JP2015098421A - 水素供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】芳香族化合物を収容するタンクに関する課題を解決できる水素供給装置を提供すること。【解決手段】液体の有機ハイドライドを収容する第１のタンク（３）と、前記第１のタンクから供給される前記有機ハイドライドの少なくとも一部を脱水素化し、水素及び液体の芳香族化合物を生成する脱水素化ユニット（７）と、前記脱水素化ユニットから排出された、前記芳香族化合物を含む液体を収容する第２のタンク（５）と、を備え、前記第２のタンクの内容積が変更可能であることを特徴とする水素供給装置（１）。【選択図】図３

Description

本発明は水素供給装置に関する。

従来、芳香族ハイドライドを脱水素化して水素を生成し、その水素を燃料電池に供給する水素供給装置が知られている（特許文献１参照）。

特許第４８４９７７５号公報

芳香族化合物を脱水素化すると、水素とともに、芳香族化合物が生じる。芳香族化合物は、一般的に毒性が高いため、外部に放出することはできず、タンク内に収容する必要がある。水素供給装置には、このタンクを設けることに起因する種々の課題が生じることがある。本発明は以上の点に鑑みなされたものであり、上述した課題を解決できる水素供給装置を提供することを目的とする。

本発明の水素供給装置は、液体の有機ハイドライドを収容する第１のタンクと、前記第１のタンクから供給される前記有機ハイドライドの少なくとも一部を脱水素化し、水素及び液体の芳香族化合物を生成する脱水素化ユニットと、前記脱水素化ユニットから排出された、前記芳香族化合物を含む液体を収容する第２のタンクとを備え、前記第２のタンクの内容積が変更可能であることを特徴とする。

本発明の水素供給装置では、第２のタンクの内容積が変更可能である。そのため、例えば、収容する液体の量が少ないときは、第２のタンクの内容積を小さくし、第２のタンクが占めるスペースを低減できる。また、収容する液体の量が多いときは、第２のタンクの内容積を大きくすることができる。

水素供給装置１の構成を表す説明図である。 水素供給装置１の電気的な構成を表すブロック図である。 第２のタンク５の構成を表す断面図である。 図４Ａは縮小した状態における第２のタンク５の構成を表す断面図であり、図４Ｂは膨張した状態における第２のタンク５の構成を表す断面図である。 共通タンク６１を備える水素供給装置１の構成を表す説明図である。 水素化ユニット６５を備える水素供給装置１の構成を表す説明図である。 第３のタンク７５を備える水素供給装置１の構成を表す説明図である。 第１のタンク３、第２のタンク５、及びノズル２０５の構成を表す断面図である。 ２重構造を有する第２のタンク５の構成を表す断面図である。 反応ユニット１１３及び保管タンク１５を備える水素供給装置１の構成を表す説明図である。 第１のタンク３及び第２のタンク５の構成を表す説明図である。

本発明の実施形態を図面に基づき説明する。
＜第１の実施形態＞
１．水素供給装置１の全体構成
水素供給装置１の全体構成を図１に基づき説明する。水素供給装置１は、燃料電池１０１に水素を供給する装置である。水素供給装置１は、例えば、燃料電池１０１を動力源とする移動体（例えば、車両、航空機、船舶等）に搭載し、その燃料電池１０１に水素を供給することができる。また、水素供給装置１は、例えば、工場、住宅、道路等に設置された燃料電池１０１に水素を供給することができる。また、水素供給装置１は、例えば、携帯端末、家電製品、それらの充電器等に搭載された燃料電池に水素を供給することができる。

水素供給装置１は、図１に示すように、第１のタンク３、第２のタンク５、脱水素反応器（脱水素化ユニットの一実施形態）７、気液分離器９、吸着器１１、バッファータンク１３、ポンプ１５、１７、三方弁１９、２１、配管２３、２５、２７、２９、３１、３３、及びヒーター３５を備える。

第１のタンク３は、液体のメチルシクロヘキサン（ＭＣＨ）を収容可能な金属製のタンクである。第２のタンク５は、後述するように気液分離器９から送り出される、トルエン等を含む液体を収容可能なタンクである。第２のタンク５の構成は後述する。

水素供給装置１を移動体に搭載する場合、第１のタンク３及び第２のタンク５のうちの一方は移動体の右側に設置され、他方は移動体の左側に設置される。こうすることにより、移動体の左右方向における重量配分を適正化することができる。

脱水素反応器７は、第１のタンク３から供給されるＭＣＨの少なくとも一部を脱水素化し、気体の水素及び液体のトルエンを生成するユニットである。脱水素反応器７は、金属チューブ内に脱水素触媒が充填された構造を有する。

