JP6900004B2 - Hydrogen generator - Google Patents
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Description
本発明は、水素生成装置に関する。特に、水素の収率が高く、水素の生成量を容易に制御することができる水素生成装置に関する。 The present invention relates to a hydrogen generator. In particular, the present invention relates to a hydrogen generating apparatus in which the yield of hydrogen is high and the amount of hydrogen produced can be easily controlled.
高純度の水素を生成し、燃料電池等に安定供給する技術が求められている。水素を生成する方法としては、たとえば炭化水素ガスを水蒸気改質する方法が知られている。しかし炭化水素の水蒸気改質では、原料に対して水蒸気のモル比が低くなったときに炭素が析出して触媒が失活するという問題がある。このため、水素の生成量に対応して工程条件を厳しく管理する必要がある。 There is a demand for a technology that produces high-purity hydrogen and stably supplies it to fuel cells and the like. As a method for producing hydrogen, for example, a method of steam reforming a hydrocarbon gas is known. However, steam reforming of hydrocarbons has a problem that carbon is precipitated and the catalyst is deactivated when the molar ratio of steam to the raw material becomes low. Therefore, it is necessary to strictly control the process conditions according to the amount of hydrogen produced.
発明者らは、アンモニアを放電によりプラズマとして水素を生成する方法および装置を発明し、特許文献1として開示した。特許文献1には、プラズマ反応器と、高電圧電極と、接地電極とを備えている水素生成装置を開示している。特許文献1の水素生成装置は、水素分離膜が高電圧電極として機能しており、常温大気圧の条件下で、水素分離膜が接地電極との間で誘電体バリア放電し、供給されたガスに含まれるアンモニアをプラズマとすることによって高純度の水素を生成する。特許文献1の水素生成装置は、対向している高電圧電極と接地電極との間で放電して原料ガスがプラズマ状態になるため、プラズマ化している原料ガスの体積は、電極同士が対向している部分の体積と実質的に同じとなる。
The inventors invented a method and an apparatus for generating hydrogen as plasma by discharging ammonia, and disclosed it as
特許文献1のプラズマ放電を利用した水素生成装置では、円筒形の反応容器内の原料を均一にプラズマ化するための電力を、反応容器の容量に従って増加させる必要があった。大型の反応容器では、小型の反応容器よりもむしろエネルギー効率が悪くなることがあり、水素の大量生産が必要となったときに、水素の収率が低くなるおそれがあった。
In the hydrogen generator using the plasma discharge of
本発明はかかる現状に鑑みてなされものであって、水素の生成量を容易に制御することができ、しかも高純度の水素を常時高収率で生成可能な水素生成装置を提供することを解決すべき課題としてなされたものである。 The present invention has been made in view of the present situation, and has solved the problem of providing a hydrogen generating apparatus capable of easily controlling the amount of hydrogen produced and constantly producing high-purity hydrogen in a high yield. It was done as an issue to be done.
本発明の水素生成装置は、誘電体と、電極と、水素分離膜と、高電圧電源とを備えている。誘電体は、原料ガス流路が連続する溝として形成されている第一の面とこの第一の面に対して略平行な第二の面とを有する平板状の誘電体である。電極は誘電体の第二の面に対向して配置され、水素分離膜は誘電体の第一の面側に配置されて原料ガス流路の溝の開口部を被覆する。高電圧電源は、水素分離膜または電極に電力を供給して放電を発生させる。本発明の水素生成装置は、電極と水素分離膜とが前記誘電体に対して非対称な位置に配置されていることを特徴とする。 The hydrogen generator of the present invention includes a dielectric, an electrode, a hydrogen separation membrane, and a high voltage power supply. The dielectric is a flat plate-shaped dielectric having a first surface formed as a continuous groove in which the raw material gas flow path is formed and a second surface substantially parallel to the first surface. The electrodes are arranged so as to face the second surface of the dielectric, and the hydrogen separation membrane is arranged on the first surface side of the dielectric to cover the groove openings of the raw material gas flow path. The high voltage power supply supplies power to the hydrogen separation membrane or electrodes to generate an electric discharge. The hydrogen generating apparatus of the present invention is characterized in that the electrode and the hydrogen separation membrane are arranged at positions asymmetric with respect to the dielectric.
