JP2008239440A - Apparatus for generating and controlling hydrogen - Google Patents

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恭一 丹下
Ayumi Nakamoto
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for generating and controlling hydrogen which can generate a large amount of hydrogen rapidly. <P>SOLUTION: The apparatus holds hydride 50 in a vessel 51 as a powder form. When generating hydrogen, a heat medium 61 that is composed of a polar and nonaqueous material is supplied into the vessel 51, and the temperature of the hydride 50 is forced to raise to its thermal cracking temperature or higher by heating the heat medium 61 with a heating device 69. When stopping the generation of hydrogen, the temperature of the hydride 50 is forced to lower below its thermal cracking temperature by discharging the heat medium 61 having a high temperature from the inside of the vessel 51 and by supplying a heat medium 61 having a low temperature into the vessel 51. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は水素発生制御装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen generation control device.

水素と酸素とを反応させて電力を得る燃料電池への水素供給源として、種々の水素発生装置が知られている(特許文献1,2等参照)。これらの水素発生装置では、触媒をバーナ又は電気ヒータにより加熱し、この触媒に原料ガス又は水素化物を接触させることにより水素を発生させるようにしている。   Various hydrogen generators are known as a hydrogen supply source for a fuel cell that obtains electric power by reacting hydrogen and oxygen (see Patent Documents 1 and 2, etc.). In these hydrogen generators, a catalyst is heated by a burner or an electric heater, and hydrogen is generated by bringing a raw material gas or a hydride into contact with the catalyst.

特許第3408521号公報Japanese Patent No. 3408521 特開2004−192834号公報JP 2004-192834 A

しかしながら、これらの水素発生装置では、多量の水素を発生させるためには多量の触媒が必要となるところ、この多量の触媒全体を十分に昇温するには長い時間が必要となり、したがって多量の水素を速やかに発生させるのが困難であるという問題点がある。   However, in these hydrogen generators, a large amount of catalyst is required to generate a large amount of hydrogen, and a long time is required to sufficiently raise the temperature of the entire large amount of catalyst. There is a problem that it is difficult to quickly generate.

前記課題を解決するために本発明によれば、容器内に水素化物を収容し、水素を発生すべきときには、あらかじめ加熱された熱媒体を該容器内に流入させるか又は熱媒体を該容器内に流入させた後に該熱媒体を加熱することにより該水素化物の温度がその熱分解温度以上になるようにし、水素の発生を停止すべきときには、該容器内から熱媒体を流出させることにより水素化物の温度がその熱分解温度よりも低くなるようにした水素発生制御装置が提供される。   In order to solve the above-described problems, according to the present invention, when a hydride is accommodated in a container and hydrogen is to be generated, a preheated heat medium is allowed to flow into the container or the heat medium is placed in the container. The hydride is heated to a temperature equal to or higher than its thermal decomposition temperature by heating the heating medium after flowing into the reactor, and when the generation of hydrogen is to be stopped, There is provided a hydrogen generation control device in which the temperature of a compound is lower than its thermal decomposition temperature.

多量の水素を速やかに発生させることができる。   A large amount of hydrogen can be generated quickly.

図1は発電システムに本発明を適用した場合を示している。   FIG. 1 shows a case where the present invention is applied to a power generation system.

図1を参照すると、発電システム1は燃料電池10と、燃料電池10に酸素を供給する酸素供給装置20と、燃料電池10に水素を供給する水素供給装置30と、電子制御ユニット40とを具備する。   Referring to FIG. 1, the power generation system 1 includes a fuel cell 10, an oxygen supply device 20 that supplies oxygen to the fuel cell 10, a hydrogen supply device 30 that supplies hydrogen to the fuel cell 10, and an electronic control unit 40. To do.

酸素供給装置20は大気のような酸素源21と、酸素を酸素源21から燃料電池10に供給する酸素供給管22と、酸素供給管22内に配置された酸素ポンプ23と、酸素ポンプ23と燃料電池10間の酸素供給管22内に配置された電磁弁からなる酸素供給弁24とを具備する。   The oxygen supply device 20 includes an oxygen source 21 such as the atmosphere, an oxygen supply pipe 22 that supplies oxygen from the oxygen source 21 to the fuel cell 10, an oxygen pump 23 disposed in the oxygen supply pipe 22, an oxygen pump 23, And an oxygen supply valve 24 including an electromagnetic valve disposed in the oxygen supply pipe 22 between the fuel cells 10.

水素供給装置30は水素源である水素発生装置31と、水素を水素発生装置31から燃料電池10に供給する水素供給管32と、水素供給管32内に配置されて高圧で水素を蓄える水素バッファ33と、水素バッファ33と燃料電池10間の水素供給管32内に配置された電磁弁からなる水素供給弁34と、水素発生装置31と水素バッファ33間の水素供給管32内に配置された逆止弁からなる水素排出弁35とを具備する。水素バッファ33には水素バッファ33内の圧力を検出するための圧力センサ36が取り付けられる。この圧力は水素バッファ33内に蓄えられている水素量を表している。   The hydrogen supply device 30 includes a hydrogen generator 31 that is a hydrogen source, a hydrogen supply pipe 32 that supplies hydrogen from the hydrogen generator 31 to the fuel cell 10, and a hydrogen buffer that is disposed in the hydrogen supply pipe 32 and stores hydrogen at a high pressure. 33, a hydrogen supply valve 34 comprising an electromagnetic valve disposed in the hydrogen supply pipe 32 between the hydrogen buffer 33 and the fuel cell 10, and a hydrogen supply pipe 32 between the hydrogen generator 31 and the hydrogen buffer 33. And a hydrogen discharge valve 35 comprising a check valve. A pressure sensor 36 for detecting the pressure in the hydrogen buffer 33 is attached to the hydrogen buffer 33. This pressure represents the amount of hydrogen stored in the hydrogen buffer 33.

水素発生装置31は水素化物50と、水素化物50の温度を制御する温度制御装置60とを具備する。   The hydrogen generator 31 includes a hydride 50 and a temperature controller 60 that controls the temperature of the hydride 50.

