JP2002068702A - Hydrogen generating apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、例えば燃料電池等
に用いられる水素発生装置に係り、より詳しくは、錯金
属水素化物を触媒の存在下で加水分解せしめて水素を発
生させる水素発生装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen generator for use in, for example, a fuel cell, and more particularly to a hydrogen generator for generating hydrogen by hydrolyzing a complex metal hydride in the presence of a catalyst. .
【０００２】[0002]
【従来の技術】現代社会において、水素は合成化学工業
や石油精製などに多量に利用されている重要な化学原料
である。一方、将来におけるエネルギー問題と環境問題
を解決するために、クリーンなエネルギーとしての水素
利用技術は重要な位置を占めると考えられ、水素を貯蔵
し、それを燃料として稼働する燃料電池の開発が進めら
れている。2. Description of the Related Art In modern society, hydrogen is an important chemical raw material that is used in large quantities in the synthetic chemical industry, petroleum refining, and the like. On the other hand, hydrogen utilization technology as clean energy is considered to play an important role in solving future energy and environmental problems, and the development of a fuel cell that stores hydrogen and uses it as fuel is underway. Have been.
【０００３】かかる燃料電池はガスで作動する電池であ
り、その際、水素と酸素との反応から得られるエネルギ
ーを直接電気エネルギーに変換する。このような燃料電
池は従来の燃焼エンジンに比べてきわめて高い効率を有
するため、燃料電池を有する自動車はZEV(Zero Emissio
n Vehicle)と称されている。[0003] Such fuel cells are gas operated cells, in which the energy obtained from the reaction of hydrogen and oxygen is directly converted to electrical energy. Because such fuel cells have extremely high efficiency compared to conventional combustion engines, vehicles with fuel cells are not compatible with ZEV (Zero Emissio
n Vehicle).
【０００４】一方、水素の貯蔵法としては、圧縮してボ
ンベに貯蔵する方法、冷却して液体水素とする方法、活
性炭に吸着させる方法、水素吸蔵合金を利用する方法が
提案されている。これらの方法の中で燃料電池自動車な
どの移動媒体には水素吸蔵合金が主要な役割を果たすと
考えられている。しかし、水素吸蔵合金に関しても、合
金であるが故の重さ（単位重量当たりの吸蔵量が小さい
こと）、吸蔵放出の繰り返しによる劣化（合金の微粉化
や構造変化）、希少金属を含む場合にはその資源確保
等、克服すべき課題は多い。[0004] On the other hand, as a method of storing hydrogen, a method of compressing and storing in a cylinder, a method of cooling into liquid hydrogen, a method of adsorbing on activated carbon, and a method of using a hydrogen storage alloy have been proposed. Among these methods, it is considered that a hydrogen storage alloy plays a major role in a moving medium such as a fuel cell vehicle. However, hydrogen-absorbing alloys also include weight due to being an alloy (small occlusion amount per unit weight), deterioration due to repeated occlusion and release (pulverization and structural change of alloy), and rare metals. There are many issues to be overcome, such as securing resources.
【０００５】そこで近年注目を集めているのが、パワー
ボール社から提案されている岩塩型アルカリ水素化物
（水素化ナトリウム）を加水分解させて水素を発生させ
る方法である。水素化ナトリウムは水と接触すると激し
く反応して水素を発生するため、水素化ナトリウムを樹
脂皮膜でコートしておき、この皮膜を切断することによ
って水素を発生させている。しかしながら、水素化ナト
リウムから発生できる水素量は最大8.4wt%（水素化ナト
リウム1gあたり）であり、燃料電池自動車の燃料とする
にはエネルギー密度が必ずしも十分ではないという問題
を有していた。また、岩塩型アルカリ水素化物は水と接
触すると激しく反応するために、安全性の面からも問題
となっていた。In recent years, a method of generating hydrogen by hydrolyzing a rock salt type alkali hydride (sodium hydride) proposed by Powerball has attracted attention. Sodium hydride reacts violently when it comes in contact with water to generate hydrogen, so that sodium hydride is coated with a resin film, and hydrogen is generated by cutting this film. However, the amount of hydrogen that can be generated from sodium hydride is a maximum of 8.4 wt% (per 1 g of sodium hydride), and there is a problem that the energy density is not always sufficient to be used as fuel for a fuel cell vehicle. In addition, rock salt-type alkali hydride reacts violently when it comes into contact with water, which has been a problem in terms of safety.
