JP2021004154A - 水素製造装置及び水素製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】水素の供給量の変化に柔軟に対応することができ、特に、水素の大量生産に容易に対応可能であって、高純度の水素を高収率で生成可能な水素製造装置を提供する。【解決手段】水素製造装置１は、水素分離膜アセンブリ２と、高電圧電極３と容器とを備えている。水素分離膜アセンブリ２は、水素分離膜１１と水素分離膜の外周を支持する外周支持部１２とを備えており、内部に原料ガス流路１６を規定する。高電圧電極３は、誘電体６によって被覆されており、原料ガス流路１６の中心部に配置されている。容器４は、水素分離膜アセンブリ２を収容しており、水素分離膜アセンブリ２との間に水素流路２１を規定する。高電圧電極３に電力が供給されることで、高電圧電極３と水素分離膜２との間で放電が発生する。【選択図】図１

Description

本発明は、水素製造装置と水素製造方法に関する。特に、常温で効率よくアンモニアから水素を製造する水素製造装置および水素製造方法に関する。

近年、燃料電池の燃料や、半導体製造装置のキャリアガスとして、高純度の水素の需要が高まっている。水素を製造する方法として、たとえば炭化水素ガスを水蒸気改質する方法が知られている。しかし炭化水素の水蒸気改質では、原料に対して水蒸気のモル比が低くなったときに炭素が析出して触媒が失活するため、水素の製造量に対応して製造条件を厳しく管理する必要がある。また、触媒を利用するには、反応温度を高温に維持する必要がある。

特許文献１には、原料ガスをプラズマ反応容器内でプラズマとして、水素を分離する水素製造装置が開示されている。特許文献１の水素製造装置は、プラズマ反応器と、プラズマ反応器内で水素を分離して搬出する略筒状の水素分離搬送部と、プラズマ反応器へ高電圧を印加する高電圧電源とを備えている。プラズマ反応容器内には、強誘電体ペレットが充填されている。特許文献１の水素製造装置は、プラズマ反応器に高電圧を印加するため、他の装置への組み込む場合には、絶縁等の安全対策が必要となる。

発明者らは、アンモニアを放電によりプラズマとして水素を生成する方法および装置を発明し、特許文献２に開示した。特許文献２には、プラズマ反応器と、高電圧電極と、接地電極とを備えている水素製造装置を開示している。特許文献２の水素製造装置は、水素分離膜が高電圧電極として機能して接地電極との間で誘電体バリア放電し、供給されたガスに含まれるアンモニアをプラズマとする。水素分離膜が、アンモニアのプラズマの中から水素のみを透過させるので、高純度の水素を製造して分離することができる。特許文献２の水素製造装置は、水素の製造を、常温常圧で行うことができる。

特許文献２の水素製造装置では、水素の大量生産時に、水素を吸引して供給するためのポンプを水素出口に配置する場合がある。しかし、水素流路上に配置するポンプには、防爆仕様のポンプを適用することが好ましく、装置全体が高価なものとなっていた。

特開２００４−３５９５０８号公報 特開２０１４−７００１２号公報

本発明はかかる現状に鑑みてなされものであって、水素の製造量を容易に制御することができ、しかも水素流路上にポンプ等の吸引手段を設けることなく水素を供給できる水素製造装置および水素製造方法の提供を、解決すべき課題としてなされたものである。

本発明は水素製造装置に関する。本発明の水素製造装置は、水素分離膜と水素分離膜を支持する支持体とを備えており内部に原料ガス流路を規定する水素分離膜アセンブリと、誘電体によって被覆されており原料ガス流路の中心部に配置された高電圧電極と、水素分離膜アセンブリを収容しており、水素分離膜アセンブリとの間に水素流路を規定する容器とを備えている。本発明の水素製造装置は、水素分離膜アセンブリが接地されており、前記高電圧電極に電力が供給されるとき、前記高電圧電極と前記水素分離膜との間で放電が発生することを特徴とする。

本発明の水素製造装置の水素分離膜を支持する支持体は、水素分離膜の外周を支持する外周支持部を備えていることが好ましい。

本発明の水素製造装置は、水素分離膜アセンブリの原料ガス流路の少なくとも一部に、吸着剤が配置されていることが好ましい。

本発明の水素製造装置は、原料ガスがアンモニアであり、アンモニアを原料ガス流路に、ゲージ圧力が０ｋＰａより大で且つ３００ｋＰａ以下となる圧力で供給することが好ましい。ここでいうゲージ圧力が０ｋＰａより大であるとは、原料ガス流路が外部に対して正圧（陽圧）となる圧力である。

