JPH1179701A - ガス発生装置及びガス発生装置を組込んだシステム - Google Patents

ガス発生装置及びガス発生装置を組込んだシステム

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JPH1179701A
JPH1179701A JP9239286A JP23928697A JPH1179701A JP H1179701 A JPH1179701 A JP H1179701A JP 9239286 A JP9239286 A JP 9239286A JP 23928697 A JP23928697 A JP 23928697A JP H1179701 A JPH1179701 A JP H1179701A
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JP
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gas
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Manabu Sasaki
學 佐々木
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    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

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  • Feeding, Discharge, Calcimining, Fusing, And Gas-Generation Devices (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 反応温度を低くして連続的に水から水素を製
造する。 【解決手段】 ガス発生装置1はステンレスからなる密
閉容器2を備え、密閉容器2は容器本体3と開閉自在な
蓋体4からなり、容器本体3には下方から回転軸5が挿
入され、この回転軸5には羽根6,7が設けられてい
る。羽根6,7は向きが逆方向に設定され、回転軸5が
回転することで、羽根6によって密閉容器2内に収納さ
れたゼオライト(金属酸化物)8は外側部が上昇流とな
り、中央部が下降流となり、全体として循環流が形成さ
れる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は水を原料として水素
を連続的に製造するガス発生装置と、このガス発生装置
を組込んだシステムに関する。
【0002】
【従来の技術】クリーンなエネルギー源として今後ます
ます需要が見込まれている水素を工業的に利用するに
は、連続的に製造できることが必須となる。水素を連続
的に製造する従来の方法として、水の電気分解によっ
て得る方法、メタンガスと700℃〜800℃に加熱
された水蒸気とを反応させて得る水蒸気改質法、10
00℃以上の高温下で酸化鉄等の触媒存在下で水を水素
と酸素に分解する方法が従来から知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】上述した製造法のう
ち、電気分解法は我が国のように電気料金が高い国にお
いて、工業化することはコスト的に無理である。また、
電気エネルギーよりも効率の良い重油等の熱源を選べる
水蒸気改質法は、反応温度が前述のように高いことと、
地球温暖化の原因となる二酸化炭素の放出を伴い、更に
設備も大規模化するという欠点がある。また、1000
℃以上の高温下で酸化鉄等の触媒に接触させる方法も、
水蒸気改質法と同様の問題がある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決すべく本
願のガス発生装置は、内部に金属酸化物を収納可能とし
た密閉容器と、この密閉容器内を減圧せしめる減圧手段
と、前記密閉容器の外側に設けられる加熱手段と、前記
密閉容器内に収納される金属酸化物に水を供給すべく密
閉容器内の上部空間に挿入される水供給手段にて構成さ
れる。
【0005】前記金属酸化物としては、SiO2とAl2
3を主体としたゼオライトが好適であることが実験で判
明している。特に、ゼオライトのうちでもAl23の割
合が10wt%以下のY型ゼオライトが好ましい。具体
的には、ZSM−5やSbF5(フッ化アンチモン)を微
量に含んだゼオライトが挙げられる。また、ゼオライト
以外にも、SiO2、TiO2やFe23などを用いること
も可能である。
【0006】ここで、SbF5を微量に含んだゼオライト
は超強酸として作用するが、これとは別に密閉容器内の
上部空間に還元剤供給手段を挿入し、金属酸化物の還元
を助長するようにしてもよい。
【0007】また、密閉容器内に電場を形成する電極を
備えるようにしてもよい。このような構成とすること
で、密閉容器内が低温プラズマあるいはこれに近似する
雰囲気となり、金属酸化物からの酸素原子の分離が容易
になる。
【0008】また、本発明に係るガス発生装置を組込ん
だシステムは、前記したガス発生装置を組込み、更に、
ガス発生装置で発生したH2とO2とを再結合させて被処
理物を粉砕する再結合反応部を備えた構成とした。
【0009】また、本発明に係るガス発生装置を組込ん
だ他のシステムは、前記したガス発生装置を組込み、更
に、ガス発生装置で発生したH2とO2とを分離する分離
部を備えた構成とした。
【0010】また、本発明に係るガス発生装置を組込ん
だ他のシステムは、前記したガス発生装置を一対組込
み、これら一対のガス発生装置は交互に還元反応と酸化
反応を繰り返し、更に、一対のガス発生装置からのガス
取出し管のバルブを切り替えることで、同一ポートから
