水素発生方法および水素発生装置
【課題】 水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置を提供する。
目的とする。
【解決手段】 本発明の水素貯蔵方法は、プロチウム化が可能な状態で水素イオンを含むように処理された水を用意し、当該水に水素を含む物質又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵する。好ましくは、水素を含む物質は、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）である。好ましくは、水は、水素化金属により処理された電離水素水であり、水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである。そして、本発明の水素発生方法は、このような水のｐＨを下げる物質を添加することにより水から水素ガスを発生させる。
目的とする。
【解決手段】 本発明の水素貯蔵方法は、プロチウム化が可能な状態で水素イオンを含むように処理された水を用意し、当該水に水素を含む物質又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵する。好ましくは、水素を含む物質は、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）である。好ましくは、水は、水素化金属により処理された電離水素水であり、水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである。そして、本発明の水素発生方法は、このような水のｐＨを下げる物質を添加することにより水から水素ガスを発生させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイナス水素イオンは、還元力をもち、これが体内に摂取されれば、体内で発生された活性酸素（フリーラジカル）を効果的に消滅させることができる。また、水素は、酸素と反応して水となるため、水素は、地球環境に優しいクリーンなエネルギー源としても注目を浴びている。
【０００３】
本発明者は、強還元特性を有する磁性セラミックボールを製造する方法（特許文献１）を発案し、このセラミックボールを水中に投入し、セラミックボールのＮ極から水素の気泡を生じさせることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４２１８９３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素を常温で安定的に貯蔵し、必要に応じて水素を取り出すことができれば、水素の利用範囲は広がり、特に、水素をエネルギー源として活用することができる。
【０００６】
従って、本発明は、新規でありかつ革新的な水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水素貯蔵方法は、水素がプロチウム化された条件付け水を生成し、当該条件付け水に水素を含む物質、又は水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵するものである。好ましくは、前記水素を含む物質は、水素を含むガス、または水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）又は水素化カルシウム(ＣａＨ2)、水素化マグネシウム（ＭｇＨ2）などの水素化金属全てである。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族または第１４族の金属である。また条件付け水は、プロチウム化が可能な水素イオンを含む。
【０００８】
本発明に係る水素発生方法は、水素がプロチウム化された条件付け水を生成し、当該条件付け水のｐＨを下げることで水素ガスを発生させるものである。好ましくは、水素発生方法はさらに、条件付け水に水素を含む物質、又は水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵するステップを含む。好ましくはｐＨを下げる物質は、空気、酸素ガス、または塩酸である。条件付け水は、プロチウム化が可能な水素イオンを含む。好ましくは、水素化カルシウムにより水を処理し、水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、塩酸を加えることで水素を発生させる。好ましくは水素化マグネシウムにより水を処理し、水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、塩酸を加えることで水素を発生させる。好ましくは水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムにより水を処理し、水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、塩酸を加えることで水素を発生させる。水素化金属で処理された水に、水素を発生させる物質又は、水素を含むガス、水素を発生させる物質を供給することで、水素を貯蔵し、塩酸を加える事で水素を発生させる。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである。
【０００９】
本発明に係る水素貯蔵装置は、水素がプロチウム化された条件付け水を収容する収容手段と、収容手段に収容された条件付け水に水素を供給する供給手段とを有する。好ましくは水素を含む物質は、水素を含むガス、又は、マグネシウム（Ｍｇ）など、水素を発生させる物質です。水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）である。また、条件付け水は、プロチウム化が可能な水素イオンを含む。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族または第１４族の金属である。
【００１０】
本発明に係る水素発生装置は、水素がプロチウム化された条件付け水を収容する収容手段と、収容手段に収容された条件付け水のｐＨを下げる物質を供給する供給手段とを有する。好ましくはｐＨを下げる物質は、空気、酸素ガス、または塩酸である。また処理された水は、プロチウム化が可能な水素を含む。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素を安定的に貯蔵することができ、また、水素ガスを安定的に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る水素貯蔵方法を説明するフローである。
【図２】本実施例の条件付けの製造方法を説明するフローである。
【図３】水素のプロチウム化の模式図である。
【図４】原水（水道水）と条件付け水のｐＨと酸素還元電位（ＯＲＰ）の時間的変化を示すグラフである。
【図５】水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムによってそれぞれ条件付け水のｐＨとＯＲＰと、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムを含む水のｐＨとＯＲＰを示す。
【図６】水道水および条件付け水に水素ガスを吹き込んだ場合のｐＨ、ＯＲＰおよび溶存水素（ｐｐｂ）の関係を示す。
【図７】図６で水素ガスを吹き込んだときの水道水と条件付け水の８４時間経過後の溶存水素とＯＲＰの関係を示す。
【図８】条件付け水の溶存水素のスケールをクローズアップしたグラフである。
【図９】条件付け水に水素ガスを５分、２回吹き込んだときの溶存水素と時間の関係を示すグラフである。
【図１０】本実施例に係る水素貯蔵装置の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例に係る水素発生方法を説明するフローである。
【図１２】条件付けした水に酸素ガスを1時間吹き込んだときの溶存水素とＯＲＰの関係を示を示す。
【図１３】条件付け水のｐＨを下げたときの溶存水素の変化を示すグラフである。
【図１４】条件付け水に、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を加え、次いで、６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの変化を示す。
【図１５】図１４のときの溶存水素とＯＲＰの変化を示している。
【図１６】条件付け水に水素化ホウ素ナトリウムを供給し、その後に６Ｎ塩酸を２回投与してｐＨを下げたときのＯＲＰの時間的変化を示す。
【図１７】図１６のときの溶存水素（水素ガスの発生）の時間的変化を示す。
【図１８】水素化ホウ素ナトリウムのみに６Ｎ塩酸を添加したときの溶存水素とＯＲＰの推移を示すグラフである。
