JP2003035400A - Hydrogen generating and storing equipment - Google Patents

Hydrogen generating and storing equipment

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JP2003035400A
JP2003035400A JP2001223147A JP2001223147A JP2003035400A JP 2003035400 A JP2003035400 A JP 2003035400A JP 2001223147 A JP2001223147 A JP 2001223147A JP 2001223147 A JP2001223147 A JP 2001223147A JP 2003035400 A JP2003035400 A JP 2003035400A
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hydrogen
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cooling
reaction
generating
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve the reaction coefficient of hydrogenation or dehydrogenation used for the storage or supply of hydrogen. SOLUTION: In the hydrogenation and dehydrogenation equipment for generating or storing hydrogen by using hydrogenation or dehydrogenation between hydrogen generating body releasing hydrogen and changing into aromatic compound and hydrogen storing body consisting of aromatic compound reacting with hydrogen and storing the hydrogen, a catalyst part 21 provided with a catalyst for dehydrogenation or hydrogenation of the hydrogen generating body or the hydrogen storing body and a cooling part 18 for cooling and liquefying the vaporized hydrogen generating body or the hydrogen storing body are alternatively arranged.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池等のエネ
ルギー源となる水素を発生させたりあるいは貯蔵するた
めの水素発生・貯蔵装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen generating / storing device for generating or storing hydrogen as an energy source for fuel cells and the like.

【0002】[0002]

【従来の技術】年々、エネルギーの消費量が増大し、特
に都市部では発電所からの電力供給が追いつかなくなる
等の問題が発生している。現在、日本の電力は、その約
半分を火力発電に、約3割〜4割を原子力に、残りを水
力発電や風力発電等に依存している。
2. Description of the Related Art The amount of energy consumed is increasing year by year, and problems such as the power supply from power plants becoming unable to keep up, especially in urban areas, are occurring. Currently, about half of Japanese electric power depends on thermal power generation, about 30% to 40% on nuclear power, and the rest on hydroelectric power, wind power, and the like.

【0003】しかし、火力発電の燃料である石油は、化
石燃料であるため、その供給に限りがある。さらに、石
油を燃やした後に発生する二酸化炭素、NOX等の排ガ
スは、地球温暖化をはじめとする地球環境悪化の元凶と
なっている。また、原子力は、放射性廃棄物の処理ある
いは発電所における事故が問題視されている。
However, petroleum, which is a fuel for thermal power generation, is a fossil fuel and its supply is limited. Further, exhaust gas such as carbon dioxide and NOX generated after burning oil is a cause of deterioration of global environment including global warming. In addition, nuclear power is regarded as a problem in the treatment of radioactive waste or accidents at power plants.

【0004】しかしながら、快適な生活を求め、それを
維持するには、ある程度の環境問題や放射線発生のリス
クに目をつぶり、火力発電や原子力発電に頼らざるを得
ないというのが、日本のみならず世界の現状である。な
お、水力発電は、季節による電力供給の不安定さ、発電
所建設に伴う森林伐採、発電効率の低さが問題であり、
電力供給方法としては衰退してきている。また、風力発
電や地熱発電は、まだまだコスト的に高いものであり、
小規模に留まっている。
However, in order to maintain and maintain a comfortable life, Japan is the only one who has to rely on thermal power generation and nuclear power generation while keeping an eye on some environmental problems and the risk of radiation generation. It is the current state of the world. In addition, hydroelectric power generation has problems such as unstable power supply depending on the season, deforestation associated with construction of a power plant, and low power generation efficiency.
It is declining as a power supply method. In addition, wind power generation and geothermal power generation are still costly,
It remains small.

【0005】一方、自動車の燃料に目を向けると、現
在、ガソリン、軽油、プロパンガス等の炭化水素系の燃
料が主として用いられている。最近では、「環境にやさ
しい」ことがキャッチフレーズになってきており、排ガ
スをできるだけ抑えるべく、電気とガソリンの両方で切
換走行できるハイブリッド自動車が実用化されている。
しかし、ハイブリッド自動車の場合でも、依然としてガ
ソリン等の炭化水素燃料を使用せざるを得ない。
On the other hand, turning to automobile fuels, hydrocarbon fuels such as gasoline, light oil and propane gas are mainly used at present. Recently, "environmentally friendly" has become a catchphrase, and hybrid vehicles that can switch between electricity and gasoline have been put into practical use in order to suppress exhaust gas as much as possible.
However, even in the case of hybrid vehicles, hydrocarbon fuels such as gasoline still have to be used.

【0006】このような発電や自動車開発の現状から、
最近、水素燃料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。このため、海水や河川の水を
電気分解することを考えれば、水素燃料は無尽蔵に存在
することになる。また、水素は、燃焼後に二酸化炭素を
発生しないクリーンなエネルギー源である。このような
長所から、水素は、ガソリン、石油のような炭化水素燃
料の代替燃料として注目されている。
From the current state of power generation and automobile development,
Recently, hydrogen fuel has been drawing attention. Hydrogen can be generated by electrolysis of water. Therefore, considering the electrolysis of seawater or river water, hydrogen fuel is inexhaustibly present. Further, hydrogen is a clean energy source that does not generate carbon dioxide after combustion. Due to these advantages, hydrogen is drawing attention as an alternative fuel for hydrocarbon fuels such as gasoline and petroleum.

【0007】しかし、水素は常温で気体であるため、液
体や固体に比べて、貯蔵や運搬が難しい。しかも、水素
は可燃性物質であり、空気と所定の混合比になると、ち
ょっとした電気火花の存在下でも爆発してしまう。この
ため、水素は、取り扱いに極めて注意を要する燃料であ
る。水素を気体の状態で高圧ボンベに貯蔵することも可
能であるが、貯蔵量が限られると共に高圧封入にコスト
がかかる。
[0007] However, since hydrogen is a gas at room temperature, it is more difficult to store and transport it than liquid or solid. Moreover, hydrogen is a flammable substance and explodes at a predetermined mixing ratio with air even in the presence of a slight electric spark. Therefore, hydrogen is a fuel that requires extremely careful handling. It is possible to store hydrogen in a high-pressure cylinder in a gas state, but the storage amount is limited and high-pressure encapsulation is costly.

【0008】このような問題を解決する技術に、特開平
7−192746号公報に開示されるように、水素吸蔵
合金に水素を反応させて貯蔵する方法が知られている。
しかし、La−Ni系、Ti−Fe系等の水素吸蔵合金
は重く、可搬式の水素貯蔵装置としては問題がある。ま
た、既存の水素吸蔵合金は、吸蔵できる水素量が多くて
も約3重量%に過ぎず、貯蔵する水素量をもっと多くし
たいとの要求もある。さらに、水素吸蔵合金が高価であ
ることも問題である。
As a technique for solving such a problem, as disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 7-192746, there is known a method of reacting hydrogen with a hydrogen storage alloy and storing it.
However, the hydrogen storage alloys such as La-Ni type and Ti-Fe type are heavy and have a problem as a portable hydrogen storage device. In addition, existing hydrogen storage alloys can store a maximum amount of hydrogen of only about 3% by weight, and there is also a demand for increasing the amount of hydrogen stored. Another problem is that the hydrogen storage alloy is expensive.

【0009】そこで、安全性、運搬性、貯蔵能力、低コ
スト化にすぐれた水素貯蔵方法として、ベンゼンやシク
ロヘキサンのような炭化水素が注目されている。これら
の炭化水素は、常温で液体であるため、運搬性に優れて
いる。
Therefore, hydrocarbons such as benzene and cyclohexane are attracting attention as a hydrogen storage method which is excellent in safety, transportability, storage capacity and cost reduction. Since these hydrocarbons are liquid at room temperature, they are excellent in transportability.

【0010】ベンゼンとシクロヘキサンは同じ炭素数を
有する環状炭化水素であるが、ベンゼンは炭素同士の結
合が二重結合である不飽和炭化水素であるのに対し、シ
クロヘキサンは二重結合を持たない飽和炭化水素であ
る。ベンゼンの水素付加反応によりシクロヘキサンが得
られ、シクロヘキサンの脱水素反応によりベンゼンが得
られる。すなわち、これらの炭化水素の水素付加・脱水
素反応を利用することにより、水素を貯蔵したり発生さ
せたりすることが可能となるのである。
Benzene and cyclohexane are cyclic hydrocarbons having the same carbon number. Benzene is an unsaturated hydrocarbon having a double bond between carbons, whereas cyclohexane is a saturated hydrocarbon having no double bond. It is a hydrocarbon. Cyclohexane is obtained by the hydrogenation reaction of benzene, and benzene is obtained by the dehydrogenation reaction of cyclohexane. That is, it is possible to store or generate hydrogen by utilizing the hydrogenation / dehydrogenation reaction of these hydrocarbons.

【0011】[0011]

【発明が解決しようとする課題】しかし、ベンゼンとシ
クロヘキサンとの反応に代表される脱水素反応と水素付
加反応とを利用して水素の発生および貯蔵を実用化する
には、さらに反応効率を高める必要がある。特に、ベン
ゼンあるいはシクロヘキサンといった液体原料と触媒と
の作用が問題となっている。
However, in order to put hydrogen generation and storage into practical use by utilizing a dehydrogenation reaction and a hydrogenation reaction typified by a reaction between benzene and cyclohexane, the reaction efficiency is further increased. There is a need. In particular, the action of the liquid raw material such as benzene or cyclohexane and the catalyst is a problem.

【0012】本発明は、以上の事情に鑑みてなされたも
のであり、水素の発生あるいは貯蔵に必要な原料の反応
効率を高めることを目的とする。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is an object of the present invention to enhance the reaction efficiency of a raw material required for hydrogen generation or storage.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、本発明は、水素を放出して芳香族化合物に変化する
水素発生体と、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発生または貯蔵を
行う水素発生・貯蔵装置であって、水素発生体または水
素貯蔵体を脱水素反応または水素付加反応させるための
触媒を備えた触媒部と、気化した水素発生体または水素
貯蔵体を冷却し液化するための冷却部とを、交互に配置
したことを特徴としている。
In order to achieve the above object, the present invention provides a hydrogen generator which releases hydrogen to be converted into an aromatic compound, and an aromatic compound which reacts with hydrogen to store the hydrogen. A hydrogen generating / storing device for generating or storing hydrogen by utilizing a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction with a hydrogen storage body, which comprises a hydrogen generator or a hydrogen storage body. It is characterized in that a catalyst portion provided with a catalyst for reaction and a cooling portion for cooling and liquefying the vaporized hydrogen generating body or hydrogen storage body are alternately arranged.

【0014】上述の発明によれば、脱水素反応または水
素付加反応をさせるための触媒部と、水素発生体または
水素貯蔵体を冷却し液化する冷却部とが、交互に配置さ
れている。したがって、触媒部で反応しきれなかった物
質が、隣接する冷却部で液化して触媒部に戻ってくるた
め、触媒部で再度反応することができる。このため、気
化した物質の反応効率が高いものとなる。
According to the above-mentioned invention, the catalyst section for carrying out the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction and the cooling section for cooling and liquefying the hydrogen generator or the hydrogen storage body are arranged alternately. Therefore, the substance that has not completely reacted in the catalyst part is liquefied in the adjacent cooling part and returns to the catalyst part, so that it can be reacted again in the catalyst part. Therefore, the reaction efficiency of the vaporized substance is high.

【0015】また、他の発明は、水素を放出して芳香族
化合物に変化する水素発生体と、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
発生または貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、水
素発生体または水素貯蔵体を貯蔵すると共に水素発生体
を脱水素反応させた後の水素貯蔵体または水素貯蔵体に
水素付加反応させた後の水素発生体を回収し貯蔵する貯
蔵部と、この貯蔵部内の水素発生体または水素貯蔵体を
加熱し当該水素発生体または水素貯蔵体を気化させる主
ヒータと、気化され上昇する水素発生体または水素貯蔵
体を冷却することにより液化させて落下させる冷却部
と、この冷却部から落下してきた水素発生体または水素
貯蔵体を脱水素反応または水素付加反応させるための触
媒およびヒータを備えた触媒部と、脱水素反応により発
生した水素を排出する排出口と水素付加反応をさせるた
めの水素を投入する投入口の少なくとも一方を備えたこ
とを特徴としている。
Another aspect of the present invention is dehydrogenation between a hydrogen generator that releases hydrogen to be converted to an aromatic compound and a hydrogen storage body made of an aromatic compound that reacts with hydrogen to store the hydrogen. A hydrogen generating / storing device for generating or storing hydrogen by using a reaction or a hydrogen addition reaction, the hydrogen storing body after storing the hydrogen generating body or the hydrogen storing body and dehydrogenating the hydrogen generating body. Alternatively, a storage unit for collecting and storing the hydrogen generator after the hydrogen addition reaction to the hydrogen storage unit and a main unit for heating the hydrogen generator or the hydrogen storage unit in the storage unit to vaporize the hydrogen generation unit or the hydrogen storage unit. The heater, the cooling unit that liquefies and drops by cooling the vaporized and rising hydrogen generator or hydrogen store, and the dehydrogenation reaction of the hydrogen generator or hydrogen store that has fallen from this cooling unit. Or a catalyst part having a catalyst and a heater for a hydrogen addition reaction, an outlet for discharging hydrogen generated by the dehydrogenation reaction, and at least one of a charging port for charging hydrogen for the hydrogen addition reaction. It is characterized by that.

【0016】上述の発明によれば、主ヒータで加熱され
て気化した水素発生体または水素貯蔵体が冷却部で液化
して落下し、この落下してきた物質を触媒部で水素と反
応させるようにしている。そのため、水素発生体または
水素貯蔵体が、触媒部に効率よく供給され、水素との反
応効率が良いものとなる。また、水素反応をさせる前の
物質を貯蔵しておく貯蔵部と、反応後の物質を回収し貯
蔵する貯蔵部とを兼用することもできるため、装置全体
をコンパクトなものとすることができる。
According to the above-mentioned invention, the hydrogen generating element or the hydrogen storage element which is heated by the main heater and vaporized is liquefied and drops in the cooling section, and the falling material is reacted with hydrogen in the catalyst section. ing. Therefore, the hydrogen generator or the hydrogen store is efficiently supplied to the catalyst section, and the reaction efficiency with hydrogen becomes good. In addition, the storage unit for storing the substance before the hydrogen reaction and the storage unit for collecting and storing the substance after the reaction can be used together, so that the entire apparatus can be made compact.

【0017】また、他の発明は、水素を放出して芳香族
化合物に変化する水素発生体と、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
発生または貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、凹
凸を有する蛇腹状の金属材の上面に水素発生体または水
素貯蔵体を脱水素反応または水素付加反応させるための
触媒を設けると共に、その金属材の一部または金属材間
の凹部または凸部のいずれか一方または両方に気化した
水素発生体または水素貯蔵体を通過させる通過部を設け
ている。
Another aspect of the present invention is dehydrogenation between a hydrogen generator which releases hydrogen to be converted into an aromatic compound and a hydrogen store which is made of an aromatic compound which reacts with hydrogen to store the hydrogen. A hydrogen generating / storing device for generating or storing hydrogen by utilizing a reaction or a hydrogen addition reaction, in which a hydrogen generator or a hydrogen store is dehydrogenated or hydrogen-added on the upper surface of a corrugated metal material having irregularities. In addition to providing a catalyst for the reaction, a passage portion for passing the vaporized hydrogen generating body or hydrogen storage body is provided in one or both of a part of the metal material or a concave portion or a convex portion between the metal materials.

