JP6161891B2 - Hydrogen production equipment - Google Patents

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Description

本発明は、水素製造装置に関する。   The present invention relates to a hydrogen production apparatus.

地球環境保全や化石燃料の枯渇の問題から、化石燃料に代わる代替エネルギーとして燃料電池が電力の供給源として考えられている。燃料電池は原料に水素と酸素を用い、その排ガスもクリーンであることから注目されている。   Due to the problems of global environmental conservation and fossil fuel depletion, fuel cells are considered as an alternative energy source to replace fossil fuels. Fuel cells are attracting attention because they use hydrogen and oxygen as raw materials and their exhaust gas is clean.

このような燃料電池に対し、水素を供給する手段としては、炭化水素等の水素供給源となる原料を改質し、水素を得る方法、水素貯蔵材料から化学反応により水素を得る方法等が知られている。   As means for supplying hydrogen to such a fuel cell, there are known a method of obtaining hydrogen by reforming a raw material that is a hydrogen supply source such as hydrocarbon, a method of obtaining hydrogen by a chemical reaction from a hydrogen storage material, and the like. It has been.

さらに、このような水素貯蔵材料として、水と反応して、水素を発生するものが知られている（特許文献１、特許文献２）。   Furthermore, as such a hydrogen storage material, a material that reacts with water to generate hydrogen is known (Patent Documents 1 and 2).

特許第４９４７７１８号公報Japanese Patent No. 4947718 特開２０１０−１９５６４４号公報JP 2010-195644 A

本発明は、このような水素貯蔵材料から好適に水素を得ることができるようにした水素製造装置を提供することを目的とする。   An object of this invention is to provide the hydrogen production apparatus which enabled it to obtain hydrogen suitably from such a hydrogen storage material.

上記目的を達成するため、本発明に係る水素製造装置は、水と反応して水素を発生する水素貯蔵材料を原料とする水素製造装置において、容器本体と、該容器本体内の底部に水を供給する水供給手段と、水素排出手段とを備え、上記容器本体内に多孔質材料製の縦仕切り板を設け、揺動時に上記水素貯蔵材料と、水を含有する生成物とが混合しないようにしてなることを特徴とする。
上記水供給手段は、水供給源から水供給管によって水を供給するようにしたものが一般的である。水素排出手段としては、水素排出管が一般的である。 In order to achieve the above object, a hydrogen production apparatus according to the present invention is a hydrogen production apparatus using a hydrogen storage material that generates hydrogen by reacting with water as a raw material. A water supply means for supplying and a hydrogen discharging means are provided, and a vertical partition plate made of a porous material is provided in the container body so that the hydrogen storage material and the product containing water are not mixed during rocking. It is characterized by becoming.
The water supply means generally supplies water from a water supply source through a water supply pipe. A hydrogen discharge pipe is generally used as the hydrogen discharge means.

本発明に係る水素製造装置は、上記縦仕切り板の上下方向に、多孔形状の部位と、無孔の部位とを設ける。   The hydrogen production apparatus according to the present invention is provided with a porous portion and a non-porous portion in the vertical direction of the vertical partition plate.

また、本発明に係る水素製造装置は、その実施の形態で、上記容器本体の上部に上仕切り板を備え、該上仕切り板の側壁側端部に無孔の部位を設けることができる。   In the hydrogen production apparatus according to the present invention, an upper partition plate may be provided on the upper portion of the container body, and a non-porous portion may be provided at the side wall side end of the upper partition plate.

さらに、本発明に係る水素製造装置は、その実施の形態で、上記水素排出手段に、排出される水素ガスへの不純物が混入することを防止するためのフィルターを設けることができる。   Furthermore, the hydrogen production apparatus according to the present invention can be provided with a filter for preventing impurities from being mixed into the discharged hydrogen gas in the hydrogen discharging means in the embodiment.

本発明によれば、水素貯蔵材料から好適に水素を得ることができるようにした水素製造装置が提供される。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the hydrogen production apparatus which enabled it to obtain hydrogen suitably from a hydrogen storage material is provided.

