JP2001031401A - 水素ガスの製造方法 - Google Patents
水素ガスの製造方法Info
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- Y02E60/30—Hydrogen technology
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素ガスを、取り扱いに注意が必要な薬品や
高価な薬品あるいは触媒等を使用することなく、無公害
に、安全に、充分な制御性をもって、小型かつ簡単な装
置により製造する技術を提供する。 【解決手段】 水中に没したアルミニウムもしくはその
合金からなる被削材５に回転式のカッター６にて切削加
工を施し、加工を施している期間だけその加工によって
生じた新生面５ａと水４との反応により水素ガスＧを発
生させる。
高価な薬品あるいは触媒等を使用することなく、無公害
に、安全に、充分な制御性をもって、小型かつ簡単な装
置により製造する技術を提供する。 【解決手段】 水中に没したアルミニウムもしくはその
合金からなる被削材５に回転式のカッター６にて切削加
工を施し、加工を施している期間だけその加工によって
生じた新生面５ａと水４との反応により水素ガスＧを発
生させる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は水素ガスの製造方法
に関し、特に比較的中小規模での設備にて水素ガスを製
造する技術に関する。
に関し、特に比較的中小規模での設備にて水素ガスを製
造する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素ガスの製造に関しては、古くより多
くの方法が考案されてきたが、それらを大別すれば、大
規模ないわばプラント向きの製造方法と、小規模ないわ
ば実験室的な製造方法とに分けられる。
くの方法が考案されてきたが、それらを大別すれば、大
規模ないわばプラント向きの製造方法と、小規模ないわ
ば実験室的な製造方法とに分けられる。
【０００３】前者の製造方法に関しては、水の電解によ
る方法、水性ガスの変性による方法、鉄と水蒸気との反
応による方法、石炭・石油類のガス化による方法等があ
る。他方、後者の製造方法の例としては、亜鉛、アルミ
ニウム等に塩酸、希硫酸を作用させる方法、ナトリウム
−鉛合金に水を作用させる方法、金属水素化物と水との
反応による方法等がある。
る方法、水性ガスの変性による方法、鉄と水蒸気との反
応による方法、石炭・石油類のガス化による方法等があ
る。他方、後者の製造方法の例としては、亜鉛、アルミ
ニウム等に塩酸、希硫酸を作用させる方法、ナトリウム
−鉛合金に水を作用させる方法、金属水素化物と水との
反応による方法等がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】自動車用エンジンに代
表される比較的小型の内燃機関の使用量が激増するにつ
れ、大気汚染の問題が深刻となってきた。この問題の解
決のために現在多くの方法が研究されているが、排気ガ
スが水蒸気のみであるという絶対的な利点を活かして、
水素を燃料電池の燃料として電気モータを駆動する方
法、あるいは水素そのものを内燃機関の燃料とする方法
が考えられており、それらは排ガス対策の有力な候補と
なっている。
表される比較的小型の内燃機関の使用量が激増するにつ
れ、大気汚染の問題が深刻となってきた。この問題の解
決のために現在多くの方法が研究されているが、排気ガ
スが水蒸気のみであるという絶対的な利点を活かして、
水素を燃料電池の燃料として電気モータを駆動する方
法、あるいは水素そのものを内燃機関の燃料とする方法
が考えられており、それらは排ガス対策の有力な候補と
なっている。
【０００５】このように、水素ガスを自動車用あるいは
より広義の可搬式の原動機の燃料として使用するために
は、適当な方法で水素ガスを携行するか、あるいは水素
ガスの製造装置を搭載しなければならない。
より広義の可搬式の原動機の燃料として使用するために
は、適当な方法で水素ガスを携行するか、あるいは水素
ガスの製造装置を搭載しなければならない。
【０００６】水素を携行することに関しては、水素ガス
を液化して運搬するか、あるいは高圧のボンベに入れて
運搬する方法が普通である。しかし、自動車、特に一般
の乗用車にこのような方法を適用することは、安全性、
取扱性、保守性および重量などの諸点から見て必ずしも
