JP5940759B2 - 水から水素を発生せしめるための水素発生装置 - Google Patents

Description

本発明は、水から酸素を分離して水素を発生せしめるための水素発生装置に関する。

触媒としてのアルカリ金属溶融塩に金属元素を溶かし込み、アルカリ金属溶融塩上に120~150℃の水蒸気を送って水蒸気から酸素を分離して水素を発生せしめる技術に関して本件出願人は数件の出願を既に行っている。

特願２００９−９７３３号 特願２００９−３９４８５号 特願２００９−１２０７５７号 特願２００９−１７８７４１号

これらに開示されている水素発生装置の触媒セルの構造は、触媒であるアルカリ溶融塩に対する耐蝕性が不十分であるとともに、反応時の激しい吸熱に対して十分な対策をとっていないという問題があった。

そこで、本発明の水素発生装置は、バーナを炎焼させるための炉筒と、この炉筒を収納した外筒と、この炉筒の周囲に配設された筒型の複数の触媒セルとかならなり、前記炉筒内で作られた熱風が触媒セル内に設けた熱風管を通って外部に排出され、前記触媒セル内に間欠的に水又は水蒸気が供給される。また、前記炉筒、外筒及び触媒セルは横型に配置され、熱風は炉筒後端から出て触媒セルの後端から熱風管に入ってその前端から排出される」ことが好ましい。更に、また、前記炉筒、外筒及び触媒セルは縦型に配置され、前記炉筒の周囲に触媒セルが複数列配置され、各列の触媒セルは複数個積層されていることが好ましい。

更に、また、本発明の水素発生装置は、バーナを炎焼させるための炉体と、この炉体上に形成された触媒セル収納部とからなり、この触媒セル収納部には、複数の筒型の触媒セルが配置され、炉体から発生した熱風は、触媒セル内に設けた熱風管を通って排出される。更に、また、前記触媒セルの両端部に補強リングを設けるとともに、この補強リングにより閉塞板を複数枚溶接することが好ましい。更に、また、前記触媒セルの熱風管には、セル内において触媒に溶け込む金属元素供給体及び反応空間を加熱する放熱体としての機能を有する金属板が取り付けられ、この金属板には、多数の開孔が設けられていることが好ましい。

請求項１~３のタイプの水素発生装置は、外筒の中心部に炉筒を設け、炉筒で発生した熱風を横型の場合には、炉筒の後端から円筒状の触媒セルの後端側から、縦型の場合には、炉筒の下端から触媒セルの下側から熱風管を通して触媒セル内の触媒及びセル内の反応空間を加熱するので、触媒を効率よく加熱できるばかりでなく、反応後の吸熱に対して直ちに反応空間の温度を元に復帰でき反応後の休み時間が短くて済む。

また、請求項４のタイプのものは、下側に熱風を発生せしめる炉体を設け、この炉体上に触媒セル収納部を設け、この触媒セル収納部に触媒セルを横方向に複数横臥せしめるか、縦方向に触媒セルを立設せしめ、これらセルに熱風管を設けてあるので、横型の場合には、熱風を炉体の後側から触媒セルの熱風管を前方向に通過せしめ、縦の場合には、垂直上方に熱風管を通過せしめているので、触媒を効率よく加熱できるばかりでなく、反応後の反応空間の吸熱に対して有効に対応でき、反応後の休み時間が短くて済み運転効率が向上する。

なお、縦型の場合に、複数のセルを積層せしめれば、水素の採集量が著しく増大する。また、触媒セルの両端部に補強リングを取付け、セルの両端部を二重に溶接するので、溶接部分に対するアルカリ溶融塩の腐蝕を有効に防止でき、セルの耐用時間を長くすることができる。更に、触媒セルの熱風管にパンチングした金属板を所定間隔で取付けると、この金属板は溶融塩に対して金属元素を供給できるばかりでなく、反応空間に対して熱伝達を良好にして反応後の立ち上り時間を短くする。

