水から水素を採集するための触媒、触媒製造装置、水素発生装置、水素エンジンシステム並びに水素バーナシステム
【課題】安価でコンパクトな水素エネルギー利用システムを提供する。
【解決手段】金属酸化物の一種と金属水酸化物の一種とを加熱混合せしめた触媒２１を付着板２０に付着せしめ、６００〜７００℃の蒸気を発生せしめる蒸気発生装置４１からの蒸気を前記付着板２０を多数積層した触媒収納装置４２に送って瞬時に水を水素と酸素に分解せしめ、分解装置４３により水素と酸素を分離する。
【解決手段】金属酸化物の一種と金属水酸化物の一種とを加熱混合せしめた触媒２１を付着板２０に付着せしめ、６００〜７００℃の蒸気を発生せしめる蒸気発生装置４１からの蒸気を前記付着板２０を多数積層した触媒収納装置４２に送って瞬時に水を水素と酸素に分解せしめ、分解装置４３により水素と酸素を分離する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水から水素を採集するための触媒、この触媒を製造するための触媒製造装置及びこの触媒を使用した水素発生装置、水素エンジンシステム並びに水素バーナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水から水素を作る方法として本件出願人は金属酸化物と金属水酸化物とを混合して高温加熱処理した触媒の表面に７００℃の蒸気を接触させることを特願２００７−３１４８３９号及び特願２００８−４６６１号で提示している。
【特許文献１】特願２００７−３１４８３９号
【特許文献２】特願２００８−４６６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２では、具体例として酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の分析がなされているのみであり、他の具体例の開示がなされていないし、触媒の用途についても具体例が乏しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明の水から水素を採集するための触媒は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケルのうち少なくとも1つの金属酸化物と、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウムのうち少なくとも１つの金属水酸化物とを加熱混合するようにした。また、前記請求項1の金属酸化物と金属水酸化物との重量比を金属酸化物の重量を1とすると金属水酸化物の重量を２以上とすることが好ましい。更に、また、前記酸化チタン（ＴｉＯ２）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合することが好ましい。更に、また、前記酸化モリブデン（ＭｏＯ3）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合することが好ましい。
【０００５】
本発明の触媒製造装置は、金属酸化物と金属水酸化物とを溶融混合するための溶融釜と、この溶融釜で溶融された混合物を付着せしめる付着板と、この付着板を収納して混合物を熱処理するための熱処理炉とからなり、前記熱処理炉は圧力調整可能になっている。また、本発明の水素発生装置は、過熱蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、前記過熱蒸気が送られるとともに、請求項１の触媒を収納した触媒収納装置と、この触媒収納装置によって生成された水素と酸素との水蒸気のうち、少なくとも水蒸気を蒸気発生装置又は触媒収納装置内に戻すための水蒸気循環装置とからなる。また、本発明の水素エンジンシステムは、水素で駆動する水素エンジンの排気を請求項１の触媒がセットされた触媒収納装置に送って水素ガスを生成し、この水素ガスを水素エンジンに送るようにした。また、本発明の水素バーナシステムは、水素を燃焼せしめる水素バーナからの排気である高温水蒸気を請求項１の触媒を収納した触媒収納装置を通して外部に排出せしめ、このとき採集した水素を水素バーナに送るようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の触媒は、容易に手に入るありふれた金属酸化物と金属水酸化物との混合物からなるので、その原料が安価で製造コストが安く、しかも地球上に広く分布して十分な量が存在する。また、金属酸化物より金属水酸化物の重量を多くすることにより加熱した時に金属水酸化物の液中に金属酸化物の粉末が分散し両成分の反応が活発化される。
【０００７】
本発明の触媒製造装置においては、液状混合物を付着板に付着せしめ、この付着板は裏面にヒータを配置すれば均一に加熱され、しかも圧力下で熱処理できるので最終的には、高温状態でも固定状態を保つことができる。
【０００８】
本発明の水素発生装置においては、触媒上の水蒸気の１回の通過による分解効率が少なくても水蒸気が触媒上を循環するので、水蒸気内に存在する水素の殆どを水素ガスにすることができる。
【０００９】
本発明の水素エンジンシステム及び水素バーナシステムにおいては、エンジン及びバーナでの水素の燃焼により高温の排気として水蒸気が発生するが、この高温水蒸気を触媒に接触させれば、水素を効率よく採集できるばかりでなく、残りの水蒸気を空気中に捨てても何ら害はなく、特にバーナシステムにおいて温室内に排出すれば加湿効果が加わり栽培植物がよく育つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１１】
先ず、水から水素を採集するための触媒について説明する。
【００１２】
本発明の触媒は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル等の金属酸化物のうち少なくとも一種と、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物うち少なくとも一種を加熱混合せしめる。
【００１３】
例えば、 酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の粒子とを加熱混合せしめて固化して触媒とし、この触媒に６００℃の水蒸気を接触させると水素と酸素と水蒸気が発生する。ここで、酸化チタンの粉末は１μ以下、すなわち、１０ナノメータ以下にし、水酸化カルシウムの結晶中にできるだけ多くの量を分散させる。酸化チタン粉末の平均径が５〜１０ナノメータであると水酸化カリウムの重量の１０分の１程度が分散できる。
【００１４】
このとき、いかなる反応が進行しているかの詳細は不明であるが、例えば次のようなことが考えられる。
（１）強アルカリであるＫＯＨリッチでかつ高温条件下においては、ナノオーダの酸化チタン粒子は、活性状態の水分子（水蒸気）に対し、触媒活性を発揮し、水の分解反応が生じる。
【００１５】
KOHrich
Ｈ２Ｏ→Ｈ２↑＋１／２Ｏ２
ＴｉＯ２
