JP2004182496A - Hydrogen-generating apparatus - Google Patents

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To generate hydrogen which is a clean energy source through a chemical reaction utilizing a product other than natural resources, to efficiently recover the hydrogen, and to inhibit formation of hazardous substances formed through the chemical reaction. <P>SOLUTION: A reaction vessel 2 is equipped with a reaction chamber 3 wherein the chemical reaction between Na101 and water is carried out. A hydrogen-extraction tube 5 for extracting the hydrogen generated in the reaction chamber 3, an oxygen-extraction tube 6 for extracting oxygen generated in the reaction chamber 3 and a water-injection tube 7 for injecting water into the reaction chamber 3 are each connected to the reaction vessel 2 and each opened inside the reaction chamber 3. A heat transfer pipe 8 for heating, which serves as a heat source, is connected to the reaction vessel 2. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属と水の化学反応により水素を発生させる水素製造装置に係り、特に燃料電池の燃料源である水素を供給するのに適した水素製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新エネルギー技術として注目されている燃料電池は、水素と酸素を化学的に反応させることにより、化学エネルギーを電気エネルギーに変換するものである。
【０００３】
水素源は、天然資源である天然ガス（Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２）等であり、Ｃ_ｎＨ_２ｎ＋２を適当な改質器によって改質することによって水素を得る（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
改質装置器では、
【化１】

の触媒反応を進行させることによって生成される。
【０００５】
また、実験室では、例えば、
【化２】
Ｚｎ＋Ｈ_２ＳＯ_４→Ｈ_２＋ＺｎＳＯ_４
【化３】
２ｎＮａ＋ｎＨ_２Ｏ→ｎＨ_２＋ｎＮａ_２Ｏ
【化４】
２ｎＮａ＋２Ｈ_２Ｏ→ｎＨ_２＋２ｎＮａＯＨ
の反応を進行させることによって、金属Ｚｎ（亜鉛）とＨ_２ＳＯ_４（希硫酸）から、または、金属Ｎａ（ナトリウム）からＨ_２を生成する。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−３２０４号公報（第５頁〜第８頁、図１〜図６）
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
昨今、水素はクリーンエネルギーとして世界的に注目されており、例えば、サンシャイン計画の下で、自動車用水素エンジン、発電用高効率無公害ガスタービンといった水素利用動力の研究開発が進んでいる。今後も、水素は動力の燃料源としてますます需要が増えることが予想される。
【０００８】
現在の水素の製造方法では、特開２００２−３２０４号公報の燃料改質器に開示されるように、反応式（１）を進行させる。この方法によると、原料であるＣ_ｎＨ_２ｎ＋２から水素が生成される。
【０００９】
ただし、反応式（１）を利用して水素を製造しようとすると、貯蔵量が有限である天然資源が必要となる。さらに、我が国に至っては、国内において天然ガス等の天然資源を産出できず、天然ガス等を輸入に頼っているのが実状である。
【００１０】
また、反応式（１）を利用して水素を製造しようとすると、反応式（１）の副生成物として二酸化炭素（ＣＯ_２）が発生する。二酸化炭素は、温室効果ガスとして地球温暖化の一因とされる。よって、地球温暖化防止の観点からも二酸化炭素の発生を低減または防止することが望まれる。
【００１１】
よって、資源、コスト、環境の見地からみても、従来の水素の製造方法である反応式（１）を利用することに頼らず、水素を生成できる技術の開発が進められている。
【００１２】
本発明は、このような問題を解決するために提案されたものであり、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を効率よく回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる水素製造装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る水素製造装置は、上述した課題を解決するために請求項１に記載したように、金属と水の化学反応が行われる反応室を備える反応容器と、前記反応室から水素を取出す水素抽出管と、前記反応室から酸素を取出す酸素抽出管と、前記反応室に水を注入する水注入管と、前記反応室を加熱する加熱源とを有することを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の水素製造装置は、請求項２に記載したように、前記反応室は、冷却ガスダクトが接続された冷却ガスチャンバによって覆設されたことを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明の水素製造装置は、請求項３に記載したように、複数の前記反応容器の反応室どうしを連絡する連結管が架設されたことを特徴とする。
【００１６】
加えて、本発明の水素製造装置は、請求項４に記載したように、金属と水の化学反応が行われる反応室を備える反応容器と、前記反応室から水素を取出す水素抽出管と、前記反応室から酸素を取出す酸素抽出管と、前記反応室に水を注入する水注入管と、前記反応室を加熱する加熱源と、前記反応室内部の酸素濃度を低下させる不活性ガスタンクと、前記不活性ガスタンクと前記反応室とを接続する不活性ガス注入管とを有することを特徴とする。
【００１７】
また、本発明の水素製造装置は、請求項５に記載したように、金属と水の化学反応が行われる反応容器と、前記反応容器に並列に接続され、前記反応容器との循環回路の一部を形成する複数のコールドトラップと、前記循環回路中に設けられる循環ポンプと、前記複数のコールドトラップに接続され酸素を取出すと共に、金属を前記反応容器に供給する酸素抽出管を備えるベーパートラップとを有することを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】
本発明に係る水素製造装置の実施の形態について、添付図面を参照して説明する。
【００１９】
なお、添付図面中、同一の構成要素には同一符号を付して重複した説明を省略する。
【００２０】
図１は、本発明に係る水素製造装置の第１実施の形態を示す概略図である。
【００２１】
図１（ａ）は、水素製造装置１を示し、この水素製造装置１に備えられる反応容器２は、反応室３と断熱材４とからなり、反応室３は断熱材４によって覆設される。加えて、反応容器２には、水素抽出管５と、酸素抽出管６と、水注入管７とがそれぞれ接続され、それぞれ反応室３内部にて終端開口される。加熱用伝熱管８は、反応容器２の底部において貫通設置される。
【００２２】
さらに、反応室３内部にはヘッダ配管９が備えられ、ヘッダ配管９は、水注入管７と接続される。なお、ヘッダ配管９は、水注入管７からのＨ_２Ｏを、反応室３下部方向に散水できるような構造を有する。
【００２３】
また、水素抽出管５の途中には水素抽出バルブ１５が、酸素抽出管６の途中には酸素抽出バルブ１６が、水注入管７の途中には水注入バルブ１７が、加熱用伝熱管８の途中には伝熱バルブ１８がそれぞれ設置される。なお、図１（ａ）に示された水素製造装置１のように、水素製造装置１の停止時には、水素抽出バルブ１５、酸素抽出バルブ１６、水注入バルブ１７、伝熱バルブ１８はそれぞれ閉じられている。
【００２４】
さらに、水素抽出管５の水素入口端部にはベーパートラップ２１が備えられ、加えて、水素抽出管５に備えるベーパートラップ２１より水素回収側には水素透過膜２２が備えられる。また、酸素抽出管６には酸素透過膜２４が備えられ、水注入管７の端部には水タンク２６が備えられる。
【００２５】
続いて、水素製造装置１の動作について図１（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００２６】
図１（ａ）に示された水素製造装置１において、反応容器２内部に形成される反応室３に金属を装入する。例えば、金属としてＮａ（ナトリウム）１０１を選択することができ、その場合、Ｎａ１０１は固体状態であるか液体状態であるかを問わない。また、Ｎａ１０１の空気酸化性の性質から、反応室３内部は真空状態にすることが望ましい。
【００２７】
Ｎａ１０１は反応性に富み、Ｈ_２Ｏと激しく反応する。ｎをｍｏｌ数とすると、
【化５】

【化６】

の反応式によりＮａ１０１とＨ_２Ｏとの反応が進行して、Ｈ_２を発生させる。
【００２８】
Ｎａ１０１とＨ_２Ｏとを接触させた場合、反応式（２）の反応と反応式（３）の反応の内どちらが進行するかは、反応室３に装入されるＮａ１０１の温度等の環境条件によって決まる。例えば、Ｎａ１０１の温度が室温から６００℃付近までの領域では反応式（２）が進行する一方、Ｎａ１０１の温度が６００℃付近から１０００℃付近までの領域では反応式（３）が進行する。
【００２９】
次いで、図１（ｂ）に示された水素製造装置１のように、Ｈ_２を回収する工程と、Ｎａ_２Ｏ１０２を生成させる工程とを行う。
【００３０】
まず、水素製造装置１は、図１（ａ）に示された状態から、図１（ｂ）に示された状態となり、水素抽出バルブ１５および水注入バルブ１７をそれぞれ開く。
Ｎａ１０１を備える反応室３において、水タンク２６から水注入管７を介して、ヘッダ配管９からＨ_２Ｏ（水・水蒸気）が散水される。
【００３１】
散水によって反応室３内部で起こるＮａ１０１とＨ_２Ｏの反応は、Ｎａ１０１が６００℃以下の状態で行われるので、反応式（２）の酸化反応による。そして、反応式（２）の酸化反応によって、反応室３に主生成物としてＨ_２（水素）が発生し、副生成物としてＮａ_２Ｏ１０２（酸化ナトリウム）が生成される。
【００３２】
反応式（２）の酸化反応が進行することにより反応室３に発生したＨ_２は、水素抽出管５を介して回収される。また、Ｈ_２以外のベーパーは、ベーパートラップ２１および水素透過膜２２で吸収される。
【００３３】
この時、反応室３の溶液は、反応式（２）の酸化反応が進行することによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の濃度が漸次上昇し、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液となる。
【００３４】
すなわち、反応室３内部にＨ_２Ｏの散水を継続すると、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水することになる。Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水しても、反応式（２）によるＮａ１０１の酸化反応が優先的に進行するが、反応室３内部のＮａ１０１の濃度が一定値以下になると、
【化７】

の反応が進行し、ＮａＯＨを生成する。そして、反応室３内部に生成されたＮａＯＨは電離して、Ｎａ水和物として反応室３内部に蓄積される。よって、Ｎａ水和物の除去の工程等が必要となり、水素製造装置１における水素回収効率が悪化する。
【００３５】
したがって、Ｎａ水和物を生成させないために、反応室３内部のＨ_２Ｏの散水は、反応室３内部の混合溶液中のＮａ１０１の濃度が充分なとき、所要時間経過をもって終了する。
【００３６】
次いで、図１（ｃ）に示された水素製造装置１のように、Ｏ_２を回収する工程と、Ｎａ１０１を生成させる工程とを行う。
【００３７】
まず、水素製造装置１は、図１（ｂ）に示された状態で所要時間経過後、図１（ｃ）に示された状態となり、水注入バルブ１７および水素抽出バルブ１５を閉じる。加えて、酸素抽出バルブ１６を開く。
【００３８】
さらに、伝熱バルブ１８を開き、加熱用伝熱管８内部に高温物質、例えば、高温の水・水蒸気を通気させて、Ｎａ_２Ｏ１０２の温度を１０００℃以上に昇温させる。そして、反応式（２）の酸化反応で副生成物として生成されたＮａ_２Ｏ１０２の還元反応（分解反応）を行う。
【００３９】
そして、
【化８】

の反応式を進行させることによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の分解によりＮａ１０１が生成される。加えて、反応室３に発生したＯ_２は、酸素抽出管６を介して回収される。なお、水素製造装置１は、図１（ｃ）に示された状態を続けると、反応室３の溶液は、理想的に純粋なＮａ１０１となる。
【００４０】
さらに、水素製造装置１は、図１（ｃ）に示された状態で所要時間経過後、酸素抽出バルブ１６および伝熱バルブ１８を閉じると、図１（ａ）に示された状態に戻る。そして、反応室３内部のＮａ１０１の温度が、反応式（２）を進行させるのに充分な温度に冷却された時点で、再び水素製造装置１は、図１（ｂ）に示された状態からＮａ１０１の酸化反応を繰返す。
【００４１】
この時点での反応室３内部のＮａ１０１の温度は６００℃を超えている。もし、Ｎａ１０１が６００℃以上の状態で、図１（ｂ）に示された状態からＨ_２Ｏを散水すれば、反応式（３）が進行する。
【００４２】
また、反応式（２）の酸化反応と、反応式（５）の分解反応のＮａ１０１の物質収支を考える。酸化反応のＮａ１０１を２ｍｏｌ（ｎ＝１）と仮定すると、反応式（２）の酸化反応と、反応式（５）の分解反応は、
【化９】

