JPH1135302A

JPH1135302A - 金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガスと水素ガスの生成装置

Info

Publication number: JPH1135302A
Application number: JP9309681A
Authority: JP
Inventors: Manabu Sasaki; 學佐々木; Noriyuki Yoshida; 範行吉田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-10-25
Publication date: 1999-02-09

Abstract

(57)【要約】【目的】反応温度を低くして連続的に水を分解する。【構成】縦型円筒状の金属製反応容器２３は、反応容器
内に臨む入口スプレイノズル２３ａと発生ガス回収のた
めの出口部２３ｄを有し、反応容器内には酸化物粉体を
高速回転させる撹拌器２５と絶縁された金属製電極２４
とがあり、反応容器は接地されているので、両者は正極
と負極をなし電場を形成する結果、雰囲気温度１００℃
及び大気圧下でも、酸化物粉体が触媒となって水が分解
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属酸化物の脱酸及び
酸素ガス又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガスの生成方
法とその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】水を分解することで得られる水素は、化
学工業、半導体素子製造、金属冶金、食品工業等に利用
されるだけでなく、クリーンなエネルギー源として今後
ますます需要が見込まれている。酸素についても同様で
ある。

【０００３】酸素と水素とをエネルギー源等として工業
的に利用するには、連続的に製造できることが必須とな
る。酸素と水素を連続的に製造する従来の方法として、
水の電気分解によって得る方法、メタンガスと７００℃
〜８００℃に加熱された水蒸気とを反応させて水素を得
る水蒸気改質法、１０００℃以上の高温下で酸化鉄等の
触媒存在下で水を酸素と水素とに分解する方法が従来か
ら知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上述した製造法のう
ち、電気分解法は我が国のように電気料金が高い国にお
いて、工業化することはコスト的にも不利である。ま
た、電気エネルギーよりも効率の良い重油等の熱源を選
べる水蒸気改質法は、反応温度が前述のように高いこと
と、地球温暖化の原因となる二酸化炭素の放出を伴い、
更に設備も大規模化するという欠点がある。また、１０
００℃以上の高温下で酸化鉄等の触媒に水蒸気を接触さ
せる方法も、前記水蒸気改質法と同様の問題がある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】前述の課題を解決するた
めに本発明に係る金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガス又
は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成方法は、熱力学
的に極めて安定な二酸化珪素、二酸化チタンや酸化鉄等
の金属酸化物であっても、飽和蒸気圧未満且つ加熱雰囲
気下の電場内に配置して水に接触させることで、金属酸
化物から活性な酸素原子が分離（以下、脱酸という）さ
れ、この活性な酸素原子から酸素ガスが生成される。そ
して生成された酸素ガスを排気することによって金属酸
化物が亜酸化物に転換され、また一酸化珪素や一酸化チ
タン等の亜酸化物の生成割合が多くなると、これら亜酸
化物が更に金属に転換されはじめる。これら亜酸化物や
金属の生成割合が多くなるほど、前記酸素ガスの生成反
応と同時に、水分子が亜酸化物や金属と反応して水素ガ
スに分解・生成する割合が高くなり、水素ガスの生成割
合も酸素ガスの生成割合以上に高くなる。

【０００６】飽和蒸気圧未満且つ加熱雰囲気下におい
て、水に接触させた金属酸化物が導体金属又は半導体材
料により加工された棒状電極を中心軸として大地を下に
見た方向から時計方向に円運動した場合、地磁気が大地
（Ｎ極）から空（Ｓ極）の方向に向かって弱い磁界が作
用しているので、反応容器と絶縁された棒状電極が正の
電極として作用して、電磁気学のフレミングの右手の法
則により、前記水を含んだ金属酸化物が静電気的に帯電
しやすくなって、前記棒状電極（正極）と円運動する水
を含んだ金属酸化物（負極）との間に、電場（電界）が
発生する。尚、反応容器天板にＳ極の磁石と同底板にＮ
極の磁石を固着すれば尚よく、一般に磁石による磁力線
の強さは地磁気より桁違いに大きいので、比透磁率の大
きな酸化鉄等の粉体を用いることによって、より強い電
界強度が得られる。ここで棒状電極がシリコン等の半導
体の場合は、正孔が半導体材料内部で発生しやすいた
め、銅や鉄等の導体金属に比べて、前記電場（電界）が
より強くなりやすいと思われる。従って、このようによ
り強力な電場が発生すると、金属酸化物の脱酸速度や水
から酸素や水素が生成する水の分解反応速度がより向上
するということが考えられる。又、正極と負極の間に乾
電池１．５Ｖ〜３Ｖ程度の電圧を加えることによって、
より安定した電界強度が得られることによって脱酸速度
も向上すると考えられる。尚、この場合、乾電池を使っ
て電界を発生させた場合であっても、１μＡ以下のきわ
めてわずかの電流しか流れない。尚、水を含んだ金属酸
化物中に比誘電率の小さいガス（窒素ガス等の不活性ガ
スや４００℃以下の雰囲気温度であれば空気や酸素ガス
でもよい）を吹き込んだ場合、実際には窒素ガスの方が
望ましいが、詳細は後述する通り、前記水を含んだ金属
酸化物がよりいっそう静電気的に帯電しやすくなる。も
ちろん、反応容器内が飽和蒸気圧未満であれば、不活性
ガスを注入しなくとも静電気的に帯電する。但し、継続
的に酸素が反応容器内に漏洩してくる場合は、漏洩して
くる酸素が電界中で次々にイオン化して電界の強さが弱
くなり、酸化物の誘電分極を妨げる結果、酸化物の脱酸
が起こりにくくなるものと予想される。

【０００７】上記の反応を効率よく行うには、酸素及び
水素のガスを得る目的に対しては雰囲気圧力を２０気圧
以下、雰囲気温度を５０℃以上３７４℃以下とし、好ま
しくは雰囲気圧力を絶対圧で０．９気圧以上１．５気圧
以下、雰囲気温度を９６．７１℃以上１１１．３７℃以
下とする。この好ましい理由は、水が分解して酸素と水
素に分離するため、酸素と水素の再結合反応による爆発
燃焼によるおよそ２０倍もの瞬間的に急激な圧力上昇の
危険性があるため、高圧・高温ほど爆発の危険性が高く
なるためである。また、金属酸化物を金属に還元する目
的に対しては、後述するように雰囲気温度を５００℃以
上８００℃以下、雰囲気圧力を大気圧未満とする。

【０００８】前述のとおり、金属酸化物の脱酸が進む
と、ゼオライトや石英等の金属酸化物の色は、当初白若
しくは、淡い灰色、又は淡いベージュ色から茶色を経
て、薄い灰色、濃い灰色、そして黒っぽい灰色に変化し
て行く。その金属酸化物の電極電位（酸化還元電位とも
いう）は負の値が一層大きくなる。尚、電極電位の計測
法は次の通りである。大気開放下の常温２５℃で、当該
金属酸化物粉体を、底部ガラスフィルターが設けられた
細いガラス管内に封入し、またその当該ガラス管は純水
の入った容器内に浸漬され、その当該粉体中に差し込ま
れた白金電極が、飽和カロメル電極（Ｈｇ・Ｈｇ2Ｃｌ2
／ＫＣｌ飽和）を参照電極（即ち、当該白金電極が飽和
塩化カリウムを寒天に溶解して作られた塩橋を介して、
当該参照電極と液絡されている）とした電位差を、両者
の電極間に接続した高い内部抵抗を有する電位差計（エ
レクトロメータ）の読み値とした電極電位としている。
具体的な計測方法は、例えば、技報堂出版発行の藤嶋昭
ら著「電気化学測定法（上）」に記述されている。

