【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は，水素を必要とする機器への水素供給方法，特に，圧力容器内において，金属水素化物と水との反応により発生した水素を，水素を必要とする機器に供給する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来，この種の水素供給方法としては，反応容器内に設置された金属水素化物に水を噴射して水素を発生させ，その水素を燃料電池に供給する，といった方法が知られている（例えば，特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１３７９０３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記従来例のように金属水素化物と水とを反応させると，水素の発生だけでなく，熱も発生するため，その熱により水が気化して水蒸気が過剰に生じ，これにより反応容器内の異常圧力上昇を招来し，安定した水素の供給を行うことができなくなると共に反応容器の損傷を招くおそれがあった。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は，反応容器内の圧力および温度を一定範囲内に保持して水素の供給を安定して行い，また反応容器内における過剰な水蒸気の発生を極力抑制し得る前記水素供給方法を提供することを目的とする。
【０００６】
前記目的を達成するため本発明によれば，圧力容器内において，金属水素化物と水との反応により発生した水素を，水素を必要とする機器に供給するに当り，直交座標のｘ軸に前記金属水素化物の温度Ｔを，またｙ軸に前記反応容器内の圧力Ｐをそれぞれとって，前記金属水素化物の許容温度下限値をＴ１ ，その許容温度上限値をＴ４ とし，また前記反応容器内の許容圧力下限値をＰ１ ，その許容圧力上限値をＰ３ としたとき，座標（Ｔ１ ，Ｐ１ ），（Ｔ４ ，Ｐ１ ），（Ｔ４ ，Ｐ３ ），（Ｔ１ ，Ｐ３ ），（Ｔ１ ，Ｐ１ ）を結んで形成される四角形の範囲を水素供給可能領域とし，前記金属水素化物の温度Ｔを測定すると共に前記反応容器内の圧力Ｐを測定して，それら温度Ｔおよび圧力Ｐの少なくとも一方が前記水素供給可能領域から逸脱したときは，その逸脱状態に対応して，水素の外部への放出，前記金属水素化物の加熱，前記反応容器への水供給および前記反応容器の冷却の何れか１つを実行して，前記温度Ｔおよび前記圧力Ｐの少なくとも一方を前記水素供給可能領域に戻し，また前記反応容器への水供給に際し，その水の気化による過剰な水蒸気発生のおそれがあるときは前記反応容器を冷却して水蒸気の発生を回避する，水素を必要とする機器への水素供給方法が提供される。
【０００７】
前記のような手段を採用すると，金属水素化物の温度および反応容器内の圧力を水素供給可能領域内に保ち，これにより水素の供給を安定して行うことが可能である。また反応容器内における過剰な水蒸気の発生を回避することが可能であるから，反応容器の損傷回避を図る上で有効である。
【０００８】
【発明の実施の形態】
〔第１実施例〕
〔Ｉ〕水素供給設備
図１において，反応容器１は有底円筒形器体２と，その開口を閉鎖する蓋体３とよりなり，その器体２内に粉末状金属水素化物ＭＨが入れられている。蓋体３の水素導出部４に第１供給管５の一端が接続され，その他端は，水素を必要とする機器としての燃料電池６の水素供給部に接続される。第１供給管５には，反応容器１側より順次，第１開閉弁７およびレギュレータ８が装置される。燃料電池６の空気供給部に，空気供給源９が第２供給管１０を介して接続され，その燃料電池６の排水部は第３供給管１１を介して蓋体３の水導入部１２に接続され，その第３供給管１１に燃料電池６側から順次，気液分離機１３，水溜め１４，給水ポンプ１５および三方弁１６が装置される。三方弁１６において，その第１，第２ポートａ，ｂが反応容器１内と給水ポンプ１５側との連通に寄与する。また三方弁１６には第１排出管１７を介して真空ポンプ１８が接続されており，第１，第３ポートａ，ｃが真空ポンプ１８と反応容器１との連通に寄与する。
【０００９】
反応容器１の器体２において，冷却水を流通させる冷却管１９が器体２外周面全体に密に巻付けられると共に底壁外面全体にも密に添わせられている。
