制氢装置及制氢装置的操作方法制造方法及图纸

提供了一种可以不从外部接收能量供给而启动的制氢装置。该制氢装置1具有输入单元11，其与氢源41连接；重整器12，其产生含氢气体；储氢容器13；燃料电池15，其使用含氢气体发电；以及控制单元18。储氢容器13与用于向燃料电池15供给氢的燃料氢供给路径16连接，并且与向外部负载42供给氢的外部供给路径17连接。控制单元18存储启动燃料电池15所需的含氢气体的阈值，并且控制储氢容器13中的储存量大于或等于启动燃料电池15所需的量。进一步地，当启动制氢装置时，燃料电池15通过接收储存于储氢容器13中的含氢气体来发电，并且从供电路径30向重整器12供给电力。重整器12启动并产生氢气。

Operating methods of hydrogen plant and hydrogen plant

A hydrogen production device that can be started without receiving energy from outside is provided. The hydrogen production device 1 has an input unit 11, which is connected with the hydrogen source 41; a reformer 12, which generates hydrogen-containing gases; a hydrogen storage container 13; a fuel cell 15, which generates electricity using hydrogen-containing gases; and a control unit 18. The hydrogen storage container 13 is connected to the fuel hydrogen supply path 16 for supplying hydrogen to the fuel cell 15 and to the external supply path 17 for supplying hydrogen to the external load 42. The control unit 18 stores the threshold value of hydrogen-containing gases required to start fuel cell 15, and controls the amount of storage in hydrogen storage container 13 to be greater than or equal to the amount required to start fuel cell 15. Further, when the hydrogen production unit is started, the fuel cell 15 generates electricity by receiving hydrogen-containing gases stored in the hydrogen storage container 13, and supplies electricity from the power supply path 30 to the reformer 12. The reformer 12 starts and generates hydrogen.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】制氢装置及制氢装置的操作方法
本专利技术涉及制氢装置。具体地，本专利技术涉及一种能够启动并继续制氢而不从外部接收能量供给的制氢装置。
技术介绍
与其它燃料相比，氢的储存和运输通常较昂贵。因此，存在对现场制氢的内在需求，现场制氢通过在使用氢气的装置附近安装制氢装置，或者在使用氢气的设备中加入制氢装置实现。一种已知的制氢方法包括分解氨、尿素或烃气等氢源来制氢。用于分解氢源的装置通常称为重整器。重整器在启动时需要从外部供给能量，并且由此制氢装置通常连接到例如外部电源，以在启动时向重整器供给能量。然而，在来自外部的能量供给被切断或停止的情况下，诸如在断电或自然灾害期间，在外部能量供给恢复之前很难启动制氢装置。蓄电池是已知的在紧急情况下用于向制氢装置供给启动所需能量的装置。然而，具有足够容量以启动制氢装置的蓄电池较大且昂贵，并且因此这是使制氢装置整体的尺寸和成本上升的一个因素。进一步地，当使用蓄电池作为紧急能量储存装置时，反复的充电和放电逐渐耗尽蓄电池的容量，导致在使用一段时间后无法供给所需电力的风险。已经提出各种技术不从外部接收能量供给而启动制氢设备。专利文献1公开了一种用于降低制氢装置启动时的电力消耗的技术，该制氢装置包括用于自主启动的电源。专利文献2公开了一种基于预先获得的断电信息来确保制氢装置的停止时段不与停电时段重叠的技术。现有技术文献专利文献专利文献1：日本特开2016-34881号公报专利文献2：日本特开2016-94328号公报
