JP2001087644A - 触媒反応装置及び触媒反応装置を有する改質装置 - Google Patents
触媒反応装置及び触媒反応装置を有する改質装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 触媒反応器の触媒層を所定の温度領域により
容易に温度制御が可能な触媒反応装置、及び、触媒反応
器の触媒層を所定の温度領域により容易に温度制御する
ことで、小型化を実現が可能な改質装置を提供する。 【解決手段】 触媒反応装置は、触媒反応器２と、この
触媒反応器２の外面に飽和状態の水または水蒸気が流れ
る流路３と、上記飽和状態の水蒸気を流路に導入する導
入手段と、及び、上記飽和状態の水蒸気の圧力を変更す
る圧力変更手段を備える。改質装置は、水素に富む改質
ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガ
スから一酸化炭素を除去する装置に上記触媒反応装置を
備える。
容易に温度制御が可能な触媒反応装置、及び、触媒反応
器の触媒層を所定の温度領域により容易に温度制御する
ことで、小型化を実現が可能な改質装置を提供する。 【解決手段】 触媒反応装置は、触媒反応器２と、この
触媒反応器２の外面に飽和状態の水または水蒸気が流れ
る流路３と、上記飽和状態の水蒸気を流路に導入する導
入手段と、及び、上記飽和状態の水蒸気の圧力を変更す
る圧力変更手段を備える。改質装置は、水素に富む改質
ガスを生成する改質器と、この改質器で生成した改質ガ
スから一酸化炭素を除去する装置に上記触媒反応装置を
備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、触媒反応を伴う触
媒反応装置に関するものである。
媒反応装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】触媒を利用して、ガス中の成分と反応さ
せる触媒反応装置においては、効率良く反応を行なわせ
るために、触媒層の温度を所定の温度領域に調整するこ
とが必要である。一般に触媒反応においては、この触媒
反応に伴い、吸熱又は発熱が生じるので、触媒層の温度
を所定の温度領域に調整するためには、触媒層を備える
触媒反応器に対し、吸熱反応の場合は熱を供給し、発熱
反応の場合は熱を排除する手段が必要である。このよう
な触媒反応装置においては、熱を供給する手段として
は、外部でヒータ等で加温した空気、水、油等を触媒反
応器の外面に接触させて行っており、熱を排除する手段
としては、ファンによる冷却や低温の空気、水、油等を
触媒反応器の外面に接触させて行っている。
せる触媒反応装置においては、効率良く反応を行なわせ
るために、触媒層の温度を所定の温度領域に調整するこ
とが必要である。一般に触媒反応においては、この触媒
反応に伴い、吸熱又は発熱が生じるので、触媒層の温度
を所定の温度領域に調整するためには、触媒層を備える
触媒反応器に対し、吸熱反応の場合は熱を供給し、発熱
反応の場合は熱を排除する手段が必要である。このよう
な触媒反応装置においては、熱を供給する手段として
は、外部でヒータ等で加温した空気、水、油等を触媒反
応器の外面に接触させて行っており、熱を排除する手段
としては、ファンによる冷却や低温の空気、水、油等を
触媒反応器の外面に接触させて行っている。
【０００３】ところで、メタノ−ル等のアルコ−ル系燃
料や天然ガス、ブタン、プロパン等炭化水素系燃料を原
燃料とし、これら原燃料を水蒸気と反応させて水素に富
む改質ガスを生成する改質器は、燃料電池システムにお
いて、燃料用水素の供給源として利用されている。上記
改質ガスは、ガス中に一酸化炭素（ＣＯ）を数％程度含
んでいる。一方、燃料電池の電極として多用される白金
は、一酸化炭素によって被毒され易いため、上記改質ガ
ス中の一酸化炭素の濃度を所定の低濃度まで下げる必要
がある。
料や天然ガス、ブタン、プロパン等炭化水素系燃料を原
燃料とし、これら原燃料を水蒸気と反応させて水素に富
む改質ガスを生成する改質器は、燃料電池システムにお
いて、燃料用水素の供給源として利用されている。上記
改質ガスは、ガス中に一酸化炭素（ＣＯ）を数％程度含
んでいる。一方、燃料電池の電極として多用される白金
は、一酸化炭素によって被毒され易いため、上記改質ガ
ス中の一酸化炭素の濃度を所定の低濃度まで下げる必要
がある。
【０００４】近年燃料電池システムの各種の燃料電池の
うち、５０〜１００℃の低温で作動できる固体高分子型
燃料電池が注目されている。この固体高分子型燃料電池
は、高い出力密度から小型化、及び、起動時間の短縮化
が期待されており、自動車、携帯用発電機、家庭用コー
ジュネ等への利用が提案されている。上記固体高分子型
燃料電池においては、作動温度が低いため、改質ガス中
に含まれる一酸化炭素の濃度を数十ｐｐｍ以下に低減さ
