JP2005112704A - 水素ガス発生装置及び水素ガス供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 汎用的で経済的且つ安全、さらに操作容易に且つ便利に水素ガスの発生、並びに水素ガスの送出を行えるようにすること。
【解決手段】 内部に収容物を収容する密閉容器101と、該密閉容器内にあってその外表面に摩擦熱で高温部を生ずる鉄金属110と、該鉄金属の内表面に一方の端部を固着され他方の端部を高速回転駆動源102に連結され且つ前記密閉容器に回転自在に取り付けられてなる回転軸103と、同じく前記密閉容器内にあって前記金属の外表面と加圧相対高速擦動して摩擦熱をこの金属外表面に生じる耐熱性擦動外表面を備えた対向擦動部材120と、前記密閉容器に取り付けられて適宜に所望量のＨ_２Ｏ流体（水、高温水、高温高圧水、又は水蒸気）を前記金属外表面高温部に制御可能に噴射して水素ガスを発生する噴射ノズル106と、水素ガス送出手段108とからなる構成により、対応する適正な所望量の水素ガスを発生し、必要に応じて前記密閉容器外部へ送出供給する。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガス発生供給装置に関するもので、更に詳細には、例えば金属、特に鉄等の単体に又は、その鉄金属単体の一部に摩擦熱により高温部を生じさせ、その高温部に水、高温水、高温高圧水などや、水蒸気などを制御可能に噴射して、所望量の水素ガスを発生し、水素ガス要求量に応じてこの水素ガスを供給する、水素ガス発生供給装置に関するものである。

一般に、従来の基本的な水素ガス発生及び供給装置においては、電気炉などで鉄を高温溶融（１，０００℃程度）して、これに水蒸気を通じる方法（化学工業分野）や、金属溶接のために鉄金属材料を高速回転させて被対象金属に圧接する方法（金属加工分野）などが知られている。これらの内、本発明の利用する自然法則と共通するのは、基本的に、鉄金属と水との熱化学反応を利用するものだけであり、以下に示す化学反応式で表現される。
即ち、
３Ｆｅ＋４Ｈ_２Ｏ＝４Ｈ_２＋Ｆｅ_３Ｏ_４

このような、従来の基本的な水素ガス発生・供給装置にあっては、供給する水と反応する金属、特に鉄、アルミ、マグネシウムなどの金属単体を高温溶融状態にして貯蔵するための特別な溶融貯蔵容器と特別な熱源を必要としたり、規模の大きいシステムや装置となったり（特許文献１参照）、密閉容器内に水を噴霧する状態で金属酸化物（ゼオライト）を循環させる方法で、比較的低温で水素ガスを発生させるよう、粉体の状態の金属酸化物を循環するための羽根機構や、水素ガスと酸素ガスとを分離する膜装置を必要とするなど、エネルギーの使用量も膨大になっていた（特許文献２参照）。

また、他の従来例では、アルミニュウムとアルカリ金属、またはアルカリ土類金属との合金であることを特徴とする水素発生用燃料を使用するもので、この燃料に水を噴射ノズルで噴射して水素ガスを得ることを開示している（特許文献４参照）が、燃料自体の取り扱いが難しく、高価であったりするなどの問題点があった。
このように、従来の技術、装置、方法では今後その需要が見込まれ、家庭や学校などでも使えるような、汎用的で経済的且つ安全、さらに簡単且つ便利なものが少ない、等の問題点があった。
特開平８−１０９００１ 特開平１１−７９７０１ 特開２００２−２３４７０１ 特開２００２−６９５５８ 「日本経済新聞 ２００３年８月１９日（火曜日）」 「日本経済新聞 ２００３年８月２２日（金曜日）」

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、従来と異なり、水素ガスの発生、並びに水素ガスの送出を実現するために、特別に規模の大きいシステムや装置を必要とせず、その取り扱いも簡単で、またアルミニュウムやアルカリ金属、またはアルカリ土類金属との合金なども使用せず、使用する金属は廉価で入手も容易な鉄金属なのでその装置の構造も簡単で、一般の家庭や学校、病院などの他、自動車その他のエネルギー循環システム装置にユニットとして組込使用可能など、汎用的で経済的且つ安全で、さらに操作容易且つ簡便に水素ガスの発生と水素ガスの送出を行えるようにした、水素ガス発生供給装置を提供することを目的とするものである。