となる。よって、２ｍｏｌのＮａ１０１から１ｍｏｌのＮａ_２Ｏ１０２が生成され、その１ｍｏｌのＮａ_２Ｏを原料として、２ｍｏｌのＮａ１０１が生成される。
【００４３】
したがって、分解反応によって生成されるＮａ１０１をそのまま酸化反応の原料として使用できるので、必要なＮａ１０１を初期に供給すれば、水素製造の過程において、Ｎａ１０１が不足することはない。よって、理想的にはＨ_２の製造中、反応室３にＮａ１０１を付加する必要がなく、断続的にＨ_２の回収ができる。
【００４４】
また、反応容器２外部に排出されるのは回収目的成分であるＨ_２と、環境的に無害なＯ_２のみである。よって、Ｏ_２は回収してもよいし、そのまま大気放出してもよい。
【００４５】
図１に示された水素製造装置１を用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を断続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【００４６】
図２は、本発明に係る水素製造装置の第２実施の形態を示す概略図である。
【００４７】
図２（ａ）は、水素製造装置１Ａを示し、この水素製造装置１Ａに備えられる反応容器２は、反応室３と、冷却ガスチャンバ４１と、断熱材４とからなり、反応室３は冷却ガスチャンバ４１によって覆設され、さらに、冷却ガスチャンバ４１は断熱材４によって覆設される。また、冷却ガスチャンバ４１は冷却ガスダクト４２が接続され、冷却ガスダクト４２にはダンパ４３が設置される。
【００４８】
続いて、水素製造装置１Ａの動作について図２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
【００４９】
図２（ａ）に示された水素製造装置１Ａにおいて、反応容器２内部に形成される反応室３に金属を装入する。例えば、金属としてＮａ１０１を選択することができ、その場合、Ｎａ１０１は固体状態であるか液体状態であるかを問わない。
【００５０】
次いで、図２（ｂ）に示された水素製造装置１Ａのように、Ｈ_２を回収する工程と、Ｎａ_２Ｏ１０２を生成させる工程とを行う。
【００５１】
まず、水素製造装置１Ａは、図２（ａ）に示された状態から、図２（ｂ）に示された状態となり、水素抽出バルブ１５および水注入バルブ１７をそれぞれ開く。Ｎａ１０１を備える反応室３において、水タンク２６から水注入管７を介して、ヘッダ配管９からＨ_２Ｏ（水・水蒸気）が散水される。
【００５２】
散水によって反応室３内部で起こるＮａ１０１とＨ_２Ｏの反応は、Ｎａ１０１が６００℃以下の状態で行われるので、反応式（２）の酸化反応による。そして、反応式（２）の酸化反応によって、反応室３に主生成物としてＨ_２（水素）が発生し、副生成物としてＮａ_２Ｏ１０２（酸化ナトリウム）が生成される。
【００５３】
反応式（２）の酸化反応が進行することにより反応室３に発生したＨ_２は、水素抽出管５を介して回収される。また、Ｈ_２以外のベーパーは、ベーパートラップ２１および水素透過膜２２で吸収される。
【００５４】
この時、反応室３の溶液は、反応式（２）の酸化反応が進行することよって、Ｎａ_２Ｏ１０２の濃度が漸次上昇し、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液となる。
【００５５】
すなわち、反応室３内部にＨ_２Ｏの散水を継続すると、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水することになる。Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水しても、反応式（２）によるＮａ１０１の酸化反応が優先的に進行するが、反応室３内部のＮａ１０１の濃度が一定値以下になると、反応式（４）の反応が進行し、ＮａＯＨを生成する。
【００５６】
そして、反応室３内部に生成されたＮａＯＨは電離して、Ｎａ水和物として反応室３内部に蓄積されるので、Ｎａ水和物の除去の工程が必要となる。よって、Ｎａ水和物を生成させないために、反応室３内部のＨ_２Ｏの散水は、反応室３内部の混合溶液中のＮａ１０１の濃度が充分なとき、所要時間経過をもって終了する。
【００５７】
次いで、図２（ｃ）に示された水素製造装置１Ａのように、Ｏ_２を回収する工程と、Ｎａ１０１を生成させる工程とを行う。
【００５８】
まず、水素製造装置１Ａは、図２（ｂ）に示された状態で所要時間経過後、図２（ｃ）に示された状態となり、水注入バルブ１７および水素抽出バルブ１５を閉じる。加えて、酸素抽出バルブ１６を開く。
【００５９】
さらに、伝熱バルブ１８を開き、加熱用伝熱管８内部に高温物質、例えば、高温の水・水蒸気を通気させて、Ｎａ_２Ｏ１０２の温度を１０００℃以上に昇温させることによって、反応式（２）の酸化反応で副生成物として生成されたＮａ_２Ｏ１０２の還元反応（分解反応）を行う。
【００６０】
そして、反応式（５）を進行させる。Ｎａ_２Ｏ１０２の分解によりＮａ１０１が生成され、加えて、反応室３に発生したＯ_２は、酸素抽出管６を介して回収される。なお、水素製造装置１Ａは、図２（ｃ）に示された状態を続けると、反応室３の溶液は、理想的に純粋なＮａ１０１となる。
【００６１】
さらに、水素製造装置１Ａは、図２（ｃ）に示された状態で所要時間経過後、酸素抽出バルブ１６および伝熱バルブ１８を閉じると、図２（ａ）に示された状態に戻る。加えて、冷却ガスダクト４２に備えるダンパ４３を開き、冷却ガスチャンバ４１内に冷却物質、例えば、冷却水を通水させる。そして、反応室３内部のＮａ１０１の温度が、反応式（２）を進行させるのに充分な温度に冷却された時点で、再び水素製造装置１Ａは、図２（ｂ）に示された状態からＮａ１０１の酸化反応を繰返す。
【００６２】
ここで、もし、Ｎａ１０１の温度が６００℃以上の状態においてＨ_２Ｏを散水すれば、反応式（２）ではなく、反応式（３）が進行するので、反応室３にＮａＯＨが生成されてしまい、水素製造装置１Ａにおける水素回収効率が悪化する。
【００６３】
よって、Ｎａ１０１の温度を降下させるために、冷却ガスダクト４２に備えるダンパ４３を開き、冷却ガスチャンバ４１内部に冷却水を通水させることで、反応室３およびＮａ１０１の温度を急速に冷却できる。
【００６４】
図２に示された水素製造装置１Ａを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を断続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【００６５】
図３は、本発明に係る水素製造装置の第３実施の形態を示す概略図である。
【００６６】
図３は、水素製造装置１Ｂを示し、この水素製造装置１Ｂに備えられる反応容器２は、反応室３と、冷却ガスチャンバ４１と、断熱材４とからなり、反応室３の側部および上部は冷却ガスチャンバ４１によって覆設され、さらに、冷却ガスチャンバ４１の側部および上部は断熱材４によって覆設される。また、冷却ガスチャンバ４１は冷却ガスダクト４２が接続され、冷却ガスダクト４２にはダンパ４３が設置される。
【００６７】
加えて、反応容器２の下部に加熱源としてのバーナ４５が設置され、燃料設備（図示しない）に接続された燃料配管４６がバーナ４５に接続される。
【００６８】
なお、図３に示された水素製造装置１Ｂの動作については、図２（ａ）〜（ｃ）に示された水素製造装置１Ａの動作と同一の動作については説明を省略する。
【００６９】
図３に示された水素製造装置１Ｂの動作では、反応容器２内部に形成される反応室３にて反応式（５）の分解反応を進行させる場合、バーナ４５を点火させ、反応室３内部のＮａ１０１の温度を１０００℃以上に昇温させることによって、反応式（２）の酸化反応で副生成物として生成されたＮａ_２Ｏ１０２の還元反応を行う。
【００７０】
図１（ａ）に示された水素製造装置１Ａのように、加熱用伝熱管８によって反応室３のＮａ_２Ｏ１０２を加熱する場合と比較して、水素製造装置１Ｂのように、バーナ４５によって反応室３のＮａ_２Ｏ１０２を加熱する場合は、急速にＮａ_２Ｏ１０２の温度を１０００℃に到達させることができる。
【００７１】
なお、図３に示された水素製造装置１Ｂでは、Ｎａ_２Ｏ１０２の加熱源として、反応容器２外部にバーナ４５を備えたが、加熱源であれば加熱用伝熱管８やバーナ４５に限ることなく、例えば、反応容器２にヒータを備えてもよい。
【００７２】
図３に示された水素製造装置１Ｂを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を断続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【００７３】
図４は、本発明に係る水素製造装置の第４実施の形態を示す概略図である。
【００７４】
図４（ａ）は、水素製造装置１Ｃを示し、この水素製造装置１Ｃは、反応容器２ａ，２ｂから構成される。
【００７５】
水素製造装置１Ｃに備えられる反応容器２ａは、反応室３ａと、冷却ガスチャンバ４１ａと、断熱材４ａとからなり、反応室３ａは冷却ガスチャンバ４１ａによって覆設され、さらに、冷却ガスチャンバ４１ａは、断熱材４ａによって覆設される。また、冷却ガスチャンバ４１ａは冷却ガスダクト４２ａが接続され、冷却ガスダクト４２ａにはダンパ４３ａが設置される。
【００７６】
加えて、反応容器２ａには、水素抽出管５ａと、酸素抽出管６ａと、水注入管７ａとがそれぞれ接続され、それぞれ反応室３ａ内部にて終端開口される。加熱用伝熱管８ａは、反応容器２ａの底部において貫通設置される。
【００７７】
さらに、反応室３ａ内部にはヘッダ配管９ａが備えられ、ヘッダ配管９ａは、水注入管７ａと接続される。なお、ヘッダ配管９ａは、水注入管７ａからのＨ_２Ｏを、反応室３ａ下部方向に散水できるような構造を有する。
【００７８】
また、反応容器２ａ，２ｂには、分離弁５１を付帯する連結管５２が架設され、連結管５２の両端部は、それぞれ反応室３ａ，３ｂ内部どうしを連結しており、反応室３ａ，３ｂ内部にて終端開口する。
【００７９】
また、水素抽出管５ａの途中には水素抽出バルブ１５ａが、酸素抽出管６ａの途中には酸素抽出バルブ１６ａが、水注入管７ａの途中には水注入バルブ１７ａが、加熱用伝熱管８ａの途中には伝熱バルブ１８ａがそれぞれ設置される。なお、図４（ａ）に示された水素製造装置１Ｃのように、水素製造装置１Ｃの停止時には、水素抽出バルブ１５ａ、酸素抽出バルブ１６ａ、水注入バルブ１７ａ、伝熱バルブ１８ａはそれぞれ閉じられている。
【００８０】
さらに、水素抽出管５ａの水素入口端部にはベーパートラップ２１ａが備えられ、加えて、水素抽出管５ａに備えるベーパートラップ２１ａより水素回収側には水素透過膜２２ａが備えられる。また、酸素抽出管６ａには酸素透過膜２４ａが備えられ、水注入管７ａの端部には水タンク２６ａが備えられる。
【００８１】
また、水素製造装置１Ｃに備えられる反応容器２ｂについても、反応容器２ａと同様の構成とし、反応容器２ａにおける符号ａを、符号ｂに置き換えたものである。
【００８２】
続いて、図４（ａ）〜（ｅ）に示された水素製造装置１Ｃの動作について説明する。
【００８３】
図４（ａ）に示された水素製造装置１において、反応容器２ａ内部に形成される反応室３ａに金属を装入する。例えば、金属としてＮａ１０１を選択することができ、その場合、Ｎａ１０１は固体状態であるか液体状態であるかを問わない。
【００８４】
次いで、図４（ｂ）に示された水素製造装置１Ｃのように、反応容器２ａからＨ_２を回収する工程と、Ｎａ_２Ｏ１０２を生成させる工程とを行う。
【００８５】
まず、水素製造装置１Ｃは、図４（ａ）に示された状態から、図４（ｂ）に示された状態となり、水素抽出バルブ１５ａおよび水注入バルブ１７ａをそれぞれ開く。Ｎａ１０１を備える反応室３ａにおいて、水タンク２６ａから水注入管７ａを介して、ヘッダ配管９ａからＨ_２Ｏ（水・水蒸気）が散水される。
【００８６】
散水によって反応室３ａ内部で起こるＮａ１０１とＨ_２Ｏの反応は、Ｎａ１０１が６００℃以下の状態で行われるので、反応式（２）の酸化反応による。そして、反応室３ａに主生成物としてＨ_２（水素）が発生し、副生成物としてＮａ_２Ｏ１０２（酸化ナトリウム）が生成される。
【００８７】
反応式（２）の酸化反応が進行することにより反応容器２ａ内部に形成される反応室３ａに発生したＨ_２は、水素抽出管５ａを介して回収される。また、Ｈ_２以外のベーパーは、ベーパートラップ２１ａおよび水素透過膜２２ａで吸収される。
【００８８】
この時、反応室３ａの溶液は、反応式（２）の酸化反応が進行することによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の濃度が漸次上昇し、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液となる。
【００８９】
すなわち、反応室３ａ内部にＨ_２Ｏの散水を継続すると、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水することになる。Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水しても、反応式（２）によるＮａ１０１の酸化反応が優先的に進行するが、反応室３ａ内部のＮａ１０１の濃度が一定値以下になると、反応式（４）の反応が進行し、ＮａＯＨを生成する。
【００９０】
そして、反応室３ａ内部に生成されたＮａＯＨは電離して、Ｎａ水和物として反応室３ａ内部に蓄積される。よって、Ｎａ水和物の除去の工程等が必要となり、水素製造装置１Ｃにおける水素回収効率が悪化する。
【００９１】
したがって、Ｎａ水和物を生成させないために、反応室３ａ内部のＨ_２Ｏの散水は、反応室３ａ内部の混合溶液中のＮａ１０１の濃度が充分なとき、所要時間経過をもって終了する。すなわち、図４（ｃ）に示された水素製造装置１Ｃのように、水注入バルブ１７ａおよび水素抽出バルブ１５ａを閉じる。
【００９２】
次いで、図４（ｄ）に示された水素製造装置１Ｃのように、Ｏ_２を回収する工程と、Ｎａ１０１を生成させる工程とを行う。
【００９３】
まず、水素製造装置１Ｃは、図４（ｃ）に示された状態から、図４（ｄ）に示された状態となり、酸素抽出バルブ１６ａと、伝熱バルブ１８ａと、連結管５１をそれぞれ開き、加熱用伝熱管８ａ内部に高温物質、例えば、高温の水・水蒸気を流動させて、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の温度を１０００℃以上に昇温させる。そして、反応式（２）の酸化反応で副生成物として生成されたＮａ_２Ｏ１０２の還元反応（分解反応）を行う。
【００９４】
そして、反応式（２）の分解反応を進行させることによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の分解によりＮａ１０１が生成され、加えて、反応室３ａに発生したＯ_２は、酸素抽出管６ａを介して回収される。
【００９５】
さらに、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液を、Ｎａ１０１の沸点（８８２．９℃）以上の温度に昇温させ、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液中のＮａ１０１と、Ｎａ_２Ｏ１０２の分解反応によって生成したＮａ１０１とを気化させる。そして、気化された気体金属のＮａ（ｇ）１０３は、反応室３ａから連結管５２を介して反応容器２ｂ内部に形成される反応室３ｂに流入する。
【００９６】
なお、反応室３ｂに流入したＮａ（ｇ）１０３は、反応室３ｂで沸点以下に冷却され、液体金属のＮａ１０１に状態変化する。また、水素製造装置１Ｃは、図４（ｄ）に示された状態を続けると、反応室３ｂの溶液は、理想的に純粋なＮａ_２１０１となる。
【００９７】
さらに、水素製造装置１Ｃは、図４（ｄ）に示された状態で所要時間経過後、図４（ｅ）に示された状態となり、酸素抽出バルブ１６ａと、伝熱バルブ１８ａと、分離弁５１とを閉じる。
【００９８】
ここで、図４（ｅ）に示された水素製造装置１Ｃは、図４（ａ）に示された水素製造装置１Ｃと比較して、反応容器２ａ，２ｂを入替えた状態となる。
【００９９】
ここで、もし、Ｎａ１０１の温度が６００℃以上の状態においてＨ_２Ｏを散水すれば、反応式（２）ではなく、反応式（３）が進行してしまい、反応室３ｂにＮａＯＨが生成されてしまい、水素製造装置１Ｃにおける水素回収効率が悪化する。
【０１００】
よって、Ｎａ１０１の温度を降下させるために、冷却ガスダクト４２ｂに備えるダンパ４３ｂを開き、冷却ガスチャンバ４１ｂ内部に冷却水を通水させることで、反応室３ｂおよびＮａ１０１の温度を急速に冷却できる。
【０１０１】
そして、再び、図４（ｂ）に示された状態からＮａ１０１の酸化反応を繰返し、図４（ｂ）に示された水素製造装置１Ｃの反応容器２ａに代わって、反応容器２ｂからＨ_２を回収する工程と、Ｎａ_２Ｏ１０２を生成させる工程とを行う。
【０１０２】
なお、図４（ａ）〜（ｅ）に示された水素製造装置１Ｃにおいて、反応容器３ａに備える水素抽出管２２ａのＨ_２回収側と、反応容器３ｂに備える水素抽出管２２ｂのＨ_２回収側とを接続配管によって接続させてもよい。その場合、接続配管にＨ_２回収口を設けると、Ｈ_２の回収箇所を１箇所に集約できる。
【０１０３】
図４に示された水素製造装置１Ｃを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を断続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【０１０４】
図５は、本発明に係る水素製造装置の第５実施の形態を示す概略図である。
【０１０５】
図５は、水素製造装置１Ｄを示し、この水素製造装置１Ｄに備えられる反応容器２ａは、反応室３ａと、冷却ガスチャンバ４１ａと、断熱材４ａとからなり、反応室３ａの側部および上部は冷却ガスチャンバ４１ａによって覆設され、さらに、冷却ガスチャンバ４１ａの側部および上部は断熱材４ａによって覆設される。また、冷却ガスチャンバ４１ａは冷却ガスダクト４２ａが接続され、冷却ガスダクト４２ａにはダンパ４３ａが設置される。
【０１０６】
加えて、反応容器２ａの下部に加熱源としてのバーナ４５ａが設置され、燃料設備（図示しない）に接続された燃料配管４６ａがバーナ４５ａに接続される。
【０１０７】
また、水素製造装置１Ｄに備えられる反応容器２ｂについても、反応容器２ａと同様の構成とし、反応容器２ａにおける符号ａを、符号ｂに置き換えたものである。
【０１０８】
なお、図５に示された水素製造装置１Ｄの動作については、図４（ａ）〜（ｅ）に示された水素製造装置１Ｄの動作と同一の動作については説明を省略する。
【０１０９】
図５に示された水素製造装置１Ｄでは、反応容器２ａ内部に形成される反応室３ａにて反応式（５）の分解反応を進行させる場合、バーナ４５ａを点火させ、反応室３ａ内部のＮａ１０１の温度を１０００℃以上に昇温させることによって、反応式（２）の酸化反応で副生成物として生成されたＮａ_２Ｏ１０２の還元反応を行う。
【０１１０】
一方、反応容器２ｂ内部に形成される反応室３ｂにて反応式（５）の分解反応を進行させる場合、バーナ４５ｂを点火させ、反応室３ｂ内部のＮａ１０１の温度を１０００℃以上に昇温させることによって、反応式（２）の酸化反応で副生成物として生成されたＮａ_２Ｏ１０２の還元反応を行う。
【０１１１】
図４（ａ）に示された水素製造装置１Ｄのように、加熱用伝熱管８ａ，８ｂによって反応室３ａ，３ｂのＮａ_２Ｏ１０２を加熱する場合と比較して、水素製造装置１Ｂのように、バーナ４５ａ，４５ｂによって反応室３ａ，３ｂのＮａ_２Ｏ１０２を加熱する場合は、急速にＮａ_２Ｏ１０２の温度を１０００℃に到達させることができる。
