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技術 水素ガスの製造装置および製造方法

出願人 株式会社フクハラ
発明者 福原廣
出願日 2013年1月15日 (7年10ヶ月経過) 出願番号 2013-016139
公開日 2014年7月28日 (6年3ヶ月経過) 公開番号 2014-136674
状態 拒絶査定
技術分野 水素、水、水素化物
主要キーワード 排出開閉弁 本願装置 水素ガス濃度計 メンテナンス負荷 不活性ガスガス 投入配管 チューブ型容器 取出配管
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2014年7月28日)のものです。
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図面 (3)

課題

安全性と安定供給能を備えた水素ガス供給装置を提供する。

解決手段

アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず水を密閉され外部と完全に遮断された反応タンク30内に満水になるように注入し、次に一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって水素ガスを作り出す。

概要

背景

従来、水素ガス製造装置および製造方法に類似する、高圧水素ガスの製造方法および製造装置、水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術はあった(例えば、特許文献1、特許文献2を参照)。

概要

安全性と安定供給能を備えた水素ガス供給装置を提供する。アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず水を密閉され外部と完全に遮断された反応タンク30内に満水になるように注入し、次に一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって水素ガスを作り出す。

目的

この発明は、水素ガスの製造装置および製造方法に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また水素ガスを供給することが出来る水素ガス供給装置を流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず給水装置から反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に水素ガス供給装置から反応タンクに一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に固体粒子貯留装置から反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ反応タンク内に水素ガスを作り出すことによって、水素製造装置水素貯蔵容器水素精製装置水素運搬装置を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

この技術が所属する分野

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請求項1

アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また水素ガスを供給することが出来る水素ガス供給装置流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記給水装置から前記反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に前記水素ガス供給装置から前記反応タンクに一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ前記反応タンク内に水素ガスを作り出すことを特徴とする水素ガスの製造装置

請求項2

アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを供給することが出来る不活性ガス供給装置を流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記給水装置から前記反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に前記不活性ガス供給装置から前記反応タンクに一定量の窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ前記反応タンク内に水素ガスを中心とする気体を作り出すことを特徴とする水素ガスの製造装置。

請求項3

アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず水を密閉され外部と完全に遮断された反応タンク内に満水になるように注入し、次に一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって水素ガスを作り出すことを特徴とする水素ガスの製造方法。

請求項4

アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず水を密閉され外部と完全に遮断された反応タンク内に満水になるように注入し、次に一定量の窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって水素ガスを中心とする気体を作り出すことを特徴とする水素ガスの製造方法。

技術分野

0001

本発明は、水素ガス製造装置および製造方法に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また水素ガスを供給することが出来る水素ガス供給装置流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず給水装置から反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に水素ガス供給装置から反応タンクに一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に固体粒子貯留装置から反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ反応タンク内に水素ガスを作り出す技術について述べたものなのである。

背景技術

0002

従来、水素ガスの製造装置および製造方法に類似する、高圧水素ガスの製造方法および製造装置、水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術はあった(例えば、特許文献1、特許文献2を参照)。

0003

ここで、高圧水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術について、特許文献1によって説明する。

0004

この場合、特許文献1には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、窒素ガスを含む不活性ガスを供給することが出来る不活性ガス供給装置を接続し、また水を送り込むことが出来る給水装置を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、前記反応タンク内を水と窒素ガスを含む不活性ガスによって完全に満たされた状態から、前記反応タンク内の当初の窒素ガスを含む丕活性ガスの占める空間と前記反応タンク内の反応によって水が減量することによる空間の和に対して、反応することで発生した水素ガスの占める割合によって高圧水素ガスにし、その高圧水素ガスを前記反応タンクの上部から水素ボンベ充填するようにした技術と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を送り込むことが出来る給水装置を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、前記反応タンク内を水によって完全に満たされた状態から、前記反応タンク内の反応によって水が減量することによる空間に対して、反応することで発生した水素ガスの占める割合によって高圧水素ガスとし、その高圧水素ガスを前記反応タンクの上部から水素ボンベに充填するようにした技術が示されている。
特開2009−149484

0005

次に、従来の水素ガスの製造方法および製造装置に関する技術について、特許文献2によって説明する。

先行技術

0006

この場合、特許文献2には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを供給することが出来る不活性ガス供給装置を接続し、また水を滴下することが出来る給水装置を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込み、次に前記不活性ガス供給装置から前記反応タンクに、窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを送り込むことによって内部の空気を排出して充満させ、最後に前記給水装置から前記反応タンクに、水を滴下して反応を開始させ、前記反応タンク内の窒素ガスを含む不活性ガスの何れかの占める空間に対して、反応することで発生した水素ガスが加わることによって高圧水素ガスを作り出す技術と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込み、最後に前記給水装置から前記反応タンクに、水を滴下して反応を開始させ、前記反応タンク内の空間に対して、反応することで発生した水素ガスが加わることによって高圧水素ガスを作り出す技術と、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水素ガスを供給することが出来る水素ガス供給装置を接続し、また水を滴下することが出来る給水装置を接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクに、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込み、次に前記水素ガス供給装置から前記反応タンクに、水素ガスを送り込むことによって内部の空気を排出して充満させ、最後に前記給水装置から前記反応タンクに、水を滴下して反応を開始させ、前記反応タンク内の水素ガスの占める空間に対して、反応することで発生した水素ガスが加わることによって高圧水素ガスを作り出す技術が示されている。
特開2009−274944

