(57)【要約】【課題】水素発生反応で発生した熱を有効利用し、水素発生効率を向上させることができる水素発生装置を提供する。【解決手段】接触して水素を発生する固体物質及び液体物質２０を収容し、該固体物質及び液体物質２０の接触により発生した水素を送出する水素発生装置に、前記固体物質を収容する固体物質収容室と、該固体物質収容室の内側に配されており、前記液体物質２０を収容する液体物質収容室２と、前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室２間で移動自在に、前記液体物質２０を前記固体物質収容室へ供給する液体物質供給路３と、前記固体物質及び液体物質２０の接触により発生した水素を外部へ送出する水素送出部９とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
接触して水素を発生する固体物質及び液体物質を収容し、該固体物質及び液体物質の接触により発生した水素を送出する水素発生装置であって、
前記固体物質を収容する固体物質収容室と、
該固体物質収容室の内側に配されており、前記液体物質を収容する液体物質収容室と、
前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室間で移動自在に、前記液体物質を前記固体物質収容室へ供給する液体物質供給路と、
前記固体物質及び液体物質の接触により発生した水素を外部へ送出する水素送出部と
を備える水素発生装置。
【請求項２】
前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室は、互いに周壁及び底部が離隔した有底筒状をなし、
前記水素送出部は、前記固体物質収容室の天側に配されており、
更に、水素と共に前記水素送出部へ上昇する液体物質の蒸気を凝縮させる凝縮部材を、前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室の周壁の間に備える
請求項１に記載の水素発生装置。
【請求項３】
前記固体物質収容室を覆う断熱部材を備える
請求項２に記載の水素発生装置。
【請求項４】
前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室の天側を覆う蓋部と、
該蓋部を前記固体物質収容室に着脱可能に取り付ける取付部と
を備え、
前記液体物質収容室は、前記蓋部に固定されている
請求項１乃至請求項３のいずれか一つに記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接触することによって水素を発生する固体物質及び液体物質を収容し、該固体物質及び液体物質の接触によって発生した水素を送出する水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素の貯蔵方法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、一定量の水が収納される反応室と、反応室に前記水と反応して水素を発生する水素発生材料を収納する収納室と、発生した水素を燃料電池に供給する供給部とを備え、水素発生材料を、粉体状又は粒状に形成すると共に、収納室と反応室の間に、水素発生材料を所定の割合で供給する水素発生量調整手段を更に備えている。収納室及び反応室は、筒状の筐体を上下に区画してなり、区画された上部空間が収容室、下部空間が反応室を構成している。
また、本出願人は、反応槽に、ガス貯蔵槽内のガス圧と水貯蔵槽からの液体供給圧が互いに作用する構成とし、ガス貯蔵槽のガス圧が液体供給圧より相対的に大きくなると反応槽内の水が自動的に水貯蔵槽側に戻り、固体原料と非接触となって反応が停止し、ガス貯蔵槽のガス圧が液体供給圧より小さくなると、反応槽内水が供給されて固体原料と接触してガスを生成し、反応槽内の圧力バランスによってガス貯蔵槽に所定圧のガスを貯蔵するガス生成方法及びガス生成装置を提案した（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−２９８６７０号公報
【特許文献２】特開２０１０−１８８３２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１、２においては、収容室及び反応室は、筒状の筐体を上下に区画して形成されているため、水素発生材料と、水との反応で発生した熱は反応室から外部へ放出され、該熱が水素発生反応に有効利用されないという問題があった。
【０００５】
