[发明专利]氢气生成装置

说明书

本发明提出一种适应氢气需求波动的氢气生成装置，特别地，通过实现大规模生产氢气，以高产率生成纯氢气。所述氢气生成装置1包括平板状的电介质体2，其具有第一表面11和第二表面12，第一表面11中具有形成为凹部的源气体流动通道13，第二表面12相对于所述第一表面11基本平行；接地电极3；氢气流动通道板4，其包括氢气流动通道18和氢气出口19，并且被设置于所述电介质体2的第一表面11侧；氢气分离膜5，设置于源气体流动通道13和氢气流动通道18之间；以及高压电源6，在氢气分离膜5和接地电极3之间的源气体流动通道13内引起放电。氢气分离膜5将由源气体流动通道13内通过放电所产生的氢气传送至氢气流动通道18内。

技术领域

本发明涉及一种氢气生成装置，该氢气生成装置能够以高产率从氢源材料生成高纯度的氢气。

背景技术

为了促进氢气作为能源的使用，需要一种低成本的供氢方法，该方法能够灵活适应待供应氢气量的变化。正在考虑的一种这样的氢气供应方法是能量载体系统，其中，将含有大量氢的材料(如氨气)作为氢气载体运输和储存，并且根据消耗的时间和消耗量从该氢气载体生成氢气。

使用氢气作为燃料的典型装置是燃料电池。燃料电池需要高纯度氢气来运行，并且在ISO 14687-2中，目前将用于燃料电池的氢气纯度标准限定为99.97％。如果利用能量载体系统能够有效地供应高纯度氢气，则可有望实现燃料电池的更广泛普及。

一种已知的制氢方法的例子是对烃类气体(如甲烷)进行蒸汽重整。然而，蒸汽重整需要使用昂贵的催化剂(如镍)在高温下进行处理，这使生产装置整体很昂贵。此外，当蒸汽与被用作原料的烃中所含的碳的摩尔比变低时，催化剂上的碳会结焦，这会使催化剂失效。因此，必须对应于要生产的氢气的量，小心地控制生产条件。另一种已知的制氢方法是催化方法，该方法在400℃或者更高的温度下使用贵金属催化剂(如钌)来分解原料(如氨气)。然而，这种催化方法具有较低的氨分解率并且无法以高产率生成足够纯度的氢气以用于燃料电池中。

此外，正在考虑将源气体转换为等离子体的方法来生成和分离氢气。专利文献1公开了一种氢气生产装置，其包括供引入气态原料的等离子体反应器和接近柱状的氢气分离/运输部，该氢气分离/运输部用于分离等离子体反应器中的氢气并且将得到的氢气运输至等离子体反应器的外部。等离子体反应器的外壁还用作外部电极。与外部电极同轴设置的氢气分离/运输部由多孔内部电极和涂覆在内部电极的内部表面上的厚度为几十μm到几百μm的氢气分离膜组成。在外部电极与氢气分离/运输部之间填充有BaTiO₃的铁电粒料。

专利文献2公开了一种氢气生成装置，其包括等离子体反应器、高压电极和接地电极。在专利文献2的氢气生成装置中，氢气分离膜用作高电压电极，并且通过在常温和大气条件下在氢气分离膜与接地电极之间引起介质阻挡放电，从而将供应的气体中含有的氨气转化为等离子体来生成氢气。

专利文献1和2的利用等离子体放电的氢气生成装置的特点是，将柱状反应器中的源气体以均匀的方式转换为等离子体所需的电力随着反应器的容量增加。因此，较大的反应器实际上可能比较小的反应器的能效低，因而当需要大规模生产氢气时，存在氢气产率降低的风险。

现有技术文献

专利文件1：日本特开2004-359508号公报

专利文献2：日本特开2014-70012号公报

发明内容

本发明要解决的问题

鉴于上述情况提出了本发明，本发明的目的是提供一种氢气生成装置，该装置可以灵活地适应待供应氢气量的变化，尤其是能够适应大规模氢气生产并且能够以高产率生成高纯度氢气。

用于解决问题的手段