特許 7364834 水素発生分離装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2023-10-11

(45)【発行日】2023-10-19

(54)【発明の名称】水素発生分離装置

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/56 20060101AFI20231012BHJP

   B01D 53/22 20060101ALI20231012BHJP

   C01B 3/04 20060101ALI20231012BHJP

【ＦＩ】

C01B3/56 Z

B01D53/22

C01B3/04 B

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2019168898

(22)【出願日】2019-09-17

(65)【公開番号】P2021046332

(43)【公開日】2021-03-25

【審査請求日】2022-07-01

(73)【特許権者】

【識別番号】500039072

【氏名又は名称】永井 一弘

(73)【特許権者】

【識別番号】000231556

【氏名又は名称】日本精線株式会社

(73)【特許権者】

【識別番号】307044286

【氏名又は名称】加藤電気炉材製造有限会社

(74)【代理人】

【識別番号】100104134

【弁理士】

【氏名又は名称】住友 慎太郎

(74)【代理人】

【識別番号】100156225

【弁理士】

【氏名又は名称】浦 重剛

(74)【代理人】

【識別番号】100168549

【弁理士】

【氏名又は名称】苗村 潤

(74)【代理人】

【識別番号】100200403

【弁理士】

【氏名又は名称】石原 幸信

(72)【発明者】

【氏名】水野 峻介

(72)【発明者】

【氏名】加藤 克吉

(72)【発明者】

【氏名】永井 一弘

【審査官】本多 仁

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１６－１９８７２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２０１９／０３２５９１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】米国特許出願公開第２００７／００５６８４１（ＵＳ，Ａ１）

【文献】中国特許出願公開第１１１１１５５７２（ＣＮ，Ａ）

【文献】中国特許出願公開第１１１１３７８５３（ＣＮ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｃ０１Ｂ ３／００－３／５８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

アンモニアガスと酸素含有ガスの混合気体を原料として水素ガスを発生と分離させる水素発生分離装置において、
前記水素発生分離装置は、ハウジング容器と、
その容器内に、系外から供給される当該混合気体を流通させるための筒状の第一流路と、
当該筒状流路内同心に充填されたアンモニア分解触媒と、
当該筒状流路の内周側に同心に配置された断熱部材と、
アンモニア分解生成ガスを冷却するために当該第一流路の外周側に配置された冷却用配管と、
当該筒状流路の末端に分解処理後のガス流体を一時的に貯留するための貯留空間と、
アンモニア分解生成ガスから水素ガスを分離するために当該断熱部材の内周側に同心に配置された水素分離部材と、
当該水素分離部材の内周側に同心に配置され、貯留空間にあるアンモニア分解生成ガスを流通させるための筒状の内管により形成される第二流路と、
当該内管の隔壁と当該水素分離部材との間に形成される第三流路、
を備え、
水素分離部材により分離された水素ガスを断熱部材と水素分離部材との間に形成された第四流路により外部に流通させ、
かつ、水素ガス分離後の排ガスを第三流路により外部に流通させる、
ことを特徴とする水素分離モジュールを内蔵した水素発生分離装置。

【請求項2】

前記アンモニア分解触媒は、その作動温度領域が２００℃～５００℃であり、水素ガスを発生させることが可能な触媒であることを特徴とする請求項１の水素発生分離装置。

【請求項3】

排ガス排出管における排ガスの温度が４００～５００℃に維持されるべく冷媒を通すために冷却用配管を設けた請求項１に記載の水素発生分離装置。

【請求項4】

第一流路内の体積（V1）、第二流路内の体積（V2）、第三流路の体積（V３）及び貯留空間１２の体積（Vt）は、それぞれV1＜Vt≦V2≦V3の関係にあることを特徴とする請求項１に記載の水素発生分離装置。