【０００９】本発明に係る金属酸化物の脱酸処理装置又
は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置（以下、
「本装置」という）は、酸化珪素、酸化チタン又は酸化
鉄等の金属酸化物を収納すると共に大気から隔離できる
ものとし、発生ガスを回収するため、反応容器出口に設
けられた酸化物粉体の散逸を予防する目的のろ過器を介
して復水器が接続された減圧装置につながる反応容器
と、この反応容器内を加熱する加熱手段と、前記反応容
器内に水を加圧して供給できる加圧装置及び下流側の圧
力を上流側より所定の圧力に下げる圧力制御弁と所定の
流量に調整する流量制御弁とを有する水供給手段と、前
記反応容器内に電場を形成する電極とを備えたこととし
た。また、本装置の反応容器は大地と鉛直方向に設置さ
れる縦形円筒形状であり、前記反応容器底部を鉛直方向
（大地とも鉛直方向）に貫通する撹拌器の回転軸にモー
タの回転数が伝動されることとした。先の発明のよう
に、酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置の反応容
器を回転させてもよいが、反応容器自体を高速で回転さ
せることが難しくなったり、圧力計や温湿度計及び酸素
濃度計等の計測設備の接続が難しいため、前記の如く、
撹拌器を回転させる縦形円筒形状の装置とした。また、
本装置の前記反応容器は電場を形成する一方の電極を兼
ね、他方の電極は反応容器中心部の大地と鉛直方向に撹
拌器の撹拌羽根の直上に、反応容器及び撹拌羽根と絶縁
されて設置されることとした。また、本装置の前記水供
給手段の反応容器内に臨む部分（反応容器入口）には、
反応容器内の水蒸気の急冷に伴う滴状凝縮作用による多
数の微細な水滴を形成するため、水を噴霧状にスプレイ
して供給するスプレイノズルを備えていることとした。
また、本装置の前記ろ過器を介して、下流側を上流側よ
り所定の圧力に下げる圧力制御弁と所定の流量に調整す
る流量調整弁を備えた配管が分岐し、この分岐配管は反
応容器外で前記水供給手段との集合配管又は混合器に接
続されることとした。また、本装置の前記水供給手段と
の集合配管又は混合器に接続するスプレイノズルは、水
供給手段より供給される水と前記分岐配管を通る水蒸気
と酸素又はこれらに加えて水素の発生ガスと混合して噴
霧状にスプレイされることとした。このスプレイノズル
は水に前記発生ガスと混合して噴霧状にスプレイできる
ため、反応容器内雰囲気をできるだけ少ない水量で急冷
する機能を有することが明らかである。例えば、東京消
防庁が圧縮空気と水を混合して火災現場の消火に用いて
いる新技術は、少ない水量でも気体と微小水滴との混合
雰囲気を作り出す結果、消化の標的を周囲から断熱的に
隔離して、微小水滴が消化の標的に接触することで、効
率的に蒸発して火災現場の消化の標的の熱を奪う冷却効
果向上による消火能力を上げようとしたことが知られて
いる。また本装置の撹拌器の（回転）軸には大気から反
応容器内への酸素漏洩を最小にする軸シールと前記回転
軸が滑らかに高速回転できる目的でボールベアリングが
取付けられていることとした。

【００１０】ここで、これらの金属酸化物としては、水
との接触面積を大きくする意味で、粉体とすることが好
ましい。水と接触させた金属酸化物粉体を反応容器内で
例えば時計方向に回転させ、飽和蒸気圧近傍下の加熱雰
囲気下で窒素ガスを吹き込んだ場合には、前記混合ガス
生成装置においては、誘電率が異なる蒸気と窒素ガス混
在によって、隣接する水を含んだ金属酸化物粉体が負電
荷の帯電した状態によりなりやすいと考えられる。そし
て、回転している反応容器が接地され、反応容器の円筒
中心に反応容器と絶縁された棒状電極が挿入されている
場合には、電磁気学におけるフレミングの法則により、
前記金属酸化物は静電気的に帯電した状態で時計方向に
回転した場合、次第に水を含んだ金属酸化物粉体は負電
荷を帯びるようになって安定した電場を形成する結果、
前記棒状電極に向かって移動するようになると考えられ
る。このために、反応容器自体は負の電極（カソード）
となり、前記円筒中心の棒状電極は正の電極（アノー
ド）となる。このような時に金属酸化物からの脱酸が活
発に起こり、酸素ガス等の生成速度が大きくなる傾向が
ある。

【００１１】文献『静電気学会誌第１３巻第３号（１９
８９）の藤原幸男の論文「粉体中の液中帯電と分散系の
電気抵抗」』によれば、酸化物粉体表面に水分を吸着し
て水和するが、水素イオンに比べ水酸イオンの方が粉体
粒子表面に吸着しやすいため、粉体粒子表面は負に帯電
しやすい。また、金属酸化物が水に溶けて高ｐｈの水溶
液を形成する場合は特に粉体粒子表面が負に帯電すると
いう研究結果が示されている。周知のとおり、気体中で
独立に存在する液相の水（例えば水滴状態）は高誘電率
であるため、負電荷や負のイオンを蓄えやすく、前述の
とおり、隣接する水を含んだ金属酸化物集団の間に窒素
ガス等が満たされて、円筒状等の反応容器中心に絶縁さ
れた棒状電極の廻りを円運動している状態下では、それ
ぞれの水を含んだ金属酸化物集団はそれぞれ粒子数が少
ない集団に分散して、それぞれが負電荷を蓄えた水を含
んだ酸化物集団になると考えられる。従って、前記水を
含んだそれぞれの酸化物集団は、接地された反応容器壁
面に接しながら円運動するので、絶縁された前記棒状電
極と反応容器全体とでコンデンサーのような性質を有す
ると考えられる。しかしながら、後述する（１）〜
（７）の反応式によってわずかではあっても電流が流れ
るということが起こる。それは取りも直さず、反応容器
と棒状電極間で電場が形成されていることを意味するも
のである。尚、ここで反応容器内が飽和蒸気圧近傍に到
達する時に、文献『静電気学会誌第１９巻第１号（１９
９５）の竹内学の論文「粉体の帯電に関与する因子」』
によれば、相対湿度８０％以上でほとんどポリスチレン
の粉体の摩擦帯電が認められなくなるという記述がある
ので、酸化物粉体の場合であっても、特に飽和蒸気圧に
到達すると、電界の強さは数１０ｍＶ以下と弱くなると
いうことが確認されている。一方、例えば反応容器内が
大気圧近傍の飽和蒸気圧（温度は約１００℃）である時
に、常温の水をスプレイ（０℃近傍の水ならなおよい）
することによって、急冷されて飽和蒸気圧近傍から急激
に水蒸気圧が下がる。その結果、沢山の微少水滴が酸化
物粉体間に生成されて、同粉体が誘電分極したＯ２−の
イオンから電子が微小水滴に移動することによって生成
した活性酸素Ｏ＊がすぐ近傍にある微少水滴を攻撃して
水分子が酸素と水素に分解する確率が極めて高くなるた
め、酸素と水素の混合ガス生成による急激な圧力上昇が
起こるものと推測される。

