氢气发生器制造技术

一种氢气发生器，包括反应容器(13)、供水装置(10)、温度调节器(14)和控制器(21)。反应容器容纳具有产氢能力的产氢材料。产氢材料包括二维硼化氢片，二维硼化氢片具有二维网络并含有多个带负电的硼原子。控制器被配置成执行由产氢材料产生氢的产氢模式以及恢复产氢材料的产氢能力的再生模式。控制器控制温度调节器以在产氢模式期间将产氢材料加热到第一预定温度。在再生模式期间，控制器控制温度调节器以将产氢材料的温度调节至第二预定温度，并控制供水装置以供水。控制供水装置以供水。控制供水装置以供水。

【技术实现步骤摘要】
氢气发生器


[0001]本公开涉及一种氢气发生器。

技术介绍

[0002]当与氧反应时，氢释放大量的能量并且仅产生水。因此，氢气是一种无污染燃料，其可以用作化石燃料的替代品。为了使用氢燃料作为用于燃料电池、氢发动机等的车载能源，需要安全且重量轻地储存氢。
[0003]JP 2005
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536430 A提出了一种氢气发生器，其被配置为通过在催化剂存在下使金属硼氢化物(MBH4，其中M＝Na、Li、K)与水反应来产生氢气。金属硼氢化物是一种产氢材料。在该装置中，使溶解有金属硼氢化物的水溶液与催化剂接触，从而可以通过以下反应式(1)产生氢气。由此，与使用高压氢罐或液氢罐的情况相比，能够实现装置的小型化。
[0004]MBH4+2H2O
→
4H2+MBO2...(1)
[0005]在反应式(1)中，金属硼氢化物的硼原子带正电荷，使得硼原子优先与氧化物离子键合。因此，在反应式(1)中，金属硼氢化物转化为金属硼酸盐(MBO2)。为了用JP 2005
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536430 A中公开的装置连续产生氢气，需要从装置的外部补充新的金属硼氢化物或从金属硼酸盐再生金属硼氢化物。
[0006]Y.Kojima,R&D Review of Toyota CRDL Vol.40NO.2 31
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36提出使用MgH2从金属硼酸盐(NaBH4)中再生金属硼氢化物(NaBO2)。

