水素発生用触媒
【課題】低温で寿命の長い水を、水素と酸素に分解できる触媒を提供する。
【解決手段】水が注入される水入口７と水素が流出する水素排出口８を供えた金属製の触媒筒３と、この触媒筒内に注入される水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム等からなる親水性の金属酸化物のイオン液体又は金属水酸化物と金属酸化物とを脱水反応させて生成した複合金属酸化物と、前記イオン液体又は複合金属酸化物内に酸化物を作り易い金属イオンを供給する金属元素供給体（２０〜２２、２５）からなる水から水素を取る水素発生用触媒であり、３００℃〜７００℃の温度範囲で水蒸気を瞬間的に分解できる 。
【解決手段】水が注入される水入口７と水素が流出する水素排出口８を供えた金属製の触媒筒３と、この触媒筒内に注入される水酸化ナトリウム又は水酸化カリウム等からなる親水性の金属酸化物のイオン液体又は金属水酸化物と金属酸化物とを脱水反応させて生成した複合金属酸化物と、前記イオン液体又は複合金属酸化物内に酸化物を作り易い金属イオンを供給する金属元素供給体（２０〜２２、２５）からなる水から水素を取る水素発生用触媒であり、３００℃〜７００℃の温度範囲で水蒸気を瞬間的に分解できる 。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を分解して、水素を取出すための水素発生用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を使用して、水から水素を作る方法としては、純水を触媒を介して水素と酸素に熱分解することが知られており（特開平１０−２１２１０１号）、この熱分解においては、シリカ酸化物を触媒として回転可能な炉容器に投入して、炉容器内を真空状態に真空引きし、真空引き後に、純水を投入すると共に、最終目標温度を３５０℃〜７００℃に設定して、段階的に加熱しながら水素と酸素を回収している。
【０００３】
また、他の方法としては、細かく粉砕した白金又はパラジウム等の金属触媒を約６０℃〜１５０℃の温度に維持されたキレート化剤含有水と接触させて水素を発生させる方法が知られている（特公昭６２−５２１０２号）。
【特許文献１】特開平１０−２１２１０１号
【特許文献２】特公昭６２−５２１０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における方法においては、純水が必要であるばかりでなく段階的に加熱するので水素を取出すのに時間を要するという欠点がある。
【０００５】
また、特許文献２の方法においては、キレート剤が必要なばかりでなく、水素発生量が少ないという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の水素発生用触媒は、親水性の金属水酸化物と、この水酸化物を加熱して溶融させたときに、その中に溶け出す金属元素とで構成した。
【０００７】
また、前記水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）であり、前記金属元素は酸化物を作り易い鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のうち、少なくとも一種類であることが好ましい。
【０００８】
更に、本発明の水素発生用触媒を少なくとも一種類の親水性の低融点の金属水酸化物と、この金属水酸化物と反応して金属水酸化物の融点以上の温度で脱水し複合酸化物を生成する少なくとも一種類の他の化合物とで構成した。
【０００９】
また、前記親水性の金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ）および他の水和金属水酸化物であり、前記他の化合物は、水酸化物として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）2）であり、酸化物として、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は酸化バリウム（ＢａＯ）であることが好ましい。
【００１０】
更に、また、本発明の水素発生用触媒は、水が注入される水入口と水素が流出する水素排出口とを備えた金属容器と、この金属容器内に収納される低融点の親水性の金属水酸化物と、この金属水酸化物内に配置され前記金属水酸化物を加熱して溶融させたときに金属元素が金属水酸化物の溶融液体内に溶け出す金属元素供給体とからなり、前記金属水酸化物を加熱溶融させたときに前記容器の壁面からも前記金属水酸化物内に金属元素が溶け出すように構成した。
【００１１】
また、前記金属容器はステンレス板からなり、前記金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）であり、前記金属元素供給体は、板状、粒状又は塊状の鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）又はステンレス材（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ）からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１、２の水素発生用触媒は、低融点の金属水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ）が加熱されて液体となり、この液体中に金属元素が溶け出して全体としてイオン液体を構成する。このイオン液体は３００℃〜６００℃に加熱された液状の溶融塩であり、その中には電離した金属水酸化物の金属イオン（Ｎａ+又はＫ+）、水酸基イオン（ＯＨ−）が含まれ、この液体中に金属元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等）がイオン（Ｆｅ2＋、Ｎｉ2＋、Ｃｒ３＋、Ｔｉ4＋等）となって溶け出して全体として活性なイオン液体を構成している。このイオン液体中には、多数の電子（ｅ−）が活発に移動しており、この液面に水滴又は３００℃〜６００℃の水蒸気が当ると、イオン液体は親水性のため、水分子が捕捉され、水が電離して水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）とになる。また、液面から上も、イオン液体の細かい粒子がベーパーとして飛び出しており、このベーパーによっても水分子は捕捉されて電離する。ここで、イオン液体中の金属イオン（Ｆｅ2＋、Ｎｉ2＋、Ｃｒ３＋、Ｔｉ4＋等）は酸化物を作り易くイオン液体中及び水から電離した水酸基イオン（ＯＨ−）中の酸素（Ｏ）を吸着し、水素イオン（Ｈ＋）を放出する。水素イオン（Ｈ＋）は電子（ｅ−）リッチな雰囲気内で電子と結合して水素原子となり、これが他の水素原子と結合して水素分子（Ｈ2）となり外部に取出される。
【００１３】
また、水酸基イオン（ＯＨ−）から分離された酸素イオン（Ｏ2−）はイオン液体中の金属イオンに一旦吸着され酸化物（ＦｅＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＴｉＯ２等）を生成するが、分解能力の高いイオン液体中で電離して逐次金属元素から離れて外部に酸素分子（Ｏ2）として放出される。このとき、水素イオン（Ｈ＋）が十分に存在する場合には酸素の一部が水素イオン（Ｈ＋）と結合して水蒸気の形態（Ｈ2Ｏ）として外部に放出される。なお、イオン液体中の水酸基イオン（ＯＨ−）が不足してくると、イオン液体を維持できなくなるが水が電離して生成された水酸基イオン（ＯＨ−）がこれを置換してイオン液体が維持される。
【００１４】
このようなイオン液体の作用により、水分子は３００℃以上の温度で瞬時に水素と酸素に分解される。
【００１５】
請求項３、４、５の発明は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の親水性の金属水酸化物を加熱し、この中に金属水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）2）、Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ、Ｃｏ（ＯＨ）2等）又は金属・非金属酸化物（ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＮｉＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＯ2等）を溶かし込み、脱水させて複合金属・非金属酸化物（Ｎａ2ＣａＯ2、Ｋ2ＣａＯ2、Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5、Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5等）を生成し、この複合金属・非金属酸化物の触媒作用により水を分解させる。この複合金属・非金属酸化物を６００℃以上に加熱した状態で６００℃以上の水蒸気を当てると、水蒸気は、親水性の複合金属・非金属酸化物の表面に捕捉されるとともに、そこから飛び出しているベーパーによっても捕捉され、水蒸気を捕捉した部分はやや溶けてその部分は、電離（Ｎａ＋、ＣａＯ22−：Ｋ＋、Ｔｉ2Ｏ52−等）し、更に、捕捉された水蒸気もＨ＋とＯＨ−に電離し、このＯＨ−イオンは複合金属・非金属酸化物の表面のイオンにより分離されＨ＋イオンを放出するとともに酸素イオン（Ｏ2−）は一旦酸化物（Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等）を作る。水素イオン（Ｈ＋）は豊富な電子（ｅ−）雰囲気内で電子を内包して水素原子（Ｈ）となり、更に水素分子（Ｈ2）となって外部に放出される。ここで、一旦酸化物として捕捉された酸素（Ｏ）の一部は、豊富な電子が活動する雰囲気内で再び電離して酸素イオン（Ｏ2−）となり、この酸素イオン（Ｏ2−）は電離した水素イオン（Ｈ＋）に電子（ｅ−）を供給して水素分子（Ｈ）にしたり、水素イオン（Ｈ＋）と結合して水蒸気（Ｈ2Ｏ）を作ったりする。なお、酸素の一部は、触媒容器と作用して酸化物を作る。また、触媒筒のケーシングからも金属元素が溶け込んでイオン液体と同様の作用をする。このような複合作用により水が分解される。
【００１６】
なお、この複合金属・非金属酸化物内に、例えば、酸化物を作り易い金属原子供給体である鉄塊とかステンレス塊又はチタン合金塊を入れると、これらの金属元素が金属・非金属酸化物内にとけこんでこれらの金属元素のイオン（Ｆｅ2＋、Ｔｉ3＋、Ｃｒ3＋、Ｎｉ2＋等）が電離した水の水酸基イオン（ＯＨ−）に作用して酸素を分離したり酸化物を作ったりして水の分解に寄与する。
【００１７】
請求項６、７の発明は、請求項１、２の発明の具体的態様であり、金属水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ）を金属容器（ステンレス板）内に入れ、３００℃〜６００℃に加熱した金属容器内で金属水酸化物を溶融せしめ、更に、この溶融した金属酸化物内に金属元素供給体から金属元素（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ等）を溶かし込み、これに加えて金属容器の壁面からも金属元素を溶かして金属容器内に活性化されたイオン液体を形成したもので、このイオン液体上に水滴又は水蒸気を供給すれば、水が３００〜４００℃程度の温度で効率よく分解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
