JP3738464B2

JP3738464B2 - 水素発生装置

Info

Publication number: JP3738464B2
Application number: JP03879195A
Authority: JP
Inventors: 原保雄桑; 岡晃松
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 1995-02-27
Filing date: 1995-02-27
Publication date: 2006-01-25
Anticipated expiration: 2021-01-25
Also published as: JPH08231202A

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、水素発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来技術としては、水蒸気改質法及び部分酸化改質法を用いた装置が知られている。
【０００３】
前者の水蒸気改質法は、反応管内にメタノールと水を混入して、反応管に熱を加えることによって両者を下式の如く反応させ、水素を得るものである。
【０００４】
ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋３Ｈ2
上記水蒸気改質法の長所としては、得られる改質ガス中の水素濃度が高いことが挙げられるが、短所として▲１▼水の貯蔵手段及び加熱手段が必要であるため構造が複雑であり小型化が困難であること、▲２▼吸熱反応であるために加熱が必要であること、が挙げられる。このため、装置の搭載性（装置が大型化する）、始動性（始動開始から十分な水素が得られるまでに時間が掛かる）、応答性（発生される水素量を一時的に増大させたい場合に必要量が発生されるまでに時間が掛かる）が悪いという問題点があった。
【０００５】
このような問題点から後者の部分酸化改質法が提案されている。この方法を用いた装置としては、特開昭６２−５９５０１号公報に開示されるような装置が知られている。これは、タンク内に貯えられている液体のメタノールを気化させて酸素（空気）と混合させ、この混合流体を触媒が収納されたハウジング内に供給管を通じて流入させることによって、両者を下式の如く反応させ、水素を得るものである。
【０００６】
ＣＨ3 ＯＨ＋ 1/2Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2
上記部分酸化改質法の長所としては、▲１▼構造がシンプルであるために装置を小型化できること、▲２▼発熱反応であるために反応を起こさせるための熱源が不要であること、が上げられる。このため、装置の搭載製（即ち小型化）、始動性、応答性を良好なものとすることができる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記した特開昭６２−５９５０１号公報に開示される技術では、メタノールと酸素とを反応させることにより水素を発生させているものであり、そのときに発生する反応熱は外部に放出していたため、この分の熱エネルギーが無駄となり効率の悪いものであった。
【０００８】
本発明は、効率の良好な水素発生装置の提供を技術的課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記した技術的課題を解決するために請求項１の発明において講じた技術的手段は、内部空間内に触媒が充満されているハウジングと、内部空間内の上流側に開口した第１供給管と、内部空間内で反応して発生される改質ガスが内部空間から流れ出るための吹き出し管と、第１供給管に接続されたメタノール供給手段と、第１供給管に接続された酸素供給手段とを備えた水素発生装置において、第１供給管は内部空間内に挿入され、第１供給管の内部空間内に挿入されている部分に配設され触媒の熱を吸収し第１供給管に伝達する熱伝導手段を備えたことである。
【００１０】
更に効率の良い水素発生装置を提供するために請求項２の発明において講じた技術的手段は、内部空間内の下流側に開口しメタノール供給手段に接続された第２供給管と、第２供給管に接続された水供給手段とを備えたことである。
【００１１】
【作用】
