JP5211566B2 - POWER GENERATION DEVICE, ELECTRONIC DEVICE, AND POWER GENERATION METHOD - Google Patents
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Description
本発明は、発電装置、電子機器及び発電方法に関し、特に燃料と水の改質を経て得られた水素の電気化学反応により発電する発電装置及び発電方法に関するとともに、その発電装置を備えた電子機器に関する。 The present invention relates to a power generation device, an electronic device, and a power generation method, and more particularly to a power generation device and a power generation method that generate power by an electrochemical reaction of hydrogen obtained through reforming of fuel and water, and an electronic device including the power generation device. About.
近年、エネルギー変換効率の高いクリーンな電源として燃料電池が注目されるようになり、燃料電池自動車や電化住宅などへの実用化が進められてきている。また、小型化、高機能化が進められている携帯電話機やノート型パソコンなどにおいても、電源として燃料電池を用いるための研究、開発が進められている。 In recent years, fuel cells have attracted attention as clean power sources with high energy conversion efficiency, and are being put to practical use in fuel cell vehicles and electrified houses. In addition, research and development for using a fuel cell as a power source are also being promoted in mobile phones and notebook personal computers that are being downsized and highly functional.
燃料電池としては、水素と酸素の電気化学反応により発電するものがある。その燃料電池には周辺機器として気化器、改質器及び一酸化炭素除去器が設けられている(例えば、特許文献1、特許文献2参照)。液体燃料や水が気化器にて気化し、その燃料と水の混合気が改質器に送られて、その改質器で水素等が生成され、その生成ガス中の一酸化炭素が一酸化炭素除去器で優先的に除去され、一酸化炭素が除去された生成ガスが燃料電池の燃料極に送られる。燃料電池の空気極には空気が送られ、燃料電池の電解質膜を通じた水素と酸素の電気化学反応によって発電が起こる。燃料電池の燃料極は一酸化炭素によって被毒してしまうので、生成ガス中の一酸化炭素を除去するのである。そして、このような装置を定常的に動作させて、改質器で生成される一酸化炭素が一酸化炭素除去器の能力を超えないようにしている。
ところが、何らかの原因により、改質器で生成される一酸化炭素が増えてしまうことがある。一酸化炭素の生成量が増えてしまっても、燃料電池の燃料極の被毒を抑えるべく、一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やすことが行われている(特許文献1参照)。一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やせば、一酸化炭素除去器において一酸化炭素が酸化しやすくなるためである。 However, carbon monoxide produced in the reformer may increase for some reason. Even if the amount of carbon monoxide produced increases, the flow rate of air supplied to the carbon monoxide remover is increased in order to suppress poisoning of the fuel electrode of the fuel cell (see Patent Document 1). . This is because if the flow rate of the air supplied to the carbon monoxide remover is increased, the carbon monoxide is easily oxidized in the carbon monoxide remover.
しかしながら、一酸化炭素除去器に供給する空気流量を増やすと、一酸化炭素のみならず、水素も酸化してしまう。それゆえ、燃料電池の燃料極に供給される水素が減り、燃料電池の発電効率が低下してしまう。また、一酸化炭素除去器で水素が酸化してしまうと、一酸化炭素除去器が酸化熱により昇温し、一酸化炭素を優先的に酸化し得る温度範囲を超えてしまうこともあり、ますます一酸化炭素除去器における一酸化炭素の酸化効率が低下してしまう。 However, if the air flow rate supplied to the carbon monoxide remover is increased, not only carbon monoxide but also hydrogen is oxidized. Therefore, the hydrogen supplied to the fuel electrode of the fuel cell is reduced, and the power generation efficiency of the fuel cell is reduced. In addition, if hydrogen is oxidized by the carbon monoxide remover, the temperature of the carbon monoxide remover rises due to the heat of oxidation, which may exceed the temperature range in which carbon monoxide can be preferentially oxidized. Increasingly, the oxidation efficiency of carbon monoxide in the carbon monoxide remover decreases.
そこで、本発明が解決しようとする課題は、一酸化炭素除去器に供給する空気の流量を増やして一酸化炭素除去器の酸化能力を強制的に上げることせずに、燃料電池の燃料極に供給される一酸化炭素の量を低い状態で安定させることである。 Therefore, the problem to be solved by the present invention is to increase the flow rate of the air supplied to the carbon monoxide remover to forcibly increase the oxidation capacity of the carbon monoxide remover, and to the fuel electrode of the fuel cell. It is to stabilize the amount of carbon monoxide supplied in a low state.
