JP5498131B2 - 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、特に燃料電池に水素を供給す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 supplying hydrogen to a fuel cell.
従来、水を供給して水素ガスを発生させる水素発生剤としては、鉄、アルミニウム等の金属を主成分とするものや、水素化マグネシウムや水素化カルシウム等の水素化金属化合物を主成分とするものが知られている(例えば、特許文献1参照)。 Conventionally, as a hydrogen generating agent for generating hydrogen gas by supplying water, a main component is a metal such as iron or aluminum, or a main component is a metal hydride compound such as magnesium hydride or calcium hydride. Those are known (for example, see Patent Document 1).
また、特許文献2には、水素化金属と水分との反応速度を適度にコントロールする目的で、水素化金属が水溶性樹脂等の固体状水溶性化合物に包埋されてなる水素発生剤が開示されている。
一方、特許文献3には、反応がほぼ終了した時点で水素発生剤の膨張により反応液の進入が困難となる充填率にて各々の収容空間に水素発生剤が収容された水素発生装置が開示されている。また、この水素発生装置では、収容空間で反応が終了に近づくと、水素発生剤の膨張により反応液の進入が困難となって、供給経路を経て反応液が隣の収容空間に供給されることが記載されている。
On the other hand,
特許文献3に記載のように、水素発生剤の一般的な性質として、水等との反応によって膨張し易い性質があり、本発明者らの検討によると、変形を許容しない容器に拘束した状態で水素発生剤を収容すると、反応中に反応の進行が終了し易いことが判明した。逆に、自由な膨張を許容する状態で反応を進行させると、環境温度の変化により反応速度が影響され易く、また膨張状態の不均一化によって、反応速度が不安定になり易く、再現性に乏しいことが判明した。このような現象は、吸水体を介して水等を供給する場合に、吸水体と水素発生剤との接触状態に起因して、特に顕著になることが分かった。
As described in
そこで、本発明の目的は、水素発生反応の安定性及び再現性が高い水素発生装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide a hydrogen generator having high stability and reproducibility of the hydrogen generation reaction.
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意研究したところ、水素発生剤の周囲を拘束しつつも膨張を許容することで、水素発生反応の安定性及び再現性が高くなることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have intensively studied to achieve the above object, and found that the stability and reproducibility of the hydrogen generation reaction are enhanced by allowing expansion while restraining the periphery of the hydrogen generator. The present invention has been completed.
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膨張する水素発生剤と、
その水素発生剤を収容し、水素発生剤の膨張に伴って膨張可能な発生剤収容部と、
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を収容可能な反応液収容容器と、
反応液収容容器の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、
前記発生剤収容部は、前記反応液収容容器の内壁によって膨張が阻害されない状態に配置されてい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 expands by reaction with the reaction solution;
The hydrogen generating agent is accommodated, and a generating agent accommodating portion that can expand as the hydrogen generating agent expands,
A reaction liquid storage container provided outside the generating agent storage part and capable of storing the reaction liquid in a space between the generating agent storage part;
A reaction liquid supply section capable of supplying the reaction liquid 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 generating agent storage part is arranged in a state where expansion is not hindered by an inner wall of the reaction liquid storage container.
本発明に係る水素発生装置によると、水素発生剤を収容する発生剤収容部が、水素発生剤の膨張に伴って膨張可能であるため、水素発生剤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。また、発生剤収容部は、反応液収容容器の内壁によって膨張が阻害されない状態に配置されているので、発生剤収容部に収容された水素発生剤は、反応液収容容器の内壁からの拘束は受けない。その結果、水素発生反応の安定性及び再現性が高い水素発生装置を提供することができる。さらに、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収容されており、水素発生剤は、発生剤収容部を介して反応液に囲まれているので、水素発生剤の環境温度が一定に保たれやすく、水素発生反応の安定性が高い。 According to the hydrogen generator according to the present invention, the generating agent storage part that stores the hydrogen generating agent is expandable with the expansion of the hydrogen generating agent, and thus allows expansion while constraining the periphery of the hydrogen generating agent. It has a configuration. Thereby, when the hydrogen generating agent reacts with a reaction liquid such as water and expands, non-uniform expansion hardly occurs, so that the reaction rate is easily stabilized and the reproducibility of the reaction is also improved. Further, since the generating agent storage part is arranged in a state where the expansion is not hindered by the inner wall of the reaction liquid storage container, the hydrogen generating agent stored in the generation agent storage part is not restrained from the inner wall of the reaction liquid storage container. I do not receive it. As a result, it is possible to provide a hydrogen generator having high stability and reproducibility of the hydrogen generation reaction. Furthermore, since the reaction liquid is stored in the space between the generating agent storage part and the reaction liquid storage container, and the hydrogen generating agent is surrounded by the reaction liquid through the generating agent storage part, the hydrogen generating agent The environmental temperature is easily kept constant, and the stability of the hydrogen generation reaction is high.