技术实现思路
本专利技术所要解决的问题具有重整器的传统制氢装置如不从外部被供给电能等能量是无法启动的。在断电或自然灾害期间不可能自主启动成为了一个问题。因此，需要一种即使无法从外部供给能量时也能使制氢装置容易且确定的启动的技术。用于解决问题的手段为了克服上述问题，本专利技术提供一种能够不从外部接收能量供给而启动的制氢装置。根据本专利技术的制氢装置包括：输入单元，其与氢源连接并且引入含氢原料；重整器，其分解由输入单元引入的原料以产生含氢气体；储氢容器，其暂时储存由重整器产生的含氢气体；测量单元，其测量储氢容器中的含氢气体的储存量；燃料电池，其使用由重整器产生的含氢气体发电并且向重整器供电；燃料氢供给路径，其将由重整器产生的至少部分氢供给至燃料电池；外部供给路径，其将由重整器产生的部分氢供给至外部；以及，控制单元，其从测量单元接收测量数据以控制由重整器产生的含氢气体的量、由储氢容器储存的含氢气体的储存量和由燃料电池产生的电量。根据本专利技术的制氢装置的控制单元储存与启动燃料电池所需的最小含氢气体的量相对应的测量数据的阈值，将接收到的测量数据与该阈值进行比较，并且当测量数据低于该阈值时进行控制以增加储氢容器中含氢气体的储存量。该燃料电池的特征在于，在启动时，使用储存在储氢容器中的氢来发电并且向重整器供电。根据本公开的制氢装置包括使用氢和氧的化学反应来发电的燃料电池。在正常操作期间，储氢容器储存由重整器供给的含氢气体并且始终储存有燃料电池启动所需的含氢气体量。当需要启动制氢装置时，通过向燃料电池供给储氢容器中储存的含氢气体以开始燃料电池的发电。进一步地，通过从燃料电池向重整器供电，重整器开始产生氢。燃料电池可以使用由重整器产生的氢来继续发电并且稳定地向重整器供给必要的能量。在根据本专利技术的制氢装置中，燃料电池的输出电力优选地大于重整器所消耗的电力。此外，根据本专利技术的制氢装置的燃料电池的工作温度优选地大于或等于重整器的工作温度。在根据本专利技术的制氢装置中，重整器包括：用于分解原料并将其转化为等离子体的等离子体反应器，该等离子体反应器具有原料供给口和氢排出口；用于产生等离子体的电源，其从燃料电池供电；以及，氢分离单元，其界定等离子体反应器的氢排出口侧。氢分离单元优选地将氢从等离子体反应器中被转化成等离子体的原料中分离出来，并且将氢传送至氢气排出口侧。进一步地，根据本专利技术的制氢装置的氢分离单元优选地为与用于产生等离子体的电源连接的氢分离膜，该氢分离膜通过被供电而作为高压电极，并且在氢分离膜与接地电极之间放电以将原料转化成等离子体。在根据本专利技术的制氢装置中，含氢原料优选地为氨或尿素。本专利技术还提供一种制氢装置的操作方法。根据本专利技术的制氢装置的操作方法应用于制氢装置，该制氢装置包括：输入单元，其与氢源连接并且引入含氢原料；重整器，其分解由输入单元引入的原料以产生含氢气体；储氢容器，其暂时储存由重整器产生的含氢气体；测量单元，其测量储氢容器中的含氢气体的储存量；燃料电池，其使用由重整器产生的含氢气体发电并且向重整器供电；燃料氢供给路径，其将由重整器产生的至少部分氢供给至燃料电池；外部供给路径，其将由重整器产生的部分氢供给至外部；以及，控制单元，其从测量单元接收测量数据以控制由重整器产生的含氢气体的量、由储氢容器储存的含氢气体的储存量和由燃料电池产生的电量。在根据本专利技术的制氢装置的操作方法中，控制单元储存与启动燃料电池所需的最小含氢气体的量相对应的测量数据的阈值，将接收到的测量数据与该阈值进行比较，并且当测量数据低于该阈值时进行控制以增加储氢容器中含氢气体的储存量。该方法的特征在于，其包括控制单元在启动时从储氢容器向燃料电池供给氢的步骤、燃料电池使用所供给的氢开始发电的步骤、将由燃料电池产生的电力供给至重整器的步骤、重整器通过分解原料并将其转化为等离子体来产生氢的步骤、以及将所产生的氢供给至燃料电池以继续发电的步骤。本专利技术的效果根据本专利技术的制氢装置能够自主启动并产生氢气，而不从外部接收电能等能量的供给。此外，根据本专利技术的制氢装置能够自主启动并产生氢气，而无需用于启动重整器的蓄电池。由于根据本专利技术的制氢装置的燃料电池的输出电力大于重整器所消耗的电力，重整器可以仅使用燃料电池供给的电力而可靠地启动。