JPWO2011136146A1

JPWO2011136146A1 - 水素の製造方法

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Publication number: JPWO2011136146A1
Application number: JP2012512820A
Authority: JP
Inventors: 深井　利春; 利春深井
Original assignee: Individual
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Priority date: 2010-04-27
Filing date: 2011-04-22
Publication date: 2013-07-18
Also published as: TW201210933A; CN102869605A; KR20130098870A; US20130039846A1; CN102869605B; WO2011136146A1

Abstract

本発明は、水を使用して、従来と比べて低温低圧の状態で、水から水素を容易に取り出すことができる水素の製造方法を提供するものである。容器６０内に、水と、アルミニウム７６と、炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの少なくとも一方とを入れる。容器６０内の水を加熱手段９０によって６０℃以上に加熱する。容器６０内のアルミニウム７６と水とによって、容器６０内に水素を大量に発生させることができる。

Description

本発明は、水から水素を製造するための水素の製造方法に関するものである。

燃料ガスとして水素を使用することが従来から知られている。水素の製造方法として、多くの発明が提供されている。例えば、水１００重量を熱分解して水素を得る方法や、硫酸を熱分解し、ヨウ素水を用いて水素を取り出すＩＳ法（Ｉｏｄｉｎｅ−Ｓｕｌｆｅ）法等が知られている。ＩＳ法は、ブンゼン反応工程と、ヨウ化水素濃縮分解行程と、硫酸濃縮分解行程による３つの行程を経て、水から水素と酸素とを分解して取り出すもの（特許文献１）である。

その他に、水素を発生させる方法としては、活性化アルミ微粒子と水とを反応させて水素を発生させる方法が知られている（特許文献２）。ここで、活性化アルミ微粒子について、特許文献２の抜粋に基づいて説明する。活性化アルミ微粒子は、先ず、アルミニウムの切削屑等を圧縮破壊して２０μｍ以下まで微粒化して内部に亀裂（マイクロクラック）を生じさせる。次に、温度差４０℃程度の熱衝撃を加え、低温で一週間程度水中に保存する等の活性化処理を施すことにより、マイクロクラックはナノクラックと呼ばれる細かい亀裂が発生したものとなる。活性化処理を施してナノクラックと呼ばれる細かい亀裂が発生したものが活性化アルミ微粒子である。

活性化処理されたアルミニウムは、粒子内に細かい亀裂を有しており、これらの亀裂内に水の分子が侵入して水分子の分解が起こる。亀裂先端では、水分子が極端に少なく、その周りをアルミニウムが取り囲むようになっていると考えられる。そこでの反応は、アルミニウム原子が酸素原子を奪い合う形となり、以下の素反応（７）が起きていると考えられる。
３Ａｌ＋３Ｈ_２Ｏ → Ａｌ_２Ｏ_３＋ＡｌＨ_３＋（３／２）Ｈ_２……（７）
即ち、水分子からＡｌＨ_３、Ａｌ_２Ｏ_３が生成していることになる。そして、ＡｌＨ_３から分解生成された水素は拡散しながら粒子内に広がり、その一部は水素分子として表面に出てくる。一方、表面で参加していないアルミニウムは通常の表面反応により以下の反応式（８）となり、水素を発生する。
Ａｌ＋３Ｈ_２Ｏ → Ａｌ（ＯＨ）_３＋（３／２）Ｈ_２……（８）
全反応としてみれば、以下の反応式（９）となる。
２Ａｌ＋３Ｈ_２Ｏ → Ａｌ_２Ｏ_３＋３Ｈ_２……（９）

（９）で示される反応で、活性化Ａｌ微粒子１ｇから生成される水素は、理論的には１ａｔｍ、２５℃の条件下でおよそ１．３５ｌであり、その反応に必要な水はおよそ２ｍｌである。しかし、実際には活性化処理中にも水素生成発生が起こってしまうので、総発生量は約１．２ｌとなる。

特開２００５−４１７６４福岡大学エレクトロニクス研究所所報第２４巻（２００７年）第１頁−第７頁

水１００重量を熱分解して水素を得る方法では、水は水素と酸素との結びつきが強いため、理論上３，０００℃〜５，０００℃の温度を与えないと、水素と酸素に分解しないと言われている。３，０００℃以上の温度で水を熱分解して水素を得る方法では、３，０００℃以上の高温を得る実質的な方法が得られないことや、そのような高温状態の空間を外界から保つための設備を安価に作れないことや、高温の空間内に連続的に水を供給する手段が考えられないこと等、多くの問題を含んでいることから、水の熱分解による水素の生成は実現には至っていない。

特許文献１に示すＩＳ法では、９００℃程度の高熱を必要とするため、熱源として、高温ガス炉等を用いなければならない。この高温ガス炉は製造コストが高く、しかも３つの工程を経て水素を製造することになり、水素を製造するためのコストが非常に高いものとなっており、費用対効果が悪く、採用には至っていない。

特許文献２に示す活性化アルミ微粒子と水とを反応させる方法では、活性化アルミ微粒子は、市販されているアルミニウムと比べ、内部に非常に細かい亀裂を生じさせることから、その製造コストが非常に高いものとなる。即ち、市販されているアルミニウムは１Ｋｇ当り約２００円であるのに対し、活性化アルミ微粒子は１Ｋｇ当り約１５０万円〜２００万円となるという欠点がある。更に、活性化アルミ微粒子は、微粒子であるから水に混ざり、その後、水と分離させるのが難しいものである。このため、活性化アルミ微粒子と水とを反応させて水素を発生させるが、その後、水素の発生を止めたい場合に、活性化アルミ微粒子を水と分離させることが難しく、水素の発生を直ちに容易に止めることができないという欠点がある。

本発明は、水と市販のアルミニウムとを使用して、従来と比べて低温低圧で水から水素を容易に取り出すことができる水素の製造方法を提供するものである。本発明の他の目的は、水素の発生を直ちに容易に停止できるようにするものである。

上記目的を達成するために本発明の水素の製造方法は、１００重量の水と１重量以上のアルミニウムと１重量以上の炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの少なくとも一方とを容器内に入れ、前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を加熱手段で６０℃以上に加熱することを特徴とするものである。本発明は、前記アルミニウムの重量を１０重量以上としたことを特徴とするものである。本発明は、前記炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの少なくとも一方の重量を１０重量以上としたことを特徴とするものである。本発明は、前記容器内に収容手段を上下に移動自在に備え、前記収容手段内に前記アルミニウムを収容し、水素を発生させる場合には前記容器内の液面下に前記アルミニウムを浸漬させ、水素の発生を停止させる場合には前記収容手段を上昇させて前記容器内の液面より上位に前記アルミニウムを引き上げることを特徴とするものである。本発明は、前記容器の下部付近に前記容器内から水を外部に排出するための排出管を設け、前記排出管の途中に開閉弁を設け、水素の発生を停止させる場合には前記排出管から前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を排出することを特徴とするものである。本発明は、前記容器内の温度を測定する温度計と前記容器内の圧力を測定する気圧計とを備え、前記温度計によって測定された前記容器内の温度や前記気圧計によって測定された前記容器内の圧力に応じて前記加熱手段を作動させるコンピュータを備え、前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液の温度を単位時間に水素を最大に発生させる温度に保つように、前記コンピュータで前記加熱手段を制御することを特徴とするものである。本発明は、前記加熱手段による前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液の温度を加熱保温する温度を、８６℃〜９７℃とすることを特徴とするものである。本発明は、前記炭酸水素ナトリウムか前記炭酸ナトリウムの少なくとも一方を炭酸水素ナトリウムとし、前記加熱手段で加熱する炭酸水素ナトリウム水溶液の温度をその蒸発温度とし、前記容器内で上下に移動自在な収容手段を備え、前記収容手段内に前記アルミニウムの塊を収容し、水素を発生させる場合には前記容器内の液面より上方に前記アルミニウムを配置して炭酸水素ナトリウム水溶液の蒸気を前記アルミニウムの塊に当てることを特徴とするものである。本発明は、水素の発生を停止させる場合には前記アルミニウムと液面との間を遮断部材で気密的に遮断することを特徴とするものである。本発明は、前記容器の下部付近に前記容器内から水を外部に排出するための排出管を設け、前記排出管の途中に開閉弁を設け、水素の発生を停止させる場合には前記排出管から前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液を排出することを特徴とするものである。本発明は、前記容器内に入れる水は、水を最初にイオン交換樹脂に通過させ、その後にトルマリンと、流紋岩または花崗岩の少なくとも１つからなる二酸化珪素を６５〜７６重量含む岩石とのどちらか一方を先に他方を後に通過させることによって生成する特殊な水としたことを特徴とするものである。本発明は、前記特殊な水を生成するためのトルマリンにアルミニウム、ステンレス、銀の少なくとも１種類の金属を混合させたことを特徴とするものである。本発明は、前記流紋岩を黒曜石，真珠岩，松脂岩のうち少なくとも１つからなる岩石としたことを特徴とするものである。

