(57)【要約】【課題】構成が簡単で小型化可能な水素製造装置の提供を目的とする。【解決手段】反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する反応装置１の圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給するフィーダ１４と、地熱により発生した高圧水蒸気を取出す蒸気井に接続され該高圧水蒸気を上記圧縮室内へ間欠的に供給する間欠噴射ポンプ５とを備え、該間欠噴射ポンプ５が高圧水蒸気を上記圧縮室内へ間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。【選択図】　図２
2004115674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素ガスを生成させる水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、地熱により発生した高圧水蒸気を取出す蒸気井に接続され該高圧水蒸気を上記圧縮室内へ間欠的に供給する高圧水蒸気供給手段とを備え、該高圧水蒸気供給手段から高圧水蒸気を上記圧縮室内へ間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
高圧水蒸気供給手段は、地熱発電所の蒸気井からの高圧水蒸気を該高圧水蒸気供給手段又は上記地熱発電所の蒸気タービンのいずれかに供給させるように所定時に切り換えられる切換手段を介して上記蒸気井に接続され、該切換手段は、上記蒸気井からの高圧水蒸気の圧力が所定値以上であるときに該高圧水蒸気を上記蒸気タービンに供給可能とし、上記高圧水蒸気の圧力が所定値以下であるときに上記高圧水蒸気を上記高圧水蒸気供給手段に供給可能とするよう切換自在になっていることとする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素ガスを生成させる水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、地熱により発生した水蒸気を取出す蒸気井に接続され水よりも低沸点の低沸点物質を該水蒸気の熱によって加熱することにより上記低沸点物質を高圧ガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で生成した高圧ガスを間欠的に上記圧縮室内に供給する高圧ガス供給手段とを備え、該高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項４】
水蒸気供給手段は、地熱により発生した水蒸気の一部を圧縮室内に供給するように蒸気井に接続されていることとする請求項３に記載の水素製造装置。
【請求項５】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素ガスを生成させる水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、水よりも低沸点の低沸点物質を加熱することにより上記低沸点物質を高圧ガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で生成した高圧ガスを間欠的に上記圧縮室内に供給する高圧ガス供給手段とを備え、該高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項６】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と酸化剤とを加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記酸化剤を反応させて水素ガスを生成させる水素製造装置において、反応性粒子及び酸化剤を衝撃圧縮するべく該反応性粒子及び該酸化剤を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に酸化剤を供給する酸化剤供給手段と、水よりも低沸点の低沸点物質を加熱することにより上記低沸点物質を高圧ガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で生成した高圧ガスを間欠的に上記圧縮室内に供給する高圧ガス供給手段とを備え、該高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の反応性粒子及び酸化剤を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該反応性粒子と