(57)【要約】【課題】  長期間にわたり、高効率、且つ安定して水素の発生を実施できる水素供給システムを提供する。【解決手段】  水素供給システムの反応装置５０は、水素化誘導体３０を供給するノズル５３と、ノズル５３から供給される液状の水素化誘導体３０を加熱して気化させる気化器５１と、気化した水素化誘導体３０と接触して脱水素反応させて水素３３を生成させる第１の触媒担持体５２と、気化器５１及び触媒担持体５２を加熱する誘導加熱装置５５とを備えている。誘導加熱装置５５によって加熱させられた気化器５１によって水素化誘導体３０が気化し、気化した水素化誘導体３０が第１の触媒担持体５２と接触することによって水素化誘導体３０を脱水素反応させて水素３３を生成する。【選択図】        図１
2005022939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水素供給体を脱水素反応させて水素を生成する水素供給システムの反応装置であって、
前記水素供給体を加熱して気化させる気化手段と、
前記気化手段により気化された前記水素供給体を脱水素反応させるための触媒を担持した第１の触媒担持体と、を備えたことを特徴とする水素供給システムの反応装置。
【請求項２】
前記気化手段が、前記水素供給体を脱水素反応させるための触媒を担持した第２の触媒担持体であることを特徴とする請求項１に記載の水素供給システムの反応装置。
【請求項３】
前記気化手段に向けて前記水素供給体を供給するノズルを備えたことを特徴とする請求項１または２記載の水素供給システムの反応装置。
【請求項４】
前記気化手段は、誘導加熱によって加熱され、前記第１の触媒担持体は、電気ヒータ、誘導加熱および触媒加熱の何れか一つによって加熱されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の水素供給システムの反応装置。
【請求項５】
前記第１の触媒担持体が少なくとも円筒形状の多孔質体であることを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項に記載の水素供給システムの反応装置。
【請求項６】
前記第１の触媒担持体は、それぞれ水素供給体を脱水素反応させる触媒を担持する触媒担持面が内周面または外周面上に形成された複数の管体であり、
前記触媒担持面と反対側の面に加熱流体を流すことにより前記複数の管体を加熱し、かつ前記触媒担持面に水素供給体を流すことによって前記水素供給体を脱水素反応させて水素を生成することを特徴とする請求項１記載の水素供給システムの反応装置。
【請求項７】
水素供給体を気化させる気化手段と、
前記気化手段を貫通して配置された複数のヒートパイプと、
前記ヒートパイプを加熱する加熱手段と、
前記ヒートパイプに取り付けられ、かつ前記水素供給体と接触することにより前記水素供給体を脱水素反応させて水素を生成する第１の触媒担持体と、を備え、
前記加熱手段は、前記ヒートパイプを加熱することにより、前記気化手段および前記触媒担持体の少なくとも一方を加熱することを特徴とする水素供給システムの反応装置。
【請求項８】
前記気化手段によって気化されるまたは前記ノズルから供給される前記水素供給体の気体が、脱水素反応に必要な温度であり、かつ前記水素供給体の気体が前記第１の触媒担持体を加熱することを特徴とする請求項１乃至７の何れか１項に記載の水素供給システムの反応装置。
【請求項９】
請求項１乃至８の何れか１項に記載の反応装置を備えた水素供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素供給システムの反応装置に関し、より詳細には、芳香族化合物の水素化誘導体からなる水素供給体を利用して水素を生成させる水素供給システムの反応装置の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、世界のエネルギー消費は一貫して増加しており、エネルギー利用に伴って排出される有害物質が、地球規模での環境破壊の一因となっている。このような背景から、有害物質を排出しない新しいエネルギー源の一つとして燃料電池が注目されている。燃料電池は、水素と酸素を電気化学的に反応させて水と共に電気エネルギーを発生するものであり、地球温暖化や大気汚染の防止に貢献できるエネルギー源として期待されている。
【０００３】
燃料電池において必要とされる水素の供給技術については、種々の検討がなされており、例えば、（i）液化水素タンク等に水素を貯蔵し、必要に応じて液化水素を気化させて水素を供給する方法、（ii）メタノール，液化天然ガス，ガソリン等の液体燃料を水素前駆体として貯蔵し、改質によって水素ガスを供給する方法等が知られている。
【０００４】
上記（i），（ii）の方法によれば、水素又は水素前駆体が液体状態で貯蔵されることから、気体状態で貯蔵される場合と比較して、貯蔵容量に対する水素ガスの供給量が大きいという利点を有する。
【０００５】
しかし、上記（i）の方法では、水素を冷却・圧縮して液化水素とするために、さらには低温状態を維持するために、多大なエネルギーが必要である。
【０００６】
一方、上記（ii）の液体燃料を改質して水素を得る方法では、本質的に、水素発生に炭酸ガス（二酸化炭素）の発生を伴うとともに、燃料電池の電極に悪影響を及ぼす一酸化炭素ガスを副生成物として含有するためこれらに対する対策が必要である。
【０００７】
上記問題を解決するために、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素化を利用した水素貯蔵・供給システムが提案されている（例えば特許文献１参照）。このシステムは、芳香族化合物に水素付加することにより水素化誘導体として貯蔵し、そして、必要時にこの水素化誘導体を脱水素反応させて、水素を取り出すように構成したものである。
【０００８】
このシステムによれば、芳香族化合物及びその水素化誘導体は、常温で液体であることから、貯蔵・輸送に要するエネルギーが非常に少なくて済む。また、このシステムによれば、脱水素反応生成物中に含まれる“芳香族化合物及びその水素化誘導体”と“水素”とを確実にかつ容易に分離することができ、しかも水素ガスの発生に際して本質的に一酸化炭素および二酸化炭素の発生を伴わないという利点を有している。
【特許文献１】特開２００２−２７４８０４公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記水素貯蔵・供給システムにおいて、芳香族化合物の水素化誘導体の脱水素反応は、芳香族化合物の水素化誘導体を、反応装置内に設けられた加熱状態の触媒と接触させることによってなされる。
【００１０】
より具体的には、特許文献１は、原料貯蔵手段と反応装置との間にポンプ等の原料供給手段を配置し、原料貯蔵手段に貯蔵された原料（芳香族化合物の水素化誘導体）を原料供給手段により反応装置へ圧送して、噴射ノズルから平均粒径５〜１０００μｍの噴霧粒子として液体の状態で噴霧し、触媒と接触させることによって水素を発生させる技術を開示している。
【００１１】
特許文献１に開示された技術は、芳香族化合物の水素化誘導体を液体のまま触媒と接触させることによって、接触確率を上げて水素発生効率の向上を図ったものであるが、芳香族化合物の水素化誘導体を液体状態で供給すると触媒の表面でコーキングが発生し、水素発生量が時間と共に低下する問題があった。
【００１２】
ここで、コーキングとは、触媒の表面に芳香族化合物の水素化誘導体や脱水素反応した後に生成される芳香族化合物が吸着し、該吸着物質が触媒から離脱する前に連続的に芳香族化合物の水素化誘導体が供給されることによって、吸着物質が触媒の活性サイトを塞いでしまい、更に時間と共に吸着物質が炭化して炭化層が形成されて水素発生量が時間と共に低下する現象を言う。
【００１３】
