【技術分野】
【０００１】
本発明は水素発生装置及び水素発生装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池は、固体高分子電解質膜を挟んでアノードとカソードを有する発電部のアノード側に例えば水素ガスやメタノール等の燃料流体と、カソード側に酸化用流体例えば酸素や空気を供給し電気化学反応により電力を発生する。
【０００３】
水素ガスを燃料とする場合の水素を低エネルギーで得る方法として、ケミカルハイドライドと呼ばれる金属水素化物を加水分解する方法が知られている。ケミカルハイドライドとして、例えば金属水素化物の一種である水素化ホウ素リチウムや水素化ホウ素ナトリウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化アルミニウムナトリウムがある。
【０００４】
金属水素化物を加水分解して水素を得る場合、加水分解により生成される生成物は水和性を有するため、反応式で理論上必要とされる量よりも多量の水が必要となり、水を供給するためのスペースが多くなってしまう。このため、金属水素化物を微粉化し、微粉化した金属水素化物に水蒸気を反応させることで、水素を発生させる技術が従来から提案されている（例えば、特許文献１参照）。これにより、必要最小限の量の水により水素を発生させて無駄な水の供給をなくすことができる。
【０００５】
しかし、金属水素化物を微粉化する装置及び水蒸気を発生させる装置、微粉化した金属水素化物及び水蒸気を供給する機構が必要であり、構造が複雑になって大型化が避けられない技術であった。このため、小型化を必要とする機器に適用するには向かない技術であるといえる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００２−１３７９０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることができる水素発生装置を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は上記状況に鑑みてなされたもので、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するための請求項１に係る本発明の水素発生装置は、反応用溶液と反応して水素を発生する水素発生物質を収容するする物質収容部、及び、前記反応用溶液が貯留される液体貯留部を備えた物質部材と、前記物質部材が保持される支持部材と、前記物質部材に対して外力を付与して前記水素発生物質に前記反応用溶液を接触させる外力付与部材と、前記外力付与部材に対して前記支持部材を相対的に移動させることで物質部材に外力を付与させる移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１０】
請求項１に係る本発明では、外力付与部材に対して支持部材を移動手段により相対的に移動させる過程で、外力付与部材により物質部材に外力を付与し、水素発生物質に反応用溶液を接触させて水素を発生させるので、外力が付与された物質部材の水素発生物質により独立して水素を発生させることができる。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることが可能になる。
【００１１】
そして、請求項２に係る本発明の水素発生装置は、請求項１に記載の水素発生装置において、前記支持部材は帯状であり、前記物質部材を長手方向に複数保持し、前記外力付与部材に対して移動自在に備えられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項２に係る本発明では、帯状の支持部材を移動させることで複数の物質部材に対し順次外力が付与され、支持部材の移動により所望量の水素を発生させることができる。
【００１３】
また、請求項３に係る本発明の水素発生装置は、請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置において、前記物質部材は、前記物質収容部または前記液体貯留部のいずれか一方が他方に内包され、内包される側の前記物質収容部または前記液体貯留部の容器が前記物質収容部と前記液体貯留部とを隔てる隔壁となり、前記外力付与部材は、前記物質部材に対して外力を付与して前記隔壁を破断することを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る本発明では、物質部材に対し外力が付与されて隔壁が破断されることで物質収容部または液体貯留部の容器が破断され、水素発生物質に反応用溶液を接触させることができる。
【００１５】
また、請求項４に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記水素発生物質に前記反応用溶液が接触することにより発生した前記水素の発生状態を検出する水素発生状態検出手段と、前記水素発生状態検出手段で検出された前記水素の発生状況に応じて前記移動手段を制御し、前記支持部材の前記外力付与部材に対する相対的な移動速度を制御する速度制御手段とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
