(57)【要約】【課題】  工場等で生じる廃熱を利用して、液体メタノール等の炭化水素系液体原料から効率的に水素を生成する水素生成装置及び水素生成方法を提供する。【解決手段】  水素生成装置は、液体燃料を含む液体原料の供給部及び生成した水素の排出部を有し、熱源に接する又は近接するように設けられる、中空且つリボン状の可撓性部材と、可撓性部材内に充填された触媒を担持した粒子状の多孔質体とを備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
触媒を担持した多孔質体を用い、液体燃料を含む液体原料を細孔の毛管力によって給液するとともに、熱源からの熱を得て前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応又は水蒸気改質反応によって水素を生成する水素生成装置であって、
液体原料の供給部及び生成した水素の排出部を有し、熱源に接する又は近接するように設けられる、中空且つリボン状の可撓性部材と、
前記可撓性部材内に充填された触媒を担持した粒子状の多孔質体と、
を備えた水素生成装置。
【請求項２】
前記可撓性部材の断面が扁平状に形成されている請求項１に記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記液体燃料が、メタノール、ジメチルエーテル、２−プロパノール、及び、シクロヘキサンからなる群から選択された１種以上である請求項１又は２に記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記多孔質体に担持された触媒が、白金、コバルト、亜鉛、銅、鉄、ニッケル、クロム、パラジウム、ルテニウム、及び、ロジウムからなる群から選択された１種以上の金属又はその酸化物である請求項１〜３のいずれか一項に記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記可撓性部材は折り曲げられて前記熱源の発熱面上に二層に積層されており、
前記可撓性部材の前記熱源側に位置する内側の層と、前記可撓性部材の外側の層との間には熱伝導性の隔壁が設けられており、
前記可撓性部材の外側の層が前記液体原料の供給部を有し、
前記可撓性部材の内側の層が反応部と前記生成した水素を含む混合気の排出部を有する請求項１〜４のいずれか一項に記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記可撓性部材の内側の層の中に、波板状多孔板壁間に前記触媒を担持した多孔質粒子を充填するようなコルゲート状に形成された触媒層が挿入されている請求項５に記載の水素生成装置。
【請求項７】
触媒を担持した多孔質体を用い、液体燃料を含む液体原料を細孔の毛管力によって給液するとともに、熱源からの熱を得て前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応又は水蒸気改質反応によって水素を生成する水素生成方法であって、
触媒を担持した粒子状の多孔質体を内部に充填したリボン状の可撓性部材を熱源に巻き付けた状態で、前記可撓性部材の一端に液体原料を供給することで、前記液体原料を前記可撓性部材内の多孔質体の細孔の毛管力により給液させるとともに、熱源からの熱を得て前記可撓性部材内で前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応又は水蒸気改質反応によって水素を生成し、前記可撓性部材の他端から生成した水素を排出する水素生成方法。
【請求項８】
前記可撓性部材の断面が扁平状に形成されている請求項７に記載の水素生成方法。
【請求項９】
前記液体燃料が、メタノール、ジメチルエーテル、２−プロパノール、及び、シクロヘキサンからなる群から選択された１種以上である請求項７又は８に記載の水素生成方法。
【請求項１０】
前記多孔質体に担持された触媒が、白金、コバルト、亜鉛、銅、鉄、ニッケル、クロム、パラジウム、ルテニウム、及び、ロジウムからなる群から選択された１種以上の金属又はその酸化物である請求項７〜９のいずれか一項に記載の水素生成方法。
【請求項１１】
前記可撓性部材を折り曲げて前記熱源の発熱面上に二層に積層し、前記可撓性部材の前記熱源側に位置する内側の層と、前記可撓性部材の外側の層との間に熱伝導性の隔壁を設けた状態で、前記可撓性部材の外側の層の端部に液体原料を供給することで、前記液体原料を前記可撓性部材内の多孔質体の細孔の毛管力により給液させるとともに、熱源からの熱を得て前記可撓性部材内で前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応又は水蒸気改質反応によって水素を生成し、前記可撓性部材の内側の層の端部から生成した水素を排出する請求項７〜１０のいずれか一項に記載の水素生成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置及び水素生成方法に関し、より詳細には、多孔質体を用いて液体メタノール等の炭化水素系液体原料から効率的に水素を生成する水素生成装置及び水素生成方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