水素化物50は容器51内に収容されており、上述の水素供給管32はこの容器51の頂部に連結される。本発明による実施例では水素化物50は熱分解型の無機水素化物から構成される。この水素化物50はその温度が熱分解温度以上になると熱分解して水素Hを発生し、その温度が熱分解温度よりも低くなると熱分解を生じなくなり、すなわち水素の発生を停止する。熱分解温度は水素化物50の組成によって定まるので一概に何度ということはできないが、本発明による実施例では熱分解温度が比較的低温、例えば100から150℃程度の水素化物が用いられる。また、水素化物50を気体及び液体のような流体の形で用いることもできるが、本発明による実施例では水素化物50は固体、例えば粉体の形で容器51内に収容される。このようにすると水素化物50と発生した水素ガス及び熱媒体との分離が容易となる。これらの条件を満たす水素化物として例えばNaAlH,LiAlH,Mg(AlH,AlHが挙げられる。さらに、容器51には水素化物50の温度を検出するための温度センサ52が取り付けられる。 The hydride 50 is accommodated in a container 51, and the above-described hydrogen supply pipe 32 is connected to the top of the container 51. In the embodiment according to the present invention, the hydride 50 is composed of a thermal decomposition type inorganic hydride. The hydride 50 is thermally decomposed to generate hydrogen H 2 when its temperature is equal to or higher than the thermal decomposition temperature. When the temperature is lower than the thermal decomposition temperature, thermal decomposition does not occur, that is, generation of hydrogen is stopped. Since the thermal decomposition temperature is determined by the composition of the hydride 50, it cannot be determined in general. However, in the embodiment according to the present invention, a hydride having a relatively low thermal decomposition temperature, for example, about 100 to 150 ° C. is used. The hydride 50 can be used in the form of a fluid such as gas and liquid. However, in the embodiment according to the present invention, the hydride 50 is accommodated in the container 51 in the form of a solid, for example, powder. This facilitates separation of the hydride 50 from the generated hydrogen gas and the heat medium. Examples of hydrides that satisfy these conditions include NaAlH 4 , LiAlH 4 , Mg (AlH 4 ) 2 , and AlH 3 . Furthermore, a temperature sensor 52 for detecting the temperature of the hydride 50 is attached to the container 51.

温度制御装置60は、水素化物50を加熱する熱媒体61と、熱媒体61を蓄える熱媒体タンク62と、熱媒体61を熱媒体タンク62から容器51に供給する熱媒体供給管63と、熱媒体供給管63内に配置された電磁弁からなる熱媒体供給弁64と、熱媒体61を容器51外に排出し熱媒体タンク62に戻す熱媒体戻し管65と、熱媒体戻し管65内に配置された電磁弁からなる熱媒体排出弁66と、熱媒体戻し管65内に配置されて熱媒体61を冷却可能な冷却装置67と、熱媒体戻し管65内に配置された熱媒体ポンプ68と、熱媒体61を加熱可能な加熱装置69とを具備する。本発明による実施例では、加熱装置69は、容器51を交換可能に収容する加熱容器ないしオーブン69aと、加熱容器69a内に配置されたマグネトロンのような誘電加熱装置69bとを具備する。なお、水素化物50と熱媒体戻し管65間にはフィルタ70が配置される。   The temperature control device 60 includes a heat medium 61 that heats the hydride 50, a heat medium tank 62 that stores the heat medium 61, a heat medium supply pipe 63 that supplies the heat medium 61 from the heat medium tank 62 to the container 51, and heat A heat medium supply valve 64 including an electromagnetic valve disposed in the medium supply pipe 63, a heat medium return pipe 65 that discharges the heat medium 61 out of the container 51 and returns the heat medium tank 62 to the heat medium tank 62, and the heat medium return pipe 65 A heat medium discharge valve 66 including a solenoid valve disposed, a cooling device 67 disposed in the heat medium return pipe 65 and capable of cooling the heat medium 61, and a heat medium pump 68 disposed in the heat medium return pipe 65. And a heating device 69 capable of heating the heat medium 61. In the embodiment according to the present invention, the heating device 69 includes a heating container or an oven 69a that accommodates the container 51 in a replaceable manner, and a dielectric heating device 69b such as a magnetron disposed in the heating container 69a. A filter 70 is disposed between the hydride 50 and the heat medium return pipe 65.

熱媒体61は極性材料から構成される。また、水素化物50と加水分解反応を生じないよう、熱媒体61は非水系材料から構成される。さらに、熱媒体61は、その沸点が水素化物50の熱分解温度よりも十分に高くその凝固点が常温よりも十分に低く、したがってプロセス全体を通じて液体であり続ける材料から構成される。このようにすると熱媒体61と水素化物50及び発生した水素ガスとの分離が容易となる。本発明による実施例では、水素化物50の熱分解温度が100から150℃程度であるので、沸点が例えば200℃以上である熱媒体が用いられる。これらの条件を満たす熱媒体として例えばエチレンカーボネート、プロピレンカーボネートが挙げられる。なお、気体又は固体の熱媒体61を用いることもできる。   The heat medium 61 is made of a polar material. Further, the heat medium 61 is made of a non-aqueous material so as not to cause a hydrolysis reaction with the hydride 50. Further, the heat medium 61 is made of a material whose boiling point is sufficiently higher than the thermal decomposition temperature of the hydride 50 and whose freezing point is sufficiently lower than room temperature, and thus remains liquid throughout the process. This facilitates separation of the heat medium 61 from the hydride 50 and the generated hydrogen gas. In the embodiment according to the present invention, since the thermal decomposition temperature of the hydride 50 is about 100 to 150 ° C., a heating medium having a boiling point of, for example, 200 ° C. or more is used. Examples of the heat medium that satisfies these conditions include ethylene carbonate and propylene carbonate. A gas or solid heat medium 61 can also be used.