【００１２】また本発明に係る酸素ガスと水素ガスとの
混合ガス生成装置は、生成する混合ガスの排気速度を上
げたり、装置の運転温度を高めに設定することで、金属
酸化物の脱酸処理速度を上げて、金属酸化物から金属を
製造する目的を有する金属酸化物脱酸処理装置にもなり
得るものである。何となれば、金属酸化物を飽和蒸気圧
未満且つ加熱雰囲気下の電場内に配置して水に接触させ
ることで、前記金属酸化物から活性な酸素原子が分離さ
れて生成されることによって亜酸化物に転換され、また
その亜酸化物を飽和蒸気圧未満且つ加熱雰囲気下の電場
内に配置して水に接触させることで、前記亜酸化物から
活性な酸素原子が分離されて生成されることは前述で説
明している。金属の製造方法は、天然ゼオライトや石英
等を出発物質とした金属シリコンの場合は、反応容器内
温度を５００℃以上に高めに設定することで、金属粉末
が焼結状態となって、粉末金属の表面張力が小さくなる
方向に作用して金属粉末同志がくっつこうとする（言わ
ば一体化しようとする）現象が発生する。こうして生成
されるものは、酸素等の不純物を含んだスラグ状の金属
が得られている。それらのＸ線回折結果や表面の電気抵
抗測定結果等によって出発物質と全く異なる金属である
ことが確認されている。また、天然ルチル鉱石を出発物
質とした金属チタンの場合も、５００℃以上で金属粉末
が焼結状態となって、粉末金属の表面張力が小さくなる
方向に作用して、酸素等の不純物を含んだスラグ状の金
属が得られている。同様にこのスラグ状の金属のＸ線回
折結果や表面の電気抵抗測定結果等によって出発物質と
全く異なる金属であることが確認されている。

【００１３】酸化珪素の場合には、反応容器内における
主たる反応は以下の如くと推定される。金属酸化物の還元反応：ＳｉＯ２＝ＳｉＯ２＋＋Ｏ２− ・・・・・（１）＝ＳｉＯ２＋＋２ｅ−＋Ｏ＊・・・（２）＝ＳｉＯ＋Ｏ＊・・・・・・（３）：ＳｉＯ＝Ｓｉ２＋＋Ｏ２− ・・・・・・（４）＝Ｓｉ２＋＋２ｅ−＋Ｏ＊・・・・（５）＝Ｓｉ＋Ｏ＊・・・・・・（６）酸素ガスの生成反応：２Ｏ＊＝１／２Ｏ２・・・・・・・（７）金属酸化物の酸化反応（純水の還元反応）：ＳｉＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＳｉＯ２＋Ｈ２・・・・・（８）Ｓｉ＋Ｈ２Ｏ＝ＳｉＯ＋Ｈ２・・・・・（９）純水の酸化反応：Ｈ２Ｏ＋Ｏ＊＝Ｈ２＋Ｏ２・・・・・（１０）

【００１４】上記の反応式（１）〜（３）及び（４）〜
（６）は、反応のギブスの自由エネルギー変化（ΔＧ）
の値が正の値となるので、反応式は自然には右に進行し
ない。しかしながら、前述の説明の通り、水を含んだ金
属酸化物は（１）を経て（２）、又は（４）を経て
（５）となり、陽イオンは反応容器壁面方向に向き、負
電荷は反応容器中心にある絶縁された棒状電極のある方
向に向くと考えられる。即ち、二酸化珪素の場合には
（１）式においては＋２価の一酸化珪素イオンと−２価
の酸素イオンに分離（電離）して、更に（２）式におい
てはこの−２価の酸素イオンが２個の電子と活性な酸素
原子とに分離すると考えられる。そして（３）式におい
ては分離した電子（負電荷）は反応容器内で同様に電離
している＋２価の一酸化珪素イオンと合体して中性分子
である一酸化珪素を形成しようとするはずである。一
方、電子に逃げられた先の２価の一酸化珪素イオンはす
ぐその外側に隣接する反応容器若しくはその他の金属酸
化物から電子をもらって一酸化珪素となって安定化する
と考えられる。このとき、活性な酸素原子は（７）式の
とおり近傍の同じ活性な酸素原子と結合して酸素ガスを
生成するか、又は（１０）式のとおり近傍の水分子と化
学反応して酸素と水素を生成するということが考えられ
る。同様に水を含んだ金属酸化物が一酸化珪素である場
合も（４）〜（６）まで前述の如く説明することができ
る。結局反応容器中心の棒状電極の廻りを水を含んだ金
属酸化物が負電荷を蓄えた状態で地磁気の作用を受けて
大地を下に見ながら時計方向に回転している場合、前記
反応容器中心の棒状電極が絶縁されていれば、この棒状
電極は正極になりやすくなって、反応容器内を円運動し
ている負電荷は正極に向かおうとする、即ち、電流が正
極から負極の反応容器に流れようとするし、実際に流れ
るということがある。この場合前述のとおり、負電荷は
隣接する正極寄りの時計方向に回っている水を含んだ金
属酸化物に移動、即ち、その金属酸化物は還元されると
いう現象が起こるものと考えられる。また、この時、残
された活性な酸素原子が酸素ガス化するか、或いは近く
の水分子を分解するということも既に述べた。以上によ
って、金属酸化物からの脱酸が十分に進んで、亜酸化物
の一酸化珪素や金属珪素の生成割合が多くなってくる
と、反応式（８）及び（９）に示すように水分子と反応
して、水素を生成する割合は当然の如く高くなろう。一
方、反応容器内の酸素、水素及び水蒸気が増加して雰囲
気圧力が高くなると、反応は平衡状態に達し、酸素及び
水素のそれ以上の生成は停止する。そこで、反応容器内
から酸素、水素及び水蒸気を吸引するため、反応容器内
を減圧するか、あるいは大気圧より高い場合は放出する
と共に、反応容器内の水が不足した場合に水の供給を再
開することで、以上の一連の反応が再開し、連続的に酸
素ガス又は酸素と水素の混合ガスを生成することができ
る。また、前記の如く、反応容器内が飽和水蒸気圧に接
近又は到達時、霧状の微細な水滴をスプレイして反応容
器内を急冷した場合は、飽和蒸気圧近傍からわずかに下
がり、ついで酸素ガス又は酸素と水素との混合ガス生成
による圧力上昇が起こる場合がある。理由については前
記のとおりである。

【００１５】尚、前記したようにＳｉＯ又はＳｉが水に
接触すると水素を生成するのは、従来からよく知られて
いる。ところが、ＳｉＯ又はＳｉが酸化されてＳｉＯ２
になると、通常はそれ以上反応は進まない。しかしな
がら、本発明にあっては、電場が形成されている言わば
励起状態の雰囲気に水を含んだ酸化珪素がさらされてい
ることで、ＳｉＯ２ −＞ＳｉＯ−＞Ｓｉ−＞ＳｉＯ−
＞ＳｉＯ２ −＞ＳｉＯ・・・・のサイクルを繰り返す
ようにしたものであり、所謂酸化珪素は水を分解する触
媒としての働きをなしていることになる。尚、最初、安
定な二酸化珪素が大半を占める場合は、水を媒介とす
る、即ち、水が触媒的な働きをしながら、二酸化珪素か
ら酸素が脱離即ち脱酸し、この初期段階時は、ほとんど
水素は検出されないが、亜酸化珪素及び金属珪素の割合
が多くなって行くにつれて、生成する水素濃度が高くな
って行くということが起こり、この場合には、反応容器
からの排気速度が十分に大きくなければ、亜酸化珪素や
金属珪素及び二酸化珪素の混合物全体が、金属珪素に転
換されるということにはなりにくいからである。逆に言
えば、反応容器からの排気速度を十分に大きくすれば、
二酸化珪素の大部分を金属珪素に転換するということも
可能と見られる。

