JP7354051B2 - 水素放出・貯蔵システム、水素放出・貯蔵方法、アンモニア製造装置、ガスタービン、燃料電池、および製鉄所 - Google Patents

水素放出・貯蔵システム、水素放出・貯蔵方法、アンモニア製造装置、ガスタービン、燃料電池、および製鉄所 Download PDF

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Description

本発明は、水素放出・貯蔵システム、水素放出・貯蔵方法、アンモニア製造装置、ガスタービン、燃料電池、および製鉄所に関する。
アンモニア合成、ガス燃焼、固体酸化物燃料電池の製造、製鉄等の様々なプロセスにおいて、水素エネルギーが活用されている。原料となる水素ガスの供給には、膨大な労力とコストがかかることが知られており、これを改善する技術が求められている。また、水素エネルギーを活用する過程においては、膨大な排熱が発生するため、その有効な利用方法が求められている。
国際公開第２０１８／０７４５１８号
水素を発生させる材料として、ホウ化水素が検討されている。特許文献１では、ホウ化水素を二次元的に含有するシートが開示されている（特許文献１）。しかしながら、シートに含有される全ての水素を発生させた時点で、新たなシートを供給する必要があり、その分の労力とコストの発生はさけられない。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、排熱を有効活用し、かつ水素発生に必要な追加エネルギーの発生を抑えることを可能にする、水素放出・貯蔵システム、水素放出・貯蔵方法、アンモニア製造装置、ガスタービン、燃料電池、および製鉄所を提供することを目的とする。
上記課題を解決するため、本発明は以下の手段を採用している。
（１）本発明の一態様に係る水素放出・貯蔵システムは、第一水素化合物部材と、前記第一水素化合物部材を収容する第一容器と、前記第一容器内を加熱する第一加熱装置と、前記第一容器内を冷却する第一冷却装置と、前記第一容器内に水を供給する第一水供給装置と、で構成される第一水素放出・貯蔵ユニットと、第二水素化合物部材と、前記第二水素化合物部材を収容する第二容器と、前記第二容器内を加熱する第二加熱装置と、前記第二容器内を冷却する第二冷却装置と、前記第二容器内に水を供給する第二水供給装置と、で構成される第二水素放出・貯蔵ユニット、を備え、前記第一容器内及び前記第二容器内への加熱、冷却、及び水の供給は、それぞれ独立に実行される。
（２）前記（１）に記載の水素放出・貯蔵システムにおいて、前記第一加熱装置と前記第二加熱装置とが、前記第一水素放出・貯蔵ユニットと前記第二水素放出・貯蔵ユニットとで共有される、同一の加熱装置であってもよい。
（３）前記（１）または（２）のいずれかに記載の水素放出・貯蔵システムにおいて、前記第一冷却装置と前記第二冷却装置とが、前記第一水素放出・貯蔵ユニットと前記第二水素放出・貯蔵ユニットとで共有される、同一の冷却装置であってもよい。
（４）前記（１）～（３）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムにおいて、前記第一水供給装置と前記第二水供給装置とが、前記第一水素放出・貯蔵ユニットと前記第二水素放出・貯蔵ユニットとで共有される、同一の水供給装置であってもよい。
（５）前記（１）～（４）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムにおいて、前記第一水素化合物部材、前記第二水素化合物部材のそれぞれを構成する、水素以外の元素と、水素元素との化学量論比が、１：１～３：４であることが好ましい。
（６）前記（５）に記載の水素放出・貯蔵システムにおいて、前記水素以外の元素がホウ素であってもよい。
（７）前記（１）～（６）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムにおいて、前記第一水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第一加熱装置を駆動させ、前記第一冷却装置および前記第一水供給装置を停止させ、かつ前記第二水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第二加熱装置を停止させ、前記第二冷却装置および前記第二水供給装置を駆動させる第一状態と、前記第一水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第一加熱装置を停止させ、前記第一冷却装置および前記第一水供給装置を駆動させ、かつ前記第二水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第二加熱装置を駆動させ、前記第二冷却装置および前記第二水供給装置を停止させる第二状態と、を切り替える切り替え装置を、さらに備えていてもよい。
