JP5398367B2 - Hydrogen generator - Google Patents

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Description

本発明は、水素発生装置に関し、特に、金属触媒を酸化膜に担持した触媒担体による水素触媒部材を使用した水素発生装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen generator, and more particularly, to a hydrogen generator using a hydrogen catalyst member made of a catalyst carrier having a metal catalyst supported on an oxide film.

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、貯蔵性に優れている。   In recent years, organic hydride systems using hydrocarbons such as cyclohexane and decalin have attracted attention as hydrogen storage methods that are excellent in safety, transportability and storage capacity. Since these hydrocarbons are liquid at room temperature, they are excellent in transportability and storage properties.

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。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。   For example, benzene and cyclohexane are cyclic hydrocarbons having the same carbon number, whereas benzene is an unsaturated hydrocarbon in which the bond between carbons is a double bond, whereas cyclohexane has a double bond. There are no saturated hydrocarbons. Cyclohexane is obtained by the hydrogenation reaction of benzene, and benzene is obtained by the dehydrogenation reaction of cyclohexane. That is, hydrogen can be stored and supplied by utilizing hydrogenation and dehydrogenation of these hydrocarbons.

ところで、特許文献1には、アルミニウム平板表面を陽極酸化して、多孔質酸化膜を設け、その多孔質酸化膜に金属触媒を担持して触媒担体とし、化学的に水素貯蔵・供給を繰り返す媒体を用いて水素を取り出す水素触媒部材を得ることが提案されている。また、このアルミニウム平板の水素触媒部材を、スペーサを介して積み上げることにより、水素分離の効率を向上させることが提案されている。   By the way, Patent Document 1 discloses a medium in which the surface of an aluminum plate is anodized, a porous oxide film is provided, a metal catalyst is supported on the porous oxide film as a catalyst carrier, and hydrogen storage and supply are chemically repeated. It has been proposed to obtain a hydrogen catalyst member for taking out hydrogen by using the. It has also been proposed to improve the efficiency of hydrogen separation by stacking the aluminum flat plate hydrogen catalyst members via spacers.

特開2007−326000公報JP 2007-326000 A

水素を取り出す水素反応システムに合わせて水素反応容器もそれにあった形状にし、その水素反応容器中に入れる水素触媒部材もまたそれに合わせて設計する必要がある。
アルミニウム平板に多孔質酸化皮膜を設けている特許文献1では、熱交換器からの熱拡散をアルミニウム平板の熱伝導性に頼っている。ここで触媒担体の体積率を上げるには多孔質酸化皮膜を厚くする必要があるが、多孔質酸化皮膜は熱伝導率が悪い為、多孔質酸化皮膜を厚くし過ぎると逆に水素転化率は低下する。
即ち高熱伝導であるアルミニウム金属部と低熱伝導である多孔質酸化皮膜部は、それぞれ薄肉にて緻密に構成される必要があり、かつガス流路など隙間部も構成する必要があるが、平板の積層構造では強度を保つためには薄肉化には限界がある。
水素を取り出す脱水素反応は吸熱反応なので水素反応容器は加熱される必要があるが、自動車用途などではエンジン廃熱が利用できる。しかしアルミニウム平板による熱伝導長さが長く熱抵抗が大きい為、熱交換は、不充分であり大型の熱交換器が必要であった。以上の通り従来技術では、小形、軽量の水素発生装置を得ることが困難であった。
It is necessary to design the hydrogen reaction vessel in accordance with the hydrogen reaction system for taking out hydrogen, and to design the hydrogen catalyst member to be put in the hydrogen reaction vessel accordingly.
In Patent Document 1 in which a porous oxide film is provided on an aluminum flat plate, the thermal diffusion from the heat exchanger relies on the thermal conductivity of the aluminum flat plate. Here, in order to increase the volume ratio of the catalyst support, it is necessary to increase the thickness of the porous oxide film. However, since the porous oxide film has poor thermal conductivity, if the porous oxide film is too thick, the hydrogen conversion rate is conversely increased. descend.
That is, the aluminum metal portion having high thermal conductivity and the porous oxide film portion having low thermal conductivity must be thin and dense, and a gap such as a gas flow path must be formed. In a laminated structure, there is a limit to thinning in order to maintain strength.
Since the dehydrogenation reaction for extracting hydrogen is an endothermic reaction, the hydrogen reaction vessel needs to be heated. However, engine waste heat can be used in automobile applications. However, since the heat conduction length by the aluminum flat plate is long and the heat resistance is large, heat exchange is insufficient and a large heat exchanger is required. As described above, with the conventional technology, it has been difficult to obtain a small and lightweight hydrogen generator.

本発明は、上記の課題を解決する為に、水素発生装置として最適な構造を得やすい、軽量、小型、安価な水素発生装置を提供するものである。
In order to solve the above-described problems, the present invention provides a lightweight, small, and inexpensive hydrogen generator that can easily obtain an optimum structure as a hydrogen generator.

本発明は、上記の課題を解決するために、下記の水素触媒部材を提供するものである。
(1)金属触媒を担持した水素触媒部材により、有機ハイドライドを水素供給する媒体として用いて化学反応で水素を取り出す水素発生装置において、前記水素触媒部材を分散して第1のパイプ内に設け、その第1のパイプの外を囲むようにまたは内側に燃焼廃ガスを通す第2のパイプを設け、前記第1のパイプと前記第2のパイプ同様に蛇行している二重パイプの構造であることを特徴とする水素発生装置。
(2)上記(1)において、前記水素触媒部材が、多孔質酸化皮膜を設けた、アルミニウム繊維、アルミニウム粉若しくはアルミニウム箔の粉砕体、又は多孔質酸化皮膜の粉砕体、又はアルミナナノチューブの何れかであることを特徴とする水素発生装置。
(3)上記(1)または(2)において、前記二重パイプが、螺旋状に蛇行していることを特徴とする水素発生装置。
(4)上記(1)から(3)のいずれかにおいて、前記二重パイプの長さ方向において、化学反応部分の温度が250℃以下となる領域には水素触媒部材を設けないことを特徴とする請求項1から3のいずれかの水素発生装置。
(5)上記(1)から(4)のいずれかにおいて、前記二重パイプのパイプ間の一定な隙間空間を得るために、外側のパイプに間欠的なへこみを設けたことを特徴とする水素発生装置。
(6)上記(1)から(5)のいずれかにおいて、前記金属触媒は、二種以上とし、化学反応部分の温度が、250℃から700℃では白金、700℃以上、水素発生装置の上限温度以下ではニッケルとし、水素触媒部材の配置される温度により使い分けることを特徴とした水素発生装置。
In order to solve the above problems, the present invention provides the following hydrogen catalyst member.
(1) In a hydrogen generating apparatus for extracting hydrogen by a chemical reaction using an organic hydride as a hydrogen supply medium using a hydrogen catalyst member supporting a metal catalyst, the hydrogen catalyst member is dispersed and provided in the first pipe. a second pipe through which combustion exhaust gases or inwardly so as to surround the outer side of the first pipe is provided, of the first pipe and the second double pipe and the pipe is serpentine similarly A hydrogen generator characterized by a structure .
(2) In the above (1), the hydrogen catalyst member is any one of an aluminum fiber, an aluminum powder or an aluminum foil, a porous oxide film, or an alumina nanotube provided with a porous oxide film. The hydrogen generator characterized by being .
(3) The hydrogen generator according to (1) or (2) , wherein the double pipe meanders spirally.
(4) In any one of (1) to (3), in the length direction of the double pipe, in the region where the temperature of the chemical reaction section is 250 ° C. or less and characterized in that without the hydrogen catalyst member either hydrogen generating apparatus of claims 1 to 3.
(5) In any one of the above (1) to (4), in order to obtain a constant clearance space between the pipes of the double pipe, hydrogen is provided with intermittent dents on the outer pipe Generator.
(6) In any one of (1) to (5), wherein the metal catalyst is a two or more, the chemical temperature of the reaction portion, at 700 ° C. from 250 ° C. platinum, 700 ° C. or higher, the upper limit of the hydrogen generating apparatus The hydrogen generator is characterized in that it is nickel below the temperature and is selectively used depending on the temperature at which the hydrogen catalyst member is disposed.

