JP2002128502A - System for producting hydrogen gas - Google Patents
System for producting hydrogen gasInfo
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- Y02E60/36—Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis
Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、金属水素化物を加
水分解または熱分解して、水素ガス、特に燃料電池用の
水素リッチな燃料ガスを生成する技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a technique for producing a hydrogen gas, particularly a hydrogen-rich fuel gas for a fuel cell, by hydrolyzing or pyrolyzing a metal hydride.
【０００２】[0002]
【従来の技術】水素と酸素の電気化学反応により起電力
を得る燃料電池では、燃料として水素ガスが必要とな
る。水素ガスを生するシステム例として、金属水素化
物、いわゆるケミカルハイドライドを用いた構成が知ら
れている。2. Description of the Related Art A fuel cell which obtains an electromotive force by an electrochemical reaction between hydrogen and oxygen requires hydrogen gas as a fuel. As an example of a system for generating hydrogen gas, a configuration using a metal hydride, a so-called chemical hydride, is known.
【０００３】ケミカルハイドライドとは、アルカリ金属
または錯金属と水素の化合物であり、加水分解または熱
分解して水素を生成する性質を有する物質である。エネ
ルギ密度が非常に高い物質として知られている。昨今の
研究により、ケミカルハイドライドとして、ＮａＨ、Ｎ
ａＢＨ4、ＮａＡｌＨ4、ＬｉＡｌＨ4、ＬｉＢＨ4、Ｌｉ
Ｈ、ＣａＨ2、ＡｌＨ3、ＭｇＨ2などの金属水素化物が
知られている。[0003] Chemical hydride is a compound of an alkali metal or a complex metal and hydrogen, and is a substance having a property of generating hydrogen by hydrolysis or thermal decomposition. It is known as a substance having a very high energy density. According to recent research, NaH, N
aBH 4 , NaAlH 4 , LiAlH 4 , LiBH 4 , Li
Metal hydrides such as H, CaH 2 , AlH 3 and MgH 2 are known.
【０００４】金属水素化物を加水分解する場合、反応に
よる生成物が金属水素化物の表面を覆い、途中で反応が
停止してしまう。反応率、即ち全金属水素化物中で反応
した物質の割合は、通常、約５０％程度しか得られない
ことが確認されている。また、金属水素化物に水を供給
し、反応が始まると、人為的に反応を停止させることは
できない。これらの理由に基づき、金属水素化物を利用
した水素ガス生成システムでは、間欠的に水素を生成す
る方式が採られていた。つまり、必要とされる水素ガス
の量に関わらず、一定量の金属水素化物に十分な水また
は熱を加え、水素を生成させる。こうして生成された水
素は、一旦、タンク等に貯蔵され、徐々に使用される。
水素の貯蔵量が所定の基準を下回った時に、再び水素ガ
スの生成が行われる。In the case of hydrolyzing a metal hydride, the product of the reaction covers the surface of the metal hydride, and the reaction stops halfway. It has been confirmed that the reaction rate, that is, the ratio of the reacted substance in all the metal hydrides is usually only about 50%. Further, when water is supplied to the metal hydride and the reaction starts, the reaction cannot be stopped artificially. Based on these reasons, the hydrogen gas generation system using a metal hydride employs a method of generating hydrogen intermittently. That is, irrespective of the amount of hydrogen gas required, sufficient water or heat is added to a certain amount of metal hydride to generate hydrogen. The hydrogen thus generated is temporarily stored in a tank or the like, and is gradually used.
When the amount of stored hydrogen falls below a predetermined reference, hydrogen gas is generated again.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述の間欠的
な水素生成方法は、無駄が多かった。水素ガスをまとめ
て発生させるため、使用されずに残存または遺漏する水
素が生じるからである。従って、金属水素化物を利用し
た水素ガス生成システムにおいては、必要量の水素ガス
を供給しつつ、かかる無駄を抑制することが望まれてい
た。However, the above-described intermittent hydrogen generation method is wasteful. This is because hydrogen gas is generated in a lump, and residual or leaked hydrogen is generated without being used. Therefore, in a hydrogen gas generation system using a metal hydride, it has been desired to suppress such waste while supplying a required amount of hydrogen gas.
【０００６】[0006]
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題を解決するため、本発明の水素ガス生成システム
では、第１の構成として、金属水素化物を加水分解また
は熱分解して水素を生成させる反応部と、該反応部に担
持または充填された触媒と、前記金属水素化物、および
前記分解反応に供される水または熱、の少なくとも一方
の量を、水素ガスの要求量に応じて制御する制御部とを
備えるものとした。金属水素化物は、ＮａＢＨ4または
ＮａＡｌＨ4など、先に列挙した物質を含め加水分解ま
たは熱分解して水素を生成する種々の物質を用いること
ができる。Means for Solving the Problems and Their Functions and Effects In order to solve the above problems, in the hydrogen gas generation system of the present invention, as a first configuration, hydrogen is generated by hydrolyzing or thermally decomposing a metal hydride. Controlling the amount of at least one of the reaction unit to be reacted, the catalyst supported or filled in the reaction unit, the metal hydride, and water or heat supplied to the decomposition reaction according to the required amount of hydrogen gas. And a control unit that performs the control. As the metal hydride, various substances such as NaBH 4 or NaAlH 4 which generate hydrogen by hydrolysis or thermal decomposition, including the substances listed above, can be used.
【０００７】加水分解については、要求量に応じて水の
量を制御しつつ金属水素化物に供給する態様、金属水素
化物の量を制御しつつ水に供給する態様、および水およ
び金属水素化物の双方の量を制御しつつ供給する態様が
挙げられる。熱分解については、熱量を制御しつつ金属
水素化物に供給する態様が挙げられる。[0007] Regarding hydrolysis, an embodiment in which water is supplied to a metal hydride while controlling the amount of water according to a required amount, an embodiment in which water is supplied to a metal hydride while controlling the amount of metal hydride, and a method in which water and metal hydride are mixed A mode in which both are supplied while being controlled is mentioned. As for the thermal decomposition, an embodiment in which the amount of heat is supplied to the metal hydride while controlling the amount of heat is given.
【０００８】触媒の存在下では、加水分解、熱分解は比
較的速やかに進み、金属水素化物のほぼ全量が反応可能
である。かかる環境下では、反応に供される物質または
熱の量を制御することにより、発生する水素量の制御が
可能である。金属水素化物に対して過剰の水または熱の
供給を回避することにより、必要以上の水素の生成を抑
制することができ、無駄を抑制できる。In the presence of a catalyst, hydrolysis and thermal decomposition proceed relatively quickly, and almost all of the metal hydride can be reacted. In such an environment, the amount of generated hydrogen can be controlled by controlling the amount of a substance or heat supplied to the reaction. By avoiding supply of excess water or heat to the metal hydride, generation of more than necessary hydrogen can be suppressed, and waste can be suppressed.
【０００９】反応に利用可能な触媒は、金属水素化物の
種類および加水分解、熱分解の別によって選択される。
一般にルテニウム系、チタニア系、白金系などの触媒が
知られている。The catalyst that can be used in the reaction is selected depending on the type of metal hydride and whether it is hydrolyzed or pyrolyzed.
Generally, ruthenium-based, titania-based, and platinum-based catalysts are known.
