(57)【要約】【課題】簡単な設備（圧力容器）と容易に入手可能な材料（金属及びアルカリ）とにより効率的に高圧の水素ガスを発生できる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供する。【解決手段】圧力容器１は、槽部１ａ及び蓋部１ｂがネジ部１ｃで相互に密接して嵌合されるので密閉状態にできる。圧力容器１はアルカリ水溶液３及び金属４が投入され混合された状態で密閉状態とされるので、アルカリ水溶液３と金属４との化学反応により生じる水素ガスＨを化学反応の進行に伴い高圧にするものとする。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属とアルカリ水溶液とを混合して水素ガスを発生する水素ガス発生装置において、
密閉可能な圧力容器と、
前記金属を水スラリにして圧力容器へ供給するスラリ供給部と、
前記アルカリ水溶液を圧力容器へ供給するアルカリ供給部と、
水素ガスを圧力容器から取り出すための圧力調整弁を有する水素ガス取出部と
を備えることを特徴とする水素ガス発生装置。
【請求項２】
前記金属はアルミニウムであることを特徴とする請求項１記載の水素ガス発生装置。
【請求項３】
前記アルミニウムはアルミニウムドロス又はアルミニウム細片の状態で供給されることを特徴とする請求項２記載の水素ガス発生装置。
【請求項４】
前記アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムの水溶液であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
【請求項５】
水蒸気により前記圧力容器内をパージするためのパージ装置を備えることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
【請求項６】
前記水スラリの供給量とアルカリ水溶液の供給量とを制御するための制御部を備えることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
【請求項７】
前記水素ガス取出部から取り出した水素ガスを精製するための精製部を備えることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
【請求項８】
前記圧力容器は廃液を取り出すための廃液取出部を備え、前記アルカリ供給部は廃液取出部から取り出した廃液を処理することによりアルカリ水溶液を生成することを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
【請求項９】
移動手段を備えることを特徴とする請求項１ないし８のいずれかに記載の水素ガス発生装置。
【請求項１０】
金属とアルカリ水溶液とを化学反応させて水素ガスを発生させる水素ガス発生方法において、
水スラリにした前記金属と前記アルカリ水溶液とを、圧力容器中において密閉状態で混合することにより水素ガスを発生させることを特徴とする水素ガス発生方法。
【請求項１１】
前記金属はアルミニウムであることを特徴とする請求項１０記載の水素ガス発生方法。
【請求項１２】
前記アルミニウムはアルミニウムドロス又はアルミニウム細片の状態で供給されることを特徴とする請求項１１記載の水素ガス発生方法。
【請求項１３】
前記アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムの水溶液であることを特徴とする請求項１０ないし１２のいずれかに記載の水素ガス発生方法。
【請求項１４】
前記圧力容器を水蒸気でパージした後に、前記混合を行うことを特徴とする請求項１０ないし１３のいずれかに記載の水素ガス発生方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属とアルカリ水溶液とを混合することにより高圧の水素ガスを発生させる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の水素ガス発生装置又は水素ガス発生方法としては、例えば天然ガス又はコークスから水素を分離するものなどが知られている。これらの他にも、例えば、水を原料とした水素ガス製造技術として、水電気分解法、高温水蒸気分解法、熱化学法、太陽光利用法など多くの方法が知られている。大規模な水素製造技術としては、現在のところ水電気分解法が評価されている。また、熱化学法の例として、水と電熱化学反応するアルミニウム又はマグネシウム等の化学反応金属体を用いるものも知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