本発明によれば、水素触媒部材を分散して第1のパイプ内に設け、その第1のパイプの長さ方向の外側または内側に燃焼廃ガスを通す第2のパイプを設けており、パイプ形状は板形状よりも圧力応力に対する強度が高いので、薄くでき、そのため熱抵抗が低くできる。
又、本発明の水素触媒部材は収納容器に合わせ変形可能なので、パイプは自由に蛇行でき、燃焼廃ガスとの接触面積を大きくできるので熱交換効率が高く水素発生装置としての反応効率や熱交換効率などを向上できる最適な構造を得やすい。そのため、小型、軽量、安価な水素発生装置を提供することができる。
According to the present invention, the hydrogen catalyst member is dispersed and provided in the first pipe, and the second pipe for passing the combustion waste gas is provided outside or inside in the longitudinal direction of the first pipe. Since the shape has a higher strength against pressure stress than the plate shape, it can be made thin, so that the thermal resistance can be lowered.
In addition, since the hydrogen catalyst member of the present invention can be deformed to fit the storage container, the pipe can freely meander and the contact area with the combustion waste gas can be increased, so that the heat exchange efficiency is high and the reaction efficiency and heat exchange as a hydrogen generator. It is easy to obtain an optimal structure that can improve efficiency. Therefore, a small, lightweight, and inexpensive hydrogen generator can be provided.

本発明の形態の水素触媒部材とそれを使用した水素反応ユニットの概略図の一例を示している。The example of the schematic of the hydrogen catalyst member of the form of this invention and the hydrogen reaction unit using the same is shown. 本発明の形態の水素発生装置を概念的に示している。1 schematically illustrates a hydrogen generator according to an embodiment of the present invention. 本発明の形態の別の水素発生装置を概念的に示している。Fig. 3 conceptually shows another hydrogen generator in the form of the present invention. 本発明の形態の外側のパイプと内側のパイプとの二重構造を示している。2 shows a double structure of an outer pipe and an inner pipe in the form of the present invention. 本発明の形態の水素発生装置を示している。1 shows a hydrogen generator in the form of the present invention. 本発明の形態の別の水素発生装置を示している。3 shows another hydrogen generator in the form of the present invention.

本発明に述べる金属触媒は、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触媒を用いることができる。
金属触媒として白金は脱水素触媒反応の下限温度が約300℃と低く、高効率が得られるものの希少であり高価である。白金より安価な金属触媒として例えばニッケルは脱水素触媒反応の下限温度が約700℃と高い。そのため希少高価である白金使用量を削減するために、水素発生装置内で、例えば250℃以下では金属触媒なし、250〜700℃の部分は白金、700℃以上、水素発生装置の上限温度以下ではニッケルとする使い方がある。
The metal catalyst described in the present invention is a metal for a hydrogen catalyst, such as nickel, palladium, platinum, rhodium, iridium, rhenium, ruthenium, molybdenum, tungsten, vanadium, osmium, chromium, cobalt, iron, and alloys thereof. Can be used.
Platinum as a metal catalyst has a low minimum temperature of the dehydrogenation catalytic reaction of about 300 ° C., and although high efficiency is obtained, it is rare and expensive. As a metal catalyst that is cheaper than platinum, for example, nickel has a high minimum temperature of about 700 ° C. for the dehydrogenation catalytic reaction. Therefore, in order to reduce the amount of rare platinum used, in the hydrogen generator, for example, there is no metal catalyst at 250 ° C. or lower, and the portion of 250 to 700 ° C. is platinum, at 700 ° C. or higher and below the upper limit temperature of the hydrogen generator. There is a way to use nickel.

本発明に述べる水素触媒部材は、金属触媒を担持した水素発生用の触媒部材で、多孔質酸化皮膜を設けた、アルミニウム繊維、アルミニウム粉、アルミニウム箔の粉砕体、又は多孔質酸化皮膜の粉砕体又はアルミナナノチューブなどの小形状体で集合して用いられる。ひとつの小形状体の大きさが10nmから10mm程度のものからなる。
また、水素触媒部材としては、これらの触媒部材と金属繊維、金属粉体とを焼結した小形状体とするか、または混合体とするか、してもよい。
これらの触媒部材と混合または混合して焼結する金属繊維、金属粉体としては、適用温度に対応したものが選択され、660℃より十分低い場合はアルミニウムが好適であり、高温の場合では高融点金属が選定される。選ばれた金属繊維又は金属粉は、多孔質酸化皮膜を設けた、アルミニウム繊維、アルミニウム粉、アルミニウム箔の粉砕体、又は多孔質酸化皮膜の粉砕体又はアルミナナノチューブの何れかと混合され、好ましくは焼結とし、金属繊維間、又は金属粉間が結合され、支持体を構成する。
The hydrogen catalyst member described in the present invention is a hydrogen generation catalyst member carrying a metal catalyst, and is provided with a porous oxide film, an aluminum fiber, an aluminum powder, an aluminum foil pulverized body, or a porous oxide film pulverized body Or it aggregates and uses by small shape bodies, such as an alumina nanotube. One small body has a size of about 10 nm to 10 mm.
Moreover, as a hydrogen catalyst member, you may make it the small-shaped body which sintered these catalyst members, metal fiber, and metal powder, or you may make it a mixture.
As the metal fibers and metal powders to be mixed or mixed and sintered with these catalyst members, those corresponding to the application temperature are selected, and aluminum is suitable when sufficiently lower than 660 ° C., and high at high temperatures. A melting point metal is selected. The selected metal fiber or metal powder is mixed with any one of aluminum fiber, aluminum powder, aluminum foil pulverized body, porous oxide film pulverized body or alumina nanotube provided with a porous oxide film, preferably baked. As a result, metal fibers or metal powders are bonded together to form a support.

多孔質酸化皮膜を設ける方法は、陽極酸化工程、酸性水溶液処理、ベーマイト処理、焼成の順で施され、その後金属触媒が担持される。   The method of providing a porous oxide film is performed in the order of an anodic oxidation process, acidic aqueous solution treatment, boehmite treatment, and firing, and then a metal catalyst is supported.

