(57)【要約】  【課題】  水素供給体もしくは水素貯蔵体の脱水素反応および水素付加反応のための加熱をの効率をより向上させる。  【解決手段】  水素供給・水素貯蔵装置は、脱水素反応または水素付加反応に必要な触媒と、水素供給体または水素貯蔵体が内部に配置される反応器７と、反応温度を上昇させるための触媒燃焼部６を有する。そして、触媒燃焼部６には燃料電池未利用水素と脱水素後の芳香族を供給し、燃焼ガスにより反応に必要な加熱を行なう。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を放出して芳香族化合物に変化する水素供給体と、逆に上記水素と反応してその水素を貯蔵する上記芳香族化合物から成る水素貯蔵体との間における脱水素反応または水素付加反応を利用して水素の供給または貯蔵を行う水素供給・貯蔵装置であって、上記脱水素反応または上記水素付加反応に必要な触媒と、上記水素供給体または水素貯蔵体が内部に配置される反応器とを有し、加熱源に触媒燃焼ガスを用いることを特徴とする水素供給・貯蔵装置。 
【請求項２】
前記触媒燃焼ガスにより触媒あるいは原料あるいは触媒と原料の両方を加熱することを特徴とする請求項１記載の水素供給・貯蔵装置。 
【請求項３】
燃焼用燃料ガスが水素あるいは水素と水素貯蔵体ないしは水素供給体であることを特徴とする請求項１または２記載の水素供給・貯蔵装置。 
【請求項４】
燃焼用燃料ガスが水素と水素貯蔵体ないしは水素供給体である場合は、水素を先に供給するあるいは水素と水素貯蔵体ないしは水素供給体を混合して燃焼触媒に供給することを特徴とする請求項１または２または３記載の水素供給・貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素を供給または貯蔵可能な水素供給・貯蔵装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、主として、火力発電および原子力発電が電気エネルギーの供給方法であるが、かかる方法は、地球環境への影響、安全面および埋蔵量など、種々の問題を抱えている。また、自動車は、主として、ガソリン、軽油、プロパンガス等の炭化水素系の燃料を用いているが、かかる燃料は、地球環境に悪影響を与えるという問題を抱えている。
【０００３】
上記問題に鑑みて、発電用の燃料や自動車用の燃料として水素が注目されてきている。水素は、水の電気分解により生成できるため、ほぼ無尽蔵に存在すると共に、燃焼後に二酸化炭素を発生しないクリーンなエネルギー源でもある。
【０００４】
一方、同じ炭素数を有する環状炭化水素として、ナフタレンとデカリンが知られている。前者のナフタレンは、炭素同士の結合が部分的に二重結合となっている不飽和炭化水素であるのに対し、後者のデカリンは、炭素同士の結合に二重結合を持たない飽和炭化水素である。このため、ナフタレンに水素を付加させると、デカリンが得られ、デカリンから水素の一部を除くと、ナフタレンが得られる。同様に、トルエンの水素付加反応によりメチルシクロヘキサンが得られ、メチルシクロヘキサンの脱水素反応によりトルエンが得られる。このように、これらの炭化水素の水素付加反応と脱水素反応とを利用することにより、水素の貯蔵および供給が可能となる。かかる水素の貯蔵あるいは供給の技術は、自動車用途をはじめ、さまざまな方面で期待されている。(たとえば特許文献１)
【０００５】
【特許文献１】特開２００２-１８７７０２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、飽和炭化水素（以降、水素供給体という）と不飽和炭化水素（以降、水素貯蔵体という）との間における脱水素反応および水素付加反応を利用した水素の供給および貯蔵を実用化するには、さらに反応効率を向上させ、効率よく水素を供給および貯蔵することが望まれており、また装置の小型化や製造コストを小さくする必要がある。特に反応のための加熱源としては電気ヒーター、熱媒油あるいは原料を加熱炉にて燃焼加熱する方法が取られているが、電気ヒーターでは一次エネルギーの利用効率が低くなってしまうこと、熱媒油や加熱炉加熱では装置構成が複雑・大掛かりになるという問題があり、これを解決することが望まれている。
【０００７】
本発明はかかる問題に鑑みてなされたものであり、簡便な機構で効率よく反応に必要な加熱を行ない、加熱のための一次エネルギー削減とエネルギー効率をより向上させることが可能な水素供給・貯蔵装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記問題点にかんがみ、水素供給体と水素貯蔵体との間において、脱水素反応を利用して水素を供給し、もしくは水素付加反応を利用して水素を貯蔵するものであり、脱水素反応もしくは水素付加反応に必要な触媒と、水素供給体もしくは水素貯蔵体が内部に配置される反応器と、反応温度を上昇させるための加熱手段とを有する水素供給・貯蔵装置であって、加熱源に触媒燃焼ガスを用いることを特徴としている。
【０００９】
上述の発明によれば、加熱源に触媒燃焼ガスを用いることで、装置全体の構成が簡略化され、小型化や製造コストを小さくすることができる。また燃焼ガスの熱を直接利用することにより、効率よく脱水素または水素付加反応を行わせることができる。
【００１０】
また、他の発明は、上述の燃焼ガスにより加熱する対象を原料あるいは触媒あるいはその両方とすることにより装置を構成する機器の配置や形状を自由に設計することができることを特徴としている。
【００１１】