発明が解決しようとする課題

0007

しかしながら、このような従来の技術に見られる高圧水素ガスの製造方法および製造装置、そして水素ガスの製造方法および製造装置に関しては、以下に示すような課題があった。

0008

この場合、高圧水素ガスの製造方法および製造装置に於いては、先ず高圧の水素ガスを製造するということで、水素ガスを製造する空間の大きさを具体的に提示していなかったので、安全性を考えて反応タンクの耐圧に配慮する必要が有り、更に反応タンク内を水によって完全に満たす際に、反応タンクから各種の開閉弁に接続しているそれぞれの管に空気が残留する場合が有り、加えて水を単独または窒素ガスを含む不活性ガスと共に完全に満たされている反応タンクの中に固体粒子投入する際に、固体粒子貯留装置の側に流体が流出することに対応しなければならなかった。

0009

また、水素ガスの製造方法および製造装置に於いては、最後に水を滴下する際に、特に途中で反応タンクに窒素ガスを含む不活性ガスや水素ガス等の気体が送り込まれている場合には、給水装置の側に気体が流出することに対応しなければならなかった。

課題を解決するための手段

0010

本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また水素ガスを供給することが出来る水素ガス供給装置を流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記給水装置から前記反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に前記水素ガス供給装置から前記反応タンクに一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ前記反応タンク内に水素ガスを作り出すことを特徴とし、更には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを供給することが出来る不活性ガス供給装置を流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず前記給水装置から前記反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に前記不活性ガス供給装置から前記反応タンクに一定量の窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に前記固体粒子貯留装置から前記反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ前記反応タンク内に水素ガスを中心とする気体を作り出すことを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。

0011

また、本発明は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず水を密閉され外部と完全に遮断された反応タンク内に満水になるように注入し、次に一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって水素ガスを作り出すことを特徴とし、更には、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず水を密閉され外部と完全に遮断された反応タンク内に満水になるように注入し、次に一定量の窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって水素ガスを中心とする気体を作り出すことを特徴とすることによって、上記課題を解決したのである。

発明の効果

0012

以上の説明から明らかなように、本発明によって、以下に示すような効果をあげることが出来る。

0013

第一に、水素ガスを製造する空間の大きさを水素ガスや窒素ガスを含む不活性ガスを中心として具体的に提示することによって、反応タンクの耐圧を過剰に大きい値にすることが不要となったのである。

0014

第二に、予想される各部に残留気体排出手段を設けることによって、反応タンク内を水によって完全に満たす際に、反応タンクから各種の開閉弁に接続しているそれぞれの管に空気が残留することが無くなったのである。

0015

第三に、固体粒子貯留装置に気体流出防止手段を設けることによって、水を窒素ガスを含む不活性ガスや水素ガスと共に完全に満たされている反応タンクの中に固体粒子を投入する際に、固体粒子貯留装置の側に気体が流出することに対応することが不要となったのである。

0016

第四に、最初に水を満水になるように注入し、次に気体を送り込み、最後にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、ガスの流出することに対応することが可能となったのである。

図面の簡単な説明

0017

本願発明の実施例を示した図 本願発明の気体流出防止手段を示した図

0018

以下、本発明の実施の形態を図面と共に詳細に説明する。
ここで、図1は、本願発明の実施例を示した図であり、図2は、本願発明の気体流出防止手段を示した図である。

0019

図1に見られるように、10は水素ガス供給装置であって、市販の水素ガスボンベを使用することが考えられる。 また、本願装置稼動した時点では、製造した水素ガスを使用することも考えられる。

0020

所で、水素ガス供給装置10からの水素ガスは、ガス供給配管100と、流体の流量を測定する流量計215と、ガス供給配管101と、手動によって開閉の動作を行うガス供給開閉弁201と、ガス供給配管102を経由して、水素ガスを作り出す反応を行う反応タンク30に送り込まれるようになっているのである。 そして、水素ガス供給装置10には、水素ガスを供給する際に、必要とする濃度の水素ガスが確実に供給されているかどうかを確認する目的で、内部の濃度を測定する事が出来る水素ガス濃度計202を接続している。

