WO2015155848A1 - 水素ガス発生装置 - Google Patents

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gas
superheated steam
gas generator
heating
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伊三美 重松
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フレンド株式会社
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • C01B3/10—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents by reaction of water vapour with metals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the disclosed embodiment relates to a hydrogen gas generator.
  • the hydrogen gas generator disclosed in Patent Literature 1 includes a superheated steam heating unit that generates raw gas from the superheated steam by generating raw heat steam by heating raw water using a heating device.
  • Brown gas is a mixed gas containing hydrogen (H 2 ) gas and oxygen (O 2 ) gas in a ratio of approximately 2: 1 and is also called oxyhydrogen gas.
  • One aspect of the embodiment has been made in view of the above, and an object of the present invention is to provide a hydrogen gas generation apparatus that can further improve the generation efficiency of brown gas.
  • the hydrogen gas generator includes a superheated steam heating unit and a gas extraction unit.
  • the superheated steam heating unit heats raw water to generate superheated steam, and further heats the superheated steam to generate brown gas containing hydrogen gas.
  • the gas extraction unit performs gas-liquid separation from the mixed fluid including the brown gas and the superheated steam, and extracts the separated brown gas.
  • the said superheated steam heating part is equipped with the heating pipe into which the said raw
  • Drawing 1 is an explanatory view showing the condition of use of the hydrogen gas generator concerning an embodiment.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram illustrating an example of a configuration example of the hydrogen gas generation device according to the embodiment.
  • Drawing 3 is an explanatory view showing an example of composition of a hydrogen gas generation unit concerning an embodiment by a front view.
  • Drawing 4 is an explanatory view showing an example of composition of a hydrogen gas generation unit concerning an embodiment by plane view.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the hydrogen gas generation unit according to the embodiment in a side view.
  • Drawing 6 is an explanatory view showing the superheated steam heating part of the hydrogen gas generator concerning an embodiment in the longitudinal section view.
  • FIG. 7 is a front view showing the oxidation promoting member according to the embodiment.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG.
  • FIG. 9 is a graph showing the amount of hydrogen gas generated with and without the oxidation promoting member.
  • FIG. 10A is an explanatory diagram showing a part of an oxidation promoting member according to another embodiment in a cross-sectional view.
  • FIG. 10B is an explanatory view showing a part of the oxidation promoting member according to still another embodiment in a cross-sectional view.
  • FIG. Drawing 1 is an explanatory view showing the condition of use of hydrogen gas generator 10 concerning an embodiment.
  • the hydrogen gas generator 10 generates hydrogen gas (H 2 ) that can be taken into the human body.
  • the user can suck the generated hydrogen gas by attaching the tip of the gas suction pipe 30 extending from the casing 1 to the nose or mouth.
  • a cannula can be suitably used as the gas suction pipe 30.
  • two or more users can be used by providing a plurality of connecting portions 133 of the gas suction pipe 30 or by branching the gas suction pipe 30 into a plurality of parts.
  • the casing 1 of the hydrogen gas generator 10 is formed in a rectangular box shape by a bottom wall 16, a ceiling wall 11, and four peripheral walls 12, 13, 14, 15 (see FIG. 4). Spherical casters 20 are attached to the four corners.
  • the casing 1 is made of stainless steel or steel plate having an appropriate thickness. As shown in FIG. 1, an upper inspection port 110 occupying most of the area is formed in the ceiling wall 11, and the upper inspection port 110 is detachably covered with a lid 111. A power switch 112 and a touch panel 113 that functions as an operation unit are provided on the front side of the lid 111.
  • the front wall 12 which is one of the peripheral walls of the casing 1 is formed with a front inspection port 120 which covers most of the area.
  • a front door 121 having a handle 122 is attached to the front inspection port 120 through a hinge (not shown) so as to be freely opened and closed.
  • the left side wall 13 which is one of the peripheral walls of the casing 1 is also provided with a side inspection port 130 which covers most of the area, and the side inspection port 130 is detachably covered with a lid 131.
  • maintenance of the control unit 101 (see FIGS. 3 and 4) described later can be performed from the side inspection port 130.
  • a plurality of exhaust ports 132 and 132 are formed above the side inspection port 130 and in the vicinity of the upper edge.
  • a connecting portion 133 of the gas suction pipe 30 is provided at a position in front of the exhaust ports 132 and 132.
  • the plurality of exhaust ports 132 and 132 are also formed at positions near the upper edge of the right wall 14 and the rear wall 15 that constitute the peripheral wall of the casing 1.
  • the hydrogen gas generation unit 100 is accommodated in the casing 1.
  • a specific configuration including the layout of the hydrogen gas generation unit 100 will be described with reference to FIGS.
  • FIG. 2 is a schematic explanatory diagram illustrating an example of a configuration example of the hydrogen gas generation device 10 according to the embodiment.
  • FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the hydrogen gas generation unit 100 according to the embodiment in front view
  • FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating an example of the configuration of the hydrogen gas generation unit 100 in plan view
  • FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram showing an example of the configuration of the hydrogen gas generation unit 100 in a side view.
  • reference numeral 19 denotes an installation surface of the hydrogen gas generator 10. Further, not only in FIG. 2 but also in any of the drawings, it is appropriately simplified for easy understanding.
  • the hydrogen gas generation unit 100 of the hydrogen gas generator 10 includes a water supply unit 2, a superheated steam heating unit 3, a gas extraction unit 5, and a cooling unit 6.
  • the raw water supplied from the water supply unit 2 is heated by the superheated steam heating unit 3 to generate steam, the steam is further heated to generate superheated steam, and brown gas containing hydrogen gas is further heated. Is generated.
  • the brown gas separated from the vapor is lowered to a temperature that can be sucked into the human body by the cooling unit 6 and is taken out from the gas extraction unit 5 so that hydrogen gas can be sucked.
