JP2021500297A - ガスを生成する装置 - Google Patents
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Abstract
Description
WO2012/003112A1およびWO2010/051557A1の触媒システムには、他の欠点がある。
触媒システムを閉鎖するための閾値圧力は、エラストマー膜の剛性によって決定され、これは、エラストマー膜の形態および機械的特性、特に弾力特性に依存する。したがって、装置の最適な動作を保証するように膜を設計することが困難である。
さらに、筐体内の圧力に関係なく触媒システムの開閉を制御することができない。
‐触媒と接触することによりガスを生成することができる液体を収容するための内部空間を画定する筐体と、
‐触媒を収容するための触媒作用チャンバを共に画定する第1の部分および第2の部分を含む触媒システムであって、
‐第1および第2の部分が、好ましくは並進および/または回転によって、触媒作用チャンバが内部空間から隔離されている閉位置と、触媒作用チャンバが内部空間と流体連通している開位置との間で互いに対して移動可能であり、それにより、液体と触媒がそれぞれ内部空間および触媒作用チャンバに収容されている場合、開位置では、液体が触媒作用チャンバに入り、液体が触媒と接触することによってガスが生成され、
‐触媒システムに接続され、触媒システムを開位置および/または閉位置に配置するように構成されたアクチュエータと、
‐アクチュエータに命令するための指令ユニットと、
を備える装置によって満たされる。
アクチュエータは、ラム、特に油圧ラム、電気ラム、空気圧ラム、または電気モータとすることができる。
好ましくは、ラムは空気圧式である。空気圧ラムには、その作動を可能にするために電力供給装置を必要としないという利点がある。これは特に、加圧された圧縮性流体の貯蔵によって駆動することができる。
しかしながら、アクチュエータはラムに限定されない。一変形形態では、アクチュエータは、モータ、特に電気、例えば、ステッピングモータであり得る。
さらに、第1および第2の部分は、開位置と閉位置との間で互いに対して並進的に移動可能であり得、並進の方向は、ラムの長手方向軸に平行である。
1つの変形形態では、流体は、空気、特に気体であり、流体供給部材は、空気が圧力下で貯蔵されるタンクを有するカートリッジであり得る。好ましくは、カートリッジは、指令バルブに取り外し可能に接続される。
指令ユニットは、少なくとも1つの制御パラメータによって構成される少なくとも1つの制御モードに従ってアクチュエータに命令するように構成され得る。
特に、調整モードによれば、1つまたは複数の制御パラメータは、好ましくは少なくとも1つ、好ましくは少なくとも2つの調整パラメータを含む。
‐任意選択的に、第1の保持期間中に触媒システムを開位置に配置し、次いで
‐第2の保持期間中に、触媒システムを閉位置に配置する。
‐少なくとも1つの制御される量を受け取り、
‐特に制御される量を少なくとも1つの制御パラメータと比較することにより、制御される量を分析し、
分析結果に応じて、
‐調整モードまたは調整モードとは異なる特定の制御モードに従って制御信号を生成し、次いで
‐前記制御信号を受信し、制御信号に対応する制御モードを実行するように構成された指令ユニットに制御信号を送信する。
さらに、制御ユニットは、好ましくは、少なくとも1つの制御パラメータで制御される量を分析するために、分析プログラムと呼ばれるコンピュータプログラムを実行するように適合されたプロセッサを備える。
好ましくは、装置は、好ましくはそれぞれ異なる量を測定するように構成されている少なくとも2つの測定ユニットを備える。特に、装置は、内部空間内のガス圧力を測定するためのユニット、生成ガス流量を測定するためのユニット、および温度を測定するための少なくとも1つのユニットを備え得る。
‐ガスは二水素であり、
‐液体は、好ましくは水素化ホウ素ナトリウム、水素化ホウ素カリウム、水素化ホウ素マグネシウム、水素化ホウ素カルシウム、水素化ホウ素リチウム、水素化アルミニウムリチウム、水素化マグネシウム、水素化アルミニウムナトリウムおよびそれらの混合物から選択される水素化物を含む水溶液であり、
‐触媒は、水溶液の加水分解反応を触媒するように適合されており、好ましくは、白金、ルテニウム、ニッケル、コバルトおよびそれらの混合物から選択される。
‐少なくとも1つの制御される量、好ましくはいくつかの量が測定され、
‐制御される量は、特にそれを少なくとも1つの制御パラメータと比較することによって分析され、
分析結果に応じて、
‐方法は、調整モードによる制御が停止され、調整モードとは異なる特定の制御モードに従って制御される。
‐制御される量は、液体の温度および/または装置の環境の温度および/または触媒の温度であり、制御パラメータはそれぞれ、液体の最小制御温度および/または環境の最小制御温度および/または触媒の最小制御温度であり、
