(57)【要約】【課題】水素使用装置からの廃熱を利用してシステム全体のエネルギー効率を向上できると共に、小型、軽量で且つ高純度の水素ガス生成量を向上させた水素ガス生成装置を提供する。【解決手段】デカリンを脱水素反応させる触媒３６を内壁に備えた複数の反応室３４ａ〜３４ｌと前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口と３８を備えた水素反応器２２と、反応室３４ａ〜３４ｌの各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置２６と、を備え、反応室３４ａ〜３４ｌが、両面に触媒３６を備え連通部として貫通孔が穿設されたプレート３２ａ〜３２ｌによって脱水素反応器２２の内部を仕切ることで形成された水素ガス生成装置である。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素系燃料を脱水素反応させる触媒を内壁に備え且つ相互に連通された複数の反応室と前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口とを備えた脱水素反応器と、
前記複数の反応室の各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、
を備えた水素ガス生成装置。
【請求項２】
前記複数の反応室が、室の内壁となる側の面に前記触媒を備えた複数の仕切部材によって前記脱水素反応器の内部を仕切ることで形成された請求項１に記載の水素ガス生成装置。
【請求項３】
厚み方向に貫通する貫通孔が穿設され且つ室の内壁となる側の面に炭化水素系燃料を脱水素反応させる触媒を備えた複数のプレートによって仕切られて形成された複数の反応室と、前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口と、を備えた脱水素反応器と、
前記プレートの貫通孔の各々を貫通して設けられ、且つ、前記複数の反応室の各々に対応した噴射孔を有し、前記複数の反応室の各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、
を備えた水素ガス生成装置。
【請求項４】
室の内壁となる側の面に炭化水素系燃料を脱水素反応させる触媒を備え前記炭化水素系燃料の流下方向に傾斜して設けられた複数のプレートによって仕切られて形成され且つ相互に連通された複数の反応室と、前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口と、を備えた脱水素反応器と、
前記反応室の各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、
を備えた水素ガス生成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガス生成装置に係り、特に、電気自動車や水素エンジン車等の車両に搭載可能で、且つ車両に搭載された燃料電池や水素エンジンに水素ガスを供給することができる水素ガス生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気自動車は、車両の駆動力を得るための電源としての燃料電池、およびこの燃料電池を用いて発電を行なうための燃料である水素または水素を生成するための原燃料を搭載している。また、水素エンジンを搭載した水素エンジン車も同様に燃料源として水素、または水素を生成するための原燃料を搭載している。
【０００３】
水素を搭載する電気自動車や水素エンジン車では、水素ガスを圧縮して高圧に若しくは液状にして充填したボンベ、または水素を吸蔵する水素吸蔵合金や水素吸着材料により水素を搭載している。一方、原燃料を搭載する電気自動車では、原燃料としてのメタノールまたはガソリン等の炭化水素と、この原燃料を水蒸気改質して水素リッチガスを生成する水素生成装置とを搭載している。
【０００４】
しかしながら、車両に水素を搭載する場合、高圧タンクに圧縮した状態で搭載すると、高圧タンクは大きいわりに壁厚が厚く内容積を大きくできず、また、充填圧力に限界があるために水素充填量が少ない。液体水素として搭載する場合は、気化ロスがあるほか、液化に多大なエネルギーを要するため総合的なエネルギー効率の点で望ましくない。また、水素吸蔵合金や水素吸着材料では、電気自動車や水素エンジン車に必要とされる水素貯蔵密度が不充分であり、水素の吸蔵や吸着等を制御するのが非常に困難である。さらに、水素を高圧化、液化したり、吸蔵するのに設備を別途整備する必要もある。
【０００５】
一方、原燃料を搭載する電気自動車や水素エンジン車は、水素を搭載する水素エンジン車に比較して、１回の燃料補給で走行可能な距離が長いという利点を有しており、炭化水素系の原燃料は水素ガスに比較して輸送等の取り扱いが容易であるという利点も有している。また、水素は燃焼しても空中の酸素と結合して水となるだけで公害の心配がない。
【０００６】
また、炭化水素系燃料の１つであるデカリン（デカヒドロナフタレン）は、常温では殆ど蒸気圧がゼロ（沸点が２００℃近傍）で取り扱いし易いことから、原燃料としての使用の可能性が期待されている。
【０００７】
デカリンの脱水素化方法としては、デカリンをコバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、テルニウム、ニッケル、および白金の中から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有する遷移金属錯体の存在下で光照射し、デカリンから水素を離脱させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、有機リン化合物のロジウム錯体の存在下、または有機リン化合物とロジウム化合物との存在下に、デカリンに光照射することによりデカリンから水素を製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照。）。
【０００８】
さらに、デカリンを含む液体の水素化芳香族化合物を加熱器で加熱し、脱水素触媒によって脱水素して得られた水素を燃料電池に供給する手段を備えた水素燃料電池供給システムが開示されている（例えば、特許文献３参照。）。このような水素燃料電池供給システムの性能としては、水素化芳香族化合物の水素転化率が大きなウエイトを占める。また、今後の燃料電池の動向からも大量の水素を供給する手法の確立が重要な問題となる。しかし、上記水素燃料電池供給システムは、液体の水素化芳香族化合物を脱水素反応させる際に、反応転化率の効率化は図られていない。
【０００９】
【特許文献１】
特公平３−９０９１号公報
【特許文献２】
特公平５−１８７６１号公報
【特許文献３】
特開２００１−１１０４３７号公報
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
上述のように、特に燃料電池や水素エンジンに供給する水素ガスは、供給する水素ガス中の水素濃度が高いことが要求され、上記従来の脱水素化による水素生成方法を電気自動車の燃料電池や水素エンジン等の水素使用装置に適用しようとすると、反応転化率が低く、脱水素化によって生じた脱水素生成物や未反応の炭化水素系燃料が混在するために、水素使用装置に供給しても水素分圧が低いことから高性能が得られ難いという問題があった。
【００１１】
また、車載する場合には、装置全体が大きすぎたり重量がありすぎると、現実には車両などの狭い場所への搭載は困難となる。
【００１２】
本発明は、上記に鑑み成されたもので、小型、軽量化が可能で、単位容積当りの脱水素反応効率を高めて高純度水素ガスの生成量を向上させることができる水素ガス生成装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の、本発明の水素ガス生成装置は、炭化水素系燃料を脱水素反応させる触媒を内壁に備え且つ相互に連通された複数の反応室と前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口とを備えた脱水素反応器と、前記複数の反応室の各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、を備えて構成される。
【００１４】
請求項１に記載の水素ガス生成装置によれば、内壁に上記触媒を備えた複数の反応室を備えた脱水素反応器を用いることで、脱水素反応器内の触媒設置面積を広く確保することができる。これにより、炭化水素系燃料の脱水素反応領域が拡張され、脱水素反応器の単位容積当たりにおける炭化水素系燃料の転化率を向上させることができる。また、上記複数の反応室は、互いに連通されており、脱水素反応によって発生した水素ガスや未反応の炭化水素系燃料等は排出口から排出される。