  • the water supply unit 2 adjusts the liquid level of the raw water 500 supplied to the superheated steam heating unit 3 and the water supply tank 21 that stores the raw water 500, as shown in FIGS. A tank 22.
  • a level switch 210 for detecting the amount of raw water 500 is disposed in the water supply tank 21, and a water supply level meter 221 is provided in the adjustment tank 22 as shown in FIGS. 3 and 5.
  • the drainage hose 220 is attached to the adjustment tank 22 via the drainage valve 222, and the water in the adjustment tank 22 can be drained.
  • the water supply tank 21 and the adjustment tank 22 are communicated with each other through a water supply pipe 40 via an electromagnetic valve 23.
  • the opening / closing operation of the solenoid valve 23 is controlled by the control unit 101 (FIG. 4) according to the value of the water supply level meter 221.
  • reference numeral 410 indicates a coupler of the water supply pipe 40.
  • reference numeral 219 denotes a float provided in the water supply level meter 221.
  • the superheated steam heating unit 3 includes a heating pipe 31 into which the raw water 500 from the adjustment tank 22 flows and a coil heater 7 that winds around the entire length of the heating pipe 31. . That is, the superheated steam heating unit 3 heats the raw water 500 supplied from the water supply unit 2 via the communication pipe 50 to the heating pipe 31 by the coil heater 7 to generate superheated steam, and the superheated steam is further heated to 600 ° C.- A brown gas containing hydrogen gas (H 2 ) is generated by heating to 700 ° C.
  • the coil heater 7 is covered with a heat insulating material 32 having a predetermined thickness.
  • the amount of raw water 500 supplied to the heating pipe 31 is kept constant by the adjustment tank 22. That is, as shown in FIG. 5, the liquid level 501 in the adjustment tank 22 and the liquid level 501 in the heating pipe 31 are at the same level.
  • the upper part of the heating pipe 31 above the liquid level 501 is a space where steam is generated, and the steam in the space is further heated to become superheated steam, which is heated to a higher temperature to generate brown gas. To do. Therefore, brown gas and superheated steam are mixed in the heating pipe 31 at a high temperature.
  • a control rod 4 for controlling the generation amount of hydrogen gas to be sufficiently obtained is accommodated in the heating pipe 31.
  • the control rod 4 will be described later.
  • the gas extraction unit 5 includes a heat radiating pipe 80, a gas delivery case 8, and a gas suction pipe 30 as shown in FIGS. That is, the gas delivery case 8 is connected to the other end of the heat radiating pipe 80 whose one end communicates with the upper portion of the heating pipe 31, and the gas suction pipe 30 communicates with the gas delivery case 8 via the outlet pipe 33.
  • an air supply fan 81 is accommodated in the gas delivery case 8.
  • the brown gas containing hydrogen gas and oxygen gas is smoothly sent out of the system from the gas suction pipe 30 (cannula).
  • the brown gas sent to the primary side of the air supply fan 81 in the gas supply case 8 is sucked by the air supply fan 81 through the outlet pipe 33 communicated with the secondary side of the air supply fan 81. It is delivered to the tube 30.
  • a water droplet discharge port is formed at the bottom of the gas delivery case 8 so as to communicate with the gas convection space 83 formed on the primary side of the air supply fan 81. And the base end of the drain pipe 86 is connected to this water droplet discharge port, and the front end faces the adjustment tank 22.
  • the water that has not been completely gas-liquid separated is condensed in the gas convection space 83 while condensing the condensed water. It is returned to the adjustment tank 22.
  • the heat radiating pipe 80 constituting a part of the gas extraction part 5 is formed in a coil shape to facilitate heat radiation, and constitutes a part of the cooling part 6. That is, it can be said that the cooling unit 6 is included in the gas extraction unit 5.
  • the cooling part 6 in this embodiment is equipped with the heat radiating pipe 80 and the cooling fan 62 (refer FIG. 5) arrange
  • the heat radiating tube 80 formed in a coil shape is disposed so as to surround the heat insulating material 32 of the superheated steam heating unit 3 as shown in FIGS. According to such a configuration, the internal space of the casing 1 can be effectively used, and the enlargement of the casing 1 can be prevented, thereby contributing to the downsizing of the hydrogen gas generator 10.
  • the cooling fan 62 is disposed so as to be inclined at a predetermined angle so that air can be blown so that the wind crosses the heat radiating pipe 80 obliquely upward. Therefore, the air can be efficiently applied to the heat radiating pipe 80, and the warm air deprived of heat from the heat radiating pipe 80 can be discharged out of the casing 1 from the exhaust port 132 formed in the side wall of the casing 1. Can do.
  • the raw water 500 supplied from the water supply tank 21 to the heating pipe 31 of the superheated steam heating unit 3 is heated by the coil heater 7 and becomes steam when it reaches 100 ° C. Then, the steam is further heated by the coil heater 7 to become superheated steam. When the temperature reaches 600 ° C. to 700 ° C., hydrogen and oxygen are separated to generate brown gas.
  • the brown gas containing hydrogen gas and oxygen gas can be supplied to the human body via the gas suction pipe 30 (cannula) (see FIG. 1). At this time, since the brown gas is sufficiently cooled by the cooling unit 6 (for example, about 20 to 25 ° C.), it can be sucked easily and safely.
  • the hydrogen gas generator 10 not only hydrogen gas but also oxygen gas is taken into the human body.
  • FIG. 6 is an explanatory view showing superheated steam heating part 3 of hydrogen gas generating device 10 concerning an embodiment by a longitudinal section view.
  • 7 is a front view showing the control rod 4 according to the embodiment, and
  • FIG. 8 is a cross-sectional view taken along line AA of FIG.
  • the heating pipe 31 into which the raw water 500 flows is attached to the upper end portion of the cylindrical body 330 to which the communication pipe 50 communicating with the water supply unit 2 is connected via a heat insulating sleeve 47.
