(57)【要約】【課題】電力需要サイドにおける要請であるオンサイト化、過疎地・離島における電力需要、災害時対応型電源、小電力需要、移動体内発電、高発電変換効率化、クリーンエネルギー化、脱化石燃料資源化等に対応できる分散型発電システムの提供。【解決手段】水素と酸素を化合させて電気を取り出す発電システムにおいて、該システムは、（Ａ）デカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる水素供給体の脱水素反応を利用して水素の供給を行う水素供給システム（Ｂ）固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、又はリン酸水溶液型燃料電池のいずれか少なくとも１つの燃料電池システム、および（Ｃ）（Ａ）より発生する水素を（Ｂ）に輸送する水素輸送システムを含むことを特徴とする分散型発電システムにて提供。【選択図】　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素と酸素を化合させて電気を取り出す発電システムにおいて、該システムは、
（Ａ）デカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる水素供給体の脱水素反応を利用して水素の供給を行う水素供給システム、
（Ｂ）固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、又はリン酸水溶液型燃料電池のいずれか少なくとも１つの燃料電池システム、および
（Ｃ）（Ａ）より発生する水素を（Ｂ）に輸送する水素輸送システム
を含むことを特徴とする分散型発電システム。
【請求項２】
該システムは、さらに、
（Ｄ）（Ｂ）より発生する排熱を（Ａ）に移動する熱移動システム
を含むことを特徴とする請求項１に記載の分散型発電システム。
【請求項３】
該システムは、さらに、
（Ｅ）（Ｂ）に過剰に供給されてオーバーフローした水素を（Ａ）に取り付けられた燃焼装置に戻し、そこで燃焼させる燃焼システム
を含み、その際、その燃焼熱を利用して（Ａ）の反応装置を加熱することを特徴とする請求項１に記載の分散型発電システム。
【請求項４】
（Ｂ）がリン酸水溶液型燃料電池からなる燃料電池システムであるときには、該システムは、さらに、
（Ｆ）（Ａ）より発生する水素の一部、（Ａ）に供給される原料であるデカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる水素供給体の一部、又は（Ａ）より回収されるナフタレンと１−メチルデカリンの混合物の一部のいずれか少なくとも１つを、（Ａ）に取り付けられた燃焼装置に戻し、そこで燃焼させる燃焼システムを含み、その際、それらの燃焼熱を利用して（Ａ）の反応装置を加熱することを特徴とする請求項１に記載の分散型発電システム。
【請求項５】
上記の水素供給システム（Ａ）は、（ａ）水素供給体を収納する原料貯蔵手段と、（ｂ）水素供給体の脱水素反応を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置と、（ｃ）金属担持触媒を加熱する加熱手段と、（ｄ）原料貯蔵手段内の水素供給体を反応装置へ供給する水素供給体供給手段と、（ｅ）反応装置からの生成気体を凝集させて水素と脱水素体に分離する気液分離手段と、（ｆ）分離した脱水素体を回収する反応物回収手段とからなることを特徴とする請求項１に記載の分散型発電システム。
【請求項６】
上記金属担持触媒は、担持金属が、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、又は鉄から選ばれる少なくとも１種の元素であり、一方、担持金属を担持する担体が、活性炭、カーボンナノチューブ、モレキュラシーブ、ゼオライト、シリカゲル、又はアルミナ、あるいは金属の多孔質体から選ばれるいずれか１種の化合物であることを特徴とする請求項５に記載の分散型発電システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、分散型発電システムに関し、さらに詳しくは、低コストで水素を供給することが可能な水素供給システムと、燃料電池システムとを有機的に連動させてなる低コストで電力を提供できる分散型発電システムに関する。
この分散型発電システムは、小さいスペースにて、しかも少ない投資額で立地でき、かつ原料の水素供給体はタンクローリーやフェリーで輸送できるので、離島や山間部の様な、遠隔地において、小規模の発電所として、或は、船舶、自動車、飛行船、病院、小規模事業所、家庭等における動力源として利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
従来、電気の供給は、ダムを造り水の位置エネルギーを利用する水力発電所、石炭、石油、天然ガス等の化石燃料を燃焼させ高圧高温の水蒸気を発生させ、そのエネルギーを利用する火力発電所、核分裂又は核融合によって放出されるエネルギーを利用する原子力発電所等を、電力消費地から離れた、山間僻地、過疎地等に建設し、高圧送電設備、変電所等の付帯設備を同時に建設してきたが、水力発電は、ダム建設による自然破壊、土砂堆積によるダム貯蔵水量の減少、河口付近の砂浜後退等、火力発電は二酸化炭素発生による地球温暖化、化石燃料の枯渇等、又、原子力発電は放射線洩れ、廃棄燃料の貯蔵等の問題があり、さらに、これらの設備は、共通問題として、人家から離れた広い土地、多額の設備費・維持費、長い建設工期等があり、送電・配電費、送電線における抵抗によるエネルギーロス、発電所の廃熱利用の困難性、自然災害・人災による送電停止による損害等のデメリットや弱点がある。
【０００３】
