JP2018076214A - Hydrogen generator - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、水素生成装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen generator.
従来の水素生成装置としては、例えば特許文献1に記載されている装置が知られている。特許文献1に記載の装置は、アンモニア(NH3)タンクと、アンモニアタンクから供給されるアンモニアを気化する気化器と、気化器からの気化した燃料と空気とを混合して改質し、燃料ガスを生成する改質器と、気化器に並列に接続され、アンモニアの温度に応じて発熱または吸熱する蓄熱材を有する反応器とを備えている。作動時は、高圧のアンモニアと蓄熱材との反応により反応器から熱が取り出される。反応器に蓄熱された熱は、気化器等の温度上昇に用いられる。
As a conventional hydrogen generator, for example, an apparatus described in
しかしながら、上記従来技術においては、アンモニアタンクからのアンモニアが反応器の蓄熱材と反応して反応器から熱が発生すると共に、アンモニアタンクからのアンモニアが気化器により気化されて改質器に供給される。このとき、反応器から発生した熱が気化器に伝わることで、アンモニアが加熱される。しかし、システムの始動時には、反応器から発生した熱により暖められていないアンモニアが改質器に供給される可能性がある。この場合には、改質器において改質動作の立ち上がりが遅くなり、改質器の改質性能の低下につながる。 However, in the above prior art, the ammonia from the ammonia tank reacts with the heat storage material of the reactor to generate heat from the reactor, and the ammonia from the ammonia tank is vaporized by the vaporizer and supplied to the reformer. The At this time, ammonia is heated by transferring the heat generated from the reactor to the vaporizer. However, when the system is started, ammonia that is not warmed by the heat generated from the reactor may be supplied to the reformer. In this case, the start-up of the reforming operation is delayed in the reformer, leading to a decrease in reforming performance of the reformer.
本発明の目的は、改質器の改質性能を向上させることができる水素生成装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide a hydrogen generator capable of improving the reforming performance of a reformer.
本発明の一態様は、アンモニアを貯蔵するタンクと、タンクと第1通路を介して接続され、タンクから供給されるアンモニアを分解して水素及び窒素を主成分とする改質ガスを生成する改質器とを備えた水素生成装置であって、タンクと第2通路を介して接続され、タンクから供給されるアンモニアとの化学反応により発熱すると共に熱が与えられるとアンモニアが脱離する反応材を有する反応部と、反応部と第3通路を介して接続され、反応材から発生した熱によりアンモニアを加熱すると共に反応材に熱を伝える熱交換部と、熱交換部と改質器とを接続し、熱交換部により加熱されたアンモニアを改質器に供給する第4通路と、第2通路に配設され、タンクから反応部に供給されるアンモニアの流路を開閉する第1開閉弁と、第1通路に配設され、タンクから改質器に供給されるアンモニアの流路を開閉する第2開閉弁と、始動時は、第1開閉弁を開くように制御すると共に第2開閉弁を閉じるように制御し、始動終了後の通常運転時は、第1開閉弁を閉じるように制御すると共に第2開閉弁を開くように制御する弁制御部とを備えることを特徴とする。 One aspect of the present invention is a modified tank that is connected to a tank for storing ammonia, and the tank through a first passage, and decomposes ammonia supplied from the tank to generate reformed gas mainly containing hydrogen and nitrogen. A hydrogen generating device comprising a mass device, which is connected to a tank through a second passage and generates heat by a chemical reaction with ammonia supplied from the tank and from which ammonia is released when heat is applied. A reaction section having a heat exchange section that is connected to the reaction section through the third passage, heats ammonia by the heat generated from the reaction material, and transfers heat to the reaction material, and a heat exchange section and a reformer. A first on-off valve connected to and connected to the reformer for supplying ammonia heated by the heat exchange unit, and a first on-off valve disposed in the second passage for opening and closing a flow path of ammonia supplied from the tank to the reaction unit And in the first passage And a second on-off valve that opens and closes the flow path of ammonia supplied from the tank to the reformer, and at the time of start-up, the first on-off valve is controlled to be opened and the second on-off valve is closed. And a valve control unit that controls to close the first on-off valve and to open the second on-off valve during normal operation after the start is completed.