工場における廃熱を回収し、エネルギーの利用を向上させようとする場合、廃熱回収の工程や設備の組み込みによる複雑化やコスト増、本来の製造工程や製品の品質への影響のリスクから、廃熱回収そのものを逡巡する場合が少なくない。このため、既存の設備や工程に影響を与えることなく、またできるだけ経済的で簡易な設備の設置により、工場における廃熱を回収する方法が求められている。
【０００３】
また、工場における廃熱回収は、８００℃程度から１０００℃を超える温度までの高温の熱の利用、次に、８００℃程度から６００℃程度までの温度の熱の利用、さらに、６００℃程度以下の温度の熱の利用というように、熱源からの熱をカスケード状（段階的又は多段的）に利用することが一般的である。しかしながら、廃熱が２００℃程度以下の低温となると、その有効利用が限られている。
【０００４】
そこで、このような工場における廃熱回収の手法として、近年、メタノール等の液体燃料の水蒸気改質により、工場の廃熱の温度レベル（約１５０〜２００℃）という低温で水素を得るプロセスが注目されている。
【０００５】
通常、メタノール等の液体燃料の水蒸気改質によって水素を得るには、液体燃料の蒸気（或いは、液体燃料の蒸気及び水蒸気の混合気）を生成する工程と、触媒粒子等を充填した反応器（又は改質器）に液体燃料の蒸気を導入して液体燃料の分解反応（又は水蒸気改質反応）を進行させる工程が必要である。このため、従来、水素生成装置は、液体燃料を給送する給液ポンプと、液体燃料の蒸気（或いは、液体燃料の蒸気及び水蒸気の混合気）を生成する蒸発器と、触媒の存在下に液体燃料を分解し又は水蒸気改質する反応器とが設けられている（特許文献１、２等）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−１５４００１号公報
【特許文献２】特表２００３−５０１３４２号公報
【特許文献３】特開２０１３−１６３６２４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、このような従来の水素生成装置は、装置サイズが大型化し、或いは、装置構造が複雑化してしまうという問題がある。また、特に、工場における廃熱を利用して水素を生成する場合、このような大型化あるいは複雑化した装置では、装置の設置スペースが確保し難く、さらに本来の工場の製造ライン等の設計を改変して設置しなければならず、工場の製品の製造効率に悪影響を与える等の点で大きな問題が生じる。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、工場等で生じる廃熱を利用して、液体メタノール等の炭化水素系液体原料から効率的に水素を生成する水素生成装置及び水素生成方法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】
【０００９】
従来の大型化、複雑化した水素生成装置を、単純な構造にした技術としては、本発明者が、触媒を担持し、液体燃料を含浸させた多孔質体の表面を加熱した際に、加熱面付近に形成する乾燥域を蒸気過熱と触媒反応に、また蒸発界面に向かう毛管液流をポンプと液の予熱に利用することで、単純な多孔質構造体のみにより、水素を生成するパッシブ型水素生成装置を発案し、実験により実証している（特許文献３）。
【００１０】
本発明者は、さらに研究を重ねたところ、多孔質体が有する多様な機能（毛管力による液供給機能、マイクロチャネル熱伝達機能、触媒担持機能、物質移動促進機能）を利用して、熱源（本発明において、熱源とは熱供給源も含む）からの熱をカスケード状（段階的又は多段的）に利用することにより、液体の予熱、気化、反応を同時進行的に行わせて水素を発生させるパッシブプロセスにおいて、水素生成反応器を可撓性のあるリボン状に形成することで、工場等の既設配管等の熱源に巻き付けるだけで、廃熱から無動力で効率良く水素が得られることを考案した。
【００１１】
