JP2015120627A

JP2015120627A - 水素反応管

Info

Publication number: JP2015120627A
Application number: JP2013266686A
Authority: JP
Inventors: 千恵金子; Chie Kaneko
Original assignee: Hitachi AIC Inc
Current assignee: Lincstech Circuit Co Ltd
Priority date: 2013-12-25
Filing date: 2013-12-25
Publication date: 2015-07-02

Abstract

【課題】管内に、箔形状の水素触媒部材を積層または巻回して収納した水素反応管にあって、反応ガスが反応管の端からもう一方の端にぬけるように、反応管における反応ガスの通り抜けを良好にして水素反応が安定して行える水素反応管を提供する。
【解決手段】水素触媒部材に、反応管の軸方向に長い、箔を変形した凸部を間欠に設けていることを特徴とした水素反応管を使用する。
【選択図】図３

Description

本発明は、水素反応管に関し、特に水素触媒部材を使用した水素反応管に関する。

近年、安全性、運搬性及び貯蔵能力に優れた水素貯蔵方法として、シクロヘキサンやデカリンのような炭化水素を用いた有機ハイドライドシステムが注目されている。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。

例えば、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。水素触媒部材を使用して、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と脱水素反応を利用することにより、水素の貯蔵とその供給が可能となる。

ところで、特許文献１には、水素触媒部材を使用した水素反応管において、水素触媒部材として箔状のものを使用し、エンボス加工によりこの箔の表面に間欠で円形の凸部を設けるか、または、波状の箔に平面箔を積層して巻回する方法が提案されている。

特開２０１１−５０９２５公報

水素反応管として、管に、箔状の水素触媒部材を積層または巻回して収納した場合であって、反応ガスが反応管の端からもう一方の端にぬけるように、水素触媒部材の箔間に空間を設けるのに、特許文献１の例のように、水素触媒部材に、エンボス加工により間欠に円形の凸部を設けると、反応ガスが円形の凸部側面にあたって発散し、乱流となりやすいため、流れ抵抗が増加し、反応ガスを供給しにくくなってしまいやすい。
また、特許文献１の別例のように、波状の箔に平面箔を積層した場合には、反応ガスの流れが層流となりやすく、流れ抵抗が増加しにくいが、長尺状の箔を波状に加工したものは伸びやすく、平面箔と積層して連続的に巻回するのは容易ではない。また、巻回せず単に積層した場合でも、波状に加工した箔は変形しやすく、箔間の空間断面が安定せず反応ガスが通りにくくなる部分が生じ、反応むらを生じやすくなってしまう。

本発明は、上記の課題を解決する為のもので、作成が容易で、反応管内における反応ガスの通り抜けを良好にして水素反応が安定して行える水素反応管を提供するものである。

本発明は、上記の課題を解決するために、下記の水素反応管を提供するものである。
（１）管内に、箔形状の水素触媒部材を積層または巻回して収納した水素反応管にあって、前記箔間に空間を設けるために、前記水素触媒部材に、前記管の軸方向に長く、軸方向とは直角方向に短い、前記箔を変形して形成した凸部を間欠に設けていることを特徴とした水素反応管。
（２）上記（１）において、前記箔を変形した凸部が、前記管の軸方向とは直角方向に設けた一対の平行切れ込み間の前記箔を変形したものであることを特徴とした水素反応管。
（３）上記（１）において、前記箔を変形した凸部が、前記管の軸方向とは直角方向に設けた一対の平行切れ込み間の前記箔を変形したものであって、この一対の平行切れ込みには、その間をつなぐつなぎ切れ込みを有していることを特徴とした水素反応管。

本発明によれば、各凸部が独立しているので、箔間の空間が安定して維持できる。しかも、各凸部が管の軸方向に長い形状であるために、反応ガスの通り抜けを良好にした水素触媒部材を提供することができる。

本発明の水素反応管の概略斜視図を示している。本発明の水素反応管の別の概略斜視図を示している。本発明の水素反応管に収納される水素触媒部材を示している。本発明の水素反応管に収納される別の水素触媒部材の部分拡大斜視図を示している。本発明の水素反応管に収納される別の水素触媒部材の部分拡大斜視図を示している。本発明の水素反応管に収納される別の水素触媒部材の部分拡大斜視図を示している。