上記の従来型の発電システムは、中央集権型発電システムであり、工場地帯、人口密集地等の電力を賄うには都合のよいシステムであるが、上記の問題点があり、需要サイドにおける要請、例えばオンサイト化（供給するその場）、過疎地・離島における電力需要、災害時対応型電源、小電力需要、移動体内発電、高発電変換効率化、クリーンエネルギー化、脱化石燃料資源化等には、きめこまかく対応できないシステムであり、上記の需要サイドの要求に対応するものとして、電力需要地において、小規模の発電システムを設置しその場で電力を消費する分散型発電システムが適当であり、太陽電池、風力発電、波力発電、燃料電池等が提案され、実用化されたものもあるが、改良すべき問題点が残っている。
【０００４】
太陽電池は、屋根に取り付け、簡単に電気が得られるが、太陽電池の製造コストが高く、安い電力が得られなく、また夜間は発電が出来なく、天候に左右される。
風力発電は、風が強く吹く海岸、岬、山頂等の特定場所にしか立地できなく、風が吹かない場合は、発電できなく、設備費も高い。
波力発電も、海中に発電システムを設置しなければならず、設備費も高い。
燃料電池は、エネルギー源は、主成分が水素であるから環境汚染対策、地球温暖化対策等の点で特にすぐれており、水素が安価にオンサイトで得られるならば、設置する場所はいかなる場所であってもよく、分散型発電システムとしては、最も相応しいシステムである。
【０００５】
しかしながら、従来のシステムにおいては、水素源としては、天然ガス（メタン）の接触改質ガス中に含まれる水素、製鉄工業の排出ガス中に含まれる水素、ソーダ電解工業より発生する水素、石油精製工業で発生する水素、アンモニア製造工場の余剰水素、水を電気分解して得られる水素等を利用しているが、これらは臨海工業地帯で発生するが、パイプラインを施設したり、ボンベにつめ、水素の需要地（燃料電池システムが設置されている場所）まで輸送すると、輸送費用、貯蔵費用等が掛かり、燃料電池を用いた分散型発電システムは実用化された例は少ない。
【０００６】
【発明が解決しょうとする課題】
本発明は、上記の従来技術の問題点に鑑み、電力需要サイドにおける要請であるオンサイト化（供給するその場）、過疎地・離島における電力需要、災害時対応型電源、小電力需要、移動体内発電、高発電変換効率化、クリーンエネルギー化、脱化石燃料資源化等に対応できる分散型発電システムを提供ことを課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、上記課題を達成すべく鋭意研究した結果、水素をオンサイトにて低コストで供給できる特定の水素供給システムと燃料電池システムを有機的に連動させると本発明の課題である分散型発電システムが提供できることを実証し、更に該分散型発電システムの熱エネルギー収支について検討し、水素供給システムにおいて不足する熱エネルギーを、水素電池システムにおいて余剰に発生する熱エネルギー等で補えば、熱エネルギー費用が低減でき、惹いては発電コストが低減できることを実証し、本発明を完成させた。
【０００８】
すなわち、本発明の第１の発明によれば、水素と酸素を化合させて電気を取り出す発電システムにおいて、該システムは
（Ａ）デカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる水素供給体の脱水素反応を利用して水素の供給を行う水素供給システム、
（Ｂ）固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、又はリン酸水溶液型燃料電池のいずれか少なくとも１つの燃料電池システム、および
（Ｃ）（Ａ）より発生する水素を（Ｂ）に輸送する水素輸送システム
を含むことを特徴とする分散型発電システムが提供される。
【０００９】
また、本発明の第２の発明によれば、第１の発明において、該システムは、さらに、
（Ｄ）（Ｂ）より発生する排熱を（Ａ）に移動する熱移動システム
を含むことを特徴とする分散型発電システムが提供される。
【００１０】
また、本発明の第３の発明によれば、第１の発明において、該システムは、さらに、
（Ｅ）（Ｂ）に過剰に供給されてオーバーフローした水素を（Ａ）に取り付けられた燃焼装置に戻し、そこで燃焼させる燃焼システムを含み、
その際、その燃焼熱を利用して（Ａ）の反応装置を加熱することを特徴とする分散型発電システムが提供される。
【００１１】
また、本発明の第４の発明によれば、第１の発明において、（Ｂ）がリン酸水溶液型燃料電池からなる燃料電池システムであるときには、該システムは、さらに、
（Ｆ）（Ａ）より発生する水素の一部、（Ａ）に供給される原料であるデカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる水素供給体の一部、又は（Ａ）より回収されるナフタレンと１−メチルデカリンの混合物の一部のいずれか少なくとも１つを、（Ａ）に取り付けられた燃焼装置に戻し、そこで燃焼させる燃焼システムを含み、その際、それらの燃焼熱を利用して（Ａ）の反応装置を加熱することを特徴とする分散型発電システムが提供される。
【００１２】
また、本発明の第５の発明によれば、第１の発明において、上記の水素供給システム（Ａ）は、（ａ）水素供給体を収納する原料貯蔵手段と、（ｂ）水素供給体の脱水素反応を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置と、（ｃ）金属担持触媒を加熱する加熱手段と、（ｄ）原料貯蔵手段内の水素供給体を反応装置へ供給する水素供給体供給手段と、（ｅ）反応装置からの生成気体を凝集させて水素と脱水素体に分離する気液分離手段と、（ｆ）分離した脱水素体を回収する反応物回収手段とからなることを特徴とする分散型発電システムが提供される。