【図１９】水素化カルシウムにより条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加え、その後、２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。
【図２０】図１９のときの溶存水素とＯＲＰの推移を示す。
【図２１】水素化マグネシウムにより条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加え、その後に２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。
【図２２】図２１のときの溶存水素とＯＲＰの推移を示す。
【図２３】水道水２００ｍｌに、水素化カルシウム０．４ｇと、水素化マグネシウム０．４ｇを入れて条件付け水を生成し、その後、５００μｌ、１０００μｌ、１０ｍｌの６Ｎ塩酸を３回に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２４】図２３のときの水素ガスの発生状況を示す。
【図２５】図２５は、水道水２００ｍｌに水素化カルシウム０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２６】図２５のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２７】水道水２００ｍｌに水素化マグネシウム０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２８】図２７のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２９】条件付け水に水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、酢酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３０】図２９のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３１】金属マグネシウムを含む水道水に塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３２】図３１のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３３】条件付け水に金属マグネシウムと塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３４】図３３のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３５】水素化マグネシウムで条件付けされた水に金属マグネシウムを添加し、さらに塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３６】図３５のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３７】本発明の実施例に係る水素発生装置の構成例を示す図である。
【図３８】本発明の実施例に係る条件付け水の水素貯蔵または水素発生の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係る水素貯蔵方法を説明するフローであり、この貯蔵方法は、次のステップを含んで構成される。先ず、水素がプロチウム化が可能な状態で含まれるように処理された水（以下、条件付け水という）を用意し（ステップＳ１０１）、次に、条件付け水に水素を含むガスを供給し（ステップＳ１０２）、条件付け水に水素を常温にて安定的に貯蔵する（ステップＳ１０３）。
【００１５】
図２は、条件付け水の製造方法を説明するフローである。ここでは、一例として水素化金属または水素貯蔵金属により条件付け水を生成する方法を説明する。先ず、元素周期律表上に示されているアルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族そして第１４族の金属のいずれか、またはそれらの少なくとも１つの金属を含む物質を用意する（ステップＳ２０１）。次に、この物質は、高温で酸化焼成する。（ステップＳ２０２）。
【００１６】
次に、物質は、高温無酸素状態（水素ガス、または水素ガスと窒素ガスの混合ガスを含む炉内）におかれる（ステップＳ２０３）。例えば、上記の炉内の温度を７００℃またはそれ以上の温度に保ち一定時間、還元焼成する。次に、物質は、無酸素状態のまま、常温にさます。（ステップＳ２０４）。
【００１７】
こうして水素化金属または水素化貯蔵金属が生成される（ステップＳ２０５）。高温酸化焼成から高温無酸素還元焼成を経て常温無酸素状態の処理を行うことで、炉中の水素ガスＨ２は、Ｈ２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のようにプラズマ化し、水素化金属すなわちイオン結合性の水素化金属が生成される。この水素化金属が水に浸されたとき、水素化金属の表面でプロチウム化が起こり、マイナス水素イオン（Ｈ−）を含むアルカリ還元性ミネラルイオン水である、条件付け水、すなわち、電離水素水が生成される（ステップＳ２０６）。
【００１８】
また、本発明者によって発明された特許第４２１８９３９号のセラミックボールや、特許第４４０４６５７のサンゴカルシウムを用いて条件付け水を生成することも可能である。セラミックボールやサンゴカルシウムの製造において、高温酸化焼成状態から、高温無酸素還元焼成状態を経て常温無酸素還元状態に戻る工程中に、炉の雰囲気中に含まれる水素ガスＨ２は、Ｈ２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のようにプラズマ化し、素材中の粘土の中に含まれる珪素が溶けてセラミック化する。サンゴカルシウム粉末中に含まれるＣａＣＯ３は、ＣａＣＯ３→ＣａＯ→ＣａＨ２と変化し、カルシウムの水素化物（水素化カルシウム＝水素化金属の一種であるイオン結合性の水素化金属）ができる。このような条件付け水においても、マイナス水素イオンが発生され得る。
【００１９】
図３は、水素のプロチウム化の模式図であり、Ｈ２⇔２Ｈ０、Ｈ＋⇔Ｈ０、Ｈ２⇔２Ｈ−、Ｈ＋⇔Ｈ−の如く水素原子における荷電変換が起こると考えられる。水素工学の分野では、Ｈ−⇔Ｈ＋⇔２ｅ−の物理化学反応が実験的に確かめられており、水中に置かれた水素化金属の表面では水素のプロチウム化が起こっていることは確実である。よって、水素化金属の構造表面上で、水素のプロチウム化が起こり、Ｈ＋⇔Ｈ０⇔Ｈ−が起こり、水素化金属による処理をした水には、マイナス水素イオン（Ｈ−）が含まれている。
【００２０】
図４は、原水（水道水）と条件付け水とのｐＨとＯＲＰ（酸化還元電位）の時間的変化を対比するグラフである。図中、縦軸はｐＨとＯＲＰ（ｍＶ）、横軸は時間（ｈ）である。原水のｐＨは、７よりも幾分大きい状態を継続し、ＯＲＰは約７６０ｍＶ程度でほぼ一定である。他方、条件付け水では、水素化金属の表面でプロチウム化が生じ、周囲の水のｐＨを１１弱にコントロールし、そしてＯＲＰを−２６０ｍＶにコントロールし、この状態が長時間（グラフでは６時間）にわたって継続される。従って、条件付け水は、原水とは全く異なる水質に変化しており、この条件が作り出されるとき、常温、有酸素状態のアルカリ還元性ミネラルイオン水の中で、マイナス水素イオン（Ｈ−）がイオンとして常時間安定して存在することができる系が存在し得ることがわかる。
【００２１】
図５は、水素化金属として水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムによってそれぞれ条件付け水のｐＨとＯＲＰを示し、比較例として、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムを含む水のｐＨとＯＲＰを示す。水素化カルシウムでは、ｐＨが１３弱、ＯＲＰが約０ｍＶであり、この状態が２４時間継続されるのに対し、水酸化カルシウムでは、ｐＨは１３弱で同程度であるが、ＯＲＰは約３００ｍＶである。また、水素化マグネシウムでは、ｐＨが１１弱、ＯＲＰが−７００ｍＶ〜−５００ｍＶ弱の範囲で約２４時間継続されるのに対し、水酸化マグネシウムでは、ｐＨはほぼ１０であり、ＯＲＰは約４５０ｍＶである。このように、水素化カルシウムや水素化マグネシウムにより処理された条件付け水では、水素のプロチウム化によるマイナス水素イオン（Ｈ−）がイオンとして常時間安定して存在することができる系が存在し得ることがわかる。
【００２２】
