WO2022181801A1 - 水素製造装置 - Google Patents

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WO2022181801A1
WO2022181801A1 PCT/JP2022/008056 JP2022008056W WO2022181801A1 WO 2022181801 A1 WO2022181801 A1 WO 2022181801A1 JP 2022008056 W JP2022008056 W JP 2022008056W WO 2022181801 A1 WO2022181801 A1 WO 2022181801A1
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WO
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reaction medium
hydrogen production
heat transfer
transfer member
heat
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PCT/JP2022/008056
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English (en)
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裕一 阿部
丈司 大隈
Original Assignee
京セラ株式会社
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    • 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
    • C01B3/068—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 the hydrogen being generated from the water as a result of a cyclus of reactions, not covered by groups C01B3/063 or C01B3/105
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • C01B2203/0833—Heating by indirect heat exchange with hot fluids, other than combustion gases, product gases or non-combustive exothermic reaction product gases
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    • C01B2203/08—Methods of heating or cooling
    • C01B2203/0872—Methods of cooling
    • C01B2203/0883—Methods of cooling by indirect heat exchange
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
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    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the disclosed embodiments relate to hydrogen production equipment.
  • An object of one aspect of the embodiment is to provide a hydrogen production apparatus capable of improving hydrogen production efficiency.
  • a hydrogen production apparatus includes a reaction medium, a container, a heating section, a steam supply section, and a cooling section.
  • a vessel contains the reaction medium.
  • the heating unit heats the reaction medium.
  • the steam supply unit supplies steam to the reaction medium.
  • the cooling part cools the reaction medium.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to Modification 1 of the first embodiment.
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 2 of the first embodiment.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to Modification 3 of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production device according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to Modification 1 of the second embodiment.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 2 of the second embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production apparatus according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to Modification 1 of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 3 of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a diagram schematically showing the configuration and operation of the hydrogen production device according to the third embodiment.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing the configuration and operation of the hydrogen production device according to the third embodiment.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 1 of the third embodiment.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 2 of the third embodiment.
  • FIG. 13 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 3 of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 3 of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 3 of the third embodiment.
  • FIG. 15 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 4 of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production apparatus according to modification 4 of the third embodiment.
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing the configuration of a moving mechanism according to modification 5 of the third embodiment.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production device 1 according to the first embodiment.
  • a hydrogen production apparatus 1 according to the first embodiment includes a container 11 , an industrial furnace 12 , a heat transfer member 13 , a steam supply section 14 and a recovery mechanism 15 .
  • the industrial furnace 12 is an example of a heating section.
  • the container 11 accommodates the reaction medium 10 used for producing hydrogen.
  • the reaction medium 10 is a cylindrical porous body having a central channel through which various fluids can pass.
  • the material of the reaction medium 10 is, for example, an oxide that is thermally reduced to produce oxygen vacancies.
  • the reaction medium 10 may be provided with various measuring instruments for managing the reaction state of the reaction medium 10.
  • a measuring instrument for example, a displacement meter, a weight meter, an electrometer, or the like can be used. These measuring instruments may be used in combination as appropriate.
  • the displacement meter can measure the expansion and contraction of the reaction medium 10 as an indicator of the reaction state of the reaction medium 10.
  • a weight scale can measure an increase or decrease in weight of the reaction medium 10 .
  • An electrometer can measure changes in potential of a conductive element attached to the reaction medium 10 .
  • the conductive element for example, ceramics having oxygen defects such as titanium oxide or rare earth-stabilized zirconium oxide can be used.
  • the potential can be measured by the change in oxygen ion conduction in response to .
  • the reaction medium 10 since it is the same ceramic as the perovskite oxide, it has substantially the same coefficient of thermal expansion, and cracks due to the difference in coefficient of thermal expansion during temperature cycles are less likely to occur.
  • the reaction medium 10 may be provided with a temperature sensor capable of detecting the temperature of the reaction medium 10 .
  • the shape of the reaction medium 10 is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a rectangular cylindrical shape.
  • the industrial furnace 12 is a variety of furnaces that are used in various industries and have high internal temperatures.
  • the industrial furnace 12 is, for example, a firing furnace, a heat treatment furnace, a power plant, a waste incinerator, a blast furnace, an electric furnace, an industrial gas synthesizing device, a gasification device, a cement clinker firing furnace, or the like.
  • the heat transfer member 13 transports the heat H generated in the industrial furnace 12 into the container 11, and the heat H reduces the reaction medium 10. Reduction of the reaction medium 10 is achieved, for example, by heating the reaction medium 10 to a temperature of about 800° C. with heat H transported from the industrial furnace 12 .
  • the temperature for reducing the reaction medium 10 may be higher than 800°C.
  • the heat transfer member 13 is, for example, a hollow member whose both ends are attached to the outer wall of the industrial furnace 12 and the reaction medium 10 respectively.
  • the heat transfer member 13 may be, for example, a heat pipe in which a heat transfer medium is enclosed inside a tubular body.
  • the heat transfer member 13 may be, for example, a hollow body having therein a flow path through which a heat transfer medium can flow.
  • the heat transfer medium used for the heat transfer member 13 examples include sodium, water, oil, and the like.
  • the heat H can be efficiently transferred by using sodium as the heat transfer medium of the heat transfer member 13 .
  • examples of materials for the tubular body used for the heat transfer member 13 include highly corrosion-resistant materials such as inconel, beryllia, and boron nitride. Further, when the heat transfer medium of the heat transfer member 13 is water or oil, examples of the material of the tubular body used for the heat transfer member 13 include ceramics and stainless steel.
  • the steam supply unit 14 supplies steam V into the container 11 .
  • Steam V fed into vessel 11 is decomposed into oxygen and hydrogen upon contact with reduced reaction medium 10 . That is, when the reduced reaction medium 10 and the water vapor V come into contact with each other, oxygen contained in the water vapor V is taken into the oxygen defects of the reaction medium 10 and hydrogen is generated.
  • Generation of hydrogen is realized, for example, by bringing the reaction medium 10 into contact with water vapor V after the temperature of the reduced reaction medium 10 is lowered to about 600°C.
  • the steam supply unit 14 has a raw water supply source 14a, a water supply pipe 14b, a steam generator 14c, and a steam supply pipe 14d.
  • the water supply pipe 14b is an example of a cooling section.
  • the raw water supply source 14a is, for example, a tank that stores the raw water W that is the raw material of the steam V.
  • the raw water W stored in the raw water supply source 14a may be water that is removed when the recovery mechanism 15 recovers hydrogen and oxygen.
  • the water supply pipe 14b is a pipe that connects the raw water supply source 14a and the steam generator 14c, and supplies the raw water W supplied from the raw water supply source 14a to the steam generator 14c.
  • the water vapor generator 14c generates water vapor V from the raw water W.
  • the steam generator 14c is arranged adjacent to the industrial furnace 12, for example. Thereby, in the first embodiment, the heat H generated from the industrial furnace 12 can be used to generate the water vapor V.
  • the energy required to generate the water vapor V can be reduced, so that the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be improved.
  • the water vapor supply pipe 14d is a pipe that connects the water vapor generating portion 14c and the container 11, and supplies the water vapor V generated by the water vapor generating portion 14c to the inside of the container 11.
  • the collection mechanism 15 is connected to an opening 11a provided in the container 11 via a pipe 15a.
  • the recovery mechanism 15 has a plurality of recovery units for recovering the gas generated inside the container 11 and the gas remaining inside the container 11 .
  • the recovery mechanism 15 includes a recovery unit for recovering hydrogen generated within the container 11, a recovery unit for recovering oxygen generated within the container 11, and a recovery unit for recovering atmosphere such as moisture remaining in the container 11. and
  • Various sensors for detecting the amount of gas generated in the container 11 may be provided at the opening 11a of the container 11 to which the recovery mechanism 15 is connected.
  • the sensor for example, an infrared flow sensor, a differential thermal flow sensor, a partial pressure sensor, or the like can be used.
  • the hydrogen production device 1 further has a control unit (not shown).
  • a control unit is, for example, a computer including a processor, storage unit, input device, display device, and the like.
  • a storage unit of the control unit stores a control program for controlling various processes executed by the hydrogen production apparatus 1 by the processor.
  • the processor of the control unit operates based on the control program stored in the storage unit to control the operation of the hydrogen production device 1 as a whole.
  • the water supply pipe 14b is arranged so as to be in contact with the reaction medium 10, as shown in FIG.
  • the reaction medium 10 can be quickly cooled by the raw water W flowing through the water supply pipe 14b when the temperature of the reaction medium 10 for which the reduction treatment is completed is lowered to the temperature required for the oxidation treatment.
  • the reaction medium 10 that has undergone the reduction treatment can be quickly transferred to the oxidation treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be shortened. Therefore, according to the first embodiment, the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be improved.
  • the energy required to generate the steam V using the raw water W can be reduced. . Therefore, according to the first embodiment, it is possible to further improve the efficiency of hydrogen generation in the hydrogen production device 1 .
  • the heat H generated in the industrial furnace 12 is used to heat the reaction medium 10 .
  • the waste heat of the industrial furnace 12 can be used to produce hydrogen.
  • the control unit transports heat H to the reaction medium 10 via the heat transfer member 13 .
  • the reaction medium 10 is reduced, oxygen is released from the reaction medium 10, and oxygen defects are generated.
  • control unit preferably stops the supply of the raw material water W to the water vapor generating unit 14c. As a result, it is possible to suppress the reaction medium 10 from being cooled by the raw material water W, so that the reaction medium 10 can be efficiently reduced.
  • control unit operates the water vapor supply unit 14 to supply water vapor V to the reaction medium 10 for which the reduction treatment has been completed.
  • the water vapor V supplied into the container 11 is introduced into a channel formed in the center of the reaction medium 10 .
  • the water vapor V introduced into the flow path in the reaction medium 10 contacts the reduced reaction medium 10 and is decomposed into oxygen and hydrogen.
  • Decomposition of the water vapor V progresses radially from the center of the reaction medium 10 toward the outer periphery.
  • oxygen contained in the water vapor V is taken into the oxygen defects of the reaction medium 10 and hydrogen is generated.
  • the control unit may continue transporting heat H from the industrial furnace 12 to the reaction medium 10, or stop transporting heat H from the industrial furnace 12 to the reaction medium 10.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to Modification 1 of the first embodiment. As shown in FIG. 2, in Modification 1 of the first embodiment, the water supply pipe 14b spirally winds around the cylindrical reaction medium 10 .
  • the heat transfer member 13 that transfers the heat H to the reaction medium 10 may be arranged between the spirally wound water supply pipe 14 b and the reaction medium 10 . Thereby, the heat H can be more efficiently transferred from the heat transfer member 13 to the reaction medium 10 .
  • Modification 1 the temperature of the reaction medium 10 that has undergone the oxidation treatment can be quickly raised to shift to the reduction treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened. Therefore, according to Modification 1 of the first embodiment, it is possible to further improve the hydrogen generation efficiency in the hydrogen production device 1 .
  • the upstream side portion 14 b 1 of the water supply pipe 14 b may be arranged on the industrial furnace 12 side of the heat transfer member 13 .
  • FIG. 3 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production device 1 according to Modification 2 of the first embodiment.
  • the heat transfer member 13 is spirally wound around the cylindrical reaction medium 10 . Thereby, the heat transfer member 13 can more efficiently transfer the heat H from the heat transfer member 13 to the reaction medium 10 .
  • the temperature of the reaction medium 10 that has undergone the oxidation treatment can be quickly raised to shift to the reduction treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened. Therefore, according to Modified Example 2 of the first embodiment, the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • the water supply pipe 14b and the heat transfer member 13 may alternately spirally wind around the reaction medium 10, as shown in FIG.
  • the temperature of the reaction medium 10 can be made uniform. Therefore, according to Modification 2 of the first embodiment, hydrogen can be stably produced from the reaction medium 10 .
  • the upstream side portion 14b1 of the water supply pipe 14b may be arranged on the industrial furnace 12 side of the heat transfer member 13 .
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to Modification 3 of the first embodiment.
  • the heat transfer member 13 is connected not only to the reaction medium 10 but also to the steam generating portion 14 c of the steam supplying portion 14 .
  • the heat H generated in the industrial furnace 12 is supplied to the steam generating portion 14c of the steam supplying portion 14 via the heat transfer member 13. This also allows the steam generator 14 c to generate the steam V using the heat H generated from the industrial furnace 12 .
  • the energy required to generate water vapor V can be reduced, so that the hydrogen generation efficiency in the hydrogen production device 1 can be improved.
  • the heat transfer member 13 may be arranged substantially horizontally between the industrial furnace 12, the reaction medium 10, and the steam generating section 14c. As a result, the heat transfer medium inside the heat transfer member 13 can easily move, so that the heat transfer member 13 can efficiently transfer the heat H from the industrial furnace 12 to the reaction medium 10 and the steam generating section 14c.
  • the heat transfer member 13 may transfer the heat H to the reaction medium 10 and the water vapor generating portion 14c in this order. As a result, more heat H can be transferred to the reaction medium 10 that requires high-temperature treatment, so system efficiency can be improved.
  • FIG. 5 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to the second embodiment.
