TWI761490B - 連續式氫氣生成裝置及氫氣生成方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種能夠長時間連續運轉的氫氣生成裝置。 氫氣生成裝置（10）包括：第1管（661），供給水至反應容器（21）的內部；第2管（662），將氫產生材料的粉分散於水中的懸浮液供給至前述反應容器（21）的內部；第3管（663），連接於前述反應容器（21）的上部，使藉由前述第1管（661）供給而貯留於前述反應容器（21）內的水與藉由前述第2管（662）供給的前述氫產生材料的反應所生成的氫流出，以及排水管（666），與前述反應容器（21）的下部連接，使生成由前述第3管（663）流出的氫之際的反應性生物流出。

Description

連續式氫氣生成裝置及氫氣生成方法
本發明是有關於一種連續式氫氣生成裝置及氫氣生成方法。
氫作為燃料而發電的燃料電池，使用於廣範圍的技術領域。供給至燃料電池的氫，提案有藉由氫化鎂粒子的水解而生成的氫氣生成裝置（專利文獻1）。 [先前技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1] 日本專利公開2009-99534號公報
[發明所要解決的課題]
但是，專利文獻1所記載的氫氣生成裝置，具有不適合長時間的連續運轉的問題。
本發明的一個方面，其目的為提供能夠長時間的連續運轉的氫氣生成裝置。 [用以解決課題的手段]
氫氣生成裝置包括：第1管，供給水至反應容器的內部；第2管，將氫產生材料的粉分散於水中的懸浮液供給至前述反應容器的內部；第3管，連接於前述反應容器的上部，使藉由前述第1管供給而貯留於前述反應容器內的水與藉由前述第2管供給的前述懸浮液中的氫產生材料的反應所生成的氫流出，以及排水管，與前述反應容器的下部連接，使生成由前述第3管流出的氫之際的反應性生物流出。
氫氣生成裝置包括懸浮容器，攪拌前述氫產生材料的粉與水以形成懸浮液，前述第2管將前述懸浮容器內的懸浮液供給至前述反應容器。
氫氣生成裝置的前述懸浮容器的內部懸浮液的溫度維持攝氏0度以上且攝氏20度以下的範圍。
氫氣生成裝置的前述第2管由前述反應容器的上部供給前述懸浮液。尚且，前述第2管亦可以由前述反應容器的中部或下部等的任意的場所供給前述懸浮液。
氫氣生成裝置的前述第2管經由前述第1管供給前述懸浮液。
氫氣生成裝置的前述第1管向前述反應容器的內部噴射水。
氫氣生成裝置的前述第1管沿著前述反應容器的內壁噴射水。
氫氣生成裝置的前述第1管經由設置於前述反應容器內部的噴淋頭向前述反應容器的內部散佈水。
氫氣生成裝置包括干擾板，配置在前述反應容器和前述第3管的連接部、與貯留在前述反應容器內的水的水面之間。
氫氣生成裝置的前述干擾板為網狀、包括多數貫通孔的板狀或是無孔的板狀，與前述反應容器的內面之間配置有可使氣體通過的間隙。
氫氣生成裝置包括干擾板，配置在前述反應容器和前述第3管的連接部、與前述噴淋頭之間，或是配置在前述噴淋頭、與貯留在前述反應容器內的水的水面之間。
氫氣生成裝置包括分離槽，前述分離槽將設置於前述反應容器的下部的排水口所排出的水與反應生成物分離，前述第1管供給前述分離槽分離的水。
氫氣生成裝置包括第4管，將前述分離槽分離的水供給至前述懸浮液。
氫氣生成裝置的前述氫產生材料為氫化鎂。
氫氣生成裝置包括第5管，前述第5管使藉由消耗前述第3管所流出的氫之燃料電池所生成的水流入，由前述第5管流入的水供給至前述第2管。
氫氣生成裝置包括加熱器，加熱前述反應容器內貯留的水，以及第1冷卻裝置，冷卻前述反應容器內貯留的水。
氫氣生成裝置的前述加熱器，使前述反應容器內貯留的水的溫度維持攝氏95度以上且攝氏250度以下的範圍。
氫氣生成裝置的前述第3管使氫與前述反應容器內的水蒸氣一起流出，前述氫氣生成裝置包括冷卻槽，冷卻由前述第3管流出的氫及水蒸氣。
氫氣生成裝置包括儲存槽，以比前述氫儲槽的內壓高的壓力貯留氫。
氫氣生成方法供給水至反應容器的內部，使氫產生材料的粉分散於水中的懸浮液供給至前述反應容器的內部，以及使藉由前述反應容器內貯留的水與前述懸浮液中的氫產生材料的反應所生成的氫流出。
氫氣生成方法使經由前述反應容器內的化學反應生成的反應性生物與水的混合液由前述反應容器的下部排出，使排出的反應性生物與水分離，以及使分離的水供給至前述反應容器的內部。
氫氣生成方法使前述反應容器內的水的溫度維持攝氏95度以上且攝氏250度以下的範圍。
氫氣生成方法使前述氫與前述反應容器內的水蒸氣一起流出，使前述水蒸氣凝結，以及使經凝結生成的水供給至前述反應容器的內部。
氫氣生成方法經由配置於前述反應容器的內部的噴淋頭供給水至前述反應容器的內部。
