(57)【要約】【課題】  硫酸のガス化エネルギ効率が高い硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置を提供する。【解決手段】  流通路１７１ａを形成されると共に、流通路１７１ａと連通する対をなす連絡穴１７１ｂ，１７１ｃを形成された第一流通プレート１７１と、流通路１７２ａを形成されると共に、流通路１７２ａと外部とを連通させる対をなす連通溝１７２ｂ，１７２ｃを形成され、さらに、連絡穴１７２ｄ，１７２ｅを形成された第二流通プレート１７２とを交互に複数積層し、供給マニホールド１７３及び送出マニホールド１７４を配設してなる本体部１７０Ａを備え、供給マニホールド１７３内に硫酸を供給すると共に、第二流通プレート１７２の連通溝１７２ｂ内に加熱ガスを供給することにより、硫酸を加熱して分解ガスを発生させるようにした。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に流通路を形成されると共に、一方の面と他方の面との間を貫通して当該流通路と連通する対をなす連絡穴を形成された第一流通プレートと、
一方の面に流通路を形成されると共に、当該流通路と外部とを連通させる対をなす連通溝を形成され、さらに、前記第一流通プレートの前記連絡穴と連通する連絡穴を形成された第二流通プレートとを、
一方の前記プレートの一方の面と他方の前記プレートの他方の面とを対面させるようにして交互に複数積層し、
前記プレートの積層方向一方側に、当該プレートの前記連絡穴の一方と連絡する供給マニホールドを配設すると共に、
前記プレートの積層方向他方側に、当該プレートの前記連絡穴の他方と連通する送出マニホールドを配設してなる本体部を備え、
前記供給マニホールド内に硫酸又は熱媒のいずれか一方が供給されると共に、前記第二流通プレートの前記連通溝内に硫酸又は熱媒のいずれか他方が供給される
ことを特徴とする硫酸分解器。
【請求項２】
請求項１において、
前記本体部が複数直列に連結され、
前記供給マニホールド及び前記送出マニホールドのうちの少なくとも一方が、流通する硫酸又は熱媒の温度分布を均一にする混合空間部を有すると共に、
直列に連結されて隣り合う前記本体部の前記第二流通プレートの前記連通溝の間に、流通する硫酸又は熱媒の温度分布を均一にする混合空間部を有している
ことを特徴とする硫酸分配器。
【請求項３】
請求項１において、
熱媒が流通する前記プレートの前記流通路が、硫酸の分解ガスが流通する前記プレートの前記流通路の背面部分に相当する他方の面と対面しないように設定されている
ことを特徴とする硫酸分解器。
【請求項４】
請求項１において、
液状の硫酸を供給される供給口を下方側に有すると共に、上方側に送出口を有し、前記本体部が硫酸中に浸漬するように内部に配設される外部容器と、
前記外部容器の外側から前記本体部の前記供給マニホールドに熱媒を供給する熱媒供給配管と、
前記本体部の前記送出マニホールドから前記外側容器の外側に熱媒を送出する熱媒送出配管と
を備えていることを特徴とする硫酸分解器。
【請求項５】
請求項４において、
前記外側容器の前記送出口に絞り部材を介して連結されたフラッシュタンクを備えている
ことを特徴とする硫酸分離器。
【請求項６】
液状の硫酸を供給される供給口を下方側に有すると共に、上方側に送出口を有する外部容器と、
前記外部容器の内部に配設されて熱媒が流通する熱媒流通管と
を有する本体部を備えている
ことを特徴とする硫酸分解器。
【請求項７】
液状の硫酸を絞り部材から噴出させることにより気化させるフラッシュタンクと、
前記フラッシュタンクに回収されたガスを加熱する加熱手段と
を備えていることを特徴とする硫酸分離器。
【請求項８】
ヨウ素又は臭素のハロゲンと二酸化硫黄と水とを反応させて硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを生成させる反応手段と、
硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを比重差により分離する分離手段と、
分離したハロゲン化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮手段と、
濃縮したハロゲン化水素をハロゲンと水素とに分解するハロゲン化水素分解手段と、
分解生成した水素を単離する一方、分解生成したハロゲンを前記反応手段に供給するハロゲン再利用手段と、
分離した硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮手段と、
濃縮した硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する硫酸分解手段と、
分解生成した二酸化硫黄、酸素、水のうち、少なくとも二酸化硫黄を前記反応手段に供給する二酸化硫黄再利用手段と
を備えている水素製造装置において、
前記硫酸濃縮手段が、
請求項１から請求項７のいずれかの硫酸分解器である
ことを特徴とする水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、硫酸分解器及びこれを利用する水素製造に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、ヨウ素及び二酸化硫黄を利用して熱化学的に水から水素を製造する従来の水素製造装置を図１１に示す。
【０００３】
図１１に示すように、ヨウ素（Ｉ2）と二酸化硫黄（ＳＯ2）と水（Ｈ2Ｏ）とをブンゼン反応させて硫酸（Ｈ2ＳＯ4）及びヨウ化水素（ＨＩ）を生成させる反応器１０には、当該反応により生成した硫酸水溶液とヨウ化水素水溶液とを比重差により分離する分離器２０が連絡している。分離器２０の下方側には、ヨウ化水素水溶液を濃縮するヨウ化水素用の濃縮器３０が連絡している。分離器２０の上方側には、硫酸水溶液を濃縮する硫酸用の濃縮器６０が連絡している。
【０００４】
ヨウ化水素用の濃縮器３０には、濃縮されたヨウ化水素を加熱してヨウ素（Ｉ2）ガスと水素（Ｈ2）ガスとに分解するヨウ化水素用の分解器４０が連絡している。ヨウ化水素用の分解器４０には、分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却してヨウ素を液化させることによりヨウ素と水素ガスとを分離して当該水素ガスを水素回収容器１に単離する一方、液化したヨウ素を前記反応器１０に供給する冷却分離器５０が連絡している。
