WO2018117272A1 - 水素生成装置および水素生成方法 - Google Patents

水素生成装置および水素生成方法 Download PDF

Info

Publication number
WO2018117272A1
WO2018117272A1 PCT/JP2017/046293 JP2017046293W WO2018117272A1 WO 2018117272 A1 WO2018117272 A1 WO 2018117272A1 JP 2017046293 W JP2017046293 W JP 2017046293W WO 2018117272 A1 WO2018117272 A1 WO 2018117272A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
hydrogen
pipe
reaction vessel
generating material
water
Prior art date
Application number
PCT/JP2017/046293
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
浩之 上杉
Original Assignee
バイオコーク技研株式会社
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by バイオコーク技研株式会社 filed Critical バイオコーク技研株式会社
Priority to CN201780072859.5A priority Critical patent/CN109996759B/zh
Priority to JP2018558095A priority patent/JP7070912B2/ja
Publication of WO2018117272A1 publication Critical patent/WO2018117272A1/ja

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C01—INORGANIC CHEMISTRY
    • C01B—NON-METALLIC ELEMENTS; COMPOUNDS THEREOF; METALLOIDS OR COMPOUNDS THEREOF NOT COVERED BY SUBCLASS C01C
    • C01B3/00—Hydrogen; Gaseous mixtures containing hydrogen; Separation of hydrogen from mixtures containing it; Purification of hydrogen
    • C01B3/02—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen
    • C01B3/06—Production of hydrogen or of gaseous mixtures containing a substantial proportion of hydrogen by reaction of inorganic compounds containing electro-positively bound hydrogen, e.g. water, acids, bases, ammonia, with inorganic reducing agents
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/06—Combination of fuel cells with means for production of reactants or for treatment of residues
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to a hydrogen generator and a hydrogen generation method.
  • Fuel cells that generate electricity using hydrogen as fuel are used in a wide range of technical fields.
  • a hydrogen generator that generates hydrogen supplied to a fuel cell by hydrolysis of magnesium hydride particles has been proposed (Patent Document 1).
  • An object of one aspect is to provide a hydrogen generator capable of continuous operation for a long time.
  • the hydrogen generator includes a shower head for spraying water inside the reaction vessel, a first pipe for supplying powdered hydrogen generating material into the reaction vessel using hydrogen as a carrier gas, and an upper portion of the reaction vessel And a third pipe for letting out hydrogen generated by the reaction between the water supplied by the shower head and stored in the reaction vessel and the hydrogen generating material supplied by the first pipe.
  • the hydrogen generator includes a baffle plate disposed between the connecting portion between the reaction vessel and the third pipe and the shower head.
  • the first pipe uses hydrogen flowing out from the third pipe as a carrier gas.
  • the first pipe injects the hydrogen generating material along the inner wall of the reaction vessel.
  • the hydrogen generation apparatus includes a hydrogen generation material container that houses the hydrogen generation material and has a connection port detachably connected to the first pipe.
  • the hydrogen generating material container has a screw that feeds the hydrogen generating material into the first pipe by rotation.
  • the hydrogen generator includes a separation tank that separates water discharged from a drain port provided at a lower portion of the reaction vessel and a reaction product, and the shower head sprays water separated in the separation tank.
  • the hydrogen generating material is magnesium hydride.
  • the hydrogen generator includes a fifth pipe into which water generated by the fuel cell that has consumed hydrogen flowing out from the third pipe flows, and the water that flows in from the fifth pipe is supplied to the showerhead.
  • water is sprinkled inside a reaction vessel, and a powdered hydrogen generating material and hydrogen are supplied into the reaction vessel via a first pipe connected to the reaction vessel. From the third pipe connected to the upper part of the gas, hydrogen generated by the reaction between the water stored in the reaction vessel and the hydrogen generating material is caused to flow out.
  • the hydrogen generator is connected to a shower head that sprays a suspension of a hydrogen generating material suspended in water inside the reaction vessel, and is connected to the upper portion of the reaction vessel, and is supplied by the shower head to enter the reaction vessel.
  • the hydrogen generator includes a first pipe for supplying a powdered hydrogen generating material into the reaction vessel using hydrogen as a carrier gas.
  • the hydrogen generator includes a first pipe for supplying powdered hydrogen generating material into the reaction container using hydrogen as a carrier gas, a second pipe for supplying water into the reaction container, and the reaction container.
  • a third pipe connected to the upper part and configured to flow out hydrogen generated by the reaction between the water supplied from the second pipe and stored in the reaction vessel and the hydrogen generating material supplied from the first pipe; .
  • a suspension obtained by suspending a powdered hydrogen generating material in water is sprayed inside a reaction vessel, and is sprayed from a third pipe connected to an upper portion of the reaction vessel. Hydrogen generated by the reaction between the water stored in the chamber and the hydrogen generating material is caused to flow out.
  • a hydrogen generator capable of continuous operation for a long time can be provided.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the reaction vessel taken along line VV in FIG. It is a flowchart which shows the flow of a process of a program.
  • 6 is a schematic cross-sectional view of a hydrogen generating material container according to Embodiment 2.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a hydrogen generating material container according to Embodiment 3.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a hydrogen generating material container according to Embodiment 4.
  • FIG. 6 is a schematic cross-sectional view of a hydrogen generating material container according to Embodiment 5.
  • FIG. FIG. 10 is a schematic diagram of a hydrogen generator according to a sixth embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a hydrogen generator according to a seventh embodiment.
  • FIG. 10 is a schematic diagram of a hydrogen generator according to an eighth embodiment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a hydrogen generator 10.
  • the hydrogen generator 10 includes a reaction vessel 21, a hydrogen generating material vessel 31, a water tank 61, a separation vessel 63, a cooling vessel 65, a hydrogen tank 71, a first reservoir tank 73, and a second reservoir tank 74.
  • the outline of the hydrogen generator 10 of the present embodiment will be described with reference to FIG.
  • the reaction vessel 21 is a hollow vessel having a circular cross section. Note that the cross-sectional shape of the reaction vessel 21 may be a shape other than a circle.
  • a heater 58 and a cooling device 54 are attached to the outside of the reaction vessel 21.
  • the cooling device 54 is a device that cools the reaction vessel 21 by water cooling or air cooling.
  • a baffle plate 22 is fixed to the inside of the reaction vessel 21.
  • the baffle plate 22 is a non-porous disk having a diameter slightly smaller than the inner diameter of the reaction vessel 21.
  • a gap 26 through which gas can pass is provided between the edge of the baffle plate 22 and the inner surface of the reaction vessel 21.
  • the baffle plate 22 may be a net or a punching board having a large number of holes.
  • a shower head 23 is provided under the baffle plate 22.
  • the shower head 23 is connected to the water tank 61 via a second pipe 662 including a first valve 561 and a pressure pump (not shown).
  • the water tank 61 supplies water to the shower head 23 via the second pipe 662.
  • the shower head 23 sprays water into the reaction vessel 21. The amount of water sprayed is controlled by the first valve 561.
  • the shower head 23 is provided in two stages, and the lower shower head 23 is arranged so as not to prevent the water sprayed from the upper shower head 23 from dropping.
  • the shower head 23 may have one stage or three or more stages.
  • connection portion provided near the center of the top surface of the reaction vessel 21 is connected to the cooling tank 65 through the third pipe 663.
  • the cooling tank 65 is connected to the hydrogen tank 71 through an air supply pipe. Further, the cooling tank 65 is connected to the water tank 61 through a water pipe.
  • the bottom of the reaction vessel 21 has a taper portion whose diameter decreases toward the bottom.
  • a drain port 25 is provided at the bottom of the taper portion for discharging water containing a reaction product generated by a chemical reaction described later, such as magnesium hydroxide and magnesium oxide.
  • the drain port 25 is connected to the separation tank 63 via a fourth pipe 664 having a sixth valve 566 on the way.
  • a plurality of separation tanks 63 are connected in series via an overflow pipe 67 through which the supernatant liquid flows.
  • the last separation tank 63 is connected to the water tank 61 through a return pipe having a pump 57 in the middle.
  • the hydrogen tank 71 is connected to the first reservoir tank 73 through a communication pipe including a compressor 59, a fifth valve 565, and a second valve 562 on the way.
  • the compressor 59 compresses the hydrogen in the hydrogen tank 71 to a pressure higher than the pressure P3 inside the reaction vessel 21 and supplies the compressed pressure to the communication pipe.
  • the communication pipe branches at two points between the fifth valve 565 and the second valve 562.
  • the first branch pipe branched from the side close to the fifth valve 565 includes a third valve 563 in the middle, and is connected to the upper part of the hydrogen generating material container 31.
  • the second branch pipe that branches from the side close to the second valve 562 includes a fourth valve 564 in the middle, and is connected to the center of the reaction vessel 21 via the first pipe 661.
  • the hydrogen generating material container 31 is connected to the first pipe 661 as will be described later.
  • a hydrogen release pipe 75 is connected to the hydrogen tank 71.
  • the second reservoir tank 74 is connected to the hydrogen release pipe 75 via a supply pipe through the eighth valve 568 on the way.
  • the hydrogen generating material container 31 contains hydrogen generating material powder that reacts with water to generate hydrogen.
  • the space in the hydrogen generating material container 31 is filled with hydrogen.
  • the hydrogen generating material is, for example, magnesium hydride.
  • magnesium hydride is used as the hydrogen generating material, hydrogen is generated according to the following reaction formula.
  • Equation (1) is a reaction equation when magnesium hydride and warm water react
  • Equation (2) is a reaction equation when magnesium hydride and high-temperature steam react.
  • the hydrogen generating material may be magnesium powder, aluminum powder, iron powder, calcium powder, or the like. When these hydrogen generating materials are used, hydrogen is generated according to the following reaction formula.
  • Magnesium hydride is a powder having an average particle size of 1 millimeter or less, desirably an average particle size of 100 micrometers or less.
  • the average particle size of the magnesium hydride may be, for example, 50 micrometers, 15 micrometers, 5 micrometers, or 1 micrometer or less.
  • the average particle size and particle size distribution of magnesium hydride are appropriately selected according to the required reaction rate, cost, configuration of the hydrogen generating material container 31, and the like. Details of the hydrogen generating material container 31 will be described later.
  • reaction vessel 21 water is stored up to the connection portion with the first pipe 661.
  • the inside of the reaction vessel 21 is adjusted to a temperature of 95 ° C. to 200 ° C. and a pressure of 0.2 megapascal or more and less than 1 megapascal.
  • Magnesium hydride powder is injected into the water in the reaction vessel 21 through the first pipe 661. At this time, hydrogen is used as a carrier gas. Hydrogen and magnesium hydroxide are generated according to the reaction formula (1). Hydrogen and magnesium oxide are generated according to the reaction formula (2). Bubbles are generated by these reactions, but the rising of the bubbles is suppressed by the water sprayed almost uniformly from the shower head 23 toward the water surface. Even when the amount of foam generated is large and the foam rises to the top of the reaction vessel 21, the foam does not enter the inside of the third tube 663 due to the action of the baffle plate 22.
  • positioning of the baffle plate 22 and the shower head 23 are suitably selected so that the swelling of a bubble may be suppressed effectively.
  • the baffle plate 22 may be disposed between the upper shower head 23 and the lower shower head 23.
  • the baffle plate 22 may be disposed below the lower shower head 23. In these cases, the baffle plate 22 is disposed in a shape and position that does not hinder the water discharge of the shower head 23.
  • the generated hydrogen is mixed with water vapor generated when the water is heated. Hydrogen and water vapor enter the cooling tank 65 through the gap 26 and the third pipe 663 and are separated into water and hydrogen. The separated water enters the water tank 61 through the water pipe.
  • the separated hydrogen enters the hydrogen tank 71 through the air pipe.
  • Hydrogen is supplied from a hydrogen tank 71 to a supply destination such as a fuel cell (not shown) through a hydrogen discharge pipe 75.
  • the water purified by passing through the plurality of separation tanks 63 is pressurized by the pump 57 and returns to the water tank 61 through the return pipe. Water is supplied from the water tank 61 to the shower head 23 via the second pipe 662. The precipitate collected at the bottom of the separation tank 63 is taken out as appropriate and used for the production of magnesium hydride.
  • the first reservoir tank 73 will be described.
  • the first reservoir tank 73 is filled with hydrogen at a high pressure P0.
  • the pressure P0 is, for example, about 1 megapascal.
  • a compressor may be provided between the second valve 562 and the first reservoir tank 73.
  • the first reservoir tank 73 can be replenished by pressurizing the hydrogen supplied from the hydrogen tank 71 through the connecting pipe.
  • the second reservoir tank 74 will be described.
  • the second reservoir tank 74 is filled with hydrogen at a pressure P4.
