JP2004324784A

JP2004324784A - Hydrogen supplying and storage device

Info

Publication number: JP2004324784A
Application number: JP2003121349A
Authority: JP
Inventors: Junichi Sato; 純一佐藤; Shinichi Oyama; 眞一大山; Tadahisa Matsumoto; 忠久松本; Yasunori Sukai; 保徳須貝; Tadashi Sakuramoto; 正桜元
Original assignee: H2 JAPAN KK; Kansai Electric Power Co Inc
Current assignee: H2 JAPAN KK; Kansai Electric Power Co Inc
Priority date: 2003-04-25
Filing date: 2003-04-25
Publication date: 2004-11-18

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To improve reaction efficiency in dehydrogenation and hydrogenation by restricting evaporation of a hydrocarbon group material. <P>SOLUTION: This hydrogen supplying and storage device 14 has a catalyst 18 necessary for dehydrogenation and hydrogenation, a vessel 16 for reaction, in which a hydrogen supplying body or a hydrogen storage body is arranged, a pressurizing means for pressurizing inside the vessel 16 for reaction, and a heating means 17 for raising the temperature inside the vessel for reaction. The hydrogen supplying and storage device 14 supplies hydrogen inside the vessel 16 for reaction in the pressurizing condition by utilizing dehydrogenation of the hydrogen supplying body composed of organic hydride, and stores hydrogen by utilizing hydrogenation of the hydrogen storage body composed of an aromatic compound. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素を供給または貯蔵可能な水素供給・貯蔵装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
現在、主として、火力発電および原子力発電が電気エネルギーの供給方法であるが、かかる方法は、地球環境への影響、安全面および残留量など、種々の問題を抱えている。また、自動車は、主として、ガソリン、軽油、プロパンガス等の炭化水素系の燃料を用いているが、かかる燃料は、地球環境に悪影響を与えるという問題を抱えている。
【０００３】
上記問題に鑑みて、発電用の燃料として水素が注目されてきている。水素は、水の電気分解により生成できるため、ほぼ無尽蔵に存在すると共に、燃焼後に二酸化炭素を発生させないクリーンなエネルギー源でもある。
【０００４】
一方、同じ炭素数を有する環状炭化水素として、ベンゼンとシクロヘキサンが知られている。前者のベンゼンは、炭素同士の結合が部分的に二重結合となっている不飽和炭化水素であるのに対し、後者のシクロヘキサンは、炭素同士の結合に二重結合を持たない飽和炭化水素である。このため、ベンゼンに水素を付加させると、シクロヘキサンが得られ、シクロヘキサンから水素の一部を除くと、ベンゼンが得られる。同様に、ナフタレンの水素付加反応によりデカリンが得られ、デカリンの脱水素反応によりナフタレンが得られる。このように、これらの炭化水素の水素付加反応と脱水素反応とを利用することにより、水素の貯蔵および供給が可能となる。かかる水素の貯蔵あるいは供給の技術は、自動車の動力としても期待されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開２００２−１８７７０２号公報（要約書など）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、飽和炭化水素と不飽和炭化水素との間における脱水素反応および水素付加反応を利用した水素の供給および貯蔵を実用化するには、さらに反応効率を向上させ、効率よく水素を供給および貯蔵することが望まれている。特に、脱水素反応時および水素付加反応時に、炭化水素系の物質が十分に反応せずに蒸発してしまい、反応効率が低下してしまうという問題を解決することが望まれている。
【０００７】
本発明は、かかる問題に鑑みてなされたものであり、炭化水素系物質の蒸発を抑え、脱水素反応および水素付加反応の反応効率をより向上させることが可能な水素供給・貯蔵装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記問題点に鑑み、水素を放出して芳香族化合物に変化する水素供給体と、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いて、脱水素反応を利用して水素を供給し、または水素付加反応を利用して水素を貯蔵する水素供給・貯蔵装置であって、脱水素反応または水素付加反応に必要な触媒と、水素供給体または水素貯蔵体が内部に配置される反応用容器と、この反応用容器の内部を加圧状態とする加圧手段と、反応用容器の内部の温度を上昇させるための加熱手段とを有し、加圧状態の反応用容器の内部で脱水素反応または水素付加反応を行わせることを特徴としている。
【０００９】
上述の発明によれば、反応用容器の内部を加圧状態で加熱することにより脱水素反応または水素付加反応を行わせている。そのため、本発明によれば、物質が未反応のまま蒸発してしまうというロスを抑え、効率よく脱水素反応または水素付加反応を行わせることができる。
【００１０】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、反応用容器内に連続的に水素供給体を送り込み、前記反応用容器内にて生成された副生成物を排出し、これを回収することを特徴としている。
【００１１】
上述の発明によれば、反応用容器内で生成された副生成物を速やかに排出するため、脱水素反応または水素付加反応の反応速度を高めることができる。したがって、水素供給量または水素貯蔵量を多くすることができる。
【００１２】
また、他の発明は、上述の水素供給・貯蔵装置において、脱水素反応を利用して水素を供給可能であって、反応用容器内の触媒近傍に水素分離膜を配置し、脱水素反応によって発生した水素が水素分離膜を透過して回収されることを特徴としている。
【００１３】
上述の発明によれば、触媒近傍に水素分離膜が配置されているため、水素を効率よく回収することができる。すなわち、脱水素反応により発生した水素は素早く水素分離膜を透過して反応用容器の出口方面へ向かい、水素貯蔵体は水素分離膜を透過できずに反応用容器内に残る。このとき、本発明によれば、脱水素反応後の水素が再び水素貯蔵体と結びついて水素供給体へと戻る反応、いわゆる逆反応を抑えることができるため、水素の回収率を向上させることができる。
【００１４】
また、他の発明は、加熱手段は、電気ヒーター、熱風供給器、加熱時に気体もしくは液体状の熱媒体、および燃焼触媒のうちいずれか１つ、あるいは複数を組み合わせたものであることを特徴としている。
【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供給体と、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いて、脱水素反応を利用して水素を供給し、または水素付加反応を利用して水素を貯蔵する水素供給・貯蔵装置であって、脱水素反応または水素付加反応に必要な触媒と、水素供給体または水素貯蔵体が内部に配置される反応用容器と、この反応用容器の内部を加圧状態とする加圧手段と、反応用容器の内部の温度を上昇させるための加熱手段とを有し、加圧状態の反応用容器の内部に充填した触媒表面において脱水素反応または水素付加反応を行わせると共に、触媒を、粒状、粉状、布状、非定形のチップ状、ハニカム状のいずれか１つあるいは複数の組み合わせとしたことを特徴としている。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る水素供給・貯蔵装置の各実施の形態を、図１から図６に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
