JP4032308B2

JP4032308B2 - Hydrogen generator

Info

Publication number: JP4032308B2
Application number: JP2003283095A
Authority: JP
Inventors: 敦浩吉崎
Original assignee: 有限会社ハイドリック・パワーシステムズ
Priority date: 2003-07-30
Filing date: 2003-07-30
Publication date: 2008-01-16
Anticipated expiration: 2023-07-30
Also published as: JP2005047765A

Description

本発明は、ボロハイドライド燃料を触媒で反応させることで水素を生成する水素生成装置に関するものである。 The present invention relates to a hydrogen generator that generates hydrogen by reacting a borohydride fuel with a catalyst.

近年、燃料電池の燃料となる水素を貯蔵しておくための水素貯蔵材料として、ＮａＢＨ₄やＫＢＨ₄などの金属錯化合物をアルカリ水溶液中に溶解させることによって生成されるボロハイドライド燃料が知られている。このボロハイドライド燃料は、極めて安定した水素貯蔵・供給材料となるとともに、適正な触媒の使用によって、常温・常圧下で水素を発生させることができるといった特性を有している。そして、このようなボロハイドライド燃料から水素を生成する技術としては、従来、例えば内部に触媒が設けられた反応器内にボロハイドライド燃料を流すことで、ボロハイドライド燃料から水素を取り出す水素生成装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。 In recent years, a borohydride fuel produced by dissolving a metal complex compound such as NaBH ₄ or KBH ₄ in an alkaline aqueous solution has been known as a hydrogen storage material for storing hydrogen as fuel for fuel cells. Yes. This borohydride fuel has a characteristic that it can be an extremely stable hydrogen storage and supply material and can generate hydrogen at normal temperature and normal pressure by using an appropriate catalyst. As a technique for generating hydrogen from such a borohydride fuel, conventionally, for example, there is a hydrogen generator that extracts hydrogen from a borohydride fuel by flowing the borohydride fuel into a reactor in which a catalyst is provided. It is known (for example, refer to Patent Document 1).

ちなみに、ボロハイドライド燃料としてのＮａＢＨ₄の反応式は以下のようになっている。
〈反応式〉
ＮａＢＨ₄＋２Ｈ₂Ｏ＋Ｍ＋（ＮａＯＨ） → ＮａＢＯ₂＋４Ｈ₂＋（ＮａＯＨ）
なお、この反応式における「Ｍ」は、ニッケルやコバルト系の触媒である。このように、ＮａＢＨ₄の１分子と、水溶液を構成する水Ｈ₂Ｏの２分子とが触媒反応することで水素ガスが生成されることとなる。また、この水素ガスの生成と同時に、反応生成物としてＮａＢＯ₂も生成される。このＮａＢＯ₂は、回収された後ＮａＢＨ₄に再生加工され、再び燃料として使用可能である。 Incidentally, the reaction formula of NaBH ₄ as a borohydride fuel is as follows.
<Reaction formula>
NaBH ₄ + 2H ₂ O + M + (NaOH) → NaBO ₂ + 4H ₂ + (NaOH)
In this reaction formula, “M” is a nickel or cobalt catalyst. Thus, hydrogen gas is generated by a catalytic reaction between one molecule of NaBH ₄ and two molecules of water H ₂ O constituting the aqueous solution. Simultaneously with the generation of this hydrogen gas, NaBO ₂ is also generated as a reaction product. This NaBO ₂ is recovered, then reprocessed into NaBH ₄ and can be used again as fuel.

特開２００２−８０２０２号公報（段落００８９〜００９４、図１２，図１３）JP 2002-80202 A (paragraphs 0089 to 0094, FIGS. 12 and 13)

しかしながら、従来の水素生成装置では、例えばボロハイドライド燃料としてのＮａＢＨ₄から水素を生成する際に同時に生成されるＮａＢＯ₂が高濃度であるため、析出現象等によりこのＮａＢＯ₂が反応器内の触媒に付着するという問題があった。このようにＮａＢＯ₂が触媒に付着すると、その後の反応を鈍らせ、水素を安定に取り出すことができなくなるおそれがあった。 However, in the conventional hydrogen generator, for example, when NaBO ₂ produced simultaneously with NaBH ₄ as a borohydride fuel has a high concentration, NaBO ₂ is converted into a catalyst in the reactor due to a precipitation phenomenon or the like. There was a problem of sticking to. When NaBO ₂ adheres to the catalyst in this way, the subsequent reaction may be slowed down, and hydrogen may not be stably extracted.

そこで、本発明では、ボロハイドライド燃料から生成される反応生成物が触媒に付着するのを防止することができる水素生成装置を提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide a hydrogen generator capable of preventing reaction products generated from borohydride fuel from adhering to a catalyst.

前記課題を解決するための本発明は、触媒が内蔵された反応器内で前記触媒とボロハイドライド燃料とを反応させて水素を生成させる水素生成装置であって、前記触媒が固定される回転体と、前記回転体を回転させる回転駆動装置と、前記触媒に向けて前記ボロハイドライド燃料を吹き付ける燃料噴出装置と、を備えたことを特徴とする。この水素生成装置によれば、反応器内で水素とともに生成される反応生成物は、回転する回転体によって遠心分離する。 The present invention for solving the above-mentioned problems is a hydrogen generating apparatus for generating hydrogen by reacting the catalyst with a borohydride fuel in a reactor in which the catalyst is incorporated, and a rotating body on which the catalyst is fixed And a rotation driving device that rotates the rotating body, and a fuel ejection device that sprays the borohydride fuel toward the catalyst. According to this hydrogen generator, the reaction product produced together with hydrogen in the reactor is centrifuged by the rotating rotator.

本発明によれば、水素とともに生成される反応生成物が、回転体により遠心分離されるので、反応生成物が触媒に付着するのを防止することができる。 According to the present invention, since the reaction product produced together with hydrogen is centrifuged by the rotating body, the reaction product can be prevented from adhering to the catalyst.