図１（ａ）〜（ｃ）は、本発明に係る水素製造装置の一実施の形態を説明する概念的断面図である。1A to 1C are conceptual cross-sectional views illustrating an embodiment of a hydrogen production apparatus according to the present invention. 図２（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る水素製造装置の他の実施の形態について、簡略化し、模式的に示したそれぞれ側面図及び平面図である。2 (a) and 2 (b) are a side view and a plan view, respectively, simplified and schematically showing another embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention. 図３（ａ）、（ｂ）は、本発明に係る水素製造装置の他の実施の形態について、簡略化し、模式的に示したそれぞれ側面図及び平面図である。3A and 3B are a side view and a plan view, respectively, simplified and schematically showing another embodiment of the hydrogen production apparatus according to the present invention. 本発明に係る水素製造装置に採用することのできる縦仕切り板の実施の形態を説明する概念的側面図である。It is a conceptual side view explaining embodiment of the vertical partition plate which can be employ | adopted for the hydrogen production apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る水素製造装置のさらに他の実施の形態について、その機能を説明する概念的断面図である。It is a conceptual sectional view explaining the function about other embodiments of the hydrogen production device concerning the present invention. 本発明に係る水素製造装置のさらに他の実施の形態について、その機能を説明する概念的断面図である。It is a conceptual sectional view explaining the function about other embodiments of the hydrogen production device concerning the present invention.

以下に、添付図面に示した実施の形態を参照しながら、本発明に係る水素製造装置を説明する。   Hereinafter, a hydrogen production apparatus according to the present invention will be described with reference to embodiments shown in the accompanying drawings.

図１（ａ）は、本発明に係る水素製造装置１の一実施の形態を示す。図示の形態で、水素製造装置１は、直方体状の容器本体２を、本体部分として備える。該容器本体２には、上方から水供給管３が挿入されている。
水供給管３からは、図示しない適宜の水タンク等の水供給源より、水が必要量供給されるように構成されている。
また、上板４には、水素排出口５が設けられている。容器本体２の上部には、底面に並行に上仕切り板６が設けられ、該上仕切り板６に直交して縦仕切り板７、７が立設されている。
上仕切り板６、縦仕切り板７、７は、多孔板で形成されている。孔の設け方の形態については、後述する。上仕切り板６は、平面視（上方から見て）で、容器本体２の各側壁８、８まで、多孔板の孔部分により形成される可能性のある空孔又は隙間を除き、隙間なく延長されている。縦仕切り板７、７も、断面で示した図示の高さに亘って、相対する側壁間に、多孔板の孔部分により形成される可能性のある空孔又は隙間を除き、隙間なく張り渡されている。 FIG. 1A shows an embodiment of a hydrogen production apparatus 1 according to the present invention. In the illustrated form, the hydrogen production apparatus 1 includes a rectangular parallelepiped container main body 2 as a main body portion. A water supply pipe 3 is inserted into the container body 2 from above.
A necessary amount of water is supplied from the water supply pipe 3 from a water supply source such as an appropriate water tank (not shown).
The upper plate 4 is provided with a hydrogen discharge port 5. An upper partition plate 6 is provided on the upper portion of the container body 2 in parallel with the bottom surface, and vertical partition plates 7 and 7 are erected perpendicularly to the upper partition plate 6.
The upper partition plate 6 and the vertical partition plates 7 and 7 are formed of perforated plates. The manner of providing the holes will be described later. The upper partition plate 6 extends without gaps in plan view (viewed from above), up to the side walls 8 and 8 of the container body 2 except for holes or gaps that may be formed by the hole portions of the perforated plate. Has been. The vertical partition plates 7 and 7 are also stretched across the entire height shown in the cross section, except for voids or gaps that may be formed by the hole portions of the perforated plate between the opposing side walls. Has been.