本発明の水から水素を発生させるための触媒は、低融点の親水性の金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）の溶液中に酸化物を作り易い鉄イオン（Ｆｅ2＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ2＋）チタンイオン（Ｔｉ2＋）、亜鉛イオン（Ｚｎ2＋）、コバルトイオン（Ｃｏ2＋）、スズイオン（Ｓｎ2＋）、ビスマスイオン（Ｂｉ3＋）、マンガンイオン（Ｍｎ2＋）タングステンイオン（Ｗ6＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ2＋）のうち、少なくとも一種類の金属イオンを溶かしたものである。すなわち、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムは２５０℃〜３００の間に融点を持ち、この温度以上に加熱した溶液中に上述の金属イオンを溶かしてイオン液とし、この液面に３００℃以上に加熱した水蒸気（Ｈ2Ｏ）を当てると水蒸気が分解されて水素と酸素が放出される。なお、イオン液面に直接水滴を当てた場合には、そこで水蒸気となる。
【００２０】
前記金属イオンは、金属塊、金属粒子あるいは金属合金として供給され、例えば、容器の中に金属水酸化物を入れるとともにこの容器内に金属粒子、金属塊を入れるか、容器を所望の金属又は合金で形成し、容器内壁から金属イオンを水酸化物の溶液中に溶かすようにして供給する。
【００２１】
図１、２は、水素発生メカニズムを示すものである。
【００２２】
図１において、水素発生装置１は３００℃〜６００℃の水蒸気を作る蒸気室２を備え、この蒸気室２に隣接してステンレス材からなる触媒筒３が設けられ、これら蒸気室２および触媒筒３は伝熱ヒータ４により加熱される。前記蒸気室２には供給管５から水が供給され、蒸気室２内で発生した水蒸気は、蒸気管６を介してステンレス材からなる触媒筒３内に送られ、触媒筒３内には触媒が収納され、水蒸気はこの触媒の上面に接触しながら分解され出口部８から立設する排出管９を通って放出される。
【００２３】
図２は、図１のII−II線断面図であり、ステンレス容器内に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が収納され、この状態で容器を３００℃以上に加熱すると水酸化ナトリウムは溶解し、この溶解液内にステンレス容器の内壁から鉄イオン（Ｆｅ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ2＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ2＋）が溶け出す。また、溶解した水酸化ナトリウムはナトリウムイオン（Ｎａ+）と水酸基イオン（ＯＨ−）に電離し、いわゆる金属イオンと水酸基イオンを含んだイオン液体をなし電子の移動が激しい活性溶液が出来る。この液面に３００℃以上に加熱された水蒸気が当ると、水蒸気（Ｈ2Ｏ）が水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）に電離し、水素イオン（Ｈ＋）はイオン液面の電子（ｅ−）と結合して水素原子（Ｈ）となり、さらに水素原子同士結合して水素分子（Ｈ2）ができ、これが瞬時に排出管９から放出される。
【００２４】
一方、水が電離して生成された水酸基イオン（ＯＨ−）及びイオン溶液中の水酸基イオン（ＯＨ−）は活性な酸化物を作り易い金属イオン（Ｆｅ2＋、Ｔｉ3＋、Ｃｒ3＋、Ｎｉ2＋等）特に鉄イオン（Ｆｅ2＋）により分離され、酸素イオン（Ｏ2−）は金属元素と結合して（ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｎａ2Ｏ）の形でこれら金属元素に吸着され、ここで分離された水素イオン（Ｈ＋）の一部は電子（ｅ−）と結合して水素原子（Ｈ）となり、この水素原子（Ｈ）は他の水素原子（Ｈ）と結合して水素分子（Ｈ2）として外部に放出され、残部は水酸基イオン（ＯＨ−）と結合して水蒸気（Ｈ2Ｏ）を作る。また、金属元素に吸着された酸素（Ｏ）の一部は酸化物として容器内に残るが、大部分は活性化されたイオン溶液内で酸化物の金属原子から分断され、水素の放出からやや遅れて徐々に外部に放出される。このように、３００℃以上のイオン溶液の液面は親水性で（水酸化ナトリウムの作用）、水蒸気が流入すると液面でそれを捕捉し、液面近傍の活発な金属イオンは、水蒸気を電離させるとともに、イオン液中及び電離した水の水酸基イオン（ＯＨ−）を水素と酸素に分断する。このように、水蒸気を触媒表面に送ると瞬時に水素が放出され、上述のようにやや遅れて徐々に酸素が放出される。なお、水蒸気を送らないときでもイオン液中の水酸基イオン（ＯＨ−）が分断され発生した水素が放出されていることは、実験で確認されている。また、水蒸気でなく、水滴を直接イオン液体の液面に供給しても水滴は液面で水蒸気となり、次いで水素と酸素に分離されることも確認されている。更に、水酸化ナトリウムの他に水酸化カリウム（ＫＯＨ）でも同じような作用をするが、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の方が鉄（Ｆｅ）との相性がよい。このようなイオン液体は、触媒作用により３００℃位の温度でも水を分解できるが、４００℃前後の温度であれば安定して水を分離でき、このように４００℃程度にイオン液体を加熱することが好ましい。なお、イオン液体の上限の温度は使用する水酸化物の沸点以下であればよい。例えば、水酸化カリウムの沸点は１３２０℃、水酸化ナトリウムの沸点は１３９０℃である。
【００２５】
このように、酸化物を作り易い金属元素は溶融された水酸化物内に図３で示すように、粒状の金属元素供給体２０の形で供給されても良いし、図４に示すように塊状の金属元素供給体２５の形で供給されても良いし、図５に示すように板状の金属元素供給体２２の形で供給されても良く、図６に示すように底板２３上に多数のフィン２５を立設した金属供給体２５の形で供給されても良い。これらの金属供給体２０〜２２、２５は所望の純粋金属で形成されても良く、合金の形で形成されても良い。ステンレス容器内に上述の各種金属元素を金属元素供給体として加えても良い。実施例としは、ステンレス容器内にステンレス板を金属元素供給体として加えるのが好適である。
【００２６】
以上は、イオン液体触媒についての説明であるが、次に固体状の複合元素（金属・非金属）化合物からなる触媒について説明する。
【００２７】
図７において、ステンレス材からなる触媒筒３内には、固体の複合元素化合物からなる触媒３０が収納され、この中には、酸化物を作り易い元素、例えば鉄塊３１が収納されている。この鉄塊３１はチタン、ニッケル、クロム、、モリブデン、マグネシウム、ビスマス、亜鉛、コバルト、スズ、タングステン、マンガン等酸化物を作り易い金属で代替され得る。なお、その形は、上述のように粒状、板状、フィン状でもよい。
【００２８】
前記複合元素化合物は、少なくとも一種類の親水性の低融点（２５０〜４５０℃）の金属水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2）（融点４０８℃）の少なくとも一種類を加熱して溶融させながら、他の金属酸化物（酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化バリウム（ＢａＯ）又は非金属水酸化物（酸化珪素（ＳｉＯ2））又は金属水酸化物（水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）2）の少なくとも一種類を溶かし込み、ゲル状になった状態で触媒筒３内に注入される。触媒筒３内には鉄塊３１が収納され、この鉄塊３１は触媒３０で被われ、触媒３０の加熱中にその中に鉄イオン（Ｆｅ2＋）として溶け込み触媒３０の表面に水蒸気が供給されたときに酸素（Ｏ）を酸化物として一旦吸着する作用をする。すなわち、触媒３０を水酸化カリウム（ＫＯＨ）と酸化チタン（ＴｉＯ２）とで形成した場合、両者の加熱中には
２ＫＯＨ＋２ＴｉＯ２→Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5＋Ｈ2Ｏ …（１）
の反応により脱水して複合金属酸化物であるチタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）が生じ、この親水性のチタン酸カリウム中に鉄イオン（Ｆｅ2＋）が溶け込んでいる。鉄イオンを含んだチタン酸カリウムの表面では電子（ｅ−）が活発に活動してカリウムイオン（Ｋ＋）とチタン酸イオン（Ｔｉ2Ｏ52−）とに電離し、これにより水蒸気を水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）に電離し、全体としては前述のイオン液体と同様の作用により水を分解する。但し、安定して分解する温度は６５０℃〜７００℃であり、イオン液体より加熱温度が高くなる。なお、この場合にも触媒筒３の周壁からも、鉄材（Ｆｅ2＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ3＋）が溶け込んでいる。
【００２９】
なお、酸化チタンと同様に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）も、水酸化カリウムと化合物を作るときに、
ＫＯＨ＋ＺｒＯ２→Ｋ2Ｚｒ2Ｏ5＋Ｈ2Ｏ …（２）
の反応をして、ジルコン酸カリウム（Ｋ2Ｚｒ2Ｏ5）を生じ、これも上述のチタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）と同様の作用をする。
【００３０】
なお、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）でも、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と同様の作用をするが、これと水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）の反応も、上述と同じように
Ｃａ（ＯＨ）2＋２ＮａＯＨ→Ｎａ2ＣａＯ2＋２Ｈ2Ｏ …（３）
の脱水反応をする。このカルシウム酸ナトリウム（Ｎａ2ＣａＯ2）も、他の複合金属化合物と同じ作用をする。
【００３１】
酸化珪素（ＳｉＯ2）も水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と上述と同じように
２ＳｉＯ2＋２ＮａＯＨ→Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5＋Ｈ2Ｏ …（４）
の脱水反応をして、上述と同様の性質を有する珪酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5）を生じる。
【００３２】
同様に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の反応は、
ＭｇＯ＋２ＮａＯＨ→Ｎａ2ＭｇＯ2＋Ｈ2Ｏ …（５）
となり、マグネシウム酸ナトリウムが出来る。
【００３３】
水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）は類似の性質を有するので、交換しても良く、また、両者を加えたものに他の成分を加えてもかまわないが、鉄イオンとの相性は水酸化ナトリウムの方が良いことが確認されている。
【００３４】
次に、本発明の触媒を利用した具体的装置及び水素発生システムについて説明する。
【００３５】
図８において、水素発生装置Ｍは、触媒ユニット４０を有し、この触媒ユニット４０は断熱ケーシング４１を備え、この断熱ケーシング４１内には、触媒収納ボックス４２が３段に積層され、各触媒収納ボックス４２の底面には面状発熱体４３、４３、４３が付着され、これにより各触媒収納ボックス４２が３００℃〜６００℃に加熱される。前記各触媒収納ボックス４２内には、水タンク４４からの水が流量計４５、これに連結された補助タンク４６の底面から伸びている水パイプ４７、４７、４７を介して所定量送られる。