請求項４に係る本発明では、水素の発生状態により支持部材の外力付与部材に対する相対的な移動速度を制御するので、水素の発生状態に応じて水素発生量を制御することができる。
【００１７】
また、請求項５に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記移動手段は、発生した前記水素の発生圧力が動作源であることを特徴とする。
【００１８】
請求項５に係る本発明では、発生した水素の発生圧力が移動手段の動作源となっているので、外部の動力源を用いることなく支持部材を外力付与部材に対して相対的に移動させることができる。
【００１９】
また、請求項６に係る本発明の水素発生装置は、請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の水素発生装置において、帯状の前記支持部材は、繰出しロールに巻回されて繰出されて巻取りロールに巻き取られ、前記外力付与部材は、前記繰出しロールと前記巻取りロールとの間で前記支持部材を押圧する押圧ロールであることを特徴とする。また、請求項７に係る本発明の水素発生装置は、前記移動手段は、前記巻取りロールを回転させる回転駆動手段であることを特徴とする。
【００２０】
請求項６、請求項７に係る本発明では、繰出しロールから繰出されて巻取りロールに支持部材が巻き取られる過程で支持部材が押圧ロールで押圧され、水素発生物質に反応用溶液を接触させて水素を発生させることができる。
【００２１】
また、請求項８に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記物質部材は、水分を吸収する吸水材を備えることを特徴とする。また、請求項９に係る本発明の水素発生装置は、請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の水素発生装置において、前記物質収容部に、前記反応用溶液を吸収し前記水素発生物質との接触を促進する浸透層部材を備えることを特徴とする。
【００２２】
請求項８に係る本発明では、外部の水分が吸水材で吸水され、外部の水分が物質部材に浸入することを防止することができ、また、物質部材の水分が吸水材で吸収されて気体だけが外部に放出される。請求項９に係る本発明では、浸透層部材により反応用溶液を速やかに、しかも、均等に水素発生物質に接触させることができる。
【００２３】
上記目的を達成するための請求項１０に係る本発明の燃料電池システムは、請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記水素が排出される経路に燃料電池の燃料極を有する室が接続され、発生した前記水素が前記燃料極に供給されることを特徴とする。
【００２４】
請求項１０に係る本発明では、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。
【発明の効果】
【００２５】
本発明の水素発生装置は、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることが可能になる。
【００２６】
また、本発明の燃料電池システムは、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を的確に発生させることができる水素発生装置を備えた燃料電池システムとすることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成図である。
【図２】水素発生装置の要部を表す外観図である。
【図３】水素発生装置の要部を表す断面図である。
【図４】水素発生装置の要部を表す断面図である。
【図５】水素発生装置の要部を表す断面図である。
【図６】押圧ロールを通過する部位のシート材の外観図である。
【図７】水素発生体の断面図である。
【図８】両側に水素発生体を備えたシート材の断面図である。
【図９】両側に水素発生体を備えたシート材の断面図である。
【図１０】両側に水素発生体を備えたシート材の断面図である。
【図１１】水素発生体の断面図である。
【図１２】シート及び膜を構成するシート材の分解斜視図である。
【図１３】シート材を搬送させる機構の概念図である。
【図１４】本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図１から図５に基づいて水素発生装置の一実施例を説明する。
【００２９】
図１には本発明の一実施例に係る水素発生装置の全体の概略構成、図２には水素発生装置の要部を表す外観、図３から図５には水素発生装置の要部を表す断面を示してある。
【００３０】
図１に基づいて水素発生装置１の概略を説明する。
【００３１】
図１に示すように、水素発生装置１は反応室２を構成する反応容器３を備え、反応容器３の内部には、水素発生部材４が収容されている。水素発生部材４には、繰出しロール５及び移動手段としての巻取りロール６に巻回される帯状のシート材（支持部材）７が備えられている。シート材７には物質部材としての水素発生体１５が備えられ、シート材７は、繰出しロール５と巻取りロール６の間で外力付与部材としての押圧ロール８に押圧される。
