氢产生催化剂、氢产生方法、氢产生装置

摘要

本发明涉及一种催化剂的寿命长，在低温下可以将水大量分离成氢和氧的氢产生用催化剂。该催化剂为如下催化剂：碱金属氢氧化物例如NaOH、KOH、碱土金属氢氧化物例如Ba(OH)

说明书

技术领域

本发明涉及用于从水中获取氢的氢产生催化剂、使用该催化剂的氢产生方法、及用于实施该方法的氢产生装置。

背景技术

作为由水生产氢的方法，已知有通过催化剂使纯水热分解为氢和氧的方法来(日本特开平10-212101号)，在该热分解过程中，将硅氧化物作为催化剂投入到能够旋转的炉容器中、抽真空使炉容器内为真空状态，抽真空后，投入纯水并将最终目标温度设定为350～700℃，边分阶段加热边回收氢和氧。

此外，作为其它方法，已知有如下方法：使经微细粉碎的铂或钯等金属催化剂与保持约60～150℃温度的含有螯合剂的水接触，从而产生氢的方法(日本特公昭62-52102号)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平10-212101号

专利文献2：日本特公昭62-52102号

发明内容

发明要解决的问题

但是，就专利文献1中的方法而言，有以下缺点：不仅必须使用纯水，并且由于是分阶段加热，因此获取氢需要花费很长时间。

此外，就专利文献2的方法而言，有以下缺点：不仅必需使用螯合剂，而且氢的产生量较少。

因此，本发明的目的在于解决传统技术中的上述问题点，提供一种用于从水中获取氢的氢产生用催化剂、使用该催化剂的氢产生方法、及用于实施该方法的氢产生装置。本发明的目的还在于提供一种催化剂寿命长，且于低温下能够使水大量分解为氢和氧的氢产生催化剂、使用该催化剂的氢产生方法、及用于实施该方法的氢产生装置。

解决问题的方法

解决上述问题的本发明涉及一种用于由水产生氢的催化剂，其包含：金属元素供给体以及碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物，所述金属元素供给体提供熔融在所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物中的金属元素，其中，加热所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物至其熔点以上，从所述金属元素供给体熔融出金属元素形成熔融盐，并使微粒群飞散在该熔融盐的液面上。

本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物是氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba(OH)₂)、以及氢氧化锶(Sr(OH)₂)中的至少一种或它们的混合物。

本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述金属元素供给体包含镍(Ni)、钯(Pd)以及铂(Pt)中的至少1种，还包含铬(Cr)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑(Rh)以及钨(W)中的至少1种。

本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述金属元素供给体还包含铁(Fe)。

为了解决上述问题，本发明还涉及一种用于由水产生氢的催化剂，其中，使碱金属氢氧化物和金属氧化物混合，将混合后的物质加热至碱金属氢氧化物的熔点以上，制作复合金属化合物，并在该复合金属化合物中熔入至少2种以上金属元素，使催化剂微粒群从其表面飞散。

本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述碱金属氢氧化物为氢氧化钾(KOH)或氢氧化钠(NaOH)，所述金属氧化物为氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO₂)、氧化镍(NiO)、氧化锡(SnO₂)、氧化铋(Bi₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化铜(CuO)、氧化钨(WO₃)、氧化镁(MgO)、氧化铬(Cr₂O₃)、氧化钼(MoO₃)、氧化铝(Al₂O₃)以及氧化钡(BaO)中的至少一种。

本发明还涉及一种上述催化剂，其中，所述金属元素为镍(Ni)、铬(Cr)以及铁(Fe)。

解决上述问题的本发明还涉及一种由水产生氢的方法，其中，在电离成金属离子和氢氧根离子或碳酸离子的吸湿性的熔融盐内，使切断水蒸气内氢和氧之间的键的第1金属元素以及辅助第1金属元素的第2金属元素熔融从而离子化，并且放出电子使熔融盐成为电子富集的状态，加热熔融盐至其熔点以上，从而使微粒子从熔融盐飞散，使该粒子与过热水蒸气接触，电离所述过热水蒸气产生氢，并且使分离的氧与构成熔融盐的金属离子键合，形成氧化物，使该氧化物中的一部分与所述微粒子一起流出到外部。

本发明还涉及一种上述由水产生氢的方法，其中，所述熔融盐为氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、碳酸锂(Li₂CO₃)以及碳酸钾(K₂CO₃)中的至少一种或它们的混合物，所述第1金属元素为镍(Ni)、钯(Pd)以及铂(Pt)中的一种，所述第2金属元素为铬(Cr)、铁(Fe)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑(Rh)以及钨(W)中的至少一种或它们的混合物。

解决上述问题的本发明还另外涉及一种氢产生装置，该装置包括：耐腐蚀性催化剂筒，其收纳液体催化剂或固体催化剂；水蒸气产生部，用于产生供给到该催化剂筒内的催化剂上的水蒸气；金属元素供给体，与所述催化剂接触并向催化剂中供给熔出的金属元素；加热装置，用于对所述催化剂筒内的催化剂进行加热；以及空气侵入防止装置，用于使空气不进入所述催化剂筒内。

本发明涉及一种上述氢产生装置，其中，所述水蒸气产生部设置在催化剂筒内，通过所述加热装置对送入到催化剂筒内的水蒸气产生部的水进行加热，从而形成加热水蒸气。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述金属元素供给体形成为设置在催化剂筒内的鳍状(finlike)、块状、以及粉末状中的至少一种形式，并且所述催化剂筒由金属材料形成从而起到金属元素供给体的作用。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其包括：与水蒸气产生部相连的水罐；以及水蒸气除去装置，该水蒸气除去装置包括回收与从催化剂筒产生的氢一起流出的水蒸气和微粒催化剂的水罐。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，将所述催化剂筒配置为立式，在其底部处收纳催化剂，其上方形成充满微粒群的反应空间，所述加热装置为覆盖催化剂筒周围的面加热器。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，将所述催化剂筒配置为立式，所述加热装置为支撑催化剂筒并进行加热的加热炉，该加热炉具备在炉筒内安装有燃烧器的燃烧器口，通过来自炉筒的热风加热所述催化剂筒的周围，所述水蒸气产生部包括供给水并设置在所述催化剂筒周围的热交换器。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，在所述催化剂筒内收纳熔融盐催化剂，在所述催化剂筒内设置对该熔融盐液面的位置进行测定的液面测定装置，并且设置当催化剂不足时阻断空气并补充催化剂的催化剂补充装置。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂补充装置包括：捕集与来自催化剂筒的氢一起流出的微粒催化剂的水罐，以及使该水罐内的催化剂水溶液返回催化剂筒的管路。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂补充装置是设置在催化剂筒的上面、用于收纳催化剂的催化剂补充筒。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂筒为配置成卧式的筒形状，在其内部收纳有炉筒，在该炉筒的一端部安装有燃烧器，设置多个热风管使来自所述炉筒的热风在所述催化剂筒内流通，由催化剂筒的一端部向所述催化剂筒内收纳催化剂的催化剂室中供给水，从而形成水蒸气，并从催化剂室的另一端部回收氢。

本发明还涉及一种上述氢产生装置，其中，所述催化剂筒分为微粒产生部和气相反应部2部分，其中，所述微粒产生部收纳催化剂并产生微粒群，所述气相反应部收纳来自该微粒产生部的微粒群并使其与水蒸气反应。

本发明还涉及一种上述氢气产生装置，其设置有用于从输送至水蒸气产生部的水中除去氯的氯除去装置。

发明的效果

本发明的熔融盐催化剂在碱金属氢氧化物(例如NaOH、KOH)、碱土金属氢氧化物(例如Ba(OH)₂、Sr(OH)₂)的熔融盐中，熔融有用于切断水蒸气的氢和氧之间的键的金属元素(Ni、Pd、Pt)以及辅助该金属元素的元素(Cr、Mo、W、Fe、Co、Cu、Rh)，在这种情况下，将其加热至这些氢氧化物的熔点以上时，氢与氧分离。即，在300℃以上的温度下作用，连续运转时需要达到约500℃。无论在哪种情况下，均不仅仅为氧化反应，而且有电化学反应即电离反应，并且由于主要反应是通过从液面飞散的微粒群引起的，因此反应表面显著增大，催化剂的寿命长(3个月以上)，可以在低温下将水大量分离成氢和氧。

此外，即使在固体催化剂的情况下，使水分解的反应也与液体(熔融盐)的情况相同，其反应温度比为液体时有一定程度的提高，但在船舶、汽车这样的催化剂装置不固定、发生摇动的情况下，优选固体催化剂。

就本发明的氢产生方法而言，不仅熔融盐本身发生电离，而且切断氢键的金属也发生熔融且处于电子富集的状态，因此，从液面升起的微粒群与水蒸气反应并使水蒸气电离，反应表面积显著增加，因此可以在低温下大量地产生氢，而且得到分离的氧形成氧化物，该氧化物与水蒸气反应，其中的一部分补充为催化剂，剩余部分流出到外部。因此，不会出现：氧化物充满催化剂部分并立即导致催化剂失活的情况。

由于本发明的氢产生装置包括：金属元素供给体，其包括耐腐蚀性的催化剂筒、水蒸气产生部、催化剂筒的外壳(casing)；用于加热催化剂的加热装置；防止空气侵入催化剂内的空气侵入防止装置，因此可以通过简单的构成来实现催化剂的长寿命。

此外，如果将水蒸气产生部设置在催化剂筒内，则可以利用和催化剂相同的加热装置进行加热，从而使构成变得简单。另外，如果使催化剂筒发挥金属元素供给体的作用，则不再特别需要鳍状金属元素供给体等，并且可以加速熔融金属在催化剂内的熔化，也会使过程加快。