触媒に供給された芳香族化合物の水素化誘導体は、その一部が脱水素反応によって水素となり、また他の一部は気化して、それらが混合された状態で気液分離装置に送られる。即ち、供給された芳香族化合物の水素化誘導体は、一部は脱水素反応して水素となるが、残りの部分は単に気化するだけで水素の生成には寄与しない。したがって、一般に特許文献１のシステムにおいて所定量の水素を得るためには、多量の芳香族化合物の水素化誘導体を供給する必要がある。また、脱水素反応に供されなかった芳香族化合物の水素化誘導体は、再度液化されて貯蔵され、そして再度気化されて水素生成のために用いられることとなるため、気化および液化の工程が繰り返し行われることとなりエネルギの消費量も多くなる。
【００１４】
また、例えば、芳香族化合物の水素化誘導体としてデカリンやシクロヘキサンを用いた場合、触媒反応に必要とされる温度は、略２５０℃以上であり、通常、触媒は電気ヒータ等の加熱装置によって４００℃程度に加熱されている。多量の水素を発生させるためには、電気ヒータに密着した広い面積の触媒担持体が必要となり、このため水素発生装置が大型となる。
【００１５】
更に、芳香族化合物の水素化誘導体を噴射させる噴射ノズルには、断熱材が巻かれたり、冷却手段が備えられたりするなどして噴射ノズルの温度上昇を防止する措置を施す必要がある。そのため、構造が複雑となるばかりでなく、水素生成過程で多くのエネルギーが無駄となってしまう問題があった。噴射ノズルの温度上昇を防ぐのは、触媒に至る以前に供給する芳香族化合物の水素化誘導体が気化するのを防ぐためである。
【００１６】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、長期間にわたり、高効率、且つ安定して水素の発生を実施できる水素供給システムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
前述した目的を達成するために、本発明の請求項１に係る水素供給システムの反応装置は、水素供給体を脱水素反応させて水素を生成する水素供給システムの反応装置であって、前記水素供給体を加熱して気化させる気化手段と、前記気化手段により気化された前記水素供給体を脱水素反応させるため触媒を担持した第１の触媒担持体と、を備えたことを特徴とする。
【００１８】
本発明によれば、気化手段と脱水素反応させる第１の触媒担持体とを伝熱的に分離して配置することによって、水素供給体の供給に伴う第１の触媒担持体の温度低下を防止することが可能である。したがって、本発明によれば、水素供給体を連続して脱水素反応させて効率よく水素を発生させることができる。
【００１９】
また、気化手段によって水素供給体を気化させた後、気化した水素供給体を第１の触媒担持体に供給して脱水素反応させることができるので、触媒担持体の表面に水素供給体や脱水素反応した後に生成される脱水素生成物等の吸着物質が付着することが防止できる。従って、コーキングの影響を受けることなく長期間にわたって安定して水素を発生させることができる。
【００２０】
また本発明の請求項２に係る水素供給システムの反応装置は、請求項１に記載の水素供給システムの反応装置において、前記気化手段が、前記水素供給体を脱水素反応させるための触媒を担持した第２の触媒担持体であることを特徴とする。
【００２１】
このような構成によれば、水素供給体を気化手段に供給して気化させる際、液状の水素供給体の一部に脱水素反応を行わせて水素を発生させるように構成することが可能である。また、気化手段（第２の触媒担持体）にて脱水素反応しなかった水素供給体は、気化手段（第２の触媒担持体）によって気化した後に第１の触媒担持体に供給され、第１の触媒担持体によって脱水素反応して更に水素を発生させることができる。従って、効率よく多量の水素を発生させることができる。
【００２２】
また、本発明の請求項３に係る水素供給システムの反応装置は、請求項１または２に記載の水素供給システムの反応装置であって、前記気化手段に前記水素供給体を供給するノズルを備えたことを特徴とする。
【００２３】
このような構成によれば、例えば、液体の状態、或いは液体と気体の混合された状態の水素供給体をノズルから反応装置内に導出し、第２の触媒担持体に供給して脱水素反応させ、且つ第２の触媒担持体で反応せずに気化した水素供給体を第１の触媒担持体に供給して脱水素反応させるようにしたので、第２の触媒担持体及び第１の触媒担持体の２ヶ所で水素を発生させて多量の水素を効率よく発生させることができる。
【００２４】
また、ノズルから導出され第２の触媒担持体に達する以前に気化した水素供給体は、第１の触媒担持体によって脱水素反応させることができるので、断熱材や冷却手段等のノズルを冷却するための特別な装置や構造を必ずしも必要とせず、ノズル外からの熱源から伝熱、輻射熱等を利用し水素供給体を加熱してもよいため、エネルギーの無駄を排除することができる。更に、簡略化した構造のノズルを使用することによって、従来の反応装置では達成できなかった高効率の水素発生を図ることができる。
【００２５】
また本発明の請求項４に係る水素供給システムの反応装置は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素供給システムの反応装置において、前記気化手段は、誘導加熱によって加熱され、前記第１の触媒担持体は、電気ヒータ、誘導加熱および触媒加熱の何れか一つによって加熱されることを特徴とする。
【００２６】
このような構成によれば、気化手段を誘導加熱によって加熱するようにしたので、供給された液状の水素供給体を気化させる際、蒸発潜熱が奪われることによって温度低下し易い気化手段を、誘導加熱で加熱して瞬時に熱回復させることが可能となる。これによって、気化手段を所定の温度に維持して気化速度の低下や触媒活性の低下を防止して安定して水素供給体の気化及び脱水素反応を行わせることができる。また、吸熱反応である脱水素反応によってのみ熱が奪われ、比較的温度低下の少ない第１の触媒担持体は、電気ヒータ、誘導加熱、触媒加熱のいずれかの手段で加熱することにより、所定の温度に維持することができ、効率よく脱水素反応させて水素を発生させることができる。
【００２７】
また、気化手段の加熱は、誘導加熱に限られることはなく、加熱流体の熱を気化手段に伝導させてもよく、また赤外ヒータから発する赤外線によって気化手段を加熱するように構成してもよい。
【００２８】
また本発明の請求項５に係る水素供給システムの反応装置は、請求項４に記載の水素供給システムの反応装置において、前記第１の触媒担持体が少なくとも円筒形状の多孔質体であることを特徴とする。
【００２９】
このような構成によれば、少なくとも第１の触媒担持体が円筒形状の多孔質体であるので、触媒担持体を均一に加熱することができ、また単位体積当たり多くの触媒を担持させることができる。触媒担持体の内部まで短時間で均一に加熱するためには、誘導加熱、電気ヒータによる加熱のいずれにおいても、肉薄の円筒形状とするのが望ましい。
【００３０】
また本発明の請求項６に係る水素供給システムの反応装置は、請求項１記載の水素供給システムの反応装置であって、前記第１の触媒担持体は、それぞれ水素供給体を脱水素反応させる触媒を担持する触媒担持面が内周面または外周面上に形成された複数の管体であり、前記触媒担持面と反対側の面に加熱流体を流すことにより前記複数の管体を加熱し、かつ前記触媒担持面に水素供給体を流すことによって前記水素供給体を脱水素反応させて水素を生成することを特徴とする。
【００３１】
このような構成によれば、管体の内周面、若しくは外周面のどちらか一方に触媒を担持した第１の触媒担持体を形成し、他面より加熱して触媒担持面を脱水素反応に必要な温度まで上昇させ、触媒担持面に水素供給体を流すことができるため、水素供給体の脱水素反応領域と、加熱領域とを物理的に分離することができる。したがって、触媒担持面の加熱手段に制限を受けることなく、例えば、高温空気、高温蒸気、触媒加熱、等の任意の加熱手段を用いて触媒担持面を加熱することができる。