請求項１の発明においては、メタノール供給手段と酸素供給手段より第１供給管に供給されたメタノールと酸素の混合流体は、第１供給管の開口から触媒中に吹き出される。このとき、第１供給管は熱交換手段を介して触媒中の熱を吸収しているために、第１供給管内を通るメタノール（液体）が第１供給管内で気化されて触媒中に供給される。供給されたメタノールと酸素の混合流体は、ホットスポット領域（第１供給管の開口部近傍）において触媒に接触することによって下式の如く反応する。
【００１２】
ＣＨ3 ＯＨ＋ 1/2Ｏ2 → ＣＯ2 ＋２Ｈ2 （発熱反応）
この反応によって発生した改質ガス（二酸化炭素と水素の混合ガス）は、吹き出し管より順次吹き出される。
【００１３】
請求項２の発明においては、第２供給管にて内部空間内の下流側にメタノールと水とを供給することによって、上記メタノールと酸素の反応熱により加熱されている触媒の熱により、メタノールと水は下式の如く反応する。
【００１４】
ＣＨ3 ＯＨ＋Ｈ2 Ｏ → ＣＯ2 ＋３Ｈ2 （吸熱反応）
この反応によって発生した改質ガスは、上記と同様に吹き出し管より順次吹き出される。
【００１５】
【実施例】
本発明に係る一実施例を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は本発明に係る第１実施例の水素発生装置の構成図である。同図において、ハウジング１０の内部空間１０ａ内には、触媒１１が充満されている。触媒１１には、銅触媒、ニッケル触媒、貴金属触媒等が用いられる。
【００１７】
ハウジング１０の図中下面には、開口部１２ａがハウジングの内部空間１０ａ内に図中上向きに開口した第１供給管１２が挿入されている。この第１供給管１２の開口部１２ａは内部空間１０ａの図中上部（上流側）に位置し、更に、第１供給管１２のうちハウジング内部空間１０ａ内に位置している部分には、熱交換手段であるステンレス製の円環１３が固定されている。又、第１供給管１２は、後述するメタノール供給手段及び酸素供給手段に接続されている。
【００１８】
一方、ハウジング１０の図中下方には、開口部１４ａがハウジングの内部空間１０ａ内の図中下部（下流側）に開口した第２供給管１４が挿入されている。この第２供給管１４は、内部空間１０ａの内壁に沿って螺旋状に配設されている。
【００１９】
又、第２供給管１４は、後述するメタノール供給手段及び水供給手段に接続されている。
【００２０】
メタノール供給手段は、液体のメタノールを貯えるメタノールタンク２０と、このメタノールタンク２０内に貯えられているメタノールを第１供給管１２及び第２供給管１４に順次供給するためのメタノールポンプ２１とから構成されている。尚、２２、２３は、メタノールの逆流及び酸素及び水がメタノールタンク２０内に流入するのを防止する一方向弁を示している。
【００２１】
酸素供給手段は、酸素（空気）を取り入れる取り入れ口３０と、この取り入れ口３０から吸い込んだ酸素中のゴミを取り除くフィルター３１と、酸素を第１供給管１２に順次供給するためのエアポンプ３２とから構成されている。尚、本実施例では、取り入れ口３０より空気を取り入れることにより酸素を得ているが、液体として封入した酸素タンクを用いてもよい。
【００２２】
水供給手段は、水を貯える水タンク４０と、この水タンク４０内に貯えられている水を第２供給管に供給するウォータポンプ４１とから構成されている。
【００２３】
一方、ハウジング１０の図中下面には、ハウジング１０内で反応して発生する改質ガスが流れだすための吹き出し管１５が取り付けられている。この吹き出し管１５を流れる改質ガスは、例えば燃料電池に供給されて電力の発生源として利用される。
【００２４】
尚、メタノールポンプ２１、エアポンプ３２、ウォータポンプ４１の作動制御は、図示しない制御装置により成される。
【００２５】
上記した第１実施例の水素発生装置の作用を説明する。
【００２６】
第１供給管１２からは、メタノールと酸素の混合流体が内部空間１０ａに向けて供給されるが、このとき第１供給管１２の内部空間１０ａ内に位置している部分は、円環１３を介して触媒１１の熱が伝達されていて加熱されているために、第１供給管１２を通るメタノールはその熱で気化されて内部空間１０ａ内に図中上向きに供給される。メタノールと酸素は、第１供給管１２の開口部１２ａ近傍のホットスポット領域ＨＳにて触媒１１と接触することにより反応され、水素と二酸化炭素とからなる改質ガスが発生される。改質ガスは、順次下流側（図中下方）に流れ、吹き出し管１５より流れ出す。