【００１５】
また、上記触媒は、脱水素反応のために加熱される必要があるが、上記触媒は、ヒータや加熱媒体によって脱水素反応器を加熱し、これにより得られた熱を触媒に伝達させることよって加熱することができる。したがって、脱水素反応器としては、アルミ等の金属物質などの熱伝導性に優れた材質で構成されるのが有効である。
【００１６】
本明細書中において、炭化水素系燃料とは、脱水素反応により水素を発生し得る化合物を含む燃料であり、脂環式炭化水素、脂肪族炭化水素等を含む燃料が含まれる。脂環式炭化水素には、例えば、シクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン、１，３，５−トリメチルシクロヘキサン等の単環式化合物、デカリン、メチルデカリン、テトラリン（テトラヒドロナフタレン）等の二環式化合物、テトラデカヒドロアントラセン等の三環式化合物、等が含まれる。脂肪族炭化水素には、２−プロパノ−ル、メタノール、エタノール等が含まれる。特に、デカリン、メチルデカリン、テトラリンを含む燃料が好ましく、デカリンからなる燃料またはデカリンを主成分とする燃料がより好ましい。
【００１７】
炭化水素系燃料から生成される脱水素生成物は、炭化水素系燃料を脱水素反応して水素を放出した後の反応生成物であり、例えば、デカリン、またはシクロヘキサンの場合には、水素と共に主として生成される、ナフタレン（若しくはテトラリン）、またはベンゼンが各々相当する。
【００１８】
前記炭化水素系燃料を脱水素反応させると、水素ガスと共に、水素の放出により不飽和結合を持つ脱水素生成物が反応生成物として生成される。例えば、デカリンからなる燃料またはデカリンを主成分とする燃料を用いた場合には、デカリンの脱水素反応により、水素ガスと共に脱水素生成物としてナフタレンが生成される。そして、上記脱水素生成物であるナフタレンを水素添加により水素化反応させたときには、ナフタレンの水素化物であるデカリンおよび／またはテトラリンが再生される。
【００１９】
尚、本発明における再生には、例えば、ナフタレンまたはベンゼンからそれぞれデカリンまたはシクロヘキサンを再生することのほか、二環式若しくは三環式の化合物の場合には、水素化が未完の化合物を再生することも含む。即ち、例えばナフタレンを再生する場合、デカリンを再生することのほか、テトラリンを再生すること、デカリンと共にテトラリンを再生することをも含む。
【００２０】
また、請求項２に記載の水素ガス生成装置は、請求項１に記載の水素ガス生成装置において、前記複数の反応室を、室の内壁となる側の面に前記触媒を備えた複数の仕切部材によって前記脱水素反応器の内部を仕切ることで形成することができる。
【００２１】
請求項２に記載の水素ガス生成装置によれば、脱水素反応器内に上記複数の反応室を形成するために触媒を室の内壁となる側の面、例えば両面に備えた仕切部材を用いることで、内壁に触媒を備えた複数の反応室を効率的に形成することができる。
【００２２】
請求項３に記載の水素ガス生成装置は、厚み方向に貫通する貫通孔が穿設され且つ室の内壁となる側の面に炭化水素系燃料を脱水素反応させる触媒を備えた複数のプレートによって仕切られて形成された複数の反応室と、前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口と、を備えた脱水素反応器と、前記プレートの貫通孔の各々を貫通して設けられ、且つ、前記複数の反応室の各々に対応した噴射孔を有し、前記複数の反応室の各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、を備えて構成される。
【００２３】
請求項３に記載の水素ガス生成装置によれば、厚み方向に貫通する貫通孔が穿設された複数のプレートによって脱水素反応器内を仕切り、複数の反応室を形成することで、内壁に触媒を備えた複数の反応室を効率的に形成することができる。これにより、脱水素反応器内の触媒設置面積を広く確保することができ、炭化水素系燃料の脱水素反応領域が拡張され、脱水素反応器の単位容積当たりにおける炭化水素系燃料の転化率を向上させることができる。
【００２４】
また、上記プレートに穿設された貫通孔が反応室同士を相互に連通させるための役割を果たし、脱水素反応によって発生した水素ガスや未反応の炭化水素系燃料等の流通経路を確保することができる。
【００２５】
さらに、各反応室に対応した噴射孔を有する噴射装置を前記プレートの貫通孔に貫通させて設置するため、一基の噴射装置で複数の反応室の各々に炭化水素系燃料を噴射することができる。また、噴射装置が上記プレートの貫通孔を貫通して設置されているため、各反応室の内壁に設置された触媒に均一に炭化水素系燃料を噴射しやすい。
【００２６】
前記プレートの貫通孔に貫通して設置される噴射装置は、例えば、長尺の管形状の表面に触媒上に炭化水素系燃料を供給する噴射孔を複数有して構成され、その長手方向が脱水素反応器の内壁に対して略平行となるように配置される。供給装置の面の形状は、円形、楕円形、矩形、方形など任意の形状に構成できる。
【００２７】
請求項４に記載の水素ガス生成装置は、室の内壁となる側の面に炭化水素系燃料を脱水素反応させる触媒を備え前記炭化水素系燃料の流下方向に傾斜して設けられた複数のプレートによって仕切られて形成され且つ相互に連通された複数の反応室と、前記脱水素反応によって生成した水素ガスを排出する排出口と、を備えた脱水素反応器と、前記反応室の各々に前記炭化水素系燃料を噴射する噴射装置と、を備えて構成される。
【００２８】
請求項４に記載の水素ガス生成装置によれば、前記炭化水素系燃料の流下方向に傾斜して脱水素反応器内に設けられた複数のプレートによって脱水素反応器内を仕切り、複数の反応室を形成することで、内壁に触媒を備えた複数の反応室を効率的に形成することができる。これにより、脱水素反応器内の触媒設置面積を広く確保することができ、炭化水素系燃料の脱水素反応領域が拡張され、脱水素反応器の単位容積当たりにおける炭化水素系燃料の転化率を向上させることができる。
【００２９】
また、前記複数の反応室の各々は、隣接する反応室と相互に連通されており、脱水素反応によって発生した水素ガスや未反応の炭化水素系燃料等の流通経路が確保され、さらに、上記プレートは上記炭化水素系燃料の流下方向に傾斜しているため、未反応の炭化水素系燃料等が流下しやすい。流下した未反応の炭化水素系燃料等は、脱水素反応器の流下方向側に排出口を設け一定量が貯まったところで排出する構成とすることができる。
【００３０】
また、本発明の水素ガス生成装置には分離手段を設けるのが好ましい。前記分離手段は、脱水素反応器から排出された水素ガスと脱水素生成物との混合ガスから高純度の水素ガスを分離させることができ、分離された高純度の水素ガスは上記燃料電池や水素エンジン等に供給される。
【００３１】
本発明の水素ガス生成装置は、炭化水素系燃料の脱水素反応を迅速且つ高効率に行なわせて水素密度の高い水素ガスを良好に水素使用装置（例えば燃料電池、水素エンジン）に供給することが可能であり、装置全体の小型化、軽量化が図れると共に、炭化水素系燃料／脱水素生成物の循環系により、クリーンでエネルギー資源の利用効率の高いシステムを構築することができる。
【００３２】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の水素ガス生成装置の実施の形態を説明する。尚、下記の実施の形態において、炭化水素系燃料として、デカリンを主成分とする燃料（以下、単に「デカリン」という。）を用いた場合を中心に説明する。但し、本発明においてはこれら実施の形態に制限されるものではない。
【００３３】
（第１の実施の形態）
本発明の水素ガス生成装置の第１の実施の形態について図１〜５を参照して説明する。本実施の形態は、水素ガスを燃料とする水素利用装置が搭載された自動車に本発明の第１の実施の形態の水素ガス生成装置を搭載し、デカリンを高温触媒の存在下で反応させナフタレンと水素ガスとを生成するデカリン／ナフタレン反応を利用したものであり、水素ガス分子を吸着貯蔵するのではなく、化学結合で原燃料中に貯蔵するものである。
【００３４】
図１は、本発明の第１の実施の形態を示す概略的構成図である。図１において、本発明の水素ガス生成装置は、反応タンク１０と、複室貯留タンク１２と、分離タンク１４と、水素ガス貯蔵タンク１６と、加熱装置１８と、から構成される。
【００３５】
