JP4100085B2

JP4100085B2 - Hydrogen storage and supply system

Info

Publication number: JP4100085B2
Application number: JP2002227721A
Authority: JP
Inventors: 秀彦平松; 久純大島
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2002-08-05
Filing date: 2002-08-05
Publication date: 2008-06-11
Anticipated expiration: 2022-08-05
Also published as: JP2004068896A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、水素消費設備に水素を供給する水素供給システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
水素貯蔵材は、水素放出の際には冷却され、水素貯蔵の際には発熱する。このため、水素貯蔵材の水素放出及び水素貯蔵を円滑に行わせるためには、吸蔵の際に発生する熱を放出したり、放出の際に必要となる熱を供給する必要がある。
【０００３】
このためには、水素貯蔵容器に水素貯蔵材を冷却および加熱可能な熱交換器を備えることが効果的である。例えばフィンを付設した熱媒管からなる熱交換器を内蔵した水素吸蔵合金充填容器（特開平６−１９３９９６）や、水素の触媒燃焼による加熱器付き水素吸蔵合金充填容器（特開平９−２２７１０１）等が知られている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このように熱媒を用いた熱交換器においては、熱を供給するための機器やその機器からの配管が必要となり、機器が複雑となるといった問題がある。また、水素の燃焼触媒による加熱器では水素を消費するためエネルギ効率上好ましくない。
【０００５】
本発明は、上記点に鑑み、簡易な構成で水素の貯蔵・放出を効率よく行うことが可能な水素貯蔵供給システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、水素貯蔵材（１１ａ）が充填され、水素充填設備（１）より供給される水素を貯蔵するとともに水素消費設備（２）に水素を供給する水素貯蔵部（１１）と、水素貯蔵部（１１）と熱的に接触しており、水分が供給される水分供給経路（２４）を有しているとともに、水分により加水分解して発熱する加水分解剤を有し、加水分解剤が加水分解する際の発熱を利用して水素貯蔵部（１１）を加熱する加熱部（１４）とを備え、加熱部（１４）は、加水分解剤の加水分解を促進するための触媒を備えていることを特徴としている。
【０００７】
これにより、水分との反応による発熱にて水素貯蔵部を加熱することができる。このことによって、簡易な構成で水素貯蔵部の水素放出を効率よく行うことができる。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明のように、加水分解剤として、加水分解反応により水素を発生させるものを用いることで、水素貯蔵部の水素放出を促進することができると同時に、加水分解剤が加水分解する際に発生する水素を水素消費設備に供給することができる。
また、請求項３に記載の発明のように、加水分解剤は金属水素錯化合物からなるとともに、水分供給経路（４２）より水分とともに加熱部（１４）に供給されるように構成ことができる。
【００１５】
また、請求項４に記載の発明のように、温度検出手段（３４）により検出した水素貯蔵部（１１）内の温度および圧力検出手段（３５）により検出した水素貯蔵部（１１）内の圧力に基づいて、加熱部（１４）に供給する金属水素錯化合物および水分の量を制御することで、必要に応じて水素貯蔵部を加熱することができる。
【００１６】
また、請求項５に記載の発明のように、温度検出手段（３４）により検出した水素貯蔵部（１１）内の温度が所定温度以下であり、かつ、圧力検出手段（３５）により検出した水素貯蔵部（１１）内の圧力が所定圧力以下である場合に、加熱部（１４）に対して金属水素錯化合物および水分の供給を開始することができる。
【００１７】
また、請求項６に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の水素貯蔵供給システムは、水素消費設備（２）を水素貯蔵供給システムより供給される水素を燃料とする動力源とする移動体に好適に用いることができる。
【００１８】
また、請求項７に記載の発明のように、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の水素貯蔵供給システムは、水素消費設備（２）を水素貯蔵供給システムより供給される水素を燃料とする燃料電池とする燃料電池システムに好適に用いることができる。
【００１９】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図１、図２に基づいて説明する。図１は本第１実施形態の水素貯蔵供給システムの全体構造を示す概念図であり、図２は水素貯蔵容器の断面図であり、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
【００２１】
図１に示すように、水素貯蔵供給システムは、水素充填設備１より供給される水素を貯蔵するとともに、水素消費設備２に水素の供給を行うものである。水素貯蔵供給システムは、例えば水素消費設備２として水素を燃料とする燃料電池を備える燃料電池車両に搭載することができ、水素充填設備１は車両外部の設備として構成できる。
【００２２】
図１に示すように、水素貯蔵供給システムは水素貯蔵容器１０が設けられている。本第１実施形態の水素貯蔵容器１０の内部には、図２（ａ）、（ｂ）に示すように円筒状の水素貯蔵部１１が複数設けられ、その隙間部分に水素貯蔵部１１を加熱冷却するための加熱冷却部１２が設けられている。このような構成により、円筒状水素貯蔵部１１によって形成されるデッドスペースを有効利用して、加熱冷却部１２を設けることができる。
【００２３】
水素貯蔵部１１には水素貯蔵材１１ａが充填されている。加熱冷却部１２には水分を吸着することができる吸着剤１２ａが充填されている。吸着剤１２ａは、水分を吸着することで発熱し、水分が脱離することで吸熱するものである。水素貯蔵部１１と加熱冷却部１２は熱的に接触している。本第１実施形態では、水素貯蔵材としてＬａＮｉ₅などの水素吸蔵合金を用い、吸着剤としてシリカゲルなどの吸湿剤を用いている。
【００２４】