陽極酸化工程は、アルミニウム表面に酸化皮膜を形成させる工程であり、酸化皮膜はバリア型皮膜と多孔質酸化皮膜に分類される。このうち、多孔質酸化皮膜は表面に細孔を有した形状で表面積が大きく金属触媒の担持表面積を大きく出来ることから水素触媒担持体としては、多孔質酸化皮膜の陽極酸化工法が最適である。本陽極酸化の化成液は、例えば燐酸,クロム酸,蓚酸,硫酸水溶液等を使用することができ、細孔の間隔、膜厚、細孔径は、印加電圧,処理温度,処理時間などの条件により、適宜設定することができる。
但し化成条件だけで、細孔径を拡大しようとすると、細孔間隔が広がり最適な触媒担持密度が得られない場合があるので、陽極酸化での細孔径は小さいままとし、後の酸性溶液処理で細孔径を整えるのが良い。膜厚は、適用するアルミニウム粉末径や焼結密度により最適値が異なる。粉末径に対して膜厚が厚いと、粉末同士の焼結結合部が消失したり、空隙が皮膜で満たされたり、皮膜成長での応力によりクラックを生じる。陽極酸化の処理液温度は、0℃から50℃、特に30℃から40℃とすることが好ましい。また、この陽極酸化の処理時間は処理条件や形成したい膜厚によって異なるが、例えば20℃、4質量%の蓚酸水溶液で15V、40分とした場合には約1.5μmの陽極酸化層を形成できる。本工程後、水洗し次に酸性水溶液処理を行う。
The anodizing step is a step of forming an oxide film on the aluminum surface, and the oxide film is classified into a barrier type film and a porous oxide film. Of these, the porous oxide film has a shape having pores on the surface, has a large surface area, and can increase the surface area of the metal catalyst, so that the anodization method of the porous oxide film is optimal as the hydrogen catalyst support. For example, phosphoric acid, chromic acid, oxalic acid, aqueous sulfuric acid, etc. can be used as the anodizing chemical. The pore spacing, film thickness and pore diameter depend on conditions such as applied voltage, treatment temperature, and treatment time. Can be set as appropriate.
However, when trying to enlarge the pore diameter only under the chemical conversion conditions, the pore spacing may increase and the optimal catalyst loading density may not be obtained. Therefore, the pore diameter in anodic oxidation is kept small, and the subsequent acidic solution treatment is performed. It is good to adjust the pore diameter. The optimum film thickness varies depending on the applied aluminum powder diameter and sintered density. When the film thickness is thick with respect to the powder diameter, the sintered joint portion between the powders disappears, the voids are filled with the film, or cracks are generated due to stress in the film growth. The treatment liquid temperature for anodization is preferably 0 ° C. to 50 ° C., particularly 30 ° C. to 40 ° C. The treatment time of this anodization varies depending on the treatment conditions and the film thickness to be formed. For example, when an anodic acid solution of 20% at 4 ° C. and 15 V for 40 minutes is formed, an anodized layer of about 1.5 μm is formed. it can. After this step, it is washed with water and then treated with an acidic aqueous solution.

酸性水溶液処理は、上記陽極酸化で得られた皮膜の細孔を、触媒担持に適した径に拡大することを目的としており、上記陽極酸化での細孔が細い場合に適用する。 酸性水溶液として例えば、燐酸の場合には5〜20質量%であることが好ましく、10℃から30℃で10分から2時間、細孔径が適度に拡大されるまで処理する。本工程後、水洗し次にベーマイト処理を行う。   The acidic aqueous solution treatment is intended to expand the pores of the film obtained by the anodization to a diameter suitable for supporting the catalyst, and is applied when the pores in the anodization are thin. For example, in the case of phosphoric acid, the acidic aqueous solution is preferably 5 to 20% by mass, and is treated at 10 to 30 ° C. for 10 minutes to 2 hours until the pore diameter is appropriately expanded. After this step, it is washed with water and then subjected to boehmite treatment.

ベーマイト処理は皮膜表面にナノスケール構造体である羽毛状水酸化アルミニウムを形成させる工程である。表面が羽毛状となることで更に表面積が拡大する。この羽毛状形状は皮膜の外表面、細孔内壁に形成されるが、先の多孔質酸化皮膜を設けたアルミニウム箔の粉砕体では粉砕面にも形成する。ベーマイト処理は、pH6からpH8、好ましくはpH7からpH8の水中50℃〜200℃で処理し、乾燥した後次に焼成処理を行う。
ベーマイト処理の処理時間はpHや処理温度によっても異なるが、1時間以上とすることが好ましい。例えばpH7、100℃程度の水中で処理する場合、約5時間処理する。
Boehmite treatment is a step of forming feathered aluminum hydroxide, which is a nanoscale structure, on the surface of the film. The surface area is further increased by the surface becoming feathery. This feather-like shape is formed on the outer surface of the film and the inner wall of the pore, but is also formed on the pulverized surface in the crushed aluminum foil provided with the porous oxide film. The boehmite treatment is performed at 50 ° C. to 200 ° C. in water of pH 6 to pH 8, preferably pH 7 to pH 8, dried, and then fired.
The treatment time of the boehmite treatment varies depending on the pH and treatment temperature, but is preferably 1 hour or longer. For example, when processing in water at pH 7 and about 100 ° C., it is processed for about 5 hours.

焼成は皮膜を触媒反応に最適な含水量とさせるもので、水酸化アルミニウムをγ―アルミナに転化させることを目的としている。通常は300℃から550℃で0.1時間から5時間行う。   Firing is intended to make the film have an optimum water content for the catalytic reaction, and is intended to convert aluminum hydroxide into γ-alumina. Usually, it is performed at 300 to 550 ° C. for 0.1 to 5 hours.

金属触媒の担持は、酸性水溶液処理後、ベーマイト処理後、又は焼成後に行う。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、触媒金属を無電解めっきしたりして行う。 The metal catalyst is supported after the acidic aqueous solution treatment, the boehmite treatment, or the calcination. The method for supporting the metal catalyst on the porous oxide film is performed by immersing the catalyst metal in a colloidal dispersion or electroless plating of the catalyst metal.

アルミニウム繊維としては、アルミニウムを繊維状にしたもので、寸法及び断面形状は製法により異なるが、その径は、20μmから1500μm程度、長さは0.5mm程度から数100mのものを使用する。純度は特に限定しないが、少なくとも99%、好ましくは99.9%以上が好適である。また、その製造方法は、従来からの方法である、線引き加工法、切削法、溶融紡糸法または粉末延伸法など限定なく使用できる。
線引き加工法は、線材をダイスに通して引延するものである。切削法は、アルミニウムブロックを刃物で削り、短繊維を作るものである。溶融紡糸法は、アルミニウム冶金を溶解し溶融状態から一挙に細線化するものである。粉末延伸法は、アルミニウム粉末と塩類との混合物を押し出しや圧延などで延伸するものである。切削法のうち、アルミニウム箔を切削し繊維状にする方法は、たとえば、コイル状に巻いて回転させ、端面に切削工具をあてて切削していくコイル切削法が使用できる。このアルミニウム繊維は、そのまままたは必要な長さに切断したもの、また繊維の長さ方向に複数束ねるか、またはフェルト状にからみ合わせてから焼結したものなどが使用できる。このアルミニウム繊維には、陽極酸化、酸性水溶液処理、ベーマイト処理、焼成、触媒担持が施される。
As the aluminum fiber, aluminum is used in a fiber shape, and the size and the cross-sectional shape vary depending on the manufacturing method. The diameter is about 20 μm to 1500 μm, and the length is about 0.5 mm to several hundreds m. The purity is not particularly limited, but at least 99%, preferably 99.9% or more is suitable. Moreover, the manufacturing method can be used without limitation, such as a conventional drawing method, cutting method, melt spinning method, or powder drawing method.
In the wire drawing method, a wire is drawn through a die. In the cutting method, an aluminum block is cut with a blade to make short fibers. The melt spinning method melts aluminum metallurgy and thins it from a molten state at once. In the powder drawing method, a mixture of aluminum powder and salts is drawn by extrusion or rolling. Of the cutting methods, a method of cutting an aluminum foil into a fiber shape can be used, for example, a coil cutting method in which a coil tool is wound and rotated, and a cutting tool is applied to the end face for cutting. The aluminum fiber can be used as it is or after being cut into a required length, or a plurality of aluminum fibers can be bundled in the length direction of the fiber, or can be sintered after being entangled in a felt shape. This aluminum fiber is subjected to anodization, acidic aqueous solution treatment, boehmite treatment, firing and catalyst support.

アルミニウム粉としては、公知の方法により製造されたものを使用することができる。たとえば、粒径が50μmから200μm程度では、ガスアトマイズ法など使用することができ、それより小さい場合には、遠心力アトマイズ法など、それより大きい場合には、機械的プロセスのスタンプミル、ボールミルなどの粉砕法などが使用できる。
このアルミニウム粉には、陽極酸化、酸性水溶液処理、ベーマイト処理、焼成、触媒担持が施される。但しアルミニウム粉に通電することは困難なので、アルミニウム粉は、一旦ポーラスな焼結体にし、陽極酸化工程以後に、再び必要な大きさに分割する方法がとられる。
As aluminum powder, what was manufactured by the well-known method can be used. For example, when the particle size is about 50 μm to 200 μm, the gas atomizing method can be used. When the particle size is smaller than that, the centrifugal atomizing method can be used, and when larger, the mechanical process stamp mill, ball mill, etc. A grinding method or the like can be used.
This aluminum powder is subjected to anodization, acidic aqueous solution treatment, boehmite treatment, firing and catalyst support. However, since it is difficult to energize the aluminum powder, the aluminum powder is once made into a porous sintered body and then divided into the required size again after the anodizing step.