（８）本発明の一態様に係る水素放出・貯蔵方法は、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として用いる水素放出・貯蔵方法であって、前記第一容器内を１５０℃以上になるように加熱し、前記第一水素化合物部材から水素を放出させ、かつ前記第二容器内を１５０℃未満になるように冷却しつつ、前記第二容器内に水を供給し、前記第二水素化合物部材に前記水素を吸蔵させる第一工程と、前記第一容器内を１５０℃未満になるように冷却しつつ、前記第一容器内に水を供給し、前記第一水素化合物部材に前記水素を吸蔵させ、かつ前記第二容器内を１５０℃以上になるように加熱し、前記第二水素化合物部材から水素を放出させる第二工程と、を交互に有する。
（９）本発明の一態様に係るアンモニア製造装置は、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として備える。
（１０）本発明の一態様に係るガスタービンは、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として備える。
（１１）本発明の一態様に係る燃料電池は、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として備える。
（１２）本発明の一態様に係る製鉄所は、前記（１）～（７）のいずれか一つに記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として備える。
本発明の水素放出・貯蔵システムは、水素を原料として用いる様々な装置において、水素供給源として用いることができる。さらに、水素を発生させるための水素化合物部材の加熱に、その装置で発生する排熱を利用することにより、新たにエネルギーを追加することなく水素を発生させることができるため、エネルギー追加に伴う天然ガスの使用量を低減させることができる。
また、本発明の水素放出・貯蔵システムは、水素供給源として機能する二つの水素放出・貯蔵ユニットで構成されており、それぞれにおいて、水素発生と水素貯蔵のタイミングを独立して制御することができる。そのため、一方で水素の発生を止めて貯蔵を行っている間、他方で水素を発生させることができる。したがって、常にいずれか一方の水素放出・貯蔵ユニットで水素を発生させることが可能であり、対象装置への水素の供給を絶え間なく行うことができる。
本発明の一実施形態に係る水素放出・貯蔵システムの構成を、模式的に示す図である。 水素吸蔵状態、水素放出状態の水素化合物部材の構成を、模式的に示す図である。 本発明の一実施形態に係る水素放出・貯蔵方法において、水素放出工程で用いる設備の構成を、模式的に示す図である。 水素化合物部材の温度と、水素化合物部材から発生する水素の量との関係を示すグラフである。 水素放出工程に含まれるプロセスのフローである。 本発明の一実施形態に係る水素放出・貯蔵方法において、水素貯蔵工程で用いる設備の構成を、模式的に示す図である。 水素貯蔵工程に含まれるプロセスのフローである。 水素放出・貯蔵システムを適用したアンモニア製造装置の構成を、模式的に示す図である。 水素放出・貯蔵システムを適用したガスタービンの構成を、模式的に示す図である。 水素放出・貯蔵システムを適用した燃料電池の構成を、模式的に示す図である。 水素放出・貯蔵システムを適用した製鉄所の構成を、模式的に示す図である。
以下、本発明を適用した実施形態に係る水素放出・貯蔵システムについて、図面を用いて詳細に説明する。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。また、以下の説明において例示される材料、寸法等は一例であって、本発明はそれらに限定されるものではなく、その要旨を変更しない範囲で適宜変更して実施することが可能である。