本発明の水素生成装置は、誘電体上に原料ガス流路が溝として形成されており、溝の開口部を覆うように水素分離膜が配置されている。水素分離膜と、この水素分離膜に対して誘電体を挟んで対向する電極のどちらかに電力が供給されることで原料ガス流路内で放電が発生し、原料ガスがプラズマとなり、水素が生成する。 In the hydrogen generating apparatus of the present invention, the raw material gas flow path is formed as a groove on the dielectric, and the hydrogen separation membrane is arranged so as to cover the opening of the groove. When power is supplied to either the hydrogen separation membrane or the electrode facing the hydrogen separation membrane with the dielectric sandwiched between them, an electric discharge is generated in the raw material gas flow path, the raw material gas becomes plasma, and hydrogen is generated. Generate.
本発明の水素生成装置は、水素分離膜が誘電体の前記第一の面全体を被覆していることが好ましい。さらに、電極の第二の面に対向する部分の面積は、水素分離膜の面積の1%以上60%以下であることが好ましい。 In the hydrogen generating apparatus of the present invention, it is preferable that the hydrogen separation membrane covers the entire first surface of the dielectric. Further, the area of the portion of the electrode facing the second surface is preferably 1% or more and 60% or less of the area of the hydrogen separation membrane.
水素分離膜と電極との間の放電による原料ガスのプラズマ化によって、原料ガス流路で生成した水素は、原料ガス流路の開口部を覆う水素分離膜を透過して原料ガスから分離される。原料ガスの水素への分解と、生成した水素の原料ガスからの分離を効率よく行うことができ、高収率で水素ガスを生成することができる。 Hydrogen generated in the raw material gas flow path is separated from the raw material gas by passing through the hydrogen separation membrane covering the opening of the raw material gas flow path due to the plasma conversion of the raw material gas by the discharge between the hydrogen separation membrane and the electrode. .. It is possible to efficiently decompose the raw material gas into hydrogen and separate the generated hydrogen from the raw material gas, and it is possible to generate hydrogen gas in a high yield.
本発明の水素生成装置は、水素分離膜と電極とが誘電体に対して非対称に配置されている。これにより、放電によるプラズマが、電極を起点にして電極の対向していない原料ガス流路の上流から下流に広がり、プラズマの発生する領域が拡大する。 In the hydrogen generator of the present invention, the hydrogen separation membrane and the electrode are arranged asymmetrically with respect to the dielectric. As a result, the plasma generated by the electric discharge spreads from the upstream to the downstream of the raw material gas flow path in which the electrodes do not face each other, starting from the electrode, and the region where the plasma is generated expands.
本発明の水素生成装置の誘電体は、原料ガスの流路である溝の断面形状、原料ガス流路の全長、水素分離膜との接触面積、原料ガスの供給速度、印加電圧に加えて、電極の配置を適宜変更することで、水素の生成量を制御することができる。 The dielectric of the hydrogen generating apparatus of the present invention has, in addition to the cross-sectional shape of the groove which is the flow path of the raw material gas, the total length of the raw material gas flow path, the contact area with the hydrogen separation membrane, the supply rate of the raw material gas, and the applied voltage. The amount of hydrogen produced can be controlled by appropriately changing the arrangement of the electrodes.
本発明の水素生成装置は、原料ガスの流れがある状態で、原料ガスのプラズマを効率的に発生させて水素生成量を制御することができる。 The hydrogen generating apparatus of the present invention can efficiently generate plasma of the raw material gas and control the amount of hydrogen generated in the presence of a flow of the raw material gas.
本発明の水素生成装置は、水素分離膜と対向している電極を水素分離膜よりも小さくし、電極が誘電体に対向している面積を水素分離膜の面積の1%〜60%とすることで、水素分離膜と電極間の静電容量を小さくし、少ない電力でプラズマを生成することができ、高電圧電源の省電力化を図ることができる。 In the hydrogen generator of the present invention, the electrode facing the hydrogen separation membrane is made smaller than the hydrogen separation membrane, and the area where the electrode faces the dielectric is 1% to 60% of the area of the hydrogen separation membrane. As a result, the capacitance between the hydrogen separation membrane and the electrode can be reduced, plasma can be generated with a small amount of power, and the power saving of the high voltage power supply can be achieved.
