(57)【要約】【課題】炭化水素系物質の蒸発を抑え、脱水素反応および水素付加反応の反応効率をより向上させる。【解決手段】水素供給体または水素貯蔵体である原料を入れた原料タンク２と、脱水素反応または水素付加反応に必要な触媒１３を、原料が入口から出口に向かう経路に詰めると共に、触媒１３に接触した原料が気体の状態で触媒１３の間隙を通過するのに十分な温度に触媒１３を加熱する加熱手段１１を備えた反応用容器３と、反応用容器３の出口側に備えられ、反応用容器３内における脱水素反応または水素付加反応によって生成する生成物を回収する回収タンク４とを有する水素供給・貯蔵装置１とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素を放出する水素供給体の脱水素反応を利用して水素を供給し、あるいは水素と結合する水素貯蔵体の水素付加反応を利用して水素を貯蔵する水素供給・貯蔵装置であって、
上記水素供給体または上記水素貯蔵体である原料を入れた原料タンクと、
上記脱水素反応または上記水素付加反応に必要な触媒を、上記原料が入口から出口に向かう経路に詰めると共に、上記触媒に接触した上記原料が気体の状態で上記触媒の間隙を通過するのに十分な温度に上記触媒を加熱する加熱手段を備えた反応用容器と、
上記反応用容器の出口側に備えられ、上記反応用容器内における上記脱水素反応または上記水素付加反応によって生成する生成物を回収する回収タンクと、
を有することを特徴とする水素供給・貯蔵装置。
【請求項２】
前記反応用容器は、前記入口から前記出口に向かって伸びる筒状の容器であり、前記加熱手段は、前記反応用容器の外側から前記触媒を加熱する手段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】
前記原料タンクと前記反応用容器との間に、前記原料を送るポンプを備え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】
前記ポンプを、前記原料を液体の状態で送る送液ポンプとし、前記原料を液体の状態で、前記反応用容器の入口から供給することを特徴とする、請求項３記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項５】
前記ポンプを、前記原料を液体の状態で送る送液ポンプとし、前記ポンプと前記反応用容器との間に、前記原料を気化させるに十分な温度に加熱する予備加熱手段を備えることを特徴とする、請求項３記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項６】
前記加熱手段は、電気ヒータであることを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項７】
前記原料タンクと前記加熱手段との間に、前記原料の一部を分岐する分岐配管を備え、前記加熱手段を、その分岐した原料の一部を燃やして、前記反応用容器内の前記触媒を加熱するバーナーとしたことを特徴とする、請求項１から５のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項８】
前記バーナーの廃熱を前記反応用容器の前記入口に伝えるための、前記バーナーと前記入口とをつなぐ廃熱配管を備え、前記原料を、その廃熱配管からの熱を利用して気化させることを特徴とする、請求項７記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項９】
前記触媒は、粒状、粉状、布状、非定形のチップ状、筒状、板状、ハニカム状、非定形の固体膜状のいずれか１つあるいは複数の組み合わせの触媒であることを特徴とする、請求項１から８のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項１０】
前記触媒は、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルトまたは鉄のいずれかあるいはこれらの任意の組み合わせであることを特徴とする、請求項１から９のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項１１】
水素を放出する水素供給体の脱水素反応を利用して水素を供給し、あるいは水素と結合する水素貯蔵体の水素付加反応を利用して水素を貯蔵する水素供給・貯蔵方法であって、
上記水素供給体または上記水素貯蔵体である原料を入れた原料タンクから、上記脱水素反応または上記水素付加反応に必要な触媒を内部に詰め、その触媒を加熱する加熱手段を備えた反応用容器に、上記原料を供給する工程と、
