(57)【要約】  【課題】  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低コストにて実施する。  【解決手段】  原料として、水素供給体または水素貯蔵体を入れた原料タンク１と、原料タンク１からの原料の脱水素反応または水素付加反応を起こさせる反応塔２と、反応塔２から、脱水素反応または水素付加反応により生成された生成物を回収する回収タンク３とを備え、反応塔２は、原料タンク１からの原料の一部を燃焼させる燃焼装置２３と、触媒２７が充填され原料タンク１からの原料を導入する触媒充填体２４とを備え、触媒充填体２４は、原料タンク１と回収タンク３とに接続されると共に、触媒２７を充填する反応チューブ２５と、その周囲にフィン２６を有するようにした水素供給・貯蔵装置とする。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料として、脱水素反応により水素を外部に供給可能な水素供給体または水素付加反応により外部からの水素を貯蔵可能な水素貯蔵体を入れた原料タンクと、
上記原料タンクからの原料の脱水素反応または水素付加反応を起こさせる反応塔と、
上記反応塔から、上記脱水素反応または水素付加反応により生成された生成物を回収する回収タンクと、
を備え、
上記反応塔は、
上記原料タンクからの原料の一部を燃焼させる燃焼装置と、
上記脱水素反応または上記水素付加反応の触媒が充填され、上記原料タンクからの原料を導入する触媒充填体と、
を備え、
上記触媒充填体は、
上記原料タンクと上記回収タンクとに接続されると共に、上記触媒を充填する反応チューブと、
その反応チューブの周囲にフィンを有することを特徴とする水素供給・貯蔵装置。
【請求項２】
前記燃焼装置は、前記回収タンクと接続され、前記生成物の一部または全部を導入して燃焼させ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チューブとの間に配置される熱交換器と、
前記反応チューブの排熱口と上記熱交換器とを繋ぐ排熱供給用配管と、
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】
前記反応チューブの生成物排出口と前記回収タンクとの間に、前記反応チューブ内の圧力が所定圧力以上に達した際に開く圧力調整弁を備えたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項５】
前記回収タンクと前記燃焼装置とを接続する燃料供給用配管に、前記反応チューブ内の圧力が所定圧力以上に達した際に開く圧力調整弁を備えたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項６】
前記水素供給・貯蔵装置を水素貯蔵装置として使用する場合において、
前記回収タンクと前記反応チューブの原料供給口側とを接続し、前記回収タンク内の水素を、前記水素貯蔵体と反応させ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】
前記反応塔の内周に塔内フィンを備えていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項記載の水素供給・貯蔵装置。
【請求項８】
前記塔内フィンは、リング状あるいはスパイラル状で、前記反応チューブのフィンと上下方向に互い違いに形成されてい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】
前記反応塔において、
前記原料の移動する方向と前記燃焼装置からの熱風が移動する方向とが交差するように、前記反応チューブを配置してい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】
原料として、脱水素反応により水素を外部に供給可能な水素供給体または水素付加反応により外部からの水素を貯蔵可能な水素貯蔵体を入れた原料タンクと、
上記原料タンクからの原料の脱水素反応または水素付加反応を起こさせる反応塔と、
上記反応塔から、上記脱水素反応または水素付加反応により生成された生成物を回収する回収タンクと、
を備え、
上記反応塔は、
上記原料タンクからの原料の一部を燃焼させる燃焼装置と、
上記脱水素反応または上記水素付加反応の触媒が充填され、上記原料タンクからの原料を導入する触媒充填体と、
を備え、
上記触媒充填体は、
前記原料の移動方向の両端を開口した第１開口部と、その第１開口部と交差する方向、互いに向かい合う方向、または並行する方向の両端を開口した第２開口部とを、それぞれ複数有し、
上記第１開口部に前記触媒を充填し、