【００１６】酸化チタンの場合には反応容器内における
主たる反応は以下の如くと推定される。金属酸化物の還元反応：ＴｉＯ２＝ＴｉＯ２＋＋Ｏ２− ・・・・・（１１）＝ＴｉＯ２＋＋２ｅ−＋Ｏ＊・・・（１２）＝ＴｉＯ＋Ｏ＊・・・・・・（１３）：ＴｉＯ＝Ｔｉ２＋＋Ｏ２− ・・・・・・（１４）＝Ｔｉ２＋＋２ｅ−＋Ｏ＊・・・・（１５）＝Ｔｉ＋Ｏ＊・・・・・・（１６）酸素ガスの生成反応：２Ｏ＊＝１／２Ｏ２・・・・・・・（１７）金属酸化物の酸化反応（純水の還元反応）：ＴｉＯ＋Ｈ２Ｏ＝ＴｉＯ２＋Ｈ２・・・・・（１８）Ｔｉ＋Ｈ２Ｏ＝ＴｉＯ＋Ｈ２・・・・・（１９）純水の酸化反応：Ｈ２Ｏ＋Ｏ＊＝Ｈ２＋Ｏ２・・・・・（２０）

【００１７】酸化鉄の場合、反応容器内における主たる
反応は以下の如くと推定される。酸化珪素や酸化チタン
と化学反応の経路は同様なので、途中を省略すると、金属酸化物の還元反応：Ｆｅ３Ｏ４＝３ＦｅＯ＋Ｏ＊・・・・・・（２１）：ＦｅＯ＝Ｆｅ＋Ｏ＊・・・・・・・・（２２）酸素ガスの生成反応：２Ｏ＊＝１／２Ｏ２・・・・・・・・（２３）金属酸化物の酸化反応（純水の還元反応）：３ＦｅＯ＋Ｈ２Ｏ＝Ｆｅ３Ｏ４＋Ｈ２・・・・・（２４）Ｆｅ＋Ｈ２Ｏ＝ＦｅＯ＋Ｈ２・・・・・・（２５）純水の酸化反応：Ｈ２Ｏ＋Ｏ＊＝Ｈ２＋Ｏ２・・・・・・（２６）

【００１８】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施の形態につい
て、添付図表を参照しながら説明する。ここで、図１は
本発明に係る酸素ガスと水素ガスの生成装置の全体構成
の第１例を示す図、図２は同装置の要部の断面図であ
る。

【００１９】酸素ガスと水素ガスの生成装置は開閉自在
とされた断熱ケース１内に、筒状の金属製反応容器２を
配置している。反応容器２は図２にも示すように、入口
部３と出口部４を有し、入口部３には管体５が接続さ
れ、出口部４には管体６が接続され、これら管体５、６
を軸受け７にて回転自在に支承している。

【００２０】また、床面にはモータＭが設けられ、この
モータＭの駆動スプロケット８と前記管体５に設けた被
動スプロケット９間にチェーン１０を張設し、モータＭ
を駆動することで反応容器２を回転するようにしてい
る。更に断熱ケース１内には反応容器２を加熱するヒー
タＨが設けられ、反応容器２の温度を測定する温度計Ｔ
を断熱ケース１内に挿入している。

【００２１】一方、前記管体５内にはテフロンやセラミ
ックス等の絶縁体１１を介して水供給用の金属パイプ１
２が保持され、この金属パイプ１２の反応容器２内に臨
む先端は閉塞されると共に水噴出穴１２ａが所定間隔で
形成されている。そして金属パイプ１２の他端には純水
を満たしたタンク１３からのチューブ１４が接続されて
いる。尚、金属パイプ１２の途中にはコック１５を設け
ている。

【００２２】ここで、前記反応容器は２は接地されてお
り、金属パイプ１２はこの反応容器２とは絶縁されてい
るので、両者は電場を形成する電極として作用する。因
みに反応容器２はカソードとして作用し、金属パイプ１
２はアノードとして作用する。

【００２３】また、前記管体６はジョイント１６を介し
てバッファタンク１７から伸びる配管に接続され、この
バッファタンク１７内は真空ポンプＰによって所定圧以
下に吸引されている。このバッファタンク１７内の気体
はタンク１８に吸引され、タンク１８内のガスはタンク
１９内に導入され、このタンク１９には酸素濃度計が付
設されている。尚、バッファタンク１７内に溜まった凝
結水や反応容器から漏れ出した酸化物等の粉体は配管２
０を介して金属パイプ１２の途中に戻すようにした方が
より好ましい。

【００２４】次に、上記の装置を用いて電極間の電位
差、電極電位、雰囲気圧力、雰囲気温度について実験し
た結果を以下に示す。

【００２５】（実験１：電極間の電位差に関する平衡酸
素濃度の実験）金属酸化物の種類：二酸化珪素を主体とする天然ゼオラ
イト使用重量：１０００ｇ雰囲気圧力：０．３気圧を維持するように真空引きしつ
つ水を断続的に供給する雰囲気温度：３００℃

【００２６】図３は実験１の結果を示すグラフであり、
電極間（反応容器を接地及び金属パイプを正極）の電位
差と酸素濃度との関係を示す。このグラフから、電極間
の電位差が正であり、この電位差の数値が大きいほど反
応容器内で平衡状態に到達する酸素濃度が高くなるとい
うことが分かる。また、反応容器と金属パイプとの間の
絶縁が破壊され、導通状態になっている場合は、酸素の
発生効率が著しく低下する。これは、導通状態になって
いると電場を形成することができず、前記した（１）〜
（３）等の反応が不安定になり、活性な酸素原子の生成
が起こりにくくなるためと考えられる。

【００２７】（実験２：電極電位についての水素の平衡
濃度の実験）金属酸化物の種類：酸化珪素系、酸化チタン系、酸化鉄
系使用重量：５００ｇ雰囲気圧力：０．２気圧を維持するように真空引きしつ
つ水を断続的に供給する雰囲気温度：３００℃

【００２８】図４は実験２の結果を示すグラフであり、
このグラフから、酸化珪素系触媒については０ｍＶ〜−
７００ｍＶ、酸化チタン系触媒については＋５０ｍＶ〜
−５０ｍＶ、酸化鉄系触媒については０ｍＶ〜−３００
ｍＶの電極電位の範囲で水素生成が起こっているという
意味でこの範囲のものを選定するのが好ましいが、より
水素生成効率を上げる意味では電極電位ができるだけ低
い方が更に好ましい。