【００１０】金属水素化物に加えられる水または熱と発
生する水素量との関係は、金属水素化物の種類に応じて
大きく異なる。また、その関係は非線形であることが多
い。従って、上記制御においては、金属水素化物、およ
び前記分解反応に供される水または熱、の少なくとも一
方の量と、水素ガスの要求量との関係を予め記憶してお
き、この関係に基づいて実行することが望ましい。この
関係は、予め実験等によって特定することができる。ま
た、この関係は、反応時における温度その他の環境条件
によっても影響されるため、環境条件をパラメータとし
て多元的に記憶させるものとしてもよい。[0010] The relationship between water or heat added to the metal hydride and the amount of hydrogen generated varies greatly depending on the type of metal hydride. Also, the relationship is often non-linear. Therefore, in the above control, the relationship between the amount of the metal hydride and at least one of water and heat supplied to the decomposition reaction and the required amount of the hydrogen gas is stored in advance, and based on this relationship, It is desirable to execute. This relationship can be specified in advance by experiments or the like. In addition, since this relationship is affected by the temperature and other environmental conditions at the time of the reaction, the environmental conditions may be stored as a plurality of parameters.
【００１１】本発明の水素ガス生成システムは、第２の
構成として、金属水素化物を加水分解して水素を生成さ
せる反応部と、該反応部のｐＨを制御するｐＨ制御部と
を備えるものとした。A second aspect of the present invention provides a hydrogen gas generating system including a reaction section for hydrolyzing a metal hydride to generate hydrogen, and a pH control section for controlling the pH of the reaction section. did.
【００１２】ｐＨ制御部は、反応部のｐＨを一定の目標
値に制御する態様、水素ガスの要求量の増大に伴って前
記ｐＨを低下させる態様、水素ガスの要求量の低減に伴
って前記ｐＨを増大させる態様、またはこれらの組み合
わせでの制御を行うことができる。The pH control section controls the pH of the reaction section to a predetermined target value, decreases the pH as the required amount of hydrogen gas increases, and adjusts the pH as the required amount of hydrogen gas decreases. The control can be performed in a mode of increasing the pH or a combination thereof.
【００１３】金属水素化物の加水分解の反応速度は、ｐ
Ｈに依存することが知られている。アルカリ性、即ちｐ
Ｈが高い程、反応速度は低下し、酸性、即ちｐＨが低い
程、反応速度が増加する。従って、加水分解時にｐＨを
制御すれば、単位時間に生成される水素量を制御するこ
とができ、生成された水素の無駄を抑制することができ
る。例えば、ｐＨを一定の目標値に制御すれば、金属水
素化物および水の量による水素生成量の制御の安定化を
図ることができる。要求量の増減に伴ってｐＨを変化さ
せれば、反応速度を変化させることができ、要求量に応
じた水素を生成させることができる。[0013] The reaction rate of hydrolysis of metal hydride is p
It is known to depend on H. Alkaline, ie p
The higher the H, the lower the reaction rate, and the more acidic, ie, the lower the pH, the higher the reaction rate. Therefore, if the pH is controlled during the hydrolysis, the amount of hydrogen generated per unit time can be controlled, and waste of the generated hydrogen can be suppressed. For example, if the pH is controlled to a constant target value, the control of the amount of hydrogen generated by the amounts of metal hydride and water can be stabilized. If the pH is changed in accordance with the increase or decrease of the required amount, the reaction rate can be changed, and hydrogen according to the required amount can be generated.
【００１４】第２の構成においては、水素ガスの要求量
およびその変化量の少なくとも一方に基づき、前記反応
部のｐＨ目標値を設定し、それを目標値としてｐＨの制
御を実行してもよい。ｐＨ目標値は、要求量等に応じた
反応速度が得られるｐＨとの関係を予め実験等によって
設定、記憶しておき、これを参照して設定することがで
きる。水素ガス要求量は、反応速度とともに原料の量に
よっても制御可能であるから、原料量およびｐＨとを組
み合わせて制御してもよい。例えば、原料量およびｐＨ
と要求量との関係をマップで記憶しておき、現状の運転
状態から最も迅速に移行可能な運転ポイントに移行する
制御が可能である。かかる制御により、反応の応答性を
向上させることができる。In the second configuration, a pH target value of the reaction section may be set based on at least one of a required amount of hydrogen gas and a change amount thereof, and the pH may be controlled using the target value as the target value. . The pH target value can be set and stored in advance by experiments or the like in relation to the pH at which a reaction rate corresponding to the required amount or the like can be obtained, and can be set by referring to this. Since the required amount of hydrogen gas can be controlled not only by the reaction rate but also by the amount of the raw material, it may be controlled in combination with the amount of the raw material and the pH. For example, raw material amount and pH
The relationship between the current operating state and the required amount is stored in a map, and control can be performed to shift from the current operating state to the operating point to which the shift can be made most quickly. By such control, the response of the reaction can be improved.
【００１５】第２の構成においては、反応部に前記金属
水素化物と水の混合物を原料として供給する原料供給部
を備え、ｐＨ制御部によって、反応部における混合物の
ｐＨを供給前よりも低下させるものとしてもよい。金属
水素化物と水の混合物を原料とすることにより、反応部
への定量供給が容易になるとともに、金属水素化物と水
の拡散性を向上させることもでき、反応促進にも寄与す
る。但し、この場合は、金属水素化物と水を混合した時
点で、反応が生じ、不要な水素生成が行われる可能性が
ある。上述の構成によれば、反応速度が十分に低いｐＨ
で混合物を供給し、反応部でｐＨを低下させることによ
り、十分な反応速度を得ることが可能となる。In the second configuration, the reaction section is provided with a raw material supply section for supplying a mixture of the metal hydride and water as a raw material, and the pH of the mixture in the reaction section is lowered by the pH control section from before the supply. It may be a thing. By using a mixture of metal hydride and water as a raw material, quantitative supply to the reaction section is facilitated, the diffusivity of metal hydride and water can be improved, and the reaction can be promoted. However, in this case, when the metal hydride and water are mixed, a reaction may occur, and unnecessary hydrogen may be generated. According to the above configuration, the reaction rate is set to a sufficiently low pH.
By supplying the mixture in the step (1) and lowering the pH in the reaction section, a sufficient reaction rate can be obtained.
【００１６】例えば、原料は、強アルカリ性に保ってお
くことにより、反応速度を十分に低下させることが可能
である。原料のｐＨは、システムの構成によって設定可
能である。金属水素化物と水とを分離貯蔵しておき、反
応部への供給前に混合するシステム構成では、混合物と
しての放置期間が比較的短いため、ｐＨは強アルカリ性
の範囲でも若干、低めに設定することができる。好まし
くはｐＨ１０よりも大きい範囲で設定可能である。ｐＨ
を低く設定することにより、反応部での反応促進が容易
になる利点がある。金属水素化物と水とを混合物の状態
で貯蔵しておく場合には、原料のｐＨを実用的な時間内
に有意な水素生成を伴わない程度に高く設定しておくこ
とが望ましい。かかる場合には、好ましくは原料のｐＨ
を１３以上とすることが望ましい。For example, the reaction rate can be sufficiently reduced by keeping the raw material strongly alkaline. The pH of the raw material can be set depending on the configuration of the system. In a system configuration in which metal hydride and water are separately stored and mixed before being supplied to the reaction section, the pH is set slightly lower even in a strongly alkaline range because the period of standing as a mixture is relatively short. be able to. Preferably, it can be set in a range larger than pH10. pH
There is an advantage that setting a low value facilitates the reaction promotion in the reaction section. In the case where the metal hydride and water are stored in a mixed state, it is desirable to set the pH of the raw material high enough to prevent significant hydrogen generation within a practical time. In such a case, preferably the pH of the raw material
Is desirably 13 or more.
