JP2015231920A - Hydrogen production apparatus - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide hydrogen production apparatus by a thermal reaction.SOLUTION: There is provided hydrogen production apparatus for producing hydrogen and oxygen from water by reactions 2Na+2NaOH→2NaO+HReaction (A) 2NaO→NaO+2Na Reaction (B) NaO+HO→2NaOH+1/2OReaction (C) (Total Reaction) HO→H+1/2O, and having NaOH accommodation container for conducting the reactions (A) to (C), a grinder, a water supply flow passage, a Na accommodation container, a heat exchanger, a Na supply flow, a hydrogen ejection flow for ejecting hydrogen generated in the Reaction (A), a Na collection flow for collecting Na obtained in the Reaction (B) and an oxygen ejection flow for ejecting oxygen obtained in the Reaction (C).

Description

本発明は、水素製造装置、特に熱化学反応による水素製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus, and more particularly to a hydrogen production apparatus using a thermochemical reaction.

化石燃料の有限性あるいは化石燃料から排出される炭酸ガスによる地球温暖化などの環境破壊の問題が、現代社会にとって解決されるべき最も重要な課題の一つとされている。このような中、水素は究極のクリーンなエネルギー源として脚光を浴びており、水素を製造するために種々の試みがなされている。   The problem of environmental destruction such as global warming due to the finite nature of fossil fuels or carbon dioxide emitted from fossil fuels is regarded as one of the most important issues to be solved for modern society. Under such circumstances, hydrogen is attracting attention as the ultimate clean energy source, and various attempts have been made to produce hydrogen.

具体的には、特許文献1の水素製造システムは、原子力の使用済み廃熱を利用して、熱化学法により水素を製造する。   Specifically, the hydrogen production system of Patent Document 1 produces hydrogen by a thermochemical method using spent waste heat of nuclear power.

また、特許文献2の水素製造装置は、金属元素を保持する反応容器、反応容器に水を供給するための貯水槽、金属元素が水に接触する部分を加熱して金属元素を加熱するレーザー、並びに金属元素と水との反応により製造した水素ガス及び反応エネルギーを回収する水素取り出し管を具備している。   Moreover, the hydrogen production apparatus of Patent Document 2 includes a reaction vessel that holds a metal element, a water tank for supplying water to the reaction vessel, a laser that heats a metal element by heating a portion where the metal element contacts water, And a hydrogen extraction pipe for recovering the hydrogen gas produced by the reaction between the metal element and water and the reaction energy.

さらに、特許文献3の水素製造方法は、金属水素化物を熱分解して任意量の水素を得た後、分解せずに残った金属水素化物を水と反応させて水素を製造し、さらに金属水素化物の熱分解によって副生した金属をアルカリ水溶液と反応させて水素を製造する。   Furthermore, in the hydrogen production method of Patent Document 3, the metal hydride is thermally decomposed to obtain an arbitrary amount of hydrogen, and then the remaining metal hydride without decomposition is reacted with water to produce hydrogen. Hydrogen is produced by reacting a metal by-produced by thermal decomposition of a hydride with an aqueous alkali solution.

特開2006−282413号公報JP 2006-282413 A 特開2007−145686号公報JP 2007-145686 A 特開2009−001457号公報JP 2009-001457 A

特許文献1に記載の熱化学反応による水素製造システムは、エネルギーの直接利用として期待されてきたが、この熱化学反応は反応温度が1000℃程度であり、この温度での反応を実現する場合には補機損失が大きくなり、また反応容器の材質も耐熱性のものとすることが必要である。さらに生成する水素も高温となるため冷却手段を装備しなければならない。この結果、水素製造装置全体の寸法が大型化し、かつそれだけ重量も重くなるので、実用に供する上で種々の問題がある。   The hydrogen production system based on the thermochemical reaction described in Patent Document 1 has been expected as a direct use of energy, but this thermochemical reaction has a reaction temperature of about 1000 ° C., and the reaction at this temperature is realized. It is necessary to increase the loss of auxiliary equipment and to make the reaction vessel material heat resistant. Furthermore, since the hydrogen produced is also hot, it must be equipped with a cooling means. As a result, the overall size of the hydrogen production apparatus becomes large and the weight increases accordingly, and there are various problems in practical use.

