JP2007039268A - Reforming method and fuel feeding device - Google Patents
Reforming method and fuel feeding device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2007039268A JP2007039268A JP2005224113A JP2005224113A JP2007039268A JP 2007039268 A JP2007039268 A JP 2007039268A JP 2005224113 A JP2005224113 A JP 2005224113A JP 2005224113 A JP2005224113 A JP 2005224113A JP 2007039268 A JP2007039268 A JP 2007039268A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- microcapsule
- fuel
- hydrogen
- reaction
- container
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Abstract
Description
本発明は、水素原子を含む炭素化合物の改質方法、及びその方法に用いられる燃料供給装置に関する。 The present invention relates to a method for reforming a carbon compound containing hydrogen atoms, and a fuel supply apparatus used in the method.
近年では、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として、水素の電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池が自動車や携帯機器などに応用され始めている。水素は取り扱いが困難であることから、貯留した水素を燃料電池に供給するのではなく、通常はメタノール等のアルコールや炭化水素を貯留し、貯留したアルコール又は炭化水素を触媒の存在下で反応させることにより水素を主成分としたガスを生成し(例えば、特許文献1参照)、水素を主成分としたガスを燃料電池に供給することが行われている。メタノールを水素に改質する水蒸気改質反応器は次の反応式の通りである。
CH3OH+H2O→3H2+CO2
In recent years, as a clean power source with high energy conversion efficiency, fuel cells that generate electric energy by electrochemical reaction of hydrogen have begun to be applied to automobiles and portable devices. Because hydrogen is difficult to handle, the stored hydrogen is not supplied to the fuel cell, but usually alcohol or hydrocarbons such as methanol are stored, and the stored alcohol or hydrocarbon is reacted in the presence of a catalyst. Thus, a gas mainly containing hydrogen is generated (see, for example, Patent Document 1), and a gas mainly containing hydrogen is supplied to the fuel cell. A steam reforming reactor for reforming methanol to hydrogen is as follows.
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2
しかし、水蒸気改質反応が吸熱反応であるために、その省エネルギー化が課題であり、この吸熱反応と、酸素による燃焼熱を利用する発熱反応とを組み合わせた内熱型のオートサーマル改質反応(部分酸化発熱反応及び上記水蒸気改質反応)はその課題解決手段として有望な候補である。オートサーマル改質反応での発熱反応は、次の反応式の通りである。
CH3OH+1/2O2→2H2+CO2
CH 3 OH + 1 / 2O 2 → 2H 2 + CO 2
しかし、オートサーマル改質反応での発熱反応においては、生成系に酸素が必要になるが、反応系に酸素ボンベ等から気化流体として酸素ガスを所定量だけ供給しようとすると、反応のための装置が複雑化し、特に燃料電池システムを小型の携帯機器に応用するに際して弊害が生じる。また、酸素供給源として大気中の酸素を利用しようとすると、大気の主成分である窒素により生成ガスが希釈され燃料電池に供給する際に水素濃度が低下してしまうという問題があった。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、効率的に保存可能な酸化剤を用いることによって、水素原子を含む炭素化合物の改質反応の反応性を向上させることのできる改質方法及び燃料供給装置を提供することを目的としている。
However, in the exothermic reaction in the autothermal reforming reaction, oxygen is required for the production system. However, if a predetermined amount of oxygen gas is supplied as a vaporized fluid from an oxygen cylinder or the like to the reaction system, the reaction apparatus is used. In particular, there is a negative effect when the fuel cell system is applied to a small portable device. In addition, if oxygen in the atmosphere is used as an oxygen supply source, there is a problem that the hydrogen concentration is lowered when the generated gas is diluted with nitrogen, which is the main component of the atmosphere, and supplied to the fuel cell.
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a reforming method capable of improving the reactivity of a reforming reaction of a carbon compound containing a hydrogen atom by using an oxidizing agent that can be efficiently stored and An object of the present invention is to provide a fuel supply device.
上記課題を解決するため、本発明の改質方法は、水素原子を含む炭素化合物と、マイクロカプセル内に封入した酸化剤とを混合した混合物を改質して水素を生成することを特徴とする。 In order to solve the above problems, the reforming method of the present invention is characterized in that hydrogen is generated by reforming a mixture in which a carbon compound containing a hydrogen atom and an oxidizing agent enclosed in a microcapsule are mixed. .