本発明の横型の水素発生装置の概略斜視図である。 図１の水素発生装置の内部構造図である。 触媒セルの斜視図である。 触媒セルの端部の縦断面図である。 触媒セルの内部構造図である。 触媒セルの横断面図である。 本発明の縦型の水素発生装置の概略構造図である。 図７の水素発生装置の平面構造図である。 図７の触媒セル群の構造説明図である。 本発明の他の実施例を示す水素発生装置の概略構造図である。 本発明の更に他の実施例を示す水素発生装置の概略構造図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。

図１において、本発明の水素発生装置M_１は、円筒状の外筒１を有し、この外筒１の中心には、バーナを炎焼させるための炉筒２が収納され、前記炉筒２の周囲には、円筒状の複数の触媒セル３、３…３が配設されている。前記炉筒２の前端面には、端板４が設けられ、この端板４には、バーナ６が嵌合されるバーナ口５が形成されている。バーナ口６の周囲部分の端板には空気取入穴aiが多数設けられている。このバーナ６には、プロパンガス、及び又は水素ガスが供給され、これらのガスの代わりに液体燃料が供給されてもよい。

前記外筒１の後端部は、図２に示すように、鏡板１aが設けられ、この鏡板の中央には、配風体１bが取付けられ、炉筒２からの熱風が均一に分配される。前記外筒１の前部下側には、排出路７が設けられ、この排出路７は横路７aと縦路７bからなっている。一般に、熱風は上方に進行するので、炉筒２の下側にも均一に熱風が送られるように排出路７の排出口を外筒１の下側に設けてある。

前記触媒セル３は、図３に示すように、下方に偏心して熱風管８が設けられ、この熱風管８内を炉筒２の後端部を出た熱風が前側に排出するようになっている。前記触媒セル３の両端部には、補強リング１０、１０が設けられ、この補強リング１０はセルの両端部の溶接部を補強するためのものであり、図４に示す如くその内壁には、突起１１が設けられ、この突起１１の下面１１aは、セルの端壁３aに当接している。前記端壁３aの内側には短い傾斜面３bが形成され、この傾斜面３bに、内側閉塞板１２の外周傾斜壁１２aが当接し、突起１１の上面１１bが外側閉塞板１３の周囲壁の下部１３aに当接しており、前記補強リング１０の上端内側傾斜面１０aと外側閉塞板１３の周壁上端部１３b間、突起１１の内周壁と内側閉塞板１２の周壁上端部間が溶接Ｗされる。また、補強リング１０は、その下端壁１０ｂとセル壁間が溶接されている。このようにして、二重に閉塞板１２、１３によりセル端部を閉塞しているので、アルカリ溶融塩に溶接部Ｗが腐蝕されるのを有効に防止できる。

前記熱風管８には、図５、６に示すように、その端部近傍に水受け２０が設けられ、この水受け２０に水管２１を介して水が供給され、水は水受け２０内において120〜150℃の水蒸気となる。前記熱風管８には、所定間隔で金属板２２、２２…２２が設けられ、これら金属板２１には多数の開孔０、０…０が形成されている。これらの開孔０は触媒Cが流通するとともに、反応空間Sにおいて、水蒸気および水素が流れることができるようにするためのものであり、前記金属板２２は、水酸化ナトリウム（NaOH）のような溶融塩C中に金属元素（Ni、Cr、Fe等）を供給するためと、反応空間Sにおいて溶融塩Cから飛散する細粒群と水蒸気とが衝突して厳しい吸熱反応が起き、100℃以上の温度低下が起きたときに、直ちに溶融塩の温度を反応空間に伝達して、元の温度に復帰できるようにするためである。