  • the control rod 4 accommodated in the heating pipe 31 functions as an oxidation promoting member, and is made of, for example, a metal that easily oxidizes such as iron, in other words, a metal that easily rusts.
  • the configuration in which the oxidation promoting member is disposed in the heating pipe 31 is an experiment that the generation efficiency of hydrogen gas is remarkably increased when the steam generated in the heating pipe 31 is brought into contact with a rusting metal such as iron. It was recalled from what I found inside.
  • the control rod 4 includes a first iron rod 41 serving as a support and a plurality of second iron rods 42 disposed so as to surround the first iron rod 41.
  • the second iron rod 42 is a substantial oxidation promoting member, and here, a general steel material such as SS400 is used. Since the second iron bar 42 is exposed to the superheated steam in the heating pipe 31, it reacts with oxygen contained in the superheated steam and is oxidized. Therefore, black rust is generated on the surface of the second iron bar 42. It is considered that the generation of hydrogen gas is promoted by such an oxidation reaction.
  • the first iron bar 41 that becomes the support column of the control rod 4 uses stainless steel such as SUS304. As shown in FIG. 5, the first iron rod 41 is immersed in the raw water 500. This is because when the water is immersed in water and red rust is generated, the raw water 500 becomes red and cloudy, which is not preferable for appearance.
  • the second iron rods 42 are formed shorter than the first iron rods 41, and the upper and lower ends are welded and fixed to the first iron rods 41 at positions where they do not come into contact with the raw water 500.
  • the second iron rod 42 is connected to the first iron rod 41 by using a ring-shaped fastening body 43 provided at a predetermined interval. That is, the first metal bar 41 and the second metal bar 42 are bundled.
  • interval were used here, the number of the fastening bodies 43 is not limited to two.
  • symbol 331 in FIG. 6 is the water reservoir formed in the cylindrical body 330 connected with the heating pipe 31.
  • the second iron bar 42 has a smaller diameter than the first iron bar 41.
  • the five relatively small-diameter second iron bars 42 are arranged around the first iron bar 41 so as to form a space in which the steam passes smoothly in the heating pipe 31.
  • the second iron rod 42 has a small diameter so that the entire diameter of the control rod 4 including the first iron rod 41 and the second iron rod 42 disposed around the first iron rod 41 does not become unnecessarily large.
  • the relative thicknesses of the first iron rod 41 and the second iron rod 42 may be appropriately determined in consideration of the size of the heating pipe 31 and the above-described flow resistance.
  • control rod 4 is a first support column that prevents the axis of the control rod 4 from being tilted when housed in the heating pipe 31.
  • An inclination prevention ring 44 is provided in the vicinity of the upper end of the iron bar 41. Note that the number and arrangement positions of the inclination prevention rings 44 are not limited to the present embodiment, and can be designed as appropriate.
  • the control rod 4 is provided with a magnet member 48 at the lower end of the first iron rod 41 serving as a support.
  • a magnet member 48 for example, rust dropped from the surfaces of the first iron rod 41 and the second iron rod 42 can be adsorbed, and rust can be prevented from scattering. Therefore, it is possible to prevent the raw water 500 from being contaminated with fine rust particles.
  • control rod 4 according to the present embodiment is freely inserted into and removed from the heating pipe 31 as shown in FIG. Therefore, anyone can easily set the control rod 4 simply by inserting from the upper end opening of the heating pipe 31.
  • the upper end opening of the heating pipe 31 may be closed with the cap body 400.
  • reference numerals 401 and 402 denote seal members such as packing.
  • control rod 4 is disposed in the heating pipe 31, for example, as shown in FIG. 7, female screw portions 411 are provided at the upper end and the lower end of the first iron rod 41 serving as the support rod of the control rod 4.
  • a fixing means that is formed and connected to some member using an external thread is also conceivable. In this case, even if the casing 1 of the hydrogen gas generator 10 vibrates or tilts, there is no possibility that the control rod 4 tilts.
  • control rod 4 is provided with an evaporation promotion ring 45 at a position in contact with the raw water 500 in the lower half portion of the first iron rod 41. . Since this evaporation promotion ring 45 becomes high temperature, the evaporation of the raw water 500 is promoted by increasing the contact area of the raw water 500 with the high temperature portion.
  • FIG. 9 is a graph showing the amount of hydrogen gas generated with and without the control rod 4 being an oxidation promoting member. As shown in the figure, it has been found that the amount of hydrogen gas generated when the control rod 4 is provided is 10 to several hundred times that of the case where the control rod 4 is not provided. The hydrogen gas amount was measured at a position immediately downstream of the gas delivery case 8.
  • 10A and 10B are explanatory views showing a part of an oxidation promoting member according to another embodiment in a cross-sectional view. For example, as shown in FIGS. 10A and 10B, it is possible to increase the surface area by forming an uneven portion 46 at least on the surface of the second iron bar 42.
  • unevenness such as a screw thread is formed on the surface of one or both of the first iron rod 41 and the second iron rod 42.
  • either one or both of the first iron rod 41 and the second iron rod 42 are formed in a cylindrical shape. That is, since the steam passes through the inside of the first iron rod 41 and the second iron rod 42, the surface area to be oxidized can be further increased. Therefore, a further increase in the amount of hydrogen gas generated can be expected.
  • grooved part 46 is formed in the surface of either one of both the 1st iron bar 41 and the 2nd iron bar 42, or both, if an oxidation progresses, the level difference of the uneven
  • the hydrogen gas generation apparatus 10 As described above, in the hydrogen gas generation apparatus 10 according to the present embodiment, it is possible to improve the generation efficiency of brown gas and generate hydrogen gas more efficiently.
  • the superheated steam heating unit 3 includes the right side wall 14 that is the first side wall of the casing 1 and the second side wall as shown in FIG. Are arranged close to the corner 17 formed by the rear wall 15.
