(57)【要約】【課題】脱水素反応および水素付加反応の反応効率を向上させる。【解決手段】水素を放出して芳香族化合物に変化する水素供給体と、水素と反応してその水素を貯蔵する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１４であって、水素供給体の脱水素反応または水素貯蔵体の水素付加反応に必要な触媒２３と、この触媒２３の表面上で水素供給体または水素貯蔵体を飛散させるように、水素供給体または水素貯蔵体を滴下させ、触媒上に落下させる滴下手段２５と、を有している。【選択図】  図３
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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、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、
上記水素供給体の上記脱水素反応または上記水素貯蔵体の上記水素付加反応に必要な触媒と、
この触媒の表面上で上記水素供給体または上記水素貯蔵体を飛散させるように、上記水素供給体または上記水素貯蔵体を滴下させ、上記触媒上に落下させる滴下手段と、を有することを特徴とする水素供給・貯蔵装置。
【請求項２】
前記滴下手段は、前記水素供給体または前記水素貯蔵体が貯蔵されたタンクに連通されると共に、前記触媒の上方に配置された送液管に垂下されたニードルであ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】
前記ニードルは前記送液管から複数垂下されると共に、それら複数のニードル間において、各ニードルの穴の内径寸法および外径寸法の少なくとも一方を異ならせたことを特徴とする請求項２記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項４】
前記ニードルは前記送液管から複数垂下されると共に、前記送液管の送液方向を所定の時間ごとに変更することを特徴とする請求項２または３記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項５】
前記送液管の送液方向に対して上流側のニードルから下流側のニードルにいくにしたがい、そのニードルの穴の内径寸法および外径寸法の少なくとも一方が徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項３記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項６】
前記滴下手段は、前記水素供給体または前記水素貯蔵体が貯蔵されたタンクに連通されると共に、下面に穴を有し、前記触媒の上方に配置された送液管であ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７】
前記送液管は、その下面に複数の穴を有し、各穴の内径寸法が異なることを特徴とする請求項６記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項８】
前記送液管は、その下面に複数の穴を有し、前記送液管の送液方向を所定の時間ごとに変更することを特徴とする請求項６または７記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項９】
前記送液管の送液方向に対して上流側の穴から下流側の穴にいくにしたがい、その穴の径が徐々に大きくなるようにしたことを特徴とする請求項７記載の水素供給・貯蔵装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、脱水素反応を利用した水素の供給、及び水素付加反応を利用した水素の貯蔵を行う水素供給・貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
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、安全面および残留量など、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供給させ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の代表として、ベンゼンとシクロヘキサンが知られている。前者のベンゼンは、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、後者のシクロヘキサンは、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、ベンゼンに水素を付加させると、シクロヘキサンが得られ、シクロヘキサンから水素の一部を除くと、ベンゼンが得られる。