JP2009011962A - ガス発生装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】金属等の固体のガス発生剤と反応液とを接触させて水素ガスや酸素ガスなどを発生させる燃料電池用水素ガス発生装置、医療現場用、災害時などでの酸素ガス発生装置などのガス発生装置を提供する。
【解決手段】固体のガス発生剤と反応液とを有し、前記ガス発生剤と反応液はそれぞれ別々の収容容器２１，３１に収容され、それぞれの収容容器が毛管連結することで、ガス発生剤収容容器内に反応液が供給され、ガスを発生するガス発生装置Ａであって、ガスの圧力が高まると、毛管連結が分断されることを特徴とするガス発生装置。
【効果】簡易な機構により、ガスが消費されていないときは、ガスの発生を自動的にコントロールできるため、過剰なガスの発生を制御することができるガス発生装置が提供される。
【選択図】図１
【解決手段】固体のガス発生剤と反応液とを有し、前記ガス発生剤と反応液はそれぞれ別々の収容容器２１，３１に収容され、それぞれの収容容器が毛管連結することで、ガス発生剤収容容器内に反応液が供給され、ガスを発生するガス発生装置Ａであって、ガスの圧力が高まると、毛管連結が分断されることを特徴とするガス発生装置。
【効果】簡易な機構により、ガスが消費されていないときは、ガスの発生を自動的にコントロールできるため、過剰なガスの発生を制御することができるガス発生装置が提供される。
【選択図】図１
Description
本発明は、金属等の固体のガス発生剤と反応液とを接触させて水素ガスや酸素ガスなどを発生させるガス発生装置に関し、特に、燃料電池に水素ガスを供給するための技術として有用なガス発生装置、並びに、メンタルヘルスケア用、医療現場用、災害時などでの酸素ガス発生装置として有用なガス発生装置に関する。
近年、携帯機器用の燃料電池として、金属と水溶液から水素ガスを取り出し、燃料として用いる固体高分子形燃料電池（ＰＥＦＣ）の開発が盛んになってきている。
一般に、水素を燃料として用いるタイプの燃料電池は、出力がダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）の場合と比べて高いという特徴を有している上に、発電部自体はシンプルな構造にできるという特徴を有している。
一般に、水素を燃料として用いるタイプの燃料電池は、出力がダイレクトメタノール燃料電池（ＤＭＦＣ）の場合と比べて高いという特徴を有している上に、発電部自体はシンプルな構造にできるという特徴を有している。
従来において、燃料電池用の水素ガス発生装置としては、例えば、水を収容するためのタンクと、水との化学反応により水素を生成する金属を収容する反応容器と、該反応容器を収容するための収容部と、該収容部に接して設けられ、前記反応容器を加熱するための加熱手段と、前記タンクから前記収容部に収容された反応容器に水を供給する導入管と、前記反応容器内で生成した水素及び未反応の水を前記タンク内に導入するための戻り管と、該タンク内の水素及び水を排出するための前記タンクから延びる排出管とを含んでなり、前記反応容器が前記収容部に対して着脱可能であることを特徴とする水素発生装置（例えば、特許文献１参照）や、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、前記水素発生剤を複数に区分して収容する第１収容部と、前記反応液を複数に区分して収容する第２収容部と、前記第１収容部の各区分と前記第２収容部の各区分とを仕切る仕切部材を有し、その仕切部材を解除して前記第１収容部の各区分収容物と前記第２収容部の各区分収容物とを順次接触可能とする仕切手段とを備えることを特徴とする水素発生装置（例えば、特許文献２参照）などが知られている。
しかしながら、上記特許文献１の水素発生装置では、一端水素ガス発生が始まると、それを止めることは困難であり、例えば、機器の使用を停止したとしても、水素ガス発生を止めることは困難であるという課題がある。また、水溶液をポンプ等で供給する場合であれば、ポンプからの総液量を制御することで、水素発生量を制御することは可能であるが、この場合は装置が大がかり且つ複雑であるため、小型の水素発生装置及び携帯機器用燃料電池用の燃料発生源としては不向きであった。
更に、上記特許文献２の水素発生装置では、各区分に収容した水素発生剤と反応液とを仕切手段などにより順次接触させることにより水素ガスを発生させるものであるが、連続的な水素ガスの供給が一時的に止まったり、水素ガスの供給が十分に行われない場合があるなどの課題があり、また、水素発生に応じて反応を制御できるものではないので、機器の必要に応じて水素ガスを供給することができないという課題がある。
