JP3476811B1 - 炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極 - Google Patents
炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極Info
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Abstract
【要約】
【課題】 従来に比して水素をより高い効率で生成でき
る新規な生成装置を提供すること。また、アセチレン等
の副生成物をさらに低減した水素の生成装置を提供する
こと。 【解決手段】 炭化水素、含酸素化合物から選ばれる一
以上の物質と水とを含む原料Ａを供給するための毛管を
有する放電極１１を備え、前記放電極１１によりパルス
放電を行い、前記毛管により供給される原料Ａの反応を
誘起して水素Ｈ2を生成させる水素の生成装置１であ
る。
る新規な生成装置を提供すること。また、アセチレン等
の副生成物をさらに低減した水素の生成装置を提供する
こと。 【解決手段】 炭化水素、含酸素化合物から選ばれる一
以上の物質と水とを含む原料Ａを供給するための毛管を
有する放電極１１を備え、前記放電極１１によりパルス
放電を行い、前記毛管により供給される原料Ａの反応を
誘起して水素Ｈ2を生成させる水素の生成装置１であ
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素の生成装置に
関する。
関する。
【０００２】
【従来の技術】水素は、重要な工業用ガスであり、従
来、アンモニア、メタノールの合成、水素化脱硫、水素
化分解、油脂などの水素化、溶接、半導体製造等に広く
用いられている。そして最近では、燃料電池における反
応物質や、自動車、航空機、発電、厨房用の燃料等の新
しい利用分野が注目されている。
来、アンモニア、メタノールの合成、水素化脱硫、水素
化分解、油脂などの水素化、溶接、半導体製造等に広く
用いられている。そして最近では、燃料電池における反
応物質や、自動車、航空機、発電、厨房用の燃料等の新
しい利用分野が注目されている。
【０００３】上記水素の生成方法として、アルコールや
炭化水素と、水蒸気とを反応させる方法（スチームリフ
ォーミング）が従来知られている。スチームリフォーミ
ングは、水蒸気改質とも呼ばれ、具体的には（化１）〜
（化３）などの化学反応式で表される。
炭化水素と、水蒸気とを反応させる方法（スチームリフ
ォーミング）が従来知られている。スチームリフォーミ
ングは、水蒸気改質とも呼ばれ、具体的には（化１）〜
（化３）などの化学反応式で表される。
【０００４】
【化１】
【化２】
【化３】
【０００５】このスチームリフォーミングは、従来、ア
ルミナを担体として白金等の貴金属触媒を用い、２５０
〜４００℃、１〜５０気圧程度の高温高圧条件下で行わ
れていた。しかしながら、この方法は、高価な触媒が必
要であり、また高温高圧で反応を行うため、高温高圧に
耐えうる堅牢な反応装置を用いる必要があった。また、
種々の副反応が生じ、生じた副生成物によって反応管が
閉塞したり触媒が劣化したりする問題もあった。
ルミナを担体として白金等の貴金属触媒を用い、２５０
〜４００℃、１〜５０気圧程度の高温高圧条件下で行わ
れていた。しかしながら、この方法は、高価な触媒が必
要であり、また高温高圧で反応を行うため、高温高圧に
耐えうる堅牢な反応装置を用いる必要があった。また、
種々の副反応が生じ、生じた副生成物によって反応管が
閉塞したり触媒が劣化したりする問題もあった。
【０００６】そのような状況の中、従来法よりも低温、
常圧で実施することができ、高価な触媒を用いなくても
実施することができ、転化率が高く、雑多な副反応がほ
とんど起きない新規なスチームリフォーミング方法及び
装置が開発され、特開２００１−３３５３０２号公報に
おいて開示されている。この装置は、反応器と、その反
応器に収容された一対の電極と、電極に電圧を印加する
直流電源とを備え、前記反応器内へ導入した気体状の鎖
式炭化水素と水蒸気とを含む混合ガス中で、直流パルス
放電を行って鎖式炭化水素と水蒸気を反応させ、水素を
生成させるものである。
常圧で実施することができ、高価な触媒を用いなくても
実施することができ、転化率が高く、雑多な副反応がほ
とんど起きない新規なスチームリフォーミング方法及び
装置が開発され、特開２００１−３３５３０２号公報に
おいて開示されている。この装置は、反応器と、その反
応器に収容された一対の電極と、電極に電圧を印加する
直流電源とを備え、前記反応器内へ導入した気体状の鎖
式炭化水素と水蒸気とを含む混合ガス中で、直流パルス
放電を行って鎖式炭化水素と水蒸気を反応させ、水素を
生成させるものである。
【０００７】上記の装置は、非常に低コストで、かつ小
型、可搬の反応器により実施可能であるため、例えば、
自動車等に搭載して、燃料電池への水素供給に利用する
ことが期待される。そのためには、水素の生成効率をさ
らに向上させることが望まれる。また、上述の装置は、
Ｃ２化合物等の副生成物が若干生ずるので、これら副生
成物をより低減させることも望まれる。
型、可搬の反応器により実施可能であるため、例えば、
自動車等に搭載して、燃料電池への水素供給に利用する
ことが期待される。そのためには、水素の生成効率をさ
らに向上させることが望まれる。また、上述の装置は、
Ｃ２化合物等の副生成物が若干生ずるので、これら副生
成物をより低減させることも望まれる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】そこで本発明は、上記
従来の状況に鑑み、水素をより高い効率で生成できる新
規な生成装置、及びその装置に用いる放電極を提供する
ことを目的とする。また、アセチレン等の副生成物をさ
らに低減した水素の生成装置、及びその装置に用いる放
電極を提供することを目的とする。
従来の状況に鑑み、水素をより高い効率で生成できる新
規な生成装置、及びその装置に用いる放電極を提供する
ことを目的とする。また、アセチレン等の副生成物をさ
らに低減した水素の生成装置、及びその装置に用いる放
電極を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明は、請求項１として、複数の導電性繊維を束
にして構成される放電極であって、炭化水素、有機含酸
素化合物から選ばれる一以上の物質と水とを含む原料を
供給するための毛管を前記導電性繊維の間に有してなる
放電極を備え、前記放電極によりパルス放電を行い、前
記毛管により供給される原料の反応を誘起して水素を生
成させる水素の生成装置を提供する。
め、本発明は、請求項１として、複数の導電性繊維を束
にして構成される放電極であって、炭化水素、有機含酸
素化合物から選ばれる一以上の物質と水とを含む原料を
供給するための毛管を前記導電性繊維の間に有してなる
放電極を備え、前記放電極によりパルス放電を行い、前
記毛管により供給される原料の反応を誘起して水素を生
成させる水素の生成装置を提供する。
【００１０】
上記構成によれば、炭化水素、有機含酸素化合物から選
ばれる一以上の物質と水とを含む原料が、導電性繊維と
他の導電性繊維との間の空隙（毛管）を通して移動し、
パルス放電を受けて反応し、目的の水素を生成する。生
成した水素は通常、排出口等を経て系外に排出される。
なお、ここで導電性繊維の束がパルス放電の放電極とし
ても機能する。導電性繊維としては、ステンレス等の金
属繊維等が用いられ、耐腐食性を有するものが好まし
い。また、毛管とは、放電極内に形成された通路もしく
は空隙をいい、原料は、前記通路・空隙内を、毛管現象
による吸引力や、ポンプ等の手段によってパルス放電が
行われる領域へ移動する。さらに、ここでいう炭化水素
には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素を含み、有機含
酸素化合物とは、分子中に酸素原子を含む有機化合物を
いい、アルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン、エ
ステル等が含まれる。
ばれる一以上の物質と水とを含む原料が、導電性繊維と
他の導電性繊維との間の空隙（毛管）を通して移動し、
パルス放電を受けて反応し、目的の水素を生成する。生
成した水素は通常、排出口等を経て系外に排出される。
なお、ここで導電性繊維の束がパルス放電の放電極とし
ても機能する。導電性繊維としては、ステンレス等の金
属繊維等が用いられ、耐腐食性を有するものが好まし
い。また、毛管とは、放電極内に形成された通路もしく
は空隙をいい、原料は、前記通路・空隙内を、毛管現象
による吸引力や、ポンプ等の手段によってパルス放電が
行われる領域へ移動する。さらに、ここでいう炭化水素
には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素を含み、有機含
酸素化合物とは、分子中に酸素原子を含む有機化合物を
いい、アルコール、エーテル、アルデヒド、ケトン、エ
ステル等が含まれる。
【００１１】また、請求項２は、複数の導電性繊維を束
にして構成される放電極であって、有機含酸素化合物か
ら選ばれる一以上の物質を含む原料を供給するための毛
管を前記導電性繊維の間に有してなる放電極を備え、前
記放電極によりパルス放電を行い、前記毛管により供給
される原料の反応を誘起して水素を生成させる水素の生
成装置を提供する。
にして構成される放電極であって、有機含酸素化合物か
ら選ばれる一以上の物質を含む原料を供給するための毛
管を前記導電性繊維の間に有してなる放電極を備え、前
記放電極によりパルス放電を行い、前記毛管により供給
される原料の反応を誘起して水素を生成させる水素の生
成装置を提供する。
【００１２】上記構成によれば、導電性繊維と他の導電
性繊維との間の毛管を通じて移動した有機含酸素化合物
が、パルス放電を受けることにより、主に分解反応を起
こして水素を生成する。
性繊維との間の毛管を通じて移動した有機含酸素化合物
が、パルス放電を受けることにより、主に分解反応を起
こして水素を生成する。
【００１３】また、請求項３は、複数の炭素繊維を束に
して構成される放電極であって、炭化水素、有機含酸素
化合物から選ばれる一以上の物質と水とを含む原料を供
給するための毛管を前記炭素繊維の間に有してなる放電
極を備え、前記放電極によりパルス放電を行い、前記毛
管により供給される原料の反応を誘起して水素を生成さ
せる水素の生成装置を提供する。
して構成される放電極であって、炭化水素、有機含酸素
化合物から選ばれる一以上の物質と水とを含む原料を供
給するための毛管を前記炭素繊維の間に有してなる放電
極を備え、前記放電極によりパルス放電を行い、前記毛
管により供給される原料の反応を誘起して水素を生成さ
せる水素の生成装置を提供する。
【００１４】上記構成によれば、炭素繊維の束がパルス
放電の放電極として機能するとともに、原料が、炭素繊
維と他の炭素繊維との間の空隙（毛管）を通って移動す
る。炭素繊維は、良導体であり耐腐食性を有するので、
本発明の反応系に適している。なお、ここでいう炭素繊
維には、ＰＡＮ系、レーヨン系、ピッチ系のいずれをも
含み、さらに、炭素繊維を高温（１５００〜３０００
℃）で処理したいわゆる黒鉛繊維や、賦活化処理を行っ
た活性炭素繊維を含む概念である。
放電の放電極として機能するとともに、原料が、炭素繊
維と他の炭素繊維との間の空隙（毛管）を通って移動す
る。炭素繊維は、良導体であり耐腐食性を有するので、
本発明の反応系に適している。なお、ここでいう炭素繊
維には、ＰＡＮ系、レーヨン系、ピッチ系のいずれをも
含み、さらに、炭素繊維を高温（１５００〜３０００
℃）で処理したいわゆる黒鉛繊維や、賦活化処理を行っ
た活性炭素繊維を含む概念である。
【００１５】また、請求項４は、複数の炭素繊維を束に
して構成される放電極であって、有機含酸素化合物から
選ばれる一以上の物質を含む原料を供給するための毛管
を前記炭素繊維の間に有してなる放電極を備え、前記放
電極によりパルス放電を行い、前記毛管により供給され
る原料の反応を誘起して水素を生成させる水素の生成装
置を提供する。
して構成される放電極であって、有機含酸素化合物から
選ばれる一以上の物質を含む原料を供給するための毛管
を前記炭素繊維の間に有してなる放電極を備え、前記放
電極によりパルス放電を行い、前記毛管により供給され
る原料の反応を誘起して水素を生成させる水素の生成装
置を提供する。
【００１６】上記構成によれば、炭素繊維と他の炭素繊
維との間の毛管を通じて移動した有機含酸素化合物が、
パルス放電を受けることにより、主に分解反応を起こし
て水素を生成する。
維との間の毛管を通じて移動した有機含酸素化合物が、
パルス放電を受けることにより、主に分解反応を起こし
て水素を生成する。
【００１７】また、請求項５は、請求項３又は４記載の
水素の生成装置において、炭素繊維の端面がエッジ状で
あることを特徴とする。
水素の生成装置において、炭素繊維の端面がエッジ状で
あることを特徴とする。
【００１８】上記構成によれば、エッジ状の端面の先端
部に電流が集中して放電が起こり易くなり、また、放電
に要するエネルギーが低減される。なお、ここでエッジ
状とは、例えば先端部を尖った形状にする等して、先端
部が他の部分より小径である場合や、先端部が他の部分
と同径であって先端部の周縁にエッジ（かど）が形成さ
れている場合等が含まれる。
部に電流が集中して放電が起こり易くなり、また、放電
に要するエネルギーが低減される。なお、ここでエッジ
状とは、例えば先端部を尖った形状にする等して、先端
部が他の部分より小径である場合や、先端部が他の部分
と同径であって先端部の周縁にエッジ（かど）が形成さ
れている場合等が含まれる。
【００１９】また、請求項６は、請求項１〜５のいずれ
か記載の水素の生成装置において、毛管を移動する原料
を加熱して気化させる加熱部を備えたことを特徴とす
る。
か記載の水素の生成装置において、毛管を移動する原料
を加熱して気化させる加熱部を備えたことを特徴とす
る。
【００２０】
上記構成によれば、加熱部が、毛管を通して移動する原
料を直接又は間接的に加熱して気化させる。そして、気
体となった原料は放電極内から外へ出てパルス放電が行
われる領域で反応する。
料を直接又は間接的に加熱して気化させる。そして、気
体となった原料は放電極内から外へ出てパルス放電が行
われる領域で反応する。
【００２１】また、請求項７は、請求項１〜６のいずれ
か記載の水素の生成装置において、放電極の表面のう
ち、パルス放電が行われる領域に臨む端面を除いた部分
を被覆するスキン層を備えたことを特徴とする。さら
に、請求項８は、請求項１〜６のいずれか記載の水素の
生成装置において、放電極の表面のうち、パルス放電が
行われる領域に臨む端面及びその近傍を除いた部分を被
覆するスキン層を備えたことを特徴とする。
か記載の水素の生成装置において、放電極の表面のう
ち、パルス放電が行われる領域に臨む端面を除いた部分
を被覆するスキン層を備えたことを特徴とする。さら
に、請求項８は、請求項１〜６のいずれか記載の水素の
生成装置において、放電極の表面のうち、パルス放電が
行われる領域に臨む端面及びその近傍を除いた部分を被
覆するスキン層を備えたことを特徴とする。
【００２２】上記構成によれば、スキン層によって、原
料が放電極の側面から漏れ出ることが防止され、確実か
つ効率的にパルス放電が行われる領域へ原料が供給され
る。また、その際に、放電極の端面を除いた部分、又は
放電極の端面とその近傍とを除いた部分にスキン層を被
覆しているので、不適当な部位で放電が起こることな
く、放電が阻害されずに反応が確実に進行する。
料が放電極の側面から漏れ出ることが防止され、確実か
つ効率的にパルス放電が行われる領域へ原料が供給され
る。また、その際に、放電極の端面を除いた部分、又は
放電極の端面とその近傍とを除いた部分にスキン層を被
覆しているので、不適当な部位で放電が起こることな
く、放電が阻害されずに反応が確実に進行する。
【００２３】また、請求項９は、請求項１〜８のいずれ
か記載の水素の生成装置において、放電極の内部に導電
性の芯材を備えたことを特徴とする。
か記載の水素の生成装置において、放電極の内部に導電
性の芯材を備えたことを特徴とする。
【００２４】上記構成によれば、放電極の形態が保た
れ、また、芯材の部分において安定した放電が得られ
る。
れ、また、芯材の部分において安定した放電が得られ
る。
【００２５】また、請求項１０は、請求項１〜９のいず
れか記載の水素の生成装置において、さらに、放電極を
収容する反応器と、前記放電極に電圧を印加する電源と
を備えたことを特徴とする。
れか記載の水素の生成装置において、さらに、放電極を
収容する反応器と、前記放電極に電圧を印加する電源と
を備えたことを特徴とする。
【００２６】上記構成によれば、電源を用いて電圧を印
加することでパルス放電を起こし、反応器内で水素を生
成させる。
加することでパルス放電を起こし、反応器内で水素を生
成させる。
【００２７】また、請求項１１は、請求項１〜１０のい
ずれか記載の水素の生成装置において、毛管を通じて放
電極の外側へ至った原料を溜めおくための貯留部を設け
たことを特徴とする。
ずれか記載の水素の生成装置において、毛管を通じて放
電極の外側へ至った原料を溜めおくための貯留部を設け
たことを特徴とする。
【００２８】上記構成によれば、原料が、貯留部に溜ま
りつつパルス放電によって反応するため、原料の供給量
が多くなり、水素の生成効率が向上する。また、放電に
対する水素生成の応答性が向上する。
りつつパルス放電によって反応するため、原料の供給量
が多くなり、水素の生成効率が向上する。また、放電に
対する水素生成の応答性が向上する。
【００２９】また、請求項１２は、請求項１１記載の水
素の生成装置において、貯留部が、放電極の表面に付着
させた粉末から構成されることを特徴とする。
素の生成装置において、貯留部が、放電極の表面に付着
させた粉末から構成されることを特徴とする。
【００３０】上記構成によれば、原料が、粉末同士の間
隙に浸透することによって溜められる。
隙に浸透することによって溜められる。
【００３１】また、請求項１３は、請求項１０記載の水
素の生成装置において、毛管を通じて放電極の外側へ至
った原料を溜めおくための貯留部が設けられ、前記貯留
部は、パルス放電が行われる領域の近傍で拡張された反
応器の内部空間により構成されることを特徴とする。
素の生成装置において、毛管を通じて放電極の外側へ至
った原料を溜めおくための貯留部が設けられ、前記貯留
部は、パルス放電が行われる領域の近傍で拡張された反
応器の内部空間により構成されることを特徴とする。
【００３２】上記構成によれば、原料が、反応器内の拡
張された部分にとどまる。
張された部分にとどまる。
【００３３】また、請求項１４は、請求項１〜１３のい
ずれか記載の水素の生成装置において、放電極に触媒を
付着させたことを特徴とする。
ずれか記載の水素の生成装置において、放電極に触媒を
付着させたことを特徴とする。
【００３４】上記構成によれば、触媒によって炭化水素
又は有機含酸素化合物と水との反応が効率的に進行し、
またＣ２化合物等の副生成物がより低減される。また、
触媒は、パルス放電によって活性化され触媒能が高まる
ことを知見している。なお、放電極に触媒を付着させる
方法は、特に限定されず、めっき、スパッタリング、蒸
着等により適宜実施される。
又は有機含酸素化合物と水との反応が効率的に進行し、
またＣ２化合物等の副生成物がより低減される。また、
触媒は、パルス放電によって活性化され触媒能が高まる
ことを知見している。なお、放電極に触媒を付着させる
方法は、特に限定されず、めっき、スパッタリング、蒸
着等により適宜実施される。
【００３５】また、請求項１５は、請求項１４記載の水
素の生成装置において、触媒が、ルテニウム、又はルテ
ニウムと他の触媒との多元触媒であることを特徴とす
る。
素の生成装置において、触媒が、ルテニウム、又はルテ
ニウムと他の触媒との多元触媒であることを特徴とす
る。
【００３６】上記構成によれば、反応効率や、副生成物
を低減させる観点から、本発明において好適な触媒の種
類が特定される。
を低減させる観点から、本発明において好適な触媒の種
類が特定される。
【００３７】また、請求項１６に係る発明は、炭化水
素、有機含酸素化合物から選ばれる一以上の物質と水と
を含む原料中で、パルス放電を行い、前記原料の反応を
誘起して水素を生成させる装置に用いられる放電極であ
って、複数の導電性繊維を束にして構成され、前記原料
を供給するための毛管を前記導電性繊維の間に有してな
る放電極である。
素、有機含酸素化合物から選ばれる一以上の物質と水と
を含む原料中で、パルス放電を行い、前記原料の反応を
誘起して水素を生成させる装置に用いられる放電極であ
って、複数の導電性繊維を束にして構成され、前記原料
を供給するための毛管を前記導電性繊維の間に有してな
る放電極である。
【００３８】上記構成によれば、炭化水素、有機含酸素
化合物から選ばれる一種以上の物質と水とを含む原料
が、導電性繊維と他の導電性繊維との間の毛管を通して
移動可能であるような新規な放電極が提供される。この
放電極を用いてパルス放電を行うことにより、原料が効
率的に反応して目的の水素が生成する。なお、導電性繊
維としては、ステンレスなどの金属繊維等が用いられ、
耐腐食性を有するものが好ましい。また、ここでいう炭
化水素には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素を含む。
さらに、有機含酸素化合物とは、分子中に酸素原子を含
む有機化合物をいい、アルコール、エーテル、アルデヒ
ド、ケトン、エステル等が含まれる。
化合物から選ばれる一種以上の物質と水とを含む原料
が、導電性繊維と他の導電性繊維との間の毛管を通して
移動可能であるような新規な放電極が提供される。この
放電極を用いてパルス放電を行うことにより、原料が効
率的に反応して目的の水素が生成する。なお、導電性繊
維としては、ステンレスなどの金属繊維等が用いられ、
耐腐食性を有するものが好ましい。また、ここでいう炭
化水素には、脂肪族炭化水素、芳香族炭化水素を含む。
さらに、有機含酸素化合物とは、分子中に酸素原子を含
む有機化合物をいい、アルコール、エーテル、アルデヒ
ド、ケトン、エステル等が含まれる。
【００３９】また、請求項１７は、有機含酸素化合物か
ら選ばれる一以上の物質を含む原料中で、パルス放電を
行い、前記原料の反応を誘起して水素を生成させる装置
に用いられる放電極であって、複数の導電性繊維を束に
して構成され、前記原料を供給するための毛管を前記導
電性繊維の間に有してなる放電極である。
ら選ばれる一以上の物質を含む原料中で、パルス放電を
行い、前記原料の反応を誘起して水素を生成させる装置
に用いられる放電極であって、複数の導電性繊維を束に
して構成され、前記原料を供給するための毛管を前記導
電性繊維の間に有してなる放電極である。
【００４０】上記によれば、有機含酸素化合物から選ば
れる一種以上の物質を含む原料が導電性繊維と他の導電
性繊維との間の毛管を通じて移動可能となる。この放電
極を用いてパルス放電を行うことにより、有機含酸素化
合物が主に分解反応を起こして目的の水素を生成する。
れる一種以上の物質を含む原料が導電性繊維と他の導電
性繊維との間の毛管を通じて移動可能となる。この放電
極を用いてパルス放電を行うことにより、有機含酸素化
合物が主に分解反応を起こして目的の水素を生成する。
【００４１】また、請求項１８は、炭化水素、有機含酸
素化合物から選ばれる一以上の物質と水とを含む原料中
で、パルス放電を行い、前記原料の反応を誘起して水素
を生成させる装置に用いられる放電極であって、複数の
炭素繊維を束にして構成され、前記原料を供給するため
の毛管を前記炭素繊維の間に有してなる放電極である。
素化合物から選ばれる一以上の物質と水とを含む原料中
で、パルス放電を行い、前記原料の反応を誘起して水素
を生成させる装置に用いられる放電極であって、複数の
炭素繊維を束にして構成され、前記原料を供給するため
の毛管を前記炭素繊維の間に有してなる放電極である。
【００４２】上記構成によれば、原料は、炭素繊維と他
の炭素繊維との間の空隙（毛管）を通して移動可能とな
る。炭素繊維は、良導体であり耐腐食性を有するので、
本発明の反応系に用いる放電極として適している。な
お、ここでいう炭素繊維には、ＰＡＮ系、レーヨン系、
ピッチ系のいずれをも含み、さらに、炭素繊維を高温
（１５００〜３０００℃）で処理したいわゆる黒鉛繊維
や、賦活化処理を行った活性炭素繊維を含む概念であ
る。
の炭素繊維との間の空隙（毛管）を通して移動可能とな
る。炭素繊維は、良導体であり耐腐食性を有するので、
本発明の反応系に用いる放電極として適している。な
お、ここでいう炭素繊維には、ＰＡＮ系、レーヨン系、
ピッチ系のいずれをも含み、さらに、炭素繊維を高温
（１５００〜３０００℃）で処理したいわゆる黒鉛繊維
や、賦活化処理を行った活性炭素繊維を含む概念であ
る。
【００４３】また、請求項１９は、有機含酸素化合物か
ら選ばれる一以上の物質を含む原料中で、パルス放電を
行い、前記原料の反応を誘起して水素を生成させる装置
に用いられる放電極であって、複数の炭素繊維を束にし
て構成され、前記原料を供給するための毛管を前記炭素
繊維の間に有してなる放電極である。
ら選ばれる一以上の物質を含む原料中で、パルス放電を
行い、前記原料の反応を誘起して水素を生成させる装置
に用いられる放電極であって、複数の炭素繊維を束にし
て構成され、前記原料を供給するための毛管を前記炭素
繊維の間に有してなる放電極である。
【００４４】上記によれば、有機含酸素化合物から選ば
れる一種以上の物質を含む原料が炭素繊維と他の炭素繊
維との間の毛管を通じて移動可能となる。この放電極を
用いてパルス放電を行うことにより、有機含酸素化合物
が主に分解反応を起こして目的の水素を生成する。
れる一種以上の物質を含む原料が炭素繊維と他の炭素繊
維との間の毛管を通じて移動可能となる。この放電極を
用いてパルス放電を行うことにより、有機含酸素化合物
が主に分解反応を起こして目的の水素を生成する。
【００４５】また、請求項２０は、請求項１８又は１９
記載の放電極において、炭素繊維の端面がエッジ状であ
ることを特徴とする。
記載の放電極において、炭素繊維の端面がエッジ状であ
ることを特徴とする。
【００４６】上記構成によれば、電流が集中して放電が
起こり易くなるように、炭素繊維の端面形状が特定され
る。
起こり易くなるように、炭素繊維の端面形状が特定され
る。
【００４７】また、請求項２１は、請求項１６〜２０の
いずれか記載の放電極において、放電極の表面のうち、
端面を除いた部分にスキン層が被覆されたことを特徴と
する。さらに、請求項２２は、請求項１６〜２０のいず
れか記載の放電極において、放電極の表面のうち、端面
及びその近傍を除いた部分にスキン層が被覆されたこと
を特徴とする。
いずれか記載の放電極において、放電極の表面のうち、
端面を除いた部分にスキン層が被覆されたことを特徴と
する。さらに、請求項２２は、請求項１６〜２０のいず
れか記載の放電極において、放電極の表面のうち、端面
及びその近傍を除いた部分にスキン層が被覆されたこと
を特徴とする。
【００４８】上記構成によれば、スキン層によって、原
料が放電極の側面から漏れ出ることが防止され、確実か
つ効率的に原料を供給することが可能となる。また、そ
の際に、スキン層が、放電極の端面を除いた部分、又は
放電極の端面とその近傍とを除いた部分に被覆されてい
るので、この放電極を用いて生成装置を構成したとき
に、不適当な部位で放電が起こらず、放電が阻害されず
に反応が確実に進行する。
料が放電極の側面から漏れ出ることが防止され、確実か
つ効率的に原料を供給することが可能となる。また、そ
の際に、スキン層が、放電極の端面を除いた部分、又は
放電極の端面とその近傍とを除いた部分に被覆されてい
るので、この放電極を用いて生成装置を構成したとき
に、不適当な部位で放電が起こらず、放電が阻害されず
に反応が確実に進行する。
【００４９】また、請求項２３は、請求項１６〜２２の
いずれか記載の放電極の内部に導電性の芯材を備えたこ
とを特徴とする。
いずれか記載の放電極の内部に導電性の芯材を備えたこ
とを特徴とする。
【００５０】上記構成によれば、放電極の形態が保持さ
れ、また、芯材の部分において安定に放電させることが
可能となる。
れ、また、芯材の部分において安定に放電させることが
可能となる。
【００５１】また、請求項２４は、請求項１６〜２３の
いずれか記載の放電極に、毛管を通じて放電極の外側へ
至った原料を溜めおくための貯留部が設けられているこ
とを特徴とする。
いずれか記載の放電極に、毛管を通じて放電極の外側へ
至った原料を溜めおくための貯留部が設けられているこ
とを特徴とする。
【００５２】上記構成によれば、この放電極を用いて生
成装置を構成した場合に、原料が、貯留部に溜まりなが
ら反応するため、原料の供給量が多くなり、水素の生成
効率が向上する。また、放電に対する水素生成の応答性
が向上する。
成装置を構成した場合に、原料が、貯留部に溜まりなが
ら反応するため、原料の供給量が多くなり、水素の生成
効率が向上する。また、放電に対する水素生成の応答性
が向上する。
【００５３】また、請求項２５は、請求項２４記載の放
電極において、貯留部が、放電極の表面に付着させた粉
末から構成されることを特徴とする。
電極において、貯留部が、放電極の表面に付着させた粉
末から構成されることを特徴とする。
【００５４】上記構成によれば、原料が、粉末同士の間
隙に浸透することによって溜められる。
隙に浸透することによって溜められる。
【００５５】また、請求項２６は、請求項１６〜２５の
いずれか記載の放電極に、触媒を付着させたことを特徴
とする。
いずれか記載の放電極に、触媒を付着させたことを特徴
とする。
【００５６】上記構成によれば、触媒によって炭化水素
又は有機含酸素化合物と水との反応が効率的に進行す
る。また、触媒の使用によりＣ２化合物等の副生成物を
より低減させうる。さらに、触媒は、パルス放電によっ
て活性化し触媒能が高まることを知見している。なお、
放電極に触媒を付着させる方法は、特に限定されず、め
っき、スパッタリング、蒸着等により適宜実施される。
又は有機含酸素化合物と水との反応が効率的に進行す
る。また、触媒の使用によりＣ２化合物等の副生成物を
より低減させうる。さらに、触媒は、パルス放電によっ
て活性化し触媒能が高まることを知見している。なお、
放電極に触媒を付着させる方法は、特に限定されず、め
っき、スパッタリング、蒸着等により適宜実施される。
【００５７】また、請求項２７は、請求項２６記載の放
電極において、触媒が、ルテニウム、又はルテニウムと
他の触媒との多元触媒であることを特徴とする。
電極において、触媒が、ルテニウム、又はルテニウムと
他の触媒との多元触媒であることを特徴とする。
【００５８】上記構成によれば、反応効率や、副生成物
を低減させる観点から、好適に用いられる触媒の種類が
特定される。
を低減させる観点から、好適に用いられる触媒の種類が
特定される。
【００５９】
【発明の実施の形態】以下、実施の形態に基づき、本発
明を詳細に説明する。まず、本発明の実施の形態（１）
を図１及び図２に示す。図１の生成装置１は、反応器１
０を備え、その反応器１０内には一対の放電極１１、１
２が対向して設けられている。放電極１１と放電極１２
の間はパルス放電が行われる放電領域１３となる。な
お、放電極１１と放電極１２の間の距離は、任意に調節
可能となっている。
明を詳細に説明する。まず、本発明の実施の形態（１）
を図１及び図２に示す。図１の生成装置１は、反応器１
０を備え、その反応器１０内には一対の放電極１１、１
２が対向して設けられている。放電極１１と放電極１２
の間はパルス放電が行われる放電領域１３となる。な
お、放電極１１と放電極１２の間の距離は、任意に調節
可能となっている。
【００６０】そして、放電極１１は、原料Ａを供給する
ための毛管を有している。ここで毛管とは、放電極１１
内の通路もしくは空隙をいい、その毛管内を原料Ａが移
動可能になっている。毛管の形状は、管状や網の目状
等、適宜形状とすることができる。
ための毛管を有している。ここで毛管とは、放電極１１
内の通路もしくは空隙をいい、その毛管内を原料Ａが移
動可能になっている。毛管の形状は、管状や網の目状
等、適宜形状とすることができる。
【００６１】上記毛管を有する放電極１１の具体例を図
２に示す。この実施の形態では、炭素繊維１１０などの
良導体を用い、その炭素繊維１１０を複数本束ねること
で放電極１１を構成している。そして、それぞれの炭素
繊維１１０の間が、原料Ａが通過する毛管１１１として
機能している。
２に示す。この実施の形態では、炭素繊維１１０などの
良導体を用い、その炭素繊維１１０を複数本束ねること
で放電極１１を構成している。そして、それぞれの炭素
繊維１１０の間が、原料Ａが通過する毛管１１１として
機能している。
【００６２】図２では便宜上、炭素繊維１１０がある程
度の太さを有し、数十本程度の束であるように模式的に
示しているが、一般には炭素繊維１１０の太さはマイク
ロメートルオーダー（具体的には、１μｍ〜１ｍｍ程
度）であり、本数も放電極１１の太さに応じて多数（例
えば、数万本以上）である。しかし、生成装置１の規模
や原料Ａの種類等によっては、より太く、少ない本数の
炭素繊維を用いることも可能であり、上記の数値範囲に
限定されるものではない。
度の太さを有し、数十本程度の束であるように模式的に
示しているが、一般には炭素繊維１１０の太さはマイク
ロメートルオーダー（具体的には、１μｍ〜１ｍｍ程
度）であり、本数も放電極１１の太さに応じて多数（例
えば、数万本以上）である。しかし、生成装置１の規模
や原料Ａの種類等によっては、より太く、少ない本数の
炭素繊維を用いることも可能であり、上記の数値範囲に
限定されるものではない。
【００６３】上記炭素繊維１１０としては、従来知られ
た種々の炭素繊維を用いることができる。具体的には、
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とする炭素繊
維、石油、石油タール、液化石炭等を原料とするピッチ
系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等が挙げられる。例え
ば、ＰＡＮ系炭素繊維は、特殊アクリル繊維（プレカー
サー）を空気中で熱処理し、得られた耐炎繊維を不活性
ガス中で１０００〜１８００℃で焼成することにより得
ることができる。また、この炭素繊維を、さらに高温の
２０００〜３０００℃で焼成した黒鉛繊維や、賦活ガス
（水蒸気、炭酸ガス、窒素ガスなどの混合ガス）中で賦
活化処理した活性炭素繊維等も適用可能である。炭素繊
維は、化学的に安定であるため、本発明で使用する水な
どにより腐食しないという利点がある。
た種々の炭素繊維を用いることができる。具体的には、
ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ）を原料とする炭素繊
維、石油、石油タール、液化石炭等を原料とするピッチ
系炭素繊維、レーヨン系炭素繊維等が挙げられる。例え
ば、ＰＡＮ系炭素繊維は、特殊アクリル繊維（プレカー
サー）を空気中で熱処理し、得られた耐炎繊維を不活性
ガス中で１０００〜１８００℃で焼成することにより得
ることができる。また、この炭素繊維を、さらに高温の
２０００〜３０００℃で焼成した黒鉛繊維や、賦活ガス
（水蒸気、炭酸ガス、窒素ガスなどの混合ガス）中で賦
活化処理した活性炭素繊維等も適用可能である。炭素繊
維は、化学的に安定であるため、本発明で使用する水な
どにより腐食しないという利点がある。
【００６４】また、炭素繊維からなる放電極の端面１１
２は、エッジ状に形成することが好ましい。このように
すると、パルス放電を行った際に、エッジの先端部に電
流が集中するので放電が起こり易くなり、結果として水
素の生成効率が向上する。なお、炭素繊維１１０が十分
に細い（マイクロメートルオーダー）場合には、特に端
面１１２を加工せずともそれ自体がエッジ状となる。ま
た、炭素繊維１１０がミリメートル程度の太さを有する
場合には、端面１１２がエッジ状になるように切断・切
削等の手段により適宜加工しても良い。
２は、エッジ状に形成することが好ましい。このように
すると、パルス放電を行った際に、エッジの先端部に電
流が集中するので放電が起こり易くなり、結果として水
素の生成効率が向上する。なお、炭素繊維１１０が十分
に細い（マイクロメートルオーダー）場合には、特に端
面１１２を加工せずともそれ自体がエッジ状となる。ま
た、炭素繊維１１０がミリメートル程度の太さを有する
場合には、端面１１２がエッジ状になるように切断・切
削等の手段により適宜加工しても良い。
【００６５】図１において、反応器１０は、石英その他
のガラス、セラミック、合成樹脂などから構成されてい
る。反応器１０の外へ延びる放電極１１には、負高電庄
を印加するための直流電源１４が接続され、直流電源１
４と放電極１１の間にはデジタルオシロスコープ１５が
接続されている。一方、反応器１０には三方口１６が接
続され、三方口１６の一方の口へは反応器１０から外へ
延びる放電極１２が貫通してアースされている。また、
三方口１６の他方の口は、パルス放電によって生成した
水素Ｈ２を排出するための排出口１７となっている。さ
らに、放電極１１には、原料Ａを放電極１１の毛管１１
１中へ導入するための導入路１８が接続されている。
のガラス、セラミック、合成樹脂などから構成されてい
る。反応器１０の外へ延びる放電極１１には、負高電庄
を印加するための直流電源１４が接続され、直流電源１
４と放電極１１の間にはデジタルオシロスコープ１５が
接続されている。一方、反応器１０には三方口１６が接
続され、三方口１６の一方の口へは反応器１０から外へ
延びる放電極１２が貫通してアースされている。また、
三方口１６の他方の口は、パルス放電によって生成した
水素Ｈ２を排出するための排出口１７となっている。さ
らに、放電極１１には、原料Ａを放電極１１の毛管１１
１中へ導入するための導入路１８が接続されている。
【００６６】以上の生成装置１を使用する際には、概略
次のように行われる。まず、導入路１８を介して、炭化
水素、有機含酸素化合物から選ばれる一種以上の物質と
水とを含む原料Ａを、放電極１１中に供給する。供給さ
れた原料Ａは、放電極１１の毛管１１１を通じて移動
し、最終的には、例えば、放電極１１の端面１１２から
外側へ浸み出す等して、放電領域１３（あるいはその近
傍）へ達する。
次のように行われる。まず、導入路１８を介して、炭化
水素、有機含酸素化合物から選ばれる一種以上の物質と
水とを含む原料Ａを、放電極１１中に供給する。供給さ
れた原料Ａは、放電極１１の毛管１１１を通じて移動
し、最終的には、例えば、放電極１１の端面１１２から
外側へ浸み出す等して、放電領域１３（あるいはその近
傍）へ達する。
【００６７】続いて、直流電源１４により放電極１１に
負電圧を印加すると、放電極１１、１２間にパルス放電
が起きて反応が誘起され、水素Ｈ２が生成する。生成し
た水素Ｈ２は排出口１７から排出され、種々の用途に供
される。なお、毛管１１１を移動してパルス放電により
反応する原料Ａは、液体の状態であっても良いし、気体
の状態であっても良い。原料Ａが液体である場合、パル
ス放電により発生するわずかなジュール熱で原料Ａは気
化し、その気化した原料Ａが反応する場合もある。
負電圧を印加すると、放電極１１、１２間にパルス放電
が起きて反応が誘起され、水素Ｈ２が生成する。生成し
た水素Ｈ２は排出口１７から排出され、種々の用途に供
される。なお、毛管１１１を移動してパルス放電により
反応する原料Ａは、液体の状態であっても良いし、気体
の状態であっても良い。原料Ａが液体である場合、パル
ス放電により発生するわずかなジュール熱で原料Ａは気
化し、その気化した原料Ａが反応する場合もある。
【００６８】毛管１１１を通じて原料Ａを移動させる手
段としては、種々の物理的な現象を利用したり、強制的
な送出手段を用いることができ、特に限定されるもので
はない。具体的には、好適な例として、上記毛管１１１
の内径を適切に設定することにより、原料Ａを毛管現象
を利用して自然に放電領域１３の方向へ吸引することが
できる。吸引された原料Ａが反応により失われると、そ
れを補うために新たな原料Ａが吸引される。これによ
り、例えばポンプ等の送出手段を用いることなく自然に
原料Ａを放電領域１３へ供給できるため生成効率の観点
から好ましい。なお、毛管１１１の内径の適正値は、毛
管１１１の長さ、原料Ａの密度、原料Ａの表面張力、原
料Ａの放電極表面に対する接触角などを総合的に考慮し
て求めることができる。例えば、直径７μｍの炭素繊維
を１０万本束ねた放電極（毛管の内径は数μｍ）の場
合、エタノールと水との容積等量比の原料を、１分間当
たり約３０ｍｌ吸引可能であることを知見している。
段としては、種々の物理的な現象を利用したり、強制的
な送出手段を用いることができ、特に限定されるもので
はない。具体的には、好適な例として、上記毛管１１１
の内径を適切に設定することにより、原料Ａを毛管現象
を利用して自然に放電領域１３の方向へ吸引することが
できる。吸引された原料Ａが反応により失われると、そ
れを補うために新たな原料Ａが吸引される。これによ
り、例えばポンプ等の送出手段を用いることなく自然に
原料Ａを放電領域１３へ供給できるため生成効率の観点
から好ましい。なお、毛管１１１の内径の適正値は、毛
管１１１の長さ、原料Ａの密度、原料Ａの表面張力、原
料Ａの放電極表面に対する接触角などを総合的に考慮し
て求めることができる。例えば、直径７μｍの炭素繊維
を１０万本束ねた放電極（毛管の内径は数μｍ）の場
合、エタノールと水との容積等量比の原料を、１分間当
たり約３０ｍｌ吸引可能であることを知見している。
【００６９】また、上記の毛管現象を利用する方法によ
らず、例えば、導入路１８に通常のポンプ等を接続する
等して、毛管１１１内へ原料Ａを強制的に供給すること
もできる。また、ポンプ等と、上述の毛管現象を利用す
る方法を適宜組み合わせても良い。
らず、例えば、導入路１８に通常のポンプ等を接続する
等して、毛管１１１内へ原料Ａを強制的に供給すること
もできる。また、ポンプ等と、上述の毛管現象を利用す
る方法を適宜組み合わせても良い。
【００７０】さらに、原料Ａは、パルス放電に伴って移
動させることもできる。すなわち、原料Ａは、パルス放
電時の高電圧によってイオン化させることができるが、
これを利用して、イオン化した原料Ａを、パルス放電の
起こる毎に他方の放電極１２の方向へ電気泳動等の現象
を利用して移動させることが可能である。この場合につ
いても、上記の毛管現象と同様に、ポンプ等の送出手段
が不要であるので効率的かつ低コストに水素を生成する
ことができる。また、原料Ａの供給がパルス放電時の電
圧に対応して行われるため、水素生成の応答性が向上す
る。
動させることもできる。すなわち、原料Ａは、パルス放
電時の高電圧によってイオン化させることができるが、
これを利用して、イオン化した原料Ａを、パルス放電の
起こる毎に他方の放電極１２の方向へ電気泳動等の現象
を利用して移動させることが可能である。この場合につ
いても、上記の毛管現象と同様に、ポンプ等の送出手段
が不要であるので効率的かつ低コストに水素を生成する
ことができる。また、原料Ａの供給がパルス放電時の電
圧に対応して行われるため、水素生成の応答性が向上す
る。
【００７１】次に、原料Ａについて述べる。まず、反応
させる炭化水素としては、特に限定されず、種々の炭化
水素の中から適宜選択することができる。例として、直
鎖状、分岐状、あるいは環状のアルカン、アルケン、ア
ルキン等の脂肪族炭化水素や、種々の芳香族炭化水素、
あるいはそれらの二種以上の混合物が挙げられ、さらに
具体的には、天然ガス、石油ナフサ、ガソリン、灯軽油
等や、それらの混合物をそのまま用いることもできる。
させる炭化水素としては、特に限定されず、種々の炭化
水素の中から適宜選択することができる。例として、直
鎖状、分岐状、あるいは環状のアルカン、アルケン、ア
ルキン等の脂肪族炭化水素や、種々の芳香族炭化水素、
あるいはそれらの二種以上の混合物が挙げられ、さらに
具体的には、天然ガス、石油ナフサ、ガソリン、灯軽油
等や、それらの混合物をそのまま用いることもできる。
【００７２】有機含酸素化合物は、分子中に酸素原子を
含む有機化合物であり、上記炭化水素と同様に、種々の
物質の中から適宜選択することができる。例として、メ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の
アルコール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メ
チルエチルエーテル、メチルターシャルブチルエーテル
等のエーテル、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等
のアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン等のケト
ン、酢酸エチル、ギ酸エチル、炭酸ジメチル等のエステ
ル等、あるいはそれらの二種以上の混合物を挙げること
ができる。また、本発明は、上述の炭化水素と、有機含
酸素化合物とを適宜併用して用いることもできる。
含む有機化合物であり、上記炭化水素と同様に、種々の
物質の中から適宜選択することができる。例として、メ
タノール、エタノール、プロパノール、ブタノール等の
アルコール、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル、メ
チルエチルエーテル、メチルターシャルブチルエーテル
等のエーテル、アセトアルデヒド、ホルムアルデヒド等
のアルデヒド、アセトン、メチルエチルケトン等のケト
ン、酢酸エチル、ギ酸エチル、炭酸ジメチル等のエステ
ル等、あるいはそれらの二種以上の混合物を挙げること
ができる。また、本発明は、上述の炭化水素と、有機含
酸素化合物とを適宜併用して用いることもできる。
【００７３】また水は、Ｈ２Ｏを過剰に含む液体もしく
は水蒸気の意味であり、一般的な水であれば適用可能で
ある。その他、蒸留水、イオン交換水等や、いわゆる
「お湯」も、当然に本発明の水の概念に包含される。
は水蒸気の意味であり、一般的な水であれば適用可能で
ある。その他、蒸留水、イオン交換水等や、いわゆる
「お湯」も、当然に本発明の水の概念に包含される。
【００７４】そして本発明の装置は、上記炭化水素、有
機含酸素化合物から選ばれる一種以上の物質と水とを含
む原料Ａを放電領域１３あるいはその近傍に供給した上
で、パルス放電を行うことを特徴とする。ここでパルス
放電とは、放電極間にパルス電流を流すことであり、例
えば１μｓ以下という微小時間内での電子照射を繰り返
すため、気相の温度が上昇せず、非常に低温で反応させ
ることができる。なお、パルス放電は、通常は一定間隔
で行うが、断続的であっても良い。
機含酸素化合物から選ばれる一種以上の物質と水とを含
む原料Ａを放電領域１３あるいはその近傍に供給した上
で、パルス放電を行うことを特徴とする。ここでパルス
放電とは、放電極間にパルス電流を流すことであり、例
えば１μｓ以下という微小時間内での電子照射を繰り返
すため、気相の温度が上昇せず、非常に低温で反応させ
ることができる。なお、パルス放電は、通常は一定間隔
で行うが、断続的であっても良い。
【００７５】パルス放電により、例えば原料Ａとしてメ
タンと水蒸気との混合ガスを用いた場合には、次式（化
４）のごとく反応が進行し目的の水素が生成する。ま
た、原料Ａとして、エタノールと水との混合液を用いた
場合には、次式（化５）のように進行して水素を生成す
る。その際にアセチレン等の副生成物を生じない。
タンと水蒸気との混合ガスを用いた場合には、次式（化
４）のごとく反応が進行し目的の水素が生成する。ま
た、原料Ａとして、エタノールと水との混合液を用いた
場合には、次式（化５）のように進行して水素を生成す
る。その際にアセチレン等の副生成物を生じない。
【００７６】
【化４】
【化５】
【００７７】また、本発明は、原料Ａとして、有機含酸
素化合物を単独で用いることもできる。すなわち、メタ
ノール、エタノール等に代表されるアルコールなどの有
機含酸素化合物は、必ずしも水と併用する必要はなく、
それ単独で用いることができる。その場合には、例えば
（化６）に示すように有機含酸素化合物自身の分解反応
が起こって水素を生成する。
素化合物を単独で用いることもできる。すなわち、メタ
ノール、エタノール等に代表されるアルコールなどの有
機含酸素化合物は、必ずしも水と併用する必要はなく、
それ単独で用いることができる。その場合には、例えば
（化６）に示すように有機含酸素化合物自身の分解反応
が起こって水素を生成する。
【００７８】
【化６】
【００７９】上記の種々の反応は、放電電流、すなわち
電子線が放電極から照射されることによりラジカルを生
じ、このラジカルが反応を引き起こすものと考えられ
る。したがって、放電電流を大きくするほど、また、放
電極間距離を大きくするほど、電子線と衝突する分子の
数が増えるので、反応速度が大きくなり、また、単位時
間内での転化率が高くなる傾向がある。
電子線が放電極から照射されることによりラジカルを生
じ、このラジカルが反応を引き起こすものと考えられ
る。したがって、放電電流を大きくするほど、また、放
電極間距離を大きくするほど、電子線と衝突する分子の
数が増えるので、反応速度が大きくなり、また、単位時
間内での転化率が高くなる傾向がある。
【００８０】放電を行うにあたっては、パルス電源を用
いることもできるが、放電極間に一定の電圧をかけ、自
励的にパルス放電を行わせる直流自励パルス放電が好適
に採用される。この場合、１秒間当たりのパルス放電の
回数（以下、「パルス発生頻度」ということがある）
は、５回〜１０００回程度が適当であり、特に５０〜１
００回程度が好ましい。パルス発生頻度は、一定電圧の
下では電流が高くなるほど多くなり、また、放電極間距
離が長くなるほど少なくなる。したがって、好ましい電
圧、電流及び放電極間距離は、上記のパルス発生頻度が
達成されるように電圧、電流及び放電極間距離を調節す
ることによって自ずから設定される。例として、内径５
ｍｍ程度の小型の反応器を用いる場合には、印加電圧は
１ｋＶ〜１０ｋＶ程度、電流は１〜２０ｍＡ程度、放電
極間距離は２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることが好まし
い。もちろん、印加電圧、電流、及び放電極間距離は上
記の範囲に限定されるものではなく、より製造能力の高
い大型の反応装置を用いる場合には、放電極間距離を長
くし、上記パルス発生頻度を達成するためにその分、印
加電圧及び電流を大きくすることによって実施すること
ができる。
いることもできるが、放電極間に一定の電圧をかけ、自
励的にパルス放電を行わせる直流自励パルス放電が好適
に採用される。この場合、１秒間当たりのパルス放電の
回数（以下、「パルス発生頻度」ということがある）
は、５回〜１０００回程度が適当であり、特に５０〜１
００回程度が好ましい。パルス発生頻度は、一定電圧の
下では電流が高くなるほど多くなり、また、放電極間距
離が長くなるほど少なくなる。したがって、好ましい電
圧、電流及び放電極間距離は、上記のパルス発生頻度が
達成されるように電圧、電流及び放電極間距離を調節す
ることによって自ずから設定される。例として、内径５
ｍｍ程度の小型の反応器を用いる場合には、印加電圧は
１ｋＶ〜１０ｋＶ程度、電流は１〜２０ｍＡ程度、放電
極間距離は２ｍｍ〜１０ｍｍ程度とすることが好まし
い。もちろん、印加電圧、電流、及び放電極間距離は上
記の範囲に限定されるものではなく、より製造能力の高
い大型の反応装置を用いる場合には、放電極間距離を長
くし、上記パルス発生頻度を達成するためにその分、印
加電圧及び電流を大きくすることによって実施すること
ができる。
【００８１】反応させる原料Ａは、液体・気体のいずれ
の状態でも良い。特に、気体状態の原料Ａを反応させる
場合、その反応温度は特に限定されないが、できるだけ
低温で行う方がエネルギーコストが安いため好ましい。
例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等と水
蒸気とを原料とする場合には、反応温度は、８０℃〜１
５０℃程度（常圧条件下）とすることが好ましい。ここ
で、上記範囲の低温側が１００℃より低温であるのは、
アルコールと水とが共沸現象によって気化する場合があ
るためである。なお、水蒸気は、濃縮される傾向がある
ため、炭化水素又は有機含酸素化合物の沸点が水よりも
低い場合には、原料Ａを予め反応温度よりも高い温度で
前加熱した後、反応領域１３に供給することが好まし
い。
の状態でも良い。特に、気体状態の原料Ａを反応させる
場合、その反応温度は特に限定されないが、できるだけ
低温で行う方がエネルギーコストが安いため好ましい。
例えば、メタノール、エタノール、プロパノール等と水
蒸気とを原料とする場合には、反応温度は、８０℃〜１
５０℃程度（常圧条件下）とすることが好ましい。ここ
で、上記範囲の低温側が１００℃より低温であるのは、
アルコールと水とが共沸現象によって気化する場合があ
るためである。なお、水蒸気は、濃縮される傾向がある
ため、炭化水素又は有機含酸素化合物の沸点が水よりも
低い場合には、原料Ａを予め反応温度よりも高い温度で
前加熱した後、反応領域１３に供給することが好まし
い。
【００８２】気体状態の原料Ａを供給する場合における
反応器１０内の全圧は、特に限定されず、例えば０．１
気圧〜１０気圧程度で行うことができる。ただし、反応
は常圧で十分に進行し、その際には堅牢な反応装置を必
要としないので、常圧で行うことが産業上特に好ましい
といえる。また、炭化水素又は有機含酸素化合物と水と
の混合比率は、化学量論量で良いが、所望により、一方
の物質を化学量論量の１／２〜２倍程度もしくはそれ以
上に増減させることも可能である。
反応器１０内の全圧は、特に限定されず、例えば０．１
気圧〜１０気圧程度で行うことができる。ただし、反応
は常圧で十分に進行し、その際には堅牢な反応装置を必
要としないので、常圧で行うことが産業上特に好ましい
といえる。また、炭化水素又は有機含酸素化合物と水と
の混合比率は、化学量論量で良いが、所望により、一方
の物質を化学量論量の１／２〜２倍程度もしくはそれ以
上に増減させることも可能である。
【００８３】原料Ａを反応器１０内へ連続的に供給でき
るように構成すると効率が良く産業的に優れている。連
続式で行う場合、原料Ａの供給速度は、排出口１７から
排出される水素Ｈ２を分析して、原料Ａの転化率が一定
値以上、例えば６０％以上となるような値に適宜設定す
ることが好ましい。例えば、内径５ｍｍの反応器を用
い、放電極間距離を１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、印加電圧を
１〜５ｋＶ程度に設定し、原料Ａとしてアルコールと水
蒸気とを含む混合ガスを用いる場合の供給流量は、１０
〜１０００ｍｌ／分程度、就中５０〜１００ｍｌ／分程
度が適当である。なお、図１のような連続式ではなく、
回分式で行うことも可能である。
るように構成すると効率が良く産業的に優れている。連
続式で行う場合、原料Ａの供給速度は、排出口１７から
排出される水素Ｈ２を分析して、原料Ａの転化率が一定
値以上、例えば６０％以上となるような値に適宜設定す
ることが好ましい。例えば、内径５ｍｍの反応器を用
い、放電極間距離を１ｍｍ〜１０ｍｍ程度、印加電圧を
１〜５ｋＶ程度に設定し、原料Ａとしてアルコールと水
蒸気とを含む混合ガスを用いる場合の供給流量は、１０
〜１０００ｍｌ／分程度、就中５０〜１００ｍｌ／分程
度が適当である。なお、図１のような連続式ではなく、
回分式で行うことも可能である。
【００８４】さらに、図１の生成装置１では、放電極１
１に接続する電源として直流電源１４を用いているが、
この他にも、パルス放電が可能な電源であれば適用可能
であり、例えば、交流電源にダイオードブリッジ回路、
負荷等を適宜組み合わせた電源や、その電源に直流分の
電圧を重畳させた電源等を適宜採用することができる。
また、放電極に印加する電圧は上記のように一極性が好
ましいが、これに限ることなく、交流電圧を印加するこ
とも可能である。
１に接続する電源として直流電源１４を用いているが、
この他にも、パルス放電が可能な電源であれば適用可能
であり、例えば、交流電源にダイオードブリッジ回路、
負荷等を適宜組み合わせた電源や、その電源に直流分の
電圧を重畳させた電源等を適宜採用することができる。
また、放電極に印加する電圧は上記のように一極性が好
ましいが、これに限ることなく、交流電圧を印加するこ
とも可能である。
【００８５】また、反応器１０に収容する放電極は、一
対に限らず、必要に応じて複数の放電極を用いることも
できる。
対に限らず、必要に応じて複数の放電極を用いることも
できる。
【００８６】さらに、本発明の生成装置１は、目的の水
素とともに、一酸化炭素を副生する。そこで、生成した
水素及び一酸化炭素を、別途、さらに水蒸気と反応させ
ることにより、最終的に水素ガスと二酸化炭素とを製造
することも可能である。この反応は水性ガスシフト反応
として知られている。水性ガスシフト反応自体はこの分
野において周知であり、低温、常圧で進行するという利
点がある。この水性ガスシフト反応を本発明の生成装置
１に組み込む場合には、例えば、酸化亜鉛一酸化銅系固
体触媒などの水性ガスシフト反応用の触媒を、図１の反
応器１０の排出口１７側に充填することにより、パルス
放電で生成した一酸化炭素をさらに水蒸気と反応させて
水素及び二酸化炭素とし、これによって水素の製造効率
を大幅に高めることができる。
素とともに、一酸化炭素を副生する。そこで、生成した
水素及び一酸化炭素を、別途、さらに水蒸気と反応させ
ることにより、最終的に水素ガスと二酸化炭素とを製造
することも可能である。この反応は水性ガスシフト反応
として知られている。水性ガスシフト反応自体はこの分
野において周知であり、低温、常圧で進行するという利
点がある。この水性ガスシフト反応を本発明の生成装置
１に組み込む場合には、例えば、酸化亜鉛一酸化銅系固
体触媒などの水性ガスシフト反応用の触媒を、図１の反
応器１０の排出口１７側に充填することにより、パルス
放電で生成した一酸化炭素をさらに水蒸気と反応させて
水素及び二酸化炭素とし、これによって水素の製造効率
を大幅に高めることができる。
【００８７】また、図２に示すように、放電極１１は、
パルス放電が行われる領域、すなわち放電領域１３に臨
む端面１１２とその近傍を除いて、その表面をスキン層
１９で被覆することができる。スキン層１９は、炭素繊
維１１０を束ねた状態を保持するとともに、毛管１１１
中を移動する原料Ａが放電極１１の側面から漏れ出るの
を防止して、原料Ａを確実に端面１１２の方向へ送り出
す。スキン層１９は化学的に安定な物質から構成され、
例としてシリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン
等を挙げることができる。また、スキン層１９の厚さは
特に限定されず適宜設定することができる。なお、図２
の例では、放電極１１の端面１１２とその近傍が露出し
ているが、図３の実施の形態（２）に示すように、端面
１１２のみが露出してそれ以外の表面をスキン層１９で
被覆した構成にしても良い。また、スキン層１９は、必
要に応じて種々の接着剤を介して放電極１１に被覆させ
ても良い。
パルス放電が行われる領域、すなわち放電領域１３に臨
む端面１１２とその近傍を除いて、その表面をスキン層
１９で被覆することができる。スキン層１９は、炭素繊
維１１０を束ねた状態を保持するとともに、毛管１１１
中を移動する原料Ａが放電極１１の側面から漏れ出るの
を防止して、原料Ａを確実に端面１１２の方向へ送り出
す。スキン層１９は化学的に安定な物質から構成され、
例としてシリコーンゴム、ポリテトラフルオロエチレン
等を挙げることができる。また、スキン層１９の厚さは
特に限定されず適宜設定することができる。なお、図２
の例では、放電極１１の端面１１２とその近傍が露出し
ているが、図３の実施の形態（２）に示すように、端面
１１２のみが露出してそれ以外の表面をスキン層１９で
被覆した構成にしても良い。また、スキン層１９は、必
要に応じて種々の接着剤を介して放電極１１に被覆させ
ても良い。
【００８８】そして、放電極１１には、図２に示すよう
に、触媒２０を付着させることができる。触媒２０とし
ては、パルス放電による水素の生成反応の効率を向上さ
せ、あるいはＣ２化合物等の副生成物を低減できるもの
であれば適用可能である。例として、アルミナを担体と
するパラジウムもしくは白金触媒、ニッケル触媒、リン
ドラー触媒等が挙げられる。これらの触媒は、特にアセ
チレン等のＣ２化合物の生成を抑制することができる。
なお、触媒２０は、パルス放電を受けることにより活性
化し、通常よりも触媒能が高まることを知見している。
に、触媒２０を付着させることができる。触媒２０とし
ては、パルス放電による水素の生成反応の効率を向上さ
せ、あるいはＣ２化合物等の副生成物を低減できるもの
であれば適用可能である。例として、アルミナを担体と
するパラジウムもしくは白金触媒、ニッケル触媒、リン
ドラー触媒等が挙げられる。これらの触媒は、特にアセ
チレン等のＣ２化合物の生成を抑制することができる。
なお、触媒２０は、パルス放電を受けることにより活性
化し、通常よりも触媒能が高まることを知見している。
【００８９】特に、本発明の反応系における触媒２０と
して、ルテニウム、ルテニウムと他の触媒との多元触媒
を用いると、水素の生成効率が最も高まることがわかっ
た。
して、ルテニウム、ルテニウムと他の触媒との多元触媒
を用いると、水素の生成効率が最も高まることがわかっ
た。
【００９０】触媒２０を放電極１１に付着させる方法と
しては、放電極１１の表面に触媒２０を蒸着、スパッタ
リング、めっきする等の方法を適宜採用することができ
る。また、束ねる前の炭素繊維１１０の表面に蒸着等に
よって触媒２０を付着させてから、それらを束ねて放電
極１１としても良い。
しては、放電極１１の表面に触媒２０を蒸着、スパッタ
リング、めっきする等の方法を適宜採用することができ
る。また、束ねる前の炭素繊維１１０の表面に蒸着等に
よって触媒２０を付着させてから、それらを束ねて放電
極１１としても良い。
【００９１】もっとも、本発明に係る装置は、触媒を用
いなくても水素を生成できるので、触媒を一切用いずに
実施しても無論構わない。本発明の生成装置は、触媒を
使って高温、高圧でリフォーミングする従来の方法に比
べて、はるかに低温、低圧で実施でき、また低コストで
あることを特徴とする。
いなくても水素を生成できるので、触媒を一切用いずに
実施しても無論構わない。本発明の生成装置は、触媒を
使って高温、高圧でリフォーミングする従来の方法に比
べて、はるかに低温、低圧で実施でき、また低コストで
あることを特徴とする。
【００９２】次に、本発明の実施の形態（３）を図４に
示す。この例では、炭素繊維１１０を複数本束ねて放電
極１１を構成し、さらに放電極１１の中心部に導電性の
芯材２７を備えている。このようにすると、放電極１１
の形態が、芯材２７によって支えられ、また、芯材２７
の部位において放電が安定に行われるため好ましい。な
お、芯材２７の材質としては、特に限定されず、ＳＵ
Ｓ、アルミニウム、銅等の各種金属や、炭素等を適宜用
いることができる。
示す。この例では、炭素繊維１１０を複数本束ねて放電
極１１を構成し、さらに放電極１１の中心部に導電性の
芯材２７を備えている。このようにすると、放電極１１
の形態が、芯材２７によって支えられ、また、芯材２７
の部位において放電が安定に行われるため好ましい。な
お、芯材２７の材質としては、特に限定されず、ＳＵ
Ｓ、アルミニウム、銅等の各種金属や、炭素等を適宜用
いることができる。
【００９３】また、図５の実施の形態（４）に示すよう
に、導電性の芯材２７は、放電極１１の内部に複数（図
５では、４つ）備えても良い。
に、導電性の芯材２７は、放電極１１の内部に複数（図
５では、４つ）備えても良い。
【００９４】さらに、図６の実施の形態（５）で示すよ
うに、本発明の水素の生成装置には、毛管１１１を通じ
て放電極１１の外側へ至った原料Ａを溜めおくための貯
留部２５を設けることができる。貯留部２５は、図６の
例では、金属、セラミック、樹脂等の粉末２６を、放電
極を構成する炭素繊維１１０の表面に付着させることに
よって構成されている。このようにすると、束にした炭
素繊維１１０の間から外側へ浸みだしてきた原料Ａが、
粉末２６の間隙に表面張力によって保持されることで溜
められるため、パルス放電によって反応できる原料の量
が増えて水素の生成効率が向上する。また、原料Ａを、
放電領域の近傍に常に存在させることができるので、放
電に対する水素生成の応答性も向上させることができ
る。
うに、本発明の水素の生成装置には、毛管１１１を通じ
て放電極１１の外側へ至った原料Ａを溜めおくための貯
留部２５を設けることができる。貯留部２５は、図６の
例では、金属、セラミック、樹脂等の粉末２６を、放電
極を構成する炭素繊維１１０の表面に付着させることに
よって構成されている。このようにすると、束にした炭
素繊維１１０の間から外側へ浸みだしてきた原料Ａが、
粉末２６の間隙に表面張力によって保持されることで溜
められるため、パルス放電によって反応できる原料の量
が増えて水素の生成効率が向上する。また、原料Ａを、
放電領域の近傍に常に存在させることができるので、放
電に対する水素生成の応答性も向上させることができ
る。
【００９５】なお、図６の例では、放電極１１の表面に
粉末２６を付着させることで貯留部２５を構成している
が、この他にも、原料Ａを貯留できる手段であれば適宜
採用することができる。例えば、放電極１１の表面をサ
ンドブラスト等により粗面化処理する方法、放電極１１
の周囲にスポンジ等の吸収体を付設する方法等を挙げる
ことができる。
粉末２６を付着させることで貯留部２５を構成している
が、この他にも、原料Ａを貯留できる手段であれば適宜
採用することができる。例えば、放電極１１の表面をサ
ンドブラスト等により粗面化処理する方法、放電極１１
の周囲にスポンジ等の吸収体を付設する方法等を挙げる
ことができる。
【００９６】さらに、貯留部２５を設ける別の例とし
て、図７に実施の形態（６）を示す。この実施形態で
は、反応器１０の内部が放電領域１３の近傍で拡張され
ており（反応器１０の外径が放電領域１３の近傍で大き
くなっており）、その拡張した分の内部空間が、貯留部
２５として機能している。すなわち、放電極１１中の毛
管から外側へ供給された原料（この場合、一般には気体
状）が、貯留部２５に滞留するため、その分だけ放電領
域１３に臨む原料の量が多くなり、水素の生成効率が向
上する。
て、図７に実施の形態（６）を示す。この実施形態で
は、反応器１０の内部が放電領域１３の近傍で拡張され
ており（反応器１０の外径が放電領域１３の近傍で大き
くなっており）、その拡張した分の内部空間が、貯留部
２５として機能している。すなわち、放電極１１中の毛
管から外側へ供給された原料（この場合、一般には気体
状）が、貯留部２５に滞留するため、その分だけ放電領
域１３に臨む原料の量が多くなり、水素の生成効率が向
上する。
【００９７】続いて、本発明の実施の形態（７）を図８
に示す。図８では、放電極１１が、上記実施の形態
（１）〜（６）と同様に、炭素繊維を束にしたものであ
り、原料Ａが、炭素繊維間の毛管を通じて放電領域１３
の方向へ移動するようになっている。そしてこの実施の
形態では、放電極１１に、加熱部２１を備えたことを特
徴とする。ここで加熱部２１は、放電極１１自体に電流
を流し、発生するジュール熱を利用して加熱するように
構成されている。気化した原料Ａは、放電極１１の端面
あるいは側面から外へ蒸発して、放電領域１３に到達
し、パルス放電によって反応して水素を生成する。加熱
温度は、原料Ａの種類に応じて適宜設定する。なお、例
えば、アルコールと水との混合液を原料とする場合は、
共沸現象により１００℃以下でも気化させることができ
る場合がある。また、図８では、加熱部２１が放電極１
１に接続されているが、これに限定されず、例えば、ニ
クロム線等の一般的な手段で構成されたヒータを放電極
１１の周囲に配置したり、ニクロム線等の加熱部を炭素
繊維間に埋め込んで、放電極１１の内部から直接的に原
料Ａを加熱することもできる。生成装置１のその他の構
成は上記実施の形態（１）に準ずる。
に示す。図８では、放電極１１が、上記実施の形態
（１）〜（６）と同様に、炭素繊維を束にしたものであ
り、原料Ａが、炭素繊維間の毛管を通じて放電領域１３
の方向へ移動するようになっている。そしてこの実施の
形態では、放電極１１に、加熱部２１を備えたことを特
徴とする。ここで加熱部２１は、放電極１１自体に電流
を流し、発生するジュール熱を利用して加熱するように
構成されている。気化した原料Ａは、放電極１１の端面
あるいは側面から外へ蒸発して、放電領域１３に到達
し、パルス放電によって反応して水素を生成する。加熱
温度は、原料Ａの種類に応じて適宜設定する。なお、例
えば、アルコールと水との混合液を原料とする場合は、
共沸現象により１００℃以下でも気化させることができ
る場合がある。また、図８では、加熱部２１が放電極１
１に接続されているが、これに限定されず、例えば、ニ
クロム線等の一般的な手段で構成されたヒータを放電極
１１の周囲に配置したり、ニクロム線等の加熱部を炭素
繊維間に埋め込んで、放電極１１の内部から直接的に原
料Ａを加熱することもできる。生成装置１のその他の構
成は上記実施の形態（１）に準ずる。
【００９８】上記実施形態（１）〜（７）では、放電極
１１を、束にした複数の炭素繊維１１０から構成した場
合について述べたが、この他にも、原料Ａが移動可能で
あるような毛管を有している構造であれば特に限定され
ることなく用いることができる。
１１を、束にした複数の炭素繊維１１０から構成した場
合について述べたが、この他にも、原料Ａが移動可能で
あるような毛管を有している構造であれば特に限定され
ることなく用いることができる。
【００９９】例えば、上記炭素繊維にかえて、複数の導
電性繊維を用い、それらを束にして放電極１１を構成す
ることができる。この場合、導電性繊維と他の導電性繊
維との間が、原料が供給される毛管として機能すること
になる。導電性繊維としては、耐腐食性を有するものが
好ましく用いられる。具体的には、ステンレス等の金属
繊維などが好適に用いられる。
電性繊維を用い、それらを束にして放電極１１を構成す
ることができる。この場合、導電性繊維と他の導電性繊
維との間が、原料が供給される毛管として機能すること
になる。導電性繊維としては、耐腐食性を有するものが
好ましく用いられる。具体的には、ステンレス等の金属
繊維などが好適に用いられる。
【０１００】以上のような本発明の生成装置により製造
した水素は、例えば、アンモニア、メタノールの合成、
水素化脱硫、水素化分解、油脂などの水素化、溶接、半
導体製造等に有効に利用することができる。また、ター
ビン燃料としての利用を考慮すると、アルコール等をそ
のまま燃焼する場合に比べて、水素へ転化させたものを
燃焼させた方が発熱量が大きいという利点がある。さら
に、小型・可搬の装置とすることができるので、自動車
等へ搭載する燃料電池へ水素を供給するための装置とし
て適している。
した水素は、例えば、アンモニア、メタノールの合成、
水素化脱硫、水素化分解、油脂などの水素化、溶接、半
導体製造等に有効に利用することができる。また、ター
ビン燃料としての利用を考慮すると、アルコール等をそ
のまま燃焼する場合に比べて、水素へ転化させたものを
燃焼させた方が発熱量が大きいという利点がある。さら
に、小型・可搬の装置とすることができるので、自動車
等へ搭載する燃料電池へ水素を供給するための装置とし
て適している。
【０１０１】
【実施例】以下、本発明を実施例に基づきさらに具体的
に説明するが、これらに限定されるものではない。 （実施例１） 生成装置として図１に示す装置を作製した。反応器とし
ては外径１０ｍｍ、内径９ｍｍ、長さ２００ｍｍの石英
管を用い、対向させる一対の放電極は炭素繊維を束にし
たものを用いた。なお、放電極の放電領域側の端部５ｍ
ｍを残して、放電極の表面をシリコーンゴムで被覆し
た。また、放電極の露出した端部の表面にはルテニウム
を蒸着により付着させた。続いて、水とエタノールの混
合液（体積比１：１）を導入路から放電極中へ毛管現象
を利用して供給するとともに、放電極間に一定電圧を印
加して直流パルス放電を行った。放電の条件は、パルス
発生頻度が１秒間に５０回、電圧５ｋＶ、電流が最大で
１０ｍＡである。また、反応器内の温度を原料が蒸発可
能な１００℃に維持した。そして排出口から排出される
１分間当たりの生成ガス量をガスクロマトグラフィで測
定した。その結果、目的の水素が高収率で得られること
がわかった。また、アセチレン等の副生成物は検出され
なかった。
に説明するが、これらに限定されるものではない。 （実施例１） 生成装置として図１に示す装置を作製した。反応器とし
ては外径１０ｍｍ、内径９ｍｍ、長さ２００ｍｍの石英
管を用い、対向させる一対の放電極は炭素繊維を束にし
たものを用いた。なお、放電極の放電領域側の端部５ｍ
ｍを残して、放電極の表面をシリコーンゴムで被覆し
た。また、放電極の露出した端部の表面にはルテニウム
を蒸着により付着させた。続いて、水とエタノールの混
合液（体積比１：１）を導入路から放電極中へ毛管現象
を利用して供給するとともに、放電極間に一定電圧を印
加して直流パルス放電を行った。放電の条件は、パルス
発生頻度が１秒間に５０回、電圧５ｋＶ、電流が最大で
１０ｍＡである。また、反応器内の温度を原料が蒸発可
能な１００℃に維持した。そして排出口から排出される
１分間当たりの生成ガス量をガスクロマトグラフィで測
定した。その結果、目的の水素が高収率で得られること
がわかった。また、アセチレン等の副生成物は検出され
なかった。
【０１０２】（実施例２）
生成装置として図１に示す装置を作製した。対向させる
一対の放電極の内、直流電源に接続する方の放電極は、
直径７μｍの炭素繊維を８４，０００本束ねたもの（東
邦レーヨン（株）製のベスファイトＨＴＡ−１２Ｋ（商
品名）を７本束ねたもの）を用いた。炭素繊維の束から
なる放電極全体の直径は約３ｍｍである。また、他方の
放電極にはＳＵＳ３０６からなるロッド状の放電極を用
いた。さらに、炭素繊維からなる放電極の端部を、図１
の導入路１８に代えて、試料瓶に入れたエタノールと水
とのｍｏｌ等量比の混合液体中に浸漬し、毛管現象によ
る吸い上げを利用して原料を供給するようにした。 そして、放電極間距離及び電流値の条件を変えながら、
放電極間で直流パルス放電を行い、排出口から排出され
るガスをテドラーバックによって回収し、ガスクロマト
グラフィを用いて定性・定量分析を行った。なお、反応
器内は、空気中の酸素と反応しないようにアルゴンで置
換して放電を行った。分析結果を（表１）に示す。 （表１）の結果から、目的の水素が効率よく得られるこ
とがわかった。また、放電極間の距離、電流値に応じ
て、生成量が直線的に増加する傾向が見られた。
一対の放電極の内、直流電源に接続する方の放電極は、
直径７μｍの炭素繊維を８４，０００本束ねたもの（東
邦レーヨン（株）製のベスファイトＨＴＡ−１２Ｋ（商
品名）を７本束ねたもの）を用いた。炭素繊維の束から
なる放電極全体の直径は約３ｍｍである。また、他方の
放電極にはＳＵＳ３０６からなるロッド状の放電極を用
いた。さらに、炭素繊維からなる放電極の端部を、図１
の導入路１８に代えて、試料瓶に入れたエタノールと水
とのｍｏｌ等量比の混合液体中に浸漬し、毛管現象によ
る吸い上げを利用して原料を供給するようにした。 そして、放電極間距離及び電流値の条件を変えながら、
放電極間で直流パルス放電を行い、排出口から排出され
るガスをテドラーバックによって回収し、ガスクロマト
グラフィを用いて定性・定量分析を行った。なお、反応
器内は、空気中の酸素と反応しないようにアルゴンで置
換して放電を行った。分析結果を（表１）に示す。 （表１）の結果から、目的の水素が効率よく得られるこ
とがわかった。また、放電極間の距離、電流値に応じ
て、生成量が直線的に増加する傾向が見られた。
【０１０３】
【表１】
【０１０４】（実施例３）
エタノールと水との混合液体にかえて、エタノールのみ
の原料を用いた以外は、上記実施例２と同様にして直流
パルス放電を行い、生成ガスの分析を行った。その結果
は、（表２）に示すように、目的の水素を効率良く生成
することが明らかとなった。
の原料を用いた以外は、上記実施例２と同様にして直流
パルス放電を行い、生成ガスの分析を行った。その結果
は、（表２）に示すように、目的の水素を効率良く生成
することが明らかとなった。
【０１０５】
【表２】
【０１０６】（実施例４）
上記実施例２において、炭素繊維の束の中心部に、直径
０．５ｍｍのＳＵＳを埋め込んで放電極とした以外は、
上記実施例２と同様にして直流パルス放電を行い、生成
ガスの分析を行った。その結果は、（表３）に示すよう
に、目的の水素を効率良く生成することが明らかとなっ
た。また、青〜紫色の放電（反応に伴う発光色）が観察
され、放電が起こる部分も一定で安定していた。
０．５ｍｍのＳＵＳを埋め込んで放電極とした以外は、
上記実施例２と同様にして直流パルス放電を行い、生成
ガスの分析を行った。その結果は、（表３）に示すよう
に、目的の水素を効率良く生成することが明らかとなっ
た。また、青〜紫色の放電（反応に伴う発光色）が観察
され、放電が起こる部分も一定で安定していた。
【０１０７】
【表３】
【０１０８】（実施例５）
エタノールと水との混合液体にかえて、エタノールのみ
の原料を用いた以外は、上記実施例４と同様にして直流
パルス放電を行い、生成ガスの分析を行った。その結果
は、（表４）に示すように、目的の水素を効率良く生成
することが明らかとなった。また、放電も安定してい
た。
の原料を用いた以外は、上記実施例４と同様にして直流
パルス放電を行い、生成ガスの分析を行った。その結果
は、（表４）に示すように、目的の水素を効率良く生成
することが明らかとなった。また、放電も安定してい
た。
【０１０９】
【表４】
【０１１０】（実施例６）
エタノールと水との混合比を様々に変えた以外は、上記
実施例４と同様にして直流パルス放電を行い、生成ガス
の分析を行った。その結果は、（表５）に示すように、
いずれの混合比でも、目的の水素を生成することが明ら
かとなった。
実施例４と同様にして直流パルス放電を行い、生成ガス
の分析を行った。その結果は、（表５）に示すように、
いずれの混合比でも、目的の水素を生成することが明ら
かとなった。
【０１１１】
【表５】
【０１１２】
【発明の効果】以上、本発明の生成装置は、原料を供給
するための毛管を放電極に有しているので、原料を必要
な量に応じて速やかにパルス放電が行われる領域へ供給
でき、その結果、水素をより効率的に製造することがで
きる。 また、放電極にルテニウム等の触媒を付着させたことに
より、放電領域における原料の反応効率が向上し、Ｃ２
化合物等の副生成物をより低減することができる。 本発明の生成装置は、低圧、低温で、かつ低コストで実
施可能であり、また副生成物を生じないという特長を生
かして、例えば、燃料電池へ供給する水素の生成装置等
として好適に利用することができる。
するための毛管を放電極に有しているので、原料を必要
な量に応じて速やかにパルス放電が行われる領域へ供給
でき、その結果、水素をより効率的に製造することがで
きる。 また、放電極にルテニウム等の触媒を付着させたことに
より、放電領域における原料の反応効率が向上し、Ｃ２
化合物等の副生成物をより低減することができる。 本発明の生成装置は、低圧、低温で、かつ低コストで実
施可能であり、また副生成物を生じないという特長を生
かして、例えば、燃料電池へ供給する水素の生成装置等
として好適に利用することができる。
【図１】 本発明の実施の形態（１）における生成装置
を示す図である。
を示す図である。
【図２】 本発明の実施の形態（１）における放電極の
部分拡大図である。
部分拡大図である。
【図３】 本発明の実施の形態（２）における放電極の
部分拡大図である。
部分拡大図である。
【図４】 本発明の実施の形態（３）における放電極の
部分拡大図である。
部分拡大図である。
【図５】 本発明の実施の形態（４）における放電極の
部分拡大図である。
部分拡大図である。
【図６】 本発明の実施の形態（５）における放電極の
部分拡大図である。
部分拡大図である。
【図７】 本発明の実施の形態（６）における生成装置
を示す図である。
を示す図である。
【図８】 本発明の実施の形態（７）における生成装置
を示す図である。
を示す図である。
１ 生成装置
１０ 反応器
１１ 放電極
１１０ 炭素繊維
１１１ 毛管
１１２ 端面
１２ 放電極
１３ 放電領域
１４ 直流電源
１５ デジタルオシロスコープ
１６ 三方口
１７ 排出口
１８ 導入路
１９ スキン層
２０ 触媒
２１ 加熱部
２５ 貯留部
２６ 粉末
２７ 芯材
Ａ 原料
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2001−335302（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−552（ＪＰ，Ａ)
特開2001−259409（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−234372（ＪＰ，Ａ)
特開 平８−165101（ＪＰ，Ａ)
特開 平10−24235（ＪＰ，Ａ)
特開 昭54−136834（ＪＰ，Ａ)
特開 平６−314586（ＪＰ，Ａ)
特開2002−37601（ＪＰ，Ａ)
特開2003−212502（ＪＰ，Ａ)
浦崎浩平外，Ｈ206 低エネルギー大
気圧非平衡パルス放電を用いた水素製造
プロセス，化学工学第67年会研究発表講
演要旨集，2002年 ３月 １日，ｐ.
