氢制造用部件和氢制造装置制造方法及图纸

氢制造用部件由陶瓷复合体构成，所述陶瓷复合体是平均粒径为5nm～200nm的多个陶瓷粒子分散在具有与该陶瓷粒子不同的组成的多孔的绝缘体中而成的。陶瓷粒子以选自AXO3±δ(其中，0≤δ≤1；A：稀土类元素、碱土类元素和碱金属元素中的至少一种；X：过渡金属元素和准金属元素中的至少一种；O：氧)、氧化铈和氧化锆的组中的至少1种作为主成分。

Hydrogen manufacturing components and hydrogen manufacturing equipment

The component of hydrogen is made up of a ceramic complex, which is composed of a number of ceramic particles with an average size of 5nm to 200nm dispersed in a porous insulator with different composition of the ceramic particles. Ceramic particles are selected from AXO3 + delta (of which, 0 < < < delta = 1; A: at least one of the rare earth elements, alkaline earth elements and alkali metals; X: at least one of the transition metal elements and the quasi metal elements; at least 1 of the O: oxygen), cerium oxide and zirconium oxide groups are used as the principal components.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】氢制造用部件和氢制造装置
本申请涉及氢制造用部件和氢制造装置。
技术介绍
近年来，作为与矿物燃料的消耗相伴的二氧化碳的增加导致的全球变暖等问题的解决方案，不排放二氧化碳的清洁可再生能源替代矿物燃料而受到关注。不用担心作为可再生能源之一的太阳能会枯竭。另外，还能有助于削减温室效应气体。在这样的状况下，从太阳光中寻求一次能源、并用氢维持二次能源的形式是理想的清洁能源体系之一，当务之急是该体系的确立。例如，作为将太阳能转化成化学能的方法之一，提出了将氧化铈(CeO2)等陶瓷部件用作反应体系载体。其利用反应体系载体上发生的两阶段水分解反应(例如，参照专利文献1)。具体而言，首先，在第一步骤中，使用太阳能将作为反应体系载体的陶瓷部件加热至1400℃～1800℃。在该第一步骤中，该陶瓷部件被还原而产生氧。接着，在第二步骤中，将还原后的陶瓷部件冷却至300℃～1200℃。在该第二步骤中，使陶瓷部件与水发生反应。此时，还原后的陶瓷部件被氧化而产生氢。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2009-263165号公报
技术实现思路