上述の発明によれば、選択した水素供給体もしくは水素貯蔵体の特性に合わせて自由に装置設計を行なうことが可能となり、装置エネルギー効率の向上にも寄与する。
【００１２】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、燃焼用燃料ガスが燃料電池未利用水素あるいは燃料電池未利用水素と水素貯蔵体を用いることを特徴としている。
【００１３】
上述の発明によれば、燃料電池のみ利用水素を燃料ガスに用いることで、燃料電池装置において未利用水素のリサイクル利用機構や定期的に不純物をパージする機構を省略することができる。
【００１４】
また、他の発明は、水素貯蔵体を燃料ガスに用いる場合において、水素と混合するか、あるいは水素を先に燃料触媒に供給することを特徴としている。
【００１５】
上述の発明によれば、水素ガスが常温にて先に触媒燃焼し、温度が上昇したところで水素貯蔵体が燃焼することとなるので、電気ヒーターなどの予熱機構が不要となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明にかかる水素供給・貯蔵装置の各実施形態を、図１から図２にもとづいて詳細に説明する。
図１は、以下に説明する各実施の形態に共通する作用を説明するための図である。具体的には、水素貯蔵体(以降、芳香族化合物という)の水素付加反応を利用した水素の貯蔵と、その水素付加反応により生成した水素供給体（以降、有機ハイドライドという）の脱水素反応を利用した水素の供給の原理を示す図である。
【００１７】
ナフタレンやトルエン等の芳香族化合物１は、水の電気分解等により生成した水素２と水素付加反応をして、デカリンやメチルシクロヘキサン等の有機ハイドライド３となる。具体的には、芳香族化合物１の炭素間の二重結合に水素２が付加する。すなわち、水素２は、有機ハイドライド３の形で貯蔵されることになる。
【００１８】
また、有機ハイドライド３は、脱水素反応により、芳香族化合物１と水素２とに分解する。なお、このように供給した水素２は、たとえば酸素４と共に燃料電池５に供給される。この燃料電池５は、水の電気分解と逆の原理で、電気を供給する。
【００１９】
このように、芳香族化合物１は水素２を貯蔵できる水素貯蔵体として機能し、有機ハイドライド３は水素２を供給させる水素供給体として機能する。このため、芳香族化合物１と有機ハイドライド３とのサイクルを利用した水素供給・貯蔵システムが形成できる。
【実施例】
【００２０】
図２は、水素供給・貯蔵装置の構成の一例を示す図である。なお、以下、水素供給・水素貯蔵装置が脱水素反応を利用して水素を外部の装置に供給する場合について主に説明し、有機ハイドライドとしてメチルシクロヘキサン、芳香物化合物としてトルエンを用いた例について説明する。ただし、この水素供給・水素貯蔵装置では、反応容器７内に水素貯蔵体となる芳香族化合物（具体的には、トルエン等）と水素を投入し水素付加反応させることにより水素の貯蔵を行うこともできる。
【００２１】
図２に示す水素供給・水素貯蔵装置では、脱水素用触媒を具備した反応器７においてメチルシクロヘキサンを脱水素反応させて、水素とトルエンを生成し、水素を外部へ送るとともに、トルエンなどの生成物を排出することが可能である。
【００２２】
水素供給・水素貯蔵装置では、触媒燃焼部６において水素あるいは水素とトルエンを触媒燃焼して燃焼ガスが生成する。水素は必ず触媒燃焼部の入口から供給される。トルエンは水素と混合して触媒燃焼部入口からあるいは単独では燃焼触媒部の途中から供給される。
【００２３】
燃焼ガスは反応器内の触媒の加熱あるいは原料加熱部８にて原料有機ハイドライドを加熱し、さらに空気予熱部９にて燃焼用空気を加熱した後に排気される。
【００２４】
このように、触媒燃焼部６においては、先に水素を供給すると水素は常温にて燃焼触媒上で酸化・燃焼するので予熱のための電気ヒーター等が不要となる。
【００２５】
このように、燃料ガスに芳香族を利用する場合にも水素が先に燃焼し、触媒燃焼部の温度が上がったところから芳香族の燃焼が始まるので、予熱のための電気ヒーターが不要となる。
【００２６】
また、燃料水素としては燃料電池の未利用水素をそのまま用いることができる。これにより燃料電池装置では未利用水素をリサイクル使用するための機構を具備する必要がなくなるとともに、パージのための機構も省略することができる。
【００２７】
また、反応器と触媒燃焼部は別々の機器とする必要は無く、一体型に配置されてもかまわない。
【００２８】
以上説明したように、本発明の水素供給・貯蔵装置によれば、水素供給体もしくは水素貯蔵体の脱水素反応および水素付加反応のための加熱を効率よく行なうことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の水素供給・貯蔵装置を利用する水素貯蔵・供給システムの根幹をなす原理を示す図で、芳香族化合物の水素付加反応と、その芳香族化合物の水素付加反応により生成した化合物（有機ハイドライド）の脱水素反応とを利用して水素を貯蔵あるいは供給させる流れを示す図である。
【図２】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の実施の形態の構成概要図である。
【符号の説明】
【００３０】
６  触媒燃焼部
７  反応器
８  原料加熱部
９  空気予熱部
【図１】
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【図２】
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