【００３２】
尚、外力付与部材としては、押圧ロール８に限定されず、例えば、流通幅が狭くなる通路を設けることも可能である。また、図示例では、シート材７を押圧ロール８と受けロールとの間（一対のロールの間）に挟み込む状態を挙げているが、押圧ロール８と受け板部材との間にシート材７を挟み込む構成にすることも可能である。
【００３３】
詳細は後述するが、シート材７には、反応用溶液と反応して水素を生成する水素発生物質（金属水素化物）を収容する物質収容部、及び、反応用溶液が貯留される液体貯留部を備えた物質部材（水素発生体１５）が長手方向に並設されている。シート材７が押圧ロール８に押圧されることにより（外力が付与されることにより）、水素発生物質に反応用溶液が接触して水素が発生し、発生した水素は反応室２に放出されて排出路９から図示しない水素消費部に供給される。
【００３４】
尚、図中の符号で１０は、排出路９に設けられた気液分離膜であり、排出路９に気体（水素）だけの流通が許容されて液体（反応用溶液）の流通が阻止される。
【００３５】
巻取りロール６は駆動モータ１１により回転が駆動制御され、駆動モータ１１は速度制御手段１２の指令により駆動制御され、所定の速度で巻取りロール６を駆動回転させる。一方、排出路９には水素発生状態検出手段としての圧力センサー１３が設けられ、圧力センサー１３の検出情報は速度制御手段１２に送られる。速度制御手段１２では、圧力センサー１３で検出された排出路９の水素圧力（水素の発生状態）に応じて駆動モータ１１に駆動指令が出力される。
【００３６】
例えば、排出路９の水素圧力が低下した場合には、巻取りロール６の回転速度を速めてシート材７の送り速度を高くし、押圧ロール８での押圧を促進して水素の発生量を増加する。逆に、排出路９の水素圧力が高い場合には、巻取りロール６の回転速度を低下させてシート材７の送り速度を低くし、押圧ロール８での押圧を抑制して水素の発生量を低くする（停止する）。
【００３７】
図２から図４に基づいて物質部材が備えられたシート材７を説明する。
【００３８】
図２には押圧ロール８を通過する部位のシート材７の外観、図３には外力が付与されていない状態の断面、図４には外力が付与された状態の断面を示してある。
【００３９】
図２に示すように、帯状のシート材７（例えば、樹脂フィルム）の上面には長手方向に所定の間隔で物質部材としての水素発生体１５が並設されている。巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、水素発生体１５が押圧ロール８に順次押圧されて潰され、潰された水素発生体１５で規定された量の水素（所望量の水素）が放出される。シート材７は、水や水蒸気を透過しないガスバリア性の高い樹脂フィルム（金属膜等を備えた樹脂フィルム）で構成されている。
【００４０】
図３に示すように、水素発生体１５は外膜１６が接着もしくは熱溶着されることで形成され、外膜１６の内側が隔壁１７により仕切られて物質収容部２１（図中右側：送り方向後側）及び液体貯留部２２（図中左側：送り方向前側）が構成されている。物質収容部２１には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部２２には反応用溶液１９が貯留されている。外膜１６は、物質収容部２１に金属水素化物１８が入れられて真空中または水素雰囲気中で接着もしくは熱溶着される。
【００４１】
液体貯留部２２に貯留される反応用溶液１９の量は、物質収容部２１に収容された金属水素化物１８の量の加水分解反応に十分な量であり、また、加水分解による水和物の生成が抑制された状態で水素が発生する量に規定されている。即ち、反応効率（水素密度）が最大となる比率で反応用溶液１９の量と金属水素化物１８の量が決められている。
【００４２】
金属水素化物１８としては、例えば、水素化ホウ素塩、水素化アルミニウム塩、水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム等が挙げられ、特に、水素化ホウ素ナトリウムが好ましい。反応用溶液１９は金属水素化物１８の加水分解を促進する促進剤の水溶液であり、促進剤としては、例えば、硫酸、リンゴ酸、クエン酸水等が挙げられ、特に、リンゴ酸が好ましい。
【００４３】
金属水素化物１８及び反応用溶液１９は特に限定されるものではなく、金属水素化物１８は加水分解型の金属水素化物であれば全て適用可能であり、反応用溶液１９は水素を発生させる溶液であれば全て適用可能である。
【００４４】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、図４に示すように、シート材７が押圧ロール８側に移動し、液体貯留部２２の外膜１６が押し潰されて隔壁１７が破断する。隔壁１７が破断することにより反応用溶液１９が物質収容部２１に浸入し、金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。水素が生成されることにより外膜１６の内部の圧力が高くなり、外膜１６が破断して生成された水素が反応室２に放出される。この外膜１６の破断は、押圧ロール８により物質収容部２１が押し潰されることによるものでも良い。