本発明の水素触媒部材は、アルミニウムなどの金属箔の表面に酸化膜を設け、その酸化膜に金属触媒を担持したものをさす。その形状は、巻回する場合は、断面が円形、楕円形、長円形に巻回もの、または円形に巻回ものをつぶして長円形にしたものなどの柱状形や、単に積層してもの、またはつづら折りにしたものなど、収納する反応容器に合わせたものとなる。
そして、水素触媒部材は、低級炭化水素の直接分解装置に関し、とくにメタン（CH4）等の低級炭化水素を触媒との接触により炭素と水素とに直接分解する装置、メタノール又はＬＰＧ、天然ガスなどの炭化水素燃料の一部を改質触媒コンバータによって水素を生成する水素発生装置、または炭化水素の水素付加と脱水素反応を利用することにより、水素の貯蔵とその供給を行う有機ハイドライドシステム等に使用できる。

水素触媒部材用の金属箔は、変形可能な箔で、その厚さは、ロール状に巻き取れる範囲の厚さのものを使用する。たとえば、２０μｍから５００μｍ程度の工業的に生産されているものが利用できる。
金属箔としてアルミニウム箔を使用すると、マスクなしに、エッチングによるミクロンオーダーの穴径の、トンネル状に粗面化した穴（エッチングピット）の構造を設けやすく、反応表面積が拡大できる。また特にエッチングピットを長くし箔を貫通させる場合では、分子中に水素を含み、化学反応によって水素を取り出すことが可能な水素媒体や水素の移動を改善できる。
アルミニウム箔を上記のエッチングピットに粗面化する方法は、たとえば、アルミニウムに微量な鉄などを混入したものを冷間圧延後、部分焼鈍して形成した立方体方位再結晶粒に付加圧延を施してから最終焼鈍を行って強い立方体方位を発達させたものを使用する。

水素触媒部材表面の酸化膜は、アルミニウム箔の表面を酸化したもの、または、金属箔にアルミニウムなどの酸化物を堆積して設けたものを使用することができる。
アルミニウム箔の表面を酸化する方法としては、ベーマイト処理、アルマイト処理などにより設けることができる。ベーマイト処理は、沸騰水または蒸気中で水酸化アルミニウムを生成し、その後３００℃から５５０℃程度で焼成処理によりγ―アルミナに転化させる。アルマイト処理は、電解液に、例えば燐酸、クロム酸、蓚酸、硫酸、クエン酸、マロン酸、酒石酸水溶液等を使用して、電気化学的に陽極酸化する。酸化膜の厚さは、０．１μｍから３μｍ程度の厚さとする。
酸化物を堆積して設け方法としては、アルミニウムアルコキシド法、またはゾルゲル法などによりアルミニウムやステンレス箔の表面にアルミナセラミック膜を形成することができる。

金属触媒は、水素触媒用の金属で、ニッケル、パラジウム、白金、ロジウム、イリジウム、レニウム、ルテニウム、モリブデン、タングステン、バナジウム、オスミウム、クロム、コバルト、鉄などの金属及びこれらの合金を用いることができる。
金属触媒を多孔質酸化膜に担持する方法は、触媒金属をコロイド状に分散した液に浸漬したり、金属触媒を無電解めっきしたりして行う。

本発明の管は、内部が空洞の柱状体で、水素触媒部材を収納する。反応ガスが柱状体の端部周辺からもう一方の端部周辺にぬけるようになっている。断面は、円形、楕円形、長方形、多角形など特に限定なく使用できる。水素触媒部材はこの断面形状等にあわせて、積層または巻回して収納する。

本発明の凸部は、水素触媒部材の箔自体を変形して形成したもので、箔間距離を保つスペーサの役目をし、管内では、相対的に管の軸方向に長く、管の軸方向とは直角方向に短い形状になるように水素触媒部材を収納する。管の軸方向に長くすることにより、箔間距離を安定して保つことが容易となる。また、管の軸方向とは直角方向に短くすることにより、通気性が良好となる。箔を変形して形成した凸部を間欠に設けて箔を変形して形成した凸形状を得るには、たとえば凸部のあるロールとそれに対応した凹みのあるロールによる押し込み加工等が利用できる。また、箔に切れ込みを設けると、変形が容易となり好ましい。なお、凸形状を得る加工は、金属触媒を担持した後でも加工ができる。
凸加工の管の軸方向の長さは、１ｍｍから１０ｍｍ程度、凸加工の管の軸方向とは直角方向の幅は、０．０２ｍｍから１ｍｍ程度で、長さ／幅値は２から５０程度となる。
凸加工の高さは、目的の通気性を得る大きさで、２００μｍから２０００μｍの高さのものを使用する。好ましくは３００μｍから１０００μｍの高さとする。２００μｍよりも小さいと通気性が阻害されやすい。２０００μｍよりも大きいと小型になりづらい。凸部の間隔は、特に積層同士の凸部が重ならないように設ける。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の水素反応管の概略斜視図を示している。水素触媒部材１は、巻回されていて、断面が円形の管２に収納されている。
図２は、本発明の水素反応管の別の概略斜視図を示している。水素触媒部材１は、積層されていて、断面が長方形の管２に収納されている。図２（ａ）では、水素触媒部材１が複数枚積層されている。図２（ｂ）では、水素触媒部材１がつづら折りになって積層されている。