該酸化剤を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【請求項７】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水と還元剤とを加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水と上記還元剤を反応させて水素ガスを生成させる水素製造装置において、反応性粒子と水と還元剤を衝撃圧縮するべく該反応性粒子と該水と該還元剤を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水を供給する水供給手段と、上記圧縮室内に還元剤を供給する還元剤供給手段と、水よりも低沸点の低沸点物質を加熱することにより上記低沸点物質を高圧ガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で生成した高圧ガスを間欠的に上記圧縮室内に供給する高圧ガス供給手段とを備え、該高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の反応性粒子と水と還元剤を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該反応性粒子と該水と該還元剤を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっていることを特徴とする水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、工業用の水素製造装置としては、熱分解炉型水素製造装置、スチームリフォーマ等が知られている。
【０００３】
これらの水素製造装置にあっては、予め高温状態に維持された反応器内に天然ガス、プロパン等の原料を導入させることにより該原料を高温に加熱して反応させて、水素、一酸化炭素等を含有する水素含有ガスを生成させ、該水素含有ガスから水素を分離して製造する。
【０００４】
例えば、スチームリフォーマにあっては、原料として天然ガス、プロパン等の炭化水素と水蒸気との混合体を反応器内で高温状態の改質触媒に接触させることにより、水素、一酸化炭素等を含有する水素含有ガスたる改質ガスを得て、この改質ガスから水素を分離して得る。上記高温状態を得るには、熱源が必要である。
【０００５】
一方、地熱のエネルギとしての有用性は一般的に知られており、地熱発電所等では、地熱により発生した高圧の水蒸気で蒸気タービンを駆動して発電機により発電を行なっている。しかしながら、地熱により発生した水蒸気は蒸気タービンを駆動するには温度が低い場合がある。この場合には、発電に不向きである。又、上記水蒸気が蒸気タービンを駆動するのに十分な温度である場合であっても、地熱発電における発電効率は低いので、発電後の残エネルギはその有用性を残しながらも有効利用されずに捨てられてしまっている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来の水素製造装置では、水素製造の反応前に予め反応器内空間全体を、別に設けられた加熱装置によって高温状態としなければならないため、装置が複雑かつコスト高となると共に、装置の立ち上げ工程や立ち下げ工程等でのエネルギロスが大きくなってしまい、装置の運転費も高くなってしまう。
【０００７】
更に、このように装置の立ち上げから立ち下げまでの間の長時間に亘り反応器内空間全体が高温状態に維持されることとなってしまうため、耐火物を多用して装置を構成する必要があり、設備費が高くなってしまう。
【０００８】
又、上述のような装置では、立ち上げ工程や立ち下げ工程等の時間が長いために、エネルギロスが大きくなるだけでなく時間的ロスも大きくなってしまうため、一般にこのような装置では一旦装置を立ち上げて反応器内を高温状態とした後は長時間連続して水素製造が行われるので、小規模生産、或いは、所望時の短時間生産には向かない。
【０００９】
更に、原料として天然ガス、プロパン等の純燃料が必要となってしまうため、この点でも、装置の運転費が高くなってしまう。
【００１０】
又、製造工程で製造される水素と同等量程度以上の二酸化炭素が排出されてしまうため、地球温暖化の防止上好ましくない。
【００１１】
そこで、本発明は、地熱により発生する水蒸気のエネルギの有効利用を図りつつ、エネルギロスの低減化を図り安価な運転費及び設備費により低コストで水素を製造することができ、又、小規模生産を可能とし、更に、純燃料を必要とせず、二酸化炭素の排出を抑えつつ水素を製造することができる水素製造装置の提供を目的とする。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水素製造装置は、炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素ガスを生成させるようになっている。
