专利名称：氢生成装置、氨燃烧内燃机和燃料电池的利记博彩app
技术领域：
本发明涉及由氨生成氢的氢生成装置以及具有这样的氢生成装置的氨燃烧内燃 机(氨内燃机)和燃料电池。
背景技术：
近年来，由于因二氧化碳的排出所导致的地球变暖等的环境问题、石油资源的枯 竭等的能源问题，作为代替碳化氢燃料的清洁的替代能源，正进行着眼于氨的研究，例如曾 提出了在内燃机中使氨气燃烧而得到动力的方案。与此相关，在日本特开平5-332152中 记载了 为了改良氨的燃烧性，除了氨之外还使氢在内燃机中燃烧。另外，在该日本特开平 5-332152中提出了具有氨分解反应单元和储氢合金的氨燃烧内燃机，所述氨分解反应单元 利用在内燃机中使氨燃烧之后的排气的热量来分解氨，所述储氢合金储存采用该氨分解反 应单元产生的氢气。
发明内容
本发明提供能够在宽的温度范围工作的氢生成装置、以及具有这样的氢生成装置 的氨燃烧内燃机和燃料电池。(1) 一种氢生成装置，具有第1氨转化部，其具有在第1温度范围与氨反应生成氢的产氢物质；第2氨转化部，其具有在第2温度范围将氨分解成氢和氮的氨分解催化剂；氨供给部，其供给氨；和氨供给流路，其从上述氨供给部向第1和第2氨转化部供给氨，第1温度范围包含比第2温度范围低的温度，并且切换地使用第1和第2氨转化 部由氨生成氢。(2)根据第(1)项所述的氢生成装置，其中，上述产氢物质为在大气温度下即使不 进行加热也与氨反应生成氢的物质，并且，上述氨分解催化剂含有在大气温度下只有在进 行了加热时才能够将氨分解成氢和氮的金属。(3)根据第(1)或第( 项所述的氢生成装置，其中，具有再生用氢流路，所述再生 用氢流路将在第2氨转化部得到的氢供给到第1氨转化部。(4)根据第⑴ 第(3)项中的任一项所述的氢生成装置，其中，具有向第1和/ 或第2氨转化部供给热量的热源。(5)根据第(4)项所述的氢生成装置，其中，上述热源为通过在第1和/或第2氨 转化部生成的氢的燃烧/氧化而产生的燃烧/氧化热。(6)根据第(1) 第( 项中的任一项所述的氢生成装置，其中，将在第2氨转化 部得到的氢全部供给到第1氨转化部。(7)根据第(1) 第(6)项中的任一项所述的氢生成装置，其中，将由上述氨供给 部供给的氨仅通过第2氨转化部供给到第1氨转化部。
(8)根据第(1) 第(7)项中的任一项所述的氢生成装置，其中，上述产氢物质为 至少在包含0 30°C的温度范围与氨反应生成氢的物质。(9)根据第(1) 第(8)项中的任一项所述的氢生成装置，其中，上述产氢物质为 选自碱金属、碱土金属、碱金属氢化物和碱土金属氢化物以及它们的组合中的物质。(10)根据第(9)项所述的氢生成装置，其中，上述产氢物质为选自碱金属氢化物 和碱土金属氢化物以及它们的组合中的物质。(11)根据第(10)项所述的氢生成装置，其中，上述产氢物质为选自氢化锂、氢化 钠、氢化钾以及它们的组合中的物质。(12)根据第(1) 第(11)项中的任一项所述的氢生成装置，其中，上述氨分解催 化剂含有选自过渡金属中的金属。(13)根据第(12)项所述的氢生成装置，其中，上述氨分解催化剂含有选自钌、镍、 钴和铁中的金属。(14) 一种氨燃烧内燃机，具有第(1) 第(1 项中的任一项所述的氢生成装置和 内燃机主体，并且，上述内燃机主体除了使氨燃烧以外还使由上述氢生成装置供给的氢燃 烧以产生动力。