なお、前記水管２１は、図１に示すように集中水管３０に連結され、この各水管２１には開閉バルブ２１a、２１a…２１aが設けられ、この開閉バルブ２１aが順次開閉（例えば１０秒間隔）されることにより、順に各触媒セル３に水が送られる。前記集中水管３０はバルブ３１を介して水タンク３２に連結される。また、各触媒セル３の後端から水素管３３が接続され、この水素管３３は、水蒸気除去筒３４の中の水中に浸漬されている。ここで水素とともに排出された水蒸気は水に変化し、水蒸気が除去された水素は図示しない水素タンクに送られる。

以上説明した水素発生装置M_１は、触媒セルを横方向（水平方向）に配置した、いわゆる横型のものであるが、触媒セルを縦型に配置することも可能である。

図７乃至９に示す水素発生装置M_２は、外筒５０を有し、この外筒５０の中心には、バーナ５２が設けられている。外筒５１の下面には、配風体５３が設けられ、これにより炉筒５１からの熱風が外筒５０と炉筒５０のセル配置空間５４を通って、排出口５５から外部に排出されるようになっている。

前記セル配置空間５４には、図８に示すように複数の円筒体状をなす触媒セル５６、５６…５６を垂直方向に積層せしめたセル群列L、L…Lが複数配列されている。前記各触媒セル５６の中心部には、触媒セル５６の軸方向に熱風管５７が設けられ、これらの熱風管は上下に整合して配置されるように触媒セル５６が積層される。前記セル群列は、セル配置空間５４の下面に設けた格子状の支持体５８に支持されている。

前記各触媒セル５６の周囲には、図９に示すように蒸気発生コイル５９が巻回され、この蒸気発生コイル５９には、集中水管からの水が水管６０を介してコイル５９の上部に供給され、蒸気発生コイル５９で発生した蒸気はコイル５９の下部から蒸気管６１を介して触媒セル５６内に供給され、発生した水素は水素管６２を通って外部に排出される。

このように、触媒セル５６を積層せしめれば、セル内の触媒の表面積が大きくなり、そこから飛散する細粒群の量も大きくなるので水素の発生量が著しく多くなる。

なお、上述した水素発生装置M_１、M_２は外筒１、５０の中心部に炉筒２、５１を設けているが、図１０、１１に示すように炉体７０、７１を下部に設け、上部にセル配置空間７２、７３を設け、この横型空間７２に図１の触媒セル３を水平に複数個（段）配置するか、縦型空間７３に図７のセル群列Lを複数垂直方向に配置してもよい。

１…外筒
２…炉筒
３…触媒セル
６…バーナ
８…熱風管
１０…補強リング
２０…水受け
２２…金属板
５０…外筒
５４…セル配置空間
５６…触媒セル
５９…コイル

Claims (5)

1. バーナを炎焼させるための炉筒と、この炉筒を収納した外筒と、この炉筒の周囲に配設された筒型の複数の触媒セルとからなり、前記炉筒内で作られた熱風が触媒セル内に設けた熱風管を通って外部に排出され、前記触媒セル内に間欠的に水又は水蒸気が供給され、
   前記炉筒、外筒及び触媒セルは横型に配置され、熱風は炉筒後端から出て触媒セルの後端から熱風管に入ってその前端から排出され、前記触媒セル内には、触媒としての水酸化ナトリウムが収納され、前記熱風管には、所定間隔で金属板が設けられ、この金属板は触媒中にニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、鉄（Ｆｅ）のうち、少なくとも一つの金属元素を供給する水素発生装置。
2. 前記熱風管は、下方に偏心して設けられ、その上方に反応空間が形成されている請求項１記載の水素発生装置。
3. 前記金属板には、多数の開口が形成されている請求項１記載の水素発生装置。
4. 前記触媒セルの両端部に補強リングを設けてセルの溶接部を補強した請求項１の水素発生装置。
5. 前記各触媒セルの一端部内には、集中水管を介して水が送られ、前記触媒セルの他端部に設けた水素管には、水蒸気除去筒が接続され、前記水素管は水蒸気除去筒内の水の中に浸漬されている請求項１記載の水素発生装置。

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