【請求項5】

前記水素分離部材は、水素透過分離機能を持つ水素透過膜と、その一方の外表面を包み耐圧支持する金属製の緩衝シート及び金属多孔板との積層構造品で構成され、他方の外表面に微細気孔を有する酸素除去剤配合の金属製またはセラミックス製の緩衝シートで構成されたものである請求項１に記載の水素発生分離装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は水素発生装置に関し、アンモニアガスを水素供給源としてアンモニアを触媒分解する機能を有し、アンモニア分解で生じた高温分解ガスを利用して水素分離膜を分離作動温度まで加熱し、該加熱された水素分離膜により分解ガス中の水素ガスを透過分離する機能を有する水素分離モジュール及び水素発生分離装置に関する。

【背景技術】

【0002】

水素は、これまでの火力発電や原子力発電に代わる次世代型のクリーンエネルギーとして重要視され、例えば水の電気分解による方法以外に、例えばメタン、プロパンガス、都市ガスなどの各種原料ガスから水蒸気改質によって水素ガスを分離抽出する方法、更には有機ハイドライドによる触媒技術を用いる方法など、さまざまな技術開発が取組みされている。

【0003】

特に、前記水蒸気改質によって水素ガスを分離抽出する方法では、水素ガスのみを極めて高い純度で且つ効率よく生成できる利点があり、例えばパラジウム合金やパラジウム－銅合金など水素ガスを選択的に透過分離できる金属薄膜材料が水素分離モジュールや水素製造装置に用いられている。

【0004】

例えば、円筒形状のハウジング容器の内部にほぼ同軸に組み込まれた水素分離部材を備え、また該分離膜部材は、その上流側と下流側を実質的に隔離して内部に処理室を形成するように、天面に蓋部材を設けたカップ形状のものが採用されている。

【0005】

そして、原料用の被処理ガス流体は、系外から導入させる導入口から前記処理室に導入され、前記水素分離部材での透過分離によって該被処理流体中に含まれる水素ガスのみを生成し、得られた水素ガスはその流出口から次工程に送られる一方、前記処理室内に残留する残留ガスや未反応のまま残った前記被処理流体は、別途これを回収する回収口から取り出されるように構成されている。

【0006】

ところで、このような水素分離技術では、その原料ガス流体から容易に水素ガスを分離抽出できるが、その反応は、予め該原料ガスを例えば４００～５００℃ 程度の所定の反応温度に加熱することが必要である。加熱方法としては、例えばその前段階で別途加熱した上でインライン方式により供給する方法の他、例えば円筒状に構成したモジュールの全体を包むようにその外周側に配した外部ヒーターを設けることにより行われている。（ 例えば、特許文献１ ～ ３ ）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２ ０ １ ５ － １ ７ １ ７ ０ ５ 号公報

【文献】特開２ ０ ０ ５ － ４ ４ ７ ０ ９ 号公報

【文献】特開２ ０ ０ ４ － ７ ５ ４ ４ ２ 号公報

【発明の開示】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、これら各先行技術は、いずれも導入する原料ガスは、透過分離する分離膜材料に対して良好な供給状態が得られ難く、滞留や部分的な供給ムラを生じやすく、所定の分離膜材料の全体を通じて均一かつ効率的な供給が得られない他、その加熱処理についても、別途の加熱手段を設けたり、そのモジュールを包むように外側に加熱器具を配した外部加熱方式で行われるため、必要以上に大型の加熱手段を要するとともに、エネルギー効率的にも熱損失が高くなり、結果的に分離膜モジュール自体の大型化を招くなど、ガス流通特性や加熱特性の面で改善が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明は、上記課題に鑑み、水素供給源としてアンモニアガスを利用して、これに空気のような酸素含有ガスを混合することでアンモニア原料ガスを生成し、該アンモニア原料ガスに対し、アンモニア分解触媒を適用して該原料ガス中のアンモニアを分解させ、当分解反応により発生させた水素ガスの一部を酸化させ、該酸化時に発生した熱により加熱されたアンモニア分解後の高温ガス（アンモニア分解生成ガス）を用いて水素分離膜を加熱する方式を採用することで、新たな外部熱源を用いて水素分離膜を加熱する必要なく、熱損失の低減ならびに分離膜モジュール自体の大型化を抑制し、均一かつ効率的なアンモニア原料ガスの供給を行うことが可能であり、使用性に優れた水素分離モジュール及び水素発生装置の提供を目的とする。

