JP2001146404A - 水素ガス生成装置 - Google Patents
水素ガス生成装置Info
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
Landscapes
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
- Fuel Cell (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 水素ガス生成装置の簡易化及び小型化を図
る。 【解決手段】 原燃料の部分酸化反応に対して活性を呈
する第１触媒層(22)と、水性ガスシフト反応に対して活
性を呈する第２触媒層(23)とを備える。両反応により生
成される水素を透過させる水素透過膜(24)を筒状体(20)
に形成し、管内にスイープガスとしての水蒸気を流通さ
せる。
る。 【解決手段】 原燃料の部分酸化反応に対して活性を呈
する第１触媒層(22)と、水性ガスシフト反応に対して活
性を呈する第２触媒層(23)とを備える。両反応により生
成される水素を透過させる水素透過膜(24)を筒状体(20)
に形成し、管内にスイープガスとしての水蒸気を流通さ
せる。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素ガス生成装置
に関する。
に関する。
【０００２】
【従来の技術】水素は炭化水素またはメタノールを改質
することによって生成することができ、このような改質
によって水素を生成する水素ガス生成装置は、燃料電
池、水素エンジン等に使用されている。
することによって生成することができ、このような改質
によって水素を生成する水素ガス生成装置は、燃料電
池、水素エンジン等に使用されている。
【０００３】特開平６−１６８７３３号公報には、炭化
水素またはメタノールから水蒸気改質によって水素を生
成し、この水素を水素分離機能膜を透過させ、水蒸気に
同伴させて取り出す水素ガス生成装置が記載されてい
る。
水素またはメタノールから水蒸気改質によって水素を生
成し、この水素を水素分離機能膜を透過させ、水蒸気に
同伴させて取り出す水素ガス生成装置が記載されてい
る。
【０００４】水蒸気改質は、触媒層中で原料ガスと水蒸
気（スチーム）とを反応させる方法であり、主要な反応
は以下の通りである。
気（スチーム）とを反応させる方法であり、主要な反応
は以下の通りである。
【０００５】 ＣnＨm＋ｎＨ2Ｏ ⇔ ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ2 ------（１） ＣnＨm＋２ｎＨ2Ｏ ⇔ ｎＣＯ2＋（２ｎ＋ｍ／２）Ｈ2 ------（２） 上記（１）及び（２）式の反応はいずれも可逆反応であ
る。上記水素ガス生成装置では、上記反応により生成さ
れた水素を水蒸気に同伴させて逐次取り出すようにして
いるので、上記反応の平衡点は水素を生成する側に移行
する。従って、水素の生成効率は高くなる。
る。上記水素ガス生成装置では、上記反応により生成さ
れた水素を水蒸気に同伴させて逐次取り出すようにして
いるので、上記反応の平衡点は水素を生成する側に移行
する。従って、水素の生成効率は高くなる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかし、水蒸気改質は
大きな熱量を必要とする吸熱反応である。そのため、上
記水素ガス生成装置では、大容量の加熱装置が必要であ
った。従って、装置全体の構造が複雑且つ大型になり、
高効率化及びコンパクト化の要請に十分に応えることが
困難であった。
大きな熱量を必要とする吸熱反応である。そのため、上
記水素ガス生成装置では、大容量の加熱装置が必要であ
った。従って、装置全体の構造が複雑且つ大型になり、
高効率化及びコンパクト化の要請に十分に応えることが
困難であった。
【０００７】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、小型且つ高効率な水
素ガス生成装置を提供することにある。
であり、その目的とするところは、小型且つ高効率な水
素ガス生成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】上記目的を達成するため
に、本発明は、部分酸化反応によって水素を生成し、こ
の水素を水素透過膜を透過させて取り出すこととした。
に、本発明は、部分酸化反応によって水素を生成し、こ
の水素を水素透過膜を透過させて取り出すこととした。
【０００９】具体的には、第１の発明は、炭化水素また
はメタノールからなる原燃料と酸素とを取り入れる燃料
取入部(25)と、上記燃料取入部(25)の下流側に設けら
れ、上記原燃料の部分酸化反応に対して活性を呈する第
１の触媒(22)と、上記部分酸化反応により生成される水
素を透過させる水素透過膜(24)と、上記水素透過膜(24)
を透過した水素を排出する水素排出部(30)とを備えてい
ることとしたものである。
はメタノールからなる原燃料と酸素とを取り入れる燃料
取入部(25)と、上記燃料取入部(25)の下流側に設けら
れ、上記原燃料の部分酸化反応に対して活性を呈する第
１の触媒(22)と、上記部分酸化反応により生成される水
素を透過させる水素透過膜(24)と、上記水素透過膜(24)
を透過した水素を排出する水素排出部(30)とを備えてい
ることとしたものである。
【００１０】上記第１の発明により、下記（３）式で表
される部分酸化反応が起こり、水素が生成される。
される部分酸化反応が起こり、水素が生成される。
【００１１】 ＣnＨm＋（ｎ／２）Ｏ2 ⇔ ｎＣＯ＋（ｍ／２）Ｈ2 ------（３） この反応により生成された水素は、水素透過膜を透過
し、水素排出部から順次排出される。そのため、上記
（３）式の平衡点は、水素を生成する側（右側）に傾
く。従って、水素の生成効率は高くなる。また、上記反
応は発熱反応であり、原燃料が例えばメタン（ＣＨ4）
の場合はΔＨ＝−３６．０７ｋＪ／ｍｏｌである。従っ
て、上記反応が始まった後は、反応を維持するために必
要な熱が反応熱によって得られるので、外部からの加熱
量は少なくてもよく、ひいては外部加熱を不要にするこ
とができる。そのため、加熱装置を小さくすることがで
き、ひいては加熱装置を不要にすることができるので、
水素ガス生成装置の簡易化及び小型化を促進することが
できる。
し、水素排出部から順次排出される。そのため、上記
（３）式の平衡点は、水素を生成する側（右側）に傾
く。従って、水素の生成効率は高くなる。また、上記反
応は発熱反応であり、原燃料が例えばメタン（ＣＨ4）
の場合はΔＨ＝−３６．０７ｋＪ／ｍｏｌである。従っ
て、上記反応が始まった後は、反応を維持するために必
要な熱が反応熱によって得られるので、外部からの加熱
量は少なくてもよく、ひいては外部加熱を不要にするこ
とができる。そのため、加熱装置を小さくすることがで
き、ひいては加熱装置を不要にすることができるので、
水素ガス生成装置の簡易化及び小型化を促進することが
できる。
【００１２】第２の発明は、炭化水素またはメタノール
からなる原燃料と酸素とを取り入れる燃料取入部(25)
と、上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上記原燃