因此，一旦启动了重整器，重整器就可以提供燃料电池继续工作所需的稳定氢供给量，从而使燃料电池继续发电。换言之，由于构成该装置的一部分的燃料电池的电力供给，根据本专利技术的制氢装置除了自主启动之外还能够自主运行。由于根据本专利技术的制氢装置的燃料电池的工作温度大于或等于重整器的工作温度，因此不需要用于重整器的加热装置和用于从重整器提供的含氢气体的冷却装置。这使得制氢装置整体的构造更简单，并且降低了电力消耗。而且，该系统的安装位置更广泛。通过将根据本专利技术的制氢装置的重整器配置为等离子体重整器，其包括等离子体反应器、用于产生等离子体的电源和氢分离单元，可以在室温和大气压条件下在氢分离膜与接地电极之间产生放电，以将含氢原料转化成等离子体，并且由此产生含氢气体。由于根据本专利技术的等离子体重整器在室温下工作，因此将其与具有100℃或更低的工作温度的固体聚合物燃料电池组合，消除了对任何加热或冷却装置的需要，这使得系统整体的构造更简单，并且重整器的控制更容易。由于制氢装置整体可以具有更简单的构造并且可以减少电力消耗，因此制氢装置的制造成本更低且尺寸更小。附图说明图1是表示根据本专利技术一实施例的制氢装置的配置的框图。图2是表示根据本专利技术一实施例的制氢装置的启动顺序的流程图。图3是表示根据本专利技术一实施例的制氢装置的停止顺序的流程图。图4是根据本专利技术一实施例的重整器的垂直截面的示意图。图5是表示根据实施例的重整器的电力消耗与氢产量之间的关系的图。图6是表示本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种制氢装置，包括：输入单元，其与氢源连接并且被配置为引入含氢原料；重整器，其被配置为分解由所述输入单元引入的所述原料以产生含氢气体；储氢容器，其被配置为暂时储存由所述重整器产生的所述含氢气体；测量单元，其被配置为测量所述储氢容器中的含氢气体的储存量；燃料电池，其被配置为使用由所述重整器产生的含氢气体发电，并且向所述重整器供电；燃料氢供给路径，其被配置为将由所述重整器产生的至少部分氢供给至燃料电池；外部供给路径，其被配置为将由所述重整器产生的部分氢供给至外部；以及控制单元，其被配置为从所述测量单元接收测量数据并控制由所述重整器产生的含氢气体的量、由所述储氢容器储存的含氢气体的储存量和由所述燃料电池产生的电量，其特征在于，所述控制单元储存与启动所述燃料电池所需的最小含氢气体的量相对应的所述测量数据的阈值，将所接收到的测量数据与所述阈值进行比较，并且当所述测量数据低于所述阈值时进行控制以增加所述储氢容器的储存量，以及所述燃料电池启动时，使用储存在所述储氢容器中的氢来发电，并且向所述重整器供电。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.11.18 JP 2016-2249121.一种制氢装置，包括：输入单元，其与氢源连接并且被配置为引入含氢原料；重整器，其被配置为分解由所述输入单元引入的所述原料以产生含氢气体；储氢容器，其被配置为暂时储存由所述重整器产生的所述含氢气体；测量单元，其被配置为测量所述储氢容器中的含氢气体的储存量；燃料电池，其被配置为使用由所述重整器产生的含氢气体发电，并且向所述重整器供电；燃料氢供给路径，其被配置为将由所述重整器产生的至少部分氢供给至燃料电池；外部供给路径，其被配置为将由所述重整器产生的部分氢供给至外部；以及控制单元，其被配置为从所述测量单元接收测量数据并控制由所述重整器产生的含氢气体的量、由所述储氢容器储存的含氢气体的储存量和由所述燃料电池产生的电量，其特征在于，所述控制单元储存与启动所述燃料电池所需的最小含氢气体的量相对应的所述测量数据的阈值，将所接收到的测量数据与所述阈值进行比较，并且当所述测量数据低于所述阈值时进行控制以增加所述储氢容器的储存量，以及所述燃料电池启动时，使用储存在所述储氢容器中的氢来发电，并且向所述重整器供电。2.根据权利要求1所述的制氢装置，其特征在于，所述燃料电池的输出电力大于所述重整器所消耗的电力。3.根据权利要求1或2所述的制氢装置，其特征在于，所述燃料电池的工作温度大于或等于所述重整器的工作温度。4.根据权利要求1-3任一项所述的制氢装置，其特征在于，所述重整器包括：用于分解原料的等离子体反应器，所述等离子体反应器具有原料供给口和氢排出口；用于产生等离子体的电源，所述电源从燃料电池接收电力供给；以及氢分离单元，其界定所述等离子体反应器的所述氢排出口侧，其中，所述氢...

【专利技术属性】
技术研发人员：三浦友规，
申请(专利权)人：泽藤电机株式会社，
类型：发明
国别省市：日本,JP