【００４５】
巻取りロール６（図１参照）によるシート材７の巻き取り速度、即ち、シート材７の移動速度を制御することにより、水素の発生量を制御することができる。前述したように、圧力センサー１３（図１参照）の検出情報に基づいてシート材７の移動速度を制御することで、押圧ロール８での押圧を促進して水素の発生量を増加したり、押圧ロール８での押圧を抑制して水素の発生量を低くすることができる。これにより、反応室２（図１参照）の内部の水素の圧力を所望の圧力に維持することができる。
【００４６】
上述した水素発生装置１は、シート材７に物質収容部２１及び液体貯留部２２からなる水素発生体１５を設け、シート材７に移動により押圧ロール８で水素発生体１５を押し潰すことで金属水素化物１８に反応用溶液１９を接触させて水素を発生させるので、所望量の水素を効率よく確実に発生させることができる。また、シート材７の移動速度を制御することで必要量の水素を容易に得ることができる。また、シート材７の姿勢に拘わらず金属水素化物１８に反応用溶液１９を接触させることができるので、使用形態に制約を受けることがない。
【００４７】
従って、上述した水素発生装置１では、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００４８】
尚、図５に示すように、水素発生体１５の物質収容部２１に浸透層部材２３を設け、反応用溶液１９を浸透層部材２３に浸透させて金属水素化物１８に接触させることも可能である。浸透層部材２３を設けることにより、隔壁１７が破断した後に速やかに反応用溶液１９を金属水素化物１８に接触させることができ、しかも、金属水素化物１８に対して反応用溶液１９を均等に接触させることができる。また、金属水素化物１８を分散（含有）させた浸透層部材２３とする、即ち、金属水素化物１８が一体状態になった浸透層部材２３とすることができ、反応用溶液１９を速やかに確実に金属水素化物１８に接触させることができる。
【００４９】
図６から図１０に基づいて水素発生体の他の実施例を説明する。
【００５０】
図６、図７に基づいてシート材の片側に水素発生体が設けられた実施例を説明する。
【００５１】
図６には片側に水素発生体を備えたシート材７の外観、図７には水素発生体の断面を示してある。尚、図２、図３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００５２】
図６に示すように、帯状のシート材７の上面には長手方向に所定の間隔で物質部材としての水素発生体２５が並設されている。また、水素発生体２５を挟んでシート材７の上面には帯状の吸水シート２６が設けられている。巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、水素発生体２５が押圧ロール８に順次押圧されて潰され、潰された水素発生体２５で規定された量の水素（所望量の水素）が放出される。吸水シート２６が設けられていることにより水分（反応用溶液や水蒸気等）が吸水され、気体（水素）だけが反応室２（図１参照）に放出される。
【００５３】
図７に示すように、吸水シート２６の内側の水素発生体２５は外膜２７がシート材７に接着もしくは熱溶着されることで形成され、外膜２７の内側には隔壁となる内膜２８がシート材７に接着もしくは熱溶着されている。外膜２７と内膜２８の間は物質収容部３１とされ、内膜２８の内側が液体貯留部３２とされている。液体貯留部３２がシート材７の送り方向前側（図中左側）に配され、物質収容部３１がシート材７の送り方向後側（図中右側）に配されている。物質収容部３１には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部３２には反応用溶液１９が貯留されている。
【００５４】
外膜２７と内膜２８のシート材７の送り方向前側の部位はシート材７に対して剥がれないように一体的に固着され、内膜２８のシート材７の送り方向前側の部位はシート材７に対して所定の力（液体貯留部３２からの所定の力）で剥がれるように接着（溶着）されている。つまり、液体貯留部３２が物質収容部３１に内包され、液体貯留部３２の容器である内膜２８が隔壁となっている。
【００５５】
尚、物質収容部３１が液体貯留部３２に内包される構成とすることも可能である。また、金属水素化物１８の周囲に浸透層部材を設けることも可能である。更に、吸水シート２６を省略したり、吸水シート２６に代えて気液分離膜を備えることも可能である。
【００５６】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体２５が移動方向の前側から押し潰されて内膜２８の後側が剥がれる（破断する）。内膜２８の後側が剥がれることにより反応用溶液１９が外膜２７の内側に移動して物質収容部３１に浸入し、金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。
【００５７】
水素が生成されることにより外膜２７の内部（水素発生体２５の内部）の圧力が高く