水素貯蔵供給システムは、水素が通過する水素経路２０〜２３を備えている。水素貯蔵部１１は、第１、第２水素経路２０、２１を介して水素充填設備１と接続されており、水素充填設備１から水素貯蔵部１１に水素が供給される。また、水素貯蔵部１１は、第２、第３水素経路２１、２２を介して水素消費設備２と接続されており、水素貯蔵部１１から水素消費設備２に水素が供給される。水素消費設備２は、空気経路２３を備えており、この空気経路２３を介して酸化剤としての酸素を含んだ空気が供給される。
【００２５】
水素貯蔵供給システムは、水素消費設備としての燃料電池２からの排気ガスが通過する排気経路２４、２５を備えている。燃料電池２からは、未反応水素を含むオフガスが排出され、このオフガスには水素の酸化反応によって発生した水分が含まれている。加熱冷却部１２は、第１排気経路２４を介して水素消費設備２と接続されており、水素消費設備２から水分を含んだ排気ガスが加熱冷却部１２に供給される。加熱冷却部１２を通過した排気ガスは、第２排気経路２５より外部に排出される。
【００２６】
水素充填設備１と水素貯蔵部１１とを接続する第１水素経路２０には、水素を水素充填設備１から水素貯蔵部１１への方向のみに流す逆止弁３０が設けられている。また、第３水素経路２２には、水素貯蔵部１１から水素消費設備２への流路を開閉する水素バルブ３１と水素消費設備２への水素供給量を調整するレギュレータ３２が設けられている。
【００２７】
以下、上記構成の水素貯蔵供給システムの作動について説明する。
【００２８】
まず、水素消費設備２に水素を供給する場合について説明する。加熱冷却部１２の吸着剤１２ａは、水分が吸着できる状態であるものとする。水素バルブ３１を開いて、水素貯蔵部１１から水素消費設備２への水素供給を開始し、レギュレータ３２により水素消費設備２への水素供給量を調整する。水素貯蔵材１１ａは水素を放出する際に吸熱するため、水素貯蔵部１１から水素を放出するに伴い、水素貯蔵部１１の温度は低下する。このため、水素貯蔵材１１ａから水素を効率よく放出するために、水素貯蔵部１１を加熱する必要がある。
【００２９】
そこで、水素消費設備２の排気ガスを排気経路２４を介して加熱冷却部１２に導入する。水素消費設備２の排気ガスは水素の酸化反応によって発生した水分が含まれており、この水分が加熱冷却部１２に充填された吸着剤１２ａに吸着される。これにより、加熱冷却部１２の吸着剤１２ａが発熱するため、この熱を水素貯蔵部１１に伝えることにより水素貯蔵部１１を加熱することができる。これにより、水素貯蔵部１１内の水素吸蔵材１１ａが加熱され、効率的に水素を放出することができる。
【００３０】
次に、水素貯蔵部１１に水素充填設備１から水素を充填する場合について説明する。加熱冷却部１２の吸着剤１２ａは、水分を吸着しているものとする。水素充填装置１から水素貯蔵部１１に水素を充填することで、水素貯蔵材１１ａは発熱する。このため、水素貯蔵部１１に水素を充填する際に、効率よく水素を充填するためには水素貯蔵部１１の熱を除去する必要がある。
【００３１】
本第１実施形態の構成では、水素充填時に水素貯蔵部１１で発生する熱が加熱冷却部１２に伝わることで吸着剤１２ａが加熱され、吸着剤１２ａからの水分の脱離が促進される。吸着剤１２ａから水分が脱離することにより吸着剤１２ａが吸熱するため、加熱冷却部１２は冷却される。これにより、水素貯蔵部１１の熱を除去して冷却することができるため、水素貯蔵部１１に水素を効率的に充填することができる。
【００３２】
以上のように、水素貯蔵部１１から水素を放出する際には、加熱冷却部１１に充填された吸着剤１２ａに水分を吸着させることによって、水素を効率的に放出することができる。また、水素貯蔵部１１に水素を充填する際には、加熱冷却部１１に充填された吸着剤１２ａから水分を脱離させることによって、水素を効率的に充填することができる。
【００３３】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図３、図４に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。なお、本第２実施形態の加熱冷却部は、水素放出を促進するために水素貯蔵部１１を加熱する機能のみを有する。
【００３４】
図３は本第２実施形態の水素貯蔵供給システムの全体構造を示す概念図であり、図４は水素貯蔵容器の断面図であり、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
【００３５】
図３、図４に示すように、本第２実施形態では、水素貯蔵容器１０内に管状の加熱冷却部１３が、水素貯蔵部１１と熱的に接触するように設けられている。加熱冷却部１３は、水素貯蔵部１１を均一に加熱冷却するために伝熱フィン１３ａを備えている。図４（ａ）に示すように、加熱冷却部１３の内部には、仕切板１３ｂで仕切られた２つの通路が形成されている。この２つの通路は、図４（ｂ）に示すように、加熱冷却部１３の奥側で連通している。
【００３６】
本第２実施形態の加熱冷却部１３には、加熱剤１３ｂが充填されている。本第２実施形態では、水素貯蔵材１１ａとして活性炭などの炭素系の水素貯蔵材を用い、加熱剤１３ｂとして酸化カルシウム等の加水分解によって発熱する材料を用いている。
【００３７】
図３に示すように、本第２実施形態の第１排気経路２４には、水素消費設備２から排出される排気ガスの流路を切り替える排気切替バルブ３３が設けられている。排気切替バルブ３３により、通常時は水素消費設備２の排気ガスを外部に排出し、必要な場合にのみ排気ガスを加熱冷却部１３に供給することができる。
【００３８】
また、図３に示すように、第２の実施形態の水素貯蔵部１１には、水素貯蔵部１１内の温度を検出する温度センサ（温度検出手段）３４が設けられている。また、第２水素経路２１には、水素貯蔵部１１内の圧力を検出する圧力センサ（圧力検出手段）３５が設けられている。
【００３９】
さらに、水素貯蔵供給システムには、各種制御を行う制御装置３が設けられている。制御装置３は、温度センサ３４、圧力センサ３５等からのセンサ信号を入力信号とし、排気切替バルブ３３に制御信号を出力する。
【００４０】
以下、本第２実施形態の水素貯蔵供給システムの作動について説明する。
【００４１】
まず、水素バルブ３１を開いて、水素貯蔵部１１から水素消費設備２への水素供給を開始し、レギュレータ３２により水素消費設備２への水素供給量を調整する。水素貯蔵部１１から水素を放出する際、水素貯蔵部１１の温度が低下して、水素貯蔵部１１からの水素供給圧が低下する。従って、効率よく水素を放出するために水素貯蔵部１１を加熱する必要がある。
【００４２】
そこで、水素貯蔵供給システムが低温・低圧の所定領域に達し、水素放出が困難となった場合、すなわち、温度センサ３４にて検出した水素貯蔵部１１内の温度が所定温度以下となり、かつ、圧力センサ３５にて検出した水素貯蔵部１１内の圧力が所定圧力以下となった場合には、排気切替バルブ３３を切り替え、水素消費設備２の排気ガスを加熱冷却部１３に導入する。
【００４３】