なお、図中、上仕切り板６、縦仕切り板７、７に設けられている孔は、模式的に示されており、実際には、孔径を０．１〜５．６ｍｍとし、１４９〜３．５メッシュの範囲で設けることが一般的である。すなわち、例えば、０．５ｍｍの孔径とし、３０メッシュで設けることができる。
さらに、上仕切り板６、縦仕切り板７、７は、多孔板に限らず、多孔質材料製であればよく、本発明の目的に反しない限り、他の透水性材料で代替することもできる。
なおまた、縦仕切り板７、７は、図示のように２枚に限られるものではなく、諸条件に応じて適宜の枚数とすることができる。なお、縦仕切り板７、７同士の間隔と、仕切り板の高さの比は、１〜１０が好適であり、より好適には１．５〜５である。 In the figure, the holes provided in the upper partition plate 6 and the vertical partition plates 7 and 7 are schematically shown. In practice, the hole diameter is 0.1 to 5.6 mm, and 149 to 3 It is common to provide in the range of .5 mesh. That is, for example, a hole diameter of 0.5 mm can be provided with 30 mesh.
Furthermore, the upper partition plate 6 and the vertical partition plates 7 and 7 are not limited to porous plates, but may be made of a porous material, and can be replaced with other water-permeable materials as long as they do not contradict the purpose of the present invention. .
In addition, the number of the vertical partition plates 7 and 7 is not limited to two as shown in the figure, and may be an appropriate number according to various conditions. In addition, 1-10 are suitable for the ratio of the space | interval of the vertical partition plates 7 and 7, and the height of a partition plate, More preferably, it is 1.5-5.

一方、容器本体２の底部には、水素貯蔵材料９が載置されている。
本発明では、水素貯蔵材料９の一つとして、水素化金属を採用することとしている。
水素化金属としては、水と反応して下記のような反応を示し、水に対して不溶性の固体を生成物とするものが好適である。 On the other hand, a hydrogen storage material 9 is placed on the bottom of the container body 2.
In the present invention, a metal hydride is adopted as one of the hydrogen storage materials 9.
As the metal hydride, a metal hydride that reacts with water to exhibit the following reaction and produces a solid insoluble in water as a product is preferable.

ＣａＨ2＋２Ｈ2Ｏ → Ｃａ（ＯＨ）2＋２Ｈ2
ＭｇＨ2＋２Ｈ2Ｏ → Ｍｇ（ＯＨ）2＋２Ｈ2
２ＡｌＨ3＋３Ｈ2Ｏ → Ａｌ2Ｏ3＋６Ｈ2 CaH 2 + 2H 2 O → Ca (OH) 2 + 2H 2
MgH 2 + 2H 2 O → Mg (OH) 2 + 2H 2
2AlH 3 + 3H 2 O → Al 2 O 3 + 6H 2

本実施の形態に係る水素製造装置は、その適用対象の一つとして、無人水中潜航艇のようなものを想定している。このような無人水中潜航艇は、比較的小型であり、図１（ａ）で示す水素製造装置を約２０リットル程度の大きさのセルとし、これを必要数、例えば５０〜６０個準備して、必要な量の水素を得ることとしている。   The hydrogen production apparatus according to this embodiment is assumed to be an unmanned underwater submarine, as one of its application targets. Such an unmanned underwater submersible is relatively small, and the hydrogen production apparatus shown in FIG. 1 (a) is a cell having a size of about 20 liters, and a necessary number, for example, 50 to 60 are prepared. To obtain the required amount of hydrogen.

次に、上記構成の図１（ａ）に示す水素製造装置について、その使用方法を説明する。
図１（ａ）で、水素供給管３から水を供給することにより、容器本体２の底部に水が供給される。その結果、水素貯蔵材料（水素化金属）９が水と反応して水素及び反応生成物として、固体生成物の水酸化金属又は酸化金属を生成する。
本実施の形態で、水素供給管３は、縦仕切り板７、７の間にのみ、水を供給している。しかし、縦仕切り板７、７が多孔板で構成されているので、水は、縦仕切り板７、７から浸出し、他の箇所の水素貯蔵材料（水素化金属）９に行きわたる。
固体生成物は、水素化金属よりも嵩高く、比重が小さい。そこで、図１（ｂ）に示すように、固体生成物１０が底部から水素貯蔵材料（水素化金属）９を押し上げるようにして、内容物が位置するようになる［図１（ｂ）］。
水素貯蔵材料（水素化金属）９が消費し尽くされると、図１（ｃ）のような状態となる。 Next, the usage method of the hydrogen production apparatus shown in FIG.
In FIG. 1A, water is supplied to the bottom of the container body 2 by supplying water from the hydrogen supply pipe 3. As a result, the hydrogen storage material (metal hydride) 9 reacts with water to produce a solid product metal hydroxide or metal oxide as hydrogen and a reaction product.
In the present embodiment, the hydrogen supply pipe 3 supplies water only between the vertical partition plates 7 and 7. However, since the vertical partition plates 7 and 7 are composed of perforated plates, water leaches out of the vertical partition plates 7 and 7 and reaches the hydrogen storage material (metal hydride) 9 in other places.
Solid products are bulkier than metal hydrides and have a lower specific gravity. Therefore, as shown in FIG. 1 (b), the solid product 10 pushes up the hydrogen storage material (metal hydride) 9 from the bottom so that the contents are positioned [FIG. 1 (b)].
When the hydrogen storage material (metal hydride) 9 is exhausted, the state shown in FIG.

