JP2006326521A - 触媒再生方法、水素生成装置および燃料電池システム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 改質タンク10において、改質反応後に原料供給装置13から水素ガスを供給し、触媒11上の炭素を供給された水素ガスにより水素化物として除去する。
【選択図】 図1
Description
本実施形態の燃料電池システムは、電気エネルギーの供給を受けて車軸を駆動するモータで移動可能な電気自動車に本発明の燃料電池システムを搭載し、水素生成装置で有機水素化物を水蒸気改質して生成された水素を発電用燃料として燃料電池に供給すると共に、改質反応後に、改質反応器に改質生成された水素を循環供給して触媒の再生をも行なうように構成したものである。但し、本発明においては下記実施形態に制限されるものではない。
H2 → 2H++2e- …(1)
(1/2)O2+2H++2e- → H2O …(2)
H2+(1/2)O2 → H2O …(3)
本発明の燃料電池システムの第2実施形態を図5を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態での再生切替制御ルーチンにおける水素ガスの供給開始を、改質反応後に一旦エアの供給を開始した後に行なうようにしたものである。なお、改質用原料は第1実施形態で使用したものを用いることができ、第1実施形態と同様の構成要素には同一の参照符号を付してその詳細な説明を省略する。
下記表1に示すように、ハニカム触媒81を電気炉83により加熱し、ハニカム触媒81を500℃±10℃に保持しながら、常圧(1atm)下、ジメチルエーテル(99%以上;DME)10ml/分、水蒸気(H2O)30ml/分、および窒素ガス50ml/分を混合ガスの状態で供給管86から300分間連続的に供給してハニカム触媒81上で水蒸気改質反応させた(1回目改質)。このとき、改質生成された水素含有ガスは、石英ガラス管82の下流側で繋がる排出管87から排出されている。
下記表1に示すように、実施例1と同様にして、ハニカム触媒81を500℃±10℃に保持しながら、常圧(1atm)下、ジメチルエーテル(99%以上;DME)10ml/分、水蒸気(H2O)30ml/分、および窒素ガス50ml/分を混合ガスの状態で供給管86から300分間連続的に供給してハニカム触媒81上で水蒸気改質反応させた(1回目改質)。
実施例1において、下記表1のように、1回目改質と2回目改質との間に行なった、水素ガスによる炭素の水素化物除去を行なわなかったこと以外、実施例1と同様に操作した。
実施例2において、下記表1のように、酸素ガスと窒素ガスとの混合ガスを供給して炭素を燃焼(酸化除去)させた後、触媒の還元処理を行なわずに、再び炭素の水素化物除去(炭素蒸発)を行ない、更に2回目改質を行なうようにしたこと以外、実施例2と同様に操作した。
−1.炭素析出量−
各実施例および各比較例で用いたハニカム触媒の供給管86側の中心部50mgを切り出し、これを熱重量測定装置(TGA;TG8120、セタラム社製)を用いて、乾燥空気中、昇温速度5℃/分で1000℃まで昇温して、初期重量に対する重量減少分を析出炭素として算出した。但し、初期重量はCuがメタル状であるとして補正した(400℃までの質量増加がない場合は、TGA測定前にCuが酸化されていると捉えて補正した。)。算出結果は下記表2に示す。
各実施例および各比較例において、2回目改質の終了5分前に排出管87を通過する水素含有ガスをガス流量計(W−NK、シナガワ(株)製)を用いて測定した。続いて測定後、水素含有ガスの一部をサンプリングし、ガスクロマト質量分析法により定性分析を行なった。得られたガス流量と定性分析の結果をもとに、水素の改質生成量を算出した(但し、供給された各種ガス中の混入分は除く。)。算出結果は下記表2に示す。
11…触媒
13…原料供給装置(水素供給手段)
14…エア供給装置(酸素供給手段)
20…水素貯蔵タンク
21…水素吸蔵合金
30…燃料電池
60…熱交換器
70…バッテリー
81…ハニカム触媒
100…制御手段
Claims (19)
