(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄、アルミニウム、モリブデン、白金、マンガン及びアルカリ金属である元素を含み、前記鉄及び前記アルミニウムがそれぞれの単体であり、前記白金及び前記アルカリ金属がそれぞれの単体又は化合物であり、前記モリブデンがモリブデナイトの形態であり、前記マンガンがマンガン鉱の形態であることを特徴とする水蒸気分解用触媒。
【請求項２】
前記白金が単体であり、前記アルカリ金属の化合物がナトリウム塩であることを特徴とする、請求項１に記載の水蒸気分解用触媒。
【請求項３】
前記ナトリウム塩が塩化ナトリウムであり、前記水蒸気分解用触媒の全重量を基準として、前記鉄が１〜１５重量％であり、前記アルミニウムが１０〜４０重量％であり、前記白金が１〜２０重量％であり、前記塩化ナトリウムが１〜１５重量％であり、前記モリブデナイトが１０〜３０重量％であり、前記マンガン鉱が１０〜５０重量％であることを特徴とする、請求項２に記載の水蒸気分解用触媒。
【請求項４】
前記鉄が３〜１０重量％であり、前記アルミニウムが１５〜３０重量％であり、前記白金が１〜１０重量％であり、前記塩化ナトリウムが１〜１０重量％であり、前記モリブデナイトが１０〜２０重量％であり、前記マンガン鉱が１０〜４０重量％であることを特徴とする、請求項３に記載の水蒸気分解用触媒。
【請求項５】
前記水蒸気分解用触媒が粉末状、多孔質の顆粒状又は多孔質の塊状であることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の水蒸気分解用触媒。
【請求項６】
水素ガスを製造するための水の接触分解における、請求項１から５のいずれか一項に記載の水蒸気分解用触媒の使用。
【請求項７】
前記触媒の前記各成分を粉末に粉砕し、前記水蒸気分解用触媒の前記各成分と反応しない接着剤で前記各成分を均質にし、圧力で成型することを含むことを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の水蒸気分解用触媒の製造方法。
【請求項８】
前記接着剤が水ガラス及びもち米ペーストの一種類以上であり、前記圧力が２〜８気圧であることを特徴とする、請求項７に記載の水蒸気分解用触媒の製造方法。
【請求項９】
請求項１から５のいずれか一項に記載の水蒸気分解用触媒を備えた耐圧容器の注入口から水蒸気を注入し、前記耐圧容器の排出口から分解で得られた水素ガス及び酸素ガスを含有する混合気体を排出し、当該混合気体と着火剤を燃焼位置にそれぞれ導入し、又は当該混合気体とレーザーを燃焼位置にそれぞれ導入して点火することを特徴とする、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１０】
前記混合気体は未分解の前記水蒸気を含むことを特徴とする、請求項９に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１１】
前記水蒸気を前記耐圧容器に導入する前に前記排出口を閉め、前記耐圧容器における圧力が第１設定圧力になるときに前記注入口を閉め、前記耐圧容器における圧力が第２設定圧力になるときに前記排出口を開き、前記燃焼位置で点火し、そして前記注入口を開くことを特徴とする、請求項１０に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１２】
前記第１設定圧力が１〜４気圧であり、前記第２設定圧力が３〜８気圧であることを特徴とする、請求項１１に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１３】
前記第１設定圧力が２．５〜４気圧であり、前記第２設定圧力が５〜６気圧であることを特徴とする、請求項１２に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１４】
前記注入口の口径が前記排出口の口径より小さいことを特徴とする、請求項９に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１５】
前記着火剤がエタノール、天然ガス、ガソリン又はディーゼル油であることを特徴とする、請求項９に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１６】
前記着火剤が液体である場合、前記着火剤を流す管路及び/又は前記混合気体を流す管路に冷却媒体を収容するカバーが設けられることを特徴とする、請求項１５に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１７】
前記触媒の用量が、分解する水蒸気１トンあたり０．３〜２．５ｋｇ／時間であることを特徴とする、請求項９から１６のいずれか一項に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１８】
前記水素ガスの直接燃焼が水蒸気の生成に用いられ、分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の一部であることを特徴とする、請求項９から１６のいずれか一項に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項１９】
