JP5297251B2 - Hydrogen supply method and hydrogen supply apparatus - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a hydrogen supply apparatus efficiently supplying hydrogen to other apparatus even at a low temperature of &le;200&deg;C. <P>SOLUTION: The hydrogen supply apparatus 1 produces hydrogen and a dehydrogenated body of a hydrogen storage body, by carrying out dehydrogenation-reaction by bringing the hydrogen storage body chemically storing hydrogen into contact with a catalyst, and supplies produced hydrogen to other apparatus; and is provided with: an evaporation part 11 for evaporating the hydrogen storage body; a catalyst part 13 having catalysts different in the adsorption power to hydrogen, adsorption power to the dehydrogenated body and the adsorption power to the hydrogen storage body unreacted in the dehydrogenation reaction, while producing hydrogen and the dehydrogenated body by supplying the hydrogen storage body storing hydrogen evaporated in the evaporation part 11 and dehydrogenating the hydrogen storage body; and a supply part 12 provided between the evaporation part 11 and the catalyst part 13 and for supplying the hydrogen storage body evaporated in the evaporation part 11 with a time interval necessary for removing at least dehydrogenated body from the catalyst part 13, wherein the catalyst part 13 is heated to &le;200&deg;C. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&amp;INPIT

Description

本発明は、化学的に水素を貯蔵することのできる水素貯蔵体を触媒と接触させて脱水素反応させることにより水素と水素貯蔵体の脱水素体を生成し、生成した水素を他の装置に供給する水素供給方法及び水素供給装置に関する。   In the present invention, a hydrogen storage body capable of storing hydrogen chemically is brought into contact with a catalyst to cause a dehydrogenation reaction to generate hydrogen and a dehydrogenated body of the hydrogen storage body, and the generated hydrogen is transferred to another apparatus. The present invention relates to a hydrogen supply method and a hydrogen supply apparatus.

二酸化炭素などによる地球温暖化が深刻になる中で、化石燃料に代わって次世代を担うエネルギー源として水素が注目されている。
例えば、水素を利用して発電を行う燃料電池発電システムや、エネルギーを有効活用してCO2排出を削減する省エネルギー化を推進するための水素供給燃料電池コージェネレーションシステム、水素供給装置とマイクロタービンを組み合わせた発電機や水素供給装置とマイクロエンジンを組み合わせた発電機などの開発も進んでいる(以下、これらを総称して「水素利用発電システム」という。)。また、水素を直接燃料として用いる水素燃料エンジンの開発も進んでいる。
As global warming due to carbon dioxide and the like becomes serious, hydrogen is attracting attention as an energy source for the next generation instead of fossil fuels.
For example, a fuel cell power generation system that generates power using hydrogen, a hydrogen supply fuel cell cogeneration system that promotes energy saving that effectively uses energy to reduce CO 2 emissions, a hydrogen supply device, and a micro turbine Development of a combined generator and a generator combining a hydrogen supply device and a micro engine is also underway (hereinafter collectively referred to as a “hydrogen-based power generation system”). Development of hydrogen fuel engines that use hydrogen directly as a fuel is also in progress.

水素利用発電システムは、自動車、家庭用発電設備、自動販売機、携帯機器などの電源として技術開発が急速に進んでおり、中でも燃料電池発電システムは、水素と酸素を反応させ水になる際に電気を発生し、同時に発生する熱エネルギーを利用して給湯及び空調を行うことができるため、家庭用分散電源に好適である。   The hydrogen-based power generation system is rapidly developing as a power source for automobiles, household power generation facilities, vending machines, portable devices, etc. Among them, the fuel cell power generation system is used when hydrogen and oxygen react to become water. Since electricity can be generated and hot water and air conditioning can be performed using the heat energy generated at the same time, it is suitable for a home-use distributed power source.

ここで、水素利用発電システムや水素燃料エンジンは、水素を燃料として用いるため、水素の輸送、貯蔵、供給システムが大きな課題となっている。
つまり、水素は常温で気体であるために液体や固体に比べて貯蔵や輸送が難しいだけでなく、水素は可燃性物質であり、空気と所定の混合比で混合されると爆発の危険性もある。
Here, since hydrogen-based power generation systems and hydrogen fuel engines use hydrogen as a fuel, a hydrogen transportation, storage, and supply system is a major issue.
In other words, hydrogen is a gas at room temperature, so it is not only difficult to store and transport compared to liquids and solids, but hydrogen is a flammable substance, and if it is mixed with air at a predetermined mixing ratio, there is a risk of explosion. is there.

このような問題を解決する技術が特許文献1〜3及び非特許文献1に記載されている。
これらのうち特許文献1,2及び非特許文献1には、シクロヘキサンやデカリンのような炭化水素を用いた、いわゆる有機ハイドライドシステムに関する技術が記載されている。
シクロヘキサンを用いた例をとってこの有機ハイドライドシステムについて説明すると、シクロヘキサンとベンゼンは同じ炭素数を有する環状炭化水素であるが、シクロヘキサンは二重結合を有しない飽和炭化水素であるのに対し、ベンゼンは炭素同士が二重結合で結合する部分を有する不飽和炭化水素である。つまり、シクロヘキサンの脱水素反応によりベンゼンが得られ、ベンゼンの水素付加反応によりシクロヘキサンが得られるため、かかる有機ハイドライドシステムは、これらの炭化水素の脱水素反応及び水素付加反応を利用することによって水素の供給及び貯蔵を可能とするものである。
また、特許文献1,2には、シクロヘキサンやデカリンのような炭化水素から水素を生成するために、反応装置内の高温の触媒に液体の炭化水素を直接噴霧して脱水素反応を行わせること、及び水素分離膜を用いて水素を分離することなどが記載されている。
Techniques for solving such problems are described in Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1.
Among these, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 describe techniques related to so-called organic hydride systems using hydrocarbons such as cyclohexane and decalin.
This organic hydride system will be described by taking an example using cyclohexane. Cyclohexane and benzene are cyclic hydrocarbons having the same carbon number, whereas cyclohexane is a saturated hydrocarbon having no double bond, whereas benzene Is an unsaturated hydrocarbon having a portion where carbons are bonded by a double bond. In other words, benzene is obtained by the dehydrogenation reaction of cyclohexane, and cyclohexane is obtained by the hydrogenation reaction of benzene. Therefore, such an organic hydride system uses the dehydrogenation reaction and hydrogenation reaction of these hydrocarbons to generate hydrogen. It can be supplied and stored.
In Patent Documents 1 and 2, in order to generate hydrogen from hydrocarbons such as cyclohexane and decalin, liquid hydrocarbons are directly sprayed on a high-temperature catalyst in the reactor to perform a dehydrogenation reaction. And separation of hydrogen using a hydrogen separation membrane.

これらの有機ハイドライドシステムによれば、安全性、貯蔵能力、低コスト化に優れ、また、これらの炭化水素は常温で液体であるため、運搬性に優れた水素貯蔵・供給方法を具現することができる。   According to these organic hydride systems, safety, storage capacity, and cost reduction are excellent, and since these hydrocarbons are liquid at room temperature, it is possible to implement a hydrogen storage and supply method with excellent transportability. it can.

また、特許文献3には、脱水素触媒および水素分離膜を備えた流通式反応系内で炭化水素を脱水素反応させながら、生成した水素を該水素分離膜により連続的に透過分離し、得られた水素流の少なくとも一部を水素吸蔵合金に吸蔵させて、該水素分離膜の水素透過側の圧力を非透過側の圧力よりも低くすることを特徴とする水素の製造方法が記載されており、有機ハイドライドシステムにおける水素の分離、反応温度の低温化、及び水素回収率の向上を図っている。   Further, Patent Document 3 discloses that while hydrogen is dehydrogenated in a flow reaction system equipped with a dehydrogenation catalyst and a hydrogen separation membrane, the produced hydrogen is continuously permeated and separated by the hydrogen separation membrane. A method for producing hydrogen is described, wherein a hydrogen storage alloy stores at least a part of the generated hydrogen flow so that the pressure on the hydrogen permeation side of the hydrogen separation membrane is lower than the pressure on the non-permeation side. In the organic hydride system, hydrogen separation, reaction temperature reduction, and hydrogen recovery rate are improved.

特開2002−274801号公報JP 2002-274801 A 特開2002−184436号公報JP 2002-184436 A 特開2005−281103号公報JP 2005-281103 A

Nobuko Kariya, Atsushi Fukuoka and Masaru Ichikawa, “Efficient evolution of hydrogen from liquid cycloalkanes over Pt-containing catalysts supported on active carbons under “wet-dry multiphase conditions””, Applied Catalysis A: General, Volume 233, Issues 1-2, 10 July 2002, p.91-102.Nobuko Kariya, Atsushi Fukuoka and Masaru Ichikawa, “Efficient evolution of hydrogen from liquid cycloalkanes over Pt-containing catalysts supported on active carbons under“ wet-dry multiphase conditions ””, Applied Catalysis A: General, Volume 233, Issues 1-2, 10 July 2002, p.91-102.

しかしながら、特許文献1,2及び非特許文献1には、実用化に際して課題も多い。例えば、シクロヘキサンとベンゼンとの反応に代表される脱水素反応を利用した水素供給装置を実用化するには、触媒での反応温度をさらに低温化する必要がある。   However, Patent Documents 1 and 2 and Non-Patent Document 1 have many problems in practical use. For example, in order to put to practical use a hydrogen supply apparatus utilizing a dehydrogenation reaction represented by the reaction between cyclohexane and benzene, it is necessary to further lower the reaction temperature at the catalyst.

特許文献1〜3及び非特許文献1では、水素分離膜を使用することによって反応系における水素分圧を低下させることで反応温度の低温化を図っているが、特許文献1〜3及び非特許文献1に記載された構成では、250℃程度までは高い転化率で脱水素反応を行うことができても、これよりも低温で行うと水素分離膜の耐久性が急激に低下してしまうため、実用性に問題がある。   In Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1, the reaction temperature is lowered by reducing the hydrogen partial pressure in the reaction system by using a hydrogen separation membrane. In the configuration described in Document 1, even if the dehydrogenation reaction can be performed at a high conversion rate up to about 250 ° C., the durability of the hydrogen separation membrane is drastically reduced if the temperature is lower than this. There is a problem in practicality.

本発明は前記問題を解決するためになされたものであり、200℃以下の低温でも効率よく他の装置に水素を供給することのできる水素供給方法及び水素供給装置を提供することを課題とする。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a hydrogen supply method and a hydrogen supply apparatus that can efficiently supply hydrogen to other apparatuses even at a low temperature of 200 ° C. or lower. .

本発明に係る水素供給方法は、化学的に水素を貯蔵することのできる水素貯蔵体を触媒と接触させて脱水素反応させることにより水素と水素貯蔵体の脱水素体を生成し、前記生成した水素を他の装置に供給する水素供給方法であって、前記水素貯蔵体を気化し、少なくとも前記脱水素体が前記触媒から取り除かれる時間間隔をもって、気化した前記水素貯蔵体を200℃以下に加熱された前記触媒と接触させて前記脱水素反応を行わせることにより前記水素と前記脱水素体を生成させつつ、前記生成された水素と、前記生成された脱水素体と、前記脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体と、を前記触媒の作用により異なるタイミングで系外へ送出させるものであり、前記触媒は、前記水素との吸着力、前記脱水素体との吸着力、及び前記脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体との吸着力の強さが、前記水素<前記脱水素体<前記水素貯蔵体の関係を満たすことを特徴としている。 In the hydrogen supply method according to the present invention, a hydrogen storage body capable of chemically storing hydrogen is brought into contact with a catalyst to cause a dehydrogenation reaction, thereby generating hydrogen and a dehydrogenation body of the hydrogen storage body. A hydrogen supply method for supplying hydrogen to another apparatus, wherein the hydrogen storage body is vaporized, and the vaporized hydrogen storage body is heated to 200 ° C. or less at a time interval at which the dehydrogenation body is removed from the catalyst. The hydrogen and the dehydrogenated product produced in the dehydrogenation reaction while the hydrogen and the dehydrogenated product are produced by bringing the dehydrogenated product into contact with the produced catalyst. The unreacted hydrogen storage body is sent out of the system at different timings due to the action of the catalyst , and the catalyst has an adsorption power with the hydrogen, an adsorption power with the dehydrogenated substance, and the Prolapse The strength of the attractive force between the hydrogen storage material that did not react under the reaction is characterized by satisfying the relationship of the hydrogen <the dehydrogenation body <the hydrogen reservoir.

また、本発明に係る水素供給装置は、化学的に水素を貯蔵することのできる水素貯蔵体を触媒と接触させて脱水素反応させることにより水素と水素貯蔵体の脱水素体を生成し、前記生成した水素を他の装置に供給する水素供給装置であって、前記水素貯蔵体を気化する気化部と、前記気化部で気化した前記水素貯蔵体が供給されて前記脱水素反応を行うことにより前記水素と前記脱水素体を生成させつつ、前記水素との吸着力、前記脱水素体との吸着力、及び前記脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体との吸着力が異なる触媒を有する触媒部と、前記気化部と前記触媒部の間に設けられ、少なくとも前記脱水素体が前記触媒部から取り除かれる時間間隔をもって、前記気化部で気化した前記水素貯蔵体を前記触媒部に供給する供給部と、を備え、前記触媒部を200℃以下で加熱し、前記吸着力の強さが、前記水素<前記脱水素体<前記水素貯蔵体の関係を満たし、前記触媒の作用により異なるタイミングで系外へ送出させることを特徴としている。 Further, the hydrogen supply device according to the present invention generates a dehydrogenated product of hydrogen and a hydrogen storage unit by bringing a hydrogen storage unit capable of chemically storing hydrogen into contact with a catalyst to cause a dehydrogenation reaction, A hydrogen supply device that supplies the generated hydrogen to another device, wherein a vaporization unit that vaporizes the hydrogen storage body, and the hydrogen storage body vaporized by the vaporization unit are supplied to perform the dehydrogenation reaction. While producing the hydrogen and the dehydrogenated body, a catalyst having different adsorption power with the hydrogen, adsorption power with the dehydrogenated body, and different adsorption power with the hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction. The hydrogen storage body, which is provided between the catalyst section and the vaporization section and the catalyst section, and is vaporized in the vaporization section is supplied to the catalyst section at a time interval at which the dehydrogenated body is removed from the catalyst section. A supply section For example, the catalyst portion is heated at 200 ° C. or less, sending the strength of the suction force, satisfy the relationship of the hydrogen <the dehydrogenation body <the H2 storage, out of the system at different times by the action of the catalyst It is characterized by letting .