【００１０】
冷却管１９の入口端と冷却水タンク２０との間は第４供給管２１により接続され，その第４供給管２１に冷却水ポンプ２２が装置される。また冷却管１９の出口端と冷却水タンク２０との間は第２排出管２３により接続されている。
【００１１】
蓋体３に，それを貫通するように熱電対２４が取付けられており，その熱電対２４は金属水素化物ＭＨの温度を測定して，その温度情報を制御器２５に向けて発信する。また蓋体３の圧力検出部２６に圧力計２７が取付けられており，その圧力計２７は反応容器１内の圧力を測定して，その圧力情報を制御器２５に向けて発信する。
【００１２】
金属水素化物ＭＨ内には，それを加熱するヒータ２８が埋設されており，そのヒータ２８と反応容器１外に設置された熱源２９とが蓋体３を貫通する接続部材３０によって接続されている。さらに蓋体３の水素排出部３１に第３排出管３２を介して水素回収器３３が接続され，その第３排出管３２に第２開閉弁３４が装置される。
【００１３】
制御器２５は熱電対２４からの温度情報および圧力計２７からの圧力情報に基づいて，給水ポンプ１５，冷却水ポンプ２２，熱源２９および第２開閉弁３４に作動信号を発信する。
【００１４】
金属水素化物ＭＨとしては，ＭｇＨ２ ，ＮａＢＨ４ ，ＬｉＢＨ４ ，Ｍｇ（ＢＨ４ ）２ ，ＮａＡｌＨ４ ，ＬｉＡｌＨ４ ，Ｍｇ（ＡｌＨ４ ）２ およびＮａＨから選択される少なくとも一種の粉末状物が用いられる。
【００１５】
〔ＩＩ〕水素供給可能領域の設定
燃料電池６への水素供給に当り，その燃料電池６の要求水素量，反応容器１の能力等を考慮して，金属水素化物ＭＨの温度Ｔを測定すると共に反応容器１内の圧力Ｐを測定して，その温度Ｔおよび圧力Ｐを水素供給可能領域に保持するようになっている。その水素供給可能領域は次のように設定されている。即ち，図２に示すように，直交座標のｘ軸に金属水素化物ＭＨの温度Ｔを，またｙ軸に反応容器１内の圧力Ｐをそれぞれとって，金属水素化物ＭＨの許容温度下限値をＴ１ ，その許容温度上限値をＴ４ とし，また反応容器１内の許容圧力下限値をＰ１ ，その許容圧力上限値をＰ３ としたとき，座標（Ｔ１ ，Ｐ１ ），（Ｔ４ ，Ｐ１ ），（Ｔ４ ，Ｐ３ ），（Ｔ１ ，Ｐ３ ），（Ｔ１ ，Ｐ１ ）を結んで形成される四角形の範囲を水素供給可能領域Ａとするものである。
【００１６】
〔ＩＩＩ 〕初期圧力の設定
▲１▼金属水素化物ＭＨを反応容器１内に入れる。▲２▼三方弁１６を切換えて，それの第１，第３ポートａ，ｃを介し反応容器１内と真空ポンプ１８とを連通させ，次いで反応容器１内に真空引きを施し，その後，三方弁１６を切換えて，それの第１，第２ポートａ，ｂにより反応容器１内と給水ポンプ１５側とを連通させる。▲３▼給水ポンプ１５を駆動して水溜め１４から所定量の水を反応容器１に供給し，その水と一部の金属水素化物ＭＨとを反応させて所定量の水素を発生させ，反応容器１内に，水素供給可能領域Ａに収まる初期圧力を生じさせる。
【００１７】
この水素発生反応は発熱反応であるが，その発生熱量のほとんどは金属水素化物ＭＨおよび反応容器１の昇温に費やされ，また反応容器１を通じて外部に放散されるので，その熱エネルギが，水素による反応容器１内の昇圧に影響を及ぼすことはない。
【００１８】
〔ＩＶ〕 燃料電池への水素の供給
第１開閉弁７を「開」にすると，反応容器１内の水素がレギュレータ８により減圧されて燃料電池６に供給される。また燃料電池６には空気供給源９より空気が供給されているので，水素と酸素との反応によって発電が行われ，同時に水が生成される。その水は気液分離機１３において窒素と分離され，水溜め１４に貯溜される。給水ポンプ１５を再び駆動して水溜め１４の水を反応器１に供給して水素を発生させ，反応容器１内の圧力を回復させる。
【００１９】
〔Ｖ〕水素供給可能領域への復帰
金属水素化物ＭＨの温度Ｔおよび反応容器１内の圧力Ｐの少なくとも一方が水素供給可能領域Ａから逸脱したときは，その逸脱状態に対応して，例えば次のような方策をとり，前記温度Ｔおよび圧力Ｐの少なくとも一方を水素供給可能領域Ａに戻すものである。
【００２０】
▲１▼金属水素化物ＭＨの温度ＴはＴ１ ≦Ｔ≦Ｔ４ であるが，反応容器１内の圧力ＰがＰ＞Ｐ３ であるときは，制御器２５からの作動信号により第２開閉弁３４を「開」にして圧力ＰをＰ１ ≦Ｐ≦Ｐ３ に下降させると共に放出された水素を水素回収器３３に回収する。