その後、温度センサ３４および圧力センサ３５の検出値が所定領域から外れるまで、水素消費設備２の排気ガスを加熱冷却部１３に導入する。これにより、加熱冷却部１３に導入された排気ガスに含まれる水分により、加熱剤１３ｂが加水分解して発熱する。この結果、加熱冷却部１３が発熱して水素貯蔵部１１が加熱され、水素貯蔵部１１からの水素放出を効率的に行うことができる。
【００４４】
以上のように、水素貯蔵部１１から水素を放出する際には、加熱冷却部１３に充填された加水分解により発熱する加熱剤１３ｂに水分を供給することによって、水素を効率的に放出することができる。また、本第２実施形態のように、水素貯蔵部１１内の温度および圧力に基づいて冷却加熱部１３に水分を供給することで、水素貯蔵部１１を必要に応じて加熱することが可能となる。
【００４５】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態について図５、図６に基づいて説明する。上記第１、第２実施形態と同様の部分については同一の符号を付して説明を省略する。なお、本第３実施形態の加熱冷却部は、水素放出を促進するために水素貯蔵部１１を加熱する機能のみを有する。また、本第３実施形態では、水を供給されることにより発熱する加熱剤は、加熱冷却部に備えられているのではなく、外部から加熱冷却部に供給される。
【００４６】
図５は本第３実施形態の水素貯蔵供給システムの全体構造を示す概念図であり、図６は水素貯蔵容器の断面図であり、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
【００４７】
図５、図６に示すように、第３の実施形態では、加熱冷却部１４は多数のチューブ部材から構成されており、チューブ部材は、水素貯蔵部１１内を貫通して水素貯蔵部１１と熱的に接触している。また、チューブ状の加熱冷却部１４内部には、ルテニウム、白金、パラジウムなどの触媒が把持された触媒層１４ａが形成されている。
【００４８】
本第３実施形態の水素貯蔵供給システムは、加熱剤が入った加熱剤タンク４０を備えている。本第３実施形態の加熱剤は、ホウ素とアルカリ金属の金属水素錯化合物である水素化ホウ素ナトリウム等のホウ素水素化物を用いている。ホウ素水素化物は不安定であるので、これをアルカリ水溶液（例えば水酸化ナトリウム）に溶解して安定化した溶液として用いている。ホウ素水素化物は、水素含有化学物質であって、加水分解により水素を発生する加水分解剤である。
【００４９】
加熱剤タンク４０内のホウ素水素化物は、液体ポンプ４１によって加熱冷却部１４に水分と同時に水分供給経路４２を通じて導入することができる。水分はアルカリ溶液の状態で供給される。このように、本第３実施形態の水分供給経路４２は、加熱剤としてのホウ素水素化物の供給経路も兼ねている。加熱冷却部１４に導入されたホウ素水素化物溶液に含まれるホウ素水素化物と水は、触媒層１４ａの存在によりメタホウ酸ナトリウムと水素に加水分解され、同時に発熱する。
【００５０】
水素貯蔵供給システムは、触媒層１４ａでの反応生成物であるメタホウ酸ナトリウムと水素を加熱冷却部１４から導出する反応ガス経路４３と、導出されたメタホウ酸ナトリウムと水素を分離する水素分離器４４を備えている。水素分離器４３にて分離された水素は水素経路４５を通じて水素消費設備２に導入することができ、メタホウ酸ナトリウムは廃液経路４６を通じて廃液タンク４７に導入できる。
【００５１】
以下、本第３実施形態の水素貯蔵供給システムの作動について説明する。
【００５２】
水素貯蔵部１１から水素消費設備２への水素供給を開始し、水素貯蔵供給システムが所定領域に達した場合、すなわち、温度センサ３４にて検出した水素貯蔵部１１内の温度が所定温度以下となり、かつ、圧力センサ３５にて検出した水素貯蔵部１１内の圧力が所定圧力以下となった場合には、液体ポンプ４１を作動させ、水素化ホウ素ナトリウムのアルカリ水溶液を加熱冷却部１４に導入開始する。温度センサ３４および圧力センサ３５の検出値が所定領域から外れるまで、水素化ホウ素ナトリウムのアルカリ水溶液を加熱冷却部１４に導入する。
【００５３】
加熱冷却部１４の触媒層１４ａに導入された水素化ホウ素ナトリウムと水は、触媒反応によって脱水素反応し、メタホウ酸ナトリウムと水素が生成する。この反応の際に発生する熱によって加熱冷却部１４が発熱して水素貯蔵部１１が加熱され、水素貯蔵部１１からの水素放出を効率的に行うことができる。
【００５４】
また、触媒反応によって発生した水素とメタホウ酸ナトリウムは、反応ガス経路４３を通じて水素分離器４４に導入され、そこでメタホウ酸ナトリウムと水素に分離される。水素は水素経路４５を通じて水素消費設備２に送られ、メタホウ酸ナトリウムは廃液経路４６を通じて廃液タンク４７に貯蔵される。
【００５５】
以上のように、水素貯蔵部１１から水素を放出する際に、触媒を備えた加熱冷却部１４に加熱剤としての水素化ホウ素ナトリウムのアルカリ水溶液を導入することによって、水素貯蔵部１１を加熱することができ、水素を効率的に放出することができる。また、本第３実施形態の構成によれば、上記第２実施形態と同様に、水素貯蔵部１１内の温度および圧力に基づいて冷却加熱部１４に加熱剤を供給することで、水素貯蔵部１１を必要に応じて加熱することが可能となる。さらに、本第３実施形態の構成によれば、水素化ホウ素ナトリウムと水との触媒反応によって生成した水素を水素消費設備２に供給することができる。
【００５６】
（他の実施形態）
なお、上記第１実施形態では、冷却加熱部１２に充填する吸着剤１２ａとしてシリカゲルを用いたが、これに限らず、例えば活性アルミナ、ゼオライト等を用いることができる。
【００５７】
また、上記第２実施形態では、冷却加熱部１３に充填する加熱剤１３ａとして加水分解により発熱する材料を用いたが、これに限らず、水分を供給することによって発熱する材料であればよい。例えば、水分を吸収することで発熱する湿式吸収除湿剤を用いることができる。湿式吸収除湿剤としては、水分を吸収して潮解する塩化カルシウム、塩化ナトリウム等の潮解性を有する固体塩（吸湿性固体）、あるいは、水分を吸収する塩化リチウム、グリコール溶液等の液体吸収剤を用いることができる。
【００５８】
また、上記第２実施形態では、加水分解する加熱剤１３ａとして酸化カルシウムを用いたが、これに限らず、加水分解により発熱する材料として、例えば水酸化カリウム、水酸化ナトリウム等の水素含有化合物や鉄等を用いることができる。これらの材料は、加水分解により水素を発生する。このため、水素貯蔵部の水素放出を促進することができると同時に、水素含有化学物質が加水分解する際に発生する水素を水素消費設備に供給することができる。
【００５９】
