JPS6137735B2 - - Google Patents

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JPS6137735B2
JPS6137735B2 JP52088149A JP8814977A JPS6137735B2 JP S6137735 B2 JPS6137735 B2 JP S6137735B2 JP 52088149 A JP52088149 A JP 52088149A JP 8814977 A JP8814977 A JP 8814977A JP S6137735 B2 JPS6137735 B2 JP S6137735B2
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JP
Japan
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fuel
carbon monoxide
oxygen
gas
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JP52088149A
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Japanese (ja)
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JPS5423942A (en
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Masashi Nakamura
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Nissan Motor Co Ltd
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    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は燃料電池に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to fuel cells.

石油危機以来、エネルギー節約の見地から熱効
率の優れた動力変換装置の開発が望まれている。
中でもH2―O2燃料電池はそのエネルギーの理論
変換効率が約83%であるため他の熱機関と比較し
て格段に優れていることかつ燃料電池としての活
性性能も他のそれと比較して優れているため、移
動用として利用することへの関心が高まつてい
る。
Since the oil crisis, there has been a desire to develop power converters with excellent thermal efficiency from the standpoint of energy conservation.
Among them, H 2 - O 2 fuel cells have a theoretical energy conversion efficiency of about 83%, which makes them much superior compared to other heat engines, and their activity performance as a fuel cell is also better than other types. Due to its excellent features, interest in using it for transportation is increasing.

しかしながら燃料電池を移動用へ適応する場
合、燃料としての水素の貯蔵方法に難点がある。
すなわち、ボンベH2ガスまたは金属水素化物と
しての貯蔵は大重量のため、トータルとしてのエ
ネルギー節約とはならない。
However, when adapting fuel cells for transportation, there are difficulties in how to store hydrogen as fuel.
That is, storage as cylinders of H2 gas or metal hydrides does not result in total energy savings due to their large weight.

このため、トータル重量(移動用車体、燃料電
池本体、燃料の貯蔵または変換器)を低減させる
ために特に燃料の貯蔵、変換に工夫をこらす必要
がある。
Therefore, in order to reduce the total weight (mobile vehicle body, fuel cell main body, fuel storage or converter), it is necessary to take special measures to store and convert fuel.

そこで、燃料としての水素を液状炭化水素また
はアルコール等の接触熱分解または接触改質等に
よつて発生させることができ、これら液状炭化水
素またはアルコールは貯蔵に特別な注意を払わな
くてもよく、かつ移動用への燃料へ供給が従来の
ガソリン車並に容易に行なえるという利点がある
ため、アルコールを含む液状炭化水素を燃料とす
る移動用燃料電池の開発が内外で注目されてい
る。
Therefore, hydrogen as a fuel can be generated by catalytic pyrolysis or catalytic reforming of liquid hydrocarbons or alcohols, and these liquid hydrocarbons or alcohols do not require special precautions in storage. The development of fuel cells for transportation that use liquid hydrocarbons containing alcohol as fuel is attracting attention at home and abroad because it has the advantage of being able to supply fuel for transportation as easily as in conventional gasoline-powered vehicles.

しかし、液状炭化水素を燃料とする場合、液状
炭化水素として、メタノールおよび液化天然ガス
は石油の代替燃料として有望で、これらを燃料と
した従来の燃料電池の基本システムは第1図に示
すようになつたいた。すなわち、燃料タンク1か
らの燃料を触媒の入つた改質器2へ供給し、この
改質器2で次に示すような反応式にしたがつて改
質する。
However, when liquid hydrocarbons are used as fuel, methanol and liquefied natural gas are promising as alternative fuels for petroleum, and the basic system of conventional fuel cells using these as fuel is as shown in Figure 1. It was summer. That is, fuel from a fuel tank 1 is supplied to a reformer 2 containing a catalyst, and reformed in this reformer 2 according to the following reaction formula.

メタノールの場合 a・CH3OH→b・H2+c・CO+d・CH4(接
触改質) a・CH3OH+b・H2O→c・H2+d・CO2
e・CO+f・CH(接触水蒸気改質) 液化天然
ガスの場合 a・CH4+b・H2O→c・H2+d・CO+e・
CO2(接触水蒸気改質) ここでa,b,c.d,e,fは化学量論数であ
る。
In the case of methanol a・CH 3 OH→b・H 2 +c・CO+d・CH 4 (catalytic reforming) a・CH 3 OH+b・H 2 O→c・H 2 +d・CO 2 +
e・CO+f・CH (catalytic steam reforming) For liquefied natural gas a・CH 4 +b・H 2 O→c・H 2 +d・CO+e・
CO 2 (catalytic steam reforming) where a, b, cd, e, f are stoichiometric numbers.