【0010】

すなわち、本願発明の請求項１に係る発明は、ハウジング容器と、その容器内に系外から供給されるアンモニア原料ガスを流通させるための筒状の第一流路と、該第一流路内にて同心に充填されたアンモニア分解触媒と、該第一流路の内周側に同心に配置された断熱部材と、該第一流路の外周側にらせん状に配置された冷却用配管と、該筒状流路の末端に分解処理後のガス流体を一時的に貯留するための貯留空間と、アンモニア分解生成ガスから水素ガスを分離するために該断熱部材の内周側に同心に配置された水素分離部材と、該水素分離部材の内周側に同心に配置され、貯留空間にあるアンモニア分解生成ガスを流通させるための筒状の内管により形成される第二流路と、該内管の隔壁と該水素分離部材との間に形成される第三流路を備え、水素分離部材により分離された水素ガスを断熱部材と水素分離部材との間に形成された第四流路により外部に流通させ、かつ水素ガス分離後の排ガスを第三流路により外部に流通させることを特徴とする水素分離モジュールを内蔵した水素発生分離装置である。

【0011】

請求項２に係る発明は、前記アンモニア分解触媒において、その作動温度領域が２００℃～５００℃であり、水素ガスを発生させることが可能な触媒であること、請求項３に係る発明は、排ガス排出管における排ガスの温度が４００～５００℃に維持されるべく冷却用配管を設けること、請求項４に係る発明は、第一流路内の体積（V1）、第二流路内の体積（V2）、第三流路の体積（V３）及び貯留空間１２の体積（Vt）は、それぞれV1＜Vt≦V2≦V3の関係にあることを特徴とする水素分離モジュールを内蔵した水素発生分離装置である。

【0012】

請求項５に係る発明は、水素分離部材において、水素透過分離機能を有する水素透過膜と、その一方の外表面を包み耐圧支持する金属製の緩衝シート及び金属多孔板との積層構造品で構成され、他方の外表面に微細気孔を有する酸素除去剤配合の金属製またはセラミックス製の緩衝シートで構成されたものであることを特徴とする水素分離モジュールを内蔵した水素発生分離装置である。

【発明の効果】

【0013】

本願発明は、ハウジング容器の隔壁内面に沿ってアンモニア分解触媒と第一流路を設け、第一流路部分でハウジング容器の隔壁外面に冷却用配管をらせん状に設け、第一流路よりも大きな体積を有する貯留空間を設け、該貯留空間と同等またはより大きな体積を有する第二流路を設け、さらに第二流路と同等またはより大きな体積を有する第三流路を設けることで、アンモニア分解生成ガスを冷却し、水素分離膜の作動温度領域内で水素分離膜を加熱させる利点を有する。

【0014】

すなわち、この構成によって導入するアンモニア原料ガスは、第一流路内に配置されたアンモニア分解触媒により分解され、発生した５００～7００℃のアンモニア分解生成ガスは外面に冷却用配管が設けられている第一流路を通って冷却されながら貯留空間に貯留され、その後貯留空間、第二流路、第三流路を通って疑似的に断熱膨張することでアンモニア分解生成ガスを水素分離膜の作動温度領域４００～５００℃まで冷却し、水素分離部材へ滞留なく送給するものである。

【0015】

また、本願請求項５の発明により水素分離膜の酸化劣化が抑制され、効率良く水素を生成することができる。

【0016】

以上より、アンモニア分解生成ガスが装置内を流通する間での熱損失を抑制することで、水素分離膜を加熱するための新たな外部熱源や大型水素分離膜モジュールを必要としない、省エネ化を図った水素生成を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る水素発生分離装置の概略構成図。