此外，如果使空气侵入防止装置兼为水罐和水蒸气除去装置，可以有效地使用必须构成部件。

另外，将催化剂筒设置为立式，通过面加热器对其周壁进行加热，则可以高效地对在催化剂筒内的上部形成的反应空间进行加热。

此外，如果不利用面加热器，而是利用加热炉进行加热，则可以不采用加热器而是采用燃烧器进行加热，从而可以形成能够有效利用所收集的氢的自燃式加热装置。

进一步，如果设置催化剂补充装置，则可以长时间使用而不用打开催化剂筒。

进一步，如果将催化剂筒分成微粒产生部和气相反应部，则将反应剧烈、容易损坏的气相反应部制成特殊结构或制成能够仅更换该部分的简单结构，可形成效率良好的装置。

附图说明

[图1]是示出本发明的卧式氢产生装置的基本结构的图。

[图2]是示出本发明的立式氢产生装置的基本结构的图。

[图3]是说明图，其示出了作为本发明的第1催化剂的熔融盐的催化剂作用。

[图4]是说明图，其示出了从第1催化剂的液面飞散的微粒的作用。

[图5]是说明图，其示出了作为本发明的第2催化剂的固体催化剂的作用。

[图6]是说明图，其示出了从第2催化剂的固体面飞散的微粒的作用。

[图7]是催化剂组件的立体图。

[图8]是结构图7的催化剂组件的催化剂单元的内部结构图。

[图9]是说明图，其示出了图8的催化剂单元内的水蒸气流动。

[图10]是示出催化剂单元的其它实施例的立体图。

[图11]是图10所示的催化剂单元的纵剖面图。

[图12]是图11所示的催化剂单元的法兰(flange)的剖面图。

[图13]是示出了图12所示法兰的衬垫结构的图。

[图14]是第1氢产生装置M₁的概略结构图。

[图15]是第1氢产生装置M₁的系统图。

[图16]是第2氢产生装置M₂的系统图。

[图17]是示出催化剂组件的其它实施例的立体图。

[图18]是在图17的催化剂组件中使用的金属元素供给体的立体图。

[图19]是作为其它实施例的催化剂组件U₄的立体图。

[图20]是在图19的催化剂组件中使用的金属元素供给体的立体图。

[图21]是立体图，其示出图20的催化剂组件中具备的兼用于氢气排出和催化剂补充的兼用管的前端开口部。

[图22]是第3氢产生装置M₃的系统图。

[图23]是在图22的氢产生装置M₃的催化剂组件U₅中使用的面发热体的立体图。

[图24]是结构图23的催化剂组件U₅的催化剂盒(cassette)的立体图。

[图25]是作为本发明的其它实施例的第4氢产生装置M₄的系统图。

[图26]是在第4氢产生装置M₄中使用的催化剂盒的立体图。

[图27]是示出第4氢产生装置M₄的密闭外壳的前面状态的立体图。

[图28]是安装在图27的密闭外壳上的催化剂补充装置的结构图。

[图29]是示出图28的补充装置的其它实施例的结构图。

[图30]是示出催化剂补充系统的其它实施例的结构图。

[图31]是将本发明的氢产生装置适用于船舶时的系统图。

[图32]是在图31的氢产生装置中使用的催化剂组件U₆的立体图。

[图33]是图32的催化剂组件的部分剖面图。

[图34]在空气加热器(air boiler)上组装本发明的氢产生装置时的系统图。

[图35]是组装有本发明的催化剂组件时的氢燃烧器的系统图。

[图36]是将本发明的催化剂组件组装于蒸气加热器时的蒸气加热器的系统图。

[图37]是将本发明的催化剂组件组装于氢发动机系统时的系统图。

[图38]是将本发明的催化剂组件U₁(图15)组装于氢发动机的系统时的系统图。

[图39]是示出图38所示系统的其它实施例的系统图。

[图40]是示出图38所示系统中的辅助加热器的结构图。

[图41]是组装有本发明的氢产生装置的火力发电系统图。

[图42]是在燃料电池中组装有本发明的催化剂组件时的系统图。

[图43]是作为本发明其它实施例的第5氢产生装置M₅的系统图。

[图44]是作为本发明其它实施例的第6氢产生装置M₆的系统图。

[图45]是图44所示的第6氢产生装置的卧式催化剂单元的概略结构图。

[图46]是图45的催化剂单元的分解立体图。

[图47]是具备示出本发明的其它实施例的立式催化剂单元的第7氢产生装置M₇的概略结构图。

[图48]是立式催化剂单元的部分剖开透视图。

[图49]是具有立式催化剂单元的第7氢产生装置M₇的具体结构图。

[图50]是在立式催化剂单元中使用的水蒸气管的立体图。

[图51]是作为本发明的其它实施例的第8氢产生装置M₈的立体图。

[图52]是说明图，其示出了图51所示的第8氢产生装置的重要部分。

[图53]是说明图，其示出了立式催化剂单元的其它实施例。

[图54]是对氢进行加压储存的氢加压装置的系统图。

[图55]是说明图，其示出了将水蒸气送入到催化剂中的其它方式。

[图56]是催化剂制造装置的概略结构图。

[图57]是收纳催化剂的箱体的立体图。

[图58]是催化剂补充装置的结构图。

[图59]是制作催化剂小片时的作用说明图。

具体实施方式

下面，参照附图，对本发明的实施方式进行说明。

图1示出了本发明一实施方式的氢产生装置的基本结构，例如，在由SUS304制成的外壳(催化剂筒)1上，设置水的注入口2和氢的出口3，将水注入到外壳1内的蒸气室4内。在催化剂筒内一体地形成蒸气室4时，构成简单，并且可以通过与催化剂相同的加热装置进行加热。通过加热器(加热装置)5对外壳1的下面进行加热，由此将外壳1内加热至300～600℃。在外壳1内形成催化剂室6，该催化剂室6内中收纳有催化剂C。此外，还收纳有金属元素供给体(鳍状(fin)材料)7，金属元素供给体为例如由Cr-Ni-Fe制成的SUS304板材。在催化剂室6的上部有用于流通水蒸气的水蒸气通路(反应空间)8，在此形成使水蒸气通过的结构，在蒸气室4生成的120～130℃的过热水蒸气，在水蒸气通路8中分解，在此，分解的氢由出口3放出。

此外，在水蒸气通路8中存在大量由催化剂C飞散而成的细小的纳米级粒子，形成微粒群11。

图2示出了立式的基本结构，由于水的分解反应主要在水蒸气和由催化剂C飞散而成的微粒群之间进行，因此优选形成大量飞散微粒群的结构。即，向立式的、例如由SUS304制成的圆筒状的外壳(催化剂筒)20的底部注入催化剂C，在该催化剂C内包含有金属元素供给体(鳍状材料)7，在所述催化剂C上方存在有催化剂C的微粒群11，在外壳(催化剂筒)20内，设有水管21，在水管21的下端设置有筒状的水接收器(蒸气产生部)22，从水管21滴下的水与水接收器22的底面接触，变成120～150℃的水蒸气，该水蒸气在反应空间24内与所述微粒群11进行反应。所述外壳20的外面通过面加热器(加热装置)23被加热至300～600℃。

需要说明的是，卧式的优点在于催化剂C的液面面积增大，从而使得微粒群11飞出的面积变大，微粒群11在反应空间中的浓度升高。相对于此，立式的优点不仅在于形成反应空间大的容积，而且可以在外壳的上面制作焊接部分，并且由于焊接部分和催化剂液面之间的距离较远，因此可以防止对焊接部分的侵蚀。这样一来，如果使用面加热器，则可以对收纳反应空间24和催化剂的底部部分也进行均匀地加热，特别地，可以防止反应空间24的温度降低。

下面，分别对反应中涉及的各要素进行描述。

1.关于供给水

可以为普通的水，即使含有自来水含量水平的氯(Cl)也没关系。由于对水进行加热使其形成120～150℃的水蒸气，并将该水蒸气供给至反应空间8、11，因此，即使为硬水，由于矿物成分在蒸气室4或水接收器22中被除去，因此也不存在问题。使用海水的情况下，由于在蒸气室4或水接收器22中残留有盐分(NaCl)，如果量很大，则必须除去。因此，当为海水、硬水时，可以将蒸气室和收纳催化剂的外壳1分开设置，从而形成方便除去盐分、矿物成分的结构。

2.关于催化剂

1)熔融盐

可以是作为吸湿性大的碱金属氢氧化物和/或碱土金属氢氧化物的氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba(OH)₂)、以及氢氧化锶(Sr(OH)₂)中的至少1种或几种这些物质的混合物。

即，在碱金属氢氧化物(包括碱土金属氢氧化物)中，可以使用于300～600℃发生熔融并熔融其它金属形成熔融盐的碱金属氢氧化物(包括碱土金属氢氧化物)，但例如氢氧化钙(Ca(OH)₂)在该温度范围内为固体，无法形成熔融盐，氢氧化镁(Mg(OH)₂)在高温下分解无法形成液态。而氢氧化锂(LiOH)虽然能形成熔融盐，但在实验过程中不产生氢。另外，碳酸钠(Na₂CO₃)虽然可以形成熔融盐，但需要在850℃以上，因此无法实际应用，而碳酸锂(Li₂CO₃)以及碳酸钾(K₂CO₃)在700℃以下形成熔融盐，并产生氢。

需要说明的是，由于催化剂是在加热至300℃～600℃处于熔融状态时使用，因此如果加热至上述温度，则该成分的微粒由液面飞散，由于该微粒子的直径为纳米级，因此无法通过肉眼观察。此外，为了增加催化剂与水蒸气之间的接触度，需要具有大的吸湿性。

2)固体

需要说明的是，催化剂不一定为熔融盐，也可以使用固体状态的催化剂。即，在碱金属氢氧化物(NaOH、KOH等)中，加入例如作为金属氧化物(其熔点通常明显高于碱金属氢氧化物的熔点)的氧化钛(TiO₂)、氧化镁(MgO)等并混合形成粒子，将得到的粒子放入到图1、图2的外壳1、20内，并直接加热至500℃左右，金属氢氧化物熔融，与固体金属氧化物反应形成化合物。此时，优选碱金属氢氧化物和金属氧化物的重量比为约3∶1。在所述化合物中，从其表面飞散微粒群11，该微粒群与水蒸气反应从而使氢分离。

更具体来说，所述化合物通过下述方法形成：将至少一种亲水性的低熔点(250～450℃)金属氢氧化物(例如，氢氧化钠(NaOH)、氢氧化钾(KOH)、氢氧化钡(Ba(OH)₂)(熔点408℃)、氢氧化锶(Sr(OH)₂)中的至少一种)(粒状)，与粉末状或粒状的其它金属氧化物(氧化钛(TiO₂)、氧化锌(ZnO)、氧化锆(ZrO₂)、氧化镍(NiO)、氧化锡(SnO₂)、氧化铋(Bi₂O₃)、氧化钙(CaO)、氧化铜(CuO)、氧化钨(WO₃)、氧化铬(Cr₂O₃)、氧化镁(MgO)、氧化钼(MoO₃)、氧化铝(Al₂O₃)、氧化钡(BaO)中的至少一种)均匀混合，在外壳1、20内进行加热，当为氢氧化钾(KOH)和氧化钛(TiO₂)时，在两者的加热过程中，通过如下反应，进行脱水形成复合金属氧化物即钛酸钾(K₂Ti₂O₅)：

2KOH+2TiO₂→K₂Ti₂O₅+H₂O    ...(a)。

需要说明的是，与氧化钛同样地，由氧化锆(ZrO₂)与氢氧化钾生成化合物时，通过如下反应生成锆酸钾(K₂Zr₂O₅)，其与上述钛酸钾(K₂Ti₂O₅)起到同样的作用：

2KOH+2ZrO₂→K₂Zr₂O₅+H₂O    ...(b)。

同样地，氧化镁(MgO)和氢氧化钠(NaOH)的反应如下所示，可以生成镁酸钠：

MgO+2NaOH→Na₂MgO₂+H₂O  ...(c)。

由于氢氧化钠(NaOH)和氢氧化钾(KOH)具有相似地性质，因此它们可以互换，或者，可以向两者混合后的物质中加入其它成分。

3.关于金属元素供给体

作为在碱金属熔融盐的液体催化剂或由碱金属氢氧化物与金属氧化物的金属化合物构成的固体催化剂中熔融的金属，为了起到切断氢和氧之间的键放出电子这样的作用，必须含有例如镍(Ni)、钯(Pd)以及铂(Pt)中的至少1种元素，另外，确认优选含有有助于液体、固体催化剂中放出的电子的移动、起电极作用的元素，例如过渡元素中的铬(Cr)、铁(Fe)、钨(W)、铜(Cu)、钴(Co)、铑(Rh)以及钼(Mo)。需要说明的是，单独使用钛(Ti)、镁(Mg)时，反应过于剧烈，不易使用。因此，优选与其它金属形成合金来使用。作为具备上述条件的金属材料，SUS304不锈钢(18Cr→8Ni-余量Fe)是最稳定的，容易使用。此外，确认了如SUS316这样，含有一定量的Mo的材料反应较为良好。需要说明的是，单独使用镍而不含其它过渡元素时，单独使用铁而不含其它过渡元素时，不进行反应(产生氢的反应)，为铁-镍合金、镍-铬合金时产生氢，如使用SUS430这样不含镍、钯、铂的铬-铁合金时，反应无法长时间持续。需要说明的是，金属供给体的形状任选为鳍状、块状或粉末状。

此外，向镍容器中投入氢氧化钠，投入作为金属供给体的SUS304时，无氢产生。

即、外壳1、20也发挥作为金属元素供给体的作用，由上述这些关系来确定是否产生氢。该关系如表1所示。

[表1]

需要说明的是，在表1中，示出了熔融盐(NaOH)、箱体材料和鳍状材料之间的关系，可以认为固体催化剂也具有同样的关系。在此，最适当的组合是表1中的No.1、2、4、19的组合，在熔融盐中，如果存在Ni、Cr、Fe，则稳定、并产生氢，如果存在Mo，则会使反应更为良好(No.19)，如No.5所示，可知如果不存在Ni，则无法充分地产生氢。此外，如No.6所示，可知不存在Fe、Cr仅利用Ni时不进行反应。另外，判定了可利用Pd(钯)来代替Ni(No.13)。由此，可以认为与Ni、Pd同族的Pt(铂)也可以产生氢。