このような水素生成装置においては、始動時には、第1開閉弁が開かれると共に第2開閉弁が閉じられるため、タンクに貯蔵されたアンモニアが第2通路を通って反応部に供給される。すると、アンモニアと反応部の反応材との化学反応により反応材から熱が発生し、その熱により未反応のアンモニアが加熱される。そして、加熱されたアンモニアが第3通路を通って熱交換部に供給される。すると、熱交換部において、反応材から発生した熱によりアンモニアが更に加熱される。そして、加熱されたアンモニアが第4通路を通って改質器に供給される。従って、始動時には、十分に加熱されたアンモニアが改質器に供給されることとなる。これにより、改質器において改質動作の立ち上がりが早くなるため、改質器の改質性能が向上する。 In such a hydrogen generator, at the time of start-up, since the first on-off valve is opened and the second on-off valve is closed, ammonia stored in the tank is supplied to the reaction section through the second passage. Then, heat is generated from the reaction material by a chemical reaction between ammonia and the reaction material in the reaction part, and unreacted ammonia is heated by the heat. And the heated ammonia is supplied to a heat exchange part through a 3rd channel | path. Then, in the heat exchange part, ammonia is further heated by the heat generated from the reaction material. The heated ammonia is supplied to the reformer through the fourth passage. Therefore, at the time of starting, sufficiently heated ammonia is supplied to the reformer. Thereby, since the start of reforming operation is quick in the reformer, the reforming performance of the reformer is improved.
反応部と改質器とは、熱交換部を介して熱交換可能に配置されており、熱交換部は、改質器の熱を反応材に伝えてもよい。 The reaction section and the reformer are arranged so as to be able to exchange heat via the heat exchange section, and the heat exchange section may transmit the heat of the reformer to the reaction material.
始動終了後の通常運転時には、第1開閉弁が閉じられると共に第2開閉弁が開かれる。このとき、反応部と改質器とは熱交換部を介して熱交換可能に配置されているので、改質器の熱が熱交換部を通って反応材に伝えられ、反応材からアンモニアが脱離する、いわゆる反応材の再生が行われる。この場合には、簡単な構成で反応材の再生を実現することができる。 During normal operation after the start, the first on-off valve is closed and the second on-off valve is opened. At this time, since the reaction section and the reformer are arranged so that heat exchange is possible via the heat exchange section, the heat of the reformer is transmitted to the reaction material through the heat exchange section, and ammonia is transferred from the reaction material. The so-called reaction material that is desorbed is regenerated. In this case, the reaction material can be regenerated with a simple configuration.
水素生成装置は、改質器により生成された改質ガスを熱交換部に供給する第5通路と、第5通路に配設され、熱交換部に供給される改質ガスの流路を開閉する第3開閉弁とを更に備え、熱交換部は、改質ガスの熱を反応材に伝え、弁制御部は、始動時は、第1開閉弁を開くように制御すると共に第2開閉弁及び第3開閉弁を閉じるように制御し、通常運転時は、第1開閉弁及び第3開閉弁を閉じるように制御すると共に第2開閉弁を開くように制御し、反応材からアンモニアを脱離させるときは、第1開閉弁を閉じるように制御すると共に第2開閉弁及び第3開閉弁を開くように制御してもよい。 The hydrogen generator is configured to open and close a fifth passage for supplying the reformed gas generated by the reformer to the heat exchange section, and a flow path for the reformed gas provided in the fifth passage and supplied to the heat exchange section A heat exchanger that transmits heat of the reformed gas to the reaction material, and the valve controller controls the first on-off valve to open at the time of start-up and the second on-off valve. And the third on-off valve is controlled to be closed. During normal operation, the first on-off valve and the third on-off valve are controlled to be closed and the second on-off valve is opened to remove ammonia from the reactant. When separating, you may control to close a 1st on-off valve, and to open a 2nd on-off valve and a 3rd on-off valve.