（２）ナノオーダの酸化チタン粒子が、強アルカリであるＫＯＨに高温条件下に曝されると、酸化チタンの界面において、一部チタン原子と酸素原子との結合が切れ、チタン原子には水酸基、酸素原子にはカリウム原子が結びつき、不安定なチタン酸化合物（Ｋ，Ｈ）Ｔｉ２Ｏ５が形成される。
【００１６】
２ＴｉＯ２＋ＫＯＨ→（Ｋ，Ｈ）Ｔｉ２Ｏ５ …（１）
このチタン酸化合物が水（水蒸気）と容易に反応して分解し、一部は酸化チタンに戻るが、一部は酸化チタン水和物の形で残り、この過程で水素が発生する。
【００１７】
（Ｋ，Ｈ）Ｔｉ２Ｏ５＋（ｎ＋１）Ｈ２Ｏ→ＴｉＯ２＋ＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ＋ＫＯＨ
＋Ｈ２↑ …（２）
そして、最後にこの酸化チタン水和物が熱により脱水され安定な酸化チタンに戻る際に酸素が発生する。
【００１８】
ＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ→ＴｉＯ２＋１／２Ｏ２＋ｎＨ２Ｏ …（３）
ここで、式（１）、（２）、（３）を加え合わせると、
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（４）
となり、この場合の化学反応は、（４）式で示されるように見かけ上Ｈ２ＯがＨ２とＯ２に分解されることを示している。
【００１９】
この反応は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の結晶との間でも起り得る。
【００２０】
また、酸化モリブデン（ＭｏＯ２、ＭｏＯ３）のナノオーダの粉末と水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）並びに水酸化カルシウムとの混合物の間でも起こる。すなわち、強アルカリである水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ベリリウム、リッチでかつ高温条件下では、ナノオーダの酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル等の金属酸化物の細かい粒子は、活性状態（高温過熱水蒸気）の水分子に対し、触媒活性を発揮し、水の分解反応が生じる。なお、密閉された空間での反応であるので、水の気化による影響で反応時には圧力が０．２Ｍｐａ以上となっている。なお、金属酸化物は２種類以上混合してもよいし、金属水酸化物も２種類以上混合してもよい。
【００２１】
上述のように、酸化チタンと水酸化カリウムの場合には、６００℃以下で見かけ上水の分解が行なわれるが、他の例の場合には６００〜８００℃で反応して水素を発生する。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の場合には、反応温度が高く７００℃以上で水素を発生する。一般に、金属酸化物の粉末と水酸化カリウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カルシウム等の金属水酸化物粒子との混合の際、それらを３００〜６００℃（水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物の融点以上沸点以下で且つ金属酸化物の融点以下）に加熱して十分に混ぜ合わせる。この際、金属酸化物と金属水酸化物との重量比は、金属酸化物の粉末の周囲が金属水酸化物で被覆されるように金属水酸化物の重量を金属酸化物の重量よりはるかに多くなるようにするのが好ましく、一般に金属酸化物の粉末と金属水酸化物との重量比は１：２以上である。金属水酸化物の量が少ないと、加熱中固まってしまうし、その量が余り多いと反応性が悪くなる。
【００２２】
反応性を高めるためには、金属酸化物の粉末を細かくするのが望ましいが、酸化チタンと水酸化カリウムの場合で、酸化チタン粉末が１μ以下の場合（１０ナノ以下）には、酸化チタンと水酸化カリウムの重量比を１：５以上とする必要があり、特に１：８が望ましい。これは、酸化チタン粉末の表面積が極端に大きくなりその粉末が水酸化カリウムの液を吸着して固まってしまうからである。
【００２３】
金属酸化物と金属水酸化物との混合は、加熱容器内で３００〜６００℃の温度（酸化チタンの場合は３００〜３５０℃）で１．５〜３時間攪拌しながら十分に混合する。金属酸化物に比較して金属水酸化物の量が少ない場合には、混合物が固まってしまうので、金属水酸化物を新たに加えながら混合を行なう。金属水酸化物の量が多すぎると溶融した金属水酸化物が混合物上に浮上してしまうし、反応性も劣る。加熱容器内で加熱混合された混合物は、浅底の複数の枠板（付着板）上に注入されるが、この状態で温度が下がることにより固まる。この枠板は次に加熱可能な圧力容器内に上下に所定間隔で配置され、圧力を０．１〜０．４ＭＰａの範囲内でかけて４００℃の温度下で、３〜４時間保持し、更に４５０℃を３〜４時間保持し、更に５００℃で３時間以上、次いで６００℃で２時間、仕上げは７００℃で圧力を０．４ＭＰａとして１０分間位維持する。なお、酸化チタンと水酸化カリウムの場合には、６００℃で圧力０．４ＭＰａの下で３時間保持する。このようにして熱処理を行い触媒が完成する。この触媒は、枠板（触媒を付着した付着板）のまま水素発生装置の触媒収納装置内に上下に所定間隔でセットされる。
【実施例】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２５】
図１〜３において、本発明の触媒製造装置Ｍは、金属酸化物の粉末と金属水酸化の粒子とを投入して加熱混合するための溶融釜１を有し、この溶融釜１は筒状の本体２を有し、この本体２の上部側面には、混合物の排出口３が設けられている。前記本体２の上面は蓋体4によって閉塞され、この蓋体４にはモータ5が戴置され、モータ５からは撹拌棒６が垂下し、この撹拌棒６には撹拌羽根７、７が取付けられている。前記本体２の周囲及び底面には電気ヒータ８が巻回され、この電気ヒータ８は断熱材１１によって被覆されている。
【００２６】
前記本体１内には、適宜本数の熱電対９、９が設置され、この熱電対９及びヒータ８がコントローラ１０に接続され、このコントローラ１０は、混合物の温度に従って電気ヒータ８をコントロールする。
【００２７】
一般に、金属酸化物の粉末と金属水酸化物の粒子とは常温では化学反応せず、この溶融釜１では金属水酸化物を融点以上に温度上昇せしめ液状にし、この金属水酸化物の液体中に金属水酸化物の粉末を均一に分散せしめる。例えば、金属酸化物のうち、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムの融点はぞれぞれ３８０℃、３１８℃、５８０℃、３５０℃であり、沸点はそれぞれ、１３２４℃、１３９０℃であり、水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムの沸点は特定されない。
【００２８】