  • a hydrogen production apparatus 1 according to the second embodiment has a container 11 , an industrial furnace 12 , a heat transfer member 13 , a steam supply section 14 , a recovery mechanism 15 and another heat transfer member 16 .
  • the industrial furnace 12 is an example of a heating section
  • another heat transfer member 16 is an example of a cooling section.
  • the container 11 accommodates the reaction medium 10 used for producing hydrogen.
  • the reaction medium 10 is a cylindrical porous body having a central channel through which various fluids can pass.
  • the material of the reaction medium 10 is, for example, an oxide that is thermally reduced to produce oxygen vacancies.
  • a perovskite-type oxide can be used as the material of the reaction medium 10. With the perovskite oxide described in Patent Document 1, the hydrogen production cycle can be performed in the temperature range of 400° C. or more and 1600° C. or less. .
  • the reaction medium 10 may be provided with various measuring instruments for managing the reaction state of the reaction medium 10.
  • a measuring instrument for example, a displacement meter, a weight meter, an electrometer, or the like can be used. These measuring instruments may be used in combination as appropriate.
  • the displacement meter can measure the expansion and contraction of the reaction medium 10 as an indicator of the reaction state of the reaction medium 10.
  • a weight scale can measure an increase or decrease in weight of the reaction medium 10 .
  • An electrometer can measure changes in potential of a conductive element attached to the reaction medium 10 .
  • the conductive element for example, ceramics having oxygen defects such as titanium oxide or rare earth-stabilized zirconium oxide can be used.
  • the potential can be measured by the change in oxygen ion conduction in response to .
  • the reaction medium 10 since it is the same ceramic as the perovskite oxide, it has substantially the same coefficient of thermal expansion, and cracks due to the difference in coefficient of thermal expansion during temperature cycles are less likely to occur.
  • the reaction medium 10 may be provided with a temperature sensor capable of detecting the temperature of the reaction medium 10 .
  • the shape of the reaction medium 10 is not limited to a cylindrical shape, and may be, for example, a rectangular cylindrical shape.
  • the industrial furnace 12 is a variety of furnaces that are used in various industries and have high internal temperatures.
  • the industrial furnace 12 is, for example, a firing furnace, a heat treatment furnace, a power plant, a waste incinerator, a blast furnace, an electric furnace, an industrial gas synthesizing device, a gasification device, a cement clinker firing furnace, or the like.
  • the heat transfer member 13 transports the heat H generated in the industrial furnace 12 into the container 11, and the heat H reduces the reaction medium 10. Reduction of the reaction medium 10 is achieved, for example, by heating the reaction medium 10 to a temperature of about 800° C. with heat H transported from the industrial furnace 12 .
  • the heat transfer member 13 is, for example, a hollow member whose both ends are attached to the outer wall of the industrial furnace 12 and the reaction medium 10 respectively.
  • the heat transfer member 13 may be, for example, a heat pipe in which a heat transfer medium is enclosed inside a tubular body.
  • the heat transfer member 13 may be, for example, a hollow body having therein a flow path through which a heat transfer medium can flow.
  • Examples of the heat transfer medium used for the heat transfer member 13 include sodium. By using sodium as the heat transfer medium of the heat transfer member 13 in this way, the heat H can be efficiently transferred.
  • examples of materials for the tubular body used for the heat transfer member 13 include highly corrosion-resistant materials such as inconel, beryllia, and boron nitride.
  • the steam supply unit 14 supplies steam V into the container 11 .
  • Steam V fed into vessel 11 is decomposed into oxygen and hydrogen upon contact with reduced reaction medium 10 . That is, when the reduced reaction medium 10 and the water vapor V come into contact with each other, oxygen contained in the water vapor V is taken into the oxygen defects of the reaction medium 10 and hydrogen is generated.
  • Generation of hydrogen is realized, for example, by bringing the reaction medium 10 into contact with water vapor V after the temperature of the reduced reaction medium 10 is lowered to about 600°C.
  • the steam supply unit 14 has a raw water supply source 14a (see FIG. 1), a water supply pipe 14b (see FIG. 1), a steam generator 14c, and a steam supply pipe 14d.
  • the raw water supply source 14a is, for example, a tank that stores the raw water W (see FIG. 1) that is the raw material of the steam V.
  • the raw water W stored in the raw water supply source 14a may be water that is removed when the recovery mechanism 15 recovers hydrogen and oxygen.
  • the water supply pipe 14b is a pipe that connects the raw water supply source 14a and the steam generator 14c, and supplies the raw water W supplied from the raw water supply source 14a to the steam generator 14c.
  • the water vapor generator 14c generates water vapor V from the raw water W.
  • the steam supply pipe 14 d is a pipe that connects the steam generator 14 c and the container 11 and supplies the steam V generated by the steam generator 14 c to the inside of the container 11 .
  • the collection mechanism 15 is connected to an opening 11a provided in the container 11 via a pipe 15a.
  • the recovery mechanism 15 has a plurality of recovery units for recovering the gas generated inside the container 11 and the gas remaining inside the container 11 .
  • the recovery mechanism 15 includes a recovery unit for recovering hydrogen generated within the container 11, a recovery unit for recovering oxygen generated within the container 11, and a recovery unit for recovering atmosphere such as moisture remaining in the container 11. and
  • Various sensors for detecting the amount of gas generated in the container 11 may be provided at the opening 11a of the container 11 to which the recovery mechanism 15 is connected.
  • the sensor for example, an infrared flow sensor, a differential thermal flow sensor, a partial pressure sensor, or the like can be used.
  • Another heat transfer member 16 transports the heat H transferred from the industrial furnace 12 to the reaction medium 10 to the steam generating part 14 c of the steam supplying part 14 .
  • the water vapor generator 14 c generates water vapor V from the heat H transferred from the reaction medium 10 .
  • Another heat transfer member 16 is, for example, a hollow member having both ends attached to the reaction medium 10 and the steam generating part 14c, respectively. Further, another heat transfer member 16 may be, for example, a heat pipe in which a heat transfer medium is sealed inside a tubular body. Further, another heat transfer member 16 may be, for example, a hollow body having therein a flow path through which a heat transfer medium can flow.
  • the heat transfer medium used for the other heat transfer member 16 includes, for example, water or oil. Further, when the heat transfer medium of the separate heat transfer member 16 is water or oil, examples of the material of the tubular body used for the separate heat transfer member 16 include ceramics and stainless steel.
  • another heat transfer member 16 is used to transfer heat H from the reaction medium 10 to the steam generating portion 14c. That is, in the second embodiment, by transferring heat H from the reaction medium 10 to the steam generating section 14c by another heat transfer member 16, steam V is generated in the steam generating section 14c and the reaction medium 10 is quickly cooled. be done.
  • the reaction medium 10 that has undergone the reduction treatment can be quickly transferred to the oxidation treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be shortened. Therefore, according to the second embodiment, the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be improved.
  • the separate heat transfer member 16 can be made of a material different from that of the heat transfer member 13. . Further, since the separate heat transfer member 16 does not need to transport a large amount of heat H compared to the heat transfer member 13, the separate heat transfer member 16 has lower heat resistance than the heat transfer member 13 and can be manufactured at a low cost. materials can be used.
  • the manufacturing cost of the hydrogen production device 1 can be reduced.
  • the heat H transferred from the industrial furnace 12 via the heat transfer member 13 is transferred from the reaction medium 10 to It is possible to suppress transmission to the water vapor generating portion 14c. Therefore, according to the second embodiment, the temperature of the reaction medium 10 can be efficiently raised by the heat transfer member 13 .
  • the heat transfer member 13 and another heat transfer member 16 may be separated with the reaction medium 10 interposed therebetween.
  • the heat H transmitted from the industrial furnace 12 via the heat transfer member 13 can be further suppressed from being transmitted to the water vapor generating portion 14c instead of the reaction medium 10.
  • the heat transfer member 13 can raise the temperature of the reaction medium 10 more efficiently.
  • FIG. 6 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to Modification 1 of the second embodiment.
  • the hydrogen production device 1 is positioned between another heat transfer member 16 and the reaction medium 10 and has a higher thermal conductivity than the other heat transfer member 16 . It also has a low efficiency heat sink 17 .
  • the heat H can be prevented from being directly transmitted from the heat transfer member 13 to the other heat transfer member 16 via the reaction medium 10, so that the heat transfer member 16 can be made of a low-cost material with lower heat resistance. can be used.
  • a heat sink 17 having a thermal conductivity lower than that of another heat transfer member 16 is sandwiched between the reaction medium 10 and another heat transfer member 16, whereby heat transfer from the reaction medium 10 to another heat transfer member 16 is performed.
  • the transfer of heat H to member 16 can be regulated.
  • the material of the heat sink 17 is, for example, ceramics or metal.
  • the heat sink 17 may be made of a porous material. As a result, the number of heat transfer paths inside the heat sink 17 is reduced, so that the transfer of the heat H from the reaction medium 10 to another heat transfer member 16 can be adjusted.
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production device 1 according to Modification 2 of the second embodiment.
  • FIG. 8 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production device 1 according to Modification 3 of the second embodiment.
  • another heat transfer member 16 for example, heat transfer or radiation in a carrier gas
  • FIG. 8 shows an example in which the separate heat transfer member 16 remains separated from the reaction medium 10
  • the present disclosure is not limited to this example.
  • a moving mechanism (not shown) for moving another heat transfer member 16 is separately provided in the hydrogen production device 1 . Then, the control unit controls the moving mechanism to separate the reaction medium 10 from the heat transfer member 16 during the reduction process, and to separate the reaction medium 10 from the heat transfer member 16 during the oxidation process. contact with the thermal element 16;
  • heat H can be suppressed from escaping to another heat transfer member 16 during the reduction process, so that the temperature of the reaction medium 10 can be quickly raised, and during the oxidation process, another heat transfer member can be used.
  • the member 16 can quickly cool the reaction medium 10 .
  • the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • a hydrogen production apparatus 1 according to the third embodiment has a container 11 , an industrial furnace 12 , a transport pipe 13A, a steam supply section 14 , a recovery mechanism 15 , a gate valve 18 and a movement mechanism 19 .
  • the industrial furnace 12 is an example of a heating section
  • the moving mechanism 19 is an example of a cooling section.
  • the container 11 accommodates the reaction medium 10 used for producing hydrogen. Further, in the third embodiment, the inside of the container 11 has the first area 11b and the second area 11c.
  • the reaction medium 10 is a rectangular parallelepiped porous body having flow paths through which various fluids can pass.
  • the material of the reaction medium 10 is, for example, an oxide that is thermally reduced to produce oxygen vacancies.
  • the reaction medium 10 may be provided with various measuring instruments for managing the reaction state of the reaction medium 10.
  • a measuring instrument for example, a displacement meter, a weight meter, an electrometer, or the like can be used. These measuring instruments may be used in combination as appropriate.
  • the displacement meter can measure the expansion and contraction of the reaction medium 10 as an indicator of the reaction state of the reaction medium 10.
  • a weight scale can measure an increase or decrease in weight of the reaction medium 10 .
  • An electrometer can measure changes in potential of a conductive element attached to the reaction medium 10 .
  • the conductive element for example, ceramics having oxygen defects such as titanium oxide or rare earth-stabilized zirconium oxide can be used.
  • the potential can be measured by the change in oxygen ion conduction in response to .
  • the reaction medium 10 since it is the same ceramic as the perovskite oxide, it has substantially the same coefficient of thermal expansion, and cracks due to the difference in coefficient of thermal expansion during temperature cycles are less likely to occur.
  • the reaction medium 10 may be provided with a temperature sensor capable of detecting the temperature of the reaction medium 10 .
  • the shape of the reaction medium 10 is not limited to a rectangular parallelepiped shape.
  • the industrial furnace 12 is a variety of furnaces that are used in various industries and have high internal temperatures.
  • the industrial furnace 12 according to the third embodiment is, for example, a heating furnace, and generates heated exhaust gas EG based on various heat treatments (for example, firing treatment for ceramics, etc.) performed therein.
  • the heated exhaust gas EG is, for example, an inert gas such as argon or nitrogen.
  • the transport pipe 13A is connected to the industrial furnace 12. An opening at the tip of the transport tube 13A is located in the first region 11b inside the container 11 .
  • the transport pipe 13A transports the exhaust gas EG generated in the industrial furnace 12 into the container 11 and reduces the reaction medium 10 by the heat H of the exhaust gas EG.
  • the means for heating and reducing the reaction medium 10 is not limited to the exhaust gas EG.
  • the transport tube 13A may be connected to the reaction medium 10 and the transport tube 13A may function as a heat pipe. That is, the reaction medium 10 may be reduced by transferring the heat generated in the industrial furnace 12 to the reaction medium 10 through the transport pipe 13A to heat the reaction medium 10 .
  • the reduction of the reaction medium 10 is realized, for example, by heating the reaction medium 10 to a temperature of about 800°C by the heat H of the exhaust gas EG.
  • the reaction medium 10 is reduced by the heat H of the exhaust gas EG generated in the industrial furnace 12, the reaction medium 10 is reduced as compared with the case where the heat H emitted from the industrial furnace 12 is used to reduce the reaction medium 10.
  • the number of oxygen defects generated can be increased.