〔第１の実施形態〕
次に、本発明に係る水素生成装置の第１の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。参照する図面において、図１は第１の実施形態に係る水素生成装置を示す斜視図、図２は回転板の半径方向の位置と、回転板上の燃料や反応生成物が受ける横加速度との関係を示すグラフである。 [First Embodiment]
Next, a first embodiment of the hydrogen generator according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings as appropriate. In the drawings to be referred to, FIG. 1 is a perspective view showing the hydrogen generator according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram showing the radial position of the rotating plate and the lateral acceleration received by fuel and reaction products on the rotating plate. It is a graph which shows a relationship.

図１に示すように、水素生成装置１は、固形の触媒Ｍと、液状のボロハイドライド燃料（以下、単に「燃料」ともいう。）とを反応させることで水素を生成するものである。この水素生成装置１は、触媒Ｍを内蔵するための中空のケースである反応器２と、触媒Ｍが固定される回転板（回転体）３と、この回転板３を回転させるモータ（回転駆動装置）４と、触媒Ｍに向けて燃料を吹き付ける燃料噴出装置５とを主に備えている。 As shown in FIG. 1, the hydrogen generation apparatus 1 generates hydrogen by reacting a solid catalyst M with a liquid borohydride fuel (hereinafter also simply referred to as “fuel”). The hydrogen generator 1 includes a reactor 2 that is a hollow case for containing a catalyst M, a rotating plate (rotating body) 3 to which the catalyst M is fixed, and a motor that rotates the rotating plate 3 (rotational driving). Device) 4 and a fuel injection device 5 for spraying fuel toward the catalyst M are mainly provided.

反応器２は、略中空円柱状の回転板収容部２１と、この回転板収容部２１の上壁２１ａの中心部から外方へ突出して形成される略円筒状の突出部２２とで主に構成されている。なお、この回転板収容部２１と突出部２２は互いに連通するように一体に形成されている。 The reactor 2 is mainly composed of a substantially hollow columnar rotating plate accommodating portion 21 and a substantially cylindrical protruding portion 22 formed to project outward from the center portion of the upper wall 21a of the rotating plate accommodating portion 21. It is configured. The rotating plate housing portion 21 and the protruding portion 22 are integrally formed so as to communicate with each other.

回転板収容部２１の下壁２１ｂには、その外周部に下方へ膨出するように形成される溝部２１ｃが形成されるとともに、その中心に後記するモータ４の回転軸４１を回転自在に支持するための係合孔２１ｄが形成されている。そして、溝部２１ｃの底壁２１ｅの適所には、触媒Ｍと燃料との反応により生成されるＮａＢＯ₂などの反応生成物ＲＣや反応の残りの水などを図示しない回収用タンクへ導く導出管２１ｆが一体に形成されている。また、突出部２２は、反応器２内で発生した水素ガスを図示しない燃料電池へ導く管となっている。 The lower wall 21b of the rotating plate accommodating portion 21 is formed with a groove portion 21c formed so as to bulge downward on the outer peripheral portion thereof, and rotatably supports a rotating shaft 41 of the motor 4 described later at the center thereof. An engagement hole 21d is formed. Then, at an appropriate position on the bottom wall 21e of the groove 21c, a lead-out pipe 21f that guides a reaction product RC such as NaBO ₂ generated by the reaction between the catalyst M and the fuel, water remaining in the reaction, and the like to a recovery tank (not shown). Are integrally formed. Further, the protrusion 22 is a tube that guides hydrogen gas generated in the reactor 2 to a fuel cell (not shown).

回転板３は、略円板状となっており、その中心に後記するモータ４の回転軸４１が貫通して固定されている。また、回転板３の上面３２には、略リング状に触媒Ｍが固定されている。 The rotating plate 3 has a substantially disc shape, and a rotating shaft 41 of a motor 4 to be described later passes through and is fixed to the center of the rotating plate 3. A catalyst M is fixed to the upper surface 32 of the rotating plate 3 in a substantially ring shape.

モータ４は、反応器２の下壁２１ｂ近傍から突出部２２の先端近傍まで延出する回転軸４１と、この回転軸４１を回転させる本体部４２とで主に構成されている。回転軸４１は、反応器２の下壁２１ｂに形成される係合孔２１ｄと、突出部２２の内面に固定される略円板状の軸受部２３とにより回転自在に支持されている。また、この回転軸４１には、その基端側に回転板３が固定されるとともに、その先端側に反応器２内で生成された水素ガスを燃料電池側へ送り出すファン４３，４３が軸方向に並ぶように固定されている。なお、軸受部２３は、気体のみを通すことが可能なフィルタ状になっている。 The motor 4 is mainly composed of a rotating shaft 41 extending from the vicinity of the lower wall 21b of the reactor 2 to the vicinity of the tip of the projecting portion 22 and a main body portion 42 for rotating the rotating shaft 41. The rotating shaft 41 is rotatably supported by an engagement hole 21 d formed in the lower wall 21 b of the reactor 2 and a substantially disk-shaped bearing portion 23 fixed to the inner surface of the protruding portion 22. In addition, the rotating plate 3 is fixed to the base end side of the rotary shaft 41, and fans 43, 43 for sending hydrogen gas generated in the reactor 2 to the fuel cell side are axially provided on the tip side thereof. It is fixed to line up. The bearing portion 23 has a filter shape that allows only gas to pass through.

