JP2009120463A - 水素ガスの製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 水の電気分解に関しては、純度の高い水素ガスが得られる反面、製造コストが高かった。 また、石炭から得られたコークスや石油から得られたナフサによるものに関しては、全般的に装置が大型になるという難点があった
【解決手段】 アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行なった。
【選択図】図１

Description

本発明は、水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、混合ガスではあるが使い易い水素ガスという観点から、如何にしたら安定した形で安価に製造することが出来るかということに関して、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行なって製造する技術について述べたものである。

従来、水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術としては、水の電気分解によるものや、石炭から得られたコークスによるものや、石油から得られたナフサによるもの等色々な方法があった。

その場合、水の電気分解によるものに関しては、水酸化ナトリウムや塩化ナトリウムの水溶液の中に陽極と陰極の２本の電極を入れ直流電流を通じることで、陰極に於いて発生した水素を求めていたのである。

また、石炭から得られたコークスによるものに関しては、赤熱したコークスに水蒸気を吹き付けることで、一酸化炭素と水素ガスの混合気体である水性ガスが得られる。 そこで、この水性ガスに水蒸気を加えて、約４００℃に熱した触媒中に通すと、一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素となり、それと同時に水素ガスを発生する。 更に、この混合気体を加圧してアルカリ水で洗うと、二酸化酸素は吸収されることで水素ガスが得られるのである。

一方、石油から得られたナフサによるものに関しては、ナフサを熱分解することで水素ガスを得ていたのである。

しかしながら、このような従来の水素ガスの製造方法および製造装置に関しては、以下に示すような課題があった。

先ず、水の電気分解に関しては、純度の高い水素ガスが得られる反面、製造コストが高かった。 但し、陰極で水素ガスを発生させる水酸化ナトリウムの水溶液による電気分解の場合には、水素ガスと酸素ガスを混在させた混合ガスとして入手する場合には、比較的安価に入手することが可能であるが分離するのに費用がかかった。

また、石炭から得られたコークスや石油から得られたナフサによるものに関しては、全般的に装置が大型になるという難点があった。

本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行うことを特徴とし、更には、窒素ガスは、圧縮空気から膜分離方式またはＰＳＡ方式によって作り出すものであり、先ず反応タンク３０に窒素ガスを充満させ、次に所定の圧力の窒素ガスによって水を送り出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを送り込むことで反応させることを特徴とし、更には、水は、必要に応じて加熱または冷却することが可能であることを特徴とし、更には、作り出した水素ガスは、増圧することが可能であることを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。

また、本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出す反応タンク３０に、窒素ガスを含む不活性ガスを供給することが出来る不活性ガス供給装置１０を接続し、また加圧して送り込むことが出来る給水装置４０を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置２０を配設したことを特徴とし、更には、前記給水装置４０または前記反応タンク３０またはその周辺に、水を必要な温度に加熱または冷却する加熱冷却手段５０を配設し、前記給水装置４０と前記不活性ガス供給装置１０との間に、水を窒素ガスを含む不活性ガスによって所定の圧力で給水する給水手段１３１、１３２、２０９を接続したことを特徴とし、更には、前記反応タンク３０には、内部の気体を排出することが出来るようにした残留空気排出口２０６と、反応に先立って内部に窒素ガスが確実に充填されているかを確認する目的で内部に流入した窒素ガスの濃度を測定することが出来るようにした窒素ガス濃度計２０２を配設したことを特徴とし、更には、前記反応タンク３０で作り出した水素ガスは、増圧弁６０によって増圧し、水素ボンベ７０に収納するようにしたことを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。

以上の説明から明らかなように、本発明によって、以下に示すような効果をあげることが出来る。

第一に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行うことで、窒素ガスを含む不活性ガスとの混合ガスではあるが、安価で容易に使い易い水素ガスを作り出すことが可能となった。

第二に、窒素ガスは、圧縮空気から膜分離方式またはＰＳＡ方式によって作り出すものであり、先ず反応タンクに窒素ガスを充満させ、次に所定の圧力の窒素ガスによって水を送り出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを送り込むことで、窒素ガスを含む不活性ガスとの混合ガスではあるが、安定した形で非常に安価で容易に使い易い水素ガスを作り出すことが可能となった。

