JP2009132588A - 水素発生装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は、取り扱いが容易で、かつ、連続的に水素を発生できる水素発生装置を
提供することを目的とする。
【解決手段】下層にスズ−ガリウム系金属１を収容し、かつ、上層に水２が収容された共
用容器３と、水２を貯留する貯水容器４とこの水２を輸送する第１のポンプ５とこの第１
のポンプ５の運転を制御する第１のポンプ制御手段６と、共用容器３の下層の側壁３ａに
回転可能に支持された双ロール７とアルミニウムの箔体８が巻かれたロール体９とこの箔
体８を双ロール７により引き込み、スズ−ガリウム系金属１内に供給するために双ロール
７を駆動するためのモータ１０とこのモータ１０の駆動を制御するモータ制御手段１１と
を備え、スズ−ガリウム系金属１と箔体８が混合されてなる水素発生用組成物が水２と接
触することにより水素１３を発生するように構成されたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、水から水素を連続的に製造するための水素発生装置に関する。

従来、水素を発生させる方法としては、（１）水の電気分解法、（２）天然ガスや石油
等の炭化水素を酸素、空気または水蒸気などと高温で反応させる部分酸化法や改質法、（
３）水と炭素による熱分解反応を用いる方法、（４）亜鉛などの金属を酸に溶解する方法
、などが知られている。しかしながら、（１）の方法では電力を多量に消費するため製造
コストが高くなる、（２）および（３）の方法では水素とともにＣＯ等が副生するため高
純度の水素が得られない、（４）の方法では酸を必要とするため取り扱いに難点がある、
等の問題があり、これらに代わる新しい水素の発生方法が期待されていた。

近年、上述の期待に応えるべく多数の新しい水素発生方法および装置が提案されている
。

例えば、特許文献１には、ナノ鉄粒子を含み水又は水蒸気との反応によって水素を生成
する水素発生剤を収容する反応容器と、その反応容器に水又は水蒸気を断続的に供給する
水分供給手段とを備える水素発生装置が開示されている。

また、特許文献２には、燃料電池に供給する水素ガスを発生させるための水素ガス発生
装置であって、長手方向に延びた形状を有し、純鉄タブレットが収容される第１収容ケー
スと、この第１収容ケースに対し水もしくは水蒸気を導入するための導入管と、導入され
た水もしくは水蒸気と第１収容ケースの純鉄タブレットとを反応させることで発生した水
素ガスを導出させるための導出管と、第１収容ケースに隣接配置され、第１収容ケースと
同じ長手方向に延びた形状を有すると共に、純鉄タブレットが収容される第２収容ケース
と、この第２収容ケース内に収容された純鉄タブレットと反応させる空気を導入するため
の開口部とを備え、第２収容ケースにおける空気と純鉄の反応による発熱を第１収容ケー
スへ伝達可能に構成されたものが開示されている。

また、特許文献３には、水を収納するためのタンクと、水との化学反応により水素を生
成する金属を収納する反応容器と、該反応容器を収納するための収納部と、該収納部に接
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納部に
収納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納部に対して着脱
可能である水素発生装置が開示され、前記水との反応により水素を生成する金属として、
鉄、インジウム、スズ、マグネシウム、セリウムのいずれか１つ又はその酸化物等が例示
されている。

また、特許文献４には、容器内に収容した液状のインジウム・ガリウム合金に、純アル
ミニウムを供給管を通して供給し、さらに給水管から水を供給し、アルミニウムと水を反
応させることにより、水素ガスを発生させる水素ガス生成装置が開示されている。

しかしながら、上記特許文献１〜４に開示された技術には以下のような問題点が存在す
る。

すなわち、特許文献１に記載の水素発装置では、ナノ鉄粒子の内部まで水又は水蒸気と
反応させるために、水又は水蒸気を連続的に供給することができない。そして、なにより
もこの装置にはナノ鉄粒子の連続供給手段が備わっていないため、反応容器内のナノ鉄粒
子を使いきってしまった場合は、一旦装置を停止して、反応容器にナノ鉄粒子を補充しな
ければならない。

また、特許文献２に記載の水素ガス発生装置では、第１収容ケース内の純鉄タブレット
を使いきってしまった場合は、一旦装置を停止して、純鉄タブレットを補充するか、また
は、第１収容ケースごと交換しなければならない。また、純鉄と水を反応させるために第
１収容ケースを２００〜４００℃程度の高温に加熱するための加熱手段が必要となる。

また、特許文献３に記載の水素発生装置では、反応容器内の金属を使いきってしまった
場合は、一旦装置を停止して、反応容器ごと交換しなければならない。また、金属と水を
反応させるために反応容器を１００〜４００℃程度の高温に加熱するための加熱手段が必
要となる。

また、特許文献４の図３に記載の水素ガス生成装置では、容器内に収容されたインジウ
ム・ガリウム合金に純アルミニウムを供給管を通して供給し、さらに給水管から水を供給
し続ければ一見水素ガスを連続的に発生できるように見えるが、この装置はそもそも下記
のような大きな問題点を抱えている。すなわち、供給された純アルミニウムとインジウム
・ガリウム合金とを基にインジウム・ガリウム・アルミニウムからなる水素ガス生成用組
成物自体ができない。したがって、このような装置では、水素ガスの連続発生を望むべく
もない。
特開２００６−１０４０１７号公報 特開２００６−６９８７５号公報 特開２００４−１４９３９４号公報 特開２００３−１２３０１号公報