せる必要があるため、改質器の後工程にＣＯの酸化反応
を行なってＣＯを低減するＣＯ除去装置を設けている。
このＣＯ除去装置として、白金、ルテニウム等のＣＯ酸
化触媒を充填した触媒反応器が用いられている。（特開
平７−１２６００１号公報等）
うち、５０〜１００℃の低温で作動できる固体高分子型
燃料電池が注目されている。この固体高分子型燃料電池
は、高い出力密度から小型化、及び、起動時間の短縮化
が期待されており、自動車、携帯用発電機、家庭用コー
ジュネ等への利用が提案されている。上記固体高分子型
燃料電池においては、作動温度が低いため、改質ガス中
に含まれる一酸化炭素の濃度を数十ｐｐｍ以下に低減さ
せる必要があるため、改質器の後工程にＣＯの酸化反応
を行なってＣＯを低減するＣＯ除去装置を設けている。
このＣＯ除去装置として、白金、ルテニウム等のＣＯ酸
化触媒を充填した触媒反応器が用いられている。（特開
平７−１２６００１号公報等）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記ＣＯの酸化反応
は、発熱量が大きく、また、触媒反応に適する温度領域
が２０〜４０℃程度の範囲と狭いルテニウム系の触媒を
用いる場合、従来のファンによる冷却や低温の空気、
水、油等を触媒反応器の外面に接触させる手段では、冷
却効率が低いため、大型の冷却装置を必要としている。
また特定の温度領域に調整する温度制御コントローラ
は、温度領域が狭いため、複雑な温度制御を行なう高性
能の装置が必要である。小型化が要望される燃料電池シ
ステムにあっては、より容易に温度制御が可能な装置が
求められている。
は、発熱量が大きく、また、触媒反応に適する温度領域
が２０〜４０℃程度の範囲と狭いルテニウム系の触媒を
用いる場合、従来のファンによる冷却や低温の空気、
水、油等を触媒反応器の外面に接触させる手段では、冷
却効率が低いため、大型の冷却装置を必要としている。
また特定の温度領域に調整する温度制御コントローラ
は、温度領域が狭いため、複雑な温度制御を行なう高性
能の装置が必要である。小型化が要望される燃料電池シ
ステムにあっては、より容易に温度制御が可能な装置が
求められている。
【０００６】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的とするところは、触媒反応器の触媒層を所
定の温度領域により容易に温度制御が可能な触媒反応装
置を提供することにある。
で、その目的とするところは、触媒反応器の触媒層を所
定の温度領域により容易に温度制御が可能な触媒反応装
置を提供することにある。
【０００７】また、他の目的とするところは、触媒反応
器の触媒層を所定の温度領域により容易に温度制御する
ことで、小型化を実現が可能な改質装置を提供すること
にある。
器の触媒層を所定の温度領域により容易に温度制御する
ことで、小型化を実現が可能な改質装置を提供すること
にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明者は、上記目的を
達成するために鋭意研究を重ねた結果、発熱を伴う触媒
反応器の温度制御に、特定の圧力に加圧して飽和状態の
水を作製し、この飽和状態の水が気化すると多大の熱を
吸収することを利用して触媒反応器を冷却することを見
出し、本発明の完成に至った。
達成するために鋭意研究を重ねた結果、発熱を伴う触媒
反応器の温度制御に、特定の圧力に加圧して飽和状態の
水を作製し、この飽和状態の水が気化すると多大の熱を
吸収することを利用して触媒反応器を冷却することを見
出し、本発明の完成に至った。
【０００９】さらに、この特定の圧力に加圧した飽和状
態の水を利用すれば、吸熱を伴う触媒反応器の温度制御
にも展開が可能であることを見出したものである。
態の水を利用すれば、吸熱を伴う触媒反応器の温度制御
にも展開が可能であることを見出したものである。
【００１０】請求項１記載の触媒反応装置は、触媒反応
器と、この触媒反応器の外面に飽和状態の水または水蒸
気が流れる流路と、上記飽和状態の水蒸気を流路に導入
する導入手段と、及び、上記飽和状態の水蒸気の圧力を
変更する圧力変更手段を備える。なお、飽和状態の水ま
たは水蒸気とは、水と水蒸気が平衡状態で共存している
ものである。
器と、この触媒反応器の外面に飽和状態の水または水蒸
気が流れる流路と、上記飽和状態の水蒸気を流路に導入
する導入手段と、及び、上記飽和状態の水蒸気の圧力を
変更する圧力変更手段を備える。なお、飽和状態の水ま
たは水蒸気とは、水と水蒸気が平衡状態で共存している
ものである。
【００１１】触媒反応が発熱を伴うものである場合、上
記によって、触媒反応器の外面を流れる飽和状態の水ま
たは水蒸気が、触媒反応器から多大の熱を吸収すること
ができるため反応温度の上昇を抑止できると共に、この
