水素発生装置
【課題】構造が簡素であり、小型化も可能な水素発生装置を提供する。
【解決手段】固体の水素発生剤１１と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、反応液との反応により水素を発生する水素発生剤１１と、その水素発生剤１１を収容する発生剤収容部１と、反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部２と、発生剤収容部１の外側に設けられ、発生剤収容部１との間の空間３ａに反応液貯留部２の反応液が充填される反応液収容容器３と、反応液収容容器３に充填された反応液を発生剤収容部１へ供給可能な吸水体４と、発生剤収容部１にて発生した水素を反応液収容容器３の外部へ供給するための水素供給孔５と、を備え、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することで、反応液収容容器３の容器底面に形成された反応液通路３２ｂを介して空間３ａに反応液が充填される。
【解決手段】固体の水素発生剤１１と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、反応液との反応により水素を発生する水素発生剤１１と、その水素発生剤１１を収容する発生剤収容部１と、反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部２と、発生剤収容部１の外側に設けられ、発生剤収容部１との間の空間３ａに反応液貯留部２の反応液が充填される反応液収容容器３と、反応液収容容器３に充填された反応液を発生剤収容部１へ供給可能な吸水体４と、発生剤収容部１にて発生した水素を反応液収容容器３の外部へ供給するための水素供給孔５と、を備え、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することで、反応液収容容器３の容器底面に形成された反応液通路３２ｂを介して空間３ａに反応液が充填される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置に関し、特に燃料電池に供給する水素を発生させるための技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
固体の水素発生剤と反応液を反応させて水素を発生させる水素発生装置としては、例えば、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の水素発生装置は、水素発生剤に反応液を供給する小型液体供給装置を備えており、この小型液体供給装置は、供給する反応液を収容する液体収容部と、その液体収容部を仕切るように配設される可動隔壁部と、液体収容部から反応液を排出する排出部と、その排出部に設けられる排出抑制部と、可動隔壁部を付勢して反応液を加圧する付勢手段と、付勢手段の付勢力を調節する付勢力調節機構とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の水素発生装置は、可動隔壁部を付勢するための付勢手段と、この付勢手段の付勢力を調節するための付勢力調節機構とを備えており、構造が複雑である。また、付勢手段と付勢力調節機構が配置される空間は、液体収容部から反応液を排出する際にも、排出が完了した際にもデッドスペースとなってしまうため、水素発生装置の小型化にとって好ましい構造とは言えない。さらに、水素発生剤の収容された反応容器と反応液の収容された液体収容部とは、排出部で常に連通しているので、水素発生剤は反応液と容易に接触して反応し、不用意に水素発生してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、構造が簡素であり、小型化も可能な水素発生装置を提供することである。さらに好ましくは、反応液と水素発生剤とを完全に分離して配置することができるとともに、水素発生反応を任意のタイミングで開始可能な水素発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る水素発生装置は、
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、
反応液との反応により水素を発生する水素発生剤と、
その水素発生剤を収容する発生剤収容部と、
反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部と、
発生剤収容部の外側に設けられ、発生剤収容部との間の空間に反応液貯留部の反応液が充填される反応液収容容器と、
反応液収容容器に充填された反応液を発生剤収容部へ供給可能な反応液供給部と、
発生剤収容部にて発生した水素を反応液収容容器の外部へ供給するための水素供給路と、を備え、
反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液収容容器の容器底面に形成された反応液通路を介して前記空間に反応液が充填されることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る水素発生装置は、水素発生剤を収容する発生剤収容部と、この発生剤収容部の外側に設けられ、発生剤収容部との間の空間に反応液が充填される反応液収容容器とを備える。水素発生装置は、反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部をさらに備える。反応液収容容器を、有底筒状の反応液貯留部の開口端から挿入していくと、反応液貯留部に貯留された反応液が反応液収容容器で圧縮される。反応液収容容器の容器底面には、反応液通路が形成されており、圧縮された反応液は反応液通路を通って反応液収容容器に注入され、発生剤収容部と反応液収容容器との間の空間に反応液が充填される。反応液収容容器に充填された反応液は、反応液供給部によって発生剤収容部へ供給され、水素発生剤と反応して水素を発生する。発生した水素は、水素供給路を通って反応液収容容器の外部へ供給される。よって、本発明の水素発生装置は、反応液収容容器を反応液貯留部の開口端から挿入していくだけで反応液収容容器に反応液を容易に注入可能であり、付勢手段などを備えないためデッドスペースも少なく、構造も簡素である。また、反応液収容容器は、反応液貯留部の反応液が注入されながら、反応液貯留部へ挿入されていくので、反応液貯留部の体積は、反応液収容容器に注入される反応液の分だけ常に減少していくことになり、水素発生装置全体を小型化することが可能である。
【０００８】
本発明において、前記反応液通路は、閉塞部材で塞がれていることが好ましい。
【０００９】
反応液通路が閉塞部材で塞がれているので、反応液貯留部の反応液が不用意に反応液収容容器へ注入されることを防ぐことができる。その一方で、閉塞部材を反応液通路から除去することで、反応液を反応液収容容器へ注入可能となる。そのため、この構成によれば、反応液と発生剤収容部に収容された水素発生剤とを完全に分離して配置することができるとともに、水素発生反応を任意のタイミングで開始可能な水素発生装置を提供することができる。なお、閉塞部材の例としては、反応液通路の出入り口を塞ぐ蓋状体、栓状体などが挙げられる。
【００１０】
本発明において、前記閉塞部材は、フィルム状部材であって、反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液貯留部の内底面に設けられた突起部により前記フィルム状部材が破断されることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、反応液通路は、フィルム状部材で塞がれ、反応液貯留部の反応液が不用意に反応液収容容器に注入されることはない。その一方で、反応液貯留部の内底面には突起部が設けられており、反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入していくことで、突起部によりフィルム状部材を破断することができ、反応液貯留部に貯留された反応液を、容器底面の反応液通路を介して反応液収容容器に確実に注入することができる。
