JP2004175583A - 水素の生成方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】水に超音波を照射した際の水素発生量が多く、水素発生のためのエネルギー効率が高い、水素の生成方法を提供することを課題とする。
【解決手段】反応容器１０に反応水としてアルコールを含む水を入れ、この反応容器１０内のアルコールを含む水に、超音波発振器１２を作動させることにより超音波振動子１１から発生する超音波を照射し、この超音波照射によりキャビテーションを発生させ、このキャビテーションの発生により水素を生成させる。
【選択図】 図１
【解決手段】反応容器１０に反応水としてアルコールを含む水を入れ、この反応容器１０内のアルコールを含む水に、超音波発振器１２を作動させることにより超音波振動子１１から発生する超音波を照射し、この超音波照射によりキャビテーションを発生させ、このキャビテーションの発生により水素を生成させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は水を原料とする水素の生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素の一般的な製造方法としては、水を電気分解する方法や、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサなどの炭化水素を高温高圧下で水蒸気と反応させたり、高温高圧下で部分酸化させる方法などがある。水を電気分解する方法においては、高価な電極が劣化し、しばしば交換しなければならないと言う問題があり、又、炭化水素を水蒸気と反応させる方法や炭化水素を部分酸化させる方法においては、反応温度を７００℃以上あるいは１０００℃以上にしなければならないと言う問題がある。
【０００３】
又、上記の方法とは全く異なる手段による水素の生成方法として、水に超音波を照射することにより水素を生成させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、その実施例において、超音波洗浄器により発生させた超音波を水に照射した際に水素が生成したことが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２４５４７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の方法により水素を生成させた場合、その発生量が非常に少なく、水素発生のためのエネルギー効率が悪いということが問題点として挙げられる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、水に超音波を照射した際の水素発生量が多く、水素発生のためのエネルギー効率が高い、水素の生成方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、アルコールを含む水に超音波を照射することにより水素を発生させることを特徴としている。
【０００９】
液体や溶液に強力な超音波を照射すると、超音波の伝播に伴う圧力変動によりキャビテーションが発生し、超音波によって生じた気泡（キャビティ）の崩壊時には、キャビティの内部においては、数千℃、数千気圧にも及ぶ高温高圧場が形成されることが知られている。このように、液体に超音波を照射することにより、液体の状態を殆ど変えないで、局所的に超高温高圧の反応場ができる。
【００１０】
上記のようにして、超高温高圧の反応場ができると、その反応場において、例えば、液体が水である場合、次のような種々の反応が起こり、その反応の結果、水素が生成するものと考えられる。
【００１１】
Ｈ２Ｏ → Ｈ・＋ＯＨ・ ・・・（１）
Ｈ・＋ＯＨ・ → Ｈ２Ｏ ・・・（２）
２Ｈ・ → Ｈ２ ・・・（３）
２ＯＨ・ → Ｈ２Ｏ２ ・・・（４）
２ＯＨ・ → Ｏ・＋Ｈ２Ｏ ・・・（５）
２Ｏ・ → Ｏ２ ・・・（６）
Ｏ・＋２Ｈ・ → Ｈ２Ｏ ・・・（７）
Ｏ・＋Ｈ２Ｏ → Ｈ２Ｏ２ ・・・（８）
水又は水溶液に超音波を照射すると、キャビテーションが発生して水中に超高温高圧の反応場ができ、その反応場において、（１）式のように、水が分解してＨ・とＯＨ・ラジカルが生成する。そして、（１）式によりＨ・ラジカルとＯＨ・ラジカルが生成することによって、（２）式〜（８）式に示す各種の反応が起こり、それらの反応のうち、（３）式の反応により水素が生成するので、その水素ガスを取り出すことができる。
【００１２】
しかし、前述のように、水に超音波を照射しただけでは、水素の発生量が非常に少ないので、得られる水素ガスは僅かな量にとどめられる。
【００１３】