本発明の水素製造装置は、容器の中に複数の水素分離膜アセンブリを収容することができる。それぞれの水素分離膜アセンブリの中に高電圧電極が配置されている。

本発明の水素製造装置は、容器の中に複数の水素分離膜アセンブリを収容する場合に、容器の一端部に原料ガス導入部を設け、容器の他端部にガス排出部を設けることができる。複数の水素分離膜アセンブリの原料ガス流路は、一端部が原料ガス導入部に連結され、且つ他端部がガス排出部に連結される。

本発明はまた、水素製造方法を提供する。本発明の水素製造方法は、原料ガス流路を規定する水素分離膜アセンブリと、原料ガス流路の中心部に配置されている高電圧電極と、前記水素分離膜アセンブリを収容しており前記水素分離膜アセンブリとの間に水素流路を規定する容器とを備えている水素製造装置を用いて、水素を製造する方法である。本発明の水素製造方法は、水素分離膜アセンブリに加圧した原料ガスを供給する工程と、高電圧電極に給電して、前記水素分離膜アセンブリとの間で放電させる放電工程と、放電により原料ガスをプラズマとし、原料ガスに含まれる水素原子に、前記水素分離膜を透過させる水素分離工程と、を備えている。

本発明の水素製造装置は、水素分離膜アセンブリの内部に高電圧電極が配置される。水素分離膜アセンブリは接地されており、さらに水素分離膜アセンブリが容器に収容されるので、電気的な安全性が確保されており、他の装置への組み込みが容易になる。

本発明の水素製造装置は、原料ガスを、大気圧以上の所定の圧力で水素分離膜アセンブリ内部の原料ガス流路に供給する。特に、原料ガスにアンモニアを用い、アンモニアを好適な圧力条件であるゲージ圧力が０ｋＰａより大で且つ３００ｋＰａ以下となる圧力で供給するとき、圧力に比例して水素を製造して水素流路に供給することができる。この結果、特別な吸引手段を用いることなく外部に水素を供給することができる。

本発明の水素製造装置は、容器の中に、複数の水素分離膜アセンブリを収容することができる。それぞれの水素分離膜アセンブリが製造した水素は、連通している共通の水素流路に導入されて、外部に供給される。複数の水素分離膜アセンブリが水素流路を共有することで、装置全体を小型化し、また水素の供給路を単純化することができる。

複数の水素分離膜アセンブリを備えた水素製造装置は、水素分離膜アセンブリ毎の原料ガスの供給量と、それぞれの高電圧電極に対する電力の供給のオンとオフと、原料ガスの加圧量とを制御することにより、大量生産から少量生産まで、水素の製造量を柔軟に変更することができる。

図１は、本発明の実施例１の水素製造装置の端面図である。 図２は、本発明の実施例１の水素製造装置の横断面図である。 図３は、本発明の実施例２の水素製造装置の縦断面を模式的に示す図である。 図４（ａ）は、実施例３の水素製造装置の上面図であり、図４（ｂ）は、実施例３の水素製造装置の側面図であり、図４（ｃ）は、実施例３の水素製造装置の正面図である。 図５は、本発明の実施例３の水素製造装置の端面図である。 図６は、本発明の実施例４の水素製造装置の中央部分を省略した縦断面の模式図である。 図７は、本発明の実施例５の水素製造装置の横断面図である。 図８は、実施例１の水素製造装置に供給する原料ガスの圧力と水素製造量との関係を示すグラフである。