本発明の目的は、取り扱いが容易で、かつ、連続的に水素を発生できる水素発生装置を
提供することにある。

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、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種のガリウム系金属が収容されたガリウム系金属収容手段と、
水を収容可能な水収容手段と、
前記水収容手段に前記水を供給する水供給手段と、
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種の金属元素を前記水とは隔離しながら、前記ガリウム系金属内に供給する添加金属元素供給手段と、を備え、
前記ガリウム系金属と、前記添加金属元素供給手段により前記ガリウム系金属内に供給され拡散した前記金属元素とを有した水素発生用組成物が前記水と接触することにより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装置である。

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、前記水供給手段は、前記水を前記水収容手段に連続的に供給可能な構成とし、
前記添加金属元素供給手段は、添加する金属元素を前記ガリウム系金属内に連続的に供給可能な構成とし、
前記水素発生用組成物と、前記水とは、常時接触可能な状態とされ、連続的に水素を発生する構成である。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ガリウム系金属収容手段として、下層に前記ガリウム系金属を収容し、かつ、前記水収容手段として、上層に前記水を収容可能な第１の共用容器からなり、
前記添加金属元素供給手段は、
前記第１の共用容器の下層の前記ガリウム系金属が収容されている側であり前記水とは隔離し密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロールと、前記金属元素からなる箔体または線体が巻かれたロール体と、前記箔体または線体を前記双ロールにより引き込み、前記第１の共用容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記双ロールを駆動するためのモータと、このモータの駆動を制御するモータ制御手段とから構成されるか、
または、
前記金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の共用容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記第１の共用容器の前記ガリウム系金属が収容されている側であり前記水とは隔離し密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである。

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、
前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第１の共用容器の上層に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ガリウム系金属収容手段は、前記ガリウム系金属が収容された第１の容器からなり、
前記水収容手段は、前記第１の容器と連通し、下層に前記水素発生用組成物を収容可能で、上層に前記水を収容可能な第２の容器からなり、
前記添加金属元素供給手段は、
前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されている側に密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロールと、前記金属元素からなる箔体または線体が巻かれたロール体と、前記箔体または線体を前記双ロールにより引き込み、前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記双ロールを駆動するためのモータと、このモータの駆動を制御するモータ制御手段とから構成されるか、
若しくは、
前記金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されている側に密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるか、
または、
前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種を前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されていない側から前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に投入するための投入手段と、この投入手段を制御する投入手段の制御手段とから構成されるか、若しくは、前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されていない側から前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである。

請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、前記第１の容器の側壁と前記第２の容器の下層の側壁との間には、前記第１の容器側から前記第２の容器側へ前記水素発生用組成物を供給するための導入管と前記第２の容器側から前記第１の容器側へ前記金属元素の減少した前記水素発生用組成物を戻すための戻り管が設けられ、前記導入管と戻り管の内の少なくとも前記導入管には前記水素発生用組成物を輸送する第２のポンプと、この第２のポンプの運転を制御する第２のポンプ制御手段とを有したものである。

請求項７に記載の発明は、請求項５又は６に記載の発明において、
前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第２の容器の上層に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる。

請求項８に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ガリウム系金属収容手段は、前記ガリウム系金属が収容された籠形の多孔質体からなり、
前記水収容手段は、この多孔質体の凸部側に設けられ前記水を収容可能な容器からなり、前記多孔質体はこの容器に係着され、
前記添加金属元素供給手段は、
前記金属元素からなる箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種を前記多孔質体の凹部側から前記ガリウム系金属内に供給するための供給手段と、この供給手段を制御する供給手段の制御手段とから構成されるか、
または、
前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記多孔質体の凹部側から前記ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の発明において、
前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記容器に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、前記ガリウム系金属収容手段は、前記ガリウム系金属が収容された多孔質体からなり、
この多孔質体を挟んで一方側に前記水を収容可能な前記水収容手段としての第１の収容空間部が設けられ、他方側に前記金属元素の粉体を受け入れ可能な第２の収容空間部が設けられ、
前記添加金属元素供給手段は、
前記粉体が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記粉体を前記第２の収容空間部に入れ前記多孔質体の他方側から前記ガリウム系金属内に供給するための供給手段と、この供給手段を制御する供給手段の制御手段とから構成されるか、
または、
前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第２の収容空間部に入れ前記多孔質体の他方側から前記ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである。

請求項１１に記載の発明は、請求項１０に記載の発明において、
前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第１の収容空間部に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる。

請求項１２に記載の発明は、請求項１又は２に記載の発明において、
前記添加金属元素供給手段として、下層に前記金属元素からなるブロック体を収容し、
前記ガリウム系金属収容手段として、中層に前記ブロック体の表面が前記水とは隔離されるように前記ブロック体の表面を覆った前記ガリウム系金属を収容し、かつ、前記水収容手段として、上層に前記水を収容可能な第２の共用容器から構成されたものである。

請求項１３に記載の発明は、請求項１２に記載の発明において、
前記水と前記ガリウム系金属との間には、前記水が前記ガリウム系金属に接触可能なカバー部材を有したものである。

請求項１４に記載の発明は、請求項１２又は１３に記載の発明において、
前記カバー部材は、多孔質体状、発泡体状、網状、または、不織布状のいずれか又は組合せである。

請求項１５に記載の発明は、請求項１２〜１４に記載の発明において、
前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第２の共用容器に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる。

請求項１６に記載の発明は、請求項１３〜１５に記載の発明において、
前記ブロック体または前記カバー部材の少なくともいずれかを可動にするための可動機構を有したものである。

請求項１７に記載の発明は、請求項３〜１６に記載の発明において、
前記第１、第２の共用容器、前記第２の容器、前記多孔質体の凸部側に設けられ前記水を収容可能な容器と第１の収容空間部のそれぞれに設けられた水素取出し口の内の少なくともいずれか１つの水素取出し口には、水素センサが取り付けられたものである。

