JP5839378B2 - 水素発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、水素を発生させる装置に関する。

水素の貯蔵方式の一つに吸蔵合金方式がある。吸蔵合金方式は、超高圧、極低温といった特殊状態で水素を貯蔵する必要がないため、取り扱いが容易で安全性が高く、しかも単位体積当たりの水素貯蔵量が高いという優れた特徴を有している。特許文献１には、吸蔵合金方式を採用した水素発生装置が開示されている。特許文献１に係る水素発生装置は、水素化マグネシウムを主成分とするマグネシウム基水素化物粉末及び酸性物粉末の混合粉末を収容した円筒状の貯蔵室と、水を貯水する貯水室と、燃料電池とを備える。貯蔵室には、貯水室から導かれた注水管が挿入され、貯水室から貯蔵室へ水が供給されるように構成されている。貯蔵室に水が供給された場合、マグネシウム基水素化物粉末が（１）式に記載の通り加水分解し、水素を発生させる。発生した水素は、燃料電池に供給され、発電に用いられる。

特開２００６−２９８６７０号公報

しかしながら、特許文献１に係る水素発生装置は、注水管を通じて貯蔵室に水が滴下されるだけであるため、水素の発生量が不足又は過剰になるという問題があった。また、水素が過剰に発生する場合に備えて、貯蔵室は高圧に対応できる容器でなくてはならないという問題があった。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、発生させる水素の量を制御す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。

本発明に係る水素発生装置は、マグネシウム基水素化物を収容し、水又は酸性物質若しくはアルカリ性物質が含まれた水溶液を注液することにより、水素を発生させる水素発生装置において、マグネシウム基水素化物を収容する上側が開口した内側容器及び該内側容器を覆う外側容器を有し、該外側容器には、発生した水素を排出する排気孔及び前記内側容器の上方に配置され、水又は前記水溶液を前記内側容器に注液する注液孔が設けられている水素発生容器と、水又は前記水溶液を貯蔵する水槽と、該水槽及び前記注液孔と接続された配管と、前記水槽から水又は前記水溶液を吸入し、前記配管を通じて前記注液孔に注液するよう作動するポンプと、前記外側容器の内部の圧力を測定する圧力計と、該圧力計の圧力値に基づいて、前記ポンプが前記配管に通流させる水又は前記水溶液の量を制御する制御部とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、制御部が圧力計の圧力値に基づいて、前記ポンプが前記配管に通流させる水の量を制御するので、適切な量の水素を発生させることができる。

本発明に係る水素発生装置は、前記水素発生容器の温度を調節する温度調節部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、温度計の温度に従って冷却水の通流を行うので、マグネシウム基水素化物の加水分解反応に適切な温度を維持することができる。加水分解反応は温度が高い程促進するが、温度が高すぎると水が水蒸気となり収率が落ちる。従って、温度調整部により加水分解反応を促進し、水素発生容器内の水が沸騰領域とならないように温度と圧力を維持する事で、水素の収率を向上させる。

本発明に係る水素発生装置は、前記温度調節部は、水を通流させる通流路を有し、前記外側容器を覆う貯水容器と、前記水素発生容器の温度を測定する温度計とを備え、前記制御部は、前記温度計によって測定した温度に基づいて、前記貯水容器に貯められる水の量を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明によれば、外側容器を覆う貯水容器の水の量により温度調節を行うので、効果的に温度調節を行うことができる。

本発明に係る水素発生装置は、前記温度調節部は、前記水素発生容器に送風する送風部と、前記水素発生容器の温度を測定する温度計とを備え、前記制御部は、前記温度計によって測定した温度値に基づいて、前記送風部の風量を制御するようにしてあることを特徴とする。

本発明によれば、送風部と、水素発生容器の温度を測定する温度計とを備え、制御部は、温度計によって測定した温度値に基づいて、送風部の風量を制御するので、温度調節を簡易に行うことができる。

本発明に係る水素発生装置は、前記排気孔から排出された水素を保存する水素保存容器を備えることを特徴とする。

本発明によれば、水素保存容器を備え、燃料電池で発電した電力を使用する負荷側の電力の変動に対しても水素保存容器中の水素が利用できるため、水素の供給側、利用側の電力が急に変動した場合であっても対応が可能となる。更に、水素発生容器から大量の水素が排出された場合、又は水素の排出量が減少した場合であっても、水素保存容器内に水素を保存し、水素保存容器内から水素を放出するので、適量の水素排出量を維持することができる。

本発明に係る水素発生装置は、前記水素保存容器は、膨張及び収縮する水素保存部と、該水素保存部を内部に設ける密閉容器と、該密閉容器の外部に設けられており、前記水素保存部に接続されている開閉弁と、前記水素保存部と密閉容器との空間に不活性ガスが供給されるよう、該密閉容器に設けられている供給管と、該供給管の開閉を行う開閉弁とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、供給管から不活性ガスを供給することにより、水素保存部に保存された水素の残存量を減少させることができる。

本発明に係る水素発生装置は、前記排気孔と接続する第２の配管を備え、前記水槽は箱状をなし、上底に接合されており、一端が前記第２の配管と接続され他端が内底面近傍に配置された水素用配管を有することを特徴とする。

本発明によれば、水素発生容器で発生した水素を、第２の配管を通じて水槽の内底面近傍に排気するので、排気された水素を水槽に貯められた水又は水溶液を通じて純化することができる。

本発明に係る水素発生装置は、前記内側容器は、有底の筒状であって、側部に網部又は複数の孔が設けられていることを特徴とする。

本発明によれば、マグネシウム基水素化物を収容した内側容器の側部に網部又は複数の孔が設けられているので、発生した水素を内側容器の外部に効率よく排気することができる。