【００１７】原料のｐＨは、金属水素化物および水に、
アルカリ性の化合物を適宜加えることにより、調整でき
る。例えば、金属水素化物として、ＮａＢＨ4を用いる
場合には、水酸化ナトリウム等を目標ｐＨに応じて加え
ればよい。The pH of the raw material is adjusted to the metal hydride and water,
It can be adjusted by appropriately adding an alkaline compound. For example, when NaBH 4 is used as the metal hydride, sodium hydroxide or the like may be added according to the target pH.
【００１８】原料が強アルカリ性で保存されている場合
には、原料に水を加えることによってｐＨを低下させる
ことができる。実用的な反応速度を得るため、ｐＨが１
０以下になるように制御することが好ましい。When the raw material is stored under strong alkaline conditions, the pH can be lowered by adding water to the raw material. To obtain a practical reaction rate, pH 1
It is preferable to control so as to be 0 or less.
【００１９】本発明は、水素ガス生成システムとしての
態様の他、水素ガスの生成方法として構成することが可
能である。また、生成された水素ガスの供給を受けて発
電する燃料電池と組み合わせて燃料電池システムとして
構成してもよい。更に、その燃料電池システムを搭載し
た移動体など種々の態様で構成することが可能である。The present invention can be configured as a hydrogen gas generation method in addition to the embodiment as a hydrogen gas generation system. Further, the fuel cell system may be configured in combination with a fuel cell that generates power by receiving the supply of the generated hydrogen gas. Further, it can be configured in various modes such as a moving body equipped with the fuel cell system.
【００２０】[0020]
【発明の実施の形態】本発明の実施例を以下の項目に分
けて説明する。 Ａ．第１実施例： Ａ１．システム構成： Ａ２．ｐＨ制御： Ａ３．ｐＨ制御の変形例： Ａ４．変形例： Ｂ．第２実施例： Ｂ１．システム構成： Ｂ２．水素ガス生成処理：DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described in the following sections. A. First embodiment: A1. System configuration: A2. pH control: A3. Modification of pH control: A4. Modifications: B. Second embodiment: B1. System configuration: B2. Hydrogen gas generation processing:
【００２１】Ａ．第１実施例： Ａ１．システム構成：図１は第１実施例としての水素ガ
ス生成システムの概略構成を示す説明図である。本実施
例では、金属水素化物を加水分解して水素ガスを生成す
るシステム例を示す。生成された水素は、燃料電池１の
アノード１ａに供給される。燃料電池１は、アノード１
ａに供給された水素と、カソード１ｂに供給される空気
中の酸素の電気化学反応によって発電する。燃料電池１
の運転は、内部にＣＰＵ，ＲＡＭ，ＲＯＭを備えるマイ
クロコンピュータで構成された制御ユニット１０によっ
て制御される。A. First embodiment: A1. System Configuration: FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen gas generation system as a first embodiment. In this embodiment, an example of a system for hydrolyzing a metal hydride to generate hydrogen gas will be described. The generated hydrogen is supplied to the anode 1a of the fuel cell 1. The fuel cell 1 has an anode 1
Electric power is generated by an electrochemical reaction between the hydrogen supplied to a and oxygen in the air supplied to the cathode 1b. Fuel cell 1
Is controlled by a control unit 10 composed of a microcomputer having a CPU, a RAM, and a ROM therein.
【００２２】本実施例では、金属水素化物として、Ｎａ
ＢＨ4を用いた。この物質は、次の反応式に従って加水
分解し、水素を生成する。 ＮａＢＨ4＋２Ｈ2Ｏ → ４Ｈ2＋ＮａＢＯ2 ＮａＢＯ2は水を取り込む性質があるため、実際には、
１モルのＮａＢＨ4に対し、２モル以上のＨ2Ｏ、通常６
モル程度が必要となることが知られている。以下、Ｎａ
ＢＨ4を燃料と呼び、ＮａＢＯ2を生成物と呼ぶものとす
る。In this embodiment, Na is used as the metal hydride.
BH 4 was used. This substance hydrolyzes according to the following reaction formula to generate hydrogen. NaBH 4 + 2H 2 O → 4H 2 + NaBO 2 Since NaBO 2 has a property of taking in water, it is actually
2 moles or more of H 2 O, usually 6 moles per mole of NaBH 4
It is known that about a mole is required. Hereinafter, Na
Let BH 4 be called fuel and NaBO 2 be called product.
【００２３】本実施例では、反応に供される燃料および
水は混合された状態で原料タンク１１に貯蔵される。燃
料と水の混合物を以下、原料と呼ぶものとする。原料
は、放置しておけば、上述の加水分解が進み、水素を生
成する。但し、この反応は、ｐＨ依存性がある。本実施
例では、反応速度が極端に遅いｐＨ条件で原料を貯蔵し
ている。In this embodiment, the fuel and water used for the reaction are stored in the raw material tank 11 in a mixed state. The mixture of fuel and water is hereinafter referred to as raw material. If the raw material is left, the above-mentioned hydrolysis proceeds, and hydrogen is generated. However, this reaction is pH-dependent. In this embodiment, the raw materials are stored under pH conditions at which the reaction rate is extremely low.
【００２４】図２は反応速度のｐＨ依存性を示す説明図
である。金属水素化物のｐＨ依存性については、次式の
関係が知られている。 ｌｏｇ（ｔ1/2）＝ｐＨ−（．３４Ｔ−１．９２） ｔ1/2は、金属水素化物の半減時間である。Ｔは絶対温
度（Ｋ）である。図２は、この関係を図示したものであ
る。反応率とは、全金属水素化物中の反応済みの金属水
素化物の割合を意味する。図示する通り、金属水素化物
は、ｐＨが低い時、即ち酸性状態で反応速度が高く、ｐ
Ｈが高い時、即ちアルカリ性状態で反応速度が低いこと
が分かる。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the pH dependence of the reaction rate. Regarding the pH dependence of metal hydride, the following relationship is known. log (t1 / 2 ) = pH- (0.34T-1.92) t1 / 2 is the half-life of the metal hydride. T is the absolute temperature (K). FIG. 2 illustrates this relationship. The conversion refers to the ratio of reacted metal hydride in the total metal hydride. As shown, the metal hydride has a high reaction rate when the pH is low, that is, in an acidic state,
It can be seen that the reaction rate is low when H is high, that is, in an alkaline state.
【００２５】本実施例では、かかる関係に基づき、原料
を強いアルカリ性状態で貯蔵するものとした。貯蔵時の
ｐＨは次の手順で設定した。原料を貯蔵した後、使用さ
れるまでの標準的な時間に基づき水素生成量の評価基準
となる時間ｔｓ、その期間における水素生成量が原料タ
ンクの容積等に基づいて定まる許容上限値を超えない反
応率Ｈｓｔｒを設定し、これを超えない範囲で貯蔵時の
ｐＨを設定した。ｐＨを１３以上とすれば、実用上、反
応が停止していると見なせる程度の反応速度になること
が確認されており、本実施例では、約ｐＨ１３で原料を
貯蔵するものとした。燃料、水にＮａＯＨを約５重量％
加えることにより、このｐＨは実現される。添加するア
ルカリ性物質は、ＮａＯＨに限られるものではないが、
本実施例では、燃料ＮａＢＨ4と共通の金属Ｎａを含む
物質としてＮａＯＨを選択した。In the present embodiment, based on this relationship, the raw materials are stored in a strongly alkaline state. The pH during storage was set by the following procedure. After storing the raw material, a time ts serving as an evaluation standard of the amount of hydrogen generation based on a standard time until use, and the amount of hydrogen generation during that period does not exceed an allowable upper limit determined based on the volume of the raw material tank and the like. The reaction rate Hstr was set, and the pH during storage was set within a range not exceeding this. It has been confirmed that, when the pH is 13 or more, the reaction rate becomes practically such that the reaction can be regarded as stopped. In this example, the raw material was stored at about pH 13. About 5% by weight of NaOH in fuel and water
This pH is achieved by adding. The alkaline substance to be added is not limited to NaOH,
In this embodiment, NaOH was selected as a substance containing metallic Na in common with fuel NaBH 4 .