【００３６】
なお、水タンク４４の液面には、コンプレッサ４８を介して所定圧力が供給され、前記各触媒収納ボックス内の水蒸気の気体圧に負けないようになっている。前記触媒収納ボックス４２の水パイプ４７が配管される側壁の反対側の側壁には、水素配管４９が設けられ、この水素配管４９は水蒸気除去装置５０に連なり、この装置５０は水タンクであり、この水タンク内の液面下に水素配管４９が伸び、これにより触媒數納ボックス４２内で分解されなかった一部の水蒸気が除去され、この水タンクはチラー５１により冷却され、高温の水蒸気が逆流しないようになっている。水蒸気除去装置５０を通った水素と酸素は、ポンプ５２により気体タンク５３に一旦貯溜され、この気体タンク５３から水素が、例えばボイラのバーナ５４に送られ燃焼される。また、水素と酸素とを分離するパラジウム合金膜からなる分離装置５５を通して酸素を除去し、純度の高い水素のみを燃料電池５６に送って発電される。
【００３７】
一方、気体タンク５３からの気体の一部は、前記面状発熱体４３を加熱する補助熱源として使用される。前記面状発熱体４３は図９に示すように、最上段に配置されたもので、アルミ合金のような熱伝導性の高い板状体に炭素を主成分とする発熱体６０を面状に塗布したもので、前記板状体の一側には、加熱部４３ａがケーシング４１外に突出して形成され、ここが水素バーナ６１によって加熱され、その熱は直ちに板状体全体に伝導する。同様に中段、下段の面状発熱体４３は上段とは異なる位置にそれぞれ加熱部４３ｂ、４３ｃが形成され、これらが水素バーナ６２、６３によって加熱され、各水素バーナ６１、６２、６３には、弁６４、６５、６６及び図示しない水封装置からなる図示しないバックファイヤー防止装置を介して水素が供給される。
【００３８】
前記触媒収納ボックス４２は、全体としてステンレス板で形成され、図１０に示すように複数の仕切壁７０、７１が設けられ、仕切壁７０と触媒収納ボックス４０の側壁間には、水滴が送られる蒸気室７２が形成され、この蒸気室７２には、水パイプ４７の分岐配管４７ａにより複数個所に水滴が送られ、ここで、３００℃〜６００℃の水蒸気が発生する。前記蒸気室７２に隣接して触媒室７３、７３が形成され、この触媒室７３内には、例えば、ステンレス板からなるフィン体７５、７５…７５が収納され、このフィン体７５は、例えば、前述のイオン液体触媒内に位置する。また、固形触媒を収納することも可能である。蒸気室７２の反対側の側壁には分岐配管４９ａが設けられ、水素は分岐配管４９ａを経て集合配管７４に集められ、水蒸気除去装置５０に送られる。
【００３９】
図１１は水素エンジンシステムのうち、自動車のエンジン８０に本発明の触媒を使用した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（例えばＰｄ合金）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３００℃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ユニット８６を通して水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）に分離し、必要に応じて未分解の水蒸気（Ｖ）を加熱器８５及び触媒ユニット８６内を循環せしめた後、前記エンジンの吸入孔８２にポンプ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、本発明の触媒ユニット８６の作動温度が３００℃〜６００℃であるので、必要に応じて設けられる加熱器８５及び触媒ユニット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。なお、排気温度は４００℃〜５００℃であるので断熱を完全にすれば、加熱器８５は不要である。
【００４０】
図１２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ユニット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。前記触媒ユニット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。
【００４１】
図１３は、蒸気ボイラ１２０に触媒ユニット１２１を適用したもので、炉心１２２の周囲に水管１２３が設けられ、この水管１２３から蒸気パイプ１２４により外部に３００℃〜６００℃の水蒸気が取出される。蒸気パイプ１２４からは分岐パイプ１２５が分岐し、この分岐パイプ１２５に前記触媒ユニット１２１が設けられ、ポンプ１２７でボンベ１２８に水素と酸素が一旦貯溜されバルブ１３１の開閉により水素バーナ１２９に水素と酸素が送られる。炉心１２２で発生した排気ガスは排出口１３０から外部に放出される。
【００４２】
図１４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３００℃〜６００℃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、３００℃〜６００℃に下げられた水蒸気は、触媒ユニット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。前記水素バーナ１０２からの排気は分離器１０９で分離され高温の水蒸気は発電機１０３からの水蒸気と混合されて熱交換器１０４に送られ、前記分離器１０６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。
【００４４】
次に、燃料電池を触媒ユニットに結合した場合のシステムについて説明する。
【００４５】
図１５において、本システムは、２つの触媒ユニットＵ１、Ｕ２を有し、これらの触媒ユニットＵ１、Ｕ２は弁２００の切換によって交互に動作するようになっており、弁２００はコントローラ２０１によって、例えば、５分ごとに切換わり、水タンク２０２からの水の流れを切り換えるようになっている。これは、上述の触媒の表面が連続運転していると劣化し易いが、間欠的に運転すると、触媒の寿命が延びるからである。
【００４６】
各触媒ユニットＵ１、Ｕ２には、パラジウム合金等のような水蒸気分離装置２０３、２０４が設けられ、ここで水素、酸素とから分離された水蒸気は触媒ユニットの入口側に戻されて触媒ユニット内に流入され更に水素と酸素とに分解される。水蒸気分離装置２０３、２０４で分離された水素と酸素はパラジウム合金等からなる分離膜を備えた酸素・水素分離装置２０５により分離され、ここで分離された純度の高い水素は燃料電池２０６に送られる。この燃料電池２０６の出口側は水素と酸素の結合により高熱となり、水蒸気が出るので、この水蒸気は前記コントローラ２０１により動作し水の供給を切り換える切換弁２０７を介して作動中の触媒ユニットＵ１、Ｕ２に送られる。
【００４７】
また、燃料電池２０６で得られる電気の一部は各触媒ユニットＵ１、Ｕ２内のヒータ２０８、２０９に供給される。
【００４８】
次に、本発明の触媒ユニットを船舶に適用した場合のシステムについて説明する。
【００４９】
船の場合には、揺れがあるので固体触媒を使用すれば良いが、イオン液体の方が触媒機能が大であるで、それを使用するには工夫が必要である。
【００５０】
触媒ユニット３００は、ジャイロを備えた水平維持装置Ｈに支持させるのが、良いが、装置が高価となるので、図１７、１８に示す構造とするのが好ましい。すなわち、触媒ユニット３００は、深底のステンレス材からなるケーシング３０１を有し、このケーシング３０１内には、格子状のステンレス板からなる仕切板３０２が収納され、この仕切板３０２はケーシング３０１内を小部屋に仕切っており、このように仕切ることにより船が傾斜してもケーシング３０１の上板３０５に取付けられる水蒸気供給パイプ３０３及び水素排出パイプ３０４がイオン液体によって詰まることがない。なお、前記両パイプ３０３、３０４は上板３０５の前後方向両端部で幅方向中心に設けられ、触媒ユニット３００の幅方向中心は船の中心軸Ｃ上に配置されることが好ましい。イオン液体は上板から下方所定位置まで降下して設け、船が揺れても両パイプ３０３、３０４にイオン液が詰らないようにされる。なお、上板３０５には、イオン液体が消耗した時に補給する補給筒３０６が設けられ、補給筒３０６から供給されたイオン液がケーシング内の各部屋に流入するように、図１８に示すように、仕切板３０２の底部近傍に開口３０６、３０６…３０６が設けられている。
【００５１】
前記触媒ユニット３００は、水素バーナ３１０によって３００℃〜６００℃に加熱される。海水はポンプ３１１により公知の淡水化装置３１２に送られ、ここで塩分が取り除かれて水タンク３１３に入り、ここから所定量の水が触媒ユニット３００に供給されて分解され、水素・酸素分離装置３１３により水素は水素タンク３１４に、酸素は酸素タンク３１５に貯溜される。貯溜された水素と酸素は水素エンジン３１６に供給されてスクリュー３１７が回転される。なお、水素は水素バーナ３１０にも送られる。水素エンジン３１６には発電機３２７が接続され、発電された電気はキャパシタ３１８に貯えられ、キャパシタ３１８は電気分解炉３１９に送られる。電気分解炉３１９には、淡水化装置３１２で分離された塩分が供給されて電気分解されて水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が採集される。この水酸化ナトリウムは補給筒３０６を介して触媒ユニット３００内に自動補給される。前記水素エンジン３１６は各タンク３１４、３１５から水素と酸素が供給されるので、外部から取り入れる空気量が少なくなるが、完全に空気が不必要となるわけではないので、水素エンジン３１６の排気（高温水蒸気）はＮＯｘ分解触媒３２０を通って触媒ユニット３００に送られる。
【実施例】
【００５２】
次に、図１に示す水素発生装置１を使用した実験例について説明する。なお、水素の存在は水素の燃焼試験により確認した。
１.第１実験例
触媒筒３（幅５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×高さ１５ｍｍ）内には全く触媒を入れることなく、空のまま加熱しながら１０分毎に０．２ｃｃの水を水蒸気室２に供給したところ、７００℃前後の温度で水素が発生したが、４〜６時間で燃焼しなくなった。
【００５３】
触媒筒３の材質は１８−８ステンレス鋼であり、Ｃｒ１８％、Ｎｉ８％、残部Ｆｅである。
【００５４】
また、触媒筒３内に屑ステンを２０ｇ程度入れたら２日間燃焼した。屑ステンの代わりに銅屑を１０ｇ程度入れたら１日で失活した。また、鉄の塊（９６ｇ）を入れたら、２００℃で２日間燃焼した。これにより、水の分解には金属イオン、特に鉄イオン（Ｆｅ2＋、Ｆｅ3＋）、が大きく影響しているものと思われる。銅（Ｃｎ）、アルミニウム（Ａｌ）イオンは燃焼に寄与しない。
【００５５】
２．第２実験例
触媒筒３内に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を１００ｇ入れ、６００℃〜７００℃の加熱で１週間燃焼した。６００℃〜７００℃の温度では、水酸化ナトリウムは液状に溶けており、この中にステンレス鋼（触媒筒３の内壁）からニッケルイオン（Ｎｉ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ3＋）及び鉄イオン（Ｆｅ2＋）が溶け出し、ＮａＯＨもＮａ＋とＯＨ−に分離している。
【００５６】