これらの方法では設備を大型化しプラント化しなければ実用的でなく、移動ができないことから供給範囲が限られること、水素ガス利用場所までの輸送が必要となること、輸送を効率的に行うために水素ガスを高圧化する設備がさらに必要になること、電気現象を用いるものの場合には電力消費量が大きくなることなどの問題があった。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１０９１０２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように従来の水素ガス発生装置又は水素ガス発生方法では、効率よく簡単に水素ガスを生成することができないこと、供給場所が限られること、水素ガス高圧化のための設備が必要であることなどの問題があった。
【０００６】
本発明は、斯かる問題に鑑みてなされたものであり、簡単な設備（圧力容器）と容易に入手可能な材料（金属及びアルカリ）とにより効率的に高圧の水素ガスを発生できる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供することを目的とする。
【０００７】
また、本発明の他の目的は、アルミニウム、特にアルミニウムドロスやアルミニウム細片など廃アルミニウム材を原料とすることにより、水素ガスの発生と同時に廃棄物処理が可能な水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、アルカリ水溶液として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムを用いることにより、経済的、効率的に水素ガスを発生できる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供することにある。
【０００９】
また、本発明の他の目的は、パージ装置を備えることにより安全で効率的な運用が可能な水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法を提供することにある。
【００１０】
また、本発明の他の目的は、金属を水スラリとして供給することにより、金属の供給量とアルカリの供給量との制御を正確にし、制御性の良い水素ガス発生装置を提供することにある。
【００１１】
また、本発明の他の目的は、移動手段を備えることにより、時と場所を選ばない水素ガス発生装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
第１発明に係る水素ガス発生装置は、金属とアルカリ水溶液とを混合して水素ガスを発生する水素ガス発生装置において、密閉可能な圧力容器と、前記金属を水スラリにして圧力容器へ供給するスラリ供給部と、前記アルカリ水溶液を圧力容器へ供給するアルカリ供給部と、水素ガスを圧力容器から取り出すための圧力調整弁を有する水素ガス取出部とを備えることを特徴とする。
【００１３】
第１発明にあっては、水スラリにした金属とアルカリ水溶液とを圧力容器中で混合して化学反応させることから発生する水素ガスを所定の高圧にすることができる。また、不純物としての気体の混入が生じないこと、安定した原料の供給が可能であることから、安全に、安定して水素ガスを発生させることができる。さらに、水素ガス取出部に圧力調整弁を有するから所定の圧力に高めた高圧の水素ガスを取り出すことができる。
【００１４】
第２発明に係る水素ガス発生装置は、第１発明において、前記金属はアルミニウムであることを特徴とする。
【００１５】
第２発明にあっては、アルカリ水溶液との反応性が良いアルミニウムを利用することにより効率よく高圧の水素ガスを取り出すことができる。
【００１６】
第３発明に係る水素ガス発生装置は、第２発明において、前記アルミニウムはアルミニウムドロス又はアルミニウム細片の状態で供給されることを特徴とする。
【００１７】