そこで、本発明者らは、水素の発生量を増加させるための検討を行い、その検討に基づく実験を行った結果、水に超音波を照射する際に、アルコールを添加しておくと、水素の発生量が飛躍的に増加すると言うデータを得た。本発明は上記の実験結果に基づく知見によってなされたものである。
【００１４】
アルコールを添加することにより水素発生量が増大することに対する技術的な解明はなされていないが、水素発生量の増大は次のようにして起こるものと考えられる。
【００１５】
アルコールは水に超音波を照射した際に生成したＯＨ・ラジカルを捕捉する物質であると考えられる。超音波の照射によってＨ・ラジカルとＯＨ・ラジカルが生成している水中にアルコールが存在すると、アルコールによってＯＨ・ラジカルが捕捉され、ＯＨ・ラジカルの濃度が減少する。又、これによって、ＯＨ・ラジカルが関与する反応（例えば、（２）式の反応）の進行も抑制されるので、Ｈ・ラジカルの濃度が増加し、（３）式の反応が促進されて水素ガスの発生量が増大することになる。
【００１６】
アルコールを含む水への超音波の照射において、ごく僅かなアルコールを添加しただけでも、水素ガス発生量は著しく増大する。しかし、アルコールはその存在によって発生するキャビテーションの強度を低下させる作用をなすものであるので、その添加量は適正な範囲にとどめる必要がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の方法により水素を生成させた実施例について説明する。図１は本発明の方法により水素を生成させたバッチ式の実験装置を示す図であり、その実験装置を構成する超音波発生装置の仕様は下記の通りである。
【００１８】
図１において、１０はアルコールを含む水を入れて水素を発生させる反応容器である三角フラスコ、１１は超音波振動子、１２は超音波発振器、１３は冷却水の水槽、１４は冷却水の温度調節装置である。反応容器１０は水槽１３内に配置された振動子１１の上に載せられており、水槽１３内の冷却水は温度調節装置１４との間を循環しながら所定温度に調節されるようになっている。なお、図１では超音波振動子１１を駆動させるため超音波発振器１２を用いているが、超音波発振器１２の代わりに超音波振動子を駆動できるものであればよく、例えば、高周波信号発生器と高周波増幅器を用いてもその効果は変わらない。
【００１９】
上記の構成による装置において、反応容器１０に反応水としてアルコールを含む水を入れ、その反応容器１０を超音波振動子１１の上に載せ、超音波発振器１２を作動させると、超音波振動子１１に高周波信号が入力されて超音波が発生し、この超音波が反応容器１０の壁面を介して反応容器１０内の反応水に照射される。反応容器１０内においては、キャビテーションが発生して水の分解反応が起こり、次いで、水素生成反応が起こって水素が生成する。生成された水素は気体となって気相部へ排出される。反応容器１０にはキャップ１５が取り付けられており、生成した水素ガスは反応容器１０内に貯められる。
【００２０】
なお、図１の実験装置はバッチ式の装置であるため、反応容器１０にキャップ１５が取り付けられて、生成した水素ガスを反応容器１０内に貯えるようになっているが、連続式の水素生成装置においては、反応容器１０の上部に水素ガス取出し口が設けられ、この水素ガス取出し口から連続的に水素ガスの取出しが行われる。
又、反応水が反応容器１０に入れられたままであるが、連続式の水素生成装置においては、反応水が反応容器１０へ連続的あるいは間欠的に導入され、連続的あるいは間欠的に排出されるように構成される。
【００２１】
（実施例１）
上記の装置を使用し、次に記す条件による実験を行った。
実験条件
添加したアルコールの種類 ：メチルアルコール
反応水のアルコール濃度（体積率）：１％、５％、１０％、５０％
反応水の温度 ：２５℃
超音波出力 ：２００Ｗ
超音波の周波数 ：６００ＫＨｚ
市販の容量２００ｍｌの三角フラスコ（反応容器）に、純水にメチルアルコールを加えて上記濃度に調製された反応水１００ｍｌを入れ、キャップを取り付けて超音波発振振動子上に載せ、超音波を照射した。超音波の照射を６０分間行った時点で、超音波発振器を停止させた。そして、三角フラスコの気相部からマイクロシリンジによりガスを採取し、このガスをガスクロマトグラフィーにより分析し、水素の含有量を調べた。この結果は図２に示す。
【００２２】
図２における水素生成率は、上記各条件により生成した水素生成量を、従来の方法によって水素を生成させた場合の生成量と比較した場合の比率である。具体的には、図２の水素生成率は、純水に超音波を照射して水素を生成させた場合のガスクロマトグラフィーによる水素成分のピーク面積を１としたときの相対値である。
【００２３】