  • the pressure P4 is, for example, a little less than 1 megapascal. If the fuel cell requires hydrogen, but the amount of hydrogen produced in the reaction vessel 21 is insufficient, the eighth valve 568 is opened and hydrogen is supplied from the second reservoir tank 74 to the fuel cell.
  • a compressor may be provided between the eighth valve 568 and the second reservoir tank 74.
  • the hydrogen supplied from the hydrogen tank 71 can be pressurized via the supply pipe to supply the second reservoir tank 74 with hydrogen.
  • the inside of the second reservoir tank 74 can accommodate as much hydrogen as possible by setting the pressure to less than 1 megapascal. Thereby, it is possible to supply hydrogen stably to a fuel cell or the like.
  • the part exposed to hydrogen such as piping is preferably made of stainless steel or aluminum.
  • FIG. 2 is a block diagram of a control system of the hydrogen generator 10.
  • the control device 40 includes a CPU (Central Processing Unit) 41, a main storage device 42, an auxiliary storage device 43, an input unit 44, an output unit 45, a communication unit 46, an input I / F (Interface) 47, an output I / F 48, and a bus. Is provided.
  • a device dedicated to the hydrogen generator 10 may be used, or a general-purpose personal computer or the like may be used.
  • the CPU 41 is an arithmetic control device that executes a program according to the present embodiment.
  • As the CPU 41 one or a plurality of CPUs or a multi-core CPU is used.
  • the CPU 41 is connected to each hardware part constituting the control device 40 via a bus.
  • the main storage device 42 is a storage device such as an SRAM (Static Random Access Memory), a DRAM (Dynamic Random Access Memory), or a flash memory.
  • SRAM Static Random Access Memory
  • DRAM Dynamic Random Access Memory
  • flash memory a storage device such as an SRAM (Static Random Access Memory), a DRAM (Dynamic Random Access Memory), or a flash memory.
  • the auxiliary storage device 43 is a storage device such as SRAM, flash memory, hard disk or magnetic tape.
  • the auxiliary storage device 43 stores a program to be executed by the CPU 41 and various information necessary for executing the program.
  • the input unit 44 is, for example, a keyboard, a touch panel, a mouse, or the like.
  • the output unit 45 is, for example, a liquid crystal display device or an organic EL display device.
  • the output unit 45 may further include a warning light or a speaker.
  • the communication unit 46 is an interface that performs communication with a network.
  • the input I / F 47 is an interface through which the CPU 41 acquires data from various sensors such as a pressure gauge 51, a thermometer 52, a flow meter 53, and a water level gauge attached to various parts of the hydrogen generator 10.
  • the output I / F 48 is an interface through which the CPU 41 sends control signals to the valves 56, the pump 57, the heater 58, the cooling device 54, and the like attached to various parts of the hydrogen generator 10.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of the hydrogen generating material container 31.
  • four cylindrical hydrogen generating material containers 31 are connected in parallel.
  • the hydrogen generating material containers 31 are used one by one in order, and when the hydrogen generating material container 31 being used becomes empty, the use of the next hydrogen generating material container 31 is started.
  • the user of the hydrogen generator 10 replaces an empty hydrogen generator container 31 with a new hydrogen generator container 31 periodically or when, for example, the use of the last one hydrogen generator container 31 is started. To do.
  • the hydrogen generating material container 31 can be reused by refilling the hydrogen generating material.
  • the capacity of the hydrogen generating material container 31 will be described by taking as an example the case of supplying hydrogen to a 1 kW fuel cell.
  • a 1 kW fuel cell consumes 10 liters of hydrogen in a standard state per minute.
  • 5.88 grams of magnesium hydride is used to produce 10 liters of hydrogen under standard conditions.
  • the hydrogen generating material container 31 when the hydrogen generating material container 31 is filled with 1 kg of magnesium hydride, it can be used continuously for 2.7 hours. As shown in FIG. 3, when the four hydrogen generating material containers 31 are connected in parallel, the hydrogen generator 10 can be used continuously for 10 hours or more. By appropriately replacing the emptied hydrogen generating material container 31, the hydrogen generator 10 can be used continuously for a longer time.
  • FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of one hydrogen generating material container 31. The configuration of the hydrogen generating material container 31 will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the hydrogen generating material container 31 is a hollow container having a circular cross section.
  • the cross-sectional shape of the hydrogen generating material container 31 may be a shape other than a circle.
  • the hydrogen generating material container 31 includes a flat plate on the upper side.
  • the hydrogen generating material container 31 includes a connection port 38 at an end portion of the tapered portion whose diameter decreases downward.
  • the connection port 38 is connected to the first pipe 661.
  • a screw 32 is arranged in the lower part inside the hydrogen generating material container 31 coaxially with the tapered portion.
  • the screw 32 is a spiral having a uniform diameter.
  • the outer diameter of the screw 32 is substantially the same as the inner diameter of the connection port 38.
  • a motor 33 is fixed on the hydrogen generating material container 31.
  • the rotating shaft of the motor 33 is connected to the screw 32 via a shaft 34 that penetrates the top plate of the hydrogen generating material container 31. As the motor 33 rotates, the shaft 34 and the screw 32 rotate together.
  • the pressure P1 inside the hydrogen generating material container 31 is controlled by the opening degree of the third valve 563 connected to the upper side of each hydrogen generating material container 31. Due to the opening degree of the fourth valve 564 connected to the first pipe 661, the pressure P2 inside the first pipe 661 is lower than the pressure P1 inside the hydrogen generating material container 31 and higher than the pressure P3 inside the reaction container 21. Controlled by pressure.
  • the hydrogen pressure is applied from the upper side to the lower side of the hydrogen generating material container 31 to be used, and the backflow of the hydrogen generating material in the hydrogen generating material container 31 to the third valve 563 side is prevented.
  • the hydrogen generating material between the spiral groove of the screw 32 and the inner surface of the hydrogen generating material container 31 is pushed out to the first pipe 661.
  • the rotation of the motor 33 By controlling the rotation of the motor 33, the extrusion amount of the hydrogen generating material can be controlled.
  • the hydrogen generating material pushed out to the first pipe 661 is injected into the reaction vessel 21 along the flow of hydrogen. Since the carrier gas is hydrogen, the gas above the reaction vessel 21 is composed of hydrogen and water vapor.
  • FIG. 5 is a schematic cross-sectional view of the reaction vessel 21 taken along line VV in FIG.
  • a first pipe 661 is connected to the injection port 24 provided along the tangential direction of the inner wall of the reaction vessel 21.
  • the hydrogen generating material is injected together with the carrier gas from the injection port 24 along the inner wall of the reaction vessel 21 obliquely downward.
  • the hydrogen generating material reacts with water while flowing obliquely downward along the inner wall of the reaction vessel 21.
  • the carrier gas flow stirs the water in the reaction vessel 21 so that the hydrogen generating material diffuses evenly in the water.
  • the reaction vessel 21 may include a plurality of injection ports 24.
  • the above-described substance flow in the hydrogen generator 10 will be briefly summarized.
  • the water returns from the water tank 61 to the water tank 61 via the second pipe 662, the shower head 23, the reaction vessel 21, the fourth pipe 664, the separation tank 63 and the return pipe, and from the water tank 61 to the second pipe. 662, the shower head 23, the reaction vessel 21, the third pipe 663, the cooling tank 65, and a path returning to the water tank 61 through the water pipe.
  • the water consumed by the chemical reaction when generating hydrogen and the water supplied to the shower head 23 due to the time lag of the generation process in the separation tank 63 are insufficient, the water is appropriately replenished from the outside, The water level is maintained within a predetermined range.
  • the reaction product precipitated at the bottom of the separation tank 63 is appropriately taken out and water is replenished.
  • the extracted reaction products, magnesium hydroxide and magnesium oxide, are used for the production of magnesium hydride.
  • the carrier gas for transporting magnesium hydride into the reaction vessel 21 is generated by a chemical reaction in the reaction vessel 21, and is a second pipe 662, a cooling tank 65, an air supply pipe, a hydrogen tank 71, an insertion pipe, and a second branch pipe. And it returns to the reaction container 21 through the 1st pipe
  • the hydrogen generating material in the hydrogen generating material container 31 is consumed by the chemical reaction of formula (1) or formula (2).
  • the hydrogen generating material is replenished by appropriately replacing the hydrogen generating material container 31 in which the internal hydrogen generating material is empty.
  • the hydrogen generator 10 of the present embodiment performs replacement of the hydrogen generating material container 31 filled with the hydrogen generating material, removal of the reaction product precipitated in the separation tank 63, and replenishment of water. Thus, it is possible to generate hydrogen continuously for a long time.
  • the pressure of each part of the hydrogen generator 10 is controlled by the controller 40 so as to have the relationship shown in Expression (7).
  • P0 is the pressure inside the first reservoir tank 73.
  • P1 is the pressure inside the hydrogen generating material container 31.
  • P2 is the pressure inside the first pipe 661.
  • P3 is the pressure inside the reaction vessel 21.
  • FIG. 6 is a flowchart showing the flow of processing of the program. The operation of the hydrogen generator 10 will be described with reference to FIG. Note that the first valve 561 to the sixth valve 566 are closed at the start of the program shown in FIG. Further, the space inside the hydrogen generator 10 is filled with hydrogen or is in a vacuum state.
  • CPU41 transmits an open signal to the drive circuit of the 1st valve 561.
  • the drive circuit of the first valve 561 opens the first valve 561 according to the received open signal.
  • water is injected into the reaction vessel 21 (step S501).
  • the CPU 41 Based on the output of a sensor such as a water level meter attached to the reaction vessel 21 or a sensor such as a flow meter 53 attached to the second pipe 662, the CPU 41 receives water up to a predetermined level higher than the injection port 24. Determine that it has been stored.
  • a sensor such as a water level meter attached to the reaction vessel 21 or a sensor such as a flow meter 53 attached to the second pipe 662.
  • the CPU 41 issues a start signal to the drive circuit of the heater 58.
  • the drive circuit of the heater 58 activates the heater 58 according to the received activation signal.
  • the water in the reaction vessel 21 is heated by the heat generated by the heater 58 (step S502).
  • the CPU 41 determines that the temperature of the water stored in the reaction vessel 21 has reached a predetermined temperature based on the output of a sensor such as a thermometer 52 attached to the reaction vessel 21.
  • CPU41 opens the 2nd valve 562 and the 3rd valve 563, and pressurizes the inside of hydrogen generating material container 31 to pressure P1 using the pressure of hydrogen in the 1st reservoir tank 73 (Step S503).
  • the CPU 41 opens the fourth valve 564 and causes the carrier gas to flow through the first pipe 661.
  • the CPU 41 issues a drive signal to the drive circuit of the motor 33.
  • the drive circuit of the motor 33 rotates the motor 33 according to the received drive signal. In the following description, description of the operation of the drive circuit of the motor 33 is omitted, and “CPU 41 rotates the motor 33” is described.
  • the CPU 41 controls the motor 33 and each valve 56 to inject a hydrogen generating material into the reaction vessel 21 (step S504).
  • the CPU41 confirms that the predetermined amount of hydrogen is produced
  • the CPU 41 switches the carrier gas conduit by closing the second valve 562 and opening the fifth valve 565 (step S506). Thereafter, a part of the hydrogen generated in the reaction vessel 21 is used as a carrier gas for the hydrogen generating material.
  • the CPU 41 normally operates the hydrogen generator 10 based on the data acquired from each sensor (step S507). An example of processing executed by the CPU 41 during normal operation will be described.
  • the CPU 41 controls the output of the heater 58 and the first valve 561 to keep the reaction vessel 21 at a predetermined temperature.
  • the chemical reaction between the hydrogen generating material and water is an exothermic reaction. If the amount of heat generated is sufficient, the CPU 41 stops the heater 58. When the amount of heat generation is further large, the CPU 41 opens the first valve 561 and increases the amount of water sprayed into the reaction vessel 21.
  • the CPU 41 operates the cooling device 54 to cool the reaction vessel 21 to a predetermined temperature.
  • the temperature of the reaction vessel 21 is sufficiently lowered due to the water spraying by the shower head 23 and the operation of the cooling device 54, the rate of the chemical reaction described using the equation (1) or the like is reduced, and heat is generated. The amount is reduced.
  • the CPU 41 controls the first valve 561 to increase the amount of water sprayed from the shower head 23 and suppress the bubbles.
  • the CPU 41 controls the sixth valve 566 to take out water containing the reaction product into the separation tank 63 while maintaining the amount of water inside the reaction vessel 21 at a predetermined amount.
  • the CPU 41 controls the motor 33 to increase the amount of the hydrogen generating material to be injected into the reaction vessel 21.
  • the CPU 41 controls the motor 33 to reduce the amount of the hydrogen generating material injected into the reaction vessel 21.