金属水酸化物は、融点以上で液状となるので、その粒子径は、問題とする必要がないが、金属酸化物のうち、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の融点は、それぞれ１８５６℃、７９５℃、２８５２℃、６９０℃であり、その融点以下で混合するので、均一分散と反応性を増加させるためには、その粉末の粒子径が大きな影響を与える。すなわち、その粒子径によって、金属酸化物と金属水酸化物との混合割合（重量比）は大きく異なってくる。例えば、金属酸化物の粒子径を１００μ以上とすると、金属酸化物と金属酸化物の重量比は１：２が好ましいが、金属酸化物の粒子径を２〜６μ位にすると、その重量比は１：５が好ましい。金属酸化物の粒子径が小さくなるとその表面積が増え、これに対して金属水酸化物の量が少ないと混合物が固まってしまい、金属水酸化物の量が多すぎると、液状金属酸化物が混合物の上に浮上してしまい均一な混合物とならない。更に、金属酸化物の粒子径を１μ以下、すなわち１０ｎ（ナノ）以下にすると、重量としては僅かな量を加えればよくなる。酸化チタン（ＴｉＯ２）の場合には、その粒子径を８ナノだと、水酸化カルシウムとの比は１：５以上で1：８〜１０が好ましい。
【００２９】
前記溶融釜１内には、金属酸化物の粉末と金属水酸化物の粒子が投入され、電気ヒータ８により金属水酸化物の融点以上、融点が高い水酸化カルシウムはそれが５８０℃であり、他の金属水酸化物の融点はこれより低いので、金属水酸化物の種類に応じて３５０℃〜６００℃の範囲内で加熱混合される。水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）と酸化チタン（ＴｉＯ２）又は酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の場合には、混合物は約４５０℃〜５００℃に加熱することが好ましい。水酸化カルシウムの場合には６００℃が必要である。混合物は撹拌羽根７により十分に撹拌されつつ１．５〜３時間程度加熱される。溶融釜１で加熱混合された混合物は、図２に示す如く、傾斜せしめて排出口３から浅底の枠板２０に注入される。この枠板２０は、例えばステンレス性の矩形板からなり、その周囲の側板２０ａの高さは１．５〜２ｃｍ程度である。側板２０ａは必ずしも必要でなく、触媒を付着せしめる単なる付着板でよい。この枠板２０内には、混合物が０．１〜０．５ｃｍ程度の暑さに触媒層２１が形成される。このようにして製造された複数の枠板２０は、図３に示す如く触媒製造装置の一部をなす熱処理炉３０内に所定間隔で設置され、この熱処理炉３０は、ケーシング３１を有し、その周囲は断熱材３１ｂで被われ、その断熱材３１ｂ内に電気ヒータ３８が設置されている。この熱処理炉３０内は圧力調整可能になっており、炉内を１０気圧程度に増圧するためのコンプレッサ３２と、減圧するための真空ポンプ３３を備え、前記コンプレッサ３２は窒素ガスボンベ３４に接続され、熱処理炉３０内の触媒の酸化を防ぐために窒素ガスにより増圧されるようになっている。なお、熱処理炉３０には、温度計３５、圧力計３６が設けられ、これらはコントローラ３７に接続されている。
【００３０】
前記枠板２０はスペーサ３９によって一定間隔で積層され、前記スペーサ３９の変わりにヒータｈを備えた伝熱板３９ａを設け、この上に前記枠板２０を戴置してもよい(図４)。
【００３１】
酸化チタン又は酸化モリブデンと水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムの場合には、熱処理温度は６００℃以下で行なう必要があり、例えば、４００℃で２〜３時間加熱後に５００℃で３〜４時間加熱し、仕上げとして５８０〜６００℃で３時間程度加熱する。
【００３２】
なお、これらの加熱中において、４００℃で加熱の場合には１．５気圧程度、５００℃で加熱の場合には２気圧程度、５８０〜６００℃で加熱の場合には４気圧程度にする。なお、これら増圧間に僅かな時間（５分程度）で数回減圧すると、触媒活性が増大する。
【００３３】
このようにして作られた触媒は、図５に示す如く、本発明の水素発生装置４０は、過熱蒸気を発生させるための蒸気発生装置４１と、前記触媒層が設けられた枠板２０が複数枚収納された触媒収納措置４２と、この装置４２から流出する水素と、酸素と、水蒸気とを分離するための分離装置４３と、分解する水を供給するための水タンク４４とを備えている。
【００３４】
前記蒸気発生装置４１は、密封ケーシング４５を備え、この密封ケーシング４５内には複数の蒸発板４６、４７、４８、４９が傾斜して設けられ、最上の蒸発板４６の左基端は密封ケーシング４５の側壁に付着され、基端から下方に下がっている右先端が密封ケーシング４５の右側側壁から離れており、蒸発板４６の下側に位置する中間蒸発板４７は、最上蒸発板４６とは逆方向に傾斜しており、その基端は密封ケーシング４５の右側壁に付着され、その左先端が開放されている。前記各蒸発板４６、４７、４８、４９の裏側にはヒータ５１…５１が設けられ、これらのヒータ５１は各蒸発板を６００℃〜７００℃に加熱する。第１中間蒸発板４７の下方の第２中間蒸発板４８は最上蒸発板４６と同じような傾斜構造をなし、最下蒸発板４９は第１中間蒸発板４７と同じような傾斜構造をなしている。前記水タンク４４内の水はバルブ５０を通って最上蒸発板４６の基端側に滴下され(図５)、斜めに粒状に落ちて行く。なお、水滴は、６００〜７００℃の板の上では、丸くなり、ゆっくりと転がりながら蒸発し、最下位の蒸発板４９上では全ての供給水滴が蒸発するようにバルブ５０の開度が調整される。前記蒸気発生装置４１には、温度計Ｔと圧力計Ｐが取付けられ、これらと各蒸発板４６〜４９の裏側のヒータ５１がコントローラ５３に接続されている。
【００３５】
前記蒸発発生装置４５から発生した６００〜７００℃の蒸気は、弁５４を介して接触収納装置４２に入り、触媒収納装置４２は、密封ケーシング６１を備え、この密封ケーシング６１の蒸気発生装置４１側には、蒸気を上下左右に分散させるための分散室６２が設けられ、この分散室６２は仕切板６３(図７）によって仕切られ、この仕切板６３には、枠板２０によって対応して横方向に開口６４、６４…６４が設けられている。前記各枠体２０は、上下に所定間隔で設けられた加熱板６５上に戴置され、この加熱板６５内にはヒータ６６が設けられている。
【００３６】
前記加熱板６５は、枠板２０の上面に蒸気通路を形成する作用をなし、加熱板６５の前端は枠板２０の前端より僅かに後退して蒸気入口６７を形成し、前記加熱板６６の下面には蒸気入口６６から流入した蒸気がジグザグに流れるように斜めに邪魔板６８、６８…６８が取付けられ、この邪魔板６８が枠板２０内の接触上面に臨まされている。
【００３７】
前記密封ケーシング６１の分散室６２の反対側には、触媒により分解した水素と酸素と水蒸気を集めるための集合室１０３が設けられ、この集合室１０３内の気体が排出管６４を経て分離装置４３に流入する。この分離装置４３は各気体の分子の大きさによって水素と酸素と水蒸気をフィルタ６５、６６によって分離するものである。分離された水素と酸素はそれぞれ、水素タンク６７、酸素タンク６８に収納され、分離された水蒸気は、ポンプ６９を備えた循環路７０を経て前記蒸気発生装置４１に戻される。なお、循環路７０にヒータを設けて、戻り蒸気を６００℃以上に維持すれば水蒸気を触媒収納装置４２に戻してもよい。そして、循環路７０及びヒータ等が水蒸気循環装置を形成している。