上記第２開口部に、前記燃焼装置からの熱風を通すことを特徴とする水素供給・貯蔵装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれかの水素供給・貯蔵装置を複数配置し、
川上側の水素供給・貯蔵装置の前記回収タンクと、その川下側に配置される隣の水素供給・貯蔵装置の前記触媒充填体の原料供給口とを接続し、
前記回収タンク内の原料を上記隣の水素供給・貯蔵装置の反応に利用することを特徴とする水素供給・貯蔵システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脱水素反応により水素を外部に供給可能な水素供給体または水素付加反応により外部からの水素を貯蔵可能な水素貯蔵体を利用して、水素の供給または貯蔵を行う水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
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）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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、例えば、原料を有効に使用しあるいは熱効率を向上させることにより、さらなる低コスト化を図る必要がある。
【０００７】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、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低コストにて実施することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑みて、原料として、脱水素反応により水素を外部に供給可能な水素供給体または水素付加反応により外部からの水素を貯蔵可能な水素貯蔵体を入れた原料タンクと、原料タンクからの原料の脱水素反応または水素付加反応を起こさせる反応塔と、反応塔から、脱水素反応または水素付加反応により生成された生成物を回収する回収タンクとを備え、反応塔は、原料タンクからの原料の一部を燃焼させる燃焼装置と、脱水素反応または水素付加反応の触媒が充填され、原料タンクからの原料を導入する触媒充填体とを備え、触媒充填体は、原料タンクと回収タンクとに接続されると共に、触媒を充填する反応チューブと、その反応チューブの周囲にフィンを有する水素供給・貯蔵装置としている。このため、燃焼装置からの熱風が触媒充填体のフィンと接触しながら、触媒充填体の他端方向に移動するので、反応チューブ内の触媒に効率よく熱を伝達することができる。また、原料タンク内の原料を燃焼させた際の熱を利用して脱水素反応あるいは水素付加反応を生じさせているので、電気エネルギーを使用しなくて済み、かつ原料以外の燃料を使用しなくて済む。したがって、外部への水素の供給あるいは外部からの水素の貯蔵を、低コストにて実現できる。
【０００９】
また、別の本発明は、上述の発明に加え、燃焼装置を回収タンクと接続し、回収タンク内の生成物の一部または全部を燃焼装置へ導入して燃焼させる構造を有する水素供給・貯蔵装置としている。このため、水素発生の副生成物を燃料として有効に活用でき、原料以外の燃料を使用しなくて済み、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００１０】
また、別の本発明は、上述までの発明に加え、原料タンクと反応チューブとの間に配置される熱交換器と、反応チューブの排熱口と熱交換器とを繋ぐ排熱供給用配管とを備えた水素供給・貯蔵装置としている。このため、原料を反応塔に導入する前に、排熱を利用して原料を予熱できる。したがって、効率的に熱を利用できることになり、さらなる低コスト化、省力化を図ることができる。
【００１１】
また、別の本発明は、上述までの発明に加え、反応チューブの生成物排出口と回収タンクとの間に、反応チューブ内の圧力が所定圧力以上に達した際に開く圧力調整弁を備えた水素供給・貯蔵装置としている。このため、反応チューブ内の反応率をさらに高めることができる。原料に水素貯蔵体を用いて外部からの水素と水素付加させる水素付加反応をさせる場合に、特に有効である。
【００１２】
また、別の本発明は、上述までの発明に加え、回収タンクと燃焼装置とを接続する燃料供給用配管に、反応チューブ内の圧力が所定圧力以上に達した際に開く圧力調整弁を備えた水素供給・貯蔵装置としている。このため、反応チューブ内の反応率をさらに高めることができる。原料に水素貯蔵体を用いて外部からの水素と水素付加させる水素付加反応をさせる場合に、特に有効である。また、水素付加反応をさせる場合に反応に必要となる量の水素のみが供給され、余剰となる水素の回収が不要になる。このため、さらなる低コスト化、省力化を図ることができる。
【００１３】
