JP6506468B2 - 液体水素源材料の脱水素反応システム - Google Patents
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Description
液体水素源材料を脱水素するための反応釜と、
液体水素源材料が脱水素された後の生成物である水素ガスと液体水素貯蔵キャリアを分離するための気液分離器と、
水素ガスを貯蔵するためのバッファタンクと、
反応釜を加熱するための加熱装置と、を備え、
前記液体水素貯蔵キャリアは、少なくとも2種類の異なる水素貯蔵成分を含み、水素貯蔵成分は、不飽和アレーン又は不飽和複素環化合物であり、少なくとも一種の水素貯蔵成分は低融点化合物であり、低融点化合物の融点は80℃以下であり、
前記貯蔵設備には、液体水素源材料と液体水素貯蔵キャリアがそれぞれ収容される貯蔵空間が設けられており、反応釜は、プレート式、多管式、差し込み式、タワー式又は他の形式のものであり、
ポンプにより、液体水素源材料を送入管を介して前記反応釜に送入し、反応釜において液体水素源材料の脱水素反応を行い、生成された水素ガスをバッファタンクに輸送するとともに、脱水素された後に生成された液体水素貯蔵キャリアを貯蔵設備に戻すことを特徴とする液体水素源材料の脱水素反応システム。
バッファタンクの圧力を検出するための第2の圧力センサーと、
気液分離器内の液面の位置を検出するための液面計と、
バッファタンクと水素利用装置の間に設けられた均圧弁と第2のバルブと、
前記第1、第2の圧力センサー及び液面計の信号を採集し、予め定められた条件を満たす場合に、反応設備における原料と反応生成物の流量及び脱水素反応の始動停止を制御するための制御信号を送信するためのコントローラと、がさらに設けられている。
Claims (20)
- 液体水素源材料及び液体水素貯蔵キャリアを貯蔵するための貯蔵設備と、
液体水素源材料を脱水素するための反応釜と、
液体水素源材料が脱水素された後の生成物である水素ガスと液体水素貯蔵キャリアを分離するための気液分離器と、
水素ガスを貯蔵するためのバッファタンクと、
反応釜を加熱するための加熱装置と、を備え、
前記液体水素貯蔵キャリアは、少なくとも2種類の異なる水素貯蔵成分を含み、水素貯蔵成分は、ヘテロ原子が窒素原子(N)、硫黄原子(S)、酸素原子(O)及びリン原子(P)のうちの1つ又は複数である不飽和複素環化合物であり、少なくとも一種の水素貯蔵成分は低融点化合物であり、低融点化合物の融点は80℃以下であり、
前記貯蔵設備には、液体水素源材料と液体水素貯蔵キャリアがそれぞれ収容される貯蔵空間が設けられており、
ポンプにより、液体水素源材料を送入管を介して前記反応釜に送入し、反応釜において液体水素源材料の脱水素反応を行い、生成された水素ガスをバッファタンクに輸送するとともに、脱水素された後に生成された液体水素貯蔵キャリアを貯蔵設備に戻す
ことを特徴とする液体水素源材料の脱水素反応システム。 - 前記反応釜の加熱装置は、廃熱交換器、電気加熱装置、電磁加熱装置、化学反応熱供給装置又はマイクロ波加熱装置であり、前記送入管の外部には予熱装置が設けられており、
前記貯蔵設備における液体水素源材料は、予熱を経て、そのまま反応釜に入って脱水素反応を行うことを特徴とする請求項1に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。 - 前記反応釜は、薄層プレート式反応釜又は薄層多管式反応釜であり、前記反応釜は、ラックに挿入されていることを特徴とする請求項1に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記ラックは多層構造であり、総給液管、総排液管、及び総排気管が設けられており、層ごとにはそれぞれ支給液管、支排液管、支排気管、加熱装置及び反応釜のマウントが設けられており、前記反応釜には、給液口、排液口、及び排気口が設けられており、反応釜がラックにおける反応釜マウントに挿入されると、反応釜の出入口、水素ガスの出口はそれぞれラックの総給液管、総排液管及び総排気管に連通されることを特徴とする請求項3
に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。 - 前記支給液管、前記支排液管、前記支排気管のポートには、連通バルブが設けられており、反応釜の給液口、排液口、排気口は、それぞれ連通バルブを介して支給液管、支排液管、支排気管に接続されることを特徴とする請求項4に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記反応釜加熱装置は、廃熱交換器、電気加熱装置、マイクロ波加熱装置、電磁加熱装置又は化学反応熱供給装置であることを特徴とする請求項5に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記反応釜は、保温層と少なくとも一つの反応ユニットとを含み、前記保温層は、すべての反応ユニットの外部を囲み、前記反応ユニットは、反応域と加熱域とを含み、前記反応域の内部には触媒が充填されており、加熱域には加熱装置が設けられており、前記反応ユニットの間は順次に接続され、液体水素源材料が反応釜の入口から入って、それぞれの反応ユニットを順に通って、脱水素反応を行い、反応の生成物は、反応釜の出口から排出され、前記反応釜内には支持ホルダが設けられており、反応ユニットは支持ホルダに固定され、前記反応ユニットの間及び反応域と加熱域の間はスペース層により隔てられ、前記スペース層は、ネット、ダイアフラム又は分子ふるいであることを特徴とする請求項1に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記脱水素反応システムには、反応釜内の圧力を検出するための第1の圧力センサーと、