第三に、水は、必要に応じて加熱または冷却することで、反応に際しての反応速度を速めることが可能となった。

第四に、作り出した水素ガスは、増圧することで、安価で容易に高圧の水素ガスを作り出すことが可能となった。

第五に、反応タンクには、内部の気体を排出することが出来るようにした残留空気排出口と、反応に先立って内部に窒素ガスが確実に充填されているかを確認する目的で内部に流入した窒素ガスの濃度を測定することが出来るようにした窒素ガス濃度計を配設したことで、完全な形で空気を窒素ガスを含む不活性ガスと置換出来るようになり、確実に水素ガスを作り出すことが可能となった。

以下、本発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
ここで、図１は、本願発明を示した図であり、図２は、本願発明の増圧弁である。

図１に見られるように、１０は不活性ガス供給装置であって、窒素や、ヘリウムや、ネオンや、アルゴンや、クリプトンや、キセノンや、ラドンの、窒素ガスを含む不活性ガスガスを充填した高圧ボンベや、圧縮空気から膜分離方式またはＰＳＡ方式によって作り出す窒素ガスの製造装置が考えられる。 但し、窒素ガスの製造装置に関しては、膜分離方式またはＰＳＡ方式に限定する必要はなく、空気を冷却して分離する深冷分離方式等も考えられる。

ところで、ＰＳＡ方式は、Ｐｒｅｓｓｕｒｅ Ｓｗｉｎｇ Ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ、の略称を意味していて、圧縮空気を活性炭の一種である吸着材に通し、高圧力下で特定のガスを吸着し、低圧力下で特定のガスを吐き出す、という吸着材の特性を利用して、圧縮空気から酸素等を吸着することで窒素を分離する方式である。 この場合、ヒートレス・ドライヤと同様の原理をもっていて、装置は２筒式で膜分離式よりも大型となり、電磁弁などのメンテナンス負荷もかかる。 尚、窒素純度は通常９９〜９９．９９９９％程度であった。

一方、膜分離方式は、圧縮空気を中空糸状の高分子膜である中空糸膜内に送り込んで、圧縮空気に含まれている各ガス成分の膜への透過量の差を利用して窒素を分離する方式である。 この場合、ＰＳＡ方式よりも小型でメンテナンス負荷も小さい反面、窒素純度は９５〜９９．９％程度であるため、高純度のニーズには適しなかった。

尚、中空糸膜は、ポリエステル製で何千ものストロー状の中空糸が束ねられたものより形成され、中空糸の内部に圧縮空気を通すことで、それぞれのガスが固有に持っている中空糸の膜の透過スピードの違いを利用し、空気中に最も多く含まれている窒素ガスを残存させている。

そして、圧縮空気を構成しているガスが中空糸の膜を透過するスピードとしては、速く放出するガスと放出しにくいガスがあり、残ったガスが窒素ガスということになるのである。 特に、中空糸の膜がポリエステル製の場合には、水蒸気が一番透過しやすく、以下水素やヘリウムが続き、更に炭酸ガスと一酸化炭素が続き、最後に酸素とアルゴンと窒素が一番透過しにくく、その中でも窒素ガスが一番透過しにくいガスということで残存するのである。

ここで、温度が変化しない場合には、圧縮空気の圧力と時間、即ち流量によって、発生する窒素ガスの純度は左右される。 尚、中空糸の膜としては、ポリエステルの他に、ポリオレフィンやポリプロピレン等の樹脂も考えられる。

一方、不活性ガス供給装置１０からの窒素ガスを含む不活性ガスは、不活性ガス供給配管１０１と、手動によって開閉の動作を行う不活性ガス供給開閉弁２０１と、不活性ガス供給配管１０２を経由して、水素ガスを作り出す反応を行う反応タンク３０に送り込まれるようになっているのである。

この場合、反応タンク３０には、固体粒子貯留装置２０よりアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの小片や粉末にしたものを送り込むことが出来るようになっている。 更に、詳細に述べるならば、固体粒子投入口３０１から、固体粒子貯留配管１１１と、手動によって開閉の動作を行う固体粒子貯留用開閉弁２０５と、固体粒子貯留配管１１２と、固体粒子貯留装置２０と、固体粒子投入配管１１３と、手動によって開閉の動作を行う固体粒子投入開閉弁２０４と、固体粒子投入配管１１４を経由して、反応タンク３０に送り込まれるようになっている。