燃料噴出装置５は、燃料タンク５１、加圧ポンプ５２、インジェクタ５３、配管５４，５５、およびバルブ５６を主に備えている。燃料タンク５１は、ボロハイドライド燃料を貯蔵するタンクであり、加圧ポンプ５２に配管５４を介して接続されている。なお、配管５４の適所には、バルブ５６が取り付けられており、このバルブ５６を開けることで燃料タンク５１から燃料が排出され、閉めることで燃料タンク５１から排出されている燃料の流れが遮断される。 The fuel injection device 5 mainly includes a fuel tank 51, a pressurizing pump 52, an injector 53, pipes 54 and 55, and a valve 56. The fuel tank 51 is a tank that stores borohydride fuel, and is connected to the pressurizing pump 52 via a pipe 54. In addition, a valve 56 is attached at an appropriate position of the pipe 54. When the valve 56 is opened, the fuel is discharged from the fuel tank 51. When the valve 56 is closed, the flow of the fuel discharged from the fuel tank 51 is cut off. The

加圧ポンプ５２は、燃料タンク５１から送り出される燃料を加圧してインジェクタ５３に供給するものであり、二股に分岐された配管５５を介して二つのインジェクタ５３，５３に接続されている。インジェクタ５３は、加圧ポンプ５２から排出される燃料を触媒Ｍに向けて吹き付けるものである。また、このインジェクタ５３は、回転板３の中心から半径方向において所定距離だけ離れた場所に燃料を吹き付けるべく、回転板収容部２１の上壁２１ａの適所に固定されている。 The pressurizing pump 52 pressurizes the fuel delivered from the fuel tank 51 and supplies the pressurized fuel to the injector 53, and is connected to the two injectors 53 and 53 via a pipe 55 branched into two branches. The injector 53 blows fuel discharged from the pressurizing pump 52 toward the catalyst M. In addition, the injector 53 is fixed to an appropriate position on the upper wall 21a of the rotating plate accommodating portion 21 so as to spray the fuel to a place away from the center of the rotating plate 3 by a predetermined distance in the radial direction.

なお、前記所定距離は、回転板３の半径の約三分の一程度が望ましい。このようにした場合は、図２に示すように、Ｇ＝Ｒω²（ω：角速度）に従い、燃料噴射点において９．８ｍ／ｓ²（１Ｇ）前後の横加速度が燃料に作用して、燃料が適度な速度で触媒Ｍと反応しつつ外方に流れていく。このとき、水素ガスとともに反応生成物ＲＣや水なども生成されていくが、この反応生成物ＲＣや水などは遠心力により外方へ押し出されていき、回転板３の周縁近傍まで到達したときには、２９．４ｍ／ｓ²（３Ｇ）以上の高い横加速度が加わることにより、確実に触媒Ｍから分離されて外方に飛ばされることとなる。 The predetermined distance is preferably about one third of the radius of the rotating plate 3. In this case, as shown in FIG. 2, according to G = Rω ² (ω: angular velocity), the lateral acceleration around 9.8 m / s ² (1G) acts on the fuel at the fuel injection point, and the fuel Flows outward while reacting with the catalyst M at an appropriate speed. At this time, the reaction product RC, water, and the like are generated together with the hydrogen gas, but the reaction product RC, water, and the like are pushed outward by centrifugal force and reach the vicinity of the periphery of the rotating plate 3. , 29.4 m / s ² (3G) or more of high lateral acceleration is applied, so that it is surely separated from the catalyst M and blown outward.

次に、水素生成装置１を用いた水素ガス生成方法について図１を参照して説明する。
まず、モータ４を駆動させて回転板３を回転させた状態にした後、バルブ５６を開けて燃料タンク５１から燃料を排出させる。この燃料は、加圧ポンプ５２で加圧されてインジェクタ５３に供給され、インジェクタ５３から触媒Ｍに向けて噴出される。 Next, a hydrogen gas generation method using the hydrogen generator 1 will be described with reference to FIG.
First, after the motor 4 is driven and the rotating plate 3 is rotated, the valve 56 is opened and the fuel is discharged from the fuel tank 51. The fuel is pressurized by the pressurizing pump 52 and supplied to the injector 53, and is ejected from the injector 53 toward the catalyst M.

触媒Ｍに噴出された燃料は、回転板３の遠心力によって触媒Ｍに触れて流れ、矢印３３のように外方に押し出されていく。この際に、燃料と触媒Ｍとの反応により燃料からほぼ１００％の水素ガスが生成されるとともに、反応生成物ＲＣなども生成される。このように生成された水素ガスは、ファン４３，４３側に吸い込まれていき、燃料電池へと送り出される。また、反応生成物ＲＣなどは、回転板３の遠心力によって触媒Ｍから分離されて外方へ飛ばされる。そして、このように外方に飛ばされた反応生成物ＲＣなどは、溝部２１ｃに落下し、導出管２１ｆから前記回収用タンクへ流れていく。 The fuel ejected to the catalyst M flows by touching the catalyst M by the centrifugal force of the rotating plate 3 and is pushed outward as indicated by an arrow 33. At this time, almost 100% hydrogen gas is generated from the fuel by the reaction between the fuel and the catalyst M, and a reaction product RC and the like are also generated. The hydrogen gas generated in this manner is sucked into the fans 43 and 43 and sent out to the fuel cell. Further, the reaction product RC and the like are separated from the catalyst M by the centrifugal force of the rotating plate 3 and are blown outward. Then, the reaction product RC or the like that has been blown outward in this way falls into the groove 21c and flows from the outlet pipe 21f to the recovery tank.

以上によれば、第１の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
遠心力により燃料が円板状の触媒面に広がり、触媒と燃料との接触面積が大きくなり、反応を促進する。水素ガスとともに生成される反応生成物ＲＣが、回転板３により遠心分離されるので、反応生成物ＲＣが触媒Ｍに付着するのを確実に防止することができる。 According to the above, the following effects can be obtained in the first embodiment.
The fuel spreads on the disk-shaped catalyst surface by the centrifugal force, and the contact area between the catalyst and the fuel increases to promote the reaction. Since the reaction product RC generated together with the hydrogen gas is centrifuged by the rotating plate 3, it is possible to reliably prevent the reaction product RC from adhering to the catalyst M.