  • the superheated steam heating unit 3 that is at a high temperature is disposed in the vicinity of the corner 17 formed by the right side wall 14 and the rear wall 15.
  • the control unit 101 (FIG. 4) can be disposed in the vicinity of the left side wall 13 and away from the superheated steam heating unit 3 to avoid the influence of heat.
  • the elements of the other hydrogen gas generation unit 100 excluding the superheated steam heating unit 3 are efficiently arranged, and the hydrogen gas generation device 10. Can be made compact.
  • the bottom wall 16 of the casing 1 is provided with a plurality of outside air inlets 161 that contribute to weight reduction of the casing 1.
  • the hydrogen gas generator 10 according to the present embodiment is provided with a fan 9 that forcibly generates an updraft 600 in the casing 1 at an outside air inlet 161 formed in the bottom wall 16. is doing.
  • the fan 9 is arrange
  • the fan 9 is erected at the outside air inlet 161 provided in the vicinity of the superheated steam heating unit 3, and a part thereof is positioned so as to overlap the superheated steam heating unit 3 in plan view. ing.
  • outside air is raised along the surrounding surface of the superheated steam heating part 3, and the air cooling effect is heightened.
  • the air drawn from the outside air inlet 161 by the fan 9 becomes the rising airflow 600 and rises along the outer surface of the superheated steam heating unit 3, that is, the surface of the heat insulating material 32. While taking heat away.
  • a temperature monitoring sensor 102 is provided inside the casing 1, and the drive of the fan 9 is controlled by the control unit 101 according to the detection result of the temperature monitoring sensor 102. You can also.
  • FIG. 5 by providing a heat receiving plate 151 that receives radiant heat from the superheated steam heating unit 3 on the rear wall 15, an upward air flow 600 is generated between the heat receiving plate 151 and the inner surface of the rear wall 15.
  • a wind-up path 152 for allowing the heat receiving plate 151 to cool by air is formed.
  • the heat receiving plate 151 and the wind-up path 152 are also provided on the right side wall 14 (see FIG. 4).
  • the superheated steam heating unit 3 that is at a high temperature is disposed at the corner of the rectangular bottom wall 16 and is brought close to the two side walls (the right side wall 14 and the rear wall 15), so that heat is positively applied to the casing. It is transmitted to the 1 side. Therefore, the cooling effect of the superheated steam heating unit 3 can be further enhanced in combination with the air cooling by the ascending air current 600.
  • the hydrogen gas generation apparatus 10 has a compact structure in which the hydrogen gas generation unit 100 is efficiently accommodated in the rectangular box-shaped casing 1. And since the structure which can perform the arrangement
