反应装置以及燃料电池发电系统制造方法及图纸

一种反应装置，具有第一流路、第二流路、透氢膜以及催化剂，所述第一流路供给有燃料气体，所述第二流路供给有含有氧的气体，所述透氢膜将所述第一流路和所述第二流路隔开，使供给至所述第一流路的所述燃料气体所含有的氢透过至所述第二流路侧，所述催化剂设置在所述第二流路，促进所述氧与透过所述透氢膜的氢的氧化反应；所述透氢膜具有氧化钡锆膜。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】反应装置以及燃料电池发电系统
本专利技术涉及一种反应装置以及燃料电池发电系统。
技术介绍
在燃料电池发电系统中，在使用碳化合物燃料的情况下，从燃料电池排出的废气中含有二氧化碳气体。考虑从该废气中分离出二氧化碳气体(例如，参照专利文献1～5)。专利文献1：日本专利5581240号公报专利文献2：日本特开2013-196890号公报专利文献3：日本专利5137199号公报专利文献4：日本特开2012-164423号公报专利文献5：日本专利3334567号公报
技术实现思路
专利技术要解决的问题二氧化碳气体通过液化成为液化二氧化碳，变得易于运输、压入固定至储存层以及在工商业中进行利用。因为在废气中含有二氧化碳气体以外的气体(杂质)，为了得到杂质少的液化二氧化碳，需要除去二氧化碳气体以外的气体。虽然有通过使废气的未反应成分与氧反应而得到高浓度的二氧化碳气体的装置，但是希望促进得到二氧化碳气体时的反应。另外，为了不使二氧化碳气体排放至大气中，公知从已分离的二氧化碳气体生成碳并进行储藏。公知有一种使二氧化碳气体和氢在催化剂下反应(还原反应)来制造碳的碳制造装置(例如，参照专利文献5)。从高效地得到还原反应所使用的二氧化碳气体的点出发，也希望促进得到二氧化碳气体时的反应。为了促进得到二氧化碳气体时的反应，有时使用透氧膜从含有氧的气体中选择性地分离出氧，并使已被分离的氧与废气的未反应成分氧化并生成二氧化碳。此时，作为透氧膜，使用包含LSCF(由La、Sr、Co、Fe以及氧构成的化合物)、BSCF(由Ba、Sr、Co、Fe以及氧构成的化合物)等的混合导电性陶瓷膜。但是，在使用这样的混合导电性陶瓷膜的情况下，废气所含有的二氧化碳或氧与废气的未反应成分氧化而生成的二氧化碳与LSCF、BSCF等反应，有可能在混合导电性陶瓷膜上生成并蓄积碳酸盐，从而透氧膜的透氧性有可能显著降低。其结果为，在使用这样的混合导电性陶瓷膜的情况下，有可能无法得到高浓度的二氧化碳气体。因此，作为分离二氧化碳气体的方法，还存在以下方法，即，使用二氧化碳耐性高的透氢膜，从含有氢的燃料极废气中选择性地分离出氢，由此生成高浓度的二氧化碳气体，使已被分离的氢与空气极气体中的氧反应。作为透氢膜，要求能够实现氢的高传输特性。本专利技术的一方式是鉴于上述内容而完成的，其目的在于，提供一种搭载有透氢性优异的透氢膜并促进燃料气体的未反应成分的氧化反应的反应装置以及具有该反应装置的燃料电池发电系统。用于解决问题的手段<1>一种反应装置，具有：第一流路，供给有燃料气体，第二流路，供给有含有氧的气体，透氢膜，将所述第一流路和所述第二流路隔开，使供给至所述第一流路的所述燃料气体中含有的氢透过至所述第二流路侧，以及催化剂，设置在所述第二流路，促进所述氧与透过所述透氢膜的氢的氧化反应；所述透氢膜具有氧化钡锆膜。根据上述<1>的结构，通过使用氧化钡锆膜，与使用含有LSCF(由La、Sr、Co、Fe以及氧构成的化合物)、BSCF(由Ba、Sr、Co、Fe以及氧构成的化合物)等的陶瓷膜的情况相比，对因二氧化碳与膜成分的反应所产生的碳酸盐的生成以及蓄积进行抑制，因此存在二氧化碳耐性优异的倾向。而且，通过使透氢膜具有氧化钡锆膜，具有透氢膜内成为内部短路状态的特性，因此透氢膜能够具有高透氢性，且能够抑制透氢膜的透氢性的降低。另外，当在燃料气体中含有一氧化碳、水蒸气的情况下，通过选择性地分离氢，化学平衡变化，燃料气体中的水蒸气与一氧化碳发生变换反应而变化为二氧化碳和氢，因此，燃料气体中的一氧化碳也会变化为二氧化碳。因此，使燃料气体中的氢分离至第二流路侧，也能够高效地浓缩二氧化碳。此外，在<1>的结构中，燃料气体可以是从燃料极排出的含有未反应的燃料气体的燃料极废气，含有氧的气体可以是从空气极排出的含有未反应的氧的空气极废气。另外，燃料气体可以含有二氧化碳。<2>根据权利要求<1>所述的反应装置，所述氧化钡锆膜为将至少一种金属氧化物掺入氧化钡锆而成的膜，所述金属氧化物含有从由钇(Y)、镱(YB)、硒(Se)、锶(Sr)、钪(Sc)、钆(Gd)以及铟(In)构成的组中选择的至少一种金属。根据上述<2>的结构，关于氧化钡锆膜，发挥能够实现高耐久性和氢的高传输特性的效果。<3>根据<2>所述的反应装置，作为所述氧化钡锆膜中的氧化钡锆相对于构成所述金属氧化物的金属的摩尔比，氧化钡锆/构成金属氧化物的金属为70/30～90/10。根据上述<3>的结构，关于氧化钡锆膜，前述摩尔比为70/30以上，由此能够实现高化学稳定性，前述摩尔比为90/10以下，由此能够实现氢的高传输特性。<4>根据<1>～<3>中任一所述的反应装置，在所述氧化钡锆膜中，所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面电短路。<5>根据<4>所述的反应装置，所述氧化钡锆膜具有贯通所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面的微孔结构，在所述微孔结构中填入有具有电子传导性的材料，所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面内部短路，或者在所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面还具有集电体，所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面外部短路。根据上述<4>以及<5>的结构，使氧化钡锆膜具有电子传导性，使向第一流路侧供给的氢作为氢离子(H+)透过至第二流路侧，由此能够提高透氢性。<6>根据<1>～<5>中任一所述的反应装置，所述催化剂在所述透氢膜的所述第二流路侧层叠。根据上述<6>的结构，能够使氧与已透过透氢膜的氢良好地进行氧化反应。<7>一种燃料电池发电系统，具有燃料电池以及<1>～<6>中任一所述的反应装置，所述燃料电池具有燃料极、空气极以及配置在所述燃料极与所述空气极之间的电解质层，通过向所述燃料极供给的所述燃料气体以及向所述空气极供给的含有氧的氧化剂气体进行发电，从所述燃料极排出含有未反应的所述燃料气体的燃料极废气，从所述空气极排出含有氧的空气极废气，向所述第一流路供给所述燃料极废气，向所述第二流路供给所述空气极废气，在所述反应装置的所述第二流路，所述氧与透过所述透氢膜的氢发生氧化反应并生成水，从所述燃料极废气中分离未反应的氢。根据上述<7>的结构，向反应装置的第一流路供给燃料极废气，向反应装置的第二流路供给空气极废气。然后，在反应装置内，燃料极废气中含有的氢透过透氢膜并向第二流路侧供给，用于与空气极废气中含有的氧进行氧化反应。此时，能够得到二氧化碳浓度高的气体。而且，当在燃料极废气中也含有一氧化碳的情况下，通过选择性地分离氢，化学平衡变化，燃料极废气中的水蒸气与一氧化碳发生变换反应而变化为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种反应装置，其中，具有：/n第一流路，供给有燃料气体，/n第二流路，供给有含有氧的气体，/n透氢膜，将所述第一流路和所述第二流路隔开，使供给至所述第一流路的所述燃料气体中含有的氢透过至所述第二流路侧，以及/n催化剂，设置在所述第二流路，促进所述氧与透过所述透氢膜的氢的氧化反应；/n所述透氢膜具有氧化钡锆膜。/n