再び図１に戻り、水素を含むガスの供給（ステップＳ１０２）および水素の貯蔵（ステップＳ１０３）について説明する。図６は、水道水および条件付け水に水素ガスを吹き込んだ場合のｐＨ、ＯＲＰおよび溶存水素（ｐｐｂ）の関係を示す。水道水に水素ガスを吹き込めば、それに同期して一時的にＯＲＰは下がるが、その後もとのＯＲＰに戻る。つまり、原水に水素ガスを吹き込んでも、還元力は長時間維持されない。また、溶存水素もまた一時的に上昇し、ゼロになる。他方、条件付け水に水素ガスを吹き込めば、それに同期してＯＲＰは下がるが、その後もＯＲＰは、負の電位を維持し、すなわち、マイナス水素イオン（Ｈ−）がイオンとして安定して存在していることが確認できる。
【００２３】
図７は、図６で水素ガスを吹き込んだときの水道水と条件付け水の８４時間経過後の溶存水素とＯＲＰの関係を示している。水道水では、溶存水素が０になった場合、スターラーで攪拌しても水素ガスが発生することはない。他方、条件付け水では、溶存水素が０になってからスターラーで攪拌し続けると、８４時間後に再び水素ガスが放出される。すなわち、条件付け水において水素ガスが吹き込むことで溶存水素が０になった後に水素ガスを発生するということは、水素が条件付け水に、一定期間、常温で安定的に貯蔵され得ることを意味する。図８は、条件付け水の溶存水素のスケールをクローズアップしたグラフであり、約８４時間後に、溶存水素０の状態から水素ガスが発生されている。
【００２４】
図９は、条件付け水に水素ガスを５分、２回吹き込んだときの溶存水素と時間の関係を示すグラフである。水素ガスを２回吹き込んだ場合、溶存水素が０になってから、１４８時間後に水素ガスが発生される。水素ガスを１回吹き込んだ場合と比較して、６０時間後に水素ガスが放出され始める。すなわち、水素ガスを１回吹き込んだときよりも、より長い時間、水素が安定的に貯蔵されたことを確認することができる。
【００２５】
このように、条件付け水では、プロチウム化された水素が、Ｈ０２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のような状態で存在し、そこに水素ガスを吹き込むと、水素ガスはプロチウム化または電離された状態で安定的に貯蔵されると考えられる。また、上記の例では、条件付け水に水素ガスを吹き込むようにしたが、水素ガス以外に、水素を含む物質、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質があってもよい。
【００２６】
図１０は、水素貯蔵装置の構成例を示す図である。水素貯蔵装置１０は、条件付け水を保持する容器１２と、水素ガス等の水素を含む物質を保持する容器１４と、水素貯蔵タンク２０とを含む。条件付け水用容器１２は、流量調整弁１６を介してパイプなどによって水素貯蔵タンク２０に接続され、容器１４は、流量調整弁１８を介してパイプなどによって水素貯蔵タンク２０に接続される。流量調整された条件付け水と流量調整された水素を含む物質が水素貯蔵タンク２０に供給され、そこに、水素が貯蔵された条件付け水が保持される。
【００２７】
また、図１０に示すように、水素貯蔵装置１０Ａは、水素を含む物質を保持する容器１２と、条件付け水／水素貯蔵タンク２２とを有する構成であってもよい。この場合、条件付け水が保持されたタンク２２に、水素を含む物質又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質が流量調整弁１６を介して供給され、タンク２２内の条件付け水に水素が貯蔵される。
【００２８】
次に、本実施例の水素発生方法について説明する。図１１Ａ、１１Ｂは、水素発生方法を説明するフローチャートである。図１１Ａにおいて、水素貯蔵方法のときと同様に、条件付け水を用意し（ステップＳ３０１）、次いで、条件付け水に水素を貯蔵する（ステップＳ３０２）。次に、水素が貯蔵された条件付け水に酸素ガスを吹き込み（ステップＳ３０３）、条件付け水から水素を発生させる（ステップＳ３０４）。
【００２９】
上記図７ないし図９で示したように、水素が貯蔵された条件付け水において、スターラーで攪拌を続けると、８４時間経過後または１４８時間経過後に水素ガスが発生される。条件付けされた水の中で、プロチウム化した水素は、Ｈ０２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のような状態になっていると考えられるので、このような水の中のＨ−は、何時でも自由自在に水素分子Ｈ０２になり得る。そのような水に、一定量の空気または酸素ガスが吹き込まれると、Ｈ＋＋Ｈ−⇒Ｈ０２の反応を起こさせることができ、溶存酸素ゼロの状態から、Ｈ０２、すなわち水素ガスを放出させることができる。
【００３０】
図１２は、条件付けした水に酸素ガスを1時間吹き込んだときの溶存水素とＯＲＰの関係を示している。酸素ガス（Ｏ２）を１時間吹き込むと、その直後から水素ガスが継続的に長時間にわたり（図では８０時間以上）発生される。また、ＯＲＰは、放出されたＨ０２の量に比例して徐々に上昇している。
【００３１】
また、図１１Ｂのフローチャートに示す水素発生方法では、条件付け水を用意し（ステップＳ３０１）、条件付け水に水素を貯蔵し（ステップＳ３０２）、次いで条件付け水のｐＨを下げ（ステップＳ３０３）、条件付け水から水素を発生させる（ステップＳ３０４）。条件付け水のｐＨは、水素を貯蔵した後もアルカリ性であるが（図６の例では、ｐＨ９前後である）、このｐＨを下げると、Ｈ＋が増加され、水素ガスＨ０２が発生される。
【００３２】
図１３は、条件付け水のｐＨを下げたときの溶存水素の変化を示すグラフである。条件付け水のｐＨを下げるため、例えば、塩酸（HCl）を条件付け水に加えると、ｐＨは、アルカリ性から酸性に変化する。これと同期して、ＯＲＰは、約−２６０ｍＶから３８０ｍＶ程度に上昇する。さらに、ｐＨが下がると、急激に水素ガスが発生され、水素ガスの発生量は、約２０時間を経過したあたりから徐々に減少し、４０時間程度にわたり水素ガスの発生が継続される。
【００３３】
図１４は、条件付け水に、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を加え、次いで、６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの変化を示し、図１５は、このときの溶存水素とＯＲＰの変化を示している。水素化金属である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を加えると、条件付け水のＯＲＰが約−８００ｍＶにまで変化し、それに応答して、図１５に示すように溶存水素が上昇する。また、ｐＨは、約１２である。この状態が約２０時間継続された後に、６Ｎ塩酸を加えて条件付け水のｐＨを下げる。ｐＨは、約１２から１１強に下がると、これに同期するように水素ガスが一気に発生する。同時に、ＯＲＰが約−１０００ｍＶまで上昇する。ｐＨが１１強に低下された状態が継続している間、水素ガスの発生が継続される。図１５では、約１００時間強まで水素ガスの発生が続く。
【００３４】
図１６は、条件付け水に水素化ホウ素ナトリウムを供給し、その後に、６Ｎ塩酸を２回投与してｐＨを下げたときのＯＲＰの時間的変化を示し、図１７は、そのときの溶存水素（水素ガスの発生）の時間的変化を示している。図１７に示すように、２度の６Ｎ塩酸の投与に応答して水素ガスが大きく発生し、その溶存水素量は、約１２００ｐｐｂであり、１度の６Ｎ塩酸の投与のときの水素ガスの溶存水素量が７００ｐｐｂ（図１５を参照）よりも大きいことが確認された。
【００３５】
図１８は、同じ条件で水素化ホウ素ナトリウムのみに６Ｎ塩酸を添加したときの溶存水素とＯＲＰの推移を示すグラフである。この場合、６Ｎ塩酸を添加しても、水素ガスは発生しないことが確認された。
【００３６】
図１９は、水素化カルシウム（ＣａＨ２）により条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加えし、その後、２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。６Ｎ塩酸は、１度目に５００μl、２回目に１０００μlを加えている。図２０は、このときの溶存水素とＯＲＰの推移を示している。ここでも、６Ｎ塩酸を加えてｐＨを下げると、水素ガスが発生し、２度目の６Ｎ塩酸を加えたときに水素ガスの発生が急激に増加している。
【００３７】
図２１は、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）により条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加え、その後に、２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。図２２は、このときの溶存水素とＯＲＰの推移を示している。ここでも、６Ｎの塩酸を添加してｐＨを下げると、水素ガスが発生し、約１０，０００ｐｐｂの溶存水素を計測した。
【００３８】