飽和状態の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更で
きる手段を備えるため、飽和状態の水または水蒸気を所
望の温度にすることができるものである。したがって、
触媒反応器の触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設
定することができる。
記によって、触媒反応器の外面を流れる飽和状態の水ま
たは水蒸気が、触媒反応器から多大の熱を吸収すること
ができるため反応温度の上昇を抑止できると共に、この
飽和状態の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更で
きる手段を備えるため、飽和状態の水または水蒸気を所
望の温度にすることができるものである。したがって、
触媒反応器の触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設
定することができる。
【００１２】さらに、触媒反応が吸熱を伴う場合、上記
によって、触媒反応器の外面を流れる飽和状態の水また
は水蒸気が、触媒反応器に多大の熱を発することができ
るため反応温度の下降を抑止できると共に、この飽和状
態の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更できる手
段を備えるため、飽和状態の水または水蒸気を所望の温
度にすることができるものである。したがって、触媒反
応器の触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設定する
ことができる。
によって、触媒反応器の外面を流れる飽和状態の水また
は水蒸気が、触媒反応器に多大の熱を発することができ
るため反応温度の下降を抑止できると共に、この飽和状
態の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更できる手
段を備えるため、飽和状態の水または水蒸気を所望の温
度にすることができるものである。したがって、触媒反
応器の触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設定する
ことができる。
【００１３】請求項２記載の改質装置は、原燃料と水成
分を水蒸気改質反応させて水素に富む改質ガスを生成す
る改質器と、この改質器で生成した改質ガスから一酸化
炭素を除去する装置に、請求項１の触媒反応装置を備え
る。なお、改質ガスから一酸化炭素を除去する触媒反応
は、発熱を伴うものである。上記によって、触媒反応器
の外面を流れる飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応
器から多大の熱を吸収することができるため反応温度の
上昇を抑止できると共に、飽和状態の水または水蒸気の
圧力を所望の圧力に変更でき、触媒層の温度を所望の温
度領域に容易に設定できる触媒反応装置を備えるため、
複雑な温度制御を行なう高性能の装置を必要としないの
で、より小型化が可能である。
分を水蒸気改質反応させて水素に富む改質ガスを生成す
る改質器と、この改質器で生成した改質ガスから一酸化
炭素を除去する装置に、請求項１の触媒反応装置を備え
る。なお、改質ガスから一酸化炭素を除去する触媒反応
は、発熱を伴うものである。上記によって、触媒反応器
の外面を流れる飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応
器から多大の熱を吸収することができるため反応温度の
上昇を抑止できると共に、飽和状態の水または水蒸気の
圧力を所望の圧力に変更でき、触媒層の温度を所望の温
度領域に容易に設定できる触媒反応装置を備えるため、
複雑な温度制御を行なう高性能の装置を必要としないの
で、より小型化が可能である。
【００１４】請求項３記載の改質装置は、請求項２の改
質装置において、上記原燃料と反応する水成分が、上記
触媒反応器の外面を通過した飽和状態の水または水蒸気
を、改質器に導入したものであることを特徴とする。上
記によって、飽和状態の水または水蒸気を、原燃料と水
蒸気改質反応する水成分として改質器に導入するので、
水蒸気改質反応のための加温が不必要、または、加温が
大幅に低減できるものである。
質装置において、上記原燃料と反応する水成分が、上記
触媒反応器の外面を通過した飽和状態の水または水蒸気
を、改質器に導入したものであることを特徴とする。上
記によって、飽和状態の水または水蒸気を、原燃料と水
蒸気改質反応する水成分として改質器に導入するので、
水蒸気改質反応のための加温が不必要、または、加温が
大幅に低減できるものである。
【００１５】請求項４記載の改質装置は、請求項２の改
質装置において、上記改質器は燃焼部を備え、この燃焼