一方、酸素ガス発生装置としては、例えば、反応液を内部に収容し、反応液を流出させるための開封可能なシール部を備えた第一容器と、第一容器を内部に収容し、反応液の流出速度を制御するための制御孔を備えた第二容器と、少なくとも第二容器と酸素発生剤とを内部に収容した第三容器とを含む携帯用酸素発生器であって、携帯用酸素発生器の最外殻の容器に酸素を外部へ供給するための排出口が備えられている携帯用酸素発生器（例えば、特許文献３参照）が知られている。
しかしながら、この特許文献３に記載の酸素発生器は、酸素の発生速度を調節することができるが、上記特許文献１の水素発生装置と同様に、一端酸素ガス発生が始まると、それを制御することが困難であったりするなどの課題がある。
特開２００４−１４９３９４号公報（特許請求の範囲、実施例等）
特開２００６−３２７８７１号公報（特許請求の範囲、実施例等）
特開２００４−１６８５６９号公報（特許請求の範囲、実施例等）
しかしながら、この特許文献３に記載の酸素発生器は、酸素の発生速度を調節することができるが、上記特許文献１の水素発生装置と同様に、一端酸素ガス発生が始まると、それを制御することが困難であったりするなどの課題がある。
本発明は、上記従来のガス発生装置における課題等に鑑み、これを解消するためになされたものであり、水素ガス、酸素ガスなどのガス発生を簡便な機構で停止させることにより、過剰な水素ガスや酸素ガスの発生を制御できるガス発生装置を提供することを目的とする。
本発明者は、上記従来の課題等について、鋭意検討した結果、固体のガス発生剤と反応液とを有し、前記ガス発生剤と反応液はそれぞれ別々の収容容器に収容され、それぞれの収容容器が特定の手段で連結することで、ガス発生剤収容容器内に反応液が供給され、ガスを発生するガス発生装置において、ガスの圧力が高まると、上記連結を特定の機構で分断させることにより、上記目的のガス発生装置が得られることに成功し、本発明を完成するに至ったのである。
すなわち、本発明は、次の（１）〜（１０）に存する。
（１） 固体のガス発生剤と反応液とを有し、前記ガス発生剤と反応液はそれぞれ別々の収容容器に収容され、それぞれの収容容器が毛管連結することで、ガス発生剤収容容器内に反応液が供給され、ガスを発生するガス発生装置であって、ガスの圧力が高まると、毛管連結が分断されることを特徴とするガス発生装置。
（２） 発生するガスが、水素ガス又は酸素ガスであることを特徴とする請求項１記載のガス発生装置。
（３） ガス発生剤収容容器と反応液収容容器とに、毛管力を有する多孔体が設けられると共に、それぞれが接触することにより毛管が連結され、反応液が供給されることを特徴とする請求項１又は２記載のガス発生装置。
（４） ガスの圧力が高まると、反応液収容容器又はガス発生剤収容容器がスライドすることで、多孔体が非接触となり、毛管連結が分断されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のガス発生装置。
（５） 反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器とは弾性部材の弾性力によって、接続されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のガス発生装置。
（６） 反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器とは弾性部材の弾性力によって、分断されており、ガスの消費に伴う負圧によって接続されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載のガス発生装置。
（７） 多孔体は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体の何れか一つから構成されていることを特徴とする請求項３〜６の何れか一つに記載のガス発生装置。
（８） 反応液は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体の何れか一つからなる毛管力を有する反応液吸蔵体に吸蔵されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のガス発生装置。
（９） 固体のガス発生剤は、下記Ａ群から選ばれる金属又は下記Ｂ群から選ばれる触媒から構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載のガス発生装置。
