(57)【要約】【課題】高い安全性を有する水素供給装置を提供する。【解決手段】  本開示の水素供給装置（１ａ）は、空気流路（２）と、ファン（３）と、水素供給源（４）と、水素供給器（５）と、バルブ（６）と、水素ガスセンサ（７１）と、制御器（８）と、を備える。空気流路（２）は、空気入口（２１）及び空気出口（２２）を有する。ファン（３）は、空気入口（２１）から空気出口（２２）へ流れる空気の流れを生じさせる。水素供給器（５）は、ファン（３）と空気出口（２２）との間で空気流路（２）に位置している水素吹出口（５１）を有する。バルブ（６）は、水素吹出口（５１）と水素供給源（４）との間に配置されている。水素ガスセンサ（７１）は、ファン（３）と空気入口（２１）との間で水素ガス濃度を検出する。制御器（８）は、水素ガス濃度が特定の値以上であるときにバルブ（６）を閉じる制御を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内空気の入口である空気入口と、空気出口とを有する空気流路と、
前記空気流路に配置され、前記空気入口から前記空気出口へ流れる空気の流れを生じさせるファンと、
水素供給源と、
前記ファンと前記空気出口との間で前記空気流路に位置している水素吹出口を有し、前記水素吹出口に向かって水素を供給可能に前記水素供給源に接続されている水素供給器と、
水素の流れ方向において前記水素吹出口と前記水素供給源との間に配置されているバルブと、
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気中に含まれる水素ガス濃度を検出する水素ガスセンサと、
前記水素ガスセンサによって検出された水素ガス濃度が特定の値以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行う制御器と、を備えた、
水素供給装置。
【請求項２】
前記制御器は、前記バルブが閉じられた後に前記ファンを停止する制御を行う、請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気の温度を検出する温度センサをさらに備え、
前記制御器は、前記温度センサによって検出された空気の温度が特定の温度以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行う、
請求項１又は２に記載の水素供給装置。
【請求項４】
前記水素吹出口よりも前記空気入口に近い位置及び前記水素吹出口よりも前記空気出口に近い位置に配置されている、金属又は合金製の一対の網をさらに備えた、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項５】
前記空気出口から出た空気を受け入れる空間を観察する赤外線センサをさらに備え、
前記制御器は、前記赤外線センサによって前記空間に特定の温度以上のスポットがあることが観察されたときに前記バルブを閉じる制御を行う、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項６】
前記水素供給器は、前記水素吹出口を形成するノズルと、前記ノズルの外周面から離れて前記ノズルを囲んでいる筒状のガイド部材とを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項７】
前記水素供給源は、水素ガスボンベである、請求項１〜６のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項８】
前記水素供給源は、水を分解して水素を発生させる、水分解器である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項９】
前記空気流路に配置され、前記空気流路を流れる空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項１０】
室外空気の入口である外気入口を有し、前記ファンと前記空気入口との間の位置で前記空気流路に接続されている外気流路と、
前記外気流路から前記空気流路に供給される室外空気の流量を調節するダンパーと、をさらに備える、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、水素の抗酸化作用が注目されており、例えば、医療機関において水素を含んだ水の飲用又は注射及び水素ガスの吸引による治療が試みられている。また、吸気により又は経皮的に水素を体内に取り込むために水素を微細な水滴ともに放出する技術も知られている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、処理室及び放出口を有する本体と、水素・空気混合気体調整槽とを備えた超微細水滴発生装置が記載されている。送風機の駆動により空気が吸気口から処理室を通過する。また、超微細水滴及び負イオンが放出口から放出される。水素・空気混合気体調整槽は水素発生体及び水を収容可能であり、水素・空気混合気体調整槽の上部の少なくとも一部は開放されている。水素発生体は、本体の吸気口側の下部に設けられている。送風機の駆動により、水素・空気混合気体調整槽で発生した水素と空気とが同時に吸気され、吸気された水素を含む微細な水滴が放出口から放出される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−２２１７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に記載の超微細水滴発生装置は安全性を高める観点から改良の余地を有している。そこで、本開示は、高い安全性を有する水素供給装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本開示は、