請求項１８に記載の発明は、請求項１〜１７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）

請求項１９に記載の発明は、請求項１〜１７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。

請求項２０に記載の発明は、請求項１〜１９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。

本発明によれば、水素発生装置は、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種のガリウム系金属が収容されたガリウム系金属収容手段と、水を収容可能な水収容手段と、
前記水収容手段に前記水を供給する水供給手段と、
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種の金属元素を前記水とは隔離しながら、前記ガリウム系金属内に供給する添加金属元素供給手段と、を備え、
前記ガリウム系金属と、前記添加金属元素供給手段により前記ガリウム系金属内に供給され拡散した前記金属元素とを有した水素発生用組成物が前記水と接触することにより水素を発生するように構成されているため、取り扱いが容易で、かつ、連続的に水素を発生できる。

以下、本発明の実施形態について説明する。

本発明に係る水素発生装置は、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種のガリウム系金属が収容されたガリウム系金属収容手段と、水を収容可能な水収容手段と、
前記水収容手段に前記水を供給する水供給手段と、
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種の金属元素を前記水とは隔離しながら、前記ガリウム系金属内に供給する添加金属元素供給手段と、を備え、
前記ガリウム系金属と、前記添加金属元素供給手段により前記ガリウム系金属内に供給され拡散した前記金属元素とを有した水素発生用組成物が前記水と接触することにより水素を発生するように構成されたことを特徴とする。

また、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）

また、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。

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。

これに対して、上記本発明に係る水素発生装置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。

すなわち、上記特許文献４で合金構成元素として提案されているインジウムは、通常の
ｐＨ５程度の弱酸性の水でも腐食し消耗するが、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。

そして、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ため、連続的に、かつ、
高効率に水素を発生するものと考えられる。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（−２．３７
Ｖ）、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Ｆｅ、Ｔｉ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、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装置を構成する水素発
生用組成物として使用することができる。

以上のように、上記スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物は、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、後は水素発生装置としてこの潜在能力
を引き出すための下記の条件を整えさえすればよい。すなわち、
１）上記スズ−ガリウム系金属はほとんど消耗しないため、補給を要さない。そこで、
まず上記スズ−ガリウム系金属を基本物質として収容しておくための手段（ガリウム系金
属収容手段：詳細は後記実施例に示す）を設けておき、水素の発生とともに減少してしま
う上記添加金属元素の合計量を上記スズ−ガリウム系金属基準で０.１％以上になるよう
に、水とは隔離しながら、上記スズ−ガリウム系金属内に補給し、上記スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物を形成し続けるための手段（添加金属元素供給手段：詳細は後記実施例に示す）を設ける。
２）次に、上記スズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物が水を収容可能な手段
（水収容手段：詳細は後記実施例に示す）に存在する水と接触することにより、上記スズ
−ガリウム系金属からなる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、上記水収容手段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ため、この水素の発生とともに減少してしまう水
を水収容手段内に補給し続けるための手段（水供給手段：詳細は後記実施例に示す）を設
ける。

このように、２５℃〜３０℃の室温でも液体である上記のようなガリウム系金属を用い
、添加金属元素に上記金属を用いるため、上記添加金属元素は上記ガリウム系金属に接触
するだけで、容易に上記ガリウム系金属内に溶解し、拡散する。これにより、水素発生装
置として、取り扱いが容易で（通常の水を用い、反応に特別な制約を設けたりすることな
く、また、特別な加熱手段を備える必要もなく）、かつ、連続的に水素を発生させること
ができる。また、この発生する水素の取出し口に水素センサを設置し、この水素センサか
らの信号を水供給手段または添加金属元素供給手段の内の少なくとも添加金属元素供給手段に戻し、フィードバック制御することで所定の効率で水素を発生させることができる。

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、連続的に、か
つ、高効率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Ｆｅ、Ｔｉ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装置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。なお、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、同様の効果が得られる。

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、連続的に、かつ、高効率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装置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。

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。

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、後は水素発生装置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、水素発生装置として、取り扱いが容易で（通常の水を用い、反応に特別な制約を設けたりすることなく、また、特別な加熱手段を備える必要もなく）、かつ、連続的に水素を発生させることができる。また、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に、この発生する水素の取出し口に水素センサを設置し、この水素センサからの信号を水供給手段または添加金属元素供給手段の内の少なくとも添加金属元素供給手段に戻し、フィードバック制御することで所定の効率で、かつ、精確な水素発生を行うことができる。しかし、必ずしもこれに特定されるものではなく、単に連続的な水素発生を行うのであれば、必ずしも水素センサを設置し、フィードバック制御する必要はなく、事前に決められたプログラムにより水供給手段と添加金属元素供給手段を機能させればよい（すなわち、オープンループ制御すればよい）。

また、上記水供給手段は、水を水収容手段に連続的に供給可能な構成とすることが好ましい。ただし、上記水供給手段は、連続的に水を供給可能な構成であれば良く、一時的に供給を停止でき、断続的な供給の仕方で運転することもできる。水供給手段を構成する要素としては、例えばポンプを用いることができるが、必ずしもこれに特定されるものでなく、バルブ等で流量を調整しながら水道水を直接供給するような構成でも良い。

また、上記添加金属元素供給手段は、添加する金属元素をガリウム系金属内に連続的に供給可能な構成とすることが好ましい。ただし、上記添加金属元素供給手段は、連続的に供給可能な構成であれば良く、一時的に供給を停止でき、断続的な供給の仕方で運転することもできる。

上記水素発生用組成物と水とは、常時接触可能な状態とされ、連続的に水素を発生する構成であることが好ましい。

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。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、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。

また、上記各種の水素発生用組成物と水が接触することで発生した水素を所定の取出し口より取り出して回収するとともに、水との反応で生成した金属水酸化物を主体とする副生物を除去するのは当然である。また、この副生物を取り除いた後、水のみ再び上記水を収容可能な水収容手段または上記水供給手段を構成する貯水容器（詳細は後記実施例に示す）に戻すことで、水の有効利用が可能となる。