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を利用した水素の貯蔵と、その水素付加反応により生成した化合物（以後、有機ハイドライドという）の脱水素反応を利用した水素の供給の原理を示す図である。
【００１８】
ナフタレ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と水素付加反応をして、デカリン等の有機ハイドライド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、有機ハイドライド３の形で貯蔵されることになる。
【００１９】
また、有機ハイドライド３は、脱水素反応により、芳香族化合物１と水素２とに分解する。なお、このように供給した水素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、電気を発生する。
【００２０】
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、有機ハイドライド３は水素２を供給させる水素供給体として機能する。このため、芳香族化合物１と有機ハイドライド３とのサイクルを利用した水素供給・貯蔵システムが形成できる。
【００２１】
次に、図１に示す原理を利用した水素供給・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、有機ハイドライド等の原料に、番号を付さない。また、図２で示した水素供給・貯蔵システムの一部となる水素供給・貯蔵装置１４は、本発明の実施の形態における装置である。
【００２２】
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。本発明の水素供給・貯蔵装置は、このシステムの一部として機能する。
【００２３】
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、水素供給・貯蔵装置１４と、燃料電池６０とを備えている。
【００２４】
水素供給・貯蔵装置１４は、デカリンに代表される有機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供給・貯蔵装置１４の外部へ供給することが可能な装置である。また、水素供給・貯蔵装置１４は、ナフタレンに代表される芳香族化合物と水素を反応させて、水素を当該水素供給・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。
【００２５】
（第１の実施の形態）
図３は、水素供給・貯蔵装置１４の一構成例を示す図である。なお、以下、水素供給・貯蔵装置１４が脱水素反応を利用して水素を外部の装置に供給する場合について主に説明する。ただし、この水素供給・貯蔵装置１４では、反応用容器１６内に水素貯蔵体となる芳香族化合物（具体的には、ナフタレン等）と水素を投入し、反応用容器１６内で水素付加反応させることにより水素の貯蔵を行うこともできる。
【００２６】
図３に示す水素供給・貯蔵装置１４は、デカリンの脱水素反応を利用して、水素とナフタレンとに分解し、水素を当該水素供給・貯蔵装置１４の水素供給口１９から外部へ送ると共に、ナフタレンを反応用容器１６内に貯めることが可能である。
【００２７】
水素供給・貯蔵装置１４は、反応用容器１６と、反応用容器１６の内部圧力を高める加圧手段となる加圧器（図示省略）と、反応用容器１６の内部温度を上昇させるための加熱手段となる電気ヒータ１７と、脱水素反応をさせるための触媒１８とを備えている。
【００２８】
反応用容器１６は、円筒状で内部に空間を有し、内部で脱水素反応を行わせる容器である。反応用容器１６には、図示しない投入口から液状のデカリンが投入され、反応用容器１６の内部にはデカリンが満たされている。
【００２９】
また、反応用容器１６の内部には、円筒状の電気ヒータ１７が配置されている。電気ヒータ１７は、反応用容器１６の外部に配置された電源２５に電気的に接続されている。電気ヒータ１７は、電源２５からの電力供給を受けて発熱し、反応用容器１６の内部を加熱する。
【００３０】
また、反応用容器１６の内部には、触媒１８を担持した円筒形状の金属部材が、電気ヒータ１７の外周を囲むように配置されている。この実施の形態では、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。また、アルミナ地の白金触媒を担持させたものを用いても良い。
【００３１】
電気ヒータ１７に電力が供給され電気ヒータ１７が発熱すると、触媒１８は、内周側から加熱される。この加熱により、反応用容器１６の内部全体の温度が上昇し、反応用容器１６内に満たされたデカリンは、触媒１８と共に加熱される。
【００３２】
加熱された状態の触媒１８にデカリンが接触すると、脱水素反応が起こり、水素およびナフタレンが発生する。水素は、反応用容器１６の上面に形成された排出口２３から排出され、開放されたバルブ２０を通過して、水素供給口１９から外部へ供給される。一方、ナフタレンは、反応用容器１６内に液状で貯まる。
【００３３】
なお、本実施の形態では、反応用容器１６内を、加圧器によって加圧状態として、電気ヒータ１７で加熱している。そのため、デカリンが、未反応のまま反応用容器１６内で蒸発し、水素と共に排出口２３から排出されるということを防止できる。すなわち、加圧下では、デカリンの沸点温度が高くなるため、デカリンが気化しにくい。触媒１８の温度を反応を起こすまで高くし、かつデカリンの蒸発を抑制するためには、反応用容器１６内を加圧下にする必要がある。このことによって、脱水素反応が起こり、水素が発生する。
【００３４】
このように、本実施の形態では、加圧下での加熱により、デカリンが未反応のまま気化して水素と共に、排出口２３を通過して水素供給口１９から排出されてしまうことを防止できる。この結果、気化によって失われるデカリンの量を抑えることができ、反応用容器１６内における脱水素反応の効率化を図ることができる。
【００３５】
なお、触媒１８の外周面には、反応用容器１６の内部温度を検知する温度センサー２１が取り付けられている。反応用容器１６の外部に配置された温度調節器２２は、温度センサー２１から送られてくる温度情報に基づいて、反応用容器１６内の温度調節を行う。すなわち、温度調節器２２は、温度情報に基づいて、電源２５から電気ヒータ１７へ供給する電力量を調節することが可能である。また、反応用容器１６内の圧力は、圧力計２４によって計測される。加圧器は、圧力計による計測結果に基づいて、反応用容器１６内の加圧状態をコントロールする。
【００３６】
図４は、反応用容器１６内の圧力（ＭＰａ＝メガパスカル）と、内部温度（℃）および水素発生量（ｍｌ）との関係を示したグラフである。このグラフの縦軸（右）は、触媒温度を、縦軸（左）は、水素発生量を、横軸は、圧力をそれぞれ示す。図４のグラフから明らかなように、反応用容器１６内の内部圧力の上昇に伴ない、触媒温度が上昇し、水素発生量がこれらの上昇に伴なって増加する。
【００３７】
なお、本実施の形態の水素供給・貯蔵装置１４を用いて水素付加反応をさせる場合には、反応用容器１６内にナフタレン等の芳香族化合物と水素とを投入する。このとき、上述のバルブ２０は、閉じられている。そして、上述の加圧器が反応用容器１６の内部を加圧し、電気ヒータ１７が反応用容器１６内を加熱する。このようにすると、触媒１８に接触したナフタレンが水素と結合して液状のデカリンが生成され、反応用容器１６内に貯蔵される。
【００３８】
（第２の実施の形態）
図５は、水素供給・貯蔵装置の他の構成例を示す図である。以下、図５に示す水素供給・貯蔵装置１４ａを第２の実施の形態として説明する。この水素供給・貯蔵装置１４ａは、水素供給体を連続的に投入するシステムを有する以外、図３に示す水素供給・貯蔵装置１４と同様の構成を有するものである。したがって、図５では、上述の図３に示した水素供給・貯蔵装置１４と同一の構成部分についての説明を簡略化し、かつ図３と同一の構成部分について図３中の符号と同一の符号を付すものとする。
【００３９】
水素供給・貯蔵装置１４ａの反応用容器１６には、液排出口３０が設けられている。反応用容器１６および液排出口３０は、連続投入システム２６の一部である。反応用容器１６内にて生成した副生成物は、液排出口３０から速やかに排出される。なお、連続投入システム２６は、図５に示すように、必要に応じて回収した液を再び反応用容器１６に戻すシステムとすることもできる。また、液排出口３０から排出される物質は、上記副生成物のみならず、未反応のデカリンも含まれ得る。