図１は、本発明の一実施形態に係る水素放出・貯蔵システム１００の構成を模式的に示す斜視図である。水素放出・貯蔵システム１００は、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａと、第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂとを備える。
第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａは、主に第一水素化合物部材１０１（１０１Ａ）と、第一水素化合物部材１０１を収容する第一容器（反応容器）１０２（１０２Ａ）と、第一容器１０２内を加熱する第一加熱装置１０３（１０３Ａ）と、第一容器１０２内を冷却する第一冷却装置１０４（１０４Ａ）と、第一容器内１０２に水を供給する第一水供給装置１０５（１０５Ａ）と、を備える。
第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂは、主に第二水素化合物部材１０１（１０１Ｂ）と、第二水素化合物部材１０１を収容する第二容器（反応容器）１０２（１０２Ｂ）と、第二容器１０２内を加熱する第二加熱装置１０３（１０３Ｂ）と、第二容器１０２内を冷却する第二冷却装置１０４（１０４Ｂ）と、第二容器内１０２に水を供給する第二水供給装置１０５（１０５Ｂ）と、を備える。
第一加熱装置１０３Ａと第二加熱装置１０３Ｂとは、互いに独立した加熱装置であってもよいが、図１に示すように、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａと第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂとで共有される、同一の加熱装置１０３であってもよい。
第一冷却装置１０４Ａと第二冷却装置１０４Ｂとは、互いに独立した冷却装置であってもよいが、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａと第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂとで共有される、同一の冷却装置１０４であってもよい。
第一水供給装置１０５Ａと第二水供給装置１０５Ｂとは、互いに独立した水供給装置であってもよいが、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａと第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂとで共有される、同一の水供給装置１０５であってもよい。
第一容器１０２Ａ内及び第二容器１０２Ｂ内への加熱、冷却、及び水の供給は、それぞれ、別々の制御手段（装置）を用いて独立に実行されるものとする。
第一水素化合物部材１０１Ａ、第二水素化合物部材１０１Ｂのそれぞれを構成する水素以外の元素Ｘと、水素元素Ｈとの化学量論比は、１：１～３：４（例えば、ＸＨ、ＸＨ２、ＸＨ３、ＸＨ４、Ｘ２Ｈ３、Ｘ３Ｈ４）である。水素以外の元素としては、例えば、ホウ素Ｂが挙げられる。
第一容器１０２Ａの側壁部には、第一水素化合物部材１０１Ａから発生した水素を、第一容器１０２Ａの外部に放出させる第一水素放出部１０６Ａ（１０６）と、供給された水から発生する酸素を外部に放出する第一酸素放出部１０７Ａ（１０７）と、が互いに離間して設けられている。同様に、第二容器１０２Ｂの側壁部には、第二水素化合物部材１０１Ｂから発生した水素を、第二容器１０２Ｂの外部に放出させる第二水素放出部１０６Ｂ（１０６）と、供給された水から発生する酸素を外部に放出する第二酸素放出部１０７Ｂ（１０７）と、が互いに離間して設けられている。
加熱装置１０３（第一加熱装置１０３Ａ、第二加熱装置１０３Ｂ）は、加熱する水素化合物部材１０１（第一水素化合物部材１０１Ａ、第二水素化合物部材１０１Ｂ）に対して、直接接触するものであってもよいし、非接触のものであってもよい。ここでは、容器１０２（第一容器１０２Ａ、第二容器１０２Ｂ）の外部に付設されているものを例示している。加熱装置１０３としては、燃焼器、電気ヒーター、蒸気加熱装置等が挙げられる。
