水素発生具及び燃料電池
【課題】 原料が安く、生産プロセスが簡単な水素ガスの発生具を提供することであり、また、発生させた水素を燃料として燃料電池を構成することである。
【解決手段】 酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させた反応物質と、反応物質を収納する透水性容器とを備えており、透水性容器を水に漬けることにより水素を発生させるようにした。透水性容器は不織布もしくは綿布で製造した袋状の容器であり、酸化カルシウムは、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石を１０００℃から１２００℃で焼き、粉砕したものである。アルミニウムは、金属アルミニウムインゴットもしくはアルミニウム製品を粉末状にしたものである。
【解決手段】 酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させた反応物質と、反応物質を収納する透水性容器とを備えており、透水性容器を水に漬けることにより水素を発生させるようにした。透水性容器は不織布もしくは綿布で製造した袋状の容器であり、酸化カルシウムは、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石を１０００℃から１２００℃で焼き、粉砕したものである。アルミニウムは、金属アルミニウムインゴットもしくはアルミニウム製品を粉末状にしたものである。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率良く水素ガスを発生させる水素ガスの発生具に関する。また、発生させた水素を燃料とする燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素の製造方法は、水蒸気改質法、部分酸化法、副生ガス利用、水電解の方法等がある。一例として、原料にナフサ軽質油、天然ガス、石油精製オフガス（プロパン、ブタン等）の炭化水素を原料とする水蒸気改質法においては、原料を７００〜８５０℃で、ＮｉＯ触媒で水蒸気ガスと反応させ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２の混合物である合成ガスを発生させ、分離生成するものである。反応式は、ＣｍＨｎ＋ｍＨ２Ｏ＝ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ２で示される。また、光エネルギーを用いて水を水素と酸素に分解する方法においては、陽極にｎ型半導体のＴｉＯ２、陰極にＰｔを用い、両極を結んで半導体電極に太陽光を照射すると電解質溶液の水が電気分解され、Ｐｔ電極から水素発生するものである。反応式は、２Ｈ２Ｏ＝Ｏ２＋４ｅ−＋４Ｈ＋：２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｈ２で示される。
また、特開２００５−６７９７０号公報には、有機造岩鉱物を焼成した水素発生材が記載されている。そして、有機造岩鉱物は、原石の状態でケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ロジウム（Ｒｈ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、燐（Ｐ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭素（Ｃ）などで組成されている。明細書中には、水と接触させるだけで、水素ガスの製造が簡単且つ低コストに行えることが記載されている。しかし、発生する水素ガスは極めて微量であるから、水素ガスの供給手段として実用的でない。一方、実用レベルでは、上述したような水の電気分解や炭化水素を原料とする製造方法等があるが、設備コストや製造コストが高い。
【特許文献１】特開２００５−６７９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上述した問題点に鑑み、原料が安く、生産プロセスが簡単な水素ガスの発生具を提供することであり、また、発生させた水素を燃料として燃料電池を構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明の水素発生具は、酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させた反応物質と、該反応物質を収納する透水性容器とを備えており、前記透水性容器を水に漬けることにより水素を発生させるようにしたことを特徴とする。また、前記透水性容器は、不織布もしくは綿布で形成した袋状容器であることを特徴とする。前記酸化カルシウムは、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石を１０００℃から１２００℃で焼き、粉砕したものであることを特徴とする。前記アルミニウムは、金属アルミニウムインゴットもしくはアルミニウム製品を粉末状にしたものであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、請求項１ないし４に記載の水素発生具で発生させた気体を燃料とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の水素発生具は、水が利用できる環境で容易に水素を発生させることができる。また、水素ボンベ等の必要がなく、安全に運搬することができる。透水性容器としての不織布や綿布は水を好適に浸透させ、且つ、粉末状の反応物質を収納することできる。反応物質の原料は、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石等の鉱石を粉砕し、また、金属アルミニウムインゴットやアルミニウム製品を粉末状にして混合することにより、安価なものとすることができる。
