JP2007229672A - Gas reforming method, gas reforming net, gas reforming sheet, gas reforming piping, and fuel cell - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、セラミックを用いた気体の改質に関するものである。 The present invention relates to gas modification using ceramics.
従来、車等の内燃機関の燃焼効率をあげるため、セラミックを用いて燃料や空気の改質を行うことがなされている。セラミックから発せられる遠赤外線により燃料等が改質され、その結果、燃費が向上したり、排気ガスのNOXが低減したりするなどの効果が得られる。例えば、セラミックシートを内燃機関の吸気配管の周囲に巻き付けて、吸気配管内の空気の改質を行う手法も提案されている。 Conventionally, in order to increase the combustion efficiency of an internal combustion engine such as a car, reforming of fuel and air has been performed using ceramics. Fuel and the like are reformed by far infrared rays emitted from ceramic, and as a result, effects such as improvement in fuel efficiency and reduction in NOx of exhaust gas can be obtained. For example, a method has been proposed in which a ceramic sheet is wound around an intake pipe of an internal combustion engine to reform the air in the intake pipe.
しかしながら、従来の手法では、気体の改質に関して必ずしも良い効果が得られないという問題があった。また、セラミックにも様々な種類が存在し、液体燃料等については各種のセラミックを利用して燃料を改質する試みが為されているが、一方で、空気等の気体の改質に適したセラミックについては、未だ具体的に明らかにされていないという問題があった。 However, the conventional method has a problem that a good effect is not necessarily obtained with respect to gas reforming. In addition, there are various types of ceramics. For liquid fuels, attempts have been made to reform the fuels using various ceramics. On the other hand, they are suitable for reforming gases such as air. Regarding ceramic, there has been a problem that it has not been clarified yet.
本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであり、空気の改質に適した手法等を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a technique suitable for air reforming.
上記目的は、下記の手段によって達成される。 The above object is achieved by the following means.
(1)気体の流路中に、セラミック粒子をバインダーで塗布して得た改質面を配置し、前記改質面近傍に気体を通過させて、該気体の改質を行うことを特徴とする気体改質方法。 (1) A modified surface obtained by coating ceramic particles with a binder is disposed in a gas flow path, and the gas is modified by passing the gas in the vicinity of the modified surface. Gas reforming method.
(2)気体が流れる搬送管の内壁にセラミック粒子を塗布することで、前記搬送管を通過する前記気体の改質を行うことを特徴とする気体改質方法。 (2) A gas reforming method, wherein the gas passing through the transport pipe is reformed by applying ceramic particles to the inner wall of the transport pipe through which the gas flows.
(3)気体の流路中に、網目状のネット部材にセラミック粒子を塗布して構成された改質ネットを配置し、前記改質ネットを通過する前記気体の改質を行うことを特徴とする気体改質方法。 (3) A modified net configured by applying ceramic particles to a net-like net member is disposed in a gas flow path, and the gas passing through the modified net is modified. Gas reforming method.
(4)前記気体が空気であることを特徴とする上記(1)、(2)又は(3)記載の気体改質方法。 (4) The gas reforming method as described in (1), (2) or (3) above, wherein the gas is air.
(5)前記セラミック粒子が、ルチル系酸化チタン粒子と金属粒子の混合物を溶媒で電気分解し、陰極に析出された物質を焼成して得たものであることを特徴とする上記(1)、(2)又は(3)記載の気体改質方法。 (5) The above (1), wherein the ceramic particles are obtained by electrolyzing a mixture of rutile titanium oxide particles and metal particles with a solvent and firing the material deposited on the cathode. The gas reforming method according to (2) or (3).
(6)網目状のネット部材と、前記ネット部材の外表面に固定されるセラミック粒子と、を備え、気体の流路中に配置されて前記気体の改質を行う気体改質ネット。 (6) A gas reforming net comprising a net-like net member and ceramic particles fixed to the outer surface of the net member, and disposed in a gas flow path to reform the gas.
(7)シート部材と、前記シート部材の表面に固定されるセラミック粒子と、を備え、気体の流路中に配置されて前記気体の改質を行う気体改質シート。 (7) A gas reforming sheet comprising a sheet member and ceramic particles fixed to the surface of the sheet member, and disposed in a gas flow path to reform the gas.