始動終了後の通常運転時には、第1開閉弁及び第3開閉弁が閉じられると共に第2開閉弁が開かれる。そして、反応材からアンモニアが脱離する、いわゆる反応材の再生を行うときは、第3開閉弁が開かれる。すると、改質器により生成された改質ガスが第5通路を通って熱交換部に供給される。そして、改質ガスの熱が熱交換部から反応材に伝えられ、反応材からアンモニアが脱離する。このため、改質器を熱交換部に接触させなくても、反応材の再生を行うことができる。これにより、反応部及び熱交換部と改質器とをスペース効率良く配置することができる。 During normal operation after the start is completed, the first on-off valve and the third on-off valve are closed and the second on-off valve is opened. Then, when regenerating the so-called reaction material from which ammonia is desorbed from the reaction material, the third on-off valve is opened. Then, the reformed gas generated by the reformer is supplied to the heat exchange section through the fifth passage. Then, the heat of the reformed gas is transmitted from the heat exchange part to the reaction material, and ammonia is desorbed from the reaction material. For this reason, the reaction material can be regenerated without bringing the reformer into contact with the heat exchange section. Thereby, a reaction part, a heat exchange part, and a reformer can be arranged with space efficiency.
水素生成装置は、第5通路に配設され、改質ガスを熱交換部に圧送するポンプと、始動時及び通常運転時は、ポンプを作動させないように制御し、反応材からアンモニアを脱離させるときは、ポンプを作動させるように制御するポンプ制御部とを更に備えてもよい。 The hydrogen generator is disposed in the fifth passage and pumps the reformed gas to the heat exchange part, and controls the pump not to operate during start-up and normal operation to desorb ammonia from the reactant. When making it operate, you may further provide the pump control part which controls so that a pump may be operated.
この場合には、ポンプが作動すると、ポンプによって改質ガスが熱交換部に強制的に圧送される。これにより、反応材の再生を行うときには、改質ガスが第5通路を通って熱交換部に確実に供給されるようになる。 In this case, when the pump is operated, the reformed gas is forcibly pumped to the heat exchange section by the pump. As a result, when the reaction material is regenerated, the reformed gas is reliably supplied to the heat exchange section through the fifth passage.
本発明によれば、改質器の改質性能を向上させることができる。 According to the present invention, the reforming performance of the reformer can be improved.
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、本発明の第1実施形態に係る水素生成装置を示す概略構成図である。図1において、本実施形態の水素生成装置1は、水素を生成する装置であり、例えば車両に搭載されている。水素生成装置1により生成される水素は、例えば燃料電池、エンジンまたはガスタービン等に利用される。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen generator according to the first embodiment of the present invention. In FIG. 1, a
水素生成装置1は、アンモニアタンク2と、コンプレッサ3と、改質器である改質触媒4と、着火器5とを備えている。アンモニアタンク2は、液化ガスのアンモニア(NH3)を貯蔵する。コンプレッサ3は、空気を圧送する。アンモニアタンク2と改質触媒4とは、配管6を介して接続されている。配管6は、第1通路を構成している。従って、改質触媒4は、アンモニアタンク2と第1通路を介して接続されている。コンプレッサ3と改質触媒4とは、配管7を介して接続されている。
The