本発明の改質方法によれば、酸化剤がマイクロカプセル内に封入されているので、保存安定性を高めることができる。したがって、長時間高温状態で放置していた場合でも酸化剤の分解反応を抑制でき、酸化反応の反応性を高めることができる。 According to the modification method of the present invention, since the oxidizing agent is enclosed in the microcapsules, the storage stability can be improved. Therefore, even when left in a high temperature state for a long time, the decomposition reaction of the oxidant can be suppressed, and the reactivity of the oxidation reaction can be increased.
酸化剤は過酸化水素を含むことが好ましい。
マイクロカプセルは、炭素化合物に接触することにより前記酸化剤を外部に放出する性質を有することが好ましい。
炭素化合物はメタノールであることが好ましい。
触媒はCu元素を含有することが好ましく、また、白金族元素を含有することが好ましい。
本発明の燃料電池を発電するために燃料を供給する燃料供給装置は、
水素原子を含む炭素化合物を貯留する燃料容器と、
酸化剤を封入したマイクロカプセルを貯留するマイクロカプセル容器とを備えていることを特徴とする。
The oxidizing agent preferably includes hydrogen peroxide.
The microcapsule preferably has a property of releasing the oxidizing agent to the outside by contact with the carbon compound.
The carbon compound is preferably methanol.
The catalyst preferably contains a Cu element, and preferably contains a platinum group element.
A fuel supply device that supplies fuel to generate power in the fuel cell of the present invention includes:
A fuel container for storing a carbon compound containing hydrogen atoms;
And a microcapsule container for storing microcapsules encapsulating an oxidizing agent.
本発明によれば、マイクロカプセルによって酸化剤の保存安定性を高めることができ、水素原子を含む炭素化合物の改質反応の反応性を向上させることができる。 According to the present invention, the storage stability of the oxidizing agent can be increased by the microcapsules, and the reactivity of the reforming reaction of the carbon compound containing a hydrogen atom can be improved.
以下、本発明を実施するための最良の形態について説明する。
まず、本発明を適用した改質方法について説明する。予め、水素原子を含む炭素化合物と、水(H2O)とを含む原料を燃料容器に貯蔵しておき、酸化剤が封入されたマイクロカプセル(酸化補助剤)をマイクロカプセル容器に貯蔵しておき、原料とマイクロカプセルとを個別に貯蔵しておく。そして、各容器から、原料及びマイクロカプセルを取り出して接触させることによって、原料とマイクロカプセル内の酸化剤とを混合させて混合物とする。
Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described.
First, the reforming method to which the present invention is applied will be described. A raw material containing a carbon compound containing hydrogen atoms and water (H 2 O) is stored in advance in a fuel container, and a microcapsule (oxidation aid) in which an oxidizing agent is sealed is stored in a microcapsule container. The raw materials and microcapsules are stored separately. Then, the raw material and the microcapsule are taken out from each container and brought into contact with each other to mix the raw material and the oxidizing agent in the microcapsule to obtain a mixture.
水素原子を含む炭素化合物としては、炭化水素、アルコール、エーテル等が挙げられる。
炭化水素は、炭素と水素のみからなる有機化合物である。アルコールは、脂肪族炭化水素の1個又は複数個の水素原子を水酸基で置換した有機化合物である。アルコールとしては、メタノール(CH3OH)、エタノール(CH3CH2OH)等があるが、これらに限定されるものではない。また、エーテルはジエチルエーテルが好適であるが、これに限らない。
酸化剤は酸素以外の副生成物が、後述する改質器や燃料電池等で引き起こされる反応に要する原系(例えば水)に成り得るか、改質器や燃料電池等での反応に対して不活性であるか、或いは反応を著しく阻害しないことが望ましい。酸化剤としては、過酸化水素が好適に用いられる。過酸化水素として過酸化水素水を用いることもでき、この場合は過酸化水素水に水が含まれているため、過酸化水素水の濃度によっては水素原子を含む炭素化合物と、過酸化水素水を封入したマイクロカプセルとを混合するだけでも良い。この過酸化水素水を分解して得られた水は水素原子を含む炭素化合物と混合された吸熱反応に用いてもよい。また、アルコールについてもアルコール水溶液を用いても良く、アルコール水溶液の濃度によっては水素原子を含む炭素化合物と、過酸化水素水を封入したマイクロカプセルとを混合するだけでも良い。
Examples of the carbon compound containing a hydrogen atom include hydrocarbons, alcohols, ethers and the like.
A hydrocarbon is an organic compound consisting only of carbon and hydrogen. Alcohol is an organic compound in which one or more hydrogen atoms of an aliphatic hydrocarbon are substituted with a hydroxyl group. Examples of the alcohol include methanol (CH 3 OH) and ethanol (CH 3 CH 2 OH), but are not limited thereto. Moreover, although diethyl ether is suitable for ether, it is not restricted to this.