即ち、固体粒子貯留装置２０には、固体粒子投入口３０１から投入することで、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの小片や粉末にしたものを貯留することが可能であり、貯留した後には固体粒子投入開閉弁２０４を開放することによって反応タンク３０に貯留されたアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの小片や粉末の投入を行う際に、固体粒子貯留用開閉弁２０５を閉じておくことによって固体粒子投入開閉弁２０４を開いた時に、反応タンク３０で発生したガスが固体粒子貯留装置２０を経由して外部に洩れるのを防止しているのである。

更に、反応タンク３０には、給水装置４０より希望する温度の水を不活性ガス供給装置１０の気体の圧力によって送り込むことが出来るようになっている。 即ち、不活性ガス供給装置１０から、給水手段１３１である加圧用不活性ガス配管１３１と、手動によって開閉の動作を行う給水手段２０９である加圧用不活性ガス開閉弁２０９と、給水手段１３２である加圧用不活性ガス配管１３２と、給水装置４０と、給水配管１３３と、手動によって開閉の動作を行う給水開閉弁２１０と、給水配管１３４を経由して、反応タンク３０に送り込まれるようになっている。 この場合、この様に水を窒素ガスを含む不活性ガスによって所定の圧力で給水することが出来るようにした給水手段１３１、１３２、２０９を接続している理由としては、空気を使用することによる酸素の悪い影響を防止するためである。

ここで、給水装置４０に於いては、加熱冷却手段５０によって必要とする温度に加熱したり冷却することが可能となっている。 尚、この加熱冷却手段５０は、図１に於いては、給水装置４０に位置させているが、この場所に限定される必要はなく、給水配管１３３、１３４や、反応タンク３０に位置させても構わない。

そして、加熱冷却手段５０に関しては、具体的にその内容を図示していないが、一つの例として、ニクロム線を構成した加熱手段と、フレオンガスを等の各種冷媒を使用した冷却手段を、両者混合したような装置や、温水や冷水の両方を通るようにした配管を外側に位置させた装置等が考えられる。

従って、反応タンク３０では、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出していて、その為に固体粒子貯留装置２０と給水装置４０を接続して反応に必要とする物質を供給可能としているのである。 また、反応に際して、熱水や常温水や冷水を使用する必要性から、適応した温度の水を供給することが可能なように加熱冷却手段５０を設置しているのである。

更に、反応に際して、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行うことで作り出したガスを、水素ガスと窒素ガスを含む不活性ガスの混合ガスではあるが、水素ガスとして使用する場合に、水素ガス単独と同じ位に使い易い混合ガスとして使用することが可能なものを開発したのである。

尚、反応タンク３０には、このような反応を円滑に行うことが出来るように、また反応に際して事前に反応タンク３０内の空気を排出することが出来るように残留空気排出口３０３に通じる管路を形成したり、窒素ガスを供給した場合に、窒素ガスの供給が確実にされているかどうかを確認する意味で内部の濃度を測定出来る窒素ガス濃度計２０２を接続したり、内部に供給した窒素ガスを含む不活性ガスの供給が確実にされているかを確認する意味で内部の圧力を測定出来るようにした圧力計２０３を接続している。 更に、底部に沈殿したりした不要滓を取り出すための、不要滓取出口３０２に通じる管路を形成している。

また、反応タンク３０で作り出した水素ガスと窒素ガスの混合ガスは、増圧弁６０で増圧し、水素ボンベ７０に貯留することが可能となっている。 更に、詳細に述べるならば、反応タンク３０から、水素ガス配管１０３と、手動によって開閉の動作を行う水素ガス開閉弁２０８と、水素ガス配管１０４と、増圧弁６０と、増圧水素ガス配管１０５と、手動によって開閉の動作を行う増圧水素ガス開閉弁２１１と、増圧水素ガス配管１０６を経由して、水素ボンベ７０に増圧した水素ガスと窒素ガスの混合ガスを送り込むことが出来るようになっている。