本発明に係る水素供給方法及び水素供給装置は、水素貯蔵体を気化器で気化した後、当該気化した水素貯蔵体を供給部によって特定の時間間隔で触媒部に供給することにより、水素貯蔵体を脱水素反応させて水素を生成させることができる。本発明で用いている触媒は、水素との吸着力、脱水素体との吸着力、水素貯蔵体との吸着力が異なるため、触媒と接触させることにより、これらを異なるタイミングで系外に送出させることができる。また、かかる触媒により、水素と脱水素体と水素貯蔵体とが含まれる反応系から、水素と脱水素体を早期に取り除くことができるため、触媒内での化学平衡状態をずらして脱水素反応を促進させるようにすることができる。その結果、200℃以下の低温であっても効率よく水素を生成し、他の装置に供給することが可能となる。
そのため、本発明に係る水素供給方法及び水素供給装置によれば、水素を貯蔵して運搬することが容易となるだけでなく、自動車や分散電源に水素を供給するために200℃を超える温度で加熱するような熱源を設けることなく、既存のガソリンインフラなどを用いて水素を供給することが可能となる。
A hydrogen supply method and a hydrogen supply apparatus according to the present invention include a hydrogen storage body by vaporizing the hydrogen storage body with a vaporizer and then supplying the vaporized hydrogen storage body to the catalyst section at a specific time interval by the supply section. Can be dehydrogenated to produce hydrogen. The catalyst used in the present invention is different in adsorption power with hydrogen, adsorption power with dehydrogenated substance, and adsorption power with hydrogen storage body, so these are sent out of the system at different timings by contacting with the catalyst. Can be made. In addition, such a catalyst can quickly remove hydrogen and dehydrogenated substance from a reaction system containing hydrogen, dehydrogenated substance, and hydrogen storage element. Therefore, dehydrogenation reaction is performed by shifting the chemical equilibrium state in the catalyst. Can be promoted. As a result, even at a low temperature of 200 ° C. or lower, hydrogen can be efficiently generated and supplied to other devices.
Therefore, according to the hydrogen supply method and the hydrogen supply apparatus according to the present invention, not only is it easy to store and transport hydrogen, but also at a temperature exceeding 200 ° C. to supply hydrogen to automobiles and distributed power sources. Hydrogen can be supplied using an existing gasoline infrastructure or the like without providing a heat source for heating.

本発明に係る水素供給装置の基本的な構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the basic structural example of the hydrogen supply apparatus which concerns on this invention. (a)〜(d)は、触媒における脱水素反応の様子を説明する説明図である。(A)-(d) is explanatory drawing explaining the mode of the dehydrogenation reaction in a catalyst. 本発明に係る水素供給装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the hydrogen supply apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る水素供給装置の他の構成例を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the other structural example of the hydrogen supply apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る水素供給装置と固体高分子形燃料電池を組み合わせた発電システムの構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the electric power generation system which combined the hydrogen supply apparatus and solid polymer fuel cell which concern on this invention. 本発明に係る水素供給装置とエンジンを組み合わせたエンジンシステムの構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the engine system which combined the hydrogen supply apparatus and engine which concern on this invention. 本発明に係る水素供給装置と圧縮機を組み合わせた水素貯蔵システムの構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the hydrogen storage system which combined the hydrogen supply apparatus and compressor which concern on this invention. 本発明に係る水素供給装置を使用した水素コミュニティの構成例を示したブロック図である。It is the block diagram which showed the structural example of the hydrogen community using the hydrogen supply apparatus which concerns on this invention. (a)は、実施例と従来例における水素発生温度[℃]と反応転化率[%]を示したグラフであり、(b)は、メチルシクロヘキサン中のトルエン混合率[%]と反応転化率[%]を示したグラフである。(A) is a graph showing hydrogen generation temperature [° C.] and reaction conversion rate [%] in Examples and Conventional Examples, and (b) is a toluene mixing rate [%] and reaction conversion rate in methylcyclohexane. It is a graph which showed [%].

以下に、本発明に係る水素供給方法及び水素供給装置を実施するための形態について説明する。
本発明に係る水素供給方法は、化学的に水素を貯蔵することのできる水素貯蔵体を触媒と接触させて脱水素反応させることにより水素と水素貯蔵体の脱水素体とを生成し、生成した水素を他の装置に供給する方法であって、水素貯蔵体を気化し、少なくとも水素貯蔵体の脱水素体が触媒から取り除かれる時間間隔をもって、気化した水素貯蔵体を200℃以下に加熱された触媒と接触させて脱水素反応を行わせることにより水素と脱水素体を生成させつつ、生成した水素と、生成した脱水素体と、脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体と、を触媒の作用により異なるタイミングで系外に送出させるというものである。
このような処理を行うことによって200℃以下の温度であっても効率よく水素貯蔵体から水素を生成させることができ、他の装置に生成した水素を供給することが可能となる。
Below, the form for implementing the hydrogen supply method and hydrogen supply apparatus which concern on this invention is demonstrated.
In the hydrogen supply method according to the present invention, a hydrogen storage body capable of chemically storing hydrogen is brought into contact with a catalyst to cause a dehydrogenation reaction, thereby generating hydrogen and a dehydrogenation body of the hydrogen storage body. A method of supplying hydrogen to another apparatus, wherein the hydrogen storage body is vaporized, and the vaporized hydrogen storage body is heated to 200 ° C. or less with a time interval at which at least the dehydrogenation body of the hydrogen storage body is removed from the catalyst. While generating hydrogen and a dehydrogenated product by bringing the catalyst into contact with a catalyst to perform a dehydrogenation reaction, produced hydrogen, the produced dehydrogenated product, and a hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenated reaction, They are sent out of the system at different timings depending on the action of the catalyst.
By performing such treatment, hydrogen can be efficiently generated from the hydrogen storage body even at a temperature of 200 ° C. or lower, and the generated hydrogen can be supplied to other devices.

この水素供給方法を具現する装置が、次に説明する水素供給装置である。水素供給方法は、水素供給装置の詳細を説明することによって詳細を明らかにすることができるので、以下に水素供給装置について説明することとする。   An apparatus that embodies this hydrogen supply method is a hydrogen supply apparatus described below. Since the details of the hydrogen supply method can be clarified by describing the details of the hydrogen supply apparatus, the hydrogen supply apparatus will be described below.

図1に示すように、本発明に係る水素供給装置1は、主として気化部11と、触媒部13と、供給部12とを備えて構成される。
ここで、水素貯蔵体は、室温で液体の状態を保ち、沸点が室温から200℃以下、好ましくは室温から150℃以下であって、分子構造内に脱水素反応によって水素を生成することのできる鎖式飽和炭化水素、環式飽和炭化水素、複素環式飽和炭化水素、アンモニア水溶液、ヒドラジン水溶液、ホウ酸ナトリウムまたは、アンモニアあるいはヒドラジン水溶液と過酸化水素水を混合したものを使用することができる。
As shown in FIG. 1, the hydrogen supply device 1 according to the present invention mainly includes a vaporization unit 11, a catalyst unit 13, and a supply unit 12.
Here, the hydrogen storage body maintains a liquid state at room temperature, and has a boiling point of room temperature to 200 ° C. or less, preferably room temperature to 150 ° C. or less, and can generate hydrogen in the molecular structure by a dehydrogenation reaction. A chain saturated hydrocarbon, a cyclic saturated hydrocarbon, a heterocyclic saturated hydrocarbon, an aqueous ammonia solution, an aqueous hydrazine solution, sodium borate, or a mixture of ammonia or an aqueous hydrazine solution and hydrogen peroxide can be used.

鎖式飽和炭化水素としては、例えば、ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン、ノナン、デカン、ウンデカン、ドデカン及びこれらの構造異性体並びにこれらの置換体を用いることができる。   As the chain saturated hydrocarbon, for example, pentane, hexane, heptane, octane, nonane, decane, undecane, dodecane, structural isomers thereof, and substituted products thereof can be used.

環式飽和炭化水素としては、例えば、シクロブタン、シクロペンタン、シクロヘキサン、シクロヘプタン、シクロオクタン、シクロノナン及びこれらのアルキル置換体を用いることができる。環式飽和炭化水素のアルキル置換体としては、例えば、メチルシクロヘキサンなどが挙げられる。また、環式飽和炭化水素は、これを複数個単結合したものも用いることができる。このような化合物としては、例えば、ビフェニルなどを挙げることができる。   As the cyclic saturated hydrocarbon, for example, cyclobutane, cyclopentane, cyclohexane, cycloheptane, cyclooctane, cyclononane, and alkyl-substituted products thereof can be used. Examples of the alkyl substituent of the cyclic saturated hydrocarbon include methylcyclohexane. Further, as the cyclic saturated hydrocarbon, those obtained by single bonding a plurality of them can be used. Examples of such a compound include biphenyl.

複素環式飽和炭化水素としては、例えば、デカリン、テトラリン及びこれのアルキル置換体を用いることができる。複素環式飽和炭化水素のアルキル置換体としては、例えば、メチルデカリンなどが挙げられる。   As the heterocyclic saturated hydrocarbon, for example, decalin, tetralin, and alkyl-substituted products thereof can be used. Examples of the alkyl-substituted product of the heterocyclic saturated hydrocarbon include methyl decalin.

なお、水素貯蔵体は、後記する触媒部13で水素と水素貯蔵体の脱水素体と未反応の水素貯蔵体とが分離できるものであれば、前記した化合物の中から選択されるいずれか1種のみを用いることもでき、2種以上を混合して用いることもできる。またさらに、触媒部13における脱水素反応に支障のない限り、適宜に他の化合物、たとえばシクロヘキサン環を持たない炭化水素や安定化剤などの添加剤を含んでいてもよい。   In addition, as long as the hydrogen storage body can isolate | separate hydrogen, the dehydrogenation body of a hydrogen storage body, and an unreacted hydrogen storage body in the catalyst part 13 mentioned later, it is selected from any one of the above-mentioned compounds. Only seeds can be used, or two or more kinds can be mixed and used. Furthermore, as long as there is no hindrance to the dehydrogenation reaction in the catalyst part 13, other compounds, for example, additives such as hydrocarbons having no cyclohexane ring and stabilizers may be included.

気化部11は、水素貯蔵体を気化する装置であって、好ましくは、水素貯蔵体の蒸気を得る装置である。
このような気化部11としては、例えば、キャブレター、スプレーガンなどが挙げられる。また、例えば、電気ヒータや反応器の余熱を利用した熱交換型の流路内に、粒状、ハニカム上など充填物を詰めたものや、微細流路を形成したもの、あるいは熱交換用のフィンを設けるなどにより構成することができる。
The vaporization unit 11 is a device that vaporizes the hydrogen storage body, and preferably a device that obtains the vapor of the hydrogen storage body.
As such a vaporization part 11, a carburetor, a spray gun, etc. are mentioned, for example. In addition, for example, a heat exchange type flow path using the residual heat of an electric heater or a reactor is filled with a filler such as granular or honeycomb, a fine flow path is formed, or a heat exchange fin It can comprise by providing.

触媒部13は、気化部11で気化した水素貯蔵体が供給されて脱水素反応を行うことにより水素と脱水素体を生成させつつ、水素との吸着力、脱水素体との吸着力、及び脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体との吸着力が異なる触媒を有している。そのため、当該触媒によって水素と脱水素体と水素貯蔵体とを異なるタイミングで得ることができる。
なお、かかる吸着力の強さは、水素<脱水素体<未反応の水素貯蔵体であるのが好ましい。このような吸着力を有する触媒を用いれば、水素と脱水素体と水素貯蔵体とを異なるタイミングで得ることが可能となる。
The catalyst unit 13 is supplied with the hydrogen storage body vaporized in the vaporization unit 11 and performs a dehydrogenation reaction to generate hydrogen and a dehydrogenated product, while adsorbing with hydrogen, adsorbing power with the dehydrogenated product, and The catalyst has a different adsorption force from the hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction. Therefore, hydrogen, a dehydrogenated body, and a hydrogen storage body can be obtained at different timings by the catalyst.
The strength of the adsorption force is preferably hydrogen <dehydrogenated material <unreacted hydrogen storage material. If a catalyst having such an adsorption power is used, it is possible to obtain hydrogen, a dehydrogenated body, and a hydrogen storage body at different timings.

触媒は、金属触媒と、金属触媒を担持する担体とを含んで形成され、好ましくは担体を保持するための保持体を含んで形成される。
金属触媒としては、例えば、Ni、Pd、Pt、Rh、Ir、Re、Ru、Mo、W、V、Os、Cr、Co、Feから選択される一種以上の遷移金属又はこれらの合金で形成される粒子を用いるのが好ましい。金属触媒の粒子の大きさは、例えば粒径分布が直径2nm程度のものを使用することができるがこれに限定されるものではなく、水素貯蔵体の脱水素反応を行わせることができればどのような大きさでもよい。
The catalyst is formed including a metal catalyst and a carrier supporting the metal catalyst, and preferably includes a holding body for holding the carrier.
The metal catalyst is formed of, for example, one or more transition metals selected from Ni, Pd, Pt, Rh, Ir, Re, Ru, Mo, W, V, Os, Cr, Co, and Fe or alloys thereof. It is preferable to use particles. The size of the metal catalyst particles may be, for example, those having a particle size distribution of about 2 nm in diameter. However, the present invention is not limited to this, and any method can be used as long as the dehydrogenation reaction of the hydrogen storage body can be performed. Any size is acceptable.

