JP2010195643A - Method and system for generating hydrogen - Google Patents

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哲哉 池田
Setsuo Omoto
節男 大本
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen generating system for reducing the generation amount of hydrogen when hydrogen generation is not required, as much as possible. <P>SOLUTION: The hydrogen generating system is provided with: a storage material feeding tank 11 storing a mixture of hydrogen storage material powder and a nonaqueous and water-soluble preservative solution; a storage material recovering tank 12 recovering the residue after the hydrolysis of the hydrogen storage material fed from the storage material feeding tank 11; a water feeding tank 13 storing reaction water fed to the hydrolysis; and a reaction vessel 16 in which the hydrogen storage material in the mixture fed from the storage material feeding tank 11 and reaction water fed from the water feeding tank 13 are hydrolyzed, and, when the generation of hydrogen from the hydrogen storage material is required, to the reaction vessel 16, the hydrogen storage material is fed from the storage material feeding tank 11, and further, the reaction water is fed from the water feeding tank 13. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、水素化マグネシウム(MgH)等の加水分解により水素を発生する水素貯蔵材料から水素を発生させる方法及びシステムに関する。 The present invention relates to a method and system for generating hydrogen from a hydrogen storage material that generates hydrogen by hydrolysis of magnesium hydride (MgH 2 ) or the like.

地球環境保全や化石燃料の枯渇の問題から、化石燃料に代わる代替エネルギーとして燃料電池が電力の供給源として考えられている。燃料電池は原料に水素と酸素を用い、その排ガスもクリーンであることから注目されている。自動車への搭載を想定すると、400〜500km走行するためには水素が5kg程度必要である。したがって、貯蔵容積が小さくて軽量な水素貯蔵材料が求められている。その中で、水素化マグネシウム(MgH)は、理論水素発生量が15.3質量%と多く、水素化リチウム(LiH)のように爆発的な加水分解反応を示すこともないので、コストも低いこともあって水素貯蔵材料として有望視されている。 Due to the problems of global environmental conservation and fossil fuel depletion, fuel cells are considered as an alternative energy source to replace fossil fuels. Fuel cells are attracting attention because they use hydrogen and oxygen as raw materials and their exhaust gas is clean. Assuming that it is mounted on an automobile, about 5 kg of hydrogen is required to travel 400 to 500 km. Accordingly, there is a need for a hydrogen storage material that has a small storage volume and is lightweight. Among them, magnesium hydride (MgH 2 ) has a theoretical hydrogen generation amount as high as 15.3% by mass and does not show an explosive hydrolysis reaction like lithium hydride (LiH). It is promising as a hydrogen storage material because it is low.

水素化マグネシウムは、加水分解反応の進行と同時に不活性な水酸化マグネシウム膜(Mg(OH)膜)が形成されるので反応が完了まで進まないために、実質的な水素発生量は理論値よりも少ないという問題があるが、これに対しては本願発明者らが特許文献1で解決策の一つを提案している。すなわち、水素化マグネシウム粒子をZn、Ni及びAlから選択される1種又は2種以上からなる酸化物粒子とともに機械的なエネルギーを付与、典型的には機械的な粉砕を行うと、水素発生率が向上できることを特許文献1で示した。 Magnesium hydride forms an inactive magnesium hydroxide film (Mg (OH) 2 film) at the same time as the hydrolysis reaction proceeds, so the reaction does not proceed to completion. The present inventors have proposed one of the solutions in Patent Document 1 for this problem. That is, when magnesium hydride particles are given mechanical energy together with oxide particles consisting of one or more selected from Zn, Ni and Al, typically, mechanical pulverization, the hydrogen generation rate It was shown by patent document 1 that it can improve.

特開2008−156148号公報JP 2008-156148 A

水素化マグネシウムに加水分解を生じさせて水素を発生させる際には、加水分解反応を促進するために、水素化マグネシウムに水を加えるだけでなく、40〜100℃程度に加熱する。実際は、水素化マグネシウム粉末と水からなるスラリーを予め作製しておき、燃料電池が発電するときにスラリーを加熱して水素を発生させることが想定される。一方、燃料電池が発電しないときには、水素貯蔵材料から水素を発生させる必要はない。スラリーの温度を常温以下に保てば水素化マグネシウムの加水分解反応は著しく遅くなるものの、水素の発生をゼロにすることはできない。したがって不必要なときにも水素が発生するので、水素貯蔵材料の一回の補給による自動車の走行距離が短くなるか、又は、損失の分だけ余計に水素貯蔵材料を補給する必要があり、水素化マグネシウムが有する高い水素貯蔵量を有効に活用できない。
本発明は、このような技術的課題に基づいてなされたもので、不必要なときの水素発生量を極力低減できる水素発生方法を提供することを目的とする。また本発明は、この水素発生方法を実施することのできる水素発生システムを提供することを目的とする。
When hydrolyzing magnesium hydride to generate hydrogen, not only water is added to the magnesium hydride but also heated to about 40 to 100 ° C. in order to promote the hydrolysis reaction. Actually, it is assumed that a slurry made of magnesium hydride powder and water is prepared in advance, and the slurry is heated to generate hydrogen when the fuel cell generates power. On the other hand, when the fuel cell does not generate electricity, it is not necessary to generate hydrogen from the hydrogen storage material. If the temperature of the slurry is kept at room temperature or lower, the hydrolysis reaction of magnesium hydride is remarkably slow, but the generation of hydrogen cannot be made zero. Therefore, since hydrogen is generated even when it is not necessary, the mileage of the vehicle due to a single replenishment of the hydrogen storage material is shortened, or it is necessary to replenish the hydrogen storage material by the amount of loss, The high hydrogen storage capacity of magnesium halide cannot be utilized effectively.
The present invention has been made based on such a technical problem, and an object thereof is to provide a hydrogen generation method capable of reducing the amount of hydrogen generation when it is unnecessary. Another object of the present invention is to provide a hydrogen generation system capable of carrying out this hydrogen generation method.

