JP2006096603A - 水素含有ガス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 容易な手段で水素生成反応温度を得られる水素含有ガス製造装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 炭素もしくは炭化水素を含有する原料と水蒸気とを反応させて水素含有ガスを生成させる水素含有ガス製造装置において、原料と水蒸気とを収容する反応室１２と、原料を反応室１２への供給前に加熱し加熱後に反応室１２へ供給する原料加熱手段４と、原料を原料加熱手段４へ供給する原料供給手段２と、水蒸気を反応室へ供給する水蒸気供給手段３と、原料と水蒸気とを収容せる反応室へ高圧ガスを間欠的に供給して衝撃波を発生させる衝撃波発生手段５と、反応室での水蒸気と原料中の炭素もしくは炭化水素との反応により生成された水素含有ガスを反応室外へ取り出す取出手段６とを備えている。
【選択図】 図１

Description

本発明は水素を含有するガスの製造装置に関する。

この種の装置としては、特許文献１に開示されているものが知られている。

特許文献１の装置は、軸線まわりに回転する筒体が該軸線に平行に延びる複数の反応室を同一半径位置に平行に有し、回転に伴い周方向の特定位置で一つの反応室がその軸線方向一端側から、炭化水素を含有する原料、例えば廃プラスチックを受け、次に、周方向に所定角だけ回転した他の特定位置で一端側から上記反応室へ高圧ガスとしての水蒸気を瞬間的に受けるようになっている。このとき、反応室は他端側が閉状態にあり、高圧な水蒸気が衝撃波を生じて上記原料を他端側へ圧縮し高温化する。その結果、反応室内では、原料と水蒸気とが反応して水素含有ガスを生成する。

しかる後、上記筒体がさらに回転した位置で上記反応室の他端側を開放して上記水素含有ガスを反応室外へ取り出し、さらに未反応の水蒸気を排出する。

このような回転を継続的に繰り返し、各反応室で、原料供給、水蒸気の供給を受けて、水素含有ガスが順次生成され取り出される。
特開２００３−３１３００２

特許文献１にも開示されているが、手軽に入手できる水蒸気は、例えば焼却炉等の燃焼装置からの廃熱を利用する廃熱ボイラからの水蒸気であるが、その圧力は、通常４ＭＰａ程度が最大限であり、衝撃波源になりうるが、原料の温度が十分に高くない場合には、原料の衝撃加熱到達温度を十分に高めようとしてもその限界があった。その原因は、固体ないし液体の原料の融解熱や蒸発潜熱、水蒸気改質反応熱のいずれもが吸熱反応であるため、原料及び水蒸気の衝撃圧縮時に加熱エネルギが消費され、衝撃加熱到達温度が水素生成反応温度に達するには十分でないことがあった。

本発明は、かかる事情に鑑み、容易な手段で水素生成反応温度に十分到達できる水素含有ガス製造装置を提供することを目的とする。

本発明に係る水素含有ガス製造装置は、炭素もしくは炭化水素を含有する原料と水蒸気とを反応させて水素含有ガスを生成させるようになっている。

かかる水素含有ガス製造装置において、本発明は、原料と水蒸気とを収容する反応室と、原料を反応室への供給前に加熱し加熱後に反応室へ供給する原料加熱手段と、原料を原料加熱手段へ供給する原料供給手段と、水蒸気を反応室へ供給する水蒸気供給手段と、原料と水蒸気とを収容せる反応室へ高圧ガスを間欠的に供給して衝撃波を発生させる衝撃波発生手段と、反応室での水蒸気と原料中の炭素もしくは炭化水素との反応により生成された水素含有ガスを反応室外へ取り出す取出手段とを備えることを特徴としている。

このような構成の本発明では、反応室での反応に先立ち、原料は原料加熱手段で予熱され、液体原料の場合は気化され、気体原料や固体燃料は高温化され、しかる後、反応室で
水蒸気と共に衝撃圧縮加熱されるので、容易に水素生成反応温度に達する。例えば、原料加熱手段にて、原料を２５０℃以上好ましくは３００℃以上さらに好ましくは４００℃以上に加熱することによって、１ＭＰａ程度の低圧蒸気であっても、これを衝撃波発生源として衝撃圧縮加熱して到達する温度を７００℃以上にすることができ、水素生成反応の反応効率を向上できる。