【００３２】
また本発明の請求項７に係る水素供給システムの反応装置は、水素供給体を気化させる気化手段と、前記気化手段を貫通して配置された複数のヒートパイプと、前記ヒートパイプを加熱する加熱手段と、前記ヒートパイプに取り付けられ、かつ前記水素供給体と接触することにより前記水素供給体を脱水素反応させて水素を生成する第１の触媒担持体と、を備え、前記加熱手段は、前記ヒートパイプを加熱することにより、前記気化手段および前記触媒担持体の少なくとも一方を加熱することを特徴とする。
【００３３】
このような構成によれば、例えば、気化手段又は第１の触媒担持体をヒートパイプの上部に接触させて、或いはヒートパイプに直接触媒を担持させて構成し、ヒートパイプの下部を加熱して触媒担持面を脱水素反応に必要な温度まで上昇させるように構成できる。したがって、パイプ内に封入された作動流体の潜熱により加熱部であるヒートパイプの下部から、放熱部であるヒートパイプの上部（触媒担持面）に急速に熱を伝達することができ、これによって、瞬時にヒートパイプ全体を均一に加熱することができる。従って、触媒担持体の温度を均一に保つことができる。また、ヒートパイプに加える熱量を変えることによって、ヒートパイプの温度を瞬時に変えることができ、触媒担持体の温度制御特性に優れた水素供給システムの反応装置が得られる。
【００３４】
また本発明の請求項８に係る水素供給システムの反応装置は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の水素供給システムの反応装置において、前記気化手段によって気化されるまたは前記ノズルから供給される前記水素供給体の気体が、脱水素反応に必要とされる温度であり、かつ前記水素供給体の気体が前記第１の触媒断熱体を加熱することを特徴とする。
【００３５】
このような構成によれば、ノズルまたは気化手段から供給される気体状の水素供給体の温度が、脱水素反応に必要な温度であり、且つ第１の触媒担持体が水素供給体によって加熱されるようにしたので、第１の触媒担持体は、外部から加熱されることなく脱水素反応に必要な適温に維持することができる。即ち、第１の触媒担持体を加熱するための加熱装置が不要となり、反応装置を簡略化、小型化することができる。ノズルまたは気化手段から供給される気体状の水素供給体の温度を脱水素反応に必要な温度に保つためには、例えば、第１の触媒担持体を通過するまでの間、気体状の水素供給体を断熱を施された流路内を流すように構成すればよい。
【００３６】
また、本発明の請求項９記載の水素供給システムは、請求項１乃至８の何れか１項に記載の反応装置を備えている。したがって、水素供給体を連続して脱水素反応させて効率よく水素を発生させることが可能な水素供給システムを提供することが可能となる。
【発明の効果】
【００３７】
本発明によれば、長期間にわたり、高効率、且つ安定して水素の発生を実施できる水素供給システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３８】
以下、本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１０は本発明に係る実施形態の水素供給システムを示す模式図である。先ず、水素供給システムの全体構成について、図１０に基づいて説明する。図１０に示すように、本発明の実施形態の一例である水素供給システム１は、原料３１を貯蔵する原料貯蔵装置２，反応装置３，反応装置３から発生した生成物３２を水素３３とそれ以外の成分３４とに分離する水素分離装置４を有している。
【００３９】
原料貯蔵装置２は、原料３１としての水素供給体の一例である芳香族化合物の水素化誘導体３０（以下、単に“水素化誘導体３０”という）を貯蔵する水素化誘導体貯蔵部８と、水素化誘導体３０の脱水素生成物２９を貯蔵する脱水素生成物貯蔵部７と、切替弁９とを有している。脱水素生成物貯蔵部７と切替弁９とは、配管２１によって接続されており、また水素化誘導体貯蔵部８と切替弁９とは、配管２２によって接続されている。さらに、切替弁９は、配管２３を介して原料供給部としてのポンプ１２に接続されており、ポンプ１２に対し脱水素生成物貯蔵部７からの送液と、水素化誘導体貯蔵部８からの送液とを選択できるように構成されている。ポンプ１２と反応装置３とは配管２４によって接続されており、水素化誘導体３０を原料貯蔵装置２から反応装置３に供給可能に構成されている。
【００４０】
反応装置３は、反応触媒として、触媒金属が担持体に担持されてなる触媒担持体と、触媒担持体を加熱するための加熱装置と、触媒担持体に水素供給体である水素化誘導体３０を供給する供給装置とを有している。そして、加熱装置によって所定の温度に加熱された触媒担持体には、供給装置から水素化誘導体３０が供給され、この供給された水素化誘導体３０を脱水素反応させて水素を発生させるように構成されている。尚、反応装置３は、本発明の主要部を構成するものであり、後に詳述する。
【００４１】
また、反応装置３には配管２６が接続されており、配管２６の他端に水素分離装置４が接続されている。さらに、反応装置３には、バルブ３６を有する配管２８が接続されており、“脱水素生成物の水素化反応”を行う際には、バルブ３６を開にして水素３５を供給できるように構成されている。
【００４２】
水素分離装置４は、水素を選択的に透過する膜、あるいは気液分離装置が挙げられる。前者の膜は、パラジウム系合金膜が挙げられる。また、後者の気液分離装置は、生成物３２を冷却して分離するためのものであって、反応装置３から発生した生成物３２を水素３３とその他の成分３４とに分離するものである。構造については、特に限定されないが、水冷循環式，空冷式，流水による冷却（循環させない）等、公知の冷却手段を用いることができる。冷媒としては、水，エチレングリコール，ジエチレングリコール等を用いることができる。以下、水素分離装置４は、気液分離装置を用いたとして説明する。
【００４３】
水素供給システム１は、気液分離装置４によって分離された液体成分３４が、原料貯蔵装置２に入るように構成されている。すなわち、気液分離装置４は、配管２７によって切替弁１０に接続しており、切替弁１０と脱水素生成物貯蔵部７とは配管３７によって接続されており、切替弁１０と水素化誘導体貯蔵部８とは配管３８によって接続されている。これにより、例えば、“脱水素生成物の水素化反応”を行う場合は、切替弁１０を切り替えることによって液体成分３４を水素化誘導体貯蔵部８に送ることができる。また、“水素化誘導体の脱水素反応”を行う場合は、切替弁１０を切り替えることにより脱水素生成物貯蔵部７に液体成分３４を送ることができる。
【００４４】
次に、水素供給システム１を用いた水素発生方法について、前記した図１０に基づいて説明する。
【００４５】
原料貯蔵装置２の水素化誘導体貯蔵部８には、水素供給体の一例である芳香族化合物の水素化誘導体３０が貯蔵される。芳香族化合物の水素化誘導体３０としては、デカリン，１−メチルデカリン、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，トリメチルシクロヘキサン，テトラリン等を挙げることができ、単独物あるいは２種類以上の混合物として使用できる。単独物及び混合物は、常温で液状であるのが好ましい。
【００４６】
例として、１−メチルデカリンとデカリンの混合液を用いる場合、その混合比率として、１：０．２〜２０、好ましくは１：０．３〜３の混合物が例示される。デカリンの脱水素化後の生成物であるナフタレンは、常温では固体であるが、常温で液体である１−メチルデカリンの脱水素化後の生成物である１−メチルナフタレンとこの範囲で混合すると、反応液の１−メチルナフタレンとナフタレンの混合物が常温で液状を保つことができ、取り扱いやすい。
【００４７】
尚、以下の説明においては、芳香族化合物の水素化誘導体３０として１−メチルデカリンを用いた例について説明する。