この場合、水素ボンベ７０からは、増圧水素ガス放出管１４１と、増圧水素ガス開閉弁２１２と、増圧水素ガス放出管１４２を経由させることで、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを使用することが可能となっている。

ところで、増圧弁６０を構成している増圧弁本体６２には、圧縮空気を受入れる目的で圧縮空気配管１５１に接続しているＳＵＰポート６２ａと、圧縮空気を排出する目的で圧縮空気配管１５２に接続しているＥＸＨポート６２ｂと、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを受入れる目的で水素ガス配管１０４に接続しているＩＮポート６２ｃと、増圧した後の高圧の水素ガスと窒素ガスの混合ガスを排出する目的で増圧水素ガス配管１０５に接続しているＯＵＴポート６２ｄをそれぞれ形成している。

ここで、図２に見られるように、増圧弁６０は、室イ６２Ａと中央部６２Ｂと室ロ６２Ｃから成る増圧弁本体６２と、ピストンい６３Ａとピストンロッド６３Ｂとピストンろ６３Ｃから成るピストン６３と、ガバナ６４と、切換バルブ６５と、四組のチェック弁６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄによって構成されている。

ここにおいて、増圧弁本体６２の中央部６２Ｂには、真ん中をピストンロッド６３Ｂが修動可能に位置していて、ガバナ６４と、切換バルブ６５と、四組のチェック弁６６Ａ、６６Ｂ、６６Ｃ、６６Ｄと、各種の配管がその中に収納されている。

また、ピストン６３は、ピストンい６３Ａが室イ６２Ａの全ストロークを作動するその間に、ピストンろ６３Ｃが室ロ６２Ｃの全ストロークを作動するように配設されているのである。 即ち、室イ６２Ａのストロークと室ロ６２Ｃのストロークが同一に設定されているのである。

更に、ピストンい６３Ａが室イ６２Ａ内を作動する過程で、ピストンい６３Ａは、室イ６２Ａを、ピストンロッド６３Ｂと反対側の駆動室イ６２ＡＡとピストンロッド６３Ｂ側の増圧室イ６２ＡＢの二つの部屋に分けていて、ピストンろ６３Ｃが室ロ６２Ｃを作動する過程で、ピストンろ６３Ｃは、室ロ６２Ｃを、ピストンロッド６３Ｂと反対側の駆動室ロ６２ＣＢとピストンロッド６３Ｂ側の増圧室ロ６２ＣＡの二つの部屋に分けているのである。

尚、図２に示している増圧弁６０は、ピストンい６３Ａの断面積とピストンろ６３Ｃの断面積を等しくしている。 一方、図２には具体的に記載していないが、別の増圧弁６０の構造として考えた場合、ピストンい６３Ａの断面積とピストンろ６３Ｃの断面積を異なるようにして、増圧室イ６２ＡＢを駆動室ロ６２ＣＢとして使用し駆動室ロ６２ＣＢを増圧室イ６２ＡＢとして使用するように各々を入れ替えて、ＩＮポート６２ｃに接続したチェック弁６６ＡとＯＵＴポート６２ｄに接続したチェック弁６６Ｃを増圧室イ６２ＡＢに接続し、ＩＮポート６２ｃに接続したチェック弁６６ＢとＯＵＴポート６２ｄに接続したチェック弁６６Ｄを増圧室ロ６２ＣＡに接続することによって、流量特性を中心に圧力特性や充填特性を変えることが出来るものと考えられるのである。

ところで、これまでの記載では各種の開閉弁２０１、２０２、２０３、２０４、２０５、２０６、２０７、２０８、２０９、２１０、２１１、２１２に関しては、全て手動によって開閉の動作を行うように述べているが、一部または全てを自動によって開閉することも可能である。

本発明による、水素ガスの製造方法および製造装置は前述したように構成されており、以下にその動作について説明する。

先ず、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させることで水素ガスを作り出すのに際しての反応式と、反応に際して一般的に言われている条件を示す。

この場合、アルカリ金属としては、Ｌｉ、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓの全てが、常温の水と反応して水素を発生し、水酸化物になる。 特に、Ｎａ、Ｋ、Ｒｂ、Ｃｓに関しては、激しく反応する。 尚、Ｎａと水が反応する場合には、〔数１〕に見られるような形で水素ガスを発生する。