好ましい方策とは言えない。
を液化して運搬するか、あるいは高圧のボンベに入れて
運搬する方法が普通である。しかし、自動車、特に一般
の乗用車にこのような方法を適用することは、安全性、
取扱性、保守性および重量などの諸点から見て必ずしも
好ましい方策とは言えない。
【０００７】一方、水素ガス製造装置の可搬式原動機へ
の搭載可能性については、そもそも大規模な水素ガス製
造設備はそのような目的には適しておらず、また、先に
述べた小規模な水素ガス製造設備については車両には搭
載可能であったとしても、原料として取り扱いに注意が
必要な薬品や高価な薬品の使用が余儀なくされるほか、
反応生成物の処理が厄介であったり、あるいは緊急時の
停止を含めてその反応の制御が困難であるので、特に事
故等の緊急時の対応を考慮すると、必ずしも最適な選択
とは言えない。
の搭載可能性については、そもそも大規模な水素ガス製
造設備はそのような目的には適しておらず、また、先に
述べた小規模な水素ガス製造設備については車両には搭
載可能であったとしても、原料として取り扱いに注意が
必要な薬品や高価な薬品の使用が余儀なくされるほか、
反応生成物の処理が厄介であったり、あるいは緊急時の
停止を含めてその反応の制御が困難であるので、特に事
故等の緊急時の対応を考慮すると、必ずしも最適な選択
とは言えない。
【０００８】以上から明らかなように、自動車用原動機
等の燃料として水素を使用することは、排気ガス対策の
上で有力な候補の一つであることには変わりはない。し
かし、小型でかつ可搬式の水素ガスの製造設備に関して
は上述のように現状では数多くの問題がある。そこで、
これらの課題を解決することが本発明の目的である。
等の燃料として水素を使用することは、排気ガス対策の
上で有力な候補の一つであることには変わりはない。し
かし、小型でかつ可搬式の水素ガスの製造設備に関して
は上述のように現状では数多くの問題がある。そこで、
これらの課題を解決することが本発明の目的である。
【０００９】すなわち、車載用あるいは可搬式の水素ガ
スの製造設備もしくはシステムとして充たすべき条件を
列挙すれば次の６項目となる。
スの製造設備もしくはシステムとして充たすべき条件を
列挙すれば次の６項目となる。
【００１０】（１）原料として取り扱いに充分な注意が
必要な薬品あるいは高価な薬品等を使用しないこと。
必要な薬品あるいは高価な薬品等を使用しないこと。
【００１１】（２）反応生成物（副生成物）が安全なも
のであること。
のであること。
【００１２】（３）反応に高温あるいは高価な触媒を必
要としないこと。
要としないこと。
【００１３】（４）緊急停止を含めて反応の制御が容易
であること。
であること。
【００１４】（５）原料が安価で供給が容易であるこ
と。
と。
【００１５】（６）小型・軽量でエネルギー消費の少な
いこと。
いこと。
【００１６】本発明は、少なくとも上記６項目を充足し
得る水素ガスの製造方法を提供することを目的とする。
得る水素ガスの製造方法を提供することを目的とする。
【００１７】
【課題を解決するための手段】この発明では、本発明者
等が新たに見いだした機械加工法上の一つの現象を利用
する。
等が新たに見いだした機械加工法上の一つの現象を利用
する。
【００１８】それは、アルミニウムまたはその合金に対
し常温の水中で切削加工あるいは研削加工を施すと、加
工によって生成された新生面と水とが反応して水素ガス
が発生する現象である。
し常温の水中で切削加工あるいは研削加工を施すと、加
工によって生成された新生面と水とが反応して水素ガス
が発生する現象である。
【００１９】水素ガスは、例えば次のような反応式のい
ずれかにより発生する。
ずれかにより発生する。
【００２０】２Ａｌ＋３Ｈ2Ｏ＝Ａｌ2Ｏ3＋３Ｈ2↑ ２Ａｌ＋４Ｈ2Ｏ＝Ａｌ2Ｏ3・Ｈ2Ｏ＋３Ｈ2↑ ２Ａｌ＋６Ｈ2Ｏ＝Ａｌ2Ｏ3・３Ｈ2Ｏ＋３Ｈ2↑ 本発明はこの現象を利用した水素ガスの製造方法に関す
るものである。
るものである。
【００２１】上記の反応は、新生面が生成された後、数
秒間持続したのち自動的に停止する特性をもっている。
つまり、上記金属を水中で切削あるいは研削加工を行っ
ている間は新生面が生成され続けるので水素ガスが発生
し続け、切削あるいは研削加工を中止すると水素ガスの
発生も自動的に停止する。また、水素ガスの発生量は生
成された新生面の面積に比例する。さらに、水温が高い
と水素ガスの発生量は増える傾向にある。