  • the hydrogen gas generation apparatus 10 can generate hydrogen gas more efficiently while reducing the size. Furthermore, the rise in the surface temperature of the casing 1 can be effectively suppressed.

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Abstract

　実施形態に係る水素ガス発生装置は、過熱蒸気加熱部と、ガス取出部とを備える。過熱蒸気加熱部は、原水を加熱して過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気をさらに加熱して水素ガスを含むブラウンガスを生成する。ガス取出部は、ブラウンガスと過熱蒸気とを含む混合流体から気液分離し、分離されたブラウンガスを取り出す。そして、過熱蒸気加熱部は、原水が流入する加熱パイプと、加熱パイプの周りに巻回されるコイルヒータとを備え、加熱パイプ内には、酸化促進部材が収納される。

Description

水素ガス発生装置
　開示の実施形態は、水素ガス発生装置に関する。
　従来、水素を人体内に取り込むことは、病変や機能障害を引き起こす原因となるとされる活性酸素種を除去するのに有効であることが知られていた。そこで、飽和蒸気から水素ガスを発生させ、この水素ガスを人体内に取り込むことを可能にする水素ガス発生装置が提案された（例えば、特許文献１を参照）。
　特許文献１に開示された水素ガス発生装置は、原料水を加熱装置により加熱して過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気から水素ガスを含むブラウンガスを生成する過熱蒸気加熱部を備えている。なお、ブラウンガスは、水素（Ｈ２）ガスと酸素（Ｏ２）ガスとが、略２：１の割合で含まれる混合気体であり、酸水素ガスとも呼ばれる。
特開２０１３－１５１４００号公報
　かかるブラウンガスは、今後も需要増加が見込まれるため、現状よりも発生効率の向上が求められる。
　実施形態の一態様は、上記に鑑みてなされたものであって、ブラウンガスの発生効率をより向上させることのできる水素ガス発生装置を提供することを目的とする。
　実施形態の一態様に係る水素ガス発生装置は、過熱蒸気加熱部と、ガス取出部とを備える。過熱蒸気加熱部は、原水を加熱して過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気をさらに加熱して水素ガスを含むブラウンガスを生成する。ガス取出部は、前記ブラウンガスと前記過熱蒸気とを含む混合流体から気液分離し、分離された前記ブラウンガスを取り出す。そして、前記過熱蒸気加熱部は、前記原水が流入する加熱パイプと、当該加熱パイプの周りに巻回されるコイルヒータとを備え、前記加熱パイプ内には、酸化促進部材が収納される。
　実施形態の一態様によれば、装置の大型化を避けつつ、効率的にブラウンガスを発生させるとともに、より効率よく水素ガスを発生させることができる。
図１は、実施形態に係る水素ガス発生装置の使用状態を示す説明図である。 図２は、実施形態に係る水素ガス発生装置の構成例の一例を示す模式的説明図である。 図３は、実施形態に係る水素ガス発生ユニットの構成の一例を正面視により示す説明図である。 図４は、実施形態に係る水素ガス発生ユニットの構成の一例を平面視により示す説明図である。 図５は、実施形態に係る水素ガス発生ユニットの構成の一例を側面視により示す説明図である。 図６は、実施形態に係る水素ガス発生装置の過熱蒸気加熱部を縦断面視で示す説明図である。 図７は、実施形態に係る酸化促進部材を示す正面図である。 図８は、図７のＡ－Ａ線における断面図である。 図９は、酸化促進部材を備える場合と備えない場合との水素ガスの発生量を示すグラフである。 図１０Ａは、他の実施形態に係る酸化促進部材の一部を断面視で示す説明図である。 図１０Ｂは、さらなる他の実施形態に係る酸化促進部材の一部を断面視で示す説明図である。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示する水素ガス発生装置１０の実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
　先ず、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０の概要について、図１を用いて説明する。図１は、実施形態に係る水素ガス発生装置１０の使用状態を示す説明図である。
　本実施形態に係る水素ガス発生装置１０は、人体内に取り込み可能な水素ガス（Ｈ２）を生成するものである。図１に示すように、使用者は、ケーシング１から伸延するガス吸入管３０の先端を鼻や口に装着して、生成した水素ガスを吸引することができる。ガス吸入管３０としては、例えば、カニューレなどを好適に用いることができる。なお、ここでは、使用者を一人としたが、ガス吸入管３０の接続部１３３を複数設けたり、ガス吸入管３０を複数に分岐させたりすることで、２人以上の使用も可能である。
　水素ガス発生装置１０のケーシング１は、底壁１６と、天井壁１１と、４つの周壁１２，１３，１４，１５（図４を参照）とにより矩形箱状に形成されており、底壁１６の４隅には球状のキャスタ２０が取付けられる。
　また、かかるケーシング１は、適宜の厚みからなるステンレスあるいは鋼板により形成される。図１に示すように、天井壁１１には、その面積の大部分を占める上部点検口１１０が形成されており、かかる上部点検口１１０は、蓋体１１１で着脱自在に覆われる。そして、蓋体１１１の前側に、電源スイッチ１１２と、操作部として機能するタッチパネル１１３とが設けられる。
　また、ケーシング１の周壁の１つである前壁１２には、その面積の大部分をしめる前部点検口１２０が形成される。かかる前部点検口１２０には、図示しないヒンジを介して、取っ手１２２を有する前面扉１２１が開閉自在に取付けられる。
　さらに、ケーシング１の周壁の一つである左側壁１３にも、その面積の大部分をしめる側部点検口１３０が形成され、この側部点検口１３０は蓋体１３１で着脱自在に覆われる。なお、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０では、側部点検口１３０から後述する制御ユニット１０１（図３および図４参照）のメンテナンスが可能となる。側部点検口１３０の上方、上縁部近傍位置には、複数の排気口１３２，１３２が形成される。かかる排気口１３２，１３２の前方位置には、ガス吸入管３０の接続部１３３が設けられる。
　なお、複数の排気口１３２，１３２は、ケーシング１の周壁を構成する右側壁１４、後壁１５の上縁部近傍位置にも形成される。