また、アルカリ土類金属としては、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｒａの全てが、冷水と反応して水素を発生し、水酸化物になる。尚、Ｃａと水が反応する場合には、〔数２〕に見られるような形で水素ガスを発生する。

更に、Ｍｇは、熱水と反応して水素を発生し、水酸化物になる。 尚、Ｍｇと水が反応する場合には、〔数３〕に見られるような形で水素ガスを発生する。

そこで、固体粒子貯留装置２０に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れか一種の物質を準備し、その物質と反応するのに適した温度の水を給水装置４０に準備する。 当然のことながら、準備している水は、加熱冷却手段５０によって反応するのに適した温度に管理されているし、以降に示すように、不活性ガス供給装置１０から、窒素ガスを含む不活性ガスガスが送り込まれることが出来る状態になっている。

この場合、給水装置４０に関しては、図１には外部から給水する部分が省略されているが、当然のことながら存在する訳であって、必要に応じて内部の気体を窒素ガスを含む不活性ガスガス置き換える際に、内部の気体を排出する際に使用することも出来るようになっているし、給水を行おうとする直前の時点に於いては、給水装置４０の下部に水が上部には窒素ガスを含む不活性ガスガスが充填されていると考えて良い。

そして、先ず固体粒子投入開閉弁２０４と水素ガス開閉弁２０８と給水開閉弁２１０と不用滓取出開閉弁２０７と給水手段２０９である加圧用不活性ガス開閉弁２０９を閉じた状態で、また空気排出開閉弁２０６を開いた状態で、開放不活性ガス供給装置１０から、不活性ガス供給開閉弁２０１を開放して窒素ガスを含む不活性ガスガスを、反応タンク３０に送り込む。 従って、空気排出開閉弁２０６が開放されているので、反応タンク３０内の気体は、窒素ガスを含む不活性ガスガスに置換されることになる。

この場合、窒素ガスを含む不活性ガスガスが窒素ガスで有る場合には、窒素ガス濃度計２０２によって窒素ガスの濃度を測定することで、窒素ガスの供給が完全であるかを判断することが出来るのであり、置換が確認された場合には空気排出開閉弁２０６を閉鎖することになる。

一方、圧力計２０３によって反応タンク３０内部の圧力を測定することで、圧力の上昇で窒素ガスを含む不活性ガスガスとの置換を確認することも可能である。その場合には、一つの例としての考え方を示すと、濃度と圧力の上昇との関係を事前に調べておくことで置換の状況を予測することが可能であり、それによって当初から無駄なく正確に置換を判断出来るのである。

このようにして、反応タンク３０に窒素ガスを含む不活性ガスガスが確実に供給されたことを確認したら、不活性ガス供給開閉弁２０１を閉鎖し、次に給水開閉弁２１０を開放し、更に加圧用不活性ガス開閉弁２０９を開放することで、過熱冷却手段５０によって必要な温度に保たれた水が反応タンク３０に供給される。 当然のことながら、必要とする水が供給されたならば、給水開閉弁２１０と加圧用不活性ガス開閉弁２０９を閉鎖することになる。

そして最後に、固体粒子貯留用開閉弁２０５が閉鎖されていることを確認した後に、固体粒子投入開閉弁２０４を開放することで、固体粒子貯留装置２０からアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかの固体粒子が反応タンク３０に投入される。

その様な状況の中で、全ての固体粒子に関する式を記載している訳ではないが、〔数１〕〔数２〕や〔数３〕に見られるような反応によって窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で水素ガスが発生することで、水素ガスと窒素ガスを含む不活性ガスの混合ガスが作り出されることになる。 この場合、反応タンク３０に対する窒素ガスを含む不活性ガスガスの供給は、当初のみの供給でも良いし、一定間隔での供給でも良いし、また必要に応じて供給を行っても良い。

そこで、水素ガス開閉弁２０８と増圧水素ガス開閉弁２１１と増圧水素ガス放出開閉弁２１２を開放することで、水素ガスと窒素ガスの混合ガスを増圧弁６０によって増圧して、水素ボンベ７０に貯留出来るようになっている。 尚、水素ボンベ７０に貯留するに際しては、内部の気体が排出した頃を見計らって増圧水素ガス放出開閉弁２１２を閉鎖する必要はある。

