JP5860099B2 - 水素発生装置 - Google Patents
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Description
更に、本発明の第2の水素発生装置においては、前記水タンクの液面に触媒収納ボックス内で発生した水蒸気圧に対抗して水を供給するために所定圧力を付加することが好ましい。
更に、本発明の第2の水素発生装置は、第1の水素発生装置に触媒収納ボックス内で分解されなかった水蒸気を除去する水タンクとしての水蒸気除去装置を備え、これにより水蒸気と水素とを分離できる。
本発明の水素発生装置は触媒を使用し、この触媒は、低融点の親水性の金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム(NaOH)又は水酸化カリウム(KOH)の溶液中に酸化物を作り易い鉄イオン(Fe2+)、ニッケルイオン(Ni2+)、クロムイオン(Cr2+)チタンイオン(Ti2+)、亜鉛イオン(Zn2+)、コバルトイオン(Co2+)、スズイオン(Sn2+)、ビスマスイオン(Bi3+)、マンガンイオン(Mn2+)タングステンイオン(W6+)、マグネシウムイオン(Mg2+)のうち、少なくとも一種類の金属イオンを溶かしたものである。すなわち、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムは250℃〜300の間に融点を持ち、この温度以上に加熱した溶液中に上述の金属イオンを溶かしてイオン液とし、この液面に300℃以上に加熱した水蒸気(H2O)を当てると水蒸気が分解されて水素と酸素が放出される。なお、イオン液面に直接水滴を当てた場合には、そこで水蒸気となる。
2KOH+2TiO2→K2Ti2O5+H2O …(1)
の反応により脱水して複合金属酸化物であるチタン酸カリウム(K2Ti2O5)が生じ、この親水性のチタン酸カリウム中に鉄イオン(Fe2+)が溶け込んでいる。鉄イオンを含んだチタン酸カリウムの表面では電子(e-)が活発に活動してカリウムイオン(K+)とチタン酸イオン(Ti2O5 2-)とに電離し、これにより水蒸気を水素イオン(H+)と水酸基イオン(OH-)に電離し、全体としては前述のイオン液体と同様の作用により水を分解する。但し、安定して分解する温度は650℃〜700℃であり、イオン液体より加熱温度が高くなる。なお、この場合にも触媒筒3の周壁からも、鉄材(Fe2+)、ニッケルイオン(Ni2+)、クロムイオン(Cr3+)が溶け込んでいる。
KOH+ZrO2→K2Zr2O5+H2O …(2)
の反応をして、ジルコン酸カリウム(K2Zr2O5)を生じ、これも上述のチタン酸カリウム(K2Ti2O5)と同様の作用をする。
Ca(OH)2+2NaOH→Na2CaO2+2H2O …(3)
の脱水反応をする。このカルシウム酸ナトリウム(Na2CaO2)も、他の複合金属化合物と同じ作用をする。
2SiO2+2NaOH→Na2Si2O5+H2O …(4)
の脱水反応をして、上述と同様の性質を有する珪酸ナトリウム(Na2Si2O5)を生じる。
MgO+2NaOH→Na2MgO2+H2O …(5)
となり、マグネシウム酸ナトリウムが出来る。
1.第1実験例
触媒筒3(幅50mm×長さ200mm×高さ15mm)内には全く触媒を入れることなく、空のまま加熱しながら10分毎に0.2ccの水を水蒸気室2に供給したところ、700℃前後の温度で水素が発生したが、4〜6時間で燃焼しなくなった。
触媒筒3内に水酸化ナトリウム(NaOH)を100g入れ、600℃〜700℃の加熱で1週間燃焼した。600℃〜700℃の温度では、水酸化ナトリウムは液状に溶けており、この中にステンレス鋼(触媒筒3の内壁)からニッケルイオン(Ni2+)、クロムイオン(Cr3+)及び鉄イオン(Fe2+)が溶け出し、NaOHもNa+とOH-に分離している。
ら触媒としての作用を果たした。
3.第3実験例
金属水酸化物と金属酸化物とを加熱せしめ、脱水し複合金属酸化物を生成したものをゲル状とし、触媒筒3内に注入した。その組み合わせは、種々あり、以下に示す組み合わせはステンレス容器内で650℃〜750℃で燃焼し、特に記載されていない場合は、その寿命は3日〜5日間であった。
TiO2 10g
KOHを溶融させつつ(300℃以上)TiO2粉を混入させていくが、TiO2粉はKOHに対して1/10程度しか混入できない。この場合に脱水してチタン酸カリウム(K2Ti2O5)ができる。
TiO2 30g
Cr2O3 10g
Cr2O3粉をバインダーとして入れるとTiO2がKOHに30%程度溶ける。なお、Cr2O3粉の代わりにMoO3粉を用いることも可能であった。この場合、チタン酸カリウム(K2Ti2O5)とクロム酸カリウム(K2Cr2O5)の複合金属化合物ができる。
