(57)【要約】【課題】高圧ボンベや水素貯蔵合金の重い貯蔵容器を用いることなく、水素や酸素を効率的に発生させ、充填不要で簡便に水素と酸素を供給し、燃料電池に有用な水素、水素−酸素の製造方法及びその製造装置を提供すること。【解決手段】アルカリ金属とは化学的に反応しない貯蔵用液体中に貯蔵されたアルカリ金属に水を反応させて、空気に触れない状態にて水素を発生させ、この反応で発生する反応熱を利用して過酸化物を熱分解させて酸素を発生させ、水素と酸素を別々に取り出す水素−酸素の製造方法。アルカリ金属Ｍと貯蔵用液体Ｐとを収容する水素発生容器１０と、注水部２０と、水素排出部１２と、第１の廃棄容器４０と、第１の不純物除去手段１３と、過酸化物Ｈを収容する酸素発生容器６０と、熱伝導部７０と、過酸化物供給部８０と、第２の廃棄容器９０と、第２の不純物除去手段６２と、を備えてなる水素−酸素の製造装置１００。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルカリ金属とは化学的に反応しない貯蔵用液体中で貯蔵されたアルカリ金属に水を反応させて、空気に触れない状態にて水素を発生させることを特徴とする水素の製造方法。
【請求項２】
貯蔵用液体は、容積比重が水とアルカリ金属より低くかつ水と混じり合わない液体であり、アルカリ金属は水より容積比重が低いものである請求項１の水素の製造方法。
【請求項３】
アルカリ金属が、金属ナトリウムである請求項２記載の水素の製造方法。
【請求項４】
貯蔵用液体が、石油類である請求項２又は請求項３記載の水素の製造方法。
【請求項５】
アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、アルカリ金属と水との反応で発生する水素以外の反応物を前記水素発生容器内から水と共に廃棄する廃棄容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される不純物除去手段と、を備えてなる水素の製造装置。
【請求項６】
アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、アルカリ金属と水との反応で発生する水素以外の反応物を前記水素発生容器内から水と共に廃棄する廃棄容器と、注入される水により前記水素発生容器から溢れ出る貯蔵用液体を収容する前記水素発生容器に連通して形成される予備容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される不純物除去手段と、を備えてなる水素の製造装置。
【請求項７】
アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、注入される水により前記水素発生容器から溢れ出る貯蔵用液体を収容する前記水素発生容器に連通して形成される予備容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される不純物除去手段と、を備えてなる水素の製造装置。
【請求項８】
貯蔵用液体は、容積比重が水とアルカリ金属より低くかつ水と混じり合わない液体であり、アルカリ金属は水より容積比重が低いものである請求項５〜請求項７のいずれか記載の水素の製造装置。
【請求項９】
アルカリ金属が、金属ナトリウムである請求項８記載の水素の製造装置。
【請求項１０】
貯蔵用液体が、石油類である請求項８又は請求項９記載の水素の製造装置。
【請求項１１】
アルカリ金属とは化学的に反応しない貯蔵用液体中に貯蔵されたアルカリ金属に水を反応させて、空気に触れない状態にて水素を発生させ、この反応で発生する反応熱を利用して過酸化物を熱分解させて酸素を発生させ、前記水素と酸素を別々に取り出すことを特徴とする水素−酸素の製造方法。
【請求項１２】
貯蔵用液体は、容積比重が水とアルカリ金属より低くかつ水と混じり合わない液体であり、アルカリ金属は水より容積比重が低いものである請求項１１記載の水素−酸素の製造方法。
【請求項１３】
アルカリ金属が、金属ナトリウムである請求項１２記載の水素−酸素の製造方法。
【請求項１４】
貯蔵用液体が、石油類である請求項１２又は請求項１３記載の水素−酸素の製造方法。
【請求項１５】
過酸化物が、過酸化水素水である請求項１１〜請求項１４のいずれか記載の水素−酸素の製造方法。