【００２６】図２に示したｐＨ依存性は、温度が約５０
℃以下の環境下で確認されている。この温度を超える
と、ｐＨ１３で貯蔵された原料であっても、反応が有意
な速度で進行する。本実施例では、原料タンク１１は、
温度が５０℃以下に保たれるよう断熱構造を備えてい
る。The pH dependence shown in FIG.
It has been confirmed under the environment below ° C. Above this temperature, the reaction proceeds at a significant rate, even for raw materials stored at pH 13. In the present embodiment, the raw material tank 11
A heat insulating structure is provided so that the temperature is maintained at 50 ° C. or less.
【００２７】図１に戻り、本実施例のシステム構成につ
いて説明する。原料は、原料タンク１１から配管によっ
て反応器２０に運搬される。途中には、原料の供給量を
調整するためのバルブ１２が設けられている。反応器に
は、水タンク１３から水が供給される。水を供給する配
管には、供給量を調整するためのバルブ１４が設けられ
ている。バルブ１２，１４の開度は、それぞれ制御ユニ
ット１０によって電子的に制御される。Returning to FIG. 1, the system configuration of this embodiment will be described. The raw material is transported from the raw material tank 11 to the reactor 20 by piping. A valve 12 for adjusting the supply amount of the raw material is provided on the way. Water is supplied to the reactor from a water tank 13. The pipe for supplying water is provided with a valve 14 for adjusting the supply amount. The opening of the valves 12, 14 is electronically controlled by the control unit 10, respectively.
【００２８】この水は、加水分解に使用されるととも
に、反応器２０内のｐＨを調整する役割を果たす。先に
説明した通り、原料は反応速度が極めて低くなる強アル
カリ状態で保存されている。原料に水を加えて希釈する
ことにより、反応器２０内のｐＨを低下させ、反応速度
が高いｐＨ状態に移行させることができる。水による希
釈では、ｐＨ７が限界であるが、実用上、十分な反応速
度が得られることが確認されている。供給される水の量
は、原料の量および要求水素量によって制御される。こ
の制御を実現するために、反応器２０には、ｐＨを検出
するｐＨセンサ２１が備えられており、検出値が制御ユ
ニット１０に入力される。制御方法については、後述す
る。This water is used for the hydrolysis and serves to adjust the pH in the reactor 20. As described above, the raw materials are stored in a strongly alkaline state where the reaction rate is extremely low. By diluting the raw material by adding water, the pH in the reactor 20 can be lowered and the reaction rate can be shifted to a high pH state. Although pH 7 is the limit in dilution with water, it has been confirmed that a practically sufficient reaction rate can be obtained. The amount of supplied water is controlled by the amount of raw material and the required amount of hydrogen. In order to realize this control, the reactor 20 is provided with a pH sensor 21 for detecting pH, and the detected value is input to the control unit 10. The control method will be described later.
【００２９】反応器２０では、先に示した加水分解反応
が生じ、水素が生成される。短期間に大量の水素が生成
され、高い流速で流出するため、流出する水素ガスに
は、水、生成物などの不純物が混在した状態となる。こ
のガスは分離器３０に供給され、生成物、水、水素に分
離される。分離器３０は、水素ガスの流速を抑制するこ
とで、不純物を分離する機構である。流速を抑制するた
めの格子、フィン、じゃま板などを内部に設けることに
より構成される。分離器３０で分離された水素は、燃料
電池１のアノード１ａに供給される。水は、水タンク１
３に循環され、再び反応に供される。In the reactor 20, the hydrolysis reaction described above occurs, and hydrogen is generated. Since a large amount of hydrogen is generated in a short period of time and flows out at a high flow rate, the outflowing hydrogen gas is in a state in which impurities such as water and products are mixed. This gas is supplied to the separator 30, where it is separated into product, water and hydrogen. The separator 30 is a mechanism for separating impurities by suppressing the flow rate of the hydrogen gas. It is configured by providing a lattice, fins, baffles, and the like for suppressing the flow velocity inside. The hydrogen separated by the separator 30 is supplied to the anode 1a of the fuel cell 1. Water is in water tank 1
The mixture is then circulated to 3 and used again for the reaction.
【００３０】Ａ２．ｐＨ制御：図３は水素ガス生成処理
のフローチャートである。先に説明した通り、本実施例
では、強アルカリ性で貯蔵されている原料のｐＨを調整
して要求量に見合った水素を生成する。この制御は、制
御ユニット１０が図３に示す処理を実行することにより
実現される。A2. pH control: FIG. 3 is a flowchart of the hydrogen gas generation process. As described above, in this embodiment, the pH of the raw material stored in a strongly alkaline state is adjusted to generate hydrogen that meets the required amount. This control is realized by the control unit 10 executing the processing shown in FIG.
【００３１】処理が開始されると、制御ユニット１０
は、まず水素要求量を入力する（ステップＳ１０）。水
素要求量は、外部からの指示によって入力されるものと
してもよいし、燃料電池１の運転状態から制御ユニット
１０が設定するものとしてもよい。水素要求量に関連の
ある他のパラメータ、例えば燃料電池１の要求電力など
で間接的に設定することも可能である。When the processing is started, the control unit 10
First, a required amount of hydrogen is input (step S10). The required amount of hydrogen may be input by an instruction from the outside, or may be set by the control unit 10 based on the operating state of the fuel cell 1. It is also possible to indirectly set other parameters related to the required amount of hydrogen, for example, the required power of the fuel cell 1.
【００３２】次に、水素要求量に基づき、制御ユニット
１０は、反応器２０に供給する原料量、およびｐＨの目
標値を設定する（ステップＳ１２）。本実施例では、図
中に示すマップに基づいて設定するものとした。加水分
解の反応速度は、反応器２０のｐＨに依存する。水素生
成量は、ｐＨと反応に供される原料量とをパラメータと
して定まる。反応速度が遅い場合でも、原料量を増やす
ことにより単位時間当たりの水素生成量を増大させられ
る。原料量が少ない場合でも、反応速度を高めることに
より、単位時間当たりの水素生成量を増大させられる。
本実施例では、かかる観点から、原料量とｐＨをパラメ
ータとして所定の水素要求量を満足する運転ポイントを
マップとして用意した。曲線ｃ１〜ｃ４はそれぞれ単位
時間当たりに生成される水素量が一定となる運転ポイン
トを示している。曲線ｃ４、ｃ３、ｃ２、ｃ１の順に生
成量が増大する。図中に示す折れ線ＬＩＭは、原料量お
よびｐＨの限界値を意味する。この範囲でマップは作成
されている。Next, based on the required amount of hydrogen, the control unit 10 sets the amount of the raw material supplied to the reactor 20 and the target value of the pH (step S12). In this embodiment, the setting is made based on the map shown in the figure. The rate of the hydrolysis reaction depends on the pH of the reactor 20. The amount of hydrogen generated is determined using the pH and the amount of the raw material used for the reaction as parameters. Even when the reaction rate is low, the amount of hydrogen generated per unit time can be increased by increasing the amount of the raw material. Even when the amount of the raw material is small, the amount of hydrogen generated per unit time can be increased by increasing the reaction rate.
