JP4171202B2

JP4171202B2 - Gas generator

Info

Publication number: JP4171202B2
Application number: JP2001326010A
Authority: JP
Inventors: 雅彦金原; 嘉宏磯貝; 信一松本; 治通中西
Original assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp; Toyota Motor Corp
Priority date: 2001-10-24
Filing date: 2001-10-24
Publication date: 2008-10-22
Anticipated expiration: 2021-10-24
Also published as: JP2003126677A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は２液、又は液体と固体とを混合溶解した混合液の状態で反応するが反応速度が遅く、触媒との接触あるいは加熱等によって反応を促進させることのできる２種類の原料を用いるガス発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水素と酸素とを電気化学的に反応させて化学エネルギーを直接電気エネルギーに変換する燃料電池の燃料である水素源として、メタノールや天然ガス等の化石燃料等を水蒸気改質して水素燃料とする方法、水素吸蔵合金や高圧ボンベ等に直接水素を蓄えて燃料とする方法等が考えられている。ところが、化石燃料等を水蒸気改質して水素を得る方法では装置が大型化する。また、水素吸蔵合金を使用する場合は重量が重くなるという問題があるとともに、水素吸蔵合金を使用する方法では水素吸蔵合金が水素を放出する反応が吸熱反応のため、水素を取り出すために加熱手段が必要になる。また、高圧ボンベに水素を貯蔵する方法では高圧容器が必要になる。
【０００３】
前記の問題を解消する燃料電池用の燃料である水素の発生装置として、特開平１０−６４５７２号公報には、少なくとも水を含む室と、水と反応して水素を発生する物質を含む室と、前記水を含む室を前記水と反応して水素を発生する物質を含む室から隔離する隔離手段とを有し、燃料電池を動作させる際に、水と反応して水素を発生する物質に水を加えて反応を起こして水素を発生させるため、前記隔離手段に孔をあけるようにした装置が提案されている。水と反応して水素を発生する物質として、水素化ホウ素化合物、水素化ホウ素リチウム、水素化ホウ素アルミニウム等が開示されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記従来の水素発生装置はノート型パソコン等のＯＡ機器の携帯用電源に使用する燃料電池を主な対象としており、水と反応して水素を発生する物質が収容された室に水を供給し、該室が反応室（反応槽）を兼ねた構成となっている。その結果、反応を途中で中断することができない。
【０００５】
前記の不具合を解消する方法として、常温で水と混合した状態では水素を発生する加水分解反応が進行するのが遅い物質を使用し、水と反応して水素を発生する物質と水を混合した混合液を反応槽で反応させるとともに、反応後の生成物を反応槽から回収するとともに新たに混合液を反応槽に供給することを繰り返す方法が考えられる。しかし、この方法では、水と反応して水素を発生する物質が収容された室（タンク）と、水を収容する室（タンク）と、反応室（反応槽）と、反応後の生成物を回収する室（タンク）とを設ける必要があり装置全体が大型化するという問題がある。
【０００６】
水と反応して水素を発生する物質が収容された室（タンク）と、水を収容する室（タンク）とを別々に設けずに、予め水と反応して水素を発生する物質と水を混合した混合液を一つのタンクに収容しておき、その混合液を順次反応槽に供給するようにすれば、タンクを一つ省略できる。しかし、水と反応して水素を発生する物質を水との混合液の状態で長時間放置すると、僅かずつ反応が進行し水素を放出してしまう。そして、大量の混合液を保存しておくと、体積の大きさに比較して表面積が小さくなり、放熱効率が悪くなり、反応熱で溶液温度が上昇して更に反応が進行し、例えば非常用電源の燃料電池の燃料源とする場合は問題がある。
【０００７】
また、水素発生反応に限らず、２液、又は液体と固体とを混合溶解した混合液の状態で反応するが反応速度が遅く、触媒との接触あるいは加熱等によって反応を促進させることのできる２種類の原料を用いるガス発生反応の場合も、同様な問題がある。
【０００８】
本発明は前記の問題点に鑑みてなされたものであって、その目的は液状又は固体状の第１の原料に混合すべき第２の原料としての液体を収容する液収容タンクと、回収すべき副生成物（反応生成物）を収容する回収タンクとを独立して設ける必要がなく、装置全体を小型化することができるガス発生装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
（１）請求項１に記載の発明は、第１の原料としての液体と第２の原料としての液体とを混合溶解した混合液の状態、または第１の原料としての固体と第２の原料としての液体とを混合溶解した混合液の状態での反応速度が遅く、且つ触媒との接触または加熱手段を通じての加熱により反応が促進される２種類の原料を用いるとともに、前記第１の原料を保管する原料タンクと前記第２の原料を保管する液収容タンクとを備えるものであって、前記混合液の反応を促進させる触媒または加熱手段を有する反応槽に前記混合液を供給し、この反応槽での反応により生じた生成物であるガス及び副生成物を分離して回収するガス発生装置において、当該ガス発生装置は、前記第１の原料である液体または固体を前記原料タンクに保管するとともに前記第２の原料である液体を前記液収容タンクに保管し、これを通じて前記第１の原料及び前記第２の原料の保管時における反応を抑制するものであり、且つ前記第２の原料である液体を前記液収容タンクから前記原料タンクに移送し、この液体と前記第１の原料である液体または固体とを混合して混合液を形成した後にこれを前記反応槽に移送して反応を促進させるものであり、且つ前記反応槽にて生じた前記ガス及び前記副生成物について、これを前記反応槽と前記液収容タンクとを接続する回収配管により前記反応槽から前記液収容タンクに回収することにより、前記第２の原料である液体の移送にともない空きが生じた前記液収容タンクを前記ガス及び前記副生成物のための回収タンクとして利用するものであり、且つ前記回収配管を通じて前記反応槽から前記液収容タンクに回収された前記ガスについて、これを前記液収容タンクに接続された取出配管により取り出すものであることを要旨としている。
【００１０】
この発明では、液収容タンクから液体を原料タンクに移送して混合液を作り、原料タンクで混合された混合液が反応槽に送られ、反応槽で反応が行われる。従って、従来装置のように２種の原料を混合する混合室（混合タンク）内で反応を行わせる構成と異なり、必要なガスを発生させるのに必要な混合液を反応槽に送ってガスを発生させることができ、必要なガス量に合わせて反応槽に送る混合液の量を変更してガス発生量を制御することができる。反応槽で反応後の副生成物は回収用のタンクに回収される。回収用のタンクは第１の原料と混合すべき液体を収容する液収容タンクと兼用され、液体が原料タンクへ供給された後の前記液収容タンクに反応後の副生成物が回収される。従って、液体を収容する液収容タンクと、反応後の副生成物回収用のタンクとをそれぞれ専用のタンクとする構成に比較して装置を小型化できる。
【００１１】
この発明では、ガスとして水素を発生させる場合は、第１の原料として水素化物（例えば、ＮａＢＨ₄）を使用し、第２の原料の液体として水又はアルコールを使用する。そして、液収容タンクから液体を原料タンクに移送して混合液を作り、混合液を反応槽に導いて所望する水素と副生成物（例えばＮａＢＯ₂）を得る。ガス発生に使用されるまでは、第１の原料と、第１の原料に混合すべき液体とが別のタンク内で保管されるため、保管時の反応が確実に回避される。ＮａＢＨ₄の代わりにＮａＡｌＨ₄を、水の代わりにメタノールをそれぞれ用いてもよい。
【００１２】
メタノールと水から水素と炭酸ガス混合気を取り出す水蒸気改質装置では、水とメタノール混合物は安定で混合保管が可能であり、本発明には該当しない。
例えば、ＮａＢＨ₄の嵩密度は０．５×１０³〜０．６×１０³（ｇ／ｌ）であり、水１００ｍｌに対して３０重量％溶解させる場合、原料タンクに５０〜６０ｍｌのＮａＢＨ₄を、液収容タンクに１００ｍｌの空間を必要とするが、混合液は約１００ｍｌであるため、原料タンクも１００ｍｌの空間が必要になる。一方、反応生成物（副生成物）のＮａＢＯ₂は粉体での嵩密度は１．０７×１０³（ｇ／ｌ）であるが、水和物のスラリー状となり、体積は１００ｍｌ以下になる。通常の設計では３つのタンクが必要になるが、このような関係を検討した結果２つのタンクで実現できることが分かった。
【００１３】
また、２種の原料の組合せを変更することにより、水素以外のガスを発生させることもできる。
なお、この発明において、水とは純粋な水に限らず、前記水素化物と水との反応を促進又は抑制する物質、あるいは水溶液の状態で前記水素化物と反応して水素を発生する物質を含む水溶液をも意味する。
【００１４】
（２）請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス発生装置において、当該ガス発生装置は、前記原料タンクと前記液収容タンクとを第１の配管により接続し、前記原料タンクと前記反応槽とを第２の配管により接続し、これら第１の配管及び第２の配管のそれぞれにバルブを有するものであり、且つ前記液収容タンクを前記生成物である前記ガスと同じ種類のガスにより加圧し、これにより前記液収容タンクの圧力を前記原料タンクの圧力よりも高くするもの、または前記原料タンクを減圧し、これにより前記液収容タンクの圧力を前記原料タンクの圧力よりも高くするものであり、且つ前記混合液の形成に際しては、前記液収容タンクと前記原料タンクとの圧力差により前記液収容タンク内の前記第２の原料である液体を前記原料タンクに移送すべく前記第１の配管のバルブを開弁し、これにより形成された混合液を前記反応槽に移送すべく前記第２の配管のバルブを開弁するものであることを要旨としている。
【００１５】
この発明では、液収容タンク内の液体は、液収容タンクと原料タンク内の圧力の差を利用して、液収容タンクから原料タンクへ移送される。差圧は、液収容タンクのタンク空間をガスで加圧、あるいは原料タンクのタンク空間を減圧したりして発生させ、バルブ操作により差圧を利用して液体を移送する。従って、移送用ポンプを設ける構成に比較して大型化せず、構成も簡単になる。
【００１６】
（３）請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガス発生装置において、前記液収容タンク及び前記反応槽の両方に前記液収容タンクを加圧するためのガスが予め充填されることを要旨としている。
【００１７】
この発明では、装置を使用する際は、液収容タンクと原料タンクとが連通し、反応槽と液収容タンクとが連通する状態にバルブが操作される。そして、液収容タンクと原料タンクとの圧力差によって、液収容タンク内の液体が原料タンクに移送される。液収容タンク内の液体の原料タンクへの移送が完了した状態では、原料タンク、液収容タンク及び反応槽の空間はほぼ同じ圧力となる。その後、液収容タンクと原料タンクとを連通する配管のバルブが閉じられる。そして、装置の使用状態では、液収容タンクから使用した分だけガスが減少して液収容タンク内の圧力が減少し、原料タンクと差圧が生じて混合液が反応槽に送られる。混合液が減少すると、その分原料タンク内のガス容積が増大し、ガス圧力が徐々に減少する。混合液を反応槽に供給する供給圧はこのガス圧を超えることができない。そのため、使いきったガス圧を基準に混合液ができた時の圧力を逆算し、その圧力が得られる封入圧に最初の圧力を設定する。ガス封入部の体積が大きい程、低い封入圧力で済む。この発明では、液収容タンクと反応槽の空間とに液収容タンク内の液体の移送に用いるガスを封入することによって、移送するガスの容積を増大できる。