秒間持続したのち自動的に停止する特性をもっている。
つまり、上記金属を水中で切削あるいは研削加工を行っ
ている間は新生面が生成され続けるので水素ガスが発生
し続け、切削あるいは研削加工を中止すると水素ガスの
発生も自動的に停止する。また、水素ガスの発生量は生
成された新生面の面積に比例する。さらに、水温が高い
と水素ガスの発生量は増える傾向にある。
【００２２】以上の現象は、切削あるいは研削等の機械
加工によって生成された金属表面が生成後数秒間は極め
て活性であるために起こるもので、新生面では水との反
応により水素ガスとともに水酸化アルミニウムが生成さ
れる。この副生成物である水酸化アルミニウムは鉱物名
でボーキサイトと称されるもので、アルミニウムの原鉱
である。化学式からの考察によれば、２モルのアルミニ
ウムから３モルの水素ガスが生成される。
加工によって生成された金属表面が生成後数秒間は極め
て活性であるために起こるもので、新生面では水との反
応により水素ガスとともに水酸化アルミニウムが生成さ
れる。この副生成物である水酸化アルミニウムは鉱物名
でボーキサイトと称されるもので、アルミニウムの原鉱
である。化学式からの考察によれば、２モルのアルミニ
ウムから３モルの水素ガスが生成される。
【００２３】切削もしくは研削による新生面とは、単に
削られた工作物表面のみを指すものではなく、切り屑の
表面もまた新生面である。したがって、流れ形の切り屑
が生成される場合よりも、断片状もしくは粉末状の切り
屑が生成される場合の方が新生面の面積が大きいので水
素ガスの発生量も多くなる。
削られた工作物表面のみを指すものではなく、切り屑の
表面もまた新生面である。したがって、流れ形の切り屑
が生成される場合よりも、断片状もしくは粉末状の切り
屑が生成される場合の方が新生面の面積が大きいので水
素ガスの発生量も多くなる。
【００２４】以上の現象は、アルミニウムまたはその合
金のみならず、マグネシウムや特定の条件下での鋼にも
僅かに認められるが、後述する理由により本発明の被削
材としてはアルミニウムまたはその合金が最も適してい
る。例えば、ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ材およびそれをマトリッ
クスとする複合材料がこれに該当する。
金のみならず、マグネシウムや特定の条件下での鋼にも
僅かに認められるが、後述する理由により本発明の被削
材としてはアルミニウムまたはその合金が最も適してい
る。例えば、ＪＩＳ ＡＣ４Ｃ材およびそれをマトリッ
クスとする複合材料がこれに該当する。
【００２５】以上の現象に基づく水素ガスの製造方法
が、課題の解決の一方法となり得ることは、次に述べる
検討結果より明らかである。
が、課題の解決の一方法となり得ることは、次に述べる
検討結果より明らかである。
【００２６】先に述べた車載用もしくは可搬式の水素ガ
ス製造設備として充足すべき６項目のうち（１）の項目
については、本発明では原料にアルミニウムまたはその
合金と水のみを使用するので、この条件は完全に満足さ
れる。項目（２）については、反応生成物は水素ガスと
水酸化アルミニウム（ボーキサイト）であるのでこれも
満足される。項目（３）については本発明の反応はおよ
そ１００℃以下の低温で行われ、特に触媒を必要としな
いのでこれも満足される。項目（４）については、水素
ガスの発生は切削加工あるいは研削加工の進行中にのみ
行われ、発生量は加工量に比例し、加工を停止すればガ
ス発生も停止することから、これまた満足される。項目
（５），（６）についても、本発明は単純な原理に基づ
いていて装置の構造が簡単であるためこれもまた充分に
満足される。
ス製造設備として充足すべき６項目のうち（１）の項目
については、本発明では原料にアルミニウムまたはその
合金と水のみを使用するので、この条件は完全に満足さ
れる。項目（２）については、反応生成物は水素ガスと
水酸化アルミニウム（ボーキサイト）であるのでこれも
満足される。項目（３）については本発明の反応はおよ
そ１００℃以下の低温で行われ、特に触媒を必要としな
いのでこれも満足される。項目（４）については、水素
ガスの発生は切削加工あるいは研削加工の進行中にのみ
行われ、発生量は加工量に比例し、加工を停止すればガ
ス発生も停止することから、これまた満足される。項目
（５），（６）についても、本発明は単純な原理に基づ
いていて装置の構造が簡単であるためこれもまた充分に
満足される。