【請求項１６】
アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、アルカリ金属と水との反応で発生する水素以外の反応物を前記水素発生容器内から水と共に廃棄する第１の廃棄容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される第１の不純物除去手段と、過酸化物を収容する酸素発生容器と、前記水素発生容器と前記酸素発生容器の各々に連通してアルカリ金属と水との反応で発生する反応熱を伝導する熱伝導部と、前記酸素発生容器に連通して高濃度の過酸化物を前記酸素発生容器に供給する過酸化物供給部と、過酸化物の前記反応熱を利用する熱分解で発生する酸素以外の反応物を廃棄する第２の廃棄容器と、排出される酸素に付随する不純物を除去する酸素排出部に形成される第２の不純物除去手段と、を備えてなる水素−酸素の製造装置。
【請求項１７】
アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、アルカリ金属と水との反応で発生する水素以外の反応物を前記水素発生容器内から水と共に廃棄する第１の廃棄容器と、注入される水により前記水素発生容器から溢れ出る貯蔵用液体を収容する前記水素発生容器に連通して形成される予備容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される第１の不純物除去手段と、過酸化物を収容する酸素発生容器と、前記水素発生容器と前記酸素発生容器の各々に連通してアルカリ金属と水との反応で発生する反応熱を伝導する熱伝導部と、前記酸素発生容器に連通して高濃度の過酸化物を前記酸素発生容器に供給する過酸化物供給部と、過酸化物の前記反応熱を利用する熱分解で発生する酸素以外の反応物を廃棄する第２の廃棄容器と、排出される酸素に付随する不純物を除去する酸素排出部に形成される第２の不純物除去手段と、を備えてなる水素−酸素の製造装置。
【請求項１８】
アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、注入される水により前記水素発生容器から溢れ出る貯蔵用液体を収容する前記水素発生容器に連通して形成される予備容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される第１の不純物除去手段と、過酸化物を収容する酸素発生容器と、前記水素発生容器と前記酸素発生容器の各々に連通してアルカリ金属と水との反応で発生する反応熱を伝導する熱伝導部と、前記酸素発生容器に連通して高濃度の過酸化物を前記酸素発生容器に供給する過酸化物供給部と、過酸化物の前記反応熱を利用する熱分解で発生する酸素以外の反応物を廃棄する廃棄容器と、排出される酸素に付随する不純物を除去する酸素排出部に形成される第２の不純物除去手段と、を備えてなる水素−酸素の製造装置。
【請求項１９】
貯蔵用液体は、容積比重が水とアルカリ金属より低くかつ水と混じり合わない液体であり、アルカリ金属は水より容積比重が低いものである請求項１６〜請求項１８のいずれか記載の水素−酸素の製造装置。
【請求項２０】
アルカリ金属が、金属ナトリウムである請求項１９記載の水素−酸素の製造装置。
【請求項２１】
貯蔵用液体が、石油類である請求項１９又は請求項２０記載の水素−酸素の製造装置。
【請求項２２】
過酸化物が、過酸化水素水である請求項１６〜請求項２１のいずれか記載の水素−酸素の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、特には燃料電池の水素供給源、あるいは水中や大気圏外など酸素が存在しないか少ない条件下で燃料電池の水素と酸素の供給源として有用な水素の製造方法及び水素−酸素の製造方法並びにこれらの製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車等の移動体に使用される燃料電池に用いる水素は、重い高圧ボンベや水素貯蔵合金に充填して運ばれ、適時燃料電池内に放出して使用されている（特許文献１、特許文献２参照）。そのため、高圧ボンベや水素貯蔵合金の貯蔵容器の質量に対する貯蔵される水素の質量は極めて低く、移動体の走行距離や航続距離をより長くするためには高圧ボンベや水素貯蔵合金を巨大化しなければならないという欠点があった。また、適宜水素を高圧ボンベや水素貯蔵合金に充填しなければならず煩雑であった。