分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の１〜１０重量％であることを特徴とする、請求項１８に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【請求項２０】
前記着火剤がエタノールである場合、前記エタノールの用量が、生成させる水蒸気１トンあたり４〜１２ｋｇ／時間であることを特徴とする、請求項１８に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水蒸気分解用触媒、及びその使用、及びその製造方法、並びに水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エネルギーは人類の経済活動における最も重要な要素である。エネルギーは自然資源であり、太陽から放出される。石炭、石油及び天然ガスは、太古の昔に生物に蓄積された太陽エネルギーであり、それらは主に炭化水素である。水と空気は、太陽エネルギーの作用で、巨大な位置エネルギー及び運動エネルギーを生み出すことができ、このような位置エネルギー及び運動エネルギーから転換された電力は、全ての機械の動力となり得る。水力及び風力は直接電力に転換することが可能であり、このような転換は環境汚染物を生成しない。石炭、石油及び天然ガスの燃焼は、大量の熱を放出することで、その結果動力を生み出す。しかし、燃焼の過程は大量の環境汚染物、例えば一酸化炭素、二酸化炭素、二酸化硫黄、窒素酸化物、カーボンブラック粒子などを生成し、これらの環境汚染物は人間の生活環境を破壊し、人間の健康を損なう。さらに、このようなエネルギーは再生不可能であることから、エネルギー消費が日増しに増大するにつれ、その貯蔵量は日増しに減少し、やがてこれらのエネルギーはいつか枯渇する。よって、エネルギー及び環境の問題がますます顕著になるという状況の下、伝統的な化石エネルギーの代わりにクリーンで再生可能な新しいエネルギーを探し求めることに世界各国の関心が払われている。
【０００３】
様々な新エネルギーの研究の中で、水素ガスは完全にクリーンな燃焼方式及び再生可能であることの利点により、研究者の第一選択となる。水素ガスは理想的な新エネルギーとして、以下のような特性を有する。
【０００４】
１．水素ガスは発熱の効率が高い。具体的には、燃焼によって、水素１ｇあたり１４０ｋＪの熱量を放出することができ、これはガソリン１ｇあたりから放出される熱量の約３倍に相当し、また水素ガスは再利用することができる。
【０００５】
２．水が水素ガスを製造するのに用いられる主な原料であり、１個の水分子には２個の水素原子が存在する。そして水は地球表面の７１％を覆っており、資源は非常に豊富である。
【０００６】
３．水素ガスは、燃焼の過程で、巨大なエネルギーを放出するのに加え、その産物が水のみであり、汚染物を排出せず、環境汚染を起こさない。そのため、水素ガスは「クリーンエネルギー」と呼ばれている。
【０００７】
４．水素ガスは、軽量、低密度で、運搬と輸送に便利であり、そして貯蔵が容易であり、貯蔵が難しい電気より更に優れた利点を有する。
５．水素ガスは、用途が極めて広い。具体的には、水素ガスは燃焼させて熱エネルギーを生み出すことができるだけでなく、様々な水素含有化合物を生成することもでき、さらには熱を吸収する作動媒体などとしても役立つ。
【０００８】
水素エネルギーは上記の利点があるものの、現在のところ、水素エネルギーの開発は水素ガスの製造に要するコストが高いため制約がある。伝統的な水素の製造方法としては、水の電気分解による水素の製造方法、及び高圧、高温による水素の製造方法があり、いずれも多量の電気エネルギー及び石炭又は天然ガスを消費する。その消費されるエネルギーはこのような燃料を燃焼して生み出されるエネルギーより大きい。このような高コストのために、水素ガスは、例えば宇宙ロケットの推進、又は宇宙船の燃料電池の維持などの特殊な用途のみに用いられている。したがって、長年の間、多くの研究者が水で水素エネルギーを生み出す構想を提案しているものの、本当には達成できていない。
【発明の概要】
【０００９】
この発明は、従来技術にかかる水における水素エネルギーを安価に利用できないという問題点を解消するため、安価な水蒸気分解用触媒及び水蒸気分解で得られた水素ガスの安価な直接燃焼方法を提供するものである。
本明細書は以下の発明の開示を包含する。
［１］鉄、アルミニウム、モリブデン、白金、マンガン及びアルカリ金属である元素を含み、前記鉄及び前記アルミニウムがそれぞれの単体であり、前記モリブデン、前記白金、前記マンガン及び前記アルカリ金属がそれぞれの単体又は化合物であることを特徴とする水蒸気分解用触媒。
［２］前記白金が単体であり、前記アルカリ金属の化合物がナトリウム塩であり、前記モリブデンの化合物がモリブデナイトであり、前記マンガンの化合物がマンガン鉱であることを特徴とする、［１］に記載の水蒸気分解用触媒。