冷却装置67の構成には種々の構成が考えられる。本発明による実施例では冷却装置67は図2に示されるように、熱媒体戻し管65から分岐して再び熱媒体戻し管65に到るバイパス管67aと、バイパス管67a内に配置されたラジエータ67bと、電磁弁からなる三方弁67cとを具備する。冷却装置67を作動すべきときには三方弁67cが制御されて熱媒体61がラジエータ67b内に導かれ、次いで三方弁67c下流の熱媒体戻し管65内に戻される。これに対し、冷却装置67を作動停止すべきときには三方弁67cが制御されて熱媒体61がラジエータ67bを迂回しつつ熱媒体戻し管65内を流通せしめられる。   Various configurations of the cooling device 67 are conceivable. In the embodiment according to the present invention, as shown in FIG. 2, the cooling device 67 includes a bypass pipe 67a branched from the heat medium return pipe 65 and reaching the heat medium return pipe 65, and a radiator disposed in the bypass pipe 67a. 67b and a three-way valve 67c made of an electromagnetic valve. When the cooling device 67 is to be operated, the three-way valve 67c is controlled so that the heat medium 61 is guided into the radiator 67b and then returned to the heat medium return pipe 65 downstream of the three-way valve 67c. In contrast, when the operation of the cooling device 67 is to be stopped, the three-way valve 67c is controlled so that the heat medium 61 flows through the heat medium return pipe 65 while bypassing the radiator 67b.

電子制御ユニット40はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス41によって互いに接続されたROM(リードオンリメモリ)42、RAM(ランダムアクセスメモリ)43、CPU(マイクロプロセッサ)44、入力ポート45及び出力ポート46を具備する。圧力センサ36及び温度センサ52の出力電圧はそれぞれ対応するAD変換器47を介して入力ポート45に入力される。出力ポート46は対応する駆動回路48を介して酸素ポンプ23、酸素供給弁24、水素供給弁34、熱媒体供給弁64、熱媒体排出弁66、冷却装置67ないし三方弁67c、熱媒体ポンプ68、及び加熱装置69にそれぞれ接続され、これらは電子制御ユニット40からの信号に基づいて制御される。   The electronic control unit 40 is composed of a digital computer, and is connected to each other by a bidirectional bus 41. A ROM (read only memory) 42, a RAM (random access memory) 43, a CPU (microprocessor) 44, an input port 45 and an output port 46 are connected. It comprises. The output voltages of the pressure sensor 36 and the temperature sensor 52 are input to the input port 45 via the corresponding AD converters 47, respectively. The output port 46 is connected to the oxygen pump 23, the oxygen supply valve 24, the hydrogen supply valve 34, the heat medium supply valve 64, the heat medium discharge valve 66, the cooling device 67 through the three-way valve 67c, and the heat medium pump 68 via the corresponding drive circuit 48. , And the heating device 69, which are controlled based on signals from the electronic control unit 40, respectively.

なお、これら酸素ポンプ23、酸素供給弁24、水素供給弁34、熱媒体供給弁64、熱媒体排出弁66、冷却装置67ないし三方弁67c、熱媒体ポンプ68、及び加熱装置69は例えば燃料電池10により発電された電力でもって作動される。   The oxygen pump 23, the oxygen supply valve 24, the hydrogen supply valve 34, the heat medium supply valve 64, the heat medium discharge valve 66, the cooling device 67 to the three-way valve 67c, the heat medium pump 68, and the heating device 69 are, for example, fuel cells. It is operated with the electric power generated by 10.

さて、燃料電池10で発電を行うべきときには酸素供給弁24が開弁されると共に酸素ポンプ23が作動され、水素供給弁34が開弁される。その結果、酸素源21の酸素ないし空気が酸素供給管22を介して、水素バッファ33内の水素が水素供給管32を介して、それぞれ燃料電池10に供給される。   When the fuel cell 10 is to generate power, the oxygen supply valve 24 is opened, the oxygen pump 23 is operated, and the hydrogen supply valve 34 is opened. As a result, oxygen or air from the oxygen source 21 is supplied to the fuel cell 10 via the oxygen supply pipe 22, and hydrogen in the hydrogen buffer 33 is supplied to the fuel cell 10 via the hydrogen supply pipe 32.

一方、水素発生装置31で水素を発生すべきとき、すなわち例えば水素バッファ33内の圧力が許容下限を越えて低下したときには、水素発生装置31が作動される。その結果、発生した水素が水素発生装置31から水素バッファ33に供給される。この場合、本発明による実施例では水素発生装置31における水素発生作用が次のようにして行われる。   On the other hand, when hydrogen is to be generated by the hydrogen generator 31, that is, for example, when the pressure in the hydrogen buffer 33 has dropped below the allowable lower limit, the hydrogen generator 31 is activated. As a result, the generated hydrogen is supplied from the hydrogen generator 31 to the hydrogen buffer 33. In this case, in the embodiment according to the present invention, the hydrogen generation operation in the hydrogen generator 31 is performed as follows.

すなわち、まず、熱媒体排出弁66が閉弁された状態で熱媒体供給弁64が開弁され、その結果、熱媒体タンク62から常温の熱媒体61が容器51内に供給される。次いで、熱媒体61があらかじめ設定された設定量、例えば容器51内の水素化物50のほぼ全体を浸漬させるのに必要な量だけ容器51内に供給されると、熱媒体供給弁64が閉弁され、熱媒体61の供給が停止される。次いで、加熱装置69が作動され、容器51内の熱媒体61が誘電加熱される。その結果、水素化物50も加熱され、水素化物50の温度がその熱分解温度以上になると、水素化物50の熱分解が生じすなわち水素が発生する。発生した水素は水素供給管32を介して水素バッファ33内に供給される。なお、水素を発生すべきときに燃料電池10に酸素及び水素を供給して燃料電池10で発電を行い、このとき発電された電力でもって加熱装置69等を作動させるようにしてもよい。   That is, first, the heat medium supply valve 64 is opened in a state where the heat medium discharge valve 66 is closed, and as a result, the room temperature heat medium 61 is supplied from the heat medium tank 62 into the container 51. Next, when the heat medium 61 is supplied into the container 51 by a preset amount, for example, an amount necessary for immersing almost the entire hydride 50 in the container 51, the heat medium supply valve 64 is closed. Then, the supply of the heat medium 61 is stopped. Next, the heating device 69 is operated, and the heat medium 61 in the container 51 is dielectrically heated. As a result, the hydride 50 is also heated, and when the temperature of the hydride 50 becomes equal to or higher than its thermal decomposition temperature, thermal decomposition of the hydride 50 occurs, that is, hydrogen is generated. The generated hydrogen is supplied into the hydrogen buffer 33 through the hydrogen supply pipe 32. Note that when hydrogen is to be generated, oxygen and hydrogen may be supplied to the fuel cell 10 to generate electric power in the fuel cell 10, and the heating device 69 and the like may be operated with the electric power generated at this time.