部で加熱された水を、飽和状態の水または水蒸気として
流路に導入することを特徴とする。上記によって、飽和
状態の水または水蒸気を得るためのヒータのよる加温が
不要であり、熱エネルギーの使用効率を向上することが
できるものである。
質装置において、上記改質器は燃焼部を備え、この燃焼
部で加熱された水を、飽和状態の水または水蒸気として
流路に導入することを特徴とする。上記によって、飽和
状態の水または水蒸気を得るためのヒータのよる加温が
不要であり、熱エネルギーの使用効率を向上することが
できるものである。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１は、請求項１記載の触媒反応
装置に対応する実施の形態の一例を示す概略図である。
装置に対応する実施の形態の一例を示す概略図である。
【００１７】上記触媒反応装置は、ＣＯ酸化触媒からな
る触媒層１を充填した触媒反応器２と、触媒反応器２の
外面に飽和状態の水または水蒸気が流れる流路３と、上
記飽和状態の水または水蒸気を流路に導入する導入手段
と、及び、上記飽和状態の水または水蒸気の圧力を変更
する圧力変更手段を備えている。また、上記触媒反応器
２は、一酸化炭素を含んだガスが供給されるガス供給路
７、及び、触媒反応したガスが排出されるガス排出路８
が接続されている。
る触媒層１を充填した触媒反応器２と、触媒反応器２の
外面に飽和状態の水または水蒸気が流れる流路３と、上
記飽和状態の水または水蒸気を流路に導入する導入手段
と、及び、上記飽和状態の水または水蒸気の圧力を変更
する圧力変更手段を備えている。また、上記触媒反応器
２は、一酸化炭素を含んだガスが供給されるガス供給路
７、及び、触媒反応したガスが排出されるガス排出路８
が接続されている。
【００１８】上記流路３は、入口に水を供給する水供給
ポンプ４、及び、供給された水を加温するヒータ５を備
え、また、出口にバルブ６を備えている。上記水供給ポ
ンプ４を稼動した状態で、上記バルブ６の開閉量を調整
することで、流路３内の圧力を調整できるものである。
なお、符号９は、流路３の圧力センサーである。
ポンプ４、及び、供給された水を加温するヒータ５を備
え、また、出口にバルブ６を備えている。上記水供給ポ
ンプ４を稼動した状態で、上記バルブ６の開閉量を調整
することで、流路３内の圧力を調整できるものである。
なお、符号９は、流路３の圧力センサーである。
【００１９】上記触媒層１が、１００℃が最適触媒反応
温度の白金、ルテニウムの混合ＣＯ酸化触媒である場
合、上記水供給ポンプ４で供給された水は、ヒータ５で
１００℃に加温されると共に、バルブ６の開閉量を調整
することで絶対圧力が１００ｋＰａに維持される。上記
流路３は、供給された水が絶対圧力が１００ｋＰａ、１
００℃の飽和状態の水蒸気（または水）となって流れて
いる。なお、上記バルブ６の開閉量の調整は、図に示す
圧力調整器１０からの信号に基づいて自動的に行っても
よいし、圧力調整器によらず手動で行ってもよい。
温度の白金、ルテニウムの混合ＣＯ酸化触媒である場
合、上記水供給ポンプ４で供給された水は、ヒータ５で
１００℃に加温されると共に、バルブ６の開閉量を調整
することで絶対圧力が１００ｋＰａに維持される。上記
流路３は、供給された水が絶対圧力が１００ｋＰａ、１
００℃の飽和状態の水蒸気（または水）となって流れて
いる。なお、上記バルブ６の開閉量の調整は、図に示す
圧力調整器１０からの信号に基づいて自動的に行っても
よいし、圧力調整器によらず手動で行ってもよい。
【００２０】１ｍｏｌのＣＯが反応して、ＣＯ2 を生成
する場合、２８３ｋＪの発熱を伴う。一方１００℃の飽
和状態の水は、２２５８ｋＪ／ｋｇの気化熱を必要とす
るので、１ｍｏｌのＣＯに対し０．１２５ｋｇの飽和状
態の水があれば１００℃に保持することができる。した
がって、ガス中のＣＯ１ｍｏｌに対し、０．１２５ｋｇ
以上の飽和状態の水または水蒸気を流すことで、触媒層
１の温度を１００℃に制御することができる。
する場合、２８３ｋＪの発熱を伴う。一方１００℃の飽
和状態の水は、２２５８ｋＪ／ｋｇの気化熱を必要とす
るので、１ｍｏｌのＣＯに対し０．１２５ｋｇの飽和状
態の水があれば１００℃に保持することができる。した
がって、ガス中のＣＯ１ｍｏｌに対し、０．１２５ｋｇ
以上の飽和状態の水または水蒸気を流すことで、触媒層
１の温度を１００℃に制御することができる。
【００２１】このように、上記触媒反応装置は、触媒反
応器２の外面に飽和状態の水または水蒸気が流れるた
め、触媒反応器２から多大の熱を吸収することができる
ため反応温度の上昇を抑止できると共に、この飽和状態
の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更できる手段
を備えるため、飽和状態の水または水蒸気を所望の温度