【０１１２】
なお、図５に示された水素製造装置１Ｄでは、Ｎａ_２Ｏ１０２の加熱源として、反応容器２ａ，２ｂ外部にバーナ４５ａ，４５ｂを備えたが、加熱源であればバーナ４５ａ，４５ｂに限ることなく、例えば、反応容器２ａ，２ｂがヒータを備える構成でもよい。
【０１１３】
図５に示された水素製造装置１Ｄを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を断続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【０１１４】
図６は、本発明に係る水素製造装置の第６実施の形態を示す概略図である。
【０１１５】
図６は、水素製造装置１Ｅを示し、この水素製造装置１Ｅには不活性ガスタンク５５が備えられ、不活性ガスタンク５５に接続される不活性ガス注入管５６は、不活性ガス注入管５６の途中で分岐される。反応容器２ａ側に分岐された不活性ガス注入管５６が反応容器２ａに接続される一方、反応容器２ｂ側に分岐された不活性ガス注入管５６が反応容器２ｂに接続される。さらに、反応容器２ａ，２ｂにそれぞれ接続された不活性ガス注入管５６は、反応容器２ａ，２ｂ内部に形成される反応室３ａ，３ｂにてそれぞれ終端開口する。
【０１１６】
また、反応容器２ａ側に分岐された不活性ガス注入管５６の途中には不活性ガス注入バルブ６６ａが、反応容器２ｂ側に分岐された不活性ガス注入管５６の途中には不活性ガス注入バルブ６６ｂがそれぞれ設置される。
【０１１７】
なお、図６に示された水素製造装置１Ｅの動作については、図４（ａ）〜（ｅ）に示された水素製造装置１Ｄの動作と同一の動作については説明を省略する。
【０１１８】
図６に示された水素製造装置１Ｅでは、反応容器２ａ内部に形成される反応室３ａにて反応式（５）の分解反応を進行させる場合、不活性ガス注入バルブ６６ａを開き、不活性ガスタンク５５から不活性ガス注入管５６を介して供給される不活性ガスを反応室３ａに流入させる。
【０１１９】
一方、反応容器２ｂ内部に形成される反応室３ａにて反応式（５）の分解反応を進行させる場合、不活性ガス注入バルブ６６ｂを開き、不活性ガスを反応容器２ｂ内部に形成される反応室３ｂに流入させる。
【０１２０】
Ｎａ_２Ｏ１０２の還元反応を行う反応室３ａ，３ｂ内部に不活性ガスを供給すると、反応室３ａ，３ｂ内部のＯ_２濃度が低下する。よって、Ｏ_２の発生が促進されるので、反応式（５）の分解反応の平衡が右側に移動する。すなわち、反応式（５）によるＮａ_２Ｏ１０２の還元反応を助成する。
【０１２１】
図６に示された水素製造装置１Ｅを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を断続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【０１２２】
図７は、本発明に係る水素製造装置の第７実施の形態を示す概略図である。
【０１２３】
図７（ａ）は、水素製造装置１Ｆを示し、この水素製造装置１Ｆは、反応容器７０に対して２基のコールドトラップ（以下「ＣＴ」という。）７１ａ，７１ｂが並列に設置される。
【０１２４】
反応容器７０には排出側循環配管７２が接続され、排出側循環配管７２は途中で分岐され、分岐された一方を排出側循環配管７２ａとすると、排出側循環配管７２ａはＣＴ７１ａと接続される。また、分岐された他方を排出側循環配管７２ｂとすると、排出側循環配管７２ｂはＣＴ７１ｂと接続される。
【０１２５】
ＣＴ７１ａ，７２ｂには、還流側循環配管７３ａ，７３ｂがそれぞれ接続され、還流側循環配管７３ａ，７３ｂは合流される。合流された還流側循環配管７３は、循環ポンプ７４を介して、反応容器７０に接続される。
【０１２６】
すなわち、水素製造装置１Ｆは、反応容器７０と、排出側循環配管７２，７２ａ，７２ｂ、ＣＴ７１ａ，７１ｂ、還流側循環配管７３ａ，７３ｂ，７３、循環ポンプ７４によって循環回路が形成される。
【０１２７】
加えて、反応容器７０には、水タンク７５からの水注入配管７６が接続され、水注入配管７６は、反応容器７０内部にて終端開口する。また、反応容器７０には、水素抽出管７７が接続される。
【０１２８】
さらに、反応容器７０内部にはヘッダ配管７８が備えられ、ヘッダ配管７８は、水注入管７７と接続される。なお、ヘッダ配管７８は、水注入管７７からのＨ_２Ｏを、反応容器７０の下部方向に散水できるような構造を有する。
【０１２９】
さらに、ＣＴ７１ａ，７１ｂには、加熱用伝熱管７９ａ，７９ｂがそれぞれ接続される。
【０１３０】
また、ＣＴ７１ａ，７１ｂにそれぞれ接続されるガス出口配管８０ａ，８０ｂは合流され、合流されたガス合流配管８０は、ベーパートラップ８２に接続される。
【０１３１】
ベーパートラップ８２には、酸素抽出配管８３が接続される。なお、ベーパートラップ８２には、Ｎａ回収管８４が接続され、Ｎａ回収管８４は、還流側循環配管７３に接続されるが、その接続点は、循環ポンプ７４の上流側とする。
【０１３２】
なお、ＣＴ７１ａ，７１ｂにそれぞれ接続される排出側循環配管７２ａ，７２ｂに、ＣＴ入口バルブ８５ａ，８５ｂがそれぞれ備えられる一方、循環配管７３ａ，７３ｂに、ＣＴ出口バルブ８６ａ，８６ｂがそれぞれ備えられる。
【０１３３】
また、ガス出口配管８０ａ，８０ｂにはそれぞれガス出口バルブ８７ａ，８７ｂが備えられる。
【０１３４】
さらに、水注入配管７６に水注入バルブ８８が、加熱用伝熱管７９ａ，７９ｂに伝熱バルブ８９ａ，８９ｂがそれぞれ備えられる。
【０１３５】
ここで、図７（ａ）に示された水素製造装置１Ｆのように、水素製造装置１の停止時には、ＣＴ入口バルブ８５ａ，８５ｂ、ＣＴ出口バルブ８６ａ，８６ｂ、ＣＴ出口バルブ８６ａ，８６ｂ、水注入バルブ８８、伝熱バルブ８９ａ，８９ｂはそれぞれ閉じられている。
【０１３６】
続いて、図７（ａ）〜図７（ｄ）水素製造装置１Ｆの動作について説明する。
【０１３７】
図７（ａ）に示された水素製造装置１Ｆにおいて、反応容器７０内部に金属を装入する。例えば、金属としてＮａ１０１を選択することができ、その場合、Ｎａ１０１は固体状態であるか液体状態であるかを問わない。
【０１３８】
次いで、図７（ｂ）に示された水素製造装置１Ｆのように、Ｈ_２を回収する工程と、Ｎａ_２Ｏ１０２を生成させる工程とを行う。
【０１３９】
まず、水素製造装置１Ｆは、図７（ａ）に示された状態から、図７（ｂ）に示された状態となり、ＣＴ入口バルブ８５ａと、ＣＴ出口バルブ８６ａと、水注入バルブ８８をそれぞれ開く。Ｎａ１０１を備える反応容器７０において、水タンク７５から水注入管７６を介して、ヘッダ配管７８からＨ_２Ｏ（水・水蒸気）が散水される。さらに、循環ポンプ７４を稼動させる。
【０１４０】
散水によって反応容器７０内部で起こるＮａ１０１とＨ_２Ｏとの反応は、Ｎａ１０１が６００℃以下の状態で行われるので、反応式（２）の酸化反応による。
そして、反応式（２）の酸化反応によって、反応容器７０に主生成物としてＨ_２が発生し、加えて、副生成物としてＮａ_２Ｏ１０２が生成される。
【０１４１】
反応式（２）の酸化反応が進行することにより反応容器７０内部に発生したＨ_２は、水素抽出管７７を介して回収される。
【０１４２】
この時、反応容器７０の溶液は、反応式（２）の酸化反応が進行することによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の濃度が漸次上昇し、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液となる。
【０１４３】
次いで、反応容器７０内部のＮａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の一部は、反応容器７０から排出側循環配管７２を介して実線矢印方向に従い、排出側循環配管７２ａを介してＣＴ７１ａへ流入する。そして、ＣＴ７１ａにて、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の内、Ｎａ_２Ｏ１０２がトラップされる。一方、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の内、Ｎａ１０１は、還流側循環配管７３ａ，７３から循環ポンプ７４を経由し、反応容器７０に還流される。
【０１４４】
さらに、水素製造装置１Ｆは、図７（ｂ）に示された状態で所要時間経過後、図７（ｃ）に示された状態となり、ＣＴ入口バルブ８５ａと、ＣＴ出口バルブ８６ａをそれぞれ閉じ、ＣＴ入口バルブ８５ｂと、ＣＴ出口バルブ８６ｂをそれぞれ開く。
【０１４５】
すなわち、この時点から反応容器７０内部のＮａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の一部は、排出側循環配管７２，７２ｂを介してＣＴ７１ｂへ流入する。
そして、ＣＴ７１ｂにて、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の内、Ｎａ_２Ｏ１０２がトラップされる。一方、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の内、Ｎａ１０１は、還流側循環配管７３ｂ，７３から循環ポンプ７４を経由し、反応容器７０に還流される。
【０１４６】
次いで、水素製造装置１Ｆは、図７（ｃ）に示された状態のように、ＣＴ７１ａからＯ_２を回収する工程と、ＣＴ７１ａにトラップされたＮａ_２Ｏ１０２からＮａ１０１を生成する工程とを行う。
【０１４７】
まず、水素製造装置１Ｆは、図７（ｃ）に示された状態のように、ＣＴ７１ｂにて、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の循環が行われている間、ガス出口バルブ８７ａおよび伝熱バルブ８９ａを開き、ＣＴ７１ａ内部の温度を１０００℃以上に昇温させる。そして、ＣＴ７１ａ内部にトラップされたＮａ_２Ｏ１０２の分解反応を行う。
【０１４８】
次いで、反応式（５）の反応式を進行させることによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の分解によりＮａ１０１が生成され、加えて、ＣＴ７１ａ内部にＯ_２が発生する。
さらに、Ｎａ１０１を沸点（８８２．９℃）以上にするために、ＣＴ７１内部を昇温させる。そして、気化された気体金属のＮａ（ｇ）１０３と、Ｏ_２の混合ガスは、ガス出口配管８０ａから合流ガス出口配管８０を介して、ベーパートラップ８２に進入する。
【０１４９】
Ｏ_２およびＮａ（ｇ）１０３の混合ガスの内、Ｎａ（ｇ）１０３は、ベーパートラップ８２にてトラップされる一方、Ｏ_２は酸素抽出管８３を介して回収される。トラップされたＮａ（ｇ）１０３はベーパートラップ８２内部で冷却されるので、液体金属のＮａ１０１に状態変化し、Ｎａ回収管８４から還流側循環配管７３に戻る。
【０１５０】
次いで、水素製造装置１Ｆは、図７（ｃ）に示された状態で所要時間経過後、図７（ｄ）に示された状態となり、ＣＴ入口バルブ８５ｂと、ＣＴ出口バルブ８６ｂと、伝熱バルブ８９ａをそれぞれ閉じ、ＣＴ入口バルブ８５ａと、ＣＴ出口バルブ８６ａをそれぞれ開く。
【０１５１】
次いで、反応容器７０内部のＮａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の一部は、排出側循環配管７２，７２ａを介してＣＴ７１ａへ流入する。そして、ＣＴ７１ａにて、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の内、Ｎａ_２Ｏ１０２がトラップされる。一方、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の内、Ｎａ１０１は、還流側循環配管７２ｂ，７２から循環ポンプ７４を経由し、反応容器７０に還流される。
【０１５２】
次いで、水素製造装置１Ｆは、図７（ｄ）に示された状態のように、ＣＴ７１ｂからＯ_２を回収する工程と、ＣＴ７１ｂにトラップされたＮａ_２Ｏ１０２からＮａ１０１を生成する工程とを行う。
【０１５３】
まず、水素製造装置１Ｆは、図７（ｄ）に示された状態となり、ＣＴ７１ａにて、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液の循環が行われている間、出口配管バルブ８７ｂおよび伝熱バルブ８９ｂを開き、ＣＴ７１ｂ内部の温度を１０００℃以上に昇温させる。そして、ＣＴ７１ｂ内部にトラップされたＮａ_２Ｏ１０２の分解反応を行う。
【０１５４】
次いで、反応式（５）の分解反応を進行させることによって、Ｎａ_２Ｏ１０２の分解によりＮａ１０１が生成され、加えて、ＣＴ７１ｂ内部にＯ_２が発生する。気化されたＮａ（ｇ）１０３と、Ｏ_２の混合ガスは、ガス出口配管８０ｂからガス合流配管８０を介して、ベーパートラップ８２に進入する。
【０１５５】
ベーパートラップ８２にて、Ｏ_２は酸素抽出管６を介して回収される。一方、Ｎａ（ｇ）１０３は、液体金属のＮａ１０１として、Ｎａ回収管８４から還流側循環配管７３に戻る。
【０１５６】
さらに、水素製造装置１Ｆは、図７（ｄ）に示された状態で所要時間経過後、出口配管バルブ８７ｂおよび伝熱バルブ８９ｂを閉じ、再び水素製造装置１Ｆは、図７（ｂ）に示された状態を繰返す。
【０１５７】
図７に示された水素製造装置１Ｆを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を効率よく回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【０１５８】
なお、図７（ａ）に示された水素製造装置１Ｆにて、１基のＣＴ７１を使用した場合でもＨ_２の回収ができる。その場合、ＣＴ７１では、溶液のトラップ工程と反応式（５）の分解反応工程を交互に行わなければならないので、断続的なＨ_２の回収となる。
【０１５９】
図８は、本発明に係る水素製造装置の第８実施の形態を示す概略図である。
【０１６０】
図８は、水素製造装置１Ｇを示し、この水素製造装置１Ｇは、循環ポンプ７４の下流側に水注入部９１を設置する。そして、水注入部９１と水タンク７５とを、水タンク配管９２を介して接続する。
【０１６１】
なお、図８に示された水素製造装置１Ｇの動作については、図７（ａ）〜（ｃ）に示された水素製造装置１Ｆの動作と同一の動作については説明を省略する。
【０１６２】
図８に示された水素製造装置１Ｇは、図７（ａ）に示された水素製造装置１Ｆに対する他の形態である。図８に示された水素製造装置１Ｇでは、還流側循環配管７３から反応容器７０に還流する液体が、ＣＴ７１からのＮａ１０１およびベーパートラップ８２からの純粋なＮａ１０１であることに着目し、還流側循環配管７３に備える水注入部９１において、還流するＮａ１０１にＨ_２Ｏを注入するものである。
【０１６３】
図７に示された水素製造装置１Ｆのように、反応容器７０内部にＨ_２Ｏの散水を継続すると、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水することになる。
Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液に散水しても、反応式（２）によるＮａ１０１の酸化反応が優先的に進行するが、反応容器７０内部のＮａ１０１の濃度が一定値以下になると、反応式（４）の反応が進行し、ＮａＯＨを生成する。
【０１６４】
そして、反応室３内部に生成されたＮａＯＨは電離して、Ｎａ水和物として水素製造装置１Ｇの系内に蓄積される。よって、Ｎａ水和物の除去の工程等が必要となり、水素製造装置１Ｇにおける水素回収効率が悪化する可能性がある。
【０１６５】
よって、Ｎａ水和物の生成を防止するためには、Ｈ_２Ｏの注入を、Ｎａ１０１とＮａ_２Ｏ１０２の混合溶液である反応容器７０にて実施するよりも、純粋なＮａ１０１である水注入部９１にて実施する方が有利である。
【０１６６】
また、水素製造装置１Ｇの場合でも、反応式（２）によって発生するＨ_２は、反応容器７０に備える水素抽出管７７によって回収される。
【０１６７】
図８に示された水素製造装置１Ｇを用いると、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を連続的に回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる。
【０１６８】
【発明の効果】
本発明によれば、天然資源以外の産物を利用する化学反応によってクリーンエネルギー源である水素を発生させ、水素を効率よく回収し、さらに、化学反応による有害物質の発生を防止できる水素製造装置が実現する。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係る水素製造装置の第１実施の形態を示す概略図。
【図２】（ａ），（ｂ），（ｃ）は本発明に係る水素製造装置の第２実施の形態を示す概略図。
【図３】本発明に係る水素製造装置の第３実施の形態を示す概略図。
【図４】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は本発明に係る水素製造装置の第４実施の形態を示す概略図。
【図５】本発明に係る水素製造装置の第５実施の形態を示す概略図。
【図６】本発明に係る水素製造装置の第６実施の形態を示す概略図。
【図７】（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は本発明に係る水素製造装置の第７実施の形態を示す概略図。
【図８】本発明に係る水素製造装置の第８実施の形態を示す概略図。
【符号の説明】
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ，１Ｇ 水素製造装置
２，２ａ，２ｂ，７０ 反応容器
３ 反応室
４，４ａ，４ｂ 断熱材
５ 水素抽出管
６ 酸素抽出管
７，７６ 水注入管
８，７９ａ，７９ｂ 加熱用伝熱管
９，７８ ヘッダ配管
２１，８２ ベーパートラップ
２６，７５ 水タンク
４１ 冷却ガスチャンバ
４２ 冷却ガスダクト
４６ 燃料配管
５２ 連結管
５５ 不活性ガスタンク
５６ 不活性ガス注入管
６６ａ，６６ｂ 不活性ガス注入バルブ
７１，７１ａ，７１ｂ コールドトラップ
７４ 循環ポンプ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen production apparatus that generates hydrogen by a chemical reaction between metal and water, and more particularly to a hydrogen production apparatus suitable for supplying hydrogen as a fuel source of a fuel cell.
[0002]
[Prior art]
Fuel cells, which are attracting attention as a new energy technology, convert chemical energy into electric energy by chemically reacting hydrogen and oxygen.
[0003]
The hydrogen source is natural gas (C_nH_{2n + 2}) Etc., and C_nH_{2n + 2}Is reformed by a suitable reformer to obtain hydrogen (for example, see Patent Document 1).
[0004]
In the reformer unit,
Embedded image