【００３８】
次に、本発明の水素発生装置を利用した水素エンジンシステム及び水素バーナシステムについて説明する。
【００３９】
図８は水素エンジンシステムのうち、自動車のエンジン８０に本発明の水素発生装置を設置した場合を示している。水素エンジン８０は、例えば自動車、発電機、飛行機等各種回転体を回転せしめるものに使用可能となる。水素エンジンはロータリーエンジンに適合すると言われており、このエンジン８０の吸入孔８２から吸入された水素ガスは、ピストン８３により吸入、圧縮、爆発、排気の工程を経て排気孔８１から排気される。この排気ガスは高温水蒸気、窒素、酸素からなっており、フィルタ８４で窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）と高温水蒸気(Ｖ）を分離した後、高温水蒸気を加熱器８５を通して６００℃以上とし、その後前記触媒を上下又は左右に多数積層又は並設した触媒収納装置８６を通して水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）とし、必要に応じて未分解の水蒸気（Ｖ）を触媒収納装置８６内を循環せしめた後、前記エンジンの吸入孔８２からポンプ８８を経てエンジン内に水素と酸素が送られる。一般に、水素エンジンの排気ガスの温度は４００〜５００℃であり、本発明の触媒収納装置８６の作動温度が６００〜７００℃であるので、加熱器８５及び触媒収納装置８６を作動温度に保持しておく必要がある。自動車の場合には、太陽光を採光してその不足分の熱を得ることも可能であるし、駆動開始等はバッテリーから不足分の熱を得て、その後は自らの水素を燃焼させて不足熱を得ることも可能である。
【００４０】
前記触媒収納装置８６は、図５の触媒収納装置４２のようなタイプのものでもよい。
【００４１】
図９は、加熱装置としての水素バーナシステムを示すものであり、例えば、バーナをボイラに使用した場合には、ボイラのケーシング９０の下部には炉心９１が設けられ、この炉心９１内に水素バーナ９２が臨まされている。この水素バーナ９２には、水素と空気（窒素と酸素）が供給されるが、炉心９１で発生した高温水蒸気と燃焼しなかった窒素と酸素は炉心９１の上方に設けられた触媒収納装置９３を通って水素が回収された後に熱交換部９４を通って排出される。この排気ガスは高温水蒸気と窒素と酸素であるので、そのまま放出しても何ら問題がない。特に植物栽培のビニールハウス等では加湿作用のあるガスとなるので、煙突は全く不要である。前記触媒収納装置９３で採集された水素はタンク９５に貯蔵され、ここからポンプによりバーナ９２に一定圧で送られる。
【００４２】
図１０は、既存の火力発電システムに本発明の水素発生装置を組み込んだものであり、ボイラ１００には、水タンク１０７からの水が後述する熱交換器１０４を介して供給されるとともに、ボイラ１００は、水素タンク１０１からの水素で燃焼する水素バーナ１０２を有している。このボイラ１００では、水が１０００〜１５００℃の水蒸気となり、この水蒸気は、発電機１０３に送られて、発電機のロータを回転した後に熱交換器１０４を介して水タンク１０７から供給される水と熱交換されて６００〜７００℃の水蒸気とするとともに熱交換器１０４で熱せられた水はボイラ１００に送られる。
【００４３】
ここで、６００〜７００℃に下げられた水蒸気は、触媒収納装置１０５に送られ、ここで収集されたガスは分離器１０６により分離され、ここで分離された水素は前記水素タンク１０１に送られ分離された酸素は酸素タンク１０８に貯留され未分解の水蒸気は熱交換器１０４で昇温され、再度触媒収納装置１０５内に供給される。
【００４４】
前記分離器１０９で分離された熱風（Ｏ２、Ｎ２）は例えば、暖房等に別途使用される。なお、触媒は図２において、枠板２０の代わりにペレット成形板を用い、ペレットを多数成形して図５の触媒収納装置にペレットを収納してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】溶融釜の縦断面である。
【図２】枠板に触媒も注入する際の状態図である。
【図３】熱処理部の縦断面図である。
【図４】熱処理部の枠板が加熱時の他の実施例を示す図である。
【図５】水素発生装置のシステムズである。
【図６】蒸気発生装置の要部斜視図である。
【図７】触媒収納装置の要部斜視図である。
【図８】水素エンジンのシステム図である。
【図９】水素バーナの燃焼システム図である。
【図１０】水を使用した発電システム図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…溶融釜
８…電気ヒータ
２０…枠板(付着板）
２１…触媒層
３２…コンプレッサ
３３…真空ポンプ
４０…水素発生装置
４２…触媒収納装置
６８…邪魔板
７０…循環器
８０…水素エンジン
８５…加熱器
９１…炉心
１００…ボイラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水から水素を採集するための触媒、この触媒を製造するための触媒製造装置及びこの触媒を使用した水素発生装置、水素エンジンシステム並びに水素バーナシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
水から水素を作る方法として本件出願人は金属酸化物と金属水酸化物とを混合して高温加熱処理した触媒の表面に７００℃の蒸気を接触させることを特願２００７−３１４８３９号及び特願２００８−４６６１号で提示している。
【特許文献１】特願２００７−３１４８３９号
【特許文献２】特願２００８−４６６１号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１、２では、具体例として酸化クロム（Ｃｒ２Ｏ３）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の分析がなされているのみであり、他の具体例の開示がなされていないし、触媒の用途についても具体例が乏しい。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
そこで、本発明の水から水素を採集するための触媒は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化バナジウム、酸化マグネシウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケルのうち少なくとも1つの金属酸化物と、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウムのうち少なくとも１つの金属水酸化物とを加熱混合するようにした。また、前記請求項1の金属酸化物と金属水酸化物との重量比を金属酸化物の重量を1とすると金属水酸化物の重量を２以上とすることが好ましい。更に、また、前記酸化チタン（ＴｉＯ２）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合することが好ましい。更に、また、前記酸化モリブデン（ＭｏＯ3）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合することが好ましい。