本発明によれば、圧力計の圧力値に基づいて制御部が前記ポンプによって配管に通流させる水の量を制御するので、適切な量の水素を発生させることができる。

水素発生装置の構成を示すブロック図である。 水素発生容器を示す模式的縦断面図である。 水素保存容器を示す模式的縦断面図である。 水素発生装置を用いて行った測定を示すグラフである。 水素発生容器を示す模式的縦断面図である。 除湿部を設けた水素発生装置の構成を示すブロック図である。 脱臭部を設けた水素発生装置の構成を示すブロック図である。 除湿部及び脱臭部を設けた水素発生装置の構成を示すブロック図である。 水素発生装置を示すブロック図である。 反応・純化用水槽を示す模式的横断面図である。 水素発生容器を示す模式的横断面図である。 マグネシウム基水素化物収容部及び蓋部を示す模式的側断面図である。 純化用配管を通じて排気された水素の流れを示す説明図である。 水素発生装置を示す模式的側面図である。 水素発生容器を示す模式的横断面図である。 水素発生容器を示す模式的側面図である。

第１の実施の形態
以下、本発明の実施の形態について説明する。図１は水素発生装置の構成を示すブロック図である。水素発生装置は、加水分解反応に用いる水が貯蔵されている反応用水槽３、該反応用水槽３に一端が接続された配管４ａ、該配管４ａの他端に接続されたポンプ５、該ポンプ５に一端が接続された配管４ｂ、冷却水が貯蔵されている冷却用水槽３３、冷却用水槽３３に一端が接続された配管３４ａ、３４ｃ、該配管３４ａの他端に接続されたポンプ３５、該ポンプ３５に一端が接続された配管３４ｂ、配管４ｂ、３４ｂ、３４ｃの他端が接続された水素発生容器１、該水素発生容器１と一端が接続された配管６ａ、該配管６ａの他端に設けられた開閉弁７、該開閉弁７に配管６ｃを介して接続している水素保存容器２、開閉弁７と配管６ｂを介して接続している発電装置８、及び制御部９を含んで構成されている。

水素発生容器１においては、反応用水槽３に貯蔵されている水が電動式のポンプ５によって汲み上げられ、配管４ａ、４ｂを通じて水素発生容器１に送られる。水素発生容器１で、マグネシウム基水素化物と配管４ａ、４ｂを通じて供給された水とが（１）式に示す反応を行うことによって、水素が発生する。発生した水素は、開閉弁７によって配管６ａと水素保存容器２とを通じるようにすることで、水素保存容器２に保存される。さらに開閉弁７によって配管６ｂと水素保存容器２とを通じるようにすることで、水素保存容器２内の水素が、燃料電池を備える発電装置８に送られる。また、水素発生容器１には後述するように温度調節を行うため、冷却用水槽３３からポンプ３５及び配管３４ａ、３４ｂを通じて水が通流され、配管３４ｃを通じて水が冷却用水槽３３に還る。

発電装置８は、生じた電気の一部をポンプ５に送る。水素発生容器１、ポンプ５、ポンプ３５、開閉弁７はＣＰＵである制御部９によって動作が制御される。発電装置８に送られた水素は、酸素との電気化学反応に用いられ、この電気化学反応によって発電が行われる。水素発生容器１、ポンプ５、ポンプ３５、開閉弁７及び制御部９は発電装置８から電力の供給を受ける。

以下、水素発生容器１について説明する。図２は水素発生容器１を示す模式的縦断面図である。水素発生容器１は、マグネシウム基水素化物収容部１１と、該マグネシウム基水素化物収容部１１を覆う水素発生部１２と、水素発生部１２を覆う貯水容器１６と、水素発生部１２の周縁に設けられたフランジ１３と、水素発生部１２を密閉する蓋部１４と、マグネシウム基水素化物収容部１１に注水する注水管１５と、温度計１７と、圧力計１８とを含んで構成されている。水素発生部１２と貯水容器１６とは一体の二重ジャッケット容器であってもよい。マグネシウム基水素化物収容部１１は内側容器であり、水素発生部１２は外側容器である。

マグネシウム基水素化物収容部１１はステンレス、アルミニウム又は樹脂製であり、有底円筒状をなす。マグネシウム基水素化物収容部１１の底部は、中央が外部に突出するよう湾曲した板状をなしている。底部の形状に限定はなく、例えば円錐状をなしていてもよい。マグネシウム基水素化物収容部１１の内部には、タブレット状又は紛体等のマグネシウム基水素化物が充填されている。

マグネシウム基水素化物収容部１１は外側面上における高さ方向の中央付近に突起１１ａが周設されており、該突起１１ａは円環状をなしている。また、水素発生部１２は、マグネシウム基水素化物収容部１１より高さ方向及び径方向共に大きい有底円筒状をなすステンレス、アルミニウム又は樹脂製である。水素発生部１２の内周面には、突起１２ａが周設されており、該突起１２ａは円環状をなしている。突起１１ａ及び突起１２ａは周の一部にのみ設けられていてもよい。

突起１２ａの上部に突起１１ａが係止することにより、マグネシウム基水素化物収容部１１の底面と水素発生部１２の底部の内面とが所定間隙を隔てた状態で、マグネシウム基水素化物収容部１１が配置される。これによりマグネシウム基水素化物収容部１１を水素発生部１２内から取り出すことが容易になるので、マグネシウム基水素化物収容部１１にマグネシウム基水素化物を詰め替える作業を容易に行うことができる。