以上、本発明は、第１の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、二つのインジェクタ５３やファン４３を設ける構造としたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、水素供給量に応じ、インジェクタ５３の数を増加減できる。また、例えば、図３に示すように、短めの回転軸４１の先端に接合した回転板３に、その上面全体を覆うような円板状に触媒Ｍを固定し、さらに、その上方にインジェクタ５３を一つだけ設ける構造としてもよい。この構造によれば、燃料との接触面積が本実施形態の略リング状となる触媒Ｍと同じになるように円板状の触媒Ｍを形成するとき、その外径を略リング状の触媒Ｍに比べて小さくできるので、水素生成装置１全体を小型化することができる。 As described above, the present invention is not limited to the first embodiment and can be implemented in various forms.
In this embodiment, the two injectors 53 and the fan 43 are provided. However, the present invention is not limited to this. For example, the number of injectors 53 can be increased or decreased according to the hydrogen supply amount. Further, for example, as shown in FIG. 3, a catalyst M is fixed in a disk shape so as to cover the entire upper surface of the rotating plate 3 joined to the tip of a short rotating shaft 41, and an injector 53 is provided above the catalyst M. It is good also as a structure which provides only one. According to this structure, when the disk-shaped catalyst M is formed so that the contact area with the fuel is the same as that of the substantially ring-shaped catalyst M of the present embodiment, the outer diameter of the catalyst M is substantially ring-shaped. Therefore, the entire hydrogen generator 1 can be downsized.

本実施形態では、モータ４の回転軸４１が上を向くように水素生成装置１を配設したが、本発明はこれに限定されず、例えば回転軸４１が横を向くように水素生成装置１を配設してもよい。具体的に、このような構造としては、図４に示すように、図３に示した構造を横向きにするとともに、水素ガスの排出口をインジェクタ５３側ではなくモータ４側に配設した構造などが考えられる。また、この構造では、モータ４の回転軸４１にファン４３，４３が設けられるとともに、これらのファン４３，４３の周りが回転板収容部２１と一体に形成されるカバー部２４で囲まれている。さらに、回転板収容部２１およびカバー部２４は、反応生成物ＲＣなどを回収するための回収用タンクＴに配管を介して接続されている。 In the present embodiment, the hydrogen generator 1 is disposed so that the rotating shaft 41 of the motor 4 faces upward. However, the present invention is not limited to this, and for example, the hydrogen generator 1 so that the rotating shaft 41 faces sideways. May be provided. Specifically, as shown in FIG. 4, the structure shown in FIG. 3 is turned sideways, and the hydrogen gas discharge port is arranged on the motor 4 side instead of the injector 53 side. Can be considered. In this structure, the fans 43 and 43 are provided on the rotation shaft 41 of the motor 4, and the periphery of the fans 43 and 43 is surrounded by a cover portion 24 that is formed integrally with the rotary plate housing portion 21. . Furthermore, the rotating plate accommodating portion 21 and the cover portion 24 are connected to a recovery tank T for recovering the reaction product RC and the like via a pipe.

〔第２の実施形態〕
以下に、本発明に係る水素生成装置の第２の実施形態について説明する。この実施形態は第１の実施形態の水素生成装置１を変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図５は、第２の実施形態に係る水素生成装置を示す断面図である。 [Second Embodiment]
Below, 2nd Embodiment of the hydrogen generator based on this invention is described. Since this embodiment is a modification of the hydrogen generator 1 of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 5 is a cross-sectional view showing a hydrogen generator according to the second embodiment.

図５に示すように、水素生成装置１’は、第１の実施形態とは異なる構造の反応器２’、円錐体（回転体）６、および触媒Ｍ’を備えている。反応器２’は、その回転板収容部２１と突出部２２との間に一体に形成された円錐筒部２５を有している。円錐筒部２５は、下方に向かうにつれて拡径する円筒状に形成されている。そして、この円錐筒部２５の上端部には、二つのインジェクタ５３，５３が内部に臨むように配設されている。 As shown in FIG. 5, the hydrogen generator 1 ′ includes a reactor 2 ′ having a structure different from that of the first embodiment, a cone (rotary body) 6, and a catalyst M ′. The reactor 2 ′ has a conical cylinder portion 25 formed integrally between the rotating plate housing portion 21 and the protruding portion 22. The conical cylinder part 25 is formed in a cylindrical shape whose diameter increases as it goes downward. Then, two injectors 53, 53 are arranged at the upper end portion of the conical cylinder portion 25 so as to face the inside.

円錐体６は、下方に向かうにつれて拡径する円柱状（直円錐の頂上部を切り取った形状）に形成されている。そして、この円錐体６は、モータ４の回転軸４１に接合され、その下面が回転板３に接合されている。また、触媒Ｍ’は、円錐体６の外周面を覆うように円錐体６に固定されている。 The cone 6 is formed in a columnar shape (a shape obtained by cutting off the top of a right cone) that expands in the downward direction. The cone 6 is joined to the rotating shaft 41 of the motor 4, and the lower surface thereof is joined to the rotating plate 3. Further, the catalyst M ′ is fixed to the cone 6 so as to cover the outer peripheral surface of the cone 6.

次に、この水素生成装置１’による水素ガス生成方法について説明する。
まず、モータ４を駆動させて回転板３と円錐体６を回転させた状態にした後、バルブ５６を開けて燃料タンク５１から燃料を排出させる。この燃料は、加圧ポンプ５２で加圧されてインジェクタ５３に供給され、インジェクタ５３から触媒Ｍ’に向けて噴出される。 Next, a method for generating hydrogen gas by the hydrogen generator 1 ′ will be described.
First, after the motor 4 is driven to rotate the rotating plate 3 and the cone 6, the valve 56 is opened and the fuel is discharged from the fuel tank 51. This fuel is pressurized by the pressurizing pump 52, supplied to the injector 53, and ejected from the injector 53 toward the catalyst M '.

