(57)【要約】【課題】反応器に接続された生成物流路が析出した生成物で詰まることを抑制し、安定に運転できる水素生成装置を提供する。【解決手段】水素生成装置１００は、金属水素化物と水とを反応させて水素と生成物とを生成させる反応器５と、反応器５に金属水素化物を供給する原料供給器２と、反応器５に水を供給する水供給器４と、反応器５で生成された生成物と水とを反応器５から排出する生成物流路６と、反応器５と生成物流路６との少なくとも一方の温度を検知する温度検知器９と、生成物の析出温度が温度検知器９により検知した温度より低くなるように、原料供給器２による金属水素化物の供給流量に対する水供給器４による水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを制御する制御器５０とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属水素化物と水とを反応させて水素と生成物とを生成させる反応器と、
前記反応器に前記金属水素化物を供給する原料供給器と、
前記反応器に水を供給する水供給器と、
前記反応器で生成された前記生成物と前記水とを前記反応器から排出する生成物流路と、前記反応器と前記生成物流路との少なくとも一方の温度を検知する温度検知器と、
制御器とを備え、
前記制御器は、前記生成物の析出温度が前記温度検知器により検知した温度より低くなるように、前記原料供給器による前記金属水素化物の供給流量に対する前記水供給器による前記水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを制御すること特徴とする水素生成装置。
【請求項２】
金属水素化物と水とを反応させて水素と生成物とを生成させる反応器と、
前記反応器に前記金属水素化物を供給する原料供給器と、
前記反応器に水を供給する水供給器と、
前記反応器で生成された前記生成物と前記水とを排出する生成物流路と、
前記反応器と前記生成物流路との少なくとも一方の温度を検知する温度検知器と、
を備えた水素生成装置の運転方法であって、
前記生成物の析出温度が前記温度検知器により検知した温度より低くなるように、前記原料供給器による前記金属水素化物の供給流量に対する前記水供給器による前記水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを調節する水素生成装置の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属水素化物を水と反応させて、水素を生成する水素生成装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、二酸化炭素の排出による地球の温暖化等の環境問題や、石油資源の枯渇等のエネルギー問題から、クリーンな代替エネルギーとして水素エネルギーが注目されている。しかし、水素ガスは、未だ一般的なインフラガスとして整備されておらず、水素を安全に貯蔵、輸送し、供給する技術の開発が重要となる。
【０００３】
水素の貯蔵方法には、いくつかの候補があるが、中でも可逆的に水素を貯蔵・放出することのできる水素化物として、金属水素化物を用い、水と反応させて水素を生成する水素生成装置が知られている。
【０００４】
従来のこの種の水素生成装置に用いる金属水素化物としては、ＮａＨ、ＮａＢＨ４、ＮａＡｌＨ４、ＬｉＡＬＨ４、ＬｉＢＨ４、ＬｉＨ、ＣａＨ２、ＡｌＨ３、ＭｇＨ２、などが知られている。例えば、ＮａＢＨ４は、水と反応して（化１）に示す加水分解反応により水素および生成物であるＮａＢＯ２を生成することが知られている。
【０００５】
【化１】
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従来のこの種の水素生成装置は、金属水素化物と水とを混合したものを、触媒が担持された反応器に供給して、水素を生成している。そして、生成された水素と、生成物と、反応に供されなかった水とは、混合物として反応器に接続された生成物流路を経て、分離器に供給され、水素は、分離器から排出されるように構成されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第４７９２６３２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の構成では、反応器に接続された生成物流路の温度が低下することにより、水に溶けている生成物の溶解度が低下して生成物が析出する場合がある。その場合に、析出した生成物によって生成物流路が詰まり、生成物を反応器から排出することができなくなり、水素生成装置の運転が継続できなくなるという課題を有していた。
【０００８】
本発明は、従来の課題を解決するもので、反応器に接続された生成物流路が析出した生成物で詰まることを抑制して、安定に運転できる水素生成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成装置は、金属水素化物と水とを反応させて水素と生成物とを生成させる反応器と、反応器に金属水素化物を供給する原料供給器と、反応器に水を供給する水供給器と、反応器で生成された生成物と水とを反応器か