改質触媒4は、コンプレッサ3からの空気(もしくは酸素)を導入して、アンモニアタンク2から供給されるアンモニアを分解することで、水素(H2)及び窒素(N2)を主成分とする改質ガスを生成する。改質触媒4の改質方式は、例えばオートサーマル改質(ATR)方式である。改質触媒4は、特に図示はしないが、アンモニアと空気中の酸素との化学反応によりアンモニアを酸化させて、熱を発生させる酸化部と、この酸化部で発生した熱によりアンモニアを分解して、水素及び窒素を生成する分解部とを有している。つまり、改質触媒4の上流部分である酸化部において、一部のアンモニアを酸化させ、改質触媒4の下流部分である分解部において、残りのアンモニアを水素化する。なお、コンプレッサ3は、アンモニアの燃焼に必要な分量の空気を供給する。本実施形態では、改質触媒4としてルテニウム触媒等が用いられる。ただし、改質触媒4としては、ルテニウム触媒に限定されず、各種の貴金属触媒を用いることができる。なお、改質触媒4の上流部分である酸化部は、アンモニアを酸化させる部分なので、酸化反応に特化すると共に改質触媒4の下流部分である分解部とは異なる触媒種を用いてもよい。改質触媒4には、生成された改質ガスを外部に供給する配管8が接続されている。
The reforming
着火器5は、反応部10と、この反応部10に接触固定された熱交換部11とを有している。反応部10は、配管6と配管12を介して接続されている。配管6の一部及び配管12は、第2通路を構成している。従って、反応部10は、アンモニアタンク2と第2通路を介して接続されている。
The
反応部10は、容器13と、この容器13内に収容された反応材14とを有している。容器13は、アンモニアに対して耐腐食性を有する金属材料(例えばステンレス鋼)で形成されている。反応材14は、アンモニアタンク2から供給されるアンモニアとの化学反応により発熱すると共に、熱が与えられるとアンモニアが脱離する材料である。反応材14は、粒子状または紛体状の圧縮成形体として構成されている。
The
反応材14としては、組成式MaXzで表されるハロゲン化物が用いられる。Mは、LiまたはNa等のアルカリ金属、Mg、CaまたはSr等のアルカリ土類金属、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、CuまたはZn等の遷移金属、Al、若しくはこれらの金属の組み合わせから選択された1つ以上のカチオンである。Xは、フッ化物イオン、塩化物イオン、臭化物イオン、ヨウ化物イオン、硝酸イオン、チオシアン酸イオン、硫酸イオン、モリブデン酸イオンまたはリン酸イオンから選択された1つ以上のアニオンである。Xは、例えばCl、BrまたはI等である。aは、塩分子1つあたりのカチオンの数である。zは、塩分子1つあたりのアニオンの数である。
As the
熱交換部11は、反応部10と改質触媒4との間に配置されている。熱交換部11は、改質触媒4に接触固定されている。従って、反応部10と改質触媒4とは、熱交換部11を介して熱交換可能に配置されている。熱交換部11は、反応部10と配管15を介して接続されている。配管15は、第3通路を構成している。熱交換部11は、筐体内に配置された複数の熱交換フィンを有している。熱交換部11は、アンモニアに対して耐腐食性を有する金属材料(例えばステンレス鋼)で形成されている。熱交換部11は、反応部10の反応材14から発生した熱によりアンモニアを加熱すると共に、反応材14に改質触媒4の熱を伝える。
The
熱交換部11は、配管6と配管16を介して接続されている。配管16及び配管6の一部は、熱交換部11と改質触媒4とを接続し、熱交換部11により加熱されたアンモニアを改質触媒4に供給する第4通路を構成している。なお、配管6,12,15,16も、アンモニアに対して耐腐食性を有する金属材料(例えばステンレス鋼)で形成されている。
The
また、水素生成装置1は、配管12に配設された開閉弁17と、配管6に配設された開閉弁18と、配管6に取り付けられた温度センサ19と、コントローラ20とを備えている。
In addition, the
開閉弁17は、アンモニアタンク2から反応部10に供給されるアンモニアの流路を開閉する第1開閉弁である。開閉弁18は、配管6における接続部分S1と接続部分S2との間に配設されている。接続部分S1は、配管6,12同士が接続される部分である。接続部分S2は、配管6,16同士が接続される部分である。開閉弁18は、アンモニアタンク2から改質触媒4に供給されるアンモニアの流路を開閉する第2開閉弁である。
The on-off
温度センサ19は、例えば配管6における接続部分S2と改質触媒4との間に取り付けられ、熱交換部11により加熱された後のアンモニアの温度を検出する。なお、温度センサ19は、アンモニアの温度に代わりに、改質触媒4の温度を検出してもよい。
The
コントローラ20は、CPU、RAM、ROM及び入出力インターフェース等により構成されている。コントローラ20は、開閉弁17,18を制御する弁制御部21を有している。弁制御部21は、始動時は、開閉弁17を開くように制御すると共に開閉弁18を閉じるように制御し、始動終了後の通常運転時には、開閉弁17を閉じるように制御すると共に開閉弁18を開くように制御する。
The
図2は、コントローラ20により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、初期状態では、開閉弁17,18は閉状態となっている。以下の手順は、何れも弁制御部21により実行される。
FIG. 2 is a flowchart showing a procedure of control processing executed by the
図2において、コントローラ20は、まずイグニッションスイッチの出力信号に基づいて、エンジンが始動されたかどうかを判断する(手順S101)。コントローラ20は、エンジンが始動されたと判断したときは、開閉弁17を開くように制御する(手順S102)。
In FIG. 2, the