【０００６】このような背景の下で、新たな水素発生材
料として、水溶性の錯金属水素化物である水素化ほう素
ナトリウムが注目されてきた。この水素化ほう素ナトリ
ウムからは以下の加水分解反応： NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2 等にしたがって水素が発生する。そして、水素化ほう素
ナトリウムから発生できる水素量は最大21.3wt%（水素
化ホウ素ナトリウム1gあたり）であり、上記水素化ナト
リウムを用いた方法に比べて水素発生量が２倍以上とな
るため、燃料電池自動車に要求されるエネルギー密度を
満足することとなる。このような水素化ほう素ナトリウ
ムの加水分解は触媒の存在下で促進されることが知られ
ており、かかる触媒としては、従来、金属ハロゲン化物
（NiCl2、CoCl2等）、コロイド状白金、活性炭、ラネー
ニッケル等が知られている（"Sodium Borohydride, Its
Hydrolysis and its Use as a Reducing Agent and in
the Generation of Hydrogen", H.I.Schlesinger et a
l., J.Am.Chem.Soc., vol.75, p.215-219 (1953)）。Against this background, attention has been paid to sodium borohydride, a water-soluble complex metal hydride, as a new hydrogen generating material. Hydrogen is generated from this sodium borohydride according to the following hydrolysis reaction: NaBH 4 + 2H 2 O → NaBO 2 + 4H 2 and the like. The maximum amount of hydrogen that can be generated from sodium borohydride is 21.3 wt% (per 1 g of sodium borohydride), and the amount of hydrogen generated is twice or more as compared with the method using sodium hydride. The energy density required for a fuel cell vehicle will be satisfied. It is known that such hydrolysis of sodium borohydride is promoted in the presence of a catalyst. Examples of such a catalyst include metal halides (NiCl 2 , CoCl 2 etc.), colloidal platinum, Activated carbon, Raney nickel, etc. are known ("Sodium Borohydride, Its
Hydrolysis and its Use as a Reducing Agent and in
the Generation of Hydrogen ", HISchlesinger et a
l., J. Am. Chem. Soc., vol. 75, p. 215-219 (1953)).
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】前述した水素化ほう素
ナトリウムを用いて水素を発生させる方法を実現するた
めには、それを実施する水素発生装置が必要であり、水
素発生装置においては、一般に水を貯蔵する容器、水素
化物を貯蔵する容器、触媒を収容する容器等が必要な構
成要素となる。そして、こうした水素発生装置を燃料電
池等に搭載するためには、水素発生装置をできるだけコ
ンパクトに構成することが望ましい。In order to realize the above-described method for generating hydrogen using sodium borohydride, a hydrogen generator for carrying out the method is required. Necessary components include a container for storing water, a container for storing hydrides, a container for storing a catalyst, and the like. In order to mount such a hydrogen generator on a fuel cell or the like, it is desirable to configure the hydrogen generator as compact as possible.
【０００８】しかしながら、水素発生装置は、水を貯蔵
する容器、水素化物を貯蔵する容器等を小型化すること
により容易に小型化できる一方で、水素発生装置を小型
化すると、加水分解反応に必要な水や水素化物が短時間
で不足し、水素の発生量が減少してしまう。[0008] However, the hydrogen generator can be easily miniaturized by miniaturizing a container for storing water, a container for storing hydrides, and the like. Water and hydride are short in a short time, and the amount of generated hydrogen is reduced.
【０００９】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
であり、水素発生量を長時間一定に維持でき且つ小型化
の可能な水素発生装置を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a hydrogen generator capable of maintaining a constant amount of hydrogen generation for a long time and capable of being downsized.
【００１０】[0010]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、触媒を収容する第１の容器内に水及び錯
金属水素化物を供給して、錯金属水素化物を触媒の存在
下で加水分解せしめて水素を発生させる水素発生装置で
あって、第１の容器内に水を供給する第２の容器と、第
１の容器内に錯金属水素化物を供給する第３の容器と、
第１の容器における水溶液から水を回収する水回収装置
と、水回収装置で回収される水を第１の容器に返送する
返送手段と、を備えることを特徴とする。In order to achieve the above object, the present invention provides a method for supplying water and a complex metal hydride into a first container containing a catalyst, thereby forming a complex metal hydride in the presence of the catalyst. A hydrogen generator for generating hydrogen by hydrolysis in a second container for supplying water into a first container, and a third container for supplying a complex metal hydride in the first container. ,
It is characterized by comprising a water recovery device for recovering water from the aqueous solution in the first container, and return means for returning the water recovered by the water recovery device to the first container.
【００１１】この発明によれば、第２の容器、第３の容
器からそれぞれ水および錯金属水素化物が第１の容器内
に供給されると、第１の容器において錯金属水素化物が
触媒の存在下に加水分解され、水素が発生する。一方、
水回収装置により、第１の容器における水溶液から水が
回収され、返送手段により第２の容器へ返送される。こ
うして、水回収装置で回収された水が第２の容器に返送
されると、第２の容器に水が補給され再利用されること
になる。このため、第２の容器を大きくして十分な量の
水を第２の容器に貯蔵しておかなくても、長期間にわた
って第１の容器に水を供給し続けることが可能となり、
水素発生量を長時間一定に維持することが可能となる。According to the present invention, when water and a complex metal hydride are supplied from the second container and the third container respectively into the first container, the complex metal hydride is converted into a catalyst in the first container. It is hydrolyzed in the presence to generate hydrogen. on the other hand,
Water is recovered from the aqueous solution in the first container by the water recovery device, and returned to the second container by the return means. Thus, when the water collected by the water recovery device is returned to the second container, the water is supplied to the second container and reused. For this reason, even if the second container is not enlarged and a sufficient amount of water is stored in the second container, water can be continuously supplied to the first container for a long time,
It is possible to maintain the amount of generated hydrogen constant for a long time.