Ａ群：鉄、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、スズ、水素化ホウ素ナトリウム
Ｂ群：二酸化マンガン、白金
（１０） 反応液は、水、酸類、アルカリ類、アルコール類、過酸化水素水の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載のガス発生装置。
（１） 固体のガス発生剤と反応液とを有し、前記ガス発生剤と反応液はそれぞれ別々の収容容器に収容され、それぞれの収容容器が毛管連結することで、ガス発生剤収容容器内に反応液が供給され、ガスを発生するガス発生装置であって、ガスの圧力が高まると、毛管連結が分断されることを特徴とするガス発生装置。
（２） 発生するガスが、水素ガス又は酸素ガスであることを特徴とする請求項１記載のガス発生装置。
（３） ガス発生剤収容容器と反応液収容容器とに、毛管力を有する多孔体が設けられると共に、それぞれが接触することにより毛管が連結され、反応液が供給されることを特徴とする請求項１又は２記載のガス発生装置。
（４） ガスの圧力が高まると、反応液収容容器又はガス発生剤収容容器がスライドすることで、多孔体が非接触となり、毛管連結が分断されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のガス発生装置。
（５） 反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器とは弾性部材の弾性力によって、接続されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のガス発生装置。
（６） 反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器とは弾性部材の弾性力によって、分断されており、ガスの消費に伴う負圧によって接続されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載のガス発生装置。
（７） 多孔体は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体の何れか一つから構成されていることを特徴とする請求項３〜６の何れか一つに記載のガス発生装置。
（８） 反応液は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体の何れか一つからなる毛管力を有する反応液吸蔵体に吸蔵されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のガス発生装置。
（９） 固体のガス発生剤は、下記Ａ群から選ばれる金属又は下記Ｂ群から選ばれる触媒から構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載のガス発生装置。
Ａ群：鉄、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、スズ、水素化ホウ素ナトリウム
Ｂ群：二酸化マンガン、白金
（１０） 反応液は、水、酸類、アルカリ類、アルコール類、過酸化水素水の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載のガス発生装置。
本発明によれば、簡易な機構により、ガスが消費されていないときは、ガスの発生を自動的にコントロールできるため、過剰なガスの発生を制御することができるガス発生装置が提供される。
以下に、本発明の実施形態を図面を参照しながら、詳しく説明する。
図１〜図４は、本発明の実施形態の一例となるガス発生装置を示すものであり、図１はガス発生装置の概略断面図、図２はガス発生装置の縦断面図、図３は、ガス発生装置の反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器を詳細に説明するための縦断面図、図４は、ガス発生装置において、内圧が高まり、反応液収容容器がスライドし、毛管連結が分断された状態を説明するための縦断面図である。
図１〜図４は、本発明の実施形態の一例となるガス発生装置を示すものであり、図１はガス発生装置の概略断面図、図２はガス発生装置の縦断面図、図３は、ガス発生装置の反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器を詳細に説明するための縦断面図、図４は、ガス発生装置において、内圧が高まり、反応液収容容器がスライドし、毛管連結が分断された状態を説明するための縦断面図である。