The oxidant can be a primary system (for example, water) required for a reaction caused by a reformer or a fuel cell, which will be described later, or a reaction by a reformer or a fuel cell. It is desirable to be inert or not significantly inhibit the reaction. As the oxidizing agent, hydrogen peroxide is preferably used. Hydrogen peroxide water can also be used as hydrogen peroxide. In this case, since the hydrogen peroxide solution contains water, depending on the concentration of the hydrogen peroxide solution, a carbon compound containing hydrogen atoms and a hydrogen peroxide solution It is also possible to only mix with the microcapsules encapsulating. The water obtained by decomposing the hydrogen peroxide solution may be used for an endothermic reaction mixed with a carbon compound containing hydrogen atoms. Also, an alcohol aqueous solution may be used for alcohol, and depending on the concentration of the alcohol aqueous solution, a carbon compound containing hydrogen atoms and a microcapsule enclosing hydrogen peroxide solution may be mixed.
図1は、過酸化水素等の酸化剤12が封入されたマイクロカプセル11を使用した改質方法の原理を示した模式図である。図1に示すように、酸化剤12が封入されたマイクロカプセル11は、水素生成燃料であるアルコール等の炭素化合物との接触により破裂されて、内部の酸化剤12を流出させるものである。ここで、酸化剤12として使用可能な過酸化水素は、通常30%程度の水溶液で使用することが多いので、マイクロカプセル11は内部の水によって溶解して過酸化水素を外に漏洩しない程度の水に対する耐性(例えば難溶性または不溶性)を有することが必要である。したがって、マイクロカプセル11に使用可能な物質としては、水や酸に容易に溶解せず、アルコールに軟化、溶解する物質が好ましく、例えば酢酸セルロースが挙げられる。
FIG. 1 is a schematic diagram illustrating the principle of a modification method using a
マイクロカプセル11は、例えば、界面重合法、不溶化反応、相分離法、界面沈殿法などを用いることによって、酸化剤12を封入して形成される。また、本実施形態では、マイクロカプセル11は球状が最も好ましいが、球以外の形状であっても構わない。
後述するが、アルコールと水が貯留された燃料容器2から改質器4までの流路において、上述の酸化剤12を封入したマイクロカプセル11にアルコールと水の原料が供給されている間にマイクロカプセル11にアルコールを接触することによって、マイクロカプセル11が徐々に溶解又は破裂されて、酸化剤12が流出する。その結果、アルコール、水及び酸化剤12が混合されて、その混合物を改質器4に供給することにより改質器4で吸熱反応と発熱反応とを組み合わせた水素生成反応が行われる(図2参照)。なお、このときの溶解又は破裂は供給される程度、つまりマイクロカプセルから放出される酸素の量は、供給されるアルコール量によって決まる。
The
As will be described later, in the flow path from the
上述のように、水素原子を含む炭素化合物と、水との原料を、酸化剤12が封入されたマイクロカプセル11に混合した後、この混合物を改質器に供給して、触媒に接触させるが、その混合物が少なくとも一部が液体である場合にはその混合物の液体成分を気化させて均一に分散させることが好ましい。ここで、その混合物を触媒に接触させるときに、その混合物をヒータ等で加熱して、混合物の液体成分を気化させても良いし、混合物を触媒に接触させる前に混合物を気化器3やヒータ等で加熱して、気化して得られた混合気を触媒に接触させても良い。
As described above, after the carbon compound containing hydrogen atoms and water are mixed into the
改質器4の触媒は、Cu/ZnO系触媒であり、さらにはCu/ZnO系触媒に白金族元素を含有させたものでも良い。ここで、Cu/ZnO系触媒としては、Cu成分をZnO成分に担持させた触媒でも良いし、Cu成分とZnO成分とに酸化アルミニウム(Al2O3)を添加させた触媒でも良い。白金族元素としては、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Ptがある。
The catalyst of the
水素原子を含む炭素化合物と、水と、酸化剤との混合物を触媒に接触させると、触媒反応が起こるが、活性を高めるために反応系を加熱するのが望ましい。例えば、アルコールとしてメタノールを用いる場合には、反応系を230℃以上に加熱すると良い。 When a mixture of a carbon compound containing a hydrogen atom, water, and an oxidizing agent is brought into contact with the catalyst, a catalytic reaction occurs, but it is desirable to heat the reaction system in order to increase the activity. For example, when methanol is used as the alcohol, the reaction system is preferably heated to 230 ° C. or higher.