にすることができる。したがって、触媒反応器２の触媒
層の温度を所望の温度領域に容易に設定することができ
るものである。
応器２の外面に飽和状態の水または水蒸気が流れるた
め、触媒反応器２から多大の熱を吸収することができる
ため反応温度の上昇を抑止できると共に、この飽和状態
の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更できる手段
を備えるため、飽和状態の水または水蒸気を所望の温度
にすることができる。したがって、触媒反応器２の触媒
層の温度を所望の温度領域に容易に設定することができ
るものである。
【００２２】また、上記触媒反応装置の触媒反応は、上
記のように発熱を伴うものでも、吸熱を伴うものでもよ
い。吸熱を伴うものとしては、触媒に銅亜鉛系触媒を、
原燃料にメタノールを用いて、水蒸気と反応させる改質
ガスを生成する触媒反応が挙げられる。上記の場合、最
適な触媒反応温度は２５０℃であるため、上記流路３
に、絶対圧力が４０００ｋＰａ、２５０℃の飽和状態の
水蒸気（または水）を供給する。１ｍｏｌのメタノール
が反応して水素（Ｈ2 ）を生成する場合、４９．８ｋＪ
の吸熱を伴う。一方２５０℃の飽和状態の水蒸気は、１
７１５ｋＪ／ｋｇの凝縮熱を必要とするので、１ｍｏｌ
のメタノールに対し、０．０２９ｋｇの飽和状態の水蒸
気があれば２５０℃に保持することができる。したがっ
て、メタノール１ｍｏｌに対し、０．０２９ｋｇの飽和
状態の水または水蒸気を流すことで、触媒層の温度を２
５０℃に制御することができるものである。
記のように発熱を伴うものでも、吸熱を伴うものでもよ
い。吸熱を伴うものとしては、触媒に銅亜鉛系触媒を、
原燃料にメタノールを用いて、水蒸気と反応させる改質
ガスを生成する触媒反応が挙げられる。上記の場合、最
適な触媒反応温度は２５０℃であるため、上記流路３
に、絶対圧力が４０００ｋＰａ、２５０℃の飽和状態の
水蒸気（または水）を供給する。１ｍｏｌのメタノール
が反応して水素（Ｈ2 ）を生成する場合、４９．８ｋＪ
の吸熱を伴う。一方２５０℃の飽和状態の水蒸気は、１
７１５ｋＪ／ｋｇの凝縮熱を必要とするので、１ｍｏｌ
のメタノールに対し、０．０２９ｋｇの飽和状態の水蒸
気があれば２５０℃に保持することができる。したがっ
て、メタノール１ｍｏｌに対し、０．０２９ｋｇの飽和
状態の水または水蒸気を流すことで、触媒層の温度を２
５０℃に制御することができるものである。
【００２３】図２は、請求項２、３記載の改質装置に対
応する実施の形態の一例を示す概略図である。
応する実施の形態の一例を示す概略図である。
【００２４】上記改質装置は、燃料電池システムの改質
装置であり、原燃料と水成分を水蒸気改質反応させて水
素に富む改質ガスを生成する改質器１１と、この改質器
１１で生成した改質ガス中の一酸化炭素を除去する触媒
反応装置１２を備えている。上記触媒反応装置１２は、
選択酸化触媒反応器とも称される、ＣＯ酸化触媒からな
る触媒層１を充填した触媒反応器２と、触媒反応器２の
外面に飽和状態の水または水蒸気が流れる流路３と、上
記飽和状態の水または水蒸気を流路に導入する導入手段
と、及び、上記飽和状態の水または水蒸気の圧力を変更
する圧力変更手段を備えている。また、上記改質装置
は、改質器１１に、原燃料が供給される燃料供給管１３
と、水成分が供給される水供給管１４を接続しており、
改質器１１と触媒反応器２の間を連通する、一酸化炭素
を含んだ改質ガスが供給されるガス供給路７を備え、触
媒反応器２に触媒反応したガスが排出されるガス排出路
８を接続している。上記改質装置においては、飽和状態
の水または水蒸気が流れる流路３が、上記水供給管１４
に連続しており、したがって、流路３を通過した飽和状
態の水または水蒸気は、改質器１１に導入される。ま
た、上記原燃料としては、メタノ−ル等のアルコ−ル系
燃料や天然ガス、ブタン、プロパン等の炭化水素系燃料
等が利用される。
装置であり、原燃料と水成分を水蒸気改質反応させて水
素に富む改質ガスを生成する改質器１１と、この改質器
１１で生成した改質ガス中の一酸化炭素を除去する触媒
反応装置１２を備えている。上記触媒反応装置１２は、
選択酸化触媒反応器とも称される、ＣＯ酸化触媒からな
る触媒層１を充填した触媒反応器２と、触媒反応器２の
外面に飽和状態の水または水蒸気が流れる流路３と、上
記飽和状態の水または水蒸気を流路に導入する導入手段
と、及び、上記飽和状態の水または水蒸気の圧力を変更
する圧力変更手段を備えている。また、上記改質装置
は、改質器１１に、原燃料が供給される燃料供給管１３
と、水成分が供給される水供給管１４を接続しており、
改質器１１と触媒反応器２の間を連通する、一酸化炭素
を含んだ改質ガスが供給されるガス供給路７を備え、触
媒反応器２に触媒反応したガスが排出されるガス排出路