本実施形態のガス発生装置Ａは、有底筒状となる装置本体１０を備え、該装置本体１０内の下方側に固体のガス発生剤２０を収容した収容容器２１が嵌合等により固着されると共に、上方側に、反応液を吸蔵した反応液吸蔵体３０を収容した収容容器３１がスライド自在に収容される構成となっている。
装置本体１０は、ガス不透過化性等の耐久性を有する合成樹脂製等で構成されており、底部にガス排出口となる排出孔１１が形成されると共に、該排出孔１１に連通して筒状部１２が形成されている。該筒状部１２内には、密閉弁１３がストッパー部材１４により取り付けられている。
密閉弁１３は、中央部にスリット孔１３ａが形成されており、金属性又は合成樹脂製のガス供給管１５が装着自在となっている。この密閉弁１３は、上記筒状部１２に収容された際に、径方向に圧縮されることで、前記スリット孔１３ａが密閉され、装置１０内で発生したガスは装置外へ排出されない状態となっている。この密閉弁１３は、ガス透過性の低い材料から構成されるものが好ましく、例えば、ブチルゴム、シリコーンゴムなどのゴム、熱可塑性エラストマーが挙げられ、通常の射出成形や加硫成形などによって製造することができる。
装置本体１０は、ガス不透過化性等の耐久性を有する合成樹脂製等で構成されており、底部にガス排出口となる排出孔１１が形成されると共に、該排出孔１１に連通して筒状部１２が形成されている。該筒状部１２内には、密閉弁１３がストッパー部材１４により取り付けられている。
密閉弁１３は、中央部にスリット孔１３ａが形成されており、金属性又は合成樹脂製のガス供給管１５が装着自在となっている。この密閉弁１３は、上記筒状部１２に収容された際に、径方向に圧縮されることで、前記スリット孔１３ａが密閉され、装置１０内で発生したガスは装置外へ排出されない状態となっている。この密閉弁１３は、ガス透過性の低い材料から構成されるものが好ましく、例えば、ブチルゴム、シリコーンゴムなどのゴム、熱可塑性エラストマーが挙げられ、通常の射出成形や加硫成形などによって製造することができる。
ガス発生剤収容容器２１は、収容するガス発生剤に対して反応性のない合成樹脂製等で構成されており、略筒状体で、底部に平板状の下部フィルター部材２２を保持する保持部２３を有している。このガス発生剤収容容器２１内には、底部に平板状の下部フィルター部材２２が保持されると共に、該下部フィルター部材２２上に固体のガス発生剤２０、上部フィルター部材２４が収納され、空気置換孔２５ａ、２５ａを有する樹脂製の蓋部材２５が収容容器２１の開口部に嵌合等により固着されている。また、上記固体のガス発生剤２０に凹部２０ａが形成されると共に、上部フィルター部材２４及び蓋部材２５には貫通孔２４ａ，２５ｂが形成されている。この貫通孔２４ａ，２５ｂには、下部多孔体２６が挿通されて凹部２０ａの底部まで装着されている。
上記下部フィルター部材２２、上部フィルター部材２４は、固体のガス発生剤２０と反応液３０との反応により発生するガスが透過する部材であり、例えば、平均孔径１〜１００μｍの細孔径を有するフッ素樹脂製などのガス透過性の樹脂板から構成されている。
上記下部フィルター部材２２、上部フィルター部材２４は、固体のガス発生剤２０と反応液３０との反応により発生するガスが透過する部材であり、例えば、平均孔径１〜１００μｍの細孔径を有するフッ素樹脂製などのガス透過性の樹脂板から構成されている。
反応液収容容器３１は、反応液に対して反応性のない合成樹脂製等で構成されており、下部が開口部３１ａとなる容器体であり、収容容器３１内には反応液を吸蔵する毛管力を有する反応液吸蔵体３０が収容されている。この反応液吸蔵体３０は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体などから選択される毛管力を有する材質等から構成されている。
また、反応液収容容器３１の開口部３１ａには、空気置換孔３２ａ、３２ａを有する樹脂製の蓋部材３２が嵌合等により固着されている。上記反応液吸蔵体３０には、凹部３０ａが形成されると共に、蓋部材３２には貫通孔３２ｂが形成されている。この貫通孔３２ｂには、上部多孔体３３が挿通されて凹部３０ａの底部（図示では上部）まで装着されている。