【０００５】
他方、硫酸用の濃縮器６０には、濃縮された硫酸を加熱して二酸化硫黄ガスと酸素（Ｏ2）ガスと水蒸気とに分解する硫酸用の分解器７０が連絡している。硫酸用の分解器７０には、分解生成した上記ガスを冷却して水蒸気を液化させることにより水と二酸化硫黄ガス及び酸素ガスとを分離して当該ガスを前記反応器１０に供給する一方、当該水（残留した硫酸を含む）を前記濃縮器６０に送給する冷却分離器８０が連絡している。また、前記反応器１０には、酸素回収容器２が連絡している。
【０００６】
前記分解器７０は、図１２に示すように、セラミックス等からなるブロック状の本体７１に、一方の面と対向する他方の面との間を連通する流通路７１ａを複数形成すると共に、当該流通路７１ａの軸方向と直交する方向の一方の面と対向する他方の面との間を連通する流通路７１ｂを複数形成した構造をなすブロック型のものであり、一方の前記流通路７１ａ内に加熱ガス（例えばヘリウムガス）を流通させ、他方の前記流通路７１ｂ内に濃縮された硫酸を流通させることにより、当該硫酸を加熱して二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解することができるようになっている。
【０００７】
このような従来の水素製造装置を使用する水素製造方法を次に説明する。
【０００８】
前記反応器１０内に水を供給すると共に、ヨウ素及び二酸化硫黄を供給して反応させると、ブンゼン反応により、下記の式（１）に示す発熱反応（約１００℃）を生じて硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液が生成する。
【０００９】
２Ｈ2Ｏ(L)＋Ｉ2(L)＋ＳＯ2(G)→Ｈ2ＳＯ4(aq)＋２ＨＩ(aq)・・・（１）
【００１０】
上記反応により生成した液分（硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液）を前記反応器１０から前記分離器２０に送給し、下方に位置するヨウ化水素水溶液を前記濃縮器３０に送給し、上方に位置する硫酸水溶液を前記濃縮器６０に送給する。
【００１１】
ヨウ化水素水溶液を前記濃縮器３０で加熱（約１００〜２５０℃）して水分を蒸発留去することにより、ヨウ化水素水溶液を濃縮した後、濃縮されたヨウ化水素を前記分解器４０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１０内に戻されて原料として再利用される。
【００１２】
濃縮されたヨウ化水素を前記分解器４０で加熱（約２５０℃）すると、下記の式（２）に示すように、ヨウ化水素がヨウ素ガスと水素ガスとに分解する。
【００１３】
２ＨＩ(L)→Ｈ2(G)＋Ｉ2(G)・・・（２）
【００１４】
分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを前記冷却分離器５０に送給して冷却（約１００〜２００℃）し、ヨウ素ガスを液化させることにより水素ガスとヨウ素とを分離し、水素ガスを水素回収容器１に回収する。分離されたヨウ素は、付随していた水分と共に前記反応器１０内に再び供給されて、再利用される。
【００１５】
他方、前記濃縮器６０に送給した硫酸水溶液を加熱（約１００〜４５０℃）して水分を蒸発留去することにより、硫酸水溶液を濃縮した後、濃縮された硫酸を前記分解器７０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１０内に戻されて原料として再利用される。
【００１６】
濃縮された硫酸を前記分解器７０で加熱（約４５０〜８５０℃）すると、下記の式（３）に示すように、硫酸が二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解する。
【００１７】
Ｈ2ＳＯ4(L)→ＳＯ3(G)＋Ｈ2Ｏ(G)
→ＳＯ2(G)＋1/2O2(G)＋Ｈ2Ｏ(G)・・・（３）
【００１８】
分解生成した上記ガスを前記冷却分離器８０に送給して冷却（約１００℃）し、水蒸気を液化させた後、前記ガスを前記反応器１０内に供給し、二酸化硫黄を再利用する一方、水を前記濃縮器６０に送給して、残存する硫酸の再分解を行う。前記反応器１０内に供給された酸素ガスは、前記反応に供されずに当該反応器１０内に残留するため、前記反応後、当該反応器１０内から酸素回収容器２に回収される。
【００１９】
したがって、上述したような水素製造装置によれば、ヨウ素及び二酸化硫黄を利用することにより、水のみを原料として水素を製造することができる。
【００２０】
【特許文献１】特開昭６３−２４８７０１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２１】
前述したようなヨウ素及び二酸化硫黄を利用する水素製造装置においては、熱エネルギをできるだけ有効に利用することが求められており、特に、分解器７０による硫酸のガス化エネルギ効率の向上が強く求められていた。
【００２２】
このようなことから、本発明は、硫酸のガス化エネルギ効率が高い硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置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】
【００２３】
前述した課題を解決するための、第一番目の発明に係る硫酸分解器は、一方の面に流通路を形成されると共に、一方の面と他方の面との間を貫通して当該流通路と連通する対をなす連絡穴を形成された第一流通プレートと、一方の面に流通路を形成されると共に、当該流通路と外部とを連通させる対をなす連通溝を形成され、さらに、前記第一流通プレートの前記連絡穴と連通する連絡穴を形成された第二流通プレートとを、一方の前記プレートの一方の面と他方の前記プレートの他方の面とを対面させるようにして交互に複数積層し、前記プレートの積層方向一方側に、当該プレートの前記連絡穴の一方と連絡する供給マニホールドを配設すると共に、前記プレートの積層方向他方側に、当該プレートの前記連絡穴の他方と連通する送出マニホールドを配設してなる本体部を備え、前記供給マニホールド内に硫酸又は熱媒のいずれか一方が供給されると共に、前記第二流通プレートの前記連通溝内に硫酸又は熱媒のいずれか他方が供給されることを特徴とする。
