JPWO2003064318A1 - 水素発生装置、水素発生システムおよびこれらの用途 - Google Patents

Abstract

水素発生装置は、被処理物を活性化するための水素排出口を有する被処理物容器と、前記被処理物容器内に前記被処理物容器に対して垂直に設けられた少なくとも１本の板状活性構造体とから構成される。前記板状活性構造体が珪素、チタン、ニッケル、サマリウムから成る群から選択された単一成分の元素または弗化炭素から構成された粒子を、各元素または弗化炭素に固有の波動性エネルギを増幅させる位置に配置して、前記粒子間にエネルギ集中の場を持たせた板状活性構造体であり、そして前記被処理物容器内の被処理物が前記エネルギ集中の場に滞留または通過することによって水素を含む気体を発生させる。より少ないエネルギで水素を発生することができ、かつ省スペース化を図ることが可能となる。

Description

技術分野
本発明は、水素発生装置、水素発生システムおよびその用途に関する。より詳しく述べると、特定の元素から構成された粒子間にエネルギ集中の場を持たせ、このエネルギ集中の場に被処理物を通過または滞留させることによって、当該物質を活性化させて水素を含む気体を発生させる機能を有する活性構造体を用いた水素発生装置および水素発生システム並びにかかる水素発生システムを用いた各種用途に関する。
背景技術
近年、石油等の既存の資源の枯渇化や二酸化炭素の放出等の観点から、石油に代わる代替燃料として水素が注目されている。
従来、このようなエネルギ源として水素を製造するには水、メタノール等の電気分解が一般的であった。
例えば、水を電気分解する場合、下記式（１）の反応に従って水素を発生させる。
Ｈ_２Ｏ → Ｈ_２ ＋１／２Ｏ_２ （１）
この場合に、水を電気分解して水素を得るためには標準状態で１．２３Ｖの電位差が必要とされるが、水の有する高い電気抵抗のため、それ以上の電位差を水に与えなければ、水の電気分解を行うことは不可能である。そのため、水素を発生させるのに、アルカリ等の電解質を水に溶解させた水溶液の電気分解が行われているが、副産物として生成するアルカリ化合物を除去する必要があり、また分解率が低いという問題点もある。
水素を発生させる他の方法として、水の熱分解が考えられる。しかしながら、水を熱分解させて水素を得るためには４３００℃程度の高温下で行う必要があり、さらに大きなエネルギが必要となり、実用的でない。
また、外部からのエネルギを加えることなしに水素を発生させる方法として、アルミニウム、マグネシウム、ナトリウム等のアルカリ金属またはアルカリ土類金属類を水に添加してこれらの金属と水とを化学反応させる方法が考えられるが、これらの金属は比較的高価であり、またこれらの化学反応が急激であるので、工業的に利用するのは困難である。
メタノール、ガソリン等の炭化水素では、水素と炭素との結合エネルギが比較的小さく、それらの電気分解に必要とされる電位差は少なくてすむが、反応時のＣＯ、ＣＯ_２等の副産物の生成を伴うため、そのままではクリーンなエネルギとして使用するのが困難であり、これらの副産物を除去する対策を講じる必要がある。
このように、水素をエネルギとして使用する試みは数多く行われている。例えば、燃料電池システム、燃料電池システムを搭載する車両（燃料電池自動車および燃料電池システムと内燃機関の両者を備えたハイブリッド自動車）、内燃機関、外燃機関、ハイブリッド燃料自動車、更には水素を動力源とするロケット等が挙げられる。ちなみに、燃料電池システムは、携帯機器用途としても注目されている。
このような目的に水素を使用する場合には、水素を発生するための水素の発生システムは小型化されることが望まれている。
従来、例えばメタノール、ガソリン等の炭化水素を出発原料として触媒の存在下に改質することにより水素を製造していた。しかしながら、このような改質反応を用いて水素を製造した場合、選択率が低いためにＣＯ等の副産物を生成するので、これを除去するための対策を講じる必要があった。さらに、改質反応は高温下で進行するので多大なエネルギを必要としていた。
さらに、出発原料である炭化水素は限りある資源であり、リサイクル可能な資源を出発原料としたいという要望がある。
従って、より少ないエネルギで、好ましくは外部からエネルギを与えることなしにこのようなエネルギとして使用するための水素を発生する装置、当該水素発生装置を備えた水素発生システム、特に燃料電池システム、燃料電池システム搭載車両、更には水素を動力源とするロケット等に搭載するための省スペース化可能な水素発生装置および水素発生システムに対する強い要望がある。
さらに、水、海水等のリサイクル可能な資源からより少ないエネルギを付与することで充分な量の水素を発生することが可能な水素発生装置および水素発生システムに対する強い要望がある。
従って、本発明の課題は、より少ないエネルギで水素を発生することができ、かつ省スペース化を図ることが可能な水素発生装置、当該水素発生装置を備えた水素発生システムを提供することである。
本発明者は、前記の課題に鑑みて鋭意検討した結果、所定の金属元素から構成された粒子を所定の配列で配置させると、当該粒子間に高いエネルギが生じ、このエネルギを用いて、物質を活性化させることを見出して先に特許出願を行った（特願２００１−０２１７３４）。
この出願によると、珪素、チタン、ニッケル、サマリウムから成る群から選択された単一成分の元素または弗化炭素から構成された粒子を、各元素または弗化炭素に固有の波動性エネルギを増幅させる位置に配置して、前記粒子間にエネルギ集中の場を持たせた活性構造体が、当該粒子間で高いエネルギ（による相互作用）を発生し、すなわち、エネルギ集中の場が生じ、当該エネルギ集中の場に各種物質を通過または滞留させることにより当該物質を活性化することが可能となることが記載されている。
発明の開示
本発明は、この知見に基づいてなされたものであり、板状に成形した前記活性構造体を所定位置に所定の容器内に配置したものが上記課題を解決することを見出して本発明を完成するに至った。
すなわち、本発明は、被処理物を活性化するための水素排出口を有する被処理物容器と、前記被処理物容器内に粒子間にエネルギ集中の場を有する活性構造体とから構成された水素発生装置であって、前記被処理物容器内の被処理物が前記エネルギ集中の場に滞留または通過することによって水素を含む気体を発生させることを特徴とする水素発生装置に関するものである。
このように構成することによって、簡単な構成でかつ外部エネルギをほとんど使用せずに被処理物から水素を発生させることが可能な水素発生装置が提供される。
本発明はまた、前記活性構造体が、珪素、チタン、ニッケル、サマリウムから成る群から選択された単一成分の元素または弗化炭素から構成された粒子を、各元素または弗化炭素に固有の波動性エネルギを増幅させる位置に配置して、前記粒子間にエネルギ集中の場を持たせた活性構造体である水素発生装置に関するものである。
このように構成すると、被処理物が活性構造体の内部を通過して、すなわち活性構造体におけるエネルギ集中の場を通過するので、被処理物を効率よく活性化して水素を発生させることが可能である。
また、前記板状活性構造体は板状に成形されていることが好ましく、前記活性構造体は、前記被処理物容器内に対して気発生気体と流体が速やかに分離する構造、また発生気体により流体と触媒の接触が阻害されない位置に配置されていても良い。
さらに、前記活性構造体は、前記被処理物容器内に対して垂直方向に配置されていても良く、また、前記被処理物容器を上下方向に仕切るように設けられていても良い。
このようにすることにより、（板状）活性構造体の断面長さ方向に沿って被処理物の対流が生じる。このような対流により被処理物が（板状）活性構造体におけるエネルギ集中の場を通過する確率が増加する。従って、効率よく被処理物を活性化して水素を発生させることが可能となる。
なお、「前記被処理物容器に対して垂直方向に板状の活性構造体を設ける」とは、「板状構造体の形状」、「板状構造体の辺の方向」、板状構造体の「配置位置」に限定されないことを意味している。
すなわち、活性構造体（板状活性構造体）は、その面方向の形状が円形、楕円形であっても、正方形であっても、長方形であってもよい（好ましくは長方形である）。また、例えば長方形や楕円形等の長辺（長軸）や短辺（短軸）を有している形状の場合には、長辺（長軸）を被処理物容器に対して垂直に設けるのが好ましい。
また、板状活性構造体は、前記被処理物容器の底面や側面に接触して配置されてもよく、また保持手段により底面や側面に接触しないで配置されていてもよい。