【０００３】
一方、陸上の移動体で用いられる燃料電池において水素と反応する酸素は、空気がその供給源となっている（特許文献１、特許文献２参照）。しかし、水中や大気圏外など酸素が不在か少ない条件下で用いる移動体に燃料電池を用いる場合、水素供給源以外に別途酸素供給源も準備する必要があるため、移動体に巨大な水素と酸素の各高圧ボンベあるいは水素貯蔵合金を積載しなければならないとい大きな問題があった。
【０００４】
【特許文献１】特開２００２−９３４３８号公報
【特許文献２】特開２００２−８１５９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記事情に鑑みなされてものであり、高圧ボンベや水素貯蔵合金の強度を高めた重い貯蔵容器を用いることなく、小型化可能で軽量な装置により水素や酸素を効率的に発生させ、いちいち充填することが不要で簡便に水素と酸素を供給し、特に燃料電池に有用な水素、水素−酸素の製造方法及びその製造装置を提供することを課題とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、上記課題を解決するために鋭意検討を重ねて本発明に想到した。すなわち、本発明は、アルカリ金属とは化学的に反応しない貯蔵用液体中で貯蔵されたアルカリ金属に水を反応させて、空気に触れない状態にて水素を発生させることを特徴とする水素の製造方法を要旨とする。
【０００７】
上記発明における、アルカリ金属と水との反応を金属ナトリウムを例にとり反応過程を単純な量論式で示せば以下のようになる。
２Ｎａ＋２Ｈ２Ｏ→２ＮａＯＨ＋Ｈ２
この反応で、各々２モルの金属ナトリウムと水から１モルの水素ガスを発生させることができる。従って、水素の発生率を発生した水素の質量と用いた金属ナトリウムの質量の比Ｒｈで表すと、Ｒｈ＝１／４１＝０．０２４である。特に、水中で使用する場合には、水を積載する必要がないため、ナトリウムからの水素発生率Ｒｈは水を無視して０．０４３近くになるとみなすことができ、この値は水素貯蔵合金の２倍以上の水素発生率となることを示しているので（大角秦章著、「水素エネルギー利用技術」第７３頁参照、アグネ技術センター、２００２年春発行）、高圧ボンベや水素貯蔵合金を用いる場合に比し、極めて有利となる。
【０００８】
また、上記構成の発明では、貯蔵用液体中に貯蔵されたアルカリ金属に水を反応させるため、空気に触れない状態で反応が進行し、反応による爆鳴気体が発生することがない。なお、貯蔵用液体がアルカリ金属と化学的に反応しないとは、アルカリ金属と貯蔵用液体を共存させても両者間で何らの反応も生じることなく、いつまでも両者が共存する関係をいう。
【０００９】
また、本発明は、アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、アルカリ金属と水との反応で発生する水素以外の反応物を前記水素発生容器内から水と共に廃棄する廃棄容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される不純物除去手段と、を備えてなる水素の製造装置を要旨とする。また、この装置に、注入される水により水素発生容器から溢れ出る貯蔵用液体を収容する水素発生容器に連通して予備容器を形成する構成としても良い。更に、前記の予備容器を形成した水素の製造装置において廃棄容器を形成しない構成としても良い。
【００１０】
上記構成の発明により、アルカリ金属と水を空気に触れない状態で反応させて水素を発生させることができる。また、水素発生容器内に注入する水の注入量を調整することにより水素の発生量を制御することができる。
【００１１】
また、本発明は、アルカリ金属とは化学的に反応しない貯蔵用液体中に貯蔵されたアルカリ金属に水を反応させて、空気に触れない状態にて水素を発生させ、この反応で発生する反応熱を利用して過酸化物を熱分解させて酸素を発生させ、前記水素と酸素を別々に取り出すことを特徴とする水素−酸素の製造方法を要旨とする。
【００１２】
上記構成の発明により、水素以外にアルカリ金属と水との反応で発生する反応熱を利用して過酸化物の熱分解により酸素を発生させることもでき、しかも両者を別々に取り出すことができるので、酸素が不在か少ない条件下でも燃料電池の水素供給源あるいは酸素供給源として有用である。