図３は、本発明の水素反応管に収納される水素触媒部材を示している。図３（ａ）は斜視図を、図３（ｂ）は断面図を示している。
水素触媒部材１は、巻回されるもので、幅方向に長い凸部３を複数有している。この凸部３は、水素触媒部材の箔を下から突起状の部材を押し当てることにより、押し当てられた部分の箔が上方に突き出し変形して得ることができる。

図４は、本発明の水素反応管に収納される別の水素触媒部材の部分拡大斜視図を示している。図４（ａ）に示すように、水素触媒部材１の箔に一対の平行切れ込みを設け、次に図４（ｂ）に示すように、一対の平行切れ込み４の間に下から突起治具を押し当てることにより、押し当てた部分の箔が上方に伸び変形して断面が半円形のドーム形柱状体の凸部３で、端面部分は平行切れ込み４のために開口部５となっている。

図５は、本発明の水素反応管に収納される別の水素触媒部材の部分拡大斜視図を示している。図５（ａ）に示すように、水素触媒部材１の箔に、一対の平行切れ込み４と、その一対の平行切れ込み４には間をつなぐつなぎ切れ込み６とを設け、切れ込み全体の形としてはコの字形としていて、次に図５（ｂ）に示すように、一対の平行切れ込み４の間に、下から突起治具を押し当てることにより、押し当てた部分の箔が、おれ曲がって上方に立ち上がり変形して、凸部３を形成していることを示している。なお、変形後には箔に開口部５ができ、水素媒体や水素の移動を改善できる。

図６は、本発明の水素反応管に収納される別の水素触媒部材の部分拡大斜視図を示している。
図６（ａ）に示すように、水素触媒部材の箔に、一対の平行切れ込みと、その一対の平行切れ込みには、間をつなぐつなぎ切れ込みを設け、切れ込み全体の形としてはＨの字形としていて、次に図６（ｂ）に示すように、一対の平行切れ込みの間に、下から突起治具を押し当てることにより、押し当てた部分の箔が、つなぎ切れ込み６を境に、左右分かれておれ曲がって上方に立ち上がり変形して凸部３を形成していることを示している。なお、変形後には箔に開口部５ができ、水素媒体や水素の移動を改善できる。

図３から図６の方法において、一対の平行切れ込みを、管の軸方向とは直角方向に設けることにより、反応ガスの通り抜けを良好にすることができる。また、実際の平行切れ込みの長さは、水素触媒部材の箔厚にもよるが、１００μｍ程度の場合、４００μｍから２０００μｍ程度となる。また、平行切れ込み間の距離は、１０００μｍから５０００μｍ程度となる。
また、図４の方法は、図３の方法の方法と比べて、凸部の形成が容易である点で好ましい。
また、図５または図６の方法は、図３または図４の方法と比べて、凸部の形成が容易で、アスペスト比を大きくとれる点で好ましい。

１…管、２…水素触媒部材、３…凸部、４…平行切れ込み、５…開口部、６…つなぎ切れ込み

Claims

管内に、箔形状の水素触媒部材を積層または巻回して収納した水素反応管にあって、前記箔間に空間を設けるために、前記水素触媒部材に、前記管の軸方向に長く、軸方向とは直角方向に短い、前記箔を変形して形成した凸部を間欠に設けていることを特徴とした水素反応管。
前記箔を変形した凸部が、前記管の軸方向とは直角方向に設けた一対の平行切れ込み間の前記箔を変形したものであることを特徴とした請求項１の水素反応管。
前記箔を変形した凸部が、前記管の軸方向とは直角方向に設けた一対の平行切れ込み間の前記箔を変形したものであって、この一対の平行切れ込みには、その間をつなぐつなぎ切れ込みを有していることを特徴とした請求項１の水素反応管。