JP4109942B2 - 高圧水素製造装置 - Google Patents
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- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
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- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧水素製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、０．００８〜３．２ＭＰａ程度の水素を発生する水素発生器と、その水素発生器からの水素を加圧する高圧コンプレッサと、加圧された水素を充填される水素貯蔵器とを有するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２６６００６号公報（第１〜第１９頁）
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−２８３６３３号公報（第１〜第８頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら高圧コンプレッサを用いると、高圧水素を得るために多くのエネルギを必要とし、不経済であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低コストで高圧水素を得ることが可能な前記高圧水素製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明によれば、水と反応して水素を発生する水素発生物質と水とを、目標とする高圧水素が得られるように秤量して入れられた水素発生器と、その水素発生器による高圧水素を蓄える水素貯蔵器と、前記水素発生器から前記水素貯蔵器に水素を導入して、その水素貯蔵器を高圧水素により満たす過程では前記水素発生器と前記水素貯蔵器とを接続し、一方、前記水素貯蔵器が前記高圧水素で満たされた後は前記水素発生器と前記水素貯蔵器とを分離する接続部材とを有しており、前記接続部材は、前記水素発生器の器体に設けられた第１筒形主体と、前記水素貯蔵器の器体に設けられて前記第１筒形主体に着脱可能に嵌合される第２筒形主体と、その第２筒形主体に内蔵される開閉弁と、前記第２筒形主体の外面に設けられる操作レバーとを備え、その操作レバーは、前記開閉弁を閉じ且つ前記両筒形主体間を連結不能状態とするための第１位置と、前記開閉弁を開き且つ前記両筒形主体間を連結するための第２位置との間を任意に回動操作可能であることを特徴とする高圧水素製造装置が提供される。
【０００８】
前記装置によれば、水素発生物質および水を秤量して、それらを水素発生器に入れる、といった極めて簡単な手段により低コストで高圧水素を発生させることができる。また水素発生装置を接続部材を介して水素貯蔵器に接続することにより、水素貯蔵器を高圧水素により満たしてそこに蓄えることができる。水素貯蔵器が高圧水素により満たされた後は、水素貯蔵器から水素発生器を分離するので、水素貯蔵器を、例えば燃料電池車に搭載する場合、水素発生器自体の重量や水素発生物質と水との反応生成物の重量が除かれているので、重量軽減上有利である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１，２において、高圧水素製造装置１は、水素発生器２と、水素貯蔵器３と、それら水素発生器２および水素貯蔵器３を接続し、また分離する接続部材４とを有する。水素発生器２は球形器体５を有し、その球形器体５に接続部材４の第１半体６、開閉弁７を有する水導入管８および圧力計９が設けられている。水素貯蔵器３は、水素発生器２の球形器体５よりも大径の球形器体１０を有し、その球形器体１０に接続部材４の第２半体１１、開閉弁１２を有する水素導出管１３および圧力計１４が設けられている。
【００１０】