【００１３】
また、本発明の第６の発明によれば、第５の発明において、上記金属担持触媒は、担持金属が、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、又は鉄から選ばれる少なくとも１種の元素であり、一方、担持金属を担持する担体が、活性炭、カーボンナノチューブ、モレキュラシーブ、ゼオライト、シリカゲル、又はアルミナ、あるいは金属の多孔質体から選ばれるいずれか１種の化合物であることを特徴とする分散型発電システムが提供される。
【００１４】
【発明の実施の態様】
以下に、本発明の分散型発電システムについて、各項目毎に説明する。
【００１５】
１．水素供給体
本発明において、芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体とは、本発明において水素発生に用いる水素供給システム（Ａ）の原料であり、デカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる。
デカリンや１−メチルデカリンは、ナフタレンや１−メチルナフタレン等の芳香族化合物を水素化して得られる水素化誘導体である。
デカリンや１−メチルデカリンは、単位容積当たりの水素発生量が多く、毒性も少なく好ましく、両者を混合して使用するとシステム系内における固着や凝固問題がおこらず、常温においても流動性があるので、本発明においては水素供給体として採用した。
【００１６】
２．水素供給体の脱水素反応
本発明において、水素供給体の脱水素反応とは、デカリンと１−メチルデカリンの混合物からなる水素供給体の脱水素反応により、水素と、ナフタレン及び１−メチルナフタレン等の芳香族化合物を生成させる反応であり、水素は（Ｂ）の燃料電池システムに輸送される。
【００１７】
芳香族化合物は、（Ｂ）の燃料電池システムがリン酸水溶液型燃料電池システムである場合、（Ａ）の水素供給システムに取り付けられた燃焼装置に戻し、燃焼させ水素供給システムの反応装置の加熱用燃料として利用してもよい。
芳香族化合物の別の利用法としては、タンクローリーで工場地帯の水素貯蔵システムに送られ、そこで工場地帯の安価な副生水素で水素化され、水素供給体となり、タンクローリーで、上記の水素供給システムに送られ、再度水素生成のための原料となる。
さらにまた、芳香族化合物の他の利用法としては、オンサイトで、水素供給システムを水素貯蔵システムに転用し、余剰水素（例えば、太陽発電による電力で水分解装置を用い発生させた水素）を付加し、水素供給体として、再利用しても良い。
【００１８】
３．水素供給システム（Ａ）
本発明において、水素供給システム（Ａ）とは、芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体の脱水素反応を利用して水素と芳香族化合物を取り出すシステムであり、（ａ）水素供給体を収納する原料貯蔵手段と、（ｂ）水素供給体の脱水素反応を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置と、（ｃ）金属担持触媒を加熱する加熱手段と、（ｄ）原料貯蔵手段内の水素供給体を反応装置へ供給する水素供給体供給手段と、（ｅ）反応装置からの生成気体を凝集させて水素と脱水素体に分離する気液分離手段と、（ｆ）分離した脱水素体を回収する反応物回収手段とからなるものであり、ここで取り出された水素は、燃料電池システム（Ｂ）に送られる。これらの手段については、後述の図面を用いて更に詳細に説明する。
【００１９】
４．燃料電池システム（Ｂ）
本発明において、燃料電池システムとは、水素供給システムからの水素を原料とし、電気を発生させるシステムであり、固体酸化物型燃料電池、溶融炭酸塩型燃料電池、又はリン酸水溶液型燃料電池のいずれか少なくとも１つの燃料電池システムである。
【００２０】
４．１　固体酸化物型燃料電池
固体酸化物型燃料電池は、電解質としてイットリア安定化ジルコニア等の酸化物イオン導電性固体電解質、アノードには、ニッケル、コバルト、ルテニウムなどの金属をイットリア安定化ジルコニアで包み込んだような、焼結体、カソードには、ペロブスカイト型酸化物を使用している。
イットリア安定化ジルコニアのイオン導電性が低く、温度と共に上昇するので、発電温度は１０００℃付近で行われる。高価な白金系触媒を使用しなくてもよい。
【００２１】
４．２　溶融炭酸塩型燃料電池
溶融炭酸塩型燃料電池は、電解質としてカリウムやリチウムの炭酸塩、アノードには、金属ニッケルの多孔質板、カソードには、酸化ニッケルの多孔質板を使用している。
炭酸塩の融点以上である６００〜７００℃の高温で発電する。高価な白金系触媒を使用しなくてもよい。
【００２２】
４．３　リン酸水溶液型燃料電池
リン酸水溶液型燃料電池は、電解質としてリン酸、アノードとカソードの両方に、黒鉛ベースに白金系貴金属をまぶした触媒とポリテトラフロロエチレンを成形した多孔質の触媒層を使用している。２００℃付近で発電する。
【００２３】
５．水素輸送システム（Ｃ）
本発明において、水素輸送システム（Ｃ）とは、（Ａ）の水素供給システムより発生する水素を（Ｂ）の燃料電池システムに輸送する水素輸送システムであり、具体的には、パイプ、ボンベ、タンク、タンクローリー等が挙げられ、望ましくはパイプが好ましい。パイプの一部にバルブ、輸送ポンプ、貯槽等を設けてもよい。
【００２４】
６．熱輸送システム（Ｄ）
本発明において、熱輸送システム（Ｄ）とは、（Ｂ）の燃料電池システムより発生する排熱を（Ａ）の水素供給システムに移動する熱輸送システムであり、具体的には、熱交換器、パイプ等が挙げられる。パイプの一部に、バルブ、輸送ポンプ、水蒸気や熱水等の貯槽を設けてもよい。
【００２５】
