JP2012001407A - 水から水素を発生せしめる水素発生方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】水酸化ナトリウムの溶融塩にSUS304を溶かし込み、この溶融塩の液面上に微細粒子群を飛散せしめ、液面上の反応空間を無酸素状態とし、前記微細粒子群に水蒸気を衝突せしめるようにし、前記反応空間が負圧になったときに、アルゴンのような不活性ガスを自動的に注入するか、反応空間を弁操作により常に正圧として無酸素状態を維持するようにした。
【選択図】図1
Description
(1)主反応は、微細粒子群と水蒸気であるとの実験(第1実験例)
図3において、反応剤12は、微細粒子発生筒30内に収納され、この発生筒30はヒータ31で加熱され、発生筒30からの微細粒子群は、バルブ33を備えた配管32から反応筒33に入るようになっている。この反応筒33には水管34と水受け35と、水素管36を備え、また、反応筒33はヒータ37によって加熱される。所定時間、バルブ33を開いた状態で発生筒30を加熱して細粒子群を反応筒33内に貯めた後、バルブ33を閉じ、水管34から水を供給して反応筒33内で水蒸気を作ると、水素管36からは水素が検知できた。これにより、主反応は微細粒子群と水蒸気であることが判明し、発生筒30の溶融塩内で生じているわけではないことが判った。したがって、微細粒子の表面積は極端に大であり、1回の水の供給により供給された水中に含まれる水素量のほとんどが採集された。
図1において、反応容器3の蓋3bに取付けられたアルゴンパージ管3cから空気を入れ、真空ポンプ16を作動させずに、水タンク6の水を所定量供給して水蒸気コイル4で作り、それを蒸気管10を介して反応容器3の反応空間Sに供給した。
反応炉3内の温度を常温から徐々に上昇させつつ、前記発生ガス測定装置19により反応炉3内の圧力を測定していくと、圧力が上昇から僅かに下降し、次いで上昇していくことが判明している。すなわち、図6、図7に示すように、常温から漸いに温度を上昇していくと、反応炉3内の水素が膨張して圧力が上昇するが、反応剤が半溶融状態となる200℃〜300℃の間で圧力が一旦下降する。常温では、水素が収縮して(400℃〜500℃で発生した水素が反応炉3内に残留し、温度を常温まで下げると水素が収縮して負圧となっている)負圧となっており、温度上昇とともに水素ガスは膨張して炉内の圧力は上昇するが、200℃〜300℃の間で圧力が下降してその温度域を過ぎると再び上昇する。そこで、前記温度域に温度を維持(250℃〜280℃)すると、図8に示すように圧力を常温時のそれよりも下降させることができる。
1)主反応は、反応剤の微粒子群と水蒸気との反応であり、微粒子は水蒸気と衝突して以下の反応をするものと思われる。
すなわち、水蒸気(2 H2O)は微粒子内の電子(e-)と反応し電離して水素ガス(H2)を発生する。ここで、電子(e-)は溶融したFe3+、Cr2+、Ni2+から放出される他に微粒子内のナトリウムイオン(Na+)が300〜500℃の熱と衝突エネルギーによって電子(e-)を放出するものと思われ、十分な電子の存在により(1)式の反応が確保される。次いで、
2 OH- → H2O + O2- ……(2)
の反応により、水蒸気とラジカルな酸素(O2-)が生成される。
更に、この酸化物(Na2O)は水蒸気(H2O)と反応してNaOHとなり、消費されたNaOHを補うこととなる。
Na2O + H2O → 2NaOH ……(4)
a)第2開閉弁211を開放したままで10分間隔毎に1ccずつ5回、総計5ccを注入し、この連続動作を3回繰り返した。そのときの水素の採集量は以下の通り。
2回目 1cc × 5回 水素採集 2.9 l
3回目 1cc × 5回 水素採集 2.7 l
b)第1,2開閉弁211を前述のように先ず第2開閉弁211を閉じて、10分後にほぼ0.5〜0.7気圧の正圧となり、10分後に第1開閉弁208を開いて水を注入し1.5気圧の正圧で第2開閉弁211を開いて水素を回収し、直ちに第2開閉弁211を閉じて10分後に水を注入する。この動作を5回(5cc)繰り返す動作を連続動作とし、この連続動作を3回行った。
2回目 1cc × 5回 水素採集 5.35 l
3回目 1cc × 5回 水素採集 4.05 l
実験の結果、正圧の下で水を注入すると常圧の場合と比較して約2倍の水素採集量となった。
図14において、反応炉300は、バーナ口301を備え、熱風を作り出す直方体の熱風炉302,302と3本円筒状の触媒セル303,303…303を収納した触媒セルユニット304,304…304からなる。各ユニット304は扁平な同一形状の直方体であり、前記直方体の熱風炉302,302の上に各3組のユニット304が積上げられ、最上段のセルユニット304の一端側に煙突305が伸びている。前記触媒セル303は、図15に示すように上下方向に千鳥状に配置され、下方の熱風炉302からの熱風は、その上のセルユニットの後部から入り、触媒セルの外周及び内筒305を通って、更に上に積層されたセルユニットに流入し、上段の熱風炉302に入り、上段の熱風炉302の熱風に合流してその上に積層されたセルユニット304を通り、煙突305から外部に流出する。
3……反応容器
6……水タンク
12……反応剤
13……金属元素供給体
30……微粒子群発生筒
100……貯留器
101……圧力計
103……逆止弁
Claims (5)
- 水酸化ナトリウム、水酸化カリウム及び水酸化バリウム等のアルカリ金属水酸化物の少なくとも一種からなるアルカリ溶融塩の少なくとも表面を溶融してその溶融液中に、ニッケル、パラジウム及び白金等の周期表第10族の金属のうち少なくとも一種の第1金属と、クロム、モリブデン、タングステン、コバルト及び鉄等の他の族の遷移金属のうち少なくとも一種の第2金属とを溶融せしめ、前記溶融液の液面からアルカリ溶融塩と、前記第1と第2の金属元素イオンと、電子とを含む微細粒子群を無酸素状態の反応空間内に飛散せしめ、この微細粒子群に水蒸気を衝突せしめて水蒸気中の水素と酸素から水素を発生せしめる水素発生方法。
- 前記アルカリ溶融塩は、300℃以上に加熱された水酸化ナトリウム塩であり、前記第1及び第2の金属の供給をSUS304で行うことを特徴とする請求項1記載の水素発生方法。
- 前記アルカリ溶融塩と、第1、第2金属とを反応炉内に収納し、反応空間が負圧になったときに不活性ガスを反応空間内に供給して反応空間に空気が流入することを防止して無酸素状態を維持するようにした請求項1記載の水素発生方法。
- 前記アルカリ溶融塩と、第1、第2金属とを反応炉内に収納し、この反応炉の水素の出口側に開閉弁を設け、この開閉弁を閉じて反応空間の圧力を所定の正圧にした後、水を注入して水素を発生せしめ、圧力が上昇したときに前記開閉弁を開放せしめて水素出口から水素を排出し、この水素排出後に再び開閉弁を閉じて前記反応空間を正圧に維持して反応空間内に外部から空気の流入を防止し無酸素状態を維持するようにした請求項1記載の水素発生方法。
- 前記アルカリ溶融塩と、第1、第2金属とを反応炉内に収納し、この反応炉の水素の出口側にリリーフ弁を設け、このリリーフ弁は所定正圧で圧力を解放するようにし、所定のタイミングで水を注入して前記リリーフ弁の解放により水素を排出するようにした請求項1記載の水素発生方法。
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