これらがイオン液体を作り、液面に水蒸気が接触すると水が水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）とに分離される。また、液面からは各イオンを含む水酸化ナトリウムの微粒子が飛び出しており、液面から離れた位置にある水蒸気もこれら微粒子に接触して電離する。なお、このイオン液体は親水性が強く、注入された水蒸気を直ちに捕捉する。前記イオン液体中のＯＨ−は金属イオン（Ｎａ＋、Ｆｅ2＋、Ｎｉ2＋、Ｃｒ３＋）特にＦｅ2＋によりＯ2−とＨ＋に一部分断され、一方水のＯＨ−はその一部がイオン液体中に入ってイオン液体中のＯＨ−と置換したり、置換しないものは金属元素イオンによりＯ2−とＨ＋に分断される。ここで、Ｈ＋は、イオン液体中の豊富な電子（ｅ−）と結合して水素原子、水素分子（Ｈ、Ｈ2）となり、外部に放出される。一方、分離された酸素イオン（Ｏ2−）は、酸化物を作り易いＦｅ2＋、Ｃｒ３＋、Ｎｉ2＋、Ｎａ＋、特にＦｅ2＋により酸化鉄となるが、活性化されたイオン液体はＦｅＯをＦｅ2＋とＯ2−に分離し、ここでＯ2−はイオン液体内のｅ−と結合して酸素原子、更には分子となり、外部に放出される。この酸素の一部は触媒筒３内で酸化物として残る。
【００５７】
また、ＮａＯＨの代わりに、水酸化カリウム（ＫＯＨ）１００ｇを触媒筒３内に注入して６００℃〜７００℃に加熱してイオン液体を生成したら、ＮａＯＨと同じように燃焼したが、その寿命は３日間であり、ＮａＯＨよりも短命であることが判明した。
【００５８】
次いで、ＮａＯＨ１００ｇに対して１８−８ステンレス鋼９８ｇを入れてＮｉ2＋、Ｃｒ３＋、Ｆｅ2＋イオンをイオン液中に増加せしめたところ、３００℃〜４００℃の温度で燃焼し、その寿命は１０日間に延びた。
【００５９】
また、ＮａＯＨ５０ｇ、ＫＯＨ５０ｇのみを注入し６００℃〜７００℃に加熱したが、その寿命は４日間程度であり、ＮａＯＨ１００ｇ単体のイオン液体の方が好ましいことが判明した。
【００６０】
更に、ＮａＯＨ５０ｇ、ＫＯＨ５０ｇの混合液にステンレス鋼１００ｇ程度を加えたところ、寿命が７日間程度に伸びたが、ＮａＯＨにステンレス鋼を加えたものよりも寿命が短かった。
【００６１】
更にまた、ＮａＯＨ１００ｇ又はＫＯＨ１００ｇにチタン合金を３０ｇ程度加えたところ、３００℃〜４００℃で激しく反応しイオン液体中のＯＨ−の酸素と結合して水蒸気を入れることなくイオン液そのものが燃焼し、液体状態から固体状態に変化した。この固体はチタン酸ナトリウム（Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5）であり、これを６００℃〜７００℃に加熱したら触媒としての作用を果たした。
【００６２】
３．第３実験例
金属水酸化物と金属酸化物とを加熱せしめ、脱水し複合金属酸化物を生成したものをゲル状とし、触媒筒３内に注入した。その組み合わせは、種々あり、以下に示す組み合わせはステンレス容器内で６５０℃〜７５０℃で燃焼し、特に記載されていない場合は、その寿命は３日〜５日間であった。
【００６３】
１）ＫＯＨ １００ｇ
ＴｉＯ2 １０ｇ
ＫＯＨを溶融させつつ（３００℃以上）ＴｉＯ2粉を混入させていくが、ＴｉＯ2粉はＫＯＨに対して１／１０程度しか混入できない。この場合に脱水してチタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）ができる。
【００６４】
２）ＫＯＨ １００ｇ
ＴｉＯ2 ３０ｇ
Ｃｒ2Ｏ3 １０ｇ
Ｃｒ2Ｏ3粉をバインダーとして入れるとＴｉＯ2がＫＯＨに３０％程度溶ける。なお、Ｃｒ2Ｏ3粉の代わりにＭｏＯ3粉を用いることも可能であった。この場合、チタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）とクロム酸カリウム（Ｋ2Ｃｒ2Ｏ5）の複合金属化合物ができる。
【００６５】
３）ＫＯＨ １００ｇ
Ｃｒ2Ｏ3 １０ｇ
７００℃前後で燃焼した。
【００６６】
４）ＫＯＨ １００ｇ
ＭｇＯ ２０ｇ
寿命が長い（１週間）。この場合マグネシウム酸カリウム（Ｋ2ＭｇＯ2）ができる。
【００６７】
５）ＫＯＨ １００ｇ
ＭｏＯ3 ３４ｇ
この場合、モリブデン酸カリウム（Ｋ2ＭｏＯ4）ができる。
【００６８】
６）ＮａＯＨ １００ｇ
ＺｎＯ ４０ｇ
この場合、亜鉛酸ナトリウム（Ｎａ2ＺｎＯ2）ができる。
【００６９】
７）ＮａＯＨ １００ｇ
ＺｒＯ2 ２０ｇ
この場合、ジルコン酸ナトリウム（Ｎａ2ＺｒＯ3）ができる。
【００７０】
８）ＮａＯＨ １００ｇ
ＳｎＯ2 ７０ｇ
この場合、スズ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｎＯ3）ができる。
【００７１】
９）ＮａＯＨ １００ｇ
ＷＯ3 １４０ｇ
この場合、タングステン酸ナトリウム（Ｎａ2ＷＯ4）ができ、ＷＯ3はＮａＯＨ以上に多量に混合した。
【００７２】
１０）ＮａＯＨ １００ｇ
ＣａＯ ４５ｇ
この場合、カルシウム酸ナトリウム（Ｎａ2ＣａＯ2）ができる。
【００７３】
１１）ＮａＯＨ １００ｇ
ＴｉＯ2 ３４ｇ
この場合、チタン酸ナトリウム（Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5）ができる。
ＴｉＯ2はＮａＯＨよりＫＯＨになじみ易い。
【００７４】
４．第４実験例
金属水酸化物と金属水酸化物の組み合わせでステンレス容器内で燃焼したものは、ＮａＯＨ１００ｇ、Ｃａ（ＯＨ）2８ｇの組み合わせであり、ＫＯＨ５０ｇ、ＮａＯＨ５０ｇの組み合わせ、更に、ＫＯＨ１００ｇ、Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ１００ｇの組み合わせで燃焼は僅かにあったが、全ての場合について十分には燃焼しなかった。
【００７５】
５．第５実験例
金属水酸化物と非金属酸化物の組み合わせで、ステンレス容器内で僅かに燃焼したのは、ＮａＯＨ１００ｇ、ＳｉＯ2２４ｇの組み合わせであり、これらに鉄塊を加えた場合にはよく燃焼し、しかも１０日間も寿命があった。
【００７６】
なお、ＫＯＨ２００ｇ、ＳｉＯ2３５ｇの組み合わせは、ＳｉＯ2がＫＯＨと結合できず燃焼しなかった。
【００７７】
また、更にＮａＯＨ１００ｇ、ＳｉＯ2１７ｇ、Ａｌ2Ｏ3１２ｇの組み合わせは、別に加えられた鉄イオン（Ｆｅ2＋）の存在の下に非常に良好な燃焼をした。すなわち、ステンレス容器に別に加えられた鉄イオンの存在の下にＡｌ2Ｏ3をＮａＯＨとＳｉＯ2の組み合わせに加えると大きく変化して良好な触媒となることが判る。
【００７８】
以上が水を分解（燃焼）した組み合わせであるが、７００℃前後に加熱して脱水後の複合金属（非金属）化合物に水蒸気を当てると、複合金属化合物の電離により水蒸気が電離する（Ｈ＋、ＯＨ−）。一般に、金属水酸化物は低融点で親水性があり、その表面は水蒸気を捕捉して若干溶けてイオン液体と同じような作用を行なう。すなわち、複合金属（非金属）化合物の表面の元素は酸化物を作り易く、電離してＯＨ−のＯ２−を分断してＨ＋を放出する。Ｈ＋はｅ−リッチな雰囲気内でＨ原子、分子となり、外部に流出する。酸化物を作り易い、例えばＭｇ2＋とＯ2−は結合してＭｇＯを作るが、この酸素も活発に活動する電子（ｅ−）により分断され電離して酸素は外部に放出される。
６．第６実験例
以下に示す組み合わせは鉄イオンの存在の下、６００℃〜７００℃の温度においても不燃であった。
【００７９】
１）ＫＯＨ ２００ｇ
Ａｌ2Ｏ3 ６０ｇ
２）ＫＯＨ １００ｇ
ＭｎＯ2 ４０ｇ
３）ＫＯＨ １００ｇ
Ｖ2Ｏ5 ２０ｇ
４）ＫＯＨ １００ｇ
Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ １００ｇ
５）ＮａＯＨ ２００ｇ
ＭｇＯ ２０ｇ
Ａｌ2Ｏ3 ２０ｇ
６）ＮａＯＨ １００ｇ
Ｃａ（ＯＨ）2 ７ｇ
７）ＮａＯＨ １００ｇ
Ｃａ（ＯＨ）2 ５０ｇ
水酸化カルシウムの量を増やしても不燃であった。
８）ＮａＯＨ １００ｇ
ＮｉＯ １４０ｇ
９）ＮａＯＨ １００ｇ
Ｂｉ2Ｏ3 ２５ｇ
１０）ＮａＯＨ １００ｇ
Ａｌ2Ｏ3 ６０ｇ
１１）ＮａＯＨ １００ｇ
ＳｉＯ2 ２５ｇ
ＭｎＯ2 １５ｇ
１２）ＮａＯＨ １００ｇ
ＳｉＯ2 ２０ｇ
ＴｉＯ2 ４ｇ
ＭｇＯ ２ｇ
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の水素発生用触媒は、水素を供給する水素ステーションに最適であり、小型に水素発生装置を作れば、水素ボイラ、自動車、船舶に適用可能であり、大型に水素発生装置を作れば大型発電用プラントに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の水素発生用触媒を適用した水素発生装置の斜視図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】粒状の金属元素供給体である。
【図４】塊状の金属元素供給体である。
【図５】板状の金属元素供給体である。
【図６】フィン状の金属元素供給体である。
【図７】鉄塊を入れた固体複合元素化合物からなる水素発生用触媒である。
【図８】本発明の触媒を使用した水素発生装置の概略斜視図である。
【図９】図８の水素発生装置に使用される面状発熱体の斜視図である。
【図１０】図８の水素発生装置に使用される触媒収納ボックスの斜視図である。
【図１１】水素エンジンのシステム図である。
【図１２】水素バーナのシステム図である。
【図１３】水素ボイラの水蒸気を利用したシステム図である。
【図１４】水素で駆動する火力発電システムである。
【図１５】本発明を燃料電池に適用した場合のシステム図である。
【図１６】本発明を船舶に適用した場合のシステム図である。
【図１７】船舶用触媒ユニットの斜視図である。
【図１８】船舶用触媒ユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…水素発生装置
２…蒸気室
３…触媒筒
３１…鉄塊
４０…触媒ユニット
４２…触媒収納ボックス
４３…面状発熱体
５０…水蒸気除去装置
７４…フィン体
８０…水素エンジン
９２…水素バーナ
１００…ボイラ
１０５…触媒ユニット
１２０…蒸気ボイラ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水を分解して、水素を取出すための水素発生用触媒に関する。
【背景技術】
【０００２】
触媒を使用して、水から水素を作る方法としては、純水を触媒を介して水素と酸素に熱分解することが知られており（特開平１０−２１２１０１号）、この熱分解においては、シリカ酸化物を触媒として回転可能な炉容器に投入して、炉容器内を真空状態に真空引きし、真空引き後に、純水を投入すると共に、最終目標温度を３５０℃〜７００℃に設定して、段階的に加熱しながら水素と酸素を回収している。
【０００３】
また、他の方法としては、細かく粉砕した白金又はパラジウム等の金属触媒を約６０℃〜１５０℃の温度に維持されたキレート化剤含有水と接触させて水素を発生させる方法が知られている（特公昭６２−５２１０２号）。
【特許文献１】特開平１０−２１２１０１号
【特許文献２】特公昭６２−５２１０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１における方法においては、純水が必要であるばかりでなく段階的に加熱するので水素を取出すのに時間を要するという欠点がある。
【０００５】
また、特許文献２の方法においては、キレート剤が必要なばかりでなく、水素発生量が少ないという欠点がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
そこで、本発明の水素発生用触媒は、親水性の金属水酸化物と、この水酸化物を加熱して溶融させたときに、その中に溶け出す金属元素とで構成した。
【０００７】
また、前記水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）であり、前記金属元素は酸化物を作り易い鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のうち、少なくとも一種類であることが好ましい。