室内空気の入口である空気入口と、空気出口とを有する空気流路と、
前記空気流路に配置され、前記空気入口から前記空気出口へ流れる空気の流れを生じさせるファンと、
水素供給源と、
前記ファンと前記空気出口との間で前記空気流路に位置している水素吹出口を有し、前記水素吹出口に向かって水素を供給可能に前記水素供給源に接続されている水素供給器と、
水素の流れ方向において前記水素吹出口と前記水素供給源との間に配置されているバルブと、
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気中に含まれる水素濃度を検出する水素ガスセンサと、
前記水素ガスセンサによって検出された水素ガス濃度が特定の値以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行う制御器と、を備えた、
水素供給装置を提供する。
【発明の効果】
【０００７】
上記の水素供給装置は、高い安全性を有する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本開示の第１実施形態に係る水素供給装置を模式的に示す図
【図２】図１の水素供給装置が行う処理を示すフローチャート
【図３】図１の水素供給装置の水素供給器の一例を模式的に示す図
【図４】図１の水素供給装置の設置状態を模式的に示す図
【図５】変形例に係る水素供給装置を模式的に示す図
【図６】別の変形例に係る水素供給装置を模式的に示す図
【図７】本開示の第２実施形態に係る水素供給装置を模式的に示す図
【図８】本開示の第３実施形態に係る水素供給装置を模式的に示す図
【発明を実施するための形態】
【０００９】
＜本発明者の検討に基づく知見＞
水素ガスは小さなエネルギーで着火する特性を有し、特定の範囲の水素ガス濃度を有する空気は静電気程度のエネルギーが加わることにより着火して燃焼する可能性がある。このため、水素ガスが放出される空間又は装置内部における水素ガス濃度が着火可能な範囲であると危険である。特許文献１には、水素ガスが放出される空間又は装置内部における水素ガスの濃度を考慮して超微細水滴発生装置を制御することは何ら検討されていない。このような検討がなされていない理由は、特許文献１に記載の技術は、水素を微細な水滴に含有させた状態で放出することを意図しており、水素ガスを直接放出することを意図しているわけではないからと考えられる。
【００１０】
しかし、本発明者は、特許文献１に記載の技術は安全性を高める観点から改良の余地を有していることを見出した。なぜなら、常温常圧において水に溶存できる水素の量には限界があり、余剰の水素は水滴に含有されずに気体として装置の内部を通過して放出口から放出される可能性があるからである。本発明者は、このような知見に基づいて、本開示の水素供給装置を案出した。
【００１１】
本開示の第１態様は、
室内空気の入口である空気入口と、空気出口とを有する空気流路と、
前記空気流路に配置され、前記空気入口から前記空気出口へ流れる空気の流れを生じさせるファンと、
水素供給源と、
前記ファンと前記空気出口との間で前記空気流路に位置している水素吹出口を有し、前記水素吹出口に向かって水素を供給可能に前記水素供給源に接続されている水素供給器と、
水素の流れ方向において前記水素吹出口と前記水素供給源との間に配置されているバルブと、
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気中に含まれる水素ガス濃度を検出する水素ガスセンサと、
前記水素ガスセンサによって検出された水素ガス濃度が特定の値以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行う制御器と、を備えた、
水素供給装置を提供する。
【００１２】
第１態様によれば、ファンを通過する前の空気の水素ガス濃度が特定の値以上であるときにバルブが閉じられて空気流路の内部への水素ガスの供給が停止される。このため、例えば、空気出口から吹き出される空気の水素ガス濃度が着火可能な範囲の濃度になることを防止できる。加えて、水素吹出口から吹き出された水素ガスがファンを通過しないので、水素吹出口から吹き出された水素ガスがファンで発生した静電気に曝されることを防止できる。また、ファンによって加速された空気の流れに向かって水素吹出口から水素ガスが吹き出されるので、水素ガスと空気とが良好に撹拌され、空気出口から吹き出される空気の水素ガス濃度が空間的に均一になりやすい。その結果、第１態様の水素供給装置は高い安全性を有する。
【００１３】
本開示の第２態様は、第１態様に加えて、前記制御器は、前記バルブが閉じられた後に前記ファンを停止する制御を行う、水素供給装置を提供する。第２態様によれば、ファンの作動による空気の流れが生じていない空気流路に水素吹出口から水素ガスが吹き出されることを防止できる。
【００１４】