【００２４】
第二番目の発明に係る硫酸分解器は、第一番目の発明において、前記本体部が複数直列に連結され、前記供給マニホールド及び前記送出マニホールドのうちの少なくとも一方が、流通する硫酸又は熱媒の温度分布を均一にする混合空間部を有すると共に、直列に連結されて隣り合う前記本体部の前記第二流通プレートの前記連通溝の間に、流通する硫酸又は熱媒の温度分布を均一にする混合空間部を有していることを特徴とする。
【００２５】
第三番目の発明に係る硫酸分解器は、第一番目の発明において、熱媒が流通する前記プレートの前記流通路が、硫酸の分解ガスが流通する前記プレートの前記流通路の背面部分に相当する他方の面と対面しないように設定されていることを特徴とする。
【００２６】
第四番目の発明に係る硫酸分解器は、第一番目の発明において、液状の硫酸を供給される供給口を下方側に有すると共に、上方側に送出口を有し、前記本体部が硫酸中に浸漬するように内部に配設される外部容器と、前記外部容器の外側から前記本体部の前記供給マニホールドに熱媒を供給する熱媒供給配管と、前記本体部の前記送出マニホールドから前記外側容器の外側に熱媒を送出する熱媒送出配管とを備えていることを特徴とする。
【００２７】
第五番目の発明に係る硫酸分解器は、第四番目の発明において、前記外側容器の前記送出口に絞り部材を介して連結されたフラッシュタンクを備えていることを特徴とする。
【００２８】
第六番目の発明に係る硫酸分解器は、液状の硫酸を供給される供給口を下方側に有すると共に、上方側に送出口を有する外部容器と、前記外部容器の内部に配設されて熱媒が流通する熱媒流通管とを有する本体部を備えていることを特徴とする。
【００２９】
第七番目の発明に係る硫酸分解器は、液状の硫酸を絞り部材から噴出させることにより気化させるフラッシュタンクと、前記フラッシュタンクに回収されたガスを加熱する加熱手段とを備えていることを特徴とする。
【００３０】
また、前述した課題を解決するための、第八番目の発明に係る水素製造装置は、ヨウ素又は臭素のハロゲンと二酸化硫黄と水とを反応させて硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを生成させる反応手段と、硫酸水溶液とハロゲン化水素水溶液とを比重差により分離する分離手段と、分離したハロゲン化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮手段と、濃縮したハロゲン化水素をハロゲンと水素とに分解するハロゲン化水素分解手段と、分解生成した水素を単離する一方、分解生成したハロゲンを前記反応手段に供給するハロゲン再利用手段と、分離した硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮手段と、濃縮した硫酸を二酸化硫黄と酸素と水とに分解する硫酸分解手段と、分解生成した二酸化硫黄、酸素、水のうち、少なくとも二酸化硫黄を前記反応手段に供給する二酸化硫黄再利用手段とを備えている水素製造装置において、前記硫酸濃縮手段が、第一番目から第七番目の発明のいずれかの硫酸分解器であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００３１】
第一番目の発明に係る硫酸分解器によれば、プレート積層型をなしていることから、従来のようなブロック型の場合よりも、硫酸のガス化エネルギ効率を向上させることができるので、熱エネルギ効率を向上させることができる。
【００３２】
第二番目の発明に係る硫酸分解器によれば、直列に複数連結された本体部の間に、硫酸又は熱媒の温度分布を均一にする混合空間部を有していることから、本体部に生じる熱応力を極力抑えることができ、本体部の長寿命化を図ることができる。
【００３３】
第三番目の発明に係る硫酸分解器によれば、熱媒が流通する前記プレートの流通路が、硫酸の分解ガスが流通する前記プレートの流通路の背面部分に相当する他方の面と対面しないように設定されていることから、加熱により生成したガスが第二流通プレートの他方の面と接触することにより生じる熱衝撃を大幅に緩和することができるので、本体部の長寿命化を図ることができる。
【００３４】
第四番目の発明に係る硫酸分解器によれば、本体部の前記プレートが全面にわたって液状の硫酸に常に接触するようになることから、生成ガスの接触によって当該プレートに加わる熱衝撃を大幅に緩和することができるので、本体部の長寿命化を図ることができると共に、さらに、硫酸の液面位置の管理を容易に行うことができ、運転制御の容易化を図ることができる。
【００３５】
第五番目の発明に係る硫酸分解器によれば、外側容器の送出口に絞り部材を介して連結されたフラッシュタンクを備えていることから、硫酸の液面を絞り部材部分に常に位置させることができるので、硫酸の液面位置の管理を容易に行うことができ、運転制御の容易化を図ることができる。
【００３６】
第六番目の発明に係る硫酸分解器によれば、シェルアンドチューブ型をなしているので、硫酸の液面位置の管理を容易に行うことができ、運転制御の容易化を図ることができる。
【００３７】
第七番目の発明に係る硫酸分解器によれば、液状の硫酸を絞り部材から噴出させることにより気化させるフラッシュタンクと、前記フラッシュタンクに回収されたガスを加熱する加熱手段とを備えていることから、高Ｃｒ鋼、Ｎｉ基鋼、Ｃｏ基鋼等のような耐食性の金属材料を使用した一般的な加熱器を適用して硫酸を加熱分解することができ、ＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食性を有する材料の使用をフラッシュタンク部分だけで済ますことができるので、ＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食性を有する材料の使用箇所を少なくすることができ、作製の容易化を図ることができると共に、製造コストを抑えることができる。
【００３８】