原料としては、液体、固体、気体のものがあるが、原料加熱手段では液体原料を気化し高温化、固体原料を高温化または気化し、気体原料を高温化する、例えば、灯油、重油、タール、溶融廃プラスチック等の液体原料を噴射して供給し、加熱して気化させさらに高温化させる。またメタンガス等の気体原料を加熱して高温化する。あるいは、微粉炭、廃プラスチック粉等の固体原料を加熱することにより熱分解または部分酸化してガス化し、また高温化する。

本発明では、衝撃波発生手段は、高圧水蒸気を反応室内へ間欠的に噴射して衝撃波を発生するようになっていて、水蒸気供給手段を兼ねているようにすることができる。こうすることにより装置の簡単化を図れる。また、上記衝撃波発生手段において、水蒸気以外の例えばＬＮＧ気化ガス等他の高圧ガス媒体を間欠的に噴射して衝撃波を発生するようにしてもよい。

本発明において、原料加熱手段は、反応室に連通する加熱室と、燃料供給手段からの燃料と酸化剤供給手段からの酸化剤との混合気とを間欠的に燃焼させる燃焼室とを有し、上記加熱室に原料供給手段と該燃焼室とが接続されているようにすることができる。燃料と酸化剤との混合気を間欠的に燃焼させ、燃焼排ガスを加熱室に導き原料を加熱し、反応室へ供給することを、反応室へ衝撃波を伝播させるタイミングと同期させて行うことにより効率的に原料を加熱することができる。また、原料の加熱に用いる燃焼排ガス中には、高温の水蒸気も含まれているので、原料と反応させる水蒸気を高温で供給でき、原料と高温水蒸気を予め混合することができ、水素含有ガス生成反応の反応効率をさらに向上できる。

また、本発明において、原料加熱手段の燃料供給手段は、反応室で生成された水素含有ガスの一部を上記燃料供給手段へ帰還させる帰還路が接続されているようにできる。こうするならば、別途、燃料を用いることなく水素含有ガスを製造でき、運転コストを低くすることができる。また、水素含有ガスから水素ガスを分離した残ガスを燃料として供給してもよい。

本発明において、原料加熱手段の酸化剤供給手段は、外部から取り入れた空気を予熱して供給する予熱空気供給手段として形成され、該予熱空気供給手段は燃焼室からの排ガスの熱を受けて上記空気を予熱することができ、安価に酸化剤を供給できる。

また、原料加熱手段の酸化剤供給手段は酸素供給源からの酸素を供給する酸素供給手段であるようにすることもできる。その場合、生成された水素含有ガス中の窒素ガス濃度を極めて低くできるので、製品としての水素含有ガスの燃料発熱量を高くすることができる。水素含有ガスからＰＳＡ等で水素を分離する際に窒素をほとんど含んでいないので、分離装置をコンパクトにでき運転コストを低くすることができる。

また、原料加熱手段は、反応室に連通する加熱室と、加熱室内の原料を加熱室外面から間接加熱する熱源、例えば電気ヒーター、加熱炉、加熱ジャケットと、加熱された原料を反応室へ供給する手段とを備えるようにしてもよい。

本発明において、衝撃波発生手段は収束衝撃波を生ずるための収束部を有していること
とするならば、この収束衝撃波を反応室に伝播することにより、反応室内の原料が衝撃圧縮によって加熱され到達する温度をより高温にできるので、水素生成反応が促進され反応効率を向上できる。

本発明では、原料加熱手段は燃焼室内の温度を制御する温度制御手段を有し、該温度制御手段は、燃焼室の内壁温度を、燃料と酸化剤の混合気の着火温度未満、かつ燃焼排ガス中の水蒸気の露点温度より高い温度に制御するように設定されていることが好ましい。