  • the decomposition of the water vapor V based on the oxidation of the reaction medium 10 is accelerated when the reaction medium 10 and the water vapor V come into contact with each other. can be improved. Therefore, according to the hydrogen production apparatus 1 according to the third embodiment, hydrogen can be produced by effectively utilizing the heat H of the exhaust gas EG generated in the industrial furnace 12 .
  • the steam supply unit 14 supplies steam V into the container 11 .
  • Steam V fed into vessel 11 is decomposed into oxygen and hydrogen upon contact with reduced reaction medium 10 . That is, when the reduced reaction medium 10 and the water vapor V come into contact with each other, oxygen contained in the water vapor V is taken into the oxygen defects of the reaction medium 10 and hydrogen is generated.
  • Generation of hydrogen is realized, for example, by bringing the reaction medium 10 into contact with water vapor V after the temperature of the reduced reaction medium 10 is lowered to about 600°C.
  • the steam supply unit 14 has a raw water supply source 14a (see FIG. 1), a water supply pipe 14b (see FIG. 1), a steam generator 14c, and a steam supply pipe 14d.
  • the raw water supply source 14a is, for example, a tank that stores the raw water W (see FIG. 1) that is the raw material of the steam V.
  • the raw water W stored in the raw water supply source 14a may be water that is removed when the recovery mechanism 15 recovers hydrogen and oxygen.
  • the water supply pipe 14b is a pipe that connects the raw water supply source 14a and the steam generator 14c, and supplies the raw water W supplied from the raw water supply source 14a to the steam generator 14c.
  • the water vapor generator 14c generates water vapor V from the raw water W.
  • the steam supply pipe 14 d is a pipe that connects the steam generator 14 c and the container 11 and supplies the steam V generated by the steam generator 14 c to the second region 11 c inside the container 11 .
  • the collection mechanism 15 is connected to the opening 11a provided in the second region 11c inside the container 11 via a pipe 15a, a branch portion 15b and a valve 15c.
  • the recovery mechanism 15 has a plurality of recovery units for recovering the gas generated inside the container 11 and the gas remaining inside the container 11 .
  • the recovery mechanism 15 includes a recovery unit for recovering hydrogen generated within the container 11, a recovery unit for recovering oxygen generated within the container 11, and a recovery unit for recovering the exhaust gas EG and water remaining in the container 11. and
  • the collected exhaust gas EG may be reused as a cooling gas for cooling the reaction medium 10 by moving inside the container 11 through a pipe or the like without directly contacting the reaction medium 10, for example.
  • Various sensors for detecting the amount of gas generated in the container 11 may be provided at the opening 11a of the container 11 to which the recovery mechanism 15 is connected.
  • the sensor for example, an infrared flow sensor, a differential thermal flow sensor, a partial pressure sensor, or the like can be used.
  • a pump 15e is connected to the branch portion 15b via a valve 15d.
  • the pump 15e can reduce the pressure inside the container 11 when the valve 15d is open.
  • the gate valve 18 is arranged between the first area 11b and the second area 11c inside the container 11, and opens and closes between the first area 11b and the second area 11c.
  • the moving mechanism 19 moves the reaction medium 10 between the first area 11b and the second area 11c inside the container 11 .
  • the moving mechanism 19 is, for example, a truck having a drive unit, and the reaction medium 10 is placed on the truck.
  • the hydrogen production device 1 further has a control unit (not shown).
  • a control unit is, for example, a computer including a processor, storage unit, input device, display device, and the like.
  • a storage unit of the control unit stores a control program for controlling various processes executed by the hydrogen production apparatus 1 by the processor.
  • the processor of the control unit operates based on the control program stored in the storage unit to control the operation of the hydrogen production device 1 as a whole.
  • control unit performs the reduction treatment of the reaction medium 10 in the state shown in FIG. Specifically, the controller controls the moving mechanism 19 to position the reaction medium 10 in the first region 11b in the container 11, and controls the gate valve 18 to open. The controller also controls the valve 15c to be closed and the valve 15d to be opened.
  • the temperature of the reaction medium 10 located in the first region 11b is increased by the heat H of the exhaust gas EG supplied to the first region 11b, and the reaction medium 10 is reduced. Further, the oxygen released from the reaction medium 10 during the reduction treatment is discharged from the container 11 by the pump 15e.
  • control unit stops the supply of water vapor V (see FIG. 10) from the water vapor supply unit 14.
  • control unit operates the moving mechanism 19 to move the reaction medium 10 that has undergone the reduction treatment from the first area 11b to the second area 11c, and opens the gate valve 18. state to closed. That is, at this time, the reaction medium 10 is accommodated in the second area 11c, and the second area 11c is isolated from the first area 11b.
  • control unit operates the water vapor supply unit 14 to supply the water vapor V to the second region 11c. Further, the control unit changes the state of the valve 15c from the closed state to the open state, and changes the state of the valve 15d from the open state to the closed state.
  • the water vapor V introduced into the flow path in the reaction medium 10 contacts the reduced reaction medium 10 and is decomposed into oxygen and hydrogen.
  • Decomposition of the water vapor V progresses radially from the inside of the reaction medium 10 toward the outer circumference.
  • oxygen contained in the water vapor V is taken into the oxygen defects of the reaction medium 10 and hydrogen is generated.
  • the hydrogen generated in the reaction medium 10 is recovered by the recovery mechanism 15 .
  • control unit may continue to supply the exhaust gas EG from the industrial furnace 12 to the first region 11b, or may continue to supply the exhaust gas EG from the industrial furnace 12 to the reaction medium 10. may be stopped.
  • the control unit returns the hydrogen production device 1 to the state shown in FIG. 9, and performs the reduction treatment of the reaction medium 10 again. That is, in the third embodiment, each part of the hydrogen generator 1 is controlled so that the state shown in FIG. 9 and the state shown in FIG. 10 are alternately repeated.
  • the moving mechanism 19 is operated to move the reaction medium away from the first region 11b to which the transport pipe 13A is connected. Move the medium 10 .
  • the reaction medium 10 can be quickly cooled when the temperature of the reaction medium 10 that has undergone the reduction treatment is lowered to the temperature required for the oxidation treatment.
  • the reaction medium 10 that has undergone the reduction treatment can be quickly transferred to the oxidation treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be shortened. Therefore, according to the third embodiment, the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be improved.
  • the moving mechanism 19 may move the reaction medium 10 between the first region 11b to which the exhaust gas EG is supplied and the second region 11c to which the water vapor V is supplied.
  • the reaction medium 10 can be separated from the heat source and the steam V can be directly supplied to the reaction medium 10 from the steam supply unit 14 during the oxidation treatment of the reaction medium 10 .
  • the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • a gate valve 18 may be provided between the first area 11b and the second area 11c inside the container 11.
  • the processing cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened, so that the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • the pressure inside the container 11 may be reduced using the pump 15e during the reduction treatment shown in FIG.
  • the oxygen concentration inside the container 11 can be reduced during the reduction treatment, so that the release of oxygen from the reaction medium 10 can be promoted.
  • FIG. 11 is a diagram schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to Modification 1 of the third embodiment.
  • the hydrogen production device 1 further includes a heat storage member 20 and a heat transfer member 21 located in the first region 11 b inside the container 11 .
  • the heat storage member 20 is made of a material having a high heat capacity, and is arranged in the first region 11b in close proximity to the transport pipe 13A.
  • the heat storage member 20 stores the heat H of the exhaust gas EG supplied from the industrial furnace 12 .
  • the heat storage member 20 may be, for example, a sensible heat storage material using ceramics, minerals, concrete, or the like. Also, the heat storage member 20 may be a latent heat storage material using, for example, chlorides, metals, alloys, or the like.
  • the heat transfer member 21 is arranged in contact with the heat storage member 20 in the first region 11b, and arranged so as to contact the reaction medium 10 when the reaction medium 10 moves to the first region 11b. Then, the heat transfer member 21 transfers the heat H stored in the heat storage member 20 to the reaction medium 10 when the reaction medium 10 moves to the first region 11b.
  • the heat transfer member 21 may be, for example, a heat pipe with a heat transfer medium enclosed inside. Also, the heat transfer member 21 may be, for example, a heat spreader having a flow path through which a heat transfer medium can flow.
  • Examples of the heat transfer medium used for the heat transfer member 21 include sodium, water, oil, and the like.
  • the heat H can be efficiently transferred by using sodium as the heat transfer medium of the heat transfer member 21 .
  • examples of materials used for the heat transfer member 21 include highly corrosion-resistant materials such as inconel, beryllia, and boron nitride. Further, when the heat transfer medium of the heat transfer member 21 is water or oil, examples of materials used for the heat transfer member 21 include ceramics and stainless steel.
  • such a configuration can always supply high-temperature heat H to the reaction medium 10 located in the first region 11b.
  • the reaction medium 10 that has undergone the oxidation treatment can be quickly transferred to the reduction treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened.
  • the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • FIG. 12 is a diagram schematically showing the configuration of a hydrogen production device 1 according to modification 2 of the third embodiment. As shown in FIG. 12, in Modification 2 of the third embodiment, the hydrogen production apparatus 1 transfers the heat H to the heat storage member 20 via the heat transfer member 13 instead of the transport pipe 13A. different from 1.
  • the heat transfer member 13 transports the heat H generated in the industrial furnace 12 to the heat storage member 20 in the container 11, and the heat H reduces the reaction medium 10. Reduction of the reaction medium 10 is achieved, for example, by heating the reaction medium 10 to a temperature of about 800° C. with heat H transported from the industrial furnace 12 .
  • the heat transfer member 13 is, for example, a hollow member having both ends attached to the outer wall of the industrial furnace 12 and the heat storage member 20 respectively.
  • the heat transfer member 13 may be, for example, a heat pipe in which a heat transfer medium is enclosed inside a tubular body.
  • the heat transfer member 13 may be, for example, a hollow body having therein a flow path through which a heat transfer medium can flow.
  • Examples of the heat transfer medium used for the heat transfer member 13 include sodium, water, oil, and the like.
  • the heat H can be efficiently transferred by using sodium as the heat transfer medium of the heat transfer member 13 .
  • examples of materials for the tubular body used for the heat transfer member 13 include highly corrosion-resistant materials such as inconel, beryllia, and boron nitride. Further, when the heat transfer medium of the heat transfer member 13 is water or oil, examples of the material of the tubular body used for the heat transfer member 13 include ceramics and stainless steel.
  • such a configuration can always supply high-temperature heat H to the reaction medium 10 located in the first region 11b.
  • the reaction medium 10 that has undergone the oxidation treatment can be quickly transferred to the reduction treatment, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened.
  • the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • FIG. 13 and 14 are diagrams schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to Modification 3 of the third embodiment.
  • FIG. 14 is a top view of the container 11 according to Modification 3 and the inside thereof.
  • reaction mediums 10A and 10B a plurality of (two in the figure) reaction mediums 10 (hereinafter also referred to as reaction mediums 10A and 10B) are arranged inside a container 11. Then, in Modification 3, the moving mechanism 19 alternately moves the plurality of reaction media 10 between the first region 11b and the second region 11c.
  • control unit supplies heat H to the reaction medium 10A positioned in the first region 11b to carry out the reduction treatment of the reaction medium 10A, and performs the reduction treatment of the reaction medium 10A.
  • Steam V is supplied to the reaction medium 10B to be subjected to the oxidation treatment of the reaction medium 10B.
  • the reduction treatment and oxidation treatment of a plurality of reaction media 10 can be performed in parallel in the hydrogen production device 1, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened. Therefore, according to Modified Example 3 of the third embodiment, the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • the gate valve 18 may be closed when the reduction treatment and the oxidation treatment of a plurality of reaction media 10 are performed in parallel. As a result, oxygen gas generated from the reaction medium 10 located in the first region 11b can be prevented from leaking into the second region 11c.
  • Modification 3 it is possible to prevent oxygen gas generated from the reaction medium 10 located in the first region 11b from interfering with the oxidation treatment by the water vapor V in the second region 11c. Therefore, according to Modification 3 of the third embodiment, hydrogen can be stably produced in the hydrogen production device 1 .
  • Oxygen gas generated from the reaction medium 10 located in the first region 11b is exhausted by a pump 15e connected to an opening 11a2 provided in the first region 11b in the container 11 via a pipe 15a2 and a junction 15b2. be done.
  • the recovery mechanism 15 is connected to an opening 11a1 provided in the second region 11c inside the container 11 via a pipe 15a1, a branch portion 15b1 and a valve 15c. Furthermore, the branch portion 15b1 and the merging portion 15b2 are connected via a valve 15d.
  • the control unit closes the gate valve 18. At the same time, the valve 15d is opened.
  • the controller decompresses the first region 11b and the second region 11c.
  • the valve 15c is controlled to be closed.
  • the control unit closes the valve 15d, changes the valve 15c to an open state, and to supply water vapor V to the second region 11c. Thereby, the control unit causes the recovery mechanism 15 to recover the hydrogen generated in the second region 11c.
  • the decompression process for the first region 11b by the pump 15e is continued.
  • the oxygen concentration inside the first region 11b can be reduced during the reduction treatment, so that the release of oxygen from the reaction medium 10 can be promoted.
  • a moving mechanism 19 which is a carriage, may be arranged on the rails 22.