第３発明にあっては、アルミニウムドロス（粉末）又はアルミニウム細片（廃材アルミニウム）を利用することにより金属とアルカリ水溶液との接触面積が大きくなり、化学反応を生じる表面積を大きくできることから化学反応がより促進されるので効率よく高圧の水素ガスを発生できる。また、アルミニウムドロス又は廃材アルミニウムなどの廃棄物を利用することから、廃棄物の処理を同時にすることが可能となり環境循環型、環境保護型の水素ガス発生装置が可能となる。
【００１８】
第４発明に係る水素ガス発生装置は、第１ないし第３発明のいずれかにおいて、前記アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムの水溶液であることを特徴とする。
【００１９】
第４発明にあっては、アルカリ水溶液を水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムの水溶液としたので、循環利用が可能となり安価で効率的な水素ガス発生装置とすることができる。
【００２０】
第５発明に係る水素ガス発生装置は、第１ないし第４発明のいずれかにおいて、水蒸気により前記圧力容器内をパージするためのパージ装置を備えることを特徴とする。
【００２１】
第５発明にあっては、圧力容器内を水蒸気によりパージするパージ装置を備えることとしたので、立ち上げ時の安全を確保でき、装置の安定運転が可能となる。また、水蒸気を利用することから反応系への影響が生じない。
【００２２】
第６発明に係る水素ガス発生装置は、第１ないし第５発明のいずれかにおいて、前記水スラリの供給量とアルカリ水溶液の供給量とを制御するための制御部を備えることを特徴とする。
【００２３】
第６発明にあっては、金属の水スラリの供給量とアルカリ水溶液の供給量を制御する制御部を備えたので、円滑な化学反応を維持継続して連続運転可能な制御性の良い水素ガス発生装置が可能となる。
【００２４】
第７発明に係る水素ガス発生装置は、第１ないし第６発明のいずれかにおいて、前記水素ガス取出部から取り出した水素ガスを精製するための精製部を備えることを特徴とする。
【００２５】
第７発明にあっては、取り出した水素ガスを精製するための精製部を備えることとしたので、高純度で高圧の水素ガスを容易に生成できる。
【００２６】
第８発明に係る水素ガス発生装置は、第１ないし第７発明のいずれかにおいて、前記圧力容器は廃液を取り出すための廃液取出部を備え、前記アルカリ供給部は廃液取出部から取り出した廃液を処理することによりアルカリ水溶液を生成することを特徴とする。
【００２７】
第８発明にあっては、圧力容器から廃液を取り出して、アルカリ水溶液を再利用することとしたので、原材料の再利用が可能となり、経済性を向上でき、水素ガスの効率的な生成が可能となる。
【００２８】
第９発明に係る水素ガス発生装置は、第１ないし第８発明のいずれかにおいて、移動手段を備えることを特徴とする。
【００２９】
第９発明にあっては、移動手段を備えることとしたので、時と場所を選ばずに高圧の水素ガスを発生でき迅速な供給が可能となる。
【００３０】
第１０発明に係る水素ガス発生方法は、金属とアルカリ水溶液とを化学反応させて水素ガスを発生させる水素ガス発生方法において、水スラリにした前記金属と前記アルカリ水溶液とを、圧力容器中において密閉状態で混合することにより水素ガスを発生させることを特徴とする。
【００３１】
第１０発明にあっては、水スラリにした金属とアルカリ水溶液とを、圧力容器中において密閉状態で混合して水素ガスを発生させることとしたので、発生する水素ガスを所定の高圧にすることができる。また、不純物としての気体の混入が生じないこと、安定した原料の供給が可能であることから、安全に、安定して水素ガスを発生させることができる。
【００３２】
第１１発明に係る水素ガス発生方法は、第１０発明において、前記金属はアルミニウムであることを特徴とする。
【００３３】
第１１発明にあっては、アルカリ水溶液との反応性が良いアルミニウムを利用することにより効率よく高圧の水素ガスを取り出すことができる。
【００３４】
第１２発明に係る水素ガス発生方法は、第１１発明において、前記アルミニウムはアルミニウムドロス又はアルミニウム細片の状態で供給されることを特徴とする。
【００３５】