第八番目の発明に係る水素製造装置によれば、第一番目から第七番目の発明のいずれかの硫酸分解器を備えているので、水素製造に係る熱効率を高めることができると共に、水素製造に係るコストを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３９】
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の実施形態を図面に基づいて以下に説明するが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。
【００４０】
［第一番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第一番目の実施形態を図１〜３に基づいて説明する。図１は、水素製造装置の概略構成図、図２は、硫酸分解器の全体概略構成図、図３は、図２の硫酸分解器の要部の部材の構成図である。
【００４１】
図１に示すように、ヨウ素（Ｉ2）と二酸化硫黄（ＳＯ2）と水（Ｈ2Ｏ）とをブンゼン反応させて硫酸（Ｈ2ＳＯ4）及びヨウ化水素（ＨＩ）を生成させる反応手段である反応器１１０には、当該反応により生成した硫酸水溶液とヨウ化水素水溶液とを比重差により分離する分離手段である分離器１２０が連絡している。分離器１２０の下方側には、ヨウ化水素水溶液を濃縮するハロゲン化水素濃縮手段であるヨウ化水素用の濃縮器１３０が連絡している。分離器１２０の上方側には、硫酸水溶液を濃縮する硫酸濃縮手段である硫酸用の濃縮器１６０が連絡している。
【００４２】
ヨウ化水素用の濃縮器１３０には、濃縮されたヨウ化水素を加熱してヨウ素（Ｉ2）ガスと水素（Ｈ2）ガスとに分解するハロゲン化水素分解手段であるヨウ化水素用の分解器１４０が連絡している。ヨウ化水素用の分解器１４０には、分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを冷却してヨウ素を液化させることによりヨウ素と水素ガスとを分離して当該水素ガスを水素回収容器１０１に単離する一方、液化したヨウ素を前記反応器１１０に供給するハロゲン再利用手段である冷却分離器１５０が連絡している。
【００４３】
他方、硫酸用の濃縮器１６０には、濃縮された硫酸を加熱して二酸化硫黄ガスと酸素（Ｏ2）ガスと水蒸気とに分解する硫酸分解手段である硫酸用の分解器１７０が連絡している。硫酸用の分解器１７０には、分解生成した上記ガスを冷却して水蒸気を液化させることにより水と二酸化硫黄ガス及び酸素ガスとを分離して当該ガスを前記反応器１１０に供給する一方、当該水（残留した硫酸を含む）を前記濃縮器１６０に送給する二酸化硫黄再利用手段である冷却分離器１８０が連絡している。また、前記反応器１１０には、酸素回収容器１０２が連絡している。
【００４４】
前記分解器１７０は、図２に示すように、ＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる第一流通プレート１７１と第二流通プレート１７２とを交互に複数積層し、当該プレート１７１，１７２の積層方向一方側の端部にＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる供給マニホールド１７３を配設すると共に、当該プレート１７１，１７２の積層方向他方側の端部にＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる送出マニホールド１７４を配設してなる本体部１７０Ａを備えたプレート積層型となっている。
【００４５】
より具体的には、図３に示すように、上記第一流通プレート１７１は、窪状をなす流通路１７１ａが一方の面に形成されると共に、一方の辺側及び当該一方の辺側と対向する辺側に、一方の面と他方の面との間を貫通して当該流通路１７１ａと連通する連絡穴１７１ｂ，１７１ｃがそれぞれ複数形成されている。上記第二流通プレート１７２は、蛇行型の溝状をなす流通路１７２ａが一方の面に形成されると共に、一方の辺側及び当該一方の辺側と対向する辺側に、当該流通路１７２ａの各端部側と外部とを連通させる連通溝１７２ｂ，１７２ｃがそれぞれ形成され、さらに、前記第一流通プレート１７１と積層したときに、当該第一流通プレート１７１の前記連絡穴１７１ｂ，１７１ｃと連通するように一方の面と他方の面との間を貫通する連絡穴１７２ｄ，１７２ｅがそれぞれ形成されている。
【００４６】
また、図２に示すように、供給マニホールド１７３は、前記プレートの１７１，１７２の一方の前記連絡穴１７１ｂ，１７２ｄと連絡している。送出マニホールド１７４は、前記プレートの１７１，１７２の他方の前記連絡穴１７１ｃ，１７２ｅと連絡している。
【００４７】
つまり、上記分解器１７０は、本体部１７０Ａの前記供給マニホールド１７３内に濃縮硫酸が供給されると共に、本体部１７０Ａの各第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｂ内にヘリウム等の熱媒である加熱ガスが供給されると、濃縮硫酸が前記プレート１７１，１７２の前記連絡穴１７１ｂ，１７２ｄ内に流入して、各第一流通プレート１７１の前記流通路１７１ａ内を流通する一方、加熱ガスが各第二流通プレート１７２の前記流通路１７２ａ内を流通することにより、濃縮硫酸が加熱ガスとの熱交換で加熱されて分解ガスとなり、当該プレート１７１，１７２の前記連絡穴１７１ｃ，１７２ｅを介して前記送出マニホールド１７４に流出し、本体部１７０Ａから当該ガスを次工程に送出することができるようになっているのである。
【００４８】
なお、各第二流通プレート１７２の前記流通路１７２ａ内を流通した加熱ガスは、前記連通溝１７２ｃから本体部Ａの外部へ送出されて、加熱された後に当該本体部１７０Ａの各第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｂに再び供給される。
【００４９】
このような本実施形態に係る水素製造装置を使用する水素製造方法を次に説明する。
【００５０】
前記反応器１１０内に水を供給すると共に、ヨウ素及び二酸化硫黄を供給して反応させると、ブンゼン反応により、下記の式（１）に示す発熱反応（約１００℃）を生じて硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液が生成する。
【００５１】
２Ｈ2Ｏ(L)＋Ｉ2(L)＋ＳＯ2(G)→Ｈ2ＳＯ4(aq)＋２ＨＩ(aq)・・・（１）
