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公開番号2024124247
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-09-12
出願番号2023032260
出願日2023-03-02
発明の名称オンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法
出願人株式会社デイトナ,学校法人東京理科大学
代理人個人,個人
主分類C01B 3/06 20060101AFI20240905BHJP(無機化学)
要約【課題】負荷に応じて必要量の水素ガスを生成段階で制御するという着想の下、新規なオンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法を開発することを技術課題とした。
【解決手段】SBH水溶液から水素ガスを生成する水素リアクタユニット4を具えて成る装置であって、反応による生成物を受け入れる、フィルタリングチャンバ44と水素ガス貯留チャンバ46とを具えて成るバッファユニット40が設けられ、フィルタリングチャンバ44は反応による生成物を水素ガスと副生成物とに分離すると共にドレン経路に副生成物排出弁44Vを具え、水素ガス貯留チャンバ46は、生成された水素ガスを出力パッケージ2側に送り出す水素ガス取出管49を具え、供給路5に設けらた給液装置7を、出力パッケージ2の負荷に応じて制御するための制御装置8が具えられていることを特徴として成る。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項１】
水素化ホウ素ナトリウム水溶液を収納するＳＢＨ水溶液タンクと、クエン酸水溶液を収納するクエン酸水溶液タンクとを具え、各タンクから給液を行う供給路を反応路で合流させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成する水素リアクタユニットを具えて成る装置であって、
前記反応路は水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成するために必要な有効長を確保するために迂回状に形成され、且つ水素ガス生成反応が始まる反応開始部から反応が終了する反応終了部にかけて、下りの傾斜状態に形成され、
また前記反応路の反応終了部側には、反応による生成物を受け入れるバッファユニットが設けられ、このバッファユニットはフィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとを具え、
前記フィルタリングチャンバは反応による生成物を水素ガスと副生成物とに分離すると共にドレン経路に副生成物排出弁を具え、
一方、水素ガス貯留チャンバは、生成された水素ガスを燃料とする出力パッケージ側に送り出す水素ガス取出管を具え、
更に前記供給路には、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを供給する給液装置が設けられ、
更にこの給液装置を、前記出力パッケージの負荷に応じて制御するための制御装置が具えられていることを特徴とするオンデマンド水素発生装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記反応路において水素ガスの生成を行うには、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを反応させるか、または反応路内に触媒を配置するか、のいずれか一方または双方により水素ガスの生成を行うことができるように構成されていることを特徴とする請求項１記載のオンデマンド水素発生装置。
【請求項３】
前記給液装置はチューブポンプを具えて成るものであり、このチューブポンプの回転速度を制御装置で制御することにより、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液との供給量を調節するものであることを特徴とする請求項２記載のオンデマンド水素発生装置。
【請求項４】
前記バッファユニットは上下を閉塞される筒状の本体部を具えて成るものであり、この本体部の内側に内周面に添うように間隔を空けてセパレータを設け、このセパレータによってその外側にフィルタリングチャンバを形成し、
一方、前記セパレータの内側に水素ガス貯留チャンバを形成するものであり、
フィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとは、バッファユニットの底部近くにおいて連通し、
前記フィルタリングチャンバは、フィルタエレメントを具えると共に反応路と連通され、
一方、水素ガス貯留チャンバは、その上部において水素ガス取出管と連通していること
を特徴とする請求項２または３記載のオンデマンド水素発生装置。
【請求項５】
前記バッファユニットは、その上方を前記反応路を内部に設けた反応路ブロックによって蓋状に閉塞されていることを特徴とする請求項２または３記載のオンデマンド水素発生装置
【請求項６】
前記反応路ブロックは、上ブロックと下ブロックとにより上下分割され、それぞれ反応路凸条と反応路凹溝との組み合わせのいずれかを形成して、内部に集束螺旋傾斜状の反応路を形成したことを特徴とする請求項５記載のオンデマンド水素発生装置。
【請求項７】
前記バッファユニットにおける水素ガス取出管と対向するセパレーターの部位には、オリフィスが形成されていることを特徴とする請求項４記載のオンデマンド水素発生装置
【請求項８】
前記バッファユニットにおける水素ガス取出管と出力パッケージとを接続する管路には、減圧レギュレータが具えられていることを特徴とする請求項４記載のオンデマンド水素発生装置
【請求項９】
前記ＳＢＨ水溶液タンク及びクエン酸水溶液タンクは、補充充填が可能なカートリッジ容器が装着できるように構成されていることを特徴とする請求項２または３記載のオンデマンド水素発生装置
【請求項１０】
前記請求項１または２記載のオンデマンド水素発生装置により生成される水素ガスを燃料とする負荷装置としての出力パッケージは、内燃機関とこれに駆動される発電機または燃料電池であり、