脱水素触媒としては、特許第４８４９７７５号公報に記載されたものを用いることができる。この脱水素触媒として、例えば、特定の物理性状を有する多孔性γ-アルミナ担体に、白金、パラジウム、ルテニウム、ロジウム、及びイリジウムから選ばれた１種又は２種以上の触媒金属と、リチウム、ナトリウム、カリウム、ルビジウム、セシウム、ベリリウム、マグネシウム、カルシウム、ストロンチウム及びバリウムを包含する周期律表の第１Ａ族及び第２Ａ族から選ばれた１種又は２種以上のアルカリ性金属とが担持された触媒を挙げることができ、特に好ましくは、触媒金属として白金が０．３重量%以上２．０重量%以下、好ましくは０.５重量%以上１.０重量%以下の範囲で、また、アルカリ性金属としてカリウムが０.００１重量%以上１.０重量%以下、好ましくは０.００５重量%以上０.５重量%以下での範囲でそれぞれ担持された触媒である。

また、上記γ−アルミナ担体としては、表面積が１５０ｍ²／ｇ以上、細孔容積が０．５５ｃｍ³／ｇ以上、平均細孔径が９０〜３００Å、及び細孔径９０〜３００Åの占有率が６０％以上の物理的性状を有するものが好ましい。

このような特定の物理的性状を有する多孔性γ-アルミナ担体は、例えば、特公平６−７２００５号公報に開示されている製造方法で得ることができる。すなわち、アルミニウム塩の中和により生成した水酸化アルミニウムのスラリーを濾過洗浄し、得られたアルミナヒドロゲルを脱水乾燥した後、４００〜８００℃で１〜６時間程度焼成することにより得ることができ、好ましくは、アルミナヒドロゲルのｐＨ値をアルミナヒドロゲル溶解ｐＨ領域とベーマイトゲル沈殿ｐＨ領域との間で交互に変動させるとともに少なくともいずれか一方のｐＨ領域から他方のｐＨ領域へのｐＨ変動に際してアルミナヒドロゲル形成物質を添加してアルミナヒドロゲルの結晶を成長させるｐＨスイング工程を経て得られたものであるのがよい。

脱水素反応器７での脱水素反応条件は、反応温度が２５０℃以上３５０℃以下、好ましくは２９０℃以上３５０℃以下であり、また、この脱水素反応器の反応領域を通過するＭＣＨの液空間速度（ＬＨＳＶ）が１．０以上５．０以下、好ましくは２．０以上４．０以下である。

気液分離器９は、脱水素反応器７から排出される物質（水素主体の気体と、トルエン及び未反応のＭＣＨ主体の液体との混合物）を、気体と液体とに分離する。気液分離器９は、十分な管径を有するチューブから成るコイルであって、コイルの軸方向が鉛直となるように設置される。脱水素反応器７から排出された物質を気液分離器９に導入し、冷却することで、気体と液体とに分離することができる。分離された気体は吸着器１１へ送られ、液体は第２のタンク５に送られる。

吸着器１１は、気液分離器９において分離された気体から、水素以外の不純物を吸着して除去する。吸着器１１は、金属チューブ内に吸着剤を充填した構造を有する。吸着剤としては、例えば、ゼオライト、シリカ、シリカアルミナ、活性炭等を用いることができる。

バッファータンク１３は、吸着器１１において不純物を除去された気体（主として水素）を収容可能なタンクである。バッファータンク１３は、充分な厚みを有する金属製のタンクである。バッファータンク１３は、収容している水素を燃料電池１０１に供給する。

配管２３は第１のタンク３と脱水素反応器７とを接続しており、ポンプ１５は配管２３の途中に設置されている。配管２３及びポンプ１５により、第１のタンク３内のＭＣＨが脱水素反応器７に供給される。

配管２５は脱水素反応器７と気液分離器９とを接続している。配管２７は気液分離器９と吸着器１１とを接続しており、その途中に三方弁１９が設けられている。三方弁１９は、気液分離器９及び吸着器１１を連通する状態（以下、通常状態とする）と、空気供給ライン１０４及び吸着器１１を連通する状態（以下、パージ状態とする）とのうちの一方をとることができる。後述する水素供給処理のときは、三方弁１９を通常状態とする。一方、後述する再生処理のときは、三方弁１９をパージ状態とする。