アルミナナノチューブは、中心に細孔を有する柱状であり、柱の断面形状は不定であるが、六角柱が代表形状である。例えば高濃度硫酸による多孔質酸化皮膜をアルミニウム地金側から溶解することにより、セルを分解して形成したアルミナナノチューブが使用できる。また、その他の方法として二段化成処理としホウ酸アンモニウム水溶液での化成後、硫酸水溶液で化成することによりアルミナナノチューブが得られることが知られている。このアルミナナノチューブには、酸性水溶液処理、ベーマイト処理、焼成、触媒担持が施される。   Alumina nanotubes are columnar with a pore at the center, and the cross-sectional shape of the column is indefinite, but a hexagonal column is a representative shape. For example, alumina nanotubes formed by decomposing cells by dissolving a porous oxide film with high-concentration sulfuric acid from the aluminum metal side can be used. As another method, it is known that alumina nanotubes can be obtained by a two-stage chemical conversion treatment, followed by conversion with an aqueous solution of ammonium borate and then conversion with an aqueous sulfuric acid solution. This alumina nanotube is subjected to acidic aqueous solution treatment, boehmite treatment, firing, and catalyst support.

アルミニウム箔の粉砕体としては、アルミニウム箔の表面に陽極酸化により多孔質酸化皮膜を設け、粉砕したもので、この陽極酸化を皮膜と地金の厚さ比(皮膜厚/地金厚)が1以上、好ましくは5以上となるまで行い、酸性水溶液処理で細孔径拡大後、粉砕したものが特に使用できる。   The pulverized body of aluminum foil is obtained by providing a porous oxide film on the surface of the aluminum foil by anodic oxidation and pulverizing. The thickness ratio of the film to the metal (film thickness / metal thickness) is 1 As described above, it is particularly preferable to use a powder obtained by pulverizing after the pore diameter expansion by acidic aqueous solution treatment until it becomes 5 or more.

多孔質酸化皮膜の粉砕体としては、アルミニウム基材の表面に陽極酸化により多孔質酸化皮膜を形成させ、酸水溶液処理で細孔径拡大後に、酸水溶液中で逆電圧を印加すること、又は酸若しくはアルカリ水溶液に浸漬することで多孔質酸化皮膜を剥離させ、粉砕したものである。   As the pulverized body of the porous oxide film, a porous oxide film is formed by anodic oxidation on the surface of the aluminum base, and after increasing the pore diameter by the acid aqueous solution treatment, a reverse voltage is applied in the acid aqueous solution, or the acid or The porous oxide film is peeled off by immersing in an alkaline aqueous solution and pulverized.

上記ふたつの粉砕体は、粉砕することで粉砕面も金属触媒の担持表面積として活用出来る。金属触媒の担持密度を最も高くできるのは、前述のアルミナナノチューブであるが、アルミナナノチューブに比べ低コストにて高担持密度を達成出来る。表面積を増すには、なるべく細かく破砕した方が良い。この陽極酸化及び酸性水溶液処理の方法は後述の通りであり、粉砕後、後述のベーマイト処理、焼成、触媒担持が施される。   By crushing the two pulverized bodies, the pulverized surface can also be used as the surface area for supporting the metal catalyst. Although the above-mentioned alumina nanotubes have the highest metal catalyst loading density, a high loading density can be achieved at a lower cost than alumina nanotubes. In order to increase the surface area, it is better to crush as finely as possible. The method of the anodic oxidation and the acidic aqueous solution treatment is as described later, and after pulverization, the boehmite treatment, firing, and catalyst support described later are performed.

このように本願発明に使用する水素触媒部材は、板の場合と異なり表面積の大きな小形状体である。構造体の(表面積/体積)は構造体が小さい程、大きく出来るので平板の場合より触媒担体の収納効率が高い。
また、触媒部材にはシクロヘキサンなどの媒体を流通させると、平坦な流路では層流を生じ、反応に寄与しない領域ができるが、本発明では、媒体が小形状体の空隙を流通し媒体の流れを乱すため、未反応領域を生じ難い。
また、本水素触媒部材は特許文献のような一体形状ではなく、微小構造体であり金属繊維や金属粉と混合して使用したり、その混合比を調整したり、調整後金属繊維や金属粉同士を焼結することも可能である。
脱水素反応は吸熱反応なので、反応容器内で温度分布を生じるが脱水素反応には温度依存性がある。金属繊維又は金属粉の体積率を増すと熱伝導は良好となるが、多孔質アルミナ量が減る。逆に金属繊維又は金属粉焼結体の体積率を減らすと、多孔質アルミナ量を増すことが出来るが、熱伝導が不足する。容器形状、大きさ、熱交換器の配置、性能などに応じ、金属繊維、金属粉と多孔質アルミナ群の比率を容器内で調整することで、反応容器内が反応下限温度以下とならないようにすることができ、高効率が得られる。
Thus, the hydrogen catalyst member used in the present invention is a small-shaped body having a large surface area, unlike the case of a plate. Since the (surface area / volume) of the structure can be increased as the structure is smaller, the storage efficiency of the catalyst carrier is higher than in the case of a flat plate.
In addition, when a medium such as cyclohexane is circulated through the catalyst member, a laminar flow is generated in the flat flow path, and a region that does not contribute to the reaction is formed. However, in the present invention, the medium circulates through the voids of the small-shaped body. Since the flow is disturbed, it is difficult to generate an unreacted region.
In addition, the hydrogen catalyst member is not a monolithic shape as in the patent document, but is a microstructure and used by mixing with metal fibers or metal powders, adjusting the mixing ratio thereof, or adjusting the adjusted metal fibers or metal powders. It is also possible to sinter them.
Since the dehydrogenation reaction is endothermic, a temperature distribution is generated in the reaction vessel, but the dehydrogenation reaction is temperature dependent. Increasing the volume fraction of the metal fiber or metal powder improves the heat conduction, but decreases the amount of porous alumina. Conversely, if the volume ratio of the metal fiber or metal powder sintered body is reduced, the amount of porous alumina can be increased, but the heat conduction is insufficient. By adjusting the ratio of metal fiber, metal powder and porous alumina group in the container according to the container shape, size, heat exchanger arrangement, performance, etc., the reaction container does not become lower than the reaction lower limit temperature High efficiency can be obtained.

