JP2004231468A

JP2004231468A - 水素ガス生成装置

Info

Publication number: JP2004231468A
Application number: JP2003022063A
Authority: JP
Inventors: Takahiro Hayashi; 高弘林; Masahiko Sugiyama; 雅彦杉山; Hiroshi Suzuki; 鈴木　　寛; Tomohiro Shinagawa; 知広品川
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-01-30
Filing date: 2003-01-30
Publication date: 2004-08-19

Abstract

【課題】触媒加熱用の加熱器から排出された熱が水素吸蔵または放出に利用され、水素吸蔵量および水素を吸蔵し逆に放出させて水素を取り出す際の吸蔵・放出効率に優れ、余剰に生成された水素ガスを有効利用することができる小型で軽量な水素ガス生成装置を提供する。
【解決手段】加熱器で加熱された触媒上でデカリン（炭化水素系燃料）を脱水素反応させて生成された水素ガス含有の混合気体から前記水素ガスを分離タンクで分離し、分離された水素ガスを前記加熱器から排出された熱を用いて水素貯蔵器に吸蔵し、または放出する水素ガス生成装置である。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素ガス生成装置に係り、特に、電気自動車や水素エンジン車等の車両に搭載可能で、かつ車両に搭載された燃料電池または水素エンジンやガソリンエンジン等の内燃機関に水素ガスを供給することができる水素ガス生成装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の電気自動車は、車両の駆動力を得るための電源としての燃料電池、およびこの燃料電池を用いて発電を行なうための燃料源である水素または水素を生成するための原燃料を搭載している。また、水素エンジンや吸気系や燃焼室に水素添加を行なうガソリンエンジン等を搭載したエンジン車も同様に水素または水素を生成するための原燃料を搭載している。
【０００３】
水素を搭載する電気自動車や水素エンジン車等では、水素ガスを圧縮して高圧に若しくは液状にして充填したボンベ、または水素を吸蔵する水素吸蔵合金や水素吸着材料により水素を搭載している。一方、原燃料を搭載する電気自動車や水素エンジン車等では、原燃料としてのメタノールまたはガソリン等の炭化水素と、この原燃料を水蒸気改質して水素リッチガスを生成する水素生成装置とを搭載している。
【０００４】
しかしながら、車両に水素を搭載する場合、高圧タンクに圧縮した状態で搭載すると、高圧タンクは大きいわりに壁厚が厚く内容積を大きくできないために水素充填量が少ない。液体水素として搭載する場合は、気化ロスがあるほか、液化に多大なエネルギーを要するため総合的なエネルギー効率の点で望ましくない。
また、水素を高圧化、液化するには設備を別途整備する必要もある。また更に、燃料源としての水素の搭載を目的とするには、水素吸蔵合金や水素吸着材料では電気自動車や水素エンジン車への水素の供給に必要とされる水素貯蔵密度が不充分である。
【０００５】
一方、原燃料を搭載する電気自動車や水素エンジン車等は、水素を搭載する場合に比し、１回の燃料補給で走行可能な距離が長いという利点を有しており、炭化水素系の原燃料（炭化水素系燃料）は水素ガスに比較して輸送等の取り扱いが容易であるという利点も有している。
【０００６】
炭化水素系燃料の１つであるデカリン（デカヒドロナフタレン）は、常温では殆ど蒸気圧がゼロ（沸点が２００℃近傍）で取り扱いし易いことから、原燃料としての使用の可能性が期待されている。
【０００７】
デカリンの脱水素化方法としては、デカリンをコバルト、ロジウム、イリジウム、鉄、テルニウム、ニッケル、および白金の中から選ばれる少なくとも１種の遷移金属を含有する遷移金属錯体の存在下で光照射し、デカリンから水素を離脱させる方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、有機リン化合物のロジウム錯体の存在下、または有機リン化合物とロジウム化合物との存在下に、デカリンに光照射することによりデカリンから水素を製造する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。
【０００８】
一方、デカリンの脱水素反応を利用して水素ガスを生成し燃料電池などに水素供給する水素ガス生成装置が記載されたものがある（例えば、特許文献３参照）。これは、デカリンの脱水素化を利用したものであるが、デカリンの脱水素反応が化学反応であるため、燃料電池等の停止後も加熱触媒の温度は急には下がらず、余熱によって脱水素反応を起こして余剰水素が発生するものの、この余剰水素を有効に利用し得るまでに至っていなかった。すなわち、例えば余剰水素をバッファータンクにガスとして貯蔵したり電気に変換して電気として貯蔵する可能性も挙げられるが、空間的大きさや効率などの点でロスは大きく、改善の余地があった。
【０００９】
また、この文献には、余剰の水素ガスを水素ガス貯蔵タンクに貯蔵できることが記載されている。しかし、一般に知られている水素吸蔵合金や活性炭、カーボンナノチューブ等のカーボン材料などによって水素の貯蔵を行なおうとする場合、これらへの熱の付与は行なわれず熱源も装備していないのが通常であり、熱の利用を考慮しない水素貯蔵では、水素を効率よく、かつ充分な水素量を吸蔵し、しかも容易に水素を取り出し得る性能の点で不充分であった。
【００１０】
例えば上記の水素吸蔵合金は、単位体積当りの水素吸蔵量が比較的多く、安全性も高いことから有用視され、近年では水素吸蔵合金を搭載した電気自動車の実用化が検討されてきている。しかしながら、吸蔵可能な水素量、および水素を吸蔵し逆に放出させて水素を取り出す際の吸蔵・放出効率の点では改善が必要であり、また金属であるがゆえに重量もありすぎる。これらに鑑み、最近では比較的軽量なマグネシウム金属をベースにしたもの等が提案されているが、貯蔵された水素を取り出すには更に２５０℃以上に加熱する必要があり、一般にはこのような熱源を確保することは困難である。
【００１１】