【０００８】
更に、本発明の水素発生用触媒を少なくとも一種類の親水性の低融点の金属水酸化物と、この金属水酸化物と反応して金属水酸化物の融点以上の温度で脱水し複合酸化物を生成する少なくとも一種類の他の化合物とで構成した。
【０００９】
また、前記親水性の金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ）および他の水和金属水酸化物であり、前記他の化合物は、水酸化物として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）2）であり、酸化物として、酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は酸化バリウム（ＢａＯ）であることが好ましい。
【００１０】
更に、また、本発明の水素発生用触媒は、水が注入される水入口と水素が流出する水素排出口とを備えた金属容器と、この金属容器内に収納される低融点の親水性の金属水酸化物と、この金属水酸化物内に配置され前記金属水酸化物を加熱して溶融させたときに金属元素が金属水酸化物の溶融液体内に溶け出す金属元素供給体とからなり、前記金属水酸化物を加熱溶融させたときに前記容器の壁面からも前記金属水酸化物内に金属元素が溶け出すように構成した。
【００１１】
また、前記金属容器はステンレス板からなり、前記金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）であり、前記金属元素供給体は、板状、粒状又は塊状の鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）又はステンレス材（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ）からなることが好ましい。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１、２の水素発生用触媒は、低融点の金属水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ）が加熱されて液体となり、この液体中に金属元素が溶け出して全体としてイオン液体を構成する。このイオン液体は３００℃〜６００℃に加熱された液状の溶融塩であり、その中には電離した金属水酸化物の金属イオン（Ｎａ+又はＫ+）、水酸基イオン（ＯＨ−）が含まれ、この液体中に金属元素（Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ等）がイオン（Ｆｅ2＋、Ｎｉ2＋、Ｃｒ３＋、Ｔｉ4＋等）となって溶け出して全体として活性なイオン液体を構成している。このイオン液体中には、多数の電子（ｅ−）が活発に移動しており、この液面に水滴又は３００℃〜６００℃の水蒸気が当ると、イオン液体は親水性のため、水分子が捕捉され、水が電離して水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）とになる。また、液面から上も、イオン液体の細かい粒子がベーパーとして飛び出しており、このベーパーによっても水分子は捕捉されて電離する。ここで、イオン液体中の金属イオン（Ｆｅ2＋、Ｎｉ2＋、Ｃｒ３＋、Ｔｉ4＋等）は酸化物を作り易くイオン液体中及び水から電離した水酸基イオン（ＯＨ−）中の酸素（Ｏ）を吸着し、水素イオン（Ｈ＋）を放出する。水素イオン（Ｈ＋）は電子（ｅ−）リッチな雰囲気内で電子と結合して水素原子となり、これが他の水素原子と結合して水素分子（Ｈ2）となり外部に取出される。
【００１３】
また、水酸基イオン（ＯＨ−）から分離された酸素イオン（Ｏ2−）はイオン液体中の金属イオンに一旦吸着され酸化物（ＦｅＯ、ＮｉＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＴｉＯ２等）を生成するが、分解能力の高いイオン液体中で電離して逐次金属元素から離れて外部に酸素分子（Ｏ2）として放出される。このとき、水素イオン（Ｈ＋）が十分に存在する場合には酸素の一部が水素イオン（Ｈ＋）と結合して水蒸気の形態（Ｈ2Ｏ）として外部に放出される。なお、イオン液体中の水酸基イオン（ＯＨ−）が不足してくると、イオン液体を維持できなくなるが水が電離して生成された水酸基イオン（ＯＨ−）がこれを置換してイオン液体が維持される。
【００１４】
このようなイオン液体の作用により、水分子は３００℃以上の温度で瞬時に水素と酸素に分解される。
【００１５】
請求項３、４、５の発明は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）等の親水性の金属水酸化物を加熱し、この中に金属水酸化物（Ｃａ（ＯＨ）2）、Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ、Ｃｏ（ＯＨ）2等）又は金属・非金属酸化物（ＺｎＯ、ＴｉＯ2、ＮｉＯ、Ｃｒ2Ｏ3、ＳｉＯ2等）を溶かし込み、脱水させて複合金属・非金属酸化物（Ｎａ2ＣａＯ2、Ｋ2ＣａＯ2、Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5、Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5等）を生成し、この複合金属・非金属酸化物の触媒作用により水を分解させる。この複合金属・非金属酸化物を６００℃以上に加熱した状態で６００℃以上の水蒸気を当てると、水蒸気は、親水性の複合金属・非金属酸化物の表面に捕捉されるとともに、そこから飛び出しているベーパーによっても捕捉され、水蒸気を捕捉した部分はやや溶けてその部分は、電離（Ｎａ＋、ＣａＯ22−：Ｋ＋、Ｔｉ2Ｏ52−等）し、更に、捕捉された水蒸気もＨ＋とＯＨ−に電離し、このＯＨ−イオンは複合金属・非金属酸化物の表面のイオンにより分離されＨ＋イオンを放出するとともに酸素イオン（Ｏ2−）は一旦酸化物（Ｎａ2Ｏ、Ｋ2Ｏ等）を作る。水素イオン（Ｈ＋）は豊富な電子（ｅ−）雰囲気内で電子を内包して水素原子（Ｈ）となり、更に水素分子（Ｈ2）となって外部に放出される。ここで、一旦酸化物として捕捉された酸素（Ｏ）の一部は、豊富な電子が活動する雰囲気内で再び電離して酸素イオン（Ｏ2−）となり、この酸素イオン（Ｏ2−）は電離した水素イオン（Ｈ＋）に電子（ｅ−）を供給して水素分子（Ｈ）にしたり、水素イオン（Ｈ＋）と結合して水蒸気（Ｈ2Ｏ）を作ったりする。なお、酸素の一部は、触媒容器と作用して酸化物を作る。また、触媒筒のケーシングからも金属元素が溶け込んでイオン液体と同様の作用をする。このような複合作用により水が分解される。
【００１６】
なお、この複合金属・非金属酸化物内に、例えば、酸化物を作り易い金属原子供給体である鉄塊とかステンレス塊又はチタン合金塊を入れると、これらの金属元素が金属・非金属酸化物内にとけこんでこれらの金属元素のイオン（Ｆｅ2＋、Ｔｉ3＋、Ｃｒ3＋、Ｎｉ2＋等）が電離した水の水酸基イオン（ＯＨ−）に作用して酸素を分離したり酸化物を作ったりして水の分解に寄与する。
【００１７】
請求項６、７の発明は、請求項１、２の発明の具体的態様であり、金属水酸化物（ＮａＯＨ、ＫＯＨ）を金属容器（ステンレス板）内に入れ、３００℃〜６００℃に加熱した金属容器内で金属水酸化物を溶融せしめ、更に、この溶融した金属酸化物内に金属元素供給体から金属元素（Ｎｉ、Ｃｒ、Ｆｅ等）を溶かし込み、これに加えて金属容器の壁面からも金属元素を溶かして金属容器内に活性化されたイオン液体を形成したもので、このイオン液体上に水滴又は水蒸気を供給すれば、水が３００〜４００℃程度の温度で効率よく分解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
【００１９】
本発明の水から水素を発生させるための触媒は、低融点の親水性の金属水酸化物、例えば水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）の溶液中に酸化物を作り易い鉄イオン（Ｆｅ2＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ2＋）チタンイオン（Ｔｉ2＋）、亜鉛イオン（Ｚｎ2＋）、コバルトイオン（Ｃｏ2＋）、スズイオン（Ｓｎ2＋）、ビスマスイオン（Ｂｉ3＋）、マンガンイオン（Ｍｎ2＋）タングステンイオン（Ｗ6＋）、マグネシウムイオン（Ｍｇ2＋）のうち、少なくとも一種類の金属イオンを溶かしたものである。すなわち、水酸化ナトリウム又は水酸化カリウムは２５０℃〜３００の間に融点を持ち、この温度以上に加熱した溶液中に上述の金属イオンを溶かしてイオン液とし、この液面に３００℃以上に加熱した水蒸気（Ｈ2Ｏ）を当てると水蒸気が分解されて水素と酸素が放出される。なお、イオン液面に直接水滴を当てた場合には、そこで水蒸気となる。
【００２０】
前記金属イオンは、金属塊、金属粒子あるいは金属合金として供給され、例えば、容器の中に金属水酸化物を入れるとともにこの容器内に金属粒子、金属塊を入れるか、容器を所望の金属又は合金で形成し、容器内壁から金属イオンを水酸化物の溶液中に溶かすようにして供給する。
【００２１】
図１、２は、水素発生メカニズムを示すものである。
【００２２】
図１において、水素発生装置１は３００℃〜６００℃の水蒸気を作る蒸気室２を備え、この蒸気室２に隣接してステンレス材からなる触媒筒３が設けられ、これら蒸気室２および触媒筒３は伝熱ヒータ４により加熱される。前記蒸気室２には供給管５から水が供給され、蒸気室２内で発生した水蒸気は、蒸気管６を介してステンレス材からなる触媒筒３内に送られ、触媒筒３内には触媒が収納され、水蒸気はこの触媒の上面に接触しながら分解され出口部８から立設する排出管９を通って放出される。
【００２３】
図２は、図１のII−II線断面図であり、ステンレス容器内に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が収納され、この状態で容器を３００℃以上に加熱すると水酸化ナトリウムは溶解し、この溶解液内にステンレス容器の内壁から鉄イオン（Ｆｅ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ2＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ2＋）が溶け出す。また、溶解した水酸化ナトリウムはナトリウムイオン（Ｎａ+）と水酸基イオン（ＯＨ−）に電離し、いわゆる金属イオンと水酸基イオンを含んだイオン液体をなし電子の移動が激しい活性溶液が出来る。この液面に３００℃以上に加熱された水蒸気が当ると、水蒸気（Ｈ2Ｏ）が水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）に電離し、水素イオン（Ｈ＋）はイオン液面の電子（ｅ−）と結合して水素原子（Ｈ）となり、さらに水素原子同士結合して水素分子（Ｈ2）ができ、これが瞬時に排出管９から放出される。
【００２４】