【００１２】上記発明において、水回収装置が、第１の
容器から排出される水溶液を貯留する貯留槽と、貯留槽
で蒸発した水を吸着する吸着剤と、吸着剤を加熱して水
を蒸発させる加熱源と、加熱源によって蒸発させられる
水蒸気を凝縮させることにより水を回収する凝縮手段と
を備えることが好ましい。[0012] In the above invention, the water recovery device comprises a storage tank for storing the aqueous solution discharged from the first container, an adsorbent for adsorbing the water evaporated in the storage tank, and an evaporator for heating the adsorbent to evaporate the water. It is preferable to include a heating source to be heated and a condensing means for collecting water by condensing water vapor evaporated by the heating source.
【００１３】この場合、貯留槽において水溶液から水が
蒸発すると、この水は吸着剤に吸着される。その後、加
熱源によりこの吸着剤が加熱され水が蒸発すると、蒸発
した水は、凝縮手段により凝縮されて回収される。この
ようにして水を回収すると、貯留槽で蒸発した水蒸気を
直接凝縮手段で凝縮させる場合に比べて、水の回収率が
向上する傾向がある。In this case, when water evaporates from the aqueous solution in the storage tank, the water is adsorbed by the adsorbent. Thereafter, when the adsorbent is heated by the heating source to evaporate the water, the evaporated water is condensed by the condensing means and collected. When water is recovered in this manner, the water recovery rate tends to be higher than when water vapor evaporated in the storage tank is directly condensed by the condensing means.
【００１４】また上記発明において、水回収装置が、第
１の容器から排出される水溶液を電気透析し水溶液から
水を回収する電気透析装置を備えることが好ましい。Further, in the above invention, it is preferable that the water recovery device includes an electrodialysis device for electrodialyzing the aqueous solution discharged from the first container and recovering water from the aqueous solution.
【００１５】この場合、第１の容器から排出される水溶
液を電気透析装置にて電気透析すると、水溶液から水が
回収されると共に、燃料としての水素、および工業的に
有用な水酸化物が生成される。In this case, when the aqueous solution discharged from the first container is electrodialyzed by an electrodialyzer, water is recovered from the aqueous solution, and hydrogen as a fuel and industrially useful hydroxide are produced. Is done.
【００１６】[0016]
【発明の実施の形態】以下、本発明の水素発生装置の好
適な実施形態について詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Preferred embodiments of the hydrogen generator according to the present invention will be described below in detail.
【００１７】図１は、本発明の水素発生装置の第１実施
形態を示すフロー図である。図１に示すように、水素発
生装置１は、触媒を収容する触媒反応槽（第１の容器）
２を備えている。また水素発生装置１は、水を貯蔵する
水貯蔵タンク（第２の容器）３と、錯金属水素化物（例
えばNaBH4，LiBH4）を貯蔵する水素化物貯蔵タンク（第
３の容器）４とを備えており、水貯蔵タンク３からはラ
インＬ１を経て水が触媒反応槽２に供給され、水素化物
貯蔵タンク３からはラインＬ２を経て錯金属水素化物が
触媒反応槽２に供給されるようになっている。FIG. 1 is a flowchart showing a first embodiment of the hydrogen generator of the present invention. As shown in FIG. 1, a hydrogen generator 1 includes a catalyst reaction tank (first container) that contains a catalyst.
2 is provided. The hydrogen generator 1 also includes a water storage tank (second container) 3 for storing water, a hydride storage tank (third container) 4 for storing complex metal hydrides (eg, NaBH 4 , LiBH 4 ). And water is supplied from the water storage tank 3 to the catalyst reaction tank 2 via the line L1, and hydride from the hydride storage tank 3 is supplied to the catalyst reaction tank 2 via the line L2. It has become.
【００１８】水貯蔵タンク３から水が触媒反応槽２に供
給され、水素化物貯蔵タンク４から錯金属水素化物が触
媒反応槽２に供給されると、錯金属水素化物（例えばNa
BH4）は、触媒の存在下に以下の反応式： NaBH4+2H2O→NaBO2+4H2 に従って加水分解され、水素およびほう酸塩水溶液が発
生する。When water is supplied from the water storage tank 3 to the catalyst reactor 2 and complex metal hydride is supplied from the hydride storage tank 4 to the catalyst reactor 2, the complex metal hydride (eg, Na
BH 4 ) is hydrolyzed in the presence of a catalyst according to the following reaction formula: NaBH 4 + 2H 2 O → NaBO 2 + 4H 2 to generate hydrogen and a borate aqueous solution.