また、特許文献2及び3に記載の水素製造装置及び方法は、特許文献1に記載のシステムに比べて比較的小型の装置で実施できるものの、水素の製造反応によりに用いられた使用済の水素生成材料をその場で再生処理することができないという問題がある。   Moreover, although the hydrogen production apparatus and method described in Patent Documents 2 and 3 can be implemented with a relatively small apparatus as compared with the system described in Patent Document 1, the spent hydrogen used in the hydrogen production reaction is used. There is a problem that the generated material cannot be regenerated on the spot.

そのため、小型で、かつ水素生成材料からの水素生成及び使用済の水素生成材料の再生をその場で行える水素生成装置が望まれている。   Therefore, a hydrogen generator that is small in size and capable of generating hydrogen from the hydrogen generating material and regenerating the used hydrogen generating material on the spot is desired.

これらの問題点を解決するため、400℃〜500℃程度で進行させることができる以下の反応を用いた繰り返しサイクルが考えられる。   In order to solve these problems, a repetitive cycle using the following reaction that can proceed at about 400 ° C. to 500 ° C. can be considered.

2Na + 2NaOH → 2NaO + H 300℃前後 反応(A)
2NaO → Na + 2Na 400℃〜500℃ 反応(B)
Na + HO → 2NaOH + 1/2O室温〜数十℃ 反応(C)
(全反応) HO → H + 1/2O
2Na + 2NaOH → 2Na 2 O + H 2 300 ℃ before and after the reaction (A)
2Na 2 O → Na 2 O 2 + 2Na 400 ° C. to 500 ° C. Reaction (B)
Na 2 O 2 + H 2 O → 2NaOH + 1 / 2O 2 Room temperature to several tens of degrees C. Reaction (C)
(Total reaction) H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2

しかし、上記の反応を実際のシステムに適応する場合においては、種々の課題が存在する。   However, there are various problems in applying the above reaction to an actual system.

具体的には、まず、上記のサイクルでは、サイクル率の改善が望まれる。サイクル率が低い原因としては主に、NaOHが凝集しており、それによって反応(A)のための所定の温度まで全NaOHの温度を上げることは困難であるため、NaとNaOHとが十分に反応しないことが挙げられる。この問題に対しては、Naの量を増やすことが考えられる。しかしながら、余剰のNaは十分に回収しないと反応(C)の際に水と反応してNaOHを生じ、NaOHとNaの量のバランスが崩れる原因となる。それゆえ、Naを増やすだけでは十分な対応とは言えない。   Specifically, first, in the above cycle, improvement of the cycle rate is desired. The reason why the cycle rate is low is that NaOH is agglomerated, which makes it difficult to raise the temperature of all NaOH to a predetermined temperature for reaction (A). It does not react. For this problem, it is conceivable to increase the amount of Na. However, if the excess Na is not recovered sufficiently, it reacts with water during the reaction (C) to generate NaOH, which causes the balance between the amount of NaOH and Na to be lost. Therefore, simply increasing Na is not a sufficient response.

さらに、反応(A)又は(B)のために必要な温度である300℃又は400℃を超えるためには時間を要する。それゆえ、外部からの熱を利用できる時間が短い場合、これらの反応の実質的な反応時間が短く、十分な反応を得ることが難しい。   Furthermore, it takes time to exceed 300 ° C. or 400 ° C., which is the temperature required for the reaction (A) or (B). Therefore, when the time in which heat from the outside can be used is short, the substantial reaction time of these reactions is short, and it is difficult to obtain a sufficient reaction.

加えて、Naは、空気に触れた場合にも、水蒸気と活発に反応してNaOHとなる。NaOHは強アルカリ試薬のため、人体への付着がないよう、あるいは、外部へ廃棄されることがないよう、システムを構築する必要がある。そのため、Na等が外部に触れずにシステム内で循環する閉鎖系システムの構築が望まれる。   In addition, Na reacts actively with water vapor to become NaOH even when exposed to air. Since NaOH is a strong alkaline reagent, it is necessary to construct a system so that it does not adhere to the human body or be discarded outside. Therefore, it is desired to construct a closed system in which Na or the like circulates in the system without touching the outside.