(15)根据第(14)项所述的氨燃烧内燃机，其中，还具有热交换用排气流路，所述 热交换用排气流路利用来自上述内燃机主体的排气向第1和/或第2氨转化部供给热量。(16)根据第(1 项所述的氨燃烧内燃机，其中，上述热交换用排气流路具有使上 述排气绕过第1氨转化部的旁通流路。(17)根据第(14) 第(16)项中的任一项所述的氨燃烧内燃机，其中，在上述内燃 机主体中燃烧的氨和氢的摩尔比(氨氢)为100 0 50 50的范围。(18) 一种燃料电池，具有第(1) 第(1 项中的任一项所述的氢生成装置和燃料 电池主体，并且上述燃料电池主体使由上述氢生成装置供给的氢氧化以产生电力。根据上述的氢生成装置，能够在比较宽的温度范围由氨得到氢。虽然氢作为用于 燃料电池的燃料、用于氨燃烧内燃机的燃烧助剂等是有效的，但是由于上述记载的专利文 献1的氨分解反应单元需要比较高温的热量，因此，为了在低温时供给氢需要贮存氢的大 型的氢贮藏装置。与此相对，上述的氢生成装置能够在比较宽的温度范围由氨得到氢，因 此，能够解决与氢的贮藏相关的问题。在此，该氨现在在世界范围中生产，主要大量用于肥料用途。从这样地在市场中大 量使用的实绩来看，也认为氨具有充分的社会接受性。氨的物理特性与液化石油气(LPG)接近，在常温下在8个大气压左右简单液化，另 外，关于其贮藏和输送，有充分的实绩，没有特别的问题。另外，氨被定义为不燃性物质，难 以着火，即使着火，燃烧速度也慢，可燃范围也窄，因此认为其操作不会成为特别的问题。
图1是表示氢生成装置的操作的例子的图。图2是表示氢生成装置的操作的另一例子的图。图3是表示氨燃烧内燃机的例子的图。图4是表示氨燃烧内燃机的另一例子的图。
图5是表示氨燃烧内燃机的另一例子的图。图6是表示氨燃烧内燃机的另一例子的图。图7是表示燃料电池的例子的图。图8是表示氢化锂的氢生成特性的图。图9是表示氢化钠的氢生成特性的图。图10是表示氢化钾的氢生成特性的图。图11是表示氢化锂的再生特性的图。图12是表示氢化钠的再生特性的图。图13是表示氢化钾的再生特性的图。
具体实施例方式<氢生成装置>在此所示的氢生成装置，具有第1氨转化部、第2氨转化部、氨供给部和氨供给流 路，该第1氨转化部具有在第1温度范围与氨反应生成氢的产氢物质，该第2氨转化部具有 在第2温度范围将氨分解成氢和氮的氨分解催化剂，该氨供给部供给氨，该氨供给流路从 氨供给部向第1和第2氨转化部供给氨。对于该氢生成装置而言，第1温度范围包含比第2温度范围低的温度。S卩，该氢生 成装置为能够在比第2氨转化部中的氢的生成低的温度下进行第1氨转化部中的氢的生成 的氢生成装置。另外，在该氢生成装置中，切换地使用第1和第2氨转化部，由氨生成氢。该氨转 化部的切换可以依赖于将氨供给到产氢物质可以生成氢的第1温度范围和将氨供给到氨 分解催化剂可以分解为氢和氮的第2温度范围来进行。S卩，在第1氨转化部具有第1温度范围内的温度的情况下，可在第1氨转化部由氨 生成氢，另外，在第2氨转化部具有第2温度范围内的温度的情况下，可在第2氨转化部由 氨生成氢。也可以随意地同时进行第1氨转化部中的氢的生成和第2氨转化部中的氢的生 成。氢生成装置的操作可以是例如象在图1 (a) (C)中所示的操作，在该图1中所示 的氢生成装置，具有第1氨转化部10、第2氨转化部20、氨供给部30和从氨供给部30向第 1氨转化部10和第2氨转化部20供给氨的氨供给流路。