以下、本発明の水素発生装置の実施例について図面を参照しながら説明する。

（実施例１）
図１は本発明の実施例１の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はそ
の模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線での模式断面図である。図１において、１は室温でも液
体として粘性の低い状態を呈した第１の金属としての上述のスズ−ガリウム系金属、２は
水、３はガリウム系金属収容手段として、最初、下層にスズ−ガリウム系金属１を収容し、水収容手段として上層に水２を収容した第１の共用容器、４は補給するための水２が貯留されている貯水容器、５は貯水容器４から第１の共用容器３の上層に水２を輸送する第１のポンプ、６は第１のポンプ５の運転を制御する第１のポンプ制御手段、７は第１の共用容器３の下層の側壁３ａに密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロール、８は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の箔体、９は箔体８が巻かれたロール体、１０は箔体８を双ロール７により引き込み、第１の共用容器３に収容されたスズ−ガリウム系金属１内に供給するために双ロール７を駆動するためのモータ、１１はモータ１０の駆動を制御するモータ制御手段、１２は第１の共用容器３に設けられた給水口、１３は発生した水素、１４は水素１３を取出すために第１の共用容器３に設けられた水素取出し口、１５は水素取出し口１４に取り付けられた水素センサ、１６は水素センサ１５から出力された信号、１７は第１の共用容器３の側壁３ａの上層に設けられた反応副生物である水酸化アルミニウム１８を水２と共に排出するための排出口、１９は水酸化アルミニウム１８と水２を溜めるタンクである。また、上述のスズ−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物は、スズ−ガリウム系金属１に箔体８が溶解し拡散した全体としても粘性の低い状態を呈した物質である。

上述のように、第１の共用容器３は、ガリウム系金属収容手段としてのスズ−ガリウム系金属１を収容する機能と水収容手段としての水２を収容可能な機能とを共に備えている。また、水供給手段は、貯水容器４と第１のポンプ５と第１のポンプ制御手段６とから構成されている。添加金属元素供給手段は、双ロール７とロール体９とモータ１０とモータ制御手段１１とから構成されている。

次に、水素発生装置の動作について説明する。

最初に、モータ制御手段１１を始動させ、モータ１０を駆動させることにより、ロール
体９に巻かれた箔体８が双ロール７により第１の共用容器３内に引き込まれ、第１の共用容器３の下層に収容されたスズ−ガリウム系金属１内に供給される。これにより、全体として粘性の低い状態を呈した水素発生用組成物が形成される。次に、この水素発生用組成物が予め第１の共用容器３の上層に貯えられている水２と接触することにより、水素発生用組成物中に拡散しているアルミニウム元素が酸化し、水２の中にイオンとして溶け出す。これと引き換えに水２の中の水素イオンが還元され、水素１３となって発生する。この水素１３を水素取出し口１４より取出すと同時に、水素センサ１５によりモニターしており、この水素センサ１５からの出力信号１６をモータ制御手段１１と第１のポンプ制御手段６にフィードバックし、所定の効率（例えば、最大効率）になるように、モータ１０と第１のポンプ５を駆動し、箔体８と水２をそれぞれ第１の共用容器３内の下層と上層に供給する。したがって、上記反応により、水素の発生とともに減少してしまう箔体８と水２は、上記目標を満足するように常に補給されることになる。なお、供給されたアルミニウムは、前記組成物中においては、アルミニウムの濃度勾配により、水との接触界面の方に自然に拡散していく。また、上記反応を継続することにより、第１の共用容器３の上層に次第に蓄積されてくる水酸化アルミニウム１８は水２と共に排出口１７からタンク１９に排出される。また、このタンク１９内の水２は、再び貯水容器４に戻され、有効利用される。

本実施例においては、水素発生が最大効率になるように、水素センサ１５を設置し、フ
ィードバック制御する場合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
。すなわち、単に連続的な水素発生を行うのであれば、必ずしも水素センサ１５を設置し
、フィードバック制御する必要はなく、事前に決められたプログラムによりモータ制御手
段１１と第１のポンプ制御手段６を用いてオープンループ制御し、スズ−ガリウム系金属
１基準でアルミニウム元素が０.１％以上になるように箔体８と所定量の水２を供給しさ
えすればよい。

また、本実施例では、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。

また、本実施例では、標準電極電位がガリウムより低い金属元素の形状として箔体を用
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、線体（中
実のワイヤー、パイプやパイプの中に粉体が充填された形状）等、さまざまなものを用い
ることができる。

また、本実施例では、第１の共用容器３内の下層に収容する物質として、第１の金属としての上述のスズ−ガリウム系金属１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、第２の金属としての上述の銀−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、本実施例においては、第１の共用容器３内の下層に最初は上述のスズ−ガリウム系金属１のみを収容しておき、その後アルミニウムの箔体８を供給していく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、最初からアルミニウム元素が混合された水素発生用組成物が収容され、順次アルミニウム元素を補給していく形式であっても良い。また、第１の共用容器３には、収容する金属の攪拌機能を備えても良い。なお、超音波振動等により揺動させ、拡散を促進することもできる。この技術思想は、後記実施例２、３、４に関しても適用可能である。

また、本実施例では、添加金属元素供給手段として、双ロール７とロール体９とモータ１０とモータ制御手段１１とから構成され、双ロール７は第１の共用容器３の下層の側壁３ａに密閉された状態で取り付けられ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、双ロール７は、第１の共用容器３の第１、第２、第３、または、第４の金属が収容されている側であり水とは隔離し密閉された状態で取り付けられていれば良い。さらに、添加金属元素供給手段として、例えば金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から粉体を第１の共用容器３に収容された第１、第２、第３、または、第４の金属内に供給するために第１の共用容器３の第１、第２、第３、または、第４の金属が収容されている側であり水とは隔離し密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成する等、さまざま構成のものが考えられる。