触媒Ｍ’に噴出された燃料は、円錐体６の傾斜した外周面に沿って下方へ流れ落ちていく。ここで、燃料は、円錐体６の小径となる上部に吹き付けられた状態では、モータ４の回転による遠心力の影響は小さいため、外方に飛ばされることなく触媒Ｍ’内を通って下方に流れ落ちていくことになる。 The fuel jetted to the catalyst M ′ flows downward along the inclined outer peripheral surface of the cone 6. Here, in a state where the fuel is sprayed on the upper part of the cone 6 having a small diameter, the influence of the centrifugal force due to the rotation of the motor 4 is small, so that the fuel passes through the catalyst M ′ and is not blown outward. It will flow down.

このように燃料が触媒Ｍ’内を通っていくと、燃料と触媒Ｍ’とが反応して燃料から水素ガスが生成されるとともに、反応生成物ＲＣなども生成される。このように生成された水素ガスは、燃料を含んだ混合ガスとしてファン４３，４３側に吸い込まれていき、このファン４３，４３によって燃料電池へと送り出される。また、反応生成物ＲＣなどは、円錐体６の大径となる下部に向かって流れ落ちていくにつれて、モータ４の回転による遠心力の影響を大きく受けることとなり、この円錐体６の下部において触媒Ｍ’から分離されて外方へ飛ばされることとなる。そして、このように外方に飛ばされた反応生成物ＲＣなどは、溝部２１ｃに落下し、導出管２１ｆから前記回収用タンクへ流れていき、再利用される。 When the fuel passes through the catalyst M ′ in this way, the fuel and the catalyst M ′ react to generate hydrogen gas from the fuel, and a reaction product RC and the like are also generated. The hydrogen gas thus generated is sucked into the fans 43 and 43 as a mixed gas containing fuel, and is sent out to the fuel cell by the fans 43 and 43. In addition, as the reaction product RC and the like flow down toward the lower part of the cone 6 having a large diameter, the reaction product RC is greatly affected by the centrifugal force due to the rotation of the motor 4. It will be separated from 'and will fly away. Then, the reaction product RC or the like that has been blown outward in this manner falls into the groove 21c, flows from the outlet pipe 21f to the recovery tank, and is reused.

以上によれば、第２の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
略円錐状の円錐体６の外周面全体に触媒Ｍ’を取り付けるので、触媒Ｍ’の表面積を飛躍的に大きくすることができるとともに、水素生成装置１’を横方向（平面方向）において小型化することができる。 According to the above, the following effects can be obtained in the second embodiment.
Since the catalyst M ′ is attached to the entire outer peripheral surface of the substantially conical cone 6, the surface area of the catalyst M ′ can be remarkably increased, and the hydrogen generator 1 ′ is downsized in the lateral direction (planar direction). can do.

以上、本発明は、前記第１および第２の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
第１および第２の実施形態において、燃料の量を制御する手段として、例えば、図１に示すインジェクタ５３からの燃料が所定の時間間隔をおいて断続的に触媒Ｍに供給されるようにインジェクタ５３内の電磁弁の開閉を制御する制御装置を設ける。このような制御方法としては、図６に示すように、インジェクタ５３内の電磁弁の開閉を制御することで、０．０１秒（１０ｍｓｅｃ）毎に一回ずつインジェクタ５３を開放させるようにする。このとき、インジェクタ５３を開放しておく時間は、約０．００５秒（５ｍｓｅｃ）程度に設定しておく（５０％デューティ）。 As described above, the present invention is not limited to the first and second embodiments, and can be implemented in various forms.
In the first and second embodiments, as a means for controlling the amount of fuel, for example, an injector is used so that fuel from the injector 53 shown in FIG. 1 is intermittently supplied to the catalyst M at predetermined time intervals. A control device for controlling opening and closing of the solenoid valve in 53 is provided. As such a control method, as shown in FIG. 6, the injector 53 is opened once every 0.01 seconds (10 msec) by controlling the opening and closing of the electromagnetic valve in the injector 53. At this time, the time for opening the injector 53 is set to about 0.005 seconds (5 msec) (50% duty).

これによれば、このインジェクタ５３の断続的な開放により、インジェクタ５３から噴出される燃料も触媒Ｍに断続的に供給されることとなる。また、これに伴って、燃料と触媒Ｍとの反応による水素ガスの気化も断続的に行われ、その水素ガスの合計気化量は、最初緩やかに増えていき、その後安定するようになる。このように燃料を断続的に触媒Ｍに供給するようにすれば、燃料から生成される反応生成物ＲＣは、次の燃料が排出されるときにはその吹き付けられる場所から遠心力により遠ざけられているので、次の燃料と触媒Ｍとの反応を良好に行うことができ、燃料を効率良く使用することができる。なお、インジェクタ５３からの燃料の噴出量を、１秒間に１ｃｃだけ噴出するものとすると、前記した例においてはインジェクタ５３の１回の開放で噴出される量が０．０１ｃｃである。また、このインジェクタ５３による噴射制御は、いわゆるＰＭＷ制御（ＰａｌｓｅＷｉｄｔｈＭｏｄｕｌａｔｉｏｎＣｏｎｔｒｏｌ）と呼ばれるものであり、５ｍｓｅｃ（５０％デューティ）となっているパルス幅は、０〜１０ｍｓｅｃ（０〜１００％デューティ）の間で自由にコントロールし、単位時間当たりの噴射量を正確に応答性よく制御する。この他、燃料の制御方法は、インジェクタの弁の開時間を一定とし、パルス間隔を制御する方式（いわゆるＰＰＭ方式）や、インジェクタの弁の開口量を可変制御する方式でも実現できる。 According to this, the fuel ejected from the injector 53 is also intermittently supplied to the catalyst M by the intermittent opening of the injector 53. Along with this, the vaporization of hydrogen gas by the reaction between the fuel and the catalyst M is also performed intermittently, and the total vaporization amount of the hydrogen gas increases gradually at first and then becomes stable. If the fuel is intermittently supplied to the catalyst M in this way, the reaction product RC generated from the fuel is kept away from the sprayed place by centrifugal force when the next fuel is discharged. Then, the reaction between the next fuel and the catalyst M can be performed satisfactorily, and the fuel can be used efficiently. If the amount of fuel ejected from the injector 53 is assumed to be ejected by 1 cc per second, in the example described above, the amount ejected by one opening of the injector 53 is 0.01 cc. The injection control by the injector 53 is called so-called PMW control (Pulse Width Modulation Control), and the pulse width of 5 msec (50% duty) is 0 to 10 msec (0 to 100% duty). The injection amount per unit time is accurately controlled with good responsiveness. In addition, the fuel control method can be realized by a method in which the opening time of the injector valve is constant and the pulse interval is controlled (so-called PPM method) or a method in which the opening amount of the injector valve is variably controlled.