以上の課題を解決するため、請求項1に係る発明によれば、
燃料極、空気極及び電解質膜を有した燃料電池と、
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記改質器から送られてきた生成ガス中の一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、
前記改質器から前記一酸化炭素除去器に送られる生成ガスを凝縮する凝集器と、
前記凝集器によって得られたものを生成ガスと液体とに分離し、その分離した生成ガスを前記一酸化炭素除去器に送出する気液分離器と、
を備え、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る前記燃料と前記水の流量を増加させることを特徴とする発電装置が提供される。
In order to solve the above problems, according to the invention according to
A fuel cell having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte membrane;
A reformer that produces hydrogen from fuel and water;
A carbon monoxide remover that oxidizes carbon monoxide in the product gas sent from the reformer and sends the product gas from which carbon monoxide has been removed to the fuel electrode;
A carbon monoxide concentration sensor for detecting a carbon monoxide concentration in a product gas sent from the carbon monoxide remover to the fuel electrode;
A coagulator for condensing the product gas sent from the reformer to the carbon monoxide remover;
A gas-liquid separator that separates the product obtained by the aggregator into a product gas and a liquid, and sends the separated product gas to the carbon monoxide remover;
With
When said detected density of the carbon monoxide concentration sensor exceeds a predetermined threshold value, the power generation device according to claim Rukoto increasing the flow rate of the water and the fuel sent to the reformer is provided.
請求項2に係る発明によれば、
燃料と水を前記改質器に送るとともに、その流量を調整する供給器と、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき前記供給器による流量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の発電装置が提供される。
According to the invention of
A feeder for sending fuel and water to the reformer and adjusting the flow rate ;
A controller for controlling the flow rate by the feeder based on the detected concentration of the carbon monoxide concentration sensor;
The power generator according to
請求項3に係る発明によれば、
前記気液分離器で分離した液体が供給され、その供給された液体を燃焼させる燃焼器を更に備えることを特徴とする請求項1又は2に記載の発電装置が提供される。
According to the invention of
The gas-liquid liquid separated in the separator is supplied, the power generation device according to
請求項4に係る発明によれば、前記燃焼器には、前記燃料極に送られた生成ガスのうち未反応のガスが更に供給されることを特徴とする請求項3に記載の発電装置が提供される。
According to the invention according to
請求項5に係る発明によれば、請求項1から4の何れかに記載の発電装置を備えることを特徴とする電子機器が提供される。
According to the invention which concerns on
請求項6に係る発明によれば、
燃料と水を改質器に供給して水素を生成し、前記改質器で生成された生成ガスを一酸化炭素除去器に送って生成ガス中の一酸化炭素を除去し、前記一酸化炭素除去器で一酸化炭素を除去した生成ガスを燃料電池の燃料極に送って発電するに際して、
凝集器により、前記改質器から前記一酸化炭素除去器に送られる生成ガスを凝縮し、
気液分離器により、前記凝集器によって得られたものを生成ガスと液体とに分離し、その分離した生成ガスを前記一酸化炭素除去器に送出し、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知し、その検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る前記燃料と前記水の流量を増加させることを特徴とする発電方法が提供される。
According to the invention of
Fuel and water are supplied to the reformer to generate hydrogen, and the generated gas generated in the reformer is sent to a carbon monoxide remover to remove carbon monoxide in the generated gas, and the carbon monoxide When the generated gas from which carbon monoxide has been removed by the remover is sent to the fuel electrode of the fuel cell to generate electricity,
The coagulator condenses the product gas sent from the reformer to the carbon monoxide remover,
The gas-liquid separator separates the product obtained by the aggregator into a product gas and a liquid, and sends the separated product gas to the carbon monoxide remover.
The carbon monoxide concentration in the product gas is detected to be sent from the carbon monoxide remover to the fuel electrode, if the detected concentration exceeds a predetermined threshold value, the flow rate of the water and the fuel sent to the reformer generator wherein the Rukoto increase is provided.