同様に、ナフタレンの水素付加反応によりデカリンが得られ、デカリンの脱水素反応によりナフタレンが得られる。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、自動車の動力としても期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８７７０２号公報（要約書など）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、飽和炭化水素と不飽和炭化水素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、脱水素反応および水素付加反応の反応効率を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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑み、水素を放出して芳香族化合物に変化する水素供給体と、水素と反応してその水素を貯蔵する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、水素供給体の脱水素反応または水素貯蔵体の水素付加反応に必要な触媒と、この触媒の表面上で水素供給体または水素貯蔵体を飛散させるように、水素供給体または水素貯蔵体を滴下させ、触媒上に落下させる滴下手段と、を有することを特徴としている。
【０００９】
上述の発明によれば、水素供給体または水素貯蔵体を滴下し、触媒上で飛散させる滴下手段を有しているため、触媒上で水素供給体または水素貯蔵体が広範囲に行き渡る。したがって、脱水素反応または水素付加反応の効率を高めることができる。
【００１０】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、滴下手段は、水素供給体または水素貯蔵体が貯蔵されたタンクに連通されると共に、触媒の上方に配置された送液管に垂下されたニードルであることを特徴としている。
【００１１】
上述の発明によれば、滴下手段をニードルとしたため、そのニードルの穴の内径寸法、外径寸法および送液量を管理することにより、脱水素反応および水素付加反応の効率化に寄与する、滴の大きさおよび落下の高さを設定することができる。そのため、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００１２】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、ニードルは送液管から複数垂下されると共に、それら複数のニードル間において、各ニードルの穴の内径寸法および外径寸法の少なくとも一方を異ならせたことを特徴としている。
【００１３】
上述の発明によれば、送液管を流れる水素供給体または水素貯蔵体を複数のニードルから滴下させること、および各ニードルの穴の内径寸法および外径寸法の少なくとも一方を、送液管の流量の少ない部分／多い部分によって異ならせることにより、水素供給体等の滴の大きさを設定し、触媒上に広範囲かつ均一に飛散させることができる。これにより、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００１４】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、ニードルは送液管から複数垂下されると共に、送液管の送液方向を所定の時間ごとに変更することを特徴としている。
【００１５】
上述の発明によれば、所定時間ごとに送液方向を変更するため、ニードルから落下する液量を平均化し、触媒上での飛散を均一化することができる。そのため、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００１６】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、送液管の送液方向に対して上流側のニードルから下流側のニードルにいくにしたがい、そのニードルの穴の内径寸法および外径寸法の少なくとも一方が徐々に大きくなるようにしたことを特徴としている。
【００１７】
上述の発明によれば、送液管における上流側のニードルの寸法が小さく、奥にいくにしたがいその寸法が大きくなるため、複数のニードルから平均化した液量を触媒に対して落下させることができる。そのため、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００１８】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、滴下手段は、水素供給体または水素貯蔵体が貯蔵されたタンクに連通されると共に、下面に穴を有し、触媒の上方に配置された送液管であることを特徴としている。