【特許文献１】
特公平３−９０９１号公報
【特許文献２】
特公平５−１８７６１号公報
【特許文献３】
特開２００２−２５５５０３公報
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような状況のもと、燃料電池や内燃機関に供給する水素ガスは、特に供給する水素ガス中の水素濃度が高いこと、充分な水素供給量を確保できることが要求され、上記した従来の脱水素化による水素生成技術を燃料電池等の水素使用装置に適用しようとすると、反応転化率が低いだけでなく、脱水素化により生じた脱水素生成物や未反応の炭化水素系燃料が混在するために、水素使用装置に供給しても水素分圧が低いことから高性能が得られ難いという問題があった。
【００１３】
また、既述のように、炭化水素系燃料を用いた脱水素反応系により水素供給する場合、燃料電池等の水素使用装置停止後に発生した余剰水素の有効利用が課題であり、脱水素反応後の廃熱（２５０℃以上に達する）など、システム内の熱効率の点でも無駄があった。また更に、車載する場合に装置全体が大きすぎたり重量がありすぎると、現実には車両などの狭い場所への搭載も困難となる。
【００１４】
本発明は、上記に鑑み成されたもので、別途熱源を設けずに触媒加熱用の加熱器から排出された熱が水素吸蔵または放出に利用され、水素吸蔵量および水素を吸蔵し逆に放出させて水素を取り出す際の吸蔵・放出効率に優れ、余剰に生成された水素ガスを有効利用することができる小型で軽量な水素ガス生成装置を提供することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明の水素ガス生成装置は、触媒および該触媒を加熱する加熱器を備え、供給された炭化水素系燃料を加熱された前記触媒上で脱水素反応させる反応タンクと、前記炭化水素系燃料の脱水素反応によって生じた水素ガスを含む混合気体から前記水素ガスを分離して排出する分離タンクと、前記分離タンクで分離された水素ガスが供給され、供給された水素ガスを前記加熱器から排出された熱を用いて吸蔵または放出する水素貯蔵器と、を含んで構成したものである。
【００１６】
本明細書中において、炭化水素系燃料は、脱水素反応により水素を発生し得る化合物を含む燃料であり、脂環式炭化水素、脂肪族炭化水素等を含む燃料が含まれる。脂環式炭化水素には、例えば、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、１，３，５−トリメチルシクロヘキサン等の単環式化合物、デカリン、メチルデカリン、テトラリン（テトラヒドロナフタレン）等の二環式化合物、テトラデカヒドロアントラセン等の三環式化合物、等が含まれる。脂肪族炭化水素には、２−プロパノ−ル、メタノール、エタノール等が含まれる。特に、デカリン、メチルデカリン、テトラリン、メチルテトラリンを含む燃料が好ましく、デカリンからなる燃料またはデカリンを主成分とする燃料がより好ましい。
【００１７】
前記炭化水素系燃料を脱水素反応させると、水素ガスと共に、水素の放出により不飽和結合を持つ脱水素生成物が反応生成物として生成される。炭化水素系燃料から生成される脱水素生成物は、例えば、デカリン、またはシクロヘキサンの場合にはナフタレン（若しくはテトラリン）、またはベンゼンが各々相当する。
すなわち、デカリンからなる燃料またはデカリンを主成分とする燃料を用いた場合、デカリンの脱水素反応によって水素ガスと共に脱水素生成物としてナフタレンが生成される。そして、該脱水素生成物であるナフタレンを水素添加により水素化反応させたときには、ナフタレンの水素化物であるデカリンおよび／またはテトラリンを再生することができる。
【００１８】
本発明では、反応タンク中の加熱触媒上で炭化水素系燃料を脱水素反応させて生成された混合気体（水素リッチガス）から分離して排出された水素ガスは、燃料電池や水素エンジン等の内燃機関などの水素使用装置に供給されると共に、水素使用装置停止後に生成された水素ガスなどの余剰の水素ガスが反応タンクを構成する加熱器から排出された熱を用いて水素貯蔵器に貯蔵され、または水素貯蔵器に吸蔵された水素が前記熱を用いて取り出され、例えば燃料電池を発動させたり、内燃機関の吸気系や燃焼室への水素添加等に利用される。すなわち、水素吸蔵材の特性に対じて温度上昇と降下を適宜行なうことによって、水素ガスの吸蔵、放出効率を高め、余剰水素を有効に利用することができる。
【００１９】
本発明によれば、炭化水素系燃料の脱水素反応によって生成された水素ガスを燃料源とする水素使用装置の停止後などにおいて、触媒温度が低下するまでに余剰に生成された水素ガスを、別途水素貯蔵器を加熱するための熱源を設けることなく、脱水素を行なう反応タンクの加熱器から排出された熱を用いることによって効率よく回収でき、かつ充分な量の貯蔵が可能となる。しかも、水素使用装置を起動し始めたときに反応タンクの加熱器からの熱を利用して容易に水素を取り出して改めて燃料源として利用することが可能となる。このようにして、これまで利用に適さなかった余剰水素の有効利用を図ると同時に、始動性の確保および小型・軽量化することができる。
【００２０】
本発明に係る水素貯蔵器に内装される水素吸蔵材には、水素吸蔵合金、活性炭、フラーレン、およびカーボンナノチューブより選択される材料を適宜選択して構成することができる。これら材料で構成されると、貯蔵可能な単位体積当りの水素量を増大できると共に、車両等に搭載したときの空間的ロスを軽減することができる。また、加熱が行なわれることで水素を吸蔵し、逆に放出させて水素を取り出す際の吸蔵・放出効率が高められる。
【００２１】
また、水素貯蔵器には、供給されたガス状の水素をイオン化して器内に導入するための水素イオン化装置を設けることが効果的である。イオン化された状態で取り込まれることで、水素ガスの吸蔵・放出効率を更に高めることができる。
【００２２】
反応タンクの加熱器による触媒の加熱は、被燃焼成分が供給され、該被燃焼成分を燃焼させたときの燃焼熱によって行なうことが望ましい。この場合には、被燃焼成分として、貯留されている炭化水素系燃料や該炭化水素系燃料の脱水素生成物などの有機成分を用いることができ、有機成分を空気と共に燃焼させることで燃焼廃ガスが発生し、発生した燃焼廃ガスを水素貯蔵器の加熱に利用することができる。
【００２３】