水素発生部１２には、側部及び底部に、非常時に気体を放出する排気管１２ｂ、１２ｂ、１２ｂが設けられている。底部の排気管１２ｂは円筒状をなし、水素発生部１２及び貯水容器１６を貫通するように設けられている。側部の排気管１２ｂは、内部の孔が水素発生部１２の内部から、水素発生容器１の外部に通じている。排気管１２ｂ、１２ｂ、１２ｂは開閉弁１２ｃ、１２ｃ、１２ｃを備えており、通常、開閉弁１２ｃ、１２ｃ、１２ｃは閉じられた状態になっている。

また、水素発生部１２の内壁には、制御部９と接続された圧力計１８が設けられている。圧力計１８は、水素発生部１２の内部の圧力を測定する。制御部９は、圧力計１８の測定する圧力値に応じて、ポンプ５が反応用水槽３から吸水を行う量を制御する。即ち、制御部９は、圧力値が上昇するとポンプ５を制御して、ポンプ５が反応用水槽３から吸水し、配管４ａ、４ｂ、注水管１５を通じて水素発生部１２に排出する水の量を少なくする。さらに、制御部９は、例えば０．３０［ＭＰａ］等、一定値以上の圧力で、吸水を停止するよう制御する。また、制御部９は、圧力値が例えば０．２５［ＭＰａ］等一定値より減少すると、ポンプ５の吸水量を多くする。ポンプ５の吸水量が多い程加水分解反応で発生する水素の量も多くなる。従って、このような制御を行うことにより、水素発生部１２内部で発生する水素の量を適量に保つことができる。

フランジ１３には螺子孔１３ｂ、１３ｂ、…が設けられている。

蓋部１４は、ステンレス、アルミニウム又は樹脂製であり、フランジ１３と同心の円板状をなし、フランジ１３の上面に設けられている。円筒形の注水管１５は、蓋部１４の中央部を貫通している。注水管１５の下端部は、マグネシウム基水素化物の中に挿入されている。また、注水管１５はポンプ５と接続されている。

一方、蓋部１４における注水管１５の周囲には、円筒状の水素排気管１４ａ、１４ａが設けられている。水素排気管１４ａ、１４ａは、配管６ａと接続されており、（１）式に示される加水分解反応により、水素発生部１２に発生した水素を配管６ａに排出する。

さらに、蓋部１４の螺子孔に対応する位置には挿通孔１４ｂ、１４ｂ、…が設けられている。螺子孔１３ｂ、１３ｂ、…と挿通孔１４ｂ、１４ｂ、…とを貫通する螺子によって螺合することにより、フランジ１３と蓋部１４とが間隙なく接合する。

貯水容器１６は、ステンレス、アルミニウム又は樹脂製であり、蓋部１４及びフランジ１３より少し小径であり、マグネシウム基水素化物収容部１１より高さ方向が高い有底円筒状をなしており、水素発生部１２の外側に設けられている。貯水容器１６は外周全体に、内壁と外壁との間に硬質ウレタン又はプラスチック等の断熱部材が設けられている。貯水容器１６の側部及び底部は排気管１２ｂが貫通している。貯水容器１６の上端は、フランジ１３の下面と接合している。

貯水容器１６の側部には排気管１２ｂが貫通している。これにより、水素発生部１２は貯水容器１６内に固定されている。また、貯水容器１６の下部に設けられた注水管１６ｂは配管３４ｂと、上部に設けられた排水管１６ｃは配管３４ｃと、夫々接続している。注水管１６ｂ、排水管１６ｃは円筒状をなしている。制御部９は、冷却用水槽３３に貯蔵されている水をポンプ３５によって吸水し、注水管１６ｂを通じて貯水容器１６と水素発生部１２との間隙に流入させる。また、排水管１６ｃを通じて水を排出させて、冷却用水槽３３に水を還す。これにより、水素発生部１２の温度を調節する。なお、この間隙が請求項の通流路に相当する。

温度計１７は、ペルチェ素子であり、水素発生部１２の外面に設けられている。温度計１７は制御部９と接続している。従って温度計１７により測定される温度は略マグネシウム基水素化物収容部１１の温度と等しい。制御部９は、温度計１７が測定した温度が例えば１０５℃程度以上になった場合には、ポンプ３５を作動させ、貯水容器１６内に配管３４ａ、３４ｂを通じて冷却用水槽３３から水を流入させ、貯水する。また、制御部９は温度計１７が測定した温度が例えば８５℃程度以下になった場合は、ポンプ３５を停止させ、排水管１６ｃを開口して排水する。排水は配管３４ｃを通じて冷却用水槽３３に戻される。このように温度計１７の測定値に基づいて貯水量を制御することにより、水素発生部１２内は、（１）式の加水分解反応を促進させ、且つ、水素発生部１２内の水が沸点を超えて水蒸気となって排気されることを抑えた温度に保たれる。

図３は、水素保存容器２を示す模式的縦断面図である。水素保存容器２は容器部２１と、該容器部２１を覆う蓋体２２と、該蓋体２２を貫通する水素管２３と、水素管２３に取り付けられた可動部２４と、蓋体２２に取り付けられた供給管２５と、供給管２５に取り付けられた開閉弁２６とを含んで構成されている。

容器部２１はステンレス、アルミニウム又は樹脂製であり、有底円筒状をなす。蓋体２２はステンレス、アルミニウム又は樹脂製の円板状であり、容器部２１の開口された箇所を覆うよう接合している。容器部２１と蓋部２２とにより密閉容器が構成される。水素管２３は、蓋体２２の中央に設けられた孔を貫通している。水素管２３は、上端が開閉弁７を通じて配管６ａ及び６ｂと接続されている。可動部２４は、膨張及び収縮が自在なゴム製又は樹脂製であり、水素管２３の下端に接続されている。供給管２５は、蓋体２２に設けられた孔を貫通している。開閉弁２６は、供給管２５の端部に備えられており、一定量の窒素又はアルゴン等の不活性ガスを可動部２４と容器部２１との間の空間に流入させる。

