(57)【要約】【課題】構成が簡単で小型化を可能とし、衝撃波による衝撃圧縮によって容易に超高温状態を達成して水素を製造することができる水素製造装置を提供することを目的とする。【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、該圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部に代えて水蒸気よりも高密度な高密度気体たるアルゴンを上記圧縮室に供給するアルゴン収容タンク１３と、上記圧縮室内に反応性粒子を供給するフィーダ１７と、上記圧縮室内に高圧水蒸気を間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる間欠噴射ポンプ５とを備え、上記アルゴン収容タンク１３による上記圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部のアルゴンとの置換時に上記圧縮室内へ該間欠噴射ポンプ５が高圧水蒸気を供給する。【選択図】　図２
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【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含有ガスを生成させ、該水素含有ガスから水素を分離す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、該圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部に代えて水蒸気よりも高密度な高密度気体を上記圧縮室に供給する高密度気体供給手段と、上記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、上記圧縮室内に高圧水蒸気又は水を間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記高密度気体供給手段による上記圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部の高密度気体との置換時に上記圧縮室内へ該衝撃波発生手段が高圧水蒸気又は水を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】
高密度気体は反応性粒子と水蒸気との水素製造反応に関して不活性であることとする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
高密度気体はアルゴン又は二酸化炭素であることとする請求項２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
圧縮室には該圧縮室内を減圧する減圧手段が接続され、高密度気体供給手段は、該減圧手段による減圧時に上記圧縮室内へ高密度気体を供給するようになっていることとする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【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】
炭化水素若しくは炭素を含有する反応性粒子を収容する反応室内に水を供給し、反応室内を高温化して反応性粒子と水とを反応させて水素ガスを生成する水素製造装置は公知である。
【０００３】
一方、所定の反応性物質を収容せる反応室たる管体内のガスを衝撃波で急激圧縮して高温として反応性物質とガスとを反応させて所望のガスを生成する装置が、米国特許第２８３２６６６号に開示されている。この公知の装置は、反応器として回転軸に平行な複数の管体を有しており、一つの管体へ一端側から原料たる反応性物質が供給され、上記回転軸まわりに回転して上記管体が所定位置にくるとそこで管体内に高圧ガスが供給されて衝撃波を生じ、この衝撃波によってガスを衝撃圧縮して高温化し反応性物質が該ガスと反応し、所望のガスが生成される。他の管体には、その間に、次のガス生成のために反応性物質が供給される。
【０００４】
かかる装置には、複数の管体のそれぞれに、回転軸の回転位置に対応して所定のプロセスを行なうように開閉弁を両端で備え、又その開閉のための制御装置を有している。さらには、複数の管が回転軸まわりに回転することを許容しつつ、高圧ガスや反応性物質の供給、生成ガスの取出そして排気を各管で次々に行なうための機構をも有する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記米国特許第２８３２６６６号の公知装置にあっては、空気と共に反応性物質を収容する管体内に高圧のガスが噴射されて衝撃波を発生させるので、空気の密度があまり高くないために衝撃波による衝撃圧縮によって管体内を超高温状態とすることは難しい。又、水素ガスを生成するには、どのように装置を構成すればよいのか明らかではない。
【０００６】
更に、多くの管体及びそれぞれ開閉弁を必要とすること、これらを回転させる装置を必要とすること、回転位置に合わせて開閉動作を行なわなくてはならないこと、さらには、管体の回転を許容しつつ原料や高圧ガスの供給そして生成ガスの取出や排気を行なわなくてはならないこと、に起因して、機構が複雑化、大型化し、ひいては装置そして生成ガスのコストアップにつながる。
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、構成が簡単で小型化を可能とし、衝撃波による衝撃圧縮によって容易に超高温状態を達成して水素を製造することができる水素製造装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明にかかる水素製造装置は、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含有ガスを生成させ、該水素含有ガスから水素を分離するようになっている。
【０００９】
かか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、該圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部に代えて水蒸気よりも高密度な高密度気体を上記圧縮室に供給する高密度気体供給手段と、上記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、上記圧縮室内に高圧水蒸気又は水を間欠的に供給することにより衝撃波を発生させる衝撃波発生手段とを備え、上記高密度気体供給手段による上記圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部の高密度気体との置換時に上記圧縮室内へ該衝撃波発生手段が高圧水蒸気又は水を供給することを特徴とする。