【0018】そのため、金属材の上面にて、水素発生体
または水素貯蔵体が効率よく水素と反応する。加えて、
発生した水素等が、通過部を通って効率よく移動するこ
とができる。
Therefore, the hydrogen generator or the hydrogen store efficiently reacts with hydrogen on the upper surface of the metal material. in addition,
The generated hydrogen and the like can efficiently move through the passage.

【0019】また、他の発明は、上述の各水素発生・貯
蔵装置において、触媒部および冷却部はそれぞれ層状に
形成され、触媒部を層状とした触媒層および冷却部を層
状とした冷却層にはそれぞれ気化された物質を通過させ
るための通過部が設けられていると共に、触媒層の通過
部と冷却層の通過部とが上下方向において重ならない位
置に形成されていることを特徴としている。そのため、
触媒層を通過して上昇する気化物質が、冷却層にぶつか
って冷却され、落下する。このため、触媒層に再び戻り
触媒層で水素と反応することとなる。この結果、水素と
の反応効率の高い装置とすることができる。
Further, in another invention, in each of the above hydrogen generating / storing devices, the catalyst part and the cooling part are respectively formed in layers, and the catalyst part is formed in a layered structure and the cooling part is formed in a layered cooling layer. Is characterized in that each of them is provided with a passage portion for passing the vaporized substance, and that the passage portion of the catalyst layer and the passage portion of the cooling layer are formed at positions where they do not overlap each other in the vertical direction. for that reason,
The vaporized substance that rises through the catalyst layer hits the cooling layer, is cooled, and falls. Therefore, it returns to the catalyst layer again and reacts with hydrogen in the catalyst layer. As a result, a device having a high reaction efficiency with hydrogen can be obtained.

【0020】また、他の発明は、上述の水素発生・貯蔵
装置において、触媒層および冷却層をそれぞれ傾斜させ
た状態で配置し、この傾斜を利用して液化された物質が
各層に滞らずに落下するように構成されたことを特徴と
している。そのため、触媒層および冷却層での液溜まり
が生じず、効率よく下方へ落下することとなる。この結
果、触媒層にて水素発生体または水素貯蔵体を確実に水
素と反応させることができ、反応効率の高い装置とする
ことが可能となる。
In another aspect of the present invention, in the above hydrogen generator / storage device, the catalyst layer and the cooling layer are arranged in a tilted state, and the liquefied substance is not accumulated in each layer by utilizing this tilting. It is characterized by being configured to fall. Therefore, liquid is not accumulated in the catalyst layer and the cooling layer, and the liquid drops efficiently downward. As a result, the hydrogen generator or the hydrogen storage can be reliably reacted with hydrogen in the catalyst layer, and a device with high reaction efficiency can be obtained.

【0021】また、他の発明は、上述の各水素発生・貯
蔵装置において、冷却層と触媒層は、それぞれ複数個ず
つ同数備えられたことを特徴としている。そのため、触
媒層で加熱されて気化してしまい水素と反応仕切れなか
った物質が、他の冷却層で再び液化して他の触媒層へ落
下し、この触媒層で水素と反応する。このように冷却層
および触媒層が複数層で構成することによって、最初は
反応しきれずに気化してしまった物質を、再び触媒層に
て水素と反応させることができ、反応効率の高い装置と
することができる。
Another aspect of the present invention is characterized in that, in each of the above hydrogen generating / storing devices, a plurality of cooling layers and a plurality of catalyst layers are provided. Therefore, a substance that has been heated in the catalyst layer and vaporized and cannot be completely separated from the hydrogen by reaction is liquefied again in another cooling layer and drops into another catalyst layer, where it reacts with hydrogen. Since the cooling layer and the catalyst layer are composed of a plurality of layers in this way, a substance that has not completely reacted and is vaporized can be reacted again with hydrogen in the catalyst layer, and a device with high reaction efficiency can be provided. can do.

【0022】また、他の発明は、上述の各水素発生・貯
蔵装置において、冷却部を下面側に、触媒部を上面側に
した一体構造とした水素反応層を有することを特徴とし
ている。そのため、装置全体が、上下方向においてコン
パクトなものとなる。
Further, another invention is characterized in that each of the hydrogen generating / storing devices described above has a hydrogen reaction layer having an integral structure in which the cooling portion is on the lower surface side and the catalyst portion is on the upper surface side. Therefore, the entire device becomes compact in the vertical direction.

【0023】また、他の発明は、上述の水素発生・貯蔵
装置において、冷却部と触媒部とを、ペルチェ素子の両
面でにそれぞれ機能させたことを特徴としている。その
ため、ペルチェ素子の特徴を活かして装置の上下方向を
コンパクトなものとすることができる。
Another aspect of the present invention is characterized in that, in the above hydrogen generating / storing apparatus, the cooling section and the catalyst section are made to function on both sides of the Peltier element, respectively. Therefore, the vertical direction of the device can be made compact by utilizing the characteristics of the Peltier device.

【0024】また、他の発明は、上述の水素発生・貯蔵
装置において、冷却部と触媒部との間に、冷却部側から
絶縁層、ヒータ、導熱材の順で配置させたことを特徴と
している。このように冷却部と触媒部とを上述のペルチ
ェ素子を用いずに表裏一体に構成すると、コンパクトで
しかも低コストな装置となる。
Another aspect of the present invention is characterized in that, in the hydrogen generating / storing apparatus described above, an insulating layer, a heater, and a heat conducting material are arranged in this order from the cooling section side between the cooling section and the catalyst section. There is. If the cooling unit and the catalyst unit are integrally formed on the front and back without using the Peltier element as described above, a compact and low-cost device can be obtained.

【0025】また、他の発明は、上述の水素発生・貯蔵
装置において、芳香族化合物を、ベンゼン、トルエン、
キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフタレ
ン、アントラセン、ビフェニル、フェナスレンおよびそ
れらのアルキル置換体の内のいずれか1つまたはいずれ
かを複数混合したものとすることを特徴としている。
Another aspect of the present invention is the hydrogen generating / storing apparatus described above, wherein the aromatic compound is benzene, toluene,
It is characterized in that any one of xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, anthracene, biphenyl, phenanthrene, and alkyl-substituted compounds thereof or a mixture of a plurality of them is mixed.

【0026】これらの原料は、炭素同士の二重結合に水
素が付加することにより、水素を貯蔵する。水素付加後
の水素供給体は、水素を放して元の水素貯蔵体に戻る。
すなわち、上述の原料は、水素のリサイクルに適した原
料である。一方、上述の原料の水素付加反応に際して利
用される触媒は、すでに研究開発されて熟知されてい
る。このため、上述の原料を用いると、実用化の上で開
発コストを抑えることができる。
These raw materials store hydrogen by adding hydrogen to carbon-carbon double bonds. The hydrogen supplier after hydrogenation releases hydrogen and returns to the original hydrogen storage body.
That is, the above-mentioned raw material is a raw material suitable for recycling hydrogen. On the other hand, the catalysts used in the hydrogenation reaction of the above-mentioned raw materials have already been researched and developed and are well known. Therefore, if the above-mentioned raw materials are used, the development cost can be suppressed for practical use.

【0027】[0027]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る水素発生・貯
蔵装置の各実施の形態について、図面に基づいて説明す
る。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of a hydrogen generating / storing device according to the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0028】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、ケミカルハイ
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。
FIG. 1 is a diagram for explaining a mechanism common to each of the embodiments described below. In particular,
It is a figure which shows the principle which stores or supplies hydrogen using the hydrogenation reaction of an aromatic compound, and the dehydrogenation reaction of the compound (henceforth a chemical hydride) produced | generated by the hydrogenation reaction of the aromatic compound.

【0029】ベンゼ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と水素化反応をして、シク
ロヘキサン等のケミカルハイドライド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、ケミカルハイドライド3
の形で貯蔵されることになる。
The aromatic compound 1 such as benzene undergoes a hydrogenation reaction with hydrogen 2 produced by electrolysis of water to become a chemical hydride 3 such as cyclohexane. Specifically, hydrogen 2 is added to the carbon-carbon double bond of the aromatic compound 1. That is, hydrogen 2 is chemical hydride 3
Will be stored in the form of.

【0030】また、ケミカルハイドライド3は、脱水素
反応により、芳香族化合物1と水素2となる。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、電気をつくる。
Further, the chemical hydride 3 becomes an aromatic compound 1 and hydrogen 2 by the dehydrogenation reaction. The hydrogen 2 thus generated is supplied to the fuel cell 5 together with the oxygen 4. This fuel cell 5 produces electricity by the reverse principle of electrolysis of water.

【0031】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、ケミカルハイドラ
イド3は水素2を発生させる水素発生体として機能す
る。このため、芳香族化合物1とケミカルハイドライド
3とのサイクルを利用した水素発生・貯蔵システムが形
成できる。
As described above, the aromatic compound 1 functions as a hydrogen storage body capable of storing hydrogen 2, and the chemical hydride 3 functions as a hydrogen generator generating hydrogen 2. Therefore, it is possible to form a hydrogen generation / storage system using the cycle of the aromatic compound 1 and the chemical hydride 3.

【0032】次に、図1に示した原理を利用した水素発
生・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、ケミカルハイドライド等の原料に、番
号を付さない。また、図2で示した水素発生・貯蔵シス
テムの一部となる水素発生・貯蔵装置14は、本発明の
第1の実施の形態の装置となっている。
Next, an example of the hydrogen generation / storage system using the principle shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. In the following, the raw materials such as chemical hydride will not be numbered. Further, the hydrogen generation / storage device 14 which is a part of the hydrogen generation / storage system shown in FIG. 2 is the device of the first embodiment of the present invention.

【0033】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。本発明の水素発生・貯蔵装置は、このシステム
の一部として機能する。
FIG. 2 is a diagram schematically showing a hydrogen storage / supply system, which is an example of energy self-sustaining home power generation for home use. The hydrogen generation / storage device of the present invention functions as a part of this system.

【0034】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、水素発生・貯蔵装置14
と、燃料電池15とを備えている。
The hydrogen storage / supply system provided in the house 10 mainly includes a solar cell 11 installed on a roof, a wind power generator 12, an electrolysis device 13, and a hydrogen generation / storage device 14.
And a fuel cell 15.

【0035】水素発生・貯蔵装置14は、水素を放出し
て芳香族化合物に変化する水素発生体となるシクロヘキ
サンに代表されるケミカルハイドライドの脱水素反応を
利用して水素を発生させ、この水素を当該水素発生・貯
蔵装置14の外部へ送ることが可能である。また、水素
発生・貯蔵装置14は、ベンゼンに代表される芳香族化
合物と水素を反応させて、水素を当該水素発生・貯蔵装
置14内に貯蔵することが可能なものとなっている。
The hydrogen generating / storing device 14 generates hydrogen by utilizing the dehydrogenation reaction of chemical hydride represented by cyclohexane, which is a hydrogen generating substance which releases hydrogen and changes to an aromatic compound, and generates this hydrogen. It can be sent to the outside of the hydrogen generation / storage device 14. Further, the hydrogen generation / storage device 14 is capable of causing an aromatic compound represented by benzene to react with hydrogen and storing hydrogen in the hydrogen generation / storage device 14.

【0036】角柱状となる水素発生・貯蔵装置14は、
水素発生体または水素貯蔵体を貯蔵する貯蔵部となるタ
ンク16と、このタンク16内の水素発生体または水素
貯蔵体を加熱し気化させるための主ヒータ17と、気化
され上昇する水素発生体または水素貯蔵体を冷却し液化
させて落下させるための冷却層18と、この冷却層18
から落下してきた水素発生体または水素貯蔵体を脱水素
反応または水素付加反応させるための触媒21aおよび
ヒータ21bを備えた触媒層21を有している。
The prismatic hydrogen generating / storing device 14 is
A tank 16 serving as a storage unit for storing a hydrogen generating body or a hydrogen storing body, a main heater 17 for heating and vaporizing the hydrogen generating body or the hydrogen storing body in the tank 16, a hydrogen generating body vaporized and rising, or A cooling layer 18 for cooling and liquefying and dropping the hydrogen storage body, and this cooling layer 18
It has a catalyst layer 21 provided with a catalyst 21a and a heater 21b for performing a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction of a hydrogen generator or a hydrogen storage body that has fallen from the.

【0037】タンク16は、水素貯蔵体であるベンゼン
または水素発生体であるシクロへキサンとを、状況に応
じて交互に入れ替えて貯蔵しておく容器である。タンク
16には、各原料を加熱するための主ヒータ17が設け
られている。主ヒータ17を設置したのは、各原料を加
熱して気化させるためである。
The tank 16 is a container for alternately storing benzene, which is a hydrogen storage body, or cyclohexane, which is a hydrogen generation body, depending on the situation. The tank 16 is provided with a main heater 17 for heating each raw material. The main heater 17 is provided to heat and vaporize each raw material.

【0038】なお、ベンゼンとシクロへキサンの各沸点
は、それぞれ80.1℃および80.9℃である。した
がって、主ヒータ17は、各原料が沸騰し気化できるよ
うに、上述の各沸点以上の温度となるように制御され
る。
The boiling points of benzene and cyclohexane are 80.1 ° C. and 80.9 ° C., respectively. Therefore, the main heater 17 is controlled to have a temperature equal to or higher than each of the above boiling points so that each raw material can boil and vaporize.

【0039】冷却層18は、水冷循環式の冷却装置で構
成されている。すなわち、薄型のパイプ内に冷媒を循環
させることにより、水素発生体または水素貯蔵体を冷却
するものとなっている。なお、冷媒には、30重量%の
エチレングリコールと70重量%の水の混合溶液が用い
られている。そして、この冷却層18には、上下方向に
気体や液体が通過可能な通過部となる長形状の透孔18
aが所定位置に形成されている。このため、主ヒータ1
7で気化し冷却層18で液化されなかった気体状の水素
発生体または水素貯蔵体や、脱水素反応や水素付加反応
時における水素等が、この透孔18aを通過することと
なる。なお、水の変わりに冷風によって冷却するように
しても良い。
The cooling layer 18 is composed of a water-cooled circulation type cooling device. That is, the hydrogen generator or the hydrogen store is cooled by circulating the refrigerant in the thin pipe. A mixed solution of 30% by weight of ethylene glycol and 70% by weight of water is used as the refrigerant. The cooling layer 18 has an elongated through hole 18 which serves as a passage portion through which a gas or a liquid can pass vertically.
a is formed at a predetermined position. Therefore, the main heater 1
Gaseous hydrogen generators or hydrogen stores vaporized in 7 and not liquefied in the cooling layer 18, hydrogen in the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction, and the like pass through the through holes 18a. In addition, you may make it cool with cold air instead of water.