本発明において使用される用語「活性化」は、被処理物である分子や原子にエネルギを付与することを包含している。したがって、本発明に使用される用語「活性化」は、分子や原子を励起させることを包含していることを意味する。
なお、「板状活性構造体が被処理物容器を上下方向に仕切るように配置する」とは、一枚の板状活性構造体により被処理物容器を上下方向に仕切ってもよくあるいは各々別の一枚の板状活性構造体により被処理物容器を上下方向に仕切ってもよいことを意味する。
また、「板状活性構造体を被処理物容器を上下方向に仕切るように配置する」構成と「前記被処理物容器に対して垂直方向に板状活性構造体を設ける」構成を組合せた構成を有しているのが好ましい。
このように構成すると、被処理物と板状活性構造体との接触面積、すなわち被処理物がエネルギ集中の場に浸入（通過・滞留）する確率が増加するとともに、活性構造体の断面長さ方向に沿って被処理物の対流が生じる。このような滞留により被処理物が板状活性構造体におけるエネルギ集中の場を通過する確率が増加する。従って、効率よく被処理物を活性化することが可能となる。
なお、このような構成を有する本発明の水素発生装置において、（板状）活性構造体、被処理物容器あるいは両者を加熱する加熱手段を設けることによって強制的に被処理物の対流を惹起させる構成とすることが好ましい。このように構成すると、被処理物の対流を調整することが可能となるので、被処理物の活性化速度を調整することが可能となる。
同様な効果の享受を目的として、前記（板状）活性構造体を振とうさせる振とう手段を設けた構成とすることも可能である。
また、このような構成を有する本発明の水素発生装置において、前記の加熱手段を設ける構成に代えて、あるいは加熱手段と組合せて被処理物を水素発生装置内で循環させる循環手段を設けることが好ましい。このように構成することによって、被処理物の対流を調整することが可能となるので、被処理物の活性化速度を調整することが可能となる。
さらに、このような構成を有する本発明の水素発生装置において、前記活性構造体と被処理物との上下方向の接触面積とを相対的に移動させる移動機構を設けることが好ましい。
このように構成することによって、被処理物と板状活性構造体との接触面積を自在に変化させることが可能となるので、被処理物の活性化、活性化の停止および活性化速度の停止を適宜調整することが可能となる。
なお、好ましい移動機構手段は、板状活性構造体を垂直方向に移動させる垂直方向移動手段および水素発生装置本体に設けられた循環ポンプ等の移動手段を備えた被処理物の予備槽である。
また、前記被処理物が水、水性媒体、炭化水素、またはこれらの混合物であることが好ましい。
特に被処理物として水または水性媒体を選択すると、本発明の活性構造体により活性化され、水素、酸素および窒素を含む混合気体が得られる。このようにして得られた混合気体を、適当な手段により水素を分離することによって、酸素と窒素との混合気体が得られる。従って、水または水性媒体を本発明の活性構造体により処理することによって、空気を製造することが可能となる。
本発明において使用される用語「炭化水素」とは、本発明の水素発生装置に使用される板状活性構造体を用いて水素を遊離することが可能な炭化水素であって、すなわち、水素を遊離可能なＯＨ結合またはＣＨ結合を有する飽和または不飽和脂肪族炭化水素、メタノール、エタノール等の脂肪族アルコール、脂肪族アルデヒド、脂肪族ケトン、ガソリン、石油エーテル等を包含するものである。
水素は、化石燃料をはじめとする各種既存のエネルギの代替エネルギとして非常に注目されている。本発明の水素発生装置を用いて、このような水または炭化水素から水素を遊離させることが可能となり、特に本発明においては、このように水または炭化水素から外部からエネルギを加えることなしに、かつ副産物の生成なしに選択的に水素を製造することが可能となる。
これらの水素発生装置は、水素発生システムに有効に利用できる。この水素発生装置は、メインの水素発生装置としても水素発生補助装置としても利用できる。
このような水素発生システムは、内燃機関、外燃機関、燃料電池システム、水素ロケット、車両の水素エンジンなどとして有効に利用することが可能である。
発明を実施するための最良の形態
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
（活性構造体）
まず、本発明に使用される活性構造体の基本構成について第１図および第２図を用いて説明する。
（構成元素）
本発明に使用される活性構造体は、珪素、チタン、ニッケル及びサマリウムから成る群から選択された元素から構成される。これらの元素の選択は、後述する本発明者による繰り返しの実験結果から導き出したものであり、珪素、チタンおよびニッケルについては、原子の最外核軌道（Ｍ、Ｎ）公転電子数が偶数である金属元素であり、かつ酸素と反応しにくい元素であり、またサマリウムについては原子の最外核軌道（Ｍ、Ｎ）公転電子数が偶数（２）である希土類元素であり、かつ酸素と反応しにくい元素である。なお、ニッケルおよびサマリウムは強い磁性を有することを特徴としている。
本発明に使用される活性構造体において、これらの元素を単体で使用するがその際の純度は、使用する元素の種類および活性化しようとする物質の種類等によって適宜選択される。例えば、前記活性構造体として珪素を用いて水を活性化して水素と酸素を発生させる場合には、珪素の純度は約９０％以上、好ましくは９５％以上である。これらの純度は高ければ高いほど好ましい。また前記活性構造体を構成し得る他の元素、すなわち、チタン、ニッケル及びサマリウムも同様の純度であることが好ましい。また、前記活性構造体は、一般には、例えば珪素なら珪素を単独で構成されるが、このような各単体元素を組み合わせて前記活性構造体を構成してもよい。
前記活性構造体において、かかる元素を造粒して粒子として使用するが、所定の位置への配置の容易さ、造粒のしやすさ等の観点から、球状、特に真球状であるのが好ましく、その際に粒径は、５μｍ〜８０μｍとするのが好ましい。５μｍ以下の粒径を有する粒子を製造するのは比較的困難であるとともに、粒子を所定位置に配置した際に、後記するエネルギ集中の場である粒子間に物質を通過させるのが比較的困難となるからである。また粒径が８０μｍを超えた場合には、粒子を配置した際に、粒子間に十分なエネルギが発生しないからである。一般に粒径が１５０μｍを超えると本発明による物質を活性化させるエネルギの発生が困難となる。
また、これらの粒子の粒度分布は、狭ければ狭いほど好ましい。具体的には、本発明者の繰り返しの予備実験の結果、粒径のバラツキが±１５μｍ（すなわち、粒子径の大小の誤差が３０μｍ）以内の際に顕著な効果が得られることが判った。
本発明における特定の元素をこのような形状に造粒する方法は、特に限定されるものではなく、触媒製造分野で一般に知られている造粒方法を適用することが可能である。製造の簡便さ、粒子形状を比較的均質にすることが可能であるという観点からガスアトマイズ法が好ましい。しかしながら、前記活性構造体は、上記した粒子を形成できれば特にガスアトマイズ法により成形した粒子に限定されるものではなく、例えばゾル−ゲル法等の従来公知の方法を好適に使用することができる。
また、例えばジェット粉砕法により前記球状粒子を製造することができる。ジェット粉砕法も、ガスアトマイズ法と同様に触媒粒子を製造する一般的方法であり、本発明における活性構造体における各粒子を製造するのにも適用可能である。
第１図に示す通り、本発明においてこのようにして、珪素、チタン、ニッケル及びサマリウムから成る群から選択された元素から構成された粒子Ｐを、波動性エネルギを増幅させる位置に配置する。
すなわち、前記活性構造体を構成するこれらの各元素は、例えばイオン化時には各々表１に示す通り、式：Ｅ＝ｈν（式中、Ｅは各元素に固有のイオン化エネルギ（ｅＶ）であり、ｈはプランク定数であり、そしてνは周波数である）で表される固有の周波数を有しており、前記活性構造体を構成するこれらの元素は電気磁場的振動を発振している。そして、このような電気磁場的振動は、所定の揺らぎを有している。このことから、前記活性構造体を構成するこれらの元素は常態においても固有の振動を持つものと推測され、これらの各元素に固有の振動を効果的に与える位置に粒子Ｐを配置することによって、粒子間に形成された間隙Ｓを通過または滞留する物質に、振動エネルギを付与し、当該物質を活性化するものと推測される。