【００４８】
切替弁９の切替えによって配管２２と配管２３とを連通させると共に、ポンプ１２を作動させることによって、水素化誘導体貯蔵部８内の１−メチルデカリン（芳香族化合物の水素化誘導体）を反応装置３に導入する。反応装置３では、１−メチルデカリンと反応装置３に設けられた触媒担持体の金属触媒とが接触して、“水素化誘導体の脱水素反応”が進行する。即ち、１−メチルデカリンと金属触媒とが接触して、１−メチルデカリンが水素と１−メチルナフタレンとに分解する“水素化誘導体の脱水素反応”が進行する。その結果、水素と、未反応により残った１−メチルデカリンと、１−メチルナフタレンとの混合物である脱水素反応後の生成物３２が生成される。
【００４９】
触媒担持体は、水素化誘導体の種類にもよるが、後述する加熱装置によって、通常２５０℃〜４５０℃から選択された所定の温度、例えば３２５℃〜３７５℃に加熱されている。これは、反応温度が３００℃以下になると、金属触媒の活性が低下するためである。また、“水素化誘導体の脱水素反応”は、“脱水素生成物の水素化反応”との平衡反応であるため、“脱水素生成物の水素化反応”の占める割合が多くなって効率的に“水素化誘導体の脱水素反応”を行えなくなってしまう。また、反応温度が４００℃以上になると、炭化水素が分解を起こし、炭素が触媒担持体に付着して脱水素反応の障害となってしまう場合もある。これらのことから、触媒担持体の好ましい温度範囲は、３２５℃〜３７５℃となる。
【００５０】
脱水素反応後の生成物３２は、配管２６を経て、気液分離装置４に導入され、冷却されて水素３３と液体成分（１−メチルナフタレンと１−メチルデカリンとの混合物）３４とに分離する。（なお、気液分離装置４の温度は、水素がガスとして存在し、それ以外の混合物が液体として存在する温度に設定するのが好ましい。）また、水素３３と液体成分３４への分離においては、必要に応じて、水素３３中の不純物を除去するために金属薄膜や高分子膜等を用いて、水素とそれ以外の成分を選択的に分離する手段を講じてもよい。
【００５１】
以上のようにして、水素化誘導体３０から水素を取り出すことができる。水素供給システム１から発生した水素３３は、燃料電池、等の水素ガス利用機器へ供給して使用される。
【００５２】
気液分離装置４にて分離された液体成分３４は、配管２７を経て、切替弁１０の切替えによって原料貯蔵装置２の脱水素生成物貯蔵部７に回収される。なお、液体成分３４を再度反応装置３に供給し、この液体成分３４を純度の高い脱水素生成物２９として脱水素生成物貯蔵部７に回収されるようにしてもよい。脱水素生成物貯蔵部７に回収された脱水素生成物２９は、“脱水素生成物の水素化反応”の原料３１として使用することができる。
【００５３】
次に、本発明の主要部である反応装置の複数の好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明に係る反応装置の第１実施形態の構成を示す模式図である。図１に示すように、反応装置５０は、気化手段としての気化器５１と、第１の触媒担持体５２と、水素供給体を気化器５１に供給するノズル５３と、加熱装置５４とを備えている。
【００５４】
気化器５１は、ノズル５３から供給される液状の水素化誘導体３０を気化させるためのものであって、電磁誘導方式による高周波誘導加熱がなされるよう、導電体を含有する多孔質金属から形成された板状部材である。例えば、ニッケルの多孔質体にクロムメッキが施されて形成されており、水素化誘導体３０が多孔質体である気化器５１中を通過できるようになっている。
【００５５】
第１の触媒担持体５２は、気化器５１により気化された水素化誘導体３０と接触して水素３３を発生させるためのものであって、金属触媒とこれを担持する担持体とから構成されている。
【００５６】
担持体は、金属触媒を電磁誘導方式による高周波誘導加熱するための導電体を含有している。導電体を含有する担持体としては、活性炭，カーボンナノチューブ，ステンレス等の金属多孔体やハニカム状金属等の導電体からなるものや、モレキュラシーブ，ゼオライト，シリカゲル，アルミナ等の非導電体と一般的な導電体（ステンレス等）とのブレンド物などを挙げることができる。
【００５７】
担持体は、少なくとも一方向で水素化誘導体３０の受容を許容するように形成されており、その形状としては、ハニカム状，多孔質状等を好適に挙げることができる。なお、ハニカム状，多孔質状は、水素化誘導体３０の受容を許容するとともに、さらに、水素化誘導体３０の通過をも許容する形状である。触媒担持体に水素化誘導体３０を通過させて反応を行う形態においては、通常、担持体は、水素化誘導体３０の通過をも許容する形状とされる。
【００５８】
金属触媒としては、脱水素反応を達成できるものであればどのようなものでもよく、例えば、金属成分として、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，オスミニウム，クロム，コバルト，鉄等を用いることができる。また、これらを２種類以上合金化したものを、中でも、脱水素反応に対する活性の高さから、白金族の金属（白金，パラジウム，ロジウム，ルテニウム）を用いることがより好ましい。
【００５９】
触媒担持体５２は、例えば、外径４５ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に形成されたニッケルの多孔質体にクロムメッキを施しアルミナで被覆したものを担持体とし、この担持体上に触媒として０．０２６６グラムの白金を担持させたものである。触媒担持体５２は、気化器５１の上方に配置されている。
【００６０】
ノズル５３は、気化器５１に液状の水素化誘導体３０を供給するためのものであって、気化器５１の下方に配置されている。ノズル５３は、気化器５１に対向して上方に開口する複数の噴射口５３ａを有している。また、ノズル５３は、配管２４によって原料貯蔵装置２に接続されており、ポンプ１２によって圧送される液状の水素化誘導体３０を複数の噴射口５３ａから吐出させて気化器５１に供給するようになっている（図１０参照）。
【００６１】
加熱装置５４は、気化器５１及び触媒担持体５２を所定の温度に加熱するためのものである。加熱装置５４の構造については、特に限定されないが、気化器５１及び触媒担持体５２が導電体を含有して構成されている場合には、誘導加熱装置５５が好適に例示される。誘導加熱装置５５は、ケーシング５６の外周に巻き付けられた誘導加熱コイル５５ａと、誘導加熱コイル５５ａと電気的に接続して誘導加熱コイル５５ａに高周波電流を流すことのできる高周波電流発生装置（図示せず）とから構成されており、電磁誘導方式によって気化器５１及び触媒担持体５２を高周波誘導加熱するようになっている。
【００６２】
気化器５１は、誘導加熱装置５５によって液状の水素化誘導体３０を気化させるのに好適な温度、例えば略３００℃に加熱されている。また、触媒担持体５２は、同様に、脱水素反応に好適な温度、例えば略３５０℃に加熱されている。
【００６３】
尚、脱水素反応に好適な温度は、反応装置５０内の圧力によっても変化し、圧力が低くなると“水素化誘導体の脱水素反応”との平衡反応である“脱水素生成物の水素化反応”の割合が少なくなるので、より低圧でも十分な脱水素反応を行わせることができる。しかし、より効率的に脱水素反応を行わせるためには、水素化誘導体の炭化水素が分解しない程度に高い温度とすることが望ましい。
【００６４】
第１実施形態の反応装置の作用を説明する。本発明の第１の実施形態である反応装置５０は、図１０及び図１に示すように、原料貯蔵装置２に貯留されている水素化誘導体３０がポンプ１２によってノズル５３に圧送され、噴射口５３ａから気化器５１に供給される。水素化誘導体３０は、略３００℃に加熱されている気化器５１に接触して気化し、気化器５１の上方に配置された触媒担持体５２に供給される。気化されて触媒担持体５２に供給された水素化誘導体３０は、一部が脱水素反応して水素３３が生成される。触媒担持体５２に接触する水素化誘導体３０は、既に加熱されて気化しているので、水素化誘導体３０を液体で供給する場合と比較して、コーキングの影響を受けることがなく、多量の水素３３を安定して発生させることができる。