なお、過酸化物の熱分解を過酸化水素を例にとり示せば以下の通りである。
２Ｈ２Ｏ２→２Ｈ２Ｏ＋Ｏ２
【００１３】
また、本発明は、アルカリ金属と該アルカリ金属とは化学的に反応しないアルカリ金属の貯蔵用液体とを収容する水素発生容器と、該水素発生用容器と連通して水素発生容器内に水を注入する注水部と、水素発生容器に注入された水とアルカリ金属との空気に触れない状態での反応により前記水素発生容器内で発生した水素を外部に排出する水素排出部と、アルカリ金属と水との反応で発生する水素以外の反応物を前記水素発生容器内から水と共に廃棄する第１の廃棄容器と、排出される水素に付随する不純物を除去する水素排出部に形成される第１の不純物除去手段と、過酸化物を収容する酸素発生容器と、前記水素発生容器と前記酸素発生容器の各々に連通してアルカリ金属と水との反応で発生する反応熱を伝導する熱伝導部と、前記酸素発生容器に連通して高濃度の過酸化物を前記酸素発生容器に供給する過酸化物供給部と、過酸化物の前記反応熱を利用する熱分解で発生する酸素以外の反応物を廃棄する第２の廃棄容器と、排出される酸素に付随する不純物を除去する酸素排出部に形成される第２の不純物除去手段と、を備えてなる水素−酸素の製造装置を要旨とする。また、この装置に、注入される水により前記水素発生容器から溢れ出る貯蔵用液体を収容する前記水素発生容器に連通して予備容器を形成する構成としても良い。更に、前記の予備容器を形成した水素−酸素の製造装置において第１の廃棄容器を形成しない構成としても良い。
【００１４】
上記構成の発明により、アルカリ金属と水を空気に触れない状態で反応させて水素を製造でき、更にこの反応熱を利用して容易に酸素をも製造できる。また、水素発生容器内に注入する水の注入量を調整することにより水素の発生量を制御でき、ひいては酸素の発生量の制御も可能となる。
【００１５】
上記の水素の製造方法あるいはその製造装置、水素−酸素の製造方法あるいはその製造装置において、貯蔵用液体を容積比重が水とアルカリ金属より低くかつ水と混じり合わない液体とし、アルカリ金属を水より容積比重が低いものとしても良く、この場合、アルカリ金属を金属ナトリウム、貯蔵用液体を石油類としても良い。また、水素−酸素の製造方法あるいは製造装置において、過酸化物を過酸化水素水としても良い。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
〔第１実施形態〕
本実施形態は、水素の製造装置５０に関する。図１は、水が注入される前の本装置５０を模式的な断面で示す説明図である。図２は、水Ｗが注入された後の本装置５０を模式的な断面で示す説明図である。本装置５０は、貯蔵用液体の石油Ｐと共に粒状の金属ナトリウムＭを収容する水素発生容器１０を備えている。水素発生容器１０内の下方には、容積比重が石油Ｐより高い金属ナトリウムＭを下方で溜め置くネット状の金属ナトリウム受け部１１が形成されている。
【００１８】
所定量の水Ｗを水素発生容器１０に供給できるバルブなどで制御された注水部に相当する水供給装置２０が水素発生容器１０に連通して形成されている。水Ｗが注入される前の水素発生容器１０が図１に示されるが、水供給装置２０から水素発生容器１０の下部に供給された水Ｗは、図２に示すように、石油Ｐより容積比重が高いため水素発生容器１０内の下部に溜まり、容積比重が石油Ｐより高く水Ｗより低い金属ナトリウムＭは石油Ｐと水Ｗとの境界面に積層する。そして、注入された水Ｗは、石油Ｐと水Ｗの境界面で金属ナトリウムＭと反応して水素と水酸化ナトリウムを発生する。このようにして製造される水素は、空気に触れない状態での反応で製造されるため、反応に際し爆鳴気体を発生することがない。
【００１９】
発生した水素は、水素発生容器１０の上部に形成された水素排出管１２から外部に排出される。水素排出管１２には、水素に付随することがある石油蒸気などの不純物を除去するための不純物除去手段に相当する冷却装置１３が形成されている。また、不純物除去手段は、除去フィルターなどを採用しても良い。不純物の石油蒸気などは冷却装置１３で凝縮除去され、あるいは除去フィルターで選択的に捕集・除去され清浄化された水素のみを排出できる。また、冷却装置１３を用いれば、水素自体を冷却することもできる。不純物除去手段は、水素に伴う不純物を除去できれば、特にどのような構成でも良く、上記冷却装置１３あるいは除去フィルターに限定されない。清浄化された水素は、燃料電池の水素供給源として用いることができる。水素と共に発生する水酸化ナトリウムの水溶液は、水より容積比重が高いので、水素発生容器１０の下部に溜まる。