  • the moving mechanism 19, which is a carriage may be arranged on the rails 22 as in the third modified example.
  • the steam supply section 14 may be provided directly above the rail 22 arranged for each reaction medium 10, respectively. Thereby, the water vapor V can be efficiently supplied to all the reaction mediums 10 .
  • FIG. 15 and 16 are diagrams schematically showing the configuration of the hydrogen production device 1 according to Modification 4 of the third embodiment.
  • FIG. 16 is a top view of the moving mechanism 19 according to Modification 4. As shown in FIG. In Modification 4, the configuration of the moving mechanism 19 is different from that in Modification 3 described above.
  • the moving mechanism 19 is a rotating member that horizontally rotates inside the container 11 .
  • a plurality of (two in the drawing) fan-shaped reaction media 10 are mounted on the front surface of the rotating member.
  • a gate valve 18 integral with the rotating member is disposed between the plurality of reaction media 10 placed on the front surface of the rotating member.
  • the controller rotates the moving mechanism 19, which is a rotating member, to alternately move the plurality of reaction media 10 between the first region 11b and the second region 11c.
  • control unit supplies heat H to the reaction medium 10A located in the first region 11b to perform the reduction treatment of the reaction medium 10A,
  • water vapor V supplied to the reaction medium 10B, the reaction medium 10B is oxidized.
  • the reduction treatment and oxidation treatment of a plurality of reaction media 10 can be performed in parallel in the hydrogen production device 1, so that the treatment cycle of the hydrogen production device 1 can be further shortened. Therefore, according to Modified Example 4 of the third embodiment, the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved.
  • the fan-shaped reaction medium 10 may be arranged along the disk-shaped rotating member.
  • the reaction medium 10 having a larger volume than the rectangular parallelepiped reaction medium 10 can be arranged with respect to the disk-shaped rotating member, so that the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 can be further improved. be able to.
  • a fan-shaped channel may be formed inside the fan-shaped reaction medium 10 .
  • the water vapor V can be evenly supplied to the inside of the reaction medium 10 .
  • FIG. 17 is a diagram schematically showing the configuration of a moving mechanism 19 according to modification 5 of the third embodiment.
  • the mounting portion of the moving mechanism 19, which is a carriage has a concave portion 19a. Then, the reaction medium 10 is placed so as to be inserted into the concave portion 19a.
  • the mounting portion of the moving mechanism 19, which is a carriage may be made of a porous material.
  • hydrogen gas can be recovered from the surface of the reaction medium 10 that is in contact with the mounting portion of the moving mechanism 19 as well. Therefore, according to Modified Example 5 of the third embodiment, it is possible to further improve the hydrogen production efficiency in the hydrogen production device 1 .
  • the present disclosure is not limited to the above embodiments, and various modifications are possible without departing from the spirit thereof.
  • the heat source used as the heating unit is not limited to the industrial furnace 12, and various types of heat sources such as sunlight can be used.
  • a heat source can be used.
  • a heat insulating material may be provided around the transport pipe 13A, the water supply pipe 14b, and another heat transfer member 16. With such a configuration, heat dissipation is reduced, and efficiency can be improved. Examples of such heat insulating materials include bricks, glass wool, ceramic fibers, rock wool, etc., and inorganic adhesives may be used for bonding.
  • the present technology can also take the following configuration.
  • the cooling unit is a water supply pipe that supplies raw material water to the steam supply unit, The hydrogen production apparatus according to (1), wherein the water supply pipe is arranged so as to be in contact with the reaction medium.
  • the hydrogen production apparatus is a moving mechanism that moves the reaction medium inside the container.
  • the container has a first region to which heat is supplied from the heating unit and a second region to which steam is supplied from the steam supply unit, The hydrogen production device according to (13), wherein the moving mechanism moves the reaction medium between the first region and the second region.
  • a heat storage member that stores heat supplied from the heating unit is disposed in the first region.
  • a plurality of said reaction media are arranged in said container, The hydrogen generator according to any one of (14) to (16), wherein the moving mechanism alternately moves the plurality of reaction media between the first region and the second region.
  • the moving mechanism is a trolley, The hydrogen production device according to any one of (14) to (17), wherein the truck is arranged on a rail.

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Abstract

水素製造装置は、反応媒体と、容器と、加熱部と、水蒸気供給部と、冷却部と、を有する。容器は、反応媒体を収容する。加熱部は、反応媒体を加熱する。水蒸気供給部は、水蒸気を反応媒体に供給する。冷却部は、反応媒体を冷却する。

Description

水素製造装置
　開示の実施形態は、水素製造装置に関する。
　例えば、高炉等の工業炉から放出される熱を利用して反応媒体を還元し、還元された反応媒体に水蒸気を接触させることで、水素を発生させる技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
国際公開第２０１３／１４１３８５号
　実施形態の一態様は、水素の生成効率を向上させることができる水素製造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製造装置は、反応媒体と、容器と、加熱部と、水蒸気供給部と、冷却部と、を有する。容器は、前記反応媒体を収容する。加熱部は、前記反応媒体を加熱する。水蒸気供給部は、水蒸気を前記反応媒体に供給する。冷却部は、前記反応媒体を冷却する。
図１は、第１実施形態に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図２は、第１実施形態の変形例１に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図３は、第１実施形態の変形例２に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図４は、第１実施形態の変形例３に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図５は、第２実施形態に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図６は、第２実施形態の変形例１に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図７は、第２実施形態の変形例２に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図８は、第２実施形態の変形例３に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図９は、第３実施形態に係る水素製造装置の構成及び動作を模式的に示す図である。 図１０は、第３実施形態に係る水素製造装置の構成及び動作を模式的に示す図である。 図１１は、第３実施形態の変形例１に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１２は、第３実施形態の変形例２に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１３は、第３実施形態の変形例３に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１４は、第３実施形態の変形例３に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１５は、第３実施形態の変形例４に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１６は、第３実施形態の変形例４に係る水素製造装置の構成を模式的に示す図である。 図１７は、第３実施形態の変形例５に係る移動機構の構成を模式的に示す図である。
　以下、添付図面を参照して、本願の開示する水素製造装置の各実施形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態により本開示が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率等は、現実と異なる場合があることに留意する必要がある。さらに、図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。