この場合、燃焼室内の温度制御手段としては、例えば、内壁の周囲に制御可能な冷却ジャケットを設ける。こうすることにより、混合気を燃焼室に供給した際に着火することがないので、運転のサイクルタイムを短くすることができ、例えば１秒間に数十回の高速で繰り返し運転することができるため、水素製造効率を高めることができる。また、露点温度以上に制御することにより、水蒸気が結露することを防止できるので、点火プラグが濡れて着火不良となることを防止できる。さらに反応室内での水蒸気濃度の変動を抑えて、水素含有ガスの生成効率を安定させることができる。

本発明において、原料加熱手段は、燃焼室内の燃焼排ガスを強制排気する強制排気手段を備えていることが好ましい。強制排気手段としては、例えば、燃焼室にパージ用の高圧水蒸気を供給する手段を設ける。かかる手段によると、燃焼室内の燃焼排ガスを高速で強制排気し、燃焼室内を水蒸気に置換できるので、混合気を燃焼室に供給した際に着火することがないので、運転のサイクルタイムを短くすることができ、高速で繰り返し運転することができるため、水素製造効率を高めることができる。

さらには、本発明において、原料供給手段は原料微粒化手段を有し、原料を微粒化した後に原料加熱手段へ供給するようになっていることが好ましい。

この場合には、固体原料（石炭粉、廃プラスチック）を微粉砕して微粒化することにより、また液体燃料を微粒化することにより原料の比表面積を大きくできるので、原料加熱手段で加熱する際に伝熱効率が高まってより高温に加熱することができ、あるいはガス化することができ、さらに反応室内での衝撃圧縮加熱と水素生成反応の効率が向上できるため、水素製造効率を高めることができる。

さらに本発明において、原料加熱手段は燃焼室内で爆轟を発生させるようにすることができる。この場合、燃焼室の形状として火炎伝播方向の長さを火炎伝播方向に直交する断面の相当直径に対して十分に長い寸法、例えば燃料としてプロパンガスの場合は２０倍以上とすることにより、爆轟を発生させ高温場を生じさせることができる。さらに収束部を設けることにより収束爆轟を発生させより高温にすることができる。

本発明は、以上のように、炭素もしくは炭化水素を含有する原料と水蒸気とを反応室内で衝撃波により圧縮して高温下にて反応させて水素含有ガスを生成する際に、原料を反応室へ導入前に予熱することとしたので、上記衝撃波を生ずるための高圧ガスが然程高圧でなくとも反応室内で十分に水素生成反応温度を得られる。したがって、廃棄物処理設備における廃熱ボイラからの水蒸気であっても、原料は予め加熱されているので、水蒸気はその圧力のもとでも十分に必要衝撃波を得られ、エネルギの有効利用が図れると共に、効率的な水素含有ガス生成がなされる。

以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。

＜第一実施形態＞
図１は、本発明の第一実施形態としての水素含有ガス製造装置の概要構成図である。図１において、反応装置１には、原料供給手段２と水蒸気供給源３が接続されている。上記原料供給手段２は原料加熱手段４を介して、そして水蒸気供給源３は衝撃波発生手段５を介して、それぞれ上記反応装置１に接続されている。上記反応装置１には、その後流側に、生成された水素含有ガスの変動圧を均圧かつ減圧して該水素含有ガスを取り出すバッファタンク６、水素含有ガスの取出しと排ガスの無害化のためのガス処理装置７、排ガスの大気への放出のためのブロワ８そして煙突９と順次接続されている。

本実施形態では、水蒸気と反応して水素含有ガスを生成するための原料としては、固体原料、液体原料そして気体原料のいずれでもよく、例えば、固体原料としては微粉炭、廃プラスチック粉、液体原料としては灯油、重油、タール、廃油、石油精製残渣、溶融廃プラスチック、そして気体原料としてはメタンガス、ＬＰＧガス、各種熱分解ガス等が例示できる。かくして、本実施形態では、図１に見られるように、原料供給手段２は、固体原料、液体原料そして気体原料を、適宜選択しあるいは混合して供給できるようになっている。この原料供給手段２は、既述したように、原料を予め加熱してから上記反応装置１へ供給するように、原料加熱手段４を介して該反応装置１と接続されている。