以下に、本発明の水素製造装置の実施形態を列記する。
（１）水素製造装置で使用可能な原料ガスは、アンモニア、尿素、またはメタン等の炭化水素系ガス、アンモニア単体ではなくアンモニアと不活性ガスの混合ガスとすることができる。また、液化アンモニアや尿素から発生したアンモニア単体またはそのアンモニアと不活性ガスの混合ガスとすることができる。
（２）水素製造装置で、最も好適に用いられる原料ガスは、アンモニアである。
（３）高電圧電極を被覆する誘電体は、アルミナなどのセラミックス、チタン酸バリウム、ポリカーボネート、アクリルなどの絶縁性の高い樹脂、石英ガラスなどのガラスで構成されている。
（４）水素分離膜は、パラジウム合金薄膜またはバナジウム合金薄膜を好適に使用することができる。それ以外にも、水素分離膜は、ジルコニウム−ニッケル（Ｚｒ−Ｎｉ）系合金薄膜、ニオブ−ニッケル（Ｎｂ−Ｎｉ）系合金薄膜、および、ニオブ（Ｎｂ）と、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）およびモリブデン（Ｍｏ）よりなる群から選ばれる１種以上の金属と、チタン（Ｔｉ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、タンタル（Ｔａ）およびハフニウム（Ｈｆ）よりなる群から選ばれる１種以上の金属との合金よりなる薄膜、またはシリカ系分離膜や、ゼオライト系分離膜、ポリイミド分離膜、ポリスルホン分離膜などの非金属薄膜などで形成することができる。
（５）水素分離膜アセンブリの支持体は、水素分離膜の外周を支持して水素分離膜の破損や変形を防止する外周支持部を備えている。外周支持部は、パンチングメタルやメッシュ素材で形成されており、水素分離膜が透過した水素をそのまま通過させる。
（６）水素分離膜アセンブリの支持体は、さらに、水素分離膜の内周を支持する内周支持部を備えることができる。内周支持部は、水素分離膜の破損や変形を防止し、水素分離膜アセンブリ全体の強度を確保する目的で、追加される場合がある。内周支持部は、外周支持部と同様に、パンチングメタルやメッシュ素材等で形成することができる。
（７）原料ガス入口は、原料ガス源に接続されている。原料ガス源と原料ガス入口の間に圧力制御器であるレギュレータが設けられており、原料ガスを、ゲージ圧力が大気圧以上（すなわち、ゲージ圧０ＭＰａ以上）１ＭＰａ以下となる圧力に調整して供給することが好ましい。最適な条件として、アンモニアをゲージ圧力で０ｋＰａより大で且つ３００ｋＰａ以下の圧力で、水素分離膜アセンブリに供給することで、多量の水素を高収率で得ることができる。
（８）原料ガス流路の少なくとも一部に、吸着剤を充填することで、水素の製造量を増加させることができる。吸着剤として、ゼオライト及び活性アルミナのいずれか一方または両方を用いることができる。原料ガスとして、水素分子またはアンモニアを主成分とするガスを用いた場合は、細孔径が０．２〜０．８ｎｍ（２〜８Å）であるゼオライトを用いることが好ましい。また、原料ガスとして、炭化水素系ガスを主成分とするガスを用いた場合は、細孔径が０．５〜１．０ｎｍ（５〜１０Å）であるゼオライトを用いることが好ましい。
（９）単体の水素分離膜アセンブリを備える水素製造装置においては、水素分離膜アセンブリの支持体は、外周支持部に加えて、水素分離膜の両端部を支持する第一支持部と第二支持部で構成されている。第一支持部と第二支持部は、水素分離膜と高電圧電極とを位置決めして支持している。第一支持部には原料ガス入口が開口しており、原料ガス流路に原料ガスを導入する。第二支持部には、排出ガス出口が開口しており、水素製造後の残渣であるガスを原料ガス流路から排出する。
（１０）単体の水素分離膜アセンブリを備える水素製造装置においては、水素分離膜を円筒状に形成し、外周支持部を水素分離膜の外周に接する円筒状に形成して水素分離膜を支持させる。そして、容器を水素分離膜アセンブリよりも大きな円筒状に形成して水素分離膜アセンブリを収容し、第一支持部と容器の一端部とを接合し、第二支持部と容器の他端部とを接合することにより水素分離膜アセンブリを容器内に同心円状に位置合わせして固定している。このとき、第一支持部と第二支持部とは、高電圧電極を、水素製造装置の中心軸に沿って位置するように、位置決め固定している。
（１１）容器内に複数の水素分離膜アセンブリを収容している水素製造装置では、容器の一端部に設けられた原料ガス導入部の内壁の開口部に、水素分離膜アセンブリの外周支持部と水素分離膜を溶接、接着、またはシール部材を介した接合によって連結している。同様に、容器の他端部に設けられたガス排出部の内壁の開口部に、水素分離膜アセンブリの外周支持部と水素分離膜を連結している。水素分離膜アセンブリは、その原料ガス流路が容器の原料ガス導入部とガス排出部とに連通した状態で、容器内に等間隔で固定されている。
（１２）容器内に複数の水素分離膜アセンブリを収容した水素製造装置における高電圧電極は、原料ガス導入部を貫通して、水素分離膜アセンブリの中心部に配置されている。
（１３）容器内に複数の水素分離膜アセンブリを収容した水素製造装置では、容器内で水素流路は全て連通しており、１箇所の水素導出口から外部に供給される。
（１４）容器内に複数の水素分離膜アセンブリを収容した水素製造装置では、水素分離膜アセンブリ毎に、原料ガス入口の開閉を制御することができる。また、原料ガス入口の開閉と連動して、それぞれの前記高電圧電極に対する電力の供給のオンとオフを制御することができる。