また、どのような理由で同様の作用・効果を示すかは明確ではないが、本発明者がさらに繰り返し実験を行ったところ、弗化炭素（ＦＣ）も前記金属元素を用いた場合と同様な作用効果を示すことを見出した。従って、前記活性構造体は、弗化炭素から構成された粒子も包含するものである。
本発明に使用する活性構造体は、このような推測に基づいて、繰り返しの実験により実証されたものであり、各粒子を実質的に均一なサイズ（同一の粒径を有する真球）とした場合に、例えば第１図（ｂ）に示す通り三角形の頂点に配置すると高い活性を示すことを見出したものである。すなわち、本発明において物質が特定の元素から構成された粒子Ｐと粒子Ｐの間の空隙Ｓ（エネルギ集中の場）を通過または滞留する際に、前記活性構造体を構成する各元素の固有の振動・揺らぎ等により、当該物質に高いエネルギを付与する。
本発明に使用する活性構造体においては、このような位置に所定の元素から構成された粒子を配置する。なお、実際には各粒子は、完全に球体となるとは限らず、また各粒子の粒径も一定ではないので実際には正確に正三角形の各頂点に配置するのは困難である。本発明において使用される用語「正三角形の各頂点に配置する」とは、このような誤差範囲を含むことを意味し、例えば参考図である第２図（ａ）に示す通りに各粒子を配置することを意味する。なお、第２図（ａ）は、ガスアトマイズ法により製造した粒子Ｐを５２ミクロンメッシュの篩にかけ、篩を通過した粒子を収集して（均一なサイズの粒子）、配置させたものである。
また、第１図（ｂ）に示す通り、正三角形の頂点に粒子を配置させた場合、粒子Ｐと粒子Ｐの間の空隙Ｓに形成される三角形、すなわち、粒子の接線の交点から形成される三角形の各頂点は、９０度以下であることが必要であり、好ましくは３９〜７０．５度であり、理想的には約６０度である。
また、第１図（ｄ）に示す通り、本発明に係る各粒子を正四面体の頂点に配置すると最も高い活性を示すことを見出した。すなわち、正四面体構造は、本発明において物質が特定の元素から構成された粒子Ｐと粒子Ｐの間の空隙Ｓ（エネルギ集中の場）を通過または滞留する際に、前記活性構造体を構成する各元素の固有の振動・揺らぎ等により、当該物質に高いエネルギを付与する正三角形構造を四面配置した構造となり、より一層高いエネルギ集中の場が構成される。正三角形構造と同様にして、本発明においては、このような位置に所定の元素から構成された粒子を配置する。なお、実際には各粒子は、完全に球体となるとは限らず、また各粒子の粒径も一定ではないので実際には正確に正四面体の各頂点に配置するのは困難である。したがって、本発明において使用される用語「正四面体の各頂点に配置する」とは、このような誤差範囲を含むことを意味し、例えば参考図である第２図（ａ）に示す通りに各粒子を配置することを意味する。なお、第２図（ａ）は、ガスアトマイズ法により製造した粒子Ｐを５２ミクロンメッシュの篩にかけ、篩を通過した粒子を収集して（均一なサイズの粒子）、配置させたものである。
正三角形の頂点に各粒子を配置した形態と同様にして、正四面体を構成する各正三角形についても、粒子Ｐと粒子Ｐの間の空隙Ｓに形成される三角形、すなわち、粒子の接線の交点から形成される三角形の各頂点は、９０度以下であることが必要であり、好ましくは３９〜７０．５度であり、理想的には約６０度である。
また、本発明に使用する活性構造体における波動性エネルギを増幅させる位置とは、前記の正四面体の頂点の位置に限らず、物質が特定の元素から構成された粒子Ｐと粒子Ｐの間の空隙Ｓ（エネルギ集中の場）を通過または滞留する際に、各元素の固有の振動・揺らぎ等により、当該物質に高いエネルギを付与することが可能な位置であれば特に限定されるものでない。すなわち、例えば第２図（ｂ）に示す通りの不規則な形状の粒子をランダムに配置すると、各元素に固有の振動が互いに打ち消し合って、各粒子間に存在する間隙に、高いエネルギの場が生じるのが困難となり、被処理物質の活性化が生じなくなる。第２図（ｂ）に示す粒子は、ガスアトマイズ装置のチャンバ壁面に付着した原料物質を破砕した後、５２ミクロンメッシュの篩にかけ、篩を通過した粒子を収集して、配置させたものである。
（板状活性構造体）
本発明は、このような基本構成を有する活性構造体を板状に成形した板状活性構造体を用いる。以下、本発明に使用する板状活性構造体（以下、単に「板状活性構造体」と言う）について、第３図および第４図を用いて説明する。
（板状活性構造体の構成）
板状活性構造体は、このような基本構成を有する活性構造体を板状に成形したものである。すなわち、上記した粒子を、圧縮成形、焼結成形等の種々の成形方法により成形して構成することができる。すなわち、第１図（ａ）に示す通り、前記の通り珪素、チタン、ニッケル、サマリウムから成る群から選択された単一成分の元素または弗化炭素から構成された粒子Ｐを各元素または弗化炭素に固有の波動性エネルギに増幅させる位置Ｓ、代表的には、正三角形の頂点、好ましくは正四面体の頂点に各粒子Ｐが配列するように配置する。そして、加熱下、例えば粒子の溶融温度以下の温度で加熱して、圧縮することによって、第３図（ｂ）に示すような板状活性構造体を得ることができる。
また、後述する板状活性構造体から構成される水素発生装置の構成に応じて、第３図（ｂ）に示すようなＬ型や、第３図（ｃ）に示すようなＵ型や、第３図（ｄ）に示すようなＳ型の板状活性構造体に形成することができる。なお、本発明で言う板状活性構造体とは、所定の厚み、幅および長さを持った活性構造体であれば特にその形状は、限定されるものではなく、また、用語“Ｌ型”、“Ｕ型”および“Ｓ型”とは、厳密に“Ｌ型”、“Ｕ型”および“Ｓ型”形状を有するものでなくともよい。例えば、“Ｕ型”の板状活性構造体は、曲線部のない垂直な３つの板状からなる形態であってもよい。
このような板状活性構造体は、第４図（ａ）に示す通り、粒子Ｐ間にエネルギ集中の場である空隙Ｓが多数形成されている（この空隙の好ましい形態は前述の粒状の活性構造体と同様であるので省略する）。すなわち、板状に成形しても珪素、チタン、ニッケルまたはサマリウム元素または弗化炭素から構成された粒子を本発明に規定する各元素または弗化炭素に固有の波動性エネルギに増幅させる位置に配置することによって、同様な物質の活性効果を示す。
これに対して、第４図（ｂ）に示す通り前記粒子を本発明の規定する範囲外、すなわちランダムに配置すると、例え粒子間にある程度の空隙を有していても前記（本発明の）活性構造体の有する物質の活性効果を示すものではない。
なお、板状活性構造体は、使用する目的に応じて種々の寸法とすることができるが、効率よく被処理物を本発明で規定するエネルギ集中の場に導くため（滞留および通過）、その厚さは、３５０μｍ〜１５００μｍ、好ましくは５００μｍ〜１０００μｍであることが好ましい（すなわち、本発明の活性構造体を構成する粒子が５〜１５層積層された状態であることが好ましい）。板厚が上記範囲より小さい場合には破損等の取扱いの点で注意を要することになり、逆に、板厚が上記範囲より大きい場合には、被処理物が充分に板状活性構造体におけるエネルギ集中の場に導けない場合がある。
また、板状活性構造体は、構造体全体として、嵩密度４５〜６０％の範囲であることが好ましく、特に約５０％であることが好ましい。上記の範囲の嵩密度を有する板状活性構造体を使用すると、被処理物を比較的少ない流量（圧力）で板状活性構造体におけるエネルギ集中の場に導入して処理することが可能である。活性構造体の嵩密度が上記範囲よりも大きい場合には、被処理物を処理する際に、高い圧力が必要となり、板状活性構造体の破損や被処理物中の不純物によるエネルギ集中の場の目詰まりが生じることがある。逆に、板状活性構造体の嵩密度が上記範囲よりも小さい場合には被処理物が板状活性構造体のエネルギ集中の場で充分に滞留・通過する時間が取れず活性化しにくい場合がある。なお、最も好ましい板状活性構造体の嵩密度は約５０％である。
（活性構造体の製造）
以下、本発明に使用される板状活性構造体および活性構造物の製造方法について記載する。
（粒子の製造：段階ａ）
本発明の好ましい実施の形態において、本発明の活性構造体は、前記した板状活性構造体以外に種々の形状の活性構造体とすることができる。以下、本発明の板状活性構造体について、第５図および第６図を用いて説明する。