また、上記第３実施形態では、触媒層１４ａに導入する金属水素錯化合物として水素化ホウ素ナトリウムを用いたが、これに限らず、例えばアルミニウムとアルカリ金属の金属水素錯化合物である水素化リチウムアルミを用いることができる。この水素化リチウムアルミをアルカリ金属の水溶液に溶解して安定化した溶液を触媒層１４ａに導入することで脱水素反応を起こさせ、発熱させることができる。また、同時に水素を発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の水素貯蔵供給システムの全体構造を示す概念図である。
【図２】第１実施形態の水素貯蔵容器の断面図であり、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
【図３】第２実施形態の水素貯蔵供給システムの全体構造を示す概念図である。
【図４】第２実施形態の水素貯蔵容器の断面図であり、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
【図５】第３実施形態の水素貯蔵供給システムの全体構造を示す概念図である。
【図６】第３実施形態の水素貯蔵容器の断面図であり、（ａ）は径方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図である。
【符号の説明】
１…水素充填設備、２…水素消費設備、３…制御部、１０…水素貯蔵容器、１１…水素貯蔵部、１１ａ…水素貯蔵材、１２、１３、１４…加熱冷却部。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a hydrogen supply system that supplies hydrogen to a hydrogen consumption facility.
[0002]
[Prior art]
The hydrogen storage material is cooled when hydrogen is released, and generates heat when hydrogen is stored. For this reason, in order to smoothly perform hydrogen release and hydrogen storage of the hydrogen storage material, it is necessary to release heat generated during occlusion or supply heat necessary for release.
[0003]
For this purpose, it is effective to provide the hydrogen storage container with a heat exchanger capable of cooling and heating the hydrogen storage material. For example, a hydrogen storage alloy filling container (Japanese Patent Laid-Open No. 6-193996) with a built-in heat exchanger composed of a heat medium pipe provided with fins, or a hydrogen storage alloy filling container with a heater by catalytic combustion of hydrogen (Japanese Patent Laid-Open No. 9-227101) Etc. are known.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, in such a heat exchanger using a heat medium, there is a problem that equipment for supplying heat and piping from the equipment are required, which complicates the equipment. Further, a heater using a hydrogen combustion catalyst consumes hydrogen, which is not preferable in terms of energy efficiency.
[0005]
In view of the above points, an object of the present invention is to provide a hydrogen storage and supply system capable of efficiently storing and releasing hydrogen with a simple configuration.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, the hydrogen storage material (11a) is filled, the hydrogen supplied from the hydrogen filling facility (1) is stored, and the hydrogen consuming facility (2) is charged with hydrogen. hydrogen storage unit (11) supplies, the hydrogen storage unit (11) and are in thermal contact, with moisture it has a water supply path (24) supplied, is hydrolyzed by moisture fever A heating part (14) that heats the hydrogen storage part (11) using heat generated when the hydrolyzing agent hydrolyzes , and the heating part (14) is a hydrolyzing agent. It is characterized by having a catalyst for promoting the hydrolysis of .
[0007]
Thereby, a hydrogen storage part can be heated by the heat_generation | fever by reaction with a water | moisture content. This makes it possible to efficiently release hydrogen from the hydrogen storage unit with a simple configuration.