  • the CPU 41 periodically determines whether or not the hydrogen generating material container 31 is emptied during the above-described normal operation (step S508). When it is determined that the space is emptied (YES in step S508), the CPU 41 closes the third valve 563 connected to the emptied hydrogen generating material container 31 and connects the third valve 563 connected to the new hydrogen generating material container 31. Open valve 563.
  • the hydrogen generating material container 31 is switched by the processing by the CPU 41 described above (step S509).
  • CPU41 outputs the notification regarding having switched the hydrogen generating material container 31 to the output part 45 (step S510).
  • the output unit 45 is a liquid crystal display device or an organic EL display device, a screen indicating that the hydrogen generating material container 31 has been replaced is displayed.
  • the output unit 45 includes a warning light, the warning light corresponding to the empty hydrogen generating material container 31 is turned on.
  • the CPU 41 may transmit a notification to a management computer or the like via the communication unit 46 and a network (not shown).
  • the management computer or the like that has received the notification outputs the content of the received notification in a manner that the user of the hydrogen generator 10 can recognize.
  • the CPU 41 may output a notification when the unused hydrogen generating material container 31 falls below a predetermined quantity.
  • step S511 determines whether an abnormality has occurred in the hydrogen generator 10 based on the data acquired from each sensor (step). S511). Note that the determination criterion in step S511 is stored in advance in the main storage device 42 or the auxiliary storage device 43.
  • step S512 the CPU 41 outputs a maintenance request to the output unit 45 (step S512).
  • the output unit 45 is a liquid crystal display device or an organic EL display device, a screen indicating that an abnormality has occurred in the hydrogen generator 10 is displayed.
  • the output unit 45 includes a warning light, the warning light corresponding to the occurrence of an abnormality in the hydrogen generator 10 is turned on.
  • the CPU 41 may transmit a notification to a management computer or the like via the communication unit 46 and a network (not shown).
  • the management computer or the like that has received the notification outputs the content of the received notification in a manner that the user of the hydrogen generator 10 can recognize.
  • the CPU 41 determines whether it is possible to continue driving safely based on the data acquired from each sensor (step S513). If it is determined that the operation can be continued (YES in step S513) and if it is determined that no abnormality has occurred (NO in step S511), the CPU 41 returns to step S507.
  • step S513 the CPU 41 stops the operation of the hydrogen generator 10 (step S514). Specifically, the CPU 41 reacts by stopping the motor 33, stopping the heater 58, stopping the carrier gas by closing the second valve 562, the third valve 563, the fourth valve 564, and the fifth valve 565, for example. The chemical reaction inside the container 21 can be stopped.
  • the CPU 41 closes the first valve 561 and the sixth valve 566 and stops the water circulation.
  • the CPU 41 also stops the cooling device 54.
  • the hydrogen generator 10 stops operating. Thereafter, the CPU 41 ends the process.
  • the components of the hydrogen generator 10 that are actively operated such as the pump 57, the compressor 59, and the cooling tank 65, are also controlled by the CPU 41 through the respective drive circuits. .
  • the hydrogen generator 10 capable of continuous operation for a long time. According to the present embodiment, since hydrogen is used as the carrier gas, it is possible to provide the hydrogen generator 10 that generates high-purity hydrogen.
  • the hydrogen generator 10 since water and carrier gas are circulated and used, it is possible to provide the hydrogen generator 10 that can be operated stand-alone without being connected to an external water pipe or the like. According to the present embodiment, it is possible to provide the hydrogen generator 10 capable of automatic operation.
  • the hydrogen generator 10 that can be operated for a long time by exchanging the hydrogen generating material container 31. According to the present embodiment, since the reaction product can be reprocessed and the hydrogen generating material container 31 can be reused, it is possible to provide the hydrogen generator 10 with a low environmental load.
  • the present embodiment relates to a hydrogen generator 10 that uses a tapered screw 32. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 7 is a schematic cross-sectional view of the hydrogen generating material container 31 according to the second embodiment.
  • the screw 32 is a tapered tapered spiral along the inner surface of the lower part of the hydrogen generating material container 31.
  • the CPU 41 can accurately control the supply amount of the hydrogen generating material.
  • the present embodiment relates to a hydrogen generator 10 that uses a hydrogen generating material container 31 having a stepped shape. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of the hydrogen generating material container 31 according to the third embodiment.
  • the screw 32 is a spiral having a uniform diameter, similar to the screw 32 of the first embodiment described with reference to FIG.
  • the hydrogen generating material container 31 has a substantially cylindrical shape with a step, and the inner diameter of the lower part is substantially the same as the outer shape of the screw 32.
  • the portion where the screw 32 and the inner surface of the hydrogen generating material container 31 are in contact with each other is long, the hydrogen generating material is less likely to leak from the gap between them. Therefore, the CPU 41 can accurately control the supply amount of the hydrogen generating material. Furthermore, since the diameter of the screw 32 is uniform, manufacture is easy.
  • the present embodiment relates to a hydrogen generator 10 that takes out a hydrogen generating material from a hydrogen generating material container 31 using a jet pump 36. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 9 is a schematic cross-sectional view of the hydrogen generating material container 31 according to the fourth embodiment.
  • a bottomed cylindrical or grooved connection port 38 is provided at the bottom of the hydrogen generating material container 31.
  • the jet pump 36 is connected to a first branch pipe 681 that branches from the first pipe 661.
  • a second branch pipe 682 is connected from the jet pump 36 to the connection port 38.
  • a third branch pipe 683 is connected to the downstream side of the first pipe 661 from the opposite side of the connection port 38.
  • the second branch pipe 682 and the third branch pipe 683 can be attached to and detached from the connection port 38 by a joint member (not shown). Therefore, the connection port 38 can be attached to and detached from the first pipe 661 via the first branch pipe 681, the jet pump 36, the second branch pipe 682, and the third branch pipe 683.
  • connection port 38 and the second branch pipe 682 are covered with a net having an opening that does not allow the hydrogen generating material to pass through.
  • the boundary between the connection port 38 and the third branch pipe 683 is covered with a net through which the hydrogen generating material passes when a strong pressure is applied, that is, a net having an opening of the same size as the particle size of the hydrogen generating material.
  • Jet pump 36 takes in hydrogen through first branch pipe 681 and intermittently sends high-pressure hydrogen to second branch pipe 682.
  • the hydrogen generating material that has passed through the net by pressure enters the first pipe 661 through the third branch pipe 683, is transported by the carrier gas, and is injected into the reaction vessel 21.
  • the structure of the hydrogen generating material container 31 is simple, it is possible to reduce the weight.
  • the present embodiment relates to a hydrogen generator 10 that extracts a hydrogen generating material from a hydrogen generating material container 31 by gravity and a pressure difference. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view of the hydrogen generating material container 31 according to the fifth embodiment.
  • the bottom of the hydrogen generating material container 31 and the first pipe 661 are connected by a cylindrical connection port 38.
  • the connection port 38 has a seventh valve 567.
  • the seventh valve 567 is controlled by the CPU 41.
  • the hydrogen generating material is fed into the first pipe 661 due to gravity and the pressure of hydrogen supplied via the third valve 563, and is transported by the carrier gas to be contained in the reaction vessel 21. Is injected into.
  • the structure of the hydrogen generating material container 31 is simple, it is possible to reduce the weight. Furthermore, according to the present embodiment, since the jet pump 36 is unnecessary, it is possible to provide the hydrogen generator 10 having a simple structure and easy maintenance.
  • the present embodiment relates to a hydrogen generator 10 that reuses water generated at a hydrogen supply destination. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 11 is a schematic diagram of the hydrogen generator 10 according to the sixth embodiment.
  • the hydrogen tank 71 is connected to the fuel cell 80 via a hydrogen release pipe 75.
  • the fuel cell 80 is connected to the water tank 61 via a fifth pipe 665 and a pump (not shown).
  • Water generated at the positive electrode flows into the water tank 61 via the fifth pipe 665 and is supplied to the shower head 23 via the second pipe 662.
  • the hydrogen generator 10 that recovers the water generated in the fuel cell 80 and is used for the hydrolysis of the hydrogen generating material described using the formula (1) and the like. is there. Therefore, the amount of water replenished from the outside can be saved, and the hydrogen generator 10 having a low environmental load can be provided.
  • the present embodiment relates to a hydrogen generator 10 that supplies a hydrogen generating material also from a shower head 23. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 12 is a schematic diagram of the hydrogen generator 10 of the seventh embodiment.
  • the shower head 23 is connected to the suspension container 81 via a first valve 561 and a second pipe 662 including a pressurizing pump (not shown).
  • the suspension container 81 is connected to the water tank 61 through a sixth pipe 666 having a ninth valve 569 in the middle. Furthermore, the suspension container 81 is connected to the second hydrogen generating material container 85 via a supply pipe 84 having a supply valve 83 in the middle.
  • a motor 823 is fixed to the upper part of the suspension container 81.
  • a rotating shaft 824 fixed to the motor 823 protrudes into the suspension container 81, and an impeller 825 is fixed to the tip.
  • the impeller 825 rotates and stirs the inside of the suspension container 81.
  • the motor 823, the rotating shaft 824, and the impeller 825 are an example of the stirrer 82 that stirs the liquid in the suspension container 81.
  • a second cooling device 542 is attached to the outside of the suspension container 81.
  • the second cooling device 542 is a device that cools the suspension container 81 by water cooling or air cooling. When the temperature of the suspension container 81 is higher than the predetermined temperature, the second cooling device 542 operates to cool the suspension container 81.
  • the predetermined temperature is, for example, a temperature in a range where the temperature of the suspension in the suspension container 81 is 0 ° C. or higher and 20 ° C. or lower. It is further desirable that the temperature of the suspension be in the range of 0 ° C. or higher and 15 ° C. or lower. It is further desirable that the temperature of the suspension be in the range of 5 ° C. to 10 ° C. By keeping the suspension container 81 at a low temperature, it is possible to prevent the hydrogen generating material and water from reacting inside the suspension container 81 to generate hydrogen.
  • the supply valve 83 is opened to supply the hydrogen generating material into the suspension container 81.
  • the stirrer 82 stirs the suspension container 81, the hydrogen generating material is dispersed in water to become a suspension.
  • the shower head 23 sprays the suspension in the reaction vessel 21.
  • the concentration of the suspension in the suspension container 81 is controlled by the supply valve 83 and the ninth valve 569. After the supply valve 83 is closed for a certain period, the liquid in the suspension container 81 becomes water. The amount of suspension or water sprayed on the reaction vessel 21 is controlled by the first valve 561.
  • the hydrogen generator 10 may have a so-called bypass pipe that supplies water from the water tank 61 to the reaction vessel 21 without passing through the suspension vessel 81.
  • the hydrogen generating material can be supplied into the reaction vessel 21 from the shower head 23 in addition to the injection from the first pipe 661, the amount of generated hydrogen can be greatly increased as necessary. It is possible to provide the hydrogen generator 10 capable of
  • the hydrogen generator 10 of the present embodiment may not include the first reservoir tank 73.
  • the hydrogen generator 10 When the hydrogen generator 10 is activated, hydrogen generated by the hydrogen generating material in the suspension supplied from the shower head 23 to the reaction vessel 21 is stored in the hydrogen tank 71. After the pressure in the hydrogen tank 71 is sufficiently increased, the hydrogen generating material can be injected into the reaction vessel 21 through the first pipe 661.
  • the present embodiment relates to the hydrogen generator 10 in which the second pipe 672 is directly connected to the upper part of the reaction vessel 21. Description of portions common to the first embodiment is omitted.
  • FIG. 13 is a schematic diagram of the hydrogen generator 10 of the eighth embodiment.
  • the reaction vessel 21 is connected to the water tank 61 via a second pipe 662 having a first valve 561 on the way.
  • the baffle plate 22 has a hole at a position directly below the opening of the second tube 662.
  • the second pipe 662 may be branched into a plurality of pipes and connected to the reaction vessel 21.
  • the reaction vessel 21 When water falls into the reaction vessel 21 from the plurality of openings, it is possible to prevent uneven concentration of the water and the hydrogen generating material in the reaction vessel 21.