【００１８】
（４）請求項４に記載の発明は、請求項２に記載のガス発生装置において、前記反応槽のみに前記液収容タンクを加圧するためのガスが予め充填されることを要旨としている。
【００１９】
この発明では、第１の原料と液体とが混合されるまでの保管時には、反応槽に移送用のガスが蓄えられた状態で保持される。反応槽は反応が始まると高温になるとともに圧力もかかるため、安全係数が高くとられており、反応を開始する前の保管時には、原料タンクや液収容タンクに比較して耐圧に余裕がある。従って、反応槽に移送用のガスを蓄えることにより、高い圧力のかかる容器を反応槽に限定することで、原料タンク及び液収容タンクの耐圧を下げることができる。
【００２０】
（５）請求項５に記載の発明は、請求項１〜４のいずれか一項に記載のガス発生装置において、当該ガス発生装置は、前記原料タンク及び前記反応槽及び前記液収容タンクとは別に設けられて、前記生成物である前記ガスと同じ種類のガスが予め充填された高圧ガスタンクをさらに備えるとともに、このガスの圧力を前記第２の原料としての液体を移送するために利用するものであり、且つ前記高圧ガスタンクと前記液収容タンク及び前記原料タンクとを接続するガスタンク用配管を備えるとともに、このガスタンク用配管にバルブ及び圧力制御弁が設けられるものであることを要旨としている。
【００２１】
この発明では、液体の移送用の高圧ガスが高圧ガスタンクに蓄えられるため、液収容タンクに高圧がかかるのを回避するだけでなく、反応槽に高圧がかかるのも回避できる。また、その系に圧力制御弁を追加することが可能となるため、請求項３の説明で述べた封入圧の設定にとらわれること無く高圧に設定可能になる。また、ガスの供給によって液収容タンクの圧力が圧力制御弁の設定圧力を下回ると高圧ガスタンクから直接ガスが供給されることになり、供給ガスと同種のガスを封入しておけば混合が終わるまで待たなくても、ガス発生装置が起動可能、即ちガスを使用可能になる。
【００２２】
（６）請求項６に記載の発明は、請求項５に記載のガス発生装置において、当該ガス発生装置は、前記第２の原料である液体を前記原料タンクに移送する際、同液体を前記高圧ガスタンク内のガスの圧力により前記液収容タンクから前記原料タンクに移送すべく前記ガスタンク用配管のバルブを制御するものであり、且つ前記第２の原料である液体を前記原料タンクに移送した後、同タンク内の混合液を前記高圧ガスタンク内の前記ガスの圧力により前記原料タンクから前記反応槽に移送すべく記ガスタンク用配管のバルブを制御するものであることを要旨としている。
【００２３】
この発明では、請求項５に記載の発明の作用に加え、混合液の移送に高圧ガスを切り替えることによって、原料タンク内の混合液が反応槽に移送されることに伴って原料タンク内の圧力が低下するのを回避できる。そして、原料タンクでの２種の原料の混合時のガス空間を最小に設定できるため、原料搭載量を増加できる。また、液体の移送用の高圧ガスが高圧ガスタンクに蓄えられるため、液収容タンクに高圧がかかるのを回避するだけでなく、反応槽に高圧がかかるのも回避できる。また、高圧ガスタンクに供給ガスと同種のガスを封入しておけば、バルブを高圧ガスタンクから原料タンク側へガスを供給する状態に切り替えた後、反応開始が遅い場合、一時的にバルブを高圧ガスタンクから液収容タンク側へガスを供給する状態に戻すことによって、高圧タンクのガスを直接供給（使用）することも可能となる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
（第１の実施の形態）
以下、本発明を水素発生装置に具体化した第１の実施の形態を図１〜図３に従って説明する。
【００２５】
図１に示すように、ガス発生装置としての水素発生装置１は、第１の原料としての水素化物２を収容する原料タンクとしての水素化物収容タンク３と、第２の原料の液体としての水を収容する液収容タンク４と、水素化物２及び水の混合液の反応を行わせる反応槽５とを備えている。この実施の形態では水素化物２として、水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ₄）が使用される。水素化物収容タンク３と液収容タンク４とは配管としての管路６によって連結されている。管路６は第１端部が液収容タンク４内の底部に配置され、第２端部が水素化物収容タンク３内の底部に配置されるパイプによって構成されている。管路６の第２端部側は、管路６を介して水素化物収容タンク３内に移送される水が水素化物収容タンク３内の水素化物２又は混合液を攪拌するように流入可能な形状、この実施の形態では図２（ａ）に示すように円弧状に屈曲形成されている。
【００２６】
図２（ｂ）は反応槽の模式断面図であり、図２（ｂ）に示すように、反応槽５はその長手方向（図２（ｂ）の紙面と垂直方向）に貫通するハニカム状の隔壁５ａを備え、隔壁５ａには水素化物２の水素発生反応の触媒が担持されている。反応槽５には水素化物２と水との混合液が、水素化物収容タンク３から反応槽５の下側から送り込まれるように構成されている。この実施の形態では前記管路６の一部が前記混合液を水素化物収容タンク３から反応槽５へ送る配管の一部を構成し、管路６は途中で分岐され、分岐管路７が反応槽５の下部に連結されている。管路６には分岐管路７の分岐部より液収容タンク４寄りにバルブとしての第１の電磁弁８が設けられている。分岐管路７には前記分岐部寄りにバルブとしての第２の電磁弁１０が設けられている。なお、反応槽５には外部から水素を充填するための充填口（図示せず）が設けられている。
【００２７】
反応槽５の上部と液収容タンク４の上部とは反応槽５を通過した反応生成物を液収容タンク４へ移送する配管としてのパイプ１１で連結されている。パイプ１１の途中にはバルブとしての第３の電磁弁１２が設けられている。液収容タンク４の上部には水素を取り出す水素取出しパイプ１３が連結され、水素取出しパイプ１３には電磁弁１４及び可変絞り弁１５が設けられている。
【００２８】
水素化物収容タンク３及び液収容タンク４の上部には、タンク内の圧力を測定する圧力センサ１８，１９が設けられている。また、反応槽５には温度センサ（図示せず）が設けられている。各電磁弁８，１０，１２，１４は図示しない制御装置からの指令に基づいて開閉制御され、可変絞り弁１５は前記制御装置からの指令に基づいて開度が調整されるようになっている。前記制御装置は前記温度センサ及び圧力センサ１８，１９の検出信号に基づいて前記各電磁弁８，１０，１２，１４及び可変絞り弁１５の制御を行う。
【００２９】
図３に示すように、前記のように構成された水素発生装置１が複数ユニット（図３では６ユニット）設けられ、各ユニットの水素取出しパイプ１３が１本の水素供給パイプ２０に連結されている。なお、図３は水素供給パイプ２０と各液収容タンク４の水素取出しパイプ１３との関係を示す模式平面図であり、管路６及びパイプ１１等の図示を省略している。
【００３０】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。水素発生装置１は、例えば燃料電池の水素源として使用される。水素発生装置１は運転開始前は、各電磁弁８，１０，１２，１４が閉じた状態に保持されている。また、水素化物収容タンク３には図示しない入口から粉状の水素化物２が所定量充填され、液収容タンク４には図示しない供給パイプから水が所定量充填（収容）されている。水の量は、反応槽５で反応後の生成物を水で移送するため、水素化物収容タンク３に充填された水素化物２の全量の加水分解に必要な理論量より多い量に設定されている。また、反応槽５内には、水素発生装置１の運転開始時に液収容タンク４内の水を水素化物収容タンク３内に移送するとともに、水素化物収容タンク３内の混合液を反応槽５へ移送するのに使用するための水素が充填されている。水素は反応槽５に設けられた図示しない充填口から充填される。このとき、反応槽５内には、液収容タンク４内の水の水素化物収容タンク３への移送が完了した状態での水素化物収容タンク３内の圧力により、水素化物収容タンク３内の混合液を反応槽に供給するのに必要な量の水素が充填される。この状態で水素発生装置１は待機する。
【００３１】
そして、水素を発生させるため、水素発生装置１が運転される際は、先ず、管路６の第１の電磁弁８及び第３の電磁弁１２が開放される。第３の電磁弁１２が開放されると、反応槽５内の水素の圧力がパイプ１１を介して液収容タンク４内に及び、第１の電磁弁８が開放されると、水素の圧力により液収容タンク４内の水が管路６を通って水素化物収容タンク３内に移送される。水は管路６から水素化物収容タンク３内の底部に、渦を描くように噴射されるため、粉状の水素化物２が水と効率良く混合されて溶解される。
【００３２】
液収容タンク４内の水が全て水素化物収容タンク３に移送された後、第１の電磁弁８が閉じられるとともに第２の電磁弁１０が開放される。この状態では管路６の一部（水素化物収容タンク３内の第２端部から分岐管路７との分岐部まで）及び分岐管路７を介して水素化物収容タンク３と反応槽５とが連通状態となり、第１の電磁弁８が閉じた状態のため、管路６を介しての水素化物収容タンク３と液収容タンク４との連通は遮断されている。
【００３３】
液収容タンク４内の水の水素化物収容タンク３への移送が完了した状態では、水素化物収容タンク３、液収容タンク４及び反応槽５の空間はほぼ同じ圧力となる。そして、電磁弁１４が開かれて液収容タンク４内の水素が水素取出しパイプ１３から水素供給パイプ２０へと供給されて、液収容タンク４から使用した分だけガスが減少して液収容タンク４内の圧力が減少する。そして、水素化物収容タンク３と差圧が生じて混合液が反応槽５に送られる。すなわち、液収容タンク４の圧力の減少にともなう反応槽５と水素化物収容タンク３との圧力差により、水素化物収容タンク３内の水素化物水溶液が反応槽５に供給され、反応槽５を通過する際に水素化物２が次の反応式で加水分解される。
【００３４】
ＮａＢＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ→４Ｈ₂＋ＮａＢＯ₂
触媒の存在により前記の反応が良好に進行する。この反応は発熱反応のため、反応熱により水素化物水溶液中の水の一部が水蒸気となる。そして、加水分解で発生した水素と反応生成物とが霧状の状態で反応槽５の上部からパイプ１１を通って回収タンクとして機能する液収容タンク４へ導かれる。反応生成物のうち液体は液収容タンク４内に貯留される。
【００３６】
水素発生装置１の運転が開始された後は、水素化物水溶液が全て使用されるまで、第１の電磁弁８は閉じた状態に保持される。制御装置は反応槽５内の温度と、水素化物収容タンク３及び液収容タンク４内の圧力と、水素供給要求信号とに基づいて、他の電磁弁１０，１２，１４及び可変絞り弁１５を開閉制御する。水素要求信号が入力されない状態は、電磁弁１４が閉じられて水素供給パイプ２０への水素の供給が停止される。また、液収容タンク４内の圧力が所定圧力以上になると、第３の電磁弁１２が閉じられ液収容タンク４内への水素の供給が停止される。
【００３７】
そして、水素化物収容タンク３内で調製された水素化物水溶液が全て使用され、発生された水素が使用された後、液収容タンク４内に回収された反応生成物が液収容タンク４から取り出される。両タンク３，４内、管路６、分岐管路７及びパイプ１１内が清掃され、その後、水素化物収容タンク３及び液収容タンク４内に再び水素化物２及び水が充填されて水素発生装置１が再使用される。