発電負荷を制御装置への入力情報とし、この発電負荷に応じて給液装置へ必要な制御情報を出力するようにしたことを特徴とする出力パッケージに合わせた水素生成制御方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン等の出力パッケージの燃料としての水素ガスを水素化ホウ素ナトリウム水溶液を基幹原料として、その消費状況に応じてその都度必要量生成することのできるオンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法に関するものである。
続きを表示（約 2,300 文字）【背景技術】
【０００２】
地球環境保全の見地からいわゆる化石燃料に替わるエネルギー源の一つとして水素が注目されている。
しかしながら、水素は目下商用可能なものとするには専ら大規模プラントでの生成がされており、且つその貯留タンクも大規模なものとなっている。加えて水素ガスの小分け補充のための扱いも、充分な安全確保操作を要求されており、必ずしも簡便な使い勝手は得られていない。
【０００３】
このような現状から本発明者は、水素ガスを必要が生じた都度発生させて利用できるようにする手法の研究を進めており、既に特許取得乃至は特許出願により、その成果を開示している。
具体的には、特許文献１は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを反応管内に必要時間かけて通過させて、水素ガスを発生させる基本的手法を開示したものである。
また特許文献２は、高圧水素ガスを燃料とする出力パッケージ（エンジン）に対し、その動力負荷に応じて水素ガス供給量を適切に制御する手法を開示するものである。
また特許文献３は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを積極的に撹拌混合させ水素ガスを効果的に発生させ、且つ撹拌混合の動力源としてのエンジンに燃料としてその発生した水素ガスを用いることを開示したものである。
【０００４】
このような研究開発の中では出力パッケージによる水素ガスの燃費向上も技術課題とされるものであるが、従来はこの課題は解決途上というべき段階であり、いわゆる省エネルギー対策としては開発の余地が残されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
特許第６８６９７９９号公報
特開２０２０－３３９９２公報
特願２０２２－０７９８１４号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明はこのような背景を考慮してなされたものであって、省エネルギー化、省燃費化を達成するには水素ガスの供給の段階で負荷対応させるのではなく、根本的に負荷に応じて必要量の水素ガスを生成段階で制御するという着想の下、新規なオンデマンド水素発生装置並びに出力パッケージに合わせた水素生成制御方法を開発することを技術課題としたものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち請求項１記載のオンデマンド水素発生装置は、水素化ホウ素ナトリウム水溶液を収納するＳＢＨ水溶液タンクと、クエン酸水溶液を収納するクエン酸水溶液タンクとを具え、各タンクから給液を行う供給路を反応路で合流させ、水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成する水素リアクタユニットを具えて成る装置であって、前記反応路は水素化ホウ素ナトリウム水溶液から水素ガスを生成するために必要な有効長を確保するために迂回状に形成され、且つ水素ガス生成反応が始まる反応開始部から反応が終了する反応終了部にかけて、下りの傾斜状態に形成され、また前記反応路の反応終了部側には、反応による生成物を受け入れるバッファユニットが設けられ、このバッファユニットはフィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとを具え、前記フィルタリングチャンバは反応による生成物を水素ガスと副生成物とに分離すると共にドレン経路に副生成物排出弁を具え、一方、水素ガス貯留チャンバは、生成された水素ガスを燃料とする出力パッケージ側に送り出す水素ガス取出管を具え、更に前記供給路には、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを供給する給液装置が設けられ、更にこの給液装置を、前記出力パッケージの負荷に応じて制御するための制御装置が具えられていることを特徴として成るものである。
【０００８】
また請求項２記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項１記載の要件に加え、前記反応路において水素ガスの生成を行うには、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液とを反応させるか、または反応路内に触媒を配置するか、のいずれか一方または双方により水素ガスの生成を行うことができるように構成されていることを特徴として成るものである。
【０００９】
また請求項３記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項２記載の要件に加え、前記給液装置はチューブポンプを具えて成るものであり、このチューブポンプの回転速度を制御装置で制御することにより、水素化ホウ素ナトリウム水溶液とクエン酸水溶液との供給量を調節するものであることを特徴として成るものである。
【００１０】
また請求項４記載のオンデマンド水素発生装置は、前記請求項２または３記載の要件に加え、前記バッファユニットは上下を閉塞される筒状の本体部を具えて成るものであり、この本体部の内側に内周面に添うように間隔を空けてセパレータを設け、このセパレータによってその外側にフィルタリングチャンバを形成し、一方、前記セパレータの内側に水素ガス貯留チャンバを形成するものであり、フィルタリングチャンバと水素ガス貯留チャンバとは、バッファユニットの底部近くにおいて連通し、前記フィルタリングチャンバは、フィルタエレメントを具えると共に反応路と連通され、一方、水素ガス貯留チャンバは、その上部において水素ガス取出管と連通していることを特徴として成るものである。
（【００１１】以降は省略されています）

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