【００２１】
▲２▼反応容器１内の圧力ＰはＰ１ ≦Ｐ≦Ｐ３ であるが，金属水素化物ＭＨの温度ＴがＴ＞Ｔ４ であるときは，反応容器１内の温度もＴ４ を上回っているので，制御器２からの作動信号により冷却水ポンプ２２を駆動して冷却管１９に冷却水を流通させ，金属水素化物ＭＨおよび反応容器１内の温度ＴをＴ＜Ｔ４ に下降させる。
【００２２】
▲３▼反応容器１内の圧力ＰはＰ１ ≦Ｐ≦Ｐ３ であるが，金属水素化物ＭＨの温度ＴがＴ＜Ｔ１ であるときは，制御器２５からの作動信号により熱源２９を作動させ，ヒータ２８によって金属水素化物ＭＨを加熱し，その温度ＴをＴ≧Ｔ１ に上昇させる。
【００２３】
▲４▼金属水素化物ＭＨの温度ＴはＴ１ ≦Ｔ≦Ｔ４ であるが，反応容器１内の圧力ＰがＰ＜Ｐ１ であるときは，制御器２５からの作動信号により給水ポンプ１５を駆動させて水溜め１４から所定量の水を反応容器１に供給し，前記同様に水素を発生させて反応容器１内の圧力ＰをＰ≧Ｐ１ に上昇させる。
【００２４】
この場合，金属水素化物ＭＨの温度ＴがＴ＞Ｔ４ で，圧力ＰがＰ＜Ｐ１ である，といった状態が現出すると，反応容器１内に供給された水が水蒸気になるおそれがある。この過剰な水蒸気の発生を回避するためには，制御器２５からの作動信号により冷却水ポンプ２２を駆動して冷却管１９に冷却水を流通させ，金属水素化物ＭＨおよび反応容器１内の温度ＴをＴ＜Ｔ４ に下降させる。
【００２５】
〔ＶＩ〕水素供給可能領域における最適区域の設定とその区域への移行
（１）水素供給可能領域Ａにおいて，金属水素化物ＭＨの温度Ｔ２ およびＴ３ と，許容温度下限値Ｔ１ および許容温度上限値Ｔ４ との間に，Ｔ１ ＜Ｔ２ ＜Ｔ３ ＜Ｔ４ の関係が成立し，また前記反応容器１内の圧力Ｐ２ と，前記許容圧力下限値Ｐ１ および許容圧力上限値Ｐ３ との間にＰ１ ＜Ｐ２ ＜Ｐ３ の関係が成立するとき，座標（Ｔ１ ，Ｐ２ ），（Ｔ３ ，Ｐ２ ），（Ｔ３ ，Ｐ３ ），（Ｔ１ ，Ｐ３ ），（Ｔ１ ，Ｐ２ ）を結んで形成される小四角形の範囲を水素供給可能領域Ａの最適区域Ａ０ とする。
【００２６】
（２）金属水素化物ＭＨの温度Ｔおよび反応容器１内の圧力Ｐが前記最適区域Ａ０ に無いときは，次のような方策をとって前記温度Ｔおよび圧力Ｐの少なくとも一方を最適区域Ａ０ に移行させるものである。
【００２７】
▲１▼金属水素化物ＭＨの温度Ｔおよび反応容器Ｐ内の圧力Ｐが座標（Ｔ１ ，Ｐ１ ），（Ｔ２ ，Ｐ１ ），（Ｔ２ ，Ｐ２ ），（Ｔ１ ，Ｐ２ ），（Ｔ１ ，Ｐ１ ）を結んで形成される小四角形の第１区域〔ただし，座標（Ｔ２ ，Ｐ１ ），（Ｔ２ ，Ｐ２ ）を結ぶ線分および座標（Ｔ２ ，Ｐ２ ），（Ｔ１ ，Ｐ２ ）を結ぶ線分を含まない〕Ａ１ に在るときは，制御器２５からの作動信号によって給水ポンプ１５を駆動し，反応容器１内に水を供給して水素発生による圧力上昇によりその反応容器１内の圧力Ｐを，最適区域Ａ０ の圧力範囲であるＰ２ ≦Ｐ≦Ｐ３ とする。
【００２８】
▲２▼金属水素化物ＭＨの温度Ｔおよび反応容器１内の圧力Ｐが座標（Ｔ２ ，Ｐ１ ），（Ｔ４ ，Ｐ１ ），（Ｔ４ ，Ｐ２ ），（Ｔ２ ，Ｐ２ ），（Ｔ２ ，Ｐ１ ）を結んで形成される小四角形の第２区域［ただし，座標（Ｔ４ ，Ｐ２ ），（Ｔ２ ，Ｐ２ ）を結ぶ線分を含まない］Ａ２ に在るときは，制御器２５からの作動信号によって給水ポンプ１５を駆動し，反応容器１内に水を供給して水素発生による圧力上昇によりその反応容器１内の圧力Ｐを，前記最適区域Ａ１ の圧力範囲であるＰ２ ≦Ｐ≦Ｐ３ とし，且つ金属水素化物ＭＨの温度ＴがＴ＞Ｔ３ であるときは，制御器２５からの作動信号により冷却水ポンプ２２を駆動して冷却管１９に冷却水を流通させ，反応容器１を冷却して前記温度Ｔを，最適区域Ａ０ の温度範囲であるＴ１ ≦Ｔ≦Ｔ３ とする。
【００２９】
▲３▼ 金属水素化物ＭＨの温度Ｔおよび反応容器１内の圧力Ｐが座標（Ｔ３ ，Ｐ２ ），（Ｔ４ ，Ｐ２ ），（Ｔ４ ，Ｐ３ ），（Ｔ３ ，Ｐ３ ），（Ｔ３ ，Ｐ２ ）を結んで形成される小四角形の第３区域［ただし，座標（Ｔ３ ，Ｐ３ ），（Ｔ３ ，Ｐ２ ）を結ぶ線分を含まない］Ａ３ にあるときは，制御器２５からの作動信号により冷却水ポンプ２２を駆動して冷却管１９に冷却水を流通させ，反応容器１を冷却して前記温度Ｔを，最適区域Ａ０ の温度範囲であるＴ１ ≦Ｔ≦Ｔ３ とする。