　例えば、高炉等の工業炉から放出される熱を利用して反応媒体を還元し、還元された反応媒体に水蒸気を接触させることで、水素を発生させる技術が提案されている。その工程で反応媒体は酸化される。
　しかしながら、上記の従来技術では、反応媒体の還元処理で必要となる温度から、水素の発生で必要となる温度へと降温する処理に長い時間がかかるため、水素製造装置の処理サイクルを短くすることが困難であった。それゆえ、上記の従来技術では、水素を効率よく生成する点について改善の余地があった。
　そこで、上述の問題点を克服し、水素の生成効率を向上させることができる技術の実現が期待されている。
＜第１実施形態＞
　図１は、第１実施形態に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。第１実施形態に係る水素製造装置１は、容器１１と、工業炉１２と、伝熱部材１３と、水蒸気供給部１４と、回収機構１５とを有する。工業炉１２は、加熱部の一例である。
　容器１１は、水素の製造に用いられる反応媒体１０を収容する。反応媒体１０は、中央に種々の流体が通過可能な流路を有する円筒状の多孔質体である。反応媒体１０の材料は、例えば、熱により還元されて酸素欠陥が生じる酸化物である。反応媒体１０の材料としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物を用いることができ、特許文献１に記載のペロブスカイト酸化物ならば、４００℃以上１６００℃以下の温度範囲で水素製造サイクルを行うことができる。なお反応媒体１０は、「触媒」とも表記される場合がある。
　反応媒体１０には、反応媒体１０の反応状態を管理するための各種の計測器が設けられてもよい。計測器としては、例えば、変位計、重量計または電位計等を用いることができる。これらの計測器は、適宜組み合わせて用いられてもよい。
　変位計は、反応媒体１０の反応状態を示す指標として、反応媒体１０の膨張及び収縮を計測することができる。重量計は、反応媒体１０の重量の増減を計測することができる。電位計は、反応媒体１０に取り付けた導電性素子の電位の変化を計測することができる。
　導電性素子としては、例えば、酸化チタン又は希土類安定化酸化ジルコニウム等のような酸素欠陥を有するセラミックスを用いることができ、ペロブスカイト型酸化物と同じく酸化還元反応によって酸素欠陥量が変化し、その変化に応じて酸素イオン伝導が変化することで電位を測定することができる。このような導電性素子の場合、ペロブスカイト型酸化物と同じセラミックスであることから熱膨張係数が略同一であり、温度サイクル時の熱膨張係数差によるクラックが発生しにくい。また、反応媒体１０には、反応媒体１０の温度を検出可能な温度センサが設けられてもよい。また、反応媒体１０の形状は、円筒状に限らず、例えば矩形筒状であってもよい。
　工業炉１２は、さまざまな工業で用いられ、内部が高い温度となる各種の炉である。工業炉１２は、例えば、焼成炉、熱処理炉、発電所、ごみ焼却炉、高炉、電炉、産業ガス合成装置、ガス化装置及びセメントクリンカーの焼成炉等である。
　伝熱部材１３は、工業炉１２で発生する熱Ｈを容器１１内に輸送して、かかる熱Ｈにより反応媒体１０を還元する。反応媒体１０の還元は、例えば、工業炉１２から輸送される熱Ｈにより反応媒体１０を約８００℃の温度まで加熱することにより、実現される。反応媒体１０を還元する温度は、８００℃よりも高くてもよい。
　伝熱部材１３は、例えば、両端が工業炉１２の外壁及び反応媒体１０にそれぞれ取り付けられた中空の部材である。また、伝熱部材１３は、例えば、管状体の内部に伝熱媒体を封入したヒートパイプであってもよい。また、伝熱部材１３は、例えば、内部に伝熱媒体が通流可能な流路を有する中空体であってもよい。
　伝熱部材１３に用いられる伝熱媒体としては、例えば、ナトリウム、水または油等が挙げられる。例えば、第１実施形態では、伝熱部材１３の伝熱媒体にナトリウムを用いることにより、熱Ｈを効率よく伝達することができる。
　なお、伝熱部材１３の伝熱媒体がナトリウムである場合に、伝熱部材１３に用いられる管状体の材料としては、例えば、インコネル、ベリリア及び窒化ホウ素等の耐食性の高い材料が挙げられる。また、伝熱部材１３の伝熱媒体が水または油である場合に、伝熱部材１３に用いられる管状体の材料としては、例えば、セラミック及びステンレス等が挙げられる。
　水蒸気供給部１４は、容器１１内に水蒸気Ｖを供給する。容器１１内に供給される水蒸気Ｖは、還元された反応媒体１０と接触して酸素及び水素に分解される。すなわち、還元された反応媒体１０と水蒸気Ｖとが接触することにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体１０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。
　水素の発生は、例えば、還元された反応媒体１０の温度を約６００℃まで低下させた後に、反応媒体１０と水蒸気Ｖとを接触させることにより、実現される。
　水蒸気供給部１４は、原料水供給源１４ａと、水供給配管１４ｂと、水蒸気発生部１４ｃと、水蒸気供給配管１４ｄとを有する。水供給配管１４ｂは、冷却部の一例である。
　原料水供給源１４ａは、例えば、水蒸気Ｖの原料となる原料水Ｗを貯留するタンクである。なお、原料水供給源１４ａに貯留される原料水Ｗには、回収機構１５において水素及び酸素を回収する際に取り除かれる水分が用いられてもよい。
　水供給配管１４ｂは、原料水供給源１４ａと水蒸気発生部１４ｃとの間を繋ぐ配管であり、原料水供給源１４ａから供給される原料水Ｗを水蒸気発生部１４ｃに供給する。
　水蒸気発生部１４ｃは、原料水Ｗから水蒸気Ｖを発生させる。水蒸気発生部１４ｃは、例えば、工業炉１２に隣接して配置される。これにより、第１実施形態では、工業炉１２から発生する熱Ｈを利用して、水蒸気Ｖを生成することができる。
　したがって、第１実施形態によれば、水蒸気Ｖを発生させる際に必要となるエネルギーを低減することができることから、水素製造装置１における水素の生成効率を向上させることができる。
　水蒸気供給配管１４ｄは、水蒸気発生部１４ｃと容器１１との間を繋ぐ配管であり、水蒸気発生部１４ｃで生成された水蒸気Ｖを容器１１の内部に供給する。
　回収機構１５は、容器１１に設けられた開口１１ａに配管１５ａを介して接続されている。回収機構１５は、容器１１内で発生するガスや容器１１内に残留するガスを回収する複数の回収部を有する。
　例えば、回収機構１５は、容器１１内で発生する水素を回収する回収部と、容器１１内で発生する酸素を回収する回収部と、容器１１内に残留する水分等の雰囲気を回収する回収部とを有する。
　なお、回収機構１５が接続される容器１１の開口１１ａには、容器１１内で発生するガスの量等を検出するための各種のセンサが設けられてもよい。センサとしては、例えば、赤外線式流量センサ、示差熱式流量センサまたは分圧センサ等を用いることができる。
　水素製造装置１は、図示しない制御部をさらに有する。かかる制御部は、例えば、プロセッサ、記憶部、入力装置及び表示装置等を備えるコンピュータである。制御部の記憶部には、水素製造装置１で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムが格納されている。制御部のプロセッサは、記憶部に格納された制御プログラムに基づき動作して、水素製造装置１全体の動作を制御する。
　ここで、第１実施形態では、図１に示すように、水供給配管１４ｂが反応媒体１０に接するように配置される。これにより、還元処理が終了した反応媒体１０を酸化処理に必要となる温度に低下させる際に、水供給配管１４ｂを流れる原料水Ｗによって、反応媒体１０を素早く冷却することができる。
　そのため、第１実施形態では、還元処理が終了した反応媒体１０を素早く酸化処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルを短くすることができる。したがって、第１実施形態によれば、水素製造装置１における水素の生成効率を向上させることができる。
　また、第１実施形態では、反応媒体１０を冷却する際に原料水Ｗが加熱されることから、かかる原料水Ｗを用いて水蒸気Ｖを発生させる際に必要となるエネルギーを低減することができる。したがって、第１実施形態によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、第１実施形態では、工業炉１２で発生する熱Ｈを用いて反応媒体１０を加熱する。これにより、実施形態では、工業炉１２の廃熱を活用して水素を製造することができる。
　つづいて、第１実施形態に係る水素製造装置１における水素製造方法について説明する。まず、制御部は、伝熱部材１３を介して熱Ｈを反応媒体１０に輸送する。これにより、反応媒体１０が還元され、反応媒体１０から酸素が放出されて酸素欠陥が生じる。
　なお、この反応媒体１０の還元処理の際、制御部は、水蒸気発生部１４ｃに対する原料水Ｗの供給を停止するとよい。これにより、反応媒体１０が原料水Ｗによって冷却されることを抑制することができることから、反応媒体１０を効率よく還元処理することができる。
　次に、制御部は、水蒸気供給部１４を動作させて、還元処理が終了した反応媒体１０に対して水蒸気Ｖを供給する。容器１１内に供給される水蒸気Ｖは、反応媒体１０の中央に形成される流路に導入される。
　そして、反応媒体１０内の流路に導入された水蒸気Ｖは、還元された反応媒体１０と接触して酸素及び水素に分解される。水蒸気Ｖの分解は、反応媒体１０の中央から外周に向かって放射状に進行する。これにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体１０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。
　なおこの際、水供給配管１４ｂを流れる原料水Ｗによって反応媒体１０の温度が素早く下がることから、還元処理が終了した反応媒体１０を素早く酸化処理に移行させることができる。また、この酸化処理の際に、制御部は、工業炉１２から反応媒体１０への熱Ｈの輸送を継続してもよいし、工業炉１２から反応媒体１０への熱Ｈの輸送を停止してもよい。
＜第１実施形態の各種変形例＞
　つづいて、第１実施形態に係る水素製造装置１の各種変形例について、図２～図４を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、第１実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。
　図２は、第１実施形態の変形例１に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。図２に示すように、第１実施形態の変形例１では、水供給配管１４ｂが、円筒状の反応媒体１０の周囲にらせん状に巻き付いている。
　これにより、反応媒体１０と水供給配管１４ｂとの接触面積を拡大させることができることから、水供給配管１４ｂを用いて反応媒体１０を効率よく冷却することができる。したがって、第１実施形態の変形例１によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例１では、らせん状に巻き付く水供給配管１４ｂの隙間から水素を円滑に放出することができることから、反応媒体１０で発生した水素を円滑に回収することができる。
　また、この変形例１では、反応媒体１０に熱Ｈを伝達する伝熱部材１３が、らせん状に巻き付く水供給配管１４ｂと反応媒体１０との間に配置されてもよい。これにより、熱Ｈをより効率よく伝熱部材１３から反応媒体１０に伝えることができる。
　すなわち、この変形例１では、酸化処理が終了した反応媒体１０を素早く昇温して、還元処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができる。したがって、第１実施形態の変形例１によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例１では、水供給配管１４ｂの上流側の部位１４ｂ１が、伝熱部材１３における工業炉１２側に配置されてもよい。このように、最も冷えた原料水Ｗを伝熱部材１３の最も温度が高い部位に配置することにより、水供給配管１４ｂで反応媒体１０を冷却する際に生じる温度ムラを低減することができる。
　したがって、第１実施形態の変形例１によれば、反応媒体１０から安定して水素を生成することができる。
　なお、反応媒体１０に対する水供給配管１４ｂ及び伝熱部材１３の配置は、図２の例に限られない。図３は、第１実施形態の変形例２に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。
　図３に示すように、第１実施形態の変形例２では、伝熱部材１３が、円筒状の反応媒体１０の周囲にらせん状に巻き付いている。これにより、伝熱部材１３は、熱Ｈをより効率よく伝熱部材１３から反応媒体１０に伝えることができる。
　すなわち、この変形例２では、酸化処理が終了した反応媒体１０を素早く昇温して、還元処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができる。したがって、第１実施形態の変形例２によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例２では、図３に示すように、水供給配管１４ｂ及び伝熱部材１３が、反応媒体１０の周囲に交互にらせん状に巻き付いていてもよい。これにより、この変形例２では、反応媒体１０の温度を均一にすることができる。したがって、第１実施形態の変形例２によれば、反応媒体１０から安定して水素を生成することができる。
　また、この変形例２では、水供給配管１４ｂの上流側の部位１４ｂ１が、伝熱部材１３における工業炉１２側に配置されてもよい。このように、最も冷えた原料水Ｗを伝熱部材１３の最も温度が高い部位に配置することにより、水供給配管１４ｂで反応媒体１０を冷却する際に生じる温度ムラを低減することができる。
　したがって、第１実施形態の変形例２によれば、反応媒体１０から安定して水素を生成することができる。
　図４は、第１実施形態の変形例３に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。図４に示すように、第１実施形態の変形例３では、伝熱部材１３が反応媒体１０だけでなく、水蒸気供給部１４の水蒸気発生部１４ｃにも繋がっている。
　すなわち、この変形例３では、工業炉１２で発生する熱Ｈが伝熱部材１３を介して水蒸気供給部１４の水蒸気発生部１４ｃに供給される。これによっても、水蒸気発生部１４ｃは、工業炉１２から発生する熱Ｈを利用して、水蒸気Ｖを生成することができる。
　したがって、第１実施形態の変形例３によれば、水蒸気Ｖを発生させる際に必要となるエネルギーを低減することができることから、水素製造装置１における水素の生成効率を向上させることができる。
　また、この変形例３では、図４に示すように、工業炉１２、反応媒体１０及び水蒸気発生部１４ｃの間で伝熱部材１３が略水平に配置されてもよい。これにより、伝熱部材１３内部の伝熱媒体が移動しやすくなることから、伝熱部材１３は、工業炉１２からの熱Ｈを反応媒体１０及び水蒸気発生部１４ｃに効率よく伝えることができる。
　また、この変形例３では、伝熱部材１３が反応媒体１０及び水蒸気発生部１４ｃの順に熱Ｈを伝達してもよい。これにより、高温処理が必要となる反応媒体１０に対して、より多くの熱Ｈを伝えることができることから、システム効率を向上させることができる。
＜第２実施形態＞
　図５は、第２実施形態に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。第２実施形態に係る水素製造装置１は、容器１１と、工業炉１２と、伝熱部材１３と、水蒸気供給部１４と、回収機構１５と、別の伝熱部材１６とを有する。工業炉１２は加熱部の一例であり、別の伝熱部材１６は冷却部の一例である。