(8)気体を搬送する搬送管と、前記搬送管の内壁に固定されるセラミック粒子と、を備え、前記気体の改質を行う気体改質配管。 (8) A gas reforming pipe comprising a transport pipe for transporting gas and ceramic particles fixed to the inner wall of the transport pipe, and reforming the gas.
(9)一対の電極と、前記一対の電極の間に配置されてイオンを移動させるイオン移動媒体と、前記電極に水素又は酸素を供給する請求項8記載の気体改質配管と、を備えることを特徴とする燃料電池。
(9) Provided with a pair of electrodes, an ion movement medium that is arranged between the pair of electrodes and moves ions, and a gas reforming pipe according to
上記手段によれば、以下のような作用が得られる。 According to the above means, the following operation can be obtained.
上記手段では、セラミック粒子が気体の近傍に配置されるので改質効率を高めることが可能になる。また、搬送管内に気体を流す場合等において、その流れを邪魔することなく、改質することが可能になる。また、気体改質ネットを利用する場合は、気体の流れを極力維持しながら、ネットを通過する気体を改質することができるようになる。 In the above means, the ceramic particles are arranged in the vicinity of the gas, so that the reforming efficiency can be increased. Further, when a gas is allowed to flow through the transport pipe, it is possible to modify the gas without disturbing the flow. Further, when the gas reforming net is used, the gas passing through the net can be reformed while maintaining the gas flow as much as possible.
特に、気体に作用させるセラミック粒子に、電気分解で陰極に析出された素材を利用することで、セラミック自体のマイナスイオン効果を高めることが可能になる。マイナスイオンは部材を貫通することができないが、本発明のように気体中に直接配置することで、マイナスイオンの効果を気体の改質に利用できることになる。 In particular, the negative ion effect of the ceramic itself can be enhanced by using a material deposited on the cathode by electrolysis as the ceramic particles that act on the gas. Negative ions cannot penetrate the member, but by arranging them directly in the gas as in the present invention, the effect of the negative ions can be used for gas reforming.
なお、このセラミック粒子は、ルチル系酸化チタン粉粒体を主材とし、この主材にそれと略同量のイオン化傾向が大きな金属の粉粒体を混合して形成した電解質を適宜溶媒中で電気分解し、その陰極に析出付着した物質に所要の添加物、触媒を加えて焼成して得ることが望ましい。このセラミックスの製造方法として、ルチル系酸化チタンとマグネシウムを略均等の重量比で混ぜ、これを炉内で酸化還元処理して電解質に形成し、この電解質を適宜溶媒中で電気分解し、その陰極に析出して付着した物質を取出しそれに微量の触媒と添加物を混ぜてセラミックスに焼成し、この焼成物を微粒子状に粉砕することが好ましい。特に、触媒としての混合剤は重量比約0.1%のパラジウムであり、添加物は重量比5%の水酸化ナトリウムを用いるのが好ましく、また、焼成温度は1280℃〜1380℃、焼成物の粉砕した平均粒径は平均2〜10μm程度とすることが好ましい。 The ceramic particles are mainly composed of rutile titanium oxide particles, and an electrolyte formed by mixing the main material with metal particles having a large ionization tendency in the same amount as that in an appropriate solvent. It is desirable to obtain the material by decomposing and depositing and adhering to the cathode, and adding the necessary additives and catalyst, followed by firing. As a method for producing this ceramic, rutile titanium oxide and magnesium are mixed in a substantially equal weight ratio, and this is oxidized and reduced in a furnace to form an electrolyte, and this electrolyte is electrolyzed in a solvent as appropriate, and its cathode It is preferable to take out the substance deposited and deposited on the ceramic, mix a trace amount of catalyst and additives, and fire it into ceramics, and pulverize the fired product into fine particles. In particular, the mixture as a catalyst is palladium having a weight ratio of about 0.1%, the additive is preferably sodium hydroxide having a weight ratio of 5%, and the firing temperature is 1280 to 1380 ° C. The average particle size of pulverized is preferably about 2 to 10 μm.
本発明によれば、気体を改質することで、様々な効率を改善できるという優れた効果を奏し得る。 According to the present invention, it is possible to achieve an excellent effect that various efficiencies can be improved by modifying a gas.