同一ガスを取り出す構成とした。
【0011】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、添付図面を参照しながら説明する。ここで、図1は
本発明に係るガス発生装置を組込んだシステムを示す図
であり、システムはガス発生装置1と再結合反応部50
とからなる。
【0012】ガス発生装置1はステンレスからなる密閉
容器2を備えている。この密閉容器2は容器本体3と開
閉自在な蓋体4からなり、容器本体3には下方から回転
軸5が挿入され、この回転軸5には羽根6,7が設けら
れている。
【0013】羽根6,7は向きが逆方向に設定され、回
転軸5が回転することで、羽根6によって密閉容器2内
に収納されたゼオライト(金属酸化物)8は外側部が上
昇流となり、中央部が下降流となり、全体として循環流
が形成される。
【0014】尚、羽根6,7は上下に離間して設けてい
るが、1本の羽根の一部を上昇流を形成する形状に、他
の部分を下降流を形成する形状にしてもよい。また、中
央部を上昇流、外側部を下降流となるようにしてもよ
い。
【0015】また、密閉容器2は接地されるとともに外
側部をヒータ9にて覆われ、密閉容器2を構成する蓋体
4内には水供給管10が外側から挿入され、この水供給
管10と蓋体4とはシールにて電気的に絶縁され、水供
給管10は高周波発振器11に接続されている。
【0016】一方、前記蓋体4の天井部にはガス取出し
管12が接続され、このガス取出し管12は途中にトラ
ップ13を有し、且つ前記再結合反応部50につながっ
ている。再結合反応部50は耐圧容器51に排気管52
を備え、耐圧容器51内には顔料の原材料53を収納し
ている。尚、前記再結合反応部50につなげずに、ガス
分離装置につなげ、水素と酸素を分離するようにしても
よい。
【0017】以上の構成からなるガス発生装置によっ
て、水を原料として、水素と酸素を製造する方法を以下
に説明する。先ず、蓋体4をあけ、密閉容器2内にSi
2とAlO2を主体とし、結晶構造を有するゼオライト
8を収納する。次いで、蓋体4を閉じ、温度を400℃
前後、圧力を0.5atm以下として、回転軸5を回転し
て密閉容器2内でゼオライト8を循環せしめる。する
と、以下の還元反応と酸化反応が密閉容器2内で生じ
る。
【0018】(還元反応) SiO2=SiO+O*・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(1) SiO=Si+O* ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(2) Al23=2AlO+O* ・・・・・・・・・・・・・・・・・・(3) AlO=Al+O* ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(4) O*+O*=O2 ・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・(5) O*は極めて反応性に富む酸素原子(励起状態の酸素原子)
【0019】(酸化反応) Si+H2O=SiO+H2・・・・・・・・・・・・・・・・・・(6) SiO+H2O=SiO2+H2 ・・・・・・・・・・・・・・・・(7) Al+H2O=AlO+H2・・・・・・・・・・・・・・・・・・(8) 2AlO+H2O=Al23+H2・・・・・・・・・・・・・・・(9)
【0020】以上のゼオライト(金属酸化物)の還元反
応にて生成された酸素(O2)と、脱酸されたゼオライ
トの酸化反応にて生成された水素(H2)が、ガス取出
し管12を介して再結合反応部50の耐圧容器51内に
送られる。そして、排気管52のバルブを閉じておく
と、耐圧容器51内のガス圧が高まり、水素の割合が約
4vol%となった時点で再結合反応が起こり、顔料の
原材料は微細な粒子に粉砕される。
【0021】ところで、前記反応(1)〜(4)につい
ては、反応のギブスエネルギー変化(ΔG)の値が正の
値となるので、反応式は自然には右に進行しない。しか
しながら、減圧下において電極間、実施例では密閉容器
2と水供給管10との間に電圧を印加すると、カソード
(実施例では密閉容器2)から電子が放出され、この電
子がSiO2、SiO、Al23及びAlOに作用してこれ
らを還元せしめるとともに、極めて反応性に富む酸素原
子(励起状態の酸素原子)O*が生成される。
【0022】図2は本発明に係るガス発生装置を組込ん
だ他のシステムを示す図、図3は図2に示したシステム
に組込んだガス発生装置の断面図であり、この実施例に
あっては図3に示すように、水供給管10と平行に密閉
容器2内に還元剤(N2)導入管14を挿入している。
【0023】また、システムの構成としては、密閉容器
を2つ並列している。そこで、一方の密閉容器を2a、
他方の密閉容器を2bとして説明する。密閉容器2a、
2bのそれぞれから導出されるガス取出し管12a,1
2bの途中に切換え弁20a,20bを設け、切換え弁
20a,20b間にバイパス管21を掛け渡し、このバ
イパス管21に吸引ポンプ22を接続し、また切換え弁
20a,20bの下流側においてガス取出し管12a,
12bとを合流せしめ、この合流したガス取出し管23
に吸引ポンプ24を接続している。
【0024】而して、図2(a)は一方の密閉容器2a
を還元反応用とし、他方の密閉容器2bを酸化反応用と
して使用している状態を示し、この場合、一方の密閉容
器2a内にはゼオライト(SiO2/Al23)が収納さ
れ、温度は約400℃、圧力は0.5atm以下の条件で
金属パイプ14aからN2(還元剤)を導入する。する
と、前記した実施例と同様にゼオライトから酸素原子が
脱離せしめられ、この酸素原子がN2と結合してNOX