一方、水が電離して生成された水酸基イオン（ＯＨ−）及びイオン溶液中の水酸基イオン（ＯＨ−）は活性な酸化物を作り易い金属イオン（Ｆｅ2＋、Ｔｉ3＋、Ｃｒ3＋、Ｎｉ2＋等）特に鉄イオン（Ｆｅ2＋）により分離され、酸素イオン（Ｏ2−）は金属元素と結合して（ＦｅＯ、Ｆｅ2Ｏ3、Ｃｒ2Ｏ3、ＮｉＯ、Ｎａ2Ｏ）の形でこれら金属元素に吸着され、ここで分離された水素イオン（Ｈ＋）の一部は電子（ｅ−）と結合して水素原子（Ｈ）となり、この水素原子（Ｈ）は他の水素原子（Ｈ）と結合して水素分子（Ｈ2）として外部に放出され、残部は水酸基イオン（ＯＨ−）と結合して水蒸気（Ｈ2Ｏ）を作る。また、金属元素に吸着された酸素（Ｏ）の一部は酸化物として容器内に残るが、大部分は活性化されたイオン溶液内で酸化物の金属原子から分断され、水素の放出からやや遅れて徐々に外部に放出される。このように、３００℃以上のイオン溶液の液面は親水性で（水酸化ナトリウムの作用）、水蒸気が流入すると液面でそれを捕捉し、液面近傍の活発な金属イオンは、水蒸気を電離させるとともに、イオン液中及び電離した水の水酸基イオン（ＯＨ−）を水素と酸素に分断する。このように、水蒸気を触媒表面に送ると瞬時に水素が放出され、上述のようにやや遅れて徐々に酸素が放出される。なお、水蒸気を送らないときでもイオン液中の水酸基イオン（ＯＨ−）が分断され発生した水素が放出されていることは、実験で確認されている。また、水蒸気でなく、水滴を直接イオン液体の液面に供給しても水滴は液面で水蒸気となり、次いで水素と酸素に分離されることも確認されている。更に、水酸化ナトリウムの他に水酸化カリウム（ＫＯＨ）でも同じような作用をするが、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の方が鉄（Ｆｅ）との相性がよい。このようなイオン液体は、触媒作用により３００℃位の温度でも水を分解できるが、４００℃前後の温度であれば安定して水を分離でき、このように４００℃程度にイオン液体を加熱することが好ましい。なお、イオン液体の上限の温度は使用する水酸化物の沸点以下であればよい。例えば、水酸化カリウムの沸点は１３２０℃、水酸化ナトリウムの沸点は１３９０℃である。
【００２５】
このように、酸化物を作り易い金属元素は溶融された水酸化物内に図３で示すように、粒状の金属元素供給体２０の形で供給されても良いし、図４に示すように塊状の金属元素供給体２５の形で供給されても良いし、図５に示すように板状の金属元素供給体２２の形で供給されても良く、図６に示すように底板２３上に多数のフィン２５を立設した金属供給体２５の形で供給されても良い。これらの金属供給体２０〜２２、２５は所望の純粋金属で形成されても良く、合金の形で形成されても良い。ステンレス容器内に上述の各種金属元素を金属元素供給体として加えても良い。実施例としは、ステンレス容器内にステンレス板を金属元素供給体として加えるのが好適である。
【００２６】
以上は、イオン液体触媒についての説明であるが、次に固体状の複合元素（金属・非金属）化合物からなる触媒について説明する。
【００２７】
図７において、ステンレス材からなる触媒筒３内には、固体の複合元素化合物からなる触媒３０が収納され、この中には、酸化物を作り易い元素、例えば鉄塊３１が収納されている。この鉄塊３１はチタン、ニッケル、クロム、、モリブデン、マグネシウム、ビスマス、亜鉛、コバルト、スズ、タングステン、マンガン等酸化物を作り易い金属で代替され得る。なお、その形は、上述のように粒状、板状、フィン状でもよい。
【００２８】
前記複合元素化合物は、少なくとも一種類の親水性の低融点（２５０〜４５０℃）の金属水酸化物（例えば、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ））、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2）（融点４０８℃）の少なくとも一種類を加熱して溶融させながら、他の金属酸化物（酸化チタン（ＴｉＯ2）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化銅（ＣｕＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）、酸化バリウム（ＢａＯ）又は非金属水酸化物（酸化珪素（ＳｉＯ2））又は金属水酸化物（水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）2）の少なくとも一種類を溶かし込み、ゲル状になった状態で触媒筒３内に注入される。触媒筒３内には鉄塊３１が収納され、この鉄塊３１は触媒３０で被われ、触媒３０の加熱中にその中に鉄イオン（Ｆｅ2＋）として溶け込み触媒３０の表面に水蒸気が供給されたときに酸素（Ｏ）を酸化物として一旦吸着する作用をする。すなわち、触媒３０を水酸化カリウム（ＫＯＨ）と酸化チタン（ＴｉＯ２）とで形成した場合、両者の加熱中には
２ＫＯＨ＋２ＴｉＯ２→Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5＋Ｈ2Ｏ …（１）
の反応により脱水して複合金属酸化物であるチタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）が生じ、この親水性のチタン酸カリウム中に鉄イオン（Ｆｅ2＋）が溶け込んでいる。鉄イオンを含んだチタン酸カリウムの表面では電子（ｅ−）が活発に活動してカリウムイオン（Ｋ＋）とチタン酸イオン（Ｔｉ2Ｏ52−）とに電離し、これにより水蒸気を水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）に電離し、全体としては前述のイオン液体と同様の作用により水を分解する。但し、安定して分解する温度は６５０℃〜７００℃であり、イオン液体より加熱温度が高くなる。なお、この場合にも触媒筒３の周壁からも、鉄材（Ｆｅ2＋）、ニッケルイオン（Ｎｉ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ3＋）が溶け込んでいる。
【００２９】
なお、酸化チタンと同様に酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）も、水酸化カリウムと化合物を作るときに、
ＫＯＨ＋ＺｒＯ２→Ｋ2Ｚｒ2Ｏ5＋Ｈ2Ｏ …（２）
の反応をして、ジルコン酸カリウム（Ｋ2Ｚｒ2Ｏ5）を生じ、これも上述のチタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）と同様の作用をする。
【００３０】
なお、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）でも、水酸化カリウム（ＫＯＨ）と同様の作用をするが、これと水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）の反応も、上述と同じように
Ｃａ（ＯＨ）2＋２ＮａＯＨ→Ｎａ2ＣａＯ2＋２Ｈ2Ｏ …（３）
の脱水反応をする。このカルシウム酸ナトリウム（Ｎａ2ＣａＯ2）も、他の複合金属化合物と同じ作用をする。
【００３１】
酸化珪素（ＳｉＯ2）も水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と上述と同じように
２ＳｉＯ2＋２ＮａＯＨ→Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5＋Ｈ2Ｏ …（４）
の脱水反応をして、上述と同様の性質を有する珪酸ナトリウム（Ｎａ2Ｓｉ2Ｏ5）を生じる。
【００３２】
同様に、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）と水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）の反応は、
ＭｇＯ＋２ＮａＯＨ→Ｎａ2ＭｇＯ2＋Ｈ2Ｏ …（５）
となり、マグネシウム酸ナトリウムが出来る。
【００３３】
水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）と水酸化カリウム（ＫＯＨ）は類似の性質を有するので、交換しても良く、また、両者を加えたものに他の成分を加えてもかまわないが、鉄イオンとの相性は水酸化ナトリウムの方が良いことが確認されている。
【００３４】
次に、本発明の触媒を利用した具体的装置及び水素発生システムについて説明する。
【００３５】
図８において、水素発生装置Ｍは、触媒ユニット４０を有し、この触媒ユニット４０は断熱ケーシング４１を備え、この断熱ケーシング４１内には、触媒収納ボックス４２が３段に積層され、各触媒収納ボックス４２の底面には面状発熱体４３、４３、４３が付着され、これにより各触媒収納ボックス４２が３００℃〜６００℃に加熱される。前記各触媒収納ボックス４２内には、水タンク４４からの水が流量計４５、これに連結された補助タンク４６の底面から伸びている水パイプ４７、４７、４７を介して所定量送られる。
【００３６】
なお、水タンク４４の液面には、コンプレッサ４８を介して所定圧力が供給され、前記各触媒収納ボックス内の水蒸気の気体圧に負けないようになっている。前記触媒収納ボックス４２の水パイプ４７が配管される側壁の反対側の側壁には、水素配管４９が設けられ、この水素配管４９は水蒸気除去装置５０に連なり、この装置５０は水タンクであり、この水タンク内の液面下に水素配管４９が伸び、これにより触媒數納ボックス４２内で分解されなかった一部の水蒸気が除去され、この水タンクはチラー５１により冷却され、高温の水蒸気が逆流しないようになっている。水蒸気除去装置５０を通った水素と酸素は、ポンプ５２により気体タンク５３に一旦貯溜され、この気体タンク５３から水素が、例えばボイラのバーナ５４に送られ燃焼される。また、水素と酸素とを分離するパラジウム合金膜からなる分離装置５５を通して酸素を除去し、純度の高い水素のみを燃料電池５６に送って発電される。
【００３７】
一方、気体タンク５３からの気体の一部は、前記面状発熱体４３を加熱する補助熱源として使用される。前記面状発熱体４３は図９に示すように、最上段に配置されたもので、アルミ合金のような熱伝導性の高い板状体に炭素を主成分とする発熱体６０を面状に塗布したもので、前記板状体の一側には、加熱部４３ａがケーシング４１外に突出して形成され、ここが水素バーナ６１によって加熱され、その熱は直ちに板状体全体に伝導する。同様に中段、下段の面状発熱体４３は上段とは異なる位置にそれぞれ加熱部４３ｂ、４３ｃが形成され、これらが水素バーナ６２、６３によって加熱され、各水素バーナ６１、６２、６３には、弁６４、６５、６６及び図示しない水封装置からなる図示しないバックファイヤー防止装置を介して水素が供給される。
【００３８】
前記触媒収納ボックス４２は、全体としてステンレス板で形成され、図１０に示すように複数の仕切壁７０、７１が設けられ、仕切壁７０と触媒収納ボックス４０の側壁間には、水滴が送られる蒸気室７２が形成され、この蒸気室７２には、水パイプ４７の分岐配管４７ａにより複数個所に水滴が送られ、ここで、３００℃〜６００℃の水蒸気が発生する。前記蒸気室７２に隣接して触媒室７３、７３が形成され、この触媒室７３内には、例えば、ステンレス板からなるフィン体７５、７５…７５が収納され、このフィン体７５は、例えば、前述のイオン液体触媒内に位置する。また、固形触媒を収納することも可能である。蒸気室７２の反対側の側壁には分岐配管４９ａが設けられ、水素は分岐配管４９ａを経て集合配管７４に集められ、水蒸気除去装置５０に送られる。
【００３９】
図１１は水素エンジンシステムのうち、自動車のエンジン８０に本発明の触媒を使用した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（例えばＰｄ合金）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３００℃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ユニット８６を通して水素（Ｈ２）、酸素（Ｏ２）に分離し、必要に応じて未分解の水蒸気（Ｖ）を加熱器８５及び触媒ユニット８６内を循環せしめた後、前記エンジンの吸入孔８２にポンプ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、本発明の触媒ユニット８６の作動温度が３００℃〜６００℃であるので、必要に応じて設けられる加熱器８５及び触媒ユニット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。なお、排気温度は４００℃〜５００℃であるので断熱を完全にすれば、加熱器８５は不要である。