まず、本発明で利用されるセラミックスの製造方法の一例について説明する。まず、ルチル系酸化チタン粉粒体を主材とし、この主材にそれと略同量のイオン化傾向が大きな金属の粉粒体を混合する。具体的には、平均粒径が150μm程度のルチル系酸化チタン500gと、このチタンと同じ性状且つ均等の重量比となるマグネシウム500gとを混合して石英製のるつぼ(炉)に入れ、酸化還元処理を行う。この酸化還元処理においては、酸化チタン、マグネシウムとも約500℃〜540℃で平均粒径3μm程度の微粉体に粉砕される。そこで、粉砕された酸化チタンとマグネシウムの混合微粉末をるつぼから取出す。取出した微粉末は電解質となる。 First, an example of a method for producing ceramics used in the present invention will be described. First, a rutile-based titanium oxide granular material is used as a main material, and a metal granular material having a large ionization tendency of approximately the same amount is mixed with the main material. Specifically, 500 g of rutile titanium oxide having an average particle size of about 150 μm and 500 g of magnesium having the same properties and the same weight ratio as this titanium are mixed and placed in a quartz crucible (furnace), and then redox. Process. In this oxidation-reduction treatment, both titanium oxide and magnesium are pulverized to a fine powder having an average particle size of about 3 μm at about 500 ° C. to 540 ° C. Therefore, the mixed fine powder of titanium oxide and magnesium is taken out from the crucible. The extracted fine powder becomes an electrolyte.
生成された電解質を適宜溶媒中で電気分解する。溶媒としては例えば水をいる。この電気分解を経て陰極に析出付着した物質を取り出し、所要の添加物,触媒を加えて焼成し、この焼成物を微粒子状に粉砕する。 The produced electrolyte is electrolyzed in a suitable solvent. For example, water is used as the solvent. A substance deposited and deposited on the cathode through this electrolysis is taken out, added with necessary additives and catalyst, and fired, and the fired product is pulverized into fine particles.
具体的には、電気分解の電極棒にCuとCを用い、電極に直流12Vを印加して電気分解を行う。酸化還元された酸化チタンとマグネシウムの混合粉末体を電解質として溶解した電解溶液には、電気分解における通電によってイオン伝動が生じるので、陽極から電解溶液に向かって正電荷が流れる。また、陽極の陽極酸化ではアノード面にアノード電流が流れ、陰極の陰極還元ではカソード面にカソード電流が流れる。従って、陽極には正電荷のイオン(陽イオン又はカチオン)が付着し、カソード(陰極)には負電荷のイオン(陰イオン又はアニオン)が付着する。従って、陰極に析出付着した酸化チタンには負電荷のイオンを帯有することになり、これを素材とする。 Specifically, Cu and C are used for the electrode rod for electrolysis, and 12V DC is applied to the electrode for electrolysis. In an electrolytic solution in which a mixed powder body of oxidized and reduced titanium oxide and magnesium is dissolved as an electrolyte, ion transmission occurs due to energization in electrolysis, so that a positive charge flows from the anode toward the electrolytic solution. Further, in the anodic oxidation of the anode, an anode current flows on the anode surface, and in the cathode reduction of the cathode, a cathode current flows on the cathode surface. Therefore, positively charged ions (cations or cations) are attached to the anode, and negatively charged ions (anions or anions) are attached to the cathode (cathode). Accordingly, the titanium oxide deposited and deposited on the cathode has negatively charged ions, which are used as a material.
この素材量に対して約0.1重量%のパラジウムを触媒として混合し、更に、苛性ソーダを全量の5重量%を添加してよく攪拌,混練する。これを焼成するために適宜形状に成型し、この成型体を約1280℃〜1380℃の加熱炉で少なくとも約6時間、長くても12時間程度焼成することにより、セラミックスの母材を得る。その後、焼成したセラミックスの母材を、加熱下で2μm〜10μm程度の平均粒径を有するセラミックス粉粒体に粉砕成形する。これにより機能性セラミックスを得る。 About 0.1% by weight of palladium is mixed as a catalyst with respect to the amount of the raw material, and 5% by weight of caustic soda is added and stirred and kneaded. In order to fire this, it is molded into a suitable shape, and this molded body is fired in a heating furnace at about 1280 ° C. to 1380 ° C. for at least about 6 hours, at most about 12 hours, thereby obtaining a ceramic base material. Thereafter, the fired ceramic base material is pulverized and formed into ceramic powder particles having an average particle diameter of about 2 μm to 10 μm under heating. Thereby, a functional ceramic is obtained.