担体としては、例えば、活性炭、カーボンナノチューブ、シリカ、アルミナ、ゼオライトなどのアルミナシリケート、多孔質ポリイミド、酸化亜鉛、酸化ジルコニウム、珪藻土、酸化ニオブ、酸化バナジウムなどを用いることができる。かかる担体は、触媒の固定態様に合わせて任意の形態とすることができる。
例えば、触媒部13が、直管型や箱型、マイクロリアクタ型などのように内部に触媒を充填して固定する型式のものである場合は、前記担体の形態を多孔質体、ハニカム体、又は粒子体とすることができる。
また、触媒部13が、細管体の内面やマイクロリアクタ型の筐体の内面に触媒を固定する型式のものである場合は、当該細管体の内面や筐体の内面を被覆するように担体を設けることができる。
さらに、触媒部13が、平板の表面を切削加工、プレス加工などの機械加工や、エッチング、めっきプロセス、ナノプリントなどのソフトリソグラフィの技術、蒸着、スパッタ法などのドライプロセスの技術を用いて形成した水素貯蔵体を通流させるための流路部や凹凸部を設け、この上に触媒を固定する型式のものである場合は、流路部や凹凸部を設けた平板の表面を被覆するように担体を設けることができる。
なお、前記した平板には、任意の箇所に任意の個数で、気化した水素貯蔵体を供給するための供給口や反応生成物などを排出するための排出口を設けることができることはいうまでもない。
Examples of the carrier that can be used include activated carbon, carbon nanotubes, alumina silicates such as silica, alumina, and zeolite, porous polyimide, zinc oxide, zirconium oxide, diatomaceous earth, niobium oxide, and vanadium oxide. Such a carrier can be in any form according to the fixing mode of the catalyst.
For example, when the catalyst part 13 is of a type in which the catalyst is filled and fixed, such as a straight tube type, a box type, or a microreactor type, the form of the carrier is a porous body, a honeycomb body, or It can be a particulate body.
When the catalyst unit 13 is of a type that fixes the catalyst to the inner surface of the thin tube body or the inner surface of the microreactor type housing, a carrier is provided so as to cover the inner surface of the thin tube body or the inner surface of the housing. be able to.
Further, the catalyst part 13 is formed by machining the flat plate surface using mechanical processing such as cutting and pressing, etching, plating process, soft lithography technology such as nanoprinting, and dry process technology such as vapor deposition and sputtering. In the case of a type in which the flow path part and the uneven part for allowing the hydrogen storage body to flow through are provided and the catalyst is fixed thereon, the surface of the flat plate provided with the flow path part and the uneven part should be covered. A carrier can be provided on the substrate.
In addition, it is needless to say that the above-described flat plate can be provided with a supply port for supplying the vaporized hydrogen storage body and a discharge port for discharging reaction products in an arbitrary number of places. Absent.

前記した金属触媒と担体を用いた触媒は、次のようにして形成させることができる。
触媒部13が、内部に触媒を充填して固定する型式である場合は、金属触媒を担体に担持させて固定するようにするのが好ましい。例えば、金属触媒と担体を用いて、常法により共沈法や熱分解法によって得ることができる。
また、触媒部13が、流路部や凹凸部を設けた平板の表面を被覆するように触媒を設ける場合は、ゾルゲル法やCVD法により担体層を形成し、この担体層に金属触媒を担持させることによって触媒を触媒層として形成することができる。
さらに、触媒部13が、アルミニウム、ジルコニウム、ニオブ、バナジウムなどの金属又はこれらを主体とする合金を用いた細管体やマイクロリアクタ型の筐体の内面、或いは流路部や凹凸部を設けた平板の表面に触媒を固定する型式である場合は、細管体等の内面や平板の表面を陽極酸化することによって当該細管体等の内面や平板の表面に酸化物系の担体層を直接形成し、当該担体層に金属触媒を担持させることによって触媒を触媒層として形成することができる。
そして、多孔質体又はハニカム体の触媒として形成する場合は、アルミナ、ゼオライト、多孔質ポリイミドなどが有する空孔内に金属触媒を担持させることで形成することができる。
The catalyst using the metal catalyst and the carrier described above can be formed as follows.
When the catalyst unit 13 is of a type in which the catalyst is filled and fixed, it is preferable that the metal catalyst is supported on the carrier and fixed. For example, it can be obtained by a coprecipitation method or a thermal decomposition method by a conventional method using a metal catalyst and a carrier.
When the catalyst part 13 is provided with a catalyst so as to cover the surface of the flat plate provided with the flow path part and the uneven part, a carrier layer is formed by a sol-gel method or a CVD method, and a metal catalyst is supported on the carrier layer. Thus, the catalyst can be formed as a catalyst layer.
Further, the catalyst portion 13 is a flat tube or a microreactor-type casing made of a metal such as aluminum, zirconium, niobium, vanadium or an alloy mainly composed of these, or a flat plate provided with a flow path portion or an uneven portion. In the case of a type in which the catalyst is fixed to the surface, an oxide-based carrier layer is directly formed on the inner surface or the surface of the flat plate by anodizing the inner surface of the thin tube or the surface of the flat plate. The catalyst can be formed as a catalyst layer by supporting the metal catalyst on the carrier layer.
And when forming as a catalyst of a porous body or a honeycomb body, it can form by making a metal catalyst carry | support in the void | hole which an alumina, a zeolite, a porous polyimide, etc. have.

触媒部13は、外部刺激による触媒の破壊防止のため、堅牢な筐体内に触媒を固定するのが好ましい。本発明においては水素貯蔵体の脱水素反応を200℃以下で行うため、かかる筐体は、各種金属、セラミックス、ガラス、プラスチックなどを用いて形成することができる。もちろん、水素ガスの漏れが生じないように形成するのが好ましい。   The catalyst unit 13 preferably fixes the catalyst in a robust housing in order to prevent destruction of the catalyst due to external stimulation. In the present invention, since the dehydrogenation reaction of the hydrogen storage body is performed at 200 ° C. or lower, such a housing can be formed using various metals, ceramics, glass, plastics, and the like. Of course, it is preferable to form it so that no leakage of hydrogen gas occurs.

かかる触媒部13は、前記した材料で形成した担体と触媒とを有していることによって、水素貯蔵体を脱水素反応させて水素と水素貯蔵体の脱水素体とを生成させることができるとともに、生成した水素との吸着力、脱水素体との吸着力、脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体との吸着力を異ならしめることが可能となり、触媒部からこれらを異なったタイミングで送出させることが可能となる。そのため、生成した水素等を個別に回収したり使用したりすることが可能となる。   The catalyst unit 13 includes the carrier formed of the above-described material and the catalyst, so that the hydrogen storage body can be dehydrogenated to generate hydrogen and a dehydrogenated body of the hydrogen storage body. It is possible to differentiate the adsorption power with the generated hydrogen, the adsorption power with the dehydrogenated body, and the adsorption power with the hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction. It can be sent out. Therefore, it is possible to individually collect and use the generated hydrogen and the like.

供給部12は、気化部11と触媒部13の間に設けられ、少なくとも脱水素体が触媒部13から取り除かれる時間間隔をもって、気化部11で気化した水素貯蔵体を触媒部13に供給する装置である。
かかる供給部12は、気化した水素貯蔵体を触媒部13に供給するために、当該水素貯蔵体に圧力を付与する圧力付与装置121と、この圧力付与装置121を適切なタイミングで作動させて、気化した水素貯蔵体を触媒部13に供給するように制御する供給タイミング制御装置123とを含んで構成することができる。
The supply unit 12 is provided between the vaporization unit 11 and the catalyst unit 13, and supplies the hydrogen storage body vaporized by the vaporization unit 11 to the catalyst unit 13 at a time interval at which at least the dehydrogenated body is removed from the catalyst unit 13. It is.
The supply unit 12 operates the pressure applying device 121 that applies pressure to the hydrogen storage body and the pressure applying device 121 at an appropriate timing in order to supply the vaporized hydrogen storage body to the catalyst unit 13. A supply timing control device 123 that controls to supply the vaporized hydrogen storage body to the catalyst unit 13 may be included.

圧力付与装置121は、気化した水素貯蔵体を昇圧するための昇圧ポンプと、気化した水素貯蔵体を供給する時間間隔や流量を制御するための制御バルブ122とを備えることにより、気化した水素貯蔵体に適切な圧力を付与して触媒部13に供給することができる。
昇圧ポンプとしては、例えば、プランジャータイプ、ピストンタイプ、などを用いることができるがこれに限定されるものではなく、水素貯蔵体を昇圧できるものであればどのようなものでも使用することができる。
また、気化した水素貯蔵体を供給する時間間隔や流量を制御する制御バルブ122は、例えば、空気弁や電磁弁などの一般的に用いられているものや自動車用のインジェクションバルブなどにより行うことができる。
The pressure applying device 121 includes a booster pump for boosting the vaporized hydrogen storage body, and a control valve 122 for controlling a time interval and a flow rate for supplying the vaporized hydrogen storage body, thereby vaporizing the hydrogen storage. Appropriate pressure can be applied to the body and supplied to the catalyst unit 13.
As the booster pump, for example, a plunger type, a piston type, or the like can be used, but the present invention is not limited to this, and any pump that can pressurize the hydrogen storage body can be used. .
The control valve 122 for controlling the time interval and the flow rate for supplying the vaporized hydrogen storage body can be performed by, for example, a commonly used one such as an air valve or a solenoid valve, an automobile injection valve, or the like. it can.

供給タイミング制御装置123は、圧力付与装置121を適切なタイミングで作動させることのできるプログラムを実行可能なCPUである。なお、かかるプログラムは、例えばROMやRAMなどに記憶させておくことができる。
適切なタイミングで作動させるための制御手法としては、例えば、(1)圧力付与装置121の運転環境における温度と圧力の条件で規定される供給時間及び供給休止間隔に基づく制御、(2)予め指定した時間間隔による制御、或いは、(3)各種センサで検知した信号によるフィードバック制御などを単独又は複数組み合わせて制御することができる。
The supply timing control device 123 is a CPU capable of executing a program that can operate the pressure applying device 121 at an appropriate timing. Such a program can be stored in, for example, a ROM or a RAM.
As a control method for operating at an appropriate timing, for example, (1) control based on the supply time and supply stop interval defined by the temperature and pressure conditions in the operating environment of the pressure applying device 121, (2) pre-designated It is possible to perform control based on the time interval, or (3) feedback control based on signals detected by various sensors, alone or in combination.

前記(1)の制御は、圧力付与装置121の運転環境における温度を検知する温度センサと、圧力を検知する圧力センサとを備え、検知した温度及び圧力に基づいてプログラムを実行させることにより具現でき、(2)の制御は、触媒部13の温度や圧力と触媒の性能を予め把握しておき、指定した時間でプログラムを実行させることにより具現でき、(3)の制御は、触媒部13の圧力を検知する圧力センサ、温度を検知する温度センサ、気化した水素貯蔵体の流量を検知する流量センサ、生成した水素の濃度を検知する水素センサなどを備え、これらのセンサから得られた情報から反応転化率を算出し、反応転化率の変動を最小限にするように制御することにより具現できる。   The control (1) can be implemented by including a temperature sensor that detects the temperature in the operating environment of the pressure applying device 121 and a pressure sensor that detects the pressure, and executing a program based on the detected temperature and pressure. The control of (2) can be realized by grasping the temperature and pressure of the catalyst unit 13 and the performance of the catalyst in advance and executing the program at a specified time. The control of (3) It is equipped with a pressure sensor that detects pressure, a temperature sensor that detects temperature, a flow sensor that detects the flow rate of the vaporized hydrogen storage body, a hydrogen sensor that detects the concentration of generated hydrogen, etc. This can be realized by calculating the reaction conversion rate and controlling it so as to minimize the fluctuation of the reaction conversion rate.

発生した水素を回収する回収部14は、気液分離し水素ガスを高純度で回収する。気液分離には冷却器、分離膜、それらの組み合わせなどを用いることができる。また、反応物の排出タイミングが異なることから、それぞれの排出時間にバルブを切り替え別々の容器に回収することもできる。さらに回収部14には吸引システムを設け、反応物を吸い出すこともできる。吸引システムには、排気ポンプを用いることが有効であり、排気ポンプとしては、圧力付与装置121内の水素貯蔵体の圧力を減圧することのできるものであればどのようなものでもよく、例えば、ピストン、タービン、市販の空気ポンプ、真空ポンプ、マイクロタービン、自動車の過吸気用のタービンなどを用いることができる。また、エンジンの場合はエンジンの動力を直接ポンプの動力に利用してもよく、自動車に適用した場合は、自動車の車軸の動力をポンプ動力として利用することもできる。さらに、水素を高圧ガスにする場合は圧縮機を用いて直接吸引することにより行うことができる。   The recovery unit 14 that recovers the generated hydrogen gas-liquid separates and recovers the hydrogen gas with high purity. For gas-liquid separation, a cooler, a separation membrane, a combination thereof, or the like can be used. Further, since the discharge timing of the reactants is different, the valves can be switched during each discharge time and collected in separate containers. Further, the collection unit 14 can be provided with a suction system to suck out the reactant. It is effective to use an exhaust pump for the suction system, and any exhaust pump that can reduce the pressure of the hydrogen storage body in the pressure applying device 121 may be used. Pistons, turbines, commercially available air pumps, vacuum pumps, micro turbines, automobile over-intake turbines, and the like can be used. In the case of an engine, the power of the engine may be directly used as the power of the pump, and when applied to an automobile, the power of the axle of the automobile can be used as pump power. Furthermore, when hydrogen is used as a high-pressure gas, it can be carried out by direct suction using a compressor.

従来の水素供給装置では、水素貯蔵体から水素を生成させるために水素分離膜を使用して水素を優先的に反応系から取り除き、平衡をずらすことによって脱水素反応が促進されるようにしているが、この場合であっても220〜400℃必要である(特許文献1〜3及び非特許文献1参照)。
従って、これよりも脱水素反応の促進し難い200℃以下の低温で水素貯蔵体から水素を生成させようとした場合、水素分離膜によって水素をさらに優先的且つ強制的に取り除き、さらに平衡をずらして脱水素反応を促進させる必要があるが、これは前記したように水素分離膜が劣化することもあり、非常に困難なことである。
In a conventional hydrogen supply apparatus, a hydrogen separation membrane is used to generate hydrogen from a hydrogen storage body, hydrogen is preferentially removed from the reaction system, and the dehydrogenation reaction is promoted by shifting the equilibrium. However, even in this case, 220 to 400 ° C. is necessary (see Patent Documents 1 to 3 and Non-Patent Document 1).
Therefore, when hydrogen is generated from the hydrogen storage body at a low temperature of 200 ° C. or less, which is more difficult to promote the dehydrogenation than this, hydrogen is further preferentially and forcibly removed by the hydrogen separation membrane, and the equilibrium is further shifted. Therefore, it is necessary to promote the dehydrogenation reaction, which is very difficult because the hydrogen separation membrane may deteriorate as described above.

