JP4205052B2

JP4205052B2 - 水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法

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Publication number: JP4205052B2
Application number: JP2004372041A
Authority: JP
Inventors: 友宏秋山; 隆一福里; 浩之上杉; 勝康飯田; 典彦宮本; 英雄三宅; 悟留山内
Original assignee: I TECH COMPANY LIMITED
Current assignee: I TECH COMPANY LIMITED
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2004-12-22
Publication date: 2009-01-07
Anticipated expiration: 2024-12-22
Also published as: JP2005206459A

Description

本発明は、例えば金属とアルカリ水溶液との反応を利用して高圧の水素ガスを発生させる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法に関する。

水素は次世代のクリーンなエネルギ源、動力源として大きな期待がもたれており、水素の発生方法として多くの方法が提案されている。従来の水素ガス発生装置又は水素ガス発生方法としては、例えば天然ガス又はコークス炉ガスから水素を分離するものなどが知られている。これらの他にも、例えば、水を原料とした水素ガス製造技術として、水電気分解法、高温水蒸気分解法、熱化学法、太陽光利用法など多くの方法が知られている。大規模な水素製造技術としては、現在のところ水電気分解法が評価されている。また、熱化学法の例として、水と電熱化学反応するアルミニウム又はマグネシウム等の化学反応金属体を用いるものも知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、最近の例としてケイ素とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２の水素ガス発生方法では、反応を継続させるために反応容器を加熱して反応温度を維持するための恒温加熱槽を備え、また反応の制御性を向上するなどのために粉体ケイ素をスラリ状にすることが記載されている。

特許文献２の水素ガス発生方法では、恒温加熱槽が必要になること、また粉体ケイ素をスラリ状にする必要があることなどから、設備が複雑、高価になり、また制御が複雑になり、維持費も必要になるという問題がある。更に、発生する水素が低圧であるため、この水素ガスを貯蔵して用いる場合、大型の貯蔵設備が必要であり、また貯蔵設備の小型化を図るには、圧縮のための大容量の圧縮機が必要でありこれらにより設備コストが増大するという問題もある。
特開平７−１０９１０２号公報特開２００１−２１３６０９号公報

上述したように、従来の水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法では、設備が複雑、高価になる、制御が複雑になる、維持費が必要になるなどの問題がある。

本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、簡単な設備と簡単な制御で容易に高圧の水素ガスを所望の発生量で発生することができ、また発生された水素ガスの貯蔵設備の小型化を図り得る水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供することを目的とする。

本発明に係る水素ガス発生装置は、金属とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、金属を導入されて密閉可能な反応容器と、水を前記反応容器へ供給して、該反応容器の内圧を所定圧力にするための水供給ポンプと、前記所定圧力にした前記反応容器の内部にアルカリ水溶液を供給するためのアルカリ水溶液供給ポンプと、前記金属と前記アルカリ水溶液との反応により発生する水素ガスを導出するために前記反応容器に一側を接続された導出管と、該導出管の他側に接続され、前記水素ガスと共に導出される水蒸気を分離する気液分離器とを備えることを特徴とする。
また本発明に係る水素ガス発生装置は、金属とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、金属を導入されて密閉可能な反応容器と、中途に設けた分岐部に切換弁を有する給液管と、該給液管を介して水を貯蔵するタンクとアルカリ水溶液を貯蔵するタンクとに接続してあり、前記切換弁の切換えにより、水又はアルカリ水溶液を前記反応容器に選択的に供給し、該反応容器の内圧を所定圧力にするための溶液供給ポンプと、前記金属と前記アルカリ水溶液との反応により発生する水素ガスを導出するために前記反応容器に一側を接続された導出管と、該導出管の他側に接続され、前記水素ガスと共に導出される水蒸気を分離する気液分離器とを備えることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記導出管の中途に設けられ、該導出管内部の水素ガスの圧力を所定圧に調整する圧力調整弁、又は前記気液分離器の内部圧力に応じて開閉され、開放により分離液を排出して、前記導出管及び気液分離器内部の水素ガスの圧力を所定圧に調整する圧力調整弁を備えることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記金属が、３Ｂ族又は４Ｂ族の元素であることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記金属が、アルミニウム又はシリコンであることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記アルカリ水溶液が、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、又は水酸化カルシウムの水溶液であることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、発生した水素ガス及び水蒸気を冷却するための冷却器を、前記導出管の中途に備えることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記反応容器を複数個備えることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記気液分離器により分離した水素ガスを蓄圧器により貯蔵する構成としてあることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生装置はまた、前記蓄圧器が、水素吸蔵合金を構成要素に含むことを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生方法は、金属とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる水素ガス発生方法において、密閉可能な反応容器へ金属を導入する過程と、水を前記反応容器へ供給して該反応容器内での圧力を所定の圧力にする過程と、前記所定の圧力のもとでアルカリ水溶液を前記反応容器へ供給する過程と、前記反応容器の内部での反応により発生する水素ガスと水蒸気とを分離する過程とを備えることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生方法はまた、発生する水素ガス及び水蒸気を冷却する過程を備えることを特徴とする。