氫氣生成方法沿著前述反應容器的內壁噴射並供給水。 [發明的效果]
於一個方面，能夠提供能夠長時間連續運轉的氫氣生成裝置。
[實施型態1] 第1圖所示為氫氣生成裝置的模式圖。氫氣生成裝置10包括反應容器21、懸浮容器81、氫產生材料容器31、水儲槽61、分離槽63、冷卻槽65、氫儲槽71、儲存槽74。使用第1圖對本實施型態的氫氣生成裝置10的概要進行說明。
反應容器21為圓形斷面的中空容器。尚且，反應容器21的斷面形狀亦可以為圓形以外的形狀。反應容器21的外側裝設有加熱器58以及第1冷卻裝置541。加熱器58為加熱反應容器21的裝置。第1冷卻裝置541為藉由水冷或空冷而冷卻反應容器21的裝置。
尚且，加熱器58亦可以裝設在反應容器21的內部。例如是，藉由使用線圈加熱器作為加熱器58，能夠如同後述的直接加熱反應容器21的內部所貯留的液體。
設置在反應容器21的頂面的中央附近之連接部，經由第3管663連接至冷卻槽65。冷卻槽65經由送氣管連接至氫儲槽71。進而冷卻槽65經由送水管連接至水儲槽61。水儲槽61經由途中具有第1閥561的第1管661連接至反應容器21。
反應容器21的底部具有向下而直徑縮小的錐部。錐部的最下部設置有排水口25，排出包含藉由後述的化學反應生成的反應生成物、例如是氫氧化鎂以及氧化鎂等的水。排水口25經由途中包括有排水閥566的排水管666連接至分離槽63。分離槽63經由流動上澄液的溢流管67複數串聯連接。最後的分離槽63經由途中包括泵57的回送管而連接水儲槽61。
氫儲槽71連接氫放出管75。儲存槽74經由途中具有儲存閥568的補給管668，連接至氫放出管75。
水儲槽61經由途中具有第4閥564的第4管664連接至懸浮容器81。氫產生材料容器31亦經由途中具有供給閥567的供給管667連接至懸浮容器81。
懸浮容器81載置於攪拌機（stirrer）821之上。懸浮容器81的底部置入有經由攪拌機821所產生的磁場而旋轉的旋轉子822。尚且，攪拌機821與旋轉子822為攪拌懸浮容器81的液體之攪拌器82的一個例子。
懸浮容器81經由途中包括第2閥562之第2管662，連接反應容器21的上面。
於氫產生材料容器31收容有與水反應產生氫的氫產生材料的粉。氫產生材料例如是氫化鎂。於氫產生材料使用氫化鎂的情形，藉由下述的反應式產生氫。
MgH2 +2H2 O→Mg(OH)2 +2H2 ……　(1) MgH2 +H2 O→MgO+2H2 ……　(2)
式（1）為氫化鎂與溫水反應的情形的反應式，式（2）為氫化鎂與高溫的水蒸氣反應的情形的反應式。皆為氫化鎂的水解反應。
氫產生材料亦可為鎂粉、鋁粉、鐵粉、或是鈣粉。於使用此些的氫產生材料的情形，個別藉由下述的反應式產生氫。
Mg+2H2 O→Mg(OH)2 +H2 ……　(3) 2Al+6H2 O→2Al(OH)3 +3H2 ……　(4) Fe+2H2 O→Fe(OH)2 +2H2 ……　(5) Ca+2H2 O→Ca(OH)2 +H2 ……　(6)
以下的說明是以氫產生材料使用氫化鎂，主要是藉由式（1）產生氫的情形為例進行說明。尚且，依照溫度以及壓力等的反應條件，亦具有與式（1）的反應平行的產生式（2）的反應的可能性。
第2圖所示為溫度與反應率的關係的圖表。橫軸為反應容器21內的溫度，單位為攝氏。縱軸為氫化鎂的反應率，單位為百分比。反應率為將氫化鎂投入反應容器21之後，以質量比表示產生式（1）或式（2）的化學反應之氫化鎂的比例的數值。
如第2圖所示，反應容器21內的溫度上昇的情形，反應率於攝氏65度附近急遽上昇，且於攝氏95度附近上昇趨緩，於攝氏130度附近達到85%程度。其後，伴隨著反應容器內的溫度上昇而反應率漸增，並接近100%。
根據上述，於本實施型態中，希望反應容器21內的溫度為攝氏95度以上。更加希望反應容器21內的溫度為約130度以上。藉由使反應容器21內的溫度為150度程度，能夠達成95%程度的反應率。
如第2圖所示，反應容器21內的溫度為比攝氏130度高溫的情形，反應率的上昇量較少。因此，在使用加熱器58加熱反應容器21的情形，由能源效率的觀點，希望使反應容器21內的溫度為攝氏130度程度。
同樣的如第2圖所示，反應容器21內的溫度為攝氏150度以上的情形，反應率相對於溫度的變動量的變化量變少。因此，由使反應率穩定為高數值的觀點，希望使反應容器21內的溫度為攝氏150度以上。
另一方面，由於反應容器21內的溫度高，反應容器21以及配管等的劣化容易進行，具有縮短氫氣生成裝置10的壽命的疑慮。因此，反應容器21內的溫度希望維持350度以下。反應容器21內的溫度更加希望為攝氏250度以下，再更加希望為200度以下。