本開示の第３態様は、第１態様又は第２態様に加えて、前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気の温度を検出する温度センサをさらに備え、前記制御器は、前記温度センサによって検出された空気の温度が特定の温度以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行う、水素供給装置を提供する。第３態様によれば、ファンを通過する前の空気の温度が特定の温度以上であるときにバルブが閉じられて空気流路の内部への水素ガスの供給が停止される。このため、空気の温度を高めている事象により水素ガスが燃焼することを防止できる。その結果、第３態様の水素供給装置はより確実に高い安全性を有する。
【００１５】
本開示の第４態様は、第１態様〜第３態様のいずれか１つの態様に加えて、前記空気流路において前記水素吹出口より前記空気入口に近い位置及び前記空気流路において前記水素吹出口より前記空気出口に近い位置に配置されている、金属又は合金製の一対の網をさらに備えた、水素供給装置を提供する。第４態様によれば、仮に、空気流路の内部において水素ガスの燃焼により火炎が生じても、火炎の伝播を抑制できる。加えて、外部に火炎が発生していてもその火炎が水素供給装置の内部（特に、水素吹出口の近傍の空気流路）に及ぶことを防止できる。このため、第４態様の水素供給装置はより高い安全性を有する。
【００１６】
本開示の第５態様は、第１態様〜第４態様のいずれか１つの態様に加えて、前記空気出口から出た空気を受け入れる空間を観察する赤外線センサをさらに備え、前記制御器は、前記赤外線センサによって前記空間に特定の温度以上のスポットがあることが観察されたときに前記バルブを閉じる制御を行う、水素供給装置を提供する。第５態様によれば、空気出口から出た空気を受け入れる空間に特定の温度以上のスポットがある場合にバルブが閉じられて、空気流路の内部への水素ガスの供給が停止される。これにより、特定の温度以上のスポットがある空間に水素ガスを含む空気を供給することが防止され、その空間において水素ガスが燃焼することを防止できる。その結果、第５態様の水素供給装置はより確実に高い安全性を有する。
【００１７】
本開示の第６態様は、第１態様〜第５態様のいずれか１つの態様に加えて、前記水素供給器は、前記水素吹出口を形成するノズルと、前記ノズルの外周面から離れて前記ノズルを囲んでいる筒状のガイド部材とを含む、水素供給装置を提供する。第６態様によれば
ノズルから吹き出された水素ガスの流れがガイド部材の内部で空気の流れを誘引し、水素ガスと空気とが混合した状態で空気流路に吹き出される。このため、水素ガスが空気によって希釈された状態で空気流路に吹き出される。これにより、空気流路における空気の流れに伴う水素ガスの撹拌効果とも相まって、水素ガスが空気と均一に混ざった状態で空気出口から吹き出される。このため、空気出口から吹き出される空気の水素ガス濃度が空間的に均一になりやすく、第６態様の水素供給装置はより高い安全性を有する。
【００１８】
本開示の第７態様は、第１態様〜第６態様のいずれか１つの態様に加えて、前記水素供給源は、水素ガスボンベである、水素供給装置を提供する。第７態様によれば、水素ガスボンベから水素ガスを安定的に供給できる。また、水素供給源の交換が容易である。
【００１９】
本開示の第８態様は、第１態様〜第７態様のいずれか１つの態様に加えて、水素供給源は、水を分解して水素を発生させる、水分解器である、水素供給装置を提供する。第８態様によれば、水素供給源として水素ガスボンベを用いる場合と比べて、水素供給源を交換する作業が発生しない。また、水素供給の需要に応じて水を分解して水素を発生させればよいので、水素ガスを長期間貯留する必要がない。
【００２０】
本開示の第９態様は、第１態様〜第８態様のいずれか１つの態様に加えて、前記空気流路に配置され、前記空気流路を流れる空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器をさらに備える、水素供給装置を提供する。第９態様によれば、熱交換器によって空気出口から吹き出される空気の温度を調節しながら水素ガスを供給できる。
【００２１】
本開示の第１０態様は、第１態様〜第８態様のいずれか１つの態様に加えて、室外空気の入口である外気入口を有し、前記ファンと前記空気入口との間の位置で前記空気流路に接続されている外気流路と、前記外気流路から前記空気流路に供給される室外空気の流量を調節するダンパーと、をさらに備える、水素供給装置を提供する。第１０態様によれば、空気出口から吹き出される空気に含まれる外気の量を調節しながら水素ガスを供給できる。
【００２２】
以下、本開示の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明は本発明の一例に関するものであり、本発明はこれらに限定されるものではない。添付の図面における破線の矢印は空気又は水素ガスの流れを概念的に示す。
【００２３】
＜第１実施形態＞
図１に示す通り、水素供給装置１ａは、空気流路２と、ファン３と、水素供給源４と、水素供給器５と、バルブ６と、水素ガスセンサ７１と、制御器８とを備えている。空気流路２は、室内空気の入口である空気入口２１と、空気出口２２とを有する。ファン３は、空気流路２に配置され、空気入口２１から空気出口２２へ流れる空気の流れを生じさせる。水素供給器５は、水素吹出口５１を有し、水素吹出口５１に向かって水素を供給可能に水素供給源４に接続されている。バルブ６は、水素の流れ方向において水素吹出口５１と水素供給源４との間に配置されている。水素ガスセンサ７１は、ファン３と空気入口２１との間に設置され、空気中に含まれる水素ガス濃度を検出する。制御器８は、水素ガスセンサ７１によって検出された水素ガス濃度が特定の値（例えば、３％）以上であるときにバルブ６を閉じる制御を行う。本明細書において、水素ガス濃度につき「％」とは体積基準の百分率を意味する。