【００２７】本発明が前提としている上記現象がアルミ
ニウム以外の金属にも認められることは既に述べた。し
かし、鋼では反応が微弱であること、マグネシウムでは
水温が上昇した時に反応が自発的に進行するため反応の
制御が困難になることから、本発明では被削材にアルミ
ニウムまたはその合金を使用することを必須条件とし
た。
ニウム以外の金属にも認められることは既に述べた。し
かし、鋼では反応が微弱であること、マグネシウムでは
水温が上昇した時に反応が自発的に進行するため反応の
制御が困難になることから、本発明では被削材にアルミ
ニウムまたはその合金を使用することを必須条件とし
た。
【００２８】
【発明の実施の形態】図１は本発明に係る水素ガス製造
方法をより具体化した水素ガス製造装置の一例を示す概
略説明図である。１は水素脆性を生じない材質で略箱型
状につくられた密閉容器で、その上部にはセパレータ２
を介して水素ガス取り出し用のパイプ３が接続される。
この密閉容器１のなかに水（水道水で可）４を入れると
ともに、その水中にアルミニウムまたはその合金製の被
削材５を没し、回転式のカッター６にて水中で切削加工
を施す。被削材５は容器１内部に配置したチャック７に
把持されているとともに、このチャック７には容器１外
部に配置したモータ等を主体とする送り装置８によって
軸心方向の送りが付与されるようになっている一方、カ
ッター６は同じくモータ等を主体とする回転駆動装置９
によって回転駆動されるようになっている。そして、カ
ッター６を回転駆動させながら被削材５にその軸心方向
の送りを付与することによりカッター６による切削加工
が行われる。
方法をより具体化した水素ガス製造装置の一例を示す概
略説明図である。１は水素脆性を生じない材質で略箱型
状につくられた密閉容器で、その上部にはセパレータ２
を介して水素ガス取り出し用のパイプ３が接続される。
この密閉容器１のなかに水（水道水で可）４を入れると
ともに、その水中にアルミニウムまたはその合金製の被
削材５を没し、回転式のカッター６にて水中で切削加工
を施す。被削材５は容器１内部に配置したチャック７に
把持されているとともに、このチャック７には容器１外
部に配置したモータ等を主体とする送り装置８によって
軸心方向の送りが付与されるようになっている一方、カ
ッター６は同じくモータ等を主体とする回転駆動装置９
によって回転駆動されるようになっている。そして、カ
ッター６を回転駆動させながら被削材５にその軸心方向
の送りを付与することによりカッター６による切削加工
が行われる。
【００２９】なお、上記の加工形態は、回転式のカッタ
ー６を用いて被削材５に送りを与える場合の例である
が、要は水中での加工により順次新生面が生成されれば
よいから、逆に被削材５を回転させてカッター６に送り
を与えるようにしてもよく、また、場合によってはカッ
ター６による切削加工に代えて研削砥石を用いて研削加
工を施してもよい。
ー６を用いて被削材５に送りを与える場合の例である
が、要は水中での加工により順次新生面が生成されれば
よいから、逆に被削材５を回転させてカッター６に送り
を与えるようにしてもよく、また、場合によってはカッ
ター６による切削加工に代えて研削砥石を用いて研削加
工を施してもよい。
【００３０】以上のように水中にて切削または研削加工
を行うと、加工によって生じた新生面５ａと水４との反
応のために、加工を行っている間だけ水素ガスＧが発生
して密閉容器１の上部に溜まる。溜まった水素ガスＧは
セパレータ２で水分を除かれた後にパイプ３から回収さ
れて使用される。この水素ガスＧの用途には多くのもの
が考えられるが、先に述べたように自動車の動力源とし
て燃料電池に供給すること、あるいは水素そのものを原
料とする内燃機関に供給することが本発明の趣旨からは
好ましい。自動車の運転に際して、多量の水素が必要な
時にはそれだけ切削あるいは研削加工量を増やせば良
く、逆に水素の供給を止めるには加工を停止すればよ
い。
を行うと、加工によって生じた新生面５ａと水４との反
応のために、加工を行っている間だけ水素ガスＧが発生
して密閉容器１の上部に溜まる。溜まった水素ガスＧは
セパレータ２で水分を除かれた後にパイプ３から回収さ
れて使用される。この水素ガスＧの用途には多くのもの
が考えられるが、先に述べたように自動車の動力源とし
て燃料電池に供給すること、あるいは水素そのものを原
料とする内燃機関に供給することが本発明の趣旨からは