すなわち、燃焼廃ガスの廃熱を用いて水素ガスの吸蔵または放出を行なう。これにより、水素ガスの吸蔵・放出効率を効果的に高めることができる。また、被燃焼成分に原燃料として貯留されている炭化水素系燃料やその脱水素生成物を用いることで燃焼用の燃料の貯留が不要であり、さらに触媒加熱用の熱源（ヒータ等）を要しないことによる小型、軽量化が図られる。
【００２４】
分離タンクは、炭化水素系燃料を貯留し、かつ貯留された炭化水素系燃料中に、前記炭化水素系燃料の脱水素反応によって生じた水素ガスを含む混合気体が供給されると共に、前記水素ガスを分離して排出する排出口を設けて構成することができる。これにより、炭化水素系燃料と脱水素生成物とを共に貯留でき、かつ水素ガスを分離して排出できるので、従来のように水素生成用の燃料を貯留するタンクと反応生成された脱水素生成物を貯留するタンクの両方を必要とせず、またこれらタンクと別に水素ガスを分離する分離手段を併設する必要もなく、単一のタンクに統合されることにより、更なる小型化、軽量化を図ることができる。
【００２５】
すなわち、貯留分離タンクには炭化水素系燃料が貯留され、そこから外部に供給され脱水素反応を経た後、再び該貯留分離タンクの炭化水素系燃料中に生成された水素ガス及び脱水素生成物が供給されると、脱水素生成物は炭化水素系燃料中への供給過程で冷却、溶解されながら貯留分離タンクの底部（下方）に沈降、貯留され、水素ガスは燃料に溶解されずに（場合により、水素ガス分離手段を介在させて）排出口から高純度に排出される。
【００２６】
本発明の水素ガス生成装置は、炭化水素系燃料の脱水素反応を迅速かつ高効率に行なわせて水素密度の高い水素ガスを良好に水素使用装置（例えば燃料電池、水素エンジンやガソリンエンジン）に供給することが可能であるのみならず、余剰に生成された水素の有効利用を図ることができる。また更に、装置全体の大幅な小型化、軽量化、および炭化水素系燃料／脱水素生成物の反応循環系を利用したクリーンシステムの構築が可能である。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、本発明の水素ガス生成装置の実施形態を説明する。なお、下記の実施形態において、炭化水素系燃料として、デカリンを主成分とする燃料（以下、単に「デカリン」という。）を用いた場合を中心に説明する。但し、本発明においてはこれら実施形態に制限されるものではない。
【００２８】
（第１実施形態）
本発明の水素ガス生成装置の第１実施形態を図１を参照して説明する。本実施形態は、水素ガスを燃料とする燃料電池が搭載された電気自動車に本発明の第１実施形態の水素ガス生成装置を搭載し、タンクへの水素充填や水素分子の吸着・吸蔵によるのではなく、化学結合によりデカリン（原燃料）として水素貯蔵し、デカリンを高温触媒の存在下で反応させた場合にナフタレンと水素ガスとが生成するデカリン／ナフタレン反応を利用するものである。
【００２９】
本実施形態は、複数の脱水素反応器を束状にして実装し、各脱水素反応器の外側でナフタレン混合物を燃焼させて得た燃焼熱によって脱水素反応器内でデカリンから水素生成すると共に、その燃焼熱を水素貯蔵器に供給して加熱しながら水素ガスを吸蔵し、また逆に放出して取り出せるようにしたものである。また、単一の貯留分離タンクを用いて、水素ガスを含む混合気体から水素ガスを分離すると共に更にデカリンと生成ナフタレンとを共に貯留するように構成してある。
【００３０】
図１〜２に示すように、本実施形態は、内壁に触媒が設けられた円筒体および該円筒体の内部に配置された供給孔を有するインジェクタを備え、供給されたデカリンを加熱された触媒上で脱水素反応させるｎ個の脱水素反応器５ａ^１〜５ａ^ｎ、並びに前記円筒体の外壁に担持された酸化触媒とデカリン供給用の供給装置と空気供給用の供給装置とで構成された加熱器を備えた反応タンク１０と、デカリンを貯留し、かつ貯留されたデカリン中にデカリンの脱水素反応によって生じた水素ガスを含む混合気体が供給されると共に、排出口から前記水素ガスを分離して排出する貯留分離タンク２０と、水素イオン化装置を備え、供給されたガス状の水素をイオン化すると共に前記加熱器から排出された燃焼熱を用いて内装された水素吸蔵合金に吸蔵し、または放出する水素貯蔵器３０と、を備えている。
【００３１】
反応タンク１０は、円柱形状に構成され、内部にｎ個の脱水素反応器５ａ^１〜５ａ^ｎ（総じて５ａと記すことがある。）を備え、側壁をなす曲面には空気を供給する供給装置１５と、供給配管１３の一端と接続され、貯留分離タンク２０中のナフタレン混合物を供給する供給装置１６とが設けられている。さらに個々の脱水素反応器の外壁には酸化触媒が担持されており、供給装置１６によって反応タンク内に供給されたナフタレン混合物（被燃焼成分）を供給装置１５からの空気と混合して燃焼させ、ｎ個の脱水素反応器の全てを均一に加熱できるように構成されている。以下、反応タンクの構成例を図２を参照して説明する。
【００３２】
ｎ個の脱水素反応器５ａ^１、５ａ^２、…５ａ^ｎは、図２に示すように、反応タンク１０の内壁に沿って互いに略平行となるように並べられて束状に配置されている。各々の脱水素反応器の上部端面には、脱水素反応後の水素ガスおよび気相ナフタレンを含む混合気体（水素リッチガス；蒸発して残存する残存デカリンを含んでもよい）を排出するためのバルブを備えた排出管９の一端が接続され、水素リッチガスを挿通する排出配管１１とそれぞれ連通されている。また、下部端面には、未反応デカリンを排出するためのバルブを備えた排出管８の一端が接続され、図示しないポンプを備えた戻し配管１２とそれぞれ連通されている。
【００３３】
脱水素反応器５ａ（５ａ^１〜５ａ^ｎ）は、図３及び図４に示すように、円筒体４と、円筒体４の内壁の曲面に担持された触媒３と、管状のインジェクタ２と、円筒体４の外側に設けられた酸化触媒６と、円筒体４および酸化触媒６との間に介在されたヒータ７とで構成されている。
【００３４】
円筒体４は、両端が開口する断面円形の金属中空体であり、開口端の両方には閉塞部材１７、１８が取付けられている。閉塞部材１７、１８には、それぞれ水素リッチガスを排出するための排出管９、貯留された未反応デカリンを排出するための排出管８が設けられている。
【００３５】