可動部２４と容器部２１との間の不活性ガスの圧力は、可動部２４内の水素が全て排出されるような圧力になるよう設定されている。例えば、発電装置８における圧力が０．０４気圧である場合には、可動部２４と容器部２１との間には、可動部２４内の水素が全て排出された場合に０．０４気圧より大きい０．０５気圧程度になる量の不活性ガスが注入される。これにより、可動部２４内の水素は、可動部２４と容器部２１との間の気圧に押され、最終的には水素保存容器２内に残存することなく排出される。

水素発生容器１で水素を発生させるためには、ポンプ５を作動させるなど一定の時間を要する。従って発電装置８にて緊急に発電を行う場合には、開閉弁７を開け、水素保存容器２に保存されている水素を排出する。また、水素発生容器１から発生する水素が多すぎる場合、少なすぎる場合、及び燃料電池からの負荷に応じた電力が必要な場合、適量の水素を供給するよう水素保存容器２において排出量を調節する。

なお、水に代えて、水に、クエン酸等の酸性物質、又はアルカリ物質が含まれた水溶液であっても良い。酸性物質又はアルカリ物質を添加することによって、マグネシウム基水素化物の加水分解反応を促進することができ、効果的に水素を発生させ、発電を行うことができる。他に、水素発生容器１及び水素保存容器２の形状に制限はなく、例えば、容器と蓋体が分離しておらず、一体となった容器であってもよい。開閉弁７は開閉の他、流量の制御を行う制御弁であってもよい。注水管（注液管）１５を通る水と貯水容器１６に貯水される水とは同じ反応用水槽３の水であってもよいし、別個の水槽の水であってもよい。

本実施の形態によれば、マグネシウム基水素化物の加水分解反応を促進しつつ、水蒸気の発生を防止して収率を向上させる水素発生装置を提供することができる。

なお、水素発生装置は、発生した水素を発電装置８に送り込み、発電を行う装置として用いる他、発生した水素を供給するための装置として用いてもよい。

図４は水素発生装置を用いて行った測定を示すグラフである。横軸は時間を表しており、縦軸は、水素発生部１２の反応温度［℃］、水素発生速度［ｍＬ／ｍｉｎ］、ポンプ５のオン／オフを表している。図４のグラフにおいて、丸印を含む実線は水素発生速度の時間的変化を表し、三角印を含む実線は反応温度の時間的変化を表し、無印の実線はポンプ５のオン／オフを表している。

ポンプ５をオンにすることにより、オフの場合と比較して水素発生速度は早くなり、１１００［ｍＬ／ｍｉｎ］程度の一定速度に保たれる。また、制御部９が、貯水容器１６の貯水量を制御することにより温度調節を行い、反応温度が７０〜９０［℃］程度に保たれている。

第２の実施の形態
第２の実施の形態について説明する。本実施の形態では、水素発生部１２の温度調節を水冷に代えて空冷で行うことにより、温度調節を行う。

図５は、水素発生容器１を示す模式的縦断面図である。本実施の形態における水素発生容器１には、温度調節部としての送風部３６が設けられている。送風部３６は、モーターにより羽根が作動するファンである。送風部３６は、作動時に、水素発生部１２に風が当たるような位置及び方向に配置されている。また、送風部３６は、温度計１７が測定した温度に基づいて送風を開始又は停止するよう、制御部９により制御されている。温度計１７は水素発生部１２の外面に設けられているが、水素発生部１２の内側に設けられていてもよい。

制御部９は、温度計１７が測定した温度が例えば１０５℃程度等一定温度以上になった場合には、送風部３６に送風を開始させる。また、制御部９は温度計１７が測定した温度が例えば８５℃程度等一定温度以下になった場合は、送風部３６に送風を停止させる。また、温度計１７が測定した温度に応じて、送風部３６が送る風量の強弱を調節するようにしてもよい。

本実施の形態によれば、水素発生部１２の温度調節を送風部３６により行うので、温度調節を簡易に行うことができる。特に、例えば１００［Ｗ］ 程度等、比較的小さい電力を発生させる水素発生装置に適している。

第３の実施の形態
第３の実施の形態について説明する。本実施の形態では、水素発生部１２にて発生させた水素に除湿、脱臭を行う。

図６は除湿部４１を設けた水素発生装置の構成を示すブロック図である。本実施の形態では、配管４３ａ、４３ｂの間に除湿部４１が設けられている。除湿部４１は、例えば外面の２か所に内部に通じる孔が空けられた容器であり、中にゼオライトが充填されている。除湿部４１の孔のうち、一方は水素発生容器１と接続してある配管４３ａ、他方は水素保存容器２と接続してある配管４３ｂに夫々接続されている。配管４３ａを通じて送られる水素が除湿部４１を通じることにより、ゼオライトに水分が吸着され、除湿される。なお、除湿部４１は、配管６ｂの途中に設けられるようにしてもよい。

図７は脱臭部４２を設けた水素発生装置の構成を示すブロック図である。水素発生装置は、さらに、除湿部４１に代えて、又は除湿部４１とともに、脱臭部４２を設けてもよい。脱臭部４２は、例えば外面の２か所に内部に通じる孔が空けられた容器であり、中に活性炭が充填されている。脱臭部４２の一方は配管４３ａ、他方は配管４３ｂに夫々接続されている。