冷却装置１０４（第一冷却装置１０４Ａ、第二冷却装置１０４Ｂ）は、容器１０２（第一容器１０２Ａ、第二容器１０２Ｂ）内の水素化合物部材１０１（第一水素化合物部材１０１Ａ、第二水素化合物部材１０１Ｂ）を冷却することができればよく、容器１０２の外部に付設されていてもよいし、容器１０２の内部に収容されていてもよい。冷却装置１０４としては、エアクーラー、水クーラー、その他の冷媒式が挙げられる。なお、冷却については、冷却装置１０４を用いずに、容器１０２内を開放して大気放置を行ってもよい。
水供給装置１０５（第一水供給装置１０５Ａ、第二水供給装置１０５Ｂ）は、液体または気体の水を主成分として含む流体を容器１０２（第一容器１０２Ａ、第二容器１０２Ｂ）内に供給する。流体の温度が目的とする冷却温度に近ければ、供給する水を冷媒として機能させることができるため、水供給装置１０５は、冷却装置１０４を兼ねることができる。
第一状態として、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａにおいて、第一加熱装置１０３Ａを駆動させ、第一冷却装置１０４Ａおよび第一水供給装置１０５Ａを停止させ、かつ第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂにおいて、第二加熱装置１０３Ｂを停止させ、第二冷却装置１０４Ｂおよび第二水供給装置１０５Ｂを駆動させる状態を定義する。また、第二状態として、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａにおいて、第一加熱装置１０３Ａを停止させ、第一冷却装置１０４Ａおよび第一水供給装置１０５Ａを駆動させ、かつ第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂにおいて、第二加熱装置１０３Ｂを駆動させ、第二冷却装置１０４Ｂおよび第二水供給装置１０５Ｂを停止させる状態を定義する。このとき、水素放出・貯蔵システム１００は、第一状態と第二状態と、を切り替える切り替え装置（不図示）を、さらに備えていてもよい。
図２は、水素化合物を構成するＸ元素のほとんどの結合手に、水素元素が結合した（貯蔵された）水素吸蔵状態（左側）と、水素放出によって、Ｘ元素の結合手のうち一部は、水素元素が結合していない水素放出状態（右側）の水素化合物部材１０１の構成を、模式的に示す図である。
本実施形態の水素放出・貯蔵システムを構成する第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａと、第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂを、それぞれ水素供給源として用いることにより、次の手順で、水素放出・貯蔵方法を実施することができる。
（水素放出工程）
図３は、水素放出工程で用いる設備の構成を、模式的に示す図である。加熱装置１０３は、熱媒を供給する手段（熱媒供給手段）１０３Ａと、熱媒の温度を調整する手段（温度調整手段）１０３Ｂと、で構成されている。この工程では用いない冷却装置１０４と水供給装置１０５の図示は省略している。
図４は、水素化合物部材１０１の温度と水素化合物部材１０１から発生する水素の量（水素発生量）との関係を示すグラフである。このグラフに示すように、水素化合物部材１０１は、１５０℃以上の温度で水素を発生させる。そこで、まず、図２の左側に示す水素貯蔵状態の水素化合物部材１０１を、容器１０２内に配置し、続いて、加熱装置１０３を用いて、容器１０２内を１５０℃以上（好ましくは１５０℃以上３００℃以下）になるように加熱し、水素化合物部材１０１から水素を放出させる。容器１０２内の加熱は、容器１０１内に熱媒を供給することによって行う。同時に、温度が上がり過ぎないように、温度調整手段１０３Ｂを用いて熱媒の温度調整を行う。これにより、水素化合物部材１０１は、一部の水素を失い、図２の右側に示す水素放出状態になる。
図５は、実際の水素放出工程に含まれる、より詳細なプロセスのフローを示している。まず、熱媒の供給を開始し、容器１０２内の熱媒が配置されている側の温度Ｔ１が、３００℃以下の温度になるように制御する。３００℃を超えていたら、水流量Ｑ１を変化させて、３００℃以下になるように調整する。
次に、容器１０２の熱媒が配置されていない側の温度Ｔ２が２５０℃以下の温度になるように制御する。２５０℃を超えていたら、熱媒流量Ｑ２を変化させて、２５０℃以下になるように調整する。
次に、容器１０２内の圧力Ｐ１を測定し、圧力上昇の有無によって水素発生の有無を確認する。容器１０２から放出される水素Ｈ２の圧力Ｐ２が、所定の圧力以上であるかどうかを判定する。所定の圧力に満たない場合には、バルブＶ２を操作して所定の圧力になるように制御する。