水素発生器２の球形器体５内には、水と反応して水素を発生する水素発生物質と水とが、目標とする高圧水素が得られるように秤量して入れられる。水素発生物質としては、例えば、ＮａＨ、Ｎａ、ＮａＢＨ4 、ＭｇＨ2 、Ｍｇ、Ｍｇ（ＢＨ4 ）2 、Ｍｇ（ＡｌＨ4 ）2 、ＬｉＨ、ＬｉＡｌＨ4 、ＬｉＢＨ4 、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、ＳｒおよびＢｅから選択される少なくとも一種の粉末または粒状物が用いられる。水素発生物質は第１半体６の筒形主体１５内に設けられた常閉弁（図示せず）を開いて球形器体５内に入れられ、その後、常閉弁は自動的に閉じる。一方、水は、開閉弁７を開いて水導入管８を通じ球形器体５内に入れられ、その後、開閉弁７は閉じられる。
【００１１】
これにより、球形器体５内において水素が発生する。この水素発生中においては球形器体５を冷却するのが望ましい。
【００１２】
水素貯蔵器３において、接続部材４の第２半体１１は筒形主体１６と、その外面に設けられた操作レバー１７を有する。その操作レバー１７がそれの軸線を筒形主体１６の軸線と交差させた一方の位置、例えば、図１，２に示すように筒形主体１６左側の第１位置Ａに在るときは、筒形主体１６内の開閉弁（図示せず）が閉じられると共に第１半体６とは連結不能状態となっている。一方、図３，４に示すように、第１半体６の筒形主体１５を第２半体１１の筒形主体１６に嵌合した状態で操作レバー１７を図１，２の第１位置Ａより反時計方向に回転してそれの軸線を筒形主体１６の軸線と交差させた他方の位置、つまり、図３，４において筒形主体１６右側の第２位置Ｂに保持したときは、第１半体６が第２半体１１に連結されると共に筒形主体１５，１６内の常閉弁および開閉弁がそれぞれ開かれて両球形器体５，１０内が連通する。
【００１３】
これにより水素発生器２の球形器体５内から水素貯蔵器３の球形器体１０内に水素が導入されて、その球形器体１０内が高圧水素により満たされる。
【００１４】
図３，４において第２位置Ｂに在る操作レバー１７を時計方向に回転させて図５に示すように第１位置Ａに保持すると、水素発生器２が水素貯蔵器３から分離されて高圧水素が水素貯蔵器３の球形器体１０内に蓄えられ、また第１半体６の常閉弁および第２半体１１の開閉弁がそれぞれ閉じる。
【００１５】
このように、水素貯蔵器３の球形器体１０内が高圧水素により満たされた後は、水素貯蔵器３から水素発生器２を分離するので、水素貯蔵器３を、例えば燃料電池車に搭載する場合、水素発生器２自体の重量や水素発生物質と水との反応生成物の重量が除かれているので、重量軽減上有利である。
【００１６】
水と水素発生物質との反応生成物は第１半体６の筒形主体１５を通じて球形器体５内より排出される。
【００１７】
〔実施例Ｉ〕
水素発生器２の、容量３００ｃｃのＡｌ合金製球形器体５内に１００ｇのＭｇＨ2 粉末を入れ、次いで１５０ｃｃの水を入れ、その後水素発生器２を水素貯蔵器３に接続部材４を介し接続した。水素発生器２の球形器体５内では、ＭｇＨ2 ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2 ＋２Ｈ2 、といった化学反応が生じて水素が発生し、その水素は水素貯蔵器３の容量１０００ｃｃのＡｌ合金製球形器体１０内に導入され、約１時間経過後、球形器体１０内における水素圧が１３ＭＰａに到達し、それ以上上昇しなくなったとき水素発生器２を水素貯蔵器３から分離した。
【００１８】
この場合、１０００ｃｃの高圧水素の重量を含む水素貯蔵器３の総重量は１９２２ｇであり、また水素貯蔵器３の全体積は１７０４cm3 であった。例えば、水素発生兼貯蔵器の容量１３００ｃｃのＡｌ合金製球形器体内に前記と等量のＭｇＨ2 粉末および水を入れて、前記同様に１３ＭＰａの高圧水素を得るとすると、高圧水素および反応生成物の重量を含む水素貯蔵器の総重量は２６７６ｇとなり、また水素貯蔵器の全体積は２２１６cm3 となる。このことから、軽量化の目的で水素貯蔵器３から水素発生器２を分離可能にしたことの意義が明らかである。前記化学反応において、触媒を用いて反応速度を速めることが可能である。