本発明の水素の製造方法では、水とアルミニウムと炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの少なくとも一つとを使用して水素を発生するものである。本発明で使用するアルミニウムは市販の安価なアルミニウムで良いため、特許文献２の活性化アルミ微粒子と比べて、非常に安いコストで水素を製造することができる。また、本発明では、容器内の水の加熱温度を最大でも蒸発温度以下とし、発生した水素を容器内から順次外部に取り出すので、容器内は高温や高圧にならない。このため、高温や高圧に耐える特別な容器を使用する必要が無くなり、水素製造装置全体を安価なもので済ますことができる。

炭酸水素ナトリウムや炭酸ナトリウムは、アルミニウムの塊に膜が張るのを防止することができるため、アルミニウムとして粉末ではなく塊を使用することができる。アルミニウムの塊を使用することで、小さな穴を多数形成した棚の上にアルミニウムの塊を載せて、そのアルミニウムの塊を液面より上方に配置して、炭酸水素ナトリウム水溶液の蒸気や炭酸ナトリウ水溶液の蒸気を空気中でアルミニウムに接触させることができる。これによって、水素の発生量を増大させることができる。

アルミニウムの塊を使用することで、アルミニウムの塊を液面より上方に配置することができる。よって、アルミニウムと容器内の水とを気密的に遮断することが可能となる。この結果、水素の発生状態を停止したい場合に、アルミニウムを容器から外部に取り出すか、遮断手段によって容器内のアルミニウムと容器内の水とを気密的に遮断させれば、水素の発生を直ちに停止することができ、水素をエネルギとして使用する各種の目的に水素を自由に使用することが可能になる。

本発明では、どのような種類の水を使用して水素を発生する。しかし、特に、水を最初にイオン交換樹脂に通過させ、その後にトルマリンと、流紋岩または花崗岩の少なくとも１つからなる二酸化珪素を６５〜７６重量含む岩石とのどちらか一方を先に他方を後に通過させることによって生成する特殊な水（創生水）を用いれば、他の種類の水（例えば、純水や水素水や水道水等）を用いた場合と比べて、１．５〜２倍の水素量を得ることができる。

本発明に係る水素の製造方法に使用する特殊な水（創生水）を作る製造装置の一例を示す構成図である。図１に示す製造装置に用いる水生成器の断面図である。図１に示す製造装置に用いるイオン生成器の要部断面図である。本発明に係る水素の製造方法に使用する特殊な水（創生水）を作る製造装置の他の例を示す構成図である。本発明の水素を発生させる装置の一実施例を示す断面図である。図５で使用する収容手段とは別の収容手段を示す斜視図である。水１００重量とアルミニウム２０重量と炭酸水素ナトリウム２０重量での各種の水における水素の発生時間を示す表である。水１００重量とアルミニウム２０重量の下で、配合する炭酸水素ナトリウムの重量を０．１重量、１重量、１０重量、２０重量、３０重量とした場合の各種の水における水素の発生時間を示す表である。１００重量の水と１０重量のアルミニウムと２０重量の炭酸水素ナトリウムとから生成する水素発生量の測定分析成績書である。水１００重量とアルミニウム２０重量と炭酸ナトリウム２０重量での各種の水における水素の安定発生時間を示す表である。水１００重量とアルミニウム２０重量の下で、配合する炭酸ナトリウムの重量を０．１重量、１重量、１０重量、２０重量、３０重量とした場合の各種の水における水素の発生時間を示す表である。

１０第１軟水生成器
１２第２軟水生成器
１４イオン生成器
１６岩石収納器
３２イオン交換樹脂
４６トルマリン
４８金属
５４岩石
６０容器
６２本体
６４蓋
７０棚
７２収容手段
７６アルミニウム
７７収容手段
９０加熱手段
９５昇降手段
９８排出管
１００開閉弁

本発明の水素の製造方法について説明する前に、先ず、本発明で使用する第１の特殊な水（以下、「創生水」とする）”を、図１乃至図３に基づいて説明する。図１は創生水の製造装置の一実施例を示す構成図である。第１の軟水生成器１０と第２の軟水生成器１２とイオン生成器１４と岩石収納器１６とを、連絡管１８ａ，１８ｂ，１８ｃを介して、順に直列に連結する。第１の軟水生成器１０には、例えば水道のような圧力のある水が水供給管２０から連絡管２２を介して内部に導入される。水供給管２０と連絡管２２との間には、蛇口のような入口用開閉弁２４が備えられ、連絡管２２の途中には逆止弁２６が備えられる。岩石収納器１６の出口側には吐出管２８が取り付けられ、吐出管２８の先端または途中に出口用開閉弁３０が備えられる。

水道水の場合、水供給管２０から送り出される水は、第１の軟水生成器１０と第２の軟水生成器１２とイオン生成器１４と岩石収納器１６の順を経て、出口用開閉弁３０を開くことによって吐出管２８から取り出される。水道水以外の場合は、図示しないが、水槽に溜めた水をポンプによって、水供給管２０を経由して第１の軟水生成器１０に導入する。この場合、ポンプと第１の軟水生成器１０との間に逆止弁２６を備える。

第１の軟水生成器１０と第２の軟水生成器１２は、その内部に粒状のイオン交換樹脂３２を大量に収納するもので、その断面図を図２に示す。軟水生成器１０，１２の本体３４は筒状をしており、その筒状の上下端面に水の出入口３６ａ，３６ｂを有する。筒状の本体３４の内部には、上下の端面からやや離れた位置の内壁に、それぞれ中央に穴を開けたシールド部材３８ａ，３８ｂを備える。その一対のシールド部材３８ａ，３８ｂの間に、イオン交換樹脂３２を細かい網４０に入れた状態で収納する。上下の出入口３６ａ，３６ｂからやや離れた位置の内壁に、中央に穴を開けたシールド部材３８を備えるのは、イオン交換樹脂３２を入れた網４０を一対のシールド部材３８の間に配置し、出入口３６ａ，３６ｂ付近に空間４２ａ，４２ｂを形成させるためである。また、シールド部材３８ａ，３８ｂの中央の穴から水を出入りさせるようにしたのは、水がイオン交換樹脂３２に必ず接触させるためである。イオン交換樹脂３２を網４０に入れるのは、粒状のイオン交換樹脂３２を洗浄するために取り出す際に、網４０ごと粒状のイオン交換樹脂３２を取り出せるようにしたものである。

第１の軟水生成器１０と第２の軟水生成器１２は、その高さを例えば８０ｃｍとし、内径を１０ｃｍとする。そして、例えばイオン交換樹脂３２の収納高さを７０ｃｍとし（上下に空間４２ａ，４２ｂを存在させる）。この際、イオン交換樹脂３２の収納高さは、水にイオン交換が充分行なえるような高さが必要である。一方、イオン交換樹脂３２の収納高さが高くなりすぎると（例えばイオン交換樹脂３２の収納高さが約２００ｃｍ以上になると）、イオン交換樹脂３２が水の抵抗となって軟水生成器の内部を通過する流量が減少するため、イオン交換樹脂３２の収納高さを流量が減少しない高さにする。イオン交換樹脂３２を収納する容器を２つに分けたのは、第１の軟水生成器１０や第２の軟水生成器１２の高さをイオン生成器１４や岩石収納器１６と同じ程度の高さに低く押えるためと、そこを通過する水の圧損失によって流量が減少することを避けるためである。また、２つの軟水生成器１０，１２を１つにまとめて、１つの軟水生成器にすることも可能である。

イオン交換樹脂３２は、水に含まれているＣａ²⁺やＭｇ²⁺やＦｅ²⁺等の金属イオンを除去して、水を軟水にするためのものであり、特に水の硬度をゼロに近い程度に低くするためのものである。イオン交換樹脂３２としては、例えば、スチレン・ジビニルベンゼンの球状の共重合体を均一にスルホン化した強酸性カチオン交換樹脂（ＲｚＳＯ₃Ｎａ）を用いる。このイオン交換樹脂３２は、水に含まれているＣａ²⁺やＭｇ²⁺やＦｅ²⁺等の金属イオンとは、以下のイオン交換反応を生じる。
２ＲｚＳＯ_３Ｎａ＋Ｃａ²⁺ → （ＲｚＳＯ_３）_２Ｃａ＋２Ｎａ⁺
２ＲｚＳＯ_３Ｎａ＋Ｍｇ²⁺ → （ＲｚＳＯ_３）_２Ｍｇ＋２Ｎａ⁺
２ＲｚＳＯ_３Ｎａ＋Ｆｅ²⁺ → （ＲｚＳＯ_３）_２Ｆｅ＋２Ｎａ⁺
即ち、イオン交換樹脂３２を通すことによって、水に含まれているＣａ²⁺やＭｇ²⁺やＦｅ²⁺等を除去することができる。イオン交換樹脂３２として強酸性カチオン交換樹脂（ＲｚＳＯ_３Ｎａ）を用いることによって、ナトリウムイオン（Ｎａ⁺）が発生する。イオン交換樹脂３２は、Ｎａ⁺以外のものが発生するものであっても構わないが、Ｎａ⁺を発生するものの方が好ましい。水が水道水であれば、その水道水の中にはＣａ²⁺やＭｇ²⁺やＦｅ²⁺等の金属イオンの他に塩素が含まれているが、水道水がイオン交換樹脂３２を通ることによって、この塩素には何も変化が生じない。