【００３８】
この実施の形態では次の効果を有する。
（１）水素化物２と、水素化物２と混合して水素を発生させる水とが、水素発生装置１の運転が開始されるまでは、それぞれ水素化物収容タンク３及び液収容タンク４に収容されている。従って、水素発生装置１を例えば非常用電源としての燃料電池の水素源に使用する場合、水素化物２を水溶液の状態で保管する構成と異なり、保管中に水素発生反応が進行する虞がなく、水素発生装置１を運転した場合、予め計画されていた水素発生量を確保できる。
【００３９】
（２）水素発生装置１の運転開始のため、水が水素化物収容タンク３に移送された液収容タンク４を回収用タンクとして利用するため、水素化物収容タンク３、液収容タンク４及び回収用タンクをそれぞれ別に設ける構成に比較して、水素発生装置１を小型化できる。
【００４０】
（３）液収容タンク４側の圧力を水素化物収容タンク３側の圧力より高圧にすることにより、液収容タンク４内の水が水素化物収容タンク３内に移送される。従って、移送用のポンプを設ける場合に比較して構造が簡単になる。また、複数の水素発生装置ユニットを組み合わせて１個の水素発生装置とする場合、ポンプを使用する構成ではポンプを各ユニット毎に設ける必要があるが、液収容タンク４側の圧力を高圧にするにはそのような必要はない。
【００４１】
（４）液収容タンク４内に高圧の水素を供給することにより、液収容タンク４側の圧力を水素化物収容タンク３側の圧力より高圧にしているため、加圧用のガスが水素発生装置で発生した水素と混じっても、水素を外部に供給する際に加圧用のガスを分離する必要がない。
【００４２】
（５）水素発生装置１は、水素発生の運転を開始する前は、主に水素化物が収容された水素化物収容部（水素化物収容タンク３）と、主に水が収容された液収容部（液収容タンク４）と、主に高圧ガスが収容されたガス収容部（反応槽５）とに、バルブ（電磁弁）で区切られている。従って、高圧ガスを液収容タンク４に充填した状態で長期間保存する必要がなく、高圧ガスの圧力に耐える構造を反応槽５に設けるだけですむ。反応槽５は反応が始まると高温になるとともに圧力もかかるため、安全係数が高くとられており、反応を開始する前の保管時には、水素化物収容タンク３や液収容タンク４に比較して耐圧に余裕がある。従って、反応槽５に移送用のガスを蓄えることにより、高い圧力のかかる容器を反応槽５に限定することで、水素化物収容タンク３や液収容タンク４の耐圧を下げることができる。
【００４３】
（６）水素化物２と水とを混合した水素化物水溶液を調製する際、液収容タンク４内の水を水素化物収容タンク３に移送して水素化物水溶液を調製するため、粉体である水素化物２を移送する構成に比較して移送が簡単になる。
【００４４】
（７）水素化物水溶液を反応槽５に移送して水素化物水溶液を調製する際、水を水素化物収容タンク３に充填された水素化物２の下側から噴射して、水素化物収容タンク３内の水素化物２または混合液を攪拌するように供給するため、上から供給する構成に比較して水素化物２を効率良く溶解することができる。
【００４５】
（８）液収容タンク４から水素化物収容タンク３へ水を移送する配管（管路６）と、水素化物収容タンク３から反応槽５へ水素化物水溶液を移送する配管（管路６の一部及び分岐管路７）と、反応槽５から回収用タンクに反応生成物を移送する配管（パイプ１１）にバルブ（電磁弁８，１０，１２）が設けられている。従って、バルブの開閉制御で水素発生反応を制御できる。
【００４６】
（９）水素発生装置１を複数ユニット設け、各ユニットの水素取出しパイプ１３を１本の水素供給パイプ２０に連結した。従って、要求量に合わせた量の水素を供給するのが容易になる。１個の大きな水素化物収容タンク３内に水を供給して水素化物水溶液を調製する場合に比較して、水素化物の溶解が効率良く行われる。
【００４７】
（１０）水素吸蔵合金から水素を取り出す構成に比較して、同じ量の水素を利用可能な装置全体の重量を軽量化でき、水素を取り出すために熱を加える手段が必須ではなくなる。また、高圧ボンベを使用する構成と異なり高圧容器が不要になる。
【００４８】
（第２の実施の形態）
次に第２の実施の形態を図４に従って説明する。この実施の形態では水素化物収容タンク３、液収容タンク４及び反応槽５の他に高圧ガスタンク２１を備え、高圧ガスタンク２１内のガス圧を、液収容タンク４内の水の移送や水素化物収容タンク３内の混合液の移送等に利用可能とした点が前記実施の形態と大きく異なっている。前記実施の形態と同一部分は同一符号を付して詳しい説明を省略する。
【００４９】
パイプ１１には高圧ガスタンク２１と液収容タンク４とを接続する配管を構成する分岐パイプ２２が連結されている。分岐パイプ２２の途中には電磁弁２３及び圧力制御弁（可変絞り弁）２４が設けられている。圧力制御弁２４は電磁弁２３より高圧ガスタンク２１側に設けられている。分岐パイプ２２には水素化物収容タンク３と高圧ガスタンク２１とを接続する配管を構成するパイプ２５が、電磁弁２３及び圧力制御弁２４との間において連通するように連結されている。パイプ２５の途中には電磁弁２６が設けられている。
【００５０】
次に前記のように構成された装置の作用を説明する。この実施の形態では前記実施の形態と異なり、水素発生装置１の液収容タンク４や反応槽５内に高圧の水素ガスが予め充填されずに待機する。そして、水素を発生させるため、水素発生装置１が運転される際は、先ず電磁弁２３が開かれて高圧ガスタンク２１から水素が液収容タンク４に分岐パイプ２２を介して供給される。次いで、電磁弁８が開かれて液収容タンク４内の水素の圧力により、液収容タンク４内の水が管路６を通って水素化物収容タンク３内に移送される。
【００５１】
水の移送完了後、両電磁弁８，２３が閉じられた後、電磁弁１０，１２，２６が開かれるとともに、圧力制御弁２４の開度が水素化物収容タンク３内の混合液を反応槽に移送するのに適した圧力となるように調整される。そして、水素化物収容タンク３と液収容タンク４とに差圧が生じて混合液が反応槽５に送られる。また、前記と同様に、反応槽５内の温度と、水素化物収容タンク３及び液収容タンク４内の圧力と、水素供給要求信号とに基づいて、制御装置からの指令により電磁弁１０，１２，１４及び可変絞り弁１５が開閉制御される。
【００５２】
また、水素化物収容タンク３内の圧力が混合液を所望の速度で反応槽５へ送るのに不足している場合は、水素化物収容タンク３内の圧力が必要な圧力に達するまで圧力制御弁２４の開度が調整される。
【００５３】
この実施の形態では前記実施の形態の（１）〜（４）、（６）〜（９）の効果を有する他に次の効果を有する。
（１１）水素発生装置１の運転開始時に液収容タンク４内の水を水素化物収容タンク３へ移送する手段として使用する高圧ガスは、高圧ガスタンク２１に収容されており、液収容タンク４や反応槽５に予め充填しておかない。従って、液収容タンク４に高圧がかかるのを回避するだけでなく、反応槽５に高圧がかかるのも回避できる。また、予め高圧ガスを系内に充填しておく構成の場合と異なり、封入圧の設定にとらわれること無く、水を液収容タンク４から水素化物収容タンク３へ移送する際のガス圧力を適正な値に容易に設定可能になる。
【００５４】
（１２）液収容タンク４から水を水素化物収容タンク３へ移送完了後、圧力制御弁２４の制御圧力を水素化物収容タンク３から反応槽５へ混合液を所定の速度で移送するのに適した圧力に調整しておけば、一定速度で混合液を反応槽５に移送できる。
【００５５】
（１３）液収容タンク４の所定圧力に合わせて圧力制御弁２４の圧力を設定しておき、水素発生装置１の運転中、電磁弁２３を開放しておけば、液収容タンク４内の圧力が所定圧力を下回ると高圧ガスタンク２１から直接ガスが供給されることになる。この場合、高圧ガスが水素ガスのため、反応が進行するのを待たなくても、水素を水素供給パイプ２０へ供給できる。
【００５６】
実施の形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ 第２の実施の形態において、高圧ガスタンク２１のガスを液収容タンク４及び反応槽５に供給する分岐パイプ２２をパイプ１１に連結する代わりに、図４に鎖線で示すように、分岐管路７の第２の電磁弁１０より反応槽５寄りに連結してもよい。この場合、水素発生装置１の運転開始時、水素ガスが反応槽５を経て液収容タンク４に供給される。
【００５７】
○ 液収容タンク４内に収容されている水等を水素化物収容タンク３に送り込むため、液収容タンク４内の圧力を水素化物収容タンク３内の圧力より高くするための高圧ガスは、水素に限らず、窒素、ヘリウム、アルゴン、ネオン等の不活性ガスや空気を使用してもよい。しかし、水素を燃料電池の水素源として使用する場合、空気中の酸素と水素が反応し、爆発する等の不具合が発生する虞があるため、水素あるいは不活性ガスを使用するのが好ましく、水素を使用するのが最も良い。
【００５８】
○ 液収容タンク４内の圧力と水素化物収容タンク３内の圧力との差圧により、液収容タンク４内に収容されている水等を水素化物収容タンク３に送り込む構成として、液収容タンク４内の圧力を高くする構成に代えて、水素化物収容タンク３側を減圧にする構成としてもよい。
【００５９】
○ 水素化物収容タンク３から水素化物水溶液を反応槽５に移送する配管に、水を液収容タンク４から水素化物収容タンク３へ移送する管路６の一部を利用する構成に代えて、図５に示すように、専用の管路２７を設けるとともに管路２７に第２の電磁弁１０を設けてもよい。この場合、水素化物収容タンク３内の水素化物水溶液を反応槽５に移送する経路を短くできる。
【００６０】
○ また、反応槽５で発生し液収容タンク４に回収された水素の一部を、水素化物収容タンク３内の水素化物水溶液を反応槽５に移送するための圧力加える水素として使用可能な構成としてもよい。例えば、図５に示すように、水素化物収容タンク３と液収容タンク４とをパイプ２８で接続し、パイプ２８に電磁弁２９及び可変絞り弁３０を設ける。
【００６１】
○ 水素化物収容タンク３及び液収容タンク４を平行に配置する構成に限らず、水素化物収容タンク３と液収容タンク４とを上下に配置してもよい。例えば、図６に示すように、水素化物収容タンク３の上方に液収容タンク４を配置し、他の構成を図５の水素発生装置１と基本的に同様な構成とする。この構成では、液収容タンク４内の水を水素化物収容タンク３に移送する際、水の自重だけでも移送が可能なため、予め反応槽５に充填しておく水素の圧力を小さくできる。
【００６２】
○ 液収容タンク４に収容された水等をポンプで水素化物収容タンク３に供給する構成としてもよい。
○ 液収容タンク４、水素化物収容タンク３及び反応槽５をそれぞれ同じ複数個ずつ設ける構成に代えて、反応槽５を複数組みの液収容タンク４及び水素化物収容タンク３で共用する構成、あるいは液収容タンク４及び水素化物収容タンク３の数に限らず１個の反応槽５を共用する構成としてもよい。
【００６３】
○ 液収容タンク４、水素化物収容タンク３及び反応槽５をそれぞれ１個ずつ設けた構成としてもよい。しかし、液収容タンク４及び水素化物収容タンク３を複数設けた構成の方が、液収容タンク４内の水を水素化物収容タンク３内に移送して水素化物水溶液を調製する際に、水素化物２が良好に溶解される。
【００６４】
○ 水素化物収容タンク３に攪拌装置を設けてもよい。この場合、水素化物収容タンク３に液（水）を移送する際、水素化物収容タンク３内への供給方法を考慮しなくても、比較的短時間で水素化物２が溶解される。攪拌装置としては例えば、水素化物収容タンク３の底部外側に配設されて回転される磁石の吸引力により水素化物収容タンク３内に配置された回転部材を回転させるスターラーや、プロペラが固定された回転軸をモータで回転させる攪拌機が使用される。攪拌機の場合、防爆型のものが使用される。