第１２発明にあっては、アルミニウムドロス又はアルミニウム細片を利用することにより金属とアルカリ水溶液との接触面積が大きくなり、化学反応を生じる表面積を大きくできることから化学反応がより促進されるので効率よく高圧の水素ガスを発生できる。また、アルミニウムドロス又は廃材アルミニウムなどの廃棄物を利用することから、廃棄物の処理を同時にすることが可能となり環境循環型、環境保護型の水素ガス発生方法が可能となる。
【００３６】
第１３発明に係る水素ガス発生方法は、第１０ないし第１２発明のいずれかにおいて、前記アルカリ水溶液は水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムの水溶液であることを特徴とする。
【００３７】
第１３発明にあっては、アルカリ水溶液を水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムの水溶液としたので、循環利用が可能となり安価で効率的な水素ガス発生方法とすることができる。
【００３８】
第１４発明に係る水素ガス発生方法は、第１０ないし第１３発明のいずれかにおいて、前記圧力容器を水蒸気でパージした後に、前記混合を行うことを特徴とする。
【００３９】
第１４発明にあっては、圧力容器内を水蒸気によりパージした後に金属とアルカリ水溶液とを混合することとしたので、立ち上げ時の安全な水素ガス発生方法とできる。また、水蒸気を利用することから反応系への影響が生じない。
【００４０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて説明する。
図１は本発明に係る水素ガス発生装置の原理を説明する説明図である。１は反応槽となる圧力容器であり、槽部１ａ及び蓋部１ｂからなる。槽部１ａ及び蓋部１ｂはネジ部１ｃで相互に密接して嵌合され、圧力容器１を密閉状態にする。圧力容器１は耐圧力性を有し密閉状態とすることから後述する化学反応により生じる水素ガス（図上Ｈで示す）を化学反応の進行に伴い高圧にすることができる。圧力容器１には圧力計１ｄを備えることにより、化学反応の進行に伴う水素ガスの圧力状況を確認することが可能となる。この他、化学反応を促進するために攪拌手段を適宜備えても良い。圧力容器１は発生した水素ガスを圧力容器から取り出すための水素ガス取出部２を備える。水素ガス取出部２は取出管２ａ及び圧力調整弁２ｂを備える。圧力調整弁２ｂにより所定の圧力に昇圧された水素ガスを取り出すことができる。
【００４１】
圧力容器１にはアルカリ水溶液３及び金属４が投入され混合される。アルカリ水溶液３としては、例えば水酸化ナトリウム（苛性ソーダ）、水酸化カリウム、水酸化カルシウムの水溶液が適している。これらは金属（例えばアルミニウム）との化学反応も生じやすいこと、入手しやすいこと、化学反応系での再利用も可能となることなどから効率よく水素ガスを発生でき、運転コストの低減などに有効である。
【００４２】
金属４としては例えばアルミニウムなどのほかにシリコンのような半導体物質も利用することができる。以下単に金属またはアルミニウムを例として説明するが、アルミニウム以外の金属又はシリコンのような半導体物質についても同様に適用することが可能である。圧力容器１に投入するアルミニウムとしては純アルミ（アルミ片）の他に、例えばアルミニウム精錬の過程で発生するアルミニウムドロス（アルミニウムの浮き滓）、廃棄アルミニウム缶、アルミニウム加工屑などの廃材アルミニウムを利用することが可能である。アルミニウムドロスは粉末状でありそのままでも化学反応を生じる表面積は充分大きいが、廃棄アルミニウム缶などでは化学反応を生じる表面積を大きくして化学反応を促進するために細片化してアルミニウム細片とすることが望ましい。なお、細片化に加えて、例えば多孔質化しても同様に化学反応を生じる表面積を大きくでき、同様な効果を奏することは言うまでも無い。
【００４３】
金属４としてアルミニウムを用い、アルカリ水溶液として水酸化ナトリウムの水溶液を用いた場合の化学反応式は次のようになる。
２Ａｌ＋２ＮａＯＨ＋６Ｈ２  Ｏ＝２Ｎａ〔Ａｌ（ＯＨ）４  〕＋３Ｈ２
Ａｌ２  Ｏ３  ＋２ＮａＯＨ＋３Ｈ２  Ｏ＝２Ｎａ〔Ａｌ（ＯＨ）４  〕
２Ｎａ〔Ａｌ（ＯＨ）４  〕＝２ＮａＯＨ＋Ａｌ（ＯＨ）３  
【００４４】