本発明に係る水素ガス発生方法はまた、前記反応容器を複数用いて、各反応容器別に前記反応を生じさせることを特徴とする。

本発明にあっては、金属を導入されて密閉可能な反応容器と、水を前記反応容器へ供給するための水供給ポンプと、アルカリ水溶液を前記反応容器へ供給するためのアルカリ水溶液供給ポンプと、前記金属と前記アルカリ水溶液との反応により発生する水素ガスを導出するため前記反応容器に一側を接続された導出管と、該導出管の他側に接続され、前記水素ガスと共に導出される水蒸気を分離する気液分離器とを備えることとしたので、簡単な設備と簡単な制御で容易に高圧の水素ガスを所望の発生量で発生することができる水素ガス発生装置となる。

本発明にあっては、密閉可能な反応容器へ金属を導入する過程と、水を前記反応容器へ供給して該反応容器内での圧力を所定の圧力にする過程と、前記所定の圧力のもとでアルカリ水溶液を前記反応容器へ供給する過程と、前記反応容器の内部での反応により発生する水素ガスと水蒸気とを分離する過程とを備えることとしたので、簡単な設備と簡単な制御で容易に所望の圧力（高圧）の水素ガスを所望の発生量で発生することができる水素ガス発生方法となる。

本発明にあっては、反応容器に金属を導入して密閉し、この反応容器へ水をポンプで加圧供給することにより高圧状態を得て、この反応容器にアルカリ水溶液を供給することで、金属とアルカリ水溶液との反応による高圧の水素ガスを発生させる。したがって、簡単な設備と簡単な制御で容易に高圧の水素ガスを発生することができる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供できる。また、本発明にあっては、簡単に所望の量の水素ガスをバッチ式で発生することができる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法とすることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１の実施の形態に係る水素ガス発生装置の概略構成を示す構成図である。図において、１、２は密閉可能な反応容器であり、耐圧構造のものとすることで、所望の圧力の水素ガスを発生させることができる。反応容器１、２は互いに独立しており、必要に応じて交互に反応を生じさせるようにシーケンス動作を行わせることができる。つまり、反応容器１で反応させているときに、反応容器２へ反応材料としての金属を導入して準備を行い、反応容器１での反応が終了したときに反応容器２での反応を開始し、また、反応容器２で反応させているときに、反応容器１へ反応材料としての金属を導入して準備を行い、反応容器２での反応が終了したときに反応容器１での反応を開始する構成とすることができる。

反応容器１の出口側には、発生した水素ガスを導出するための導出管１ａが開閉弁１ｂと共に連結してある。反応容器１の入口側には供給材料の一部である水、又はアルカリ水溶液を導入（供給）するための導入管１ｃが開閉弁１ｄと共に連結してある。また、反応容器２の出口側には、発生した水素ガスを導出するための導出管２ａが開閉弁２ｂと共に連結してある。反応容器２の入口側には供給材料の一部である水、又はアルカリ水溶液を導入するための導入管２ｃが開閉弁２ｄと共に連結してある。