【００２９】酸化珪素系触媒について考察するに、Ｓｉ
Ｏ２及びＳｉＯからＯが分離すれば電極電位の負の値が
大きくなり、一方いわゆる触媒中のＳｉＯ２の割合が大
きいと電極電位は負の値は取らず正の値が大きくなる。
そして、ＳｉＯ２の割合が大きいと前記式（８）（９）
による水素の生成が期待できないので、触媒としては、
できうる限り電極電位の負の値が大きくなるようにする
ことが好ましい。

【００３０】（実験３：雰囲気圧力について平衡酸素濃度の実験）金属酸化物（触媒）の種類：酸化珪素系、酸化チタン系、酸化鉄系電極電位：＋２００ｍＶ（酸化珪素系）：＋４００ｍＶ（酸化チタン系）：１００ｍＶ（酸化鉄系）触媒の使用量：５００ｇ雰囲気温度：３００℃

【００３１】図５は実験３の結果を示すグラフであり、
このグラフから、雰囲気圧力をできるだけ小さくした方
が、酸素ガス等がより多く発生しやすくなるということ
が分かる。

【００３２】（実験４：雰囲気温度についての実験）金属酸化物（触媒）の種類：酸化珪素系、酸化チタン系、酸化鉄系標準酸化還元電位：＋２００ｍＶ（酸化珪素系）：＋４００ｍＶ（酸化チタン系）：＋１００ｍＶ（酸化鉄系）触媒の使用量：５００ｇ雰囲気圧力：０．２気圧以下まで真空引きしつつ水を連続的に供給する。

【００３３】図６は実験４の結果を示すグラフであり、
このグラフから、雰囲気温度は高い方が好ましいといえ
るが、本発明にあっては少なくとも５０℃以上であれ
ば、効率はそれほど高くないものの、金属酸化物からの
脱酸の反応は起こるが、３００℃以上の温度になると充
分に高い効率の金属酸化物からの脱酸の反応が起こるこ
とが分かる。従って、図１の装置の場合、従来と比較し
て著しく低い温度と言える３００℃以上で活発な脱酸に
よる酸素ガス生成反応を行わせることができた。

【００３４】尚、以上の説明は本発明の実施の一例を示
したものであり、本発明は図示した実施例によって限定
されるものではない。

【００３５】次に、縦置きの金属酸化物脱酸処理装置を
兼ねた酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置の全体
構成の第２例を図７に示した。図８は同装置の要部の断
面図である。第２例の酸素ガスと水素ガスの生成装置は
開閉自在とされた断熱ケース２１内に、オイルジャケッ
トを有するオイルヒータ等の熱源２２と縦置き筒状の金
属製反応容器２３を配置している。また、反応容器内に
臨む反応容器２３の入口部には水を噴霧状にスプレイし
て供給する入口スプレイノズル２３ａと、出口部２３ｄ
に出口フランジを有し、反応容器内には撹拌器２５と、
絶縁された金属製電極２４と、金属製電極を宙吊りにす
るため反応容器に溶接された固定治具２３ｂと電極２４
にはめ込まれたリング状の固定治具２４ａとこの間を引
張って吊るテフロン樹脂やセラミックス部品を介したピ
アノ線等の紐状の絶縁用吊具２４ｂを有し、撹拌器２５
が高速で回転していても大気中からの酸素が反応容器内
に漏洩しないよう軸シール２３ｃが設けられ、滑らかな
高速回転を保障するためにはボールベアリングとの組み
合わせが必須である。撹拌器２５はモータＭの回転軸２
６と連結器２５ａによって連結されている。反応容器２
３は出口部２３ｄからろ過器２８を介して、冷却用循環
ポンプ３２を備えた熱交換器３１が接続された回収用真
空ポンプ３５につながっている。一方、入口スプレイノ
ズル２３ａには、水供給用及び酸素等の発生ガス供給用
の配管が接続され、配管の他端には圧力制御弁３６及び
混合器３６ａが接続され、混合器３６ａには水供給タン
ク２７からポンプ２７ａによって流量制御弁３７と圧力
調整弁３８を介して水が流入し、また、混合器３６ａに
はろ過器２８出口の流量制御弁４０と圧力制御弁３９を
有する分岐配管を通じて酸素ガス等の発生ガスが流入し
て混合され、微小水滴が生成する仕組みとなっている。
尚、反応容器内の酸素あるいは水素のガス発生速度を測
定するため、酸素濃度計Ｏ2、圧力計Ｐ、温湿度計ＴＨ
を設置することとしている。本装置を用いて、雰囲気圧
力、雰囲気温度、注水量、酸素・水素生成ガス量につい
て実験した結果を以下に示す。

【００３６】（実験５：縦形円筒形状の装置の酸素及び
水素ガス発生速度の実験（その１））反応容器体積：２０リットル金属酸化物の種類：フェライト（平気粒径＜＝１０ミク
ロン）使用重量：３５００ｇ熱源：１５０℃の過熱蒸気で反応容器外壁面を加熱初期雰囲気圧力：それぞれ絶対圧で０．０２ＭＰａ、
０．０６ＭＰａ、０．０９５ＭＰａの時、水を各１００
ｃｃスプレイする。初期雰囲気温度：１００℃ 粉体の回転方向：大地を下に見て大地と鉛直軸の時計方
向撹拌器の回転数：１０００回転／分

【００３７】表１〜表３は、それぞれ実験５の結果を示
すケース１〜ケース３の表であり、ケース１及びケース
２の表は、酸素の発生しか確認できず、水素の発生はほ
とんどない。ケース３の場合は、際だった異常とも言え
る爆発的生成反応が起こっている。この場合の反応容器
内の水蒸気圧が大気圧に近い０．０７５ＭＰａ（系内圧
力０．０９５ＭＰａ）時、水スプレイによって急冷した
場合、急冷直後、瞬間的に０．００５ＭＰａ圧力が下が
るが、その後直ちに圧力上昇に転じ水スプレイ直後０．
５秒間で反応容器内圧力が０．２０ＭＰａに到達し、酸
素濃度は大気圧換算で５０％にも達した。放出後は大気
圧に戻り、全量水蒸気と仮定すれば、水素濃度も計算上
５０％となる。このような異常事象の発生要因として考
えられることは、第２例の装置の場合、第１例に比べ
て、フェライトを触媒としたため、フェライトは比透磁
率が比較的大きく地磁気を反応容器内雰囲気に伝播しや
すいこと、並びに反応容器内を高速（この場合は１００
０回転／分）で撹拌且つ回転されるため、静電気がフェ
ライト表面を帯電しやすくなっている。そして、フレミ
ングの法則によって反応容器中心の絶縁電極から反応容
器壁面に向かった電界がより強く作用する結果、フェラ
イトの誘電分極がより強く起こり、水スプレイによる水
蒸気の滴状凝縮によって、分極が起こっているフェライ
ト粉体の周辺に無数の微細な水滴が発生して、フェライ
ト粉体表面の過剰な負電荷が水滴側に移動して水和電子
を作る一方、フェライト粉体の分極が起こっていたマイ
ナスの酸素イオンから電子が奪われて発生した活性酸素
が、近傍の微小水滴を攻撃して水分子１分子から水素ガ
ス１分子と酸素ガス１分子に分解するものと考えられ
る。この時の水滴の粒径が十分に小さいならば、後述す
るように、水蒸気の発生は少ないと考えられ、このケー
ス３が正しくこれに該当するものと思われる。従って、
１００℃の水蒸気１６リットルから、１００℃の酸素１
０リットル及び水素１０リットル得られたものとすれ
ば、常温下では、８リットルの酸素及び水素が得られた
ものと推定される。もちろん、この生成方法は、触媒が
散逸しない限り、繰り返し繰り返し実施することができ
る。反応容器内雰囲気温度１００℃に保つため外部から
供給する熱エネルギーは、１６リットルの１００℃の水
蒸気を供給するエネルギーであり、１００ｃｃの２０℃
の水を反応容器内にスプレイして冷やされるために、反
応容器内の再加熱が必要なエネルギーの合計とすれば、
両者で、１５ｋｃａｌとなる。また、撹拌器や回収用真
空ポンプ及び水供給用ポンプ等の所用電力は合計で５ｋ
Ｗ以下と小さいが、熱エネルギー換算で５ｋｃａｌと約
４倍大きめに評価しても、全部の入力エネルギーは２０
ｋｃａｌとなる。一方、水素が２０℃の大気圧換算で８
リットル生成していると計算されるので、結局、水素ガ
スの燃焼エネルギーは５０００ｋｃａｌ／ｍ³であるか
ら、８リットルの水素の燃焼エネルギーは４０ｋｃａｌ
となる。このことは、出力エネルギーが入力エネルギー
を上回り、しかも水を注入し続けるという条件で、差額
の２０ｋｃａｌという余剰エネルギーを恒常的に得るこ
とが可能となることを示している。