図２３は、水道水２００ｍｌに、水素化カルシウム０．４ｇと、水素化マグネシウム０．４ｇを入れて条件付け水を生成し、その後、５００μｌ、１０００μｌ、１０ｍｌの６Ｎ塩酸を３回に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図２４は、このときの水素ガスの発生状況を示している。１回目の６Ｎ塩酸の添加では、ｐＨの下げは僅かであり、それに応じて水素ガスの発生も僅かである。２回目の６Ｎ塩酸の添加によりｐＨが幾分だけ下がると、水素ガスの発生が増加し始め、３回目でｐＨが大きく下がると、水素ガスが大量に放出された。
【００３９】
図２５は、水道水２００ｍｌに水素化カルシウム（ＣａＨ２）０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図２６は、このときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。測定は、溶液の上澄みである。１度目の６Ｎ塩酸は、１０００μｌ、２度目は、１０ｍｌである。１度目の６Ｎ塩酸の添加でｐＨが下がり、水素ガスが発生し、２度目の６Ｎ塩酸の添加でｐＨが大きく下がり、これに応じて、最大で約９．５ｐｐｂの溶存水素量を計測し、また、ＯＲＰも上昇した。
【００４０】
図２７は、水道水２００ｍｌに水素化マグネシウム０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図２８は、このときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。ここでは、１度目、２度目の６Ｎ塩酸の添加量は、それぞれ１０００μl、１０ｍｌである。１度目の６Ｎ塩酸の添加でｐＨが大きく下がり、これに応じて最大で約１１００強のｐｐｂの水素ガスが発生し、２度目の６Ｎ塩酸の添加でも最大で１１００強のｐｐｂの水素ガスが発生し、その状態が長時間継続された。
【００４１】
図２９は、条件付け水に水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を０．８ｇ入れ、次いで、酢酸を５００μｌ、１０００μｌ入れてｐＨを低下させたときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３０は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。水素化ホウ素ナトリウムの添加によりＯＲＰが幾分低下するがｐＨ、溶存水素は殆ど変わらない。１度目の酢酸の添加でｐＨは低下し、これに応答して若干溶存水素が上昇する。２回目の酢酸の添加でｐＨが大きく低下し、ＯＲＰが上昇し、溶存水素も大きく上昇することが観察された。
【００４２】
図３１は、金属マグネシウムを含む水道水に塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３２は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。１回目の塩酸の添加は、５００μｌ、２回目の塩酸の添加は、１０ｍｌである。１回目の塩酸の添加によりｐＨは大きく低下し、ＯＲＰは上昇し、さらに溶存水素が大きく上昇し、大量の水素が発生する。
【００４３】
図３３は、条件付け水に金属マグネシウムと塩酸を添加し、ｐＨを下げたときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３４は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。１回目の塩酸の添加は、５００μｌ、２回目の塩酸の添加は、１０ｍｌである。図３１に示したように、金属マグネシウムと塩酸とが反応することで大量の水素を発生させることができる。条件付けした水に金属マグネシウムを添加し、そこに塩酸を添加すると、金属マグネシウムと塩酸との反応によって発生された水素ガスが条件付け水に貯蔵される。図３４に示すように、塩酸を添加したときの溶存水素の量は、図３２のときの溶存水素の量と比べてはるかに小さく、このことは、水素が条件付け水に貯蔵されたことを意味する。
【００４４】
図３５は、水素化マグネシウムで条件付けされた水に金属マグネシウムを添加し、塩酸でｐＨをさげたときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３６は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。１回目の塩酸の添加は、５００μｌ、２回目の塩酸の添加は、１０００μｌである。１回目の塩酸の添加によってｐＨが大きく下がり、ＯＲＰが上昇するが、溶存水素はさほど変化せず、塩酸の添加によって発生された水素が条件付け水に貯蔵されている。２回目の塩酸の添加によって、下がったままのｐＨは、殆ど変化しないが、溶存水素が大きく上昇し、大量の水素ガスが長時間にわたり発生される。
【００４５】
図３７は、水素発生装置の構成例を示す図である。水素発生装置３０は、条件付け水を保持する容器３２と、酸素ガスや塩酸等の酸を含む物質を保持する容器３４と、水素発生タンク４０とを含む。条件付け水用容器３２は、流量調整弁３６を介してパイプなどによって水素発生タンク４０に接続され、容器３４は、流量調整弁３８を介してパイプなどによって水素発生タンク４０に接続される。流量調整された条件付け水と流量調整された酸を含む物質が水素発生タンク４０に供給され、そこに、水素が発生される。
【００４６】
また、図３７に示すように、水素発生装置３０Ａは、水素を含む物質を保持する容器３２と、条件付け水／水素発生タンク４２とを有する構成であってもよい。この場合、条件付け水が保持されたタンク４２に、酸を含む物質が流量調整弁３６を介して供給され、タンク４２内の条件付け水から水素が発生される。
【００４７】
図３８は、本実施例の条件付け水の水素貯蔵または水素発生の状態を説明する図である。条件付け水には、水素がプロチウム化された状態、すなわち、Ｈ＋＋Ｈ−のイオン化された状態で存在し、条件付け水に、Ｈ２ガスやその他の水素を含む物質又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質を添加すると、Ｈ２（水素分子）は、Ｈ＋＋Ｈ−のイオン化された状態で貯蔵される。他方、条件付け水に、酸素ガス（Ｏ２）、空気、塩酸、酢酸などの酸を含む物質またはｐＨを下げる物質を添加すると、Ｈ＋＋Ｈ−⇒Ｈ０２の反応が促進され、水素ガスが発生する。このように水素化金属を入れた水は、物性が変わり、水素ガスを安定的に貯蔵し、ｐＨを下げることで水素ガスを発生することができる。また、条件付け水は、水素が電離して水の中に溶存された水＝電離水素水と言うこともできる。
【００４８】
本実施例で説明した水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置は、水素をエネルギー源とする水素電池、水素エンジンなどに利用することができる。本実施例の水素貯蔵および発生は、常温で非常に安定的に水素を貯蔵し発生させることができるため、水素電池、水素エンジンなどにおいて安全に利用することができる。
【００４９】
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
マイナス水素イオンは、還元力をもち、これが体内に摂取されれば、体内で発生された活性酸素（フリーラジカル）を効果的に消滅させることができる。また、水素は、酸素と反応して水となるため、水素は、地球環境に優しいクリーンなエネルギー源としても注目を浴びている。
【０００３】
本発明者は、強還元特性を有する磁性セラミックボールを製造する方法（特許文献１）を発案し、このセラミックボールを水中に投入し、セラミックボールのＮ極から水素の気泡を生じさせることを可能にしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４２１８９３９号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
水素を常温で安定的に貯蔵し、必要に応じて水素を取り出すことができれば、水素の利用範囲は広がり、特に、水素をエネルギー源として活用することができる。
【０００６】
従って、本発明は、新規でありかつ革新的な水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る水素貯蔵方法は、水素がプロチウム化された条件付け水を生成し、当該条件付け水に水素を含む物質、又は水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵するものである。好ましくは、前記水素を含む物質は、水素を含むガス、または水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）又は水素化カルシウム(ＣａＨ2)、水素化マグネシウム（ＭｇＨ2）などの水素化金属全てである。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族または第１４族の金属である。また条件付け水は、プロチウム化が可能な水素イオンを含む。