このように改質器2で得られた未精製ガス中の
H2を精製するために(特に未精製ガス中のCOが
活性が大なるため、H2燃料極に吸着し、活性性
能を著しく低下させる被毒物質であるため)シフ
ト装置3とメタネータ装置4またはPd―Ag合金
膜を用いた精製器5のいずれかの大型精製器を通
して燃料極室6へ導入している。
In the unpurified gas obtained in reformer 2 in this way,
In order to purify H 2 (particularly because CO in the unpurified gas is highly active and is a poisonous substance that adsorbs to the H 2 fuel electrode and significantly reduces the activation performance), a shift device 3 and a methanator device 4 are used. Alternatively, the fuel is introduced into the fuel electrode chamber 6 through a large-scale purifier such as a purifier 5 using a Pd--Ag alloy membrane.

したがつて、燃料ガスの精製部分が他のコンポ
ーネントと比較して著しく大きくなつているた
め、アルコールを含む液状炭化水素を燃料とした
省エネルギー型の燃料電池とはなつていないとい
う欠点がある。
Therefore, since the fuel gas purification part is significantly larger than other components, there is a drawback that it is not an energy-saving fuel cell that uses liquid hydrocarbon containing alcohol as fuel.

このため、電池の寿命を保持するために不可欠
なガスの精製部分をコンパクトにするか、または
より優れた方法によつて精製を行なうことにより
トータル重量を軽減化することが要求される。
Therefore, it is required to reduce the total weight by making the gas purification part, which is essential for maintaining the life of the battery, compact, or by performing purification using a better method.

なお、前記シフト装置3とは触媒上でCOと水
蒸気とを反応させると、CO+H2O→CO2+H2
なり、この反応式にしたがつてCOを除去するも
のである。またメタネータ装置4とは触媒上で
COとH2を反応させ、下記反応式にしたがつて、 CO+3H2→CH4+H2O COを除去するものである。
The shift device 3 is a device that, when CO and water vapor are reacted on a catalyst, becomes CO+H 2 O→CO 2 +H 2 and removes CO according to this reaction formula. In addition, the methanator device 4 is
CO is reacted with H 2 and CO is removed according to the following reaction formula: CO + 3H 2 → CH 4 + H 2 O.

またPd―Ag合金膜を用いた水素精製器5とは
H2ガスのみを選択的に透過させる方式のもので
あり、装置の大型化および精製に貴金属を大量に
用いるために高価であるという欠点がある。
Also, what is hydrogen purifier 5 using Pd-Ag alloy membrane?
It is a system that selectively allows only H 2 gas to pass through, and has the drawbacks of being large-sized and expensive because it uses a large amount of precious metals for purification.

本発明は以上のような従来の欠点に鑑み、液状
炭化水素を燃料とする移動用燃料電池において、
H2―O2燃料電池の前に、液状炭化水素を改質す
る際に発生するCOの酸化用の燃料電池をもう一
段設け、二段でシステムのエネルギー利用の熱効
率の向上を図ることのできる燃料電池を得るにあ
る。
In view of the above-mentioned conventional drawbacks, the present invention provides a mobile fuel cell using liquid hydrocarbon as fuel.
In front of the H 2 - O 2 fuel cell, another stage of fuel cells for oxidizing CO generated when reforming liquid hydrocarbons can be installed, and the second stage can improve the thermal efficiency of the system's energy use. There is a way to get a fuel cell.

以下第2図乃至第4図に示す実施例により本発
明を詳細に説明する。
The present invention will be explained in detail below with reference to embodiments shown in FIGS. 2 to 4.