【００３８】（実験６：縦形円筒形状の装置の酸素及び
水素ガス発生速度の実験（その２））反応容器体積：２０リットル金属酸化物の種類：フェライト（平均粒径＜＝１０ミク
ロン）使用重量：３５００ｇ熱源：１９０℃のオイルで反応容器外壁面を加熱撹拌器回転数：それぞれ４００回転／分、６００回転／
分、８００回転、／１０００回転／分初期雰囲気圧力：絶対圧０．０１ＭＰａまで減圧して、
上記回転数にて、水を各１５０ｃｃ注入する。初期粉体温度：１４０℃（注：初期雰囲気は水蒸気発生
がなく、粉体は乾燥状態にあるものとする）粉体の回転方向：大地を下に見て大地と鉛直軸の時計方
向

【００３９】表４〜表７は、それぞれ実験６の結果を示
すケース４〜ケース７の表であり、ケース４、ケース５
及びケース６の表は、酸素及び水蒸気による全圧は絶対
圧で大気圧あるいは大気圧をわずかに超えた所で平衡状
態に到達し、秒単位の時間の尺度で見るとほとんど停止
状態となる。しかし、ケース７の表のように１０００回
転／分という高速回転させた場合は、水蒸気及び酸素等
の全圧はほぼ瞬時（２〜３秒間）に大気圧を大きく超え
て大量の水蒸気を放出することが確認された。ケース５
の８００回転／分を境目として、水蒸気及び酸素等の全
圧の上昇速度が速くなる相関関係が見られた。この理由
は、ケース４、５、６及び７の場合、ケース３に比べ
て、水はスプレイ状でなく、液相状態で注入すると共
に、フェライトの粉体を含めた反応容器内雰囲気温度が
１００℃以上あるにもにもかかわらず、しかも反応容器
内を絶対圧で約０．１気圧まで減圧して水を注入したた
め、反応容器内雰囲気の水蒸気圧は極めて低いため、ケ
ース３のような水蒸気の滴状凝縮が起きなかったためで
ある。その結果、フェライト粉体を覆う水滴の粒径が大
きく、且つ単位空間当り水滴の個数はケース３に比べて
小さいにもかかわらず、水滴の単位空間当りの質量が大
きいこと、並びに水滴の存在下でケース４とケース５及
びケース６、そしてケース７の順に、フェライト粉体の
回転速度がより高速回転することによる電界の強さがよ
り一層大きくなって、フェライトの脱酸によって発生し
た活性酸素原子１原子が水滴を攻撃して水１分子から酸
素ガス１分子と水素ガス１分子に分解するものの、水滴
の粒径がケース３に比べて大きいため、水分子が集団を
作っているクラスターを同時に分解すること、あるいは
この活性酸素原子が大口径の水滴に溶解して過酸化水素
を形成するが瞬間的に再び分解して水分子と酸素ガスに
分離する際に水分子のクラスターをも分解して、効率よ
く水滴が蒸発して多量の水蒸気を瞬間的に生成するので
はないかと考えられる。この二つのいずれの場合にせ
よ、高速回転する活性酸素原子の運動エネルギー等が水
分子集団のクラスターを分解するエネルギーに消費され
るものと考えられる。尚、ここで発生した水素ガスの活
性水素原子の２原子又は活性水素分子１分子は励起状態
にあると考えられるが、この活性な原子又は分子は水分
子のクラスター内に閉じ込められており、水分子クラス
ター内で活性な酸素原子と再結合すると推定される。も
ちろん、この再結合反応速度は水分子のクラスターが壊
れる反応速度よりも十分に大きいのではないかと思われ
る。更に補足説明すると、ケース４、５、６及び７の順
に、フェライトが誘電分極による陽イオンと陰イオンに
分離して、陰イオンの酸素イオンから直ちに酸素イオン
から電子が脱離する速度は、ケース４、５、６及び７の
順に大きくなり、かつこれによって発生した活性酸素原
子の運動エネルギー等が上述の如く回転速度の大きさに
応じて、水分子集団のクラスターを分解するエネルギー
に消費されたものと考えられる。以上の通り、これらの
現象は、フェライト等の酸化物触媒に水を接触させて高
速回転させることで、多量の水蒸気と酸素ガスとを効率
よく生成させることが可能になったため、一般的な火力
発電のボイラーに比べ、低温・低圧運転可能な高効率の
水蒸気発生源の設備となり得ることを示唆している。触
媒については粉体に限らず多孔質のハニカム構造体、ス
リット状であってもよい。更に実施例としては、金属酸
化物として、酸化珪素、酸化チタン及び酸化鉄を示した
が、これら以外の金属酸化物であってもよい。

【００４０】上述の実験５と実験６に用いた装置におい
て、反応容器内水蒸気圧が飽和蒸気圧近傍にあり、前記
水蒸気圧が大気圧以上、且つフェライトの粉体を１００
０回転／分以上で高速回転させながら気体を含んだ噴霧
状の微細な水滴を反応容器内にスプレイした場合、前記
水蒸気が滴状凝縮するが、超臨界水の圧力未満ながら前
記水蒸気圧が大きいほど、水素の発生がほとんどなく大
部分が水蒸気と酸素の生成ガスが得られるものと予想さ
れる。また、水蒸気圧が大気圧に近い所では、水蒸気と
酸素の他、水素も酸素に比較して有意でかつ十分な量の
発生が予想される。理由は前述の通りで既に詳細に述べ
た。

【００４１】

【発明の効果】以上に説明したように、本発明によれ
ば、従来方法に比較して水の分解温度が低く、設備も小
型化が可能である。また、原料には地下水や水道水の
他、工業用水と酸化物触媒であり、また、熱源は反応容
器外壁を１５０℃程度に加熱できれば十分であること、
回収される酸素ガスや水素ガスが２０リットルの反応容
器に対して、１回の反応でそれぞれ８リットル（毎秒８
リットル）もの酸素ガスと水素ガスとの混合ガスを得る
ことができるため、地球温暖化の原因となる炭酸ガスの
排出を理論上ゼロにすることができる。

