JP2002104811A - 二酸化炭素還元装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 火星等の水を必要とする宇宙空間若しくは砂
漠等でも容易に生命維持のための水を得ることが出来る
もので、特に現地で得た二酸化炭素（ＣＯ_２）と地球よ
り運んできた水素を利用して還元反応させて生命維持に
必要な水を製造するための二酸化炭素還元装置を提供す
ることを目的とする。 【解決手段】 水素と二酸化炭素を合流させてその合流
部若しくはその下流側に触媒の存在下で両者を還元反応
させる反応部を設けた二酸化炭素還元装置であって、前
記水素が水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物であり、
この場合前記水素化物貯蔵槽を加熱若しくは加圧するこ
とにより容易に水素が放出される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、水素と二酸化炭素
を還元反応させて水及び炭化水素を製造させる二酸化炭
素還元装置に係り、特に、砂漠等の水を必要とする地球
空間のみならず、宇宙ステーション、宇宙探査衛星や有
人宇宙推進ロケット等に搭載される、例えば火星に存在
する二酸化炭素（ＣＯ_２）と地球より運んできた水素を
利用して還元反応させて生命維持に必要な水を製造する
ための装置を提供するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、１０年後程度に火星に有人衛
星を打ち上げようという試みが米国、日本等で検討され
ている。火星で人類が生活するために、酸素と水は生命
維持のためにどうしても用意しなければならないが、水
は地球から運ぶには極めて重量負担が大であり、火星に
おいて比較的高濃度で存在する二酸化炭素（ＣＯ_２）に
地球から運んでくる水素を還元反応させて水をつくる技
術が検討されている。

【０００３】しかしながら水素は燃料ガスであり、安全
性の面で注意を払う必要がある。このため従来の技術で
は高圧水素ガス（３０ＭＰａ）を地球から運ぶことを検
討しているが、この方式では、ガス容器を耐圧構造とし
なければならず、容器の質量が大きくなる。質量が大き
くなると、それに応じたロケットの推進エネルギーが必
要になり、必然的にその推進エネルギーを装備するため
ロケットが大きくなり、実質的に火星にまで到達し得る
だけの推進エネルギーを得ることが出来ないという問題
が生じる。

【０００４】次に従来のＣＯ_２の還元に必要な水素（Ｈ
_２）ガスを水素ボンベ等により補給を行っていたＣＯ_２
還元装置の参考例を簡単に説明する。ＣＯ_２の還元反応
は具体的には、図５に示すように供給されるＣＯ_２ガス
を混合タンク５１において、Ｈ_２ボンベ５５よりＨ_２タ
ンク５４を経由して供給されるＨ_２ガスと混合し、反応
炉５２へ導入する。反応炉５２へ導入された混合ガス
は、反応炉５２内で還元反応し、メタンと水蒸気（Ｈ_２
Ｏ（Ｇ））となる。水蒸気（Ｈ_２Ｏ（Ｇ））は反応炉５
２の下流側に設置されている凝縮器５３で凝縮され、水
（Ｈ_２Ｏ（Ｌ））となる。ここで気液２相流は気液分離
装置２へ送入され、メタン（ＣＨ_４）とＨ_２Ｏ（Ｌ）に
分離され、ＣＨ_４はそのまま排気され、Ｈ _２Ｏ（Ｌ）は
水タンク３へと送入されて保管される。

【０００５】このように、ＣＯ_２還元を行う際には、Ｈ
_２は必要不可欠であるが、そのためのＨ_２ボンベ、タン
クなどの搭載スペース、質量等が、宇宙ステーションや
宇宙探査衛星、若しくは火星有人飛行等の装置では、非
常に問題となることは前記したとおりである。なお、上
記反応炉５２には、通常還元反応の触媒に、アルミナ担
持体にルテニウム（Ｒｕ）を添着した触媒が用いられて
おり、約３００℃で反応は促進される。この際のＣＯ_２
還元反応を反応式で示せば、以下のようになる。

【０００６】 Ｒｕ ＣＯ_２＋４Ｈ_２ → ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ （発熱反応） 約３００℃