本発明において、前記発生剤収容部は、前記反応液収容容器の内壁の一部に少なくとも一端が固定され、水素発生剤の反応完了時の膨張状態においても、前記発生剤収容部が前記反応液収容容器の他の内壁部分との間に間隙を有するように配置されていることが好ましい。 In the present invention, at least one end of the generating agent container is fixed to a part of the inner wall of the reaction liquid container, and the generating agent container is also in the expanded state when the reaction of the hydrogen generating agent is completed. It is preferable that it is arrange | positioned so that it may have a clearance gap with the other inner wall part of a container.
この構成によれば、発生剤収容部は、収容された水素発生剤の反応完了時の膨張状態においても、反応液収容容器の内壁部分との間に間隙を有するので、水素発生剤は、反応開始時から反応完了時まで反応液収容容器の内壁からの拘束を受けない。 According to this configuration, the generating agent storage section has a gap with the inner wall portion of the reaction liquid storage container even in the expanded state when the reaction of the stored hydrogen generating agent is completed. From the start to the completion of the reaction, it is not restrained from the inner wall of the reaction solution container.
本発明において、前記固定された発生剤収容部の一端が最上部になるように水素発生装置を設置し、反応液収容容器の内部空間の深さの90%まで反応液を入れた場合に、反応完了時の反応液の液面高さが反応開始時の60%以上になるような発生剤収容部が設けられていると共に、前記反応液供給部は吸水性の供給部材であり、その供給部材の一端側は前記水素発生剤と接触し、他端側は前記発生剤収容部の外側に設けられ、その他端側は反応液収容容器の内部空間の深さの50%の位置を横切って配置してあることが好ましい。 In the present invention, when the hydrogen generator is installed so that one end of the fixed generating agent storage portion is at the top, and when the reaction liquid is put up to 90% of the depth of the internal space of the reaction liquid storage container, A generator containing portion is provided such that the liquid level of the reaction liquid at the completion of the reaction is 60% or more of that at the start of the reaction, and the reaction liquid supply section is a water-absorbing supply member. One end side of the member is in contact with the hydrogen generating agent, the other end side is provided outside the generating agent storage portion, and the other end side crosses a position of 50% of the depth of the internal space of the reaction liquid storage container. It is preferable to arrange.
この構成によれば、反応液の液面高さは、反応が進行するのに伴い、反応液収容容器の内部空間の深さの90%から徐々に低くなり、反応完了時には反応液収容容器の内部空間の深さの56%以上となる。これに対して、供給部材の他端側は、反応液収容容器の内部空間の深さの50%の位置を横切って配置してある。そのため、供給部材の一部は、反応開始時から反応完了時まで常に反応液に接触することになり、供給部材を介して水素発生剤に確実に反応液を供給し、安定して水素発生反応が進行する。また、この構成によれば、上下を逆に水素発生装置を設置した場合、すなわち、固定された発生剤収容部の一端が最下部になるように水素発生装置を設置した場合にも、供給部材の一部は、反応開始時から反応完了時まで常に反応液に接触することになり、安定して水素発生反応が進行する。 According to this configuration, the liquid level of the reaction liquid gradually decreases from 90% of the depth of the internal space of the reaction liquid storage container as the reaction proceeds. It becomes 56% or more of the depth of the internal space. On the other hand, the other end side of the supply member is disposed across a position of 50% of the depth of the internal space of the reaction solution storage container. Therefore, a part of the supply member always comes into contact with the reaction solution from the start of the reaction to the completion of the reaction, and the reaction solution is reliably supplied to the hydrogen generating agent via the supply member, so that the hydrogen generation reaction is stably performed. Progresses. Further, according to this configuration, even when the hydrogen generator is installed upside down, that is, when the hydrogen generator is installed so that one end of the fixed generating agent storage portion is at the lowest position, the supply member A part of the water always comes into contact with the reaction solution from the start of the reaction to the completion of the reaction, and the hydrogen generation reaction proceeds stably.
本発明において、前記発生剤収容部は、前記水素発生剤の少なくとも周囲を被覆する熱収縮性の被覆材を有することが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said generating agent accommodating part has a heat-shrinkable coating | covering material which coat | covers at least the circumference | surroundings of the said hydrogen generating agent.