本発明に係る水素供給装置1においては、既に詳述したように、触媒部13内の触媒で水素貯蔵体を脱水素反応させて生成した水素及び水素貯蔵体の脱水素体と、脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体とを得ることができる。そして、既に述べているように、触媒の有する水素との吸着力、脱水素体との吸着力、及び水素貯蔵体との吸着力の強さの違いによってこれらを異なるタイミングで触媒部13から送出させることが可能である。
かかる吸着力の強さの違いは、主に触媒に用いられている担体の有する吸着力や極性によって付与される。本発明においては、水素、脱水素体、及び水素貯蔵体のうち、脱水素反応によって生成される水素と脱水素体を優先的に反応系から取り除きたいので、選択する担体の有する吸着力の強さが概ね水素<脱水素体<水素貯蔵体の関係を満たすものであるのが好ましい。前記した担体の材料はいずれもこの関係を満たす。もっとも、水素は前記した担体に吸着しないので、担体を選択する場合は、実質的に脱水素体と水素貯蔵体の吸着力の強さに注目して選択すればよい。なお、用いる水素貯蔵体によって好適な担体は異なり得るため、予め実験等を行って用いようとする水素貯蔵体に適する担体を選択するようにするとよい。
In the hydrogen supply apparatus 1 according to the present invention, as already described in detail, the hydrogen produced by dehydrogenating the hydrogen storage body with the catalyst in the catalyst section 13, the dehydrogenation body of the hydrogen storage body, and the dehydrogenation reaction And an unreacted hydrogen storage body can be obtained. And as already stated, these are sent from the catalyst unit 13 at different timings depending on the difference in the adsorption power with the hydrogen, the adsorption power with the dehydrogenated substance, and the strength of the adsorption power with the hydrogen storage body. It is possible to make it.
The difference in the strength of the adsorption force is given mainly by the adsorption force and polarity of the carrier used for the catalyst. In the present invention, it is desirable to preferentially remove hydrogen produced by the dehydrogenation reaction and the dehydrogenated substance from the reaction system among the hydrogen, dehydrogenated substance, and hydrogen storage element. It is preferable that generally satisfy the relationship of hydrogen <dehydrogenated body <hydrogen storage body. All of the above-mentioned carrier materials satisfy this relationship. However, since hydrogen does not adsorb on the above-described carrier, the carrier may be selected by paying attention to the strength of the adsorptive power of the dehydrogenated body and the hydrogen storage body. In addition, since a suitable support | carrier may differ with the hydrogen storage body to be used, it is good to select the support | carrier suitable for the hydrogen storage body to be used by performing an experiment etc. previously.

水素貯蔵体と触媒の選択の一例としては、水素貯蔵体としてメチルシクロヘキサンを用い、触媒の担体として活性炭を用い、触媒の金属触媒としてPtを用いることを挙げることができる。この場合、触媒でメチルシクロヘキサンを脱水素反応することによって水素と脱水素体であるトルエンとを生成することができる。   As an example of selection of a hydrogen storage body and a catalyst, it can mention using methylcyclohexane as a hydrogen storage body, using activated carbon as a support | carrier of a catalyst, and using Pt as a metal catalyst of a catalyst. In this case, hydrogen and toluene, which is a dehydrogenated product, can be generated by dehydrogenating methylcyclohexane with a catalyst.

ここで、図1を参照して水素供給装置1の動作について説明する。
図1に示すように、水素供給装置1の気化部11に水素貯蔵体が供給されると、気化部11によって水素貯蔵体が加熱されて気化する。次いで、気化した水素貯蔵体は、供給部12に送られ、供給部12の圧力付与装置121によって圧力が付与される。平時、制御バルブ122が閉状態となっているため、気化されて圧力が付与された水素貯蔵体は、この制御バルブ122によって触媒部13への供給が制限されている。しかし、供給タイミング制御装置123によって適切な時間間隔をもって、所定の時間だけ制御バルブ122を開状態とする旨の信号が送信されると、この制御バルブ122は所定の時間だけ開状態となり、気化されて圧力が付与された水素貯蔵体を触媒部13に供給する。触媒部13は、供給された水素貯蔵体を脱水素反応して水素と脱水素体を生成して、これらを順次、水素供給装置1外へ排出する。また、水素と脱水素体の排出後、前記した脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体を水素供給装置1外へ排出する。
Here, the operation of the hydrogen supply apparatus 1 will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 1, when the hydrogen storage body is supplied to the vaporization unit 11 of the hydrogen supply device 1, the hydrogen storage body is heated and vaporized by the vaporization unit 11. Next, the vaporized hydrogen storage body is sent to the supply unit 12, and pressure is applied by the pressure applying device 121 of the supply unit 12. Since the control valve 122 is closed during normal times, the supply of the hydrogen storage body that has been vaporized and pressured is restricted to the catalyst unit 13 by the control valve 122. However, when the supply timing control device 123 sends a signal indicating that the control valve 122 is opened for a predetermined time at an appropriate time interval, the control valve 122 is opened for a predetermined time and is vaporized. The hydrogen storage body to which pressure is applied is supplied to the catalyst unit 13. The catalyst unit 13 dehydrogenates the supplied hydrogen storage body to generate hydrogen and a dehydrogenated body, and sequentially discharges these to the outside of the hydrogen supply apparatus 1. Further, after discharging the hydrogen and the dehydrogenated body, the hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction described above is discharged out of the hydrogen supply apparatus 1.

このときの触媒部13内における脱水素反応の様子を、図2を参照して説明する。図2(a)に示すように、触媒部13内の触媒は、供給部12が接続されている上流側から気化したメチルシクロヘキサンが供給されると、メチルシクロヘキサンと触媒が接触する。これによりメチルシクロヘキサンの脱水素反応が行われ、水素とトルエンを生成する。次いで同図(b)に示すように、生成した水素は触媒に吸着しないので早期に反応系から取り除かれ、触媒部13から送出される。これにより平衡がずれるので脱水素反応を促進させることができる。次いで同図(c)に示すように、生成したトルエンの方が未反応のメチルシクロヘキサンよりも触媒に対する吸着力が弱いので、メチルシクロヘキサンよりも早く触媒部13の下流側に移動することとなる。これによりさらに平衡をずらすことができるので、さらに脱水素反応を促進させることが可能となる。そのため、触媒によって未反応のメチルシクロヘキサンの脱水素反応が促進されて新たに水素とトルエンを生成させることが可能となる。生成した水素は前記と同様、早期に反応系から取り除かれ、触媒部13から送出される。次いで同図(d)に示すように、生成物である水素とトルエンが早期に反応系から取り除かれて平衡がずれる。そのため、残ったメチルシクロヘキサンの脱水素反応が促進されて新たに水素とトルエンを生成することが可能となる。   The state of the dehydrogenation reaction in the catalyst part 13 at this time will be described with reference to FIG. As shown in FIG. 2A, when the methylcyclohexane vaporized from the upstream side to which the supply unit 12 is connected is supplied to the catalyst in the catalyst unit 13, the methylcyclohexane and the catalyst come into contact with each other. Thereby, methylcyclohexane is dehydrogenated to generate hydrogen and toluene. Next, as shown in FIG. 5B, the generated hydrogen is not adsorbed on the catalyst, and therefore is removed from the reaction system at an early stage and sent out from the catalyst unit 13. As a result, the equilibrium is shifted, so that the dehydrogenation reaction can be promoted. Next, as shown in FIG. 3C, the generated toluene has a lower adsorption power to the catalyst than unreacted methylcyclohexane, so that it moves to the downstream side of the catalyst portion 13 earlier than methylcyclohexane. As a result, the equilibrium can be further shifted, so that the dehydrogenation reaction can be further promoted. Therefore, the dehydrogenation reaction of unreacted methylcyclohexane is promoted by the catalyst, and hydrogen and toluene can be newly generated. The generated hydrogen is removed from the reaction system at an early stage and sent out from the catalyst unit 13 as described above. Next, as shown in FIG. 4D, the product hydrogen and toluene are removed from the reaction system at an early stage and the equilibrium is lost. Therefore, the dehydrogenation reaction of the remaining methylcyclohexane is promoted, and hydrogen and toluene can be newly generated.

このように、本発明の水素供給装置1は、メチルシクロヘキサンの脱水素反応を行うと早期にその場から生成物である水素とトルエンを取り除くことができるので、極端な平衡のずれを実現することができ、脱水素反応を強く促進させることが可能となる。そのため、200℃以下という低温でも高い反応転化率で水素貯蔵体を脱水素体に転化し、水素を生成させることが可能となる。この点については後述する。
また、本発明の水素供給装置1は、水素貯蔵体と脱水素体が混合した状態の燃料であって、水素貯蔵体の純度が低く、脱水素体が多く含有されている場合であっても高い反応転化率で水素貯蔵体を脱水素体に転化して水素を生成させることが可能である。この点についても後述する。
従って、本発明に係る水素供給装置1によれば、未反応の水素貯蔵体を回収して再度燃料として利用することも可能でありこのような場合であっても水素の生成効率を高く維持することが可能である。
As described above, the hydrogen supply device 1 of the present invention can remove the product hydrogen and toluene from the spot at an early stage when the dehydrogenation reaction of methylcyclohexane is performed, thereby realizing an extreme equilibrium shift. It is possible to strongly promote the dehydrogenation reaction. Therefore, the hydrogen storage body can be converted into the dehydrogenated body at a high reaction conversion rate even at a low temperature of 200 ° C. or lower, and hydrogen can be generated. This point will be described later.
Further, the hydrogen supply apparatus 1 of the present invention is a fuel in which a hydrogen storage body and a dehydrogenation body are mixed, and the purity of the hydrogen storage body is low and a large amount of dehydrogenation body is contained. It is possible to generate hydrogen by converting a hydrogen storage body to a dehydrogenation body at a high reaction conversion rate. This point will also be described later.
Therefore, according to the hydrogen supply apparatus 1 according to the present invention, it is possible to recover the unreacted hydrogen storage body and reuse it as a fuel. Even in such a case, the hydrogen generation efficiency is kept high. It is possible.

なお、水素を燃料として用いるPEFC(固体高分子形燃料電池)やDMFC(ダイレクトメタノール型燃料電池)の運転温度は70〜100℃程度であり、PAFC(りん酸形燃料電池)の運転温度は約200℃程度であるので、本発明の水素供給装置とこれらの燃料電池とを組み合わせて使用する場合は、これらの燃料電池と隣接又は近接して設けることによりこれらを熱源として利用することができる。また、水素供給装置1と水素燃料エンジンなどを組み合わせて使用する場合も、当該水素燃料エンジンから排出される排ガスの熱を熱源として利用することができる。
しかしながら、熱源がこれらのみでは、水素供給装置1の運転開始時や気温が低い場合などは、触媒部13の温度が低いために水素貯蔵体の脱水素反応がスムーズに行われないおそれがある。
The operating temperature of PEFC (solid polymer fuel cell) and DMFC (direct methanol fuel cell) using hydrogen as a fuel is about 70 to 100 ° C., and the operating temperature of PAFC (phosphoric acid fuel cell) is about Since the temperature is about 200 ° C., when the hydrogen supply device of the present invention and these fuel cells are used in combination, they can be used as a heat source by providing them adjacent to or in close proximity to these fuel cells. Moreover, also when using combining the hydrogen supply apparatus 1 and a hydrogen fuel engine etc., the heat | fever of the waste gas discharged | emitted from the said hydrogen fuel engine can be utilized as a heat source.
However, if these are the only heat sources, the hydrogen storage device may not be smoothly dehydrogenated because the temperature of the catalyst unit 13 is low when the operation of the hydrogen supply device 1 is started or when the temperature is low.

そのため、本発明に係る水素供給装置1においては、図3に示すように、気化部11及び触媒部13のうちの少なくとも一方を200℃以下の温度で加熱する加熱部14をさらに備えるのが好ましく、気化部11、供給部12及び触媒部13の全てを200℃以下の温度で加熱する加熱部14を備えるのがより好ましい。
加熱部14は、例えば、触媒部13の温度が低く、水素貯蔵体の脱水素反応がスムーズに行われないおそれがある場合でも、当該触媒部13を加熱することによって水素貯蔵体の脱水素反応をスムーズに行うことを可能にする。
かかる加熱部14としては、これらを200℃以下に加熱することができるように制御された電熱ヒータや可燃性燃料を燃焼させて加熱するヒータ等を用いることができる。
Therefore, the hydrogen supply apparatus 1 according to the present invention preferably further includes a heating unit 14 that heats at least one of the vaporization unit 11 and the catalyst unit 13 at a temperature of 200 ° C. or lower, as shown in FIG. It is more preferable to include a heating unit 14 that heats all of the vaporization unit 11, the supply unit 12, and the catalyst unit 13 at a temperature of 200 ° C. or less.
For example, even when the temperature of the catalyst unit 13 is low and the dehydrogenation reaction of the hydrogen storage body may not be performed smoothly, the heating unit 14 heats the catalyst unit 13 to dehydrogenate the hydrogen storage body. Can be performed smoothly.
As the heating unit 14, an electric heater controlled so as to be able to heat them to 200 ° C. or less, a heater that burns and burns combustible fuel, and the like can be used.

また、加熱部14は、熱エネルギーを電気に変換する発電装置又は熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する熱機関を冷却する200℃以下の冷却媒体の熱を利用して触媒部13を加熱するようにしたものであってもよい。
熱エネルギーを電気に変換する発電装置としては、例えば、発電機や原子炉などが挙げられる。また、熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する熱機関としては、例えば、エンジンが挙げられる。このような熱を発する装置(発熱装置)と本発明の水素供給装置1とを併用する場合は、これらの発熱装置を冷却するための冷却媒体によって触媒部13を200℃以下で加熱するようにしてもよい。かかる冷却媒体としては、例えば、エンジンを冷却するための冷却水やエンジンから排出された排ガス、原子炉の二次冷却水などを挙げることができる。
Further, the heating unit 14 heats the catalyst unit 13 using heat of a cooling medium of 200 ° C. or less that cools a power generation device that converts thermal energy into electricity or a heat engine that converts thermal energy into mechanical energy. It may be the one.
Examples of the power generation device that converts thermal energy into electricity include a generator and a nuclear reactor. An example of a heat engine that converts thermal energy into mechanical energy is an engine. When the device (heat generating device) that generates such heat and the hydrogen supply device 1 of the present invention are used in combination, the catalyst unit 13 is heated at 200 ° C. or less by a cooling medium for cooling these heat generating devices. May be. Examples of the cooling medium include cooling water for cooling the engine, exhaust gas discharged from the engine, and secondary cooling water for the reactor.