配管２９は、吸着器１１とバッファータンク１３とを接続している。配管２９の途中には、三方弁２１とポンプ１７とが設けられている。三方弁２１は、吸着器１１及びバッファータンク１３を連通する状態（以下、通常状態とする）と、吸着器１１から排出された気体成分をパージする状態（以下、パージ状態とする）とのうちの一方をとることができる。後述する水素供給処理のときは、三方弁２１を通常状態とする。このとき、ポンプ１７は、吸着器１１から排出された気体をバッファータンク１３に送り出す。一方、後述する再生処理のときは、三方弁２１をパージ状態とする。

配管３１はバッファータンク１３内の水素を燃料電池１０１に供給する。配管３３は気液分離器９から排出された液体を第２のタンク５に送る。
ヒーター３５は、脱水素反応器７を加熱し、脱水素反応に好適な温度まで昇温するヒーターである。ヒーター３５は、脱水素反応器７の外周に巻かれた電熱線であり、燃料電池１０１から電力を供給される。

なお、燃料電池１０１は、水素供給装置１から供給された水素と、空気（酸素）とを用いて電気化学反応を行い、電圧を発生させる。また、燃料電池１０１は、その電気化学反応により水を生成する。その水は水タンク１０２に収容される。水タンク１０２に収容された水は、種々の用途に用いることができる。例えば、燃料電池１０１が移動体（特に車両）に搭載されている場合、水タンク１０２に収容された水を冷却水やウインドウオッシャー液として使用することができる。また、水タンク１０２に収容された水を飲料水とすることができる。

２．水素供給装置１の電気的構成
水素供給装置１の電気的構成を図２に基づき説明する。水素供給装置１は、図２に示すように、センサ群３７と、入力部３９と、制御部４１とを備える。センサ群３７は、水素供給装置１における各部の情報を取得する複数のセンサの群である。センサ群３７には、後述する下端位置センサ４３が含まれる。入力部３９は、キーボード、タッチパネル、各種スイッチ等から構成され、ユーザが情報を入力可能な構成である。制御部４１は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えた周知のコンピュータであり、センサ群３７の検出結果、及び入力部３９に入力された情報に基づき、ポンプ１５、１７、三方弁１９、２１、ヒーター３５、水素供給装置１の各部におけるバルブの開閉等を制御する。

３．第２のタンク５の構成
第２のタンク５の構成を図３に基づき説明する。第２のタンク５は、中空球形の基本形態を有し、上端部に接続孔４５が設けられている。接続孔４５の形状は円形であり、第２のタンク５の内外を連通する。第２のタンク５の材質はゴム（弾性体の一実施形態）であり、伸縮及び弾性変形が可能である。

第２のタンク５は配管３３に接続している。配管３３は、第２のタンク５側においてＬ字型に屈曲し、配管３３の先端部４７は下方向に延びており、配管３３の出口４９は下向きである。第２のタンク５のうち、接続孔４５の周辺部５１が、先端部４７の外周面に接着されることで、第２のタンク５は配管３３に取り付けられている。その結果、先端部４７の一部は接続孔４５内に侵入し、出口４９は第２のタンク５の内部に臨む。

第２のタンク５の下方には、下端位置センサ４３が設けられている。下端位置センサ４３の位置は固定されている。下端位置センサ４３は、レーザ光を射出してから、そのレーザ光の反射波を受信するまでの時間差に基づき、下端位置センサ４３から第２のタンク５の下端５３までの距離Ｌを測定する。

第２のタンク５は、収容する液体５０の量が少ないときは、図３における実線で表すように、小さい球形であり、下端５３は高い位置にある。一方、収容する液体５０の量が増加したとき、図３における破線で表すように、第２のタンク５は液体５０の重さによって膨張し、その内容積が大きくなる。また、下端５３の位置は下方に下がる。

なお、一旦図３における破線で表す状態となってから、収容する液体５０の量が減ると、第２のタンク５の形態は、第２のタンク５を構成するゴムの弾性力により、図３において実線で表す形態に戻る。

４．水素供給装置１が実行する処理
（１）水素供給処理
予め、第１のタンク３にＭＣＨを収容し、第２のタンク５は空にしておく。ユーザが入力部３９に対し、水素供給開始に対応する操作を行うと、制御部４１は、ヒーター３５により、脱水素反応器７の温度を、脱水素反応に好適な温度に昇温する。また、制御部４１は、三方弁１９、２１を、それぞれ、通常状態にする。

次に、制御部４１は、ポンプ１５を駆動し、第１のタンク３内のＭＣＨを、配管２３を介して脱水素反応器７に供給する。脱水素反応器７では、ＭＣＨを原料とする脱水素反応が生じ、気体の水素と液体のトルエンとが生成する。また、一部のＭＣＨは未反応のまま残存する。それらの物質は、配管２５を経て、気液分離器９に送られる。