【００１３】
かかる水素製造装置において、第一の発明では、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、地熱により発生した高圧水蒸気を取出す蒸気井に接続され該高圧水蒸気を上記圧縮室内へ間欠的に供給する高圧水蒸気供給手段とを備え、該高圧水蒸気供給手段が高圧水蒸気を上記圧縮室内へ間欠的に供給することによって衝撃波を発生するようになっていることを特徴としている。
【００１４】
このような構成の第一の発明では、上記高圧水蒸気供給手段から上記圧縮室内へ高圧水蒸気が供給されると、これが高圧であるが故に衝撃波が発生する。この衝撃波は上記圧縮室内を伝播して上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱して、該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。
【００１５】
第一の発明においては、高圧水蒸気供給手段は、地熱発電所の蒸気井からの高圧水蒸気を該高圧水蒸気供給手段又は上記地熱発電所の蒸気タービンのいずれかに供給させるように所定時に切り換えられる切換手段を介して上記蒸気井に接続され、該切換手段は、上記蒸気井からの高圧水蒸気の圧力が所定値以上であるときに該高圧水蒸気を上記蒸気タービンに供給可能とし、上記高圧水蒸気の圧力が所定値以下であるときに上記高圧水蒸気を上記高圧水蒸気供給手段に供給可能とするよう切換自在にすることができる。この場合、地熱発電所での発電効率が特に低いときにのみ、地熱により発生した高圧水蒸気を水素製造に利用することができる。
【００１６】
又、かかる水素製造装置において、第二の発明では、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、地熱により発生した水蒸気を取出す蒸気井に接続され水よりも低沸点の低沸点物質を該水蒸気の熱によって加熱することにより上記低沸点物質を高圧ガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で生成した高圧ガスを間欠的に上記圧縮室内に供給する高圧ガス供給手段とを備え、該高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって衝撃波を発生させるようになっていることを特徴とする。
【００１７】
このような構成の第二の発明では、上記高圧ガス供給手段から上記圧縮室内へ高圧ガスが供給されると、これが高圧であるが故に衝撃波が発生する。この衝撃波は上記圧縮室内を伝播して上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱して、該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。こうすることにより、上記水蒸気よりも高圧なガスによる衝撃波で圧縮室内の水蒸気及び反応性粒子をより高温下で反応させることができ、水素製造の反応効率の向上が図られる。このとき、地熱により発生した水蒸気の一部を圧縮室内に供給するように水蒸気供給手段を蒸気井に接続して構成すると、地熱により発生した水蒸気を更に有効利用できる。
【００１８】
更に、本出願によれば、上記目的は、炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子と水蒸気との混合体を加熱して高温にすることにより上記反応性粒子と上記水蒸気を反応させて水素ガスを生成させる水素製造装置において、反応性粒子及び水蒸気の混合体を衝撃圧縮するべく該混合体を収容する圧縮室と、該圧縮室内に反応性粒子を供給する反応性粒子供給手段と、上記圧縮室内に水蒸気を供給する水蒸気供給手段と、水よりも低沸点の低沸点物質を加熱することにより上記低沸点物質を高圧ガス化させるガス化手段と、該ガス化手段で生成した高圧ガスを間欠的に上記圧縮室内に供給する高圧ガス供給手段とを備え、該高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させるようになっているという第三の発明によっても達成される。
【００１９】