７．分散型発電システム
本発明の分散型発電システムとは、需要サイドにおける要請、例えばオンサイト化（供給するその場）、過疎地・離島における電力需要、災害時対応型電源、小電力需要、移動体内発電、高発電変換効率化、クリーンエネルギー化、脱化石燃料資源化等の要請に応えて、それぞれの電力需要地において独立分散状態で発電システムを構築した発電システムを意味する。
例えば、発電所から遠距離であり電力需要量が少なく送電線を施設すると建設費と送電線中の電気抵抗によるエネルギーロスが大きい地域における発電システム、自動車、船舶、飛行船、農業機械等の移動体における発電システム、病院、工場等における移動可能な発電システム等である。
【００２６】
本発明の分散型発電システムの基本型システムは、水素供給システム（Ａ）と、燃料電池システム（Ｂ）とを有機的に連動させてなるシステムであり、第１発明に対応し、図１（Ａ）に示す。
【００２７】
水素供給システム（Ａ）においては、デカリンや１−メチルデカリン等の脱水素反応が起こり水素とナフタレン、１−メチルナフタレン等を生成するが、吸熱分解反応であるので３００〜３５０℃の温度に加熱する必要があり、したがって、水素供給システムには外部から熱を加える必要がある。
一方、燃料電池システム（Ｂ）においては、水素と酸素が反応し水を生成するが、発熱反応であるので反応熱が余剰になる。
【００２８】
例えば、１ｋＷの発電に必要とされる水素は約１８Ｌ／分で、これだけの水素が持つ全エネルギーは、発電効率が約４０％とすると、およそ２．５ｋＷとなる。差し引き１．５ｋＷ分が熱として、燃料電池より排出される。同量の水素を取り出すために、水素供給システムで必要とされる熱量は約９００Ｗ分、すなわち、燃料電池より排出される排熱で、水素供給システムに必要な熱量は賄うことができる。
本発明者らは、上記の熱収支に注目し、燃料電池システムにおける余剰熱量を水素供給システムにおける吸熱分解反応の不足熱量を補うように熱移動・物質移動をさせれば、エネルギー費用の節減ができ、ひいては本発明の分散型発電システムの電力発生コストが低減できることに想到し、基本システムを改善した改良システムである本発明の第２〜４の発明を完成させた。以下に、第２発明、第３発明及び第４発明について更に詳細に説明する。
【００２９】
第２発明は廃熱の利用があり、図１（Ｂ）に示す。すなわち、第１の発明（分散型発電システムの基本型システム）において、さらに、（Ｂ）より発生する排熱を（Ａ）に移動する熱移動システム（Ｄ）を含むことを特徴とする。
廃熱で、水素供給体の吸熱分解反応に必要なエネルギーを補うものであり、電力費用（通常は反応触媒を電気で加熱している）の節約となり、惹いては水素の製造コストを引き下げることができる。
【００３０】
第３発明はオーバーフロー水素の利用であり、図１（Ｃ）に示す。
すなわち、（Ｂ）の燃料電池システムに過剰に供給され、オーバーフローした水素を、（Ａ）の水素供給システムに取り付けられた燃焼装置に戻し、燃焼させる燃焼システムを含み、その際、その燃焼熱を利用して水素供給システムの反応装置を加熱することを特徴とする。
本来廃棄する水素で、水素供給体の吸熱分解反応に必要なエネルギーを補うものであり、電力費用（通常は反応触媒を電気で加熱している）の節約となり、惹いては水素の製造コストを引き下げることができる。
【００３１】
第４発明は、特にリン酸水溶液型燃料電池システムの場合の改良システムであり、図１（Ｄ）に示す。
リン酸水溶液型燃料電池システムの場合は、発電温度が２００℃付近であり、固体酸化型（発電温度が１０００℃付近）や、溶融炭酸塩型（発電温度が６００〜７００℃程度）の様に高温の廃熱が利用できないので、廃熱を利用する場合、自己の廃熱のみでは温度が不足するので、生成水素・芳香族化合物の一部、水素供給体の一部の利用を、水素供給システムに取り付けられた燃焼装置に戻し燃焼させ、水素供給体の吸熱分解反応に必要な温度に昇温させるものであり、電力費用（通常は反応触媒を電気で加熱している）の節約となり、惹いては水素の製造コストを引き下げることができる。
【００３２】
上記した第２発明、第３発明又は第４発明の改良システムは、それぞれ単独に利用してもよく、又は組合せて利用してもよい。例えば、下記の１）〜３）の組合せが想定される。
１）廃熱＋オーバーフロー水素
２）オーバーフロー水素＋生成水素の一部
３）廃熱＋オーバーフロー水素＋生成水素の一部＋水素供給体の一部＋芳香族化合物の一部
【００３３】
本発明においては、水素供給システム（Ａ）より水素取り出し後に回収される芳香族化合物の貯蔵システムを、オプションとして追加してもよい。
芳香族化合物（特に１―メチルナフタレン）は高価であるのでそのまま燃料として使用するわけにもいかず、オンサイトで水素添加し水素供給体にするには安価な水素はないので、工場地帯に輸送し安価な副生水素を添加し水素供給体とし、逆輸送し、再使用することが好ましいので、オンサイトにて一時的に芳香族化合物を貯蔵する貯蔵システムである。
貯蔵システムとしては、貯槽、タンク、コンテナー等が例示される。
【００３４】
８．水素供給システム（Ａ）の具体的な構成
以下、本発明に係る水素供給システム（Ａ）の実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００３５】
図２は、水素の供給を行うことができる水素供給システム（Ａ）の構成を模式的に示す説明図である。なお、水素供給体の代表としてデカリンと１−メチルデカリンの混合物（以下、デカリン混合物と称す）を以下の説明において用いた。
この水素供給システムは、主に、デカリン混合物貯蔵手段２と、デカリン混合物供給手段３と、反応装置４と、気体分離手段５と、反応物回収手段８と、制御手段１０とを備えている。