また、別の本発明は、水素供給・貯蔵装置を水素貯蔵装置として使用する場合において、上述までの発明に加え、回収タンクと反応チューブの水素供給口側とを接続し、回収タンク内の水素を、水素貯蔵体と反応させる水素供給・貯蔵装置としている。このため、水素貯蔵体と反応させる水素を有効に利用できる。したがって、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００１４】
また、別の本発明は、上述までの発明に加え、反応塔の内周に塔内フィンを備えた水素供給・貯蔵装置としている。このため、燃焼装置からの熱風は、塔内フィンと反応チューブの周囲のフィンとの間で攪乱され、熱風がフィンに接触する効率を向上させることができ、その結果、熱効率が高まる。したがって、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００１５】
また、別の本発明は、上述の発明に加え、塔内フィンがリング状あるいはスパイラル状で反応チューブのフィンと上下方向に互い違いに形成された水素供給・貯蔵装置としている。燃焼装置からの熱風は、塔内フィンと反応チューブの周囲のフィンとで形成されたルートを通る間にフィンに熱を伝えるので、熱風がフィンに接触する効率を向上させることができ、その結果、熱効率が高まる。したがって、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００１６】
また、別の本発明は、上述までの発明に加え、反応塔において、原料の移動する方向と燃焼装置からの熱風が移動する方向とが交差するように、反応チューブを配置した水素供給・貯蔵装置としている。このため、燃焼装置からの熱風がフィンに接触する確率が高まり、熱効率が高まる。したがって、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００１７】
また、別の本発明は、原料として、脱水素反応により水素を外部に供給可能な水素供給体または水素付加反応により外部からの水素を貯蔵可能な水素貯蔵体を入れた原料タンクと、原料タンクからの原料の脱水素反応または水素付加反応を起こさせる反応塔と、反応塔から、脱水素反応または水素付加反応により生成された生成物を回収する回収タンクとを備え、反応塔は、原料タンクからの原料の一部を燃焼させる燃焼装置と、脱水素反応または水素付加反応の触媒が充填され、原料タンクからの原料を導入する触媒充填体とを備え、触媒充填体は、原料の移動方向の両端を開口した第１開口部と、その第１開口部と交差する方向、互いに向かい合う方向、または並行する方向の両端を開口した第２開口部とを、それぞれ複数有し、第１開口部に触媒を充填し、第２開口部に、燃焼装置からの熱風を通す水素供給・貯蔵装置としている。このため、燃焼装置からの熱風を効率よく触媒に伝達することができ、熱効率が高まる。したがって、さらなる低コスト化を図ることができる。
【００１８】
また、別の本発明は、上述までのいずれかの水素供給・貯蔵装置を複数配置し、川上側の水素供給・貯蔵装置の回収タンクと、その川下側に配置される隣の水素供給・貯蔵装置の触媒充填体の原料供給口とを接続し、回収タンク内の原料を隣の水素供給・貯蔵装置の反応に利用する水素供給・貯蔵システムとしている。このため、回収タンク内に存在する原料を、再度、川下側の装置内で原料として使用できる。したがって、水素供給体と水素貯蔵体との間の転化率をさらに高めることができ、低コストにて水素の供給または貯蔵が可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、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低コストにて実施することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係る水素供給・貯蔵装置および水素供給・貯蔵システムの実施の形態について、図面に基づいて詳細に説明する。
【００２１】
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。
【００２２】
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）
【００２３】
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。
【００２４】
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）
【００２５】
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。
【００２６】
