(57)【要約】【課題】アルミニウムと水との反応熱を利用した温熱システムを提供すること。【解決手段】反応容器１０、熱交換手段３４、アルミニウム添加装置５０、水添加装置６０、制御装置７０とを有し、制御装置７０は、反応容器１０内の温度検知手段２０と水量検知手段２２によって検出される温度及び水量データに基づき、アルミニウム添加装置５０及び水添加装置６０を作動させて、反応容器１０内でアルミニウムと水又は有機溶媒混合水を反応させて水素を発生させ、又は該反応を制御するように構成されている。反応容器１０内における水素発生時の温度上昇により温められた熱交換媒体が、熱交換手段によって温風に交換されることにより、反応熱を熱源として利用することができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムと水又は有機溶媒混合水の反応熱を熱源として利用した温熱システムであって、
反応容器と、アルミニウム添加装置と、水添加装置と、制御装置と、熱交換手段とを有してなり、
前記反応容器は、温度検知手段と水量検知手段とを具え、
前記制御装置は、前記温度検知手段と水量検知手段によって検出される温度及び水量データに基づき、前記アルミニウム添加装置及び／又は水添加装置を作動させて、前記反応容器内でアルミニウムと水又は有機溶媒混合水を反応させて水素を発生させ、又は該反応を制御するように構成され、
前記反応容器内における水素発生時の温度上昇により温められた熱交換媒体が、前記熱交換手段により、温風に交換されることを特徴とする、
温熱システム。
【請求項２】
前記アルミニウムが活性化処理を施されたアルミニウムの粉末である、請求項１の温熱システム。
【請求項３】
前記アルミニウムが水と反応して発熱する反応開始剤が混合された粉末である、請求項１又は２の温熱システム。
【請求項４】
前記反応容器が該反応容器内で発生した熱を蓄熱する蓄熱システムをさらに具え、該蓄熱システムが蓄熱材と蓄熱槽とからなる、請求項１から３のいずれかの温熱システム。
【請求項５】
前記反応容器内で発生した水素の回収手段をさらに有する、請求項１から４のいずれかの温熱システム。
【請求項６】
前記反応容器内で発生した水素の酸化手段をさらに有し、該酸化手段が触媒層及び又は前記反応容器側面に設けられた空気導入・排出口である、請求項１から５のいずれかの温熱システム。
【請求項７】
前記アルミニウム添加装置がアルミニウム粉末が封入されたアルミカプセルの収納部を有し、前記制御装置により所定量の前記アルミカプセルを前記反応容器内に投入するように構成されている、請求項１から６のいずれかの温熱システム。
【請求項８】
前記制御装置が前記水添加装置を作動させて前記反応容器内に所定量の水又は有機溶媒混合水を添加し、又は前記反応容器から前記水又は有機溶媒混合水を排出させることができるように構成されている、請求項１から７のいずれかの温熱システム。
【請求項９】
前記熱交換媒体が不凍液であり、前記熱交換手段が熱交換媒体通路とウォーターポンプとヒーターコアとからなり、前記熱交換媒体が前記ウォーターポンプにより前記反応容器と前記ヒーターコアの間を循環するように構成されている、請求項１から８のいずれかの温熱システム。
【請求項１０】
前記熱交換媒体が空気であり、前記熱交換手段が前記反応容器外に具えられたフィンである、請求項１から６のいずれかの温熱システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウムと水又は有機溶媒混合水とを反応させて水素を発生させる際に生じる熱エネルギーを熱源として利用する温熱・蓄熱システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
環境問題への関心の高まりに伴い、燃料電池に用いられる水素を効率よく得る方法については、種々の研究開発が行われている。出願人も、先に、金属材料の摩擦腐食反応を利用した水素ガス製造方法や、活性化処理されたアルミ微粒子を水と反応させて水素ガスを得る方法について、特許出願を行っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１２３５１７
【特許文献２】特開２００６−４５００４
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献２の発明は、常温で大量の水素を発生させることを目的として、アルミ粉末に「活性化処理」を施し、水と反応させるものであるが、反応時には、水素だけでなく、相当な熱エネルギーも生じる。特に、同発明のように反応性を高めた活性化アルミニウムの場合には、常温での反応時に大きな熱エネルギーが放出される。
しかし、これまでの研究開発は、専ら「水素」を得ることを目的とするものであって、このような反応時の熱エネルギーに着目し、これを熱源として利用する機構に関する特許は存しない。
【０００５】
この発熱反応の理論値は、８４０ｋＪ／ｍｏｌであるから、利用価値は高い。特に、発生させた水素を電気自動車の動力源として用いる場合、さらにこの反応熱を回収しヒータの熱源として活用することができれば、近時の「環境」重視の流れの中で、エネルギー効率の観点から、産業界・消費者双方の要求にまさに応えるものと言える。