【００６５】
○ 液収容タンク４の上部に気液分離装置を設け、パイプ１１を経て液収容タンク４へ移送される反応生成物を気液分離装置で積極的に気体と液体に分離するようにしてもよい。この場合、反応生成物のＮａＢＯ₂を含んだ液滴が水素と共に燃料電池へ送られることとを防止できる。
【００６６】
○ 液収容タンク４内の水を水素化物収容タンク３に移送するための高圧ガスを反応槽５だけに充填しておく代わりに、反応槽５と液収容タンク４の両方に充填したり、全部を液収容タンク４に充填してもよい。反応槽５と液収容タンク４の両方に充填した場合は、液収容タンク４の耐圧性をさほど増大せずに、液収容タンク４内の液体の移送に用いられるガスの容積を増大できる。
【００６７】
○ 水素発生装置１を複数ユニット設ける場合、各ユニットを構成する水素化物収容タンク３、液収容タンク４及び反応槽５の配置は、全体として平面四角形状に限らず、六角形状としたり、配置スペースに合わせ任意の形状としてもよい。
【００６８】
○ 反応槽５は必ずしも触媒を担持した構成に限らず、触媒を使用せずに、加熱することにより反応を促進させる構成としてもよい。水素発生反応は発熱反応であるため、反応が進行するとその発熱により反応槽５内が加熱されるため、水素吸蔵合金から水素を取り出す時と異なり多量の熱を加える必要はない。
【００６９】
○ 反応抑制剤として、水素化物２と反応させる水に水酸化ナトリウムや水酸化カリウムを添加してもよい。この場合、水素化物２と水とが混合された混合液が反応槽５へ送られる前に水素発生反応が進行するのを抑制できる。
【００７０】
○ 水素化物２と反応させて水素を発生させる液体として、アルコールを使用したり、過酸化水素を含む水溶液を使用してもよい。
○ 水素化物２として水素化ホウ素ナトリウム以外の物質、例えば水素化アルミニウムリチウムや水素化カルシウム等を使用してもよい。
【００７１】
○ ガス発生装置は水素ガスを発生させる装置に限らず、２液、又は液体と固体とを混合溶解した混合液の状態で反応するが反応速度が遅く、触媒との接触あるいは加熱等によって反応を促進させることのできる２種類の原料を用いるガス発生反応を利用したガス発生装置に適用してもよい。この種のガス発生反応として、例えば次のものが挙げられる。
【００７２】
例１炭酸ナトリウム（粉体）に塩酸の水溶液を加えて次式により塩化ナトリウムと炭酸ガスを得る反応。
Ｎａ₂ＣＯ₃＋２ＨＣｌ（水溶液）→２ＮａＣｌ＋Ｈ₂Ｏ＋ＣＯ₂
例２炭酸ナトリウムとクエン酸に水を混合し、触媒上で炭酸ガスを発生させる。クエン酸のナトリウム塩と水が副生成物として残る。混ぜただけで反応を開始し、触媒、熱で反応が促進される。
【００７３】
例３尿素の加水分解では７０℃以上で炭酸ガスとアンモニア水溶液が得られる。
ＮＨ₂ＣＯＮＨ₂＋Ｈ₂Ｏ→２ＮＨ₃＋ＣＯ₂
例４シアン化ナトリウム無水塩は白色粉状で水に溶け易い。シアン化ナトリウム水溶液は室温で加水分解し、青酸を発生する。
【００７４】
ＮａＣＮ＋Ｈ₂Ｏ→ＮａＯＨ＋ＨＣＮ
しかし、乾燥空気中では３７０℃まで安定なので粉体で保管し、塩酸と反応させて青酸を得る。
【００７５】
ＮａＣＮ＋ＨＣｌ→ＨＣＮ＋ＮａＣｌ
用途：精錬
青酸の水溶液は酸素の存在下で鉛、白金以外の多くの金属を溶解する。塊状の鉄、ニッケルは溶解しないため鉱石中の金銀を抽出する精錬に用いられる。
【００７６】
前記実施の形態から把握される発明（技術的思想）について、以下に記載する。
（１）請求項２〜請求項５のいずれか一項に記載の発明において、前記原料タンクと液収容タンクとを接続する配管は、第１端部が前記液収容タンク内の底部に配置され、第２端部が前記原料タンク内の底部に配置されるパイプによって構成されている。
【００７７】
（２）（１）に記載の発明において、前記パイプの第２端部側が、該パイプを介して前記原料タンク内に移送される液体が該原料タンク内の原料を攪拌するように流入可能な形状に屈曲形成されている。
【００７８】
（３）請求項１〜請求項６及び（１）、（２）のいずれか一項に記載の発明において、前記原料タンク内には第２の原料が供給された状態で、前記両原料を混合する攪拌装置が設けられている。
【００７９】
（４）請求項１〜請求項６、（１）〜（３）のいずれかに記載の発明のガス発生装置を複数ユニット設け、各ユニットのガス取り出しパイプを１本のガス供給パイプに連結したガス発生装置。
【００８０】
（５）請求項１〜請求項６及び（１）〜（４）のいずれか一項に記載の発明において、前記ガス発生装置は、第１の原料として水又はアルコールと反応して水素を発生する水素化物を使用し、第２の原料として水又はアルコールを使用する。
【００８１】
【発明の効果】
以上詳述したように請求項１〜請求項６に記載の発明によれば、液状又は固体状の第１の原料に混合すべき第２の原料としての液体を収容する液収容タンクと、回収すべき副生成物（反応生成物）を収容する回収タンクとを独立して設ける必要がなく、装置全体を小型化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態の水素発生装置の模式側面図。
【図２】（ａ）は供給パイプの第２端部側を示す模式平面図、（ｂ）は反応槽の模式断面図。
【図３】複数の水素発生ユニットの配置を示す模式平面図。
【図４】第２の実施の形態の水素発生装置の模式側面図。
【図５】別の実施の形態の水素発生装置を示す模式側面図。
【図６】別の実施の形態の水素発生装置を示す模式側面図。
【符号の説明】
１…ガス発生装置としての水素発生装置、２…第１の原料としての水素化物、３…原料タンクとしての水素化物収容タンク、４…液収容タンク、５…反応槽、６…配管としての管路、７…配管を構成する分岐管路、８，１０，１２，１４，２３，２６…バルブとしての電磁弁、１１…配管を構成するパイプ、２１…高圧ガスタンク、２２…配管を構成する分岐パイプ、２４…圧力制御弁、２５…配管を構成するパイプ。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention reacts in the state of two liquids or a mixed liquid in which a liquid and a solid are mixed and dissolved, but the reaction rate is slow, and the gas uses two types of raw materials that can promote the reaction by contact with the catalyst or heating. It relates to a generator.
[0002]
[Prior art]
Hydrogen fuel, which is a fuel for fuel cells that directly convert chemical energy into electrical energy by electrochemically reacting hydrogen and oxygen, is converted into hydrogen fuel by steam reforming fossil fuels such as methanol and natural gas. A method, a method of storing hydrogen directly in a hydrogen storage alloy, a high-pressure cylinder, or the like and using it as a fuel are considered. However, in the method of obtaining hydrogen by steam reforming fossil fuel or the like, the apparatus becomes large. In addition, when using a hydrogen storage alloy, there is a problem that the weight increases, and in the method using a hydrogen storage alloy, the reaction of releasing the hydrogen by the hydrogen storage alloy is an endothermic reaction, so that heating means is used to extract the hydrogen. Is required. In addition, a method of storing hydrogen in a high-pressure cylinder requires a high-pressure vessel.
[0003]
As a device for generating hydrogen as a fuel for a fuel cell that solves the above problem, Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-64572 discloses a chamber containing at least water and a chamber containing a substance that reacts with water to generate hydrogen. An isolation means for isolating the chamber containing water from the chamber containing a substance that generates hydrogen by reacting with the water, and a substance that generates hydrogen by reacting with water when the fuel cell is operated. In order to generate hydrogen by adding water to cause a reaction, an apparatus in which a hole is formed in the isolation means has been proposed. As a substance that generates hydrogen by reacting with water, a borohydride compound, lithium borohydride, aluminum borohydride, and the like are disclosed.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, the conventional hydrogen generator is mainly intended for a fuel cell used as a portable power source for OA equipment such as a notebook personal computer. Water is supplied to a chamber containing a substance that generates hydrogen by reacting with water. The chamber is configured to serve as a reaction chamber (reaction tank). As a result, the reaction cannot be interrupted.