0021

この場合、反応タンク30には、固体粒子貯留装置20より、必要な定まった量のアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかの小片粉末にしたものを送り込むことが出来るようになっている。 更に、詳細に述べるならば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかの小片や粉末にしたものを、固体粒子投入口301から、固体粒子貯留配管111と、手動によって開閉の動作を行う固体粒子貯留開閉弁205と、固体粒子貯留配管112と、固体粒子貯留装置20と、固体粒子投入配管113と、手動によって開閉の動作を行う固体粒子投入開閉弁204と、固体粒子投入配管114を経由して、反応タンク30に送り込まれるようになっているのである。

0022

即ち、固体粒子貯留装置20には、固体粒子投入口301から、必要な定まった量のアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかの小片や粉末にしたものを投入することで、それ等を貯留している。 そして、貯留した後には固体粒子投入開閉弁204を開放することによって反応タンク30に貯留されたアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかの小片や粉末の投入を行うことが出来るのである。

0023

更に、反応タンク30には、給水装置40より水を滴下することが出来るようになっている。 即ち、水注入口304から送り込まれた水は、貯水配管131と、手動によって開閉の動作を行う貯水開閉弁209と、貯水配管132を経由して、給水装置40に貯留されるようになっている。 そして、給水装置40に貯留された水は、給水配管133と、手動によって開閉の動作を行う給水開閉弁210と、給水配管134を経由して反応タンク30に滴下することが出来るようになっているのである。

0024

この場合、水を滴下するということは、粉末や固体を投入することに較べて、数量の管理を多量の場合でも少量の場合でも、際立って正確に行なうことが出来るということである。

0025

ここで、反応タンク30に於いては、加熱冷却手段50によって内部を必要とする温度に加熱したり冷却することが可能となっている。 尚、この加熱冷却手段50を設置する場所に関しては、図1に於いては、反応タンク30の周囲に位置させているが、この場所に限定される必要はなく、給水配管133、134や、給水装置40に位置させても構わない。 特に、反応タンク30に位置させた場合には、反応を行なった際に発生する熱を冷却するのに非常に有効であるとも言えるし、発生した熱を加熱に使用するということも考えられる。

0026

そして、加熱冷却手段50に関しては、具体的にその内容を図示していないが、一つの例として、ニクロム線を構成した加熱手段と、フレオンガス等の各種冷媒を使用した冷却手段を、両者混合したような装置や、温水冷水の両方を通るようにした配管を外側に位置させた装置等が考えられる。 また、冷却が円滑に行なうことが出来るように、即ち放熱が円滑に成されるように、加熱冷却手段50そのものに、また加熱冷却手段50を位置させた周囲にフィンを付加するのも有効な手段である。

0027

従って、反応タンク30では、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと水を反応させて水素ガスを作り出すのであるが、その為に反応タンク30には固体粒子貯留装置20と給水装置40の両者を接続していて、反応に必要とする物質を供給可能としているのである。 また、反応に際して、必要に応じて熱水常温水や冷水を使用する必要性から、必要とする温度の水に加熱することが可能なように加熱冷却手段50を設置しているのである。

0028

更に、反応に際して、その反応を水と反応させる際に水素ガスの中で行うことによって、少しでも純度の高い水素ガスを製造することを可能にしているのである。 また、給水装置40から反応タンク30内に水を満水になるように注入し、その後水素ガス供給装置10から反応タンク30に一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、それによって最終的に水素ガスを作り出す空間を概ね確定し、それによって水素ガスの圧力を制御可能にしているのである。 そして、水素ガスを製造するのに際して、必要に応じて圧力の高い水素ガスを製造することも可能であり、その際水素吸蔵合金吸蔵させることも容易であると言える。

0029

尚、反応タンク30には、このような反応を円滑に行うことが容易に出来るように、特に水素ガスを注入するのに際して、反応タンク30内の空気を排出することが出来るように、気体排出口303に通じる管路をその上部に形成している。 即ち、反応タンク30の上部から、気体排出配管121と、手動によって開閉の動作を行う気体排出開閉弁206と、気体排出配管122を経由させて、気体排出口303に接続するように形成されている。 また、反応が確実にされているかを確認する意味で、内部の圧力を測定出来るようにした圧力計203を接続している。

0030

更に、底部に沈殿したりした不要滓を取り出すための、不要滓取出口302に通じる管路を、反応タンク30の底部に、不用滓取出配管115と、手動によって開閉の動作を行う不用滓取出開閉弁207と、不用滓取出配管116を経由させて、不用滓取出口302に接続するように形成されている。

0031

しかしながら、これまで述べたような配慮を行ったとしても、本願発明の装置を作動させるのに際して反応タンク30内に給水装置40より水を送り込んで満水にしようとすると、ガス供給配管102と、圧力計203と、給水配管134と、固体粒子投入配管114と、水素ガス配管103と、気体排出配管121と、不用滓取出配管115の合計七個所の配管部には、空気が残留する可能性は残る。