そこで、本発明は、電気自動車のヒータとしても適用可能な、アルミニウムと水との反応熱を利用した温熱・蓄熱システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、アルミニウムと水又は有機溶媒混合水の反応熱を熱源として利用した温熱システムであって、
反応容器と、アルミニウム添加装置と、水添加装置と、制御装置と、熱交換手段とを有してなり、
前記反応容器は、温度検知手段と水量検知手段とを具え、
前記制御装置は、前記温度検知手段と水量検知手段によって検出される温度及び水量データに基づき、前記アルミニウム添加装置及び／又は水添加装置を作動させて、前記反応容器内でアルミニウムと水又は有機溶媒混合水を反応させて水素を発生させ、又は該反応を制御するように構成され、
前記反応容器内における水素発生時の温度上昇により温められた熱交換媒体が、前記熱交換手段により、温風に交換されることを特徴とする温熱システムによって、上記課題を解決した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、水素を自動車等の動力源として用いることにより無公害化を達成することができるのみならず、水素発生時の反応熱を熱源として利用することができるから、エネルギー効率を高め、環境負荷を低下させるさらなる手段を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明のシステムの実施例１に係る概略説明図。
【図２】本発明のシステムの実施例２に係る概略説明図。
【図３】本発明に用いる反応容器の概略図。
【図４】蓄熱システムの概略図。
【図５】アルミニウム添加装置の概略図。
【図６】水添加装置の概略図。
【図７】実施例２における熱交換手段の一例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【実施例１】
【０００９】
以下、図面を参照しつつ、アルミニウム添加量制御式による本発明の実施例１の構成について説明する。
図１は本発明のシステムの実施例１に係る概略説明図である。実施例１のシステムは、反応容器１０、温度検知手段２０、水量検知手段２２、熱交換媒体通路３０、ウォーターポンプ３２、ヒーターコア４０、アルミニウム添加装置５０、水添加装置６０、コントローラ７０とからなる。
温度検知手段２０、水量検知手段２２からの情報に基づき、コントローラ７０が、アルミニウム添加装置５０、水添加装置６０に指示を送ることにより、システムの作動・非作動を制御する。アルミニウムの添加量制御による実施例１の場合、アルミニウム添加装置５０の作動によってシステムの制御を行う。
反応容器１０内で発生した反応熱は、熱交換媒体通路３０を介して、ヒーターコア４０に送られ、ヒータの熱源として利用される。
【００１０】
図２〜５を参照しつつ、本発明の構成についてさらに詳述する。
図２は、反応容器１０の概略図である。反応容器１０は、その側面に、水投入口１２、排水口１４、空気導入口１６、排気口１８とを具え、また、内壁に温度検知手段２０が、アルミニウム投入容器２４に水量検知手段２２が取付けられている。排気口１８にはフィルタ１８ａを装着し、内部の水が放出されない構造にするとよい。
反応容器１０は、金属であることが望ましいが、プラスチックやガラス製でもよい。
なお、反応容器１０内に導入されるのは、水に限らず、水と有機溶媒との混合液でもよい。従って、以下、「水」とした場合には、この混合液を含むものとする。
【００１１】
反応容器１０の内部には、アルミニウム粉末を封入したカプセル（以下、「アルミカプセル」とする。）８０が投入される投入容器２４が、上部側面には、アルミカプセル８０の投入口２６が設けられている。
なお、このカプセルは通水性を有する素材で構成されている。また、内部に含まれる「アルミニウム粉末」は、低温でも大量の水素が得られるように活性化処理が施されたものであることが望ましい。この活性化処理の手法については、特許文献２を参照されたい。
【００１２】
しかし、上記の活性化手法はコストがかかるという難点がある一方で、本発明のシステムをヒータ等の熱源として利用する場合、活性化アルミ粉末は安価であることが望ましい。
他方、活性化処理方法を短時間にする等、コストを抑え、大量生産に適した方法によると、水素発生量は減少し、アルミニウムと水の反応熱も低下することが予想される。
そこで、アルミニウムと水の反応開始剤を混合したアルミニウム粉末を用いるとよい。反応開始剤としては、例えば、酸化カルシウム、酸化マグネシウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、硫酸マグネシウム等を用いることができる。これらは、水と反応して熱を発生させるため、低温では反応の遅い活性化アルミ粉末を用いた場合に、水との反応性を改善することができる。すなわち、アルミニウムが反応する前に、反応開始剤が水と反応することによって水温を上昇させるため、活性化アルミ粉末と水との反応を促進することができる。
【００１３】