この上部多孔体３３及び上記下部多孔体２６は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体などから選択される毛管力を有する材質から構成されており、上部多孔体３３を下部多孔体２６に毛管連結することにより、反応液吸蔵体３０に吸蔵される反応液を上部多孔体３３、下部多孔体２６を介して固体のガス発生剤２０に供給する構成となっている。なお、反応液吸蔵体３０に吸蔵される反応液を上部多孔体３３を介して下部多孔体２６に効率良く供給できるように、上部多孔体３３、下部多孔体２６の毛管力（気孔率等）を調整することが好ましい。
また、反応液収容容器３１の開口部３１ａには、空気置換孔３２ａ、３２ａを有する樹脂製の蓋部材３２が嵌合等により固着されている。上記反応液吸蔵体３０には、凹部３０ａが形成されると共に、蓋部材３２には貫通孔３２ｂが形成されている。この貫通孔３２ｂには、上部多孔体３３が挿通されて凹部３０ａの底部（図示では上部）まで装着されている。
この上部多孔体３３及び上記下部多孔体２６は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体などから選択される毛管力を有する材質から構成されており、上部多孔体３３を下部多孔体２６に毛管連結することにより、反応液吸蔵体３０に吸蔵される反応液を上部多孔体３３、下部多孔体２６を介して固体のガス発生剤２０に供給する構成となっている。なお、反応液吸蔵体３０に吸蔵される反応液を上部多孔体３３を介して下部多孔体２６に効率良く供給できるように、上部多孔体３３、下部多孔体２６の毛管力（気孔率等）を調整することが好ましい。
上記反応液吸蔵体３０等が収容された反応液収容容器３１は、装置本体１０内の上方側に、スライド自在に収容されると共に、コイルスプリングなどの弾性部材３４の弾性力により常時下方側に附勢されて反応液収容容器３１とガス発生剤収容容器２１とは上記弾性部材の弾性力によって接続される構成となっている。すなわち、弾性部材３４の上端側は、装置本体１０の上端開口部に嵌合等により固着される開口部４０ａを有する蓋本体４０内に取り付けられると共に、下端側が反応液収容容器３１の上部面に取り付けられて、反応液収容容器３１を弾性部材３４の弾性力により常時下方側に附勢されて反応液収容容器３１とガス発生剤収容容器２１とは上記弾性部材３４の弾性力によって接続されている。これにより、十分な毛管連結を確保することができる。
また、反応液収容容器３１の外周面の凹部３１ａには、発生したガスを装置本体１０と反応液収容容器３１の隙間３５から漏出しないようにシリコーンゴム製等のシーリング部材３６が取り付けられている。
また、反応液収容容器３１の外周面の凹部３１ａには、発生したガスを装置本体１０と反応液収容容器３１の隙間３５から漏出しないようにシリコーンゴム製等のシーリング部材３６が取り付けられている。
本発明に用いる固体のガス発生剤２０、吸蔵体３０に吸蔵される反応液は、発生せしめるガス種により種々の組み合わせを挙げることができ、例えば、水素ガスや酸素ガスであれば、固体のガス発生剤２０として、下記Ａ群から選ばれる金属又は下記Ｂ群から選ばれる触媒が挙げられ、また、反応液としては、水（精製水、イオン交換水等）、酸類（塩酸、硫酸等）、アルカリ類（水酸化ナトリウム、水酸化マグネシウム水溶液等）、アルコール類（メタノール水溶液、エタノール水溶液等）、過酸化水素水の少なくとも１つを挙げることができる。
Ａ群：鉄、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、スズ、水素化ホウ素ナトリウム
Ｂ群：二酸化マンガン、白金
なお、上記金属は反応液と反応して効率よくガスが発生できるように、例えば、粒状、粉末状、タブレット状等に構成することができる。また、固体のガス発生剤２０の収容量、吸蔵体３０への反応液の吸蔵量は、固体のガス発生剤の種類、反応液の種類、反応により発生するガス種などを考慮して夫々最適な量を収容することが好ましい。
Ａ群：鉄、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、スズ、水素化ホウ素ナトリウム
Ｂ群：二酸化マンガン、白金
なお、上記金属は反応液と反応して効率よくガスが発生できるように、例えば、粒状、粉末状、タブレット状等に構成することができる。また、固体のガス発生剤２０の収容量、吸蔵体３０への反応液の吸蔵量は、固体のガス発生剤の種類、反応液の種類、反応により発生するガス種などを考慮して夫々最適な量を収容することが好ましい。
具体的な組み合わせとして、水素ガスであれば、例えば、固体のガス発生剤が鉄（還元鉄）、反応液が塩酸、固体のガス発生剤がマグネシウム、反応液が硫酸、固体のガス発生剤がアルミニウム、反応液が水、固体のガス発生剤が水素化ホウ素ナトリウム、反応液が硫酸等が挙げられる。