気液分離器９では、脱水素反応器７から送られた物質が、気体と液体とに分離される。分離された気体は配管２７を経て吸着器１１に送られる。また、分離された液体は配管３３を経て第２のタンク５に送られる。

吸着器１１では、気液分離器９から送られた気体に含まれる、水素以外の不純物が吸着剤に吸着される。その後、気体（主として水素）は、ポンプ１７及び配管２９により、バッファータンク１３に送られ、そこに収容される。なお、バッファータンク１３に収容された水素は、適宜、燃料電池１０１に供給される。

（２）吸着器１１の再生時の処理
予め、吸着器１１を外部のヒーター等で加温しておく。ユーザが入力部３９に対し、吸着剤再生に対応する操作を行うと、制御部４１は、ポンプ１５、ヒーター３５をオフとする。また、制御部４１は、三方弁１９、２１を、それぞれ、パージ状態とする。

次に、制御部４１は、空気供給ライン１０４から吸着器１１に空気を供給する。吸着器１１内を流れた空気は、三方弁２１からパージされる。以上の処理により、吸着器１１の吸着剤に吸着されていた不純物が空気中に溶出して除去され、吸着剤が再生される。

（３）第２のタンク５の収容量算出処理
ユーザが入力部３９に対し、第２のタンク５の収容量算出に対応する操作を行うと、制御部４１は、下端位置センサ４３により、第２のタンク５の下端５３の位置を検出する。下端５３の位置は、第２のタンク５に収容する液体の量が多いほど、低くなる。制御部４１は、下端５３の位置と、第２のタンク５に収容された液体の量との関係を規定するマップを予め記憶している。制御部４１は、検出した下端５３の位置をそのマップに当てはめ、第２のタンク５に収容された液体の量を算出する。算出した液体の量は、図示しないディスプレイに表示してもよいし、外部に信号として出力してもよい。

５．水素供給装置１が奏する効果
（１）第２のタンク５は、収容する液体の量が少ないときは、縮小し、内容積が小さい。そのため、第２のタンク５が占めるスペースを低減できる。また、第２のタンク５は、収容する液体の量が増加したときは、膨張し、内容積を大きくすることができる。

（２）水素供給装置１は、下端位置センサ４３により、第２のタンク５に収容された液体の量を容易に算出することができる。
６．変形例
（１）第２のタンク５の一部は、金属、セラミック等の弾性が低い材料で構成され、他の部分が弾性体で構成されていてもよい。この場合も、弾性体から成る部分の伸縮により、同様の効果を奏することができる。

（２）第１のタンク３も、第２のタンク５と同様のものであってもよい。この場合、ＭＣＨの収容量が多い状態では、第１のタンク３の内容積を大きくし、ＭＣＨの収容量が少ない状態では、第１のタンク３の内容積を小さくすることができる。
＜第２の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様である。ただし、第２のタンク５の構成において相違する。以下では、相違点を中心に説明する。

本実施形態における第２のタンク５は、図４Ａ、４Ｂに示すように、円筒形の基本形態を有するとともに、円筒の側面５５は蛇腹状となっている。第２のタンク５は、円筒の軸方向が鉛直方向となる向きに設置される。また、第２のタンク５の上面には、接続孔５７が設けられている。第２のタンク５の材質は弾性を有する樹脂である。

第２のタンク５は配管３３に接続している。配管３３は、第２のタンク５側においてＬ字型に屈曲し、配管３３の先端部４７は下方向に延びており、配管３３の出口４９は下向きである。第２のタンク５のうち、接続孔５７の周辺部５９が、先端部４７の外周面に接着されることで、第２のタンク５は配管３３に取り付けられている。その結果、先端部４７の一部は接続孔５７内に侵入し、出口４９は第２のタンク５の内部に臨む。

第２のタンク５は、収容する液体５０の量が少ないときは、図４Ａに示すように、蛇腹状の側面５５が縮むことで、縦方向の寸法が小さくなり、内容積も小さくなる。一方、収容する液体５０の量が増加したとき、図４Ｂに示すように、収容する液体５０の重さによって蛇腹状の側面５５が伸びることで、縦方向の寸法が大きくなり、内容積も大きくなる。

なお、一旦図４Ｂに示す状態となってから、収容する液体５０の量が減ると、第２のタンク５の形態は、第２のタンク５を構成する樹脂の弾性力により、図４Ａに示す形態に戻る。

２．水素供給装置１が実行する処理
本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の処理を実行する。
３．水素供給装置１が奏する効果
本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の効果を奏する。

