JP2014097913A - 水素製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水素貯蔵材料から好適に水素を得ることができるようにした水素製造装置を提供する。
【解決手段】 水と反応して水素を発生する水素貯蔵材料を原料とする水素製造装置において、容器本体２と、該容器本体２内の底部に水を供給する水供給手段３と、水素排出手段５とを備え、上記容器本体２内に多孔質材料製の縦仕切り板７を設け、揺動時に上記水素貯蔵材料９と、水を含有する生成物１０とが混合しないようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、水素製造装置に関する。

地球環境保全や化石燃料の枯渇の問題から、化石燃料に代わる代替エネルギーとして燃料電池が電力の供給源として考えられている。燃料電池は原料に水素と酸素を用い、その排ガスもクリーンであることから注目されている。

このような燃料電池に対し、水素を供給する手段としては、炭化水素等の水素供給源となる原料を改質し、水素を得る方法、水素貯蔵材料から化学反応により水素を得る方法等が知られている。

さらに、このような水素貯蔵材料として、水と反応して、水素を発生するものが知られている（特許文献１、特許文献２）。

特許第４９４７７１８号公報 特開２０１０−１９５６４４号公報

本発明は、このような水素貯蔵材料から好適に水素を得ることができるようにした水素製造装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明に係る水素製造装置は、水と反応して水素を発生する水素貯蔵材料を原料とする水素製造装置において、容器本体と、該容器本体内の底部に水を供給する水供給手段と、水素排出手段とを備え、上記容器本体内に多孔質材料製の縦仕切り板を設け、揺動時に上記水素貯蔵材料と、水を含有する生成物とが混合しないようにしてなることを特徴とする。
上記水供給手段は、水供給源から水供給管によって水を供給するようにしたものが一般的である。水素排出手段としては、水素排出管が一般的である。

本発明に係る水素製造装置は、その実施の形態で、上記縦仕切り板の上下方向に、多孔形状の部位と、無孔の部位とを設けることができる。

また、本発明に係る水素製造装置は、その実施の形態で、上記容器本体の上部に上仕切り板を備え、該上仕切り板の側壁側端部に無孔の部位を設けることができる。

さらに、本発明に係る水素製造装置は、その実施の形態で、上記水素排出手段に、排出される水素ガスへの不純物が混入することを防止するためのフィルターを設けることができる。

本発明によれば、水素貯蔵材料から好適に水素を得ることができるようにした水素製造装置が提供される。

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る水素製造装置の一実施の形態を説明する概念的断面図である。 図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る水素製造装置の他の実施の形態について、簡略化し、模式的に示したそれぞれ側面図及び平面図である。 図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る水素製造装置の他の実施の形態について、簡略化し、模式的に示したそれぞれ側面図及び平面図である。 本発明に係る水素製造装置に採用することのできる縦仕切り板の実施の形態を説明する概念的側面図である。 本発明に係る水素製造装置のさらに他の実施の形態について、その機能を説明する概念的断面図である。 本発明に係る水素製造装置のさらに他の実施の形態について、その機能を説明する概念的断面図である。

以下に、添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明に係る水素製造装置を説明する。

図１（ａ）は、本発明に係る水素製造装置１の一実施の形態を示す。図示の形態で、水素製造装置１は、直方体状の容器本体２を、本体部分として備える。該容器本体２には、上方から水供給管３が挿入されている。
水供給管３からは、図示しない適宜の水タンク等の水供給源より、水が必要量供給されるように構成されている。
また、上板４には、水素排出口５が設けられている。容器本体２の上部には、底面に並行に上仕切り板６が設けられ、該上仕切り板６に直交して縦仕切り板７、７が立設されている。
上仕切り板６、縦仕切り板７、７は、多孔板で形成されている。孔の設け方の形態については、後述する。上仕切り板６は、平面視（上方から見て）で、容器本体２の各側壁８、８まで、多孔板の孔部分により形成される可能性のある空孔又は隙間を除き、隙間なく延長されている。縦仕切り板７、７も、断面で示した図示の高さに亘って、相対する側壁間に、多孔板の孔部分により形成される可能性のある空孔又は隙間を除き、隙間なく張り渡されている。

なお、図中、上仕切り板６、縦仕切り板７、７に設けられている孔は、模式的に示されており、実際には、孔径を０．１〜５．６ｍｍとし、１４９〜３．５メッシュの範囲で設けることが一般的である。すなわち、例えば、０．５ｍｍの孔径とし、３０メッシュで設けることができる。
さらに、上仕切り板６、縦仕切り板７、７は、多孔板に限らず、多孔質材料製であればよく、本発明の目的に反しない限り、他の透水性材料で代替することもできる。
なおまた、縦仕切り板７、７は、図示のように２枚に限られるものではなく、諸条件に応じて適宜の枚数とすることができる。なお、縦仕切り板７、７同士の間隔と、仕切り板の高さの比は、１〜１０が好適であり、より好適には１．５〜５である。

一方、容器本体２の底部には、水素貯蔵材料９が載置されている。
本発明では、水素貯蔵材料９の一つとして、水素化金属を採用することとしている。
水素化金属としては、水と反応して下記のような反応を示し、水に対して不溶性の固体を生成物とするものが好適である。

ＣａＨ₂＋２Ｈ₂Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）₂＋２Ｈ₂
ＭｇＨ₂＋２Ｈ₂Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）₂＋２Ｈ₂
２ＡｌＨ₃＋３Ｈ₂Ｏ → Ａｌ₂Ｏ₃＋６Ｈ₂