【００４０】
図１２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ユニット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。前記触媒ユニット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。
【００４１】
図１３は、蒸気ボイラ１２０に触媒ユニット１２１を適用したもので、炉心１２２の周囲に水管１２３が設けられ、この水管１２３から蒸気パイプ１２４により外部に３００℃〜６００℃の水蒸気が取出される。蒸気パイプ１２４からは分岐パイプ１２５が分岐し、この分岐パイプ１２５に前記触媒ユニット１２１が設けられ、ポンプ１２７でボンベ１２８に水素と酸素が一旦貯溜されバルブ１３１の開閉により水素バーナ１２９に水素と酸素が送られる。炉心１２２で発生した排気ガスは排出口１３０から外部に放出される。
【００４２】
図１４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３００℃〜６００℃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、３００℃〜６００℃に下げられた水蒸気は、触媒ユニット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。前記水素バーナ１０２からの排気は分離器１０９で分離され高温の水蒸気は発電機１０３からの水蒸気と混合されて熱交換器１０４に送られ、前記分離器１０６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。
【００４４】
次に、燃料電池を触媒ユニットに結合した場合のシステムについて説明する。
【００４５】
図１５において、本システムは、２つの触媒ユニットＵ１、Ｕ２を有し、これらの触媒ユニットＵ１、Ｕ２は弁２００の切換によって交互に動作するようになっており、弁２００はコントローラ２０１によって、例えば、５分ごとに切換わり、水タンク２０２からの水の流れを切り換えるようになっている。これは、上述の触媒の表面が連続運転していると劣化し易いが、間欠的に運転すると、触媒の寿命が延びるからである。
【００４６】
各触媒ユニットＵ１、Ｕ２には、パラジウム合金等のような水蒸気分離装置２０３、２０４が設けられ、ここで水素、酸素とから分離された水蒸気は触媒ユニットの入口側に戻されて触媒ユニット内に流入され更に水素と酸素とに分解される。水蒸気分離装置２０３、２０４で分離された水素と酸素はパラジウム合金等からなる分離膜を備えた酸素・水素分離装置２０５により分離され、ここで分離された純度の高い水素は燃料電池２０６に送られる。この燃料電池２０６の出口側は水素と酸素の結合により高熱となり、水蒸気が出るので、この水蒸気は前記コントローラ２０１により動作し水の供給を切り換える切換弁２０７を介して作動中の触媒ユニットＵ１、Ｕ２に送られる。
【００４７】
また、燃料電池２０６で得られる電気の一部は各触媒ユニットＵ１、Ｕ２内のヒータ２０８、２０９に供給される。
【００４８】
次に、本発明の触媒ユニットを船舶に適用した場合のシステムについて説明する。
【００４９】
船の場合には、揺れがあるので固体触媒を使用すれば良いが、イオン液体の方が触媒機能が大であるで、それを使用するには工夫が必要である。
【００５０】
触媒ユニット３００は、ジャイロを備えた水平維持装置Ｈに支持させるのが、良いが、装置が高価となるので、図１７、１８に示す構造とするのが好ましい。すなわち、触媒ユニット３００は、深底のステンレス材からなるケーシング３０１を有し、このケーシング３０１内には、格子状のステンレス板からなる仕切板３０２が収納され、この仕切板３０２はケーシング３０１内を小部屋に仕切っており、このように仕切ることにより船が傾斜してもケーシング３０１の上板３０５に取付けられる水蒸気供給パイプ３０３及び水素排出パイプ３０４がイオン液体によって詰まることがない。なお、前記両パイプ３０３、３０４は上板３０５の前後方向両端部で幅方向中心に設けられ、触媒ユニット３００の幅方向中心は船の中心軸Ｃ上に配置されることが好ましい。イオン液体は上板から下方所定位置まで降下して設け、船が揺れても両パイプ３０３、３０４にイオン液が詰らないようにされる。なお、上板３０５には、イオン液体が消耗した時に補給する補給筒３０６が設けられ、補給筒３０６から供給されたイオン液がケーシング内の各部屋に流入するように、図１８に示すように、仕切板３０２の底部近傍に開口３０６、３０６…３０６が設けられている。
【００５１】
前記触媒ユニット３００は、水素バーナ３１０によって３００℃〜６００℃に加熱される。海水はポンプ３１１により公知の淡水化装置３１２に送られ、ここで塩分が取り除かれて水タンク３１３に入り、ここから所定量の水が触媒ユニット３００に供給されて分解され、水素・酸素分離装置３１３により水素は水素タンク３１４に、酸素は酸素タンク３１５に貯溜される。貯溜された水素と酸素は水素エンジン３１６に供給されてスクリュー３１７が回転される。なお、水素は水素バーナ３１０にも送られる。水素エンジン３１６には発電機３２７が接続され、発電された電気はキャパシタ３１８に貯えられ、キャパシタ３１８は電気分解炉３１９に送られる。電気分解炉３１９には、淡水化装置３１２で分離された塩分が供給されて電気分解されて水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）が採集される。この水酸化ナトリウムは補給筒３０６を介して触媒ユニット３００内に自動補給される。前記水素エンジン３１６は各タンク３１４、３１５から水素と酸素が供給されるので、外部から取り入れる空気量が少なくなるが、完全に空気が不必要となるわけではないので、水素エンジン３１６の排気（高温水蒸気）はＮＯｘ分解触媒３２０を通って触媒ユニット３００に送られる。
【実施例】
【００５２】
次に、図１に示す水素発生装置１を使用した実験例について説明する。なお、水素の存在は水素の燃焼試験により確認した。
１.第１実験例
触媒筒３（幅５０ｍｍ×長さ２００ｍｍ×高さ１５ｍｍ）内には全く触媒を入れることなく、空のまま加熱しながら１０分毎に０．２ｃｃの水を水蒸気室２に供給したところ、７００℃前後の温度で水素が発生したが、４〜６時間で燃焼しなくなった。
【００５３】
触媒筒３の材質は１８−８ステンレス鋼であり、Ｃｒ１８％、Ｎｉ８％、残部Ｆｅである。
【００５４】
また、触媒筒３内に屑ステンを２０ｇ程度入れたら２日間燃焼した。屑ステンの代わりに銅屑を１０ｇ程度入れたら１日で失活した。また、鉄の塊（９６ｇ）を入れたら、２００℃で２日間燃焼した。これにより、水の分解には金属イオン、特に鉄イオン（Ｆｅ2＋、Ｆｅ3＋）、が大きく影響しているものと思われる。銅（Ｃｎ）、アルミニウム（Ａｌ）イオンは燃焼に寄与しない。
【００５５】
２．第２実験例
触媒筒３内に水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）を１００ｇ入れ、６００℃〜７００℃の加熱で１週間燃焼した。６００℃〜７００℃の温度では、水酸化ナトリウムは液状に溶けており、この中にステンレス鋼（触媒筒３の内壁）からニッケルイオン（Ｎｉ2＋）、クロムイオン（Ｃｒ3＋）及び鉄イオン（Ｆｅ2＋）が溶け出し、ＮａＯＨもＮａ＋とＯＨ−に分離している。
【００５６】
これらがイオン液体を作り、液面に水蒸気が接触すると水が水素イオン（Ｈ＋）と水酸基イオン（ＯＨ−）とに分離される。また、液面からは各イオンを含む水酸化ナトリウムの微粒子が飛び出しており、液面から離れた位置にある水蒸気もこれら微粒子に接触して電離する。なお、このイオン液体は親水性が強く、注入された水蒸気を直ちに捕捉する。前記イオン液体中のＯＨ−は金属イオン（Ｎａ＋、Ｆｅ2＋、Ｎｉ2＋、Ｃｒ３＋）特にＦｅ2＋によりＯ2−とＨ＋に一部分断され、一方水のＯＨ−はその一部がイオン液体中に入ってイオン液体中のＯＨ−と置換したり、置換しないものは金属元素イオンによりＯ2−とＨ＋に分断される。ここで、Ｈ＋は、イオン液体中の豊富な電子（ｅ−）と結合して水素原子、水素分子（Ｈ、Ｈ2）となり、外部に放出される。一方、分離された酸素イオン（Ｏ2−）は、酸化物を作り易いＦｅ2＋、Ｃｒ３＋、Ｎｉ2＋、Ｎａ＋、特にＦｅ2＋により酸化鉄となるが、活性化されたイオン液体はＦｅＯをＦｅ2＋とＯ2−に分離し、ここでＯ2−はイオン液体内のｅ−と結合して酸素原子、更には分子となり、外部に放出される。この酸素の一部は触媒筒３内で酸化物として残る。
【００５７】
また、ＮａＯＨの代わりに、水酸化カリウム（ＫＯＨ）１００ｇを触媒筒３内に注入して６００℃〜７００℃に加熱してイオン液体を生成したら、ＮａＯＨと同じように燃焼したが、その寿命は３日間であり、ＮａＯＨよりも短命であることが判明した。
【００５８】
次いで、ＮａＯＨ１００ｇに対して１８−８ステンレス鋼９８ｇを入れてＮｉ2＋、Ｃｒ３＋、Ｆｅ2＋イオンをイオン液中に増加せしめたところ、３００℃〜４００℃の温度で燃焼し、その寿命は１０日間に延びた。
【００５９】
また、ＮａＯＨ５０ｇ、ＫＯＨ５０ｇのみを注入し６００℃〜７００℃に加熱したが、その寿命は４日間程度であり、ＮａＯＨ１００ｇ単体のイオン液体の方が好ましいことが判明した。
【００６０】
更に、ＮａＯＨ５０ｇ、ＫＯＨ５０ｇの混合液にステンレス鋼１００ｇ程度を加えたところ、寿命が７日間程度に伸びたが、ＮａＯＨにステンレス鋼を加えたものよりも寿命が短かった。
【００６１】
更にまた、ＮａＯＨ１００ｇ又はＫＯＨ１００ｇにチタン合金を３０ｇ程度加えたところ、３００℃〜４００℃で激しく反応しイオン液体中のＯＨ−の酸素と結合して水蒸気を入れることなくイオン液そのものが燃焼し、液体状態から固体状態に変化した。この固体はチタン酸ナトリウム（Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5）であり、これを６００℃〜７００℃に加熱したら触媒としての作用を果たした。
【００６２】
３．第３実験例
金属水酸化物と金属酸化物とを加熱せしめ、脱水し複合金属酸化物を生成したものをゲル状とし、触媒筒３内に注入した。その組み合わせは、種々あり、以下に示す組み合わせはステンレス容器内で６５０℃〜７５０℃で燃焼し、特に記載されていない場合は、その寿命は３日〜５日間であった。
【００６３】
１）ＫＯＨ １００ｇ
ＴｉＯ2 １０ｇ
ＫＯＨを溶融させつつ（３００℃以上）ＴｉＯ2粉を混入させていくが、ＴｉＯ2粉はＫＯＨに対して１／１０程度しか混入できない。この場合に脱水してチタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）ができる。
【００６４】
２）ＫＯＨ １００ｇ
ＴｉＯ2 ３０ｇ
Ｃｒ2Ｏ3 １０ｇ
Ｃｒ2Ｏ3粉をバインダーとして入れるとＴｉＯ2がＫＯＨに３０％程度溶ける。なお、Ｃｒ2Ｏ3粉の代わりにＭｏＯ3粉を用いることも可能であった。この場合、チタン酸カリウム（Ｋ2Ｔｉ2Ｏ5）とクロム酸カリウム（Ｋ2Ｃｒ2Ｏ5）の複合金属化合物ができる。
【００６５】
３）ＫＯＨ １００ｇ
Ｃｒ2Ｏ3 １０ｇ
７００℃前後で燃焼した。
【００６６】
４）ＫＯＨ １００ｇ
ＭｇＯ ２０ｇ
寿命が長い（１週間）。この場合マグネシウム酸カリウム（Ｋ2ＭｇＯ2）ができる。
【００６７】
５）ＫＯＨ １００ｇ
ＭｏＯ3 ３４ｇ
この場合、モリブデン酸カリウム（Ｋ2ＭｏＯ4）ができる。
【００６８】
６）ＮａＯＨ １００ｇ
ＺｎＯ ４０ｇ
この場合、亜鉛酸ナトリウム（Ｎａ2ＺｎＯ2）ができる。
【００６９】
７）ＮａＯＨ １００ｇ
ＺｒＯ2 ２０ｇ
この場合、ジルコン酸ナトリウム（Ｎａ2ＺｒＯ3）ができる。
【００７０】
８）ＮａＯＨ １００ｇ
ＳｎＯ2 ７０ｇ