料の部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触媒(22)
と、上記部分酸化反応により生成される一酸化炭素に水
蒸気を供給する水蒸気供給部(61)と、上記第１の触媒(2
2)の下流側に設けられ、上記一酸化炭素の水性ガスシフ
ト反応に対して活性を呈する第２の触媒(23)と、少なく
とも上記水性ガスシフト反応により生成される水素を透
過させる水素透過膜(24)と、上記水素透過膜(24)を透過
した水素を排出する水素排出部(30)とを備えていること
としたものである。
からなる原燃料と酸素とを取り入れる燃料取入部(25)
と、上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上記原燃
料の部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触媒(22)
と、上記部分酸化反応により生成される一酸化炭素に水
蒸気を供給する水蒸気供給部(61)と、上記第１の触媒(2
2)の下流側に設けられ、上記一酸化炭素の水性ガスシフ
ト反応に対して活性を呈する第２の触媒(23)と、少なく
とも上記水性ガスシフト反応により生成される水素を透
過させる水素透過膜(24)と、上記水素透過膜(24)を透過
した水素を排出する水素排出部(30)とを備えていること
としたものである。
【００１３】第３の発明は、炭化水素またはメタノール
からなる原燃料と酸素と水蒸気とを取り入れる燃料取入
部(25)と、上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上
記原燃料の部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触
媒(22)と、上記第１の触媒(22)の下流側に設けられ、上
記部分酸化反応により生成される一酸化炭素の水性ガス
シフト反応に対して活性を呈する第２の触媒(23)と、少
なくとも上記水性ガスシフト反応により生成される水素
を透過させる水素透過膜(24)と、上記水素透過膜(24)を
透過した水素を排出する水素排出部(30)とを備えている
こととしたものである。
からなる原燃料と酸素と水蒸気とを取り入れる燃料取入
部(25)と、上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上
記原燃料の部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触
媒(22)と、上記第１の触媒(22)の下流側に設けられ、上
記部分酸化反応により生成される一酸化炭素の水性ガス
シフト反応に対して活性を呈する第２の触媒(23)と、少
なくとも上記水性ガスシフト反応により生成される水素
を透過させる水素透過膜(24)と、上記水素透過膜(24)を
透過した水素を排出する水素排出部(30)とを備えている
こととしたものである。
【００１４】上記第２または第３の発明により、前記
（３）式の部分酸化反応に加え、下記（４）式で表され
る水性ガスシフト反応が起こり、水素が生成される。
（３）式の部分酸化反応に加え、下記（４）式で表され
る水性ガスシフト反応が起こり、水素が生成される。
【００１５】 ＣＯ＋Ｈ2Ｏ ⇔ ＣＯ2＋Ｈ2 ------（４） 上記部分酸化反応及び水性ガスシフト反応により生成さ
れた水素は、水素透過膜を透過し、水素排出部から順次
排出される。そのため、上記（３）及び（４）式の平衡
点は、それぞれ水素を生成する側（右側）に傾く。従っ
て、水素の生成効率は高くなる。また、上記（３）式と
同様、上記（４）式の反応も発熱反応である。従って、
上記（３）式と同様、上記（４）式の水性ガスシフト反
応においても、反応を維持するために必要な熱が反応熱
によって得られるので、外部からの加熱量を少なくする
ことができ、ひいては外部加熱を不要にすることができ
る。従って、装置の構成の簡易化及び小型化を促進する
ことができる。
れた水素は、水素透過膜を透過し、水素排出部から順次
排出される。そのため、上記（３）及び（４）式の平衡
点は、それぞれ水素を生成する側（右側）に傾く。従っ
て、水素の生成効率は高くなる。また、上記（３）式と
同様、上記（４）式の反応も発熱反応である。従って、
上記（３）式と同様、上記（４）式の水性ガスシフト反
応においても、反応を維持するために必要な熱が反応熱
によって得られるので、外部からの加熱量を少なくする
ことができ、ひいては外部加熱を不要にすることができ
る。従って、装置の構成の簡易化及び小型化を促進する
ことができる。
【００１６】第４の発明は、前記第１〜第３の発明にお
いて、水素透過膜(24)は、無機多孔質体で形成されてい
ることとしたものである。
いて、水素透過膜(24)は、無機多孔質体で形成されてい
ることとしたものである。
【００１７】第５の発明は、前記第１〜第４の発明にお
いて、水素透過膜(24)の表面は、Ｖを含んだ合金からな
る無孔質膜によって覆われていることとしたものであ
る。
いて、水素透過膜(24)の表面は、Ｖを含んだ合金からな
る無孔質膜によって覆われていることとしたものであ
る。
【００１８】上記第４または第５の発明によれば、水素
透過膜の好適な具体的構成が得られる。
透過膜の好適な具体的構成が得られる。
【００１９】第６の発明は、前記第１〜第４の発明にお
いて、水素透過膜(24)の表面は、ＰｄまたはＰｄ−Ａｇ
合金からなる無孔質膜によって覆われていることとした
ものである。
いて、水素透過膜(24)の表面は、ＰｄまたはＰｄ−Ａｇ
合金からなる無孔質膜によって覆われていることとした
ものである。
【００２０】上記第６の発明によれば、水素選択性に優
れ且つ水素によって脆化しにくい水素透過膜が得られ
る。
れ且つ水素によって脆化しにくい水素透過膜が得られ
る。
【００２１】第７の発明は、前記第１〜第６の発明にお
いて、水素透過膜(24)の表面には、部分酸化反応及び水
性ガスシフト反応の少なくとも一方に対して活性を呈す
る触媒が担持されていることとしたものである。
いて、水素透過膜(24)の表面には、部分酸化反応及び水
性ガスシフト反応の少なくとも一方に対して活性を呈す
る触媒が担持されていることとしたものである。
【００２２】上記第７の発明によれば、水素透過膜(24)
の表面上で部分酸化反応または水性ガスシフト反応を起
こさせることができ、ひいては第１の触媒または第２の
触媒の量を少なくすることができる。従って、装置の構
成の簡易化及び小型化を促進することができる。なお、
このような触媒として、例えば、鉄−クロム系、銅−亜
鉛−アルミニウム系または貴金属系触媒等を好適に用い
ることができる。
の表面上で部分酸化反応または水性ガスシフト反応を起
こさせることができ、ひいては第１の触媒または第２の
触媒の量を少なくすることができる。従って、装置の構
成の簡易化及び小型化を促進することができる。なお、
このような触媒として、例えば、鉄−クロム系、銅−亜
鉛−アルミニウム系または貴金属系触媒等を好適に用い
ることができる。
【００２３】第８の発明は、前記第１〜第４の発明にお
いて、水素透過膜(24)の表面は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｒ
ｈ及びＩｒのうち少なくとも１種類を含む多孔質膜によ
って覆われていることとしたものである。
いて、水素透過膜(24)の表面は、Ｐｄ、Ｒｕ、Ｐｔ、Ｒ