８を接続している。上記改質装置においては、飽和状態
の水または水蒸気が流れる流路３が、上記水供給管１４
に連続しており、したがって、流路３を通過した飽和状
態の水または水蒸気は、改質器１１に導入される。ま
た、上記原燃料としては、メタノ−ル等のアルコ−ル系
燃料や天然ガス、ブタン、プロパン等の炭化水素系燃料
等が利用される。
【００２５】上記触媒層１が、１４０℃が最適触媒反応
温度のルテニウム系のＣＯ酸化触媒である場合、上記水
供給ポンプ４で供給された水は、ヒータ５で１４０℃に
加温されると共に、バルブ６の開閉量を調整することで
絶対圧力が３６０ｋＰａに維持される。上記流路３は、
供給された水が絶対圧力が３６０ｋＰａ、１４０℃の飽
和状態の水蒸気（または水）となって流れている。上述
の如く、１ｍｏｌのＣＯが反応して、ＣＯ2 を生成する
場合、２８３ｋＪの発熱を伴う。一方１４０℃の飽和状
態の水は、３６０ｋＰａでは、２１４５ｋＪ／ｋｇの気
化熱を必要とするので、１ｍｏｌのＣＯに対し０．１３
ｋｇの飽和状態の水があれば１４０℃に保持することが
できる。したがって、ガス中のＣＯ１ｍｏｌに対し、
０．１３ｋｇ以上の飽和状態の水または水蒸気を流すこ
とで、触媒層１の温度を１４０℃に制御することができ
る。
温度のルテニウム系のＣＯ酸化触媒である場合、上記水
供給ポンプ４で供給された水は、ヒータ５で１４０℃に
加温されると共に、バルブ６の開閉量を調整することで
絶対圧力が３６０ｋＰａに維持される。上記流路３は、
供給された水が絶対圧力が３６０ｋＰａ、１４０℃の飽
和状態の水蒸気（または水）となって流れている。上述
の如く、１ｍｏｌのＣＯが反応して、ＣＯ2 を生成する
場合、２８３ｋＪの発熱を伴う。一方１４０℃の飽和状
態の水は、３６０ｋＰａでは、２１４５ｋＪ／ｋｇの気
化熱を必要とするので、１ｍｏｌのＣＯに対し０．１３
ｋｇの飽和状態の水があれば１４０℃に保持することが
できる。したがって、ガス中のＣＯ１ｍｏｌに対し、
０．１３ｋｇ以上の飽和状態の水または水蒸気を流すこ
とで、触媒層１の温度を１４０℃に制御することができ
る。
【００２６】さらに、上記改質装置は、流路３を通過し
た飽和状態の水または水蒸気は、改質器１１に導入され
ている。上記飽和状態の水または水蒸気を、原燃料と水
蒸気改質反応する水成分として改質器１１に導入するの
で、水蒸気改質反応のための加温が不必要、または、加
温が大幅に低減できるので、装置を小型にすることがで
きる。
た飽和状態の水または水蒸気は、改質器１１に導入され
ている。上記飽和状態の水または水蒸気を、原燃料と水
蒸気改質反応する水成分として改質器１１に導入するの
で、水蒸気改質反応のための加温が不必要、または、加
温が大幅に低減できるので、装置を小型にすることがで
きる。
【００２７】上記改質装置は、飽和状態の水または水蒸
気の圧力を所望の圧力に変更でき、触媒層の温度を所望
の温度領域に容易に設定できる触媒反応装置を備えるた
め、複雑な温度制御を行なう高性能の装置を必要としな
いので、より小型化が可能である。
気の圧力を所望の圧力に変更でき、触媒層の温度を所望
の温度領域に容易に設定できる触媒反応装置を備えるた
め、複雑な温度制御を行なう高性能の装置を必要としな
いので、より小型化が可能である。
【００２８】図３は、請求項２、４記載の改質装置に対
応する実施の形態の一例を示す概略図である。上述した
改質装置と異なる点のみ説明する。
応する実施の形態の一例を示す概略図である。上述した
改質装置と異なる点のみ説明する。
【００２９】上記改質装置は、改質器１１に具備する燃
焼部１５で加熱された水を、飽和状態の水または水蒸気
として流路３に導入する導入路１６を有している。ま
た、原燃料と水蒸気改質反応する水成分は、外部から水
供給管１４で供給される。上記改質装置は、図２のヒー
タ５に代わり、改質器１１の燃焼部１５を通過すること
で水を加温するものである。上記改質器１１の燃焼部１
５で加熱された水を、飽和状態の水または水蒸気として
流路３に導入するので、飽和状態の水または水蒸気を得
るためのヒータのよる加温が不要であり、熱エネルギー
の使用効率を向上することができる上記改質装置は、飽
和状態の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更で
き、触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設定できる
触媒反応装置を備えるため、複雑な温度制御を行なう高
性能の装置を必要としないので、より小型化が可能であ
る。
焼部１５で加熱された水を、飽和状態の水または水蒸気
として流路３に導入する導入路１６を有している。ま
た、原燃料と水蒸気改質反応する水成分は、外部から水
供給管１４で供給される。上記改質装置は、図２のヒー