【０００８】
本発明に係る水素発生方法は、水素がプロチウム化された条件付け水を生成し、当該条件付け水のｐＨを下げることで水素ガスを発生させるものである。好ましくは、水素発生方法はさらに、条件付け水に水素を含む物質、又は水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵するステップを含む。好ましくはｐＨを下げる物質は、空気、酸素ガス、または塩酸である。条件付け水は、プロチウム化が可能な水素イオンを含む。好ましくは、水素化カルシウムにより水を処理し、水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、塩酸を加えることで水素を発生させる。好ましくは水素化マグネシウムにより水を処理し、水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、塩酸を加えることで水素を発生させる。好ましくは水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムにより水を処理し、水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、塩酸を加えることで水素を発生させる。水素化金属で処理された水に、水素を発生させる物質又は、水素を含むガス、水素を発生させる物質を供給することで、水素を貯蔵し、塩酸を加える事で水素を発生させる。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである。
【０００９】
本発明に係る水素貯蔵装置は、水素がプロチウム化された条件付け水を収容する収容手段と、収容手段に収容された条件付け水に水素を供給する供給手段とを有する。好ましくは水素を含む物質は、水素を含むガス、又は、マグネシウム（Ｍｇ）など、水素を発生させる物質です。水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）である。また、条件付け水は、プロチウム化が可能な水素イオンを含む。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族または第１４族の金属である。
【００１０】
本発明に係る水素発生装置は、水素がプロチウム化された条件付け水を収容する収容手段と、収容手段に収容された条件付け水のｐＨを下げる物質を供給する供給手段とを有する。好ましくはｐＨを下げる物質は、空気、酸素ガス、または塩酸である。また処理された水は、プロチウム化が可能な水素を含む。水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、水素を安定的に貯蔵することができ、また、水素ガスを安定的に取り出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施例に係る水素貯蔵方法を説明するフローである。
【図２】本実施例の条件付けの製造方法を説明するフローである。
【図３】水素のプロチウム化の模式図である。
【図４】原水（水道水）と条件付け水のｐＨと酸素還元電位（ＯＲＰ）の時間的変化を示すグラフである。
【図５】水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムによってそれぞれ条件付け水のｐＨとＯＲＰと、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムを含む水のｐＨとＯＲＰを示す。
【図６】水道水および条件付け水に水素ガスを吹き込んだ場合のｐＨ、ＯＲＰおよび溶存水素（ｐｐｂ）の関係を示す。
【図７】図６で水素ガスを吹き込んだときの水道水と条件付け水の８４時間経過後の溶存水素とＯＲＰの関係を示す。
【図８】条件付け水の溶存水素のスケールをクローズアップしたグラフである。
【図９】条件付け水に水素ガスを５分、２回吹き込んだときの溶存水素と時間の関係を示すグラフである。
【図１０】本実施例に係る水素貯蔵装置の構成例を示す図である。
【図１１】本発明の実施例に係る水素発生方法を説明するフローである。
【図１２】条件付けした水に酸素ガスを1時間吹き込んだときの溶存水素とＯＲＰの関係を示を示す。
【図１３】条件付け水のｐＨを下げたときの溶存水素の変化を示すグラフである。
【図１４】条件付け水に、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を加え、次いで、６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの変化を示す。
【図１５】図１４のときの溶存水素とＯＲＰの変化を示している。
【図１６】条件付け水に水素化ホウ素ナトリウムを供給し、その後に６Ｎ塩酸を２回投与してｐＨを下げたときのＯＲＰの時間的変化を示す。
【図１７】図１６のときの溶存水素（水素ガスの発生）の時間的変化を示す。
【図１８】水素化ホウ素ナトリウムのみに６Ｎ塩酸を添加したときの溶存水素とＯＲＰの推移を示すグラフである。
【図１９】水素化カルシウムにより条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加え、その後、２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。
【図２０】図１９のときの溶存水素とＯＲＰの推移を示す。
【図２１】水素化マグネシウムにより条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加え、その後に２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。
【図２２】図２１のときの溶存水素とＯＲＰの推移を示す。
【図２３】水道水２００ｍｌに、水素化カルシウム０．４ｇと、水素化マグネシウム０．４ｇを入れて条件付け水を生成し、その後、５００μｌ、１０００μｌ、１０ｍｌの６Ｎ塩酸を３回に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２４】図２３のときの水素ガスの発生状況を示す。
【図２５】図２５は、水道水２００ｍｌに水素化カルシウム０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２６】図２５のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２７】水道水２００ｍｌに水素化マグネシウム０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２８】図２７のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図２９】条件付け水に水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、酢酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３０】図２９のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３１】金属マグネシウムを含む水道水に塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３２】図３１のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３３】条件付け水に金属マグネシウムと塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３４】図３３のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３５】水素化マグネシウムで条件付けされた水に金属マグネシウムを添加し、さらに塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３６】図３５のときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示す。
【図３７】本発明の実施例に係る水素発生装置の構成例を示す図である。
【図３８】本発明の実施例に係る条件付け水の水素貯蔵または水素発生の状態を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を実施するための形態について図面を参照して詳細に説明する。
【実施例】
【００１４】