但是，如No.10、11所示，即使在镍箱体中加入SUS304的鳍或SUS430的鳍，也不发生反应，在仅单独存在Ni、Cr、Fe元素时不充分，在它们的组合中，鳍变红并生锈，形成膜使得元素无法熔出。即，可以认为：在外壳及鳍的表面上产生的薄的被膜能够影响金属元素的熔融状态及电子(e^-)的移动，如果妨碍金属元素的熔融，则无法充分进行反应。此外，箱体、鳍材料的表面状态也会对膜的形成产生影响，压延加工后的不锈钢板不形成阻碍反应的膜，在打穿锭(ingot)材的情况下，观察到妨碍反应的膜的形成。

4.产生氢的机理

1)准备

a)熔融盐催化剂

将包含碱金属的氢氧化钠(NaOH)或氢氧化钾(KOH)，以及包含碱土金属的氢氧化钡(Ba(OH)₂)、或氢氧化锶(Sr(OH)₂)中的1种或2种以上的混合物投入到催化剂室中。根据实验的结果可以判断：最优选使用氢氧化钠单体作为催化剂，其次优选氢氧化钾，而氢氧化钡、氢氧化锶产生的氢的量较少。2种以上混合时，没有获得比单独的氢氧化钠更好的结果，但产生了氢。

接下来，启动加热器5、23，加热催化剂室6至催化剂的熔融温度以上。即，氢氧化钠的熔融温度为340℃，但由于市售品中含有杂质，因此在280～300℃左右即熔融。需要说明的是，氢氧化钾的熔融温度为360℃，但市售品的熔融温度为320～340℃左右。因此，在使用上述催化剂时，需要加热至300℃以上，为了使来自金属元素供给体7的元素可以充分熔融到这些熔融盐中，最初可以在500～600℃加热几小时。最优选以SUS304作为外壳1、20，以SUS304(主要成分：Cr18％-Ni8％-余量Fe)作为金属元素供给体7，与SUS304相比，SUS316L(主要成分：Cr18％-Ni12％-MO2.5％-低C(0.03％以下)-余量Fe)的反应更为剧烈。需要说明的是，也可以为碱金属碳酸盐(碳酸锂(Li₂O₃)、碳酸钠(Na₂CO₃))，在这些的熔融盐内，加热到它们的熔融温度以上时，则会电离为金属离子(Na⁺、K⁺、Sr²⁺、Ba²⁺)和氢氧根离子(OH^-)或碳酸离子(CO₃^2-)。

b)固体催化剂

作为固体催化剂，以约3∶1(质量比)的比例均匀混合KOH或NaOH等碱金属氢氧化物的粒子和TiO₂、MgO等金属氧化物(粉末状或粒状)，并将得到的固体催化剂加入到外壳1、20中，加热至约450～550℃左右，则金属氢氧化物熔融，并与金属氧化物反应，边脱水边于500℃左右生成固体化合物(K₂Ti₂O₅、K₂MgO₂)。

2)氢的初期产生

a)熔融盐催化剂

催化剂室的温度充分升高，当为SUS304时，Ni、Fe、Cr元素充分熔出到熔融盐中，这些过渡元素发生离子化(Ni²⁺、Fe²⁺、Cr²⁺)，并将电子(e^-)放出到熔融盐10中(图3)。另一方面，为氢氧化钠(NaOH)时(当为氢氧化钾(KOH)时，可以认为Na被替换为K)，熔融盐发生电离，分解成钠离子(Na⁺)和氢氧根离子(OH^-)。从熔融盐10的液面产生细小的纳米级的熔融盐微粒群11。

在注入水之前，由各金属元素放出的电子(e^-)与熔融盐中电离的氢氧根离子(OH^-)作用，从而产生氢(H₂)和2价的氧离子(O^2-)。

OH^-+e^-→1/2H₂↑+O^2-···(1)

该2价的氧阴离子(O^2-)与电离的钠离子(Na⁺)反应生成氧化钠(Na₂O)。

2Na⁺+O^2-→Na₂O    ···(2)

其中，产生的氧化钠(Na₂O)与后续注入的水蒸气(H₂O)反应生成氢氧化钠(NaOH)。

Na₂O+H₂O→2NaOH    ···(3)

该氢氧化钠发生电离，分解成钠离子(Na⁺)和氢氧根离子(OH^-)。

由此，即使在注入水之前，如果金属元素可以充分地熔出在熔融盐中，也能产生氢(H₂)，在(1)式中，镍离子(Ni²⁺)作为催化剂起到辅助切断氢氧根离子(OH^-)的作用，铬离子(Cr²⁺)、铁离子(Fe²⁺)起到有利于电子(e^-)的移动从而激活反应的作用。于是，在(3)式中，因(1)式而减少的氢氧根离子(OH^-)，在水蒸气注入后得到补充。

b)固体催化剂

在使用氢氧化钾和氧化钛的情况下，进行下述反应，生成水蒸气，在注入水之前，在300℃以上KOH发生熔融，与TiO₂粒子进行反应，此时，KOH电离，起到与熔融盐催化剂相同的作用。

2KOH+2TiO₂→K₂Ti₂O₅+H₂O↑···(4)

即，在各金属元素熔融形成电子富集的氛围中，通过如下反应产生氢

OH^-+e^-→1/2H₂↑+O^2-···(5)。

与(2)、(3)式相同，形成如下反应：

2K⁺+O^2-→K₂O    ···(6)

K₂O+H₂O→2KOH    ···(7)

从而对熔融盐(KOH)进行补充。

3)主反应

a)熔融盐催化剂

从水蒸气(H₂O)中分离氢(H₂)主要通过飞散在熔融液面S(图3)上方的、充满水蒸气通路8中的微粒群11来进行，除此之外，在熔融液面S也进行氢的分离，进一步，在熔融液中也进行氢的分离。

在图4中，微粒群11中的粒径为纳米级的微粒12，具有与熔融盐内的成分相同的成分，包含电离的钠离子(Na⁺)和氢氧根离子(OH^-)，以及熔融金属成分的镍离子(Ni²⁺)、铬离子(Cr²⁺)和铁离子(Fe²⁺)，还含有由各金属元素放出的电子(e^-)。该微粒12如果与水蒸气(120～150℃)接触，则由于微粒12具有强吸湿性，因此其周围12a被水蒸气润湿，通过在其中存在的电子(e^-)的作用，由水蒸气生成氢(H₂)和氢氧根离子(OH^-)。

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-···(8)

在此，产生的氢氧根离子(OH^-)(以后称为A离子)能够与和钠离子(Na⁺)成平衡状态的氢氧根离子(OH^-)(以后称为B离子)替换，A离子和B离子成混合状态。由此，氢氧根离子会剩余，两个该剩余的氢氧根离子(OH^-)键合从而生成水蒸气和2价的氧离子(O^2-)。

2OH^-→H₂O↑+O^2-···(9)

在此生成的水(H₂O)，在由(8)式得到的电子富集的氛围中，再次产生氢。这样一来，氢将依次不断地生成。

在此的2价氧离子(O^2-)与钠离子(Na⁺)键合形成氧化钠(Na₂O)。

2Na⁺+O^2-→Na₂O    ···(10)

该氧化钠与新供给的水(H₂O)反应从而生成氢氧化钠。

Na₂O+H₂O→2NaOH    ···(11)

由此，氢氧化钠得到补充，在该阶段钠离子(Na⁺)没有减少。

通过这样的循环，依次不断地产生氢气，伴随氢气的产生，从水中分离的氧会依次不断地残留。如果存在足够量的残留氧，则通过钠离子(Na⁺)的氧化生成氧化钠(Na₂O)，接下来，氧化钠与水反应形成氢氧化钠(NaOH)((10)(11)式)。这些氢氧化钠形成微粒群11(图3、4)，该微粒群的一部分与氢气(H₂)一起排出，被由水罐形成的后述水蒸气除去室捕获。如果使该氢氧化钠溶液返回到催化剂室6中，则可以补充催化剂。该系统构成催化剂补充装置。

需要说明的是，熔化的镍离子(Ni²⁺)可以进行电子操作，从而激活(8)、(9)式的反应，铬离子(Cr²⁺)和铁离子(Fe²⁺)辅助镍离子(Ni²⁺)的作用，活跃电子(e^-)的移动，发挥电极的功能。

b)固体催化剂

就金属氢氧化物(NaOH、KOH等)和金属氧化物(TiO₂、MgO等)的化合物而言，如果注入水蒸气，则在KOH的情况下，进行如下反应：

[化学式1]

生成氢氧化钾、氢氧化钠，该反应为可逆反应，在为氧化钛和氢氧化钾的情况下，如图5、6所示，固体部分25为钛酸钾(K₂Ti₂O₅)、氢氧化钾(KOH)、和氧化钛(TiO₂)的混合物。在此，就飞散的微粒群26的微粒27而言，其表面27a熔化在水中形成混合物，此外由于形成了电子富集的状态，因此与(8)～(11)式相同，如下反应：

2H₂O+2e^-→H₂+2OH^-···(13)

2OH^-→H₂O↑+O^2-···(14)

2K⁺+O^2-→K₂O    ···(15)

K₂O+H₂O→2KOH    ···(16)

从而对催化剂进行补充。

4)催化剂的特征

如上所述，高效地从水中分离出氢的催化剂的特征如下所述。

(a)在为熔融盐的情况下，具有强吸湿性，可以立刻捕捉供给的水蒸气。

(b)为熔融盐的情况下加热至300～600℃的温度、为固体催化剂的情况下加热至约500℃时，则由于微粒群飞散，该微粒群的整体的表面积显著增大，因此大部分水蒸气被捕捉，反应表面积显著增大。

(c)为液体催化剂的情况下，在高温(300～600℃)条件下制造熔融盐，在该熔融盐内，碱(碱土)金属和羟根离子发生电离，以离子形式存在，另外，从金属元素供给体中熔出2种以上金属元素到熔融盐内并离子化，同时放出电子，熔融盐形成为电子富集的状态，所述金属元素包括：用于对羟根离子的氧和氢之间的键合状态进行调节、起到控制电子行动作用的金属元素(Ni，Pd，Pt)；以及使得放出在熔融盐内电子的移动变得容易、即起到电子载体作用的金属元素(优选过渡元素，铬(Cr)、铁(Fe)、钨(W)、钼(Mo)、钴(Co)、铜(Cu)、铑(Rh)等)。此外，如果为固体催化剂时，与水蒸气接触时，碱金属氢氧化物和氧化物形成的化合物，在可逆反应中，返回为最初的碱金属氢氧化物和氧化物，该碱金属氢氧化物与液体催化剂起相同的作用，金属元素也在固体催化剂中熔化，发挥相同的作用。

(d)首先放出供给的水分子(H₂O)中的1个氢原子(气体)，另1个氢原子(存在于羟基(OH^-)中)一旦形成水(H₂O)，就与新供给的水形成一体，在接下来的反应循环中，其中的一半转化为氢气，剩余的另一半在后续的反应循环中转化为氢气。

即，将当前供给的水中的氢量视为X，然后停止水的供给时，在最初的循环中仅1/2X份转化为氢气，在接下来的反应循环中，剩余的1/2X的一半，即1/4X转化为氢气，在再接下来的反应循环中，1/4X的一半，即1/8X转化为氢气。因此，即使在停止水的供给的情况下，也能够在一定的时间内持续地产生氢。

(e)供给的水(H₂O)中的氧原子(O)的数量的一半，与氢原子一起形成水分子((9)式)，并返回到接下来的反应循环中，剩余的一半氧原子，以氧化物的形式形成催化剂((10)、(11)式)。(9)式的水返回到接下来的反应循环中产生氢气。