[0005]
As a method for solving the above-mentioned problems, a substance that generates hydrogen slowly in a mixed state with water at room temperature is used, and a substance that generates hydrogen by reacting with water is mixed with water. A method is conceivable in which the mixed liquid is reacted in the reaction tank, and the product after the reaction is recovered from the reaction tank and the mixed liquid is newly supplied to the reaction tank. However, in this method, a chamber (tank) containing a substance that generates hydrogen by reacting with water, a chamber (tank) containing water, a reaction chamber (reaction tank), and a product after reaction are mixed. It is necessary to provide a chamber (tank) for recovery, and there is a problem that the entire apparatus becomes large.
[0006]
Without separately providing a chamber (tank) containing a substance that generates hydrogen by reacting with water and a chamber (tank) containing water, a substance that generates hydrogen by reacting with water and water are provided in advance. If the mixed liquid is stored in one tank and the mixed liquid is sequentially supplied to the reaction tank, one tank can be omitted. However, if a substance that reacts with water and generates hydrogen is left in a mixed solution with water for a long time, the reaction proceeds little by little and hydrogen is released. If a large amount of the mixed liquid is stored, the surface area becomes smaller than the volume, the heat dissipation efficiency deteriorates, the reaction temperature rises due to the reaction heat, and the reaction proceeds further. There is a problem when it is used as a fuel source of a fuel cell of a power source.
[0007]
Further, the reaction is not limited to the hydrogen generation reaction, but the reaction is performed in the state of two liquids or a mixed liquid in which a liquid and a solid are mixed and dissolved, but the reaction rate is slow, and the reaction can be promoted by contact with a catalyst or heating 2 The same problem occurs in the gas generation reaction using various kinds of raw materials.
[0008]
The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and its purpose is to collect a liquid storage tank for storing a liquid as a second raw material to be mixed with a liquid or solid first raw material, and to recover the liquid. An object of the present invention is to provide a gas generator capable of reducing the size of the entire apparatus without the need to provide a separate recovery tank for storing by-products (reaction products).
[0009]
[Means for Solving the Problems]
  (1) The invention according to claim 1 is a state of a mixed solution obtained by mixing and dissolving the liquid as the first raw material and the liquid as the second raw material, or the solid and the second raw material as the first raw material. And using two kinds of raw materials whose reaction rate is slow in the state of a mixed liquid in which the liquid is mixed and dissolved, and whose reaction is accelerated by contact with the catalyst or heating through a heating means, and the first raw material is A raw material tank for storing and a liquid storage tank for storing the second raw material, the mixed liquid being supplied to a reaction tank having a catalyst or a heating means for promoting the reaction of the mixed liquid, and this reaction In the gas generator that separates and recovers the gas and by-product that are products generated by the reaction in the tank, the gas generator stores the liquid or solid that is the first raw material in the raw material tank. With The liquid that is the second raw material is stored in the liquid storage tank, and through this, the reaction during storage of the first raw material and the second raw material is suppressed, and the second raw material is used. Liquid from the liquid storage tankRaw material tankThe liquid is mixed with the liquid or solid as the first raw material to form a liquid mixture, and then the liquid is transferred to the reaction tank to promote the reaction. About the gas and the by-product generated in this manner, the second raw material is recovered from the reaction tank into the liquid storage tank through a recovery pipe connecting the reaction tank and the liquid storage tank. The liquid storage tank that has become empty due to the liquid transfer is used as a recovery tank for the gas and the by-products, and is recovered from the reaction tank to the liquid storage tank through the recovery pipe. The gist of the present invention is that the gas is taken out by an extraction pipe connected to the liquid storage tank.
[0010]
In this invention, the liquid is transferred from the liquid storage tank to the raw material tank to make a mixed liquid, and the mixed liquid mixed in the raw material tank is sent to the reaction tank, and the reaction is performed in the reaction tank. Therefore, unlike the configuration in which the reaction is carried out in a mixing chamber (mixing tank) that mixes two kinds of raw materials as in the conventional apparatus, the gas mixture is sent to the reaction tank to generate the necessary gas. The amount of gas generated can be controlled by changing the amount of the liquid mixture sent to the reaction tank in accordance with the required amount of gas. By-products after reaction in the reaction tank are recovered in a recovery tank. The recovery tank is also used as a liquid storage tank for storing a liquid to be mixed with the first raw material, and the by-product after the reaction is recovered in the liquid storage tank after the liquid is supplied to the raw material tank. Therefore, the apparatus can be reduced in size as compared with the configuration in which the liquid storage tank for storing the liquid and the tank for collecting the by-product after the reaction are dedicated tanks.
[0011]
In the present invention, when hydrogen is generated as a gas, a hydride (for example, NaBH) is used as the first raw material._Four) And water or alcohol is used as the second raw material liquid. Then, the liquid is transferred from the liquid storage tank to the raw material tank to form a mixed liquid, and the mixed liquid is guided to the reaction tank to produce desired hydrogen and by-products (for example, NaBO).₂) Until it is used for gas generation, the first raw material and the liquid to be mixed with the first raw material are stored in separate tanks, so that a reaction during storage is reliably avoided. NaBH_FourInstead of NaAlH_FourAlternatively, methanol may be used instead of water.
[0012]
In a steam reforming apparatus that extracts a hydrogen and carbon dioxide gas mixture from methanol and water, the water and methanol mixture is stable and can be mixed and stored, and does not fall under the present invention.
For example, NaBH_FourThe bulk density of 0.5 × 10^Three~ 0.6 × 10^Three(G / l) and 30% by weight dissolved in 100 ml of water, 50-60 ml of NaBH in the raw material tank_FourHowever, the liquid storage tank requires 100 ml of space, but since the liquid mixture is about 100 ml, the raw material tank also needs 100 ml of space. On the other hand, the reaction product (by-product) NaBO₂Has a bulk density of 1.07 × 10^ThreeAlthough it is (g / l), it becomes a slurry of hydrate and the volume becomes 100 ml or less. In the normal design, three tanks are required, but as a result of studying such a relationship, it was found that two tanks can be realized.
[0013]
Moreover, gas other than hydrogen can also be generated by changing the combination of the two raw materials.
In the present invention, water is not limited to pure water, but includes a substance that promotes or suppresses the reaction between the hydride and water, or a substance that reacts with the hydride in an aqueous solution state to generate hydrogen. It also means an aqueous solution.
[0014]
  (2) The invention according to claim 2 is the gas generator according to claim 1, wherein the gas generator connects the raw material tank and the liquid storage tank through a first pipe, and the raw material tank And the reaction tank are connected by a second pipe, each of the first pipe and the second pipe has a valve, and the liquid storage tank is the same type as the gas as the product. The pressure of the liquid storage tank is thereby made higher than the pressure of the raw material tank, or the pressure of the raw material tank is reduced, whereby the pressure of the liquid storage tank is made higher than the pressure of the raw material tank. In forming the mixed liquid, the liquid as the second raw material in the liquid storage tank is removed from the raw material tank due to a pressure difference between the liquid storage tank and the raw material tank. In summary, the valve of the first pipe is opened to be transferred to the tank, and the valve of the second pipe is opened to transfer the mixed liquid formed thereby to the reaction vessel. Yes.
[0015]
In the present invention, the liquid in the liquid storage tank is transferred from the liquid storage tank to the raw material tank using the difference in pressure between the liquid storage tank and the raw material tank. The differential pressure is generated by pressurizing the tank space of the liquid storage tank with gas or depressurizing the tank space of the raw material tank, and transfers the liquid using the differential pressure by operating the valve. Therefore, the configuration is not increased and the configuration is simplified as compared with the configuration in which the transfer pump is provided.
[0016]
  (3) The invention described in claim 3 is the gas generator according to claim 2, wherein both the liquid storage tank and the reaction tank are prefilled with a gas for pressurizing the liquid storage tank. Is the gist.
[0017]
In this invention, when the apparatus is used, the valve is operated so that the liquid storage tank and the raw material tank communicate with each other and the reaction tank and the liquid storage tank communicate with each other. And the liquid in a liquid storage tank is transferred to a raw material tank by the pressure difference of a liquid storage tank and a raw material tank. In the state where the transfer of the liquid in the liquid storage tank to the raw material tank is completed, the space of the raw material tank, the liquid storage tank, and the reaction tank is almost the same pressure. Thereafter, the valve of the piping connecting the liquid storage tank and the raw material tank is closed. In the use state of the apparatus, the gas is reduced by the amount used from the liquid storage tank, the pressure in the liquid storage tank is reduced, a differential pressure is generated with the raw material tank, and the mixed liquid is sent to the reaction tank. When the mixed liquid decreases, the gas volume in the raw material tank increases correspondingly, and the gas pressure gradually decreases. The supply pressure for supplying the mixed solution to the reaction vessel cannot exceed this gas pressure. For this reason, the pressure when the mixed liquid is formed is calculated based on the exhausted gas pressure, and the initial pressure is set as the sealed pressure at which the pressure is obtained. The larger the volume of the gas enclosure, the lower the enclosure pressure. In this invention, the volume of the gas to be transferred can be increased by sealing the gas used for transferring the liquid in the liquid storage tank in the space of the liquid storage tank and the reaction tank.
[0018]
  (4) The invention according to claim 4 is characterized in that, in the gas generator according to claim 2, only the reaction tank is filled with a gas for pressurizing the liquid storage tank in advance.
[0019]
In this invention, at the time of storage until the first raw material and the liquid are mixed, the gas for transfer is stored in the reaction tank. Since the reaction tank becomes high temperature and pressure is applied when the reaction starts, the safety factor is high, and there is a margin of pressure resistance compared to the raw material tank and the liquid storage tank during storage before starting the reaction. Therefore, by storing the gas for transfer in the reaction tank, the pressure resistance of the raw material tank and the liquid storage tank can be lowered by limiting the high pressure container to the reaction tank.
[0020]
  (5) The invention according to claim 5 is the gas generator according to any one of claims 1 to 4, wherein the gas generator includes the raw material tank, the reaction tank, and the liquid storage tank. A separate high pressure gas tank that is pre-filled with the same type of gas as the product and that uses the pressure of this gas to transfer the liquid as the second raw material And the high-pressure gas tank and the liquid storage tankas well asGas tank distribution connecting the raw material tankTubeA valve and pressure control for this gas tank pipingValveThe gist is that it is provided.
[0021]
In this invention, since the high-pressure gas for transferring the liquid is stored in the high-pressure gas tank, it is possible not only to avoid the high pressure from being applied to the liquid storage tank but also to avoid the high pressure from being applied to the reaction tank. Further, since a pressure control valve can be added to the system, it can be set to a high pressure without being restricted by the setting of the enclosed pressure described in the description of claim 3. Also, if the pressure of the liquid storage tank falls below the set pressure of the pressure control valve due to the gas supply, the gas will be supplied directly from the high-pressure gas tank, and if the same kind of gas as the supply gas is sealed, the mixing will end Even without waiting, the gas generator can be activated, that is, the gas can be used.