【００２４】
制御器８は、望ましくは、バルブ６が閉じられた後にファン３を停止する制御を行う。換言すると、ファン３は、望ましくはバルブ６が開かれている期間は常に作動している。
【００２５】
水素吹出口５１は、ファン３と空気出口２２との間で空気流路２に位置している。このため、水素吹出口５１から吹き出された水素ガスは、ファン３を通過しないので、ファン３で仮に静電気が発生しても、水素吹出口５１から吹き出された水素ガスがファン３で発生した静電気に曝されることを防止できる。また、ファン３によって加速された空気の流れに向かって水素吹出口５１から水素ガスが吹き出されるので、水素ガスと空気とが良好に撹拌され、空気出口２２から吹き出される空気の水素ガス濃度が空間的に均一になりやすい。
【００２６】
水素ガス濃度が４％以上である、空気と水素ガスとの混合気体に、静電気程度のエネルギーが加わると着火する可能性がある。しかし、ファン３を通過する前の空気の水素ガス濃度が特定の値（例えば、３％）以上であるときにバルブ６が閉じられて空気流路２への水素ガスの供給が停止される。このため、空気出口２２から吹き出される空気中の水素ガス濃度が着火可能な範囲の濃度になることを防止できる。これにより、水素供給装置１ａは高い安全性を有する。
【００２７】
バルブ６は、例えば、電磁弁などの開閉弁又は電動弁等の開度を調整可能な弁である。本明細書において、「バルブ６を閉じる」とは、電動弁であるバルブ６の開度を最小にすることを含む概念である。バルブ６は、制御器８からの制御信号を受信できるように制御器８に接続されている。
【００２８】
水素ガスセンサ７１としては、例えば、接触燃焼式ガスセンサ、半導体式ガスセンサ、又は熱電式ガスセンサ等の公知の水素ガスセンサを利用できる。水素ガスセンサ７１は、水素ガス濃度の特定の範囲（例えば、４％以下）で高い感度を有することが望ましい。水素ガスセンサ７１は、典型的には熱電式ガスセンサである。水素ガスセンサ７１として熱電式ガスセンサを用いれば、空気中の水素ガスの濃度を、約０．５ｐｐｍ（parts per million）〜約５％の水素ガス濃度の範囲で精度良く検出できる。水素ガスセンサ７１は、水素ガスセンサ７１によって検出された水素ガス濃度の検出結果を示す情報を制御器８が受信できるように有線又は無線によって制御器８に接続されている。
【００２９】
図１に示す通り、例えば、水素供給装置１ａは、温度センサ７２をさらに備えている。温度センサ７２は、ファン３と空気入口２１との間に設置され、空気の温度を検出する。制御器８は、温度センサ７２によって検出された空気の温度が特定の温度（例えば、４０℃）以上であるときにバルブ６を閉じる制御を行う。これにより、ファン３を通過する前の空気の温度が特定の温度（例えば、４０℃）以上であるときにバルブ６が閉じられて空気流路２への水素ガスの供給が停止される。空気の温度を高めている事象により水素ガスが燃焼することを防止できる。その結果、水素供給装置１ａは、より確実に高い安全性を有する。温度センサ７２は、例えば、熱電対又は測温抵抗体等の検出素子を備えた公知の温度センサである。温度センサ７２は、温度センサ７２によって検出された空気の温度の検出結果を示す情報を制御器８が受信できるように有線又は無線によって制御器８に接続されている。
【００３０】
制御器８は、例えば、インターフェース、ＣＰＵ等の演算装置、ＲＡＭ又はＲＯＭ等の主記憶装置、及びハードディスクドライブなどの補助記憶装置を備えたコンピュータである。水素供給装置１ａは、例えば、図２に示す処理を実行する。
【００３１】
例えば、制御器８が水素供給装置１ａの運転を開始するための指示を含む情報を受信すると、図２に示す処理が開始される。まず、ステップＳ１０１において、ファン３を作動させる。例えば、ファン３は、制御器８からの制御信号を受信可能に制御器８と接続されており、ステップＳ１０１において、ファン３は制御器８からの制御信号を受信して作動し始める。このとき、バルブ６は閉じられている。次に、ステップＳ１０２に進み、制御器８は、ファン３の作動開始から所定時間（例えば、５秒間）が経過したか否か判断する。これにより、空気流路２における空気の流れを水素吹出口５１から水素ガスの撹拌に適切な状態に発達させる。ステップＳ１０２における判断結果がＹｅｓである場合、ステップＳ１０３に進み、制御器８は、水素ガスセンサ７１が検出した水素ガス濃度Ｃｈを示すデータを取得する。次に、制御器８は、ステップＳ１０４に進み、温度センサ７２が検出した空気の温度Ｔａを示すデータを取得する。次に、ステップＳ１０５に進み、制御器８は、Ｃｈ≧３％及びＴａ≧４０℃の少なくともいずれかの条件が満たされているか否か判断する。
【００３２】
ステップＳ１０５における判断結果がＹｅｓである場合、ステップＳ１５１に進み、制御器８はバルブ６を閉じるための制御信号をバルブ６に送信してバルブ６を閉じる。例えば、バルブ６の開度を０％にする。バルブ６が閉じられている場合には、バルブ６を閉じた状態に保つ。これにより、空気流路２への水素ガスの供給が停止される。次に、ステップＳ１５２に進み、制御器８は、バルブ６が閉じられてから所定時間（例えば、５秒間）が経過したか否か判断する。ステップＳ１５２における判断結果がＹｅｓである場合、ステップＳ１５３に進み、ファン３を停止する。例えば、制御器８からファン３を停止するための制御信号がファン３に送られて、ファン３が停止する。これにより、一連の処理が終了する。
【００３３】