導出管１ａ、２ａは導出管３に連結してあり、導出管１ａは開閉弁１ｂを介して導出管３に連通し、導出管２ａは開閉弁２ｂを介して導出管３に連通する構成としてある。導入管１ｃ、２ｃは導入管４に連結してあり、導入管１ｃは開閉弁１ｄを介して導入管４に連通し、導入管２ｃは開閉弁２ｄを介して導入管４に連通する構成としてある。つまり、開閉弁１ｄを開放状態にすれば、反応容器１に対して供給材料を導入（供給）することができ、また開閉弁１ｂを開放状態にすれば、反応容器１で発生した水素ガスを導出（回収）することができる。更に、開閉弁２ｄを開放状態にすれば反応容器２に対して供給材料を導入（供給）することができ、また、開閉弁２ｂを開放状態とすれば、反応容器２で発生した水素ガスを導出（回収）することができる。つまり、反応容器１、２はそれぞれ別の反応系を構成するようにしておく。なお、必要に応じ同時に反応させることも可能であることは言うまでもない。

反応容器１、２には夫々、反応材料としての金属を導入するための導入口（不図示）が設けてあり、反応材料としての金属を反応容器１、２に導入することができる構成としてある。導入される金属は、反応面積を広くするためには粉末状であるのが望ましいが、砕片（細片）状であってもよく、特に限定されるべきものではない。また、所定量の金属を一括して導入することができることから、水素ガスの発生量の制御が極めて簡単かつ正確にできることとなる。導入口の形態は特に限定されず、開閉弁であってもよく、また開閉蓋であってもよい。また反応容器１、２には夫々、反応の結果生成される副生成物を排出するための排出口（不図示）が設けてあり、反応の終了後まとめて排出回収することができる構成としてある。副生成物を確実に排出することから、反応系のマスフローを正確に調整することができ、水素ガスの発生量を正確に制御することができることとなる。

導入管４には、反応容器１、２へ供給する水を貯蔵するタンク５、タンク５に貯蔵された水を反応容器１、２へ供給するための水供給ポンプ５ａが導入管５ｂを介して連結してある。導入管４には、反応容器１、２へ供給するアルカリ水溶液を貯蔵するタンク６、タンク６に貯蔵されたアルカリ水溶液を反応容器１、２へ供給するためのアルカリ水溶液供給ポンプ６ａが導入管６ｂを介して連結してある。導入管６ｂには開閉弁６ｃが設けられ、反応容器１、２に対するアルカリ水溶液の供給を適宜制御できる構成としてある。水供給ポンプ５ａ及びアルカリ水溶液供給ポンプ６ａを用いることから、ポンプ圧を上昇するだけで、反応容器１、２の内圧を容易に高圧にすることができ、反応容器１、２の内部に高圧反応場を形成することができる。

導出管３の中途には、圧力調整器８が設けてある。圧力調整器８は、導出管３の内圧を検出する圧力検出器８ａと、圧力検出器８ａの検出圧力に基づいて開閉される圧力調整弁８ｂとを備えている。圧力調整器８の設定圧力を調整することにより、この設定圧力を維持すべく圧力調整弁８ｂが開閉され、導出管３の内部に導出される水素ガスの圧力を所定の圧力に調整することができる。導出管３は、冷却器１０を介して気液分離器11へ連結してある。冷却器１０は、反応容器１、２の内部に発生し、導出管３に導出される水素ガスを冷却し、この水素ガスと共に導出される水蒸気を液化させる作用をなす。冷却器１０を通過した水素ガスは気液分離器１１へ送られ、この気液分離器１１において、水素ガスと液化した水分とが分離される。

気液分離器１１は、液体部（高圧水部）１１ａ及び気体部（水素ガス部）１１ｂに分離される。気体部１１ｂには回収管１２が連結され、回収管１２には圧力調整器１３が設けてある。圧力調整器１３の圧力を調整することにより回収される水素ガスの圧力を適宜調整することができる。圧力調整器１３は、気体部１１ｂの圧力を検出する圧力検出器１３ａと、圧力検出器１３ａが検出した圧力に基づいて回収管１２の圧力を適宜調整可能な圧力調整弁１３ｂとを備えている。回収管１２は、圧力調整弁１３ｂを介して蓄圧器１４に連結してある。蓄圧器１４はアキュムレータとも言われ、水素ガスを高圧状態で蓄積するものであり、例えば水素吸蔵合金（ＭＨ）で構成することにより、効率的に高純度（例えばファイブナイン（９９．９９９％））の水素ガスを回収蓄積することができる。