【００３６】
原料貯蔵手段２は、タンク状に形成され、水素供給体であるデカリン混合物が収納される。
また、デカリン混合物供給手段３は、デカリン混合物貯蔵手段２から導いたデカリン混合物を加圧して反応装置４にデカリン混合物を供給するための構成部であり、コンプレッサ（ポンプ）３１と、電磁弁よりなるバルブ３２とにより構成されており、デカリン混合物貯蔵手段２と配管接続されている。バルブ３２により、反応装置４に供給されるデカリン混合物の供給量や供給時間が制御される。
【００３７】
反応装置４は、デカリン混合物を金属担持触媒に噴射、供給して、脱水素反応を行わせる構成部である。反応装置４の内面底部には、ハニカムシート状の触媒４１が設けられており、反応装置４の上部中央付近には、触媒４１に対向して、原料供給手段３に配管接続された噴射ノズル４２が設けられている。噴射ノズル４２は、原料が触媒上に均一に噴射されるように設置されており、原料を噴射ノズル４２から噴射することにより、反応装置４内の触媒４１表面に、原料の均一な液膜が形成される。
【００３８】
触媒４１としては、本実施の形態では、ハニカムシート状の活性炭素地に主金属として白金を、副金属としてロジウムを担持させた触媒を用い、反応装置内の触媒重量を５ｇとしているが、その重量や大きさは必要に応じて調整すべき因子であり、特に限定されない。
【００３９】
反応装置４の底部には、触媒４１を加熱するヒーター４３が備えられている。ヒーター４３は、ニクロム線による抵抗加熱体であり、触媒４１に接しているアルミ製のヒーター格納部４４に一体的に内蔵され、ヒーター格納部４４を介して熱伝導により触媒４１が加熱される。また、触媒４１に接した熱電対４５により触媒温度を検知し、ヒーターへの供給熱量を調整して触媒４１の温度が調整される。
【００４０】
ところで、本実施の形態では、触媒の加熱にニクロム線による抵抗加熱体を用いているが、加熱手段は特に限定されず、電磁誘導コイルに高周波電流を流すことにより発生させた高周波で導電体を誘導加熱する高周波誘導加熱等も使用できる。高周波誘導加熱を用いる場合は、金属担持触媒の担体としてカーボン等の導電体を用い、渦電流が発生する形状に形成することにより、触媒を直接加熱することができる。
本発明では、電流加熱の一部又は全部を（Ｂ）の廃熱や、オーバーフロー水素の一部、（Ａ）から生成した芳香族化合物の一部、又は水素供給体の一部等の燃焼熱を利用して、反応装置や触媒を加熱することを特徴とする。
【００４１】
触媒４１の温度は、ヒーター４３により、デカリン混合物の脱水素反応によりナフタレンと１−メチルナフタレンとの混合物（以下、ナフタレン混合物と称す）を生成させる際には、約２２０〜４００℃に加熱する。変換効率を考慮すると、２５０〜３８０℃に加熱することが好ましい。
反応装置４は、電磁弁よりなるバルブ６を介して気液分離手段５に配管接続されている。
【００４２】
バルブ６は、反応装置４内の生成物を気液分離手段５に導くときに使用される。反応装置４において、デカリン混合物の脱水素反応が起きるとナフタレン混合物と水素が生成するが、これらの生成物は気体であるため、気液分離手段５は、反応装置４から送られてくるナフタレン混合物を完全に液化させて水素を分離するために設けられている。
また、バルブ７は、水素を、水素供給手段から反応装置４内に導入・制御するためのバルブであり、水素付加反応でナフタレン混合物からデカリン混合物をオンサイトで生成させるときに使用するものである。
なお、水素は分散型発電システム付近に設置された太陽電池パネルにより発電した電力等を利用して電気分解装置で水が電気分解されたものであってもよい。
【００４３】
気液分離手段５は、冷却水による冷却を行う、らせん状細管、交互冷却パイプ構造等の熱交換器５１ａからなる蒸気凝縮部５１と、水素に同伴する液滴を分離する、活性炭や水素セパレータ膜等の水素分離部５２ａからなる水素抽出部５２とにより構成されている。蒸気凝縮部５１は、発生した水素とナフタレン混合物との気液分離を効率的に実現するため、例えば、冷却水温度（例えば５〜２０℃）を調節して最適化を図ることが好ましい。
また、デカリン混合物供給手段３と併設し、熱交換によってデカリン混合物を加熱して反応熱を補ってもよい。
【００４４】
水素抽出部５２は、通常、蒸気凝縮部５１の接触面積、冷却水温度、発生水素速度等の諸因子を操作することにより、水素の分離・精製を行うことが可能であるため、必ずしも必要とはしないが、より高純度（９９．９％以上）の水素の供給が要求される場合には、活性炭や、水素セパレータ膜のシリカ分離膜やパラジウム・銀分離膜等の従来技術を用いて水素の高純度化を行う必要があるので、本実施の形態では追加設置している。なお、反応物回収手段８と水素抽出部５２との間に、例えばガラスウール、ワイヤーメッシュ等を充填した気液分離部（図示せず）を設けて、水素抽出部５２への液滴の同伴量を減少させることもできる。
【００４５】
反応物回収手段８は、気液分離手段５の蒸気凝縮部５１と配管接続されており、蒸気凝縮部５１で冷却されて液化したナフタレン混合物は、反応物回収手段８に送られて回収される。
また、反応物回収手段８は、気液分離手段５の水素抽出部５２とも配管接続されており、生成した水素は、蒸気凝縮部５１で液化したナフタレン混合物（水素貯蔵体）と共に一旦反応物回収手段８に入った後、水素抽出部５２に送られ、水素抽出部５２内に設置された活性炭や水素セパレータ膜からなる水素分離部５２ａにより、質量が軽く、また拡散速度が大きい水素ガスのみが分離精製される。精製された水素は、水素抽出部５２に接続された配管９１及び水素放出側バルブ９２を通って分散型発電システムの燃料電池部分に効率的に供給される。
【００４６】