一方、水（Ｈ_２Ｏ）がイオン交換樹脂３２を通ることによって、以下のように変化する。
Ｈ_２Ｏ → Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- ……(1)
Ｈ_２Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ_３Ｏ⁺ ……(2)
即ち、(1)(2)に示すように、イオン交換樹脂３２を通ることによって、水からは水酸化イオン（ＯＨ^-）とヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）とが発生する。

このように、水が硬水であった場合に、イオン交換樹脂３２を通過することによって、水からＣａ²⁺やＭｇ²⁺やＦｅ²⁺等の金属イオンが除去されて軟水となる。また、イオン交換樹脂３２を通過することによって、水の中にＮａ⁺とＯＨ^-とヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）とが発生する。しかし、水道水に含まれている塩素（Ｃｌ）はイオン化しないでそのまま通過する。なお、イオン交換樹脂３２の種類によっては、Ｎａ⁺が発生しないこともある。

次に、前記イオン生成器１４の部分断面図を図３に示す。イオン生成器１４は、複数個のカートリッジ４４を同じ配置で上下に連続して直列に連結したものである。各カートリッジ４４の内部に、粒状のトルマリン４６のみか、粒状のトルマリン４６と板状の金属４８との混合物かのいずれかを収納する。トルマリンは、プラスの電極とマイナスの電極とを有するもので、このプラスの電極とマイナスの電極によって、水に４〜１４ミクロンの波長の電磁波を持たせ、かつ水のクラスターを切断してヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）を発生させるためのものである。その４〜１４ミクロンの波長の電磁波が持つエネルギは０．００４ｗａｔｔ／ｃｍ² である。ここで、トルマリン４６とは、トルマリン石を細かく砕いたものであっても良いが、トルマリンとセラミックと酸化アルミニウム（銀を含むものもある）との重量比を約１０：８０：１０とする市販のトルマリンペレットと呼ばれるトルマリン混合物であっても良い。このトルマリンペレットに含まれるセラミックは、プラスの電極とマイナスの電極を分離しておく作用をする。ここで、トルマリン４６をセラミックに対し重量比１０重量以上の割合で混合させて８００°Ｃ以上で加熱することによって、水の攪拌によって所定の期間（例えば直径４mmで約３ヶ月）で消滅するトルマリン４６を作ることができる。トルマリン４６は、加熱によって強度が増し、摩滅期間を長くすることができる。イオン交換樹脂３２を通過させて水を硬度がゼロに近い軟水にして、その軟水の中でトルマリン４６同士をこすり合わせる。硬度がゼロに近い軟水では、トルマリン４６のマイナスの電極にアルミニウムイオンやカルシウムイオンが付着するのを防ぐことができ、トルマリン４６のプラスとマイナスの電極としての働きを低下させることを防ぐことができる。

前記金属４８としては、アルミニウム、ステンレス、銀の少なくとも１種類の金属を用いる。この金属４８としては、水中で錆を発生させたり水に溶けたりしない金属が望ましい。この金属４８のうち、アルミニウムは殺菌作用や抗菌作用と共に漂白作用を有しており、ステンレスは殺菌作用や抗菌作用と共に洗浄向上作用を有しており、銀は殺菌作用や抗菌作用を有している。金属４８としては、銅や鉛は毒性を有しているので採用することができない。また、金等の高価な素材はコスト上からも採用することができない。前記トルマリン４６と金属４８との重量比は、１０：１〜１：１０が望ましい。その範囲を超えると、一方の素材が多くなりすぎ、両方の素材の効果を同時に発揮することができない。

カートリッジ４４は一端を開放した筒状をしており、その底面５０に多数の穴５２が設けられている。カートリッジ４４の内部にトルマリン４６と金属４８とを入れた場合に、底面５０の穴５２をトルマリン４６や金属４８が通過しないように穴５２の大きさを設定する。図３に示すように、各カートリッジ４４は多数の穴５２を設けた底面５０を下側にし、その底面５０の上にトルマリン４６や金属４８を載せる。そして、各カートリッジ４４の内部を下位から上位に向かって流れるように設定する。即ち、各カートリッジ４４においては、底面５０の多数の穴５２を通過した水が、下から上に向けてトルマリン４６と金属４８とに噴射するように設定されている。ここで、水道水は高い水圧を有するので、その水圧を有する水がカートリッジ４４内のトルマリン４６と金属４８に勢いよく衝突し、その水の勢いでトルマリン４６と金属４８とがカートリッジ４４内で攪拌されるように、穴５２の大きさ並びに個数を設定する。水をトルマリンに噴射してトルマリンを攪拌するのは、その攪拌によってトルマリンと水とに摩擦が生じ、トルマリンからプラスとマイナスの電極が水に溶け出して水のクラスターを切断し、ヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）を大量に発生させるためである。

実際の設置例としては、内径５ｃｍで深さが７ｃｍの収容容積を有するカートリッジ４４を４段に重ね、そのカートリッジ４４内にトルマリン４６と金属４８とを充分収納するが、トルマリン４６と金属４８とがカートリッジ４４内で自由に移動できるような分量とする。カートリッジ４４の段数を増減しても構わないし、収容容積を大きくした１個のカートリッジ４４にしても良い。このように、トルマリン４６と金属４８を収容容積を小さくした複数のカートリッジ４４に分散させて、それらの複数のカートリッジ４４を接続させることで、水の勢いによってトルマリン４６と金属４８との撹拌効率を高めることができる。カートリッジ４４内に収納したトルマリン４６は、水に溶けて数ヶ月で消滅するので、各カートリッジ４４は例えば螺合等の手段によって容易に着脱出来るようにし、各カートリッジ４４内にトルマリン４６を容易に補充できるようにする。なお、金属４８は水に溶けないので補充する必要がないが、トルマリン４６と金属４８とを入れたカートリッジ４４全体を取替えることも可能である。カートリッジ４４は使用流量の大小に応じてその収容容積を変えるようにしても良い。

カートリッジ４４を通過する水に加えるマイナスイオンを増やすためには、トルマリン４６同士がこすり合うことでプラスの電極とマイナスの電極が発生し、そのトルマリン４６に水が接触することで、マイナスイオンの増加が達成できる。また、水のクラスターを切断し、ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）を大量に発生させるためには、カートリッジ４４内にトルマリン４６のみを収容すれば良い。しかし、金属４８をトルマリン４６と混合させることによって、それらが接触し合ってトルマリン４６に発生するマイナスイオンをより増加させることができる。

トルマリン４６にはプラス電極とマイナス電極とを有するため、トルマリンが水で攪拌されると、水（Ｈ_２Ｏ）は水素イオン（Ｈ⁺）と水酸化イオン（ＯＨ^-）とに解離する。
Ｈ_２Ｏ → Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- ……(1)
更に、水素イオン（Ｈ⁺）と水（Ｈ_２Ｏ）とによって、界面活性作用を有するヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）が発生する。このヒドロニウムイオン（Ｈ₃Ｏ⁺）の発生量は、前記イオン交換樹脂３２によって発生する量よりはるかに多い量である。
Ｈ_２Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ_３Ｏ⁺ ……(2)
このヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）の一部は、水（Ｈ_２Ｏ）と結びついてヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）と水素イオン（Ｈ⁺）になる。
Ｈ_３Ｏ⁺ ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_３Ｏ_２ ^- ＋２Ｈ⁺ ……(3)

イオン交換樹脂３２を通過した水を、イオン生成器１４を通過させることによって、水の内部にヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）とヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）とＨ⁺とＯＨ^-とが発生する。なお、イオン交換樹脂３２を通過した塩素（Ｃｌ）と、イオン交換樹脂３２で発生したＮａ⁺とは、反応することなくそのままイオン生成器１４を通過する。

イオン生成器１４を通過した水を、次に、火成岩のうち二酸化珪素を６５〜７６重量含む岩石５４を収納する岩石収納器１６の内部を通過させる。火成岩（火山岩と深成岩とに分けられる）のうち二酸化珪素を多く含む岩石５４としては、火山岩には黒曜石や真珠岩や松脂岩等の流紋岩があり、深成岩には花崗岩がある。岩石収納器１６の内部には、黒曜石，真珠岩，松脂岩，花崗岩の岩石のうちの少なくとも1種類以上の岩石を収納する。黒曜石や真珠岩や松脂岩等の流紋岩、あるいは花崗岩はマイナス電子を帯びている。更に、黒曜石や真珠岩や松脂岩等の流紋岩や花崗岩は酸性岩である。流紋岩は花崗岩と同じ化学組成を持つものである。