ｈ及びＩｒのうち少なくとも１種類を含む多孔質膜によ
って覆われていることとしたものである。
【００２４】上記第８の発明によれば、水素選択性に優
れ且つ水素によって脆化しにくい水素透過膜が得られ
る。
れ且つ水素によって脆化しにくい水素透過膜が得られ
る。
【００２５】第９の発明は、前記第８の発明において、
水素透過膜(24)の表面を覆っている貴金属が部分酸化反
応または水性ガスシフト反応の少なくとも一方に対して
活性を呈する触媒機能を有することとしたものである。
水素透過膜(24)の表面を覆っている貴金属が部分酸化反
応または水性ガスシフト反応の少なくとも一方に対して
活性を呈する触媒機能を有することとしたものである。
【００２６】上記第９の発明によれば、水素選択性に優
れ且つ水素によって脆化しにくい水素透過膜を得るとと
もに、水素透過膜の表面上で部分酸化反応または水性ガ
スシフト反応を起こさせることができるので、ひいては
第１の触媒または第２の触媒の量を少なくすることがで
きる。従って、装置の構成の簡易化及び小型化を促進す
ることができる。
れ且つ水素によって脆化しにくい水素透過膜を得るとと
もに、水素透過膜の表面上で部分酸化反応または水性ガ
スシフト反応を起こさせることができるので、ひいては
第１の触媒または第２の触媒の量を少なくすることがで
きる。従って、装置の構成の簡易化及び小型化を促進す
ることができる。
【００２７】第１０の発明は、前記第１〜第９の発明に
おいて、第１の触媒(22)はＲｈを含有していることとし
たものである。
おいて、第１の触媒(22)はＲｈを含有していることとし
たものである。
【００２８】上記第１０の発明によれば、高活性であり
且つ炭素析出の少ない好適な触媒が得られる。
且つ炭素析出の少ない好適な触媒が得られる。
【００２９】第１１の発明は、前記第１〜第１０の発明
において、水素透過膜(24)のスイープガス用の水蒸気を
導く水蒸気導入部(28)を備えていることとしたものであ
る。
において、水素透過膜(24)のスイープガス用の水蒸気を
導く水蒸気導入部(28)を備えていることとしたものであ
る。
【００３０】上記第１１の発明によれば、水素透過膜を
透過した水素はスイープガスとしての水蒸気に搬送さ
れ、前記部分酸化反応または水性ガスシフト反応は水素
を生成する側に傾きやすくなる。従って、水素の生成効
率は向上する。
透過した水素はスイープガスとしての水蒸気に搬送さ
れ、前記部分酸化反応または水性ガスシフト反応は水素
を生成する側に傾きやすくなる。従って、水素の生成効
率は向上する。
【００３１】第１２の発明は、前記第１１の発明におい
て、水素透過膜(24)は、一方が水蒸気導入部(28)となり
且つ他方が水素排出部(30)となるガス流路を区画形成す
るように筒状体(20)に形成されていることとしたもので
ある。
て、水素透過膜(24)は、一方が水蒸気導入部(28)となり
且つ他方が水素排出部(30)となるガス流路を区画形成す
るように筒状体(20)に形成されていることとしたもので
ある。
【００３２】第１３の発明は、前記第１〜第１２の発明
において、水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側には外側
筒状体(21)が設けられ、上記水素透過膜(24)の筒状体(2
0)の内側には、一方が水蒸気導入部(28)となり且つ他方
が水素排出部(30)となるガス流路が形成され、上記水素
透過膜(24)の筒状体(20)の外側と上記外側筒状体(21)の
内側との間には、少なくとも第１の触媒が配設されてな
る触媒層(22)が形成されていることとしたものである。
において、水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側には外側
筒状体(21)が設けられ、上記水素透過膜(24)の筒状体(2
0)の内側には、一方が水蒸気導入部(28)となり且つ他方
が水素排出部(30)となるガス流路が形成され、上記水素
透過膜(24)の筒状体(20)の外側と上記外側筒状体(21)の
内側との間には、少なくとも第１の触媒が配設されてな
る触媒層(22)が形成されていることとしたものである。
【００３３】第１４の発明は、前記第１〜第１２の発明
において、水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側には外側
筒状体(21)が設けられ、上記水素透過膜(24)の筒状体(2
0)の内側には、少なくとも第１の触媒が配設されてなる
触媒層(22)が形成され、上記水素透過膜(24)の筒状体(2
0)の外側と上記外側筒状体(21)の内側との間には、一方
が水蒸気導入部(28)となり且つ他方が水素排出部(30)と
なるガス流路が形成されていることとしたものである。
において、水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側には外側
筒状体(21)が設けられ、上記水素透過膜(24)の筒状体(2
0)の内側には、少なくとも第１の触媒が配設されてなる
触媒層(22)が形成され、上記水素透過膜(24)の筒状体(2
0)の外側と上記外側筒状体(21)の内側との間には、一方
が水蒸気導入部(28)となり且つ他方が水素排出部(30)と
なるガス流路が形成されていることとしたものである。
【００３４】第１５の発明は、前記第１〜第１２の発明
において、水素透過膜(24)の筒状体(20)は、該筒状体(2
0)の内側の一方が水蒸気導入部(28)となり且つ他方が水
素排出部(30)となる複数のガス流路を形成するように複
数設けられ、上記複数の筒状体(20)の間には、少なくと
も第１の触媒が配設されてなる触媒層(22)が形成されて
いることとしたものである。
において、水素透過膜(24)の筒状体(20)は、該筒状体(2
0)の内側の一方が水蒸気導入部(28)となり且つ他方が水
素排出部(30)となる複数のガス流路を形成するように複
数設けられ、上記複数の筒状体(20)の間には、少なくと
も第１の触媒が配設されてなる触媒層(22)が形成されて
いることとしたものである。
【００３５】上記第１２、１３、１４または１５の発明
によれば、水素生成効率が高く且つコンパクトな具体的
構成が得られる。
によれば、水素生成効率が高く且つコンパクトな具体的
構成が得られる。
【００３６】第１６の発明は、前記第１〜第１５の発明
において、水素透過膜(24)により水素が除去された後の
排出ガス中に含まれる一酸化炭素を部分酸化させる部分
酸化反応器(62)を備えていることとしたものである。
において、水素透過膜(24)により水素が除去された後の
排出ガス中に含まれる一酸化炭素を部分酸化させる部分
酸化反応器(62)を備えていることとしたものである。
【００３７】上記第１６の発明によれば、排出ガスに含
まれる一酸化炭素は部分酸化反応器によって部分酸化さ
れ、二酸化炭素となって排出されるので、排出ガスの清
浄化が図られる。
まれる一酸化炭素は部分酸化反応器によって部分酸化さ
れ、二酸化炭素となって排出されるので、排出ガスの清
浄化が図られる。
【００３８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図面
に基づいて説明する。
に基づいて説明する。
【００３９】＜実施形態１＞図１に示すように、実施形
態１に係る水素ガス生成装置は、燃料電池(11)、水蒸気