【図2】断熱部材の断面図。

【図3】水素分離部材の断面図。

【図4】図１におけるA-A線断面図。

【図5】図１におけるB-B線断面図。

【図6】図１におけるC-C線断面図。

【図7】図１におけるD-D線断面図。

【図8】水素発生分離装置における第一流路から第四流路及び滞留空間の区域図。

【図9】水素発生分離装置におけるアンモニア分解原料ガス供給制御方法に関する図。

【図10】別形態に係る水素発生分離装置の概略構成図。

【図11】本発明に係る水素発生分離装置のVOC分解装置への適用例。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の最良の一実施形態である水素発生分離装置について、図１乃至図１１に基づいて説明する。ここで、図１は本実施形態の水素発生分離装置の概略構成を示す構成図であり、図２は水素分離モジュールの断熱部材の断面図であり、図３は水素分離部材の断面図であり、図４は図１におけるA-A線断面図であり、図５は図１におけるB-B線断面図であり、図６は図１におけるC-C線断面図であり、図７は図１におけるD-D線断面図であり、図８は図１における第一流路から第四流路及び貯留空間の区域を表した図であり、図９は水素発生分離装置におけるアンモニア原料ガス供給制御方法に関する図であり、図１０は図１とは別形態の水素発生分離装置の全体の断面図であり、図１１はVOC分解装置に対する本発明の適用例である。

【0019】

本実施形態の水素発生分離装置１は、図１に示す通り、熱伝導性を有するハウジング容器２と、 その容器内に系外から供給されるアンモニア原料ガスを流通させるための筒状の第一流路１１と、該第一流路１１内に同心に充填されたアンモニア分解触媒４であるＲｕＯ２／γ－Ａｌ２Ｏ３触媒（酸化アルミニウム担持酸化ルテニウム触媒）と、該第一流路１１の内周側に同心に配置された断熱部材９と、アンモニア分解生成ガスを冷却するため該第一流路１１の外周側に同心に配置された冷却用配管６と、該第一流路１１の末端に分解処理後のガス流体（アンモニア分解生成ガス）を一時的に貯留するための貯留空間１２と、アンモニア分解生成ガスから水素ガスを分離するため該断熱部材９の内周側に同心に配置された水素分離部材１０と、該水素分離部材１０の内周側に同心に配置され、貯留空間１２にあるアンモニア分解後のガスを流通させるための内管８より形成される第二流路１３と、内管８の隔壁と水素分離部材１０との間に該水素分離部材１０にアンモニア分解生成ガスを曝すべく設けられる第三流路１４と、水素分離部材により分離された水素ガスを外部に流通させるために断熱部材９と水素分離部材１０との間に形成された第四流路１５を具備・構成している。

【0020】

すなわち、本実施形態の水素発生分離装置１は、図１に示すように、その外周部に冷却用配管６が設けられたハウジング容器２内に、アンモニアガス導入管３、内管８、断熱部材９、水素分離部材１０、水素ガス排出管１６、水素分離後の排ガス集積管１７及び排ガス排出管１８により構成された水素分離モジュール７が収納された構造を有する。

【0021】

図２は、水素分離モジュール７における断熱部材９のアンモニアガス導入管３側（上流側）から排ガス排出管１８側（下流側）方向の断面図である。水素分離モジュール７における断熱部材９は、水素分離モジュールの構造材２２、該構造材２２から連続してなる断熱材固定用爪２３及び断熱材シート２４により、該構造材２２に張られた断熱材シート２４を断熱材固定用爪２２で固定した構造を有する。なお、水素分離モジュールの構造材２２の材質は、７００℃の高温において変形しない耐熱性材料であればよく、例えば鉄、ステンレス、銅等の金属やセラミックスなどが好ましい。また、断熱材も７００℃の高温に耐えられる材質の物であればよく、例えばロックウールやセラミックスなどが好ましい。なお、断熱部材９の厚さは、薄すぎるとアンモニア分解で生じた水素の酸化反応に伴う生成熱により水素分離モジュール７の内部が所定温度以上に加熱され、厚すぎると装置のコンパクト化が図れないため、５～１５mm程度が好ましい。

【0022】

図３は、水素分離モジュール７における水素分離部材１０のアンモニアガス導入管３側（上流側）から排ガス排出管１８側（下流側）方向の断面図である。水素分離部材１０は、アンモニア分解生成ガス（Ｘ） に含まれる水素ガスを選択的に透過する機能を有する特定の金属材料で構成された薄膜状の水素分離膜が用いられる。ここで透過機能を持つ水素分離膜としては、例えばパラジウム金属、バナジウム金属等の他、それら金属の合金材料であるパラジウム－ 銅合金、パラジウム－銀合金、バナジウム－ニッケル合金、更にジルコニウムーニッケルアモルファス合金 などによる薄膜材料が適用可能である。