【００１９】また、触媒反応槽２で発生した水素を含む
ガス（例えば水素と空気の混合ガス）はラインＬ３を経
て水素分離装置５へ導入され、水素分離装置５で、水素
を含むガスから水素が分離され、分離された水素がライ
ンＬ９を経て燃料電池用の反応セル（図示せず）等に燃
料として移送される。A gas containing hydrogen (for example, a mixed gas of hydrogen and air) generated in the catalytic reactor 2 is introduced into a hydrogen separator 5 through a line L3, and the hydrogen separator 5 converts the gas containing hydrogen into hydrogen. Is separated, and the separated hydrogen is transferred as a fuel to a reaction cell (not shown) for a fuel cell via a line L9.
【００２０】一方、触媒反応槽２において加水分解反応
で得られるほう酸塩水溶液は、ポンプ６により触媒反応
槽２から抜き出され、ラインＬ４を経て貯留槽７に導入
される。貯留槽７では、ほう酸塩水溶液は所定の水蒸気
圧を有しており常温で水溶液から水が蒸発するが、水の
蒸発を促進する観点からは、例えば電熱ヒータ等の加熱
源８が設けられることが好ましい。なお、貯留槽７にお
いては、必要に応じて、濃縮されたほう酸塩水溶液をド
レン管９から回収することが可能となっている。On the other hand, the aqueous borate solution obtained by the hydrolysis reaction in the catalyst reaction tank 2 is withdrawn from the catalyst reaction tank 2 by the pump 6 and introduced into the storage tank 7 via the line L4. In the storage tank 7, the borate aqueous solution has a predetermined steam pressure, and water evaporates from the aqueous solution at room temperature. From the viewpoint of promoting the evaporation of water, a heating source 8 such as an electric heater is provided. Is preferred. In the storage tank 7, the concentrated borate aqueous solution can be collected from the drain pipe 9 as necessary.
【００２１】貯留槽７で蒸発した水蒸気は、ラインＬ５
を経て吸着器１０に導入されるようになっており、吸着
器１０は、水蒸気を吸着又は毛管凝縮するための吸着剤
を充填している。吸着剤としては、例えばシリカゲル、
ゼオライト、活性アルミナ、活性炭およびメソ多孔シリ
カ（FSM-16，MCM-41）などが好適に用いられる。このよ
うな吸着剤を用いると、水の回収率がより高くなる傾向
にある。また吸着器１０は、吸着剤を冷却する冷却源１
１を備えることが好ましい。この冷却源１１は、吸着剤
に水蒸気を吸着又は毛管凝縮させる時に使用するもので
あり、吸着時に冷却源１１を用いて吸着剤を冷却する
と、貯留槽７で蒸発した水が主に水素結合により吸着剤
に効率よく吸着又は毛管凝縮され、冷却源１１を用いな
い場合に比べて水の回収率がより向上する。このような
冷却源１１は、吸着剤を冷却できるものであれば特に制
限はなく、例えば冷却水又は冷却ガスを流通させるコイ
ル状、スパイラル状等の冷却管で構成される。ここで、
水素発生装置１を燃料電池自動車に搭載する場合には、
冷却源１１として、自動車内のエンジンの冷却等に使用
する冷却水を流通させる冷却管や、自動車の外部から取
り込まれる常温の外気を冷却ガスとして流通させる管等
が使用可能である。なお、ラインＬ５にはバルブＶ１が
設けられ、水蒸気の吸着時にはバルブＶ１は開かれた状
態とされる。The water vapor evaporated in the storage tank 7 is supplied to the line L5
The adsorber 10 is filled with an adsorbent for adsorbing water vapor or condensing by capillary. As the adsorbent, for example, silica gel,
Zeolite, activated alumina, activated carbon, mesoporous silica (FSM-16, MCM-41) and the like are preferably used. If such an adsorbent is used, the water recovery rate tends to be higher. Further, the adsorber 10 includes a cooling source 1 for cooling the adsorbent.
1 is preferred. The cooling source 11 is used when adsorbing water vapor or condensing the water with a capillary. When the adsorbent is cooled using the cooling source 11 at the time of adsorption, water evaporated in the storage tank 7 is mainly subjected to hydrogen bonding. The water is efficiently adsorbed or condensed by the capillary in the adsorbent, and the water recovery rate is further improved as compared with the case where the cooling source 11 is not used. The cooling source 11 is not particularly limited as long as it can cool the adsorbent. For example, the cooling source 11 is formed of a coil-shaped or spiral-shaped cooling pipe through which cooling water or cooling gas flows. here,
When the hydrogen generator 1 is mounted on a fuel cell vehicle,
As the cooling source 11, a cooling pipe through which cooling water used for cooling an engine in the automobile or the like or a pipe through which ambient temperature outside air taken in from outside the automobile flows as a cooling gas can be used. Note that a valve V1 is provided in the line L5, and the valve V1 is kept open when adsorbing water vapor.