上記反応用容器の出口側に備えられ、上記反応用容器内における上記脱水素反応または上記水素付加反応によって生成する生成物を回収する工程とを有し、
上記原料を気体の状態で上記反応用容器内に詰めた上記触媒の間隙を通過させること、
を特徴とする水素供給・貯蔵方法。
【請求項１２】
前記原料タンクからの前記原料の一部を分岐し、その分岐した前記原料の一部を燃やして、前記反応用容器内の前記触媒を加熱することを特徴とする請求項１１記載の水素供給・貯蔵方法。
【請求項１３】
前記加熱手段の廃熱を、前記反応用容器に供給される前の液体状態の前記原料に与え、前記原料を気化させた後に、気体の状態の前記原料を前記反応用容器に供給することを特徴とする請求項１１記載の水素供給・貯蔵方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を供給または貯蔵可能な水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵方法に関する。
【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、最近では、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発生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、家庭用の自家発電システムの他、自動車の動力として利用することも期待されている（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。特に、脱水素反応時あるいは水素付加反応時に、炭化水素系の物質が十分に反応せずに、反応効率が低下してしまうという問題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、原料の脱水素反応あるいは水素付加反応の反応効率をより向上できる水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵方法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、水素を放出する水素供給体の脱水素反応を利用して水素を供給し、あるいは水素と結合する水素貯蔵体の水素付加反応を利用して水素を貯蔵する水素供給・貯蔵装置であって、水素供給体または水素貯蔵体である原料を入れた原料タンクと、脱水素反応または水素付加反応に必要な触媒を、原料が入口から出口に向かう経路に詰めると共に、触媒に接触した原料が気体の状態で触媒の間隙を通過するのに十分な温度に触媒を加熱する加熱手段を備えた反応用容器と、反応用容器の出口側に備えられ、反応用容器内における脱水素反応または水素付加反応によって生成する生成物を回収する回収タンクとを有する水素供給・貯蔵装置としている。
【０００９】
また、別の本発明は、反応用容器を、入口から出口に向かって伸びる筒状の容器とし、加熱手段を、反応用容器の外側から触媒を加熱する手段とした水素供給・貯蔵装置としている。
【００１０】
また、別の本発明は、原料タンクと反応用容器との間に、原料を送るポンプを備えた水素供給・貯蔵装置としている。
【００１１】
また、別の本発明は、ポンプを、原料を液体の状態で送る送液ポンプとし、原料を液体の状態で、反応用容器の入口から供給する水素供給・貯蔵装置としている。
【００１２】
また、別の本発明は、ポンプを、原料を液体の状態で送る送液ポンプとし、ポンプと反応用容器との間に、原料を気化させるに十分な温度に加熱する予備加熱手段を備える水素供給・貯蔵装置としている。
【００１３】
また、別の本発明は、加熱手段を電気ヒータとした水素供給・貯蔵装置としている。
【００１４】
また、別の本発明は、原料タンクと加熱手段との間に、原料の一部を分岐する分岐配管を備え、加熱手段を、その分岐した原料の一部を燃やして、反応用容器内の触媒を加熱するバーナーとした水素供給・貯蔵装置としている。
【００１５】
また、別の本発明は、バーナーの廃熱を反応用容器の入口に伝えるための、バーナーと入口とをつなぐ廃熱配管を備え、原料を、その廃熱配管からの熱を利用して気化させる水素供給・貯蔵装置としている。
【００１６】
また、別の本発明は、触媒を、粒状、粉状、布状、非定形のチップ状、筒状、板状、ハニカム状、非定形の固体膜状のいずれか１つあるいは複数の組み合わせの触媒とした水素供給・貯蔵装置としている。
【００１７】
また、別の本発明は、触媒を、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルトまたは鉄のいずれかあるいはこれらの任意の組み合わせとした水素供給・貯蔵装置としている。