【0040】触媒層21は、蛇腹形状のステンレスなど
の材料の上面に触媒21aを設け、下面に平面状のヒー
タ21bを貼付したものとなっている。触媒21aは、
平面形状の活性炭素地に白金触媒を担持させたものが用
いられている。そして、触媒層21には、上下方向に気
体や液体が通過可能な通過部となる長形状の透孔21c
が所定位置に形成されている。このため、主ヒータ17
で気化し冷却層18で液化されなかった気体状の水素発
生体または水素貯蔵体や、脱水素反応や水素付加反応時
における水素等が、この透孔21cを通過することとな
る。
The catalyst layer 21 has a catalyst 21a provided on the upper surface of a bellows-shaped material such as stainless steel, and a flat heater 21b attached on the lower surface thereof. The catalyst 21a is
A plane-shaped activated carbon material carrying a platinum catalyst is used. The catalyst layer 21 has an elongated through hole 21c serving as a passage portion through which a gas or a liquid can pass vertically.
Are formed at predetermined positions. Therefore, the main heater 17
Gaseous hydrogen generators or hydrogen storages that have been vaporized in the above and have not been liquefied in the cooling layer 18, hydrogen in the dehydrogenation reaction or hydrogen addition reaction, etc. will pass through the through holes 21c.

【0041】なお、触媒層21の透孔21cと、冷却層
18の透孔18aとは、上下方向において重ならない位
置に配置されるのが好ましい。気化した物質が触媒層2
1の透孔21cを通過して上昇した際に、その上方にあ
る冷媒層18にぶつかりやすく液化し易いためである。
また、透孔18a,21cは、長形状ではなく、円形状
とし、透孔18a,21cの周辺が円形状に盛り上がる
ようにしても良い。
The through hole 21c of the catalyst layer 21 and the through hole 18a of the cooling layer 18 are preferably arranged at positions that do not overlap each other in the vertical direction. The vaporized substance is the catalyst layer 2
This is because when the liquid passes through the first through hole 21c and rises, it easily collides with the refrigerant layer 18 above it and is easily liquefied.
Further, the through holes 18a and 21c may have a circular shape instead of the elongated shape, and the periphery of the through holes 18a and 21c may be rounded up.

【0042】また、水素発生・貯蔵装置14は、当該水
素発生・貯蔵装置14内に水素を投入するための投入口
14aと、当該水素発生・貯蔵装置14内で発生した水
素を外部に供給するための排出口14bを有している。
排出口14bには、水素発生体または水素貯蔵体が当該
排出口14bから外部へ排出されるのを防止するための
活性炭フィルター14cが取り付けられている。
The hydrogen generating / storing device 14 supplies the hydrogen generating / storing device 14 with an inlet 14a for charging hydrogen into the hydrogen generating / storing device 14 and the hydrogen generated in the hydrogen generating / storing device 14 to the outside. It has a discharge port 14b for.
The discharge port 14b is provided with an activated carbon filter 14c for preventing the hydrogen generator or the hydrogen storage body from being discharged from the discharge port 14b to the outside.

【0043】すなわち、活性炭フィルター14cは、水
素と混じっているベンゼンやシクロヘキサンをトラップ
して、外部に水素のみを排出するために設けられてい
る。活性炭フィルター14cは、図示されていないが、
ヒータによって加熱できるようになっている。活性炭フ
ィルター14cを定期的に加熱して、トラップされたベ
ンゼンやシクロヘキサンを強制的に揮発させることによ
り、活性炭フィルター14cの寿命を長くするためであ
る。
That is, the activated carbon filter 14c is provided for trapping benzene or cyclohexane mixed with hydrogen and discharging only hydrogen to the outside. The activated carbon filter 14c is not shown,
It can be heated by a heater. This is because the activated carbon filter 14c is heated periodically to forcibly volatilize the trapped benzene and cyclohexane, thereby prolonging the life of the activated carbon filter 14c.

【0044】太陽電池11または風力発電機12により
つくられた電気は、インバータ24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25に
使用されるか、電気機器25を使用していないときに
は、変換された電気は、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、水素発生・貯
蔵装置14に送られる。なお、水素付加反応を利用して
水素発生・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投入口14aから水素発生
・貯蔵装置14へ水素を投入すると共に排出口14bを
塞ぐ。一方、脱水素反応を利用して水素発生・貯蔵装置
14で水素を発生させる場合には、上述のバルブが閉じ
られており、水素発生・貯蔵装置14内に水素は投入さ
れず、排出口14bは開けられる。
Electricity generated by the solar cell 11 or the wind power generator 12 is converted into alternating current via the inverter 24. The converted electricity is used for the household electric device 25, or when the electric device 25 is not used, the converted electricity is supplied to the electrolysis device 13. In the electrolyzer 13, hydrogen (H2) and oxygen (O2) are generated by electrolysis of water. The generated hydrogen is sent to the hydrogen generation / storage device 14. When hydrogen is stored in the hydrogen generation / storage device 14 using the hydrogen addition reaction,
A valve (not shown) is opened to supply hydrogen from the input port 14a to the hydrogen generation / storage device 14 and close the discharge port 14b. On the other hand, when hydrogen is generated in the hydrogen generation / storage device 14 by utilizing the dehydrogenation reaction, the above-mentioned valve is closed, hydrogen is not charged into the hydrogen generation / storage device 14, and the discharge port 14b is used. Can be opened.

【0045】太陽電池11または風力発電機12により
つくられた電気が過剰な場合、すなわち、家庭用の電気
機器25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、水素発生
・貯蔵装置14に送られる。なお、この場合も、水素を
貯蔵する場合には、バルブを開放し水素を水素発生・貯
蔵装置14へ供給するが、脱水素反応を行う場合には、
バルブを閉じているため水素は水素発生・貯蔵装置14
の内部に投入されない。
Even when the electricity produced by the solar cell 11 or the wind power generator 12 is excessive, that is, when the electricity generated is more than the electricity used by the household electric appliance 25, the extra electricity is generated. It is sent to the electrolysis device 13. Then, the hydrogen generated in the electrolysis device 13 is sent to the hydrogen generation / storage device 14. In this case also, in the case of storing hydrogen, the valve is opened to supply hydrogen to the hydrogen generation / storage device 14, but in the case of performing the dehydrogenation reaction,
Hydrogen is generated and stored in the hydrogen storage device 14 because the valve is closed.
Is not thrown inside.

【0046】電解装置13から水素を水素発生・貯蔵装
置14へ送り、この水素を水素発生・貯蔵装置14に貯
蔵する場合、予め水素発生・貯蔵装置14内のタンク1
6に貯蔵されているベンゼンに代表される芳香族化合物
からなる水素貯蔵体を、主ヒータ17によって加熱す
る。これにより、水素貯蔵体は、気化し当該装置14内
で上昇する。そして、水素貯蔵体は、冷却層18で冷却
されて液化し、冷却層18の下部に配置された触媒層2
1へ落下する。
When hydrogen is sent from the electrolysis device 13 to the hydrogen generating / storing device 14 and stored in the hydrogen generating / storing device 14, the tank 1 in the hydrogen generating / storing device 14 is previously stored.
The hydrogen storage body made of an aromatic compound represented by benzene and stored in 6 is heated by the main heater 17. As a result, the hydrogen storage is vaporized and rises in the device 14. Then, the hydrogen storage body is cooled in the cooling layer 18 and liquefied, and the catalyst layer 2 disposed below the cooling layer 18 is liquefied.
It falls to 1.

【0047】すると、水素貯蔵体に水素が付加して、シ
クロへキサンに代表されるケミカルハイドライドからな
る水素発生体に変化する。この水素発生体は液体であ
り、最終的にはタンク16に落下して、タンク16に貯
蔵される。すなわち、水素貯蔵体は水素が付加されて水
素付加反応して水素発生体となり、タンク16に貯蔵さ
れる。なお、冷却層18がフラットの場合、目的通りに
タンク16へ水素発生体が落下せずに、冷却層18の面
上に溜まってしまう場合も想定される。このような液溜
まりが生じる場合は、後述する第2および第3の実施の
形態(図3および図4参照)のように、冷却層18を傾
斜させるようにすれば良い。
Then, hydrogen is added to the hydrogen storage body, and the hydrogen storage body is changed to a hydrogen generation body composed of chemical hydride represented by cyclohexane. This hydrogen generator is a liquid, and finally falls into the tank 16 and is stored in the tank 16. That is, in the hydrogen storage body, hydrogen is added to cause a hydrogen addition reaction to become a hydrogen generating body, which is stored in the tank 16. In addition, when the cooling layer 18 is flat, it may be assumed that the hydrogen generator does not drop into the tank 16 as intended and may accumulate on the surface of the cooling layer 18. When such a liquid pool occurs, the cooling layer 18 may be inclined as in the second and third embodiments (see FIGS. 3 and 4) described later.

【0048】ここで、元々、タンク16内に貯蔵されて
いた水素貯蔵体は、主ヒータ17により80℃という沸
点以上の温度まで加熱される。このため、水素貯蔵体
は、確実にその全てが気化して上昇し、冷却層18で液
化して、触媒層21に落下することとなる。これによ
り、水素付加反応に関与する水素貯蔵体の割合が高くな
る。また、触媒21aは、ヒータ21bによって60〜
120℃に加熱されている。この結果、水素付加反応に
よる水素発生体の生成率は非常に高くなる。
Here, the hydrogen storage body originally stored in the tank 16 is heated by the main heater 17 to a temperature above the boiling point of 80 ° C. Therefore, all of the hydrogen storage is surely vaporized and rises, is liquefied in the cooling layer 18, and falls into the catalyst layer 21. As a result, the proportion of hydrogen storage bodies participating in the hydrogenation reaction increases. In addition, the catalyst 21a is 60 to 60% by the heater 21b.
It is heated to 120 ° C. As a result, the production rate of hydrogen generators due to the hydrogenation reaction becomes very high.

【0049】なお、液化して落下してきた水素貯蔵体
が、水素反応用の触媒層21のヒータ21bによって加
熱された際に、水素付加反応せずに気化して再度上昇し
てしまう部分もある。本実施の形態では、上部に冷却層
18、下部に触媒層21という組み合わせが3層、すな
わちタンク16側から触媒層21、冷却層18、触媒層
21、冷却層18・・と、交互に配置されている。この
ため、気化してさらに上昇した水素貯蔵体が、最下部に
ある冷却層18およびその上の2段目の触媒層21を通
過しても、2段目の冷却層18で冷却され液化してその
下部の2段目の触媒層21に落下するようになってい
る。このように3層構造としたため、水素貯蔵体が確実
に液化して落下し、触媒層21で水素発生体となる率が
高くなる。
When the hydrogen storage body that has been liquefied and dropped is heated by the heater 21b of the catalyst layer 21 for hydrogen reaction, there is a portion where it vaporizes and rises again without hydrogen addition reaction. . In the present embodiment, there are three combinations of the cooling layer 18 on the upper side and the catalyst layer 21 on the lower side, that is, the catalyst layer 21, the cooling layer 18, the catalyst layer 21, and the cooling layer 18 are alternately arranged from the tank 16 side. Has been done. Therefore, even if the hydrogen storage body that has vaporized and further rises passes through the cooling layer 18 at the bottom and the second catalyst layer 21 above it, it is cooled in the second cooling layer 18 and liquefied. It is designed to fall onto the second catalyst layer 21 below the lever. Since the three-layer structure is used as described above, the hydrogen storage body is surely liquefied and falls, and the rate of becoming a hydrogen generation body in the catalyst layer 21 is increased.

【0050】また、太陽電池11または風力発電機12
によりつくられた電気では、電気機器25の電力をまか
なえない場合には、タンク16に貯蔵された水素発生体
を加熱して脱水素反応をさせる。これによって、水素発
生・供給装置14で水素を生成し、燃料電池15に供給
する。
Further, the solar cell 11 or the wind power generator 12
When the electricity generated by the above cannot supply the electric power of the electric device 25, the hydrogen generator stored in the tank 16 is heated to cause a dehydrogenation reaction. As a result, hydrogen is generated by the hydrogen generation / supply device 14 and supplied to the fuel cell 15.

【0051】すなわち、水素発生・貯蔵装置14で水素
を発生させる場合、投入口14aはバルブにより閉じら
れている。そして、予め水素発生・貯蔵装置14内のタ
ンク16に貯蔵されている水素発生体を、主ヒータ17
によって加熱する。これにより、水素発生体が気化し、
当該水素発生・貯蔵装置14内で上昇する。そして、水
素発生体は、冷却層18で冷却されて液化し、冷却層1
8の下部に配置された触媒層21へ落下する。
That is, when hydrogen is generated in the hydrogen generation / storage device 14, the inlet 14a is closed by a valve. Then, the hydrogen generator stored in advance in the tank 16 in the hydrogen generation / storage device 14 is connected to the main heater 17
Heating by. This vaporizes the hydrogen generator,
It rises in the hydrogen generation / storage device 14. Then, the hydrogen generator is cooled in the cooling layer 18 and liquefied, and the cooling layer 1
It falls to the catalyst layer 21 arranged in the lower part of 8.

【0052】すると、水素発生体が脱水素反応して、水
素とベンゼンに代表される芳香族化合物からなる水素貯
蔵体に変化する。水素は、排出口14bから外部へ排出
される。水素貯蔵体は液体であり、最終的にはタンク1
6に落下して、タンク16に貯蔵される。すなわち、水
素発生体は脱水素反応により水素と水素貯蔵体とにな
り、水素は排出され、水素貯蔵体はタンク16に貯蔵さ
れる。
Then, the hydrogen generator undergoes a dehydrogenation reaction to be converted into a hydrogen storage body composed of hydrogen and an aromatic compound represented by benzene. Hydrogen is discharged to the outside from the discharge port 14b. The hydrogen store is a liquid and eventually tank 1
6 and is stored in the tank 16. That is, the hydrogen generator becomes hydrogen and a hydrogen storage body by the dehydrogenation reaction, the hydrogen is discharged, and the hydrogen storage body is stored in the tank 16.

【0053】なお、タンク16内に予め貯蔵されていた
水素発生体は、主ヒータ17により80℃以上、すなわ
ち沸点以上の温度で加熱されている。このため、水素発
生体は、確実にその全てが気化して上昇し、冷却層18
で液化して、触媒層21に落下することとなる。これに
より、脱水素反応に関与する水素発生体の割合が高くな
る。また、触媒21aは、ヒータ21bによって60〜
120℃に加熱されている。この結果、脱水素反応によ
る水素貯蔵体の生成率は非常に高くなる。
The hydrogen generator previously stored in the tank 16 is heated by the main heater 17 at a temperature of 80 ° C. or higher, that is, a boiling point or higher. For this reason, all of the hydrogen generating elements are surely vaporized and risen, and the cooling layer 18
It will be liquefied and fall into the catalyst layer 21. This increases the proportion of hydrogen generators involved in the dehydrogenation reaction. In addition, the catalyst 21a is 60 to 60
It is heated to 120 ° C. As a result, the production rate of hydrogen storage by the dehydrogenation reaction becomes very high.