In this embodiment, from such a viewpoint, an operation point that satisfies a predetermined required hydrogen amount is prepared as a map using the raw material amount and the pH as parameters. Curves c1 to c4 indicate operating points at which the amount of hydrogen generated per unit time is constant. The generation amount increases in the order of the curves c4, c3, c2, and c1. The broken line LIM shown in the figure means the raw material amount and the limit value of pH. A map has been created within this range.
【００３３】制御ユニット１０は、現状の運転ポイン
ト、即ち、反応器２０に供給されている原料量とｐＨ
と、水素要求量に基づいて目標ポイントを設定する。例
えば、現状の運転ポイントが図中のポイントＰ１であ
り、曲線ｃ２に相当する量の水素が要求された場合を考
える。目標運転ポイントは、曲線ｃ２上のいずれのポイ
ントに設定しても構わない。本実施例では、現状の運転
ポイントＰ１から最も移行しやすいポイントを目標ポイ
ントＰ２として設定するものとした。ポイントＰ１から
Ｐ２への移行に伴う原料量の変化量ΔＲ、ｐＨの変化量
Δｐに基づき、それぞれの変化を生じさせるための所要
時間を評価し、所要時間が極小となる運転ポイントを目
標ポイントとして選択するのである。こうすることによ
り、応答性の向上を図ることができる。制御ユニット１
０は、設定された運転ポイントに相当する状態に、バル
ブ１２，１４を制御して処理を終了する。The control unit 10 determines the current operating point, that is, the amount of raw materials supplied to the reactor 20 and the pH.
And the target point is set based on the hydrogen demand. For example, consider a case in which the current operating point is point P1 in the figure, and an amount of hydrogen corresponding to curve c2 is required. The target operation point may be set at any point on the curve c2. In the present embodiment, a point that is most likely to shift from the current operating point P1 is set as the target point P2. Based on the change amount ΔR of the raw material amount and the change amount Δp of the pH accompanying the shift from the point P1 to the point P2, the required time for making each change is evaluated, and the operation point at which the required time is minimized is set as the target point. Choose. By doing so, the responsiveness can be improved. Control unit 1
A value of 0 controls the valves 12, 14 to a state corresponding to the set operating point, and ends the processing.
【００３４】ｐＨ制御には、大きく２つの利点がある。
一つは、ｐＨを大きくすることにより、実質的に反応を
停止させることができる点である。本実施例では、かか
る利点を活用することにより、金属水素化物と水を混合
して流体の状態で貯蔵した。流体の形で保存することに
より、原料の定量供給が容易になり、反応を安定化させ
ることができる。２つ目として、ｐＨ制御で反応速度を
制御することにより、要求水素量に応じた水素を安定供
給することが可能となる利点がある。更に原料供給量の
制御も組み合わせれば、応答性を向上させることも可能
である。これらの利点に加えて、本実施例のシステムで
は、ｐＨ制御に利用される水は循環可能であり、装置の
小型化を図ることができる利点もある。The pH control has two major advantages.
One is that the reaction can be substantially stopped by increasing the pH. In this example, by utilizing such advantages, the metal hydride and water were mixed and stored in a fluid state. Storing in the form of a fluid facilitates the quantitative supply of raw materials and stabilizes the reaction. Second, by controlling the reaction rate by pH control, there is an advantage that hydrogen can be stably supplied in accordance with the required amount of hydrogen. Further, by combining the control of the raw material supply amount, the responsiveness can be improved. In addition to these advantages, in the system of the present embodiment, water used for pH control can be circulated, and there is an advantage that the size of the apparatus can be reduced.
【００３５】Ａ３．ｐＨ制御の変形例：実施例では、マ
ップに基づいて運転ポイントを設定する場合を例示し
た。水素の生成量に基づいて、原料およびｐＨをフィー
ドバック制御するものとしてもよい。かかる制御を変形
例として例示する。A3. Modification of pH control: In the embodiment, the case where the operating point is set based on the map has been described as an example. The feedstock and pH may be feedback-controlled based on the amount of hydrogen generated. Such control is illustrated as a modification.
【００３６】図４は変形例としての水素ガス生成処理の
フローチャートである。処理が開始されると、制御ユニ
ット１０は、水素要求量Ｈｒｅｑを入力する（ステップ
Ｓ２０）。また、現在の水素発生量Ｈｏｕｔを入力する
（ステップＳ２１）。水素発生量Ｈｏｕｔは、反応器２
０または分離器３０内の圧力、燃料電池１の電力など水
素発生量に関与する物理量をパラメータとして検出する
ことができる。こうして入力された２つの値Ｈｒｅｑ，
Ｈｏｕｔの比較によって（ステップＳ２２）、制御ユニ
ット１０は、ｐＨおよび原料量の制御を行う。FIG. 4 is a flowchart of a hydrogen gas generation process as a modification. When the process is started, the control unit 10 inputs the required hydrogen amount Hreq (Step S20). Further, the current hydrogen generation amount Hout is input (step S21). The amount of hydrogen generation Hout is determined in the reactor 2
A physical quantity related to the amount of generated hydrogen, such as 0 or the pressure in the separator 30 and the power of the fuel cell 1, can be detected as parameters. The two input values Hreq,
By comparing Hout (step S22), the control unit 10 controls the pH and the amount of the raw material.
【００３７】「Ｈｒｅｑ＜Ｈｏｕｔ」の場合、つまり水
素要求量よりも過剰の水素が発生している場合は、水素
の生成を抑制する処理を実行する。反応率を低下させる
ため、ｐＨを増大させる（ステップＳ２３）。ｐＨの増
大量は、一定の刻みで行うものとしてもよいし、Ｈｒｅ
ｑ、Ｈｏｕｔの差分から設定してもよい。本実施例で
は、水タンク１３から供給される水量を抑制することに
より、ｐＨの増大を図る。ｐＨが所定の上限閾値ｐＨＵ
を超えた場合には（ステップＳ２４）、ｐＨのみの制御
では、十分に水素発生量を抑制できないと判断し、原料
量を低減させる（ステップＳ２５）。原料量の低減も、
一定の刻みで行ってもよいし、Ｈｒｅｑ、Ｈｏｕｔの差
分から設定してもよい。上限閾値ｐＨＵは、理論的に実
現可能な上限値に設定する必要はなく、ｐＨのみの調整
によっては、実用的な応答性で水素生成量を抑制するこ
とが困難と判断される値を任意に設定可能である。In the case of "Hreq <Hout", that is, when the amount of hydrogen exceeding the required amount of hydrogen is generated, a process for suppressing the generation of hydrogen is executed. The pH is increased to reduce the reaction rate (step S23). The amount of increase in pH may be performed in fixed steps,
It may be set from the difference between q and Hout. In the present embodiment, the amount of water supplied from the water tank 13 is suppressed to increase the pH. pH is a predetermined upper threshold pHU
If it exceeds (step S24), it is determined that the control of only pH cannot sufficiently suppress the amount of generated hydrogen, and the amount of the raw material is reduced (step S25). Reduction of raw material amount
This may be performed at regular intervals, or may be set from the difference between Hreq and Hout. The upper limit threshold value pHU does not need to be set to an upper limit value theoretically achievable, and any value determined to be difficult to suppress the hydrogen generation amount with practical response by adjusting only pH is arbitrarily set. Can be set.