[0022]
  (6) The invention according to claim 6 is the gas generator according to claim 5, wherein the gas generator transfers the liquid as the second raw material to the raw material tank. After controlling the valve of the piping for the gas tank to transfer from the liquid storage tank to the raw material tank by the pressure of the gas in the high-pressure gas tank, and after transferring the liquid as the second raw material to the raw material tank The gist of the invention is to control the valve of the gas tank piping so as to transfer the mixed liquid in the tank from the raw material tank to the reaction tank by the pressure of the gas in the high pressure gas tank.
[0023]
In this invention, in addition to the operation of the invention according to claim 5, by switching the high pressure gas to the transfer of the mixed liquid, the pressure in the raw material tank is transferred as the mixed liquid in the raw material tank is transferred to the reaction tank. Can be avoided. And since the gas space at the time of mixing of 2 types of raw materials in a raw material tank can be set to the minimum, a raw material mounting amount can be increased. Further, since the high-pressure gas for transferring the liquid is stored in the high-pressure gas tank, not only can the high pressure be applied to the liquid storage tank, but also high pressure can be avoided in the reaction tank. If the same type of gas as the supply gas is sealed in the high-pressure gas tank, after switching the valve to a state where gas is supplied from the high-pressure gas tank to the raw material tank side, if the reaction starts slowly, the valve is temporarily set to the high-pressure gas tank. By returning to the state in which the gas is supplied from the tank to the liquid storage tank side, the gas in the high-pressure tank can be directly supplied (used).
[0024]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
(First embodiment)
A first embodiment in which the present invention is embodied in a hydrogen generator will be described below with reference to FIGS.
[0025]
As shown in FIG. 1, a hydrogen generator 1 as a gas generator includes a hydride storage tank 3 as a raw material tank that stores a hydride 2 as a first raw material, and water as a liquid of a second raw material. And a reaction tank 5 for reacting a mixed solution of hydride 2 and water. In this embodiment, sodium borohydride (NaBH) is used as the hydride 2._Four) Is used. The hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 are connected by a conduit 6 as a pipe. The pipe 6 is constituted by a pipe having a first end disposed at the bottom of the liquid storage tank 4 and a second end disposed at the bottom of the hydride storage tank 3. The second end side of the pipeline 6 can flow in such that water transferred into the hydride storage tank 3 through the pipeline 6 agitates the hydride 2 or the mixed solution in the hydride storage tank 3. The shape, in this embodiment, is bent in an arc shape as shown in FIG.
[0026]
FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of the reaction tank. As shown in FIG. 2B, the reaction tank 5 has a honeycomb-like shape penetrating in the longitudinal direction (perpendicular to the paper surface of FIG. 2B). A partition wall 5a is provided, and a catalyst for hydrogen generation reaction of the hydride 2 is supported on the partition wall 5a. The reaction tank 5 is configured such that a mixed liquid of the hydride 2 and water is fed from the lower side of the reaction tank 5 from the hydride storage tank 3. In this embodiment, a part of the pipe line 6 constitutes a part of a pipe for sending the mixed solution from the hydride containing tank 3 to the reaction tank 5, the pipe line 6 is branched on the way, and the branch pipe line 7 is It is connected to the lower part of the reaction vessel 5. The pipe 6 is provided with a first electromagnetic valve 8 as a valve closer to the liquid storage tank 4 than the branch portion of the branch pipe 7. The branch pipe 7 is provided with a second electromagnetic valve 10 as a valve near the branch portion. The reaction tank 5 is provided with a filling port (not shown) for filling hydrogen from the outside.
[0027]
The upper part of the reaction tank 5 and the upper part of the liquid storage tank 4 are connected by a pipe 11 as a pipe for transferring the reaction product that has passed through the reaction tank 5 to the liquid storage tank 4. A third electromagnetic valve 12 as a valve is provided in the middle of the pipe 11. A hydrogen extraction pipe 13 for extracting hydrogen is connected to the upper part of the liquid storage tank 4, and an electromagnetic valve 14 and a variable throttle valve 15 are provided in the hydrogen extraction pipe 13.
[0028]
Above the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4, pressure sensors 18 and 19 for measuring the pressure in the tank are provided. The reaction tank 5 is provided with a temperature sensor (not shown). Each electromagnetic valve 8, 10, 12, 14 is controlled to open and close based on a command from a control device (not shown), and the opening of the variable throttle valve 15 is adjusted based on a command from the control device. . The control device controls the electromagnetic valves 8, 10, 12, 14 and the variable throttle valve 15 based on detection signals from the temperature sensor and pressure sensors 18, 19.
[0029]
As shown in FIG. 3, a plurality of units (6 units in FIG. 3) of the hydrogen generator 1 configured as described above are provided, and the hydrogen extraction pipe 13 of each unit is connected to one hydrogen supply pipe 20. Yes. FIG. 3 is a schematic plan view showing the relationship between the hydrogen supply pipe 20 and the hydrogen take-out pipe 13 of each liquid storage tank 4, and illustration of the pipe line 6, the pipe 11 and the like is omitted.
[0030]
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. The hydrogen generator 1 is used as a hydrogen source of a fuel cell, for example. The hydrogen generator 1 is held in a state in which the solenoid valves 8, 10, 12, and 14 are closed before the operation is started. The hydride storage tank 3 is filled with a predetermined amount of powdered hydride 2 from an inlet (not shown), and the liquid storage tank 4 is filled (accommodated) with a predetermined amount of water from a supply pipe (not shown). The amount of water is set to an amount larger than the theoretical amount necessary for hydrolysis of the entire amount of hydride 2 filled in the hydride storage tank 3 in order to transfer the product after reaction in the reaction vessel 5 with water. Yes. In the reaction tank 5, water in the liquid storage tank 4 is transferred to the hydride storage tank 3 at the start of operation of the hydrogen generator 1, and the mixed liquid in the hydride storage tank 3 is transferred to the reaction tank 5. Filled with hydrogen for use in transport. Hydrogen is charged from a filling port (not shown) provided in the reaction vessel 5. At this time, the reaction tank 5 is mixed in the hydride storage tank 3 by the pressure in the hydride storage tank 3 when the transfer of the water in the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3 is completed. The amount of hydrogen necessary to supply the liquid to the reaction vessel is charged. In this state, the hydrogen generator 1 stands by.
[0031]
When the hydrogen generator 1 is operated in order to generate hydrogen, first, the first electromagnetic valve 8 and the third electromagnetic valve 12 in the pipe 6 are opened. When the third electromagnetic valve 12 is opened, the hydrogen pressure in the reaction tank 5 extends into the liquid storage tank 4 via the pipe 11, and when the first electromagnetic valve 8 is opened, the hydrogen pressure is increased. Water in the liquid storage tank 4 is transferred into the hydride storage tank 3 through the pipe 6. Since water is jetted from the pipeline 6 to the bottom of the hydride storage tank 3 in a vortex, the powdered hydride 2 is efficiently mixed with water and dissolved.
[0032]
  After all the water in the liquid storage tank 4 has been transferred to the hydride storage tank 3, the first electromagnetic valve 8 is closed and the second electromagnetic valve 10 is opened. In this state, the pipeline 6Part (from the second end in the hydride storage tank 3 to the branch with the branch pipe 7)Since the hydride storage tank 3 and the reaction tank 5 are in communication with each other via the branch pipe 7 and the first electromagnetic valve 8 is closed, the hydride storage tank 3 and liquid via the pipe 6 are closed. Communication with the storage tank 4 is blocked.
[0033]
  In the state where the transfer of the water in the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3 is completed, the spaces of the hydride storage tank 3, the liquid storage tank 4 and the reaction tank 5 have substantially the same pressure. Then, the solenoid valve 14 is opened and the hydrogen in the liquid storage tank 4 is supplied from the hydrogen take-out pipe 13 to the hydrogen supply pipe 20, and the gas is reduced by the amount used from the liquid storage tank 4. The pressure inside decreases. Then, a differential pressure is generated between the hydride storage tank 3 and the mixed liquid is sent to the reaction tank 5.That is, the pressure difference between the reaction tank 5 and the hydride storage tank 3 as the pressure of the liquid storage tank 4 decreases.Thus, the aqueous hydride solution in the hydride storage tank 3 is supplied to the reaction tank 5, and the hydride 2 is hydrolyzed by the following reaction formula when passing through the reaction tank 5.
[0034]
NaBH_Four+ 2H₂O → 4H₂+ NaBO₂
The above reaction proceeds well due to the presence of the catalyst. Since this reaction is an exothermic reaction, a part of water in the hydride aqueous solution becomes water vapor due to the reaction heat. Then, hydrogen generated by hydrolysis and reaction products are led from the upper part of the reaction tank 5 through the pipe 11 to the liquid storage tank 4 functioning as a recovery tank in a mist state. The liquid of the reaction product is stored in the liquid storage tank 4.
[0036]
  After the operation of the hydrogen generator 1 is started, the first electromagnetic valve 8 is kept closed until the entire aqueous hydride solution is used. Based on the temperature in the reaction tank 5, the pressure in the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4, and the hydrogen supply request signal, the control device controls the other electromagnetic valves 10, 12, 14 and the variable throttle valve 15. Open / close control. When the hydrogen request signal is not input, the solenoid valve 14 is closed and the hydrogen supply pipe 20 is closed.ToThe supply of hydrogen is stopped. When the pressure in the liquid storage tank 4 becomes equal to or higher than a predetermined pressure, the third electromagnetic valve 12 is closed and the supply of hydrogen to the liquid storage tank 4 is stopped.
[0037]
Then, all the hydride aqueous solution prepared in the hydride storage tank 3 is used, and after the generated hydrogen is used, the reaction product recovered in the liquid storage tank 4 is taken out from the liquid storage tank 4. . The inside of both tanks 3 and 4, the pipe 6, the branch pipe 7 and the pipe 11 are cleaned, and then the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 are filled again with the hydride 2 and water, and the hydrogen generator. 1 is reused.
[0038]
This embodiment has the following effects.
(1) The hydride 2 and the water mixed with the hydride 2 to generate hydrogen are respectively stored in the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 until the operation of the hydrogen generator 1 is started. ing. Therefore, when the hydrogen generator 1 is used as a hydrogen source of a fuel cell as an emergency power source, for example, unlike the configuration in which the hydride 2 is stored in an aqueous solution state, there is no possibility that the hydrogen generation reaction proceeds during storage. When the hydrogen generator 1 is operated, the hydrogen generation amount planned in advance can be secured.
[0039]
(2) Since the liquid storage tank 4 in which water is transferred to the hydride storage tank 3 is used as a recovery tank to start the operation of the hydrogen generator 1, the hydride storage tank 3, the liquid storage tank 4 and the recovery tank Compared to a configuration in which a tank is provided separately, the hydrogen generator 1 can be downsized.
