(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
開閉自在の密閉反応容器内に取出し可能に複数の金属板及び反応剤を収納し、前記金属板は鉄、ステンレス鋼及びチタンのうちの一種からなり、前記反応剤は水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムのうちの一種からなり、前記反応容器内から空気を除去し、前記反応容器を反応剤が溶融塩を作るように３５０℃以上に加熱しつつ水を供給して前記金属板上に酸化膜を形成し、前記金属板を無酸素状態とした取出容器内で取出して水素発生装置として機能する他の反応容器内に収納するようにした水素発生用酸化膜の使用方法。
【請求項２】
前記反応容器の開口端を蓋体で閉塞して、前記金属板を取出し可能とした請求項１記載の水素発生用酸化膜の使用方法。
【請求項３】
前記反応容器に開閉蓋を取付けて前記金属板を取出し可能とした請求項１記載の水素発生用酸化膜の使用方法。
【請求項４】
前記反応容器をセラミックで形成した請求項１記載の水素発生用酸化膜の使用方法。
【請求項５】
前記水素発生用の酸化膜は、ナトリウム、クロム及び鉄の酸化物である請求項１記載の水素発生用酸化膜の使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素発生用酸化物の水素発生のために使用する使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ステンレスの反応容器内にアルカリ金属溶融塩を収納せしめ、この反応容器を５００℃前後に加熱し、前記溶融塩の液面から微細粒子を飛散せしめ、この微細粒子群に水蒸気を接触せしめて核変換を起こさせることにより水から水素を採集する技術に関して本件出願人はＰＣＴ出願を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】ＰＣＴ／ＪＰ２０１１／６６４７２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記出願に係る技術においては、より多くの水素を発生させるために種々の方法が検討されている。本発明者は、種々の実験結果から反応容器内のアルカリ金属溶融塩に金属材料を投入するとより多くの水素が発生するという知見を得た。
【０００５】
アルカリ金属溶融塩に投入される金属材料としては、ステンレス（ＳＵＳ３０４）や鉄などのほか、水素を発生せしめた反応容器の内壁に酸化物として付着した金属がより多くの水素を発生せしめることがわかった。ここで、本発明者は水素を発生せしめた反応容器の内壁に付着した酸化物を水素発生用酸化物と称する。なお、水素発生用酸化物は、ナトリウム（Ｎａ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ）の酸化物（例えばＮａ３Ｆｅ５Ｏ９）である。
【０００６】
しかし、当該水素発生用酸化物は、従来は水素が発生した後に反応容器に残った残渣として扱われていたため、水素が発生した後は洗浄後に廃棄されていた。また、水素発生用酸化物は硬度が非常に高いため、反応容器の内壁から容易に取り出すことができないといった問題があった。
【０００７】
本発明は上述した課題を解決するためになされたものであり、製造された水素発生用酸化物を水素発生のために有効に使用する使用方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の水素発生用酸化膜の使用方法は、開閉自在の密閉反応容器内に取出し可能に複数の金属板及び反応剤を収納し、前記金属板は鉄、ステンレス鋼及びチタンのうちの一種からなり、前記反応剤は水酸化ナトリウム及び水酸化カリウムのうちの一種からなり、前記反応容器内から空気を除去し、前記反応容器を反応剤が溶融塩を作るように３５０℃以上に加熱しつつ水を供給して前記金属板上に酸化膜を形成し、前記金属板を無酸素状態とした取出容器内で取出して水素発生装置として機能する他の反応容器内に収納するようにした。
【０００９】
本発明の水素発生用酸化膜の使用方法は、前記反応容器の開口端を蓋体で閉塞して、前記金属板を取出し可能とすることが好ましい。
【００１０】
本発明の水素発生用酸化膜の使用方法は、前記反応容器に開閉蓋を取付けて前記金属板を取出し可能とすることが好ましい。
【００１１】
本発明の水素発生用酸化膜の使用方法は、前記反応容器をセラミックで形成することが好ましい。
【００１２】
本発明の水素発生用酸化膜の使用方法は、前記水素発生用の酸化膜を、ナトリウム、クロム及び鉄の酸化物で形成することが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る水素発生用酸化物の使用方法は、金属板と反応剤を内部が無酸素状態の反応容器に封入し、該反応容器を加熱すると共に、水を供給するので、より簡易な構成で金属板上に水素発生用酸化物が付着し、これにより容易に水素発生用酸化物を取り出すことが可能となり、他の反応容器に収納して水素発生用として使用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置の概略図である。
【図２】酸化皮膜を有する金属からなる金属板の概要を説明するための斜視図である。
【図３】第１の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置から取り出された気体の解析結果を示すグラフである。
【図４】水素発生用酸化物を説明するための断面図である。
【図５】本発明の第２の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置の概略図である。
【図６】水素発生用酸化物の使用方法を説明するための概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
［第１の実施形態］
図１は、本発明の第１の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置の概要を示すものである。