また、本発明に係る水素供給装置1は、図4に示すように、触媒部13から送出された水素、脱水素体及び水素貯蔵体のうち少なくとも水素を個別に回収する回収部15をさらに備えるのが好ましい。このようにすれば、少なくとも水素を高純度に得て、これを貯蔵することが可能となる。なお、脱水素体と水素貯蔵体も個別に回収できるようにするのが好ましい。
本発明の水素供給装置1は、供給部12によって、少なくとも脱水素体が触媒部13から取り除かれる時間間隔をもって、気化部11で気化した水素貯蔵体を触媒部13に供給して脱水素反応を行わせるため、生成した水素や脱水素体、水素貯蔵体は、それぞれ異なったタイミングで触媒部13から送出されてくる。従って、それぞれの送出タイミングに応じて作動する作動弁を設けて個々に回収できるようにするとよい。
In addition, as shown in FIG. 4, the hydrogen supply device 1 according to the present invention further includes a recovery unit 15 that individually recovers at least hydrogen among the hydrogen, the dehydrogenated body, and the hydrogen storage body sent from the catalyst unit 13. Is preferred. In this way, it is possible to obtain at least hydrogen with high purity and store it. In addition, it is preferable that the dehydrogenated body and the hydrogen storage body can be recovered separately.
The hydrogen supply apparatus 1 of the present invention supplies the hydrogen storage body vaporized in the vaporization unit 11 to the catalyst unit 13 at least at a time interval at which the dehydrogenation agent is removed from the catalyst unit 13 by the supply unit 12 to perform the dehydrogenation reaction. In order to carry out, the produced | generated hydrogen, a dehydrogenation body, and a hydrogen storage body are sent from the catalyst part 13 at a respectively different timing. Therefore, it is preferable to provide an operation valve that operates in accordance with each delivery timing so that it can be individually collected.

また、水素供給装置に排気ポンプを接続し、この排気ポンプによって水素を吸引するようにしてもよい。水素供給装置から回収された水素は、例えば、予備タンク内に数気圧から数十気圧で貯蔵することができる。水素を貯蔵した予備タンクを備えることにより、燃料電池等の次回の始動を即座に行うことができるようになる。また、予備タンクに水素を貯蔵させることにより、燃料電池等へ安定して水素を供給することができるようになる。   Further, an exhaust pump may be connected to the hydrogen supply device, and hydrogen may be sucked by this exhaust pump. The hydrogen recovered from the hydrogen supply device can be stored, for example, at several to several tens of atmospheres in the reserve tank. By providing a spare tank storing hydrogen, the next start-up of the fuel cell or the like can be performed immediately. Further, by storing hydrogen in the reserve tank, hydrogen can be stably supplied to the fuel cell or the like.

また、脱水素体や脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体も個別に或いは同時に回収することができる。回収した脱水素体や水素貯蔵体は適宜廃液タンクなどの回収部(図4には図示せず)に貯蔵したり、燃料タンクに戻したりすることができる。   Further, dehydrogenated bodies and hydrogen storage bodies that have not been reacted in the dehydrogenation reaction can be recovered individually or simultaneously. The recovered dehydrogenation body or hydrogen storage body can be stored in a recovery unit (not shown in FIG. 4) such as a waste liquid tank or returned to the fuel tank as appropriate.

以上に述べたように、本発明に係る水素供給装置によれば、200℃以下の低温であっても効率よく水素を生成し、他の装置に供給することが可能となる。また、自動車や分散電源に水素を供給するために200℃を超える温度で加熱するような熱源を設けることなく、既存のガソリンインフラなどを用いて水素を供給することが可能となる。
よって、本発明に係る水素供給装置は以下のようにして用いることができる。以下に、本発明に係る水素供給装置を用いた例について説明する。
As described above, according to the hydrogen supply device of the present invention, it is possible to efficiently generate hydrogen and supply it to other devices even at a low temperature of 200 ° C. or lower. Further, it is possible to supply hydrogen using an existing gasoline infrastructure or the like without providing a heat source for heating at a temperature exceeding 200 ° C. in order to supply hydrogen to an automobile or a distributed power source.
Therefore, the hydrogen supply apparatus according to the present invention can be used as follows. Below, the example using the hydrogen supply apparatus which concerns on this invention is demonstrated.

まず、図5を参照して、本発明の水素供給装置1と固体高分子形燃料電池101を組み合わせて一体化した発電システム100について説明する。
図5に示すとおり、この発電システム100は、固体高分子形燃料電池101と当接するように固体高分子形燃料電池101の上に、気化部11、供給部12、及び触媒部13を備えた水素供給装置1を装着している。このようにすれば、固体高分子形燃料電池101の運転温度が80〜100℃であるため、この運転温度をそのまま利用して水素供給装置1全体を、延いては気化部11及び触媒部13のうちの少なくとも一方、好ましくは両方を加熱することができる。そのため、触媒部13で水素貯蔵体の脱水素反応を好適に行うことが可能となる。
First, a power generation system 100 in which the hydrogen supply device 1 of the present invention and the polymer electrolyte fuel cell 101 are combined and integrated will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 5, the power generation system 100 includes a vaporization unit 11, a supply unit 12, and a catalyst unit 13 on the polymer electrolyte fuel cell 101 so as to contact the polymer electrolyte fuel cell 101. A hydrogen supply device 1 is attached. In this way, since the operation temperature of the polymer electrolyte fuel cell 101 is 80 to 100 ° C., the operation temperature is used as it is, and the entire hydrogen supply device 1 is extended, and the vaporization unit 11 and the catalyst unit 13 are extended. At least one, preferably both, can be heated. Therefore, it is possible to suitably perform the dehydrogenation reaction of the hydrogen storage body in the catalyst unit 13.

そして、この発電システム100は、水素貯蔵体を貯蔵しておくための貯蔵タンク102と、貯蔵タンク102に貯蔵された水素貯蔵体を水素供給装置1に送液するための送液ライン104と、この送液ライン104上に設けられ、貯蔵タンク102から水素貯蔵体を水素供給装置1に送液する圧力を発生する送液ポンプ105と、水素供給装置1で生成された水素を固体高分子形燃料電池101に供給するための水素供給ライン108と、水素供給装置1で生成されて排出された水素貯蔵体の脱水素体と、水素供給装置1の脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体を冷却して凝縮し、当該水素貯蔵体を気化した状態から液化した状態に戻してこれを廃液として回収する廃液回収ライン106と、廃液回収ライン106で送液されてきた脱水素体と水素貯蔵体を廃液として回収しておくための廃液タンク103とを備えている。なお、水素供給ライン108上には、水素供給装置1で生成した水素を吸引して固体高分子形燃料電池101に供給するための水素供給ポンプ107が設けられており、水素供給装置1で生成された水素を強制的に固体高分子形燃料電池101に供給できるようになっている。この水素供給ポンプ107としては、例えば、タービン型排気ポンプを用いることができる。   The power generation system 100 includes a storage tank 102 for storing the hydrogen storage body, a liquid supply line 104 for supplying the hydrogen storage body stored in the storage tank 102 to the hydrogen supply device 1, A liquid feed pump 105 that is provided on the liquid feed line 104 and generates a pressure for feeding the hydrogen storage body from the storage tank 102 to the hydrogen supply apparatus 1; and the hydrogen produced by the hydrogen supply apparatus 1 is converted into a solid polymer form. Hydrogen supply line 108 for supplying to the fuel cell 101, dehydrogenated hydrogen storage body generated and discharged by the hydrogen supply device 1, and hydrogen storage that has not been reacted in the dehydrogenation reaction of the hydrogen supply device 1 The body is cooled and condensed, and the hydrogen storage body is returned from the vaporized state to the liquefied state and recovered as waste liquid, and the dehydration sent through the waste liquid recovery line 106 The body and the hydrogen reservoir and a waste tank 103 for keeping collected as waste. A hydrogen supply pump 107 is provided on the hydrogen supply line 108 for sucking the hydrogen generated in the hydrogen supply device 1 and supplying it to the polymer electrolyte fuel cell 101. The generated hydrogen can be forcibly supplied to the polymer electrolyte fuel cell 101. As this hydrogen supply pump 107, for example, a turbine-type exhaust pump can be used.

また、水素供給装置1の気化部11及び触媒部13の温度が低いと水素貯蔵体の脱水素反応が進み難く、水素を好適に生成できないおそれがある。そのため、図5に示すように、例えば、気化部11及び触媒部13を加熱して早期に好適な水素貯蔵体の脱水素反応を行うことができるよう、気化部11や触媒部13に近接して設けた加熱部14(図5には図示せず、図3参照。)に、図示しないタンク等から都市ガス、灯油、重油または、反応後の脱水素化物などの燃料を図示しない加熱用燃料ポンプと図示しない加熱用燃料ラインにより供給し、気化部11及び触媒部13、好ましくは水素供給装置1全体を200℃以下で加熱するようにしてもよい。   Moreover, when the temperature of the vaporization part 11 of the hydrogen supply apparatus 1 and the catalyst part 13 is low, it is difficult for the dehydrogenation reaction of a hydrogen storage body to advance, and there exists a possibility that hydrogen cannot be produced | generated suitably. Therefore, as shown in FIG. 5, for example, the vaporization unit 11 and the catalyst unit 13 are close to the vaporization unit 11 and the catalyst unit 13 so that the dehydrogenation reaction of a suitable hydrogen storage body can be performed at an early stage by heating. The heating unit 14 (not shown in FIG. 5, see FIG. 3) is supplied with fuel such as city gas, kerosene, heavy oil, or dehydrogenated product after reaction from a tank (not shown) or the like. The gas may be supplied by a pump and a heating fuel line (not shown), and the vaporization unit 11 and the catalyst unit 13, preferably the entire hydrogen supply device 1, may be heated at 200 ° C. or lower.

そして、固体高分子形燃料電池101は、電解質膜Eとこれを挟み込むアノードA及びカソードCで形成された単セルSを複数スタックして構成されるセルスタック(図示せず)を備えている。そして、水素供給装置1で生成した水素が水素供給ライン108を介してアノードAに供給される。他方、空気ポンプ109から送気され、必要に応じて加湿器(図示せず)等で処理された空気(酸素)がカソードCに供給されるようになっている。そして、アノードAの水素とカソードCの酸素とが前記した電解質膜Eを介して反応することで電子(電気)と水が生成される。生成した水は発電システム100外に排出され、電気はモータや二次電池などを含む電気システムに供給される。なお、固体高分子形燃料電池101が排出する排ガスは、水素供給ポンプ107で吸引され、排ガスライン110から排出される。   The polymer electrolyte fuel cell 101 includes a cell stack (not shown) configured by stacking a plurality of unit cells S formed of an electrolyte membrane E, an anode A and a cathode C sandwiching the electrolyte membrane E. Then, hydrogen generated by the hydrogen supply device 1 is supplied to the anode A through the hydrogen supply line 108. On the other hand, air (oxygen) fed from the air pump 109 and processed by a humidifier (not shown) or the like as needed is supplied to the cathode C. Then, the hydrogen of the anode A and the oxygen of the cathode C react with each other through the above-described electrolyte membrane E, thereby generating electrons (electricity) and water. The generated water is discharged outside the power generation system 100, and electricity is supplied to an electric system including a motor and a secondary battery. The exhaust gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell 101 is sucked by the hydrogen supply pump 107 and discharged from the exhaust gas line 110.

かかる発電システム100においては、水素貯蔵体を使用した結果、貯蔵タンク102内に水素貯蔵体がなくなり、廃液タンク103内に脱水素体が満たされたら、例えば、タンクローリの水素貯蔵体供給口と貯蔵タンク102を配管により接続して水素貯蔵体の供給を行い、タンクローリの廃液流通口と廃液タンク103を配管により接続して廃液の回収を行うことにより新たに水素を供給することができるようになる。   In such a power generation system 100, as a result of using the hydrogen storage body, when there is no hydrogen storage body in the storage tank 102 and the dehydrogenation body is filled in the waste liquid tank 103, for example, the hydrogen storage body supply port of the tank truck and storage Hydrogen can be supplied by connecting the tank 102 by piping to supply the hydrogen storage body, and connecting the waste liquid circulation port of the tank truck and the waste liquid tank 103 by piping to collect the waste liquid. .

また、この発電システム100は、貯蔵タンク102と気化部11の間に図示しない熱交換器を設け、水素供給装置1から回収した高温の脱水素体をこの熱交換器に供してから廃液タンクに103に回収すると、熱交換器で回収した脱水素体の熱を利用して貯蔵タンク102から送液されてくる水素貯蔵体を予め加熱することができるようになり、より効率的に水素貯蔵体を気化することが可能となる。
さらに、固体高分子形燃料電池101から排出された排気ガスは、その排気圧を利用することで発電システム100に装着した水素供給ポンプ107の動力として再利用することが可能である。このように脱水素体の廃熱や固体高分子形燃料電池101の排気ガスなどをエネルギー源として利用する装置を設けることで、発電システム100のエネルギー効率を向上させることが可能である。このような発電システム100とすれば、水素供給装置1と固体高分子形燃料電池101とを当接して組み合わせているのでコンパクトで高効率なものとすることができることから、自動車や家庭用分散型発電機として好適である。
In addition, the power generation system 100 is provided with a heat exchanger (not shown) between the storage tank 102 and the vaporization unit 11, and the high-temperature dehydrogenated body recovered from the hydrogen supply device 1 is supplied to the heat exchanger and then disposed in the waste liquid tank. 103, the hydrogen storage body fed from the storage tank 102 can be preheated using the heat of the dehydrogenated body recovered by the heat exchanger, and the hydrogen storage body can be more efficiently It becomes possible to vaporize.
Further, the exhaust gas discharged from the polymer electrolyte fuel cell 101 can be reused as power for the hydrogen supply pump 107 attached to the power generation system 100 by using the exhaust pressure. Thus, by providing a device that uses the waste heat of the dehydrogenated body or the exhaust gas of the polymer electrolyte fuel cell 101 as an energy source, the energy efficiency of the power generation system 100 can be improved. With such a power generation system 100, since the hydrogen supply device 1 and the polymer electrolyte fuel cell 101 are combined in contact with each other, it can be made compact and highly efficient. It is suitable as a generator.