図１は、本発明の実施例に係る水素貯蔵方法を説明するフローであり、この貯蔵方法は、次のステップを含んで構成される。先ず、水素がプロチウム化が可能な状態で含まれるように処理された水（以下、条件付け水という）を用意し（ステップＳ１０１）、次に、条件付け水に水素を含むガスを供給し（ステップＳ１０２）、条件付け水に水素を常温にて安定的に貯蔵する（ステップＳ１０３）。
【００１５】
図２は、条件付け水の製造方法を説明するフローである。ここでは、一例として水素化金属または水素貯蔵金属により条件付け水を生成する方法を説明する。先ず、元素周期律表上に示されているアルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族そして第１４族の金属のいずれか、またはそれらの少なくとも１つの金属を含む物質を用意する（ステップＳ２０１）。次に、この物質は、高温で酸化焼成する。（ステップＳ２０２）。
【００１６】
次に、物質は、高温無酸素状態（水素ガス、または水素ガスと窒素ガスの混合ガスを含む炉内）におかれる（ステップＳ２０３）。例えば、上記の炉内の温度を７００℃またはそれ以上の温度に保ち一定時間、還元焼成する。次に、物質は、無酸素状態のまま、常温にさます。（ステップＳ２０４）。
【００１７】
こうして水素化金属または水素化貯蔵金属が生成される（ステップＳ２０５）。高温酸化焼成から高温無酸素還元焼成を経て常温無酸素状態の処理を行うことで、炉中の水素ガスＨ２は、Ｈ２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のようにプラズマ化し、水素化金属すなわちイオン結合性の水素化金属が生成される。この水素化金属が水に浸されたとき、水素化金属の表面でプロチウム化が起こり、マイナス水素イオン（Ｈ−）を含むアルカリ還元性ミネラルイオン水である、条件付け水、すなわち、電離水素水が生成される（ステップＳ２０６）。
【００１８】
また、本発明者によって発明された特許第４２１８９３９号のセラミックボールや、特許第４４０４６５７のサンゴカルシウムを用いて条件付け水を生成することも可能である。セラミックボールやサンゴカルシウムの製造において、高温酸化焼成状態から、高温無酸素還元焼成状態を経て常温無酸素還元状態に戻る工程中に、炉の雰囲気中に含まれる水素ガスＨ２は、Ｈ２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のようにプラズマ化し、素材中の粘土の中に含まれる珪素が溶けてセラミック化する。サンゴカルシウム粉末中に含まれるＣａＣＯ３は、ＣａＣＯ３→ＣａＯ→ＣａＨ２と変化し、カルシウムの水素化物（水素化カルシウム＝水素化金属の一種であるイオン結合性の水素化金属）ができる。このような条件付け水においても、マイナス水素イオンが発生され得る。
【００１９】
図３は、水素のプロチウム化の模式図であり、Ｈ２⇔２Ｈ０、Ｈ＋⇔Ｈ０、Ｈ２⇔２Ｈ−、Ｈ＋⇔Ｈ−の如く水素原子における荷電変換が起こると考えられる。水素工学の分野では、Ｈ−⇔Ｈ＋⇔２ｅ−の物理化学反応が実験的に確かめられており、水中に置かれた水素化金属の表面では水素のプロチウム化が起こっていることは確実である。よって、水素化金属の構造表面上で、水素のプロチウム化が起こり、Ｈ＋⇔Ｈ０⇔Ｈ−が起こり、水素化金属による処理をした水には、マイナス水素イオン（Ｈ−）が含まれている。
【００２０】
図４は、原水（水道水）と条件付け水とのｐＨとＯＲＰ（酸化還元電位）の時間的変化を対比するグラフである。図中、縦軸はｐＨとＯＲＰ（ｍＶ）、横軸は時間（ｈ）である。原水のｐＨは、７よりも幾分大きい状態を継続し、ＯＲＰは約７６０ｍＶ程度でほぼ一定である。他方、条件付け水では、水素化金属の表面でプロチウム化が生じ、周囲の水のｐＨを１１弱にコントロールし、そしてＯＲＰを−２６０ｍＶにコントロールし、この状態が長時間（グラフでは６時間）にわたって継続される。従って、条件付け水は、原水とは全く異なる水質に変化しており、この条件が作り出されるとき、常温、有酸素状態のアルカリ還元性ミネラルイオン水の中で、マイナス水素イオン（Ｈ−）がイオンとして常時間安定して存在することができる系が存在し得ることがわかる。
【００２１】
図５は、水素化金属として水素化カルシウムおよび水素化マグネシウムによってそれぞれ条件付け水のｐＨとＯＲＰを示し、比較例として、水酸化カルシウムおよび水酸化マグネシウムを含む水のｐＨとＯＲＰを示す。水素化カルシウムでは、ｐＨが１３弱、ＯＲＰが約０ｍＶであり、この状態が２４時間継続されるのに対し、水酸化カルシウムでは、ｐＨは１３弱で同程度であるが、ＯＲＰは約３００ｍＶである。また、水素化マグネシウムでは、ｐＨが１１弱、ＯＲＰが−７００ｍＶ〜−５００ｍＶ弱の範囲で約２４時間継続されるのに対し、水酸化マグネシウムでは、ｐＨはほぼ１０であり、ＯＲＰは約４５０ｍＶである。このように、水素化カルシウムや水素化マグネシウムにより処理された条件付け水では、水素のプロチウム化によるマイナス水素イオン（Ｈ−）がイオンとして常時間安定して存在することができる系が存在し得ることがわかる。
【００２２】
再び図１に戻り、水素を含むガスの供給（ステップＳ１０２）および水素の貯蔵（ステップＳ１０３）について説明する。図６は、水道水および条件付け水に水素ガスを吹き込んだ場合のｐＨ、ＯＲＰおよび溶存水素（ｐｐｂ）の関係を示す。水道水に水素ガスを吹き込めば、それに同期して一時的にＯＲＰは下がるが、その後もとのＯＲＰに戻る。つまり、原水に水素ガスを吹き込んでも、還元力は長時間維持されない。また、溶存水素もまた一時的に上昇し、ゼロになる。他方、条件付け水に水素ガスを吹き込めば、それに同期してＯＲＰは下がるが、その後もＯＲＰは、負の電位を維持し、すなわち、マイナス水素イオン（Ｈ−）がイオンとして安定して存在していることが確認できる。
【００２３】
図７は、図６で水素ガスを吹き込んだときの水道水と条件付け水の８４時間経過後の溶存水素とＯＲＰの関係を示している。水道水では、溶存水素が０になった場合、スターラーで攪拌しても水素ガスが発生することはない。他方、条件付け水では、溶存水素が０になってからスターラーで攪拌し続けると、８４時間後に再び水素ガスが放出される。すなわち、条件付け水において水素ガスが吹き込むことで溶存水素が０になった後に水素ガスを発生するということは、水素が条件付け水に、一定期間、常温で安定的に貯蔵され得ることを意味する。図８は、条件付け水の溶存水素のスケールをクローズアップしたグラフであり、約８４時間後に、溶存水素０の状態から水素ガスが発生されている。
【００２４】
図９は、条件付け水に水素ガスを５分、２回吹き込んだときの溶存水素と時間の関係を示すグラフである。水素ガスを２回吹き込んだ場合、溶存水素が０になってから、１４８時間後に水素ガスが発生される。水素ガスを１回吹き込んだ場合と比較して、６０時間後に水素ガスが放出され始める。すなわち、水素ガスを１回吹き込んだときよりも、より長い時間、水素が安定的に貯蔵されたことを確認することができる。
【００２５】
このように、条件付け水では、プロチウム化された水素が、Ｈ０２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のような状態で存在し、そこに水素ガスを吹き込むと、水素ガスはプロチウム化または電離された状態で安定的に貯蔵されると考えられる。また、上記の例では、条件付け水に水素ガスを吹き込むようにしたが、水素ガス以外に、水素を含む物質、例えば、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）、又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質があってもよい。
【００２６】
図１０は、水素貯蔵装置の構成例を示す図である。水素貯蔵装置１０は、条件付け水を保持する容器１２と、水素ガス等の水素を含む物質を保持する容器１４と、水素貯蔵タンク２０とを含む。条件付け水用容器１２は、流量調整弁１６を介してパイプなどによって水素貯蔵タンク２０に接続され、容器１４は、流量調整弁１８を介してパイプなどによって水素貯蔵タンク２０に接続される。流量調整された条件付け水と流量調整された水素を含む物質が水素貯蔵タンク２０に供給され、そこに、水素が貯蔵された条件付け水が保持される。
【００２７】
また、図１０に示すように、水素貯蔵装置１０Ａは、水素を含む物質を保持する容器１２と、条件付け水／水素貯蔵タンク２２とを有する構成であってもよい。この場合、条件付け水が保持されたタンク２２に、水素を含む物質又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質が流量調整弁１６を介して供給され、タンク２２内の条件付け水に水素が貯蔵される。
【００２８】
次に、本実施例の水素発生方法について説明する。図１１Ａ、１１Ｂは、水素発生方法を説明するフローチャートである。図１１Ａにおいて、水素貯蔵方法のときと同様に、条件付け水を用意し（ステップＳ３０１）、次いで、条件付け水に水素を貯蔵する（ステップＳ３０２）。次に、水素が貯蔵された条件付け水に酸素ガスを吹き込み（ステップＳ３０３）、条件付け水から水素を発生させる（ステップＳ３０４）。