また、酸素ガスであれば、固体のガス発生剤が酸化マンガン、反応液が過酸化水素水等が挙げられる。
また、酸素ガスであれば、固体のガス発生剤が酸化マンガン、反応液が過酸化水素水等が挙げられる。
このように構成される本実施形態のガス発生装置Ａでは、図１〜図３に示すように、固体のガス発生剤２０（例えば、還元鉄）と反応液（例えば、塩酸）とがそれぞれ別々の収容容器２１，３１に収容され、それぞれの収容容器２１，３１に挿着される毛管力を有する下部多孔体２６，上部多孔体３６を弾性部材３６の弾性力により毛管連結することで、ガス発生剤収容容器２１内に反応液が供給されて、水素ガスを発生することとなる。生成した水素ガスは、シーリング部材３６により上方側へ漏出することなく、密閉弁１３に挿入したガス供給管１５を通過して装置本体１０外へ排出することができる。この装置本体１０外に水素ガス供給管を介して燃料電池本体に接続すれば、燃料電池用の水素ガス発生装置として有用となる。
また、本実施形態のガス発生装置Ａでは、上記毛管連結により水素が生成している状態で、水素が使用されない状態、例えば、ガス供給管１５を密閉弁から取り外した場合等では、水素は密閉弁１３により装置本体１０外へ流出することがなく、装置１０内に充満する水素ガス、具体的には、水素ガスの圧力は、上部フィルター部材２９を通過して上部側に充満していき、水素ガスの内圧が更に高まると、反応溶液収容容器２１がその圧力を受け、上記弾性部材３４の弾性力よりも大きくなった場合に、図４に示すように、上方側にスライドし、下部多孔体２６と上部多孔体３６の毛管連結が分断する（非接触となる）ことにより、反応液の供給が止まり、水素ガスの発生が停止されることとなる。
従って、本実施形態のガス発生装置Ａでは、簡便な機構により、しかも、電気的、人為的な制御をすることなく、水素ガスなどのガスが消費されていないときには、水素ガス等のガスの生成を自動的に停止させることができるので、過剰なガスの生成を抑制することができるものとなる。
従って、本実施形態のガス発生装置Ａでは、簡便な機構により、しかも、電気的、人為的な制御をすることなく、水素ガスなどのガスが消費されていないときには、水素ガス等のガスの生成を自動的に停止させることができるので、過剰なガスの生成を抑制することができるものとなる。
図５及び図６は、本発明の他の実施形態を示すガス発生装置を示すものであり、図５はガス発生装置の縦断面図、図６は、ガス発生装置において、内圧が低下し、反応液収容容器３１がスライドし、毛管連結した状態を説明するための縦断面図である。なお、上記実施形態のガス発生装置Ａと同様の構成は同一の図示符号を示してその説明を省略する。
本実施形態のガス発生装置Ｂは、発生ガスの圧力によって反応液収容容器３１と、ガス発生剤収容容器２１との毛管連結を分断するものではなく、反応液収容容器３１とガス発生剤収容容器２１は、弾性部材３７の弾性力によって、分散されており、ガスの消費に伴う負圧によって、反応液収容容器３１が下方に移動し、ガス発生剤収容容器２１と毛管連結することを特徴とするガス発生装置である。
本実施形態のガス発生装置Ｂは、発生ガスの圧力によって反応液収容容器３１と、ガス発生剤収容容器２１との毛管連結を分断するものではなく、反応液収容容器３１とガス発生剤収容容器２１は、弾性部材３７の弾性力によって、分散されており、ガスの消費に伴う負圧によって、反応液収容容器３１が下方に移動し、ガス発生剤収容容器２１と毛管連結することを特徴とするガス発生装置である。
このように構成される本実施形態のガス発生装置Ｂでは、固体のガス発生剤２０（例えば、還元鉄）と反応液（例えば、塩酸）とがそれぞれ別々の反応液収容容器３１と、ガス発生剤収容容器２１とに収容し、これらの間に、弾性部材３７が挿入されたものであり、通常時は、図５に示すように、連結が分断されており、水素ガス消費時に容器の内圧が低下することで、図６に示すように、反応液収容容器３１が、ガス発生剤収容容器２１へスライド（弾性部材３７が収縮）し、毛管連結することで、水素ガス発生反応が始まりものである。
この実施形態のガス発生装置Ｂにより生成した水素ガスは、漏出することなく、密閉弁１３に挿入したガス供給管１５を通過して装置本体１０外へ排出することができる。この装置本体１０外に水素ガス供給管を介して燃料電池本体に接続すれば、燃料電池用の水素ガス発生装置として有用となる。従って、本実施形態のガス発生装置Ｂは、反応液収容容器３１と、ガス発生剤収容容器２１とは弾性部材３７の弾性力によって、分断されており、ガスの消費に伴う負圧によって接続される構成としたので、簡便な機構により、しかも、電気的、人為的な制御をすることなく、水素ガスなどのガスが消費されていないときには、水素ガス等のガスの生成を自動的に停止させることができるので、過剰なガスの生成を抑制することができるものとなる。