【００３８】「Ｈｒｅｑ＞Ｈｏｕｔ」の場合、つまり水
素要求量よりも水素の発生量が不足している場合は、水
素の生成を促進する処理を実行する。反応率を増大させ
るため、ｐＨを低下させる（ステップＳ２６）。ｐＨの
低下量は、一定の刻みで行うものとしてもよいし、Ｈｒ
ｅｑ、Ｈｏｕｔの差分から設定してもよい。本実施例で
は、水タンク１３から供給される水量を増大することに
より、ｐＨの低下を図る。ｐＨが所定の下限値ｐＨＬを
下回った場合には（ステップＳ２７）、ｐＨのみの制御
では、十分な水素を発生させられないと判断し、原料量
を増加させる（ステップＳ２８）。原料量の増加も、一
定の刻みで行ってもよいし、Ｈｒｅｑ、Ｈｏｕｔの差分
から設定してもよい。下限閾値ｐＨＬは、理論的に実現
可能な下限値に設定する必要はなく、ｐＨのみの調整に
よっては、実用的な応答性で水素生成量を増加させるこ
とが困難と判断される値を任意に設定可能である。If "Hreq>Hout", that is, if the amount of generated hydrogen is less than the required amount of hydrogen, a process for promoting the generation of hydrogen is executed. The pH is lowered to increase the reaction rate (step S26). The amount of decrease in pH may be determined at a fixed interval,
It may be set from the difference between eq and Hout. In the present embodiment, the pH is reduced by increasing the amount of water supplied from the water tank 13. When the pH falls below the predetermined lower limit pHL (step S27), it is determined that sufficient hydrogen cannot be generated by controlling only the pH, and the amount of the raw material is increased (step S28). The amount of the raw material may be increased at regular intervals, or may be set from the difference between Hreq and Hout. The lower threshold value pHL does not need to be set to a theoretically achievable lower limit value, and a value determined to be difficult to increase the hydrogen generation amount with practical response by adjusting only the pH is arbitrarily set. Can be set.
【００３９】「Ｈｒｅｑ＝Ｈｏｕｔ」の場合は、現状の
運転ポイントをそのまま維持する。Ｈｒｅｑ、Ｈｏｕｔ
の大小関係に応じて、それぞれ運転ポイントが設定され
ると、制御ユニット１０は、各運転ポイントを実現する
よう、バルブ１２，１４を制御する（ステップＳ２
９）。If "Hreq = Hout", the current operation point is maintained. Hreq, Hout
When the operation points are set in accordance with the magnitude relations of the above, the control unit 10 controls the valves 12 and 14 so as to realize each operation point (step S2).
9).
【００４０】なお、Ｈｒｅｑ、Ｈｏｕｔの比較に応じた
制御は、一定のヒステリシスを持たせることが望まし
い。また、「Ｈｒｅｑ＝Ｈｏｕｔ」の判断は、両者の差
違が、実用上、十分に小さいとみなせるか否かで行えば
よい。It is desirable that the control according to the comparison between Hreq and Hout has a certain hysteresis. The determination of “Hreq = Hout” may be made based on whether or not the difference between the two can be regarded as sufficiently small for practical use.
【００４１】図４の制御例では、ｐＨ制御を原料量の制
御よりも優先する場合を例示した。つまり、ｐＨ制御の
結果、ｐＨが所定の閾値ｐＨＵ，ｐＨＬを超えた場合に
原料制御を行うものとした。逆に、原料量の制御を優先
して行うものとしてもよい。In the control example of FIG. 4, the case where the pH control is prioritized over the control of the amount of the raw material is exemplified. That is, as a result of the pH control, the raw material control is performed when the pH exceeds the predetermined thresholds pHU and pHL. Conversely, the control of the raw material amount may be performed with priority.
【００４２】Ａ４．変形例：実施例（図３）および変形
例（図４）では、要求水素量を実現するようにｐＨ制御
を行う場合を例示した。反応器２０のｐＨは、一定の目
標値となるよう制御してもよい。例えば、ｐＨ１０を目
標値とするものとすれば、原料と一定の比率で水を供給
すれば良い。要求水素量に応じた水素を発生する際に
は、原料量を水素要求量に応じて制御する。この制御
は、例えば、ｐＨ１０における反応率に基づき、原料量
と水素発生量のマップを予め用意することで実現可能で
ある。A4. Modified Example: In the embodiment (FIG. 3) and the modified example (FIG. 4), the case where the pH control is performed so as to realize the required hydrogen amount has been exemplified. The pH of the reactor 20 may be controlled to a constant target value. For example, assuming that the target value is pH 10, water may be supplied at a constant ratio with the raw material. When generating hydrogen according to the required amount of hydrogen, the amount of the raw material is controlled according to the required amount of hydrogen. This control can be realized, for example, by preparing a map of the raw material amount and the hydrogen generation amount based on the reaction rate at pH 10.
【００４３】以上の例では、要求水素量を実現するため
の制御を説明した。本実施例は、水素を間欠的に生成さ
せ、反応器２０および分離器３０に一旦蓄え、必要に応
じて使うシステムとして構成することもできる。かかる
場合には、要求水素量に関わらず、原料に所定の水を供
給して反応させればよい。高いｐＨで原料を貯蔵してお
き、反応器２０内でｐＨを下げて反応を促進させるので
ある。水は、反応器２０が一定の目標ｐＨになるよう
に、原料に対し一定の比率で供給すればよい。かかる構
成においても、金属水素化物と水を混合した流体の状態
で原料を貯蔵できる利点は得られる。In the above example, control for realizing the required amount of hydrogen has been described. In this embodiment, it is also possible to configure a system in which hydrogen is generated intermittently, temporarily stored in the reactor 20 and the separator 30, and used as needed. In such a case, regardless of the required amount of hydrogen, the raw material may be supplied with predetermined water to react. The raw material is stored at a high pH, and the reaction is promoted by lowering the pH in the reactor 20. Water may be supplied at a constant ratio to the raw materials so that the reactor 20 has a constant target pH. Even in such a configuration, the advantage that the raw material can be stored in a fluid state in which the metal hydride and the water are mixed is obtained.
【００４４】第１実施例では、金属水素化物と水とを混
合した原料を貯蔵する場合を例示した。金属水素化物と
水とを分離貯蔵しておき、反応器２０への運搬直前に混
合するシステム構成としてもよい。つまり、反応器２０
よりも上流側に、金属水素化物と水とをアルカリ性環境
下で混合する混合器を設け、ここで混合された流体を反
応器２０に供給する構成を採ることも可能である。かか
る構成では、流体で原料を供給することによる定量供給
の容易化を図ることができる。また、実施例と異なり、
混合状態で貯蔵する訳ではないため、反応率に対する許
容値（図２中のＨｓｔｒ）は、比較的高く設定できる。
従って、原料のｐＨは実施例に比べて若干低くすること
ができる。この結果、反応器２０でそれほど希釈しなく
ても十分な反応速度を得ることが可能となる利点があ
る。In the first embodiment, a case where a raw material obtained by mixing a metal hydride and water is stored has been exemplified. A system configuration may be adopted in which the metal hydride and water are separated and stored, and mixed immediately before transport to the reactor 20. That is, the reactor 20
It is also possible to adopt a configuration in which a mixer for mixing the metal hydride and water in an alkaline environment is provided further upstream, and the mixed fluid is supplied to the reactor 20 here. With such a configuration, it is possible to facilitate the quantitative supply by supplying the raw material with a fluid. Also, unlike the embodiment,
Since the mixture is not stored in a mixed state, the tolerance (Hstr in FIG. 2) for the reaction rate can be set relatively high.