円筒体４は、断面円形に限らず、断面が楕円形、矩形、方形など任意の形状に構成することができる。また、開口する少なくとも一方を閉塞したり、あるいは開口端の一方若しくは両方が閉口した筒状容器を用いてもよい。中でも特に、円筒体や柱状容器が好ましい。例えば、一体成形構造のモノリス担体や、金属担体、多孔性炭素担体、セラミックス担体等の担体などで構成でき、内表面積の大きい形状のものでもよい。なお、円筒体は、円筒体内壁に担持された触媒３が円筒体４を通じた熱伝達によって加熱されるため、金属物質などの熱伝導性に優れた材質で構成されるのが有効である。また、触媒反応性の点からは表面積の大きい多孔性物質（多孔性炭素）で構成されるのが望ましい。
【００３６】
このような筒形状に触媒を設けることによって、従来の平面上に触媒を担持させる場合と比し、小型にできかつ単位体積における表面積を大きく確保することができるため、小型化と同時に水素生成量をも向上させることができる。すなわち、内表面積を大きくとれることから、装置全体における単位体積当りの水素生成効率が高められ、水素生成量（生成速度）をより向上させることができる。しかも、車載には不向きであった反応容器体積をも縮小することができる。
【００３７】
円筒体は、触媒金属微粒子（触媒）を直接担持する担持体として機能させることができるが、筒状体の内壁に直接触媒を担持するのではなく、触媒金属微粒子が多孔性炭素担体等の担体に予め担持されてなる触媒を筒状体の内壁に沿って設けるようにしてもよい。
【００３８】
触媒３は、供給されたデカリンを脱水素する脱水素触媒であり、図３〜４に示すように、円筒体４の内壁の曲面全体に直接担持されており、円筒体４が触媒３を担持する担体（金属担体）の機能を担っている。触媒３としては、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｅ、Ｐｔ−Ｗ等の貴金属系の触媒金属微粒子や、これら触媒金属微粒子と活性炭繊維との混合物を用いることができる。
【００３９】
触媒３を筒状体４の内壁に設ける方法としては、コーティング法が好適であり、例えば、Ｐｔ／活性炭繊維を触媒とする場合、活性炭繊維及びＰｔの混合物を筒状体の内壁にそのままコーティングして固定する方法、Ｐｔが担持された活性炭スラリーを調製しこれを吸引、スプレー噴射してコーティング（塗布）、乾燥し、窒素雰囲気中で焼成して筒状体内壁面にコートする方法、等が挙げられる。
【００４０】
また、触媒３として、Ｐｔ、Ｐｔ−Ｉｒ、Ｐｔ−Ｒｅ、Ｐｔ−Ｗ等の貴金属系の金属を用いた炭素担持Ｐｔ触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｉｒ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｒｅ複合金属触媒、炭素担持Ｐｔ−Ｗ複合金属触媒、又はニッケル系金属を使用した触媒等を内壁に設けるようにすることもできる。
【００４１】
インジェクタ２は、図３及び図４に示すように、断面円形の管状に構成され、管には触媒３にデカリンを放射状に供給できるように供給孔が複数設けられている。図４は、図３の反応手段１をＢ−Ｂ’線で切り取ったときの概略断面図である。
【００４２】
インジェクタ２は、円筒体４の触媒３で取り囲まれた内側に触媒面に略平行に配置されており、複数の供給孔からデカリンを放射状に噴射して、曲面をなす触媒３全面に均一な液膜状態を形成し得るように構成されている。デカリンを触媒上に液膜状態となるように供給することによって、反応転化率が高められ、脱水素反応による水素ガスを効率良く生成することができる。インジェクタは、筒状体内壁の触媒全面に均一に供給可能な長さとするのが望ましい。管断面の形状は、円形のほか、楕円形、矩形、方形など任意の形状に構成でき、供給孔の個数、孔径は、触媒の表面積や供給装置から触媒までの距離などに応じて適宜決定することができる。
【００４３】
各脱水素反応器のインジェクタ２は、図１に示すように、デカリンを供給するための供給配管１４と接続されており、この供給配管１４によって貯留分離タンク２０と連通されている。また、個々のインジェクタには、それぞれ制御用のドライバ（Ｄ^１、Ｄ^２・・・Ｄ^ｎ）が電気的に接続されており、インジェクタからのデカリン噴射量を個々にコントロールできるようになっている。
【００４４】
インジェクタからデカリンを供給する場合には、加熱触媒表面が僅かに湿潤した状態、すなわち液膜状態となるように供給することが好ましい。なお、液膜状態とするためにインジェクタ２からデカリンを間欠的に噴射するとよい。僅かに湿潤した液膜状態では、過熱（デカリンの沸点を越える温度での加熱）・液膜状態での脱水素反応のとき水素ガス生成量は最大になる。これは、デカリンの蒸発速度が、基質液量（デカリンの液量）が少ない程小さくなり、蒸発速度が小さくかつ高温の状態で脱水素反応させることにより転化率が向上するからである。すなわち、蒸発速度は液量・伝熱面積・加熱源と沸点との温度差の各々に比例するので、液体デカリンの量が少なければ蒸発速度が小さくなる。液体デカリンは、加熱触媒上（例えば、２００〜３５０℃）でも液膜状態で存在するので、触媒活性サイトは液相からのデカリンの速やかな吸着により充分に高い被覆度で常時補填される。すなわち、触媒表面上で液膜状態で脱水素反応させることにより、触媒表面上で気体で反応させるよりも優れた反応性が得られる。
【００４５】
酸化触媒６は、図４に示すように、円筒体４の筒状部外側の曲面全体を覆うようにヒータ７を介在させて設けられている。反応タンク内に供給装置１６によって供給されたナフタレン混合物（被燃焼成分）は空気と混合されて酸化触媒６上で燃焼されるが、燃焼は発熱を伴う酸化反応であり燃焼熱を放出するため、発生した燃焼熱を用いて脱水素反応器内部の触媒３が加熱される。
【００４６】
酸化触媒としては、遷移金属酸化物触媒を用いることができる。反応タンク１０の供給装置１６によりナフタレンがデカリンに溶解されたナフタレン混合物の状態で供給され、供給装置１５から供給された空気と混合して酸化触媒上で完全酸化させることによって、デカリン脱水素用の触媒３の加熱に必要な脱水素吸熱反応熱を供給することができる。
【００４７】
ヒータ７は、円筒体４の外壁と酸化触媒６との間に設けられており、燃料電池の始動時など、反応タンク１０内の温度が未だ低い時にヒータ７がオンされて加熱されることによって、酸化触媒６上でのナフタレン混合物の燃焼、すなわち酸化反応を起こさせることができる。この燃焼により所定の温度以上に反応タンク内部の温度が上昇したときには、ヒータ７はオフされるようになっている。