分離器(12)、熱・水蒸気交換器(13)及び触媒燃焼器(14)
とともに、燃料電池システム(1) を構成する水素生成器
(10)である。
態１に係る水素ガス生成装置は、燃料電池(11)、水蒸気
分離器(12)、熱・水蒸気交換器(13)及び触媒燃焼器(14)
とともに、燃料電池システム(1) を構成する水素生成器
(10)である。
【００４０】この水素生成器(10)はいわゆるメンブレン
型の水素生成器であって、図２に示すように、円筒形状
の水素透過膜(24)からなる内管(20)と、内管(20)と同心
状に設けられた外管(21)と、これら内管(20)及び外管(2
1)を覆う有底円筒形状のケーシング(17)とを備えてい
る。
型の水素生成器であって、図２に示すように、円筒形状
の水素透過膜(24)からなる内管(20)と、内管(20)と同心
状に設けられた外管(21)と、これら内管(20)及び外管(2
1)を覆う有底円筒形状のケーシング(17)とを備えてい
る。
【００４１】ケーシング(17)の上面には、水蒸気導入管
(27)が接続された水蒸気導入口(28)が設けられ、ケーシ
ング(17)の下面には、水素供給管(29)が接続された水素
導出口(30)が設けられている。内管(20)の一端は水蒸気
導入口(28)に接続され、内管(20)の他端は水素導出口(3
0)に接続されている。ケーシング(17)の側面の下部に
は、燃料導入管(18)が接続された燃料導入口(25)と、残
留ガス排出管(19)が接続された残留ガス排出口(26)とが
設けられている。ケーシング(17)の内面と外管(21)の外
面との間には、燃料導入口(25)から導入したガスを上方
に向かって流通させるガス流路(31)が形成されている。
外管(21)の上端面はケーシング(17)の上部の内面よりも
下方に位置しており、外管(21)の上端面とケーシング(1
7)の上部内面との間には、ガス流路(31)を流通したガス
を外管(21)と内管(20)との間に導くために十分な大きさ
の隙間が設けられている。
(27)が接続された水蒸気導入口(28)が設けられ、ケーシ
ング(17)の下面には、水素供給管(29)が接続された水素
導出口(30)が設けられている。内管(20)の一端は水蒸気
導入口(28)に接続され、内管(20)の他端は水素導出口(3
0)に接続されている。ケーシング(17)の側面の下部に
は、燃料導入管(18)が接続された燃料導入口(25)と、残
留ガス排出管(19)が接続された残留ガス排出口(26)とが
設けられている。ケーシング(17)の内面と外管(21)の外
面との間には、燃料導入口(25)から導入したガスを上方
に向かって流通させるガス流路(31)が形成されている。
外管(21)の上端面はケーシング(17)の上部の内面よりも
下方に位置しており、外管(21)の上端面とケーシング(1
7)の上部内面との間には、ガス流路(31)を流通したガス
を外管(21)と内管(20)との間に導くために十分な大きさ
の隙間が設けられている。
【００４２】外管(21)と内管(20)との間には上方から下
方に向かって順に、第１触媒が充填されてなる第１触媒
層(22)と、第２触媒が充填されてなる第２触媒層(23)と
が設けられている。外管(21)の下部は、その一部がケー
シング(17)の下部の内面に固着されており、他の一部
は、燃料導入口(25)から導入したガスがそのまま残留ガ
ス排出口(26)から流出することがないように、第２触媒
層(23)を通過したガスのみを残留ガス排出口(26)から排
出する排出通路を区画形成している。
方に向かって順に、第１触媒が充填されてなる第１触媒
層(22)と、第２触媒が充填されてなる第２触媒層(23)と
が設けられている。外管(21)の下部は、その一部がケー
シング(17)の下部の内面に固着されており、他の一部
は、燃料導入口(25)から導入したガスがそのまま残留ガ
ス排出口(26)から流出することがないように、第２触媒
層(23)を通過したガスのみを残留ガス排出口(26)から排
出する排出通路を区画形成している。
【００４３】第１触媒は、炭化水素またはメタノールか
らなる燃料ガスの部分酸化反応に対して活性を呈する触
媒であり、例えばＲｕまたはＲｈをＡｌ2Ｏ3に担持させ
てなる触媒を好適に用いることができる。一方、第２触
媒は、上記部分酸化反応によって生成されるＣＯを反応
物とする水性ガスシフト反応に対して活性を呈する触媒
であり、鉄−クロム系、銅−亜鉛系触媒等を好適に用い
ることができる。
らなる燃料ガスの部分酸化反応に対して活性を呈する触
媒であり、例えばＲｕまたはＲｈをＡｌ2Ｏ3に担持させ
てなる触媒を好適に用いることができる。一方、第２触
媒は、上記部分酸化反応によって生成されるＣＯを反応
物とする水性ガスシフト反応に対して活性を呈する触媒
であり、鉄−クロム系、銅−亜鉛系触媒等を好適に用い
ることができる。
【００４４】図１に示すように、燃料電池(11)は、触媒
電極であるカソード（酸素極）(15)とアノード（水素
極）(16)とを有する固体高分子電解質型の燃料電池であ
る。
電極であるカソード（酸素極）(15)とアノード（水素
極）(16)とを有する固体高分子電解質型の燃料電池であ
る。
【００４５】水蒸気分離器(12)は、水蒸気透過膜(34)に
よって燃料電池(11)のカソード排出ガスから水蒸気を分
離するものであり、水蒸気透過膜(34)の一方の側にはカ
ソード排出ガスが流通するガス流通部(32)が設けられ、
水蒸気透過膜(34)の他方の側には、分離された水蒸気が
流通する水蒸気流通部(33)が設けられている。
よって燃料電池(11)のカソード排出ガスから水蒸気を分
離するものであり、水蒸気透過膜(34)の一方の側にはカ
ソード排出ガスが流通するガス流通部(32)が設けられ、
水蒸気透過膜(34)の他方の側には、分離された水蒸気が
流通する水蒸気流通部(33)が設けられている。
【００４６】熱・水蒸気交換器(13)は、熱伝導性の水蒸
気透過膜からなる熱及び水蒸気の移動が可能な分離膜(3
5)を有し、水蒸気分離器(12)において水蒸気を分離され
て残った残留ガスから分離膜(35)を介して熱及び水蒸気
を回収し、回収した熱及び水蒸気を燃料電池(11)のカソ
ード(15)に供給される空気（カソード供給空気）に加え
るものである。分離膜(35)の一方の側には、残留ガスが
流通するガス流通部(37)が設けられ、分離膜(35)の他方
の側には、カソード供給空気が流通する空気流通部(36)
が設けられている。
気透過膜からなる熱及び水蒸気の移動が可能な分離膜(3
5)を有し、水蒸気分離器(12)において水蒸気を分離され
て残った残留ガスから分離膜(35)を介して熱及び水蒸気
を回収し、回収した熱及び水蒸気を燃料電池(11)のカソ
ード(15)に供給される空気（カソード供給空気）に加え
るものである。分離膜(35)の一方の側には、残留ガスが
流通するガス流通部(37)が設けられ、分離膜(35)の他方
の側には、カソード供給空気が流通する空気流通部(36)
が設けられている。
【００４７】炭化水素またはメタノールからなる原燃料
（原料）を供給する原料供給源(38)の下流側の燃料導入
路(18a)には、原料ガスを搬送する圧縮機(39)が設けら
れ、圧縮機(39)の吐出側には前述の燃料導入管(18)（図
２参照）が接続されている。水素生成器(10)の水素供給
管(29)が設けられた水素供給路(29a)は、燃料電池(11)