在该氢生成装置100的使用中，如图1(a)所示那样，从氨转化部30向第1氨转化 部10供给氨(NH3)，从而在第1氨转化部10产生氢(H2)，另外，如图1 (b)所示那样，从氨 转化部30向第2氨转化部20供给氨，从而在第2氨转化部20产生氢。另外，随意地如图 1 (c)所示那样从氨转化部30向第1氨转化部10和第2氨转化部20供给氨，从而在第1氨 转化部10和第2氨转化部20均产生氢。<氢生成装置-在第1氨转化部的产氢物质的再生>在氢生成装置的一个方式中，氢生成装置具有将在第2氢转化部得到的氢供给到 第1氨转化部的再生用氢流路。根据该再生用氢流路，将在第2氨转化部得到的氢供给到 第1氨转化部，可以将氢生成反应后的产氢物质进行再生。即，在该方式中，在需要比较高 的温度范围的在第2氨转化部的氢的生成已成为可能的阶段，将第1氨转化部的产氢物质进行再生，由此，可以设置成在第2氨转化部不能进行氢生成的状态、除了在第2氨转化部 的氢生成之外还需要在第1氨转化部的氢的生成的状态等。特别是该再生，在第2氨转化部生成了比需要的量多的量的氢时，例如在由氢生 成装置向内燃机主体供给氢以产生动力的情况下，可在内燃机主体进行怠速运行时进行。氢生成装置可以具有对第1氨转化部供给热量的热源。据此，除了在第2氨转化 部得到的氢之外，还可以将来自热源的热量供给到第1氨转化部。在使产氢物质和氨反应 得到氢的反应为放热反应的情况下，将该反应后的产氢物质进行再生的反应为吸热反应， 因此，热的供给可促进产氢物质的再生。另外，向第1氨转化部的热量供给，增大使氨和产氢物质发生反应得到氢的反应 的反应速度，因此有时是优选的。即，当使氨和产氢物质发生反应得到氢的反应为放热反应 时，向第1氨转化部的热量供给使反应的平衡向与氢的生成相反的一侧移动，但只要热量 供给后的朝向平衡的反应生成氢，有时就优选向第1氨转化部供给热量，赋予用于促进反 应的活化能。在此，作为该热源，可以使用任意的热源，例如，可以使用加热器、蓄热部件等加热 装置作为热源。另外，作为该热源，可以使用通过在第1和/或第2氨转化部生成的氢的燃 烧/氧化而产生的燃烧/氧化热。该方式的氢生成装置的操作，例如可以是象图2(a)中所示的操作。在该氢生成装 置200的使用上，如图2 (a)所示那样，从氨供给部30向第2氨转化部20供给氨，来产生氢， 将在此得到的氢的至少一部分通过再生用氢流路从第2氨转化部20供给到第1氨转化部 10，由此，将氨转化部10的产氢物质进行再生。另外，随意地，如图2(a)所示那样，向氨转 化部10供给热量，促进产氢物质的再生。<氢生成装置-向第2氨转化部供给热量>在氢生成装置的一方式中，可以具有向第2氨转化部供给热量的热源。在第2氨 转化部将氨分解成氢和氮的分解反应需要比较高的温度，且该分解反应为吸热反应，因此， 需要热能的供给。因此，向第2氨转化部供给热量由于促进将氨分解成氢和氮的分解反应， 因此有时优选。在此，作为该热源，可以使用任意的热源，例如，可以使用加热器、蓄热部件等加热 装置作为热源。另外，作为该热源，可以使用通过在第1和/或第2氨转化部生成的氢的燃 烧/氧化而产生的燃烧/氧化热。〈氢生成装置-另一方式〉在氢生成装置的一方式中，将在第2氨转化部得到的氢全部供给到第1氨转化部。根据该氢生成装置，能够省略用于从第2氨转化部直接获取氢的流路，并且可以 使氢生成装置的操作简单化，从这些方面看有时是优选的。该氢生成装置，例如为如图2(b)所示的氢生成装置。