本申请的氢制造用部件是由陶瓷复合体构成的氢制造用部件，上述陶瓷复合体是平均粒径为5nm～200nm的多个陶瓷粒子分散在具有与该陶瓷粒子不同的组成的多孔的绝缘体中而成的，上述陶瓷粒子以选自AXO3±δ(其中，0≤δ≤1；A：稀土类元素、碱土类元素和碱金属元素中的至少一种；X：过渡金属元素和准金属元素中的至少一种；O：氧)、氧化铈和氧化锆的组中的至少1种作为主成分。本申请的氢制造装置具备：接受太阳能而发生氧化/还原反应的反应部；向该反应部中供给水的供水部；以及，回收由上述反应部产生的氢气的回收部，上述反应部设置有上述氢制造用部件。附图说明图1是示意性地示出本申请的氢制造用部件的一个实施方式的截面图。图2示出本实施方式的其它方式，是示出在陶瓷复合体上设置有光吸收部件的氢制造用部件的示意图，(a)是光吸收部件为含金属粒子复合体的情况，(b)是光吸收部件为金属系膜层叠体的情况。图3是示出相对于图2的(a)所示的氢制造用部件分别设置有金属膜的构成的截面示意图。图4是示意性地示出使本实施方式的氢制造装置运转时的状态的截面图，(a)是由氢制造用部件生成了氧的状态，(b)是由该氢制造用部件生成了氢的状态。图5是示意性地示出反应部的外观结构的立体图。(a)是平板型、(b)是同轴类型的中空圆筒型、(c)是非同轴类型的中空圆筒型。图6示出本实施方式的氢制造装置的其它方式，是示出与图4所示的氢制造装置内的反应部邻接地设置有氢吸储部件的构成的截面示意图。具体实施方式图1是示意性地示出本申请的氢制造用部件的一个实施方式的截面图。本实施方式的氢制造用部件由陶瓷复合体5构成，上述陶瓷复合体5是微小的陶瓷粒子1分散在多孔的绝缘体3中而成的。绝缘体3由主成分与陶瓷粒子1不同的材料形成。作为绝缘体3的材料，氧化硅、氧化铝、氧化锌、碱土类元素的氧化物、稀土类元素的氧化物和它们的复合氧化物是适合的材料。此时，绝缘体3具有多个开气孔6，该开气孔6以从陶瓷复合体5的外表面5a到达内部的陶瓷粒子1的方式延伸。此时，开气孔率优选为10％以上。绝缘体3的开气孔率使用对于包含了陶瓷粒子1的陶瓷复合体5进行测定得到的值。这是因为：陶瓷粒子1为致密体，绝缘体3的气孔率直接相当于陶瓷复合体5的气孔率。陶瓷粒子1以选自AXO3±δ(其中，0≤δ≤1；A：稀土类元素、碱土类元素和碱金属元素中的至少一种；X：过渡金属元素和准金属元素中的至少一种；O：氧)、氧化铈和氧化锆的组中的至少1种作为主成分。此时，陶瓷粒子1的平均粒径(在图1中示作符号D)为5nm～200nm。此处，作为稀土类元素，优选选自元素周期表第6族的镧系元素中的至少1种。作为过渡金属元素，优选选自Ti、V、Cr、Mn、Zr、Nb和Ta的组中的至少1种。作为准金属元素，优选为选自B、Si、Ge、As、Se、Sb、Te、Po和At的组中的至少1种。需要说明的是，作为从AXO3±δ、氧化铈和氧化锆的组中组合多种而成的例子，可列举出将一部分氧化锆用氧化铈置换而成的复合氧化物。此处，主成分是指：例如对于陶瓷复合体5，由使用了X射线衍射的Rietveld分析求出的比例达到60质量％以上的成分。具有上述主成分的陶瓷粒子1如果放置在高温环境下，则发生下述(1)式所示的缺陷反应。[化学式1]氧空穴2e′：电子此时，构成陶瓷复合体5的陶瓷粒子1是微小的，因此，通过上述缺陷反应而在陶瓷粒子1内生成的电子容易停留在该陶瓷粒子1的表面。由此，陶瓷粒子1的表面等离子体效应提高。由此能够使陶瓷复合体5自身变为高温状态。其结果，陶瓷粒子1自身具有吸收光的功能。如果制成使发生这样的反应的陶瓷粒子1存在于多孔的绝缘体3中的状态，则陶瓷粒子1在高温状态下如式(2)那样地发生释放出氧的反应(以下，有时称为氧释放反应)。另一方面，在比发生氧释放反应的温度更低的温度下，发生式(3)所示那样的生成氢的反应(以下，有时称为氢生成反应)。[化学式2]MO：金属氧化物OX：氧化状态Red：还原状态[化学式3]MOred+H2O＝MOox+H2…(3)这是因为：在构成陶瓷复合体5的绝缘体3的内部，陶瓷粒子1因上述缺陷反应而显现出表面等离子体效应，并且发生上述氧化/还原反应。此时，作为陶瓷粒子1，平均粒径越小，则越可期待表面等离子体效应。但是，目前难以制备平均粒径小于5nm的陶瓷粒子1。另一方面，陶瓷粒子1的平均粒径大于200nm的情况下，难以表现出表面等离子体效应。