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明者らは、上記課
題に鑑み、水素ボンベや水素タンク等の搭載スペースお
よび搭載質量の負担をなくし、システム全体がコンパク
トであるとともに、熱の有効利用による省エネ化が図
れ、さらには安全面でも有利な二酸化炭素還元装置を関
発すべく、鋭意検討した。その結果、本発明者らは、装
置の各部分に水素吸蔵合金や錯金属水素化物を効果的に
用いることによって、上記問題点が解決されることを見
い出した。

【０００８】本発明は、かかる課題に基づいて安全且つ
質量負担の軽減を図るとともに、火星等の水を必要とす
る宇宙空間若しくは砂漠等でも容易に生命維持のための
水を得ることが出来るもので、特に現地で得た二酸化炭
素（ＣＯ_２）と地球より運んできた水素を利用して還元
反応させて生命維持に必要な水を製造するための二酸化
炭素還元装置を提供することを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明は、反応炉を含む
二酸化炭素還元装置において、該反応炉の内部に水素吸
蔵合金若しくは錯金属水素化物が組み込まれており、こ
の水素化物からなる貯蔵槽と触媒反応槽とが１つの反応
炉内に備えられていることを特徴とする二酸化炭素還元
装置を提案するものである。本発明では従来の反応炉の
中に、水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物を組み入れ
たので、システム全体が大幅にコンパクトになる。ま
た、水素吸蔵合金若しくは錯水素吸蔵合金槽と触媒反応
槽を１つの反応炉に組み込むことで、熱の有効利用を可
能とし、省エネ化を図れる。さらに、該水素吸蔵合金若
しくは錯金属水素化物を用いることで、高圧ボンベなど
の使用が必要なくなり、安全面でも優位となる。

【００１０】また、本発明は、二酸化炭素と水素を混合
する混合タンク及び反応炉を含む二酸化炭素還元装置に
おいて、該混合タンク内に水素吸蔵合金若しくは錯金属
水素化物が組み込まれており、後段の反応炉には触媒反
応槽が備えられていることを特徴とする二酸化炭素還元
装置を提供するものである。本発明では、混合タンク内
に水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物を組み入れるこ
とで、上記同様にシステム全体がコンパクトになる。ま
た、水素吸蔵合金を用いることで、高圧ボンベなどの使
用が必要なくなり、安全面でも優位となる。

【００１１】更に本発明は、水素と二酸化炭素を合流さ
せてその合流部若しくはその下流側に触媒の存在下で両
者を還元反応させる反応部を設けた二酸化炭素還元装置
であって、前記水素が水素吸蔵合金若しくは錯金属水素
化物（両者を含めて金属水素化物という）を封入した貯
蔵槽より生成されることを特徴とする。

【００１２】錯金属水素化物の化学式例はＮａＢＨ
_４ 、ＬｉＢＨ_４、ＬｉＡｌＨ_４、水素吸蔵合金の化学
式例はＬａＮｉ_５Ｈ_６、ＴｉＭｎ_２Ｈ_３、で、上記の式
において、両者は非常に似ているが、水素吸蔵合金は、
金属結晶の間に水素が入り込む状態の物理的な反応であ
るので、その水素貯蔵量は２％程度であるのに対し、錯
金属水素化物は化学反応で生成されている物質である為
その水素貯蔵量は１０％と格段に大きいが非可逆反応で
ある。

【００１３】かかる発明によれば、水素をそのまま貯留
することなく、水素吸蔵合金や錯金属水素化物を用いて
貯蔵するために、容器自体が軽量化でき、然も高圧ボン
ベなどの使用が必要なくなり、安全面でも優位となる。

【００１４】又本発明の具体例は、前記合流部位置に前
記水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物を含む水素化物
貯蔵槽が設けられ、該貯蔵槽と触媒反応槽とが１つの反
応炉内に備えられていることを特徴とする。

【００１５】かかる発明によれば１つの反応炉の中に、
前記水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物を含む水素化
物貯蔵槽が組み込まれているために、システム全体が大
幅にコンパクトになる。また、前記水素吸蔵合金若しく
は錯金属水素化物を含む水素化物貯蔵槽と触媒反応槽を
１つの反応炉に組み込むことで、熱の有効利用を可能と
し、省エネ化が図れる。

【００１６】更に本発明は、二酸化炭素と水素の合流部
と反応部が個別に形成されている請求項３記載の二酸化
炭素還元装置において、前記合流部内に前記水素吸蔵合
金若しくは錯金属水素化物を含む水素化物貯蔵槽が組み
込まれており、その下流側の反応部には触媒反応槽が備
えられていることを特徴とする。

【００１７】かかる発明によれば、触媒反応槽の上流側
に貯蔵槽が設けられているために、水素の発生量の調整
が還元反応部と無関係に行われる。例えば二酸化炭素の
供給が変動する場合に、独立して調整できることは極め
て有利である。

【００１８】更に本発明は、前記二酸化炭素還元装置
が、宇宙空間で得られる二酸化炭素に、水素吸蔵合金若
しくは錯金属水素化物より得られた水素を還元反応させ
て水を製造する装置であって、前記触媒の存在下で両者
を還元反応させる反応部に加熱ヒータが付与されている
ことを特徴とする。

【００１９】即ち、還元反応には適正な温度が必要であ
り、常温で供給される二酸化炭素はもとより、−６０℃
前後で、その大気圧も０．５ｋＰａ程度と地球より大幅
に低い火星の大気（二酸化炭素）が反応部に直接導入さ
れると、前記還元反応が円滑に行われないことに配慮し
てヒータを用いている。

【００２０】又本発明は、前記還元反応部の下流側に還
元反応物より炭化水素を分離して水のみを取り出す冷却
分離部が設けられていることを特徴とする。

【００２１】即ち、還元反応部において大気（二酸化炭
素）は加熱されているため、そのままではメタンと水蒸
気を円滑に分離できないので、前記還元反応物を水の蒸
発点以下に冷却して炭化水素を分離して水のみを取り出
す冷却分離部を設けるのがよい。この冷却には冷却水を
用いても、又火星の大気（二酸化炭素）は−６０℃前後
であるために、これを用いても良い。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を図に示した実施例
を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載され
る構成部品の種類、形状、その相対配置などは特に特定
的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定
する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。先ず水素吸
蔵合金と錯金属水素化物の違いについて説明する。水素
吸蔵合金は特開平５−２２８８７８や特開平８−２３３
２００に示されるように、水素の吸蔵、放出の可逆サイ
クルを伴いながら、安定的に水素の貯蔵を行うもので、
水素吸蔵合金に使われる材料は特に限定されるものでは
なく、通常用いられる材料を広く利用することができ
る。具体的には、例えばランタン（Ｌａ）とニッケル
（Ｎｉ）の合金などが好適に用いられ、他にはチタン
（Ｔｉ）と鉄（Ｆｅ）の合金などが好ましく用いられ
る。この際の反応を反応式で示せば、以下のようにな
る。

【００２３】ＬａＮｉ_５Ｈ_６＋ 熱エネルギー →Ｌａ
Ｎｉ_５＋３Ｈ_２（吸熱反応） ＬａＮｉ_５ ＋３Ｈ_２（加圧） →ＬａＮｉ_５Ｈ_６
（発熱反応） ここで、水素放出時にあたっては熱が必要であるが、上
記反応の場合は約４０℃以上あれば十分に反応は促進す
る。

【００２４】しかしながら、水素吸蔵合金は、金属結晶
の間に水素が入り込む状態の物理的な反応であるので、
その水素貯蔵量は２％程度と小さいのが難点である。一
方、錯金属水酸化物はＮａＢＨ_４のように化学反応で生
成されている物質である為その水素貯蔵量は１０％と格
段に大きいが、非可逆反応である点が難点である。

【００２５】しかしながら火星では、地球上のように貴
重な水を再度水素に分解する必要もなく、非可逆反応で
ある点の欠点は何等問題にならない。逆に水素貯蔵量は
１０％と格段に大きい点が省スペース化の点で有利であ
る。

【００２６】以下水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物
を用いた各実施形態を説明する。 実施の形態（その１） 図１は、本実施の形態に係る水素吸蔵合金を用いた二酸
化炭素還元装置の説明図である。本装置の基本構成とし
ては、還元反応炉１、気液分離装置２および水タンク３
より構成される。上記還元反応炉１の中には、水素吸蔵
合金を組み入れられている。この１つの還元反応炉１に
は、水素吸蔵合金からなる水素吸蔵合金槽４および触媒
反応槽５が含まれている。そして通常、触媒反応槽５の
近傍には加熱ヒータ６が備えられている。

【００２７】本実施の形態では、供給されるＣＯ_２ガス
はそのまま還元反応炉１に送入される。還元反応炉１
は、水素吸蔵合金槽４、触媒反応槽５及び加熱ヒータ６
から構成されている。水素吸蔵合金は熱を加えることに
より、金属と結合しているＨ_２を容易に放出する。ま
た、放出後、Ｈ_２存在下のもと加圧することにより、再
度水素を取り込む特性を持つものである。この特性を利
用し、本実施の形態では還元反応炉１の中に、水素吸蔵
合金槽４を設けたものである。

【００２８】まず、還元反応炉１全体を約３００℃程度
まで加熱する。すると、水素吸蔵合金槽４からは水素Ｈ
_２を放出し始める。この状態で、ＣＯ_２を還元反応炉１
へ供給する。供給されたＣＯ_２は、水素吸蔵合金槽４で
Ｈ_２ガスと混合された後、両側を囲む形で配置される触
媒反応槽５へ送入される。触媒反応槽５では、還元され
てＣＨ_４と水蒸気（Ｈ_２Ｏ（Ｇ））になる。これらの流
体は、下流側に設置されている気液分離装置２へ送入さ
れる。気液分離装置２全体は冷却水で冷却されており、
供給されるガスはこの部分で凝縮され、液体（Ｈ_２Ｏ
（Ｌ））と気体（ＣＨ_４）とに分離される。一方のＨ_２
Ｏ（Ｌ）は水タンク３へ送られ、他方のメタン（Ｃ
Ｈ_４）は排気される。

【００２９】ここで、水素吸蔵合金槽４に使われる材料
は特に限定されるものではなく、通常用いられる材料を
広く利用することができるが、具体的には、前記したよ
うに、ランタン（Ｌａ）とニッケル（Ｎｉ）の合金など
が好適に用いられ、他にはチタン（Ｔｉ）と鉄（Ｆｅ）
の合金などが好ましく用いられる。この際の反応を反応
式で示せば、段落〔００２３〕のようになるが、水素放
出時にあたっては熱が必要であるが、上記反応の場合は
約４０℃以上あれば十分に反応は促進する。また、触媒
反応槽５での反応を反応式で示せば、以下のようにな
る。

【００３０】ＣＯ_２＋４Ｈ_２→ＣＨ_４＋２Ｈ_２Ｏ（発熱
反応）

【００３１】以上のように本実施の形態によれば、水素
吸蔵合金を用いることにより、図５に示す従来の装置で
必要であった混合タンク５１、水素タンク５４及び水素
ボンベ５５などが必要なくなった。この為、システムの
大幅なコンパクト化が図れる利点がある。また、図１に
示すように水素吸蔵合金槽４を還元反応炉１の中心部に
設置し、その周囲に触媒反応槽５を設置する態様にすれ
ば、反応時に相互の熱エネルギーを有効利用できるので
効率がよい。すなわち、水素吸蔵合金は熱エネルギーが
必要なのに対し、触媒反応は熱を放出する為、お互いの
熱の吸収・放出をうまく利用して熱交換することで、装
置の省エネ化を図ることができる。さらに、従来では水
素ボンベなどの高圧ボンベ（１００ｋＧ／ｃｍ^２）等を
用いていたが、水素吸蔵合金を用いることで、ほぼ常圧
レベルで取扱うことができようになり、安全面でも優位
なシステムである。