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、本発明の水素供給・貯蔵装置は、デカリン以外の飽和炭化水素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。
【００２７】
（第１の実施の形態）
図１は、本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【００２８】
第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、水素供給体の一例であるデカリンを入れた原料タンク１と、デカリンの脱水素反応を起こさせる反応塔２と、デカリンの脱水素反応によって生成した生成物（水素貯蔵体の一例であるナフタレン、水素等）の内、ナフタレンを回収するための回収タンク３とを備えている。
【００２９】
原料タンク１の原料排出口４ａと反応塔２の原料供給口４ｂとは、原料供給用配管４で接続されており、その原料供給用配管４の途中には、送液ポンプ５が配置されている。このため、原料タンク１内のデカリンは、送液ポンプ５によって、反応塔２内に供給可能である。また、反応塔２の生成物排出口６ａと回収タンク３の生成物供給口６ｂとは、生成物排出用配管６で接続されており、その生成物排出用配管６の途中には、冷却装置７が配置されている。反応塔２から排出されてくる生成物の内のナフタレン、未反応のデカリンおよびナフタレンになる前の中間体等は、冷却装置７で冷やされて液化した状態で回収タンク３に回収される。一方、デカリンの脱水素反応により生成した水素は、冷却装置７により冷却されても液化せず、ナフタレンあるいは未反応のデカリンと気液分離して、回収タンク３に入り、装置の外部へと排出される。
【００３０】
回収タンク３の燃料排出口８ａと反応塔２の燃料供給口８ｂとは、燃料供給用配管８で接続されており、その燃料供給用配管８の途中には、送液ポンプ９が配置されている。この実施の形態では、回収タンク３内のナフタレン、未反応のデカリン等の生成物を、デカリンの脱水素反応に必要な触媒を加熱するための燃料として利用している。回収タンク３内の内容物は、送液ポンプ９によって、反応塔２に付属する燃焼装置２３（後述する。）へと送られる。なお、当該燃料は、回収タンク３内の内容物であれば、ナフタレンのみ、ナフタレンとデカリンの混合物、あるいはナフタレンとデカリンとその他中間生成物との混合物のいずれであっても良い。
【００３１】
また、原料タンク１の燃料排出口１０ａと反応塔２の燃料供給口１０ｂとは、燃料供給用配管１０で接続されており、その燃料供給用配管１０の途中には、送液ポンプ１１が配置されている。この実施の形態では、原料タンク１内のデカリンを、デカリンの脱水素反応に必要な触媒を加熱するための燃料として利用している。原料タンク１内のデカリンは、送液ポンプ１１によって、反応塔２に付属する燃焼装置２３へと送られる。
【００３２】
さらに、第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、給気ファン１２を備えている。給気ファン１２からのエアーは、給気ファン１２のエアー排出口１３ａと反応塔２のエアー供給口１３ｂとを接続するエアー供給用配管１３を通じて、反応塔２に供給され、燃焼装置２３にて発生する熱を反応塔２内に送るために使用される。エアー供給用配管１３の途中には、流量調節器１４が配置されており、その流量調節器１４によって、エアー供給用配管１３を通じて反応塔２に供給されるエアーの流量が制御される。
【００３３】
また、給気ファン１２からのエアーは、エアー供給用配管１３の途中にある分岐点１５ａから伸びるエアー供給用配管１５を通じて、燃焼装置２３のエアー供給口１５ｂにも供給され、燃焼装置２３における燃料の燃焼用に使用される。エアー供給用配管１５の途中には、流量調節器１６が配置されており、その流量調節器１６によって、エアー供給用配管１５を通じて燃焼装置２３に供給されるエアーの流量が制御される
【００３４】
反応塔２は、反応室２１と熱風発生室２２とを備えている。反応室２３は、デカリンの供給側において原料タンク１と接続されており、ナフタレンおよび水素等の生成物を排出する側において回収タンク３と接続されている。一方、熱風発生室２２は、エアー供給用配管１３と接続され、給気ファン１２からのエアーが供給される。
【００３５】
熱風発生室２２を挟んで反応室２１の反対側には、燃焼装置２３が取り付けられている。燃焼装置２３では、回収タンク３内の内容物および原料タンク１内のデカリンが燃やされる。それによって発生した熱は、エアー供給用配管１３を通じて熱風発生室２２に供給されたエアーによって、反応室２１内に運ばれる。
【００３６】