次いで、水素化物50の温度が許容上限(例えば150℃)を越えると、加熱装置69が作動停止され、したがって熱媒体61の加熱が停止される。熱媒体61の加熱が停止されても、水素化物50の温度が熱分解温度以上である限り水素は発生し続ける。次いで、水素発生装置31の水素発生作用を停止すべきときになると、すなわち例えば水素バッファ33内の圧力が要求圧力に達すると、熱媒体排出弁66が開弁され、熱媒体ポンプ68が作動される。その結果、高温の熱媒体61が容器51から排出され、水素化物50が高温の熱媒体61と接触しなくなる。したがって、水素化物50を速やかに降温させることができる。このとき冷却装置67が作動され、その結果熱媒体61が例えば常温まで冷却された後に熱媒体タンク62内に戻される。また、このとき熱媒体供給弁64が開弁され、熱媒体タンク62内の加熱されていない常温ないし低温の熱媒体61が容器51内に供給される。その結果、水素化物50がさらに速やかに冷却される。このようにして熱媒体61が循環される。   Next, when the temperature of the hydride 50 exceeds an allowable upper limit (for example, 150 ° C.), the heating device 69 is stopped, and thus the heating of the heat medium 61 is stopped. Even when the heating of the heat medium 61 is stopped, hydrogen continues to be generated as long as the temperature of the hydride 50 is equal to or higher than the thermal decomposition temperature. Next, when it is time to stop the hydrogen generation operation of the hydrogen generator 31, that is, for example, when the pressure in the hydrogen buffer 33 reaches the required pressure, the heat medium discharge valve 66 is opened and the heat medium pump 68 is operated. The As a result, the high temperature heat medium 61 is discharged from the container 51, and the hydride 50 does not come into contact with the high temperature heat medium 61. Therefore, the temperature of the hydride 50 can be lowered quickly. At this time, the cooling device 67 is operated, and as a result, the heat medium 61 is returned to the heat medium tank 62 after being cooled to room temperature, for example. At this time, the heat medium supply valve 64 is opened, and an unheated normal or low temperature heat medium 61 in the heat medium tank 62 is supplied into the container 51. As a result, the hydride 50 is cooled more rapidly. In this way, the heat medium 61 is circulated.

次いで、水素化物50の温度が熱分解温度よりも低くなって水素発生作用が停止すると、熱媒体61の循環が停止される。具体的には、まず熱媒体供給弁64が閉弁され、容器51への熱媒体61の供給が停止される。次いで、容器51内に熱媒体61がほとんど存在しなくなると、熱媒体排出弁66が閉弁され、熱媒体ポンプ68が作動停止され、冷却装置67が作動停止される。なお、この場合、設定量の熱媒体61が容器51内に残るようにしてもよい。そうすれば、次に水素を発生すべきときに熱媒体61を容器51内に供給する必要がなくなる。   Next, when the temperature of the hydride 50 becomes lower than the thermal decomposition temperature and the hydrogen generating action is stopped, the circulation of the heat medium 61 is stopped. Specifically, first, the heat medium supply valve 64 is closed, and the supply of the heat medium 61 to the container 51 is stopped. Next, when there is almost no heat medium 61 in the container 51, the heat medium discharge valve 66 is closed, the heat medium pump 68 is deactivated, and the cooling device 67 is deactivated. In this case, a set amount of the heat medium 61 may remain in the container 51. This eliminates the need to supply the heat medium 61 into the container 51 the next time hydrogen is to be generated.

このように本発明による実施例では、熱媒体61を極性材料から構成しこの熱媒体61を誘電加熱するようにしているので、熱媒体61全体を速やかに昇温することができる。その上で、この熱媒体61は水素化物50のほぼ全体に接触しているので、水素化物50全体を速やかに昇温することができ、かくして多量の水素を速やかに発生させることができる。また、水素化物50を直接的でなく熱媒体61を介し間接的に加熱するようにしているので、熱媒体61を容器51から排出するだけで水素化物50の加熱を停止することができ、したがって水素発生を速やかに停止させることができる。加えて、低温の熱媒体61を容器51内に供給するようにしているので、水素発生をさらに速やかに停止させることができる。   As described above, in the embodiment according to the present invention, the heat medium 61 is made of a polar material and the heat medium 61 is dielectrically heated. Therefore, the temperature of the entire heat medium 61 can be quickly raised. In addition, since the heat medium 61 is in contact with almost the entire hydride 50, the temperature of the entire hydride 50 can be raised quickly, and thus a large amount of hydrogen can be generated quickly. Further, since the hydride 50 is heated not directly but indirectly through the heat medium 61, the heating of the hydride 50 can be stopped by simply discharging the heat medium 61 from the container 51, and therefore Hydrogen generation can be stopped quickly. In addition, since the low-temperature heat medium 61 is supplied into the container 51, hydrogen generation can be stopped more rapidly.

実際、本発明による実施例によれば、熱交換器を用いて熱媒体を加熱する場合に比べて、水素化物50の温度を許容上限まで昇温するのに必要な時間を3/4程度まで短縮することができ、水素化物50の温度を熱分解温度よりも低く降温するのに必要な時間を30から60%程度まで短縮できることが確認されている。   In fact, according to the embodiment of the present invention, the time required for raising the temperature of the hydride 50 to the allowable upper limit is reduced to about 3/4 compared with the case where the heat medium is heated using the heat exchanger. It has been confirmed that the time required for lowering the temperature of the hydride 50 to be lower than the thermal decomposition temperature can be shortened to about 30 to 60%.

図3は本発明による実施例の水素発生制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとに実行される。   FIG. 3 shows a hydrogen generation control routine of the embodiment according to the present invention. This routine is executed at predetermined time intervals.