[0008]
In addition, as in the invention described in claim 2, by using a hydrolyzing agent that generates hydrogen by a hydrolysis reaction, hydrogen release from the hydrogen storage part can be promoted, and at the same time, the hydrolyzing agent Hydrogen generated when hydrolyzing can be supplied to the hydrogen consuming equipment.
Moreover, like the invention of Claim 3, while a hydrolyzing agent consists of a metal hydrogen complex compound, it can be comprised so that it may be supplied to a heating part (14) with a water | moisture content from a water supply path (42).
[0015]
Further, as in the invention described in claim 4 , the temperature in the hydrogen storage section (11) detected by the temperature detection means (34) and the pressure in the hydrogen storage section (11) detected by the pressure detection means (35). Based on the above, the hydrogen storage part can be heated as necessary by controlling the amount of the metal-hydrogen complex compound and moisture supplied to the heating part (14).
[0016]
Further, as in the invention described in claim 5 , the temperature in the hydrogen storage part (11) detected by the temperature detection means (34) is not more than a predetermined temperature, and the hydrogen detected by the pressure detection means (35). When the pressure in the storage unit (11) is equal to or lower than a predetermined pressure, supply of the metal hydride complex compound and moisture can be started to the heating unit (14).
[0017]
Further, as in the invention described in claim 6 , the hydrogen storage and supply system according to any one of claims 1 to 5 uses the hydrogen supplied from the hydrogen storage and supply system as a fuel for the hydrogen consumption facility (2). It can use suitably for the mobile body used as a power source.
[0018]
Further, as in the invention described in claim 7 , the hydrogen storage and supply system according to any one of claims 1 to 5 uses the hydrogen supplied from the hydrogen storage and supply system as a fuel for the hydrogen consumption facility (2). It can use suitably for the fuel cell system used as the fuel cell.
[0019]
In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.
[0020]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a conceptual diagram showing the overall structure of the hydrogen storage and supply system according to the first embodiment, FIG. 2 is a sectional view of a hydrogen storage container, (a) is a radial sectional view, and (b) is an axial direction. It is sectional drawing.
[0021]
As shown in FIG. 1, the hydrogen storage and supply system stores hydrogen supplied from the hydrogen filling facility 1 and supplies hydrogen to the hydrogen consuming facility 2. The hydrogen storage and supply system can be mounted on, for example, a fuel cell vehicle including a fuel cell using hydrogen as fuel as the hydrogen consuming facility 2, and the hydrogen filling facility 1 can be configured as a facility outside the vehicle.
[0022]
As shown in FIG. 1, the hydrogen storage and supply system is provided with a hydrogen storage container 10. As shown in FIGS. 2A and 2B, a plurality of cylindrical hydrogen storage portions 11 are provided inside the hydrogen storage container 10 of the first embodiment, and the hydrogen storage portion 11 is heated in the gap portion. A heating / cooling unit 12 for cooling is provided. With such a configuration, the heating / cooling unit 12 can be provided by effectively using the dead space formed by the cylindrical hydrogen storage unit 11.
[0023]
The hydrogen storage unit 11 is filled with a hydrogen storage material 11a. The heating / cooling unit 12 is filled with an adsorbent 12a capable of adsorbing moisture. The adsorbent 12a generates heat by adsorbing moisture and absorbs heat by desorbing moisture. The hydrogen storage unit 11 and the heating / cooling unit 12 are in thermal contact. In the first embodiment, a hydrogen storage alloy such as LaNi _{5 is} used as the hydrogen storage material, and a moisture absorbent such as silica gel is used as the adsorbent.
[0024]
The hydrogen storage and supply system includes hydrogen paths 20 to 23 through which hydrogen passes. The hydrogen storage unit 11 is connected to the hydrogen filling facility 1 via the first and second hydrogen paths 20 and 21, and hydrogen is supplied from the hydrogen filling facility 1 to the hydrogen storage unit 11. The hydrogen storage unit 11 is connected to the hydrogen consuming facility 2 via the second and third hydrogen paths 21 and 22, and hydrogen is supplied from the hydrogen storage unit 11 to the hydrogen consuming facility 2. The hydrogen consuming equipment 2 includes an air passage 23, and air containing oxygen as an oxidant is supplied through the air passage 23.
[0025]
The hydrogen storage and supply system includes exhaust paths 24 and 25 through which exhaust gas from the fuel cell 2 serving as hydrogen consuming equipment passes. The off-gas containing unreacted hydrogen is discharged from the fuel cell 2, and this off-gas contains moisture generated by the oxidation reaction of hydrogen. The heating / cooling unit 12 is connected to the hydrogen consuming facility 2 via the first exhaust path 24, and exhaust gas containing moisture is supplied from the hydrogen consuming facility 2 to the heating / cooling unit 12. The exhaust gas that has passed through the heating / cooling unit 12 is discharged to the outside through the second exhaust path 25.
[0026]
The first hydrogen path 20 connecting the hydrogen filling facility 1 and the hydrogen storage unit 11 is provided with a check valve 30 for flowing hydrogen only in the direction from the hydrogen filling facility 1 to the hydrogen storage unit 11. The third hydrogen path 22 is provided with a hydrogen valve 31 that opens and closes a flow path from the hydrogen storage unit 11 to the hydrogen consuming facility 2 and a regulator 32 that adjusts the amount of hydrogen supplied to the hydrogen consuming facility 2.
[0027]
Hereinafter, the operation of the hydrogen storage and supply system having the above configuration will be described.
[0028]
First, the case where hydrogen is supplied to the hydrogen consumption facility 2 will be described. The adsorbent 12a of the heating / cooling unit 12 is in a state where moisture can be adsorbed. The hydrogen valve 31 is opened, hydrogen supply from the hydrogen storage unit 11 to the hydrogen consumption facility 2 is started, and the amount of hydrogen supply to the hydrogen consumption facility 2 is adjusted by the regulator 32. Since the hydrogen storage material 11a absorbs heat when releasing hydrogen, the temperature of the hydrogen storage unit 11 decreases as hydrogen is released from the hydrogen storage unit 11. For this reason, in order to discharge | release hydrogen efficiently from the hydrogen storage material 11a, it is necessary to heat the hydrogen storage part 11. FIG.
[0029]
Therefore, the exhaust gas of the hydrogen consuming equipment 2 is introduced into the heating / cooling unit 12 via the exhaust path 24. The exhaust gas of the hydrogen consuming equipment 2 contains moisture generated by the oxidation reaction of hydrogen, and this moisture is adsorbed by the adsorbent 12a filled in the heating / cooling unit 12. Thereby, since the adsorbent 12a of the heating and cooling unit 12 generates heat, the hydrogen storage unit 11 can be heated by transmitting this heat to the hydrogen storage unit 11. Thereby, the hydrogen storage material 11a in the hydrogen storage part 11 is heated, and hydrogen can be efficiently released.
[0030]
Next, the case where the hydrogen storage unit 11 is filled with hydrogen from the hydrogen filling facility 1 will be described. It is assumed that the adsorbent 12a of the heating / cooling unit 12 adsorbs moisture. By filling the hydrogen storage unit 11 with hydrogen from the hydrogen filling device 1, the hydrogen storage material 11a generates heat. For this reason, when filling the hydrogen storage unit 11 with hydrogen, it is necessary to remove the heat of the hydrogen storage unit 11 in order to efficiently fill the hydrogen.
[0031]
In the configuration of the first embodiment, heat generated in the hydrogen storage unit 11 during hydrogen filling is transmitted to the heating / cooling unit 12 to heat the adsorbent 12a, and moisture desorption from the adsorbent 12a is promoted. Since the adsorbent 12a absorbs heat when moisture is desorbed from the adsorbent 12a, the heating and cooling unit 12 is cooled. Thereby, since the heat of the hydrogen storage part 11 can be removed and cooled, the hydrogen storage part 11 can be efficiently filled with hydrogen.
[0032]
As described above, when releasing hydrogen from the hydrogen storage unit 11, hydrogen can be efficiently released by adsorbing moisture to the adsorbent 12 a filled in the heating / cooling unit 11. Further, when the hydrogen storage unit 11 is filled with hydrogen, the hydrogen can be efficiently filled by desorbing moisture from the adsorbent 12 a filled in the heating and cooling unit 11.
[0033]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The heating / cooling unit of the second embodiment has only a function of heating the hydrogen storage unit 11 in order to promote hydrogen release.
[0034]
FIG. 3 is a conceptual diagram showing the overall structure of the hydrogen storage and supply system of the second embodiment, FIG. 4 is a cross-sectional view of a hydrogen storage container, (a) is a radial cross-sectional view, and (b) is an axial direction. It is sectional drawing.
[0035]
As shown in FIGS. 3 and 4, in the second embodiment, a tubular heating / cooling unit 13 is provided in the hydrogen storage container 10 so as to be in thermal contact with the hydrogen storage unit 11. The heating / cooling unit 13 includes heat transfer fins 13 a for uniformly heating and cooling the hydrogen storage unit 11. As shown in FIG. 4A, two passages partitioned by a partition plate 13 b are formed inside the heating / cooling unit 13. As shown in FIG. 4B, the two passages communicate with each other on the back side of the heating / cooling unit 13.
[0036]
The heating / cooling unit 13 of the second embodiment is filled with a heating agent 13b. In the second embodiment, a carbon-based hydrogen storage material such as activated carbon is used as the hydrogen storage material 11a, and a material that generates heat by hydrolysis such as calcium oxide is used as the heating agent 13b.
[0037]
As shown in FIG. 3, the first exhaust path 24 of the second embodiment is provided with an exhaust switching valve 33 that switches the flow path of the exhaust gas discharged from the hydrogen consuming equipment 2. The exhaust gas switching valve 33 allows the exhaust gas of the hydrogen consuming equipment 2 to be discharged to the outside during normal times, and the exhaust gas can be supplied to the heating and cooling unit 13 only when necessary.
[0038]
As shown in FIG. 3, the hydrogen storage unit 11 of the second embodiment is provided with a temperature sensor (temperature detection means) 34 that detects the temperature in the hydrogen storage unit 11. The second hydrogen path 21 is provided with a pressure sensor (pressure detection means) 35 that detects the pressure in the hydrogen storage unit 11.
[0039]
Further, the hydrogen storage and supply system is provided with a control device 3 that performs various controls. The control device 3 receives sensor signals from the temperature sensor 34, the pressure sensor 35, and the like as input signals and outputs a control signal to the exhaust gas switching valve 33.
[0040]
Hereinafter, the operation of the hydrogen storage and supply system of the second embodiment will be described.
[0041]
First, the hydrogen valve 31 is opened, hydrogen supply from the hydrogen storage unit 11 to the hydrogen consumption facility 2 is started, and the amount of hydrogen supply to the hydrogen consumption facility 2 is adjusted by the regulator 32. When releasing hydrogen from the hydrogen storage unit 11, the temperature of the hydrogen storage unit 11 decreases, and the hydrogen supply pressure from the hydrogen storage unit 11 decreases. Therefore, it is necessary to heat the hydrogen storage unit 11 in order to efficiently release hydrogen.