【００１８】
また、別の本発明は、水素を放出する水素供給体の脱水素反応を利用して水素を供給し、あるいは水素と結合する水素貯蔵体の水素付加反応を利用して水素を貯蔵する水素供給・貯蔵方法であって、水素供給体または水素貯蔵体である原料を入れた原料タンクから、脱水素反応または水素付加反応に必要な触媒を内部に詰め、その触媒を加熱する加熱手段を備えた反応用容器に、原料を供給する工程と、反応用容器の出口側に備えられ、反応用容器内における脱水素反応または水素付加反応によって生成する生成物を回収する工程とを有し、原料を気体の状態で反応用容器内に詰めた触媒の間隙を通過させる水素供給・貯蔵方法としている。
【００１９】
また、別の本発明は、原料タンクからの原料の一部を分岐し、その分岐した原料の一部を燃やして、反応用容器内の触媒を加熱する水素供給・貯蔵方法としている。
【００２０】
また、別の本発明は、加熱手段の廃熱を、反応用容器に供給される前の液体状態の原料に与え、原料を気化させた後に、気体の状態の原料を反応用容器に供給する水素供給・貯蔵方法としている。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵方法の各実施の形態を、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２２】
次に示す２種類の反応式は、飽和炭化水素の脱水素反応を示す式である。これらの反応式に示すように、飽和炭化水素の脱水素によって、不飽和炭化水素が生成される。
【００２３】
Ｃ１０Ｈ１８→Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２  （デカリンの脱水素反応）
Ｃ６Ｈ１２  →Ｃ６Ｈ６  ＋３Ｈ２  （シクロヘキサンの脱水素反応）
Ｃ７Ｈ１４→Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２（メチルシクロヘキサンの脱水素反応）
【００２４】
一方、次に示す２種類の反応式は、不飽和炭化水素の水素付加反応を示す式である。これらの反応式に示すように、不飽和炭化水素への水素付加によって、飽和炭化水素が生成される。
【００２５】
Ｃ１０Ｈ８＋５Ｈ２→Ｃ１０Ｈ１８（ナフタレンの水素付加反応）
Ｃ６Ｈ６  ＋３Ｈ２ →Ｃ６Ｈ１２  （ベンゼンの水素付加反応）
Ｃ７Ｈ８＋３Ｈ２→Ｃ７Ｈ１４（トルエンの水素付加反応）
【００２６】
このように、飽和炭化水素のように炭素同士が単結合した炭化水素系の原料の脱水素反応を利用することによって、外部に水素を供給することができる。また、不飽和炭化水素のように炭素同士の結合に、二重結合あるいは三重結合を含む炭化水素系の原料の水素付加反応を利用することによって、外部からの水素を貯蔵することができる。以後、デカリン、シクロヘキサンあるいはメチルシクロヘキサンのように、それ自体に存在する水素を外部に放出する炭化水素系の原料を「水素供給体」と称し、また、ナフタレン、ベンゼンあるいはトルエンのように、外部からの水素と結合して水素を貯蔵する炭化水素系の原料を「水素貯蔵体」と称する。
【００２７】
以下、主として、デカリンの脱水素反応を利用して外部に水素を供給することができる装置の構成およびその機能について説明するが、本発明に係る水素供給・貯蔵装置は、デカリン以外の原料の脱水素反応を利用して外部に水素を供給する装置、あるいは不飽和炭化水素の水素付加反応を利用して外部からの水素を貯蔵する装置を含む。
【００２８】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明の第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１の構成を示す図である。
【００２９】
図１に示す水素供給・貯蔵装置１は、原料であるデカリンを入れた原料タンク２と、デカリンの脱水素反応を起こさせる反応用容器３と、その脱水素反応によって生成した生成物（＝主に、ナフタレンであるが、ナフタレンになる前の中間体が存在する場合には、その中間体も含む）を回収する回収タンク４と、原料タンク２と反応用容器３との間にあって原料タンク２内のデカリンを反応用容器３に送るポンプとしての送液ポンプ５とを、備えている。
【００３０】