水素の発生が不要なときには水素貯蔵材料を非水性液体との貯蔵材混合物としておけば、水素の発生を抑制することができる。そして、この貯蔵材混合物に水を加えて加水分解を行えば、必要なときに水素を発生することができる。本発明はこの知見に基づくものであり、以下の要件を備えることを特徴とする。
水素貯蔵材料粉末と非水性かつ水溶性の保存液との貯蔵材混合物を第1領域に所定量だけ保持する。また、水素貯蔵材料粉末を加水分解する反応水を第1領域とは異なる第2領域に所定量だけ保持する。そして、水素貯蔵材料から水素を発生させる際に、第1領域から水素貯蔵材料を含む貯蔵材混合物を反応領域に供給するとともに、第2領域から反応水を反応領域に供給して、水素貯蔵材料を加水分解することにより、水素貯蔵材料から水素を発生させる。
本発明によれば、水素貯蔵材料は、非水性かつ水溶性の保存液内に分散されて保持されているので、水素が発生したとしても極微量に抑えることができる。しかも、本発明は、水素を発生させる必要があるときには、反応水とともに反応領域に供給して、水素貯蔵材料を加水分解できる。
加えて本発明は、水素貯蔵材料が加水分解された後に、加水分解により生じた残渣を反応領域から第3領域に適時に回収するので、以後の加水分解の進行を妨げない。
When the generation of hydrogen is unnecessary, the generation of hydrogen can be suppressed by setting the hydrogen storage material as a storage material mixture with a non-aqueous liquid. And if water is added to this storage material mixture and hydrolysis is carried out, hydrogen can be generated when necessary. The present invention is based on this finding and is characterized by having the following requirements.
A predetermined amount of the storage material mixture of the hydrogen storage material powder and the non-aqueous and water-soluble storage solution is retained in the first region. Further, a predetermined amount of reaction water for hydrolyzing the hydrogen storage material powder is held in a second region different from the first region. When generating hydrogen from the hydrogen storage material, the storage material mixture containing the hydrogen storage material is supplied from the first region to the reaction region, and the reaction water is supplied from the second region to the reaction region. To generate hydrogen from the hydrogen storage material.
According to the present invention, since the hydrogen storage material is dispersed and held in a non-aqueous and water-soluble storage solution, even if hydrogen is generated, it can be suppressed to a very small amount. Moreover, in the present invention, when it is necessary to generate hydrogen, the hydrogen storage material can be hydrolyzed by supplying it to the reaction region together with the reaction water.
In addition, in the present invention, after the hydrogen storage material is hydrolyzed, a residue generated by the hydrolysis is recovered from the reaction zone to the third zone in a timely manner, and thus does not hinder the subsequent hydrolysis.

本発明の水素発生方法において、燃料電池が発電することにより生成される水を、第4領域に回収する。第4領域に回収された水を反応水として再利用できるので、効率的な水素発生方法となる。   In the hydrogen generation method of the present invention, water generated by the power generation by the fuel cell is collected in the fourth region. Since the water collected in the fourth region can be reused as reaction water, an efficient method for generating hydrogen is obtained.

また、本発明の水素発生方法において、第1領域の貯蔵材混合物を反応領域に供給し終わった後に、第1領域を第3領域として機能させることにより加水分解により生じた残渣を回収することが好ましい。貯蔵材混合物を反応領域に供給し終わった後には第1領域は空になる。そこで、空になった第1領域に残渣を回収するのである。このとき、元々は第3領域であった所に貯蔵材混合物を収容して、第1領域として機能させる。このように、物理的に同じ領域を交互に第1領域と第3領域に機能させれば、2つの領域を設けるだけで、貯蔵材混合物(水素貯蔵材料)の供給と残差の回収を連続的に行うことができる。同様に、第2領域の反応水を反応領域に供給し終わった後に、第2領域を第4領域として機能させることにより、燃料電池が発電することにより生成される水を回収することが本発明にとって好ましい。   In the hydrogen generation method of the present invention, after the storage material mixture in the first region has been supplied to the reaction region, the residue generated by hydrolysis can be recovered by causing the first region to function as the third region. preferable. After the storage material mixture has been fed to the reaction zone, the first zone is empty. Therefore, the residue is collected in the emptied first region. At this time, the storage material mixture is accommodated in the place where it was originally the third region, and functions as the first region. In this way, if the physically same region is made to function alternately in the first region and the third region, the supply of the storage material mixture (hydrogen storage material) and the recovery of the residual can be continuously performed by providing only two regions. Can be done automatically. Similarly, after the reaction water in the second region has been supplied to the reaction region, the second region functions as the fourth region, thereby recovering water generated by the power generation of the fuel cell. Preferred for.

本発明の保存液には、エチレングリコール又はプロピレングリコールが好ましい。加水分解により水素を発生する水素貯蔵材料を含む場合に、いずれも非水性であるため、水素貯蔵材料が加水分解するのを抑える。また、これら物質は水溶性であるため、反応水を加えたときには、反応水と水素貯蔵材料との接触をほとんど妨げないので、加水分解が進行して、水素を発生できる。さらに、比重が水に近い(エチレングリコール:1.113、プロピレングリコール:1.036)ので、水と均一に混ざりやすい。   The preservation solution of the present invention is preferably ethylene glycol or propylene glycol. In the case of including a hydrogen storage material that generates hydrogen by hydrolysis, since both are non-aqueous, hydrolysis of the hydrogen storage material is suppressed. Moreover, since these substances are water-soluble, when reaction water is added, contact between the reaction water and the hydrogen storage material is hardly hindered, so that hydrolysis proceeds and hydrogen can be generated. Furthermore, since specific gravity is close to water (ethylene glycol: 1.113, propylene glycol: 1.036), it is easy to mix with water uniformly.

以上の本発明の水素発生方法において、上記第1領域〜第4領域はタンクとして具現化できる。したがって、本発明の水素発生システムは、水素貯蔵材料粉末と非水性かつ水溶性の保存液との貯蔵材混合物を収容する貯蔵材供給タンクと、水素貯蔵材料が加水分解された後の残渣を回収する貯蔵材回収タンクと、加水分解に供給される反応水を収容する水供給タンクと、貯蔵材供給タンクから供給される貯蔵材混合物と水供給タンクから供給される反応水とを収容し、水素貯蔵材料粉末の加水分解が行われる反応容器と、を備え、水素の発生が必要なときに、反応容器に対して、貯蔵材供給タンクから水素貯蔵材料を供給するとともに、水供給タンクから反応水を供給することを特徴とする。   In the above hydrogen generation method of the present invention, the first region to the fourth region can be embodied as a tank. Therefore, the hydrogen generation system of the present invention recovers the residue after the storage material supply tank containing the storage material mixture of the hydrogen storage material powder and the non-aqueous and water-soluble preservation solution, and the hydrogen storage material is hydrolyzed. A storage material recovery tank, a water supply tank containing reaction water supplied for hydrolysis, a storage material mixture supplied from the storage material supply tank, and a reaction water supplied from the water supply tank; A reaction vessel in which the storage material powder is hydrolyzed, and when hydrogen generation is required, the hydrogen storage material is supplied from the storage material supply tank to the reaction vessel, and the reaction water is supplied from the water supply tank. It is characterized by supplying.