第2図の実施例において、11はアルコールを
含む液状炭化水素燃料12が入れられた燃料タン
クである。13は前記燃料タンク11内の燃料を
熱交換器14へ供給する燃料ポンプである。前記
熱交換器14は太陽熱を用いて燃料の一部を加熱
気化させるものである。15は燃料を分解または
改質する燃料ガス生成装置で、前記熱交換器14
で一部加熱気化された燃料はコツク16,17を
介して加熱バーナー18や燃料加熱気化器19へ
供給される。20は前記燃料ガス生成装置15へ
空気を供給する燃料用空気供給ポンプである。2
1は燃料の分解または改質を行なう触媒床で、こ
の触媒床21は燃料加熱気化器22、断熱材23
で覆つたパイプ24を介して、前記燃料加熱気化
器19に連通されている。25は改質または分解
の反応の加熱に用いた燃料ガスを燃料電池の電解
質水溶液の加熱保温(80〜160℃)に利用するた
めの熱交換部分である。26は前記燃料ガス生成
装置15からのH2,COガスの溶液中への拡散を
容易にするためのガラスまたは高分子膜等からな
るポーラスフイルターである。27は一酸化炭素
を選択的、かつ、電気化学的に酸化する一酸化炭
素酸化電極28を有する一酸化炭素酸化極室であ
る。29は空気導入管30でポーラスフイルター
31を介して空気が導かれ該空気中の酸素を還元
する第1の酸素還元電極32と、第2の酸素還元
電極33を有する酸素極室である。この酸素極室
29の下部にはイオン交換膜よりなる隔膜34が
備えられている。35は前記一酸化炭素酸化極室
27からパイプ36、ポーラスフイルター37を
介してH2,CO2ガスを導き電解質水溶液38中で
水素を酸化する電極39を有する燃料極室であ
る。前記電解質水溶液38は一酸化炭素酸化極2
7、酸素極室29、燃料極室35とも共通の電解
質水溶液を用いる場合には2〜5Nのオルトリン
酸または硫酸等の酸水溶液を用いる。また燃料極
室35および酸素極室29についてはアルカリ電
解質水溶液を用いてもよい。40は一酸化炭素酸
化電極28,第1の酸素還元電極32を可変抵抗
41あるいは主に補器類の外部負荷42に選択的
に切り換える切り換えスイツチである。前記電極
33,39は外部負荷43(主負荷)に接続され
ている。
In the embodiment shown in FIG. 2, numeral 11 is a fuel tank containing liquid hydrocarbon fuel 12 containing alcohol. 13 is a fuel pump that supplies the fuel in the fuel tank 11 to the heat exchanger 14. The heat exchanger 14 heats and vaporizes a portion of the fuel using solar heat. 15 is a fuel gas generation device for decomposing or reforming fuel, and the heat exchanger 14
The partially heated and vaporized fuel is supplied to a heating burner 18 and a fuel heating vaporizer 19 via cylinders 16 and 17. 20 is a fuel air supply pump that supplies air to the fuel gas generation device 15. 2
1 is a catalyst bed for decomposing or reforming fuel, and this catalyst bed 21 includes a fuel heating vaporizer 22 and a heat insulating material 23.
The fuel heating vaporizer 19 is connected to the fuel heating vaporizer 19 through a pipe 24 covered with a pipe 24. 25 is a heat exchange part for utilizing the fuel gas used for heating the reforming or decomposition reaction for heating and keeping warm (80 to 160°C) the electrolyte aqueous solution of the fuel cell. Reference numeral 26 denotes a porous filter made of glass or a polymer membrane to facilitate diffusion of H 2 and CO gas from the fuel gas generating device 15 into the solution. 27 is a carbon monoxide oxidizing electrode chamber having a carbon monoxide oxidizing electrode 28 that selectively and electrochemically oxidizes carbon monoxide. Reference numeral 29 denotes an oxygen electrode chamber having a first oxygen reduction electrode 32 and a second oxygen reduction electrode 33 into which air is introduced through an air introduction pipe 30 through a porous filter 31 and which reduces oxygen in the air. A diaphragm 34 made of an ion exchange membrane is provided at the bottom of the oxygen electrode chamber 29. Reference numeral 35 denotes a fuel electrode chamber having an electrode 39 for guiding H 2 and CO 2 gases from the carbon monoxide oxidizing electrode chamber 27 through a pipe 36 and a porous filter 37 to oxidize hydrogen in the electrolyte aqueous solution 38 . The electrolyte aqueous solution 38 is the carbon monoxide oxidizing electrode 2
7. When a common electrolyte aqueous solution is used for both the oxygen electrode chamber 29 and the fuel electrode chamber 35, an acid aqueous solution such as 2 to 5N orthophosphoric acid or sulfuric acid is used. Further, for the fuel electrode chamber 35 and the oxygen electrode chamber 29, an alkaline electrolyte aqueous solution may be used. Reference numeral 40 denotes a changeover switch that selectively switches the carbon monoxide oxidation electrode 28 and the first oxygen reduction electrode 32 to a variable resistor 41 or an external load 42, mainly auxiliary equipment. The electrodes 33, 39 are connected to an external load 43 (main load).