【００１９】
上述の発明によれば、滴下手段を、下面に穴が形成された送液管としたため、その穴径寸法および送液量を管理することにより、脱水素反応および水素付加反応の効率化に寄与する、滴の大きさおよび落下の高さを自在に設定することができる。そのため、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００２０】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、送液管は、その下面に複数の穴を有し、各穴の内径寸法が異なることを特徴としている。
【００２１】
上述の発明によれば、送液管を流れる水素供給体または水素貯蔵体を複数の穴から滴下させること、および各穴の内径寸法を、送液管の流量の少ない部分／多い部分によって異ならせることにより、水素供給体等の滴の大きさを設定し、触媒上に広範囲かつ均一に飛散させることができる。これにより、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００２２】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、送液管は、その下面に複数の穴を有し、送液管の送液方向を所定の時間ごとに変更することを特徴としている。
【００２３】
上述の発明によれば、所定時間ごとに送液方向を変更するため、穴から落下する液量を平均化し、触媒上での飛散を均一化することができる。そのため、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００２４】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、送液管の送液方向に対して上流側の穴から下流側の穴にいくにしたがい、その穴の径が徐々に大きくなるようにしたことを特徴としている。
【００２５】
上述の発明によれば、送液管における上流側の穴径の寸法が小さく、奥にいくにしたがいその寸法が徐々に大きくなるため、複数の穴から平均化した液量を触媒に対して落下させることができる。そのため、脱水素反応および水素付加反応の効率化をさらに図ることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水素供給・貯蔵装置の実施の形態を、図１から図７に基づいて詳細に説明する。
【００２７】
図１は、以下に説明する各実施の形態に共通する仕組みを説明するための図である。具体的には、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（以後、有機ハイドライドという）の脱水素反応とを利用して水素を貯蔵あるいは供給する原理を示す図である。
【００２８】
ナフタレ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。
【００２９】
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、このように発生した水素２は、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、電気を発生する。
【００３０】
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を供給す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。
【００３１】
次に、図１に示した原理を利用した水素供給・貯蔵システムの一例について、図２を用いて説明する。なお、以後、有機ハイドライド等の原料に、番号を付さない。また、図２で示した水素供給・貯蔵システムの一部となる水素供給・貯蔵装置１４は、本発明の実施の形態における装置である。
【００３２】
図２は、エネルギー自立型の家庭用自家発電を例とした水素貯蔵・供給システムを模式的に示す図である。本発明の水素供給・貯蔵装置は、このシステムの一部として機能する。
【００３３】
家屋１０に設けた水素貯蔵・供給システムは、主に、屋根等に設置した太陽電池１１と、風力発電機１２と、電解装置１３と、水素供給・貯蔵装置１４と、燃料電池３０とを備えている。
【００３４】
図３は、水素供給・貯蔵装置１４の一構成例を示す模式図である。図３に示す水素供給・貯蔵装置１４は、デカリンに代表される有機ハイドライドの脱水素反応を利用して水素と芳香族化合物とに分解し、水素を水素取出口１９から外部へ送ると共に、芳香物化合物を回収タンク２１ａ，２１ｂに回収することが可能である。また、図３に示す水素供給・貯蔵装置１４は、ナフタレンに代表される芳香族化合物と水素とを反応させて、水素供給体となる有機ハイドライドに変化させることにより、有機ハイドライドを水素供給・貯蔵装置１４内の回収タンク２１ａ，２１ｂに貯蔵することができる。以下、デカリンの脱水素反応によって、ナフタレンと水素を生成する例について、説明する。