そして、コントローラ20は、温度センサ19の検出値に基づいて、改質触媒4に供給されるアンモニアの温度が活性化温度以上であるかどうかを判断する(手順S103)。活性化温度は、改質触媒4が活性化する温度であり、例えば175℃程度である。なお、活性化温度は、改質触媒4の触媒種により異なる。コントローラ20は、改質触媒4に供給されるアンモニアの温度が活性化温度以上であると判断したときは、開閉弁17を閉じるように制御すると共に、開閉弁18を開くように制御する(手順S104)。
Then, the
以上のような水素生成装置1において、始動時には、開閉弁17が開弁されると共に、開閉弁18が閉弁される。このため、図3(a)に示されるように、アンモニアタンク2内のアンモニアが配管6の一部及び配管12を通って反応部10に供給され、反応部10の反応材14の内部をアンモニアが通る。すると、一部のアンモニアが反応材14と化学反応(化学吸着)して反応材14から熱が発生する。つまり、下記の反応式(A)における左辺から右辺への反応(発熱反応)が起こる。これにより、反応材14と化学反応していないアンモニアが加熱される。
反応材+NH3 ⇔ 反応材(NH3)+熱 …(A)
In the
Reactive material + NH 3 ⇔ Reactive material (NH 3 ) + Heat (A)
そして、反応部10において暖められたアンモニアは、配管15を通って熱交換部11に供給され、熱交換部11の内部を通る。すると、反応材14から発生した熱が熱交換部11を流れるアンモニアに伝わり、アンモニアが更に加熱される。そして、熱交換部11において暖められたアンモニアは、配管16及び配管6の一部を通って改質触媒4に供給される。これにより、改質触媒4が活性化温度まで上昇するため、改質触媒4により改質ガスが生成される。なお、改質触媒4を活性化温度まで確実に上昇させるために、反応材14としては、アンモニアとの反応により活性化温度以上に発熱する材料が好ましい。本実施形態では、そのような材料として臭化マグネシウム等が用いられる。
The ammonia heated in the
改質触媒4が活性化温度以上になると、開閉弁17が閉弁されると共に、開閉弁18が開弁される。これにより、水素生成装置1は通常運転となり、アンモニアタンク2内のアンモニアが配管6を通って改質触媒4に直接供給され、改質触媒4による改質動作が継続する。
When the reforming
改質触媒4が活性化すると、図3(b)に示されるように、高温の改質触媒4の熱が熱交換部11を通って反応部10の反応材14に与えられることで、反応材14からアンモニアが脱離する。つまり、上記の反応式(A)における右辺から左辺への反応(再生反応)が起こる。脱離したアンモニアは、改質触媒4に向けて配管15、熱交換部11、配管16及び配管6を流れるようになる。
When the reforming
以上のように本実施形態にあっては、始動時には、開閉弁17が開かれると共に開閉弁18が閉じられるため、アンモニアタンク2に貯蔵されたアンモニアが配管6,12を通って反応部10に供給される。すると、アンモニアと反応部10の反応材14との化学反応により反応材14から熱が発生し、その熱により未反応のアンモニアが加熱される。そして、加熱されたアンモニアが配管15を通って熱交換部11に供給される。すると、熱交換部11において、反応材14から発生した熱によりアンモニアが更に加熱される。そして、加熱されたアンモニアが配管16,6を通って改質触媒4に供給される。従って、始動時には、十分に加熱されたアンモニアが改質触媒4に供給されることとなる。これにより、改質触媒4において改質動作の立ち上がりが早くなるため、改質触媒4の改質性能が向上する。
As described above, in the present embodiment, at the time of start-up, the on-off
また、本実施形態では、始動終了後の通常運転時には、開閉弁17が閉じられると共に開閉弁18が開かれる。このとき、反応部10と改質触媒4とは熱交換部11を介して熱交換可能に配置されているので、改質触媒4の熱が熱交換部11を通って反応材14に伝えられ、反応材14からアンモニアが脱離する、いわゆる反応材14の再生が行われる。この場合には、簡単な構成で反応材14の再生を実現することができる。
In the present embodiment, the opening / closing
また、本実施形態では、アンモニアと反応材14との化学反応により反応材14から熱を発生させ、その熱を用いてアンモニアを加熱するので、電気ヒータを使用する場合と異なり、始動時に電力を必要とせずにアンモニアの加熱を実施することができる。
Further, in this embodiment, heat is generated from the
図4は、本発明の第2実施形態に係る水素生成装置を示す概略構成図である。図4において、本実施形態の水素生成装置30は、上記の第1実施形態と同様に、アンモニアタンク2と、コンプレッサ3と、改質器である改質触媒4と、反応部10及び熱交換部11を有する着火器5とを備えている。熱交換部11は、反応部10に接触固定されている。改質触媒4は、熱交換部11に対して離間して配置されている。
FIG. 4 is a schematic configuration diagram showing a hydrogen generator according to the second embodiment of the present invention. In FIG. 4, the
また、水素生成装置30は、上記の配管8と上記の配管15とを接続する配管31と、この配管31に配設された開閉弁32及び再生用ポンプ33とを備えている。配管31及び配管15の一部は、改質触媒4により生成された改質ガスを熱交換部11に供給する第5通路を構成している。例えば、改質ガスの温度は400℃〜500℃程度である。開閉弁32は、熱交換部11に供給される改質ガスの流路を開閉する第3開閉弁である。再生用ポンプ33は、配管31における開閉弁32よりも下流側(熱交換部11側)に配設されている。再生用ポンプ33は、改質ガスを熱交換部11に圧送する。
