特表 2023-546341 水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュール

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2023-11-02

(54)【発明の名称】水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュール

(51)【国際特許分類】

   C01B 3/04 20060101AFI20231026BHJP

   H01M 8/0606 20160101ALI20231026BHJP

   H01M 8/04 20160101ALI20231026BHJP

【ＦＩ】

C01B3/04 B

H01M8/0606

H01M8/04 Z

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2023518929

(86)(22)【出願日】2021-12-27

(85)【翻訳文提出日】2023-03-22

(86)【国際出願番号】 CN2021141460

(87)【国際公開番号】W WO2023045155

(87)【国際公開日】2023-03-30

(31)【優先権主張番号】202122354191.X

(32)【優先日】2021-09-27

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】523105440

【氏名又は名称】福建海峡両岸環境工程有限公司

【氏名又は名称原語表記】ＦＵＪＩＡＮ ＣＲＯＳＳ－ＳＴＲＡＩＴ ＥＮＶＩＲＯＮＭＥＮＴＡＬ ＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧ ＣＯ．， ＬＴＤ．

【住所又は居所原語表記】Ｒｍ． ７０１， ７Ｆ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ １， Ｑｉａｎｊｉｎ Ｃｏｍｍｕｎｉｔｙ， Ｗａｎｂａｏ Ｅａｓｔ Ｒｏａｄ， Ａｏｑｉａｎ Ｔｏｗｎ， Ｐｉｎｇｔａｎ Ｃｏｕｎｔｙ， Ｆｕｚｈｏｕ， Ｆｕｊｉａｎ ３５０４１５， Ｃｈｉｎａ

(74)【代理人】

【識別番号】110001139

【氏名又は名称】ＳＫ弁理士法人

(74)【代理人】

【識別番号】100130328

【弁理士】

【氏名又は名称】奥野 彰彦

(74)【代理人】

【識別番号】100130672

【弁理士】

【氏名又は名称】伊藤 寛之

(72)【発明者】

【氏名】余守斌

【テーマコード（参考）】

5H127

【Ｆターム（参考）】

5H127AB04

5H127BA01

5H127BA11

5H127BA17

5H127EE12

5H127EE13

5H127FF20

(57)【要約】

水素発生装置（１０）と、水素精製装置（３０）と、水素燃料電池発電システム（２０）とを備えた水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールを提供することを課題とする。
【解決手段】 前記水素発生装置（１０）は、キャビティ（１１３）を内設し、前記キャビティ（１１３）と連通する第１開口部（１１１）、第２開口部（１１２）及び第３開口部（１１４）を設けた筐体（１１）と、前記キャビティ（１１３）に収容され、第１電極（１２１）と第２電極（１２２）とを備え、前記第１電極（１２１）は前記第１開口部（１１１）に近く、前記第２電極（１２２）は前記第２開口部（１１２）に近いプラズマ発生ユニット（１２）と、電圧供給端が前記第１電極（１２１）及び前記第２電極（１２２）にそれぞれ電気的に接続され、プラズマを発生するため、両電極間に電位差が存在する電圧供給ユニット（１５）と、前記第１開口部（１１１）に連通された水素供給ユニット（１３）と、入力端が前記第２開口部（１１２）に連通された排気ユニット（１４）とを備える。
【選択図】 図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールであって、
キャビティを内設し、前記キャビティと連通する第１開口部、第２開口部及び第３開口部を設けた筐体と、前記キャビティに収容され、第１電極と第２電極とを備え、前記第１電極は前記第１開口部に近く、前記第２電極は前記第２開口部に近く、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマ柱を形成するプラズマ発生ユニットと、電圧供給端が前記第１電極及び前記第２電極にそれぞれ電気的に接続され、プラズマを発生するため、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差が存在する電圧供給ユニットと、前記第１開口部に連通された水素供給ユニットと、入力端が前記第２開口部に連通され、前記キャビティ内の空気が前記第２開口部を経由して前記第１開口部から前記第２開口部に流れる気流を発生させ、前記第１電極と前記第２電極との間のプラズマが気流の影響を受けて前記プラズマ柱を形成するための排気ユニットとを備えた水素発生装置と、
入力端は、前記排気ユニットの出力端に連通された水素精製装置と、
前記水素精製装置の出力端に連通された水素燃料電池発電システムと
を備えることを特徴とする、水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュール。

【請求項2】

前記水素供給ユニットは、水素含有物質を収容するための収容室と、前記水素含有物質と接触するための発振器とを備えることを特徴とする、請求項１に記載の水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュール。

【請求項3】

前記水素含有物質は、アンモニア溶液であることを特徴とする、請求項２に記載の水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュール。

【請求項4】

前記電圧供給ユニットは、前記第１電極及び前記第２電極に交流を供給するために用いられ、前記交流周波数は２ｋＨｚ～２０ｋＨｚ、前記交流電圧は４０００Ｖ～１４０００Ｖであることを特徴とする、請求項１に記載の水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュール。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、水素燃料電池の分野に関し、特に、水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールに関する。