（第２実施形態）
次に、図２を参照しながら、本発明に係る第２実施形態の反応装置を説明する。図２は第２実施形態の反応装置の構成を示す模式図である。尚、以下の説明において、既に図１０及び図１で示す水素供給システム及び反応装置で説明した部分については、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
【００６５】
図２に示すように、反応装置６０は、気化器である第２の触媒担持体６１と、第１の触媒担持体６２と、水素化誘導体３０を第２の触媒担持体６１に供給するノズル５３と、誘導加熱装置５５とを備えている。気化器である第２の触媒担持体６１は、ノズル５３から液体で供給される水素化誘導体３０を気化させると共に脱水素反応させて水素を発生させるためのものであって、金属触媒とこれを担持する担持体とから構成されている。金属触媒及び担持体は、第１実施形態の反応装置５０で述べたものと同じ、種々のものを用いることができ、例えば、ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施したものにアルミナを被覆させ、更に前述した金属触媒のひとつ、例えば、白金を０．０２６６グラム担持させて形成されている。
【００６６】
ノズル５３は、第１実施形態の反応装置５０のノズルと同様の構造のものであるが、ケーシング５６内において第２の触媒担持体６１の上方に配置されている。また、ノズル５３の噴射口５３ａは第２の触媒担持体６１に対向して下方に向けて配置されている。ノズル５３は、水素化誘導体３０を霧状にして供給する噴霧ノズル、液滴を滴下させる滴下ノズル、シャワー状にして供給するシャワーノズル、等、適宜の形態のノズルを水素化誘導体３０の供給形態に応じて選択することができる。
【００６７】
第１の触媒担持体６２は、気化した水素化誘導体３０に接触して水素３３を発生させるためのものであって、金属触媒とこれを担持する担持体とから構成されている。金属触媒及び担持体は、第１実施形態の反応装置５０で述べたものと同じ、種々のものを用いることができる。担持体は、外径４５ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状に形成されたニッケルの多孔質体にクロムメッキを施し、更にアルミナを被覆させて形成されている。金属触媒は、白金であり、上述した担持体に０．０３５２グラム担持されている。４枚の第１の触媒担持体６２が、ノズル５３の上方に発生ガス（生成物３２）の流路に沿って直列に整列させられて配置されている。第１の触媒担持体６２及び第２の触媒担持体６１は、誘導加熱装置５５によって、夫々例えば、略４７０℃及び略４００℃に加熱されている。
【００６８】
第２実施形態の反応装置の作用を説明する。本発明の第２実施形態の反応装置６０は、図１０及び図２に示すように、原料貯蔵装置２に貯留されている水素化誘導体３０がポンプ１２によってノズル５３に圧送され、噴射口５３ａから加熱された第２の触媒担持体６１に供給される。水素化誘導体３０が、略４００℃に加熱されている第２の触媒担持体６１に接触すると、その一部が脱水素反応して水素３３を生成し、残りの部分は気化する。
【００６９】
気化した未反応の水素化誘導体３０は、反応装置６０内を上昇し、略４７０℃に加熱された第１の触媒担持体６２に接触する。これによって、気化した水素化誘導体３０が脱水素反応して更に水素３３が生成される。
【００７０】
水素化誘導体３０が液体で供給される第２の触媒担持体６１においては、ある程度コーキングの発生は避けられないが、第１の触媒担持体６２だけで得られる水素３３の発生量に比較して、より多くの水素３３を得ることができる。
【００７１】
尚、ノズル５３から供給する水素化誘導体３０は、粒径１〜１００μｍ程度のミスト状粒子として第２の触媒担持体６１に均一に供給することが好ましい。また、供給される水素化誘導体３０は、液体に限定されるものではなく、気化して気体状となった水素化誘導体３０と、液状の水素化誘導体３０とが混合した状態で供給されてもよい。気体状の水素化誘導体３０と混合させることによって、第２の触媒担持体６１におけるコーキングの発生が軽減されることが期待される。
【００７２】
第１の触媒担持体６２に接触する水素化誘導体３０は、既に加熱、気化して気体となっているので、水素化誘導体３０を液体で供給する場合と比較してコーキングの影響を受けることがなく、安定して多量の水素３３を発生させることができる。
（第３実施形態）
次に、図３を参照しながら、本発明に係る第３実施形態の反応装置を説明する。図３は第３実施形態の反応装置の構成を示す模式図である。図３に示すように、第３実施形態の反応装置６５は、気化器である第２の触媒担持体６１と、第１の触媒担持体６２と、水素化誘導体３０を第２の触媒担持体６１に供給する噴霧ノズル６６と、誘導加熱装置５５と、電気ヒータ６７とを備え、これらの構成要素が誘導加熱装置５５を除いてケーシング６８内に配置されている。
【００７３】
ケーシング６８は、直径２００ｍｍ、高さ２５０ｍｍ、厚さ５ｍｍ程度のセラミック製の円筒容器である。ケーシング６８の周囲は、発泡セラミック（図示せず）等で断熱するのが好ましい。
【００７４】
第１の触媒担持体６２及び第２の触媒担持体６１は、ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施したものにアルミナを被覆させ、更に金属触媒として白金を担持させて形成されている。第２の触媒担持体６１は、外径１９０ｍｍ、厚さ５ｍｍの円盤状に形成されており、ケーシング６８の底部に配置されている。また、第１の触媒担持体６２は、外径１９０ｍｍ、内径１３０ｍｍ、高さ１５０ｍｍの中空円筒状に形成され、ケーシング６８に嵌合して第２の触媒担持体６１の上方に配置されている。第１の触媒担持体６２の厚さは、特に限定されないが、均一な温度に加熱可能な厚さとするのが好ましい。
【００７５】
噴霧ノズル６６は、中央に配置された噴射口６６ａから水素化誘導体３０を円錐状に噴霧する充円錐噴霧ノズルであり、第１の触媒担持体６２の内径部に嵌合するように配置されている。
【００７６】
誘導加熱装置５５は、誘導加熱コイル５５ａが渦巻き状に形成されてケーシング６８の底面６８ａに配置されており、第２の触媒担持体６１を誘導加熱するようになっている。第１の触媒担持体６２の外周面及び内周面には、ガラス繊維で被覆されたニクロム線ヒータである電気ヒータ６７が巻き付けられて配置され、第１の触媒担持体６２を所定の温度、例えば、略３５０℃に加熱するようになっている。
【００７７】
第３実施形態の反応装置の作用を説明する。図１０及び図３に示すように、原料貯蔵装置２に貯留されている水素化誘導体３０は、配管２４を介してポンプ１２によって噴霧ノズル６６に圧送され、噴射口６６ａから円錐状に噴霧されて加熱された第２の触媒担持体６１に均一に供給される。
【００７８】
水素化誘導体３０が、誘導加熱装置５５によって所定の温度に加熱された第２の触媒担持体６１に接触すると、その一部が脱水素反応して水素３３を生成し、残りの部分は気化して反応装置６５内を上昇し、上方に配置された縦長の第１の触媒担持体６２内を通過する際、これと接触する。これによって、第２の触媒担持体６１で脱水素反応を行わずに気化した水素化誘導体３０は、脱水素反応して更に水素３３が生成される。
【００７９】
なお、液状の水素化誘導体３０が供給されることにより、吸熱反応である脱水素反応及び液状の水素化誘導体３０が気化される。したがって、第２の触媒担持体６１は、脱水素反応により熱及び気化熱の両方の熱が奪われて温度が低下し易いので、奪われた熱を急速に回復可能な誘導加熱装置５５によって加熱するのが好ましい。