反応室２１の内部には、触媒充填体であるフィンチューブ２４が取り付けられている。フィンチューブ２４は一本の反応チューブ２５の周囲に多数のフィン２６を有している。その反応チューブ２５の内部には、ペレット状の触媒２７が充填されている。原料タンク１からのデカリンは、反応チューブ２５の一方側から、反応チューブ２５内に充填された触媒２７の隙間を伝って他方側へと流れていく。デカリンは、その途中で、熱風発生室２２からの熱風によって加熱された触媒２７の表面上で、脱水素反応を起こし、ナフタレンと水素に分解する。
【００３７】
熱風発生室２２からの熱風は、多数のフィン２６と接触しながら、フィンチューブ２４の他端方向に移動するので、反応チューブ２５内の触媒２７に効率よく熱を伝達することができる。また、原料タンク１内のデカリンを燃料として利用し、これを燃焼させた際の熱を利用して脱水素反応あるいは水素付加反応を生じさせているので、電気エネルギーを使用しなくて済む。さらに、デカリン以外に、特別な燃料を使用しなくて済む。したがって、外部への水素の供給を、低コストにて実現できる。
【００３８】
この実施の形態では、熱風の流れる方向をデカリンの移動方向と逆方向としているが、熱風の流れる方向を、デカリンの移動方向と同じ方向としても良い。ただし、デカリンの川下側を高温にして、デカリンが予熱されながら徐々に高温側に移動して脱水素するようにした方が反応効率を高くできるので、熱風の流れる方向とデカリンの移動方向とを逆方向とする方が、より望ましい。
【００３９】
この実施の形態では、ペレット状の触媒２７が使用されているが、触媒の形状は、かかる形状に限定されず、粉状、粒状、板状等の任意な形状とすることができる。また、燃焼装置２３として、デカリンおよびナフタレンを燃料とするオイルバーナー以外に、貴金属系触媒を用いた燃焼触媒方式の加熱装置を用いても良い。
【００４０】
また、燃焼装置２３に供給される燃料は、回収タンク３内にナフタレン等の生成物が貯まっていない時には、原料タンク１内のデカリンの一部を燃料として利用し、脱水素反応がすすむにつれて、回収タンク３内に貯まったナフタレン等の生成物を燃料として使用していき、その後、原料タンク１内のデカリンを燃料として利用することを停止するようにしても良い。あるいは、最初から回収タンク３内にナフタレンを入れておき、回収タンク３内の内容物のみを燃料として燃焼装置２３に供給するようにしても良い。また、原料タンク１内のデカリンのみを燃料として燃焼装置２３に供給するようにしても良い。
【００４１】
なお、送液ポンプ５，１１は、原料タンク１内の原料が液体である場合に、その液体状態の原料を送るポンプである。しかし、原料タンク１内の原料が気体の場合には、送液ポンプ５，１１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５，１１は、本発明に必須の構成要素ではない。原料タンク１に液体原料を入れ、原料タンク１を反応塔２より高い位置に配置した場合には、送液ポンプ５，１１を用いなくても、反応塔２内および燃焼装置２３内に原料を供給可能である。また、原料タンク１に圧縮状態の気体原料を入れ、送液ポンプ５，１１の位置に圧力調整器を配置することによっても、反応塔２内および燃焼装置２３内に原料を供給可能である。
【００４２】
（第２の実施の形態）
図２は、本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【００４３】
第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、先に述べた第１の実施の形態と近似した構成を有しているので、両実施の形態に共通の構成部には、同じ符号を付し、かつその説明を省略する。
【００４４】
第２の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、原料供給用配管４の途中に、熱交換器２８を配置している点が、第１の実施の形態の水素供給・貯蔵装置と異なっている。反応室２１における熱風の排出側にある排熱口２９ａと熱交換器２８の排熱供給口２９ｂとは、排熱供給用配管２９によって接続されている。燃焼室２２から反応室２１を通過した熱風は、排熱供給用配管２９を通って、熱交換器２８へと送られる。熱交換器２８では、熱風によってデカリンが予熱される。このため、デカリンを反応塔２に導入する前に、排熱を利用してデカリンを予熱できることになるので、デカリンの脱水素反応をさらに促進することができる。なお、熱交換器２８は、送液ポンプ５に対して原料の川下側ではなく、原料の川上側に配置されても良い。
【００４５】
（第３の実施の形態）
図３は、本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【００４６】