Therefore, the pH of the raw material can be made slightly lower than in the examples. As a result, there is an advantage that a sufficient reaction rate can be obtained without diluting so much in the reactor 20.
【００４５】Ｂ．第２実施例： Ｂ１．システム構成：図５は第２実施例としての水素ガ
ス生成システムの概略構成を示す説明図である。第２実
施例では、ｐＨ制御は行わない。金属水素化物の燃料
は、タンク１１Ａに粉末状で貯蔵されている。燃料とし
ては、第１実施例と同様、ＮａＢＨ4を用いる。燃料
は、粉末を運搬可能なポンプ１２Ａによって反応器２０
Ａに運搬される。かかるポンプ１２Ａとしては、超音波
モータを利用した装置が知られている。制御ユニット１
０がポンプ１２Ａの駆動を制御することにより、燃料の
供給量を制御することができる。燃料のタンク１１Ａか
ら粉末が重力の作用で反応器２０Ａに供給される機構を
適用してもよい。かかる場合には、供給路の開度をバル
ブ等で調整することにより、燃料の供給量を制御するこ
とができる。B. Second embodiment: B1. System Configuration: FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen gas generation system as a second embodiment. In the second embodiment, no pH control is performed. The metal hydride fuel is stored in powder form in the tank 11A. As the fuel, NaBH 4 is used as in the first embodiment. Fuel is supplied to the reactor 20 by a pump 12A capable of transporting powder.
Transported to A. As the pump 12A, a device using an ultrasonic motor is known. Control unit 1
When 0 controls the drive of the pump 12A, the supply amount of fuel can be controlled. A mechanism in which powder is supplied from the fuel tank 11A to the reactor 20A by the action of gravity may be applied. In such a case, the fuel supply amount can be controlled by adjusting the opening degree of the supply path with a valve or the like.
【００４６】反応器２０Ａには、水タンク１３から、燃
料を加水分解するための水が供給される。供給量は、制
御ユニット１０が、配管途中に設けられたバルブ１４の
開度を制御することによって制御される。Water for hydrolyzing the fuel is supplied from the water tank 13 to the reactor 20A. The supply amount is controlled by the control unit 10 controlling the opening of the valve 14 provided in the middle of the pipe.
【００４７】反応器２０Ａ内には、加水分解反応を促進
する触媒が担持されている。本実施例では、ハニカムの
担体に触媒を担持させ、反応器２０Ａ内に取り付けた。
触媒を反応器２０Ａ内に充填してもよい。利用可能な触
媒としては、白金系、チタニア系、ルテニウム系、白金
−チタニア系などが知られている。In the reactor 20A, a catalyst for promoting the hydrolysis reaction is carried. In the present example, a catalyst was supported on a honeycomb carrier, and was mounted in the reactor 20A.
The catalyst may be charged into the reactor 20A. Known catalysts include platinum-based, titania-based, ruthenium-based and platinum-titania-based catalysts.
【００４８】反応器２０Ａに水とともに供給された燃料
は触媒の作用によって、直ちに加水分解される。生成物
が燃料の表面を覆い、分解が停止するという現象は、触
媒の存在下ではほぼ生じない。生成された水素には、第
１実施例と同様、水、生成物が含まれているため、分離
器３０で分離され、燃料電池１に供給される。分離器３
０で分離された水は、水タンク１３に循環され、再び反
応に供される。The fuel supplied to the reactor 20A together with the water is immediately hydrolyzed by the action of the catalyst. The phenomenon that the product covers the surface of the fuel and the decomposition stops is hardly caused in the presence of the catalyst. Since the generated hydrogen contains water and products as in the first embodiment, it is separated by the separator 30 and supplied to the fuel cell 1. Separator 3
The water separated at 0 is circulated to the water tank 13 and used again for the reaction.
【００４９】Ｂ２．水素ガス生成処理：図６は第２実施
例における水素ガス生成処理のフローチャートである。
制御ユニット１０が実行する処理である。第２実施例で
は、反応器２０Ａに供給された燃料がほぼ全量反応可能
な構成を採っているため、燃料の供給量と水素生成量と
は一定の相関がある。本実施例では、かかる相関を利用
して、水素要求量に応じた水素を生成する。B2. Hydrogen gas generation processing: FIG. 6 is a flowchart of the hydrogen gas generation processing in the second embodiment.
This is a process executed by the control unit 10. In the second embodiment, the fuel supplied to the reactor 20A is configured to be capable of reacting substantially all of the fuel, so that there is a certain correlation between the fuel supply amount and the hydrogen generation amount. In the present embodiment, hydrogen is generated in accordance with the required amount of hydrogen by utilizing such a correlation.
【００５０】処理が開始されると、制御ユニット１０
は、水素要求量を入力し（ステップＳ３０）、これに基
づいて燃料、即ち金属水素化物の量と水の量を設定する
（ステップＳ３２）。燃料量、水量、生成される水素量
は、複雑な相関関係になることが確認されているため、
本実施例では、水素要求量に応じて燃料量、水量を与え
るマップを予め用意し、これに基づいてそれぞれの供給
量を設定するものとした。供給量は、反応器２０Ａの温
度などの環境条件によっても変動するため、環境条件ご
とにマップを備えた。図中では、温度別にマップを用意
した例を示したが、その他の条件を加味して多元的にマ
ップを備えてもよい。When the processing is started, the control unit 10
Inputs the required amount of hydrogen (step S30), and sets the amount of fuel, that is, the amount of metal hydride and the amount of water based on the input amount (step S32). Since the amount of fuel, the amount of water, and the amount of generated hydrogen have been confirmed to have a complicated correlation,
In the present embodiment, a map for providing the fuel amount and the water amount according to the required hydrogen amount is prepared in advance, and the respective supply amounts are set based on the map. Since the supply amount varies depending on environmental conditions such as the temperature of the reactor 20A, a map is provided for each environmental condition. In the figure, an example in which a map is prepared for each temperature is shown, but a map may be provided in a pluralistic manner in consideration of other conditions.
【００５１】こうして設定された燃料および水の供給量
を実現するように、制御ユニット１０は、ポンプ１２
Ａ、バルブ１４を制御する（ステップＳ３４）。The control unit 10 controls the pump 12 so as to realize the set fuel and water supply amounts.
A, the valve 14 is controlled (step S34).
【００５２】第２実施例によれば、原料および水の供給
量を制御することにより、要求に応じた水素を生成する
ことができる。従って、生成された水素が使用前に遺漏
したに、消費されずに残存するなどの無駄を回避でき
る。According to the second embodiment, it is possible to generate hydrogen as required by controlling the supply amounts of the raw material and water. Therefore, it is possible to avoid waste such that the generated hydrogen leaks before use and remains without being consumed.
