(57)【要約】【課題】現在、地球規模で温暖化防止のため、二酸化炭素（ＣＯ２）排出の削減が求められている。水素の燃焼はＣＯ２を出さないので、化石燃料の代替エネルギーとして期待されている。水素を大量に安価で容易に供給できる水素の製造方法と装置と供給システムを提供する。【解決手段】多孔質ニツケル触媒フィルターを組み込んだ回転胴を備え、インバーターにより回転数を増減できるモーターを備え、セラミックボールベアリングを組み込み、超高速回転を長時間連続運転可能にしたことを特徴とする遠心分離水素製造装置に、水を適量ずつ霧状にして供給しつつ、連続して水素を製造し、直接水素が必要な機器に送る。水と電気のインフラを装置につなぐだけで随意の場所に自由に設置可能とした小規模分散型の遠心分離水素製造装置を提供する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を原料とした水素製造方法において、多孔質ニッケル触媒フイルターを組み込んだ回転胴を備え、インバーターにより回転数を増減できるモーターを備え、セラミックボールベアリングを組み込み、超高速回転を長時間連続運転可能にしたことを特徴とする遠心分離水素製造装置。
【請求項２】
水を原料とした水素製造方法において、請求項１に記載した遠心分離水素製造装置を超高速回転で連続運転しながら、これに水を適量ずつ霧状にして供給しつつ、連続して水素を製造する方法。
【請求項３】
水を原料とした水素製造方法において、請求項１及び請求項２により製造された水素を、直接水素需要側機器に送ることにより、水素系インフラを経ることなく、水素を利用できるシステム。
【請求項４】
水を原料とした水素製造方法において、水と電気のインフラをつなぐだけで、随意の場所に自由に設置可能にしたことを特徴とする小規模分散型の遠心分離水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、水を原料とした水素の製造方法に関するものである。
現在、地球規模で温暖化防止のため、二酸化炭素（ＣＯ２）排出の削減が求められている。
水素の燃焼はＣＯ２を出さないので、化石燃料の代替エネルギーとして期待されている。
本発明は、水素を大量に安価で容易に供給できる水素の製造方法と装置と供給システムを提供する。
【背景技術】
【０００２】従来、水を原料とした水素の製造方法では、水の電気分解があるが、この方法では平均値で水素１ｋｇ（１１Ｎｍ３）を製造するのに電力を５０ｋｗｈ消費している。
これでは、エネルギー消費の面からも価格コストの面からも効率が悪く、水素が化石燃料の代替エネルギーになるには不充分である。従って新技術開発が求められている。【０００３】水を原料とした水素の製造方法では、熱化学分解法もある。この方法は大量の熱エネルギーが必要となり、例えば原子力発電所の余熱を利用するなど検討されているが、熱供給源が不可欠となり、集中製造方式を取らざるを得ない。
すると、水素を消費地や消費者に届けるのに、水素を３５Ｍｐ〜７０Ｍｐに圧縮して耐圧タンクに詰めたり、摂氏−２５３度に冷却液体水素にして保冷タンクに入れて輸送したり、水素吸蔵合金に浸み込ませて運んだり、水素パイプラインを敷設したり、これら水素供給のインフラ整備に大きなコストが掛り、多額な投資と長い時間が必要となる。
従って、水素供給のインフラ無しで、水素を利用できる新技術開発が求められている。【０００４】水を原料とした水素の製造方法では、光化学水素製造法もある。この方法は、酸化チタンの粉末や酸化ニッケルの粉末を水に投入して、自然光や人工光を照射して水素を発生させる方法であるが、実用化を前提に検討すると、水素を供給するには、広大な場所と水槽と太陽光が必要となる。アフリカやアジアの大砂漠地帯でないと立地できない。
また、前項と同じ水素供給のインフラ整備が必要となり、多額な投資と長い時間が必要となる。従って、コンパクトな水素製造装置と、水素供給インフラの要らない新しいシステムが求められている。【０００５】その他、産業生活廃棄物や、バイオマスを原料にして、メタンガスを発生させ、これを改質して水素を製造する方法もある。この方法では、集中処理プラントの建設が必要であり、産業生活廃棄物の集荷作業やバイオマス原料の生産と集荷作業に膨大な労力が伴う。