【００２７】
一方、第２供給管１４の内部空間１０ａ内に位置する部分は、上記メタノールと酸素の反応熱により加熱されている触媒１１の熱によって加熱されていて、第２供給管１４から供給されるメタノールと水の混合流体が、第２供給管１４の内部空間１０ａ内に位置する部分を通過するうちに気化されて内部空間１０ａの下流側に供給される。内部空間１０ａ内に供給されたメタノールと水は、触媒１１の熱により反応されて、水と二酸化炭素とからなる改質ガスが発生される。この改質ガスは、上記と同様に順次下流側に流れ、吹き出し管１５より流れ出す。
【００２８】
本実施例においては、メタノールと酸素の反応熱を、液体のメタノールを気化させるのに利用しているために、従来大気中に放熱していた熱を利用することができて効率がよいものである。
【００２９】
又、本実施例においては、液体のメタノールを気化させるための気化器を廃止することができて装置の小型化、コスト低減に繋がる。
【００３０】
又、本実施例においては、メタノールと酸素の反応熱を、メタノールと水を反応させるために利用しているために、従来大気中に放熱していた熱を利用することができて効率がよいものである。
【００３１】
又、本実施例においては、第１供給管１２の開口部１２ａを図中上向きに配設しているために、第１及び第２供給管１２、１４、並びに吹き出し管１５を下側に集めることができて、コンパクトに構成することができる。又、下向きに配設した場合も同様である。
【００３２】
尚、上記した本実施例においては、熱交換手段として円環１３を採用しているが、特にこれに限定するものではなく、第１供給管１２の外周にフィンを設けたりしてもよい。要は、触媒１１の熱を効果的に第１供給管１２に伝達することができればよい。更に、第１供給管１２にのみ熱交換手段である円環１３を取り付けているが、第２供給管１４にもとりつけるようにしてもなんら問題はない。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１の発明においては、メタノールと酸素の反応熱を、液体のメタノールを気化させるのに利用しているために、従来大気中に放熱していた熱を利用することができて効率がよいものである。又、液体のメタノールを気化させるための気化器を廃止することができて装置の小型化、コスト低減に繋がる。
【００３４】
請求項２の発明においては、メタノールと酸素の反応熱を、メタノールと水を反応させるために利用しているために、従来大気中に放熱していた熱を利用することができて効率がよいものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水素発生装置の構成図を示す。
【符号の説明】
１０・・・ハウジング
１０ａ・・・内部空間
１１・・・触媒
１２・・・第１供給管
１２ａ・・・開口部
１３・・・円環（熱交換手段）
１４・・・第２供給管
１４ａ・・・開口部
１５・・・吹き出し管
２０・・・メタノールタンク（メタノール供給手段）
２１・・・メタノールポンプ（メタノール供給手段）
３０・・・取り入れ口（酸素供給手段）
３１・・・フィルター（酸素供給手段）
３２・・・エアポンプ（酸素供給手段）
４０・・・水タンク（水供給手段）
４１・・・ウォータポンプ（水供給手段）

Claims

内部空間内に触媒が充満されているハウジングと、
前記内部空間内の上流側に開口した第１供給管と、
前記内部空間内で反応して発生される改質ガスが前記内部空間から流れ出るための吹き出し管と、
前記第１供給管に接続されたメタノール供給手段と、
前記第１供給管に接続された酸素供給手段とを備えた水素発生装置において、
前記第１供給管は前記内部空間内に挿入され、前記第１供給管の前記内部空間内に挿入されている部分に配設され前記触媒の熱を吸収し前記第１供給管に伝達する熱伝導手段を備えたことを特徴とする水素発生装置。
前記内部空間内の下流側に開口し前記メタノール供給手段に接続された第２供給管と、
該第２供給管に接続された水供給手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載の水素発生装置。