図８は除湿部４１及び脱臭部４２を設けた水素発生装置の構成を示すブロック図である。図８では、除湿部４１は、配管４３ａと４３ｂとに接続され、脱臭部４２は、配管４３ｂと４３ｃとに接続されている例が示されている。なお、除湿部４１及び脱臭部４２が設けられる場所は、図８に示す例と入れ替わった位置であってもよい。除湿部４１及び脱臭部４２夫々は、配管６２の途中に設けられていてもよい。

第４の実施の形態
第４の実施の形態について説明する。本実施の形態は、水槽に貯蔵された水を、加水分解反応の他に、生成した水素の純化のために用いるための形態に関する。

図９は、水素発生装置を示すブロック図である。水素発生装置は、反応・純化用水槽５０、水素発生容器６０、ポンプ７１、調節弁７２、７３、制御部７４、発電装置７５及び配管７６、７７、７８を備える。

図１０は、反応・純化用水槽５０を示す模式的横断面図である。反応・純化用水槽５０は、貯蔵部５１、蓋部５２、給水用配管５３及び純化用配管５４を備える。

貯蔵部５１は、有底円筒状をなした容器である。蓋部５２は、貯蔵部５１の内径よりも大きい径の円板状をなす。蓋部５２は、貯蔵部５１の上端に設けられており、貯蔵部５１の開口部を覆う。貯蔵部５１及び蓋部５２は共にアルミニウム若しくはステンレス等の金属製又は樹脂製であり、耐圧性を有する。また、貯蔵部５１と蓋部５２とは、螺子止め等が行われることにより同心的に且つ隙間なく密着し、箱状の容器を構成する。蓋部５２には、夫々該蓋部５２を貫通する孔である孔５２ａ、５２ｂ、５２ｃが設けられている。孔５２ａ、５２ｂは、蓋部５２の平面視中央付近に配置されており、孔５２ｃは該孔５２ａ、５２ｂより周縁側に設けられている。孔５２ａ、５２ｂ、５２ｃは周縁がソケットになっている。

ここで、孔５２ａ、５２ｂ、５２ｃは、反応・純化用水槽５０の外部に設けられた配管７６、７７、７８と夫々接続する。配管７６、７７、７８は夫々樹脂製であり、可撓性を有する。また、配管７６、７７、７８の両端は、孔５２ａ、５２ｂ、５２ｃに隙間なく嵌合するように、プラグになっている。

給水用配管５３は、貯蔵部５１の内部に設けられた直線状の配管である。給水用配管５３は、上端が孔５２ａの下端と接合しており、貯蔵部５１の高さ方向に延び、下端が貯蔵部５１の内底面近傍に配置されている。

純化用配管５４は、貯蔵部５１の内部に設けられた直線状の配管である。純化用配管５４は、貯蔵部５１の高さ方向に延びており、上端が孔５２ｂの下端と接合し、下端が貯蔵部５１の内底面近傍に配置されている。ここで、純化用配管５４の下端は、給水用配管５３よりも貯蔵部５１の内底面に近い位置まで延びている。給水用配管５３及び純化用配管５４は共に樹脂製である。

なお、給水用配管５３及び純化用配管５４は、夫々孔５２ａ、５２ｂを貫通しており、上端が蓋部５２の外部に配置されるような構成であってもよい。この場合、給水用配管５３及び純化用配管５４は夫々の途中で蓋部５２と接合されており、給水用配管５３及び純化用配管５４の上端と配管７６、７７とが夫々直接に接続される。

貯蔵部５１の内部には、水５５が貯蔵されている。貯蔵されている水５５の量は、給水用配管５３及び純化用配管５４の下端が十分浸る程度である。なお、水の代わりに、水にクエン酸等の酸性物質、又はアルカリ物質が含まれた水溶液を用いてもよい。

図１１は、水素発生容器６０を示す模式的横断面図である。水素発生容器６０は、外側容器である水素発生部６１、内側容器であるマグネシウム基水素化物収容部６２、蓋部６３、吸収剤６４、圧力計６５及び安全弁６６を備える。

水素発生部６１は、内部が中空の円柱状をなした容器である。水素発生部６１は、アルミニウム若しくはステンレス等の金属製又は樹脂製であり、耐圧性を有する。水素発生部６１の上底には、中心に嵌入孔６１ａが設けられている。また、水素発生部６１の上底における嵌入孔６１ａの周辺には、内部に通じる排気孔６１ｂが設けられている。排気孔６１ｂは周縁がソケットになっており、配管７７の他端と隙間なく嵌合する。

マグネシウム基水素化物収容部６２は、嵌入孔６１ａより小さい径であり、水素発生部６１より高さが低く、上側が開口した有底円筒状をなす容器である。マグネシウム基水素化物収容部６２は、例えばプラスチック等の樹脂製である。マグネシウム基水素化物収容部６２は、嵌入孔６１ａから嵌入し、水素発生部６１の内部に配置されている。また、マグネシウム基水素化物収容部６２における、底面付近を除いた側部には、複数の側部孔６２ａ、６２ａ…が設けられている。

また、マグネシウム基水素化物収容部６２における底面付近には、マグネシウム基水素化物６７が収容されている。マグネシウム基水素化物６７は、板状のタブレットを分割した略直方体状又は粉末状である。

なお、マグネシウム基水素化物収容部６２の形状は、多角形筒状又は楕円筒状等、有底の筒状であれば特に限定は無い。図１２はマグネシウム基水素化物収容部６２及び蓋部６３を示す模式的側断面図である。マグネシウム基水素化物収容部６２における底面付近を除いた側部は、網状であってもよい。