Abstract

長時間の連続運転が可能な水素生成装置等を提供すること。　水素生成装置（１０）は、反応容器（２１）の内部に水を散布するシャワーヘッド（２３）と、水素をキャリアガスに用いて前記反応容器（２１）の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管（６６１）と、前記反応容器（２１）の上部に接続され、前記シャワーヘッド（２３）により供給されて前記反応容器（２１）内に貯留した水と前記第１管（６６１）により供給された前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管（６６３）とを備える。

Description

水素生成装置および水素生成方法
　本発明は、水素生成装置および水素生成方法に関する。
　水素を燃料にして発電する燃料電池が、広範な技術分野において使用されている。燃料電池に供給する水素を、水素化マグネシウム粒子の加水分解によって生成する水素生成装置が提案されている（特許文献１）。
特開２００９－９９５３４号公報
　しかしながら、特許文献１に記載の水素生成装置は、長時間の連続運転には適さないという問題点がある。
　一つの側面では、長時間の連続運転が可能な水素生成装置等を提供することを目的とする。
　水素生成装置は、反応容器の内部に水を散布するシャワーヘッドと、水素をキャリアガスに用いて前記反応容器の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管と、前記反応容器の上部に接続され、前記シャワーヘッドにより供給されて前記反応容器内に貯留した水と前記第１管により供給された前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管とを備える。
　水素生成装置は、前記反応容器と前記第３管との接続部と、前記シャワーヘッドとの間に配置された邪魔板を備える。
　水素生成装置は、前記第１管は、前記第３管から流出した水素をキャリアガスに用いる。
　水素生成装置は、前記第１管は、前記反応容器の内壁に沿って前記水素発生材を噴射する。
　水素生成装置は、前記水素発生材を収容し、前記第１管と着脱可能に接続された接続口を有する水素発生材容器を備える。
　水素発生材容器は、回転により前記水素発生材を前記第１管内に送り出すスクリューを有する。
　水素生成装置は、前記反応容器の下部に設けられた排水口から排出した水と反応生成物とを分離する分離槽を備え、前記シャワーヘッドは、前記分離槽で分離した水を散布する。
　水素発生材は、水素化マグネシウムである。
　水素生成装置は、前記第３管から流出させた水素を消費した燃料電池により生成された水が流入する第５管を備え、前記第５管から流入した水が前記シャワーヘッドに供給される。
　水素生成方法は、反応容器の内部に水を散布し、前記反応容器に接続された第１管を介して、粉状の水素発生材と水素とを前記反応容器内に供給し、前記反応容器の上部に接続された第３管より、前記反応容器内に貯留した水と前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる。
　水素生成装置は、水に水素発生材が懸濁した懸濁液を反応容器の内部に散布するシャワーヘッドと、前記反応容器の上部に接続され、前記シャワーヘッドにより供給されて前記反応容器内に貯留した前記水と前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管とを備える。
　水素生成装置は、水素をキャリアガスに用いて前記反応容器の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管を備える。
　水素生成装置は、水素をキャリアガスに用いて反応容器の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管と、前記反応容器の内部に水を供給する第２管と、前記反応容器の上部に接続され、前記第２管により供給されて前記反応容器内に貯留した水と前記第１管により供給された前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管とを備える。
　水素生成方法は、粉状の水素発生材を水に懸濁させた懸濁液を反応容器の内部に散布し、前記反応容器の上部に接続された第３管より、散布されて前記反応容器内に貯留した前記水と前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる。
　一つの側面では、長時間の連続運転が可能な水素生成装置を提供することができる。
水素生成装置の模式図である。 水素生成装置の制御系のブロック図である。 水素発生材容器の模式図である。 １個の水素発生材容器の模式断面図である。 図１におけるＶ－Ｖ線による反応容器の模式断面図である。 プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。 実施の形態２の水素発生材容器の模式断面図である。 実施の形態３の水素発生材容器の模式断面図である。 実施の形態４の水素発生材容器の模式断面図である。 実施の形態５の水素発生材容器の模式断面図である。 実施の形態６の水素生成装置の模式図である。 実施の形態７の水素生成装置の模式図である。 実施の形態８の水素生成装置の模式図である。
［実施の形態１］
　図１は、水素生成装置１０の模式図である。水素生成装置１０は、反応容器２１、水素発生材容器３１、水タンク６１、分離槽６３、冷却槽６５、水素タンク７１、第１リザーバタンク７３および第２リザーバタンク７４を備える。図１を使用して、本実施の形態の水素生成装置１０の概要を説明する。
　反応容器２１は円形断面の中空容器である。なお、反応容器２１の断面形状は、円形以外の形状であっても良い。反応容器２１の外側には、ヒータ５８および冷却装置５４が取り付けられている。冷却装置５４は、反応容器２１を水冷または空冷等により冷却する装置である。
　反応容器２１の内側には、上部に邪魔板２２が固定されている。邪魔板２２は、反応容器２１の内径よりも若干小さい直径を有する無孔の円板である。邪魔板２２の縁と、反応容器２１の内面との間には、気体が通過可能な隙間２６が設けられている。なお、邪魔板２２は、網状または多数の孔を備えるパンチングボード状等でも良い。
　邪魔板２２の下にシャワーヘッド２３が設けてある。シャワーヘッド２３は、途中に第１バルブ５６１および図示しない加圧ポンプを備える第２管６６２を介して水タンク６１に接続されている。水タンク６１は、第２管６６２を介してシャワーヘッド２３に水を供給する。シャワーヘッド２３は、反応容器２１内に水を散布する。散布する水の量は、第１バルブ５６１により制御される。
　なお、本実施の形態においては、シャワーヘッド２３は２段に設けられており、上側のシャワーヘッド２３から散布された水の落下を妨げない様に、下側のシャワーヘッド２３が配置されている。シャワーヘッド２３は、１段でも良いし、３段以上でも良い。
　反応容器２１の天面の中央付近に設けられた接続部は、第３管６６３を介して冷却槽６５と接続されている。冷却槽６５は、送気管を介して水素タンク７１と接続されている。さらに冷却槽６５は、送水管を介して水タンク６１と接続されている。
　反応容器２１の底は、下に向けて径が小さくなるテーパ部を有する。テーパ部の最下部に、後述する化学反応により生成する反応生成物、たとえば水酸化マグネシウムおよび酸化マグネシウム等を含む水を排出する排水口２５が設けられている。排水口２５は、途中に第６バルブ５６６を備える第４管６６４を介して分離槽６３に接続されている。分離槽６３は上澄み液を流すオーバーフロー管６７を介して複数が直列に接続されている。最後の分離槽６３は、途中にポンプ５７を備える戻り管を介して水タンク６１に接続されている。
　水素タンク７１は、途中に圧縮機５９、第５バルブ５６５および第２バルブ５６２を備える連通管を介して第１リザーバタンク７３と接続されている。圧縮機５９は、水素タンク７１内の水素を、反応容器２１内部の圧力Ｐ３よりも高い圧力に圧縮して連通管に供給する。連通管は、第５バルブ５６５と第２バルブ５６２との間の２箇所で分岐している。
　第５バルブ５６５に近い側から分岐する第１分岐管は、途中に第３バルブ５６３を備えており、水素発生材容器３１の上部に接続されている。第２バルブ５６２に近い側から分岐する第２分岐管は、途中に第４バルブ５６４を備えており、第１管６６１を介して反応容器２１の中央部に接続されている。第１管６６１に、後述する様に水素発生材容器３１が接続されている。
　水素タンク７１には、水素放出管７５が接続されている。第２リザーバタンク７４は、途中に第８バルブ５６８を介する補給管を介して、水素放出管７５に接続されている。
　水素発生材容器３１には、水と反応して水素を発生する水素発生材の粉が収容されている。水素発生材容器３１内の空間には、水素が充填されている。水素発生材は、たとえば水素化マグネシウムである。水素発生材に水素化マグネシウムを使用する場合には、以下の反応式により水素が発生する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000001
　式（１）は水素化マグネシウムと温水とが反応する場合の反応式、式（２）は水素化マグネシウムと高温の水蒸気とが反応する場合の反応式である。
　水素発生材は、マグネシウム粉、アルミニウム粉、鉄粉、またはカルシウム粉等でも良い。これらの水素発生材を使用する場合には、それぞれ以下の反応式により水素が発生する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000002
　以下の説明では、水素発生材に水素化マグネシウムを使用し、主に式（１）の反応により水素を発生させる場合を例にして説明する。なお、温度および圧力等の反応条件によっては、式（１）の反応と平行して式（２）の反応も生じる可能性がある。
　水素化マグネシウムは、平均粒径が１ミリメートル以下、望ましくは平均粒径が１００マイクロメートル以下の粉体である。水素化マグネシウムの平均粒径は、たとえば５０マイクロメートル、１５マイクロメートル、５マイクロメートルまたは１マイクロメートル以下でも良い。水素化マグネシウムの平均粒径および粒度分布は、必要な反応速度、コストおよび水素発生材容器３１の構成等に応じて、適宜選択される。水素発生材容器３１の詳細については、後述する。
　反応容器２１には、第１管６６１との接続部の上まで水が貯留される。反応容器２１の内部は、温度が９５℃から２００℃、圧力が０．２メガパスカル以上、１メガパスカル未満に調整される。