熱収縮性の被覆材を使用すると、環境温度が高いときに反応速度が大きくなって水素発生剤の温度上昇が生じる際に、被覆材の収縮力がより大きくなって、反応液の侵入を抑制して反応速度を低下させるので、環境温度の変化に影響されにくい水素発生反応を実現することができる。さらに、熱収縮性の被覆材を使用すると、水素発生剤の周囲を被覆する際に、被覆材を熱収縮させるだけで、水素発生剤を適度かつ均一に拘束することができ、他の被覆材と比較して製造工程の面からも有利となる。さらに、熱収縮性の被覆材には、何らかのトラブルによって、急激な反応で発熱した際に、大きな熱収縮が生じて水素発生反応をストップさせる安全確保のための機能を有する。 When a heat-shrinkable coating material is used, when the environmental temperature is high, the reaction rate increases, and when the temperature of the hydrogen generating agent rises, the shrinkage force of the coating material increases and suppresses intrusion of the reaction liquid. As a result, the reaction rate is reduced, so that it is possible to realize a hydrogen generation reaction that is less susceptible to changes in the environmental temperature. Furthermore, when a heat-shrinkable coating material is used, the hydrogen generating agent can be restrained moderately and uniformly by simply heat-shrinking the coating material when coating the periphery of the hydrogen generating agent. This is also advantageous from the viewpoint of the manufacturing process. Furthermore, the heat-shrinkable coating material has a function for ensuring safety that causes a large heat shrinkage to stop the hydrogen generation reaction when heat is generated by a rapid reaction due to some trouble.
本発明において、前記反応液収容容器は、疎水性の多孔質部材を介して外部と連通する通気部を有することが好ましい。 In this invention, it is preferable that the said reaction liquid storage container has a ventilation part connected with the exterior via a hydrophobic porous member.
反応液収容容器の通気部は、疎水性の多孔質部材を介して外部と連通しているので、反応液は外部に漏れないが、気体は外部に排出可能であり、反応液収容容器に外部から反応液を注入する際、内部の気体が抵抗になって反応液の注入が困難になるのを防ぐことができる。 The vent of the reaction liquid storage container communicates with the outside through a hydrophobic porous member, so that the reaction liquid does not leak to the outside, but the gas can be discharged to the outside, and the reaction liquid storage container is external to the reaction liquid storage container. When the reaction liquid is injected from the inside, it is possible to prevent the internal gas from becoming resistance and making it difficult to inject the reaction liquid.
本発明において、前記反応液収容容器の内部に、複数の前記発生剤収容部を間隔を空けて設けてあることが好ましい。 In the present invention, it is preferable that a plurality of the generating agent storage portions are provided at intervals in the reaction liquid storage container.
複数の発生剤収容部を間隔を空けて設けることで、水素発生剤の膨張に伴って膨張しても発生剤収容部どうしが接触することがなく、互いに安定して水素を発生させることができる。 By providing a plurality of generating agent accommodating portions at intervals, even if the hydrogen generating agent expands as the hydrogen generating agent expands, the generating agent accommodating portions do not come into contact with each other, and hydrogen can be stably generated. .
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、水素発生剤を収容する発生剤収容部1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を収容可能な反応液収容容器2と、反応液収容容器2の反応液を発生剤収容部1へ供給可能な吸水体3(供給部材に相当)と、発生剤収容部1にて発生した水素を反応液収容容器2の外部へ供給するための水素供給パイプ4(水素供給路に相当)とを備えている。ただし、水素供給路は、パイプ形状に限定されるものではなく、反応液収容容器2の筐体に設けた単なる孔でもよい。
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 is provided outside the generating
本実施形態では、同様の構成を有する発生剤収容部1が5つ設けられている例を示す。5つの発生剤収容部1は、間隔を空けて設けられており、それぞれの発生剤収容部1の一端は、反応液収容容器2の上部の内壁に固定されている。
In the present embodiment, an example is shown in which five generating
発生剤収容部1は、水素発生剤11と、その水素発生剤11の周囲を拘束しかつ変形を許容する被覆材12とを備えている。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