上記の反応を実際のシステムに適応するためには、これらの課題を解決することが望まれる。   In order to adapt the above reaction to an actual system, it is desired to solve these problems.

本発明者らは、鋭意検討したところ、以下の手段により上記課題を解決できることを見出した:
〈1〉 水から水素及び酸素を製造する水素製造装置であって、
2Na + 2NaOH → 2NaO + H 反応(A)
2NaO → Na + 2Na 反応(B)
Na + HO → 2NaOH + 1/2O 反応(C)
(全反応) HO → H + 1/2O
の反応によって、水から水素及び酸素を製造し;かつ
NaOH(水酸化ナトリウム)を収容し、上記反応(A)〜(C)を行うNaOH収容容器、
上記NaOH収容容器に収容されている上記NaOHを粉砕する粉砕したNaOHを粉砕機、
上記NaOH収容容器に水を供給する水供給流路、
Na(金属ナトリウム)を収容するNa収容容器、
上記Na収容容器内に配置されている熱交換器、
上記熱交換器による加熱により融解したNaを上記Na収容容器から上記NaOH収容容器に供給するNa供給流路、
上記反応(A)により生成した水素を上記NaOH収容容器から排出する水素排出流路、
上記反応(B)により得られるNaを上記NaOH収容容器から上記Na収容容器に回収するNa回収流路、並びに
上記反応(C)により得られる酸素を、上記NaOH収容容器から排出する酸素排出流路
を備えている、
水素製造装置。
The present inventors have intensively studied and found that the above problems can be solved by the following means:
<1> A hydrogen production apparatus for producing hydrogen and oxygen from water,
2Na + 2NaOH → 2Na 2 O + H 2 reaction (A)
2Na 2 O → Na 2 O 2 + 2Na reaction (B)
Na 2 O 2 + H 2 O → 2NaOH + 1 / 2O 2 reaction (C)
(Total reaction) H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2
To produce hydrogen and oxygen from water; and contain NaOH (sodium hydroxide) to carry out the above reactions (A) to (C);
A pulverized NaOH pulverizer for pulverizing the NaOH contained in the NaOH container;
A water supply channel for supplying water to the NaOH container;
Na containing container for containing Na (metallic sodium),
A heat exchanger disposed in the Na container;
Na supply flow path for supplying Na melted by heating with the heat exchanger from the Na container to the NaOH container,
A hydrogen discharge flow path for discharging hydrogen generated by the reaction (A) from the NaOH container;
Na recovery flow path for recovering Na obtained by the reaction (B) from the NaOH storage container to the Na storage container, and oxygen discharge flow path for discharging oxygen obtained by the reaction (C) from the NaOH storage container With
Hydrogen production equipment.

本発明によれば、小型で、かつ水素生成材料からの水素生成及び使用済の水素生成材料の再生をその場で行える水素製造装置を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a hydrogen production apparatus that is small in size and capable of generating hydrogen from a hydrogen generating material and regenerating used hydrogen generating material on the spot.

本発明によれば、上記反応(A)〜(C)によるサイクルのサイクル率を向上させ、かつ、反応速度を上昇させることができる。これは、凝集しているNaOHを粉砕し、そこにNaを供給することにより即座に反応させることができることによる。   According to the present invention, the cycle rate of the above reactions (A) to (C) can be improved, and the reaction rate can be increased. This is because the agglomerated NaOH can be crushed and reacted immediately by supplying Na thereto.

また、本発明によれば、本発明によらない場合と比較して水素生成の収率を有意に上昇させることができる。これは、NaOHと水との反応前に余剰のNaを十分に回収し、かつNaが空気に触れることがない閉鎖系システムとすることにより、Naと水とが反応してNaOHを生じることを防止し、それによりNaOH及びNaの物質量のバランスが崩れにくいことによる。   In addition, according to the present invention, the yield of hydrogen generation can be significantly increased as compared with the case not according to the present invention. This means that Na and water react to generate NaOH by sufficiently recovering excess Na before the reaction between NaOH and water, and forming a closed system in which Na does not come into contact with air. This is because the balance of the amount of NaOH and Na is not easily lost.