上述のように、気液分離手段５の水素抽出部５２は、通常は不用なので、気液分離手段５の蒸気凝縮部５１と水素抽出部５２出口とを直接配管接続し、水素抽出部５２をバイパスして水素を配管９１に送り、蒸気凝縮部５１の底部に溜まった液状のデカリン混合物又はナフタレン混合物を反応物回収手段８に回収してもよい。
また、配管９１には、発生ガス量を計測するためのセンサ９３が設置されているため、水素の発生量を測定することができる。
【００４７】
一方、コンプレッサ（ポンプ）３１、バルブ３２、ヒーター４３、熱電対４５、バルブ６、バルブ７、バルブ９２、センサ９３は、それぞれ制御手段１０と電気的に接続されており、熱電対４５、センサ９３等からの情報をもとに、コンプレッサ（ポンプ）や各バルブの作動、ヒーターへの熱量（制御手段は図示せず）を制御できるように構成されている。
本発明の水素供給システムの基本構成について、以上図２に基づき詳細に説明したが、図３に示す基本構成も本発明の水素供給システムに適用できる。
【００４８】
図３の基本構成は、図２の構成と比較して基本的に反応装置４の構成が異なるのみなので、反応装置４の構成について詳述する。
図３の反応装置４は、デカリン混合物を触媒に接触させて、水素化反応を行わせる構成部であるが、少なくとも１本の筒状体で反応装置を形成することを特徴とする。
反応装置４は、アルミナ、セラミック等の耐熱性の高い絶縁体の筒状体で形成されており、筒状体本体４２の内部には、ポーラスな触媒４１が収納されている。筒状体本体４２の一端４２ａは原料供給手段３に配管接続されており、原料供給装置３からの原料が、例えば分散板により、触媒４１上に均一に分散される。尚、反応装置４は、原料の均一な分散、触媒の加熱効率等の観点から、複数の細管で形成してもよい。
【００４９】
ここで、筒状体本体４２は、流路を保ちながら金属担持触媒を充填できるものであれば任意の形状でよく、また、内径をすり鉢状や蛇腹状のように変化させてもよく、その形状寸法は使用状態に合わせて適宜選択することができる。
また、筒状体本体４２は、ニクロム線等のヒーターにより触媒を加熱する場合には、アルミ等の熱伝導性のよい材質で形成するのが好ましい。
【００５０】
触媒４１としては、本実施の形態では、活性炭素地に主金属として白金を、副金属としてロジウム担持させた、原料及び反応生成物が透過可能なポーラスな触媒を用い、反応装置内の触媒の重量を５ｇとしているが、その重量や大きさは必要に応じて調整すべき因子であり、特に限定されない。
【００５１】
また、触媒の加熱手段としては、特に限定されず、高圧高温水蒸気や炭化水素の燃焼ガスを熱交換器により変換した輻射熱、ニクロム線ヒーターによる抵抗加熱、高周波誘導加熱等が使用できるが、本実施の形態においては、反応装置４の筒状体本体４２を取り巻くように、触媒４１を加熱するコイル状の電磁誘導コイル１１が配置されており、触媒４１に接した熱電対４５により触媒温度を検知し、電磁誘導コイルへの高周波電流を調整して触媒４１の温度が調整される。
【００５２】
尚、高周波誘導加熱は、電磁誘導コイルに高周波電流を流すことにより発生させた高周波で導電体を誘導加熱するもので、電磁誘導作用により導電体に渦電流が発生し、ジュール熱によって導電体が過熱されるものである。電磁誘導コイルに印加する高周波電流の周波数としては、加熱する導電体とのインピーダンスマッチングにもよるが、一般的には３５０〜４５０ｋＨｚが使用される。
【００５３】
電磁誘導コイルの形状としては、一般的なコイル形状の他、渦巻き形状が採用できる。コイル形状の場合は、加熱する導電体をコイルの中心に、渦巻き形状の場合は、導電体を渦巻きの中心線上に配置すると、効率的かつリスポンスよく加熱できる。
【００５４】
高周波誘導加熱を行う場合には、電磁誘導コイルに高周波電流を流し続けると導電体が加熱され続けるため、一般的には温度制御が必要となる。温度制御の方法としては、導電体の温度を測定して電磁誘導コイルに流れる高周波電流を制御する種々のフィードバック制御が可能であり、本発明で用いる加熱温度（１００〜５００℃）においては、一般的な熱電対によるフィードバック制御で十分である。また、加熱のために投入されるエネルギーと反応に要するエネルギーとのバランスを取るために、反応に必要な単位時間当たりの熱量を求めて電磁誘導コイルに印加する電流（電力）を制御することも可能である。
【００５５】
また、より効率的に、かつリスポンスよく加熱を行うためには、金属担持触媒の担体としてカーボン等の導電体を用い、渦電流が発生する形状に形成することにより、金属担持触媒を直接加熱することが好ましい。担体が非導電体の場合には、担体とステンレス等の一般的な導電体とを層状又はブレンド状等に形成し、担体に導電性を付与する。さらに、金属担持触媒のみを効率よく瞬時に加熱するために、筒状体本体をアルミナやセラミック等の耐熱性の高い絶縁体で形成する。筒状体本体が複数の場合には、各筒状体本体を電磁誘導コイルで取り囲んで各々加熱するようにしてもよく、複数の筒状体本体をまとめて１つの電磁誘導コイルで取り囲んで加熱してもよい。
尚、筒状体本体の長手方向に電磁誘導コイルを複数配置し、例えば、原料の供給側から順に触媒温度が高くなるように加熱してもよい。
本発明では、電流加熱の一部又は全部を（Ｂ）の廃熱や、オーバーフロー水素の一部、（Ａ）から生成した芳香族化合物の一部、又は水素供給体の一部等の燃焼熱を利用して、反応装置や触媒を加熱することを特徴とする。
【００５６】
触媒４１の温度は、電磁誘導コイル１１により、デカリン混合物の脱水素反応によりナフタレン混合物を生成させる際には、約２２０〜４００℃に加熱する。同様に変換効率を考慮すると、２５０〜３００℃に加熱することが好ましい。