本発明の水素発生システムにおいて、加水分解で発生した水素を用いて発電することにより燃料電池で生成される水を、水回収タンクに回収することが好ましい。回収された水を反応水として再利用できるので、効率的な水素発生システムとなる。   In the hydrogen generation system of the present invention, it is preferable that water generated by the fuel cell by generating electricity using hydrogen generated by hydrolysis is recovered in a water recovery tank. Since the collected water can be reused as reaction water, an efficient hydrogen generation system is obtained.

また、本発明の水素発生システムにおいて、貯蔵材供給タンク内の貯蔵材混合物を反応容器に供給し終わった後に、貯蔵材供給タンクは貯蔵材回収タンクとして機能させることが好ましい。つまり、貯蔵材供給タンクが空になったらば、加水分解がなされた後の残渣を空になった貯蔵材供給タンクに回収する。このとき、貯蔵材混合物を収容する別の貯蔵材供給タンクから反応容器に向けて貯蔵材混合物を供給する。また、本発明の水素発生システムにおいて、水供給タンク内の反応水を反応容器に供給し終わった後に、水供給タンクを水回収タンクとして機能させることが好ましい。つまり、水供給タンクが空になったならば、発電に伴って燃料電池で生成される水を空になった水供給タンクに回収する。このとき、反応水を収容する別の水供給タンクから反応容器に向けて反応水を供給する。このようにすれば、当初から空の残渣回収用のタンク及び水回収用のタンクを別途用意する必要がないので、水素発生システムの省スペース化に寄与する。   In the hydrogen generation system of the present invention, it is preferable that the storage material supply tank functions as a storage material recovery tank after the storage material mixture in the storage material supply tank is supplied to the reaction vessel. That is, when the storage material supply tank becomes empty, the residue after hydrolysis is recovered in the empty storage material supply tank. At this time, the storage material mixture is supplied from another storage material supply tank containing the storage material mixture toward the reaction vessel. In the hydrogen generation system of the present invention, it is preferable that the water supply tank functions as a water recovery tank after the reaction water in the water supply tank has been supplied to the reaction vessel. That is, when the water supply tank becomes empty, the water generated by the fuel cell with power generation is recovered in the empty water supply tank. At this time, the reaction water is supplied from another water supply tank containing the reaction water toward the reaction vessel. In this way, it is not necessary to separately prepare an empty residue collection tank and a water collection tank from the beginning, which contributes to space saving of the hydrogen generation system.

本発明の水素発生システムにおいて、保存液とてしては、前述したように、エチレングリコール又はプロピレングリコールが好ましい。   In the hydrogen generation system of the present invention, as the storage solution, ethylene glycol or propylene glycol is preferable as described above.

本発明によれば、水素貯蔵材料が非水性かつ水溶性の保存液内に分散されて保持されているので、水素が発生したとしても微量に抑えることができる。しかも、本発明は、水素を発生させる必要があるときには、反応水とともに反応領域に供給して、水素貯蔵材料を加水分解できる。   According to the present invention, since the hydrogen storage material is dispersed and held in a non-aqueous and water-soluble storage solution, even if hydrogen is generated, it can be suppressed to a very small amount. Moreover, in the present invention, when it is necessary to generate hydrogen, the hydrogen storage material can be hydrolyzed by supplying it to the reaction region together with the reaction water.

本実施の形態における水素発生システムの構成を示す。The structure of the hydrogen generation system in this Embodiment is shown. 各種保存液による水素発生量の測定結果を示すグラフである。It is a graph which shows the measurement result of the amount of hydrogen generation by various preservation solutions.

以下、本発明をより詳細に説明する。
<対象となる水素貯蔵材料>
本発明は、加水分解により水素を発生する水素貯蔵材料を対象とする。この様な水素貯蔵材料として、水素化リチウム(LiH)、水素化ナトリウム(NaH)、水素化カルシウム(CaH)、水素化マグネシウム(MgH)等が知られており、本発明はこれらの水素貯蔵材料に広く適用できる。しかし、理論水素発生量、加水分解反応が穏やかであること、低コストであることから、水素化マグネシウム(MgH)を対象とすることが最も好ましい。本発明における水素貯蔵材料は粉末の形態で用いられ、粒子の平均粒径は概ね1〜100μm程度である。
なお、水素化マグネシウムの加水分解反応は以下の式に従って行われる。
MgH+2HO→Mg(OH)+2H
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
<Target hydrogen storage materials>
The present invention is directed to a hydrogen storage material that generates hydrogen by hydrolysis. As such a hydrogen storage material, lithium hydride (LiH), sodium hydride (NaH), calcium hydride (CaH 2 ), magnesium hydride (MgH 2 ), and the like are known. Widely applicable to storage materials. However, it is most preferable to target magnesium hydride (MgH 2 ) because the theoretical hydrogen generation amount, hydrolysis reaction is moderate, and the cost is low. The hydrogen storage material in the present invention is used in the form of powder, and the average particle size of the particles is about 1 to 100 μm.
In addition, the hydrolysis reaction of magnesium hydride is performed according to the following formula.
MgH 2 + 2H 2 O → Mg (OH) 2 + 2H 2

<非水性かつ水溶性の保存液>
本発明における水素貯蔵材料は、非水性かつ水溶性の保存液との貯蔵材混合物として第1の領域(貯蔵材供給タンク)に保持される。保存液を非水性とするのは水素貯蔵材料に加水分解反応を生じさせないためであり、非水性は保存液に要求される最も基本的な性質である。また、保存液には、水溶性であることが要求される。これは、加水分解のために貯蔵材混合物に水を加える際に、貯蔵材混合物に含まれる水素貯蔵材料と水との迅速な接触を確保するためである。保存液に要求される基本的な特性は以上の2つであるが、人体に対する毒性を有しないこと、揮発性を有しないことが好ましい。
<Non-aqueous and water-soluble storage solution>
The hydrogen storage material in the present invention is held in the first region (storage material supply tank) as a storage material mixture with a non-aqueous and water-soluble preservation solution. The reason why the preservation solution is made non-aqueous is to prevent the hydrogen storage material from undergoing a hydrolysis reaction, and non-aqueous is the most basic property required for the preservation solution. In addition, the preservation solution is required to be water-soluble. This is to ensure rapid contact between the hydrogen storage material contained in the storage material mixture and water when water is added to the storage material mixture for hydrolysis. The basic properties required for the preservation solution are the above two, but it is preferable that the preservation solution does not have toxicity to the human body and does not have volatility.