次に、図1等を参照して、このセラミックを利用した、気体改質ネット10、気体改質シート20、及び気体改質配管30について説明する。図1に示されるように、いずれの気体改質手段においても、上記工程によって得られたセラミックをバインダーに溶かしたバインダー溶液100を利用する。このバインダーとしては、常温硬化性バインダー樹脂や、紫外線硬化性バインダー樹脂、○○○○等、様々なものを利用できるが、ここでは○○○○を利用している。
Next, the gas reforming net 10, the
気体改質ネット10を得るには、まず、網目状のネット部材12を、バインダー溶液100内に投入し、ネット部材12の各素線の周囲にバインダー溶液100を塗布する。このネット部材12を取り出して、乾燥させることで気体改質ネット10を得る。この気体改質ネット10は、図2に拡大して示されるように、素線14の外表面に、バインダー102によってセラミック粒子104が固定されており、これにより、外表面自体が気体改質面14Aとして機能する。
In order to obtain the gas reforming net 10, first, the net-like
この気体改質ネット10は、図3に示されるように、自動車やバイク等の内燃機関において、空気を取り込むエアインテーク180に配置できる。詳細には、円筒状のエアーフィルター200の外周面に沿って気体改質ネット10を湾曲させて配置する。このようにすると、エアーフィルター200によって取り込まれる空気が、気体改質ネット10を通過するので、導入空気を改質する事ができ、燃費改善効果や、排気ガスのクリーン化を達成することが可能になる。また内燃機関から出される排気ガスの臭気も低減されるようになる。また、この気体改質ネット10は、網目状のネット部材12を素材として利用しているので、圧力損失も低減できる。なお、ここでは円筒状のエアーフィルター200に設置する場合を示したが、本発明はそれに限定されず、平面タイプのエアーフィルターにも利用できる。更に、エアーフィルター自体にバインダー溶液100をコーティングして、改質面を形成するようにしてもよい。
As shown in FIG. 3, the
また図4に示されるように、この気体改質ネット10は、ボイラー装置300におけるオイルバーナー302に空気を送り込むための送風機304に設置することも可能である。この場合、送風機304における空気取り込み口に 気体改質ネット10を設置すればよい。また、図5に示されるように、石油やガス等のファンヒータ400に設置することも可能である。この場合、背面側に搭載されているファン402の吸気口に気体改質ネット10を配置する。これらのようにすると、燃料効率が向上すると共に、温風の臭気を低減させる事ができる。
As shown in FIG. 4, the gas reforming net 10 can also be installed in a
次に、図6を参照して、気体改質シート20について説明する。この気体改質シート20を製造するには、まず、シート部材22を2枚用意して、それぞれに、刷毛24を利用してバインダー溶液100を塗布する。なお、本実施形態ではシート部材22として紙を用いている。この2枚のシート部材22を、塗布面が対向するようにして重ねて両者を密着させて乾燥させる。この結果、2枚のシート部材22の間に改質面22Aが形成された気体改質シート20を得ることができる。この気体改質シート20を、気体の流路内に配置すれば、改質面22Aの近傍を気体が通過するので、気体を改質することが可能になる。なお、ここでは改質面22Aが2枚のシート部材22に挟まれている場合を示したが、外表面にも塗布して改質面22Aを形成するようにしてもよい。
Next, the
次に図7を参照して、気体改質配管30について説明する。まず、気体を流すために用いる搬送管32を用意し、これをバインダー溶液100中に投入する。なお、ここでは断面が円形または方形となる搬送管について示すが、その形状は問わない。また搬送管32の素材も、金属、コンクリート、ゴム、樹脂等、各種利用できる。その後、この搬送管32をバインダー溶液100から取り出して乾燥させる。この結果、搬送管32の内壁に改質面32Aが形成された気体改質配管30を得ることができる。こ気体改質配管30によれば、管内の気体の流れを阻害することが無い。また、内壁から中心に向かって遠赤外線が放出されるので、気体の改質効率を更に高めることができる。
Next, the
図8には、この気体改質配管30を利用したガスコンロ500が示されている。このガスコンロ500では、ガスを供給するゴム素材のガス配管として、気体改質配管30を用いている。このようにすると、改質されたガスがガスコンロ500に供給されるので、燃焼効率が高められると共に、臭気を減らすことができる。
FIG. 8 shows a