【００８０】
また、奪われる熱は脱水素反応による熱だけである第１の触媒担持体６２の加熱は、誘導加熱装置５５を用いることもできるが、電気ヒータ６７、触媒加熱、等の比較的加熱速度が遅い他の加熱装置を用いることが可能である。
【００８１】
上述した反応装置６５を使用して、噴霧ノズル６６から４２０ｍＬ／ｍｉｎの１−メチルデカリン３０を供給したとき、１時間当たり約１０Ｎｍ3の多量の水素を得ることができた。
【００８２】
次に、図４を参照しながら、本発明に係る第３実施形態の反応装置の変形例を説明する。図４は、第３実施形態の反応装置の変形例の構成を示す模式図である。図４に示すように、変形例の反応装置１００は、気化器である第２の触媒担持体６１と、第１の触媒担持体６２と、水素化誘導体３０を第２の触媒担持体６１に供給する噴霧ノズル６６と、誘導加熱装置５５とを備え、これらの構成要素が誘導加熱装置５５を除いてケーシング６８内に配置されている。
【００８３】
ケーシング６８の外壁及び中空円筒形上を有する第１の触媒担持体６２の内周面は、断熱材１０１が配設され第１の触媒担持体６２が断熱されており、熱がノズル６６や外部に逃げないように構成されている。その他は、第３実施形態の反応装置６５と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を省略する。
【００８４】
変形例の反応装置１００の作用を説明する。図４に示すように、噴霧ノズル６６の噴射口６６ａから円錐状に噴霧された水素化誘導体３０は、誘導加熱装置５５によって所定の温度に加熱された第２の触媒担持体６１に接触する。水素化誘導体３０の一部は脱水素反応して水素３３が生成され、残りの部分は脱水素反応に適した温度に加熱されて気化し、上方に配置された縦長の第１の触媒担持体６２内を通過する。
【００８５】
断熱材１０１で保温された第１の触媒担持体６２は、気化した水素化誘導体３０から熱を受け取って自然加熱され、脱水素反応に必要な温度まで上昇する。このようにして所定の温度に維持された第１の触媒担持体６２は、水素化誘導体３０と接触することにより、脱水素反応し水素３３が生成される。
【００８６】
本変形例において、第１の触媒担持体６２は、通過する気化した水素化誘導体３０から受熱して自然加熱されるので、加熱装置等からの加熱を受けずに脱水素反応に必要な温度に維持することができる。従って、第３実施形態の反応装置と比べて、装置構造を簡素化することができる。
（第４実施形態）
次に、図５〜図７を参照しながら、本発明に係る第４実施形態の反応装置を説明する。図５は、第４実施形態の反応装置を示し、図５（Ａ）は反応装置の構成を示す模式図、図５（Ｂ）は内面に金属触媒が担持された管体の拡大断面図、図６は多数本の管体からなる集合反応管の斜視図、図７は図５におけるVII−VII矢視縦断面図である。
【００８７】
図５乃至図７に示すように、第４実施形態の反応装置７０は、集合反応管７１と、ケーシング７２と、気化器７３とを備えている。
【００８８】
図６に示すように、集合反応管７１は、一対のヘッダ７４、７５と、複数の管体７６とから構成されている。一対のヘッダ７４、７５は、直径１２０ｍｍの中空部材であり、夫々の一面には、導入口７４ａ及び排出口７５ａが設けられている。一対のヘッダ７４、７５の間には、８０本の管体７６が導入口７４ａ及び排出口７５ａに連通して配置されている。
【００８９】
夫々の管体７６は、外径５ｍｍ、厚さ０．３ｍｍ、長さ６００ｍｍのステンレス管であり、内壁７６ａにはアルミナを介して触媒としての白金が担持されている（図５（Ｂ）参照）。尚、管体７６の材質はステンレスに限定されることはなく、銅、アルミニウム、鉄及びその合金、等とすることができる。また、ヘッダ７４，７５および管体７６の形状についても上記に限られるものではない。
【００９０】
そして、水素供給体である水素化誘導体３０を導入口７４ａから供給して管体７６内を通過させる間に触媒と接触させて脱水素反応を行わせ、発生した水素３３を含む生成物３２を排出口７５ａから排出するように構成されている。
【００９１】
図５及び図７に示すように、集合反応管７１は、ステンレス製のケーシング７２内に収容されている。ケーシング７２の一端には、加熱媒体導入口７２ａが設けられ、他の一端には加熱媒体排出口７２ｂが設けられている。灯油、天然ガス、石油系燃料、或いは、水素供給システム１で発生させた水素３３の一部を図示しない燃焼装置で燃焼させて、空気、蒸気、等の熱媒体を所定の温度まで加熱して加熱媒体導入口７２ａからケーシング７２内に導き、熱媒体と管体７６との間で熱交換を行って、内壁７６ａに担持された触媒を加熱して脱水素反応に適した温度、例えば、３５０℃に加熱するようになっている。
【００９２】
触媒の加熱方法は、上記した燃料を燃焼させた火炎による熱を管体７６に加えて加熱してもよく、また、管体７６と触媒燃焼用の触媒を密着させて触媒燃焼の熱により加熱するようにしてもよい。或いは、誘導加熱装置を用いて管体７６自体を誘導加熱することもできる。
【００９３】
管体７６に供給される水素化誘導体３０は、効率よく水素３３を発生させるために気体又はミスト状であることが望ましく、気化器７３によって水素化誘導体３０を加熱し、気化させて集合反応管７１に供給する。気化器７３は、一般的な熱交換器を外部に配置して構成されており、熱源として灯油、天然ガス、石油系燃料等の燃料、電気ヒータ、誘導加熱装置、等を利用できる。また、水素供給システム１で発生させた水素３０の一部を燃焼させて熱源としてもよい。或いは、管体７６の一部に触媒を担持しない加熱領域を設け、上記した熱源により加熱領域を加熱して気化器７３とすることもできる。
【００９４】
尚、図５乃至図７に示す反応装置７０においては、管体７６の内壁７６ａに触媒を担持させた構成となっているが、管体７６の外壁或いは外壁に接触して配置されたフィンに触媒を担持させた構成として、ケーシング７２内に気体又はミスト状とされた水素化誘導体３０を導き、管体７６内に加熱された熱媒体を流して、外壁又はフィンに担持された触媒を所定の温度まで加熱するようにしてもよい。
【００９５】
次に、第４実施形態の反応装置の作用を説明する。図１０及び図５乃至図７に示すように、原料貯蔵装置２に貯留されている水素化誘導体（水素供給体）３０は、ポンプ１２によって気化器７３である熱交換器に圧送され、加熱されて気化或いはミスト状とされて集合反応管７１に供給されて管体７６の中を分かれて流れる。
【００９６】
一方、高温に加熱された空気や蒸気等の熱媒体は、加熱媒体導入口７２ａからケーシング７２内に導かれ、管体７６との間で熱交換して管体７６の内壁７６ａに担持された触媒を脱水素反応に必要な所定の温度に加熱した後、加熱媒体排出口７２ｂから排気される。
【００９７】
管体７６に導かれた気化或いはミスト状とされた水素化誘導体３０は、加熱された管体７６の内壁７６ａに担持された触媒に接触すると脱水素反応して水素３３が生成される。水素３３を含む生成物３２は、排出口７５ａから排出されて気液分離装置４に供給される。
【００９８】
管体７６に供給される水素化誘導体３０は、気化器７３によって加熱され気化或いはミスト状とされているので、コーキングの影響を受けることはなく、長期間にわたり安定して水素３３を発生させることができる。また、触媒と加熱部とは、管体７６の内外に物理的に分離されているので、加熱手段は制限を受けることなく任意の手段を用いることができる。また、本実施形態では、複数の管体７６の内部に水素化誘導体３０を流し、複数の管体７６の外表面側を高温に加熱された空気や蒸気等の熱媒体によって加熱するように構成したので、複数の管体７６を効率的に加熱することが可能となる。
（第５実施形態）
次に、図８を参照しながら、本発明に係る第５実施形態の反応装置を説明する。図８は、第５実施形態の反応装置の構成を示す模式図である。図８に示すように、第５実施形態の反応装置８０は、気化器８１と、複数本のヒートパイプ８２と、第１の触媒担持体８３とを備えている。