蓋部６３は、マグネシウム基水素化物収容部６２の開口部及び嵌入孔６１ａより大きい外径の円板状をなしている。蓋部６３は、マグネシウム基水素化物収容部６２の開口部に接合されており、マグネシウム基水素化物収容部６２を覆う。蓋部６３は、例えばアルミニウム若しくはステンレス等の金属製又は樹脂製である。

なお、蓋部６３は、マグネシウム基水素化物収容部６２の内部にマグネシウム基水素化物を収容するため、開閉可能である。例えば、マグネシウム基水素化物収容部６２及び蓋部６３の接合部分に共に螺子溝が設けられており、マグネシウム基水素化物収容部６２及び蓋部６３を分離可能にするよう構成されていてもよい。また、マグネシウム基水素化物収容部６２及び蓋部６３の接合部分の一部に蝶番が設けられており、蓋部６３が蝶番を軸に回転移動可能になるよう構成されていてもよい。

蓋部６３の中心には、注水孔６３ａが設けられている。注水孔６３ａは周縁がソケットになっており、配管７６の他端と隙間なく嵌合する。

蓋部６３は、下面の周縁部分が水素発生部６１の嵌入孔６１ａ近傍の上面に接触するように、水素発生部６１上に載置されている。従って、嵌入孔６1ａに嵌入しているマグネシウム基水素化物収容部６２は、水素発生部６１の内部において吊られた状態で配置されている。ここで、水素発生部６１と蓋部６３とは、螺子止め等が行われることにより、隙間なく密着している。

吸収材６４は、水素発生部６１の内底面に設けられている。吸収材６４の例はポリアクリル酸ナトリウム等の高分子ポリマーであるが、水を吸収する物質であれば特に限定は無い。例えば、水が注水孔６３ａから注がれる際に、一部の水がマグネシウム基水素化物収容部６２から漏れる場合がある。また、マグネシウム基水素化物収容部６２において、水とマグネシウム基水素化物との加水分解反応が行われる際に、水がマグネシウム基水素化物収容部６２から噴出する場合がある。吸収剤６４は、このような原因により、水素発生部６１の内底面に溜まった水を吸収する。

圧力計６５は、半導体ピエゾ抵抗式又は静電容量式等を用いている。圧力計６５は水素発生部６１の内壁に設けられており、水素発生部６１内部の圧力を測定する。また、圧力計６５は、制御部７４と電気的に接続されており、測定した値を例えば一定の周期で制御部７４に送信する。

安全弁６６は、ばね式の弁である。安全弁６６は、水素発生部６１の上底に設けられており、例えば密閉された水素発生部６１内の圧力が、３［ｂａｒ］程度に達した場合に弁が開き、外部に排気するように構成されている。

ポンプ７１は、開度を調節できる電動式のポンプである。ポンプ７１は、配管７６の途中に設けられており、開度を調節することにより、配管７６を流れる水の流量を調節する。

調節弁７２は、開度を調節できる電磁弁である。調節弁７２は、配管７７の途中に設けられており、開度を調節することにより、配管７７を流れる水素の流量を調節する。

調節弁７３は、開度を調節できる電磁弁である。調節弁７３は、配管７８の途中に設けられており、開度を調節することにより、配管７８を流れる水素の流量を調節する。なお、調節弁７２、７３は開閉のみの制御が可能な弁であってもよい。

制御部７４は、ＣＰＵ及びメモリを備え、圧力計６５の他、ポンプ７１及び調節弁７２、７３と電気的に接続されている。制御部７４は、圧力計６５の測定する圧力値に応じてポンプ７１を制御する。具体的には、制御部７４は、圧力計６５から受信した圧力値が上昇した場合には反応・純化用水槽５０から吸い上げて水素発生容器６０に注ぐ水の流量を少なくするよう指示する信号を送信し、圧力値が下降した場合には、水の流量を多くするよう指示する信号をポンプ７１に送信する。さらに、制御部７４は、圧力計６５から予め設定された値以上の圧力値を受信した場合には、反応・純化用水槽５０からの水の吸い上げを停止する信号をポンプ７１に送信する。

また、制御部７４は、圧力計６５の測定する圧力値に応じて調節弁７２を制御する。具体的には、制御部７４は、圧力計６５から受信した圧力値が上昇した場合には、水素発生容器６０へ注がれる水の流量を少なくすべく圧力を調整するよう指示する信号を調節弁７２に送信し、圧力値が下降した場合には、水の流量を多くすべく圧力を調整するよう指示する信号を調節弁７２に送信する。さらに、制御部７４は、調節弁７２と同様に、調節弁７３の制御を行う。なお、制御部７４はさらに入力手段を備え、使用者が入力した情報に基づいて、ポンプ７１及び調節弁７２、７３を制御するようにしてもよい。

発電装置７５は燃料電池を備えており、配管７８と接続されている。発電装置７５は送気された水素により電気化学反応を行い、発電する。

本実施の形態における水素発生装置の動作について説明する。制御部７４は、ポンプ７１を作動させることにより、反応・純化用水槽５０に貯蔵されている水を給水用配管５３及び配管７６を通じて吸い上げ、注水孔６３ａよりマグネシウム基水素化物収容部６２に注水する。マグネシウム基水素化物収容部６２では、注水孔６３ａから注がれた水と収容されているマグネシウム基水素化物６７とが、（１）式の加水分解反応を行う。

加水分解反応により発生した水素は、側部孔６２ａ、６２ａ…よりマグネシウム基水素化物収容部６２外に送気され、さらに排気孔６１ｂから排気される。排気孔６１ｂから排気された水素は、調節弁７２によって流量を制御され、純化用配管５４に送気される。