タ５に代わり、改質器１１の燃焼部１５を通過すること
で水を加温するものである。上記改質器１１の燃焼部１
５で加熱された水を、飽和状態の水または水蒸気として
流路３に導入するので、飽和状態の水または水蒸気を得
るためのヒータのよる加温が不要であり、熱エネルギー
の使用効率を向上することができる上記改質装置は、飽
和状態の水または水蒸気の圧力を所望の圧力に変更で
き、触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設定できる
触媒反応装置を備えるため、複雑な温度制御を行なう高
性能の装置を必要としないので、より小型化が可能であ
る。
【００３０】
【発明の効果】請求項１記載の触媒反応装置は、触媒反
応が発熱を伴うものである場合、触媒反応器の外面を流
れる飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応器から多大
の熱を吸収することができるため反応温度の上昇を抑止
できると共に、この飽和状態の水または水蒸気の圧力を
所望の圧力に変更できる手段を備えるため、飽和状態の
水または水蒸気を所望の温度にすることができ、また、
触媒反応が吸熱を伴う場合、触媒反応器の外面を流れる
飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応器に多大の熱を
発することができるため反応温度の下降を抑止できると
共に、この飽和状態の水または水蒸気の圧力を所望の圧
力に変更できる手段を備えるため、飽和状態の水または
水蒸気を所望の温度にすることができる。したがって、
触媒反応器の触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設
定することができる。
応が発熱を伴うものである場合、触媒反応器の外面を流
れる飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応器から多大
の熱を吸収することができるため反応温度の上昇を抑止
できると共に、この飽和状態の水または水蒸気の圧力を
所望の圧力に変更できる手段を備えるため、飽和状態の
水または水蒸気を所望の温度にすることができ、また、
触媒反応が吸熱を伴う場合、触媒反応器の外面を流れる
飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応器に多大の熱を
発することができるため反応温度の下降を抑止できると
共に、この飽和状態の水または水蒸気の圧力を所望の圧
力に変更できる手段を備えるため、飽和状態の水または
水蒸気を所望の温度にすることができる。したがって、
触媒反応器の触媒層の温度を所望の温度領域に容易に設
定することができる。
【００３１】請求項２記載の改質装置は、触媒反応器の
外面を流れる飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応器
から多大の熱を吸収することができるため反応温度の上
昇を抑止できると共に、飽和状態の水または水蒸気の圧
力を所望の圧力に変更でき、触媒層の温度を所望の温度
領域に容易に設定できる触媒反応装置を備えるため、複
雑な温度制御を行なう高性能の装置を必要としないの
で、より小型化が可能である。
外面を流れる飽和状態の水または水蒸気が、触媒反応器
から多大の熱を吸収することができるため反応温度の上
昇を抑止できると共に、飽和状態の水または水蒸気の圧
力を所望の圧力に変更でき、触媒層の温度を所望の温度
領域に容易に設定できる触媒反応装置を備えるため、複
雑な温度制御を行なう高性能の装置を必要としないの
で、より小型化が可能である。
【００３２】さらに、請求項３記載の改質装置は、特
に、飽和状態の水または水蒸気を、原燃料と水蒸気改質
反応する水成分として改質器に導入するので、水蒸気改
質反応のための加温が不必要、または、加温が大幅に低
減できる。
に、飽和状態の水または水蒸気を、原燃料と水蒸気改質
反応する水成分として改質器に導入するので、水蒸気改
質反応のための加温が不必要、または、加温が大幅に低
減できる。
【００３３】さらに、請求項４記載の改質装置は、特
に、改質器の燃焼部で加熱された水を、飽和状態の水ま
たは水蒸気として流路に導入するので、飽和状態の水ま
たは水蒸気を得るためのヒータのよる加温が不要であ
り、熱エネルギーの使用効率を向上することができる。
に、改質器の燃焼部で加熱された水を、飽和状態の水ま
たは水蒸気として流路に導入するので、飽和状態の水ま
たは水蒸気を得るためのヒータのよる加温が不要であ
り、熱エネルギーの使用効率を向上することができる。
【図１】本発明の触媒反応装置の実施の形態の一例を示
す概略図である。
す概略図である。
【図２】本発明の改質装置の実施の形態の一例を示す概
略図である。
略図である。