Cr2O3 10g
700℃前後で燃焼した。
MgO 20g
寿命が長い(1週間)。この場合マグネシウム酸カリウム(K2MgO2)ができる。
MoO3 34g
この場合、モリブデン酸カリウム(K2MoO4)ができる。
ZnO 40g
この場合、亜鉛酸ナトリウム(Na2ZnO2)ができる。
ZrO2 20g
この場合、ジルコン酸ナトリウム(Na2ZrO3)ができる。
SnO2 70g
この場合、スズ酸ナトリウム(Na2SnO3)ができる。
WO3 140g
この場合、タングステン酸ナトリウム(Na2WO4)ができ、WO3はNaOH以上に多量に混合した。
CaO 45g
この場合、カルシウム酸ナトリウム(Na2CaO2)ができる。
TiO2 34g
この場合、チタン酸ナトリウム(Na2Ti2O5)ができる。
TiO2はNaOHよりKOHになじみ易い。
金属水酸化物と金属水酸化物の組み合わせでステンレス容器内で燃焼したものは、NaOH100g、Ca(OH)28gの組み合わせであり、KOH50g、NaOH50gの組み合わせ、更に、KOH100g、Ba(OH)2・8H2O100gの組み合わせで燃焼は僅かにあったが、全ての場合について十分には燃焼しなかった。
金属水酸化物と非金属酸化物の組み合わせで、ステンレス容器内で僅かに燃焼したのは、NaOH100g、SiO224gの組み合わせであり、これらに鉄塊を加えた場合にはよく燃焼し、しかも10日間も寿命があった。
以下に示す組み合わせは鉄イオンの存在の下、600℃〜700℃の温度においても不燃であった。
1)KOH 200g
Al2O3 60g
2)KOH 100g
MnO2 40g
3)KOH 100g
V2O5 20g
4)KOH 100g
Ba(OH)2・8H2O 100g
5)NaOH 200g
MgO 20g
Al2O3 20g
6)NaOH 100g
Ca(OH)2 7g
7)NaOH 100g
Ca(OH)2 50g
水酸化カルシウムの量を増やしても不燃であった。
8)NaOH 100g
NiO 140g
9)NaOH 100g
Bi2O3 25g
10)NaOH 100g
Al2O3 60g
11)NaOH 100g
SiO2 25g
MnO2 15g
12)NaOH 100g
SiO2 20g
TiO2 4g
MgO 2g
2…蒸気室
3…触媒筒
31…鉄塊
40…触媒ユニット
42…触媒収納ボックス
43…面状発熱体
50…水蒸気除去装置
74…フィン体
80…水素エンジン
92…水素バーナ
100…ボイラ
105…触媒ユニット
120…蒸気ボイラ
Claims (7)
- 水から水蒸気を作る蒸気室と、この蒸気室に隣接して形成される触媒を収納する触媒筒と、前記蒸気室と触媒筒とを加熱する加熱装置と、前記触媒筒内に収納される金属水酸化物である水酸化ナトリウム(NaOH)及び水酸化カリウム(KOH)のうちの一種を少なくとも含む触媒と、この触媒に鉄、ステンレス材の成分である金属イオンを供給する金属元素供給体とからなる水から水素を取出すための水素発生装置。
- 前記触媒筒は18−8ステンレス鋼からなる請求項1記載の水素発生装置。
- 前記触媒は、水酸化ナトリウム(NaOH)及び水酸化カリウム(KOH)のうちの少なくとも一種であり、前記金属元素供給体は、鉄(Fe)、クロム(Cr)、ニッケル(Ni)のうちの少なくとも一種である請求項1又は2記載の水素発生装置。
- 前記金属元素供給体は、粒状、塊状又は板状であり、純粋金属又は合金の形で形成される請求項1又は3記載の水素発生装置。
- 前記触媒は、金属水酸化物と金属酸化物との複合元素化合物である請求項1記載の水素発生装置。
- 断熱ケーシング内に配設され、触媒を収納する触媒収納ボックスと、この触媒収納ボックスに水を供給する水タンクと、前記触媒収納ボックスで分解されなかった一部の水蒸気を除去する水蒸気除去装置とからなり、前記触媒収納ボックスはステンレス板で形成され、この触媒収納ボックスは水滴から蒸気を発生させる蒸気室と、これに隣接した触媒を収納する触媒室とを有し、前記触媒は、金属水酸化物である水酸化ナトリウム(NaOH)及びカリウム(KOH)のうちの一種を少なくとも含んでおり、前記触媒収納ボックスは面状発熱体により300℃〜600℃に加熱される水から水素を取出すための水素発生装置。
- 前記水タンクの液面に触媒収納ボックス内で発生した水蒸気圧に対抗して水を供給するために所定圧力を付加した請求項6記載の水素発生装置。
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