【００５２】
上記反応により生成した液分（硫酸水溶液及びヨウ化水素水溶液）を前記反応器１１０から前記分離器１２０に送給し、下方に位置するヨウ化水素水溶液を前記濃縮器１３０に送給し、上方に位置する硫酸水溶液を前記濃縮器１６０に送給する。
【００５３】
ヨウ化水素水溶液を前記濃縮器１３０で加熱（約１００〜２５０℃）して水分を蒸発留去することにより、ヨウ化水素水溶液を濃縮した後、濃縮されたヨウ化水素を前記分解器１４０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１１０内に戻されて原料として再利用される。
【００５４】
濃縮されたヨウ化水素を前記分解器１４０で加熱（約２５０℃）すると、下記の式（２）に示すように、ヨウ化水素がヨウ素ガスと水素ガスとに分解する。
【００５５】
２ＨＩ(L)→Ｈ2(G)＋Ｉ2(G)・・・（２）
【００５６】
分解生成したヨウ素ガス及び水素ガスを前記冷却分離器１５０に送給して冷却（約１００〜２００℃）し、ヨウ素ガスを液化させることにより水素ガスとヨウ素とを分離し、水素ガスを水素回収容器１０１に回収する。分離されたヨウ素は、付随していた水分と共に前記反応器１１０内に再び供給されて、再利用される。
【００５７】
他方、前記濃縮器１６０に送給した硫酸水溶液を加熱（約１００〜４５０℃）して水分を蒸発留去することにより、硫酸水溶液を濃縮した後、濃縮された硫酸を前記分解器１７０に送給する。なお、留去された上記水分は、前記反応器１１０内に戻されて原料として再利用される。
【００５８】
濃縮された硫酸を前記分解器１７０に供給すると、当該硫酸は、先に説明したようにして加熱されることにより、ガス化して、下記の式（３）に示すように、二酸化硫黄ガスと酸素ガスと水蒸気とに分解する（約４５０〜８５０℃）。
【００５９】
Ｈ2ＳＯ4(L)→ＳＯ3(G)＋Ｈ2Ｏ(G)
→ＳＯ2(G)＋1/2O2(G)＋Ｈ2Ｏ(G)・・・（３）
【００６０】
分解生成した上記ガスを前記冷却分離器１８０に送給して冷却（約１００℃）し、水蒸気を液化させた後、前記ガスを前記反応器１１０内に供給し、二酸化硫黄を再利用する一方、水を前記濃縮器１６０に送給して、残存する硫酸の再分解を行う。前記反応器１１０内に供給された酸素ガスは、前記反応に供されずに当該反応器１１０内に残留するため、前記反応後、当該反応器１１０内から酸素回収容器１０２に回収される。
【００６１】
これにより、ヨウ素及び二酸化硫黄を利用して、水のみを原料として水素が製造される。
【００６２】
つまり、本実施形態では、プレート積層型の分解器１７０により濃縮硫酸を分解ガス化するようにしたのである。
【００６３】
このため、本実施形態では、従来のようなブロック型の分解器７０により濃縮硫酸を分解ガス化する場合よりも、硫酸のガス化エネルギ効率を向上させることができる。
【００６４】
したがって、本実施形態によれば、熱エネルギ効率を向上させることができる。
【００６５】
［第二番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第二番目の実施形態を図４に基づいて説明する。図４は、硫酸分解器の全体概略構成図である。なお、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００６６】
図４に示すように、本実施形態に係る硫酸分解器２７０は、前述した第一番目の実施形態と同様な構造をなす複数（本実施形態では３つ）の本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを直列に連結したものである。
【００６７】
具体的には、本体部２７０Ａの送出マニホールド２７４の送出口を本体部２７０Ｂの供給マニホールド２７３の受入口に連絡させ、本体部２７０Ｂの送出マニホールド２７４の送出口を本体部２７０Ｃの供給マニホールド２７３の受入口に連絡させると共に、本体部２７０Ｃの第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｃを本体部２７０Ｂの第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｂに連絡させ、本体部２７０Ｂの第二流通プレート１７２の前記流通溝１７２ｃを本体部２７０Ａの第二流通プレート２７２の前記流通溝１７２ｂに連絡させるように、これら本体部２７０Ａ〜２７０Ｃの前記マニホールド２７３，２７４を重ね合わせて直列に連結しているのである。
【００６８】
さらに、直列に連結されて隣り合う本体部２７０Ｃの第二流通プレート１７２と本体部２７０Ｂの第二流通プレート１７２との間及び本体部２７０Ｂの第二流通プレート１７２と本体部２７０Ａの第二流通プレート１７２との間には、流通する加熱ガスの温度分布を均一にする混合空間部２７０ａがそれぞれ介在している。また、本体部２７０Ａ，２７０Ｂの送出マニホールド２７４の送出口周辺部分には、流通する硫酸の温度分布を均一にする混合空間部２７４ａが形成されている。
【００６９】
このような本実施形態に係る上記分解器２７０においては、本体部２７０Ａの前記供給マニホールド２７３内に濃縮硫酸が供給されると共に、本体部２７０Ｃの各第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｂ内にヘリウム等の加熱ガスが供給されると、濃縮硫酸が、前述した第一番目の実施形態の場合と同様にして本体部２７０Ａ，２７０Ｂ，２７０Ｃの順にその内部を流通する一方、加熱ガスが、前述した第一番目の実施形態の場合と同様にして本体部２７０Ｃ，２７０Ｂ，２７０Ａの順にその内部を流通することにより、濃縮硫酸が加熱ガスとの熱交換で加熱されて分解ガスとなり、本体部２７０Ｃの送出マニホールド２７４から当該ガスが次工程に送出され、加熱ガスが本体部２７０Ａから送出されて、加熱された後に本体部２７０Ｃに再び供給される。
【００７０】
このとき、本体部２７０Ｃ，２７０Ｂの各第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｃから送出した加熱ガスは、前記混合空間部２７０ａで一旦混合された後、本体部２７０Ｂ，２７０Ａの各第二流通プレート１７２の前記連通溝１７２ｂ内に流入するので、本体部２７０Ｃ，２７０Ｂ内で流通した各第二流通プレート１７２ごとに温度ムラを生じたとしても、上記混合空間部２７０ａで混合されて温度分布を均一にされてから次の本体部２７０Ｂ，２７０Ａに供給される。
