(57)【要約】  本発明は、ホウ酸ナトリウムの水溶液を室温にて液体形態に維持する方法に関する。前記方法にしたがえば、前記溶液の温度を初期温度から貯蔵温度に変化させるために、溶液を熱処理に供する。熱処理は、−５０℃〜＋２００℃の保持温度に到達させ、次いで、保持温度を１秒〜１００時間維持するまで、１分あたり１〜１００℃の速度での冷却又は加熱処理を少なくとも１回含み、その後、１〜１００℃の速度での別の冷却又は加熱処理を行う。また、本発明は、燃料電池用の水素を供給するための方法において前記方法を使用することに関する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ホウ酸ナトリウムの水溶液を貯蔵温度にて液体に保持する方法であって、前記溶液を初期温度から貯蔵温度へと到達させるために、前記ホウ酸ナトリウムの水溶液を、１℃／分〜１００℃／分の速度での冷却又は加熱操作を少なくとも１回含む熱処理に供して、−５０℃〜＋２００℃の範囲にある保持温度に到達させ、その後、１秒〜１００時間の範囲の一定時間の間、前記保持温度に保持し、その後、１℃／分〜１００℃／分の範囲の一定速度にて冷却又は加熱する、前記方法。
【請求項２】
熱処理が、異なる保持温度での少なくとも２回の保持操作を含むことを特徴とする、請求項１記載の方法。
【請求項３】
熱処理を行う前に、ホウ酸ナトリウムの水溶液が１００℃〜１８０℃の範囲にある初期温度であり、熱処理を行った後に、ホウ酸ナトリウムの水溶液が−５０℃〜＋３００℃の範囲にある貯蔵温度であることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
貯蔵処理が−２０℃〜＋５０℃の範囲にあることを特徴とする、請求項３記載の方法。
【請求項５】
ホウ酸ナトリウムの水溶液が重量基準で５％〜６５％のホウ酸ナトリウムを含有することを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
ホウ酸ナトリウムの水溶液が更に重量基準で０％〜１０％の水酸化ナトリウムを含有することを特徴とする、請求項５記載の方法。
【請求項７】
水素を発生させる方法であって、その際、水素化ホウ素ナトリウムを水と反応させて、そこから、主として水素から構成される気体混合物とホウ酸ナトリウムの水溶液の両方を取り出し、前記ホウ酸ナトリウムの水溶液を請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法に供することを特徴とする前記方法。
【請求項８】
燃料電池に水素を供給するための請求項７記載の方法の使用。
【請求項９】
燃料電池が自動車の燃料電池であることを特徴とする、請求項８記載の方法の使用。
【請求項１０】
医療、農作物産業、電気部品の製造において、及び／又は、金属製品に熱処理を施す際に使用される水素を発生させるための、請求項７記載の方法の使用。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明は、ホウ酸ナトリウムの水溶液の処理であって、水素化ホウ素ナトリウムを分解することにより水素を生成する方法に関する。この水素は、種々の用途への使用、特に自動車の燃料電池に供給するための使用が意図される。
【０００２】
エネルギー非依存、汚染低減、温室効果ガスの排出低減を目指すなどの種々の理由により、あるいは炭化水素資源経済的に使用するために、水素からエネルギーを産み出す方法を開発する試みがなされている。そのような方法は、特に、水素が酸素含有ガスと反応し、それにより電気を産み出す燃料電池を使用することに依拠している。
【０００３】
そのような手法の開発はすべて、水素を貯蔵するために開発された効果的で安全な手法に依拠している。例えば、水素を液化ガスの形態で貯蔵することは知られている。しかし、これらの手法はいずれも、特に、水素により動力が供給される燃料電池を搭載した自動車に適合することができるように目指されているが、完全には自動車産業の制約を満足させていない。ガスを圧縮ガスの形態で貯蔵することは、非常に扱いにくく、使用する圧力が高いために安全性の問題につながる可能性がある。液体貯蔵もまた、まず液化性ガスが大量のエネルギーの使用を必要とし、更に、極低温の液体水素を取り扱うことは、自動車産業への適用を困難にするリスクを伴うため、障害をもたらしている。