上記構成にあつては、燃料タンク11から燃料
ポンプ13を経由して供給されるアルコールを含
む液状炭化水素系燃料は、まず熱交換器14によ
り燃料の一部が加熱気化される。この一部加熱気
化された燃料はコツク17を介して燃料加熱気化
器19,22へ供給される。一方、熱交換器14
からの燃料の一部はコツク16を経由して燃料の
分解または改質を行なう触媒床21の加熱用燃料
バーナー18へ供給され、空気供給ポンプ20か
ら送られてきた空気とともに燃やされる。また燃
料加熱気化器19,22を経由して加熱気化され
た燃料はあらかじめ加熱されて200゜〜800℃にな
つている触媒床21によつて分解または改質さ
れ、水素に富む混合ガスに変質され、燃料加熱気
化器19によつて熱交換冷却(70゜〜150℃)さ
れる。この冷却された混合ガスはCOを選択的、
かつ、電気化学的に酸化しうる電極28を備えた
一酸化炭素酸化極室27にガスの溶液中への拡散
溶解に効果的なフイルター26を経由して導入さ
れる。そして、電極28上でCOは選択的、か
つ、電気化学的に酸化される。すなわち、 CO+H2O→CO2+2H+2e- の反応により炭酸ガスとなる。この電気化学的反
応を起させるために隔膜44により隔てられた酸
素極室29の電極32と、このCOの選択的酸化
電極28との間に外部負荷42または可変抵抗4
1のいずれかを切り換えスイツチ40で接続する
ことにより一組の電池を形成し、COの選択的酸
化を行なうことができる。
In the above configuration, a portion of the alcohol-containing liquid hydrocarbon fuel supplied from the fuel tank 11 via the fuel pump 13 is heated and vaporized by the heat exchanger 14 . This partially heated and vaporized fuel is supplied to the fuel heating vaporizers 19 and 22 via the tank 17. On the other hand, the heat exchanger 14
A part of the fuel is supplied via the fuel tank 16 to the heating fuel burner 18 of the catalyst bed 21 that decomposes or reforms the fuel, and is burned together with the air sent from the air supply pump 20. In addition, the fuel heated and vaporized via the fuel heating vaporizers 19 and 22 is decomposed or reformed by the catalyst bed 21, which has been previously heated to a temperature of 200° to 800°C, and is transformed into a hydrogen-rich mixed gas. The fuel is heated and cooled by heat exchange (70° to 150° C.) by the fuel heating vaporizer 19. This cooled gas mixture is selective for CO;
Then, the gas is introduced into a carbon monoxide oxidizing electrode chamber 27 equipped with an electrode 28 that can be electrochemically oxidized via a filter 26 that is effective for diffusing and dissolving the gas into the solution. Then, CO is selectively and electrochemically oxidized on the electrode 28. That is, the reaction of CO + H 2 O → CO 2 + 2H + 2e - results in carbon dioxide gas. In order to cause this electrochemical reaction, an external load 42 or a variable resistor 4 is connected between the electrode 32 of the oxygen electrode chamber 29 separated by a diaphragm 44 and this CO selective oxidation electrode 28.
By connecting any one of 1 with a changeover switch 40, a set of batteries can be formed, and selective oxidation of CO can be performed.