本発明に使用できる保存液としては、炭素数が6個までの脂肪族アルコール、炭素数が2〜4個のアルキレングリコール及びこれらのアルキルエーテル又はジアルキルエーテル、炭素数が2〜4個のジアルキレングリコール及びこれらのアルキルエーテル又はジアルキルエーテル、炭素数6個までの脂肪族エーテルが掲げられる。これらの中では、エチレングリコール、プロピレングリコールが好ましい。   Examples of the preservation solution that can be used in the present invention include aliphatic alcohols having up to 6 carbon atoms, alkylene glycols having 2 to 4 carbon atoms and alkyl ethers or dialkyl ethers thereof, and dialkylenes having 2 to 4 carbon atoms. Listed are glycols and their alkyl ethers or dialkyl ethers and aliphatic ethers having up to 6 carbon atoms. Among these, ethylene glycol and propylene glycol are preferable.

<貯蔵材混合物>
粉末形態の水素貯蔵材料は、保存液との貯蔵材混合物とされる。この貯蔵材混合物における水素貯蔵材料の含有量は、少ないと発生する水素量が不足し、多いと粘性が大きくなりポンプによる供給が難しくなるので10〜60質量%とすることが好ましく、20〜50質量%とすることがより好ましい。この貯蔵材混合物は、一般にスラリーと称される形態となる。
水素貯蔵材料がこの貯蔵材混合物に含まれている状態では、水と接することがないので、加水分解による水素の発生は生じないか生じても極微量である。これは、加水分解を促進する加熱を施しても同様である。このように、水素貯蔵材料を本発明における保存液との貯蔵材混合物として保持することにより、不必要なときに水素貯蔵材料から水素が発生するのを抑制できる。
<Storage material mixture>
The hydrogen storage material in powder form is a storage material mixture with a preservation solution. If the content of the hydrogen storage material in the storage material mixture is small, the amount of generated hydrogen is insufficient. If the content is large, the viscosity increases and it becomes difficult to supply by a pump. It is more preferable to set it as the mass%. This storage material mixture is generally in the form of a slurry.
In a state where the hydrogen storage material is contained in the storage material mixture, it does not come into contact with water, so that hydrogen is not generated or is extremely small even if it is generated by hydrolysis. This is the same even when heating that promotes hydrolysis is performed. Thus, by holding | maintaining a hydrogen storage material as a storage material mixture with the preservation | save liquid in this invention, it can suppress that hydrogen is generated from a hydrogen storage material when it is unnecessary.

<水素貯蔵材料における水素発生>
本発明による貯蔵材混合物を用いて水素発生を行うためには、貯蔵材混合物に水(反応水)を供給する。保存液が水溶性であるから、供給された水が容易に水素貯蔵材料に接触して、水素貯蔵材料に加水分解反応が生じる。なお、供給する水は、理論上は等量で足りるが、等量の1.2〜2.5倍程度の量とすることが好ましい。
加水分解反応を促進するために、加熱下で貯蔵材混合物に水を供給することが好ましい。加熱温度は、40〜100℃の範囲で適宜選択できる。ただし、この加水分解反応は発熱を伴うので、加熱は当初のみで足りる。
同様に、酸性物質又は弱塩基性物質を含む水溶液(反応水)を用いることもできる。酸性物質又は弱塩基性物質の添加により、加水分解反応時に溶液中のpHを固定できる。そうすることにより、水素発生を阻害するMg(OH)の生成を抑制できる。酸性物質は、酸解離定数pKaが4〜9であることが好ましい。pKaが4未満では、酸が強く、反応が急激に進み、pKaが9を超えると酸が弱くMg(OH)の生成を防止する効果が十分に得られない。このような酸性物質としては、塩酸、硫酸、酢酸などのカルボン酸、炭酸、燐酸水素ナトリウムなどがあり、それらを混合して用いることもできる。弱塩基性物質としては、炭酸水素ナトリウム、炭酸水素カリウム、水酸化アンモニウムなどを用いることができる。また、これら物質としては、pHの固定作用を維持するために、その水溶液の濃度は、例えば、塩酸:0.001〜0.1mol/l、硫酸:0.001〜0.1mol/l、酢酸:0.01〜1mol/l、炭酸水素ナトリウム:0.01〜1mol/l、水酸化アンモニウム:0.01〜1mol/lとすることが好ましい。
<Hydrogen generation in hydrogen storage materials>
In order to generate hydrogen using the storage material mixture according to the present invention, water (reaction water) is supplied to the storage material mixture. Since the preservation solution is water-soluble, the supplied water easily comes into contact with the hydrogen storage material, and a hydrolysis reaction occurs in the hydrogen storage material. The amount of water to be supplied is theoretically equivalent, but is preferably about 1.2 to 2.5 times the equivalent amount.
In order to accelerate the hydrolysis reaction, it is preferable to supply water to the storage material mixture under heating. The heating temperature can be appropriately selected within the range of 40 to 100 ° C. However, since this hydrolysis reaction is exothermic, heating is sufficient only at the beginning.
Similarly, an aqueous solution (reaction water) containing an acidic substance or a weakly basic substance can be used. By adding an acidic substance or a weakly basic substance, the pH in the solution can be fixed during the hydrolysis reaction. By doing so, the production | generation of Mg (OH) 2 which inhibits hydrogen generation can be suppressed. The acidic substance preferably has an acid dissociation constant pKa of 4 to 9. The pKa of less than 4, acids stronger, the reaction proceeds rapidly, pKa effect of acid exceeds 9 prevents the formation of weak Mg (OH) 2 can not be sufficiently obtained. Examples of such acidic substances include carboxylic acids such as hydrochloric acid, sulfuric acid, and acetic acid, carbonic acid, sodium hydrogen phosphate, and the like, which can be used in combination. As the weak basic substance, sodium hydrogen carbonate, potassium hydrogen carbonate, ammonium hydroxide and the like can be used. Moreover, as these substances, in order to maintain the pH fixing action, the concentration of the aqueous solution is, for example, hydrochloric acid: 0.001 to 0.1 mol / l, sulfuric acid: 0.001 to 0.1 mol / l, acetic acid : 0.01-1 mol / l, sodium bicarbonate: 0.01-1 mol / l, ammonium hydroxide: 0.01-1 mol / l.