図２によれば、水に１％のメチルアルコールを添加しただけで、水素の生成量は従来技術による生成量に対し、４００〜５００倍にも及ぶ比率になっている。このように、水に僅かな量のメチルアルコールを添加するだけで、水素の生成量は飛躍的に増大している。そして、メチルアルコールの濃度が５％〜１０％の場合には、従来技術による生成量に対し、１０００倍にも及ぶ水素が生成しているが、メチルアルコールの濃度が５０％の場合の水素生成量は、メチルアルコールの濃度が１％のときよりも、遥かに低い値まで低下している。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、水にアルコールを添加することにより、超音波を照射した際の水素発生量が飛躍的に増大し、水素発生のためのエネルギー効率が非常に高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により水素を生成させたバッチ式の実験装置を示す図である。
【図２】実施例１で得られた水素生成率の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 反応容器
１１ 超音波振動子
１２ 超音波発振器
１３ 冷却水の水槽
１４ 冷却水の温度調節装置
１５ キャップ
【発明の属する技術分野】
本発明は水を原料とする水素の生成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素の一般的な製造方法としては、水を電気分解する方法や、天然ガス、ＬＰＧ、ナフサなどの炭化水素を高温高圧下で水蒸気と反応させたり、高温高圧下で部分酸化させる方法などがある。水を電気分解する方法においては、高価な電極が劣化し、しばしば交換しなければならないと言う問題があり、又、炭化水素を水蒸気と反応させる方法や炭化水素を部分酸化させる方法においては、反応温度を７００℃以上あるいは１０００℃以上にしなければならないと言う問題がある。
【０００３】
又、上記の方法とは全く異なる手段による水素の生成方法として、水に超音波を照射することにより水素を生成させる方法が知られている（例えば、特許文献１）。
【０００４】
特許文献１には、その実施例において、超音波洗浄器により発生させた超音波を水に照射した際に水素が生成したことが記載されている。
【０００５】
【特許文献１】
特開平５−２４５４７０号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、特許文献１の方法により水素を生成させた場合、その発生量が非常に少なく、水素発生のためのエネルギー効率が悪いということが問題点として挙げられる。
【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、水に超音波を照射した際の水素発生量が多く、水素発生のためのエネルギー効率が高い、水素の生成方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、アルコールを含む水に超音波を照射することにより水素を発生させることを特徴としている。
【０００９】
液体や溶液に強力な超音波を照射すると、超音波の伝播に伴う圧力変動によりキャビテーションが発生し、超音波によって生じた気泡（キャビティ）の崩壊時には、キャビティの内部においては、数千℃、数千気圧にも及ぶ高温高圧場が形成されることが知られている。このように、液体に超音波を照射することにより、液体の状態を殆ど変えないで、局所的に超高温高圧の反応場ができる。
【００１０】
上記のようにして、超高温高圧の反応場ができると、その反応場において、例えば、液体が水である場合、次のような種々の反応が起こり、その反応の結果、水素が生成するものと考えられる。
【００１１】
Ｈ２Ｏ → Ｈ・＋ＯＨ・ ・・・（１）
Ｈ・＋ＯＨ・ → Ｈ２Ｏ ・・・（２）
２Ｈ・ → Ｈ２ ・・・（３）
２ＯＨ・ → Ｈ２Ｏ２ ・・・（４）
２ＯＨ・ → Ｏ・＋Ｈ２Ｏ ・・・（５）
２Ｏ・ → Ｏ２ ・・・（６）
Ｏ・＋２Ｈ・ → Ｈ２Ｏ ・・・（７）
Ｏ・＋Ｈ２Ｏ → Ｈ２Ｏ２ ・・・（８）
水又は水溶液に超音波を照射すると、キャビテーションが発生して水中に超高温高圧の反応場ができ、その反応場において、（１）式のように、水が分解してＨ・とＯＨ・ラジカルが生成する。そして、（１）式によりＨ・ラジカルとＯＨ・ラジカルが生成することによって、（２）式〜（８）式に示す各種の反応が起こり、それらの反応のうち、（３）式の反応により水素が生成するので、その水素ガスを取り出すことができる。
【００１２】
しかし、前述のように、水に超音波を照射しただけでは、水素の発生量が非常に少ないので、得られる水素ガスは僅かな量にとどめられる。
【００１３】