次に、図6を参照して、本発明に係る水素供給装置1とエンジン201を組み合わせたエンジンシステム200について説明する。
図6に示すように、このエンジンシステム200は、前記した発電システム100と同様の機能及び構成を有する貯蔵タンク202と、廃液タンク203と、送液ライン204と、送液ポンプ205と、廃液回収ライン206と、水素供給ポンプ207とを有している。なお、これらについては既に詳細に説明しているのでここではその説明を省略する。
そして、このエンジンシステム200は、水素供給装置1と、水素を燃料として燃焼することのできる水素燃料エンジンなどのエンジン201と、水素供給装置1で生成した水素をエンジン201に供給するための水素供給ライン208と、エンジン201からの排ガスを排気するための排ガスライン210とを有しており、この排ガスライン210の後段で水素供給装置1と当接するようにしている。これは、固体高分子形燃料電池101と比較してエンジン201の方が運転温度が高く、排ガス温度も高いため、排ガスライン210の後段で水素供給装置1と当接させることによって当該水素供給装置1全体を、延いては、延いては気化部11及び触媒部13のうちの少なくとも一方、好ましくは両方を200℃以下に加熱することができる。なお、エンジン201の冷却水やオイルの廃熱を利用して水素供給装置1を加熱するようにしてもよい。なお、エンジンシステム200における水素供給ポンプ207が特許請求の範囲の水素供給システムに相当し、エンジン201が特許請求の範囲の他の装置に相当する。
Next, an engine system 200 in which the hydrogen supply device 1 according to the present invention and the engine 201 are combined will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 6, the engine system 200 includes a storage tank 202, a waste liquid tank 203, a liquid feed line 204, a liquid feed pump 205, a waste liquid recovery, which have the same functions and configurations as the power generation system 100 described above. A line 206 and a hydrogen supply pump 207 are provided. Since these have already been described in detail, the description thereof is omitted here.
The engine system 200 includes a hydrogen supply device 1, an engine 201 such as a hydrogen fuel engine capable of burning using hydrogen as fuel, and a hydrogen supply for supplying the engine 201 with hydrogen generated by the hydrogen supply device 1. A line 208 and an exhaust gas line 210 for exhausting the exhaust gas from the engine 201 are provided, and the hydrogen supply device 1 is brought into contact with the exhaust gas line 210 at a subsequent stage. This is because the engine 201 has a higher operating temperature and higher exhaust gas temperature than the polymer electrolyte fuel cell 101, and therefore the hydrogen supply device is brought into contact with the hydrogen supply device 1 at the rear stage of the exhaust gas line 210. 1 as a whole, and thus, at least one of the vaporization part 11 and the catalyst part 13, preferably both, can be heated to 200 ° C. or less. Note that the hydrogen supply device 1 may be heated using the waste water of cooling water or oil of the engine 201. The hydrogen supply pump 207 in the engine system 200 corresponds to the hydrogen supply system in the claims, and the engine 201 corresponds to another device in the claims.

また、エンジン201と固体高分子形燃料電池101とで大きく異なるのが、水素供給装置1から供給される水素ガスの純度である。水素供給装置1から水素供給ポンプ207で吸引するときに、蒸気圧分の脱水素体が水素と共に吸引される可能性があるが、そのような場合であっても次の理由により特に問題なくこれを燃焼することができる。このエンジンシステム200で用いるエンジン201は水素燃料エンジンであるため、不純物として若干の炭化水素、つまり脱水素体や水素貯蔵体が混入していたとしても、これを燃焼することができる。また、場合によっては水素ガスに若干の炭化水素が混入すると比較的制御が容易になることもある。従って、水素供給装置1で生成された水素と脱水素体を分離する際に、水素中に若干の脱水素体や水素貯蔵体が混入してもよい。このように、水素の分離を緩やかに行ってもよいので、発電システム100よりも構成の簡素化を図ることができる。   Further, the purity of the hydrogen gas supplied from the hydrogen supply device 1 is greatly different between the engine 201 and the polymer electrolyte fuel cell 101. When sucking from the hydrogen supply device 1 with the hydrogen supply pump 207, there is a possibility that the dehydrogenated material corresponding to the vapor pressure is sucked together with hydrogen. Can be burned. Since the engine 201 used in the engine system 200 is a hydrogen fuel engine, even if some hydrocarbons, that is, dehydrogenated bodies or hydrogen storage bodies are mixed as impurities, they can be burned. In some cases, when some hydrocarbon is mixed in the hydrogen gas, the control may be relatively easy. Therefore, when the hydrogen produced by the hydrogen supply device 1 and the dehydrogenated substance are separated, some dehydrogenated substance or hydrogen storage element may be mixed in the hydrogen. As described above, since hydrogen may be gradually separated, the configuration can be simplified as compared with the power generation system 100.

図6に示すように、このエンジンシステム200は、貯蔵タンク202から送液ライン204を介して送液ポンプ205によって昇圧されて水素供給装置1に送液されてきた水素貯蔵体を気化部11によって気化し、供給部12によって前記した適切な時間間隔をもって触媒部13に供給して脱水素反応を行い、水素と脱水素体を生成させる。脱水素体と脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体は、廃液回収ライン206によって廃液タンク203に回収される。そして、触媒部13で生成された水素は、水素供給ライン208を介して水素供給ポンプ207によってエンジン201に送られ、当該エンジン201が吸気した空気とともに燃焼されて駆動力を生ずる。エンジン201における燃焼で生じた排気ガスは、排ガスライン210によって水素供給装置1に当接して設けられた加熱部14に供給され、これを200℃以下で加熱した後、排ガスライン210の排出口から排出される。   As shown in FIG. 6, the engine system 200 is configured such that the vaporizer 11 converts the hydrogen storage body that has been pressurized from the storage tank 202 via the liquid supply line 204 by the liquid supply pump 205 and sent to the hydrogen supply device 1. Vaporized and supplied to the catalyst unit 13 by the supply unit 12 at the appropriate time interval described above to perform a dehydrogenation reaction to generate hydrogen and a dehydrogenated product. The hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction with the dehydrogenation body is recovered in the waste liquid tank 203 by the waste liquid recovery line 206. Then, the hydrogen generated in the catalyst unit 13 is sent to the engine 201 by the hydrogen supply pump 207 via the hydrogen supply line 208, and is burned together with the air taken in by the engine 201 to generate driving force. Exhaust gas generated by combustion in the engine 201 is supplied to the heating unit 14 provided in contact with the hydrogen supply device 1 by the exhaust gas line 210, heated at 200 ° C. or less, and then discharged from the exhaust port of the exhaust gas line 210. Discharged.

次に、図7を参照して、本発明に係る水素供給装置1と圧縮機301を組み合わせた水素貯蔵システム300について説明する。
図7に示すように、この水素貯蔵システム300は、前記した発電システム100と同様の機能及び構成を有する貯蔵タンク302と、廃液タンク303と、送液ライン304と、送液ポンプ305と、水素供給ライン308と、廃液回収ライン306とを有している。なお、これらについては既に詳細に説明しているのでここではその説明を省略する。
そして、この水素貯蔵システム300は、水素供給装置1と、水素供給装置1で生成した水素を圧縮機301に供給する水素供給ライン308と、供給された水素を圧縮する圧縮機301と、圧縮した水素を貯蔵する水素タンク307とを有している。この水素タンク307は、高圧条件下で水素を気体又は液体の状態で貯蔵するものであってもよいし、AB2型やAB5型、鉄−チタン系、マグネシウム系、バナジウム系、パラジウム系、カルシウム系などの水素吸蔵合金を内蔵したものであってもよい。なお、水素貯蔵システム300における圧縮機301が特許請求の範囲の水素供給システムに相当し、水素タンク307が特許請求の範囲の他の装置に相当する。
Next, a hydrogen storage system 300 that combines the hydrogen supply device 1 and the compressor 301 according to the present invention will be described with reference to FIG.
As shown in FIG. 7, the hydrogen storage system 300 includes a storage tank 302 having a function and configuration similar to those of the power generation system 100, a waste liquid tank 303, a liquid supply line 304, a liquid supply pump 305, hydrogen A supply line 308 and a waste liquid recovery line 306 are provided. Since these have already been described in detail, the description thereof is omitted here.
And this hydrogen storage system 300 compressed the hydrogen supply apparatus 1, the hydrogen supply line 308 which supplies the hydrogen produced | generated with the hydrogen supply apparatus 1 to the compressor 301, the compressor 301 which compresses the supplied hydrogen, and compressed And a hydrogen tank 307 for storing hydrogen. The hydrogen tank 307 may store hydrogen in a gas or liquid state under high pressure conditions, and may be AB 2 type, AB 5 type, iron-titanium type, magnesium type, vanadium type, palladium type, It may have a built-in calcium-based hydrogen storage alloy. The compressor 301 in the hydrogen storage system 300 corresponds to the hydrogen supply system in the claims, and the hydrogen tank 307 corresponds to another device in the claims.

図7に示すように、この水素貯蔵システム300は、貯蔵タンク302から送液ライン304を介して送液ポンプ305によって昇圧されて水素供給装置1に送液されてきた水素貯蔵体を気化部11によって気化し、供給部12によって前記した適切な時間間隔をもって触媒部13に供給して脱水素反応を行い、水素と脱水素体を生成させる。脱水素体と脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体は、廃液回収ライン306によって廃液タンク303に回収される。そして、触媒部13で生成された水素は、水素供給ライン308によって圧縮機301に送られて圧縮され、水素タンク307に貯蔵される。   As shown in FIG. 7, the hydrogen storage system 300 is configured to vaporize the hydrogen storage body that has been pressurized from the storage tank 302 via the liquid supply line 304 by the liquid supply pump 305 and supplied to the hydrogen supply device 1. And is supplied to the catalyst unit 13 by the supply unit 12 at an appropriate time interval as described above to perform a dehydrogenation reaction to generate hydrogen and a dehydrogenated product. The hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction with the dehydrogenation body is recovered in the waste liquid tank 303 by the waste liquid recovery line 306. Then, the hydrogen generated in the catalyst unit 13 is sent to the compressor 301 through the hydrogen supply line 308 and compressed, and stored in the hydrogen tank 307.

次に、図8を参照して、本発明に係る水素供給装置1を使用した水素コミュニティ400について説明する。
図8は、系統電力や、風力又は太陽光などの再生可能エネルギーを利用する分散電源及び水素自動車を例にしたコミュニティを模式的に示している。
Next, a hydrogen community 400 using the hydrogen supply apparatus 1 according to the present invention will be described with reference to FIG.
FIG. 8 schematically shows a community in which a distributed power source and a hydrogen vehicle that use renewable energy such as grid power, wind power, or sunlight are taken as an example.

図8に示すように、この水素コミュニティ400には風力発電411、太陽電池412、系統電力413、及びこれらと接続されたインバータ414と、電気を消費する電気機器416とが含まれている。また、この水素コミュニティ400は、水を電気分解して水素を生成する水電解装置420と、水電解装置420で生成した水素を用いて水素貯蔵体の脱水素体に水素を付加して再度水素貯蔵体を製造する水素貯蔵体製造装置421と、水素貯蔵体製造装置421で製造した水素貯蔵体を貯蔵する水素貯蔵体タンク422を備え、既存のガソリンインフラを利用した水素貯蔵体ステーション423とが含まれている。
そして、この水素コミュニティ400は、水素貯蔵体ステーション423から供給される水素貯蔵体が供給される発電システム100、エンジンシステム200及び水素貯蔵システム300を含んでおり、本発明の水素供給装置1は、この水素コミュニティ400の一部として使用される。
As shown in FIG. 8, the hydrogen community 400 includes wind power generation 411, solar cells 412, system power 413, an inverter 414 connected thereto, and an electric device 416 that consumes electricity. In addition, the hydrogen community 400 includes a water electrolysis device 420 that electrolyzes water to generate hydrogen, and hydrogen that is generated by the water electrolysis device 420 to add hydrogen to the dehydrogenator of the hydrogen storage body to generate hydrogen again. A hydrogen storage body manufacturing apparatus 421 for manufacturing a storage body and a hydrogen storage body tank 422 for storing the hydrogen storage body manufactured by the hydrogen storage body manufacturing apparatus 421, and a hydrogen storage station 423 using an existing gasoline infrastructure, include.
The hydrogen community 400 includes a power generation system 100 to which a hydrogen storage body supplied from the hydrogen storage station 423 is supplied, an engine system 200, and a hydrogen storage system 300. The hydrogen supply device 1 of the present invention includes: Used as part of this hydrogen community 400.

具体的には、本発明の水素供給装置1は、発電システム100、エンジンシステム200及び水素貯蔵システム300内に設けられて使用される。
例えば、発電システム100に含まれる水素供給装置1は、水素貯蔵体ステーション423から供給された水素貯蔵体を用いて水素を生成し、生成した水素を用いて固体高分子形燃料電池101により電気を発電する。
また例えば、水素自動車417のエンジンシステム200に含まれる水素供給装置1は、水素貯蔵体ステーション423から供給された水素貯蔵体を用いて水素を生成し、生成した水素をエンジン201で直接燃焼して駆動力を得て、当該水素自動車417を走行させる。
さらに例えば、水素貯蔵システム300に含まれる水素供給装置1は、水素貯蔵体ステーション423から供給された水素貯蔵体を用いて水素を生成し、生成した水素を圧縮機301によって水素タンク307内に高圧で貯蔵される。
Specifically, the hydrogen supply device 1 of the present invention is provided and used in the power generation system 100, the engine system 200, and the hydrogen storage system 300.
For example, the hydrogen supply device 1 included in the power generation system 100 generates hydrogen using the hydrogen storage body supplied from the hydrogen storage station 423 and uses the generated hydrogen to generate electricity by the polymer electrolyte fuel cell 101. Generate electricity.
Further, for example, the hydrogen supply device 1 included in the engine system 200 of the hydrogen automobile 417 generates hydrogen using the hydrogen storage body supplied from the hydrogen storage station 423, and directly burns the generated hydrogen in the engine 201. Driving power is obtained and the hydrogen automobile 417 is caused to travel.
Further, for example, the hydrogen supply device 1 included in the hydrogen storage system 300 generates hydrogen using the hydrogen storage body supplied from the hydrogen storage station 423, and the generated hydrogen is high-pressure in the hydrogen tank 307 by the compressor 301. Stored in.