４．変形例
（１）第２のタンク５の一部（例えば側面５５以外の全部又は一部）は、金属、セラミック等の弾性が低い材料で構成されていてもよい。この場合も、側面５５の伸縮により、同様の効果を奏することができる。

（２）第１のタンク３も、第２のタンク５と同様のものであってもよい。この場合、ＭＣＨの収容量が多い状態では、第１のタンク３の内容積を大きくし、ＭＣＨの収容量が少ない状態では、第１のタンク３の内容積を小さくすることができる。
＜第３の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様である。ただし、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態の水素供給装置１は、図５に示すように、第１のタンク３及び第２のタンク５の代わりに、金属製の共通タンク６１を備えている。共通タンク６１の内部には、仕切られていない一つの空間が存在する。共通タンク６１は、配管２３、及び配管３３に接続している。共通タンク６１には、当初、ＭＣＨが収容される。

また、共通タンク６１内には、濃度センサ６３が設けられている。濃度センサ６３は、センサ群３７の一つであり、共通タンク６１内の液体におけるトルエン濃度を検出する。濃度センサ６３は、ＭＣＨとトルエンとの物性（比重、粘度、極性、蒸気圧、電気伝導度等）の違いに基づき、トルエン濃度を検出する。

２．水素供給装置１が実行する処理
本実施形態の水素供給装置１は、基本的には前記第１の実施形態と同様の処理を実行する。ただし、水素供給処理において、脱水素反応器７に供給されるのは、共通タンク６１に収容された液体（当初はＭＣＨ、その後はＭＣＨとトルエンとの混合物）である。また、気液分離器９により分離された液体は、共通タンク６１に戻される。

よって、水素供給処理を継続するうちに、共通タンク６１に収容された液体におけるＭＣＨ濃度は徐々に減少し、トルエン濃度は徐々に増加する。
水素供給装置１は、濃度センサ６３を用いて、共通タンク６１内の液体におけるトルエン濃度を検出することができる。ユーザは、例えば、トルエン濃度が所定値に達すると、共通タンク６１内の液体を排出し、その後に、ＭＣＨを供給することができる。

３．水素供給装置１が奏する効果
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と略同様の効果を奏する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、第１のタンク３及び第２のタンク５を設ける必要がないので、装置構成を簡略化できる。

４．変形例
濃度センサ６３の代わりに、配管３３を流れる液体の流量を検出する流量センサを設けてもよい。この場合、継続的に取得した流量センサの検出値を用いて、配管３３を流れた液体の累積量を算出し、その累積量と、ＭＣＨの初期容量とから、共通タンク６１内の液体におけるトルエン濃度を算出することができる。
＜第４の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様である。ただし、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態の水素供給装置１は、図６に示すように、さらに、水素化ユニット６５を備えている。水素化ユニット６５は、周知の方法でトルエンを水素化し、ＭＣＨを製造するユニットである。ＭＣＨの製造法の例としては、周知の水素付加装置において、Ｐｔ触媒の存在下、トルエンに水素を付加させる方法がある。

水素化ユニット６５は、配管６７を介して、第２のタンクからトルエンを供給され、配管６９を介して、バッファータンク１３から水素を供給される。また、水素化ユニット６５は、配管７１を介して、製造したＭＣＨを第１のタンク３に送る。

また、本実施形態では、バッファータンク１３内に圧力センサ７３が設けられている。圧力センサ７３はセンサ群３７のうちの一つであり、バッファータンク１３に収容された水素の圧力を検出する。

２．水素供給装置１が実行する処理
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の処理を実行する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、ＭＣＨ製造処理を実行する。すなわち、水素化ユニット６５を用いて、第２のタンク５に収容されていたトルエンと、バッファータンク１３に収容されていた水素とからＭＣＨを製造し、製造したＭＣＨを第１のタンク３に収容する。

ＭＣＨ製造処理は、圧力センサ７３で検出したバッファータンク１３における水素圧力が所定の閾値を超えた場合に実行することができる。また、ＭＣＨ製造処理は、ユーザが入力部３９に対し、ＭＣＨ製造処理に対応する操作を行った場合に実行することができる。また、ＭＣＨ製造処理は、下端位置センサ４３により検出した、第２のタンク５の収容量が所定の閾値を超えた場合に実行できる。

３．水素供給装置１が奏する効果
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の効果を奏する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、ＭＣＨ製造処理を実行して水素を消費することにより、バッファータンク１３における水素圧力が過大になることを抑制できる。また、ＭＣＨ製造処理を実行してトルエンを消費することにより、第２のタンク５における液量を抑制できる。また、バッファータンク１３内の水素を燃料電池１０１に供給する予定が長期間ない場合、その水素を用いてＭＣＨを製造することで、燃料電池１０１の燃料を安定して保存できる。