（実施例２）
図２は本発明の実施例２の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はそ
の模式平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線での模式断面図である。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、２０は粘性の低い状態を呈した第２の金属としての上
述の銀−ガリウム系金属、２１は最初に銀−ガリウム系金属２０が収容されているガリウム系金属収容手段としての第１の容器、２１ａは第１の容器２１の側壁、２２は銀−ガリウム系金属２０にアルミニウムの箔体８が溶解し拡散した全体としても粘性の低い状態を呈した上述の銀−ガリウム系金属からなる水素発生用組成物、２３は第１の容器２１と連通し、下層に水素発生用組成物２２を収容し、上層に水２を収容した水収容手段としての第２の容器、２３ａは第２の容器２３の側壁、３０は第１の容器２１の側壁２１ａと第２の容器２３の下層の側壁２３ａとの間に設けられ、第１の容器２１側から第２の容器２３側へ水素発生用組成物を供給するための導入管、３１は第２の容器２３の下層の側壁２３ａと第１の容器２１の側壁２１ａとの間に設けられ、第２の容器２３側から第１の容器２１側へアルミニウムの減少した水素発生用組成物を戻すための戻り管、３２は導入管３０に設けられアルミニウムが補充された水素発生用組成物を第２の容器２３の下層へ輸送する第２のポンプ、３３は第２のポンプ３２の運転を制御する第２のポンプ制御手段である。本実施例においては、水素発生用組成物２２を合成するための第１の容器２１と、水素発生用組成物２２と水２を接触させて水素を発生させるための第２の容器２３とが分離されて設けられている点が特徴的である。

本実施例においては、アルミニウムが補充された水素発生用組成物が第２のポンプ３２
により、導入管３０を通して強制的に第２の容器２３の下層に輸送されるため、水素発生
に寄与する水素発生用組成物を十分に供給できるばかりでなく、水素発生のための反応槽
である第２の容器２３内を攪拌する機能も有するため、水素発生のための反応効率が向上
する。また、水素センサ１５からの出力信号１６を第２のポンプ制御手段３３にフィード
バックすることにより、より効率的で、かつ、精確な水素発生を行うことができる。

また、本実施例では、導入管３０にのみポンプを設け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、導入管３０と戻り管３１の両方にポンプを設けること
で、さらに効率的で、かつ、精確な水素発生を行うことができる。

また、本実施例においては、第１の容器２１に最初は上述の銀−ガリウム系金属２０の
みを収容しておき、その後アルミニウムの箔体８を供給していく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、最初からアルミニウム元素が混合された水素発
生用組成物２２が収容され、順次アルミニウム元素を補給していく形式であっても良い。
また、本実施例においては、実施例１と同様に、添加金属元素供給手段は、前記第１の容器の前記第１、第２、第３、または、第４の金属（但し、本実施例においては、第２の金属を中心に説明した。）が収容されている側に密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロールと、前記金属元素からなる箔体または線体が巻かれたロール体と、前記箔体または線体を前記双ロールにより引き込み、前記第１の容器に収容された前記第２の金属内に供給するために前記双ロールを駆動するためのモータと、このモータの駆動を制御するモータ制御手段とから構成される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、金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から粉体を第１の容器２１に収容された第１または第２の金属内に供給するために第１の容器２１の第１、第２、第３、または、第４の金属が収容されている側に密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるか、または、金属元素からなる箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種を前記第１の容器２１の第１、第２、第３、または、第４の金属が収容されていない側から前記第１の容器２１に収容された第１、第２、第３、または、第４の金属内に投入するための投入手段（例えば、電磁弁；但し、必ずしもこれに特定されるものではない。）と、この投入手段を制御する投入手段の制御手段（例えば、電磁弁制御手段；但し、必ずしもこれに特定されるものではない。）とから構成されるか、若しくは、前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の容器の前記第１、第２、第３、または、第４の金属が収容されていない側から前記第１の容器に収容された前記第１、第２、第３、または、第４の金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成する等、さまざま構成のものが考えられる。また、本実施例においては、金属元素として、アルミニウムの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、実施例１と同様にさまざまものを用いることが可能である。

（実施例３）
図３は本発明の実施例３の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はそ
の模式平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線での模式断面図である。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、４０は粘性の低い状態を呈した第１の金属としての上
述のスズ−ガリウム系金属（図示せず）が収容されたガリウム系金属収容手段としての籠形のセラミックス製の多孔質体、４１は多孔質体４０の凸部側に設けられ水２が収容されるとともに、多孔質体４０が係着された水収容手段としての容器、４１ａは容器４１の側壁、４２は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の粉体、４３は粉体４２が貯蔵された粉体貯蔵容器、４４は粉体貯蔵容器４３から粉体４２を多数の微細孔を有する多孔質体４０の凹部側からスズ−ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタ、４５はインジェクタ４４を制御するインジェクタ制御手段である。添加金属元素供給手段は、粉体４２と粉体貯蔵容器４３とインジェクタ４４とインジェクタ制御手段４５とから構成されている。本実施例においては、多孔質体４０の凹部側の微細孔が凸部側の微細孔に比べてアルミニウム元素の濃度が高いため、多孔質体４０内にアルミニウム原子が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、水素センサ１５からの出力信号１６をインジェクタ制御手段４５にフィードバックするように構成されているため、実施例１や２と同様に所定の効率（例えば、最大効率）になるように、粉体４２を多孔質体４０の凹部側からスズ−ガリウム系金属内に供給することができる。

