JP2009234909A - 反応装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 燃焼器6は上基板11と中基板12とを接合したものであり、接合面に燃焼用マイクロ流路15が形成されている。燃焼用マイクロ流路15は分岐しており、それぞれの端部に取込口19〜22、排出口23が形成されている。合流部30から合流部32までの経路31に水素用燃焼触媒34が形成され、合流部32から排出口23までの混合経路33に燃料用燃焼触媒35が形成されている。水素取込口21から取り込まれた水素は合流部30で空気と混合され、経路31を流れている時に、燃焼する。燃料取込口20から取り込まれた燃料は合流部24で空気と混合され、合流部32で経路31から流れてきた生成物で混合される。そして、燃料と空気等からなる混合気が経路33を流れている時に、燃焼する。
【選択図】 図4
Description
ところで、改質された水素は化学反応を起こし燃料電池のアノード極とカソード極の間をプロトンとして移動する際に電気を発生するが、一部の水素は上記化学反応しないまま残存することがある。水素を燃焼するのに適した燃焼触媒は、燃料を燃焼するのに適した燃焼触媒と組成成分比や組成成分自体が異なり、更には、水素の燃焼速度が、燃料の燃焼速度と異なる。この残存した水素を燃焼して得られた燃焼熱を改質器に供給しようとすると、特許文献1の加熱室では、十分水素が燃焼されなかったり、水素と燃料を同一箇所の同一種の燃焼触媒で燃焼させたりしているため、水素と燃料の両方を効率的に燃焼させることが難しい。
また、水素が水素経路を流れている時は水素に燃料が混合されていないので、水素が効率よく燃焼する。燃料経路に燃料用燃焼触媒が形成されている場合には、燃料が燃料経路を流れている時は燃料に水素が混合されていないので、燃料が効率よく燃焼する。一方、混合経路に燃料用燃焼触媒が形成されている場合には、水素は燃焼して水に化学変化した状態で合流部で燃料の混合するから、燃料が混合経路を流れている時は燃料に水素自体が混合されていないから、燃料が効率よく燃焼する。
このように、水素と燃料を別々に燃焼させているので、水素と燃料の両方を効率的に燃焼させることができる。
なお、反応器における燃料と水の反応とは、化学変化を伴う化学反応のみならず、状態変化を伴う反応も含む意味である。
また、第1燃焼器本体、第2燃焼器本体で発した燃焼熱が反応器に伝播し、反応器において燃料と水の反応が効率よく起こる。
なお、反応器における燃料と水の反応とは、化学変化を伴う化学反応のみならず、状態変化を伴う反応も含む意味である。
図1は、発電装置1のブロック図である。
発電装置1は、燃料と水を貯留した燃料容器2と、燃料容器2から供給された燃料と水から水素を生成する超小型反応炉であるマイクロリアクタ3と、マイクロリアクタ3で生成された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4と、を備える。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
2CH3OH+H2O→5H2+CO+CO2 …(2)
2CO+O2→2CO2 …(3)
気化器7は、燃料と水を効率的に気化するために100〜120℃に加熱することが好ましく、改質器8は、上記改質反応を効率的に引き起こすために250℃以上に加熱することが好ましく、一酸化炭素除去器9は、上記一酸化炭素除去反応を効率的に引き起こすために150〜180℃に加熱することが好ましい。
H2→2H++2e- …(4)
2H++1/2O2+2e-→H2O …(5)
燃料電池4の燃料極から水素等が燃焼器5,6の水素取込口21に流入し、燃料容器2から燃料が燃焼器5,6の燃料取込口20に流入し、外部から空気が燃焼器5,6の空気取込口19,22に流入する。燃焼用マイクロ流路15においては、水素取込口21からの水素等と空気取込口22からの空気が合流部30で混合され、その混合気が水素経路31を流れている間、合流部32に到達する前に水素用燃焼触媒34に接することによって水素が燃焼し(酸化し)、燃焼熱が発する。また、燃料取込口20からの燃料と空気取込口19からの空気が合流部24で混合し、これら燃料と空気の混合気が水素経路31を流れてきた混合気と合流部32で混合され、その混合気が混合経路33を流れている時に燃料用燃焼触媒35に接することによって、混合気中の燃料が燃焼し(酸化し)、燃焼熱が発し、これら水素燃焼及び燃料燃焼による排気ガスが排出口23から排出される。なお、薄膜ヒータ36が発熱することによって、燃料や水素の反応速度が向上する。
図5を用いて第2の実施形態における反応装置について説明する。この反応装置が第1の実施形態の反応装置10,50と異なる点は、燃焼器5,6の空気取込口19及び空気経路26が設けられていないことである。その他については、第1の実施の反応装置10,50と同じであるため、第2の実施形態の反応装置については第1の実施形態の反応装置10のいずれかの部分と同一の部分に対して同一の符号を付し、同一の部分についての説明は省略する。ここで、図5は、第2の実施形態における反応装置の上基板11における中基板12との接合面側を示した平面図である。
図6を用いて第3の実施形態における反応装置について説明する。
第1の実施の反応装置10,50では、水素と燃料が同じ燃焼用マイクロ流路15を流れているが、第3の実施形態の反応装置では、水素と燃料が別々のマイクロ流路を流れる。第3の実施形態の反応装置については第1の実施形態の反応装置10,50のいずれかの部分と同一の部分に対して同一の符号を付し、同一の部分についての説明は省略する。ここで、図6は、第2の実施形態における反応装置の上基板111(第1の実施形態における上基板11に対応する)の中基板12との接合面を示した平面図である。
図7を用いて、第4の実施形態における発電装置201について説明する。図7は、第4の実施形態における発電装置201のブロック図である。
燃料電池204の燃料極から水素等が第2燃焼器205,206の水素取込口221に流入し、燃料容器202から燃料が第1燃焼器295,296の燃料取込口232に流入し、外部から空気が燃焼器205,206,295,296の取込口220,231に流入する。第2マイクロ流路219においては、水素等と空気が合流部223で混合され、その混合気が第2マイクロ流路219を流れている時に水素が水素用燃焼触媒227に接することによって水素が燃焼し、燃焼熱が発する。また、第1マイクロ流路230においては、燃料と空気が合流部234で混合し、燃料と空気の混合気が第1マイクロ流路230を流れている時に燃料が燃料用燃焼触媒238に接することによって、燃料が燃焼し、燃焼熱が発する。
7 気化器(反応器)
8 改質器(反応器)
11 上基板(燃焼器本体の一部)
12 中基板(燃焼器本体の一部)
15 マイクロ流路(流路)
19,22 空気取込口
20 燃料取込口
21 水素取込口
25,27 燃料経路
29,31 水素経路
33 混合経路
34 水素用燃焼触媒
35 燃料用燃焼触媒
119 第1空気取込口
122 第2空気取込口
120 燃料取込口
121 水素取込口
131 第2マイクロ流路(第2流路)
133 第1マイクロ流路(第1流路)
134 水素用燃焼触媒
135 燃料用燃焼触媒
207 気化器(反応器)
208 改質器(反応器)
210,250 反応装置
211 上基板(第2燃焼器本体の一部)
212 中基板(第2燃焼器本体の一部)
213 中基板(第1燃焼器本体の一部)
214 下基板(第1燃焼器本体の一部)
219 第2マイクロ流路(第2流路)
220 第2空気取込口
221 水素取込口
227 水素用燃焼触媒
230 第1マイクロ流路(第1流路)
231 第1空気取込口
232 燃料取込口
238 燃料用燃焼触媒
Claims (10)
- 流路を形成した燃焼器本体と、
前記流路の一部に形成された水素用燃焼触媒と、
前記流路の別の一部に形成された燃料用燃焼触媒と、を備えることを特徴とする燃焼器。 - 前記流路は、燃料を取り込む燃料取込口から合流部までの燃料経路と、水素を取り込む水素取込口から前記合流部までの水素経路と、前記合流部から排出口までの混合経路とからなり、
前記水素用燃焼触媒を前記水素経路に形成し、前記燃料用燃焼触媒を前記混合経路と前記燃料経路とのうちの少なくとも一方に形成したことを特徴とする請求項1に記載の燃焼器。 - 前記流路に空気を取り込む空気取込口を前記燃焼器本体に形成したことを特徴とする請求項1又は2に記載の燃焼器。
- 第1流路及び第2流路を形成した燃焼器本体と、
前記第1流路に形成された燃料用燃焼触媒と、
前記第2流路に形成された水素用燃焼触媒と、を備えることを特徴とする燃焼器。 - 前記第1流路に燃料を取り込む燃料取込口を前記燃焼器本体に形成し、前記第2流路に水素を取り込む水素取込口を前記燃焼器本体に形成したことを特徴とする請求項4に記載の燃焼器。
- 前記第1流路に空気を取り込む第1空気取込口を前記燃焼器本体に形成し、前記第2流路に空気を取り込む第2空気取込口を前記燃焼器本体に形成したことを特徴とする請求項4又は5に記載の燃焼器。
- 燃料と水の反応を起こさせる反応器に前記燃焼器本体を一体化して設けたことを特徴とする請求項1から6の何れか一項に記載の燃焼器。
- 燃料と水の反応を起こさせる反応器と、
第1流路を形成し、前記反応器に一体化して設けた第1燃焼器本体と、
第2流路を形成し、前記反応器に一体化して設けた第2燃焼器本体と、
前記第1流路に形成された燃料用燃焼触媒と、
前記第2流路に形成された水素用燃焼触媒と、を備えることを特徴とする反応装置。 - 前記第1流路に燃料を取り込む燃料取込口を前記第1燃焼器本体に形成し、前記第2流路に水素を取り込む水素取込口を前記第2燃焼器本体に形成したことを特徴とする請求項8に記載の反応装置。
- 前記第1流路に空気を取り込む第1空気取込口を前記第1燃焼器本体に形成し、前記第2流路に空気を取り込む第2空気取込口を前記第2燃焼器本体に形成したことを特徴とする請求項8又は9に記載の反応装置。
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