本発明による水素製造装置を示した図である。It is the figure which showed the hydrogen production apparatus by this invention.

以下、本発明による水素製造装置の実施の形態を、図面を参照しながら説明する。   Embodiments of a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

〈水素製造装置〉
図1で示すように、本発明の1つの態様は、水から水素及び酸素を製造する水素製造装置(20)であって、
2Na + 2NaOH → 2NaO + H 反応(A)
2NaO → Na + 2Na 反応(B)
Na + HO → 2NaOH + 1/2O 反応(C)
(全反応) HO → H + 1/2O
の反応によって、水から水素及び酸素を製造し;かつ
NaOH(1)を収容し、上記反応(A)〜(C)を行うNaOH収容容器(2)、上記NaOH収容容器(2)収容されている上記NaOH(1)を粉砕する、随意に上下方向(3a)に稼働する粉砕機(3)、上記NaOH収容容器(2)に水を供給する水供給流路(4)、Na(5)を収容するNa収容容器(6)、上記Na収容容器(6)内に配置されている熱交換器(7)、上記熱交換器(7)による加熱により融解したNaを上記Na収容容器(6)から上記NaOH収容容器(2)に供給するNa供給流路(8)及び随意のNaポンプ(8a)、上記反応(A)により生成した水素を上記NaOH収容容器(2)から排出する水素排出流路(9)及び随意の水素フィルター(9a)、上記反応(B)により得られるNaを上記NaOH収容容器(2)から上記Na収容容器(6)に回収するNa回収流路(10)及び随意のNaフィルター(10a)、並びに上記反応(C)により得られる酸素を、上記NaOH収容容器(2)から排出する酸素排出流路(11)及び随意の水素フィルター(11a)を備えている、水素製造装置(20)である。
<Hydrogen production equipment>
As shown in FIG. 1, one aspect of the present invention is a hydrogen production apparatus (20) for producing hydrogen and oxygen from water,
2Na + 2NaOH → 2Na 2 O + H 2 reaction (A)
2Na 2 O → Na 2 O 2 + 2Na reaction (B)
Na 2 O 2 + H 2 O → 2NaOH + 1 / 2O 2 reaction (C)
(Total reaction) H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2
In this reaction, hydrogen and oxygen are produced from water; and NaOH (1) is accommodated, and the above-mentioned reactions (A) to (C) are performed. The NaOH accommodating container (2) and the NaOH accommodating container (2) are accommodated. Crushing the NaOH (1), optionally crushing machine (3) operating in the vertical direction (3a), water supply channel (4) for supplying water to the NaOH container (2), Na (5) Na containing container (6), heat exchanger (7) disposed in the Na containing container (6), and Na melted by heating by the heat exchanger (7) are added to the Na containing container (6). ) To supply the NaOH container (2) to the NaOH supply container (2), an optional Na pump (8a), and hydrogen discharge for discharging the hydrogen generated by the reaction (A) from the NaOH container (2). Flow path (9) and optional hydrogen filter (9a), an Na recovery channel (10) for recovering Na obtained by the reaction (B) from the NaOH container (2) to the Na container (6), an optional Na filter (10a), and the above A hydrogen production apparatus (20) comprising an oxygen discharge channel (11) for discharging oxygen obtained by the reaction (C) from the NaOH container (2) and an optional hydrogen filter (11a).

(NaOH収容容器)
本発明において、NaOH収容容器(2)は、NaOH(1)を収容し、上記反応(A)〜(C)を行う任意の容器を意味する。このNaOH収容容器(2)は、反応(A)〜(C)を可能にするために加熱及び随意に冷却が可能なようにすることができる。
(NaOH container)
In the present invention, the NaOH container (2) means any container that contains NaOH (1) and performs the above reactions (A) to (C). This NaOH containing container (2) can be heated and optionally cooled to allow reactions (A)-(C).

NaOH収容容器(2)内において、反応(A)及び(B)は別々に進行することもあり、同時に進行することもある。例えば、車載して用いる場合、Na、NaO、及びNaOHが混合状態で存在しながら、400℃以上の温度域で反応(A)及び(B)が進行する。この後、信号待ちの時間、アイドルの状態では若干排気温度は下がるが、エンジンがONの状態であれば、この反応を続けることができる。 In the NaOH container (2), the reactions (A) and (B) may proceed separately or may proceed simultaneously. For example, when used on-vehicle, reactions (A) and (B) proceed in a temperature range of 400 ° C. or higher while Na 2 O 2 , Na 2 O, and NaOH exist in a mixed state. Thereafter, the exhaust temperature slightly decreases in the idling state during the signal waiting time, but this reaction can be continued if the engine is on.

(粉砕機)
本発明において、粉砕機(3)とは、NaOH収容容器(2)内に収容されているNaOH(5)を粉砕して、粉砕する任意の粉砕機を意味する。
(Crusher)
In this invention, a grinder (3) means the arbitrary grinders which grind | pulverize and grind | dissolve NaOH (5) accommodated in the NaOH container (2).

NaOHは固体であり、潮解性により凝集しているため、単にNa(液体)(5)を混合しても反応量は少ない。それゆえ、粉砕機(3)により、反応に必要な分だけ粉砕を行う。   Since NaOH is solid and aggregates due to deliquescence, the reaction amount is small even if Na (liquid) (5) is simply mixed. Therefore, pulverization is performed by the pulverizer (3) as much as necessary for the reaction.

粉砕機(3)は、一例として回転式となっており、円板内に突起を有し、NaOH(1)に押し付けながら回転することで、表面から粉砕が行われる。また、粉砕機(3)は、上下方向(3a)に稼働することが好ましい。NaOH収容容器(2)中のNaOH(1)の表面をなるべく平坦にし、破砕機によって均一に削られるようにすることで、Na(5)との反応を最も効率よく、また短時間で行うことができる。   The pulverizer (3) is a rotary type as an example. The pulverizer (3) has a protrusion in the disk, and is pulverized from the surface by rotating while pressing against NaOH (1). Moreover, it is preferable that the pulverizer (3) operates in the vertical direction (3a). By making the surface of NaOH (1) in the NaOH container (2) as flat as possible and uniformly scraping it with a crusher, the reaction with Na (5) is performed most efficiently and in a short time. Can do.

(水供給流路)
本発明において、水供給流路(4)とは、NaOH収容容器に水を供給する任意の流路を意味する。
(Water supply flow path)
In the present invention, the water supply channel (4) means an arbitrary channel for supplying water to the NaOH container.

反応予定のNaOHが反応を終えた時、NaOH収容容器(2)内はNaO、Na、一部のNaOHとなっている。この状態で水供給流路(4)により反応(C)のために必要である水をNaOH収容容器(2)に供給する。これによって、反応(C)で、NaからNaOH及び酸素を生成する。 When the reaction scheduled NaOH finishes the reaction, the inside of the NaOH container (2) is Na 2 O, Na 2 O 2 and a part of NaOH. In this state, water necessary for the reaction (C) is supplied to the NaOH container (2) through the water supply channel (4). This produces NaOH and oxygen from Na 2 O 2 in reaction (C).

水供給流路(4)は、随意の水タンクを有していてもよい。水タンク中の水の量を常に同じ量とするため、水タンクをシーケンス制御により作動させて、水の量が不足している時には排気ガス中の水蒸気を供給し、かつ余っている時には供給を止めることができる。   The water supply channel (4) may have an optional water tank. In order to always keep the same amount of water in the water tank, the water tank is operated by sequence control to supply water vapor in the exhaust gas when the amount of water is insufficient and supply when there is a surplus. Can be stopped.

水供給流路(4)により供給される水は、排気ガスに含まれる水であってよい。この排気ガス中には、COも含まれるが、上記の反応には不活性であるため、問題はない。排気ガスに含まれる水を用いることで、排熱を用いて水素、酸素を生成でき、この水素、酸素により、自動車の新たな付加価値をつけることができる。 The water supplied by the water supply channel (4) may be water contained in the exhaust gas. This exhaust gas contains CO 2, but there is no problem because it is inert to the above reaction. By using the water contained in the exhaust gas, hydrogen and oxygen can be generated using the exhaust heat, and this hydrogen and oxygen can add new added value to the automobile.

水供給流路(4)により供給される水は、任意の温度で供給することができ、例えば、室温〜数十℃の温度で供給することができる。   The water supplied by the water supply channel (4) can be supplied at an arbitrary temperature, for example, at a temperature of room temperature to several tens of degrees Celsius.

水供給流路(4)により供給される水は、Naと化学量論的に見合う量よりも若干多めに供給してもよい。この場合、水が120℃以上の温度で供給され、その後に温度が低下しても過剰な水が100℃未満にならないように装置を設計することが好ましい。 The water supplied by the water supply channel (4) may be supplied slightly more than the amount stoichiometrically commensurate with Na 2 O 2 . In this case, it is preferable to design the apparatus so that water is supplied at a temperature of 120 ° C. or higher, and excess water does not become less than 100 ° C. even if the temperature subsequently decreases.

水を過剰に供給した場合、水蒸気を発生するので、NaがNaOHに変化した時点でこの水蒸気を排出させることが好ましい。このため、NaOH収容容器から水蒸気を排出するための随意の水蒸気排出流路を設けてもよい。 When water is supplied excessively, water vapor is generated. Therefore, it is preferable to discharge this water vapor when Na 2 O 2 changes to NaOH. For this reason, an optional water vapor discharge channel for discharging water vapor from the NaOH container may be provided.

水蒸気排出流路は、装置の外部に通じていてもよく、上記の水タンクに通じていてもよい。この水蒸気には、NaOHが溶解しているため、水蒸気排出流路は水蒸気のみを透過させるための水蒸気フィルターを有することが好ましい。   The water vapor discharge channel may communicate with the outside of the apparatus or may communicate with the water tank. Since NaOH is dissolved in this water vapor, the water vapor discharge channel preferably has a water vapor filter for allowing only water vapor to pass therethrough.

(Na収容容器)
本発明において、Na収容容器(6)とは、Na(5)を収容する任意の容器を意味する。
(Na container)
In the present invention, the Na storage container (6) means an arbitrary container that stores Na (5).

水とNaとの反応を防止するため、水供給流路(4)から水が供給されるNaOH収容容器(2)とNa収容容器(6)とは、別々の容器とする必要がある。   In order to prevent the reaction between water and Na, the NaOH container (2) and the Na container (6) supplied with water from the water supply channel (4) need to be separate containers.

例えば、図1に示すように、NaOH(1)及びNaOH収容容器(2)を高い部分に設置し、Na収容容器(6)を下部に設置してもよく、その逆であってもよい。また、NaOH収容容器(2)とNa収容容器(6)とを横に並べてもよい。   For example, as shown in FIG. 1, NaOH (1) and NaOH container (2) may be installed in a high part, and Na container (6) may be installed in the lower part, and vice versa. Further, the NaOH container (2) and the Na container (6) may be arranged side by side.

(熱交換器)
本発明において、熱交換器(7)とは、Na収容容器(6)内においてNaを加熱して融解させることができる任意の熱交換器である。例えば、本発明の水素製造装置を車載して用いる場合、この熱交換器は、エンジン排熱によりNa(5)を加熱する熱交換器であってよい。
(Heat exchanger)
In the present invention, the heat exchanger (7) is an arbitrary heat exchanger capable of heating and melting Na in the Na container (6). For example, when the hydrogen production apparatus of the present invention is used on board, this heat exchanger may be a heat exchanger that heats Na (5) by engine exhaust heat.

(Na供給流路)
本発明において、Na供給流路(8)とは、熱交換器(7)による加熱により融解したNa、例えば400℃以上の融解したNaをNaOH収容容器(2)に供給する任意の流路を意味する。
(Na supply flow path)
In the present invention, the Na supply flow path (8) is an arbitrary flow path for supplying Na melted by heating by the heat exchanger (7), for example, molten Na of 400 ° C. or more to the NaOH container (2). means.

ここで、Na供給流路(8)は、随意のNa供給ポンプ(8a)をNaOH収容容器(2)とNa収容容器(6)との間に有していてもよい。Na供給ポンプ(8a)は、通常のギア式ポンプ、ベローズ式ポンプ、又はPZT素子を利用したポンプであってよい。   Here, the Na supply channel (8) may have an optional Na supply pump (8a) between the NaOH container (2) and the Na container (6). The Na supply pump (8a) may be a normal gear pump, a bellows pump, or a pump using a PZT element.

Na(5)は、粉砕されたNaOH(1)と化学量論的に見合う量で供給することができる。Na(5)は、好ましくは400℃以上の温度域でNaOH(1)と混合される。上記(A)の反応によりNaOHからNaO及び水素を生成する。 Na (5) can be supplied in an amount stoichiometrically commensurate with crushed NaOH (1). Na (5) is preferably mixed with NaOH (1) in a temperature range of 400 ° C. or higher. Generating a Na 2 O and hydrogen from NaOH by the reaction of the (A).

(水素排出流路)
本発明において、水素排出流路(9)とは、反応(A)により生成した水素を排出する任意の流路を意味する。
(Hydrogen discharge flow path)
In the present invention, the hydrogen discharge flow path (9) means an arbitrary flow path for discharging hydrogen generated by the reaction (A).

ここで、反応(A)による水素生成の際に、Na(5)の蒸気が水素に混合される虞がある。これを防止するため、水素のみを透過させることができる随意の水素フィルター(9a)を用いることができる。水素フィルター(9a)は、例えば単層カーボンナノチューブの分散(コアレッセンス)された膜をプレスしたものであってよい。   Here, when hydrogen is generated by the reaction (A), the vapor of Na (5) may be mixed with hydrogen. In order to prevent this, an optional hydrogen filter (9a) that allows only hydrogen to permeate can be used. The hydrogen filter (9a) may be, for example, a pressed film in which single-walled carbon nanotubes are dispersed (coalescence).

水素排出流路(9)は、例えばエンジンに接続することができる。こうすることで、水素を有効なエネルギー源として、あるいはNOxなどの還元用原料として活用することができる。   The hydrogen discharge channel (9) can be connected to an engine, for example. By doing so, hydrogen can be utilized as an effective energy source or a reducing raw material such as NOx.

(Na回収流路)
本発明において、Na回収流路(10)とは、反応(B)で得られるNa(5)をNaOH収容容器(2)からNa収容容器(6)に回収する任意の流路を意味する。
(Na recovery flow path)
In this invention, Na collection | recovery flow path (10) means the arbitrary flow paths which collect | recover Na (5) obtained by reaction (B) from NaOH storage container (2) to Na storage container (6).

1つの態様において、Na回収流路(10)は、孔径数十〜数百μmの孔を有する随意のNaフィルター(10a)を有していてもよい。この場合、余分なNa(5)は、その孔を通じて、自然落下によりNaOH(1)の下部のNa収容容器(6)に回収することができる。   In one embodiment, the Na recovery channel (10) may have an optional Na filter (10a) having holes with a pore diameter of several tens to several hundreds of micrometers. In this case, excess Na (5) can be recovered through the hole into the Na container (6) below NaOH (1) by natural fall.

別の態様において、Na回収流路(20)はポンプを有していてもよい。このポンプは、Na供給ポンプ(8a)に関して挙げたポンプであってよい。   In another embodiment, the Na recovery channel (20) may have a pump. This pump may be the pump mentioned for the Na feed pump (8a).

(酸素排出流路)
本発明において、酸素排出流路(11)とは、反応(C)により得られる酸素をNaOH収容容器(2)から排出する任意の流路を意味する。
(Oxygen discharge flow path)
In the present invention, the oxygen discharge flow path (11) means an arbitrary flow path for discharging oxygen obtained by the reaction (C) from the NaOH container (2).

酸素排出流路(11)は、例えばエンジンに接続することができる。こうすることで、エンジン内の酸素濃度を上昇させて出力増大に寄与することができる。   The oxygen discharge channel (11) can be connected to an engine, for example. By doing so, it is possible to increase the oxygen concentration in the engine and contribute to an increase in output.