ら排出する生成物流路と、反応器と生成物流路との少なくとも一方の温度を検知する温度検知器と、制御器とを備え、制御器は、生成物の析出温度が温度検知器により検知した温度より低くなるように、原料供給器による金属水素化物の供給流量に対する水供給器による水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを制御するものである。
【００１０】
これにより、反応に供されなかった水の量は、生成物を全て溶解可能な量となるため、生成物流路での水に溶けている生成物の析出を抑制することができ、生成物流路が析出した生成物で詰まることを抑制し、水素生成装置を安定に運転することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の水素生成装置は、生成物の析出温度が温度検知器により検知した温度より低くなるように、金属水素化物の供給流量に対する水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを制御することで、生成物流路での水に溶けている生成物の析出を抑制することができ、生成物流路が析出した生成物で詰まることを抑制し、水素生成装置を安定に運転することができる。
【００１２】
また、生成物による詰まりを除去するメンテナンスを不要とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成装置のブロック図
【図２】本発明の実施の形態１における水素生成装置のメタホウ酸ナトリウムの溶解度と温度の関係を示す特性図
【図３】本発明の実施の形態１における水素生成装置のメタホウ酸ナトリウムが析出する温度とＷ／Ｆの関係を示す特性図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明の水素生成装置は、金属水素化物と水とを反応させて水素と生成物とを生成させる反応器と、反応器に金属水素化物を供給する原料供給器と、反応器に水を供給する水供給器と、反応器で生成された生成物と水とを反応器から排出する生成物流路と、反応器と生成物流路との少なくとも一方の温度を検知する温度検知器と、制御器とを備え、制御器は、生成物の析出温度が温度検知器により検知した温度より低くなるように、原料供給器による金属水素化物の供給流量に対する水供給器による水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを制御するものである。
【００１５】
これにより、反応に供されなかった水の量は、生成物を全て溶解可能な量となるため、生成物流路での水に溶けている生成物の析出を抑制することができ、生成物流路が析出した生成物で詰まることを抑制し、水素生成装置を安定に運転することができる。
【００１６】
第２の発明の水素生成装置の運転方法は、金属水素化物と水とを反応させて水素と生成物とを生成させる反応器と、反応器に金属水素化物を供給する原料供給器と、反応器に水を供給する水供給器と、反応器で生成された生成物と水とを反応器から排出する生成物流路と、反応器と生成物流路との少なくとも一方の温度を検知する温度検知器と、を備えた水素生成装置の運転方法であって、生成物の析出温度が温度検知器により検知した温度より低くなるように、原料供給器による金属水素化物の供給流量に対する水供給器による水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを調節するものである。
【００１７】
これにより、反応に供されなかった水の量は、生成物を全て溶解可能な量となるため、生成物流路での水に溶けている生成物の析出を抑制することができ、生成物流路が析出した生成物で詰まることを抑制し、水素生成装置を安定に運転することができる。
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形
態によって本発明が限定されるものではない。
【００１９】
（実施の形態１）
図１は本発明の実施の形態１における水素生成装置のブロック図である。
【００２０】
図１に示すように、本実施の形態の水素生成装置１００には、原料の金属水素化物である水素化ホウ素ナトリウム（ＮａＢＨ４）が充填された原料容器１と、原料容器１の水素化ホウ素ナトリウムを反応器５に供給する原料供給器２と、水が充填された水容器３と、水容器３の水を反応器５に供給する水供給器４と、反応器５の温度を検知する温度検知器９と、制御器５０とが設けられている。
【００２１】
反応器５には生成された生成物のメタホウ酸ナトリウム（ＮａＢＯ２）と水素を排出する生成物流路６が接続される。また、生成物流路６には生成物容器８が接続されている。生成物流路６を流れる水素は、生成物流路６から分岐された水素流路７を流通して、外部の燃料電池２００に供給される。
【００２２】
燃料電池２００は、水素流路７を流通して供給される水素と、空気中の酸素から、電気化学反応によって発電する。制御器５０は、ＭＰＵおよびメモリから構成され、演算機能および記憶機能を有し、制御プログラムを記憶し、実行することにより、水素生成装置１００の各種の動作を制御する。
【００２３】
以上のように構成された本実施の形態の水素生成装置１００において、以下、その動作と作用を説明する。