[0040]
(3) By making the pressure on the liquid storage tank 4 side higher than the pressure on the hydride storage tank 3 side, the water in the liquid storage tank 4 is transferred into the hydride storage tank 3. Therefore, the structure is simplified as compared with the case where a transfer pump is provided. Further, when a plurality of hydrogen generator units are combined to form one hydrogen generator, in the configuration using a pump, it is necessary to provide a pump for each unit, but the pressure on the liquid storage tank 4 side is increased. There is no such need.
[0041]
(4) By supplying high-pressure hydrogen into the liquid storage tank 4, the pressure on the liquid storage tank 4 side is set to be higher than the pressure on the hydride storage tank 3 side. Even when mixed with the generated hydrogen, it is not necessary to separate the pressurizing gas when supplying hydrogen to the outside.
[0042]
(5) The hydrogen generator 1 has a hydride storage part (hydride storage tank 3) mainly containing hydride and a liquid storage part mainly containing water before starting the operation of hydrogen generation. It is divided into a (liquid storage tank 4) and a gas storage part (reaction tank 5) in which high-pressure gas is mainly stored by a valve (solenoid valve). Therefore, it is not necessary to store the high-pressure gas in the liquid storage tank 4 for a long time, and it is only necessary to provide the reaction tank 5 with a structure that can withstand the pressure of the high-pressure gas. Since the reaction tank 5 becomes hot and pressure is applied when the reaction starts, the safety factor is high, and the pressure resistance is higher than that of the hydride storage tank 3 or the liquid storage tank 4 during storage before starting the reaction. Can afford. Therefore, by storing the transfer gas in the reaction tank 5, the pressure applied to the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 can be reduced by limiting the container with high pressure to the reaction tank 5.
[0043]
(6) When preparing a hydride aqueous solution in which the hydride 2 and water are mixed, the water in the liquid storage tank 4 is transferred to the hydride storage tank 3 to prepare the hydride aqueous solution. Compared to the configuration for transferring the chemical 2, the transfer is simplified.
[0044]
(7) When preparing the hydride aqueous solution by transferring the hydride aqueous solution to the reaction vessel 5, water is injected from the lower side of the hydride 2 filled in the hydride storage tank 3, and the inside of the hydride storage tank 3 Since the hydride 2 or the mixed liquid is supplied so as to be stirred, the hydride 2 can be efficiently dissolved as compared with the structure supplied from above.
[0045]
  (8)A pipe (pipe 6) for transferring water from the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3,Pipe for transferring the hydride aqueous solution from the hydride storage tank 3 to the reaction tank 5 (pipe 6Part ofIn addition, valves (solenoid valves 8, 10, 12) are provided in the branch pipe 7) and in the pipe (pipe 11) for transferring the reaction product from the reaction tank 5 to the recovery tank. Therefore, the hydrogen generation reaction can be controlled by opening / closing control of the valve.
[0046]
(9) A plurality of units of the hydrogen generator 1 are provided, and the hydrogen extraction pipes 13 of each unit are connected to one hydrogen supply pipe 20. Therefore, it becomes easy to supply an amount of hydrogen that matches the required amount. Compared with the case where water is supplied into one large hydride storage tank 3 to prepare a hydride aqueous solution, the hydride is dissolved more efficiently.
[0047]
(10) Compared with the configuration in which hydrogen is extracted from the hydrogen storage alloy, the weight of the entire apparatus that can use the same amount of hydrogen can be reduced, and a means for applying heat to extract hydrogen is not essential. Further, unlike the configuration using a high-pressure cylinder, a high-pressure vessel is not necessary.
[0048]
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG. In this embodiment, a high pressure gas tank 21 is provided in addition to the hydride storage tank 3, the liquid storage tank 4, and the reaction tank 5, and the gas pressure in the high pressure gas tank 21 is transferred to the water in the liquid storage tank 4 and the hydride storage. The present embodiment is greatly different from the above-described embodiment in that it can be used for transferring the liquid mixture in the tank 3. The same parts as those of the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
[0049]
A branch pipe 22 constituting a pipe connecting the high-pressure gas tank 21 and the liquid storage tank 4 is connected to the pipe 11. An electromagnetic valve 23 and a pressure control valve (variable throttle valve) 24 are provided in the middle of the branch pipe 22. The pressure control valve 24 is provided closer to the high-pressure gas tank 21 than the electromagnetic valve 23. A pipe 25 constituting a pipe connecting the hydride containing tank 3 and the high-pressure gas tank 21 is connected to the branch pipe 22 so as to communicate with the electromagnetic valve 23 and the pressure control valve 24. An electromagnetic valve 26 is provided in the middle of the pipe 25.
[0050]
Next, the operation of the apparatus configured as described above will be described. In this embodiment, unlike the previous embodiment, the liquid storage tank 4 and the reaction tank 5 of the hydrogen generator 1 are not filled with high-pressure hydrogen gas in advance and stand by. When the hydrogen generator 1 is operated in order to generate hydrogen, first, the electromagnetic valve 23 is opened, and hydrogen is supplied from the high-pressure gas tank 21 to the liquid storage tank 4 via the branch pipe 22. Next, the electromagnetic valve 8 is opened, and the water in the liquid storage tank 4 is transferred into the hydride storage tank 3 through the pipe 6 by the pressure of hydrogen in the liquid storage tank 4.
[0051]
After the water transfer is completed, both the solenoid valves 8 and 23 are closed, and then the solenoid valves 10, 12 and 26 are opened, and the opening of the pressure control valve 24 causes the mixed solution in the hydride storage tank 3 to be transferred to the reaction tank. The pressure is adjusted to be suitable for transfer to Then, a differential pressure is generated between the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4, and the mixed liquid is sent to the reaction tank 5. Further, similarly to the above, based on the temperature in the reaction tank 5, the pressure in the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4, and the hydrogen supply request signal, the solenoid valves 10 and 12 are instructed by a command from the control device. , 14 and the variable throttle valve 15 are controlled to open and close.
[0052]
Further, when the pressure in the hydride storage tank 3 is insufficient to send the mixed solution to the reaction tank 5 at a desired speed, the pressure control valve until the pressure in the hydride storage tank 3 reaches the required pressure. The opening degree of 24 is adjusted.
[0053]
This embodiment has the following effects in addition to the effects (1) to (4) and (6) to (9) of the above embodiment.
(11) The high-pressure gas used as means for transferring the water in the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3 at the start of the operation of the hydrogen generator 1 is stored in the high-pressure gas tank 21, and the liquid storage tank 4 and reaction The tank 5 is not prefilled. Therefore, not only can the high pressure be applied to the liquid storage tank 4, but also high pressure can be avoided from being applied to the reaction tank 5. In addition, unlike the case where the system is filled with high-pressure gas in advance, the gas pressure for transferring water from the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3 is set appropriately without depending on the setting of the sealed pressure. The value can be easily set.
[0054]
(12) After completing the transfer of water from the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3, the control pressure of the pressure control valve 24 is suitable for transferring the mixed liquid from the hydride storage tank 3 to the reaction tank 5 at a predetermined speed. If the pressure is adjusted, the mixed solution can be transferred to the reaction vessel 5 at a constant speed.
[0055]
(13) If the pressure of the pressure control valve 24 is set in accordance with the predetermined pressure of the liquid storage tank 4 and the electromagnetic valve 23 is opened during the operation of the hydrogen generator 1, the pressure in the liquid storage tank 4 When the pressure falls below the predetermined pressure, the gas is directly supplied from the high-pressure gas tank 21. In this case, since the high-pressure gas is hydrogen gas, hydrogen can be supplied to the hydrogen supply pipe 20 without waiting for the reaction to proceed.
[0056]
The embodiment is not limited to the above, and may be configured as follows, for example.
In the second embodiment, instead of connecting the branch pipe 22 for supplying the gas in the high-pressure gas tank 21 to the liquid storage tank 4 and the reaction tank 5 to the pipe 11, as shown by the chain line in FIG. 7 may be connected closer to the reaction tank 5 than the second electromagnetic valve 10. In this case, at the start of operation of the hydrogen generator 1, hydrogen gas is supplied to the liquid storage tank 4 through the reaction tank 5.
[0057]
○ In order to send water or the like stored in the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3, the high pressure gas for making the pressure in the liquid storage tank 4 higher than the pressure in the hydride storage tank 3 is converted to hydrogen. Without limitation, an inert gas such as nitrogen, helium, argon, neon, or air may be used. However, when hydrogen is used as a hydrogen source for a fuel cell, it is preferable to use hydrogen or an inert gas because oxygen and hydrogen in the air may react and cause a problem such as explosion. Is the best to use.
[0058]
The liquid storage tank 4 is configured such that water or the like stored in the liquid storage tank 4 is sent to the hydride storage tank 3 by the pressure difference between the pressure in the liquid storage tank 4 and the pressure in the hydride storage tank 3. Instead of the configuration in which the internal pressure is increased, the hydride storage tank 3 side may be configured to have a reduced pressure.
[0059]
○ Instead of a configuration in which a part of the pipe 6 for transferring water from the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3 is used for the pipe for transferring the hydride aqueous solution from the hydride storage tank 3 to the reaction tank 5, FIG. As shown in FIG. 5, a dedicated conduit 27 may be provided, and the second electromagnetic valve 10 may be provided in the conduit 27. In this case, the path for transferring the hydride aqueous solution in the hydride storage tank 3 to the reaction tank 5 can be shortened.
[0060]
Further, a configuration in which a part of hydrogen generated in the reaction tank 5 and recovered in the liquid storage tank 4 can be used as hydrogen for applying pressure for transferring the hydride aqueous solution in the hydride storage tank 3 to the reaction tank 5. It is good. For example, as shown in FIG. 5, the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 are connected by a pipe 28, and an electromagnetic valve 29 and a variable throttle valve 30 are provided on the pipe 28.
[0061]
(Circle) not only the structure which arrange | positions the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 in parallel, you may arrange | position the hydride storage tank 3 and the liquid storage tank 4 up and down. For example, as shown in FIG. 6, the liquid storage tank 4 is disposed above the hydride storage tank 3, and the other configuration is basically the same as that of the hydrogen generator 1 of FIG. In this configuration, when the water in the liquid storage tank 4 is transferred to the hydride storage tank 3, it can be transferred only by its own weight, so that the hydrogen pressure charged in the reaction tank 5 in advance can be reduced.
[0062]
O It is good also as a structure which supplies the water etc. which were accommodated in the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3 with a pump.
○ Instead of a configuration in which the same plurality of liquid storage tanks 4, hydride storage tanks 3 and reaction tanks 5 are provided, a configuration in which a plurality of sets of liquid storage tanks 4 and hydride storage tanks 3 are shared, or The number of the liquid storage tanks 4 and the hydride storage tanks 3 is not limited, and one reaction tank 5 may be shared.