本発明によれば、一酸化炭素除去器から燃料電池に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度が一酸化炭素濃度センサによって検知され、改質器に送る燃料と水の流量がその検知濃度に基づいて制御されるので、一酸化炭素除去器から燃料電池に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を低い状態に保つことができる。それゆえ、燃料電池の燃料極の被毒の防止を長期保つことができる。 According to the present invention, the carbon monoxide concentration in the product gas sent from the carbon monoxide remover to the fuel cell is detected by the carbon monoxide concentration sensor, and the flow rates of the fuel and water sent to the reformer are the detected concentrations. Therefore, the concentration of carbon monoxide in the product gas sent from the carbon monoxide remover to the fuel cell can be kept low. Therefore, prevention of poisoning of the fuel electrode of the fuel cell can be maintained for a long time.
以下に、本発明を実施するための好ましい形態について図面を用いて説明する。但し、以下に述べる実施形態には、本発明を実施するために技術的に好ましい種々の限定が付されているが、発明の範囲を以下の実施形態及び図示例に限定するものではない。 Hereinafter, preferred embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. However, although various technically preferable limitations for implementing the present invention are given to the embodiments described below, the scope of the invention is not limited to the following embodiments and illustrated examples.
図1は、発電装置1のブロック図である。この発電装置1は、例えばノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話機、PDA(Personal Digital Assistant)、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、その他の電子機器の本体に備え付けられるものであり、これらの電子機器本体を動作させるための電源として用いられる。
FIG. 1 is a block diagram of the
発電装置1は、貯留容器2、供給器3、気化器4、反応装置5、凝集器10、気液分離器11、一酸化炭素濃度センサ12、燃料電池13及びエアポンプ17〜19を備える。
The
貯留容器2には、燃料(例えば、メタノール、エタノール、ジメチルエーテル、ブタン、ガソリン)と水が混合した状態で貯留されている。貯留容器2は電子機器本体に対して着脱可能とされており、供給器3、気化器4、反応装置5、凝集器10、気液分離器11、一酸化炭素濃度センサ12、燃料電池13及びエアポンプ17〜19は電子機器本体に内蔵されている。そして、貯留容器2が電子機器本体に装着されると、貯留容器2から供給器3への経路が確立される。
The
供給器3は、貯留容器2に貯留された混合液を気化器4に送出するとともに、その送出する混合液の流量をする制御するものである。例えば、供給器3は、動作速度可変式のポンプと開度可変式のバルブの組み合わせであって、ポンプの動作速度若しくはバルブの開度を又は動作速度と開度の両方を調整することで流量を制御するものである。
気化器4は、貯留容器2から送られてきた混合液を気化させるものである。
The
The
反応装置5は、気化器4から送られた燃料と水の混合気を反応させて、水素を生成するものである。ここで、反応装置5は、気化器4から送られてきた燃料と水の混合気を触媒により反応させて水素等を生成する改質器7と、改質器7で生成されたガス中に含まれる一酸化炭素を触媒によって優先的に酸化させて一酸化炭素を除去する一酸化炭素除去器8と、改質器7及び一酸化炭素除去器8を加熱する触媒燃焼器9と、改質器7、一酸化炭素除去器8及び触媒燃焼器9を収容した断熱パッケージ6と、を備える。
The
図2は、反応装置5を概略的に示した断面図である。