【００１９】
［実施例II〕
水素発生器２において、容量１０００ｃｃのＡｌ合金製球形器体５内に、粒径１．０〜５．０mmの粒状ＮａＨを２９０ｇ入れ、次いで、４０℃のイオン交換水を２５０ｃｃ入れた。これにより、ＮａＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＮａＯＨ＋Ｈ2 、といった化学反応が生じて水素が生成された。この場合、ＮａＨは水との反応性が非常に高いので、触媒は不要である。
【００２０】
球形器体５内における水素圧の経時変化を調べたところ、図６、線Ｘ1 の結果を得た。図中、線Ｘ2 は高圧コンプレッサによる場合を示す。
【００２１】
図６から明らかなように、水素発生器２を用いることによって高圧コンプレッサを用いた場合と同様の高圧水素を得ることができるものである。
【００２２】
［実施例III 〕
水素発生器２において、容量１０００ｃｃのＡｌ合金製球形器体５内に、粒径１．０〜５．０mmの粒状ＮａＢＨ4 を１１４ｇ入れ、次いで、４０℃のイオン交換水を２５０ｃｃ入れた。これにより、ＮａＢＨ4 ＋６Ｈ2 Ｏ→ＮａＢＯ2 ・４Ｈ2 Ｏ＋４Ｈ2 、といった化学反応が生じて水素が生成された。この場合、ＮａＢＨ4 は水との反応性が非常に高いので、触媒は不要である。
【００２３】
球形器体５内における水素圧の経時変化を調べたところ、図７、線Ｘ1 の結果を得た。図中、線Ｘ2 は高圧コンプレッサによる場合を示す。
【００２４】
図７から明らかなように、水素発生器２を用いることによって高圧コンプレッサを用いた場合と同様の高圧水素を得ることができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように構成することによって、低コストで高圧水素を得ることが可能な高圧水素製造装置を提供することができる。また高圧水素の輸送、車両の燃料電池への水素の供給等に当っては、水素貯蔵器から水素発生器を分離して、輸送、車載等にとって余分な重量を除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 水素貯蔵器への水素導入前において、水素貯蔵器と水素発生器とが分離されている状態を示す高圧水素製造装置の正面図である。
【図２】 図１の要部拡大図である。
【図３】 水素貯蔵器と水素発生器とを接続して、水素貯蔵器へ水素を導入している状態を示す高圧水素製造装置の正面図である。
【図４】 図３の要部拡大図である。
【図５】 水素貯蔵器を高圧水素により満たした後において、水素貯蔵器と水素発生器とを分離した状態を示す高圧水素製造装置の正面図である。
【図６】 経過時間と球形器体内の水素圧との関係の一例を示すグラフである。
【図７】 経過時間と球形器体内の水素圧との関係の他例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 高圧水素製造装置
２ 水素発生器
３ 水素貯蔵器
４ 接続部材
【発明の属する技術分野】
本発明は高圧水素製造装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の装置としては、０．００８〜３．２ＭＰａ程度の水素を発生する水素発生器と、その水素発生器からの水素を加圧する高圧コンプレッサと、加圧された水素を充填される水素貯蔵器とを有するものが知られている（例えば、特許文献１，２参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平９−２６６００６号公報（第１〜第１９頁）
【０００４】
【特許文献２】
特開平１１−２８３６３３号公報（第１〜第８頁）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら高圧コンプレッサを用いると、高圧水素を得るために多くのエネルギを必要とし、不経済であった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、低コストで高圧水素を得ることが可能な前記高圧水素製造装置を提供することを目的とする。