本発明の水素生成装置は、水素分離膜と対向している電極の面積が水素分離膜の面積よりも小さいにもかかわらず、原料ガス流路全体に対して、原料ガスがプラズマ化している部分の割合は大きくなる。プラズマ化している面積が大きいことで、アンモニアの分解が進み、アンモニアが分解して生成した水素分子が水素原子になっている割合が多くなる。この結果、水素生成量の制御および大容量化が可能となる。 In the hydrogen generating apparatus of the present invention, although the area of the electrode facing the hydrogen separation membrane is smaller than the area of the hydrogen separation membrane, the portion where the raw material gas is turned into plasma with respect to the entire raw material gas flow path. The ratio of is large. Since the area converted to plasma is large, the decomposition of ammonia progresses, and the proportion of hydrogen molecules generated by the decomposition of ammonia becoming hydrogen atoms increases. As a result, it is possible to control the amount of hydrogen produced and increase the capacity.
本発明の水素生成装置は、電極と水素分離膜が誘電体に対して非対称な位置に配置されていることを特徴とする。ここで言う非対称な配置とは、以下の2通りの配置を含む。
すなわち、誘電体に対向する電極の面積が誘電体に対向する水素分離膜の面積と異なっている配置と、電極と水素分離膜の誘電体に対する位置が、誘電体の任意の位置に対して、面対称、線対称、点対称のいずれでもない配置である。
The hydrogen generating apparatus of the present invention is characterized in that the electrode and the hydrogen separation membrane are arranged at positions asymmetric with respect to the dielectric. The asymmetrical arrangement referred to here includes the following two types of arrangement.
That is, the arrangement in which the area of the electrode facing the dielectric is different from the area of the hydrogen separation membrane facing the dielectric and the position of the electrode and the hydrogen separation membrane with respect to the dielectric are relative to any position of the dielectric. The arrangement is neither plane symmetric, line symmetric, nor point symmetric.
本発明の水素生成装置は、水素分離膜と対向している電極の面積が、水素分離膜の面積よりも小さいにもかかわらず、原料ガス流路内で原料ガスがプラズマとなる領域はより大きくなり、原料ガス流路全体でプラズマが発生することを特徴とする。プラズマ化している領域が広いことで、アンモニアの分解およびアンモニアから分解して生成した水素分子が水素原子になっている割合が多くなり、水素生成量の制御および大容量化が可能となる。従来技術では、対向している接地電極と高電圧電極との間で放電しプラズマ状態になるため、プラズマ化する領域は、対向している電極間の体積と実質的に同一となっていた。これに対して本発明では、水素分離膜と対向している電極を起点にしてプラズマが電極が対向していない流路方向、すなわち原料ガスの上流から下流に広がり、プラズマの面積が拡大される。ここで、水素生成装置において、原料ガスの流量を少なくしていくと、プラズマの原料ガス流路方向への広がりは減少していく。そして原料ガス流量がゼロの状態では、プラズマの流路方向への広がりがなく、電極から水素分離膜に対して垂直な方向でのみプラズマが発生する。つまり本発明の水素生成装置は、原料ガスの流れがある中で、プラズマを効率的に発生させ、水素生成量を制御するために好適な装置である。特に、水素分離膜と対向している電極を水素分離膜よりも小さく、水素分離膜の面積の1%〜60%とすることが特に効果的である。電極が水素分離膜に対向する面積が小さくなると、水素分離膜と電極間の静電容量が小さくなり、少ない電力でプラズマを生成することができ、高電圧電源の省電力化を図ることができる。 In the hydrogen generator of the present invention, although the area of the electrode facing the hydrogen separation membrane is smaller than the area of the hydrogen separation membrane, the region where the raw material gas becomes plasma in the raw material gas flow path is larger. Therefore, plasma is generated in the entire raw material gas flow path. Since the area of plasma formation is wide, the proportion of hydrogen molecules generated by decomposition of ammonia and decomposition from ammonia becomes hydrogen atoms, which makes it possible to control the amount of hydrogen produced and increase the capacity. In the prior art, since the ground electrode and the high voltage electrode facing each other are discharged to a plasma state, the region to be plasmaized is substantially the same as the volume between the facing electrodes. On the other hand, in