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、水素発生反応で発生した熱を有効利用し、水素発生効率を向上させ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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る水素発生装置は、接触して水素を発生する固体物質及び液体物質を収容し、該固体物質及び液体物質の接触により発生した水素を送出する水素発生装置であって、前記固体物質を収容する固体物質収容室と、該固体物質収容室の内側に配されており、前記液体物質を収容する液体物質収容室と、前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室間で移動自在に、前記液体物質を前記固体物質収容室へ供給する液体物質供給路と、前記固体物質及び液体物質の接触により発生した水素を外部へ送出する水素送出部とを備えることを特徴とする。
【０００７】
本発明にあっては、液体物質収容室に収容された液体物質が、液体物質供給路を通じて、固体物質収容室に供給され、固体物質及び液体物質の接触により発生した水素は、水素送出部にて外部へ送出される。また、液体物質は、水素発生反応により加熱される。加熱された液体物質が液体物質供給路を通じて液体物質収容室へ移動した場合、該液体物質は、固体物質収容室と、前記液体物質収容室との間に存在する水素により外部と断熱され、保温される。再び、保温された液体物質が固体物質収容室へ移動した場合、該液体物質が持つ熱により、水素発生反応を促進させることが可能である。
【０００８】
本発明に係る水素発生装置は、前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室は、互いに周壁及び底部が離隔した有底筒状をなし、前記水素送出部は、前記固体物質収容室の天側に配されており、更に、水素と共に前記水素送出部へ上昇する液体物質の蒸気を凝縮させる凝縮部材を、前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室の周壁の間に備えることを特徴とする。
【０００９】
本発明にあっては、水素発生反応の発熱反応により、水素と共に液体物質の蒸気が発生する。固体物質収容室で発生した水素は液体物質の蒸気と共に、固体物質収容室の周壁と、前記液体物質収容室の周壁との間を上昇する。各周壁の間には凝縮部材が備えられているため、液体物質の蒸気は外部へ送出されることなく凝縮し、凝縮した液体物質は固体物質収容室へ回収される。凝縮した液体物質を回収することによって、水素発生反応で得られた熱も回収される。また、蒸気が除去された水素が水素送出部から送出される。
【００１０】
本発明に係る水素発生装置は、前記固体物質収容室を覆う断熱部材を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明にあっては、断熱部材が固体物質収容室を覆っているため、水素発生反応で得られた熱を保持することができ、水素発生反応を促進させることが可能である。
【００１２】
本発明に係る水素発生装置は、前記固体物質収容室及び前記液体物質収容室の天側を覆う蓋部と、該蓋部を前記固体物質収容室に着脱可能に取り付ける取付部とを備え、前記液体物質収容室は、前記蓋部に固定されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明にあっては、水素発生反応で発生した熱を有効利用し、水素発生効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本実施の形態に係る水素発生装置の一構成例を示した側断面図である。
【図２】本実施の形態に係る水素発生装置の平面図である。
【図３】本実施の形態に係る水素発生装置のIII-III線断面図である。
【図４】液体物質の供給開始時における水素発生装置の側断面図である。
【図５】水素発生時における水素発生装置の側断面図である。
【図６】水素発生停止時における水素発生装置の側断面図である。
【図７】他の実施の形態に係る水素発生装置の一構成例を示した側断面図である。
【図８】本実施の形態に係る制御部の処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
図１は、本実施の形態に係る水素発生装置の一構成例を示した側断面図、図２は、本実施の形態に係る水素発生装置の平面図、図３は、図１のIII-III線断面図である。
本発明の実施の形態に係る水素発生装置は、水素化マグネシウム１０を収容する水素化マグネシウム収容室１と、水素化マグネシウム収容室１の内側に配されており、クエン酸水溶液、水等の液体物質２０を収容する液体物質収容室２と、水素化マグネシウム収容室１及び液体物質収容室２間で移動自在に、液体物質２０を前記水素化マグネシウム収容室１へ供給する液体物質供給路３と、凝縮部材４と、蓋部５と、取付部６と、クランプ継手７と、断熱部材８と、水素化マグネシウム１０及び液体物質２０の接触によって発生した水素を外部へ送出する水素送出部９とを有する。