【0054】また、触媒21aは、ヒータ21bによっ
て250〜400℃に加熱されている。この結果、脱水
素反応による水素の発生率は非常に高くなる。脱水素反
応をさせる場合は、吸熱反応であるため、上述の水素付
加反応の際に比して大きな熱エネルギーが必要となる。
なお、脱水素反応の効率を考慮すると、触媒21aが2
50℃程度となるように、ヒータ21bによって加熱す
るのがより好ましい。
The catalyst 21a is heated to 250 to 400 ° C. by the heater 21b. As a result, the generation rate of hydrogen due to the dehydrogenation reaction becomes extremely high. Since the dehydrogenation reaction is an endothermic reaction, a large amount of heat energy is required as compared with the above hydrogenation reaction.
In consideration of the efficiency of the dehydrogenation reaction, the catalyst 21a is
It is more preferable to heat by the heater 21b so that the temperature becomes about 50 ° C.

【0055】なお、液化して落下してきた水素発生体が
ヒータ21bによって加熱された際に、脱水素反応せず
にまた気化して上昇してしまう部分もある。本実施の形
態では、冷却層18と触媒層21とを上述したように3
層構造としたため、気化してさらに上昇した水素発生体
が、最下部にある冷却層18およびその上の2段目の触
媒層21を通過しても、2段目の冷却層18で冷却され
液化してその下部の2段目の触媒層21に落下するよう
になっている。このように3層構造としたため、水素発
生体が確実に液化して落下し、触媒層21で水素貯蔵体
となる率が高くなる。脱水素反応で発生した水素は、排
出口14bから燃料電池15へと送られる。
There is also a portion where when the hydrogen generating body which has been liquefied and dropped is heated by the heater 21b, it is vaporized again without undergoing a dehydrogenation reaction and rises. In the present embodiment, the cooling layer 18 and the catalyst layer 21 are formed as described above.
Because of the layered structure, even if the vaporized hydrogen generator further passes through the cooling layer 18 at the bottom and the second catalyst layer 21 above it, it is cooled in the second cooling layer 18. It is designed to be liquefied and fall into the second catalyst layer 21 below it. Since the three-layer structure is used as described above, the hydrogen generating body is surely liquefied and falls, and the rate of becoming the hydrogen storage body in the catalyst layer 21 is increased. The hydrogen generated by the dehydrogenation reaction is sent to the fuel cell 15 through the outlet 14b.

【0056】燃料電池15では、水素発生・貯蔵装置1
4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つくられる。こうしてつくられた
電気は、家庭用の電気機器25用に使用される他、電気
自動車26の動力に供給される。このように、水素発生
・貯蔵装置14は、家庭の電力の需要に応じて、シクロ
へキサンのような水素供給体の形でエネルギーを保存し
たり、水素供給体から脱水素反応によりエネルギーを作
り出す。
In the fuel cell 15, the hydrogen generating / storing device 1
Electricity is produced by the reaction between hydrogen sent from No. 4 and oxygen supplied from the air. The electricity thus generated is used not only for household electric appliances 25 but also for powering an electric vehicle 26. In this way, the hydrogen generation / storage device 14 stores energy in the form of a hydrogen supplier such as cyclohexane or produces energy from the hydrogen supplier by a dehydrogenation reaction in accordance with the demand for electric power at home. .

【0057】なお、図2の水素貯蔵・供給システムの一
部となる水素発生・貯蔵装置14において、水素貯蔵体
に、ベンゼンではなく、トルエン、キシレン、メシチレ
ン、ナフタレン、メチルナフタレン、アントラセン、ビ
フェニル、フェナスレンおよびそれらのアルキル置換体
の内のいずれか1つまたはいずれかを複数混合を用いて
も良い。
In the hydrogen generation / storage device 14 which is a part of the hydrogen storage / supply system of FIG. 2, the hydrogen storage is not benzene but toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, anthracene, biphenyl, Any one or a plurality of phenalenes and their alkyl-substituted compounds may be used in combination.

【0058】以下に、本発明の第2の実施の形態の水素
発生・貯蔵装置の構造について、図3を用いて説明す
る。なお、以下に説明する水素発生・貯蔵装置は、上述
した第1の実施の形態の水素発生・貯蔵装置と機能的に
は同様のものであり、図2に示したシステムの一部とし
て組み込むことが可能な装置となっている。
The structure of the hydrogen generating / storing device according to the second embodiment of the present invention will be described below with reference to FIG. The hydrogen generating / storing device described below is functionally similar to the hydrogen generating / storing device of the first embodiment described above, and should be incorporated as a part of the system shown in FIG. It is a device that can

【0059】図3に示した本発明の第2の実施の形態の
水素発生・貯蔵装置34は、全体が角柱状で、水素発生
体または水素貯蔵体を貯蔵する貯蔵部となるタンク36
と、このタンク36内の水素発生体または水素貯蔵体を
加熱し気化させるための主ヒータ37と、気化され上昇
する水素発生体または水素貯蔵体を冷却し液化させて落
下させるための冷却層38と、この冷却層38から落下
してきた水素発生体または水素貯蔵体を脱水素反応また
は水素付加反応させるための触媒41aおよびヒータ4
1bを備えた触媒層41を有している。冷却層38と触
媒層41とは、主ヒータ37側から上方に向かって触媒
層41、冷却層38、触媒層41、冷却層38の順に交
互に配置されている。
The hydrogen generating / storing device 34 of the second embodiment of the present invention shown in FIG. 3 has a prismatic shape as a whole, and is a tank 36 serving as a hydrogen generator or a storage unit for storing the hydrogen store.
A main heater 37 for heating and vaporizing the hydrogen generating body or hydrogen storage body in the tank 36; and a cooling layer 38 for cooling, liquefying and dropping the vaporized and rising hydrogen generating body or hydrogen storage body. And a catalyst 41a and a heater 4 for performing a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction on the hydrogen generating body or hydrogen storage body that has fallen from the cooling layer 38.
It has a catalyst layer 41 with 1b. The cooling layers 38 and the catalyst layers 41 are alternately arranged in the order of the catalyst layers 41, the cooling layers 38, the catalyst layers 41, and the cooling layers 38 from the main heater 37 side upward.

【0060】各冷却層38は、金属製の薄型のパイプ内
に冷水もしくは冷風等を循環させることにより、水素発
生体または水素貯蔵体を冷却する冷却部38aが複数所
定幅内の略同一平面上に層状に配置されたものとなって
いる。そして、各冷却部38a間には、上下方向に気体
や液体が通過可能な通過部となる長形状の隙間38bが
設けられている。このため、主ヒータ37で気化し冷却
層38で液化されなかった気体状の水素発生体または水
素貯蔵体や、脱水素反応や水素付加反応時における水素
等が、この隙間38bを通過することとなる。
In each cooling layer 38, a plurality of cooling parts 38a for cooling the hydrogen generators or hydrogen storage bodies are provided on a substantially same plane within a predetermined width by circulating cold water or cold air in a thin metal pipe. It is arranged in layers. An elongated gap 38b serving as a passage portion through which a gas or a liquid can pass is provided between the cooling portions 38a in the vertical direction. Therefore, a gaseous hydrogen generator or hydrogen storage that has been vaporized by the main heater 37 and has not been liquefied by the cooling layer 38, hydrogen in the dehydrogenation reaction or hydrogen addition reaction, and the like pass through the gap 38b. Become.

【0061】触媒層41は、触媒41aの下面に平面状
のヒータ41bを貼付した触媒部41cが、複数所定幅
内の略同一平面上に層状に配置されたものとなってい
る。そして、各触媒部41c間には、上下方向に気体や
液体が通過可能な通過部となる長形状の隙間41dが隙
間38bと上下方向に重ならないように設けられてい
る。このため、主ヒータ37で気化し冷却層38で液化
されなかった気体状の水素発生体または水素貯蔵体や、
脱水素反応や水素付加反応時における水素等が、この隙
間41dを通過することとなる。
In the catalyst layer 41, a catalyst portion 41c having a flat heater 41b attached to the lower surface of the catalyst 41a is arranged in layers on a substantially same plane within a plurality of predetermined widths. A long gap 41d serving as a passage portion through which a gas or a liquid can pass vertically is provided between the catalyst portions 41c so as not to overlap the gap 38b in the vertical direction. Therefore, a gaseous hydrogen generator or hydrogen storage which is vaporized by the main heater 37 and is not liquefied by the cooling layer 38,
Hydrogen or the like during the dehydrogenation reaction or the hydrogen addition reaction will pass through the gap 41d.

【0062】なお、各冷却部38aおよび各触媒部41
aは、それぞれ傾斜させた状態で水素発生・貯蔵装置3
4内に取り付けられている。そのため、冷却層38で液
化して上方から落下してきた液状の水素発生体または水
素貯蔵体が、各冷却部38aおよび各触媒部41aの上
面で液溜まりを起こさずに、傾斜に沿ってスムーズに落
下するようになっている。このため、水素の付加によっ
て水素発生体となって落下してくる物質の貯蔵効率およ
び脱水素反応によって水素と分離して落下してくる水素
貯蔵体の貯蔵効率が高くなる。
Incidentally, each cooling section 38a and each catalyst section 41
a is a hydrogen generating / storing device 3 in a tilted state.
It is installed in 4. Therefore, the liquid hydrogen generator or hydrogen storage that has been liquefied in the cooling layer 38 and dropped from above does not cause liquid pools on the upper surfaces of the cooling parts 38a and the catalyst parts 41a, and smoothly flows along the slope. It is designed to fall. For this reason, the storage efficiency of the substance that drops as a hydrogen generator due to the addition of hydrogen and the storage efficiency of the hydrogen store that separates and falls from hydrogen by the dehydrogenation reaction increase.

【0063】また、水素発生・貯蔵装置34は、当該装
置34内に水素を投入するための投入口34aと、当該
装置34内で発生した水素を外部に供給するための排出
口34bを有している。排出口34bには、水素発生体
または水素貯蔵体が当該排出口34bから外部へ排出さ
れるのを防止するための活性炭フィルター34cが取り
付けられている。
The hydrogen generating / storing device 34 has an inlet 34a for introducing hydrogen into the device 34 and an outlet 34b for supplying hydrogen generated in the device 34 to the outside. ing. The discharge port 34b is provided with an activated carbon filter 34c for preventing the hydrogen generator or the hydrogen storage body from being discharged from the discharge port 34b to the outside.

【0064】上述したように、触媒層41を構成する各
触媒部41aおよび冷却層38を構成する各冷却部38
aを傾斜させて装置内に取り付けることにより、各触媒
部41aおよび各冷却部38aの上面に液溜まりが発生
し十分な水素反応ができないという現象を防止できる。
すなわち、反応前の物質を確実に各触媒部41aに落下
させて水素反応させることができると共に、水素反応後
の物質をスムーズに落下させてタンク36により確実に
貯蔵することができる。
As described above, each catalyst portion 41a which constitutes the catalyst layer 41 and each cooling portion 38 which constitutes the cooling layer 38.
By tilting a and mounting it in the apparatus, it is possible to prevent a phenomenon in which a liquid pool is generated on the upper surface of each catalyst portion 41a and each cooling portion 38a and a sufficient hydrogen reaction cannot be performed.
That is, the substance before the reaction can be surely dropped into each of the catalyst portions 41a for hydrogen reaction, and the substance after the hydrogen reaction can be smoothly dropped and stored in the tank 36 without fail.

【0065】次に、本発明の第3の実施の形態の水素発
生・貯蔵装置の構造について、図4を用いて説明する。
なお、以下に説明する水素発生・貯蔵装置は、上述した
第1および第2の実施の形態の水素発生・貯蔵装置と機
能的には同様のものであり、図2に示したシステムの一
部として組み込むことが可能な装置となっている。
Next, the structure of the hydrogen generating / storing device according to the third embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The hydrogen generating / storing device described below is functionally the same as the hydrogen generating / storing device of the first and second embodiments described above, and is a part of the system shown in FIG. It is a device that can be incorporated as.

【0066】図4に示した本発明の第3の実施の形態の
水素発生・貯蔵装置54は、水素発生体または水素貯蔵
体を貯蔵する貯蔵部となるタンク56と、このタンク5
6内の水素発生体または水素貯蔵体を加熱し気化させる
ための主ヒータ57と、気化され上昇する水素発生体ま
たは水素貯蔵体を冷却し液化させて落下させるための冷
却層58と、この冷却層58から落下してきた水素発生
体または水素貯蔵体を脱水素反応または水素付加反応さ
せるための触媒61aおよびヒータ61bを備えた触媒
層61を有している。冷却層58と触媒層61とは、主
ヒータ57側から上方に向かって触媒層61、冷却層5
8、触媒層61、冷却層58の順に交互に配置されてい
る。
The hydrogen generating / storing device 54 of the third embodiment of the present invention shown in FIG. 4 includes a tank 56 which serves as a hydrogen generator or a storage unit for storing the hydrogen storage member, and a tank 56.
6, a main heater 57 for heating and vaporizing the hydrogen generator or hydrogen storage body, a cooling layer 58 for cooling, liquefying and dropping the vaporized and rising hydrogen generator or hydrogen storage body, and this cooling It has a catalyst layer 61 provided with a catalyst 61a and a heater 61b for performing a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction of a hydrogen generating body or a hydrogen storage body that has fallen from the layer 58. The cooling layer 58 and the catalyst layer 61 are formed by assembling the catalyst layer 61 and the cooling layer 5 from the main heater 57 side upward.
8, the catalyst layers 61, and the cooling layers 58 are alternately arranged in this order.

【0067】各冷却層58は、1枚の大きな平板状の薄
型パイプで形成されており、その内部に冷媒が循環する
ようになっている。なお、冷却層58は、所定の角度に
傾斜した状態で装置内に取り付けられている。そして、
各冷却層58の一端と装置の内壁との間には、上下方向
に気体や液体が通過可能な通過部となる隙間58bが設
けられている。このため、主ヒータ57で気化し冷却層
58で液化されなかった気体状の水素発生体または水素
貯蔵体や、脱水素反応や水素付加反応時における水素等
が、この隙間58bを通過することとなる。なお、この
隙間58b側の端部は、傾斜の坂上部分となっており、
他側の端部(坂下部分)には、冷媒層58の上面で液化
した物質を回収しこれを下方に配置されたタンク56へ
送るドレン口59が設けられている。
Each cooling layer 58 is formed of one large flat plate-shaped thin pipe, and the refrigerant circulates inside the thin pipe. The cooling layer 58 is attached inside the apparatus in a state of being inclined at a predetermined angle. And
Between one end of each cooling layer 58 and the inner wall of the device, there is provided a gap 58b serving as a passage portion through which gas or liquid can pass in the vertical direction. Therefore, a gaseous hydrogen generator or hydrogen storage that has been vaporized in the main heater 57 and not liquefied in the cooling layer 58, hydrogen in the dehydrogenation reaction or hydrogen addition reaction, and the like pass through the gap 58b. Become. The end on the side of the gap 58b is a sloped slope portion,
A drain port 59 for collecting the liquefied substance on the upper surface of the refrigerant layer 58 and sending the liquefied substance to the tank 56 arranged below is provided at the other end (the sloped portion).