４．変形例
水素化ユニット６５に対し、バッファータンク１３からではなく、外部の水素供給ラインから水素を供給してもよい。この場合、バッファータンク１３における水素圧力によらず、第２のタンク５に収容されたトルエンを用いてＭＣＨを製造できる。また、水素化ユニット６５によりＭＣＨを製造すれば、第２のタンク５内の液量が減少し、第１のタンク３内のＭＣＨ量が増加するので、第２のタンク５からトルエンを主体とする液体を抜き取る作業や、第１のタンク３へＭＣＨを供給する作業の頻度を低減する（例えば行わないようにする）ことができる。
＜第５の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様である。ただし、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態の水素供給装置１は、図７に示すように、第１のタンク３及び第２のタンク５に加えて、第３のタンク７５を備えている。第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５には、それぞれ、当初は、ＭＣＨが収容され、後に、トルエンが混合される。詳しくは後述する。また、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５は、それぞれ、タンク内に収容された液体におけるトルエン濃度を検出するトルエン濃度センサ７７を備えている。

また、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５は、それぞれ、配管７９、８１、８３を介して、切換バルブ８５に接続しており、切換バルブ８５は配管２３に接続している。切換バルブ８５は、配管７９、８１、８３のうちの１のみを選択して、配管２３に連通させる。

また、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５は、それぞれ、配管８７、８９、９１を介して、切換バルブ９３に接続しており、切換バルブ９３は配管３３に接続している。切換バルブ９３は、配管８７、８９、９１のうちの１のみを選択して、配管３３に連通させる。

２．水素供給装置１が実行する処理
本実施形態の水素供給装置１は、基本的には、前記第１の実施形態と同様の処理を実行するが、水素供給処理の一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

水素供給処理において、気液分離器９により分離された液体は、配管３３を経て、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５のうちのいずれかに送られる。よって、当初はＭＣＨが収容されていたタンクにトルエンが加えられる。このとき、制御部４１は、液体の送り先を以下のように決める。まず、トルエン濃度センサ７７を用いて、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５におけるトルエン濃度をそれぞれ検出する。

次に、制御部４１は、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５におけるトルエン濃度の比率が、１：２：３となるように、液体成分の送り先を決め、その送り先に応じて、切換バルブ９３を切り換える。

また、水素供給処理において、制御部４１は、第１のタンク３、第２のタンク５、及び第３のタンク７５の中から、脱水素反応器７にＭＣＨを含む液体を供給するタンクを選択する。その選択の基準は適宜設定できる。例えば、水素の供給量を増す必要がある場合は、トルエン濃度が低い（ＭＣＨ濃度が高い）第１のタンク３を選択し、水素の供給量を増す必要がない場合は、トルエン濃度が高い第３のタンク７５を選択し、それらの中間の場合は第２のタンク５を選択することができる。次に、制御部４１は、選択したタンクに応じて、切換バルブ８５を切り換える。

３．水素供給装置１が実行する処理
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と略同様の効果を奏する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、脱水素反応器７に供給する液体におけるトルエン濃度を切換バルブ８５により切り換えることができる。そのことにより、脱水素反応器７で生成する水素の量を調整することができる。

４．変形例
タンクの数は３以外であってもよく、例えば、４、５、６・・・とすることができる。また、タンクの一部は、気液分離器９により分離された液体を加えないようにすることができる。この場合、その一部のタンクに収容される液体は、常にＭＣＨとなる。
＜第６の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態の水素供給装置１は、移動体（例えば、車両、航空機、船舶等）に搭載される。図８に示すように、第１のタンク３及び第２のタンク５は移動体２０１の内部に横に並べて設置される。第１のタンク３の上面には、ＭＣＨ供給口９５が設けられている。また、第１のタンク３には、ＭＣＨ供給口９５の周囲から上方向に延びる筒状の受け部材９７が設けられている。

また、第２のタンク５の上面には、トルエン排出口９９が設けられている。また、第２のタンク５には、トルエン排出口９９の周囲から上方向に延びる筒状の受け部材１０３が設けられている。また、第２のタンク５の内部において、トルエン排出口９９の周囲から下方向に延びる筒状の吸い上げ管１０５が設けられている。

移動体２０１には、その側面から、第１のタンク３及び第２のタンク５の上方まで、ノズル差込孔２０３が斜めに形成されている。ノズル差込孔２０３の下方には、上述した受け部材９７、１０３が存在する。