【００４８】
複数の脱水素反応器５ａは、図５に示すように、互いに間隙を有して配置され、反応タンク１０内に供給されたナフタレン混合物を空気と共に燃焼させたときの燃焼熱で均一に加熱されることによって、内部の触媒３が筒状体４の外側から加熱されるようになっている。図５は、図２のＡ−Ａ’線断面図である。これにより、触媒３を加熱するためのヒータ等の電熱器を使用する必要がない。反応タンク内に配置する脱水素反応器の数やその間隙は、所望の脱水素反応が行い得る範囲で水素ガスの必要生成量などに応じて適宜選択することができる。
【００４９】
更に、貯留分離タンク２０の側壁には、ナフタレン混合物の燃焼によって生じた燃焼廃ガスを挿通する排気管３１の一端が接続されており、排気管３１によって水素貯蔵器３０での燃焼廃ガスの熱（廃熱）の利用が可能なように構成されている。これにより、水素貯蔵器を加熱するための熱源（ヒータ等）を別途設ける必要がなく、消費電力の低減と装置の小型軽量化が図られる。
【００５０】
排出管３１は、燃焼廃ガスの廃熱が排出管３１の管を介して熱伝導されることから、金属等の熱伝導性の高い材料を用いて構成されることが望ましい。
【００５１】
また、反応タンク１０を構成する脱水素反応器５ａの各々は、上部端面で接続された排出管９と一端で接続された排出配管１１によって分離貯留タンク２０と連通されており、さらに下部端面に接続された排出管８と一端で接続された戻し配管１２によって貯留分離タンク２０と連通されている。
【００５２】
水素貯蔵器３０は、供給された水素ガスの吸蔵および放出が可能な水素吸蔵合金（水素吸蔵材）と、反応タンク１０から排出された燃焼廃ガスが供給されて水素吸蔵合金を加熱する加熱管３２と、ガス状に供給された水素をイオン化して内部に導入する水素イオン化装置３３とで構成されている。
【００５３】
水素吸蔵合金には、公知のものを適宜選択して用いることができ、例えば、パラジウム系、マグネシウム系、チタン系、ジルコニウム系、希土類金属系の水素吸蔵合金を使用できる。
【００５４】
加熱管３２は、反応タンク１０と連通する排気管３１の他端とその一端で接続され、反応タンク１０から燃焼廃ガスが供給されるようになっている。加熱管３２は、断面円形の細管状に構成されたものであり、水素吸蔵合金を巻回するように設けられ、加熱管３２内を挿通する燃焼廃ガスの廃熱を管壁を介して水素吸蔵合金に熱伝達できるようになっている。よって、加熱管３２は、金属等の熱伝導性の高い材料を用いて構成されることが望ましい。
【００５５】
この加熱管は、燃焼廃ガスの廃熱を有効に利用して水素貯蔵器の水素吸蔵、放出効率を向上させ得る形態であれば、いずれの形態にも構成することができ、例えば、加熱面が幅広な平面形状（幅広平面の直行断面形状が矩形、楕円形などの中空体）や、このような平面形状の二つの端部を繋いで無端に構成され、水素吸蔵合金の周囲全体を覆うことができる筒形状（筒断面形状は円形、楕円形、矩形、方形、台形等のいずれであってもよい）などに構成されてもよい。
【００５６】
水素貯蔵器３０は、水素イオン化装置３３を介して、水素供給管３４の一端と接続されており、水素供給管３４によって水素供給管２３と連通されている。水素供給管３４を挿通して供給された水素ガスは、水素イオン化装置でイオン化された後に水素吸蔵合金に吸蔵され貯蔵できるようになっている。
【００５７】
水素イオン化装置は、ガス状態で供給された水素をイオン化するものであり、イオン化された水素が水素吸蔵合金等の水素吸蔵材に導入されることによって、吸蔵可能な水素量、および水素を吸蔵し逆に放出させて水素を取り出す際の吸蔵・放出効率をより向上させることが可能となる。水素イオン化装置は、電子銃や、気体分子をプラズマによって励起させて電離状態（分子がイオンと電子に分離する状態）を生じさせ正のイオンと電子の集団を形成するプラズマ装置などを用いて構成することができる。
【００５８】
また、加熱管３２の他端には、二酸化炭素を固定するためのＣＯ_２固定装置が接続されており、加熱管３２を挿通した後、二酸化炭素と水とを主成分とする燃焼廃ガス中の二酸化炭素はＣＯ_２固定装置で回収される。環境上無害な水はそのまま排出される。
【００５９】
貯留分離タンク２０は、内部にデカリン２１を貯留可能に構成され、貯留分離タンク２０の上部壁面には、デカリン２１を供給するためのバルブを備えた燃料供給管２２が設けられ、貯留分離タンク２０の上方に空隙を有する範囲でデカリンを供給できるようになっている。さらに、燃料電池４０に水素を供給する水素供給管２３の一端が接続されて排出口が形成されており、分離された水素ガスを水素供給管２３を挿通して燃料電池４０に供給できるようになっている。
【００６０】
水素供給管２３には、分岐状に水素吸蔵管３４の他端が接続され、水素貯蔵器３０と連通されており、余剰に生成された水素ガスを水素貯蔵器に供給できるようになっている。
【００６１】
貯留分離タンク２０の上部側壁には、脱水素反応器５ａの未反応デカリンを回収する戻し配管１２の他端が接続されている。また、貯留されているデカリンの液面下に位置する側壁には、デカリンを反応タンク１０に供給する供給配管１４の他端と、供給装置１６を介してナフタレン混合物を反応タンク１０に供給する供給配管１３の他端とが接続されている。貯留分離タンク２０の側壁にはさらに、排出配管１１がその他端がデカリン中に配置されるように接続され、反応タンク１０で生成された水素ガスを含む混合気体（水素リッチガス；蒸発して残存する残存デカリンを含んでもよい）を液中において供給し、デカリンに不溶性の水素ガスを分離できるようになっている。なお、デカリンに溶解性のナフタレンはデカリンに溶解されたナフタレン混合物としてタンク底部に貯留される。
【００６２】
なお、貯留分離タンク２０の上部壁面には水素圧を検出する水素圧センサ２５が取り付けられており、底部には貯留されたナフタレン混合物を排出するためのバルブを備えた排出管２４が設けられている。
【００６３】