【００３５】
水素供給・貯蔵装置１４は、デカリンが貯蔵されるデカリン貯蔵タンク１５と、物質を反応させるための反応装置１６と、デカリン貯蔵タンク１５から反応装置１６へデカリンを送る送液用ポンプ１７と、デカリンの送液方向を切り替える切替バルブ１８と、脱水素反応によって供給する水素を外部へ送り出すための水素取出口１９と、反応装置１６から送られてきた気体を冷却してナフタレンを水素と分離・抽出する抽出システム２０とを有している。
【００３６】
デカリン貯蔵タンク１５は、管２１によって送液用ポンプ１７に接続されている。送液用ポンプ１７は、デカリンを反応装置１６へ送るためのものであり、反応装置１６内を貫く送液管２４をその流路の一部とするループ状パイプ２８に接続されている。送液用ポンプ１７とループ状パイプ２８との間には、送液方向切替バルブ１８が備えられている。送液方向切替バルブ１８は、図示しない制御装置の制御によってデカリンの送液方向（流体を送る方向）を切り替えるバルブであり、例えば電磁バルブまたはエアーバルブである。
【００３７】
上述の構成により、本実施の形態の水素供給・貯蔵装置１４は、デカリン貯蔵タンク１５内のデカリンを、適宜、図３中の矢示Ｘ方向または矢示Ｙ方向に送液方向を切り替えながら、反応装置１６に対して送ることができる。本実施の形態では、矢印Ｘ方向への送液を数秒〜十数秒行った後、逆方向となる矢印Ｙ方向への送液を数秒〜十数秒行う。デカリン貯蔵タンク１５から反応装置１６への送液量および送液時間は、送液方向の切り替え同様、図示しない制御装置によって制御する。
【００３８】
反応装置１６は、デカリン貯蔵タンク１５から送られてきたデカリンを触媒に接触させて脱水素反応させるための装置である。反応装置１６は、デカリン供給層２２と、触媒層２３と、回収タンク２１ａとを有している。
【００３９】
デカリン供給層２２の内部には、送液管２４が配置されている。送液管２４は、送液方向切替バルブ１８とループ状パイプ２８によって連通しており、送液用ポンプ１７で汲み上げたデカリンが送られてくる。
【００４０】
送液管２４の下面には、複数のニードル２５が垂下されている。本実施の形態では、全てのニードル２５は、外径寸法が０．８ｍｍであり、内径寸法が０．５ｍｍの筒状部材で構成されている。また、全てのニードル２５の下端から触媒層２３の触媒までの高さは、８０ｍｍ以上とするのが好ましい。
【００４１】
各ニードル２５は、送液管２４に連通されている。送液管２４に送られてきたデカリンは、各ニードル２５の内部を通ってその下端側へ落下していく。各ニードル２５の下端の穴から出てくるデカリンは、各ニードル２５の下端部分で表面張力により滴２６となる。
【００４２】
滴２６となったデカリンは、各ニードル２５の下部にある触媒層２３の触媒上に落下する。すなわち、各ニードル２５は、水素供給体または水素貯蔵体を滴下させ、触媒上に落下させる滴下手段の一形態である。なお、本実施の形態では、滴下手段をニードル２５としたが、単に、下面に穴を形成した送液管２４としても良い。
【００４３】
各ニードル２５から滴下したデカリンは、触媒上で飛散する。このため、デカリンは、触媒上に広範囲かつ略均一に供給される。この結果、デカリンの脱水素反応の効率が向上する。
【００４４】
実際には、触媒層２３に、図示しないヒータによって加熱された触媒を担持する金属板が設けられている。各ニードル２５から滴２６が滴下してくると、その滴２６は、この触媒を担持した金属板上にて飛散する。
【００４５】
また、触媒層２３の下部には、回収タンク２１ａが設けられている。この回収タンク２１ａは、触媒層２３で脱水素反応後または水素付加反応後に液化した物質（反応後物質および反応できずに液体のままとなっている未反応物質を回収するためのタンクである。
【００４６】
反応装置１６の上面には、脱水素反応または水素付加反応により気化したナフタレンおよび水素が排出される排出口２７が設けられている。反応装置１６内で脱水素反応または水素付加反応により気化した物質は、排出口２７から排出されて抽出システム２０へ送られる。
【００４７】
抽出システム２０は、気液分離部３１と、気液分離部３１内を冷却する循環冷却器３２を有している。気液分離部３１は、連結された循環冷却器３２によって、反応装置１６から送られてきたナフタレンおよびデカリン等の未反応物質を冷却する。冷却後のナフタレンおよびデカリン等の未反応物質は、液体となって、回収タンク２１ｂに回収される。一方、水素は、水素取出口１９から排出される。
【００４８】