Is produced by allowing the catalytic reaction to proceed.
[0005]
In the laboratory, for example,
Embedded image
Zn + H₂SO₄→ H₂+ ZnSO₄
Embedded image
2nNa + nH₂O → nH₂+ NNa₂O
Embedded image
2nNa + 2H₂O → nH₂+ 2nNaOH
Of the metal Zn (zinc) and H₂SO₄(Dilute sulfuric acid) or metallic Na (sodium) to H₂Generate
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-3204 (pages 5 to 8, FIGS. 1 to 6)
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
In recent years, hydrogen has attracted worldwide attention as clean energy. For example, research and development of hydrogen-using power, such as an automobile hydrogen engine and a high-efficiency non-polluting gas turbine for power generation, is under progress under the Sunshine Project. It is anticipated that hydrogen will continue to increase in demand as a fuel source for power.
[0008]
In the current method for producing hydrogen, the reaction formula (1) is advanced as disclosed in the fuel reformer disclosed in JP-A-2002-3204. According to this method, the raw material C_nH_{2n + 2}Produces hydrogen.
[0009]
However, when attempting to produce hydrogen using the reaction formula (1), a natural resource having a finite storage amount is required. Furthermore, in Japan, natural resources such as natural gas cannot be produced in Japan, and natural gas and the like are actually imported.
[0010]
When hydrogen is to be produced using the reaction formula (1), carbon dioxide (CO 2) is produced as a byproduct of the reaction formula (1).₂) Occurs. Carbon dioxide is a greenhouse gas and contributes to global warming. Therefore, it is desired to reduce or prevent the generation of carbon dioxide from the viewpoint of preventing global warming.
[0011]
Therefore, from the viewpoints of resources, cost, and environment, development of a technology capable of producing hydrogen without resorting to using the reaction formula (1), which is a conventional method for producing hydrogen, is being promoted.
[0012]
The present invention has been proposed in order to solve such a problem, generating hydrogen as a clean energy source by a chemical reaction using a product other than natural resources, efficiently recovering hydrogen, An object of the present invention is to provide a hydrogen production apparatus capable of preventing generation of harmful substances due to a chemical reaction.
[0013]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, a hydrogen production apparatus according to the present invention, as described in claim 1, includes a reaction vessel having a reaction chamber in which a metal and water undergo a chemical reaction, and takes out hydrogen from the reaction chamber. It has a hydrogen extraction tube, an oxygen extraction tube for extracting oxygen from the reaction chamber, a water injection tube for injecting water into the reaction chamber, and a heating source for heating the reaction chamber.
[0014]
Also, in the hydrogen production apparatus according to the present invention, as described in claim 2, the reaction chamber is covered by a cooling gas chamber to which a cooling gas duct is connected.
[0015]
Furthermore, the hydrogen production apparatus of the present invention is characterized in that a connecting pipe connecting the reaction chambers of the plurality of reaction vessels is installed, as described in claim 3.
[0016]
In addition, the hydrogen production apparatus of the present invention, as described in claim 4, a reaction vessel provided with a reaction chamber in which a chemical reaction of metal and water is performed, a hydrogen extraction pipe for extracting hydrogen from the reaction chamber, An oxygen extraction pipe for extracting oxygen from the reaction chamber, a water injection pipe for injecting water into the reaction chamber, a heating source for heating the reaction chamber, an inert gas tank for reducing the oxygen concentration inside the reaction chamber, It has an inert gas injection pipe connecting the inert gas tank and the reaction chamber.
[0017]
Further, as described in claim 5, the hydrogen production apparatus of the present invention includes a reaction vessel in which a chemical reaction between metal and water is performed, and a circulation circuit connected to the reaction vessel in parallel with the reaction vessel. A plurality of cold traps forming a part, a circulation pump provided in the circulation circuit, and a vapor trap which is connected to the plurality of cold traps, takes out oxygen, and has an oxygen extraction tube for supplying metal to the reaction vessel. It is characterized by having.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
An embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
[0019]
In the accompanying drawings, the same components are denoted by the same reference numerals, and redundant description will be omitted.
[0020]
FIG. 1 is a schematic diagram showing a first embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0021]
FIG. 1A shows a hydrogen production apparatus 1. A reaction vessel 2 provided in the hydrogen production apparatus 1 includes a reaction chamber 3 and a heat insulating material 4, and the reaction chamber 3 is covered by the heat insulating material 4. . In addition, a hydrogen extraction pipe 5, an oxygen extraction pipe 6, and a water injection pipe 7 are connected to the reaction vessel 2, respectively, and are respectively opened at the end inside the reaction chamber 3. The heat transfer tube 8 for heating is penetrated at the bottom of the reaction vessel 2.
[0022]
Further, a header pipe 9 is provided inside the reaction chamber 3, and the header pipe 9 is connected to the water injection pipe 7. In addition, the header pipe 9 is provided with H from the water injection pipe 7.₂It has a structure such that O can be sprinkled toward the lower part of the reaction chamber 3.
[0023]
A hydrogen extraction valve 15 is provided in the middle of the hydrogen extraction pipe 5, an oxygen extraction valve 16 is provided in the middle of the oxygen extraction pipe 6, a water injection valve 17 is provided in the middle of the water injection pipe 7, and a heating heat transfer pipe 8 is provided. A heat transfer valve 18 is provided on the way. As in the case of the hydrogen production apparatus 1 shown in FIG. 1A, when the hydrogen production apparatus 1 is stopped, the hydrogen extraction valve 15, the oxygen extraction valve 16, the water injection valve 17, and the heat transfer valve 18 are closed. ing.
[0024]
Further, a vapor trap 21 is provided at the hydrogen inlet end of the hydrogen extraction pipe 5, and a hydrogen permeable membrane 22 is provided on the hydrogen recovery side of the vapor trap 21 provided in the hydrogen extraction pipe 5. Further, the oxygen extraction pipe 6 is provided with an oxygen permeable membrane 24, and a water tank 26 is provided at an end of the water injection pipe 7.
[0025]
Subsequently, the operation of the hydrogen production apparatus 1 will be described with reference to FIGS.
[0026]
In the hydrogen production apparatus 1 shown in FIG. 1A, a metal is charged into a reaction chamber 3 formed inside a reaction vessel 2. For example, Na (sodium) 101 can be selected as the metal, and in that case, it does not matter whether Na 101 is in a solid state or a liquid state. Further, due to the air oxidizing property of Na101, it is desirable that the inside of the reaction chamber 3 be in a vacuum state.
[0027]
Na101 is rich in reactivity and H₂Reacts violently with O. When n is the number of moles,
Embedded image