本発明の活性構造体は、上記した板状活性構造体以外に、例えば図種々の形状に成形することができる。例えば、星型（コンペイ糖型）（第５図（ａ））、円盤状（第５図（ｂ））、少なくとも１個の穴を有する板状（第５図（ｃ））、球形（第５図（ｄ））、回転楕円体（第５図（ｅ））、ひょうたん型（第５図（ｆ））またはハニカム状（第５図（ｇ））等の形状に成形することが可能である。すなわち、例えば第５図（ａ）から第５図（ｇ）に示すように、従来の触媒粒子と同様な形状、寸法に本発明の活性構造体（活性構造物）を成形することによって、従来の触媒粒子と同様な取扱いをすることが可能となる。また、従来の触媒を用いた反応装置を本発明の活性構造体を用いた物質の活性化装置に流用することも可能であるという効果も奏する。
また、第６図（ａ）から第６図（ｆ）に示すように、例えば第５図（ａ）から第５図（ｆ）に示す構造を有する本発明の活性構造体（活性構造物）は、斜線で示すように中心に本発明粒子と反応性が少ない材料あるいは比熱の高い金属から構成されたコア上に形成することができる。このように形成することによって、本発明の活性構造体を安価に製造したり、あるいは熱伝導率の高い金属を使用することで被処理物との熱交換を容易に行うことが可能となるという効果を奏する場合がある。
このように、コア上に本発明の活性構造体をコーティングする方法は、従来公知の方法、例えば転動流動法、噴霧乾燥法によって形成することができる。
（活性構造体の製造）
以下、本発明の活性構造体のうち、板状活性構造体および活性構造物の製造方法について記載する。
（粒子の製造：段階ａ）
まず、活性構造体の基本単位となる所定元素または弗化炭素から構成された粒子を形成する。この粒子の形成方法は、前述の通りである。
すなわち、例えばガスアトマイズ法やゾル−ゲル法等の触媒粒子の製造分野に公知の方法により、球状、特に真球状の粒子を形成する。
（帯電防止処理：段階ｂ）
次いで、各粒子間の配置を容易に行う目的で、このようにして形成された粒子に帯電防止処理を行う。すなわち、形成された粒子は、粒子を配列する際に静電気により各粒子が付着あるいは反発して所望の位置に配置できない場合がある。
そのため、陰陽両イオンを粒子に施すことによって、帯電防止処理を行う。
（焼結処理：段階ｃ）
このようにして帯電した所定の元素または弗化炭素から構成された粒子を第１図（ａ）に示すように配置し、そして所定形状に焼結成形を行う。この際の焼結条件は、使用する粒子を構成する元素または弗化水素の融点以下の温度でかつ焼結成形可能な温度（例えば珪素元素を使用する場合には１２００〜１３００℃）であり、焼結時間は２．５〜３．５ｈ、焼結圧力は１２〜２５ＭＰａである。（なお、弗化炭素の場合には直接焼結不能であるので、例えばＣＩＰ（コールド立体プレス）により作製する）。
このようにして焼結成形を行うと第１図（ｂ）に示すような配列をもった第３図に示すような形状を有する板状活性構造体が得られる。また、板状以外の構造、すなわち第５図に示すような構造を有する本発明の活性構造体（活性構造物）を得ることも可能である。
本発明における板状活性構造体あるいは活性構造物の形成の際に、通常の焼結成形とは異なりバインダを使用しないで焼結成形することに特徴がある。すなわち、従来公知のバインダを用いて焼結処理を行うと、各粒子間の隙間Ｓ、すなわちエネルギの集中を均一に配置して板状活性構造体あるいは活性構造物を作製するのが困難である、粒子表面にバインダ由来の不純物が付着し、粒子の活性が失われる恐れがあるからである。もちろん、本発明に規定する粒子間を配置できかつ不純物の表面への付着を防止できればバインダを用いて焼結成形することも可能であり、本発明の製造方法はバインダの使用・不使用に限定されるものではない。バインダを用いる際の焼結温度は、バインダの分解点温度以上である。
以下、このようにして形成された板状活性構造体を使用した水素発生装置について記載する。
（被処理物）
本発明において被処理物として、水、水性媒体、過酸化水素水、炭化水素等の水素を有する液体化合物が使用される。水性媒体とは、水に溶解または混和可能な成分、例えば塩化ナトリウム等の電解質、低級アルコール等の極性溶剤、ショ糖等の糖分、その他種々の成分を含む水溶液、乳液、懸濁液等を含むことを意味するものである。また、炭化水素とは、本発明による活性構造体を構成する粒子間を通過させた際に、Ｃ−Ｈ結合、Ｃ−ＯＨ結合等の結合から水素を遊離させるものであれば特に制限されるものではなく、例えばメタノール、エタノール等の脂肪族アルコール、ガソリン、石油エーテル等の炭化水素の混合物等まで幅広い範囲を包含する。
（予備処理：不純物の除去・加熱等）
このような被処理物の液体は、目的に応じて適宜選択されるものである。また、例えば被処理物である液体中に前記（本発明の）活性構造体におけるエネルギ集中の場に対して目詰まりを生じさせるような不純物が存在する場合（例えば海水を使用する場合には海水中に存在する砂、微粒子等の不純物）を凝集・沈殿あるいはろ過等により予め除去してから前記（本発明の）活性構造体に通過させるのが好ましい。また、所望に応じて、液体を加熱手段により加熱してから前記（本発明の）活性構造体に通過させてもよい。
このようにして、前記（本発明の）活性構造体におけるエネルギ集中の場（粒子間）に水または炭化水素を介在させることによって、Ｏ−Ｈ結合またはＣ−Ｈ結合等の結合エネルギより高いエネルギを付与し、水素（Ｈ）を遊離させることが可能である。このようにして遊離した水素は、水素分子（Ｈ２）として、従来公知の方法により容易に回収することが可能である。
（装置例：板状活性構造体の例：液体処理例）
この実施の形態は、例えば第３図に記載されたような板状に成形された板状活性構造体を水素発生装置に使用する例を説明するものである。以下、本実施の形態を第７図から第１３図に基づいて説明する。
第７図から第１３図に示す前記（本発明の）活性構造体を充填した水素発生装置は、各々板状活性構造体を用いて流体を活性化する装置であって、予備的に加熱手段が施されている。
第７図から第１３図に示すように、本発明の水素発生装置は、板状活性構造体１が設けられた被処理物を処理するための被処理物槽２から主として構成されている。
第７図に示す水素発生装置は、被処理物である液体を本発明の板状活性構造体により処理する基本的構造の活性装置であって、第７図（ａ）に示す水素発生装置１は、板状活性構造体を被処理物槽２内に垂直に配置した本発明の一実施の形態を示し、第７図（ｂ）に示す水素発生装置は、板状活性構造体を被処理物槽２を上下方向に仕切るように設けた本発明の別の実施の形態を示す。第７図（ａ）および第７図（ｂ）に示す水素発生装置は、主として被処理物を活性化する際に気体の発生を伴うことを想定した装置である。
第７図（ａ）に示す水素発生装置１は、板状活性構造体の断面長さ方向に沿って前記活性構造体を配置し、前記被処理物を前記活性構造体のエネルギ集中の場に通過または滞留させることによって前記被処理物を活性化する水素発生装置１の一例を示し、一方、第７図（ｂ）に示す水素発生装置は、板状活性構造体の断面長さ方向の内部を通過させる位置に前記活性構造体を配置し、前記被処理物を前記活性構造体のエネルギ集中の場に通過または滞留させることによって前記被処理物を活性化する装置である。
（垂直配置）
第７図（ａ）に示す水素発生装置１は、被処理物槽２内に本発明の板状活性構造体Ｉ（Ｉ型）を複数平行に配置した構成を有している。この被処理物槽２は、例えば流体を活性化して気体を放出する場合には、気体の出口３を有している。そして、例えば被処理物である液体として水を使用して、本発明の板状活性構造体Ｉにおけるエネルギ集中の場により水を活性化して水素を含む気体発生させる場合、まず、板状活性構造体Ｉにおけるエネルギ集中の場に浸入した水が活性化されて気体を発生する。発生した気体はエネルギ集中の場に留まるのではなく、気泡として上方に浮上する。この繰り返しにより第７図（ａ）において矢印で示すような被処理物の対流が発生する。そして、このようにして発生した液体の対流により、板状活性構造体Ｉにより液体が活性化された際に放出される気泡が板状活性構造体Ｉのエネルギ集中の場に長期間滞留するのではなく、素早く浮上できる構成としている。なお、発生した気体の成分を分析したところ水素、酸素および窒素であった。
このように板状活性構造体の断面長さ方向に沿って前記活性構造体を配置し、前記被処理物を前記活性構造体のエネルギ集中の場に通過または滞留させる構成とすることで、効率的に被処理物である液体を活性化することが可能となる。
（上下の仕切り）
一方、第７図（ｂ）に示す水素発生装置１ａは、板状活性構造体により被処理物槽２を上下方向に仕切った構成を有している。