【００５３】第２実施例では、燃料と水の双方の量を制
御する場合を例示した。反応器２０Ａに十分な量の水を
蓄えておき、水素要求量に応じて燃料の供給量を制御す
るものとしてもよい。反応器２０Ａに十分な量の燃料を
貯蔵しておき、水素要求量に応じて水の供給量を制御す
るものとしてもよい。In the second embodiment, the case where both the amounts of fuel and water are controlled has been described. A sufficient amount of water may be stored in the reactor 20A, and the supply amount of the fuel may be controlled according to the required amount of hydrogen. A sufficient amount of fuel may be stored in the reactor 20A, and the supply amount of water may be controlled according to the required amount of hydrogen.
【００５４】金属水素化物は、加水分解の他、熱分解に
よって水素を生成することが知られている。第２実施例
の構成において、水を供給する代わりに、反応器２０Ａ
を加熱して水素を生成する構成を採ることも可能であ
る。この場合には、水素要求量に応じて加熱量を制御す
ることにより、第２実施例と同様の利点を得ることがで
きる。It is known that metal hydrides generate hydrogen by thermal decomposition in addition to hydrolysis. In the configuration of the second embodiment, instead of supplying water, the reactor 20A is used.
It is also possible to adopt a configuration in which is heated to generate hydrogen. In this case, the same advantages as in the second embodiment can be obtained by controlling the amount of heating in accordance with the required amount of hydrogen.
【００５５】第１実施例、第２実施例では、金属水素化
物としてＮａＢＨ4を用いた場合を例示したが、その他
種々の金属水素化物を利用可能である。生成された水素
の用途は、燃料電池１への供給に限られない。In the first and second embodiments, the case where NaBH 4 is used as the metal hydride is exemplified, but other various metal hydrides can be used. Use of the generated hydrogen is not limited to supply to the fuel cell 1.
【００５６】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。例えば、以上の制御処理はソフト
ウェアで実現する他、ハードウェア的に実現するものと
してもよい。Although various embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that various configurations can be adopted without departing from the spirit of the present invention. For example, the above-described control processing may be realized by software or by hardware.
【図１】第１実施例としての水素ガス生成システムの概
略構成を示す説明図である。FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen gas generation system as a first embodiment.
【図２】反応速度のｐＨ依存性を示す説明図である。FIG. 2 is an explanatory diagram showing the pH dependence of a reaction rate.
【図３】水素ガス生成処理のフローチャートである。FIG. 3 is a flowchart of a hydrogen gas generation process.
【図４】変形例としての水素ガス生成処理のフローチャ
ートである。FIG. 4 is a flowchart of a hydrogen gas generation process as a modification.
【図５】第２実施例としての水素ガス生成システムの概
略構成を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen gas generation system as a second embodiment.
【図６】第２実施例における水素ガス生成処理のフロー
チャートである。FIG. 6 is a flowchart of a hydrogen gas generation process in a second embodiment.
１０…制御ユニット １１…原料タンク １１Ａ…タンク １２，１４…バルブ １２Ａ…ポンプ １３…水タンク １４…バルブ ２０…反応器 ２０Ａ…反応器 ３０…分離器 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Control unit 11 ... Raw material tank 11A ... Tank 12, 14 ... Valve 12A ... Pump 13 ... Water tank 14 ... Valve 20 ... Reactor 20A ... Reactor 30 ... Separator
Claims (11)
せる反応部と、 該反応部に担持または充填された触媒と、 前記金属水素化物、および前記分解反応に供される水ま
たは熱、の少なくとも一方の量を、水素ガスの要求量に
応じて制御する制御部とを備える水素ガス生成システ
ム。1. A hydrogen gas generation system, comprising: a reaction unit that generates hydrogen by hydrolyzing or thermally decomposing a metal hydride; a catalyst supported or filled in the reaction unit; and the metal hydride; A control unit for controlling at least one of water and heat supplied to the decomposition reaction in accordance with a required amount of hydrogen gas.
あって、 前記金属水素化物、および前記分解反応に供される水ま
たは熱、の少なくとも一方の量と、水素ガスの要求量と
の関係を記憶する記憶手段を備え、 前記制御部は、該記憶手段を参照して前記制御を実行す
る水素ガス生成システム。2. The hydrogen gas generation system according to claim 1, wherein a relationship between a required amount of hydrogen gas and an amount of at least one of the metal hydride and water or heat supplied to the decomposition reaction. A hydrogen gas generation system, wherein the control unit executes the control with reference to the storage unit.
と、 該反応部のｐＨを制御するｐＨ制御部とを備える水素ガ
ス生成システム。3. A hydrogen gas generation system, comprising: a reaction unit that hydrolyzes a metal hydride to generate hydrogen; and a pH control unit that controls pH of the reaction unit.
あって、 前記ｐＨ制御部は、水素ガスの要求量の増大に伴って前
記ｐＨを低下させる水素ガス生成システム。4. The hydrogen gas generation system according to claim 3, wherein the pH control unit lowers the pH as the required amount of hydrogen gas increases.
あって、 前記ｐＨ制御部は、水素ガスの要求量の低減に伴って前
記ｐＨを増大させる水素ガス生成システム。5. The hydrogen gas generation system according to claim 3, wherein the pH control unit increases the pH as the required amount of hydrogen gas decreases.
あって、 水素ガスの要求量およびその変化量の少なくとも一方に
基づき、前記反応部のｐＨ目標値を設定するｐＨ目標値
設定部を備え、 前記ｐＨ制御部は、該ｐＨ目標値となるよう前記制御を
実行する水素ガス生成システム。6. The hydrogen gas generation system according to claim 3, further comprising a pH target value setting unit that sets a pH target value of the reaction unit based on at least one of a required amount of hydrogen gas and a change amount thereof. A hydrogen gas generation system, wherein the pH control unit executes the control so as to be the pH target value.
あって、 前記反応部に前記金属水素化物と水の混合物を原料とし
て供給する原料供給部を備え、 前記ｐＨ制御部は、前記混合物のｐＨを、前記反応部へ
の供給前よりも低下させる水素ガス生成システム。7. The hydrogen gas generation system according to claim 3, further comprising: a raw material supply unit configured to supply a mixture of the metal hydride and water as a raw material to the reaction unit; A hydrogen gas generation system for lowering the pH than before the supply to the reaction section.
あって、 前記原料は、強アルカリ性に保たれている水素ガス生成
システム。8. The hydrogen gas generation system according to claim 7, wherein the raw material is kept strongly alkaline.
あって、 前記ｐＨ制御部は、前記原料に水を加えることによって
前記制御を行う水素ガス生成システム。9. The hydrogen gas generation system according to claim 8, wherein the pH control unit performs the control by adding water to the raw material.
による水素ガスの生成方法であって、（ａ） 前記金属
水素化物、および前記分解反応に供される水または熱、
の少なくとも一方の量を、水素ガスの要求量に応じて制
御する工程と、（ｂ） 触媒の存在下で、前記金属水素
化物の加水分解または熱分解を行う工程とを備える水素
ガスの生成方法。10. A method for producing hydrogen gas by hydrolysis or thermal decomposition of a metal hydride, comprising: (a) the metal hydride, and water or heat supplied to the decomposition reaction;
Controlling the amount of at least one of the two in accordance with the required amount of hydrogen gas, and (b) performing hydrolysis or thermal decomposition of the metal hydride in the presence of a catalyst. .
スの生成方法であって、 該加水分解時のｐＨを制御する工程を備える水素ガスの
生成方法。11. A method for producing hydrogen gas by hydrolyzing a metal hydride, comprising the step of controlling pH during the hydrolysis.
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