【００１０】
このような構成の本発明では、上記高密度気体供給手段によって上記圧縮室内の水蒸気の少なくとも一部が高密度気体に置換されると、圧縮室内が高密度化されるので、この状態で上記圧縮室内に衝撃波発生手段によって高圧水蒸気又は水が供給されると衝撃波によって上記圧縮室内が衝撃圧縮されて容易に超高温状態となる。これにより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。
【００１１】
本発明において、高密度気体は、反応性粒子と水蒸気との水素製造反応に関して不活性であることが望ましく、例えばアルゴン又は二酸化炭素であることが望ましい。
【００１２】
又、圧縮室には該圧縮室内を減圧する減圧手段が接続され、高密度気体供給手段は、該減圧手段による減圧時に上記圧縮室内へ高密度気体を供給するようにすると、圧縮室内の気体と高密度気体の置換が容易であり、全置換も可能である。
【００１３】
【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。
【００１４】
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、後述する廃熱ボイラから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。
【００１５】
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と、反応性粒子と水蒸気との水素製造反応に関して不活性な高密度気体であるアルゴン（Ａｒ）を収束管２内へ供給するための高密度気体供給口１１とが形成されている。この高密度気体供給口１１のには、所定時に開放される制御弁１２が設けられている。
【００１６】
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。
【００１７】
反応装置１の間欠噴射ポンプ５は、例えばごみ焼却炉等の大型熱プロセス設備１４の廃熱ボイラ１５から高圧水蒸気を受けるべく該廃熱ボイラ１５に接続されている。
【００１８】
次に、高密度気体供給口１１には、収束管２内にＡｒを供給するためＡｒを収容するアルゴン収容タンク１３が接続されている。
【００１９】
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１６を介して供給するフィーダ１７が接続されている。
【００２０】
一方、ガス取出口６は制御弁８を介して除塵機１８そして分離機（ＰＳＡ）１９接続されている。除塵機１８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１７に接続されている。分離機１９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。
【００２１】
又、排気口７は制御弁９を介して排気管２０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。
【００２２】
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。
【００２３】
▲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１６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。そして、一旦制御弁９が開かれ、この時点で、制御弁１２が開かれることによってアルゴン収容タンク１３によって高密度気体供給口１１から収束管２内にＡｒの気体が供給されると共に収束管２内の気体の一部が排気口７から排出されてＡｒに置換される。この置換後、制御弁９，１２は閉じられる。
【００２４】
▲２▼　次に、間欠噴射ポンプ５が瞬間的に開き、廃熱ボイラ１２からの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。本実施形態では、上述したように収束管２内の気体の一部が水蒸気よりも高密度なアルゴンに置換されているので、収束管２内の空間が高密度化されて、衝撃波による衝撃圧縮によって超高温となる。
【００２５】
▲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１８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１９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。
【００２６】
▲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２０を経て排気される。かくして、水素ガス生成のための一回のサイクルを終了し、次のサイクルへ備える。このとき、収束管２内の気体のほぼ全ては水蒸気である。本実施形態では、以上のサイクルを繰り返すことにより連続的に水素ガスが生成されるので、収束管２内の水蒸気の一部がアルゴン収容タンク１３からのＡｒに置換されることとなる。
【００２７】
尚、本実施形態では、高密度気体としてアルゴンを用いたが、水蒸気よりも高密度でかつ水素製造反応において不活性であれば、ＣＯ２等他の気体でもよい。又、本実施形態では、圧縮室内の水蒸気の一部を高密度気体と置換したが、圧縮室内の水蒸気の全部を高密度気体と置換すると更に圧縮室内の高密度化がより高くなるので好ましい。この場合、圧縮室内を減圧する減圧手段としての真空ポンプ等で圧縮室内を真空状態にした後に高密度気体を該圧縮室内に供給するとよい。
【００２８】
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。
【００２９】
【発明の効果】
本発明は、以上のごとく、高密度気体供給手段によって水蒸気よりも高密度な高密度気体によって圧縮室内の少なくとも一部の水蒸気が置換されるので、圧縮室内が高密度化されて、上記圧縮室内を衝撃波によって衝撃圧縮することによって超高温とすることができる。又、反応性粒子を収容する圧縮室内へ高圧水蒸気を瞬間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る。
【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。
【符号の説明】
１　反応装置
２　収束管（圧縮室）
５　間欠噴射ポンプ（衝撃波発生手段）
１３　アルゴン収容タンク（高密度気体供給手段）
１７　フィーダ（反応性粒子供給手段）
【図１】
2004051440.tif 000003
【図２】
2004051440.tif 000004