バッファタンクの圧力を検出するための第2の圧力センサーと、
気液分離器内の液面の位置を検出するための液面計と、
バッファタンクと水素利用装置の間に設けられた均圧弁及び第2のバルブと、
前記第1、第2の圧力センサー及び液面計の信号を採集し、予め定められた条件を満たす場合に、反応設備における原料と反応生成物の流量及び脱水素反応の始動停止を制御するための制御信号を送信するためのコントローラと、がさらに設けられていることを特徴とする請求項1に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。 - 前記コントローラの、反応設備における原料及び反応生成物の流量及び脱水素反応の始動停止に対する制御は、貯蔵設備の出口に設けられた送入ポンプ、気液分離器のガス出口に設けられた水素ガス加圧ポンプ、気液分離器の液体出口に設けられた第1のバルブ、及び加熱装置の始動停止を制御することにより行われ、具体的には、通常に運転している場合に、第2の圧力センサーにより検出されたバッファタンクの圧力が第1の設定値より低いと、コントローラは、液体水素源材料の反応釜への輸送流量を高くするように送入ポンプを制御し、液体水素源材料が反応釜において脱水素反応を行い、水素ガスの生成速度を高めることによりバッファタンクの圧力を向上させ、また、第1の圧力センサーにより検出された反応釜の圧力が設定値より高いと、コントローラは、反応器の内部の圧力を設定された圧力より低くするように水素ガス加圧ポンプを起動するように制御し、第2の圧力センサーにより検出されたバッファタンク内の圧力が第2の設定値より高いと、コントローラは、送入ポンプと反応釜の外部の加熱装置をオフして、反応釜の稼動を停止させるように制御し、液面計により検出された気液分離器内の液面の位置が設定値より高いと、コントローラは、第1のバルブを開けて、気液分離器内の液体水素源材料を貯蔵設備に流入させるように制御することを特徴とする請求項8に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記バッファタンクは、水素燃料電池に接続されていることを特徴とする請求項1に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記反応釜と加熱装置の間には熱伝導装置が設けられており、前記熱伝導装置は、配管により水素燃料電池の外部に設けられた配管伝熱設備に接続され、前記熱伝導設備及び配管伝熱設備を流れる熱伝導媒体は液体水素源材料であることを特徴とする請求項10に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記貯蔵設備は、配管伝熱設備に接続され、熱伝導装置は、送入管を介して反応釜に接続され、液体水素源材料は、先ず水素燃料電池の外部に設けられた配管伝熱設備に入り、水素燃料電池により生成された熱量を熱伝導装置を介して反応釜に伝導してから、反応釜に入って脱水素反応を行う、ことを特徴とする請求項11に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記反応釜を加熱するための加熱装置は電気ヒーター、電磁ヒーター又はマイクロ波ヒーターであることを特徴とする請求項12に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記脱水素反応システムは、水素燃料電池により生成された電気エネルギーを貯蔵するとともに、システムデバイスの消費に供給し、出力するためのバッテリを更に含む、ことを特徴とする請求項10に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記加熱装置は、水素燃料熱利用装置であり、水素燃料熱利用装置は、反応釜に接続され、反応釜で生成された一部の水素ガス及び水素燃料電池のスイープガスは水素燃料熱利用装置で熱エネルギーに変換され、反応釜に供給されることを特徴とする請求項10に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記水素燃料熱利用装置は、水素ガスの燃焼による熱エネルギーを、熱伝導媒体によって反応釜の外部又は内部に設けられた熱交換管を介して脱水素反応釜に伝達し、前記熱伝導媒体は、液体水素源材料、伝熱油又は金属の塩浴であり、或いは、前記反応釜と水素燃料熱利用装置は、一体の装置であり、前記水素燃料熱利用装置は、水素ガスの燃焼による熱エネルギーを脱水素反応釜に伝達することを特徴とする請求項15に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記バッファタンクは、水素内燃機関に接続され、水素ガスと酸素ガスが同時に水素内燃機関に輸送されることを特徴とする請求項1に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記脱水素反応システムには、酸素ガスを貯蔵するための酸素タンクが更に設けられていることを特徴とする請求項17に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記水素内燃機関の外部には、配管を介して反応釜の外部の加熱装置に接続されたラジエーターが設けられており、ラジエーター及び加熱装置を流れる熱伝導媒体により熱量を伝達することを特徴とする請求項18に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
- 前記貯蔵設備は、ラジエーターに接続され、加熱装置は、送入管を介して反応釜に接続され、前記熱伝導媒体は液体水素源材料であることを特徴とする請求項19に記載の液体水素源材料の脱水素反応システム。
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