【００１２】
本発明において、前記反応液通路は、反応液収容容器の容器底面に形成された貫通孔であり、前記突起部は、前記貫通孔に挿入可能であって、その外周面に高さ方向に沿った凹溝を有することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、突起部は、その外周面に高さ方向に沿った凹溝を有するので、貫通孔を塞いでいるフィルム状部材を破断した際、突起部の周囲とフィルム状部材との間に間隙が生じ易く、反応液がこの間隙を通過して反応液収容容器に注入されやすい。
【００１４】
本発明において、反応液貯留部に反応液が貯留された状態で、反応液収容容器の容器下部が反応液貯留部の前記開口端に係止可能であることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、反応液収容容器の容器下部が反応液貯留部の開口端に係止され、反応液貯留部に反応液が貯留された状態であり、反応液は反応液収容容器に注入されておらず、発生剤収容部内の水素発生剤と反応することはない。この状態から、反応液収容容器を反応液貯留部の開口端から挿入していくことで反応液収容容器に反応液を注入し、任意のタイミングで水素発生剤と反応液の反応を開始させることができる。
【００１６】
本発明において、反応液収容容器の外壁と反応液貯留部の内壁との間で反応液をシールするシール部材が、前記容器下部の外周面または前記開口端の内周面に設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、反応液収容容器の外壁と反応液貯留部の内壁との間で反応液をシールすることができるので、反応液貯留部に貯留された反応液を、容器底面の反応液通路を介して反応液収容容器に確実に注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の水素発生装置の一例を示す分解斜視図である。
【図２】水素発生装置の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入する様子を示しており、（ａ）は挿入開始時、（ｂ）は挿入途中、（ｃ）は挿入完了時の水素発生装置の断面図である。
【図４】突起部の先端部を拡大した部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る水素発生装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の水素発生装置の一例を示す分解斜視図であり、図２は、水素発生装置の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【００２０】
本発明の水素発生装置は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させるものである。水素発生装置は、図に示すように、水素発生剤１１を収容する発生剤収容部１と、反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部２と、発生剤収容部１の外側に設けられ、発生剤収容部１との間の空間に反応液貯留部２の反応液が充填される反応液収容容器３と、反応液収容容器３に充填された反応液を発生剤収容部１へ供給可能な吸水体４（反応液供給部に相当）と、発生剤収容部１にて発生した水素を反応液収容容器３の外部へ供給するための水素供給孔５（水素供給路に相当）とを備えている。
【００２１】
発生剤収容部１は、水素発生剤１１の周囲を拘束しかつ変形を許容する被覆材１２を備えている。本発明の水素発生剤１１は、反応液との反応によって生成する生成物が、元の体積から膨張する性質を有する。被覆材１２は、水素発生剤１１の膨張に伴って変形可能であり、発生剤収容部１は全体として、水素発生剤１１の膨張に伴って膨張可能である。また、被覆材１２は、熱収縮性を有している。
【００２２】
水素発生剤１１を収容する発生剤収容部１が、水素発生剤１１の膨張に伴って膨張可能であるため、水素発生剤１１の周囲を拘束しつつも膨張を許容する構成となっている。これにより、水素発生剤１１が水等の反応液と反応して膨張する際に、膨張の不均一化が生じにくいので、反応速度が安定し易く、反応の再現性も良好になる。
【００２３】
水素発生剤１１の周囲が、筒状の被覆材１２により被覆される。ただし、水素発生剤１１の一側面は、吸水性を有する吸水体４１を介して被覆材１２により被覆される。水素発生剤１１の上部には蓋部材１３が配置され、水素発生剤１１の下部には底部材１４が配置される。蓋部材１３は、不図示の水素排出孔を備えてもよい。ただし、水素は微小な隙間であっても通過可能なので、水素発生剤１１と反応液が反応して発生した水素は、仮に水素排出孔を備えなくとも、蓋部材１３および底部材１４の周囲と被覆材１２との間の隙間などから排出される。蓋部材１３および底部材１４は、被覆材１２に遊挿した状態で被覆材１２を熱収縮させることで、被覆材１２の上端部および下端部に固定される。被覆材１２の一つの側壁には、水素発生剤１１に反応液を供給するためのスリット１２ａが設けられている。このスリット１２ａから供給された反応液は、吸水体４１に吸収されて拡散し、水素発生剤１１の側面全体に供給される。
【００２４】
発生剤収容部１の周囲には、吸水体４２が配置される。吸水体４２は、吸水性を有しており、反応液収容容器３の反応液を吸収し、発生剤収容部１内の水素発生剤１１に供給する機能を有している。吸水体４２の一端側４２ａは、スリット１２ａを通って被覆材１２の中へ延びており、吸水体４１と接触している。なお、スリット１２ａを被覆材１２の側壁に設ける位置は、特に限定されない。また、被覆材１２にスリット１２ａを設けず、吸水体４１の一端側４２ａを被覆材１２の上端や下端から内部へ延ばしてもよい。吸水体４２の他端側４２ｂは、発生剤収容部１の周囲に延びており、反応液収容容器３内の反応液に接して吸水可能な状態となっている。なお、吸水体４２と吸水体４１は、連続した一つの吸水体４で構成してもよい。
【００２５】
また、発生剤収容部１の側方には、保水体４３が配置される。保水体４３としては、スポンジや吸水紙を用いることができ、反応液を一時的に保持できるものであればよい。反応液を保持した保水体４３は、吸水体４２と接触している。
【００２６】
被覆材１２で被覆された水素発生剤１１の形状は、四角柱、円柱、板状、棒状、直方体、立方体など何れでもよい。図に示す例では、四角柱の形状を有する水素発生剤１１を使用している。
【００２７】
反応液収容容器３は、四角柱状の外観を有している。反応液収容容器３は、容器本体３１および容器底部３２とで構成される。反応液収容容器３は、発生剤収容部１の外側に設けられ、発生剤収容部１との間の空間３ａに反応液を収容可能である。容器本体３１の上面は、四角形の凹部３１ａが形成されている。また、凹部３１ａの底面には、水素供給孔５が形成されており、発生した水素は水素供給孔５から反応液収容容器３の外部へ供給される。凹部３１ａの空間には、不図示のアンモニア除去剤が設けられる。水素発生剤１１より発生した水素には、不純物であるアンモニアが含まれており、アンモニア除去剤によりアンモニアを除去することができる。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。凹部３１ａの空間にアンモニア除去剤を配置した後、凹部３１ａの上部を不図示の蓋状体で覆ってもよい。この蓋状体には、水素を外部へ供給するための水素供給孔が設けられる。
【００２８】
容器本体３１の容器下部３１ｂには、外周に溝３１ｃが形成されている。溝３１ｃには、環状のパッキン３３（シール部材に相当）が嵌め込まれる。
【００２９】