氫化鎂的平均粒徑為1毫米以下，較佳為平均粒徑100微米以下的粉體。氫化鎂的平均粒徑例如較佳是60微米、15微米、5微米或1微米以下。氫化鎂的平均粒徑以及粒度分布，因應必要的反應速度、成本以及氫產生材料容器31的構成而適當選擇。
回到第1圖，對氫氣生成裝置10的動作的概要進行說明。在反應容器21的約一半至三分之二程度的高度貯留水。反應容器21的內部調整並維持溫度為攝氏95度以上且攝氏350度以下，壓力為0.01百萬帕司卡以上且小於1百萬帕司卡。
反應容器21的內部希望調整並維持溫度為攝氏95度以上且攝氏250度以下，壓力為0.2百萬帕斯卡以上且小於1百萬帕斯卡，更加希望調整並維持溫度為攝氏95度以上且攝氏200度以下，壓力為0.2百萬帕斯卡以上且小於1百萬帕斯卡。
對懸浮容器81內供給水以及氫產生材料至比第2管662的開口部高的水位為止。於本實施型態中，氫產生材料的粒徑為60微米，氫產生材料的量以質量比計為水的5%至20%程度。氫產生材料的量更加希望以質量比計為水的10%至15%程度。
藉由使懸浮容器81內的旋轉子822旋轉，氫產生材料的粒子於水中分散而成為懸浮液。藉由使懸浮容器81的溫度維持攝氏15度以下，防止懸浮容器81內的氫的產生。
經由第2管662對反應容器21內的水投入懸浮液。藉由式（1）的反應式，產生氫以及氫氧化鎂。藉由式（2）的反應式，產生氫以及氧化鎂。
產生的氫與水受熱產生的水蒸氣混合。氫與水蒸氣通過第3管663進入冷卻槽65。於冷卻槽65內水蒸汽凝結為水。其結果氫與水蒸汽分離為氫與水。分離的水通過送水管而進入水儲槽61。
分離的氫通過送氣管進入氫儲槽71。由氫儲槽71經由氫放出管75對燃料電池等的供給處供給氫。尚且，經由氫放出管75放出的氫的量，藉由未圖示的壓力調整閥以及流量閥進行調整。
由設置於反應容器21的下部之排水口25流出包含作為反應生成物的氫氧化鎂以及氧化鎂的水，經由第6管666流入分離槽63。於分離槽63內氫氧化鎂以及氧化鎂沈澱。由分離槽63經由溢流管67，使上澄液流入相鄰的分離槽63。
藉由經過複數的分離槽63而精製的水，藉由泵57加壓，並經由回送管返回水儲槽61。由水儲槽61經由第1管661供給水至反應容器21的內部。由水儲槽61經由第4管664供給水至懸浮容器81的內部。貯留於分離槽63的底部的沈澱物，適當的取出而利用於氫化鎂的製造。
在因氫產生之際的化學反應而消耗的水，以及因分離槽63的生成處理的時間延遲等而供給第1管661以及第4管664的水不足的情形，由外部適當的補給。
氫產生材料容器31內的氫產生材料變少的情形，由氫產生材料容器31的上部所設置的投入口等，將氫產生材料投入。亦可以在氫產生材料容器31變空後關閉供給閥567，與氫產生材料填充完成的氫產生材料容器31交換。
關於氫產生材料31的容量，以供給1kW的燃料電池氫氣的情形為例進行說明。1kW的燃料電池，於1分鐘以標準狀態消耗10公升的氫。藉由式（1）所示的化學反應生成氫的情形，以標準狀態生成10公升的氫，使用5.88公克的氫化鎂。
因此，於氫產生材料容器31填充1kg的氫化鎂的情形，可連續使用2.8小時的氫氣生成裝置10。同樣的，於氫產生材料容器31填充8.6kg的氫化鎂的情形，可連續使用24小時的氫氣生成裝置10。
在補充氫產生材料之際，即使在空氣進入氫產生材料容器31或是供給管667的情形，由於在供給管667與第2管662之間藉由懸浮液隔開，能夠防止空氣進入第2管662內。
對儲存槽74進行說明。儲存槽74的內部以比氫儲槽71內部高的壓力填充有氫。填充於儲存槽74的氫的壓力例如是略小於1百萬帕司卡。燃料電池需要氫，但於反應容器21內的氫生成量不足的情形，打開儲存閥568，由儲存槽74供給燃料電池氫。儲存閥568希望能在儲存槽74內的氫減少且壓力變低的情形自動的關閉。
而且，亦可以於儲存閥568與儲存槽74之間設置壓縮機。於反應容器21生成充分的量的氫的情形，能夠經由補給管668加壓由氫儲槽71供給的氫，對儲存槽74補給氫。
儲存槽74的內部藉由為高壓，能夠收容儘可能多的氫。依此，能夠對燃料電池等穩定的供給氫。
反應容器21、氫產生材料容器31、懸浮容器81、冷卻槽65、氫儲槽71、儲存槽74、第3管663、補給管668以及各部的配管等的暴露於氫的部分，較佳為不鏽鋼製或鋁製。
第3圖所示為氫氣生成裝置10的控制系統的方塊圖。控制裝置40包括中央處理單元（CPU, Central Processing Unit）41、主記憶裝置42、輔助記憶裝置43、輸入部44、輸出部45、通信部46、輸入界面（I/F, Interface）47、輸出I/F48以及匯流排。本實施裝置的控制裝置40，可以利用氫氣生成裝置10專用的裝置，亦可以利用泛用的個人電腦等。