【図３】本発明の他の改質装置の実施の形態の一例を示
す概略図である。
す概略図である。
１ 触媒層 ２ 触媒反応器 ３ 流路 ４ 水供給ポンプ ５ ヒータ ６ バルブ １１ 改質器 １２ 触媒反応装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 品川 幹夫 大阪府門真市大字門真1048番地松下電工株 式会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB14 EB22 EB44 EC03 4G075 AA05 AA62 AA63 BA01 BA05 BD14 CA02 CA03 CA51 CA54 4H060 AA02 BB08 BB12 CC18 FF02 GG02
Claims (4)
- 【請求項１】 触媒反応器と、この触媒反応器の外面に
飽和状態の水または水蒸気が流れる流路と、上記飽和状
態の水または水蒸気を流路に導入する導入手段と、及
び、上記飽和状態の水または水蒸気の圧力を変更する圧
力変更手段を備える触媒反応装置。 - 【請求項２】 原燃料と水成分を水蒸気改質反応させて
水素に富む改質ガスを生成する改質器と、この改質器で
生成した改質ガスから一酸化炭素を除去する装置に、請
求項１の触媒反応装置を備える改質装置。 - 【請求項３】 請求項２の改質装置において、上記原燃
料と反応する水成分が、上記触媒反応器の外面を通過し
た飽和状態の水または水蒸気を、改質器に導入したもの
であることを特徴とする請求項２記載の改質装置。 - 【請求項４】 請求項２の改質装置において、上記改質
器は燃焼部を備え、この燃焼部で加熱された水を、飽和
状態の水または水蒸気として流路に導入することを特徴
とする請求項２記載の改質装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26697299A JP2001087644A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 触媒反応装置及び触媒反応装置を有する改質装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26697299A JP2001087644A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 触媒反応装置及び触媒反応装置を有する改質装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001087644A true JP2001087644A (ja) | 2001-04-03 |
Family
ID=17438279
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26697299A Pending JP2001087644A (ja) | 1999-09-21 | 1999-09-21 | 触媒反応装置及び触媒反応装置を有する改質装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001087644A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073105A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Toyota Motor Corp | 薄板積層構造を有する水蒸気混合装置を備えた燃料改質装置 |
-
1999
- 1999-09-21 JP JP26697299A patent/JP2001087644A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003073105A (ja) * | 2001-09-04 | 2003-03-12 | Toyota Motor Corp | 薄板積層構造を有する水蒸気混合装置を備えた燃料改質装置 |
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Legal Events
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| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20050613 |
|
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|
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|
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