図2に示すように、改質器7、一酸化炭素除去器8及び触媒燃焼器9は反応装置5の本体31に組み込まれたものであり、この本体31が断熱パッケージ6内に収容されている。本体31は複数の基板を積層したものであり、各基板の接合面にチャネルが凹設され、チャネルの壁面に触媒が担持され、これら基板が接合されてチャネルが基板によって蓋をされることで、チャネルが流路となる。図2においては、流路32が改質器7の流路であり、流路32の壁面に触媒(例えば、Pd/ZnO系触媒、Cu/ZnO系触媒)が担持されるとともに、ヒータ・温度計を兼ねた温度依存性電気抵抗体パターン33が流路32の壁面に形成されている。流路34が一酸化炭素除去器8の流路であり、流路34の壁面に触媒(例えば、Pt系触媒)が担持されるとともに、ヒータ・温度計を兼ねた温度依存性電気抵抗体パターン35が流路34の壁面に形成されている。流路36が触媒燃焼器9の流路であり、流路36の壁面に触媒(例えば、Pt系触媒)が担持されている。温度依存性電気抵抗体パターン33,35がリード線37,38にそれぞれ接続され、リード線37,38が断熱パッケージ6を貫通してその外側まで配索されている。本体31には多管材39が連結され、多管材39内の各流路によって、図1に示すような反応装置5の改質器7、一酸化炭素除去器8及び触媒燃焼器9に対する反応物や生成物の取り込み・排出が行われる。
FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing the
As shown in FIG. 2, the
なお、燃料がメタノールの場合、改質器7の流路32では、触媒によって次式(1)、(2)のような化学反応が起こる。
CH3OH+H2O→3H2+CO2 …(1)
H2+CO2→H2O+CO …(2)
When the fuel is methanol, a chemical reaction such as the following formulas (1) and (2) occurs in the
CH 3 OH + H 2 O → 3H 2 + CO 2 (1)
H 2 + CO 2 → H 2 O + CO (2)
図1に示すように、反応装置5の外部であって改質器7から一酸化炭素除去器8までの経路の間には、凝集器10と気液分離器11が設けられている。凝集器10は、改質器7より送出された混合気を熱交換等によって冷却するものであり、混合気中の未反応(未改質)燃料を凝縮させるものである。気液分離器11は、凝集器10より送出された気体(水素ガス等)と液体(燃料等)を分離するものである。気液分離器11は、例えば特開2005−238217号公報に記載された気液分離器であるが、その他の気液分離器であってもよい。
As shown in FIG. 1, an
気液分離器11で分離された液体は触媒燃焼器9に送られ、その液体が触媒燃焼器9の流路36に送られる。触媒燃焼器9には、気液分離器11で分離された液体のほか、エアポンプ19によって空気も送られる。触媒燃焼器9では、気液分離器11で分離された液体が流路36内で気化して燃焼される。液体を気化させる熱源として別途ヒータ等を設置してもよいが、触媒燃焼器9の熱により気化されるような構成にすれば、簡易なシステムとなる。このエアポンプ19は空気を触媒燃焼器9に供給するとともに、その空気の流量を調整するものである。
The liquid separated by the gas-liquid separator 11 is sent to the
一方、気液分離器11で分離された気体は一酸化炭素除去器8に送られる。一酸化炭素除去器8には、気液分離器11で分離された気体のほか、エアポンプ17によって酸化剤としての空気も送られる。一酸化炭素除去器8では、気液分離器11で分離された気体が空気と混合して、その混合気が流路34を流動している際に、混合気中の一酸化炭素が触媒により優先的に酸化される。ここでは空気が、混合気を酸化させる酸化剤になる。酸化剤としては、空気でなく、酸素であってもかまわない。これにより、混合気中の一酸化炭素が除去される。このエアポンプ17は空気を一酸化炭素除去器8に供給するとともに、その空気の流量を調整するものである。
On the other hand, the gas separated by the gas-liquid separator 11 is sent to the
反応装置5の外部において、一酸化炭素除去器8の下流側には一酸化炭素濃度センサ12が連結されて、その一酸化炭素濃度センサ12の下流側には、燃料電池13の燃料極14に連結されている。
A carbon
一酸化炭素除去器8より送出された混合気は、一酸化炭素濃度センサ12を経由して、燃料電池13の燃料極14に送られる。一酸化炭素濃度センサ12は、一酸化炭素除去器8から燃料電池13の燃料へ送られる混合気中の一酸化炭素濃度を検知し、その一酸化炭素濃度を電気信号に変換するものである。
The air-fuel mixture sent from the
一酸化炭素濃度センサ12は、例えば特開2006−221822号公報に記載されたダミー発電セル(ダミー燃料電池)であるが、その他の一酸化炭素濃度センサであってもよい。一酸化炭素濃度センサ12がダミー発電セルである場合、一酸化炭素濃度センサ12は一酸化炭素除去器8から送られた混合気中の水素により発電し、その出力電力が混合気中の一酸化炭素濃度に依存する特性(具体的には、一酸化炭素濃度が高くなるにつれて出力電力が低くなる特性)を持つ。これにより、混合気中の一酸化炭素濃度が出力電力として電気信号に変換される。具体的には、一酸化炭素濃度センサ12は、電解質膜と、電解質膜の一方の面に形成された燃料極と、他方の面に形成された空気極と、を備えるものとなる。一酸化炭素濃度センサ12の燃料極には、一酸化炭素除去器8から混合気が送られ、一酸化炭素濃度センサ12の空気極には、エアポンプ等から空気が送られる。一酸化炭素濃度センサ12の燃料極は、耐CO被毒性に乏しいPt/C触媒、Pt担持量を減らしてCO被毒性を低下させた触媒、その他の一酸化炭素に被毒しやすい触媒であるから、一酸化炭素除去器8から一酸化炭素濃度センサ12の燃料極に送られる混合気中の濃度変化が小さくとも、一酸化炭素濃度センサ12の出力電力が大きく変化する。そのため、一酸化炭素濃度センサ12は一酸化炭素濃度についての検知感度が大きい。