この場合、切り換えスイツチ40により可変抵
抗41または外部負荷42のいずれに接続するか
はCOの選択的酸化電極28に導入されるガスの
CO濃度による。すなわち、CO濃度が3〜10%以
上では外部負荷42(例えば補器として燃料供給
ポンプ)に接続してシステムのエネルギーの利用
効率を高める。このようにして、CO濃度により
出力に変換されるか、または単なる可変抵抗41
によつて消費されるか、のいずれかにより、CO
の選択的酸化が進行し、燃料ガス生成装置15か
ら得られたCOを含むガスを精製(COに対して純
度99.9%〜99.99%のH2ガス)し、パイプ36で
燃料極室35へ導入する。この導入された燃料ガ
スは電極39上で電気化学的に酸化され、隔膜4
5を介して反対側に位置する第2の酸素還元電極
33とともに一組のH2―O2燃料電池を形成し、
外部負荷43へ電気エネルギーを供給する。この
場合、第1の酸素還元電極32と第2の酸素還元
電極33の存在する酸素極室26で生成された水
は生成水除去用イオン交換膜34を経由して除去
される。また燃料の分解または改質反応の促進の
ために供された燃焼ガスを用いて燃料電池の電解
液を80゜〜160℃の高温にするための熱交換部2
5が燃料電池室のまわりに設けられているため電
池の出力を向上できる。
In this case, the changeover switch 40 determines whether the gas introduced into the CO selective oxidation electrode 28 is connected to the variable resistor 41 or the external load 42.
Depends on CO concentration. That is, when the CO concentration is 3 to 10% or higher, the system is connected to an external load 42 (for example, a fuel supply pump as an auxiliary device) to increase the energy utilization efficiency of the system. In this way, the CO concentration can be converted into an output or just a variable resistor 41
CO is either consumed by or
The selective oxidation of the gas progresses, and the gas containing CO obtained from the fuel gas generator 15 is purified ( H2 gas with a purity of 99.9% to 99.99% relative to CO) and introduced into the fuel electrode chamber 35 through a pipe 36. do. This introduced fuel gas is electrochemically oxidized on the electrode 39, and the diaphragm 4
forming a set of H 2 -O 2 fuel cells with a second oxygen reduction electrode 33 located on the opposite side via 5;
Electrical energy is supplied to external load 43. In this case, water generated in the oxygen electrode chamber 26 where the first oxygen reduction electrode 32 and the second oxygen reduction electrode 33 are present is removed via the ion exchange membrane 34 for removing generated water. There is also a heat exchange section 2 that heats the electrolyte of the fuel cell to a high temperature of 80° to 160°C using the combustion gas provided to promote the decomposition or reforming reaction of the fuel.
5 is provided around the fuel cell chamber, the output of the battery can be improved.

次に第3図および第4図にそれぞれ示す本発明
の異なる実施例につき説明する。なおこれらの実
施例の説明に当つて、前記実施例と同一部分には
同一符号を付して重複する説明を省略する。
Next, different embodiments of the present invention shown in FIGS. 3 and 4 will be explained. In the description of these embodiments, the same parts as those of the above embodiments are given the same reference numerals and redundant explanations will be omitted.

第3図の実施例において、前記実施例と主に異
なる点はCOの選択的、かつ、電気化学的酸化を
行なう一組の電池と、H2―O2燃料電池とを分離
した点で、このように分離することにより、既存
のH2―O2燃料電池にCOの選択的、かつ、電気化
学的酸化を行なう一組の電池を付加するだけで既
存のH2―O2燃料電池を大きな改良なくして使用
できる。なお、本実施例の作用は前記実施例と本
質的に同じであるが、燃料ガス生成装置15から
発生した廃ガスからの電池電解液の加熱はH2
O2燃料電池のみに行なわれているところが異な
つている。これは改質したCO濃度が低い(3〜
10%以下)場合にはCOを選択的に酸化する一酸
化炭素酸化電極28の酸化効率を不必要に上昇さ
せて装置を大型化しないためのものである。
The embodiment shown in FIG. 3 is mainly different from the previous embodiment in that a set of cells for selectively electrochemically oxidizing CO and a H 2 -O 2 fuel cell are separated. By separating in this way, existing H 2 - O 2 fuel cells can be replaced by simply adding a set of cells that selectively and electrochemically oxidize CO to existing H 2 - O 2 fuel cells. Can be used without major modification. Note that the operation of this embodiment is essentially the same as that of the previous embodiment, but the heating of the battery electrolyte from the waste gas generated from the fuel gas generation device 15 is performed using H 2 -
The difference is that it is applied only to O2 fuel cells. This is because the modified CO concentration is low (3~
10% or less), this is to prevent the oxidation efficiency of the carbon monoxide oxidation electrode 28 that selectively oxidizes CO from increasing unnecessarily and increasing the size of the device.