気液分離器１１には、液面調整器１５が付設してある。液面調整器１５は、気液分離器１１の液体部１１ａの液面を検出する液面検出器１５ａと、液面検出器１５ａが検出した液面に基づいて開閉される液面調整弁１５ｂとを備えており、液面の上昇に応じて液面調整弁１５ｂを開として、排出管１５ｃから液体部１１ａの液体を排出することにより、気液分離器１１内部の液面を所定レベルに維持調整する動作をなす。

圧力調整器８は、反応系での圧力を調整することができるから、発生する水素ガスの圧力の粗調整をすることができる。一方圧力調整器１３は、回収系での圧力を調整することができるから、回収する水素ガスの圧力を微調整することができる。なお、配管系（導出管１ａ、導入管１ｃ、導出管２ａ、導入管２ｃ、導出管３、導入管４、導入管５ｂ、導入管６ｂ、回収管１２、排出管１５ｃなど）は耐圧構造にするだけでよく、簡単な構造で高圧の水素ガスを発生することができる水素ガス発生装置、水素ガス発生方法とすることができる。

図２は、図１に示す装置により実施される水素ガス発生方法での供給材料と生成物とのマスバランスを示すマスバランス図表である。導入する金属としてアルミニウム（Ａｌ）、アルカリ水溶液として水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を用いる場合について、縦欄に物質名（供給材料、生成物）、横欄に（供給材料の）供給量、（生成物の）生成量を示す。反応容器（例えば反応容器１）に導入するＡｌを２７ｇ、水（Ｈ₂Ｏ）を５４ｇ、ＮａＯＨを４０ｇとすれば、生成物としてアルミニウムの水酸化物であるＮａＡｌ（ＯＨ）4 が１１８ｇ生成され、目的とする水素ガスＨ₂が３ｇ発生する。このマスバランスに基づいて適宜反応容器の容量を設定し、導入する材料の供給量を制御することにより所望の量の水素ガスを制御性よく発生させることができる。

具体的な運転方法について説明する。まず、反応容器１にマスバランスから求めた所定の量の金属（Ａｌ）を導入する。開閉弁１ｂ、開閉弁１ｄを開として反応容器１の系を動作状態にしてポンプ５ａを駆動してタンク５から水を反応容器１に供給する。このとき、圧力調整弁８ｂを目標とする水素ガスの圧力（例えば３０ＭＰａ。以下目標圧力）より少しだけ高い圧力（例えば３２ＭＰａ。以下調整圧力）に設定（圧力調整）し、ポンプ５ａにより供給された水の圧力（反応容器１、導出管３での圧力）が調整圧力に到達するまでポンプ５ａにより加圧する。

水の圧力が調整圧力に到達するのに合わせて、導入管６ｂの管内圧を、調整圧力（例えば、３２ＭＰａ）以上にし、開閉時の逆流が生じないようにしてから、開閉弁６ｃを開とし、ポンプ６ａを駆動してタンク６からアルカリ水溶液（ＮａＯＨ水溶液）を反応容器１に供給する。供給されたアルカリ水溶液は金属と反応し、反応容器１の内部に水素ガスと水蒸気とが発生する。反応時の反応容器１での温度は、３７４°Ｋ以上（例えば、約４５０°Ｋ）、圧力は３２ＭＰａである。発生した水素ガスと水蒸気は、圧力調整弁８ｂを介して冷却器１０に供給され、常温程度にまで冷却される。冷却された水素ガスと水（高圧水）は、気液分離器１１で高圧水と、高圧の水素ガスとに気液分離され、水素ガスは圧力調整器１３により目標圧力に調整されて蓄圧機１４に供給され、高圧の水素ガスとして回収される。