ステップＳ１０５における判断結果がＮｏである場合、ステップＳ１０６に進み、制御器８は、水素供給装置１ａの運転を停止する要求があるか否か判断する。例えば、制御器８は、水素供給装置１ａの運転停止を要求する情報が入力されているか否か判断する。ステップＳ１０５における判断結果がＹｅｓである場合、上記のように、ステップＳ１５１〜ステップＳ１５３の処理が行われた後、一連の処理が終了する。
【００３４】
ステップＳ１０６における判断結果がＮｏである場合、ステップＳ１０７に進み、制御器８は、水素ガス濃度Ｃｈに基づいてバルブ６の開度を決定する。例えば、表１に示す通り、制御器８の記憶装置には、水素ガス濃度Ｃｈとバルブ６の開度との関係を示すテーブルが記憶されている。制御器８は、例えば、このテーブルを参照してバルブ６の開度を決定する。これに代えて、制御器８は、水素ガス濃度Ｃｈとバルブ６の開度との関係を示す数式を記憶しており、この数式を用いてバルブ６の開度を連続的に決定してもよい。
【００３５】
【表１】
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【００３６】
次に、ステップＳ１０８に進み、制御器８は、ステップＳ１０７で決定したバルブ６の開度に従いバルブ６に制御信号を送信して、バルブ６の開度を調整する。これにより、バルブ６の開度に応じた量の水素ガスが水素吹出口５１から空気流路２に吹き出される。その後、ステップＳ１０３の処理に戻る。
【００３７】
図１に示す通り、例えば、水素供給装置１ａは、金属又は合金製の一対の網１１をさらに備えている。一対の網１１は、空気流路２において水素吹出口５１より空気入口２１に近い位置及び空気流路２において水素吹出口５１より空気出口２２に近い位置に配置されている。空気流路２において水素吹出口５１より空気出口２２に近い位置に配置された網１１によって、空気と水素ガスとの撹拌が促進される。また、仮に、空気流路２において水素ガスの燃焼により火炎が生じたとしても、一対の網１１が火炎の伝播を抑制する。これにより、水素供給装置１ａは高い安全性を有する。
【００３８】
図１に示す通り、例えば、水素供給装置１ａは、赤外線センサ７３をさらに備える。赤外線センサ７３は、空気出口２２から出た空気を受け入れる空間を観察する。赤外線センサ７３は、赤外線センサ７３の観察結果を示す情報を制御器８が受信できるように制御器８に無線又は有線によって接続されている。制御器８は、赤外線センサ７３によって空気出口２２から出た空気を受け入れる空間に特定の温度（例えば、８０℃）以上のスポットがあることが観察されたときにバルブ６を閉じる制御を行う。例えば、水素供給装置１ａにおいて、上記のステップＳ１０１〜Ｓ１０８のいずれかの処理が行われている最中に、赤外線センサ７３によって特定の温度以上のスポットがあることが観察されたときには、実行中の処理が中断され、強制的にステップＳ１５１〜ステップＳ１５３の処理が行われる。これにより、特定の温度以上のスポットが存在する空間に水素ガスを含む空気を供給することが防止され、その空間において水素ガスが燃焼することを防止できる。
【００３９】
水素吹出口５１は、例えば、空気流路２の空気の流れ方向に沿った軸線よりも下方で空気流路２に配置されている。この場合、空気の流速が相対的に高い空気流路２の中央に向かって水素ガスが吹き出されやすい。これにより、水素ガスと空気とを良好に撹拌させることができる。また、空気流路２において、複数の水素吹出口５１が周方向に所定の間隔で配置されていてもよい。これにより、空気流路２において水素ガス濃度が空間的に均一になりやすい。
【００４０】
図３に示す通り、例えば、水素供給器５は、水素吹出口５１を形成するノズル５３と、ガイド部材５５とを含む。ガイド部材５５は、ノズル５３の外周面から離れてノズル５３を囲んでいる筒状の部材である。ガイド部材５５の両端は開口している。ガイド部材５５の内周面とノズル５３の外周面との間には環状の隙間が形成されている。ノズル５３から水素ガスが吹き出されると、水素ガスの流れがガイド部材５５の内部で空気の流れを誘引し、水素ガスと空気とが混合された状態で空気流路２に吹き出される。これにより、空気流路における空気の流れに伴う水素ガスの撹拌効果とも相まって、水素ガスが空気と均一に混ざった状態で空気出口２２から吹き出される。このため、空気出口２２から吹き出される空気の水素ガス濃度が空間的に均一になりやすい。その結果、水素供給装置１ａは高い安全性を有する。
【００４１】
水素供給装置１ａにおいて、水素供給源４は、図１に示す通り、水素ガスボンベ４１である。この場合、水素ガスボンベ４１から水素ガスを空気流路２に向かって安定的に供給でき、水素供給源４の交換も容易である。例えば、水素ガスボンベ４１の出口と水素供給器５とは流路４５によって接続されている。バルブ６は、例えば流路４５に配置されている。
【００４２】
水素供給装置１ａは、例えば、図４に示す通り、所定の治具によって室内空間Ｒの天井Ｃに固定されている。これにより、室内空間Ｒの天井付近においてファン３の作動により空気入口２１から空気流路２に吸い込まれた空気が空気出口２２に向かって空気流路２を流れる。水素吹出口５１から吹き出された水素ガスと空気流路２を流れる空気とが空気流路２で攪拌されて空気出口２２を通って水素ガスを含む空気が室内空間Ｒに供給される。室内空間Ｒにおいて水素ガスは急速に拡散し、室内空間Ｒの水素ガス濃度は均一になる。水素ガスの濃度が高いと水素ガスは軽いので室内空間Ｒの低い位置まで広がりにくい。しかし、空気流路２２において水素ガスが空気によって希釈された状態で室内空間Ｒに供給されるので、空気出口２２から吹き出される空気と水素ガスとの混合気体の密度は、室内空間Ｒの空気の密度とほとんど変わらない。このため、室内空間Ｒの低い位置まで水素ガスを含む空気が届きやすい。