【００７１】
また、本体部２７０Ｂ，２７０Ｃの供給マニホールド２７３に流入する硫酸が前記混合空間部２７４ａで一旦混合されるため、当該硫酸は、本体部２７０Ａ，２７０Ｂ内で流通した各第一流通プレート１７１ごとに温度ムラを生じたとしても、上記混合空間部２７４ａで混合されてから次の本体部２７０Ｂ，２７０Ｃに供給される。
【００７２】
つまり、前述した第一番目の実施形態では、単一の本体部１７０を備えた分解器１７０を用いるようにしたが、本実施形態では、複数の本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを直列に連結、言い換えれば、複数に分割して本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを構成し、これら本体部２７０Ａ〜２７０Ｃ内を分岐して流通する硫酸や加熱ガスを当該本体部２７０Ａ〜２７０Ｃの間の前記混合空間部２７０ａ，２７４ａで一旦集合させて混合することにより硫酸や加熱ガスの温度ムラを極力少なくするようにしたのである。
【００７３】
このため、上記分解器２７０においては、各本体部２７０Ａ〜２７０Ｃ内に生じる温度差を非常に小さく抑えることができ、各本体部２７０Ａ〜２７０Ｃにそれぞれ生じる熱歪みを極力抑えることができる。
【００７４】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、分解器２７０に生じる熱応力を極力抑えることができ、分解器２７０の長寿命化を図ることができる。
【００７５】
なお、本実施形態では、本体部２７０Ａ，２７０Ｂの送出マニホールド２７４の送出口周辺部分に混合空間部２７４ａを形成したが、これに代えて、本体部２７０Ｂ，２７０Ｃの供給マニホールド２７３の受入口周辺部分に混合空間部を形成することも可能であり、さらに、送出マニホールド２７４及び供給マニホールド２７３の両方に混合空間部を形成することも可能である。
【００７６】
また、本実施形態では、３つの本体部２７０Ａ〜２７０Ｃを連結するようにしたが、種々の条件に応じて、２つの本体部を連結したり、４つ以上の本体部を連結するようにすることも可能である。
【００７７】
［第三番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第三番目の実施形態を図５，６に基づいて説明する。図５は、硫酸分解器の全体概略構成図、図６は、図５の硫酸分解器の要部の部材の構成図である。なお、前述した第一、二番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一、二番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一、二番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００７８】
図５，６に示すように、本実施形態に係る硫酸分解器３７０の本体部３７０Ａの第二流通プレート３７２は、連通溝１７２ｃを形成された辺と交差する側の辺の一方に、流通路３７２ａと外部とを連通させる連通溝３７２ｂが形成されると共に、前記流通路３７２ａが、連通溝３７２ｂ、１７２ｃとの間に位置できる範囲内のみに形成されている。
【００７９】
このような本実施形態に係る分解器３７０においては、前述した第一番目の実施形態の場合と同様に、本体部３７０Ａの前記供給マニホールド１７３内に濃縮硫酸が供給されると共に、本体部３７０Ａの各第二流通プレート３７２の前記連通溝３７２ｂ内に加熱ガスが供給されることにより、濃縮硫酸が加熱ガスとの熱交換で加熱されてガス化する。
【００８０】
このとき、図６に示すように、前記第一流通プレート１７１の流通路１７１ａ内を流通する硫酸の液面が、前記第二流通プレート３７２の流通路３７２ａと前記連絡穴１７２ｅとの間に位置するように設定される、言い換えれば、第二流通プレート３７２の流通路３７２ａが、第一流通プレート１７１の流通路１７１ａの硫酸分解ガスの流通する背面部分に相当する他方の面と対面しないように設定されているので、加熱により生成したガスが第二流通プレート３７２の他方の面と接触することにより生じる熱衝撃を大幅に緩和することができる。
【００８１】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、分解器３７０の本体部３７０Ａの第二流通プレート３７２に加わる熱衝撃を極力抑えることができるので、分解器３７０の本体部３７０Ａの長寿命化を図ることができる。
【００８２】
［第四番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第四番目の実施形態を図７に基づいて説明する。図７は、硫酸分解器の全体概略構成図である。なお、前述した第一〜三番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜三番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜三番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００８３】
図７に示すように、本実施形態に係る分解器４７０は、液状の硫酸を供給される供給口４７５ａを下方側に有すると共に、上方側に送出口４７５ｂを有し、前記本体部１７０Ａが硫酸中に浸漬するように内部に配設されるＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる外部容器４７５と、外部容器４７５の外側から本体部１７０Ａの前記供給マニホールド１７３に加熱ガスを供給するＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる熱媒供給配管４７６ａと、本体部１７０Ａの前記送出マニホールド１７４から外側容器４７５の外側に加熱ガスを送出するＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる熱媒送出配管４７６ｂとを備えている。