（実施例１）
以下、本発明にかかる水素製造装置の好適な実施例について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施例の水素製造装置１を模式的に示す端面図である。図２は、水素製造装置１の横断面図である。水素製造装置１は、外形が円筒状に形成された水素分離膜アセンブリ２と、棒状の高電圧電極３と、円筒状の容器４とを備えている。容器４は、水素分離膜アセンブリ２よりも大きな円筒状に形成されている。

本実施例において、水素分離膜アセンブリ２は、円筒状に成形された水素分離膜１１と、容器４と水素分離膜１１との間に介在して水素分離膜１１を支持する支持体を備えている。水素分離膜１１は、パラジウム合金薄膜またはバナジウム合金薄膜で形成されている。支持体は金属または樹脂で形成されている。支持体は、外周支持部１２、第一支持部１３、および第二支持部１４を主な構成要素としている。

水素分離膜アセンブリ２の外周支持部１２は、水素分離膜１１の外周に接する円筒形状を有しており、水素分離膜１１を面支持する。外周支持部は、パンチングメタルか、または網状の開口を有する金属又は樹脂であり、水素分離膜を透過した水素をそのまま通過させることができる。

水素分離膜アセンブリ２の第一支持部１３は、水素分離膜の一端部を支持している。第二支持部１４は、水素分離膜１１の他端部を支持している。第一支持部１３と第二支持部１４とは、容器４とも接合しており、水素分離膜アセンブリ２は、容器内４に同心円状に位置合わせされた状態で収容され、固定されている。水素分離膜１１と支持部１３、１４とは、溶接、かしめ、ハンダ付けなどの方法で接合されており、接合部分は気密性が確保されている。水素分離膜アセンブリ２の第一支持部１３には原料ガス入口１５が開口しており、第二支持部１４には排出ガス出口１７が開口している。以上の構成から、水素分離膜アセンブリ２の水素分離膜１１の内側には、一端部に原料ガス入口１５が配置され、他端部に排出ガス出口１７が配置され、他の部分は全て封止されている原料ガス流路１６が形成されている。

水素分離膜アセンブリ２は図示されない接地端子に電気的に接続されており、接地されている。水素分離膜１１は、基準電位となっている。

棒状の高電圧電極３は、電流導入端子に接続される一端部３ａを除いて、全体が誘電体６によって被覆されている。高電圧電極３は、第一支持部１３と第二支持部１４によって両端部が支持されており、水素分離膜アセンブリ２の中心軸に沿って固定される。その結果、水素分離膜１１と高電圧電極３との間の距離は、どの位置においても概ね等距離となる。図示されない高電圧電源が電流導入端子を経由して高電圧電極３に高電圧を印加する。高電圧電源は、波形保持時間が１０μｓと極めて短い両極性パルス波形を発生させて、電子エネルギー密度の高い電力を高電圧電極３に供給する。

容器４は円筒状の側面を有しており、金属又は樹脂で形成されている。第一支持部１３と容器４の一端部とが接合し、第二支持部１４と容器４の他端部とが接合することにより、水素分離膜アセンブリ２が容器４内に位置決め固定される。このとき、高電圧電極３が、水素製造装置１の中心軸とほぼ同一箇所に配置される。水素分離膜アセンブリ２は、原料ガス入口１５と排出ガス出口１７が外部に連通しているが、それらを除く部分は全て容器４の中に封止されて他の領域から分離された状態となっている。容器４の内壁と水素分離膜アセンブリ２の外壁との間に、閉空間である水素流路２１が規定されている。容器４の一端部には水素導出口２２が設けられており、製造した水素は水素導出口２２から外部に供給される。