さらに、水素供給インフラも必要となる。この方法が化石燃料の代替エネルギーとなるには、多額の投資と長い時間が必要となる。従って、コンパクトな水素製造装置と、水素供給インフラの要らない新しいシステムが求められている。【０００６】現在比較的普及している方法は、化石燃料を原料にした、水蒸気改質法で水素を製造し供給している。この方法では、原料となる化石燃料と熱エネルギーが必要となり、改質プロセスで二酸化炭素（ＣＯ２）が発生する。
この方法では、エネルギーバランスの面から見て何も得るところがない。無駄なプロセスを経てエネルギーや、コストの損失を招くより、本来の化石燃料を燃焼させる使い方の方が得策である。
従って、水を原料にしたコンパクトで高性能な水素製造装置と、水素供給インフラの要らない新しいシステムが求められている。
【先行技術文献】
【特許文献１】    ＷＯ２００５／０５３８５４  Ａ１
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】従来の遠心分離装置による水素製造機は、超高速回転により、ある一定の遠心力を得るために、５倍速の遊星ギアーを２段連結して２５倍速にする構造である。
従って、遊星ギアーが、超高速回転で長時間運転すると、摩擦により高温を発生し故障の原因になっていた。【０００８】また、従来の遠心分離装置による水素製造機は、鋼球のボールベアリングを使用したので、超高速回転で長時間運転すると、摩擦により高温を発生し故障の原因になっていた。【０００９】更に、従来の遠心分離装置による水素製造機は、水とニッケル触媒粉末を混合するため、別置きの水槽を設けていた。また、触媒粉末を濾過するための装置も必要となり、このため、装置全体が大きくなり、移動が不便で故障も多く、実用に供するには不完全であった。
【課題を解決するための手段】
【００１０】本発明においては、上記課題を解決するため、先ず５倍速遊星ギアーの２段連結はこれを廃止する。代案として、１００００回転／分〜９００００回転／分の範囲で増減速可能な、インバーターに連結したモーターを使用する。これにより故障の原因が排除される。【００１１】本発明においては、上記課題を解決するため、鋼球ボールベアリングの使用を廃止する。
代案としてセラミックボールベアリングを使用する。これにより故障の原因が排除される。【００１２】本発明においては、上記課題を解決するため、水とニッケル触媒粉末の混合用水槽を廃止する。また、触媒粉末を濾過する装置も廃止する。代案として、長年研究開発を継続し、最近ようやく完成した、多孔質ニッケル触媒フイルターを、遠心機の回転胴に直接組み込む。これを交換可能な設計にして、めずまりが発生しても簡単に交換作業が行えるように設計した。
これにより全体の装置を、小型で高性能でコンパクトな装置にまとめることができた。従って、随意の場所に移動設置し、水と電気のインフラをつなぐだけで運転できる、小規模分散型の遠心分離水素製造装置が完成した。
【発明の効果】
【００１３】本発明は、以上の構造であるから、下記に示す如き効果がある。【００１４】即ち、請求項１及び請求項２に係る発明によれば、水を原料とした水素製造方法において、使用モーターは３．７Ｋｗｈであり、この遠心分離水素製造装置を超高速回転させながら水を供給すると、約３００Ｌｈの水が吸い込まれて水素と酸素に分解される。水素は軽いので上部のパイプから排出される。酸素は重いから下部のエルボから排出される。【００１５】水の質量は、水素１１％  酸素８９％の比率であるから、１時間に３３Ｋｇの水素が分解製造される。【００１６】水素１Ｋｇ（約１１Ｎｍ３）  を燃焼させると、１２０Ｍｊの熱量が発生し、３３Ｋｇでは３９６０Ｍｊの熱量が発生する。【００１７】モーターが消費する電力は、３．７Ｋｗｈであり、例えば東京電力の発電効率は１Ｋｗｈ当たり９Ｍｊであるから３３．３Ｍｊの熱量を消費する。【００１８】発生する水素の熱量３９６０Ｍｊと消費するモーターの熱量３３．３Ｍｊを比較すると１１８．９倍の熱量の増加となる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】  遠心分離水素製造装置の    立面図    及び断面図である。
【図２】  遠心分離水素製造装置の    断面図  の  分解図  である。
【図３】  遠心分離水素製造装置の    詳細指示図  である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】４３・４４    モーターステーターとローター