なり、外膜２７が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出される。また、水素が生成されることにより、物質収容部３１の内部の圧力が高くなると同時に、押圧ロール８により水素発生体２５（物質収容部２１）が押し潰され、外膜２７が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出されるものでも良い。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００５８】
図８から図１０に基づいてシートの両側に水素発生体が設けられた実施例を説明する。
【００５９】
図８から図１０には両側に素発生体を備えたシート材７の断面をそれぞれ示してある。尚、図２、図３に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６０】
図８に示すように、帯状のシート材７には、長手方向に所定の間隔で物質部材としての水素発生体３５が並設されている。水素発生体３５が設けられる部位のシート材７には隔壁部３６が形成されている。隔壁部３６の上側におけるシート材７には上膜３７が接着もしくは熱溶着されて液体貯留部３８が形成され、隔壁部３６の下側におけるシート材７には下膜３９が接着もしくは熱溶着されて物質収容部４０が形成されている。物質収容部４０には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部３８には反応用溶液１９が貯留されている。
【００６１】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体３５の上膜３７が押し潰されて隔壁部３６が破断する。隔壁部３６が破断することにより反応用溶液１９がシート材７の下側に移動して物質収容部４０に浸入し、金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。
【００６２】
水素が生成されることにより物質収容部４０の内部の圧力が高くなり、下膜３９が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出される。また、水素が生成されることにより物質収容部４０の内部の圧力が高くなると同時に、押圧ロール８により物質収容部４０が押し潰され、下膜３９が破断して（端部が剥がれて）生成された水素が反応室２（図１参照）に放出されるものでも良い。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００６３】
図９に示すように、上膜３７の内側にパンチ４１を設けることが可能である。パンチ４１を設けることにより、水素発生体３５が押圧ロール８で押し潰された際に隔壁部３６がパンチ４１により機械的に破断される。これにより、シート材７の移動に応じて隔壁部３６を確実に破断させることができる。
【００６４】
また、図１０に示すように、上膜３７の内側にカッタ４２を設けることが可能である。カッタ４２を設けることにより、水素発生体３５が押圧ロール８で押し潰された際に隔壁部３６が切断され、隔壁部３６の破断を機械的に促進する。これにより、シート材７の移動に応じて隔壁部３６を確実に破断させることができる。
【００６５】
尚、上述した例では、上膜３７の内側にパンチ４１やカッタ４２を設けた例を挙げて説明したが、押圧ロール８の外周にパンチ４１やカッタ４２を設けることも可能である。この場合、パンチ４１やカッタ４２が水素発生体３５に当接する押圧ロール８の回転位相に合わせ、反応用溶液１９が外部に漏れないように、押圧ロール８の周面に凹部を形成する等して水素発生体３５の部位を密閉する構造を採用することが好ましい。
【００６６】
図１１、図１２に基づいてシートの両側に水素発生体が設けられた構成の具体例の一例を説明する。
【００６７】
図１１には水素発生体の断面、図１２にはシート及び膜を構成するシート材の分解斜視状況を示してある。図示例の水素発生部は、図８に示した水素発生体３５を基本構成とするものであり、吸水シート及び浸透層部材を含めて設けた例を挙げて説明してある。尚、図２、図３及び図８に示した部材と同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００６８】
図に示すように、水素発生体５０のシート材７は隔壁部３６を構成するために２枚のシート材７ａ、７ｂが重ねられて構成されている。また、下膜３９は水素を放出する流路を形成するために２枚の下膜３９ａ、３９ｂが重ねられて構成されている。
【００６９】
図８で説明したように、隔壁部３６の上側におけるシート材７には上膜３７が接着もしくは熱溶着されて液体貯留部３８が形成され、隔壁部３６の下側におけるシート材７には下膜３９が接着もしくは熱溶着されて物質収容部４０が形成され、物質収容部４０には金属水素化物１８が収容され、液体貯留部３８には反応用溶液１９が貯留されている。そして、物質収容部４０には浸透層部材４５が収容され、下膜３９の下側には吸水シート４６が備えられている。
【００７０】