[0042]
Therefore, when the hydrogen storage and supply system reaches a predetermined region of low temperature and low pressure and it becomes difficult to release hydrogen, that is, the temperature in the hydrogen storage unit 11 detected by the temperature sensor 34 is equal to or lower than the predetermined temperature, and the pressure When the pressure in the hydrogen storage unit 11 detected by the sensor 35 becomes a predetermined pressure or less, the exhaust switching valve 33 is switched, and the exhaust gas of the hydrogen consuming equipment 2 is introduced into the heating / cooling unit 13.
[0043]
Thereafter, the exhaust gas of the hydrogen consuming equipment 2 is introduced into the heating and cooling unit 13 until the detection values of the temperature sensor 34 and the pressure sensor 35 deviate from the predetermined region. Thereby, the heating agent 13b is hydrolyzed by the moisture contained in the exhaust gas introduced into the heating / cooling unit 13, and generates heat. As a result, the heating / cooling unit 13 generates heat, the hydrogen storage unit 11 is heated, and hydrogen can be released from the hydrogen storage unit 11 efficiently.
[0044]
As described above, when hydrogen is released from the hydrogen storage unit 11, hydrogen is efficiently released by supplying moisture to the heating agent 13 b that generates heat by hydrolysis filled in the heating and cooling unit 13. Can do. Further, as in the second embodiment, by supplying moisture to the cooling and heating unit 13 based on the temperature and pressure in the hydrogen storage unit 11, the hydrogen storage unit 11 can be heated as necessary. Become.
[0045]
(Third embodiment)
Next, a third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. The same parts as those in the first and second embodiments are denoted by the same reference numerals and description thereof is omitted. The heating / cooling unit of the third embodiment has only a function of heating the hydrogen storage unit 11 in order to promote hydrogen release. In the third embodiment, the heating agent that generates heat when water is supplied is not provided in the heating and cooling unit, but is supplied to the heating and cooling unit from the outside.
[0046]
FIG. 5 is a conceptual diagram showing the overall structure of the hydrogen storage and supply system of the third embodiment, FIG. 6 is a sectional view of the hydrogen storage container, (a) is a radial sectional view, and (b) is an axial direction. It is sectional drawing.
[0047]
As shown in FIGS. 5 and 6, in the third embodiment, the heating / cooling unit 14 is composed of a large number of tube members, and the tube members penetrate through the hydrogen storage unit 11 and the hydrogen storage unit 11. In thermal contact. In addition, a catalyst layer 14a in which a catalyst such as ruthenium, platinum, or palladium is held is formed inside the tubular heating / cooling unit 14.
[0048]
The hydrogen storage and supply system according to the third embodiment includes a heating agent tank 40 containing a heating agent. The heating agent of the third embodiment uses a boron hydride such as sodium borohydride, which is a metal hydride complex of boron and an alkali metal. Since boron hydride is unstable, it is used as a stabilized solution by dissolving it in an alkaline aqueous solution (for example, sodium hydroxide). Boron hydride is a hydrogen-containing chemical substance and a hydrolyzing agent that generates hydrogen by hydrolysis.
[0049]
The boron hydride in the heating agent tank 40 can be introduced into the heating and cooling unit 14 through the water supply path 42 simultaneously with the water by the liquid pump 41. Water is supplied in the state of an alkaline solution. Thus, the water supply path 42 of the third embodiment also serves as a supply path for boron hydride as a heating agent. Boron hydride and water contained in the boron hydride solution introduced into the heating and cooling unit 14 are hydrolyzed into sodium metaborate and hydrogen due to the presence of the catalyst layer 14a, and simultaneously generate heat.
[0050]
The hydrogen storage and supply system includes a reaction gas path 43 for extracting sodium metaborate and hydrogen, which are reaction products in the catalyst layer 14a, from the heating and cooling unit 14, and a hydrogen separator 44 for separating the extracted sodium metaborate and hydrogen. It has. Hydrogen separated by the hydrogen separator 43 can be introduced into the hydrogen consuming equipment 2 through the hydrogen path 45, and sodium metaborate can be introduced into the waste liquid tank 47 through the waste liquid path 46.
[0051]
Hereinafter, the operation of the hydrogen storage and supply system of the third embodiment will be described.
[0052]
When hydrogen supply from the hydrogen storage unit 11 to the hydrogen consuming equipment 2 is started and the hydrogen storage and supply system reaches a predetermined region, that is, the temperature in the hydrogen storage unit 11 detected by the temperature sensor 34 becomes a predetermined temperature or less. When the pressure in the hydrogen storage unit 11 detected by the pressure sensor 35 is equal to or lower than a predetermined pressure, the liquid pump 41 is operated to start introducing an aqueous alkali solution of sodium borohydride into the heating / cooling unit 14. To do. An alkaline aqueous solution of sodium borohydride is introduced into the heating and cooling unit 14 until the detection values of the temperature sensor 34 and the pressure sensor 35 deviate from the predetermined region.
[0053]
The sodium borohydride and water introduced into the catalyst layer 14a of the heating / cooling unit 14 undergo a dehydrogenation reaction through a catalytic reaction, and sodium metaborate and hydrogen are generated. The heating / cooling unit 14 generates heat by the heat generated during the reaction, and the hydrogen storage unit 11 is heated, so that hydrogen can be efficiently released from the hydrogen storage unit 11.
[0054]
Further, hydrogen and sodium metaborate generated by the catalytic reaction are introduced into the hydrogen separator 44 through the reaction gas path 43, where they are separated into sodium metaborate and hydrogen. Hydrogen is sent to the hydrogen consumption facility 2 through the hydrogen path 45, and sodium metaborate is stored in the waste liquid tank 47 through the waste liquid path 46.