板状活性構造体により被処理物槽２を上下方向を仕切るためには、一枚の板状活性構造体Ｉを被処理物層２の底面に対して平行に設け、被処理物槽２を仕切るのが最も簡単な構成であるが（図示せず）、好ましくは、板状活性構造体により被処理物槽２を上下方向に仕切るのと同時に、板状活性構造体を被処理物槽２に対して垂直方向へ配置する構成とするのが、前述の被処理物を対流させる観点から好ましい。
第７図（ｂ）に示す水素発生装置１ａは、このように板状活性構造体により被処理物槽２を上下方向に仕切るのと同時に、板状活性構造体を被処理物槽２に対して垂直方向へ配置する構成を有している。すなわち、Ｓ型の板状活性構造体ＳあるいはＩ型の板状活性構造体Ｉ、Ｌ型の板状活性構造体ＬおよびＵ型の活性構造体Ｕを組合せて、被処理物槽の水平面を板状活性構造体Ｓまたは活性構造体Ｉ、Ｌ、およびＵで遮断している構成を有している（以下、このような水素発生装置１ａにおける活性構造体を総称して活性構造体Ｓと称する）。
このようにして構成した第７図（ｂ）に示す水素発生装置１ａは、第７図（ａ）に示す水の活性化装置１と同様にして、例えば被処理物である液体として水を使用して、本発明の活性構造体Ｓにおけるエネルギ集中の場により水を活性化して水素を含む気体発生させる場合、まず、活性構造体Ｓにおけるエネルギ集中の場に浸入した水が活性化されて気体を発生する。発生した気体はエネルギ集中の場に留まるのではなく、気泡として上方に浮上する。この繰り返しにより第７図（ｂ）において矢印で示すような被処理物の対流が発生する。
また、活性構造体Ｓが被処理物槽２の上下方向、すなわち水平面を区切っているので、被処理物の活性化によって発生した気泡は、必ず活性構造体Ｓを通過して浮上する構成となっている。このように構成することで、被処理物である液体は、活性構造体Ｓにおけるエネルギ集中の場に浸入する確率が増加し、これによって活性化速度（反応速度）が増加する。
（応用例１：活性構造体加熱）
以下、このような基本構成を有する水素発生装置の好ましい実施の形態を第８図から第１３図を用いて説明する。なお、以下の応用例の説明において、第７図（ａ）に示す構成を有する水素発生装置１と第７図（ｂ）に示す水素発生装置１ａにおいて共通する説明については、主として第７図（ａ）に示す構成を有する水素発生装置１を説明し、第７図（ｂ）に示す水素発生装置１ａの説明は省略する。
第８図に示す水素発生装置１ｃは、被処理物を加熱することによって積極的に被処理物の対流を発生させる構成の水素発生装置である。この水素発生装置１ｃは、第７図（ａ）に示す前記板状活性構造体Ｉの断面長さ方向に沿って前記活性構造体を配置した水素発生装置１および第７図（ｂ）に示す被処理物が活性構造体を通過することによって物質を活性化する水素発生装置１ａの両方に対応可能である。すなわち、第７図（ａ）および（ｂ）に示す水素発生装置が被処理物の活性化に伴う気体の発生によるいわゆる自然発生的に被処理物を対流させるのに対して、この装置は、板状活性構造体（および被処理物）を加熱することにより積極的に対流を発生する構成としている。
第８図に示す水素発生装置１ｃは、前記板状活性構造体Ｉを複数平行に配置し、前記板状活性構造体Ｉ間に加熱手段４である発熱体を各々間隔を設けて配置した被処理物槽２から構成されている。なお、この際の板状活性構造体Ｉと加熱手段４である発熱体との本数は特に制限されるものではなく、被処理物の種類、被処理物槽２の容積等に応じて適宜選択されるものである。
このように構成すると、加熱手段４である発熱体の放射熱が発熱体の近傍にある流体である被処理物に伝播して、被処理物の対流が生じる。そして、このようにして被処理物の対流が生じると、板状活性構造体Ｉにおけるエネルギ集中の場（図示せず）に被処理物が通過する確率が増加され、そして被処理物の活性化が促進される。
このような加熱手段による板状活性構造体Ｉの加熱例を第１４図および第１５図に示す。
すなわち、第１４図は、本発明の板状活性構造体を直接加熱する方法の一例を示す斜視図であり、第１５図は、本発明の板状活性構造体を直接加熱する方法の別の例を示す斜視図である。
第１４図に示す通り、板状活性構造体Ｉを加熱する加熱手段４は、板状活性構造体Ｉに異種導電性金属めっき加工を施し、この板状活性構造体Ｉに導線を介して電源ＰＳにより電圧を印加することにより板状活性構造体Ｉを加熱する構成となっている。この際の、異種導電性金属めっきの膜厚は、活性構造体の作用を阻害しない範囲で適宜選択されるが、例えば３〜５μｍの範囲である。特に、発熱に有効なのは部分的にメッキする方法である。
なお、例えば、第８図に示す５枚の板状活性構造体Ｉの全てに第１４図に示す加熱手段４を施してもよく、あるいは一部、例えば１枚おきに加熱手段を構成してもよい。また、複数枚の板状活性構造体Ｉに第１４図に示す加熱手段４を施す場合、全ての板状活性構造体Ｉを並列または直列式に導線により接続して、１つの電源から電圧を印加してもよく、あるいは各々別々の電源と接続されていてもよい。
このように構成すると、電源からの電圧を制御することによって、板状活性構造体Ｉの発熱量を自由に制御可能である。このように発熱量を自由に変化させることによって、被処理物の対流を制御することが可能となるので、物質の活性化速度を調整することが可能となる。また物質の活性化速度の制御は、自然発生的に対流が生じる第７図に示す水素発生装置と比較して容易である。
第１５図に示す加熱手段４は、板状活性構造体Ｉと板状活性構造体Ｉとの間に発熱体ＨＥを設けた構成となっている。
この発熱体ＨＥは、被処理物を効率的に板状活性構造体Ｉにおけるエネルギ集中の場へ通過させるために、多孔質であることが必須である。このような多孔質発熱体ＨＥは、各種セラミック発熱体として公知のものから選択することができる。
このように、発熱体の発熱量を制御することによって、被処理物の対流を制御することが可能となるので、物質の活性化速度を調整することが可能となる。また物質の活性化速度の制御は、自然発生的に対流が生じる第７図に示す水素発生装置と比較して容易である。
なお、第１４図および第１５図に示した加熱手段４は、第７図（ｂ）に示す水素発生装置１ａにおける板状活性構造体の、垂直方向の板状活性構造体に同様な構成を施すことによって、同様な効果を得ることが可能となる。
（応用例２：活性構造体間接加熱）
第９図に示す水素発生装置は、本発明の板状活性構造体Ｉ（Ｓ）を配置した被処理物槽２および前記被処理物槽２中の被処理物を外部から加熱する加熱手段４から構成されている。
第９図（ａ）に示す水素発生装置１ｄは、加熱手段４を被処理物槽２に接触させて配置した構成の一例である。例えば、図示した構成以外にも、被処理物槽２の側面に加熱手段を設けてもよく、あるいは加熱手段、例えば熱媒チューブを被処理物槽２の全面を覆う形式で設けても良い。また、第９図（ｂ）に示す活性化装置１ｅは、加熱手段４である外部加熱器を被処理物槽２と一体成形して設けた構成を有している。この構成は、例えばガス釜により浴槽内の水を加熱する方式と同様な形式である。
板状活性構造体Ｉを直接加熱する第８図に示す水素発生装置１ｃとは異なり、第９図に示す水素発生装置１ｄ、１ｅは、被処理物を加熱することによって間接的に板状活性構造体Ｉを加熱する方式である。このように構成することによって、第８図に示す水素発生装置１ｃと同様に、被処理物槽２内で被処理物の対流が生じる。そして、このようにして被処理物の対流が生じると、本発明の板状活性構造体Ｉにおけるエネルギ集中の場（図示せず）に被処理物が通過する確率が増加され、そして被処理物の活性化が促進される。
なお、発熱体の発熱量を制御することによって、被処理物の対流を制御することが可能となるので、第８図に示す例と同様にして物質の活性化速度をより容易に調整することが可能となる。
（応用例３：活性構造体上下方向移動）
第１０図に示す、水素発生装置１ｆは、被処理物を活性化する水素発生装置であって、板状活性構造体Ｉ（Ｓ）と被処理物槽２内で水または水性媒体の液面相対的な高さ位置関係を変化させる構成の水素発生装置である。このように板状活性構造体Ｉ（Ｓ）と水または水性媒体の液面の相対的な高さ位置関係を変化させることによって板状活性構造体Ｉと被処理物である液体との接触面積を変化させる。すなわち反応容積を変化させることで活性速度を調整する。
この型の装置は、大別して２種類の構成をとることが可能である。すなわち、第１０図（ａ）は、外部タンク５を被処理物槽２と一体成形し、外部タンク５により被処理物の液面を変化させる方式の水素発生装置１ｆである。第１０図（ａ）に示す水素発生装置１ｆにおいて、外部タンク５は図示しない液量調節手段（液量調節バルブ等）により被処理物槽２内の液量（容積）を変化させる。このようにして、液量が変化すると板状活性構造体Ｉと被処理物である液体との接触面積が変化する。換言すると、板状活性構造体Ｉの被処理物中への浸漬量が変化する。このように板状活性構造体Ｉにおける図示しないエネルギ集中の場へ浸入する被処理物である液体の絶対量が変化することとなる。