〔第３の実施形態〕
以下に、本発明に係る水素生成装置の第３の実施形態について説明する。この実施形態は第１の実施形態の水素生成装置１を変更したものなので、第１の実施形態と同様の構成要素については同一符号を付し、その説明を省略する。参照する図面において、図７は第３の実施形態に係る水素生成装置を示す斜視図、図８は図７の各バルブの作動状態を示すタイムチャートである。 [Third Embodiment]
Below, 3rd Embodiment of the hydrogen generator based on this invention is described. Since this embodiment is a modification of the hydrogen generator 1 of the first embodiment, the same components as those of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted. In the drawings to be referred to, FIG. 7 is a perspective view showing a hydrogen generator according to the third embodiment, and FIG. 8 is a time chart showing the operating state of each valve of FIG.

図７に示すように、水素生成装置１”は、第１の実施形態と同様の構成要素の他に、触媒Ｍに向けて洗浄液を吹き付けて洗浄するための洗浄液噴出装置７と、燃料や洗浄液の供給の切り替えを主に制御する制御装置８と、モータ４の回転数を制御する回転制御装置９とを備えている。洗浄液噴出装置７は、洗浄液を貯蔵しておく洗浄液タンク７１と、この洗浄液タンク７１と加圧ポンプ５２とを繋ぐ配管７２と、この配管７２に設けられるバルブ７３とを有しており、洗浄液タンク７１内の洗浄液が加圧ポンプ５２とインジェクタ５３，５３とにより触媒Ｍに噴出されるようになっている。言い換えると、この洗浄液噴出装置７と燃料噴出装置５は、加圧ポンプ５２とインジェクタ５３，５３とを共有することで一体に構成されている。なお、洗浄液としては、例えば水などを利用することができる。 As shown in FIG. 7, in addition to the same constituent elements as in the first embodiment, the hydrogen generator 1 ″ includes a cleaning liquid ejecting apparatus 7 for cleaning by spraying a cleaning liquid toward the catalyst M, a fuel and a cleaning liquid And a rotation control device 9 for controlling the number of rotations of the motor 4. The cleaning liquid ejection device 7 includes a cleaning liquid tank 71 for storing the cleaning liquid, A pipe 72 connecting the cleaning liquid tank 71 and the pressure pump 52 and a valve 73 provided in the pipe 72 are provided. The cleaning liquid in the cleaning liquid tank 71 is converted into a catalyst M by the pressure pump 52 and the injectors 53 and 53. In other words, the cleaning liquid ejecting device 7 and the fuel ejecting device 5 are configured integrally by sharing the pressurizing pump 52 and the injectors 53 and 53. The cleaning liquid can be used such as water and the like.

制御装置８は、燃料タンク５１側のバルブ５６や、洗浄液タンク７１側のバルブ７３を制御することで燃料と洗浄液を触媒Ｍに交互に吹き付けるものである。具体的に、この制御装置８は、図示しない燃料電池の運転中において、バルブ５６を開けた状態でインジェクタ５３内の電磁弁を前記したように断続的に開閉することで所定時間燃料を触媒Ｍに吹き付け、その後短時間燃料電池の運転を停止した際に、バルブ５６を閉じてバルブ７３を開放させることで所定時間洗浄液を触媒Ｍに吹き付けるように、各バルブ５６，７３や前記電磁弁を制御している。 The control device 8 controls the valve 56 on the fuel tank 51 side and the valve 73 on the cleaning liquid tank 71 side to alternately spray fuel and cleaning liquid onto the catalyst M. Specifically, the control device 8 intermittently opens and closes the electromagnetic valve in the injector 53 with the valve 56 opened while the fuel cell (not shown) is in operation, as described above. Then, when the operation of the fuel cell is stopped for a short time, the valves 56 and 73 and the solenoid valve are controlled so that the cleaning liquid is sprayed to the catalyst M for a predetermined time by closing the valve 56 and opening the valve 73. is doing.

回転制御装置９は、触媒Ｍに燃料を吹き付けている際の回転板３の回転数よりも、触媒Ｍに洗浄液を吹き付けている際の回転板３の回転数が高くなるように、モータ４を制御している。すなわち、触媒Ｍに洗浄液を吹き付けている間、円板上の横加速度Ｇは、回転数の２乗に比例するため、回転板３の回転数を上げることで横加速度Ｇを上げて洗浄効果を向上するように、モータ４の回転数を制御している。 The rotation control device 9 controls the motor 4 so that the rotational speed of the rotating plate 3 when the cleaning liquid is sprayed on the catalyst M is higher than the rotational speed of the rotating plate 3 when the fuel is sprayed on the catalyst M. I have control. That is, while the cleaning liquid is sprayed on the catalyst M, the lateral acceleration G on the disk is proportional to the square of the rotational speed. Therefore, by increasing the rotational speed of the rotating plate 3, the lateral acceleration G is increased and the cleaning effect is increased. The rotational speed of the motor 4 is controlled so as to improve.