【００１６】
図１に記載されているように、本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０は、密閉された反応容器１１の内部に金属板２０及び反応剤３０を有している。
【００１７】
反応容器１１は、有底筒状に形成されており、その開口端を蓋体１２によって閉塞することで密閉されている。なお、蓋体１２と反応容器１１との間には、図示しないパッキンなどのシール手段が介在され、蓋体１２と反応容器１１の端部に形成した鍔部を同時に留め金具１３によって挟み込むことで互いに圧着されて密閉性を高めている。
【００１８】
反応容器１１の内部には、皿部材３１が収納されており、該皿部材３１には金属板２０及び反応剤３０が収納されている。図２に示すように、金属板２０は、金属の板であり、その上部には貫通孔２１が穿孔されている。この貫通孔２１は反応容器１１内に金属板２０を保持又は固定するために形成される。
【００１９】
金属板２０は、例えば、鉄（Ｆｅ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ)、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）等の板状構造体となり得る単体金属、あるいは、ステンレス鋼（ＳＵＳ３０４、４３０、３１６等）、ニッケル合金（インコネル）、チタン合金（航空機用）、アルミニウム合金（ジェラルミン）、銅合金（黄銅、青銅、白銅）等の合金、更には、鉄に亜鉛（Ｚｎ）、スズ（Ｓｎ）をメッキしたトタン、ブリキ等が用いられる。
【００２０】
これらは、その表面に酸化鉄（Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）の酸化皮膜をそれぞれ形成する。
【００２１】
また、合金としてのステンレス鋼は酸化クロムの不動態膜、ニッケル合金は酸化ニッケル（ＮｉＯ）チタン合金は酸化チタン（ＴｉＯ２）、アルミニウム合金は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）、銅合金又は酸化銅、トタンは酸化亜鉛（ＺｎＯ）、ブリキは酸化スズ（ＳｎＯ２）の膜をそれぞれ形成する。
【００２２】
反応剤２０は、３００℃以上で溶融塩を作る水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）が最も好ましい。固体反応剤としては、チタン酸カリウム（Ｋ２ＴｉＯ３）、チタン酸ナトリウム（Ｎａ２ＴｉＯ３）が好ましい。これらの反応剤は大きな親水性を示す。すなわち、反応剤はアルカリ金属と酸素を含むものである。
【００２３】
反応容器１１の底部には、加熱手段１４が取り付けられており、反応容器１１の内部，反応剤２０及び金属板３０が３５０℃以上に加熱され、特に５００℃程度の温度に加熱されるのが好ましい。加熱手段１４は、面状ヒータやバーナなど種々の構成を採用することが可能である。また、後述する反応容器１１内で発生した水素を燃料とした水素バーナを採用すればランニングコストの抑制に寄与するため好適である。
【００２４】
蓋体１２には反応容器１１の内部に水（Ｈ２Ｏ）を供給する供給管１５と、反応容器１１の内部で発生した水素ガス（Ｈ２）を取り出す取出管１６とが形成されている。供給管１５は、供給した水が反応剤３０と直接接触しないように皿部材３１の側部まで垂下している。また、取出管１６は反応容器１１の内部を無酸素状態とするために真空ポンプ１７が取り付けられている。
【００２５】
反応容器１１，蓋体１２及び皿部材３１は如何なる材料で構成しても構わないが、例えば金属板２０と同様の金属によって形成することもできるし、セラミックなどの非金属によって形成しても構わない。セラミックなどの非金属によってこれらの部材を形成した場合、水素発生用酸化物４０は、金属板２０の表面のみに析出するので、水素発生用酸化物４０をより効率よく製造することが可能となるとともに、反応容器１１，蓋体１２及び皿部材３１の耐用寿命を延ばすことができる。
【００２６】
このように構成された本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０は、真空ポンプ１７を駆動することで、反応容器１１内からは操作開始前に完全に空気、特に空気中の酸素が除去される。なお、真空ポンプ１７は、反応容器１１内の空気を除去した後は動作を停止して発生した水素の吸引には用いられない。これは、水素発生時に真空ポンプ１７で吸引を行うと、水素とともに反応剤の溶融塩も吸引してしまい、金属板２０に水素発生用酸化物４０の膜が十分に形成されなくなってしまうからである。
【００２７】
このように反応容器１１内が無酸素状態で加熱手段１４によって反応容器１１を３５０℃以上、特に５００℃前後に加熱されるが、このとき、反応容器１１内に空気中の酸素が存在すると、反応を短時間で停止させてしまう酸化膜が金属板上に生じる。したがって、上述したように本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０を操作する前に、反応容器１１内の空気を十分に除去する必要がある。
【００２８】
さらに、所定の間隔で供給管１５から水を反応容器１１内に供給すると、水は直ちに１２０℃程度の水蒸気となり、反応容器１１内の水蒸気は、金属板２０の内壁に接触し電離して水素を放出する。
【００２９】
また、反応剤３０は、加熱手段１４で加熱されることで、反応剤３０の表面からは、ナノオーダーの目には見えない無数の微細粒子が飛散し、この微細粒子が金属板２０の表面と反応して水素が発生する。
【００３０】
反応剤３０は、加熱手段１４で加熱されることにより３００℃以上で溶融塩となり、その液面から無数のナノオーダーの微細粒子が金属板２０の近傍に充満している。図３に示すように、本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０の取出管１６から取り出された気体を解析すると、水素が大量に発生している。これは、反応剤３０の溶融塩が金属板２０の酸化皮膜と反応を起こすことで水素が発生するものであると考えられる。
