JP6059898B2

JP6059898B2 - 水素発生装置

Info

Publication number: JP6059898B2
Application number: JP2012162581A
Authority: JP
Inventors: 泰男石川
Original assignee: TI KK
Current assignee: TI KK
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-07-23
Publication date: 2017-01-11
Anticipated expiration: 2032-07-23
Also published as: JP2014019633A

Description

本発明は、水から水素を発生せしめるための水素発生装置に関する。

アルカリ金属溶融塩をステンレスケーシング内に収納し、それを５００〜６００℃に加熱して前記溶融塩の液面から微細粒子群を反応空間内に飛散せしめ、この微細粒子に水蒸気を接触せしめて水から水素を採集する水素発生装置が特許文献１に開示されている。

ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／６６４７２

前記先行特許文献１の図２２、２９に開示されている反応セル内には反応剤が収納され、この反応剤を均一に５００〜６００℃に加熱するために電気ヒータが反応セル内に収納されている。ところが、前記電気ヒータは、ヒータ管に挿入自在に収納されているが、大気に開放されているために空気に触れ、電気ヒータの外表面およびヒータ管の内面が著しく酸化してヒータ管および電気ヒータの寿命が短いという問題があった。

本発明の水素発生装置は、反応剤を収納するケーシング内に加熱ヒータを設置し、反応剤の内部から加熱して反応剤の微粒子をケーシング内に飛散せしめ、ケーシング内に水蒸気を供給して水素を発生せしめるようにした水素発生装置において、前記加熱ヒータは、電気ヒータと、この電気ヒータを内蔵するヒータパイプとからなり、このヒータパイプは、その前端部が端板により密閉され、その後端部は電気ヒータに設けたフランジにより直接密閉されるか又は他の部材を介して形成された密閉空間に臨まされている。

また、前記ヒータパイプの後端はケーシング外において開放され、この開放端は、ケーシングの後端面に付着され前記他の部材をなす密閉筒内に収納され、この密閉筒の端面に電気ヒータの後端部に形成されたフランジが付着されてヒータパイプの後端部が密閉筒により密閉されていることが好ましい。

更に、また、前記ヒータパイプは、くり抜き加工により、後端のみが開放したくり抜き筒であり、前記密閉空間内は真空引きされるか、不活性ガスが注入されていることが好ましい。

更に、また、前記密閉筒には、温度上昇により不活性ガスが膨張したときに、それを排出する安全弁が形成されるとともに不活性ガス注入口が設けられていることが好ましい。

電気ヒータが収納される密閉空間は真空引きされるか、不活性ガスが注入されるので、ヒータの外表面およびヒータパイプの内壁の酸化が有効に防止され、それらの寿命が著しく延びる。また、密閉空間内の不活性ガスは高温で熱膨張するので、安全弁が設けられていれば自動的に不活性ガスが排出される。なお、密閉空間が真空の場合でも、特にヒータパイプをＳＵＳ３０４で形成すると、高温でその内壁から水素が発生することが判明しているので、真空引きの場合にも安全弁は必要となり、更に、ヒータパイプにくり抜き管を使用し、その閉塞前端を反応セル内に位置せしめれば、溶接の場合と異なり、反応によりヒータパイプ前端が破れることがない。

本発明の水素発生装置の破断図である。反応セル内に収容される反応剤収納ユニットの斜視図である。ヒータパイプと電気ヒータとの関係説明図である。ヒータパイプの前端の状態説明図である。反応セルの端面に取付けられた密閉筒の構造を示す概略図である。反応剤収納ユニットを着脱自在とした本発明の他の実施例を示す図である。ヒータパイプ内に密閉空間を作る他の実施例を示す図である。

図１において、本発明の水素発生装置Ｍは、円筒状の鉄又はステンレス鋼からなる反応セルをなすケーシング１を有し、このケーシング１内には、ＮａＯＨ又はＫＯＨ等のアルカリ水酸化物からなる反応剤Ｒが収納される反応剤収納ユニットＵが保持されている（図１、図２）。前記ユニットＵは、反応セル１の内壁に接触してその中に収納され、上部が開口された樋形の反応剤受け２を備え、この中には、ＮａＯＨ又はＫＯＨの反応剤Ｒが収納され、その両端には、後端板３と前端板４が設けられ、これら両端板３、４に左右２本のヒータパイプ５、６が支持されている。前記ヒータパイプ５、６の後端部５ａ、６ａは後端板３から後方に突出し、これらの開口部から電気ヒータ７、８がヒータパイプ５、６内に挿入され、ヒータ７、８の後端にはフランジ９、１０が取付けられ、これらフランジ９、１０の周囲が反応セルの端板１ａに付着された筒形の密閉筒１１の端板１１ａに溶接されている（図３、図５）。