容器底部３２は、四角形の板状をしており、上面の周囲には凸条３２ａが形成されている。凸条３２ａに対応して、容器本体３１の下端部には凹条３１ｄが形成されており、容器底部３２は容器本体３１に対して固定される。容器底部３２には、反応液通路３２ｂが形成されている。容器底部３２の外面には、アルミ箔３４（フィルム状部材に相当）が貼られ、反応液通路３２ｂはアルミ箔３４で塞がれている。
【００３０】
反応液貯留部２は、上端が開口した有底筒状をしており、反応開始前に反応液を貯留しておくことができる。反応液貯留部２の内壁は、反応液収容容器３の外壁、すなわち容器本体３１および容器底部３２の外周よりもわずかに大きく、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することできる。反応液収容容器３の外壁と反応液貯留部２の内壁との間は、反応液収容容器３の溝３１ｃに嵌め込まれたパッキン３３によりシールされる。また、パッキン３３は、反応液収容容器３の外壁と反応液貯留部２の内壁との間をシールした状態で、反応液貯留部２の内壁に対して摺動可能となっている。
【００３１】
図３は、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入する様子を示しており、（ａ）は挿入開始時、（ｂ）は挿入途中、（ｃ）は挿入完了時を示している。
【００３２】
パッキン３３は、上記の反応液収容容器３の外壁と反応液貯留部２の内壁との間をシールする機能のほか、図３（ａ）のように、反応液貯留部２に反応液が貯留された状態で、反応液収容容器３の容器下部３１ｂを反応液貯留部２の開口端２ａに係止する機能も有している。
【００３３】
反応液貯留部２の内底面２ｂには、突起部２１が設けられている。突起部２１は、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入した状態で、反応液収容容器３の反応液通路３２ｂに対向する位置に設けられている。これにより、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することで、突起部２１により反応液通路３２ｂを塞いでいるアルミ箔３４を突き破ることができる。また、反応液通路３２ｂは、反応液収容容器３の内壁近傍に設けられており、反応液通路３２ｂに対向して設けられた突起部２１が、反応液通路３２ｂを貫通した後に発生剤収容部１や保水体４３などと干渉しないようになっている。
【００３４】
突起部２１は、全体として先細り形状をしており、アルミ箔３４を突き破りやすくなっている。突起部２１の高さは、反応液貯留部２の側壁よりも低くなっている。図４は、突起部２１の先端部を拡大した部分拡大図を示す。図のように、突起部２１は略四角形の断面形状をしているが、突起部２１の一側面には凹溝２１ａが連続して形成されている。突起部２１が凹溝２１ａを有することで、突起部２１がアルミ箔３４を突き破った際、突起部２１の周囲とアルミ箔３４との間に間隙が生じ易く、この間隙を反応液が通過しやすい。突起部２１に断面形状は、略四角形に限定されず、円形や楕円形などでもよい。
【００３５】
図３（ａ）のように、反応液貯留部２は、ほぼ全体を反応液で満たされているが、上方には、一部空気の層２２が存在している。反応液貯留部２をすべて反応液で満たすと、液体は圧縮しがたいため反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入するのが難しくなる。また、逆に空気が多すぎると、温度上昇によって空気が膨張し、反応液貯留部２が膨張するおそれがある。
【００３６】
突起部２１の高さは、図３（ａ）の状態で、突起部２１の先端がアルミ箔３４の下面に接しないように設定される。突起部２１の先端からアルミ箔３４の下面までの距離は、上記の空気層２２の厚みの約半分とするのが好ましい。また、突起部２１の先端からアルミ箔３４の下面までの距離は、約０．１〜０．２ｍｍが好ましい。
【００３７】
図３（ａ）の状態から、反応液および空気の抵抗に抗して反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入していくと、突起部２１の先端がアルミ箔３４に達し、反応液通路３２ｂを塞いでいるアルミ箔３４を突き破る。さらに、反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入していくと、図３（ｂ）のように、加圧された反応液が、反応液通路３２ｂを通り反応液収容容器３の空間３ａへ注入されていく。
【００３８】
反応液収容容器３の容器底部３２（またはアルミ箔３４）が、反応液貯留部２の内底面２ｂに達するまで、反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入することで、図３（ｃ）のように、反応液貯留部２の全ての反応液は、反応液収容容器３の空間３ａに注入される。このように、反応液貯留部２の反応液は、全て反応液収容容器３に注入されるので、反応液貯留部２の体積は小さくなり、水素発生装置全体も小さくなる。空間３ａに充填された反応液は、一部または全部が保水体４３に保持される。
【００３９】
反応液収容容器３の空間３ａに反応液が注入させると、空間３ａにもともと存在していた空気はその大部分が水素供給孔５から排出され、これにより、反応液収容容器３の空間３ａに存在する空気はごくわずかとなる。
【００４０】
反応液収容容器３の空間３ａに充填された反応液は、吸水体４２および吸水体４１により発生剤収容部１へ供給される。発生剤収容部１内の水素発生剤１１と反応液が反応して発生した水素は、反応液収容容器３の空間３ａに一旦排出される。このとき、上記のように空間３ａ内の空気はわずかなので、空間３ａは発生した水素ですぐに満たされ、水素が反応液収容容器３の水素供給孔５からすぐに外部へ供給される。
【００４１】
水素発生剤１１は、反応液と反応すると膨張し、これとともに、発生剤収容部１も全体として膨張する。一方、水素発生剤１１と反応液が反応すると、反応液は消費され、反応液の体積は減少していく。すなわち、反応液収容容器３の内部では、発生剤収容部１の膨張と反応液の減少とが同時に起こるため、発生剤収容部１と反応液を合わせた体積は、水素発生反応開始時から終了時までそれほど変化しない。その結果、反応液収容容器３の大きさを小さくすることができ、水素発生装置全体でも小型化することができる。
【００４２】
また、発生剤収容部１は、周囲を反応液で囲まれているので、反応液と反応する際の水素発生剤１１の温度上昇を抑制することができ、水素発生反応が安定して行われる。
【００４３】
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。
【００４４】
本発明に用いられる水素発生剤としては、粒状等の水素発生物質を単独で使用する（樹脂包埋せずに使用する）ことも可能であるが、樹脂の母材中に粒状の水素発生物質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、被覆材による拘束力を発揮させる観点から、水溶性樹脂以外のものが好ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
粒状等の水素発生物質を樹脂包埋せずに使用する場合、被覆材による拘束力を適当な力で働かせる観点より、水素発生物質を樹脂をバインダーとして結着させたり、粒状等の水素発生物質をプレス成形により錠剤化することが好ましい。
【００５１】
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。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。通常このような空孔が少ない構造では、反応が内部に進行し難いが、本発明では、水素化カルシウムを高濃度で使用することで、このような低い空孔率でも反応を進行させることができ、体積効率を高めることができる。
【００５６】