次に、容器１０２内の圧力Ｐ１が所定の圧力以上であるかどうかを判定する。所定の圧力に満たない場合には、水Ｑ１の流量を変化させて、所定の圧力になるように制御する。続いて、再び、容器１０２内の圧力Ｐ１が所定の圧力以上であるかどうかを判定する。所定の圧力に満たない場合には、運転を継続させて同じ判定を繰り返す。
次に、Ｑ２、Ｔ１、Ｔ２が所定値以上かつＰ１が所定圧力以下、すなわち熱を供給してもＨ２放出が止まってしまった状態であるかの判定をする。これらが所定の値に満たない場合、Ｑ１の水流量を変化させて、Ｑ２、Ｔ１、Ｔ２が所定値以上となるように調整する。所定値を満足する場合、水素放出が終了となる。
（水素貯蔵工程）
図６は、水素貯蔵工程で用いる設備の構成を、模式的に示す図である。冷却装置１０４は、冷却水を供給する手段（冷却水供給手段）１０４Ａと、冷却水の温度を調整する手段（温度調整手段）１０４Ｂと、で構成されている。また、水供給装置１０５は、原料水を供給する手段（原料水供給手段）１０５Ａと供給する原料水の流量を調整する手段（流量調整手段）１０５Ｂと、で構成されている。この工程では用いない加熱装置１０３の図示は省略している。
次に、冷却装置１０４を用いて、容器１０２内を１５０℃未満（好ましくは８０℃以上１５０℃以下）になるようになるように冷却しつつ、容器１０１内に水を供給し、水素化合物部材１０１に水素を吸蔵させる。容器１０２内の温度により、水から熱分離された水素が、水素化合物部材１０１の未結合手に接合することにより、水素化合物部材１０１は、図２の左側に示す水素貯蔵状態に戻る。
水素放出工程と、水素吸蔵工程と、を交互に行うことより、所定の設備に対し、水素の供給を連続的に行うことができる。
図７は、実際の水素貯蔵工程に含まれる、より詳細なプロセスのフローを示している。まず、冷却水の供給を開始し、容器１０２内の冷却水が配置されている側の温度Ｔ３が、８０℃以下の温度になるように制御する。８０℃を超えていたら、水流量Ｑ３を変化させて、８０℃以下になるように調整する。
次に、容器１０２の冷却水が配置されていない側の温度Ｔ４が、７５℃以下の温度になるように制御する。７５℃を超えていたら、冷却水量Ｑ４を変化させて、７５℃以下になるように調整する。
次にＶＰを起動して、容器１０２内の水素を除去する。圧力Ｐ１が所定の圧力以下になるまで、ＶＰの運転を継続して、容器１０２内の水素をさらに除去する。
次に、ＶＰの運転を停止し、Ｖ６を開いて原料水の供給を開始する。次に、原料水の温度が所定の温度範囲にあるように、水流量Ｑ５を変化させて調整する。
次に、容器内の圧力Ｐ１が所定の圧力以上であるか判定し、所定の圧力に満たない場合には、所定の圧力以上になるまで運転を継続する。圧力Ｐ１が所定の圧力以上であれば、水素製造が終了となる。
本実施形態の水素放出・貯蔵方法は、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａの水素放出工程と、第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂの水素貯蔵工程とを組み合わせた第一工程と、第一水素放出・貯蔵ユニット１００Ａの水素貯蔵工程と、第二水素放出・貯蔵ユニット１００Ｂの水素放出工程とを組み合わせた第二工程と、を交互に有するものである。
第一工程は、より具体的には、第一容器１０２Ａ内を１５０℃以上になるように加熱し、第一水素化合物部材１０１Ａから水素を放出させ、かつ第二容器１０２Ｂ内を１５０℃未満になるように冷却しつつ、第二容器１０２Ｂ内に水を供給し、第二水素化合物部材１０１Ｂに水素を吸蔵させる工程である。
第二工程は、より具体的には、第一容器１０２Ａ内を１５０℃未満になるように冷却しつつ、第一容器１０２Ａ内に水を供給し、第一水素化合物部材１０１Ａに水素を吸蔵させ、かつ第二容器１０２Ｂ内を１５０℃以上になるように加熱し、第二水素化合物部材１０１Ｂから水素を放出させる工程である。
以上のように、本実施形態の水素放出・貯蔵システム１００は、水素を原料として用いる様々な装置において、水素供給源として用いることができる。さらに、水素を発生させるための水素化合物部材１０１の加熱に、その装置で発生する排熱を利用することにより、新たにエネルギーを追加することなく水素を発生させることができるため、エネルギー追加に伴う天然ガスの使用量を低減させることができる。