在该图2(b)所示的氢生成 装置220中，从氨供给部30向第2氨转化部20供给氨，将在该第2氨转化部20得到的氢 通过第1氨转化部10取出。另外，在氢生成装置的一方式中，将从氨供给部供给的氨仅通过第2氨转化部供 给到第1氨转化部。根据该氢生成装置，能够省略用于从氨供给部直接向第1氨转化部供给氨的流路，并且可以使氢生成装置的操作简单化，从这些方面看有时是优选的。该氢生成装置例如为如图2(c)所示的氢生成装置。在该图2(c)所示的氢生成装 置240中，从氨供给部30向第2氨转化部20供给氨，通过该第2氨转化部20向第1氨转 化部10供给氨，并且在该第1氨转化部10生成氢。<氢生成装置-产氢物质>能够在氢生成装置中使用的产氢物质可以是在包含比第2温度范围低的温度的 第1温度范围与氨反应生成氢的任意的物质。该产氢物质优选是在大气温度下即使不进行加热也与氨反应生成氢的物质。另 外，产氢物质优选是至少在包含0 30°C的温度范围与氨反应生成氢的物质。这样，产氢物 质在一般的气氛温度下与氨反应生成氢这种情况由于不从外部提供热量或减少从外部提 供的热量就可开始在第1氨转化部生成氢，因此有时是优选的。作为产氢物质，一般可考虑已知与空气或水接触起火或产生可燃性气体的物质。作为具体的产氢物质，可以举出选自碱金属、碱土金属、碱金属氢化物和碱土金属 氢化物以及它们的组合中的物质。因此，作为生成氢的产氢物质与氨的反应，可举出如下述 的式⑴ ⑷所示的反应(M1表示碱金属(Li、Na、K等)，ΜΠ表示碱土金属(Mg、Ba等)MiH+NH3 (吸热)一一M1NHfH2 (放热)...式(1)MnH2+2NH3 (吸热)-Mn (NH2) 2+2H2 (放热)... ζ (2)2Mi+2NH3 (吸热)一一2 ! + (放热)...式(3)2Mn+4NH3 (吸热)一 2Mn (NH2) 2+2H2 (放热)· · ·式作为具体的产氢物质，可特别地举出选自碱金属氢化物和碱土金属氢化物以及它 们的组合中的物质，更特别地举出选自氢化锂、氢化钠、氢化钾以及它们的组合中的物质。 这些物质在下述方面优选，所述方面为在一般的周围温度下可与氨反应生成氢。另外，这 些物质在下述方面优选，所述方面为即使在比较低的温度例如200°C 300°C的温度，也 可通过与氢的反应来进行再生。<氢生成装置-氨分解催化剂>能够在氢生成装置中使用的氨分解催化剂可以是促进将氨分解成氢和氮的反应 的任意的物质。另外，在第2氨转化部分解氨得到氢和氮的反应中，如下述式( 和表1中所示， 气体的摩尔数即在相同温度下的体积通过分解反应而变为2倍，因此，通过在第2氨转化部 的前后使用流量计和温度计，可以测定该反应的转化率2NH3 — 3H2+N2 (吸热)...式(5)表1氨的分解率与转化部入口和出口的流量的关系
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权利要求
1.一种氢生成装置，具有第1氨转化部，其具有在第1温度范围与氨反应生成氢的产氢物质；第2氨转化部，其具有在第2温度范围将氨分解成氢和氮的氨分解催化剂；氨供给部，其供给氨；和氨供给流路，其从所述氨供给部向第1氨转化部和第2氨转化部供给氨，第1温度范围包含比第2温度范围低的温度，并且，切换地使用第1氨转化部和第2氨转化部来由氨生成氢。
2.根据权利要求1所述的氢生成装置，其中，所述产氢物质为在大气温度下即使不进 行加热也与氨反应生成氢的物质，并且，所述氨分解催化剂含有在大气温度下只有在进行 了加热时才能够将氨分解成氢和氮的金属。