【００２０】
水素発生容器１０の上部から溢れ出る供給された水の容量相当分の石油Ｐを貯蔵する予備容器３０が水素発生容器１０に連通して形成されている。予備容器３０は、空気抜き管３１が形成されている。また、水素発生容器１０内の下側には、金属ナトリウムＭと水Ｗとの反応で発生する水酸化ナトリウムの水溶液を廃棄するための廃棄容器４０が形成されている。水酸化ナトリウムの水溶液は、水より容積比重が高いため水素発生容器１０の下部に溜まるため水素発生容器１０の下部からの廃棄が容易となる。また、水酸化ナトリウムの水溶液の廃棄により、水素発生容器１０内は負圧となるため、予備容器３０に溢れ出た石油Ｐは水素発生容器１０内へと戻り、水素発生容器１０内の石油Ｐのロスを抑制できる。なお、回収された水酸化ナトリウムの水溶液から、金属ナトリウムを再生することも可能である。
【００２１】
所定量の水Ｗが金属ナトリウムＭと反応し水素を発生した後、反応は停止する。反応停止後、水素発生容器１０内には、過剰の金属ナトリウムＭが収容されているので、未反応の金属ナトリウムＭが水素発生容器１０内に残る。また、水素発生容器１０内の下部に金属ナトリウム受け部１１が形成されているので、水酸化ナトリウムの水溶液の廃棄に際し、未反応の金属ナトリウムＭもこれと共に廃棄されてしまうことがなく、また、金属ナトリウム受け部１１があるため、金属ナトリウムＭは石油Ｐの下方に沈むことなく、石油Ｐ中に貯蔵されることとなる。このように、未反応の金属ナトリウムＭが残るため、必要に応じ水素発生容器１０内に水を注入することにより、所望量の水素を発生させることが可能となる。
【００２２】
上記で説明したように、本装置５０は水素発生容器１０内に過剰の金属ナトリウムＭを収容しておけば、水Ｗの注入量を調整するだけで水素発生量を制御でき、簡便に所望量の水素を発生させることが可能となる。
【００２３】
水素発生容器１０から排出された水素は、図示しない水素備蓄容器に一旦収容し、ここから一定量ずつの水素を燃料電池に供給することもできる。また、本装置５０を燃料電池に用いる場合、燃料電池で発生する水を本装置５０の水供給装置２０に循環させることも可能である。
【００２４】
また、上記構成の水素の製造装置５０における予備容器３０を形成しない水素の製造装置を構成することもできる。この構成の水素の製造装置は、貯蔵用液体の量を少なくして水素発生容器内に一定のスペースを設け、そのスペース内に収まる範囲内で水を注入し、反応停止後水酸化ナトリウムの水溶液を廃棄すれば良い。更に、上記第１実施形態の水素の製造装置５０における廃棄容器４０を形成しない水素の製造装置を構成することもできる。この構成の水素の製造装置は、水素発生容器内に順次水を注入し、各注水ごとの反応で生成する水酸化ナトリウムの水溶液を水素貯蔵容器内にそのまま蓄え、水酸化ナトリウムの水溶液が一定量になった段階で別途容器などに廃棄すれば良い。
【００２５】
〔第２実施形態〕
本実施形態は、水素と酸素を同時に製造して別々に取り出せる水素−酸素の製造装置１００に関する。図３は、本装置１００による製造工程及び反応物の流れを示すフロー図である。図３中、点線はヒートポンプを示す。また、図４は本装置１００を模式的な断面で示す説明図である。本装置１００は、第１実施形態の水素の製造装置５０に熱伝導部７０と酸素発生容器６０を形成したものである。したがって、第１実施形態の水素の製造装置５０と共通の構成については、詳細な説明を省略し、共通の要素については同一の符号を用いる。
【００２６】