【００２２】更に、吸着器１０は、吸着剤を加熱して吸
着剤に吸着された水を蒸発させる加熱源１２を備えてい
る。加熱源１２は、吸着剤に吸着された水を脱離すると
きに用いるものであり、このときの加熱温度は、例えば
６０〜８０℃である。このような加熱源１２は、例えば
熱水又は加熱空気を流通させる加熱管等で構成される。
ここで、水素発生装置１を燃料電池自動車に搭載する場
合、自動車のエンジンの廃熱や太陽熱により水や空気を
加熱して熱水や加熱空気を得ることが可能である。この
場合、本来使用されるはずではなかった自動車の廃熱等
が吸着剤の加熱に使用されることになるので、熱エネル
ギーの有効利用が図られる。なお、吸着剤の加熱時には
バルブＶ１は閉じた状態とされる。Further, the adsorber 10 has a heating source 12 for heating the adsorbent to evaporate water adsorbed on the adsorbent. The heating source 12 is used when desorbing water adsorbed on the adsorbent, and the heating temperature at this time is, for example, 60 to 80 ° C. Such a heating source 12 is constituted by, for example, a heating pipe through which hot water or heated air flows.
Here, when the hydrogen generator 1 is mounted on a fuel cell vehicle, it is possible to obtain hot water or heated air by heating water or air with waste heat or solar heat of the engine of the vehicle. In this case, the waste heat of the vehicle, which should not be used originally, is used for heating the adsorbent, so that the thermal energy is effectively used. Note that the valve V1 is closed when the adsorbent is heated.
【００２３】吸着器１０で蒸発した水蒸気は、ラインＬ
６を経て凝縮器（凝縮手段）１３に導入される。ライン
Ｌ６にはバルブＶ２が設けられており、吸着剤の加熱時
にはバルブＶ２は開かれた状態とされる。凝縮器１３
は、吸着器１０で蒸発した水蒸気を凝縮させるものであ
り、水蒸気を冷却して凝縮させる冷却源１３ａを有して
いる。この冷却源１３ａは、例えば冷却水又は冷却空気
を流通させるコイル状、スパイラル状の冷却管で構成さ
れる。ここで、水素発生装置１を燃料電池自動車に搭載
する場合、冷却源１３ａとしては、上述した吸着器１０
の冷却源１１と同様に、自動車内のエンジンの冷却等に
使用する冷却水を流通させる冷却管や、自動車の外部か
ら取り込まれる常温の外気を冷却ガスとして流通させる
管等が使用可能である。The water vapor evaporated in the adsorber 10 is supplied to a line L
Through 6, it is introduced into a condenser (condensing means) 13. The line L6 is provided with a valve V2, and the valve V2 is opened when the adsorbent is heated. Condenser 13
Is for condensing the water vapor evaporated by the adsorber 10, and has a cooling source 13a for cooling and condensing the water vapor. The cooling source 13a is configured by, for example, a coil-shaped or spiral-shaped cooling pipe for flowing cooling water or cooling air. Here, when the hydrogen generator 1 is mounted on a fuel cell vehicle, the cooling source 13a includes the adsorber 10 described above.
Similarly to the cooling source 11 described above, a cooling pipe for flowing cooling water used for cooling an engine in a car, a pipe for flowing outside air at room temperature taken from outside the car as a cooling gas, and the like can be used.
【００２４】凝縮器１３で凝縮された水はラインＬ７を
経て受水タンク１４に導入され、貯留される。受水タン
ク１４で貯留された水は、返送ポンプ１５により返送ラ
インＬ８を経て水貯蔵タンク３に返送される。なお、前
述した貯留槽７、吸着器１０、凝縮器１３、受水タンク
１４により水回収装置が構成され、返送ポンプ１５およ
び返送ラインＬ８により返送手段が構成されている。The water condensed in the condenser 13 is introduced into the water receiving tank 14 via the line L7 and stored. The water stored in the water receiving tank 14 is returned by the return pump 15 to the water storage tank 3 via the return line L8. The storage tank 7, the adsorber 10, the condenser 13, and the water receiving tank 14 constitute a water recovery device, and the return pump 15 and the return line L8 constitute return means.
【００２５】こうして、水回収装置で回収された水が水
貯蔵タンク３に返送されると、水貯蔵タンク３に水が補
給され再利用されることになる。このため、水貯蔵タン
ク３を大きくして大量の水を水貯蔵タンク３に貯蔵して
おかなくても、長期間にわたって触媒反応槽２内に水を
供給し続けることが可能となり、ひいては水素発生量を
長時間一定に維持することが可能となる。すなわち、水
素発生量を長時間一定に維持できると共に、水貯蔵タン
ク３、ひいては水素発生装置１を小型化することが可能
となる。よって、水素発生装置１は、自動車のようなス
ペースの限られた移動媒体に使用する燃料電池の水素発
生源として極めて有用である。When the water recovered by the water recovery apparatus is returned to the water storage tank 3, the water is supplied to the water storage tank 3 and reused. For this reason, even if the water storage tank 3 is not enlarged and a large amount of water is stored in the water storage tank 3, it is possible to continuously supply water into the catalyst reaction tank 2 for a long period of time, and as a result, hydrogen generation The amount can be kept constant for a long time. That is, the amount of generated hydrogen can be kept constant for a long time, and the water storage tank 3 and thus the hydrogen generator 1 can be downsized. Therefore, the hydrogen generator 1 is extremely useful as a hydrogen generation source of a fuel cell used for a moving medium having a limited space such as an automobile.