水素分離膜１１と支持部１３，１４の接合箇所、支持部１３，１４と高電圧電極３の接合箇所、及び支持部１３，１４と容器４の接合箇所をより確実に封止するために、ガスケットの配置若しくは、シール材の塗布が追加的に行われる。原料ガス流路１６と水素流路２１は、それぞれが確実に封止されて、気密性を確保される。

第一支持部１３に設けられた原料ガス入口１５は、図示されない原料ガス源に接続されている。原料ガス源と原料ガス入口１５との間にレギュレータが設けられており、原料ガスをゲージ圧力で０ｋＰａを超えて３００ｋＰａ以下となる圧力に調整して、原料ガス流路１６に供給する。加圧された原料ガスが薄い膜状の水素分離膜１１の内部の原料ガス流路１６に導入されると、外周支持部１２が水素分離膜１１を支持して水素分離膜１１破損や変形を防止する。

本実施例の水素製造装置１は、原料としてアンモニアが最も好適に使用される。アンモニアを原料として水素を生成する場合の反応式を、以下の式１に示す。
２ＮＨ_３＋ｅ→Ｎ_２＋３Ｈ_２＋ｅ （式１）

水素製造装置１でアンモニアを原料ガスとして水素を製造する方法を説明する。

加圧されたアンモニアが、原料ガス入口１５から水素分離膜アセンブリ２の中に導入されて、原料ガス流路１６に到達する。高電圧電源が高電圧電極３に電圧を印加することで、高電圧電極３と水素分離膜１１との間で誘電体バリア放電が発生する。放電によって、原料ガス流路１６内のアンモニアが、大気圧非平衡プラズマとなる。水素分離膜１１は、アンモニアのプラズマに曝される。プラズマから発生した水素は、水素原子の形態で水素分離膜１１に吸着し、水素分離膜１１の中を拡散しながら通過して水素流路２１に到達し、再結合して水素分子となる。水素分離膜１１は水素のみを通過させるので、水素流路２１側に水素が高純度で分離される。アンモニアから水素が分離された後、残った窒素は、排出ガス出口１７から排出される。

図８に、本実施例の水素製造装置１に供給するアンモニアの圧力と、水素製造量との関係をグラフで示す。本実施例の水素製造装置１は、１ＭＰａのゲージ圧力でアンモニアを供給して水素を製造することが可能である。しかしながら、原料ガスの圧力と水素製造量とが比例しており、且つ原料ガスから得られる水素の収率が高い圧力条件は、ゲージ圧力が０ｋＰａを超えて３００ｋＰａ以下となる範囲である。

本実施例の水素製造装置１は、水素分離膜アセンブリ２の内側の原料ガス流路１６にアンモニアが導入され、そこでアンモニアがプラズマとなることで製造された水素が水素製造アセンブリ２の外側に放出される。アンモニアが加圧されているために、水素分離膜アセンブリ２の内側から外側に放出される水素の流れが自然に発生し、水素導出口２２側に特別な吸引手段を設けることなく、水素ガスを得ることができる。水素製造装置１によって得られる水素ガスは９９．９９９％以上の高純度であるので、そのまま燃料電池や半導体の製造工程に使用することができる。

（実施例２）
図３は、本実施例の水素製造装置３１の縦断面を模式的に示す図である。実施例１と同一の構成を有する要素については、同一符号を付して重複説明を割愛する。本実施例の水素製造装置３１は、水素分離膜アセンブリ２の原料ガス流路１６内に、吸着剤５が充填されている。

本実施例では、吸着剤５として、ペレット形状を有しており、平均細孔径が０．６５ｎｍである疎水性ゼオライト（ＨＳＺ（登録商標）成形体、ＨＳＺ−９００、東ソー株式会社製）を使用した。

原料ガス流路１６に導入された原料ガスは、吸着剤５に吸着されて、プラズマとなるまで原料ガス流路１６に滞留する。このため、原料ガスの供給量がより多くした場合であっても、確実に原料ガスから水素を製造することができる。この結果、より大量の水素の製造を行うことができる。