反応容器１での反応が終了した後、予め金属を導入してある反応容器２の系での反応を開始し、反応容器１での反応と同様の操作を行う。反応容器２での反応が生じている間に反応容器１の内部に残留している副生成物である金属の水酸化物と水とを排出口から排出する。この副生成物は材料への転用が可能であるので循環利用することもできる。また、副生成物を排出した後、反応容器１へ金属を再度導入して、反応容器２での反応終了後に再度操作を繰り返す。つまり、反応容器１と反応容器２とを交互に運転する形態にすれば、容易に連続運転が可能となる。なお、反応容器は２個に限るものではなく、適宜の個数を並列に連結して適宜のシーケンスで反応を制御することにより、より効率的な水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法とすることができる。また、簡単に所定量の水素ガスを回収することができ、いわゆるバッチ処理による水素ガスの回収（発生）が可能となる。

この運転方法の説明においては、金属として３族のアルミニウムを例示し、またアルカリ水溶液として水酸化ナトリウム水溶液を例示したが、これらに限るものではないことは言うまでもない。例えば、金属として４族のシリコンを用いることも可能である。また、アルカリ水溶液として水酸化カリウム、水酸化カルシウムの水溶液を用いることも可能である。これらのアルカリ水溶液は入手が容易であり、操作上の安全性も高く実用性が高い水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法とすることができる。

図３は本発明の第２の実施の形態に係る水素ガス発生装置の概略構成を示す構成図である。この実施の形態においては、図１に示す実施の形態と共通の構成要素については、図１と同一の参照符号を付して、構成及び動作の説明を省略する。

この実施の形態においては、まず反応容器１、２の導入系において、水供給ポンプとアルカリ水溶液供給ポンプとが、単一の溶媒供給ポンプ７により兼用されている。この溶媒供給ポンプ７は、水を貯蔵するタンク５及びアルカリ水溶液を貯蔵するタンク６に、中途にて分岐された給液管７ａを介して接続されており、分岐部に設けた切換弁７ｂの切り換えにより、水又はアルカリ水溶液の供給がなされるようにしてある。このように、水及びアルカリ水溶液の供給を併せて行う溶媒供給ポンプ７の使用により、反応容器１、２への導入系の構成を簡素化することができる。

なおアルカリ水溶液を貯蔵するタンク６は、中途に圧力調整弁６ｄを備える連通管６ｅにより導入管４に連通されている。圧力調整弁６ｄは、導入管４の内圧が過大となったとき開放され、この内圧を連通管６ｅを経てタンク６に還流せしめ、導入管４、及びこれの下流側の管路を保護するリリーフ弁としての作用をなす。この還流先をアルカリ水溶液を貯蔵するタンク６としているのは、アルカリ水溶液の送り込み中に圧力調整弁６ｄがリリーフ動作を行ったとき、アルカリ水溶液が水を貯蔵するタンク５に還流されることがないようにするためである。

また導入管４の中途には、予熱器４ａが介装されている。この予熱器４ａは、導入管４の内部を流れる水又はアルカリ水溶液に予熱を加え、所定温度に加熱して反応容器１又は反応容器２に導入せしめる動作をなす。これにより、反応容器１又は反応容器２の内部に高温高圧の反応場を形成することができ、水素ガスの発生を促進することができる。このような予熱器４ａは、図１に示す水素ガス発生装置にも適用可能である。

反応容器１、２の導出側は、各別の導出管１ａ、導出管２を介して共通の導出管３に連通され、該導出管３は、冷却器１０を介して気液分離器１１に連通されている。図２に示す水素ガス発生装置は、導出管３の中途の圧力調整弁８ｂ、及び気液分離器１１の排出管１５ｃの中途の液面調整弁１５ｂとを備えておらず、この排出管１５ｃの中途に圧力調整弁９ｂを備えている。