CPU41為實行本實施型態的程式的演算控制裝置。CPU41使用一個或複數的CPU或是多核的CPU等。CPU41經由匯流排連接構成控制裝置40的硬體各部。
主記憶體42為靜態隨機存取記憶體（SRAM, Static Random Access Memory）、動態隨機存取記憶體（DRAM, Dynamic Random Access Memory）、快閃記憶體等的記憶裝置。於主記憶體42暫時保存CPU41進行的處理的途中需要的資訊以及以CPU實行中的程式。
輔助記憶裝置43為SRAM、快閃記憶體、硬碟或磁帶等的記憶裝置。於輔助記憶裝置43保存在CPU41實行的程式以及程式的實行必要的各種資訊。
輸入部44例如是鍵盤、觸控板、滑鼠等。輸出部45例如是液晶顯示裝置或有機電致發光（EL）顯示裝置等。輸出部45亦可以進而包括警示燈或擴音器。通信部46為與網路進行通信的界面。
輸入I/F47為CPU41由裝設於氫氣生成裝置10各處的壓力計51、溫度計52、流量計53以及水位計等的各種感測器取得資料的界面。
輸出I/F48為CPU41對裝設於氫氣生成裝置10各處的閥56、泵57、加熱器58、以及冷卻裝置54等送出控制信號的界面。尚且，輸出I/F48與閥56、泵57、加熱器58、以及冷卻裝置54之間，設有未圖示的驅動電路。
此處，閥56包含第1閥561、第2閥562、第4閥564、排水閥566、供給閥567、儲存閥568。冷卻裝置54包含第1冷卻裝置541。
關於以上說明的氫氣生成裝置10內的物質流動，簡單的進行彙整。水在由水儲槽61經第1管661、反應容器21、排水管666、分離槽63以及回送管而返回水儲槽61的通路，以及由水儲槽61經第4管664、懸浮容器81、反應容器21、第3管663、冷卻槽65以及送水管而返回水儲槽61的通路進行循環。
因產生氫之際的化學反應消耗的水以及分離槽63的生成處理的時間延遲等而導致供給噴淋頭23的水不足的情形，由外部適當補給，將反應容器21內的水位維持規定的範圍。
於氫氣生成裝置10長時間連續運轉之際，將分離槽63的底部沈澱的反應生成物適當的取出並補充水。取出的反應生成物之氫氧化鎂以及氧化鎂，利用於氫化鎂的製造。
反應容器21內所生成的氫氣，經由第3管663、冷卻槽65、氫儲槽71，供給至連接於氫放出管75的燃料電池等。
氫產生材料容器31內的氫產生材料，藉由式（1）或是式（2）的化學反應被消耗。於氫氣生成裝置10長時間連續運轉的情形，適當的補充氫產生材料。
如同上述說明，本實施型態的氫產生裝置10，藉由對氫產生材料容器31的氫產生材料的供給，分離槽63內沈澱的反應生成物的去除以及水的補充，能夠長時間連續運轉的生成氫。
第4圖所示為程式的處理之流程的流程圖。使用第4圖說明氫氣生成裝置10的動作。尚且，第4圖所示的程式的開始時點，各閥56為關閉。而且，氫氣生成裝置10的內部空間充滿氫，或是成為真空狀態。
CPU41對第1閥561的驅動電路送信開信號。第1閥561的驅動電路依照受信的開信號開啟第1閥561。藉由第1閥561的開啟，於反應容器21的內部注入水（步驟S501）。
尚且，於下述的說明中，省略第1閥561的驅動電路之動作的記載，而以「CPU41開啟第1閥561並於反應容器21的內部注入水。」此種方式記載，關於第1閥561以外的各閥的驅動電路亦相同。
CPU41基於裝設於反應容器21的水位計等的感測器、或是裝設於第2管662的流量計53的感測器的輸出，判定為到達規定水位為止貯留有水。
CPU41對加熱器58的驅動電路發出啟動信號。加熱器58的驅動電路依照受信的啟動信號，啟動加熱器58。藉由加熱器58產生的熱，加熱反應容器21內的水（步驟S502）。
尚且，於下述的說明中，省略加熱器58的驅動電路之動作的記載，而以「CPU41啟動加熱器58，加熱反應容器21內的水。」此種方式記載。
CPU41打開第4閥564使水進入懸浮容器81，打開供給閥567使氫產生材料進入懸浮容器81（步驟S503）。CPU41在規定量的水進入懸浮容器81後，關閉第4閥564。CPU41在規定量的氫產生材料進入懸浮容器81後，關閉供給閥567。
CPU41啟動攪拌器82並攪拌懸浮容器81內部（步驟S504）。具體而言，CPU41啟動攪拌機821，並藉由使懸浮容器81內的旋轉子822旋轉，攪拌懸浮容器81內部。在懸浮容器81內的水中氫產生材料分散，成為懸浮液。
CPU41基於裝設於反應容器21的溫度計52等的感測器的輸出，判定反應容器21內所貯留的水的溫度到達規定溫度。CPU41開啟第2閥562，使懸浮液注入反應容器21（步驟S505）。