[0055]
As described above, when hydrogen is released from the hydrogen storage unit 11, the hydrogen storage unit 11 is heated by introducing an alkaline aqueous solution of sodium borohydride as a heating agent into the heating / cooling unit 14 provided with a catalyst. And can efficiently release hydrogen. Further, according to the configuration of the third embodiment, similarly to the second embodiment, the hydrogen storage unit is configured by supplying the heating agent to the cooling heating unit 14 based on the temperature and pressure in the hydrogen storage unit 11. 11 can be heated as necessary. Furthermore, according to the configuration of the third embodiment, hydrogen generated by the catalytic reaction between sodium borohydride and water can be supplied to the hydrogen consuming equipment 2.
[0056]
(Other embodiments)
In the first embodiment, silica gel is used as the adsorbent 12a filled in the cooling and heating unit 12. However, the present invention is not limited thereto, and for example, activated alumina, zeolite, or the like can be used.
[0057]
Moreover, in the said 2nd Embodiment, although the material which generate | occur | produces heat | fever by hydrolysis was used as the heating agent 13a with which the cooling heating part 13 is filled, not only this but the material which generate | occur | produces heat | fever by supplying a water | moisture content may be used. For example, a wet absorption dehumidifier that generates heat by absorbing moisture can be used. Wet absorbent dehumidifiers include deliquescent solid salts (hygroscopic solids) such as calcium chloride and sodium chloride that absorb water and deliquesce, or liquid absorbents such as lithium chloride and glycol solutions that absorb moisture. Can be used.
[0058]
Moreover, in the said 2nd Embodiment, although calcium oxide was used as the heating agent 13a to hydrolyze, not only this but as a material which generate | occur | produces heat | fever by hydrolysis, hydrogen-containing compounds, such as potassium hydroxide and sodium hydroxide, Iron or the like can be used. These materials generate hydrogen by hydrolysis. For this reason, hydrogen release from the hydrogen storage unit can be promoted, and hydrogen generated when the hydrogen-containing chemical substance is hydrolyzed can be supplied to the hydrogen consuming equipment.
[0059]
In the third embodiment, sodium borohydride is used as the metal hydride complex compound introduced into the catalyst layer 14a. However, the present invention is not limited to this. For example, lithium aluminum hydride that is a metal hydride complex compound of aluminum and an alkali metal is used. Can be used. By introducing a solution obtained by dissolving this lithium aluminum hydride in an aqueous solution of an alkali metal into the catalyst layer 14a, a dehydrogenation reaction can be caused to generate heat. At the same time, hydrogen can be generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a conceptual diagram showing an overall structure of a hydrogen storage and supply system according to a first embodiment.
2A and 2B are cross-sectional views of the hydrogen storage container according to the first embodiment, wherein FIG. 2A is a radial cross-sectional view, and FIG. 2B is an axial cross-sectional view.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing an overall structure of a hydrogen storage and supply system according to a second embodiment.
4A and 4B are cross-sectional views of a hydrogen storage container according to a second embodiment, wherein FIG. 4A is a radial cross-sectional view and FIG. 4B is an axial cross-sectional view.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing an overall structure of a hydrogen storage and supply system according to a third embodiment.
6A and 6B are cross-sectional views of a hydrogen storage container according to a third embodiment, wherein FIG. 6A is a radial cross-sectional view, and FIG. 6B is an axial cross-sectional view.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen filling equipment, 2 ... Hydrogen consumption equipment, 3 ... Control part, 10 ... Hydrogen storage container, 11 ... Hydrogen storage part, 11a ... Hydrogen storage material, 12, 13, 14 ... Heating-cooling part.

Claims

A hydrogen storage unit (11) that is filled with a hydrogen storage material (11a), stores hydrogen supplied from the hydrogen filling facility (1), and supplies hydrogen to the hydrogen consumption facility (2);
The hydrogen storage part (11) is in thermal contact with the water supply path (24) through which water is supplied, and has a hydrolyzing agent that generates heat by hydrolysis with water, A heating unit (14) for heating the hydrogen storage unit (11) using heat generated when the hydrolyzing agent hydrolyzes ,
The said heating part (14) is equipped with the catalyst for promoting the hydrolysis of the said hydrolyzing agent, The hydrogen storage supply system characterized by the above-mentioned.

The hydrogen storage and supply system according to claim 1 , wherein the hydrolyzing agent generates hydrogen by a hydrolysis reaction.

The hydrogen storage and supply system according to claim 2, wherein the hydrolyzing agent is made of a metal hydride complex compound and is supplied to the heating unit (14) together with moisture from the moisture supply path (42).

Temperature detection means (34) for detecting the temperature in the hydrogen storage section (11);
Pressure detection means (35) for detecting the pressure in the hydrogen storage unit (11);
Based on the temperature in the hydrogen storage part (11) detected by the temperature detection means (34) and the pressure in the hydrogen storage part (11) detected by the pressure detection means (35), the heating part (14 hydrogen supply system according to claim 3, characterized in that it comprises a metal hydrogen complex compound and control unit for controlling the amount of moisture and (3) to the).

The control unit (3) has the hydrogen storage unit (11) detected by the temperature detection unit (34) having a temperature within a predetermined temperature or lower and the hydrogen storage unit detected by the pressure detection unit (35). 5. The hydrogen supply system according to claim 4 , wherein when the pressure in the section (11) is equal to or lower than a predetermined pressure, supply of the metal hydrogen complex compound and moisture to the heating section (14) is started. .

A hydrogen storage and supply system according to any one of claims 1 to 5 , and the hydrogen consuming equipment (2),
The said hydrogen consuming equipment (2) is a motive power source which uses the hydrogen supplied from the said hydrogen storage supply system as a fuel.

A hydrogen storage and supply system according to any one of claims 1 to 5 , and the hydrogen consuming equipment (2),
The fuel cell system, wherein the hydrogen consuming equipment (2) is a fuel cell using hydrogen supplied from the hydrogen storage and supply system as a fuel.