請求項１ないし４に記載の水素発生具で発生させた気体は、水蒸気を含み、これを燃料とすることにより、効率の良い燃料電池とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１（ａ）は、本発明の水素発生具１０を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。この図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、水素発生具１０は、袋状の透水性容器３の中に、水と反応して水素を発生する反応物質１を収納したものである。反応物質１は、酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させたものである。因みに、酸化カルシウム（生石灰）は、天然の石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石等の鉱石を１０００℃〜１２００℃の高温で焼き、粉砕し製造される。酸化マグネシウムは、天然にあるマグネサイト及びマグネサイト鉱物を含む鉱石を１０００℃〜１２００℃の高温で焼き粉砕されたものである。また、アルミニウムは、工業用金属アルミニウムインゴットあるいはアルミニウム製品を粉末状にして製造される。
【０００７】
透水性容器３は、水がよく浸透し、発生した水素ガスが漏れるような不織布や綿布等で袋状に製造される。因みに、不織布は、繊維の集積層を形成するとともに、繊維同士を結合させたものであり、水が浸透し通気性を有する。原料は、ポリエステルなどの合成繊維が多く使われるが、天然繊維、合成繊維を始めガラス・金属・セラミックス・パルプ・炭素繊維などで製造されることもある。しかし、このような不織布に限定されることはなく、例えば、通水口と発生した水素が通過できるような通気口とを設けたプラスチック製容器として、透水性容器３を構成することもできる。このような透水性容器３の中に、上述した反応物質１を収納し、通水口から水を通水させるとともに、発生した水素を通気口から収集するようにする。
【実施例】
【０００８】
綿布縫製袋（透水性容器３）の中に、酸化カルシウム（ＣａＯ）４７．２５７ｇと、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）２０．２５３ｇと、アルミニウム（Ａｌ）３２．４９ｇを均一に混合するとともに、２００メッシュに粉砕して粉末とした反応物質１（トータル１００ｇ）を入れて水素発生具１０とした。この水素発生具１０を、水を入れた容器４の中に沈めたところ、気泡が発生した（図２参照）。この気泡の発生は、水素発生具１０を水の底に沈めた直後から発生し、綿布縫製袋が濡れることにより、さらに勢いがよくなり、１０分程度続いた。この気体を試験管に集め着火したところ爆発的に発火し、試験管口部に水滴が付着した。このことから、発生した気体は水素であることが確認された。尚、発生した気体をガス収集具６で収集したところ、４１．４Ｌであった。発生した気体の内、水温飽和水蒸気１．６８％を除くと純粋な水素は４０．７Ｌと考えられる。因みに、本実施例による水素ガスの発生は、以下のような反応式で表すことができる。
２ＣａＯ＋２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ＝Ｃａ２Ａｌ２Ｏ５＋３Ｈ２
２ＭｇＯ＋２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ＝Ｍｇ２Ａｌ２Ｏ５＋３Ｈ２
【０００９】
本発明の水素発生具１０は、水素の発生源を、容易に持ち運びできるようにしたことにより、水素を運搬する際に伴うリスクが回避できる。また、上記した反応は発熱反応であり、副産物として熱水が得られるので、例えば、家庭内における熱源として熱水が利用可能となる。このことから、家庭内で、直接的に水素を発電や燃料とした場合と、水素の発生源として水素発生具１０を利用した場合とを比較すると、凡そ、水素を利用することによるエネルギー効率が３５％程度から８０％程度に向上する。
【００１０】
図３は、発生させた水素が発電に利用できる燃料電池８を模式的に示したものである。本発明の水素発生具１０で発生させた水素は、電極を介して電解質（ＫＯＨ）に溶解するが、陰極側でイオン化するので電子を放出する。水素イオンは、陽極側で電子を受け取った酸素分子と結合し水となる。このような燃料電池は、水素の供給により発電できる。また、本発明の水素発生具１０は、水道水、河湖水、海水等、如何なる水でも利用できる。このことから、本発明の水素発生具１０は、給電設備のない場所でも、水が在れば発電できる発電機を構成することができる。そして、生じる化合物や水は、天然のものであり、また、既存の化石燃料を使用しないのであるから、環境を汚染することがない。