また、原料タンク２と送液ポンプ５との間、および送液ポンプ５と反応用容器３との間は、原料を送る配管６で接続されている。反応用容器３における原料投入側（＝入口）には、原料を配管６にあけられた複数の孔６ａから反応用容器３内に入れるための原料受け部７が設けられている。回収タンク４には、反応用容器３内で生成した生成物を冷却して液化させるための冷却装置８が設けられている。また、回収タンク４は、配管９を介して、反応用容器３の生成物排出側（＝出口）と接続されている。さらに、回収タンク４には、水素排出管１０が接続されており、反応用容器３から回収タンク４へと送られてきた水素を外部に排出できるようになっている。
【００３１】
ここで、送液ポンプ５は、原料タンク２内の原料が液体である場合に、その液体状態にある原料を送るポンプである。しかし、原料タンク２内の原料が気体の場合には、送液ポンプ５に替えて、ガス排出用のポンプを採用しても良い。さらに、送液ポンプ５は、本発明の水素供給・貯蔵装置に必須の構成要素ではない。原料タンク２に液体原料を入れ、原料タンク２を反応用容器３より高い位置に配置した場合には、送液ポンプ５を用いなくても、反応用容器３内に原料を供給可能である。また、原料タンク２に圧縮状態の気体原料を入れ、送液ポンプ５の位置に圧力調整器を配置することによっても、反応用容器３内に原料を供給可能である。
【００３２】
反応用容器３は、図１に示すように、上下方向に伸びる筒状の容器であり、その容器外側に、電気ヒータ１１を備えている。電気ヒータ１１は、反応用容器３内のデカリンの気化と脱水素反応に十分な温度にデカリンを加熱する加熱手段であり、交流電源等の電源１２に接続されている。また、反応用容器３の内部には、デカリンの脱水素反応を起こさせるための触媒１３が詰められている。なお、図１では、実際のその大きさよりも触媒１３を大きくし、見やすくしている。また、触媒１３は、実際には、触媒担持材料（例えば、アルミナ等）に固定されて用いられることが多い。図１では、触媒担持材料を省略し、触媒１３のみを示すものとする。
【００３３】
この実施の形態で用いられる触媒１３は、粒状の白金触媒であるが、その形状を粉状、布状、非定形のチップ状、筒状、板状、ハニカム状、非定形の固体膜状のいずれか１つあるいは複数の組み合わせとしても良い。また、触媒１３の種類は、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルトまたは鉄のいずれかあるいはこれらの任意の組み合わせであっても良い。また、触媒１３を担持する材料は、活性炭、アルミナ、金属等のいずれの材料でも良い。
【００３４】
反応用容器３内の触媒１３は、電気ヒータ１１によって１９６℃以上の温度になるように加熱されている。デカリンの沸点は。常圧下にて約１９６℃である。一方、デカリンの脱水素反応は、常圧下、触媒１３存在下にて、１５０℃以上で起きる。この実施の形態では、デカリンを、ガスの状態で反応用容器３内の触媒１３を通過させるので、触媒１３が１９６℃以上になるように、電気ヒータ１１に通電している。特に、デカリンの脱水素を確実にするには、触媒１３を３００℃以上に加熱するのが好ましい。
【００３５】
次に、図１に基づいて、デカリンの送液から、脱水素反応によって得られる生成物の回収に至る過程について説明する。
【００３６】
まず、原料タンク２内にデカリンを入れた状態で、送液ポンプ５を駆動すると、デカリンは、原料タンク２から配管６を通って、配管６の下流側に設けられた孔６ａから、液体の状態で、反応用容器３の上側に落下する。反応用容器３と配管６とは原料受け部７を介して接続されているので、デカリンが反応用容器３の外に漏れることはない。反応用容器３に供給されたデカリンは、電気ヒータ１１の熱で加熱された触媒１３に接触して気化する。
【００３７】
気化したデカリンは、上方には排出口がないので、触媒１３の隙間をぬうように通過して、反応用容器３の下側の出口へと向かう。その間に、デカリンは触媒１３の表面で脱水素反応を起こし、ナフタレンと水素に分解される。ナフタレンの融点は、常圧下にて約８０℃、また、その沸点は、常圧下にて約２１８℃である。このため、触媒１３が２１８℃以上の場合には、大部分のナフタレンは、ガスの状態で、反応用容器３の下方に向かう。一方、触媒１３が２１８℃より低い場合には、大部分のナフタレンは、液体の状態で、反応用容器３の下方に向かう。なお、この実施の形態では、気化したデカリンを上方から下方に流す例を説明しているが、下方から上方に流しても良い。
【００３８】
配管９を通過したナフタレンは、冷却装置８で冷やされ、回収タンク４内に液体あるいは固体で貯留される。一方、脱水素反応によって生成した水素は、気体の状態で回収タンク４から、水素排出管１０を経て、装置外部へと排出される。
【００３９】
以上説明した実施の形態では、液体の状態でデカリンを反応用容器３に供給しているが、原料タンク２内の液体状態のデカリンを、送液途中で気化させて、反応用容器３に供給することもできる。