図１３は、純化用配管５４を通じて送気された水素の流れを示す説明図である。水素の流れを矢印で示す。水素発生容器６０の排気孔６１ｂから排気された水素は、配管７７及び純化用配管５４を通じて、貯蔵部５１に貯蔵された水５５中に送気される。水素は、水５５を通じることにより、無機物、有機物又は微粒子等の不純物が取り除かれて純化される。水５５を通じて純化された水素は、孔５２ｃから送気される。

孔５２ｃから送気された水素は、調節弁７３によって流量を制御され、配管７８を通じて、発電装置７５に送気される。発電装置７５は、送気された水素を用いて発電を行う。

本実施の形態によれば、反応・純化用水槽５０に貯蔵された水５５を、加水分解反応に用いると共に発生した水素を純化するためにも用いる。これにより、反応・純化用水槽５０に貯蔵された水５５を有効利用して、純化された水素を生成することができる。

第５の実施の形態
第５の実施の形態について説明する。本実施の形態は、水素発生容器と反応・純化用水槽とが一体となっている形態に関する。

図１４は、水素発生装置を示す模式的側面図である。本実施の形態における水素発生装置は、第４の実施の形態の構成に加えて、接合部８０、支持部８１及び把持部８２を備える。また、水素発生容器６０とは構成が異なる水素発生容器９０を備える。

接合部８０は、平板状であり、反応・純化用水槽５０及び水素発生容器９０と同じく、アルミニウム若しくはステンレス等の金属製又は樹脂製である。接合部８０の側部は、反応・純化用水槽５０の貯蔵部５１における上端の側部と接合している。また、接合部８０は、貯蔵部５１との接合箇所と反対側の側部が、水素発生部９１における上端の側部と接合している。なお、本実施の形態では、反応・純化用水槽５０と水素発生容器９０とが同じ高さであり、接合部８０は水平方向に沿っている。

支持部８１は、把持部８２を支持する部材である。支持部８１は、貯蔵部５１における外側面の上縁であって、接合部８０との接合箇所とは反対側に設けられている。支持部８１には水平方向に孔８１ａが設けられている。

把持部８２は、使用者が反応・純化用水槽５０及び水素発生容器９０を運搬する際に、使用者に把持される部材である。把持部８２は、環状部８２ａと、球状であって環状部８２ａが貫通している握り玉８２ｂとを備える。また、環状部８２ａは孔８１ａを貫通しており、該孔８１ａを軸に回転移動可能になるよう構成されている。また、支持部８１及び把持部８２は、水素発生部９１における外側面の上縁であって、接合部８０の接合箇所と反対側の位置にも設けられている。

水素発生容器９０について説明する。図１５は、水素発生容器９０を示す模式的断面図である。水素発生容器９０は、水素発生部９１、マグネシウム基水素化物収容部９２、蓋部９３、吸収剤９４、圧力計９５、環状部９６及び安全弁９７を備える。なお、マグネシウム基水素化物収容部９２、吸収剤９４、圧力計９５及び安全弁９７は、マグネシウム基水素化物収容部６２、吸収剤６４、圧力計６５及び安全弁６６と同様であるため、説明を省略する。

水素発生部９１は、有底円筒状の容器であり、上縁の一部が接合部８０と接合している。

環状部９６は、水素発生部９１の内壁における周面に沿って隙間なく接合した円板状をなしており、水素発生部９１の内部における高さ方向中央より上側に、水平になるよう配置されている。環状部９６は、中心に嵌入孔９６ａが設けられており、嵌入孔９６ａの周縁に水素排出孔９６ｂが設けられている。嵌入孔９６ａには、マグネシウム基水素化物収容部９２が嵌入する。水素排出孔９６ｂは、上端がソケットになっており、配管７７と隙間なく接合する。

蓋部９３は、マグネシウム基水素化物収容部９２及び嵌入孔９６ａよりも径の大きい円板状をなしている。蓋部９３は、第４の実施の形態と同様にマグネシウム基水素化物収容部９２と接合している。蓋部９３は、下面の周縁部分と環状部９６における嵌入孔９６ａ近傍の上面とが接触するように、環状部９６に載置されている。また、環状部９６と蓋部９３とは、螺子止め等が行われることにより、隙間なく密着している。これにより、嵌入孔９６ａに嵌入しているマグネシウム基水素化物収容部９２が、環状部９６によって水素発生部９１の内部で吊られた状態になって配置されている。

蓋部９３は、中心に水素発生容器９０の高さ方向外側に延びる管部９３ａが設けられている。管部９３ａは、上端の高さが水素発生部９１の上端と同じ又はやや低い程度の長さであり、配管７６と接合する。また管部９３ａに設けられている孔は、蓋部９３も貫通している。

例えば災害時には、場所を問わず緊急に発電する必要がある場合があり、斯かる場合には水素発生装置を運搬することがある。本実施の形態によれば、反応・純化用水槽５０及び水素発生容器９０が一体となっていることにより、持ち運びが容易になるので、場所を問わず発電を行うことが容易になる。

第６の実施の形態
第６の実施の形態について説明する。第６の実施の形態は、水素発生容器を把持するための形態に関する。

図１６は、水素発生容器６０を示す模式的側面図である。本実施の形態における水素発生容器６０は、第４の実施の形態の構成に加えて、支持部６８及び把持部６９を備える。

支持部６８は、把持部６９を支持する部材である。２つの支持部６８、６８は、水素発生部６１の外面における上端周縁における、互いに反対側の位置に設けられている。支持部６８、６８には、夫々孔６８ａ、６８ａが設けられている。