需要说明的是，在该反应循环中，依次不断地剩余氧，该氧以氧化物的形式形成催化剂，剩余的作为微粒群的一部分，被排出到外部。

(f)根据实验，每5分钟向催化剂室4、22内注入水，催化剂C内的温度仅稍有升高(每小时升高2～3℃)。

此外，在催化剂充分发挥功能时，放出的氢的温度仅比常温稍稍偏高。可以认为这是因为，由于微粒群11、26的作用使水电离时是吸热反应，并且由于氢的比热非常大，因此在低温条件下，分离的氢在瞬间温度不会升高，保持低温(常温)的状态直接被排放到外部。此外，在连续注入水时，氢的产生量逐渐减少，可以认为这是因反应空间8、24内的温度逐渐下降而导致的。

因此，可以在反应空间内设置例如加热器13(图1)等加热源。

(g)在上述这样的反应循环中，如果在外壳1上有开孔，从外部混入空气，则钠离子(Na⁺)、铬离子(Cr²⁺)、铁离子(Fe²⁺)与氧结合，分别生成氧化物(Na₂O、Cr₂O₃、Fe₂O₃)，则反应循环终止。因此，在将水输送到催化剂室、氢被回收的体系内，必须设置空气侵入防止装置(水罐、密封水管、水蒸气除去装置等)以防止空气侵入到催化剂室中(参见图22)。需要说明的是，镍离子(Ni²⁺)基本上不生成氧化物。

5)实验例

接下来，对使用了图1所示的氢产生装置的实验例进行说明。需要说明的是，氢的存在通过氢的燃烧试验来确认。

1.第1实验例

全部催化剂均不投入到外壳1(宽50mm×长200mm×高15mm)内，边以空的状态进行加热，边每10分钟向蒸气室4供给0.2cc的水，结果在700℃左右的温度产生氢，但4～6小时后不再燃烧。

外壳1的材质为18-8不锈钢，Cr18％、Ni8％、余量为Fe。

此外，向外壳1内加入20g左右的不锈钢屑，则燃烧进行了2天。如果投入10g左右的铜屑来代替不锈钢屑，则1天失活。此外，如果加入铁块(96g)，则在200℃条件下燃烧2天。这些可以认为仅是铁的氧化反应。铜(Cu)、铝(Al)离子未参与燃烧。

2.第2实验例

向外壳1内投入100g氢氧化钠(NaOH)，在600℃～700℃的加热条件下，燃烧了1周。在600℃～700℃的温度下，氢氧化钠熔融为液态，在该熔融的液体中，镍离子(Ni²⁺)、铬离子(Cr³⁺)及铁离子(Fe²⁺)从不锈钢(外壳1的内壁)中熔出，NaOH也电离为Na⁺和OH^-。此时，外壳1起到金属元素供给体的作用。

上述这些物质生成熔融盐(离子液体)，水蒸气与来自熔融盐液面的微粒群11(图1、2)以及熔融盐液面相接触时，水被电离为氢离子(H⁺)和氢氧根离子(OH^-)。需要说明的是，该离子液体亲水性强，立刻捕捉被注入的水蒸气。通过金属离子(Na⁺、Fe²⁺、Ni²⁺、Cr³⁺)特别是Ni²⁺的作用，将部分所述离子液体中的OH^-切断为O^2-和H⁺，另一方面，水的OH^-中的一部分进入到离子液体中，与离子液体中的OH^-进行交换，未交换的OH^-通过金属元素的作用被切断为O^2-和H⁺。其中，H⁺与离子液体中丰富的电子(e^-)键合，从而生成氢原子、氢分子(H、H₂)，并被排放到外部。另一方面，电离的氧离子(O^2-)与Na⁺结合形成氧化钠(Na₂O)。

此外，向外壳1内注入100g的氢氧化钾(KOH)以代替NaOH，加热至600℃～700℃从而生成离子液体，与NaOH同样地进行燃烧，其寿命为3天，由此判断其寿命比NaOH短。

接下来，在100g的NaOH中加入98g的18-8不锈钢，使离子液中得Ni²⁺、Cr³⁺、Fe²⁺离子增加，结果，在300℃～400℃的温度下燃烧，其寿命延长至10天。

此外，仅注入50g的NaOH、50g的KOH，并加热至600℃～700℃，其寿命为4天左右，由此判断：优选100gNaOH单体的离子液体。

另外，向50g的NaOH、50g的KOH的混合液中加入100g左右的不锈钢，结果其寿命延长至7天左右，但与向NaOH中加入不锈钢后得到的产品相比，其寿命较短。

另外，向100g的NaOH或100g的KOH中添加30g左右的钛合金，结果在300℃～400℃，剧烈反应，与离子液体中的OH^-的氧键合，离子液体本身燃烧，由液体状态变成固体状态。该固体为钛酸钠(Na₂Ti₂O₅)，如果将其加热至600℃～700℃，则会作为催化剂发挥作用。

3.第3实验例

将金属氢氧化物和金属氧化物均匀混合，并注入到外壳1内，加热外壳1至450～700℃左右，从而形成固体催化剂。其组合有多种，在没有特殊说明的情况下，其寿命为3天～5天。

1)KOH 100g

  TiO₂ 10g

此时，可脱水形成钛酸钾(K₂Ti₂O₅)，在500℃左右派生出氢。

2)KOH 100g

  TiO₂ 30g

增加氧化钛的量时，氢产生能力提高。在500℃左右产生氢。

3)KOH 100g

Cr₂O₃ 10g

在700℃左右产生氢。

4)KOH 100g

  MgO 20g

寿命长(1周)。此时生成镁酸钾(K₂MgO₂)。

5)KOH 100g

  MoO₃ 34g

此时，可生成钼酸钾(K₂MoO₄)。

6)NaOH 100g

  ZnO  40g

此时，可生成锌酸钠(Na₂ZnO₂)。

7)NaOH 100g

  ZrO₂ 20g

此时，可生成锆酸钠(Na₂ZrO₃)。

8)NaOH 100g

  SnO₂ 70g

此时，可生成锡酸钠(Na₂SnO₃)。

9)NaOH 100g

  WO₃ 140g

此时，可生成钨酸钠(Na₂WO₄)，大量混合WO₃，使其量为NaOH量以上。

10)NaOH 100g

CaO 45g

此时，可生成钙酸钠(Na₂CaO₂)。

11)NaOH 100g

   TiO₂ 34g

此时，可生成钛酸钠(Na₂Ti₂O₅)。

与NaOH相比，TiO₂更容易与KOH结合。

4.第4实验例

利用金属氢氧化物和金属氢氧化物的组合产生氢的组合有100gNaOH和8g Ca(OH)₂的组合，50gKOH和50gNaOH的组合以及100gKOH和100gBa(OH)₂·8H₂O的组合均仅产生少量的氢，在所有情况下都不充分。

5.第5实验例

金属氢氧化物和非金属氧化物组合仅产生少量氢的组合为100gNaOH和24gSiO₂的组合，在向其中加入铁块时，燃烧良好，并且还具有10天的寿命。

需要说明的是，就200gKOH和35gSiO₂的组合而言，SiO₂无法与KOH键合，未燃烧。

此外，就另外的100gNaOH、17gSiO₂和12gAl₂O₃的组合而言，在单独加入的铁离子(Fe²⁺)的存在下，进行了非常良好的燃烧。即，可以断定：在单独加入到不锈钢容器中的铁离子的存在下，将Al₂O₃添加到NaOH和SiO₂的组合中，会发生较大变化，形成良好的催化剂。

6.第6实验例

下述组合，在铁离子的存在下，即使在600℃～700℃的温度下也不燃烧。

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

即使增加氢氧化钙的量也不燃烧。

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

接下来，对催化剂单元的结构进行说明。

在图7中，该催化剂单元30包括多个圆筒状SUS304形成的催化剂筒31、31...31，该催化剂筒31具有水蒸气供给管32和氢管33，其内部如图8所示，在流通加热气体的管35上，隔着一定间隔安装有由多个SUS304形成的圆板状鳍34。在所述圆板状鳍34上设置多个打开的小孔34a。在所述催化剂筒31内收纳有生成离子液体的氢氧化钠等碱熔融盐，在300℃～500℃时，催化剂C为液体状，调整催化剂C的收纳量使得催化剂C的液面位于圆筒中心的上方，由于存在小孔34a，该离子液体可以通过圆板状鳍34自由地移动。需要说明的是，镍、铬、铁由鳍34熔融在离子液体中，离子液体起到催化剂作用。

在所述催化剂筒31的端面上，设置有导箱(guide box)36、37，该导箱36、37通过L-型管38、39与水蒸气供给管32以及氢管33连接，这些连接结构是为了防止催化剂C进入各管32、33内而设置的。即催化剂C与水蒸气接触飞散时，即使进入导箱36、37内，也会沿L-型管32、33的垂直部分落下，由此可以避免各管32、33的堵塞。

需要说明的是，供给到催化剂筒31内的水蒸气与鳍34产生冲击，如图9所示，在催化剂C的液面上形成紊流，与液面接触的微粒群的量增加，从而提高分解效率。此外，与矩形的箱相比，像这样将催化剂筒31制成圆筒状，可以提高强度，仅对端面进行焊接即可，可以减少焊接部分，提高耐久性。

图10、11示出催化剂单元的其它实施例，该催化剂单元40整体形成圆盘状，包括浅底的本体41和盖体42，盖体42焊接在形成在本体41的上面周围的法兰43上。在所述本体41内，在其侧部通过隔板44形成蒸气室45，通过水供给管46向该蒸气室45内供给水，另外，设置不锈钢(SUS304)的鳍47、47...47，收纳有催化剂C，使其与鳍47接触。需要说明的是，在鳍47的下部设置有开孔49、49...49使得催化剂可以移动。通过这样的结构生成的氢被从设置在水供给管46的径向相反侧的氢管48取出。由于这样的圆盘状本体41可以通过拉深加工而形成，因此强度较强，并且还适合进行大量生产。

此外，通过螺丝在所述法兰43上固定盖体42时，如图12、13所示，作为衬垫结构，在盖体42的下面形成圆形的凹部50，并且在法兰43上形成与凹部50对应的圆形的突起51，在所述凹部50内收纳有铜环52，拧紧螺丝53使突起51将铜环52压缩变形。

接下来，对组合前述催化剂单元而得到的氢产生装置进行说明。

在图14、15中，本发明的氢产生装置M₁具有催化剂组件U₁，该催化剂组件U₁由如图19所示的矩形的多个催化剂室110、110...110叠层而成，通过由收纳在密封外壳111内的加热装置制作的加热空气，加热该催化剂组件U₁。所述加热装置具有氢燃烧器112，该氢燃烧器112具有朝向不同的喷嘴113a、113b、113c，所述喷嘴向催化剂组件U₁的所有高度输送加热空气，通过环状的空气供给管114向这些喷嘴周围输送空气，通过在氢燃烧器112背面突出的氢管15，向氢燃烧器112内输送氢。

另一方面，在所述各催化剂室110中，流通有来自氢燃烧器112的热风；设置用于引导辅助加热器116、116...116的多个引导筒117、117...117，在所述催化剂室110的氢燃烧器112一侧，设置有用于将热风引导到引导筒117内的引导板118、118...118，所述辅助加热器116从催化剂组件U₁的后侧插入，其端子突出到密封外壳111外。向引导筒117内仅插入用于辅助热风的、适当数量的辅助加热器116，引导筒117起到热风通路及辅助加热器的支撑筒的作用。

所述催化剂室110内具有大致如图19所示的结构，在图15中，来自水罐120的水通过水管121被输送到各催化剂室110内的水蒸气室中。在所述水管121中，设置有水的流量计122及流量调节阀123，它们与控制器124连接，所述控制器124根据来自流量计122的数据调节流量调节阀123的开度，使得能够根据催化剂的分解力，调节水的输送量。需要说明的是，通过温度计125测定催化剂室110内的温度(催化剂温度及水蒸气温度)，根据来自该温度计125的数据，调节输送到催化剂室110内的水量。