The carbon
燃料電池13は、電解質膜15と、電解質膜15の一方の面に形成された燃料極14と、他方の面に形成された空気極16と、を備える。燃料極14は、一酸化炭素濃度センサ12から連結され、空気極16には、エアポンプ18が連結されている。一酸化炭素除去器8から送出された混合気は一酸化炭素濃度センサ12を経由して燃料極14に供給され、外部の空気がエアポンプ18によって空気極16に送られる。燃料極14に供給された混合気中の水素が、電解質膜15を介して、空気極16に供給された空気中の酸素と電気化学反応する。これにより、燃料極14と空気極16との間で電力が生じる。なお、電解質膜15は固体高分子電解質膜であるが、その他の電解質膜であってもよい。
The
このエアポンプ18は空気を燃料電池13の燃料極14に供給するとともに、その空気の流量を調整するものである。
The
燃料極14は触媒燃焼器9に連結され、燃料極14において未反応の水素等が触媒燃焼器9に送られる。そのため、触媒燃焼器9では、気液分離器11より送出された燃料のほか、燃料電池13の燃料極14より送出された水素も燃焼する。以上のように、貯留容器2から触媒燃焼器9までの経路で生成された各種の反応物が、触媒燃焼器9から排出される。
The
発電装置1には二次電池やDC/DCコンバータ等が備えられ、燃料電池13の発電によって得られた電気エネルギーは二次電池に充電されたり、電子機器本体の電源として用いられたりする。DC/DCコンバータは、燃料電池13から二次電池への充電過程、燃料電池13から電子機器本体への電力供給過程、二次電池から電子機器本体への電力供給過程において適切な電圧に変換するものである。
The
図3に示すように、この発電装置1は制御部20を更に有する。制御部20は例えばCPU、RAM、ROM等を有するマイクロコンピュータである。一酸化炭素濃度センサ12によって検知された一酸化炭素濃度を表す信号は一酸化炭素濃度センサ12から出力され、制御部20に入力される。
As shown in FIG. 3, the
制御部20は、一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度に基づき、供給器3を制御して、供給器3による混合液の流量を制御する。供給器3による混合液の流量が一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度に基づき制御されるので、改質器7で生成される一酸化炭素の濃度を低い状態に保つことができる。(詳細は後述。)
The
具体的には、制御部20は、一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器3の流量を増加させる。このように何らかの要因により、燃料電池13の燃料極14に送られる混合気中の一酸化炭素濃度が突然増えてしまっても、供給器3の流量を増加させると、改質器7で生成される一酸化炭素の濃度が低下する。(詳細は後述。)したがって、改質器7で生成される一酸化炭素の濃度を低い状態に保つことができる。
なお、所定閾値の具体的数値は、改質器7、一酸化炭素除去器8、燃料電池13等の大きさ、触媒の種類、動作温度その他の各種仕様によって定まるものである。
Specifically, the
The specific values of the predetermined threshold are determined by the specifications of the
また、制御部20は、供給器3の流量に基づいて、エアポンプ17を制御して、エアポンプ17による空気の流量を制御する。供給器3の流量は一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度に対応しているので、制御部20が供給器3の流量に基づいてエアポンプ17の流量を制御することは、制御部20が一酸化炭素濃度センサ12の検知濃度に基づいてエアポンプ17の流量を制御することに相当する。
Further, the
ここで、制御部20のROMには、混合液流量と空気流量との対応関係を表したデータテーブルが格納されている。そして、制御部20が供給器3の流量に基づいてエアポンプ17の流量を制御するに際しては、制御部20は供給器3の流量に相当する混合液流量をデータテーブルから検索し、その検索した混合液流量に対応する空気流量となるようにエアポンプ17の流量を制御する。なお、供給器3の流量は流量センサを用いて制御部20にフィードバックされるものとし、制御部20がフィードバックされた流量に基づきエアポンプ17の流量を制御するものとしてもよい。
Here, the ROM of the
以上のように、制御部20によって供給器3の流量が制御されるが、その供給器3の流量は一酸化炭素濃度センサ12の検知濃度に応じたものである。つまり、一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器3の流量が制御部20によって増加される。このような制御が行われると、一酸化炭素除去器8から燃料電池13の燃料極14に送られる混合気中の一酸化炭素濃度が高くならず、燃料極14の被毒を抑えることができる。(詳細は後述。)
As described above, the flow rate of the