0032

そこで、圧力計203に於いては、圧力計203と反応タンク30を接続する配管を太く短くし、更に接続する配管の圧力計203側の接続部を反応タンク30側の接続部より少し低くして空気が残留しにくくする。 また、給水配管134に於いては、配管を太く短くしながら、給水の速度を、特に満水に近付いた最終段階で供給する給水の速度を遅くして水の中に気泡が発生しにくいようにすることで対応が可能となるのである。 更に、気体排出配管121に於いては、配管を太く短くしながら、気体排出開閉弁206側を水平にするのではなく、高くなるように傾斜を付けたり、水平部を無くして垂直部だけにすることも考えられる。 加えて、不用滓取出配管115に於いては、配管を太く短くすることで、空気が残留しにくくする事が可能となるのである。

0033

一方、ガス供給配管102と、固体粒子投入配管114と、水素ガス配管103に関しても、配管を太く短くすることで空気の残留に対応することが可能であるとも言えるが、各配管の反応タンク30と接続している反対側の端部ぎりぎりの位置に、手動式の開閉弁を位置させることによって残留気体排出手段221、222、223として設置することも一つの方法である。 尚、これ等の残留気体排出手段221、222、223の使用法としては、反応タンク30内が満水になったと思われる段階で、そのまま給水を行いながら残留気体排出手段221、222、223である開閉弁を手動によってほんの少しだけ開放し、それによって開閉弁の近くに滞留している空気や気泡を排出しようとするのである。

0034

この場合、これまでの説明では開閉弁を使用した残留気体排出手段221、222、223に関しては、三箇所の配管に位置させることで述べているが、三箇所以上でも、二箇所でも、一箇所でも、設置しないということも考えられる。 但し、空気が水より軽いという関係から、空気が反応タンク30の上部に滞留することになり、この二箇所の残留気体排出手段222、223の設置に関しては、特に有効であるという事が出来る。 また、残留気体排出手段221に関しては、図1に見られるようにガス供給配管102が水平に位置している場合には、開閉弁を使用するのでは無く、圧力計203と同じ発想で対応することでも充分であると言える。 当然のことながら、ガス供給配管102を反応タンク30の上部に接続するという事も考えられる。 また、ガス供給配管102と、圧力計203と、給水配管134と、固体粒子投入配管114と、水素ガス配管103と、気体排出配管121と、不用滓取出配管115の合計七個所の配管部を、全部または一部を削除するということも考えられる。

0035

尚、残留気体排出手段に関しては、開閉弁だけに限定されるものではなく、配管の太さや長さや傾斜・・・等、時には七箇所の一部または全ての個所の配管を削除することも含めて、残留空気や気泡を排出する事を意図した技術であれば、その他の技術も含まれる。従って、前述の七個所の配管部の全てに、残留気体排出手段を配慮しているとも言えるのである。

0036

ところで、本願発明の装置を作動させるのに際して、反応タンク30内に給水装置40より水を送り込んで満水にし、水素ガス供給装置10から反応タンク30内に一定量の水素ガスを送り込んだ後に、固体粒子貯留装置20から固体粒子投入開閉弁204を開放してアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかを送り込むのであるが、その際に固体粒子貯留装置20の側に水素ガスが流出するという課題が有った。そこで、固体粒子貯留装置20にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかを貯留した時点で、固体粒子貯留装置20内を反応タンク30内と同一の水素ガスの雰囲気にして、同一の圧力で管理することが可能としたことで課題に対応したのである。

0037

即ち、固体粒子貯留装置20に水素ガスを送り込む事が出来るように、水素ガス濃度計231を接続した水素ガス供給装置230から、ガス供給配管232と、手動によって開閉の動作を行うガス供給開閉弁233と、ガス供給配管234を経由して、固体粒子貯留装置20に接続するようになっているのである。 同時に、固体粒子貯留装置20には、内部の状態を把握して管理することが可能なように、圧力計235を接続しているのである。 当然、内部の空気を排出する目的で、固体粒子貯留装置20に接続して、気体排出配管236と、手動によって開閉の動作を行う気体排出開閉弁237と、気体排出配管238を経由して、気体排出口239に至るように形成しているのである。 この場合、空気の排出をより完全なものとする為に、固体粒子貯留装置20に真空ポンプを接続し、真空ポンプによって空気を完全に排出して後に、水素ガスを送り込むという方法も、別の手段として考えられる。

0038

別の言い方で述べると、固体粒子貯留装置20から反応タンク30内にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかを投入する際に、固体粒子貯留装置20の側に水素ガスが流出するのを防止する目的で、気体流出防止手段230、231、232、233、234、235、236、237、238、239を構成しているとも言えるのである。 尚、気体流出防止手段に関しては、前述の技術に限定する必要は無く、固体粒子貯留装置20にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかを貯留し、その後固体粒子貯留装置20内を真空にした状態で固体粒子投入開閉弁204を開放してアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかを投入し、固体粒子貯留装置20内も反応タンク30内と同じに水素ガスを流入させる方式も考えられる。