本発明に述べる媒体は、水素を放出し貯蔵する水素媒体で、水素を放出する水素媒体である水素供給体は、それ自体が安定であると共に脱水素されて安定な芳香族類となるものであれば特に制限されるものではないが、好ましくはシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン等の単環式水素化芳香族類や、テトラリン、デカリン、メチルデカリン等の2環式水素化芳香族類や、テトラデカヒドロアントラセン等の3環式水素化芳香族類等を挙げることができ、より好ましくはシクロヘキサン、メチルシクロヘキサン、ジメチルシクロヘキサン等の単環式水素化芳香族類や、テトラリン、デカリン、メチルデカリン等の2環式水素化芳香族類である。
水素を貯蔵する水素媒体は、上記の水素を放出した水素貯蔵体で、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、アントラセンなどである。
以下、これら水素媒体全体のことを指して有機ハイドライドと呼ぶ。これら有機ハイドライドは、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、水素を放出して元の水素貯蔵体に戻る。すなわち、上述の燃料は、水素のリサイクルに適したキャリアとなる。一方、上述の燃料の水素付加反応及び脱水素反応に際して利用される触媒は、既に研究開発されて熟知されているものも適用可能であり、実用的なものである。本発明は、より低温で水素貯蔵,供給が可能な触媒を用いることが好ましく、システム全体の効率を向上することができる。
The medium described in the present invention is a hydrogen medium that releases and stores hydrogen, and a hydrogen supplier that is a hydrogen medium that releases hydrogen is stable and dehydrogenated into stable aromatics. It is not particularly limited as long as it is, but preferably monocyclic hydrogenated aromatics such as cyclohexane, methylcyclohexane and dimethylcyclohexane, bicyclic hydrogenated aromatics such as tetralin, decalin and methyldecalin, Examples include tricyclic hydrogenated aromatics such as tetradecahydroanthracene, more preferably monocyclic hydrogenated aromatics such as cyclohexane, methylcyclohexane, dimethylcyclohexane, tetralin, decalin, methyldecalin, etc. These bicyclic hydrogenated aromatics.
The hydrogen medium for storing hydrogen is the above-described hydrogen storage body from which hydrogen has been released, such as benzene, toluene, xylene, mesitylene, naphthalene, methylnaphthalene, and anthracene.
Hereinafter, the entire hydrogen medium is referred to as organic hydride. These organic hydrides store hydrogen by adding hydrogen to a double bond between carbon atoms. The hydrogen supply body after hydrogen addition releases hydrogen and returns to the original hydrogen storage body. That is, the above-described fuel is a carrier suitable for hydrogen recycling. On the other hand, as the catalyst used in the hydrogenation reaction and dehydrogenation reaction of the above-mentioned fuel, a catalyst that has already been researched and developed and is well known is applicable and practical. In the present invention, it is preferable to use a catalyst capable of storing and supplying hydrogen at a lower temperature, and the efficiency of the entire system can be improved.

本発明に述べるパイプは、入口と出口を持つ、筒状体であり、少なくとも内側のパイプは蛇行している。本発明に述べる水素発生装置はパイプ内に、もう一つのパイプを収納した構造であり、外側のパイプの内壁と内側のパイプの外壁で挟まれる空間又は、内側のパイプ内のどちらか一方の空間に水素触媒部材が分散して保持される。水素触媒部材がない側の空間には、燃焼廃ガスが通過することで、もう一方の水素触媒部材がある方の空間が加熱される。水素触媒部材がある方の空間には水素媒体が通過し、脱水素の反応下限温度を越える部位では触媒による化学反応により水素が発生する。
また、何れの場合でも内側のパイプは、蛇行させて、外側のパイプと内側のパイプとの間の空間を巡回させる。また、外側のパイプと内側のパイプとの空間を狭め、一体的に、蛇行させてもよい。また、蛇行の方法は、螺旋状、波状、U形状、など特に限定はないが、水素発生装置の形状制約や圧力損失、熱交換効率に合わせて選択される。ここで特に螺旋状とした場合、加工ストレス及び運転での圧力ストレスが全体に分散され薄肉化できることに加え
内側のパイプのみを螺旋状とした場合でも、外側のパイプ内壁と内側のパイプで挟まれる空間が螺旋状となり、この空間を流れる流体(燃焼廃ガス又は水素媒体)の流路長が長くなることで熱交換効率を高められ好適である。
パイプの材質は、耐熱性で加工性が良好なものがよく、耐熱性の金属、たとえば銅、ニッケル、鉄、ステンレスが好ましい。特に、燃焼廃ガスを通すパイプは、特に燃焼廃ガス温度以上の融点と高い熱伝導率が必要で、内燃機関の燃焼排ガスを使用する場合、800℃以上の融点と高い熱伝導率が必要であり銅製などが好ましい。
パイプの断面形状は、特に限定しないが、汎用性及び蛇行加工の容易性より丸パイプが好適である。大きさは流量、及び必要とする熱交換効率などから決定されるが、例えば内側のパイプ?の外径はΦ5mmから20mm、肉厚は0.4mmから2mm程度である。

The pipe described in the present invention is a cylindrical body having an inlet and an outlet, and at least the inner pipe meanders. The hydrogen generator described in the present invention has a structure in which another pipe is accommodated in a pipe, and is either a space sandwiched between the inner wall of the outer pipe and the outer wall of the inner pipe, or one of the spaces in the inner pipe. The hydrogen catalyst member is dispersed and held on the surface. As the combustion waste gas passes through the space where there is no hydrogen catalyst member, the space where the other hydrogen catalyst member is located is heated. A hydrogen medium passes through the space where the hydrogen catalyst member is present, and hydrogen is generated by a chemical reaction by the catalyst at a site exceeding the lower reaction temperature for dehydrogenation.
In any case, the inner pipe is meandered to circulate the space between the outer pipe and the inner pipe. Further, the space between the outer pipe and the inner pipe may be narrowed and meandered integrally. The meandering method is not particularly limited, such as spiral, wavy, or U-shaped, but is selected according to the shape constraint, pressure loss, and heat exchange efficiency of the hydrogen generator. Here, especially when it is spiral, processing stress and pressure stress during operation can be distributed throughout and thinned, and even when only the inner pipe is spiral, it is sandwiched between the inner wall of the outer pipe and the inner pipe The space is spiral, and the flow path length of the fluid (combustion waste gas or hydrogen medium) flowing through this space is increased, which is preferable because the heat exchange efficiency can be increased.
The material of the pipe is preferably heat resistant and has good workability, and heat resistant metals such as copper, nickel, iron, and stainless steel are preferable. In particular, a pipe through which combustion exhaust gases, in particular requires a combustion exhaust gas temperature above the melting point and high thermal conductivity, when using the combustion exhaust gas of an internal combustion engine, it requires melting and high thermal conductivity on the 800 ° C. or more And copper is preferable.
The cross-sectional shape of the pipe is not particularly limited, but a round pipe is preferable because of versatility and ease of meandering. The size is determined from the flow rate, the required heat exchange efficiency, and the like. For example, the outer diameter of the inner pipe is about 5 mm to 20 mm, and the wall thickness is about 0.4 mm to 2 mm.

水素触媒部材は、パイプの蛇行加工前に挿入しても良いが、特に水素媒体が粉体や短い繊維の場合では蛇行加工後の挿入も可能であり、焼結とする場合でも、パイプ内で焼結することで蛇行加工後の挿入が可能である。パイプの蛇行加工では、加工による屈曲防止として、パイプ内に砂を入れたり、水を入れ凍結させるなどを行う。これらの代替として水素触媒部材を使用しても良いが、曲げ加工に最適な充填量/充填密度と最終的に必要な水素触媒部材の充填量/充填密度が合わない場合では、砂や凍結水による曲げ加工とし、水素触媒部材は加工後の挿入とした方が都合良い。
また、金属触媒として白金を採用した場合、脱水素反応の下限温度は300℃程度なので、水素媒体導入側の250℃に達しない部分には水素触媒部材を配置せず、水素媒体の予熱とする。この領域には、何も挿入しないか、或いは金属粉、金属繊維又はその焼結体を挿入し予熱効率を高める。また700℃を超える部位では、触媒として白金より安価なニッケルが採用でき、更に希少/高価な白金使用量を削減できる。
また、燃焼廃ガスの高温部は脱水素反応として積極利用し、低温部は水素媒体の予熱として利用した方が全体の効率を高められるので、水素媒体の導入側を、燃焼廃ガスの排出側、水素媒体の排出側を燃焼廃ガスの導入側とした方が良い。
The hydrogen catalyst member may be inserted before the pipe meandering process, but can be inserted after the meandering process, especially when the hydrogen medium is powder or short fiber, and even in the case of sintering, Sintering allows insertion after serpentine processing. In the meandering process of a pipe, sand is inserted into the pipe or water is frozen to prevent bending by the process. As an alternative to these, a hydrogen catalyst member may be used. However, if the optimum filling amount / packing density for bending does not match the final filling amount / packing density of the hydrogen catalyst member, sand or frozen water It is convenient that the hydrogen catalyst member be inserted after processing.
In addition, when platinum is used as the metal catalyst, the lower limit temperature of the dehydrogenation reaction is about 300 ° C., so the hydrogen catalyst member is not disposed in the portion not reaching 250 ° C. on the hydrogen medium introduction side, and the hydrogen medium is preheated. . In this region, nothing is inserted, or metal powder, metal fiber or a sintered body thereof is inserted to increase the preheating efficiency. Further, in the region where the temperature exceeds 700 ° C., nickel which is cheaper than platinum can be used as a catalyst, and the amount of rare / expensive platinum used can be reduced.
In addition, it is more efficient to use the high temperature part of the combustion waste gas as a dehydrogenation reaction and the low temperature part to preheat the hydrogen medium. The hydrogen medium discharge side should be the combustion waste gas introduction side.