図１２に示すように、隔壁部３６として、シート材７の上側のシート材７ａには上開口５１が形成され、下側のシート材７ｂには下開口５２が形成され、下開口５２は上開口５１に対して長手方向で搬送方向の前側に位置して形成されている。シート材７ａ、７ｂは上開口５１と下開口５２の間が接着され、接着部５３は液体貯留部３８が押圧ロール８で押し潰された際に剥がれる接着力で接着されている。
【００７１】
また、下膜３９の上側の下膜３９ａには上放出開口５５が形成され、下側の下膜３９ｂには下放出開口５６が形成され、下放出開口５６は上放出開口５５に対して長手方向で搬送方向の後側に位置して形成されている。下膜３９ａ、３９ｂは上放出開口５５と下放出開口５６の間が接着され、接着部５７は物質収容部４０で水素が発生した際の圧力で剥がれる接着力で接着されている。
【００７２】
巻取りロール６（図１参照）でシート材７が巻き取られることにより、シート材７が押圧ロール８側に移動し、水素発生体５０の上膜３７が押し潰されて接着部５３が剥がされ、反応用溶液１９が上開口５１から下開口５２を経て物質収容部４０に浸入する。物質収容部４０に反応用溶液１９が浸入することにより、浸透層部材４５を介して金属水素化物１８に反応用溶液１９が接触して水素の発生反応が生じて水素が生成される。
【００７３】
水素が生成されることにより物質収容部４０の内部の圧力が高くなって接着部５７が剥がされ、水素が上放出開口５５から下放出開口５６を経て吸水シート４６を透過して反応室２（図１参照）に放出される。このため、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることが可能になる。
【００７４】
上述した水素発生体５０は、２枚のシート材７ａ、７ｂを重ねて隔壁部３６を形成するとともに、２枚の下膜３９ａ、３９ｂを重ねて水素の放出経路を形成したので、複雑な加工（所定の強度の範囲内で部分的に強度を低下させる等）を行うことなく、隔壁部３６及び水素の放出経路を形成することができる。
【００７５】
図１に示すように、上述した水素発生装置では、巻取りロール６を駆動モータ１１で駆動回転させることによりシート材７を搬送しているが、反応室２の内部の水素の圧力によりシート材７を搬送させることもできる。
【００７６】
図１３に基づいて水素の圧力によりシート材７を搬送させる機構を説明する。
【００７７】
図１３にはシート材７を搬送させる機構の概念構成を示してあり、（ａ）は反応室２の内部の圧力が高い状態、（ｂ）（ｃ）は反応室２の内部の圧力が低下した状態、（ｄ）はシート材７を搬送している状態である。尚、シート材７及び反応室２は図１から図３に示した構成を適用して示してあり、同一部材には同一符号を付して重複する説明は省略してある。
【００７８】
反応室２にはシリンダー６１が設けられ、シリンダー６１はシート材７の搬送方向に沿って延びて配されている。シリンダー６１の一端（図中左端）は外部に開口し、シリンダー６１の他端（図中右端）は反応室２の内部に開口している。シリンダー６１の内部にはピストン６２が摺動自在に設けられ、ピストン６２は反応室２の内部と外部の圧力差によりシリンダー６１を図中左右に摺動するようになっている。ピストン６２には反応室２側に延びるピストンロッド６３が設けられている。
【００７９】
シリンダー６１とシート材７の間には移動駒６５がシート材７の搬送方向に沿って往復移動自在に備えられ、移動駒６５は引張りばね６９により図中左側に付勢保持されている。移動駒６５は引張りばね６９の付勢力に抗して図中右側端にある時にシート材７の下面に係合し、引張りばね６９の付勢力で図中左側に移動する際にシート材７を伴って移動駒６５が移動する。
【００８０】
ピストンロッド６３の先端（図中右端）には移動駒６５に係止する爪部材６６が設けられ、爪部材６６はピストンロッド６３が図中左端から図中右端に移動する際に移動駒６５に係止し、ピストン６２により図中右側に移動する際に移動駒６５を伴ってピストンロッド６３が移動する。
【００８１】
ピストン６２が図中右端に移動した際に、移動駒６５が当接して移動駒６５が爪部材６６から外されると共にシート材７の下面に係合させる案内部材６８が設けられている。つまり、ピストン６２が図中右端に移動した場合、移動駒６５が引張りばね６９の付勢力に抗してピストンロッド６３と共に図中右端に移動し、移動駒６５が案内部材６８に当接する。移動駒６５が爪部材６６から外されると同時にシート材７の下面に係合され、引張りばね６９の付勢力によりシート材７を伴って移動駒６５が図中左側に移動する。これにより、シート材７が図中左側に搬送される。
【００８２】
図１３（ａ）に示すように、反応室２の内部の水素の圧力が反応室の外部（大気圧）より高い場合、ピストン６２が図中左端に位置してピストンロッド６３の爪部材６６が移動駒６５に係止している。図１３（ｂ）に示すように、反応室２の水素が消費されて反応室２の内部の圧力が低下すると、大気圧によりピストン６２が図中右側に移動し、移動駒６５が引張りばね６９の付勢力に抗してピストンロッド６３と共に図中右側に移動する。
【００８３】
図１３（ｃ）に示すように、移動駒６５が図中右端に到達すると、案内部材６８に当接して爪部材６６から外されると同時にシート材７の下面に係合される。図１３（ｄ）に示すように、移動駒６５がピストンロッド６３の爪部材６６から外されることで、引張りばね６９の付勢力によりシート材７を伴って図中左側に移動する。これにより、シート材７が図中左側に搬送される。