【００３０】
水素供給停止時には，次の水素供給に備え，反応容器１内の圧力Ｐをほぼ許容圧力上限値Ｐ３ に保持する。
【００３１】
〔ＶＩＩ 〕具体例
（１）圧力容器１：材質Ａｌ合金（ＪＩＳ Ａ５１５４Ｐ），内容積１０Ｌ．（２）燃料電池６の出力：５ｋＷ．（３）粉末状金属水素化物ＭＨ：ＭｇＨ２ 粉末，投入量１．５ｋｇ．（４）初期水量６５ｃｃ，初期設定圧力１．０ＭＰａ．（５）レギュレータ８の２次圧０．２ＭＰａ，燃料電池６への水素供給量１３．９Ｌ／ｍｉｎ （定常運転）．図２において，許容温度下限値Ｔ１ ＝５０℃，許容温度上限値Ｔ４ ＝１１０℃，許容圧力下限値Ｐ１ ＝０．２ＭＰａ，許容圧力上限値Ｐ３ ＝１ＭＰａ，温度Ｔ２ ＝７３℃，温度Ｔ３ ＝８０℃，圧力Ｐ２ ＝０．６６ＭＰａである。
【００３２】
図３は燃料電池運転時間と発生水素量との関係を示す。図３より，燃料電池６の運転時間の経過に伴い，それに追随すべく，発生水素量も増加することが判る。
【００３３】
〔第２実施例〕
図４において，第３供給管１１の水溜め１４および給水ポンプ１５間に第２の三方弁３５が装置され，その第１，第２ポートａ，ｂが水溜め１４および給水ポンプ１５間の連通に寄与する。また三方弁３５には第５供給管３６を介して貯水タンク３７が接続されており，第１，第３ポートａ，ｃが貯水タンク３７および給水ポンプ１５との連通に寄与する。
【００３４】
レギュレータ８の２次圧が０．２ＭＰａを下回る場合には，制御器２５からの作動信号により第２の三方弁３５を切換えて貯水タンク３７と給水ポンプ１５とを連通させ，貯水タンク３７の水を反応容器１に供給して水素を発生させて圧力上昇を図るものである。
【００３５】
第１，第２実施例において，水素を必要とする機器には水素エンジンも含まれる。
【００３６】
【発明の効果】
本発明によれば，前記のような手段を採用することによって，水素を必要とする機器へ水素の供給を安定して行い，また反応容器内における水蒸気の発生を極力抑制し得る水素供給方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】水素供給設備の一例の系統図である。
【図２】金属水素化物の温度Ｔと反応容器内の圧力Ｐとの関係を示すグラフである。
【図３】燃料電池運転時間と発生水素量との関係を示すグラフである。
【図４】水素供給設備の他例の系統図である
【符号の説明】
Ａ…………水素供給可能領域
Ａ０ ………最適区域
Ａ１ ………第１区域
Ａ２ ………第２区域
Ａ３ ………第３区域
ＭＨ………金属水素化物
１…………反応容器
４…………水素導出部
６…………燃料電池（水素を必要とする機器）
７…………第１開閉弁
８…………レギュレータ
１５………給水ポンプ
１９………冷却管
２０………冷却水タンク
２２………冷却水ポンプ
２４………熱電対
２７………圧力計
２８………ヒータ
２９………熱源
３２………第３排出管
３３………水素回収器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a method for supplying hydrogen to a device requiring hydrogen, and more particularly to a method for supplying hydrogen generated by a reaction between a metal hydride and water in a pressure vessel to a device requiring hydrogen.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, as this type of hydrogen supply method, there has been known a method of injecting water into a metal hydride installed in a reaction vessel to generate hydrogen and supplying the hydrogen to a fuel cell (for example, , Patent Document 1).