【０００４】
また、水素を適用する他の分野、例えば、医薬分野、農作物産業、又は種々の熱処理においては、十分に安全な条件下で水素を生成し貯蔵するという問題も生じている。
これらの障害を除くために、水素を自動車において水素化ホウ素ナトリウムの形態で貯蔵する、また、水素化ホウ素ナトリウムを水との反応により分解して、第一に水素と第二にホウ酸ナトリウムの水溶液により構成される残渣を生成することにより、水素を必要に応じて生成するという提案がなされてきた。この手法は、水素を安全な様式で貯蔵できる、また、水素を自動車の燃料電池に供給するために都合のよいやり方で生成するという利点を有しているが、欠点もある。ホウ酸ナトリウムの水溶液は回収され、タンクに貯蔵されるので、タンクは定期的に空にする必要がある。残念ながら、ホウ酸ナトリウム溶液は、水が水素化ホウ素ナトリウムと反応する温度（１００℃〜１８０℃）で液体であり、周囲温度に冷却されると結晶化する傾向があるので、ホウ酸ナトリウムタンクを空にするのは困難となる。
【０００５】
本発明の目的は、水素化ホウ素ナトリウムの分解による水素生成に由来するホウ酸ナトリウム溶液を周囲温度にて液体に維持するための手段を提案することにより、この障害を除くことである。
【０００６】
この目的のために、本発明は、ホウ酸ナトリウムの水溶液を貯蔵温度にて液体に保持する方法であって、前記溶液を初期温度から貯蔵温度に到達させるために、前記ホウ酸ナトリウムの水溶液を、１℃／分〜１００℃／分の速度での冷却又は加熱操作を少なくとも１回含む熱処理に供して、−５０℃〜＋２００℃の範囲にある保持温度に到達させ、その後、１秒〜１００時間の範囲の一定時間の間、前記保持温度に保持し、その後、１℃／分〜１００℃／分の範囲の一定速度にて冷却又は加熱する、方法を提供する。
【０００７】
好ましくは、前記熱処理は、異なる保持温度での少なくとも２回の保持操作を含む。
熱処理を行う前に、ホウ酸ナトリウムの水溶液は、１００℃〜１８０℃の範囲にある初期温度であり、熱処理を行った後に、ホウ酸ナトリウムの水溶液は、−５０℃〜＋３００℃の範囲、好ましくは−２０℃〜＋５０℃の範囲にある貯蔵温度である。
【０００８】
好ましくは、ホウ酸ナトリウムの水溶液は、重量基準で５％〜６５％のホウ酸ナトリウムを含有し、また、重量基準で０％〜１０％の水酸化ナトリウムを含有してもよい。
また、本発明は、水素を発生させる方法であって、水素化ホウ素ナトリウムを水と反応させて、そこから、第一に主として水素から構成される混合物と、第二にホウ酸ナトリウムの水溶液とを分離して取り出し、その際、ホウ酸ナトリウムの水溶液を本発明の熱処理に供する、前記方法に関する。
【０００９】
この方法は、燃料電池に水素を供給するために使用することができる。
この燃料電池は、好ましくは、自動車の燃料電池である。
また、この方法は、特に、医療、農作物産業、電気部品の製造において、あるいは、金属製品に熱処理を施す際に使用される水素を発生させるために使用することができる。
【００１０】
本発明を以下により詳細に非限定的な様式で実施例により説明する。
新規で予測できない様式において、本発明者らは、触媒作用による水素化ホウ素ナトリウム水溶液の分解により水素を生成する方法に由来し、かつ、少量の水酸化ナトリウムを含有するホウ酸ナトリウムの水溶液が、同じ水準の温度に保持することにより識別される連続的な冷却又は加熱からなる熱処理に供したときであってもその流動性を保持することを発見した。冷却又は加熱操作は、１℃／分〜１００℃／分の範囲、好ましくは５０℃／分未満、より望ましくは更に２０℃／分未満の加熱又は冷却速度にて行う必要がある。保持される温度水準は、−５０℃〜＋２００℃の範囲であるものとし、これらの水準に保持される時間の長さは、１秒〜１００時間の範囲、より好ましくは１０秒〜５０時間の範囲、より望ましくは更に３０秒〜２時間の範囲であるものとする。冷却又は加熱の速度、温度水準、温度水準の持続時間、熱処理を行う順番はすべて、方法の制御を可能とするパラメータを構成する。この方法は、初期温度にて生成されるホウ酸ナトリウムを採取し、貯蔵温度に到達させるために使用される。貯蔵温度は、−５０℃〜＋３００℃の範囲、好ましくは−２０℃〜＋５０℃の範囲である。これらの好ましい温度は、屋外に自動車のタンク中で季節や場所に依存して起こり得る温度に対応している。