すなわち、本発明は一側面において、触媒を担持した多孔質体を用い、液体燃料を含む液体原料を細孔の毛管力によって給液するとともに、熱源からの熱を得て前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(または脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成する水素生成装置であって、液体原料の供給部及び生成した水素の排出部を有し、熱源に接する又は近接するように設けられる、中空且つリボン状の可撓性部材と、前記可撓性部材内に充填された触媒を担持した粒子状の多孔質体とを備えた水素生成装置である。
【００１２】
本発明の水素生成装置は一実施形態において、前記可撓性部材の断面が扁平状に形成されている。
【００１３】
本発明の水素生成装置は別の一実施形態において、前記液体燃料が、メタノール、ジメチルエーテル、２−プロパノール、及び、シクロヘキサンからなる群から選択された１種以上である。
【００１４】
本発明の水素生成装置は更に別の一実施形態において、前記多孔質体に担持された触媒が、白金、コバルト、亜鉛、銅、鉄、ニッケル、クロム、パラジウム、ルテニウム、及び、ロジウムからなる群から選択された１種以上の金属又はその酸化物である。
【００１５】
本発明の水素生成装置は更に別の一実施形態において、前記可撓性部材は折り曲げられて前記熱源の発熱面上に二層に積層されており、前記可撓性部材の前記熱源側に位置する内側の層と、前記可撓性部材の外側の層との間には熱伝導性の隔壁が設けられており、前記可撓性部材の外側の層が前記液体原料の供給部を有し、前記可撓性部材の内側の層が反応部と前記生成した水素を含む混合気の排出部を有する。
【００１６】
本発明の水素生成装置は更に別の一実施形態において、前記可撓性部材の内側の層の中に、波板状多孔板壁間に前記触媒を担持した多孔質粒子を充填するようなコルゲート状に形成された触媒層が挿入されている。
【００１７】
本発明は別の一側面において、触媒を担持した多孔質体を用い、液体燃料を含む液体原料を細孔の毛管力によって給液するとともに、熱源からの熱を得て前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成する水素生成方法であって、触媒を担持した粒子状の多孔質体を内部に充填したリボン状の可撓性部材を熱源に巻き付けた状態で、前記可撓性部材の一端に液体原料を供給することで、前記液体原料を前記可撓性部材内の多孔質体の細孔の毛管力により給液させるとともに、熱源からの熱を得て前記可撓性部材内で前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成し、前記可撓性部材の他端から生成した水素を排出する水素生成方法である。
【００１８】
本発明の水素生成方法は一実施形態において、前記可撓性部材の断面が扁平状に形成されている。
【００１９】
本発明の水素生成方法は別の一実施形態において、前記液体燃料が、メタノール、ジメチルエーテル、２−プロパノール、及び、シクロヘキサンからなる群から選択された１種以上である。
【００２０】
本発明の水素生成方法は更に別の一実施形態において、前記多孔質体に担持された触媒が、白金、コバルト、亜鉛、銅、鉄、ニッケル、クロム、パラジウム、ルテニウム、及び、ロジウムからなる群から選択された１種以上の金属又はその酸化物である。
【００２１】
本発明の水素生成方法は更に別の一実施形態において、前記可撓性部材を折り曲げて前記熱源の発熱面上に二層に積層し、前記可撓性部材の前記熱源側に位置する内側の層と、前記可撓性部材の外側の層との間に熱伝導性の隔壁を設けた状態で、前記可撓性部材の外側の層の端部に液体原料を供給することで、前記液体原料を前記可撓性部材内の多孔質体の細孔の毛管力により給液させるとともに、熱源からの熱を得て前記可撓性部材内で前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成し、前記可撓性部材の内側の層の端部から生成した水素を排出する。
【発明の効果】
【００２２】
液体燃料からの水素を生成させるための装置として今後求められるものは、直接接続した機器それぞれを能動制御するアクティブ型ではなく、機器構成や制御を簡素化した高効率で省エネルギー型のものである。技術のブレークスルーを図るポイントは、単純な構造や材料を用いることにより、熱流体の本来持つ高い機能を如何に引き出し、パッシブに活用するかにある。
【００２３】
本発明では、粒子状の多孔質体を用いることにより、
（１）毛管力による自動給液
（２）細孔内流れのマイクロチャンネル熱伝達による液体の高効率予熱
（３）膨大な数のメニスカス部の液膜蒸発による迅速な気化
（４）細孔内流れのマイクロチャンネル熱伝達による蒸気の効率的な過熱
（５）細孔に担持した触媒の膨大な表面積と流れの分岐・合流による物質移動促進作用
（６）これら（１）〜（５）を熱源からの熱のみを駆動源として水素を生成させるパッシブプロセス