The
また、水素生成装置30は、上記の第1実施形態におけるコントローラ20に代えて、コントローラ34を備えている。コントローラ34は、開閉弁17,18,32を制御する弁制御部35と、再生用ポンプ33を制御するポンプ制御部36とを有している。
In addition, the
弁制御部35は、始動時は、開閉弁17を開くように制御すると共に開閉弁18,32を閉じるように制御し、始動終了後の通常運転時は、開閉弁17,32を閉じるように制御すると共に開閉弁18を開くように制御し、反応材14からアンモニアを脱離させる(反応材14の再生を行う)ときは、開閉弁17を閉じるように制御すると共に開閉弁18,32を開くように制御する。ポンプ制御部36は、始動時及び通常運転時は、再生用ポンプ33を作動させない(OFFする)ように制御し、反応材14からアンモニアを脱離させるときは、再生用ポンプ33を作動させる(ONする)ように制御する。
The
図5は、コントローラ34により実行される制御処理の手順を示すフローチャートである。なお、初期状態では、開閉弁17,18,32は閉状態となっており、再生用ポンプ33はOFF状態となっている。
FIG. 5 is a flowchart showing a procedure of control processing executed by the
図5において、コントローラ34は、上記のコントローラ20と同様に、手順S101〜S104を実行する。そして、コントローラ34は、開閉弁18を開くように制御してから所定時間が経過したかどうかを判断する(手順S105)。所定時間は、反応材14の再生が可能となる時間であり、実験または計算等により定められている。
In FIG. 5, the
コントローラ34は、開閉弁18を開くように制御してから所定時間が経過したと判断したときは、開閉弁32を開くように制御する(手順S106)。そして、コントローラ34は、再生用ポンプ33を作動させるように制御する(手順S107)。
When it is determined that a predetermined time has elapsed since the
ここで、手順S101〜S106は、弁制御部35により実行される。手順S105,S107は、ポンプ制御部36により実行される。
Here, steps S <b> 101 to S <b> 106 are executed by the
以上のような水素生成装置30において、始動時には、開閉弁17が開弁されると共に、開閉弁18が閉弁される。このため、図6(a)に示されるように、アンモニアタンク2内のアンモニアが配管6の一部及び配管12を通って反応部10に供給される。すると、アンモニアが反応部10の反応材14と化学反応して反応材14から熱が発生することで、反応材14の内部を通る未反応のアンモニアが加熱される。
In the
そして、反応部10において暖められたアンモニアは、配管15を通って熱交換部に供給される。すると、反応材14から発生した熱が熱交換部11を流れるアンモニアに伝わり、アンモニアが更に加熱される。そして、熱交換部11において暖められたアンモニアは、配管16及び配管6の一部を通って改質触媒4に供給される。これにより、改質触媒4が活性化温度まで上昇するため、改質触媒4により改質ガスが生成される。
Then, the ammonia heated in the
改質触媒4が活性化温度以上になると、開閉弁17が閉弁されると共に、開閉弁18が開弁される。これにより、水素生成装置30が通常運転となり、アンモニアタンク2内のアンモニアが配管6を通って改質触媒4に直接供給され、改質触媒4による改質動作が継続する。
When the reforming
開閉弁18が開弁されてから所定時間が経過すると、図6(b)に示されるように、開閉弁32が開弁されると共に、再生用ポンプ33が作動することで、改質触媒4により生成された改質ガスが配管31及び配管15の一部を通って熱交換部11に供給される。すると、高温の改質ガスの熱が反応部10の反応材14に与えられるため、反応材14からアンモニアが脱離する。脱離したアンモニアは、改質触媒4に向けて配管15、熱交換部11、配管16,6を流れるようになる。また、熱交換部11に供給された改質ガスは、改質触媒4に向けて配管16,6を流れる。
When a predetermined time elapses after the on-off
以上のように本実施形態においても、始動時には、十分に加熱されたアンモニアが改質触媒4に供給される。これにより、改質触媒4において改質動作の立ち上がりが早くなるため、改質触媒4の改質性能が向上する。
As described above, also in the present embodiment, at the time of starting, sufficiently heated ammonia is supplied to the reforming
また、本実施形態では、改質触媒4により生成された改質ガスが配管31,15を通って熱交換部11に供給される。そして、改質ガスの熱が熱交換部11から反応材14に伝えられ、反応材14からアンモニアが脱離する。このため、改質触媒4を熱交換部11に接触させなくても、反応材14の再生を行うことができる。これにより、反応部10及び熱交換部11と改質触媒4とをスペース効率良く配置することができる。
In the present embodiment, the reformed gas generated by the reforming
また、本実施形態では、再生用ポンプ33が作動すると、再生用ポンプ33によって改質ガスが熱交換部11に強制的に圧送される。これにより、反応材14の再生を行うときには、改質ガスが配管31,15を通って熱交換部11に確実に供給されるようになる。