図3を参照すると、まずステップ100では水素を発生すべきか否かが判別される。水素を発生すべきでないと判断されたときには処理サイクルを終了し、水素を発生すべきと判断されたときには次いでステップ101に進み、熱媒体61が容器51内に設定量だけ供給される。続くステップ102では、容器51内の熱媒体61が加熱される。続くステップ103では水素化物50の温度Tが許容上限TULを越えたか否かが判別される。T≦TULのときにはステップ105にジャンプする。一方、T>TULのときには次いでステップ104に進み、熱媒体61の加熱が停止される。次いでステップ105に進む。ステップ105では水素バッファ33内の圧力Pが要求圧力PRQに達したか否かが判別される。P<PRQのときにはステップ103に戻り、P≧PRQになると次いでステップ106に進む。ステップ106では高温の熱媒体61が容器51から排出され、冷却され、熱媒体タンク62に戻される。また、低温の熱媒体61が容器51内に供給される。続くステップ107では水素化物50の温度Tがその熱分解温度TDHよりも低くなったか否かが判別される。T≧TDHのときにはステップ106に戻り、T<TDHになると次いでステップ108に進み、熱媒体61の供給、排出及び冷却が停止される。   Referring to FIG. 3, first, at step 100, it is judged if hydrogen should be generated. When it is determined that hydrogen should not be generated, the processing cycle ends. When it is determined that hydrogen should be generated, the process proceeds to step 101 where the heat medium 61 is supplied into the container 51 by a set amount. In the subsequent step 102, the heat medium 61 in the container 51 is heated. In the following step 103, it is determined whether or not the temperature T of the hydride 50 has exceeded the allowable upper limit TUL. When T ≦ TUL, the routine jumps to step 105. On the other hand, when T> TUL, the routine proceeds to step 104 where heating of the heat medium 61 is stopped. Next, the routine proceeds to step 105. In step 105, it is determined whether or not the pressure P in the hydrogen buffer 33 has reached the required pressure PRQ. When P <PRQ, the routine returns to step 103, and when P ≧ PRQ, the routine proceeds to step 106. In step 106, the high-temperature heat medium 61 is discharged from the container 51, cooled, and returned to the heat medium tank 62. A low-temperature heat medium 61 is supplied into the container 51. In the following step 107, it is determined whether or not the temperature T of the hydride 50 has become lower than its thermal decomposition temperature TDH. When T ≧ TDH, the routine returns to step 106, and when T <TDH, the routine proceeds to step 108 where supply, discharge and cooling of the heat medium 61 are stopped.

なお、これまでの説明からわかるように、水素化物50を速やかに降温することを考えると、使用される熱媒体61の量はできるだけ多いのが好ましい。しかしながら、熱媒体タンク62の容量にも制限がある。そこで本発明による実施例では、使用される熱媒体61の量を上述した設定量の2倍程度に設定している。   As can be seen from the above description, it is preferable that the amount of the heat medium 61 used is as large as possible in view of promptly lowering the temperature of the hydride 50. However, the capacity of the heat medium tank 62 is also limited. Therefore, in the embodiment according to the present invention, the amount of the heat medium 61 used is set to about twice the set amount described above.

次に、本発明による別の実施例を説明する。   Next, another embodiment according to the present invention will be described.

上述した本発明による実施例では、水素を発生すべきときに容器51内に熱媒体61が設定量だけ供給され、加熱される。これに対し、本発明による別の実施例では、熱媒体61を循環させると共に、容器51内の熱媒体61を加熱装置69でもって加熱するようにしている。   In the above-described embodiment according to the present invention, when the hydrogen is to be generated, the heating medium 61 is supplied into the container 51 by a set amount and heated. On the other hand, in another embodiment according to the present invention, the heat medium 61 is circulated and the heat medium 61 in the container 51 is heated by the heating device 69.

図4は本発明による別の実施例の水素発生制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとに実行される。   FIG. 4 shows a hydrogen generation control routine of another embodiment according to the present invention. This routine is executed at predetermined time intervals.

図4を参照すると、まずステップ200では水素を発生すべきか否かが判別される。水素を発生すべきでないと判断されたときには処理サイクルを終了し、水素を発生すべきと判断されたときには次いでステップ201に進み、熱媒体61が循環されると共に加熱される。すなわち、熱媒体供給弁64及び熱媒体排出弁66が開弁され、熱媒体ポンプ68が作動され、加熱装置69が作動される。その結果、熱媒体61が熱媒体タンク62から容器51内に供給され、容器51から熱媒体戻し管65を介し熱媒体タンク62に戻される。同時に、容器51内にある熱媒体61が加熱されて水素化物50が加熱される。なお、このとき容器51内の水素化物50のほぼ全体が熱媒体61に浸漬し続けるように熱媒体61が循環される。また、このとき冷却装置67は作動停止されている。   Referring to FIG. 4, first, at step 200, it is judged if hydrogen should be generated. When it is determined that hydrogen should not be generated, the processing cycle is terminated. When it is determined that hydrogen should be generated, the routine proceeds to step 201 where the heat medium 61 is circulated and heated. That is, the heat medium supply valve 64 and the heat medium discharge valve 66 are opened, the heat medium pump 68 is activated, and the heating device 69 is activated. As a result, the heat medium 61 is supplied from the heat medium tank 62 into the container 51 and returned from the container 51 to the heat medium tank 62 via the heat medium return pipe 65. At the same time, the heat medium 61 in the container 51 is heated and the hydride 50 is heated. At this time, the heat medium 61 is circulated so that almost the entire hydride 50 in the container 51 continues to be immersed in the heat medium 61. At this time, the cooling device 67 is stopped.

続くステップ202では水素化物50の温度Tが許容上限TULを越えたか否かが判別される。T≦TULのときにはステップ204にジャンプする。一方、T>TULのときには次いでステップ203に進み、熱媒体61の加熱が停止される。すなわち加熱装置69が作動停止される。次いでステップ204に進む。ステップ204では水素バッファ33内の圧力Pが要求圧力PRQに達したか否かが判別される。P<PRQのときにはステップ201に戻り、P≧PRQになると次いでステップ205に進む。ステップ205では、熱媒体61の循環を継続しながら熱媒体61が冷却される。続くステップ206では水素化物50の温度Tがその熱分解温度TDHよりも低くなったか否かが判別される。T≧TDHのときにはステップ205に戻りし、T<TDHになると次いでステップ207に進み、熱媒体61の循環及び冷却が停止される。すなわち、熱媒体供給弁64及び熱媒体排出弁66が閉弁され、熱媒体ポンプ68及び冷却装置67が作動停止される。   In the following step 202, it is determined whether or not the temperature T of the hydride 50 has exceeded the allowable upper limit TUL. When T ≦ TUL, the routine jumps to step 204. On the other hand, when T> TUL, the routine proceeds to step 203 where heating of the heat medium 61 is stopped. That is, the heating device 69 is deactivated. Next, the routine proceeds to step 204. In step 204, it is determined whether or not the pressure P in the hydrogen buffer 33 has reached the required pressure PRQ. When P <PRQ, the routine returns to step 201, and when P ≧ PRQ, the routine proceeds to step 205. In step 205, the heat medium 61 is cooled while the circulation of the heat medium 61 is continued. In the next step 206, it is determined whether or not the temperature T of the hydride 50 has become lower than its thermal decomposition temperature TDH. When T ≧ TDH, the process returns to step 205, and when T <TDH, the process proceeds to step 207, where the circulation and cooling of the heat medium 61 are stopped. That is, the heat medium supply valve 64 and the heat medium discharge valve 66 are closed, and the heat medium pump 68 and the cooling device 67 are deactivated.