the present invention, the plasma spreads from the electrode facing the hydrogen separation membrane in the flow path direction in which the electrodes do not face, that is, from the upstream to the downstream of the raw material gas, and the area of the plasma is expanded. .. Here, in the hydrogen generator, as the flow rate of the raw material gas is reduced, the spread of the plasma in the direction of the raw material gas flow path decreases. When the raw material gas flow rate is zero, the plasma does not spread in the flow path direction, and plasma is generated only in the direction perpendicular to the hydrogen separation membrane from the electrode. That is, the hydrogen generating apparatus of the present invention is an apparatus suitable for efficiently generating plasma and controlling the amount of hydrogen produced in the presence of a flow of raw material gas. In particular, it is particularly effective that the electrode facing the hydrogen separation membrane is smaller than the hydrogen separation membrane and has an area of 1% to 60% of the hydrogen separation membrane. When the area of the electrode facing the hydrogen separation film becomes small, the capacitance between the hydrogen separation film and the electrode becomes small, plasma can be generated with a small amount of electric power, and the power saving of the high voltage power supply can be achieved. ..
以下に、本発明の好適な実施形態を列記する。
(1)水素生成装置で好適に用いられる原料ガスは、アンモニア、またはメタン等の炭化水素系ガス、アンモニア単体ではなくアンモニアと不活性ガスの混合ガスとすることができる。また、液化アンモニアや尿素から発生したアンモニア単体またはそのアンモニアと不活性ガスの混合ガスとすることができる。
(2)生成した水素を導出するための水素流路板が、水素分離膜に隣接して配置される。水素流路板には水素分離膜を通過した水素を受け入れる水素流路と水素導出口が設けられる。
(3)水素分離膜は、高電圧電源に接続された場合、高電圧電極として機能する。水素分離膜が高電圧電極として機能しているとき、誘電体の第二の面に対向するように配置された電極は接地電極として機能する。このとき、絶縁スペーサが水素分離膜と水素流路板との間に配置される。
(4)水素分離膜は、アースされている場合、接地電極として機能する。水素分離膜が接地電極として機能しているとき、誘電体の第二の面に対向するように配置された電極が高電圧電極として機能する。このとき、絶縁スペーサが、高電圧電極の外側に配置される。
(5)高電圧電極と接地電極とは誘電体を隔てて対向しており、誘電体バリア放電によって、原料ガス流路の中の原料ガスを大気圧非平衡プラズマとする。高電圧電源は、高電圧電極に対して、両極性パルス波形を印加する。
(6)誘電体は、石英ガラスなどのガラス、アルミナなどのセラミックス、チタン酸バリウム、ポリカーボネート、アクリルなどの絶縁性の高い樹脂で形成される。
(7)電極は平板状または棒状に形成されており、誘電体に対向する部分の面積は、誘電体の第二の面の面積よりも小さい。
The preferred embodiments of the present invention are listed below.
(1) The raw material gas preferably used in the hydrogen generating apparatus can be ammonia, a hydrocarbon-based gas such as methane, or a mixed gas of ammonia and an inert gas instead of ammonia alone. Further, it can be a simple substance of ammonia generated from liquefied ammonia or urea, or a mixed gas of the ammonia and an inert gas.
(2) A hydrogen flow path plate for deriving the generated hydrogen is arranged adjacent to the hydrogen separation membrane. The hydrogen flow path plate is provided with a hydrogen flow path for receiving hydrogen that has passed through the hydrogen separation membrane and a hydrogen outlet.
(3) The hydrogen separation membrane functions as a high-voltage electrode when connected to a high-voltage power supply. When the hydrogen separation membrane functions as a high voltage electrode, the electrode arranged so as to face the second surface of the dielectric functions as a ground electrode. At this time, the insulating spacer is arranged between the hydrogen separation membrane and the hydrogen flow path plate.