Embedded image

According to the reaction formula, Na101 and H₂The reaction with O proceeds and H₂Generate.
[0028]
Na101 and H₂When O is brought into contact, which of the reaction of the reaction formula (2) and the reaction of the reaction formula (3) proceeds depends on environmental conditions such as the temperature of Na101 charged into the reaction chamber 3. For example, the reaction formula (2) proceeds in a region where the temperature of Na101 is from room temperature to around 600 ° C., whereas the reaction formula (3) proceeds in a region where the temperature of Na101 is from around 600 ° C. to around 1000 ° C.
[0029]
Next, as in the hydrogen production apparatus 1 shown in FIG.₂Recovering Na,₂And a step of generating O102.
[0030]
First, the hydrogen production apparatus 1 changes from the state shown in FIG. 1A to the state shown in FIG. 1B, and opens the hydrogen extraction valve 15 and the water injection valve 17 respectively.
In the reaction chamber 3 equipped with Na101, the water from the water tank 26 through the water injection pipe 7, and the H from the header pipe 9₂O (water / steam) is sprinkled.
[0031]
Na101 and H generated inside the reaction chamber 3 by water spray₂Since the reaction of O is performed in a state where Na101 is 600 ° C. or lower, the oxidation reaction of the reaction formula (2) is performed. Then, by the oxidation reaction of the reaction formula (2), H₂(Hydrogen) is generated, and Na is produced as a by-product.₂O102 (sodium oxide) is produced.
[0032]
H generated in the reaction chamber 3 due to the progress of the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂Is recovered via the hydrogen extraction tube 5. Also, H₂Other vapors are absorbed by the vapor trap 21 and the hydrogen permeable membrane 22.
[0033]
At this time, the solution in the reaction chamber 3 is converted into Na by the oxidation reaction of the reaction formula (2).₂The concentration of O102 gradually increases and Na101 and Na₂It becomes a mixed solution of O102.
[0034]
That is, H₂When watering of O is continued, Na101 and Na₂Water will be sprayed on the mixed solution of O102. Na101 and Na₂Even if water is sprayed on the mixed solution of O102, the oxidation reaction of Na101 according to the reaction formula (2) proceeds preferentially, but when the concentration of Na101 in the reaction chamber 3 falls below a certain value,
Embedded image

Proceeds to produce NaOH. Then, the NaOH generated inside the reaction chamber 3 is ionized and accumulated as Na hydrate inside the reaction chamber 3. Therefore, a step of removing the Na hydrate or the like is required, and the hydrogen recovery efficiency in the hydrogen production apparatus 1 deteriorates.
[0035]
Therefore, in order not to generate Na hydrate, H₂Sprinkling of O is terminated when the required time elapses when the concentration of Na101 in the mixed solution inside the reaction chamber 3 is sufficient.
[0036]
Next, as in the hydrogen production apparatus 1 shown in FIG.₂And a step of generating Na101.
[0037]
First, after a lapse of a required time in the state shown in FIG. 1B, the hydrogen production apparatus 1 enters the state shown in FIG. 1C, and closes the water injection valve 17 and the hydrogen extraction valve 15. In addition, the oxygen extraction valve 16 is opened.
[0038]
Further, the heat transfer valve 18 is opened, and a high-temperature substance, for example, high-temperature water / steam is passed through the heat transfer tube 8 so that Na₂The temperature of O102 is raised to 1000 ° C. or higher. Then, Na generated as a by-product in the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂A reduction reaction (decomposition reaction) of O102 is performed.
[0039]
And
Embedded image

By progressing the reaction formula of₂Decomposition of O102 produces Na101. In addition, O generated in the reaction chamber 3₂Is recovered via the oxygen extraction tube 6. When the hydrogen production apparatus 1 continues the state shown in FIG. 1C, the solution in the reaction chamber 3 becomes ideally pure Na101.
[0040]
Further, after the required time has elapsed in the state shown in FIG. 1C, the hydrogen production apparatus 1 returns to the state shown in FIG. 1A when the oxygen extraction valve 16 and the heat transfer valve 18 are closed. Then, when the temperature of Na101 in the reaction chamber 3 is cooled to a temperature sufficient to advance the reaction formula (2), the hydrogen production apparatus 1 again switches from the state shown in FIG. The oxidation reaction of Na101 is repeated.
[0041]
At this time, the temperature of Na101 in the reaction chamber 3 exceeds 600 ° C. If the temperature of Na101 is 600 ° C. or higher, the state shown in FIG.₂If O is sprinkled, the reaction formula (3) proceeds.
[0042]
Also, consider the mass balance of Na101 in the oxidation reaction of reaction formula (2) and the decomposition reaction of reaction formula (5). Assuming that Na101 in the oxidation reaction is 2 mol (n = 1), the oxidation reaction of the reaction formula (2) and the decomposition reaction of the reaction formula (5) are as follows.
Embedded image