本実施の形態における水素ガス生成装置は、複室貯留タンク１２から反応タンク１０にデカリンが供給されると、反応タンク１０に備えられた脱水素反応器２２内でデカリンが脱水素反応を起こし、水素ガスとナフタレンとを含む水素リッチガスを生成する。この際、反応タンク１０は、内部に備えられた触媒を加熱するために加熱装置１８によって加熱されている。脱水素反応器２２内で発生した水素リッチガスは、その後分離タンク１４に供給され、分離タンク１４内で水素ガスとナフタレンとに分離される。水素ガスとナフタレンとの分離は、主に水素リッチガスにデカリンを噴霧することによっておこなわれる。分離タンク１４内で分離された水素ガスは、水素ガス貯蔵タンク１６で貯蔵された後、水素利用装置２０に供給される。また、分離タンク１４において分離されたナフタレンは分離に用いられたデカリンとともに複室貯留タンク１２に送られ貯留される。
【００３６】
図１において反応タンク１０は、脱水素反応器２２と、噴射駆動部２４と、噴射装置２６と、から構成され、複室貯留タンク１２に接続された排出管２８の一端が脱水素反応器２２の底側に接続されている。反応タンク１０は、複室貯留タンク１２から供給されたデカリンを脱水素反応器２２内で脱水素反応させ、脱水素反応によって生成した水素ガスと気相ナフタレンとの混合ガス（水素リッチガス）を排出する。反応タンク１０から排出された水素リッチガスは、バルブＶ２、逆止弁およびポンプＰ２を備えた供給配管３０を通じて分離タンク１４に供給される。
【００３７】
図１において脱水素反応器２２は、円柱状であり、その内部が複数の反応室に区画されている。脱水素反応器２２内の各反応室の内壁にはデカリンを脱水素反応させるための触媒が設けられている。噴射装置２６によって各反応室にデカリンが噴射されると、デカリンが触媒上で脱水素反応し、水素ガスとナフタレンとを生成する。脱水素反応器は２２の材質としては、触媒に熱を伝えやすいようにアルミ等の熱伝導性の高いものが用いられる。
【００３８】
図２および３を用いて脱水素反応器２２について説明する。図２は、第１の実施の形態における脱水素反応器の概略的断面図である。図２において、脱水素反応器２２は、厚み方向に貫通孔が穿設されたプレート３２ａ〜３２ｋと、プレート３２ａ〜３２ｋによって仕切られた反応室３４ａ〜３４ｌと、反応室３４ａ〜３４ｌの内壁に設けられた触媒３６と、ガス排出口３８と、未反応デカリン排出口４０と、から構成され、その中心部にはプレート３２ａ〜３２ｋの貫通孔を貫通するように、噴射装置２６が備えられている。噴射装置２６には、反応室３４ａ〜３４ｌにデカリンを噴射するための複数の噴射孔４２が設けられている。
【００３９】
プレート３２ａ〜３２ｋはドーナツ状の円盤型プレートであり、その中心に貫通孔が穿設されている。プレート３２ａ〜３２ｋの外径は脱水素反応器２２内に固定できるように適宜決定される。また、噴射装置２６を反応室の中心に設置するためだけではなく、脱水素反応によって生成した水素リッチガスや未反応デカリンの流通経路を確保するための各反応室の連通手段としても機能させるため、貫通孔の直径（プレート３２ａ〜３２ｋの内径）は、その周縁と噴射装置２６との間にある程度の間隙ができるように決定される。
【００４０】
また、プレート３２ａ〜３２ｋの両面には触媒３６が設けられており、各プレートが反応室３４ａ〜３４ｌの内壁の一部を担う役割を果たす。触媒３６は脱水素反応の際に加熱されている必要があるため、脱水素反応器２２と同様にプレート３２ａ〜３２ｋの材質にはアルミ等の熱を伝えやすい材質が用いられる。また、プレート３２ａ〜３２ｋは、未反応のデカリン等が流下しやすいようにその中心（貫通孔）に向かって傾斜しているすり鉢状であってもよい。
【００４１】
脱水素反応器２２の内壁には触媒３６が設けられており、プレート３２ａ〜３２ｋとともに反応室３４ａ〜３４ｌの内壁を形成している。反応室３４ａ〜３４ｌの各反応室は、隣接する反応室とプレート３２ａ〜３２ｋの貫通孔によって連通しており、その中心に備えられた噴射装置２６からデカリンを供給され、内壁に備えられた触媒３６上で水素リッチガスを発生させる。
【００４２】
反応室３４ａ〜３４ｌの内壁に備えられた触媒３６上に噴射装置２６からデカリンを供給する際、デカリンは加熱された触媒３６の表面が僅かに湿潤した状態、すなわち液膜状態となるように供給されることが好ましい。僅かに湿潤した液膜状態では、過熱（デカリンの沸点を越える温度での加熱）・液膜状態での脱水素反応のとき水素ガス生成量は最大になる。これは、デカリンの蒸発速度が、基質液量（デカリンの液量）が少ない程小さくなり、蒸発速度が小さく且つ高温の状態で脱水素反応させることにより転化率が向上するからである。すなわち、蒸発速度は液量・伝熱面積・加熱源と沸点との温度差の各々に比例するので、液体デカリンの量が少なければ蒸発速度が小さくなる。液体デカリンは、加熱された触媒３６上（例えば、２００〜３５０℃）でも液膜状態で存在するので、触媒活性サイトは液相からのデカリンの速やかな吸着により充分に高い被覆度で常時補填される。すなわち、触媒３６の表面上でデカリンを液膜状態で脱水素反応させると、触媒３６の表面上でデカリンを気体で反応させた場合よりも優れた反応性が得られる。
【００４３】
反応室３４ａ〜３４ｌの内壁に備えられる触媒３６としては、触媒金属として、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｅ、Ｐｔ−Ｗ等の貴金属系の金属を用いた炭素担持Ｐｔ触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｉｒ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｒｅ複合金属触媒、または炭素担持Ｐｔ−Ｗ複合金属触媒、またはニッケル系金属を使用することができる。
【００４４】
脱水素反応器２２の内壁およびプレート３２ａ〜３２ｋの表面に触媒３６を設けるには、例えば、脱水素反応器２２の内壁に触媒金属微粒子（触媒）を直接担持させ、脱水素反応器２２を担持体として機能させたり、または、触媒金属微粒子が多孔性炭素担体等の担体に予め担持されてなる触媒を脱水素反応器２２の内壁に沿って設けるようにしてもよい。但し、触媒と担体との密着性が高いほど熱伝導性が良く好ましい。脱水素反応器２２をモノリス担体とする場合には、一体成形構造の担体の表面に触媒機能を持つ活性成分（触媒金属微粒子）を分散して付着、担持させたモノリス触媒として構成することもできる。
【００４５】
脱水素反応器２２の内壁およびプレート３２ａ〜３２ｋの表面に触媒３６を設ける方法としては、コーティング法が好適であり、例えばＰｔ／活性炭繊維を触媒とする場合、活性炭繊維及びＰｔの混合物を脱水素反応器２２の内壁にそのままコーティングして固定する方法、Ｐｔ含有の活性炭スラリーを調製しこれを吸引、スプレー噴射してコーティング（塗布）、乾燥し、窒素雰囲気中で焼成して筒状体内壁面にコートする方法、等が挙げられる。
【００４６】
ガス排出口３８は、脱水素反応器２２の上方に設けられており、反応室３４ａ〜３４ｌで発生した水素リッチガスを排出する。ガス排出口３８には、分離タンク１４に接続された供給配管３０の一端が接続されており（図１参照）、反応室３４ａ〜３４ｌで発生した水素リッチガスを分離タンク１４に供給できるようになっている。脱水素反応器２２の上端側（図２における反応室３４ａの内壁）には水素圧センサ３９が備えられており、脱水素反応器２２内の水素リッチガスの圧力を検知することができる。水素圧センサ３９が水素リッチガスの圧力が一定まで増加したことを検知するとバルブＶ２が開き、ガス排出口３８から排出された水素リッチガスがポンプＰ２によって分離タンク１４に供給される（図１参照）。
【００４７】
反応室３４ａ〜３４ｌにおいて生じる未反応のデカリンは、各貫通孔を通じて脱水素反応器２２の底面にまで移動する。未反応デカリン排出口４０は、各反応室から流下してきた未反応デカリンを排出するために脱水素反応器２２の底面に設けられる。未反応デカリン排出口４０には、バルブＶ３を備えた排出管２８が連結されており、排出した未反応デカリンを複室貯留タンク１２の生成物貯留部７４に供給できるようになっている。図２において脱水素反応器２２の最底面側に位置する反応室３２ｌの壁面には、未反応デカリン液量センサ４４が備えられており、未反応デカリンが一定量に達すると、バルブＶ３の電磁弁を開き未反応デカリンを排出できるように制御されている。
【００４８】