つまり、水素ガス及び水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）が生成され、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が再生成される。水素ガスは水素ガス取出部２から気体として取り出すことができ、水酸化アルミニウムは適宜沈殿物として回収することができる。また、水酸化ナトリウムは循環利用することができる。圧力容器１は密閉状態としているから、化学反応の進展経過に伴い発生した水素ガスの圧力は容易に高くすることができる。容積１Ｌの圧力容器１の場合では、例えば純アルミニウムを３０ｇ、水酸化ナトリウム水溶液（６規定）を０．２４Ｌ投入したとき、圧力容器１の内部のガス容積０．７６Ｌ（１−０．２４）における圧力は圧力計１ｄで８０気圧であった。この時の圧力容器１の内部温度は２２０℃（４９３Ｋ）であった。２２０℃での水蒸気の蒸気圧は２４気圧であるから、８０気圧−２４気圧＝５６気圧が水素ガスの圧力となる。
【００４５】
気体の状態方程式ｐｖ＝ｎＲＴ〔圧力ｐ（気圧）、体積ｖ（Ｌ）、分子量Ｍの気体ｗ（ｇ）、ｎ（モル）＝ｗ／Ｍ、絶対温度Ｔ（Ｋ）、気体定数Ｒ＝０．０８２１（Ｌ・気圧／Ｋ・モル）〕を用いて水素ガスの発生量を算出すると次のようになる。ｐＶ＝ｎＲＴより、水素ガスの発生量はｎ＝ｐＶ／ＲＴ＝５６（気圧）×０．７６（Ｌ）／（４９３（Ｋ）×０．０８２１（Ｌ・気圧／Ｋ・モル））＝１．０５２（モル）＝２３．５６（Ｌ）として求められる。なお、水素ガスの発生量２３．５６（Ｌ）は飽和器を通して、乾燥管（シリカゲル）など用いて水分を除去した後、供給量計により実測した値である。
【００４６】
また、例えば純アルミニウムを２７．４８ｇ（１．０２モル）、アルミニウムドロス（Ａｌ：４０％）を６７．５ｇ（Ａｌ１モル）、水酸化ナトリウム水溶液（６規定）を０．３０Ｌ投入したとき、ガス容積０．７０Ｌ（１−０．３０）における水素ガスの圧力は混合後約３０秒余りで１００気圧以上にまで上昇した（圧力調整弁２ｂの調整圧力が１００気圧であったことから、これ以上の測定値は得られなかった。）。この時の圧力容器１の内部温度は２６６℃（５３９Ｋ）まで上昇した。２６６℃での水蒸気の蒸気圧は約５０気圧であるから、約１００気圧−約５０気圧＝約５０気圧が水素ガスの圧力となる。
【００４７】
金属４としてアルミニウムを用い、アルカリ水溶液として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）２）の水溶液を用いた場合の化学反応式は次のようになる。
２Ａｌ＋Ｃａ（ＯＨ）２＋６Ｈ２  Ｏ＝Ｃａ〔Ａｌ（ＯＨ）４  〕２  ＋３Ｈ２
２Ａｌ２  Ｏ３  ＋Ｃａ（ＯＨ）２＋３Ｈ２  Ｏ＝Ｃａ〔Ａｌ（ＯＨ）４  〕２
Ｃａ〔Ａｌ（ＯＨ）４  〕２＝Ｃａ（ＯＨ）２＋２Ａｌ（ＯＨ）３  
つまり、水酸化ナトリウムを用いた場合と同様に、水素ガス及び水酸化アルミニウムが生成され、水酸化カルシウムが再生成される。水素ガスは水素ガス取出部２から気体として取り出すことができ、水酸化アルミニウムは適宜沈殿物として回収することができる。また、水酸化カルシウムは循環利用することができる。
【００４８】
図２は本発明に係る水素ガス発生装置の概略を説明する説明図である。圧力容器１は水蒸気によるパージを行うためのパージ装置１ｅを備える。水素ガス発生装置の立ち上げ時に水蒸気を利用して圧力容器１の内部をパージすることにより、空気その他の混入ガスを確実に排出でき、水素ガス発生時の爆発の虞を解消でき安全で安定した運用が可能なガス発生装置とすることができる。また、水蒸気は後工程において水洗冷却などにより容易に除去できるので水素ガス発生装置の簡略化が可能となる。圧力容器１はその底部に廃液回収管１ｆを備え、金属とアルカリ水溶液との化学反応で生じた沈殿物（金属の水酸化物）を回収できるようにする。なお、圧力容器１は攪拌手段を備えても良いことは上述したとおりである。
【００４９】
圧力容器１にはスラリ供給部５、アルカリ供給部６が接続連通されている。スラリ供給部５はスラリ調整槽５ａ、スラリ供給用ポンプ５ｂ、スラリ供給管５ｃ、金属供給部５ｄ、給水部５ｅを備える。金属供給部５ｄから供給された金属は給水部５ｅから供給された水と混合され、金属の水スラリが形成されスラリ調整槽５ａに溜められる。水スラリにすることにより不純物としての気体（空気その他）が金属に付随して混入することを防止できる。なお、金属としては上述したとおり、アルミニウムドロス、アルミニウム細片などが適用できる。特にアルミニウムドロスの場合は粉体状でありアルカリ水溶液との接触面積を大きくとることができるので圧力容器１内での化学反応をより促進できると共に廃アルミニウムの処理にもなることから極めて有用な水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法となる。金属は水スラリにできるように事前に微少な細片に切断しておけばさらに効果的な化学反応を生じさせることができる。