このような水素コミュニティ400は、例えば、風力発電411や太陽電池412のような再生可能エネルギーによって発電された直流の電気は、インバータ414によって交流の電気に変換することができる。交流に変換された電気は通常、家庭用の電気機器416に使用される。また、交流に変換された電気は、水電解装置420に供給されることによって水を電気分解し、水素と酸素を生成する。そして、水電解装置420で生成した水素を水素貯蔵体製造装置421に供給して水素貯蔵体の脱水素体に水素を付加することによってこれを再び水素貯蔵体とする。   In such a hydrogen community 400, for example, direct current electricity generated by renewable energy such as wind power generation 411 and solar cells 412 can be converted into alternating current electricity by the inverter 414. The electricity converted into alternating current is usually used for household electrical equipment 416. The electricity converted into alternating current is supplied to the water electrolysis apparatus 420 to electrolyze water, thereby generating hydrogen and oxygen. Then, the hydrogen generated in the water electrolysis apparatus 420 is supplied to the hydrogen storage body manufacturing apparatus 421, and hydrogen is added to the dehydrogenated body of the hydrogen storage body to make it a hydrogen storage body again.

ここで、電気(電力)は昼間の負荷変動に対応したピーク電力と昼夜一定の基本電力を供給するベース電力に分けられる。従って、図5に示した発電システム100は、昼間の負荷変動に対応したピーク電力を家庭用分散電源418や電気機器416に供給するようにするのが好ましい。発電システム100は、ベース電力として電力会社などの系統電力413を利用し得るが、この系統電力413もCO2削減のためには前記した再生可能エネルギーを利用することが好ましい。
また、前記した水電解装置420も余剰電力で稼動させるのが、水素コミュニティ400の効率の観点及びCO2削減の観点から好ましい。
Here, electricity (electric power) is divided into peak power corresponding to daytime load fluctuations and base power for supplying constant basic power day and night. Therefore, it is preferable that the power generation system 100 shown in FIG. 5 supplies peak power corresponding to daytime load fluctuations to the home distributed power supply 418 and the electric equipment 416. The power generation system 100 can use the system power 413 of an electric power company or the like as the base power, but the system power 413 also preferably uses the above-described renewable energy in order to reduce CO 2 .
In addition, it is preferable to operate the water electrolysis apparatus 420 with surplus power from the viewpoint of the efficiency of the hydrogen community 400 and the reduction of CO 2 .

再生可能エネルギーとしては、前記した風力発電411や太陽電池412のほか、地熱、海洋温度差、潮力、バイオマスなどを用いることもできる。なお、これらの再生可能エネルギーは夜間も発電でき、余剰電力を生み出せるため、前記した水電解装置420を稼動させて水素貯蔵体を製造し、水素貯蔵体タンク422に大量に貯蔵させるのに好適である。もちろん、昼間の再生可能エネルギーによる発電は積極的に系統電力413のピーク電力として供給するようにするのが好ましい。   As the renewable energy, in addition to the wind power generation 411 and the solar cell 412, geothermal, ocean temperature difference, tidal power, biomass, and the like can be used. Since these renewable energies can generate electricity at night and generate surplus power, they are suitable for producing a hydrogen storage body by operating the water electrolysis apparatus 420 described above and storing it in a large amount in the hydrogen storage tank 422. is there. Of course, it is preferable that the power generation by renewable energy during the day is positively supplied as the peak power of the system power 413.

なお、水素自動車417に水電解装置420と同様の水電解装置(図示せず)を備えさせることもできる。このようにすれば、昼間水素貯蔵体を使用して走行し、廃液として回収された脱水素体を、夜間の余剰電力を利用して水素貯蔵体にすることが可能となり、より利便性が向上する。   The hydrogen automobile 417 may be provided with a water electrolysis device (not shown) similar to the water electrolysis device 420. In this way, it becomes possible to use the hydrogen storage body during the daytime, and the dehydrogenated body recovered as waste liquid can be made into a hydrogen storage body using surplus power at night, which improves convenience. To do.

次に、本発明の効果を確認した実施例について説明する。
水素貯蔵体を200℃以下の低温で脱水素反応させて水素を生成するために用いられる触媒は、金属触媒と担体で作製することができる。本実施例は特に担体材料について検討した結果を示す。
Next, examples in which the effects of the present invention have been confirmed will be described.
The catalyst used for dehydrogenating the hydrogen storage body at a low temperature of 200 ° C. or lower to produce hydrogen can be produced with a metal catalyst and a support. This example shows the results of studies on the carrier material.

(担体)
担体の材料には活性炭、Al23、ZrO2、Nb25、V25、SnO2を用いた。
これらのうち、ZrO2、Nb25、V25、SnO2は、高純度科学社製のものを使用した。活性炭は、Cabot社製バルカンを使用した。Al23については、和光純薬社製アルミニウムイソプロポキシド20gを80℃の熱水80gに溶解し、5mLの硝酸を滴下してゲル化した後、120℃で5時間乾燥後、450℃で2時間処理したものを担体として使用した。
(Carrier)
Activated carbon, Al 2 O 3 , ZrO 2 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , and SnO 2 were used as the support material.
Of these, ZrO 2 , Nb 2 O 5 , V 2 O 5 , and SnO 2 were those manufactured by Kojun Kagaku. The activated carbon used was a Cabot Vulcan. For Al 2 O 3 , 20 g of aluminum isopropoxide manufactured by Wako Pure Chemical Industries, Ltd. was dissolved in 80 g of hot water at 80 ° C., 5 mL of nitric acid was added dropwise to gelate, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then 450 ° C. And treated for 2 hours was used as a carrier.

また、複合化した担体としてAl23系複合担体とNb25系複合担体を作製した。
Al23系複合担体は、硝酸ジルコニル水溶液、ニオビウムエトキシドのアルコール溶液を所定量添加し、120℃で5時間乾燥後、450℃で2時間処理することにより、2質量%Nb25−Al23と、2質量%のZrO2−Al23を作製した。
Nb25系複合担体は、硝酸ジルコニル水溶液、タングステン酸アンモニウム水溶液を所定量含浸添加し、120℃で5時間乾燥後、450℃で2時間処理することにより、2質量%ZrO2−V25と、2質量%WO3−V25を作製した。
Also, an Al 2 O 3 composite carrier and an Nb 2 O 5 composite carrier were prepared as composite carriers.
The Al 2 O 3 composite carrier was added with a predetermined amount of an aqueous solution of zirconyl nitrate and an alcohol solution of niobium ethoxide, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then treated at 450 ° C. for 2 hours to obtain 2% by mass Nb 2 O 5. a -Al 2 O 3, to prepare a ZrO 2 -Al 2 O 3 of 2 wt%.
The Nb 2 O 5 composite carrier is impregnated with a predetermined amount of an aqueous solution of zirconyl nitrate and an aqueous solution of ammonium tungstate, dried at 120 ° C. for 5 hours, and then treated at 450 ° C. for 2 hours to give 2% by mass of ZrO 2 —V 2. and O 5, to prepare a 2 wt% WO 3 -V 2 O 5.

(金属触媒の担持)
金属触媒には、田中貴金属社製Ptコロイド(粒子径2nm、濃度4質量%)を使用した。
金属触媒を担体に担持させる操作は次のようにして行った。金属触媒の担持量が触媒に対して5質量%となるように所定量のPtコロイドと前記で作製した担体、すなわち、活性炭、前記所定の処理を行ったAl23、2質量%Nb25−Al23、2質量%のZrO2−Al23、2質量%ZrO2−V25、2質量%WO3−V25の合計6種類についてそれぞれ2gを秤量した。次いで、Ptコロイドを水で希釈し、各担体の材料に含浸した。次いで、80℃で20分乾燥後、He気流中で400℃、2時間処理することにより金属触媒を担体に担持させた。
(Supporting metal catalyst)
As the metal catalyst, Pt colloid manufactured by Tanaka Kikinzoku Co., Ltd. (particle diameter: 2 nm, concentration: 4% by mass) was used.
The operation of supporting the metal catalyst on the support was performed as follows. A predetermined amount of Pt colloid and the carrier prepared above, that is, activated carbon, Al 2 O 3 subjected to the predetermined treatment, and 2% by mass Nb 2 so that the supported amount of the metal catalyst is 5% by mass with respect to the catalyst. Weighing 2 g each for a total of 6 types of O 5 -Al 2 O 3 , 2% by weight ZrO 2 -Al 2 O 3 , 2% by weight ZrO 2 -V 2 O 5 , 2% by weight WO 3 -V 2 O 5 did. The Pt colloid was then diluted with water and impregnated into each carrier material. Next, after drying at 80 ° C. for 20 minutes, the metal catalyst was supported on the support by treatment in a He stream at 400 ° C. for 2 hours.

(触媒の性能評価試験)
触媒の性能評価試験は、水素貯蔵体としてメチルシクロヘキサンを用い、当該水素貯蔵体の脱水素体であるトルエンへの反応転化率(%)を測定することにより行った。
触媒の性能評価試験を行うための装置として、図1に示す水素供給装置1を利用した。気化部11としては微細流路を形成したマイクロリアクタ型熱交換器を用い、供給部12の圧力付与装置121としては圧力調整弁を用いて3気圧に保持した。なお、図示していないが触媒部13としては1/8インチSUS製反応管を用い、この反応管内に前記金属触媒を担持させた担体0.3gを充填してメチルシクロヘキサンの脱水素反応を行わせることとした。なお、この試験では、触媒を150℃に加熱するため、触媒部13にヒータを装着してこれを加熱した。
(Catalyst performance evaluation test)
The performance evaluation test of the catalyst was performed by using methylcyclohexane as the hydrogen storage body and measuring the reaction conversion rate (%) of the hydrogen storage body to toluene, which is a dehydrogenation body.
A hydrogen supply device 1 shown in FIG. 1 was used as a device for performing a catalyst performance evaluation test. A microreactor heat exchanger having a fine flow path was used as the vaporization unit 11, and the pressure applying device 121 of the supply unit 12 was maintained at 3 atm using a pressure regulating valve. Although not shown in the figure, a 1/8 inch SUS reaction tube is used as the catalyst unit 13, and 0.3 g of a carrier carrying the metal catalyst is filled in the reaction tube to perform dehydrogenation of methylcyclohexane. I decided to make it. In this test, in order to heat the catalyst to 150 ° C., a heater was attached to the catalyst portion 13 to heat it.

メチルシクロヘキサンからトルエンへの反応転化率は、次のようにして測定した。
前記したように150℃の条件下、図示していないが、触媒部13と制御バルブ122の間にキャリアガスラインを設け、Heを別途触媒部13へ連続的に流量10mL/min供給した。
一方で、気化部11と触媒部13に相当する反応管との間にガソリン用のインジェクタで構成した制御バルブ122を設け、メチルシクロヘキサンを前記した流量でコンマ数秒注入することを20秒間隔でメチルシクロヘキサン10μL/minで(パルスで)供給した。
The reaction conversion rate from methylcyclohexane to toluene was measured as follows.
As described above, although not shown under the condition of 150 ° C., a carrier gas line was provided between the catalyst unit 13 and the control valve 122, and He was separately supplied to the catalyst unit 13 at a flow rate of 10 mL / min.
On the other hand, a control valve 122 composed of an injector for gasoline is provided between the vaporization section 11 and the reaction tube corresponding to the catalyst section 13, and methylcyclohexane is injected at the above flow rate for a few seconds with a 20 second interval. Cyclohexane was supplied at 10 μL / min (in pulses).

反応転化率は、GC−mass(SHIMAZU製GC6500)を用いて98(メチルシクロヘキサン)、92(トルエン)のピーク面積比よりメチルシクロヘキサンのトルエン転化率を調べた。その結果、金属触媒として5質量%のPtコロイドを担持させた活性炭、前記所定の処理を行ったAl23、2質量%Nb25−Al23、2質量%のZrO2−Al23、2質量%ZrO2−V25、2質量%WO3−V25のいずれにおいても150℃で60〜90%の反応転化率を得ることができた。 As for the reaction conversion rate, the toluene conversion rate of methylcyclohexane was examined from the peak area ratio of 98 (methylcyclohexane) and 92 (toluene) using GC-mass (GC6500 manufactured by SHIMAZU). As a result, activated carbon supporting 5% by mass of Pt colloid as a metal catalyst, Al 2 O 3 subjected to the predetermined treatment, 2% by mass Nb 2 O 5 -Al 2 O 3 , 2% by mass of ZrO 2 — A reaction conversion rate of 60 to 90% at 150 ° C. could be obtained in any of Al 2 O 3 , 2% by mass ZrO 2 —V 2 O 5 , and 2% by mass WO 3 —V 2 O 5 .

次に、本発明の実施例に係る水素供給装置と従来例に係る水素供給装置における水素発生温度[℃]と反応転化率[%]について測定した。
本発明の実施例に係る水素供給装置としては、上述の装置を用い、2質量%Nb25−Al23にPtを担持させた触媒を充填した反応管を用いて行った。なお、He及びメチルシクロヘキサンは前記同様、Heを連続的に、メチルシクロヘキサンはパルスで供給した。
従来例に係る水素供給装置としては、1/4インチSUS管に、2質量%Nb25−Al23にPtを担持させた触媒を充填した反応管を用い、Heを流量10mL/min、メチルシクロヘキサンを10μL/minになるようマスフローコントローラーにより連続的に反応管に供給した。
Next, the hydrogen generation temperature [° C.] and the reaction conversion rate [%] in the hydrogen supply apparatus according to the example of the present invention and the hydrogen supply apparatus according to the conventional example were measured.
As a hydrogen supply apparatus according to an example of the present invention, the above-described apparatus was used, and a reaction tube filled with a catalyst in which Pt was supported on 2 % by mass of Nb 2 O 5 —Al 2 O 3 was used. In addition, He and methylcyclohexane were supplied continuously in the same manner as described above, and methylcyclohexane was supplied in pulses.
As a hydrogen supply apparatus according to a conventional example, a reaction tube in which a catalyst in which Pt is supported on 2 % by mass of Nb 2 O 5 —Al 2 O 3 is filled in a 1/4 inch SUS tube is used, and He is supplied at a flow rate of 10 mL / Min and methylcyclohexane were continuously supplied to the reaction tube by a mass flow controller so as to be 10 μL / min.