また、貯留分離タンク中のデカリン２１は、水素生成用の原燃料として用いられるため、デカリン中のナフタレン含量が少ないことが望ましい。ナフタレン含量を低減する手段の一つとして、例えば、液面下に位置するタンク側壁や底部に局部的に冷却可能な冷却部材（冷却器）を設けることが有効である。冷却された局部周辺においてナフタレンを析出させておくことによって、デカリン中のナフタレン含量を低減して水素ガスの生成効率を高めることができる。冷却は、デカリンに溶解されたナフタレンが析出してくる程度の温度範囲がよい。
【００６４】
これとは別に、貯留分離タンク２０のデカリン中において、供給配管１４の他端より液底側で、かつ排出配管１１の他端および供給配管１３の他端より液面側に、浮上する水素ガスを透過すると共にナフタレンの液中拡散を抑える分離膜（不図示）を（好ましくは略水平に）設けることも有効である。分離膜がデカリンの液面と略水平に設けられたときには、ナフタレンは膜下側に貯留され、反応タンクに供給するデカリン中のナフタレン含量を低減することができ、上記同様に水素生成効率を高めることができる。
【００６５】
分離膜による場合には、特に液中の排出配管１１の排出口周辺でナフタレン量が不均一になると局部的に粘度上昇等を来すことがあるため、粘度上昇等による水素ガスの液中移動速度が損なわれないようにし、分離膜の下方で供給された水素ガスが分離膜の膜面を一様に通過できるようにすることが望ましい。
【００６６】
分離膜は、その膜面の法線方向と略平行に移動可能に構成することが効果的である。分離膜を移動させることによって、膜によって区画された複数の領域の容積を可逆的に変えることができる。例えば分離膜を略水平に内装した場合、生成ナフタレンがなくデカリンが満タンであるときには分離膜はナフタレン供給側、すなわちタンク最下部に位置し、分離膜下側の容積を最小にすることができ、このとき最大量のデカリンが貯留される。そして、水素の生成、すなわちナフタレン生成量の増大に応じて分離膜を自動的に徐々にタンク上方に移動させることで、逆にナフタレン供給側の容積は拡大される。これにより、ナフタレンの拡散を抑止すると同時に単一のタンクを有効に利用でき、装置の更なる小型・軽量化が図られる。
【００６７】
分離膜は、水素ガスを透過できると共に、デカリン中でのナフタレンの拡散を抑制し、かつデカリンに対して安定なものであれば公知のもの（変形し難い板状のものや、伸縮可能な軟性、弾性を有するもの）から適宜選択することができ、例えば、水素透過性でかつ水素ガス以外は物質非透過性（若しくはナフタレン低透過性）のものや、ナフタレンを除いては透過性のものなど、具体的にはメッシュ状のフィルタ膜や、ナフタレンを高濃度に含む側から水素ガスが透過するときに開弁され、かつ逆側から圧がかかった場合に閉弁される多数の逆止弁が格子状又はランダムに配列された逆止弁膜などが挙げられる。材質は、樹脂材、金属材、シリコーン材、ゴム材など適宜選択できる。
【００６８】
貯留分離タンク２０には、反応タンク１０と連通する供給配管１３及び１４、戻し配管１２、排出配管１１、並びに水素供給管２３などにそれぞれ図示しない連結器（ジョイント）を設けて、連結器において着脱可能に構成することができる。例えば、簡易にはめ込み、取り外しができる交換タンク（カートリッジタンク）の形態に構成できる。
【００６９】
貯留分離タンク２０を着脱可能に構成することにより、デカリンから所定量の水素ガスを生成後、貯留分離タンク自体を交換あるいは一旦取外して外部設備でナフタレンを再生することにより、貯留された生成ナフタレンを回収、除去でき、車載するなど特定場所に定置しない場合でも簡易かつ継続的な水素の供給が可能となる。
【００７０】
また、貯留分離タンク２０を着脱可能に構成せず、あるいは着脱可能に構成すると共に、貯留分離タンク２０のナフタレンが高濃度に貯留された部分（例えば、分離膜が略水平に設けられているときには分離膜下方の部分）のみを着脱可能に構成してもよい。この場合、ナフタレンが貯留された部分は、貯留分離タンクに収納可能なカートリッジ式に構成することもでき、また、この部分が貯留分離タンクの一部を構成するように設けることもできる。これにより、ナフタレンを高濃度に含む部分（例えば交換タンク）を、デカリンで満たされたものや空のタンク（例えば交換タンク）に取り替えることが可能となる。
【００７１】
本実施形態では、イグニッションスイッチがオンされると、図示しない水素流量制御器によって、水素貯蔵器３０に貯蔵されていた水素が放出されて燃料電池４０に供給されると共に、この燃料電池または他の電源（バッテリー、キャパシタ）からの電力供給を受けて各脱水素反応器５ａに設けられたヒータ７がオンされる。ヒータ７で加熱された酸化触媒が所定の温度以上に達すると、貯留されていたナフタレン混合物（デカリンを含む）が空気と共に反応タンク内に供給され、酸化触媒上で燃焼（酸化）される。このときの燃焼熱によって、各脱水素反応器の内部に担持された触媒３が加熱され、同時に燃焼廃ガスが水素貯蔵器にも送られ、徐々に加熱されて水素放出効率が向上する。そして、触媒３が所定温度にまで加熱されたときには、デカリン２１が貯留分離タンク２０から供給配管１４を挿通して反応タンク１０の脱水素反応器５ａ^１、５ａ^２、…５ａ^ｎに供給される。
【００７２】
触媒３の上記所定温度は、２００〜５００℃、好ましくは２００〜３５０℃の間の温度、更に好ましくは２８０℃にすることができる。この理由は、所定温度が２００℃未満であると目的とする脱水素反応の高い反応速度、換言すれば水素使用装置の高性能が得られないことがあり、３５０℃を越えるとカーボンデポジットが生じる可能性を持ち、５００℃を越えると実用的でないからである。
【００７３】
各脱水素反応器で発生した水素リッチガス（蒸発した残存デカリンを含んでもよい。）は生成ナフタレンと共に排出管９を介して排出配管１１によって、貯留分離タンク２０のデカリン中に供給される。そして、デカリンに溶解性のナフタレンおよび残存デカリンは、デカリンに溶解されて水素ガスと分離され、溶解されたナフタレンはナフタレン混合物として貯留分離タンク２０の底部に貯留される。一方、難溶性の水素ガスはデカリン中を浮上し、水素供給管２３が接続された排出口から排出され、燃料電池４０に供給される。このとき、燃料電池から要求される必要量以上の余剰の水素ガスが生成されたときには、分岐する水素供給管３４を挿通して水素貯蔵器３０に吸蔵される。
【００７４】