0039

これまで説明したように、反応タンク30で作り出された水素ガスは、水素吸蔵合金を内蔵した水素貯蔵容器70に水素ガスだけを貯留することが可能となっている。 更に、詳細に述べるならば、反応タンク30から、水素ガス配管103と、手動によって開閉の動作を行う水素ガス開閉弁208と、水素ガス配管104と、水素ガスを必要とする圧力に減圧することが出来る減圧弁211と、水素ガス配管105を経由して、水素貯蔵容器70に一定の圧力を持った水素ガスを送り込むことが出来るようになっていて、水素ガスを水素吸蔵合金に吸蔵させることが可能となっているのである。

0040

この場合、水素貯蔵容器70からは、水素ガス放出管141と、手動によって開閉の動作を行う水素ガス放出開閉弁212と、水素ガス放出管142を経由させることで、ある時には吸蔵出来なかった水素ガスを使用することが可能となっていて、別の時には水素ガス放出管142の端部に位置させた別の水素吸蔵合金を含む水素貯蔵容器によって吸蔵または貯蔵した水素ガスを使用することが可能となっているのである。

0041

一方、水素貯蔵容器70に関しては、水素吸蔵合金の場合には、吸蔵する時には熱を発生するし、吸蔵した水素ガスを使用する際には加熱する必要が有るので、冷却と加熱の両方の目的を容易にかなえる為に、一つの例として水素吸蔵合金の入った長いチューブ型容器を使用する中で、フィンを形成するようなことで熱の移動を容易にすることも考えられる。 従って、水素貯蔵容器70には、必要に応じて周囲に温風冷風を送ったり、外周に蛇管を位置させて温水や冷水を水素貯蔵容器70の周囲に送ったりすることも考えられる。

0042

また、本願発明装置の水素貯蔵容器70に関しては、図1を含めて水素を吸蔵させる水素吸蔵合金を主体に記載している。 しかし、当然のことながら水素を吸蔵した後に水素貯蔵容器70を水素ガス配管105から分離して吸蔵した水素ガスを使用することは可能であり、その際に配管を分離しても水素貯蔵容器70より水素ガスが排出しないように配慮した、継手や開閉弁を配設する等の工夫はされていると考えて良い。 また、水素貯蔵容器70に関しては、水素吸蔵合金を使用するのでは無く、水素ボンベを使用するということも考えられる。

0043

ところで、これまでの記載では各種の開閉弁201、204、205、206、207、208、209、210、212に関しては、全て手動によって開閉の動作を行うように述べているが、一部または全てを、全自動によってまたは半自動によって開閉することも可能である。

0044

本発明による、水素ガスの製造装置および製造方法は前述したように構成されており、以下にその動作について説明する。

0045

先ず、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと水を反応させることで水素ガスを作り出すのに際しての反応式と、反応に際して一般的に言われている内容を示す。

0046

この場合、アルカリ金属としては、Li、Na、K、Rb、Csの全てが、常温の水と反応して水素を発生し、水酸化物になる。 特に、Na、K、Rb、Csに関しては、激しく反応する。 従って、反応に際してはかなりの熱を発生すると言える。 尚、一つの例としてNaと水が反応する場合には、〔数1〕に見られるような形で水素ガスを発生するのである。

0047

また、アルカリ土類金属としては、Ca、Sr、Ba、Raの全てが、冷水と反応して水素を発生し、水酸化物になる。 尚、一つの例としてCaと水が反応する場合には、〔数2〕に見られるような形で水素ガスを発生する。

0048

更に、Mgは、熱水と反応して水素を発生し、水酸化物になる。 尚、Mgと水が反応する場合には、〔数3〕に見られるような形で水素ガスを発生する。

0049

0050

0051

0052

例えば、〔数1〕の反応式に関して具体的に述べると、36gの水が、即ち36ccの水が、46gのナトリウムと反応することで、1モルの、即ち22400ccの水素ガスが発生することになる。 この場合、本願発明に於いては、反応タンク30を給水装置40より水を供給して満水にした状態で、水素ガス供給装置10より一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出するのである。 従って、この一定量の水素ガスの空間部と水で満たされた反応タンク30に、固体粒子貯留装置20よりナトリウムを投入することで反応すると、結果として反応した水の容積の部分が空間として形成されることで空間部に加わり、発生した水酸化ナトリウムは水に溶解し、最終的に水素ガスの存在する一定量の空間部に反応した水の容積の部分の空間部が加わることで全空間部を形成し、その全空間部に発生した水素ガスが加わることになるのである。

0053

即ち、概略の状態を述べると、水素ガスの存在する一定量の空間部を2240ccとすると、4.6gのナトリウムを投入すると反応によって2240ccの水素ガスが発生し、同時に反応によって3.6ccの水が減少することで2243.6ccの全空間部を形成し、それによって既に存在している水素ガスと合わせて、約二倍の圧力の水素ガスが貯留されることになるのである。