- 供給された有機水素化物を改質反応させて水素含有ガスを生成する触媒を再生する触媒再生方法であって、
前記改質反応の後に水素を供給し、前記触媒上の炭素を供給された水素により水素化物として除去する除去工程を有する触媒再生方法。 - 前記除去工程は、水素の供給を、前記改質反応により生成された水素含有ガスを供給して行なう請求項1に記載の触媒再生方法。
- 前記改質反応により生成された前記水素含有ガス中の水素の少なくとも一部を、加熱により水素の放出が可能な水素貯蔵材料に貯蔵する工程を更に有し、
前記除去工程は、前記水素貯蔵材料を加熱して放出された水素を前記改質反応器に供給して除去する請求項1又は2に記載の触媒再生方法。 - 前記水素貯蔵材料が水素吸蔵金属材料である請求項3に記載の触媒再生方法。
- 前記水素貯蔵材料の加熱を、前記触媒と前記水素貯蔵材料との間に設けられた熱交換器を介して前記触媒の反応熱により行なう請求項3又は4に記載の触媒再生方法。
- 前記水素貯蔵材料からの放出熱を電気エネルギーに変換して取り出す工程を更に有する請求項3〜5のいずれか1項に記載の触媒再生方法。
- 前記改質反応後であって前記除去工程前に、酸素含有ガスを供給し、前記触媒上に析出した炭素を供給された酸素により酸化除去する酸化除去工程を更に有する請求項1〜6のいずれか1項に記載の触媒再生方法。
- 触媒を備え、供給された有機水素化物を前記触媒上で改質反応させて水素含有ガスを生成する改質反応器と、
改質反応を終了した後の前記改質反応器に水素を供給する水素供給手段と、
を備えた水素生成装置。 - 前記改質反応器は、前記水素含有ガスを排出する排出口を有し、
前記水素供給手段は、前記排出口と連通して設けられ、前記排出口から排出された前記水素含有ガスを前記改質反応器に循環供給して水素の供給を行なうようにした請求項8に記載の水素生成装置。 - 前記水素供給手段は、前記改質反応器で生成された前記水素含有ガス中の水素を貯蔵すると共に、加熱により貯蔵された水素の放出が可能な水素貯蔵材料を備え、前記水素貯蔵材料から放出された水素を前記改質反応器に供給するようにした請求項8又は9に記載の水素生成装置。
- 前記水素貯蔵材料が水素吸蔵金属材料である請求項10に記載の水素生成装置。
- 前記改質反応器が改質反応を終了するか否かを判定する判定手段と、
前記判定手段により改質反応器が改質反応を終了すると判定されたときに、前記改質反応器への水素の供給を開始する供給制御手段と、を更に含み、
前記水素供給手段は、改質反応器が改質反応を終了すると判定されたときに水素の供給を行なう請求項8〜11のいずれか1項に記載の水素生成装置。 - 前記判定手段は、改質反応器から排出された水素含有ガス中のガス成分に基づいて、前記改質反応を終了するか否かを判定する請求項12に記載の水素生成装置。
- 前記判定手段は、改質反応の開始から経過した経過時間に基づいて、前記改質反応を終了するか否かを判定する請求項12又は13に記載の水素生成装置。
- 前記改質反応器と前記水素貯蔵材料との間に熱交換器を備え、熱交換器で熱交換された前記改質反応器の反応熱で前記水素貯蔵材料を加熱するようにした請求項10〜14のいずれか1項に記載の水素生成装置。
- 前記水素供給手段は、水素貯蔵材料からの放出熱を電気エネルギーに変換して取り出す手段を更に備えた請求項8〜15のいずれか1項に記載の水素生成装置。
- 改質反応を終了した後の前記改質反応器に酸素含有ガスを供給する酸素供給手段を更に備え、
前記供給制御手段は、前記判定手段により前記改質反応器が改質反応を終了すると判定されたときに、前記改質反応器への水素の供給を開始する前に酸素含有ガスの供給を開始する請求項12〜16のいずれか1項に記載の水素生成装置。 - 請求項8〜17のいずれか1項に記載の水素生成装置と、前記水素生成装置で改質生成された水素含有ガスの供給により発電する燃料電池とを備えた燃料電池システム。
- 前記水素生成装置の判定手段は、前記燃料電池の出力に基づいて改質反応を終了するか否かを判定する請求項18に記載の燃料電池システム。
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