気液分離器１１には、これの内部圧力を検出する圧力検出器９ａが付設してあり、前記圧力調整弁９ｂは、圧力検出器９ａの検出圧力に基づく圧力調整器９の動作により開閉されるようになしてある。この構成により圧力調整器９の設定圧力を調整することにより、気液分離器１１の内圧をこの設定圧力に維持すべく圧力調整弁９ｂが開閉される。圧力開閉弁９ｂが介装された排出管１５ｃは、気液分離器１１の液体部１１ａに連通しており、圧力開閉弁９ｂが開放された場合、気液分離器１１内にて分離され、液体部１１ａに滞留する分離液が排出管１５ｃを経て排出されることとなり、この排出により、気液分離器１１の内圧が、これに連通する導出管３の内圧と共に所定の圧力に調整される。更に分離液の排出により、気液分離器１１においては、液体部１１ａの液面が適正なレベルに調整される。

また気液分離器１１の気体部１１ｂに連結された回収管１２の中途には、開閉弁１２ａが設けられており、気体部１１ｂに溜まる水素ガスは、開閉弁１２ａの開放操作により回収管１２に送り出され、該回収管１２の末端に接続された蓄圧器１４に回収蓄積される。このように回収される水素ガスは、圧力調整弁９ｂの前述した開閉により調整された高圧を維持しており、小容積の蓄圧器１４に多くの水素ガスを回収蓄積することができる。また前述の如く、水素吸蔵合金を構成要素に含む蓄圧器１４を採用することにより、小容積にて効率的な水素ガスの蓄積を行わせることが可能となる。

開閉弁１２ａの開放は、気液分離器１１の気体部１１ｂにおける水素ガスの貯留量の観察に応じて作業者の手動操作によって行わせてもよく、更には、例えば、反応容器１、２に切り換えタイミングに合わせる等の適宜のタイミングにて自動開閉される開閉弁１２ａを用いてもよい。

図３に示す水素ガス発生装置の運転は、図１に示す水素ガス発生装置における同様に、反応容器１、２を交互に切り換え、夫々の内部に発生する水素ガスを導出管３を１て気液分離器１１に送り込み、該気液分離器１１内に高圧下にて滞留させた後、回収管１２を経て蓄圧器１４に蓄圧回収する手順にて行われる。このとき、圧力調整器９の設定圧力を前記調整圧力（例えば３２ＭＰａ）に設定しておけば、気液分離器１１の内部圧力、及びこれに導出管３を介して連通する反応容器１、２の内部圧力が前記調整圧力に維持され、この調整圧力下にて反応容器１、２内に発生する高圧の水素ガスを回収することができる。

このように図３に示す水素ガス発生装置においては、気液分離器１１に付設された圧力検出器９ａ、圧力調整弁９ｂ及び圧力調整器９により、導出管３により連通された反応系の圧力の調整と、気液分離器１１の内部液面の調整とが併せて実施されることとなり、装置構成の一層の簡素化を図ることができ、簡単な構造で高圧の水素ガスを発生することができる水素ガス発生装置、水素ガス発生方法とすることができる。

なお図３に示す水素ガス発生装置において、反応容器１、２の切り換えは、図１に示す水素ガス発生装置と全く同様に行われるが、切り換えられた反応容器１又は２への水の導入、及びその後のアルカリ水溶液の導入は、前述の如く、切り換え弁7bの切り換えにより共通の溶媒供給ポンプ７を経てなされるから、導入系の構成を、制御系を含めて簡素化することができる。

またアルカリ水溶液の導入は、反応容器１、２に導入された金属に対して、前記図２に示すマスバランスにて実施され、反応容器１、２の内部では、同じく図２中に例示される反応式に従って水素ガスが発生する。このとき、反応容器１、２に送り込まれる水及びアルカリ水溶液は、導入管４の中途に配した予熱器4aにより予熱することができ、反応容器１、２の内部においては、前記反応式に従う水素ガスの発生が高温高圧の反応場において安定してなされ、高圧の水素ガスの安定回収が可能となる。

なお以上の実施の形態においては、金属とアルカリ水溶液との反応による水素ガスの発生について例示したが、弱酸（希酸）と２族の金属（マグネシウムのようなアルカリ土類金属）との反応によっても水素ガスが発生することも知られており、本発明にこのような材料を適用することにより実用的な水素ガス発生装置、水素ガス発生方法とすることができる。この際、反応容器は耐酸性に優れた素材で表面を被覆しておくことで、実用上十分な反応容器となる。また配管系に付いても適宜耐酸性、耐圧性の構造とすることにより、実用上十分な水素ガス発生装置、水素ガス発生方法とすることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る水素ガス発生装置の概略構成を示す構成図である。図１に示す装置により実施される水素ガス発生方法での供給材料と生成物とのマスバランスを示すマスバランス図表である。本発明の第２の実施の形態に係る水素ガス発生装置の概略構成を示す構成図である。