　第１管６６１を介して、反応容器２１内の水に水素化マグネシウムの粉が噴射される。この際、キャリアガスに水素を使用する。式（１）の反応式により、水素および水酸化マグネシウムが発生する。式（２）の反応式により、水素および酸化マグネシウムが発生する。これらの反応により泡が発生するが、シャワーヘッド２３から水面に向けてほぼ一様に散布される水により、泡の盛り上がりは抑制される。泡の発生量が多く、反応容器２１の上部まで泡が盛り上がった場合であっても、邪魔板２２の作用により泡は第３管６６３の内部に進入しない。
　なお、邪魔板２２およびシャワーヘッド２３の形状および配置は、泡の盛り上がりを効果的に抑制する様に、適宜選択される。たとえば、邪魔板２２は、上側のシャワーヘッド２３と下側のシャワーヘッド２３との間に配置されていても良い。邪魔板２２は、下側のシャワーヘッド２３の下側に配置されていても良い。これらの場合、邪魔板２２はシャワーヘッド２３の放水を妨げない形状および位置に配置される。
　発生した水素は、水が熱せられて生じた水蒸気と混ざる。水素と水蒸気とは、隙間２６および第３管６６３を通って冷却槽６５に入り、水と水素とに分離される。分離された水は、送水管を通って水タンク６１に入る。
　分離された水素は、送気管を通って水素タンク７１に入る。水素タンク７１から水素放出管７５を介して図示しない燃料電池等の供給先に、水素が供給される。
　反応容器２１の下部に設けた排水口２５から反応生成物である水酸化マグネシウムおよび酸化マグネシウムを含む水が流出し、第４管６６４を介して分離槽６３に流れ込む。分離槽６３内で、水酸化マグネシウムおよび酸化マグネシウムは沈殿する。分離槽６３からオーバーフロー管６７を介して、上澄みの水が隣の分離槽６３に流れ込む。
　複数の分離槽６３を経由することにより精製された水が、ポンプ５７により加圧され、戻り管を介して水タンク６１に戻る。水タンク６１から第２管６６２を介してシャワーヘッド２３に水が供給される。分離槽６３の底に溜まった沈殿物は、適宜取り出され、水素化マグネシウムの製造に利用される。
　水素を発生させる際の化学反応により消費された水および、分離槽６３における生成処理のタイムラグ等によりシャワーヘッド２３に供給する水が不足する場合には、外部から適宜補給される。
　第１リザーバタンク７３について説明する。第１リザーバタンク７３の内部には、高い圧力Ｐ０で水素が充填されている。圧力Ｐ０は、たとえば１メガパスカル程度である。反応容器２１内における水素生成量が不足する場合には、第５バルブ５６５を閉じ、第２バルブ５６２を開き、第１リザーバタンク７３からキャリアガスを供給する。
　なお、第２バルブ５６２と第１リザーバタンク７３との間に圧縮機を設けても良い。反応容器２１で十分な量の水素を生成している場合に、連結管を介して水素タンク７１から供給される水素を加圧して、第１リザーバタンク７３に水素を補給することができる。
　第２リザーバタンク７４について説明する。第２リザーバタンク７４の内部には、圧力Ｐ４で水素が充填されている。圧力Ｐ４は、たとえば１メガパスカル弱である。燃料電池が水素を必要としているが、反応容器２１内における水素生成量が不足する場合には、第８バルブ５６８を開き、第２リザーバタンク７４から燃料電池に水素を供給する。
　なお、第８バルブ５６８と第２リザーバタンク７４との間に圧縮機を設けても良い。反応容器２１で十分な量の水素を生成している場合に、補給管を介して水素タンク７１から供給される水素を加圧して、第２リザーバタンク７４に水素を補給することができる。
　第２リザーバタンク７４の内部は、１メガパスカル未満の高圧にすることにより、できるだけ多くの水素を収容可能にする。これにより、燃料電池等に安定的に水素を供給することが可能である。
　反応容器２１、邪魔板２２、シャワーヘッド２３、水素発生材容器３１、冷却槽６５、水素タンク７１、第１リザーバタンク７３、第２リザーバタンク７４、第１管６６１、第３管６６３および各部の配管等の水素に曝露される部分は、ステンレス鋼製またはアルミニウム製であることが望ましい。
　図２は、水素生成装置１０の制御系のブロック図である。制御装置４０は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）４１、主記憶装置４２、補助記憶装置４３、入力部４４、出力部４５、通信部４６、入力Ｉ／Ｆ（Interface）４７、出力Ｉ／Ｆ４８およびバスを備える。本実施の形態の制御装置４０には、水素生成装置１０専用の装置を利用しても良いし、汎用のパーソナルコンピュータ等を利用しても良い。
　ＣＰＵ４１は、本実施の形態に係るプログラムを実行する演算制御装置である。ＣＰＵ４１には、一または複数のＣＰＵまたはマルチコアＣＰＵ等が使用される。ＣＰＵ４１は、バスを介して制御装置４０を構成するハードウェア各部と接続されている。
　主記憶装置４２は、ＳＲＡＭ（Static Random Access Memory）、ＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory）、フラッシュメモリ等の記憶装置である。主記憶装置４２には、
ＣＰＵ４１が行う処理の途中で必要な情報およびＣＰＵ４１で実行中のプログラムが一時的に保存される。
　補助記憶装置４３は、ＳＲＡＭ、フラッシュメモリ、ハードディスクまたは磁気テープ等の記憶装置である。補助記憶装置４３には、ＣＰＵ４１に実行させるプログラムおよびプログラムの実行に必要な各種情報が保存される。
　入力部４４は、たとえば、キーボード、タッチパネル、マウス等である。出力部４５は、たとえば液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置等である。出力部４５は、警告灯またはスピーカー等をさらに備えても良い。通信部４６は、ネットワークとの通信を行うインターフェイスである。
　入力Ｉ／Ｆ４７は、水素生成装置１０の各所に取り付けられた圧力計５１、温度計５２、流量計５３、および、水位計等の各種センサから、ＣＰＵ４１がデータを取得するインターフェイスである。出力Ｉ／Ｆ４８は、水素生成装置１０の各所に取り付けられたバルブ５６、ポンプ５７、ヒータ５８、および、冷却装置５４等に対する制御信号をＣＰＵ４１が送出するインターフェイスである。
　図３は、水素発生材容器３１の模式図である。本実施の形態においては、円筒形の水素発生材容器３１が４個並列に接続されている。本実施の形態においては、水素発生材容器３１は１個ずつ順番に使用し、使用中の水素発生材容器３１が空になった場合に、次の水素発生材容器３１の使用を開始する。
　水素生成装置１０のユーザは、定期的に、またはたとえば最後の１個の水素発生材容器３１の使用を開始した場合に、空になった水素発生材容器３１を新しい水素発生材容器３１と交換する。なお、水素発生材容器３１は、水素発生材を再充填することにより、再使用可能である。
　水素発生材容器３１の容量について、１ｋＷの燃料電池に水素を供給する場合を例にして説明する。１ｋＷの燃料電池は、１分間に標準状態で１０リットルの水素を消費する。式（１）に示す化学反応により水素を生成する場合、標準状態で１０リットルの水素を生成するには、５．８８グラムの水素化マグネシウムを使用する。
　したがって、水素発生材容器３１に１ｋｇの水素化マグネシウムが充填されている場合には、２．７時間連続して使用することができる。図３に示す様に４個の水素発生材容器３１を並列して接続する場合には、水素生成装置１０を１０時間以上連続して使用することができる。空になった水素発生材容器３１を適宜交換することにより、さらに長い時間水素生成装置１０を連続使用することが可能である。
　図４は、１個の水素発生材容器３１の模式断面図である。図３および図４を使用して、水素発生材容器３１の構成を説明する。
　水素発生材容器３１は円形断面の中空容器である。なお、水素発生材容器３１の断面形状は、円形以外の形状であっても良い。水素発生材容器３１は、上側に平板状である天板を備える。水素発生材容器３１は、下に向けて径が小さくなるテーパ部の端部に接続口３８を備える。接続口３８は、第１管６６１に接続されている。
　水素発生材容器３１の内側の下部に、テーパ部と同軸にスクリュー３２が配置されている。スクリュー３２は、一様な直径の螺旋状である。スクリュー３２の外径は、接続口３８の内径と略同一である。
　水素発生材容器３１の上に、モータ３３が固定されている。モータ３３の回転軸は、水素発生材容器３１の天板を貫通する軸３４を介してスクリュー３２に連結されている。モータ３３が回転することにより、軸３４とスクリュー３２とが一体になって回転する。
　それぞれの水素発生材容器３１の上側に接続された第３バルブ５６３の開度により、水素発生材容器３１内部の圧力Ｐ１が制御される。第１管６６１に接続された第４バルブ５６４の開度により、第１管６６１内部の圧力Ｐ２が、水素発生材容器３１内部の圧力Ｐ１よりも低く、反応容器２１内部の圧力Ｐ３よりも高い圧力に制御される。
　以上により、使用する水素発生材容器３１の上側から下側に向けて水素による圧力が加えられ、水素発生材容器３１中の水素発生材の、第３バルブ５６３側への逆流が防止される。
　スクリュー３２が回転することにより、スクリュー３２の螺旋状の溝と水素発生材容器３１の内面との間の水素発生材が、第１管６６１に押し出される。モータ３３の回転を制御することにより、水素発生材の押出量を制御することができる。
　第１管６６１に押し出された水素発生材は、水素の流れに乗って反応容器２１の内部に噴射される。キャリアガスが水素であるので、反応容器２１の上部の気体は、水素と、水蒸気により構成される。
　図５は、図１におけるＶ－Ｖ線による反応容器２１の模式断面図である。反応容器２１の内壁の接線方向に沿って設けられた噴射口２４に、第１管６６１が接続されている。図１および図５に矢印で示す様に、噴射口２４から反応容器２１の内壁に沿って斜め下向きに、キャリアガスと共に水素発生材が噴射される。
　水素発生材は、反応容器２１の内壁に沿って斜め下向きに流れながら、水と反応する。キャリアガスの流れが反応容器２１内の水を攪拌することにより、水素発生材が水中にむら無く拡散する。なお、反応容器２１は、噴射口２４を複数備えても良い。
　以上に説明した、水素生成装置１０内の物質の流れについて、簡単にまとめる。水は、水タンク６１から、第２管６６２、シャワーヘッド２３、反応容器２１、第４管６６４、分離槽６３および戻り管を経て水タンク６１に戻る経路と、水タンク６１から、第２管６６２、シャワーヘッド２３、反応容器２１、第３管６６３、冷却槽６５および送水管を経て水タンク６１に戻る経路とを循環する。
　水素を発生させる際の化学反応により消費された水および、分離槽６３における生成処理のタイムラグ等によりシャワーヘッド２３に供給する水が不足する場合には、外部から適宜補給され、反応容器２１内の水位が所定の範囲に維持される。
　水素生成装置１０を長時間連続運転する際には、分離槽６３の底に沈殿した反応生成物を適宜取り出すとともに、水を補充する。取り出された反応生成物である、水酸化マグネシウムおよび酸化マグネシウムは、水素化マグネシウムの製造に利用される。