CPU41基於反應容器21內部的壓力感測器等取得的資料，確定生成有規定量的氫（步驟S506）。CPU41基於由各感測器取得的資料使氫氣生成裝置10正常運轉（步驟S507）。對正常運轉時CPU41實行的處理的例子進行說明。
CPU41控制加熱器58的輸出以及第1閥561，將反應容器21保持為規定的溫度。尚且，氫產生材料與水的化學反應為放熱反應。於放熱量充足的情形，CPU41停止加熱器58。進而放熱量多的情形，CPU41打開第1閥561，增加反應容器21內的水的量。
化學反應激烈，放熱量非常多的情形，CPU41使冷卻裝置54動作，將反應容器21冷卻至規定的溫度。因藉由水的供給以及冷卻裝置54的動作，反應容器21的溫度充分降低的情形，使用式（1）等所說明的化學反應的速度降低，放熱量變少。
CPU41控制排水閥566，將反應容器21內部的水的量維持規定的量，並將含反應生成物的水取出至分離槽63。CPU41控制第4閥564以及供給閥567，使懸浮容器81中的懸浮液保持規定的量與濃度。
由燃料電池等要求增加氫供應量的情形，CPU41控制第2閥562增加注入至反應容器21的懸浮液的量。CPU41亦可以控制供給閥567並於懸浮容器81中投入氫產生材料，提高懸浮液的濃度。
由燃料電池等要求減少氫供應量的情形，CPU41控制第2閥562減少注入至反應容器21的懸浮液的量。CPU41亦可以控制第4閥564並於懸浮容器81中投入水，減少懸浮液的濃度。
CPU41基於由各感測器所取得的資料判定氫氣生成裝置10是否產生異常（步驟S511）。尚且，步驟S511的判定基準預先記憶於主記憶裝置42或輔助記憶裝置43。
在判定產生異常的情形（於步驟S511為YES），CPU41於輸出部45輸出維護要求（步驟S512）。於輸出部45為液晶顯示裝置或有機EL顯示裝置的情形，顯示表示氫氣生成裝置10產生異常的畫面。輸出部45包括警示燈的情形，對應於氫氣生成裝置10的異常發生的警示燈點亮。
CPU41亦可以經由通信部46以及未圖示的網路對管理用的電腦等發信通知。受信通知的管理用的電腦等，以氫氣生成裝置10的使用者能夠理解的態樣，輸出所受信的通知的內容。
CPU41基於各感測器所取得的資料判定是否能夠繼續安全的運轉（步驟S513）。在判定能夠繼續的情形（於步驟S513為YES）以及判定未產生異常的情形（於步驟S511為NO），CPU41返回步驟S507。
在判定不可能繼續的情形（於步驟S513為NO），CPU41停止氫氣生成裝置10的動作（步驟S514）。具體而言，CPU41例如是能夠藉由加熱器58的停止、關閉第2閥562等，停止反應容器21內部的化學反應。
化學反應停止後，CPU41關閉第1閥561以及排水閥566，停止水的循環。冷卻裝置54運作中的情形，CPU41亦停止冷卻裝置54。藉由上述處理，氫氣生成裝置10停止運作。其後，CPU41結束處理。
尚且，於流程圖省略說明，但泵57、冷卻槽65等、主動的動作的氫氣生成裝置10的各構成要素，亦個別的經由驅動電路而藉由CPU41控制。
依照本實施型態，能夠提供能夠長時間連續運轉的氫氣生成裝置10。依照本實施型態，由於在將氫產生材料投入反應容器21之際不會混入空氣，能夠提供生成純度高的氫的氫氣生成裝置10。而且，此處亦可以提供一種氫氣生成裝置10，防止因為氫與水的混合所致的氫爆炸的產生。
依照本實施型態，由於使水與載氣循環使用，不連接外部的自來水管，能夠提供能夠獨立運轉的氫氣生成裝置10。依照本實施型態，能夠提供能夠自動運轉的氫氣生成裝置10。
依照本實施型態，藉由適當的對氫產生材料容器31補給氫產生材料，而能夠提供能夠長時間運轉的氫氣生成裝置10。依照本實施型態，由於反應生成物的再處理以及氫產生材料容器31的再使用為可能，能夠提供環境負荷少的氫氣生成裝置10。
依照本實施型態，由於將氫產生材料以懸浮液的狀態投入反應容器21，在反應容器21內快速的擴散並產生氫。因此，由對各閥等的控制信號的輸入至氫產生量的變化為止的時間短，能夠提供穩定的產生所要求量的氫的氫氣生成裝置10。
[實施型態2] 本實施型態是關於再利用氫供給處生成的水的氫氣生成裝置10。與實施型態1共通的部分省略說明。
第5圖所示為實施型態2的氫氣生成裝置10的模式圖。氫儲槽71經由氫放出管75連接燃料電池80。燃料電池80經由第5管665以及未圖示的泵連接水儲槽61。
燃料電池80的內部藉由下式的化學反應以氫作為燃料而進行發電，於正極生成水。
負極側：2H2 →4H+ +4e- ……　(8) 正極側：O2 +4H+ +4e- →2H2 O　　……　(9) e- 表示電子。
正極生成的水經由第5管665流入水儲槽61。
依照本實施型態，能夠提供將燃料電池80生成的水回收，使用於使用式（1）等而說明的氫產生材料的水解之氫氣生成裝置10。因此，能夠節約由外部補充的水的量，能夠提供環境負荷低的氫氣生成裝置10。