【００４２】また、反応温度が１００℃程度で酸化物触
媒によって水が酸素と水素に分解するため、火力発電所
や原子力発電所のボイラーやタービンの廃熱利用や市町
村のゴミ焼却場の焼却炉の廃熱利用による水素製造も可
能である。このため、大幅な水素製造コストの低減が図
られるものと考えられる。

【００４３】また、水の分解によって得られた酸素と水
素は、励起状態にあると考えられ、これらのガスを含ん
だ水は活性な反応溶媒となり、ＰＣＢやフロン、プラス
チック類の廃棄物等を分解する目的にも充分に使用可能
である。従って、これまで水素ガスは大規模な事業所で
なければ製造不可能であったが、小規模事業所での製造
可能性が生まれ、将来的にガソリンや軽油を燃料とする
自動車に比べて環境負荷が小さい水素自動車の普及にも
資することができる。

【００４４】一方、フェライト等の酸化物触媒の存在下
で絶縁電極を中心として高速回転回転させながら、反応
容器内への水の注入量と散布される水滴の粒径を大きく
することで、既存のボイラーにはない高効率の酸素ガス
及び多量の水蒸気生成が可能になったため、高効率蒸気
タービンへの適用可能性が生まれた。

【００４５】

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る酸素ガスと水素ガスの生成装置の
全体構成の第１例を示す図

【図２】第１例の生成装置腰部の断面図

【図３】電極間の電位差についての金属酸化物脱酸の実
験結果を示すグラフ

【図４】電極電位（酸化還元電位）についての水素生成
の実験結果を示すグラフ

【図５】雰囲気圧力についての金属酸化物脱酸の実験結
果を示すグラフ

【図６】雰囲気温度についての金属酸化物脱酸の実験結
果を示すグラフ

【図７】本発明に係る酸素ガスと水素ガスの生成装置の
全体構成の第２例を示す図

【図８】第２例の生成装置腰部の断面図

【表１】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース１）

【表２】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース２）

【表３】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース３）

【表４】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース４）

【表５】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース５）

【表６】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース６）

【表７】第２例の生成装置における酸素ガスと水素ガス
生成速度の表（ケース７）

【符号の説明】

【第１例】１・・・ケース、２・・・反応容器、３・・・入口部、
４・・・出口部、５・・・管体、６・・・管体、７・・
・軸受け、８・・・駆動スプロケット、９・・・被動ス
プロケット、１０・・・チェーン、１１・・・絶縁体、
１２・・・金属パイプ（水供給手段）、１２ａ・・・水
噴出穴、１３・・・タンク、１４・・・チューブ、１５
・・・コック、１６・・・ジョイント、１７・・・バッ
ファタンク、１８・・・タンク、１９・・・タンク、Ｔ
・・・熱電対、Ｍ・・・モータ、Ｈ・・・ヒータ。

【第２例】２１・・・断熱ケース、２２・・・熱源、２３・・・反
応容器、２３ａ・・・入口スプレイノズル、２３ｂ・・
・固定治具、２３ｃ・・・軸シール、２３ｄ・・・出口
部、２４・・・電極、２４ａ・・・固定治具、２４ｂ・
・・絶縁用吊具、２５・・・撹拌器、２５ａ・・・連結
器、２６・・・回転軸、２７・・・水供給タンク、２７
ａ・・・ポンプ、２８・・・ろ過器、２９・・・ドレン
タンク、３０・・・ドレン弁、３１・・・熱交換器、３
２・・・冷却用循環ポンプ、３３・・・ドレンタンク、
３４・・・ドレン弁、３５・・・回収用真空ポンプ、３
６・・・圧力制御弁、３６ａ・・・混合器、３７・・・
流量制御弁、３８・・・圧力制御弁、３９・・・圧力制
御弁、４０・・・流量制御弁、Ｐ・・・圧力計、ＴＨ・
・・温湿度計、Ｏ2・・・酸素濃度計、Ｍ・・・モータ

【表１】

【表２】

【表３】

【表４】

【表５】

【表６】

【表７】

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１０年２月２１日

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項６

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項７

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項８

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項９

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１０

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１１

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１３

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【手続補正１９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】請求項１６