【００４０】
連続投入システム２６は、液排出口３０およびデカリン投入口２９を備えた反応用容器１６と、デカリン貯蔵タンク２７と、ポンプ２８とを有している。脱水素反応後、生成した副生成物は、反応用容器１６からデカリン貯蔵タンク２７に送られる。なお、デカリン貯蔵タンク２７内の液は、ポンプ２８によって吸引され、デカリン投入口２９から反応用容器１６内に送られる。
【００４１】
このように、反応用容器１６内において、脱水素反応の結果生成した副生成は、速やかに反応用容器１６から排出されるので、脱水素反応によって水素が生成する反応速度の方が逆反応（水素付加反応）の反応速度よりも大きくなる。したがって、脱水素反応を促進することができ、水素発生量を多くすることができる。なお、未反応のデカリンをポンプ２８を用いて再び反応用容器１６に投入することにより、デカリンの分解が進み、脱水素反応の効率がさらに高まる。
【００４２】
この第２の実施の形態おいても、上述の第１の実施の形態と同様、反応用容器１６内を加圧状態として加熱するため、デカリンが反応用容器１６内で蒸発し、水素と共に排出口２３から排出されるということを防止できる。このため、加熱時の蒸発によるデカリンの損失を低減することでき、反応用容器３１内における脱水素反応の効率化を図ることができる。
【００４３】
（第３の実施の形態）
図６は、水素供給・貯蔵装置の、さらに他の構成例を示す図である。以下、図６に示す水素供給・貯蔵装置１４ｂを第３の実施の形態として説明する。この水素供給・貯蔵装置１４ｂは、反応用容器の内部構成以外、図３に示す水素供給・貯蔵装置１４とほぼ同様の構成を有するものである。図６では、上述の図３に示した水素供給・貯蔵装置１４と同様の構成部分についての説明を省略する。
【００４４】
水素供給・貯蔵装置１４ｂは、反応用容器３１と、水素分離膜３４の内側の内部圧力を高める加圧手段となる加圧器（図示省略）と、反応用容器３１内の温度を上昇させるための加熱手段となる円柱状の電気ヒータ３２と、脱水素反応をさせるための触媒３３と、水素分離膜３４と、水素排出経路３５とを備えている。
【００４５】
反応用容器３１の内部中心には、円柱状の電気ヒータ３２が配置されている。反応用容器３１の内部の触媒３３と電気ヒータ３２との間には、図示しない投入口から投入されたデカリンが満たされている。電気ヒータ３２は、反応用容器３１の内部を中心側から外側に向かって加熱する。反応用容器３１の内部のデカリンは、電気ヒータ３２によって加熱される。
【００４６】
電気ヒータ３２の外周側には、電気ヒータ３２の外周面から所定の間隔をあけて、触媒３３を担持した円筒形状の金属部材が配置されている。触媒３３は、デカリンと共に、電気ヒータ３２によって内周側から加熱される。加熱された触媒３３の内周面にデカリンが接触すると、デカリンの脱水素反応が起こり、水素とナフタレンが発生する。
【００４７】
また、触媒３３の外周には、水素分離膜３４が隣接配置されている。この水素分離膜３４は、当該水素分離膜３４の内側で起こる脱水素反応により発生した水素の一部を透過して外側へ通過させ、ナフタレンを通過させない選択透過膜である。このため、発生した水素の一部のみが、水素分離膜３４の外側へ移動できるので、水素分離膜３４の内側に留まっている水素とナフタレンとが反応してデカリンを生成する水素付加反応を抑制することができる。この結果、脱水素反応に必要な熱エネルギーおよび時間の効率化が図られ、水素の発生量を増加させることができる。
【００４８】
なお、本実施の形態では、水素分離膜３４の内側が加圧状態となっており、水素分離膜３４の内側と外側とで圧力差が生じている。水素分離膜３４の外周には、水素排出経路３５が設けられている。このため、水素は、水素分離膜３４を効率よく透過し、水素分離膜３４の外側に配置された水素排出経路３５へと移動する。この結果、水素分離膜３４によって、脱水素反応を促進することができる。発明者らの実験によれば、反応用容器３１内の圧力を０．７Ｍｐａとすると、水素の透過率（水素分離膜３４を通過する率）は約３０％となる。
【００４９】
水素分離膜３４としては、パラジウム膜、多孔質のアルミナ膜、シリカ膜、ゼオライト膜、カーボン膜、金属膜、混合伝導膜（例えば、イオン交換膜）などを採用することができる。水素排出経路３５は、水素供給口３６に連通されている。このため、反応用容器３１内で発生し水素分離膜３４を透過して水素分離膜３４の外側へ移動した水素が、水素排出経路３５から水素供給口３６へ移動し、水素供給口３６から外部の装置へ供給される。
【００５０】
この第３の実施の形態おいても、上述の各実施の形態と同様、反応用容器３１内を加圧状態として加熱するため、デカリンが未反応のまま反応用容器３１内で蒸発し、水素と共に排出口から排出されるということを防止できる。加えて、この第３の実施の形態では、発生した水素およびナフタレンの水素付加反応によりデカリンが生成することを防止できる。この結果、反応用容器３１内における脱水素反応の効率化を図ることができる。
【００５１】
（第４の実施の形態）
図７は、水素供給・貯蔵装置の、さらに他の構成例を示す図である。以下、図７に示す水素供給・貯蔵装置１４ｃを第４の実施の形態として説明する。この水素供給・貯蔵装置１４ｃは、反応用容器の内部構成以外、図３に示す水素供給・貯蔵装置１４とほぼ同様の構成を有するものである。図７では、上述の図３に示した水素供給・貯蔵装置１４と同様の構成部分についての説明を省略する。
【００５２】
水素供給・貯蔵装置１４ｃは、円柱形状で内部空間を備えた反応用容器４１と、反応用容器４１の内部圧力を高める加圧手段となる加圧器（図示省略）と、反応用容器４１の内部温度を上昇させるための加熱手段となる電気ヒータ４２と、脱水素反応を起こすための触媒４３とを備えている。
【００５３】
反応用容器４１の内部には、多数の触媒４３と、液状のデカリンとが封入される。触媒４３は、例えば、粒状、粉状、布状、非定形のチップ状、ハニカム状のいずれか１つあるいは複数の形状の組み合わせから構成されている。
【００５４】
また、電気ヒータ４２は、略ドーナツ形状のヒータであり、反応用用容器４１の外周を囲むように配置されている。電気ヒータ４２は、電源４４に電気的に接続されており、電源４４からの電力供給を受けて発熱し、反応用容器４１を外周から加熱する。なお、電気ヒータ４２の外周および反応用容器４１の底面の下側には、断熱材４５が配置されている。
【００５５】
電気ヒータ４２に通電されると、反応用容器４１内の触媒４３およびデカリンは、加熱される。これにより、反応用容器４１内でデカリンの脱水素反応が起き、触媒４３の表面から気泡状に水素が発生する。このとき、反応用容器４１内の内部圧力はさらに上昇しようとする。しかし、内部圧力を上昇させるように発生した水素は、反応用容器４１の上面に形成された排出口から排出される。そして、水素は、開放されたバルブ４６を通過して、水素供給口４７から外部へ供給される。一方、脱水素反応により発生したナフタレンは、反応用容器４１内に液状で貯まる。
【００５６】
この第４の実施の形態おいても、上述の各実施の形態と同様、反応用容器４１内を加圧状態として加熱するため、デカリンが反応用容器４１内で蒸発し、水素と共に排出口から排出されるということを防止できる。この結果、反応用容器４１内における脱水素反応の効率化を図ることができる。
【００５７】
上述した各実施の形態のいずれかの水素供給・貯蔵装置１４（以下、第１の実施の形態で用いた符号を記載する）を備えた、図２に示す家屋１０では、太陽電池１１または風力発電機１２により作られた電気は、インバータ５１を経由して交流に変換される。交流に変換された電気は、家庭用の電気機器５２に使用されるか、電気機器５２を使用していないときには、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（Ｈ_２）と酸素（Ｏ_２）が発生する。発生した水素は、水素供給・貯蔵装置１４に送られ、芳香族化合物との水素付加反応により有機ハイドライドの形で、水素供給・貯蔵装置１４に貯蔵される。
【００５８】
なお、水素付加反応を利用して水素供給・貯蔵装置１４内に水素を貯蔵する場合には、上述の反応用容器１６内に水素および芳香族化合物を投入して加圧下で加熱すると共に、水素供給口１９に繋がるバルブ２０を塞ぐ。
【００５９】
一方、図３を用いて説明したように、脱水素反応を利用して水素供給・貯蔵装置１４で水素を供給させる場合には、有機ハイドライドを反応用容器１６内に満たした状態で加圧下にて加熱すると共に、水素供給口１９に繋がるバルブ２０を開放しておく。
【００６０】