<水素発生システム>
次に、水素発生システムの実施形態を図1に基づいて説明する。
本実施形態に係る水素発生システム10は、例えば電気自動車に搭載され、燃料電池システム20に水素を供給するためのものである。燃料電池システム20は、水素を供給することにより発電する燃料電池を備える。
<Hydrogen generation system>
Next, an embodiment of the hydrogen generation system will be described with reference to FIG.
The hydrogen generation system 10 according to the present embodiment is mounted on, for example, an electric vehicle and supplies hydrogen to the fuel cell system 20. The fuel cell system 20 includes a fuel cell that generates electricity by supplying hydrogen.

水素発生システム10は、貯蔵材供給タンク(第1領域)11から水素貯蔵材を前述した貯蔵材混合物の形態で反応容器16に供給するとともに、反応水供給タンク13から反応水を反応容器16に供給することにより、水素貯蔵材料に加水分解反応を生じさせて、水素を発生する。
貯蔵材供給タンク(第1領域)11には、水素貯蔵材料と保存液とからなる所定量の貯蔵材混合物が収容、保持されている。例えば電気自動車が水素貯蔵材料の補充なしに十分に走行できる水素量を発生できるように所定量が定められる。反応水も同様である。貯蔵材供給タンク11は供給配管L1、L3を介して反応容器16に繋がっており、貯蔵材供給タンク11内に保持されている貯蔵材混合物は、供給配管L1、L3(ポンプ15)を通って反応容器16に供給される。
貯蔵材供給タンク11は、例えば電気自動車の所定位置に着脱自在に搭載され、供給配管L1との接続も自在とされる。
The hydrogen generation system 10 supplies the hydrogen storage material from the storage material supply tank (first region) 11 to the reaction vessel 16 in the form of the storage material mixture described above, and the reaction water from the reaction water supply tank 13 to the reaction vessel 16. By supplying the hydrogen storage material, a hydrolysis reaction is caused to generate hydrogen.
A storage material supply tank (first region) 11 stores and holds a predetermined amount of storage material mixture composed of a hydrogen storage material and a storage solution. For example, the predetermined amount is determined so that the electric vehicle can generate an amount of hydrogen that can run sufficiently without replenishment of the hydrogen storage material. The same applies to reaction water. The storage material supply tank 11 is connected to the reaction vessel 16 through supply pipes L1 and L3, and the storage material mixture held in the storage material supply tank 11 passes through the supply pipes L1 and L3 (pump 15). The reaction vessel 16 is supplied.
The storage material supply tank 11 is detachably mounted at a predetermined position of the electric vehicle, for example, and can be freely connected to the supply pipe L1.

反応水供給タンク(第2領域)13には、反応容器16内に供給されて水素貯蔵材料に加水分解反応を生じさせる所定量の反応水が収容、保持されている。反応水供給タンク13に保持される反応水は、真水に限らず、酸性物質又は弱塩基性物質(反応促進剤)を含む水溶液であってもよい。反応水供給タンク13に保持される反応水を真水とし、酸性物質又は弱塩基性物質を促進剤供給容器17から配管L5を介して反応容器16に供給することもできる。
反応水供給タンク13は供給配管L2、L3を介して反応容器16に繋がっており、反応水供給タンク13内に保持されている反応水は、供給配管L2、L3(ポンプ15)を通って反応容器16に供給される。
反応水供給タンク13は、例えば電気自動車の所定位置に着脱自在に搭載され、供給配管L2との接続も自在とされる。
The reaction water supply tank (second region) 13 stores and holds a predetermined amount of reaction water that is supplied into the reaction vessel 16 and causes a hydrolysis reaction to occur in the hydrogen storage material. The reaction water held in the reaction water supply tank 13 is not limited to fresh water, but may be an aqueous solution containing an acidic substance or a weakly basic substance (reaction accelerator). The reaction water held in the reaction water supply tank 13 may be fresh water, and an acidic substance or a weakly basic substance may be supplied from the promoter supply container 17 to the reaction container 16 via the pipe L5.
The reaction water supply tank 13 is connected to the reaction vessel 16 through supply pipes L2 and L3, and the reaction water held in the reaction water supply tank 13 reacts through the supply pipes L2 and L3 (pump 15). It is supplied to the container 16.
The reaction water supply tank 13 is detachably mounted at a predetermined position of the electric vehicle, for example, and can be freely connected to the supply pipe L2.

貯蔵材供給タンク11に繋がる供給配管L1と反応水供給タンク13に繋がる供給配管L2とが合流して供給配管L3に繋がる。供給配管L3上にはポンプ15が設けられており、ポンプ15が動作することにより、貯蔵材混合物(水素貯蔵材料+保存液)と反応水は反応容器16に供給される。   The supply pipe L1 connected to the storage material supply tank 11 and the supply pipe L2 connected to the reaction water supply tank 13 merge to be connected to the supply pipe L3. A pump 15 is provided on the supply pipe L <b> 3. When the pump 15 is operated, the storage material mixture (hydrogen storage material + preservation solution) and reaction water are supplied to the reaction vessel 16.

反応容器16内にはヒータ16hが設けられている。ヒータ16hを加熱することにより、反応容器16内を40〜100℃の温度に加熱、保持して加水分解反応を促進する。
また、反応容器16内には、撹拌羽16fが設けられている。水素発生が要求されるときには、撹拌羽16fを回転することにより、加水分解反応を促進する。
A heater 16 h is provided in the reaction vessel 16. By heating the heater 16h, the inside of the reaction vessel 16 is heated and maintained at a temperature of 40 to 100 ° C. to promote the hydrolysis reaction.
A stirring blade 16 f is provided in the reaction vessel 16. When hydrogen generation is required, the hydrolysis reaction is accelerated by rotating the stirring blade 16f.