【００３２】実施の形態（その２） 図２は、本発明の実施の形態（その２）に係る水素吸蔵
合金を用いた二酸化炭素還元装置の説明図である。本装
置の基本構成としては、水素吸蔵合金タンク（加圧混合
タンク）２１、反応炉１２、凝縮器１３、気液分離装置
２、および水タンク３よりなる。本実施の形態では、混
合タンク内に水素吸蔵合金を組み入れて水素吸蔵合金タ
ンク２１とし、後段には触媒反応槽を有する反応炉１２
が設置される。従来の混合タンク内に水素吸蔵合金を組
み入れたことで、システム全体がコンパクトになるとと
もに、水素吸蔵合金を用いることで、高圧ボンベなどの
使用が必要なくなり、安全面で有利となる。

【００３３】本実施の形態では、供給されるＣＯ_２ガス
を水素吸蔵合金を含んだタンク２１に送入する。このタ
ンク１１は約４０℃程度に加熱されており、内部に吸蔵
されたＨ_２が加熱されたことにより脱着されている。よ
って、タンク２１内に送り込まれたＣＯ_２ガスは、Ｈ_２
ガスと混合され、還元反応炉１２に送入される。還元反
応炉１２は、図１に示したような触媒反応槽５及び加熱
ヒータ６により構成されている。この還元反応炉１２に
て、混合ガスは還元され、ＣＨ_４と水蒸気（Ｈ_２Ｏ
（Ｇ））になる。これらの流体は、下流側に設置されて
いる凝縮器１３へ送入され、水蒸気は凝縮され、更に下
流の気液分離装置２に導入される。この分離装置２で、
液体（Ｈ_２Ｏ（Ｌ））と気体（ＣＨ_４）とに分離され
る。そして、Ｈ_２Ｏ（Ｌ）は水タンク３へ送られ、ＣＨ
_４は排気される。

【００３４】ここで、タンク２１内の水素吸蔵合金に使
われる材料としては特に限定されるものではなく、通常
用いられる材料を広く利用することができるが、具体的
には、例えばランタン（Ｌａ）とニッケル（Ｎｉ）の合
金などが好適に用いられ、他にはチタン（Ｔｉ）と鉄
（Ｆｅ）の合金などが好ましく用いられる。この際の反
応は、上記実施の形態（その１）に示す反応式と同じで
あり、水素放出時にあたっては熱が必要であるが、上記
反応の場合は水素吸蔵合金の場合約４０℃以上あれば十
分に反応は促進する。

【００３５】本実施の形態では、水素吸蔵合金槽とタン
クとを一体化し、還元反応炉１２をその下流側に設け
た。このことにより、従来の装置に比べ、システム全体
のコンパクト化が図れる。また、実施の形態（その１）
に比べ、コンパクト化あるいは省エネ化の効果は若干劣
るものの、機能をそれぞれ分けたことにより、故障時な
どのメンテナンスが容易に行えるなどの利点があり、こ
のような本実施の形態によれば、水素吸蔵合金をタンク
２１内に併設することにより、図３に示すような従来の
装置で必要であった水素タンク５４及び水素ボンベ５５
などが必要なくなった。

【００３６】（実施形態３）図３は、火星上で得られる
−５０℃前後で、その気圧も１Ｐａ程度と地球より大幅
に薄い二酸化炭素を取り込んで、錯金属水素化物より得
られた水素と還元反応させて水を製造する装置に関する
本発明の第３の実施形態の変形例に係る二酸化炭素還元
装置の説明図である。本装置の基本構成としては、図１
と同様に、前記火星上の二酸化炭素に、錯金属水素化物
槽０４より得られた水素を還元反応させて水とメタンを
製造する還元反応炉１、該反応炉１より得た水蒸気とメ
タン（還元反応物）を冷却によりメタン（炭化水素）を
分離して冷却により凝縮した水のみを取り出す気液冷却
分離装置２および前記分離した水を貯留する水タンク３
より構成されるとともに、上記還元反応炉１の中には錯
金属水素化物が組み入れられている。

【００３７】この還元反応炉１は１〜５ＫＰａに加圧状
態に維持されるとともに、中心側に錯金属水素化物が充
填された槽０４および該錯金属水素化物槽０４を囲撓す
る如くその外周側にリング状に触媒反応槽５が設けられ
ているとともに、更に、触媒反応槽５の外周側には加熱
ヒータ６がスパイラル状に巻回されている。