Becomes Therefore, 2 mol of Na101 to 1 mol of Na₂O102 is produced and its 1 mol of Na₂Using O as a raw material, 2 mol of Na101 is produced.
[0043]
Therefore, since Na101 generated by the decomposition reaction can be used as it is as a raw material for the oxidation reaction, if the necessary Na101 is initially supplied, there is no shortage of Na101 in the hydrogen production process. Therefore, ideally H₂Need not be added to the reaction chamber 3 during the production of₂Can be recovered.
[0044]
Also, what is discharged to the outside of the reaction vessel 2 is H₂And environmentally harmless O₂Only. Therefore, O₂May be recovered or released to the atmosphere as it is.
[0045]
When the hydrogen production apparatus 1 shown in FIG. 1 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using products other than natural resources, hydrogen is intermittently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0046]
FIG. 2 is a schematic diagram showing a second embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0047]
FIG. 2A shows a hydrogen production apparatus 1A. A reaction vessel 2 provided in the hydrogen production apparatus 1A includes a reaction chamber 3, a cooling gas chamber 41, and a heat insulating material 4, and the reaction chamber 3 is cooled. The cooling gas chamber 41 is covered by the heat insulating material 4. A cooling gas duct 42 is connected to the cooling gas chamber 41, and a damper 43 is installed in the cooling gas duct 42.
[0048]
Next, the operation of the hydrogen production apparatus 1A will be described with reference to FIGS.
[0049]
In the hydrogen production apparatus 1A shown in FIG. 2A, a metal is charged into a reaction chamber 3 formed inside the reaction vessel 2. For example, Na101 can be selected as the metal, in which case it does not matter whether Na101 is in a solid state or a liquid state.
[0050]
Next, as in the hydrogen production apparatus 1A shown in FIG.₂Recovering Na,₂And a step of generating O102.
[0051]
First, the hydrogen production apparatus 1A changes from the state shown in FIG. 2A to the state shown in FIG. 2B, and opens the hydrogen extraction valve 15 and the water injection valve 17, respectively. In the reaction chamber 3 equipped with Na101, the water from the water tank 26 through the water injection pipe 7, and the H from the header pipe 9₂O (water / steam) is sprinkled.
[0052]
Na101 and H generated inside the reaction chamber 3 by water spray₂Since the reaction of O is performed in a state where Na101 is 600 ° C. or lower, the oxidation reaction of the reaction formula (2) is performed. Then, by the oxidation reaction of the reaction formula (2), H₂(Hydrogen) is generated, and Na is produced as a by-product.₂O102 (sodium oxide) is produced.
[0053]
H generated in the reaction chamber 3 due to the progress of the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂Is recovered via the hydrogen extraction tube 5. Also, H₂Other vapors are absorbed by the vapor trap 21 and the hydrogen permeable membrane 22.
[0054]
At this time, the solution in the reaction chamber 3 is converted into Na by the oxidation reaction of the reaction formula (2).₂The concentration of O102 gradually increases and Na101 and Na₂It becomes a mixed solution of O102.
[0055]
That is, H₂When watering of O is continued, Na101 and Na₂Water will be sprayed on the mixed solution of O102. Na101 and Na₂Even if water is sprayed on the mixed solution of O102, the oxidation reaction of Na101 according to the reaction formula (2) proceeds preferentially, but when the concentration of Na101 in the reaction chamber 3 falls below a certain value, the reaction of the reaction formula (4) Proceeds to produce NaOH.
[0056]
Then, NaOH generated inside the reaction chamber 3 is ionized and accumulated as Na hydrate inside the reaction chamber 3, so that a step of removing the Na hydrate is required. Therefore, in order not to generate Na hydrate, H inside the reaction chamber 3 is₂Sprinkling of O is terminated when the required time elapses when the concentration of Na101 in the mixed solution inside the reaction chamber 3 is sufficient.
[0057]
Then, as in the hydrogen production apparatus 1A shown in FIG.₂And a step of generating Na101.
[0058]
First, after a required time has elapsed in the state shown in FIG. 2B, the hydrogen production apparatus 1A enters the state shown in FIG. 2C, and closes the water injection valve 17 and the hydrogen extraction valve 15. In addition, the oxygen extraction valve 16 is opened.
[0059]
Further, the heat transfer valve 18 is opened, and a high-temperature substance, for example, high-temperature water / steam is passed through the heat transfer tube 8 so that Na₂By raising the temperature of O102 to 1000 ° C. or higher, Na generated as a by-product in the oxidation reaction of the reaction formula (2) is obtained.₂A reduction reaction (decomposition reaction) of O102 is performed.
[0060]
Then, the reaction formula (5) is advanced. Na₂Decomposition of O102 produces Na101, and additionally, O2 generated in the reaction chamber 3.₂Is recovered via the oxygen extraction tube 6. When the hydrogen production apparatus 1A keeps the state shown in FIG. 2C, the solution in the reaction chamber 3 becomes ideally pure Na101.
[0061]
Further, after the required time has elapsed in the state shown in FIG. 2C, the hydrogen production apparatus 1A returns to the state shown in FIG. 2A when the oxygen extraction valve 16 and the heat transfer valve 18 are closed. In addition, the damper 43 provided in the cooling gas duct 42 is opened to allow a cooling substance, for example, cooling water to flow through the cooling gas chamber 41. Then, when the temperature of Na101 inside the reaction chamber 3 is cooled to a temperature sufficient to advance the reaction formula (2), the hydrogen production apparatus 1A again switches from the state shown in FIG. The oxidation reaction of Na101 is repeated.
[0062]
Here, if the temperature of Na101 is 600 ° C. or more, H₂If O is sprinkled, the reaction formula (3) proceeds instead of the reaction formula (2), so that NaOH is generated in the reaction chamber 3 and the hydrogen recovery efficiency in the hydrogen production apparatus 1A deteriorates.
[0063]
Therefore, in order to lower the temperature of Na101, the damper 43 provided in the cooling gas duct 42 is opened, and the cooling water is passed through the cooling gas chamber 41, whereby the temperature of the reaction chamber 3 and the temperature of Na101 can be rapidly cooled.
[0064]
When the hydrogen production apparatus 1A shown in FIG. 2 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using products other than natural resources, hydrogen is intermittently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0065]
FIG. 3 is a schematic diagram showing a third embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0066]
FIG. 3 shows a hydrogen production apparatus 1B. A reaction vessel 2 provided in the hydrogen production apparatus 1B includes a reaction chamber 3, a cooling gas chamber 41, and a heat insulating material 4. Is covered by the cooling gas chamber 41, and the side and upper portions of the cooling gas chamber 41 are covered by the heat insulating material 4. A cooling gas duct 42 is connected to the cooling gas chamber 41, and a damper 43 is installed in the cooling gas duct 42.
[0067]
In addition, a burner 45 as a heating source is installed below the reaction vessel 2, and a fuel pipe 46 connected to a fuel facility (not shown) is connected to the burner 45.
[0068]
The description of the operation of the hydrogen production apparatus 1B shown in FIG. 3 will be omitted for the same operations as those of the hydrogen production apparatus 1A shown in FIGS. 2 (a) to 2 (c).
[0069]
In the operation of the hydrogen production apparatus 1B shown in FIG. The temperature of Na101 is raised to 1000 ° C. or higher, so that Na generated as a by-product in the oxidation reaction of the reaction formula (2) is obtained.₂The reduction reaction of O102 is performed.
[0070]
As in the hydrogen production apparatus 1A shown in FIG.₂Compared to the case where O102 is heated, the burner 45 sets the Na in the reaction chamber 3 as in the hydrogen production apparatus 1B.₂When heating O102, Na₂The temperature of O102 can reach 1000 ° C.
[0071]
In the hydrogen production apparatus 1B shown in FIG.₂Although the burner 45 is provided outside the reaction vessel 2 as a heating source for O102, the heating source is not limited to the heating heat transfer tube 8 and the burner 45. For example, a heater may be provided in the reaction vessel 2.
[0072]
When the hydrogen production apparatus 1B shown in FIG. 3 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using products other than natural resources, hydrogen is intermittently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0073]
FIG. 4 is a schematic diagram showing a fourth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0074]
FIG. 4A shows a hydrogen production apparatus 1C, which is composed of reaction vessels 2a and 2b.
[0075]
The reaction vessel 2a provided in the hydrogen production apparatus 1C includes a reaction chamber 3a, a cooling gas chamber 41a, and a heat insulating material 4a. The reaction chamber 3a is covered by the cooling gas chamber 41a. , And is covered with a heat insulating material 4a. Further, a cooling gas duct 42a is connected to the cooling gas chamber 41a, and a damper 43a is installed in the cooling gas duct 42a.
[0076]
In addition, a hydrogen extraction pipe 5a, an oxygen extraction pipe 6a, and a water injection pipe 7a are connected to the reaction vessel 2a, respectively, and each has a terminal opening inside the reaction chamber 3a. The heating heat transfer tube 8a is penetrated and installed at the bottom of the reaction vessel 2a.
[0077]
Further, a header pipe 9a is provided inside the reaction chamber 3a, and the header pipe 9a is connected to the water injection pipe 7a. It should be noted that the header pipe 9a is provided with H from the water injection pipe 7a.₂It has a structure such that O can be sprinkled downward in the reaction chamber 3a.
[0078]
A connection pipe 52 having a separation valve 51 is installed in the reaction vessels 2a and 2b. Both ends of the connection pipe 52 connect the insides of the reaction chambers 3a and 3b, respectively. Open the end inside.
[0079]
A hydrogen extraction valve 15a is provided in the middle of the hydrogen extraction pipe 5a, an oxygen extraction valve 16a is provided in the middle of the oxygen extraction pipe 6a, a water injection valve 17a is provided in the middle of the water injection pipe 7a, and a heating heat transfer pipe 8a is provided. A heat transfer valve 18a is installed on the way. When the hydrogen production apparatus 1C is stopped, as in the hydrogen production apparatus 1C shown in FIG. 4A, the hydrogen extraction valve 15a, the oxygen extraction valve 16a, the water injection valve 17a, and the heat transfer valve 18a are closed. ing.
[0080]
Furthermore, a vapor trap 21a is provided at the hydrogen inlet end of the hydrogen extraction pipe 5a, and a hydrogen permeable membrane 22a is provided on the hydrogen recovery side of the vapor trap 21a provided in the hydrogen extraction pipe 5a. The oxygen extraction pipe 6a is provided with an oxygen permeable membrane 24a, and a water tank 26a is provided at an end of the water injection pipe 7a.
[0081]
Also, the reaction vessel 2b provided in the hydrogen production apparatus 1C has the same configuration as the reaction vessel 2a, and the symbol a in the reaction vessel 2a is replaced with the symbol b.
[0082]
Subsequently, the operation of the hydrogen production apparatus 1C shown in FIGS. 4A to 4E will be described.
[0083]
In the hydrogen production apparatus 1 shown in FIG. 4A, a metal is charged into a reaction chamber 3a formed inside a reaction vessel 2a. For example, Na101 can be selected as the metal, in which case it does not matter whether Na101 is in a solid state or a liquid state.
[0084]
Next, as shown in FIG.₂Recovering Na,₂And a step of generating O102.
[0085]
First, the hydrogen production apparatus 1C changes from the state shown in FIG. 4A to the state shown in FIG. 4B, and opens the hydrogen extraction valve 15a and the water injection valve 17a, respectively. In the reaction chamber 3a provided with Na101, the water is supplied from the water tank 26a to the header pipe 9a through the water injection pipe 7a.₂O (water / steam) is sprinkled.
[0086]
Na101 and H generated inside the reaction chamber 3a by watering₂Since the reaction of O is performed in a state where Na101 is 600 ° C. or lower, the oxidation reaction of the reaction formula (2) is performed. And, as a main product, H₂(Hydrogen) is generated, and Na is produced as a by-product.₂O102 (sodium oxide) is produced.
[0087]
H generated in the reaction chamber 3a formed inside the reaction vessel 2a due to the progress of the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂Is recovered through the hydrogen extraction pipe 5a. Also, H₂Other vapors are absorbed by the vapor trap 21a and the hydrogen permeable membrane 22a.
[0088]
At this time, the solution in the reaction chamber 3a is converted into Na by the oxidation reaction of the reaction formula (2).₂The concentration of O102 gradually increases and Na101 and Na₂It becomes a mixed solution of O102.
[0089]
That is, H is contained in the reaction chamber 3a.₂When watering of O is continued, Na101 and Na₂Water will be sprayed on the mixed solution of O102. Na101 and Na₂Even if water is sprayed on the mixed solution of O102, the oxidation reaction of Na101 according to the reaction formula (2) proceeds preferentially. However, when the concentration of Na101 in the reaction chamber 3a falls below a certain value, the reaction of the reaction formula (4) is performed. Proceeds to produce NaOH.
[0090]
Then, the NaOH generated inside the reaction chamber 3a is ionized and accumulated as Na hydrate inside the reaction chamber 3a. Therefore, a step of removing the Na hydrate or the like is required, and the hydrogen recovery efficiency in the hydrogen production apparatus 1C deteriorates.
[0091]
Therefore, in order not to generate Na hydrate, H inside the reaction chamber 3a is₂Sprinkling of O ends when the required time elapses when the concentration of Na101 in the mixed solution inside the reaction chamber 3a is sufficient. That is, the water injection valve 17a and the hydrogen extraction valve 15a are closed as in the hydrogen production apparatus 1C shown in FIG. 4C.
[0092]
Next, as shown in FIG.₂And a step of generating Na101.
[0093]
First, the hydrogen production apparatus 1C changes from the state shown in FIG. 4C to the state shown in FIG. 4D, and opens the oxygen extraction valve 16a, the heat transfer valve 18a, and the connection pipe 51, respectively. By flowing a high-temperature substance, for example, high-temperature water or steam, inside the heating heat transfer tube 8a, Na101 and Na₂The temperature of the mixed solution of O102 is raised to 1000 ° C. or higher. Then, Na generated as a by-product in the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂A reduction reaction (decomposition reaction) of O102 is performed.
[0094]
Then, by allowing the decomposition reaction of the reaction formula (2) to proceed,₂Decomposition of O102 produces Na101, and additionally, O2 generated in the reaction chamber 3a.₂Is recovered via the oxygen extraction tube 6a.
[0095]
Furthermore, Na101 and Na₂The temperature of the mixed solution of O102 is raised to a temperature equal to or higher than the boiling point of Na101 (882.9 ° C.).₂Na101 in a mixed solution of O102 and Na₂Na101 generated by the decomposition reaction of O102 is vaporized. Then, the vaporized gas metal Na (g) 103 flows from the reaction chamber 3a into the reaction chamber 3b formed inside the reaction vessel 2b via the connection pipe 52.
[0096]
The Na (g) 103 flowing into the reaction chamber 3b is cooled to a temperature lower than the boiling point in the reaction chamber 3b and changes its state to liquid metal Na101. Further, when the hydrogen production apparatus 1C continues the state shown in FIG. 4D, the solution in the reaction chamber 3b becomes ideally pure Na.₂It becomes 101.
[0097]
Further, after a lapse of a required time in the state shown in FIG. 4D, the hydrogen production apparatus 1C is brought into the state shown in FIG. Close 51.
[0098]
Here, the hydrogen production apparatus 1C shown in FIG. 4 (e) is in a state where the reaction vessels 2a and 2b are replaced, as compared with the hydrogen production apparatus 1C shown in FIG. 4 (a).
[0099]
Here, if the temperature of Na101 is 600 ° C. or more, H₂If O is sprinkled, the reaction formula (3) instead of the reaction formula (2) proceeds, and NaOH is generated in the reaction chamber 3b, and the hydrogen recovery efficiency in the hydrogen production apparatus 1C deteriorates.
[0100]
Therefore, in order to lower the temperature of Na101, the damper 43b provided in the cooling gas duct 42b is opened, and the cooling water flows through the cooling gas chamber 41b, whereby the temperature of the reaction chamber 3b and the temperature of Na101 can be rapidly cooled.
[0101]
Then, the oxidation reaction of Na101 is repeated again from the state shown in FIG. 4 (b), and instead of the reaction vessel 2a of the hydrogen production apparatus 1C shown in FIG.₂Recovering Na,₂And a step of generating O102.
[0102]
In the hydrogen production apparatus 1C shown in FIGS. 4 (a) to 4 (e), the H of the hydrogen extraction tube 22a provided in the reaction vessel 3a is set.₂The H on the recovery side and the hydrogen extraction tube 22b provided in the reaction vessel 3b₂The collection side may be connected by a connection pipe. In that case, connect H₂If a recovery port is provided, H₂Can be collected in one place.
[0103]
When the hydrogen production apparatus 1C shown in FIG. 4 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using products other than natural resources, hydrogen is intermittently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0104]
FIG. 5 is a schematic view showing a fifth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0105]
FIG. 5 shows a hydrogen production apparatus 1D. A reaction vessel 2a provided in the hydrogen production apparatus 1D includes a reaction chamber 3a, a cooling gas chamber 41a, and a heat insulating material 4a. Is covered by a cooling gas chamber 41a, and the side and upper portions of the cooling gas chamber 41a are covered by a heat insulating material 4a. Further, a cooling gas duct 42a is connected to the cooling gas chamber 41a, and a damper 43a is installed in the cooling gas duct 42a.
[0106]
In addition, a burner 45a as a heating source is installed below the reaction vessel 2a, and a fuel pipe 46a connected to a fuel facility (not shown) is connected to the burner 45a.
[0107]
Also, the reaction vessel 2b provided in the hydrogen production apparatus 1D has the same configuration as the reaction vessel 2a, and the symbol a in the reaction vessel 2a is replaced with the symbol b.
[0108]