【００２４】
原料容器１に充填された水素化ホウ素ナトリウムは、原料供給器２から反応器５に供給される。水容器３に充填された水は、水供給器４から反応器５に供給される。
【００２５】
反応器５では、水素化ホウ素ナトリウムと水とが、（化２）に示す加水分解反応が進行し、水素とメタホウ酸ナトリウムを生成する。
【００２６】
【化２】
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生成した水素とメタホウ酸ナトリウムには、水供給器４から供給された水のうち反応に用いられなかった余剰の水（以下、残存水と記載する）も混在している。メタホウ酸ナトリウムは、残存水に溶解しており、メタホウ酸ナトリウム水溶液の状態となっている。
【００２７】
反応器５で生成された水素は、水素流路７を流通し、燃料電池２００に供給される。反応器５で生成されたメタホウ酸ナトリウム水溶液は、生成物流路６を流通し、生成物容器８に貯えられる。
【００２８】
また、反応器５の温度は温度検知器９で検知される。また、温度検知器９で検知された温度が、メタホウ酸ナトリウムの析出温度よりも高くなるように、金属水素化物である水素化ホウ素ナトリウムの供給流量に対する水の供給流量の重量比であるＷ／Ｆを１５に設定し、原料供給器２と水供給器４を制御している。
【００２９】
図２は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００のメタホウ酸ナトリウムの溶解度と温度の関係を示す特性図である。
【００３０】
図２に示すように、メタホウ酸ナトリウムは、温度が低いほど水への溶解度が下がり、
析出が生じやすくなる。例えば、２２重量％のメタホウ酸ナトリウム水溶液は、２５℃以下になると、メタホウ酸ナトリウムの析出が生じる。
【００３１】
図３は、本発明の実施の形態１における水素生成装置１００のメタホウ酸ナトリウムが析出する温度とＷ／Ｆの関係を示す特性図である。
【００３２】
図３に示すように、温度が低いほど、メタホウ酸ナトリウムの析出を抑制するためのＷ／Ｆの設定下限値は高くなる関係にある。これは、Ｗ／Ｆを高くするほど、メタホウ酸ナトリウム水溶液中のメタホウ酸ナトリウムの濃度を低くすることができ、メタホウ酸ナトリウムの析出温度を低くすることができるためである。
【００３３】
より具体的には、２０℃ではＷ／Ｆは１０以上、１０℃ではＷ／Ｆは１２以上の値で、メタホウ酸ナトリウムの析出を抑制することができる。
【００３４】
本実施の形態では、温度検知器９で検知される反応器５の温度は３０℃となるように構成し、Ｗ／Ｆの設定値を１５とした。このとき、メタホウ酸ナトリウム水溶液中のメタホウ酸ナトリウムの濃度は１４重量％で、析出温度は０℃であり、反応器５の温度３０℃に対してメタホウ酸ナトリウムの析出温度が低くなっているため、メタホウ酸ナトリウムの析出を抑制することができる。
【００３５】
以上のように、本実施の形態においては、温度検知器９により検知した温度が、メタホウ酸ナトリウムの析出温度よりも高くなるように金属水素化物の供給流量に対する水の供給流量の比率Ｗ／Ｆを制御することにより、反応に供されなかった水の量はメタホウ酸ナトリウムを全て溶解可能な量となるため、生成物流路６での水に溶けているメタホウ酸ナトリウムの析出を抑制することができ、生成物流路６が析出したメタホウ酸ナトリウムで詰まることを抑制し、水素生成装置を安定に運転することができる。また、メタホウ酸ナトリウムによる詰まりを除去するメンテナンスを不要とすることができる。
【００３６】
なお、本実施の形態では、Ｗ／Ｆを１５に設定したが、メタホウ酸ナトリウム水溶液中のメタホウ酸ナトリウムの濃度と溶解度の関係をもとに、メタホウ酸ナトリウムが析出しない温度となるようにＷ／Ｆを設定すればよく、Ｗ／Ｆを低く設定するほど無駄な水が抑制できる。
【００３７】
また、温度検知器９によって検出された反応器５の温度が運転中に変化する場合は、メタホウ酸ナトリウムが析出しない温度となるようにＷ／Ｆを変化させてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
以上のように、本発明にかかる水素生成装置およびその運転方法は、反応器に接続された生成物流路の詰まりを抑制することで水素生成装置の安定運転を可能とするため、金属水素化物を水と反応させて、水素を生成する水素生成装置及びそれを用いた燃料電池システムに応用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  原料容器
２  原料供給器
３  水容器
４  水供給器
５  反応器
６  生成物流路
７  水素流路
８  生成物容器
９  温度検知器
５０  制御器
１００  水素生成装置
２００  燃料電池
【図１】
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【図２】
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【図３】
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