(4) When the hydrogen separation membrane is grounded, it functions as a ground electrode. When the hydrogen separation membrane functions as a ground electrode, the electrode arranged so as to face the second surface of the dielectric functions as a high voltage electrode. At this time, the insulating spacer is arranged outside the high voltage electrode.
(5) The high-voltage electrode and the ground electrode face each other with a dielectric material in between, and the raw material gas in the raw material gas flow path is converted into atmospheric pressure non-equilibrium plasma by the dielectric barrier discharge. The high voltage power supply applies a bipolar pulse waveform to the high voltage electrode.
(6) The dielectric is formed of glass such as quartz glass, ceramics such as alumina, barium titanate, polycarbonate, acrylic and other highly insulating resins.
(7) The electrode is formed in a flat plate shape or a rod shape, and the area of the portion facing the dielectric is smaller than the area of the second surface of the dielectric.
(実施例1)
以下、本発明にかかる水素生成装置の好適な実施例について、図面を参照しつつ説明する。図1は、本発明の実施例に従った水素生成装置1を模式的に示す斜視図である。図2は、水素生成装置1の各構成要素の正面と上面と右側面とを示した分解斜視図である。尚、以下の説明において、相対的な位置関係を示す上下左右の用語は、図面に示した上下左右の方向に対応している。
(Example 1)
Hereinafter, preferred examples of the hydrogen generating apparatus according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view schematically showing a
水素生成装置1は、誘電体2と、電極3と、水素流路板4と、水素分離膜5と、高電圧電源6と、絶縁スペーサ7とを備えている。誘電体2、水素流路板4、及び絶縁スペーサ7は、側面の縦横比がほぼ同一の矩形形状に形成されている。水素分離膜5の縦横比もまた、誘電体2と実質的に同一となっている。
The
誘電体2は、原料ガス流路13が形成された第一の面11と、この第一の面11に対して略平行な第二の面12とを有した、石英ガラス製の平板状の部材である。図2に示すように、誘電体2の第一の面11に、開口部を有する溝として、原料ガス流路13が形成されている。原料ガス流路13の形成されるパターンは、原料ガスの流量と原料ガスに印加する電圧とを考慮して適宜設定することができる。図2には、一例として、原料ガス入口14に連通して、誘電体2の上面と平行な直線状に延びる往路部分16と、往路部分16から折り返して往路部分16と平行に延びる復路部分17と、が交互に均一な間隔で複数回接続した原料ガス流路13を示している。
The dielectric 2 is a flat plate made of quartz glass having a
本実施例において、電極3は、上下方向の長さが誘電体2と実質的に同一であり、奥行き方向において誘電体2のほぼ1/3の長さを有する平板状の電極であり。電極3の一つの面が誘電体2の第二の面12に対向している。電極3は接地されており、接地電極として機能する。
In this embodiment, the
水素分離膜5は、誘電体2の第一の面11に接するように配置されて、原料ガス流路13の開口部全体を覆っている。誘電体2と水素分離膜5とによって原料ガス流路13の閉断面を有する壁面が規定される。水素分離膜5は、原料ガス流路13の原料ガスは透過させず、原料ガスから生成された水素のみを透過して分離する。
The
水素分離膜5は、パラジウム合金薄膜、ジルコニウム−ニッケル(Zr−Ni)系合金薄膜、バナジウム−ニッケル(V−Ni)系合金薄膜、ニオブ−ニッケル(Nb−Ni)系合金薄膜、および、ニオブ(Nb)と、ニッケル(Ni)、コバルト(Co)およびモリブデン(Mo)よりなる群から選ばれる1種以上の金属と、バナジウム(V)、チタン(Ti)、ジルコニウム(Zr)、タンタル(Ta)およびハフニウム(Hf)よりなる群から選ばれる1種以上の金属との合金よりなる薄膜などで形成することができる。本実施例の水素分離膜5は、パラジウム合金薄膜を特に好適に使用することができる。水素分離膜5は、これらの金属からなる単層の膜、またはこれらの金属から選択される2以上の金属の積層によって形成することができる。また、シリカ系分離膜や、ゼオライト系分離膜、ポリイミド分離膜、ポリスルホン分離膜などの非金属を水素分離膜として用いることも可能であるが、その場合は、形状を維持するために、より強度の高い支持体を水素分離膜5と接合する必要がある。