【００４３】
ステップＳ１０７において、制御器８は、バルブ６の開度を決定するとともに、水素ガス濃度Ｃｈに基づいてファン３の回転数を決定してもよい。例えば、制御器８は、水素ガス濃度Ｃｈが第一の濃度であるときに決定されるファン３の回転数が、水素ガス濃度Ｃｈが第一の濃度より低い第二の濃度であるときに決定されるファン３の回転数よりも低いようにファン３の回転数を決定する。この場合、ステップＳ１０８において、制御器８は、バルブ６の開度を調整しつつ、ステップＳ１０７で決定したファン３の回転数に従いファン３に制御信号を送信して、ファン３の回転数を調整する。これにより、水素ガス濃度Ｃｈが比較的高いときにはファン３の回転数が比較的低くなる。例えば、冬季など室内空間が暖房されている時期には、室内空間Ｒにおける空気の流れの流速が小さい方がユーザーの温熱感が保たれやすい。このため、このようなファン３の回転数の調整によれば、水素ガス濃度Ｃｈが比較的高いときに、ユーザーの温熱感が保たれやすい。
【００４４】
水素供給装置１ａは、例えば、水素供給源４として、燃料電池発電設備に水素を供給するための水素供給源を利用してもよい。
【００４５】
（変形例）
水素供給装置１ａは、様々な観点から変更可能である。例えば、水素供給装置１ａは、図５に示す水素供給装置１ｂにように変更されてもよい。水素供給装置１ｂは、特に説明する場合を除き、水素供給装置１ａと同様に構成される。水素供給装置１ａの構成要素と同一又は対応する水素供給装置１ｂの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。水素供給装置１ａに関する説明は技術的に矛盾しない限り水素供給装置１ｂにもあてはまる。
【００４６】
水素供給装置１ｂにおいて、水素供給源４は、水分解器４２である。水分解器４２は、水を分解して水素を発生させる。この場合、水素供給源４として水素ガスボンベ４１を用いる場合と比べて、水素供給源を交換する作業が発生しない。また、水素供給装置１ｂに対する水素供給の需要に応じて水を分解して水素を発生させればよいので、水素ガスを長期間貯留する必要がない。
【００４７】
例えば、水分解器４２の内部には、水を含む電解液が収容されており、アノード及びカソードが電解液に浸っている。図５に示す通り、水分解器２４は、例えば、電力線４７ａによって太陽電池４７に電気的に接続されている。このため、太陽電池４７で発生した電気によって、水分解器４２の内部のアノードとカソードとの間に所定の電位差を発生させることができ、水を電気分解することができる。これにより、水分解器４２の内部において水素ガスが発生する。水分解器４２は、流路４５によって水素供給器５に接続されている。このため、水分解器４２の内部で発生した水素ガスは流路４５を通って水素吹出口５１から空気流路２に供給される。この場合、太陽電池４７で発生した電力のうち水素供給装置１ｂ以外の機器に対する電力需要に対して余剰となった電力を用いて水分解器４２は水素を発生させてもよい。これにより、水分解器４２を稼働させるために特別に電力を発生させる必要がない。
【００４８】
水分解器４２は、典型的には室内空間の外部に設置されるが、室内空間の内部又は室内空間の天井裏に配置されてもよい。水分解器４２を稼働させるための電源としては太陽電池以外の電源を利用してもよい。
【００４９】
水素供給装置１ａ又は水素供給装置１ｂは、図６に示す水素供給装置１ｃのように変更されてもよい。水素供給装置１ｃは、特に説明する場合を除き、水素供給装置１ａ又は水素供給装置１ｂと同様に構成されている。水素供給装置１ａ又は水素供給装置１ｂに関する説明は、技術的に矛盾しない限り、水素供給装置１ｃにもあてはまる。図６において空気供給源４は省略されている。
【００５０】
図６に示す通り、水素供給装置１ｃは、空気入口２１と空気出口２２とが実質的に同一な平面上に形成された筐体１０ｃを備えている。筐体１０ｃは、室内空間の天井Ｃに形成された開口に嵌め込まれるのに適した形状を有する。筐体１０ｃの内部空間は、仕切壁４０によって空気流路２と機械室２５とに分かれている。機械室２５の内部には、バルブ６、制御器８、及びファン３を回転させるためのモータ３２が配置されている。モータ３２は、例えば、モータ３２を制御するための制御信号を制御器８から受信できるように制御器８に接続されている。空気入口２１と空気出口２２との境界には、仕切壁４０に向かって延びる仕切板４２が配置されている。空気流路２は、仕切板４２によって、空気の流れにおいてファン３より上流側の空間とファン３より下流側の空間に分かれている。空気供給源４は、例えば筐体１０ｃの外部に配置されている。筐体１０ｃが室内空間の天井Ｃに形成された開口に嵌め込まれると、天井Ｃとほぼ同じ高さに空気入口２１と空気出口２２とが位置する。
【００５１】
ファン３が作動することにより、室内空間の空気が空気入口２１から上向きに空気流路２に吸い込まれ、水素ガスを含んだ空気が室内空間に向かって下向きに吹き出される。これにより、室内空間の低い位置まで水素ガスを送ることができる。また、室内空間において、水素供給装置１ｃが目立ちにくい。
【００５２】
＜第２実施形態＞