【００３１】
また、金属板２０の酸化皮膜と反応剤３０の溶融塩との反応によって、金属板２０の表面には、図４に示すような水素発生用酸化物４０が析出する。水素発生用酸化物４０は、ナトリウム（Ｎａ），クロム（Ｃｒ），鉄（Ｆｅ）の酸化物（例えばＮａ３Ｆｅ５Ｏ９）である。なお、水素発生用酸化物４０の特性は、金属板２０をＳＵＳ３０４で形成した場合、その硬度はＳＵＳ３０４よりも高くなるが、Ｎａが入っているために非常に脆い。
【００３２】
このように、本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０は、金属板２０の表面に水素発生用酸化物４０が析出するので、金属板２０を取り出すことで容易に水素発生用酸化物４０を取り出すことが可能となる。
【００３３】
なお、反応容器１１内で発生した気体を質量分析器で分析したところ、図３に示すような結果となり、水素が９５％以上であり、酸素は０．１４％と殆んど無視できる程であった。このように、本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０は、簡単な構成で大量の水素を得られることがわかる。なお、図３に示す結果は、金属板２０にＳＵＳ３０４を用い、反応剤３０として水酸化ナトリウムを用いた。
【００３４】
［第２の実施形態］
以上説明した第１の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０は、反応容器１１内に単一の金属板２０を収納した場合について説明を行った。次に説明する第２の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０ａは、一度の操作で多くの水素発生用酸化物の製造を行うことができる水素発生用酸化物の製造装置１０ａについて説明を行う。なお、上述した第１の実施形態と同一または類似の部材については同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００３５】
図５は、本発明の第２の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置の概略図である。図５に示すように、本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０ａは、反応容器１１ａ内に複数の金属板２０を収納可能に形成されている。
【００３６】
反応容器１１ａの内部は、仕切り板１８によって、水供給空間Ｓ１と、反応剤３０が収納される反応剤収納空間Ｓ２とに仕切られている。
【００３７】
水供給空間Ｓ１には、供給管１５がその上面から垂下して水が供給される。また、反応剤収納空間Ｓ２には、反応剤３０としてたとえば水酸化ナトリウムが収納されている。金属板２０は、この反応剤収納空間Ｓ２に収納されており、上述した貫通孔２１に固定棒２２を挿通することで反応剤収納空間Ｓ２内に保持されている。なお、固定棒２２は、仕切り板１８と反応容器１１ａの内壁との間に架け渡されている。
【００３８】
反応容器１１ａの下端には、加熱手段１４ａが取り付けられており、該加熱手段１４ａによって反応容器１１ａの内部は加熱される。このように、本実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０ａは、反応容器１１ａ内に複数の金属板２０を収納することが可能であるので、一度の操作でより多くの水素発生用酸化物を製造することが可能となる。
【００３９】
水素発生用酸化物は、反応容器から取出し、空気中の酸素と触れると容易に酸化してしまう。したがって、図６に示すように、金属板２０は、内部を真空ポンプ５１によって無酸素状態とした取出容器５０内で取り出して反応剤３０と共に水素発生装置として機能する別の反応容器１１に収納することで、水素発生用酸化物として使用される。なお、金属板２０は、水素発生用酸化物の製造装置１０ａの開閉蓋１１ｂを開けることによって、水素発生用酸化物の製造装置１０ａから取り出され、反応容器１１に収納した後に蓋体１２によって閉塞することで内部が無酸素状態に密閉される。この場合、反応容器１１ａは、セラミックで作られるのが好ましく、その反応容器１１ａ内に金属板２０を入れれば、反応容器１１ａを金属で作った場合と比較して、反応容器の耐用寿命を延ばすことが可能となる。
【００４０】
また、上述した第１及び第２の実施形態に係る水素発生用酸化物の製造装置１０，１０ａは、反応剤として水酸化ナトリウムを用い、金属板としてＳＵＳ３０４を用いた場合について説明を行ったが、反応剤や金属板はこれらに限られず、上述した種々の金属および反応剤を用いても構わない。その様な変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれうることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【００４１】
１０，１０ａ  水素発生用酸化物の製造装置，
１１          反応容器，
１２          蓋体，
１３          留め金具
１４，１４ａ  加熱手段，
１５          供給管，
１６          取出管，
１７          真空ポンプ，
１８          仕切り板，
２０          金属板，
２１          貫通孔，
２２          固定棒，
３０          反応剤，
３１          皿部材，
４０          水素発生用酸化物，
Ｓ１          水供給空間，
Ｓ２          反応剤収納空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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