【００４０】
図２は、図１に示す水素供給・貯蔵装置１の配管６に備えた予備加熱手段の近傍を示す図である。
【００４１】
この図に示すように、第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１の送液ポンプ５の後方には、デカリンを気化させるのに十分な温度に加熱するための予備加熱手段として、予備加熱用ヒータ２０が備えられている。送液ポンプ５から送られた液体状態のデカリンは、矢印Ｆに示すように、予備加熱用ヒータ２０まで送られる。デカリンは、そこで加熱されて、矢印Ｇに示すように、配管６内を気体の状態で進み、矢印Ｈで示すように、気体の状態で配管６の孔６ａから反応用容器３内へと供給される。予備加熱用ヒータ２０と原料受け部７との距離が短いほど、デカリンを気体の状態で反応用容器３に供給することができる。
【００４２】
ただし、予備加熱用ヒータ２０の設置位置は、送液ポンプ５と原料受け部７との間の配管６に限定されない。例えば、予備加熱用ヒータ２０を原料受け部７自体に配置しても良い。さらに、送液ポンプ５をガス排出用のポンプとし、予備加熱用ヒータ２０を、送液ポンプ５と原料タンク２との間の配管６に配置しても良い。さらには、予備加熱用ヒータ２０を、原料タンク２自体あるいは送液ポンプ５自体に配置しても良い。
【００４３】
（第２の実施の形態）
次に、本発明の第２の実施の形態について、説明する。第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１は、原料であるデカリンの一部を燃料として燃やし、その熱で反応用容器３を加熱する機能を備えている。なお、この実施の形態の水素供給・貯蔵装置１と、第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１との共通構成部は、同じ番号を付し、その機能の説明を省略する。
【００４４】
図３は、本発明の第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１の構成を示す図である。また、図４は、反応用容器３の一部を拡大して示す図である。なお、図４では、図３に示す反応用容器３の右側および下側が省略されている。
【００４５】
第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１の反応用容器３は、触媒１３の加熱手段として、バーナー３０を備えている。バーナー３０は、反応用容器３の筒の外壁３ａと内壁３ｂとの間に設けられている。バーナー３０の内部は、配管６から分岐された分岐配管３１と連接される燃料格納室３２と、デカリンの一部である燃料を噴射して、これを燃焼させる燃焼室３３とに分かれている。燃料格納室３２と燃焼室３３とは、隔壁３４によって隔てられている。
【００４６】
隔壁３４には、燃焼室３３に燃料を噴射するための微細な孔（細孔という）３５があけられている。燃焼室３３には、図示されていない着火プラグが設けられており、矢印Ｊで示すように分岐配管３１から細孔３５を通って噴射された燃料を燃やすことができる。バーナー３０の炎（図４の燃焼室３３における黒色菱形で示される部分）は、内壁３ｂを加熱し、反応用容器３の内部に詰められた触媒１３を加熱する。ただし、内壁３ｂを設けずに、直接、触媒１３を加熱しても良い。反応用容器３内部の温度制御は、反応用容器３内部に差し込まれる図示されない熱電対と、その熱電対で測定した温度に対応して燃料の噴射量を制御する手法にて行われる。なお、燃料格納室３２内の燃料の状態は、液体であるが、例えば、分岐配管３１にヒータを巻き、予め加熱して気化させた状態でも良い。
【００４７】
このように、反応用容器３を、反応に用いる原料の一部を燃やして加熱するようにしているので、反応用容器３を加熱するための通電設備は不要となる。
【００４８】
（第３の実施の形態）
次に、本発明の第３の実施の形態について、説明する。第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１は、原料であるデカリンの一部を燃料として燃やすバーナー３０を備え、バーナー３０による熱で反応用容器３を加熱する機能を備えている点で、第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１と共通する。
【００４９】