この第三の発明では、低沸点物質は、水の沸点よりも低い温度であってもガス化するため、上記ガス化手段によって低エネルギで容易に高圧ガス化される。上記高圧ガス供給手段から上記圧縮室内へ高圧ガスが供給されると、これが高圧であるが故に衝撃波が発生する。この衝撃波は上記圧縮室内を伝播して上記圧縮室内の混合体を衝撃圧縮して高温に加熱して、該混合体中の反応性粒子と水蒸気を反応させて水素含有ガスを生成させる。こうすることにより、比較的低温の熱エネルギを有効利用できる。
【００２０】
第三の発明において、圧縮室内に酸化剤を供給する酸化剤供給手段を有し、高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の反応性粒子及び酸化剤を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該反応性粒子と該酸化剤を反応させて水素含有ガスを生成させるようにすることができる。こうすることにより、水素の製造効率が向上する。
【００２１】
又、第三の発明において、圧縮室内に水を供給する水供給手段と、該圧縮室内に還元剤を供給する還元剤供給手段とを有し、高圧ガス供給手段が上記圧縮室内へ高圧ガスを間欠的に供給することによって発生する衝撃波を上記圧縮室内に伝播させて上記圧縮室内の反応性粒子と水と還元剤を衝撃圧縮して高温に加熱することにより該反応性粒子と該水と該還元剤を反応させて水素含有ガスを生成させるようにすることもできる。こうすることにより、水素の製造効率は更に向上する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面にもとづき、本発明の実施の形態を説明する。
【００２３】
先ず、図１にもとづき、本実施形態における水素製造のための反応装置１について説明する。
【００２４】
図１の反応装置１は、上端で大径、下端で小径、そして中間部に収束部２Ａをなす収束管２を有しており、該収束管２の内部空間が反応室としての圧縮室を形成している。該収束管２は上端に半径方向に張り出すフランジ部２Ｂを有し、ここにノズル取付体３がボルト（図示せず）等により取り付けられている。上記の取付体３には、複数のノズル４が互いの間隔が等しくなるようにそして収束管に対して全体に分布するように設けられている。これらの複数のノズル４は共通な一つの間欠噴射ポンプ５に接続されている。該間欠噴射ポンプ５は、後述するように地熱によって発生した高圧水蒸気の供給を受け、これを所定の瞬時に上記ノズル４からの収束管２内、すなわち反応室たる圧縮室の内方へ噴射せしめる。
【００２５】
上記収束管２の下端部には、ガス取出口６そして排気口７が形成されており、ここには所定時に開放される制御弁８，９が設けられている。さらに、これらのガス取出口６そして排気口７よりも若干上方の位置に、反応性粒子を収束管２内へ供給するための反応性粒子供給口１０が形成されている。
【００２６】
このような図１の反応装置１は水素ガスの製造のための他諸装置と図２のごとく接続されている。
【００２７】
反応装置１の間欠噴射ポンプ５は、地下１〜２ｋｍの貯留層から地熱による高温高圧の水蒸気を取出す蒸気井１１に気水分離器１２を介して接続されている。この気水分離器１２は、蒸気井１１を上昇する水蒸気及び液体状の水から液状の水を分離除去して水蒸気のみを取り出せるようになっている。
【００２８】
次に、反応性粒子供給口１０には、反応性粒子としての廃プラスチックを他物質と分離後に破砕そして粉砕して廃プラスチック粉とした後に、これを所定時に制御弁１３を介して供給するフィーダ１４が接続されている。
【００２９】
一方、ガス取出口６は制御弁８を介して除塵機１５、そして分離機（ＰＳＡ）１６に接続されている。除塵機１５は水素含有ガスから未反応の反応性粒子等を除去するものであり、除去された未反応の反応性粒子を帰還させて再利用するため、上述のフィーダ１４に接続されている。分離機１６は水素含有ガスを水素ガスとＣＯガスとに分離してそれぞれ取り出すためのものであり、圧力振動吸着（ＰＳＡ）装置が用いられている。又、水素の分離は圧力振動吸着法にかぎらず膜分離等の他の方法を用いてもよい。
【００３０】
又、排気口７は制御弁９を介して排気管１７が接続されており、反応後に残留している水蒸気を排出するものである。
【００３１】
かかる本実施形態装置にあっては、水素ガスは次の要領で製造される。
【００３２】
▲１▼　先ず、反応性粒子供給口１０から反応性粒子としての廃プラスチック粉が反応室たる収束管２内へ供給される。この反応性粒子の供給後、反応性粒子供給口１０の制御弁１３は閉じられる。この時点では、他の制御弁８，９は依然として閉状態にある。
【００３３】