また、本実施例においては、添加金属元素供給手段として、粉体４２と粉体貯蔵容器４３とインジェクタ４４とインジェクタ制御手段４５とから構成されている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、金属元素からなる箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種を多孔質体４０の凹部側から前記第１、第２、第３、または、第４の金属（但し、本実施例においては、第１の金属を中心に説明した。）内に供給するための供給手段（例えば、電磁弁；但し、必ずしもこれに特定されるものではない。）と、この供給手段を制御する供給手段の制御手段（例えば、電磁弁制御手段；但し、必ずしもこれに特定されるものではない。）とから構成する等、さまざま構成のものが考えられる。また、本実施例においては、金属元素として、アルミニウムの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、実施例１と同様にさまざまものを用いることが可能である。

（実施例４）
図４は本発明の実施例４の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はそ
の模式平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線での模式断面図である。本実施例において、実施例１、
３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４において、５０は粘性の低い状態を呈した第２の金属として
の上述の銀−ガリウム系金属（図示せず）が収容されたガリウム系金属収容手段としての複数の多孔質体、５１は多孔質体５０を挟んで一方側に水２を収容した水収容手段としての複数の第１の収容空間部であり、５２は多孔質体５０を挟んで他方側に粉体４２が収容される複数の第２の収容空間部、５１ａは第１の収容空間部５１の側壁である。複数の第１の収容空間部５１の側壁５１ａにはそれぞれ反応副生物である水酸化アルミニウム１８を水２と共に排出するための排出口１７が設けられ、各排出口１７は直方体状のタンク１９に挿入されている。

また、本実施例においては、添加金属元素供給手段として、粉体４２と粉体貯蔵容器４３とインジェクタ４４とインジェクタ制御手段４５とから構成され、かつ、１つのインジェクタ４４から粉体４２を噴射し、粉体４２を複数の第２の収容空間部５２に導く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、複数のインジェクタ４４を用いて粉体４２を複数の第２の収容空間部５２に直接噴射するようにしても良い。また、本実施例においては、水素センサ１５を１箇所の水素取出し口１４に設けた例について説明したが、上記複数のインジェクタ４４を用いる場合は、各水素取出し口１４にそれぞれ水素センサ１５を設け、各水素センサ１５からのそれぞれの出力信号１６を各インジェクタ制御手段４５にフィードバックするように構成することで、水素発生装置全体としての効率がより高まる。また、本実施例においては、添加金属元素供給手段として、粉体４２と粉体貯蔵容器４３とインジェクタ４４とインジェクタ制御手段４５とから構成されている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、添加金属元素供給手段としては、金属元素からなる粉体４２が蓄えられたホッパーとこのホッパーの出口を開いて粉体４２を複数の第２の収容空間部５２に入れ多孔質体５０内の前記第１、第２、第３、または、第４の金属（但し、本実施例においては、第２の金属を中心に説明する。）内に供給するための供給手段（例えば、電磁弁；但し、必ずしもこれに特定されるものではない。）と、この供給手段を制御する供給手段の制御手段（例えば、電磁弁制御手段；但し、必ずしもこれに特定されるものではない。）とから構成する等、さまざま構成のものが考えられる。また、本実施例においては、金属元素として、アルミニウムの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、実施例１と同様にさまざまものを用いることが可能である。

（実施例５）
図５は本発明の実施例５の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はそ
の模式平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線での模式断面図である。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５において、６０は第２の共用容器、６０ａは第２の共用容器６０の底、６１は添加金属元素供給手段としての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のブロック体、６２は第２の共用容器６０に固定された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の網状のカバー部材、６３はブロック体６１を支える支持部材、６４は支持部材６３を持ち上げるためのリフト機構、６４ａはリフト機構６４内に挿設された軸、６５はリフト機構制御手段である。

第２の共用容器６０は、下層にブロック体６１を収容し、中層にガリウム系金属収容手段としてブロック体６１の表面に塗布されたスズ−ガリウム系金属１を収容し、さらにカバー部材６２を介して上層に水収容手段として水２を収容可能なように構成されている。この構成により、ブロック体６１が水２とは直接接触しないように隔離される。ただし、スズ−ガリウム系金属１はカバー部材６２を介して水２と接触可能である。また、第２の共用容器６０内には、第２の共用容器６０の底６０ａに設けられた孔（図示せず）を介して、ブロック体６１を支える支持部材６３が設置されている。また、支持部材６３には、軸６４ａが挿嵌されている。

次に、本水素発生装置の動作について説明する。

ブロック体６１自体が、添加金属元素供給手段であり、かつ、スズ−ガリウム系金属１と直接接触しているため、ブロック体６１とスズ−ガリウム系金属１との接触面からアルミニウム原子がスズ−ガリウム系金属１に溶け出し、スズ−ガリウム系金属１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、この水素発生用組成物は、カバー部材６２を通過した水２と接触することにより、水素発生用組成物中に拡散しているアルミニウム元素が酸化し、水２の中にイオンとして溶け出す。これと引き換えに水２の中の水素イオンが還元され、水素１３となって発生する。この水素１３を水素取出し口１４より取出す。同時に、この水素１３を水素センサ１５によりモニターし、この水素センサ１５からの出力信号１６をリフト機構制御手段６５と第１のポンプ制御手段６にフィードバックするように構成されている。