由所述氢燃烧器112产生的热风，对催化剂组件U₁进行加热，然后，该热风离开密封外壳111，经过热风通路126，通过覆盖所述水罐120和水管121的外壳127，对水罐120和水管121进行加热，然后，通过热风通路128，热风被输送到所述密封外壳111的氢燃烧器112的前方附近。

在所述催化剂组件U₁的背面侧设置有排气通路129，该排气通路129用于输送由在催化剂室110内反应生成的氢和水蒸气形成的排气，在该排气通路129中设置由水罐构成的水蒸气除去装置130，在该装置130和催化剂室110之间设置开闭阀131和切换阀132，该切换阀132与用于防止催化剂箱110内的催化剂氧化的催化剂氧化防止装置(空气侵入防止装置)133相连接，该装置133具有：储压器134和氩等非活性气体罐135。所述开闭阀131和切换阀132与控制器124连接。

于是，通过所述水蒸气除去装置130除去水蒸气后的氢，经过流量计136及压缩机137，被压缩储藏在氢罐138中，该压缩氢作为外部能量通过外部负荷通路140被取出，并且通过燃烧器通路141被送入氢燃烧器112中，其流量由流量调节阀139调节。所述流量计136、压缩机137、流量调节阀139也与控制器124连接。

该控制器124进行以下的操作。

1.根据来自温度计125的数据，按照对应于催化剂室110的温度的催化剂的分解力，来调节流量调节阀123，对输送到催化剂室110内的水量进行调节。此时，流量调节阀123根据来自流量计122的数据进行反馈控制。

2.根据来自设置在排气通路129中的氢流量计136的数据，确认氢的产生量，并同时考虑温度计125的温度升高，求出催化剂分解力的降低(催化剂的劣化)状态，并与内置计时器(图中未示出)协同进行温度操作。

3.根据所述温度计125的数据，得知催化剂的温度，并根据该温度数据，通过调节设置在所述燃烧器通路141上的流量调节阀139的开度，来控制输送到氢燃烧器112中的氢的流量。

4.在本装置M₁的操作结束时，打开开闭阀131，切换切换阀132，使催化剂氧化防止装置133工作，通过储压器134，将来自非活性气体罐135的氩气调节为一个大气压左右，通过关闭加热装置使催化剂室110的气压降低(气体的收缩)，由此向催化剂室110内输送氩气体。这样一来，可以有效地防止催化剂高温时(操作结束时为400℃左右)的氧化，从而延长催化剂的寿命。需要说明的是，以往，在排气通路129上、在水蒸气除去装置130的面前，设置图中未示出的开放阀，装置的操作结束时，打开该开放阀，引入外部气体，利用催化剂室110内的减压，防止水蒸气除去装置130内的水的逆流。

5.代替上述4的非活性气体供给机构，在装置运转结束时，记录此时的温度(控制器124具有记忆装置)，关闭开闭阀131，使催化剂室内维持减压状态。接下来，在装置运转开始时，在关闭开闭阀131的状态下，运行加热装置对该催化剂组件U₁进行加热直至运转结束时的温度，达到记录温度时，如果打开开闭阀131，则由于催化剂室110内不再是减压状态，水蒸气除去装置130的水不会逆流到催化剂室110内，外部气体不会进入催化剂室，因此也不会发生催化剂氧化。

图16示出第2氢产生装置M₂，该装置是通过收集的氢对催化剂进行加热的自加热催化剂氢产生系统，该系统具有催化剂组件U₂，该催化剂组件U₂具有与图1基本相同的结构，在所述催化剂组件U₂的下面，形成燃烧室230，该燃烧室230内收纳有氢燃烧器231。该燃烧室230与其前端的引导筒232相连，在该引导筒232的上端部，倾斜设置由钯合金构成的分离膜233，通过该分离膜233，利用氢燃烧器231燃烧生成的高温水蒸气通过水平管234，被供给到从水罐235垂下的作为水供给通路的水管236中。通过所述分离膜233的空气，通过在水罐235的周围形成的热交换部237，被排放到外部。由所述催化剂组件U₂生成的氢和未分解的水蒸气通过流出管208，在收纳有钯合金膜239的分离器238中，分离水蒸气，该分离的水蒸气返回所述水供给通路水管236，再次进入到催化剂组件U₂内。通过所述分离膜239的氢和氧通过压缩机240加压，并暂时储存在储存罐(bombe)241内。通过开闭阀242的开闭及开闭阀243的开闭，将在储存罐241内形成为一定压力的氢和氧的混合气体排出到外部，或者输送到燃烧器231中。需要说明的是，通过空气供给管244向燃烧室230内输送一定量的空气，使氢燃烧器231的氢完全燃烧。

下面，其它实施例的所述催化剂组件U₃如图17所示，在密封外壳264内具有多个叠层的矩形催化剂单元265，在该各催化剂单元265内收纳有包含所述碱金属化合物的催化剂C。通过倾斜的多个隔板280、280...280分割该催化剂单元265内部，在各隔板280之间，收纳有图18所示的鳍状金属元素离子供给体281。在所述催化剂单元265的一个角落，形成蒸气室282，通过水供给配管269的分支管269a，水滴流入到该蒸气室282内。在催化剂单元265内分离的氢及未分解的水蒸气通过流出分支管283a、283a...283a流出到流出管283内，所述流出分支管283a、283a...283a从催化剂单元265的与蒸气室282成对角的角落突出出来。在流出管283中设置有分离器284，在此分离的未分解的水蒸气，通过蒸气管285，返回到所述水供给配管269，并再次流入到催化剂单元265内。在所述密封外壳264上设置导入管285，从而使加热的热风流入到所述密封外壳264中，在该导入管285的相反侧设置有导出管286。在所述各催化剂单元265的侧壁上设置有安全阀287和催化剂补给筒288，该安全阀287用于排放高压时的压力，催化剂补给筒288用于补给催化剂，在催化剂补给筒288上设置开闭盖288a，当催化剂不足时，打开开闭盖288a以补给催化剂。在上侧的催化剂单元265的底面和下侧的催化剂单元的上面，形成相互对置的半圆形凹部，通过上下的凹部形成流通热风的流通孔266。

图19、20、21是示出催化剂单元的其它实施例的图，多个催化剂单元300叠层，在各催化剂单元300中收纳有使热风通过的多个管301，在这些管301上嵌入有鳍状的金属元素供给体302，各鳍通过闩303、303来固定，在各鳍上，在管301上形成有用于嵌合的嵌合孔304。另一方面，通过隔板305在催化剂单元300的一个角落上形成蒸气室306，在催化剂单元300的与305成对角的角落的一边的侧壁上，间隔一段距离形成有直径稍大的兼用管307、307...307，在另一边的侧壁上，同样地间隔一段距离，设置有直径稍大的具有多种作用的兼用管308、308...308，进行配置使它们不相互交叉。在所述兼用管307、308上设置水平管309、310，在这些水平管309、310上设置有用于释放压力的阀311、312。各水平管309、310通过分支管313、314与气体排出管315、316连接。在所述兼用管307、308的上端设置开闭盖317、318，通过打开开闭盖317、318补给催化剂原料。

所述兼用管307、308的开口部320在催化剂面cs上方开口，在该开口部320的下侧设置有催化剂遮蔽板321以防止开口部堵塞，该遮蔽板321具有开口322，从而使得催化剂承载在遮蔽板321时容易落下。此外，该遮蔽板321也是补给催化剂原料时的引导板。

接下来，对其它的实施例进行说明。

在图22中，氢产生装置M₃具有催化剂组件U₅，该催化剂组件U₅具有绝热外壳441，在该绝热外壳441内叠层有3段催化剂收纳单元442，在各催化剂收纳单元442的底面上附着有面发热体443、443、443，通过这些面发热体加热各催化剂收纳单元442至300℃～600℃。通过流量计445、以及通过从与该流量计连接的辅助罐446的底面伸出的水管447、447、447，向所述各催化剂收纳单元442内输送一定量的来自水罐444的水。

需要说明的是，通过压缩机448向水罐444的液面供给一定的压力，使其不低于所述各催化剂收纳单元内的水蒸气的气压。在所述催化剂收纳单元442的与配置有水管447的侧壁相反一侧的侧壁上，设置有氢配管449，该氢配管449与水蒸气除去装置450连接，该装置450为水罐，氢配管449延伸到该水罐内的液面下，由此除去未在催化剂收纳单元442内分解的部分水蒸气及与氢一起流出的催化剂微粒，该水罐通过冷却器451冷却，从而使得高温的水蒸气不会逆流。利用泵452使通过水蒸气除去装置450的氢暂时储存在氢罐453中，来自该氢罐453的氢，被输送到例如锅炉的燃烧器454中使其燃烧。此外，通过提高氢浓度的、包括钯合金膜的浓度增加装置455，纯度高的氢被输送到燃料电池456中并进行发电。

另一方面，将来自氢罐453的气体的一部分作为用于对所述面发热体443进行加热的辅助热源使用。所述面发热体443如图23所示，被设置在最上段，其是在如铝合金这样的导热性高的板状体上涂敷以碳作为主要成分的发热体460并使其为面状而得到的，在所述板状体的一侧上形成突出到外壳441外的加热部443a，此处通过氢燃烧器461加热，该热立即传导给板状体整体。同样地，在中段、下段的面发热体443在与上段不同的位置处，分别形成加热部443b、443c，通过氢燃烧器462、463对加热部443b、443c加热，通过阀464、465、466及由图中未示出的水封装置形成的图中未示出的回火(back fire)防止装置，向各氢燃烧器461、462、463供给氢。

所述催化剂收纳单元442整体由不锈钢板形成，如图24所示，催化剂收纳单元442设置有多个隔板470、471，在隔板470和催化剂收纳单元440的侧壁间形成接收被输送的水滴的蒸气室472，通过水管447的分支配管447a从多个位置将水滴输送到该蒸气室472中，在此，产生300℃～600℃的水蒸气。与所述蒸气室472相邻形成催化剂室473、473，在该催化剂室473内，收纳有例如由不锈钢板构成的鳍475、475...475，该鳍475位于例如上述离子液体催化剂内。此外，还可以收纳固体催化剂。在蒸气室472的相反一侧的侧壁上设置分支配管449a，氢通过分支配管449a被集中在集合配管449中，并被输送到水蒸气除去装置450。

需要说明的是，压缩氢的泵452以及位于水罐444下侧的开闭阀V，根据来自流量计445的信号对控制器490进行调节。

下面，对其它实施例的氢产生装置M进行说明。

在图25中，本发明的氢产生装置M₄具有：密闭外壳520，在该密闭外壳520内设置多个密闭室521、521...521，该密闭室521内，收纳有如图26所示的，可以自由放入拿出的催化剂盒522。在所述密闭室521上设置如图27所示的开闭盖523，在打开该开闭盖523的状态下，可以将所述催化剂盒522放入到密闭室521内。通过多个螺母526，将所述开闭盖523以开闭自由地形式固定在安装在密闭外壳520的正面的入口框525上。所述催化剂盒522具有扁平的矩形外壳524，在该外壳524的上面设置有向其内侧延伸的内法兰524a，从而使得催化剂C不会飞散到外侧，在所述外壳524内收纳有所述金属元素供给体507。在所述密闭外壳520的密闭室521的周围，形成有流通120～150℃左右的过热水蒸气的水蒸气通路R、R、...R，通过这些通路的过热水蒸气，将各密闭室521以及收纳在其中的催化剂加热至300～600℃左右。