次に、噴射装置２６について図２〜４を用いて説明する。図３は、脱水素反応器２２の図２におけるＡ−Ａ’線断面図である。また、図４は、噴射装置２６の図２におけるＢ−Ｂ’線断面図である。図２に示すように噴射装置２６は、反応室３４ａ〜３４ｌの各々にデカリンを供給できるように、複数の噴射孔４２が設けられている。噴射孔４２は、デカリンが反応室内の触媒上で均一に液膜状態になるように、反応室内の触媒３６の表面積や噴射装置２６から触媒３６までの距離（反応室の内壁までの距離）などを考慮し、その個数や孔径を適宜決定することができる。図２においては、反応室３４ａ〜３４ｌの各々に対応して各プレート間の中心あたりに噴射孔４２が位置するように構成されている。また、本実施の形態においては脱水素反応器２２が円柱状であるため、一つの反応室に対して前後左右の４方向にデカリンを噴射できるよう、一つの反応室に対し４方向に噴射孔４２が設けられている。さらに、噴射孔４２から噴射されるデカリンの噴射形状は、噴射孔の適正化等によって反応室に設けられた触媒上でデカリンが液膜状態になるように適宜決定される。
【００４９】
本実施の形態において噴射装置２６は、図２および３に示すように長尺の円筒状であり、プレート３２ａ〜３２ｋの各貫通孔を通過し、その下端が脱水素反応器２２の底面とプレート３２ｋとの中心あたりに位置するように備えられている。脱水素反応器２２と噴射装置２６との接続部は水素リッチガスが漏れないようにＯリング５０でシールされている。また、図３に示すように、噴射装置２６は、外側部材２６ａと内側部材２６ｂとからなる二重構造を有しており、外側部材２６ａの往復運動することによって噴射孔４２からデカリンを噴射することができる。
【００５０】
噴射装置２６のデカリン噴射機構について説明する。図４（Ａ）に示すように外側部材２６ａには複数の噴射孔４２ａが設けられており、内側部材２６ｂには複数の噴射孔４２ｂが設けられている。噴射装置２６は、内部にデカリン４６が高圧で供給されており、固定された内側部材２６ｂに沿って上下に往復運動できるように構成されている。デカリン４６は、ポンプＰ１（図１参照）によって噴射装置２６に設けられた全ての噴射孔からデカリンが適正に噴射できる圧にまで昇圧され、噴射装置２６内に保たれている。噴射装置２６の内部を高圧に保つことによって、噴射装置２６の下端側に設けられた噴射孔４２からのみ噴射し上端側の噴射孔４２からデカリンが噴射されない事態を回避することができる。また、噴射装置２６の上端側（紙面上方側）に設けられる噴射孔４２の孔径を小さくし、下端側（紙面下方側）に設けられる噴射孔４２の孔径を大きくすることで、全方向に一様にデカリンを噴射することができる。
【００５１】
図４（Ａ）に示すように、外側部材２６ａの噴射孔４２ａと内側部材２６ｂの噴射孔４２ｂとの位置が一致していない時には、デカリンは噴射されず噴射装置２６内に保たれている。噴射孔４２ｂの周辺にはデカリンの漏れを防ぐために、漏れ防止用シール４８が備えられている。外側部材２６ａの往復運動によって、外側部材２６ａが図４（Ａ）に示す矢印の方向（紙面上方）にスライドすると、図４（Ｂ）に示すように、噴射孔４２ａと噴射孔４２ｂとの位置が一致し、高圧で供給されているデカリンが噴射孔４２ａから反応室の触媒に向かって噴射される。さらに外側部材２６ａの往復運動によって、外側部材２６ａが図４（Ｂ）に示す矢印の方向（紙面下方）にスライドすると、噴射孔４２ａと噴射孔４２ｂとの位置が再びずれ、デカリンの噴射が停止される。このように、外側部材２６ａが往復運動を繰り返すことによって噴射装置２６は、デカリンを反応室の触媒上で液膜状態になるように間欠噴射することができる。
【００５２】
次に、噴射装置２６の外側部材２６ａを往復運動させる噴射駆動部２４について図５を用いて説明する。図５は、第１の実施の形態における噴射駆動部を示す概略図である。図５に示すように噴射駆動部２４は脱水素反応器２２の外壁上部に設けられ、カムシャフト５２に固定されたカム５４と、噴射装置２６の外側部材２６ａに固定された固定部材５６と、脱水素反応器２２の外壁上部と固定部材５６とに狭持されたスプリング５８と、で構成され、外側部材２６ａがカム駆動によって内燃機関の吸排気バルブのように往復運動できるようになっている。この際、噴射装置２６の内側部材２６ｂは固定部材６２によって固定されている。カムシャフトが回転すると、カム５４の駆動が外側部材２６ａの頭頂部６０を介して伝わり、外側部材２６ａを上下に往復運動させることできる。尚、本発明において外側部材２６ａを往復運動させる噴射駆動部２４の構造はこれに限定されるものではなく、例えば、電動式に往復させてもよい。また、往復運動は上下運動に限られず、周方向へのものであってもよい。
【００５３】
次に加熱装置１８、複室貯留タンク１２、分離タンク１４、水素ガス貯蔵タンク１６等について図１を用いて説明する。加熱装置１８は、装置内を循環するシリコーンオイルによって反応タンク１０を加熱するように構成される。反応タンク１０は、脱水素反応器２２内に備えられた触媒を加熱するために、脱水素反応器２２が加熱装置１８内のシリコーンオイルで直接加熱されるように設置される。
【００５４】
図１において加熱装置１８は、オイル循環ポンプＰ３を備えた配管６４と２箇所で連結されており、加熱装置１８内のシリコーンオイルが配管６４内を挿通して循環し、配管途中にある水素利用装置２０の廃熱によって加熱されるようになっている。加熱されたシリコーンオイルは、反応タンク１０の近辺に滞在すると共に徐々に循環されることによって反応タンク１０と熱交換し、脱水素反応器２２の外壁を通じて伝達される熱で脱水素反応器２２内部の触媒を加熱する。また、加熱装置１８の底面側には、図示を省略する回転羽が設けられており、加熱装置１８内のシリコーンオイルの循環を促して加熱装置内の温度を均一に保持できるようになっている。
【００５５】
また、配管６４には、図１に示すように、冷却水を循環させてシリコーンオイルの液温を調節する循環冷却器６６が設けられており、さらに加熱装置１８には温度センサ６８が備えられている。これにより、シリコーンオイルの温度が所定温度を超えたときには、風冷した冷却水を循環させることによってオイル温度を冷却し、所定の温度に達しているときには冷却水の循環を停止するように制御される。
【００５６】
複室貯留タンク１２は、隔壁面が略水平となるようにナフタレン非透過性の移動可能な隔壁７０を備えて構成され、隔壁７０により内部が二つの室に区画されている。区画された一方（図面の隔壁７０の下室）には、デカリンを貯留するデカリン貯留部７２（炭化水素系燃料貯留部）が、他方（図面の隔壁７０の上室）にはナフタレン混合物を貯留する混合物貯留部７４（生成物貯留部）が設けられている。
【００５７】
デカリン貯留部７２の底面側には、デカリンを反応タンク１０に供給するためのポンプＰ１およびバルブＶ１を備えた供給配管７６の一端と、デカリンを分離タンク１４に供給するためのポンプＰ５とバルブＶ６とを備えた供給配管７８の一端とが接続されている。更にデカリン貯留部７２の壁面には、バルブを備えた燃料供給管８０が備えられている。また、混合物貯留部７４には、排出管２８の一端が接続されると共に、ポンプＰ６を備えた供給配管８４の一端が接続され分離タンク１４と連通されており、更に壁面にはバルブを備えた排出管８２が設けられている。
【００５８】
隔壁７０は、その壁面の法線方向と略平行（図面の上下方向Ｃ）に移動可能に構成されている。ナフタレン混合物がなくデカリンが満タンであるときには、隔壁７０は最上部に位置して最大量のデカリンがデカリン貯留部７２に貯留され、水素ガスの生成、すなわちナフタレン混合物の生成量の増大にしたがって隔壁７０は徐々に下方に自動的に移動し、デカリン貯留部７２の容積が縮小され混合物貯留部７４の容積が拡大する。これにより、単一のタンクを有効に利用でき、装置をより小型化することができる。
【００５９】
隔壁７０は、混合物貯留部７４からデカリン貯留部７２へのナフタレンの移動を抑え、且つデカリンに対して安定なものであれば、特に制限はなく公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、物質非透過性のもの、ナフタレン透過性の低いもの、ナフタレンを除いては透過性のもの等を用いることができる。また、変形し難い板状のものでも伸縮可能な軟性、弾性を有するものでもよい。一つの複室貯留タンク１２内に複数の分離膜を設けることもできる。
【００６０】
具体的な例として、仕切り板や、ナフタレン濃度が低い側から圧がかかったときに開弁し、ナフタレンを高濃度に含む側から圧がかかったときに閉弁される多数の逆止弁が格子状又はランダムに配列された逆止弁膜などが挙げられる。
【００６１】
複室貯留タンク１２は、反応タンク１０と連通する供給配管７６や分離タンク１４と連通する供給配管７８、８４、その他排出管２８等にそれぞれ図示しない連結器（ジョイント）を設け、連結器において着脱可能に構成することができる。例えば、簡易にはめ込み、取り外しができる交換タンク（カートリッジタンク）の形態に構成できる。
【００６２】
複室貯留タンク１２を着脱可能に構成することにより、デカリンから所定量の水素ガスを生成後、複室貯留タンク自体を交換あるいは一旦取外してナフタレン混合物を再生することにより、貯留されたナフタレン混合物を回収、除去でき、車載するなど特定場所に定置しない場合でも簡易且つ継続的な水素の供給が可能となる。