次に、この洗浄液噴出装置７を用いた触媒Ｍの洗浄方法について図７および図８を参照して説明する。
まず、燃料電池を含んだ燃料電池システム全体が稼動していない状態においては、図７に示す各バルブ５６，７３は閉じた状態となっている。燃料電池の運転を開始すると、制御装置８によりバルブ５６のみが開放されるとともにインジェクタ５３内の電磁弁が断続的に開放され、回転制御装置９によりモータ４が所定の回転数Ｖ１（図８参照）で回転する。これにより、燃料タンク５１内の燃料が加圧ポンプ５２およびインジェクタ５３，５３により触媒Ｍに吹き付けられ、この触媒Ｍと燃料とが反応し、水素が燃料電池に供給されることとなる。なお、この燃料電池の運転開始時や運転中における制御装置８や加圧ポンプ５２などへの電力供給は、燃料電池とは別に設けた２次電池（図示せず）や、運転中の燃料電池などにより行われる。 Next, a method for cleaning the catalyst M using the cleaning liquid ejection device 7 will be described with reference to FIGS.
First, in a state where the entire fuel cell system including the fuel cell is not operating, the valves 56 and 73 shown in FIG. 7 are closed. When the operation of the fuel cell is started, only the valve 56 is opened by the control device 8 and the electromagnetic valve in the injector 53 is intermittently opened. The rotation control device 9 causes the motor 4 to rotate at a predetermined rotational speed V1 (see FIG. 8). ) To rotate. As a result, the fuel in the fuel tank 51 is sprayed onto the catalyst M by the pressurizing pump 52 and the injectors 53, 53, the catalyst M and the fuel react, and hydrogen is supplied to the fuel cell. The power supply to the control device 8 and the pressurizing pump 52 at the start or during operation of the fuel cell is performed by using a secondary battery (not shown) provided separately from the fuel cell, or a fuel cell during operation. Etc.

そして、図８に示すように、燃料電池を所定時間Ｔ１（例えば１０分）経過後に停止させると、制御装置８によりバルブ５６が閉じられるとともにバルブ７３が所定時間Ｔ２（例えば１〜５秒）だけ開放され、この所定時間Ｔ２の間、回転制御装置９によりモータ４が回転数Ｖ１よりも高い回転数Ｖ２で回転する。これにより、洗浄液タンク７１内の洗浄液が加圧ポンプ５２およびインジェクタ５３，５３により触媒Ｍに吹き付けられ、触媒Ｍに到達した洗浄液が高速で回転する回転板３によって強い遠心力を受けて残留する反応生成物ＲＣを確実に洗い流すように作用する。なお、この燃料電池の停止時における制御装置８や加圧ポンプ５２などへの電力供給は、前記２次電池などの燃料電池以外の電池により行われる。 Then, as shown in FIG. 8, when the fuel cell is stopped after a predetermined time T1 (for example, 10 minutes) has elapsed, the valve 56 is closed by the control device 8 and the valve 73 is kept only for the predetermined time T2 (for example, 1 to 5 seconds). During this predetermined time T2, the rotation control device 9 rotates the motor 4 at a rotational speed V2 higher than the rotational speed V1. As a result, the cleaning liquid in the cleaning liquid tank 71 is sprayed onto the catalyst M by the pressurization pump 52 and the injectors 53 and 53, and the cleaning liquid that has reached the catalyst M is subjected to a strong centrifugal force by the rotating plate 3 that rotates at a high speed and remains. It acts to ensure that the product RC is washed away. Note that power supply to the control device 8 and the pressurizing pump 52 when the fuel cell is stopped is performed by a battery other than the fuel cell such as the secondary battery.

所定時間Ｔ２の経過後は、再び燃料電池の運転が所定時間Ｔ１だけ行われる。すなわち、この燃料電池システムが稼動している際は、前記したような洗浄が所定時間Ｔ１ごとに１回ずつ行われることとなる。ちなみに、１０分おきに１回洗浄し、１回の洗浄における洗浄液の供給量を１０ｃｃとすると、１時間の間に６０ｃｃの洗浄液が触媒Ｍに供給されることとなるので、良好に触媒Ｍを洗浄することができる。そして、燃料電池システムが停止する際には、停止する前に制御装置８により各バルブ５６，７３が閉じられ、その後燃料電池システムが停止することとなる。 After the elapse of the predetermined time T2, the fuel cell is operated again for the predetermined time T1. That is, when the fuel cell system is operating, the above-described cleaning is performed once every predetermined time T1. Incidentally, if the cleaning liquid is washed once every 10 minutes and the supply amount of the cleaning liquid in one cleaning is 10 cc, 60 cc of the cleaning liquid is supplied to the catalyst M in one hour. Can be washed. When the fuel cell system is stopped, the valves 56 and 73 are closed by the control device 8 before stopping, and then the fuel cell system is stopped.

以上によれば、第３の実施形態において、次のような効果を得ることができる。
所定時間Ｔ１おきに触媒Ｍが洗浄されるので、仮に触媒Ｍに反応生成物ＲＣが残留していてもこの反応生成物ＲＣを確実に洗い流すことができる。また、燃料供給時に所定の回転数Ｖ１で回転板３を回転させることで触媒Ｍと燃料との反応を良好に行わせることができるとともに、洗浄時に回転数Ｖ１よりも高い回転数Ｖ２で回転板３を回転させることで、残留した反応生成物ＲＣを洗浄液とともに確実に外方へ飛ばすことができる。このようにして、触媒表面の清浄状態を維持し、安定な水素気化を実現した。 According to the above, the following effects can be obtained in the third embodiment.
Since the catalyst M is washed every predetermined time T1, even if the reaction product RC remains in the catalyst M, the reaction product RC can be surely washed away. Further, by rotating the rotating plate 3 at a predetermined rotation speed V1 when supplying the fuel, the reaction between the catalyst M and the fuel can be performed satisfactorily, and at the time of cleaning, the rotating plate is rotated at a rotation speed V2 higher than the rotation speed V1. By rotating 3, the remaining reaction product RC can be reliably blown outward together with the cleaning liquid. In this way, a clean state of the catalyst surface was maintained and stable hydrogen vaporization was realized.