0054

そして、一定量の水素ガスを送り込むことによって発生する空間の容積が狭ければ狭いほど、高圧の水素ガスとなるのである。 尚、この事は、〔数2〕や〔数3〕に於いても同じことが言えるし、他の物質に於いても具体的に反応式を記載してはいないが、類似の様なことは言える。 しかしながら、金属の種類によっては、金属の表面に何等かの膜等が出来ることによって全量反応しない場合も有り、その場合には残った金属の容積が、全空間部に影響を与えるのである。 また、金属の種類によっては、水酸化物は水に一部しか、または全く溶解しない場合も有り得るので、その場合には全空間部が減少するものとして配慮しなければならない。

0055

ここで、本願発明についての具体的な動作を述べるが、反応開始準備段階として、固体粒子貯留装置20に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかの物質を、必要とする所定量を準備し、その物質と反応するのに必要な水を給水装置40に準備する。 当然のことながら、水素ガス供給装置10からは、ガス供給開閉弁201の所まで、必要とする純度の水素ガスが送り込むことが出来る状態になっていると考えても良い。

0056

更に、先ずガス供給開閉弁201と固体粒子投入開閉弁204と水素ガス開閉弁208と給水開閉弁210と不用滓取出開閉弁207と残留気体排出手段221、222、223を閉鎖した状態にして、また気体排出開閉弁206を開放した状態にして、次に給水開閉弁210を開放することで、水を反応タンク30に送り込む事を開始する。 その際、当然のことながら反応タンク30の中の空気は、気体排出口303より排出されることになる。

0057

その様な状況の中で、気体排出口303より水が排出される状況を確認した時点で、気体排出開閉弁206を閉鎖する。 一方、個々に残留気体排出手段221、222、223をほんの少しだけ開放しながら気泡の排出が終了して水の排出だけになった事を確認したら、個々に残留気体排出手段221、222、223を閉鎖していく。 そして、給水開閉弁210を閉鎖する。

0058

次に、ガス供給開閉弁201と気体排出開閉弁206の順序で開放することで、水素ガスを反応タンク30の中に送り込む。 そして、気体排出口303より排出される水の量を測定することで、反応タンク30の中に一定量の水素ガスが送られていることを確認することが出来るのである。 そこで、ガス供給開閉弁201を閉鎖して、そして気体排出開閉弁206を閉鎖する。 尚、流量計215でも反応タンク30の中に送り込まれた水素ガスの量を測定することが出来る。

0059

更に、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかの物質を貯留している固体粒子貯留装置20に於いては、固体粒子投入開閉弁204に加えて固体粒子貯留開閉弁205と気体排出開閉弁237を閉鎖した状態で、その上でガス供給開閉弁233を開放しながら水素ガス供給装置230から固体粒子貯留装置20に水素ガスを送り込む。 その後、気体排出開閉弁237を何度か開閉することによって、最終的には固体粒子貯留装置20内を純度の高い水素ガスで満たすことが出来るようになるのである。 その際には、固体粒子貯留装置20内の圧力を、反応タンク30内の圧力と一致させる事が大切な事である。

0060

最後に、ガス供給開閉弁233と気体排出開閉弁237を閉鎖した状態で、固体粒子投入開閉弁204を開放してアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの中の何れかの物質を反応タンク30の中に全量投入し、その上で固体粒子投入開閉弁204を閉鎖する。 そこで、反応タンク30内で、水素ガスを作り出す反応が成されるのである。

0061

一方、反応が終結した時点で発生した水素ガスは、水素ガス開閉弁208を開放することで、水素貯蔵装置70に貯蔵する事が可能となっている。 但し、本願発明に於いては、水素ガスを水素貯蔵装置70に送り込まないで、反応タンク30から直接使用するという事も可能である。 尚、直接使用する際には、各開閉弁の反応タンク30から遠い部分の継手部で離脱させることで、反応タンク30を水素貯蔵装置として運搬可能に使用することも可能である。 ここで、水素貯蔵装置70が水素吸蔵合金を使用している場合には、水素ガスを吸蔵させ貯留するのに際しては、発熱をするので冷却の対応をするのも大切な考え方の一つであるし、加熱することによって吸蔵された水素ガスを使用する事が出来るのである。

0062

尚、反応タンク30内の反応によって発生した水素ガスは、水素貯蔵装置70に送り込んで貯蔵するか、または反応タンク30より直接使用することが考えられるが、空の状態になった場合には、再度水素ガスを発生させる必要が出て来る。 その場合には、先ず反応タンク30内の水を中心とする物質を不用滓取出開閉弁207を開放することで排出し、次に反応タンク30内を水によって洗浄し、その上で当初の反応開始の準備段階からの動作を、再度繰り返すと良い。

0063

図1に見られるように、実施例2が実施例1と異なる点は、実施例1では、水素ガス供給装置10と、それに接続していた水素ガス濃度計202と、水素ガス供給装置230と、それに接続していた水素ガス濃度計231を配設していたのに対して、実施例2では、不活性ガス供給装置10Aと、それに接続していた窒素ガス濃度計202Aと、不活性ガス供給装置230Aと、それに接続していた窒素ガス濃度計231Aを配設していることである。 即ち、実施例1に於いては、水素ガスを作り出すのに水素ガスの雰囲気の中で反応させるのに対して、実施例2に於いては、窒素ガスを含む不活性ガスの雰囲気の中で反応させようとしていることである。