　容器１１は、水素の製造に用いられる反応媒体１０を収容する。反応媒体１０は、中央に種々の流体が通過可能な流路を有する円筒状の多孔質体である。反応媒体１０の材料は、例えば、熱により還元されて酸素欠陥が生じる酸化物である。反応媒体１０の材料としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物を用いることができ、特許文献１に記載のペロブスカイト酸化物ならば、４００℃以上１６００℃以下の温度範囲で水素製造サイクルを行うことができる。
　反応媒体１０には、反応媒体１０の反応状態を管理するための各種の計測器が設けられてもよい。計測器としては、例えば、変位計、重量計または電位計等を用いることができる。これらの計測器は、適宜組み合わせて用いられてもよい。
　変位計は、反応媒体１０の反応状態を示す指標として、反応媒体１０の膨張及び収縮を計測することができる。重量計は、反応媒体１０の重量の増減を計測することができる。電位計は、反応媒体１０に取り付けた導電性素子の電位の変化を計測することができる。
　導電性素子としては、例えば、酸化チタン又は希土類安定化酸化ジルコニウム等のような酸素欠陥を有するセラミックスを用いることができ、ペロブスカイト型酸化物と同じく酸化還元反応によって酸素欠陥量が変化し、その変化に応じて酸素イオン伝導が変化することで電位を測定することができる。このような導電性素子の場合、ペロブスカイト型酸化物と同じセラミックスであることから熱膨張係数が略同一であり、温度サイクル時の熱膨張係数差によるクラックが発生しにくい。また、反応媒体１０には、反応媒体１０の温度を検出可能な温度センサが設けられてもよい。また、反応媒体１０の形状は、円筒状に限らず、例えば矩形筒状であってもよい。
　工業炉１２は、さまざまな工業で用いられ、内部が高い温度となる各種の炉である。工業炉１２は、例えば、焼成炉、熱処理炉、発電所、ごみ焼却炉、高炉、電炉、産業ガス合成装置、ガス化装置及びセメントクリンカーの焼成炉等である。
　伝熱部材１３は、工業炉１２で発生する熱Ｈを容器１１内に輸送して、かかる熱Ｈにより反応媒体１０を還元する。反応媒体１０の還元は、例えば、工業炉１２から輸送される熱Ｈにより反応媒体１０を約８００℃の温度まで加熱することにより、実現される。
　伝熱部材１３は、例えば、両端が工業炉１２の外壁及び反応媒体１０にそれぞれ取り付けられた中空の部材である。また、伝熱部材１３は、例えば、管状体の内部に伝熱媒体を封入したヒートパイプであってもよい。また、伝熱部材１３は、例えば、内部に伝熱媒体が通流可能な流路を有する中空体であってもよい。
　伝熱部材１３に用いられる伝熱媒体としては、例えば、ナトリウム等が挙げられる。このように、伝熱部材１３の伝熱媒体にナトリウムを用いることにより、熱Ｈを効率よく伝達することができる。
　なお、伝熱部材１３の伝熱媒体がナトリウムである場合に、伝熱部材１３に用いられる管状体の材料としては、例えば、インコネル、ベリリア及び窒化ホウ素等の耐食性の高い材料が挙げられる。
　水蒸気供給部１４は、容器１１内に水蒸気Ｖを供給する。容器１１内に供給される水蒸気Ｖは、還元された反応媒体１０と接触して酸素及び水素に分解される。すなわち、還元された反応媒体１０と水蒸気Ｖとが接触することにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体１０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。
　水素の発生は、例えば、還元された反応媒体１０の温度を約６００℃まで低下させた後に、反応媒体１０と水蒸気Ｖとを接触させることにより、実現される。
　水蒸気供給部１４は、原料水供給源１４ａ（図１参照）と、水供給配管１４ｂ（図１参照）と、水蒸気発生部１４ｃと、水蒸気供給配管１４ｄとを有する。
　原料水供給源１４ａは、例えば、水蒸気Ｖの原料となる原料水Ｗ（図１参照）を貯留するタンクである。なお、原料水供給源１４ａに貯留される原料水Ｗには、回収機構１５において水素及び酸素を回収する際に取り除かれる水分が用いられてもよい。
　水供給配管１４ｂは、原料水供給源１４ａと水蒸気発生部１４ｃとの間を繋ぐ配管であり、原料水供給源１４ａから供給される原料水Ｗを水蒸気発生部１４ｃに供給する。
　水蒸気発生部１４ｃは、原料水Ｗから水蒸気Ｖを発生させる。水蒸気供給配管１４ｄは、水蒸気発生部１４ｃと容器１１との間を繋ぐ配管であり、水蒸気発生部１４ｃで生成された水蒸気Ｖを容器１１の内部に供給する。
　回収機構１５は、容器１１に設けられた開口１１ａに配管１５ａを介して接続されている。回収機構１５は、容器１１内で発生するガスや容器１１内に残留するガスを回収する複数の回収部を有する。
　例えば、回収機構１５は、容器１１内で発生する水素を回収する回収部と、容器１１内で発生する酸素を回収する回収部と、容器１１内に残留する水分等の雰囲気を回収する回収部とを有する。
　なお、回収機構１５が接続される容器１１の開口１１ａには、容器１１内で発生するガスの量等を検出するための各種のセンサが設けられてもよい。センサとしては、例えば、赤外線式流量センサ、示差熱式流量センサまたは分圧センサ等を用いることができる。
　別の伝熱部材１６は、工業炉１２から反応媒体１０に伝えられた熱Ｈを水蒸気供給部１４の水蒸気発生部１４ｃに輸送する。そして、水蒸気発生部１４ｃは、反応媒体１０から伝えられる熱Ｈにより水蒸気Ｖを発生させる。
　別の伝熱部材１６は、例えば、両端が反応媒体１０及び水蒸気発生部１４ｃにそれぞれ取り付けられた中空の部材である。また、別の伝熱部材１６は、例えば、管状体の内部に伝熱媒体を封入したヒートパイプであってもよい。また、別の伝熱部材１６は、例えば、内部に伝熱媒体が通流可能な流路を有する中空体であってもよい。
　別の伝熱部材１６に用いられる伝熱媒体としては、例えば、水または油等が挙げられる。また、別の伝熱部材１６の伝熱媒体が水または油である場合に、別の伝熱部材１６に用いられる管状体の材料としては、例えば、セラミック及びステンレス等が挙げられる。
　ここで、第２実施形態では、別の伝熱部材１６を用いて反応媒体１０から水蒸気発生部１４ｃに熱Ｈが伝わる。すなわち、第２実施形態では、別の伝熱部材１６で反応媒体１０から水蒸気発生部１４ｃに熱Ｈを伝えることにより、水蒸気発生部１４ｃで水蒸気Ｖが生成されるとともに、反応媒体１０が素早く冷却される。
　そのため、第２実施形態では、還元処理が終了した反応媒体１０を素早く酸化処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルを短くすることができる。したがって、第２実施形態によれば、水素製造装置１における水素の生成効率を向上させることができる。
　また、第２実施形態では、伝熱部材１３とは別体となる別の伝熱部材１６を設けることにより、伝熱部材１３とは異なる材料で別の伝熱部材１６を構成することができる。そして、別の伝熱部材１６は伝熱部材１３に比べて大きな熱Ｈを輸送する必要が無いことから、別の伝熱部材１６には伝熱部材１３よりも耐熱性が低く、低コストの材料を用いることができる。
　したがって、第２実施形態によれば、水素製造装置１の製造コストを低減することができる。
　また、第２実施形態では、伝熱部材１３とは別体となる別の伝熱部材１６を設けることにより、工業炉１２から伝熱部材１３を介して伝わる熱Ｈが、反応媒体１０ではなく水蒸気発生部１４ｃに伝わることを抑制することができる。したがって、第２実施形態によれば、伝熱部材１３によって反応媒体１０を効率よく昇温することができる。
　また、第２実施形態では、伝熱部材１３及び別の伝熱部材１６が、反応媒体１０を挟んで離れていてもよい。これにより、工業炉１２から伝熱部材１３を介して伝わる熱Ｈが、反応媒体１０ではなく水蒸気発生部１４ｃに伝わることをさらに抑制することができる。
　したがって、第２実施形態によれば、伝熱部材１３によって反応媒体１０をさらに効率よく昇温することができる。
＜第２実施形態の各種変形例＞
　つづいて、第２実施形態に係る水素製造装置１の各種変形例について、図６～図８を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、第２実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。
　図６は、第２実施形態の変形例１に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。図６に示すように、第２実施形態の変形例１では、水素製造装置１が、別の伝熱部材１６と反応媒体１０との間に位置し、別の伝熱部材１６よりも熱伝導率が低いヒートシンク１７をさらに有する。
　これにより、伝熱部材１３から反応媒体１０を介して別の伝熱部材１６へ熱Ｈを直接伝わらなくすることができることから、別の伝熱部材１６にさらに耐熱性が低く、低コストの材料を用いることができる。
　したがって、第２実施形態の変形例１によれば、水素製造装置１の製造コストをさらに低減することができる。
　また、この変形例１では、別の伝熱部材１６よりも熱伝導率が低いヒートシンク１７を反応媒体１０と別の伝熱部材１６との間に挟むことにより、反応媒体１０から別の伝熱部材１６への熱Ｈの移動を調整することができる。ヒートシンク１７の材質としては、例えば、セラミックスや金属である。
　また、この変形例１では、ヒートシンク１７が多孔体で構成されてもよい。これにより、ヒートシンク１７内部での熱Ｈの伝達経路が少なくなるので、反応媒体１０から別の伝熱部材１６への熱Ｈの移動を調整することができる。
　また、図７に示すように、ヒートシンク１７は、表面に凹凸を有していてもよい。これによっても、ヒートシンク１７内部での熱Ｈの伝達経路が少なくなるので、反応媒体１０から別の伝熱部材１６への熱Ｈの移動を調整することができる。図７は、第２実施形態の変形例２に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。
　また、図８に示すように、反応媒体１０と別の伝熱部材１６との間が離れていてもよい。すなわち、反応媒体１０と別の伝熱部材１６との間に、別の伝熱部材１６よりも熱伝導率が低い空間１７Ａが配置されていてもよい。図８は、第２実施形態の変形例３に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。
　これによっても、反応媒体１０と別の伝熱部材１６との間の熱Ｈの伝達経路（例えば、キャリアガスでの熱伝達や放射）が少なくなるので、反応媒体１０から別の伝熱部材１６への熱Ｈの移動を調整することができる。
　なお、図８の例では、別の伝熱部材１６が反応媒体１０から離れたままの状態を維持する例について示したが、本開示はかかる例に限られない。
　例えば、別の伝熱部材１６を移動させる図示しない移動機構が別途水素製造装置１に設けられる。そして、制御部は、かかる移動機構を制御して、還元処理の際には反応媒体１０と別の伝熱部材１６とを離間させるととともに、酸化処理の際には反応媒体１０と別の伝熱部材１６とを接触させる。
　これにより、還元処理の際には別の伝熱部材１６に熱Ｈが逃げることを抑制できるため、反応媒体１０を素早く昇温することができるととともに、酸化処理の際には別の伝熱部材１６で反応媒体１０を素早く冷却することができる。
　したがって、この場合には、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
＜第３実施形態＞
　図９及び図１０は、第３実施形態に係る水素製造装置１の構成及び動作を模式的に示す図である。第３実施形態に係る水素製造装置１は、容器１１と、工業炉１２と、輸送管１３Ａと、水蒸気供給部１４と、回収機構１５と、ゲートバルブ１８と、移動機構１９とを有する。工業炉１２は、加熱部の一例であり、移動機構１９は、冷却部の一例である。
　容器１１は、水素の製造に用いられる反応媒体１０を収容する。また、第３実施形態では、容器１１の内部が、第１領域１１ｂ及び第２領域１１ｃを有する。
　反応媒体１０は、内部に種々の流体が通過可能な流路を有する直方体状の多孔質体である。反応媒体１０の材料は、例えば、熱により還元されて酸素欠陥が生じる酸化物である。反応媒体１０の材料としては、例えば、ペロブスカイト型酸化物を用いることができ、特許文献１に記載のペロブスカイト酸化物ならば、４００℃以上１６００℃以下の温度範囲で水素製造サイクルを行うことができる。
　反応媒体１０には、反応媒体１０の反応状態を管理するための各種の計測器が設けられてもよい。計測器としては、例えば、変位計、重量計または電位計等を用いることができる。これらの計測器は、適宜組み合わせて用いられてもよい。
　変位計は、反応媒体１０の反応状態を示す指標として、反応媒体１０の膨張及び収縮を計測することができる。重量計は、反応媒体１０の重量の増減を計測することができる。電位計は、反応媒体１０に取り付けた導電性素子の電位の変化を計測することができる。
　導電性素子としては、例えば、酸化チタン又は希土類安定化酸化ジルコニウム等のような酸素欠陥を有するセラミックスを用いることができ、ペロブスカイト型酸化物と同じく酸化還元反応によって酸素欠陥量が変化し、その変化に応じて酸素イオン伝導が変化することで電位を測定することができる。このような導電性素子の場合、ペロブスカイト型酸化物と同じセラミックスであることから熱膨張係数が略同一であり、温度サイクル時の熱膨張係数差によるクラックが発生しにくい。また、反応媒体１０には、反応媒体１０の温度を検出可能な温度センサが設けられてもよい。また、反応媒体１０の形状は、直方体状に限られない。
　工業炉１２は、さまざまな工業で用いられ、内部が高い温度となる各種の炉である。第３実施形態に係る工業炉１２は、例えば、加熱炉であり、内部で実行される種々の加熱処理（例えば、セラミックスに対する焼成処理等）に基づき、加熱された排気ガスＥＧを発生させる。加熱された排気ガスＥＧは、例えば、アルゴンまたは窒素等の不活性ガスである。
　輸送管１３Ａは、工業炉１２に接続されている。輸送管１３Ａの先端の開口部は、容器１１内の第１領域１１ｂに位置している。輸送管１３Ａは、工業炉１２で発生する排気ガスＥＧを容器１１内に輸送して、かかる排気ガスＥＧの熱Ｈにより反応媒体１０を還元する。
　なお、反応媒体１０を加熱して還元する手段は排気ガスＥＧに限定されない。例えば、輸送管１３Ａが反応媒体１０に接続されており、輸送管１３Ａがヒートパイプとして機能してもよい。つまり、輸送管１３Ａが工業炉１２で発生した熱を反応媒体１０に伝えて反応媒体１０を加熱することにより反応媒体１０を還元してもよい。
　反応媒体１０の還元は、例えば、排気ガスＥＧの熱Ｈにより反応媒体１０を約８００℃の温度まで加熱することにより、実現される。工業炉１２で発生する排気ガスＥＧの熱Ｈにより反応媒体１０を還元する場合、工業炉１２から放出される熱Ｈを利用して反応媒体１０を還元する場合と比較して、反応媒体１０に生じる酸素欠陥の数を増大させることができる。
　そして、反応媒体１０における酸素欠陥の数が増大するほど、反応媒体１０と水蒸気Ｖとが接触する際に反応媒体１０の酸化に基づく水蒸気Ｖの分解が促進されることから、水素の発生効率を向上させることができる。このため、第３実施形態に係る水素製造装置１によれば、工業炉１２で発生する排気ガスＥＧの熱Ｈを有効に利用して水素を製造することができる。
　水蒸気供給部１４は、容器１１内に水蒸気Ｖを供給する。容器１１内に供給される水蒸気Ｖは、還元された反応媒体１０と接触して酸素及び水素に分解される。すなわち、還元された反応媒体１０と水蒸気Ｖとが接触することにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体１０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。