以上、本発明は、第３の実施形態に限定されることなく、様々な形態で実施される。
本実施形態では、燃料電池システムの稼動中において所定時間Ｔ１ごとに１回ずつ洗浄するように構成したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、燃料電池システムを停止する際に１回洗浄するように構成してもよい。この場合は、燃料電池システムに対する外部からの停止信号に基づいて制御装置８、回転制御装置９、および加圧ポンプ５２などを本実施形態のように作動させればよい。また、燃料電池システムが長期にわたって停止している場合に、定期的に自動洗浄するように構成してもよい。この場合は、燃料電池システムの停止と同時に作動するカウンタなどを設けておき、このカウンタが所定時間をカウントしたときに制御装置８などを本実施形態のように作動させればよい。 As described above, the present invention is not limited to the third embodiment, and can be implemented in various forms.
In the present embodiment, the fuel cell system is configured to be cleaned once every predetermined time T1 during operation of the fuel cell system, but the present invention is not limited to this. For example, you may comprise so that it may wash | clean once, when stopping a fuel cell system. In this case, the control device 8, the rotation control device 9, the pressurizing pump 52, and the like may be operated as in this embodiment based on a stop signal from the outside for the fuel cell system. Further, when the fuel cell system has been stopped for a long period of time, the fuel cell system may be automatically cleaned periodically. In this case, a counter or the like that operates simultaneously with the stop of the fuel cell system may be provided, and the control device 8 or the like may be operated as in this embodiment when the counter counts a predetermined time.

本実施形態では、洗浄液タンク７１内にある洗浄液のみで洗浄を行うこととしたが、本発明はこれに限定されず、例えば洗浄液が水である場合には燃料電池の陽極側で発生する水を洗浄用に再利用してもよい。この場合、燃料電池の水を排出するための排水口と、洗浄液タンク７１の給水口とを配管で接続させればよい。なお、このような構造において、逆流防止のための逆止弁や、洗浄液タンク７１側に水を送り込むためのポンプなどを設けることは適宜設定可能であることはいうまでもない。 In this embodiment, the cleaning is performed only with the cleaning liquid in the cleaning liquid tank 71. However, the present invention is not limited to this. For example, when the cleaning liquid is water, water generated on the anode side of the fuel cell is used. It may be reused for cleaning. In this case, the drain port for discharging the water of the fuel cell and the water supply port of the cleaning liquid tank 71 may be connected by piping. In such a structure, it is needless to say that a check valve for preventing a backflow and a pump for feeding water to the cleaning liquid tank 71 can be appropriately set.

第１の実施形態に係る水素生成装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hydrogen generator based on 1st Embodiment. 回転板の半径方向の位置と、回転板上の燃料や反応生成物が受ける横加速度との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the position of the radial direction of a rotating plate, and the lateral acceleration which the fuel and reaction product on a rotating plate receive. 図１の水素生成装置の他の実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows other embodiment of the hydrogen generator of FIG. 図３の水素生成装置を横向きにしたときの実施形態を示す断面図である。It is sectional drawing which shows embodiment when the hydrogen generator of FIG. 3 is turned sideways. 第２の実施形態に係る水素生成装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the hydrogen generator based on 2nd Embodiment. 触媒に燃料を断続的に供給する制御の一例を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows an example of the control which supplies fuel to a catalyst intermittently. 第３の実施形態に係る水素生成装置を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the hydrogen generator based on 3rd Embodiment. 図７の各バルブの作動状態を示すタイムチャートである。It is a time chart which shows the operating state of each valve | bulb of FIG.

Explanation of symbols

１，１’，１” 水素生成装置
Ｍ，Ｍ’ 触媒
２，２’ 反応器
３回転板（回転体）
４モータ（回転駆動装置）
５燃料噴出装置
５１燃料タンク
５２加圧ポンプ
５３インジェクタ
６円錐体（回転体）
７洗浄液噴出装置
８制御装置
９回転制御装置
７１洗浄液タンク 1,1 ', 1 "Hydrogen generator M, M' Catalyst 2,2 'Reactor 3 Rotating plate (Rotating body)
4 Motor (Rotary drive device)
5 Fuel ejection device 51 Fuel tank 52 Pressure pump 53 Injector 6 Cone (rotary body)
7 Cleaning liquid ejection device 8 Control device 9 Rotation control device 71 Cleaning liquid tank

Claims

A hydrogen generator for generating hydrogen by reacting the catalyst with a borohydride fuel in a reactor containing the catalyst,
A rotating body to which the catalyst is fixed;
A rotation driving device for rotating the rotating body;
And a fuel injection device for spraying the borohydride fuel toward the catalyst.

The hydrogen generator according to claim 1 ,
Before Symbol As borohydride fuel is intermittently supplied at a predetermined time interval to the catalyst, the hydrogen generating apparatus characterized by comprising a control device for controlling the fuel injection device.

The hydrogen generator according to claim 1 or 2, wherein
A hydrogen generation apparatus comprising a cleaning liquid jetting apparatus for spraying a cleaning liquid toward the catalyst.

The hydrogen generating device according to claim 3, wherein the fuel ejection device includes a fuel tank that stores the borohydride fuel, and the cleaning liquid ejection device includes a cleaning liquid tank that stores the cleaning liquid.
The fuel ejection device and the cleaning liquid ejection device are:
An injector for spraying the borohydride fuel or the cleaning liquid toward the catalyst;
The borohydride fuel sent out from the fuel tank or a pressurizing pump that pressurizes and supplies the cleaning liquid sent out from the cleaning liquid tank is shared with the injector. Hydrogen generator.

The hydrogen generator according to claim 3 or 4, wherein
A hydrogen generation apparatus comprising: a rotation control device that controls the rotation driving device so as to increase the number of rotations of the rotating body when the cleaning liquid is sprayed onto the catalyst.