ただし、第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１は、主に、バーナー３０の廃熱を利用して反応用容器３内部に送るデカリンを気化させている点と、デカリンを反応用容器３の下から上に向けて送る点で、第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１と異なる。なお、この実施の形態の水素供給・貯蔵装置１と、第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１との共通する構成部には、同じ番号を付し、その機能の説明を省略する。
【００５０】
図５は、本発明の第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１の構成を示す図である。
【００５１】
図５に示すように、原料タンク２と反応用容器３とは、配管６および配管４０とで接続されている。配管６は、反応用容器３の内部にデカリンを送るための配管である。一方、配管４０は、バーナー３０の燃料としてのデカリンを送る配管である。なお、配管６および配管４０には、ポンプが省略されている。ただし、ポンプを備えずに、原料タンク２内のデカリンの液面に圧力を加えて、送液するようにしても良い。また、配管６，４０の位置よりもデカリンの液面が高い場合に、デカリンの自重を利用して、反応用容器３内にデカリンを送ることもできる。
【００５２】
反応用容器３は、第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１と同様のバーナー３０を備え、下方から上方に向けて供給されるデカリンを反応用容器３内の触媒１３の表面で脱水素反応を起こさせる機能を持っている。バーナー３０は、原料タンク２との間を、配管４０で接続されている。また、反応用容器３の下部には、配管６が挿入されている。さらに、反応用容器３の下部であって、反応用容器３に挿入された配管６よりも下方の位置には、予備加熱室４１が備えられている。また、予備加熱室４１とバーナー３０とは、廃熱配管４２によって接続されている。なお、この実施の形態では、気化したデカリンを下方から上方に流す例を説明しているが、上方から下方に流しても良い。
【００５３】
このため、バーナー３０によって暖められた空気は、矢印Ｋで示すように、廃熱配管４２を通って、予備加熱室４１に送られ、その上方にある配管６を加熱する。この結果、配管６内に送られてきた液体の状態のデカリンは、予備加熱室４１の上方の配管内で気化する。気体の状態のデカリンは、反応用容器３の下側の入口から、上側の出口に向かって送られる。反応用容器３内には、触媒１３が詰められており、網４３によって触媒１３が下に落ちないようになっている。気体の状態のデカリンは、孔６ａから出た後、網４３を通って、触媒１３をぬうように反応用容器３の内部をすすむ。なお、網４３を設けずに、触媒１３が、直接、配管６の上に接触するような構造を採用しても良い。
【００５４】
脱水素反応の後に反応用容器３の上部から排出された生成物は、配管９を通って、冷却装置８へと送られる。ここで、ナフタレンは、冷やされ、液体あるいは固体の状態で回収タンク４内に貯留される。一方、水素は、回収タンク４の直前に設けられた水素排出管１０から外に排出される。
【００５５】
（第４の実施の形態）
次に、本発明の第４の実施の形態について、説明する。
【００５６】
図６は、本発明の第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１の構成を示す図である。
【００５７】
第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１は、第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１とほとんど同じ構造を有している。ただし、原料としてナフタレンを用い、ナフタレンの水素付加反応により、外部からの水素をデカリンとして貯蔵させている点で、第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１と異なる。
【００５８】
図６に示すように、第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１は、反応用容器３の入口に水素導入配管５０を備え、反応用容器３の内部に水素を供給する構造を有している。一方、配管９あるいは回収タンク４には、先の各実施の形態のように、水素排出管１０が備えられていない。水素が反応用容器３から放出されないからである。ただし、未反応の水素およびその他の気体を排出する目的で、回収タンク４に水素排出管１０に相当する配管を設けても良い。
【００５９】