上記課題を解決し、上記目的を達成するために、請求項１記載の発明は、その内部に収容物を収容する密閉容器１０１と、該密閉容器１０１内にあってその１端部外表面１１１に摩擦熱で高温部１１２を生ずる鉄金属１１０と、該鉄金属１１０の他端部外表面に一方の端部を固着され他方の端部を高速回転駆動源１０２に連結され且つ前記密閉容器１０１に回転自在に取り付けられてなる回転軸１０３と、同じく前記密閉容器１０１内にあって前記鉄金属１１０の前記１端部外表面１１１と加圧相対高速擦動して摩擦熱を該鉄金属１１０の該１端部外表面１１１に発生付与して前記高音部１１２を生じる耐熱性擦動外表面１２１を備えた対向擦動部材１２０と、前記密閉容器１０１に取り付けられて適宜に所望量のＨ_２Ｏ流体１０５（水、高温水、高温高圧水、又は水蒸気）を前記鉄金属１１０の前記高温部１１２に制御可能に噴射して水素ガス１０７を発生する噴射ノズル１０６と、同様に前記密閉容器１０１に取り付けられて随時外部要求に応じて所望量の水素ガス１０７を前記密閉容器１０１の外部へ送出する水素ガス送出手段１０８と、からなることを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１に示された前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の外周縁部とこれに対向擦動する対向擦動部材１２０の外縁部とが互いに離間して画する端部空隙２１０に前記Ｈ_２Ｏ流体１０５を前記噴射ノズル１０６が噴射することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１乃至２記載に示された前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の外周側面３１０上に複数の微小条溝部又は微小孔部３１１及び、又は１端部外表対向周縁面３２０に、複数の微小条溝部、または微小孔部３２１を有してなることを特徴とする。

以上説明したように、本発明によれば、上記のように構成されているので、以下のような効果が得られる。

請求項１記載の発明によれば、前記噴射ノズル１０６からのＨ_２Ｏ流体１０５は高圧噴射されるため、その粒子状態、分子クラスターが非常に微細になり、Ｈ_２Ｏ流体１０５と前記鉄金属１１０との熱交換実質面積と熱交換効率を大きくすることが出来るので、前記鉄金属１１０の高温部１１２からＨ_２Ｏ流体１０５へ、その熱エネルギーを効率良く付与してこの高温部１１２との熱化学反応が促進される。その結果、このＨ_２Ｏ流体１０５や、前記鉄金属１１０及びその高温部１１２を加熱するための特別な高温熱源が無くても、効率良く簡便に水素ガスを発生できる。それゆえ水素ガスの爆発の危険性も無く、しかも本発明の装置自体が、軽量かつシンプルな構造を有し、その取り付け・設置・運転・操作も簡便であるので、低コストで、無駄なく、必要量だけ、随時適切な水素ガスを発生、送出供給出来るという効果を奏する。

請求項２記載の発明によれば、端部空隙２１０にＨ_２Ｏ流体を噴射することで、この端部空隙２１０に前記鉄金属１１０とＨ_２Ｏ流体とが十分に熱交換出来る程度の時間の間にはＨ_２Ｏ流体１０５を閉じ込め状態に置くことが出来て、そのＨ_２Ｏ流体１０５の散逸に伴う浪費を防ぎ、前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の外周縁部とこれに対向擦動する対向擦動部材１２０の外縁部双方とこのＨ_２Ｏ流体１０５との熱交換実効面積と熱交換効率を共に大きくすることが出来るので、特にこのＨ_２Ｏ流体１０５と、前記鉄金属を加熱するための特別な高温熱源が無くても効率良く簡便に水素ガスを発生できる。それゆえ水素ガスの爆発の危険性も無く、しかも本発明の装置自体が、軽量かつシンプルな構造を有し、その取り付け・設置・運転・操作も簡便であるので、低コストで、無駄なく、随時適切な水素ガスを必要量だけ、発生、送出供給出来るという効果を奏する。