　水素の発生は、例えば、還元された反応媒体１０の温度を約６００℃まで低下させた後に、反応媒体１０と水蒸気Ｖとを接触させることにより、実現される。
　水蒸気供給部１４は、原料水供給源１４ａ（図１参照）と、水供給配管１４ｂ（図１参照）と、水蒸気発生部１４ｃと、水蒸気供給配管１４ｄとを有する。
　原料水供給源１４ａは、例えば、水蒸気Ｖの原料となる原料水Ｗ（図１参照）を貯留するタンクである。なお、原料水供給源１４ａに貯留される原料水Ｗには、回収機構１５において水素及び酸素を回収する際に取り除かれる水分が用いられてもよい。
　水供給配管１４ｂは、原料水供給源１４ａと水蒸気発生部１４ｃとの間を繋ぐ配管であり、原料水供給源１４ａから供給される原料水Ｗを水蒸気発生部１４ｃに供給する。
　水蒸気発生部１４ｃは、原料水Ｗから水蒸気Ｖを発生させる。水蒸気供給配管１４ｄは、水蒸気発生部１４ｃと容器１１との間を繋ぐ配管であり、水蒸気発生部１４ｃで生成された水蒸気Ｖを容器１１内の第２領域１１ｃに供給する。
　回収機構１５は、容器１１内の第２領域１１ｃに設けられた開口１１ａに配管１５ａ、分岐部１５ｂ及びバルブ１５ｃを介して接続されている。回収機構１５は、容器１１内で発生するガスや容器１１内に残留するガスを回収する複数の回収部を有する。
　例えば、回収機構１５は、容器１１内で発生する水素を回収する回収部と、容器１１内で発生する酸素を回収する回収部と、容器１１内に残留する排気ガスＥＧ及び水分を回収する回収部とを有する。回収された排気ガスＥＧは、例えば、反応媒体１０に直接触れることがなく、配管等を通じて、容器１１内を移動し、反応媒体１０を冷却する冷却ガスとして再利用してもよい。
　なお、回収機構１５が接続される容器１１の開口１１ａには、容器１１内で発生するガスの量等を検出するための各種のセンサが設けられてもよい。センサとしては、例えば、赤外線式流量センサ、示差熱式流量センサまたは分圧センサ等を用いることができる。
　また、分岐部１５ｂには、バルブ１５ｄを介してポンプ１５ｅが接続されている。ポンプ１５ｅは、バルブ１５ｄが開状態である場合に、容器１１の内部を減圧することができる。
　ゲートバルブ１８は、容器１１内の第１領域１１ｂと第２領域１１ｃとの間に配置され、かかる第１領域１１ｂと第２領域１１ｃとの間を開閉する。
　移動機構１９は、容器１１の内部において、第１領域１１ｂと第２領域１１ｃとの間で反応媒体１０を移動させる。移動機構１９は、たとえば駆動部を有する台車であり、かかる台車の上に反応媒体１０が載置される。
　水素製造装置１は、図示しない制御部をさらに有する。かかる制御部は、例えば、プロセッサ、記憶部、入力装置及び表示装置等を備えるコンピュータである。制御部の記憶部には、水素製造装置１で実行される各種処理をプロセッサにより制御するための制御プログラムが格納されている。制御部のプロセッサは、記憶部に格納された制御プログラムに基づき動作して、水素製造装置１全体の動作を制御する。
　ここまで説明した第３実施形態では、制御部が、反応媒体１０の還元処理を図９に示す状態で実施する。具体的には、制御部が、移動機構１９を制御して反応媒体１０を容器１１内の第１領域１１ｂに位置させるとともに、ゲートバルブ１８を開状態に制御する。また、制御部は、バルブ１５ｃを閉状態に制御するとともに、バルブ１５ｄを開状態に制御する。
　これにより、第１領域１１ｂに供給される排気ガスＥＧの熱Ｈによって第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０が昇温され、反応媒体１０が還元される。また、かかる還元処理の際に反応媒体１０から放出される酸素は、ポンプ１５ｅによって容器１１内から排出される。
　なお、この反応媒体１０の還元処理の際、制御部は、水蒸気供給部１４からの水蒸気Ｖ（図１０参照）の供給を停止する。
　次に、制御部は、図１０に示すように、移動機構１９を動作させて、還元処理が終了した反応媒体１０を第１領域１１ｂから第２領域１１ｃに移動させるとともに、ゲートバルブ１８を開状態から閉状態に変更する。すなわちこの際、反応媒体１０は第２領域１１ｃに収容され、かかる第２領域１１ｃは第１領域１１ｂから隔離される。
　そして、制御部は、水蒸気供給部１４を動作させて、第２領域１１ｃに水蒸気Ｖを供給する。また、制御部は、バルブ１５ｃを閉状態から開状態に変更するとともに、バルブ１５ｄを開状態から閉状態に変更する。
　そして、反応媒体１０内の流路に導入された水蒸気Ｖは、還元された反応媒体１０と接触して酸素及び水素に分解される。水蒸気Ｖの分解は、反応媒体１０の内部から外周に向かって放射状に進行する。これにより、水蒸気Ｖに含まれる酸素が反応媒体１０の酸素欠陥に取り込まれるとともに、水素が発生する。また、反応媒体１０で発生した水素は、回収機構１５によって回収される。
　なお、この酸化処理の際に、制御部は、工業炉１２から第１領域１１ｂへの排気ガスＥＧの供給を継続してもよいし、工業炉１２から反応媒体１０への排気ガスＥＧの供給を停止してもよい。
　そして、反応媒体１０の酸化処理が完了すると、制御部は、水素製造装置１を図９に示す状態に戻し、ふたたび反応媒体１０の還元処理を実施する。すなわち、第３実施形態では、図９に示す状態と図１０に示す状態とが交互に繰り返されるように、水素製造装置１の各部が制御される。
　ここで、第３実施形態では、図１０に示すように、反応媒体１０の酸化処理の際に、移動機構１９を動作させて、輸送管１３Ａが接続される第１領域１１ｂから離れるように反応媒体１０を移動させる。これにより、反応媒体１０が熱源から離れることから、還元処理が終了した反応媒体１０を酸化処理に必要となる温度に低下させる際に、反応媒体１０を素早く冷却することができる。
　そのため、第３実施形態では、還元処理が終了した反応媒体１０を素早く酸化処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルを短くすることができる。したがって、第３実施形態によれば、水素製造装置１における水素の生成効率を向上させることができる。
　また、第３実施形態では、移動機構１９が、排気ガスＥＧが供給される第１領域１１ｂと水蒸気Ｖが供給される第２領域１１ｃとの間で反応媒体１０を移動させてもよい。これにより、反応媒体１０の酸化処理の際に、反応媒体１０を熱源から離すことができるとともに、水蒸気供給部１４から反応媒体１０に水蒸気Ｖを直接的に供給することができる。
　したがって、第３実施形態によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、第３実施形態では、容器１１内の第１領域１１ｂと第２領域１１ｃとの間に、ゲートバルブ１８が設けられてもよい。これにより、反応媒体１０の酸化処理の際に、反応媒体１０に対する排気ガスＥＧによる熱Ｈの供給をさらに抑制することができる。
　したがって、第３実施形態によれば、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができることから、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、第３実施形態では、図９に示す還元処理の際に、ポンプ１５ｅを用いて容器１１内部を減圧してもよい。これにより、還元処理の際に容器１１内部の酸素濃度を低減することができることから、反応媒体１０からの酸素の放出を促進することができる。
＜第３実施形態の各種変形例＞
　つづいて、第３実施形態に係る水素製造装置１の各種変形例について、図１１～図１７を参照しながら説明する。なお、以下に示す各種変形例では、第３実施形態と同一の部位には同一の符号を付することにより重複する説明を省略することがある。
　図１１は、第３実施形態の変形例１に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。図１１に示すように、第３実施形態の変形例１では、水素製造装置１が、容器１１内の第１領域１１ｂに位置する蓄熱部材２０及び伝熱部材２１をさらに有する。
　蓄熱部材２０は、高い熱容量を有する材料で構成され、第１領域１１ｂにおいて輸送管１３Ａに近接して配置される。蓄熱部材２０は、工業炉１２から供給される排気ガスＥＧの熱Ｈを蓄熱する。
　蓄熱部材２０は、例えば、セラミックや鉱物、コンクリートなどを用いた顕熱蓄熱材料であってもよい。また、蓄熱部材２０は、例えば、塩化物や金属、合金などを用いた潜熱蓄熱材料であってもよい。
　伝熱部材２１は、第１領域１１ｂにおいて蓄熱部材２０に接して配置されるとともに、反応媒体１０が第１領域１１ｂに移動した際に反応媒体１０と接するように配置される。そして、伝熱部材２１は、反応媒体１０が第１領域１１ｂに移動した際に、蓄熱部材２０に蓄熱される熱Ｈを反応媒体１０に伝達する。
　伝熱部材２１は、例えば、内部に伝熱媒体を封入したヒートパイプであってもよい。また、伝熱部材２１は、例えば、内部に伝熱媒体が通流可能な流路を有するヒートスプレッダであってもよい。
　伝熱部材２１に用いられる伝熱媒体としては、例えば、ナトリウム、水または油等が挙げられる。例えば、この変形例１では、伝熱部材２１の伝熱媒体にナトリウムを用いることにより、熱Ｈを効率よく伝達することができる。
　なお、伝熱部材２１の伝熱媒体がナトリウムである場合に、伝熱部材２１に用いられる材料としては、例えば、インコネル、ベリリア及び窒化ホウ素等の耐食性の高い材料が挙げられる。また、伝熱部材２１の伝熱媒体が水または油である場合に、伝熱部材２１に用いられる材料としては、例えば、セラミック及びステンレス等が挙げられる。
　第３実施形態の変形例１では、かかる構成によって、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０に対して常に高温の熱Ｈを供給することができる。これにより、酸化処理が終了した反応媒体１０を素早く還元処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができる。
　したがって、第３実施形態の変形例１によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例１では、蓄熱部材２０に溜めた熱が伝熱部材２１を介して間接的に反応媒体１０に伝えられることにより、反応媒体１０に生じるヒートショックを低減することができる。したがって、第３実施形態の変形例１によれば、反応媒体１０の破損を抑制することができることから、水素製造装置１において安定して水素を製造することができる。
　図１２は、第３実施形態の変形例２に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。図１２に示すように、第３実施形態の変形例２では、水素製造装置１が、輸送管１３Ａではなく伝熱部材１３を介して蓄熱部材２０に熱Ｈを伝達する点が上述の変形例１と異なる。
　伝熱部材１３は、工業炉１２で発生する熱Ｈを容器１１内の蓄熱部材２０に輸送して、かかる熱Ｈにより反応媒体１０を還元する。反応媒体１０の還元は、例えば、工業炉１２から輸送される熱Ｈにより反応媒体１０を約８００℃の温度まで加熱することにより、実現される。
　伝熱部材１３は、例えば、両端が工業炉１２の外壁及び蓄熱部材２０にそれぞれ取り付けられた中空の部材である。また、伝熱部材１３は、例えば、管状体の内部に伝熱媒体を封入したヒートパイプであってもよい。また、伝熱部材１３は、例えば、内部に伝熱媒体が通流可能な流路を有する中空体であってもよい。
　伝熱部材１３に用いられる伝熱媒体としては、例えば、ナトリウム、水または油等が挙げられる。例えば、この変形例２では、伝熱部材１３の伝熱媒体にナトリウムを用いることにより、熱Ｈを効率よく伝達することができる。
　なお、伝熱部材１３の伝熱媒体がナトリウムである場合に、伝熱部材１３に用いられる管状体の材料としては、例えば、インコネル、ベリリア及び窒化ホウ素等の耐食性の高い材料が挙げられる。また、伝熱部材１３の伝熱媒体が水または油である場合に、伝熱部材１３に用いられる管状体の材料としては、例えば、セラミック及びステンレス等が挙げられる。
　第３実施形態の変形例２では、かかる構成によって、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０に対して常に高温の熱Ｈを供給することができる。これにより、酸化処理が終了した反応媒体１０を素早く還元処理に移行させることができることから、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができる。
　したがって、第３実施形態の変形例２によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例２では、蓄熱部材２０に溜めた熱が伝熱部材２１を介して間接的に反応媒体１０に伝えられることにより、反応媒体１０に生じるヒートショックを低減することができる。したがって、第３実施形態の変形例２によれば、反応媒体１０の破損を抑制することができることから、水素製造装置１において安定して水素を製造することができる。
　図１３及び図１４は、第３実施形態の変形例３に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。なお、図１４は、変形例３に係る容器１１及びその内部を上面視した場合の図である。
　図１３及び図１４に示すように、この変形例３では、容器１１の内部に複数（図では２つ）の反応媒体１０（以下、反応媒体１０Ａ、１０Ｂとも呼称する。）が配置される。そして、この変形例３では、移動機構１９が、第１領域１１ｂと第２領域１１ｃとの間で複数の反応媒体１０を交互に移動させる。
　例えば、図１３等に示すように、制御部が、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０Ａに熱Ｈを供給して、かかる反応媒体１０Ａの還元処理を実施するとともに、第２領域１１ｃに位置する反応媒体１０Ｂに水蒸気Ｖを供給して、かかる反応媒体１０Ｂの酸化処理を実施する。
　これにより、水素製造装置１において複数の反応媒体１０の還元処理と酸化処理とを並行して実施することができることから、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができる。したがって、第３実施形態の変形例３によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例３では、複数の反応媒体１０の還元処理と酸化処理とを並行して実施する際に、ゲートバルブ１８を閉状態にしてもよい。これにより、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０から発生する酸素ガスが第２領域１１ｃに漏れ込むことを抑制することができる。
　すなわち、この変形例３では、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０から発生する酸素ガスによって、第２領域１１ｃにおける水蒸気Ｖによる酸化処理が阻害されることを抑制することができる。したがって、第３実施形態の変形例３によれば、水素製造装置１において安定して水素を製造することができる。
　なお、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０から発生する酸素ガスは、容器１１内の第１領域１１ｂに設けられた開口１１ａ２に配管１５ａ２及び合流部１５ｂ２を介して接続されるポンプ１５ｅによって排気される。
　また、回収機構１５は、容器１１内の第２領域１１ｃに設けられた開口１１ａ１に配管１５ａ１、分岐部１５ｂ１及びバルブ１５ｃを介して接続されている。さらに、分岐部１５ｂ１及び合流部１５ｂ２は、バルブ１５ｄを介して接続されている。
　そして、制御部は、第１領域１１ｂ及び第２領域１１ｃにおいて複数の反応媒体１０の還元処理及び酸化処理が終了し、かかる複数の反応媒体１０の位置が入れ替わった後、ゲートバルブ１８を閉状態にするとともに、バルブ１５ｄを開状態にする。