太陽電池１１または風力発電機１２により作られた電気が過剰な場合、すなわち、家庭用の電気機器５２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、水素供給・貯蔵装置１４に送られる。そして、水素は、芳香族化合物との水素付加反応により有機ハイドライドの形で、水素供給・貯蔵装置１４に貯蔵される。
【００６１】
電解装置１３から水素を水素供給・貯蔵装置１４の反応用容器１６へ送り、水素を貯蔵する場合、反応用容器１６内には予め芳香族化合物とが満たされた状態となっている。そして、加圧下で電気ヒータ１７を発熱させ、加熱された触媒１８に芳香族化合物が接触させると、芳香族化合物が反応用容器１６内の水素と結びつき、水素付加反応が起こる。この水素付加反応によって生成された有機ハイドライドは、反応用容器１６内に貯められる。
【００６２】
また、家屋１０内で使用する電力が足りない場合、水素供給・貯蔵装置１４内の有機ハイドライドを脱水素反応させ、水素を取り出して燃料電池６０へ供給する。燃料電池６０では、水素供給・貯蔵装置１４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、電気が発生する。この電気は、家庭用の電気機器５２用に使用される他、電気自動車５３の動力にも使用できる。このように、水素供給・貯蔵装置１４は、家庭の電力の需要に応じて、デカリンのような水素供給体の形でエネルギーを保存したり、水素供給体の脱水素反応によりエネルギーを作り出すことができる。
【００６３】
水素供給・貯蔵装置１４で水素を供給する場合、反応用容器１６内に満たされた有機ハイドライド（水素供給体）および触媒１８を加熱する。これにより、触媒１８に接触した有機ハイドライド（水素供給体）が脱水素反応する。
【００６４】
なお、上述の実施の形態は、本発明の好適な実施の形態の例であるが、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。例えば、上述の各実施の形態では、加熱手段を電気ヒータ１７，３２，４２としたが、熱風供給器（熱風を送出する扇風機等）、加熱時に気体もしくは液体状の熱媒体、燃焼触媒（たとえば、パラジウム、ニッケル、白金等）などとしても良い。
【００６５】
また、上述の第１および第２の実施の形態では、１つの円柱状の電気ヒータ１７の周囲を、１つの円筒状の触媒１８が囲む構成が採用されている。しかし、電気ヒータ１７および触媒１８が、反応用容器１６内に複数のセットで配置されていても良い。また、電気ヒータ１７は、円柱状以外の形状、例えば多角柱形状で構成されていても良い。
【００６６】
また、上述の第４の実施の形態では、反応用容器４１の周囲を、電気ヒータ４２が囲む構成としたが、逆に電気ヒータの周囲をドーナツ形状の反応用容器が囲む構成としても良い。このように構成すると、断熱材を不要もしくは簡易なものとすることができる。
【００６７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の水素供給・貯蔵装置によれば、炭化水素系物質の蒸発を抑え、脱水素反応および水素付加反応の反応効率をより向上させることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の水素供給・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（有機ハイドライド）の脱水素反応とを利用して水素を貯蔵あるいは供給させる流れを示す図である。
【図２】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の実施の形態を利用するシステムを示す図で、エネルギー自立型の家屋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。
【図３】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第１の実施の形態の構成概要図である。
【図４】図３に示す水素供給・貯蔵装置の反応用容器内の圧力と、内部温度および水素発生量との関係を示したグラフである。
【図５】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第２の実施の形態の構成概要図である。
【図６】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第３の実施の形態の構成概要図である。
【図７】本発明に係る水素供給・貯蔵装置の第４の実施の形態の構成概要図である。
【符号の説明】
１４水素供給・貯蔵装置
１６反応用容器
１７電気ヒータ（加熱手段）
１８触媒
２６連続投入システム
３１反応用容器
３２電気ヒータ
３３触媒
３４水素分離膜
４１反応用容器
４２電気ヒータ（加熱手段）
４３触媒[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen supply / storage device capable of supplying or storing hydrogen.
[0002]
[Prior art]
At present, mainly thermal power generation and nuclear power generation are methods of supplying electric energy, but such methods have various problems such as impact on the global environment, safety aspects and residual amounts. In addition, automobiles mainly use hydrocarbon-based fuels such as gasoline, light oil, and propane gas. However, such fuels have a problem of adversely affecting the global environment.
[0003]
In view of the above problems, hydrogen has been receiving attention as a fuel for power generation. Since hydrogen can be produced by electrolysis of water, hydrogen is almost inexhaustible and is also a clean energy source that does not generate carbon dioxide after combustion.
[0004]
On the other hand, benzene and cyclohexane are known as cyclic hydrocarbons having the same carbon number. The former benzene is an unsaturated hydrocarbon in which carbon-carbon bonds are partially double bonds, whereas the latter cyclohexane is a saturated hydrocarbon in which carbon-carbon bonds have no double bond. is there. Therefore, when hydrogen is added to benzene, cyclohexane is obtained, and when a part of hydrogen is removed from cyclohexane, benzene is obtained. Similarly, decalin is obtained by a hydrogenation reaction of naphthalene, and naphthalene is obtained by a dehydrogenation reaction of decalin. As described above, by utilizing the hydrogen addition reaction and the dehydrogenation reaction of these hydrocarbons, hydrogen can be stored and supplied. Such hydrogen storage or supply technology is also expected to be used as power for automobiles (for example, see Patent Document 1).
[0005]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-187702 (abstract, etc.)