また、本実施形態の水素放出・貯蔵システム１００は、水素供給源として機能する二つの水素放出・貯蔵ユニット１００Ａ、１００Ｂで構成されており、それぞれにおいて、水素発生と水素貯蔵のタイミングを独立して制御することができる。そのため、一方で水素の発生を止めて貯蔵を行っている間、他方で水素を発生させることができる。したがって、常にいずれか一方の水素放出・貯蔵ユニットで水素を発生させることが可能であり、対象装置への水素の供給を絶え間なく行うことができる。
以下に、本実施形態の水素放出・貯蔵システム１００の適用例を列挙する。
（適用例１）
図８は、水素放出・貯蔵システム１００を適用したアンモニア製造装置１１０の構成を、模式的に示す図である。アンモニア製造装置１１０は、主に、原料調製部１１１と、アンモニア合成部１１２と、アンモニア回収部１１３と、で構成される。水素放出・貯蔵システム１００を構成する加熱装置および冷却装置は、生成されたアンモニアの温度を調整する温度調整装置１１４として機能させることができる。
第一加熱装置１０３Ａおよび第一冷却装置１０４Ａが、生成された一部のアンモニアの温度を調整する第一温度調整装置１１４Ａであり、第二加熱装置１０３Ｂおよび第二冷却装置１０４Ｂが、生成された他の一部のアンモニアの温度を調整する第二温度調整装置１１４Ｂであってもよい。
アンモニア合成に伴う４００℃程度の中温の排熱を利用することによって、追加エネルギーなしで水素化合物部材１０１の加熱を行い、水素を発生させることができる。原料調製の所定のタイミングで、発生させた水素を供給することにより、これを原料としてさらなるアンモニアの合成が可能となる。これにより、アンモニア合成の原料として投入するメタン原料の量を低減させることができる。
（適用例２）
図９は、水素放出・貯蔵システム１００を適用したガスタービン１２０の構成を、模式的に示す図である。ガスタービン１２０で発生する３００℃程度の排熱を利用することによって、追加エネルギーなしで水素化合物部材１０１の加熱を行い、水素を発生させることができる。ガスタービン１２０を構成する燃焼器１２０Ａに、発生させた水素を供給することにより、これを燃料として、さらなるガスタービン燃焼が可能となる。これにより、ガスタービン燃焼のために、燃料として投入する天然ガスの量を低減させることができる。
（適用例３）
図１０は、水素放出・貯蔵システム１００を適用した固体酸化物型の燃料電池（ＳＯＦＣ）１３０の構成を、模式的に示す図である。燃料電池１３０の製造プロセスで発生する６００～１２００℃程度の排熱を利用することによって、追加エネルギーなしで水素化合物部材１０１の加熱を行い、水素を発生させることができる。燃料電池１３０に対し、発生させた水素を供給することにより、これを燃料電池の燃料として利用することができる。これにより、燃料電池の燃料として投入する天然ガスの量を低減させることができる。
（適用例４）
図１１は、水素放出・貯蔵システム１００を適用した製鉄所１４０の構成を、模式的に示す図である。製鉄の工程で発生する排熱を利用することによって、追加エネルギーなしで水素化合物部材１０１の加熱を行い、水素を発生させることができる。発生させた水素は、製鉄（Ｆｅ２Ｏ３＋３Ｈ２→２Ｆｅ＋３Ｈ２Ｏ）の鉄還元のための原料として、利用することができる。これにより、鉄還元のための原料として投入する天然ガスの量を、低減させることができる。
１００・・・水素放出・貯蔵システム
１００Ａ・・・第一水素放出・貯蔵ユニット
１００Ｂ・・・第二水素放出・貯蔵ユニット
１０１・・・水素化合物部材
１０１Ａ・・・第一水素化合物部材
１０１Ｂ・・・第二水素化合物部材
１０２・・・容器
１０２Ａ・・・第一容器
１０２Ｂ・・・第二容器
１０３・・・加熱装置
１０３Ａ・・・第一加熱装置
１０３Ｂ・・・第二加熱装置
１０３Ｃ・・・熱媒供給手段
１０３Ｄ・・・温度調整手段
１０４・・・冷却装置
１０４Ａ・・・第一冷却装置
１０４Ｂ・・・第二冷却装置
１０４Ｃ・・・冷却水供給手段
１０４Ｄ・・・温度調整手段
１０５・・・水供給装置
１０５Ａ・・・第一水供給装置
１０５Ｂ・・・第二水供給装置
１０５Ｃ・・・原料水供給手段
１０５Ｄ・・・流量調整手段
１０６・・・水素放出部
１０７・・・酸素放出部
１１０・・・アンモニア製造装置
１１１・・・原料調製部
１１２・・・アンモニア合成部
