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アクティブな熱制御による液体燃料改質反応の高度化

通过主动热控制推进液体燃料重整反应

基本信息

批准号：
12J02477
负责人：
頼泰弘
金额：
$ 0.58万
依托单位：
Kyoto University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2012
资助国家：
日本
起止时间：
2012 至无数据
项目状态：
已结题

项目摘要

本研究では、メタノール部分酸化改質反応を用いた数kW級小型燃料改質器について、改質器内部での反応制御と反応機構解明の双方の観点から水素含有ガス生成の最適化を図る。そこで反応制御手法の一つとして、改質器内部に通気性固体を導入し、反応の安定化および高度化を実現するため熱工学の観点から反応特性を実験および数値解析的に検討した。本年度は、通気性固体の一種であるセラミックハニカムの下流端に反応領域を安定化させて、その反応位置、形状、および反応特性に及ぼす要因を伝熱工学的観点から検討することとし、通気性固体を小型改質器に適用した場合の設計指針を提案することを目的として研究を行った。得られた主な成果は次のとおりである。1.セラミックハニカムを利用した小型燃料改質器において、メタノールの燃焼上限界を超えた幅広い当量比条件において安定した反応が維持できたが、水素生成効率はメタノール転換率と水素選択生成率両者の影響を受けるため、量論当量比よりも燃料過濃条件で改質効率が最大値をとることが分かった。2.出力条件に応じて火炎の位置および形状が変化し、低当量比条件および低出力条件では火炎がハニカム内に侵入し、火炎温度、改質性能共に急激に減少した。これはハニカムの消炎効果によるものであり、ハニカムと火炎との相対位置が改質性能に強く影響を及ぼすことが分かった。3.ハニカムの消炎効果による火炎の温度低下は、ハニカムから管壁に向かう熱伝導およびハニカム固相表面から下流側領域に放出されるふく射の両者によるエネルギー損失が主要因であることが分かった。4.火炎のさらに下流側にハニカムを追加し、ふく射変換体として利用することで改質ガスの持つエンタピーの一部を上流側に再生し、予混合気の予熱促進効果が得られた。また、ハニカムの主流方向位置によってエネルギー再生量が変化し、火炎位置を制御できる可能性を示した。

In this study, the optimization of the generation of water content in several kW small fuel reformers was studied. The introduction of conductive solids into the reformer, the stabilization of the reaction and the realization of high temperature characteristics of the reaction are discussed in detail. This year, we conducted research on the stabilization, position, shape, and characteristics of the reaction zone at the downstream end of a conductive solid, as well as on the design guidelines for the application of small modifiers to thermal engineering. The main result is that 1. The utilization of small-sized fuel modifiers is affected by the change rate of water element formation efficiency and the change rate of water element formation efficiency under the condition of equivalence ratio of fuel enrichment. 2. The position and shape of the flame are changed under the condition of output, the flame is invaded under the condition of low equivalence ratio, and the flame temperature and modification performance are reduced under the condition of low output. The anti-inflammatory effects of the two kinds of drugs are closely related to the anti-inflammatory effects of the two kinds of drugs. 3. The main reason for the loss of heat is the decrease in temperature of the fire caused by the anti-inflammatory effect of the pipe wall and the heat conduction to the downstream side of the solid phase surface. 4. The downstream side of the fire is replaced by the upstream side, and the upstream side is regenerated by the mixed heat. The main stream position of the flame is changed and the possibility of controlling the flame position is shown.