ここで、無人水中潜航艇のようなものでは、水中で海流などの影響を受け、船体が揺動することが想定される。本実施の形態に係る水素製造装置では、そのように船体が揺動した際、不都合に多く水素が製造されてしまうことを抑制することができる。   Here, in the case of an unmanned underwater submersible boat, it is assumed that the hull swings under the influence of an ocean current or the like underwater. In the hydrogen production apparatus according to the present embodiment, it is possible to suppress the production of hydrogen inadvertently when the hull swings in such a manner.

すなわち、図１（ｂ）の状態で、縦仕切り板７、７がない場合、船体が揺動したときに、固体生成物１０と、未反応の水素貯蔵材料（水素化金属）９とが混合し易くなる。これによって、固定生成物１０中に含まれる水が、水素貯蔵材料（水素化金属）９に混入する。このようにして、固定生成物１０中に含まれる水が、貯蔵材料（水素化金属）９に混入すると、想定以上に水素が過剰に生成してしまう。   That is, in the state of FIG. 1B, when there are no vertical partition plates 7 and 7, when the hull swings, the solid product 10 and the unreacted hydrogen storage material (metal hydride) 9 are mixed. It becomes easy to do. Thereby, water contained in the fixed product 10 is mixed into the hydrogen storage material (metal hydride) 9. In this way, when the water contained in the fixed product 10 is mixed into the storage material (metal hydride) 9, hydrogen is generated excessively than expected.

本実施の形態では、縦仕切り板７、７が設けられているために、固体生成物１０と、未反応の水素貯蔵材料（水素化金属）９とが混合すること抑制される。
これによって、水素が想定以上に過剰に生成することが抑制される。 In the present embodiment, since the vertical partition plates 7 and 7 are provided, mixing of the solid product 10 and the unreacted hydrogen storage material (metal hydride) 9 is suppressed.
Thereby, it is suppressed that hydrogen is generated excessively more than expected.

図１（ａ）〜（ｃ）の実施の形態では、容器本体２を直方体としている。しかし、このような形態に限定されるものではなく、例えば、図２（ａ）、（ｂ）のように、容器本体２を円筒形とし、縦仕切り板７、７同士が直交するような形態としても実施することができる。
なお、図２（ａ）、（ｂ）は、容器本体２等を概念的に単純化して示している。 In the embodiment shown in FIGS. 1A to 1C, the container body 2 is a rectangular parallelepiped. However, it is not limited to such a form. For example, as shown in FIGS. 2 (a) and 2 (b), the container body 2 has a cylindrical shape and the vertical partition plates 7 and 7 are orthogonal to each other. Can also be implemented.
2A and 2B conceptually show the container body 2 and the like in a simplified manner.

また、図３（ａ）、（ｂ）に示すように、容器本体２を円筒形とし、縦仕切り板７を円筒形とする形態としても実施することができる。
なお、図３（ａ）、（ｂ）は、容器本体２等を概念的に単純化して示している。 Moreover, as shown to Fig.3 (a), (b), it can implement also as a form which makes the container main body 2 cylindrical, and makes the vertical partition plate 7 cylindrical.
3A and 3B conceptually show the container body 2 and the like in a simplified manner.