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, for practical use of hydrogen supply and storage utilizing a dehydrogenation reaction and a hydrogen addition reaction between a saturated hydrocarbon and an unsaturated hydrocarbon, it is necessary to further increase the reaction efficiency and supply and store hydrogen efficiently. It is desired to do. In particular, it is desired to solve the problem that the hydrocarbon-based substance does not react sufficiently and evaporates during the dehydrogenation reaction and the hydrogen addition reaction, thereby reducing the reaction efficiency.
[0007]
The present invention has been made in view of such a problem, and provides a hydrogen supply / storage device capable of suppressing evaporation of a hydrocarbon-based substance and further improving the reaction efficiency of a dehydrogenation reaction and a hydrogen addition reaction. The purpose is to:
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In view of the above problems, the present invention provides a method for dehydration between a hydrogen supplier that emits hydrogen to convert to an aromatic compound and a hydrogen storage body made of an aromatic compound that reacts with hydrogen and stores the hydrogen. A hydrogen supply / storage device for supplying hydrogen using an elementary reaction or storing hydrogen using a hydrogen addition reaction, comprising a catalyst necessary for a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction, a hydrogen supplier or hydrogen A reaction vessel in which the storage body is disposed, a pressurizing means for pressurizing the inside of the reaction vessel, and a heating means for increasing the temperature inside the reaction vessel; It is characterized in that a dehydrogenation reaction or a hydrogenation reaction is carried out inside a reaction vessel in a pressure state.
[0009]
According to the above-mentioned invention, the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction is performed by heating the inside of the reaction vessel in a pressurized state. Therefore, according to the present invention, it is possible to suppress a loss that a substance evaporates without reacting, and to efficiently perform a dehydrogenation reaction or a hydrogenation reaction.
[0010]
According to another aspect of the present invention, in the above-described hydrogen supply / storage apparatus, a hydrogen supply body is continuously fed into a reaction vessel, and a by-product generated in the reaction vessel is discharged, and the hydrogen supply body is recovered. It is characterized by doing.
[0011]
According to the above-mentioned invention, since the by-product generated in the reaction vessel is quickly discharged, the reaction rate of the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction can be increased. Therefore, the amount of supplied hydrogen or the amount of stored hydrogen can be increased.
[0012]
Another aspect of the present invention is the above-described hydrogen supply / storage device, wherein hydrogen can be supplied using a dehydrogenation reaction, and a hydrogen separation membrane is disposed near a catalyst in a reaction vessel, and the dehydrogenation reaction is performed. It is characterized in that the generated hydrogen permeates through the hydrogen separation membrane and is recovered.
[0013]
According to the above-described invention, since the hydrogen separation membrane is disposed near the catalyst, hydrogen can be efficiently recovered. That is, the hydrogen generated by the dehydrogenation reaction quickly permeates through the hydrogen separation membrane and moves toward the outlet of the reaction vessel, and the hydrogen storage material cannot remain through the hydrogen separation membrane and remains in the reaction vessel. At this time, according to the present invention, a reaction in which hydrogen after the dehydrogenation reaction is combined with the hydrogen storage body and returns to the hydrogen supplier, that is, a so-called reverse reaction can be suppressed, so that the recovery rate of hydrogen can be improved. it can.
[0014]
Further, another invention is characterized in that the heating means is a combination of one or more of an electric heater, a hot air supply device, a heat medium in a gas or liquid state at the time of heating, and a combustion catalyst. I have.
[0015]
Another invention provides a dehydrogenation reaction between a hydrogen supplier that releases hydrogen to convert to an aromatic compound and a hydrogen storage body made of an aromatic compound that reacts with hydrogen and stores the hydrogen. A hydrogen supply / storage device that supplies hydrogen using hydrogen or stores hydrogen using a hydrogen addition reaction, comprising a catalyst necessary for a dehydrogenation reaction or a hydrogen addition reaction, and a hydrogen supplier or a hydrogen storage body. A reaction vessel disposed therein, a pressurizing means for pressurizing the inside of the reaction vessel, and a heating means for increasing the temperature inside the reaction vessel, A dehydrogenation reaction or a hydrogenation reaction is performed on the surface of the catalyst filled in the reaction vessel, and the catalyst is formed into one or more of granular, powdery, cloth-like, amorphous chip-like, and honeycomb-like forms. Characterized by a combination To have.
[0016]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of a hydrogen supply / storage device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 6.
[0017]
FIG. 1 is a diagram for explaining a mechanism common to the embodiments described below. Specifically, a diagram showing the principle of storage of hydrogen using a hydrogen addition reaction of an aromatic compound and supply of hydrogen using a dehydrogenation reaction of a compound (hereinafter referred to as an organic hydride) generated by the hydrogen addition reaction. It is.
[0018]
An aromatic compound 1 such as naphthalene undergoes a hydrogen addition reaction with hydrogen 2 generated by electrolysis of water, etc., to form an organic hydride 3 such as decalin. Specifically, hydrogen 2 is added to a double bond between carbons of the aromatic compound 1. That is, the hydrogen 2 is stored in the form of the organic hydride 3.
[0019]
Further, the organic hydride 3 is decomposed into an aromatic compound 1 and hydrogen 2 by a dehydrogenation reaction. The hydrogen 2 thus supplied is supplied to the fuel cell 5 together with the oxygen 4. The fuel cell 5 generates electricity based on the reverse principle of electrolysis of water.
[0020]
Thus, the aromatic compound 1 functions as a hydrogen storage that can store the hydrogen 2, and the organic hydride 3 functions as a hydrogen supplier that supplies the hydrogen 2. Therefore, a hydrogen supply / storage system using a cycle of the aromatic compound 1 and the organic hydride 3 can be formed.
[0021]
Next, an example of a hydrogen supply / storage system using the principle shown in FIG. 1 will be described with reference to FIG. Hereinafter, the raw materials such as organic hydride will not be numbered. The hydrogen supply / storage device 14 which is a part of the hydrogen supply / storage system shown in FIG. 2 is the device according to the embodiment of the present invention.
[0022]
FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a hydrogen storage / supply system using an energy self-contained home power generation as an example. The hydrogen supply / storage device of the present invention functions as a part of this system.
[0023]
The hydrogen storage / supply system provided in the house 10 mainly includes a solar cell 11 installed on a roof or the like, a wind power generator 12, an electrolysis device 13, a hydrogen supply / storage device 14, and a fuel cell 60. ing.
[0024]
The hydrogen supply / storage device 14 is a device capable of generating hydrogen using a dehydrogenation reaction of an organic hydride represented by decalin and supplying the hydrogen to the outside of the hydrogen supply / storage device 14. . Further, the hydrogen supply / storage device 14 is capable of reacting an aromatic compound represented by naphthalene with hydrogen to store hydrogen in the hydrogen supply / storage device 14.
[0025]
(First Embodiment)
FIG. 3 is a diagram illustrating a configuration example of the hydrogen supply / storage device 14. Hereinafter, a case where the hydrogen supply / storage device 14 supplies hydrogen to an external device using a dehydrogenation reaction will be mainly described. However, in the hydrogen supply / storage device 14, an aromatic compound (specifically, naphthalene or the like) serving as a hydrogen storage is charged into a reaction container 16 and hydrogen, and a hydrogen addition reaction is performed in the reaction container 16. Thus, hydrogen can be stored.