図5は水素供給装置30の別の実施例を示している。   FIG. 5 shows another embodiment of the hydrogen supply device 30.

図5に示される実施例では、容器51の内部空間が複数、例えば2個から10個程度のセル51aに分割される。水素供給管32の流入端はセル51aと同数の水素供給枝管32aに分岐され、これら水素供給枝管32aはそれぞれ対応するセル51aに連結される。同様に、熱媒体供給管63の流出端はセル51aと同数の熱媒体供給枝管63aに分岐され、熱媒体戻し管65の流入端はセル51aと同数の熱媒体戻し枝管65aに分岐され、これら熱媒体供給枝管63a及び熱媒体戻し枝管65aはそれぞれ対応するセル51aに連結される。また、熱媒体供給枝管63a内には電磁弁からなる個別の熱媒体供給弁64aがそれぞれ配置され、熱媒体戻し枝管65a内には電磁弁からなる個別の熱媒体排出弁66aがそれぞれ配置される。なお、図5には1つしか示されていないが、各セル51aには各セル51a内の水素化物50の温度を検出するための温度センサ52aが取り付けられる。また、各セル51a内の水素化物50と対応する熱媒体戻し枝管65a間には個別のフィルタ70aが配置される。   In the embodiment shown in FIG. 5, the internal space of the container 51 is divided into a plurality of, for example, 2 to 10 cells 51a. The inflow ends of the hydrogen supply pipes 32 are branched into the same number of hydrogen supply branch pipes 32a as the cells 51a, and these hydrogen supply branch pipes 32a are respectively connected to the corresponding cells 51a. Similarly, the outflow end of the heat medium supply pipe 63 is branched into the same number of heat medium supply branch pipes 63a as the cells 51a, and the inflow end of the heat medium return pipe 65 is branched into the same number of heat medium return branch pipes 65a as the cells 51a. The heat medium supply branch pipe 63a and the heat medium return branch pipe 65a are connected to the corresponding cells 51a. Further, individual heat medium supply valves 64a made of electromagnetic valves are arranged in the heat medium supply branch pipe 63a, and individual heat medium discharge valves 66a made of electromagnetic valves are arranged in the heat medium return branch pipe 65a. Is done. Although only one is shown in FIG. 5, a temperature sensor 52a for detecting the temperature of the hydride 50 in each cell 51a is attached to each cell 51a. An individual filter 70a is disposed between the hydride 50 in each cell 51a and the corresponding heat medium return branch pipe 65a.

熱媒体供給弁64a上流の熱媒体供給管63には加熱装置69が配置される。この加熱装置69は熱媒体61を受け取る加熱容器69aと、加熱容器69a内の熱媒体61を加熱するための誘電加熱装置69bと、加熱容器69aの入口に取り付けられた電磁弁からなる熱媒体流入弁69cと、加熱容器69aの出口に取り付けられた電磁弁からなる熱媒体流出弁69dと、加熱容器69a内の熱媒体61の温度を検出するための温度センサ69eとを具備する。   A heating device 69 is disposed in the heat medium supply pipe 63 upstream of the heat medium supply valve 64a. This heating device 69 has a heating container 69a for receiving the heating medium 61, a dielectric heating device 69b for heating the heating medium 61 in the heating container 69a, and a heating medium inflow comprising an electromagnetic valve attached to the inlet of the heating container 69a. It includes a valve 69c, a heat medium outflow valve 69d composed of an electromagnetic valve attached to the outlet of the heating container 69a, and a temperature sensor 69e for detecting the temperature of the heat medium 61 in the heating container 69a.

図5に示される実施例では水素発生作用が次のようにして行われる。   In the embodiment shown in FIG. 5, the hydrogen generating action is performed as follows.

すなわち、水素を発生すべきときには、まず、熱媒体タンク62から熱媒体61があらかじめ設定された設定量、例えば単一のセル51a内の水素化物50のほぼ全体を浸漬させるのに必要な量だけ加熱装置69の加熱容器69a内に供給される。具体的には、熱媒体流出弁69dが閉弁された状態で熱媒体流入弁69cが開弁され、熱媒体61が設定量だけ加熱容器69a内に充填されると熱媒体流入弁69cが閉弁される。次いで、誘電加熱装置69bが作動され、加熱容器69a内の熱媒体61が加熱される。この場合、その後に熱媒体61と接触した水素化物50がその熱分解温度以上に昇温されるのに必要な温度(例えば200℃)まで熱媒体61が加熱される。   That is, when hydrogen is to be generated, first, the heat medium 61 is preset from the heat medium tank 62 by a predetermined amount, for example, an amount necessary for immersing almost the entire hydride 50 in the single cell 51a. It is supplied into the heating container 69 a of the heating device 69. Specifically, the heat medium inflow valve 69c is opened with the heat medium outflow valve 69d closed, and the heat medium inflow valve 69c is closed when the heat medium 61 is filled into the heating container 69a by a set amount. To be spoken. Next, the dielectric heating device 69b is activated, and the heat medium 61 in the heating container 69a is heated. In this case, the heating medium 61 is heated to a temperature (for example, 200 ° C.) necessary for the hydride 50 that has come into contact with the heating medium 61 to have a temperature higher than the thermal decomposition temperature thereafter.