反応容器16には回収配管L6の一端が繋がれており、回収配管L6の他端は貯蔵材回収タンク(第3領域)12に繋がれている。水素の発生が完了すると、水素貯蔵材料は残渣となる。例えば、水素貯蔵材料がMgHの場合にはMg(OH)が残渣となる。また、水素貯蔵材料とともに反応容器16に供給された保存液、反応水も残渣となる。これら残渣は、回収配管L6を通って貯蔵材回収タンク12(第3領域)に回収される。 One end of a recovery pipe L6 is connected to the reaction vessel 16, and the other end of the recovery pipe L6 is connected to a storage material recovery tank (third region) 12. When the generation of hydrogen is completed, the hydrogen storage material becomes a residue. For example, when the hydrogen storage material is MgH 2 , Mg (OH) 2 becomes a residue. Moreover, the preservation solution and reaction water supplied to the reaction vessel 16 together with the hydrogen storage material also become a residue. These residues are collected in the storage material collection tank 12 (third region) through the collection pipe L6.

反応容器16には、水素貯蔵材料から発生した水素を燃料電池システム20に向けて供給する供給配管L7が繋がれている。燃料電池システム20には回収配管L8の一端が繋がれており、回収配管L8の他端には水回収タンク14が繋がれている。燃料電池システム20が発電することにより生成される水は、回収配管L8を通って水回収タンク(第4領域)14に回収される。   The reaction vessel 16 is connected to a supply pipe L7 that supplies hydrogen generated from the hydrogen storage material toward the fuel cell system 20. One end of a recovery pipe L8 is connected to the fuel cell system 20, and a water recovery tank 14 is connected to the other end of the recovery pipe L8. The water generated by the power generation by the fuel cell system 20 is collected in the water collection tank (fourth region) 14 through the collection pipe L8.

水素発生システム10の運転例を以下説明する。
本発明に係る所定量の貯蔵材混合物が充填された貯蔵材供給タンク11を水素発生システム10の所定位置に搭載する。また、所定量の反応水が充填された反応水供給タンク13を搭載する。このとき、貯蔵材回収タンク12、水回収タンク14は、各々の回収が十分できるように内部に回収空間が設けられている。もちろん、空の貯蔵材回収タンク12、水回収タンク14としてもよい。
An operation example of the hydrogen generation system 10 will be described below.
A storage material supply tank 11 filled with a predetermined amount of storage material mixture according to the present invention is mounted at a predetermined position of the hydrogen generation system 10. Moreover, the reaction water supply tank 13 filled with the predetermined amount of reaction water is mounted. At this time, the storage material recovery tank 12 and the water recovery tank 14 are provided with a recovery space in the interior so that each of them can be recovered sufficiently. Of course, an empty storage material recovery tank 12 and a water recovery tank 14 may be used.

燃料電池システム20が発電する際には、ポンプ15を作動させることにより、貯蔵材供給タンク11から水素貯蔵材料と保存液からなる貯蔵材混合物が、また、反応水供給タンク13から反応水が供給配管L3を通って反応容器16に供給される。このとき、反応容器16内には先行する水素発生に伴う残渣が残されていても構わないが、残渣は少ないことが好ましい。
反応容器16は、ヒータ16hにより40〜100℃の温度に保持されているので、加水分解が促進され、水素貯蔵材料から水素が発生する。この水素は、供給配管L7を通って燃料電池システム20に供給される。なお、加水分解反応は発熱反応であるため、ヒータ16hによる加熱は、当初のみで足りる。
When the fuel cell system 20 generates electricity, the pump 15 is operated to supply a storage material mixture comprising a hydrogen storage material and a storage liquid from the storage material supply tank 11 and a reaction water from the reaction water supply tank 13. It is supplied to the reaction vessel 16 through the pipe L3. At this time, a residue due to the preceding hydrogen generation may remain in the reaction vessel 16, but it is preferable that the residue is small.
Since the reaction vessel 16 is maintained at a temperature of 40 to 100 ° C. by the heater 16h, hydrolysis is promoted and hydrogen is generated from the hydrogen storage material. This hydrogen is supplied to the fuel cell system 20 through the supply pipe L7. Since the hydrolysis reaction is an exothermic reaction, heating by the heater 16h is sufficient only at the beginning.

反応容器16に残った残渣は、好ましくは、発電が行なわれない間に貯蔵材回収タンク12に回収される。また、燃料電池システム20で生成される水は、好ましくは、発電が行なわれている間に、水回収タンク14に回収される。   The residue remaining in the reaction vessel 16 is preferably recovered in the storage material recovery tank 12 while power generation is not performed. Further, the water generated in the fuel cell system 20 is preferably recovered in the water recovery tank 14 while power generation is performed.

燃料電池システム20で発電しないときには、ポンプ15を停止する。貯蔵材供給タンク11内に保持されている水素貯蔵材料は水と接触することがないので、水素の発生を防止できるか、発生したとしても極微量に抑えることができる。   When the fuel cell system 20 does not generate power, the pump 15 is stopped. Since the hydrogen storage material held in the storage material supply tank 11 does not come into contact with water, the generation of hydrogen can be prevented or can be suppressed to a very small amount even if it occurs.