なお、水素化カルシウム等の水素発生物質は、樹脂との混合又は反応の際に、水素を発生して空孔が生じる場合があるが、加圧下で反応硬化又は冷却固化を行うことで、実質的に中実の構造を得ることができる。
【００５７】
用いられる水素発生剤は、シート状、粒状（粉砕物）、塊状（成形品）など何れの形状でもよいが、反応速度を制御する観点から、シート状、板状、柱状などが好ましい。粉砕を行う場合、その粒径は、１〜１０ｍｍが好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。
【００５８】
本発明における水素発生剤は、未硬化の熱硬化性樹脂に粒状の水素化カルシウムを６０重量％以上含有する混合物を硬化させる工程を含む製法により製造されることが好ましい。混合物には、前述した他の成分や硬化剤などの成分を含有させることができる。
【００５９】
本発明では、特に、混合物を硬化させる工程が、加圧下で行われることが好ましい。加圧を行う場合の加圧条件としては、製造装置や製造コストを考慮しつつ、水素発生剤の空孔率を下げる観点から、１〜１００ＭＰａが好ましく、２〜５０ＭＰａがより好ましく、５〜３０ＭＰａが更に好ましい。加圧にはプレス成形用の金型等を使用することができる。
【００６０】
熱硬化性樹脂以外の樹脂として、例えば熱可塑性樹脂を使用する場合、樹脂の軟化点以上の温度で粒状の水素化カルシウムを６０重量％以上混合し、これを冷却固化する方法で本発明の水素発生剤を製造することができる。また、耐熱性樹脂の場合には、熱可塑性樹脂の場合と同様にして、軟化した前駆体中に水素化カルシウムを混合した後、反応を行って硬化する方法などが挙げられる。
【００６１】
本発明に用いられる被覆材は、水素発生剤の周囲を拘束しかつ弾性変形及び／又は塑性変形を許容するものであるが、弾性変形を許容する被覆材であることが好ましい。被覆材は、一層だけ被覆するのが好ましいが、二層以上にすることも可能である。
【００６２】
弾性変形を許容する被覆材としては、樹脂弾性体のチューブ、樹脂基材の粘着テープ、ゴムチューブ、ゴム基材の粘着テープ、金属弾性体のＣ字型スリーブなどが挙げられ、塑性変形を許容する被覆材としては、塑性変形可能な樹脂チューブ、樹脂基材の粘着テープなどが挙げられる。
【００６３】
本発明では、特に熱収縮性の被覆材を使用することが好ましく、熱収縮チューブを使用することがより好ましい。熱収縮チューブは、一般的に、収縮が完結する前の状態では、弾性変形又は塑性変形が可能な性質を有する。
【００６４】
熱収縮チューブの材質としては、塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、エチレンプロピレンゴム、ネオプレンなどの汎用熱収縮チューブも使用可能であるが、耐熱性熱収縮チューブが好ましく使用される。耐熱性熱収縮チューブとしては、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーンゴムなどが挙げられる。
【００６５】
被覆材の厚みは、例えば１μｍ〜５ｍｍであり、特に熱収縮性の被覆材を使用する場合、適当な拘束力を得る観点から、その厚みは、１０〜３０００μｍが好ましく、１００〜２０００μｍがより好ましい。
【００６６】
本発明において吸水体を設ける場合、水素発生剤と一部が接触した状態となる。吸水体としては、水を含浸可能なものであれば何れでもよいが、濾紙、吸水性フェルト、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。
【００６７】
吸水体の厚みは、水等の反応液を水素発生剤に適度に供給する観点から、０．０５〜３ｍｍが好ましく、０．１〜１ｍｍがより好ましい。
【００６８】
被覆材の内径は、均一な拘束状態を得る観点から、水素発生剤の外径の１００〜５００％であることが好ましく、１１０〜３００％であることがより好ましい。
【００６９】
被覆材を熱収縮させる際の温度は、被覆材の収縮特性にもよるが、反応時の水素発生剤の温度を考慮すると、７０〜１５０℃が好ましく、８０〜１２０℃がより好ましい。また、この温度範囲で、収縮率が２０〜９５％の熱収縮性の被覆材を使用することが好ましく、収縮率が５０〜８０％であることがより好ましい。
【００７０】
本発明の水素発生装置は、水素発生剤に反応液を供給して水素を発生させるものである。反応液としては、水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが挙げられる。供給する反応液の温度は、室温でもよいが、３０〜８０℃に加熱することも可能である。
【００７１】
本発明では、水素発生剤と一部が接触した吸水体を介して水素発生剤に反応液を供給して水素を発生させる方法が、反応速度を一定にする上で好ましい。
【００７２】
反応液の供給は、発生させる水素ガスの量に応じて供給量を調整することも可能であるが、本発明では過剰供給を行っても、反応速度が制御されているため、適度な発生速度で水素発生が可能である。
【００７３】
＜別実施形態＞
上記の実施形態では、反応液通路３２ｂは、フィルム状部材で塞がれており、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することで、反応液貯留部２の内底面２ｂに設けられた突起部２１によりフィルム状部材が破断されるように構成する例を示した。しかし、反応液通路３２ｂは、加圧された反応液の圧力で破断可能なフィルム状部材で塞ぐようにしてもよい。すなわち、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入していくことで、反応液貯留部２の反応液は加圧されるので、この反応液の圧力によって破断可能な強度を有するフィルム状部材で反応液通路３２ｂを塞ぐことができる。この際、フィルム状部材をハーフカットしておき、反応液の圧力で破れやすいようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１ 発生剤収容部
２ 反応液貯留部
２ａ 開口端
２ｂ 内底面
３ 反応液収容容器
３ａ 空間
４ 吸水体
５ 水素供給孔
１１ 水素発生剤
１２ 被覆材
２１ 突起部
２１ａ 凹溝
３１ 容器本体
３１ｂ 容器下部
３２ 容器底部
３２ｂ 反応液通路
３３ パッキン
３４ アルミ箔
４１ 吸水体
４２ 吸水体
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置に関し、特に燃料電池に供給する水素を発生させるための技術として有用である。
【背景技術】
【０００２】
固体の水素発生剤と反応液を反応させて水素を発生させる水素発生装置としては、例えば、下記特許文献１に開示されている。特許文献１の水素発生装置は、水素発生剤に反応液を供給する小型液体供給装置を備えており、この小型液体供給装置は、供給する反応液を収容する液体収容部と、その液体収容部を仕切るように配設される可動隔壁部と、液体収容部から反応液を排出する排出部と、その排出部に設けられる排出抑制部と、可動隔壁部を付勢して反応液を加圧する付勢手段と、付勢手段の付勢力を調節する付勢力調節機構とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−１１１６７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の水素発生装置は、可動隔壁部を付勢するための付勢手段と、この付勢手段の付勢力を調節するための付勢力調節機構とを備えており、構造が複雑である。また、付勢手段と付勢力調節機構が配置される空間は、液体収容部から反応液を排出する際にも、排出が完了した際にもデッドスペースとなってしまうため、水素発生装置の小型化にとって好ましい構造とは言えない。さらに、水素発生剤の収容された反応容器と反応液の収容された液体収容部とは、排出部で常に連通しているので、水素発生剤は反応液と容易に接触して反応し、不用意に水素発生してしまうおそれがある。