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

図1は、水素発生装置および水素反応システムの概略図の一例であり水素エンジンを示している。
水素発生装置1には、反応容器部分2と、この反応用熱源である燃焼廃ガスの熱交換部分3とを設ける。
反応容器部分2では、白金などの金属触媒を多孔質酸化膜に担持した水素触媒担体を配置し、媒体タンクから配管により送られてくるメチルシクロヘキサンなどの水素を付加した媒体が、水素とトルエンなどの水素を放出した媒体に化学反応し、気液分離容器に送られてそれぞれ分離される。トルエンなどの水素を放出した媒体および未反応のメチルシクロヘキサンなどの水素を付加した媒体の液化物は廃液タンクに貯蔵される。一方、水素はエンジンに送られ燃料となる。
また、燃焼廃ガスの熱交換部分3では、この水素発生の脱水素反応の化学反応が吸熱反応であるため、熱を必要とし、この熱を、エンジンからの排ガスである燃焼廃ガスを利用し、水素発生装置1の燃焼廃ガスの熱交換部分3により得ている。
FIG. 1 is an example of a schematic diagram of a hydrogen generator and a hydrogen reaction system, and shows a hydrogen engine.
The hydrogen generator 1 is provided with a reaction vessel portion 2 and a heat exchange portion 3 for combustion waste gas which is a heat source for this reaction.
In the reaction vessel part 2, a hydrogen catalyst carrier in which a metal catalyst such as platinum is supported on a porous oxide film is arranged, and a medium added with hydrogen such as methylcyclohexane sent from a medium tank by piping is hydrogen and toluene. It chemically reacts with the medium from which the hydrogen has been released and is sent to a gas-liquid separation container to be separated. A liquefied product of a medium from which hydrogen has been released such as toluene and a medium to which hydrogen has been added such as unreacted methylcyclohexane is stored in a waste tank. On the other hand, hydrogen is sent to the engine and becomes fuel.
Further, in the heat exchange portion 3 of the combustion waste gas, since the chemical reaction of the dehydrogenation reaction of the hydrogen generation is an endothermic reaction, heat is required, and this heat is used by using the combustion waste gas that is exhaust gas from the engine. It is obtained by the heat exchange part 3 of the combustion waste gas of the hydrogen generator 1.

図2は、本発明の形態の水素発生装置を概念的に示している。
図2(a)は、水素触媒部材4を分散して保持して媒体を通し脱水素の水素発生させるものを第1のパイプ5とし、その第1のパイプ5を取り囲むように外側に、第1のパイプ5より径の大きな第2のパイプ6を設け、第1のパイプ5と第2のパイプ6との間の空間に燃焼廃ガスを通す構造を示している。
図2(b)は、内側の第2のパイプ6内に燃焼廃ガスを通し、外側の第1のパイプ5と内側の第2のパイプ6との間の空間に水素触媒部材4を設ける構造を示している。
水素触媒部材4は、小形状体なので、図2(a)では、蛇行した内側の第1のパイプ5の形状に合わせて、また、図2(b)では、蛇行した内側の第2のパイプと外側の第1のパイプとの間の形状に合わせて、収納されている。
第一のパイプ5は、螺旋状にすると本パイプの外側を流れる流体も、本パイプに沿った螺旋状となり高い熱交換効率が得られる。また、熱交換効率より巻き付けは多重に巻くのが良い。螺旋状にする場合は、巻き付け用の棒にパイプに巻き付けると良い。又第一のパイプ5の外側を流れる流体を螺旋状にするために第二のパイプ6の内径は、第一のパイプの螺旋外径に勘合させる必要があり、螺旋のピッチは必要な熱交換効率、流体の圧力損失から決定される。
また、パイプ内の水素触媒部材4が媒体の通過により移動しないように、収納部と非収納部の境には金属繊維やセラミック繊維の集合体などフィルター7を詰め、これを固定する為に、パイプに凹凸加工8を行っても良い。外側のパイプの外表面は、熱の放散を抑えるために断熱材9で覆われることが望ましい。
水素発生装置の燃焼廃ガス排気の後ろ側は、通常のエンジンと同様に、フィルター、消音器などが配置されるが、水素発生装置内に連なって同時収納されても良い。
FIG. 2 conceptually shows a hydrogen generator according to the embodiment of the present invention.
In FIG. 2A, the hydrogen catalyst member 4 is dispersed and held, and the hydrogen that is generated by dehydrogenation through the medium is defined as the first pipe 5, and the first pipe 5 is surrounded on the outside so as to surround the first pipe 5. 2 shows a structure in which a second pipe 6 having a diameter larger than that of one pipe 5 is provided and combustion waste gas is passed through a space between the first pipe 5 and the second pipe 6.
FIG. 2B shows a structure in which the combustion waste gas is passed through the inner second pipe 6 and the hydrogen catalyst member 4 is provided in the space between the outer first pipe 5 and the inner second pipe 6. Is shown.
Since the hydrogen catalyst member 4 is a small-shaped body, in FIG. 2 (a), it conforms to the shape of the meandering first pipe 5 and in FIG. 2 (b), the meandering second pipe. And accommodated in a shape between the first pipe and the outer first pipe.
When the first pipe 5 is formed in a spiral shape, the fluid flowing outside the main pipe is also formed in a spiral shape along the main pipe, so that high heat exchange efficiency is obtained. In addition, it is better to wrap the winding more than the heat exchange efficiency. In the case of a spiral shape, it is preferable to wind the pipe around a winding rod. In order to make the fluid flowing outside the first pipe 5 spiral, the inner diameter of the second pipe 6 must be matched with the outer diameter of the spiral of the first pipe, and the pitch of the spiral is the necessary heat exchange. Determined from efficiency, fluid pressure loss.
Further, in order to prevent the hydrogen catalyst member 4 in the pipe from moving due to the passage of the medium, a filter 7 such as an aggregate of metal fibers or ceramic fibers is packed at the boundary between the storage portion and the non-storage portion, and this is fixed. Concave and convex processing 8 may be performed on the pipe. The outer surface of the outer pipe is preferably covered with a heat insulating material 9 in order to suppress heat dissipation.
A filter, a silencer, and the like are arranged on the rear side of the combustion exhaust gas exhaust of the hydrogen generator as in a normal engine.