次いで、加熱装置69内の加熱された熱媒体61がセル51aのうちの一つに供給される。具体的には、熱媒体流出弁69dが開弁され、対応する熱媒体排出弁66aが閉弁された状態で対応する熱媒体供給弁64aが一時的に開弁される。その結果、当該セル51aに高温の熱媒体61が供給され、当該セル51a内の水素化物50がその熱分解温度以上に昇温され、したがって水素が発生する。発生した水素は対応する水素供給枝管32a及び水素供給管32を介して水素バッファ33内に供給される。   Next, the heated heat medium 61 in the heating device 69 is supplied to one of the cells 51a. Specifically, the corresponding heat medium supply valve 64a is temporarily opened while the heat medium outlet valve 69d is opened and the corresponding heat medium discharge valve 66a is closed. As a result, the high-temperature heat medium 61 is supplied to the cell 51a, the hydride 50 in the cell 51a is heated to a temperature equal to or higher than its thermal decomposition temperature, and hydrogen is thus generated. The generated hydrogen is supplied into the hydrogen buffer 33 through the corresponding hydrogen supply branch pipe 32 a and the hydrogen supply pipe 32.

次いで、熱媒体タンク62から加熱装置69に熱媒体61が新たに供給されて加熱され、高温の熱媒体61が別のセル51a内に供給される。その結果、別のセル51aにおいても水素が発生する。このようにして、熱媒体61が設定量ずつ順次加熱され、高温の熱媒体61がセル51aに順次供給される。   Next, the heat medium 61 is newly supplied from the heat medium tank 62 to the heating device 69 and heated, and the high-temperature heat medium 61 is supplied into another cell 51a. As a result, hydrogen is also generated in another cell 51a. In this manner, the heat medium 61 is sequentially heated by a set amount, and the high-temperature heat medium 61 is sequentially supplied to the cells 51a.

次いで、水素発生作用を停止すべきときになると、すなわち例えば水素バッファ33内の圧力が要求圧力に達すると、熱媒体61が供給されたセル51aの熱媒体排出弁66aが開弁され、熱媒体ポンプ62が作動される。その結果、当該セル51aから高温の熱媒体61が排出され、当該セル51a内の水素化物50が速やかに降温される。このとき冷却装置67が作動され、したがって熱媒体61が例えば常温まで冷却された後に熱媒体タンク62内に戻される。また、このとき加熱装置69の誘電加熱装置69bが作動停止されると共に、高温の熱媒体61が供給されたセル51aに低温の熱媒体61が供給され、したがって熱媒体61が循環される。具体的には、加熱装置69の熱媒体流入弁69c及び熱媒体流出弁69dが開弁され、高温の熱媒体61が供給されたセル51aに対応する熱媒体供給弁64aが順次一時的に開弁される。その結果、水素化物50がさらに速やかに降温される。   Next, when it is time to stop the hydrogen generation operation, that is, for example, when the pressure in the hydrogen buffer 33 reaches the required pressure, the heat medium discharge valve 66a of the cell 51a supplied with the heat medium 61 is opened, and the heat medium Pump 62 is activated. As a result, the high-temperature heat medium 61 is discharged from the cell 51a, and the hydride 50 in the cell 51a is quickly cooled. At this time, the cooling device 67 is operated, so that the heat medium 61 is returned to the heat medium tank 62 after being cooled to room temperature, for example. At this time, the dielectric heating device 69b of the heating device 69 is deactivated, and the low-temperature heat medium 61 is supplied to the cell 51a to which the high-temperature heat medium 61 is supplied, so that the heat medium 61 is circulated. Specifically, the heat medium inflow valve 69c and the heat medium outflow valve 69d of the heating device 69 are opened, and the heat medium supply valves 64a corresponding to the cells 51a to which the high temperature heat medium 61 is supplied are sequentially and temporarily opened. To be spoken. As a result, the temperature of the hydride 50 is further lowered.

次いで、すべてのセル51a内の水素化物50の温度が熱分解温度よりも低くなって水素発生作用が停止すると、熱媒体61の循環が停止される。具体的には、まず加熱装置69の熱媒体流入弁69c及び熱媒体流出弁69dが閉弁され、すべての熱媒体供給弁64aが閉弁される。次いで、すべてのセル51a内に熱媒体61がほとんど存在しなくなると、すべての熱媒体排出弁66が閉弁され、熱媒体ポンプ68が作動停止され、冷却装置67が作動停止される。   Next, when the temperature of the hydride 50 in all the cells 51a becomes lower than the thermal decomposition temperature and the hydrogen generating action is stopped, the circulation of the heat medium 61 is stopped. Specifically, first, the heat medium inflow valve 69c and the heat medium outflow valve 69d of the heating device 69 are closed, and all the heat medium supply valves 64a are closed. Next, when there is almost no heat medium 61 in all the cells 51a, all the heat medium discharge valves 66 are closed, the heat medium pump 68 is deactivated, and the cooling device 67 is deactivated.

このように図5に示される実施例では、水素化物50を複数のセル51a内に小分けしているので、一つのセル51a内の水素化物50を速やかに昇温又は降温することができる。実際、図5に示される実施例によれば、図1の実施例に比べて、水素化物50の温度を許容上限まで昇温するのに必要な時間を13%程度まで短縮することができ、水素化物50の温度を熱分解温度よりも低く降温するのに必要な時間を2/3程度まで短縮できることが確認されている。   In this manner, in the embodiment shown in FIG. 5, the hydride 50 is subdivided into the plurality of cells 51a, so that the hydride 50 in one cell 51a can be rapidly heated or lowered. In fact, according to the embodiment shown in FIG. 5, the time required to raise the temperature of the hydride 50 to the allowable upper limit can be reduced to about 13%, compared with the embodiment of FIG. It has been confirmed that the time required for lowering the temperature of the hydride 50 to be lower than the thermal decomposition temperature can be shortened to about 2/3.

図6は図5に示される実施例の水素発生制御ルーチンを示している。このルーチンはあらかじめ定められた設定時間ごとに実行される。   FIG. 6 shows a hydrogen generation control routine of the embodiment shown in FIG. This routine is executed at predetermined time intervals.