【００１１】
尚、本発明の水素発生具１０で発生させた気体は水素が９８〜９９％であるが、１〜２％の水蒸気を含む。このような気体は、水素の他に水蒸気を含むことから、水素分子が電極を介して電解質（ＫＯＨ）に溶解し易くなるので、燃料電池８の燃料として好適である。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
高圧水素もしくは液体水素の運搬には、これらを収納するための貯蔵缶や、運送設備に高度な技術を要する。したがって、水素を原料とする燃料電池の普及には、水素を直接運搬するより、むしろ、水素を発生させる原料を運搬するようにするほうが有利である。本発明は、水素を発生させる原料が安価に供給できるものであり、水素を必要とする如何なる場所にでも手軽に運べるので、水素の運搬に利便性を提供できるものである。
さらに、本発明の水素発生具１０は、河川や湖沼の汚濁を清浄化する浄化材としても利用できる。水素発生具１０は水素を発生することにより、マイナスイオン化して浮遊している有機物等からマイナスイオンを奪い、懸濁状態の有機物を凝集させ沈降を促進する働きを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、本発明の水素発生具を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】水素の発生を示す説明図である。
【図３】発生させた水素の利用形態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００１４】
１ 反応物質
３ 透水性容器
４ 容器
６ ガス収集具
８ 燃料電池
１０ 水素発生具
【技術分野】
【０００１】
本発明は、効率良く水素ガスを発生させる水素ガスの発生具に関する。また、発生させた水素を燃料とする燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００２】
水素の製造方法は、水蒸気改質法、部分酸化法、副生ガス利用、水電解の方法等がある。一例として、原料にナフサ軽質油、天然ガス、石油精製オフガス（プロパン、ブタン等）の炭化水素を原料とする水蒸気改質法においては、原料を７００〜８５０℃で、ＮｉＯ触媒で水蒸気ガスと反応させ、ＣＯ、ＣＯ２、Ｈ２の混合物である合成ガスを発生させ、分離生成するものである。反応式は、ＣｍＨｎ＋ｍＨ２Ｏ＝ｍＣＯ＋（ｍ＋ｎ／２）Ｈ２で示される。また、光エネルギーを用いて水を水素と酸素に分解する方法においては、陽極にｎ型半導体のＴｉＯ２、陰極にＰｔを用い、両極を結んで半導体電極に太陽光を照射すると電解質溶液の水が電気分解され、Ｐｔ電極から水素発生するものである。反応式は、２Ｈ２Ｏ＝Ｏ２＋４ｅ−＋４Ｈ＋：２Ｈ＋＋２ｅ−＝Ｈ２で示される。
また、特開２００５−６７９７０号公報には、有機造岩鉱物を焼成した水素発生材が記載されている。そして、有機造岩鉱物は、原石の状態でケイ素（Ｓｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）、カルシウム（Ｃａ）、マグネシウム（Ｍｇ）、カリウム（Ｋ）、ナトリウム（Ｎａ）、ロジウム（Ｒｈ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、ルビジウム（Ｒｂ）、ストロンチウム（Ｓｒ）、亜鉛（Ｚｎ）、銅（Ｃｕ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）、塩素（Ｃｌ）、硫黄（Ｓ）、燐（Ｐ）、モリブデン（Ｍｏ）、炭素（Ｃ）などで組成されている。明細書中には、水と接触させるだけで、水素ガスの製造が簡単且つ低コストに行えることが記載されている。しかし、発生する水素ガスは極めて微量であるから、水素ガスの供給手段として実用的でない。一方、実用レベルでは、上述したような水の電気分解や炭化水素を原料とする製造方法等があるが、設備コストや製造コストが高い。
【特許文献１】特開２００５−６７９７０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明は上述した問題点に鑑み、原料が安く、生産プロセスが簡単な水素ガスの発生具を提供することであり、また、発生させた水素を燃料として燃料電池を構成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記目的を達成するため、本発明の水素発生具は、酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させた反応物質と、該反応物質を収納する透水性容器とを備えており、前記透水性容器を水に漬けることにより水素を発生させるようにしたことを特徴とする。また、前記透水性容器は、不織布もしくは綿布で形成した袋状容器であることを特徴とする。前記酸化カルシウムは、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石を１０００℃から１２００℃で焼き、粉砕したものであることを特徴とする。前記アルミニウムは、金属アルミニウムインゴットもしくはアルミニウム製品を粉末状にしたものであることを特徴とする。