上記反応装置１は、図２（Ａ），（Ｂ）に示すように、原料と水蒸気との混合体を衝撃圧縮して高温にするべく該混合体を収容する反応室１２が、回転せる筒体１１に周方向の複数位置に軸線方向に平行に延びて筒体１１の軸線方向両端にて開口して形成されている。

この筒体１１の端面に対向する位置には、該筒体１１の上記軸線方向両端面のそれぞれにて、該筒体１１の回転を許容しつつ該端面に対して所定の隙間をもって開閉部材１３，１４が配設されている。この開閉部材１３，１４と筒体１１の周面との間は摺接せるシール部材１５，１６によってシールされている。また、シールとして非接触のラビリンスシールを用いてもよい。

原料、水蒸気が供給される側（以下、供給側という）の開閉部材１３には、反応室１２内に原料を供給するため、後に詳述する原料加熱手段４と連通する開口１３Ａと、反応室１２内に水蒸気による衝撃波を供給するため、後に詳述する衝撃波発生手段５と連通するガス噴射口たる開口１３Ｂとの二つの開口が形成されている。反応後の水素含有ガスが排出される側（以下、排出側という）の開閉部材１４には、ラバールノズル１７が取り付けられている。

この回転せる筒体１１は、軸受等の支持部材１８によって回転自在に支持され、駆動手段（図示せず）によって間欠的にまたは連続的に回転駆動されるようになっている。そして、筒体１１は、開口１３Ａ，１３Ｂが反応室１２の開口と略同一半径方向位置で、反応室１２の開口と筒体１１の端壁面と交互に対向するよう間欠的にまたは連続的に回転されるようになっている。

開口１３Ａは、開口１３Ｂと反応室１２の開口との対向時に、開口１３Ｂとは半径方向で反対側の反応室１２の開口と接続されて反応室１２と原料加熱手段４とが連通されるようになっている。

一方、開口１３Ｂは、筒体１１の端壁面と対向するときに衝撃波発生手段５と反応室１２との連通が遮断され、反応室１２の開口と対向するとき反応室１２と上記衝撃波発生手段５とが連通されるようになっている。

また、ラバールノズル１７は、開口１３Ｂと筒体１１の端壁面との対向時に、排出側で反応室１２の開口と接続されて反応室１２とバッファタンク６とが連通されるようになっている。

次に、原料加熱手段４は、図２に見られるように、原料を加熱するための加熱室４１と、この加熱室４１での加熱源としての燃焼排ガスを発生する燃焼室４２と、該燃焼室４２へ送入する混合気を生成する混合室４３とを有している。該混合室４３へは、弁４３Ａ，４３Ｂを経て酸化剤、例えば空気、酸素ガスそして燃料がそれぞれ供給される。酸化剤と燃料は混合室４３で混合気とされ燃焼室４２へ弁４２Ａを経て間欠的に送られ、ここで燃焼する。高温の火炎と燃焼排ガスが加熱室４１へ導入され原料を加熱する。燃焼後に燃焼室４２に残留する燃焼排ガスは、弁４２Ｂを経て導入されるパージガスにより強制排気される。パージガスとしては、窒素ガス、水蒸気等を用いることができる。加熱室４１では、原料供給手段２から弁２Ａを経て供給された原料が上記燃焼室４２からの燃焼排ガスにより加熱された後、上述した反応装置１の反応室１２へ供給される。

次に、水蒸気供給源３、例えば廃熱ボイラからの水蒸気を受けてこれにより衝撃波を発生する衝撃波発生手段５は、衝撃波と共に水蒸気を反応室１２へ供給するので水蒸気供給手段を兼ねており、図２のごとく、軸線５１を中心とする円筒形状の密閉されたシリンダ５２の内部に上記軸線方向に摺動自在なピストン５３を有している。シリンダ５２内の空間は上記ピストン５３により加圧空間Ｐと背圧空間Ｂとに区分されている。