図6を参照すると、まずステップ300では水素を発生すべきか否かが判別される。水素を発生すべきでないと判断されたときには処理サイクルを終了し、水素を発生すべきと判断されたときには次いでステップ301に進み、熱媒体61が加熱装置69に設定量だけ供給され、加熱される。続くステップ302では、加熱された熱媒体61がセル51aの一つに供給される。続くステップ303では水素バッファ33内の圧力Pが要求圧力PRQに達したか否かが判別される。P<PRQのときにはステップ301に戻り、別のセル51aに加熱された熱媒体61が供給される。P≧PRQになるとステップ303からステップ304に進む。ステップ304では高温の熱媒体61がセル51aから排出され、冷却され、熱媒体タンク62に戻される。また、低温の熱媒体61がセル51a内に供給される。続くステップ305ではすべてのセル51a内の水素化物50の温度Tがその熱分解温度TDHよりも低くなったか否かが判別される。T≧TDHのときにはステップ304に戻り、T<TDHになると次いでステップ306に進み、熱媒体61の供給、排出及び冷却が停止される。   Referring to FIG. 6, first, at step 300, it is judged if hydrogen should be generated. When it is determined that hydrogen should not be generated, the processing cycle is terminated. When it is determined that hydrogen should be generated, the routine proceeds to step 301 where the heat medium 61 is supplied to the heating device 69 by a set amount and heated. . In the subsequent step 302, the heated heat medium 61 is supplied to one of the cells 51a. In the next step 303, it is determined whether or not the pressure P in the hydrogen buffer 33 has reached the required pressure PRQ. When P <PRQ, the process returns to step 301, and the heated heat medium 61 is supplied to another cell 51a. When P ≧ PRQ, the routine proceeds from step 303 to step 304. In step 304, the high-temperature heat medium 61 is discharged from the cell 51a, cooled, and returned to the heat medium tank 62. Further, a low-temperature heat medium 61 is supplied into the cell 51a. In the following step 305, it is determined whether or not the temperature T of the hydride 50 in all the cells 51a has become lower than the thermal decomposition temperature TDH. When T ≧ TDH, the process returns to step 304. When T <TDH, the process proceeds to step 306, where the supply, discharge, and cooling of the heat medium 61 are stopped.

なお、図5に示される実施例では熱媒体61を加熱装置69に供給して加熱するようにしているが、熱媒体タンク62の熱媒体61を加熱するようにしてもよい。図5に示される水素供給装置30のその他の構成及び作用は図1に示される水素供給装置30のそれらと同様であるので説明を省略する。   In the embodiment shown in FIG. 5, the heat medium 61 is supplied to the heating device 69 and heated, but the heat medium 61 in the heat medium tank 62 may be heated. Other configurations and operations of the hydrogen supply apparatus 30 shown in FIG. 5 are the same as those of the hydrogen supply apparatus 30 shown in FIG.

発電システムの全体図である。1 is an overall view of a power generation system. 冷却装置の詳細図である。It is detail drawing of a cooling device. 水素発生制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。It is a flowchart for performing a hydrogen generation control routine. 本発明による別の実施例の水素発生制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。It is a flowchart for performing the hydrogen generation control routine of another Example by this invention. 水素供給装置の別の実施例の全体図である。It is a general view of another Example of a hydrogen supply apparatus. 図5に示される実施例の水素発生制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。It is a flowchart for performing the hydrogen generation control routine of the Example shown by FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 発電システム
30 水素供給装置
31 水素発生装置
50 水素化物
51 容器
61 熱媒体
69 加熱装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Power generation system 30 Hydrogen supply apparatus 31 Hydrogen generator 50 Hydride 51 Container 61 Heat medium 69 Heating apparatus

Claims (7)

容器内に水素化物を収容し、水素を発生すべきときには、あらかじめ加熱された熱媒体を該容器内に流入させるか又は熱媒体を該容器内に流入させた後に該熱媒体を加熱することにより該水素化物の温度がその熱分解温度以上になるようにし、水素の発生を停止すべきときには、該容器内から熱媒体を流出させることにより水素化物の温度がその熱分解温度よりも低くなるようにした水素発生制御装置。   When hydride is contained in a container and hydrogen is to be generated, either a preheated heat medium is allowed to flow into the container, or a heat medium is allowed to flow into the container and then the heat medium is heated. When the temperature of the hydride is set to be equal to or higher than the thermal decomposition temperature and the generation of hydrogen is to be stopped, the temperature of the hydride is made lower than the thermal decomposition temperature by allowing the heat medium to flow out from the vessel. The hydrogen generation control device. 水素の発生を停止すべきときには、容器内から熱媒体を流出させると共に、加熱されていない熱媒体を容器内に流入させることにより水素化物の温度がその熱分解温度よりも低くなるようにした請求項1に記載の水素発生制御装置。   When the generation of hydrogen is to be stopped, the heat medium is caused to flow out of the container, and an unheated heat medium is allowed to flow into the container so that the temperature of the hydride becomes lower than its thermal decomposition temperature. Item 2. The hydrogen generation control device according to Item 1. 水素の発生を停止すべきときに容器内から流出させた熱媒体を冷却した後に容器内に戻すようにした請求項2に記載の水素発生制御装置。   The hydrogen generation control device according to claim 2, wherein when the generation of hydrogen is to be stopped, the heat medium flowing out from the container is cooled and then returned to the container. 熱媒体を極性材料から構成し、水素を発生すべきときには該熱媒体を誘電加熱により加熱するようにした請求項1に記載の水素発生制御装置。   2. The hydrogen generation control device according to claim 1, wherein the heat medium is made of a polar material, and when the hydrogen is to be generated, the heat medium is heated by dielectric heating. 熱媒体を非水系材料から構成した請求項1に記載の水素発生制御装置。   The hydrogen generation control device according to claim 1, wherein the heat medium is made of a non-aqueous material. 水素を発生すべきときには、容器内の水素化物のほぼ全体が熱媒体に浸漬するように熱媒体を容器内に流入させる請求項1に記載の水素発生制御装置。   2. The hydrogen generation control device according to claim 1, wherein when hydrogen is to be generated, the heat medium is caused to flow into the container so that substantially the entire hydride in the container is immersed in the heat medium. 水素化物が粉体の形で容器内に収容されている請求項1に記載の水素発生制御装置。   2. The hydrogen generation control device according to claim 1, wherein the hydride is accommodated in the container in the form of powder.
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