これら火成岩のうちの二酸化珪素を約６５〜７６重量を含む岩石（黒曜石や真珠岩や松脂岩等の流紋岩、あるいは花崗岩等の深成岩）は、原石の状態で−２０〜−２４０mＶの酸化還元電位を有する。但し、岩石５４は水に溶けるものを除く。岩石収納器１６は例えば内径を１０ｃｍとし、高さを８０ｃｍの筒とし、その内部に例えば５ｍｍ〜５０ｍｍ粒程度の大きさの火成岩のうちの二酸化珪素を多く含む岩石５４を、水の通過流量を落とさない程度の量を収容する。

この岩石収納器１６の内部に、イオン生成器１４を通過した水を通過させると、水にｅ^-（マイナス電子）が加えられる。この結果、水道水に含まれている塩素（Ｃｌ）はマイナス電子によって、塩素イオンとなる。
Ｃｌ＋ｅ^- → Ｃｌ^- ……(4)
このＣｌ^-と前記Ｎａ⁺とはイオンとして安定した状態になる。安定した状態とは、蒸発することなくイオン状態が長期間保たれることを意味する。また、前記ヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）もイオンとして安定した状態になる。水が岩石５４を通過することによって、イオン生成器１４を通過した水と比べて、ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）が更に発生し、かつヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）も水素イオン（Ｈ⁺）も更に発生する。
Ｈ_２Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ_３Ｏ⁺ ……(2)
Ｈ_２Ｏ⁺ ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_３Ｏ_２ ^- ＋２Ｈ⁺ ……(3)
水が岩石５４を通過することによって、その他に、以下の反応も発生する。
ＯＨ^- ＋Ｈ⁺ → Ｈ_２Ｏ ……(5)
２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → ２Ｈ_２ ……(6)
更に、水が岩石収納器１６を通過すると、岩石５４のマイナス電子によって、水の酸化還元電位が＋３４０mＶから−２０〜−２４０mＶになる。水に代えてお湯を使うと、マイナスの酸化還元電位がより安定する。更に、岩石５４を通過した水は、溶存酸素や活性水素を大量に含む。

図１に示すように、水が、最初にイオン交換樹脂を通過し、次にトルマリン４６（またはトルマリン４６と金属４８とを混合させたもの）に通過し、その後に岩石収納器１６を通過したものが特殊な水（創生水）である。創生水には、Ｎａ⁺と、Ｃｌ^-と、Ｈ⁺と、ＯＨ^-と、Ｈ_２と、ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）と、活性水素と、溶存酸素とを多く含む。この水のエネルギは０．００４ｗａｔｔ／ｃｍ²である４〜１４ミクロンの波長の電磁波を有し、−２０〜−２４０mＶの酸化還元電位を有する。

本発明に係る水素の製造方法を生成する際に使用する水としては、水をイオン交換樹脂３２，トルマリン４６（またはトルマリン４６と金属４８とを混合したもの），岩石５４の順に通過させた創生水を使用する。図１では、水をイオン交換樹脂３２，トルマリン４６（またはトルマリン４６と金属４８とを混合したもの），岩石５４の順に通過させたが、水をイオン交換樹脂３２，岩石５４，トルマリン４６（またはトルマリン４６と金属４８とを混合したもの）の順にしても良い。即ち、図４に示すように、水を第１の軟水生成器１０と第２の軟水生成器１２と岩石収納器１６とイオン生成器１４の順に通過させるようにしてもよい。

この図４においては、イオン交換樹脂３２を通過した水は、次に岩石５４を通過する。この岩石５４によって、水の内部にｅ^-（マイナス電子）が発生する。この結果、水道水に含まれている塩素はマイナス電子によって、塩素イオンとなる。
Ｃｌ＋ｅ^- → Ｃｌ^- ……(4)
このＣｌ^-とイオン交換樹脂３２によって発生したＮａ⁺とはイオンとして安定した状態になる。なお、イオン交換樹脂３２を通過した水であっても、Ｎａ⁺を含まない場合もある。
イオン交換樹脂３２を通過した水には、前記(1)(2)に示すように、Ｈ⁺とＯＨ^-とヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）とが存在する。イオン交換樹脂３２を通過した水が、その後、岩石５４を通過することによって、以下の反応も発生する。
ＯＨ^- ＋Ｈ⁺ → Ｈ_２Ｏ ……(5)
Ｈ_２Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ_３Ｏ⁺ ……(2)
２Ｈ⁺ ＋２ｅ^- → ２Ｈ_２ ……(6)
この反応においては、ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）が、イオン交換樹脂３２によって発生する量よりも更に多くの量が発生する。
以上のように、イオン交換樹脂３２の後に岩石５４を通過することによって、水の中に従来から存在したＮａ⁺とＯＨ^-と、新たに発生するＣｌ^-とヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）とが存在することになる。また、岩石５４を通過させた水は、酸化還元電位が−２０〜−２４０mＶになる。水に代えてお湯を使うと、マイナスの酸化還元電位が更に安定する。更に、岩石５４を通過した水は、溶存酸素や活性水素を大量に含む。

この岩石５４を通過した水を、次にトルマリン４６と金属４８を内蔵するイオン生成器１４の内部を通過させる。これによって、以下の反応が生じる。
Ｈ_２Ｏ → Ｈ⁺ ＋ＯＨ^- ……(1)
Ｈ_２Ｏ＋Ｈ⁺ → Ｈ_３Ｏ⁺ ……(2)
このヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）は大量に発生する。またヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）の一部はヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）になる。
Ｈ_３Ｏ⁺ ＋Ｈ_２Ｏ → Ｈ_３Ｏ_２ ^- ＋２Ｈ⁺ ……(3)
この結果、トルマリン４６と金属４８を通過させた水には、ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）と、ＯＨ^-と、Ｈ⁺とが増加する。

図４に示すように、水をイオン交換樹脂３２，岩石５４，トルマリン４６（またはトルマリン４６と金属４８とを混合したもの）の順に通過させたものは、Ｎａ⁺と、Ｃｌ^-と、ＯＨ^-と、ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）と、Ｈ⁺と、溶存酸素と、活性水素とを含み、図１で創り出した創生水と同じ成分を含む。更に、０．００４ｗａｔｔ／ｃｍ²のエネルギを有する４〜１４ミクロンの電磁波と、−２０〜−２４０mＶの酸化還元電位を有する。この結果、図４で創り出した水と図１で創り出した創生水とは、同じ効果を有する。図４の装置で生成する水は、図１で生成する創生水と、水に含むものは結果的に同じであるので、図４の装置で生成する水も創生水とする。

この創生水の水質検査結果を、以下に示す。この創生水と比較する水道水の値をカッコ内に示す。但し、水道水において創生水と同じ値は、「同じ」とする。亜硝酸性窒素及び硝酸性窒素：１．８mg/l（同じ）、塩素イオン：６．８mg/l（９．０mg/l）、一般細菌：０個/ml （同じ）、シアンイオン０．０１mg/l未満（同じ）、水銀：０．０００５mg/l未満（同じ）、有機リン：０．１mg/l未満（同じ）、銅：０．０１mg/l未満（同じ）、鉄：０．０５mg/l未満（０．０８mg/l未満）、マンガン：０．０１mg/l未満（同じ）、亜鉛：０．００５mg/l未満（０．０５４mg/l未満）、鉛：０．０１mg/l未満（同じ）、六価クロム：０．０２mg/l未満（同じ）、カドミウム：０．００５mg/l未満（同じ）、ヒ素：０．００５mg/l未満（同じ）、フッ素：０．１５mg/l未満（同じ）、カルシウムイオン・アルミニウムイオン等（硬度）：１．２mg/l（４９．０mg/l）、フェノール類：０．００５mg/l未満（同じ）、陰イオン海面活性剤０．２mg/l未満（同じ）、ｐＨ値：６．９（同じ）、臭気：異臭なし（同じ）、味：異味なし（同じ）、色度：２度（同じ）、濁度：０度（１度）