［３］前記ナトリウム塩が塩化ナトリウムであり、前記水蒸気分解用触媒の全重量を基準として、前記鉄が１〜１５重量％であり、前記アルミニウムが１０〜４０重量％であり、前記白金が１〜２０重量％であり、前記塩化ナトリウムが１〜１５重量％であり、前記モリブデナイトが１０〜３０重量％であり、前記マンガン鉱が１０〜５０重量％であることを特徴とする、［２］に記載の水蒸気分解用触媒。
［４］前記鉄が３〜１０重量％であり、前記アルミニウムが１５〜３０重量％であり、前記白金が１〜１０重量％であり、前記塩化ナトリウムが１〜１０重量％であり、前記モリブデナイトが１０〜２０重量％であり、前記マンガン鉱が１０〜４０重量％であることを特徴とする、［３］に記載の水蒸気分解用触媒。
［５］前記水蒸気分解用触媒が粉末状、多孔質の顆粒状又は多孔質の塊状であることを特徴とする、［１］から［４］のいずれかに記載の水蒸気分解用触媒。
［６］水素ガスを製造するための水の接触分解における、［１］から［５］のいずれかに記載の水蒸気分解用触媒の使用。
［７］前記触媒の前記各成分を粉末に粉砕し、前記水蒸気分解用触媒の前記各成分と反応しない接着剤で前記各成分を均質にし、所定の圧力で成型することを含むことを特徴とする、［１］から［５］のいずれかに記載の水蒸気分解用触媒の製造方法。
［８］前記接着剤が水ガラス、もち米水及びもち米ペーストの一種類以上であり、前記圧力が２〜８気圧であることを特徴とする、［７］に記載の水蒸気分解用触媒。
［９］［１］から［５］のいずれかに記載の水蒸気分解用触媒を備えた耐圧容器の注入口から水蒸気を注入し、前記耐圧容器の排出口から分解で得られた水素ガス及び酸素ガスを含有する混合気体を排出し、当該混合気体と所定量の着火剤を燃焼位置にそれぞれ導入し、又は当該混合気体とレーザーを燃焼位置にそれぞれ導入して点火することを特徴とする、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１０］前記混合気体は未分解の前記水蒸気を含むことを特徴とする、［９］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１１］前記水蒸気を前記耐圧容器に導入する前に前記排出口を閉め、前記耐圧容器における圧力が第１設定圧力になるときに前記注入口を閉め、前記耐圧容器における圧力が第２設定圧力になるときに前記排出口を開き、前記燃焼位置で点火し、そして前記注入口を開くことを特徴とする、［１０］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１２］前記第１設定圧力が１〜４気圧であり、前記第２設定圧力が３〜８気圧であることを特徴とする、［１１］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１３］前記第１設定圧力が２．５〜４気圧であり、前記第２設定圧力が５〜６気圧であることを特徴とする、［１２］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１４］前記注入口の口径が前記排出口の口径より小さいことを特徴とする、［９］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１５］前記着火剤がエタノール、天然ガス、ガソリン又はディーゼル油であることを特徴とする、［９］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１６］前記着火剤が液体である場合、前記着火剤を流す管路及び/又は前記混合気体を流す管路に冷却媒体を収容するカバーが設けられることを特徴とする、［１５］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１７］前記触媒の用量が、分解する水蒸気１トンあたり０．３〜２．５ｋｇ／時間であることを特徴とする、［９］から［１６］のいずれかに記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１８］前記水素ガスの直接燃焼が水蒸気の生成に用いられ、分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の一部であることを特徴とする、［９］から［１６］のいずれかに記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［１９］分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の１〜１０重量％であることを特徴とする、［１７］又は［［１８］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
［２０］前記着火剤がエタノールである場合、前記エタノールの用量が、生成させる水蒸気１トンあたり４〜１２ｋｇ／時間であることを特徴とする、［１８］に記載の、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法。
【００１０】
この発明の一つの側面は、鉄、アルミニウム、モリブデン、白金、マンガン及びアルカリ金属である元素を含み、前記鉄及び前記アルミニウムがそれぞれの単体であり、前記モリブデン、前記白金、前記マンガン及び前記アルカリ金属がそれぞれの単体又は化合物であることを特徴とする水蒸気分解用触媒を提供するものである。