【００８４】
シート材７が搬送されることにより水素発生体１５が押圧ロール８で押し潰されて水素が発生し、反応室２の圧力が大気圧よりも高くなる。反応室２の内部の圧力が上昇すると、ピストン６２が図中右側に移動し、ピストンロッド６３の爪部材６６が移動駒６５に係止して図１３（ａ）の状態に戻る。以降、水素の消費と発生とが繰り返され、水素の圧力の変動によりシート材７が搬送される。
【００８５】
このため、電力などの駆動源や電気的な制御手段を用いることなく、水素の発生状況により必要に応じた時期に（速度で）シート材７を搬送することが可能になる。
【００８６】
尚、水素の発生状況によりピストン６２の往復移動を移動駒６５の往復移動としてシート材７を搬送させる例を挙げて説明したが、ラックギヤ及びピニオンギヤを介してピストン６２の往復移動を回転動に変換してシート材７を搬送させることも可能である。
【００８７】
図１４に基づいて本発明の燃料電池システムを説明する。図１４には本発明の一実施例に係る燃料電池システムの全体の状況を示してある。
【００８８】
図示の燃料電池システムは、図１に示した水素発生装置１を燃料電池７０に接続したシステムである。即ち、燃料電池７０には燃料極室７２が備えられ、燃料極室７２は燃料電池セル７１の燃料極に接する空間を構成している。燃料極室７２には水素発生装置１の排出路９が接続されている。水素発生装置１で発生した水素は排出路９から燃料極室７２に送液され、燃料極での燃料電池反応で消費される。
【００８９】
上述した燃料電池設システムは、大掛かりな機構を要さずに必要量の水素を確実に発生させることができる水素発生装置１を備えた燃料電池システムとなる。
【産業上の利用可能性】
【００９０】
本発明は、水素発生装置の産業分野で利用することができる。
【００９１】
また、本発明は、水素発生装置を備えた燃料電池システムの産業分野で利用することができる。
【符号の説明】
【００９２】
１ 水素発生装置
２ 反応室
３ 反応容器
４ 水素発生部
５ 繰出しロール
６ 巻取りロール
７ シート材
８ 押圧ロール
９ 排出路
１０ 気液分離膜
１１ 駆動モータ
１２ 速度制御手段
１３ 圧力センサー
１５、２５、３５ 水素発生体
１６、２７ 外膜
１７ 隔壁
１８ 金属水素化物
１９ 反応用溶液
２１、３１、４０ 物質収容部
２２、３２、３８ 液体貯留部
２３、４５ 浸透層部材
２６、４６ 吸水シート
２８ 内膜
３６ 隔壁部
３７ 上膜
３９ 下膜
４１ パンチ
４２ カッタ
５１ 上開口
５２ 下開口
５３、５７ 接着部
５５ 上放出開口
５６ 下放出開口
６１ シリンダー
６２ ピストン
６３ ピストンロッド
６５ 移動駒
６６ 爪部材
６８ 案内部材
６９ 引張りばね
７０ 燃料電池
７１ 電池セル
７２ 燃料極室
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応用溶液と反応して水素を発生する水素発生物質を収容する物質収容部、及び、前記反応用溶液が貯留される液体貯留部を備えた物質部材と、
前記物質部材が保持される支持部材と、
前記物質部材に対して外力を付与して前記水素発生物質に前記反応用溶液を接触させる外力付与部材と、
前記外力付与部材に対して前記支持部材を相対的に移動させることで物質部材に外力を付与させる移動手段とを備える
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素発生装置において、
前記支持部材は、帯状であり前記物質部材を長手方向に複数保持し、前記外力付与部材に対して長手方向に移動自在に備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置において、
前記物質部材は、前記物質収容部または前記液体貯留部のいずれか一方が他方に内包され、
内包される側の前記物質収容部または前記液体貯留部の容器が前記物質収容部と前記液体貯留部とを隔てる隔壁となり、
前記外力付与部材は前記物質部材に対して外力を付与して前記隔壁を破断する
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記水素発生物質に前記反応用溶液が接触することにより発生した前記水素の発生状態を検出する水素発生状態検出手段と、
前記水素発生状態検出手段で検出された前記水素の発生状況に応じて前記移動手段を制御し、前記支持部材の前記外力付与部材に対する相対的な移動速度を制御する速度制御手段とを備えた
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記移動手段は、発生した前記水素の発生圧力が動作源である
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
帯状の前記支持部材は、繰出しロールに巻回されて繰出されて巻取りロールに巻き取られ、
前記外力付与部材は、前記繰出しロールと前記巻取りロールとの間で前記支持部材を押圧する押圧ロールである