そこで、本発明者らは、水素の発生量を増加させるための検討を行い、その検討に基づく実験を行った結果、水に超音波を照射する際に、アルコールを添加しておくと、水素の発生量が飛躍的に増加すると言うデータを得た。本発明は上記の実験結果に基づく知見によってなされたものである。
【００１４】
アルコールを添加することにより水素発生量が増大することに対する技術的な解明はなされていないが、水素発生量の増大は次のようにして起こるものと考えられる。
【００１５】
アルコールは水に超音波を照射した際に生成したＯＨ・ラジカルを捕捉する物質であると考えられる。超音波の照射によってＨ・ラジカルとＯＨ・ラジカルが生成している水中にアルコールが存在すると、アルコールによってＯＨ・ラジカルが捕捉され、ＯＨ・ラジカルの濃度が減少する。又、これによって、ＯＨ・ラジカルが関与する反応（例えば、（２）式の反応）の進行も抑制されるので、Ｈ・ラジカルの濃度が増加し、（３）式の反応が促進されて水素ガスの発生量が増大することになる。
【００１６】
アルコールを含む水への超音波の照射において、ごく僅かなアルコールを添加しただけでも、水素ガス発生量は著しく増大する。しかし、アルコールはその存在によって発生するキャビテーションの強度を低下させる作用をなすものであるので、その添加量は適正な範囲にとどめる必要がある。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の方法により水素を生成させた実施例について説明する。図１は本発明の方法により水素を生成させたバッチ式の実験装置を示す図であり、その実験装置を構成する超音波発生装置の仕様は下記の通りである。
【００１８】
【００１９】
上記の構成による装置において、反応容器１０に反応水としてアルコールを含む水を入れ、その反応容器１０を超音波振動子１１の上に載せ、超音波発振器１２を作動させると、超音波振動子１１に高周波信号が入力されて超音波が発生し、この超音波が反応容器１０の壁面を介して反応容器１０内の反応水に照射される。反応容器１０内においては、キャビテーションが発生して水の分解反応が起こり、次いで、水素生成反応が起こって水素が生成する。生成された水素は気体となって気相部へ排出される。反応容器１０にはキャップ１５が取り付けられており、生成した水素ガスは反応容器１０内に貯められる。
【００２０】
なお、図１の実験装置はバッチ式の装置であるため、反応容器１０にキャップ１５が取り付けられて、生成した水素ガスを反応容器１０内に貯えるようになっているが、連続式の水素生成装置においては、反応容器１０の上部に水素ガス取出し口が設けられ、この水素ガス取出し口から連続的に水素ガスの取出しが行われる。
又、反応水が反応容器１０に入れられたままであるが、連続式の水素生成装置においては、反応水が反応容器１０へ連続的あるいは間欠的に導入され、連続的あるいは間欠的に排出されるように構成される。
【００２１】
（実施例１）
上記の装置を使用し、次に記す条件による実験を行った。
実験条件
添加したアルコールの種類 ：メチルアルコール
反応水のアルコール濃度（体積率）：１％、５％、１０％、５０％
反応水の温度 ：２５℃
超音波出力 ：２００Ｗ
超音波の周波数 ：６００ＫＨｚ
市販の容量２００ｍｌの三角フラスコ（反応容器）に、純水にメチルアルコールを加えて上記濃度に調製された反応水１００ｍｌを入れ、キャップを取り付けて超音波発振振動子上に載せ、超音波を照射した。超音波の照射を６０分間行った時点で、超音波発振器を停止させた。そして、三角フラスコの気相部からマイクロシリンジによりガスを採取し、このガスをガスクロマトグラフィーにより分析し、水素の含有量を調べた。この結果は図２に示す。
【００２２】
図２における水素生成率は、上記各条件により生成した水素生成量を、従来の方法によって水素を生成させた場合の生成量と比較した場合の比率である。具体的には、図２の水素生成率は、純水に超音波を照射して水素を生成させた場合のガスクロマトグラフィーによる水素成分のピーク面積を１としたときの相対値である。
【００２３】
図２によれば、水に１％のメチルアルコールを添加しただけで、水素の生成量は従来技術による生成量に対し、４００〜５００倍にも及ぶ比率になっている。このように、水に僅かな量のメチルアルコールを添加するだけで、水素の生成量は飛躍的に増大している。そして、メチルアルコールの濃度が５％〜１０％の場合には、従来技術による生成量に対し、１０００倍にも及ぶ水素が生成しているが、メチルアルコールの濃度が５０％の場合の水素生成量は、メチルアルコールの濃度が１％のときよりも、遥かに低い値まで低下している。
【００２４】
【発明の効果】