[實施型態3] 本實施型態是關於沿著反應容器21的內壁噴射懸浮液的氫氣生成裝置10。與實施型態1共通的部分省略說明。
第6圖所示為實施型態3的氫氣生成裝置10的模式圖。懸浮容器81經由途中包括供給閥567之供給管667連接氫產生材料容器31。懸浮容器81經由途中包括第4閥564之第4管664連接水儲槽61。
懸浮容器81載置於攪拌機821之上。懸浮容器81的底部置入有經由攪拌機821所產生的磁場而旋轉的旋轉子822。尚且，攪拌機821與旋轉子822為攪拌懸浮容器81的液體之攪拌器82的一個例子。
懸浮容器81的上部固定有馬達823，固定於馬達823的旋轉軸824突出至懸浮容器81的內部，前端固定有葉輪825。藉由馬達823的旋轉，葉輪825旋轉並攪拌懸浮容器81的內部。馬達823、旋轉軸824以及葉輪825為攪拌懸浮容器81內的液體之攪拌器82的一個例子。
水槽61經由途中包括噴射泵36的第1管661連接反應容器21。懸浮容器81經由途中包括第2閥562的第2管662，連接噴射泵36與反應容器21之間的第1管661。
噴射泵36經由第1管661間歇的將高壓的水送出至反應容器21。在第2閥562開啟的情形，由噴射泵36送出的高壓的水與懸浮液共同送入反應容器21。
第7圖所示為第6圖的VII-VII線的反應容器21的模式剖面圖。沿著反應容器21的內壁的切線方向設置的噴射口24連接第1管661。如第6圖以及第7圖的箭頭所示，由噴射口24沿著反應容器21的內壁傾斜向下的與高壓的水共同的噴射懸浮液。
懸浮液沿著反應容器21的內壁傾斜向下流動，並與水反應。藉由高壓的水與懸浮液的流動而攪拌反應容器21內的水，氫產生材料在水中沒有不均的擴散。尚且，反應容器21亦可以包括複數的噴射口24。
依照本實施型態，能夠提供防止反應容器21內的反應不均的氫氣生成裝置10。藉由第1管661流動的水流，由於第2管662成為負壓，能夠提供防止第2管662內的懸浮液阻塞的氫氣生成裝置10。
尚且，與第1圖使用並說明的實施型態1相同，亦可以使第2管662直接連接反應容器21，由噴射口24噴射未含懸浮液的水。能夠提供防止因懸浮液磨耗第1管661的內壁的氫氣生成裝置10。
[實施型態4] 本實施型態是有關於在反應容器21的內部噴射懸浮液的氫氣生成裝置10。與實施型態3共通的部分省略說明。
第8圖所示為實施型態4的反應容器21的模式剖面圖。設置於反應容器21的側壁的噴射口24連接第1管661。如第8圖的箭頭所示，由噴射口24向反應容器21的內部與高壓的水共同的噴射懸浮液。
懸浮液一邊向反應容器21的中央部流動，一邊與水反應。藉由高壓的水與懸浮液的流動而攪拌反應容器21內的水，氫產生材料在水中沒有不均的擴散。懸浮液的噴射方向可以朝向反應容器21的中心軸，亦可以朝向中心軸與側壁之間。懸浮液的噴射方向可以朝向斜下方或是斜上方。反應容器21亦可以包括複數的噴射口24。
依照本實施型態，能夠提供防止反應容器21內的反應不均的氫氣生成裝置10。而且，依照本實施型態，能夠提供防止因懸浮液磨耗第1管661的內壁的氫氣生成裝置10。
[實施型態5] 本實施型態是關於藉由噴淋頭於反應容器21內散佈懸浮液的氫氣生成裝置10。與實施型態1共通的部分省略說明。
第9圖所示為實施型態5的氫氣生成裝置10的模式圖。於反應容器21的內側，在上部固定有干擾板22。亦即是，干擾板22配置在反應容器21與第3管663的連接部、與反應容器21內的水面之間。
干擾板22為具有比反應容器21的內徑稍微小的直徑之無孔的圓板。在干擾板22的端緣與反應容器21的內面之間，設有可使氣體通過的間隙26。尚且，干擾板22亦可為網狀或包括多數孔的沖壓板狀。干擾板22亦可為包括1個或複數個孔的板。
干擾板22的下方設置噴淋頭23。噴淋頭23可為2段以上。噴淋頭23經由途中包括第1閥561以及未圖示的加壓泵之第1管661連接至水儲槽61。懸浮容器81經由途中包括第2閥562的第2管662，連接至噴射泵36與反應容器21之間的第1管661。
藉由水稀釋的懸浮液經由第1管661供給至噴淋頭23。由噴淋頭23向反應容器21內的水面幾乎一致的散佈稀釋的懸浮液或水。
即使是藉由式（1）的反應或式（2）的反應產生泡沫的情形，藉由從噴淋頭23散佈的懸浮液或水，抑制了泡沫的上漲。即使是泡沫的產生量多，泡沫上漲至反應容器21的上部的情形，藉由干擾板22的作用泡沫不會進入第3管663的內部。
尚且，干擾板22以及噴淋頭23的形狀以及配置，以有效抑制泡沫上昇的方式而適當選擇。例如是，干擾板22亦可以配置在上側的噴淋頭23與下側的噴淋頭23之間。干擾板22亦可以配置在下側的噴淋頭23的下側，亦即是噴淋頭23與反應容器21內的水面之間。此些的情形，干擾板22配置為不妨礙噴淋頭23的放水的形狀以及位置。