【００５０】
スラリ調整槽５ａに溜められた金属の水スラリはスラリ供給管５ｃを介してスラリ供給用ポンプ５ｂにより圧力容器１へ供給される。金属の水スラリはスラリ供給用ポンプ５ｂにより圧力容器１へ供給されることから、不純物気体の混入を確実に防止することができる。また、スラリ供給用ポンプ５ｂを制御することにより水スラリの供給量を適宜調整でき、化学反応に必要な金属を過不足無く供給することができるので、化学反応を安定して継続的に維持することができる。スラリ供給管５ｃは、逆止弁（不図示）を備え、発生した高圧の水素ガスが圧力容器１から逆流しない構成にしてある。
【００５１】
アルカリ供給部６はアルカリ調整槽６ａ、アルカリ供給ポンプ６ｂ、アルカリ供給管６ｃを備える。アルカリ調整槽６ａに溜められたアルカリ水溶液はアルカリ供給管６ｃを介してアルカリ供給ポンプ６ｂにより圧力容器１へ供給される。アルカリの供給をアルカリ水溶液として行うことから、金属における水スラリの供給の場合と同様に不純物気体の混入を防止することができる。また、アルカリ供給ポンプ６ｂを制御することによりアルカリ水溶液の供給量を適宜調整でき、化学反応に必要なアルカリを過不足無く供給することができるので、化学反応を安定して継続的に維持することができる。アルカリ供給管６ｃは、逆止弁（不図示）を備え、発生した高圧の水素ガスが圧力容器１から逆流しない構成にしてある。
【００５２】
アルカリ供給部６はさらにアルカリ回収部１０を備える構成とすることができる。アルカリ回収部１０は圧力容器１の廃液取出部としての廃液回収管１ｆを介して圧力容器１に接続連通される。アルカリ回収部１０は、廃液回収管１ｆを介して圧力容器１において生じた沈殿物（例えば上述した水酸化アルミニウムなど）を取り出して回収し、アルカリ水溶液を分離してアルカリ調整槽６ａへアルカリ水溶液を循環して供給することができる。アルカリ水溶液を循環利用することにより、コストの低減、不純物の混入防止などがさらに容易になる。
【００５３】
制御部７は上述したスラリ供給用ポンプ５ｂ及びアルカリ供給ポンプ６ｂの制御を行うことにより金属の水スラリの供給量及びアルカリ水溶液の供給量を制御する。制御部７はスラリ供給用ポンプ５ｂ及びアルカリ供給ポンプ６ｂの各流量を制御するだけでよく極めて簡単で正確に制御できる。したがって、化学反応の維持、継続を安定して行うことができ円滑な連続運転が可能となる。圧力容器１において発生した高圧の水素ガスは、水素ガス取出部２を介して精製部８に送られ、精製部８において精製された後、高圧の水素ガスとして貯蔵部９において貯蔵される。貯蔵部９はタンク方式のものでも良いし、水素吸蔵合金のようなものでも良く、適宜選択可能である。
【００５４】
図３は本発明に係る水素ガス発生装置の精製部の詳細を説明する説明図である。精製部８は水洗冷却塔８ａ、配管８ｂ、真空バルブ８ｃ、除湿塔８ｄ、配管８ｅ及び吸着精製塔８ｆを備える。水洗冷却塔８ａは圧力容器１から水素ガス取出部２を介して供給された高圧の水素ガスが水中を通過する構成として冷却と共に第１段の除湿を行う。第１段の除湿により、水素ガスと共に送られてきた不純物ガスの中で水溶性のもの（例えばアンモニアなど）は除去される。また、圧力容器１における化学反応が高温となった場合には多量の水蒸気が発生し、水素ガスと共に送られてくることから、この水蒸気を水に戻して除去する。
【００５５】
冷却、除湿された水素ガスは水洗冷却塔８ａから配管８ｂを介して除湿塔８ｄへ送られ、第２段の除湿がなされる。つまり、除湿塔８ｄは例えば吸着などにより仕上げの除湿を行う。配管８ｂの途中には真空バルブ８ｃがあり、圧力容器１を水蒸気によりパージした際に用いた水蒸気を排出する（パージ用水蒸気８ｃｓ）と共に以降の水素ガスの経路を真空パージする。つまり、圧力容器１及び水洗冷却塔８ａの系は水蒸気パージされ、真空バルブ以降の系は真空パージされる。