　ケーシング１の内部には、水素ガス発生ユニット１００が収納される。以下、図２～図５を参照して水素ガス発生ユニット１００のレイアウトを含む具体的な構成について説明する。
　図２は、実施形態に係る水素ガス発生装置１０の構成例の一例を示す模式的説明図である。図３は、実施形態に係る水素ガス発生ユニット１００の構成の一例を正面視により示す説明図、図４は、同水素ガス発生ユニット１００の構成の一例を平面視により示す説明図、図５は、同水素ガス発生ユニット１００の構成の一例を側面視により示す説明図である。なお、図３および図５において、符号１９は水素ガス発生装置１０の設置面を示す。また、図２のみならず、いずれの図面においても、理解を容易にするために適宜簡略化してある。
　水素ガス発生装置１０の水素ガス発生ユニット１００は、図２に示すように、給水部２と、過熱蒸気加熱部３と、ガス取出部５と、冷却部６とを備える。
　かかる構成において、給水部２から供給された原水を過熱蒸気加熱部３により加熱して蒸気を生成するとともに、その蒸気をさらに加熱して過熱蒸気を生成し、さらなる加熱によって水素ガスを含むブラウンガスを生成する。次いで、蒸気と分離したブラウンガスを冷却部６によって人体に吸引可能な温度まで低下させてガス取出部５から取り出し、水素ガスを吸入可能としている。
　より具体的に説明すると、給水部２は、図２～図５に示すように、原水５００を貯留する給水タンク２１と、過熱蒸気加熱部３に供給される原水５００の液面を調整する調整タンク２２とを備える。給水タンク２１内には、原水５００の水量を検出するレベルスイッチ２１０が配設され、調整タンク２２には、図３および図５に示すように、給水レベル計２２１が設けられる。
　調整タンク２２には、排水バルブ２２２を介して排水ホース２２０が取付けられており、調整タンク２２内の水を抜くことができる。かかる給水タンク２１と調整タンク２２とを、電磁弁２３を介して給水管４０により連通している。電磁弁２３の開閉動作は、給水レベル計２２１の値に応じて制御ユニット１０１（図４）により制御される。なお、図３および図４において、符号４１０は、給水管４０のカプラを示す。また、図３および図５において、符号２１９は給水レベル計２２１が備えるフロートを示す。
　過熱蒸気加熱部３は、加熱装置として、図２に示すように、調整タンク２２からの原水５００が流入する加熱パイプ３１と、その略全長に亘って周りを巻回するコイルヒータ７とを備える。すなわち、過熱蒸気加熱部３は、給水部２より連通管５０を介して加熱パイプ３１に供給された原水５００をコイルヒータ７で加熱して過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気をさらに６００℃～７００℃まで加熱して水素ガス（Ｈ２）を含むブラウンガスを生成する。なお、コイルヒータ７の周りは所定の厚みを有する断熱材３２で被覆される。
　加熱パイプ３１に供給される原水５００の量は、調整タンク２２によって一定に保たれる。すなわち、図５に示すように、調整タンク２２における液面５０１と加熱パイプ３１内の液面５０１は同レベルとなる。なお、加熱パイプ３１内の液面５０１よりも上部は蒸気が発生する空間であり、かかる空間内の蒸気がさらに加熱されることで過熱蒸気となり、これをさらに高温加熱することでブラウンガスが発生する。したがって、加熱パイプ３１の内部には、ブラウンガスと過熱蒸気とが高温状態で混在する。
　ところで、図５に示すように、加熱パイプ３１内には、水素ガスの発生量を十分得られるように制御するための制御棒４が収納される。かかる制御棒４については、後に出述するが、この制御棒４を設けることによって、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０は、水素ガスの発生効率を著しく高めることが可能となる。
　ガス取出部５は、図２～図５に示すように、放熱管８０と、ガス送出ケース８と、ガス吸入管３０とを備える。すなわち、一端が加熱パイプ３１の上部に連通する放熱管８０の他端にガス送出ケース８が接続され、このガス送出ケース８にガス吸入管３０が導出管３３を介して連通する。
　ガス送出ケース８には、図３および図５に示すように、送気ファン８１が収納される。この送気ファン８１の作動により、水素ガスおよび酸素ガスを含むブラウンガスが、ガス吸入管３０（カニューレ）から円滑に系外へと送り出される。
　すなわち、ガス送出ケース８内における送気ファン８１の一次側に送られてきたブラウンガスは、送気ファン８１により、当該送気ファン８１の二次側に連通した導出管３３を介してガス吸入管３０へと送出される。
　送気ファン８１の一次側に形成されるガス対流空間８３に連通するように、ガス送出ケース８の底部には水滴排出口が形成される。そして、この水滴排出口にドレーンパイプ８６の基端を接続し、先端を調整タンク２２内に臨ませている。このように、ガス送出ケース８においては、ブラウンガスを円滑に送気しながら、完全に気液分離されていない蒸気をガス対流空間８３で滞留させながら復水して、復水された水を調整タンク２２に戻している。
　ところで、ガス取出部５の一部を構成する放熱管８０は、図２～図５に示すように、コイル状に構成して放熱しやすくし、冷却部６の一部を構成する。すなわち、冷却部６は、ガス取出部５に含まれるとも言える。そして、本実施形態における冷却部６は、放熱管８０と、放熱管８０に向けて送風できるように配設された冷却ファン６２（図５参照）とを備える。
　コイル状に形成された放熱管８０は、図３～図５に示すように、過熱蒸気加熱部３の断熱材３２の周りを囲むように配設される。かかる構成によれば、ケーシング１の内部空間を有効利用することができ、ケーシング１の大型化を防止することで、水素ガス発生装置１０の小型化に寄与することができる。
　冷却ファン６２は、図５に示すように、所定角度だけ傾けて配設しており、風が放熱管８０を斜め上方に横切るように送風可能としている。したがって、放熱管８０に効率的に風を当てることができ、なおかつ、放熱管８０から熱を奪った暖かい空気は、ケーシング１の側壁に形成された排気口１３２からケーシング１の外へ排出させることができる。
　上述した構成により、給水タンク２１から過熱蒸気加熱部３の加熱パイプ３１に供給された原水５００は、コイルヒータ７により加熱され、１００℃に達すると蒸気となる。そして、かかる蒸気がコイルヒータ７によりさらに加熱されて過熱蒸気となり、さらに温度が６００℃～７００℃に達すると水素と酸素とが分離してブラウンガスが生成される。
　こうして、水素ガスおよび酸素ガスを含むブラウンガスを、ガス吸入管３０（カニューレ）を介して人体に供給することができる（図１参照）。このとき、ブラウンガスは、冷却部６によって、十分に冷却されているため（例えば２０～２５℃程度）、容易かつ安全に吸引することができる。なお、本水素ガス発生装置１０では、水素ガスのみならず酸素ガスも人体に取り込まれる。
