CN109996759B - 氢气生成装置和氢气生成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能长时间连续运转的氢气生成装置等。氢气生成装置(10)包括：向反应容器(21)的内部喷洒水的喷头(23)；用氢气作为载气向所述反应容器(21)的内部供给粉状的制氢材料的第一管(661)；和连接至所述反应容器(21)的上部并使氢气流出的第三管(663)，所述氢气通过由所述喷头(23)供给后存积在所述反应容器(21)内的水与由所述第一管(661)供给的所述制氢材料发生反应而产生。

Description

氢气生成装置和氢气生成方法
技术领域
本发明涉及氢气生成装置和氢气生成方法。
背景技术
以氢气为燃料发电的燃料电池已被使用在广泛的技术领域中。一种通过氢化镁粒子加水分解而生成向燃料电池供给的氢气的氢气生成装置已被提出(专利文献1)。
先行技术文献
专利文献
【专利文献1】日本特开2009-99534号公报
发明内容
发明要解决的课题
但是，专利文献1记载的氢气生成装置存在不适于长时间连续运转的问题。
本发明的一个目的是提供能长时间连续运转的氢气生成装置等。
用于解决课题的手段
氢气生成装置，包括：向反应容器的内部喷洒水的喷头；用氢气作为载气向所述反应容器的内部供给粉状的制氢材料的第一管；和连接至所述反应容器的上部并使氢气流出的第三管，该氢气通过由所述喷头供给并存积在所述反应容器内的水与由所述第一管供给的所述制氢材料发生反应而产生。
氢气生成装置包括配置在连接部与所述喷头之间的挡板，该连接部是所述反应容器与所述第三管的连接部。
氢气生成装置的所述第一管用从所述第三管流出的氢气作为载气。
氢气生成装置的所述第一管沿着所述反应容器的内壁喷射所述制氢材料。
氢气生成装置包括制氢材料容器，该制氢材料容器容纳所述制氢材料，并具有与所述第一管可拆卸地连接的连接口。
制氢材料容器具有通过旋转将所述制氢材料向所述第一管内送出的螺杆。
氢气生成装置包括将从排水口排出的水和反应生成物分离的分离槽，该排水口设于所述反应容器的下部，所述喷头喷洒由所述分离槽分离出的水。
制氢材料是氢化镁。
氢气生成装置包括由燃料电池生成的水流入的第五管，该燃料电池消耗了从所述第三管流出的氢气，从所述第五管流入的水被供给至所述喷头。
氢气生成方法，向反应容器的内部喷洒水，经连接至所述反应容器的第一管将粉状的制氢材料和氢气向所述反应容器内供给，使氢气从连接至所述反应容器的上部的第三管流出，该氢气通过存积在所述反应容器内的水与所述制氢材料发生反应而产生。
氢气生成装置包括：将悬浊液向反应容器的内部喷洒的喷头，该悬浊液由制氢材料悬浮于水中所成；和连接至所述反应容器的上部并使氢气流出的第三管，该氢气通过由所述喷头供给并存积在所述反应容器内的所述水与所述制氢材料发生反应而产生。
氢气生成装置包括用氢气作为载气向所述反应容器的内部供给粉状的制氢材料的第一管。
氢气生成装置包括：用氢气作为载气向所述反应容器的内部供给粉状的制氢材料的第一管；向所述反应容器的内部供给水的第二管；连接至所述反应容器的上部并使氢气流出的第三管，该氢气通过由所述第二管供给并存积在所述反应容器内的水和由所述第一管供给的所述制氢材料发生反应而产生。
氢气生成方法，将悬浊液向反应容器的内部喷洒，该悬浊液由粉状的制氢材料悬浮于水中所成，使氢气从连接至所述反应容器的上部的第三管流出，该氢气通过喷洒后存积在所述反应容器内的所述水与所述制氢材料发生反应而产生。
发明的效果
本发明的一个效果是能够提供能长时间连续运转的氢气生成装置。
附图说明
图1是氢气生成装置的示意图。
图2是氢气生成装置的控制系统的框图。
图3是制氢材料容器的示意图。
图4是一个制氢材料容器的示意剖视图。
图5是图1中V-V线上的反应容器的示意剖视图。
图6是表示程序的处理流程的流程图。
图7是实施方式2的制氢材料容器的示意剖视图。
图8是实施方式3的制氢材料容器的示意剖视图。
图9是实施方式4的制氢材料容器的示意剖视图。
图10是实施方式5的制氢材料容器的示意剖视图。
图11是实施方式6的氢气生成装置的示意图。
图12是实施方式7的氢气生成装置的示意图。
图13是实施方式8的氢气生成装置的示意图。
具体实施方式
[实施方式1]