【０００７】
前記目的を達成するため本発明によれば、水と反応して水素を発生する水素発生物質と水とを、目標とする高圧水素が得られるように秤量して入れられた水素発生器と、その水素発生器による高圧水素を蓄える水素貯蔵器と、前記水素発生器から前記水素貯蔵器に水素を導入して、その水素貯蔵器を高圧水素により満たす過程では前記水素発生器と前記水素貯蔵器とを接続し、一方、前記水素貯蔵器が前記高圧水素で満たされた後は前記水素発生器と前記水素貯蔵器とを分離する接続部材とを有しており、前記接続部材は、前記水素発生器の器体に設けられた第１筒形主体と、前記水素貯蔵器の器体に設けられて前記第１筒形主体に着脱可能に嵌合される第２筒形主体と、その第２筒形主体に内蔵される開閉弁と、前記第２筒形主体の外面に設けられる操作レバーとを備え、その操作レバーは、前記開閉弁を閉じ且つ前記両筒形主体間を連結不能状態とするための第１位置と、前記開閉弁を開き且つ前記両筒形主体間を連結するための第２位置との間を任意に回動操作可能であることを特徴とする高圧水素製造装置が提供される。
【０００８】
前記装置によれば、水素発生物質および水を秤量して、それらを水素発生器に入れる、といった極めて簡単な手段により低コストで高圧水素を発生させることができる。また水素発生装置を接続部材を介して水素貯蔵器に接続することにより、水素貯蔵器を高圧水素により満たしてそこに蓄えることができる。水素貯蔵器が高圧水素により満たされた後は、水素貯蔵器から水素発生器を分離するので、水素貯蔵器を、例えば燃料電池車に搭載する場合、水素発生器自体の重量や水素発生物質と水との反応生成物の重量が除かれているので、重量軽減上有利である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１，２において、高圧水素製造装置１は、水素発生器２と、水素貯蔵器３と、それら水素発生器２および水素貯蔵器３を接続し、また分離する接続部材４とを有する。水素発生器２は球形器体５を有し、その球形器体５に接続部材４の第１半体６、開閉弁７を有する水導入管８および圧力計９が設けられている。水素貯蔵器３は、水素発生器２の球形器体５よりも大径の球形器体１０を有し、その球形器体１０に接続部材４の第２半体１１、開閉弁１２を有する水素導出管１３および圧力計１４が設けられている。
【００１０】
水素発生器２の球形器体５内には、水と反応して水素を発生する水素発生物質と水とが、目標とする高圧水素が得られるように秤量して入れられる。水素発生物質としては、例えば、ＮａＨ、Ｎａ、ＮａＢＨ4 、ＭｇＨ2 、Ｍｇ、Ｍｇ（ＢＨ4 ）2 、Ｍｇ（ＡｌＨ4 ）2 、ＬｉＨ、ＬｉＡｌＨ4 、ＬｉＢＨ4 、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、ＳｒおよびＢｅから選択される少なくとも一種の粉末または粒状物が用いられる。水素発生物質は第１半体６の筒形主体１５内に設けられた常閉弁（図示せず）を開いて球形器体５内に入れられ、その後、常閉弁は自動的に閉じる。一方、水は、開閉弁７を開いて水導入管８を通じ球形器体５内に入れられ、その後、開閉弁７は閉じられる。
【００１１】
これにより、球形器体５内において水素が発生する。この水素発生中においては球形器体５を冷却するのが望ましい。
【００１２】
水素貯蔵器３において、接続部材４の第２半体１１は筒形主体１６と、その外面に設けられた操作レバー１７を有する。その操作レバー１７がそれの軸線を筒形主体１６の軸線と交差させた一方の位置、例えば、図１，２に示すように筒形主体１６左側の第１位置Ａに在るときは、筒形主体１６内の開閉弁（図示せず）が閉じられると共に第１半体６とは連結不能状態となっている。一方、図３，４に示すように、第１半体６の筒形主体１５を第２半体１１の筒形主体１６に嵌合した状態で操作レバー１７を図１，２の第１位置Ａより反時計方向に回転してそれの軸線を筒形主体１６の軸線と交差させた他方の位置、つまり、図３，４において筒形主体１６右側の第２位置Ｂに保持したときは、第１半体６が第２半体１１に連結されると共に筒形主体１５，１６内の常閉弁および開閉弁がそれぞれ開かれて両球形器体５，１０内が連通する。