‐分析期間中、好ましくは0.1から2秒の間に、液体の温度および/または装置の環境の温度および/または触媒の温度がそれぞれ液体の最小制御温度および/または環境の最小制御温度および/または触媒の最小制御温度未満であるかを検証することを含む分析が開始され、そうである場合、
‐方法は、調整モードによる制御が停止され、次いで冷間制御モードに従って制御され、該冷間制御モードにおいて、
i)任意選択で、アクチュエータは、好ましくは1秒から10秒の間、触媒システムを開位置に置くように命令され、次いで
ii)アクチュエータは、筐体内のガスの圧力が、好ましくは最大調整圧力以上である最大設定圧力未満である限り、触媒システムを閉位置に配置および保持するように命令され、
iii)アクチュエータは、触媒システムを開位置に配置および保持し、生成ガスが筐体から放出されるように筐体が開放され、
‐ステップiii)の間に、測定されたガス圧力が、好ましくは最小調整圧力以下である最小設定圧力より低くなり、次いでそれを超える場合、方法は、冷間制御モードによる制御が停止され、好ましくは、方法は調整モードに従って制御され、
‐それ以外の場合、ステップi)およびii)が実行される。
‐ガスの酸化によって電流を生成するように構成された燃料電池と、
‐本発明によるガス生成装置であって、燃料電池と流体連通し、燃料電池に前記ガスを供給するように構成された、ガス生成装置と、
を備える。
装置5は、
‐触媒システム20および圧力測定ユニット25、温度測定ユニット26、27、28、ならびに生成ガス流量測定ユニット29が配置される内部体積15を画定する筐体10と、
‐筐体および触媒システムに固定された空気圧ラム30の形態のアクチュエータと、
‐加圧流体をラムに送達するために、一方ではラムと、他方では流体供給部材40と流体連通している指令バルブ35と、
‐指令バルブおよび圧力測定ユニットに電気的に接続された指令ユニット45と、
‐指令ユニットに電気的に接続された制御ユニット46と、
‐指令ユニットおよび制御ユニットに電気的に接続された読み取りモジュール50と、
を備える。
本発明による方法は、ステップa)からc)からなる少なくとも1つのサイクル、好ましくは数サイクルを含む。
以下の非限定的な実施例を使用して本発明を説明する。
〔実施例1〕
ガスは、図1に示すような装置によって生成される。このために、触媒システムは、触媒チャンバ内に1グラムのコバルトを含み、0.6Lの容量を有する筐体の内部空間には0.5Lの水素化ホウ素ナトリウム溶液を含む。触媒と液体溶液の初期温度はいずれも25℃と同等である。
最小調整圧力は1.4barに設定され、最大調整圧力は1.5barに設定される。
図15は、方法を実装するための時間tの関数として、筐体内のガス圧力Pgの変化を示す。
ガスは、図1に示される装置の筐体を使用して生成される。本発明による触媒システムの代わりに、国際公開第2012/003112A1号に開示されたブイの形態の触媒システムが使用される。実施例1と同じ量のコバルトおよび水素化ホウ素ナトリウム溶液が使用される。
t0=0の時点で、触媒システムは開位置にある。ガスの生成が開始され、生成ガスの設定流量にすぐに達する(1,000ml/分の値)。
したがって、従来技術の方法の質量収率は1.8%である。
図1に示すように内部空間のガス圧力を測定するために圧力測定ユニット25が設けられていることを除いて、図13に記載の装置が提供される。方法は、以下の条件下で実施される。装置の放出口に固定された流量制御バルブによって調整される所望の設定流量は、160ml/分に設定される。この流量制御バルブにより、燃料電池のガス消費をシミュレートできる。装置は、温度が−8℃である気候の筐体に配置される。触媒システムを開放する前、水素化物溶液の温度は−1℃であり、触媒の温度は0℃である。
10 筐体
15 内部空間
20 触媒システム
25 圧力測定ユニット
26、27、28 温度測定ユニット
29 生成ガス流量測定ユニット
30 ラム
35 指令バルブ
40 流体供給部材
45 指令ユニット
46 制御ユニット
50 読み取りモジュール
55 バッテリ
60 スイッチ
65 側壁
70下壁
75 上壁
80 水素化物水溶液
85 放出口
90 容器
95 カバー
100 触媒作用チャンバ
105 触媒
110 ガスケットシール
115 穴
120 穴
125 円筒形本体
130 ピストン
135 復帰無事
140 ラムチャンバ
145 ピストンの端部
150 入口
155 カートリッジ
160 入口パイプ
165 供給出口
170 パイプ
175 パージ出口
180 装置の外の環境
185 圧力センサ
190 タンク
195 電気コンプレッサ
200 入口
205 第1の部分
210 第2の部分
212 側壁の内面
215 コーティング