水素発生剤11の全側面及び下面が、被覆材12aにより被覆される。ただし、水素発生剤11の一側面のみ、吸水性を有する吸水体31を介して被覆材12aにより被覆される。水素発生剤11の上部には、水素排出孔13aを備えた蓋体13が配置される。水素発生剤11と反応液が反応して発生した水素は、水素排出孔13aから排出される。蓋体13は、挿入部13bを被覆材12aに遊挿した状態で被覆材12aを熱収縮させることで、被覆材12aの上端部に固定される。被覆材12aの一方の側壁には、水素発生剤11に反応液を供給するための給水孔14が設けられている。この給水孔14から供給された反応液は、吸水体31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。また、蓋体13には、挿入部13bから延設されたつば部13cを備える。
All the side surfaces and the lower surface of the
水素発生剤11を被覆する被覆材12aの周囲には、吸水体3が設けられる。吸水体3は、吸水性を有しており、反応液収容容器2の反応液を吸水し、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3の一端側3aは、給水孔14が設けられた被覆材12aの側壁に接触しており、反応液は給水孔14を介して被覆材12a内部へ供給される。吸水体3は、被覆材12bにより水素発生剤11の周囲に固定される。具体的には、被覆材12aに被覆された水素発生剤11、及び吸水体3の一端側3aを、筒状の被覆材12bに遊挿し、被覆材12bを熱収縮させることで、水素発生剤11の周囲に吸水体3が固定される。吸水体3の他端側3bは、被覆材12bの端部から突出し、反応液に接して吸水可能な状態となっている。なお、図では、被覆材12aの厚みが強調して描かれており、内側の吸水体31と外側の吸水体3は離れて見えるが、実際には被覆材12aの厚さは薄く、また、被覆材12bの熱収縮により、内側の吸水体31と外側の吸水体3は給水孔14を介して接触している。
A
被覆材12a,及び被覆材12b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2は、容器本体21および容器蓋部22とで構成される。容器本体21は、内部に反応液を収容可能である。容器本体21の上部には、5つの枠部21aが一列に配列されている。枠部21aの内周は、発生剤収容部1の蓋体13に形成されたつば部13cの外周よりもわずかに小さく、つば部13cは枠部21aに係止することができる。これにより、発生剤収容部1の一端を容器本体21の上部に固定することができる。容器本体21の側壁には、通気孔21b(通気部に相当)が形成されている。通気孔21bは、容器本体21の外側に貼り付けられた疎水性シート23(多孔質部材に相当)により塞がれている。また、通気孔21bが形成された側壁と対向する側壁には、反応液収容容器2に反応液を供給するための注水孔21cを設けてもよい。
The reaction
発生剤収容部1を容器本体21の上部に固定した状態で、容器蓋部22は容器本体21の上端に固定される。発生剤収容部1の蓋体13の上面と、容器蓋部22との間には、図2(b)のように空間15が設けられている。水素発生剤11により発生した水素は、蓋体13の水素排出孔13aから空間15に排出される。空間15に排出された水素は、容器蓋部22に設けられた水素供給パイプ4を介して反応液収容容器2の外部へ供給される。
The
水素発生剤11より発生した水素から、不純物であるアンモニアを除去するために、空間15には、不図示のアンモニア除去剤を設けてもよい。具体的には、シート状のアンモニア除去剤を空間15に配置することができる。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。
In order to remove ammonia, which is an impurity, from the hydrogen generated from 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%.
以下に、反応液収容容器2に収容された反応液と吸水体3との関係について詳しく説明する。図3は、水素発生装置の断面図を示しており、(a)は水素発生反応開始時、(b)は水素発生反応完了時の状態である。水素発生剤11は、反応液と反応すると、図3(b)のように膨張する。これとともに、発生剤収容部1も全体として膨張する。
Below, the relationship between the reaction liquid accommodated in the reaction
図のように、発生剤収容部1の一端は、反応液収容容器2の内壁の一部に固定されている。図3(a)及び(b)は、発生剤収容部1の上端が、反応液収容容器2の天井部分に固定され、発生剤収容部1が上から吊り下げられた状態の例を示す。
As shown in the figure, one end of the generating
反応液は、発生剤収容部1と反応液収容容器2との間に形成される内部空間Sに収容される。また、図3に示すように、吸水体3の他端側3bは、被覆材12bの下端部から突出し、発生剤収容部1を巻き上げるように配置され、内部空間Sの深さHの50%の位置を横切って上方に延びている。
The reaction solution is stored in an internal space S formed between the generating
水素発生反応開始時において、5つの発生剤収容部1は、図1及び2から分かるように、間隔を空けて設けられている。また、発生剤収容部1は、容器本体21のすべての側壁の内壁との間に間隙を有し、すべての側壁と接触しないようにしている。また、反応開始時には、図3(a)のように、内部空間Sの深さHの約90%の液面高さh1まで反応液が入れられている。
At the start of the hydrogen generation reaction, as can be seen from FIGS. 1 and 2, the five generating
水素発生剤11と反応液が反応すると、上述のように発生剤収容部1は膨張していき、これに伴い、内部空間Sの体積は減少していく。これにより、内部空間Sにおける反応液の液面高さは上昇する傾向にある。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。これにより、内部空間Sにおける反応液の液面高さは低下する傾向にある。このように、発生剤収容部1の膨張による反応液の液面高さ上昇と、反応液の消費による液面高さ低下とが、内部空間S内で同時に起こるため、液面高さの変動が少なくなり、内部空間Sの体積を小さくすることができ、その結果、水素発生装置全体の大きさも小型化することができる。
When the
図3(b)は、水素発生反応完了時の状態を示しており、反応完了時の液面高さh2は、反応開始時の液面高さh1の60%以上となるようになっている。本実施形態では、水素発生反応が進むにつれて、発生剤収容部1が膨張し、内部空間Sの体積は減少するが、反応液の一部が反応のために消費されるため、反応液の液面高さは徐々に低下していく。なお、水素発生反応の開始時及び完了時の反応液の液面高さh1、h2は、水素発生剤11の種類や量、反応液収容容器2の体積、反応液の体積などの関係によって定まるものであり、適宜設定可能である。本実施形態では、水素発生反応の途中では反応液の液面高さが徐々に低下するように設定しているが、液面高さがほぼ一定となるようにしてもよい。