[0003]
[Patent Document 1]
JP 2002-137903 A
[Problems to be solved by the invention]
When a metal hydride is reacted with water as in the conventional example, not only hydrogen is generated but also heat is generated, so that the water vaporizes due to the heat, and excessive steam is generated. This may cause an abnormal pressure rise, making it impossible to supply hydrogen stably and damaging the reaction vessel.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
The present invention provides the above hydrogen supply method capable of stably supplying hydrogen while maintaining the pressure and temperature in the reaction vessel within a certain range and suppressing the generation of excessive steam in the reaction vessel as much as possible. The purpose is to:
[0006]
According to the present invention, in order to achieve the above object, according to the present invention, when hydrogen generated by a reaction between metal hydride and water is supplied to a device requiring hydrogen in a pressure vessel, the x-axis of the orthogonal coordinate is Taking the temperature T of the metal hydride and the pressure P in the reaction vessel on the y-axis, the lower limit of the allowable temperature of the metal hydride is T 1 , the upper limit of the allowable temperature is T 4 , Assuming that the lower limit of the allowable pressure in the container is P 1 and the upper limit of the allowable pressure is P 3 , the coordinates (T 1 , P 1 ), (T 4 , P 1 ), (T 4 , P 3 ), (T 1 , P 3 ) and (T 1 , P 1 ) are defined as a rectangular area formed by connecting the hydrogen, and the temperature T of the metal hydride is measured and the pressure P in the reaction vessel is measured. And at least one of the temperature T and the pressure P is the hydrogen supply When the vehicle deviates from the active region, one of hydrogen release to the outside, heating of the metal hydride, water supply to the reaction vessel, and cooling of the reaction vessel is executed in accordance with the departure state. Then, at least one of the temperature T and the pressure P is returned to the hydrogen-suppliable region. When water is supplied to the reaction vessel, there is a possibility that excessive vapor generation due to vaporization of the water may occur. A method for supplying hydrogen to equipment that requires hydrogen, which cools water to avoid generation of water vapor, is provided.
[0007]
When the above-described means is employed, the temperature of the metal hydride and the pressure in the reaction vessel are maintained in the hydrogen supplyable region, whereby the supply of hydrogen can be stably performed. Further, since it is possible to avoid generation of excessive steam in the reaction vessel, it is effective in avoiding damage to the reaction vessel.
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First embodiment]
[I] Hydrogen supply equipment In FIG. 1, a reaction vessel 1 comprises a bottomed cylindrical vessel 2 and a lid 3 closing its opening. In the vessel 2, a powdered metal hydride MH is put. ing. One end of the first supply pipe 5 is connected to the hydrogen outlet 4 of the lid 3, and the other end is connected to a hydrogen supply part of a fuel cell 6 as a device requiring hydrogen. The first supply pipe 5 is provided with a first on-off valve 7 and a regulator 8 sequentially from the reaction vessel 1 side. An air supply source 9 is connected to an air supply section of the fuel cell 6 via a second supply pipe 10, and a drain section of the fuel cell 6 is connected to a water introduction section 12 of the lid 3 via a third supply pipe 11. A gas-liquid separator 13, a water reservoir 14, a water supply pump 15 and a three-way valve 16 are connected to the third supply pipe 11 in this order from the fuel cell 6 side. In the three-way valve 16, the first and second ports a and b contribute to communication between the inside of the reaction vessel 1 and the water supply pump 15 side. A vacuum pump 18 is connected to the three-way valve 16 via a first discharge pipe 17, and first and third ports a and c contribute to communication between the vacuum pump 18 and the reaction vessel 1.