創生水は、以下に列挙する多くの特徴を有する。
（ａ）ヒドロニウムイオン（Ｈ_３Ｏ⁺）と、ヒドロキシルイオン（Ｈ_３Ｏ_２ ^-）と、水素イオン（Ｈ⁺）と、水素と、水酸基（ＯＨ^-）と、硫酸イオン（ＳＯ_４ ^２-）と、炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ^-）と、炭酸イオン（ＣＯ_３ ^２-）と、メタケイ酸（Ｈ_２ＳｉＯ_３）と、遊離二酸化炭素（ＣＯ_２）とを含んでいる。
（ｂ）界面活性作用がある。
界面活性作用（ＯＷ型創生水乳化作用）を有する。
（ｃ）微弱エネルギ（育成光線）作用がある。
トルマリンは微弱エネルギ（４〜１４ミクロンの波長の電磁波）を放出する。この微弱エネルギは水の大きいクラスターを切断して、クラスター内に抱えこまれていた有毒ガスや重金属類を水から外部に放出する。
（ｄ）−２０〜−２４０mＶの酸化還元電位を有している。
（ｅ）溶存酸素や活性水素を含んでいる。
（ｆ）カルシウムイオンやアルミニウムイオンを除去した軟水である。
イオン交換樹脂に水道水等を通すことによって、水に含まれているカルシウムイオン及びアルミニウムイオンを除去することができる。
（ｇ）活性水素炭酸水素イオン（ＨＣＯ_３ ^-）や、メタケイ酸（Ｈ_２ＳｉＯ_３）を含んでいる。

次に、本発明に係る水素の製造方法を図５に基づいて説明する。本発明の水素の製造方法は、水とアルミニウムと炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムとを用いて水素を製造するものである。本発明に係る水素の製造方法では、水とアルミニウムと炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムとを内部に収容するための容器６０を用いる。容器６０は、本体６２とその蓋６４とから成る。容器６０の素材は、例えばガラスやステンレス等、家庭で使用する各種の容器の素材を使用することが可能である。即ち、本発明では、容器６０には特殊な素材を使用しなくても良い。容器６０には外部から内部に向けて炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を供給するための水溶液導入管６６を備え、外部から容器６０内に水溶液導入管６８を介して水溶液を適宜供給できるように設定する。

容器６０内には１個以上の棚７０を有するアルミニウム収容手段７２を備え、収容手段７２の棚７０の上には、多数のアルミニウム７６の塊を載せる。即ち、収容手段７２の中に多数のアルミニウム７６の塊を収容する。アルミニウムの塊は、例えば４〜５ｍｍ以上の直径のものや板状のものを含む。水素ガスを発生させる場合には、アルミニウム７６の塊は容器６０内の液面７４より下方に配置するように設定する。この収容手段７２は、本体６２から蓋６４を外すことによって、容器６０に自由に出し入れをすることができるようにする。棚７０には、水が上下に通過する小さな穴（図示せず）が多数形成されている。棚７０は網目の小さいメッシュか、小さい穴が多数形成されているパンチングボードを用いる。棚７０に載せられるアルミニウム７６の塊の大きさは、棚７０に形成される小さな穴よりも大きなものとする。

アルミニウムは、塊だけでなく小さい粒や粉末も使用することができる。アルミニウムの小さい粒や粉末を使用する場合には、非常に小さい直径の多数の穴を形成した網製または金属製の小さい容器形状の収容手段７７（図６）を使用する。収容手段７７内に小さい粒や粉末のアルミニウムを入れ、その収容手段７７を容器６０内に備入れる。収容手段７７に形成される小さい直径の多数の穴は、水が収容手段７７の内外に移動可能であるが、アルミニウムの小さい粒や粉末が穴を容易に通過しない大きさに設定する。なお、この収容手段７７の中に、アルミニウムの塊を入れても良い。アルミニウムを内部に入れた収容手７５を容器６０内に入れた場合には、収容手段７７内のアルミニウムは、液面７４より下位になるように設定する。本発明で用いるアルミニウムは、市販のどのようなメーカーのどのような種類のものを用いても良い。

蓋６４の上端には、キャップ７８が取り付けられている。そのキャップ７８には、容器６０の内部と外部とを連絡する連絡通路８０を内部に形成した気体取出し用ノズル８２が取り付けられている。気体取出し用ノズル８２の途中には、容器６０内に発生した水素を外部に取出すために連絡通路８０を開閉する開閉バルブ８４が備えられている。キャップ７８付きの蓋６４で本体６２の上部開口部を閉じることで、開閉バルブ８４を閉じた状態では、容器６０の内部は密閉状態となるように設定される。容器６０において、本体６２の上部か蓋６４のいずれかに、容器６０の内部の気圧を測定する気圧計８６と、容器６０の内部の温度を測定する温度計８８とを取り付ける。蓋６４の形状は、上方の中央（キャップ７８）に向けて水平断面が徐々に狭くなるような円錐形状や角錐形状にするのが望ましい。これは、生成した比重の軽い水素を容器６０の上方に集め、水素を容器６０からノズル８２を経て外部に容易に取り出せるようにするためである。

容器６０の下方には、容器６０内の水を加熱するための加熱手段９０を備え、その加熱手段９０によって容器６０の内部の水を加熱する。加熱手段９０の配置位置は容器６０の下方に限るものではない。なお、加熱手段９０はガスや灯油等の火力に限るものではなく、太陽光や電気ヒーター等であっても良い。加熱手段としては、更に、容器６０内に化学反応による発熱を行なう水酸化ナトリウムを投入するものであっても良い。

気体取出し用ノズル８２の外部側の先端に、容器６０から外部に水素を取り出した水素量を測定するための水素量検出装置９２を備える。水素量検出装置９２で検出した水素量は、コンピュータ９４に入力される。このコンピュータ９４には更に、気圧計８６から検出した容器６０内の圧力と、温度計８８から検出した容器６０内の温度とが入力される。コンピュータ９４は、容器６０内の水を加熱するために加熱手段９０を作動制御するものであると共に、容器６０内から水素を外部に取り出すために開閉バルブ８４を開閉作動させるものである。

蓋６４の裏面には、コンピュータ９４によって操作される滑車等の昇降手段９５が備えられ、その昇降手段９５と収容手段７２，７７とはワイヤ等の連結手段９６で連絡されている。昇降手段９５は収容手段７２，７７を上昇または下降させ、収容手段７２，７７内に収容されたアルミニウム７６を液面７４より下位に浸漬したり、液面７４より上位に引き上げたりする。なお、図５に示した容器６０では、蓋６２に昇降手段９５を設けたが、本体６２に上部天井を一体に形成し、その本体６２の上部天井に昇降手段９５を取付けるようにしても良い。その場合には、蓋は本体６２の側面に取付けるようにする。容器６０の下方には、容器６０内の水（炭酸水素ナトリウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液）を外部に排出するための排出管９８が取り付けられ、排出管９８の途中に開閉弁１００が備えられる。

本発明は、容器６０内に水とアルミニウム７６と炭酸水素ナトリウムまたは炭酸ナトリウムとを入れて、加熱手段で容器６０内の水（炭酸水素ナトリウム水溶液または炭酸ナトリウム水溶液）を加熱するものである。水の加熱温度は、６０℃以上から水の蒸発温度までの温度とする。６０℃未満であると水素の発生量は極端に少なくなる。また、容器６０の液面７４より下位にアルミニウム７６を浸漬させる場合には、水の最適の加熱温度は８６℃〜９７℃が水素発生量が多く、しかも容器６０内に水素だけではなく水蒸気が充満するので、蒸発温度まで加熱しない方が望ましい。水溶液の蒸発温度に加熱することが望ましい場合もあるが、水溶液を蒸発温度に加熱する場合については後述する。

ここで、本発明において、水と、アルミニウム７６と、炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムとの重量の比率について説明する。先ず、容器６０内に入れる水の重量を、１００重量（例えば１００ｇ）とすると、容器６０に入れるアルミニウムの重量は１重量以上（１ｇ以上）とする。アルミニウムの重量が１重量未満（１ｇ未満）の場合には、水素の発生量が少なくなり、実用には適さない。本発明では、アルミニウムの最良の重量範囲は１０重量以上である。アルミニウムが１０重量未満なら水素の発生量が最良の重量範囲より少ない。アルミニウムが３０重量を越えた場合には、水素の発生量はアルミニウムの３０重量の場合と変わらないこととコストや重量がかかることから、アルミニウムは１０重量〜３０重量が望ましい。

容器６０内には、炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムのいずれかを入れる。但し、炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムを混合したもの（炭酸水素ナトリウムと炭酸ナトリウムのうちの少なくとも１つ）であっても良い。容器６０に入れる炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの重量は、１００重量の水に対し１重量以上とする。炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの重量が１重量未満では、水素は発生するが水素の発生量が少なくなり、実用には適さない。一方、炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの重量が３０重量を越えると、水への炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの溶解度が悪くなるだけでなく、コストが高くなる。よって、コストの観点から考えると、炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの重量の最良の範囲は、１０重量〜３０重量が望ましい。炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムが１０重量未満なら水素の発生量が最良の重量範囲より少なく、一方、３０重量を越えると、水素の発生量は１０重量〜３０重量の場合と変わらないが、コストが高くなる。

本発明で使用する水は、前述の創生水だけでなく、純水や水素水（水の中に例えば０．２ｐｐｍの水素を含む水）や水道水等、どのような種類の水を使用しても良い。なお、創生水の基になる水や水道水は、長野県上田市の水道水を使用する。