イグニッションスイッチをオフし、燃料電池４０を停止させると、反応タンク１０へのデカリンの供給が停止される。停止時、反応タンク１０内部および各脱水素反応器内の触媒３は余熱を持ち、この余熱によって脱水素反応は停止されずに水素ガスが生成される。停止後に生成された水素ガスは、水素供給管２３から水素供給管３４を挿通して水素イオン化装置でイオン化された後、水素貯蔵器３０に内装された水素吸蔵合金に吸蔵される。このとき、水素吸蔵合金は、反応タンク（加熱器）から排気管３１を介して加熱管３２に送られた燃焼廃ガスによって吸蔵に最適な温度域に加熱されている。これにより、吸蔵効率が向上すると共に、吸蔵可能な水素量が増大する。以上のように、水素貯蔵器に内装された水素吸蔵合金の温度の上昇／降下を適宜行なうことにより水素の吸蔵／放出を効率よく行うことができる。また、各脱水素反応器の底部に液化して貯留された未反応デカリンは、バルブを開くと共に図示しないポンプにより排出管８と繋がる戻し配管１２を挿通して貯留分離タンク２０に戻される。
【００７５】
また、デカリンとテトラリンとの混合燃料を用いることにより、デカリンの脱水素反応の前にテトラリンが脱水素反応するので、速やかに水素ガスを発生させることができる。ここで、貯留分離タンク内あるいは貯留分離タンクとは別のタンク内に、デカリンと分離してテトラリンを貯留し、このテトラリンを加熱された触媒上でデカリンの脱水素反応前に脱水素反応させることにより、速やかに多量の水素ガスを発生させることができ、より迅速に水素生成を行なうことができる。
【００７６】
（第２実施形態）
本発明の水素ガス生成装置の第２実施形態を図６を参照して説明する。本実施形態は、水素ガスを燃料とする水素エンジンが搭載された自動車に本発明の第２実施形態の水素ガス生成装置を搭載し、第１実施形態において燃焼反応用の酸化触媒とデカリン供給用および空気供給用の供給装置とで構成された加熱器に代え、脱水素反応器の間隙にシリコーンオイルを充填し循環する加熱循環系とシリコーンオイルの液温調節を行なう冷却水循環系とで構成された加熱器を備え、水素貯蔵器での水素吸蔵、放出をシリコーンオイルの熱を用いて行なうようにしたものである。なお、燃料は第１実施形態で使用した燃料を用いることができ、第１実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
【００７７】
反応タンク１０の内部には、シリコーンオイル（液状の加熱媒体）７が充填されている。シリコーンオイル７は、反応タンク１０と２点で接続して加熱循環系を構成する、オイル循環ポンプ（不図示）を備えた配管４２内を挿通して循環し、配管途中にある水素エンジン４１の廃熱によって加熱されるようになっている。加熱されたシリコーンオイル７は、脱水素反応器の間隙に介在すると共に徐々に循環されることによって、まず各脱水素反応器と熱交換し、円筒体４を通じて熱伝達された熱で脱水素反応器内部の触媒３は加熱される。
【００７８】
配管４２における、反応タンク１０の循環方向下流側であって水素エンジン４１の循環方向上流側には、水素貯蔵器５０が設けられており、貯留分離タンク２０から排出された水素ガスが水素供給管３４を挿通して供給されるようになっている。
【００７９】
水素貯蔵器５０は、供給された水素ガスの吸蔵および放出が可能なカーボンナノチューブ（水素吸蔵材）が内壁に配された円筒状の貯蔵体５１と、シリコーンオイル７を挿通してカーボンナノチューブを加熱する加熱管５２と、ガス状に供給された水素をイオン化して内部に導入する水素イオン化装置３３とで構成されている。
【００８０】
貯蔵体５１は、両端が開口する断面円形の内壁の内周に沿って、端部が開口されたカーボンナノチューブを配して構成されている。断面形状は、楕円形、矩形、方形など任意の形状で構成することができる。また、貯蔵体５１には、開口する少なくとも一端を閉塞したり、あるいは開口端の一方若しくは両方、あるいは全ての端面が閉塞された筒状または箱状の容器を用いることができる。このように構成されることで、小型にできかつ単位体積における水素吸蔵量が増大する。
【００８１】
カーボンナノチューブは、公知のものを適宜選択することができ、一般にアーク放電法やレーザ蒸発法、化学的蒸発法により炭素と共に成長触媒金属（例えば、ＣｏやＮｉ、Ｆｉなど）を蒸発させることで合成される。例えば、筒状体を担体（例えばＳｉＣなど）としてその内壁面に触媒金属を予め設けておき、該触媒金属においてカーボンナノチューブを成長させて合成し、合成時閉じられているカーボンナノチューブの端部を開口して用いることができる。カーボンナノチューブのチューブ直径は、水素の吸蔵、放出のし易さや、吸蔵など量を考慮して選択すればよい。
【００８２】
断面円形の筒状の貯蔵体の内壁にカーボンナノチューブを設ける場合、例えば下記方法により好適に行なうことができる。すなわち、ＳｉＣ等の担体上に蒸着などにより所望の触媒金属を均一に微粒化させて担持させ、担持させた担体をその担持面が内側となるように円筒形に変形させた後、円筒形内にカーボンナノチューブ生成ガス（メタン、アセチレンなど）を導入、加熱することにより円筒形内部に均一なカーボンナノチューブを成長させ、更に加熱、酸処理などを行なってチューブ端をカッティングして開口する方法、ＳｉＣ等の担体上に触媒金属を上記同様に担持させ、この状態でカーボンナノチューブを成長させて更に開口した後、ナノチューブ合成面を内側にして円筒形に変形させる方法、等である。
【００８３】
加熱管５２は、その両端が加熱循環系を構成する配管４２と接続され、反応タンク１０を通過したシリコーンオイルが出入するようになっている。加熱管５２は、断面円形の細管状に構成されたものであり、カーボンナノチューブを内部に配した貯蔵体５１を巻回するように設けられ、シリコーンオイルの熱を管壁を介してカーボンナノチューブに熱伝達できるようになっている。
【００８４】
加熱管５２は、系内の熱を循環させて有効に利用し水素貯蔵器の水素吸蔵、放出効率を向上させ得る形態であれば、いずれの形態にも構成することができ、別途加熱管５２を設けることなく配管４２を水素貯蔵器内に挿入して構成することもできる。また、既述の加熱管３２について挙げた構成例と同様に構成することもできる。本形態では、二酸化炭素が排出される懸念もない。
【００８５】
また、加熱循環系の配管４２には、図６に示すように、冷却水を循環させてシリコーンオイル７の液温を調節する冷却水循環系として循環冷却器４３が設けられており、反応タンク１０には温度センサ４４が設けられている。これにより、シリコーンオイルの温度が所定温度を超えるときには、風冷した冷却水を循環させることによってオイル温度を冷却し、所定の温度に達しているときには循環を停止するように制御される。
【００８６】
複数の脱水素反応器は、図５に示すように、所定の間隙を有してシリコーンオイル７が介在し得るように配置されており、介在するシリコーンオイルが順次循環されて均一に加熱できるようになっている。
【００８７】
反応タンクを充填する液状の加熱媒体としては、沸点４００℃以上のものが適当であり、特にシリコーンオイル等が好ましい。
【００８８】
本実施形態では、イグニッションスイッチがオンされると、図示しない水素流量制御器によって、水素貯蔵器５０に貯蔵されていた水素が水素エンジン４１に供給されて発動する。そして、配管４２に設けられたオイル循環ポンプ（不図示）の駆動によりシリコーンオイルが循環され、水素エンジン４１の廃熱によって反応タンク１０内のシリコーンオイル温度が所定の触媒加熱温度にまで達すると、貯留分離タンク２０からデカリンが供給配管１４を挿通して反応タンク１０の脱水素反応器５ａ^１、５ａ^２、…５ａ^ｎに供給される。このとき同時に水素貯蔵器も加熱されており、水素エンジンへの水素供給が良好に行なわれるようになる。
各脱水素反応器で発生した水素リッチガス（蒸発した残存デカリンを含んでもよい。）は生成ナフタレンと共に排出管９を介して排出配管１１によって再び貯留分離タンク２０のデカリン中に供給される。このとき、循環冷却器４３によって触媒温度は所定温度に制御されている。そして、水素ガスは分離して排出される一方、ナフタレンはナフタレン混合物として貯留される。排出された水素ガスは水素エンジン４１に供給される。このとき、必要量以上の余剰の水素ガスは分岐する水素供給管３４を挿通して水素貯蔵器５０に吸蔵される。
【００８９】
イグニッションスイッチをオフするときには、水素エンジンへの水素供給が停止され、さらにデカリン供給が停止されることにより水素ガスの生成を停止させる。エンジン停止時、反応タンク１０内部および各脱水素反応器内の触媒３は余熱を持ち、この余熱によって脱水素反応は停止されずに水素ガスは生成され、この水素ガスは、水素供給管２３から水素供給管３４を挿通して水素イオン化装置でイオン化された後、水素貯蔵器５０に内装されたカーボンナノチューブに吸蔵される。このとき、カーボンナノチューブは、循環されるシリコーンオイルによって吸蔵に最適な温度域に加熱されている。これにより、吸蔵効率が向上すると共に、吸蔵可能な水素量が増大する。以上のように、水素貯蔵器に内装されたカーボンナノチューブの温度の上昇／降下を適宜行なうことにより水素の吸蔵／放出を効率よく行うことができる。
【００９０】
また、不図示のオイル循環ポンプと循環冷却器とを作動させたまま各脱水素反応器を冷却した後、オイル循環ポンプを停止すると共に各脱水素反応器の底部に液化して貯留された未反応デカリンは、バルブを開くと共に図示しないポンプにより排出管８と繋がる戻し配管１２を挿通して貯留分離タンク２０に戻される。
なお、循環冷却器４３は、反応タンク内のシリコーンオイルが所定温度以下となったときに停止される。
【００９１】
上述した実施形態では、水素生成用の燃料としてデカリンを用いた例を中心に説明したが、既述のデカリン以外の炭化水素系燃料を用いた場合においても同様である。また、水素使用装置について、特に車載の燃料電池および水素エンジンを例に説明したが、本発明は燃料電池や水素エンジン以外の、ガソリンエンジン等の内燃機関や他の水素使用装置に適用することもできる。
【００９２】
【発明の効果】
本発明によれば、別途熱源を設けずに触媒加熱用の加熱器から排出された熱が水素吸蔵または放出に利用され、水素吸蔵量および水素を吸蔵し逆に放出させて水素を取り出す際の吸蔵・放出効率に優れ、余剰に生成された水素ガスを有効利用することができる小型で軽量な水素ガス生成装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図である。
【図２】反応タンクの概略構成例を拡大して示す斜視図である。
【図３】反応タンクを構成する脱水素反応器の一例を示す斜視図である。
【図４】図３のＢ−Ｂ’線断面図である。
【図５】図２のＡ−Ａ’線断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態の一部を示す概略構成図である。
【符号の説明】
３…触媒
６…酸化触媒
１０…反応タンク
２０…貯留分離タンク
３０，５０…水素貯蔵器
３２…加熱管
３３…水素イオン化装置
５１…貯蔵体（水素吸蔵材）

Claims

触媒および該触媒を加熱する加熱器を備え、供給された炭化水素系燃料を加熱された前記触媒上で脱水素反応させる反応タンクと、
前記炭化水素系燃料の脱水素反応によって生じた水素ガスを含む混合気体から前記水素ガスを分離して排出する分離タンクと、
前記分離タンクで分離された水素ガスが供給され、供給された水素ガスを前記加熱器から排出された熱を用いて吸蔵または放出する水素貯蔵器と、を含む水素ガス生成装置。
前記水素貯蔵器に水素吸蔵材が内装され、前記水素吸蔵材が水素吸蔵合金、活性炭、フラーレン、およびカーボンナノチューブより選択される少なくとも一種である請求項１に記載の水素ガス生成装置。
前記水素貯蔵器が、供給されたガス状の水素をイオン化する水素イオン化装置を更に備えた請求項１又は２に記載の水素ガス生成装置。
前記加熱器による加熱は、被燃焼成分が供給され、該被燃焼成分を燃焼させたときの燃焼熱によって行なわれ、かつ前記燃焼によって生じた燃焼廃ガスが前記水素貯蔵器に供給され、前記燃焼廃ガスの熱を用いて水素ガスを吸蔵または放出するようにした請求項１〜３のいずれか１項に記載の水素ガス生成装置。
前記被燃焼成分が、前記炭化水素系燃料および前記炭化水素系燃料の脱水素生成物の少なくとも一種である請求項４に記載の水素ガス生成装置。
前記分離タンクが、炭化水素系燃料を貯留し、かつ貯留された炭化水素系燃料中に、前記炭化水素系燃料の脱水素反応によって生じた水素ガスを含む混合気体が供給されると共に、前記水素ガスを分離して排出する排出口を備えた貯留分離タンクである請求項１〜５のいずれか１項に記載の水素ガス生成装置。