【００９９】
気化器８１は、配管２４を介して原料貯蔵装置２から供給される水素化誘導体３０を加熱して気化させるためのものであって、例えば、円盤状に形成されたニッケルの多孔質体に配管２４が接続されて構成されている。そして、配管２４を介して供給される水素化誘導体３０が多数の多孔質体の孔から分散して排出されるように構成されている。ニッケルの多孔質体には、多数本のヒートパイプ８２が貫通して固定されており、ヒートパイプ８２との間で熱交換可能に配置されている。
【０１００】
ヒートパイプ８２は、直径６ｍｍ、長さ８００ｍｍのパイプ内に作動流体が封入されて構成され、気化器８１である円盤状のニッケル多孔質体を貫通し、ニッケル多孔質体から上方に略６００ｍｍ、下方に略２００ｍｍ突出させて固定されている。ニッケル多孔質体より上方のヒートパイプ８２（略６００ｍｍの部分）の外壁には、アルミナを介して白金等の金属触媒が担持されて第１の触媒担持体８３が形成されている。
【０１０１】
気化器８１及び第１の触媒担持体８３は、ステンレス製のケーシング８４内に収容されて脱水素反応室８５が形成されており、ケーシング８４の上面には生成物排出口８４ａが形成されている。
【０１０２】
また、ニッケル多孔質体より下方のヒートパイプ８２（略２００ｍｍの部分）は、壁８６に囲まれて加熱室８８が形成されている。加熱室８８内のヒートパイプ８２の下端には、加熱装置８９が配置されてヒートパイプ８２の下端を加熱するようになっている。
【０１０３】
加熱装置８９は、水素供給システム１で発生した水素３３の一部を循環させ、空気と混合して燃焼させるように構成されており、燃焼により生じた炎を直接ヒートパイプ８２にあててヒートパイプ８２内の作動流体を加熱する。加熱装置８９に供給する水素３３の量を調節することにより、第１の触媒担持体８３の温度を略３５０℃に制御している。
【０１０４】
尚、加熱装置８９は、熱源として灯油、天然ガス、石油系燃料等の燃料、電気ヒータ、誘導加熱装置、等を利用することもできる。
【０１０５】
ヒートパイプ８２は、加熱すると封入されている作動流体が蒸発し、ヒートパイプ８２上部の放熱部で凝縮して凝縮熱が発生し、潜熱によって加熱部から放熱部に熱を瞬時に伝える。即ち、ヒートパイプ８２は、その一部を加熱すると熱を加熱部分より上方部分に速やか、且つ一定温度で伝達する特性を有している。上述した実施形態においては、ヒートパイプ８２の下部に加熱部である加熱室８８を、また上部に放熱部である脱水素反応室８５を配置した構成となっている。
【０１０６】
尚、ウィックを備えたヒートパイプは、水平方向及び若干下方にも熱を伝達することができるため、ウィック付ヒートパイプを用いることにより脱水素反応室８５を加熱室８８と水平又は若干下方に配置することも可能となる。
【０１０７】
また、気化器８１は、ニッケルの多孔質体にアルミナを介して白金等の金属触媒を担持させて、気化器８１でも脱水素反応させて水素３３を生成させることもできる。
【０１０８】
第５実施形態の反応装置の作用を説明する。本発明の第５実施形態の反応装置８０は、図８に示すように、加熱装置８９によって加熱室８８内のヒートパイプ８２の下部を加熱する。加熱されたヒートパイプ８２に封入された作動流体は、ヒートパイプ８２内を循環して加熱部分より上方に熱を速やか、且つ一定温度となるように伝達する。これによって、気化器８１及び第１の触媒担持体８３は、ヒートパイプ８２から熱を伝達されて所定の温度まで加熱される。
【０１０９】
ここで、原料貯蔵装置２に貯留されている水素化誘導体３０がポンプ１２によって加熱状態にある気化器８１に圧送されると、水素化誘導体３０は気化して多孔質体の多数の孔から脱水素反応室８５内に放出され、ヒートパイプ８２の上部である第１の触媒担持体８３に接触し、脱水素反応を起こして水素３３を生成する。ヒートパイプ８２は熱応答性に優れているため、加熱装置８９からヒートパイプ８２への熱量を制御することにより、気化器８１及び第１の触媒担持体８３の温度を均一に加熱することができる。
【０１１０】
次に、図９を参照しながら、第５実施形態に係る反応装置の変形例を説明する。図９は、第５実施形態の反応装置の変形例の構成を示す模式図である。図９に示すように、変形例の反応装置９０は、気化器９１と、ヒートパイプ８２（８２Ａ、８２Ｂ）と、第１の触媒担持体９２とを備えている。
【０１１１】
気化器９１は、第４実施形態の気化器８１と同様の構造となっているが、脱水素反応室８５から更に上流側にまで延設されている点が異なる。延設部９１ａには、短いヒートパイプ８２Ａ（長さ略２００ｍｍ）の先端が埋め込まれ、接触して固定されている。短いヒートパイプ８２Ａの下端には、加熱装置８９が配置されて短いヒートパイプ８２Ａを加熱するようになっている。
【０１１２】
長いヒートパイプ８２Ｂは、第４実施形態の反応装置８０と同様に、気化器９１を貫通して脱水素反応室８５及び加熱室８８にわたって配置されているが、脱水素反応室８５内の外壁には、触媒が担持されていない。気化器９１は、短いヒートパイプ８２Ａ及び長いヒートパイプ８２Ｂの両者から熱を伝達されて、水素化誘導体３０を気化させるのに必要な所定の温度に維持されている。
【０１１３】
第１の触媒担持体９２は、例えば、ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施したものにアルミナを被覆させ、更に金属触媒として白金を担持させて形成されてている。長いヒートパイプ８２Ｂの上部が埋設されている。そして、ヒートパイプ８２Ｂから熱を伝達されて脱水素反応に必要な温度まで加熱されるように構成されている。その他は、第４実施形態の反応装置８０と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を省略する。
【０１１４】
第５実施形態の反応装置の変形例の作用を説明する。本発明の第５実施形態の変形例である反応装置９０は、図９に示すように、脱水素反応室８５の上流側に延設された気化器９１の延設部９１ａがヒートパイプ８２Ａによって加熱されている。従って、原料貯蔵装置２から供給される水素化誘導体３０は、延設部９１ａを含む気化器９１の広範囲で加熱されているので、より多量の水素化誘導体３０を気化させることができる。気化器９１で気化された水素化誘導体３０は、多孔質体である第１の触媒担持体９２内を流れる間に触媒と接触して脱水素反応を行い、水素３３を生成する。
【実施例１】
【０１１５】
本発明の効果を確認するため、本発明の水素供給システムの反応装置に係る実施例と、該実施例と比較する比較例について説明する。実施例及び比較例における転化率を比較することにより、優位性の有無を判定する。転化率とは、１００％脱水素反応したときに得られる理論水素量と、実際に得られた水素量との比である。芳香族化合物の水素化誘導体としてシクロヘキサンを用いた場合、脱水素反応して水素とベンゼンとが得られ、理論的には、１ｍＬのシクロヘキサンから０．６２２８Ｌの水素を得ることができ、このときの転化率は１となる。
（実施例１）
反応装置として図１に示す反応装置５０を具備する水素供給システムを用い、下記の条件に従って水素の発生を行った。
触媒担持体：ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施した後、アルミナを被覆し、更に白金を０．０２６６グラム担持させた。外径４５ｍｍ、厚さ５ｍｍ。
気化器：クロムメッキを施したニッケルの多孔質体
触媒担持体の加熱温度：３５０℃
気化器の加熱温度：３００℃
芳香族化合物の水素化誘導体（水素供給体）：シクロヘキサン
水素供給体供給量：５ｍＬ／ｍｉｎ
（比較例１）
実施例１と比較するため、図１１に示す従来の反応装置１５０を具備する水素供給システムを用い、ノズル５３から水素供給体３０を触媒担持体５２に滴下させ、下記の条件に従って水素の発生を行った。