水素供給・貯蔵装置１４の構成および機能の概略は上述した通りである。本出願人は、水素供給体または水素貯蔵体と触媒との反応効率の向上のため、送液管２４に垂下されたニードル２５の構成を最適化するべく、以下に説明する複数の実験を行った。なお、実験２は、ニードル２５の代わりに、送液管２４の下面に穴を設けた構成で行われた。
【００４９】
まず、本出願人は、ニードル２５からの滴２６の落下量と、ニードル２５の外径寸法及び内径寸法との関係を、次のような実験１から検証した。
【００５０】
（実験１）
固定されたシリンジ内に液体を入れ、シリンジの先につけたニードルから液体を滴下させて、その液体の状態を観察した。実験には、異なる外径寸法及び内径寸法を持った複数種のニードルが用いられた。具体的には、外径寸法が０．５ｍｍ、内径寸法が０．２５ｍｍであるニードルＡと、外径寸法が０．６ｍｍ、内径寸法が０．３ｍｍであるニードルＢと、外径寸法が０．７ｍｍ、内径寸法が０．４ｍｍであるニードルＣと、外径寸法が０．８ｍｍ、内径寸法が０．５ｍｍであるニードルＤとが用いられた。
【００５１】
また、液体には、デカリンが用いられた。実験１では、水の滴下状態を観察したのは、水の滴下数とデカリンの滴下数とを比較することにより、既知である水の比重および表面張力からデカリンの表面張力の算出するためである。実験１では、ニードルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを利用して水を滴下させた時の、滴下時間［秒］（水２ｍｌを落下させ終わるのに要する時間＝以下、単に滴下時間という）及び滴下回数［回］（水２ｍｌを落下させ終わるのに要する回数の総数（以下、単に、「滴下回数」という））、ニードルＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを利用してデカリンを滴下させた時の、滴下時間［秒］、滴下回数［回］、表面張力［ｄｙｎ／ｃｍ］、１滴量［ｍｍｌ］（１回当たりの滴量＝以下、１適量という）、流量［ｍｌ／ｍｉｎ］（１分間当たりの流量）及び液滴直径［ｍｍ］を調べた。
【００５２】
液滴直径は、トータル滴下量（同一のニードル２５から所定時間当たりに滴下した合計の滴の量＝２［ｍｌ］）を滴下回数で割り、一滴当たりの体積［ｍｌ］を求めてから、滴が真球であることを前提として求めた。
【００５３】
デカリンの表面張力γ２は、以下の数１により算出した。γ１は、既知の水の表面張力、ｎ１は水の滴下回数、ｎ２はデカリンの滴下回数、ｐ１は水の比重、ｐ２はデカリンの比重である。
【００５４】
【数１】
γ１／γ２＝（ｎ２・ｐ１）／（ｎ１・ｐ２）
【００５５】
表１は、上述の実験１の結果を表した表である。
【００５６】
【表１】
2004315239.tif 000003
【００５７】
表１に示す実験１の結果より、ニードルの外径寸法を０．５ｍｍ〜０．８ｍｍとする範囲において、表面張力に大きな差がないことがわかった。ニードルＡ〜Ｄでのデカリンの表面張力は、平均して３４．６ｄｙｎ／ｃｍとなる。
【００５８】
図４は、表１に基づいて、用いたニードルの外径を変えた時の、デカリンの表面張力および一滴の体積との関係を示すグラフである。図４から明らかなように、ニードルの外径寸法が０．５ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内において、デカリンの表面張力に差はないが、ニードルの外径寸法が、大きくなるほど一滴の体積が増えることがわかった。このことから、ニードルの外径寸法により、デカリンの滴下サイズをコントロールできると考えられる。
【００５９】
図５は、デカリンの流量とニードルの内径寸法との関係を示すグラフである。図５から明らかなように、ニードルの内径寸法が０．２５ｍｍ〜０．５ｍｍの範囲内において、ニードルの内径寸法を大きくするほど、流量は指数関数的に増加した。このことから、ニードルの内径寸法により、デカリンの供給速度をコントロールできると考えられる。
【００６０】
次に、本出願人は、反応前物質の落下高度と、落下後の反応前物質の触媒上での広がりについて、次の実験２から検証した。
【００６１】
（実験２）
高温（約３７０度）に保たれた触媒上に、ニードルからデカリンを滴下させ、デカリンの飛散状況を目視により観察した。この実験２では、外径寸法の異なる４種類のニードルを用いると共に、これらの各ニードルの先端から触媒までの距離を変えた。
【００６２】
【表２】
2004315239.tif 000004
【００６３】
表２は、実験２の結果を示した表である。表２において、「多」とあるのは、デカリンが触媒上で弾けて無数に広がったことを示し、「１」、「２」、「１〜２」、「１〜３」及び「５」とあるのは、デカリンが触媒上で弾けた後に分裂した滴（玉）の数を示している。なお、数字に幅があるのは、複数回実験を行ったためである。