第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、水素貯蔵体の一例であるナフタレンを入れた原料タンク１と、ナフタレンの水素付加反応を起こさせる反応塔２と、ナフタレンの水素付加反応によって生成した生成物（水素供給体の一例であるデカリン）を回収するための回収タンク３と、水素付加反応に必要な水素を反応塔２に供給する水素供給部３１とを備えている。水素供給部３１は、水素を供給できるものであれば特に限定されないが、この実施の形態では、水素ボンベを採用している。この他、水素供給部として、例えば、水素貯蔵合金、有機ハイドライド等を入れた容器を採用することもできる。
【００４７】
なお、第３の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、先に述べた第１の実施の形態と近似した構成を有しているので、両実施の形態に共通の構成部には、同じ符号を付し、かつその説明を省略する。
【００４８】
水素供給部３１の水素口３２ａと反応塔２の水素供給口３２ｂとは、水素供給用配管３２で接続されている。その水素供給用配管３２には、水素供給部３１側から順に、逆止弁３３と、流量調節器３４とが取り付けられている。また、回収タンク３の上部にある水素口３５ａと水素供給用配管３２に接続する水素供給口３５ｂとは、水素回収用配管３５で接続されている。また、その水素回収用配管３５の途中には、逆止弁３６が取り付けられている。
【００４９】
このため、反応塔２には、水素供給部３１からの水素に加えて、反応塔２から回収タンク３に流れてきた余剰の水素も供給される。したがって、ナフタレンと反応せずに回収タンク３に運ばれてきた水素を有効に利用できるので、水素の貯蔵のさらなる低コスト化を図ることができる。
【００５０】
また、生成物排出用配管６における冷却装置７より生成物排出口６ａ側には、圧力調整弁３７が取り付けられている。この圧力調整弁３７は、上流側の反応チューブ２５内の圧力が所定圧力未満までは閉状態であるが、当該所定圧力以上となると開状態になるバルブである。所定圧力は、反応チューブ２５および生成物排出用配管６の引っ張り強度を超えない範囲で、水素付加反応の反応率を向上可能な圧力にできる。当該所定圧力は、水素貯蔵体等の原料、触媒２７の温度等の反応条件によって変わる。水素付加反応は、脱水素反応に比べて、圧力が高い方がすすむ。このため、ナフタレンに水素を付加させて、外部からの水素を貯蔵するために用いられる水素供給・貯蔵装置には、反応チューブ２５の出口側に圧力調整弁３７を取り付けて、反応チューブ２５内の圧力を高くした条件で反応を起こさせるのが好ましい。ただし、デカリンの脱水素反応により生成した水素を外部に供給するために用いられる水素供給・貯蔵装置に、圧力調整弁を取り付けても良い。
【００５１】
（第４の実施の形態）
図４は、本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第４の実施の形態の構成を示す図である。
【００５２】
第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、水素貯蔵体の一例であるナフタレンを入れた原料タンク１と、ナフタレンの水素付加反応を起こさせる反応塔２と、ナフタレンの水素付加反応によって生成した生成物（水素供給体の一例であるデカリン）を回収するための回収タンク３と、水素付加反応に必要な水素を反応塔２に供給する水素供給部３１とを備えている。水素供給部３１は、水素を供給できるものであれば特に限定されないが、この実施の形態では、水素ボンベを採用している。この他、水素供給部として、例えば、水素貯蔵合金、有機ハイドライド等を入れた容器を採用することもできる。
【００５３】
なお、第４の実施の形態の水素供給・貯蔵装置は、先に述べた第３の実施の形態と近似した構成を有しているので、両実施の形態に共通の構成部には、同じ符号を付し、かつその説明を省略する。
【００５４】
水素供給部３１の水素口３２ａと反応塔２の水素供給口３２ｂとは、水素供給用配管３２で接続されている。その水素供給用配管３２には、水素供給部３１側から順に、逆止弁３３が取り付けられている。また、回収タンク３の下部にある燃料排出口８ａと反応塔２の燃料供給口８ｂとは、燃料供給用配管８で接続されており、その燃料供給用配管８の途中には、送液ポンプ９が配置されている。さらに、燃料排出口８ａと送液ポンプ９との間には、圧力調整弁３８が取り付けられている。この圧力調整弁３８は、回収タンク３内の圧力が所定圧力未満までは閉状態であるが、当該所定圧力以上となると開状態になるバルブである。所定圧力は、反応チューブ２５、生成物排出用配管６および回収タンク３の引っ張り強度を超えない範囲で、水素付加反応の反応率を向上可能な圧力に設定できる。このため、所定圧力における水素付加反応で余剰となる水素が生じないため、水素の貯蔵のさらなる低コスト化、省力化を図ることができる。
【００５５】