混合物のうち水素原子を含む炭素化合物と水とが触媒により反応し、水素(H2)リッチな生成物が生成される(水蒸気改質反応)。一方、混合物のうち酸化剤が分解して、酸素が生成される。その酸素と水素原子を含む炭素化合物とが反応し、水素(H2)リッチな生成物が生成される(発熱酸化反応)。このとき、水蒸気改質反応は発熱酸化反応での発熱により反応が促進され、発熱酸化反応は、水蒸気改質反応による吸熱により反応が促進される。以上により水素を生成することができる。 Among the mixture, a carbon compound containing a hydrogen atom and water react with a catalyst to produce a hydrogen (H 2 ) -rich product (steam reforming reaction). On the other hand, the oxidizing agent in the mixture is decomposed to generate oxygen. The oxygen and the carbon compound containing a hydrogen atom react with each other to produce a hydrogen (H 2 ) -rich product (exothermic oxidation reaction). At this time, the steam reforming reaction is accelerated by the heat generated by the exothermic oxidation reaction, and the exothermic oxidation reaction is promoted by the endotherm by the steam reforming reaction. Thus, hydrogen can be generated.
以上のように本実施形態では、別途酸素や空気を反応系に導入しなくても、水素原子を含む炭素化合物の発熱酸化反応及び水蒸気改質反応が併発する。発熱酸化反応と水蒸気改質反応の併発によって、発熱酸化反応の反応熱が水蒸気改質反応に用いられ、反応系に供給する熱エネルギーを低減することができる。そのため、反応系の温度が低くても、水素原子を含む炭素化合物の転化率が向上し、水素リッチな生成物に含まれる一酸化炭素(CO)を低減することができる。
また、水や炭素化合物の原料と酸化剤とを、直接混合して混合物とするのではなく、酸化剤を封入したマイクロカプセル11と原料とを個別に貯蔵しておき、その後、混合することにより、酸化剤12の保存安定性を高めることができる。
As described above, in the present embodiment, the exothermic oxidation reaction and the steam reforming reaction of the carbon compound containing hydrogen atoms occur simultaneously without separately introducing oxygen or air into the reaction system. By combining the exothermic oxidation reaction and the steam reforming reaction, the reaction heat of the exothermic oxidation reaction is used for the steam reforming reaction, and the heat energy supplied to the reaction system can be reduced. Therefore, even if the temperature of the reaction system is low, the conversion rate of the carbon compound containing hydrogen atoms is improved, and carbon monoxide (CO) contained in the hydrogen-rich product can be reduced.
In addition, the raw material of water or carbon compound and the oxidizing agent are not directly mixed to form a mixture, but the
次に、改質方法に使用される改質器及び改質器を備えた発電装置について説明する。
図2は、改質器4を搭載した発電装置100のブロック図である。なお、ここでは炭素化合物としてメタノール、酸化剤として過酸化水素を使用した場合を例に挙げる。
図2に示すように、発電装置100は、メタノールと水の原料を貯留した燃料容器2と、内部に過酸化水素が封入されたマイクロカプセルを貯留したマイクロカプセル容器1とを有する燃料供給装置10と、燃料供給装置10から供給されたメタノール、水及び酸化剤が混合されて、酸化剤から酸素及び水が生成された混合流体の液体成分を気化する気化器3と、気化器3から供給された混合気を触媒により水素リッチな生成ガスに改質するオートサーマル方式の改質器4と、改質器4から供給された生成ガスの中から燃料電池を劣化する要因となる一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器5と、一酸化炭素除去器5から供給された生成ガス中の水素ガスの電気化学反応により電気エネルギーを生成する燃料電池6とを備える。
Next, a reformer used in the reforming method and a power generation apparatus including the reformer will be described.