２４・２８    ニッケル触媒フイルターとサポート
７・１１    ベアリングフランジとセラミックボールベアリング
２９          原料水導入管
２７          酸素排出口エルボ
上部Ａ        水素排出口パイプ
図面外        インバーターは外置き
【実施例】
【００２１】４３・４４のモーターとインバーターの稼働により、２４・２８のニッケル触媒フイルターを組み込んだ回転胴が平均７００００回転／分の速度で回転する。
ニッケル触媒フイルターの内側には約４１万Ｇの遠心力が発生する。【００２２】２９の原水導入管を通して、約５Ｌ／分の水を送水する。
加圧された原料水は、シャワーヘッドから霧状になって飛び出しニッケル触媒フイルターに吹き付ける。【００２３】触媒フイルターは、ニッケルで出来た多孔質体であるが、高速回転により隙間が更に狭くなり、一定の速度以上になると水の分子（０．４５ナノ）が通過できなくなる。【００２４】一方ニッケル触媒フイルターには約４１万Ｇの遠心力が働く。水が通過するとき、水分子を構成している酸素原子１（−電子）と水素原子２（＋電子）との原子結合が切断され、ニッケル触媒フイルターを通過するとき気体に変化する。
この現象は、ニッケル触媒と水分子の摩擦による化学的作用。  ニッケル多孔質膜の高速回転により一層狭くなった隙間を、水分子が遠心力により無理やり通過しようとする物理的作用。  両方の相乗効果で起きる現象である。化学的作用と物理的作用のハイブリット現象である。  現在のところ、この現象を説明するための科学的・学術的な定説はない。【００２５】ニッケル触媒フイルターの外側に噴き出した気体のうち、水素は軽いので上部のパイプより外部に排出される。酸素は重いので、下部のエルボより外部に排出される。
水素と酸素の純度は，あまり良質ではない。
【産業上の利用可能性】
【００２６】電力では、ＬＮＧ焚きタービンに１０％〜３０％混合する。  コストとＣＯ２削減に役立つ。
重油焚きタービンに１０％〜３０％混合する。    コストとＣＯ２削減に役立つ。
石炭ガス化タービンに１０％〜３０％混合する。  コストとＣＯ２削減に役立つ。【００２７】瓦斯では、都市ガスに１５％〜４０％混合する。      コストとＣＯ２削減に役立つ。【００２８】鉄鋼では、高炉にコークスと混合して投入。現在検討中。  コストとＣＯ２削減に役立つ。
鉄の切断・溶接に水素バーナーで使用。  切断面・溶接面が酸素や他のガスよ          りきれいに仕上がる。【００２９】石油では、原油の精製に使用。    現在はガスの水蒸気改質法で対処している。【００３０】肥料では、アンモニアの製造に使用。  現在はガスの水蒸気改質法で対処している。【００３１】化学では、化学工業製品の製造プロセスで使用。現在はガスの水蒸気改質法で対処している。【００３２】燃料電池では、高温型燃料電池に使用。  現在はガスの水蒸気改質法で対処している。
低温型燃料電池には、    水素の純度を上げれば使用可能となる。【００３３】ロケットエンジン    液体水素燃料で使用        実用中
レシプロエンジン    ガソリンの代替燃料      テスト中    コストとＣＯ２の削減目標
ロータリーエンジン  ガソリンの代替燃料      テスト中    コストとＣＯ２の削減目標
ジーゼルエンジン    軽油の代替燃料          テスト中    コストとＣＯ２の削減目標
ジェットエンジン    航空燃料と混合して使用    検討中    コストとＣＯ２の削減目標【００３４】農業では、温室ハウス栽培  水素焚きバーナーで使用検討中  コストとＣＯ２の削減目標
酸化還元水  作物の鮮度維持    実用中【００３５】医療では、酸化還元水  動物の酸化（老化）を遅らせる。  家畜・ペットの健康維持
人間の酸化（老化）を遅らせる。  人間の健康維持と万病の予防医学【００３６】副生酸素では、下部のエルボから排出される酸素は、全体の８９％と水素よりも多く排出される。これは、工業用・民生用・医療用など多方面で利用可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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