图1是氢气生成装置10的示意图。氢气生成装置10包括反应容器21、制氢材料容器31、水箱61、分离槽63、冷却槽65、氢罐71、第一备用罐73和第二备用罐74。使用图1说明本实施方式的氢气生成装置10的概要。
反应容器21是具有圆形截面的中空容器。反应容器21的截面形状也可以是圆形以外的形状。在反应容器21的外侧安装有加热器58和冷却装置54。冷却装置54是通过水冷或气冷等冷却反应容器21的装置。
反应容器21的内侧，在上部固定有挡板22。挡板22是直径比反应容器21的内径稍小的无孔圆板。在挡板22的边缘与反应容器21的内表面之间，设有气体可通过的间隙26。另外，挡板22也可以是网状或具有多个孔的冲孔板状等。
挡板22的下方设有喷头23。喷头23通过中途具有第一阀561和未图示的加压泵的第二管662连接至水箱61。水箱61通过第二管662向喷头23供给水。喷头23将水喷洒在反应容器21内。所喷洒的水量由第一阀561控制。
此外，在本实施方式中，喷头23设置为两层，下侧的喷头23以不妨碍上侧的喷头23喷洒的水落下的方式配置。喷头23也可以是一层，还可以是三层以上。
设于反应容器21的顶面中央附近的连接部通过第三管663与冷却槽65连接。冷却槽65通过送气管与氢罐71连接。另外，冷却槽65通过送水管与水箱61连接。
反应容器21的底部具有越向下直径越小的锥状部。在锥状部的最下部设有排水口25，用于排出包含由后述的化学反应生成的例如氢氧化镁和氧化镁等反应生成物的水。排水口25通过中途具有第六阀566的第四管664连接至分离槽63。多个分离槽63通过流动上清液的溢出管67串联连接。最后的分离槽63通过中途具有泵57的回流管连接到水箱61。
氢罐71通过中途具有压缩机59、第五阀565和第二阀562的连通管与第一备用罐73连接。压缩机59将氢罐71内的氢气压缩至比反应容器21内部的压力P3高的压力供给至连通管。连通管在第五阀565和第二阀562之间的两处分歧。
在靠近第五阀565的一侧分歧的第一分歧管，其中途具有第三阀563，并连接至制氢材料容器31的上部。在靠近第二阀562的一侧分歧的第二分歧管，其中途具有第四阀564，并通过第一管661连接至反应容器21的中央部。第一管661上，如后所述连接有制氢材料容器31。
氢罐71上连接有氢气放出管75。第二备用罐74通过中途具有第八阀568的补给管连接在氢气放出管75上。
制氢材料容器31中容纳有与水反应产生氢气的制氢材料粉末。制氢材料容器31内的空间填充有氢气。制氢材料例如是氢化镁。当使用氢化镁作为制氢材料时，按以下反应式生成氢气。
【化学式1】
MgH2+2H2O→Mg(OH)2+2H2……(1)
MgH2+H2O→MgO+2H2……(2)
式(1)是氢化镁与温水反应时的反应式，式(2)是氢化镁与高温水蒸气反应时的反应式。
制氢材料可以是镁粉、铝粉、铁粉或钙粉等。当使用这些制氢材料时，分别按以下反应式产生氢气。
【化学式2】
Mg+2H2O→Mg(OH)2+H2……(3)
2Al+6H2O→2Al(OH)3+3H2……(4)
Fe+2H2O→Fe(OH)2+2H2……(5)
Ca+2H2O→Ca(OH)2+H2……(6)
以下的说明中，以制氢材料使用氢化镁、主要通过式(1)的反应产生氢气的情况为例进行说明。此外，基于温度和压力等反应条件，有可能与式(1)的反应并行地发生式(2)的反应。
氢化镁为平均粒径在1毫米以下、优选平均粒径在100微米以下的粉体。氢化镁的平均粒径例如可以是50微米、15微米、5微米或1微米以下。氢化镁的平均粒径和粒度分布可以根据所需的反应速度、成本和制氢材料容器31的结构等适当选择。制氢材料容器31的细节将后述。
反应容器21中水存积到反应容器21与第一管661的连接部的上方。反应容器21的内部被调整为：温度在95℃至200℃，压力在0.2兆帕以上、不足1兆帕。
氢化镁粉末通过第一管661被喷射到反应容器21内的水中。此时，使用氢气作为载气。按照式(1)的反应式，产生氢气和氢氧化镁。按照式(2)的反应式，产生氢气和氧化镁。这些反应会产生泡，但通过从喷头23向水面几乎一致地喷洒水，能够抑制泡的涌起。即便在泡的产生量多、泡涌到反应容器21的上部的情况下，由于挡板22的作用，泡也不会进入到第三管663的内部。
此外，挡板22和喷头23的形状和配置可适当选择，以有效地抑制泡的涌起。例如，挡板22也可以配置在上侧的喷头23和下侧的喷头23之间。挡板22也可以配置在下侧的喷头23的下侧。这几种情况下，挡板22的形状和位置都不妨碍喷头23放水。