The description of the operation of the hydrogen production apparatus 1D shown in FIG. 5 will be omitted for the same operations as those of the hydrogen production apparatus 1D shown in FIGS. 4 (a) to 4 (e).
[0109]
In the hydrogen production apparatus 1D shown in FIG. 5, when the decomposition reaction of the reaction formula (5) proceeds in the reaction chamber 3a formed inside the reaction vessel 2a, the burner 45a is ignited and Na101 in the reaction chamber 3a is ignited. Is raised to 1000 ° C. or higher, so that Na generated as a by-product in the oxidation reaction of the reaction formula (2) is obtained.₂The reduction reaction of O102 is performed.
[0110]
On the other hand, when the decomposition reaction of the reaction formula (5) proceeds in the reaction chamber 3b formed inside the reaction vessel 2b, the burner 45b is ignited, and the temperature of Na101 inside the reaction chamber 3b is raised to 1000 ° C. or more. As a result, Na produced as a by-product in the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂The reduction reaction of O102 is performed.
[0111]
As in the hydrogen production apparatus 1D shown in FIG. 4 (a), the heating heat transfer tubes 8a, 8b allow the reaction chambers 3a, 3b to contain Na.₂Compared to the case where O102 is heated, Na in reaction chambers 3a and 3b by burners 45a and 45b as in hydrogen production apparatus 1B.₂When heating O102, Na₂The temperature of O102 can reach 1000 ° C.
[0112]
In the hydrogen production apparatus 1D shown in FIG.₂Although the burners 45a and 45b are provided outside the reaction vessels 2a and 2b as heating sources of O102, the heating sources are not limited to the burners 45a and 45b. For example, the reaction vessels 2a and 2b may be provided with heaters. .
[0113]
When the hydrogen production apparatus 1D shown in FIG. 5 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using products other than natural resources, hydrogen is intermittently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0114]
FIG. 6 is a schematic diagram showing a sixth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0115]
FIG. 6 shows a hydrogen production apparatus 1E. The hydrogen production apparatus 1E is provided with an inert gas tank 55. Is branched. The inert gas injection pipe 56 branched to the reaction vessel 2a side is connected to the reaction vessel 2a, while the inert gas injection pipe 56 branched to the reaction vessel 2b side is connected to the reaction vessel 2b. Further, the inert gas injection pipes 56 connected to the reaction vessels 2a and 2b, respectively, are terminated at reaction chambers 3a and 3b formed inside the reaction vessels 2a and 2b, respectively.
[0116]
An inert gas injection valve 66a is provided in the middle of the inert gas injection pipe 56 branched to the reaction vessel 2a, and an inert gas is injected in the middle of the inert gas injection pipe 56 branched to the reaction vessel 2b. Each of the valves 66b is provided.
[0117]
The description of the operation of the hydrogen production apparatus 1E shown in FIG. 6 is omitted for the same operations as those of the hydrogen production apparatus 1D shown in FIGS. 4 (a) to 4 (e).
[0118]
In the hydrogen production apparatus 1E shown in FIG. 6, when the decomposition reaction of the reaction formula (5) proceeds in the reaction chamber 3a formed inside the reaction vessel 2a, the inert gas injection valve 66a is opened and the inert gas tank is opened. An inert gas supplied from 55 through an inert gas injection pipe 56 flows into the reaction chamber 3a.
[0119]
On the other hand, when the decomposition reaction of the reaction formula (5) proceeds in the reaction chamber 3a formed inside the reaction vessel 2b, the inert gas injection valve 66b is opened and the inert gas is injected into the reaction chamber 2b. Flow into the chamber 3b.
[0120]
Na₂When an inert gas is supplied into the reaction chambers 3a and 3b for performing the reduction reaction of O102, O 2 in the reaction chambers 3a and 3b is supplied.₂The concentration decreases. Therefore, O₂Is promoted, so that the equilibrium of the decomposition reaction of the reaction formula (5) moves to the right. That is, Na according to the reaction formula (5)₂Promotes the reduction reaction of O102.
[0121]
When the hydrogen production apparatus 1E shown in FIG. 6 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using a product other than natural resources, hydrogen is intermittently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0122]
FIG. 7 is a schematic diagram showing a seventh embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0123]
FIG. 7A shows a hydrogen production apparatus 1F. In this hydrogen production apparatus 1F, two cold traps (hereinafter, referred to as “CT”) 71a and 71b are installed in parallel with a reaction vessel 70.
[0124]
A discharge-side circulation pipe 72 is connected to the reaction vessel 70, and the discharge-side circulation pipe 72 is branched in the middle. If one of the branches is a discharge-side circulation pipe 72a, the discharge-side circulation pipe 72a is connected to the CT 71a. Further, when the other branch is the discharge-side circulation pipe 72b, the discharge-side circulation pipe 72b is connected to the CT 71b.
[0125]
The return-side circulation pipes 73a and 73b are connected to the CTs 71a and 72b, respectively, and the return-side circulation pipes 73a and 73b are joined. The merged reflux-side circulation pipe 73 is connected to a reaction vessel 70 via a circulation pump 74.
[0126]
That is, in the hydrogen production apparatus 1F, a circulation circuit is formed by the reaction vessel 70, the discharge-side circulation pipes 72, 72a, 72b, the CTs 71a, 71b, the reflux-side circulation pipes 73a, 73b, 73, and the circulation pump 74.
[0127]
In addition, a water injection pipe 76 from a water tank 75 is connected to the reaction vessel 70, and the water injection pipe 76 has a terminal opening inside the reaction vessel 70. Further, a hydrogen extraction pipe 77 is connected to the reaction vessel 70.
[0128]
Further, a header pipe 78 is provided inside the reaction container 70, and the header pipe 78 is connected to the water injection pipe 77. Note that the header pipe 78 is provided with H from the water injection pipe 77.₂It has a structure such that O can be sprinkled in the lower direction of the reaction vessel 70.
[0129]
Furthermore, heating heat transfer tubes 79a and 79b are connected to the CTs 71a and 71b, respectively.
[0130]
Further, the gas outlet pipes 80a and 80b connected to the CTs 71a and 71b, respectively, are merged, and the merged gas merged pipe 80 is connected to the vapor trap 82.
[0131]
An oxygen extraction pipe 83 is connected to the vapor trap 82. In addition, a Na recovery pipe 84 is connected to the vapor trap 82, and the Na recovery pipe 84 is connected to the recirculation-side circulation pipe 73.
[0132]
The discharge-side circulation pipes 72a and 72b connected to the CTs 71a and 71b are provided with CT inlet valves 85a and 85b, respectively, while the circulation pipes 73a and 73b are provided with CT outlet valves 86a and 86b, respectively.
[0133]
The gas outlet pipes 80a and 80b are provided with gas outlet valves 87a and 87b, respectively.
[0134]
Further, a water injection valve 88 is provided in the water injection pipe 76, and heat transfer valves 89a and 89b are provided in the heat transfer tubes 79a and 79b for heating, respectively.
[0135]
Here, as in the hydrogen production apparatus 1F shown in FIG. 7A, when the hydrogen production apparatus 1 is stopped, the CT inlet valves 85a and 85b, the CT outlet valves 86a and 86b, the CT outlet valves 86a and 86b, the water The injection valve 88 and the heat transfer valves 89a, 89b are closed.
[0136]
Subsequently, the operation of the hydrogen production apparatus 1F shown in FIGS. 7A to 7D will be described.
[0137]
In the hydrogen production apparatus 1F shown in FIG. 7A, a metal is charged into the reaction vessel 70. For example, Na101 can be selected as the metal, in which case it does not matter whether Na101 is in a solid state or a liquid state.
[0138]
Next, as shown in FIG.₂Recovering Na,₂And a step of generating O102.
[0139]
First, the hydrogen production apparatus 1F changes from the state shown in FIG. 7A to the state shown in FIG. 7B, and connects the CT inlet valve 85a, the CT outlet valve 86a, and the water injection valve 88 respectively. open. In the reaction vessel 70 provided with Na101, the water is supplied from the water tank 75 through the water injection pipe 76 to the header pipe 78 from the H.₂O (water / steam) is sprinkled. Further, the circulation pump 74 is operated.
[0140]
Na101 and H generated inside the reaction vessel 70 by watering₂Since the reaction with O is performed in a state where Na101 is 600 ° C. or lower, the oxidation reaction of the reaction formula (2) is performed.
Then, by the oxidation reaction of the reaction formula (2), H is contained in the reaction vessel 70 as a main product.₂Is generated, and in addition, Na is produced as a by-product.₂O102 is generated.
[0141]
H generated inside the reaction vessel 70 due to the progress of the oxidation reaction of the reaction formula (2)₂Is recovered via the hydrogen extraction tube 77.
[0142]
At this time, the solution in the reaction vessel 70 is converted into Na by the oxidation reaction of the reaction formula (2).₂The concentration of O102 gradually increases and Na101 and Na₂It becomes a mixed solution of O102.
[0143]
Next, Na101 and Na in the reaction vessel 70 are₂Part of the mixed solution of O102 flows from the reaction vessel 70 through the discharge-side circulation pipe 72 in the direction indicated by the solid line, and flows into the CT 71a through the discharge-side circulation pipe 72a. Then, at CT71a, Na101 and Na₂Of the mixed solution of O102, Na₂O102 is trapped. On the other hand, Na101 and Na₂Of the mixed solution of O102, Na101 is returned to the reaction vessel 70 via the circulation pump 74 from the reflux circulation pipes 73a and 73.
[0144]
Further, after a lapse of a required time in the state shown in FIG. 7B, the hydrogen production apparatus 1F enters the state shown in FIG. 7C, and closes the CT inlet valve 85a and the CT outlet valve 86a, respectively. The CT inlet valve 85b and the CT outlet valve 86b are opened.
[0145]
That is, from this point on, Na101 and Na₂Part of the mixed solution of O102 flows into the CT 71b via the discharge-side circulation pipes 72, 72b.
Then, in CT71b, Na101 and Na₂Of the mixed solution of O102, Na₂O102 is trapped. On the other hand, Na101 and Na₂Of the mixed solution of O102, Na101 is returned to the reaction vessel 70 via the circulation pump 74 from the reflux-side circulation pipes 73b and 73.
[0146]
Next, as shown in FIG. 7 (c), the hydrogen production device 1F changes the CT 71a to the O₂Recovering Na and trapped Na in the CT 71a.₂And generating Na101 from O102.
[0147]
First, as shown in the state shown in FIG. 7 (c), the hydrogen production device 1F uses Na₂While the mixed solution of O102 is being circulated, the gas outlet valve 87a and the heat transfer valve 89a are opened, and the temperature inside the CT 71a is raised to 1000 ° C. or higher. Then, Na trapped inside the CT 71a₂A decomposition reaction of O102 is performed.
[0148]
Next, by progressing the reaction formula of the reaction formula (5), Na₂The decomposition of O102 produces Na101, and additionally, O101₂Occurs.
Further, in order to make Na101 have a boiling point (882.9 ° C.) or higher, the inside of CT71 is heated. Then, vaporized gas metal Na (g) 103 and O₂Mixed gas enters the vapor trap 82 from the gas outlet pipe 80a via the combined gas outlet pipe 80.
[0149]
O₂Na (g) 103 in the mixed gas of Na and Na (g) 103 is trapped by the vapor trap 82 while O₂Is recovered through an oxygen extraction tube 83. Since the trapped Na (g) 103 is cooled inside the vapor trap 82, the state changes to liquid metal Na 101, and returns from the Na recovery pipe 84 to the reflux circulation pipe 73.
[0150]
Next, after a lapse of a required time in the state shown in FIG. 7 (c), the hydrogen production apparatus 1F enters the state shown in FIG. 7 (d), and the CT inlet valve 85b, the CT outlet valve 86b, and the heat transfer The valves 89a are closed, and the CT inlet valve 85a and the CT outlet valve 86a are opened.
[0151]
Next, Na101 and Na in the reaction vessel 70 are₂Part of the mixed solution of O102 flows into the CT 71a via the discharge-side circulation pipes 72, 72a. Then, at CT71a, Na101 and Na₂Of the mixed solution of O102, Na₂O102 is trapped. On the other hand, Na101 and Na₂Of the mixed solution of O102, Na101 is returned to the reaction vessel 70 from the reflux side circulation pipes 72b and 72 via the circulation pump 74.
[0152]
Next, as shown in FIG. 7D, the hydrogen production apparatus 1F changes the CT 71b from the O state to the O state.₂Recovering Na and trapped Na in the CT 71b.₂And generating Na101 from O102.
[0153]
First, the hydrogen production apparatus 1F is brought into the state shown in FIG. 7D, and Na101 and Na₂While the mixed solution of O102 is being circulated, the outlet pipe valve 87b and the heat transfer valve 89b are opened, and the temperature inside the CT 71b is raised to 1000 ° C. or higher. Then, Na trapped inside the CT 71b₂A decomposition reaction of O102 is performed.
[0154]
Then, by allowing the decomposition reaction of reaction formula (5) to proceed,₂The decomposition of O102 produces Na101, and additionally, O101 is contained inside CT71b.₂Occurs. Na (g) 103 vaporized and O₂Mixed gas enters the vapor trap 82 from the gas outlet pipe 80b via the gas merging pipe 80.
[0155]
O in the vapor trap 82₂Is recovered via the oxygen extraction tube 6. On the other hand, Na (g) 103 returns to the reflux side circulation pipe 73 from the Na recovery pipe 84 as Na 101 of the liquid metal.
[0156]
Further, after a lapse of a required time in the state shown in FIG. 7D, the hydrogen producing apparatus 1F closes the outlet pipe valve 87b and the heat transfer valve 89b, and again the hydrogen producing apparatus 1F shown in FIG. Repeated state.
[0157]
When the hydrogen production apparatus 1F shown in FIG. 7 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using products other than natural resources, hydrogen is efficiently recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further reduced. Occurrence can be prevented.
[0158]
Note that even when one CT71 is used in the hydrogen production apparatus 1F shown in FIG.₂Can be recovered. In that case, in the CT 71, the solution trapping step and the decomposition reaction step of the reaction formula (5) must be performed alternately, so that the intermittent H₂Will be collected.
[0159]
FIG. 8 is a schematic diagram showing an eighth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[0160]
FIG. 8 shows a hydrogen production device 1G. In the hydrogen production device 1G, a water injection section 91 is installed downstream of the circulation pump 74. Then, the water injection section 91 and the water tank 75 are connected via a water tank pipe 92.
[0161]
The description of the operation of the hydrogen production apparatus 1G shown in FIG. 8 will be omitted for the same operations as those of the hydrogen production apparatus 1F shown in FIGS. 7 (a) to 7 (c).
[0162]
The hydrogen production device 1G shown in FIG. 8 is another embodiment of the hydrogen production device 1F shown in FIG. In the hydrogen production apparatus 1G shown in FIG. 8, the liquid refluxing from the reflux-side circulation pipe 73 to the reaction vessel 70 is focused on Na101 from the CT 71 and pure Na101 from the vapor trap 82, and the reflux-side circulation is performed. In the water injection section 91 provided in the pipe 73, H₂O is injected.
[0163]
As in the hydrogen production apparatus 1F shown in FIG.₂When watering of O is continued, Na101 and Na₂Water will be sprayed on the mixed solution of O102.
Na101 and Na₂Even if water is sprayed on the mixed solution of O102, the oxidation reaction of Na101 according to the reaction formula (2) proceeds preferentially. However, when the concentration of Na101 in the reaction vessel 70 falls below a certain value, the reaction of the reaction formula (4) Proceeds to produce NaOH.
[0164]
Then, the NaOH generated inside the reaction chamber 3 is ionized and accumulated as Na hydrate in the system of the hydrogen production device 1G. Therefore, a step of removing Na hydrate or the like is required, and the hydrogen recovery efficiency in the hydrogen production apparatus 1G may be deteriorated.
[0165]
Therefore, in order to prevent the formation of Na hydrate, H₂O injection was performed with Na101 and Na₂It is more advantageous to carry out in the water injection section 91 which is pure Na101 than in the reaction vessel 70 which is a mixed solution of O102.
[0166]
Further, even in the case of the hydrogen production apparatus 1G, H generated by the reaction formula (2) is used.₂Is recovered by a hydrogen extraction tube 77 provided in the reaction vessel 70.
[0167]
When the hydrogen production apparatus 1G shown in FIG. 8 is used, hydrogen that is a clean energy source is generated by a chemical reaction using a product other than natural resources, hydrogen is continuously recovered, and harmful substances due to the chemical reaction are further generated. Can be prevented.
[0168]
【The invention's effect】
According to the present invention, there is provided a hydrogen production apparatus capable of generating hydrogen as a clean energy source by a chemical reaction utilizing products other than natural resources, efficiently recovering hydrogen, and further preventing generation of harmful substances due to the chemical reaction. Realize.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A, 1B, and 1C are schematic diagrams showing a first embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A, 2B and 2C are schematic diagrams showing a second embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIG. 3 is a schematic view showing a third embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIGS. 4 (a), (b), (c), (d) and (e) are schematic views showing a fourth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a schematic diagram showing a fifth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIG. 6 is a schematic diagram showing a sixth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIGS. 7A, 7B, 7C, and 7D are schematic diagrams showing a seventh embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
FIG. 8 is a schematic diagram showing an eighth embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention.
[Explanation of symbols]
1,1A, 1B, 1C, 1D, 1E, 1F, 1G Hydrogen production equipment
2,2a, 2b, 70 Reaction vessel
3 Reaction chamber
4,4a, 4b insulation
5 Hydrogen extraction tube
6 Oxygen extraction tube
7,76 water injection pipe
8,79a, 79b Heat transfer tube for heating
9,78 Header piping
21,82 Vapor trap
26,75 water tank
41 Cooling gas chamber
42 Cooling gas duct
46 Fuel piping
52 Connecting pipe
55 inert gas tank
56 Inert gas injection pipe
66a, 66b Inert gas injection valve
71, 71a, 71b Cold trap
74 Circulation pump

Claims (5)

金属と水の化学反応が行われる反応室を備える反応容器と、
前記反応室から水素を取出す水素抽出管と、
前記反応室から酸素を取出す酸素抽出管と、
前記反応室に水を注入する水注入管と、
前記反応室を加熱する加熱源とを有することを特徴とする水素製造装置。A reaction vessel having a reaction chamber in which a chemical reaction between metal and water is performed;
A hydrogen extraction tube for extracting hydrogen from the reaction chamber,
An oxygen extraction tube for extracting oxygen from the reaction chamber,
A water injection pipe for injecting water into the reaction chamber,
A hydrogen source for heating the reaction chamber. 前記反応室は、冷却ガスダクトが接続された冷却ガスチャンバによって覆設されたことを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein the reaction chamber is covered by a cooling gas chamber to which a cooling gas duct is connected. 複数の前記反応容器の反応室どうしを連絡する連結管が架設されたことを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein a connecting pipe connecting the reaction chambers of the plurality of reaction vessels is provided. 金属と水の化学反応が行われる反応室を備える反応容器と、
前記反応室から水素を取出す水素抽出管と、
前記反応室から酸素を取出す酸素抽出管と、
前記反応室に水を注入する水注入管と、
前記反応室を加熱する加熱源と、
前記反応室内部の酸素濃度を低下させる不活性ガスタンクと、
前記不活性ガスタンクと前記反応室とを接続する不活性ガス注入管とを有することを特徴とする水素製造装置。A reaction vessel having a reaction chamber in which a chemical reaction between metal and water is performed;
A hydrogen extraction tube for extracting hydrogen from the reaction chamber,
An oxygen extraction tube for extracting oxygen from the reaction chamber,
A water injection pipe for injecting water into the reaction chamber,
A heating source for heating the reaction chamber,
An inert gas tank for reducing the oxygen concentration inside the reaction chamber,
An apparatus for producing hydrogen, comprising: an inert gas injection pipe connecting the inert gas tank and the reaction chamber. 金属と水の化学反応が行われる反応容器と、
前記反応容器に並列に接続され、前記反応容器との循環回路の一部を形成する複数のコールドトラップと、
前記循環回路中に設けられる循環ポンプと、
前記複数のコールドトラップに接続され酸素を取出すと共に、金属を前記反応容器に供給する酸素抽出管を備えるベーパートラップとを有することを特徴とする水素製造装置。A reaction vessel in which a chemical reaction between metal and water is performed,
A plurality of cold traps connected in parallel to the reaction vessel and forming a part of a circulation circuit with the reaction vessel,
A circulation pump provided in the circulation circuit,
A hydrogen trap connected to the plurality of cold traps to take out oxygen and to supply a metal to the reaction vessel with an oxygen extraction pipe.

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