【０００５】
本発明の触媒製造装置は、金属酸化物と金属水酸化物とを溶融混合するための溶融釜と、この溶融釜で溶融された混合物を付着せしめる付着板と、この付着板を収納して混合物を熱処理するための熱処理炉とからなり、前記熱処理炉は圧力調整可能になっている。また、本発明の水素発生装置は、過熱蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、前記過熱蒸気が送られるとともに、請求項１の触媒を収納した触媒収納装置と、この触媒収納装置によって生成された水素と酸素との水蒸気のうち、少なくとも水蒸気を蒸気発生装置又は触媒収納装置内に戻すための水蒸気循環装置とからなる。また、本発明の水素エンジンシステムは、水素で駆動する水素エンジンの排気を請求項１の触媒がセットされた触媒収納装置に送って水素ガスを生成し、この水素ガスを水素エンジンに送るようにした。また、本発明の水素バーナシステムは、水素を燃焼せしめる水素バーナからの排気である高温水蒸気を請求項１の触媒を収納した触媒収納装置を通して外部に排出せしめ、このとき採集した水素を水素バーナに送るようにした。
【発明の効果】
【０００６】
本発明の触媒は、容易に手に入るありふれた金属酸化物と金属水酸化物との混合物からなるので、その原料が安価で製造コストが安く、しかも地球上に広く分布して十分な量が存在する。また、金属酸化物より金属水酸化物の重量を多くすることにより加熱した時に金属水酸化物の液中に金属酸化物の粉末が分散し両成分の反応が活発化される。
【０００７】
本発明の触媒製造装置においては、液状混合物を付着板に付着せしめ、この付着板は裏面にヒータを配置すれば均一に加熱され、しかも圧力下で熱処理できるので最終的には、高温状態でも固定状態を保つことができる。
【０００８】
本発明の水素発生装置においては、触媒上の水蒸気の１回の通過による分解効率が少なくても水蒸気が触媒上を循環するので、水蒸気内に存在する水素の殆どを水素ガスにすることができる。
【０００９】
本発明の水素エンジンシステム及び水素バーナシステムにおいては、エンジン及びバーナでの水素の燃焼により高温の排気として水蒸気が発生するが、この高温水蒸気を触媒に接触させれば、水素を効率よく採集できるばかりでなく、残りの水蒸気を空気中に捨てても何ら害はなく、特にバーナシステムにおいて温室内に排出すれば加湿効果が加わり栽培植物がよく育つ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１１】
先ず、水から水素を採集するための触媒について説明する。
【００１２】
本発明の触媒は、酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル等の金属酸化物のうち少なくとも一種と、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物うち少なくとも一種を加熱混合せしめる。
【００１３】
例えば、 酸化チタン（ＴｉＯ２）の粉末と水酸化カリウム（ＫＯＨ）の粒子とを加熱混合せしめて固化して触媒とし、この触媒に６００℃の水蒸気を接触させると水素と酸素と水蒸気が発生する。ここで、酸化チタンの粉末は１μ以下、すなわち、１０ナノメータ以下にし、水酸化カルシウムの結晶中にできるだけ多くの量を分散させる。酸化チタン粉末の平均径が５〜１０ナノメータであると水酸化カリウムの重量の１０分の１程度が分散できる。
【００１４】
このとき、いかなる反応が進行しているかの詳細は不明であるが、例えば次のようなことが考えられる。
（１）強アルカリであるＫＯＨリッチでかつ高温条件下においては、ナノオーダの酸化チタン粒子は、活性状態の水分子（水蒸気）に対し、触媒活性を発揮し、水の分解反応が生じる。
【００１５】
KOHrich
Ｈ２Ｏ→Ｈ２↑＋１／２Ｏ２
ＴｉＯ２
（２）ナノオーダの酸化チタン粒子が、強アルカリであるＫＯＨに高温条件下に曝されると、酸化チタンの界面において、一部チタン原子と酸素原子との結合が切れ、チタン原子には水酸基、酸素原子にはカリウム原子が結びつき、不安定なチタン酸化合物（Ｋ，Ｈ）Ｔｉ２Ｏ５が形成される。
【００１６】
２ＴｉＯ２＋ＫＯＨ→（Ｋ，Ｈ）Ｔｉ２Ｏ５ …（１）
このチタン酸化合物が水（水蒸気）と容易に反応して分解し、一部は酸化チタンに戻るが、一部は酸化チタン水和物の形で残り、この過程で水素が発生する。
【００１７】
（Ｋ，Ｈ）Ｔｉ２Ｏ５＋（ｎ＋１）Ｈ２Ｏ→ＴｉＯ２＋ＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ＋ＫＯＨ
＋Ｈ２↑ …（２）
そして、最後にこの酸化チタン水和物が熱により脱水され安定な酸化チタンに戻る際に酸素が発生する。
【００１８】
ＴｉＯ３・ｎＨ２Ｏ→ＴｉＯ２＋１／２Ｏ２＋ｎＨ２Ｏ …（３）
ここで、式（１）、（２）、（３）を加え合わせると、
Ｈ２Ｏ→Ｈ２＋１／２Ｏ２ …（４）
となり、この場合の化学反応は、（４）式で示されるように見かけ上Ｈ２ＯがＨ２とＯ２に分解されることを示している。
【００１９】
この反応は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の結晶との間でも起り得る。
【００２０】
また、酸化モリブデン（ＭｏＯ２、ＭｏＯ３）のナノオーダの粉末と水酸化カリウム（ＫＯＨ）又は水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）並びに水酸化カルシウムとの混合物の間でも起こる。すなわち、強アルカリである水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化カルシウム、水酸化ベリリウム、リッチでかつ高温条件下では、ナノオーダの酸化チタン、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化アルミニウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化コバルト、酸化ニッケル等の金属酸化物の細かい粒子は、活性状態（高温過熱水蒸気）の水分子に対し、触媒活性を発揮し、水の分解反応が生じる。なお、密閉された空間での反応であるので、水の気化による影響で反応時には圧力が０．２Ｍｐａ以上となっている。なお、金属酸化物は２種類以上混合してもよいし、金属水酸化物も２種類以上混合してもよい。
【００２１】