FIG. 2 is a block diagram of the
As shown in FIG. 2, the
図3は、マイクロカプセル容器1の模式図及びマイクロカプセル容器1内のマイクロカプセル11の状態変化を示している。
燃料容器2が発電装置本体に対して装着されている場合、燃料容器2に、燃料容器2内の原料を排出させる燃料管21の一端部が連結されており、燃料管21の他端部がマイクロカプセル容器1に連結されている。また、マイクロカプセル容器1には、マイクロカプセル容器1内に貯留されているマイクロカプセル11と、マイクロカプセル容器1内に燃料管21を介して供給された原料とが混合された混合物を排出させる燃料管22の一端部が連結されており、燃料管22の他端部が気化器3に連結されている。また、燃料管21,22には、混合液を吸引するポンプ(図示略)が設けられている。
マイクロカプセル容器1は、燃料管21,22から着脱自在に設けられている。すなわち、燃料管21,22からマイクロカプセル容器1を取り外した場合に、燃料管21,22は各端部が連結可能となっており、これら端部を連結することによって、燃料容器2と気化器3とが燃料管21,22によって連通され、マイクロカプセル容器1を使用しない場合にも発電装置100として使用することが可能とされている。燃料管21,22の内部には、マイクロカプセル11やその残査が気化器3、燃料容器2に入らないようにメッシュを設けてもよい。
FIG. 3 shows a schematic diagram of the
When the
The
ここで、発電装置100は、携帯電話機、パーソナルコンピュータ、PDA、電子手帳、腕時計、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラ、ゲーム機器、遊技機、家庭用電気機器、その他の電子機器に用いられる。この場合、気化器3、改質器4、一酸化炭素除去器5及び燃料電池6からなる発電装置本体は電子機器本体に搭載されており、燃料容器2及び燃料容器2に付属したマイクロカプセル容器1は、電子機器本体を介して発電装置本体に対して着脱可能に設けられている。燃料容器2が電子機器本体を介して発電装置本体に装着された場合、燃料容器2から気化器3に混合液が供給されるようになっている。燃料電池6により生成された電気エネルギーは電子機器本体を駆動するために用いられる。
Here, the
燃料電池6は、触媒微粒子を含有又は付着させた燃料極(水素極)と、触媒微粒子を含有又は付着させた酸素極(空気極)と、燃料極と酸素極との間に挟持された固体高分子電解質膜と、を備える。
The
図4は、それぞれマイクロリアクタと呼ばれる構造の気化器3、改質器4及び一酸化炭素除去器5の断面図である。
図4に示すように、気化器3は、セラミック、シリコン、アルミニウム、ガラス等の材料(安価なガラスがより好ましい。)から板状に形成された2枚の基板3a,3bを互いに重ね合わせて接合した構造を有している。一方の基板3aの他方の基板3bとの接合面には葛折り状の溝が凹んだ状態に形成されており、この溝に蓋をするように基板3aに基板3bを接合することによって、この溝が2枚の基板3a,3bの接合部に設けられたマイクロ流路3cとなる。ここで、基板3a,3bが気化器3の本体であり、マイクロ流路3cが本体内に形成された内部空間である。
FIG. 4 is a cross-sectional view of the
As shown in FIG. 4, the
基板3aの接合面とは反対側の面には薄膜ヒータ3dが形成されている。薄膜ヒータ3dは電気エネルギーにより発熱する電熱膜であり、具体的には電気抵抗性発熱体、半導体性発熱体を薄膜状に成膜したものである。薄膜ヒータ3dの両端部には、外部にまで延出するリード線(図示略)がそれぞれ接続されており、各リード線を介して薄膜ヒータ3dに電気エネルギーが供給されるようになっている。
A
改質器4は気化器3と同様に2枚の基板4a,4bを接合した構造を有し、2枚の基板4a,4bの接合部にマイクロ流路4cが設けられており、基板4aの接合面とは反対側の面に薄膜ヒータ4dが成膜されている。マイクロ流路4cの壁面には、触媒4eが形成されている。触媒4eは、担体としてAl2O3にCu及びZnOを担持させたCu/ZnO系触媒(Cu/ZnO/Al2O3化合物)である。更に、触媒4eには、Ru、Rh、Pd、Os、Ir、Ptのうちの少なくとも何れか1つが担持されていても良い。
Similar to the
触媒4eの製造方法について説明する。始めに、銅の塩(例えば、硝酸銅)と亜鉛の塩(例えば、硝酸亜鉛)とを含む銅・亜鉛水溶液を調製する。更に、アルカリ性のアルカリ溶液(例えば、炭酸ナトリウム水溶液)を調製し、アルミニウムを含むアルミニウム酸化物の懸濁液(アルミニウム酸化物を純水に懸濁させた混合液)も調製する。その後、銅・亜鉛水溶液とアルカリ溶液とを同時に攪拌中のアルミニウム酸化物の懸濁液に同時に滴下し、混合液中に沈殿物を形成する。次に、沈殿物を含む混合液を濾過し、濾過後に残った沈殿物を蒸留水中で攪拌して洗浄し、この濾過工程・洗浄工程を1回又は複数回繰り返しおこなう。最後の洗浄を終えたら、沈殿物を含む蒸留水を再度濾過して沈殿物を得る。二枚の基板4a,4bを接合する前に、得られた沈殿物を溶媒中に分散させた分散液をマイクロ流路3cとなる溝の壁面に塗布して、その壁面に薄膜を形成する。そして、二枚の基板4a,4bを接合し、基板4a,4bを加熱し、マイクロ流路3cの壁面に形成された薄膜を乾燥し焼成する。次に、二枚の基板4a,4bを加熱した状態で、マイクロ流路3cの一端から他端に向けて水素(水素を含む混合気体でもよい。)を流通させて、壁面に形成された薄膜の水素還元処理を行い、水素還元処理された薄膜が触媒4eとなる。
A method for producing the
一酸化炭素除去器5も気化器3と同様に2枚の基板5a,5bを接合した構造を有し、2枚の基板5a,5bの接合部にマイクロ流路5cが設けられており、基板5aの接合面とは反対側の面に薄膜ヒータ5dが成膜されている。マイクロ流路5cの壁面には、触媒5eが形成されている。触媒5eは、触媒72は、一酸化炭素を選択的に酸化する触媒である。