図9には、この改質配管50を利用した燃料電池600が示されている。この燃料電池600は、例えば、水酸化ナトリウム水溶液602と、水酸化ナトリウム溶液602内に配置される2つの電極604、604と、一方の電極604を覆う水素供給ケース606と、他方の電極604を覆う酸素供給ケース608を備えている。更に、水素供給ケース606及び酸素供給ケース608のそれぞれには、各気体を供給するための気体改質配管30が配置されている。従って、水素と酸素のそれぞれは、気体改質配管30を通過して各供給ケース606、608に提供されるので、各気体が改質されて、電気の変換効率を高めることが可能になる。
FIG. 9 shows a
以上、本実施形態では、気体の流路中に、セラミック粒子104をバインダー102で塗布・固定することで得た改質面が配置されるので、近傍を通過する気体の改質を行うことが可能になる。また、セラミック粒子104が直接気体に接触できるので、間接的に改質する場合と比較して、改質効率を高めることが可能になる。特にこのセラミック粒子104は、電気分解で陰極に析出された素材を利用して製造されているので、多量の陰イオンを帯有している。この結果、セラミック粒子104自体のマイナスイオン効果を高めることが可能になる。マイナスイオンは金属等の搬送管を貫通できないが、本実施形態のように気体中に直接配置することで、気体に直接的に作用させることが可能になる。なお、ここではネット状の部材や配管に改質面を形成する場合に限って示したが、本発明はそれに限定されず、例えばハニカム構造部材にセラミック粒子を塗布して改質面を形成し、改質フィルタとして利用することも可能である。
As described above, in the present embodiment, since the modified surface obtained by applying and fixing the
[実施例] [Example]
図4で示したボイラー装置300を用いて、気体改質ネット10を装着した場合と未装着の場合とで、温度上昇速度の違いを比較した。具体的にはボイラー装置300として、昭和鉄工株式会社製ボイラー(SNW−2003A 冠水容量260L 200000kcal/h)を用いて、空気取込口に450mm×450mmのサイズの気体改質ネット10を適宜設置し、75度から始まって、82度まで上昇する際に要する時間を測定した。この結果を図10に示す。図からも明らかなように、気体改質ネット10を装着した場合は、未装着の場合と比較して、20%程度時間を短縮できることが明らかになった。これは、ボイラー装置300の燃焼効率が上昇していることを意味している。
Using the
次に、図5で示したファンヒータ400を用いて、気体改質ネット10を装着した場合と未装着の場合の送風気体のHC(炭化水素)濃度をそれぞれ2回計測した。ファンヒータ400として○○○○社製(OVF−G30A/型番004001475)を用い、温風を「強」に設定した後に「消化」を実行し、消化時に発生する風を回収してHC濃度を測定するようにした。この結果を図11に示す。図からも明らかなように、気体改質ネット10の装着時のHC濃度が、未装着時と比較して30%〜60%程度低減されていることが明らかとなった。
Next, using the
また、同様の条件の下で、気体改質ネット10を装着した場合と未装着の場合の送風気体の臭気を、簡易ニオイセンサーを用いて測定した。この結果を図12に示す。結果から明らかなように、気体改質ネット10の装着時の臭気は、未装着時と比較して低減していることが明らかとなった。
Moreover, under the same conditions, the odor of the blown gas when the
尚、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。 It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.
本発明の気体改質方法等によれば、気体を効果的に改質することが可能となるので、燃料電池、内燃機関、ボイラー等様々な用途に利用することが可能である。 According to the gas reforming method and the like of the present invention, the gas can be effectively reformed, and therefore, it can be used for various applications such as a fuel cell, an internal combustion engine, and a boiler.
10 気体改質ネット
20 気体改質シート
30 気体改質配管
180 エアインテーク
300 ボイラー装置
400 ファンヒータ
500 ガスコンロ
600 燃料電池
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