【００２６】次に、本発明の水素発生装置の第２実施形
態について説明する。なお、図２において、第１実施形
態と同一又は同等の構成要素については同一符号を付す
こととする。図２は、本発明の水素発生装置の第２実施
形態を示すフロー図である。図２に示すように、本実施
形態の水素発生装置２０は、水回収装置に代えて、電気
透析装置２１を備える点で第１実施形態と相違する。Next, a second embodiment of the hydrogen generator of the present invention will be described. Note that, in FIG. 2, the same reference numerals are given to the same or equivalent components as the first embodiment. FIG. 2 is a flowchart showing a second embodiment of the hydrogen generator of the present invention. As shown in FIG. 2, the hydrogen generator 20 of the present embodiment is different from the first embodiment in that an electrodialysis device 21 is provided instead of the water recovery device.
【００２７】電気透析装置２１は、電解槽２２を有し、
電解槽２２の内部空間は、陰極室２３、水回収室２４お
よび陽極室２５の３つに区分けされている。陰極室２３
と水回収室２４とは陽イオン交換膜２６によって仕切ら
れ、陽極室２５と水回収室２４とは陰イオン交換膜２７
によって仕切られている。これにより、電解槽２２は、
三室型の電解槽を構成している。また水回収室２４には
ラインＬ４を経て、触媒反応槽２におけるほう酸塩水溶
液が導入されるようになっており、水回収室からは、水
又は希釈されたほう酸塩水溶液が返送ラインＬ８を経て
水貯蔵タンク３に返送されるようになっている。更に、
陰極室２３には陰極２８が配置され、陽極室２５には陽
極２９が配置されている。The electrodialysis device 21 has an electrolytic cell 22,
The internal space of the electrolytic cell 22 is divided into three sections: a cathode chamber 23, a water recovery chamber 24, and an anode chamber 25. Cathode room 23
And the water recovery chamber 24 are partitioned by a cation exchange membrane 26, and the anode chamber 25 and the water recovery chamber 24 are separated by an anion exchange membrane 27.
Is divided by Thereby, the electrolytic cell 22
It constitutes a three-chamber electrolytic cell. Further, the aqueous borate solution in the catalyst reaction tank 2 is introduced into the water recovery chamber 24 via a line L4, and water or a dilute aqueous borate solution is returned from the water recovery chamber via a return line L8. The water is returned to the water storage tank 3. Furthermore,
A cathode 28 is arranged in the cathode chamber 23, and an anode 29 is arranged in the anode chamber 25.
【００２８】従って、ポンプ６によりほう酸塩水溶液が
触媒反応槽２から抜き出されると、そのほう酸塩水溶液
は水回収室２４に導入される。この時、ほう酸塩水溶液
中の陽イオンＭ+（Ｍ＝Ｎａ，Ｌｉ等）は、陽イオン交
換膜２６を通過して陰極２８に向かい、陰イオンＢＯ2 -
は、陰イオン交換膜２７を通過して陽極２９に向かう。
この結果、水回収室２４内のほう酸塩水溶液が希釈さ
れ、水、又は希釈されたほう酸塩水溶液が回収されるこ
とになる。そして、この水又は希釈ほう酸塩水溶液は、
返送ポンプ１５により、返送ラインＬ８を経て水貯蔵タ
ンク３に返送される。Therefore, when the borate aqueous solution is extracted from the catalyst reaction tank 2 by the pump 6, the borate aqueous solution is introduced into the water recovery chamber 24. At this time, the cations M + (M = Na, Li, etc.) in the aqueous borate solution pass through the cation exchange membrane 26 toward the cathode 28, where the anions BO 2 −
Pass through the anion exchange membrane 27 toward the anode 29.
As a result, the aqueous borate solution in the water recovery chamber 24 is diluted, and the water or the diluted aqueous borate solution is recovered. And this water or diluted borate aqueous solution,
The water is returned to the water storage tank 3 via the return line L8 by the return pump 15.
【００２９】こうして、電気透析装置２１で回収された
水が水貯蔵タンク３に返送されると、水貯蔵タンク３に
水が補給され再利用されることになる。このため、水貯
蔵タンク３を大きくして大量の水を水貯蔵タンク３に貯
蔵しておかなくても、長期間にわたって触媒反応槽２内
に水を供給し続けることが可能となり、ひいては水素発
生量を長時間一定に維持することが可能となる。すなわ
ち、水素発生量を長時間一定に維持することができると
共に、水貯蔵タンク３、ひいては水素発生装置２０を小
型化することが可能となる。よって、水素発生装置２０
も、水素発生装置１と同様、自動車のようなスペースの
限られた移動媒体に使用する燃料電池の水素発生源とし
て極めて有用である。When the water collected by the electrodialysis device 21 is returned to the water storage tank 3, the water storage tank 3 is supplied with water and reused. For this reason, even if the water storage tank 3 is not enlarged and a large amount of water is stored in the water storage tank 3, it is possible to continuously supply water into the catalyst reaction tank 2 for a long period of time, and as a result, hydrogen generation The amount can be kept constant for a long time. That is, the amount of generated hydrogen can be kept constant for a long time, and the water storage tank 3 and thus the hydrogen generator 20 can be reduced in size. Therefore, the hydrogen generator 20
Like the hydrogen generator 1, the hydrogen generator is extremely useful as a hydrogen source of a fuel cell used for a moving medium having a limited space such as an automobile.