311
Ｘｉａｏ ＣＨＥＮ，ｅｔ ａｌ，Ｈ
20 Ｓｐｌｉｔｔｉｎｇ ｉｎ Ｔｕｂ
ｕｌａｒ ＰＡＣＴ（Ｐｌａｓｍａ ａ
ｎｄ Ｃａｔａｌｙｓｔ Ｉｎｔｅｇｒ
ａｔｅｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ)
Ｒｅａｃｔｏｒｓ，Ｊｏｕｒｎａｌ
ｏｆ Ｃａｔａｌｙｓｉｓ，2001年，ｖ
ｏｌ．201，ｐ．198−205
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
C01B 3/22 - 3/48
H01M 8/06
Claims (27)
- 【請求項１】 複数の導電性繊維を束にして構成される
放電極であって、炭化水素、有機含酸素化合物から選ば
れる一以上の物質と水とを含む原料を供給するための毛
管を前記導電性繊維の間に有してなる放電極を備え、前
記放電極によりパルス放電を行い、前記毛管により供給
される原料の反応を誘起して水素を生成させる水素の生
成装置。 - 【請求項２】 複数の導電性繊維を束にして構成される
放電極であって、有機含酸素化合物から選ばれる一以上
の物質を含む原料を供給するための毛管を前記導電性繊
維の間に有してなる放電極を備え、前記放電極によりパ
ルス放電を行い、前記毛管により供給される原料の反応
を誘起して水素を生成させる水素の生成装置。 - 【請求項３】 複数の炭素繊維を束にして構成される放
電極であって、炭化水素、有機含酸素化合物から選ばれ
る一以上の物質と水とを含む原料を供給するための毛管
を前記炭素繊維の間に有してなる放電極を備え、前記放
電極によりパルス放電を行い、前記毛管により供給され
る原料の反応を誘起して水素を生成させる水素の生成装
置。 - 【請求項４】 複数の炭素繊維を束にして構成される放
電極であって、有機含酸素化合物から選ばれる一以上の
物質を含む原料を供給するための毛管を前記炭素繊維の
間に有してなる放電極を備え、前記放電極によりパルス
放電を行い、前記毛管により供給される原料の反応を誘
起して水素を生成させる水素の生成装置。 - 【請求項５】 請求項３又は４記載の水素の生成装置に
おいて、炭素繊維の端面がエッジ状であることを特徴と
する水素の生成装置。 - 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか記載の水素の生
成装置において、毛管を移動する原料を加熱して気化さ
せる加熱部を備えたことを特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか記載の水素の生
成装置において、放電極の表面のうち、パルス放電が行
われる領域に臨む端面を除いた部分を被覆するスキン層
を備えたことを特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項８】 請求項１〜６のいずれか記載の水素の生
成装置において、放電極の表面のうち、パルス放電が行
われる領域に臨む端面及びその近傍を除いた部分を被覆
するスキン層を備えたことを特徴とする水素の生成装
置。 - 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか記載の水素の生
成装置において、放電極の内部に導電性の芯材を備えた
ことを特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか記載の水素の
生成装置において、さらに、放電極を収容する反応器
と、前記放電極に電圧を印加する電源とを備えたことを
特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項１１】 請求項１〜１０のいずれか記載の水素
の生成装置において、毛管を通じて放電極の外側へ至っ
た原料を溜めおくための貯留部を設けたことを特徴とす
る水素の生成装置。 - 【請求項１２】 請求項１１記載の水素の生成装置にお
いて、貯留部が、放電極の表面に付着させた粉末から構
成されることを特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項１３】 請求項１０記載の水素の生成装置にお
いて、毛管を通じて放電極の外側へ至った原料を溜めお
くための貯留部が設けられ、前記貯留部は、パルス放電
が行われる領域の近傍で拡張された反応器の内部空間に
より構成されることを特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか記載の水素
の生成装置において、放電極に触媒を付着させたことを
特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項１５】 請求項１４記載の水素の生成装置にお
いて、触媒が、ルテニウム、又はルテニウムと他の触媒
との多元触媒であることを特徴とする水素の生成装置。 - 【請求項１６】 炭化水素、有機含酸素化合物から選ば
れる一以上の物質と水とを含む原料中で、パルス放電を
行い、前記原料の反応を誘起して水素を生成させる装置
に用い られる放電極であって、複数の導電性繊維を束に
して構成され、前記原料を供給するための毛管を前記導
電性繊維の間に有してなる放電極。 - 【請求項１７】 有機含酸素化合物から選ばれる一以上
の物質を含む原料中で、パルス放電を行い、前記原料の
反応を誘起して水素を生成させる装置に用いられる放電
極であって、複数の導電性繊維を束にして構成され、前
記原料を供給するための毛管を前記導電性繊維の間に有
してなる放電極。 - 【請求項１８】 炭化水素、有機含酸素化合物から選ば
れる一以上の物質と水とを含む原料中で、パルス放電を
行い、前記原料の反応を誘起して水素を生成させる装置
に用いられる放電極であって、複数の炭素繊維を束にし
て構成され、前記原料を供給するための毛管を前記炭素
繊維の間に有してなる放電極。 - 【請求項１９】 有機含酸素化合物から選ばれる一以上
の物質を含む原料中で、パルス放電を行い、前記原料の
反応を誘起して水素を生成させる装置に用いられる放電
極であって、複数の炭素繊維を束にして構成され、前記
原料を供給するための毛管を前記炭素繊維の間に有して
なる放電極。 - 【請求項２０】 請求項１８又は１９記載の放電極にお
いて、炭素繊維の端面がエッジ状であることを特徴とす
る放電極。 - 【請求項２１】 請求項１６〜２０のいずれか記載の放
電極において、放電極の表面のうち、端面を除いた部分
にスキン層が被覆されたことを特徴とする放電極。 - 【請求項２２】 請求項１６〜２０のいずれか記載の放
電極において、放電極の表面のうち、端面及びその近傍
を除いた部分にスキン層が被覆されたことを特徴とする
放電極。 - 【請求項２３】 請求項１６〜２２のいずれか記載の放
電極の内部に導電性の芯材を備えたことを特徴とする放
電極。 - 【請求項２４】 請求項１６〜２３のいずれか記載の放
電極に、毛管を通じて放電極の外側へ至った原料を溜め
おくための貯留部が設けられていることを特徴とする放
電極。 - 【請求項２５】 請求項２４記載の放電極において、貯
留部が、放電極の表面に付着させた粉末から構成される
ことを特徴とする放電極。 - 【請求項２６】 請求項１６〜２５のいずれか記載の放
電極に、触媒を付着させたことを特徴とする放電極。 - 【請求項２７】 請求項２６記載の放電極において、触
媒が、ルテニウム、又はルテニウムと他の触媒との多元
触媒であることを特徴とする放電極。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002227865A JP3476811B1 (ja) | 2002-03-27 | 2002-08-05 | 炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極 |
| AU2003221156A AU2003221156A1 (en) | 2002-03-27 | 2003-03-26 | Device for forming hydrogen using hydrocarbon or oxygen-containing compound as material and discharge electrode for use therein |
| PCT/JP2003/003671 WO2003080504A1 (fr) | 2002-03-27 | 2003-03-26 | Dispositif pour produire de l'hydrogene au moyen d'hydrocarbure ou d'un compose contenant de l'oxygene comme substance et electrode de decharge utilisee dans ce dispositif |
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002089685 | 2002-03-27 | ||
| JP2002-89685 | 2002-03-27 | ||
| JP2002139079 | 2002-05-14 | ||
| JP2002-139079 | 2002-05-14 | ||
| JP2002227865A JP3476811B1 (ja) | 2002-03-27 | 2002-08-05 | 炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極 |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003276671A Division JP2004026650A (ja) | 2002-03-27 | 2003-07-18 | 炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極 |
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|---|---|
| JP3476811B1 true JP3476811B1 (ja) | 2003-12-10 |
| JP2004043271A JP2004043271A (ja) | 2004-02-12 |
Family
ID=28457595
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002227865A Expired - Fee Related JP3476811B1 (ja) | 2002-03-27 | 2002-08-05 | 炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3476811B1 (ja) |
| AU (1) | AU2003221156A1 (ja) |
| WO (1) | WO2003080504A1 (ja) |
Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| WO2004099070A1 (ja) * | 2003-05-08 | 2004-11-18 | Jisouken Co. Ltd. | 炭化水素、有機含酸素化合物を原料とする水素の生成装置、及びそれに用いる放電極 |
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|---|---|---|---|---|
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| JP2838192B2 (ja) * | 1996-03-01 | 1998-12-16 | 工業技術院長 | 炭化水素分解用触媒及びそれを用いた水素製造方法 |
| JPH1024235A (ja) * | 1996-07-10 | 1998-01-27 | Cosmo Sogo Kenkyusho:Kk | 高カロリーガス製造用触媒およびその製造方法 |
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