　反応容器２１内に水素化マグネシウムを搬送するキャリアガスは、反応容器２１内の化学反応により発生して、第２管６６２、冷却槽６５、送気管、水素タンク７１、挿通管、第２分岐管および第１管６６１を経て反応容器２１に戻る。したがって、定常運転中は第１リザーバタンク７３からキャリアガスを供給し続ける必要が無く、第１リザーバタンク７３の容量を小さくすることが可能である。
　水素発生材容器３１内の水素発生材は、式（１）または式（２）の化学反応により消費される。水素生成装置１０を長時間連続運転する場合には、内部の水素発生材が空になった水素発生材容器３１を適宜交換する等により、水素発生材を補充する。
　以上に説明したとおり、本実施の形態の水素生成装置１０は、水素発生材を充填した水素発生材容器３１の交換、分離槽６３内に沈殿した反応生成物の除去および水の補充を行うことにより、長時間連続して水素を生成することが可能である。
　水素生成装置１０の各部の圧力は、制御装置４０により式（7）に示す関係を有する様に制御される。
　　　Ｐ０＞Ｐ１＞Ｐ２＞Ｐ３　……　（７）
　　Ｐ０は、第１リザーバタンク７３内部の圧力。
　　Ｐ１は、水素発生材容器３１内部の圧力。
　　Ｐ２は、第１管６６１内部の圧力。
　　Ｐ３は、反応容器２１内部の圧力。
　図６は、プログラムの処理の流れを示すフローチャートである。図６を使用して、水素生成装置１０の動作を説明する。なお、図６に示すプログラムの開始時点では、第１バルブ５６１から第６バルブ５６６までは閉じている。また、水素生成装置１０の内部の空間には、水素が充満しているか、または、真空状態になっている。
　ＣＰＵ４１は、第１バルブ５６１の駆動回路に対して開信号を送信する。第１バルブ５６１の駆動回路は、受信した開信号に従って第１バルブ５６１を開く。第１バルブ５６１が開くことにより、反応容器２１の内部に水が注入される（ステップＳ５０１）。
　なお、以下の説明においては、第１バルブ５６１の駆動回路の動作の記載を省略して、「ＣＰＵ４１は第１バルブ５６１を開いて反応容器２１の内部に水を注入する。」の様に記載する。第１バルブ５６１以外の各バルブの駆動回路についても、同様である。
　ＣＰＵ４１は、反応容器２１に取り付けられた水位計などのセンサ、または、第２管６６２に取り付けられた流量計５３等のセンサの出力に基づいて、噴射口２４よりも高い所定の水位まで水が貯留したことを判定する。
　ＣＰＵ４１は、ヒータ５８の駆動回路に対して起動信号を発する。ヒータ５８の駆動回路は、受信した起動信号に従って、ヒータ５８を起動する。ヒータ５８が発生する熱により、反応容器２１内の水が加熱される（ステップＳ５０２）。
　なお、以下の説明においては、ヒータ５８の駆動回路の動作の記載を省略して、「ＣＰＵ４１はヒータ５８を起動して、反応容器２１内の水を加熱する。」の様に記載する。
　ＣＰＵ４１は、反応容器２１に取り付けられた温度計５２などのセンサの出力に基づいて、反応容器２１内に貯留した水の温度が所定の温度に達したことを判定する。ＣＰＵ４１は、第２バルブ５６２と第３バルブ５６３とを開き、第１リザーバタンク７３内の水素の圧力を用いて、水素発生材容器３１の内部を圧力Ｐ１に加圧する（ステップＳ５０３）。
　ＣＰＵ４１は、第４バルブ５６４を開いて、第１管６６１にキャリアガスを流す。ＣＰＵ４１は、モータ３３の駆動回路に対して駆動信号を発する。モータ３３の駆動回路は、受信した駆動信号に従って、モータ３３を回転させる。なお、以下の説明においては、モータ３３の駆動回路の動作の記載を省略して、「ＣＰＵ４１はモータ３３を回転する」の様に記載する。
　モータ３３の回転に伴い、スクリュー３２が回転して、水素発生材容器３１内の水素発生材が、第１管６６１内に押し出され、キャリアガスにより搬送されて、反応容器２１内に噴射される。すなわち、ＣＰＵ４１は、モータ３３および各バルブ５６を制御して、反応容器２１内に水素発生材を噴射する（ステップＳ５０４）。
　ＣＰＵ４１は、反応容器２１内部の圧力センサ等から取得したデータに基づいて、所定の量の水素が生成されていることを確認する（ステップＳ５０５）。ＣＰＵ４１は、第２バルブ５６２を閉じ、第５バルブ５６５を開くことにより、キャリアガスの管路を切り替える（ステップＳ５０６）。以後、反応容器２１で生成した水素の一部が水素発生材のキャリアガスに使用される。
　ＣＰＵ４１は、各センサから取得したデータに基づいて、水素生成装置１０を通常運転する（ステップＳ５０７）。通常運転時にＣＰＵ４１が実行する処理の例を説明する。
　ＣＰＵ４１はヒータ５８の出力および第１バルブ５６１を制御して、反応容器２１を所定の温度に保つ。なお、水素発生材と水との化学反応は発熱反応である。発熱量が十分である場合には、ＣＰＵ４１はヒータ５８を停止する。さらに発熱量が多い場合には、ＣＰＵ４１は第１バルブ５６１を開いて、反応容器２１内に散布する水の量を増やす。
　化学反応が激しく、発熱量が非常に多い場合には、ＣＰＵ４１は冷却装置５４を動作させて、反応容器２１を所定の温度まで冷却する。シャワーヘッド２３による水の散布および冷却装置５４の動作により、反応容器２１の温度が十分に低下した場合には、式（１）等を使用して説明した化学反応の速度が低下して、発熱量が少なくなる。
　化学反応により発生した泡が多い場合には、ＣＰＵ４１は第１バルブ５６１を制御してシャワーヘッド２３から散布する水の量を増やして泡を抑制する。
　ＣＰＵ４１は、第６バルブ５６６を制御して、反応容器２１内部の水の量を所定の量に維持しながら、反応生成物を含む水を分離槽６３に取り出す。燃料電池等から水素供給量の増加を要求された場合には、ＣＰＵ４１はモータ３３を制御して反応容器２１に噴射する水素発生材の量を増やす。燃料電池等から水素供給量の減少を要求された場合には、ＣＰＵ４１はモータ３３を制御して反応容器２１に噴射する水素発生材の量を減らす。
　ＣＰＵ４１は、上述の通常運転中に周期的に、水素発生材容器３１が空になったか否かを判定する（ステップＳ５０８）。空になったと判定した場合（ステップＳ５０８でＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は空になった水素発生材容器３１に接続されている第３バルブ５６３を閉じ、新しい水素発生材容器３１に接続されている第３バルブ５６３を開く。以上のＣＰＵ４１による処理により、水素発生材容器３１が切り替えられる（ステップＳ５０９）。
　ＣＰＵ４１は、出力部４５に水素発生材容器３１を切り替えたことに関する通知を出力する（ステップＳ５１０）。出力部４５が液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置である場合には、水素発生材容器３１が交換されたことを示す画面が表示される。出力部４５が、警告灯を備える場合には、空になった水素発生材容器３１に対応する警告灯が点灯する。
　ＣＰＵ４１は、通信部４６および図示しないネットワークを介して管理用のコンピュータ等に通知を送信しても良い。通知を受信した管理用のコンピュータ等は、水素生成装置１０のユーザが認識できる態様により、受信した通知の内容を出力する。ＣＰＵ４１は、未使用の水素発生材容器３１が所定の数量を下回った場合に通知を出力しても良い。
　空になっていないと判定した場合（ステップＳ５０８でＮＯ）またはステップＳ５１０の終了後、ＣＰＵ４１は各センサから取得したデータに基づいて水素生成装置１０に異常が生じているか否かを判定する（ステップＳ５１１）。なお、ステップＳ５１１の判定基準はあらかじめ主記憶装置４２または補助記憶装置４３に記憶されている。
　異常が生じていると判定した場合（ステップＳ５１１でＹＥＳ）、ＣＰＵ４１は出力部４５にメンテナンス要求を出力する（ステップＳ５１２）。出力部４５が液晶表示装置または有機ＥＬ表示装置である場合には、水素生成装置１０に異常が生じていることを示す画面が表示される。出力部４５が、警告灯を備える場合には、水素生成装置１０の異常発生に対応する警告灯が点灯する。
　ＣＰＵ４１は、通信部４６および図示しないネットワークを介して管理用のコンピュータ等に通知を送信しても良い。通知を受信した管理用のコンピュータ等は、水素生成装置１０のユーザが認識できる態様により、受信した通知の内容を出力する。
ＣＰＵ４１は、各センサから取得したデータに基づいて安全に運転を継続することが可能であるか否かを判定する（ステップＳ５１３）。継続可能であると判定した場合（ステップＳ５１３でＹＥＳ）、および、異常が生じていないと判定した場合（ステップＳ５１１でＮＯ）、ＣＰＵ４１はステップＳ５０７に戻る。
　継続不可能であると判定した場合（ステップＳ５１３でＮＯ）、ＣＰＵ４１は水素生成装置１０の動作を停止する（ステップＳ５１４）。具体的には、ＣＰＵ４１は、たとえばモータ３３の停止、ヒータ５８の停止、第２バルブ５６２、第３バルブ５６３、第４バルブ５６４および第５バルブ５６５を閉じることによるキャリアガスの停止等により、反応容器２１内部の化学反応を停止することができる。
　化学反応が停止した後、ＣＰＵ４１は第１バルブ５６１および第６バルブ５６６を閉じて、水の循環も停止する。冷却装置５４が動作している場合には、ＣＰＵ４１は冷却装置５４も停止する。以上の処理により、水素生成装置１０は動作を停止する。その後、ＣＰＵ４１は処理を終了する。
　なお、フローチャートでは説明を省略したが、ポンプ５７、圧縮機５９、冷却槽６５等、能動的に動作する水素生成装置１０の各構成要素も、それぞれの駆動回路を介して、ＣＰＵ４１により制御される。
　本実施の形態によると、長時間の連続運転が可能な水素生成装置１０を提供することが可能である。本実施の形態によると、キャリアガスに水素を使用するので、純度の高い水素を生成する水素生成装置１０を提供することが可能である。
　本実施の形態によると、水およびキャリアガスを循環させて使用するので、外部の水道管等に接続せずに、スタンドアロンで運転可能な水素生成装置１０を提供することが可能である。本実施の形態によると、自動運転が可能な水素生成装置１０を提供することが可能である。
　本実施の形態によると、水素発生材容器３１を交換することにより、長時間運転可能な水素生成装置１０を提供することが可能である。本実施の形態によると、反応生成物の再処理および水素発生材容器３１の再使用が可能であるので、環境負荷の少ない水素生成装置１０を提供することが可能である。
［実施の形態２］
　本実施の形態は、テーパ状のスクリュー３２を使用する水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図７は、実施の形態２の水素発生材容器３１の模式断面図である。スクリュー３２は、水素発生材容器３１下部の内面に沿った先細りのテーパ形状の螺旋である。