上記シリンダ５１の加圧空間Ｐには収束管５４が取り付けられている。該収束管５４は上記シリンダ５２の一方の端壁５２Ａを貫通してシリンダ５２外へ延出していて、上述した反応装置１の左方の開閉部材１３に形成された下方の開口１３Ｂに接続されている。この収束管５４はシリンダ５２内に位置する入口側５４Ａが大径となっており、上記シリンダ５２外で上記開閉部材１３の開口１３Ｂと接続されている出口側５４Ｂに向け小径となっている。上記入口側５４Ａは次第にその内径が小さくなって上記出口側５４Ｂへ移行している。

上記ピストン５３は、本実施形態では、金属板をプレス加工して軽量に作られており、シリンダ５２に対し瞬時移動するのに好都合な低質量となっている。このピストン５３は、シリンダ５２の内壁と摺接するスカート部と、上記加圧空間Ｐと背圧空間Ｂを区分するテーパ部分とを有している。該テーパ部分は収束管５４の入口側５４Ａのテーパ部分と密に接するような好適なテーパとなっている。さらに、上記ピストン５３とシリンダ５２の他方の端壁５２Ｂとの間には、弾性体としてコイルばね５５が配設されていて、ピストン５３に背圧を与え収束管５４の入口側５４Ａに圧している。

さらに、上記シリンダ５２には、上記加圧空間Ｐに通ずる水蒸気供給管５６が、背圧空間Ｂに通ずるように上記水蒸気供給管５６から分岐した背圧ガス供給管５７そして排気管５８がそれぞれ接続されている。上記水蒸気供給管５６、背圧ガス供給管５７、排気管５８には、それぞれ、所定時に開閉する弁５６Ａ，５７Ａ，５８Ａが設けられている。上記水蒸気供給管５６は、図１に示された水蒸気供給源３に接続されていて、ここから水蒸気の供給を受けるようになっている。

次に、このような構成の本実施形態装置による水素含有ガスの生成の要領について図３をも参照しつつ説明する。

（１）先ず、弁２Ａを開いて、原料供給手段２から原料加熱手段４の加熱室４１へ原料を充填する。

（２）次に、上記原料加熱手段４にて、弁４２Ｂを閉じ弁４２Ａを開とした状態で、開放された弁４３Ａ，４３Ｂを経て送入された酸化剤と燃料が混合室４３で混合気とされ燃焼室へ送入され、ここで着火され燃焼する。燃焼排ガスは上記加熱室４１へ送られ、ここで原料を加熱する。一方、燃焼排ガスが加熱室４１へ送られた後に、弁４２Ｂが開いてパージガスにより該加熱室４１の残留燃焼排ガスが排出される。

（３）上記加熱室４１で加熱された原料は、反応装置１の筒体１１の間欠回転に伴い、一つの反応室１２が開閉部材１３の開口１３Ａと一致して停止したとき、該開口１３Ａから反応室１２内へ充填される。この充填後、筒体１１は再び回転を始める。

（４）上記原料が充填された反応室１２は、衝撃波発生手段５と接続する開口１３Ｂに到達するまでの間に、上記衝撃波発生手段５では水蒸気供給源３から水蒸気の供給を受けていて、上記反応室１２が開口１３Ｂと一致して筒体が回転を停止したときに、上記衝撃波発生手段５から衝撃波を受ける。

（５）衝撃波発生手段５では、弁５６Ａそして弁５７Ａを開としておいて、シリンダ５２の加圧空間Ｐそして背圧空間Ｂが水蒸気供給源３からの高圧水蒸気で充満していて、ピストン５３はコイルばね５５の付勢力によって収束管５４の入口側５４Ａに圧せられていて、この入口側５４Ａはピストン５３によって閉じられている。しかる後、弁５８Ａを瞬間的に開放し背圧空間Ｂを減圧すると、加熱空間Ｐの圧力が背圧空間Ｂの圧力及びばね５５の付勢力に勝って、ピストン５３は後退し、収束管５４の入口側５４Ａとの間に隙間が形成される。この隙間から高圧水蒸気が収束管５４内に流入し、この瞬時の高圧水蒸気の流入によって収束管５４内では衝撃波が発生し、この衝撃波が収束管５４の出口側へ伝播される過程で収束され高温高圧の収束衝撃波が形成され、上記（４）で述べたように収束衝撃波が反応装置１の反応室１２内へ入る。