【0023】

水素分離膜の膜厚は、例えば５～５０μmの膜厚さのものが特性的に好ましいがこれに限定されるものではない。また、水素分離部材１０の大きさや形状は、その使用目的や処理能力により考慮され、例えば断面円形の筒体品では、直径１０～３００mm、長さ５０～１０００mm を持つように成形される。

【0024】

該薄膜状の水素分離膜を用いる場合、特開2017-192930にて開示されているように、アンモニア分解生成ガス（Ｘ）はその内周側から一定の負荷圧を加えた加圧状態で供給される為、図３に示すように水素分離膜の外周側にパンチングプレート（穴開き多孔板）２５ と緩衝シート２６から成る被包部材２７を単層または複数層被覆し、その負荷圧に耐え得るような構造を有する。なお、緩衝シート２６は、例えばステンレス鋼、ニッケル金属、ニッケル合金等の耐食性金属繊維材料からなる不織布焼結シートや、これら耐食性金属の粉末を混合・成形したシートが用いられる。

【0025】

但し、該水素分離膜は、酸素存在下では酸化され、これに伴い水素透過能が劣化するため、これを抑制するべく上記の水素分離部材１０のうち酸素や水蒸気を含むアンモニア分解生成ガスが接触する内周側に酸素除去剤配合緩衝シート２９を被覆する。なお、酸素除去剤配合緩衝シート２９としては、例えば上述のステンレス鋼、ニッケル金属、ニッケル合金等の耐食性金属繊維材料と鉄等の酸素除去可能な腐食性金属繊維材料との複合材からなる不織布焼結シートや、これら耐食性金属と腐食性金属の粉末を混合・成形したシートを単層または複数層を成形したものが用いられる。これにより、一定の柔軟性や弾力性とともに加工性や溶接性等を備えると共に脱酸素機能を発揮させることが可能である。

【0026】

また、上記の水素分離膜２８の外周側緩衝シート２６及び内周側の酸素除去剤配合緩衝シート２９においては、これら緩衝シート層と水素分離膜との界面に、例えば該緩衝シートと同機能の金属製のスクリーンメッシュ等を配置して多層構造の複合積層材料とし、該複合積層材料を水素分離部材１０として適用することも可能である。当スクリーンメッシュにより、両緩衝シート２６、２９を構成するフィラメントが水素分離膜２８に固着することを防止し、分離透過した水素の流路を確保することが可能である。

【0027】

パンチングプレート２５は、例えば特開２００８-２４６４３０号公報が開示するように、ほぼ等間隔に打ち抜きされた小孔を持つ金属多孔板が採用される。

【0028】

水素分離部材１０の形態が、水素分離膜２８の外周側及び内周側において、上述のような複合積層材料や金属粉末混合成型シートが用いられ、かつアンモニア分解生成ガス（Ｘ）をその内周側から外周側方向へ供給する形態のものである場合、該アンモニア分解生成ガス（Ｘ）の供給圧力によって水素分離膜２８を外方に押し広げることができ、水素分離膜２８に仮にシワや緩みが見られるものでも常に所定張力で張設されるとともに、その供給圧は被包部材２７によって十分な耐圧性で保護されることから、破損などが防止できる。その為、水素分離膜２８、パンチングプレート２５及び緩衝シート２６等の被包部材２７及び酸素除去剤配合緩衝シート２９は、各々を単に重ね合わせた積層状態で使用できる他、例えばその全体又は一部同士を予め結合した一体品として用いることも可能である。

【0029】

水素分離部材１０は、 その両端縁部を水素分離モジュール７内のアンモニア分解生成ガス流入側で第三流路１４の始点に位置する保持部材２１Ａと排ガス排出側で第三流路１４の終点に位置する保持部材２１Ｂに各々リークなく固着される。