【０００５】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、その課題は、構造が簡素であり、小型化も可能な水素発生装置を提供することである。さらに好ましくは、反応液と水素発生剤とを完全に分離して配置することができるとともに、水素発生反応を任意のタイミングで開始可能な水素発生装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため本発明に係る水素発生装置は、
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、
反応液との反応により水素を発生する水素発生剤と、
その水素発生剤を収容する発生剤収容部と、
反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部と、
発生剤収容部の外側に設けられ、発生剤収容部との間の空間に反応液貯留部の反応液が充填される反応液収容容器と、
反応液収容容器に充填された反応液を発生剤収容部へ供給可能な反応液供給部と、
発生剤収容部にて発生した水素を反応液収容容器の外部へ供給するための水素供給路と、を備え、
反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液収容容器の容器底面に形成された反応液通路を介して前記空間に反応液が充填されることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係る水素発生装置は、水素発生剤を収容する発生剤収容部と、この発生剤収容部の外側に設けられ、発生剤収容部との間の空間に反応液が充填される反応液収容容器とを備える。水素発生装置は、反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部をさらに備える。反応液収容容器を、有底筒状の反応液貯留部の開口端から挿入していくと、反応液貯留部に貯留された反応液が反応液収容容器で圧縮される。反応液収容容器の容器底面には、反応液通路が形成されており、圧縮された反応液は反応液通路を通って反応液収容容器に注入され、発生剤収容部と反応液収容容器との間の空間に反応液が充填される。反応液収容容器に充填された反応液は、反応液供給部によって発生剤収容部へ供給され、水素発生剤と反応して水素を発生する。発生した水素は、水素供給路を通って反応液収容容器の外部へ供給される。よって、本発明の水素発生装置は、反応液収容容器を反応液貯留部の開口端から挿入していくだけで反応液収容容器に反応液を容易に注入可能であり、付勢手段などを備えないためデッドスペースも少なく、構造も簡素である。また、反応液収容容器は、反応液貯留部の反応液が注入されながら、反応液貯留部へ挿入されていくので、反応液貯留部の体積は、反応液収容容器に注入される反応液の分だけ常に減少していくことになり、水素発生装置全体を小型化することが可能である。
【０００８】
本発明において、前記反応液通路は、閉塞部材で塞がれていることが好ましい。
【０００９】
反応液通路が閉塞部材で塞がれているので、反応液貯留部の反応液が不用意に反応液収容容器へ注入されることを防ぐことができる。その一方で、閉塞部材を反応液通路から除去することで、反応液を反応液収容容器へ注入可能となる。そのため、この構成によれば、反応液と発生剤収容部に収容された水素発生剤とを完全に分離して配置することができるとともに、水素発生反応を任意のタイミングで開始可能な水素発生装置を提供することができる。なお、閉塞部材の例としては、反応液通路の出入り口を塞ぐ蓋状体、栓状体などが挙げられる。
【００１０】
本発明において、前記閉塞部材は、フィルム状部材であって、反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液貯留部の内底面に設けられた突起部により前記フィルム状部材が破断されることが好ましい。
【００１１】
この構成によれば、反応液通路は、フィルム状部材で塞がれ、反応液貯留部の反応液が不用意に反応液収容容器に注入されることはない。その一方で、反応液貯留部の内底面には突起部が設けられており、反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入していくことで、突起部によりフィルム状部材を破断することができ、反応液貯留部に貯留された反応液を、容器底面の反応液通路を介して反応液収容容器に確実に注入することができる。
【００１２】
本発明において、前記反応液通路は、反応液収容容器の容器底面に形成された貫通孔であり、前記突起部は、前記貫通孔に挿入可能であって、その外周面に高さ方向に沿った凹溝を有することが好ましい。
【００１３】
この構成によれば、突起部は、その外周面に高さ方向に沿った凹溝を有するので、貫通孔を塞いでいるフィルム状部材を破断した際、突起部の周囲とフィルム状部材との間に間隙が生じ易く、反応液がこの間隙を通過して反応液収容容器に注入されやすい。
【００１４】
本発明において、反応液貯留部に反応液が貯留された状態で、反応液収容容器の容器下部が反応液貯留部の前記開口端に係止可能であることが好ましい。
【００１５】
この構成によれば、反応液収容容器の容器下部が反応液貯留部の開口端に係止され、反応液貯留部に反応液が貯留された状態であり、反応液は反応液収容容器に注入されておらず、発生剤収容部内の水素発生剤と反応することはない。この状態から、反応液収容容器を反応液貯留部の開口端から挿入していくことで反応液収容容器に反応液を注入し、任意のタイミングで水素発生剤と反応液の反応を開始させることができる。
【００１６】
本発明において、反応液収容容器の外壁と反応液貯留部の内壁との間で反応液をシールするシール部材が、前記容器下部の外周面または前記開口端の内周面に設けられていることが好ましい。
【００１７】
この構成によれば、反応液収容容器の外壁と反応液貯留部の内壁との間で反応液をシールすることができるので、反応液貯留部に貯留された反応液を、容器底面の反応液通路を介して反応液収容容器に確実に注入することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の水素発生装置の一例を示す分解斜視図である。
【図２】水素発生装置の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【図３】反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入する様子を示しており、（ａ）は挿入開始時、（ｂ）は挿入途中、（ｃ）は挿入完了時の水素発生装置の断面図である。
【図４】突起部の先端部を拡大した部分拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明に係る水素発生装置の好適な実施形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の水素発生装置の一例を示す分解斜視図であり、図２は、水素発生装置の一例を示す図であり、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＩ−Ｉ矢視断面図である。
【００２０】
本発明の水素発生装置は、固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させるものである。水素発生装置は、図に示すように、水素発生剤１１を収容する発生剤収容部１と、反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部２と、発生剤収容部１の外側に設けられ、発生剤収容部１との間の空間に反応液貯留部２の反応液が充填される反応液収容容器３と、反応液収容容器３に充填された反応液を発生剤収容部１へ供給可能な吸水体４（反応液供給部に相当）と、発生剤収容部１にて発生した水素を反応液収容容器３の外部へ供給するための水素供給孔５（水素供給路に相当）とを備えている。
【００２１】