圧力調整弁３８が閉状態にある時には、反応チューブ２５内も所定圧力下におかれる。このため、水素付加反応の反応効率を高めることができる。なお、反応チューブ２５から排出される余剰の水素は、回収タンク３を経由して燃焼装置２３に送られる。
【００５６】
次に、図１から図４に示す反応塔２の形態以外の形態を有する反応塔２について、図５から図８に基づいて説明する。
【００５７】
図５に、反応塔２の外塔内側に塔内フィン４０を備えた反応塔２を透過的に示す。
【００５８】
塔内フィン４０は、反応チューブ２５のフィン２６との隙間が狭くなる形態にて外塔内側に備えられている。このため、熱風発生室２２からの熱風は、フィン２６と塔内フィン４０とによって攪乱され、乱流状態にて、反応塔２の内部を上昇する。このため、熱風が反応チューブ２５と接触する接触効率が高くなり、触媒２７の熱効率が向上する。したがって、脱水素反応あるいは水素付加反応の反応率も向上する。
【００５９】
図６に、反応塔２の外塔内側に、フィン２６と互い違いになるように塔内フィン４０を備えた反応塔２を透過的に示す。
【００６０】
塔内フィン４０は、中心に穴があいたリング状に外塔内側に形成されている。また、フィン２６は、反応チューブ２５の周囲に鍔の形状に備えられている。このため、熱風発生室２２からの熱風は、フィン２６と塔内フィン４０との隙間を縫うように反応塔２の内部を上昇する。このため、熱風が反応チューブ２５と接触する接触効率が高くなり、触媒２７の熱効率が向上する。したがって、脱水素反応あるいは水素付加反応の反応率も向上する。なお、塔内フィン４０は、スパイラル状にフィン２６と上下方向互い違いに形成されるようにしても良い。この場合、熱風は、スパイラル状の塔内フィン４０に沿って、反応チューブ２５の周囲を回りながら、反応塔２の内部を上昇する。この場合にも、熱風が反応チューブ２５と接触する接触効率が高くなり、触媒２７の熱効率が向上する。したがって、脱水素反応あるいは水素付加反応の反応率も向上する。
【００６１】
図７に、反応塔２における熱風の通過方向と、水素供給体あるいは水素貯蔵体の通過方向とが略直角になるように反応チューブ２５を配置した反応塔２を透過的に示す。
【００６２】
熱風は、フィン２６の隙間を縫うように反応塔２の内部を上昇する。このため、熱風が反応チューブ２５と接触する接触効率が高くなり、触媒２７の熱効率が向上する。したがって、脱水素反応あるいは水素付加反応の反応率も向上する。なお、熱風の通過方向と水素供給体あるいは水素貯蔵体の通過方向とは、必ずしも直角である必要はなく、並行以外であれば、どのような角度で交差していても良い。
【００６３】
図８に、図７に示す反応塔２の形態以外であって、反応塔２における熱風の通過方向と、水素供給体あるいは水素貯蔵体の通過方向とが略直角になるような構造を持った反応塔２を透過的に示す。
【００６４】
反応塔２の触媒充填体２４には、水素供給体あるいは水素貯蔵体である原料の移動方向の両端を開口した第１開口部５０と、その第１開口部５０と交差する方向の両端を開口した第２開口部５１とを、それぞれ複数有し、第１開口部５０に触媒２７を充填し、第２開口部５１に、燃焼装置２３からの熱風を通す構造を有している。原料の充填されている領域を細分化し、かつ熱風の通過領域を細分化しているので、触媒２７に熱を伝えやすくなる。したがって、脱水素反応あるいは水素付加反応の反応率も向上する。なお、熱風の通過方向と原料の通過方向とは、必ずしも直角である必要はなく、互いに向かい合う方向、あるいは互いに並行の方向であっても良い。
【００６５】
次に、水素供給・貯蔵装置を複数配置した水素供給・貯蔵システムの実施の形態について説明する。
【００６６】
図９は、本発明に係る水素供給・貯蔵システムの実施の形態の構成を示す図である。
【００６７】
上述の水素供給・貯蔵装置のみでは、水素供給体と水素貯蔵体との間の転化率が十分でないことも考えられる。図９に示す水素供給・貯蔵システムは、上述の水素供給・貯蔵装置を多段に連結させて、転化率の向上を図るようにしている。なお、この水素供給・貯蔵システムは、水素供給・貯蔵装置の第１の実施の形態を多段に連結したものであって、原料に水素供給体の一例であるデカリンを用いた場合のシステムであるが、原料に、デカリン以外の水素供給体を用いても良い。
【００６８】
図９に示す水素供給・貯蔵システムの右側は、水素供給・貯蔵装置の第１の実施の形態（図１）とほぼ同じ構造である。この実施の形態における水素供給・貯蔵システムは、左側に、デカリンを入れた原料タンク１と、反応塔２とを備えると共に、右側の原料タンクを兼ねた回収タンク３を備えている。図９の左半分の側にある原料タンク１と反応塔２との接続および同反応塔２と回収タンク３との接続は、水素供給・貯蔵装置の第１の実施の形態と同様の接続である。
【００６９】