225 上壁
230 側壁
250 下壁
255 上壁
260 上部開口部
265 管状部分
270 下壁
275 開口部
280 開口部
290 管状部分
295 下壁
300 上壁
305 凹部
310 スペーサ
320 中空管
330 上壁
350 装置
355 燃料電池
360 酸化ユニット
370 アノード
375 電解質膜
380 カソード
385 アノードチャンバ
390 カソードチャンバ
400 入口オリフィス
410 輸送管
Claims (19)
- ガスを生成させるための有用な装置(5)であって、
‐触媒(105)と接触することによりガスを生成させることができる液体(80)を収容するための内部空間(15)を画定する筐体(10)と、
‐前記触媒を収容するための触媒作用チャンバ(100)を共に画定する第1の部分(205)および第2の部分(210)を含む触媒システム(20)であって、第1および第2の部分が、好ましくは並進および/または回転によって、前記触媒作用チャンバが前記内部空間から隔離される閉位置と、前記触媒作用チャンバが前記内部空間と流体連通している開位置との間で互いに対して移動可能であり、それにより、液体と触媒がそれぞれ前記内部空間および前記触媒作用チャンバに収容されている場合、開位置では、液体が前記触媒作用チャンバに入り、液体が触媒と接触することによってガスが生成される、触媒システム(20)と、
‐前記触媒システムに接続され、前記触媒システムを開位置および/または閉位置に配置するように構成されたアクチュエータと、
‐前記アクチュエータに命令するための指令ユニットと、
を備える、装置。 - 前記アクチュエータが、油圧ラムまたは電気ラムまたは空気ラムまたは電気モータである、請求項1に記載の装置。
- 前記触媒システムの開位置および閉位置の少なくとも一方において、ラムの少なくとも一部がハウジング内に配置され、かつ/または前記触媒システムが前記筐体の前記内部空間内に配置される、請求項2に記載の装置。
- 前記ラムが油圧式または好ましくは空気圧式であり、前記装置が前記指令ユニットおよび前記ラムに接続された指令バルブ(35)を備え、前記指令バルブが、前記指令ユニットから発せられる指令信号を受信し、前記指令信号の受信に続いて、一定量の加圧流体を前記ラムに送達し、かつ/または前記流体を前記ラムからパージするように構成されている、請求項2または3に記載の装置。
- 前記指令バルブに好ましくは取り外し可能に接続されている、圧縮空気を含むカートリッジ(155)、およびコンプレッサ(195)または流体を圧縮するためのポンプに接続された前記空気を含むタンク(190)によって形成されたアセンブリから好ましくは選択され、前記指令バルブと流体連通している加圧流体供給部材(40)を備える、請求項4に記載の装置。
- 前記指令ユニットが、少なくとも1つの制御パラメータを使用して構成された少なくとも1つの制御モードに従って前記アクチュエータに命令するように構成されている、請求項1から5のいずれか一項に記載の装置。
- 前記制御モードが、第1および第2の調整パラメータを含む制御パラメータを使用して構成された調整モードであり、前記指令ユニットが、調整される量、好ましくはガスの圧力を受け取り、かつ調整される量が第1の調整パラメータ未満、好ましくは最小調整圧力である場合、前記触媒システムを第1の位置、例えば開位置に配置し、前記第2の調整パラメータより大きい、好ましくは最大調整圧力である場合、前記触媒システムを第2の位置、例えば閉位置に配置するように前記アクチュエータに命令するように構成されている、請求項6に記載の装置。
- ‐少なくとも1つの制御される量を受け取り、
‐特に、制御される量を少なくとも1つの制御パラメータと比較することにより、制御される量を分析し、
分析結果に応じて、
‐調整モードに従って、または調整モードとは異なる特定の制御モードに従って制御信号を生成し、
‐前記制御信号を受信し、前記制御信号に対応する前記制御モードに従って前記アクチュエータに命令するように構成された前記指令ユニットに前記制御信号を送信する
ように構成された制御ユニットを備える、請求項6または7に記載の装置。 - 前記内部空間内のガスの圧力、前記装置が流体連通している機械、好ましくは燃料電池内のガスの圧力、生成されたガスの流量、および温度、例えば前記液体の温度または前記触媒の温度または前記装置の環境の温度から選択された量を測定するためのユニットであって、測定された量を指令ユニットおよび/または制御ユニットに送信するように構成されている、測定ユニットを備える、請求項1から8のいずれか一項に記載の装置。
- 前記指令ユニットによって実行される制御モードに応じて、前記測定ユニットによって測定される量が、調整される量および/または制御される量である、請求項9に記載の装置。