【0068】触媒層61は、1枚の平板状の触媒61a
の下面に平板状のヒータ61bを貼付したものとなって
いる。なお、触媒層61は、所定の角度に傾斜した状態
で装置内に取り付けられている。そして、各触媒層61
の一端と装置の内壁との間には、上下方向に気体や液体
が通過可能な通過部となる隙間部61dが設けられてい
る。このため、主ヒータ57で気化し冷却層58で液化
されなかった気体状の水素発生体または水素貯蔵体や、
脱水素反応や水素付加反応時における水素等が、この隙
間61dを通過することとなる。
The catalyst layer 61 is a flat plate-shaped catalyst 61a.
A flat-plate heater 61b is attached to the lower surface of the. The catalyst layer 61 is attached inside the apparatus in a state of being inclined at a predetermined angle. Then, each catalyst layer 61
Between one end of the device and the inner wall of the device, there is provided a gap 61d serving as a passage through which a gas or a liquid can pass in the vertical direction. Therefore, a gaseous hydrogen generator or hydrogen storage which is vaporized by the main heater 57 and not liquefied by the cooling layer 58,
Hydrogen or the like during the dehydrogenation reaction or the hydrogen addition reaction will pass through the gap 61d.

【0069】なお、各冷却層58および各触媒層61
は、それぞれ傾斜させた状態で水素発生・貯蔵装置54
内に取り付けられている。そのため、冷却層58で液化
して上方から落下してきた液状の水素発生体または水素
貯蔵体が、各冷却層58および各触媒層61の上面で液
溜まりを起こさずに、傾斜に沿ってスムーズに落下する
ようになっている。しかも、冷媒層58の傾斜面の坂下
部分には、ドレン口59が形成されているため、冷媒層
58の傾斜に沿って下降していった液体はスムーズにタ
ンク56へ送られることとなる。このため、水素の付加
によって水素発生体となって落下してくる物質の貯蔵効
率および脱水素反応によって水素と分離して落下してく
る水素貯蔵体の貯蔵効率が高くなる。
Incidentally, each cooling layer 58 and each catalyst layer 61.
Are hydrogen generating / storing devices 54 in a tilted state.
It is installed inside. Therefore, the liquid hydrogen generating body or hydrogen storage body that has been liquefied in the cooling layer 58 and dropped from above does not cause liquid pools on the upper surfaces of the cooling layers 58 and the catalyst layers 61, and smoothly flows along the slope. It is designed to fall. Moreover, since the drain port 59 is formed in the sloped portion of the inclined surface of the refrigerant layer 58, the liquid descending along the inclination of the refrigerant layer 58 is smoothly sent to the tank 56. For this reason, the storage efficiency of the substance that drops as a hydrogen generator due to the addition of hydrogen and the storage efficiency of the hydrogen store that separates and falls from hydrogen by the dehydrogenation reaction increase.

【0070】また、水素発生・貯蔵装置54は、当該装
置54内に水素を投入するための投入口54aと、当該
装置54内で発生した水素を外部に供給するための排出
口54bを有している。排出口54bには、水素発生体
または水素貯蔵体が当該排出口54bから外部へ排出さ
れるのを防止するための活性炭フィルター54cが取り
付けられている。
Further, the hydrogen generating / storing device 54 has a charging port 54a for charging hydrogen into the device 54 and a discharging port 54b for supplying hydrogen generated in the device 54 to the outside. ing. The discharge port 54b is provided with an activated carbon filter 54c for preventing the hydrogen generator or the hydrogen storage body from being discharged to the outside from the discharge port 54b.

【0071】上述したように、触媒層61および冷却層
58を傾斜させて装置内に取り付けることにより、各触
媒層61および各冷却層58の上面に液溜まりが発生し
十分な水素反応ができないという現象を防止できる。す
なわち、反応前の物質を確実に各触媒層61に落下させ
て水素反応させることができると共に、水素反応後の物
質をスムーズに落下させてタンク56により確実に貯蔵
することができる。
As described above, by tilting the catalyst layer 61 and the cooling layer 58 and mounting them in the apparatus, a liquid pool is generated on the upper surface of each catalyst layer 61 and each cooling layer 58, and a sufficient hydrogen reaction cannot be performed. The phenomenon can be prevented. That is, the substance before the reaction can be surely dropped into each catalyst layer 61 for hydrogen reaction, and the substance after the hydrogen reaction can be smoothly dropped and stored in the tank 56 without fail.

【0072】次に、本発明の第4の実施の形態の水素発
生・貯蔵装置の構造について、図5から図7を用いて説
明する。なお、以下に説明する水素発生・貯蔵装置は、
上述した第1、第2および第3の各実施の形態の水素発
生・貯蔵装置と機能的には同様のものであり、図2に示
したシステムの一部として組み込むことが可能な装置と
なっている。
Next, the structure of the hydrogen generating / storing device according to the fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In addition, the hydrogen generation and storage device described below,
The hydrogen generation / storage device of the first, second, and third embodiments described above is functionally similar to the hydrogen generation / storage device, and can be incorporated as a part of the system shown in FIG. ing.

【0073】図5に示した本発明の第4の実施の形態の
水素発生・貯蔵装置74は、水素発生体または水素貯蔵
体を貯蔵する貯蔵部となるタンク76と、このタンク7
6内の水素発生体または水素貯蔵体を加熱し気化させる
ための主ヒータ77と、気化され上昇する水素発生体ま
たは水素貯蔵体を冷却し液化させて落下させるための冷
却層78と、冷却層78に冷媒となる冷水を循環させる
循環ポンプシステム80と、冷却層78から落下してき
た水素発生体または水素貯蔵体を脱水素反応または水素
付加反応させるための触媒層81を有している。冷却層
78と触媒層81とは、タンク76側から上方に向かっ
て触媒層81、冷却層78、触媒層81、冷却層78・
・の順に交互に配置されている。
The hydrogen generating / storing device 74 according to the fourth embodiment of the present invention shown in FIG. 5 includes a tank 76 which serves as a hydrogen generator or a storage unit for storing the hydrogen storing body, and the tank 76.
6, a main heater 77 for heating and vaporizing the hydrogen generator or hydrogen store in 6, a cooling layer 78 for cooling, liquefying and dropping the vaporized and rising hydrogen generator or hydrogen store, and a cooling layer A circulation pump system 80 that circulates cold water serving as a refrigerant in 78, and a catalyst layer 81 for performing a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction of a hydrogen generator or a hydrogen storage body that has dropped from the cooling layer 78. The cooling layer 78 and the catalyst layer 81 are the catalyst layer 81, the cooling layer 78, the catalyst layer 81, and the cooling layer 78.
・ Alternatively arranged in the order of.

【0074】図6は、各冷却層78を示した斜視図であ
る。冷却層78は、上下方向に所定高さを備えた略円柱
形状の中空部材で構成されている。冷却層78の内部に
は、冷媒となる冷水が、循環ポンプシステム80の作用
により循環するようになっている。そして、この冷却層
78には、上下方向に挿通される筒状の挿通孔78aが
複数形成されている。これらの挿通孔78aは、上下方
向に気体や液体を通過させるための通過部である。この
ため、主ヒータ77の加熱により気化し冷却層78で液
化されなかった気体状の水素発生体または水素貯蔵体
や、脱水素反応や水素付加反応時における水素等が、こ
の挿通孔78aを通過することとなる。
FIG. 6 is a perspective view showing each cooling layer 78. The cooling layer 78 is composed of a hollow member having a substantially columnar shape and having a predetermined height in the vertical direction. Cooling water serving as a refrigerant is circulated inside the cooling layer 78 by the action of the circulation pump system 80. The cooling layer 78 is formed with a plurality of cylindrical insertion holes 78a that are vertically inserted. These insertion holes 78a are passage portions for passing gas or liquid in the vertical direction. Therefore, a gaseous hydrogen generator or hydrogen storage that has been vaporized by the heating of the main heater 77 and not liquefied in the cooling layer 78, hydrogen during a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction, passes through the insertion hole 78a. Will be done.

【0075】図7は、各触媒層81を示した斜視図であ
る。この触媒層81は、ハニカム構造を有している。す
なわち、触媒層81は、複数の6角柱状の筒形状の触媒
材からなる触媒81aを、隣接する各触媒81aの外周
面同士をつき合わせるようにして円柱状に束ねたものと
なっている。筒形状の各触媒81aの内側の空間は、上
下方向に気体や液体を通過させるための通過部である。
主ヒータ77の加熱により気化し冷却層78で液化され
なかった気体状の水素発生体または水素貯蔵体や、脱水
素反応や水素付加反応時における水素等が、これらの6
角柱状の各触媒81aの内側の孔を通過することとな
る。なお、当該触媒層81は、ヒータによって加熱する
ことにより、水素反応を起こすものとなっている。その
加熱方法は、以下のように、種々考えられる。
FIG. 7 is a perspective view showing each catalyst layer 81. The catalyst layer 81 has a honeycomb structure. That is, the catalyst layer 81 is formed by bundling a plurality of catalysts 81a made of a hexagonal columnar tubular catalyst material in a cylindrical shape such that the outer peripheral surfaces of the adjacent catalysts 81a are brought into contact with each other. The space inside each cylindrical catalyst 81a is a passage portion for passing gas or liquid in the vertical direction.
The gaseous hydrogen generator or hydrogen storage that has been vaporized by the heating of the main heater 77 and has not been liquefied in the cooling layer 78, hydrogen in the dehydrogenation reaction or hydrogen addition reaction, etc.
It will pass through the hole inside each prism-shaped catalyst 81a. The catalyst layer 81 causes a hydrogen reaction by being heated by a heater. Various heating methods can be considered as follows.

【0076】例えば、円柱状に束ねられた形状の外周部
分、すなわち触媒層81の外周に平板状のヒータを取り
付け、触媒層81の外周から円柱の内部を加熱するよう
にしても良い。また、例えば、各触媒81aの隣り合わ
た隙間の部分に、棒状もしくは面状ヒータをそれぞれ配
置し、これらのヒータによって各触媒81aを加熱する
ようにしても良い。
For example, a flat-plate heater may be attached to the outer peripheral portion of the columnar shape, that is, the outer periphery of the catalyst layer 81 to heat the inside of the cylinder from the outer periphery of the catalyst layer 81. Further, for example, rod-shaped or planar heaters may be arranged in the gaps between the catalysts 81a adjacent to each other, and the catalysts 81a may be heated by these heaters.

【0077】また、例えば、円柱状に束ねられた形状の
外周部分(触媒層81の外周部分)および円柱上に束ね
られた形状の中心部分(触媒層81の中心部分)にそれ
ぞれヒータを備え、各触媒81aを触媒層81の外側お
よび中心側の両方から加熱するようにしても良い。ま
た、例えば、6角柱状の筒形状の各触媒81aの外側に
それぞれヒータを直接巻き付けて加熱したり、筒状の各
触媒81aの内側にヒータを配置して加熱するようにし
ても良い。
Further, for example, heaters are provided at the outer peripheral portion (outer peripheral portion of the catalyst layer 81) and the central portion (central portion of the catalyst layer 81), respectively, which are bundled into a cylindrical shape, You may make it heat each catalyst 81a from both the outer side and the center side of the catalyst layer 81. Further, for example, a heater may be directly wound around each of the hexagonal cylindrical tubular catalysts 81a for heating, or a heater may be arranged inside each of the tubular catalysts 81a for heating.

【0078】また、水素発生・貯蔵装置74は、当該装
置74内に水素を投入するための投入口74aと、当該
水素発生・貯蔵装置74内で発生した水素を外部に供給
するための排出口74bを有している。排出口74bに
は、水素発生体または水素貯蔵体が当該排出口74bか
ら外部へ排出されるのを防止するための活性炭フィルタ
ー74cが取り付けられている。
The hydrogen generating / storing device 74 has an inlet 74a for supplying hydrogen into the device 74 and an outlet for supplying hydrogen generated in the hydrogen generating / storing device 74 to the outside. It has 74b. The discharge port 74b is provided with an activated carbon filter 74c for preventing the hydrogen generator or the hydrogen storage body from being discharged to the outside from the discharge port 74b.

【0079】上述したように、触媒層81および冷却層
78を上下方向において交互に配置することにより、水
素反応前の物質を確実に各触媒層81に落下させて水素
反応させることができると共に、水素反応後の物質をス
ムーズに落下させてタンク76により確実に貯蔵するこ
とができる。
As described above, by arranging the catalyst layers 81 and the cooling layers 78 alternately in the vertical direction, it is possible to surely drop the substance before the hydrogen reaction into each catalyst layer 81 to cause the hydrogen reaction. The substance after the hydrogen reaction can be dropped smoothly and can be reliably stored in the tank 76.

【0080】次に、本発明の第5の実施の形態の水素発
生・貯蔵装置の構造について、図8を用いて説明する。
なお、以下に説明する水素発生・貯蔵装置は、上述した
第1〜4の各実施の形態の水素発生・貯蔵装置と機能的
には同様のものであり、図2に示したシステムの一部と
して組み込むことが可能な装置となっている。しかし、
この第5の実施の形態は、上述した第1〜第4の実施の
形態とは、触媒層と冷却層とを上下方向において交互に
配置することは共通しているが、他の部分の構成は異な
る。そのため、異なる部分に関して、詳細に説明する。
Next, the structure of the hydrogen generating / storing device according to the fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
The hydrogen generating / storing device described below is functionally the same as the hydrogen generating / storing device of each of the first to fourth embodiments described above, and a part of the system shown in FIG. It is a device that can be incorporated as. But,
The fifth embodiment is common to the above-described first to fourth embodiments in that the catalyst layers and the cooling layers are alternately arranged in the vertical direction, but the configuration of the other parts. Is different. Therefore, different parts will be described in detail.

【0081】図8に示すように、第5の実施の形態の水
素発生・貯蔵装置100は、水素反応装置101と、こ
の水素反応装置101へ水素発生体または水素貯蔵体を
供給するための反応物質供給装置110から構成されて
いる。
As shown in FIG. 8, the hydrogen generating / storing apparatus 100 of the fifth embodiment has a hydrogen reactor 101 and a reaction for supplying a hydrogen generator or a hydrogen store to the hydrogen reactor 101. It is composed of a substance supply device 110.