このため、反応用容器３内では、触媒１３表面にて、水素導入配管５０から送られる水素と、配管６から送られてくるナフタレンとが水素付加反応を起こし、デカリンが生成する。デカリンは、冷却装置８にて冷やされて、液体の状態で回収タンク４に貯留される。なお、冷却装置８がマイナス４５℃以下で冷却する能力を備えると、回収タンク４内に、固体状態のデカリンを貯留することもできる。
【００６０】
この実施の形態では、ナフタレンを用いているので、配管６内の温度が、ナフタレンの融点である約８０℃以上に加熱して、液体の状態でナフタレンを反応用容器３に供給する必要がある。ただし、配管６を、さらにナフタレンの沸点である約２１８℃以上まで加熱して、気体の状態で、ナフタレンを反応用容器２内に供給しても良い。さらに、水素貯蔵を目的に水素供給・貯蔵装置１を用いる場合には、ナフタレンの融点よりも高いあるいは低い融点を持つ原料を使用しても良い。
【００６１】
また、反応用容器３内の触媒１３が約１００〜約３００℃の温度のときに、比較的効率よく、ナフタレンの水素付加反応が生じやすい。ナフタレンの沸点は、約２１８℃であるため、気体の状態のナフタレンを触媒１３に接触せしめるには、触媒１３を２１８℃以上に加熱する必要がある。
【００６２】
また、第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１を、第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１のように、バーナー３０を備えた装置としても良い。また、第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１を、第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置１のように、バーナー３０と、予備加熱室４１と、廃熱配管４２とを備え、さらには、原料が反応用容器３の下方から上方に向けて触媒１３の間を通過するようにしても良い。
【００６３】
以上、本発明の水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵方法の各実施の形態につき説明したが、本発明の装置および方法は、上述の各実施の形態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で適宜変更して実施することができる。
【００６４】
例えば、上述の各実施の形態における反応用容器３は、上下方向に伸びる筒状の容器であるが、かかる形態に限定されず、横長等の様々な形態を採りうる。また、加熱手段は、電気ヒータ１１、バーナー３０に限定されず、触媒１３を加熱できる手段であれば良い。例えば、燃焼触媒、燃焼触媒と電気ヒータ１１との組み合わせでも良い。また、電気ヒータ１１は、反応用容器３の外側に配置されるタイプのヒータ以外に、反応用容器３の内壁あるいは反応用容器３内の触媒１３に挿入されるものでも良い。
【００６５】
また、分岐配管３１に、バルブ、圧力調節機の少なくともいずれか１つを備えても良い。また、予備加熱室４１に空気以外の物質、例えば、デカリン等の原料を入れ、その原料を燃やした熱によって、配管６内の出口近傍の原料を気化させるようにしても良い。また、バーナー３０からの廃熱を利用せずに、予備加熱室４１に、別途、燃料を投入し、配管６内の原料を気化させても良い。
【００６６】
以上のように、上述の各実施の形態によれば、次のような作用を奏する。
【００６７】
原料タンク２と、反応に必要な触媒１３を、入口から出口に向かう経路に詰めると共に、触媒１３に接触した原料が気体の状態で触媒１３の間隙を通過するのに十分な温度に触媒を加熱する加熱手段１１，３０を備えた反応用容器３と、反応用容器３の出口側に備えられ、反応用容器３内における反応によって生成する生成物を回収する回収タンク４とを有する水素供給・貯蔵装置１を用いることによって、原料が気体の状態で触媒１３に接触し、脱水素反応または水素付加反応が起きる。したがって、液体の状態で触媒１３に接触する場合と比べて、反応効率を一層高めることができる。
【００６８】
また、反応用容器３を、入口から出口に向かって伸びる筒状の容器とし、電気ヒータ１１を、反応用容器３の外側から触媒１３を加熱するように備えているので、単純な構造にて、水素の供給あるいは貯蔵を実現することができる。
【００６９】
また、原料タンク２と反応用容器３との間に、送液ポンプ５を備えているので、原料タンク２と反応用容器３の配置関係に制限されず、強制的に送ることができる。
【００７０】
また、送液ポンプ５を、原料を液体の状態で送るポンプとすることによって、原料タンク２内に液体原料を入れ、その液体の状態のまま、反応用容器３の入口へと送ることができる。