【００３０】また、本実施形態の水素発生装置２０にお
いては、陰極２８において以下の陰極反応： H2O +e-→OH-+1/2H2 に従って水素を含むガス（例えば水素と空気の混合ガ
ス）が発生する。このため、陰極室２３で発生したガス
は、ラインＬ１０を経て陰極室２３から水素分離装置５
に導入されることが好ましい。これにより、水素を含む
ガス中の水素が水素分離装置５で分離され、分離された
水素は、ラインＬ９を経て燃料電池等の反応セル（図示
せず）等に移送される。従って、陰極室２３で発生した
水素をも燃料として有効に利用することが可能となる。
また、陰極室２３においては、基礎工業薬品として有用
な水酸化物ＭＯＨ（Ｍ＝Ｎａ，Ｌｉ等）も副生され、こ
れらは濃縮して回収することでリサイクル可能となる。In the hydrogen generator 20 of the present embodiment, a gas containing hydrogen (for example, a mixture of hydrogen and air) is produced at the cathode 28 in accordance with the following cathodic reaction: H 2 O + e − → OH − + 1 / 2H 2. Gas) is generated. Therefore, the gas generated in the cathode chamber 23 is separated from the cathode chamber 23 through the line L10 by the hydrogen separation device 5.
Is preferably introduced. Thereby, the hydrogen in the gas containing hydrogen is separated by the hydrogen separation device 5, and the separated hydrogen is transferred to a reaction cell (not shown) such as a fuel cell via the line L9. Therefore, hydrogen generated in the cathode chamber 23 can be effectively used as fuel.
In the cathode chamber 23, hydroxide MOH (M = Na, Li, etc.) useful as a basic industrial chemical is also produced as a by-product, and can be recycled by being concentrated and recovered.
【００３１】一方、陽極２９においては以下の陽極反
応： 1/2H2O→H++1/4O2+e- に従って酸素が発生する。また、陽極室２５において
は、ほう酸（ＨＢＯ2）が生成され、これらも回収する
ことでリサイクル可能となる。On the other hand, at the anode 29 below the anode reaction: 1 / 2H 2 O → H + + 1 / 4O 2 + e - oxygen is generated in accordance with. Further, in the anode chamber 25, boric acid (HBO 2 ) is generated, and the boric acid (HBO 2 ) can be recycled by collecting them.
【００３２】本発明は、前述した実施形態に限定される
ものではない。例えば、上記第１及び第２実施形態で
は、錯金属水素化物として、NaBH4，LiBH4 等が例示さ
れているが、これらの他に、NaAlH4、LiAlH4、KBH4、KA
lH4、Mg(BH4)2、Ca(BH4)2、Ba(BH4)2、Sr(BH4)2及びFe
(BH4)2も使用可能である。The present invention is not limited to the embodiment described above. For example, in the first and second embodiments, NaBH 4 , LiBH 4 and the like are exemplified as complex metal hydrides. In addition, NaAlH 4 , LiAlH 4 , KBH 4 , KA
lH 4 , Mg (BH 4 ) 2 , Ca (BH 4 ) 2 , Ba (BH 4 ) 2 , Sr (BH 4 ) 2 and Fe
(BH 4 ) 2 can also be used.
【００３３】[0033]
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、第
１の容器における加水分解反応で使用されなかった水が
回収され、第２の容器に返送されて再利用されるため、
第２の容器を大きくして大量の水を第２の容器に貯蔵し
ておかなくても、長期間にわたって第１の容器に水を供
給し続けることが可能となり、水素発生量を長時間一定
に維持することが可能となる。すなわち、水素発生量を
長時間一定に維持できると共に、第２の容器、ひいては
水素発生装置の小型化が可能となる。As described above, according to the present invention, water not used in the hydrolysis reaction in the first container is collected, returned to the second container, and reused.
Even if the second container is not enlarged and a large amount of water is stored in the second container, water can be continuously supplied to the first container for a long period of time, and the amount of generated hydrogen is kept constant for a long time. Can be maintained. That is, the amount of generated hydrogen can be kept constant for a long time, and the size of the second container and thus the size of the hydrogen generator can be reduced.
【図１】本発明の水素発生装置の一実施形態を示すフロ
ー図である。FIG. 1 is a flowchart showing one embodiment of a hydrogen generator of the present invention.
【図２】本発明の水素発生装置の他の実施形態を示すフ
ロー図である。FIG. 2 is a flowchart showing another embodiment of the hydrogen generator of the present invention.