生成し、このNOXは吸引ポンプ24のポートから回収
される。
【0025】また、このとき他方の密閉容器2b内には
SiO、Si、AlO、Alが収納されており、金属パイプ
24bからH2O(蒸気)を導入する。すると、前記し
た実施例と同様にSiO、Si、AlO、AlとH2Oとが
反応してH2を生成するとともにSiO、Si、AlO、A
lをSiO2、Al23に変化せしめる。発生したH2は吸
引ポンプ22のポートから回収される。
【0026】以上の図2(a)で説明した反応が進行す
ると、密閉容器2a内のSiO2はSiO(Si)に、Al2
3はAlO(Al)に、また密閉容器2b内のSiO(S
i)はSiO2に、AlO(Al)はAl23に変化する。そ
こで、図2(b)に示すように切換え弁20a,20b
を操作して、ガス取出し管12aを吸引ポンプ22に接
続し、ガス取出し管12bを吸引ポンプ24に接続す
る。
【0027】この状態で、密閉容器2a内にはH2Oを
供給して酸化反応を行なって、H2を発生させ、密閉容
器2b内にはN2(還元剤)を供給して還元反応を行な
ってNOXを発生させる。
【0028】そして、このとき前記したように切換え弁
20a,20bを操作して、ガス取出し管12aは吸引
ポンプ22に接続し、ガス取出し管12bは吸引ポンプ
24に接続しているので、吸引ポンプ22のポートから
は前記と同様にH2が回収され、吸引ポンプ24のポー
トからはNOXが回収される。この操作を継続すること
で、連続して水から水素を生成することができる。
【0029】尚、実施例にあっては、還元領域からNO
Xを取り出す例を示したが、用いる還元剤によって還元
領域から得られるガスの種類は異なる。
【0030】
【発明の効果】以上に説明したように、本発明に係るガ
ス発生装置によれば、水を原料とし、従来よりも大幅に
低い温度で水素を連続的に製造することができる。した
がって、設備も小型化が可能で、また、原料も水だけで
あるので、地球温暖化の原因となる炭酸ガスの排出を理
論上ゼロにすることができる。
【0031】また、火力発電所や原子力発電所の廃熱、
市町村のゴミ焼却炉の廃熱を利用した水素製造も可能と
なり、大幅な水素の製造コスト低減が図れる。
【0032】更に、小規模事業所での製造可能性が生ま
れ、将来的にガソリンや軽油を燃料とする自動車に比べ
て環境負荷が小さい水素自動車の普及にも資することが
できる。
【0033】更に、水素と酸素との再結合反応を利用し
て、微細化された粉体を製造することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係るガス発生装置を組込んだシステム
を示す図
【図2】本発明に係るガス発生装置を組込んだ他のシス
テムを示す図
【図3】図2に示したシステムに組込んだガス発生装置
の断面図
【符号の説明】
1…ガス発生装置、2…密閉容器、3…容器本体、4…
蓋体、5…回転軸、6,7…羽根、8…ゼオライト(金
属酸化物)、9…ヒータ、10…水供給管、11…高周
波発振器、12…ガス取出し管、13…トラップ、14
…還元剤導入管、20a,20b…切換え弁、21…バ
イパス、23…合流したガス取出し管、24…吸引ポン
プ、50…再結合反応部、51…耐圧容器、52…排気
管、53…顔料の原材料。

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部に金属酸化物を収納可能とした密閉
    容器と、この密閉容器内を減圧せしめる減圧手段と、前
    記密閉容器の外側に設けられる加熱手段と、前記密閉容
    器内に収納される金属酸化物に水を供給すべく密閉容器
    内の上部空間に挿入される水供給手段とを備えたガス発
    生装置。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載のガス発生装置におい
    て、前記密閉容器内に収納される金属酸化物は、SiO2
    とAl23を主体としたゼオライトであることを特徴と
    するガス発生装置。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載のガス発生装置におい
    て、このガス発生装置は密閉容器内に電場を形成する電
    極を備えることを特徴とするガス発生装置。
  4. 【請求項4】 請求項1に記載のガス発生装置におい
    て、このガス発生装置は密閉容器内の上部空間に還元剤
    供給手段を挿入していることを特徴とするガス発生装
    置。
  5. 【請求項5】 請求項1乃至請求項4に記載のガス発生
    装置を組込んだシステムであって、このシステムは、ガ
    ス発生装置で発生したH2とO2とを再結合させて被処理
    物を粉砕する再結合反応部を備えていることを特徴とす
    るガス発生装置を組込んだシステム。
  6. 【請求項6】 請求項1乃至請求項4に記載のガス発生
    装置を組込んだシステムであって、このシステムは、ガ
    ス発生装置で発生したH2とO2とを分離する分離部を備
    えていることを特徴とするガス発生装置を組込んだシス
    テム。
  7. 【請求項7】 請求項1乃至請求項4に記載のガス発生
    装置を組込んだシステムであって、このシステムは、一
    対のガス発生装置を備え、これら一対のガス発生装置は
    交互に還元反応と酸化反応を繰り返し、更に、一対のガ
    ス発生装置からのガス取出し管のバルブを切り替えるこ
    とで、同一ポートから同一ガスが取り出せるようにした
    ことを特徴とするガス発生装置を組込んだシステム。
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