上述のように、酸化チタンと水酸化カリウムの場合には、６００℃以下で見かけ上水の分解が行なわれるが、他の例の場合には６００〜８００℃で反応して水素を発生する。水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の場合には、反応温度が高く７００℃以上で水素を発生する。一般に、金属酸化物の粉末と水酸化カリウム、水酸化ナトリウム又は水酸化カルシウム等の金属水酸化物粒子との混合の際、それらを３００〜６００℃（水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム等の金属水酸化物の融点以上沸点以下で且つ金属酸化物の融点以下）に加熱して十分に混ぜ合わせる。この際、金属酸化物と金属水酸化物との重量比は、金属酸化物の粉末の周囲が金属水酸化物で被覆されるように金属水酸化物の重量を金属酸化物の重量よりはるかに多くなるようにするのが好ましく、一般に金属酸化物の粉末と金属水酸化物との重量比は１：２以上である。金属水酸化物の量が少ないと、加熱中固まってしまうし、その量が余り多いと反応性が悪くなる。
【００２２】
反応性を高めるためには、金属酸化物の粉末を細かくするのが望ましいが、酸化チタンと水酸化カリウムの場合で、酸化チタン粉末が１μ以下の場合（１０ナノ以下）には、酸化チタンと水酸化カリウムの重量比を１：５以上とする必要があり、特に１：８が望ましい。これは、酸化チタン粉末の表面積が極端に大きくなりその粉末が水酸化カリウムの液を吸着して固まってしまうからである。
【００２３】
金属酸化物と金属水酸化物との混合は、加熱容器内で３００〜６００℃の温度（酸化チタンの場合は３００〜３５０℃）で１．５〜３時間攪拌しながら十分に混合する。金属酸化物に比較して金属水酸化物の量が少ない場合には、混合物が固まってしまうので、金属水酸化物を新たに加えながら混合を行なう。金属水酸化物の量が多すぎると溶融した金属水酸化物が混合物上に浮上してしまうし、反応性も劣る。加熱容器内で加熱混合された混合物は、浅底の複数の枠板（付着板）上に注入されるが、この状態で温度が下がることにより固まる。この枠板は次に加熱可能な圧力容器内に上下に所定間隔で配置され、圧力を０．１〜０．４ＭＰａの範囲内でかけて４００℃の温度下で、３〜４時間保持し、更に４５０℃を３〜４時間保持し、更に５００℃で３時間以上、次いで６００℃で２時間、仕上げは７００℃で圧力を０．４ＭＰａとして１０分間位維持する。なお、酸化チタンと水酸化カリウムの場合には、６００℃で圧力０．４ＭＰａの下で３時間保持する。このようにして熱処理を行い触媒が完成する。この触媒は、枠板（触媒を付着した付着板）のまま水素発生装置の触媒収納装置内に上下に所定間隔でセットされる。
【実施例】
【００２４】
以下、図面を参照して本発明の実施例について説明する。
【００２５】
図１〜３において、本発明の触媒製造装置Ｍは、金属酸化物の粉末と金属水酸化の粒子とを投入して加熱混合するための溶融釜１を有し、この溶融釜１は筒状の本体２を有し、この本体２の上部側面には、混合物の排出口３が設けられている。前記本体２の上面は蓋体4によって閉塞され、この蓋体４にはモータ5が戴置され、モータ５からは撹拌棒６が垂下し、この撹拌棒６には撹拌羽根７、７が取付けられている。前記本体２の周囲及び底面には電気ヒータ８が巻回され、この電気ヒータ８は断熱材１１によって被覆されている。
【００２６】
前記本体１内には、適宜本数の熱電対９、９が設置され、この熱電対９及びヒータ８がコントローラ１０に接続され、このコントローラ１０は、混合物の温度に従って電気ヒータ８をコントロールする。
【００２７】
一般に、金属酸化物の粉末と金属水酸化物の粒子とは常温では化学反応せず、この溶融釜１では金属水酸化物を融点以上に温度上昇せしめ液状にし、この金属水酸化物の液体中に金属水酸化物の粉末を均一に分散せしめる。例えば、金属酸化物のうち、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化カルシウム、水酸化マグネシウムの融点はぞれぞれ３８０℃、３１８℃、５８０℃、３５０℃であり、沸点はそれぞれ、１３２４℃、１３９０℃であり、水酸化カルシウムと水酸化マグネシウムの沸点は特定されない。
【００２８】
金属水酸化物は、融点以上で液状となるので、その粒子径は、問題とする必要がないが、金属酸化物のうち、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ３）、酸化バナジウム（Ｖ２Ｏ５）の融点は、それぞれ１８５６℃、７９５℃、２８５２℃、６９０℃であり、その融点以下で混合するので、均一分散と反応性を増加させるためには、その粉末の粒子径が大きな影響を与える。すなわち、その粒子径によって、金属酸化物と金属水酸化物との混合割合（重量比）は大きく異なってくる。例えば、金属酸化物の粒子径を１００μ以上とすると、金属酸化物と金属酸化物の重量比は１：２が好ましいが、金属酸化物の粒子径を２〜６μ位にすると、その重量比は１：５が好ましい。金属酸化物の粒子径が小さくなるとその表面積が増え、これに対して金属水酸化物の量が少ないと混合物が固まってしまい、金属水酸化物の量が多すぎると、液状金属酸化物が混合物の上に浮上してしまい均一な混合物とならない。更に、金属酸化物の粒子径を１μ以下、すなわち１０ｎ（ナノ）以下にすると、重量としては僅かな量を加えればよくなる。酸化チタン（ＴｉＯ２）の場合には、その粒子径を８ナノだと、水酸化カルシウムとの比は１：５以上で1：８〜１０が好ましい。
【００２９】
前記溶融釜１内には、金属酸化物の粉末と金属水酸化物の粒子が投入され、電気ヒータ８により金属水酸化物の融点以上、融点が高い水酸化カルシウムはそれが５８０℃であり、他の金属水酸化物の融点はこれより低いので、金属水酸化物の種類に応じて３５０℃〜６００℃の範囲内で加熱混合される。水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化マグネシウム（Ｍｇ（ＯＨ）２）と酸化チタン（ＴｉＯ２）又は酸化モリブデン（ＭｏＯ３）の場合には、混合物は約４５０℃〜５００℃に加熱することが好ましい。水酸化カルシウムの場合には６００℃が必要である。混合物は撹拌羽根７により十分に撹拌されつつ１．５〜３時間程度加熱される。溶融釜１で加熱混合された混合物は、図２に示す如く、傾斜せしめて排出口３から浅底の枠板２０に注入される。この枠板２０は、例えばステンレス性の矩形板からなり、その周囲の側板２０ａの高さは１．５〜２ｃｍ程度である。側板２０ａは必ずしも必要でなく、触媒を付着せしめる単なる付着板でよい。この枠板２０内には、混合物が０．１〜０．５ｃｍ程度の暑さに触媒層２１が形成される。このようにして製造された複数の枠板２０は、図３に示す如く触媒製造装置の一部をなす熱処理炉３０内に所定間隔で設置され、この熱処理炉３０は、ケーシング３１を有し、その周囲は断熱材３１ｂで被われ、その断熱材３１ｂ内に電気ヒータ３８が設置されている。この熱処理炉３０内は圧力調整可能になっており、炉内を１０気圧程度に増圧するためのコンプレッサ３２と、減圧するための真空ポンプ３３を備え、前記コンプレッサ３２は窒素ガスボンベ３４に接続され、熱処理炉３０内の触媒の酸化を防ぐために窒素ガスにより増圧されるようになっている。なお、熱処理炉３０には、温度計３５、圧力計３６が設けられ、これらはコントローラ３７に接続されている。
【００３０】
前記枠板２０はスペーサ３９によって一定間隔で積層され、前記スペーサ３９の変わりにヒータｈを備えた伝熱板３９ａを設け、この上に前記枠板２０を戴置してもよい(図４)。
【００３１】
酸化チタン又は酸化モリブデンと水酸化カリウム又は水酸化ナトリウムの場合には、熱処理温度は６００℃以下で行なう必要があり、例えば、４００℃で２〜３時間加熱後に５００℃で３〜４時間加熱し、仕上げとして５８０〜６００℃で３時間程度加熱する。
【００３２】
なお、これらの加熱中において、４００℃で加熱の場合には１．５気圧程度、５００℃で加熱の場合には２気圧程度、５８０〜６００℃で加熱の場合には４気圧程度にする。なお、これら増圧間に僅かな時間（５分程度）で数回減圧すると、触媒活性が増大する。
【００３３】
このようにして作られた触媒は、図５に示す如く、本発明の水素発生装置４０は、過熱蒸気を発生させるための蒸気発生装置４１と、前記触媒層が設けられた枠板２０が複数枚収納された触媒収納措置４２と、この装置４２から流出する水素と、酸素と、水蒸気とを分離するための分離装置４３と、分解する水を供給するための水タンク４４とを備えている。
【００３４】
前記蒸気発生装置４１は、密封ケーシング４５を備え、この密封ケーシング４５内には複数の蒸発板４６、４７、４８、４９が傾斜して設けられ、最上の蒸発板４６の左基端は密封ケーシング４５の側壁に付着され、基端から下方に下がっている右先端が密封ケーシング４５の右側側壁から離れており、蒸発板４６の下側に位置する中間蒸発板４７は、最上蒸発板４６とは逆方向に傾斜しており、その基端は密封ケーシング４５の右側壁に付着され、その左先端が開放されている。前記各蒸発板４６、４７、４８、４９の裏側にはヒータ５１…５１が設けられ、これらのヒータ５１は各蒸発板を６００℃〜７００℃に加熱する。第１中間蒸発板４７の下方の第２中間蒸発板４８は最上蒸発板４６と同じような傾斜構造をなし、最下蒸発板４９は第１中間蒸発板４７と同じような傾斜構造をなしている。前記水タンク４４内の水はバルブ５０を通って最上蒸発板４６の基端側に滴下され(図５)、斜めに粒状に落ちて行く。なお、水滴は、６００〜７００℃の板の上では、丸くなり、ゆっくりと転がりながら蒸発し、最下位の蒸発板４９上では全ての供給水滴が蒸発するようにバルブ５０の開度が調整される。前記蒸気発生装置４１には、温度計Ｔと圧力計Ｐが取付けられ、これらと各蒸発板４６〜４９の裏側のヒータ５１がコントローラ５３に接続されている。
【００３５】
前記蒸発発生装置４５から発生した６００〜７００℃の蒸気は、弁５４を介して接触収納装置４２に入り、触媒収納装置４２は、密封ケーシング６１を備え、この密封ケーシング６１の蒸気発生装置４１側には、蒸気を上下左右に分散させるための分散室６２が設けられ、この分散室６２は仕切板６３(図７）によって仕切られ、この仕切板６３には、枠板２０によって対応して横方向に開口６４、６４…６４が設けられている。前記各枠体２０は、上下に所定間隔で設けられた加熱板６５上に戴置され、この加熱板６５内にはヒータ６６が設けられている。
【００３６】
前記加熱板６５は、枠板２０の上面に蒸気通路を形成する作用をなし、加熱板６５の前端は枠板２０の前端より僅かに後退して蒸気入口６７を形成し、前記加熱板６６の下面には蒸気入口６６から流入した蒸気がジグザグに流れるように斜めに邪魔板６８、６８…６８が取付けられ、この邪魔板６８が枠板２０内の接触上面に臨まされている。
【００３７】
前記密封ケーシング６１の分散室６２の反対側には、触媒により分解した水素と酸素と水蒸気を集めるための集合室１０３が設けられ、この集合室１０３内の気体が排出管６４を経て分離装置４３に流入する。この分離装置４３は各気体の分子の大きさによって水素と酸素と水蒸気をフィルタ６５、６６によって分離するものである。分離された水素と酸素はそれぞれ、水素タンク６７、酸素タンク６８に収納され、分離された水蒸気は、ポンプ６９を備えた循環路７０を経て前記蒸気発生装置４１に戻される。なお、循環路７０にヒータを設けて、戻り蒸気を６００℃以上に維持すれば水蒸気を触媒収納装置４２に戻してもよい。そして、循環路７０及びヒータ等が水蒸気循環装置を形成している。
【００３８】
次に、本発明の水素発生装置を利用した水素エンジンシステム及び水素バーナシステムについて説明する。
【００３９】
図８は水素エンジンシステムのうち、自動車のエンジン８０に本発明の水素発生装置を設置した場合を示している。水素エンジン８０は、例えば自動車、発電機、飛行機等各種回転体を回転せしめるものに使用可能となる。水素エンジンはロータリーエンジンに適合すると言われており、このエンジン８０の吸入孔８２から吸入された水素ガスは、ピストン８３により吸入、圧縮、爆発、排気の工程を経て排気孔８１から排気される。この排気ガスは高温水蒸気、窒素、酸素からなっており、フィルタ８４で窒素（Ｎ２）、酸素（Ｏ２）と高温水蒸気(Ｖ）を分離した後、高温水蒸気を加熱器８５を通して６００℃以上とし、その後前記触媒を上下又は左右に多数積層又は並設した触媒収納装置８６を通して水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）とし、必要に応じて未分解の水蒸気（Ｖ）を触媒収納装置８６内を循環せしめた後、前記エンジンの吸入孔８２からポンプ８８を経てエンジン内に水素と酸素が送られる。一般に、水素エンジンの排気ガスの温度は４００〜５００℃であり、本発明の触媒収納装置８６の作動温度が６００〜７００℃であるので、加熱器８５及び触媒収納装置８６を作動温度に保持しておく必要がある。自動車の場合には、太陽光を採光してその不足分の熱を得ることも可能であるし、駆動開始等はバッテリーから不足分の熱を得て、その後は自らの水素を燃焼させて不足熱を得ることも可能である。
【００４０】
前記触媒収納装置８６は、図５の触媒収納装置４２のようなタイプのものでもよい。
【００４１】
図９は、加熱装置としての水素バーナシステムを示すものであり、例えば、バーナをボイラに使用した場合には、ボイラのケーシング９０の下部には炉心９１が設けられ、この炉心９１内に水素バーナ９２が臨まされている。この水素バーナ９２には、水素と空気（窒素と酸素）が供給されるが、炉心９１で発生した高温水蒸気と燃焼しなかった窒素と酸素は炉心９１の上方に設けられた触媒収納装置９３を通って水素が回収された後に熱交換部９４を通って排出される。この排気ガスは高温水蒸気と窒素と酸素であるので、そのまま放出しても何ら問題がない。特に植物栽培のビニールハウス等では加湿作用のあるガスとなるので、煙突は全く不要である。前記触媒収納装置９３で採集された水素はタンク９５に貯蔵され、ここからポンプによりバーナ９２に一定圧で送られる。
【００４２】
図１０は、既存の火力発電システムに本発明の水素発生装置を組み込んだものであり、ボイラ１００には、水タンク１０７からの水が後述する熱交換器１０４を介して供給されるとともに、ボイラ１００は、水素タンク１０１からの水素で燃焼する水素バーナ１０２を有している。このボイラ１００では、水が１０００〜１５００℃の水蒸気となり、この水蒸気は、発電機１０３に送られて、発電機のロータを回転した後に熱交換器１０４を介して水タンク１０７から供給される水と熱交換されて６００〜７００℃の水蒸気とするとともに熱交換器１０４で熱せられた水はボイラ１００に送られる。