【００１３】
これにより水素発生器２の球形器体５内から水素貯蔵器３の球形器体１０内に水素が導入されて、その球形器体１０内が高圧水素により満たされる。
【００１４】
図３，４において第２位置Ｂに在る操作レバー１７を時計方向に回転させて図５に示すように第１位置Ａに保持すると、水素発生器２が水素貯蔵器３から分離されて高圧水素が水素貯蔵器３の球形器体１０内に蓄えられ、また第１半体６の常閉弁および第２半体１１の開閉弁がそれぞれ閉じる。
【００１５】
このように、水素貯蔵器３の球形器体１０内が高圧水素により満たされた後は、水素貯蔵器３から水素発生器２を分離するので、水素貯蔵器３を、例えば燃料電池車に搭載する場合、水素発生器２自体の重量や水素発生物質と水との反応生成物の重量が除かれているので、重量軽減上有利である。
【００１６】
水と水素発生物質との反応生成物は第１半体６の筒形主体１５を通じて球形器体５内より排出される。
【００１７】
〔実施例Ｉ〕
水素発生器２の、容量３００ｃｃのＡｌ合金製球形器体５内に１００ｇのＭｇＨ2 粉末を入れ、次いで１５０ｃｃの水を入れ、その後水素発生器２を水素貯蔵器３に接続部材４を介し接続した。水素発生器２の球形器体５内では、ＭｇＨ2 ＋２Ｈ2 Ｏ→Ｍｇ（ＯＨ）2 ＋２Ｈ2 、といった化学反応が生じて水素が発生し、その水素は水素貯蔵器３の容量１０００ｃｃのＡｌ合金製球形器体１０内に導入され、約１時間経過後、球形器体１０内における水素圧が１３ＭＰａに到達し、それ以上上昇しなくなったとき水素発生器２を水素貯蔵器３から分離した。
【００１８】
この場合、１０００ｃｃの高圧水素の重量を含む水素貯蔵器３の総重量は１９２２ｇであり、また水素貯蔵器３の全体積は１７０４cm3 であった。例えば、水素発生兼貯蔵器の容量１３００ｃｃのＡｌ合金製球形器体内に前記と等量のＭｇＨ2 粉末および水を入れて、前記同様に１３ＭＰａの高圧水素を得るとすると、高圧水素および反応生成物の重量を含む水素貯蔵器の総重量は２６７６ｇとなり、また水素貯蔵器の全体積は２２１６cm3 となる。このことから、軽量化の目的で水素貯蔵器３から水素発生器２を分離可能にしたことの意義が明らかである。前記化学反応において、触媒を用いて反応速度を速めることが可能である。
【００１９】
［実施例II〕
水素発生器２において、容量１０００ｃｃのＡｌ合金製球形器体５内に、粒径１．０〜５．０mmの粒状ＮａＨを２９０ｇ入れ、次いで、４０℃のイオン交換水を２５０ｃｃ入れた。これにより、ＮａＨ＋Ｈ2 Ｏ→ＮａＯＨ＋Ｈ2 、といった化学反応が生じて水素が生成された。この場合、ＮａＨは水との反応性が非常に高いので、触媒は不要である。
【００２０】
球形器体５内における水素圧の経時変化を調べたところ、図６、線Ｘ1 の結果を得た。図中、線Ｘ2 は高圧コンプレッサによる場合を示す。
【００２１】
図６から明らかなように、水素発生器２を用いることによって高圧コンプレッサを用いた場合と同様の高圧水素を得ることができるものである。
【００２２】
［実施例III 〕
水素発生器２において、容量１０００ｃｃのＡｌ合金製球形器体５内に、粒径１．０〜５．０mmの粒状ＮａＢＨ4 を１１４ｇ入れ、次いで、４０℃のイオン交換水を２５０ｃｃ入れた。これにより、ＮａＢＨ4 ＋６Ｈ2 Ｏ→ＮａＢＯ2 ・４Ｈ2 Ｏ＋４Ｈ2 、といった化学反応が生じて水素が生成された。この場合、ＮａＢＨ4 は水との反応性が非常に高いので、触媒は不要である。
【００２３】
球形器体５内における水素圧の経時変化を調べたところ、図７、線Ｘ1 の結果を得た。図中、線Ｘ2 は高圧コンプレッサによる場合を示す。
【００２４】
図７から明らかなように、水素発生器２を用いることによって高圧コンプレッサを用いた場合と同様の高圧水素を得ることができるものである。
【００２５】