在所述密闭外壳501的侧面，设置如图28所示的、用于向催化剂盒522补给NaOH或KOH这样的碱金属氢氧化物粒子的补充装置527，该补充装置527具有漏斗528和供给筒529，以及设置在漏斗528和供给筒529两部件之间的开闭阀530，所述供给筒529的前端延伸到催化剂盒522上，随着催化剂不断减少，逐渐打开开闭阀530对催化剂盒522进行补给。由此，能够对由于作为蒸气流出到外部的碱金属以及所述各种氧化物的放出而导致的催化剂的减少进行补充，从而显著延长催化剂的寿命。

在所述补充装置527进行催化剂补充时，如果空气中的氧进入到密闭室521中，会引起催化剂的异常氧化，产生大量氧化物从而缩短催化剂的寿命，因此优选形成图29所示的补给装置531。即，补充装置531具有漏斗528和供给筒529，该供给筒529由中间筒529a和最终筒529b构成，在中间筒529a的两端设置开闭阀530、532，在补给时，首先打开开闭阀530并且闭合开闭阀532，一旦催化剂保持在中间筒529a中则关闭开闭阀530，接下来，打开开闭阀532，将中间筒529a内的催化剂补给到催化剂盒522内。

在图25中，通过管路540，向密闭外壳520的蒸气通路R中输送过热水蒸气，另一方面，通过管路541，向催化剂盒上输送过热水蒸气。所述过热水蒸气是，通过过热蒸气产生装置550生成的，该过热蒸气产生装置550包含：用于将水变成100℃的水蒸气的锅炉551，以及用于使该一次水蒸气过热至120～150℃的热交换器552。所述锅炉551包括：水罐553、以及设置在该水罐553的下部的氢燃烧器554，通过管路557向该氢燃烧器554输送氢，该管路557与氢储存罐555相连接，所述氢储存罐555用于储存来自各催化剂盒522的通过具有泵564的管路556流出的氢。

所述热交换器552也通过氢燃烧器558来驱动，在此制作120～150℃的过热水蒸气，就该过热水蒸气而言，通过操作阀559以适当的比例将水蒸气分配到管路540、541中，由此，向水蒸气通路R以及催化剂盒522中输送适量的水蒸气。所述氢燃烧器558与从管路557分出的管路560相连，管路560具有阀561，另一方面，在与氢燃烧器554连接的管路557的部分上设置阀562，在管路557的入口部分设置阀563，从氢储存罐555中延伸出用于在外部进行操作的管路565，在该管路565上设置有阀566。在所述锅炉551的水罐553上设置有外部罐567，优选在该外部罐567上设置有作为氯除去装置的离子交换树脂568，通过该离子交换树脂568除去来自自来水中的氯(Cl)。由于氯会使催化剂作用劣化，因此优选使用不含氯的水。

需要说明的是，如图30所示，设置具有水蒸气室570的催化剂盒571使其可以自由地从密闭室521内取出和放入，在向该水蒸气室570中供给流经管路572的来自水罐573的水时，也可以另外设置碱金属催化剂罐574，将适当量的碱金属催化剂溶解到来自水罐573的水中并补给到催化剂盒571内。需要说明的是，在为自来水的情况下，优选在水罐573内设置包含离子交换树脂的氯离子除去装置595，以除去氯。

向输送所述氢的管路556中供给氢并同时供给催化剂C的微粒及其氧化物，再供给未分解的水蒸气，其中，微粒、其氧化物(为NaOH催化剂时，Na₂O、NaOH)以及水蒸气，被水罐即水蒸气除去装置590捕捉，这些微粒群和氧化物与水反应，形成催化剂(NaOH)的水溶液，由此，该水溶液通过返回管路591，返回到水罐573中，从而可以进行催化剂的补充，该水蒸气除去装置590和返回管路591也作为催化剂补充装置。该补充必须在阻断空气的条件下进行。需要说明的是，此时，优选从水罐573中除去氯离子除去装置595。

接下来，对将本发明的催化剂组件用于船舶时的系统进行说明。

在应用于船的情况下，由于船会摇晃，因此优选使用固体催化剂，但离子液体的催化剂功能大，因此在使用离子液体时需要考虑设计。

在图31中，催化剂组件U₆由具有陀螺仪的水平保持装置H支撑，其性能较好，但使得装置成本增加，因此优选形成图32、33所示的结构。即，催化剂组件U₆具有由深底的不锈钢材构成的外壳601，在该外壳601内收纳有由格子状的不锈钢板构成的隔板602，该隔板602将外壳601内部间隔成小空间，通过这样间隔，即使在船倾斜时，安装在外壳601的上板605上的水蒸气供给管603及氢排出管604也不会因为离子液体(熔融盐催化剂)而堵塞。需要说明的是，所述两管603、604设置在上板605的前后方向两端部的宽方向的中心上，优选催化剂组件600的宽方向中心设置在船的中心轴C_x上。设置使得离子液体从上板下降到下方特定位置，从而使得即使船发生摇晃时，离子液体也不会堵塞两管603、604。需要说明的是，在上板605上设置有离子液体消耗时用于进行补给的补给筒606，如图33所示，在隔板602的底部附近设置开口606、606...606从而使得从补给筒606供给的离子液流入到外壳内的各空间中。

通过氢燃烧器610，将所述催化剂组件U₆加热至300℃～600℃。海水通过泵611被输送到公知的淡水化装置612中，在此将盐分除去并将其输送到水罐613中，从水罐613向催化剂组件U₆供给一定量的水，并使其分解，通过过滤器623，除去氧化物后，将氢储存在氢罐614中。储存的氢被供给到氢发动机616中从而使螺旋桨617旋转。此外，氢还被输送到氢燃烧器610中。氢发动机616与发电机627连接，发出的电储存在电容器618中，电容器618将电输送给电分解炉619。将经淡水化装置612分离的盐分供给到电分解炉619中，并使其电分解，收集氢氧化钠(NaOH)。氢发动机616的排气(高温水蒸气)被输送给NO_x分解催化剂620，在此除去NO_x后，通过分离器630，仅将除去了空气(N₂、O₂)的水蒸气输送给催化剂组件U₆。

图34示出了在空气锅炉B中装有形成为颗粒状的本发明的固体催化剂的情况，在锅炉本体710的下部设置炉筒711，在该炉筒711内放置有氢燃烧器712。在该炉筒711的上部设置热交换器713，来自氢燃烧器712的热气体通过通路714，与空气流路715内的空气进行热交换，所述热气体通过形成在锅炉本体710上面的流出口716排放到外部。从该流出口716流出的仅为高温的水蒸气和空气。

另一方面，在所述锅炉本体710的背面设置有氢产生部720，在该氢产生部720设置有蒸气室721、催化剂收纳室722，在它们的连通管路723上设置有阀724。在所述蒸气室721内设置有中空圆筒形的蒸气筒725，在该蒸气筒725内产生利用来自氢燃烧器712的热风加热至120℃～150℃的蒸气。该蒸气与催化剂室722内的颗粒催化剂726进行接触从而产生氢。需要说明的是，催化剂的颗粒在约500℃以上作用，分解水产生氢。

在所述催化剂收纳室722的上部形成用于分离水蒸气和氢的分离部727。该分离部727包括过滤器，该过滤器由钯合金构成，仅使氢通过而水蒸气不能通过，使水蒸气从该分离部727周围返回到催化剂收纳室722内。此外，催化剂收纳室722的底部，与使水蒸气透过的冲孔板729对置，该冲孔板上支撑颗粒催化剂726。需要说明的是，从水蒸气中分离的氢，被储存在氢罐750中，并通过阀751以及水封装置752被输送到氢燃烧器712中。

图35示出了作为加热装置的其它的氢燃烧器系统，例如，将燃烧器用于锅炉中时，在锅炉的外壳790的下部设置炉心791，在该炉心791内放置氢燃烧器792。向该氢燃烧器792供给氢和空气(氮气和氧气)，在炉心791产生的高温水蒸气和空气利用图中未示出的分离器分离，仅高温水蒸气通过设置在炉心791上方的催化剂组件793，而氢被收集，经分离的空气通过热交换部794排出。由于该排气为氮气和氧气，因此直接排放不会带来任何问题。通过所述催化剂组件793收集的氢被储存在罐795中，由此通过泵以一定的压力输送给燃烧器792。

图36是在蒸气锅炉760中使用了催化剂组件761的系统，在炉心762的周围设置水管763，通过蒸气管764在外部取出来自该水管763的300℃～600℃的水蒸气。从蒸气管764中分支出分支管765，在该分支管765上设置所述催化剂组件761，利用泵767暂时将氢和氧储存在储存罐768中，并通过阀771的开闭，将氢输送给氢燃烧器769。在炉心762处产生的排气通过排出口770被排放到外部。

图37示出了在氢发动机系统中的汽车发动机780中，设置使用了本发明的催化剂的氢产生装置的情况。氢发动机780可以用于使例如汽车、发电机飞机等各种旋转体旋转。认为氢发动机适合用作旋转发动机，从该发动机780的吸入孔782吸入的氢气，通过活塞783，经过吸入、压缩、爆炸、排气工序，从排气孔781排气。该排出气体包含高温水蒸气、氮、氧，利用过滤器784(例如Pd合金)将氮(N₂)、氧(O₂)和高温水蒸气(V)分离后，通过加热器785使高温水蒸气变为300℃以上，然后，通过催化剂组件786，从而收集氢(H₂)，所述催化剂组件786是将所述催化剂上下或左右多个叠层或并列而成的，根据需要，利用分离器787，将未分解的水蒸气(V)分离成水蒸气和氢，然后，使水蒸气在加热器785及催化剂组件786内循环从而收集氢，经过泵788，向所述发动机的吸入孔782、即向发动机内输送氢。通常来说，氢发动机排出气体的温度为400℃～500℃，由于本发明的催化剂组件786的工作温度为300℃～600℃，因此，需要将根据需要设置的加热器785及催化剂组件786保持在工作温度。在汽车中，可以采集太阳光，从而获得不足部分的热，或者可以在驱动开始等时由电池获得不足部分的热，然后，也可以使其本身的氢燃烧来获得不足部分的热。需要说明的是，由于排出气体温度为400℃～500℃，因此如果绝热充分，则不需要加热器785。

在图38中，在氢发动机850内设置活塞851，该活塞851驱动曲柄杆852使旋转轴853旋转。该旋转轴853与发电机854连接，该发电机854用于发动机点火。在气缸855的上面，在吸入口856和排气口857之间设置有氢喷射阀858、以及火花塞859。所述排气口857与排气涡轮增压机860的排气涡轮861连接，通过该排气涡轮机861，驱动设置在其反对侧的压缩机862。使所述排气涡轮机861旋转的排气(水蒸气、空气)，通过辅助加热器863加热后流入催化剂组件U₁(图14)。在仅利用排气的温度对催化剂组件U₁进行加热不充分的时候，使用该辅助加热器863。该催化剂组件U₁具有密封外壳864，其中，叠层有多个催化剂单元865、865...865，在这些催化剂单元865之间水平地且前后贯通地设置有流通孔866、866...866，该流通孔866、866...866流通用于对催化剂单元865进行加热的高温的排气。在所述密封外壳864内对催化剂单元865进行加热后的排气，经压缩机868加压，通过分离器867分离成水蒸气和空气，该水蒸气被输送到水供给配管869中。该水供给配管869是用于将来自水罐870的水输送到所述催化剂单元865内的配管，在所述水供给配管869上设置流量计871，通过所述分离器867分离的空气被输送到水供给配管869的外围，对在该水供给配管869中流动的水进行加热。另一方面，通过催化剂单元865收集的氢，通过分离器884，与水蒸气分离，并通过配管895，被输送给排气涡轮增压机860的压缩机862，经分离的水蒸气，通过水蒸气管885返回到水供给配管869中。

所述辅助加热器863如图40所示，具有氢燃烧器b，从后述的氢储存罐889通过开闭阀890将氢到供给该氢燃烧器b中，并且通过风扇891向该氢燃烧器b供给空气，其中，燃烧气体(水蒸气、空气)被输送到对氢发动机850的排气进行加热的热交换器892中，对通过排气管893内的排气进行辅助加热。该排气被输送到密封外壳864内对催化剂单元865进行加热。此外，这里的燃烧气体，通过分离器894，被分离成水蒸气、氮和氧，分离水蒸气被送入所述蒸气管885中并流入催化剂单元865内。