【００６３】
また、複室貯留タンク１２を着脱可能に構成せず、あるいは着脱可能に構成すると共に、複室貯留タンクの混合物貯留部７４のみを着脱可能に構成してもよい。この場合、混合物貯留部７４は複室貯留タンク１２に収納可能なカートリッジ式に構成することもでき、また混合物貯留部７４が複室貯留タンク１２の一部を構成するように構成することもできる。例えば、隔壁７０の上室をはめ込み、取り外しが可能な態様、例えば交換タンク（カートリッジタンク）として構成することができる。この場合も、混合物貯留部（交換タンク）を空のもの（交換タンク）に取り替えることにより継続的な水素生成が可能となる。
【００６４】
分離タンク１４には、その上部において複室貯留タンク１２のデカリン貯留部７２（下室）に連通する供給配管７８の他端で接続された供給装置８６が設けられ、壁面に接続された供給配管３０を介して反応タンク１０から送られてくる水素リッチガスにデカリンを噴霧等して水素ガスを分離できるように構成されている。また、分離タンク１４の底部側には、ポンプＰ６を備えた供給配管８４の他端が接続され、デカリンに溶解されて底部に貯留されたナフタレン混合物を複室貯留タンク１２の混合物貯留部７４に供給できるようになっている。
【００６５】
分離タンク１４の上部壁面には、分離した水素ガスを挿通するためのポンプＰ７とバルブＶ４とを備えた供給配管８８の一端が接続され、水素ガスの貯留、供給が可能な水素ガス貯蔵タンク（バッファータンク）１６と連通されている。なお、分離タンク１４内の水素ガスを加圧または高圧状態にしたり、水素ガス貯蔵タンク１６への圧力を低圧（例えば負圧）にすることで水素排出効率を向上させることができる。
【００６６】
水素ガス貯蔵タンク１６は、バルブＶ５を備えた供給配管９０によって水素利用装置２０と連通され、水素ガスを供給できるようになっている。そして、供給配管９０には、水素利用装置２０に供給する水素量を制御するための水素流量制御器９２が設けられ、水素利用装置２０の運転状態に応じて適宜コントロールできるように構成されている。エンジン始動時には、脱水素反応器２２内の触媒温度が低く水素を生成できないことから、水素ガス貯蔵タンク１６にあらかじめ貯留された水素が水素利用装置２０に供給される。
【００６７】
また、水素ガス貯蔵タンク１６には、タンク中の水素圧を検出するための水素圧センサ８９が設けられており、水素ガス貯蔵タンク１６内の水素圧が予め定められた値を超えた場合には、デカリンの供給を停止または減少させて、水素ガスの供給を停止または減少させる。水素利用装置２０としては、水素を燃料として発電する燃料電池や、水素を燃料として発動する水素エンジン等が挙げられる。
【００６８】
次に第１の実施の形態における本発明の水素生成装置の各制御について図６〜９を用いて説明する。図６は、本発明の第１の実施の形態の制御回路を示すブロック図である。図６に示すように、上述の噴射駆動部２４、水素流量制御器９２、ポンプＰ１〜Ｐ７、バルブＶ１〜Ｖ６、循環冷却器６６、水素圧センサ３９，８８、未反応デカリン液量センサ４４並びに温度センサ６８の各々は、マイクロコンピュータ等で構成された制御回路部９４に接続されている。
【００６９】
以下、本実施の形態の制御装置による制御ルーチンについて説明する。図７は、イグニッション（ＩＧ）スイッチオンで実行されるメインルーチンを示すものである。制御回路部９４は、ＩＧスイッチがオンされるまで待機し（ステップＳ１００否定）、ＩＧスイッチがオンされたと判断すると、まず水素流量制御器９２がオンされて水素を水素利用装置２０に供給し水素利用装置２０を始動させる（ステップＳ１００肯定）。続けて、オイル循環ポンプＰ３を駆動し、加熱装置１８のシリコーンオイルを循環させ、反応タンク１０を加熱する（ステップＳ１０１）。
【００７０】
次いで、噴射駆動部２４を駆動し、供給量を予め定めた所定量（触媒表面上で液膜が得られる直前の量）から徐々に増加させながらデカリンを噴射装置２６によって脱水素反応器２２内の触媒に供給する（ステップＳ１０２）。制御回路部９４は、水素圧センサ３９によって検出された水素圧Ｐ１と予め定められた水素圧Ｐ０とを比較して、水素圧Ｐ１が水素圧Ｐ０以上であるか否かを判断し（ステップＳ１０３）、水素圧Ｐ１が水素圧Ｐ０未満であると判断した場合（ステップＳ１０３否定）は、ステップＳ１０２に戻りデカリンを徐々に増加させながら供給する。これにより、乾燥した触媒上にデカリンが徐々に供給され、触媒表面が徐々に湿潤して行き、デカリンが液膜状態で供給されるので、水素発生量が最大値に近づく。
【００７１】
制御回路部９４は、水素圧Ｐ１が水素圧Ｐ０以上であると判断した場合（ステップＳ１０３肯定）、デカリンが噴射装置２６から予め定められた所定の量（触媒表面上で液膜を得るために最適な量）で供給されるように噴射駆動部２４を制御する（ステップＳ１０４）。これにより、デカリンが触媒表面上で常に液膜状態で保持され、水素圧、すなわち水素ガス発生量が最大になるようにデカリンが供給される。また、デカリンの供給量が過剰になり水素発生量が低下した場合には、デカリン供給量を徐々に低下させてデカリンが常に液膜状態で保持されるように制御する。
【００７２】
次いで、制御回路部９４は、再び脱水素反応器２２内の水素圧Ｐ１が所定の水素圧Ｐ２に達しているか否かを判断し（ステップＳ１０５）、水素圧Ｐ１が所定の水素圧Ｐ２に達していないと判断した場合（ステップＳ１０５否定）には、ステップＳ１０４に戻り、デカリンの供給を繰り返す。
【００７３】
一方、制御回路部９４が、水素圧Ｐ１が所定の水素圧Ｐ２に到達したと判断した場合（ステップＳ１０５肯定）には、バルブＶ２を開き水素リッチガスを分離タンク１４に供給し、その後ステップＳ１０４に戻り同様の処理が繰り返される。
【００７４】
本実施の形態では、ＩＧスイッチがオンされると水素流量制御器９２によって水素ガス貯蔵タンク１６から水素利用装置２０に水素が供給され水素エンジンが始動する。そして、オイル循環ポンプＰ３が駆動して加熱装置１８内のシリコーンオイル温度が所定の触媒加熱温度にまで達すると、複室貯留タンク１２からデカリンが供給配管７６を挿通して反応タンク１０の脱水素反応器２２に供給される。脱水素反応器２２で発生した水素リッチガス供給配管３０を介して分離タンク１４に送られる。このとき、循環冷却器６６によって触媒温度は所定温度に制御されている。
【００７５】
分離タンク１４に供給された水素リッチガスは、供給装置８６から噴出されるデカリンと接触し、冷却されると共にガス中のナフタレン及び残存デカリンは供給されたデカリンに溶解されて水素ガスと分離される。分離された高純度の水素ガスは、供給配管８８を挿通して水素ガス貯蔵タンク１６に供給、貯蔵される。供給、貯蔵された水素ガスは、水素流量制御器９２により制御されながら水素ガス貯蔵タンク１６から水素エンジン等の水素使用装置２０に供給される。分離タンク１４で溶解されたナフタレンは、デカリンと混合したナフタレン混合物として複室貯留タンク１２の上室（混合物貯留部７４）に貯留される。このとき、隔壁７０はナフタレン混合物の量が増えるにしたがって上室の容積が拡大する方向（図中の下方）に移動する。そして、ナフタレン混合物が所定量に達すると、バルブ開閉して排出管８２からナフタレン混合物が排出、回収され、これに伴い隔壁７０は下室の容積が拡大する方向（図中の上方）に移動し、燃料供給管８０からデカリンが供給される。このサイクルを繰り返すことにより、高純度の水素ガスを継続的に水素使用装置に供給することができる。なお、水素ガス貯蔵タンクに貯蔵された水素ガスは、水素使用装置に供給するほか、後述の再生タンクにおけるナフタレンの水素化反応に利用することもできる。
【００７６】
次に、加熱装置１８内におけるシリコーンオイルの温度制御について説明する。図８は、イグニッション（ＩＧ）スイッチオンで実行される加熱装置１８内におけるシリコーンオイルの温度制御ルーチンを示すものである。制御回路部９４は、ＩＧスイッチがオンされるまで待機し（ステップＳ２００否定）、ＩＧスイッチがオンされたと判断すると、まず水素流量制御器９２がオンされて水素を水素利用装置２０に供給し水素利用装置２０を始動させる（ステップＳ２００肯定）。続けて、オイル循環ポンプＰ３を駆動し、加熱装置１８のシリコーンオイルを循環させ、反応タンク１０を加熱する（ステップＳ２０１）。ある程度のシリコーンオイルを循環させた後、制御回路部９４は加熱装置１８内のシリコーンオイルの温度Ｔを温度センサ６８によって取り込み（ステップＳ２０２）、オイル温度Ｔが予め定められた所定温度Ｔ０以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０３）。