The
水素流路板4は、縦横比が誘電体2及び水素分離膜5とほぼ同一の板状の部材である。水素流路板4は、左側面側に開口している水素流路18と、この水素流路18に連通している水素導出口19とを備えている、水素流路板4は、誘電体2との間に絶縁スペーサ7と水素分離膜5とを挟んで保持するように、原料ガス流路13の外側となる水素分離膜5の右側に配置される。水素流路18は、誘電体2の原料ガス流路13と対向する位置に開口が設けられており、水素分離膜5によってこの開口が覆われる。
The hydrogen
高電圧電源6は、水素分離膜5と電極3との間の原料ガス流路13内で放電を発生させるための電源である。本実施例では、高電圧電源6は水素分離膜5に接続されており、水素分離膜5に高電圧を印加して、水素分離膜5を高電圧電極として機能させる。絶縁スペーサ7は、水素分離膜5と水素流路板4との間に配置される。高電圧電源6は、波形保持時間が10μsと極めて短い両極性パルス波形を印加することで、電子エネルギー密度を高くすることができる。
The high
本実施例では、誘電体2と、電極3と、水素流路板4と、水素分離膜5と、絶縁スペーサ7とを、重ね合わせてボルトとナットにより結合している。その上で、電極3を、誘電体2の第二の面の中央部に、高さ方向の位置を整合させた状態で結合している。原料ガス流路13と水素流路18を確実に封止するために、ガスケットの配置もしくは、シール材の塗布が追加的に行われる。
In this embodiment, the
本実施例の水素生成装置1は、原料としてアンモニアが最も好適に使用される。アンモニアを原料として水素を生成する場合の反応式を、以下の式1に示す。
2NH3+e→N2+3H2+e (式1)
Ammonia is most preferably used as a raw material in the
2NH 3 + e → N 2 + 3H 2 + e (Equation 1)
水素生成装置1でアンモニアを原料ガスとして水素を生成する方法を説明する。図示しない原料供給手段は、原料ガスの流速を制御する流速制御手段を備えており、誘電体2の原料ガス流路入口14を経て、所定の速度で原料ガス流路13に供給される。高電圧電源6が水素分離膜5に電圧を印加することで、水素分離膜5と電極3との間で誘電体バリア放電が発生する。放電によって、原料ガス流路13内のアンモニアが、大気圧非平衡プラズマとなる。
A method of generating hydrogen using ammonia as a raw material gas in the
図4に、本実施例の水素生成装置1によって大気圧非平衡プラズマとなったアンモニアが発光している状態を撮影した図面代用写真を示す。この図からも明らかであるとおり、原料ガス流路13全体でプラズマが発生している。プラズマの領域の拡大は、水素分離膜5と対向している電極3を起点にして、プラズマが電極3が対向していない流路方向、すなわち原料ガスの上流から下流に広がることによって生じる。
FIG. 4 shows a drawing-substituting photograph of a state in which ammonia, which has become atmospheric pressure non-equilibrium plasma, is emitting light by the
本実施例において、電極3の誘電体2に対向する部分の面積は、水素分離膜5の面積の1/3となっている。しかしながら、アンモニアのプラズマが発生する面積は、誘電体2に対向する電極の面積が水素分離膜5と同一である場合よりも大きくなっている。
In this embodiment, the area of the portion of the
アンモニアの大気圧非平衡プラズマから発生した水素は、水素原子の形態で水素分離膜5に吸着し、水素分離膜5の中を拡散しながら通過して水素流路板4の水素流路18に到達し、再結合して水素分子となる。このようにして、水素分離膜5は水素流路18側に水素のみを通過させ、水素が分離される。
Hydrogen generated from the atmospheric pressure non-equilibrium plasma of ammonia is adsorbed on the
原料ガス流路13を通過するアンモニアは、流速を制御することで放電に曝される時間を確保することができ、アンモニアに含まれる水素のほぼ100%を水素として分離して水素流路18に導入することが可能である。また、原料ガス流路13のパターンと電極3の配置を最適化することにより、アンモニアの流量を増やした場合であっても、アンモニアから高収率で水素を生成することができる。
Ammonia passing through the raw material
(実施例2)
図3に、本実施例の水素生成装置21を示す。本実施例での電極3’は、上下方向の長さが誘電体2と実質的に同一であり、奥行き方向において誘電体2の1/4の長さを有する。電極3’は、誘電体2の第二の面12中央の上端部から下端部に亘って対向している。本実施例において、電極3’は高電圧電源6に接続されて、高電圧電極として機能する。絶縁スペーサ9は、電極3’の外側に配置される。