１，２０…水素発生装置、２…触媒反応槽（第１の容
器）、３…水貯蔵タンク（第２の容器）、４…水素化物
貯蔵タンク（第３の容器）、６…ポンプ（水回収装
置）、７…貯留槽（水回収装置）、１０…吸着器（水回
収装置）、１３…凝縮器（水回収装置）、１４…受水タ
ンク（水回収装置）、Ｌ４，Ｌ５，Ｌ６，Ｌ７…ライン
（水回収装置）、１５…返送ポンプ（返送手段）、Ｌ８
…返送ライン（返送手段）、２１…電気透析装置（水回
収装置）。1, 20 hydrogen generator, 2 catalyst reaction tank (first container), 3 water storage tank (2nd container), 4 hydride storage tank (3rd container), 6 pump (water Recovery device), 7 ... storage tank (water recovery device), 10 ... adsorber (water recovery device), 13 ... condenser (water recovery device), 14 ... water receiving tank (water recovery device), L4, L5, L6 , L7 ... line (water recovery device), 15 ... return pump (return means), L8
... return line (return means), 21 ... electrodialysis device (water recovery device).
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 賢一郎 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 佐々木 慈 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 山本 敏生 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 河合 泰明 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 (72)発明者 林 宏明 愛知県愛知郡長久手町大字長湫字横道41番 地の１ 株式会社豊田中央研究所内 Ｆターム(参考） 4D006 GA17 KA31 KB01 MA13 MA14 PB27 PC80 4D061 DA10 DB18 EA09 EB01 EB13 EB17 EB19 4D076 BC01 BC03 HA20 5H027 BA14 DD05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Kenichiro Suzuki 41-cho, Yokomichi, Oku-cho, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture Inside Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Osamu Sasaki Ocha-cho, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi Prefecture 41, Yokomichi, Toyota Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Toshio Yamamoto, 41, Chuchu Yokomichi, Nagakute-cho, Aichi-gun, Aichi, Japan Toyota Motor Central Research Laboratory Co., Ltd. (72) Inventor Yasuaki Kawai Aichi No. 41, Toyota Chuo Research Institute, Nagakute-machi, Aichi-gun, Toyoda Central Research Institute Co., Ltd. (72) Inventor Hiroaki Hayashi 41, Toyota-Chuo Research Institute, Inc. Reference) 4D006 GA17 KA31 KB01 MA13 MA14 PB27 PC80 4D061 DA10 DB18 EA09 EB01 EB13 EB17 EB19 4D076 BC01 BC03 HA20 5H027 BA14 DD05
Claims (3)
金属水素化物を供給して、錯金属水素化物を触媒の存在
下で加水分解せしめて水素を発生させる水素発生装置で
あって、 前記第１の容器内に水を供給する第２の容器と、 前記第１の容器内に錯金属水素化物を供給する第３の容
器と、 前記第１の容器における水溶液から水を回収する水回収
装置と、 前記水回収装置で回収される水を前記第１の容器に返送
する返送手段と、を備えることを特徴とする水素発生装
置。1. A hydrogen generator for supplying water and a complex metal hydride into a first container containing a catalyst, and hydrolyzing the complex metal hydride in the presence of the catalyst to generate hydrogen. A second container for supplying water into the first container; a third container for supplying complex metal hydride to the first container; and collecting water from the aqueous solution in the first container. A hydrogen generator comprising: a water recovery device; and return means for returning water recovered by the water recovery device to the first container.
と、 前記貯留槽で蒸発した水を吸着する吸着剤と、 前記吸着剤を加熱して水を蒸発させる加熱源と、 前記蒸発手段によって蒸発させられる水蒸気を凝縮させ
ることにより水を回収する凝縮手段と、を備えることを
特徴とする請求項１に記載の水素発生装置。2. The water recovery device, comprising: a storage tank for storing an aqueous solution discharged from the first container; an adsorbent for adsorbing water evaporated in the storage tank; The hydrogen generator according to claim 1, further comprising: a heating source that evaporates water; and a condensing unit that collects water by condensing steam vaporized by the evaporating unit.
排出される水溶液を電気透析し前記水溶液から水を回収
する電気透析装置を備えることを特徴とする請求項１に
記載の水素発生装置。3. The hydrogen generator according to claim 1, wherein the water recovery device includes an electrodialysis device for electrodialyzing an aqueous solution discharged from the first container and recovering water from the aqueous solution. apparatus.
Priority Applications (1)
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2011126997A (en) * | 2009-12-17 | 2011-06-30 | Toyota Central R&D Labs Inc | Biomass gasification power generating apparatus and movable body |
| JP2021091567A (en) * | 2019-12-09 | 2021-06-17 | 日東電工株式会社 | Hydrogen storing method, hydrogen gas production method, and hydrogen gas production system |
| CN115650172A (en) * | 2022-12-27 | 2023-01-31 | 山东国邦药业有限公司 | Preparation method of sodium borohydride |
-
2000
- 2000-08-31 JP JP2000263651A patent/JP2002068702A/en active Pending
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