本発明のガス発生装置は、上記各実施形態に限定されず、本発明の技術思想の範囲内で種々変更することができる。
例えば、上記実施形態において、水素ガスの発生装置について説明したが、固体のガス発生剤２０を酸化マンガンとし、反応液を、例えば、過酸化水素水とし、それぞれを別々の収容容器２１，３１に収容すれば、酸素ガスの発生、並びに、生成した酸素ガスは、漏出することなく、密閉弁１３に挿入したガス供給管１５を通過して装置本体１０外へ排出することができ、この装置本体１０外の、例えば、メンタルヘルスケア用、医療現場用、災害時などでの酸素ガス発生機構に接続すれば、これらの用途へ酸素ガス発生装置として有用となる。
例えば、上記実施形態において、水素ガスの発生装置について説明したが、固体のガス発生剤２０を酸化マンガンとし、反応液を、例えば、過酸化水素水とし、それぞれを別々の収容容器２１，３１に収容すれば、酸素ガスの発生、並びに、生成した酸素ガスは、漏出することなく、密閉弁１３に挿入したガス供給管１５を通過して装置本体１０外へ排出することができ、この装置本体１０外の、例えば、メンタルヘルスケア用、医療現場用、災害時などでの酸素ガス発生機構に接続すれば、これらの用途へ酸素ガス発生装置として有用となる。
また、上記実施形態のガス発生装置Ａにおいて、反応液収容容器３１にシーリング部材を取り付けることなく、装置１０内に嵌合等により固着せしめ、ガス発生剤収容容器２１の外周にシリコーンゴム製等のシーリング部材を取り付けてガス発生剤収容容器２１を装置本体１０内の下方側に、スライド自在に収容し、ガス発生剤収容容器２１の下方に取り付けたコイルスプリングなどの弾性部材の弾性力により常時上方側に附勢し、ガス発生剤収容容器２１と反応液収容容器３１とを接続し、下部多孔体２６，上部多孔体３６を上記弾性部材の弾性力により毛管連結した構成として、上記ガス発生装置Ａと同様の作用機構としてもよいものである。
次に、本発明を実施例により、更に詳述するが、本発明は下記実施例に限定されるものではない。
〔実施例１〕
下記作製法により、ガス発生装置を得た後、その水素発生量を評価した。
（装置本体の作製）
外寸法：φ１６×１５ｍｍ
内寸法：φ１４×１１ｍｍ
材質：塩化ビニル樹脂製
（蓋本体）
寸法：φ１４×５ｍｍ
材質：塩化ビニル製
（密閉弁）
寸法：長径５ｍｍ×短径４ｍｍ
材質：ブチルゴム製
（取り付け部材）
寸法：φ４×２ｍｍ
材質：塩化ビニル製
（ガス供給管）
寸法：外径φ１×１５ｍｍ、内径φ０．７×１５ｍｍ
材質：ステンレス製
下記作製法により、ガス発生装置を得た後、その水素発生量を評価した。
（装置本体の作製）
外寸法：φ１６×１５ｍｍ
内寸法：φ１４×１１ｍｍ
材質：塩化ビニル樹脂製
（蓋本体）
寸法：φ１４×５ｍｍ
材質：塩化ビニル製
（密閉弁）
寸法：長径５ｍｍ×短径４ｍｍ
材質：ブチルゴム製
（取り付け部材）
寸法：φ４×２ｍｍ
材質：塩化ビニル製
（ガス供給管）
寸法：外径φ１×１５ｍｍ、内径φ０．７×１５ｍｍ
材質：ステンレス製
（ガス発生剤収容容器の作製） 図１〜図３に準拠
ガス発生剤収容容器：外寸法φ１６×１５ｍｍ
内寸法φ１４×１１ｍｍ
材質 塩化ビニル樹脂製
下部及び上部フィルター部材：フッ素樹脂製多孔体（孔径１００μｍ）
：寸法 φ１４×１ｍｍ ２枚
反応液供給多孔体：寸法 φ４×１２mm、ＰＥＴ製繊維収束体、気孔率：５０％
ガス発生剤：還元鉄（和光純薬社製） １ｇ
ガス発生剤収容容器：外寸法φ１６×１５ｍｍ
内寸法φ１４×１１ｍｍ
材質 塩化ビニル樹脂製
下部及び上部フィルター部材：フッ素樹脂製多孔体（孔径１００μｍ）
：寸法 φ１４×１ｍｍ ２枚
反応液供給多孔体：寸法 φ４×１２mm、ＰＥＴ製繊維収束体、気孔率：５０％
ガス発生剤：還元鉄（和光純薬社製） １ｇ
（反応液収容容器の作製） 図１〜図３に準拠
反応液収容容器：外寸法 φ１４．５×３４ｍｍ
内寸法 φ１２．５×３０ｍｍ
材質：塩化ビニル樹脂製
反応液吸蔵体：寸法 φ１２×２８ｍｍ
材質：ＰＥＴ製繊維収束体、気孔率：７０％
反応液供給多孔体：寸法 φ３×１７．５ｍｍ
材質：ＰＥＴ製繊維収束体、気孔率６０％
シールリング部材：φ１４×１ｍｍ ２個
材質：ブチルゴム製
弾性部材：φ１２×１５ｍｍ、０．３Ｎ/ｍｍ
材質：ステンレス製、７ｍｍに圧縮して装着、装着時押し圧２．１Ｎ