[0026]
The hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 decomposes into hydrogen and naphthalene using a dehydrogenation reaction of decalin, sends hydrogen to the outside from the hydrogen supply port 19 of the hydrogen supply / storage device 14, and Naphthalene can be stored in the reaction vessel 16.
[0027]
The hydrogen supply / storage device 14 includes a reaction vessel 16, a pressurizer (not shown) serving as a pressurizing means for increasing the internal pressure of the reaction vessel 16, and a heating means for increasing the internal temperature of the reaction vessel 16. And a catalyst 18 for causing a dehydrogenation reaction.
[0028]
The reaction container 16 is a container having a cylindrical shape and having a space inside, and for performing a dehydrogenation reaction inside. Liquid decalin is charged into the reaction container 16 from an inlet (not shown), and the inside of the reaction container 16 is filled with decalin.
[0029]
A cylindrical electric heater 17 is arranged inside the reaction vessel 16. The electric heater 17 is electrically connected to a power supply 25 arranged outside the reaction vessel 16. The electric heater 17 receives electric power from the power supply 25 to generate heat, and heats the inside of the reaction vessel 16.
[0030]
Further, inside the reaction container 16, a cylindrical metal member supporting the catalyst 18 is arranged so as to surround the outer periphery of the electric heater 17. In this embodiment, an activated carbon material carrying a platinum catalyst is used. Further, a catalyst supporting a platinum catalyst on an alumina base may be used.
[0031]
When electric power is supplied to the electric heater 17 and the electric heater 17 generates heat, the catalyst 18 is heated from the inner peripheral side. By this heating, the temperature of the entire inside of the reaction vessel 16 rises, and the decalin filled in the reaction vessel 16 is heated together with the catalyst 18.
[0032]
When decalin comes into contact with the heated catalyst 18, a dehydrogenation reaction occurs, and hydrogen and naphthalene are generated. Hydrogen is discharged from a discharge port 23 formed on the upper surface of the reaction vessel 16, passes through an open valve 20, and is supplied to the outside from a hydrogen supply port 19. On the other hand, naphthalene is stored in a liquid state in the reaction container 16.
[0033]
In the present embodiment, the inside of the reaction vessel 16 is pressurized by the pressurizer and heated by the electric heater 17. Therefore, it is possible to prevent the decalin from evaporating in the reaction vessel 16 without being reacted and being discharged from the discharge port 23 together with the hydrogen. That is, under pressure, the boiling point of decalin increases, so that decalin hardly vaporizes. In order to increase the temperature of the catalyst 18 until a reaction occurs and to suppress the evaporation of decalin, it is necessary to pressurize the inside of the reaction vessel 16. As a result, a dehydrogenation reaction occurs, and hydrogen is generated.
[0034]
As described above, in the present embodiment, it is possible to prevent the decalin from evaporating unreacted and passing through the outlet 23 and being discharged from the hydrogen supply port 19 together with hydrogen by heating under pressure. As a result, the amount of decalin lost by vaporization can be suppressed, and the efficiency of the dehydrogenation reaction in the reaction vessel 16 can be improved.
[0035]
A temperature sensor 21 for detecting the internal temperature of the reaction vessel 16 is attached to the outer peripheral surface of the catalyst 18. The temperature controller 22 arranged outside the reaction container 16 adjusts the temperature inside the reaction container 16 based on the temperature information sent from the temperature sensor 21. That is, the temperature controller 22 can adjust the amount of power supplied from the power supply 25 to the electric heater 17 based on the temperature information. The pressure in the reaction vessel 16 is measured by a pressure gauge 24. The pressurizer controls the pressurized state in the reaction vessel 16 based on the measurement result by the pressure gauge.
[0036]
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pressure in the reaction vessel 16 (MPa = megapascal), the internal temperature (° C.), and the amount of generated hydrogen (ml). The vertical axis (right) of this graph shows the catalyst temperature, the vertical axis (left) shows the amount of hydrogen generation, and the horizontal axis shows the pressure. As is clear from the graph of FIG. 4, as the internal pressure in the reaction vessel 16 increases, the catalyst temperature increases, and the amount of generated hydrogen increases with these increases.
[0037]
When a hydrogen addition reaction is performed using the hydrogen supply / storage device 14 of the present embodiment, an aromatic compound such as naphthalene and hydrogen are charged into the reaction vessel 16. At this time, the above-described valve 20 is closed. Then, the above-described pressurizer pressurizes the inside of the reaction container 16, and the electric heater 17 heats the inside of the reaction container 16. In this way, naphthalene in contact with the catalyst 18 is combined with hydrogen to generate liquid decalin, which is stored in the reaction vessel 16.
[0038]
(Second embodiment)
FIG. 5 is a diagram illustrating another configuration example of the hydrogen supply / storage device. Hereinafter, a hydrogen supply / storage device 14a shown in FIG. 5 will be described as a second embodiment. This hydrogen supply / storage device 14a has the same configuration as the hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 except that it has a system for continuously feeding a hydrogen supply body. Therefore, in FIG. 5, the description of the same components as those of the hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 described above is simplified, and the same components as those in FIG. Shall be attached.
[0039]
A liquid discharge port 30 is provided in the reaction container 16 of the hydrogen supply / storage device 14a. The reaction container 16 and the liquid outlet 30 are part of the continuous charging system 26. The by-product generated in the reaction vessel 16 is quickly discharged from the liquid discharge port 30. In addition, as shown in FIG. 5, the continuous charging system 26 may be a system in which the collected liquid is returned to the reaction container 16 as necessary. The substance discharged from the liquid discharge port 30 may include not only the by-products but also unreacted decalin.
[0040]
The continuous charging system 26 has a reaction container 16 having a liquid outlet 30 and a decalin charging port 29, a decalin storage tank 27, and a pump 28. After the dehydrogenation reaction, the generated by-product is sent from the reaction vessel 16 to the decalin storage tank 27. The liquid in the decalin storage tank 27 is sucked by the pump 28 and sent from the decalin inlet 29 into the reaction vessel 16.
[0041]
As described above, the by-products generated as a result of the dehydrogenation reaction in the reaction vessel 16 are quickly discharged from the reaction vessel 16, so that the reaction rate at which hydrogen is generated by the dehydrogenation reaction is the reverse reaction ( (Hydrogenation reaction). Therefore, the dehydrogenation reaction can be promoted, and the amount of generated hydrogen can be increased. In addition, by introducing unreacted decalin into the reaction vessel 16 again using the pump 28, the decomposition of decalin proceeds, and the efficiency of the dehydrogenation reaction further increases.
[0042]
Also in the second embodiment, as in the first embodiment, since the inside of the reaction vessel 16 is heated in a pressurized state, decalin evaporates in the reaction vessel 16 and is discharged together with hydrogen. Discharge from the outlet 23 can be prevented. Therefore, loss of decalin due to evaporation during heating can be reduced, and the efficiency of the dehydrogenation reaction in the reaction vessel 31 can be increased.
[0043]
(Third embodiment)
FIG. 6 is a diagram showing still another configuration example of the hydrogen supply / storage device. Hereinafter, the hydrogen supply / storage device 14b shown in FIG. 6 will be described as a third embodiment. The hydrogen supply / storage device 14b has substantially the same configuration as the hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 except for the internal configuration of the reaction vessel. 6, description of the same components as those of the hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 is omitted.