所で、増圧弁６０は、水素ガス配管１０４が増圧弁本体６２に形成されているＩＮポート６２ｃに接続していることで、水素ガスと窒素ガスの混在している混合ガスが送り込まれるようになっている。

また、増圧弁本体６２に形成されているＩＮポート６２ｃに混合ガスが送り込まれるということは、更にチェック弁６６Ａ、６６Ｂを経由して増圧室イ６２ＡＢと増圧室ロ６２ＣＡにもそのまま混合ガスが供給されることになる訳である。

その際には、圧縮空気配管１５１より圧縮空気をＳＵＰポート６２ａに流した場合、ガバナ６４と切換バルブ６５を経由して駆動室ロ６２ＣＢに圧縮空気が供給されることになるのである。 すると、駆動室ロ６２ＣＢに供給された圧縮空気配管１５１からの圧縮空気と増圧室イ６２ＡＢに供給された水素ガス配管１０４からの混合ガスがピストン６３に作用し、増圧室ロ６２ＣＡの混合ガスを増圧するのである。 そこで、ピストン６３が作動することによって、増圧室ロ６２ＣＡ内の増圧した混合ガスをチェック弁６６Ｄから増圧弁本体６２に形成されているＯＵＴポート６２ｄの方に送り出すようになっているのである。

ここで、ピストン６３がストロークエンドに来ると、切換バルブ６５は、駆動室ロ６２ＣＢが排気、駆動室イ６２ＡＡが供給の状態に切換わる。 すると、ピストン６３が反転して、今度は増圧室ロ６２ＣＡと駆動室イ６２ＡＡの圧力で、増圧室イ６２ＡＢの混合ガスを増圧しながら増圧弁本体６２に形成されているＯＵＴポート６２ｄの方に送り出すようになっている。 この様にして、以上に示された動作を繰り返すことによって、増圧弁本体６２に形成されているＯＵＴポート６２ｄに、増圧弁本体６２に形成されているＩＮポート６２ｃに送り出された混合ガスより高い圧力の高圧の混合ガスを連続的に作り出すことが出来るようになっているのである。

この場合、増圧弁本体６２に形成されているＯＵＴポート６２ｄでの圧力は、その圧力をフィードバックさせているガバナ６４機構をハンドル操作で任意に設定することが出来るようになっている。 尚、各々のピストン６３Ａ、６３Ｃの断面積を変え増圧室イ６２ＡＢと駆動室ロ６２ＣＢの位置を相互に入れ替えた場合の動作に関しても前述と同じ働きをするようになっている。

従って、常に混合ガスの圧力を圧縮空気配管１５１からの圧縮空気の圧力より高くしておくことによって、ピストンい６３Ａとピストンろ６３Ｃに於いて、圧縮空気が混合ガスの側に洩れて来ることもなく、常に純度の高い圧力の混合ガスを得ることが出来るようになっているのである。

この発明は、水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、燃料電池等に使用する純度の高い水素ガスを、混合ガスではあるが使い易い水素ガスという観点から、如何にしたら安定した形で安価に製造することが出来るかということに関して、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行なって製造する技術について述べたものである。