反応液：６Ｎ塩酸水溶液（和光純薬社製） ２ｇ
反応液収容容器：外寸法 φ１４．５×３４ｍｍ
内寸法 φ１２．５×３０ｍｍ
材質：塩化ビニル樹脂製
反応液吸蔵体：寸法 φ１２×２８ｍｍ
材質：ＰＥＴ製繊維収束体、気孔率：７０％
反応液供給多孔体：寸法 φ３×１７．５ｍｍ
材質：ＰＥＴ製繊維収束体、気孔率６０％
シールリング部材：φ１４×１ｍｍ ２個
材質：ブチルゴム製
弾性部材：φ１２×１５ｍｍ、０．３Ｎ/ｍｍ
材質：ステンレス製、７ｍｍに圧縮して装着、装着時押し圧２．１Ｎ
反応液：６Ｎ塩酸水溶液（和光純薬社製） ２ｇ
上記ガス発生装置（水素ガス発生装置）を用いて、２５℃の環境下で水素ガスを発生させたところ、０．８リットルの水素ガスを生成することができた。
また、ガス供給管１５を取り外して水素ガスの取り出しを停止することで、水素発生器の内圧が上昇し、２０ｋＰａに達したところで、反応液収容容器３１がスライドし、毛管連結が分断され、水素発生が停止した。停止後の水素ガス発生器の内圧は３０ｋＰａであった。
これらの結果より、本実施例のガス発生装置は、簡便な機構により、しかも、電気的、人為的な制御をすることなく、水素ガスが消費されていないときには、水素ガスの生成を自動的に停止させることができることが判明した。
また、ガス供給管１５を取り外して水素ガスの取り出しを停止することで、水素発生器の内圧が上昇し、２０ｋＰａに達したところで、反応液収容容器３１がスライドし、毛管連結が分断され、水素発生が停止した。停止後の水素ガス発生器の内圧は３０ｋＰａであった。
これらの結果より、本実施例のガス発生装置は、簡便な機構により、しかも、電気的、人為的な制御をすることなく、水素ガスが消費されていないときには、水素ガスの生成を自動的に停止させることができることが判明した。
Ａ ガス発生装置
１０ 装置本体
２０ ガス発生剤
２１ ガス発生剤収容容器
３０ 反応液吸蔵体
３１ 反応液収容容器
１０ 装置本体
２０ ガス発生剤
２１ ガス発生剤収容容器
３０ 反応液吸蔵体
３１ 反応液収容容器
Claims (10)
- 固体のガス発生剤と反応液とを有し、前記ガス発生剤と反応液はそれぞれ別々の収容容器に収容され、それぞれの収容容器が毛管連結することで、ガス発生剤収容容器内に反応液が供給され、ガスを発生するガス発生装置であって、ガスの圧力が高まると、毛管連結が分断されることを特徴とするガス発生装置。
- 発生するガスが、水素ガス又は酸素ガスであることを特徴とする請求項１記載のガス発生装置。
- ガス発生剤収容容器と反応液収容容器とに、毛管力を有する多孔体が設けられると共に、それぞれが接触することにより毛管が連結され、反応液が供給されることを特徴とする請求項１又は２記載のガス発生装置。
- ガスの圧力が高まると、反応液収容容器又はガス発生剤収容容器がスライドすることで、多孔体が非接触となり、毛管連結が分断されることを特徴とする請求項１〜３の何れか一つに記載のガス発生装置。
- 反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器とは弾性部材の弾性力によって、接続されていることを特徴とする請求項１〜４の何れか一つに記載のガス発生装置。
- 反応液収容容器と、ガス発生剤収容容器とは弾性部材の弾性力によって、分断されており、ガスの消費に伴う負圧によって接続されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一つに記載のガス発生装置。
- 多孔体は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体の何れか一つから構成されていることを特徴とする請求項３〜６の何れか一つに記載のガス発生装置。
- 反応液は、繊維収束体、フェルト、不織布、焼結体、発泡体、スリット体の何れか一つからなる毛管力を有する反応液吸蔵体に吸蔵されていることを特徴とする請求項１〜７の何れか一つに記載のガス発生装置。
- 固体のガス発生剤は、下記Ａ群から選ばれる金属又は下記Ｂ群から選ばれる触媒から構成されることを特徴とする請求項１〜８の何れか一つに記載のガス発生装置。
Ａ群：鉄、マグネシウム、アルミニウム、亜鉛、スズ、水素化ホウ素ナトリウム
Ｂ群：二酸化マンガン、白金 - 反応液は、水、酸類、アルカリ類、アルコール類、過酸化水素水の少なくとも一つからなることを特徴とする請求項１〜９の何れか一つに記載のガス発生装置。
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