の六つの熱流体機能を利用して液体燃料から水素を効率良く生成させることができる。
加えて、本発明によれば、触媒を担持した粒子状の多孔質体を内部に充填したリボン状の可撓性部材を用いることで、工場における既設の廃熱配管を一切改変することなく、当該配管に巻き付けるだけで設置でき、また、熱を余すこと無く水素生成用燃料の加熱、蒸発、反応にカスケード利用することができる。得られた水素は、工場における製造工程の燃料に添加してトータルの燃料消費量を抑制することができ、燃料電池に用いることで電気に変換して工場内の電力として有効利用することもできる。
このように、本発明によれば、パッシブ型の水素生成装置を、既存の工場設備を改変することなく組み入れ、廃熱を付加価値の高い媒体に変換利用することにより、製造工程全体のエネルギー利用効率を向上させることができる。このような考え方は、廃熱を生じるあらゆる製造プロセルに適用可能であり、その用途は非常に広範囲に亘るものである。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の廃熱回収による液体燃料からの水素生成方法の基本的原理を示すための模式図である。
【図２】本発明の別の一実施形態に係る水素生成装置の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
（実施形態１）
本発明の一実施形態に係る水素生成装置及びそれを用いた水素生成について説明する。本発明の一実施形態に係る水素生成装置は、触媒を担持した多孔質体を用い、液体燃料を含む液体原料を細孔の毛管力によって給液するとともに、熱源からの熱を得て前記液体原料を気化し且つ過熱し、触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成する水素生成装置であって、液体原料の供給部及び生成した水素の排出部を有し、熱源に接する又は近接するように設けられる、中空且つリボン状の可撓性部材と、可撓性部材内に充填された触媒を担持した粒子状の多孔質体とを備える。
【００２６】
図１に、本発明の廃熱回収による液体燃料からの水素生成方法の基本的原理を示すための模式図を示す。本発明の水素生成装置の使用の一態様として、触媒を担持した粒子状の多孔質体を内部に充填した中空且つリボン状の可撓性部材を、廃熱回収対象の配管へ巻き付けるように設ける。このとき、可撓性部材の一端は、液体原料の供給部を有し、当該供給部が液体原料源に浸漬されている。液体原料源に浸漬された可撓性部材は、内部に粒子状の多孔質体が充填されているため、当該多孔質体の細孔の毛管力によって、液体原料を供給部から内部へ給液していく。
【００２７】
続いて、可撓性部材の内部へ給液された液体原料は、可撓性部材が巻き付いている熱源からの熱を得て液体原料を気化し且つ過熱し、多孔質体に担持された触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成する。当該反応の例を挙げる。例えば、液体原料としてメタノールと水の混合液を用いた場合、下記の水蒸気改質反応式（１）に従って、水素と二酸化炭素とを含む合成ガスが生じる：
ＣＨ3ＯＨ＋Ｈ2Ｏ→ＣＯ2＋３Ｈ2        （１）
【００２８】
当該反応によって生じた合成ガスは、可撓性部材内を通って、可撓性部材の他端の排出部から排出される。排出されたガスは、例えば二酸化炭素除去手段によって二酸化炭素のみ除去されて、水素ガスとして回収する。
【００２９】
本発明の水素生成装置は、廃熱を利用したい熱源が工場等の配管である場合は、当該配管に対し、包帯を巻き付けるように可撓性部材を全体的に巻き付けてもよく、特に廃熱を利用したい部分に部分的に可撓性部材を巻き付けてもよい。また、配管に限らず、廃熱を利用したい箇所が壁状や板状となっている熱源であれば、当該壁状や板状の熱源に可撓性部材を貼り付ける、或いは、単純に載置するように設けることができる。このように、いずれの使用形態においても、本発明の水素生成装置はその設置スペースが極めて小さく、取り付けることで肝心の工場の製造ライン等に設計変更を強いることもない。
【００３０】
可撓性部材に用いる材料は、利用する廃熱の温度（約１５０〜２００℃）に対する耐熱性、さらには、内部に充填した多孔質体によって給液される液体原料に対する耐薬品性が良好である材料を用いるのが好ましい。可撓性部材に用いる材料としては、例えば、薄く加工した、アルミニウム等の高熱伝導性の金属材料、或いは、テフロン（登録商標）、シリコンゴム等の非金属材料が挙げられる。
【００３１】