【００４３】
ここで、６００〜７００℃に下げられた水蒸気は、触媒収納装置１０５に送られ、ここで収集されたガスは分離器１０６により分離され、ここで分離された水素は前記水素タンク１０１に送られ分離された酸素は酸素タンク１０８に貯留され未分解の水蒸気は熱交換器１０４で昇温され、再度触媒収納装置１０５内に供給される。
【００４４】
前記分離器１０９で分離された熱風（Ｏ２、Ｎ２）は例えば、暖房等に別途使用される。なお、触媒は図２において、枠板２０の代わりにペレット成形板を用い、ペレットを多数成形して図５の触媒収納装置にペレットを収納してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４５】
【図１】溶融釜の縦断面である。
【図２】枠板に触媒も注入する際の状態図である。
【図３】熱処理部の縦断面図である。
【図４】熱処理部の枠板が加熱時の他の実施例を示す図である。
【図５】水素発生装置のシステムズである。
【図６】蒸気発生装置の要部斜視図である。
【図７】触媒収納装置の要部斜視図である。
【図８】水素エンジンのシステム図である。
【図９】水素バーナの燃焼システム図である。
【図１０】水を使用した発電システム図である。
【符号の説明】
【００４６】
１…溶融釜
８…電気ヒータ
２０…枠板(付着板）
２１…触媒層
３２…コンプレッサ
３３…真空ポンプ
４０…水素発生装置
４２…触媒収納装置
６８…邪魔板
７０…循環器
８０…水素エンジン
８５…加熱器
９１…炉心
１００…ボイラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケルのうち少なくとも1つの金属酸化物と、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウムのうち少なくとも１つの金属水酸化物とを加熱混合してなる、水から水素を採集するための触媒。
【請求項２】
請求項1の金属酸化物と金属酸化物との重量比を金属酸化物の重量を1とすると金属水酸化物の重量を２以上としたことを特徴とする請求項１記載の触媒。
【請求項３】
酸化チタン（ＴｉＯ２）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合してなる水から水素を採集するための請求項２記載の触媒。
【請求項４】
酸化モリブデン（ＭｏＯ3）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合してなる水から水素を採集するための、請求項２記載の触媒。
【請求項５】
金属酸化物と金属水酸化物とを溶融混合するための溶融釜と、この溶融釜で溶融された混合物を付着せしめる付着板と、この付着板を収納して混合物を熱処理するための熱処理炉とからなり、前記熱処理炉は圧力調整可能になっている触媒製造装置。
【請求項６】
過熱蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、前記過熱蒸気が送られるとともに、請求項１の触媒を収納した触媒収納装置と、この触媒収納装置によって生成された水素と酸素と水蒸気のうち、少なくとも水蒸気を蒸気発生装置又は触媒収納装置内に戻すための水蒸気循環装置とからなる水素発生装置。
【請求項７】
水素で駆動する水素エンジンの排気を請求項１の触媒がセットされた触媒収納装置に送って水素ガスを生成し、この水素ガスを水素エンジンに送るようにした水素エンジンシステム。
【請求項８】
水素を燃焼せしめる水素バーナからの排気である高温水蒸気を請求項１の触媒を収納した触媒収納装置を通して外部に排出せしめ、このとき採集した水素を水素バーナに送るようにした水素バーナシステム。
【請求項１】
酸化チタン、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム、酸化バナジウム、酸化ニオブ、酸化モリブデン、酸化タングステン、酸化マンガン、酸化鉄、酸化アルミニウム、酸化コバルト、酸化ニッケルのうち少なくとも1つの金属酸化物と、水酸化カリウム、水酸化ナトリウム、水酸化リチウム、水酸化マグネシウム、水酸化ベリリウム、水酸化カルシウムのうち少なくとも１つの金属水酸化物とを加熱混合してなる、水から水素を採集するための触媒。
【請求項２】
請求項1の金属酸化物と金属酸化物との重量比を金属酸化物の重量を1とすると金属水酸化物の重量を２以上としたことを特徴とする請求項１記載の触媒。
【請求項３】
酸化チタン（ＴｉＯ２）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合してなる水から水素を採集するための請求項２記載の触媒。
【請求項４】
酸化モリブデン（ＭｏＯ3）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）とを１：２以上の重量割合で加熱混合してなる水から水素を採集するための、請求項２記載の触媒。
【請求項５】
金属酸化物と金属水酸化物とを溶融混合するための溶融釜と、この溶融釜で溶融された混合物を付着せしめる付着板と、この付着板を収納して混合物を熱処理するための熱処理炉とからなり、前記熱処理炉は圧力調整可能になっている触媒製造装置。
【請求項６】
過熱蒸気を発生させるための蒸気発生装置と、前記過熱蒸気が送られるとともに、請求項１の触媒を収納した触媒収納装置と、この触媒収納装置によって生成された水素と酸素と水蒸気のうち、少なくとも水蒸気を蒸気発生装置又は触媒収納装置内に戻すための水蒸気循環装置とからなる水素発生装置。
【請求項７】
水素で駆動する水素エンジンの排気を請求項１の触媒がセットされた触媒収納装置に送って水素ガスを生成し、この水素ガスを水素エンジンに送るようにした水素エンジンシステム。
【請求項８】
水素を燃焼せしめる水素バーナからの排気である高温水蒸気を請求項１の触媒を収納した触媒収納装置を通して外部に排出せしめ、このとき採集した水素を水素バーナに送るようにした水素バーナシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２４７９６１（Ｐ２００９−２４７９６１Ａ）
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−９７５０１（Ｐ２００８−９７５０１）
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（５０４３２３２０５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１０月２９日（２００９．１０．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年４月３日（２００８．４．３）
【出願人】（５０４３２３２０５）
【Ｆターム（参考）】
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