　これにより、制御部は、第１領域１１ｂ及び第２領域１１ｃを減圧する。なおこの際、バルブ１５ｃは閉状態に制御される。
　次に、制御部は、第１領域１１ｂ及び第２領域１１ｃの圧力が所与の圧力まで低下すると、バルブ１５ｄを閉状態に変更するとともに、バルブ１５ｃを開状態に変更し、水蒸気供給部１４から第２領域１１ｃに水蒸気Ｖを供給する。これにより、制御部は、第２領域１１ｃで生成された水素を回収機構１５によって回収する。
　なおこの際、ポンプ１５ｅによる第１領域１１ｂに対する減圧処理は継続される。これにより、還元処理の際に第１領域１１ｂ内部の酸素濃度を低減することができることから、反応媒体１０からの酸素の放出を促進することができる。
　また、この変形例３では、図１３及び図１４に示すように、台車である移動機構１９が、レール２２上に配置されてもよい。これにより、反応媒体１０が容器１１の内部を移動する際に、転倒することを抑制することができる。したがって、第３実施形態の変形例３によれば、水素製造装置１において安定して水素を製造することができる。
　なお、上述の第３実施形態及び変形例１、２においても、この変形例３と同様に、台車である移動機構１９がレール２２上に配置されてもよい。
　また、この変形例３では、第２領域１１ｃにおいて、反応媒体１０ごとに配置されるレール２２の直上にそれぞれ水蒸気供給部１４が設けられてもよい。これにより、すべての反応媒体１０に効率よく水蒸気Ｖを供給することができる。
　図１５及び図１６は、第３実施形態の変形例４に係る水素製造装置１の構成を模式的に示す図である。なお、図１６は、変形例４に係る移動機構１９を上面視した場合の図である。この変形例４では、移動機構１９の構成が上述の変形例３と異なる。
　具体的には、図１６に示すように、移動機構１９が容器１１の内部で水平に回転する回転部材である。そして、かかる回転部材のおもて面に、複数（図では２つ）の扇状の反応媒体１０が載置される。また、回転部材のおもて面に載置される複数の反応媒体１０の間には、かかる回転部材と一体で構成されるゲートバルブ１８が配置される。
　そして、この変形例４では、制御部が、回転部材である移動機構１９を回転させることにより、第１領域１１ｂと第２領域１１ｃとの間で複数の反応媒体１０を交互に移動させる。
　例えば、図１５に示すように、制御部は、第１領域１１ｂに位置する反応媒体１０Ａに熱Ｈを供給して、かかる反応媒体１０Ａの還元処理を実施するとともに、第２領域１１ｃに位置する反応媒体１０Ｂに水蒸気Ｖを供給して、かかる反応媒体１０Ｂの酸化処理を実施する。
　これにより、水素製造装置１において複数の反応媒体１０の還元処理と酸化処理とを並行して実施することができることから、水素製造装置１の処理サイクルをさらに短くすることができる。したがって、第３実施形態の変形例４によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例４では、図１６に示すように、扇状の反応媒体１０が円板状の回転部材に沿って配置されてもよい。これにより、円板状の回転部材に対して、直方体状の反応媒体１０に比べてより体積の大きい反応媒体１０を配置することができることから、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　また、この変形例４では、扇状の反応媒体１０の内部に、扇状の流路が形成されてもよい。これにより、反応媒体１０の内部に均等に水蒸気Ｖを供給することができる。
　図１７は、第３実施形態の変形例５に係る移動機構１９の構成を模式的に示す図である。図１７に示すように、この変形例５では、台車である移動機構１９の載置部が凹部１９ａを有する。そして、かかる凹部１９ａに挿入されるように、反応媒体１０が載置される。
　これにより、反応媒体１０が容器１１の内部を移動する際に、転倒することを抑制することができる。したがって、第３実施形態の変形例５によれば、水素製造装置１において安定して水素を製造することができる。
　また、この変形例５では、台車である移動機構１９の載置部が多孔体で構成されてもよい。これにより、移動機構１９の載置部と接している反応媒体１０の表面からも水素ガスを回収することができる。したがって、第３実施形態の変形例５によれば、水素製造装置１における水素の生成効率をさらに向上させることができる。
　以上、本開示の各実施形態について説明したが、本開示は上記の各実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、上記の各実施形態では、反応媒体１０を加熱する加熱部に工業炉１２を用いた例について示したが、加熱部として用いられる熱源は工業炉１２に限られず、太陽光等の各種の熱源を用いることができる。
　また、輸送管１３Ａ、水供給配管１４ｂおよび別の伝熱部材１６の周囲には断熱材があってもよい。このような構成ならば、放熱することが少なくなり、効率を向上することができる。かかる断熱材としては、たとえば、レンガ、グラスウール、セラミックファイバー、ロックウールなどであり、接合には無機接着剤などを使用しても良い。
　今回開示された各実施形態は全ての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。実に、上記した各実施形態は多様な形態で具現され得る。また、上記の各実施形態は、添付の請求の範囲及びその趣旨を逸脱することなく、様々な形態で省略、置換、変更されてもよい。
　なお、本技術は以下のような構成も取ることができる。
（１）
　反応媒体と
　前記反応媒体を収容する容器と、
　前記反応媒体を加熱する加熱部と、
　水蒸気を前記反応媒体に供給する水蒸気供給部と、
　前記反応媒体を冷却する冷却部と、
　を有する、水素製造装置。
（２）
　前記冷却部は、前記水蒸気供給部に対して原料水を供給する水供給配管であり、
　前記水供給配管は、前記反応媒体に接するように配置される
　前記（１）に記載の水素製造装置。
（３）
　前記水供給配管は、前記反応媒体の周囲にらせん状に巻き付いている
　前記（２）に記載の水素製造装置。
（４）
　前記加熱部内で発生する熱を前記反応媒体へ移動させる伝熱部材をさらに有し、
　前記伝熱部材は、らせん状に巻き付く前記水供給配管と前記反応媒体との間に配置される
　前記（３）に記載の水素製造装置。
（５）
　前記加熱部内で発生する熱を前記反応媒体へ移動させる伝熱部材をさらに有し、
　前記伝熱部材は、前記反応媒体の周囲にらせん状に巻き付いている
　前記（３）に記載の水素製造装置。
（６）
　前記水供給配管及び前記伝熱部材は、前記反応媒体の周囲に交互にらせん状に巻き付いている
　前記（５）に記載の水素製造装置。
（７）
　前記水供給配管の上流側の部位が、前記伝熱部材における前記加熱部側に配置される
　前記（４）～（６）のいずれか一つに記載の水素製造装置。
（８）
　前記冷却部は、前記反応媒体が有する熱を前記水蒸気供給部へ移動させる別の伝熱部材である
　前記（１）に記載の水素製造装置。
（９）
　前記加熱部内で発生する熱を前記反応媒体へ移動させる伝熱部材をさらに有し、
　前記伝熱部材及び前記別の伝熱部材は、前記反応媒体を挟んで離れている
　前記（８）に記載の水素製造装置。
（１０）
　前記別の伝熱部材と前記反応媒体との間に位置し、前記別の伝熱部材よりも熱伝導率が低いヒートシンクをさらに有する
　前記（８）または（９）に記載の水素製造装置。
（１１）
　前記ヒートシンクは、多孔体である
　前記（１０）に記載の水素製造装置。
（１２）
　前記ヒートシンクは、表面に凹凸を有する
　前記（１０）または（１１）に記載の水素製造装置。
（１３）
　前記冷却部は、前記容器の内部で前記反応媒体を移動させる移動機構である
　前記（１）に記載の水素製造装置。
（１４）
　前記容器は、前記加熱部からの熱が供給される第１領域と、前記水蒸気供給部からの水蒸気が供給される第２領域と、を有し、
　前記移動機構は、前記第１領域と前記第２領域との間で前記反応媒体を移動させる
　前記（１３）に記載の水素製造装置。
（１５）
　前記第１領域と前記第２領域との間を互いに隔離するゲートバルブをさらに有する
　前記（１４）に記載の水素製造装置。
（１６）
　前記第１領域には、前記加熱部から供給される熱を蓄熱する蓄熱部材が配置される
　前記（１４）または（１５）に記載の水素製造装置。
（１７）
　前記容器内に複数の前記反応媒体が配置され、
　前記移動機構は、前記第１領域と前記第２領域との間で複数の前記反応媒体を交互に移動させる
　前記（１４）～（１６）のいずれか一つに記載の水素製造装置。
（１８）
　前記移動機構は、台車であり、
　前記台車は、レール上に配置される
　前記（１４）～（１７）のいずれか一つに記載の水素製造装置。
（１９）
　前記移動機構は、前記容器の内部で回転する回転部材である
　前記（１４）～（１７）のいずれか一つに記載の水素製造装置。
（２０）
　前記加熱部は、工業炉である
　前記（１）～（１９）のいずれか一つに記載の水素製造装置。
　１　　　水素製造装置
　１０　　反応媒体
　１１　　容器
　１１ｂ　第１領域
　１１ｃ　第２領域
　１２　　工業炉（加熱部の一例）
　１３　　伝熱部材
　１３Ａ　輸送管
　１４　　水蒸気供給部
　１４ｂ　水供給配管（冷却部の一例）
　１５　　回収機構
　１６　　別の伝熱部材（冷却部の一例）
　１７　　ヒートシンク
　１８　　ゲートバルブ
　１９　　移動機構（冷却部の一例）
　２０　　蓄熱部材
　２１　　伝熱部材
　２２　　レール

Claims (20)

  1. 　反応媒体と、
    　前記反応媒体を収容する容器と、
    　前記反応媒体を加熱する加熱部と、
    　水蒸気を前記反応媒体に供給する水蒸気供給部と、
    　前記反応媒体を冷却する冷却部と、
    　を有する、水素製造装置。
  2. 　前記冷却部は、前記水蒸気供給部に対して原料水を供給する水供給配管であり、
    　前記水供給配管は、前記反応媒体に接するように配置される
    　請求項１に記載の水素製造装置。
  3. 　前記水供給配管は、前記反応媒体の周囲にらせん状に巻き付いている
    　請求項２に記載の水素製造装置。
  4. 　前記加熱部内で発生する熱を前記反応媒体へ移動させる伝熱部材をさらに有し、
    　前記伝熱部材は、らせん状に巻き付く前記水供給配管と前記反応媒体との間に配置される
    　請求項３に記載の水素製造装置。
  5. 　前記加熱部内で発生する熱を前記反応媒体へ移動させる伝熱部材をさらに有し、
    　前記伝熱部材は、前記反応媒体の周囲にらせん状に巻き付いている
    　請求項３に記載の水素製造装置。
  6. 　前記水供給配管及び前記伝熱部材は、前記反応媒体の周囲に交互にらせん状に巻き付いている
    　請求項５に記載の水素製造装置。
  7. 　前記水供給配管の上流側の部位が、前記伝熱部材における前記加熱部側に配置される
    　請求項４～６のいずれか一つに記載の水素製造装置。
  8. 　前記冷却部は、前記反応媒体が有する熱を前記水蒸気供給部へ移動させる別の伝熱部材である
    　請求項１に記載の水素製造装置。
  9. 　前記加熱部内で発生する熱を前記反応媒体へ移動させる伝熱部材をさらに有し、
    　前記伝熱部材及び前記別の伝熱部材は、前記反応媒体を挟んで離れている
    　請求項８に記載の水素製造装置。
  10. 　前記別の伝熱部材と前記反応媒体との間に位置し、前記別の伝熱部材よりも熱伝導率が低いヒートシンクをさらに有する
    　請求項８または９に記載の水素製造装置。
  11. 　前記ヒートシンクは、多孔体である
    　請求項１０に記載の水素製造装置。
  12. 　前記ヒートシンクは、表面に凹凸を有する
    　請求項１０または１１に記載の水素製造装置。
  13. 　前記冷却部は、前記容器の内部で前記反応媒体を移動させる移動機構である
    　請求項１に記載の水素製造装置。
  14. 　前記容器は、前記加熱部からの熱が供給される第１領域と、前記水蒸気供給部からの水蒸気が供給される第２領域と、を有し、
    　前記移動機構は、前記第１領域と前記第２領域との間で前記反応媒体を移動させる
    　請求項１３に記載の水素製造装置。
  15. 　前記第１領域と前記第２領域との間を互いに隔離するゲートバルブをさらに有する
    　請求項１４に記載の水素製造装置。
  16. 　前記第１領域には、前記加熱部から供給される熱を蓄熱する蓄熱部材が配置される
    　請求項１４または１５に記載の水素製造装置。
  17. 　前記容器内に複数の前記反応媒体が配置され、
    　前記移動機構は、前記第１領域と前記第２領域との間で複数の前記反応媒体を交互に移動させる
    　請求項１４～１６のいずれか一つに記載の水素製造装置。
  18. 　前記移動機構は、台車であり、
    　前記台車は、レール上に配置される
    　請求項１４～１７のいずれか一つに記載の水素製造装置。
  19. 　前記移動機構は、前記容器の内部で回転する回転部材である
    　請求項１４～１７のいずれか一つに記載の水素製造装置。
  20. 　前記加熱部は、工業炉である
    　請求項１～１９のいずれか一つに記載の水素製造装置。
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5795801A (en) * 1980-12-04 1982-06-14 Babcock Hitachi Kk Decomposition method for water
JP2004269296A (ja) * 2003-03-06 2004-09-30 Kurosaki Harima Corp 水の分解による水素製造法とそれに使用する反応媒体
JP2006058204A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Hitachi Ltd 水素製造装置
JP2008094636A (ja) * 2006-10-06 2008-04-24 Tokyo Institute Of Technology 水素製造方法、水素製造装置および金属酸化物
WO2013141385A1 (ja) 2012-03-23 2013-09-26 独立行政法人科学技術振興機構 熱化学燃料製造用触媒及び熱化学燃料製造方法
WO2017145903A1 (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 京セラ株式会社 光吸収部材および水素製造用部材ならびに水素製造装置

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5795801A (en) * 1980-12-04 1982-06-14 Babcock Hitachi Kk Decomposition method for water
JP2004269296A (ja) * 2003-03-06 2004-09-30 Kurosaki Harima Corp 水の分解による水素製造法とそれに使用する反応媒体
JP2006058204A (ja) * 2004-08-23 2006-03-02 Hitachi Ltd 水素製造装置
JP2008094636A (ja) * 2006-10-06 2008-04-24 Tokyo Institute Of Technology 水素製造方法、水素製造装置および金属酸化物
WO2013141385A1 (ja) 2012-03-23 2013-09-26 独立行政法人科学技術振興機構 熱化学燃料製造用触媒及び熱化学燃料製造方法
WO2017145903A1 (ja) * 2016-02-25 2017-08-31 京セラ株式会社 光吸収部材および水素製造用部材ならびに水素製造装置

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