また、一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、改質器7に送られる燃料と水の混合気の流量を増やし、また、その際、転化率が減少することもあり、改質器7において反応(改質)されない燃料が増える。(詳細は後述。)その燃料が生成ガス(水素、一酸化炭素等)とともに凝集器10、気液分離器11に送られる。未反応(改質)の燃料は一酸化除去器の触媒性能を低下させるので、凝集器10、気液分離器11によって燃料が分離されるようにし、未反応(改質)の燃料が一酸化炭素除去器8へと送られないようにすることができる。このようにすれば、燃料による一酸化炭素除去器8の未反応(改質)の燃料による能力低下を抑えることができる。凝集器10、気液分離器11は熱をすばやく放出できるように断熱パッケージ6外に設置することが望ましい。
In addition, when the concentration detected by the carbon
また、凝集器10及び気液分離器11によって分離された燃料が触媒燃焼器9に送られるため、燃料を有効利用することができる。改質器7で未反応の燃料と、燃料電池13で未反応の水素が単一の触媒燃焼器9によって燃焼されるので、他の燃焼器を設けずともすむ。それゆえ、装置の大型化も抑えることができる。
Further, since the fuel separated by the
なお、上記の実施形態では、図1のように凝集器10、気液分離器11を備える構成で説明したが、図4のように、これらのない構成であってもよい。
In the above-described embodiment, the configuration including the
<検証>
図1における反応装置5について、供給する混合液(燃料と水)の流量と、改質器7から排出される混合気中の一酸化炭素濃度との関係を調べるべく、検証を行った。ここで、S/C=1.2、改質器7の流路32の長さを74.2mmとし、流路32の幅を5.0mmとし、流路32の深さ(高さ)を1.5mmとした。流路32の壁面に担持した触媒は、Pd/ZnO触媒とし、その担持量を100.8mgとした。
<Verification>
The
改質器7の温度を350℃とした場合、混合液の流量と、改質器7から排出される混合気中の一酸化炭素濃度との関係を実験によって測定した。更に、混合液の流量と、メタノール転化率との関係を実験によって測定した。その結果を表1及び図5に示す。通常、何らかの原因で、発熱量が多くなりすぎた場合でも、一酸化炭素除去器の正常運転温度範囲を逸脱しないように、グラフの右下がりの領域(2〜3ml)の範囲の流量にて、350℃より低温にて運転される。表1及び図5から明らかなように、混合液の流量が所定閾値を超えると、改質器7から排出される混合気中の一酸化炭素濃度が減ることがわかる。そのため、上記実施形態のように、一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器3の流量を制御部20によって増加させると、生成される一酸化炭素の濃度が低くなり、燃料極14の被毒を抑えることができる。
When the temperature of the
また、混合液の流量が増える程、メタノール転化率が減ることがわかる。そのため、上記実施形態のように、一酸化炭素濃度センサ12による検知濃度が所定閾値を超えた場合に、供給器3の流量が制御部20によって増加されると、改質器7から送出されるガス中のメタノールが増えるが、メタノールが凝集器10及び気液分離器11によって取り除かれるため、一酸化炭素除去器8にはメタノールが送られないようにすることができる。そのため、一酸化炭素除去器8の性能低下を抑えることができる。
It can also be seen that the methanol conversion decreases as the flow rate of the mixture increases. Therefore, when the flow rate of the
また、改質器7の温度を320℃とした場合、混合液の流量と、一酸化炭素除去器8から排出される混合気中の一酸化炭素濃度との関係を実験によって測定した。更に、混合液の流量と、メタノール転化率との関係を実験によって測定した。その結果を表2及び図6に示す。表2及び図6から明らかなように、350℃の場合と同様の傾向で、混合液の流量が増える程、改質器7から排出される混合気中の一酸化炭素濃度が減ることがわかる。また、混合液の流量が増える程、メタノール転化率が減ることがわかる。
When the temperature of the
なお、表1、図5(350℃)と、表2、図6(320℃)とを比較すると、反応温度が上がると、一酸化炭素濃度のグラフが右にシフトすることがわかる。何らの原因で一酸化炭素の濃度が上昇する場合として、例えば、改質器の反応温度が上がったことが考えられる。
このような場合に混合液の流量を増やすと、流量に対する一酸化炭素の濃度が右下がりの特性であることにより、一酸化炭素の濃度を効果的に減らすことができる。
Note that comparing Table 1 and FIG. 5 (350 ° C.) with Table 2 and FIG. 6 (320 ° C.) shows that the graph of carbon monoxide concentration shifts to the right as the reaction temperature increases. As a case where the concentration of carbon monoxide increases due to any cause, for example, the reaction temperature of the reformer may have increased.