（実施例３）
図４（ａ）に、本実施例の水素製造装置４１の上面図を示し、図４（ｂ）に側面図を示し、図４（ｃ）に正面図を示す。図５に、本実施例の水素製造装置４１の端面図を示す。

本発明の水素製造装置４１は、容器４４の中に７個の水素分離膜アセンブリ４２を収容している。それぞれの水素分離膜アセンブリ４２の中心軸に沿って、誘電体６に被覆された高電圧電極３が配置されている。

容器４４は円筒状の側面を有しており、金属又は樹脂で形成されている。容器４４の一端側には、原料ガス導入口４６を備えた原料ガス導入部４５が設けられている。容器４４の他端部には、ガス排出口４８を備えたガス排出部４７が設けられている。

本実施例の水素分離膜アセンブリ４２は、円筒状に成形された水素分離膜１１と、外周支持部１２とで構成されており、内部に原料ガス流路１６が形成されている。

容器４４の一端部に設けられた原料ガス導入部４５は、容器４４内部の内壁４３ａによって、容器内の他の部分と仕切られている。内壁４３ａには、水素分離膜アセンブリ４２の配置に対応した７箇所の開口が設けられている。このそれぞれの開口に、水素分離膜アセンブリ４２の外周支持部１２と水素分離膜１１の端部が、溶接、接着、またはシール部材を介した接合によって連結されている。

同様に、容器４４の他端部に設けられたガス排出部４７は、内壁４３ｂによって、容器内の他の部分と仕切られている。内壁４３ｂには、水素分離膜アセンブリ４２の配置に対応した７箇所の開口が設けられている。このそれぞれの開口に、水素分離膜アセンブリ４２の外周支持部１２と水素分離膜１１の端部が、溶接、接着、またはシール部材を介した接合によって連結されている。このように、容器４４内の内壁４３ａ、４３ｂに水素分離膜アセンブリ４２の両端部が接合されていることで、容器４４内に７本の水素分離膜アセンブリ４２が封止固定されている。それぞれの水素分離膜アセンブリ４２の内部の原料ガス流路１６は、原料ガス導入部４５およびガス排出部４７と連通している。加圧された原料ガスが、原料ガス導入部４５を経由して、それぞれの水素分離膜アセンブリ４２の原料ガス流路１６に均等に供給される。

全ての水素分離膜アセンブリ４２は図示されない接地端子に電気的に接続されており、接地されている。水素分離膜１１は、基準電位となっている。

誘電体６で被覆された高電圧電極３は、封止部材１９を介して容器４４の原料ガス導入部４５側を貫通した状態で固定されており、水素分離膜アセンブリ４２の中心部に配置されている。

容器４４と水素分離膜アセンブリ４２との間に形成された水素流路２１は全て連通している。

本実施例の水素製造装置４１は、高電圧電極３に電力を供給することで複数の水素分離膜アセンブリ４２毎に、高電圧電極３と水素分離膜１１との間で放電が発生する。ゲージ圧力が０ｋＰａより大で且つ３００ｋＰａ以下となる圧力でアンモニア等の原料ガスを供給すると、原料ガスが原料ガス流路１６でプラズマとなり、水素のみが水素分離膜１１を透過して水素流路２１に到達する。水素は、水素流路２１を通過し、容器４４に開口する水素導出口４９から外部に供給される。

必須ではないが、本実施例の水素製造装置４１では、内壁４３ａの開口にバルブを設けて、水素分離膜アセンブリ４２毎に、原料ガスの供給と停止を制御することができる。さらに、原料ガスの流入および停止と連動させて、それぞれの高電圧電極に対する電力の供給のオンとオフを制御することができる。これにより、水素の製造量を適宜調節することができ、また、バッチ生産にも対応することができる。

本実施例の水素製造装置４１は、複数の水素分離膜アセンブリ４２を並列に配置して一つの容器４４の中に配置することができ、より簡略化した装置によって大量の水素を製造することができる。また、水素分離膜アセンブリ毎に原料ガスの供給を制御することができるので、水素の製造量を柔軟に制御することができる。

（実施例４）
図６に、本実施例の水素製造装置５１を示す。水素製造装置５１は、実施例３と同一の容器４４の中に７個の水素分離膜アセンブリ４２を収容している。本実施例の水素製造装置５１は、水素分離膜アセンブリ２の原料ガス流路１６内に、吸着剤５が充填されており、原料ガスからより高収率で水素を製造することができる。