なお、図１、図２に示すように、前記ヒータパイプ５、６には、パンチングされたＳＵＳ製のフィン１２、１２…１２が所定間隔で保持され、前記反応セル１の後部上方には水を供給するための水管１３が取付けられ、その前部上方には生成した水素を排出するための水素管１４が取付けられている。

前記ヒータパイプ５、６は、棒材のＳＵＳ３０４をドリル等でくり抜き形成され、その前端部は、継ぎ目無しで端板５ａ（６ａ）で密封され溶接部分を有しない(図４）。したがって、活発なアルカリ金属溶融塩（反応剤は３００℃以上で溶融塩を作る）の作用によってもヒータパイプ５、６の前端が侵されることがない。なお、ヒータパイプ５、６の前端部はフィン１２によって支持され、特に、反応剤受け２の前端板４に支持される必要はない。

また、前記密閉筒１１には、図５に示すように、安全弁２０と、アルゴン等の不活性ガス注入弁２１と、密閉筒１１および前記ヒータパイプ５、６内の圧力を検出するための圧力計２２が設けられている。

一般的には、不活性ガスとしてのアルゴンがガス注入弁２１を開いて密閉筒１１およびヒータパイプ５、６内の空間Ｓ（図３）からなる密閉空間に流入され、電気ヒータ７、８の外表面の酸化が有効に防止される。なお、前記アルゴンが注入される密閉空間は、真空引きして真空としてもよい。前記反応剤Ｒは５００〜６００℃に加熱されているが、このときの電気ヒータ７、８の表面温度は６５０℃以上となるので、ヒータ表面の酸化防止はヒータの寿命に大きく影響する。なお、流入されたアルゴンは温度上昇とともに膨張するので、過度な膨張は安全弁２０を作動させ安全を保持する。

なお、図６に示すように、反応剤収納ユニットＵを反応セル１に着脱自在に形成してもよい。すなわち、反応セル１の端部にフランジ１ｂを形成し、このフランジ１にボルトｂ、ｂ…ｂにより着脱自在に円形端板３０を付着せしめ、この円形端板３０に前記密閉筒１１を溶着せしめてもよく、こうしてボルトｂ、ｂ…ｂを外してユニットＵ、端板３０および密閉筒１１を一体的に反応セル１に着脱自在とすることができる。

なお、図１、図５に示すようにヒータパイプ５、６内の密閉空間は、他の部材をなす密閉筒１１により間接的に形成されるが、図７に示すように、ヒータパイプ５の後端部をケーシング１の端板１ａから大きく後方に突出せしめるとともに、電気ヒータ７の後端近傍にフランジ４０を設け、このフランジ４０でヒータパイプ５の突出端を密閉してもよい。この場合には、安全弁２０とガス注入弁２１はヒータパイプ５に直接取付けられる。この構造は、ヒータパイプ５が一本設けられる場合には好適である。

１…反応セル
２…反応剤受け
５、６…ヒータパイプ
７、８…電気ヒータ
９、１０…フランジ
１１…密閉筒

Claims

反応剤を収納する鉄又はステンレス鋼からなるケーシング内に加熱ヒータを設置し、ＮａＯＨ又はＫＯＨからなる反応剤の内部から加熱して反応剤の微粒子をケーシング内に飛散せしめ、ケーシング内に水蒸気を供給して水素を発生せしめるようにした水素発生装置において、前記ケーシング内には、反応剤を収納する上部が開口された樋形の反応剤受けが設けられ、前記加熱ヒータは、電気ヒータと、この電気ヒータを内蔵するヒータパイプとからなり、このヒータパイプは、反応剤受けの両端板及び両端板間に設けたフィンにより支持され、前記ヒータパイプの後端はケーシング外において開放され、この開放端は、ケーシングの後端面に付着された密閉筒内に収納され、この密閉筒の端面に電気ヒータの後端部に形成されたフランジが付着されてヒータパイプの後端部が密閉筒により密閉された水素発生装置。
前記ヒータパイプは、くり抜き加工により、後端のみが開放したくり抜き筒であり、前記密閉筒内は真空引きされるか、不活性ガスが注入されている請求項１記載の水素発生装置。
前記密閉筒には、温度上昇により不活性ガスが膨張したときに、それを排出する安全弁が形成されるとともに不活性ガス注入口が設けられている請求項２記載の水素発生装置。