水素発生装置
【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。
【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。
【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
【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
【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。
【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。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【公開番号】特開2012−56791(P2012−56791A)
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2010−201235(P2010−201235)
【出願日】平成22年9月8日(2010.9.8)
【出願人】(506074015)バイオコーク技研株式会社 (23)
【出願人】(000003768)東洋製罐株式会社 (1,150)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成24年3月22日(2012.3.22)
【国際特許分類】
【出願日】平成22年9月8日(2010.9.8)
【出願人】(506074015)バイオコーク技研株式会社 (23)
【出願人】(000003768)東洋製罐株式会社 (1,150)
【Fターム(参考)】
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