【００７１】
また、送液ポンプ５と反応用容器３との間に、原料を気化させるに十分な温度に加熱する予備加熱用ヒータ２０を備えているので、液体の原料を、反応用容器３への供給前に気化させてから、気体の状態の原料を反応用容器３に供給することができる。したがって、反応用容器３の入口にある触媒１３における脱水素反応あるいは水素付加反応の反応効率が高くなる。
【００７２】
また、加熱手段を電気ヒータ１１としているので、電気さえあれば、特別の加熱手段を備えなくても、水素の供給あるいは貯蔵が可能となる。
【００７３】
また、原料タンク２と加熱手段との間に、原料の一部を分岐する分岐配管３１を備え、その加熱手段を、その分岐した原料の一部を燃やして、反応用容器３内の触媒１３を加熱するバーナー３０としているので、通電設備を用いなくても、原料タンク２内の原料を用いて脱水素反応あるいは水素付加反応を起こすことができる。
【００７４】
また、バーナー３０の廃熱を反応用容器３の入口に伝えるための廃熱配管４２を備え、原料を、その廃熱配管４２からの熱を利用して気化させているので、電気を熱源にしなくても、原料タンク２内の原料の燃焼に派生した廃熱を有効に利用して、反応用容器３内に供給する原料を気化させることができる。
【００７５】
また、触媒１３を、粒状、粉状、布状、非定形のチップ状、筒状、板状、ハニカム状、非定形の固体膜状のいずれか１つあるいは複数の組み合わせの触媒とすることにより、あるいは、触媒１３を、白金、パラジウム、ルテニウム、イリジウム、レニウム、ニッケル、モリブデン、タングステン、ニテニウム、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルトまたは鉄のいずれかあるいはこれらの任意の組み合わせとすることにより、水素の供給量あるいは貯蔵量にマッチした反応効率を実現することができる。
【００７６】
また、原料を入れた原料タンク２から、反応に必要な触媒１３を内部に詰め、その触媒１３を加熱する加熱手段１１，３０を備えた反応用容器２に、原料を供給し、反応用容器３の出口側に備えられ、反応用容器３内における反応によって生成する生成物を回収する工程を有し、原料を気体の状態で、反応用容器３内に詰めた触媒の間隙を通過させる水素供給・貯蔵方法としているので、液体の状態で原料が触媒１３に接触する場合と比べて、反応効率を一層高めることができる。
【００７７】
また、原料タンク２からの原料の一部を分岐し、その分岐した原料の一部を燃やして、反応用容器３内の触媒１３を加熱しているので、電気を熱源にしなくても、原料タンク２内の原料を用いて脱水素反応あるいは水素付加反応を起こすことができる。
【００７８】
また、加熱手段１１，３０の廃熱を、反応用容器３に供給される前の液体状態の原料に与え、原料を気化させた後に、気体の状態の原料を反応用容器３に供給しているので、電気を熱源にしなくても、原料タンク２内の原料の燃焼に派生した廃熱を有効に利用して、反応用容器３内に供給する原料を気化させることができる。
【００７９】
【発明の効果】
本発明の水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵方法によれば、原料の脱水素反応あるいは水素付加反応の反応効率をより向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置の構成を示す図である。
【図２】図１に示す水素供給・貯蔵装置の配管に備えた予備加熱手段の近傍を示す図である。
【図３】本発明の第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置の構成を示す図である。
【図４】図３に示す反応用容器の一部を拡大して示す図である。
【図５】本発明の第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置の構成を示す図である。
【図６】本発明の第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置の構成を示す図である。
【符号の説明】
１  水素供給・貯蔵装置
２  原料タンク
３  反応用容器
４  回収タンク
５  送液ポンプ（ポンプ）
１１  電気ヒータ（加熱手段）
１３  触媒
２０  予備加熱用ヒータ
３０  バーナー（加熱手段）
３１  分岐配管
４２  廃熱配管
【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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