（６）上記衝撃波は、反応室１２を出口側へ進行して原料を瞬時に圧縮して昇温せしめ、水蒸気との反応によって水素含有ガスが生成される。

（７）反応室１２内で生成された水素含有ガスは、反応装置１に取り付けられたラバールノズル１７を経由してバッファタンク６内に噴射されて一旦収容される。このとき、ラバールノズル１７から高速噴射された高温の水素含有ガスは断熱膨張して急冷却されるので、逆反応が抑制される。また、バッファタンク６は、比較的大容量になっているので、ラバールノズル１７から噴射された高圧の水素含有ガスが一旦収容されることにより該水素含有ガスの圧力変動が緩和される。

（８）しかる後、水素含有ガスがガス処理装置７へ送られる。原料として固体原料を用いる場合には、このガス処理装置７はフィルタを有しており、固体原料の未反応物はこのフィルタで除去されて原料供給手段２へ送られ再利用される。フィルタを通過した水素含有ガスは、適宜分離装置により排ガスから分離され外部へ取り出され、排ガスは無害化されてブロワ８により煙突９から大気へ放出される。

（９）以上の（１）〜（８）の工程は、複数の反応室１２のすべてについて、順次行われる。

＜第二実施形態＞
第一実施形態では、図２に見られるように、反応装置１が筒体１１に複数の反応室１２を形成し、この筒体が間欠回転することにより、反応室が順次、原料の供給そして水蒸気と共に衝撃波を受けていたが、図４の本実施形態では、反応室は単一で衝撃波発生手段と一体形成されていて衝撃波発生手段に対して相対動しない点に特徴がある。

図４に示される本実施形態の衝撃波発生手段５は、シリンダ５２内にばね５５で背圧が与えられているピストン５３を有し、収束管５４の入口側５４Ａに該ピストン５３が接離する点においては、図２の場合と同じである。本実施形態では、ピストン５３をばね５５と共に上記収束管５４へ圧接して閉状態とするときには、背圧ガス供給口５７から背圧空間Ｂへガスを供給し、開状態とするときには、このガスの供給を停止すると共に弁５６Ａを開として加圧空間Ｐへ水蒸気を水蒸気供給口５６から送入する。すなわち、上記背圧ガスが水蒸気ではなく異なるガスでもよいという点で前実施形態とは相違している。

本実施形態では、上記収束管５４は、シリンダ５２外に延出していて先端部が閉じており、この延出部分が反応室１２を形成している。

上記反応室１２の始端部、すなわち、シリンダ１２の側壁部近傍位置には、原料加熱手段からの加熱原料を供給する原料供給弁４１Ａが設けられている。また、上記反応室１２終端部、すなわち先端部には、水素含有ガス取出弁５９Ａが取出口５９に設けられ、そして、排気弁６０Ａが排気口６０に設けられている。

このような本実施形態では、水素含有ガス取出弁５９Ａと排気弁６０Ａが閉じている状態で、原料加熱手段ですでに加熱されている原料を原料供給弁４１Ａから反応室１２内へ供給し、しかる後、衝撃波発生手段５における弁５６Ａを瞬間的に開いて高圧水蒸気をシリンダ５２の加圧空間Ｐへ導入する。加圧空間Ｐの圧力はピストン５３の背圧に勝って該ピストン５３を後退せしめ、該ピストン５３と収束管５４の入口側５４Ａとの間に隙間を形成し、この隙間から高圧水蒸気が収束管５４内へ瞬間的に流入する。この高圧水蒸気は収束管５４内で衝撃波を生じ、この衝撃波は収束管５４で収束されてさらに高圧となって反応室１２へ進入する。反応室１２内にはすでに原料が充填されており、この原料は上記衝撃波により衝撃圧縮され高温水蒸気との間で反応して水素含有ガスを生ずる。水素含有ガスは、水素含有ガス取出弁５９Ａを開として取り出され、しかる後、排気弁６０を開として反応室１２内の残留燃焼排ガスを排出する。