図3は、本発明の形態の別の水素発生装置を概念的に示している。
外側のパイプと内側のパイプとの空間を小さくして、一体的に、蛇行させた二重パイプ構造を示している。
図3(a)は、内側の第1のパイプ5に水素触媒部材4を分散して保持して媒体を通すものとし、その内側の第1のパイプ5を取り囲むように外側に、内側の第1のパイプ5より径の大きな第2のパイプ6を設け、外側の第2のパイプ6と内側の第1のパイプ5との間の空間に燃焼廃ガスを通す構造を示している。
図3(b)は、内側の第2のパイプ6内に燃焼廃ガスを通し、外側の第1のパイプ5と内側の第2のパイプ6との間の空間に水素触媒部材4を設ける構造を示している。
これら二重パイプは巻き付けや曲げ加工を行うことでコンパクト化をはかり、空間部分は断熱材9で覆われることが望ましい。又、図4に示すように二重パイプ10の隙間空間がある程度一定となるように、外側パイプに間欠的なへこみ加工11を行っても良い。
FIG. 3 conceptually shows another hydrogen generator according to the embodiment of the present invention.
A double pipe structure is shown in which the space between the outer pipe and the inner pipe is made smaller and meandered integrally.
In FIG. 3A, the hydrogen catalyst member 4 is dispersed and held in the first inner pipe 5 to allow the medium to pass therethrough, and the inner first pipe 5 is surrounded on the outer side by the inner first pipe 5. 2 shows a structure in which a second pipe 6 having a diameter larger than that of one pipe 5 is provided, and combustion waste gas is passed through a space between the outer second pipe 6 and the inner first pipe 5.
FIG. 3B shows a structure in which the combustion waste gas is passed through the inner second pipe 6 and the hydrogen catalyst member 4 is provided in the space between the outer first pipe 5 and the inner second pipe 6. Is shown.
These double pipes are preferably made compact by winding and bending, and the space is preferably covered with a heat insulating material 9. Further, as shown in FIG. 4, intermittent dent processing 11 may be performed on the outer pipe so that the gap space of the double pipe 10 becomes constant to some extent.

このように、水素触媒部材として、多孔質酸化皮膜を設けた、アルミニウム繊維、アルミニウム粉若しくはアルミニウム箔の粉砕体、又は多孔質酸化皮膜の粉砕体、又はアルミナナノチューブの何れかである場合、小形状体であるため、パイプ内に分散して設けやすい。
また、蛇行を螺旋状とした場合では、通過する流体の圧力損失が少なく又パイプ加工でのストレスを分散出来る。
また、パイプの長さ方向において、化学反応部分の温度が250℃以下となる領域には水素触媒部材を設けないと水素触媒部材の材料ムダが省かれる。
また、媒体導入側を、内燃機関の燃焼廃ガス導入口の反対側にすると、媒体が充分に加熱されやすく反応効率が改善されやすい。
また触媒金属は、二種以上とし、化学反応部分の温度が、700℃以下では白金、700℃以上ではニッケルとし、水素触媒部材の配置される温度により使い分けることにより高価な白金触媒量を節減することができる。
As described above, when the hydrogen catalyst member is any one of aluminum fiber, aluminum powder or aluminum foil pulverized body, porous oxide film pulverized body, or alumina nanotube provided with a porous oxide film, a small shape Because it is a body, it is easy to disperse in the pipe.
Further, when the meandering is spiral, the pressure loss of the fluid passing therethrough is small and the stress in pipe processing can be dispersed.
Further, in the longitudinal direction of the pipe, if the hydrogen catalyst member is not provided in a region where the temperature of the chemical reaction portion is 250 ° C. or less, material waste of the hydrogen catalyst member is saved.
Further, if the medium introduction side is opposite to the combustion waste gas introduction port of the internal combustion engine, the medium is sufficiently heated and the reaction efficiency is easily improved.
Further, the catalyst metal is made of two or more types, and the temperature of the chemical reaction portion is platinum when the temperature is 700 ° C. or lower, and nickel when the temperature is 700 ° C. or higher. be able to.

(水素発生装置の作成1)
外径8mm、肉厚0.8mmの銅パイプ20を直径15mm、長さ220mmの棒21に螺旋状に巻き付ける。 巻き付けピッチは13mm程度とし3重(1.5往復)に巻き付けた(図5(a))。
次に、銅パイプ20の中には水素触媒部材を収納する。なお、水素触媒部材の収納は、温度が250℃以上となる部分のみであり水素触媒部材を節約している。
銅パイプ20には媒体入り口20b側から水素を添加した媒体が流れるが、この流れにより水素触媒部材が押し流されないように媒体出口20a側にフィルター7が挿入され、凹凸加工8により固定される。
次に、銅パイプ20を一対の半筒体22ではさんで半筒体22をパイプ状にし、その両端面に端面材23と端面材23から外側に突出して設ける燃焼廃ガス導出入管24を設け、水素発生装置が組み付けられ(図5(b))、溶接される(図5(c))。銅パイプ20の入り口と出口部分は半筒体22に設けた穴25から導出させる。
又図5には示していないが、水素発生装置の全体を断熱材で覆う。燃焼廃ガスは、燃焼廃ガス導出入管24の燃焼廃ガス入り口24a側から挿入され、燃焼廃ガス導出入管24の燃焼廃ガス出口24b側に抜ける。
水素を添加した媒体は銅パイプの媒体入り口20bから注入され、水素触媒部材がない低温部で予熱され、水素触媒部材がある高温部をパイプに沿って、螺旋状に通過し、脱水素反応により、銅パイプの媒体出口20a側から水素、脱水素した媒体及び未反応の媒体が排出される。これらは、図1の通り気液分離容器で分離され、液体は廃液タンク、水素はエンジンに導かれる。
(Production of hydrogen generator 1)
A copper pipe 20 having an outer diameter of 8 mm and a wall thickness of 0.8 mm is spirally wound around a rod 21 having a diameter of 15 mm and a length of 220 mm. The winding pitch was set to about 13 mm, and it was wound three times (1.5 reciprocations) (FIG. 5A).
Next, a hydrogen catalyst member is accommodated in the copper pipe 20. Note that the storage of the hydrogen catalyst member is only a portion where the temperature is 250 ° C. or more, thus saving the hydrogen catalyst member.
A medium to which hydrogen is added flows from the medium inlet 20 b side to the copper pipe 20, and the filter 7 is inserted on the medium outlet 20 a side so that the hydrogen catalyst member is not pushed away by this flow, and is fixed by the unevenness processing 8.
Next, the semi-cylindrical body 22 is formed in a pipe shape with the copper pipe 20 sandwiched between the pair of semi-cylindrical bodies 22, and an end face material 23 and a combustion waste gas lead-in / out pipe 24 provided to protrude outward from the end face material 23 are provided on both end faces thereof. The hydrogen generator is assembled (FIG. 5B) and welded (FIG. 5C). The inlet and outlet portions of the copper pipe 20 are led out from a hole 25 provided in the half cylinder 22.
Although not shown in FIG. 5, the entire hydrogen generator is covered with a heat insulating material. The combustion waste gas is inserted from the combustion waste gas inlet / outlet 24a side of the combustion waste gas lead-in / out pipe 24, and goes out to the combustion waste gas outlet / 24b side of the combustion waste gas lead-in / out pipe 24.
The medium to which hydrogen is added is injected from the medium inlet 20b of the copper pipe, preheated at the low temperature part where there is no hydrogen catalyst member, passes through the high temperature part where the hydrogen catalyst member is present, spirally along the pipe, and is dehydrogenated. The hydrogen, the dehydrogenated medium, and the unreacted medium are discharged from the medium outlet 20a side of the copper pipe. These are separated in a gas-liquid separation container as shown in FIG. 1, and liquid is led to a waste liquid tank and hydrogen is led to an engine.