第4図の実施例において、前記実施例と主に異
なる点はCOの選択的、かつ、電気化学的酸化を
行なう一酸化炭素酸化電極の有効表面積を大きく
するために多孔性球状アルミナ担体表面に触媒と
してRuを担持分散させペレツト状電極46と
し、このペレツト状電極46を電解液の循環によ
つて一酸化炭素酸化極室27内で流動させる、い
わゆる網状流動床型電極47とした点である。な
お48は電解液の撹拌混合効果を向上させるため
の多孔性膜、49は電解液の撹拌および循環を行
なう電磁ポンプ、50はACコンバータ、51は
イオン導伝性のあるアルミナまたはイオン交換樹
脂などからなる隔膜である。このように構成する
ことにより、流動床型電極47が第1の酸素還元
電極32と一対の電池を形成し、COの選択的、
かつ、電気化学的酸化を行ない、得られた電流を
出力として取り出し、これで電磁ポンプ49を作
動させるので、前記実施例よりもCOの選択的酸
化の効率をさらに向上させることができる。
The main difference between the embodiment shown in Figure 4 and the previous embodiment is that in order to increase the effective surface area of the carbon monoxide oxidation electrode that selectively and electrochemically oxidizes CO, the surface of the porous spherical alumina carrier is Ru is supported and dispersed as a catalyst to form a pellet-like electrode 46, and this pellet-like electrode 46 is made to flow within the carbon monoxide oxidizing electrode chamber 27 by circulation of an electrolytic solution, a so-called reticular fluidized bed type electrode 47. . In addition, 48 is a porous membrane for improving the stirring and mixing effect of the electrolyte solution, 49 is an electromagnetic pump for stirring and circulating the electrolyte solution, 50 is an AC converter, and 51 is an ion-conductive alumina or ion exchange resin, etc. It is a diaphragm consisting of With this configuration, the fluidized bed electrode 47 and the first oxygen reduction electrode 32 form a pair of batteries, and selectively reduce CO.
In addition, since electrochemical oxidation is performed and the resulting current is taken out as an output to operate the electromagnetic pump 49, the efficiency of selective oxidation of CO can be further improved than in the previous embodiment.

なお、前記実施例では一酸化炭素酸化電極28
にはCOの選択的酸化の優れた性能を有するRu
(ルテニウム)またはWC(タングステンカーバ
イト)またはこれらの混合したものを触媒として
用いるとよい。またアルコールを含む液状炭化水
素として、メタノールを含むアルコールおよび液
化天然ガス(LNG)を用いてもよい。さらに液
状炭化水素を改質または分解し、水素に富むガス
に変換する触媒として、アルコール類には酸化
銅、酸化亜鉛、酸化クロムおよび白金を用い、
LNGにはニツケルを主とするとよい。また液状
炭化水素の改質または分解の方式としてアルコー
ル類には接触改質または接触水蒸気改質を、
LNGには接触水蒸気改質を用いる。さらにCOの
選択的酸化電極28に用いる触媒(Ru,WC)の
担持、分散方法として、Ruに関してはカーボン
粉末にRuのイオンを含む水溶液を含浸させ、こ
れを乾燥してニツケル網に圧着する。また安価な
タングステン薄板(0.1〜0.3mm)にRuを数原子層
電着あるいはイオンプレーテングおよび化学蒸着
のいずれかの方法で付着させる。またWCに関し
てはタングステン粉末をCO雰囲気で加熱(300゜
〜600℃)し、得られたWC粉末をカーボン粉末
と混合し、これをニツケル網に圧着させる。
In addition, in the above embodiment, the carbon monoxide oxidation electrode 28
Ru has excellent performance in selective oxidation of CO
(ruthenium), WC (tungsten carbide), or a mixture thereof may be used as the catalyst. Moreover, as the liquid hydrocarbon containing alcohol, alcohol containing methanol and liquefied natural gas (LNG) may be used. Furthermore, copper oxide, zinc oxide, chromium oxide, and platinum are used as catalysts for reforming or decomposing liquid hydrocarbons and converting them into hydrogen-rich gas.
It is best to use nickel as the main source of LNG. In addition, as a method for reforming or decomposing liquid hydrocarbons, catalytic reforming or catalytic steam reforming is used for alcohols.
Catalytic steam reforming will be used for LNG. Further, as a method for supporting and dispersing the catalyst (Ru, WC) used in the CO selective oxidation electrode 28, for Ru, carbon powder is impregnated with an aqueous solution containing Ru ions, dried, and pressed onto a nickel mesh. Furthermore, Ru is deposited on an inexpensive tungsten thin plate (0.1 to 0.3 mm) by electrodeposition of several atomic layers, ion plating, or chemical vapor deposition. Regarding WC, tungsten powder is heated in a CO atmosphere (300° to 600°C), the resulting WC powder is mixed with carbon powder, and this is pressed onto a nickel mesh.