[0009]
In the vessel 2 of the reaction vessel 1, a cooling pipe 19 for flowing cooling water is tightly wound around the entire outer peripheral surface of the vessel 2 and is also closely attached to the entire outer surface of the bottom wall.
[0010]
A fourth supply pipe 21 connects the inlet end of the cooling pipe 19 and the cooling water tank 20, and a cooling water pump 22 is installed in the fourth supply pipe 21. The outlet end of the cooling pipe 19 and the cooling water tank 20 are connected by a second discharge pipe 23.
[0011]
A thermocouple 24 is attached to the cover 3 so as to pass therethrough. The thermocouple 24 measures the temperature of the metal hydride MH and transmits the temperature information to the controller 25. A pressure gauge 27 is attached to the pressure detector 26 of the lid 3, and the pressure gauge 27 measures the pressure in the reaction vessel 1 and transmits the pressure information to the controller 25.
[0012]
A heater 28 for heating the metal hydride MH is embedded in the metal hydride MH, and the heater 28 and a heat source 29 provided outside the reaction vessel 1 are connected by a connecting member 30 penetrating the lid 3. . Further, a hydrogen recovery unit 33 is connected to the hydrogen discharge portion 31 of the lid 3 via a third discharge pipe 32, and a second opening / closing valve 34 is provided in the third discharge pipe 32.
[0013]
The controller 25 transmits an operation signal to the water supply pump 15, the cooling water pump 22, the heat source 29, and the second on-off valve 34 based on the temperature information from the thermocouple 24 and the pressure information from the pressure gauge 27.
[0014]
As the metal hydride MH, at least one powdery material selected from MgH 2 , NaBH 4 , LiBH 4 , Mg (BH 4 ) 2 , NaAlH 4 , LiAlH 4 , Mg (AlH 4 ) 2 and NaH is used. .
[0015]
[II] Setting of Hydrogen Supplyable Area In supplying hydrogen to the fuel cell 6, the temperature T of the metal hydride MH is measured while considering the required amount of hydrogen of the fuel cell 6, the capacity of the reaction vessel 1, and the like. The pressure P in the reaction vessel 1 is measured, and the temperature T and the pressure P are held in a hydrogen supplyable area. The hydrogen-suppliable region is set as follows. That is, as shown in FIG. 2, the temperature T of the metal hydride MH is plotted on the x-axis of the rectangular coordinates, and the pressure P in the reaction vessel 1 is plotted on the y-axis. T 1 , the upper limit of the allowable temperature is T 4 , the lower limit of the allowable pressure in the reaction vessel 1 is P 1 , and the upper limit of the allowable pressure is P 3 , the coordinates (T 1 , P 1 ), (T 4 , P 1 ), (T 4 , P 3 ), (T 1 , P 3 ), and a quadrangular range formed by connecting (T 1 , P 1 ) are the hydrogen-suppliable regions A.
[0016]
[III] Setting of initial pressure {circle around (1)} Metal hydride MH is put into reaction vessel 1. {Circle around (2)} The three-way valve 16 is switched so that the inside of the reaction vessel 1 and the vacuum pump 18 are communicated through the first and third ports a and c thereof, and then the inside of the reaction vessel 1 is evacuated. The valve 16 is switched so that the inside of the reaction vessel 1 and the water supply pump 15 are communicated through the first and second ports a and b. (3) The water supply pump 15 is driven to supply a predetermined amount of water from the water reservoir 14 to the reaction vessel 1, and the water and a part of the metal hydride MH are reacted to generate a predetermined amount of hydrogen. An initial pressure that fits in the hydrogen supplyable area A is generated in the container 1.
[0017]
Although this hydrogen generation reaction is an exothermic reaction, most of the generated heat is consumed for raising the temperature of the metal hydride MH and the reaction vessel 1 and is radiated to the outside through the reaction vessel 1, so that the heat energy is It does not affect the pressure rise in the reaction vessel 1 due to hydrogen.
[0018]
[IV] Supply of Hydrogen to Fuel Cell When the first on-off valve 7 is opened, hydrogen in the reaction vessel 1 is reduced in pressure by the regulator 8 and supplied to the fuel cell 6. Since air is supplied to the fuel cell 6 from the air supply source 9, power is generated by the reaction between hydrogen and oxygen, and water is generated at the same time. The water is separated from nitrogen in a gas-liquid separator 13 and stored in a water reservoir 14. By driving the water supply pump 15 again, the water in the water reservoir 14 is supplied to the reactor 1 to generate hydrogen, and the pressure in the reaction vessel 1 is recovered.