次に、水とアルミニウム７６と炭酸水素ナトリウムとで、どれだけの時間水素が発生するかについての実験を行なった。その実験結果の表を図７に示す。図７は、「炭酸水素ナトリウム又は炭酸ナトリウムのうちの一つ」のうち「炭酸水素ナトリウム」を使用したものである。容器６０内に入れる水の重量を１００重量とし、容器６０内に入れるアルミニウムの重量を２０重量とし、炭酸水素ナトリウムの重量を２０重量として、前述の４種類の水（創生水、純水、水素水、水道水）を使用して、水素の発生時間について実験した。なお、アルミニウム７６が「塊」の場合の表を図７（ａ）に示し、アルミニウム７６が「粉末」の場合の表を図７（ｂ）に示す。

図７(ａ)は、アルミニウムに「塊」を使用するので、収容手段７２の複数の棚７０の上にアルミニウム７６の塊を多数載せ、昇降手段９５を作動させて、収容手段７２に収容した全てのアルミニウム７６の塊を液面７４より下方に浸漬させる。容器６０内には、アルミニウム７６の他に、水と炭酸水素ナトリウムとを入れる。

容器６０内に、水とアルミニウムの塊と炭酸水素ナトリウムとを入れた後、加熱手段９０によって、４種類の各水をそれぞれスタート温度（スタート時の温度を７２℃〜８７℃等の適宜温度）から加熱する。加熱開始から１５分後に同一のピーク温度９２℃となるように、４種類の各水を加熱手段９０で加熱する。容器６０内の水の温度が上昇するに伴って、容器６０内の温度が上昇し、水素の発生量が増大する。ピーク温度とは、単位時間当たりに水素を最大に発生する温度である。
ここで、ピーク温度を９２℃（同一温度）としたが、ピーク温度は９２℃のような特定の温度ではなく、室内温度等の条件によって変化し、例えば約９２℃±４℃程度になる。

ピーク温度に至った後は、加熱手段９０を適宜作動させて、容器６０内の水をピーク温度（範囲内の温度）に加熱保温する。即ち、加熱手段９０は、アルミニウムの重量や炭酸水素ナトリウムの重量や水の種類の組み合わせにおいて、水素の発生量がほぼ最大となるピーク温度に容器６０内の水溶液の温度を保つための加熱手段兼保温手段である。

創生水では、ピーク温度（反応開始時より１５分）に至った後、ピーク時と同様の安定状態は３０分間（反応開始時より４５分まで）継続し、その後、５分程度で水素の発生を停止した。ここで、図７ａの「安定」とは、容器６０内をピーク温度に保ち、単位時間における水素の発生量がほぼ最大量（ほぼ一定量）であることを意味する。一方、純水では、ピーク時の後、ピーク時と同様の安定状態は１５分間（反応開始時より３０分まで）継続し、その後、弱反応が５分程度続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。「弱反応」とは、水素の発生量が、「安定」の量よりも少ない量（半分程度の量）のことを意味するものである。水素水では、ピーク時の後、ピーク時と同様の安定状態は１０分間（反応開始時より２５分まで）継続し、その後、「やや弱反応」が５分程度続き、その後、「微弱反応」が５分程度続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。「やや弱反応」とは、水素の発生量が、「安定」の量と「弱反応」の量との中間の量のことを意味し、「微弱反応」とは、水素の発生量が「弱反応」の約半分以下の量のことを意味するものである。水道水では、ピーク時の後、約１０分間（反応開始時より２５分まで）は弱反応で水素を発生し、その後、５分間（反応開始時から約３０分まで）は微弱反応で水素を発生し、その後、５分程度で水素の発生を停止した。

図７(ｂ)は、アルミニウムに「粉末」を用いたものである。即ち、１００重量の水と、２０重量のアルミニウム粉末と、２０重量の炭酸水素ナトリウムを用いて、創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水についての水素発生時間の実験結果を示すものである。アルミニウムは粉末を使用するので、収容手段７７の内部にアルミニウムの粉末を入れ、アルミニウムの粉末を容器６０内の液面７４より下方に浸漬させる。

容器６０内に、水とアルミニウムの粉末と炭酸水素ナトリウムとを入れた後、加熱手段９０によって、４種類の各水をそれぞれスタート温度（スタート時の温度を７０℃〜８５℃等の適宜温度）から加熱する。スタート時の４種類の水の温度は６０℃以上であるので、スタート時から４種類の各水において水素を発生する。容器６０内の水の温度が上昇するに従って、水素の発生量が多くなる。その後、容器６０内の水がピーク温度になるまで加熱手段９０で加熱する。ここで、ピーク温度を９０℃としたが、ピーク温度は９０℃のような特定の温度ではなく、室内温度等の条件によって変化し、例えば９０℃±４℃程度の範囲内にある温度となる。

図７(ｂ)は、１００重量の水と、２０重量のアルミニウム粉末と、２０重量の炭酸水素ナトリウムとを混合させたものであり、水を、創生水、純水、水素水、水道水の４種類として、それらの水素発生時間の実験結果を示すものである。４種類の水について、ピーク時（水素発生開始から１０分後）のピーク温度を９０℃（同一温度）となるよう加熱する。創生水では、ピーク温度になった後、ピーク温度と同様の安定状態は２０分間（反応開始時より３０分まで）継続し、その後、弱反応が５分間続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。純水では、ピーク温度になった後、ピーク温度と同様の安定状態は５分間（反応開始時より１５分まで）継続し、その後、弱反応が５分間（反応開始時より２０分まで）続き、その後、微弱反応が５分間（反応開始時より２５分まで）続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。水素水では、ピーク温度になった後、ピーク温度と同様の安定状態は５分間（反応開始時より１５分まで）継続し、その後、約５分間（反応開始時より２０分まで）は弱反応で水素を発生し、その後、微弱反応が５分間（反応開始時より２５分まで）続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。水道水では、ピーク温度になった後、約５分間（反応開始時より１５分まで）は弱反応が続き、その後、微弱反応が５分間（反応開始時より２０分まで）続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。

図７の「炭酸水素ナトリウム」の場合、アルミニウムが塊であっても粉末であっても、創生水はピーク時と同様の安定状態が、他の３種類（純水、水素水、水道水）の水と比べて一番長く継続する。更に、「炭酸水素ナトリウム」を使用した場合では、アルミニウムの「塊」の方が、「粉末」より長く水素を発生する。
これは、アルミニウムの塊を用いた図７（ａ）の創生水では、４５分まで安定して水素を発生したが、アルミニウムの粉末を用いた図７（ｂ）の創生水では、３０分まで安定して水素を発生したことから明らかである。

図８は、１００重量の水（創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水）と２０重量のアルミニウム（「塊」と「粉末」）とを使用するものにおいて、「炭酸水素ナトリウム」の重量の変化に伴う水素の発生時間の変化について調べたものである。創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水の全てについて、「炭酸水素ナトリウム」が１重量では、４分〜１６分（図８の表の４種類の水の水素発生最短時間と最長時間の範囲）の間、水素を発生する。ここで、水として創生水を使用した場合、アルミニウム塊では１６分間水素を発生し、アルミニウ粉末では１０分間水素を発生する。即ち、「炭酸ナトリウム」が１重量では、創生水とアルミニウムとを使用した場合に、その他の３種類の水を使用した場合と比べて、水素発生時間が長くなる。

「炭酸水素ナトリウム」が１０重量では１１分〜４０分（図８の表の４種類の水の水素発生最短時間と最長時間の範囲）の間、水素を発生する。ここで、水として創生水を使用した場合、アルミニウム塊では４０分間水素を発生し、アルミニウ粉末では２１分間水素を発生する。即ち、「炭酸水素ナトリウム」が１０重量では、創生水とアルミニウム塊とを使用した場合に、最長時間水素を発生する。次に、「炭酸水素ナトリウム」が２０重量では１０分〜４５分の間、水素を発生する。ここで、水として創生水を使用した場合、アルミニウム塊では４５分間水素を発生し、アルミニウ粉末では３０分間水素を発生する。即ち、「炭酸水素ナトリウム」が２０重量では、創生水とアルミニウム塊とを使用した場合に、最長時間水素を発生する。次に、「炭酸水素ナトリウム」が３０重量では１２分〜４７分の間、水素を発生する。ここで、水として創生水を使用した場合、アルミニウム塊では４５分間水素を発生し、アルミニウ粉末では３０分間水素を発生する。即ち、「炭酸水素ナトリウム」が２０重量では、創生水とアルミニウム塊とを使用した場合に、最長時間水素を発生する。

「炭酸水素ナトリウム」が１０重量〜３０重量の範囲では、創生水、純水、水素水、水道水の４種類の全ての水について、「炭酸水素ナトリウム」が１重量と比べて、水素の発生時間が長いことが明らかである。また、図８に示すように、４種類の水のうち、特に、創生水が他の３種類の水と比べて、「炭酸水素ナトリウム」が１重量、１０重量、２０重量、３０重量の全てにおいて、水素の発生時間が長いものである。更に、アルミニウムの「塊」はアルミニウムの「粉末」と比べて、水素の発生時間が１．５〜２倍程度長いことが明らかであり、アルミニウムは「粉末」よりも「塊」の方が本発明では望ましい。