本発明の実施例に係る水素供給装置及び従来例に係る水素供給装置の触媒部をヒータによって150℃、200℃、250℃で加熱し、その際のメチルシクロヘキサンのトルエンへの反応転化率を前記と同様にして測定した。
その結果を図9(a)に示す。図9(a)に示すとおり、本発明の実施例に係る水素供給装置はいずれの水素発生温度であっても反応転化率が90%以上であったのに対し、従来例に係る水素供給装置は、250℃で80%程度、200℃で60%程度、150℃では20%程度であった。
The catalyst parts of the hydrogen supply apparatus according to the embodiment of the present invention and the hydrogen supply apparatus according to the conventional example are heated by a heater at 150 ° C., 200 ° C., 250 ° C., and the reaction conversion rate of methylcyclohexane to toluene at that time is described above. Measured in the same manner as above.
The result is shown in FIG. As shown in FIG. 9 (a), the hydrogen supply apparatus according to the example of the present invention had a reaction conversion rate of 90% or higher at any hydrogen generation temperature, whereas the hydrogen supply apparatus according to the conventional example. Was about 80% at 250 ° C, about 60% at 200 ° C, and about 20% at 150 ° C.

次に、本発明の実施例に係る水素供給装置と従来例に係る水素供給装置におけるメチルシクロヘキサン中のトルエン混合率[%]と反応転化率[%]について測定した。
なお、本発明の実施例に係る水素供給装置、及び従来例に係る水素供給装置いずれも前記装置及び反応管を用いて行った。
Next, the toluene mixing rate [%] and the reaction conversion rate [%] in methylcyclohexane in the hydrogen supply device according to the example of the present invention and the hydrogen supply device according to the conventional example were measured.
Note that both the hydrogen supply apparatus according to the example of the present invention and the hydrogen supply apparatus according to the conventional example were performed using the apparatus and the reaction tube.

トルエンの混合率を0%、10%、20%、50%に調製したメチルシクロヘキサンを調製し、触媒部をヒータによって200℃で加熱した本発明の実施例に係る水素供給装置と従来例に係る水素供給装置に注入した。そして、トルエンへの反応転化率を前記と同様にして測定した。
その結果を図9(b)に示す。図9(b)に示すように、本発明の実施例に係る水素供給装置においては、シクロメチルヘキサン中のトルエンの混合率が多くなっても、シクロメチルヘキサンのトルエンへの反応転化率は90%以上であったのに対し、従来例に係る水素供給装置においては、シクロメチルヘキサン中のトルエンの混合率が10%を超えるとトルエンへの反応転化率が低下した。従来例に係る水素供給装置は、シクロメチルヘキサン中のトルエンの混合率が20%のときは反応転化率が80%程度となり、シクロメチルヘキサン中のトルエンの混合率が50%のときは65%程度となった。
A hydrogen supply apparatus according to an embodiment of the present invention in which methylcyclohexane prepared with a mixing ratio of toluene of 0%, 10%, 20%, and 50% was prepared and a catalyst portion was heated at 200 ° C. by a heater and a conventional example Injection into a hydrogen supply device. And the reaction conversion rate to toluene was measured like the above.
The result is shown in FIG. As shown in FIG. 9B, in the hydrogen supply apparatus according to the example of the present invention, the reaction conversion rate of cyclomethylhexane to toluene is 90 even when the mixing ratio of toluene in cyclomethylhexane increases. On the other hand, in the hydrogen supply apparatus according to the conventional example, when the mixing ratio of toluene in cyclomethylhexane exceeded 10%, the reaction conversion ratio to toluene was lowered. The hydrogen supply apparatus according to the conventional example has a reaction conversion rate of about 80% when the mixing ratio of toluene in cyclomethylhexane is 20%, and 65% when the mixing ratio of toluene in cyclomethylhexane is 50%. It became about.

以上に示したように、本発明に係る水素供給装置は、200℃以下であってもシクロメチルヘキサンに対して高い反応転化率を有すること、及びシクロメチルヘキサン中のトルエンの混合率が多くなっても高い反応転化率を有することがわかった。
つまり、本発明に係る水素供給装置は、200℃以下の低温であっても水素を多く安定して供給することが可能であり、水素貯蔵体の混合率が低くても水素を多く安定して供給することが可能であることがわかった。
As described above, the hydrogen supply apparatus according to the present invention has a high reaction conversion rate with respect to cyclomethylhexane even at 200 ° C. or less, and the mixing ratio of toluene in cyclomethylhexane increases. However, it was found to have a high reaction conversion.
That is, the hydrogen supply device according to the present invention can stably supply a large amount of hydrogen even at a low temperature of 200 ° C. or lower, and can stably supply a large amount of hydrogen even when the mixing ratio of the hydrogen storage body is low. It was found that it was possible to supply.

1 水素供給装置
11 気化部
12 供給部
13 触媒部
14 加熱部
15 回収部
100 発電システム
101 固体高分子形燃料電池
102 貯蔵タンク
103 廃液タンク
104 送液ライン
105 送液ポンプ
106 廃液回収ライン
107 水素供給ポンプ
108 水素供給ライン
109 空気ポンプ
110 排ガスライン
121 圧力付与装置
122 制御バルブ
123 供給タイミング制御装置
200 エンジンシステム
201 エンジン
202 貯蔵タンク
203 廃液タンク
204 送液ライン
205 送液ポンプ
206 廃液回収ライン
207 水素供給ポンプ
208 水素供給ライン
210 排ガスライン
300 水素貯蔵システム
301 圧縮機
302 貯蔵タンク
303 廃液タンク
304 送液ライン
305 送液ポンプ
306 廃液回収ライン
307 水素タンク
308 水素供給ライン
400 水素コミュニティ
411 風力発電
412 太陽電池
413 系統電力
414 インバータ
416 電気機器
417 水素自動車
418 家庭用分散電源
420 水電解装置
421 水素貯蔵体製造装置
422 水素貯蔵体タンク
423 水素貯蔵体ステーション
0 担体
A アノード
C カソード
E 電解質膜
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen supply apparatus 11 Vaporization part 12 Supply part 13 Catalyst part 14 Heating part 15 Recovery part 100 Electric power generation system 101 Polymer electrolyte fuel cell 102 Storage tank 103 Waste liquid tank 104 Liquid feed line 105 Liquid feed pump 106 Waste liquid recovery line 107 Hydrogen supply Pump 108 Hydrogen supply line 109 Air pump 110 Exhaust gas line 121 Pressure applying device 122 Control valve 123 Supply timing control device 200 Engine system 201 Engine 202 Storage tank 203 Waste liquid tank 204 Liquid feed line 205 Liquid feed pump 206 Waste liquid recovery line 207 Hydrogen supply pump 208 Hydrogen supply line 210 Exhaust gas line 300 Hydrogen storage system 301 Compressor 302 Storage tank 303 Waste liquid tank 304 Liquid feed line 305 Liquid feed pump 306 Waste liquid recovery Line 307 Hydrogen tank 308 Hydrogen supply line 400 Hydrogen community 411 Wind power generation 412 Solar battery 413 System power 414 Inverter 416 Electric equipment 417 Hydrogen automobile 418 Home distributed power supply 420 Water electrolysis apparatus 421 Hydrogen storage body production apparatus 422 Hydrogen storage body tank 423 Hydrogen Storage station 0 Carrier A Anode C Cathode E Electrolyte membrane

Claims (8)

化学的に水素を貯蔵することのできる水素貯蔵体を触媒と接触させて脱水素反応させることにより水素と水素貯蔵体の脱水素体を生成し、前記生成した水素を他の装置に供給する水素供給方法であって、
前記水素貯蔵体を気化し、少なくとも前記脱水素体が前記触媒から取り除かれる時間間隔をもって、気化した前記水素貯蔵体を200℃以下に加熱された前記触媒と接触させて前記脱水素反応を行わせることにより前記水素と前記脱水素体を生成させつつ、前記生成された水素と、前記生成された脱水素体と、前記脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体と、を前記触媒の作用により異なるタイミングで系外へ送出させるものであり、
前記触媒は、前記水素との吸着力、前記脱水素体との吸着力、及び前記脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体との吸着力の強さが、前記水素<前記脱水素体<前記水素貯蔵体の関係を満たす
ことを特徴とする水素供給方法。
A hydrogen storage body capable of chemically storing hydrogen is brought into contact with a catalyst to cause a dehydrogenation reaction to generate hydrogen and a dehydrogenation body of the hydrogen storage body, and the generated hydrogen is supplied to another device. A supply method,
The hydrogen storage body is vaporized, and the dehydrogenation reaction is performed by bringing the vaporized hydrogen storage body into contact with the catalyst heated to 200 ° C. or less at a time interval at which the dehydrogenation body is removed from the catalyst. The generated hydrogen, the generated dehydrogenated product, and the hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenation reaction are produced while the hydrogen and the dehydrogenated product are produced. Is sent out of the system at different timings ,
The catalyst has an adsorbing power with the hydrogen, an adsorbing power with the dehydrogenated substance, and an adsorbing power with the hydrogen storage body that has not been reacted in the dehydrogenating reaction. <The hydrogen supply method characterized by satisfy | filling the relationship of the said hydrogen storage body .
化学的に水素を貯蔵することのできる水素貯蔵体を触媒と接触させて脱水素反応させることにより水素と水素貯蔵体の脱水素体を生成し、前記生成した水素を他の装置に供給する水素供給装置であって、
前記水素貯蔵体を気化する気化部と、
前記気化部で気化した前記水素貯蔵体が供給されて前記脱水素反応を行うことにより前記水素と前記脱水素体を生成させつつ、前記水素との吸着力、前記脱水素体との吸着力、及び前記脱水素反応で未反応であった水素貯蔵体との吸着力が異なる触媒を有する触媒部と、
前記気化部と前記触媒部の間に設けられ、少なくとも前記脱水素体が前記触媒部から取り除かれる時間間隔をもって、前記気化部で気化した前記水素貯蔵体を前記触媒部に供給する供給部と、を備え、
前記触媒部を200℃以下で加熱し、
前記吸着力の強さが、前記水素<前記脱水素体<前記水素貯蔵体の関係を満たし、
前記触媒の作用により異なるタイミングで系外へ送出させる
ことを特徴とする水素供給装置。
A hydrogen storage body capable of chemically storing hydrogen is brought into contact with a catalyst to cause a dehydrogenation reaction to generate hydrogen and a dehydrogenation body of the hydrogen storage body, and the generated hydrogen is supplied to another device. A feeding device,
A vaporizing section for vaporizing the hydrogen storage body;
The hydrogen storage body vaporized in the vaporization unit is supplied to perform the dehydrogenation reaction to generate the hydrogen and the dehydrogenated substance, while adsorbing power with the hydrogen, adsorbing power with the dehydrogenated substance, And a catalyst part having a catalyst having a different adsorptive power from the unreacted hydrogen storage body in the dehydrogenation reaction,
A supply unit that is provided between the vaporization unit and the catalyst unit, and supplies the hydrogen storage body vaporized in the vaporization unit to the catalyst unit at a time interval at which the dehydrogenated body is removed from the catalyst unit; With
Heating the catalyst part at 200 ° C. or lower ,
The strength of the adsorption force satisfies the relationship of hydrogen <dehydrogenated body <hydrogen storage body,
A hydrogen supply apparatus, wherein the catalyst is sent out of the system at different timings by the action of the catalyst .
前記触媒が、一種以上の遷移金属からなる金属触媒と、当該金属触媒を担持する担体と、を含んでなることを特徴とする請求項に記載の水素供給装置。 The hydrogen supply apparatus according to claim 2 , wherein the catalyst includes a metal catalyst made of one or more transition metals and a carrier that supports the metal catalyst. 前記気化部及び前記触媒部のうちの少なくとも一方を200℃以下の温度で加熱する加熱部をさらに備えたことを特徴とする請求項2又は請求項に記載の水素供給装置。 Hydrogen supply device according to claim 2 or claim 3, wherein, further comprising a heating unit for heating at least one of the 200 ° C. temperature below of the vaporizing portion and the catalyst portion. 前記触媒部が、熱エネルギーを電気に変換する発電装置又は熱エネルギーを機械的エネルギーに変換する熱機関を冷却する200℃以下の冷却媒体によって加熱されることを特徴とする請求項2又は請求項に記載の水素供給装置。 It said catalyst unit, according to claim 2 or claim characterized in that it is heated by 200 ° C. or less of the cooling medium for cooling the heat engine which converts the mechanical energy of the power generator or thermal energy converting thermal energy into electrical 3. The hydrogen supply device according to 3 . 前記触媒部から送出された前記水素、前記脱水素体及び前記水素貯蔵体のうち少なくとも前記水素を個別に回収する回収部をさらに備えたことを特徴とする請求項2から請求項のいずれか1項に記載の水素供給装置。 The hydrogen fed from the catalytic section, any of the preceding claims 2, wherein the further comprising a recovery unit for recovering individually at least the hydrogen of the dehydrogenation body and the H2 storage 2. The hydrogen supply apparatus according to item 1. 前記触媒部に、前記触媒部で生成した水素を吸引して前記他の装置に供給するための水素吸気システムをさらに備えたことを特徴とする請求項に記載の水素供給装置。 The hydrogen supply device according to claim 6 , further comprising a hydrogen intake system for sucking the hydrogen generated in the catalyst unit and supplying it to the other device in the catalyst unit. 前記水素貯蔵体の沸点が200℃以下であることを特徴とする請求項2から請求項のいずれか1項に記載の水素供給装置。 The hydrogen supply apparatus according to any one of claims 2 to 7 , wherein a boiling point of the hydrogen storage body is 200 ° C or less.
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