　本実施の形態によると、スクリュー３２と水素発生材容器３１の内面とが接する部分が長いので、両者の隙間から水素発生材が漏れることが少ない。したがって、ＣＰＵ４１が水素発生材の供給量を正確に制御することができる。
［実施の形態３］
　本実施の形態は、段つき形状の水素発生材容器３１を使用する水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図８は、実施の形態３の水素発生材容器３１の模式断面図である。スクリュー３２は、図４を使用して説明した実施の形態１のスクリュー３２と同様に、一様な直径の螺旋状である。水素発生材容器３１は、段付きの略円筒形状であり、下部の内径はスクリュー３２の外形と略同一である。
　本実施の形態によると、スクリュー３２と水素発生材容器３１の内面とが接する部分が長いので、両者の隙間から水素発生材が漏れることが少ない。したがって、ＣＰＵ４１が水素発生材の供給量を正確に制御することができる。さらに、スクリュー３２の直径が一様であるので、製造が容易である。
［実施の形態４］
　本実施の形態は、ジェットポンプ３６を用いて水素発生材容器３１から水素発生材を取り出す水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図９は、実施の形態４の水素発生材容器３１の模式断面図である。水素発生材容器３１の底に、有底円筒状または溝状の接続口３８が設けられている。第１管６６１から分岐する第１枝管６８１にジェットポンプ３６が接続されている。ジェットポンプ３６から接続口３８に第２枝管６８２が接続されている。接続口３８の反対側から、第１管６６１の下流側に第３枝管６８３が接続されている。
　第２枝管６８２および第３枝管６８３は、図示しないジョイント部材により、接続口３８と着脱可能である。したがって、接続口３８は、第１枝管６８１、ジェットポンプ３６、第２枝管６８２および第３枝管６８３を介して、第１管６６１に着脱可能である。
　接続口３８と第２枝管６８２との境界は、水素発生材が通過しない大きさの開口を有する網で覆われている。接続口３８と第３枝管６８３との境界は、強い圧力が加わった場合に水素発生材が通過する網、すなわち水素発生材の粒径と同程度の開口を有する網で覆われている。
　ジェットポンプ３６は、第１枝管６８１を介して水素を取り込み、間歇的に高圧の水素を第２枝管６８２に送り出す。圧力により網を通過した水素発生材が、第３枝管６８３を介して第１管６６１に入り、キャリアガスにより搬送されて反応容器２１内に噴射される。
　本実施の形態によると、水素発生材容器３１の構造が単純であるので、軽量化することが可能である。
［実施の形態５］
　本実施の形態は、重力および圧力差により水素発生材容器３１から水素発生材を取り出す水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図１０は、実施の形態５の水素発生材容器３１の模式断面図である。水素発生材容器３１の底と、第１管６６１とは、円筒状の接続口３８により接続されている。接続口３８は、第７バルブ５６７を有する。第７バルブ５６７は、ＣＰＵ４１により制御される。
　ＣＰＵ４１が第７バルブ５６７を開くことにより、重力および第３バルブ５６３を介して供給される水素の圧力により、水素発生材が第１管６６１に送り込まれ、キャリアガスにより搬送されて反応容器２１内に噴射される。
　本実施の形態によると、水素発生材容器３１の構造が単純であるので、軽量化することが可能である。さらに本実施の形態によると、ジェットポンプ３６が不要であるので、構造が簡単でメンテナンスが容易な水素生成装置１０を提供することが可能である。
［実施の形態６］
　本実施の形態は、水素供給先で生成した水を再利用する水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図１１は、実施の形態６の水素生成装置１０の模式図である。水素タンク７１は、水素放出管７５を介して燃料電池８０に接続されている。燃料電池８０は、第５管６６５および図示しないポンプを介して水タンク６１に接続されている。
　燃料電池の内部では、下式の化学反応により水素を燃料として発電が行なわれ、正極で水が生成される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-C000003
　正極で生成された水は、第５管６６５を介して水タンク６１に流入し、第２管６６２を介してシャワーヘッド２３に供給される。
　本実施の形態によると、燃料電池８０で生成した水を回収して、式（１）等を使用して説明した水素発生材の加水分解に使用する水素生成装置１０を提供することが可能である。したがって、外部から補給する水の量を節約することができ、環境負荷の低い水素生成装置１０を提供することができる。
［実施の形態７］
　本実施の形態は、シャワーヘッド２３からも水素発生材を供給する水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図１２は、実施の形態７の水素生成装置１０の模式図である。シャワーヘッド２３は、途中に第１バルブ５６１および図示しない加圧ポンプを備える第２管６６２を介して、懸濁容器８１に接続されている。
　懸濁容器８１は、途中に第９バルブ５６９を備える第６管６６６を介して、水タンク６１に接続されている。さらに懸濁容器８１は、途中に供給バルブ８３を有する供給管８４を介して第２水素発生材容器８５に接続されている。
　懸濁容器８１の上部に、モータ８２３が固定されている。モータ８２３に固定された回転軸８２４は、懸濁容器８１の内部に突出し、先端にインペラ８２５が固定されている。モータ８２３が回転することにより、インペラ８２５が回転し、懸濁容器８１の内部を攪拌する。モータ８２３、回転軸８２４およびインペラ８２５は、懸濁容器８１内の液体を攪拌する攪拌器８２の一例である。
　懸濁容器８１の外側には、第２冷却装置５４２が取り付けられている。第２冷却装置５４２は、懸濁容器８１を水冷または空冷等により冷却する装置である。懸濁容器８１の温度が所定の温度よりも高い場合には、第２冷却装置５４２が動作して懸濁容器８１を冷却する。
　所定の温度は、たとえば懸濁容器８１内の懸濁液の温度が、０℃以上２０℃以下になる範囲の温度である。懸濁液の温度が、０℃以上１５℃以下の範囲になることが、さらに望ましい。懸濁液の温度が、摂氏５℃以上１０℃以下の範囲になることが、さらに望ましい。懸濁容器８１を低温に保つことにより、懸濁容器８１の内部で水素発生材と水とが反応して、水素が発生することを防止することができる。
　たとえば、水素タンク７１、第１リザーバタンク７３または第２リザーバタンク７４の圧力が低下した場合、供給バルブ８３が開き、懸濁容器８１内に水素発生材を供給する。攪拌器８２が懸濁容器８１内を攪拌することにより、水素発生材が水中に分散して懸濁液になる。シャワーヘッド２３は、反応容器２１内に懸濁液を散布する。
　懸濁容器８１内の懸濁液の濃度は、供給バルブ８３および第９バルブ５６９により制御される。供給バルブ８３が閉じた状態が一定期間継続した後には、懸濁容器８１内の液体は水になる。反応容器２１に散布される懸濁液または水の量は、第１バルブ５６１により制御される。
　なお、水素生成装置１０は、水タンク６１から懸濁容器８１を介さずに反応容器２１に水を供給する、いわゆるバイパス管路を有しても良い。
　本実施の形態によると、第１管６６１からの噴射に加えてシャワーヘッド２３からも反応容器２１内へ水素発生材を供給可能であるので、必要に応じて水素の発生量を大幅に増やすことができる水素生成装置１０を提供できる。
　なお、本実施の形態の水素生成装置１０は、第１リザーバタンク７３を備えなくても良い。水素生成装置１０の起動時には、シャワーヘッド２３から反応容器２１に供給される懸濁液中の水素発生材により発生した水素を水素タンク７１に貯留する。水素タンク７１の圧力が十分に高まった後に、第１管６６１を介して水素発生材を反応容器２１内に噴射することができる。
［実施の形態８］
　本実施の形態は、反応容器２１の上部に第２管６７２を直接接続する水素生成装置１０に関する。実施の形態１と共通する部分については、説明を省略する。
　図１３は、実施の形態８の水素生成装置１０の模式図である。反応容器２１は、途中に第１バルブ５６１を備える第２管６６２を介して、水タンク６１に接続されている。邪魔板２２は、第２管６６２の開口部の真下にあたる位置に孔を有する。
　第２管６６２を介して、反応容器２１内に水が供給される。反応容器２１内に貯留された水は、第２管６６２の開口部から落下する水の勢いにより攪拌される。なお、第１バルブ５６１が、開状態と閉状態とを繰り返すことにより、反応容器２１の内部が効率良く攪拌される。
　第２管６６２は複数の管に分岐して反応容器２１に接続されていても良い。複数の開口部から反応容器２１内に水が落下することにより、反応容器２１内の水および水素発生材の濃度のむらを防ぐことができる。
　本実施の形態によると、構成が簡素でメンテナンスが容易な水素生成装置１０を提供できる。
　各実施例で記載されている技術的特徴（構成要件）はお互いに組合せ可能であり、組み合わせすることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものでは無いと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味では無く、請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１０　水素生成装置
　２１　反応容器
　２２　邪魔板
　２３　シャワーヘッド
　２４　噴射口
　２５　排水口
　２６　隙間
　３１　水素発生材容器
　３２　スクリュー
　３３　モータ
　３４　軸
　３６　ジェットポンプ
　３８　接続口
　４０　制御装置
　４１　ＣＰＵ
　４２　主記憶装置
　４３　補助記憶装置
　４４　入力部
　４５　出力部
　４６　通信部
　４７　入力Ｉ／Ｆ
　４８　出力Ｉ／Ｆ
　５１　圧力計
　５２　温度計
　５３　流量計
　５４　冷却装置
　５６　バルブ
　５６１　第１バルブ
　５６２　第２バルブ
　５６３　第３バルブ
　５６４　第４バルブ
　５６５　第５バルブ
　５６６　第６バルブ
　５６７　第７バルブ
　５６８　第８バルブ
　５６９　第９バルブ
　５７　ポンプ
　５８　ヒータ
　５９　圧縮機
　６１　水タンク
　６３　分離槽
　６５　冷却槽
　６６１　第１管
　６６２　第２管
　６６３　第３管
　６６４　第４管
　６６５　第５管
　６６６　第６管
　６７　オーバーフロー管
　６８１　第１枝管
　６８２　第２枝管
　６８３　第３枝管
　７１　水素タンク
　７３　第１リザーバタンク
　７４　第２リザーバタンク
　７５　水素放出管
　８０　燃料電池
　８１　懸濁容器
　８３　供給バルブ
　８４　供給管
　８５　第２水素発生材容器
 