請求項３記載の発明によれば、請求項１乃至２記載に示された前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の１端部外表面対向周縁３１０に、複数の微小条溝部、または微小孔部３１１及び、又は外周側面３２０上に複数の微小条溝部又は微小孔部３２１を有してなることを特徴とする構成を有することで、これら外表面高温部１１２の１端部外表面対向周縁３１０の実効表面積の大きさが甚大に増加しかつ外周側面３２０の実効表面積の大きさも甚大に増加することから、前記噴射ノズル１０６からＨ_２Ｏ流体１０５がこれらの部材の間に高圧噴射されるとこれらと接触する互いの面積が極めて大きくなり、しかも前記噴射ノズル１０６からのＨ_２Ｏ流体１０５は高圧噴射されるため、その粒子状態、分子クラスターが非常に微細になって、Ｈ_２Ｏ流体と前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２との熱交換実効面積と熱交換効率は相乗的に飛躍的に大きくなることになる。このため、結果的にＨ_２Ｏ流体１０５へ熱エネルギーを効率良く付与して熱化学反応を促進し、結果、特にこのＨ_２Ｏ流体、前記鉄金属を加熱するための特別な高温熱源が無くても、効率良く簡便に水素ガスを発生できる。それゆえ水素ガスの爆発の危険性も無く、しかも本発明の装置自体が、軽量かつシンプルな構造を有し、その取り付け・設置・運転・操作も簡便であるので、低コストで、無駄なく、必要量だけ、随時適切な水素ガスを発生、送出供給出来るという効果を奏する。

請求項１乃至３記載の発明によれば、このような構成を採ったので、Ｈ_２Ｏ流体１０５微粒子・クラスターと前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２との熱交換実効面積を極力大きく出来、Ｈ_２Ｏ流体１０５へ熱エネルギーを効率良く付与して熱化学反応を促進し、結果、特にこのＨ_２Ｏ流体１０５、前記鉄金属を加熱するための特別な高温熱源が無くても、効率良く簡便に水素ガスを発生できる。それゆえ水素ガスの爆発の危険性も無く、しかも本発明の装置自体が、軽量かつシンプルな構造を有し、水素ガスを安全で容易に且つ簡便に製造することができ、取り付け、取り外しが容易になるほか装置全体を小型にすることが出来るという高価を奏する。

発明を実施するため最良の形態

以下に、本発明の実施の形態に係り水素ガス発生供給装置に関し、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本発明に係る水素ガス発生供給装置の基本構成を示す要部の概略断面図である。

前記水素ガス発生供給装置は、その内部に収容物を収容する密閉容器１０１と、該密閉容器１０１内にあってその１端部外表面１１１に摩擦熱で高温部１１２を生ずる鉄金属１１０と、該鉄金属１１０の他端部外表面に一方の端部を固着され他方の端部を高速回転駆動源１０２に連結され且つ前記密閉容器１０１に回転自在に取り付けられてなる回転軸１０３と、同じく前記密閉容器１０１内にあって前記鉄金属１１０の前記１端部外表面１１１と加圧相対高速擦動して摩擦熱を該鉄金属１１０の該１端部外表面１１１に発生付与して前記高温部１１２を生じる耐熱性擦動外表面１２１を備えた対向擦動部材１２０と、前記密閉容器１０１に取り付けられて適宜に所望量のＨ_２Ｏ流体１０５（水、高温水、高温高圧水、又は水蒸気）を前記鉄金属１１０の前記高温部１１２に制御可能に噴射して水素ガス１０７を発生する噴射ノズル１０６と、同様に前記密閉容器１０１に取り付けられて随時外部要求に応じて所望量の水素ガス１０７を前記密閉容器１０１の外部へ送出する水素ガス送出手段１０８と、から構成されてなることを特徴とする水素ガス発生供給装置である。

図２は、本発明に係る水素ガス発生供給装置の一例を示す要部の断面図である。

前記水素ガス発生供給装置は、前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の１端部外表面対向周縁３２０と対向擦動部材の外周端縁部とが互いに離間して画する端部空隙２１０に前記Ｈ_２Ｏ流体１０５を前記噴射ノズル１０６が噴射することを特徴とする水素ガス発生供給装置である。

図３は、本発明に係る水素ガス発生供給装置の別の一例の要部配置を示す概略断面図である。

水素ガス発生供給装置は、Ｈ_２Ｏ流体と前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２との熱交換実効面積を極力大きくするように、前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の外周側面３１０上に複数の微小条溝部又は微小孔部３１１及び、又は１端部外表面対向周縁３２０に、複数の微小条溝部、または微小孔部３２１を有してなることを特徴とする水素ガス発生供給装置である。