▲２▼　次に、間欠噴射ポンプ５が瞬間的に開き、地熱によって発生した高圧水蒸気を複数のノズル４からパルス状ジェットとして噴射する。複数ノズル４から噴射された高圧水蒸気は、衝撃波を発生する。衝撃波が収束管２の下端へ向け進行する際に、収束管２Ａで合流収束しさらに高圧となる。この収束衝撃波は、収束管２の下端へ進行し、反応室たる収束管２内で水蒸気を反応性粒子と共に急激圧縮して昇温せしめ、例えば３０００°Ｋに達する。それによって反応が生じ、水素ガスそしてＣＯガスが生成される。
【００３４】
▲３▼　次に、制御弁８が開き、水素ガスとＣＯガスが混在する水素含有ガスがガス取出口６から取り出され、除塵機１５にて未反応の反応性粒子等が除去され、水素含有ガスは分離機１６にて水素ガスとＣＯガスとに分離されてそれぞれ取り出される。
【００３５】
▲４▼　しかる後、制御弁８は閉じられると共に、制御弁９が開放されて、収束管２内の水蒸気等が残留ガスとして排気管１７を経て排気される。かくして、水素ガス生成のための一回サイクルを終了し、次のサイクルへ備える。
【００３６】
又、反応性粒子としては廃プラスチック粉の他に粉コークスなど炭化水素や炭素を含有する物質を利用可能である。
【００３７】
又、反応性粒子の粒径が大きく加熱が不十分となり反応効率が低い場合には、圧縮室内に空気又は酸素を供給して反応性粒子の部分燃焼を伴うようにすると、反応に十分な高温となって反応を促進することができる。
【００３８】
又、本発明装置を地熱発電所に併設する場合には、図３に示す如く、気水分離器１２からの高圧水蒸気によって蒸気タービン１８を駆動して発電機１９で発電する。図３の装置では、間欠噴射ポンプ５は、蒸気井１１からの高圧水蒸気を該間欠噴射ポンプ５又は蒸気タービン１８のいずれかに供給させるように所定時に切り換えられる切換弁２０を介して上記蒸気井１１に接続されている。該切換弁２０は、蒸気井１１からの高圧水蒸気の圧力が発電に十分な所定圧力に達しているときに該高圧水蒸気を上記蒸気タービン１８に供給させ、上記高圧水蒸気の圧力が上記所定圧力に達していないときに上記高圧水蒸気を上記間欠噴射ポンプ５に供給させる。尚、図３において、図２と同様の構成部分については同一符号を付してある。この場合、気水分離器１２からの高圧水蒸気の圧力が所定値以上であるときには、間欠噴射ポンプ５は駆動させずに該高圧水蒸気によって蒸気タービン１８を駆動して発電を行なう。一方、気水分離器１２からの高圧水蒸気の圧力が所定値以下であるときには、発電効率の低い蒸気タービン１８による発電は行わずに間欠噴射ポンプ５を駆動させて、エネルギ効率の高い水素製造が行なわれる。尚、気水分離器１２からの高圧水蒸気の圧力の大小にかかわらず、間欠噴射ポンプ５を駆動させて水素製造を行なってもよい。
【００３９】
次に、本発明の他の実施形態について図４にもとづき説明する。尚、図４においても、図２と同様の構成部分については同一符号を付してある。
【００４０】
前実施形態では気水分離器１２からの反応物質としての高圧水蒸気を間欠噴射ポンプ５で直接噴射して衝撃波を発生させていたが、本実施形態では水よりも低沸点の低沸点物質を気水分離器１２からの水蒸気で加熱して高圧ガス化し該高圧ガスを間欠噴射ポンプ５で噴射することにより衝撃波を発生させて水素製造を行なう。
【００４１】
図４における装置では、反応装置１の間欠噴射ポンプ５には、水よりも低沸点の低沸点物質を気水分離器１２からの高温の水蒸気によって加熱する加熱器２１が接続されている。加熱器２１は、低沸点物質を加熱して高圧ガス化させて間欠噴射ポンプ５に供給するようになっている。つまり、本実施形態では、間欠噴射ポンプ５はこの高圧ガスを反応装置１内に間欠的に供給して反応装置１の収束管２内に上記高圧ガスによる衝撃波を発生させることとなる。又、気水分離器１２からの水蒸気の一部は水素生成のための反応物質として上記衝撃波発生前に反応装置１内に供給される。かくして、地熱による水蒸気が比較的低い温度、すなわち低エネルギであっても低沸点物質は該水蒸気よりも高い圧力の高圧ガスとなり、該高圧ガスを収束管２内に伝播させて、該収束管２内の水蒸気及び反応性粒子を衝撃圧縮することにより高温にして反応させて水素ガスを得る。
【００４２】
よって、本実施形態では、地熱により発生した高温の水蒸気によって低沸点物質を加熱して衝撃波発生のための高圧ガスを得るので、上記水蒸気よりも高圧なガスによる衝撃波で収束管２内の水蒸気及び反応性粒子をより高温下で反応させることができ、水素製造の反応効率の向上が図られる。
【００４３】
尚、低沸点物質としては、水よりも沸点が低ければよく、メタン、ＬＮＧ、ＬＰＧ等の炭化水素系ガス類、種々のアルコールやエーテル類等の炭化水素系化合物や、アンモニア等の物質が利用できる。