【００６４】
実験２の結果から、デカリンを触媒上に均一かつ広範囲に供給するためには、各ニードル２５から触媒層２３の触媒表面までの高さが、８０ｍｍ以上であることが好ましい。さらには、１００ｍｍ以上であれば、より好ましい。滴２６が落下する際、各ニードル２５から触媒表面までの高さが高いと、滴状のデカリンが触媒上で複数に分裂し、かつあらゆる方向に広く飛散しやすい。デカリンの滴を無数に飛散させることは、反応効率の向上に寄与する。
【００６５】
次に、本出願人は、送液方向切替バルブ１８によって送液方向を切り替え、左右から略均等な量のデカリンを送液管２４へ送る場合と、送液方向を切り替えず単方向に送液管２４へ送る場合における、落下したデカリンの割合（滴下量割合［％］）との比較を調べた。
【００６６】
（実験３）
本出願人は、図３に示す送液方向切替バルブ１８によって、デカリン貯蔵タンク１５内のデカリンを、図３の矢印Ｘ方向へ所定時間及び所定量流した後、送液方向を切り替え、図３の矢印Ｙ方向へ所定時間及び所定量流すという動作を繰り返すことにより、落下するデカリンの累積量を観察した。
【００６７】
なお、この実験３は、ニードル２５の代わりに穴の開いたチューブを用いた反応装置で行った。図６は、下面に穴の開いた送液管２４を模示した図である。送液管２４には、デカリンを滴下させるための穴が５個設けられている。これらの５個の穴の内径寸法は、全て同一である。図６中に穴１、穴２、穴３、穴４、穴５とあるのは、矢印Ｘ方向への送液時における送液方向手前側からの順番を示している。送液方向を切り替える場合、切り替えた後の逆方向の送液方向手前から、穴５、穴４、穴３、穴２、穴１の順番になる。
【００６８】
図７は、送液管２４にデカリンを単方向に送った場合と、双方向に交互に送った場合における各穴からの滴下量を比較して示す図である。
【００６９】
この図に示すように、送液方向の切り替えを行った場合には、全ての穴１〜５から、略均等にデカリンが触媒上に落下することがわかった。一方、送液方向を切り替えず、単方向からデカリンを送った場合には、下流側の穴に行くほど、デカリンの滴下量が減少することがわかった。実験３の結果から、送液方向を切り替えると、触媒上に均一にデカリンを供給でき、反応効率を向上できると考えられる。
【００７０】
本実施の形態では、上述の各実験１〜３の結果を踏まえ、全てのニードル２５の内径寸法を０．５ｍｍ、外径寸法を０．８ｍｍとし、各ニードル２５の先端部分で形成することが可能な滴２６の大きさおよび量がほぼ均一となるようにしている。
【００７１】
また、ニードル２５の高さは、８０ｍｍ以上として。さらに、本実施の形態では、送液方向を切り替えることによって、触媒の各部位に滴２６を均一に行き渡らせるようにしている。
【００７２】
ただし、デカリンの滴２６を滴下させて、触媒上に均一に行き渡らせるための構成は、上述した図３に示す装置の構成に限定されるものではない。
【００７３】
例えば、図８に示すように、送液方向を一方向とし、送液方向に向かって上流側（図８において右側）から送液方向に向かって下流側（図８において左側）に、ニードル２５の外径が徐々に大きくなるようにしても良い。すなわち、図８において、送液方向に向かって上流側からニードル２５の外径が、Ｗ１＜Ｗ２＜Ｗ３＜Ｗ４＜Ｗ５の関係になるような構成としても良い。このような構成を採用しても、各ニードル２５から触媒へのデカリンの供給量を均一化できる。
【００７４】
図２に示す家屋１０では、太陽電池１１または風力発電機１２により作られた電気は、インバータ５１を経由して交流に変換される。変換された電気は、家庭用の電気機器５２に使用されるか、電気機器５２を使用していないときには、電解装置１３に供給される。電解装置１３では、水の電気分解により水素（Ｈ２）と酸素（Ｏ２）が発生する。発生した水素は、水素供給・貯蔵装置１４に送られ、芳香族化合物との水素付加反応により有機ハイドライドの形で、水素供給・貯蔵装置１４に貯蔵される。
【００７５】
なお、水素付加反応を利用して水素供給・貯蔵装置１４内に水素を貯蔵する場合には、図示しないバルブを開放して上述の反応装置１６内に水素を投入すると共に、水素取り出し口１９を塞ぐ。また、デカリン貯蔵タンク１５には、芳香族化合物が貯蔵されている。
【００７６】
一方、図３を用いて説明したように、脱水素反応を利用して水素供給・貯蔵装置１４で水素を供給させる場合には、有機ハイドライドがデカリン貯蔵タンク１５内に貯蔵されており、上述のバルブは閉じられ、水素取り出し口１９は開放されている。
【００７７】