水素発生容器１０の下部には、熱伝導部に相当するヒートポンプ７０が形成されている。ヒートポンプ７０は、熱伝導管を介して過酸化水素Ｈが収容される酸素発生容器６０の下部に連通している。そして、第１実施形態の水素の製造装置５０と同様にして水素発生容器１０内の金属ナトリウムＭと水Ｗとの反応により発生する反応熱は、ヒートポンプ７０により酸素発生容器６０に伝導されるようになっている。このように、熱伝導部にヒートポンプ７０を用いれば、熱伝導の調整が可能となる。また、水素発生容器１０には、第１の廃棄容器４０と予備容器３０が連通している。第１実施形態の水素の発生装置５０と同じように水素発生容器１０で発生した水素は、第１の冷却装置１３や除去フイルターなどの第１の不純物除去手段により清浄化され水素排出管１２から外部に排出される。また、水酸化ナトリウムの水溶液は、第１の廃棄容器４０に廃棄される。未反応の金属ナトリウムＭが水素発生容器１０内に残るため、再度水を水素発生容器１０に加えることにより、水素を新たに発生させることができる。
【００２７】
酸素発生容器６０に収容された過酸化水素水Ｈは、ヒートポンプ７０により伝導された反応熱により熱分解され、酸素と水を発生する。発生した酸素は、酸素発生容器６０の上部に形成された酸素排出管６１から外部に排出できるようになっている。酸素排出管６１には、過酸化水素を含む水蒸気などの不純物を除去するための第２の不純物除去手段が形成されている。第２の不純物除去手段は、水蒸気など酸素に伴う不純物を除去できればどのような構成でも良く、第２の冷却装置６２や除去フイルターを採用することができるが、これらに限定されるものではない。
【００２８】
また、過酸化物供給部に相当する濃度維持装置８０が酸素発生容器６０に連通して形成されている。酸素発生容器６０内の過酸化水素水Ｈは、熱分解されて発生する水により希釈化されるので、適宜酸素発生容器６０内には高濃度な過酸化水素水Ｈを供給できるようになっている。また、酸素発生容器６０は、熱分解で発生した水と希釈化された過酸化水素水を廃棄する第２の廃棄容器９０が連通して形成されている。濃度維持装置８０から酸素発生容器６０に供給された高濃度の過酸化水素水Ｈは、希釈化された過酸化水素水より容積比重が高いので、酸素発生容器６０の下部に溜まり、一方、容積比重の低い希釈化された過酸化水素水は酸素発生容器６０の上部から第２の廃棄容器９０へと排出される。これにより、酸素発生容器６０の下部には、常時、高濃度の過酸化水素水Ｈが供給され、これに伴いヒートポンプ７０により伝導された反応熱により容易に熱分解される。
【００２９】
水素発生容器１０から排出された水素と酸素発生容器６０から排出された酸素は、各々図示しない水素備蓄容器と酸素備蓄容器に一旦収容し、ここから一定量ずつの水素あるいは酸素を燃料電池に供給することもできる。
【００３０】
このように、本装置１００は、水素発生容器１０から水素、酸素発生容器６０から酸素というように両者を別々に取り出すことができるので、酸素が不在又は少ない条件下で用いる燃料電池の水素供給源、酸素供給源として有用である。
【００３１】
また、上記構成の水素−酸素の製造装置１００における予備容器３０を形成しない水素−酸素の製造装置を構成することができる。この構成の水素−酸素の製造装置は、貯蔵用液体の量を少なくして水素発生容器内にスペースを設け、そのスペース内に収まる範囲内で水を注入し、反応停止後水酸化ナトリウムの水溶液を廃棄すれば良い。更に、上記第２実施形態の水素−酸素の製造装置１００における第１の廃棄容器４０を形成しない水素−酸素の製造装置を構成することができる。この構成の水素−酸素の製造装置は、水素発生容器内に順次水を注入し、各注水ごとの反応で生成する水酸化ナトリウムの水溶液を水素貯蔵容器内にそのまま蓄え、水酸化ナトリウムの水溶液が一定量になった段階で別途容器などに廃棄すれば良い。
【００３２】
以上、本発明を説明するために実施の形態を記載したが、本発明は上記の実施の形態に限定されず、その技術的範囲に属する限り種々形態を変更することが可能である。
アルカリ金属、貯蔵用液体、過酸化物は、上記第１実施形態と第２実施形態で記載した各々金属ナトリウム、石油、過酸化水素に限定されるものではない。
アルカリ金属には、ナトリウム以外にリチウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、フランシウムがあるが、これらを用いることも可能である。
また、貯蔵用液体は石油を用いる場合、灯油が好ましく、また広く動植物油を用いることもでき、例えばヒマシ油、ナタネ油などを挙げることができる。
過酸化物は、酸化性液体、硝酸などでも良いが、硝酸の場合、二酸化窒素の除去装置が必要となる。
【００３３】