技术实现思路

[0007]然而，Y.Kojima,R&D Review of Toyota CRDL Vol.40NO.2 31
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36中描述的再生方法需要大型反应容器。另一方面，当氢气发生器安装在需要频繁补充燃料的车辆中时，需要简化用于再生产氢材料的操作。
[0008]鉴于上述观点，本公开的目的是提供一种氢气发生器，其被配置为由产氢材料产生氢气，并且能够以简单的配置从产氢材料连续产生氢气。
[0009]为了实现上述目的，氢气发生器包括反应容器、供水装置、温度调节器和控制器。该反应容器容纳具有产氢能力的产氢材料。该供水装置被配置为向产氢材料供水。该温度调节器被配置为用于调节产氢材料的温度。该控制器被配置为用于控制供水器和温度调节器。产氢材料包括具有二维网络的二维硼化氢片。该二维硼化氢片含有带负电的硼原子。
[0010]控制器被配置为以产氢模式和再生模式执行。在产氢模式期间，控制器控制温度调节器以在第一预定温度下加热产氢材料，以由产氢材料产生氢气。在再生模式期间，控制器控制温度调节器以将产氢材料的温度调节至低于第一预定温度的第二预定温度，并控制供水以向产氢材料供水。结果，恢复了产氢材料的产氢能力。
[0011]由此，能够以简单的配置恢复产氢材料的产氢能力，并且能够连续地产生氢气。
附图说明
[0012]图1是本公开的实施方案的氢气发生器的图。
[0013]图2是表示二维硼化氢片的XY平面的示意图。
[0014]图3是表示二维硼化氢片的YZ平面的示意图。
[0015]图4是表示二维硼化氢片的ZX平面的示意图。
[0016]图5是示出二维硼化氢片的X射线光电子能谱分析结果的图。
[0017]图6是显示测量由氢气发生器产生的氢气量的热解吸质谱分析的结果的图。
具体实施方式
[0018]在下文中，将参考附图描述本公开的实施方案。如图1所示，氢气发生器1包括供水装置10、反应容器13、加热器14、控制器21等。
[0019]供水装置10中储存有预定量的水(H2O)，并被配置为向反应容器13供水。供水装置10可以从该供水装置10的外部补充水。从供水装置10供应到反应容器13的水可以是固态、液态或气态。在本实施方案中，气态水(即，水蒸气)从供水装置10供应到反应容器13。
[0020]水通过供水通道11从供水装置10供应到反应容器13。在供水通道11中设置有开关阀12。开关阀12被配置为选择性地打开和关闭供水通道11，从而可以切换从供水装置10向反应容器13供水的开始和停止。
[0021]虽然在图1中未示出，但是可以提供用于向反应容器13供应载气的载气供应装置。可以使用惰性气体作为载气。通过向反应容器13供给载气，能够高效地输送在反应容器13中产生的气体。
[0022]反应容器13中容纳产氢材料。产氢材料为含有氢原子并具有产氢能力的材料。产氢材料可以重新获得氢原子，其被还原用于产氢，从而可以恢复产氢材料的产氢能力。在该实施方案中，包括二维硼化氢片的材料用作产氢材料。后面将详细描述二维硼化氢片。
[0023]加热器14与反应容器13相邻设置。加热器14是被配置为用于对反应容器13进行加热的加热装置。加热器14可以是电加热器。加热器14可以调节反应容器13的加热温度。加热器14加热反应容器13，从而加热反应容器13中的产氢材料。加热器14相当于被配置为调节包括二维硼化氢片的材料的温度的温度调节器。
[0024]当产氢材料被加热时，产氢材料在反应容器13中发生产氢反应并由产氢材料产生氢气。此外，使用从供水装置10供应的水，在反应容器13中发生产氢材料的再生反应。在产氢材料的再生反应中，氧气作为副产物产生。后面将详细描述产氢反应和产氢材料的再生反应。
[0025]在反应容器13中产生的气体通过排气通道15从反应容器13排出。排气通道15分支成第一排出通道16和第二排出通道17。通道切换阀18设置在排气通道15的分支点。通道切换阀18被配置为在第一排出通道16和第二排出通道17之间切换从反应容器13排出气体的通道。
[0026]当反应容器13中产生的气体为氢气时，通路切换阀18切换排出气体至第一排出通路16的通路。外部装置19连接到第一排出通道16。外部装置19是氢气消耗装置，诸如燃料电池。通过第一排出通道16供应到外部装置19的氢气被外部装置19消耗。
[0027]当反应容器13中的产生气体为非氢气时，通路切换阀18将排出气体的通路切换至
第二排出通路17。非氢气包括由产氢材料的再生反应产生的氧气。非氢气中的氧气(O2)被收集并储存在氧气罐20中。将除氧气之外的非氢气从系统中排出。
[0028]氢气发生器1包括控制器21。控制器21包括已知的微型计算机(包括CPU、ROM和RAM)以及外围电路。控制器21基于存储在ROM中的控制程序执行各种计算和处理，并控制氢气发生器1的各种控制目标装置的操作。本实施方案的控制器21进行开闭阀12的开闭控制、加热器14的加热控制、通道切换阀18的通道切换控制等。控制器21控制从供水装置10向反应容器13的供水，并控制反应容器13的温度。
[0029]这里，参见图2至4，将对用作本实施方案的产氢材料的二维硼化氢片的结构进行说明。如图2所示，二维硼化氢片是具有仅由硼原子(B)和氢原子(H)形成的二维网络的片。二维硼化氢片具有平面结构，其中硼原子本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种氢气发生器，其包含：反应容器(13)，其容纳具有产氢能力的产氢材料；供水装置(10)，其被配置为向所述产氢材料供水；温度调节器(14)，其被配置为调节所述产氢材料的温度；和控制器(21)，其被配置为控制所述供水装置和所述温度调节器，其中所述产氢材料包括具有二维网络的二维硼化氢片，所述二维硼化氢片含有带负电的硼原子，所述控制器被配置为执行：产氢模式，以由所述产氢材料产生氢气；以及再生模式，以恢复所述产氢材料的产氢能力；并且所述控制器还被配置为：在所述产氢模式期间，控制所述温度调节器以在第一预定温度加热所述产氢材料；以及在所述再生模式期间，控制所述温度调节器以将所述产氢材料的温度调节至第二预定温度，并控制所述供水装置以供水，其中，所述第二预定...

【专利技术属性】
技术研发人员：疋田育之，世登裕明，近藤刚弘，伊藤伸一，
申请(专利权)人：国立大学法人筑波大学国立大学法人东京工业大学，
类型：发明
国别省市：