【補正方法】変更

【補正内容】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属酸化物を減圧且つ加熱雰囲気下の電場
内に配置して水に接触させることで、前記金属酸化物か
ら活性な酸素原子を分離し、活性な酸素原子から酸素ガ
スを生成することを特徴とする金属酸化物の脱酸方法及
び酸素ガスの生成方法。
【請求項２】金属酸化物を減圧且つ加熱雰囲気下の電場
内に配置して水に接触させることで、前記金属酸化物か
ら活性な酸素原子を分離し、活性な酸素原子を水分子と
反応させることで、水分子を酸素ガスと水素ガスに分解
することを特徴とする金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガ
スと水素ガスとの混合ガスの生成方法。
【請求項３】請求項１及び２の減圧且つ加熱雰囲気下の
電場において、水に接触させた金属酸化物を円運動させ
且つ前記円運動の中心軸には前記水を含んだ金属酸化物
と絶縁された導体金属又は半導体材料により加工された
棒状製品を配置することで、水を含んだ金属酸化物が静
電気的に帯電しやすくしたことを特徴とする前記棒状製
品と円運動する水を含んだ金属酸化物との間に形成され
る電場の発生方法。
【請求項４】請求項３の電場において、水に接触させた
金属酸化物中に比誘電率の小さいガス（窒素ガス等の不
活性ガスや３００℃〜４００℃の雰囲気温度であれば空
気や酸素ガスでもよい）を吹き込んで、前記水を含んだ
金属酸化物がよりいっそう静電気的に帯電されやすくす
ることを特徴とする電場の発生方法。
【請求項５】請求項１〜請求項２に記載の金属酸化物の
脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又は酸素ガスと水素ガ
スとの混合ガスの生成方法において、前記金属酸化物
は、酸化珪素、酸化チタン又は酸化鉄であることを特徴
とする金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又
は酸素ガスと水素ガスとの混合ガスの生成方法。
【請求項６】請求項１〜請求項２に記載の金属酸化物の
脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又は酸素ガスと水素ガ
スとの混合ガスの生成方法において、前記反応は雰囲気
圧力を大気圧より低い減圧下の０．９気圧以下、雰囲気
温度を５０℃以上８００℃以下とすることを特徴とする
金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又は酸素
ガスと水素ガスとの混合ガスの生成方法。
【請求項７】請求項５に記載の前記酸化珪素の大気開放
下における常温２５℃での電極電位が−７００ｍＶ〜０
ｍＶであることを特徴とする酸素ガスと水素ガスとの混
合ガスの生成方法。
【請求項８】請求項５に記載の前記酸化チタンの大気開
放下における常温２５℃での電極電位が−５０ｍＶ〜＋
５０ｍＶであることを特徴とする酸素ガスと水素ガスと
の混合ガスの生成方法。
【請求項９】請求項５に記載の前記酸化鉄の大気開放下
における常温２５℃での電極電位は−２００ｍＶ〜０ｍ
Ｖであることを特徴とする酸素ガスと水素ガスとの混合
ガスの生成方法。
【請求項１０】請求項７に記載の前記酸化珪素は熱力学
的に極めて安定な天然ゼオライトや石英等を出発原料と
して製造されたものであることを特徴とする金属酸化物
の脱酸方法。
【請求項１１】請求項８に記載の前記酸化チタンは熱力
学的に極めて安定な天然ルチル鉱石等を出発原料として
製造されたものであることを特徴とする金属酸化物の脱
酸方法。
【請求項１２】請求項９に記載の前記酸化鉄は熱力学的
に極めて安定なボーキサイト等を出発原料として製造さ
れたものであることを特徴とする金属酸化物の脱酸方
法。
【請求項１３】金属酸化物を収納すると共に減圧装置に
つながる反応容器と、この反応容器を加熱する加熱手段
と、前記反応容器内に水を供給する水供給手段とかつ比
誘電率が小さい窒素ガスや空気等の気体を供給するガス
供給手段と、前記反応容器内に電場を形成する電極とを
備えたことを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置又は酸
素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項１４】請求項１３記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、前記反応容器は金属酸化物を回転させることを特徴
とする金属酸化物脱酸処理装置又は酸素ガスと水素ガス
との混合ガス生成装置。
【請求項１５】請求項１３記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、前記反応容器は電場を形成する一方の電極を兼ね、
前記水供給手段は電場を形成する他方の電極を兼ねるこ
とを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置又は酸素ガスと
水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項１６】請求項１３記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、前記水供給手段は金属パイプからなり、この金属パ
イプの反応容器内に臨む部分には水噴出穴が形成されて
いることを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置又は酸素
ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項１７】金属酸化物を加熱雰囲気下且つ飽和蒸気
圧未満の大気から隔離された電場内に配置すると共に水
に接触させることで、前記金属酸化物から活性な酸素原
子を分離し、活性な酸素原子から酸素ガスを生成するこ
とを特徴とする金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガスの生
成方法。
【請求項１８】金属酸化物を加熱雰囲気下且つ飽和蒸気
圧未満の大気から隔離された電場内に配置して水に接触
させることで、前記金属酸化物から活性な酸素原子を分
離し、活性な酸素原子を水分子と反応させることで、水
分子を酸素ガスと水素ガスに分解することを特徴とする
金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガスと水素ガスとの混合
ガスの生成方法。
【請求項１９】金属酸化物を加熱雰囲気下且つ飽和蒸気
圧未満の大気から隔離された電場内に配置すると共に水
に接触させて飽和蒸気圧に接近又は飽和蒸気圧に到達
後、前記電場内への霧状の微細な水滴のスプレイによる
急冷によって水蒸気凝縮による多数の微細な水滴形成を
なし、前記金属酸化物から活性な酸素原子を分離すると
同時に、活性な酸素原子が水分子との反応確率を高くす
ることで、水分子から酸素ガスと水素ガスへの分解反応
速度を向上させることを特徴とする金属酸化物の脱酸方
法及び水分解による酸素ガスと水素ガスとの混合ガスの
生成方法。
【請求項２０】請求項１７〜請求項１９の加熱雰囲気下
且つ飽和蒸気圧未満の大気から隔離された電場におい
て、水に接触させた金属酸化物を円運動させ且つ前記円
運動の中心軸には前記水を含んだ金属酸化物と絶縁され
た導体金属又は半導体材料により加工された棒状電極を
配置することで、水を含んだ金属酸化物が静電気的に帯
電しやすくしたことを特徴とする前記棒状電極と円運動
する水を含んだ金属酸化物との間に形成される電場の発
生方法。
【請求項２１】請求項１７〜請求項１９に記載の金属酸
化物の脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又は酸素ガスと
水素ガスとの混合ガスの生成方法において、前記金属酸
化物は、原理的にどんな酸化物でもよいが、酸化珪素、
酸化チタン又は酸化鉄であることを特徴とする金属酸化
物の脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又は酸素ガスと水
素ガスとの混合ガスの生成方法。
【請求項２２】請求項１７〜請求項１９に記載の金属酸
化物の脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又は酸素ガスと
水素ガスとの混合ガスの生成方法において、前記反応は
雰囲気温度を５０℃以上８００℃以下とすることを特徴
とする金属酸化物の脱酸方法及び酸素ガスの生成方法又
は酸素ガスと水素ガスとの混合ガスの生成方法。
【請求項２３】請求項２１に記載の前記酸化珪素は熱力
学的に極めて安定な天然ゼオライトや石英等を出発原料
として製造されたもの、高純度シリコン製造時の副産物
であるシリカヒュームや高純度二酸化珪素であることを
特徴とする金属酸化物の脱酸方法。
【請求項２４】請求項２１に記載の前記酸化チタンは熱
力学的に極めて安定な天然ルチル鉱石等を出発原料とし
て製造されたものや高純度二酸化チタンであることを特
徴とする金属酸化物の脱酸方法。
【請求項２５】請求項２１に記載の前記酸化鉄はフェラ
イト又は熱力学的に極めて安定なボーキサイト等を出発
原料として製造されたものであることを特徴とする金属
酸化物の脱酸方法。
【請求項２６】金属酸化物を収納すると共に大気から隔
離できるものとし、発生ガスを回収するため、反応容器
出口のろ過器を介して復水器が接続された減圧装置につ
ながる反応容器と、この反応容器内を加熱する加熱手段
と、前記反応容器内に水を加圧して供給できる加圧装置
及び圧力制御弁と流量制御弁とを有する水供給手段と、
前記反応容器内に電場を形成する電極とを備えたことを
特徴とする金属酸化物脱酸処理装置又は酸素ガスと水素
ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項２７】請求項２６記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、前記反応容器は大地と鉛直方向に設置される縦形円
筒形状であり、前記反応容器底部を鉛直方向（大地とも
鉛直方向）に貫通する撹拌器の回転軸にモータの回転数
が伝動されることを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置
又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項２８】請求項２６記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、前記反応容器は電場を形成する一方の電極を兼ね、
他方の電極は大地と鉛直方向に反応容器中心部の撹拌器
の撹拌羽根の直上に、反応容器及び撹拌羽根と絶縁され
て設置されることを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置
又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項２９】請求項２６記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、請求項２６記載の水供給手段の反応容器に臨む部分
には水を噴霧状にスプレイして供給するスプレイノズル
を備えていることを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置
又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項３０】請求項２６記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、請求項２６記載のろ過器を介して、圧力制御弁と流
量制御弁とを有する配管が分岐し、この分岐配管は反応
容器外で請求項２６記載の水供給手段との集合配管又は
混合器に接続されることを特徴とする金属酸化物脱酸処
理装置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項３１】請求項３０記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、前記水供給手段との集合配管又は混合器に接続する
スプレイノズルは、請求項３０記載の水供給手段より供
給される水と請求項３０記載の分岐配管又は混合器を通
る水蒸気と酸素等の発生ガスと混合して噴霧状にスプレ
イすることを特徴とする金属酸化物脱酸処理装置又は酸
素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置。
【請求項３２】請求項２７記載の金属酸化物脱酸処理装
置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装置におい
て、請求項２７記載の撹拌器の回転軸には軸シールと前
記回転軸が滑らかに高速回転できる目的でボールベアリ
ングが取付けられていることを特徴とする金属酸化物脱
酸処理装置又は酸素ガスと水素ガスとの混合ガス生成装
置。