発生剤収容部１は、水素発生剤１１の周囲を拘束しかつ変形を許容する被覆材１２を備えている。本発明の水素発生剤１１は、反応液との反応によって生成する生成物が、元の体積から膨張する性質を有する。被覆材１２は、水素発生剤１１の膨張に伴って変形可能であり、発生剤収容部１は全体として、水素発生剤１１の膨張に伴って膨張可能である。また、被覆材１２は、熱収縮性を有している。
【００２２】
水素発生剤１１を収容する発生剤収容部１が、水素発生剤１１の膨張に伴って膨張可能であるため、水素発生剤１１の周囲を拘束しつつも膨張を許容する構成となっている。これにより、水素発生剤１１が水等の反応液と反応して膨張する際に、膨張の不均一化が生じにくいので、反応速度が安定し易く、反応の再現性も良好になる。
【００２３】
水素発生剤１１の周囲が、筒状の被覆材１２により被覆される。ただし、水素発生剤１１の一側面は、吸水性を有する吸水体４１を介して被覆材１２により被覆される。水素発生剤１１の上部には蓋部材１３が配置され、水素発生剤１１の下部には底部材１４が配置される。蓋部材１３は、不図示の水素排出孔を備えてもよい。ただし、水素は微小な隙間であっても通過可能なので、水素発生剤１１と反応液が反応して発生した水素は、仮に水素排出孔を備えなくとも、蓋部材１３および底部材１４の周囲と被覆材１２との間の隙間などから排出される。蓋部材１３および底部材１４は、被覆材１２に遊挿した状態で被覆材１２を熱収縮させることで、被覆材１２の上端部および下端部に固定される。被覆材１２の一つの側壁には、水素発生剤１１に反応液を供給するためのスリット１２ａが設けられている。このスリット１２ａから供給された反応液は、吸水体４１に吸収されて拡散し、水素発生剤１１の側面全体に供給される。
【００２４】
発生剤収容部１の周囲には、吸水体４２が配置される。吸水体４２は、吸水性を有しており、反応液収容容器３の反応液を吸収し、発生剤収容部１内の水素発生剤１１に供給する機能を有している。吸水体４２の一端側４２ａは、スリット１２ａを通って被覆材１２の中へ延びており、吸水体４１と接触している。なお、スリット１２ａを被覆材１２の側壁に設ける位置は、特に限定されない。また、被覆材１２にスリット１２ａを設けず、吸水体４１の一端側４２ａを被覆材１２の上端や下端から内部へ延ばしてもよい。吸水体４２の他端側４２ｂは、発生剤収容部１の周囲に延びており、反応液収容容器３内の反応液に接して吸水可能な状態となっている。なお、吸水体４２と吸水体４１は、連続した一つの吸水体４で構成してもよい。
【００２５】
また、発生剤収容部１の側方には、保水体４３が配置される。保水体４３としては、スポンジや吸水紙を用いることができ、反応液を一時的に保持できるものであればよい。反応液を保持した保水体４３は、吸水体４２と接触している。
【００２６】
被覆材１２で被覆された水素発生剤１１の形状は、四角柱、円柱、板状、棒状、直方体、立方体など何れでもよい。図に示す例では、四角柱の形状を有する水素発生剤１１を使用している。
【００２７】
反応液収容容器３は、四角柱状の外観を有している。反応液収容容器３は、容器本体３１および容器底部３２とで構成される。反応液収容容器３は、発生剤収容部１の外側に設けられ、発生剤収容部１との間の空間３ａに反応液を収容可能である。容器本体３１の上面は、四角形の凹部３１ａが形成されている。また、凹部３１ａの底面には、水素供給孔５が形成されており、発生した水素は水素供給孔５から反応液収容容器３の外部へ供給される。凹部３１ａの空間には、不図示のアンモニア除去剤が設けられる。水素発生剤１１より発生した水素には、不純物であるアンモニアが含まれており、アンモニア除去剤によりアンモニアを除去することができる。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。凹部３１ａの空間にアンモニア除去剤を配置した後、凹部３１ａの上部を不図示の蓋状体で覆ってもよい。この蓋状体には、水素を外部へ供給するための水素供給孔が設けられる。
【００２８】
容器本体３１の容器下部３１ｂには、外周に溝３１ｃが形成されている。溝３１ｃには、環状のパッキン３３（シール部材に相当）が嵌め込まれる。
【００２９】
容器底部３２は、四角形の板状をしており、上面の周囲には凸条３２ａが形成されている。凸条３２ａに対応して、容器本体３１の下端部には凹条３１ｄが形成されており、容器底部３２は容器本体３１に対して固定される。容器底部３２には、反応液通路３２ｂが形成されている。容器底部３２の外面には、アルミ箔３４（フィルム状部材に相当）が貼られ、反応液通路３２ｂはアルミ箔３４で塞がれている。
【００３０】
反応液貯留部２は、上端が開口した有底筒状をしており、反応開始前に反応液を貯留しておくことができる。反応液貯留部２の内壁は、反応液収容容器３の外壁、すなわち容器本体３１および容器底部３２の外周よりもわずかに大きく、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することできる。反応液収容容器３の外壁と反応液貯留部２の内壁との間は、反応液収容容器３の溝３１ｃに嵌め込まれたパッキン３３によりシールされる。また、パッキン３３は、反応液収容容器３の外壁と反応液貯留部２の内壁との間をシールした状態で、反応液貯留部２の内壁に対して摺動可能となっている。
【００３１】
図３は、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入する様子を示しており、（ａ）は挿入開始時、（ｂ）は挿入途中、（ｃ）は挿入完了時を示している。
【００３２】
パッキン３３は、上記の反応液収容容器３の外壁と反応液貯留部２の内壁との間をシールする機能のほか、図３（ａ）のように、反応液貯留部２に反応液が貯留された状態で、反応液収容容器３の容器下部３１ｂを反応液貯留部２の開口端２ａに係止する機能も有している。
【００３３】
反応液貯留部２の内底面２ｂには、突起部２１が設けられている。突起部２１は、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入した状態で、反応液収容容器３の反応液通路３２ｂに対向する位置に設けられている。これにより、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することで、突起部２１により反応液通路３２ｂを塞いでいるアルミ箔３４を突き破ることができる。また、反応液通路３２ｂは、反応液収容容器３の内壁近傍に設けられており、反応液通路３２ｂに対向して設けられた突起部２１が、反応液通路３２ｂを貫通した後に発生剤収容部１や保水体４３などと干渉しないようになっている。
【００３４】
突起部２１は、全体として先細り形状をしており、アルミ箔３４を突き破りやすくなっている。突起部２１の高さは、反応液貯留部２の側壁よりも低くなっている。図４は、突起部２１の先端部を拡大した部分拡大図を示す。図のように、突起部２１は略四角形の断面形状をしているが、突起部２１の一側面には凹溝２１ａが連続して形成されている。突起部２１が凹溝２１ａを有することで、突起部２１がアルミ箔３４を突き破った際、突起部２１の周囲とアルミ箔３４との間に間隙が生じ易く、この間隙を反応液が通過しやすい。突起部２１に断面形状は、略四角形に限定されず、円形や楕円形などでもよい。
【００３５】
図３（ａ）のように、反応液貯留部２は、ほぼ全体を反応液で満たされているが、上方には、一部空気の層２２が存在している。反応液貯留部２をすべて反応液で満たすと、液体は圧縮しがたいため反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入するのが難しくなる。また、逆に空気が多すぎると、温度上昇によって空気が膨張し、反応液貯留部２が膨張するおそれがある。
【００３６】
突起部２１の高さは、図３（ａ）の状態で、突起部２１の先端がアルミ箔３４の下面に接しないように設定される。突起部２１の先端からアルミ箔３４の下面までの距離は、上記の空気層２２の厚みの約半分とするのが好ましい。また、突起部２１の先端からアルミ箔３４の下面までの距離は、約０．１〜０．２ｍｍが好ましい。
