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公開番号2025075159
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-15
出願番号2023186131
出願日2023-10-31
発明の名称水素の製造装置
出願人国立大学法人東海国立大学機構
代理人個人,個人
主分類C01B 3/26 20060101AFI20250508BHJP(無機化学)
要約【課題】水素の燃焼加熱によって炭化水素を熱分解する装置において、熱効率を高めることのできる技術を提供する。
【解決手段】水素の製造装置は、供給された水素と酸化ガスとを燃焼する燃焼管と、供給された炭化水素を燃焼管の輻射熱によって熱分解して、水素および炭素を生成する複数の反応管と、を備え、燃焼管は、直線状に延びる複数の直線部と、隣接する直線部どうしを連結するU字状の連結部と、を有し、直線部の各々の少なくとも一部は反応管の各々の内側に設けられている。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
水素の製造装置であって、
供給された水素と酸化ガスとを燃焼する燃焼管と、
供給された炭化水素を、前記燃焼管の輻射熱によって熱分解して、水素および炭素を生成する複数の反応管と、
を備え、
前記燃焼管は、
直線状に延びる複数の直線部と、
隣接する前記直線部どうしを連結するＵ字状の連結部と、
を有し、
前記直線部の各々の少なくとも一部は、前記反応管の各々の内側に設けられている、
水素の製造装置。
続きを表示（約 970 文字）【請求項２】
請求項１に記載の水素の製造装置において、
前記燃焼管から排出される燃焼排ガスの一部が、前記燃焼管へと供給される、
水素の製造装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の水素の製造装置において、
前記燃焼管は、
偶数本の前記直線部を有し、
水素と酸化ガスとが鉛直方向上方から供給されて、燃焼排ガスが鉛直方向上方へと排出される、
水素の製造装置。
【請求項４】
請求項１または請求項２に記載の水素の製造装置において、
前記反応管で生成された水素の一部が、前記燃焼管へと供給される、
水素の製造装置。
【請求項５】
請求項１または請求項２に記載の水素の製造装置において、
複数の前記反応管のうち、下流側の前記反応管の内部に触媒が設けられている、
水素の製造装置。
【請求項６】
請求項１または請求項２に記載の水素の製造装置において、
複数の前記反応管のうち、上流側の前記反応管から排出されたガスが、より下流側の前記反応管へと供給される、
水素の製造装置。
【請求項７】
請求項１または請求項２に記載の水素の製造装置において、
柱状の外管をさらに備え、
複数の前記反応管は、前記外管の内部において互いに略平行に並んで配置されている、
水素の製造装置。
【請求項８】
請求項７に記載の水素の製造装置において、
前記反応管から排出されたガスが通過する流路をさらに備え、
前記流路は、前記反応管同士の隙間および前記反応管と前記外管との隙間に形成されている、
水素の製造装置。
【請求項９】
請求項１または請求項２に記載の水素の製造装置において、
前記反応管で生成された炭素を排出するための炭素排出部をさらに備える、
水素の製造装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の水素の製造装置において、
複数の前記炭素排出部を備え、
前記炭素排出部の各々は、前記反応管の各々の鉛直下方に設けられている、
水素の製造装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、水素の製造装置に関する。
続きを表示（約 1,400 文字）【背景技術】
【０００２】
カーボンニュートラルを実現するために、水素を利用することが期待されている。水素を製造する方法として、メタン等の炭化水素を熱分解する方法が知られている。例えば、特許文献１には、炭化水素を直接分解して水素を生成する装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２１－０４２１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の装置では、熱源としてヒーターを用いるため、炭化水素の熱分解に必要な温度に加熱するためには、多大な電力コストを要する。そこで、本願発明者らは、水素の燃焼加熱によって炭化水素を熱分解する装置を想定した。さらに、水素の燃焼加熱によって炭化水素を熱分解する装置において、熱効率を高めることのできる技術を見出し、本発明を完成するに至った。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本開示は、以下の形態として実現することができる。
【０００６】
（１）本発明の一形態によれば、水素の製造装置が提供される。この水素の製造装置は、供給された水素と酸化ガスとを燃焼する燃焼管と、供給された炭化水素を、前記燃焼管の輻射熱によって熱分解して、水素および炭素を生成する複数の反応管と、を備え、前記燃焼管は、直線状に延びる複数の直線部と、隣接する前記直線部どうしを連結するＵ字状の連結部と、を有し、前記直線部の各々の少なくとも一部は、前記反応管の各々の内側に設けられている。この形態の水素の製造装置によれば、燃焼管の流れ方向の長さを長くできるので、燃焼管から排出される燃焼排ガスの温度を低下させて排気損失を小さくできる。この結果として、熱効率を高めることができる。
【０００７】
（２）上記（１）に記載の水素の製造装置において、前記燃焼管から排出される燃焼排ガスの一部が、前記燃焼管へと供給されてもよい。この形態の水素の製造装置によれば、燃焼管から排出される燃焼排ガスの一部が燃焼管へと供給されて再循環するので、火炎温度を低下させることができる。この結果として、燃焼管の耐熱性を高めると共に、燃焼排ガス中のＮＯｘ濃度を低下させることができる。
【０００８】
（３）上記（１）または上記（２）に記載の水素の製造装置において、前記燃焼管は、偶数本の前記直線部を有し、水素と酸化ガスとが鉛直方向上方から供給されて、燃焼排ガスが鉛直方向上方へと排出されてもよい。この形態の水素の製造装置によれば、反応ガスの供給位置と燃焼排ガスの排出位置とを近付けることができる。
【０００９】
（４）上記（１）から上記（３）までのいずれか一項に記載の水素の製造装置において、前記反応管で生成された水素の一部が、前記燃焼管へと供給されてもよい。この形態の水素の製造装置によれば、燃焼に用いる水素を外部から供給することを省略できる。
【００１０】
（５）上記（１）から上記（４）までのいずれか一項に記載の水素の製造装置において、複数の前記反応管のうち、下流側の前記反応管の内部に触媒が設けられていてもよい。この形態の水素の製造装置によれば、下流側の反応管の内部に触媒が設けられているので、下流側の反応管において炭化水素を効率的に熱分解できる。
（【００１１】以降は省略されています）

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