次に、第２実施形態に係る水素供給装置１ｄについて説明する。水素供給装置１ｄは、特に説明する場合を除き、水素供給装置１ａと同様に構成される。水素供給装置１ａの構成要素と同一又は対応する水素供給装置１ｄの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は技術的に矛盾しない限り第２実施形態にもあてはまる。
【００５３】
図７に示す通り、水素供給装置１ｄは、熱交換器１３を備えている。熱交換器１３は、空気流路２に配置され、空気流路２を流れる空気と冷媒とを熱交換させる。熱交換器１３は、例えば、フィンチューブ式熱交換器である。水素供給装置１ｄは、熱交換器１３によって空気出口２２から吹き出される空気の温度を調節しながら水素ガスを供給できる。換言すると、水素供給装置１ｄは、水素供給と空気調和との２つの機能を兼ね備えている。
【００５４】
熱交換器１３は、配管によって室外機（図示省略）に接続されている。室外機の内部には、圧縮機、室外熱交換器、及び膨張弁が収容されており、熱交換器１３と、圧縮機、室外熱交換器、及び膨張弁とによって冷凍サイクルが形成されている。この冷凍サイクルの冷媒としては、空気調和装置の冷凍サイクルの冷媒として公知である冷媒を利用できる。
【００５５】
＜第３実施形態＞
次に、第３実施形態に係る水素供給装置１ｅについて説明する。水素供給装置１ｅは、特に説明する場合を除き、水素供給装置１ａと同様に構成される。水素供給装置１ａの構成要素と同一又は対応する水素供給装置１ｅの構成要素には同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。第１実施形態に関する説明は技術的に矛盾しない限り第３実施形態にもあてはまる。
【００５６】
図８に示す通り、水素供給装置１ｅは、外気流路９と、ダンパー１５とをさらに備えている。外気流路９は、室外空気の入口である外気入口９１を有し、ファン３と空気入口２１との間の位置で空気流路２に接続されている。ダンパー１５は、外気流路９から空気流路２に供給される室外空気の流量を調節する弁である。
【００５７】
ダンパー１５は、例えば、外気流路９と空気流路２との接続位置に配置されている。ダンパー１５は、例えば、空気流路２及び外気流路９を形成するダクトの内周面に旋回心軸を中心に回転可能に取り付けられている。空気流路２に供給される室外空気の流量を増やす必要がある場合には、ダンパー１５の先端が外気流路９から遠ざかるように旋回心軸を中心にダンパー１５を回転させる。この場合、ダンパー１５によって、空気入口２１を通過してファン３に向かって空気流路２を流れる室内空気の流量は減少する。また、空気流路２に供給される室外空気の流量を減らす必要がある場合には、ダンパー１５の先端が外気流路９に近づくように旋回心軸を中心にダンパー１５を回転させる。この場合、ダンパー１５によって、空気入口２１を通過してファン３に向かって空気流路２を流れる室内空気の流量は増加する。このように、ダンパー１５によって、ファン３に向かって空気流路２を流れる空気の流れにおける室内空気の流量と室外空気の流量との比を調整できる。
【００５８】
水素供給装置１ｅは、室内空間Ｒを換気しながら水素ガスを供給できる。換言すると、水素供給装置１ｅは、水素供給と換気との２つの機能を兼ね備えている。
【００５９】
水素ガスセンサ７１は、例えば、空気流路２における外気流路９との接続位置とファン３との間で空気中に含まれる水素ガス濃度を検出する。水素ガスセンサ７１は、例えば、室外空気と室内空気とが混合された状態の空気の水素ガス濃度を検出する。この場合、室外空気により水素ガスセンサ７１が検出する水素ガス濃度が低くなりやすい。このため、換気を水素供給と独立して行う場合と比べて、水素吹出口５１からより多くの水素ガスを吹き出して、室内空間Ｒに多くの水素ガスを供給できる。また、温度センサ７２は、例えば、空気流路２における外気流路９との接続位置とファン３との間で空気の温度を検出する。
【００６０】
図８に示す通り、空気入口２１及び空気出口２２は、例えば、室内空間Ｒの天井Ｃに形成されている。また、空気流路２及び外気流路９は、例えば、室内空間Ｒの天井裏に形成されている。一対の網１１の一方は、例えば、空気流路２における外気流路９との接続位置とファン３との間に配置されている。この場合、仮に空気流路２で水素ガスの燃焼により火炎が発生したとしても、その火炎が空気入口２１に向かって伝播することを抑制できることに加えて、その火炎が外気入口９１に向かって伝播することを抑制できる。
【符号の説明】
【００６１】
１ａ〜１ｅ                  水素供給装置
２                          空気流路
３                          ファン
４                          水素供給源
５                          水素供給器
６                          バルブ
８                          制御器
９                          外気流路
１１                        一対の網
１３                        熱交換器
１５                        ダンパー
２１                        空気入口
２２                        空気出口
４１                        水素ガスボンベ
４２                        水分解器
５１                        水素吹出口