把持部６９は、使用者が水素発生容器６０を運搬する際に、使用者に把持される部材である。把持部６９は、全体が水素発生部６１の外径よりも大きい径の円弧状をなしている。また、把持部６９は、両端が環状になっており、斯かる両端の環が夫々孔６８ａ、６８ａを貫通している。これにより、把持部６９は、孔６８ａ、６８ａを軸に回転移動が可能である。支持部６８、６８及び把持部６９は、夫々ステンレス又はアルミニウム等の金属製又は樹脂製であり、可撓性を有しない。また、第５の実施の形態と同様に把持部６９には、途中に握り玉を設けてもよい。

本実施の形態によれば、使用者が把持部６９を把持することにより、水素発生容器６０の持ち運びが容易になる。これにより、例えばマグネシウム基水素化物収容部６２に収容するマグネシウム基水素化物６７の補充、又は水素発生部６１内に溜まった水の除去等の作業を容易に行うことができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。また、各実施の形態に記載されている技術的特徴は、相互に組合せ可能であり、組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

１ 水素発生容器
２ 水素保存容器
３ 反応用水槽
４ａ、４ｂ 配管
５ ポンプ
６ａ〜６ｃ 配管
７ 開閉弁
８ 発電装置
９ 制御部
１１ マグネシウム基水素化物収容部
１１ａ 突起
１２ 水素発生部
１２ａ 突起
１２ｂ 排気管
１２ｃ 開閉弁
１３ フランジ
１３ｂ 螺子孔
１４ 蓋部
１４ａ 水素排気管
１４ｂ 挿通孔
１５ 注水管（注液管）
１６ 貯水容器
１６ｂ 注水管
１６ｃ 排水管
２１ 容器部
２２ 蓋体
２３ 水素管
２４ 可動部
２５ 供給管
２６ 開閉弁
３３ 冷却用水槽
３４ａ〜３４ｃ 配管
３５ ポンプ
３６ 送風部
４１ 除湿部
４２ 脱臭部
４３ａ〜４３ｃ 配管
５０ 反応・純化用水槽
５１ 貯蔵部
５２ 蓋部
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ 孔
５３ 給水用配管
５４ 純化用配管
５５ 水
６０、９０ 水素発生容器
６１、９１ 水素発生部
６１ａ 嵌入孔
６１ｂ 排気孔
６２、９２ マグネシウム基水素化物収容部
６２ａ、９２ａ 側部孔
６３、９３ 蓋部
６３ａ 注水孔
６４、９４ 吸収剤
６５、９５ 圧力計
６６、９７ 安全弁
６７ マグネシウム基水素化物
６８、８１ 支持部
６９、８２ 把持部
７１ ポンプ
７２、７３ 調節弁
７４ 制御部
７５ 発電装置
７６、７７、７８ 配管
８０ 接合部
９３ａ 管部
９６ 環状部
９６ａ 嵌入孔
９６ｂ 水素排出孔

Claims (8)

1. マグネシウム基水素化物を収容し、水又は酸性物質若しくはアルカリ性物質が含まれた水溶液を注液することにより、水素を発生させる水素発生装置において、
   マグネシウム基水素化物を収容する上側が開口した内側容器及び該内側容器を覆う外側容器を有し、該外側容器には、発生した水素を排出する排気孔及び前記内側容器の上方に配置され、水又は前記水溶液を前記内側容器に注液する注液孔が設けられている水素発生容器と、
   水又は前記水溶液を貯蔵する水槽と、
   該水槽及び前記注液孔と接続された配管と、
   前記水槽から水又は前記水溶液を吸入し、前記配管を通じて前記注液孔に注液するよう作動するポンプと、
   前記外側容器の内部の圧力を測定する圧力計と、
   該圧力計の圧力値に基づいて、前記ポンプが前記配管に通流させる水又は前記水溶液の量を制御する制御部と
   を備えることを特徴とする水素発生装置。
2. 前記水素発生容器の温度を調節する温度調節部
   を備えることを特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。
3. 前記温度調節部は、
   水を通流させる通流路を有し、前記外側容器を覆う貯水容器と、
   前記水素発生容器の温度を測定する温度計と
   を備え、
   前記制御部は、前記温度計によって測定した温度に基づいて、前記貯水容器に貯められる水の量を制御するようにしてある
   ことを特徴とする請求項２に記載の水素発生装置。
4. 前記温度調節部は、
   前記水素発生容器に送風する送風部と、
   前記水素発生容器の温度を測定する温度計と
   を備え、
   前記制御部は、前記温度計によって測定した温度に基づいて、前記送風部の風量を制御するようにしてある
   ことを特徴とする請求項２に記載の水素発生装置。
5. 前記排気孔から排出された水素を保存する水素保存容器
   を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一つに記載の水素発生装置。
6. 前記水素保存容器は、膨張及び収縮する水素保存部と、
   該水素保存部を内部に設ける密閉容器と、
   該密閉容器の外部に設けられており、前記水素保存部に接続されている開閉弁と、
   前記水素保存部と密閉容器との空間に不活性ガスが供給されるよう、該密閉容器に設けられている供給管と、
   該供給管の開閉を行う開閉弁と
   を備えることを特徴とする請求項５に記載の水素発生装置。
7. 前記排気孔と接続する第２の配管を備え、
   前記水槽は箱状をなし、上底に接合されており、一端が前記第２の配管と接続され他端が内底面近傍に配置された水素用配管を有する
   ことを特徴とする請求項１から６までのいずれか一つに記載の水素発生装置。
8. 前記内側容器は、有底の筒状であって、側部に網部又は複数の孔が設けられている
   ことを特徴とする請求項１から７までのいずれか一つに記載の水素発生装置。

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