[0019]
[V] Return to the Hydrogen-Suppliable Region When at least one of the temperature T of the metal hydride MH and the pressure P in the reaction vessel 1 deviates from the hydrogen-suppliable region A, in response to the departure state, for example, The following measures are taken to return at least one of the temperature T and the pressure P to the hydrogen-suppliable region A.
[0020]
{Circle around (1)} The temperature T of the metal hydride MH is T 1 ≦ T ≦ T 4 , but when the pressure P in the reaction vessel 1 is P> P 3 , the second opening / closing is performed by the operation signal from the controller 25. The valve 34 is opened to lower the pressure P to P 1 ≦ P ≦ P 3 and the released hydrogen is collected in the hydrogen recovery unit 33.
[0021]
{Circle around (2)} The pressure P in the reaction vessel 1 is P 1 ≦ P ≦ P 3. However, when the temperature T of the metal hydride MH is T> T 4 , the temperature in the reaction vessel 1 also exceeds T 4 . since it is, thereby circulating the cooling water to the cooling pipe 19 by driving the cooling water pump 22 by the operation signal from the controller 2, lowering the temperature T within a metal hydride MH and the reaction vessel T <T 4 .
[0022]
{Circle around (3)} The pressure P in the reaction vessel 1 is P 1 ≦ P ≦ P 3. However, when the temperature T of the metal hydride MH is T <T 1 , the heat source 29 is turned off by an operation signal from the controller 25. It is operated to heat the metal hydride MH by the heater 28 to raise the temperature T to T ≧ T 1.
[0023]
{Circle around (4)} The temperature T of the metal hydride MH is T 1 ≦ T ≦ T 4 , but when the pressure P in the reaction vessel 1 is P <P 1 , the feed pump 15 the drives the predetermined amount of water from the water reservoir 14 is supplied to the reaction vessel 1, the pressure P in the reactor 1 is raised to P ≧ P 1 in the same manner as described above to generate hydrogen.
[0024]
In this case, at the temperature T is T> T 4 metal hydride MH, the pressure P is P <P 1, the state is revealing such, supplied water may become steam into the reaction vessel 1 . In order to avoid the generation of excessive steam, the cooling water pump 22 is driven by the operation signal from the controller 25 to flow the cooling water through the cooling pipe 19, and the metal hydride MH and the temperature in the reaction vessel 1 are reduced. the T is lowered to T <T 4.
[0025]
[VI] Setting of optimum area in hydrogen supply possible area and shift to the area (1) In hydrogen supply possible area A, temperatures T 2 and T 3 of metal hydride MH, allowable temperature lower limit value T 1 and allowable temperature The relationship of T 1 <T 2 <T 3 <T 4 holds between the upper limit value T 4 and the pressure P 2 in the reaction vessel 1, and the allowable pressure lower limit value P 1 and the allowable pressure upper limit value. when the relationship of P 1 <P 2 <P 3 is established between the P 3, the coordinates (T 1, P 2), (T 3, P 2), (T 3, P 3), (T 1, The range of the small square formed by connecting (P 3 ) and (T 1 , P 2 ) is defined as the optimum area A 0 of the hydrogen suppliable area A.
[0026]
(2) when the temperature T and pressure P in the reaction container 1 of the metal hydride MH is not in the optimum zone A 0, at least one optimal area A of the temperature T and pressure P take the following measures 0 .
[0027]
▲ 1 ▼ temperature T and pressure P in the reactor P of the metal hydride MH coordinates (T 1, P 1), (T 2, P 1), (T 2, P 2), (T 1, P 2 ), (T 1, P 1) the connecting by the first section of the small quadrangle formed [However, coordinates (T 2, P 1), (T 2, P 2) line segments and coordinates (T 2 connecting, P 2), (T 1, P 2) does not contain a line segment connecting a] when in a 1 drives the water supply pump 15 by the operation signal from the controller 25, supplying water to the reaction vessel 1 Then, the pressure P in the reaction vessel 1 is set to P 2 ≦ P ≦ P 3 which is the pressure range of the optimum area A 0 due to the pressure increase due to the generation of hydrogen.