上記のような反応が進むと、アルミニウムが消費されるため、ブロック体６１とスズ−ガリウム系金属１（反応時には、水素発生用組成物）との接触面は次第に下がってくる。また、この接触面の下がる度合いは上記水素１３の発生量と相関関係があるため、上記水素センサ１５からの出力信号１６をリフト機構制御手段６５に入力し、リフト機構６４内に挿設された軸６４ａを上記接触面の下がる度合いに応じて所定量上昇できるように構成されている。これにより、水素発生用組成物とカバー部材６２とは常時接触可能な状態になる。すなわち、水素発生用組成物と水２とが常時接触するため、連続的、かつ、安定に水素を発生することができる。また、水素発生用組成物とカバー部材６２とが常時接触することで、水素発生用組成物と水２との接触により発生した水素１３の気泡とともに水素発生用組成物が巻き上がってくるのを防ぐ効果がある。

また、本実施例においては、カバー部材６２が第２の共用容器６０に固定され、ブロック体６１を支える支持部材６３をリフト機構６４内に挿設された軸６４ａにより可動させる構成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２がスズ−ガリウム系金属１（反応時には、水素発生用組成物）に接触可能なように、ブロック体６１またはカバー部材６２の少なくともいずれかを可動にするための可動機構を有していればよい。

また、本実施例においては、カバー部材６２の形態として、網状の物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２がスズ−ガリウム系金属１（反応時には、水素発生用組成物）に接触可能な機能を有していればよい。例えば、カバー部材の形態としては、網状以外にも多孔質体状、発泡体状、または、不織布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、本実施例においては、カバー部材６２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。

また、本実施例においては、ガリウム系金属として第１の金属としての上述のスズ−ガリウム系金属１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。実施例１と同様に、第２の金属としての上述の銀−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、本実施例においては、ブロック体６１として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。実施例１と同様に、例えばマグネシウム、シリコン、亜鉛、チタン、ランタン、セリウムを単独で用いたり、アルミニウムとマグネシウムの合金や、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たり、ランタンとセリウムの合金（ミッシュメタル）を用いる等、さまざまな物を使用することができる。また、ブロック体６１の形状も本実施例で説明した直方体に限定されるものではなく、所定量の水素を連続的に発生させるだけの十分な体積を有するものであれば、さまざまな物を使用することができる。

また、本実施例で説明したように、カバー部材６２を水２とスズ−ガリウム系金属１との間に設けるのが好ましいが、原理的には必ずしもこれを要さない。

また、本実施例においては図示していないが、第２の共用容器６０の側方や下方からブロック体６１を補給可能な構成とすることもできる。

また、上記実施例１〜５においては、水供給手段を構成する要素として、ポンプ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、バルブ等で流量を調整しながら水道水を直接供給するような構成でも良い。また、水供給手段は、水を水収容手段に連続的に供給可能な構成とすることが好ましい。ただし、上記水供給手段は、連続的に水を供給可能な構成であれば良く、一時的に供給を停止でき、断続的な供給の仕方で運転することもできる。

本発明の実施例１の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＡ−Ａ線での模式断面図である。 本発明の実施例２の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＢ−Ｂ線での模式断面図である。 本発明の実施例３の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線での模式断面図である。 本発明の実施例４の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＤ−Ｄ線での模式断面図である。 本発明の実施例５の水素発生装置の概略構成を示す模式図であって、（ａ）はその模式平面図、（ｂ）はＥ−Ｅ線での模式断面図である。

符号の説明

１ スズ−ガリウム系金属
２ 水
３ 第１の共用容器
３ａ、２１ａ、２３ａ、４１ａ、５１ａ 側壁
４ 貯水容器
５ 第１のポンプ
６ 第１のポンプ制御手段
７ 双ロール
８ 箔体
９ ロール体
１０ モータ
１１ モータ制御手段
１２ 給水口
１３ 水素
１４ 水素取出し口
１５ 水素センサ
１６ 出力された信号
１７ 排出口
１８ 水酸化アルミニウム
１９ タンク
２０ 銀−ガリウム系金属
２１ 第１の容器
２２ 水素発生用組成物
２３ 第２の容器
３０ 導入管
３１ 戻り管
３２ 第２のポンプ
３３ 第２のポンプ制御手段
４０、５０ 多孔質体
４１ 容器
４２ 粉体
４３ 粉体貯蔵容器
４４ インジェクタ
４５ インジェクタ制御手段
５１ 第１の収容空間部
５２ 第２の収容空間部
６０ 第２の共用容器
６０ａ 底
６１ ブロック体
６２ カバー部材
６３ 支持部材
６４ リフト機構
６４ａ 軸
６５ リフト機構制御手段

Claims (20)