ノズル差込孔２０３には、ノズル２０５を差し込むことができる。このノズル２０５は、第１のタンク３にＭＣＨを供給するとともに、第２のタンク５からトルエンを主体とする液体を回収するために使用される部材である。ノズル２０５には、外部のＭＣＨ貯蔵タンク（図示略）から、配管を通して、ＭＣＨが供給される。また、ノズル２０５により吸い上げた液体は、配管を通して、外部の液体貯蔵タンク（図示略）に送られる。

ノズル２０５の内部には、その軸方向に沿って、２本の通路２０７、２０９が設けられており、それらは、ノズル２０５の先端２０５Ａに達している。先端２０５Ａのうち、通路２０７の周辺には、ノズル２０５の軸方向に延びる筒状の差込部材２１１が設けられ、また、先端２０５Ａのうち、通路２０９の周辺には、ノズル２０５の軸方向に延びる筒状の差込部材２１３が設けられている。

ノズル２０５をノズル差込孔２０３に差し込んだとき、差込部材２１１が受け部材１０３の内側に差し込まれる。このとき、通路２０７、差込部材２１１、受け部材１０３、トルエン排出口９９、及び吸い上げ管１０５を経て、第２のタンク５内に至る経路が生じる。よって、ノズル２０５を用いて、第２のタンク５内に収容された液体を、上記の経路を通して吸い上げ、さらに、上述した液体貯蔵タンクに送り出すことができる。

また、ノズル２０５をノズル差込孔２０３に差し込んだとき、差込部材２１３が受け部材９７の内側に差し込まれる。このとき、通路２０９、差込部材２１３、受け部材９７、及びＭＣＨ供給口９５を経て、第１のタンク３内に至る経路が生じる。よって、上述したＭＣＨ貯蔵タンクからノズル２０５に供給されたＭＣＨを、上記の経路を通して、第１のタンク３内に供給することができる。

３．水素供給装置１が奏する効果
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の効果を奏する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、ノズル２０５を用いて、第１のタンク３へのＭＣＨの供給と、第２のタンク５からの液体の回収とを同時に行うことができる。
＜第７の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態の水素供給装置１では、図９に示すように、第２のタンク５が、内側容器１０７と、外側容器１０９とを備えた２重構造となっている。内側容器１０７と外側容器１０９との間には隙間１１０が存在し、その隙間１１０には、多孔質材料（例えば、ゼオライト、シリカ、シリカアルミナ、活性炭等）１１１が充填されている。

配管３３は、内側容器１０７に連通しているが、隙間１１０とは連通していない。よって、配管３３により送られる液体は、内側容器１０７に収容され、通常は、多孔質材料１１１と接触しない。

２．水素供給装置１が実行する処理
本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の処理を実行する。
３．水素供給装置１が奏する効果
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（２）事故等により内側容器１０７が破損したとき、その内部に収容されていた、トルエンを含む液体は、多孔質材料１１１により吸収される。そのため、液体の漏洩や拡散を抑制できる。

４．変形例
（１）隙間１１０に充填する物質は、トルエンと化学反応して、毒性の低い物質を生成するものであってもよい。また、隙間１１０に充填する物質は、トルエンの化学反応を促進する触媒、微生物等であってもよい。これらの場合でも、液体の漏洩や拡散による被害を抑制できる。

（２）多孔質材料１１１は、内側容器１０７の外側面全体にわたって配置されていてもよいし、内側容器１０７の外側面の一部に選択的に配置されていてもよい。
＜第８の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。本実施形態の水素供給装置１では、図１０に示すように、第２のタンク５が第１のタンク３の内部に収容されている。第２のタンク５の底面５Ａは支柱１２１により支持されており、第１のタンク３の底面３Ａとは離間している。

２．水素供給装置１が実行する処理
本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の処理を実行する。
３．水素供給装置１が奏する効果
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の効果を奏する。

（２）本実施形態では、第２のタンク５が第１のタンク３の内部に収容されているので、事故等が発生した場合でも、第２のタンク５が損傷し難い。そのため、第２のタンク５に収容されている液体の漏洩を抑制できる。また、第２のタンク５に収容されていた液体が第２のタンク５の外に漏れたとしても、第１のタンク３内に留めることができる。

４．変形例
第２のタンク５の外殻のうち、全てが第１のタンク３内に収容されていてもよいし、一部のみが第１のタンク３内に収容されていてもよい。また、第２のタンク５の外殻の一部は第１のタンク３の内面に接していてもよい。また、第２のタンク５の外殻の一部は、第１のタンク３の外殻と共通のものであってもよい。
＜第９の実施形態＞
１．水素供給装置１の構成
本実施形態における水素供給装置１の構成は基本的には前記第１の実施形態と同様であるが、一部において相違する。以下では、その相違点を中心に説明する。