本願発明を示した図 本願発明の増圧弁

符号の説明

１０・・・・・・不活性ガス供給装置
２０・・・・・・固体粒子貯留装置
３０・・・・・・反応タンク
４０・・・・・・給水装置
５０・・・・・・加熱冷却手段
６０・・・・・・増圧弁
６２・・・・・・増圧弁本体
６２Ａ・・・・・室イ
６２ＡＡ・・・・駆動室イ
６２ＡＢ・・・・増圧室イ
６２Ｂ・・・・・中央部
６２Ｃ・・・・・室ロ
６２ＣＡ・・・・増圧室ロ
６２ＣＢ・・・・駆動室ロ
６２ａ・・・・・ＳＵＰポート
６２ｂ・・・・・ＥＸＨポート
６２ｃ・・・・・ＩＮポート
６２ｄ・・・・・ＯＵＴポート
６３・・・・・・ピストン
６３Ａ・・・・・ピストンい
６３Ｂ・・・・・ピストンロッド
６３Ｃ・・・・・ピストンろ
６４・・・・・・ガバナ
６５・・・・・・切換バルブ
６６Ａ・・・・・チェック弁
６６Ｂ・・・・・チェック弁
６６Ｃ・・・・・チェック弁
６６Ｄ・・・・・チェック弁
７０・・・・・・水素ボンベ
１０１・・・・・不活性ガス供給配管
１０２・・・・・不活性ガス供給配管
１０３・・・・・水素ガス配管
１０４・・・・・水素ガス配管
１０５・・・・・増圧水素ガス配管
１０６・・・・・増圧水素ガス配管
１１１・・・・・固体粒子貯留配管
１１２・・・・・固体粒子貯留配管
１１３・・・・・固体粒子投入配管
１１４・・・・・固体粒子投入配管
１１５・・・・・不用滓取出配管
１１６・・・・・不用滓取出配管
１２１・・・・・空気排出配管
１２２・・・・・空気排出配管
１３１・・・・・加圧用不活性ガス配管（給水手段）
１３２・・・・・加圧用不活性ガス配管（給水手段）
１３３・・・・・給水配管
１３４・・・・・給水配管
１４１・・・・・増圧水素ガス放出管
１４２・・・・・増圧水素ガス放出管
１５１・・・・・圧縮空気配管
１５２・・・・・圧縮空気配管
２０１・・・・・不活性ガス供給開閉弁
２０２・・・・・窒素ガス濃度計
２０３・・・・・圧力計
２０４・・・・・固体粒子投入開閉弁
２０５・・・・・固体粒子貯留用開閉弁
２０６・・・・・空気排出開閉弁
２０７・・・・・不用滓取出開閉弁
２０８・・・・・水素ガス開閉弁
２０９・・・・・加圧用不活性ガス開閉弁（給水手段）
２１０・・・・・給水開閉弁
２１１・・・・・増圧水素ガス開閉弁
２１２・・・・・増圧水素ガス放出開閉弁
３０１・・・・・固体粒子投入口
３０２・・・・・不用滓取出口
３０３・・・・・残留空気排出口

Claims (8)

1. アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、その反応を窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で行うことを特徴とする水素ガスの製造方法。
2. 窒素ガスは、圧縮空気から膜分離方式またはＰＳＡ方式によって作り出すものであり、先ず反応タンク（３０）に窒素ガスを充満させ、次に所定の圧力の窒素ガスによって水を送り出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを送り込むことで反応させることを特徴とする請求項１に記載の水素ガスの製造方法。
3. 水は、必要に応じて加熱または冷却することが可能であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の水素ガスの製造方法。
4. 作り出した水素ガスは、増圧することが可能であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の水素ガスの製造方法。
5. アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと水を反応させて水素ガスを作り出す反応タンク（３０）に、窒素ガスを含む不活性ガスを供給することが出来る不活性ガス供給装置（１０）を接続し、また加圧して送り込むことが出来る給水装置（４０）を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置（２０）を配設したことを特徴とする水素ガスの製造装置。
6. 前記給水装置（４０）または前記反応タンク（３０）またはその周辺に、水を必要な温度に加熱または冷却する加熱冷却手段（５０）を配設し、前記給水装置（４０）と前記不活性ガス供給装置（１０）との間に、水を窒素ガスを含む不活性ガスによって所定の圧力で給水する給水手段（１３１、１３２、２０９）を接続したことを特徴とする請求項５に記載の水素ガスの製造装置。
7. 前記反応タンク（３０）には、内部の気体を排出することが出来るようにした残留空気排出口（２０６）と、反応に先立って内部に窒素ガスが確実に充填されているかを確認する目的で内部に流入した窒素ガスの濃度を測定することが出来るようにした窒素ガス濃度計（２０２）を配設したことを特徴とする請求項５または請求項６に記載の水素ガスの製造装置。
8. 前記反応タンク（３０）で作り出した水素ガスは、増圧弁（６０）によって増圧し、水素ボンベ（７０）に収納するようにしたことを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載の水素ガスの製造方法。

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