　ここで、図６～図８を参照しながら、過熱蒸気加熱部３の構成について説明を加える。すなわち、水素ガス発生装置１０の過熱蒸気加熱部３を構成する加熱パイプ３１内には、前述したように、水素ガスの発生量を十分得られるように制御する制御棒４が収納されている。以下、かかる制御棒４について具体的に説明する。図６は、実施形態に係る水素ガス発生装置１０の過熱蒸気加熱部３を縦断面視で示す説明図である。また、図７は、実施形態に係る制御棒４を示す正面図、図８は、図７のＡ－Ａ線における断面図である。
　原水５００が流入する加熱パイプ３１は、給水部２と連通する連通管５０が接続された筒状体３３０の上端部に、断熱用スリーブ４７を介して取付けられる。かかる加熱パイプ３１の中に収納された制御棒４は、酸化促進部材として機能するもので、たとえば、鉄などの酸化し易い金属、換言すれば錆び易い金属から構成される。かかる酸化促進部材を加熱パイプ３１内に配設する構成は、当該加熱パイプ３１内で発生する蒸気を、鉄などの錆びやすい金属に触れさせたとき、水素ガスの発生効率が著しく高まることを実験中に発見したことから想起されたものである。
　本実施形態に係る制御棒４は、図６に示すように、支柱となる第１の鉄棒４１と、この第１の鉄棒４１の周りを囲むように配設された複数の第２の鉄棒４２とを備える。かかる第２の鉄棒４２が、実質的な酸化促進部材となるもので、ここでは、ＳＳ４００などの一般的な鉄鋼材を用いている。第２の鉄棒４２は、加熱パイプ３１内において過熱蒸気に晒されるため、当該過熱蒸気に含まれる酸素と反応して酸化する。そのため、第２の鉄棒４２の表面には黒錆が発生する。かかる酸化反応によって、水素ガスの発生が促進されていると考えられる。
　他方、制御棒４の支柱となる第１の鉄棒４１は、ＳＵＳ３０４などのステンレス鋼を用いている。第１の鉄棒４１は、図５に示すように、原水５００に浸かる。水に浸かって赤錆が発生すると原水５００が赤く濁ってしまい、見映えとして好ましくないからである。
　第２の鉄棒４２は、それぞれ第１の鉄棒４１よりも短く形成されており、原水５００と接触しない位置で、上下端を第１の鉄棒４１に溶接して固定している。なお、本実施形態では、さらに、所定間隔をあけて設けられるリング状の締結体４３を用いて、第２の鉄棒４２を第１の鉄棒４１と連結している。すなわち、第１の金属棒４１と第２の金属棒４２とが束ねられた構造としている。なお、ここでは、所定の間隔をあけて設けた２つの締結体４３を用いたが、締結体４３の数は２つに限定されるものではない。なお、図６において符号３３１で示されるものは加熱パイプ３１と接続する筒状体３３０の中にに形成された水溜部である。
　また、図８に示すように、本実施形態に係る第２の鉄棒４２は、第１の鉄棒４１よりも小径としている。そして、かかる相対的に小径の５本の第２の鉄棒４２を、加熱パイプ３１内において蒸気が円滑に通過する空間が形成されるように、第１の鉄棒４１の周りに間隔をあけて配設している。ここでは、第１の鉄棒４１と、これの周りに配設した第２の鉄棒４２からなる制御棒４の全体の径が無用に大きくならないように、第２の鉄棒４２を小径とした。しかし、第１の鉄棒４１および第２の鉄棒４２の相対的な太さなどは、加熱パイプ３１の大きさ、上記の流通抵抗などを勘案して、適宜決定してよい。
　また、本実施形態に係る制御棒４は、図６および図７に示すように、加熱パイプ３１に収納した際に、制御棒４の軸心が傾くことのないように、支柱となる第１の鉄棒４１の上端近傍に傾き防止リング４４を設けている。なお、この傾き防止リング４４の数や配設位置は、本実施形態に限定されるものではなく、適宜設計可能である。
　また、図６に示すように、本実施形態に係る制御棒４は、支柱となる第１の鉄棒４１の下端にマグネット部材４８を設けている。このマグネット部材４８を設けることで、例えば、第１の鉄棒４１や第２の鉄棒４２の表面から脱落した錆を吸着することができ、錆が散乱することを防止できる。よって、原水５００が細かい錆の粒子などで汚れることを防止することができる。
　また、本実施形態に係る制御棒４は、図６に示すように、加熱パイプ３１内に抜き差し自在としている。そのため、加熱パイプ３１の上端開口から挿通するだけで、誰でも簡単に制御棒４をセットすることができる。制御棒４を加熱パイプ３１内に収納した後は、当該加熱パイプ３１の上端開口をキャップ体４００で閉塞するとよい。反対に、制御棒４などを交換したりするために、加熱パイプ３１から取り出す場合は、キャップ体４００を外して開蓋すれば、第１の鉄棒４１の上端を摘んで簡単に抜き出すことができる。なお、図６において、符号４０１，４０２はパッキンなどのシール部材を示す。
　なお、制御棒４を加熱パイプ３１内に配設する他の実施形態として、例えば、図７に示すように、制御棒４の支柱となる第１の鉄棒４１の上端および下端に雌ねじ部４１１を形成して、雄ねじを用いて何らかの部材に連結する固定手段も考えられる。この場合、水素ガス発生装置１０のケーシング１が振動したり、傾いたりしても、制御棒４が傾いたりするおそれがなくなる。
　また、図５～図７に示すように、本実施形態に係る制御棒４は、第１の鉄棒４１の下半部において、原水５００と接触する位置に、蒸発促進リング４５が設けられている。この蒸発促進リング４５は高温になるため、原水５００が高温部分との接触面積を増加させることで、原水５００の蒸発促進を図っている。
　図９は、酸化促進部材である制御棒４を備える場合と備えない場合との水素ガスの発生量を示すグラフである。図示するように、制御棒４を備える場合の水素ガスの発生量は、制御棒４を備えない場合よりも十数倍～数百倍となることが分かった。なお、水素ガス量の測定位置は、ガス送出ケース８の直下流位置で行った。
　以上、本実施形態に係る制御棒４について説明したが、制御棒４の構成は、上述の形態に限定されないことは言うまでもない。図１０Ａ，１０Ｂは、他の実施形態に係る酸化促進部材の一部を断面視で示す説明図である。例えば、図１０Ａ，１０Ｂに示すように、少なくとも第２の鉄棒４２の表面に凹凸部４６を形成して、表面積を増大させることができる。
　すなわち、図１０Ａに示す例では、第１の鉄棒４１および第２の鉄棒４２のいずれか一方、または両方の表面に、ねじ山のような凹凸を形成している。これにより、酸化する表面積が増大するため、酸化促進部材としての機能が促進され、水素ガスの発生量の増加が期待できる。
　また、図１０Ｂに示す例では、さらに、第１の鉄棒４１および第２の鉄棒４２のいずれか一方、または両方を筒状に形成している。すなわち、第１の鉄棒４１や第２の鉄棒４２の内部を蒸気上記が通過するようにしているので、酸化する表面積をさらに増大させることが可能となる。したがって、水素ガスの発生量のさらなる増加が期待できる。