In the present embodiment, when the
なお、本実施形態では、改質ガスを熱交換部11に強制的に圧送する再生用ポンプ33が配置されているが、開閉弁32を開くだけで改質ガスが熱交換部11に供給されるのであれば、特に再生用ポンプ33は使用しなくてもよい。
In the present embodiment, the
以上、本発明の実施形態について幾つか説明してきたが、本発明は上記実施形態には限定されない。例えば、反応部10と熱交換部11とを接続する配管15には、熱交換部11から反応部10への流体の流れを防止する逆止弁が配設されていてもよい。この場合には、反応材14から脱離したアンモニアが熱交換部11から反応部10に逆流することが防止される。
Although several embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above embodiments. For example, a check valve that prevents the flow of fluid from the
また、上記実施形態では、改質触媒4に供給されるアンモニアの温度または改質触媒4自体の温度が所定温度以上であるときに、開閉弁17を閉弁すると共に開閉弁18を開弁することで、アンモニアタンク2内のアンモニアが改質触媒4に直接供給される通常運転を実施しているが、特にその形態には限られず、例えばエンジンが始動されてから所定時間が経過したときに、開閉弁17を閉弁すると共に開閉弁18を開弁してもよい。
In the above embodiment, when the temperature of ammonia supplied to the reforming
また、アンモニアタンク2の配管6の出口部分に、蒸発熱により低温化したアンモニアガスを常温に戻すための熱交換器(気化器)を設けてもよい。また、改質ガスを適温に冷やすための熱交換器(冷却器)を配管8に設けてもよい。
Moreover, you may provide the heat exchanger (vaporizer) in order to return the ammonia gas temperature-reduced by the evaporation heat to normal temperature in the exit part of the
1…水素生成装置、2…アンモニアタンク(タンク)、4…改質触媒(改質器)、6…配管(第1通路、第2通路、第4通路)、10…反応部、11…熱交換部、12…配管(第2通路)、14…反応材、15…配管(第3通路、第5通路)、16…配管(第4通路)、17…開閉弁(第1開閉弁)、18…開閉弁(第2開閉弁)、21…弁制御部、30…水素生成装置、31…配管(第5通路)、32…開閉弁(第3開閉弁)、33…再生用ポンプ(ポンプ)、35…弁制御部、36…ポンプ制御部。
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記タンクと第2通路を介して接続され、前記タンクから供給される前記アンモニアとの化学反応により発熱すると共に熱が与えられると前記アンモニアが脱離する反応材を有する反応部と、
前記反応部と第3通路を介して接続され、前記反応材から発生した熱により前記アンモニアを加熱すると共に前記反応材に熱を伝える熱交換部と、
前記熱交換部と前記改質器とを接続し、前記熱交換部により加熱された前記アンモニアを前記改質器に供給する第4通路と、
前記第2通路に配設され、前記タンクから前記反応部に供給される前記アンモニアの流路を開閉する第1開閉弁と、
前記第1通路に配設され、前記タンクから前記改質器に供給される前記アンモニアの流路を開閉する第2開閉弁と、
始動時は、前記第1開閉弁を開くように制御すると共に前記第2開閉弁を閉じるように制御し、始動終了後の通常運転時は、前記第1開閉弁を閉じるように制御すると共に前記第2開閉弁を開くように制御する弁制御部とを備えることを特徴とする水素生成装置。 A tank for storing ammonia; and a reformer connected to the tank via a first passage and decomposing the ammonia supplied from the tank to generate a reformed gas mainly composed of hydrogen and nitrogen. A hydrogen generator comprising:
A reaction section connected to the tank through a second passage, and having a reaction material that generates heat and is released from the ammonia when heated by a chemical reaction with the ammonia supplied from the tank;
A heat exchanging part connected to the reaction part via a third passage, for heating the ammonia by heat generated from the reaction material and transferring heat to the reaction material;
A fourth passage for connecting the heat exchange unit and the reformer, and supplying the ammonia heated by the heat exchange unit to the reformer;