【００５６】
除湿を終了した水素ガスは除湿塔８ｄから配管８ｅを介して吸着精製塔８ｆへ送られ、不純物をさらに低減した高圧の水素ガスが生成される。吸着精製塔８ｆには、不純物を吸着する材料として例えば活性炭、ゼオライトなどを用いる。生成された水素ガスは貯蔵部９へ送られ、高圧の水素ガスとして貯蔵される。なお、上述した精製部８での処理プロセス、装置などは、これに限るものではなく、使用する材料の物性に応じて適宜設定できるものである。
【００５７】
図４は本発明に係る水素ガス発生装置のアルカリ回収部の詳細を説明する説明図である。アルカリ回収部１０は廃液回収部１０ａ、分解槽１０ｂ及びスラリ沈降槽１０ｃを備える。廃液回収部１０ａは廃液回収管１ｆを介して圧力容器１から金属とアルカリ水溶液との化学反応により生成された沈殿物（例えば水酸化アルミニウムなどの金属の水酸化物）を回収する。回収された沈殿物は分解槽１０ｂへ送られ、水酸化アルミニウムなどの沈殿物とアルカリ水溶液とに分離分解される。アルカリ水溶液はアルカリ調整層６ａへ送られ循環利用される。他方分離分解された沈殿物はさらにスラリ沈降槽１０ｃへ送られ、沈殿物が回収される。スラリ沈降槽１０ｃではさらにアルカリ水溶液が回収されアルカリ調整層６ａへ送られ循環利用される。スラリ沈降槽１０ｃで回収された沈殿物は脱水フィルタ１１にかけられ、フィルタケーキとして回収される。フィルタケーキとして回収される物質は例えば、アルミニウムとアルカリとの化学反応により生成される水酸化アルミニウム（Ａｌ（ＯＨ）３）、アルミニウムの水スラリに混入していた酸化アルミニウム（Ａｌ２  Ｏ３  ）などである。なお、上述したアルカリ回収部１０での処理プロセス、各装置などは、これに限るものではなく、使用する材料の物性に応じて適宜設定できるものである。
【００５８】
圧力容器１、スラリ供給部５、アルカリ供給部６、制御部７、精製部８などは適宜のユニットに構成して例えば車両などに載置することにより移動手段を備えた水素ガス発生装置とすることができる。このように移動可能な水素ガス発生装置とすることにより、時と場所を選ばずに、高圧の水素ガスを発生して供給可能な水素ガス発生装置とすることができる。例えば、圧力容器１、スラリ供給部５、アルカリ供給部６及び制御部７を１台の車両に組み込んで高圧の水素ガス供給車として運用することができる。これにより、水素ガスを輸送するためのボンベへの充填作業が不要になること、併せて水素ガスを充填したボンベの輸送が不要になることなどの効果を奏する。また、発生した水素ガスを自車両の動力源として利用することも当然可能である。このように移動可能な水素ガス発生装置は、例えば、プラント形態の水素ガスステーションにおいて稼動中の装置が故障した場合などにバックアップ装置として適宜利用することができ、水素ガスステーションからの水素ガスの安定供給を行うことができる。
【００５９】
以上本発明は水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法として説明したが、圧力容器１における化学反応について説明したように化学反応時に高温と高圧を生じる。圧力容器１と精製部８との間に反応器（水蒸気反応器）を挿入連接すれば、圧力容器１から送られてくる高温と高圧とを利用して、反応器の中を亜臨界又は超臨界の状態にできる。例えば反応器に反応促進用の網棚を設け、例えば有機系廃棄物（例えば、魚のあら、ぬかなど）、バイオマスなどを網棚に載置した状態で圧力容器１から水素ガスと共に高温高圧の水蒸気（亜臨界水蒸気：例えば、２５０℃以上、４０気圧以上の水蒸気）を供給する。なお、上述した例では圧力容器１において２２０℃で２４気圧、２６６℃で５０気圧の水蒸気を発生させていることからもわかるように十分に亜臨界、臨界の状態にできる。有機系廃棄物などは亜臨界水蒸気の作用により迅速に分解が進行することから、容易に有機系廃棄物を処理する廃棄物処理装置を構成できる。つまり、反応器において有機系廃棄物（Ｃ（炭素）Ｈ（水素）Ｏ（酸素）Ｘ（金属など）の化合物、混合物）は容易に分解して、例えばＣＨ３  ＣＯＯＨ、ＨＣＯＯＨ、Ｃ３  Ｈ６  Ｏ３  、Ｈ３ＰＯ４  などが生成される。分解によるこれらの生成物は通常の分離精製法によりそれぞれ分離して回収できる。また水素ガスはさらに精製部８に送ることにより水素ガス発生装置としての動作を維持することができる。処理対処物としては有機系廃棄物の他に水、二酸化炭素、アンモニア、メタン、ペンタン、アルコール類（メタノール、エタノール、プロパノールなど）、炭化水素類（パラフィン、オレフィンなど）、又はこれらの混合物（又は化合物）等が可能である。したがって、本発明に係る水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法による高温高圧の水蒸気などを利用して廃棄物処理が可能な廃棄物処理装置及び廃棄物処理方法を提供することが可能となる。