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水素発生装置において、
前記移動手段は、前記巻取りロールを回転させる回転駆動手段である
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記物質部材は、水分を吸収する吸水材を備える
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記物質収容部に、前記反応用溶液を吸収し前記水素発生物質との接触を促進する浸透層部材を備える
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記水素が排出される経路に燃料電池の燃料極を有する室が接続され、発生した前記水素が前記燃料極に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【請求項１】
反応用溶液と反応して水素を発生する水素発生物質を収容する物質収容部、及び、前記反応用溶液が貯留される液体貯留部を備えた物質部材と、
前記物質部材が保持される支持部材と、
前記物質部材に対して外力を付与して前記水素発生物質に前記反応用溶液を接触させる外力付与部材と、
前記外力付与部材に対して前記支持部材を相対的に移動させることで物質部材に外力を付与させる移動手段とを備える
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
請求項１に記載の水素発生装置において、
前記支持部材は、帯状であり前記物質部材を長手方向に複数保持し、前記外力付与部材に対して長手方向に移動自在に備えられている
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項３】
請求項１もしくは請求項２に記載の水素発生装置において、
前記物質部材は、前記物質収容部または前記液体貯留部のいずれか一方が他方に内包され、
内包される側の前記物質収容部または前記液体貯留部の容器が前記物質収容部と前記液体貯留部とを隔てる隔壁となり、
前記外力付与部材は前記物質部材に対して外力を付与して前記隔壁を破断する
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記水素発生物質に前記反応用溶液が接触することにより発生した前記水素の発生状態を検出する水素発生状態検出手段と、
前記水素発生状態検出手段で検出された前記水素の発生状況に応じて前記移動手段を制御し、前記支持部材の前記外力付与部材に対する相対的な移動速度を制御する速度制御手段とを備えた
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記移動手段は、発生した前記水素の発生圧力が動作源である
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項６】
請求項２から請求項５のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
帯状の前記支持部材は、繰出しロールに巻回されて繰出されて巻取りロールに巻き取られ、
前記外力付与部材は、前記繰出しロールと前記巻取りロールとの間で前記支持部材を押圧する押圧ロールである
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項７】
請求項６に記載の水素発生装置において、
前記移動手段は、前記巻取りロールを回転させる回転駆動手段である
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記物質部材は、水分を吸収する吸水材を備える
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項９】
請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の水素発生装置において、
前記物質収容部に、前記反応用溶液を吸収し前記水素発生物質との接触を促進する浸透層部材を備える
ことを特徴とする水素発生装置。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の水素発生装置の前記水素が排出される経路に燃料電池の燃料極を有する室が接続され、発生した前記水素が前記燃料極に供給されることを特徴とする燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公開番号】特開２０１２−１６６９８２（Ｐ２０１２−１６６９８２Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２９２００（Ｐ２０１１−２９２００）
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月１４日（２０１１．２．１４）
【出願人】（０００００２３２５）セイコーインスツル株式会社 (3,629)
【Ｆターム（参考）】
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