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20190122 JP 2019-0085611.一种反应装置，其中，具有：
第一流路，供给有燃料气体，
第二流路，供给有含有氧的气体，
透氢膜，将所述第一流路和所述第二流路隔开，使供给至所述第一流路的所述燃料气体中含有的氢透过至所述第二流路侧，以及
催化剂，设置在所述第二流路，促进所述氧与透过所述透氢膜的氢的氧化反应；
所述透氢膜具有氧化钡锆膜。


2.根据权利要求1所述的反应装置，其中，
所述氧化钡锆膜为将至少一种金属氧化物掺入氧化钡锆而成的膜，所述金属氧化物含有从由钇(Y)、镱(YB)、硒(Se)、锶(Sr)、钪(Sc)、钆(Gd)以及铟(In)构成的组中选择的至少一种金属。


3.根据权利要求2所述的反应装置，其中，
作为所述氧化钡锆膜中的氧化钡锆相对于构成所述金属氧化物的金属的摩尔比，氧化钡锆/构成金属氧化物的金属为70/30～90/10。


4.根据权利要求1～3中任一项所述的反应装置，其中，
在所述氧化钡锆膜中，所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面电短路。


5.根据权利要求4所述的反应装置，其中，
所述氧化钡锆膜具有贯通所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面的微孔结构，在所述微孔结构中填入有具有电子传导性的材料，所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面内部短路，或者在所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面还具有集电体，所述第一流路侧的面以及所述第二流路侧的面外部短路。


6.根据权利要求1～5中任一项所述的反应装置，其中，
所述催化剂在所述透氢膜的所述第二流路侧层叠。


7.一种燃料电池发电系统，其中，
具有燃料...

【专利技术属性】
技术研发人员：川端康晴，松崎良雄，佐藤洸基，
申请(专利权)人：东京瓦斯株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP