JP5400596B2 - Hydrogen generator - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a hydrogen generator that generates hydrogen by reacting a solid hydrogen generator and a reaction solution, and is particularly useful as a technique for generating hydrogen to be supplied to a fuel cell.
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。 As a hydrogen generator for generating hydrogen by reacting a solid hydrogen generator and a reaction solution, for example, it is disclosed in Patent Document 1 below. The hydrogen generator of Patent Document 1 includes a small liquid supply device that supplies a reaction liquid to a hydrogen generating agent. The small liquid supply device includes a liquid storage section that stores the supplied reaction liquid, and the liquid storage section. A movable partition that is arranged to partition, a discharge unit that discharges the reaction solution from the liquid storage unit, a discharge suppression unit that is provided in the discharge unit, and pressurizes the movable partition unit to pressurize the reaction solution An urging means and an urging force adjusting mechanism for adjusting the urging force of the urging means are provided.
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。 The hydrogen generator of Patent Document 1 includes an urging means for urging the movable partition wall and an urging force adjusting mechanism for adjusting the urging force of the urging means, and the structure is complicated. . Further, the space where the urging means and the urging force adjusting mechanism are arranged becomes a dead space both when the reaction liquid is discharged from the liquid container and when the discharge is completed. It cannot be said that this is a preferable structure for conversion. In addition, since the reaction vessel containing the hydrogen generating agent and the liquid containing portion containing the reaction liquid are always in communication with each other at the discharge part, the hydrogen generating agent easily contacts and reacts with the reaction liquid, and is ineffective. There is a risk of generating hydrogen in preparation.
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。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a hydrogen generator that has a simple structure and can be downsized. More preferably, the present invention provides a hydrogen generator capable of completely separating the reaction liquid and the hydrogen generator and starting the hydrogen generation reaction at an arbitrary timing.
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。
In order to solve the above problems, a hydrogen generator according to the present invention provides:
In a hydrogen generator that generates hydrogen by reacting a solid hydrogen generator and a reaction solution,
A hydrogen generator that generates hydrogen by reaction with the reaction solution;
A generating agent containing portion for containing the hydrogen generating agent;
A bottomed cylindrical reaction liquid storage section for storing the reaction liquid before the start of the reaction;
A reaction liquid storage container that is provided outside the generating agent storage part, and is filled with a reaction liquid in the reaction liquid storage part in a space between the generating agent storage part and
A reaction liquid supply section capable of supplying the reaction liquid filled in the reaction liquid storage container to the generating agent storage section;
A hydrogen supply path for supplying hydrogen generated in the generating agent storage unit to the outside of the reaction liquid storage container,
By inserting the reaction liquid storage container from the opening end of the reaction liquid storage section, the reaction liquid is filled into the space via a reaction liquid passage formed on the bottom surface of the reaction liquid storage container.
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。 A hydrogen generator according to the present invention is a reaction liquid that is provided outside a generating agent storage section that stores a hydrogen generating agent and a space between the generating agent storage section and filled with a reaction liquid. A storage container. The hydrogen generator further includes a bottomed cylindrical reaction liquid storage section that stores the reaction liquid before the start of the reaction. When the reaction liquid storage container is inserted from the open end of the bottomed cylindrical reaction liquid storage section, the reaction liquid stored in the reaction liquid storage section is compressed by the reaction liquid storage container. A reaction liquid passage is formed on the bottom surface of the reaction liquid storage container, and the compressed reaction liquid is injected into the reaction liquid storage container through the reaction liquid passage, and the generating agent storage section and the reaction liquid storage container The space between them is filled with the reaction solution. The reaction liquid filled in the reaction liquid storage container is supplied to the generating agent storage part by the reaction liquid supply part, and reacts with the hydrogen generating agent to generate hydrogen. The generated hydrogen is supplied to the outside of the reaction solution storage container through the hydrogen supply path. Therefore, the hydrogen generator of the present invention can easily inject the reaction liquid into the reaction liquid storage container simply by inserting the reaction liquid storage container from the open end of the reaction liquid storage part, and does not include an urging means. Therefore, there is little dead space and the structure is simple. Further, since the reaction liquid storage container is inserted into the reaction liquid storage part while the reaction liquid in the reaction liquid storage part is being injected, the volume of the reaction liquid storage part is the volume of the reaction liquid injected into the reaction liquid storage container. Therefore, the entire hydrogen generator can be reduced in size.
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。 In the present invention, it is preferable that the reaction liquid passage is closed with a closing member.
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。 Since the reaction liquid passage is blocked by the blocking member, it is possible to prevent the reaction liquid in the reaction liquid reservoir from being inadvertently injected into the reaction liquid storage container. On the other hand, the reaction liquid can be injected into the reaction liquid storage container by removing the blocking member from the reaction liquid passage. Therefore, according to this configuration, the hydrogen generator capable of starting the hydrogen generating reaction at an arbitrary timing while being able to completely separate and arrange the reaction liquid and the hydrogen generating agent accommodated in the generating agent accommodating portion. Can be provided. Examples of the closing member include a lid-like body and a plug-like body that close the entrance / exit of the reaction liquid passage.
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。 In the present invention, the closing member is a film-like member, and the film is formed by a protrusion provided on the inner bottom surface of the reaction liquid reservoir by inserting the reaction liquid container from the open end of the reaction liquid reservoir. The shaped member is preferably broken.
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。 According to this configuration, the reaction liquid passage is blocked by the film-like member, so that the reaction liquid in the reaction liquid reservoir is not inadvertently injected into the reaction liquid storage container. On the other hand, a protrusion is provided on the inner bottom surface of the reaction liquid reservoir, and the film member is broken by the protrusion by inserting the reaction liquid container from the opening end of the reaction liquid reservoir. The reaction liquid stored in the reaction liquid storage section can be reliably injected into the reaction liquid storage container via the reaction liquid passage on the bottom surface of the container.
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。 In the present invention, the reaction liquid passage is a through-hole formed in the bottom surface of the reaction liquid storage container, and the protrusion can be inserted into the through-hole, and is along the outer peripheral surface along the height direction. It is preferable to have a concave groove.
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。 According to this configuration, since the protrusion has a groove along the height direction on the outer peripheral surface thereof, when the film-like member blocking the through hole is broken, the periphery of the protrusion and the film-like member are A gap is likely to occur between them, and the reaction liquid easily passes through this gap and is injected into the reaction liquid container.
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。 In this invention, it is preferable that the container lower part of a reaction liquid storage container can be latched to the said opening end of a reaction liquid storage part in the state with which the reaction liquid was stored by the reaction liquid storage part.
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。 According to this configuration, the lower part of the reaction liquid storage container is locked to the opening end of the reaction liquid storage part, and the reaction liquid is stored in the reaction liquid storage part, and the reaction liquid is injected into the reaction liquid storage container It does not react with the hydrogen generating agent in the generating agent storage unit. From this state, the reaction liquid container is inserted into the reaction liquid container by inserting the reaction liquid container from the open end of the reaction liquid reservoir, and the reaction between the hydrogen generating agent and the reaction liquid is started at an arbitrary timing. Can do.
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。 In the present invention, a seal member for sealing the reaction liquid between the outer wall of the reaction liquid storage container and the inner wall of the reaction liquid storage part is provided on the outer peripheral surface of the lower part of the container or the inner peripheral surface of the opening end. Is preferred.
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。 According to this configuration, since the reaction liquid can be sealed between the outer wall of the reaction liquid storage container and the inner wall of the reaction liquid storage part, the reaction liquid stored in the reaction liquid storage part can be It can be reliably injected into the reaction liquid container through the passage.
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。 A preferred embodiment of a hydrogen generator according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an exploded perspective view showing an example of the hydrogen generator of the present invention, FIG. 2 is a view showing an example of the hydrogen generator, (a) is a front view, and (b) is a diagram of (a). It is II sectional view taken on the line.
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。
The hydrogen generator of the present invention is a device for generating hydrogen by reacting a solid hydrogen generator and a reaction solution. As shown in the figure, the hydrogen generator includes a generating agent storage unit 1 that stores a
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。
The generating agent storage unit 1 includes a covering
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。
Since the generating agent storage portion 1 that stores the
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。
The periphery of the
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。
A
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。
A
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。
The shape of the
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。
The reaction
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。
A groove 31 c is formed on the outer periphery of the container
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。
The container bottom 32 has a rectangular plate shape, and a
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。
The reaction
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。
FIG. 3 shows a state in which the reaction
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。
The packing 33 has a function of sealing the space between the outer wall of the reaction
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。
A
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。
The protruding
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。
As shown in FIG. 3A, the
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。
The height of the
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。
When the reaction
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。
By inserting the reaction
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。
When the reaction liquid is injected into the
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。
The reaction solution filled in the
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。
The
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。
Moreover, since the generating agent storage part 1 is surrounded by the reaction liquid, the temperature increase of the
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。 As the ammonia removing agent, for example, an adsorbent that adsorbs and removes ammonia in hydrogen (including chemical adsorption such as adsorption / decomposition and reaction adsorption), an absorbent that dissolves and removes ammonia, a reactant that removes ammonia by reaction, Examples include decomposition means for removing ammonia by decomposition (thermal decomposition, catalytic reaction decomposition, etc.), and it is preferable to provide an adsorbent that removes ammonia by physical adsorption or chemical adsorption.
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。 As the hydrogen generating agent used in the present invention, it is possible to use a hydrogen generating material such as a particle alone (without embedding the resin), but a granular hydrogen generating material in the resin base material. The thing containing is preferable. In that case, as the resin to be used, those other than the water-soluble resin are preferable from the viewpoint of exerting the restraining force by the coating material.
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。 Examples of the hydrogen generating substance include calcium hydride, lithium hydride, potassium hydride, lithium aluminum hydride, sodium aluminum hydride, metal hydride such as magnesium hydride, metal such as aluminum, iron, magnesium, calcium, hydrogen Examples thereof include metal hydrogen complex compounds such as boron halide compounds. Of these, metal hydrides are preferable, and calcium hydride is particularly preferable. A plurality of metal hydride compounds, metals, and metal hydride complex compounds can be used in combination, or they can be used in combination.
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。 That is, as the hydrogen generating agent, those containing granular calcium hydride (CaH 2 ) in the base material of the resin excluding the water-soluble resin are particularly preferable. In this hydrogen generating agent, the granular calcium hydride is dispersed or embedded in the resin matrix, thereby suppressing the reactivity of the calcium hydride and improving the handleability during the reaction with water. The In addition, by using calcium hydride as a hydrogen generating substance, the reactivity with water and the like is increased, and the volume expansion coefficient of the reaction product (calcium hydroxide) generated when reacting with water and the like is increased. The action of collapsing the resin base material is increased, and the reaction with water and the like easily proceeds to the inside naturally.
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。 The content of the hydrogen generating material is preferably 60% by weight or more in the hydrogen generating agent, but from the viewpoint of causing the resin base material to collapse during the reaction while maintaining the shape retention, 60 to 90% in the hydrogen generating agent. It is preferable that it is weight%, and 70 to 85 weight% is more preferable.
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。 The average particle size of the particulate hydrogen generating substance is preferably 1 to 100 μm, more preferably 6 to 30 μm, and even more preferably 8 to 10 μm, from the viewpoint of appropriately controlling dispersibility in the resin and reaction.
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。 When another hydrogen generating substance is added to calcium hydride, the content of the hydrogen generating substance is preferably 0 to 20% by weight, more preferably 0 to 10% by weight, and 0 to 5% by weight in the hydrogen generating agent. Is more preferable.
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。 When using hydrogen generating materials such as particulates without embedding the resin, from the viewpoint of applying the restraining force of the coating material with an appropriate force, the hydrogen generating materials are bound with resin as a binder, or particulate hydrogen generating materials. Is preferably tableted by press molding.
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。 As the resin, a resin other than the water-soluble resin is preferably used, and examples thereof include a thermosetting resin, a thermoplastic resin, and a heat resistant resin, and a thermosetting resin is preferable. By using a thermosetting resin, the resin base material generally tends to be brittle, the resin base material collapses more easily during the reaction, and the reaction easily proceeds naturally. Examples of the thermoplastic resin include polyethylene, polypropylene, polystyrene, acrylic resin, fluororesin, polyester, and polyamide. Examples of the heat resistant resin include aromatic polyimide, polyamide, and polyester.
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。 Examples of the thermosetting resin include epoxy resins, unsaturated polyester resins, phenol resins, amino resins, polyurethane resins, silicone resins, and thermosetting polyimide resins. Especially, an epoxy resin is preferable from a viewpoint that the resin base material has moderate disintegration during the hydrogen generation reaction. When the thermosetting resin is cured, a curing agent, a curing accelerator, or the like is appropriately used as necessary.
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。 The content of the resin is preferably less than 40% by weight, but is preferably 5 to 35% by weight in the hydrogen generator from the viewpoint of collapsing the resin base material during the reaction while maintaining the shape retention. -30% by weight is more preferred.
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。 The hydrogen generating agent to be used may contain other components such as a catalyst and a filler as optional components other than the above components. As the catalyst, an alkali compound such as sodium hydroxide, potassium hydroxide and calcium hydroxide is also effective in addition to the metal catalyst for the hydrogen generator.
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。 The hydrogen generating agent may have a porous structure, but a substantially solid structure is preferable. That is, in the hydrogen generating agent of the present invention, porosity (%) = pore volume / total volume × 100 is preferably 5% or less, more preferably 2% or less, and even more preferably 1% or less. Usually, in such a structure with few vacancies, the reaction does not easily proceed inside, but in the present invention, the reaction can proceed even at such a low porosity by using calcium hydride at a high concentration. And volume efficiency can be increased.
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。 In addition, hydrogen generating substances such as calcium hydride may generate hydrogen during mixing or reaction with the resin, resulting in vacancies. However, by performing reaction hardening or cooling solidification under pressure, In particular, a solid structure can be obtained.
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。 The hydrogen generating agent to be used may be any shape such as a sheet shape, a granular shape (pulverized product), and a lump shape (molded product), but from the viewpoint of controlling the reaction rate, a sheet shape, a plate shape, a column shape and the like are preferable. When pulverizing, the particle size is preferably 1 to 10 mm, more preferably 2 to 5 mm.
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。 The hydrogen generator in the present invention is preferably produced by a production method including a step of curing a mixture containing 60% by weight or more of granular calcium hydride in an uncured thermosetting resin. The mixture can contain components such as other components and curing agents described above.
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。 In the present invention, it is particularly preferable that the step of curing the mixture is performed under pressure. As a pressurizing condition in the case of performing pressurization, 1-100 MPa is preferable, 2-50 MPa is more preferable, and 5-30 MPa from the viewpoint of lowering the porosity of the hydrogen generating agent in consideration of manufacturing equipment and manufacturing cost. Is more preferable. A press mold or the like can be used for pressurization.
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。 For example, when a thermoplastic resin is used as a resin other than the thermosetting resin, 60% by weight or more of granular calcium hydride is mixed at a temperature equal to or higher than the softening point of the resin, and this is cooled and solidified. Generators can be produced. In the case of a heat resistant resin, a method of mixing and curing calcium hydride in a softened precursor, and the like, as in the case of a thermoplastic resin, may be mentioned.
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。 The covering material used in the present invention restrains the periphery of the hydrogen generating agent and allows elastic deformation and / or plastic deformation, but is preferably a covering material that allows elastic deformation. The covering material is preferably covered only by one layer, but it is also possible to form two or more layers.
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。 Examples of coating materials that allow elastic deformation include resin elastic tube, resin base adhesive tape, rubber tube, rubber base adhesive tape, and metal elastic body C-shaped sleeve. Examples of the covering material include a plastically deformable resin tube and a resin base adhesive tape.
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。 In the present invention, it is particularly preferable to use a heat-shrinkable coating material, and it is more preferable to use a heat-shrinkable tube. The heat-shrinkable tube generally has a property that enables elastic deformation or plastic deformation before the shrinkage is completed.
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。 As a material of the heat shrinkable tube, a general heat shrinkable tube such as vinyl chloride, polyvinylidene fluoride, ethylene propylene rubber, or neoprene can be used, but a heat resistant heat shrinkable tube is preferably used. The heat-resistant heat-shrinkable tube includes tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA), tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP), tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE), poly Examples thereof include tetrafluoroethylene (PTFE) and silicone rubber.
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。 The thickness of the coating material is, for example, 1 μm to 5 mm. In particular, when a heat-shrinkable coating material is used, the thickness is preferably 10 to 3000 μm, more preferably 100 to 2000 μm, from the viewpoint of obtaining an appropriate binding force. .
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。 In the present invention, when the water absorbing body is provided, a part of the hydrogen generating agent is brought into contact with the hydrogen generating agent. Any water absorbent material can be used as long as it can be impregnated with water, but filter paper, water absorbent felt, water absorbent resin, absorbent cotton, water absorbent nonwoven fabric, water absorbent paper and the like are preferable.
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。 The thickness of the water absorbing body is preferably 0.05 to 3 mm, more preferably 0.1 to 1 mm, from the viewpoint of appropriately supplying a reaction liquid such as water to the hydrogen generating agent.
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。 The inner diameter of the covering material is preferably 100 to 500%, more preferably 110 to 300% of the outer diameter of the hydrogen generating agent from the viewpoint of obtaining a uniform restrained state.
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。 Although the temperature at which the coating material is thermally shrunk depends on the shrinkage characteristics of the coating material, it is preferably 70 to 150 ° C., more preferably 80 to 120 ° C. in consideration of the temperature of the hydrogen generator during the reaction. In this temperature range, it is preferable to use a heat-shrinkable coating material having a shrinkage rate of 20 to 95%, and more preferably 50 to 80%.
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。 The hydrogen generator of the present invention generates hydrogen by supplying a reaction solution to a hydrogen generating agent. Examples of the reaction solution include water, an aqueous acid solution, and an alkaline aqueous solution. The temperature of the reaction solution to be supplied may be room temperature, but may be heated to 30 to 80 ° C.
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。 In the present invention, a method of generating hydrogen by supplying a reaction liquid to the hydrogen generating agent through a water absorbent partly in contact with the hydrogen generating agent is preferable for keeping the reaction rate constant.
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。 Although the supply amount of the reaction liquid can be adjusted according to the amount of hydrogen gas to be generated, the reaction rate is controlled even in the case of excessive supply in the present invention. Hydrogen generation is possible.
<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。
<Another embodiment>
In the above embodiment, the
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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Generating
Claims (6)
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。 In a hydrogen generator that generates hydrogen by reacting a solid hydrogen generator and a reaction solution,
A hydrogen generator that generates hydrogen by reaction with the reaction solution;
A generating agent containing portion for containing the hydrogen generating agent;
A bottomed cylindrical reaction liquid storage section for storing the reaction liquid before the start of the reaction;
A reaction liquid storage container that is provided outside the generating agent storage part, and is filled with a reaction liquid in the reaction liquid storage part in a space between the generating agent storage part and
A reaction liquid supply section capable of supplying the reaction liquid filled in the reaction liquid storage container to the generating agent storage section;
A hydrogen supply path for supplying hydrogen generated in the generating agent storage unit to the outside of the reaction liquid storage container,
The hydrogen is characterized in that the reaction liquid is filled into the space through the reaction liquid passage formed in the bottom surface of the reaction liquid storage container by inserting the reaction liquid storage container from the open end of the reaction liquid storage section. Generator.
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。 The closing member is a film-like member,
The hydrogen generating apparatus according to claim 2, wherein the film-like member is broken by a protrusion provided on the inner bottom surface of the reaction liquid reservoir by inserting the reaction liquid container from the open end of the reaction liquid reservoir.
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。 The reaction liquid passage is a through hole formed in the bottom surface of the reaction liquid storage container,
The hydrogen generating apparatus according to claim 3, wherein the protrusion is insertable into the through-hole and has a groove along the height direction on an outer peripheral surface thereof.
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