[0063]
O It is good also as a structure which provided the liquid storage tank 4, the hydride storage tank 3, and the reaction tank 5 one each. However, when the liquid storage tank 4 and the hydride storage tank 3 are provided in a plurality, the hydride is prepared when the water in the liquid storage tank 4 is transferred into the hydride storage tank 3 to prepare the hydride aqueous solution. 2 dissolves well.
[0064]
A stirring device may be provided in the hydride storage tank 3. In this case, when the liquid (water) is transferred to the hydride storage tank 3, the hydride 2 is dissolved in a relatively short time without considering the supply method into the hydride storage tank 3. As the agitation device, for example, a stirrer or a propeller that rotates a rotating member arranged in the hydride containing tank 3 by the attractive force of a magnet arranged and rotated outside the bottom of the hydride containing tank 3 is fixed. A stirrer that rotates a rotating shaft with a motor is used. In the case of a stirrer, an explosion-proof type is used.
[0065]
A gas-liquid separation device may be provided in the upper part of the liquid storage tank 4, and the reaction product transferred to the liquid storage tank 4 through the pipe 11 may be positively separated into gas and liquid by the gas-liquid separation device. . In this case, the reaction product NaBO₂It is possible to prevent the droplets containing water from being sent to the fuel cell together with hydrogen.
[0066]
○ Instead of filling only the reaction tank 5 with the high-pressure gas for transferring the water in the liquid storage tank 4 to the hydride storage tank 3, both the reaction tank 5 and the liquid storage tank 4 may be filled. May be filled in the liquid storage tank 4. When both the reaction tank 5 and the liquid storage tank 4 are filled, the volume of gas used for transferring the liquid in the liquid storage tank 4 can be increased without increasing the pressure resistance of the liquid storage tank 4 so much.
[0067]
○ When a plurality of units of the hydrogen generator 1 are provided, the arrangement of the hydride storage tank 3, the liquid storage tank 4 and the reaction tank 5 constituting each unit is not limited to a plane quadrangle as a whole, but may be a hexagonal shape or an arrangement space. It is good also as arbitrary shapes according to.
[0068]
The reaction vessel 5 is not necessarily limited to the configuration supporting the catalyst, and may be configured to promote the reaction by heating without using the catalyst. Since the hydrogen generation reaction is an exothermic reaction, when the reaction proceeds, the inside of the reaction tank 5 is heated by the heat generation, so that it is not necessary to apply a large amount of heat unlike when hydrogen is extracted from the hydrogen storage alloy.
[0069]
As a reaction inhibitor, sodium hydroxide or potassium hydroxide may be added to water to be reacted with the hydride 2. In this case, it is possible to suppress the hydrogen generation reaction from proceeding before the mixed liquid in which the hydride 2 and water are mixed is sent to the reaction tank 5.
[0070]
○ As a liquid that reacts with the hydride 2 to generate hydrogen, alcohol or an aqueous solution containing hydrogen peroxide may be used.
O A substance other than sodium borohydride such as lithium aluminum hydride or calcium hydride may be used as the hydride 2.
[0071]
○ The gas generator is not limited to a device that generates hydrogen gas, but reacts in the form of two liquids or a mixed liquid in which a liquid and a solid are mixed and dissolved, but the reaction rate is slow, and the reaction occurs by contact with the catalyst or heating. You may apply to the gas generator using the gas generation reaction using two types of raw materials which can be promoted. Examples of this type of gas generation reaction include the following.
[0072]
Example 1 Reaction in which an aqueous solution of hydrochloric acid is added to sodium carbonate (powder) to obtain sodium chloride and carbon dioxide by the following formula.
Na₂CO_Three+ 2HCl (aqueous solution) → 2NaCl + H₂O + CO₂
Example 2 Water is mixed with sodium carbonate and citric acid, and carbon dioxide gas is generated on the catalyst. The sodium salt of citric acid and water remain as by-products. The reaction starts just by mixing, and the reaction is accelerated by the catalyst and heat.
[0073]
Example 3 Hydrolysis of urea yields carbon dioxide and aqueous ammonia at 70 ° C or higher.
NH₂CONH₂+ H₂O → 2NH_Three+ CO₂
Example 4 Sodium cyanide anhydrous salt is a white powder and easily soluble in water. Sodium cyanide aqueous solution hydrolyzes at room temperature to generate hydrocyanic acid.
[0074]
NaCN + H₂O → NaOH + HCN
However, since it is stable up to 370 ° C. in dry air, it is stored in powder form and reacted with hydrochloric acid to obtain hydrocyanic acid.
[0075]
NaCN + HCl → HCN + NaCl
Application: Refinement
An aqueous solution of hydrocyanic acid dissolves many metals other than lead and platinum in the presence of oxygen. Since massive iron and nickel do not dissolve, they are used for refining to extract gold and silver in ores.
[0076]
The invention (technical idea) grasped from the embodiment will be described below.
(1) In the invention according to any one of claims 2 to 5, the pipe connecting the raw material tank and the liquid storage tank has a first end disposed at a bottom portion in the liquid storage tank. The second end portion is constituted by a pipe disposed at the bottom portion in the raw material tank.
[0077]
(2) In the invention described in (1), the second end portion side of the pipe can flow in so that the liquid transferred into the raw material tank through the pipe stirs the raw material in the raw material tank. The shape is bent.
[0078]
(3) In the invention according to any one of claims 1 to 6 and (1), (2), the two raw materials are supplied in a state where the second raw material is supplied into the raw material tank. A stirrer for mixing is provided.
[0079]
(4) A plurality of units of the gas generator according to any one of claims 1 to 6 and (1) to (3) are provided, and a gas extraction pipe of each unit is connected to one gas supply pipe. Gas generator.
[0080]
(5) In the invention according to any one of claims 1 to 6 and (1) to (4), the gas generator reacts with water or alcohol as a first raw material to generate hydrogen. Hydride is used, and water or alcohol is used as the second raw material.
[0081]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first to sixth aspects of the invention, the liquid storage tank for storing the liquid as the second raw material to be mixed with the liquid or solid first raw material, and the recovery There is no need to provide a separate collection tank for storing by-products (reaction products) to be obtained, and the entire apparatus can be downsized.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic side view of a hydrogen generator according to a first embodiment.
2A is a schematic plan view showing a second end side of a supply pipe, and FIG. 2B is a schematic cross-sectional view of a reaction tank.
FIG. 3 is a schematic plan view showing the arrangement of a plurality of hydrogen generation units.
FIG. 4 is a schematic side view of a hydrogen generator according to a second embodiment.
FIG. 5 is a schematic side view showing a hydrogen generator according to another embodiment.
FIG. 6 is a schematic side view showing a hydrogen generator according to another embodiment.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Hydrogen generator as a gas generator, 2 ... Hydride as 1st raw material, 3 ... Hydride storage tank as a raw material tank, 4 ... Liquid storage tank, 5 ... Reaction tank, 6 ... Pipe as piping 7, branch pipes constituting the pipes, 8, 10, 12, 14, 23, 26 ... solenoid valves as valves, 11 ... pipes constituting the pipes, 21 ... high pressure gas tanks, 22 ... branches constituting the pipes Pipe, 24 ... pressure control valve, 25 ... pipe constituting the pipe.

Claims

A state of a mixed solution in which a liquid as a first raw material and a liquid as a second raw material are mixed and dissolved, or a state of a mixed liquid in which a solid as a first raw material and a liquid as a second raw material are mixed and dissolved In addition to using two kinds of raw materials whose reaction rate is slow and the reaction is promoted by contact with a catalyst or heating through a heating means, a raw material tank for storing the first raw material and the second raw material are stored. And a liquid storage tank that supplies the mixed liquid to a reaction tank having a catalyst or heating means for promoting the reaction of the mixed liquid, and is a gas that is a product generated by the reaction in the reaction tank And a gas generator for separating and recovering by-products,
The gas generator is
The liquid or solid that is the first raw material is stored in the raw material tank and the liquid that is the second raw material is stored in the liquid storage tank, through which the first raw material and the second raw material are stored. Suppresses the reaction in time,
The liquid that is the second raw material is transferred from the liquid storage tank to the raw material tank , and the liquid and the liquid or solid that is the first raw material are mixed to form a mixed liquid, which is then reacted with the reaction. It is transferred to the tank to promote the reaction,
The gas and the by-product generated in the reaction tank are recovered from the reaction tank to the liquid storage tank by a recovery pipe that connects the reaction tank and the liquid storage tank. The liquid storage tank that has been vacant with the transfer of the liquid that is the raw material of 2 is used as a recovery tank for the gas and the by-product,
The gas generator recovers the gas recovered from the reaction tank to the liquid storage tank through the recovery pipe through an extraction pipe connected to the liquid storage tank.

The gas generator according to claim 1, wherein
  The gas generator is
  The raw material tank and the liquid storage tank are connected by a first pipe, the raw material tank and the reaction tank are connected by a second pipe, and a valve is provided for each of the first pipe and the second pipe. Have
  And pressurizing the liquid storage tank with the same kind of gas as the gas as the product, thereby making the pressure of the liquid storage tank higher than the pressure of the raw material tank, or depressurizing the raw material tank, Thereby, the pressure of the liquid storage tank is made higher than the pressure of the raw material tank,
  When the liquid mixture is formed, the first piping is used to transfer the liquid as the second raw material in the liquid storage tank to the raw material tank due to a pressure difference between the liquid storage tank and the raw material tank. The valve is opened, and the valve of the second pipe is opened in order to transfer the liquid mixture formed thereby to the reaction vessel.
  A gas generator characterized by that.

The gas generator according to claim 2, wherein
Both the liquid storage tank and the reaction tank are prefilled with a gas for pressurizing the liquid storage tank.
A gas generator characterized by that.

The gas generator according to claim 2, wherein
Only the reaction tank is pre-filled with gas for pressurizing the liquid storage tank.
A gas generator characterized by that.

In the gas generator according to any one of claims 1 to 4,
The gas generator is
The apparatus further includes a high-pressure gas tank that is provided separately from the raw material tank, the reaction tank, and the liquid storage tank, and is pre-filled with the same type of gas as the product. It is used for transferring the liquid as the raw material of 2,
Gas generating apparatus characterized by and provided with a gas tank for piping for connecting the liquid storage tank and the raw material tank and the high-pressure gas tank, in which the valve and the pressure control valve is provided in the gas tank pipe.

The gas generator according to claim 5, wherein
  The gas generator is
  When the liquid as the second raw material is transferred to the raw material tank, the valve of the gas tank pipe is controlled so as to transfer the liquid from the liquid storage tank to the raw material tank by the pressure of the gas in the high-pressure gas tank. Is,
  In addition, after transferring the liquid as the second raw material to the raw material tank, the gas tank piping is used to transfer the liquid mixture in the tank from the raw material tank to the reaction tank by the pressure of the gas in the high-pressure gas tank. Is to control the valve
  A gas generator characterized by that.