【００６０】
本発明に係る水素ガス発生装置を燃料電池の原料供給装置として構成することができる。上述したとおり、圧力容器１における反応により、水素ガスの圧力は例えば５０気圧が得られている。燃料電池へ供給される水素ガスとして現在知られているのは最高で３５気圧程度のものであり、本発明に係る水素ガス発生装置から得られるより高圧の水素ガス（例えば５０気圧）を用いることにより、軽量化、小型化が可能となり、より効率的で適用範囲の広い燃料電池を実現できる。なお、本発明に係る水素ガス発生装置から得られる高圧の水素ガスは直接燃料電池に供給しても良いし、別途貯蔵後に供給する形態のいずれでも良い。
【００６１】
【発明の効果】
以上に詳述した如く、本発明にあっては、以下に述べるような多くの画期的な効果を奏する。水スラリにした金属とアルカリ水溶液とを圧力容器中で混合して化学反応させることにより効率的に高圧の水素ガスを発生できる。つまり、簡単な設備（圧力容器）と容易に入手可能な材料（金属及びアルカリ）とにより効率的に高圧の水素ガスを発生できる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法が可能となる。
【００６２】
本発明にあっては、アルミニウム、特にアルミニウムドロスや廃材アルミニウム（アルミニウム細片）などを原料とすることにより、水素ガスの発生と同時に廃棄物処理をすることができる環境循環型、環境保護型の水素ガス発生装置、水素ガス発生方法が可能となる。
【００６３】
本発明にあっては、アルカリ水溶液として水酸化ナトリウム、水酸化カリウム又は水酸化カルシウムを用いることにより、アルカリ水溶液を循環利用でき、経済的、効率的に水素ガスを発生できる水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法が可能となる。圧力容器から廃液を取り出して、アルカリ水溶液を再利用することとしたので、原材料の再利用が可能となり、経済性を向上でき、水素ガスの効率的な生成が可能となる。
【００６４】
本発明にあっては、水蒸気によるパージ装置を備える（又は水蒸気によるパージを行う）ことにより安全で効率的な運用が可能な水素ガス発生装置及び水素ガス発生方法が可能となる。
【００６５】
本発明にあっては、金属の供給量とアルカリの供給量との制御を正確にできるように制御部を備えるので、円滑な化学反応を維持継続して連続運転可能な制御性の良い水素ガス発生装置が可能となる。
【００６６】
本発明にあっては、車両などの移動手段を備えることにより、時と場所を選ばない水素ガス発生装置が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水素ガス発生装置の原理を説明する説明図である。
【図２】本発明に係る水素ガス発生装置の概略を説明する説明図である。
【図３】本発明に係る水素ガス発生装置の精製部の詳細を説明する説明図である。
【図４】本発明に係る水素ガス発生装置のアルカリ回収部の詳細を説明する説明図である。
【符号の説明】
１  圧力容器
１ｅ  パージ装置
１ｆ  廃液回収管（廃液取出部）
２  水素ガス取出部
２ｂ  圧力調整弁
３  アルカリ水溶液
４  金属
５  スラリ供給部
５ａ  スラリ調整槽
５ｂ  スラリ供給用ポンプ
６  アルカリ供給部
６ａ  アルカリ調整槽
６ｂ  アルカリ供給ポンプ
７  制御部
８  精製部
９  貯蔵部
１０  アルカリ回収部
【図１】
2004210591.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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