また、本発明の燃料電池は、請求項１ないし４に記載の水素発生具で発生させた気体を燃料とする。
【発明の効果】
【０００５】
本発明の水素発生具は、水が利用できる環境で容易に水素を発生させることができる。また、水素ボンベ等の必要がなく、安全に運搬することができる。透水性容器としての不織布や綿布は水を好適に浸透させ、且つ、粉末状の反応物質を収納することできる。反応物質の原料は、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石等の鉱石を粉砕し、また、金属アルミニウムインゴットやアルミニウム製品を粉末状にして混合することにより、安価なものとすることができる。
請求項１ないし４に記載の水素発生具で発生させた気体は、水蒸気を含み、これを燃料とすることにより、効率の良い燃料電池とすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００６】
図１（ａ）は、本発明の水素発生具１０を示す斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。この図１（ａ）、図１（ｂ）に示すように、水素発生具１０は、袋状の透水性容器３の中に、水と反応して水素を発生する反応物質１を収納したものである。反応物質１は、酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させたものである。因みに、酸化カルシウム（生石灰）は、天然の石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石等の鉱石を１０００℃〜１２００℃の高温で焼き、粉砕し製造される。酸化マグネシウムは、天然にあるマグネサイト及びマグネサイト鉱物を含む鉱石を１０００℃〜１２００℃の高温で焼き粉砕されたものである。また、アルミニウムは、工業用金属アルミニウムインゴットあるいはアルミニウム製品を粉末状にして製造される。
【０００７】
透水性容器３は、水がよく浸透し、発生した水素ガスが漏れるような不織布や綿布等で袋状に製造される。因みに、不織布は、繊維の集積層を形成するとともに、繊維同士を結合させたものであり、水が浸透し通気性を有する。原料は、ポリエステルなどの合成繊維が多く使われるが、天然繊維、合成繊維を始めガラス・金属・セラミックス・パルプ・炭素繊維などで製造されることもある。しかし、このような不織布に限定されることはなく、例えば、通水口と発生した水素が通過できるような通気口とを設けたプラスチック製容器として、透水性容器３を構成することもできる。このような透水性容器３の中に、上述した反応物質１を収納し、通水口から水を通水させるとともに、発生した水素を通気口から収集するようにする。
【実施例】
【０００８】
綿布縫製袋（透水性容器３）の中に、酸化カルシウム（ＣａＯ）４７．２５７ｇと、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）２０．２５３ｇと、アルミニウム（Ａｌ）３２．４９ｇを均一に混合するとともに、２００メッシュに粉砕して粉末とした反応物質１（トータル１００ｇ）を入れて水素発生具１０とした。この水素発生具１０を、水を入れた容器４の中に沈めたところ、気泡が発生した（図２参照）。この気泡の発生は、水素発生具１０を水の底に沈めた直後から発生し、綿布縫製袋が濡れることにより、さらに勢いがよくなり、１０分程度続いた。この気体を試験管に集め着火したところ爆発的に発火し、試験管口部に水滴が付着した。このことから、発生した気体は水素であることが確認された。尚、発生した気体をガス収集具６で収集したところ、４１．４Ｌであった。発生した気体の内、水温飽和水蒸気１．６８％を除くと純粋な水素は４０．７Ｌと考えられる。因みに、本実施例による水素ガスの発生は、以下のような反応式で表すことができる。
２ＣａＯ＋２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ＝Ｃａ２Ａｌ２Ｏ５＋３Ｈ２
２ＭｇＯ＋２Ａｌ＋３Ｈ２Ｏ＝Ｍｇ２Ａｌ２Ｏ５＋３Ｈ２
【０００９】
本発明の水素発生具１０は、水素の発生源を、容易に持ち運びできるようにしたことにより、水素を運搬する際に伴うリスクが回避できる。また、上記した反応は発熱反応であり、副産物として熱水が得られるので、例えば、家庭内における熱源として熱水が利用可能となる。このことから、家庭内で、直接的に水素を発電や燃料とした場合と、水素の発生源として水素発生具１０を利用した場合とを比較すると、凡そ、水素を利用することによるエネルギー効率が３５％程度から８０％程度に向上する。
【００１０】