貯蔵材供給タンク11内の貯蔵材混合物が不足したならば、貯蔵材混合物が充填されている新たな貯蔵材供給タンク11を貯蔵材回収タンク12と置き換える。そうすることにより、貯蔵材混合物が不足した貯蔵材供給タンク11を、今度は貯蔵材回収タンク12として利用できる。そのために、供給配管L1及び回収配管L6を以下のように繋ぎ替える。つまり、供給配管L1を新たな貯蔵材供給タンク11(図1では貯蔵材回収タンク12の位置)に繋ぎ、回収配管L6を貯蔵材混合物が不足した貯蔵材供給タンク11に繋げばよい。
反応水供給タンク13内の反応水が不足したならば、反応水供給タンク13を新たな水回収タンク14として機能させる。また、燃料電池システム20から水を回収していた水回収タンク14は、今度は新たな反応水供給タンク13として機能させる。そのために、供給配管L2及び回収配管L8を以下のように繋ぎ替える。つまり、供給配管L2を新たな反応水供給タンク13(図1では水回収タンク14の位置)に繋ぎ、回収配管L8を新たな水回収ンク14(図1では反応水供給タンクの位置)に繋げばよい。
If the storage material mixture in the storage material supply tank 11 is insufficient, the new storage material supply tank 11 filled with the storage material mixture is replaced with the storage material recovery tank 12. By doing so, the storage material supply tank 11 lacking the storage material mixture can now be used as the storage material recovery tank 12. For this purpose, the supply pipe L1 and the recovery pipe L6 are connected as follows. That is, the supply pipe L1 may be connected to a new storage material supply tank 11 (the position of the storage material recovery tank 12 in FIG. 1), and the recovery pipe L6 may be connected to the storage material supply tank 11 lacking the storage material mixture.
If the reaction water in the reaction water supply tank 13 is insufficient, the reaction water supply tank 13 is caused to function as a new water recovery tank 14. Further, the water recovery tank 14 that has recovered water from the fuel cell system 20 is caused to function as a new reaction water supply tank 13 this time. For that purpose, the supply pipe L2 and the recovery pipe L8 are connected as follows. That is, the supply pipe L2 is connected to a new reaction water supply tank 13 (position of the water recovery tank 14 in FIG. 1), and the recovery pipe L8 is connected to a new water recovery tank 14 (position of the reaction water supply tank in FIG. 1). That's fine

以上の通りであり、水素発生システム10によれば、発電するときには反応容器16に貯蔵材混合物と反応水とを供給して水素を発生させるが、そうでないときには、貯蔵材混合物に含まれる水素貯蔵材料からの水素の発生を抑制できる。
また、水素発生システム10は、所定量の貯蔵材混合物を貯蔵材供給タンク11に保持し、貯蔵材混合物が不足したならば、新たな貯蔵材供給タンク11を積むことにより、永続的な水素発生システム10を構築できる。また、貯蔵材混合物が不足した貯蔵材供給タンク11は、反応容器16に溜まる残渣の回収用に用いることができるので、貯蔵材混合物が不足した貯蔵材供給タンク11を降ろす手間が少なくてすむ。
反応水供給タンク13と水回収タンク14については、交互に供給タンクと回収タンクの機能を持たせることができるので、タンクの積み替えを省略できる。
As described above, according to the hydrogen generation system 10, when generating electricity, the storage material mixture and the reaction water are supplied to the reaction vessel 16 to generate hydrogen. Otherwise, the hydrogen storage contained in the storage material mixture is stored. Generation of hydrogen from the material can be suppressed.
In addition, the hydrogen generation system 10 holds a predetermined amount of the storage material mixture in the storage material supply tank 11, and if the storage material mixture runs short, a new storage material supply tank 11 is loaded so as to generate permanent hydrogen. A system 10 can be constructed. Further, since the storage material supply tank 11 lacking the storage material mixture can be used for recovering the residue accumulated in the reaction vessel 16, it is possible to reduce the trouble of taking down the storage material supply tank 11 lacking the storage material mixture.
About the reaction water supply tank 13 and the water recovery tank 14, since the function of a supply tank and a recovery tank can be provided alternately, transshipment of a tank can be abbreviate | omitted.

以下、本発明を具体的な実施例に基づいて説明する。
水素化マグネシウム(MgH)粉末を、分散媒である水、エチレングリコール、プロピレングリコール、シリコンオイルに添加し混合物(スラリー)を作製した。水素化マグネシウム(MgH)粉末の含有量は、水:20質量%、エチレングリコール:46質量%、プロピレングリコール:46質量%、シリコンオイル:46質量%である。
Hereinafter, the present invention will be described based on specific examples.
Magnesium hydride (MgH 2 ) powder was added to water, ethylene glycol, propylene glycol, and silicon oil as dispersion media to prepare a mixture (slurry). The content of magnesium hydride (MgH 2 ) powder is 20% by mass of water, 46% by mass of ethylene glycol, 46% by mass of propylene glycol, and 46% by mass of silicon oil.

これらスラリーを恒温槽に入れ、任意時間毎に発生水素量をガスメータで測定した。なお、水は恒温槽を4℃に維持し、エチレングリコール、プロピレングリコール及びシリコンオイルは恒温槽を30℃に維持した。
結果を図2に示が、水素化マグネシウム(MgH)粉末を水に添加したスラリーに比べて、水素化マグネシウム(MgH)粉末をエチレングリコール、プロピレングリコール又はシリコンオイルに添加したスラリーは、水素の発生を極めて低減できることがわかる。特に、プロピレングリコールを用いると、水素発生量が少ない。なお、エチレングリコール、プロピレングリコール又はシリコンオイルであっても水素が発生するのは、空気中からこれらに溶解した水分との反応が生じたためと解される。
These slurries were put into a thermostat, and the amount of generated hydrogen was measured with a gas meter every arbitrary time. In addition, water maintained the thermostat at 4 degreeC, and ethylene glycol, propylene glycol, and silicon oil maintained the thermostat at 30 degreeC.
The results are shown in FIG. 2. Compared with the slurry in which magnesium hydride (MgH 2 ) powder was added to water, the slurry in which magnesium hydride (MgH 2 ) powder was added to ethylene glycol, propylene glycol or silicon oil was It can be seen that the occurrence of can be greatly reduced. In particular, when propylene glycol is used, the amount of hydrogen generation is small. In addition, even if it is ethylene glycol, propylene glycol, or silicon oil, it is understood that hydrogen generate | occur | produces because the reaction with the water | moisture content melt | dissolved in these occurred from the air.

次に、作製した3種類のスラリーを用いて加水分解により水素を発生させ、水素発生率を測定した。なお、水素発生率は、水素化マグネシウムの理論水素発生量を100%とし、水素発生開始から1時間経過までの水素発生量に基づいて算出した。また加水分解は、加熱下(80℃)で行ない、反応水として水(真水)の他に酢酸(0.4mol/l)水溶液及びクエン酸水溶液(2mol/l)を用いて行なった。
結果を表1に示すが、エチレングリコール、プロピレングリコール又はシリコンオイルを保存液として用いても、十分な量の水素を発生できる。
Next, hydrogen was generated by hydrolysis using the prepared three types of slurry, and the hydrogen generation rate was measured. The hydrogen generation rate was calculated based on the hydrogen generation amount from the start of hydrogen generation to the lapse of 1 hour, with the theoretical hydrogen generation amount of magnesium hydride being 100%. Hydrolysis was carried out under heating (80 ° C.), using water (fresh water) as the reaction water, and using an acetic acid (0.4 mol / l) aqueous solution and a citric acid aqueous solution (2 mol / l).
The results are shown in Table 1, and a sufficient amount of hydrogen can be generated even when ethylene glycol, propylene glycol or silicone oil is used as the storage solution.