【００３８】錯金属水素化物槽０４内に、錯金属水素化
物のＮａＢＨ_４とともに、平均粒子径が４５μｍ以下の
チタン（Ｔｉ）粉末を添加して充填させて形成される。
そして中心側の錯金属水素化物槽０４の一端には前記二
酸化炭素導入口４ａが、その他端側には錯金属水素化物
槽０４で発生した水素と二酸化炭素を触媒反応槽５に導
く連結通路４ｂが設けられている。又錯金属水素化物槽
０４では水素を発生するために、熱若しくは水等の水素
発生促進媒体が必要なために、二酸化炭素導入口４ａ上
流側の二酸化炭素通路３２上に加熱器４０若しくは水蒸
気導入部３１が設けられ、後記する加熱ヒータ６ととも
に両者の熱により３００〜５００℃に加熱されるように
構成している。

【００３９】又前記還元反応炉の下流側に設けられた気
液分離装置２は、冷却媒体として水タンクよりの水を用
いても良いが、せっかく火星上で得られる二酸化炭素が
−６０℃前後と冷却されているために、分離装置２で先
ず３００〜５００℃前後の還元反応物を冷却する一方、
二酸化炭素を加熱した後、錯金属水素化物槽０４に導入
するようにすれば、二酸化炭素通路３２上に加熱器４０
を設ける必要がなくなる。

【００４０】従って本実施形態では、供給されるＣＯ_２
ガスは加熱器４０により加熱されるか気液分離装置２に
より熱を付与されて高温で還元反応炉１に送入されるこ
ととなる。

【００４１】還元反応炉１は１〜５ＫＰａの加圧下で、
前記したように錯金属水素化物槽０４、触媒反応槽５に
加熱ヒータ６から熱が付与される構成となっているの
で、例えば錯金属水素化物は二酸化炭素よりの熱ととも
にヒータ６よりの熱を１００〜４５０℃程度加えること
により、金属と結合しているＨ_２を容易に放出する。
尚、前記ヒータ６よりの加える加熱温度は、ＮａＢＨ_４
で４００〜４５０℃、ＬｉＢＨで２７０〜３００℃、Ｌ
ｉＡｌＨ_４で１２０〜１５０℃が適当である。

【００４２】又、二酸化炭素を加熱しなくても還元反応
炉１全体が１〜５ＫＰａに加圧された状態で約１００〜
４５０℃程度までヒータ６より加熱すれば同様な結果が
得られる。

【００４３】従って還元反応炉１全体を、錯金属水素化
物が封入されている場合は１００〜４５０℃程度加熱し
た後、ＣＯ_２ガスを導入孔４ａより還元反応炉１へ供給
すると、供給されたＣＯ_２は、錯金属水素化物槽０４で
Ｈ_２ガスと混合された後、連結通路４ｂを介してその外
周側を囲撓する形で配置された触媒反応槽５へ送入され
る。触媒反応槽５では、加熱ヒータ６より１００〜４５
０℃程度の加熱により還元反応によりＣＨ_４と水蒸気
（Ｈ_２Ｏ（Ｇ））が生成される。

【００４４】これらの還元反応流体は、下流側に設置さ
れている気液分離装置２へ送入される。気液分離装置２
全体は冷却水や冷却ＣＯ_２ガス等の冷却媒体で冷却され
ており、供給されるガスの水蒸気はこの部分で凝縮さ
れ、液体（Ｈ_２Ｏ（Ｌ））と気体（ＣＨ_４）とに分離さ
れる。一方のＨ_２Ｏ（Ｌ）は水タンク３へ送られ、他方
の気体であるメタン（ＣＨ_４）は火星空間上で使用され
る燃料に利用される。尚、触媒反応槽５での反応式は実
施形態１と同様である。

【００４５】本実施例によれば、図１の実施形態の効果
とともに、錯金属水素化物槽０４を用いることにより、
水素発生量が更に増加し、システムの大幅なコンパクト
化が図れる。