【0030】

水素発生分離装置１によるアンモニア原料ガスの分解処理の様子をアンモニア分解触媒４として前記ＲｕＯ２／γ－Ａｌ２Ｏ３触媒を用いたケースで図１を用いて説明する。アンモニアガス導入管３を通じて水素発生分離装置１に導入されたアンモニア原料ガスは、図１に示すように第一流路１１に充填されているアンモニア分解触媒４（ＲｕＯ２／γ－Ａｌ２Ｏ３触媒）によりアンモニア分解され、この分解反応にて発生した水素ガスの一部を酸化させて水を生じさせた際の生成熱によりアンモニア分解生成ガスは５００～7００℃に加熱され、該分解ガスは第一流路１１内を通り貯留空間１２に移動し、その後水素分離モジュール７の内管８内の第二流路１３を通って該モジュール７の隔壁に衝突後、内管８の隔壁と水素分離部材１０との間に形成される第三流路１４に導入され、該分解ガス中に存在する水素ガスは水素分離部材１０を透過して断熱部材９と水素分離部材１０との間に形成される第四流路１５に移動し、その後水素ガスは集められ水素ガス排出管１６を通って排出される。また水素ガスが分離された後の排ガスは、第三流路１４から移動して排ガス集積管１７により集められ排ガス排出管１８を通って排出される。

【0031】

前記のＲｕＯ２／γ－Ａｌ２Ｏ３触媒は特許第6566662に記載のアンモニア分解触媒であるが、アンモニア分解触媒はこの他にＦｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｍｏ、Ru等の遷移金属系の金属単体、合金、窒化物、炭化物、酸化物、複合酸化物及びＬａ、Ｃｅ、Ｎｄ等の希土類系の金属単体、酸化物を用いることができる。

【0032】

また、前記アンモニア分解触媒は、コージェライトなどのセラミックスで成形したハニカム担体に担持して用いることができる。

【0033】

水素発生分離装置１において、アンモニアガス導入管３から排ガス排出管１８の方向における断面図（冷却用配管６は省略）を図４～７に示す。図４は、図１におけるA-A線断面図であり、ハウジング容器２内に水素分離モジュール７を配置したときの断面図である。ハウジング容器２の隔壁と水素分離モジュール７の断熱部材９との間に生じた空間を第一流路１１とし、該第一流路１１に前記のハニカム担体に担持したアンモニア分解触媒４を配し、水素分離モジュール７内においては、断熱部材９とこれよりも内側に配置した水素分離部材１０の間に生じた空間を第四流路１５とし、水素分離部材１０とこれよりも内側に配置した内管８の間に生じた空間を第三流路１４とし、内管８の空間を第二流路１３とする。

【0034】

図５は、図１におけるB-B線断面図であり、図４のA-A線断面図の位置よりも排ガス排出管１８寄りの位置におけるハウジング容器２と水素分離モジュール７との位置関係を表した図である。ハウジング容器２の隔壁と水素分離モジュール７の断熱部材９との間に生じた空間を第一流路１１とし、以下は図４と同様、水素分離モジュール７内においては、断熱部材９とこれよりも内側に配置した水素分離部材１０の間に生じた空間を第四流路１５とし、水素分離部材１０とこれよりも内側に配置した内管８の間に生じた空間を第三流路１４とし、内管８の空間を第二流路１３とする。

【0035】

図６、図７は、それぞれ図１におけるC-C線断面図及びD-D線断面図であり、ハウジング容器２と水素分離モジュール７と水素分離後の排ガス集積管部17と排ガス排出管１８の位置関係を表した図である。図６に示す排ガス集積管部１７は、第三流路１４を通り抜けてきた水素分離後の排ガスを排ガス排出管１８に導くための導管である。なお、該排ガス集積管部１７は、複数の排ガス集積管が直接排ガス排出管１８に接続していてもよく、また複数の排ガス集積管が排ガス排出管１８の手前で図７に示すようにすべての排ガス集積管を覆うような形状の排ガス溜めを設けることでもよい。