【００１１】
この発明のもう一つの側面は、水を接触分解させて水素ガスを製造する際の水蒸気分解用触媒の用途を提供するものである。
この発明の更なる側面は、前記触媒の前記各成分を粉末に粉砕し、前記水蒸気分解用触媒の前記各成分と反応しない接着剤で前記各成分を均質に調製して、所定の圧力で成型することを含むことを特徴とする水蒸気分解用触媒の製造方法を提供するものである。
【００１２】
この発明のまた更なる側面は、本発明にかかる触媒を備えた耐圧容器の注入口から水蒸気を注入し、前記耐圧容器の排出口から分解して得られた水素ガス及び酸素ガスを含有する混合気体を排出し、当該混合気体と所定量の着火剤を燃焼位置にそれぞれ導入し、又は当該混合気体とレーザーを燃焼位置にそれぞれ導入して点火することを特徴とする水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法を提供するものである。
【００１３】
従来技術にかかる水分解用触媒は常に貴金属、例えば白金であり、コストがとてつもなく高い。本発明にかかる触媒は大量の安価な原料を採用して製造されており、コストが低い。また、本発明にかかる触媒は水蒸気分解の速度を安定的に制御することができ、水素ガスを安定的に製造し、爆発事故の発生を有効に回避することができる。
【００１４】
また、水素ガスの含量が４〜７５％である混合物が空気中で燃焼する場合、爆発を起こし、また混合気体における水から分解した水素ガスの含量は約６７％程度であり、丁度燃焼と爆発の範囲に入る。よって、これまで、本技術分野において、水から分解した水素ガスを直接燃焼するという技術は達成できていない。しかし、本発明の発明者は、水蒸気を炎源に導入して水素ガス及び酸素ガスの混合気体と共に燃焼する場合、静かにかつ安定的に燃焼でき、また大量のエネルギーが提供されることを偶然発見さした。したがって、本発明が提供する、水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法は、水で水素エネルギーを生み出す構想を、初めて本当に達成するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】図１は本発明にかかる水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法を示す概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明は、鉄、アルミニウム、モリブデン、白金、マンガン及びアルカリ金属である元素を含み、それぞれ前記鉄及び前記アルミニウムがそれぞれの単体であり、前記モリブデン、前記白金、前記マンガン及び前記アルカリ金属がそれぞれの単体又は化合物であることを特徴とする水蒸気分解用触媒を提供するものである。
【００１７】
本発明者の研究結果によれば、前記アルカリ金属元素のグループに含まれるすべての元素、例えばリチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、及びセシウムが本発明の目的を達成できる。しかし、生産工程を容易にするために、ナトリウムを用いることが好ましい。
【００１８】
前記モリブデン、前記白金、前記マンガン及び前記アルカリ金属の単体及び化合物がいずれも本発明の目的を達成できるが、本発明者は、多数の実験により、前記の元素の中にはその化合物による触媒の製造が好ましい効果を達成するものがあり、その単体による触媒の製造が好ましい効果を達成するものがあることに到達している。
【００１９】
好ましい実施形態においては、前記白金は単体であり、前記アルカリ金属の化合物はナトリウム塩であってもよい。前記モリブデンの化合物はモリブデン鉱であってもよいが、モリブデナイトが好ましく、精錬したモリブデナイトがより好ましい。前記マンガンの化合物はマンガン鉱であってもよいが、精錬されたマンガン鉱が好ましい。
【００２０】
上記成分を採用して製造した触媒により、水蒸気を効率的に水素ガス及び酸素ガスに接触分解させることが可能となる。触媒効果をより向上するために、好ましい実施形態においては、前記ナトリウム塩は塩化ナトリウム、硫酸ナトリウム、硝酸ナトリウムのいずれか１種類又は多種類であるが、塩化ナトリウムがより好ましい。また、前記水蒸気分解用触媒の全重量を基準として、前記鉄が１〜１５重量％であり、前記アルミニウムが１０〜４０重量％であり、前記白金の単体が１〜２０重量％であり、前記塩化ナトリウムが１〜１５重量％であり、前記モリブデナイトが１０〜３０重量％であり、そして前記マンガン鉱が１０〜５０重量％である。もう一つの好ましい実施形態においては、前記鉄は３〜１０重量％であり、前記アルミニウムは１５〜３０重量％であり、前記白金の単体は１〜１０重量％であり、前記塩化ナトリウムは１〜１０重量％であり、前記モリブデナイトは１０〜２０重量％であり、そして前記マンガン鉱は１０〜４０重量％である。このような成分で製造された触媒は、コストをより削減するだけでなく、より所望の触媒効果を達成する。
【００２１】