また流動床型のCOの選択的酸化電極46はCO
の選択的酸化に優れたRuを触媒とし、この触媒
であるRuのイオン水溶液を多孔性球状アルミナ
担体表面に含浸し、これを乾燥(空気中50〜100
℃、15〜60分)、ついで焼成(空気中250℃〜600
℃、1時間〜5時間)したものを用いる。さらに
多孔性球状アルミナ担体表面へのRuイオン水溶
液の含浸にはチオ硫酸アンモニウムを共存させ
て、温度25℃〜60℃の範囲で行なうと、アルミナ
のごく表面層にRuを付着させることができ、CO
の酸化に対して効果が大となる。
In addition, the fluidized bed type CO selective oxidation electrode 46 is a CO
Ru, which has excellent selective oxidation of
℃, 15-60 minutes), then baking (250℃-600℃ in air)
℃ for 1 to 5 hours). Furthermore, if the surface of the porous spherical alumina support is impregnated with an Ru ion aqueous solution in the presence of ammonium thiosulfate at a temperature range of 25°C to 60°C, Ru can be attached to the very surface layer of the alumina, and CO
It is highly effective against oxidation.

以上の説明から明らかなように本発明にあつて
は、液状炭化水素を燃料とする燃料電池を、液状
炭化水素を分解または改質して一酸化炭素及び水
素を含む燃料ガスを生成する燃料ガス生成装置
と、この燃料ガス生成装置から供給される燃料ガ
ス中の一酸化炭素を選択的、かつ、電気化学的に
酸化する一酸化炭素酸化電極を有する一酸化炭素
酸化極室と、この一酸化炭素酸化電極と電気的に
接続された第1の酸素還元電極を有し、酸素が供
給される酸素極室と、前記一酸化炭素酸化極室か
ら供給された燃料ガス中の水素を酸化する電極を
有する燃料極室と、この水素を酸化する電極と接
続された第2の酸素還元電極を有し、酸素が供給
される酸素極室とを備えて構成したので、H2
O2燃料電池の前に、液状炭化水素を改質する際
に発生する一酸化炭素の酸化用の燃料電池をもう
一段設けたことになり、二段でシステムのエネル
ギー利用の熱効率向上を図ることができる。また
本発明を用いれば炭化水素系燃料を40〜50%の極
めて高いトータル変換効率で利用する電気自動車
を含む移動用小型電源およびオンサイト(原発)
発電等に利用できるなどの優れた利点がある。
As is clear from the above description, in the present invention, a fuel cell that uses liquid hydrocarbon as fuel is a fuel cell that generates fuel gas containing carbon monoxide and hydrogen by decomposing or reforming liquid hydrocarbon. a carbon monoxide oxidizing electrode chamber having a carbon monoxide oxidizing electrode that selectively and electrochemically oxidizes carbon monoxide in the fuel gas supplied from the fuel gas generating device; An electrode having a first oxygen reduction electrode electrically connected to a carbon oxidation electrode, an oxygen electrode chamber to which oxygen is supplied, and an electrode that oxidizes hydrogen in the fuel gas supplied from the carbon monoxide oxidation electrode chamber. H 2
In front of the O 2 fuel cell, another stage of fuel cells is installed to oxidize carbon monoxide generated when reforming liquid hydrocarbons, and the second stage aims to improve the thermal efficiency of the system's energy use. I can do it. In addition, the present invention can be used for small mobile power sources including electric vehicles and on-site (nuclear power plants) that utilize hydrocarbon fuels with an extremely high total conversion efficiency of 40 to 50%.
It has excellent advantages such as being able to be used for power generation, etc.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は従来の実施例を示すシステム図、第2
図は本発明の一実施例を示す概略説明図、第3図
および第4図はそれぞれ本発明の異なる実施例を
示す概略説明図である。 11…燃料タンク、12…液状炭化水素燃料、
13…燃料ポンプ、14…熱交換器、15…燃料
ガス生成装置、18…加熱バーナー、19…燃料
加熱気化器、20…空気供給ポンプ、21…触媒
床、27…一酸化炭素酸化極室、28…一酸化炭
素酸化電極、29…酸素極室、32…第1の酸素
還元電極、33…第2の酸素還元電極、35…燃
料極室、38…電解質水溶液、39…水素を酸化