【００２９】
上記図７ないし図９で示したように、水素が貯蔵された条件付け水において、スターラーで攪拌を続けると、８４時間経過後または１４８時間経過後に水素ガスが発生される。条件付けされた水の中で、プロチウム化した水素は、Ｈ０２⇔Ｈ＋＋Ｈ−のような状態になっていると考えられるので、このような水の中のＨ−は、何時でも自由自在に水素分子Ｈ０２になり得る。そのような水に、一定量の空気または酸素ガスが吹き込まれると、Ｈ＋＋Ｈ−⇒Ｈ０２の反応を起こさせることができ、溶存酸素ゼロの状態から、Ｈ０２、すなわち水素ガスを放出させることができる。
【００３０】
図１２は、条件付けした水に酸素ガスを1時間吹き込んだときの溶存水素とＯＲＰの関係を示している。酸素ガス（Ｏ２）を１時間吹き込むと、その直後から水素ガスが継続的に長時間にわたり（図では８０時間以上）発生される。また、ＯＲＰは、放出されたＨ０２の量に比例して徐々に上昇している。
【００３１】
また、図１１Ｂのフローチャートに示す水素発生方法では、条件付け水を用意し（ステップＳ３０１）、条件付け水に水素を貯蔵し（ステップＳ３０２）、次いで条件付け水のｐＨを下げ（ステップＳ３０３）、条件付け水から水素を発生させる（ステップＳ３０４）。条件付け水のｐＨは、水素を貯蔵した後もアルカリ性であるが（図６の例では、ｐＨ９前後である）、このｐＨを下げると、Ｈ＋が増加され、水素ガスＨ０２が発生される。
【００３２】
図１３は、条件付け水のｐＨを下げたときの溶存水素の変化を示すグラフである。条件付け水のｐＨを下げるため、例えば、塩酸（HCl）を条件付け水に加えると、ｐＨは、アルカリ性から酸性に変化する。これと同期して、ＯＲＰは、約−２６０ｍＶから３８０ｍＶ程度に上昇する。さらに、ｐＨが下がると、急激に水素ガスが発生され、水素ガスの発生量は、約２０時間を経過したあたりから徐々に減少し、４０時間程度にわたり水素ガスの発生が継続される。
【００３３】
図１４は、条件付け水に、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を加え、次いで、６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの変化を示し、図１５は、このときの溶存水素とＯＲＰの変化を示している。水素化金属である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を加えると、条件付け水のＯＲＰが約−８００ｍＶにまで変化し、それに応答して、図１５に示すように溶存水素が上昇する。また、ｐＨは、約１２である。この状態が約２０時間継続された後に、６Ｎ塩酸を加えて条件付け水のｐＨを下げる。ｐＨは、約１２から１１強に下がると、これに同期するように水素ガスが一気に発生する。同時に、ＯＲＰが約−１０００ｍＶまで上昇する。ｐＨが１１強に低下された状態が継続している間、水素ガスの発生が継続される。図１５では、約１００時間強まで水素ガスの発生が続く。
【００３４】
図１６は、条件付け水に水素化ホウ素ナトリウムを供給し、その後に、６Ｎ塩酸を２回投与してｐＨを下げたときのＯＲＰの時間的変化を示し、図１７は、そのときの溶存水素（水素ガスの発生）の時間的変化を示している。図１７に示すように、２度の６Ｎ塩酸の投与に応答して水素ガスが大きく発生し、その溶存水素量は、約１２００ｐｐｂであり、１度の６Ｎ塩酸の投与のときの水素ガスの溶存水素量が７００ｐｐｂ（図１５を参照）よりも大きいことが確認された。
【００３５】
図１８は、同じ条件で水素化ホウ素ナトリウムのみに６Ｎ塩酸を添加したときの溶存水素とＯＲＰの推移を示すグラフである。この場合、６Ｎ塩酸を添加しても、水素ガスは発生しないことが確認された。
【００３６】
図１９は、水素化カルシウム（ＣａＨ２）により条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加えし、その後、２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。６Ｎ塩酸は、１度目に５００μl、２回目に１０００μlを加えている。図２０は、このときの溶存水素とＯＲＰの推移を示している。ここでも、６Ｎ塩酸を加えてｐＨを下げると、水素ガスが発生し、２度目の６Ｎ塩酸を加えたときに水素ガスの発生が急激に増加している。
【００３７】
図２１は、水素化マグネシウム（ＭｇＨ２）により条件付けされた水に水素化ホウ素ナトリウムを加え、その後に、２度の６Ｎ塩酸を加えたときのｐＨとＯＲＰの推移を示すグラフである。図２２は、このときの溶存水素とＯＲＰの推移を示している。ここでも、６Ｎの塩酸を添加してｐＨを下げると、水素ガスが発生し、約１０，０００ｐｐｂの溶存水素を計測した。
【００３８】
図２３は、水道水２００ｍｌに、水素化カルシウム０．４ｇと、水素化マグネシウム０．４ｇを入れて条件付け水を生成し、その後、５００μｌ、１０００μｌ、１０ｍｌの６Ｎ塩酸を３回に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図２４は、このときの水素ガスの発生状況を示している。１回目の６Ｎ塩酸の添加では、ｐＨの下げは僅かであり、それに応じて水素ガスの発生も僅かである。２回目の６Ｎ塩酸の添加によりｐＨが幾分だけ下がると、水素ガスの発生が増加し始め、３回目でｐＨが大きく下がると、水素ガスが大量に放出された。
【００３９】
図２５は、水道水２００ｍｌに水素化カルシウム（ＣａＨ２）０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図２６は、このときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。測定は、溶液の上澄みである。１度目の６Ｎ塩酸は、１０００μｌ、２度目は、１０ｍｌである。１度目の６Ｎ塩酸の添加でｐＨが下がり、水素ガスが発生し、２度目の６Ｎ塩酸の添加でｐＨが大きく下がり、これに応じて、最大で約９．５ｐｐｂの溶存水素量を計測し、また、ＯＲＰも上昇した。
【００４０】
図２７は、水道水２００ｍｌに水素化マグネシウム０．８ｇを溶かし、６Ｎ塩酸を２度に分けて添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図２８は、このときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。ここでは、１度目、２度目の６Ｎ塩酸の添加量は、それぞれ１０００μl、１０ｍｌである。１度目の６Ｎ塩酸の添加でｐＨが大きく下がり、これに応じて最大で約１１００強のｐｐｂの水素ガスが発生し、２度目の６Ｎ塩酸の添加でも最大で１１００強のｐｐｂの水素ガスが発生し、その状態が長時間継続された。
【００４１】
図２９は、条件付け水に水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）を０．８ｇ入れ、次いで、酢酸を５００μｌ、１０００μｌ入れてｐＨを低下させたときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３０は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。水素化ホウ素ナトリウムの添加によりＯＲＰが幾分低下するがｐＨ、溶存水素は殆ど変わらない。１度目の酢酸の添加でｐＨは低下し、これに応答して若干溶存水素が上昇する。２回目の酢酸の添加でｐＨが大きく低下し、ＯＲＰが上昇し、溶存水素も大きく上昇することが観察された。
【００４２】
図３１は、金属マグネシウムを含む水道水に塩酸を添加したときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３２は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。１回目の塩酸の添加は、５００μｌ、２回目の塩酸の添加は、１０ｍｌである。１回目の塩酸の添加によりｐＨは大きく低下し、ＯＲＰは上昇し、さらに溶存水素が大きく上昇し、大量の水素が発生する。
【００４３】
図３３は、条件付け水に金属マグネシウムと塩酸を添加し、ｐＨを下げたときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３４は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。１回目の塩酸の添加は、５００μｌ、２回目の塩酸の添加は、１０ｍｌである。図３１に示したように、金属マグネシウムと塩酸とが反応することで大量の水素を発生させることができる。条件付けした水に金属マグネシウムを添加し、そこに塩酸を添加すると、金属マグネシウムと塩酸との反応によって発生された水素ガスが条件付け水に貯蔵される。図３４に示すように、塩酸を添加したときの溶存水素の量は、図３２のときの溶存水素の量と比べてはるかに小さく、このことは、水素が条件付け水に貯蔵されたことを意味する。