前記水蒸気分解用触媒は、実際の必要に応じて従来の触媒の各種形態としてもよい、例えば粉末状、多孔質の顆粒状、多孔質の塊状としてもよく、又は他の担体に担持してもよい。しかし、一つの好ましい実施形態においては、上記水蒸気分解用触媒は多孔質の顆粒状又は多孔質の塊状で調製されており、そして多孔質の塊状の形態が最も好ましい。
【００２２】
この発明は、水蒸気分解用触媒の製造方法を提供するものでもあり、例えば各成分を粉末に粉砕し、均一に混合する。多孔質の顆粒状又は多孔質の塊状の触媒を製造するために、各成分を粉末に粉砕し、均一に混合する以外に、本方法はさらに接着剤で各成分を均質に調製して、異なる型で異なる多孔質の形状とすることを含む。上記接着剤は前記触媒各成分と反応しないものを選択する必要がある。
【００２３】
よって、好ましい実施形態においては、前記水蒸気分解用触媒の製造方法は、前記触媒の各成分を粉末に粉砕し、前記水蒸気分解用触媒の各成分と反応しない接着剤で前記各成分を均質に混合して、所定の圧力で加圧成型することを含むものである。
【００２４】
前記水蒸気分解用触媒の各成分と反応させない接着剤は、水と反応しない既知の各種の接着剤であってもよいが、水ガラス、もち米水及びもち米ペーストのいずれか１種類以上であることが好ましく、水ガラスが最適である。成型した水蒸気分解用触媒にある程度の多孔性を獲得させるために、前記圧力は２〜８気圧であってよく、３〜７気圧が好ましく。そして４〜６気圧がさらに好ましい。
【００２５】
本発明で開示する各成分によれば、水蒸気分解用触媒が大幅に安価な費用で得られ、そしてその上製造プロセスが簡単である。よって、世界で、とりわけエネルギーの乏しい国での工業的用途に非常に適している。
【００２６】
本発明にかかる水蒸気分解用触媒は、水蒸気を効率よく分解できるだけでなく、水を接触分解して水素ガスを生成することもできる。例えば、本発明の水蒸気分解用触媒は、温水からは水素ガスをゆっくりと放出させることができ、熱水からは水素ガスを急速に放出させることができる。例えば、６０〜８０℃の水からは水素ガスをすぐに放出させる。
【００２７】
本発明にかかる水蒸気分解用触媒は、水蒸気を分解するに際し、水素ガスを制御可能かつ安定的に製造できる。よって、本発明は、水蒸気分解で得られた水素ガスを直接燃焼させる方法も開示する。前記方法は、水蒸気分解用触媒を備えた耐圧容器の注入口から水蒸気を導入し、前記耐圧容器の排出口から分解で得られた水素ガス及び酸素ガスを含有する混合気体を排出し、当該混合気体と所定量の着火剤を燃焼位置にそれぞれ導入し、又は当該混合気体とレーザーを燃焼位置にそれぞれ導入して点火することを含む。
【００２８】
使用する着火剤の量は実際の必要に応じて決定される。
前記水蒸気分解用触媒は粉末状、多孔質の顆粒状又は多孔質の塊状であってもよい。前記水蒸気分解用触媒が粉末状又は顆粒状である場合、前記耐圧容器はローディング装置を備えているべきである。ローディング装置の壁は孔を有し、それらの孔の孔径は粉末又は顆粒の直径より小さい。前記水蒸気分解用触媒が塊状である場合には、前記耐圧容器には塊状物を設置する棚を設けるだけでよい。よって、操作を容易にするために、前記水蒸気分解用触媒は塊状であることが好ましい。例えば１日の必要量の触媒を、前記耐圧容器に一度に設置できる。
【００２９】
前記燃焼位置は、加熱が必要である各種の位置であり、例えば蒸気ボイラを加熱し蒸気を生成する場合、前記燃焼位置は即ちボイラの燃焼室を指す。前記ボイラは、従来のボイラであってもよく、構造がさらに簡単な水素ガス燃焼専用に設計されたボイラであってもよい。
【００３０】
前記混合気体に水蒸気が存在する場合、着火剤を少しだけ用いることで安全に燃焼させることができる。よって、好ましい実施形態においては、前記混合気体は未分解の前記水蒸気を含有することができる。
【００３１】
点火の前に、より多くの水素ガスを得るために、好ましい実施形態においては、前記水蒸気を前記耐圧容器に導入する前に前記排出口を閉め、前記耐圧容器における圧力が第１設定圧力になるときに前記注入口を閉め、前記耐圧容器における圧力が第２設定圧力になるときに前記排出口を開き、前記燃焼位置で点火し、そして前記注入口を開く。
【００３２】
前記第１設定圧力及び前記第２設定圧力は、耐圧容器の圧力の状況及び/又は燃焼時の火炎の温度によって設定される。
好ましい実施形態においては、前記第１設定圧力は１〜４気圧であり、２．５〜４気圧が好ましい、そして前記第２設定圧力は３〜８気圧であり、５〜６気圧がより好ましい。
【００３３】
もう一つの好ましい実施形態においては、前記第１設定圧力は２．５〜４気圧であり、前記第２設定圧力は５〜６気圧である。
耐圧容器の圧力が増加しすぎることを回避するために、好ましい実施形態においては、耐圧容器における圧力を放出しやすいように、前記注入口の口径を前記排出口の口径よりも小さくする。
【００３４】
前記着火剤及び前記レーザーは、水素ガスの燃焼のため火を付けるのに用いられる。
前記着火剤は従来のガス状態又は液体状態の着火剤であってもよい。例えばエタノール、天然ガス、ガソリン或いはディーゼル油から選択することができるが、エタノールがより好ましい。
【００３５】