1. 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種のガリウム系金属が収容されたガリウム系金属収容手段と、
   水を収容可能な水収容手段と、
   前記水収容手段に前記水を供給する水供給手段と、
   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種の金属元素を前記水とは隔離しながら、前記ガリウム系金属内に供給する添加金属元素供給手段と、を備え、
   前記ガリウム系金属と、前記添加金属元素供給手段により前記ガリウム系金属内に供給され拡散した前記金属元素とを有した水素発生用組成物が前記水と接触することにより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装置。
2. 前記水供給手段は、前記水を前記水収容手段に連続的に供給可能な構成とし、
   前記添加金属元素供給手段は、添加する金属元素を前記ガリウム系金属内に連続的に供給可能な構成とし、
   前記水素発生用組成物と、前記水とは、常時接触可能な状態とされ、連続的に水素を発生する構成である請求項１に記載の水素発生装置。
3. 前記ガリウム系金属収容手段として、下層に前記ガリウム系金属を収容し、かつ、前記水収容手段として、上層に前記水を収容可能な第１の共用容器からなり、
   前記添加金属元素供給手段は、
   前記第１の共用容器の下層の前記ガリウム系金属が収容されている側であり前記水とは隔離し密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロールと、前記金属元素からなる箔体または線体が巻かれたロール体と、前記箔体または線体を前記双ロールにより引き込み、前記第１の共用容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記双ロールを駆動するためのモータと、このモータの駆動を制御するモータ制御手段とから構成されるか、
   または、
   前記金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の共用容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記第１の共用容器の前記ガリウム系金属が収容されている側であり前記水とは隔離し密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである請求項１又は２に記載の水素発生装置。
4. 前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第１の共用容器の上層に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる請求項３に記載の水素発生装置。
5. 前記ガリウム系金属収容手段は、前記ガリウム系金属が収容された第１の容器からなり、
   前記水収容手段は、前記第１の容器と連通し、下層に前記水素発生用組成物を収容可能で、上層に前記水を収容可能な第２の容器からなり、
   前記添加金属元素供給手段は、
   前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されている側に密閉され、かつ、回転可能に支持された双ロールと、前記金属元素からなる箔体または線体が巻かれたロール体と、前記箔体または線体を前記双ロールにより引き込み、前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記双ロールを駆動するためのモータと、このモータの駆動を制御するモータ制御手段とから構成されるか、
   若しくは、
   前記金属元素からなる粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するために前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されている側に密閉された状態で取り付けられたインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるか、
   または、
   前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種を前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されていない側から前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に投入するための投入手段と、この投入手段を制御する投入手段の制御手段とから構成されるか、若しくは、前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第１の容器の前記ガリウム系金属が収容されていない側から前記第１の容器に収容された前記ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである請求項１又は２に記載の水素発生装置。
6. 前記第１の容器の側壁と前記第２の容器の下層の側壁との間には、前記第１の容器側から前記第２の容器側へ前記水素発生用組成物を供給するための導入管と前記第２の容器側から前記第１の容器側へ前記金属元素の減少した前記水素発生用組成物を戻すための戻り管が設けられ、前記導入管と戻り管の内の少なくとも前記導入管には前記水素発生用組成物を輸送する第２のポンプと、この第２のポンプの運転を制御する第２のポンプ制御手段とを有した請求項５に記載の水素発生装置。
7. 前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第２の容器の上層に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる請求項５又は６に記載の水素発生装置。
8. 前記ガリウム系金属収容手段は、前記ガリウム系金属が収容された籠形の多孔質体からなり、
   前記水収容手段は、この多孔質体の凸部側に設けられ前記水を収容可能な容器からなり、前記多孔質体はこの容器に係着され、
   前記添加金属元素供給手段は、
   前記金属元素からなる箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記箔体、線体、粉体の内の少なくともいずれか１種を前記多孔質体の凹部側から前記ガリウム系金属内に供給するための供給手段と、この供給手段を制御する供給手段の制御手段とから構成されるか、
   または、
   前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記多孔質体の凹部側から前記ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである請求項１又は２に記載の水素発生装置。
9. 前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記容器に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる請求項８に記載の水素発生装置。
10. 前記ガリウム系金属収容手段は、前記ガリウム系金属が収容された多孔質体からなり、
    この多孔質体を挟んで一方側に前記水を収容可能な前記水収容手段としての第１の収容空間部が設けられ、他方側に前記金属元素の粉体を受け入れ可能な第２の収容空間部が設けられ、
    前記添加金属元素供給手段は、
    前記粉体が蓄えられたホッパーと、このホッパーの出口を開いて前記粉体を前記第２の収容空間部に入れ前記多孔質体の他方側から前記ガリウム系金属内に供給するための供給手段と、この供給手段を制御する供給手段の制御手段とから構成されるか、
    または、
    前記粉体が貯蔵された粉体貯蔵容器と、この粉体貯蔵容器から前記粉体を前記第２の収容空間部に入れ前記多孔質体の他方側から前記ガリウム系金属内に供給するためのインジェクタと、このインジェクタを制御するインジェクタ制御手段とから構成されるかのいずれかである請求項１又は２に記載の水素発生装置。
11. 前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第１の収容空間部に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる請求項１０に記載の水素発生装置。
12. 前記添加金属元素供給手段として、下層に前記金属元素からなるブロック体を収容し、
    前記ガリウム系金属収容手段として、中層に前記ブロック体の表面が前記水とは隔離されるように前記ブロック体の表面を覆った前記ガリウム系金属を収容し、かつ、前記水収容手段として、上層に前記水を収容可能な第２の共用容器から構成された請求項１又は２に記載の水素発生装置。
13. 前記水と前記ガリウム系金属との間には、前記水が前記ガリウム系金属に接触可能なカバー部材を有した請求項１２に記載の水素発生装置。
14. 前記カバー部材は、多孔質体状、発泡体状、網状、または、不織布状のいずれか又は組合せである請求項１２又は１３に記載の水素発生装置。
15. 前記水供給手段は、前記水を貯留する貯水容器と、この貯水容器から前記第２の共用容器に前記水を輸送する第１のポンプと、この第１のポンプの運転を制御する第１のポンプ制御手段とからなる請求項１２〜１４に記載の水素発生装置。
16. 前記ブロック体または前記カバー部材の少なくともいずれかを可動にするための可動機構を有した請求項１３〜１５に記載の水素発生装置。
17. 前記第１、第２の共用容器、前記第２の容器、前記多孔質体の凸部側に設けられ前記水を収容可能な容器と第１の収容空間部のそれぞれに設けられた水素取出し口の内の少なくともいずれか１つの水素取出し口には、水素センサが取り付けられた請求項３〜１６に記載の水素発生装置。
18. 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１〜１７に記載の水素発生装置。
    ０＜Ｗ≦９６ … （１）
    ４≦Ｘ＜１００ … （２）
    Ｘ＝１００-Ｗ … （３）
    ０＜Ｙ≦５５ … （４）
    ４５≦Ｚ＜１００ … （５）
    Ｚ＝１００-Ｙ … （６）
19. 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１〜１７に記載の水素発生装置。
20. 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１〜１９に記載の水素発生装置。

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