[0044]
The hydrogen supply / storage device 14 b includes a reaction vessel 31, a pressurizer (not shown) serving as a pressurizing means for increasing the internal pressure inside the hydrogen separation membrane 34, and a device for raising the temperature inside the reaction vessel 31. The apparatus includes a columnar electric heater 32 serving as a heating unit, a catalyst 33 for causing a dehydrogenation reaction, a hydrogen separation membrane 34, and a hydrogen discharge path 35.
[0045]
In the center of the inside of the reaction vessel 31, a columnar electric heater 32 is arranged. The space between the catalyst 33 and the electric heater 32 inside the reaction vessel 31 is filled with decalin supplied from an input port (not shown). The electric heater 32 heats the inside of the reaction vessel 31 from the center side to the outside. Decalin inside the reaction vessel 31 is heated by the electric heater 32.
[0046]
On the outer peripheral side of the electric heater 32, a cylindrical metal member carrying the catalyst 33 is arranged at a predetermined distance from the outer peripheral surface of the electric heater 32. The catalyst 33 is heated from the inner peripheral side by the electric heater 32 together with decalin. When decalin comes into contact with the inner peripheral surface of the heated catalyst 33, a dehydrogenation reaction of decalin occurs, and hydrogen and naphthalene are generated.
[0047]
Further, a hydrogen separation membrane 34 is disposed adjacent to the outer periphery of the catalyst 33. The hydrogen separation membrane 34 is a permselective membrane that allows a part of hydrogen generated by a dehydrogenation reaction occurring inside the hydrogen separation membrane 34 to pass therethrough and pass outside, and does not pass naphthalene. For this reason, only a part of the generated hydrogen can move to the outside of the hydrogen separation membrane 34, so that the hydrogen remaining inside the hydrogen separation membrane 34 reacts with naphthalene to suppress the hydrogen addition reaction that generates decalin. can do. As a result, heat energy and time required for the dehydrogenation reaction are made more efficient, and the amount of generated hydrogen can be increased.
[0048]
In the present embodiment, the inside of the hydrogen separation membrane 34 is in a pressurized state, and a pressure difference occurs between the inside and the outside of the hydrogen separation membrane 34. A hydrogen discharge path 35 is provided on the outer periphery of the hydrogen separation membrane 34. For this reason, hydrogen efficiently permeates the hydrogen separation membrane 34 and moves to the hydrogen discharge path 35 disposed outside the hydrogen separation membrane 34. As a result, the hydrogen separation membrane 34 can promote the dehydrogenation reaction. According to the experiments by the inventors, when the pressure in the reaction vessel 31 is 0.7 Mpa, the hydrogen permeability (the rate of passing through the hydrogen separation membrane 34) is about 30%.
[0049]
As the hydrogen separation membrane 34, a palladium membrane, a porous alumina membrane, a silica membrane, a zeolite membrane, a carbon membrane, a metal membrane, a mixed conduction membrane (for example, an ion exchange membrane) or the like can be adopted. The hydrogen discharge path 35 is connected to a hydrogen supply port 36. Therefore, the hydrogen generated in the reaction vessel 31 and transmitted through the hydrogen separation membrane 34 and moved to the outside of the hydrogen separation membrane 34 moves from the hydrogen discharge path 35 to the hydrogen supply port 36, and from the hydrogen supply port 36 to the outside. Is supplied to the device.
[0050]
In the third embodiment, as in the above-described embodiments, the inside of the reaction vessel 31 is heated in a pressurized state, so that decalin evaporates in the reaction vessel 31 without reacting, and It can be prevented from being discharged together with the discharge port. In addition, in the third embodiment, it is possible to prevent decalin from being generated by a hydrogenation reaction between generated hydrogen and naphthalene. As a result, the efficiency of the dehydrogenation reaction in the reaction vessel 31 can be improved.
[0051]
(Fourth embodiment)
FIG. 7 is a diagram showing still another configuration example of the hydrogen supply / storage device. Hereinafter, a hydrogen supply / storage device 14c shown in FIG. 7 will be described as a fourth embodiment. This hydrogen supply / storage device 14c has substantially the same configuration as the hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 except for the internal configuration of the reaction vessel. In FIG. 7, the description of the same components as those of the hydrogen supply / storage device 14 shown in FIG. 3 described above is omitted.
[0052]
The hydrogen supply / storage device 14 c includes a reaction vessel 41 having a cylindrical internal space, a pressurizer (not shown) serving as a pressurizing unit for increasing the internal pressure of the reaction vessel 41, and an inside of the reaction vessel 41. An electric heater 42 serving as a heating unit for raising the temperature and a catalyst 43 for causing a dehydrogenation reaction are provided.
[0053]
A large number of catalysts 43 and liquid decalin are sealed in the reaction vessel 41. The catalyst 43 is formed of, for example, any one of a granular shape, a powdery shape, a cloth shape, an irregular shaped chip shape, and a honeycomb shape, or a combination of a plurality of shapes.
[0054]
The electric heater 42 is a substantially donut-shaped heater, and is arranged so as to surround the outer periphery of the reaction container 41. The electric heater 42 is electrically connected to a power supply 44, receives power from the power supply 44, generates heat, and heats the reaction vessel 41 from the outer periphery. A heat insulating material 45 is disposed on the outer periphery of the electric heater 42 and below the bottom surface of the reaction vessel 41.
[0055]
When the electric heater 42 is energized, the catalyst 43 and decalin in the reaction vessel 41 are heated. As a result, a dehydrogenation reaction of decalin occurs in the reaction vessel 41, and hydrogen is generated from the surface of the catalyst 43 in the form of bubbles. At this time, the internal pressure in the reaction container 41 tends to further increase. However, hydrogen generated so as to increase the internal pressure is discharged from a discharge port formed on the upper surface of the reaction vessel 41. Then, the hydrogen passes through the opened valve 46 and is supplied from the hydrogen supply port 47 to the outside. On the other hand, naphthalene generated by the dehydrogenation reaction is stored in a liquid state in the reaction vessel 41.
[0056]
Also in this fourth embodiment, as in the above-described embodiments, the inside of the reaction vessel 41 is heated in a pressurized state, so that decalin evaporates in the reaction vessel 41 and is discharged together with hydrogen from the discharge port. It can be prevented from being discharged. As a result, the efficiency of the dehydrogenation reaction in the reaction vessel 41 can be improved.
[0057]
In the house 10 shown in FIG. 2 provided with any one of the hydrogen supply / storage devices 14 of the above-described embodiments (hereinafter, the reference numerals used in the first embodiment are described), the solar cell 11 or the wind power Electricity generated by the generator 12 is converted into alternating current via the inverter 51. The electricity converted into the alternating current is used for the household electric appliance 52 or is supplied to the electrolysis device 13 when the electric appliance 52 is not used. In the electrolysis device 13, hydrogen (H ₂ ) and oxygen (O ₂ ) are generated by electrolysis of water. The generated hydrogen is sent to the hydrogen supply / storage device 14 and stored in the hydrogen supply / storage device 14 in the form of an organic hydride by a hydrogen addition reaction with an aromatic compound.