Claims (14)

  1. 　反応容器の内部に水を散布するシャワーヘッドと、
    　水素をキャリアガスに用いて前記反応容器の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管と、
    　前記反応容器の上部に接続され、前記シャワーヘッドにより供給されて前記反応容器内に貯留した水と前記第１管により供給された前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管と
    　を備える水素生成装置。
  2. 　前記反応容器と前記第３管との接続部と、前記シャワーヘッドとの間に配置された邪魔板を備える請求項１に記載の水素生成装置。
  3. 　前記第１管は、前記第３管から流出した水素をキャリアガスに用いる請求項１または請求項２に記載の水素生成装置。
  4. 　前記第１管は、前記反応容器の内壁に沿って前記水素発生材を噴射する請求項１から請求項３のいずれか一つに記載の水素生成装置。
  5. 　前記水素発生材を収容し、前記第１管と着脱可能に接続された接続口を有する水素発生材容器を備える請求項１から請求項４のいずれか一つに記載の水素生成装置。
  6. 　前記水素発生材容器は、回転により前記水素発生材を前記第１管内に送り出すスクリューを有する請求項５に記載の水素生成装置。
  7. 　前記反応容器の下部に設けられた排水口から排出した水と反応生成物とを分離する分離槽を備え、
    　前記シャワーヘッドは、前記分離槽で分離した水を散布する
    　請求項１から請求項６のいずれか一つに記載の水素生成装置。
  8. 　前記水素発生材は、水素化マグネシウムである請求項１から請求項７のいずれか一つに記載の水素生成装置。
  9. 　前記第３管から流出させた水素を消費した燃料電池により生成された水が流入する第５管を備え、
    　前記第５管から流入した水が前記シャワーヘッドに供給される
    　請求項１から請求項８のいずれか一つに記載の水素生成装置。
  10. 　反応容器の内部に水を散布し、
    　前記反応容器に接続された第１管を介して、粉状の水素発生材と水素とを前記反応容器内に供給し、
    　前記反応容器の上部に接続された第３管より、前記反応容器内に貯留した水と前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる
    　水素生成方法。
  11. 　水に水素発生材が懸濁した懸濁液を反応容器の内部に散布するシャワーヘッドと、
    　前記反応容器の上部に接続され、前記シャワーヘッドにより供給されて前記反応容器内に貯留した前記水と前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管と
    　を備える水素生成装置。
  12. 　水素をキャリアガスに用いて前記反応容器の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管を備える、
    　請求項１１に記載の水素生成装置。
  13. 　水素をキャリアガスに用いて反応容器の内部に粉状の水素発生材を供給する第１管と、
    　前記反応容器の内部に水を供給する第２管と、
    　前記反応容器の上部に接続され、前記第２管により供給されて前記反応容器内に貯留した水と前記第１管により供給された前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる第３管と
    　を備える水素生成装置。
  14. 　粉状の水素発生材を水に懸濁させた懸濁液を反応容器の内部に散布し、
    　前記反応容器の上部に接続された第３管より、散布されて前記反応容器内に貯留した前記水と前記水素発生材との反応により生じた水素を流出させる
    　水素生成方法。
     
PCT/JP2017/046293 2016-12-23 2017-12-25 水素生成装置および水素生成方法 WO2018117272A1 (ja)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201780072859.5A CN109996759B (zh) 2016-12-23 2017-12-25 氢气生成装置和氢气生成方法
JP2018558095A JP7070912B2 (ja) 2016-12-23 2017-12-25 水素生成装置および水素生成方法

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016-250230 2016-12-23
JP2016250230 2016-12-23

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018117272A1 true WO2018117272A1 (ja) 2018-06-28

Family

ID=62627723

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/JP2017/046293 WO2018117272A1 (ja) 2016-12-23 2017-12-25 水素生成装置および水素生成方法

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP7070912B2 (ja)
CN (1) CN109996759B (ja)
TW (1) TW201838911A (ja)
WO (1) WO2018117272A1 (ja)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109437102A (zh) * 2018-11-27 2019-03-08 天津渤化永利化工股份有限公司 一种避免变换淬冷器喷头堵塞的系统及方法
KR20200056669A (ko) * 2018-11-15 2020-05-25 대우조선해양 주식회사 금속을 이용한 수소 생산 장치
US20210139324A1 (en) * 2018-11-26 2021-05-13 Se Corporation Hydrogen generation system, power generation system, hydrogen generation method, and power generation method
CN113955714A (zh) * 2021-10-27 2022-01-21 世能氢电科技有限公司 一种氢化镁水解可控制氢系统、方法及应用
WO2022178053A1 (en) * 2021-02-18 2022-08-25 Trulite, Inc. Chemical converter for production of hydrogen gas

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113851681B (zh) * 2021-11-03 2023-04-07 倍有云端科技(广东)有限公司 便携式新能源汽车用的车载制氢器

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4969559A (ja) * 1972-09-13 1974-07-05
JPS50127889A (ja) * 1974-03-27 1975-10-08
JPH10310402A (ja) * 1997-05-01 1998-11-24 Ion Kanzai:Kk 水素ガスの生成方法及び水素ガスの生成装置
JP2002128502A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システム
WO2007052607A1 (ja) * 2005-10-31 2007-05-10 Hitachi Maxell, Ltd. 水素製造装置およびそれを用いた燃料電池システム
JP2009099534A (ja) * 2007-09-28 2009-05-07 Bio Coke Lab Co Ltd 発電装置、発電方法及び水素化マグネシウム粒子の製造方法
JP2010195644A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素発生方法及び水素発生システム
JP2012082110A (ja) * 2010-10-13 2012-04-26 Bio Coke Lab Co Ltd 水素生成装置
JP2015081221A (ja) * 2013-10-24 2015-04-27 三菱重工業株式会社 水素発生装置

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS4969559A (ja) * 1972-09-13 1974-07-05
JPS50127889A (ja) * 1974-03-27 1975-10-08
JPH10310402A (ja) * 1997-05-01 1998-11-24 Ion Kanzai:Kk 水素ガスの生成方法及び水素ガスの生成装置
JP2002128502A (ja) * 2000-10-19 2002-05-09 Toyota Motor Corp 水素ガス生成システム
WO2007052607A1 (ja) * 2005-10-31 2007-05-10 Hitachi Maxell, Ltd. 水素製造装置およびそれを用いた燃料電池システム
JP2009099534A (ja) * 2007-09-28 2009-05-07 Bio Coke Lab Co Ltd 発電装置、発電方法及び水素化マグネシウム粒子の製造方法
JP2010195644A (ja) * 2009-02-26 2010-09-09 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 水素発生方法及び水素発生システム
JP2012082110A (ja) * 2010-10-13 2012-04-26 Bio Coke Lab Co Ltd 水素生成装置
JP2015081221A (ja) * 2013-10-24 2015-04-27 三菱重工業株式会社 水素発生装置

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20200056669A (ko) * 2018-11-15 2020-05-25 대우조선해양 주식회사 금속을 이용한 수소 생산 장치
KR102614524B1 (ko) * 2018-11-15 2023-12-14 한화오션 주식회사 금속을 이용한 수소 생산 장치
US20210139324A1 (en) * 2018-11-26 2021-05-13 Se Corporation Hydrogen generation system, power generation system, hydrogen generation method, and power generation method
US11939217B2 (en) * 2018-11-26 2024-03-26 Se Corporation Hydrogen generation system, power generation system, hydrogen generation method, and power generation method
CN109437102A (zh) * 2018-11-27 2019-03-08 天津渤化永利化工股份有限公司 一种避免变换淬冷器喷头堵塞的系统及方法
CN109437102B (zh) * 2018-11-27 2023-09-08 天津渤化永利化工股份有限公司 一种避免变换淬冷器喷头堵塞的系统及方法
WO2022178053A1 (en) * 2021-02-18 2022-08-25 Trulite, Inc. Chemical converter for production of hydrogen gas
CN113955714A (zh) * 2021-10-27 2022-01-21 世能氢电科技有限公司 一种氢化镁水解可控制氢系统、方法及应用
CN113955714B (zh) * 2021-10-27 2024-04-09 世能氢电科技有限公司 一种氢化镁水解可控制氢系统、方法及应用

Also Published As

Publication number Publication date
JP7070912B2 (ja) 2022-05-18
CN109996759A (zh) 2019-07-09
CN109996759B (zh) 2022-12-20
JPWO2018117272A1 (ja) 2019-10-31
TW201838911A (zh) 2018-11-01

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2018117272A1 (ja) 水素生成装置および水素生成方法
TWI761490B (zh) 連續式氫氣生成裝置及氫氣生成方法
Luo et al. Study on the kinetics of hydrate formation in a bubble column
JP4792632B2 (ja) 水素ガス生成装置
JP5865560B1 (ja) 気体溶解装置及び気体溶解方法
US9447337B2 (en) Fuel slurry heating system and method
EP3245165B1 (en) Apparatus for salt separation under supercritical water conditions
KR102564577B1 (ko) 금속 연료 수소발생장치용 금속 연료 공급장치
JP7178039B2 (ja) 水素生成装置および水素生成方法
CN114195095B (zh) 一种高温连续固块氢氢发装置生氢控制系统
JP2014159344A (ja) 水素発生装置及びこれを備える燃料電池システム、並びに、水素発生方法
KR102564578B1 (ko) 금속 연료 수소 발생장치용 금속 연료 공급장치
JP6702642B2 (ja) 移動式ホウ酸水供給装置
JP2006175345A (ja) ガスハイドレートをガス化槽へ供給する方法とその装置
JP2006160835A (ja) ガスハイドレート生成装置および生成方法
JP2017131822A (ja) 水素水生成装置及び水素水生成方法
JP2008133534A (ja) 銅めっき液の組成制御装置および組成制御方法
KR100986750B1 (ko) Ｆｔ 슬러리 기포탑 반응기의 반응열 제거용 순환형 냉각장치
JP2016133080A (ja) 地熱発電装置及び地熱発電方法
JP2006218367A (ja) 高圧ガス化槽へのガスハイドレート供給方法及び装置
JP2006160841A (ja) ガスハイドレートのガス化方法およびガス化装置
JP5265620B2 (ja) ガスハイドレートの製造方法及び装置
KR20230076159A (ko) 연속식 수소 방출 시스템
JP2019151514A (ja) 水素生成装置およびその運転方法
JP2013112576A (ja) 水素発生方法及び水素発生装置

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17884519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2018558095

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17884519

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1