太陽電池１１または風力発電機１２により作られた電気が過剰な場合、すなわち、家庭用の電気機器５２によって使用される電気以上の発電がなされている場合にも、余分な電気は電解装置１３に送られる。そして、電解装置１３で発生した水素は、水素供給・貯蔵装置１４に送られる。そして、水素は、芳香族化合物との水素付加反応により有機ハイドライドの形で、水素供給・貯蔵装置１４に貯蔵される。
【００７８】
電解装置１３から水素を水素供給・貯蔵装置１４の反応装置１６へ送り、水素を貯蔵する場合、デカリン貯蔵タンク１５に予め貯蔵された芳香族化合物を、送液用ポンプ１７及び送液方向切替バルブ１８を介して反応装置１６へ送る。これにより、触媒上に落下してきた芳香族化合物は加熱され、水素付加反応が起こる。これにより、芳香族化合物は、反応装置１６の最上部に形成された排出口２７から気液分離部３１側へ送られ、気液分離部３１で液化されて回収タンク２１ｂに回収される。
【００７９】
また、家屋１０内で使用する電力が足りない場合、水素供給・貯蔵装置１４内の有機ハイドライドを脱水素反応させ、水素を取り出して燃料電池３０へ供給する。燃料電池３０では、水素供給・貯蔵装置１４から送られてくる水素と空気中から供給される酸素との反応により、電気が発生する。この電気は、家庭用の電気機器５２用に使用される他、電気自動車５３の動力に使用される。このように、水素供給・貯蔵装置１４は、家庭の電力の需要に応じて、水素供給体の形でエネルギーを保存したり、水素供給体の脱水素反応によりエネルギーを作り出す。
【００８０】
水素供給・貯蔵装置１４で水素を供給させる場合、有機ハイドライド（水素供給体）を、送液用ポンプ１７により反応装置１６へ送る。これにより、触媒上に滴下してきた有機ハイドライド（水素供給体）が加熱され、脱水素反応が起こる。有機ハイドライドは、反応装置１６内で脱水素される。
【００８１】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の実施の形態では、ニードル２５の内外径寸法（穴の内径寸法）を均一化すると共に送液方向を切り換えるか、送液方向を単方向としてニードル２５の内外径寸法（穴の内径寸法）を異ならせる（下流側に行くに従い大きくする）こととしたが、これらに限定されるものではない。
【００８２】
また、上述の実施の形態では、水素を放出して芳香族化合物に変化する水素供給体としては、デカリンに代替してシクロヘキサンを用いても良い。シクロヘキサンを用いる場合、脱水素反応によりベンゼンと水素が生成される。一方、ベンゼンと水素とを水素付加反応させると、シクロヘキサンが生成される。また、シクロヘキサンおよびデカリンの他に、メチルシクロヘキサンなども、水素供給体として使用することができる。
【００８３】
【発明の効果】
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、脱水素反応および水素付加反応の反応効率を向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【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を利用するシステムを示す図で、エネルギー自立型の家屋用自家発電を例とした水素貯蔵・供給システムを示す図である。
【図３】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。
【図４】図３に示すニードルの最適化を立証するために行った実験１の結果を示す表で、左側の縦軸を表面張力［ｄｙｎ／ｃｍ］、右側の縦軸を１滴量［ｍｍｌ］、横軸をニードルの外径寸法として、それぞれの関係を示した図である。
【図５】図３に示すニードルの最適化を立証するために行った実験１の結果を示す表で、縦軸を流量［ｍｌ／ｍｉｎ］、横軸をニードルの内径寸法［ｍｍ］として、相関関係を示した図である。
【図６】図３に示すニードルの最適化を立証するための実験２の装置構成図である。
【図７】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の実施の形態において、送液管にデカリンを単方向に送った場合と、双方向に交互に送った場合における各穴からの滴下量を比較して示す図である。
【図８】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の他の実施の形態を説明するための図で、送液方向手前側から奥側に行くに従いニードルの外径寸法を大きくしていくことを示す図である。
【符号の説明】
１４  水素供給・貯蔵装置
１５  デカリン貯蔵タンク
２３  触媒層（触媒が配置された部分）
２４  送液管
２５  ニードル（滴生成部）
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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