第１０図（ｂ）に示す水素発生装置１ｇは、第１０図（ａ）における外部タンク５の代わりに各板状活性構造体Ｉに接続された垂直方向移動手段５’により板状活性構造体Ｉを垂直方向（高さ方向）に移動させるように構成されている。
被処理物である液体の容積を変化させる構成を有する第１０図（ａ）に示す水素発生装置１ｆと異なり、第１０図（ｂ）に示す水素発生装置１ｇは、板状活性構造体Ｉを直接垂直方向に垂直方向移動手段５’により移動することによって、板状活性構造体Ｉと被処理物である液体との接触面積を変化させている。第１０図（ａ）に示す水素発生装置１ｆと同様に、液体と板状活性構造体Ｉとの接触面積の変化により物質の反応量を制御とする構成を有している。
第１０図（ａ）および第１０図（ｂ）に示すように、板状活性構造体Ｉと被処理物である液体との相対的接触面積が変化する構成とした場合には、板状活性構造体Ｉと被処理物である液体とを完全に離間させることによって、被処理物の活性化を停止することができるという利点を有する。
第１１図から第１２図（ｂ）に示す水素発生装置１ｈ〜１ｊは、被処理物である液体を循環させる循環手段を設けて、被処理物を強制的に循環させる水素発生装置である。
第１１図に示す水素発生装置１ｈは、第７図に示す本発明の水素発生装置において、さらに被処理物槽２の側面に循環手段が設けられた構成を有している。
第１１図に示す水素発生装置１ｈは、循環手段を、例えば循環式のポンプ７Ｐと、被処理物の入口７ｉｎと、被処理物の出口７ｏｕｔとから構成した例である。このように構成すると、矢印に示す通りに被処理物槽２の側面の下側に位置する入口７ｉｎから入った被処理物は、循環式のポンプ７Ｐにより圧送されて被処理物層２の側面の上側に位置する出口７ｏｕｔから所定の流速で排出される。
このようにして循環手段により起こされた被処理物の流れにより、強制的な被処理物の対流が生じる。この対流の度合いは、循環式のポンプ７Ｐによる圧送速度により調整できるので、被処理物の物質の活性化速度は、所望に応じて調整することが可能となる。
第１２図（ａ）および第１２図（ｂ）に示す水素発生装置は、被処理物槽２の底部に循環手段の本体であるポンプ７Ｐが設けられた構成を有している。そして、第１２図（ａ）に示す水素発生装置１ｉにおいては、被処理物槽２の底部に被処理物の出口７ｏｕｔが設けられており、また第１２図（ｂ）に示す水素発生装置１ｊにおいては、被処理物槽２の上方の側部に被処理物の排出口である出口７ｏｕｔが設けられている。
第１２図（ａ）に示す水素発生装置１ｉにおいて、ポンプ７Ｐを被処理物槽２の底部の中心に配置し、そしてポンプ７Ｐの周辺に複数の被処理物の出口７ｏｕｔを設けている。このように構成するとポンプ７Ｐにより圧送された被処理物である流体が被処理物槽２内で均一に拡散される。
第１２図（ｂ）に示す水素発生装置１ｊにおいて、ポンプ７Ｐを被処理物槽２の低部の中心に配置し、そして被処理物槽２の側部の所定箇所、すなわち被処理物の界面より高い任意の箇所に少なくとも１個の被処理物の出口７ｏｕｔを有している。そして、ポンプ７Ｐから圧送された被処理物の流体は、所定の流速で上方に送られて被処理物の界面の上方に設けられた出口７ｏｕｔからオーバーフローして流出する構成となっている。このように構成すると、第１２図（ａ）に示す水素発生装置１ｉと同様に、第１２図（ｂ）に示す水素発生装置１ｊもポンプ７Ｐにより圧送された被処理物である流体が被処理物槽２内で均一に拡散される。
このように、第１２図（ａ）および第１２図（ｂ）に示す、被処理物槽２の底面に循環手段であるポンプ７Ｐを有する水素発生装置１ｉ、１ｊは、ポンプ７Ｐにより被処理物の流量を調整することにより被処理物の活性化速度を高めるだけでなく被処理物の活性化速度を調整することが可能である。
なお、第１２図（ａ）および第１２図（ｂ）に示す、被処理物槽２の底面に循環手段であるポンプ７Ｐを有する水素発生装置１ｉ、１ｊは、第７図（ｂ）に示す基本構成を有する水素発生装置１ａ、すなわち被処理物が活性構造体Ｓの内部を横切って活性化させる構成を有する水素発生装置に適用するのが特に好ましい。
第１３図に示す、水素発生装置１ｋは、第７図に示す物質の活性装置１において、板状活性構造体Ｉ（板状活性構造体Ｓ）の垂直方向に平行に発振体８を設けた構成を有している。
発振体８を設けて、この発振体８より所定の振動を板状活性構造体Ｉに印加することによって、板状活性構造体Ｉの近傍および板状活性構造体Ｉの内部に存在する物質を効率よく板状活性構造体におけるエネルギ集中の場に導くことが可能となり、被処理物の活性化が効率よく行うことが可能となる。特に、板状活性構造体Ｉの内部に滞留する被処理物および殊に処理によって発生した気泡を放出することが可能となる。
以上、第７図から第１３図を用いて、主として被処理物が液体である水素発生装置を説明したが、これらの技術を組合せることも本発明の範囲内である。すなわち、例えば第７図に示す基本構成を有する水素発生装置に、加熱手段４と循環手段７の両方を有する構成とすることも可能である。
また、第５図および第６図に示す粒状の活性構造体や所定形状を有する活性構造物を流動床として被処理物槽２の低部または上部に設けることも可能である。
（水素分離）
このようにして第７図から第１３図に記載の水素発生装置により発生した水素を含む気体は、使用した被処理物に応じて水素以外に、主として酸素、窒素等の不純物ガスを含んでいる。従って、これらの不純物ガスを分離・除去する必要がある。以下に、第１６図から第１８図を用いて水素を含有する気体から水素を単離する方法を説明する。
第１６図および第１７図は、各々本発明の水素発生装置により発生した水素を含む気体から水素を単離する気体分離装置の一例を示す断面図であり、そして第１８図は、気体分離装置を設けた水素の分離システムの一例を示す模式図である。
第１６図に示す気体分離装置５０は、第７図から第１３図に示す本発明の水素発生装置で発生し、そして気体出口３からの気体を導入する導入口５１と、導入した気体を水素とその他のガスとに分離する本体５２と、前記本体５２の上部に設けられ、単離された水素を回収するための水素出口５３と、前記水素出口５３の下方に設けられた水素以外の気体を排出するための排出口５４とから構成されている。
所定の流速で導入口５１から本体５２に導入された気体は、図中矢印で示すような旋回流を発生する。ここで水素は、比重の軽い気体であるので、導入口５１から導入された気体中の水素は本体５２の上方から排出される。一方、水素以外の気体は、水素と比較して重いので、下方の排出口５４から排出される。このようにして、本発明の水素分離装置で発生した気体から濃度の高い水素を回収することが可能となる。
第１７図に示す気体分離装置６０は、第１６図に示す気体分離装置５０の本体に遠心分離器６１が設けられた構成を有している。遠心分離器６１は、攪拌するためのファンＦと、ファンＦを駆動するためのモータＭとから構成されている。
そしてファンＦを所定速度で回転させることにより、水素と他の気体とを高速に分離することが可能である。
以上説明した気体分離装置の中で、気体分離装置５０を第７図から第１３図に示す本発明の水素発生装置１〜１ｋの下流に設けた、水素発生システム７０の基本構成の一例を第１８図に基づいて説明する。
第１８図に示す通り、本発明の水素発生システム７０は、被処理物中に存在するダスト等の不純物を除去するためのフィルタ７１、被処理物を循環させるためのポンプＰ、被処理物から水素を含む気体を発生するための本発明の水素発生装置１（第７図から第１３図参照）、前記水素発生装置１で活性化された被処理物（液体と気体を含む）を気体と液体とに分離するための気液分離器７２、前記気液分離器７２で分離された気体を水素と他の気体とに分離するための気体分離装置５０とから概ね構成されている。そして、前記気液分離器７２で分離された液体は配管７３を介してフィルタ７１に戻される。このように、本発明の水素発生システム７０は、循環系を形成している。
まず、フィルタ７１にて不純物が除去された水等の被処理物は配管を通りポンプＰを介して水素発生装置１に導入される。