【００４６】（実施形態４）図４は、本発明の実施の形
態（その４）に係る二酸化炭素還元装置の説明図であ
る。本装置の基本構成としては、経路上に錯金属水素化
物が充填されたＣＯ_２ガス合流部（加圧混合タンク）４
１、還元反応炉１２、凝縮器１３、気液分離装置２、お
よび水タンク３を夫々独立して設けたシステムである。
本実施の形態では、加圧混合タンク４１内に錯金属水素
化物を封入して且つ１〜５ＫＰａに減圧し、更に加熱器
４０により少なくとも４０℃（水素吸蔵合金のみの場
合）、好ましくは錯金属水素化物を含む場合は３００か
ら５００℃に加熱可能に構成するとともに、後段には触
媒反応槽を有する還元反応炉１２を設置する。

【００４７】本実施形態では、供給されるＣＯ_２ガスを
加熱器４０により加熱（錯金属水素化物の場合）した後
１〜５ＫＰａに加圧された加圧混合タンク４１に送入す
る。該加圧混合タンク４１内の加熱と加圧により内部に
吸蔵されたＨ_２が放出されるとともに、加圧混合タンク
内４１に送り込まれた加熱ＣＯ_２ガスとともに混合さ
れ、還元反応炉１２に送入される。還元反応炉１２は、
図１や図３に示したような触媒反応槽５に加熱ヒータ６
を巻回させた構成にしてもよいが、加熱ＣＯ_２ガスによ
り３００〜４５０℃に加熱されるために、加熱ヒータ６
は用いなくても良い。

【００４８】この還元反応炉１２にて、混合ガスは還元
され、ＣＨ_４と水蒸気（Ｈ_２Ｏ（Ｇ））になる。これら
の流体は、下流側に設置されている凝縮器１３へ送入さ
れ、冷却水や冷却ＣＯ_２ガス等の冷却媒体で冷却さて水
蒸気は凝縮され、更に下流の気液分離装置２に導入され
る。この分離装置２で、液体（Ｈ_２Ｏ（Ｌ））と気体
（ＣＨ_４）とに分離される。そして、Ｈ_２Ｏ（Ｌ）は水
タンク３へ送られ、ＣＨ _４は火星空間上で使用される燃
料に利用され、排気される。

【００４９】ここで、加圧混合タンク４１に封入する錯
金属水素化物は、例えばＮａＢＨ_４やＬｉＢＨ_４、Ｌｉ
ＡｌＨ_４等が挙げられる。これらの水素化物の反応は、
水素放出時にあたっては熱や加圧が必要である。

【００５０】本実施例においても前記実施例と同様な効
果とともに、触媒反応槽を有する還元反応炉１２の上流
側に構成された加圧混合タンク４１が設けられているた
めに、加圧混合タンク４１の加熱温度等により、水素の
発生量の調整が反応炉１２と無関係に行われる。例えば
二酸化炭素の供給が変動する場合に、独立して調整でき
ることは極めて有利であるとともに、還元反応炉１２に
加熱ヒータを設けなくても、加熱された加圧混合タンク
４１よりの熱を混合ガスが移相するために前記温度下で
還元反応が行われて、システム全体がコンパクトになる
とともに安全面で有利となる。

【００５１】又本実施形態では、錯金属物等の水素貯蔵
槽とタンクとをー体化し、還元反応炉１２をその下流側
に設けたことにより、（実施形態３）に比べ、機能をそ
れぞれ分ける事が出来、故障時などのメンテナンスが容
易に行えるなどの利点がある。

【００５２】

【発明の効果】以上記載した如く本発明によれば、反応
炉内あるいは混合タンク内に、水素吸蔵合金若しくは錯
金属水素化物を組み入れたので、システム全体が大幅に
コンパクトになる。また、水素吸蔵合金若しくは錯金属
物を組み入れた水素貯蔵槽と触媒反応槽を１つの反応炉
に組み込むことで、熱の有効利用を可能とし省エネ化を
図れる。さらに、該水素吸蔵合金若しくは錯金属物を組
み入れたタンクを用いることで、高圧ボンベなどの使用
が必要なくなり、安全面でも有利となる。又本発明によ
れば、安全且つ負担の軽減を図るとともに、火星等の水
を必要とする宇宙空間若しくは砂漠等でも容易に生命維
持のための水を得ることが出来るもので、特に現地で得
た二酸化炭素（ＣＯ_２）と地球より運んできた水素を利
用して還元反応させて生命維持に必要な水を製造するた
めの二酸化炭素還元装置を提供することが出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明の第１の実施例に係る二酸化炭素還元
装置の一例を示す榎式図である。