Similarly to the
そして、気化器3のマイクロ流路3cの一端部がポンプを介して燃料供給装置10のマイクロカプセル容器1に連繋している。気化器3のマイクロ流路3cの他端部は、改質器4のマイクロ流路4cの一端部に連繋している。マイクロ流路4cの他端部は、一酸化炭素除去器5のマイクロ流路5cの一端部に連繋している。また、マイクロ流路5cの一端部には、一酸化炭素を酸化させる酸素を含む空気が供給される。なお、空気を用いることで水素濃度が低くなるので、一酸化炭素除去器5に要する酸素の一部若しくは全部にマイクロカプセル容器1内で生じた酸素を用いてもよい。マイクロ流路5cの他端部は、燃料電池6の燃料極に連繋している。燃料電池6の酸素極には、空気が供給される。
And the one end part of the
次に、発電装置100の動作について説明する。
薄膜ヒータ3d,4d,5dが電気により発熱し、気化器3、改質器4及び一酸化炭素除去器5がそれぞれ所定の温度になるように加熱される。この状態で、ポンプが作動すると、燃料容器2に貯留された原料(メタノール、水)が、マイクロカプセル容器1に供給される。マイクロカプセル容器1に原料が供給されることにより、マイクロカプセル11はメタノールによって軟化しやがて破裂されて、過酸化水素がマイクロカプセル11内から流出される。破裂されてマイクロカプセル11は、マイクロカプセル容器1内で残渣が一部残留する可能性があるが、気化器3には流入しないようになっている。また、少量流入したとしても、マイクロカプセル11は酢酸セルロースからなるので、熱及び過酸化水素が生成する酸素により、炭素化合物(主に二酸化炭素)に分解されるので、水素生成反応に影響を及ぼすことがない。
このようにマイクロカプセル容器1内で、アルコール、水及び過酸化水素が混合された後、これら混合液が気化器3のマイクロ流路3cに供給される。混合液がマイクロ流路3cを流動している時に加熱されて、メタノール及び水が気化するとともに過酸化水素が水と酸素に分解されて気化されだし、やがて混合液が全て気化した混合気が生成される。気化されて高圧になったその混合気が相対的に低圧の改質器4のマイクロ流路4cに供給され、マイクロ流路4cにおいて混合気が流動して、混合気が触媒4eに接触する。これにより、メタノールと水が触媒4eの作用を受けて、化学反応式(1)のような水蒸気改質反応が起こる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
Next, the operation of the
The
In this way, after alcohol, water, and hydrogen peroxide are mixed in the
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
また、マイクロ流路4cにおいて、混合気中の過酸化水素が分解して、酸素が生成される。そして、メタノールと酸素が反応して、化学反応式式(2)のような発熱酸化反応が起こる。
CH3OH+1/2O2→2H2+CO2 …(2)
In the
CH 3 OH + 1 / 2O 2 → 2H 2 + CO 2 (2)
また、マイクロ流路4cにおいて、メタノールと水が完全に二酸化炭素及び水素に改質されない場合もあり、この場合、化学反応式(3)のように、二酸化炭素、一酸化炭素及び水蒸気が生成される。
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 … (3)
In the
2CH 3 OH + H 2 O → 5H 2 + CO + CO 2 (3)
マイクロ流路4cにおいて、メタノールの発熱酸化反応と水蒸気改質反応とが併発することによって、発熱酸化反応の反応熱が水蒸気改質反応に用いられ、薄膜ヒータ4dの発熱エネルギーを低減することができる。そのため、改質器4の温度が280℃よりも低くても(例えば、250℃)、メタノールの転化率が向上し、一酸化炭素の生成量を低減することができる。また、改質器5に空気を供給しないので、改質器4で生成された生成物中に窒素ガスが含まれず、水素ガスの含有率の低下を防止することができる。
In the
改質器4で生成された生成ガスがマイクロ流路5cに供給され、更に空気がマイクロ流路5cに供給される。そして、マイクロ流路5cにおいては、一酸化炭素が触媒5eの作用を受けて特異的に酸化する。そして、生成ガスがマイクロ流路5cから燃料電池6の燃料極に供給され、空気が燃料電池6の空気極に供給される。燃料極においては、電気化学反応式(4)に示すように、生成ガス中の水素が燃料極の触媒微粒子の作用を受けて水素イオンと電子とに分離する。水素イオンは固体高分子電解質膜を通じて酸素極に伝導し、電子は燃料極により取り出される。
H2→2H++2e- … (4)
The product gas generated by the
H 2 → 2H + + 2e − (4)
酸素極においては、電気化学反応式(5)に示すように、空気中の酸素と、固体高分子電解質膜を通過した水素イオンと、燃料極により取り出された電子とが反応して水が生成される。
2H++1/2O2+2e-→H2O … (5)
At the oxygen electrode, as shown in the electrochemical reaction formula (5), oxygen in the air, hydrogen ions that have passed through the solid polymer electrolyte membrane, and electrons taken out by the fuel electrode react to generate water. Is done.
2H + + 1 / 2O 2 + 2e − → H 2 O (5)