そして、水素発生装置１に導入された被処理物は配管を介して気液分離器７２に送られる。気液分離器７２により水素を含む気体と、被処理物である液体とに分離され、水素を含む気体は、気体分離装置５０に送られる。そして、ここで気体は、前記の通り水素とそれ以外の気体に分離されて、水素が回収される。
一方、被処理物の液体は、再びフィルタ７１に戻され循環再利用される。
（水素発生システム）
以上説明した水素発生システムの具体例を第１９図に基づいて説明する。
なお、以下の記載においては被処理物として水を例として挙げたが、同様に水性媒体、炭化水素類等を通流しても同様な効果を奏するものである。
（１）最初に弁Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３を開としてＶ１から水を供給し水の小循環ラインを形成する。水循環ポンプ１１を起動し水を循環する。弁Ｖ４及び弁Ｖ５を開、弁Ｖ３を閉とする。
（２）ヒータ１２、水素発生装置１、電解槽１３、気液分離器１４、弁Ｖ５、弁Ｖ２、水循環ポンプ１１、弁Ｖ４から形成される大循環ラインに水を循環させる。
（３）ヒータ１２のスイッチＯＮ。尚、ヒータ１２で加熱するのは、被処理物である水の活性化をさらに促進するために行う。なお、ヒータ１２の代わりに、例えば第９図に示す水素発生装置における加熱手段４を使用することも可能である。また、本発明に係る水素発生装置に水を通過すると、板状活性構造体Ｉ（Ｓ）における波動性エネルギ集中の場でエネルギーを付与され、水が活性化される。
（４）電解槽１３のスイッチＯＮ。水を電解することによりガスを発生。
このとき水はヒータ１２（加熱手段４）で加熱され、水素発生装置１によりさらに水分子が活性化される結果、電解槽１３内の水の分解が促進され単位電力当たりの水素の発生量が向上する。
（５）電解槽１３をから排出される気泡を含んだ液は、気液分離器１４に導入され、電解槽１３から発生する気泡を含んだ液から気泡のみを分離する。
（６）気液分離器１４で分離された気泡は、水素透過膜を備えた膜分離離装置１５により、水素を回収され、水素透過膜を透過できなかった酸素含有ガスはそのまま大気に放出される。
（７）一方、気液分離器１４で気泡を分離された液は、再び水循環ポンプ１１で系内を循環される。
（８）運転中に電解され消費された水の量は、弁Ｖ１から補給水として補給される。
尚、本発明に係る水素発生装置１の活性が高いときは電解槽１３を省略することもでき、あるいは電解槽１３の代わりに更に水素発生装置１を直列配置することも可能である。
（実施例）
以下、本発明を実施例に基づいて詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
［実施例１］
この実施例は太陽光の入射がなく、かつ室内灯の直接当たらない場所にて行った。
純度９８．０％の珪素を用いてガスアトマイズ法により第２図（ａ）に示す通りの直径５〜８０μｍ（最大１５０μｍ）の真球状の粒子を製造し、このようにして構成した粒子（Ｐ１）１００ｃｍ３を、容量３００ｃｃの三角フラスコ１０２内に積層して第２０図に示すような本発明による活性構造体を含む水素発生装置を作製した。
なお、この水素発生装置１００は、加熱台１０１に搭載された粒子Ｐが導入された三角フラスコ１０２と、気体と氷水で満たした水槽１０３中で気体を捕集する捕集瓶１０５とを導管１０６を介して気密に接続している。
なお、水槽１０３を氷水で満たしたのは、水槽１０３の中であらかじめ水蒸気を凝縮させておくことで、水槽から取り出した後の捕集瓶１０５の内気圧が室内圧よりも低くならないようにするためであり、水槽内の温度を１０℃以下に保持した。
また、捕集瓶１０５内の気体は比重差により分離することが予備実験で確認されたので、ガスクロマトグラフィで分析する前に十分に攪拌するためにシリコン材から構成したチップ１０７を捕集瓶に予め入れておいた。
次いで、このようにして構成された活性構造体中に、精製水（９２℃）を三角フラスコ１０２から容量１６４ｃｃの捕集瓶１０５の先まで満たし、この温度で放置して捕集瓶１０５に発生した気体を捕集した。このようにして捕集した気体をガスクロマトグラフィにより分析したところ、水素ガス７８容量％、酸素ガス５容量％およびその他ガス１７容量％となった。
［実施例２］
精製水の温度を５０℃および９０℃に保つ以外は実施例１と同様にして実験を繰り返した。その結果、５０℃におけるガス発生量は、２８ｃｃ／時であり、９０℃におけるガス発生量は、５６ｃｃ／時であった。この実験により９０℃において水の分解速度が５０℃の場合に比較して加速されたことを見出した。
同様に捕集した気体をガスクロマトグラフィにより分析したところ、水素ガス７８容量％、酸素ガス５容量％および窒素ガス１７容量％となった。
［実施例３〜実施例１０］
活性構造体の容積を７５ｃｍ^３とし、精製水の温度を９０℃または９９℃とし、そして活性構造体の粒径を表２に示す通りとした以外は実施例１を繰り返した。気体の発生量を表２に併記する。

表２の結果から、同一温度において本発明における活性構造体を構成する粒子の粒径が小さいほどガスの発生量が増加し、高い活性を示すことが分かった。また、同一の粒径の場合、温度が高い方がガスの発生量が増加し、高い活性を示すことが分かった。
また、繰り返し実験の結果、どのような理由かは明確でないが窒素ガスの発生かみられた。また、酸素ガスと窒素ガスとの容量比は、１：約３．４でありやや酸素過剰な空気が得られた。
［比較例１］
活性構造体を構成する粒子として第２図（ｂ）に示す不規則な粒子を用いて作製した比較用活性構造体（ＰＣ）を使用した以外実施例１と同様な操作を行ったところガスの発生は観察されなかった。
［実施例１１〜１４］
実施例１と同様にして、Ｔｉ（活性構造体（Ｐ２））、Ｎｉ（活性構造体（Ｐ３））、Ｓｍ（活性構造体（Ｐ４））およびＦＣ（活性構造体（Ｐ５））を用いて本発明の活性構造体（２）〜（５）を作製した。
［実施例１５、比較例２および３］（板状活性構造体）
実施例１で得られた活性構造体（Ｐ１）を静電気防止処理した後、表３に示す条件で焼結して本発明の板状活性構造体（Ｔ１）を作製した。
比較例１で得られた比較構造体（ＰＣ）を表３に示す条件で焼結して比較用構造体（ＴＣ２）を作製した（比較例２）。また、静電気防止処理を行わない以外実施例１５と同様な方法で比較構造体（ＴＣ３）を作製した（比較例３）。
なお、比較用構造体ＴＣ２は、本発明の構造体Ｔ１と同様な範囲の空隙率を有しており、ＴＣ３は、空隙率６０％以上である。
これらの板状活性構造体の物性を表３およびに示す。

第４図より明らかな通り、本発明の条件で製造された活性構造体Ｔ１は、粒子間にエネルギ集中の場を有するが、本発明の条件を逸脱した、すなわちエネルギ集中の場を有していない比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３は、充分なエネルギ集中の場を有していないのが判る。
なお、比較用構造体ＴＣ１および３を使用した所、気体の発生は観察されなかった。
［実施例１６］ （その他の活性構造体）
実施例１１〜１４により得られた本発明の活性構造体（Ｐ２〜Ｐ５）を用いて、実施例１５と同様な実験を行ったところ、水素の発生が観察された。
このことより、所定条件で製造されたチタン、ニッケル、サマリウムおよび弗化炭素粒子からなる活性構造体もＳｉを用いた構造体と同様の効果があることがわかる。
［実施例１７および比較例５〜６］
第８図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例７と同様な実験を行った所、本発明の板状活性構造体Ｔ１は激しい気体の発生が観察されたが、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３は気体の発生は観察されなかった。
実施例１７で捕集した気体をガスクロマトグラフィにより分析したところ、水素ガス７８容量％、酸素ガス５容量％および窒素ガス１７容量％となった。
［実施例１８］
表４に示す液体を用いた以外は実施例１５と同様な実験を行って、気体（水素）の発生を観察した。結果を表４に示す。なお、気体の発生状態を、目視評価し、良好に発生を＊＊、発生を＊、若干の発生を×で示した。

このことより、本発明の活性構造体は、水以外にも、電解質水（海水）、有機極性溶剤、有機非極性溶剤等の種々の非処理物質を活性化することが判る。
これに対して、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３では、いずれも非処理物質の活性化は観察されなかった。
［実施例１９］（暖めた場合との比較）
第９図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例１５と同様な実験を行った所、第８図に示す装置よりも大量の気体の発生が観察された（液温：９２℃）。
［実施例２０］
第１０図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例１５と同様な実験を行った所、第８図に示す装置よりも大量の気体の発生が観察された。
［実施例２１］
第１１図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例１５と同様な実験を行った所、第８図に示す装置よりも大量の気体の発生が観察された。
［実施例２２］
第１２図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例１５と同様な実験を行った所、第８図に示す装置よりも大量の気体の発生が観察された。
［実施例２３］
第１３図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例１５と同様な実験を行った所、第８図に示す装置よりも大量の気体の発生が観察された。
［実施例２４］
第１４図に示す装置を用いて、本発明の板状活性構造体Ｔ１、比較用構造体ＴＣ２およびＴＣ３を用いて実施例１５と同様な実験を行った所、第８図に示す装置よりも大量の気体の発生が観察された。
以上、本発明を実施の形態および実施例を元に説明したが、本発明はこの構成に特に限定されるものではない。たとえば、粒子間のエネルギ集中の場を有する活性構造体で有れば活性構造体を構成する元素、化合物は特に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に使用される活性構造体の配置の一例を示す図であり、第１図（ａ）は本発明に使用される活性構造体全体の一例を示す図であり、第１図（ｂ）は、第１図（ａ）に示す本発明に使用される活性構造体の基本配置の一例を示す図であり、第１図（ｃ）は本発明の好ましい活性構造体全体の別の例を示す斜視図であり、第１図（ｄ）は、第１図（ｃ）に示す本発明の活性構造体の基本配置の一例を示す斜視図である。
第２図（ａ）および第２図（ｂ）は、各々本発明に使用される活性構造体を構成する粒子の形状および比較用の粒子の形状を示す電子顕微鏡写真である。
第３図は、本発明に使用される活性構造体の好ましい形態の一例を示す図面である。第３図（ａ）は、本発明に使用される活性構造体をＩ型の板状に成形する前の構成を示す斜視図であり、第３図（ｂ）は、本発明に使用される活性構造体をＬ型の板状に成形した場合の斜視図を示し、第３図（ｃ）は、本発明に使用される活性構造体をＵ型の板状に成形した場合の斜視図を示し、第３図（ｄ）は、本発明に使用される活性構造体をＳ型の板状に成形した場合の斜視図を示した場合の斜視図を示す。
第４図（ａ）ないし第４図（ｃ）は、各々第３図（ａ）における本発明に使用される板状に成形された活性構造体を構成する粒子の形状および比較用の粒子の形状を示す電子顕微鏡写真である。
第５図（ａ）から第５図（ｇ）は、本発明に使用される活性構造体の別の形状の一例を示す斜視図である。
第６図（ａ）から第６図（ｆ）は、各々第５図（ａ）から第５図（ｆ）に示す活性構造体のコアを設けた場合の断面形状を示す断面図である。
第７図は、本発明の活性構造体を充填した水素発生装置の一例を示す断面図である（流動床式）。
第８図は、本発明の活性構造体を用いた水素発生装置の別の一例を示す断面図である。
第９図は、本発明の活性構造体を用いた水素発生装置の別の一例を示す断面図である。
第１０図は、本発明の活性構造体を用いた水素発生装置の別の一例を示す断面図である。
第１１図は、本発明の活性構造体を用いた水素発生装置の別の一例を示す断面図である。
第１２図は、本発明の活性構造体を用いた水素発生装置の別の一例を示す断面図である。
第１３図は、本発明の活性構造体を用いた水素発生装置の別の一例を示す断面図である。
第１４図は、本発明に使用される板状活性構造体を直接加熱する方法の一例を示す斜視図である。
第１５図は、本発明に使用される板状活性構造体を直接加熱する方法の別の例を示す斜視図である。
第１６図は、本発明の水素発生装置により発生した水素を含む気体から水素を分離する気体分離装置の一例を示す断面図である。
第１７図は、本発明の水素発生装置により発生した水素を含む気体から水素を分離する気体分離装置の一例を示す断面図である。
第１８図は、本発明の水素発生システムの概略構成図である。
第１９図は、本発明の水素発生システムのより具体的な概略構成図である。
第２０図は、本発明の水素発生装置による効果を確認するために行った実験に使用した装置の構成図である。

Claims (19)

1. 被処理物を活性化するための水素排出口を有する被処理物容器と、前記被処理物容器内に粒子間にエネルギ集中の場を有する活性構造体とから構成された水素発生装置であって、
   前記被処理物容器内の被処理物が前記エネルギ集中の場に滞留または通過することによって水素を含む気体を発生させることを特徴とする水素発生装置。
2. 前記活性構造体が、珪素、チタン、ニッケル、サマリウムから成る群から選択された単一成分の元素または弗化炭素から構成された粒子を、各元素または弗化炭素に固有の波動性エネルギを増幅させる位置に配置して、前記粒子間にエネルギ集中の場を持たせた活性構造体であることを特徴とする請求の範囲第１項に記載の水素発生装置。
3. 前記活性構造体は板状に成形されていることを特徴とする請求の範囲第１項または第２項に記載の水素発生装置。
4. 前記活性構造体は、前記被処理物容器内に対して、発生気体と流体が速やかに分離する構造、または発生気体により流体と触媒の接触が阻害されない位置に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の水素発生装置。
5. 前記活性構造体は、前記被処理物容器内に対して垂直方向に配置されていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の水素発生装置。
6. 前記活性構造体は、前記被処理物容器を上下方向に仕切るように設けられていることを特徴とする請求の範囲第３項に記載の水素発生装置。
7. 前記被処理物容器を加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第６項のいずれか１項に記載の物質の水素発生装置。
8. 前記活性構造体を直接加熱する加熱手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第７項のいずれか１項に記載の水素発生装置。
9. 前記活性構造体を振とうさせる振とう手段を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第８項のいずれか１項に記載の水素発生装置。
10. 前記被処理物を前記被処理物内で循環させる循環機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第９項のいずれか１項に記載の水素発生装置。
11. 前記活性構造体と被処理物との上下方向の接触面積を相対的に移動させる移動機構を設けたことを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１０項に記載の水素発生装置。
12. 前記被処理物が水、水性媒体、炭化水素またはこれらの混合物であることを特徴とする請求の範囲第１項ないし第１１項のいずれか１項に記載の水素発生装置。
13. 請求の範囲第１項ないし請求の範囲第１２項のいずれか１項に記載の水素発生装置を含む水素発生システム。
14. 請求の範囲第１項ないし請求の範囲第１３項のいずれか１項に記載の水素発生装置を水素発生補助装置として含む水素発生システム。
15. 請求の範囲第１３項または第１４項に記載の水素発生システムを搭載した燃料電池システム。
16. 請求の範囲第１３項または第１４項に記載の水素発生システムを搭載した水素ロケット。
17. 請求の範囲第１５項に記載の燃料電池システムを搭載した車両。
18. 請求の範囲第１項ないし請求の範囲第１３項のいずれか１項に記載の水素発生装置で得られた水素を用いる内燃機関。
19. 請求の範囲第１項ないし請求の範囲第１３項のいずれか１項に記載の水素発生装置で得られた水素を用いる外燃機関。

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