触媒担持体：ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施した後、アルミナを被覆し、更に白金を０．０２６６グラム担持させた。外径４５ｍｍ、厚さ５ｍｍ。
触媒担持体の加熱温度：３５０℃
芳香族化合物の水素化誘導体（水素供給体）：シクロヘキサン
水素供給体供給量：５ｍＬ／ｍｉｎで滴下
（結果）
実施例１及び比較例１で得られた水素の転化率を図１２に示す。図１２に示すように、従来の反応装置を用いた比較例１の転化率Ａ１は、装置が十分安定したと思われる水素生成開始後１０分後において略０．１であるのに対して、本発明の反応装置を用いた実施例１の転化率Ｂ１は、水素生成開始後１０分後において略０．２３と、２倍以上の転化率を達成することができ、大幅に水素発生量が改善されることが分かる。
【０１１６】
また、実施例１及び比較例１で得られた水素の転化率の時間変化を図１３のグラフに示す。グラフに示されているように、実施例１の装置（図１の装置）における水素の転化率は、略０．２３程度で一定である。一方、比較例１の装置（図１１の装置）における水素の転化率は、水素生成開始後１０分より略０．１から漸次急速に低下していき、６０分後に略０．０５で一定となった。
【０１１７】
この比較例１で用いられた装置の触媒担持体を分析すると、触媒表面にカーボンの付着が確認された。したがって、比較例１における水素の転化率の低下は、触媒表面に吸着物質が触媒の活性サイトを塞ぎ、そして時間と共に吸着物質が炭化して炭化層が形成されて水素発生量が時間と共に低下するコーキングが発生したためと考えられる。
【０１１８】
一方、実施例１で用いられた装置の触媒担持体上には、カーボンの付着は確認されなかった。以上より、実施例１の装置では、コーキングが発生しないため、長期間に渡って安定した転化率で水素を生成できることがわかった。
（実施例２）
反応装置として図２に示す反応装置６０を具備する水素供給システムを用い、下記の条件に従って水素の発生を行った。
第１の触媒担持体：ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施した後、アルミナを被覆し、更に白金を０．０３５２グラム担持させた。外径４５ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ５ｍｍのリング状触媒担持体を４枚設置。
第２の触媒担持体（気化器）：ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施した後、アルミナを被覆し、更に白金を０．０２６６グラム担持させた。外径４５ｍｍ、厚さ５ｍｍ。
第１の触媒担持体の加熱温度：４７０℃
第２の触媒担持体（気化器）の加熱温度：４００℃
芳香族化合物の水素化誘導体（水素供給体）：シクロヘキサン
水素供給体供給量：５ｍＬ／ｍｉｎで第２の触媒担持体に滴下
（比較例２）
実施例２と比較するため、図１４に示す従来の反応装置１６０を具備する水素供給システムを用い、ノズル５３から水素供給体３０を触媒担持体６１に滴下させ、下記の条件に従って水素の発生を行った。
【０１１９】
尚、図２に示す反応装置６０の第１の触媒担持体６２に相当する部分には、同一サイズの触媒金属を担持しない多孔質体リング１６２を配置した。その他の構成は実施例２の反応装置６０と同様とした。
触媒担持体：ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施した後、アルミナを被覆し、更に白金を０．０２６６グラム担持させた。外径４５ｍｍ、厚さ５ｍｍ。
多孔質体リング：ニッケルの多孔質体にクロムメッキを施したもの。外径４５ｍｍ、内径３５ｍｍ、厚さ５ｍｍのリングを４枚設置。
触媒担持体の加熱温度：４００℃
多孔質体リングの加熱温度：４７０℃
芳香族化合物の水素化誘導体（水素供給体）：シクロヘキサン。
水素供給体供給量：５ｍＬ／ｍｉｎで滴下。
（結果）
実施例２及び比較例２で得られた水素の転化率を図１５に示す。図１５に示すように、従来の反応装置を用いた水素生成開始後１０分後の比較例２の転化率Ａ２は略０．３７であるのに対して、本発明の反応装置を用いた水素生成開始後１０分後の実施例２の転化率Ｂ２は略０．５１であり、水素発生量が大幅に改善されることが分かる。
【０１２０】
尚、本発明は、前述した実施形態及び実施例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態及び実施例における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態の変形例に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図５】本発明の第４実施形態に係り、（Ａ）は反応装置の構成を示す模式図、（Ｂ）は内面に金属触媒が担持された管体の拡大断面図である。
【図６】図５における、多数本の管体からなる集合反応管の斜視図である。
【図７】図５におけるVII−VII矢視縦断面図である。
【図８】本発明の第５実施形態に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図９】本発明の第５実施形態の変形例に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図１０】本発明に係り、水素供給システムの構成を示す模式図である。
【図１１】従来例に係り、反応装置の構成を示す模式図である。
【図１２】図１に示す本発明の反応装置、及び図１１に示す従来の反応装置を用いた水素供給システムにおいて得られた水素の転化率を比較して示すグラフである。
【図１３】水素の転化率の時間変化を示すグラフである。
【図１４】従来例に係り、他の反応装置の構成を示す模式図である。
【図１５】図２に示す本発明の反応装置、及び図１３に示す従来の反応装置を用いた水素供給システムにおいて得られた水素の転化率を比較して示すグラフである。
【符号の説明】
【０１２２】
１                              水素供給システム
３，５０，６０，６５，７０，８０，９０，１００        反応装置
３０                            芳香族化合物の水素化誘導体（水素供給体）
５１，６１，７３，８１，９１    気化器（第２の触媒担持体）
５３，６６                      ノズル
５５                            誘導加熱装置
５２，６２，８３，９２          第１の触媒担持体
６７                            電気ヒータ
７６                            管体
７６ａ                          管体の内面
８２                            ヒートパイプ
【図１】
2005022939.tif 000003
【図２】
2005022939.tif 000004
【図３】
2005022939.tif 000005
【図４】
2005022939.tif 000006
【図５】
2005022939.tif 000007
【図６】
2005022939.tif 000008
【図７】
2005022939.tif 000009
【図８】
2005022939.tif 000010
【図９】
2005022939.tif 000011
【図１０】
2005022939.tif 000012
【図１１】
2005022939.tif 000013
【図１２】
2005022939.tif 000014
【図１３】
2005022939.tif 000015
【図１４】
2005022939.tif 000016
【図１５】
2005022939.tif 000017