尚且，亦可以藉由第1閥561以及第2閥562的開閉，由噴淋頭23交互的散佈水與懸浮液。
於懸浮容器81的外側裝設有第2冷卻裝置542。第2冷卻裝置542為藉由水冷或空冷而冷卻懸浮裝置81的裝置。懸浮容器81的溫度高於規定溫度的情形，第2冷卻裝置542動作並冷卻懸浮容器81。
規定的溫度例如是懸浮容器81內的懸浮液的溫度成為攝氏0度以上且攝氏20度以下的範圍之溫度。懸浮液的溫度更佳成為攝氏0度以上且攝氏15度以下的範圍。
尚且，於氫氣生成裝置10設置於低溫的場所的情形，藉由使懸浮容器81配置於反應容器21的附近，能夠防止懸浮容器81內的懸浮液的溫度成為0度以下而凍結。
藉由將懸浮容器81的溫度保持為規定的範圍，能夠防止懸浮液81中的水凍結，並能夠抑制懸浮容器的內部的式（1）或式（2）的化學反應。
依照本實施型態，能夠提供即使因反應容器21內的化學反應產生泡的情形，亦能夠防止因泡阻塞第3管663的氫氣生成裝置10。
依照本實施型態，能夠提供能夠防止在懸浮容器81內產生氫的氫氣生成裝置10。
各實施例所記載的技術特徵（構成要件）能夠互相組合，並藉由組合而能夠形成新的技術特徵。 本次所揭示的實施型態的所有事項為例示，應被認為不造成限制。本發明的範圍的意圖為不是上述的含意，而是包含申請專利範圍所揭示、與申請專利範圍均等的含意以及範圍內的所有的變更。
10‧‧‧氫氣生成裝置21‧‧‧反應容器22‧‧‧干擾板23‧‧‧噴淋頭24‧‧‧噴射口25‧‧‧排水口26‧‧‧間隙31‧‧‧氫產生材料容器36‧‧‧噴射泵40‧‧‧控制裝置41‧‧‧CPU42‧‧‧主記憶裝置43‧‧‧輔助記憶裝置44‧‧‧輸入部45‧‧‧輸出部46‧‧‧通信部47‧‧‧輸入I/F48‧‧‧輸出I/F51‧‧‧壓力計52‧‧‧溫度計53‧‧‧流量計54‧‧‧冷卻裝置541‧‧‧第1冷卻裝置542‧‧‧第2冷卻裝置56‧‧‧閥561‧‧‧第1閥562‧‧‧第2閥564‧‧‧第4閥565‧‧‧第5閥566‧‧‧排水閥567‧‧‧供給閥568‧‧‧儲存閥57‧‧‧泵58‧‧‧加熱器61‧‧‧水儲槽63‧‧‧分離槽65‧‧‧冷卻槽661‧‧‧第1管662‧‧‧第2管663‧‧‧第3管664‧‧‧第4管665‧‧‧第5管666‧‧‧排水管667‧‧‧供給管668‧‧‧補給管67‧‧‧溢流管71‧‧‧氫儲槽74‧‧‧儲存槽75‧‧‧氫放出管80‧‧‧燃料電池81‧‧‧懸浮容器82‧‧‧攪拌器821‧‧‧攪拌機822‧‧‧旋轉子823‧‧‧馬達824‧‧‧旋轉軸825‧‧‧葉輪S501～S514‧‧‧步驟
第1圖所示為氫氣生成裝置的模式圖。 第2圖所示為溫度與反應率的關係的圖表。 第3圖所示為氫氣生成裝置的控制系統的方塊圖。 第4圖所示為程式處理的流程之流程圖。 第5圖所示為實施型態2的氫氣生成裝置的模式圖。 第6圖所示為實施型態3的氫氣生成裝置的模式圖。 第7圖所示為第6圖的VII-VII線的反應容器的模式剖面圖。 第8圖所示為實施型態4的反應容器的模式剖面圖。 第9圖所示為實施型態5的氫氣生成裝置的模式圖。
10‧‧‧氫氣生成裝置
21‧‧‧反應容器
25‧‧‧排水口
31‧‧‧氫產生材料容器
541‧‧‧第1冷卻裝置
561‧‧‧第1閥
562‧‧‧第2閥
564‧‧‧第4閥
566‧‧‧排水閥
567‧‧‧供給閥
568‧‧‧儲存閥
57‧‧‧泵
58‧‧‧加熱器
61‧‧‧水儲槽
63‧‧‧分離槽
65‧‧‧冷卻槽
661‧‧‧第1管
662‧‧‧第2管
663‧‧‧第3管
664‧‧‧第4管
666‧‧‧排水管
667‧‧‧供給管
668‧‧‧補給管
67‧‧‧溢流管
71‧‧‧氫儲槽
74‧‧‧儲存槽
75‧‧‧氫放出管
81‧‧‧懸浮容器
82‧‧‧攪拌器
821‧‧‧攪拌機
822‧‧‧旋轉子

Claims (24)

  1. 一種氫氣生成裝置，包括：第1管，供給水至反應容器的內部；懸浮容器，攪拌前述氫產生材料的粉與水以形成懸浮液；第2管，將前述懸浮容器內的懸浮液供給至前述反應容器的內部；第3管，連接於前述反應容器的上部，使藉由前述第1管供給而貯留於前述反應容器內的水與藉由前述第2管供給的前述懸浮液中的氫產生材料的反應所生成的氫流出，以及排水管，與前述反應容器的下部連接，使生成由前述第3管流出的氫之際的反應生成物流出。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的氫氣生成裝置，其中前述懸浮容器的內部懸浮液的溫度維持攝氏0度以上且攝氏20度以下的範圍。