１１３・・・アンモニア回収部
１１４・・・温度調整装置
１２０・・・ガスタービン
１２０Ａ・・・燃焼器
１３０・・・燃料電池
１４０・・・製鉄所

Claims (20)

  1. ホウ化水素を含有する第一水素化合物部材と、
    前記第一水素化合物部材を収容する第一容器と、
    前記第一容器内を加熱する第一加熱装置と、
    前記第一容器内を冷却する第一冷却装置と、
    前記第一容器内に水を供給し、前記第一水素化合物部材に水素を吸蔵させる第一水供給装置と、で構成される第一水素放出・貯蔵ユニットと、
    ホウ化水素を含有する第二水素化合物部材と、
    前記第二水素化合物部材を収容する第二容器と、
    前記第二容器内を加熱する第二加熱装置と、
    前記第二容器内を冷却する第二冷却装置と、
    前記第二容器内に水を供給し、前記第二水素化合物部材に水素を吸蔵させる第二水供給装置と、で構成される第二水素放出・貯蔵ユニット、を備え、
    前記第一容器内及び前記第二容器内への加熱、冷却、及び水の供給は、それぞれ独立に実行される、ことを特徴とする水素放出・貯蔵システム。
  2. 前記第一冷却装置を用いて、前記第一容器内を冷却しつつ、前記第一水供給装置を用いて、前記第一容器内に水を供給し、
    前記第二冷却装置を用いて、前記第二容器内を冷却しつつ、前記第二水供給装置を用いて、前記第二容器内に水を供給することを特徴とする請求項１に記載の水素放出・貯蔵システム。
  3. 前記第一冷却装置は、前記第一容器内を１５０℃未満になるようになるように冷却し、
    前記第二冷却装置は、前記第二容器内を１５０℃未満になるようになるように冷却することを特徴とする請求項２に記載の水素放出・貯蔵システム。
  4. 前記第一加熱装置は、前記第一容器内を加熱し、前記第一水素化合物部材から水素を放出させ、
    前記第二加熱装置は、前記第二容器内を加熱し、前記第二水素化合物部材から水素を放出させることを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  5. 前記第一加熱装置は、前記第一容器内を１５０℃以上になるようになるように加熱し、
    前記第二加熱装置は、前記第二容器内を１５０℃以上になるようになるように加熱することを特徴とする請求項４に記載の水素放出・貯蔵システム。
  6. 前記第一加熱装置と前記第二加熱装置とが、前記第一水素放出・貯蔵ユニットと前記第二水素放出・貯蔵ユニットとで共有される、同一の加熱装置であることを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  7. 前記第一冷却装置と前記第二冷却装置とが、前記第一水素放出・貯蔵ユニットと前記第二水素放出・貯蔵ユニットとで共有される、同一の冷却装置であることを特徴とする請求項１～６のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  8. 前記第一水供給装置と前記第二水供給装置とが、前記第一水素放出・貯蔵ユニットと前記第二水素放出・貯蔵ユニットとで共有される、同一の水供給装置であることを特徴とする請求項１～７のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  9. 前記第一水素化合物部材、前記第二水素化合物部材のそれぞれを構成する、水素以外の元素であるホウ素と、水素元素との化学量論比が、１：１～３：４であることを特徴とする請求項１～８のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  10. 前記第一水素化合物部材、前記第二水素化合物部材のそれぞれを構成する、水素以外の元素であるホウ素をＸとした場合に、前記第一水素化合物部材、前記第二水素化合物部材のそれぞれが、ＸＨ、ＸＨ２、ＸＨ３、ＸＨ４、Ｘ２Ｈ３、およびＸ３Ｈ４からなる群より選ばれた１種以上の化合物であることを特徴とする請求項１～９のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  11. 前記第一水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第一加熱装置を駆動させ、前記第一冷却装置および前記第一水供給装置を停止させ、かつ