【００４４】
又、炭化水素を含有する反応性粒子としては、石油或いはその誘導体製品、石炭の誘導体製品、油脂類、石油精製或いは石油化学等で生成するタール等の残渣類、製鉄所等で発生する石炭乾留ガス（コークス炉ガス、Ｃガス）、廃プラスチックや廃油等の炭化水素化合物含有廃棄物、籾殻・わら屑・木屑その他のバイオマス類、繊維類、パルプ屑等が利用できる。炭素を含有する反応性粒子としては、石炭、コークス、木炭、カーボンブラック、タイヤ屑等が利用できる。
【００４５】
更に、本実施形態では反応性粒子と酸化剤である水蒸気とを反応させて水素ガスを得ているが、反応性粒子及び水蒸気の他に収束管２内に酸化剤や還元剤を供給して、反応性粒子と水蒸気（水）と酸化剤や還元剤とを反応させて水素ガスを得るようにしてもよい。この場合、水素の製造効率が向上する。酸化剤としては、酸素（Ｏ２）、酸素含有ガス、水（Ｈ２Ｏ）、二酸化炭素（ＣＯ２）のみなず、６００℃以上の温度にて反応性粒子を酸化することができる酸化性ガスや酸化物、６００℃以上にて少なくともＨ２Ｏ，Ｏ２，ＣＯ２を発生する酸化物や水和物、炭酸塩、その他の化合物等が利用できる。還元剤としては、炭化水素化合物や炭素系物質を含有する物質、還元できる物質を含有する物、６００℃以上でＨ２Ｏを少なくとも部分的に還元できる物質を含有する物、例えば金属アルミニウム、金属マグネシウム、金属シリコン、その他の金属或いは化合物が利用できる。このような酸化剤や還元剤を使用した場合、水素ガス生成の反応として、次の反応式に示すような反応が起こる。
Ｃ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋Ｈ２
ＣｍＨ２ｎ＋ｍＨ２Ｏ→ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ）Ｈ２
ＣｍＨ２ｎ＋ｍＭｘＯ→ｍＣＯ＋（ｍ・ｘ）Ｍ＋ｎＨ２
ｘＭ＋Ｈ２Ｏ→ＭｘＯ＋Ｈ２
ここで、Ｍは金属元素（還元剤）であり、ＭｘＯは酸化剤である。
【００４６】
又、上述の実施形態では地熱により発生した高温水蒸気によって低沸点物質を加熱して衝撃波発生のための高圧ガスを得ているが、地熱以外の比較的低温の熱エネルギを用いて低沸点物質を加熱して高圧ガスを得てもよい。この場合、水よりも低沸点の低沸点物質を高圧ガス化するので、水蒸気を生成するのに比べて比較的低エネルギで十分であるため、従来有効利用されていなかった低レベルエネルギを有効利用することができる。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、第一の発明によれば、地熱により発生した高圧水蒸気を圧縮室内へ間欠的に供給するだけで衝撃波を発生させこれによって水素ガスを生成できるので、装置がきわめて簡単で小型化が可能となり、地熱発電所等の高圧水蒸気を利用して安価に水素ガスを得る。
【００４８】
又、第二の発明によれば、水よりも低沸点の低沸点物質を地熱により発生した水蒸気の熱によって加熱することにより上記低沸点物質による高圧ガスを得てこれを圧縮室内へ間欠的に供給するようにすると、より高温で水蒸気と反応性粒子を反応させることができ、エネルギ効率の向上が図られる。
【００４９】
又、発電に不向きな低い温度の地熱により発生した水蒸気を有効利用することができる。
【００５０】
更に、第三の発明によれば、地熱に限らず従来有効利用されていなかった低レベルエネルギを有効利用することができる。
【００５１】
又、これらの発明は、小規模生産を可能とし、更に、純燃料を必要としない。又、地熱を熱源として利用するので新たな二酸化炭素を排出することもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態としての水素製造装置のための反応装置を示す断面図である。
【図２】図１の反応装置を用いた水素製造装置の全体構成を示す図である。
【図３】本発明の他の実施形態における水素製造装置の全体構成を示す図である。
【図４】本発明の他の実施形態における水素製造装置の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
２　収束管（圧縮室）
５　間欠噴射ポンプ（高圧水蒸気供給手段、高圧ガス供給手段）
１４　フィーダ（反応性粒子供給手段）
１８　蒸気タービン
２０　切換弁（切換手段）
２１　加熱器（ガス化手段）
【図１】
2004115674.tif 000003
【図２】
2004115674.tif 000004
【図３】
2004115674.tif 000005
【図４】
2004115674.tif 000006