する電極、40…切り換えスイツチ、41…可変
抵抗、42…外部負荷、43…外部負荷、44,
45…隔膜、46…ペレツト状電極、47…網状
流動床型電極。
Figure 1 is a system diagram showing a conventional embodiment; Figure 2 is a system diagram showing a conventional embodiment;
The figure is a schematic explanatory diagram showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 3 and 4 are schematic explanatory diagrams showing different embodiments of the present invention, respectively. 11...Fuel tank, 12...Liquid hydrocarbon fuel,
13... Fuel pump, 14... Heat exchanger, 15... Fuel gas generator, 18... Heating burner, 19... Fuel heating vaporizer, 20... Air supply pump, 21... Catalyst bed, 27... Carbon monoxide oxidizing electrode chamber, 28... Carbon monoxide oxidation electrode, 29... Oxygen electrode chamber, 32... First oxygen reduction electrode, 33... Second oxygen reduction electrode, 35... Fuel electrode chamber, 38... Electrolyte aqueous solution, 39... Electrode for oxidizing hydrogen , 40... Selector switch, 41... Variable resistor, 42... External load, 43... External load, 44,
45...Diaphragm, 46...Pellet electrode, 47...Reticular fluidized bed electrode.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 液状炭化水素を分解または改質して一酸化炭
素及び水素を含む燃料ガスを生成する燃料ガス生
成装置と、この燃料ガス生成装置から供給される
燃料ガス中の一酸化炭素を選択的、かつ、電気化
学的に酸化する一酸化炭素酸化電極を有する一酸
化炭素酸化極室と、この一酸化炭素酸化電極と電
気的に接続された第1の酸素還元電極を有し、酸
素が供給される酸素極室と、前記一酸化炭素酸化
極室から供給された燃料ガス中の水素を酸化する
電極を有する燃料極室と、この水素を酸化する電
極と接続された第2の酸素還元電極を有し、酸素
が供給される酸素極室と、を備えたことを特徴と
する燃料電池。 2 一酸化炭素酸化電極は触媒としてルテニウム
またはタングステンカーバイト(WC)またはル
テニウムとタングステンカーバイトの混合物を用
いていることを特徴とする特許請求の範囲第1項
記載の燃料電池。 3 一酸化炭素酸化電極は網状流動床型電極であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項または
第2項記載の燃料電池。
[Claims] 1. A fuel gas generation device that generates a fuel gas containing carbon monoxide and hydrogen by decomposing or reforming liquid hydrocarbons, and monoxide in the fuel gas supplied from this fuel gas generation device. A carbon monoxide oxidation electrode chamber having a carbon monoxide oxidation electrode that selectively and electrochemically oxidizes carbon, and a first oxygen reduction electrode electrically connected to the carbon monoxide oxidation electrode. , an oxygen electrode chamber to which oxygen is supplied, a fuel electrode chamber having an electrode that oxidizes hydrogen in the fuel gas supplied from the carbon monoxide oxide electrode chamber, and a second electrode connected to the electrode that oxidizes the hydrogen. 1. A fuel cell comprising: an oxygen reduction electrode, and an oxygen electrode chamber to which oxygen is supplied. 2. The fuel cell according to claim 1, wherein the carbon monoxide oxidation electrode uses ruthenium, tungsten carbide (WC), or a mixture of ruthenium and tungsten carbide as a catalyst. 3. The fuel cell according to claim 1 or 2, wherein the carbon monoxide oxidation electrode is a reticular fluidized bed type electrode.
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