【００８４】
つまり、前述した第一〜三番目の実施形態では、供給マニホールド１７３から第一流通プレート１７１の流通路１７１ａに硫酸を流通させ、第二流通プレート１７２，３７２の連通溝１７２ｂ，３７２ｂから流通路１７２ａ，３７２ａに加熱ガスを流通させるようにしたが、本実施形態では、外部容器４７５内の液状の硫酸中に本体部１７０Ａを浸漬させることにより、第二流通プレート１７２の連絡溝１７２ｂから流通路１７２ａに硫酸を流通させ、熱媒供給配管４７６ａから供給マニホールド１７３を介して第一流通プレート１７１の流通路１７１ａに加熱ガスを流通させるようにしたのである。
【００８５】
このため、本実施形態に係る分解器４７０においては、本体部１７０の前記プレート１７１，１７２が全面にわたって液状の硫酸に常に接触するようになるので、生成ガスの接触によって当該プレート１７１，１７２に加わる熱衝撃を大幅に緩和することができる。
【００８６】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第三番目の実施形態の場合と同様に、分解器４７０の本体部１７０Ａの前記プレート１７１，１７２に加わる熱衝撃を極力抑えることができ、分解器４７０の本体部１７０Ａの長寿命化を図ることができると共に、さらに、硫酸の液面位置の管理を容易に行うことができ、運転制御の容易化を図ることができる。
【００８７】
［第五番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第五番目の実施形態を図８に基づいて説明する。図８は、硫酸分解器の全体概略構成図である。なお、前述した第一〜四番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜四番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜四番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００８８】
図８に示すように、本実施形態に係る分解器５７０は、液状の硫酸を供給される供給口５７１ａを下方側に有すると共に、上方側に送出口５７１ｂを有するＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる円筒型の外部容器であるシェル５７１と、シェル５７１の内部に配設されて加熱ガスが流通するＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなる複数の熱媒流通管であるチューブ５７２と、シェル５７１の一端側に配設されて前記チューブ５７２に加熱ガスを供給する供給マニホールド５７３と、シェル５７１の他端側に配設されて前記チューブ５７２を流通した加熱ガスを回収する送出マニホールド５７４とを有する本体部５７０Ａを備えている。
【００８９】
つまり、前述した第一〜四番目の実施形態では、プレート積層型の本体部１７０Ａ，２７０Ａ〜２７０Ｃ，３７０Ａを備えた分解器１７０，２７０，３７０，４７０を適用したが、本実施形態では、シェルアンドチューブ型の本体部５７０Ａを備えた分解器５７０を適用するようにしたのである。
【００９０】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第四番目の実施形態の場合と同様に、硫酸の液面位置の管理を容易に行うことができ、運転制御の容易化を図ることができる。
【００９１】
［第六番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第六番目の実施形態を図９に基づいて説明する。図９は、硫酸分解器の全体概略構成図である。なお、前述した第一〜五番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜五番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜五番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００９２】
図９に示すように、本実施形態に係る分解器６７０は、前述した第四番目の実施形態に係る分解器４７０において、前記外部容器４７５の送出口４７５ｂにオリフィス等の絞り部材６７７ａを介してＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食材料からなるフラッシュタンク６７７を連結したものであり、前記本体部４７０Ａで加熱された液状の硫酸を上記絞り部材６７７ａから噴出させることにより気化させることができるようになっている。なお、図９中、６７９は加圧ポンプである。
【００９３】
このような分解器６７０においては、前記加圧ポンプ６７９により、液状の硫酸を外部容器４７５の内部に加圧供給（約４ＭＰａ程度）すると共に、前述した第四番目の実施形態の場合と同様にして本体部１７０Ａにより液状の硫酸を加熱すると、加熱加圧された液状の硫酸が前記絞り部材６７７ａを介してフラッシュタンク６７７内に噴出して圧力低下（約２ＭＰａ程度）することによりガス化する。
【００９４】
このため、上記分解器６７０においては、硫酸の液面を前記絞り部材６７７ａ部分に常に位置させることができる。
【００９５】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、前述した第四番目の実施形態の場合と同様に、硫酸の液面位置の管理を容易に行うことができ、運転制御の容易化を図ることができる。
【００９６】
［第七番目の実施形態］
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置の第七番目の実施形態を図１０に基づいて説明する。図１０は、硫酸分解器の全体概略構成図である。なお、前述した第一〜六番目の実施形態の場合と同様な部分については、前述した第一〜六番目の実施形態の説明で用いた符号と同様な符号を用いることにより、前述した第一〜六番目の実施形態での説明と重複する説明を省略する。
【００９７】
図１０に示すように、本実施形態に係る分解器７７０は、液状の硫酸をオリフィス等の絞り部材６７７ａから噴出させることにより気化させるフラッシュタンク６７７と、フラッシュタンク６７７に回収されたガスを加熱する加熱手段である加熱器７７８とを備えている。なお、図１０中、７７９はコンプレッサである。
【００９８】
このような分解器７７０においては、系内の圧力状態（２ＭＰａ）の液状の硫酸を前記絞り部材６７７ａからフラッシュタンク６７７内に噴出して減圧（１〜１．５ＭＰａ）することによりガス化した後に、当該ガスを加熱器７７８で加熱して分解してから、コンプレッサ７７９で系内の圧力状態にまで加圧して送出することができる。
【００９９】
つまり、前述した第六番目の実施形態では、液状の硫酸を必要な温度（５５０〜８５０℃）にまで加熱すると共に系内の圧力（２ＭＰａ）よりも高くしてから（４ＭＰａ）フラッシュタンク６７７内に噴出することにより、系内の圧力（２ＭＰａ）まで減圧低下させて分解ガス化させるようにしたが、本実施形態では、液状の硫酸を系内の圧力状態（２ＭＰａ）でフラッシュタンク６７７内に噴出することにより、系内の圧力よりも低い圧力状態（１〜１．５ＭＰａ）にまで減圧低下させてガス化させた後に、当該ガスを加熱器７７８で必要な温度（５５０〜８５０℃）にまで加熱してから、当該ガスをコンプレッサ７７９で系内の圧力（２ＭＰａ）にまで昇圧して送出するようにしたのである。
【０１００】
このため、本実施形態では、高Ｃｒ鋼、Ｎｉ基鋼、Ｃｏ基鋼等のような耐食性の金属材料を使用した一般的な加熱器７７８を適用することができ、ＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食性を有する材料の使用をフラッシュタンク６７７部分だけで済ますことができる。
【０１０１】
したがって、本実施形態によれば、前述した第一，六番目の実施形態の場合と同様な効果を得ることができるのはもちろんのこと、ＳｉＣやＳｉ−ＳｉＣ等のセラミックス等の高耐食性を有する材料の使用箇所を少なくすることができるので、作製の容易化を図ることができると共に、製造コストを抑えることができる。
【０１０２】
［他の実施形態］
なお、前述した第一〜七番目の実施形態では、ヨウ素を用いて水素を製造する水素製造装置に適用した場合について説明したが、ヨウ素に代えて臭素を用いて水素を製造する水素製造装置であっても、前述した第一〜七番目の実施形態の場合と同様にして適用することができる。
【０１０３】
さらに、前述した第一〜七番目の実施形態では、水素製造装置に適用した場合について説明したが、これに限らず、硫酸を分解する場合であれば、何等問題なく適用することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明に係る硫酸分解器及びこれを利用する水素製造装置は、硫酸分解に係る熱効率を向上させることができ、低コストで水素を製造することができるので、産業上、極めて有益に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０５】
【図１】本発明に係る水素製造装置の第一番目の実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明に係る硫酸分解器の第一番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図３】図２の硫酸分解器の要部の部材の構成図である。
【図４】本発明に係る硫酸分解器の第二番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図５】本発明に係る硫酸分解器の第三番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図６】図５の硫酸分解器の要部の部材の構成図である。
【図７】本発明に係る硫酸分解器の第四番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図８】本発明に係る硫酸分解器の第五番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図９】本発明に係る硫酸分解器の第六番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図１０】本発明に係る硫酸分解器の第七番目の実施形態の全体概略構成図である。
【図１１】従来の水素製造装置の一例の全体概略構成図である。
【図１２】従来の硫酸分解器の一例の全体概略構成図である。
【符号の説明】
【０１０６】
１０１  水素回収容器
１０２  酸素回収容器
１１０  反応容器
１２０  分離器
１２１  切換弁
１３０  濃縮器
１４０  分解器
１５０  冷却分離器
１６０  濃縮器
１８０  冷却分離器
１７０，２７０，３７０，４７０，５７０，６７０，７７０  分解器
１７０Ａ，２７０Ａ〜２７０Ｃ，３７０Ａ，５７０Ａ  本体部
１７１  第一流通プレート
１７１ａ  流通路
１７１ｂ，１７１ｃ  連絡穴
１７２，３７２  第二流通プレート
１７２ａ，３７２ａ  流通路
１７２ｂ，１７２ｃ，３７２ｂ  連通溝
１７２ｄ，１７２ｅ  連絡穴
１７３，２７３  供給マニホールド
１７４，２７４  送出マニホールド
２７０ａ  混合空間部
２７４ａ  混合空間部
４７５  外部容器
４７５ａ  供給口
４７５ｂ  送出口
４７６ａ  熱媒供給配管
４７６ｂ  熱媒送出配管
５７１  シェル
５７２  チューブ
５７３  供給マニホールド
５７４  送出マニホールド
６７７  フラッシュタンク
６７７ａ  絞り部材
６７９  加圧ポンプ
７７８  加熱器
７７９  コンプレッサ
【図１】
2005306623.tif 000003
【図２】
2005306623.tif 000004
【図３】
2005306623.tif 000005
【図４】
2005306623.tif 000006
【図５】
2005306623.tif 000007
【図６】
2005306623.tif 000008
【図７】
2005306623.tif 000009
【図８】
2005306623.tif 000010
【図９】
2005306623.tif 000011
【図１０】
2005306623.tif 000012
【図１１】
2005306623.tif 000013
【図１２】
2005306623.tif 000014