本実施形態では、加熱された原料が高い圧力をもっているときには、この原料のガス圧でピストン５３を開くことができる。その場合、水蒸気供給口５６から導入される水蒸気は、ピストン５３を開くためにはあまり寄与しなくてよいから、低圧であってもよいこととなる。上記原料のガス圧でピストンを開くこととすると、ピストンの開閉に要する時間が上記水蒸気に依る場合に比し数分の一に短縮でき、反応室内での衝撃波圧力が増大して反応効率が向上する。

＜第三実施形態＞
図５には、原料加熱手段の具体例としての実施形態を示す。

本実施形態では、加熱装置本体に加熱室４１が形成され、ここに原料供給弁４５が臨んでいる。上記本体外には、爆轟が発生する形状寸法の燃焼室４２が形成された燃焼筒が設けられている。この燃焼室４２の右端側では、燃料と酸化剤とで混合気を作る混合室４３からこの混合気を受け、また、排気のためのパージガスも注入できるようになっている。また、点火プラグ４６も設けられている。上記燃焼室４２はその左端側が上記本体側に形成されたトーナメント溝４７に連通している。このトーナメント溝４７は、ゲームのトーナメント組合せに類似した形態であることにその語源が由来しているもので、図５（Ｂ）に見られるように、上記燃焼室４２とは周方向の一箇所で連通しているが、半径内方に向け周方向に複数回、枝分かれして、上記加熱室４１の内周面に至るときには、この内周面で周方向に分布する複数の開口４７Ａを有するようになっている。

このような原料加熱手段４は、本体のフランジ部４８で反応室を有する装置に接続され、加熱室４１の開口４１Ｂと連通する。なお、上記加熱室４１には右端側に強制排気手段として排気機構４９も設けられている。

かかる本実施形態では、燃料と酸化剤から成る混合気が混合室４３から燃焼室４２へ供給され点火プラグ４６の点火により燃焼し、爆轟が発生する。爆轟波はトーナメント溝４７を経てその複数の開口４７Ａから周方向で均一に加熱室４１内に送られ、原料供給弁４５から送入されている加熱室４１内の原料を加熱する。

加熱を受けた原料は、加熱室４１の開口４１Ｂから、前出の実施形態で示された反応室へ送られ、そこで衝撃波により水蒸気と共に衝撃圧縮されて高温化し、水素含有ガス生成がなされる。

既述の原料加熱手段は、原料に対して燃焼ガスを直接接触して原料を加熱することとしていたが、この加熱方式は、勿論のこと間接的に加熱してもよい。

例えば、図６（Ａ），（Ｂ）のごとく、原料加熱手段４は、密閉された炉体６１内に原料供給管６２を貫通せしめ、炉体６１内に充満せる燃焼ガスにより管内の原料を間接的に加熱するようにできる。上記炉体６１には燃焼器６３が取り付けられ、該燃焼器６３へ燃料と酸化剤、例えば空気を供給し点火プラグ６３Ａで点火・燃焼させ、その燃焼ガスが上記炉体６１内を通過する。燃料は本発明装置で得られる水素含有ガスの一部とすることもできる。一方、上記原料供給管６２は、上記炉体６１内で複数の分枝管６２Ａに分枝していて該炉体６１内での燃焼ガスとの接触面積を大きくしている。

かかる図６装置では原料供給源からの原料、例えば、気体原料、液体原料、スラリー状固体原料もしくはこれらの混合原料が上記原料供給管６２を上方から下方に移動し、燃焼器６３からの燃焼ガスが送気口６４から送入され上記炉体６１内を通過して排気口６５に達するまでの間に、分枝管６２Ａを介して該分枝管６２Ａを通る原料を加熱する。加熱後の原料は反応室へ導かれる。