【００７７】
制御回路部９４がシリコーンオイルの温度Ｔが所定温度Ｔ０以下であると判断した場合（ステップＳ２０３否定）には、ある程度シリコーンオイルを循環させた後、再びステップＳ２０２に戻り同様の処理を繰り返す。制御回路部９４がシリコーンオイルの温度Ｔが所定温度Ｔ０を超えていると判断した場合（ステップＳ２０３肯定）には、ステップＳ２０４において循環冷却器６６をオンし冷却水を循環させシリコーンオイルの冷却を開始する。
【００７８】
制御回路部９４は、循環冷却器６６をオンした後、再び加熱装置１８内のシリコーンオイルの温度Ｔを温度センサ６８によって取り込み（ステップＳ２０５）、オイル温度Ｔが予め定められた所定温度Ｔ０以下であるか否かを判断する（ステップＳ２０６）。制御回路部９４がシリコーンオイルの温度Ｔが所定温度Ｔ０を超えていると判断した場合（ステップＳ２０６否定）には、ある程度冷却水を循環させた後、再びステップＳ２０５に戻り同様の処理を繰り返す。
【００７９】
制御回路部９４がシリコーンオイルの温度Ｔが所定温度Ｔ０未満であると判断した場合（ステップＳ２０６肯定）には、ステップＳ２０７において循環冷却器６６をオフし冷却水を循環を停止させ、ステップＳ２０１に戻り同様の処理を繰り返す。
【００８０】
これにより、加熱装置１８内のシリコーンオイル温度、すなわち脱水素反応器２２内部の触媒が所定温度になるように制御される。この所定温度は、２００〜５００℃、好ましくは２００〜３５０℃の間の温度、更に好ましくは２８０℃にすることができる。この理由は、所定温度が２００℃未満であると目的とする脱水素反応の高い反応速度、換言すれば水素使用装置の高性能が得られないことがあり、３５０℃を越えるとカーボンデポジットが生じる可能性を持ち、５００℃を越えると実用的でないからである。
【００８１】
また、車両を停止させてイグニッション（ＩＧ）スイッチをオフすると、図９の割り込みルーチンが起動され、ポンプＰ１およびポンプＰ５の駆動停止し、噴射駆動部２４および供給装置８６を停止させてデカリンの供給を停止すると共に（ステップＳ３０１）、水素利用装置２０への水素供給を制御する水素流量制御器９２を停止し（ステップＳ３０２）、オイル循環ポンプＰ３を停止することによって水素ガスの生成を停止させる（ステップＳ３０３）。
【００８２】
また、循環冷却器６６は作動させたまま、脱水素反応器２２の底部に貯留された未反応デカリンを、バルブＶ３を開くと共にポンプＰ４を駆動して排出管２８を介して複室貯留タンク１２に送液する（ステップＳ３０４）。なお、循環冷却器６６は、加熱装置１８内のシリコーンオイルが所定温度以下となったときに停止される。このとき、デカリン供給を停止した後も少量の水素ガスが発生するので、発生した水素ガスを分離タンク１４を経由して水素ガス貯蔵タンク１６に貯蔵する（ステップＳ３０５）。
【００８３】
また、デカリンとテトラリンとの混合燃料を用いることにより、デカリンの脱水素反応の前にテトラリンが脱水素反応するので、速やかに水素ガスを発生させることができる。ここで、複室貯留タンク内あるいは複室貯留タンクとは別のタンク内に、デカリンと分離してテトラリンを貯留し、このテトラリンを加熱された触媒上でデカリンの脱水素反応前に脱水素反応させることにより、速やかに多量の水素ガスを発生させることができ、より迅速に水素生成を行なうことができる。
【００８４】
（第２の実施の形態）
本発明の水素ガス生成装置の第２の実施の形態について図１０〜１３を参照して説明する。本実施の形態における反応タンクは第１の実施の形態における反応タンクと転用可能であり、第２の実施の形態における反応タンク以外の装置等については説明を省略する。
【００８５】
図１０は、第２の実施の形態における反応タンクの概略的断面図である。図１０において、反応タンク１５０は、脱水素反応器１５２と、噴射装置１５４ａ〜１５４ｃと、からなり、脱水素反応器１５２の底側には、バルブＶ３を備え複室貯留タンク１２に接続される排出管２８（図１参照）の一端が接続されている。さらに、脱水素反応器１５２の上側には、バルブＶ２、逆止弁およびポンプＰ２を備えた供給配管３０（図１参照）の一端が接続されており、反応タンク１５０内で生成した水素リッチガスを分離タンク１４（図１参照）に排出できるようになっている。
【００８６】
また、脱水素反応器１５２は、円柱状であり、その材質としては、触媒に熱を伝えやすいようにアルミ等の熱伝導性の高いものが用いられる。図１０において脱水素反応器１５２は、プレート１５６ａ〜１５６ｄと、プレート１５６ａ〜１５６ｄによって仕切られた反応室１５８ａ〜１５８ｃと、反応室１５８ａ〜１５８ｃの内壁に設けられた触媒１６０と、ガス排出口１６２と、未反応デカリン排出口１６４と、から構成され、反応室１５８ａ〜１５８ｃには、各々一基ずつの噴射装置が備えられている。噴射装置１５４ａ〜１５４ｃの先端には複数の噴射孔が設けられたノズル１６６ａ〜１６６ｃがそれぞれ備えられている。
【００８７】
プレート１５６ａ〜１５６ｄは平板状の切り欠け部を有する円盤型プレートであり、デカリンの流下方向に傾斜して脱水素反応器１５２内に設けられている。プレート１５６ａ〜１５６ｄの傾斜角αとは、デカリンの流下方向（矢印Ｄ１）と垂直な直線Ｄ２と、例えばプレート１５６ｂと、がなす角である。プレート１５６ａ〜１５６ｄの傾斜角αとしては、例えば２０〜３０°が好ましい。プレート１５６ａ〜１５６ｄの外径は、脱水素反応器１５２内に固定できるように適宜決定される。また、プレート１５６ａ〜１５６ｄは、図１１に示すように脱水素反応によって生成した水素リッチガスや未反応デカリンの流通経路を確保するために切り欠け部１６８を有する。尚、切り欠け部１６８は、プレート１５６ａ〜１５６ｄ各々のデカリンの流下方向側（下端側）に設けられる。
【００８８】
プレート１５６ｂ，１５６ｃの両面、およびプレート１５６ａ，１５６ｄの反応室の内壁になる側の面には触媒１６０が設けられており、各プレートが反応室１５８ａ〜１５８ｃの内壁の一部を担う役割を果たす。触媒１６０は脱水素反応の際に加熱されている必要があるため、脱水素反応器１５２と同様にプレート１５６ａ〜１５６ｄの材質にはアルミ等の熱を伝えやすい材質が用いられる。
【００８９】
脱水素反応器１５２の内壁には触媒１６０が設けられており、プレート１５６ａ〜１５６ｄとともに反応室１５８ａ〜１５８ｃの内壁を形成している。反応室１５８ａ〜１５８ｃの各反応室は、隣接する反応室とプレート１５６ａ〜１５６ｄの切り欠け部によって連通しており、各々の壁面に備えられた噴射装置１５４ａ〜１５４ｃからデカリンを供給され、内壁に備えられた触媒１６０上で水素リッチガスを発生させる。
【００９０】
反応室１５８ａ〜１５８ｃの内壁に備えられた触媒１６０上に噴射装置１５４ａ〜１５４ｃからデカリンを供給する際、デカリンは第１の実施の形態と同様に液膜状態になるように供給される。また、反応室１５８ａ〜１５８ｃの内壁に備えられる触媒１６０としては、第１の実施の形態で説明したものと同様のものが挙げられる。
【００９１】
また、触媒１６０が設けられる脱水素反応器１５２の内壁およびプレート１５６ａ〜１５６ｄの壁面は、図１２に示すように突起を設けることができる。このように触媒設置面の表面を突起状とすることで、触媒１６０の設置面の表面積が増加し、水素発生量を増加させることができる。さらに、図１０に示すように脱水素反応器１５２は、複数の反応器をテーパネジ構造の接合部１７０によって接合して形成することができる。
【００９２】
ガス排出口１６２は、脱水素反応器１５２の上方に設けられており、反応室１５８ａ〜１５８ｃで発生した水素リッチガスを排出する。ガス排出口１６２には、分離タンク１４に接続された供給配管３０の一端が接続されており（図１参照）、反応室１５８ａ〜１５８ｃで発生した水素リッチガスを分離タンク１４に供給できるようになっている。脱水素反応器１５２の上端側には水素圧センサ１７２が備えられており、脱水素反応器１５２内の水素リッチガスの圧力を検知することができる。水素圧センサ１７２が水素リッチガスの圧力が一定まで増加したことを検知するとバルブＶ２が開き、ガス排出口１６２から排出された水素リッチガスがポンプＰ２によって分離タンク１４に供給される（図１参照）。
【００９３】
反応室１５８ａ〜１５８ｃにおいて生じる未反応のデカリンは、各切りかけ部１６８を通じて脱水素反応器１５２の底面にまで移動する。未反応デカリン排出口１６４は、各反応室から流下してきた未反応デカリンを排出するために脱水素反応器１５２の底面に設けられる。未反応デカリン排出口１６４には、バルブＶ３を備えた排出管２８が連結されており、排出した未反応デカリンを複室貯留タンク１２の生成物貯留部７４に供給できるようになっている（図１参照）。脱水素反応器１５２の最底面側の壁面には、未反応デカリン液量センサ１７４が備えられており、未反応デカリンが一定量に達すると、バルブＶ３の電磁弁を開き未反応デカリンを排出できるように制御されている。