この場合、スズ酸ナトリウム（Ｎａ2ＳｎＯ3）ができる。
【００７１】
９）ＮａＯＨ １００ｇ
ＷＯ3 １４０ｇ
この場合、タングステン酸ナトリウム（Ｎａ2ＷＯ4）ができ、ＷＯ3はＮａＯＨ以上に多量に混合した。
【００７２】
１０）ＮａＯＨ １００ｇ
ＣａＯ ４５ｇ
この場合、カルシウム酸ナトリウム（Ｎａ2ＣａＯ2）ができる。
【００７３】
１１）ＮａＯＨ １００ｇ
ＴｉＯ2 ３４ｇ
この場合、チタン酸ナトリウム（Ｎａ2Ｔｉ2Ｏ5）ができる。
ＴｉＯ2はＮａＯＨよりＫＯＨになじみ易い。
【００７４】
４．第４実験例
金属水酸化物と金属水酸化物の組み合わせでステンレス容器内で燃焼したものは、ＮａＯＨ１００ｇ、Ｃａ（ＯＨ）2８ｇの組み合わせであり、ＫＯＨ５０ｇ、ＮａＯＨ５０ｇの組み合わせ、更に、ＫＯＨ１００ｇ、Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ１００ｇの組み合わせで燃焼は僅かにあったが、全ての場合について十分には燃焼しなかった。
【００７５】
５．第５実験例
金属水酸化物と非金属酸化物の組み合わせで、ステンレス容器内で僅かに燃焼したのは、ＮａＯＨ１００ｇ、ＳｉＯ2２４ｇの組み合わせであり、これらに鉄塊を加えた場合にはよく燃焼し、しかも１０日間も寿命があった。
【００７６】
なお、ＫＯＨ２００ｇ、ＳｉＯ2３５ｇの組み合わせは、ＳｉＯ2がＫＯＨと結合できず燃焼しなかった。
【００７７】
また、更にＮａＯＨ１００ｇ、ＳｉＯ2１７ｇ、Ａｌ2Ｏ3１２ｇの組み合わせは、別に加えられた鉄イオン（Ｆｅ2＋）の存在の下に非常に良好な燃焼をした。すなわち、ステンレス容器に別に加えられた鉄イオンの存在の下にＡｌ2Ｏ3をＮａＯＨとＳｉＯ2の組み合わせに加えると大きく変化して良好な触媒となることが判る。
【００７８】
以上が水を分解（燃焼）した組み合わせであるが、７００℃前後に加熱して脱水後の複合金属（非金属）化合物に水蒸気を当てると、複合金属化合物の電離により水蒸気が電離する（Ｈ＋、ＯＨ−）。一般に、金属水酸化物は低融点で親水性があり、その表面は水蒸気を捕捉して若干溶けてイオン液体と同じような作用を行なう。すなわち、複合金属（非金属）化合物の表面の元素は酸化物を作り易く、電離してＯＨ−のＯ２−を分断してＨ＋を放出する。Ｈ＋はｅ−リッチな雰囲気内でＨ原子、分子となり、外部に流出する。酸化物を作り易い、例えばＭｇ2＋とＯ2−は結合してＭｇＯを作るが、この酸素も活発に活動する電子（ｅ−）により分断され電離して酸素は外部に放出される。
６．第６実験例
以下に示す組み合わせは鉄イオンの存在の下、６００℃〜７００℃の温度においても不燃であった。
【００７９】
１）ＫＯＨ ２００ｇ
Ａｌ2Ｏ3 ６０ｇ
２）ＫＯＨ １００ｇ
ＭｎＯ2 ４０ｇ
３）ＫＯＨ １００ｇ
Ｖ2Ｏ5 ２０ｇ
４）ＫＯＨ １００ｇ
Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ １００ｇ
５）ＮａＯＨ ２００ｇ
ＭｇＯ ２０ｇ
Ａｌ2Ｏ3 ２０ｇ
６）ＮａＯＨ １００ｇ
Ｃａ（ＯＨ）2 ７ｇ
７）ＮａＯＨ １００ｇ
Ｃａ（ＯＨ）2 ５０ｇ
水酸化カルシウムの量を増やしても不燃であった。
８）ＮａＯＨ １００ｇ
ＮｉＯ １４０ｇ
９）ＮａＯＨ １００ｇ
Ｂｉ2Ｏ3 ２５ｇ
１０）ＮａＯＨ １００ｇ
Ａｌ2Ｏ3 ６０ｇ
１１）ＮａＯＨ １００ｇ
ＳｉＯ2 ２５ｇ
ＭｎＯ2 １５ｇ
１２）ＮａＯＨ １００ｇ
ＳｉＯ2 ２０ｇ
ＴｉＯ2 ４ｇ
ＭｇＯ ２ｇ
【産業上の利用可能性】
【００８０】
本発明の水素発生用触媒は、水素を供給する水素ステーションに最適であり、小型に水素発生装置を作れば、水素ボイラ、自動車、船舶に適用可能であり、大型に水素発生装置を作れば大型発電用プラントに適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明の水素発生用触媒を適用した水素発生装置の斜視図である。
【図２】図１のII−II線断面図である。
【図３】粒状の金属元素供給体である。
【図４】塊状の金属元素供給体である。
【図５】板状の金属元素供給体である。
【図６】フィン状の金属元素供給体である。
【図７】鉄塊を入れた固体複合元素化合物からなる水素発生用触媒である。
【図８】本発明の触媒を使用した水素発生装置の概略斜視図である。
【図９】図８の水素発生装置に使用される面状発熱体の斜視図である。
【図１０】図８の水素発生装置に使用される触媒収納ボックスの斜視図である。
【図１１】水素エンジンのシステム図である。
【図１２】水素バーナのシステム図である。
【図１３】水素ボイラの水蒸気を利用したシステム図である。
【図１４】水素で駆動する火力発電システムである。
【図１５】本発明を燃料電池に適用した場合のシステム図である。
【図１６】本発明を船舶に適用した場合のシステム図である。
【図１７】船舶用触媒ユニットの斜視図である。
【図１８】船舶用触媒ユニットの断面図である。
【符号の説明】
【００８２】
１…水素発生装置
２…蒸気室
３…触媒筒
３１…鉄塊
４０…触媒ユニット
４２…触媒収納ボックス
４３…面状発熱体
５０…水蒸気除去装置
７４…フィン体
８０…水素エンジン
９２…水素バーナ
１００…ボイラ
１０５…触媒ユニット
１２０…蒸気ボイラ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
親水性の金属水酸化物と、この水酸化物を加熱して溶融させたときに、その中に溶け出す金属元素からなる水から水素を発生せしめる水素発生用触媒。
【請求項２】
前記水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）であり、前記金属元素は酸化物を作り易い鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のうち、少なくとも一種類である請求項１記載の水素発生用触媒。
【請求項３】
少なくとも一種類の親水性の低融点の金属水酸化物と、この金属水酸化物と反応して金属水酸化物の融点以上の温度で脱水し複合酸化物を生成する少なくとも一種類の他の化合物とからなる水から水素を発生せしめる水素発生用触媒。
【請求項４】
前記親水性の金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ）および他の水和金属水酸化物であり、前記他の化合物は、水酸化物として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）2）であり、酸化物として酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は酸化バリウム（ＢａＯ）である請求項３記載の水素発生用触媒。
【請求項５】
前記請求項３の水素発生用触媒中に酸化物を作り易い金属を供給する金属元素供給体を加えた請求項３又は請求項４に記載の水素発生用触媒。
【請求項６】
水が注入される水入口と水素が流出する水素排出口とを備えた金属容器と、この金属容器内に収納される低融点の親水性の金属水酸化物と、この金属水酸化物内に配置されて前記金属水酸化物を加熱して溶融させたときに金属元素が金属水酸化物の溶融液体内に溶け出す金属元素供給体とからなり、前記金属水酸化物を加熱溶融させたときに前記容器の壁面からも前記金属水酸化物内に金属元素が溶け出すようになっている水素発生用触媒。
【請求項７】
前記金属容器はステンレス板からなり、前記金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）からなり、前記金属元素供給体は、板状、粒状又は塊状の鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）又はステンレス材（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ）からなる請求項５記載の水素発生用触媒。
【請求項１】
親水性の金属水酸化物と、この水酸化物を加熱して溶融させたときに、その中に溶け出す金属元素からなる水から水素を発生せしめる水素発生用触媒。
【請求項２】
前記水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）であり、前記金属元素は酸化物を作り易い鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、モリブデン（Ｍｏ）、マンガン（Ｍｎ）、タングステン（Ｗ）、マグネシウム（Ｍｇ）、亜鉛（Ｚｎ）、コバルト（Ｃｏ）、スズ（Ｓｎ）、ビスマス（Ｂｉ）のうち、少なくとも一種類である請求項１記載の水素発生用触媒。
【請求項３】
少なくとも一種類の親水性の低融点の金属水酸化物と、この金属水酸化物と反応して金属水酸化物の融点以上の温度で脱水し複合酸化物を生成する少なくとも一種類の他の化合物とからなる水から水素を発生せしめる水素発生用触媒。
【請求項４】
前記親水性の金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）、水酸化カリウム（ＫＯＨ）、水酸化バリウム（Ｂａ（ＯＨ）2・８Ｈ2Ｏ）および他の水和金属水酸化物であり、前記他の化合物は、水酸化物として水酸化カルシウム（Ｃａ（ＯＨ）2）、水酸化コバルト（Ｃｏ（ＯＨ）2）であり、酸化物として酸化チタン（ＴｉＯ２）、酸化鉄（ＦｅＯ）、酸化亜鉛（ＺｎＯ）、酸化珪素（ＳｉＯ2）、酸化ジルコニウム（ＺｒＯ2）、酸化ニッケル（ＮｉＯ）、酸化スズ（ＳｎＯ2）、酸化ビスマス（Ｂｉ2Ｏ3）、酸化カルシウム（ＣａＯ）、酸化タングステン（ＷＯ3）、酸化クロム（Ｃｒ2Ｏ3）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）、酸化モリブデン（ＭｏＯ3）、酸化アルミニウム（Ａｌ2Ｏ3）又は酸化バリウム（ＢａＯ）である請求項３記載の水素発生用触媒。
【請求項５】
前記請求項３の水素発生用触媒中に酸化物を作り易い金属を供給する金属元素供給体を加えた請求項３又は請求項４に記載の水素発生用触媒。
【請求項６】
水が注入される水入口と水素が流出する水素排出口とを備えた金属容器と、この金属容器内に収納される低融点の親水性の金属水酸化物と、この金属水酸化物内に配置されて前記金属水酸化物を加熱して溶融させたときに金属元素が金属水酸化物の溶融液体内に溶け出す金属元素供給体とからなり、前記金属水酸化物を加熱溶融させたときに前記容器の壁面からも前記金属水酸化物内に金属元素が溶け出すようになっている水素発生用触媒。
【請求項７】
前記金属容器はステンレス板からなり、前記金属水酸化物は、水酸化ナトリウム（ＮａＯＨ）又は水酸化カリウム（ＫＯＨ）からなり、前記金属元素供給体は、板状、粒状又は塊状の鉄（Ｆｅ）、チタン（Ｔｉ）又はステンレス材（Ｃｒ、Ｎｉ、Ｆｅ）からなる請求項５記載の水素発生用触媒。
【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】
【公開番号】特開２０１０−１３１５５３（Ｐ２０１０−１３１５５３Ａ）
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１１２７０（Ｐ２００８−３１１２７０）
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（５０４３２３２０５）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月１７日（２０１０．６．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月５日（２００８．１２．５）
【出願人】（５０４３２３２０５）
【Ｆターム（参考）】
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