- 触媒の少なくとも一部が前記第1の部分および/または前記第2の部分に固定された触媒を含み、かつ/または前記内部空間が液体を含む、請求項1から10のいずれか一項に記載の装置。
- それぞれ前記第1の部分および前記第2の部分の壁(250;270)が、前記壁の厚さを貫通する少なくとも1つの窓(275;280)を備え、前記触媒システムの閉位置において、前記第1の部分の窓が前記第2の部分によって、前記第2の部分の窓が前記第1の部分によって完全に密封されており、前記第1の部分および前記第2の部分の窓が、前記触媒システムの開位置において、前記第1の部分および前記第2の部分の壁を液体が通って前記触媒作用チャンバに向かうアクセス経路を画定する、請求項1から11のいずれか一項に記載の装置。
- ガス、好ましくは二水素を生成する方法であって、請求項1から12のいずれか一項に記載の装置(5)が提供され、前記筐体(10)の前記内部空間(15)に液体(80)、好ましくは、触媒(105)との接触によりガスを生成することができる二水素水溶液が収容され、前記触媒システムの前記触媒作用チャンバ(100)に前記触媒が収容され、前記触媒が、好ましくは白金、コバルト、ルテニウム、ニッケルおよびそれらの合金から選択され、前記方法が、調整モードと呼ばれる、第1および第2の調整パラメータを使用して構成された制御モードに従って実施され、前記方法が、調整される量を測定するステップと、前記調整される量が第1の調整パラメータ未満である場合に前記触媒システムを第1の位置、好ましくは開位置に配置し、前記調整される量が第2の調整パラメータより大きい場合に前記触媒システムを第2の位置、好ましくは閉位置に配置するように前記アクチュエータに命令するステップと、を含む、方法。
- 調整される量が、前記内部空間内のガスの圧力、前記装置が流体連通している機械、好ましくは燃料電池内のガスの圧力、生成されたガスの流量、および温度、例えば、前記液体の温度または前記触媒の温度または前記装置の環境の温度から選択され、第1および第2の調整パラメータが、それぞれ調整される量の最小値および最大値である、請求項13に記載の方法。
- 調整される量が前記内部空間のガスの圧力であり、第1および第2の調整パラメータがそれぞれ最小および最大調整圧力である、請求項14に記載の方法。
- ‐少なくとも1つの制御される量、好ましくはいくつかの量が測定され、
‐前記制御される量が、特にそれを少なくとも1つの制御パラメータと比較することによって分析され、
分析結果に応じて
‐前記調整モードによる制御が停止され、前記調整モードとは異なる特定の制御モードに従って制御される、請求項13から15のいずれか一項に記載の方法。 - 請求項16に記載の方法であって、
‐前記制御される量が、前記液体の温度および/または前記装置の環境の温度および/または前記触媒の温度であり、前記制御パラメータがそれぞれ、液体の最小制御温度および/または環境の最小制御温度および/または触媒の最小制御温度であり、
‐0.1から10秒の間であることが望ましい分析期間中に、液体の温度および/または装置の環境の温度および/または触媒の温度がそれぞれ液体の最小制御温度および/または環境の最小制御温度および/または触媒の最小制御温度未満であるか検証することを含む分析が開始され、そうである場合、
‐方法は、前記調整モードによる制御が停止され、次いで、冷間制御モードに従って制御され、前記冷間制御モードにおいて、前記制御される量が前記筐体内のガスの圧力であり、かつ、
i)任意選択的に、前記アクチュエータは、好ましくは1秒から10秒の間の期間、前記触媒システムを開位置に配置するように命令され、次いで
ii)前記アクチュエータは、前記筐体内のガスの圧力が、好ましくは前記最大調整圧力以上である最大設定圧力未満である限り、前記触媒システムを閉位置に配置および保持するように命令され、
iii)生成されたガスが前記筐体から放出されるように、前記アクチュエータは、前記触媒システムを開位置に配置および保持するように命令され、前記筐体が開放され、
‐ステップiii)の間に、測定されたガス圧力が、好ましくは前記最小調整圧力以下である最小設定圧力より低くなり、次いでそれより高くなる場合、方法は、冷間制御モードによる制御が停止され、好ましくは、調整モードに従って制御され、
‐それ以外の場合、ステップi)およびii)が実行される、方法。 - 液体の最小制御温度および/または環境の最小制御温度および/または触媒の最小制御温度が5℃に等しく、さらには0℃に等しい、請求項17に記載の方法。
- 電気エネルギー生成装置(350)であって、
‐ガスの酸化によって電流を生成するように構成された燃料電池(355)と、
‐前記燃料電池と流体連通し、前記燃料電池に前記ガスを供給するように構成された、請求項1から12のいずれか一項に記載のガス生成装置(5)と、
を備える、電気エネルギー生成装置。
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