また、図７（Ａ），（Ｂ）のごとく、炉体６１内に燃焼ガスを通す加熱管６６を貫通して設け、該加熱管６６が炉体６１内で複数の分枝管６６Ａを有するようにし、その周囲の炉体６１内空間へ原料供給口６７から原料を供給し、原料排出口６８を経て加熱後の原料を反応室へ導くようにしてもよい。

本発明の第一実施形態装置の概要構成図である。 図２（Ａ）は、図１装置の主要部を詳細に示す図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 図１装置における作動工程図である。 第二実施形態装置の断面図である。 図５（Ａ）は第三実施形態装置の断面図で、図５（Ｂ）は図５（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 原料加熱手段の他の形態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。 原料加熱手段のさらに他の形態を示し、（Ａ）は縦断面図、（Ｂ）は（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図である。

符号の説明

１ 反応装置
２ 原料供給手段
４ 原料加熱手段
５ 衝撃波発生手段（水蒸気供給手段）
６ バッファタンク
１２ 反応室
４１ 加熱室
４２ 燃焼室
４９ 強制排気手段
５４ 収束部

Claims (11)

1. 炭素もしくは炭化水素を含有する原料と水蒸気とを反応させて水素含有ガスを生成させる水素含有ガス製造装置において、原料と水蒸気とを収容する反応室と、原料を反応室への供給前に加熱し加熱後に反応室へ供給する原料加熱手段と、原料を原料加熱手段へ供給する原料供給手段と、水蒸気を反応室へ供給する水蒸気供給手段と、原料と水蒸気とを収容せる反応室へ高圧ガスを間欠的に供給して衝撃波を発生させる衝撃波発生手段と、反応室での水蒸気と原料中の炭素もしくは炭化水素との反応により生成された水素含有ガスを反応室外へ取り出す取出手段とを備えることを特徴とする水素含有ガス製造装置。
2. 衝撃波発生手段は、高圧水蒸気を反応室内へ間欠的に噴射して衝撃波を発生するようになっていて、水蒸気供給手段を兼ねていることとする請求項１に記載の水素含有ガス製造装置。
3. 原料加熱手段は、反応室に連通する加熱室と、燃料供給手段からの燃料と酸化剤供給手段からの酸化剤との混合気とを間欠的に燃焼させる燃焼室とを有し、上記加熱室に原料供給手段と該燃焼室とが接続されていることとする請求項１に記載の水素含有ガス製造装置。
4. 原料加熱手段の燃料供給手段は、反応室で生成された水素含有ガスの一部を上記燃料供給手段へ帰還させる帰還路が接続されていることとする請求項３に記載の水素含有ガス製造装置。
5. 原料加熱手段の酸化剤供給手段は、外部から取り入れた空気を予熱して供給する予熱空気供給手段として形成され、該予熱空気供給手段は燃焼室からの排ガスの熱を受けて上記空気を予熱するようになっていることとする請求項３に記載の水素含有ガス製造装置。
6. 原料加熱手段の酸化剤供給手段は酸素供給源からの酸素を供給する酸素供給手段であることとする請求項３に記載の水素含有ガス製造装置。
7. 衝撃波発生手段は収束衝撃波を生ずるための収束部を有していることとする請求項１又は請求項２に記載の水素含有ガス製造装置。
8. 原料加熱手段は燃焼室内の温度を制御する温度制御手段を有し、該温度制御手段は、燃焼室の内壁温度を、燃料と酸化剤の混合気の着火温度未満、かつ燃焼排ガス中の水蒸気の露点温度より高い温度に制御するように設定されていることとする請求項３に記載の水素含有ガス製造装置。
9. 原料加熱手段は、燃焼室内の燃焼排ガスを強制排気する強制排気手段を備えていることとする請求項３に記載の水素含有ガス製造装置。
10. 原料供給手段は原料微粒化手段を有し、原料を微粒化した後に原料加熱手段へ供給するようになっていることとする請求項１又は請求項２に記載の水素含有ガス製造装置。
11. 原料加熱手段は燃焼室内で爆轟を発生させるように設けられていることとする請求項３に記載の水素含有ガス製造装置。
    
    
    

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