【００１６】
水素化マグネシウム収容室１は、円板状の底部１１と、底部１１の周縁部に設けられた周壁１２とを有し、有底円筒状をなしている。水素化マグネシウム収容室１は、押し出し成型されたステンレス製である。底部１１の略中央部には、平面視が円形をなす凹状の皿部１１ａが形成されている。底部１１には、水素化マグネシウム１０が載置される載置皿１３が配されている。載置皿１３は、中央部に孔部１３ｂを有する円板状であり、該孔部１３ｂには液体物質供給路３の先端部が着脱できるように締り嵌めされている。また、載置皿１３の一面には、周方向に沿って略長方形の複数の凹部１３ａが形成されており、凹部１３ａに略直方体の水素化マグネシウム１０が載置されている。更に、載置皿１３には、後述する液体物質２０を通流させて水素化マグネシウム１０に供給するために、上下方向に貫通した複数の通流孔１３ｂが形成されている。
なお、上述の通流孔１３ｂを有する載置皿１３の構成は一例であり、載置皿１３を、後述する液体物質２０を水素化マグネシウム１０に供給する孔部を中央部に有する円板状とし、該孔部に液体物質供給路３の先端部が貫通できるように構成しても良い。また、複数の凹部１３ａのすべてに水素化マグネシウム１０を載置する必要は無く、必要な水素発生量に応じて、載置する水素化マグネシウム１０の個数を適宜変更しても良い。また、水素化マグネシウム１０及び凹部１３ａの形状は一例であり、その他の形状であっても良い。
【００１７】
液体物質収容室２は、円板状の底部２１と、底部２１の周縁部に設けられた周壁２２とを有し、有底円筒状をなしている。液体物質収容室２は、水素化マグネシウム収容室１よりも小寸法であり、水素化マグネシウム収容室１、液体物質収容室２の各底部１１，２１及び周壁１２，２２が互いに離隔するように配されている。底部２１の略中央部には、液体物質２０を水素化マグネシウム収容室１へ供給するための液体物質供給口２３が設けられている。液体物質供給口２３の下部には、水素化マグネシウム収容室１と、液体物質収容室２との間で液体物質２０を移動自在に、水素化マグネシウム収容室１へ供給する液体物質供給路３が設けられている。液体物質供給路３は、液体物質収容室２と中心軸が略一致した管状であり、液体物質供給路３の下端部が皿部１１ａの上端部よりも底板部１１に位置するように配されている。
また、液体物質収容室２は、水素化マグネシウム収容室１に液体物質収容室２及び蓋部５を取り付けるための図示しない雄ねじ部分を上端部の外周の一部に有している。
【００１８】
凝縮部材４は、水素化マグネシウム収容室１の周壁１２と、液体物質収容室２の周壁２２との間に配されており、水素と共に水素送出部９側へ上昇する液体物質の蒸気を凝縮させる。凝縮部材４は、金属メッシュ、セラミック等で構成されている。
【００１９】
蓋部５は、全体として円板状をなしており、円板部５１と、円板部５１の外周側に配された円環部５２とを有し、円板部５１は円環部５２にボルト５３，５３…にて締結されている。円板部５１の略中央部には、液体物質供給路開閉機構５４が設けられている。液体物質供給路開閉機構５４は、円板状のハンドル５４ａと、ハンドル５４ａに設けられた軸部５４ｃと、軸部５４ｃのハンドル５４ａ側に形成された送りねじ５４ｂと、軸部５４ｃの先端側に設けられた弁体５４ｄと、軸部５４ｃのハンドル５４ａ側の適宜箇所に設けられたストッパ部５４ｅと、軸部５４ｃ及び円板部５１間をシールするシール部材５４ｆとを有する。また、蓋部５には、液体物質２０を液体物質収容室２へ供給するための給水口５５と、水素発生反応を開始させる際、水素化マグネシウム収容室１及び液体物質収容室２を連通させる連通手段５６と、液体物質収容室２内のガスを抜く安全弁５７、５７と、図２に示すように、液体物質収容室２内部の圧力を監視するための圧力計５８と、水素を送出する水素送出部９が設けられている。水素送出部９には開閉弁９１が設けられている。また、連通手段５６は、蓋部５の外周側、つまり水素化マグネシウム収容室１に連通する開閉弁付きの外側連通口５６ａと、蓋部５の内周側、つまり液体物質収容室２に連通する内側連通口５６ｃと、外側連通口５６ａ及び内側連通口５６ｃを連結する連通路５６ｂとを有する。なお、液体物質収容室２は、蓋部５に固定されている。
【００２０】
取付部６は、水素化マグネシウム収容室１の上端部に形成されており、液体物質収容室２及び蓋部５を水素化マグネシウム収容室１に着脱可能に取り付けるための図示しない雌ねじ、つまり、液体物質収容室２の雄ねじにねじ止め可能な雌ねじを一部に有する。また、取付部６と、蓋部５との間をシールするリング状のシール部材６１が取付部６に設けられている。
断熱部材８は、筒状をなし、水素化マグネシウム収容室１を構成する周壁１２の外周面を覆っている。