【００９４】
次に、噴射装置１５４ａ〜１５４ｃについて説明する。図１０に示すように噴射装置１５４ａ〜１５４ｃは、反応室１５８ａ〜１５８ｃの各々にデカリンを供給できるように壁面に備えられ、図１３（Ａ）に示すように複数の噴射孔１７６を有するノズルが先端に備えられている。噴射装置１５４ａ〜１５４ｃには、その内部に図１３（Ｂ）の断面図に示すように噴射孔１７６と連結するニードル１７８が備えられており、噴射装置１５４ａ〜１５４ｃは先端に備えられたノズルから放射状にデカリンを噴射することができる。
【００９５】
ノズルに設けられる噴射孔１７６の個数や孔径は、反応室内の触媒１６０の表面積やノズル１６６ａ〜１６６ｃから触媒１６０までの距離（反応室の内壁までの距離）などを考慮し、適宜決定することができる。さらに、噴射孔１７６から噴射されるデカリンの噴射形状は、噴射孔の適正化等によって反応室に設けられた触媒上でデカリンが液膜状態になるように適宜決定される。
【００９６】
噴射装置１５４ａ〜１５４ｃは、各プレート間に位置するように脱水素反応器１５２の壁面に備えられており、各々が対応する反応室の内壁全面にデカリンを噴射できるようになっている。また、各噴射装置の上側と下側とに位置する各プレートは、各噴射装置のノズルが備えられている方向に向かって内側に傾斜するように配置される。このように噴射装置１５４ａ〜１５４ｃおよびプレート１５６ａ〜１５６ｄを配置することで、反応室１５８ａ〜１５８ｃの内壁に均一な液膜状態になるようデカリンが供給されるようにすることができる。
【００９７】
本実施の形態における反応タンクを用いると、効率的に水素ガスを生成できるのみでなく、各反応室に対応した噴射装置が備えられていることから、デカリンの供給量を調整しやすい。尚、図１０においては、各反応室に対し一基の噴射装置が備えられているが、これに限定されず、各反応室に対して二基以上の噴射装置が備えられていてもよい。
【００９８】
（第３の実施の形態）
本発明の水素ガス生成装置の第３の実施の形態について図１４を参照して説明する。本実施の形態は、第１の実施の形態の複室貯留タンクおよび分離タンクを単一の貯留分離タンクに代え、単一タンクにデカリンおよび生成ナフタレンを共に貯留するようにし、且つ水素ガスをも分離可能としたものである。また、貯留分離タンクには更に再生タンクを接続し、ナフタレンを再生可能なように構成してある。尚、燃料は第１の実施の形態で使用した燃料を用いることができ、第１の実施の形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００９９】
図１４に示すように、本実施の形態は、デカリンを貯留し、且つ貯留されたデカリンにデカリンの脱水素反応により生成された水素ガス及びナフタレンが供給されると共に、排出口から水素ガスを排出する貯留分離タンク１８０と、再生タンク１８６とを備えている。
【０１００】
貯留分離タンク１８０は、内部に密閉してデカリン１８１を貯留可能に構成され、貯留分離タンク１８０の上部壁面には、デカリン１８１を供給するためのバルブを備えた燃料供給管８０と、未反応デカリンを回収する排出管２８とが設けられており、また、水素ガス貯蔵タンク１６に水素を挿通するためのポンプＰ７とバルブＶ４とを備えた供給配管８８の一端が接続されて排出口が形成されている。デカリン１８１は、貯留分離タンク１８０の上方に空隙を有する範囲で燃料供給管８０から供給できるようになっており、反応タンク１０で生成された水素ガスは、供給配管８８を介して水素ガス貯蔵タンク１６に供給、貯留された後、供給配管９０を挿通して水素利用装置２０に供給できるようになっている（図１参照）。また、貯留分離タンク１８０の底部には貯留されたナフタレン１８３を排出するためのバルブを備えた排出管８２が設けられている。
【０１０１】
貯留分離タンク１８０の底面側の側壁には、反応タンク１０と繋がる供給配管３０がデカリン１８１中にその他端が位置するように設けられ、反応タンク１０の脱水素反応器２２と連通されている。液中となる供給配管３０の他端からは、反応タンク１０で生成された水素ガス及び気相ナフタレンの混合ガス（水素リッチガス；蒸発して残存する残存デカリンを含んでもよい）を液中において供給可能なようになっている。
【０１０２】
分離膜１８２は、貯留分離タンク１８０の内部にデカリン１８１の液面と略水平に備えられ、浮上する水素ガス１８４を透過し、ナフタレン１８３のデカリン内での拡散を抑えて分離膜１８２の下方に貯留することができる。貯留分離タンク１８０の内部において、水平面と略平行に配置された分離膜１８２は、ナフタレン含量の少ないデカリンの上層部からナフタレン含量の多い下層部に移る濃度分布とも略平行に位置し、分離膜１８２の下方で供給される水素ガス１８４は分離膜１８２の膜面を一様に通過できる。特に、供給配管３０の出口周辺でナフタレン量が不均一になると局部的に粘度上昇等を来すことがあるため、水素ガスの液中での移動速度を損なわないようにすることが望ましい。
【０１０３】
分離膜１８２は、その膜面の法線方向（図１４中の矢印方向Ｆ）と略平行に移動可能に構成することができる。分離膜の移動は、貯留分離タンク内部の区画された領域の容積を可逆的に変えることができることが望ましく、生成ナフタレン量に合わせて任意に変えることができる。
【０１０４】
貯留分離タンク１８０における分離膜１８２の位置関係としては、ナフタレンがなくデカリンが満タンであるときには分離膜１８２はナフタレン供給側、すなわち最下部に位置し、分離膜の下側の容積を小さくでき、このとき最大量のデカリンが貯留される。そして、水素の生成、すなわちナフタレン量の増大に応じて分離膜は徐々に上方に移動し、逆にナフタレン供給側の容積は拡大される。これにより、ナフタレンの拡散を抑止しながら単一のタンクを有効に利用でき、装置をより小型化することができる。
【０１０５】
分離膜１８２は、水素ガスを透過できると共に、デカリン中でのナフタレンの拡散を抑制し、且つデカリンに対して安定なものであれば、特に制限はなく公知のものの中から適宜選択することができる。例えば、水素透過性で且つ水素ガス以外は物質非透過性（若しくはナフタレン低透過性）のもの、ナフタレンを除いては透過性のものが使用できる。また、分離膜は、変形し難い板状のものでも伸縮可能な軟性、弾性を有するものでもよい。一つの貯留分離タンク内に複数の分離膜を設けることもできる。
【０１０６】
具体的な例として、メッシュ状のフィルタ膜や、ナフタレンを高濃度に含む側から水素ガスが透過するときに開弁され、且つ逆側から圧がか且つた場合に閉弁される多数の逆止弁が格子状又はランダムに配列された逆止弁膜などが挙げられ、材質は樹脂材、金属材、シリコーン材、ゴム材など適宜選択できる。
【０１０７】
分離膜１８２の膜面の上方には、ナフタレン含有比の低いデカリン１８１を、デカリンの脱水素反応を行なう脱水素反応器２２に供給するための供給配管７６の他端が取り付けられている。この他端を分離膜１８２の膜面近傍から上方に配置することにより、ナフタレン含量比の低いデカリンを供給することができ、水素生成効率を高めることができる。
【０１０８】
貯留分離タンク１８０には、反応タンク１０と連通する供給配管３０、７６や排出管２８、水素ガス貯蔵タンク１６と連通する供給配管８８、その他後述の再生タンク１８６と連通する配管などにそれぞれ図示しない連結器（ジョイント）を備えて、連結器において着脱可能に構成することができる。例えば、簡易にはめ込み、取り外しができる交換タンク（カートリッジタンク）の形態に構成できる。
【０１０９】
貯留分離タンク１８０を着脱可能に構成することにより、デカリンから所定量の水素ガスを生成後、貯留分離タンク自体を交換あるいは一旦取外してナフタレンを再生することにより、貯留された生成ナフタレンを回収、除去でき、車載するなど特定場所に定置しない場合でも簡易且つ継続的な水素の供給が可能となる。
【０１１０】
また、第１の実施の形態と同様に、貯留分離タンク１８０を着脱可能に構成せず、あるいは着脱可能に構成すると共に、貯留分離タンク１８０のナフタレンが高濃度に貯留された分離膜１８２の下方の部分のみを着脱可能に構成してもよい。この場合、ナフタレンが貯留された部分は、貯留分離タンク１８０に収納可能なカートリッジ式に構成することもでき、また、この部分が貯留分離タンクの一部を構成するように設けることもできる。ナフタレンを高濃度に含む部分（交換タンク）を、デカリンで満たされたもの（交換タンク）に取り替えることにより水素生成を継続的に行なうことが可能となる。
【０１１１】