【発明の効果】
本発明によれば、前記のように構成することによって、低コストで高圧水素を得ることが可能な高圧水素製造装置を提供することができる。また高圧水素の輸送、車両の燃料電池への水素の供給等に当っては、水素貯蔵器から水素発生器を分離して、輸送、車載等にとって余分な重量を除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 水素貯蔵器への水素導入前において、水素貯蔵器と水素発生器とが分離されている状態を示す高圧水素製造装置の正面図である。
【図２】 図１の要部拡大図である。
【図３】 水素貯蔵器と水素発生器とを接続して、水素貯蔵器へ水素を導入している状態を示す高圧水素製造装置の正面図である。
【図４】 図３の要部拡大図である。
【図５】 水素貯蔵器を高圧水素により満たした後において、水素貯蔵器と水素発生器とを分離した状態を示す高圧水素製造装置の正面図である。
【図６】 経過時間と球形器体内の水素圧との関係の一例を示すグラフである。
【図７】 経過時間と球形器体内の水素圧との関係の他例を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 高圧水素製造装置
２ 水素発生器
３ 水素貯蔵器
４ 接続部材
Claims (2)
- 水と反応して水素を発生する水素発生物質と水とを、目標とする高圧水素が得られるように秤量して入れられた水素発生器（２）と、その水素発生器（２）による高圧水素を蓄える水素貯蔵器（３）と、前記水素発生器（２）から前記水素貯蔵器（３）に水素を導入して、その水素貯蔵器（３）を高圧水素により満たす過程では前記水素発生器（２）と前記水素貯蔵器（３）とを接続し、一方、前記水素貯蔵器（３）が前記高圧水素で満たされた後は前記水素発生器（２）と前記水素貯蔵器（３）とを分離する接続部材（４）とを有しており、
前記接続部材（４）は、前記水素発生器（２）の器体（５）に設けられた第１筒形主体（１５）と、前記水素貯蔵器（３）の器体（１０）に設けられて前記第１筒形主体（１５）に着脱可能に嵌合される第２筒形主体（１６）と、その第２筒形主体（１６）に内蔵される開閉弁と、前記第２筒形主体（１６）の外面に設けられる操作レバー（１７）とを備え、
その操作レバー（１７）は、前記開閉弁を閉じ且つ前記両筒形主体（１５，１６）間を連結不能状態とするための第１位置（Ａ）と、前記開閉弁を開き且つ前記両筒形主体（１５，１６）間を連結するための第２位置（Ｂ）との間を任意に回動操作可能であることを特徴とする高圧水素製造装置。 - 前記水素発生物質は、ＮａＨ、Ｎａ、ＮａＢＨ4 、ＭｇＨ2 、Ｍｇ、Ｍｇ（ＢＨ4 ）2 、Ｍｇ（ＡｌＨ4 ）2 、ＬｉＨ、ＬｉＡｌＨ4 、ＬｉＢＨ4 、Ｌｉ、Ｋ、Ｃａ、ＳｒおよびＢｅから選択される少なくとも一種である、請求項１記載の高圧水素製造装置。
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Publications (2)
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| JP2004107146A JP2004107146A (ja) | 2004-04-08 |
| JP4109942B2 true JP4109942B2 (ja) | 2008-07-02 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP2002272661A Expired - Fee Related JP4109942B2 (ja) | 2002-04-23 | 2002-09-19 | 高圧水素製造装置 |
Country Status (1)
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Families Citing this family (3)
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