前記着火剤が液体である場合、ノズルが液体で塞がれることを防ぐために、前記着火剤を流す管路及び/又は前記混合気体を流す管路に冷却媒体を収容するカバーが設けられる。前記冷却媒体は従来の技術における各種の冷却媒体であってもよいが、コストを考慮に入れると、前記冷却媒体は水が好ましい。
【００３６】
触媒の用量は所望の水蒸気分解の速度によって設定でき、水蒸気分解が適当な速度（水蒸気分解で生成した水素ガスを安定的に燃焼でき、爆発のリスクを生じない）に制御するために、前記触媒の用量は、分解する水蒸気１トンあたり０．３〜２．５キログラム／時間であり、分解する水蒸気１トンあたり０．５〜２キログラム／時間であることが好ましい、そして分解する水蒸気１トンあたり０．８〜１．５キログラム／時間であることが最も好ましい。
【００３７】
一つの実施形態においては、前記水素ガスの直接燃焼が水蒸気の生成に用いられ、分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の一部であり、このような水蒸気が自己循環して燃料となる実施形態は、他の補助装置の実装を減らすができる。水蒸気を連続して外部に供給する場合、そして前記触媒を増加する必要がある場合、一瞬耐圧容器の注入口及び排出口を閉めることができ、そして前記触媒を直接加えるが、所要時間は短く、おおよそ数分間である。好ましくは、注入口及び排出口に三方弁が設けられ、また２個の耐圧容器が設けられることによって、ほとんど間隔なく水蒸気分解で得られた水素ガスを供給することが達成される。
【００３８】
分解する前記水蒸気の量は所望の火炎温度及び蒸気生成用の蒸気ボイラの容量によって設定される。例えば、分解する前記水蒸気は、生成した前記水蒸気の１〜１０重量％である。４トンの蒸気ボイラ（すなわち、以下、蒸気４トン／時間と前記４トンの蒸気ボイラとは同一の意味である）について、通常、分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の３〜８重量％であり、生成した前記水蒸気の４〜６重量％であることが好ましい場合、得られる火炎温度は一般に１０００℃以上に到達し得る。
【００３９】
前記着火剤がエタノールである場合、前記エタノールの用量は製造された水蒸気１トンあたり４〜１２キログラム／時間であることができ、製造された水蒸気１トンあたり５〜１０キログラム／時間であることが好ましい、そして製造された水蒸気１トンあたり６〜８キログラム／時間であることがより好ましい。以上の実施形態において、４トンの蒸気ボイラについて非常によく燃焼効果が得られる。
【００４０】
所望の火炎温度を得るため、より好ましい実施形態においては、前記分解する前記水蒸気は、生成した前記水蒸気の１〜１０重量％であり、前記エタノールの用量は、製造された水蒸気１トンあたり４〜１２キログラム／時間であってもよい。４トンの蒸気ボイラについて、分解する前記水蒸気が生成した前記水蒸気の３〜８重量％で、生成した前記水蒸気の４〜６重量％であることが好ましい場合、前記エタノールの用量は製造された水蒸気１トンあたり５〜１０キログラム／時間であることができ、製造された水蒸気１トンあたり６〜８キログラム／時間であることが好ましい。
【００４１】
本発明で提供される水蒸気分解して得られた水素ガスの直接燃焼の方法の具体的な実施形態の一つの概略図は図１に示されており、当該実施形態においては、水蒸気分解して得られた水素ガスの直接燃焼で供給される熱エネルギーが水蒸気の生成に用いられる。図１に示すように、ボイラ３の上部左側及び右側に、水蒸気５を外側供給する管路及び自己循環させて分解する水蒸気６の管路が設けられ、水蒸気４がそれらの管路を通じて外側用水蒸気及び自己循環させて分解する水蒸気を輸送し、自己循環させて分解する水蒸気が前記注入口７から前記耐圧容器１に入り、当該耐圧容器は本発明にかかる水蒸気分解用触媒を備えており、水蒸気が当該耐圧容器中で水蒸気分解用触媒により接触分解される。分解して得られる酸素ガス、水素ガス及び未分解の水蒸気は排出口８から管路を通じて燃焼位置９に送られ、ここには火炉におけるノズルがある。着火剤２ももう一方の管路を通じて燃焼位置９に送られ、ここで点火される。ノズルの個数は、必要に応じて１個以上、例えば、２個、３個、４個などと設定されてもよい。
【００４２】
本発明で提供される水蒸気分解で製造された水素ガスの直接燃焼方法は、大量の熱エネルギーを供給する。例えば、従来技術における石炭の燃焼時には、燃焼室の温度が８００℃程度であり、冷水から水蒸気を生成させるのに少なくとも２時間かかる。本発明にかかる水蒸気分解して得られた水素ガスの直接燃焼方法は、火炎温度が１０００℃以上で、おおよそ１３００℃程度であり、冷水から水蒸気を生成させるのに約４５分しかかからない。
【００４３】
本発明にかかる水蒸気分解で得られた水素ガスの直接燃焼方法によれば、大量の熱エネルギーをすぐに供給できる。これは、このような熱エネルギーが主に水素ガス燃焼によって供給されるからというだけではないようであり、あるいはこのような燃焼方式の熱利用率が特に高いことに起因する可能性があると思われる。以下、熱エネルギーの計算により詳しい説明する。
【００４４】
４トン蒸気ボイラを例として（５％未満の生成した水蒸気を分解に用いて水素ガスを生成する）：