水素の製造装置あるいは水素−酸素の製造装置は、水素発生容器内にアルカリ金属を供給するアルカリ金属供給部あるいは貯蔵用液体を補充する貯蔵用液体補充部のいずれかあるいは両者を設置する構成としても良い。
【００３４】
水素−酸素の製造装置における熱伝導部は、熱伝導の調整が容易なためヒートポンプの採用が好ましいが、これに限定されるものではなく、例えば断熱パイプ内に収容される熱伝導率の高い銅板などを水素発生容器と酸素発生容器間に設置する構成としても良い。また、水素発生容器と酸素発生容器を隣り合わせて接触させるようにしても良いが、この場合、熱伝導の調整が難しい。
【００３５】
水素の製造装置あるいは水素−酸素の製造装置における注水部の水の注入量、水素−酸素の製造装置における過酸化物供給部における高濃度の過酸化物の供給量は、コンピュータにより自動制御してもあるいはマニュアルにより制御しても良い。自動制御を行う場合、制御部を設けて例えば次のように行うこともできる。水素備蓄容器内の水素量が設定量（所定の水素圧）となると同時に、注水部から所定量の水を水素発生容器内に注入するよう指令が出て水素を発生させる。これに伴い、過酸化物が熱分解され、酸素を発生する。そして、反応の停止後（水酸化ナトリウムの水溶液のｐＨをモニターする）、廃棄容器に水酸化ナトリウムの水溶液あるいは希釈化された過酸化水素水を廃棄できるようにし、更に所定量の高濃度の過酸化物を酸素発生容器に供給して本装置のすべての動作を終了させることができる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成されるため、以下の効果を奏する。
本発明の水素の製造方法、水素の製造装置によれば、小型化可能で軽量な装置により水素を発生させることができるので、燃料電池に用いた場合、水素供給源の高圧ボンベや水素貯蔵合金のように、水素を適宜充填するという煩雑な作業が不要となる。また、本装置を自動車等の移動体の燃料電池における水素供給源として用いることにより、移動体の長距離の走行あるいは航続にも容易に対応でき、高圧ボンベや水素貯蔵合金の巨大化という問題が生じない。更に、本装置を所定の場所に固定して用いれば、高圧ボンベや水素貯蔵合金へ水素を供給するエネルギーステーションとして供することもできる。
【００３７】
本発明の水素−酸素の製造方法、水素−酸素の製造装置によれば、水素と共に酸素を製造し、これらを別々に取り出すことができるので、例えば潜水艦、海中作業機、深海探査機、衛星など酸素が不在あるいは少ない条件下で用いる燃料電池の水素供給源及び酸素供給源として有用である。更に、本装置を所定の場所に固定して用いれば、高圧ボンベや水素貯蔵合金へ水素、あるいは酸素を供給するエネルギーステーションとして供することもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水が注入される前の本装置を模式的な断面で示す説明図である。
【図２】水が注入された後の本装置を模式的な断面で示す説明図である。
【図３】本装置による製造工程及び反応物の流れを示すフロー図である。
【図４】本装置を模式的な断面で示す説明図である。
【符号の説明】
１０                水素発生容器
１１                金属ナトリウム受け部
１２                水素排出管
１３                冷却装置（第１の冷却装置）
２０                水供給装置
３０                予備容器
４０                廃棄容器（第１の廃棄容器）
６０                酸素発生容器
６１                酸素排出管
６２                第２の冷却装置
７０                ヒートポンプ
８０                濃度維持装置
９０                第２の廃棄容器
５０                水素の製造装置
１００              水素−酸素の製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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