在所述分离器894与水蒸气和氮分离之后的氧，通过配管895，与氢一起所述送入排气涡轮增压机860的压缩机862，通过该压缩机862加压的混合气通过分离器896分离成氢和氧，该氢通过储压器897被输送到所述氢储存罐889中，将该氢储存罐889的氢输送到所述辅助加热器863的氢燃烧器b中，并且同时通过开闭阀802，将氢输送到氢喷射阀858中。另一方面，将经分离的氧送入氧储存罐898，通过开闭阀899将氧储存罐898的氧输送到吸气口856中，通过泵800经空气管801，将空气吸入该吸气口856。这样一来，如果从氧储存罐898向吸引口856输送氧，则从吸入口856进入的空气量减少，从而减少由氢发动机排出的NO_x(图39)。

在图38的氢发动机系统中，将来自辅助加热器863的氧与从催化剂组件U₁排出的氢分离，但也可以如图39所示，直接使用混合气。

即，也可以为如下形式：由配管895输送的氢和氧的混合气体，通过压缩机862压缩并储存在混合气体储存罐820中，形成一定压力，并将该混合气体输送给所述辅助加热器813和氢发动机850的混合气体喷射阀821。

图41示出在现有的火力发电系统中安装有本发明的催化剂组件，通过下述热交换器904，向锅炉900中供给来自水罐907的水，并且锅炉900具有利用来自氢罐901的氢进行燃烧的氢燃烧器902。在该锅炉900中，水形成为1000℃～1500℃的水蒸气，将该水蒸气送入发电机903，旋转发电机的转子，然后通过热交换器904，使1000℃～1500℃的水蒸气与由水罐907供给的水进行热交换，形成为300℃～600℃的水蒸气，并且将利用热交换器904加热的水输送到锅炉900中。

在此，将降温至300℃～600℃的蒸气输送到催化剂组件905中，利用分离器906，将在此收集的氢与水蒸气分离，将在此分离的氢输送给所述氢罐901，另一方面，利用热交换器904使水蒸气升温，并将其再次供给到催化剂组件905内。利用分离器909分离来自所述氢燃烧器902的排气，高温水蒸气与来自发电机903的水蒸气混合，并输送到热交换器904中，利用所述分离器906分离的热风(O₂、N₂)可以另外用于例如供暖装置等。

接下来，对将燃料电池与催化剂组件结合时的系统进行说明。

在图42中，本系统具有两个催化剂组件U_a、U_b，利用阀910的切换，使这些催化剂组件U_a、U_b交替工作，例如通过控制器911，每5分钟进行阀910的切换，从而切换来自水罐912的水的流动。这样操作是因为，连续运转时，上述催化剂的表面容易劣化，如果间歇运转，则可以延长催化剂的寿命。

在各催化剂组件U_a、U_b上设置钯合金等这样的水蒸气分离装置913、914，在此，使从氢中分离的水蒸气返回到催化剂组件的入口侧，并使其流入到催化剂组件内，进一步收集氢。通过用于提高氢的纯度的纯度增加装置915，将利用水蒸气分离装置913、914分离的氢输送到燃料电池916中。在该燃料电池916的出口侧，由于氢和氧的键合而形成高热，放出水蒸气，该水蒸气，通过切换阀被输送到工作中的催化剂组件U_a、U_b中，所述切换阀917通过所述控制器911的操作以切换水的供给。

此外，将由燃料电池916获得的电的一部分供给到各催化剂组件U_a、U_b内的加热器908、909中。

接下来，在图43中，作为本发明的其它实施例的氢产生装置M₅具有：用于产生120～150℃的过热水蒸气的水蒸气产生装置1001；用于使该水蒸气产生装置1001产生的过热水蒸气与催化剂接触，从而产生氢的催化剂组件U₁。所述水蒸气产生装置U₁具有用于使太阳光集光的集光装置1003，该集光装置1003具有如下结构：使通过凹面镜1004以及反射镜1005集聚的光，通过设置在水罐1006的上面的玻璃等透明体1007，从而照在水罐1006内的水1008上，对其进行加热。另一方面，在水罐1006的下面设置燃烧器装置1009，该燃烧器装置1009具有氢燃烧器1010，向该氢燃烧器1010中供给来自于储存利用所述催化剂组件U₁收集的氢的氢储存罐1011的氢。此外，在水罐1006上设置有泵1012，通过该泵1012，向水罐内供给一定量的水。

所述催化剂组件U₁收纳在密封外壳1013内，并具有多个叠层的矩形的催化剂单元1014、1014...1014。在该催化剂单元1014内收纳有氢氧化钠等催化剂，将该催化剂加热至300℃～500℃。在所述催化剂单元1014内，设置有通过加热气体的多根管1015、1015...1015。该加热气体是下述气体的混合气体：通过管路1016输送的在水罐1006中产生的水蒸气、以及通过管路1017输送的利用燃烧器装置1009产生的水蒸气和加热空气的混合气体。

所述加热气体通过催化剂单元1014并对其进行加热后，通过循环管路1018，从催化剂单元1014的出口侧返回到入口侧。在所述循环管路1018上设置有热交换部1019，该热交换部1019具有：使来自于所述氢储存罐1011的氢燃烧的燃烧器装置1020，通过该燃烧器装置1020产生加热空气。将该加热空气输送到循环管路1018的外围，从而对循环管路1018内的加热气体的温度进行控制。由所述水罐1006产生的过热水蒸气，通过管路1021，与各催化剂单元1014内的催化剂进行接触，由此从其中将氢分离，该氢通过催化剂单元1014的出口管1022储存在所述氢储存罐1011内。该氢储存罐1011内的氢，如上所述，通过各阀1023、1024、1025的开闭，被分别输送到所述热交换部1019、图中未示出的外部驱动装置、以及所述燃烧器装置1009。需要说明的是，选择使用所述集光装置1001和燃烧器装置1009，可以在夜间、多云日等情况下，仅运转燃烧器装置1009，在晴天仅运转集光装置1001，也可以组合使用集光装置1001和燃烧器装置1009两者。

接下来，对作为其它实施例的氢产生装置M₆进行说明。

在图44中，本发明的氢产生装置M₆具有催化剂组件U₇，该催化剂组件1121具有上下分别配置2根，共4根的圆筒形的催化剂单元1122、1122...1122。催化剂组件U₇具有水罐1123，通过阀1124从水罐1123向分配管1125输送水，从该分配管1125，通过水管1126，向各催化剂单元1122的前端部输送一定量的水。另一方面，从各催化剂单元1122的后端上部，氢管1127、1127...1127延伸到集合氢管1128中，该集合氢管1128与收纳有用于除去水蒸气的水的水蒸气除去罐1129连接。在此，除去水蒸气，并且捕捉与氢一起流出的微粒群。由于所述微粒群无法在水蒸气除去罐1129内被完全捕捉，因此设置过滤器1130以除去微粒群，通过过滤器1130的氢气，通过压缩泵1131，以一定的压力储存在氢罐1132中。通过具有阀1133的管路1134，将该氢罐1132内的氢输送给燃烧器、氢发动机等，并且通过具备阀1135的管路1136，将该氢罐1132内的氢输送给在各催化剂单元1122的前端面上设置的燃烧器1137、1137...1137并使其燃烧。此外，向各燃烧器1137中供给来自丙烷储存罐1138的丙烷气体，使氢气和丙烷气体的混合气体燃烧。所述管路1136分为分支管1139和分支管1140，在分支管1139上设置有阀1141、1142，并且在分支管1140上设置有阀1143、1144，在丙烷气体的管路1145上设置有阀1147、1151、1152，在管路1146上设置有阀1148、1149、1150。

由于所述催化剂单元1122内的催化剂的微粒群被放出外部，因此设置有用于补充催化剂的催化剂罐1151T，由该催化剂罐1151T，经过管1152P、1152P...将催化剂输送到各催化剂单元1122中。

所述各催化剂单元1122如图45、图46所述，具有催化剂筒1160，在该催化剂筒1160的外侧具有外筒1161，从而使得热风在该催化剂筒1160和外筒1161之间流动，该热风从排出筒1162流出。在所述催化剂筒1160的前端上部延伸出所述水管1126，并且在其后端上部延伸出所述氢管1127，在该氢管1127的附近，直立设置有与催化剂罐1151T相连的管1152P。

在所述催化剂筒1160上的稍下方，偏离中心设置炉筒1163，在该炉筒1163的前端嵌入燃烧器1164，该燃烧器1164与，和氢罐1132相连的氢管1165、和所述丙烷储存罐1138相连的丙烷管1166连接，从上述两管供给氢以及丙烷气体，混合上述两种气体并使其燃烧，或者选择上述气体进行燃烧。此外，可以使用重油等来代替丙烷气体。通常来说，开始时，使催化剂筒1160的温度上升至500℃左右时，使氢和丙烷气体的混合气体燃烧，一旦温度升高后，仅通过氢气来保持温度。所述催化剂筒1160的前后，通过隔板1167、1168分割，在该两壁1167、1168之间形成催化剂室1169，在该两壁间的炉筒1163上外嵌有作为金属元素供给体的SUS304(18Cr-8Ni-余量Fe)的筒体1170。在所述前部隔板1167和催化剂筒1160的前端壁1174之间形成蒸气室1171，由蒸气室1171产生的水蒸气(120～140℃)通过隔板1167的上侧，流入催化剂室1169。在所述后部隔板1168和催化剂筒1160的后端壁1173之间形成氢室1172，催化剂室1169内产生的氢气通过后部隔板1168的上侧，并进一步通过氢室1172的上部，流入到氢管1127中。在所述催化剂筒1160的两端壁1173、1174间的环形的催化剂室1169内设置有用于通过热风的热风壁1175、1175...1175，上侧的热风管1175延伸到催化剂的微粒群中，以针对在此进行的吸热反应。来自燃烧器1164的火焰F的热风，从炉筒1163的前端，通过外筒的后端壁1176和催化剂室1169的后端壁1173之间的热风室1177，进入到热风管1175内(一部分的热风通过外筒1161和催化剂筒1160之间的热风通路1178)，离开催化剂筒1169的前端壁1174，通过外筒1161的前端壁1178和催化剂筒1169的前端壁1174之间的室1180，被送入到排出筒1162。需要说明的是，在排出筒1162的适当位置上设置氢传感器H、S，用于在产生的氢气混在热风内时对氢进行检测。在操作了该氢传感器H、S时，使燃烧器1164停止。

接下来，对示出立式的本发明的其它实施例的氢产生装置M₇进行说明。

在图47中，设置有作为基本的结构的立式催化剂单元1200，该催化剂单元1200具有催化剂筒1250，催化剂筒1250作为催化剂室发挥功能，在该催化剂筒1250的底部收纳有作为催化剂的熔融盐1201，在该熔融盐1201内浸渍作为金属元素供给体1202的SUS304或SUS316L的不锈钢材料。该金属元素供给体1202形成为具有冲孔的圆筒形状。所述催化剂单元1200设置在作为加热炉的炉筒1203上，该炉筒1203是通过燃烧器1204产生热风的构件，该热风通过形成在催化剂筒1250的外周壁上的套管形的热风通路1205，从排出口1206排出，所述热风通路1205形成在圆筒形的外筒1207和催化剂筒1200的外周壁间。

所述催化剂筒1250的熔融盐上方形成充满了微粒群11的反应空间，通过水蒸气管1208向该微粒群11中供给水蒸气，所述水蒸气管1208与用于生产水蒸气的热交换器1209相连接，从水罐1210向该热交换器1209供给水。通过催化剂筒1250的顶面的氢管1211回收通过所述微粒群11和水蒸气之间的反应分离的氢。