従来の技術においては、１日２４時間の燃焼に５０００キロカロリー／キログラム程度の石炭が１８〜２０トン必要であり、１８トンの石炭の燃焼により提供された熱エネルギーは、１８×１０００×５０００キロカロリー＝９×１０７キロカロリーである。
【００４５】
本発明の実施形態においては、１日で約７００キログラムのエタノール及び約４．８トンの水蒸気（４トンの蒸気ボイラの５％の水蒸気が分解に用いられて水素ガスを生成：４トン／時間×２４時間×０．０５＝４．８トン）で分解した水素ガスを燃焼する必要がある（仮にそれらの水蒸気が全て水素ガスに分解されれば、生成した水素ガス量は、４．８トン×２÷１８＝０．５３トンである）。
【００４６】
エタノール（エタノールの燃焼熱は、１３６６．８ｋＪ／ｍｏｌである）で供給された熱エネルギーは、約１３６６．８÷（４６×４．２）×１０００×７００＝４．９５×１０６キロカロリーである。水素ガス（水素ガスの燃焼熱は、２８４．８ｋＪ／ｍｏｌである）で供給された熱エネルギーは、２８４．８÷（２×４．２）×１０００× ０．５３×１０００＝１．８×１０７キロカロリーである。よって、エタノール及び水素ガスで生成した総熱エネルギーは、２．３×１０７キロカロリーである。
【００４７】
よって、石炭の燃焼によって１日で生成した理論的な熱エネルギーは、本発明にかかる水蒸気分解で生成した水素ガスの直接燃焼で生成した理論的な熱エネルギーの約４倍であるが、実用上、その２つの態様両方で供給された熱エネルギーは９６トンの水蒸気を供給することだけに用いられることができる。
【００４８】
このため、石炭の実際の熱効率は非常に低いが、本発明にかかる水蒸気分解によって生成した水素ガスの直接燃焼の実際の熱効率は非常に高い。
あるいは、本発明にかかる水蒸気分解によって生成した水素ガスの直接燃焼がこのような大量のエネルギーを提供できるのは、他の物質の燃焼、例えば水素イオンの燃焼に起因するものである。分子燃焼によるエネルギーレベルは一般的に１０４程度であり、プラズマ燃焼によるエネルギーレベルは一般的に１０７程度であり、原子核燃焼によるエネルギーレベルは一般的に１０９程度である。ある科学者達は、かつて次の現像について推測している。海の表面で、強い突風が吹き、その後数キロメートルの海の表面で、突然、巨大な火災が起きる。その原因は、２００キロメートル／時で吹く強い突風と海水の間で猛烈な摩擦が起こり、極めて高い熱エネルギーを生成し、水の水素原子と酸素原子を分離させる。強い風中の電荷の作用により、水素原子が爆発して、「火の海」となる。その科学者達の推計によると、この「火の海」から放出されたエネルギーは、２００個の水素爆弾の爆発により生み出される全エネルギーに相当する。おそらく、本発明にかかる水蒸気分解によって生成した水素ガスの直接燃焼方法においては、耐圧容器で分解して生成した一部の水素原子が水素分子を形成する前に燃焼位置に達到し燃焼し始めるので、このような大量のエネルギーを放出できるのだと考えられる。
【００４９】
本発明にかかる水素ガスの直接燃焼方法によればこのような大量のエネルギーを放出できる理論的根拠については、本発明の発明者によっても現在に至るまで完全に明らかになっておらず、多くの研究を通じた試験と検証が必要である。前記の原理は、本発明者によってなされた研究の一つにすぎない。
【００５０】
本発明にかかる水蒸気分解によって生成した水素ガスの直接燃焼方法によれば、環境に優しく、再生可能であるだけでなく、コストが非常に安価である。水素ガスの直接燃焼と石炭燃焼エネルギーとの対比は以下の通りである。
【００５１】
【表１】
0006309528.tif 000002
【実施例】
【００５２】
実施例１
単体鉄、単体アルミニウム、単体白金、塩化ナトリウム、精錬したモリブデナイト及び精錬したマンガン鉱をそれぞれ粉砕する。鉄粉末０．３ｋｇ、アルミニウム粉末１ｋｇ、白金粉末０．７ｋｇ、塩化ナトリウム粉末１．５ｋｇ、モリブデナイト粉末１．５ｋｇ、及びマンガン鉱粉末５ｋｇを水ガラスを用いて均質に調製し、角形金型に静置し、３気圧で加圧成型を行う。
【００５３】
実施例２
単体鉄、単体アルミニウム、単体白金、塩化ナトリウム、精錬したモリブデナイト及び精錬したマンガン鉱をそれぞれ粉砕する。鉄粉末０．７ｋｇ、アルミニウム粉末４ｋｇ、白金粉末０．１ｋｇ、塩化ナトリウム粉末１ｋｇ、モリブデナイト粉末３ｋｇ及びマンガン鉱粉末１ｋｇを水ガラスを用いて均質に調製し、角形金型に静置し、８気圧で加圧成型を行う。
【００５４】
実施例３
単体鉄、単体アルミニウム、単体白金、塩化ナトリウム、精錬したモリブデナイト及び精錬したマンガン鉱をそれぞれ粉砕する。鉄粉末１．５ｋｇ、アルミニウム粉末１．５ｋｇ、白金粉末２ｋｇ、塩化ナトリウム粉末０．１ｋｇ、モリブデナイト粉末１ｋｇ及びマンガン鉱粉末３．９ｋｇを水ガラスを用いて均質に調製し、角形金型に静置し、４気圧で加圧成型を行う。
【００５５】
実施例４
単体鉄、単体アルミニウム、単体白金、塩化ナトリウム、精錬したモリブデナイト及び精錬したマンガン鉱をそれぞれ粉砕する。鉄粉末１ｋｇ、アルミニウム粉末２．５ｋｇ、白金粉末１ｋｇ、塩化ナトリウム粉末１ｋｇ、モリブデナイト粉末１．５ｋｇ及びマンガン鉱粉末３ｋｇを水ガラスを用いて均質に調製し、角形金型に静置し、６気圧で加圧成型を行う。