符号の説明

１、２反応容器
１ａ、２ａ、３導出管
１ｃ、２ｃ、４導入管
５、６タンク
５ａ水供給ポンプ
５ｂ、６ｂ導入管
６ａアルカリ水溶液供給ポンプ
８，９圧力調整器
８ｂ，９ｂ圧力調整弁
１０冷却器
１１気液分離器
１２回収管
１３圧力調整器
１３ｂ圧力調整弁
１４蓄圧器

Claims

金属とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、
金属を導入されて密閉可能な反応容器と、
水を前記反応容器へ供給して、該反応容器の内圧を所定圧力にするための水供給ポンプと、
前記所定圧力にした前記反応容器の内部にアルカリ水溶液を供給するためのアルカリ水溶液供給ポンプと、
前記金属と前記アルカリ水溶液との反応により発生する水素ガスを導出するために前記反応容器に一側を接続された導出管と、
該導出管の他側に接続され、前記水素ガスと共に導出される水蒸気を分離する気液分離器と
を備えることを特徴とする水素ガス発生装置。
金属とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる水素ガス発生装置において、
金属を導入されて密閉可能な反応容器と、
中途に設けた分岐部に切換弁を有する給液管と、
該給液管を介して水を貯蔵するタンクとアルカリ水溶液を貯蔵するタンクとに接続してあり、前記切換弁の切換えにより、水又はアルカリ水溶液を前記反応容器に選択的に供給し、該反応容器の内圧を所定圧力にするための溶液供給ポンプと、
前記金属と前記アルカリ水溶液との反応により発生する水素ガスを導出するために前記反応容器に一側を接続された導出管と、
該導出管の他側に接続され、前記水素ガスと共に導出される水蒸気を分離する気液分離器と
を備えることを特徴とする水素ガス発生装置。
前記導出管の中途に設けられ、該導出管内部の水素ガスの圧力を所定圧に調整する圧力調整弁を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の水素ガス発生装置。
前記気液分離器の内部圧力に応じて開閉され、開放により分離液を排出して、前記導出管及び気液分離器内部の水素ガスの圧力を所定圧に調整する圧力調整弁を備えることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の水素ガス発生装置。
前記金属は、３Ｂ族又は４Ｂ族の元素であることを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
前記金属は、アルミニウム又はシリコンであることを特徴とする請求項５に記載の水素ガス発生装置。
前記アルカリ水溶液は、水酸化ナトリウム、水酸化カリウム、又は水酸化カルシウムの水溶液であることを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
発生した水素ガス及び水蒸気を冷却するための冷却器を、前記導出管の中途に備えることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
前記反応容器を複数個備えることを特徴とする請求項１乃至８のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
前記気液分離器により分離した水素ガスを蓄圧器により貯蔵する構成としてあることを特徴とする請求項１乃至９のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
前記蓄圧器は、水素吸蔵合金を構成要素に含むことを特徴とする請求項１０に記載の水素ガス発生装置。
金属とアルカリ水溶液との反応により水素ガスを発生させる水素ガス発生方法において、
密閉可能な反応容器へ金属を導入する過程と、
水を前記反応容器へ供給して該反応容器内での圧力を所定の圧力にする過程と、
前記所定の圧力のもとでアルカリ水溶液を前記反応容器へ供給する過程と、
前記反応容器の内部での反応により発生する水素ガスと水蒸気とを分離する過程と
を備えることを特徴とする水素ガス発生方法。
発生する水素ガス及び水蒸気を冷却する過程を備えることを特徴とする請求項１２に記載の水素ガス発生方法。
前記反応容器を複数用いて、各反応容器別に前記反応を生じさせることを特徴とする請求項１２又は請求項１３に記載の水素ガス発生方法。