产生的氢气与水蒸气混合，该水蒸气由水加热后产生。氢气和水蒸气通过间隙26和第三管663进入冷却槽65，分离成水和氢气。分离后的水通过送水管进入水箱61。
分离后的氢气通过送气管进入氢罐71。氢气从氢罐71经氢气放出管75被供给至未图示的燃料电池等供给目标。
包含作为反应生成物的氢氧化镁和氧化镁的水从设于反应容器21的下部的排水口25流出，经第四管664流入分离槽63。在分离槽63内，氢氧化镁和氧化镁沉淀。上清水从分离槽63经溢出管67流入旁边的分离槽63。
经由多个分离槽63而被提炼的水被泵57加压，经回流管返回水箱61。水从水箱61经第二管662被供给至喷头23。积在分离槽63底部的沉淀物可适当取出用于氢化镁的制造。
当产生氢气时的化学反应消耗的水和分离槽63中的生成处理的时滞等造成供给至喷头23的水不够时，可从外部适当补给。
对第一备用罐73进行说明。在第一备用罐73的内部，以高的压力P0填充有氢气。压力P0例如为1兆帕左右。当反应容器21内的氢气生成量不够时，关闭第五阀565，打开第二阀562，从第一备用罐73供给载气。
此外，也可以在第二阀562和第一备用罐73之间设置压缩机。当反应容器21中生成了足够量的氢气时，能够对经连结管从氢罐71供给的氢气进行加压，向第一备用罐73补给氢气。
对第二备用罐74进行说明。在第二备用罐74的内部，以压力P4填充有氢气。压力P4例如是稍低于1兆帕。燃料电池需要氢气，但反应容器21内的氢气生成量不够的情况下，打开第八阀568，从第二备用罐74向燃料电池供给氢气。
此外，也可以在第八阀568和第二备用罐74之间设置压缩机。当反应容器21中生成了足够量的氢气时，能够对经补给管从氢罐71供给的氢气进行加压，向第二备用罐74补给氢气。
第二备用罐74的内部通过设为不足1兆帕的高压能够容纳尽可能多的氢气。由此，能够向燃料电池等稳定地供给氢气。
反应容器21、挡板22、喷头23、制氢材料容器31、冷却槽65、氢罐71、第一备用罐73、第二备用罐74、第一管661、第三管663和各部分的配管等的暴露于氢气的部分优选由不锈钢或铝制成。
图2是氢气生成装置10的控制系统的框图。控制装置40包括CPU(CentralProcessing Unit)41、主存储装置42、辅助存储装置43、输入部44、输出部45、通信部46、输入I/F(Interface)47、输出I/F48和总线。本实施方式的控制装置40可以使用氢气生成装置10专用的装置，也可以使用通用的个人计算机等。
CPU41是运行本实施方式的程序的运算控制装置。CPU41可使用一个或多个CPU或多核CPU等。CPU41通过总线与构成控制装置40的硬件各部分连接。
主存储装置42是SRAM(Static Random Access Memory)、DRAM(Dynamic RandomAccess Memory)、闪速存储器等存储装置。主存储装置42中临时保存CPU41执行的处理中途所需的信息和正由CPU41运行的程序。
辅助存储装置43是SRAM、闪速存储器、硬盘或磁带等存储装置。辅助存储装置43中保存CPU41运行的程序和程序运行所需的各种信息。
输入部44例如为键盘、触摸面板、鼠标等。输出部45例如为液晶显示装置或有机EL显示装置等。输出部45也可以还包括警告灯或扬声器等。通信部46是与网络进行通信的接口。
输入I/F47是CPU41从安装在氢气生成装置10各处的压力计51、温度计52、流量计53和水位计等各种传感器取得数据的接口。输出I/F48是CPU41送出对安装在氢气生成装置10各处的阀56、泵57、加热器58和冷却装置54等的控制信号的接口。
图3是制氢材料容器31的示意图。本实施方式中，四个圆筒形的制氢材料容器31并联连接。本实施方式中，制氢材料容器31一个一个依次使用，当使用中的制氢材料容器31空了时，开始使用下一个制氢材料容器31。
氢气生成装置10的用户定期地、或者在例如最后一个制氢材料容器31开始使用后，将空了的制氢材料容器31更换为新的制氢材料容器31。此外，制氢材料容器31可通过再次填充制氢材料而重复利用。
关于制氢材料容器31的容量，以向1kW的燃料电池供给氢气的情况为例进行说明。1kW的燃料电池在标准状态下每分钟消耗10升的氢气。当由式(1)所示的化学反应生成氢气时，在标准状态下生成10升的氢气要使用5.88克氢化镁。
因此，当制氢材料容器31中填充有1kg氢化镁时，能够连续使用2.7小时。如图3所示那样四个制氢材料容器31并联连接的情况下，氢气生成装置10能够连续使用10小时以上。通过适当更换空了的制氢材料容器31，能够连续使用氢气生成装置10更长的时间。
图4是一个制氢材料容器31的示意剖视图。使用图3和图4说明制氢材料容器31的结构。
制氢材料容器31是具有圆形截面的中空容器。此外，制氢材料容器31的截面形状也可以是圆形以外的形状。制氢材料容器31的上侧具有平板状的顶板。制氢材料容器31的越向下直径越小的锥状部的端部具有连接口38。连接口38连接至第一管661。
制氢材料容器31的内侧的下部，与锥状部同轴地配置有螺杆32。螺杆32呈直径一致的螺旋状。螺杆32的外径与连接口38的内径大致相同。
制氢材料容器31之上固定有电机33。电机33的旋转轴通过贯穿制氢材料容器31的顶板的轴34连结着螺杆32。通过电机33旋转，轴34和螺杆32一体地旋转。
制氢材料容器31内部的压力P1由各个制氢材料容器31的上侧连接的第三阀563的开度控制。第一管661内部的压力P2由连接第一管661的第四阀564的开度控制为比制氢材料容器31内部的压力P1低且比反应容器21内部的压力P3高的压力。
由此，氢气形成的压力从使用的制氢材料容器31的上侧向下侧施加，能防止制氢材料容器31中的制氢材料向第三阀563那一侧逆流。
由于螺杆32旋转，螺杆32的螺旋状的槽与制氢材料容器31的内表面之间的制氢材料被推出到第一管661。通过控制电机33的旋转，能够控制制氢材料的推出量。
被推出到第一管661的制氢材料随氢气流喷射到反应容器21的内部。由于载气是氢气，所以反应容器21的上部的气体由氢气和水蒸气构成。
图5是图1中的V-V线上的反应容器21的示意剖视图。在沿反应容器21的内壁的切线方向设置的喷射口24，连接有第一管661。如图1和图5中箭头所示，制氢材料与载气一起从喷射口24沿着反应容器21的内壁向斜下方喷射。
制氢材料一边沿着反应容器21的内壁向斜下方流动，一边与水发生反应。通过载气流搅拌反应容器21内的水，制氢材料在水中均匀地扩散。此外，反应容器21也可以有多个喷射口24。
对以上说明的氢气生成装置10内的物质的流动进行简单总结。水在从水箱61经第二管662、喷头23、反应容器21、第四管664、分离槽63和回流管返回水箱61的路径、以及从水箱61经第二管662、喷头23、反应容器21、第三管663、冷却槽65和送水管返回水箱61的路径中循环。
当产生氢气时的化学反应所消耗的水和分离槽63中的生成处理的时滞等使得向喷头23供给的水不够时，可从外部适当补给，使反应容器21内的水位维持在规定的范围。
在使氢气生成装置10长时间连续运转时，适当取出沉淀在分离槽63底部的反应生成物，并且补充水。取出的反应生成物即氢氧化镁和氧化镁可用于氢化镁的制造。
将氢化镁运送到反应容器21内的载气通过反应容器21内的化学反应产生，经第二管662、冷却槽65、送气管、氢罐71、插通管、第二分歧管和第一管661返回反应容器21。因此，稳定运转时不必从第一备用罐73连续供给载气，能够将第一备用罐73的容量做得小。
制氢材料容器31内的制氢材料由式(1)或式(2)的化学反应消耗。当氢气生成装置10长时间连续运转时，通过适当更换内部的制氢材料已空的制氢材料容器31来补充制氢材料。
如以上所说明的，本实施方式的氢气生成装置10通过更换填充了制氢材料的制氢材料容器31、除去分离槽63内沉淀的反应生成物并补充水，能够长时间连续生成氢气。
氢气生成装置10的各部分的压力由控制装置40控制为具有式(7)所示的关系。
P0＞P1＞P2＞P3……(7)
P0表示第一备用罐73内部的压力。
P1表示制氢材料容器31内部的压力。
P2表示第一管661内部的压力。
P3表示反应容器21内部的压力。
图6是表示程序处理流程的流程图。使用图6说明氢气生成装置10的动作。此外，在图6所示的程序的开始时刻，第一阀561至第六阀566都是关闭的。另外，氢气生成装置10的内部的空间充满了氢气或处于真空状态。
CPU41对第一阀561的驱动电路发送开信号。第一阀561的驱动电路按照接收到的开信号打开第一阀561。由于第一阀561打开，水被注入反应容器21的内部(步骤S501)。