また、水素発生装置は、蓋部５を水素化マグネシウム収容室１に固定するためのクランプ継手７を有する。
【００２１】
以下、このように構成された水素発生装置の動作について説明する。
図４は、液体物質２０の供給開始時における水素発生装置の側断面図である。図１に示した状態で連通手段５６を連通させるため、液体物質供給路開閉機構５４のハンドル５４ａを回すことによって、液体物質供給口２３を開放させると、液体物質収容室２に収容された水が、液体物質供給路３、載置皿１３の孔部１３ｂを通じて水素化マグネシウム収容室１へ供給され、開閉弁９１を開状態にする。
【００２２】
図５は、水素発生時における水素発生装置の側断面図である。液体物質収容室２に収容された液体物質２０が、液体物質供給路３、載置皿１３の孔部１３ｂを通じて、水素化マグネシウム収容室１に供給された場合、水素化マグネシウム１０及び液体物質２０の接触によって、水素化マグネシウム収容室１で水素が発生する。水素化マグネシウム１０と液体物質２０との反応は、下記化学式（１）で表される。
ＭｇＨ2 ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2 ＋２Ｈ2 …（１）
発生した水素は、水素化マグネシウム収容室１の周壁１２と、液体物質収容室２の周壁２２との間を上昇し、水素送出部９を通じて外部へ送出される。また、水素発生反応の発熱反応によって、水素と共に液体物質の蒸気が発生するが、水素化マグネシウム収容室１で発生した蒸気は、水素と同様に水素化マグネシウム収容室１の周壁１２と、液体物質収容室２の周壁２２との間を上昇する。そして、各周壁１２，２２の間には凝縮部材４が備えられているため、前記蒸気は外部へ送出されることなく凝縮し、凝縮した水は水素化マグネシウム収容室１へ回収される。この凝縮した液体物質を回収することによって、水素発生反応で得られた熱も回収される。また、液体物質の蒸気が除去された水素が水素送出部９から送出される。
【００２３】
図６は、水素発生停止時における水素発生装置の側断面図である。開閉弁９１を閉じた場合、水素化マグネシウム収容室１の内圧が上昇し、水素化マグネシウム収容室１に供給された液体物質２０は、載置皿１３の孔部１３ｂ、液体物質供給路３を通じて該内圧によって液体物質収容室２側へ移動する。また、液体物質２０は、水素発生反応によって加熱されるが、加熱された液体物質２０が液体物質収容室２へ移動した場合、液体物質２０は、水素化マグネシウム収容室１と、液体物質収容室２との間に存在する水素によって保温される。そして、再び開閉弁９１を開状態にし、保温された液体物質２０が水素化マグネシウム収容室１へ移動し、液体物質２０が持つ熱によって、水素発生反応を促進させることができる。
【００２４】
このように構成された水素化マグネシウム１０にあっては、水素化マグネシウム収容室１及び液体物質収容室２が二重管構造を有しているため、液体物質２０を保温することができ、水素発生反応で発生した熱を有効利用し、効率的に水素を発生させることができる。水素生成効率が上昇するため、液体物質２０の絶対量を減じる事が可能となる。例えば、反応効率が１０％上昇すれば、水素化マグネシウム１０及び液体物質２０は約１０％削減可能である。
【００２５】
更に、凝縮部材４を備えているため、液体物質２０及び熱を回収及び再利用することができ、効率的に水素を発生させることができる。また、液体物質２０の蒸気が外部へ送出させることを抑えることができるため、液体物質２０の補給回数を減少させることができる。また、液体物質２０が外部へ送出されないため、液体物質収容室２を小寸法に構成することができる。
【００２６】
更に、断熱部材８が水素化マグネシウム収容室１を覆っているため、水素発生反応で得られた熱を保持することができ、水素発生反応を促進することができる。また、周壁１２の断熱及び保温を行う事により、更に水素生成効率が上昇し、水素化マグネシウム１０及び液体物質２０の量を減じる事が可能である。
【００２７】
更にまた、蓋部５を取り外すことによって、液体物質収容室２及び載置皿１３も同時に水素化マグネシウム収容室１から取り外すことができる。また、載置皿１３も液体物質供給路３から引き抜くことで簡単に取り外すことができる。従って、簡単に水素化マグネシウム収容室１から液体物質収容室２及び載置皿１３を取り外し、水素化マグネシウム１０の補充を行うことが可能であり、メンテナンス性に優れている。
【００２８】
更にまた、水素化マグネシウム収容室１及び液体物質収容室２を二重構造にしてあるため、水素発生装置全体を小寸法で構成することができる。
【００２９】
図７は、他の実施の形態に係る水素発生装置の一構成例を示した側断面図である。