再生タンク１８６は、ナフタレンと水素ガスとを加熱触媒を用いて水素化反応させてデカリンおよび／またはテトラリンを生成させるものであり、貯留分離タンク１８０と接続して車両内に搭載することができる。
【０１１２】
再生タンク１８６は、バルブＶ７及びポンプＰ８を備えた供給配管１８８を介して貯留分離タンク１８０の底面側で、またバルブＶ８及びポンプＰ９を備えた供給配管１９０を介して貯留分離タンク１８０の上面側で、それぞれ連通されている。これにより、貯留分離タンク１８０内のナフタレンは供給配管１８８を挿通して再生タンクに供給できるようになっており、生成されたデカリン及びテトラリンは供給配管１９０を介して貯留分離タンク１８０に供給される。
【０１１３】
再生タンク１８６の底面側には、触媒１９２及び触媒１９２を加熱するヒータ１９４で構成され、且つ発熱及び吸熱を起こさせる触媒反応器が設けられている。触媒１９２の水素化反応を行なう側は、多孔性炭素担体に触媒金属微粒子を担持して構成されている。触媒としては、上記で説明した炭素担持Ｐｔ触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｉｒ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｒｅ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｗ複合金属触媒、又はニッケル系金属を使用した触媒等を使用することができる。触媒１９２の近傍には、触媒表面の温度を検出する温度センサ１９６が取付けられている。
【０１１４】
また、再生タンク１８６には、ガソリンスタンド等の車両外部に設けられた水素ボンベや水の電気分解装置等の設備から水素ガスを供給するための水素ガス供給管１９８が取り付けられている。水の電気分解により生成した水素ガスなどを供給するようにすれば、クリーンなシステムを構築することができる。
【０１１５】
本実施の形態では、貯留分離タンク１８０に燃料供給管８０を介してデカリン１８１が供給されると、デカリン１８１は供給配管７６を挿通して反応タンク１０に送られる。脱水素反応器２２の乾燥した触媒上にデカリンが徐々に供給され、触媒表面が徐々に湿潤してデカリンが液膜状態で供給されると、水素圧、即ち水素発生量が最大値に近づく。
【０１１６】
生成されたナフタレンを含む水素リッチガスは、ポンプＰ２により逆止弁を介して供給配管３０を挿通して貯留分離タンク１８０のデカリン１８１中に供給される。貯留分離タンク１８０では、水素ガス１８４はデカリン１８１中を浮上する一方、気相で存在していたナフタレン及び残存デカリンはデカリン１８１中へ供給される過程で冷却され、残存デカリンは凝縮して液化し、ナフタレンは凝析して沈降する。これにより、水素ガスはナフタレン及び残存デカリンと分離され、タンク上部の空隙において高純度に分離される。分離された水素ガスは水素ガス貯蔵タンク１６に供給される。このとき、貯留分離タンク１８０内の水素ガスを加圧または高圧状態にしたり、水素ガス貯蔵タンクへの圧力を低圧（例えば負圧）にすることで水素排出効率を向上させることができる。
【０１１７】
なお、生成ナフタレンからのデカリンの再生は航空燃料として公知の安定した技術を使用することができる。これにより、安全で環境に優しく、高純度の水素ガスを発生することができる。
【０１１８】
一方、車両を停止させる場合には、第１の実施の形態の場合と同様にして、水素ガスの生成を停止すると共に、脱水素反応器２２の底部に冷却され貯留された未反応デカリンをポンプＰ４を駆動させて排出管２８を介して貯留分離タンク１８０に戻し、さらにデカリン供給を停止した後に発生した少量の水素ガスを貯留分離タンク１８０を経由して水素ガス貯蔵タンク１６に貯蔵する。このとき、循環冷却器６６は、加熱装置１８内のシリコーンオイルが所定温度以下となったときに停止される。
【０１１９】
また、再生タンク１８６では、ヒータ１９４のオン／オフにより、触媒１９２の温度が所定温度になるように制御される。この所定温度は、１５０〜２００℃の間の温度、好ましくは１５０℃近傍の温度を採用することができる。バルブＶ７を開いてポンプＰ８を駆動し、供給配管１８８を介してナフタレンと未反応デカリンとの混合液を再生タンク１８６に供給する。また、これと同時に、ガソリンスタンド等に設けられている水素ボンベまたは水の電気分解装置から得られる水素ガスを再生タンク１８６に供給し、所定温度に制御された触媒１９２上でナフタレン水素化反応を行ってデカリンを再生し、バルブＶ８を開いてポンプＰ９を駆動し、供給配管１９０を挿通して再生デカリンを貯留分離タンク１８０に回収する。このとき、再生タンク１８６内の水素ガスは、加圧または高圧にするのが好ましい。
【０１２０】
尚、簡易且つ速やかにナフタレンの水素化を行う場合には、水素ガスを加圧せずに、触媒温度を上記より低温にしてテトラリンを生成させ、それを貯留分離タンクに供給するようにしてもよい。
【０１２１】
上記では、再生タンク１８６を車両に搭載する例について説明したが、再生タンクをガソリンスタンド等に設置し、ガソリンスタンド等で水を電気分解して得られる水素を供給してデカリンを再生するようにしてもよい。
【０１２２】
上述した実施の形態では、水素生成用の燃料としてデカリンを用いた例を中心に説明したが、既述のデカリン以外の炭化水素系燃料を用いた場合においても同様である。また、水素使用装置についても、特に車載の水素エンジンを例に説明したが、本発明は水素エンジン以外の車載燃料電池などの水素使用装置に適用することもできる。
【０１２３】
また、上記実施の形態では、加熱媒体を加熱する熱源として水素エンジン等の水素使用装置の廃熱を利用する例を説明したが、デカリン等の有機ハイドライドやナフタレン等の脱水素生成物などの有機物を空気と混合して燃焼させたときの燃焼熱や取り出した水素の燃焼熱を熱源として構成することもできる。
【０１２４】
【発明の効果】
本発明によれば、小型、軽量化が可能で、単位容積当りの脱水素反応効率を高めて高純度水素ガスの生成量を向上させることできる水素ガス生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す概略的構成図である。
【図２】第１の実施の形態における脱水素反応器の概略的断面図である。
【図３】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図４】図２のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】第１の実施の形態にける噴射駆動部を示す概略図である。
【図６】本発明の第１の実施の形態の制御回路を示すブロック図である。
【図７】本発明の第１の実施の形態のメインルーチンを示す流れ図である。
【図８】本発明の第１の実施の形態における加熱装置の処理の手順を示す流れ図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態をイグニッションスイッチオフで割り込まれる割り込みルーチンを示す流れ図である。
【図１０】第２の実施の形態における反応タンクの概略的断面図である。
【図１１】図１０のＥＥ’断面図である。
【図１２】第２の実施の形態におけるプレートの一部を示す概略的断面図である。
【図１３】第２の実施の形態における噴射装置を示す概略図である。
【図１４】本発明の第３の実施の形態の一部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１０，１５０    反応タンク
１２    複室貯留タンク
１４    分離タンク
１６    水素ガス貯蔵タンク
１８    加熱装置
２０    水素使用装置
２２，１５２    脱水素反応器
２４    噴射駆動部
２６，１５４ａ〜１５４ｃ    噴射装置
３４ａ〜３４ｋ，１５８ａ〜１５８ｃ    反応室
３６，１６０    触媒
３８，１６２    ガス排出口
【図１】
2004168568.tif 000003
【図２】
2004168568.tif 000004
【図３】
2004168568.tif 000005
【図４】
2004168568.tif 000006
【図５】
2004168568.tif 000007
【図６】
2004168568.tif 000008
【図７】
2004168568.tif 000009
【図８】
2004168568.tif 000010
【図９】
2004168568.tif 000011
【図１０】
2004168568.tif 000012
【図１１】
2004168568.tif 000013
【図１２】
2004168568.tif 000014
【図１３】
2004168568.tif 000015
【図１４】
2004168568.tif 000016