【背景技術】

【0002】

水素ステーションは、燃料電池自動車に水素を供給する水素充填所で、燃料電池自動車に水素を供給するインフラストラクチャーとして、燃料電池自動車に水素を供給することができる。

【0003】

最も重要な成分である水素は、通常、水素の単体である水素ガスで、二原子分子で構成された無色、無味、無臭、非常に燃えやすい気体である。水素は最も軽い気体で、エネルギー密度の高いクリーンエネルギーである。

【0004】

現在、従来の水素製造装置で水素燃料電池を供給する過程で、輸送と貯蔵装置と組み合わせて水素を移送・貯蔵してから水素充填ノズルで水素充填作業を行う必要があるため、柔軟性に乏しく、外部水素充填装置への依存度が大きく、用途が限られる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

本発明の目的は、水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールを提供することである。

【0006】

本発明が解決しようとする課題は、従来の水素燃料電池の水素使用時に存在する問題である。

【課題を解決するための手段】

【0007】

水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールであって、水素発生装置と、水素精製装置と、水素燃料電池発電システムとを備える。前記水素発生装置は、キャビティを内設し、前記キャビティと連通する第１開口部、第２開口部及び第３開口部を設けた筐体と、前記キャビティに収容され、第１電極と第２電極とを備え、前記第１電極は前記第１開口部に近く、前記第２電極は前記第２開口部に近く、前記第１電極と前記第２電極との間にプラズマ柱を形成するプラズマ発生ユニットと、電圧供給端が前記第１電極及び前記第２電極にそれぞれ電気的に接続され、プラズマを発生するため、前記第１電極と前記第２電極との間に電位差が存在する電圧供給ユニットと、前記第１開口部に連通された水素供給ユニットと、入力端が前記第２開口部に連通され、前記キャビティ内の空気が前記第２開口部を経由して前記第１開口部から前記第２開口部に流れる気流を発生させ、前記第１電極と前記第２電極との間のプラズマが気流の影響を受けて前記プラズマ柱を形成するための排気ユニットとを備える。前記水素精製装置の入力端は、前記排気ユニットの出力端に連通される。前記水素燃料電池発電システムは、前記水素精製装置の出力端に連通される。

【0008】

改善された形態として、前記水素供給ユニットは、水素含有物質を収容するための収容室と、水素含有物質と接触するための発振器とを備える。

【0009】

改善された形態として、前記水素含有物質は、アンモニア溶液である。

【0010】

改善された形態として、前記電圧供給ユニットは、前記第１電極及び前記第２電極に交流を供給するために用いられ、前記交流周波数は２ｋＨｚ～２０ｋＨｚ、前記交流電圧は４０００Ｖ～１４０００Ｖである。

【発明の効果】

【0011】

従来の技術に比べると、本発明の有利な効果は、次の通りであり、
本発明は、水素発生装置、水素精製装置及び水素燃料電池発電システムを組み合わせて運用することにより、第１電極及び第２電極を電圧供給ユニットに接続し、電圧供給ユニットから高周波電源を出力して第１電極と第２電極との間に電位差を有させてプラズマを発生でき、プラズマは空気吸引ポンプの分離誘導の下でプラズマ柱を形成し、プラズマ柱は水素供給源を提供するため、アンモニア溶液が水素成分に分解するのを助け、安全で環境に配慮し、また排気ユニットで収集された後、精製装置に移送されて処理した後、直接燃料電池に輸送される。本発明は、環境配慮のアンモニア溶液を用いて水素を発生し、汚染物質を排出せず、空気を汚染することなく、製品の実用性が向上させる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施形態により提供される水素発生装置の概略構成図である。

【図2】本発明の実施形態により提供される水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールの概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の実施形態の目的、技術的手段及び利点をより明確にするため、以下、図面を参照して、本発明の実施形態中の技術的手段を詳細に説明するが、説明する実施形態は本発明の一部の実施形態であり、全ての実施形態でないことは言うまでもない。本発明中の実施形態に基づいて、当業者は創造性の活動をしない前提で得られた全ての他の実施形態は、いずれも本発明の保護範囲に属する。したがって、添付の図面で提供される本発明の実施形態についての以下の詳細な説明は、保護を請求する本発明の範囲を限定することを意図するものではなく、単に本発明の選択された実施形態を示すものである。本発明中の実施形態に基づいて、当業者は創造性の活動をしない前提で得られた全ての他の実施形態は、いずれも本発明の保護範囲に属する。

【0014】

本発明の説明において、用語「第１」、「第２」は単に目的を描写するのに使われており、比較的な重要性を指示又は示唆する、或いは示された技術的特徴の数をそれとなく明示すると理解してはいけない。そこで、「第１」、「第２」が限定されている特徴は１つ又はもっと多くのこの特徴を含むことを明示又はほのめかすものである。更に、本発明の説明において、特に説明される場合を除く、「複数」とは２つ以上のことを意味する。