以上のように、上記発電装置100においては、改質器4又は気化器3に酸素又は空気を供給する機構がなくとも、改質器4においてオートサーマル改質反応(発熱酸化反応)が起きる。そのため、改質器4の薄膜ヒータ4dによって供給する熱エネルギーを低減することができる。特に空気のように酸素濃度が高くない気体を装置外から取り込んで加熱すると、改質反応に不要な空気中の窒素まで加熱する必要があり、非効率的であるが、本発明では、改質器4又は気化器3に空気を取り込まないのでさらに熱効率のよい改質反応を行うことができ、且つ燃料電池6の発電効率も向上することができる。また、改質器4又は気化器3に酸素又は空気を供給する機構がないので、発電装置100の簡略化を図ることができる。
As described above, in the
過酸化水素は、マイクロカプセル11内に封入されており、このようなマイクロカプセル11と水とメタノールを含む原料とを混合して酸素を生成した後、その混合物を触媒に接触させてオートサーマル方式の水素生成反応を引き起こしている。過酸化水素は比較的分解されやすいので、カプセル化せず剥き出しの過酸化水素水溶液の状態で保存した場合に比して、マイクロカプセル11によって過酸化水素の保存安定性を高めることができる。
また、マイクロカプセル容器1に水とメタノールを含む原料を供給して、マイクロカプセル11内の過酸化水素と混合した後、この混合液を気化器3に供給する構成としたので、マイクロカプセル11内に封入された過酸化水素と原料とが、気化器3に供給する直前に混合して高濃度の酸素を発生することから、燃料容器2内での酸素による膨潤や燃料等の酸化等の劣化が生じることもなく、改質器4での水素生成反応の反応性を高めることができる。
Hydrogen peroxide is encapsulated in the
Moreover, since the raw material containing water and methanol is supplied to the
なお、上記実施の形態では、燃料容器2に貯留される原料がメタノールと水であるが、メタノールの代わりに水素原子を含む他の炭素化合物が燃料容器2に貯留されても良い。
また、薄膜ヒータ3d,4d,5dを適用しているが、最も高温で反応する改質器4に薄膜ヒータ4dを設け気化器3及び一酸化炭素除去器5にはそれぞれ薄膜ヒータ3d,5dを設けずに改質器4からの熱の伝搬によって反応を引き起こすようにしてもよく、改質器4及びその次に高温反応を引き起こす一酸化炭素除去器5にそれぞれ薄膜ヒータを形成してもよい。
また、薄膜ヒータの代替として上述した炭化水素やアルコール、エーテルといった水素原子を含む炭素化合物を燃焼する発熱化学反応炉を設けてもよい。このような化学反応炉は、気化器3、改質器4及び一酸化炭素除去器5と同様にマイクロリアクタ構造が好ましく、基板3a,3b、基板4a,4b、基板5a,5bのいずれかに単数又は複数設けることが可能であり、さらには、薄膜ヒータと併設して両方の加熱により温度を制御してもよい。また、発熱化学反応炉の燃料として、燃料電池6に供給される水素のうち未反応で残存した水素を用い、この水素を酸素で燃焼して気化器3、改質器4、一酸化炭素除去器5の少なくとも1つを加熱するようにしてもよい。
In the above embodiment, the raw materials stored in the
Although the
Moreover, you may provide the exothermic chemical reaction furnace which burns the carbon compound containing hydrogen atoms, such as hydrocarbon mentioned above, alcohol, and ether, as an alternative of a thin film heater. Such a chemical reaction furnace preferably has a microreactor structure like the
また、上記実施の形態では、メタノールと水とを含む原料を、燃料容器2からマイクロカプセル容器1内に供給して、マイクロカプセル11に封入された酸化剤と原料とを混合し、その混合液を気化器3に供給する機構としたが、反対に例えば、マイクロカプセル容器1からマイクロカプセル11を燃料容器2内に供給して、酸化剤と原料とを混合し、その混合液を気化器3に供給する機構としても構わない。
In the above embodiment, a raw material containing methanol and water is supplied from the
1 マイクロカプセル容器
2 燃料容器
4 改質器
4e 触媒
6 燃料電池
11 マイクロカプセル
12 酸化剤
100 発電装置
DESCRIPTION OF
Claims (5)
水素原子を含む炭素化合物を貯留する燃料容器と、
酸化剤を封入したマイクロカプセルを貯留するマイクロカプセル容器とを備えていることを特徴とする燃料供給装置。 In a fuel supply device for supplying fuel to generate power in a fuel cell,
A fuel container for storing a carbon compound containing hydrogen atoms;
A fuel supply device comprising: a microcapsule container for storing a microcapsule encapsulating an oxidant.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005224113A JP2007039268A (en) | 2005-08-02 | 2005-08-02 | Reforming method and fuel feeding device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005224113A JP2007039268A (en) | 2005-08-02 | 2005-08-02 | Reforming method and fuel feeding device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2007039268A true JP2007039268A (en) | 2007-02-15 |