此外，在以下的说明中，省略记载第一阀561的驱动电路的动作，记载为“CPU41打开第一阀561使水注入反应容器21的内部”。第一阀561以外的各阀的驱动电路也同样对待。
CPU41基于安装于反应容器21的水位计等传感器、或安装于第二管662的流量计53等传感器的输出，判断水存积到了比喷射口24高的规定的水位。
CPU41对加热器58的驱动电路发出启动信号。加热器58的驱动电路按照接收到的启动信号启动加热器58。利用加热器58产生的热对反应容器21内的水进行加热(步骤S502)。
此外，在以下的说明中，省略记载加热器58的驱动电路的动作，记载为“CPU41启动加热器58对反应容器21内的水进行加热”。
CPU41基于安装于反应容器21的温度计52等传感器的输出，判断存积在反应容器21内的水的温度达到了规定的温度。CPU41打开第二阀562和第三阀563，利用第一备用罐73内的氢气的压力将制氢材料容器31的内部加压至压力P1(步骤S503)。
CPU41打开第四阀564使载气流到第一管661。CPU41对电机33的驱动电路发出驱动信号。电机33的驱动电路按照接收到的驱动信号使电机33旋转。此外，在以下的说明中，省略记载电机33的驱动电路的动作，记载为“CPU41使电机33旋转”。
随着电机33的旋转，螺杆32旋转，制氢材料容器31内的制氢材料被推出到第一管661内，被载气运送并被喷射到反应容器21内。即，CPU41控制电机33和各阀56，向反应容器21内喷射制氢材料(步骤S504)。
CPU41基于从反应容器21内部的压力传感器等取得的数据确认生成了规定量的氢气(步骤S505)。CPU41通过关闭第二阀562、打开第五阀565切换载气的管路(步骤S506)。以后，反应容器21中生成的氢气的一部分被用作制氢材料的载气。
CPU41基于从各传感器取得的数据使氢气生成装置10常规运转(步骤S507)。对常规运转时CPU41执行的处理例进行说明。
CPU41控制加热器58的输出和第一阀561，将反应容器21保持在规定的温度。此外，制氢材料和水的化学反应是放热反应。在放热量足够的情况下，CPU41使加热器58停止。此外，在放热量大的情况下，CPU41打开第一阀561，增加向反应容器21内喷洒的水的量。
在化学反应剧烈、放热量非常大的情况下，CPU41使冷却装置54动作，将反应容器21冷却到规定的温度。在通过喷头23喷洒水和冷却装置54的动作使反应容器21的温度降得足够低的情况下，使用式(1)等说明的化学反应的速度降低，放热量变小。
在由化学反应产生的泡多的情况下，CPU41控制第一阀561使从喷头23喷洒出的水的量增加来抑制泡。
CPU41控制第六阀566，一边将反应容器21内部的水的量维持在规定的量，一边将包含反应生成物的水取出到分离槽63。当燃料电池等要求增加氢气供给量时，CPU41控制电机33使向反应容器21喷射的制氢材料的量增加。当燃料电池等要求减少氢气供给量时，CPU41控制电机33减少向反应容器21喷射的制氢材料的量。
CPU41在上述常规运转中周期性判断制氢材料容器31是否空了(步骤S508)。当判断为空了时(步骤S508：是)，CPU41关闭与空了的制氢材料容器31连接着的第三阀563，打开与新的制氢材料容器31连接着的第三阀563。通过以上的CPU41的处理，制氢材料容器31被切换(步骤S509)。
CPU41向输出部45输出关于切换了制氢材料容器31的通知(步骤S510)。在输出部45是液晶显示装置或有机EL显示装置的情况下，表示制氢材料容器31已更换的画面被显示。在输出部45具有警告灯的情况下，与空了的制氢材料容器31对应的警告灯点亮。
CPU41也可以通过通信部46和未图示的网络向管理用计算机等发送通知。接收了通知的管理用计算机等以氢气生成装置10的用户能识别的形式输出所接收的通知的内容。CPU41也可以在未使用的制氢材料容器31低于规定数量的情况下输出通知。
当判断为未空(步骤S508:否)时或步骤S510结束后，CPU41基于从各传感器取得的数据判断氢气生成装置10中是否发生了异常(步骤S511)。此外，步骤S511的判定基准事先存储于主存储装置42或辅助存储装置43中。
当判断为发生了异常时(步骤S511：是)，CPU41向输出部45输出维护要求(步骤S512)。在输出部45是液晶显示装置或有机EL显示装置的情况下，表示氢气生成装置10发生了异常的画面被显示。在输出部45具有警告灯的情况下，与氢气生成装置10发生异常对应的警告灯点亮。
CPU41也可以通过通信部46和未图示的网络向管理用计算机等发送通知。接收了通知的管理用计算机等以氢气生成装置10的用户能识别的形式输出所接收的通知的内容。
CPU41基于从各传感器取得的数据判断能否继续安全运转(步骤S513)。当判断为能继续时(步骤S513：是)、和判断为未发生异常时(步骤S511:NO)，CPU41返回步骤S507。
当判断为不能继续时(步骤S513：否)，CPU41停止氢气生成装置10的动作(步骤S514)。具体来说，CPU41能够通过例如停止电机33、停止加热器58、关闭第二阀562、第三阀563、第四阀564和第五阀565以停止载气等来停止反应容器21内部的化学反应。
化学反应停止后，CPU41关闭第一阀561和第六阀566将水的循环也停止。在冷却装置54动作的情况下，CPU41也停止冷却装置54。通过以上处理，氢气生成装置10停止动作。然后，CPU41结束处理。
此外，虽在流程图省略了说明，但泵57、压缩机59、冷却槽65等主动动作的氢气生成装置10的各结构要素也通过各自的驱动电路被CPU41控制。
按照本实施方式，能够提供可长时间连续运转的氢气生成装置10。按照本实施方式，因为使用氢气作为载气，所以能够提供生成高纯度氢气的氢气生成装置10。
按照本实施方式，由于水和载气循环使用，所以能够提供不连接外部的自来水管等的、可独立运转的氢气生成装置10。按照本实施方式，能够提供可自动运转的氢气生成装置10。
按照本实施方式，通过更换制氢材料容器31，能够提供可长时间运转的氢气生成装置10。按照本实施方式，由于反应生成物可再处理，制氢材料容器31可重复利用，所以能够提供环境负荷少的氢气生成装置10。
[实施方式2]
本实施方式涉及使用锥状的螺杆32的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图7是实施方式2的制氢材料容器31的示意剖视图。螺杆32是沿着氢材料容器31下部的内表面的、尖端细的锥状螺旋。
按照本实施方式，螺杆32和制氢材料容器31的内表面接触的部分长，因此，制氢材料很少从两者的间隙漏出。因此，CPU41能够准确控制制氢材料的供给量。
[实施方式3]
本实施方式涉及使用带台阶形状的制氢材料容器31的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图8是实施方式3的制氢材料容器31的示意剖视图。螺杆32与使用图4说明的实施方式1的螺杆32相同，呈直径一致的螺旋状。制氢材料容器31呈带台阶的大致圆筒形状，下部的内径与螺杆32的外形大致相同。
按照本实施方式，螺杆32和制氢材料容器31的内表面接触的部分长，因此，制氢材料很少从两者的间隙漏出。因此，CPU41能够准确地控制制氢材料的供给量。此外，由于螺杆32的直径一致，所以制造容易。
[实施方式4]
本实施方式涉及使用喷射泵36从制氢材料容器31取出制氢材料的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图9是实施方式4的制氢材料容器31的示意剖视图。在制氢材料容器31的底部，设置了有底圆筒状或槽状的连接口38。从第一管661分歧的第一支管681上连接有喷射泵36。从喷射泵36到连接口38连接有第二支管682。从连接口38的相反侧到第一管661的下游侧连接有第三支管683。
第二支管682和第三支管683可通过未图示的连结部件装在连接口38上或从连接口38上拆下。因此，连接口38可通过第一支管681、喷射泵36、第二支管682和第三支管683装在第一管661上或从第一管661上拆下。
连接口38和第二支管682的边界由具有开口的网覆盖，该开口具有制氢材料不能通过的大小。连接口38和第三支管683的边界由施加强压力后制氢材料可通过的网、即具有与制氢材料的粒径同等程度的开口的网覆盖。
喷射泵36通过第一支管681收进氢气，并间歇地将高压的氢气送出到第二支管682。由于压力而通过网的制氢材料经第三支管683进入第一管661，被载气运送向反应容器21内喷射。
按照本实施方式，制氢材料容器31的结构简单，因此能减轻重量。
[实施方式5]