ここで、酸素には若干の水蒸気が含まれ、この水蒸気中に、NaOHが溶解している可能性がある。NaOH収容容器(2)の外部は、当該容器の内部と比較して温度が低いため、このNaOHが凝固して流路が詰まる虞がある。これを防止するため、酸素排出流路(11)に随意の気液分離フィルター(11a)を設置することにより、水蒸気を分離して酸素のみを放出させることができる。気液分離フィルターは、水素フィルター(9a)に関して挙げたフィルターであってよい。   Here, oxygen contains some water vapor, and NaOH may be dissolved in the water vapor. Since the temperature of the outside of the NaOH container (2) is lower than that of the inside of the container, there is a risk that this NaOH will solidify and the channel will be clogged. In order to prevent this, by installing an optional gas-liquid separation filter (11a) in the oxygen discharge channel (11), it is possible to separate water vapor and release only oxygen. The gas-liquid separation filter may be the filter mentioned for the hydrogen filter (9a).

1 NaOH
2 NaOH収容容器
3 粉砕機
3a 粉砕機の稼働方向
4 水供給流路
5 Na
6 Na収容容器
7 熱交換器
8 Na供給流路
8a Naポンプ
9 水素排出流路
9a 水素フィルター
10 Na回収流路
10a Naフィルター
11 酸素回収流路
11a 気液分離フィルター
20 水素製造装置
1 NaOH
2 NaOH container 3 Crusher 3a Direction of operation of crusher 4 Water supply flow path 5 Na
6 Na container 7 Heat exchanger 8 Na supply flow path 8a Na pump 9 Hydrogen discharge flow path 9a Hydrogen filter 10 Na recovery flow path 10a Na filter 11 Oxygen recovery flow path 11a Gas-liquid separation filter 20 Hydrogen production device

Claims (1)

水から水素及び酸素を製造する水素製造装置であって、
2Na + 2NaOH → 2NaO + H 反応(A)
2NaO → Na + 2Na 反応(B)
Na + HO → 2NaOH + 1/2O 反応(C)
(全反応) HO → H + 1/2O
の反応によって、水から水素及び酸素を製造し;かつ
NaOHを収容し、前記反応(A)〜(C)を行うNaOH収容容器、
前記NaOH収容容器に収容されている前記NaOHを粉砕する粉砕機、
前記NaOH収容容器に水を供給する水供給流路、
Naを収容するNa収容容器、
前記Na収容容器内に配置されている熱交換器、
前記熱交換器による加熱により融解したNaを前記Na収容容器から前記NaOH収容容器に供給するNa供給流路、
前記反応(A)により生成した水素を前記NaOH収容容器から排出する水素排出流路、
前記反応(B)により得られるNaを前記NaOH収容容器から前記Na収容容器に回収するNa回収流路、並びに
前記反応(C)により得られる酸素を、前記NaOH収容容器から排出する酸素排出流路
を備えている、
水素製造装置。
A hydrogen production apparatus for producing hydrogen and oxygen from water,
2Na + 2NaOH → 2Na 2 O + H 2 reaction (A)
2Na 2 O → Na 2 O 2 + 2Na reaction (B)
Na 2 O 2 + H 2 O → 2NaOH + 1 / 2O 2 reaction (C)
(Total reaction) H 2 O → H 2 + 1 / 2O 2
To produce hydrogen and oxygen from water; and to contain NaOH and carry out the reactions (A) to (C);
A crusher for crushing the NaOH contained in the NaOH containing container;
A water supply channel for supplying water to the NaOH container;
A Na container for containing Na,
A heat exchanger disposed in the Na container,
Na supply flow path for supplying Na melted by heating by the heat exchanger from the Na container to the NaOH container,
A hydrogen discharge flow path for discharging hydrogen generated by the reaction (A) from the NaOH container;
Na recovery flow path for recovering Na obtained by the reaction (B) from the NaOH storage container to the Na storage container, and oxygen discharge flow path for discharging oxygen obtained by the reaction (C) from the NaOH storage container With
Hydrogen production equipment.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP7368845B2 (en) 2020-03-10 2023-10-25 国立大学法人広島大学 How to decompose sodium oxide

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