【0082】水素反応装置101は、当該水素反応装置
101内で水素反応をさせた後の物質(ベンゼン等もし
くはシクロヘキサン等)を貯蔵するための貯蔵タンク1
02と、上下方向において交互に配置された冷却層10
3および触媒層104と、反応物質供給装置110から
送られてきた水素発生体または水素貯蔵体を触媒層10
4に噴射させるための噴射ノズル105を備えている。
噴射ノズル105の吹き出し口は、最上段の冷却層10
3とその下部に配置される触媒層104との間の空間部
105aに配置されている。また、この水素反応装置1
01は、水素付加反応させる際に水素を装置内部に供給
するための投入口106と、装置内部で脱水素反応させ
て水素を発生させた場合にその水素を外部へ供給するた
めの排出口107とを有している。なお、排出口107
には、活性炭フィルター108が設けられている。
The hydrogen reactor 101 is a storage tank 1 for storing a substance (such as benzene or cyclohexane) after the hydrogen reaction in the hydrogen reactor 101.
02 and cooling layers 10 alternately arranged in the vertical direction.
3 and the catalyst layer 104, and the hydrogen generator or hydrogen storage body sent from the reactant supply device 110.
4 is equipped with a spray nozzle 105 for spraying.
The outlet of the injection nozzle 105 is the uppermost cooling layer 10
3 and the catalyst layer 104 arranged below the space 3a. Also, this hydrogen reactor 1
01 is an inlet 106 for supplying hydrogen to the inside of the apparatus during a hydrogen addition reaction, and an outlet 107 for supplying the hydrogen to the outside when hydrogen is generated by a dehydrogenation reaction inside the apparatus. And have. The outlet 107
Is provided with an activated carbon filter 108.

【0083】反応物質供給装置110は、水素反応装置
101に供給される水素発生体または水素貯蔵体が貯蔵
された貯蔵タンク111と、貯蔵タンク111内の水素
発生体または水素貯蔵体を吸い上げるポンプ112と、
吸い上げた水素発生体または水素貯蔵体を加圧するチャ
ンバー113と、チャンバー113と水素反応装置10
1の噴射ノズル105との間に設けられたバルブ114
から構成されている。
The reactant supply device 110 includes a storage tank 111 in which a hydrogen generator or a hydrogen store to be supplied to the hydrogen reactor 101 is stored, and a pump 112 for sucking up the hydrogen generator or the hydrogen store in the storage tank 111. When,
Chamber 113 for pressurizing the sucked up hydrogen generator or hydrogen storage, chamber 113 and hydrogen reactor 10
No. 1 valve 114 provided between the injection nozzle 105 and
It consists of

【0084】以下に、上述の第5の実施の形態の水素発
生・貯蔵装置100によって、水素を発生させる場合の
動作例について説明する。
Below, an explanation will be given of an operation example in the case where hydrogen is generated by the hydrogen generating / storing apparatus 100 of the fifth embodiment described above.

【0085】まず、投入口106を図示しないバルブに
よって閉じる。貯蔵タンク111には、シクロヘキサン
やデカリンなどのケミカルハイドライドで構成された水
素発生体が入っているので、この水素発生体を、ポンプ
112によって吸い上げ、チャンバー113で加圧す
る。次に、バルブ114を開くことにより、水素反応装
置101の噴射ノズル105から水素発生体が当該水素
反応装置101内に噴霧される。これにより、噴霧され
た水素発生体が触媒層104の触媒に触れ、脱水素反応
が起こる。なお、触媒は、上述の各実施の形態と同様、
250℃から400℃の間くらいで、一定温度に制御さ
れている。
First, the charging port 106 is closed by a valve (not shown). Since the storage tank 111 contains a hydrogen generator composed of chemical hydride such as cyclohexane or decalin, the hydrogen generator is sucked up by the pump 112 and pressurized in the chamber 113. Next, by opening the valve 114, the hydrogen generator is sprayed into the hydrogen reaction device 101 from the injection nozzle 105 of the hydrogen reaction device 101. As a result, the atomized hydrogen generator comes into contact with the catalyst in the catalyst layer 104 to cause a dehydrogenation reaction. The catalyst is the same as in the above-described embodiments.
The temperature is controlled to be constant between 250 ° C and 400 ° C.

【0086】このように加熱されている触媒にかけられ
た、シクロヘキサンやデカリンは、シクロヘキサンの場
合はベンゼンと水素、デカリンの場合はナフタレンと水
素となる。すなわち、水素発生体は、水素を発生させな
がら、水素貯蔵体である芳香族化合物となる。ベンゼン
やナフタレンなどの芳香族化合物は、多段の冷却層10
3のいずれかで冷却されて液化され、水素反応装置10
1の貯蔵タンク102に貯蔵される。一方、水素は、排
出口107から排出される。
Cyclohexane or decalin thus applied to the heated catalyst becomes benzene and hydrogen in the case of cyclohexane and naphthalene and hydrogen in the case of decalin. That is, the hydrogen generator becomes an aromatic compound that is a hydrogen storage body while generating hydrogen. Aromatic compounds such as benzene and naphthalene are used in the multi-stage cooling layer 10
The hydrogen reactor 10 is cooled and liquefied by any one of 3
It is stored in one storage tank 102. On the other hand, hydrogen is discharged from the discharge port 107.

【0087】次に、上述の第5の実施の形態の水素発生
・貯蔵装置100によって、水素を貯蔵する場合の動作
例について説明する。
Next, an example of operation when hydrogen is stored by the hydrogen generating / storing device 100 of the fifth embodiment will be described.

【0088】まず、排出口107を図示しないバルブに
よって閉じる一方、投入口106を図示しないバルブを
動作させて開ける。貯蔵タンク111には、ベンゼンや
ナフタレンなどの芳香族化合物で構成された水素貯蔵体
が入っているので、この水素貯蔵体を、ポンプ112に
よって吸い上げ、チャンバー113で加圧する。次に、
バルブ114を開くことにより、水素反応装置101の
噴射ノズル105から水素貯蔵体が当該水素反応装置1
01内に噴霧される。これに加え、投入口106から水
素が投入される。これにより、噴霧された水素貯蔵体が
触媒層104の触媒に触れ、水素付加反応(発熱反応)
が起こる。なお、触媒は、上述の各実施の形態と同様、
250℃から400℃の間くらいで、一定温度に制御さ
れている。
First, the outlet 107 is closed by a valve (not shown), while the inlet 106 is opened by operating a valve (not shown). Since the storage tank 111 contains a hydrogen storage material composed of an aromatic compound such as benzene or naphthalene, the hydrogen storage material is sucked up by the pump 112 and pressurized in the chamber 113. next,
By opening the valve 114, the hydrogen storage device is moved from the injection nozzle 105 of the hydrogen reactor 101 to the hydrogen reactor 1 concerned.
Sprayed in 01. In addition to this, hydrogen is introduced from the inlet 106. As a result, the sprayed hydrogen storage material comes into contact with the catalyst in the catalyst layer 104, and the hydrogen addition reaction (exothermic reaction) occurs.
Happens. The catalyst is the same as in the above-described embodiments.
The temperature is controlled to be constant between 250 ° C and 400 ° C.

【0089】このように加熱されている触媒にかかっ
た、ベンゼンやナフタレンは、水素との反応により、ベ
ンゼンと水素の場合はシクロヘキサンに、ナフタレンと
水素の場合はデカリンになる。すなわち、水素貯蔵体
は、水素付加反応により、シクロヘキサンやデカリンな
どのケミカルハイドライドで構成された水素発生体にな
る。この水素発生体は、多段の冷却層103のいずれか
で冷却されて液化され、水素反応装置101の貯蔵タン
ク102に貯蔵される。
By the reaction with hydrogen, benzene and naphthalene which are applied to the catalyst thus heated become cyclohexane in the case of benzene and hydrogen, and decalin in the case of naphthalene and hydrogen. In other words, the hydrogen storage body becomes a hydrogen generator composed of chemical hydride such as cyclohexane or decalin by the hydrogen addition reaction. This hydrogen generator is liquefied by being cooled in any of the multiple cooling layers 103, and stored in the storage tank 102 of the hydrogen reactor 101.

【0090】上述した各実施の形態においては、触媒層
と冷媒層とが分離されているが、触媒層と冷却層とを一
体化した構成にすることもできる。図9は、その一例を
示した模式図である。なお、図9は、水素発生・貯蔵装
置内に取り付けられた触媒層および冷媒層を表裏一体と
した水素反応層120のみを示した図となっている。他
の部位に関しては、上述の第1〜4の実施の形態と同じ
構成であるため、説明を省略する。
In each of the above-described embodiments, the catalyst layer and the refrigerant layer are separated, but the catalyst layer and the cooling layer may be integrated. FIG. 9 is a schematic diagram showing an example thereof. Note that FIG. 9 is a diagram showing only the hydrogen reaction layer 120 in which the catalyst layer and the refrigerant layer mounted inside the hydrogen generation / storage device are integrated into the front and back. The other parts have the same configurations as those of the first to fourth embodiments described above, and thus the description thereof will be omitted.

【0091】水素反応層120は、吸熱用セラミック基
板121aと、放熱用セラミック基板121bと、両セ
ラミック基板121a,121bに挟持されたp形およ
びn形の半導体121cとからなるペルチェ素子121
と、ペルチェ素子121の放熱用セラミック基板121
b側に配置された熱伝導効率の良い金属部材(例えば、
ステンまたはアルミ板等)122と、この金属部材12
2の上面に貼付された触媒123から構成される。そし
て、このように構成された水素反応層120は、水素発
生・貯蔵装置内に上下方向において所定間隔あけて複数
取り付けられている。
The hydrogen reaction layer 120 includes a Peltier element 121 composed of a heat-absorbing ceramic substrate 121a, a heat-dissipating ceramic substrate 121b, and p-type and n-type semiconductors 121c sandwiched between the two ceramic substrates 121a and 121b.
And the ceramic substrate 121 for heat dissipation of the Peltier element 121
A metal member arranged on the b side with good heat conduction efficiency (for example,
(Stainless steel or aluminum plate) 122 and this metal member 12
2 is composed of a catalyst 123 attached to the upper surface. A plurality of hydrogen reaction layers 120 having such a configuration are attached in the hydrogen generation / storage device at predetermined intervals in the vertical direction.

【0092】ペルチェ素子121は、一側の面で冷却し
他側の面では加熱することができるものである。すなわ
ち、吸熱用セラミック基板121aは、水素発生・貯蔵
装置のタンクで加熱され気化した水素発生体または水素
貯蔵体を冷却し液化するものとなっている。また、半導
体121cを挟んで吸熱用セラミック基板121aが取
り付けられた面とは裏側となる面に取り付けられた放熱
用セラミック基板121bは、触媒123を加熱するた
めのヒータの役割を担っている。
The Peltier element 121 can be cooled on one surface and heated on the other surface. That is, the endothermic ceramic substrate 121a is for cooling and liquefying the hydrogen generating body or the hydrogen storing body which is heated and vaporized in the tank of the hydrogen generating / storing device. Further, the heat-dissipating ceramic substrate 121b, which is attached to the surface opposite to the surface on which the heat-absorbing ceramic substrate 121a is attached with the semiconductor 121c interposed therebetween, plays the role of a heater for heating the catalyst 123.

【0093】このように、ペルチェ素子121は、上述
の各実施の形態における冷媒層と、触媒層に備えられた
ヒータとを表裏一体で備えたものとなる。加えて、この
ヒータとなる放熱用セラミック基板121bに熱伝導性
の良い金属部材122を挟んで触媒123を配置するこ
とにより、触媒123が加熱されることとなる。この構
成により、全体として触媒層と冷却層とを表裏一体に構
成することができる。なお、この図9の例では、金属部
材122の上面に直接触媒123を貼り付けたが、金属
部材122と触媒123との間に、触媒123の温度を
さらに上げるためにヒータを取り付けるようにしても良
い。
As described above, the Peltier element 121 is integrally provided with the refrigerant layer in each of the above-described embodiments and the heater provided in the catalyst layer on the front and back sides. In addition, the catalyst 123 is heated by arranging the catalyst 123 on the heat dissipation ceramic substrate 121b, which serves as a heater, with the metal member 122 having good heat conductivity interposed therebetween. With this configuration, the catalyst layer and the cooling layer can be integrally formed on the front and back sides as a whole. In the example of FIG. 9, the catalyst 123 is directly attached to the upper surface of the metal member 122, but a heater is attached between the metal member 122 and the catalyst 123 to further raise the temperature of the catalyst 123. Is also good.

【0094】また、図9の変形例として、図10に示す
ように、ペルチェ素子を利用せずに触媒層と冷却層とを
表裏一体とした構成の水素反応層としても良い。すなわ
ち、図10に示す水素反応層130は、冷却管で構成さ
れた冷却層131と触媒層132との間に、冷却層13
1側から熱絶縁剤で構成された絶縁層133、触媒13
2を加熱するためのヒータ134およびヒータ134の
熱を触媒層132に伝えるための熱導電効率の良い金属
部材135から構成されている。なお、絶縁層133
は、触媒132を加熱するための熱を冷却層131側へ
伝達しないようにするためのものである。この構成によ
り、ペルチェ素子121を用いずに、触媒層132と冷
却層131とを表裏一体に構成することが可能となる。
As a modification of FIG. 9, as shown in FIG. 10, a hydrogen reaction layer may be used in which the catalyst layer and the cooling layer are integrated into the front and back without using the Peltier element. That is, in the hydrogen reaction layer 130 shown in FIG. 10, the cooling layer 13 is formed between the cooling layer 131 and the catalyst layer 132 each including a cooling pipe.
Insulating layer 133 composed of a heat insulating agent from one side, catalyst 13
It is composed of a heater 134 for heating 2 and a metal member 135 with high thermal conductivity efficiency for transmitting heat of the heater 134 to the catalyst layer 132. Note that the insulating layer 133
Is for preventing the heat for heating the catalyst 132 from being transferred to the cooling layer 131 side. With this configuration, the catalyst layer 132 and the cooling layer 131 can be integrally formed on the front and back sides without using the Peltier element 121.

【0095】次に、上述した第1の実施の形態の水素発
生・貯蔵装置14の各種制御を行う制御部について説明
する。なお、第2〜第4の実施の形態の水素発生・貯蔵
装置も同様に以下に説明する各種制御を行うことができ
る。
Next, a control unit for performing various controls of the hydrogen generation / storage device 14 of the first embodiment described above will be described. The hydrogen generating / storing devices of the second to fourth embodiments can also perform various controls described below.

【0096】図11に示すように、制御部160は、主
に、制御パネル161と、CRTモニタ162と、キー
ボードおよびマウス等の操作部163と、パソコン本体
164と、PCI拡張ユニット165とを備えている。
As shown in FIG. 11, the control unit 160 mainly includes a control panel 161, a CRT monitor 162, an operating unit 163 such as a keyboard and a mouse, a personal computer main body 164, and a PCI expansion unit 165. ing.

【0097】制御パネル161には、100V電源の電
源スイッチ170と、ポンプ用の200V電源の電源ス
イッチ171と、外部に排出する水素の流量を計測する
流量計172と、外部から取り込む水素の流量を計測す
る流量計173と、タンク16の温度を制御する温度調
節器174と、ブザーによる警報部181と、運転スイ
ッチ182と、運転状態を表示する状態表示灯183と
が備えられている。
The control panel 161 includes a power switch 170 for a 100V power source, a power switch 171 for a 200V power source for a pump, a flow meter 172 for measuring the flow rate of hydrogen discharged to the outside, and a flow rate of hydrogen taken in from the outside. A flow meter 173 for measurement, a temperature controller 174 for controlling the temperature of the tank 16, an alarm unit 181, a buzzer, an operation switch 182, and a status indicator lamp 183 for displaying an operation status are provided.

【0098】制御部160では、触媒21aの温度、タ
ンク16内の温度、主ヒータ17の表面の温度、各原料
の温度、冷却層18の入口および出口の各温度、投入さ
れる水素の温度の各制御が行なわれる。また、制御部1
60では、発生した水素の流量、装置内に投入される水
素の流量が計測される。
In the control unit 160, the temperature of the catalyst 21a, the temperature in the tank 16, the temperature of the surface of the main heater 17, the temperature of each raw material, the temperatures of the inlet and the outlet of the cooling layer 18, and the temperature of the charged hydrogen are controlled. Each control is performed. In addition, the control unit 1
At 60, the flow rate of generated hydrogen and the flow rate of hydrogen introduced into the apparatus are measured.

【0099】また、制御部160では、冷却後の水素
圧、装置内に投入される水素の圧力が検知される。さら
に、タンク16の液面の上限と下限を設定でき、上限と
下限の間に液面がない場合には、これを知らせる機構も
備えられている。
Further, the control unit 160 detects the hydrogen pressure after cooling and the pressure of hydrogen introduced into the apparatus. Further, a mechanism is provided which can set an upper limit and a lower limit of the liquid level of the tank 16 and informs the liquid level when there is no liquid level between the upper limit and the lower limit.

【0100】パソコン本体164は、タンク16等の各
種構成部における温度や圧力等の設定と制御を行う部分
であると同時に、インストールされているガスクロマト
グラフィの解析ソフトによって、水素の分析もできる。
The personal computer main body 164 is a portion for setting and controlling temperature, pressure and the like in various components such as the tank 16, and at the same time, can analyze hydrogen by the installed analysis software of gas chromatography.

【0101】次に、水素発生・貯蔵装置14の運転前
に、ラボスケールの装置で運転条件を把握した結果につ
いて説明する。
Next, the result of grasping the operating conditions with a lab-scale device before the operation of the hydrogen generation / storage device 14 will be described.

【0102】図12は、シクロヘキサンの脱水素反応の
反応温度依存性を調べた結果を示すグラフである。横軸
は反応温度で、縦軸は毎分の水素発生量である。図12
に示すように、反応温度が523K(=250℃)の時
に、水素発生量が最も多いことがわかる。また、反応温
度が高すぎると、水素発生量が減少している。これは、
原料の揮発分が多くなり、触媒21aの表面での原料の
液膜が形成されにくくなるからであると考えられる。
FIG. 12 is a graph showing the results of examining the reaction temperature dependence of the dehydrogenation reaction of cyclohexane. The horizontal axis is the reaction temperature, and the vertical axis is the hydrogen generation rate per minute. 12
As shown in, the hydrogen generation amount is the largest when the reaction temperature is 523 K (= 250 ° C.). Moreover, when the reaction temperature is too high, the amount of hydrogen generated decreases. this is,
It is considered that this is because the volatile content of the raw material increases and it becomes difficult to form a liquid film of the raw material on the surface of the catalyst 21a.

【0103】図13は、シクロヘキサンの脱水素反応の
基質量依存性を調べた結果を示すグラフである。横軸は
基質量で、縦軸は毎分の水素発生量である。ここで、基
質量とは、シクロヘキサンの供給量のことである。触媒
21aには0.5gの白金を用いた。また、反応温度は
523Kとした。
FIG. 13 is a graph showing the results of examining the group mass dependence of the dehydrogenation reaction of cyclohexane. The horizontal axis is the basic mass, and the vertical axis is the hydrogen generation amount per minute. Here, the base mass is the supply amount of cyclohexane. 0.5 g of platinum was used for the catalyst 21a. The reaction temperature was 523K.

【0104】図13に示すように、シクロヘキサンの供
給量が1.7mlの時に、水素発生量が最も多いことが
わかる。シクロヘキサンの供給量が増えると、水素発生
量が減少するのは、触媒21aに必要以上のシクロヘキ
サンがかかり、触媒表面に適度な液膜を形成できなかっ
たためと考えられる。
As shown in FIG. 13, it is understood that the hydrogen generation amount is the largest when the cyclohexane supply amount is 1.7 ml. It is considered that the reason why the hydrogen generation amount decreases when the supply amount of cyclohexane increases is that the catalyst 21a was applied with more cyclohexane than necessary and an appropriate liquid film could not be formed on the catalyst surface.

【0105】以上は、シクロヘキサンの脱水素反応条件
を調べるために行った実験結果であるが、シクロヘキサ
ン以外にもデカリン等のケミカルハイドライドを使うこ
ともできる。次に、デカリンを使ったラボスケールでの
実験結果について説明する。
The above is the result of the experiment conducted for investigating the dehydrogenation reaction condition of cyclohexane, but chemical hydride such as decalin can be used in addition to cyclohexane. Next, the lab-scale experimental results using decalin will be described.

【0106】図14は、デカリンの脱水素反応によりナ
フタレンと水素が生成し、逆にナフタレンの水素付加反
応によりデカリンが生成するという可逆反応式を示す図
である。デカリンを用いた場合にも、シクロヘキサンを
用いた場合と同様に、炭素骨格を壊すことなく、水素の
みを生成できる。したがって、デカリンは、二酸化炭素
の放出に伴う地球温暖化を防止できるクリーンなエネル
ギー源となり得る。
FIG. 14 is a diagram showing a reversible reaction formula in which naphthalene and hydrogen are produced by the dehydrogenation reaction of decalin and conversely decalin is produced by the hydrogenation reaction of naphthalene. Even when decalin is used, only hydrogen can be generated without breaking the carbon skeleton, as in the case of using cyclohexane. Therefore, decalin can be a clean energy source that can prevent global warming associated with carbon dioxide emission.

【0107】図15は、デカリンの脱水素反応の基質量
依存性を調べた結果を示すグラフである。横軸は基質量
で、縦軸は毎分の水素発生量である。ここで、基質量と
は、デカリンの供給量のことである。触媒21aには
0.5gの白金を用いた。また、反応温度は523Kと
した。
FIG. 15 is a graph showing the results of examining the group mass dependence of decalin dehydrogenation reaction. The horizontal axis is the basic mass, and the vertical axis is the hydrogen generation amount per minute. Here, the base mass is the supply amount of decalin. 0.5 g of platinum was used for the catalyst 21a. The reaction temperature was 523K.

【0108】図15に示すように、デカリンの供給量が
1.4から1.75mlと多くなるにつれて、水素発生
量が少なくなることがわかる。デカリンの供給量が増え
ると水素発生量が減少するのは、触媒21aに必要以上
のデカリンがかかり、触媒表面に適度な液膜を形成でき
なかったためと考えられる。
As shown in FIG. 15, as the supply amount of decalin increases from 1.4 to 1.75 ml, the hydrogen generation amount decreases. It is considered that the reason why the hydrogen generation amount decreases when the supply amount of decalin increases is that the catalyst 21a was applied with more decalin than necessary and a proper liquid film could not be formed on the catalyst surface.

【0109】図16は、ケミカルハイドライドの種類を
変えて水素の発生量を比較した結果を示すグラフであ
る。図中、白抜きの三角は、デカリンのみを用いた場合
を示す。また、黒の菱形は、デカリンとメチルシクロヘ
キサンとの混液を用いた場合を、黒の四角は、デカリン
とシクロヘキサンとの混液を用いた場合を、それぞれ示
す。水素ガスの発生量は、時間毎に累積値で示してい
る。反応温度は573Kで、原料の供給量は、3種類と
も1.75ml/minとした。
FIG. 16 is a graph showing the results of comparing the amount of hydrogen generated by changing the type of chemical hydride. In the figure, open triangles indicate the case where only decalin was used. The black diamonds show the case of using a mixed solution of decalin and methylcyclohexane, and the black squares show the case of using a mixed solution of decalin and cyclohexane. The amount of hydrogen gas generated is shown as a cumulative value for each hour. The reaction temperature was 573 K, and the feed rates of the three raw materials were 1.75 ml / min.

【0110】この結果、デカリンのみを脱水素した場合
には、水素ガスの発生が極めて多くなることがわかっ
た。また、デカリンとメチルシクロヘキサンとの混液の
場合には、最も水素ガスの発生量が少ないことがわかっ
た。なお、デカリンの脱水素反応で生成するナフタレン
は、融点(約80℃)が高くて常温では使いづらい。こ
のため、デカリンよりも、シクロヘキサンを使用するの
が好ましい。
As a result, it was found that hydrogen gas was significantly generated when only decalin was dehydrogenated. It was also found that the hydrogen gas generation amount was the smallest in the case of a mixed liquid of decalin and methylcyclohexane. It should be noted that naphthalene produced by dehydrogenation of decalin has a high melting point (about 80 ° C.) and is difficult to use at room temperature. Therefore, it is preferable to use cyclohexane rather than decalin.

【0111】[0111]

【表1】 [Table 1]

【0112】表1は、各種ケミカルハイドライドを用い
た水素放出結果を示す表である。ケミカルハイドライド
としては、シクロヘキサンあるいはデカリンの他に、メ
チルシクロヘキサンも使用できる。また、その他の水素
を含む化合物として、メタノール、水素化リチウム、水
素化カルシウムも使用可能である。水素の発生量(=同
一重量の原料に対して発生する水素の重量)だけから判
断すると、水素化リチウム、デカリン、シクロヘキサン
が原料として優位性を持っている。
Table 1 is a table showing the hydrogen release results using various chemical hydrides. As the chemical hydride, methylcyclohexane can be used in addition to cyclohexane or decalin. In addition, as other compounds containing hydrogen, methanol, lithium hydride and calcium hydride can also be used. Judging only from the amount of hydrogen generation (= weight of hydrogen generated for the same weight of raw material), lithium hydride, decalin, and cyclohexane have superiority as raw materials.

【0113】しかし、水素放出後の原料の使いやすさの
面からいうと、ナフタレンを生成するデカリンは、シク
ロヘキサンよりも劣る。ナフタレンは常温で固体とな
り、80℃以上では液化せずに昇華してしまうからであ
る。また、水素化リチウムは、取り扱い上の危険性の面
で、シクロヘキサンに劣る。シクロヘキサンは、脱水素
反応後にベンゼンとなる。ベンゼンは沸点80.1℃で
あり、ほぼ同じ沸点を持つシクロヘキサンと同様に、使
いやすい原料である。したがって、水素放出量と安全を
含めた使用上の容易性の観点から、シクロヘキサンが最
適の原料である。
However, in terms of the ease of use of the raw material after hydrogen release, decalin which produces naphthalene is inferior to cyclohexane. This is because naphthalene becomes solid at room temperature and sublimates without liquefying at 80 ° C or higher. Further, lithium hydride is inferior to cyclohexane in terms of handling danger. Cyclohexane becomes benzene after the dehydrogenation reaction. Benzene has a boiling point of 80.1 ° C., which is an easy-to-use raw material like cyclohexane having almost the same boiling point. Therefore, cyclohexane is the most suitable raw material from the viewpoint of ease of use including hydrogen release and safety.

【0114】ただし、安全面での改善、使用条件の変更
を行えば、シクロヘキサン以外の原料も使用できる。例
えば、水素放出後に、キシレン、メシチレン、メチルナ
フタレン、アントラセン、ビフェニルまたはフェナスレ
ンとなるケミカルハイドライドが使用できる。
However, raw materials other than cyclohexane can be used by improving the safety and changing the use conditions. For example, a chemical hydride that becomes xylene, mesitylene, methylnaphthalene, anthracene, biphenyl, or phenathrene after releasing hydrogen can be used.

【0115】また、反応に用いる触媒の種類も検討し
た。具体的には、白金、4.5重量%タングステンを混
ぜた白金、1.9wt%ロジウムを混ぜた白金を検討し
た。この結果、4.5重量%タングステンを混ぜた白金
の触媒を用いた時に、水素発生量が最も多くなることが
わかった。
The type of catalyst used in the reaction was also examined. Specifically, platinum, platinum mixed with 4.5 wt% tungsten, and platinum mixed with 1.9 wt% rhodium were examined. As a result, it was found that the amount of hydrogen generated was maximum when a platinum catalyst containing 4.5 wt% tungsten was used.

【0116】なお、本発明は、上述の各実施の形態に限
定されない。以下のような種々変更した実施の形態を採
用しても良い。例えば、上述の実施の形態では、水素付
加反応と脱水素反応の両反応を含むシステムおよび装置
について説明したが、いずれか一方のみの反応を行う装
置やシステムを構成し、他方の反応を行う装置やシステ
ムは、別のシステムとして構成しても良い。なお、いず
れか一方を行う装置とする場合は、水素の投入口および
排出口のうち、上述したようにバルブで閉めておく不要
な方を設けなくても良い。すなわち、水素を発生させる
動作のみに使用する装置とする場合は、排出口を備え投
入口を備えないように構成し、水素を貯蔵する動作のみ
に使用する装置とする場合は、投入口を備え排出口を備
えないように構成しても良い。
The present invention is not limited to the above embodiments. The following various modified embodiments may be adopted. For example, in the above-described embodiment, the system and the apparatus including both the hydrogenation reaction and the dehydrogenation reaction have been described, but the apparatus and the system that perform only one of the reactions and the apparatus that performs the other reaction The system may be configured as another system. In the case of an apparatus that performs either one, it is not necessary to provide an unnecessary one of the hydrogen inlet and the hydrogen outlet that is closed by the valve as described above. That is, when the device is used only for the operation of generating hydrogen, it is configured so that the discharge port is provided and the input port is not provided, and when the device is used only for the operation of storing hydrogen, the input port is provided. The discharge port may not be provided.

【0117】また、上述の各実施の形態では、触媒部と
冷却部とを上下方向に交互に複数対配置しているが、1
対のみとしても良い。また、1つの触媒部に対して冷却
部を2層以上設けるようにしても良い。
Further, in each of the above-mentioned embodiments, a plurality of pairs of catalyst portions and cooling portions are arranged alternately in the vertical direction.
It may be a pair only. Further, two or more cooling sections may be provided for one catalyst section.

【0118】また、原料の選択によっては、原料のみを
加熱して、触媒を加熱しなくても良い。また、原料の加
熱も、水素供給体のみを加熱し、水素貯蔵体を加熱しな
くても良い。さらに、触媒のみを加熱して、原料を加熱
しなくても良い。また、原料の加熱に関して、水素貯蔵
体のみを加熱したり、水素供給体のみを加熱して上昇さ
せた後に冷却して液化し触媒へ触れさせるようにしても
良い。
Further, depending on the selection of the raw material, it is not necessary to heat the catalyst by heating only the raw material. Further, the raw material may be heated by heating only the hydrogen supply body and not by heating the hydrogen storage body. Further, it is not necessary to heat the raw material by heating only the catalyst. Further, regarding the heating of the raw material, only the hydrogen storage body may be heated, or only the hydrogen supply body may be heated and raised, and then cooled to be liquefied and brought into contact with the catalyst.

【0119】また、燃料電池以外の発電装置を採用して
も良い。例えば、水素を燃やして水を沸騰させ、タービ
ンを回転させて発電機の回転によって、電気をつくるよ
うにしても良い。さらに、従来の火力発電所や原子力発
電所等の電気供給システムと、この水素貯蔵・供給シス
テムとを併用しても良い。
Further, a power generator other than the fuel cell may be adopted. For example, hydrogen may be burned to boil water, and a turbine may be rotated to generate electricity by rotating a generator. Further, this hydrogen storage / supply system may be used in combination with an electric power supply system such as a conventional thermal power plant or nuclear power plant.

【0120】[0120]

【発明の効果】本発明によれば、水素付加反応あるいは
脱水素反応の反応効率を高めることができる。また、別
の本発明によれば、水素貯蔵体と水素供給体とを別の容
器を用意せずに同一の容器で回収できる。したがって、
水素付加反応および脱水素反応の双方が可能な装置をコ
ンパクトに構成することができる。
According to the present invention, the reaction efficiency of hydrogen addition reaction or dehydrogenation reaction can be increased. Further, according to another aspect of the present invention, the hydrogen storage body and the hydrogen supply body can be collected in the same container without preparing separate containers. Therefore,
An apparatus capable of performing both hydrogen addition reaction and dehydrogenation reaction can be compactly configured.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の水素発生・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
化合物の水素化反応と、その芳香族化合物の水素化反応
により生成した化合物(以後、ケミカルハイドライドと
いう)の脱水素反応とを利用して水素を貯蔵あるいは発
生させる流れを示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing a principle underlying a hydrogen storage / supply system using a hydrogen generation / storage device of the present invention, which is produced by a hydrogenation reaction of an aromatic compound and a hydrogenation reaction of the aromatic compound. It is a figure which shows the flow which stores or produces | generates hydrogen using the dehydrogenation reaction of a compound (henceforth chemical hydride).

【図2】本発明の第1の実施の形態の水素発生・貯蔵装
置を利用する水素貯蔵・供給システムを示す図で、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
給システムを示す図である。
FIG. 2 is a diagram showing a hydrogen storage / supply system using the hydrogen generation / storage device according to the first embodiment of the present invention, showing a hydrogen storage / supply system as an example of energy self-sustaining home private power generation. FIG.

【図3】本発明の第2の実施の形態の水素発生・貯蔵装
置を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing a hydrogen generation / storage device according to a second embodiment of the present invention.

【図4】本発明の第3の実施の形態の水素発生・貯蔵装
置を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a hydrogen generation / storage device according to a third embodiment of the present invention.

【図5】本発明の第4の実施の形態の水素発生・貯蔵装
置を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing a hydrogen generation / storage device according to a fourth embodiment of the present invention.

【図6】図5の水素発生・貯蔵装置の冷却層を示す斜視
図である。
FIG. 6 is a perspective view showing a cooling layer of the hydrogen generation / storage device of FIG.

【図7】図5の水素発生・貯蔵装置の触媒層を示す斜視
図である。
FIG. 7 is a perspective view showing a catalyst layer of the hydrogen generation / storage device of FIG.

【図8】本発明の第5の実施の形態の水素発生・貯蔵装
置を示す図である。
FIG. 8 is a diagram showing a hydrogen generation / storage device according to a fifth embodiment of the present invention.

【図9】本発明の第1から第4の実施の形態の変形例の
要部を示す図である。
FIG. 9 is a diagram showing a main part of a modified example of the first to fourth embodiments of the present invention.

【図10】本発明の第1から第4の実施の形態の他の変
形例の要部を示す図である。
FIG. 10 is a diagram showing a main part of another modification of the first to fourth embodiments of the present invention.

【図11】図2の水素発生・供給装置の各種制御を行う
制御部を示す図である。
11 is a diagram showing a control unit that performs various controls of the hydrogen generation / supply device of FIG.

【図12】本発明に用いられるシクロヘキサンの脱水素
反応の反応温度依存性を調べた結果を示すグラフであ
る。
FIG. 12 is a graph showing the results of examining the reaction temperature dependence of the dehydrogenation reaction of cyclohexane used in the present invention.

【図13】本発明に用いられるシクロヘキサンの脱水素
反応の基質量依存性を調べた結果を示すグラフである。
FIG. 13 is a graph showing the results of examining the group mass dependence of the dehydrogenation reaction of cyclohexane used in the present invention.

【図14】本発明に使用可能なデカリンの脱水素反応に
よりナフタレンと水素が生成し、逆にナフタレンの水素
付加反応によりデカリンが生成する反応式を示す図であ
る。
FIG. 14 is a diagram showing a reaction formula in which naphthalene and hydrogen are produced by a dehydrogenation reaction of decalin which can be used in the present invention, and conversely decalin is produced by a hydrogenation reaction of naphthalene.

【図15】本発明に使用可能なデカリンの脱水素反応の
基質量依存性を調べた結果を示すグラフである。
FIG. 15 is a graph showing the results of investigating the group mass dependence of the dehydrogenation reaction of decalin usable in the present invention.

【図16】本発明に使用可能なケミカルハイドライドの
種類を変えて水素の発生量を比較した結果を示すグラフ
である。
FIG. 16 is a graph showing the results of comparing the amount of hydrogen generated by changing the type of chemical hydride usable in the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

14 水素発生・貯蔵装置 14a 投入口 14b 排出口 16 タンク(貯蔵部) 17 主ヒータ 18 冷却層 18a 透孔(通過部) 20 ヒータ 21 触媒層 21a 触媒 21b ヒータ 21c 透孔(通過部) 34 水素発生・貯蔵装置 34a 投入口 34b 排出口 36 タンク(貯蔵部) 37 主ヒータ 38 冷却層 38a 冷却部 38b 隙間(通過部) 41 触媒層 41a 触媒 41b ヒータ 41c 触媒部 54 水素発生・貯蔵装置 54a 投入口 54b 排出口 56 タンク(貯蔵部) 57 主ヒータ 58 冷却層 58b 隙間(通過部) 61 触媒層 61a 触媒 61b ヒータ 61d 隙間(通過部) 74 水素発生・貯蔵装置 74a 投入口 74b 排出口 76 タンク(貯蔵部) 77 主ヒータ 78 冷却層 78a 挿通孔(通過部) 81 触媒層 81a 触媒 103 冷却層 104 触媒層 121 ペルチェ素子 123 触媒 14 Hydrogen generation / storage device 14a input port 14b outlet 16 tanks (storage section) 17 Main heater 18 cooling layer 18a Through hole (passing part) 20 heater 21 catalyst layer 21a catalyst 21b heater 21c Through hole (passing part) 34 Hydrogen generation / storage device 34a input port 34b outlet 36 tanks (storage) 37 Main heater 38 Cooling layer 38a cooling unit 38b Gap (passing part) 41 catalyst layer 41a catalyst 41b heater 41c catalyst part 54 Hydrogen generation / storage device 54a input port 54b outlet 56 tanks (storage) 57 Main heater 58 cooling layer 58b Gap (passing part) 61 catalyst layer 61a catalyst 61b heater 61d Gap (passing part) 74 Hydrogen generation / storage device 74a input port 74b outlet 76 tanks (storage) 77 Main heater 78 Cooling layer 78a insertion hole (passage part) 81 catalyst layer 81a catalyst 103 cooling layer 104 catalyst layer 121 Peltier element 123 catalyst

Claims (10)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素を放出して芳香族化合物に変化する
水素発生体と、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発生また
は貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、 上記水素発生体または上記水素貯蔵体を上記脱水素反応
または上記水素付加反応させるための触媒を備えた触媒
部と、気化した上記水素発生体または上記水素貯蔵体を
冷却し液化するための冷却部とを、交互に配置したこと
を特徴とする水素発生・貯蔵装置。
1. A dehydrogenation reaction or hydrogen between a hydrogen generator that releases hydrogen to be converted into an aromatic compound and a hydrogen storage material that reacts with the hydrogen to store the hydrogen and is composed of the aromatic compound. A hydrogen generating / storing device for generating or storing hydrogen by using an addition reaction, comprising a catalyst part for carrying out the dehydrogenation reaction or the hydrogen addition reaction of the hydrogen generator or the hydrogen storage body. And a cooling unit for cooling and liquefying the vaporized hydrogen generating body or the hydrogen storing body, which are alternately arranged.
【請求項2】 水素を放出して芳香族化合物に変化する
水素発生体と、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発生また
は貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、 水素反応前の上記水素発生体または上記水素貯蔵体を貯
蔵すると共に上記水素発生体を脱水素反応させた後の水
素貯蔵体または上記水素貯蔵体に水素付加反応させた後
の水素発生体を回収し貯蔵する貯蔵部と、この貯蔵部内
の上記水素発生体または上記水素貯蔵体を加熱し当該水
素発生体または水素貯蔵体を気化させる主ヒータと、気
化され上昇する上記水素発生体または上記水素貯蔵体を
冷却することにより液化させて落下させる冷却部と、こ
の冷却部から落下してきた上記水素発生体または上記水
素貯蔵体を上記脱水素反応または上記水素付加反応させ
るための触媒およびヒータを備えた触媒部と、上記脱水
素反応により発生した水素を排出する排出口と上記水素
付加反応をさせるための水素を投入する投入口の少なく
とも一方を備えたことを特徴とする水素発生・貯蔵装
置。
2. A dehydrogenation reaction or hydrogen between a hydrogen generator which releases hydrogen to be converted into an aromatic compound and a hydrogen store which is made of the aromatic compound and reacts with the hydrogen to store the hydrogen. A hydrogen generating / storing device for generating or storing hydrogen by using an addition reaction, wherein the hydrogen generating body or the hydrogen storing body before the hydrogen reaction is stored and the hydrogen generating body is dehydrogenated. Of hydrogen storage or a storage for collecting and storing the hydrogen generator after hydrogenation reaction to the hydrogen storage, and heating the hydrogen generator or the hydrogen storage in the storage, or the hydrogen generator or A main heater for vaporizing a hydrogen storage body, a cooling unit for liquefying and dropping the vaporized and rising hydrogen generator or the hydrogen storage body, and a cooling unit for dropping the hydrogen storage unit A catalyst part provided with a catalyst and a heater for performing the dehydrogenation reaction or the hydrogen addition reaction on the hydrogen generator or the hydrogen storage body, an outlet for discharging hydrogen generated by the dehydrogenation reaction, and the hydrogen addition reaction. A hydrogen generating / storing device comprising at least one of a charging port for charging hydrogen.
【請求項3】 水素を放出して芳香族化合物に変化する
水素発生体と、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発生また
は貯蔵を行う水素発生・貯蔵装置であって、凹凸を有す
る蛇腹状の金属材の上面に上記水素発生体または上記水
素貯蔵体を上記脱水素反応または上記水素付加反応させ
るための触媒を設けると共に、その金属材の一部または
金属材間の凹部または凸部のいずれか一方または両方に
気化した上記水素発生体または上記水素貯蔵体を通過さ
せる通過部を設けたことを特徴とする水素発生・貯蔵装
置。
3. A dehydrogenation reaction or hydrogen between a hydrogen generator which releases hydrogen to be converted into an aromatic compound and a hydrogen store which is made of the aromatic compound and reacts with the hydrogen to store the hydrogen. A hydrogen generation / storage device for generating or storing hydrogen by using an addition reaction, wherein the hydrogen generator or the hydrogen storage body is provided on the upper surface of a corrugated metal material having irregularities, the dehydrogenation reaction or the hydrogen A catalyst for addition reaction is provided, and a passage portion for passing the vaporized hydrogen generating body or hydrogen storage body to one or both of a concave portion or a convex portion between the metal materials or the metal material is provided. A hydrogen generation and storage device characterized by
【請求項4】 前記触媒部および前記冷却部はそれぞれ
層状に形成され、前記触媒部を層状とした触媒層および
前記冷却部を層状とした冷却層にはそれぞれ気化された
物質を通過させるための通過部が設けられていると共
に、上記触媒層の通過部と上記冷却層の通過部とが上下
方向において重ならない位置に形成されていることを特
徴とする請求項1,2または3記載の水素発生・貯蔵装
置。
4. The catalyst portion and the cooling portion are formed in layers, respectively, and a catalyst layer formed by layering the catalyst portion and a cooling layer formed by layering the cooling portion are provided for passing vaporized substances, respectively. 4. The hydrogen according to claim 1, wherein the passage portion is provided, and the passage portion of the catalyst layer and the passage portion of the cooling layer are formed at positions that do not overlap each other in the vertical direction. Generator / storage device.
【請求項5】 前記触媒層および前記冷却層をそれぞれ
傾斜させた状態で配置し、この傾斜を利用して液化され
た物質が前記各層に滞らずに落下するように構成された
ことを特徴とする請求項4記載の水素発生・貯蔵装置。
5. The catalyst layer and the cooling layer are arranged in a slanted state, respectively, and the slanted substance is used to drop the liquefied substance into the respective layers without delay. The hydrogen generating / storing device according to claim 4.
【請求項6】 前記冷却層と前記触媒層は、それぞれ複
数個ずつ同数備えられたことを特徴とする請求項4また
は5記載の水素発生・貯蔵装置。
6. The hydrogen generating / storing device according to claim 4, wherein a plurality of cooling layers and a plurality of catalyst layers are provided in the same number.
【請求項7】 前記冷却部を下面側に、前記触媒部を上
面側にした一体構造とした水素反応層を有することを特
徴とする請求項1,2または3記載の水素発生・貯蔵装
置。
7. The hydrogen generating / storing device according to claim 1, further comprising a hydrogen reaction layer having an integral structure in which the cooling unit is on the lower surface side and the catalyst unit is on the upper surface side.
【請求項8】 前記冷却部と前記触媒部とを、ペルチェ
素子の両面でそれぞれ機能させたことを特徴とする請求
項7記載の水素発生・貯蔵装置。
8. The hydrogen generating / storing device according to claim 7, wherein the cooling unit and the catalyst unit are made to function on both sides of a Peltier element, respectively.
【請求項9】 前記冷却部と前記触媒部との間に、前記
冷却部側から絶縁層、ヒータ、導熱材の順で配置させた
ことを特徴とする請求項7記載の水素発生・貯蔵装置。
9. The hydrogen generating / storing device according to claim 7, wherein an insulating layer, a heater, and a heat conducting material are arranged in this order from the cooling section side between the cooling section and the catalyst section. .
【請求項10】 前記芳香族化合物を、ベンゼン、トル
エン、キシレン、メシチレン、ナフタレン、メチルナフ
タレン、アントラセン、ビフェニル、フェナスレンおよ
びそれらのアルキル置換体の内のいずれか1つまたはい
ずれかを複数混合したものとすることを特徴とする請求
項1から9のいずれか1項記載の水素発生・貯蔵装置。
10. The aromatic compound, wherein any one or a plurality of benzene, toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, anthracene, biphenyl, phenanthrene, and their alkyl-substituted compounds are mixed. The hydrogen generating / storing device according to any one of claims 1 to 9, wherein:
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