下面，进一步对具体的结构进行说明。在图48、49中，在所述催化剂筒1250的底部设置有用于搅拌熔融盐1201的搅拌叶片1220，利用设置在催化剂筒1250的顶板上的马达1221并通过轴1222使该搅拌叶片1220旋转，在顶板上方的位置处通过密封装置1223将该轴1222的上部密封。这样将密封装置1223设置在顶板的上方是为了将密封装置1223设置在低温部分。

在所述顶板上设置用于补充熔融盐1201的、储藏例如氢氧化钠的补充装置1224，该补充装置1224具有：漏斗h、以及与该漏斗h相连的长补充筒1224a，在该补充筒1224a上隔开一定距离具有开闭阀1224b和1224c，在补充时，首先打开开闭阀1224b，使一定量的氢氧化钠落入两开闭阀1224b、1224c之间，接下来，关闭上侧的开闭阀1224b，打开下侧的开闭阀1224c，使氢氧化钠落入到催化剂筒内。这是为了防止外部气体进入催化剂筒内。需要说明的是，此时，通过从设置在催化剂筒的上部侧壁的氩等非活性气体注入口1225，向催化剂筒内注入非活性气体，可以更有效地防止外部气体的侵入。

从所述外筒1207的上壁部延伸的排出口1206，延伸至所述水罐1210处，该排气对水罐1210内的水进行加热之后，被排放到外部。将该水罐1210的水输送到缠绕在催化剂筒1250的下部外周壁上的作为热交换器1209的热盘管，将在此产生的蒸气输送给所述水蒸气管1208，该水蒸气管1208如图50所示，其底部具有形成为圆形的圆形部1208a，在该圆形部1208a上具有多个喷出口，从而横贯熔融盐的整个液面喷射水蒸气。

在所述催化剂筒1250的顶板上固定2根热电偶1225、1226，长热电偶1226的下端浸渍在熔融盐内，短热电偶1225的下端位于熔融盐的液面上，使得液面保持在两个热电偶1225、1226的下端之间，当液面升高到短热电偶1225的上方时，热电偶1225的温度升高，液面降至长热电偶1226的下方时，热电偶1226的温度下降，由此可以判断液面的位置。

需要说明的是，氢管1211与由水罐构成的水蒸气除去装置1230连接，在该装置1230上连接有过滤器1231，该过滤器1231用于除去与氢一起排出的部分微粒群P，通过过滤器1231的氢，通过加压泵这样的加压装置1232加压至一定压力，并储存在氢储存罐1233中。选择地或同时将来自该氢储存罐1233及丙烷气体储存罐1234的氢及丙烷气体输送到燃烧器1204中。

如上所述，如果使该装置设置为立式，可以在反应炉的上部设置强度较弱的焊接部分，该焊接部分可以与熔融盐1201及微粒群11分离，并且可以充分确保充满微粒群11的反应空间，使得装置整体的设置面积能够小于卧式配置。

接下来，对本发明的氢产生装置的其它实施例进行说明。

在图51、52中，在炉筒1300上直立设置收纳有催化剂和金属元素供给体的微粒产生筒1301，在该微粒产生筒1301的周围设置外筒1302，该外筒1302安装有热风的排出口1303。在所述微粒产生筒1301的周围设置4根形成气相反应部的反应筒1304、1304...1304，这些反应筒1304具有用于形成热风通路的外筒1305、1305...1305，在这些外筒1305上设置有排出口1306、1306...1306。通过输送管1307、1307...1307，向所述各反应筒1304内的中心部输送微粒产生筒1301内产生的微粒群，除此之外，通过水蒸气管1308、1308...1308，向各反应筒1304内输送水蒸气，在反应筒1304内，水蒸气和微粒群进行反应产生氢，该氢通过氢管1309排出。所述水蒸气管1308与热交换器1310相连接，向该热交换器1310输送一定量的来自水罐1311的水，以产生120～140℃的过热蒸气。并依次向所述各反应筒1304内输送水蒸气，使得当反应筒1304内充满微粒群时，向该反应筒1304输送水蒸气。如上这样分别设置反应筒1304和微粒产生筒1301，是因为针对水蒸气和微粒群之间的反应，反应筒1304必须具有强度，并且提高强度较为容易。此外，相对于1个微粒产生筒1301，设置多个反应筒1304，如果在1个反应筒1304的反应后到使下面的反应筒1304进行反应的休止时间中，从微粒产生筒1301供给微粒群，则还可以增加氢的产量。

图53示出了本发明的氢产生装置的反应炉的其它实施例。通常来说，在催化剂上的反应为剧烈反应，由于在短时间内即会腐蚀水蒸气和催化剂的微粒群发生冲击的空间附近(特别是催化剂液面附近)，因此需要在离开液面的位置进行反应。在此，优选将催化剂筒1500分成两部分，将在下侧的催化剂收纳部1501和气相反应部1502上下组装。在所述催化剂收纳部1501的上面周围和气相反应部1502的下面周围上形成的法兰部1503，可以实现两部分的接合分离，在所述气相反应部1502的下面设置隔板1504，在其中心部，设置微粒群11可以升高的通过筒1505，将来自水蒸气管1506的水蒸气供给到气相反应部1502的中心部分，反应后的氢通过氢管1507排出。

接下来，参见图54，对代替加压泵1131(图44)的手动式氢用加压装置进行说明。

用于本发明的氢产生装置的氢用加压装置MP具有用于收纳对氢进行加压的水的水罐1350，该水罐1350通过氮管1351，与收纳了10个大气压以上的氮(只要是非活性气体即可，也可以为氩)的氮罐1352连接，在管1351上设置开闭阀1353、1354。从所述水罐1350的底部，通过水管1355，与压缩罐1356相连接。将该压缩罐1356固定在比水罐1350高的位置处，通过水头，可以使压缩罐1356内的水返回水罐1350。在水管1355上设置流量调节阀1357，通过气体管1358，向所述压缩罐1356供给由催化剂组件产生的氢气，在该气体管1358上设置开闭阀1359。通过气体管1361，从所述压缩罐1356连接至储藏使用的氢的能够搬运的气体储存罐1360，在气体管1361上设置开闭阀1362，在气体储存罐1360上设置开闭阀1363，在气体管1361和气体储存罐1363之间设置可拆卸的连接件1364。如果气体储存罐1360中储存有10个大气压以下的氢气，则下面的气体储存罐1365通过连接件1364与气体管1361连接。

以上为氢加压装置MP的主要结构，下面对用于节约来自氮罐1352的氮气的辅助装置S进行说明。

所述辅助装置S具有足够容积的氮罐1320，在该氮罐1320的头部上设置开闭阀1321，该开闭阀1321与氮气管路1322的一端连接，在氮气管路1322的另一端，设置开闭阀1323，通过切换这些开闭阀1321、1323，连接压缩罐1356和氮罐1320，或者将体系内的氮气放出到大气中。在所述氮罐1320的下面连接有管路1324和排水管1325，在水管路1324上安装有止回阀1326，在排水管1325上安装有开闭阀1327，在水管路1324上设置手动泵1328(也可以为脚踏泵)，向该手动泵1328中，供给例如来自自来水管的水。需要说明的是，在水罐1350、压缩罐1356、氮罐1320上安装有图中未示出的压力计和水位计，在氮罐1352、气体储存罐1360、1365上安装有图中未示出的压力计。

接下来，对氢用加压装置MP的作用进行说明。

生成的氢气通过气体管1358，首先被储存在压缩罐1356中，此时打开开闭阀1359，根据输送到压缩罐1356内的氢气的量，打开水管1355的流量调节阀1357，压缩罐1356内的水利用过水头流入到水罐1350内。此时，连通氮气管路1322的开闭阀1321、1323，水罐1350上部的氮气，通过氮气管路1322进入氮罐1320内。一定量的氢气进入到压缩罐1356内后，关闭气体管1358的开闭阀1359。此时，气体管1361的开闭阀1362、1363关闭。接下来，打开氮管1351的开闭阀1353、1354、关闭氮气管路1322的开闭阀1321、1323，将9～10个大气压的氮气供给到水罐1350的上部，将水面压到下方，通过水管1355，将水输送至压缩罐1356，压缩压缩罐1356内的氢气至9～10个大气压，接下来，打开气体管1361的开闭阀1362、1363，将该氢气输送到气体储存罐1360内。此后，使氮气管路1322的开闭阀1321、1323连通，打开水罐1350内的氮气管1358的开闭阀1359，边将氢气输送到压缩罐1356中，边利用水头将氢气输送到水罐1350内。向压缩罐1356内中输送一定量的氢气，利用氮储存罐1352内的压力氮，将水罐1350内的水输送到压缩罐1356，再次使压力升高至9～10个大气压，然后，向气体储存罐1360内输送氢气。这样重复操作该循环数次，使气体储存罐1360的压力为9～10个大气压时，从连接件1364上分离气体储存罐1360，并使其与预备的气体储存罐1365连接。从氮罐1352流出的氮，被储存在氮罐1320中，在水罐1350的头部的氮气的压力高于压缩罐1356的水的水头时，切换开闭阀1323以形成大气压，使得水罐1350的水的出入变得顺利。以后，即使不使用氮罐1352，只要压缩氮罐1320的氮气，也可以推出水罐1350的水。即，关闭开放阀1321，使泵1328运转，将水输送到氮罐1320中，使其中的氮气的压力升高至9～10个大气压。然后，在通过气体管路1322，将氮气输送到水罐1350内时，可以进行压缩操作，在吸收水罐1350内的氮气时，打开开闭阀1327，使得氮罐1320内的水，通过排水管1325排出。

如上所述，如果使用水对收集的氢气进行压缩，则可以不使用电，因此可以安全地不需要使氢进入到空气中而进行压缩。

水蒸气在催化剂液面上流动，如图55所示，如果形成如下结构：将催化剂C放入到催化剂筒1510内，使其熔融形成液态，使蒸气供给管1511的下端浸渍在熔融催化剂内，水蒸气直接通过催化剂内并分解，从流出管回收氢和氧，则水蒸气在以泡状形式上升时，通过上述的反应，水蒸气被充分地分解。

接下来，对向各氢产生装置供给的特殊催化剂进行说明。

在图56中，催化剂制造装置CM具有熔融釜1400，通过加热器1401，将该熔融釜1400加热至400～600℃，在釜内收纳有氢氧化钠(NaOH)1402以及SUS304或SUS316L的鳍1403，如果来自鳍1403的铬(Cr)、镍(Ni)、钼(Mo)、及铁(Fe)充分熔融，打开从釜底面伸长的供给管1404的阀1405，将催化剂依次供给到设置在密封罩1406内的箱体1407内。在输送带1408上放置多个所述箱体1407，催化剂溶液在箱体1407内被冷却凝固，并储存在收纳部1409中。由于催化剂溶液容易氧化，因此向密封罩1406内注入非活性气体。

为了在氢产生装置的催化剂筒内赋予与所述鳍1402相同的作用，所述箱体1407由SUS304或SUS316L形成，该箱体1407为例如形成为1mm以下的厚度，在该箱体1407内收纳有固体化后的催化剂1409，该催化剂1409由熔融有SUS304或SUS316L成分的氢氧化钠形成。将根据需要在所述箱体1407上面覆盖有由SUS304形成的盖1408的催化剂1409放入到催化剂补充装置中，从而不会与空气接触。这样一来，如图58所示，取下盖1408的被密封的催化剂纵向放置在氢产生装置的催化剂补给装置1410的漏斗1411的分隔空间1413中，向外边拉出在其底部上设置的可以自由滑动的滑动板1412，使得催化剂依次落入到催化剂筒内。这样一来，如果逐个箱体地向催化剂筒内供给，则不再需要作为金属元素供给体的鳍等。

此外，如图59所示，收纳催化剂1409的箱体1407，由利用切割机1415切割成适当大小的催化剂的小片1416制作，可以将这些小片1416真空包装，并输送给通常的催化剂补给装置。