【００３７】
図３（ａ）の状態から、反応液および空気の抵抗に抗して反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入していくと、突起部２１の先端がアルミ箔３４に達し、反応液通路３２ｂを塞いでいるアルミ箔３４を突き破る。さらに、反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入していくと、図３（ｂ）のように、加圧された反応液が、反応液通路３２ｂを通り反応液収容容器３の空間３ａへ注入されていく。
【００３８】
反応液収容容器３の容器底部３２（またはアルミ箔３４）が、反応液貯留部２の内底面２ｂに達するまで、反応液収容容器３を反応液貯留部２へ挿入することで、図３（ｃ）のように、反応液貯留部２の全ての反応液は、反応液収容容器３の空間３ａに注入される。このように、反応液貯留部２の反応液は、全て反応液収容容器３に注入されるので、反応液貯留部２の体積は小さくなり、水素発生装置全体も小さくなる。空間３ａに充填された反応液は、一部または全部が保水体４３に保持される。
【００３９】
反応液収容容器３の空間３ａに反応液が注入させると、空間３ａにもともと存在していた空気はその大部分が水素供給孔５から排出され、これにより、反応液収容容器３の空間３ａに存在する空気はごくわずかとなる。
【００４０】
反応液収容容器３の空間３ａに充填された反応液は、吸水体４２および吸水体４１により発生剤収容部１へ供給される。発生剤収容部１内の水素発生剤１１と反応液が反応して発生した水素は、反応液収容容器３の空間３ａに一旦排出される。このとき、上記のように空間３ａ内の空気はわずかなので、空間３ａは発生した水素ですぐに満たされ、水素が反応液収容容器３の水素供給孔５からすぐに外部へ供給される。
【００４１】
水素発生剤１１は、反応液と反応すると膨張し、これとともに、発生剤収容部１も全体として膨張する。一方、水素発生剤１１と反応液が反応すると、反応液は消費され、反応液の体積は減少していく。すなわち、反応液収容容器３の内部では、発生剤収容部１の膨張と反応液の減少とが同時に起こるため、発生剤収容部１と反応液を合わせた体積は、水素発生反応開始時から終了時までそれほど変化しない。その結果、反応液収容容器３の大きさを小さくすることができ、水素発生装置全体でも小型化することができる。
【００４２】
また、発生剤収容部１は、周囲を反応液で囲まれているので、反応液と反応する際の水素発生剤１１の温度上昇を抑制することができ、水素発生反応が安定して行われる。
【００４３】
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。
【００４４】
本発明に用いられる水素発生剤としては、粒状等の水素発生物質を単独で使用する（樹脂包埋せずに使用する）ことも可能であるが、樹脂の母材中に粒状の水素発生物質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、被覆材による拘束力を発揮させる観点から、水溶性樹脂以外のものが好ましい。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
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。
【００４９】
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。
【００５０】
粒状等の水素発生物質を樹脂包埋せずに使用する場合、被覆材による拘束力を適当な力で働かせる観点より、水素発生物質を樹脂をバインダーとして結着させたり、粒状等の水素発生物質をプレス成形により錠剤化することが好ましい。
【００５１】
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。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。
【００５２】
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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。通常このような空孔が少ない構造では、反応が内部に進行し難いが、本発明では、水素化カルシウムを高濃度で使用することで、このような低い空孔率でも反応を進行させることができ、体積効率を高めることができる。
【００５６】
なお、水素化カルシウム等の水素発生物質は、樹脂との混合又は反応の際に、水素を発生して空孔が生じる場合があるが、加圧下で反応硬化又は冷却固化を行うことで、実質的に中実の構造を得ることができる。
【００５７】
用いられる水素発生剤は、シート状、粒状（粉砕物）、塊状（成形品）など何れの形状でもよいが、反応速度を制御する観点から、シート状、板状、柱状などが好ましい。粉砕を行う場合、その粒径は、１〜１０ｍｍが好ましく、２〜５ｍｍがより好ましい。
【００５８】
本発明における水素発生剤は、未硬化の熱硬化性樹脂に粒状の水素化カルシウムを６０重量％以上含有する混合物を硬化させる工程を含む製法により製造されることが好ましい。混合物には、前述した他の成分や硬化剤などの成分を含有させることができる。
【００５９】
本発明では、特に、混合物を硬化させる工程が、加圧下で行われることが好ましい。加圧を行う場合の加圧条件としては、製造装置や製造コストを考慮しつつ、水素発生剤の空孔率を下げる観点から、１〜１００ＭＰａが好ましく、２〜５０ＭＰａがより好ましく、５〜３０ＭＰａが更に好ましい。加圧にはプレス成形用の金型等を使用することができる。
【００６０】
熱硬化性樹脂以外の樹脂として、例えば熱可塑性樹脂を使用する場合、樹脂の軟化点以上の温度で粒状の水素化カルシウムを６０重量％以上混合し、これを冷却固化する方法で本発明の水素発生剤を製造することができる。また、耐熱性樹脂の場合には、熱可塑性樹脂の場合と同様にして、軟化した前駆体中に水素化カルシウムを混合した後、反応を行って硬化する方法などが挙げられる。
【００６１】
本発明に用いられる被覆材は、水素発生剤の周囲を拘束しかつ弾性変形及び／又は塑性変形を許容するものであるが、弾性変形を許容する被覆材であることが好ましい。被覆材は、一層だけ被覆するのが好ましいが、二層以上にすることも可能である。
【００６２】
弾性変形を許容する被覆材としては、樹脂弾性体のチューブ、樹脂基材の粘着テープ、ゴムチューブ、ゴム基材の粘着テープ、金属弾性体のＣ字型スリーブなどが挙げられ、塑性変形を許容する被覆材としては、塑性変形可能な樹脂チューブ、樹脂基材の粘着テープなどが挙げられる。
【００６３】
本発明では、特に熱収縮性の被覆材を使用することが好ましく、熱収縮チューブを使用することがより好ましい。熱収縮チューブは、一般的に、収縮が完結する前の状態では、弾性変形又は塑性変形が可能な性質を有する。
【００６４】
熱収縮チューブの材質としては、塩化ビニル、ポリフッ化ビニリデン、エチレンプロピレンゴム、ネオプレンなどの汎用熱収縮チューブも使用可能であるが、耐熱性熱収縮チューブが好ましく使用される。耐熱性熱収縮チューブとしては、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）、テトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−エチレン共重合体（ＥＴＦＥ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、シリコーンゴムなどが挙げられる。
【００６５】
被覆材の厚みは、例えば１μｍ〜５ｍｍであり、特に熱収縮性の被覆材を使用する場合、適当な拘束力を得る観点から、その厚みは、１０〜３０００μｍが好ましく、１００〜２０００μｍがより好ましい。