以上述べた本発明によれば、水にアルコールを添加することにより、超音波を照射した際の水素発生量が飛躍的に増大し、水素発生のためのエネルギー効率が非常に高くなる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の方法により水素を生成させたバッチ式の実験装置を示す図である。
【図２】実施例１で得られた水素生成率の結果を示す図である。
【符号の説明】
１０ 反応容器
１１ 超音波振動子
１２ 超音波発振器
１３ 冷却水の水槽
１４ 冷却水の温度調節装置
１５ キャップ
Claims (1)
- アルコールを含む水に超音波を照射することにより水素を発生させることを特徴とする水素の生成方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002340524A JP2004175583A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | 水素の生成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002340524A JP2004175583A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | 水素の生成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004175583A true JP2004175583A (ja) | 2004-06-24 |
Family
ID=32703118
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002340524A Pending JP2004175583A (ja) | 2002-11-25 | 2002-11-25 | 水素の生成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004175583A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004094306A1 (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-04 | Techno Network Shikoku Co. Ltd. | 水素発生装置および水素発生方法 |
| JP2006062884A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料改質装置及び燃料改質方法 |
| US7141216B2 (en) * | 2003-08-25 | 2006-11-28 | General Motors Corporation | System for sono-catalytic production of hydrogen |
| JP2014103690A (ja) * | 2014-01-15 | 2014-06-05 | Olympus Imaging Corp | カメラ |
-
2002
- 2002-11-25 JP JP2002340524A patent/JP2004175583A/ja active Pending
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004094306A1 (ja) * | 2003-04-21 | 2004-11-04 | Techno Network Shikoku Co. Ltd. | 水素発生装置および水素発生方法 |
| JPWO2004094306A1 (ja) * | 2003-04-21 | 2006-07-13 | 株式会社テクノネットワーク四国 | 水素発生装置および水素発生方法 |
| JP4710048B2 (ja) * | 2003-04-21 | 2011-06-29 | 国立大学法人愛媛大学 | 水素発生装置および水素発生方法 |
| US7141216B2 (en) * | 2003-08-25 | 2006-11-28 | General Motors Corporation | System for sono-catalytic production of hydrogen |
| JP2006062884A (ja) * | 2004-08-24 | 2006-03-09 | Ishikawajima Harima Heavy Ind Co Ltd | 燃料改質装置及び燃料改質方法 |
| JP2014103690A (ja) * | 2014-01-15 | 2014-06-05 | Olympus Imaging Corp | カメラ |
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