    前記第二水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第二加熱装置を停止させ、前記第二冷却装置および前記第二水供給装置を駆動させる第一状態と、
    前記第一水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第一加熱装置を停止させ、前記第一冷却装置および前記第一水供給装置を駆動させ、かつ
    前記第二水素放出・貯蔵ユニットにおいて、前記第二加熱装置を駆動させ、前記第二冷却装置および前記第二水供給装置を停止させる第二状態と、を切り替える切り替え装置を、さらに備えることを特徴とする請求項１～１０のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システム。
  12. 前記切り替え装置は、前記第一状態と、前記第二状態と、を交互に切り替えることを特徴とする請求項１１に記載の水素放出・貯蔵システム。
  13. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として用いる水素放出・貯蔵方法であって、
    前記第一容器内を加熱し、前記第一水素化合物部材から水素を放出させ、かつ
    前記第二容器内を冷却しつつ、前記第二容器内に水を供給し、前記第二水素化合物部材に前記水素を吸蔵させる第一工程と、
    前記第一容器内を冷却しつつ、前記第一容器内に水を供給し、前記第一水素化合物部材に前記水素を吸蔵させ、かつ
    前記第二容器内を加熱し、前記第二水素化合物部材から水素を放出させる第二工程と、を交互に有することを特徴とする水素放出・貯蔵方法。
  14. ホウ化水素を含有する第一水素化合物部材を加熱し、前記第一水素化合物部材から水素を放出させ、かつ
    ホウ化水素を含有する第二水素化合物部材を冷却しつつ、前記第二水素化合物部材に水を供給し、前記第二水素化合物部材に前記水素を吸蔵させる第一工程と、
    前記第一水素化合物部材を冷却しつつ、前記第一水素化合物部材に水を供給し、前記第一水素化合物部材に前記水素を吸蔵させ、かつ
    前記第二水素化合物部材を加熱し、前記第二水素化合物部材から水素を放出させる第二工程と、を交互に有することを特徴とする水素放出・貯蔵方法。
  15. 前記第一工程および前記第二工程において、前記加熱する温度は第一温度以上であり、
    前記第一工程および前記第二工程において、前記冷却する温度は第二温度以上であり、
    前記第二温度は、前記第一温度以下であることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の水素放出・貯蔵方法。
  16. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システムを、水素供給源として用いる水素放出・貯蔵方法であって、
    前記第一容器内を１５０℃以上になるように加熱し、前記第一水素化合物部材から水素を放出させ、かつ
    前記第二容器内を１５０℃未満になるように冷却しつつ、前記第二容器内に水を供給し、前記第二水素化合物部材に前記水素を吸蔵させる第一工程と、
    前記第一容器内を１５０℃未満になるように冷却しつつ、前記第一容器内に水を供給し、前記第一水素化合物部材に前記水素を吸蔵させ、かつ
    前記第二容器内を１５０℃以上になるように加熱し、前記第二水素化合物部材から水素を放出させる第二工程と、を交互に有することを特徴とする水素放出・貯蔵方法。
  17. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システムを水素供給源として備えることを特徴とするアンモニア製造装置。
  18. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システムを水素供給源として備えることを特徴とするガスタービン。
  19. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システムを水素供給源として備えることを特徴とする燃料電池。
  20. 請求項１～１２のいずれか一項に記載の水素放出・貯蔵システムを水素供給源として備えることを特徴とする製鉄所。
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