（実施例５）
図７に、本実施例の水素製造装置６１の横断面図を示す。本実施例の水素製造装置６１は、容器６２の外径が直方体形状を有しており、水素分離膜アセンブリ２を単体で収容している。容器６２を直方体とすることで、積み重ねた使用が一層容易となる。

実施例で説明した水素製造装置１の構成は、適宜変更が可能である。たとえば、水素分離膜アセンブリの原料ガス流路の上流に触媒を配置して、原料ガスの一部を予め分解しておくことが可能である。触媒の例として、たとえばアンモニアを原料ガスに用いる場合には、ニッケルやルテニウムなどの触媒金属を酸化マグネシウムまたはアルミナに担持したアンモニア分解触媒を適用することができる。

また、容器の中に複数の水素分離膜アセンブリを配置した水素製造装置において、実施例１と同じ構造の水素分離膜アセンブリを容器に組み込むことも可能である。すなわち、第一支持部と第二支持部を水素分離膜の両端に配置した水素分離膜アセンブリを予め組み立て、第一支持部と原料ガス導入部の内壁を接合し、第二支持部とガス排出部の内壁とを接合して、水素製造装置を得ることができる。このとき、それぞれの高電圧電極は第一支持部と第二支持部とで両端を支持される。

１、３１、４１、５１、６１ 水素製造装置
２、４２ 水素分離膜アセンブリ
３ 高電圧電極
４、４４ 容器
５ 吸着剤
６ 誘電体
１１ 水素分離膜
１２ 外周支持部
１３ 第一支持部
１４ 第二支持部
１５ 原料ガス入口
１６ 原料ガス流路
１７ 排出ガス出口
２１ 水素流路
２２、４９ 水素導出口
４３ａ、４３ｂ 内壁
４５ 原料ガス導入部
４６ 原料ガス導入口
４７ ガス排出部
４８ ガス排出口

Claims (7)

1. 水素分離膜と、前記水素分離膜を支持する支持体とを備え、内部に原料ガス流路を規定する水素分離膜アセンブリと、
   誘電体によって被覆されており、前記原料ガス流路の中心部に配置された高電圧電極と、
   前記水素分離膜アセンブリを収容しており、前記水素分離膜アセンブリとの間に水素流路を規定する容器と、
   を備えている水素製造装置であって、
   前記水素分離膜アセンブリが接地されており、前記高電圧電極に電力が供給されるとき、前記高電圧電極と前記水素分離膜との間で放電が発生することを特徴とする水素製造装置。
2. 前記水素分離膜を支持する前記支持体が、前記水素分離膜の外周を支持する外周支持部 を備えていることを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。
3. 前記水素分離膜アセンブリの前記原料ガス流路の少なくとも一部に、吸着剤が充填されていることを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。
4. 前記原料ガスがアンモニアであり、
   アンモニアを、前記原料ガス流路に、ゲージ圧力が０ｋＰａより大で且つ３００ｋＰａ以下となる圧力で供給することを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。
5. 前記容器の中に複数の水素分離膜アセンブリが収容されており、
   それぞれの前記水素分離膜アセンブリの中に高電圧電極が配置されていることを特徴とする請求項１記載の水素製造装置。
6. 前記容器の一端部に原料ガス導入部が設けられており、
   前記容器の他端部にガス排出部が設けられており、
   複数の前記水素分離膜アセンブリの一端部が前記原料ガス導入部に連結されており且つ前記水素分離膜アセンブリの他端部が前記ガス導出部に連結されていることを特徴とする請求項５記載の水素製造装置。
7. 原料ガス流路を規定する水素分離膜アセンブリと、前記原料ガス流路の中心部に配置されている高電圧電極と、前記水素分離膜アセンブリを収容しており前記水素分離膜アセンブリとの間で水素流路を規定する容器とを備えている水素製造装置を用いて、水素を製造する方法であって、
   前記水素分離膜アセンブリに加圧した原料ガスを供給する工程と、
   前記高電圧電極に給電して、前記水素分離膜アセンブリとの間で放電させる放電工程と、
   放電により原料ガスをプラズマとし、原料ガスに含まれる水素原子に、前記水素分離膜を透過させる水素分離工程と、
   を備えていることを特徴とする水素製造方法。

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