In such a case, if the flow rate of the mixed liquid is increased, the concentration of carbon monoxide with respect to the flow rate has a downward-sloping characteristic, so that the concentration of carbon monoxide can be effectively reduced.
なお、表1、表2においてメタノール転化率が100%を超えているのは、測定誤差に基づくものである。 In Tables 1 and 2, the methanol conversion rate exceeds 100% is based on measurement errors.
1 発電装置
4 供給器
7 改質器
8 一酸化炭素除去器
9 触媒燃焼器
10 凝集器
11 気液分離器
12 一酸化炭素濃度センサ
13 燃料電池
14 燃料極
15 電解質膜
16 空気極
DESCRIPTION OF
Claims (6)
燃料と水から水素を生成する改質器と、
前記改質器から送られてきた生成ガス中の一酸化炭素を酸化させ、一酸化炭素を除去した生成ガスを前記燃料極に送出する一酸化炭素除去器と、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知する一酸化炭素濃度センサと、
前記改質器から前記一酸化炭素除去器に送られる生成ガスを凝縮する凝集器と、
前記凝集器によって得られたものを生成ガスと液体とに分離し、その分離した生成ガスを前記一酸化炭素除去器に送出する気液分離器と、
を備え、
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る前記燃料と前記水の流量を増加させることを特徴とする発電装置。 A fuel cell having a fuel electrode, an air electrode and an electrolyte membrane;
A reformer that produces hydrogen from fuel and water;
A carbon monoxide remover that oxidizes carbon monoxide in the product gas sent from the reformer and sends the product gas from which carbon monoxide has been removed to the fuel electrode;
A carbon monoxide concentration sensor for detecting a carbon monoxide concentration in a product gas sent from the carbon monoxide remover to the fuel electrode;
A coagulator for condensing the product gas sent from the reformer to the carbon monoxide remover;
A gas-liquid separator that separates the product obtained by the aggregator into a product gas and a liquid, and sends the separated product gas to the carbon monoxide remover;
With
When said detected density of the carbon monoxide concentration sensor exceeds a predetermined threshold value, the power generation device according to claim Rukoto increasing the flow rate of the water and the fuel sent to the reformer.
前記一酸化炭素濃度センサの検知濃度に基づき前記供給器による流量を制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の発電装置。 A feeder for sending fuel and water to the reformer and adjusting the flow rate ;
A controller for controlling the flow rate by the feeder based on the detected concentration of the carbon monoxide concentration sensor;
The power generator according to claim 1, comprising:
凝集器により、前記改質器から前記一酸化炭素除去器に送られる生成ガスを凝縮し、
気液分離器により、前記凝集器によって得られたものを生成ガスと液体とに分離し、その分離した生成ガスを前記一酸化炭素除去器に送出し、
前記一酸化炭素除去器から前記燃料極に送られる生成ガス中の一酸化炭素濃度を検知し、その検知濃度が所定閾値を超えた場合に、前記改質器に送る前記燃料と前記水の流量を増加させることを特徴とする発電方法。 Fuel and water are supplied to the reformer to generate hydrogen, and the generated gas generated in the reformer is sent to a carbon monoxide remover to remove carbon monoxide in the generated gas, and the carbon monoxide When the generated gas from which carbon monoxide has been removed by the remover is sent to the fuel electrode of the fuel cell to generate electricity,
The coagulator condenses the product gas sent from the reformer to the carbon monoxide remover,
The gas-liquid separator separates the product obtained by the aggregator into a product gas and a liquid, and sends the separated product gas to the carbon monoxide remover.
The carbon monoxide concentration in the product gas is detected to be sent from the carbon monoxide remover to the fuel electrode, if the detected concentration exceeds a predetermined threshold value, the flow rate of the water and the fuel sent to the reformer generator wherein the Rukoto increasing.
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