反応容器１０内には、内部に熱交換媒体が流れる熱交換媒体通路３０が配設され、電動ウォーターポンプ３２により、熱交換媒体が反応容器１０とヒーターコア４０の間を循環するようになっている。熱交換媒体通路３０は、反応容器１０内において、投入容器２４の底部を通るように配設されており、これにより、活性化アルミカプセルが水と反応して発生した熱により、熱交換媒体通路３０内を循環する熱交換媒体の温度が上昇し、温められた熱交換媒体が、ヒーターコア４０に運ばれる。本実施例において、熱交換媒体は不凍液である。
【００１４】
さらに、図３に示すように、本発明は、蓄熱システムを具える。すなわち、反応容器１０は、蓄熱槽２８に覆われており、反応容器内温度が一定範囲に維持されるようになっている。自動車用ヒータの熱源として利用するためには、７０〜８０度に維持するとよい。そのための蓄熱材としては、水和塩を使用することができる。具体的には、融点が７０〜９０度台前半の、Ａｌ、Ｓｒ、Ｂａ水酸化物等（Ｓｒ（ＯＨ２）・８Ｈ２Ｏ、Ｂａ（ＯＨ）２・８Ｈ２Ｏ、Ａｌ（ＮＯ３）２・９Ｈ２Ｏ等)を蓄熱槽２８に充填するとよい。
これにより、８０度以上の熱は、蓄熱槽２８で吸収し、蓄熱することができる。
【００１５】
図４は、アルミニウム添加装置５０の概略図である。アルミニウム添加装置５０は、アルミカプセル８０の収納部５２と、反応容器１０との間に設けられた搬入路５４とからなり、搬入路５４には赤外線センサ５６が取付けられている。この赤外線センサ５６でアルミカプセル８０の通過量を計測し、投入量を制御することができる。
また、収納部５２と搬入路５６、搬入路５６と反応容器１０の間には、それぞれ投入弁２６ａ、２６ｂが具えられ、反応容器１０内部で発生した水素の逆流を防ぐ構造となっている。
なお、アルミカプセル８０の供給は、カートリッジ方式で行うことができる。
【００１６】
図５は、水添加装置６０の概略図である。水添加装置６０は、本体容器６２、ウォーターポンプ６４とからなる。水量検知手段２２により、反応容器１０内の水量を検知し、反応容器１０内に一定量の水が自動で投入されるようになっている。
【００１７】
次に、図１を参照し、本発明のシステムの作用について説明する。
反応容器１０内に、水添加装置６０により、水又は有機溶媒混合水が導入され、また、アルミニウム添加装置５０により、所定量のアルミカプセル８０が投入される。
上記のとおり、アルミカプセル８０は、内部に水を通す構造となっているため、アルミニウムと水との反応により、水素が発生する。生成された水素は、燃料電池の燃料として使用することができるし、或いは、図示するように、水面上に触媒層を設け、空気導入口１６から取入れられた酸素と反応させて、水となる際に生じる熱エネルギーを取出してもよい。
【００１８】
そして、アルミカプセル８０は、水中に投入されると、水素を発生させると同時に熱エネルギーを生じ、これにより水温が上昇するため、熱交換媒体通路３０内の熱交換媒体の温度も上昇する。熱交換媒体は、ウォーターポンプにより通路３０内を循環しているから、温められた熱交換媒体は、ヒーターコア４０を循環し、通過する空気を温める。
【００１９】
アルミニウム添加量制御式による実施例１においては、活性化アルミ粉末の添加量によって、すなわち、所定量のアルミカプセル８０を逐次投入することによって、システムの作動・非作動の制御を行うことができるようになっている。
従って、アルミニウム添加量制御式においては、最初に所定量の水を添加した後は、自然蒸発分についてのみ水添加装置を作動させ、また、水の排出機能は緊急停止用として具えることとなる。
【実施例２】
【００２０】
実施例２は、水の添加量によりシステムを制御する方式である。基本構成は実施例１と共通であるから、説明は省略する。
実施例１と異なるのは、水の添加と排出によってシステムの制御を行う点、及び熱交換媒体が空気である点である。すなわち、反応容器１０の排水口１４から水を排出することにより、システムを非作動にすることができる。また、図２のシステム概要図に示すように、反応容器１０内で発生した熱を反応容器１０の外部で熱交換し、温風として利用する。この熱交換手段３４としては、例えば、図７に示すように、反応容器１０の下部にフィン形状のものを取付けることができる。
【００２１】
アルミニウム添加量による制御方式と異なり、この方式による場合には、アルミニウムはカプセル化する必要はなく、通水性のある袋状のもので包む等、何等かの形でパッケージすれば足りる。これを投入容器２４に投入し、反応容器１０内に水を導入することにより、水素及び反応熱を得ることができるから、カプセル化のコストをかけずに発明の目的を達成することができる。
【００２２】
電気自動車のヒータとして用いる場合、実施例１のアルミ添加量制御方式は、発熱システムの部分以外は、ヒーターコア等の既存システムを利用することができる点で有利である。他方、補助ヒータとして実施する場合には、実施例２のように温められた空気を直接取出すことのできる空気加熱方式が、部品点数が少なく望ましい。
【符号の説明】
【００２３】
１０：反応容器
２０：温度検知手段
２２：水量検知手段
３０：熱交換媒体通路
３２：ウォーターポンプ
３４：熱交換手段
４０：ヒーターコア
５０：アルミニウム添加装置
６０：水添加装置
７０：制御装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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