0064

そして、不活性ガス供給装置10Aとしては、窒素や、ヘリウムや、ネオンや、アルゴンや、クリプトンや、キセノンや、ラドンの、窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスを充填した高圧ボンベや、圧縮空気から膜分離方式またはPSA方式によって作り出す窒素ガスの製造装置が考えられる。 但し、窒素ガスの製造装置に関しては、膜分離方式またはPSA方式に限定する必要はなく、空気を冷却して分離する深冷分離方式等も考えられる。

0065

ところで、PSA方式は、Pressure Swing Adsorption、の略称を意味していて、圧縮空気を活性炭一種である吸着材に通し、高圧力下で特定のガスを吸着し、低圧力下で特定のガスを吐き出す、という吸着材の特性を利用して、圧縮空気から酸素等を吸着することで窒素を分離する方式である。 この場合、ヒートレスドライヤと同様の原理をもっていて、装置は2筒式で膜分離式よりも大型となり、電磁弁などのメンテナンス負荷もかかる。 尚、窒素純度で見た場合には通常99〜99.9999%程度であった。

0066

一方、膜分離方式は、圧縮空気を中空糸状高分子膜である中空糸膜内に送り込んで、圧縮空気に含まれている各ガス成分の膜への透過量の差を利用して窒素を分離する方式である。 この場合、PSA方式よりも小型でメンテナンス負荷も小さい反面、窒素純度で見た場合には95〜99.9%程度であるため、高純度ニーズには適しなかった。

0067

尚、中空糸膜は、ポリエステル製で何千ものストロー状中空糸束ねられたものより形成され、中空糸の内部に圧縮空気を通すことで、それぞれのガスが固有に持っている中空糸の膜の透過スピードの違いを利用し、空気中に最も多く含まれている窒素ガスを残存させている。

0068

そして、圧縮空気を構成しているガスが中空糸の膜を透過するスピードとしては、速く放出するガスと放出しにくいガスがあり、残ったガスが窒素ガスということになるのである。 特に、中空糸の膜がポリエステル製の場合には、水蒸気が一番透過しやすく、以下水素やヘリウムが続き、更に炭酸ガス一酸化炭素が続き、最後に酸素とアルゴンと窒素が一番透過しにくく、その中でも窒素ガスが一番透過しにくいガスということで残存するのである。

0069

ここで、温度が変化しない場合には、圧縮空気の圧力と時間、即ち流量によって、発生する窒素ガスの純度は左右される。 尚、中空糸の膜としては、ポリエステルの他に、ポリオレフィンポリプロピレン等の樹脂も考えられる。

0070

一方、不活性ガス供給装置10Aからの窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスは、実施例1の水素ガスの場合と同じく、水素ガスを作り出す反応を行う反応タンク30に送り込まれるようになっているのである。 そして、不活性ガス供給装置10Aには、窒素ガスを供給した場合に、窒素ガスの供給が確実にされているかどうかを確認する意味で内部の濃度を測定出来る窒素ガス濃度計202Aを接続している。

0071

同様に、不活性ガス供給装置230Aからの窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスは、実施例1の水素ガスの場合と同じく、窒素ガスを含む不活性ガスガスの何れかのガスを、必要な定まった量のアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを貯留している固体粒子貯留装置20に送り込まれるようになっているのである。
そして、不活性ガス供給装置230Aには、窒素ガスを供給した場合に、窒素ガスの供給が確実にされているかどうかを確認する意味で内部の濃度を測定出来る窒素ガス濃度計231Aを接続している。

0072

尚、窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスが窒素ガスで有る場合には、不活性ガス供給装置10Aに接続している窒素ガス濃度計202Aによって窒素ガスの濃度を測定することで、窒素ガスの純度が完全であるかを判断することが出来る。 また、不活性ガスで有る場合でも、酸素ガスの濃度を測定することで、不活性ガスの純度が完全であるかを目安として判断をすることは出来る。

0073

ところで、実施例2の本願発明装置の構成としては、これまで述べてきた構成以外は、残留気体排出手段221、222、223や気体流出防止手段230A、231A、232、233、234、235、236、237、238、239を含めて、実施例1と同じ内容になるので省略する。

0074

本発明による、水素ガスの製造装置および製造方法は前述したように構成されており、以下にその動作について説明する。

0075

この場合、実施例2が実施例1と異なる点は、反応に先立って反応タンク30内に水素ガスを送り込む代わりに、窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスを送り込むことである。 従って、実施例1と大きく異なる点は、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出すのに際し、先ず給水装置40から反応タンク30内に水を満水になるように注入し、次に不活性ガス供給装置10Aから反応タンク30に一定量の窒素ガスを含む不活性ガスの何れかを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に固体粒子貯留装置20から反応タンク30にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ反応タンク30内に水素ガスを中心とする気体を作り出していたのである。