ここで、水とアルミニウムと炭酸水素ナトリウムとで、アルミニウム１ｇ当りどれだけの水素が発生するかについて実験を行なった。水素の発生量に客観性を持たせるために、第三者に測定分析を依頼した。その実験の分析結果である測定分析成績書が図９である。この測定分析成績書は、日本国長野県佐久郡立科町芦田１８３５所在の株式会社信濃公害研究所（電話０２６７−５６−２１８９）によって、２０１０年４月１４日に作成されたものである。実験では、水には創生水１００ｃｃを使用し、１５ｇのアルミニウムと、２０ｇの炭酸水素ナトリウムとを加えて実験した。実験結果は、アルミニウム１ｇ当り１．７リットルの水素を得た。

次に、水とアルミニウム７６と「炭酸ナトリウム」とを混合して、どれだけの時間水素が発生するかについての実験を行なった。その実験結果の表を図１０に示す。図１０は、「炭酸水素ナトリウム又は炭酸ナトリウムのうちの一つ」のうち「炭酸ナトリウム」を使用したものである。容器６０内に入れる水の重量を１００重量（１００ｃｃ）とし、容器６０内に入れるアルミニウムを２０重量（２０ｇ）とし、炭酸ナトリウムを２０重量（２０ｇ）として、４種類の水（創生水、純水、水素水、水道水）を使用して、水素の発生時間について実験した。なお、アルミニウム７６について、「塊」の場合を図１０（ａ）に示し、「粉末」の場合を図１０（ｂ）に示す。

図１０(ａ)は、アルミニウムの「塊」を使用するので、収容手段７２の複数の棚７０の上にアルミニウム７６の塊を多数載せ、昇降手段９５を作動させて、収容手段７２に収容した全てのアルミニウム７６の塊を液面７４より下方に浸漬させる。容器６０内には、アルミニウム７６の他に、水と炭酸ナトリウムとを入れる。

容器６０内に、水とアルミニウムの塊と炭酸ナトリウムとを入れた後、加熱手段９０によって、４種類の各水をそれぞれスタート温度（スタート時の温度を７２℃〜８７℃等の適宜温度）から加熱する。加熱開始から１０分後に同一のピーク温度９２℃となるように、４種類の各水を加熱手段９０で加熱する。容器６０内の水の温度が上昇するに伴って、容器６０内の温度が上昇し、水素の発生量が増大する。ピーク温度を９２℃としたが、ピーク温度は例えば９２℃±４℃程度の範囲内にある温度である。

ピーク温度になった後は、ピーク温度かその付近の温度に加熱手段９０で容器６０内の温度を保つ。ピーク温度になった後、創生水では、ピーク温度と同様の安定状態は２０分間（反応開始時より３０分まで）継続し、その後、弱反応が２５分（反応開始時より５５分まで）続き、その後、５分前後で水素の発生を停止した。純水では、ピーク温度になった後、ピーク温度と同様の安定状態は１０分間（反応開始時より２０分まで）継続し、その後、弱反応が５分程度続き、その後、５分前後で水素の発生を停止した。水素水では、ピーク温度になった後、ピーク温度と同様の安定状態は１０分間（反応開始時より２０分まで）継続し、その後、弱反応が５分程度続き、その後、９分後に水素の発生を停止した。水道水では、ピーク温度になった後、ピーク温度と同様の安定状態は１０分間（反応開始時より２０分まで）継続し、その後、５分間（反応開始時から約２５分まで）は弱反応で水素を発生し、その後、１０分後に水素の発生を停止した。

図１０(ｂ)は、アルミニウムの「粉末」を用いたものである。即ち、１００重量の水と、２０重量のアルミニウム粉末と、２０重量の炭酸ナトリウムを用いて、創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水についての水素発生時間の実験結果を示すものである。アルミニウムは「粉末」を使用するので、収容手段７７の内部にアルミニウムの粉末を入れ、アルミニウムの粉末を容器６０内の液面７４の下方に浸漬させる。

容器６０内に、水とアルミニウムの粉末と炭酸ナトリウムとを入れた後、加熱手段９０によって、４種類の各水をそれぞれスタート温度（スタート時の温度を７２℃〜８４℃等の適宜温度）から加熱する。スタート時の４種類の水の温度は６０℃以上であるので、スタート時から４種類の各水において水素を発生する。その後、容器６０内の水がピーク時の温度（９３℃）となるよう加熱手段９０で１０分間加熱する。ピーク温度を９３℃としたが、ピーク温度は９３℃のような特定の温度ではなく、室内温度等の条件によって変化し、例えば９３℃±４℃程度の範囲内にある温度である。

図１０(ｂ)は、１００重量の水と、２０重量のアルミニウム粉末と、２０重量の炭酸水素ナトリウムとを混合させる条件下で、水を、創生水、純水、水素水、水道水の４種類についての水素発生時間の実験結果を示すものである。４種類の水について、ピーク時（水素発生開始から１０分後）のピーク温度を９３℃（同一温度）となるよう加熱する。創生水では、ピーク時の後、ピーク時と同様の安定状態は２５分間（反応開始時より３５分まで）継続し、その後、弱反応が５分程度続いた。水素の発生停止時間は表に記載されていないが、４５分前後で停止した。純水では、ピーク時の後、弱反応が１０分（反応開始時より２０分まで）続き、その後、５分程度で水素の発生を停止した。水素水では、ピーク時の後、約１０分間（反応開始時より２０分まで）はやや弱反応で水素を発生し、その後、７分後（反応開始時より２７分後）に水素の発生を停止した。水道水では、水素水では、ピーク時の後、約１０分間（反応開始時より２０分まで）はやや弱反応で水素を発生し、その後、９分後（反応開始時より２９分ご）に水素の発生を停止した。

図１０の「炭酸ナトリウム」の場合、ピーク時と同様の安定状態が、４種類の水のうち、創生水は他の３種類の水と比べて、一番長く継続する。また、「炭酸ナトリウム」を使用した場合では、アルミニウムの「塊」の方が「粉末」よりも水素の発生時間が長くなる。これは、アルミニウムの塊を用いた図１０（ａ）の創生水では、５５分まで水素を発生したが、アルミニウムの粉末を用いた図１０（ｂ）の創生水では、４５分頃までに水素の発生を停止することから明らかである。また、図１０（ａ）の純水、水素水、水道水の３種類の水と、図１０（ｂ）の純水、水素水、水道水の３種類の水とを比べてみても、３種類の水の全てにおいて、図１０（ａ）の水素発生時間の方が図１０（ｂ）の水素発生時間よりも長いことからも明らかである。

図１１は、１００重量の水（創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水）と２０重量のアルミニウム（「塊」と「粉末」）とを使用するものにおいて、「炭酸ナトリウム」の重量の変化に伴う水素の発生時間の変化について調べたものである。創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水の全てについて、「炭酸ナトリウム」が１重量では、６分〜１６分（図１１の表の４種類の水の水素発生最短時間と最長時間の範囲）の間、水素を発生する。ここで、水として創生水を使用した場合、アルミニウム塊では１９分間水素を発生し、アルミニウ粉末では２２分間水素を発生する。即ち、「炭酸ナトリウム」が１重量では、創生水とアルミニウムとを使用した場合に、その他の３種類の水を使用した場合と比べて、水素発生時間が長くなる。

「炭酸ナトリウム」が１０重量では１３分〜４２分（図１１の表の４種類の水の水素発生最短時間と最長時間の範囲）の間、水素を発生する。ここで、創生水を使用した場合、アルミニウム塊では４２分間水素を発生し、アルミニウ粉末では３１分間水素を発生する。即ち、「炭酸ナトリウム」が１０重量では、創生水とアルミニウム塊とを使用した場合に、最長時間水素を発生する。次に、「炭酸ナトリウム」が２０重量では１７分〜５０分の間、水素を発生する。ここで、創生水を使用した場合、アルミニウム塊では５０分間水素を発生し、アルミニウ粉末では３５分間水素を発生する。即ち、「炭酸水素ナトリウム」が２０重量では、創生水とアルミニウム塊とを使用した場合に、最長時間水素を発生する。次に、「炭酸ナトリウム」が３０重量では１５分〜４５分の間、水素を発生する。ここで、創生水を使用した場合、アルミニウム塊では４５分間水素を発生し、アルミニウ粉末では３２分間水素を発生する。即ち、「炭酸ナトリウム」が３０重量では、創生水とアルミニウム塊とを使用した場合に、水素を最長時間発生する。