[0028]
{Circle around (2)} The temperature T of the metal hydride MH and the pressure P inside the reaction vessel 1 are represented by coordinates (T 2 , P 1 ), (T 4 , P 1 ), (T 4 , P 2 ), (T 2 , P 2). ), (T 2 , P 1 ), a small rectangular second area formed by connecting the coordinates (but not including a line connecting the coordinates (T 4 , P 2 ), (T 2 , P 2 )) A 2 , The water supply pump 15 is driven by an operation signal from the controller 25, water is supplied into the reaction vessel 1, and the pressure P in the reaction vessel 1 is increased by the pressure rise due to the generation of hydrogen. When the pressure range of A 1 is P 2 ≦ P ≦ P 3 and the temperature T of the metal hydride MH is T> T 3 , the cooling water pump 22 is driven by an operation signal from the controller 25. by flowing cooling water to the condenser 19, the temperature T of the reaction vessel 1 is cooled, the temperature range of the optimal area a 0 And T 1 ≦ T ≦ T 3 it is.
[0029]
{Circle around (3)} The temperature T of the metal hydride MH and the pressure P in the reaction vessel 1 are represented by coordinates (T 3 , P 2 ), (T 4 , P 2 ), (T 4 , P 3 ), (T 3 , P 3). ), (T 3, P 2 ) third area of the small rectangle are connecting by forming a [where coordinates (T 3, P 3), does not contain a line segment connecting (T 3, P 2)] a 3 when in drives the cooling water pump 22 by the operation signal from the controller 25 is passed through the cooling water to the cooling pipe 19, the temperature T of the reaction vessel 1 is cooled, the temperature range of the optimal area a 0 T 1 ≦ T ≦ T 3 .
[0030]
When the hydrogen supply is stopped, for the next of the hydrogen supply, to maintain the pressure P in the reactor 1 substantially allowable pressure upper limit value P 3.
[0031]
[VII] Specific example (1) Pressure vessel 1: Material Al alloy (JIS A5154P), internal volume 10 L. (2) Output of fuel cell 6: 5 kW. (3) powdered metal hydride MH: MgH 2 powder, input amount 1.5 kg. (4) Initial water volume 65 cc, initial set pressure 1.0 MPa. (5) The secondary pressure of the regulator 8 is 0.2 MPa, and the amount of hydrogen supplied to the fuel cell 6 is 13.9 L / min (steady operation). In FIG. 2, allowable temperature lower limit T 1 = 50 ° C., allowable temperature upper limit T 4 = 110 ° C., allowable pressure lower limit P 1 = 0.2 MPa, allowable pressure upper limit P 3 = 1 MPa, and temperature T 2 = 73 ° C. , Temperature T 3 = 80 ° C., pressure P 2 = 0.66 MPa.
[0032]
FIG. 3 shows the relationship between the operating time of the fuel cell and the amount of generated hydrogen. From FIG. 3, it can be seen that the amount of generated hydrogen increases as the operation time of the fuel cell 6 elapses to follow it.
[0033]
[Second embodiment]
In FIG. 4, a second three-way valve 35 is provided between the water reservoir 14 and the water supply pump 15 of the third supply pipe 11, and the first and second ports a and b communicate with the water reservoir 14 and the water supply pump 15. To contribute. A water storage tank 37 is connected to the three-way valve 35 via a fifth supply pipe 36, and the first and third ports a and c contribute to communication between the water storage tank 37 and the water supply pump 15.
[0034]
When the secondary pressure of the regulator 8 is lower than 0.2 MPa, the second three-way valve 35 is switched by the operation signal from the controller 25 to make the water storage tank 37 and the water supply pump 15 communicate with each other. Is supplied to the reaction vessel 1 to generate hydrogen and increase the pressure.
[0035]
In the first and second embodiments, devices requiring hydrogen include a hydrogen engine.
[0036]
【The invention's effect】
According to the present invention, a hydrogen supply method capable of stably supplying hydrogen to equipment requiring hydrogen and suppressing generation of water vapor in a reaction vessel as much as possible by employing the above-described means. Can be provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram of an example of a hydrogen supply facility.
FIG. 2 is a graph showing a relationship between a temperature T of a metal hydride and a pressure P in a reaction vessel.
FIG. 3 is a graph showing a relationship between a fuel cell operation time and a generated hydrogen amount.
FIG. 4 is a system diagram of another example of a hydrogen supply facility.
A ............ hydrogen supplying area A 0 ......... optimal area A 1 ......... first zone A 2 ......... second zone A 3 ......... third area MH ......... metal hydride 1 ...... ... Reaction vessel 4 ... Hydrogen deriving section 6 ... Fuel cell (equipment requiring hydrogen)
7 First on-off valve 8 Regulator 15 Water supply pump 19 Cooling pipe 20 Cooling water tank 22 Cooling water pump 24 Thermocouple 27 ... pressure gauge 28 ... heater 29 ... heat source 32 ... third discharge pipe 33 ... hydrogen recovery unit