５３                        ノズル
５５                        ガイド部材
７１                        水素ガスセンサ
７２                        温度センサ
７３                        赤外線センサ
９１                        外気入口
【図１】
2017218333.tif 000004
【図２】
2017218333.tif 000005
【図３】
2017218333.tif 000006
【図４】
2017218333.tif 000007
【図５】
2017218333.tif 000008
【図６】
2017218333.tif 000009
【図７】
2017218333.tif 000010
【図８】
2017218333.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成29年7月18日(2017.7.18)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
室内空気の入口である空気入口と、空気出口とを有する空気流路と、
前記空気流路に配置され、前記空気入口から前記空気出口へ流れる空気の流れを生じさせるファンと、
水素供給源と、
前記ファンと前記空気出口との間で前記空気流路に位置している水素吹出口を有し、前記水素吹出口に向かって水素を供給可能に前記水素供給源に接続されている水素供給器と、
水素の流れ方向において前記水素吹出口と前記水素供給源との間に配置されているバルブと、
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気中に含まれる水素ガス濃度を検出する水素ガスセンサと、
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気の温度を検出する温度センサと、
前記水素ガスセンサによって検出された水素ガス濃度が特定の値以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行い、かつ、前記温度センサによって検出された空気の温度が特定の温度以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行う、制御器と、を備えた、
水素供給装置。
【請求項２】
前記空気出口から出た空気を受け入れる空間を観察する赤外線センサをさらに備え、
前記制御器は、前記赤外線センサによって前記空間に特定の温度以上のスポットがあることが観察されたときに前記バルブを閉じる制御を行う、請求項１に記載の水素供給装置。
【請求項３】
室内空気の入口である空気入口と、空気出口とを有する空気流路と、
前記空気流路に配置され、前記空気入口から前記空気出口へ流れる空気の流れを生じさせるファンと、
水素供給源と、
前記ファンと前記空気出口との間で前記空気流路に位置している水素吹出口を有し、前記水素吹出口に向かって水素を供給可能に前記水素供給源に接続されている水素供給器と、
水素の流れ方向において前記水素吹出口と前記水素供給源との間に配置されているバルブと、
前記ファンと前記空気入口との間に設置され、空気中に含まれる水素ガス濃度を検出する水素ガスセンサと、
前記空気出口から出た空気を受け入れる空間を観察する赤外線センサと、
前記水素ガスセンサによって検出された水素ガス濃度が特定の値以上であるときに前記バルブを閉じる制御を行い、かつ、前記赤外線センサによって前記空間に特定の温度以上のスポットがあることが観察されたときに前記バルブを閉じる制御を行う、制御器と、を備えた、
水素供給装置。
【請求項４】
前記制御器は、前記バルブが閉じられた後に前記ファンを停止する制御を行う、請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項５】
前記水素吹出口よりも前記空気入口に近い位置及び前記水素吹出口よりも前記空気出口に近い位置に配置されている、金属又は合金製の一対の網をさらに備えた、請求項１〜４のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項６】
前記水素供給器は、前記水素吹出口を形成するノズルと、前記ノズルの外周面から離れて前記ノズルを囲んでいる筒状のガイド部材とを含む、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項７】
前記水素供給源は、水素ガスボンベである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項８】
前記水素供給源は、水を分解して水素を発生させる、水分解器である、請求項１〜７のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項９】
前記空気流路に配置され、前記空気流路を流れる空気と冷媒とを熱交換させる熱交換器をさらに備える、請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素供給装置。
【請求項１０】
室外空気の入口である外気入口を有し、前記ファンと前記空気入口との間の位置で前記空気流路に接続されている外気流路と、
前記外気流路から前記空気流路に供給される室外空気の流量を調節するダンパーと、をさらに備える、
請求項１〜８のいずれか１項に記載の水素供給装置。