(Example 2)
FIG. 3 shows the
本実施例において、水素分離膜5はアースされており、接地電極として機能する。高電圧電源6が電極3’に電圧を印加することで、水素分離膜5と電極3’との間の原料ガス流路13で、誘電体バリア放電が発生する。放電によって、原料ガス流路13内のアンモニアが大気圧非平衡プラズマとなり、高収率で水素を生成することができる。
In this embodiment, the
本実施例の電極3’が誘電体2に対向する部分の面積は、水素分離膜5の面積の1/4となっている。しかしながら実施例1と同様に、アンモニアのプラズマが発生する面積は、誘電体2に対向する電極3’の面積が水素分離膜5と同一である場合よりも大きくなっていた。
The area of the portion where the electrode 3'of this embodiment faces the dielectric 2 is 1/4 of the area of the
実施例で説明した水素生成装置1、21において、誘電体2に対する電極の大きさおよび配置は、適宜変更が可能である。実施例では、水素分離膜が誘電体の前記第一の面全体を被覆している形態において、第二の面に対向している電極の面積が、水素分離膜の面積の1/3の場合と1/4の場合について説明したが、電極の面積が1%以上60%以下である場合に、プラズマの発生面積が大きくなることが確認されている。
In the
実施例では、誘電体2の中央部に接するように配置した例について説明したが、いずれかの辺に沿うように、誘電体2の端部に配置することもできる。また、電極を複数配置することも可能であり、たとえば誘電体の四隅に、小型の電極を配置することもできる。電極の配置に会わせて、原料ガス流路の配置を変更することで、一層水素の収率を高めることができる。
In the embodiment, an example in which the
1、21 水素生成装置
2 誘電体
3、3’ 電極
4 水素流路板
5 水素分離膜
6 高電圧電源
7、9 絶縁スペーサ
11 第一の面
12 第二の面
13 原料ガス流路
14 原料ガス流路入口
15 原料ガス流路出口
16 原料ガス流路の往路部分
17 原料ガス流路の復路部分
18 水素流路
19 水素導出口
1, 21
Claims (2)
前記誘電体の前記第二の面に対向して配置される電極と、
前記誘電体の前記第一の面側に配置されて、前記原料ガス流路の前記溝の開口部を被覆する水素分離膜と、
前記水素分離膜または前記電極に電力を供給して放電を発生させる高電圧電源と、
を備えており、
前記電極と前記水素分離膜とが前記誘電体に対して非対称な位置に配置されていることを特徴とする水素生成装置。 A flat-plate-shaped dielectric having a first surface formed as a continuous groove in which the raw material gas flow path is formed, and a second surface substantially parallel to the first surface.
An electrode arranged to face the second surface of the dielectric and
A hydrogen separation membrane arranged on the first surface side of the dielectric and covering the opening of the groove of the raw material gas flow path, and a hydrogen separation membrane.
A high-voltage power supply that supplies electric power to the hydrogen separation membrane or the electrode to generate an electric discharge,
Is equipped with
A hydrogen generating apparatus characterized in that the electrode and the hydrogen separation membrane are arranged at positions asymmetric with respect to the dielectric.
前記電極が前記第二の面に対向する部分の面積は、前記水素分離膜の面積の1%以上60%以下であることを特徴とする請求項1記載の水素生成装置。 The hydrogen separation membrane covers the entire first surface of the dielectric.
The hydrogen generating apparatus according to claim 1, wherein the area of the portion where the electrode faces the second surface is 1% or more and 60% or less of the area of the hydrogen separation membrane.
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