Figure 2010195643
Figure 2010195643

10…水素発生システム、
11…貯蔵材供給タンク(第1領域)、12…貯蔵材回収タンク(第3領域)
13…反応水供給タンク(第2領域)、14…水回収タンク(第4領域)
16…反応容器
20…燃料電池システム
10 ... Hydrogen generation system,
11 ... Storage material supply tank (first region), 12 ... Storage material recovery tank (third region)
13 ... Reaction water supply tank (second region), 14 ... Water recovery tank (fourth region)
16 ... Reaction vessel 20 ... Fuel cell system

Claims (8)

水素貯蔵材料粉末と非水性かつ水溶性の保存液との混合物を第1領域に所定量だけ保持し、
前記水素貯蔵材料粉末を加水分解する反応水を前記第1領域とは異なる第2領域に所定量だけ保持し、
前記水素貯蔵材料から水素を発生させる際に、前記第1領域から前記混合物を反応領域に供給するとともに、前記第2領域から前記反応水を前記反応領域に供給して、前記水素貯蔵材料を加水分解することにより、前記水素貯蔵材料から水素を発生させ、
前記反応領域において前記水素貯蔵材料が加水分解された後に、前記加水分解により生じた残渣を前記反応領域から第3領域に回収することを特徴とする水素発生方法。
A predetermined amount of a mixture of the hydrogen storage material powder and a non-aqueous and water-soluble storage solution is retained in the first region,
Holding a predetermined amount of reaction water for hydrolyzing the hydrogen storage material powder in a second region different from the first region;
When generating hydrogen from the hydrogen storage material, the mixture is supplied from the first region to the reaction region, and the reaction water is supplied from the second region to the reaction region to hydrolyze the hydrogen storage material. By decomposing, hydrogen is generated from the hydrogen storage material,
A method for generating hydrogen, wherein after the hydrogen storage material is hydrolyzed in the reaction region, a residue generated by the hydrolysis is recovered from the reaction region to a third region.
前記加水分解で発生した水素を用いて発電した燃料電池で生成される水を、第4領域に回収することを特徴とする水素発生方法。   A method for generating hydrogen, comprising recovering, in a fourth region, water generated by a fuel cell that generates electricity using hydrogen generated by the hydrolysis. 前記第1領域の前記混合物を前記反応領域に供給し終わった後に、前記第1領域を前記第3領域として前記加水分解により生じた残渣を回収し、
前記第2領域の前記反応水を前記反応領域に供給し終わった後に、前記第2領域を前記第4領域として前記燃料電池が発電することにより生成される水を回収することを特徴とする請求項1又は2に記載の水素発生方法。
After supplying the mixture of the first region to the reaction region, the residue generated by the hydrolysis is recovered using the first region as the third region,
The water generated by the fuel cell generating power is collected with the second region as the fourth region after the reaction water in the second region has been supplied to the reaction region. Item 3. The method for generating hydrogen according to Item 1 or 2.
前記保存液は、エチレングリコール又はプロピレングリコールであることを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の水素発生方法。   The method for generating hydrogen according to claim 1, wherein the preservation solution is ethylene glycol or propylene glycol. 水素貯蔵材料粉末と非水性かつ水溶性の保存液との混合物を収容する貯蔵材供給タンクと、
前記水素貯蔵材料が加水分解された後の残渣を回収する貯蔵材回収タンクと、
前記加水分解に供給される反応水を収容する水供給タンクと、
前記貯蔵材供給タンクから供給される前記混合物と前記水供給タンクとから供給される反応水とを収容し、前記水素貯蔵材料粉末の加水分解が行われる反応容器と、
を備え、
前記水素貯蔵材料から水素の発生が必要なときに、
前記反応容器に対して、前記貯蔵材供給タンクから前記水素貯蔵材料を供給するとともに、前記水供給タンクから前記反応水を供給することを特徴とする水素発生システム。
A storage material supply tank containing a mixture of hydrogen storage material powder and a non-aqueous and water-soluble storage solution;
A storage material recovery tank for recovering a residue after the hydrogen storage material is hydrolyzed;
A water supply tank containing reaction water to be supplied to the hydrolysis;
Containing the mixture supplied from the storage material supply tank and reaction water supplied from the water supply tank; and a reaction vessel in which hydrolysis of the hydrogen storage material powder is performed;
With
When hydrogen generation from the hydrogen storage material is necessary,
A hydrogen generation system, wherein the hydrogen storage material is supplied from the storage material supply tank to the reaction vessel, and the reaction water is supplied from the water supply tank.
前記加水分解で発生した水素を用いて発電した燃料電池で生成される水を、水回収タンクに回収することを特徴とする水素発生システム。   A hydrogen generation system, wherein water generated in a fuel cell that generates electricity using hydrogen generated by hydrolysis is recovered in a water recovery tank. 前記貯蔵材供給タンク内の前記混合物を前記反応容器に供給し終わった後に、前記貯蔵材供給タンクは前記貯蔵材回収タンクとなり、
前記水供給タンク内の前記反応水を前記反応容器に供給し終わった後に、前記水供給タンクは前記水回収タンクとなることを特徴とする請求項5又は6に記載の水素発生システム。
After supplying the mixture in the storage material supply tank to the reaction vessel, the storage material supply tank becomes the storage material recovery tank,
The hydrogen generation system according to claim 5 or 6, wherein after the reaction water in the water supply tank has been supplied to the reaction vessel, the water supply tank becomes the water recovery tank.
前記保存液は、エチレングリコール又はプロピレングリコールであることを特徴とする請求項5〜7のいずれかに記載の水素発生システム。   The hydrogen generation system according to claim 5, wherein the preservation solution is ethylene glycol or propylene glycol.
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