また、反応装置４の筒状体本体４２の他端４２ｂは電磁弁よりなるバルブ６を介して気体分離手段５に配管接続され、反応装置４とデカリン混合物供給手段３１との間の配管は、分岐されて電磁弁よりなるバルブ７を介して水素供給手段（図示せず）に配管接続されている。
【００５７】
９．水素供給システムの稼動方法
本発明の水素供給システムは、上述のような構成からなり、かつ、反応装置（ｂ）中に収納された金属担持触媒は、下記に記載する金属担持触媒を用いる。
【００５８】
９．１脱水素反応
本発明の水素供給システムを用いて、デカリン混合物の脱水素反応により燃料電池システムに水素を供給する手順との一例を、図２に基づいて簡単に説明する。
デカリン混合物の脱水素反応により水素を燃料電池システムに供給する場合には、まず、反応装置４内のヒーター４３に通電して触媒４１の温度を３５０℃前後に調整しながら、バルブ３２を開くと共に、コンプレッサ（ポンプ）３１を作動させて、デカリン混合物貯蔵手段２内のデカリン混合物を反応装置４に所定量供給し、噴射ノズル４２より触媒４１に向けてデカリン混合物を噴射させる。噴射終了後は、コンプレッサ（ポンプ）３１の作動を停止させると共に、バルブ３２を閉じる。
【００５９】
このとき、脱水素反応に伴なって気体状のナフタレン混合物と水素が生成するが、生成したナフタレン混合物は、蒸気凝縮部５１で冷却されて液状となり、反応物回収装置８に移動して反応物回収手段８内に蓄えられる。一方、生成した水素は、一旦反応物回収手段８に入り、気液分離手段５の水素抽出部５２から配管９１、センサ９３を経由して、燃料電池システムに移動する。
【００６０】
９．２　反応圧力
水素供給システムにおけるデカリン混合物脱水素化反応時の水素分圧は、通常は０．１〜５０気圧、好ましくは０．１〜１０気圧、より好ましくは０．５〜５気圧である。脱水素化反応時は上記水素分圧範囲内の低圧側が好ましい。
【００６１】
９．３　金属担持触媒
本発明で使用される金属担持触媒は、デカリン混合物の脱水素反応を促進する機能をもつものであり、下記の担体に金属を担持させて得られたものである。
担持される金属としては、ニッケル、パラジウム、白金、バナジウム、クロム、コバルト、鉄、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウム、モリブデン、レニウム、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト等の貴金属類等が挙げられるが、これらは単一であっても２種以上併用してもよい。その内、白金、タングステン、レニウム、モリブデン、ロジウム、バナジウム、ルテニウムは、活性、安定性、取り扱い性等の面から特に好ましい。
【００６２】
金属担持触媒における金属の担持率は、担体に対して通常０．１〜５０重量％、好ましくは０．５〜２０重量％である。また、２種以上の金属を用いる複合金属系触媒の場合は、主金属成分Ｍ１に対して添加金属Ｍ２の添加量が、Ｍ２／Ｍ１原子数比で０．００１〜１０、特に、０．０１〜５であることが好ましい。なお、Ｍ１及びＭ２は、各々以下に示す金属である。
Ｍ１：白金、パラジウム、クロム
Ｍ２：イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ロジウム、ルテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄
【００６３】
一方、触媒金属を担持する炭素系材料及び無機系材料の担体としては、公知の担体ならば特に限定されないが、例えば、炭素系材料としては、活性炭、カーボンナノチューブ、グラファイト等を用いるのが好ましく、また、無機系材料としては、モレキュラーシーブス、ゼオライト等の多孔質担体、又はシリカゲル、アルミナ等を用いるのが好ましい。
【００６４】
上記金属担持触媒の形状は、特に限定されず、顆粒状、シート状、織布状、ハニカム状、メッシュ状、ポーラス状等、使用形態に合わせて適宜選択される。
【００６５】
本発明の水素供給システムでは、金属担持触媒の触媒金属を担持する担体は、水素の供給を行う脱水素反応であるので、炭素系材料であることが好ましい。
このような担体を選択することにより、脱水素反応においてデカリン混合物は、その化学的な構造から、分子としての極性は非常に小さいため、活性炭等の炭素系材料のような極性の小さい担体には親和性が大きく、吸着しやすくなり、触媒金属近傍に存在しやすくなって、反応が容易に進行する。
【００６６】
１０．水素供給システム（Ａ）の水素貯蔵システムへの転換
本発明に於て芳香族化合物に水素を付加し水素供給体をオンサイトで製造する水素貯蔵システムが必要になった場合は、上記の水素供給システムを転換したシステムを使用することができる。
水素供給システムを水素貯蔵システムに転換（転用）するには、下記の様にすればよい。実質的には、ハードウエアは、そのまま改造しないで使用でき、機器の名前を変えただけである。
【００６７】
すなわち、（ａ）水素供給体を収納する原料貯蔵手段を、水素貯蔵体を収納する原料貯蔵手段に、（ｂ）水素供給体の脱水素反応を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置を、水素貯蔵体の水素化反応を行わせる金属担持触媒を収納する反応装置に、（ｃ）金属担持触媒を加熱する加熱手段はそのままとし、（ｄ）原料貯蔵手段内の水素供給体を反応装置へ供給する水素供給体供給手段を、原料貯蔵手段内の水素貯蔵体を反応装置へ供給する水素貯蔵体供給手段に、（ｅ）反応装置からの生成気体を凝集させて水素と脱水素体に分離する気液分離手段を、反応装置からの生成気体を凝集させて水素と水素供給体に分離する気液分離手段に、（ｆ）分離した脱水素体を回収する反応物回収手段を、分離した水素供給体を回収する反応物回収手段に転換し、更に水素貯蔵タンクと水素供給パイプを追加して設置すればよい。