FIG. 3B shows a state when the hydrogen generation reaction is completed, and the liquid level height h2 at the completion of the reaction is 60% or more of the liquid level height h1 at the start of the reaction. . In the present embodiment, as the hydrogen generation reaction proceeds, the generating
また、上記のような反応液の液面高さと吸水体3との関係によれば、水素発生装置を図3の向きに設置しない場合にも安定した水素の発生が可能となる。図4に種々の姿勢に設置した水素発生装置の断面図を示し、(a)は図3の水素発生装置を90度回転させた状態、(b)は図3の水素発生装置を180度回転させた状態である。図4は、いずれも最も反応液が少ない水素発生反応完了時の状態を示している。図に示すように、いずれの姿勢においても、吸水体3の一部が反応液と接触しており、吸水体3を介して水素発生剤11に反応液を供給可能である。
Further, according to the relationship between the liquid level of the reaction liquid and the
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.
上記の本実施形態では、発生剤収容部1を5つ設けているが、これに限定されず、1つのみでも、6つ以上設けても構わない。また、複数の発生剤収容部1を設ける際には、それぞれの吸水体3の他端側3bを連結させてもよい。
In the present embodiment, five generating
1 発生剤収容部
2 反応液収容容器
3 吸水体
3a 一端側
3b 他端側
4 水素供給パイプ
11 水素発生剤
12 被覆材
13 蓋体
13a 水素排出孔
21 容器本体
21b 通気孔
22 容器蓋部
23 疎水性シート
DESCRIPTION OF
Claims (6)
反応液との反応により膨張し、樹脂の母材中に粒状の水素発生物質を含有する水素発生剤と、
その水素発生剤の周囲を拘束して収容し、水素発生剤の膨張に伴って膨張可能な被覆材を有する発生剤収容部と、
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を収容可能な反応液収容容器と、
反応液収容容器の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、
前記発生剤収容部は、前記反応液収容容器の内壁によって膨張が阻害されない状態に配置されてい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 generating agent that expands by reaction with the reaction solution and contains a particulate hydrogen generating substance in the resin matrix ;
A hydrogen generating agent containing and constraining the periphery of the hydrogen generating agent, and a generating agent containing portion having a covering material that can expand as the hydrogen generating agent expands,
A reaction liquid storage container provided outside the generating agent storage part and capable of storing the reaction liquid in a space between the generating agent storage part;
A reaction liquid supply section capable of supplying the reaction liquid 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 generating apparatus according to claim 1, wherein the generating agent storage unit is disposed in a state in which expansion is not hindered by an inner wall of the reaction liquid storage container.
前記反応液供給部は吸水性の供給部材であり、その供給部材の一端側は前記水素発生剤と接触し、他端側は前記発生剤収容部の外側に設けられ、その他端側は反応液収容容器の内部空間の深さの50%の位置を横切って配置してある請求項1又は2に記載の水素発生装置。 When the hydrogen generator is installed so that one end of the fixed generating agent storage part is at the top, and the reaction liquid is put up to 90% of the depth of the internal space of the reaction liquid storage container, A generator containing part is provided such that the liquid level of the reaction liquid is 60% or more of the reaction start time,
The reaction liquid supply unit is a water-absorbing supply member, one end side of the supply member is in contact with the hydrogen generating agent, the other end side is provided outside the generating agent storage unit, and the other end side is a reaction liquid. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the hydrogen generator is disposed across a position of 50% of the depth of the internal space of the container.
The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 5, wherein a plurality of the generating agent storage portions are provided at intervals in the reaction liquid storage container.
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