好ましい。自動車の運転に際して、多量の水素が必要な
時にはそれだけ切削あるいは研削加工量を増やせば良
く、逆に水素の供給を止めるには加工を停止すればよ
い。
【００３１】密閉容器１内にて切削または研削加工が行
われると、削り屑および反応生成物の水酸化アルミニウ
ムが水中に浮遊するので、図示していないポンプで水４
を循環させてフィルター等を用いてそれらの浮遊物を除
去するのが望ましい。
われると、削り屑および反応生成物の水酸化アルミニウ
ムが水中に浮遊するので、図示していないポンプで水４
を循環させてフィルター等を用いてそれらの浮遊物を除
去するのが望ましい。
【００３２】アルミニウムまたはその合金製の被削材５
は、密閉容器１内に取り付けられたものが削り終わった
時点で新品と交換される。また、水は随時補給されるも
のとする。切削あるいは研削用のカッター等の交換につ
いては、一般の工作機械の工具交換の場合に準ずる。
は、密閉容器１内に取り付けられたものが削り終わった
時点で新品と交換される。また、水は随時補給されるも
のとする。切削あるいは研削用のカッター等の交換につ
いては、一般の工作機械の工具交換の場合に準ずる。
【００３３】
【発明の効果】本発明の水素ガスの製造方法によれば、
取り扱いに特別な注意が必要な薬品や高価な薬品あるい
は触媒等を使用することなく、無公害に、安全に、しか
も充分な制御性をもって、小型かつ簡単な装置にて水素
ガスを容易に製造することができ、とりわけ水素ガスを
燃料とする自動車への適用が容易で、その普及に貢献で
きる効果がある。
取り扱いに特別な注意が必要な薬品や高価な薬品あるい
は触媒等を使用することなく、無公害に、安全に、しか
も充分な制御性をもって、小型かつ簡単な装置にて水素
ガスを容易に製造することができ、とりわけ水素ガスを
燃料とする自動車への適用が容易で、その普及に貢献で
きる効果がある。
【図１】本発明が適用される水素ガス製造装置の一例を
示す概略説明図。
示す概略説明図。
１…密閉容器 ２…セパレータ ４…水 ５…アルミニウムまたはその合金製の被削材 ６…カッター ７…チャック ８…送り装置 ９…回転駆動装置
Claims (2)
- 【請求項１】 アルミニウムまたはその合金について新
生表面生成手段により新生面を生成させ、その新生表面
と水との反応により水素ガスを発生させることを特徴と
する水素ガスの製造方法。 - 【請求項２】 アルミニウムまたはその合金について水
中にて切削加工もしくは研削加工を施し、それによって
生じた新生表面と水との反応により水素ガスを発生させ
ることを特徴とする水素ガスの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11205626A JP2001031401A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 水素ガスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11205626A JP2001031401A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 水素ガスの製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001031401A true JP2001031401A (ja) | 2001-02-06 |
Family
ID=16510014
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11205626A Pending JP2001031401A (ja) | 1999-07-21 | 1999-07-21 | 水素ガスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001031401A (ja) |
Cited By (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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-
1999
- 1999-07-21 JP JP11205626A patent/JP2001031401A/ja active Pending
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