【0015】

図１及び図２を参照すると、図１及び図２を参照すると、水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールであって、水素発生装置１０と、水素精製装置３０と、水素燃料電池発電システム２０とを備える。前記水素発生装置１０は、キャビティ１１３を内設し、前記キャビティ１１３と連通する第１開口部１１１、第２開口部１１２及び第３開口部１１４を設けた筐体１１と、前記キャビティ１１３に収容され、第１電極１２１と第２電極１２２とを備え、前記第１電極１２１は前記第１開口部１１１に近く、前記第２電極１２２は前記第２開口部１１２に近く、前記第１電極１２１と前記第２電極１２２との間にプラズマ柱１６を形成するプラズマ発生ユニット１２と、電圧供給端が前記第１電極１２１及び前記第２電極１２２にそれぞれ電気的に接続され、プラズマを発生するため、前記第１電極１２１と前記第２電極１２２との間に電位差が存在する電圧供給ユニット１５と、前記第１開口部１１１に連通された水素供給ユニット１３と、入力端が前記第２開口部１１２に連通され、前記キャビティ１１３内の空気が前記第２開口部１１２を経由して前記第１開口部１１１から前記第２開口部１１２に流れる気流を発生させ、前記第１電極１２１と前記第２電極１２２との間のプラズマが気流の影響を受けて前記プラズマ柱１６を形成するための排気ユニット１４とを備える。前記水素精製装置３０の入力端は、前記排気ユニット１４の出力端に連通される。前記水素燃料電池発電システム２０は、前記水素精製装置３０の出力端に連通される。

【0016】

本実施形態において、前記第３開口部１１４の位置は、前記第１電極１２１の高さより低い。

【0017】

前記水素供給ユニット１３は、水素含有物質を収容するための収容室１３１と、水素含有物質と接触するための発振器１３２とを備える。

【0018】

前記水素含有物質は、アンモニア溶液である。排気ユニット１４は、空気吸引ポンプである。

【0019】

前記電圧供給ユニット１５は、前記第１電極１２及び前記第２電極１２２に交流を供給するために用いられ、前記交流周波数は２ｋＨｚ～２０ｋＨｚ、前記交流電圧は４０００Ｖ～１４０００Ｖである。

【0020】

本発明で提供される水素製造・精製装置を用いて水素燃料電池に供給するモジュールの動作原理：
筐体１１に第３貫通孔が設けられるため、外気に連通する作用を発揮し、筐体１１に内部に少量の空気を溜めることができ、水素供給ユニット１３の収容室１３１内にアンモニア溶液を加え、発振器１３２とアンモニア溶液とが接触し、発振器１３２は高周波振動を発生する圧電素子を使用することができ、これにより液体のアンモニア溶液は、複数の微小な液体粒子を形成して、筐体１１内で飛散するか、気流に伴って筐体１１に入り、第１電極１２１及び第２電極１２２を介して電圧供給ユニット１５に接続され、電圧供給ユニット１５は交流を第１電極１２１及び第２電極１２２に供給し、交流の周波数は２ｋＨｚ～２０ｋＨｚの範囲で、電圧が４０００Ｖ～１４０００Ｖの範囲であり、空気とアンモニア溶液の微小な液体粒子とが第１電極１２１と第２電極１２２との間で混合され、第１電極１２１と第２電極１２２との間のプラズマ柱の作用を受けてプラズマ科学反応を起こす。反応過程：プラズマ柱１６は、多い高エネルギー電離状態の荷電粒子を有し、アンモニア溶液の液体粒子が筐体１１に入った時、荷電粒子から衝突され、炭素－水素結合が破壊されることで、水素成分が発生し、水素含有物質が水素成分に分解され、排気ユニット１４を経由して水素精製装置３０に輸送され、水素精製装置３０で精製された水素は水素燃料電池発電システム２０に移送され、ここで水素精製装置３０は電解水素を原料とし、触媒による脱酸素・冷却、吸着・二次乾燥を経て、フィルターを通過して水素中の不純物、酸素、水蒸気、及びダストを除去して、高純度水素が得られ、製品の高純度水素グレード純度は９９．９９９５％以上に達することができ、これは従来の技術であるため、ここでその説明を省略する。

【0021】

上記の実施形態は、本発明の技術的手段を解釈することだけに使われており、本発明を限定するものではない。本発明の精神及び範囲から逸脱しない任意の修正と均等物による置換が、本発明の実用新案登録請求の保護範囲内に収まることは当業者にとって明らかである。

【符号の説明】

【0022】

１０ 水素発生装置
１１ 筐体
１１１ 第１開口部
１１２ 第２開口部
１１３ キャビティ
１１４ 第３開口部
１２ プラズマ発生ユニット
１２１ 第１電極
１２２ 第２電極
１３ 水素供給ユニット
１３１ 収容室
１３２ 発振器
１４ 排気ユニット
１５ 電圧供給ユニット
１６ プラズマ柱
２０ 水素燃料電池発電システム
３０ 水素精製装置

【図1】

【図2】

【国際調査報告】