因此，无法使陶瓷复合体5自身呈现高温状态。其结果，难以生成氢。另外，从提高陶瓷粒子1的表面等离子体效应的观点出发，陶瓷复合体5中包含的陶瓷粒子1的比例以体积比计优选为20％～80％。另外，陶瓷粒子1优选在以个数比计90％以上在绝缘体3中以单一粒子的形式孤立的状态下分散存在。换言之，本实施方式的氢制造用部件中，陶瓷粒子1优选隔着构成绝缘体3的材料以个数比计为90％以上的比例单个地存在。对陶瓷复合体5的截面使用电子显微镜及其附带的分析器(EPMA)来求出在陶瓷复合体5的内部存在的陶瓷粒子1的比例。例如，研磨陶瓷复合体5而使陶瓷粒子1露出，并指定其截面中存在的陶瓷粒子1达到30个～100个的特定区域。接着，求出该区域的面积和该区域内存在的陶瓷粒子1的总面积，并求出相对于区域面积的陶瓷粒子1的总面积。将这样求出的面积比例记作体积比例。陶瓷粒子1在绝缘体3中是否以单一粒子的形式在孤立状态下存在的判定也由上述观察计算个数来进行。图2示出本实施方式的其它方式，是示出在陶瓷复合体上设置有光吸收部件的氢制造用部件的示意图，(a)是光吸收部件为含金属粒子复合体的情况，(b)是光吸收部件为金属膜层叠体的情况。对于本实施方式的氢制造用部件，作为进一步提高陶瓷复合体5的温度的方法，如图2的(a)、(b)所示那样，可以在陶瓷复合体5上设置成为来自外部的热介质的光吸收部件7。图2的(a)所示的含金属粒子复合体7A是在致密的陶瓷烧结体7a的内部分散有金属粒子7b的复合体。此时，含金属粒子复合体7A通过吸收太阳光而使金属粒子7b中存在的自由电子表现出表面等离子体效应，由此，含金属粒子复合体7A自身发热。作为金本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种氢制造用部件，其特征在于，其是由陶瓷复合体构成的氢制造用部件，所述陶瓷复合体是平均粒径为5nm～200nm的多个陶瓷粒子分散在具有与该陶瓷粒子不同的组成的多孔的绝缘体中而成的，所述陶瓷粒子以选自AXO3±δ、氧化铈和氧化锆的组中的至少1种作为主成分，式AXO3±δ中，0≤δ≤1；A：稀土类元素、碱土类元素和碱金属元素中的至少一种；X：过渡金属元素和准金属元素中的至少一种；O：氧。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.14 JP 2015-243303;2016.05.20 JP 2016-101591.一种氢制造用部件，其特征在于，其是由陶瓷复合体构成的氢制造用部件，所述陶瓷复合体是平均粒径为5nm～200nm的多个陶瓷粒子分散在具有与该陶瓷粒子不同的组成的多孔的绝缘体中而成的，所述陶瓷粒子以选自AXO3±δ、氧化铈和氧化锆的组中的至少1种作为主成分，式AXO3±δ中，0≤δ≤1；A：稀土类元素、碱土类元素和碱金属元素中的至少一种；X：过渡金属元素和准金属元素中的至少一种；O：氧。2.根据权利要求1所述的氢制造用部件，其特征在于，所述陶瓷复合体中的所述陶瓷粒子的比例为20体积％～80体积％。3.根据权利要求1或2所述的氢制造用部件，其特征在于，所述多个陶瓷粒子以个数比计90％以上孤立地存在。4.根据权利要求1～3中任一项所述的氢制造用部件，其特征在于，在所述陶瓷复合体上设置有光吸收部件。5.根据权利要求4所述的氢制造用部件，其特征在于，所述光吸收部件是在电介质中分散有金属粒子的含金属粒子复合体、或层叠有金属系膜和电介质的金属系膜层叠体。6.根据权利要求4或5所述的氢制造用部件，其特征在于，在所述陶瓷复合体与所述光吸收部件之间设置有金属膜。7.一种...

【专利技术属性】
技术研发人员：秋山雅英，大隈丈司，
申请(专利权)人：京瓷株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP