CN117580798A - 氢制造系统 - Google Patents
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Abstract
一种氢制造系统，其具备：至少一个容器，容纳氢化合物部件；加热装置，通过热介质加热至少一个容器内；冷却装置，冷却至少一个容器内；及供水装置，向至少一个容器内供给水，加热装置具备太阳光聚光装置，所述太阳光聚光装置通过将太阳光进行聚光并照射到热介质上来加热热介质。
Description
技术领域
本发明涉及一种氢制造系统。
本申请根据2021年8月24日在日本专利局申请的日本特愿2021-136409号主张优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
在专利文献1中记载了一种使用由太阳光发电装置发电的直流电流电解海水而产生氢气的系统。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：国际公开第2015/159817号说明书
发明内容
发明要解决的技术课题
然而，在使用由太阳光发电装置发电的直流电流电解海水的方法中，存在氢制造的热效率低等课题。
鉴于上述情况，本发明的至少一个实施方式的目的在于提供一种能够热效率良好地制造氢的氢制造系统。
用于解决技术课题的手段
为了实现上述目的，本发明所涉及的氢制造系统具备：至少一个容器，容纳氢化合物部件；加热装置，通过热介质加热所述至少一个容器内；冷却装置，冷却所述至少一个容器内；及供水装置，向所述至少一个容器内供给水，所述加热装置具备太阳光聚光装置，所述太阳光聚光装置通过将太阳光进行聚光并照射到所述热介质上来加热所述热介质。
发明效果
根据本发明的氢制造系统，由于通过照射被聚光的太阳光而被加热的热介质加热容纳于容器内的氢化合物部件，因此能够热效率良好地制造氢。
附图说明
图1是本发明的实施方式1所涉及的氢制造系统的结构示意图。
图2是本发明的实施方式2所涉及的氢制造系统的结构示意图。
图3是本发明的实施方式3所涉及的氢制造系统的结构示意图。
具体实施方式
以下，根据附图对基于本发明的实施方式的氢制造系统进行说明。以下所说明的实施方式表示本发明的一方式，并不限定本发明，能够在本发明的技术思想的范围内任意变更。
(实施方式1)
<本发明的实施方式1所涉及的氢制造系统的结构>
如图1所示，本发明的实施方式1所涉及的氢制造系统1具备：容器2，容纳氢化合物部件3；加热装置4，加热容器2内；冷却装置5，冷却容器2内；及供水装置6，向容器2内供给水。如在后述动作中所说明，在容器2内产生氢或氧，但是在容器2内设置有分别将氢及氧从容器2释放的氢释放部7及氧释放部8。
在将除了氢(H)以外的元素设为X时，氢化合物部件3含有化学式XmHn所表示的氢化合物的二维序列，化学计量比m∶n为1∶1～3∶4(例如，XH、XH2、XH3、XH4、X2H3、X3H4)。虽然没有限定，但是元素X例如为硼(B)。
加热装置4用于加热容纳于容器2的内部即容器2内的氢化合物部件3。加热装置4可以为通过将热介质供给到容器2内以使热介质与氢化合物部件3直接接触的结构的加热装置，但是在以下，作为具有如下结构的加热装置进行说明：使热介质在以覆盖容器2的外表面的方式设置的封套或通路那样的热介质通路9中流通，以使热介质与容器2内的气体进行换热，从而加热容纳于容器2内的氢化合物部件3。另外，作为热介质，并无特别限定，但是优选使用水或油等液体状的热介质。
加热装置4具备：热介质循环管路10，一端与热介质通路9的入口连接且另一端与热介质通路9的出口连接以使热介质循环；及太阳光聚光装置11，通过将太阳光进行聚光并照射到在热介质循环管路10中循环的热介质上来加热热介质。太阳光聚光装置11的结构并无特别限定，例如能够使用抛物面槽、太阳光发电塔、抛物面碟中的任一种类型的装置，但是若考虑到最高加热温度和成本等，则优选为抛物面槽类型的装置。
冷却装置5用于冷却容纳于容器2的内部即容器2内的氢化合物部件3。冷却装置5的结构并无特别限定，例如能够使用如空气冷却器、水冷却器那样的制冷剂式的冷却装置。在冷却装置5为制冷剂式的情况下，冷却空气或水等制冷剂可以在热介质通路9中流通，也可以供给到容器2内。并且，在刚结束容器2的内部的加热之后，容器2的外部的温度低于容器2的内部的温度，因此只要将容器2的内部向容器2的外部开放，则能够冷却容器2的内部。因此，也能够将容器2的内部向容器2的外部能够开闭的开闭阀设为冷却装置5。
供水装置6用于将包含液体的水或蒸汽、或者水或蒸汽中的至少一者作为主成分的流体(在以下，作为表示它们中的任一种的物质简称为“水”)供给到容器2内。若水的温度接近基于冷却装置5的冷却温度，则能够用所供给的水冷却容器2的内部，因此此时，供水装置6能够兼作冷却装置5。
<本发明的实施方式1所涉及的氢制造系统的动作>
接着，对本发明的实施方式1所涉及的氢制造系统1的动作进行说明。氢制造系统1以交替切换使加热装置4驱动且使冷却装置5及供水装置6停止以释放氢的动作(氢释放动作)、和使加热装置4停止且使冷却装置5及供水装置6驱动以储存氢的动作(氢储存动作)的方式动作。
首先，对氢释放动作进行说明。容纳于容器2内的氢化合物部件3成为储存有氢的状态。为了释放氢，使加热装置4驱动。通过使用未图示的泵等将由太阳光聚光装置11聚光的太阳光照射到在热介质循环管路10中循环的热介质上来加热热介质。被加热的热介质在热介质通路9中流通时与容器2内的气体进行换热，从而加热容纳于容器2内的氢化合物部件3。若氢化合物部件3的温度落入约150℃～约300℃的范围内，则从氢化合物部件3中释放氢。通过使从氢化合物部件3中释放的氢经由氢释放部7从容器2流出，能够回收氢。
接着，对氢储存动作进行说明。通过在加热装置4停止的状态下使冷却装置5驱动，将容器2内的温度控制为小于约150℃、优选成为约80℃以上且小于约150℃。若在该状态下由供水装置6向容器2内供给水，则在氢化合物部件3的存在下水分解成氢和氧，而氢被氢化合物部件3包藏。由此，氢化合物部件3成为储存有氢的状态。氧滞留在容器2内，但是通过使氧经由氧释放部8从容器2流出，能够回收氧。
如此，在本发明的氢制造系统1中，由于通过照射被聚光的太阳光而被加热的热介质加热容纳于容器2内的氢化合物部件3，因此能够热效率良好地制造氢。
<本发明的实施方式1所涉及的氢制造系统的变形例>
在实施方式1中，分别使氢及氧经由各自的释放部、即氢释放部7及氧释放部8从容器2释放，但是并不限定于该方式。也可以设为如下：将氢释放部7及氧释放部8变更为一个共用的释放口，并切换连接该释放口与氢及氧的供给目的地。
(实施方式2)
接着，对实施方式2所涉及的氢制造系统进行说明。相对于实施方式1，实施方式2所涉及的氢制造系统追加了蓄积被太阳光加热的热介质的热量的一部分的蓄热部。另外，在实施方式2中，对与实施方式1的构成要件相同的部件标注相同的参考符号，并省略其详细说明。
<本发明的实施方式2所涉及的氢制造系统的结构>
如图2所示，在本发明的实施方式2所涉及的氢制造系统1中，热介质由如下构成：第1热介质，由太阳光聚光装置11照射太阳光；及第2热介质，加热容器2内。第1热介质与第2热介质可以为分别相同的流体，也可以为不同的流体。
热介质循环管路10具备使第1热介质循环的第1热介质循环管路21和使第2热介质循环的第2热介质循环管路22。氢制造系统1具备第1换热器20，所述第1换热器20使在第1热介质循环管路21中循环的第1热介质与在第2热介质循环管路22中循环的第2热介质进行换热。并且，氢制造系统1具备蓄热部23，所述蓄热部23能够蓄积第1热介质的热量的一部分，并将所蓄积的热量向第1热介质进行散热。蓄热部23具备：蓄热介质容纳部24，容纳蓄热介质；及第2换热器25，使在第1热介质旁通第1换热器20的旁通管路26中流通的第1热介质与蓄热介质进行换热。蓄热介质可以为与第1热介质或第2热介质相同的流体，也可以为不同的流体。其他结构与实施方式1相同。
<本发明的实施方式2所涉及的氢制造系统的动作>
接着，对本发明的实施方式2所涉及的氢制造系统1的动作进行说明。通过将由太阳光聚光装置11聚光的太阳光照射到在第1热介质循环管路21中循环的第1热介质上来加热第1热介质。在第1换热器20中，通过使第1热介质与第2热介质进行换热来加热第2热介质。在第2热介质循环管路22中循环的第2热介质在流过热介质通路9时，通过与容器2内的气体进行换热来加热容器2内，由此加热储存有氢的状态的氢化合物部件3，从氢化合物部件3中释放氢。回收从氢化合物部件3中释放的氢的动作与实施方式1相同。
在第1热介质在第1热介质循环管路21中循环期间，第1热介质的一部分以旁通第1换热器20的方式在旁通管路26中流通。在旁通管路26中流通的第1热介质在第2换热器25中与蓄热介质进行换热，从而使第1热介质的热量的一部分向蓄热介质移动。通过在日落为止的期间持续该动作，将蓄积了第1热介质的热量的一部分的蓄热介质储存于蓄热介质容纳部24中。
在实施方式1中，由于在日落后的夜间无法进行热介质的加热，因此无法进行氢释放动作。然而，在实施方式2中，即使在夜间，也能够通过在第2换热器25中使蓄热介质与第1热介质进行换热，使蓄积于蓄热介质中的热量向第1热介质移动来加热第1热介质。通过使被加热的第1热介质与第2热介质在第1换热器20中进行换热来加热第2热介质，氢化合物部件3被第2热介质加热，能够从氢化合物部件3中释放氢。另外，这种氢释放动作并不限定于夜间，只要在蓄热部23中蓄积有热量，则即使在如天气为阴天或下雨时那样太阳光的强度弱时也能够实施。
关于氢储存动作，通过使加热装置4停止且使冷却装置5及供水装置6驱动，以与实施方式1相同的动作进行氢储存动作。
如此，即使在天气为阴天或下雨时或在夜间，也能够通过将蓄积于蓄热部23中的热量向第1热介质进行散热来加热第1热介质及第2热介质，因此无论天气或时刻如何，都能够热效率良好地制造氢。
(实施方式3)
接着，对实施方式3所涉及的氢制造系统进行说明。相对于实施方式1或实施方式2，实施方式3所涉及的氢制造系统变更为如下：设置容纳有氢化合物部件3的多个容器2，并且能够根据来自太阳光的热量来调整进行氢释放动作的容器2的个数。在以下，将对实施方式2进行了这种变更的方式作为实施方式3进行说明，但是也能够通过对实施方式1进行这种变更来构成实施方式3。另外，在实施方式2中，对与实施方式3的构成要件相同的部件标注相同的参考符号，并省略其详细说明。
<本发明的实施方式3所涉及的氢制造系统的结构>
如图3所示，在本发明的实施方式3所涉及的氢制造系统1中，设置有多个容器2，作为一例设置有三个容器2a、2b、2c，并且在各容器中容纳有氢化合物部件3。与容器2a、2b、2c各自的热介质通路9a、9b、9c各自的入口及出口连接的分支管路30a、30b、30c以与第2热介质循环管路22连通的方式设置。详细而言，分支管路30a、30b、30c分别具备：热介质供给管路31a、31b、31c，一端从第2热介质循环管路22分支而另一端与热介质通路9a、9b、9c各自的入口连接；及热介质返回管路32a、32b、32c，一端与热介质通路9a、9b、9c各自的出口连接而另一端与第2热介质循环管路22汇合。
在热介质供给管路31a、31b、31c上分别设置有第1开闭阀33a、33b、33c，在热介质返回管路32a、32b、32c上分别设置有第2开闭阀34a、34b、34c。将在后述动作中具体地说明，但是通过开闭第1开闭阀33a、33b、33c及第2开闭阀34a、34b、34c，能够在第2热介质循环管路22中循环的第2热介质在分支管路30a、30b、30c中流通和不流通之间进行切换，因此第1开闭阀33a、33b、33c及第2开闭阀34a、34b、34c构成切换部。另外，切换部可以仅为第1开闭阀33a、33b、33c或仅为第2开闭阀34a、34b、34c。其他结构与实施方式2相同。
<本发明的实施方式3所涉及的氢制造系统的动作>
关于用由太阳光聚光装置11聚光的太阳光加热第1热介质的动作、用第1热介质的热量加热第2热介质的动作、及蓄热部23蓄积第1热介质的热量的一部分的动作，与实施方式2相同。通过打开第1开闭阀33a及第2开闭阀34a，在第2热介质循环管路22中循环的第2热介质能够流过容器2a的热介质通路9a，并加热容纳于容器2a中的氢化合物部件3以释放氢。同样地，通过打开第1开闭阀33b及第2开闭阀34b，能够从容纳于容器2b中的氢化合物部件3中释放氢，通过打开第1开闭阀33c及第2开闭阀34c，能够从容纳于容器2c中的氢化合物部件3中释放氢。
通过调整第1开闭阀33a、33b、33c及第2开闭阀34a、34b、34c的开闭，能够在从容纳于三个容器中的一个容器中的氢化合物部件3中释放氢、从分别容纳于三个容器中的两个容器中的氢化合物部件3中释放氢、及从分别容纳于三个容器中的氢化合物部件3中释放氢之间进行切换。即，能够在三个阶段中调整氢的释放量。该调整能够根据来自太阳光的热量来进行。其他动作与实施方式2相同。
如此，能够根据由太阳光聚光装置11聚光的太阳光的热量来调整供给第2热介质的容器2a、2b、2c的数量，因此能够提高氢制造系统1的运转效率。
<本发明的实施方式3所涉及的氢制造系统的变形例>
也可以使分别容纳于容器2a、2b、2c中的至少两个容器中的氢化合物部件3的质量不同。优选可以使分别容纳于容器2a、2b、2c中的氢化合物部件3的质量不同。在实施方式3中，氢的释放量能够在三个阶段中进行调整，但是根据这种变形例，能够根据被聚光的太阳光的热量，在比三个阶段更多的阶段中精细地调整氢制造量。
在上述各实施方式中所记载的内容例如如下掌握。
[1]一方式所涉及的氢制造系统具备：
至少一个容器(2)，容纳氢化合物部件(3)；
加热装置(4)，通过热介质加热所述至少一个容器(2)内；
冷却装置(5)，冷却所述至少一个容器(2)内；及
供水装置(6)，向所述至少一个容器(2)内供给水，
所述加热装置(4)具备太阳光聚光装置(11)，所述太阳光聚光装置(11)通过将太阳光进行聚光并照射到所述热介质上来加热所述热介质。
根据本发明的氢制造系统，由于通过照射被聚光的太阳光而被加热的热介质加热容纳于容器内的氢化合物部件，因此能够热效率良好地制造氢。
[2]另一方式所涉及的氢制造系统为[1]的氢制造系统，其还具备蓄热部(23)，
所述蓄热部(23)蓄积所述热介质的热量的一部分，并将蓄积于所述蓄热部中的热量向所述热介质进行散热。
根据这种结构，即使在天气为阴天或下雨时或在夜间，也能够通过将蓄积于蓄热部中的热量向热介质进行散热来加热热介质，因此无论天气或时刻如何，都能够热效率良好地制造氢。
[3]又一方式所涉及的氢制造系统为[2]的氢制造系统，其中，
所述热介质包括：
第1热介质，由所述太阳光聚光装置(11)照射太阳光；及
第2热介质，通过与所述第1热介质进行换热而被加热，并且加热所述至少一个容器(2)内，
所述氢制造系统(1)包括第1换热器(20)，所述第1换热器(20)使所述第1热介质与所述第2热介质进行换热，
所述蓄热部(23)具备：
蓄热介质容纳部(24)，容纳蓄热介质；及
第2换热器(25)，使所述第1热介质与所述蓄热介质进行换热。
根据这种结构，即使在天气为阴天或下雨时或在夜间，也能够通过将蓄积于蓄热部中的热量向第1热介质进行散热来加热第1热介质及第2热介质，因此无论天气或时刻如何，都能够热效率良好地制造氢。
[4]又一方式所涉及的氢制造系统为[1]至[3]中的任一个氢制造系统，其中，
所述至少一个容器(2)具备多个容器(2a、2b、2c)，
所述氢制造系统(1)具备：
热介质循环管路(10)，使所述热介质流通；
分支管路(30a、30b、30c)，从所述热介质循环管路(10)分支并通过各容器(2a、2b、2c)再次与所述热介质循环管路(10)汇合；及
切换部(第1开闭阀33a、33b、33c/第2开闭阀34a、34b、34c)，设置于各分支管路(30a、30b、30c)上，并且在使所述热介质在所述分支管路(30a、30b、30c)中流通和不使所述热介质在所述分支管路(30a、30b、30c)中流通之间进行切换。
根据这种结构，能够根据由太阳光聚光装置聚光的太阳光的热量来调整供给热介质的容器的数量，因此能够提高氢制造系统的运转效率。
[5]又一方式所涉及的氢制造系统为[4]的氢制造系统，其中，
分别容纳于所述多个容器(2a、2b、2c)中的至少两个容器中的所述氢化合物部件(3)的质量不同。
根据这种结构，能够根据被聚光的太阳光的热量来精细地调整氢制造量。
[6]又一方式所涉及的氢制造系统为[1]至[5]中的任一个氢制造系统，其中，
在将除了氢以外的元素设为X时，所述氢化合物部件(3)含有化学式XmHn所表示的氢化合物的二维序列，化学计量比m∶n为1∶1～3∶4。
根据这种结构，能够进行氢的储存及释放。
[7]又一方式所涉及的氢制造系统为[6]的氢制造系统，其中，
所述元素X为硼。
根据这种结构，能够进行氢的储存及释放。
符号说明
1-氢制造系统，2、2a、2b、2c-容器，3-氢化合物部件，4-加热装置，5-冷却装置，6-供水装置，10-热介质循环管路，11-太阳光聚光装置，20-第1换热器，23-蓄热部，24-蓄热介质容纳部，25-第2换热器，30a、30b、30c-分支管路，33a、33b、33c-第1开闭阀(切换部)，34a、34b、34c-第2开闭阀(切换部)。
Claims (7)
1.一种氢制造系统，其具备：
至少一个容器，容纳氢化合物部件；
加热装置，通过热介质加热所述至少一个容器内；
冷却装置，冷却所述至少一个容器内；及
供水装置，向所述至少一个容器内供给水，
所述加热装置具备太阳光聚光装置，所述太阳光聚光装置通过将太阳光进行聚光并照射到所述热介质上来加热所述热介质。
2.根据权利要求1所述的氢制造系统，其还具备蓄热部，
所述蓄热部蓄积所述热介质的热量的一部分，并将蓄积于所述蓄热部中的热量向所述热介质进行散热。
3.根据权利要求2所述的氢制造系统，其中，
所述热介质包括：
第1热介质，由所述太阳光聚光装置照射太阳光；及
第2热介质，通过与所述第1热介质进行换热而被加热，并且加热所述至少一个容器内，
所述氢制造系统包括第1换热器，所述第1换热器使所述第1热介质与所述第2热介质进行换热，
所述蓄热部具备：
蓄热介质容纳部，容纳蓄热介质；及
第2换热器，使所述第1热介质与所述蓄热介质进行换热。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的氢制造系统，其中，
所述至少一个容器具备多个容器，
所述氢制造系统具备：
热介质循环管路，使所述热介质循环；
分支管路，从所述热介质循环管路分支并通过各容器再次与所述流通循环管路汇合；及
切换部，设置于各分支管路上，并且在使所述热介质在所述分支管路中流通和不使所述热介质在所述分支管路中流通之间进行切换。
5.根据权利要求4所述的氢制造系统，其中，
分别容纳于所述多个容器中的至少两个容器中的所述氢化合物部件的质量不同。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的氢制造系统，其中，
在将除了氢以外的元素设为X时，所述氢化合物部件含有化学式XmHn所表示的氢化合物的二维序列，化学计量比m∶n为1∶1～3∶4。
7.根据权利要求6所述的氢制造系统，其中，
所述元素X为硼。
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