可能性部材の厚みは、熱源からの熱を内部に伝えるように形成されていれば特に限定されないが、例えば、アルミニウムで構成した場合は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度に形成することができ、テフロン（登録商標）で構成した場合は、０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ程度に形成することができる。また、可撓性部材の長さについても特に限定されず、設置する熱源の大きさに合わせて自由に設計可能である。可撓性部材の断面形状についても、中空に形成されていれば特に限定されず、円形状、楕円形状、多角形状等に形成することができるが、熱源との接触面積をより大きくすることができるという点から、熱源となる配管から効率的に受熱できるように扁平状に形成されているのが好ましい。
【００３２】
本発明で用いる液体燃料は、所定の炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成する反応の原料として用いることが可能であれば特に限定されないが、例えば、メタノール、ジメチルエーテル、２−プロパノール、及び、シクロヘキサンからなる群から選択された１種以上が挙げられる。
【００３３】
本発明の可撓性部材に充填する粒子状の多孔質体としては、特に限定されないが、例えばアルミナ等のセラミックス、焼結金属等によって形成することができる。
【００３４】
可撓性部材内に存在する隙間は、多孔質体の粒子が可撓性部材内部に充填されているため、多孔質体の粒子間の隙間と、多孔質体の粒子内の細孔としての隙間とがある。このうち、毛管力には多孔質体の粒子内の細孔としての隙間の大きさがより大きな影響を与える。また、多孔質体によって生じる毛管力が強すぎると、給液の勢いが強すぎて、炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって可撓性部材内で生成した水素ガスが可撓性部材の排出部から排出するために必要な乾燥状態が排出部で保てず、常に排出部が湿った状態となって、充填層の温度が反応に適した温度まで上昇せず、反応が十分進行しないおそれがある。一方で、毛管力が弱すぎると、給液が不十分となり、可撓性部材内での炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応の原料となる液体燃料が足りなくなり、水素ガスの生成が困難となるおそれがある。このような観点から、所望の装置の形状や大きさに基づいて、適切な粒径の多孔質体を用いることが好ましい。本発明で用いる多孔質体の粒径は、水素生成装置の形状やサイズにもよるが、例えば１００μｍ〜数ｍｍとすることができる。
【００３５】
本発明で用いる多孔質体に担持させる触媒としては、所定の炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成する反応の触媒として作用するものであれば特に限定されないが、例えば、白金、コバルト、亜鉛、銅、鉄、ニッケル、クロム、パラジウム、ルテニウム、及び、ロジウムからなる群から選択された１種以上の金属又はその酸化物が挙げられる。
【００３６】
（実施形態２）
次に、本発明の他の実施形態に係る水素生成装置及びそれを用いた水素生成について説明する。図２に、本発明の別の一実施形態に係る水素生成装置の断面模式図を示す。図２に記載の水素生成装置は、可撓性部材が折り曲げられて熱源の発熱面上に二層に積層されている。可撓性部材の熱源側に位置する内側の層と、可撓性部材の外側の層との間には熱伝導性の隔壁が設けられており、可撓性部材の外側の層が液体原料の供給部を有し、可撓性部材の内側の層が反応部と水素を含む混合気の排出部を有する。
【００３７】
当該水素生成装置は、可撓性部材の外側の層の端部に液体原料を供給することで、液体原料を可撓性部材内の多孔質体の細孔の毛管力により給液させるとともに、熱源からの熱を得て可撓性部材内で液体原料を気化し且つ過熱し、可撓性部材の内側の層において触媒の存在下に進行する炭化水素の分解反応(又は、脱水素反応)又は水蒸気改質反応によって水素を生成し、生成した水素を端部から排出する。このような構成により、折り曲げられた可撓性部材の外側の層が、隔壁を介して熱源の外側に設けられているため、内側の層より低温となる。そのため、液体燃料を供給して蒸発する工程までを行う。蒸発したガスは、可撓性部材の折り曲げ部を経て内側の層へ向かう。そして、熱源側にある可撓性部材の内側の層は、より高温状態であるため、蒸発したガスを反応させて水素を生成させる。このように、熱源から水素生成装置に伝わる熱を温度の高い側から低い側までカスケード状に利用する構造となっている。
【００３８】