【0036】

さらに、図１にある水素発生分離装置１は、図８に示すように、第一流路１１内でアンモニア分解触媒４の下流側端部から貯留空間１２の手前までの空間の体積をV1とし、内管８の内部空間（第二流路）の体積をV2とし、水素分離部材１０とその内側にある内管８の隔壁との間に生じた空間（第三流路）の体積をV3とし、ハウジング容器２の下流側端部と水素分離モジュール７の下流側端部との間の空間で排ガス集積管部１７の部分を差し引いた空間（貯留空間１２）の体積をVtとすると、V1＜Vt≦V2≦V3の関係にあることを特徴とする水素発生分離装置である。このような体積関係にて流路及び貯留空間を構成することで生じる疑似的な断熱膨張効果により、アンモニア分解により生じた分解ガスの温度を体積膨張させることで低下させることが可能である。

【0037】

水素発生分離装置１におけるアンモニア分解生成ガスの冷却方法については、前項の方法の他に、冷却用配管６に冷媒を流して冷却する方式を採ることも可能である。例えば、冷媒としては水やオイルを用いる方法がある。

【0038】

また、アンモニア分解生成ガスの温度制御方法としては、アンモニア原料ガスにおけるアンモニアガスと酸素（空気）の混合比率及び当混合ガスの流量を調整する方法を採ることも可能である。これは、水素分離部材１０におけるアンモニア分解生成ガスの温度を、水素分離膜２８の作動温度である４００～５００℃内に調整する必要があるため、図１に示すようにハウジング容器２の隔壁外周側においてアンモニア分解触媒４の下流側に備えた温度センサー（１）１９と排ガス排出管２０の内周部に備えた温度センサー（２）２０によりアンモニア分解生成ガス生成時の温度と水素分離後の排ガスが排出されるときの温度を測定し、該温度データを図９に示す制御部３５に送信し、該データに基づき排ガスの温度が４００～５００℃の温度範囲内に収まるようにガス混合・供給装置３６によりアンモニア原料ガスにおけるアンモニアガスと酸素（空気）の混合比率及び当原料ガスの流量を調整して、水素発生分離装置１に燃料供給する方法である。

【0039】

本実施形態の水素発生分離装置１の冷却方式は、基本的に図１に示すように冷却用配管６に冷媒を流して冷却する方式であるが、図１０に示すように、ハウジング容器２の外側に冷却用配管６の代わりに放熱板３７を設けて空冷方式を採ることも可能である。

【0040】

なお、空冷式の水素発生分離装置１は、外気に熱を放散することからヒーターとしての利用も可能である。例えば、図１１に示すように、VOC触媒分解装置３８において複数の水素発生分離装置１を重ねた多段式水素発生分離装置３９をアンモニアヒーター部４０に設置することで、分解処理対象であるVOC（揮発性有機化合物）をVOC分解触媒４１で分解する際、該触媒４１をVOCで分解作動温度まで加熱するためのVOC加熱ヒーターとして適用することができる。

【符号の説明】

【0041】

１ 水素発生分離装置
２ ハウジング容器
３ アンモニアガス導入管
４ アンモニア分解触媒
５ アンモニア分解触媒固定治具
６ 冷却用配管
７ 水素分離モジュール
８ 内管
９ 断熱部材
１０ 水素分離部材
１１ 第一流路
１２ 貯留空間
１３ 第二流路
１４ 第三流路
１５ 第四流路
１６ 水素ガス排出管
１７ 排ガス集積管部
１８ 排ガス排出管
１９ 温度センサー（１）
２０ 温度センサー（２）
２１A、２１B 保持部材
２２ 水素分離モジュールの構造材
２３ 固定用爪
２４ 断熱材シート
２５ パンチングプレート
２６ 緩衝シート
２７ 被包部材
２８ 水素分離膜
２９ 酸素除去剤配合緩衝シート
３０ 第一流路の体積V1
３１ 滞留空間の体積Vt
３２ 第二流路の体積V2
３３ 第三流路の体積V3
３４ 第四流路の体積V4
３５ 制御部
３６ ガス混合・供給装置
３７ 放熱板
３８ VOC分解装置
３９ 多段式水素発生分離装置
４０ アンモニアヒーター部
４１ VOC分解触媒
４２ 触媒分解処理部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】