即ち、「炭酸ナトリウム」が１０重量〜３０重量の範囲では、創生水、純水、水素水、水道水の４種類の水の全てについて、「炭酸ナトリウム」が１重量と比べて、水素の発生時間が長いことが明らかである。また、図１１に示すように、４種類の水のうち、特に、創生水が他の３種類の水と比べて、「炭酸ナトリウム」が１重量、１０重量、２０重量、３０重量の全てにおいて、水素の発生時間が長いものである。更に、アルミニウムの「塊」はアルミニウムの「粉末」と比べて、水素の発生時間が１．５倍程度長いことが明らかであり、アルミニウムは「粉末」よりも「塊」の方が、本発明では望ましい。

容器６０内で発生した水素は、容器６０内の圧力を高くする。また、容器６０内の水が蒸発する場合にも、容器６０内の圧力を高くする。容器６０内の圧力が高くなると、容器６０内で水素が発生するとみなして開閉バルブ８４を開く。開閉バルブ８４を開くと、ノズル８２から容器６０内の高温高圧の気体（水素だけでなく蒸気も混合して含まれる）が容器６０の外部に向けて取り出される。蒸気はその後、冷却すれば水となるので、水素のみを効率良く収集することができる。炭酸水素ナトリウムや炭酸ナトリウムのいずれを使用した場合においても、容器６０内には、残留物として、アルミン酸ナトリウムが得られる。このアルミン酸ナトリウムは、各種用途に用いることができる。

図７乃至図１１におけるアルミニウム７６の「塊」と「粉末」についての水素発生時間の長さから、「塊」の方が「粉末」よりも水素をより多く発生することが明らかである。アルミニウムを使用して水素を発生する場合に、「アルミニウムの表面に被膜が形成され、短期間で水素の発生が停止するため、アルミニウムを粉末にすることが好ましい」と従来から喧伝されてきた。しかし、本発明では、加熱された炭酸水素ナトリウム水溶液や炭酸ナトリウム水溶液がアルミニウム７６の表面への被膜の発生を阻止すると考えられるので、アルミニウムの塊を使用することができ、アルミニウムの塊の方がアルミニウムの粉末より、水素発生時間を長くすることが可能となる。

次に、水素の発生を途中で停止する場合について説明する。図５に示す収容手段７２に収容されたアルミニウムの塊も、図６の収容手段７７の内部に収容されたアルミニウムの小さい粒や粉末も、水素を発生させる場合には、液面７４より下位に浸漬させる。これによって、アルミニウム７６と炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液との反応によって、容器６０内で水素が発生する。その後、水素の発生途中において水素の発生を停止させたい場合に、昇降手段９５を作動させて収容手段７２，７７を上昇させ、アルミニウム７６を炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液の液面７４より上位に移動させる。この結果、アルミニウム７６は炭酸水素ナトリウム水溶液や炭酸ナトリウム水溶液と接触しなくなるので、水素の発生を直ちに停止させることができる。

その後、再度水素を発生させる場合には、昇降手段９５を作動させて収容手段７２，７７を下降させ、収容手段７２，７７内に収容されたアルミニウム７６を炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液に浸漬させる。このように、アルミニウム７６を液面７４の上方や液面７４の下方に移動させることで、水素の発生と水素の発生の停止とを瞬時に行なわせることができ、水素のエネルギとしての応用範囲を広げることができる。

水素の発生を途中で停止する他の方法としては、容器６０の下位に取り付けた排出管９８から、容器６０内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を外部に排出するようにしても良い。その後、再度水素を発生させる場合には、水溶液導入管６６から炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を容器６０内に導入すれば良い。

前述までの説明は、容器６０内の液面７４より下方にアルミニウム７６を浸漬させた状態で水素を発生させていた。次に、アルミニウム７６を液面７４より上方に備えた状態で水素を発生させることについて説明する。この場合には、収容手段７２の中にアルミニウム７６の塊を収容し、昇降手段９５を作動させて、アルミニウム７６の塊を液面７４より上位に配置する。容器６０内には、水（どのような種類の水でも良い）と炭酸水素ナトリウムとを入れ、加熱手段９０で加熱する。容器６０内を加熱する温度は、炭酸水素ナトリウム水溶液の蒸発温度とする。炭酸水素ナトリウム水溶液が蒸発することで、炭酸水素ナトリウムの蒸気がアルミニウム７６の塊と接触する。この結果、アルミニウム７６の塊の表面に炭酸水素ナトリウムが付着し、蒸気とアルミニウム７６の塊と炭酸水素ナトリウムとから、水素が発生する。アルミニウム７６の塊に炭酸水素ナトリウム水溶液の蒸気を当てることで、水素が発生するようアルミニウム７６を変質させることを「蒸気改質」とする。

１００重量の水と、２０重量のアルミニウムの塊と、２０重量の炭酸水素ナトリウムとを用いて、アルミニウムを蒸気改質させると、水を創生水とした場合には、水素を安定して４５分間発生した。同一の条件で、純水は３０分間安定して水素を発生し、水道水は２５分間安定して水素を発生した。このように、アルミニウム７６の塊と炭酸水素ナトリウムとを用いてアルミニウム７６を蒸気改質をさせた場合には、アルミニウム７６を創生水の液面７４の下位に浸漬させた場合とほぼ同量の水素を発生させることができた。

アルミニウムを蒸気改質させて水素を発生させる場合において、水素の発生を途中で停止する際には、収容手段７２に収容されたアルミニウム７６の塊と炭酸水素ナトリウム水溶液の液面７４とを、遮断手段（図示せず）によって気密的に遮断するか、容器６０の下位に取り付けた排出管９８から、容器６０内の炭酸水素ナトリウム水溶液を外部に排出するようにする。

Claims

１００重量の水と１重量以上のアルミニウムと１重量以上の炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの少なくとも一方とを容器内に入れ、前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を加熱手段で６０℃以上に加熱することを特徴とする水素の製造方法。
前記アルミニウムの重量を１０重量以上としたことを特徴とする請求項１項記載の水素の製造方法。
前記炭酸水素ナトリウムか炭酸ナトリウムの少なくとも一方の重量を１０重量以上としたことを特徴とする請求項１又は２項記載の水素の製造方法。
前記容器内に収容手段を上下に移動自在に備え、前記収容手段内に前記アルミニウムを収容し、水素を発生させる場合には前記容器内の液面下に前記アルミニウムを浸漬させ、水素の発生を停止させる場合には前記収容手段を上昇させて前記容器内の液面より上位に前記アルミニウムを引き上げることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水素の製造方法。
前記容器の下部付近に前記容器内から水を外部に排出するための排出管を設け、前記排出管の途中に開閉弁を設け、水素の発生を停止させる場合には前記排出管から前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液を排出することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水素の製造方法。
前記容器内の温度を測定する温度計と前記容器内の圧力を測定する気圧計とを備え、前記温度計によって測定された前記容器内の温度や前記気圧計によって測定された前記容器内の圧力に応じて前記加熱手段を作動させるコンピュータを備え、前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液の温度を単位時間に水素を最大に発生させる温度に保つように、前記コンピュータで前記加熱手段を制御することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の水素の製造方法。
前記加熱手段による前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液か炭酸ナトリウム水溶液の温度を加熱保温する温度を、８６℃〜９７℃とすることを特徴とする請求項６記載の水素の製造方法。
前記炭酸水素ナトリウムか前記炭酸ナトリウムの少なくとも一方を炭酸水素ナトリウムとし、前記加熱手段で加熱する炭酸水素ナトリウム水溶液の温度をその蒸発温度とし、前記容器内で上下に移動自在な収容手段を備え、前記収容手段内に前記アルミニウムの塊を収容し、水素を発生させる場合には前記容器内の液面より上方に前記アルミニウムを配置して炭酸水素ナトリウム水溶液の蒸気を前記アルミニウムの塊に当てることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の水素の製造方法。
水素の発生を停止させる場合には前記アルミニウムと液面との間を遮断部材で気密的に遮断することを特徴とする請求項８記載の水素の製造方法。
前記容器の下部付近に前記容器内から水を外部に排出するための排出管を設け、前記排出管の途中に開閉弁を設け、水素の発生を停止させる場合には前記排出管から前記容器内の炭酸水素ナトリウム水溶液を排出することを特徴とする請求項８記載の水素の製造方法。
前記容器内に入れる水は、水を最初にイオン交換樹脂に通過させ、その後にトルマリンと、流紋岩または花崗岩の少なくとも１つからなる二酸化珪素を６５〜７６重量含む岩石とのどちらか一方を先に他方を後に通過させることによって生成する特殊な水としたことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項記載の水素の製造方法。
前記特殊な水を生成するためのトルマリンにアルミニウム、ステンレス、銀の少なくとも１種類の金属を混合させたことを特徴とする請求項１１記載の水素の製造方法。
前記流紋岩を黒曜石，真珠岩，松脂岩のうち少なくとも１つからなる岩石としたことを特徴とする請求項１１又は１２記載の水素の製造方法。