【図２】 本発明の第２の実施例に係る二酸化炭素還元
装置の他の一例を示す模式図である。

【図３】 本発明の第３の実施例に係る二酸化炭素還元
装置の一例を示す榎式図である。

【図４】 本発明の第４の実施例に係る二酸化炭素還元
装置の他の一例を示す模式図である。

【図５】 従来の二酸化炭素還元装置を概略的に示す模
式図である。

【符号の説明】

１、１２ 還元反応炉 ２ 気液分離装置 ３ 水タンク ４ 水素吸蔵合金槽 ０４ 錯金属水素化物槽 ５ 触媒反応槽 ６ 加熱ヒータ １３ 凝縮器 ２１ 加圧混合タンク（水素吸蔵合金） ４１ 加圧混合タンク（錯金属水素化物）

フロントページの続き (72)発明者 松本 浩明 神戸市兵庫区和田崎町一丁目１番１号 三 菱重工業株式会社神戸造船所内 Ｆターム(参考） 4G075 AA04 AA05 BA01 BA06 BD14 CA54 DA02 EB01 FB02 4H006 AA02 AA04 AC11 BA23 BA55 BA61 BD81 BE20 BE41 4H039 CA11 CB40

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 反応炉を含む二酸化炭素還元装置におい
   て、該反応炉の内部に水素吸蔵合金若しくは錯金属水素
   化物が組み込まれており、該水素化物からなる貯蔵槽と
   触媒反応槽とが１つの反応炉内に備えられていることを
   特徴とする二酸化炭素還元装置。
2. 【請求項２】 二酸化炭素と水素を混合する混合タンク
   及び反応炉を含む二酸化炭素還元装置において、該混合
   タンク内に水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物が組み
   込まれており、後段の反応炉には触媒反応槽が備えられ
   ていることを特徴とする二酸化炭素還元装置。
3. 【請求項３】 水素と二酸化炭素を合流させてその合流
   部若しくはその下流側に触媒の存在下で両者を還元反応
   させる反応部を設けた二酸化炭素還元装置であって、 前記水素が水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化物を封入
   した貯蔵槽より生成される水素であることを特徴とする
   二酸化炭素還元装置。
4. 【請求項４】 前記水素吸蔵合金若しくは錯金属水素化
   物を含む水素化物貯蔵槽が加熱若しくは減圧されている
   ことを特徴とする請求項３記載の二酸化炭素還元装置。
5. 【請求項５】 前記合流部位置に前記水素吸蔵合金若し
   くは錯金属水素化物を含む水素化物貯蔵槽が設けられ、
   該貯蔵槽と触媒反応槽とが１つの反応炉内に備えられて
   いることを特徴とする請求項３記載の二酸化炭素還元装
   置。
6. 【請求項６】 二酸化炭素と水素の合流部と反応部が個
   別に形成されている請求項３記載の二酸化炭素還元装置
   において、前記合流部内に水素吸蔵合金若しくは錯金属
   水素化物を含む水素化物貯蔵槽が組み込まれており、 その下流側の反応部には触媒反応槽が備えられているこ
   とを特徴とする二酸化炭素還元装置。
7. 【請求項７】 前記二酸化炭素還元装置が、宇宙空間で
   得られる二酸化炭素に、水素吸蔵合金若しくは錯金属水
   素化物より得られた水素を還元反応させて水を製造する
   装置であって、前記触媒の存在下で両者を還元反応させ
   る反応部に加熱ヒータが付与されている請求項３記載の
   二酸化炭素還元装置。
8. 【請求項８】 前記還元反応部の下流側に還元反応物よ
   り炭化水素を分離して水のみを取り出す冷却分離部が設
   けられている請求項３記載の二酸化炭素還元装置。