3.根据权利要求1或2所述的氢生成装置，其中，具有再生用氢流路，所述再生用氢流 路将在第2氨转化部得到的氢供给到第1氨转化部。
4.根据权利要求1 3的任一项所述的氢生成装置，其中，具有向第1氨转化部和/或 第2氨转化部供给热量的热源。
5.根据权利要求4所述的氢生成装置，其中，所述热源为通过在第1氨转化部和/或第 2氨转化部生成的氢的燃烧/氧化而产生的燃烧/氧化热。
6.根据权利要求1 5的任一项所述的氢生成装置，其中，将在第2氨转化部得到的氢 全部供给到第1氨转化部。
7.根据权利要求1 6的任一项所述的氢生成装置，其中，将由所述氨供给部供给的氨 仅通过第2氨转化部供给到第1氨转化部。
8.根据权利要求1 7的任一项所述的氢生成装置，其中，所述产氢物质为至少在包含 0 30°C的温度范围与氨反应生成氢的物质。
9.根据权利要求1 8的任一项所述的氢生成装置，其中，所述产氢物质为选自碱金 属、碱土金属、碱金属氢化物和碱土金属氢化物以及它们的组合中的物质。
10.根据权利要求9所述的氢生成装置，其中，所述产氢物质为选自碱金属氢化物和碱 土金属氢化物以及它们的组合中的物质。
11.根据权利要求10所述的氢生成装置，其中，所述产氢物质为选自氢化锂、氢化钠、 氢化钾以及它们的组合中的物质。
12.根据权利要求1 11的任一项所述的氢生成装置，其中，所述氨分解催化剂含有选 自过渡金属中的金属。
13.根据权利要求12所述的氢生成装置，其中，所述氨分解催化剂含有选自钌、镍、钴 和铁中的金属。
14.一种氨燃烧内燃机，具有权利要求1 13的任一项所述的氢生成装置和内燃机主 体，并且，所述内燃机主体除了使氨燃烧以外还使由所述氢生成装置供给的氢燃烧以产生 动力。
15.根据权利要求14所述的氨燃烧内燃机，其中，还具有热交换用排气流路，所述热交 换用排气流路利用来自所述内燃机主体的排气向第1氨转化部和/或第2氨转化部供给热量。
16.根据权利要求15所述的氨燃烧内燃机，其中，所述热交换用排气流路具有使所述排气绕过第1氨转化部的旁通流路。
17.根据权利要求14 16的任一项所述的氨燃烧内燃机，其中，在所述内燃机主体中 燃烧的氨和氢的摩尔比(氨氢)为100 0 50 50的范围。
18.一种燃料电池，具有权利要求1 13的任一项所述的氢生成装置和燃料电池主体， 并且所述燃料电池主体使由所述氢生成装置供给的氢氧化以产生电力。
全文摘要
本发明提供一种能够在宽的温度范围工作的氢生成装置。本发明的氢生成装置具有第1氨转化部(10)、第2氨转化部(20)、氨供给部(30)和氨供给流路(31)，该第1氨转化部(10)具有在第1温度范围与氨反应生成氢的产氢物质，该第2氨转化部(20)具有在第2温度范围将氨分解成氢和氮的氨分解催化剂，该氨供给部(30)供给氨，该氨供给流路(31)从氨供给部向第1和第2氨转化部供给氨；第1温度范围包含比第2温度范围低的温度，并且切换地使用第1和第2氨转化部来由氨生成氢。另外，本发明还提供具有该氢生成装置的氨燃烧内燃机和燃料电池。
文档编号H01M8/06GK102089237SQ20098010925
公开日2011年6月8日 申请日期2009年3月18日 优先权日2008年3月18日
发明者中村德彦, 中西治通, 丹下恭一, 有川英一 申请人:丰田自动车株式会社