本実施の形態では、前述した実施の形態と、水素化マグネシウム１０の加水分解の反応による液体物質２０の沸騰を水素化マグネシウム収容室１を冷却して防止し、前記加水分解の反応熱によって温水を生成して、加水分解の反応停止時に水素化マグネシウム収容室１を保温する構造を有する点が相違し、以下前記相異点について説明する。
本実施の形態に係る水素発生装置は、水素化マグネシウム収容室１の底部及び外周面を覆うように設けられた中空有底筒状の通流筒２８１を備え、その底面及び外周面は断熱部材２８２で覆われている。通流筒２８１の周壁上部の適宜箇所には、前記通流筒２８１に冷却用の水を供給する水供給部２８４が接続されている。なお、水は、冷却用液体の一例であり、通流筒２８１に通流させることによって、液体物質２０を冷却させることができれば、他の液体を採用しても良い。通流筒２８１の底面には、該通流筒２８１の内部を通流し、暖められた水を排出する排出孔２８１ａ，２８２ａが設けられている。なお、排出孔２８１ａ，２８２ａの場所は一例であり、その位置は特に限定されない。また、通流筒２８１の周壁上部の適宜箇所には、通流筒２８１の内部に空気を充填する空気供給弁２８５が設けられている。空気供給弁２８５は例えば電磁弁であり、前記水供給部２８４及び空気供給弁２８５の動作を制御部２８６によって制御する。また、前記通流筒２８１の内部の温度を検出する温度検出部２８３を備え、温度検出信号を制御部２８６へ出力し、検出された温度に基づいて水供給部２８４及び空気供給弁２８５の動作を制御する。
【００３０】
図８は、本実施の形態に係る制御部２８６の処理手順を示したフローチャートである。
制御部２８６は、温度検出部２８３にて通流筒２８１の温度を検出する（ステップＳ１１）。具体的には、制御部２８６は、温度検出部２８３から出力される温度検出信号を受信する。
そして、制御部２８６は、検出した通流筒２８１内の水等の冷却用液体の温度が所定温度以上であるか否かを判定し（ステップＳ１２）、前記温度が所定温度以上の場合（ステップＳ１２：ＹＥＳ）、制御部２８６は、水供給部２８４の動作を制御し、冷却用液体を通流筒２８１に通流させ（ステップＳ１３）、液体物質２０の沸騰を抑制する。一方、前記温度が所定温度未満の場合（ステップＳ１２：ＮＯ）、制御部２８６は空気供給弁２８５を開状態にして空気を通流筒２８１に供給し（ステップＳ１４）、空気を供給後、空気供給弁２８５を閉鎖して、液体物質収容筒２に収容された液体物質２０の保温を行う。
なお、本実施の形態では所定温度を閾値にして通水と、空気の充填とを切り替えているが、検出温度の揺らぎを除去するために、ステップＳ１２で所定温度に代えてヒステリシスを有する閾値を用いても良い。即ち、ステップＳ１２において、温度検出部２８３で検出された温度が閾値以上であると判定して通水を開始した場合、該閾値はより小さな値に変更される。また、ステップＳ１２において、温度検出部２８３で検出された温度が閾値未満であると判定して空気の供給が行われた場合、該閾値はより大きな値に変更される。このように構成した場合、通水及び空気充填の処理が頻繁に切り替わることを防止することができる。
【００３１】
本実施の形態に係る水素発生装置によれば、水素化マグネシウム１０の加水分解によって液体物質２０の温度が所定温度以上になった場合、通流筒２８１の内部に水を通流させることによって液体物質２０の沸騰を抑制することによって、液体物質２０の蒸気が水素と共に外部に送出されることが防止される。また、液体物質２０の沸騰を抑えることによって、水素化マグネシウム１０の反応の進行を適度に抑えることができる。また、凝縮部材４も水冷されるため、水素と共に液体物質２０の蒸気が外部に送出されることが防止される。更に、水素化マグネシウム１０の加水分解反応熱によって暖められた水が通流筒２８１から排水されるため、冷水から温水を生成することができる。
【００３２】
なお、本発明は、ガスクロマトグラフィ用水素供給器、歯科洗浄用水素水の供給器、家庭用・業務用水素水製造装置、水素バーナーによる暖房装置等に適用することができる。
【００３３】
また、本発明では、固体物質及び液体物質の一例として、水素化マグネシウム及びクエン酸水溶液、水を例示したが、接触することよって水素を発生させることができる物質であれば、他の固体物質及び液体物質を採用しても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１  水素化マグネシウム収容室
２  液体物質収容室
３  液体物質供給路
４  凝縮部材
５  蓋部
６  取付部
７  クランプ継手
８  断熱部材
９  水素送出部
１０  水素化マグネシウム
１１  底部
１２  周壁
２１  底部
２２  周壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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