本实施方式涉及通过重力和压力差从制氢材料容器31取出制氢材料的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图10是实施方式5的制氢材料容器31的示意剖视图。制氢材料容器31的底部和第一管661由圆筒状的连接口38连接着。连接口38具有第七阀567。第七阀567由CPU41控制。
通过CPU41打开第七阀567，由于重力和经第三阀563供给的氢气的压力，制氢材料被送入第一管661，被载气运送向反应容器21内喷射。
按照本实施方式，制氢材料容器31的结构简单，因此能减轻重量。另外，按照本实施方式，由于不需要喷射泵36，所以能提供结构简单、维护容易的氢气生成装置10。
[实施方式6]
本实施方式涉及重复利用在氢气供给目标生成的水的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图11是实施方式6的氢气生成装置10的示意图。氢罐71通过氢气放出管75连接至燃料电池80。燃料电池80通过第五管665和未图示的泵连接至水箱61。
在燃料电池的内部，通过下述化学反应以氢气为燃料进行发电，在正极生成水。
【化学式3】
负极侧:2H2→4H++4e-……(8)
正极侧:O2+4H++4e-→2H2O……(9)
e-表示电子。
在正极生成的水经第五管665流入水箱61，经第二管662供给至喷头23。
按照本实施方式，能够提供回收由燃料电池80生成的水将其用于使用式(1)等说明的制氢材料加水分解的氢气生成装置10。因此，能够节省从外部补给的水量，能够提供环境负荷低的氢气生成装置10。
[实施方式7]
本实施方式涉及制氢材料也由喷头23供给的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图12是实施方式7的氢气生成装置10的示意图。喷头23通过中途具有第一阀561和未图示的加压泵的第二管662连接至悬浊容器81。
悬浊容器81通过中途具有第九阀569的第六管666连接至水箱61。此外，悬浊容器81通过中途具有供给阀83的供给管84连接至第二制氢材料容器85。
在悬浊容器81的上部固定有电机823。固定于电机823的旋转轴824向悬浊容器81的内部突出，前端固定有叶轮825。通过电机823旋转，叶轮825旋转，对悬浊容器81的内部进行搅拌。电机823、旋转轴824和叶轮825是搅拌悬浊容器81内的液体的搅拌器82的一例。
在悬浊容器81的外侧，安装有第二冷却装置542。第二冷却装置542是通过水冷或气冷等冷却悬浊容器81的装置。当悬浊容器81的温度高于规定的温度时，第二冷却装置542动作，对悬浊容器81进行冷却。
规定的温度例如是，悬浊容器81内的悬浊液的温度为0℃以上20℃以下范围的温度。优选悬浊液的温度处于0℃以上15℃以下的范围。进一步优选悬浊液的温度处于5℃以上10℃以下的范围。通过保持悬浊容器81为低温，能够防止制氢材料与水在悬浊容器81的内部发生反应产生氢气。
例如，在氢罐71、第一备用罐73或第二备用罐74的压力降低后，供给阀83打开，向悬浊容器81内供给制氢材料。通过搅拌器82在悬浊容器81内进行搅拌，制氢材料分散到水中成为悬浊液。喷头23向反应容器21内喷洒悬浊液。
悬浊容器81内的悬浊液的浓度由供给阀83和第九阀569控制。供给阀83关闭的状态持续一定期间后，悬浊容器81内的液体变成水。向反应容器21喷洒的悬浊液或水的量由第一阀561控制。
此外，氢气生成装置10也可以具有从水箱61不经悬浊容器81地向反应容器21供给水的、所谓的旁通管路。
按照本实施方式，除了从第一管661喷射之外，还能够从喷头23向反应容器21内供给制氢材料，因此能够提供可根据需要大幅增加氢气产生量的氢气生成装置10。
此外，本实施方式的氢气生成装置10也可以不包括第一备用罐73。在氢气生成装置10启动时，使从喷头23向反应容器21供给的悬浊液中的制氢材料产生的氢气存积在氢罐71中。在氢罐71的压力足够高之后，能够经第一管661将制氢材料向反应容器21内喷射。
[实施方式8]
本实施方式涉及在反应容器21的上部直接连接第二管672的氢气生成装置10。与实施方式1通用的部分，其说明从略。
图13是实施方式8的氢气生成装置10的示意图。反应容器21通过中途具有第一阀561的第二管662连接至水箱61。挡板22在与第二管662的开口部的正下方相应的位置具有孔。