本実施の形態に係る水素製造装置は、その適用対象の一つとして、無人水中潜航艇のようなものを想定している。このような無人水中潜航艇は、比較的小型であり、図１（ａ）で示す水素製造装置を約２０リットル程度の大きさのセルとし、これを必要数、例えば５０〜６０個準備して、必要な量の水素を得ることとしている。

次に、上記構成の図１（ａ）に示す水素製造装置について、その使用方法を説明する。
図１（ａ）で、水素供給管３から水を供給することにより、容器本体２の底部に水が供給される。その結果、水素貯蔵材料（水素化金属）９が水と反応して水素及び反応生成物として、固体生成物の水酸化金属又は酸化金属を生成する。
本実施の形態で、水素供給管３は、縦仕切り板７、７の間にのみ、水を供給している。しかし、縦仕切り板７、７が多孔板で構成されているので、水は、縦仕切り板７、７から浸出し、他の箇所の水素貯蔵材料（水素化金属）９に行きわたる。
固体生成物は、水素化金属よりも嵩高く、比重が小さい。そこで、図１（ｂ）に示すように、固体生成物１０が底部から水素貯蔵材料（水素化金属）９を押し上げるようにして、内容物が位置するようになる［図１（ｂ）］。
水素貯蔵材料（水素化金属）９が消費し尽くされると、図１（ｃ）のような状態となる。

ここで、無人水中潜航艇のようなものでは、水中で海流などの影響を受け、船体が揺動することが想定される。本実施の形態に係る水素製造装置では、そのように船体が揺動した際、不都合に多く水素が製造されてしまうことを抑制することができる。

すなわち、図１（ｂ）の状態で、縦仕切り板７、７がない場合、船体が揺動したときに、固体生成物１０と、未反応の水素貯蔵材料（水素化金属）９とが混合し易くなる。これによって、固定生成物１０中に含まれる水が、水素貯蔵材料（水素化金属）９に混入する。このようにして、固定生成物１０中に含まれる水が、貯蔵材料（水素化金属）９に混入すると、想定以上に水素が過剰に生成してしまう。

本実施の形態では、縦仕切り板７、７が設けられているために、固体生成物１０と、未反応の水素貯蔵材料（水素化金属）９とが混合すること抑制される。
これによって、水素が想定以上に過剰に生成することが抑制される。

図１（ａ）〜（ｃ）の実施の形態では、容器本体２を直方体としている。しかし、このような形態に限定されるものではなく、例えば、図２（ａ）、（ｂ）のように、容器本体２を円筒形とし、縦仕切り板７、７同士が直交するような形態としても実施することができる。
なお、図２（ａ）、（ｂ）は、容器本体２等を概念的に単純化して示している。

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、容器本体２を円筒形とし、縦仕切り板７を円筒形とする形態としても実施することができる。
なお、図３（ａ）、（ｂ）は、容器本体２等を概念的に単純化して示している。

さらに、縦仕切り板７、７は、全面を多孔形状としない形態として実施することができる。すなわち、図４に示すように、多孔形状の部位１１と、無孔の部位１２とを設けるようにすることができる。
このような形態について、図５により説明する。図５は、便宜的に底面近傍にのみ、無孔の部位１２を設けた形態を説明し、内部の水面の状態を示している。図示の状態は、傾いた状態を示している。図示の形態で、無孔の部位１２がないと、向かって右側の水面が相対的に高くなることが理解される。その結果、右側の水素貯蔵材料（水素化金属）９がより多く消費されてしまう。無孔の部位１２を設けることによって、水素貯蔵材料（水素化金属）９の消費が平準化されることが了解される。

図６は、上仕切り板６の下に存在する内容物が、水素排出口５から排出されないようにした形態を示している。
まず、上仕切り板６で、側壁８側の端部１４が無孔の部位１４として形成され、容器本体２が傾斜しても内容物が上部空間１３に流出しないように構成されている。

また、水素排出口５にフィルター１５が設けられ、上部空間に内容物が流入しても、排出される水素に不純物が混入しないようにしている。
フィルター１５としては、例えば、耐水性、耐熱性を持つＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）製の不織布フィルターのような構成のものを採用することができる。もっとも、目的に適合するものであれば、これに限定されるものではない。

１ 水素製造装置
２ 容器本体
３ 水供給管
４ 上板
５ 水素排出口
６ 上仕切り板
７ 縦仕切り板
８ 側壁
９ 水素貯蔵材料
１０ 生成物
１１ 多孔形状の部位
１２ 無孔の部位
１３ 上部空間
１５ フィルター

Claims (4)

1. 水と反応して水素を発生する水素貯蔵材料を原料とする水素製造装置において、容器本体と、該容器本体内の底部に水を供給する水供給手段と、水素排出手段とを備え、上記容器本体内に多孔質材料製の縦仕切り板を設け、揺動時に上記水素貯蔵材料と、水を含有する生成物とが混合しないようにしてなることを特徴とする水素製造装置。
2. 上記縦仕切り板の上下方向に、多孔形状の部位と、無孔の部位とを設けたことを特徴とする請求項１の水素製造装置。
3. 上記容器本体の上部に上仕切り板を備え、該上仕切り板の側壁側端部に無孔の部位を設けたことを特徴とする請求項１又は２の水素製造装置。
4. 上記水素排出手段に、排出される水素ガスへの不純物が混入することを防止するためのフィルターを設けてなることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の水素製造装置。

Images