本実施形態の水素供給装置１は、図１１に示すように、さらに、反応ユニット１１３、及び保管タンク１１５を備えている。反応ユニット１１３は配管１１７により第２のタンク５と接続しており、保管タンク１１５は配管１１９により反応ユニット１１３と接続している。

反応ユニット１１３は、第２のタンク５から、配管１１７を通して液体を供給され、その液体に含まれるトルエンを、それよりも毒性が低い物質に変換する。その変換方法としては、公知の方法を適宜選択して用いることができ、例えば、好気性微生物による生分解、熱分解、ＣｅＯ_２担持ハニカム等の触媒を用いた分解等が挙げられる。反応ユニット１１３での反応に熱が必要な場合、燃料電池１０１の電力を用いてその熱を発生させることができる。

保管タンク１１５は、反応ユニット１１３で生じた、トルエンより毒性が低い物質を保管する。なお、反応ユニット１１３で生じた物質の毒性が顕著に低い場合は、保管タンク１１５に保管せず、外部（例えば、大気中、路上等）に放出してもよい。

２．水素供給装置１が実行する処理
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の処理を実行する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、反応ユニット１１３を用いて、第２のタンク５に収容されたトルエンを、それより毒性が低い物質に変換する処理を実行する。この処理は、下端位置センサ４３により検出した、第２のタンク５の収容量が所定の閾値を超えた場合に実行できる。また、上記の処理は、ユーザが入力部３９に対し、所定の操作を行った場合に実行できる。

３．水素供給装置１が奏する効果
（１）本実施形態の水素供給装置１は、前記第１の実施形態と同様の効果を奏する。
（２）本実施形態の水素供給装置１は、第２のタンク５に収容されたトルエンを、それより毒性が低い物質に変換できるので、安全性が一層向上する。また、第２のタンク５に収容される液体の量を抑制できる。

＜その他の実施形態＞
（１）前記第１〜第９の実施形態において、第１のタンク３に収容する液体は、ＭＣＨ以外の有機ハイドライド（例えば、シクロヘキサン、デカリン、メチルデカリン等）であってもよい。この場合でも、脱水素反応器７において脱水素化を行うことができる。

（２）前記第１〜第９の実施形態における構成の一部又は全部を適宜組み合わせてもよい。

１…水素供給装置、３…第１のタンク、３Ａ、５Ａ…底面、５…第２のタンク、７…脱水素反応器、９…気液分離器、１１…吸着器、１３…バッファータンク、１５、１７…ポンプ、１９、２１…三方弁、２３、２５、２７、２９、３１、３３、６７、６９、７１、７９、８７、１１７、１１９…配管、３５…ヒーター、３７…センサ群、３９…入力部、４１…制御部、４３…下端位置センサ、４５…接続孔、４７…先端部、４９…出口、５０…液体、５１、５９…周辺部、５３…下端、５５…側面、５７…接続孔、６１…共通タンク、６３…濃度センサ、６５…水素化ユニット、７３…圧力センサ、７５…第３のタンク、７７…トルエン濃度センサ、８５、９３…切換バルブ、９５…供給口、９７…受け部材、９９…トルエン排出口、１０１…燃料電池、１０２…水タンク、１０３…受け部材、１０４…空気供給ライン、１０５…吸い上げ管、１０７…内側容器、１０９…外側容器、１１０…隙間、１１１…多孔質材料、１１３…反応ユニット、１１５…保管タンク、１２１…支柱、２０１…移動体、２０３…ノズル差込孔、２０５…ノズル、２０５Ａ…先端、２０７、２０９…通路、２１１、２１３…差込部材

Claims (3)

1. 液体の有機ハイドライドを収容する第１のタンクと、
   前記第１のタンクから供給される前記有機ハイドライドの少なくとも一部を脱水素化し、水素及び液体の芳香族化合物を生成する脱水素化ユニットと、
   前記脱水素化ユニットから排出された、前記芳香族化合物を含む液体を収容する第２のタンクと、
   を備え、
   前記第２のタンクの内容積が変更可能であることを特徴とする水素供給装置。
2. 前記第２のタンクの内容積は、前記芳香族化合物を含む液体の収容量が増すほど、大きくなることを特徴とする請求項１に記載の水素供給装置。
3. 前記第２のタンクは、少なくとも一部が弾性体から成ることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素供給装置。

Images