図３は、発生させた水素が発電に利用できる燃料電池８を模式的に示したものである。本発明の水素発生具１０で発生させた水素は、電極を介して電解質（ＫＯＨ）に溶解するが、陰極側でイオン化するので電子を放出する。水素イオンは、陽極側で電子を受け取った酸素分子と結合し水となる。このような燃料電池は、水素の供給により発電できる。また、本発明の水素発生具１０は、水道水、河湖水、海水等、如何なる水でも利用できる。このことから、本発明の水素発生具１０は、給電設備のない場所でも、水が在れば発電できる発電機を構成することができる。そして、生じる化合物や水は、天然のものであり、また、既存の化石燃料を使用しないのであるから、環境を汚染することがない。
【００１１】
尚、本発明の水素発生具１０で発生させた気体は水素が９８〜９９％であるが、１〜２％の水蒸気を含む。このような気体は、水素の他に水蒸気を含むことから、水素分子が電極を介して電解質（ＫＯＨ）に溶解し易くなるので、燃料電池８の燃料として好適である。
【産業上の利用可能性】
【００１２】
高圧水素もしくは液体水素の運搬には、これらを収納するための貯蔵缶や、運送設備に高度な技術を要する。したがって、水素を原料とする燃料電池の普及には、水素を直接運搬するより、むしろ、水素を発生させる原料を運搬するようにするほうが有利である。本発明は、水素を発生させる原料が安価に供給できるものであり、水素を必要とする如何なる場所にでも手軽に運べるので、水素の運搬に利便性を提供できるものである。
さらに、本発明の水素発生具１０は、河川や湖沼の汚濁を清浄化する浄化材としても利用できる。水素発生具１０は水素を発生することにより、マイナスイオン化して浮遊している有機物等からマイナスイオンを奪い、懸濁状態の有機物を凝集させ沈降を促進する働きを有する。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】（ａ）は、本発明の水素発生具を示す斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）におけるＡ−Ａ線断面図である。
【図２】水素の発生を示す説明図である。
【図３】発生させた水素の利用形態を示した説明図である。
【符号の説明】
【００１４】
１ 反応物質
３ 透水性容器
４ 容器
６ ガス収集具
８ 燃料電池
１０ 水素発生具
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させた反応物質と、該反応物質を収納する透水性容器とを備えており、前記透水性容器を水に漬けることにより水素を発生させるようにしたことを特徴とする水素発生具。
【請求項２】
前記透水性容器は、不織布もしくは綿布で形成した袋状容器あることを特徴とする水素発生具。
【請求項３】
前記酸化カルシウムは、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石を１０００℃から１２００℃で焼き、粉砕したものであることを特徴とする水素発生具。
【請求項４】
前記アルミニウムは、金属アルミニウムインゴットもしくはアルミニウム製品を粉末状にしたものであることを特徴とする水素発生具。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の水素発生具で発生させた気体を燃料とすることを特徴とする燃料電池。
【請求項１】
酸化カルシウムおよび／または酸化マグネシウムに、少なくともアルミニウムを１％以上混合させた反応物質と、該反応物質を収納する透水性容器とを備えており、前記透水性容器を水に漬けることにより水素を発生させるようにしたことを特徴とする水素発生具。
【請求項２】
前記透水性容器は、不織布もしくは綿布で形成した袋状容器あることを特徴とする水素発生具。
【請求項３】
前記酸化カルシウムは、石灰石、方解石、アラゴナイト、鍾乳石を１０００℃から１２００℃で焼き、粉砕したものであることを特徴とする水素発生具。
【請求項４】
前記アルミニウムは、金属アルミニウムインゴットもしくはアルミニウム製品を粉末状にしたものであることを特徴とする水素発生具。
【請求項５】
請求項１ないし４に記載の水素発生具で発生させた気体を燃料とすることを特徴とする燃料電池。
【図１】
【図２】
【図３】
【図２】
【図３】
【公開番号】特開２００７−１５３６６７（Ｐ２００７−１５３６６７Ａ）
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−３５０８９７（Ｐ２００５−３５０８９７）
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（３０２０１２６８２）宰成光株式会社 (4)
【出願人】（３９３０２０２５８）
【出願人】（５０６１９３７６３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年６月２１日（２００７．６．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１７年１２月５日（２００５．１２．５）
【出願人】（３０２０１２６８２）宰成光株式会社 (4)
【出願人】（３９３０２０２５８）
【出願人】（５０６１９３７６３）
【Ｆターム（参考）】
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