【００６８】
また、水素供給システムにおける原料のデカリン混合物を、水素貯蔵システムにおいては、ナフタレン混合物に置換し、シリカゲルやアルミナ担体に白金やニッケルを担持させた触媒を用い、反応温度を６０〜１２０℃程度に下げ、反応圧力は５０〜１００気圧程度に上げることによって、デカリン混合物からなる水素貯蔵体を製造することができる。
【００６９】
【実施例】
以下に、本発明の分散型発電システムに関して、実施例及び比較例を用いて詳細に説明するが、本発明は、これらの実施例によって何ら限定されるものではない。
【００７０】
［水素供給用（脱水素反応用）金属担持触媒Ａの調製］
主担持金属用として、１．３２８ｇの塩化白金酸６水和物を蒸留水２００ｍｌに溶かした水溶液を作製した。
この水溶液に担体として４．４５ｇの活性炭を浸漬させて十分に攪拌し、一夜放置させた後、活性炭を混合液の中から取り出し、十分に水洗した後、乾燥させた。
そして、この乾燥活性炭を窒素気流下４００℃で加熱して付着した塩分を十分に分解させ、さらに、約４００ｍｌ／分の流量の水素気流下３５０℃で４時間加熱し担持金属を還元・活性化させて、約５ｇの水素供給用金属担持触媒Ａを調製した。調製された金属担持触媒Ａにおける主担持金属の白金の含有量は、１０ｗｔ％であった。
【００７１】
［水素発生試験］
図２に示す装置を用いて実験を行った。金属担持触媒としては、活性炭に１０重量％の白金を担持させたハニカムシート状のもの（触媒Ａ）を用いた。触媒の量は５ｇとし、次の要領でデカリン：１−メチルデカリン異性体の１：１（体積比）混合物の脱水素反応を行わせ水素とナフタレン：１−メチルナフタレンの１：１（体積比）混合物を得た。この混合物は、常温で流動性は十分であった。
図２に示す装置の反応装置４に、金属担持触媒として上記触媒Ａを収納し、この触媒Ａを３５０℃に加熱して、原料としてのデカリン：１−メチルデカリン異性体の１：１（体積比）混合物を１回あたり２ｍｌの割合で触媒に噴射して水素発生を行わせた。原料の噴射時間と停止時間をそれぞれ１秒、５秒として１分間あたりの水素発生量を測定した結果、水素生成速度は１０Ｌ／分であった。
評価
水素生成速度は十分速く、反応系内にナフタレンの固着は観測されなかった。
【００７２】
［実施例１］
図２に示す水素供給システムと、図４に示すリン酸塩水溶液型燃料電池からなる分散型発電システムを構築した。
水素供給システムを稼動し、上記の水素発生試験に示すように、１０Ｌ／分の水素生成速度で水素を発生させ、リン酸塩水溶液型燃料電池にパイプで輸送し２００℃で発電し５００Ｗ／Ｈｏｕｒの電力を得た。
【００７３】
［実施例２］
実施例１において、オーバーフロー水素１Ｌ／分を燃焼させ水素供給システムの反応装置の加熱を行ったところ、従来の加熱用電力が１０％節約できた。
【００７４】
［実施例３］
実施例２において、生成水素２Ｌ／分、副生芳香族化合物１Ｌ／分を更に加えて燃焼させ水素供給システムの反応装置の加熱を行ったところ、従来の加熱用電力が５０％節約できた。
【００７５】
［実施例４］
図２に示す水素供給システムと、図５に示す溶融炭酸塩型燃料電池からなる分散型発電システムを構築した。
水素供給システムを稼動し、上記の水素発生試験に示すように、１０Ｌ／分の水素生成速度で水素を発生させ、溶融炭酸塩型燃料電池にパイプで輸送し７００℃で発電し５００Ｗ／Ｈｏｕｒの電力を得た。
【００７６】
［実施例５］
実施例４において、溶融炭酸塩型燃料電池において発生した廃熱を利用し水素供給システムの反応装置の加熱を行ったところ、従来の加熱用電力が９５％節約できた。
【００７７】
【発明の効果】
本発明によれば、電力需要サイドにおける要請であるオンサイト化、過疎地・離島における電力需要、災害時対応型電源、小電力需要、移動体内発電、高発電変換効率化、クリーンエネルギー化、脱化石燃料資源化等に対応できる分散型発電システムを提供することができ、しかも、本発明のシステムでは、廃熱やオーバーフロー水素を利用し、購入電力に代えて使用しているので、水素発生コストが低減でき、ひいては発電コストが低減できる効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の分散型発電システムの概念を示す図。
（Ａ）は、本発明の分散型発電システムの基本型システムを示す図。
（Ｂ）は、基本型システムにおいて廃熱を利用するシステムを付加した図。
（Ｃ）は、基本型システムにおいてオーバーフロー水素を利用するシステムを付加した図。
（Ｄ）基本型システムにおいて生成水素・芳香族化合物の一部、及び水素供給体の一部を利用するシステムを付加した図。
【図２】本発明の水素供給システムの構成を模式的に示す説明図である。
【図３】本発明の他の水素供給システムの構成を模式的に示す説明図である。
【図４】リン酸水溶液型燃料電池の構成を模式的に示す図。
【図５】溶融炭酸塩型燃料電池の構成を模式的に示す図。
【符号の説明】
１　　　　水素供給システム
２　　　　原料貯蔵手段
３　　　　原料供給手段
３１　　　コンプレッサ（ポンプ）
３２　　　バルブ
４　　　　反応装置
４１　　　触媒
４２　　　噴射ノズル
４３　　　ヒーター
４４　　　ヒーター格納部
４５　　　熱電対
５　　　　気液分離手段
５１　　　蒸気凝縮部
５２　　　水素抽出部
６　　　　バルブ
７　　　　バルブ
８　　　　反応物回収手段
９１　　　水素送出ライン
９２　　　バルブ
９３　　　センサ
１０　　　制御手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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