[0058]
When hydrogen is stored in the hydrogen supply / storage device 14 using a hydrogenation reaction, hydrogen and an aromatic compound are charged into the above-described reaction vessel 16 and heated under pressure, and hydrogen is added. The valve 20 connected to the supply port 19 is closed.
[0059]
On the other hand, as described with reference to FIG. 3, when hydrogen is supplied by the hydrogen supply / storage device 14 using the dehydrogenation reaction, the organic hydride is filled under pressure in the reaction vessel 16. And the valve 20 connected to the hydrogen supply port 19 is opened.
[0060]
When the electricity generated by the solar cell 11 or the wind power generator 12 is excessive, that is, when the electricity generated is higher than the electricity used by the household electrical appliance 52, the excess electricity is supplied to the electrolysis device 13. Sent. Then, the hydrogen generated in the electrolysis device 13 is sent to the hydrogen supply / storage device 14. The hydrogen is stored in the hydrogen supply / storage device 14 in the form of an organic hydride by a hydrogen addition reaction with an aromatic compound.
[0061]
When hydrogen is sent from the electrolysis device 13 to the reaction container 16 of the hydrogen supply / storage device 14 and hydrogen is stored, the reaction container 16 is in a state in which an aromatic compound has been filled in advance. Then, when the electric heater 17 generates heat under pressure and the aromatic compound comes into contact with the heated catalyst 18, the aromatic compound is combined with hydrogen in the reaction vessel 16, and a hydrogen addition reaction occurs. The organic hydride generated by the hydrogenation reaction is stored in the reaction vessel 16.
[0062]
When the electric power used in the house 10 is insufficient, the organic hydride in the hydrogen supply / storage device 14 is subjected to a dehydrogenation reaction, and hydrogen is extracted and supplied to the fuel cell 60. In the fuel cell 60, electricity is generated by a reaction between hydrogen sent from the hydrogen supply / storage device 14 and oxygen supplied from the air. This electricity is used not only for home electric appliances 52 but also for powering electric vehicles 53. As described above, the hydrogen supply / storage device 14 can store energy in the form of a hydrogen supplier such as decalin or generate energy by a dehydrogenation reaction of the hydrogen supplier according to the demand of household electric power. it can.
[0063]
When supplying hydrogen with the hydrogen supply / storage device 14, the organic hydride (hydrogen supplier) and the catalyst 18 filled in the reaction vessel 16 are heated. As a result, the organic hydride (hydrogen supplier) in contact with the catalyst 18 undergoes a dehydrogenation reaction.
[0064]
The above embodiment is an example of a preferred embodiment of the present invention, but the present invention is not limited to this, and various modifications can be made without departing from the gist of the present invention. For example, in each of the above-described embodiments, the heating means is the electric heaters 17, 32, and 42, but a hot air supply device (such as a fan that sends out hot air), a gaseous or liquid heat medium during heating, and a combustion catalyst (for example, , Palladium, nickel, platinum, etc.).
[0065]
In the above-described first and second embodiments, a configuration in which one cylindrical electric heater 17 is surrounded by one cylindrical catalyst 18 is employed. However, the electric heater 17 and the catalyst 18 may be arranged in a plurality of sets in the reaction vessel 16. Further, the electric heater 17 may be formed in a shape other than the column shape, for example, a polygonal column shape.
[0066]
Further, in the above-described fourth embodiment, the electric heater 42 surrounds the periphery of the reaction vessel 41, but a donut-shaped reaction vessel may surround the electric heater. With this configuration, the heat insulating material can be unnecessary or simple.
[0067]
【The invention's effect】
As described above, according to the hydrogen supply / storage device of the present invention, it is possible to suppress the evaporation of the hydrocarbon-based material and to further improve the reaction efficiency of the dehydrogenation reaction and the hydrogen addition reaction.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing the principle underlying a hydrogen storage / supply system using a hydrogen supply / storage device of the present invention, which is formed 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 supplies hydrogen using the dehydrogenation reaction of a compound (organic hydride).
FIG. 2 is a diagram illustrating a system that uses an embodiment of a hydrogen supply / storage device according to the present invention, and is a diagram illustrating a hydrogen storage / supply system that exemplifies a self-generating power generation system for a self-contained house.
FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a hydrogen supply / storage device according to a first embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a graph showing a relationship between a pressure in a reaction vessel of the hydrogen supply / storage device shown in FIG. 3, an internal temperature, and an amount of generated hydrogen.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a hydrogen supply / storage device according to a second embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a third embodiment of a hydrogen supply / storage device according to the present invention.
FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a hydrogen supply / storage device according to a fourth embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
14 hydrogen supply / storage device 16 reaction vessel 17 electric heater (heating means)
18 Catalyst 26 Continuous charging system 31 Reaction vessel 32 Electric heater 33 Catalyst 34 Hydrogen separation membrane 41 Reaction vessel 42 Electric heater (heating means)
43 catalyst

Claims

Hydrogen is released using a dehydrogenation reaction between a hydrogen supplier that releases hydrogen and changes into an aromatic compound and a hydrogen storage body that stores the hydrogen by reacting with the hydrogen and storing the hydrogen. A hydrogen supply / storage device for supplying or storing hydrogen using a hydrogenation reaction,
A catalyst necessary for the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction, a reaction vessel in which the hydrogen supplier or the hydrogen storage body is disposed, and pressurizing means for pressurizing the inside of the reaction vessel. Having heating means for raising the temperature inside the reaction vessel,
A hydrogen supply / storage device, wherein the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction is carried out inside the reaction vessel in a pressurized state.

2. The hydrogen supply / storage according to claim 1, wherein a hydrogen supply body is continuously fed into the reaction vessel, and a by-product generated in the reaction vessel is discharged and recovered. apparatus.

Hydrogen can be supplied using the dehydrogenation reaction, and a hydrogen separation membrane is disposed near the catalyst in the reaction vessel, and hydrogen generated by the dehydrogenation reaction permeates through the hydrogen separation membrane and is recovered. The hydrogen supply and storage device according to claim 1, wherein the hydrogen supply and storage device is performed.

4. The heating device according to claim 1, wherein the heating unit is a combination of one or more of an electric heater, a hot air supplier, a heat medium in a gas or liquid state when heated, and a combustion catalyst. 5. The hydrogen supply / storage device according to any one of claims 1 to 6.

Hydrogen is released using a dehydrogenation reaction between a hydrogen supplier that releases hydrogen and changes into an aromatic compound and a hydrogen storage body that stores the hydrogen by reacting with the hydrogen and storing the hydrogen. A hydrogen supply and storage device for supplying or storing hydrogen using a hydrogenation reaction,
A catalyst necessary for the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction, a reaction vessel in which the hydrogen supplier or the hydrogen storage body is disposed, and pressurizing means for pressurizing the inside of the reaction vessel. Having heating means for increasing the temperature inside the reaction vessel,
On the surface of the catalyst filled in the reaction vessel in a pressurized state, the dehydrogenation reaction or the hydrogenation reaction is performed,
A hydrogen supply / storage device, characterized in that the catalyst is in the form of one or a combination of a granular, powdery, cloth-like, irregular chip-like, or honeycomb-like catalyst.