さらに、縦仕切り板７、７は、全面を多孔形状としない形態として実施することができる。すなわち、図４に示すように、多孔形状の部位１１と、無孔の部位１２とを設けるようにすることができる。
このような形態について、図５により説明する。図５は、便宜的に底面近傍にのみ、無孔の部位１２を設けた形態を説明し、内部の水面の状態を示している。図示の状態は、傾いた状態を示している。図示の形態で、無孔の部位１２がないと、向かって右側の水面が相対的に高くなることが理解される。その結果、右側の水素貯蔵材料（水素化金属）９がより多く消費されてしまう。無孔の部位１２を設けることによって、水素貯蔵材料（水素化金属）９の消費が平準化されることが了解される。 Furthermore, the vertical partition plates 7 and 7 can be implemented in a form in which the entire surface is not porous. That is, as shown in FIG. 4, a porous portion 11 and a non-porous portion 12 can be provided.
Such a form will be described with reference to FIG. FIG. 5 illustrates a state in which a non-porous portion 12 is provided only in the vicinity of the bottom surface for the sake of convenience, and shows the state of the internal water surface. The illustrated state shows a tilted state. In the illustrated form, it is understood that the water surface on the right side becomes relatively higher when there is no non-porous region 12. As a result, more hydrogen storage material (metal hydride) 9 on the right side is consumed. It is understood that by providing the non-porous portion 12, the consumption of the hydrogen storage material (metal hydride) 9 is leveled.

図６は、上仕切り板６の下に存在する内容物が、水素排出口５から排出されないようにした形態を示している。
まず、上仕切り板６で、側壁８側の端部１４が無孔の部位１４として形成され、容器本体２が傾斜しても内容物が上部空間１３に流出しないように構成されている。 FIG. 6 shows a form in which contents existing under the upper partition plate 6 are not discharged from the hydrogen discharge port 5.
First, the end 14 on the side wall 8 side of the upper partition plate 6 is formed as a non-perforated portion 14 so that the contents do not flow into the upper space 13 even when the container body 2 is inclined.

また、水素排出口５にフィルター１５が設けられ、上部空間に内容物が流入しても、排出される水素に不純物が混入しないようにしている。
フィルター１５としては、例えば、耐水性、耐熱性を持つＰＴＦＥ（四フッ化エチレン樹脂）製の不織布フィルターのような構成のものを採用することができる。もっとも、目的に適合するものであれば、これに限定されるものではない。 Further, a filter 15 is provided at the hydrogen discharge port 5 so that impurities are not mixed into the discharged hydrogen even if the contents flow into the upper space.
As the filter 15, for example, a non-woven filter made of PTFE (tetrafluoroethylene resin) having water resistance and heat resistance can be employed. However, it is not limited to this as long as it fits the purpose.

１ 水素製造装置
２ 容器本体
３ 水供給管
４ 上板
５ 水素排出口
６ 上仕切り板
７ 縦仕切り板
８ 側壁
９ 水素貯蔵材料
１０ 生成物
１１ 多孔形状の部位
１２ 無孔の部位
１３ 上部空間
１５ フィルター DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hydrogen production apparatus 2 Container main body 3 Water supply pipe 4 Upper plate 5 Hydrogen discharge port 6 Upper partition plate 7 Vertical partition plate 8 Side wall 9 Hydrogen storage material 10 Product 11 Porous part 12 Non-porous part 13 Upper space 15 Filter

Claims (3)

水と反応して水素を発生する水素貯蔵材料を原料とする水素製造装置において、容器本体と、該容器本体内の底部に水を供給する水供給手段と、水素排出手段とを備え、上記容器本体内に多孔質材料製の縦仕切り板を設け、揺動時に上記水素貯蔵材料と、水を含有する生成物とが混合しないようにしてなり、上記縦仕切り板の上下方向に、多孔形状の部位と、無孔の部位とを設けたことを特徴とする水素製造装置。 A hydrogen production apparatus using as a raw material a hydrogen storage material that reacts with water to generate hydrogen, comprising: a container body; water supply means for supplying water to the bottom of the container body; a porous material made of the vertical partition plate provided in the main body, and the hydrogen storage material during the swing, water Ri greens so as do not mix with products containing, in the vertical direction of the vertical partition plate, porous shape And a non-porous portion . 上記容器本体の上部に上仕切り板を備え、該上仕切り板の側壁側端部に無孔の部位を設けたことを特徴とする請求項１の水素製造装置。 2. The hydrogen production apparatus according to claim 1, wherein an upper partition plate is provided at an upper portion of the container main body, and a non-porous portion is provided at a side wall side end of the upper partition plate. 上記水素排出手段に、排出される水素ガスへの不純物が混入することを防止するためのフィルターを設けてなることを特徴とする請求項１又は２に記載の水素製造装置。 The hydrogen production apparatus according to claim 1 or 2, wherein a filter for preventing impurities from being mixed into the discharged hydrogen gas is provided in the hydrogen discharging means.
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