(水素発生装置の作成2)
外径8mm、肉厚0.8mmの銅製の内側パイプ26と外径12mm、肉厚0.8mmの銅製の外側パイプ27からなる二重パイプ28構造において、外側パイプ27の端部側面にスリット29を設け、そこから内側パイプ26を外側パイプ27とは直角に突き出す(図6(a))。又外側パイプ27には複数の間欠的なへこみ加工が設けられ、内側パイプ26が外側パイプ27のほぼ中央に配置されるようにしている。
次に、内側パイプ26内には水素触媒部材が挿入され、図6(a)、図6(b)、図6(c)の順序通り、二重パイプ28を三重巻きのコイル状に巻き付ける。巻き付けの後の後部分にも始め部分と同様に外側パイプ27の端部側面にスリット29を設け、そこから内側パイプ26を直角に突き出す(図6(c))。
次に、二重パイプ28の両端にはスリット29をふさぐように一対の半筒体状の溶接片30が溶接される(図6(d)、図6(e))。尚、図には示していないが、全体は断熱材で覆われる。
エンジンからの燃焼廃ガスは、二重パイプ28の外側パイプの入り口27a側から挿入され、外側パイプ27と内側パイプ26の空隙を通り二重パイプ28の外側パイプの出口27b側に抜ける。一方水素を添加した媒体は、内側パイプ26の入り口26b側から供給され、内側パイプの出口26a側から水素、脱水素した媒体及び未反応の媒体が排出される。
パイプの温度は、二重パイプ28の外側パイプの入り口27a側が高温、二重パイプ28の外側パイプの出口27b側が低温となる。実施例1の場合と同様、水素触媒部材は高温部にのみ配置され、250℃以下の領域では水素を添加した媒体の予熱として使用される。
(Production of hydrogen generator 2)
In a double pipe 28 structure consisting of a copper inner pipe 26 having an outer diameter of 8 mm and a wall thickness of 0.8 mm and a copper outer pipe 27 having an outer diameter of 12 mm and a wall thickness of 0.8 mm, a slit 29 is formed on the side surface of the end portion of the outer pipe 27. From which the inner pipe 26 protrudes at a right angle to the outer pipe 27 (FIG. 6A). Further, the outer pipe 27 is provided with a plurality of intermittent dents so that the inner pipe 26 is arranged at substantially the center of the outer pipe 27.
Next, a hydrogen catalyst member is inserted into the inner pipe 26, and the double pipe 28 is wound into a triple-turn coil shape in the order of FIGS. 6 (a), 6 (b), and 6 (c). A slit 29 is provided on the side face of the end of the outer pipe 27 in the rear part after the winding as in the case of the starting part, and the inner pipe 26 is projected at a right angle therefrom (FIG. 6C).
Next, a pair of semi-cylindrical welding pieces 30 are welded to both ends of the double pipe 28 so as to close the slits 29 (FIGS. 6D and 6E). Although not shown in the figure, the whole is covered with a heat insulating material.
Combustion waste gas from the engine is inserted from the inlet 27 a side of the outer pipe of the double pipe 28, passes through the gap between the outer pipe 27 and the inner pipe 26, and escapes to the outlet 27 b side of the outer pipe of the double pipe 28. On the other hand, the medium to which hydrogen is added is supplied from the inlet 26b side of the inner pipe 26, and hydrogen, the dehydrogenated medium, and the unreacted medium are discharged from the outlet 26a side of the inner pipe.
The temperature of the pipe is high on the inlet 27a side of the outer pipe of the double pipe 28 and low on the outlet 27b side of the outer pipe of the double pipe 28. As in the case of Example 1, the hydrogen catalyst member is disposed only in the high temperature part, and is used as a preheating of the medium added with hydrogen in the region of 250 ° C. or lower.

1…水素発生装置、2…反応容器部分、3…燃焼廃ガスの熱交換部分、4…水素触媒部材、5…第1のパイプ、6…第2のパイプ、7…フィルター、8…凹凸加工、9…断熱材、10…二重パイプ、11…へこみ加工、20…銅パイプ、20a…銅パイプの媒体出口、20b…銅パイプの媒体入り口、21…棒、22…半筒体、23…端面材、24…燃焼廃ガス導出入管、24a…燃焼廃ガス導出入管の燃焼廃ガス入り口、24b…燃焼廃ガス導出入管の燃焼廃ガス出口、25…穴、26…内側パイプ、26a…内側パイプの出口、26b…内側パイプの入り口、27…外側パイプ、27a…外側パイプの入り口、27b…外側パイプの出口、28…二重パイプ、29…スリット、30…溶接片   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen generator, 2 ... Reaction container part, 3 ... Heat exchange part of combustion waste gas, 4 ... Hydrogen catalyst member, 5 ... 1st pipe, 6 ... 2nd pipe, 7 ... Filter, 8 ... Concavity and convexity processing , 9 ... Insulating material, 10 ... Double pipe, 11 ... Indentation, 20 ... Copper pipe, 20a ... Copper pipe medium outlet, 20b ... Copper pipe medium inlet, 21 ... Bar, 22 ... Half cylinder, 23 ... End face material, 24 ... Combustion waste gas outlet / inlet pipe, 24a ... Combustion waste gas inlet of the combustion waste gas outlet / inlet pipe, 24b ... Combustion waste gas outlet of the combustion waste gas outlet / inlet pipe, 25 ... Hole, 26 ... Inner pipe, 26a ... Inner pipe 26b ... inner pipe inlet 27 ... outer pipe 27a ... outer pipe inlet 27b ... outer pipe outlet 28 ... double pipe 29 ... slit 30 ... welded piece

Claims (6)

金属触媒を担持した水素触媒部材により、有機ハイドライドを水素供給する媒体として用いて化学反応で水素を取り出す水素発生装置において、前記水素触媒部材を分散して第1のパイプ内に設け、その第1のパイプの外を囲むようにまたは内側に燃焼廃ガスを通す第2のパイプを設け、前記第1のパイプと前記第2のパイプ同様に蛇行している二重パイプの構造であることを特徴とする水素発生装置。 In a hydrogen generating apparatus for extracting hydrogen by a chemical reaction using an organic hydride as a hydrogen supply medium by a hydrogen catalyst member supporting a metal catalyst, the hydrogen catalyst member is dispersed and provided in a first pipe. a second pipe through which combustion exhaust gases or inwardly so as to surround the outer side is provided in the pipe, is the structure of the double pipe and the first pipe and the second pipe is serpentine similarly A hydrogen generator characterized by that . 前記水素触媒部材が、多孔質酸化皮膜を設けた、アルミニウム繊維、アルミニウム粉若しくはアルミニウム箔の粉砕体、又は多孔質酸化皮膜の粉砕体、又はアルミナナノチューブの何れかであることを特徴とする請求項1の水素発生装置。 Claims wherein the hydrogen catalyst member, provided a porous oxide film, grinding bodies of aluminum fibers, aluminum powder or aluminum foil, or grinding bodies of porous oxide film, or is characterized in that any one of alumina nanotube 1. Hydrogen generator. 前記二重パイプが、螺旋状に蛇行していることを特徴とする請求項1または2の水素発生装置。 The hydrogen generator according to claim 1 or 2 , wherein the double pipe meanders spirally. 前記二重パイプの長さ方向において、化学反応部分の温度が250℃以下となる領域には水素触媒部材を設けないことを特徴とする請求項1から3のいずれかの水素発生装置。 In the length direction of the double pipe, one of the hydrogen generating apparatus of claims 1-3 in which the temperature of the chemical reaction section is in a region to be 250 ° C. or less, characterized in that it is provided with a hydrogen catalyst member. 前記二重パイプのパイプ間の一定な隙間空間を得るために、外側のパイプに間欠的なへこみを設けたことを特徴とする請求項1から4のいずれかの水素発生装置。 5. The hydrogen generator according to claim 1, wherein an intermittent dent is provided in an outer pipe in order to obtain a constant gap space between the pipes of the double pipe . 前記金属触媒は、二種以上とし、化学反応部分の温度が、250℃から700℃では白金、700℃以上、水素発生装置の上限温度以下ではニッケルとし、水素触媒部材の配置される温度により使い分けることを特徴とした請求項1から5のいずれかの水素発生装置。 The metal catalyst may be at least two kinds, platinum at a chemical reaction portion of 250 ° C. to 700 ° C., nickel at a temperature of 700 ° C. or higher, and lower than the upper limit temperature of the hydrogen generator, depending on the temperature at which the hydrogen catalyst member is disposed. The hydrogen generator according to any one of claims 1 to 5 , wherein:
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