【００５６】
実施例５
単体鉄、単体アルミニウム、単体白金、塩化ナトリウム、精錬したモリブデナイト及び精錬したマンガン鉱をそれぞれ粉砕する。鉄粉末２ｋｇ、アルミニウム粉末６ｋｇ、白金粉末２ｋｇ、塩化ナトリウム粉末１ｋｇ、モリブデナイト粉末４ｋｇ及びマンガン鉱粉末５ｋｇを水ガラスを用いて均質に調製し、角形金型に静置し、７気圧で加圧成型を行う。
【００５７】
前記実施例１〜５で製造された水蒸気分解用触媒のそれぞれについて、試験を行う。
実施例６
４トンの蒸気ボイラ（２個のノズルが設けられている）を例とする。最初は石炭の燃焼により水蒸気を生成し、生成した水蒸気の約５重量％を接触分解させるのに用い、耐圧容器に約５ｋｇの実施例１で製造された水蒸気分解用触媒を入れ、着火剤はエタノールである。
【００５８】
図１に示すように、排出口を制御するバルブを閉め、水蒸気注入口を制御するバルブを開く。耐圧容器の圧力が約３気圧となるとき、水蒸気注入口を制御するバルブを閉め、耐圧容器の圧力が約６気圧となるとき、排出口を制御するバルブを開き、またエタノールの流出を制御するバルブも開いて、点火する。水蒸気注入口を制御するバルブを開く。１日の前記水蒸気分解用触媒の用量は約５ｋｇ（１キログラム／時間／分解する水蒸気１トンあたり）であり、エタノールの１日の用量が６００ｋｇ（６．２キログラム／時間／製造される水蒸気１トンあたり）である。
【００５９】
実施例７
４トンの蒸気ボイラ（２個のノズルが設けられている）を例とする。最初は石炭の燃焼により水蒸気を生成し、生成した水蒸気の約３重量％を接触分解させるのに用い、耐圧容器に約３．５ｋｇの実施例２で製造された水蒸気分解用触媒を入れ、着火剤はエタノールである。
【００６０】
図１に示すように、排出口を制御するバルブを閉め、水蒸気注入口を制御するバルブを開く。耐圧容器の圧力が約２．５気圧となるとき、水蒸気注入口を制御するバルブを閉め、耐圧容器の圧力が約５気圧となるとき、排出口を制御するバルブを開き、またエタノールの流出を制御するバルブも開いて、点火する。水蒸気注入口を制御するバルブを開く。１日の前記水蒸気分解用触媒の用量は約３．５ｋｇ（１．２キログラム／時間／分解する水蒸気１トンあたり）であり、エタノールの用量は７００ｋｇ（７．３キログラム／時間／製造される水蒸気１トンあたり）である。
【００６１】
実施例８
０．５トンの蒸気ボイラ（１個のノズルが設けられている）であるのを例とする。最初は石炭の燃焼により水蒸気を生成し、生成した水蒸気の約８重量％を接触分解させるのに用い、耐圧容器に約１ｋｇの実施例３で製造された水蒸気分解用触媒を入れ、着火剤はエタノールである。
【００６２】
図１に示すように、排出口を制御するバルブを閉め、水蒸気注入口を制御するバルブを開く。耐圧容器の圧力が約１気圧となるとき、水蒸気注入口を制御するバルブを閉め、耐圧容器の圧力が約３気圧となるとき、排出口を制御するバルブを開き、またエタノールの流出を制御するバルブを開いて、点火する。水蒸気注入口を制御するバルブを開く。１日の前記水蒸気分解用触媒の用量は約１ｋｇ（１キログラム／時間／分解する水蒸気１トンあたり）であり、エタノールの用量は５０ｋｇ（４．１キログラム／時間／製造される水蒸気１トンあたり）である。
【００６３】
実施例９
４トンの蒸気ボイラ（２個のノズルが設けられている）を例とする。最初は石炭の燃焼により水蒸気を生成し、生成した水蒸気の約６重量％を接触分解させるのに用い、耐圧容器に約５．５ｋｇの実施例４で製造された水蒸気分解用触媒を入れ、着火剤はエタノールである。
【００６４】
図１に示すように、排出口を制御するバルブを閉め、水蒸気注入口を制御するバルブを開く。耐圧容器の圧力が約３気圧となるとき、水蒸気注入口を制御するバルブを閉め、耐圧容器の圧力が約６気圧となるとき、排出口を制御するバルブを開き、またエタノールの流出を制御するバルブを開いて、点火する。水蒸気注入口を制御するバルブを開く。１日の前記水蒸気分解用触媒の用量は約５．５ｋｇ（０．９５キログラム／時間／分解する水蒸気１トンあたり）であり、エタノールの用量は５００ｋｇ（５．２キログラム／時間／製造される水蒸気１トンあたり）である。
【００６５】
実施例１０
１０トンの蒸気ボイラ（４個のノズルが設けられる）であるものを例とする。最初は石炭の燃焼により水蒸気を生成し、生成した水蒸気の約３．５重量％の水蒸気を接触分解させるのに用い、耐圧容器に約１２ｋｇの実施例５で製造された水蒸気分解用触媒を入れ、着火剤はエタノールである。
【００６６】
図１に示すように、排出口を制御するバルブを閉め、水蒸気注入口を制御するバルブを開く。耐圧容器の圧力が約４気圧となるとき、水蒸気注入口を制御するバルブを閉め、耐圧容器の圧力が約８気圧となるとき、排出口を制御するバルブを開き、またエタノールの流出を制御するバルブを開いて、点火する。水蒸気注入口を制御するバルブを開く。１日の前記水蒸気分解用触媒の用量は約１２ｋｇ（１．４キログラム／時間／分解する水蒸気１トンあたり）であり、エタノールの用量は１２００ｋｇ（５キログラム／時間／製造される水蒸気１トンあたり）である。
【図１】
0006309528.tif 000003