Family
ID=37797595
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005224113A Pending JP2007039268A (en) | 2005-08-02 | 2005-08-02 | Reforming method and fuel feeding device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2007039268A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010021552A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Sinvent As | Process and system for removal of organics in liquids |
-
2005
- 2005-08-02 JP JP2005224113A patent/JP2007039268A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2010021552A1 (en) * | 2008-08-18 | 2010-02-25 | Sinvent As | Process and system for removal of organics in liquids |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4674099B2 (en) | Fuel cell system reformer and fuel cell system including the same | |
KR100762685B1 (en) | reformer and fuel cell system using the same | |
JP3328993B2 (en) | Hydrogen generation method | |
JP4948790B2 (en) | Reforming apparatus and fuel cell system including the same | |
JP2006290737A (en) | Flat plate-type reformer and fuel cell system using the same | |
JP2006012817A (en) | Reformer for fuel cell and fuel cell system comprising the same | |
JP4245464B2 (en) | Fuel cell | |
JP2008071756A (en) | Reformer of fuel cell system, and fuel cell system | |
JP2005200266A (en) | Reforming method, reformer, power generator and fuel vessel | |
JP4341587B2 (en) | Reactor | |
JP4937076B2 (en) | Reaction vessel and reactor | |
US20070269691A1 (en) | Reformer with oxygen supplier and fuel cell system using the same | |
JP2007112644A (en) | Co(carbon monoxide)-removal device, fuel reforming apparatus, and fuel cell system | |
KR101571982B1 (en) | Refomer with improving durability of fuel cell system | |
JP2007039268A (en) | Reforming method and fuel feeding device | |
JP2006298734A (en) | Method for manufacturing tetrahydroborate | |
KR101616199B1 (en) | Compact methanol fuel refomer | |
JP2011067744A (en) | Hydrogen producing catalyst, hydrogen producing method, hydrogen producing apparatus, and fuel cell system | |
CN102285639B (en) | Method for preparing hydrogen at low-temperature | |
JP4525035B2 (en) | Reactor and production method thereof | |
JP2007075728A (en) | Catalyst and reformer | |
JP2001146405A (en) | Apparatus for reforming fuel and method for operating the same | |
JP2005095829A (en) | Catalytic reactor and producing method therefor | |
JP2000021426A (en) | Fuel cell | |
JP2009193714A (en) | Fuel cell device and electronic equipment |