【００６６】
本発明において吸水体を設ける場合、水素発生剤と一部が接触した状態となる。吸水体としては、水を含浸可能なものであれば何れでもよいが、濾紙、吸水性フェルト、吸水性樹脂、脱脂綿、吸水性不織布、吸水紙などが好ましい。
【００６７】
吸水体の厚みは、水等の反応液を水素発生剤に適度に供給する観点から、０．０５〜３ｍｍが好ましく、０．１〜１ｍｍがより好ましい。
【００６８】
被覆材の内径は、均一な拘束状態を得る観点から、水素発生剤の外径の１００〜５００％であることが好ましく、１１０〜３００％であることがより好ましい。
【００６９】
被覆材を熱収縮させる際の温度は、被覆材の収縮特性にもよるが、反応時の水素発生剤の温度を考慮すると、７０〜１５０℃が好ましく、８０〜１２０℃がより好ましい。また、この温度範囲で、収縮率が２０〜９５％の熱収縮性の被覆材を使用することが好ましく、収縮率が５０〜８０％であることがより好ましい。
【００７０】
本発明の水素発生装置は、水素発生剤に反応液を供給して水素を発生させるものである。反応液としては、水、酸水溶液、アルカリ水溶液などが挙げられる。供給する反応液の温度は、室温でもよいが、３０〜８０℃に加熱することも可能である。
【００７１】
本発明では、水素発生剤と一部が接触した吸水体を介して水素発生剤に反応液を供給して水素を発生させる方法が、反応速度を一定にする上で好ましい。
【００７２】
反応液の供給は、発生させる水素ガスの量に応じて供給量を調整することも可能であるが、本発明では過剰供給を行っても、反応速度が制御されているため、適度な発生速度で水素発生が可能である。
【００７３】
＜別実施形態＞
上記の実施形態では、反応液通路３２ｂは、フィルム状部材で塞がれており、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入することで、反応液貯留部２の内底面２ｂに設けられた突起部２１によりフィルム状部材が破断されるように構成する例を示した。しかし、反応液通路３２ｂは、加圧された反応液の圧力で破断可能なフィルム状部材で塞ぐようにしてもよい。すなわち、反応液貯留部２の開口端２ａから反応液収容容器３を挿入していくことで、反応液貯留部２の反応液は加圧されるので、この反応液の圧力によって破断可能な強度を有するフィルム状部材で反応液通路３２ｂを塞ぐことができる。この際、フィルム状部材をハーフカットしておき、反応液の圧力で破れやすいようにしてもよい。
【符号の説明】
【００７４】
１ 発生剤収容部
２ 反応液貯留部
２ａ 開口端
２ｂ 内底面
３ 反応液収容容器
３ａ 空間
４ 吸水体
５ 水素供給孔
１１ 水素発生剤
１２ 被覆材
２１ 突起部
２１ａ 凹溝
３１ 容器本体
３１ｂ 容器下部
３２ 容器底部
３２ｂ 反応液通路
３３ パッキン
３４ アルミ箔
４１ 吸水体
４２ 吸水体
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、
反応液との反応により水素を発生する水素発生剤と、
その水素発生剤を収容する発生剤収容部と、
反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部と、
発生剤収容部の外側に設けられ、発生剤収容部との間の空間に反応液貯留部の反応液が充填される反応液収容容器と、
反応液収容容器に充填された反応液を発生剤収容部へ供給可能な反応液供給部と、
発生剤収容部にて発生した水素を反応液収容容器の外部へ供給するための水素供給路と、を備え、
反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液収容容器の容器底面に形成された反応液通路を介して前記空間に反応液が充填されることを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記反応液通路は、閉塞部材で塞がれている請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記閉塞部材は、フィルム状部材であって、
反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液貯留部の内底面に設けられた突起部により前記フィルム状部材が破断される請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記反応液通路は、反応液収容容器の容器底面に形成された貫通孔であり、
前記突起部は、前記貫通孔に挿入可能であって、その外周面に高さ方向に沿った凹溝を有する請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項５】
反応液貯留部に反応液が貯留された状態で、反応液収容容器の容器下部が反応液貯留部の前記開口端に係止可能である請求項１〜４のいずれかに記載の水素発生装置。
【請求項６】
反応液収容容器の外壁と反応液貯留部の内壁との間で反応液をシールするシール部材が、前記容器下部の外周面または前記開口端の内周面に設けられている請求項５に記載の水素発生装置。
【請求項１】
固体の水素発生剤と反応液とを反応させて水素を発生させる水素発生装置において、
反応液との反応により水素を発生する水素発生剤と、
その水素発生剤を収容する発生剤収容部と、
反応開始前に反応液を貯留しておく有底筒状の反応液貯留部と、
発生剤収容部の外側に設けられ、発生剤収容部との間の空間に反応液貯留部の反応液が充填される反応液収容容器と、
反応液収容容器に充填された反応液を発生剤収容部へ供給可能な反応液供給部と、
発生剤収容部にて発生した水素を反応液収容容器の外部へ供給するための水素供給路と、を備え、
反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液収容容器の容器底面に形成された反応液通路を介して前記空間に反応液が充填されることを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記反応液通路は、閉塞部材で塞がれている請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記閉塞部材は、フィルム状部材であって、
反応液貯留部の開口端から反応液収容容器を挿入することで、反応液貯留部の内底面に設けられた突起部により前記フィルム状部材が破断される請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記反応液通路は、反応液収容容器の容器底面に形成された貫通孔であり、
前記突起部は、前記貫通孔に挿入可能であって、その外周面に高さ方向に沿った凹溝を有する請求項３に記載の水素発生装置。
【請求項５】
反応液貯留部に反応液が貯留された状態で、反応液収容容器の容器下部が反応液貯留部の前記開口端に係止可能である請求項１〜４のいずれかに記載の水素発生装置。
【請求項６】
反応液収容容器の外壁と反応液貯留部の内壁との間で反応液をシールするシール部材が、前記容器下部の外周面または前記開口端の内周面に設けられている請求項５に記載の水素発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２０１１−１２６７２１（Ｐ２０１１−１２６７２１Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８３５８２（Ｐ２００９−２８３５８２）
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（５０６２３９７８４）アクアフェアリー株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１５日（２００９．１２．１５）
【出願人】（５０６２３９７８４）アクアフェアリー株式会社 (40)
【Ｆターム（参考）】
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