　また、第１の鉄棒４１および第２の鉄棒４２のいずれか一方、または両方の表面に凹凸部４６を形成しているため、酸化が進行すると凹凸部４６の高低差が縮まり、表面がややなだらかになる。よって、その凹凸部４６の高低差を目視することにより、制御棒４の交換時期なども推定しやすくなる。なお、制御棒４の交換時期としては、例えば、経験値に基づいて決定しても構わない。
　以上説明してきたように、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０では、ブラウンガスの発生効率を向上させ、水素ガスを、より効率よく発生させることが可能となる。
　上述してきた構成において、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０は、過熱蒸気加熱部３が、図４に示すように、ケーシング１の第１の側壁である右側壁１４と、第２の側壁である後壁１５とで形成される角部１７に近接配置される。
　すなわち、断熱材３２でコイルヒータ７を被覆しているものの、高温となる過熱蒸気加熱部３を、右側壁１４と後壁１５とで形成される角部１７の近傍に配置している。これにより、たとえば、制御ユニット１０１（図４）を、左側壁１３の近傍に配設して過熱蒸気加熱部３から遠ざけ、熱による影響を回避することができる。さらに、ケーシング１内における左側壁１３から前壁１２側にかけて形成される空間に、過熱蒸気加熱部３を除く他の水素ガス発生ユニット１００の要素を効率的に配置して、水素ガス発生装置１０をコンパクト化することが可能となる。
　また、図４に示すように、ケーシング１の底壁１６には、ケーシング１の軽量化にも寄与する複数の外気導入口１６１が設けられている。さらに、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０は、図４に示すように、ケーシング１内に上昇気流６００を強制的に発生させるファン９を、底壁１６に形成した外気導入口１６１に臨設している。ここでは、ファン９を、その一部が平面視で過熱蒸気加熱部３と重なるように配置している。すなわち、複数の外気導入口１６１のうち、過熱蒸気加熱部３の近傍に設けられた外気導入口１６１にファン９を臨設し、一部が平面視で過熱蒸気加熱部３と重なるように位置させている。かかる構成とすることによって、外気を、過熱蒸気加熱部３の周面に沿って上昇させ、空冷効果を高めるようにしている。
　かかる構成により、図５に示すように、ファン９によって外気導入口１６１から引き込まれた空気は上昇気流６００となって、過熱蒸気加熱部３の外表面、すなわち断熱材３２の表面に沿って上昇しながら熱を奪っていくことになる。
　なお、ケーシング１の内部には、図３に示すように、温度監視センサ１０２を設けており、ファン９の駆動については、制御ユニット１０１により、温度監視センサ１０２の検出結果に応じて制御することもできる。
　また、図５に示すように、後壁１５に、過熱蒸気加熱部３からの輻射熱を受ける受熱板１５１を設けることにより、受熱板１５１と後壁１５の内面との間に、上昇気流６００を通過させて受熱板１５１を空冷する昇風路１５２を形成している。なお、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０では、受熱板１５１および昇風路１５２は、右側壁１４にも設けている（図４を参照）。
　このように、高温となる過熱蒸気加熱部３を、四角形の底壁１６の隅部に配置し、２つの側壁（右側壁１４および後壁１５）に近接させることにより、積極的に熱をケーシング１側に伝達している。したがって、過熱蒸気加熱部３については、上昇気流６００による空冷と相俟って、冷却効果をより高めることができる。
　過熱蒸気加熱部３の外表面に沿って流れる上昇気流６００も、昇風路１５２を通過する上昇気流６００も、側壁の上部位置に設けられた排気口１３２から外部へ円滑に流出するため、ケーシング１内は、常温の外部空気が常時流入することになる。
　以上説明してきたように、本実施形態に係る水素ガス発生装置１０は、矩形箱型のケーシング１内に水素ガス発生ユニット１００を効率的に収納し、コンパクトな構造となっている。しかも、高温になる過熱蒸気加熱部３を収納していながら、その配置や効果的な空冷を行える構造を実現したため、ケーシング１まで高温になることを防止することができる。そして、何よりも、過熱蒸気加熱部３の加熱パイプ３１内に、酸化促進部材となる制御棒４を収納したことにより、より効率的に水素ガスを発生させることができる。
　以上、説明してきたように、上述してきた実施形態に係る水素ガス発生装置１０は、小型化を図りつつ、より効率的に水素ガスを発生させることができる。さらに、ケーシング１の表面温度の上昇を効果的に抑制することができる。
　さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。このため、本発明のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。
　３　　過熱蒸気加熱部
　４　　制御棒（酸化促進部材）
　５　　ガス取出部
　７　　コイルヒータ
　１０　　水素ガス発生装置
　１１　　天井壁
　１４　　右側壁（第１の側壁）
　１５　　後壁（第２の側壁）
　１６　　底壁
　１７　　角部
　４１　　第１の鉄棒（金属棒）
　４２　　第２の鉄棒（金属棒）
　４６　　凹凸部

Claims (6)

  1. 　原水を加熱して過熱蒸気を発生させ、この過熱蒸気をさらに加熱して水素ガスを含むブラウンガスを生成する過熱蒸気加熱部と、
    　前記ブラウンガスと前記過熱蒸気とを含む混合流体から気液分離し、分離された前記ブラウンガスを取り出すガス取出部と
    を備え、
    　前記過熱蒸気加熱部は、前記原水が流入する加熱パイプと、当該加熱パイプの周りに巻回されるコイルヒータとを備え、
    　前記加熱パイプ内には、酸化促進部材が収納される
    ことを特徴とする水素ガス発生装置。
  2. 　前記酸化促進部材は、金属棒を有することを特徴とする請求項１に記載の水素ガス発生装置。
  3. 　前記金属棒の周面に凹凸部を形成したことを特徴とする請求項２に記載の水素ガス発生装置。
  4. 　前記酸化促進部材は、前記金属棒を複数本束ねた構造としたことを特徴とする請求項２または３に記載の水素ガス発生装置。
  5. 　前記酸化促進部材は、鉄鋼材からなることを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の水素ガス発生装置。
  6. 　前記過熱蒸気加熱部は、矩形箱型に形成したケーシングの第１の側壁と第２の側壁とで形成される角部に近接配置される
    ことを特徴とする請求項１～３のいずれか１つに記載の水素ガス発生装置。
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