【００１１】
例として、燃料電池に水素を供給するように、水との反応により水素化ホウ素ナトリウムを分解し水素を生成して得られたホウ酸ナトリウムの水溶液に関して、以下の処理を行った：
−  ホウ酸ナトリウムの水溶液は、水素化ホウ素ナトリウムを分解するための反応器からの出口にて、１３５℃の温度であった；
−  この溶液を最初に５℃／分の速度で８０℃の温度まで冷却した；
−  ホウ酸ナトリウムの水溶液を８０℃の温度で１２時間保持した；
−  次いで、ホウ酸ナトリウムの水溶液を５℃／分の速度で６０℃の温度まで冷却した；
−  次いで、ホウ酸ナトリウムの水溶液を６０℃の温度で８時間保持した；
−  次いで、ホウ酸ナトリウムの水溶液を５℃／分の速度で４０℃の温度まで冷却した；
−  次いで、ホウ酸ナトリウムの水溶液を４０℃の温度で１５時間保持した；そして最後に
−  ホウ酸ナトリウムの水溶液を約５℃／分の速度で周囲温度、すなわち約２０℃の温度に到達させた。
【００１２】
この熱処理の後で、ホウ酸ナトリウムの水溶液は、まったく結晶化を示さず、粘性のある液体の形態に保持された。このようにして得られた溶液は、取扱いが容易であり、ホウ酸ナトリウム水溶液を貯蔵するためのタンクから何らの困難も無く抜き出すことができた。
【００１３】
本方法は、特に、種々の用途、より特定的には必要に応じて自動車の燃料電池に供給するために、水素を生成する方法から得られるホウ酸ナトリウムの水溶液を処理することに適合されている。
【００１４】
水素化ホウ素ナトリウムを分解することにより水素が供給される燃料電池を搭載する自動車において、水素化ホウ素ナトリウムは水溶液の形態でタンク中に貯蔵される。この溶液は、水素化ホウ素ナトリウムの重量基準で、５％〜２５％、好ましくは１５％〜２５％の濃度を有する。この溶液には、更に、水素化ホウ素ナトリウムの水溶液を安定化させるために添加される、含有量が重量基準で０％〜１０％、好ましくは０．５％〜４％の水酸化ナトリウムが含まれていてもよい。そのような添加は通常行われる慣行であるが、必須ではない。自動車が電気をつくる必要があるときは、水溶液中の水素化ホウ素ナトリウムが燃料タンクから採取され、触媒反応器に送られ、そこで水と反応することにより分解され、それにより水素及びホウ酸ナトリウムが生成される。反応は、１００℃〜１８０℃の温度、好ましくは１１０℃を超える温度、より望ましくは１３０℃を超える温度であるが、１５０℃より低い温度、より望ましくは１４０℃より低い温度で起こる。次いで、反応生成物が気／液分離器に送られる。気／液分離器は、場合によっては水蒸気と混合されている気体の水素を、主としてホウ酸ナトリウムを含有し、かつ、同様に１００℃〜１８０℃の温度、好ましくは１１０℃〜１５０℃の温度、より望ましくは１３０℃〜１４０℃の温度である水溶液から分離する。
【００１５】
本発明の方法にしたがえば、ホウ酸ナトリウムの水溶液は、少量の水酸化ナトリウムも含有し、既に説明したように、同じ水準の温度に保持されることにより識別される連続的な加熱操作又は冷却操作からなる熱処理により、貯蔵温度に到達する。ホウ酸ナトリウムの水溶液は熱処理の最後に貯蔵タンクに送られ、タンク中で空になるまで液体のままとどまる。
【００１６】
これまでに説明したように、本方法は、水素化ホウ素ナトリウムを分解することにより水素を生成するためのあらゆる設備において、このようにして生成される水素について意図される使用に関わらず、使用することができる。
【国際調査報告】
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