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中前述第2管由前述反應容器的上部供給前述懸浮液。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中前述第2管經由前述第1管供給前述懸浮液。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中前述第1管向前述反應容器的內部噴射水。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的氫氣生成裝置，其中前述第1管沿著前述反應容器的內壁噴射水。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中前述第1管經由設置於前述反應容器內部的噴淋頭向前述反應容器的內部散佈水。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中包括干擾板，配置在前述反應容器和前述第3管的連接部、與貯留在前述反應容器內的水的水面之間。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的氫氣生成裝置，其中前述干擾板為網狀、包括多數貫通孔的板狀或是無孔的板狀，與前述反應容器的內面之間配置有可使氣體通過的間隙。
  10. 如申請專利範圍第7項所述的氫氣生成裝置，其中包括干擾板，配置在前述反應容器和前述第3管的連接部、與前述噴淋頭之間，或是配置在前述噴淋頭、與貯留在前述反應容器內的水的水面之間。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中包括分離槽，前述分離槽將設置於前述反應容器的下部的排水口所排出的水與反應生成物分離，前述第1管供給前述分離槽分離的水。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的氫氣生成裝置，其中包括第4管，將前述分離槽分離的水供給至前述懸浮液。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中前述氫產生材料為氫化鎂。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中包括第5管，前述第5管使藉由消耗前述第3管所流出的氫之燃料電池所生成的水流入，由前述第5管流入的水供給至前述第2管。
  15. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中包括加熱器，加熱前述反應容器內貯留的水，以及 第1冷卻裝置，冷卻前述反應容器內貯留的水。
  16. 如申請專利範圍第15項所述的氫氣生成裝置，其中使前述反應容器內貯留的水的溫度維持攝氏95度以上且攝氏250度以下的範圍。
  17. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中前述第3管使氫與前述反應容器內的水蒸氣一起流出，前述氫氣生成裝置包括冷卻槽，冷卻由前述第3管流出的氫及水蒸氣。
  18. 如申請專利範圍第1或2項所述的氫氣生成裝置，其中包括氫儲槽，貯留由前述第3管流出的氫，儲存槽，以比前述氫儲槽的內壓高的壓力貯留氫。
  19. 一種氫氣生成方法，包括：供給水至反應容器的內部，將氫產生材料的粉與水分別供給至懸浮容器，所述懸浮容器內進行攪拌並形成懸浮液，使所述懸浮容器內的懸浮液供給至前述反應容器的內部，使藉由前述反應容器內貯留的水與前述懸浮液中的氫產生材料的反應所生成的氫流出。
  20. 如申請專利範圍第19項所述的氫氣生成方法，其中使經由前述反應容器內的化學反應生成的反應生成物與水的混合液由前述反應容器的下部排出，使排出的反應生成物與水分離，使分離的水供給至前述反應容器的內部。
  21. 如申請專利範圍第19項或第20項所述的氫氣生成方法，其中 使前述反應容器內的水的溫度維持攝氏95度以上且攝氏250度以下的範圍。
  22. 如申請專利範圍第19或20項所述的氫氣生成方法，其中使前述氫與前述反應容器內的水蒸氣一起流出，使前述水蒸氣凝結，使經凝結生成的水供給至前述反應容器的內部。
  23. 如申請專利範圍第19或20項所述的氫氣生成方法，其中經由配置於前述反應容器的內部的噴淋頭供給水至前述反應容器的內部。
  24. 如申請專利範圍第19或20項所述的氫氣生成方法，其中沿著前述反應容器的內壁噴射並供給水。
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