0076

尚、実施例1の水素ガスの代わりに、実施例2の場合には窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスを使用することによって、固体粒子貯留装置20に存在している固体粒子と反応タンク30に存在している水との間に窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスの緩衝部が存在することになり、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを反応タンク30に投入した際に、反応タンク30内の水が固体粒子貯留装置20に侵入し難くなり、この場合水素ガスも効果は見られるのであるが、更に水素ガスに較べて格段に安全性が向上すると言うことが出来るのである。

実施例

0077

ここで、反応に際して、その反応を水と反応させる際に窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスの雰囲気の中で行うことによって、少しでも安全性を確保することが出来るのであるが、その反面作り出されたガスは、水素ガスと窒素ガスを含む不活性ガスの何れかのガスとの混合ガスとなる。 しかしながら、圧力を高くすることが出来るということもあって、水素ガスだけを水素吸蔵合金に吸蔵させることも容易であり、また水素ガスとして使用する場合に、状況によっては全く問題の無い状態で使用することが出来る水素ガスを中心とする混合ガスを開発したとも言えるのである。 更に、混合ガス自体も水素ガスと窒素ガスを含む不活性ガスの混合ガスであるので、そのまま直接使用することも可能であり、特に窒素ガスを含む不活性ガスの割合が少なければ少ないほど、使用の可能性は拡大されるものと思う。

0078

この発明は、水素ガスの製造装置および製造方法に関する技術であって、更に詳細に述べるならば、アルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかと所定の温度の水を反応させて水素ガスを作り出す密閉され外部と完全に遮断された反応タンクに、水を滴下することが出来る給水装置を接続し、また水素ガスを供給することが出来る水素ガス供給装置を流量計を経由して接続し、更にアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを落下可能に貯留した固体粒子貯留装置を接続し、先ず給水装置から反応タンク内に水を満水になるように注入し、次に水素ガス供給装置から反応タンクに一定量の水素ガスを送り込むことによって一部の一定量の水を排出し、最後に固体粒子貯留装置から反応タンクにアルカリ金属またはアルカリ土類金属またはマグネシュウムの何れかを送り込むことによって、反応を開始させ反応タンク内に水素ガスを作り出すことによって、水素製造装置と水素貯蔵容器と水素精製装置と水素運搬装置を提供する技術について述べたものである。

0079

10・・・・・・水素ガス供給装置
10A・・・・・不活性ガス供給装置
20・・・・・・固体粒子貯留装置
30・・・・・・反応タンク
40・・・・・・給水装置
50・・・・・・加熱冷却手段
70・・・・・・水素貯蔵容器
100・・・・・ガス供給配管
101・・・・・ガス供給配管
102・・・・・ガス供給配管
103・・・・・水素ガス配管
104・・・・・水素ガス配管
105・・・・・水素ガス配管
111・・・・・固体粒子貯留配管
112・・・・・固体粒子貯留配管
113・・・・・固体粒子投入配管
114・・・・・固体粒子投入配管
115・・・・・不用滓取出配管
116・・・・・不用滓取出配管
121・・・・・気体排出配管
122・・・・・気体排出配管
131・・・・・貯水配管
132・・・・・貯水配管
133・・・・・給水配管
134・・・・・給水配管
141・・・・・水素ガス放出管
142・・・・・水素ガス放出管
201・・・・・ガス供給開閉弁
202・・・・・水素ガス濃度計
202A・・・・窒素ガス濃度計
203・・・・・圧力計
204・・・・・固体粒子投入開閉弁
205・・・・・固体粒子貯留開閉弁
206・・・・・気体排出開閉弁
207・・・・・不用滓取出開閉弁
208・・・・・水素ガス開閉弁
209・・・・・貯水開閉弁
210・・・・・給水開閉弁
211・・・・・減圧弁
212・・・・・水素ガス放出開閉弁
215・・・・・流量計
221・・・・・残留気体排出手段
222・・・・・残留気体排出手段
223・・・・・残留気体排出手段
230・・・・・水素ガス供給装置(気体流出防止手段)
230A・・・・不活性ガス供給装置(気体流出防止手段)
231・・・・・水素ガス濃度計(気体流出防止手段)
231A・・・・窒素ガス濃度計(気体流出防止手段)
232・・・・・ガス供給配管(気体流出防止手段)
233・・・・・ガス供給開閉弁(気体流出防止手段)
234・・・・・ガス供給配管(気体流出防止手段)
235・・・・・圧力計(気体流出防止手段)
236・・・・・気体排出配管(気体流出防止手段)
237・・・・・気体排出開閉弁(気体流出防止手段)
238・・・・・気体排出配管(気体流出防止手段)
239・・・・・気体排出口(気体流出防止手段)
301・・・・・固体粒子投入口
302・・・・・不用滓取出口
303・・・・・気体排出口
304・・・・・水注入口

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