また、図９の左半分の側にある原料タンク１の燃料排出口１０ａと、図９の右半分の側にある燃焼装置２３の燃料供給口１０ｂとは、燃料供給用配管１０で接続されている。その燃料供給用配管１０の途中には、送液ポンプ１１が接続されている。このため、図９の右半分の側にある燃焼装置２３では、同図の左半分の側にある原料タンク１内の原料と、同図の右半分の側にある回収タンク３内の生成物とが燃料として利用されている。
【００７０】
さらに、図９の右半分の側にある反応塔２の排熱口６０ａと、同図の左半分の側にある反応塔２の排熱供給口６０ｂとは、排熱供給用配管６０で接続されている。このため、図９の右半分の側にある反応塔２から排出される熱は、同図の左半分の側にある反応塔２内の熱源に利用される。
【００７１】
また、図９の左半分の側にある回収タンク３には、デカリンの脱水素反応によって生成されたナフタレンの他、未反応のデカリンも回収される。これらを、同図の右半分の側にある反応塔２に送ることによって、未反応のデカリンの脱水素反応を起こさせ、最終的に、デカリンのナフタレンへの転化率を向上させることができる。なお、図９に示す水素供給・貯蔵システムは、水素供給・貯蔵装置を２段に連結させた構造を有するが、同装置を３段以上に連結させた構造を有するものでも良い。
【００７２】
以上、本発明の水素供給・貯蔵装置の各実施の形態および水素供給・貯蔵システムの実施の形態につき説明したが、本発明は、上述の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。
【００７３】
例えば、上述の水素供給・貯蔵システムの各反応塔２は、図５から図８に示すいずれかの反応塔２であっても良い。また、上述の水素供給・貯蔵システムは、水素供給・貯蔵装置の第２の実施の形態、第３の実施の形態あるいは第４の実施の形態を連結させた構造を持ったシステムであっても良い。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の水素供給・貯蔵装置あるいは水素供給・貯蔵システムは、燃料電池に接続して、脱水素反応を介して生成した水素を燃料電池用の原料に使用するために利用し、あるいは石油精製工場の設備と接続して、石油精製の際に排出される水素を有機化合物の状態で貯蔵するために利用できる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第１の実施の形態の構成を示す図である。
【図２】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第２の実施の形態の構成を示す図である。
【図３】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第３の実施の形態の構成を示す図である。
【図４】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第４の実施の形態の構成を示す図である。
【図５】図１から図４のいずれかに示す水素供給・貯蔵装置において使用される、外塔内側に塔内フィンを備えた反応塔を透過的に示す。
【図６】図１から図４のいずれかに示す水素供給・貯蔵装置において使用される、外塔内側に、フィンと互い違いになるように塔内フィンを備えた反応塔を透過的に示す。
【図７】図１から図４のいずれかに示す水素供給・貯蔵装置において使用される、熱風の通過方向と、水素供給体あるいは水素貯蔵体の通過方向とが略直角になるように反応チューブを配置した反応塔を透過的に示す。
【図８】図１から図４のいずれかに示す水素供給・貯蔵装置において使用され、図７に示す反応塔の形態以外であって、熱風の通過方向と、水素供給体あるいは水素貯蔵体の通過方向とが略直角になるような構造を持った反応塔を透過的に示す。
【図９】本発明に係る水素供給・貯蔵システムの実施の形態の構成を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１    原料タンク
２    反応塔
３    回収タンク
４ｂ  原料供給口
６ａ  生成物排出口
８    燃料供給用配管
２３    燃焼装置
２４    触媒充填体
２５    反応チューブ
２６    フィン
２７    触媒
２８    熱交換器
２９    排熱供給用配管
２９ａ  排熱口
３７    圧力調整弁
３８    圧力調整弁
４０    塔内フィン
５０    第１開口部
５１    第２開口部
【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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【図９】
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