JP2020075841A - 水素ガス製造装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、水素ガスを安価に製造することができる水素ガス製造装置を提供することを目的とする。
この場合、水素ガスを製造するためのアンモニアガスの一部を、主熱分解器で燃焼させる燃料ガスとして利用することができるため、燃料ガスを別途用意する必要がない。
この場合、水素ガスを製造するための液体アンモニアを、冷却器で第1分解生成ガスを冷却する冷却媒体として利用することができるため、冷却媒体を別途用意する必要がない。
この場合、冷却器において第1分解生成ガスの熱によって液体アンモニアを予備加熱することができるため、気化器において液体アンモニアからアンモニアガスを効率的に生成することができる。
図1は、本発明の一実施形態に係る水素ガス製造装置の構成を示す模式図である。図1において、本実施形態の水素ガス製造装置1は、例えば、水素ガスと酸素ガスとを化学反応させて発電する車載の燃料電池システム(図示省略)に備えられており、燃料である前記水素ガスを製造するものである。
タンク4には噴霧ノズル22が接続されており、この噴霧ノズル22は、後述する空気供給源11から供給される加圧空気によって、冷却液をタンク2,3に向けて噴霧するようになっている。
気化器5は、タンク2,3から供給された液体アンモニアを加熱してアンモニアガスを生成するものである。気化器5は、内管51と、内管51の外周に設けられたヒータ52と、ヒータ52の温度を検出する温度検出センサ53とを備えている。
2NH3→N2+3H2 ・・・(1)
また、気化器5から延びる第5流路L5の端部も混合器10が接続されている。これにより、気化器5の排出口51bから排出されたアンモニアガスの他の一部も、第5流路L5を介して混合器10に導入される。
混合器10は、副熱分解器9で分解生成された分解生成ガスを導入する第1導入口10aと、気化器5で生成されたアンモニアガスを導入するための第2導入口10bと、内部で混合して生成された混合ガスを排出する排出口10cとを有している。
主熱分解器6は、燃料ガスを燃焼させることによって、気化器5で生成されたアンモニアガスの残り(副熱分解器9及び混合器10に導入されずに残ったアンモニアガス)を加熱して、上記式(1)に示すように、窒素ガスと水素ガスとに吸熱分解反応するものである。
冷却器7は、主熱分解器6の内管91の排出口62bから延びる第11流路L11の端部に接続されており、主熱分解器6で分解生成された分解生成ガスを冷却するものである。本実施形態の冷却器7は、気化器5に導入される前の液体アンモニアと、主熱分解器6で分解生成された分解生成ガスとの間で熱交換することによって、当該分解生成ガスを冷却するようになっている。
内管72の一端は、気化器5に導入される前の液体アンモニアを内部に導入する導入口72aとされており、この導入口72aは、ケース71の長手方向の一端側の外周において開口している。そして、導入口72aには、切換弁21から延びる第3流路L3の端部が接続されている。これにより、冷却器7の内管72には、タンク2,3から切換弁21及び第3流路L3を介して、低温(例えば−50℃)の液体アンモニアが導入される。なお、第3流路L3の途中部には、内管72へのアンモニアガスの導入量を調整する調整弁23が設けられている。
分離器8は、冷却器7で冷却された分解生成ガスを導入する導入口8aと、分解生成ガスから分離した水素ガスを排出する第1排出口8bと、水素ガス以外の分解生成ガス(窒素ガス)を排出する第2排出口8cとを有している。
なお、本発明の水素ガス製造装置で製造した水素ガスを、純水素ガス(市販の水素ガス及び水素リッチガスを含む)と共に、レシプロエンジン(デイーゼルエンジンを含む)からなる水素エンジンの燃料として使用する際には、ごく希にバックファイアが発生することがある。このため、水素エンジン(レシプロエンジン)を点火する場合には、始動時や終了時においてエンジンの回転数が0〜400rpmの間は、燃料を供給せずにセルモータにて始動及び終了作動すればバックファイアを防ぐことができる。
さらに、回転数を0〜400rpm以上の高速稼働(通常稼働)に移行して、燃費向上を図るときには、点火位置を上死点よりもやや高めに5〜10度程度高くすれば良い。但し、エンジン停止に向かう時には燃料バルブを閉止し、エンジンが危険回転数になったときに再度、点火位置を低くすれば良い。
2〜4 タンク
5 気化器
6 主熱分解器
7 冷却器
8 分離器
8a 導入口
8b 第1排出口
8c 第2排出口
9 副熱分解器
10 混合器
10a 第1導入口
10b 第2導入口
10c 排出口
11 空気供給源
21 切換弁
22 噴霧ノズル
23〜27 調整弁
51 内管
51a 導入口
51b 排出口
52 ヒータ
53 温度検出センサ
61 ケース
61a 燃焼室
61b 第1導入口
61c 第2導入口
61d 排出口
62 内管
62a 導入口
62b 排出口
63 点火プラグ
64 温度検出センサ
71 ケース
71a 導入口
71b 排出口
72 内管
72a 導入口
72b 排出口
91 内管
91a 導入口
91b 排出口
92 ヒータ
93 温度検出センサ
L1 第1流路
L2 第2流路
L3 第3流路
L4 第4流路
L5 第5流路
L6 第6流路
L7 第7流路
L8 第8流路
L9 第9流路
L10 第10流路
L11 第11流路
Claims (4)
- 液体アンモニアを加熱してアンモニアガスを生成する気化器と、
燃料ガスを燃焼させることによって、前記気化器で生成されたアンモニアガスを加熱して窒素ガスと水素ガスとに分解する主熱分解器と、
前記主熱分解器で分解生成された窒素ガス及び水素ガスを含む第1分解生成ガスを冷却する冷却器と、
冷却された前記第1分解生成ガスから水素ガスを分離する分離器と、を備える水素ガス製造装置。 - 前記気化器で生成されたアンモニアガスの一部を加熱して窒素ガスと水素ガスとに分解する副熱分解器と、
前記副熱分解器で分解生成された窒素ガス及び水素ガスを含む第2分解生成ガスと、前記気化器で生成されたアンモニアガスの他の一部とを混合して前記燃料ガスを生成する混合器と、をさらに備え、
前記主熱分解器は、前記燃焼ガスを空気と共に燃焼させることによって、前記気化器で生成されたアンモニアガスの残りを加熱する、請求項1に記載の水素ガス製造装置。 - 前記冷却器は、前記液体アンモニアと前記第1分解生成ガスとの間で熱交換することによって、当該第1分解生成ガスを冷却する、請求項1又は2に記載の水素ガス製造装置。
- 前記気化器は、前記冷却器で熱交換された前記液体アンモニアを加熱してアンモニアガスを生成する、請求項3に記載の水素ガス製造装置。
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