図４は、本発明に係る水素ガス発生供給装置の一例の要部配置を示す概略断面図であり、図３の要部の構成を拡大して詳細に説明するものである。即ち、前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の外周側面３１０上にある複数の微小条溝部又は微小孔部３１１及び、又は１端部外表面対向周縁３２０に、複数の微小条溝部、または微小孔部３２１の構成及びその働きからなることを特徴とする水素ガス発生供給装置である。

以下に、本発明の水素ガス発生供給装置に係るＨ_２Ｏ流体１０５と前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２との熱交換実効面積を極力大きくして、熱交換効率の向上についての実施例を詳細に説明する。

図２は、本発明に係る水素ガス発生供給装置の一例を示す要部の断面図である。
前記水素ガス発生供給装置は、前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の１端部外表面対向周縁３２０と対向擦動部材の外周端縁部とが互いに離間して画する端部空隙２１０に前記Ｈ_２Ｏ流体１０５を前記噴射ノズル１０６が噴射することを特徴とする水素ガス発生供給装置である。

以下に、本発明の水素ガス発生供給装置に係る・・についての実施例を詳細に説明する。

図３は、本発明に係る水素ガス発生供給装置の別の一例を示す要部配置概略断面図であり、図４は、本発明の図３の本発明に係る水素ガス発生供給装置の要部配置を拡大して示す概略断面図である。本発明の水素ガス発生供給装置は、Ｈ_２Ｏ流体１０５と前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２との熱交換実効面積を極力大きくするように、前記鉄金属１１０の外表面高温部１１２の外周側面３１０上に複数の微小条溝部又は微小孔部３１１及び、又は１端部外表面対向周縁３２０に、複数の微小条溝部、または微小孔部３２１を有してなることを特徴とする水素ガス発生供給装置である。

本発明に係る水素ガス発生供給装置の基本的構成を示す概略断面図である。 本発明に係る水素ガス発生供給装置の１例を示す概略断面図である。 本発明に係る水素ガス発生供給装置の別の例を示す要部配置概略断面図である。 図３の本発明に係る水素ガス発生供給装置の要部配置を示す概略断面図である。

符号の説明

１０１ 密閉容器
１０２ 高速回転駆動源
１０３ 回転軸
１０４ 回転
１０５ Ｈ_２Ｏ流体（水、高温水、高温高圧水、水蒸気）
１０６ 噴射ノズル
１０７ Ｈ２ガス
１０８ Ｈ２ガス送出手段
１１０ 鉄金属
１１１ 鉄金属の１端部外表面
１１２ 高温部
１２０ 擦動部材
１２１ 耐熱性擦動外表面
２１０ 端部空隙
３１０ １端部外表面対向周縁
３１１ 微小条溝部（微小孔部）
３２０ 高温部外周側面
３２１ 微小条溝部（微小孔部）

Claims (3)

1. その内部に収容物を収容する密閉容器と；
   該密閉容器内にあってその１端部外表面に摩擦熱で高温部を生ずる鉄金属と；
   該鉄金属の他端部外表面に一方の端部を固着され他方の端部を高速回転駆動源に連結され且つ前記密閉容器に回転自在に取り付けられてなる回転軸と；
   同じく前記密閉容器内にあって前記鉄金属の前記１端部外表面と加圧相対高速擦動して摩擦熱を該鉄金属の該１端部外表面に発生付与して前記高音部を生じる耐熱性擦動外表面を備えた対向擦動部材と；
   前記密閉容器に取り付けられて適宜に所望量のＨ_２Ｏ流体（水、高温水、高温高圧水、又は水蒸気）を前記鉄金属の前記高温部に制御可能に噴射して水素ガスを発生する噴射ノズルと；
   同様に前記密閉容器に取り付けられて随時外部要求に応じて所望量の水素ガスを前記密閉容器の外部へ送出する水素ガス送出手段と；
   からなることを特徴とする水素ガス発生供給装置。
2. 前記鉄金属の外表面高温部の１端部外表面対向周縁と対向擦動部材の外周端縁部とが互いに離間して画する端部空隙に前記Ｈ_２Ｏ流体を前記噴射ノズルが噴射することを特徴とする請求項１記載の水素ガス発生供給装置。
3. 前記鉄金属の外表面高温部の外周側面上に複数の微小条溝部又は微小孔部及び、又は１端部外表面対向周縁に、複数の微小条溝部、または微小孔部を有してなることを特徴とする請求項１乃至請求項２記載の水素ガス発生供給装置。

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