水经第二管662被供给到反应容器21内。反应容器21内存积的水被从第二管662的开口部落下的水的冲击力搅拌。此外，通过第一阀561重复开状态和闭状态，反应容器21的内部被高效地搅拌。
第二管662也可以分歧成多个管连接至反应容器21。通过水从多个开口部落到反应容器21内，能够防止反应容器21内的水和制氢材料的浓度不均匀。
按照本实施方式，能够提供结构简单、维护容易的氢气生成装置10。
各实施例中记载的技术特征(结构要素)可相互组合，通过组合能形成新的技术特征。
可以认为，本次公开的实施方式的所有方面都是例示，并非限制性的。本发明的范围并非上述意思而是由权利要求书表示，包含在与权利要求等同的意思和范围内的所有变更。
附图标记说明
10 氢气生成装置
21 反应容器
22 挡板
23 喷头
24 喷射口
25 排水口
26 间隙
31 制氢材料容器
32 螺杆
33 电机
34 轴
36 喷射泵
38 连接口
40 控制装置
41 CPU
42 主存储装置
43 辅助存储装置
44 输入部
45 输出部
46 通信部
47 输入I/F
48 输出I/F
51 压力计
52 温度计
53 流量计
54 冷却装置
56 阀
561 第一阀
562 第二阀
563 第三阀
564 第四阀
565 第五阀
566 第六阀
567 第七阀
568 第八阀
569 第九阀
57 泵
58 加热器
59 压缩机
61 水箱
63 分离槽
65 冷却槽
661 第一管
662 第二管
663 第三管
664 第四管
665 第五管
666 第六管
67 溢出管
681 第一支管
682 第二支管
683 第三支管
71 氢罐
73 第一备用罐
74 第二备用罐
75 氢气放出管
80 燃料电池
81 悬浊容器
83 供给阀
84 供给管
85 第二制氢材料容器

Claims (12)

1.一种氢气生成装置，包括：
向反应容器的内部喷洒水的喷头；
用氢气作为载气向所述反应容器的内部供给粉状的制氢材料的第一管；和
连接至所述反应容器的上部并使氢气流出的第三管，该氢气通过由所述喷头供给并存积在所述反应容器内的水与由所述第一管供给的所述制氢材料发生反应而产生。
2.根据权利要求1所述的氢气生成装置，
包括配置在连接部与所述喷头之间的挡板，该连接部是所述反应容器与所述第三管的连接部。
3.根据权利要求1所述的氢气生成装置，
所述第一管用从所述第三管流出的氢气作为载气。
4.根据权利要求1所述的氢气生成装置，
所述第一管沿着所述反应容器的内壁喷射所述制氢材料。
5.根据权利要求1所述的氢气生成装置，
包括制氢材料容器，该制氢材料容器容纳所述制氢材料，并具有与所述第一管可拆卸地连接的连接口。
6.根据权利要求5所述的氢气生成装置，
所述制氢材料容器具有通过旋转将所述制氢材料向所述第一管内送出的螺杆。
7.根据权利要求1所述的氢气生成装置，
包括将从排水口排出的水和反应生成物分离的分离槽，该排水口设于所述反应容器的下部，
所述喷头喷洒由所述分离槽分离出的水。
8.根据权利要求1所述的氢气生成装置，
所述制氢材料是氢化镁。
9.根据权利要求1至8中任意一项所述的氢气生成装置，
包括由燃料电池生成的水流入的第五管，该燃料电池消耗了从所述第三管流出的氢气，从所述第五管流入的水被供给至所述喷头。
10.一种氢气生成方法，
向反应容器的内部喷洒水，
经连接至所述反应容器的第一管将粉状的制氢材料和氢气向所述反应容器内供给，
使氢气从连接至所述反应容器的上部的第三管流出，该氢气通过存积在所述反应容器内的水与所述制氢材料发生反应而产生。
11.一种氢气生成装置，包括：
从存积了水的反应容器的上部朝向水面喷洒悬浊液的喷头，该悬浊液由制氢材料悬浮于水中所成；
用氢气作为载气向存积在所述反应容器的水中喷射粉状的制氢材料的第一管；和
连接至所述反应容器的上部并使氢气流出的第三管，该氢气通过存积在所述反应容器内的水与由所述喷头或所述第一管供给的制氢材料发生反应而产生。
12.一种氢气生成装置，包括：
用氢气作为载气向反应容器的内部供给粉状的制氢材料的第一管；
向所述反应容器的内部供给水的第二管；
连接至所述反应容器的上部并使氢气流出的第三管，该氢气通过由所述第二管供给并存积在所述反应容器内的水和由所述第一管供给的所述制氢材料发生反应而产生。
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