A first on-off valve disposed in the second passage for opening and closing a flow path of the ammonia supplied from the tank to the reaction unit;
A second on-off valve disposed in the first passage for opening and closing a flow path of the ammonia supplied from the tank to the reformer;
At the time of start-up, the first on-off valve is controlled to be opened and the second on-off valve is controlled to be closed. At the normal operation after the start is finished, the first on-off valve is controlled to be closed and the first on-off valve is closed. And a valve control unit that controls the second on-off valve to open.
前記熱交換部は、前記改質器の熱を前記反応材に伝えることを特徴とする請求項1記載の水素生成装置。 The reaction section and the reformer are arranged so that heat exchange is possible via the heat exchange section,
The hydrogen generation apparatus according to claim 1, wherein the heat exchange unit transfers heat of the reformer to the reaction material.
前記第5通路に配設され、前記熱交換部に供給される前記改質ガスの流路を開閉する第3開閉弁とを更に備え、
前記熱交換部は、前記改質ガスの熱を前記反応材に伝え、
前記弁制御部は、前記始動時は、前記第1開閉弁を開くように制御すると共に前記第2開閉弁及び前記第3開閉弁を閉じるように制御し、前記通常運転時は、前記第1開閉弁及び前記第3開閉弁を閉じるように制御すると共に前記第2開閉弁を開くように制御し、前記反応材から前記アンモニアを脱離させるときは、前記第1開閉弁を閉じるように制御すると共に前記第2開閉弁及び前記第3開閉弁を開くように制御することを特徴とする請求項1記載の水素生成装置。 A fifth passage for supplying the reformed gas generated by the reformer to the heat exchange unit;
A third on-off valve disposed in the fifth passage and configured to open and close a flow path of the reformed gas supplied to the heat exchange unit;
The heat exchanging unit transmits heat of the reformed gas to the reaction material,
The valve control unit controls to open the first on-off valve at the time of starting and controls to close the second on-off valve and the third on-off valve, and at the time of the normal operation, the first on-off valve controls the first on-off valve. The on-off valve and the third on-off valve are controlled to be closed and the second on-off valve is controlled to be opened. When the ammonia is desorbed from the reaction material, the first on-off valve is closed. The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the second open / close valve and the third open / close valve are controlled to open.
前記始動時及び前記通常運転時は、前記ポンプを作動させないように制御し、前記反応材から前記アンモニアを脱離させるときは、前記ポンプを作動させるように制御するポンプ制御部とを更に備えることを特徴とする請求項3記載の水素生成装置。 A pump disposed in the fifth passage and pumping the reformed gas to the heat exchange unit;
A pump control unit that controls the pump not to operate at the time of starting and the normal operation, and controls the pump to operate when desorbing the ammonia from the reaction material; The hydrogen generator according to claim 3.
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