【００４４】
図３５は、水素化マグネシウムで条件付けされた水に金属マグネシウムを添加し、塩酸でｐＨをさげたときのｐＨとＯＲＰの時間的変化を示し、図３６は、そのときの溶存水素とＯＲＰの時間的変化を示している。１回目の塩酸の添加は、５００μｌ、２回目の塩酸の添加は、１０００μｌである。１回目の塩酸の添加によってｐＨが大きく下がり、ＯＲＰが上昇するが、溶存水素はさほど変化せず、塩酸の添加によって発生された水素が条件付け水に貯蔵されている。２回目の塩酸の添加によって、下がったままのｐＨは、殆ど変化しないが、溶存水素が大きく上昇し、大量の水素ガスが長時間にわたり発生される。
【００４５】
図３７は、水素発生装置の構成例を示す図である。水素発生装置３０は、条件付け水を保持する容器３２と、酸素ガスや塩酸等の酸を含む物質を保持する容器３４と、水素発生タンク４０とを含む。条件付け水用容器３２は、流量調整弁３６を介してパイプなどによって水素発生タンク４０に接続され、容器３４は、流量調整弁３８を介してパイプなどによって水素発生タンク４０に接続される。流量調整された条件付け水と流量調整された酸を含む物質が水素発生タンク４０に供給され、そこに、水素が発生される。
【００４６】
また、図３７に示すように、水素発生装置３０Ａは、水素を含む物質を保持する容器３２と、条件付け水／水素発生タンク４２とを有する構成であってもよい。この場合、条件付け水が保持されたタンク４２に、酸を含む物質が流量調整弁３６を介して供給され、タンク４２内の条件付け水から水素が発生される。
【００４７】
図３８は、本実施例の条件付け水の水素貯蔵または水素発生の状態を説明する図である。条件付け水には、水素がプロチウム化された状態、すなわち、Ｈ＋＋Ｈ−のイオン化された状態で存在し、条件付け水に、Ｈ２ガスやその他の水素を含む物質又は、Ｍｇなどの水素を発生させる物質を添加すると、Ｈ２（水素分子）は、Ｈ＋＋Ｈ−のイオン化された状態で貯蔵される。他方、条件付け水に、酸素ガス（Ｏ２）、空気、塩酸、酢酸などの酸を含む物質またはｐＨを下げる物質を添加すると、Ｈ＋＋Ｈ−⇒Ｈ０２の反応が促進され、水素ガスが発生する。このように水素化金属を入れた水は、物性が変わり、水素ガスを安定的に貯蔵し、ｐＨを下げることで水素ガスを発生することができる。また、条件付け水は、水素が電離して水の中に溶存された水＝電離水素水と言うこともできる。
【００４８】
本実施例で説明した水素貯蔵方法、水素発生方法、水素貯蔵装置および水素発生装置は、水素をエネルギー源とする水素電池、水素エンジンなどに利用することができる。本実施例の水素貯蔵および発生は、常温で非常に安定的に水素を貯蔵し発生させることができるため、水素電池、水素エンジンなどにおいて安全に利用することができる。
【００４９】
本発明の好ましい実施の形態について詳述したが、本発明は、特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プロチウム化された水素を含む水を生成し、
当該水に水素を含む物質を供給することにより水素を貯蔵し、
当該水のｐＨを下げることで水素ガスを発生させる、水素発生方法。
【請求項２】
プロチウム化された水素を含む水を生成し、
当該水に、水と反応して水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵し、
当該水のｐＨを下げることで水素ガスを発生させる、水素発生方法。
【請求項３】
前記ｐＨを下げる物質は、空気である、請求項１または２に記載の水素発生方法。
【請求項４】
前記ｐＨを下げる物質は、酸素ガスである、請求項１または２に記載の水素発生方法。
【請求項５】
前記ｐＨを下げる物質は、酸を含む物質である、請求項１または２に記載の水素発生方法。
【請求項６】
前記水は、Ｈ＋＋Ｈ−のイオンを含む、請求項１ないし５いずれか１つに記載の水素発生方法。
【請求項７】
前記水は、水素化金属によって処理された水であり、前記水に水素を含むガスを供給することで水素を貯蔵し、酸を含む物質を加えることで水素を発生させる、請求項１に記載の水素発生方法。
【請求項８】
前記水は、水素化金属によって処理された水であり、前記水に水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、酸を含む物質を加えることで水素を発生させる、請求項１に記載の水素発生方法。
【請求項９】
前記水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである、請求項７または８に記載の水素発生方法。
【請求項１０】
プロチウム化された水素を含む水を収容する収容手段と、
前記収容手段に収容された水に水素を含む物質を供給する第１の供給手段と、
前記収容手段に収容された水のｐＨを下げる物質を供給する第２の供給手段と、
を有する水素発生装置。
【請求項１１】
プロチウム化された水素を含む水を収容する収容手段と、
前記収容手段に収容された水に、水と反応して水素を発生させる物質を供給する第１の供給手段と、
前記収容手段に収容された水のｐＨを下げる物質を供給する第２の供給手段と、
を有する水素発生装置。
【請求項１】
プロチウム化された水素を含む水を生成し、
当該水に水素を含む物質を供給することにより水素を貯蔵し、
当該水のｐＨを下げることで水素ガスを発生させる、水素発生方法。
【請求項２】
プロチウム化された水素を含む水を生成し、
当該水に、水と反応して水素を発生させる物質を供給することにより水素を貯蔵し、
当該水のｐＨを下げることで水素ガスを発生させる、水素発生方法。
【請求項３】
前記ｐＨを下げる物質は、空気である、請求項１または２に記載の水素発生方法。
【請求項４】
前記ｐＨを下げる物質は、酸素ガスである、請求項１または２に記載の水素発生方法。
【請求項５】
前記ｐＨを下げる物質は、酸を含む物質である、請求項１または２に記載の水素発生方法。
【請求項６】
前記水は、Ｈ＋＋Ｈ−のイオンを含む、請求項１ないし５いずれか１つに記載の水素発生方法。
【請求項７】
前記水は、水素化金属によって処理された水であり、前記水に水素を含むガスを供給することで水素を貯蔵し、酸を含む物質を加えることで水素を発生させる、請求項１に記載の水素発生方法。
【請求項８】
前記水は、水素化金属によって処理された水であり、前記水に水素化ホウ素ナトリウムを供給することで水素を貯蔵し、酸を含む物質を加えることで水素を発生させる、請求項１に記載の水素発生方法。
【請求項９】
前記水素化金属は、アルカリ金属、アルカリ土金属、第１３族および第１４族の金属の少なくとも１つである、請求項７または８に記載の水素発生方法。
【請求項１０】
プロチウム化された水素を含む水を収容する収容手段と、
前記収容手段に収容された水に水素を含む物質を供給する第１の供給手段と、
前記収容手段に収容された水のｐＨを下げる物質を供給する第２の供給手段と、
を有する水素発生装置。
【請求項１１】
プロチウム化された水素を含む水を収容する収容手段と、
前記収容手段に収容された水に、水と反応して水素を発生させる物質を供給する第１の供給手段と、
前記収容手段に収容された水のｐＨを下げる物質を供給する第２の供給手段と、
を有する水素発生装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２９】
【図３０】
【図３１】
【図３２】
【図３３】
【図３４】
【図３５】
【図３６】
【図３７】
【図３８】
【公開番号】特開２０１３−２８５３４（Ｐ２０１３−２８５３４Ａ）
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１２−２４７６４３（Ｐ２０１２−２４７６４３）
【出願日】平成２４年１１月９日（２０１２．１１．９）
【分割の表示】特願２０１２−５２３４７７（Ｐ２０１２−５２３４７７）の分割
【原出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５０３０２０７８１）株式会社ＴＡＡＮＥ (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月７日（２０１３．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２４年１１月９日（２０１２．１１．９）
【分割の表示】特願２０１２−５２３４７７（Ｐ２０１２−５２３４７７）の分割
【原出願日】平成２２年７月８日（２０１０．７．８）
【出願人】（５０３０２０７８１）株式会社ＴＡＡＮＥ (3)
【Ｆターム（参考）】
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