隔壁は、熱伝導性であるが、熱源からの熱をそのまま外側の層へ伝えるものではなく、外側の層へ伝える際には温度が低くなっているような低熱伝導性（熱伝導率：０．１〜１〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕程度）の材料を用いる。隔壁の材料としては、例えば、テフロン（登録商標）、シリコンゴム等が挙げられる。
【００３９】
可撓性部材の内側の層では、熱伝導性の良い金属に多くの微小な穴をあけた二枚の多孔波板の間に、触媒を担持した多孔質粒子を充填した充填層が扁平管内でコルゲート状に形成され挿入されているのが好ましい。このような構成の可撓性部材の内側の層を、熱源の壁面と低熱伝導性の隔壁とに接するように配置すると、可撓性部材の外側の層から供給された蒸発した原料ガスが、熱源からの熱により温められた内側の層の中のコルゲート状の充填層領域を、図の矢印のように横切りながら反応して水素を含むガスを生成し、排出部から排出される。可撓性部材の内側の層の中の触媒充填層領域をコルゲート状とすることで、触媒を担持した多孔質体内の微細な流路をガスが通過する際の圧力損失の増大を抑えつつ、触媒と原料ガスの接触面積を十分大きく確保し、且つ、金属多孔板のフィン効果と境界層発達抑制効果により、熱が発熱体から反応層（可撓性部材の内側の層）に効率良く伝えることが可能となる。
【００４０】
（本発明の水素生成装置及びそれを用いた水素生成反応の作用効果）
上述したように、本発明の水素生成装置及びそれを用いた水素生成反応では、可撓性部材に粒子状の多孔質体を充填することにより、
（１）毛管力による自動給液
（２）細孔内流れのマイクロチャンネル熱伝達による液体の高効率予熱
（３）膨大な数のメニスカス部の液膜蒸発による迅速な気化
（４）細孔内流れのマイクロチャンネル熱伝達による蒸気の効率的な過熱
（５）細孔に担持した触媒の膨大な表面積と流れの分岐・合流による物質移動促進作用
（６）これら（１）〜（５）を熱源からの熱のみを駆動源として水素を生成させるパッシブプロセス
の六つの熱流体機能を利用して液体燃料から水素を効率良く生成させることができる。
【００４１】
ここで、（１）は、多孔質体の毛管力によって、水素生成反応に用いる原料の液体燃料が自動的に給液される効果を示す。
（２）は、細孔内流れにおけるマイクロチャンネル熱伝達率は、孔径が小さいほど孔径に反比例して大きくなる性質を利用して、多孔質体内の良好な熱伝達によって、水素生成反応に用いる原料の液体燃料を高効率で予熱することができる効果を示す。
（３）は、液体は、通常メニスカス部から液膜蒸発する性質があるため、本発明のように粒子状の多孔質体を充填した場合、メニスカス部が膨大な数となり、液膜蒸発しやすい箇所が膨大となり、液体燃料の迅速な気化が可能となる効果を示す。
（４）は、細孔内流れにおけるマイクロチャンネル熱伝達率は、孔径が小さいほど孔径に反比例して大きくなる性質を利用して、多孔質体内の良好な熱伝達によって、水素生成反応に用いる原料の液体燃料の蒸気を高効率で過熱することができる効果を示す。
（５）は、原料ガスが多孔質体を通過する際、原料ガスが多孔質体の細孔に担持した膨大な表面積を有する多数の触媒の粒子と出会う。その際、原料ガスが触媒粒子によって分岐され、その後合流する。これを繰り返すことで、原料ガスの流れが促進され、生成ガスが局所に停滞することなく、反応を促成することができる等の効果を示す。
（６）は、これら（１）〜（５）の作用効果について、別途動力源を用意せず、当該装置を取り付ける熱源からの熱のみを動力源として利用することで、受動的に水素を生成することができるという効果を示す。
【００４２】
また、本発明の水素生成装置及びそれを用いた水素生成反応によれば、触媒を担持した粒子状の多孔質体を内部に充填したリボン状の可撓性部材を用いることで、工場における既設の廃熱配管を一切改変することなく、当該配管に巻き付けるだけで設置でき、また、熱を余すこと無く水素生成用燃料の加熱、蒸発、反応にカスケード利用することができる。得られた水素は、工場における製造工程の燃料に添加してトータルの燃料消費量を抑制することができ、燃料電池に用いることで電気に変換して工場内の電力として有効利用することもできる。
このように、本発明の水素生成装置及びそれを用いた水素生成反応によれば、パッシブ型の水素生成装置を、既存の工場設備を改変することなく組み入れ、廃熱を付加価値の高い媒体に変換利用することにより、製造工程全体のエネルギー利用効率を向上させることができる。このような考え方は、廃熱を生じるあらゆる製造プロセルに適用可能であり、その用途は非常に広範囲に亘るものである。
【図１】
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【図２】
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