のアノード(16)の入口側に接続されている。この水素供
給路(29a)には、水素生成器(10)において生成した水素
ガスを燃料電池(11)に搬送するための圧縮機(40)が設け
られている。燃料電池(11)のカソード(15)の出口側と水
蒸気分離器(12)のガス流通部(32)とは、ガス流路(41)を
介して接続されている。ガス流路(41)の一部は分岐して
燃料導入路(18a)に接続され、カソード排出ガスの一部
を原料ガスと混合させる空気供給路(42)となっている。
この空気供給路(42)には、圧縮機(43)が設けられてい
る。水蒸気分離器(12)の水蒸気流通部(33)と水素生成器
(10)の水蒸気導入管(27)とは、水蒸気導入路(27a)を介
して接続されている。熱・水蒸気交換器(13)の空気流通
部(36)と燃料電池(11)のカソード(15)の入口側とは、送
風機(45)が設けられた空気供給路(44)を介して接続され
ている。水素生成器(10)の残留ガス排出管(19)が設けら
れたガス流路(19a)と燃料電池(11)のアノード(16)の出
口側に設けられたガス流路(46)とは、合流路(47)におい
て合流しており、その下流側に触媒燃焼器(14)が設けら
れている。
（原料）を供給する原料供給源(38)の下流側の燃料導入
路(18a)には、原料ガスを搬送する圧縮機(39)が設けら
れ、圧縮機(39)の吐出側には前述の燃料導入管(18)（図
２参照）が接続されている。水素生成器(10)の水素供給
管(29)が設けられた水素供給路(29a)は、燃料電池(11)
のアノード(16)の入口側に接続されている。この水素供
給路(29a)には、水素生成器(10)において生成した水素
ガスを燃料電池(11)に搬送するための圧縮機(40)が設け
られている。燃料電池(11)のカソード(15)の出口側と水
蒸気分離器(12)のガス流通部(32)とは、ガス流路(41)を
介して接続されている。ガス流路(41)の一部は分岐して
燃料導入路(18a)に接続され、カソード排出ガスの一部
を原料ガスと混合させる空気供給路(42)となっている。
この空気供給路(42)には、圧縮機(43)が設けられてい
る。水蒸気分離器(12)の水蒸気流通部(33)と水素生成器
(10)の水蒸気導入管(27)とは、水蒸気導入路(27a)を介
して接続されている。熱・水蒸気交換器(13)の空気流通
部(36)と燃料電池(11)のカソード(15)の入口側とは、送
風機(45)が設けられた空気供給路(44)を介して接続され
ている。水素生成器(10)の残留ガス排出管(19)が設けら
れたガス流路(19a)と燃料電池(11)のアノード(16)の出
口側に設けられたガス流路(46)とは、合流路(47)におい
て合流しており、その下流側に触媒燃焼器(14)が設けら
れている。
【００４８】燃料電池システム(1)には、本燃料電池シ
ステム(1)の排熱を利用するための熱回収回路として、
水回路(50)が設けられている。触媒燃焼器(14)の下流側
には、触媒燃焼器(14)の排出ガスと水回路(50)の水とを
熱交換させて当該排出ガスの熱を回収するための熱回収
熱交換器(49)が設けられている。水回路(50)には、上記
熱回収熱交換器(49)の他に、燃料電池(11)の冷却熱交換
器(48)と、原料供給源(38)から供給される原料ガスを予
熱するための予熱熱交換器(52)と、ポンプ(53)とが設け
られている。冷却熱交換器(48)と熱回収熱交換器(49)と
の間には、流量調節機構(54)を有するバイパス回路(51)
が設けられている。
ステム(1)の排熱を利用するための熱回収回路として、
水回路(50)が設けられている。触媒燃焼器(14)の下流側
には、触媒燃焼器(14)の排出ガスと水回路(50)の水とを
熱交換させて当該排出ガスの熱を回収するための熱回収
熱交換器(49)が設けられている。水回路(50)には、上記
熱回収熱交換器(49)の他に、燃料電池(11)の冷却熱交換
器(48)と、原料供給源(38)から供給される原料ガスを予
熱するための予熱熱交換器(52)と、ポンプ(53)とが設け
られている。冷却熱交換器(48)と熱回収熱交換器(49)と
の間には、流量調節機構(54)を有するバイパス回路(51)
が設けられている。
【００４９】図示は省略するが、本実施形態では、圧縮
機(39)、圧縮機(40)、圧縮機(43)及び送風機(45)は、そ
れぞれ別個に構成されていてもよく、このうちの２また
は３以上が同一の電動機によって駆動されるように一体
的に形成されていてもよい。
機(39)、圧縮機(40)、圧縮機(43)及び送風機(45)は、そ
れぞれ別個に構成されていてもよく、このうちの２また
は３以上が同一の電動機によって駆動されるように一体
的に形成されていてもよい。
【００５０】また、圧縮機(39)、圧縮機(40)、圧縮機(4
3)及び送風機(45)のそれぞれの容量は、水素生成器(10)
における第１触媒層(22)及び第２触媒層(23)内の圧力が
内管(20)内の圧力よりも高く、水蒸気分離器(12)におけ
るガス流通部(32)内の圧力が水蒸気流通部(33)内の圧力
よりも高く、熱・水蒸気交換器(13)におけるガス流通部
(37)内の圧力が空気流通部(36)内の圧力よりも高くなる
ように設定されている。
3)及び送風機(45)のそれぞれの容量は、水素生成器(10)
における第１触媒層(22)及び第２触媒層(23)内の圧力が
内管(20)内の圧力よりも高く、水蒸気分離器(12)におけ
るガス流通部(32)内の圧力が水蒸気流通部(33)内の圧力
よりも高く、熱・水蒸気交換器(13)におけるガス流通部
(37)内の圧力が空気流通部(36)内の圧力よりも高くなる
ように設定されている。
【００５１】次に、燃料電池システム(1) の動作につい
て説明する。まず、送風機(45)及び圧縮機(40)を起動
し、原料供給源(38)からの原料の供給に先立って燃料電
池(11)の加湿を行う。その後、圧縮機(39)及び圧縮機(4
3)を起動する。原料供給源(38)から供給された原料ガス
は、予熱熱交換器(52)によって予熱された後、空気供給
路(42)から供給される酸素及び水蒸気を含むカソード排
出ガスとともに、水素生成器(10)に流入する。
て説明する。まず、送風機(45)及び圧縮機(40)を起動
し、原料供給源(38)からの原料の供給に先立って燃料電
池(11)の加湿を行う。その後、圧縮機(39)及び圧縮機(4
3)を起動する。原料供給源(38)から供給された原料ガス
は、予熱熱交換器(52)によって予熱された後、空気供給
路(42)から供給される酸素及び水蒸気を含むカソード排
出ガスとともに、水素生成器(10)に流入する。
【００５２】原料ガスとカソード排出ガスとが混合して
なる混合ガスは、水素生成器(10)の第１触媒層(22)にお
いて部分酸化反応（前記（３）式参照）を起こし、この
反応によって水素が生成される。また、部分酸化反応に
よって生じたＣＯは、第２触媒層(23)において水性ガス
シフト反応（前記（４）式参照）を起こし、この反応に
よっても水素が生成される。生成された水素は、水素透
過膜(24)を通過し、内管(20)内を流れるスイープガスと
しての水蒸気とともに水素供給路(29a)に流出し、燃料
電池(11)のアノード(16)側に供給される。一方、水素を
分離されて残った残留ガスは、ガス流路(19a)に排出さ
れる。
なる混合ガスは、水素生成器(10)の第１触媒層(22)にお
いて部分酸化反応（前記（３）式参照）を起こし、この
反応によって水素が生成される。また、部分酸化反応に
よって生じたＣＯは、第２触媒層(23)において水性ガス
シフト反応（前記（４）式参照）を起こし、この反応に
よっても水素が生成される。生成された水素は、水素透
過膜(24)を通過し、内管(20)内を流れるスイープガスと
しての水蒸気とともに水素供給路(29a)に流出し、燃料
電池(11)のアノード(16)側に供給される。一方、水素を
分離されて残った残留ガスは、ガス流路(19a)に排出さ
れる。
【００５３】燃料電池(11)では、アノード(16)の電極表
面において２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-、カソード(15)の電極
表面においてＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの電池反応が
起こる。従って、カソード(15)の排出ガスには電池反応
に用いられなかった余剰空気と電池反応によって生じた
水蒸気とが含まれる。このカソード排出ガスの一部は、
空気供給路(42)を通じて水素生成器(10)に供給される。
カソード排出ガスの他の部分は、水蒸気分離器(12)のガ
ス流通部(32)に供給される。一方、アノード(16)の排出
ガスには、電池反応に使用されなかった水素、空気及び
水蒸気が含まれる。このアノード排出ガスは、水素生成
器(10)の残留ガスとともに触媒燃焼器(14)において燃焼
され、清浄ガスとなって大気に放出される。
面において２Ｈ2→４Ｈ+＋４ｅ-、カソード(15)の電極
表面においてＯ2＋４Ｈ+＋４ｅ-→２Ｈ2Ｏの電池反応が
起こる。従って、カソード(15)の排出ガスには電池反応
に用いられなかった余剰空気と電池反応によって生じた
水蒸気とが含まれる。このカソード排出ガスの一部は、
空気供給路(42)を通じて水素生成器(10)に供給される。
カソード排出ガスの他の部分は、水蒸気分離器(12)のガ
ス流通部(32)に供給される。一方、アノード(16)の排出
ガスには、電池反応に使用されなかった水素、空気及び
水蒸気が含まれる。このアノード排出ガスは、水素生成
器(10)の残留ガスとともに触媒燃焼器(14)において燃焼
され、清浄ガスとなって大気に放出される。
【００５４】水蒸気分離器(12)のガス流通部(32)に供給
されたカソード排出ガスは、ガス流通部(32)を流通する
際に水蒸気透過膜(34)によって水蒸気が分離される。分
離された水蒸気は、水蒸気導入路(27a)を通じて水素生
成器(10)に供給され、スイープガスとして水素生成器(1
0)の内管(20)内を流通する。水蒸気が分離された残った
残留ガスは、熱・水蒸気交換器(13)のガス流通部(37)に
供給される。
されたカソード排出ガスは、ガス流通部(32)を流通する
際に水蒸気透過膜(34)によって水蒸気が分離される。分
離された水蒸気は、水蒸気導入路(27a)を通じて水素生
成器(10)に供給され、スイープガスとして水素生成器(1
0)の内管(20)内を流通する。水蒸気が分離された残った
残留ガスは、熱・水蒸気交換器(13)のガス流通部(37)に
供給される。
【００５５】熱・水蒸気交換器(13)のガス流通部(37)に
供給されたガスは、ガス流通部(37)を流通する際に、空
気流通部(36)を流れる空気と熱及び水蒸気の交換を行
い、冷却及び減湿される。冷却及び減湿されたガスは、
大気に放出される。一方、空気流通部(36)において加熱
及び加湿された空気は、空気供給路(44)を通じて燃料電
池(11)のカソード(15)に供給される。
供給されたガスは、ガス流通部(37)を流通する際に、空
気流通部(36)を流れる空気と熱及び水蒸気の交換を行
い、冷却及び減湿される。冷却及び減湿されたガスは、
大気に放出される。一方、空気流通部(36)において加熱
及び加湿された空気は、空気供給路(44)を通じて燃料電
池(11)のカソード(15)に供給される。
【００５６】以上のように、本水素生成器(10)によれ
ば、原燃料の部分酸化反応及び水性ガスシフト反応によ
り水素を生成することとしたので、水素生成のための大
容量の加熱装置が不要であり、装置の構成を簡易化する
ことができる。また、上記反応によって生じた水素を水
素透過膜を透過させて順次取り除くこととしたので、こ
れらの反応の平衡点は水素生成側に傾き、水素の生成効
率は向上する。
ば、原燃料の部分酸化反応及び水性ガスシフト反応によ
り水素を生成することとしたので、水素生成のための大
容量の加熱装置が不要であり、装置の構成を簡易化する
ことができる。また、上記反応によって生じた水素を水
素透過膜を透過させて順次取り除くこととしたので、こ
れらの反応の平衡点は水素生成側に傾き、水素の生成効
率は向上する。
【００５７】また、水素透過膜(24)からなる内管(20)と
外管(21)との間に上記反応を促進する触媒層(22),(23)
を設けた略二重管構造としたので、水素生成器(10)の構
造を小型化することができる。
外管(21)との間に上記反応を促進する触媒層(22),(23)
を設けた略二重管構造としたので、水素生成器(10)の構
造を小型化することができる。
【００５８】−変形例−なお、上記実施形態は、部分酸
化反応及び水性ガスシフト反応の２つの反応を利用して
水素を生成するものであったが、部分酸化反応のみを利
用して水素を生成するようにしてもよい。例えば、図３
に示すように、内管(20)と外管(21)との間に第１触媒層
(22)のみを設けるようにしてもよい。
化反応及び水性ガスシフト反応の２つの反応を利用して
水素を生成するものであったが、部分酸化反応のみを利
用して水素を生成するようにしてもよい。例えば、図３
に示すように、内管(20)と外管(21)との間に第１触媒層
(22)のみを設けるようにしてもよい。
【００５９】＜実施形態２＞図４に示すように、実施形
態２に係る水素生成器は、実施形態１の水素生成器(10)
に変更を加えたものであり、第１触媒層(22)と第２触媒
層(23)との間に水蒸気を導入する水蒸気導入管(61)を設
けたものである。
態２に係る水素生成器は、実施形態１の水素生成器(10)
に変更を加えたものであり、第１触媒層(22)と第２触媒
層(23)との間に水蒸気を導入する水蒸気導入管(61)を設
けたものである。
【００６０】具体的には、水蒸気導入管(61)は、ケーシ
ング(17)の側面を貫通するようにケーシング(17)の内部
に延び、外管(21)内の第１触媒層(22)と第２触媒層(23)
との間に開口している。これにより、燃料導入管(18)か
らは原燃料と空気（酸素）のみを導入すれば足り、水蒸
気は部分酸化反応後のガスのみに供給されるので、部分
酸化反応及び水性ガスシフト反応はより効率的に行われ
る。
ング(17)の側面を貫通するようにケーシング(17)の内部
に延び、外管(21)内の第１触媒層(22)と第２触媒層(23)
との間に開口している。これにより、燃料導入管(18)か
らは原燃料と空気（酸素）のみを導入すれば足り、水蒸
気は部分酸化反応後のガスのみに供給されるので、部分
酸化反応及び水性ガスシフト反応はより効率的に行われ
る。
【００６１】−変形例−なお、図５に示すように、第１
触媒層(22)を外管(21)とケーシング(17)との間に設け、
第２触媒層(23)を内管(20)と外管(21)との間に設けるよ
うにしてもよい。この場合、第１触媒層(22)とケーシン
グ(17)の上面との間隔、及び第２触媒層(23)とケーシン
グ(17)の上面との間隔を比較的大きくし、水蒸気導入管
(61)を、この第１触媒層(22)と第２触媒層(23)との間に
形成される所定空間に水蒸気を導入するように形成する
ことが好ましい。これにより、流入ガスが一時的に滞留
する空間が形成されるので、第２触媒層(23)に流入する
ガスに水蒸気を万遍なく供給することができ、水性ガス
シフト反応を促進することができる。
触媒層(22)を外管(21)とケーシング(17)との間に設け、
第２触媒層(23)を内管(20)と外管(21)との間に設けるよ
うにしてもよい。この場合、第１触媒層(22)とケーシン
グ(17)の上面との間隔、及び第２触媒層(23)とケーシン
グ(17)の上面との間隔を比較的大きくし、水蒸気導入管
(61)を、この第１触媒層(22)と第２触媒層(23)との間に
形成される所定空間に水蒸気を導入するように形成する
ことが好ましい。これにより、流入ガスが一時的に滞留
する空間が形成されるので、第２触媒層(23)に流入する
ガスに水蒸気を万遍なく供給することができ、水性ガス
シフト反応を促進することができる。
【００６２】＜実施形態３＞図６に示すように、実施形
態３に係る水素生成器は、触媒層(22),(23)が充填され
た円筒形状のケーシング(17a)を、水素透過膜からなる
複数の内管(20),(20),…が貫通しているものである。原
燃料と酸素と水蒸気とを含んだ混合ガスは、内管(20)の
間の触媒層(22),(23)内を流通し、部分酸化反応及び水
性ガスシフト反応が行われる。これらの反応によって生
成された水素は、内管(20),(20),…を透過した後、これ
ら内管(20),(20),…の内部を流れるスイープガスによっ
て搬送され、取り出される。
態３に係る水素生成器は、触媒層(22),(23)が充填され
た円筒形状のケーシング(17a)を、水素透過膜からなる
複数の内管(20),(20),…が貫通しているものである。原
燃料と酸素と水蒸気とを含んだ混合ガスは、内管(20)の
間の触媒層(22),(23)内を流通し、部分酸化反応及び水
性ガスシフト反応が行われる。これらの反応によって生
成された水素は、内管(20),(20),…を透過した後、これ
ら内管(20),(20),…の内部を流れるスイープガスによっ
て搬送され、取り出される。
【００６３】従って、本実施形態によっても、水素生成
器の構成の簡易化及び小型化を達成することができる。
器の構成の簡易化及び小型化を達成することができる。
【００６４】＜その他の実施形態＞図７に示すように、
水素生成器(10)の残留ガス排出管(19)に、ＣＯ部分酸化
反応器(62)を設けてもよい。これにより、残留ガス排出
口(26)から排出される排出ガスにＣＯが含まれていたと
しても、ＣＯ部分酸化反応器(62)において下記（５）式
の部分酸化反応が起こるため、排出ガス中のＣＯ濃度は
低下する。
水素生成器(10)の残留ガス排出管(19)に、ＣＯ部分酸化
反応器(62)を設けてもよい。これにより、残留ガス排出
口(26)から排出される排出ガスにＣＯが含まれていたと
しても、ＣＯ部分酸化反応器(62)において下記（５）式
の部分酸化反応が起こるため、排出ガス中のＣＯ濃度は
低下する。
【００６５】 ＣＯ＋（１／２）Ｏ2 → ＣＯ2 ------（５） 従って、排出ガスの清浄度が高まるので、水素生成器(1
0)の品質が更に向上する。
0)の品質が更に向上する。
【００６６】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、部分酸
化反応によって水素を生成し、生成された水素を水素透
過膜を通じて順次取り出すこととしたので、外部からの
加熱量を少なくすることができ、ひいては外部加熱を不
要にすることができる。また、反応の平衡点が水素生成
側に傾くことにより水素の生成効率を高めることができ
る。従って、装置の簡易化及び小型化が容易になる。
化反応によって水素を生成し、生成された水素を水素透
過膜を通じて順次取り出すこととしたので、外部からの
加熱量を少なくすることができ、ひいては外部加熱を不
要にすることができる。また、反応の平衡点が水素生成
側に傾くことにより水素の生成効率を高めることができ
る。従って、装置の簡易化及び小型化が容易になる。
【００６７】また、部分酸化反応及び水性ガスシフト反
応によって水素を生成し、これら両反応によって生成さ
れた水素を水素透過膜を通じて順次取り出すこととすれ
ば、水素の生成効率を更に向上させることができる。
応によって水素を生成し、これら両反応によって生成さ
れた水素を水素透過膜を通じて順次取り出すこととすれ
ば、水素の生成効率を更に向上させることができる。
【００６８】更に、水素透過膜の表面上で部分酸化反応
または水性ガスシフト反応を起こさせることとすれば、
装置の構成の簡易化及び小型化を促進することができ
る。
または水性ガスシフト反応を起こさせることとすれば、
装置の構成の簡易化及び小型化を促進することができ
る。
【図１】燃料電池システムの構成図である。
【図２】実施形態１に係る水素生成器の構成図である。
【図３】実施形態１の変形例に係る水素生成器の構成図
である。
である。
【図４】実施形態２に係る水素生成器の構成図である。
【図５】実施形態２の変形例に係る水素生成器の構成図
である。
である。
【図６】実施形態３に係る水素生成器の構成図である。
【図７】他の実施形態に係る水素生成器の構成図であ
る。
る。
(1) 燃料電池システム (10) 水素生成器 (11) 燃料電池 (12) 水蒸気分離器 (13) 熱・水蒸気交換器 (15) カソード (16) アノード (17) ケーシング (18) 燃料導入管 (19) 残留ガス排出管 (20) 内管 (21) 外管 (24) 水素透過膜 (25) 燃料導入口 (26) 残留ガス排出口 (27) 水蒸気導入管 (28) 水蒸気導入口 (29) 水素供給管 (30) 水素導出口
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ (72)発明者 岡本 康令 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 (72)発明者 米本 和生 大阪府堺市金岡町1304番地 ダイキン工業 株式会社堺製作所金岡工場内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA41 JA02C MA03 MB04 MC02 PB20 PB66 PC80 4G040 EA02 EA03 EA07 EB23 EB32 EB33 EB42 5H027 AA06 BA01 BA16 BA17
Claims (16)
- 【請求項１】 炭化水素またはメタノールからなる原燃
料と酸素とを取り入れる燃料取入部(25)と、 上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上記原燃料の
部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触媒(22)と、 上記部分酸化反応により生成される水素を透過させる水
素透過膜(24)と、 上記水素透過膜(24)を透過した水素を排出する水素排出
部(30)とを備えている水素ガス生成装置。 - 【請求項２】 炭化水素またはメタノールからなる原燃
料と酸素とを取り入れる燃料取入部(25)と、 上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上記原燃料の
部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触媒(22)と、 上記部分酸化反応により生成される一酸化炭素に水蒸気
を供給する水蒸気供給部(61)と、 上記第１の触媒(22)の下流側に設けられ、上記一酸化炭
素の水性ガスシフト反応に対して活性を呈する第２の触
媒(23)と、 少なくとも上記水性ガスシフト反応により生成される水
素を透過させる水素透過膜(24)と、 上記水素透過膜(24)を透過した水素を排出する水素排出
部(30)とを備えている水素ガス生成装置。 - 【請求項３】 炭化水素またはメタノールからなる原燃
料と酸素と水蒸気とを取り入れる燃料取入部(25)と、 上記燃料取入部(25)の下流側に設けられ、上記原燃料の
部分酸化反応に対して活性を呈する第１の触媒(22)と、 上記第１の触媒(22)の下流側に設けられ、上記部分酸化
反応により生成される一酸化炭素の水性ガスシフト反応
に対して活性を呈する第２の触媒(23)と、 少なくとも上記水性ガスシフト反応により生成される水
素を透過させる水素透過膜(24)と、 上記水素透過膜(24)を透過した水素を排出する水素排出
部(30)とを備えている水素ガス生成装置。 - 【請求項４】 水素透過膜(24)は、無機多孔質体で形成
されている請求項１〜３のいずれか一つに記載の水素ガ
ス生成装置。 - 【請求項５】 水素透過膜(24)の表面は、Ｖを含んだ合
金からなる無孔質膜によって覆われている請求項１〜４
のいずれか一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項６】 水素透過膜(24)の表面は、ＰｄまたはＰ
ｄ−Ａｇ合金からなる無孔質膜によって覆われている請
求項１〜４のいずれか一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項７】 水素透過膜(24)の表面には、部分酸化反
応及び水性ガスシフト反応の少なくとも一方に対して活
性を呈する触媒が担持されている請求項１〜６のいずれ
か一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項８】 水素透過膜(24)の表面は、Ｐｄ、Ｒｕ、
Ｐｔ、Ｒｈ及びＩｒのうち少なくとも１種類を含む多孔
質膜によって覆われている請求項１〜４のいずれか一つ
に記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項９】 水素透過膜(24)の表面の貴金属が部分酸
化反応及び水性ガスシフト反応の少なくとも一方に対し
て活性を呈する触媒機能を有する請求項８に記載の水素
ガス生成装置。 - 【請求項１０】 第１の触媒(22)がＲｈを含有する請求
項１〜９のいずれか一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項１１】 水素透過膜(24)のスイープガス用の水
蒸気を導く水蒸気導入部(28)を備えている請求項１〜１
０のいずれか一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項１２】 水素透過膜(24)は、一方が水蒸気導入
部(28)となり且つ他方が水素排出部(30)となるガス流路
を区画形成するように筒状体(20)に形成されている請求
項１１に記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項１３】 水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側に
は外側筒状体(21)が設けられ、 上記水素透過膜(24)の筒状体(20)の内側には、一方が水
蒸気導入部(28)となり且つ他方が水素排出部(30)となる
ガス流路が形成され、 上記水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側と上記外側筒状
体(21)の内側との間には、少なくとも第１の触媒が配設
されてなる触媒層(22)が形成されている請求項１〜１２
のいずれか一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項１４】 水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側に
は外側筒状体(21)が設けられ、 上記水素透過膜(24)の筒状体(20)の内側には、少なくと
も第１の触媒が配設されてなる触媒層(22)が形成され、 上記水素透過膜(24)の筒状体(20)の外側と上記外側筒状
体(21)の内側との間には、一方が水蒸気導入部(28)とな
り且つ他方が水素排出部(30)となるガス流路が形成され
ている請求項１〜１２のいずれか一つに記載の水素ガス
生成装置。 - 【請求項１５】 水素透過膜(24)の筒状体(20)は、該筒
状体(20)の内側の一方が水蒸気導入部(28)となり且つ他
方が水素排出部(30)となる複数のガス流路を形成するよ
うに複数設けられ、 上記複数の筒状体(20)の間には、少なくとも第１の触媒
が配設されてなる触媒層(22)が形成されている請求項１
〜１２のいずれか一つに記載の水素ガス生成装置。 - 【請求項１６】 水素透過膜(24)により水素が除去され
た後の排出ガス中に含まれる一酸化炭素を部分酸化させ
る部分酸化反応器(62)を備えている請求項１〜１５のい
ずれか一つに記載の水素ガス生成装置。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP32518299A JP2001146404A (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 水素ガス生成装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP32518299A JP2001146404A (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 水素ガス生成装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001146404A true JP2001146404A (ja) | 2001-05-29 |
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ID=18173933
Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP32518299A Pending JP2001146404A (ja) | 1999-11-16 | 1999-11-16 | 水素ガス生成装置 |
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|---|---|
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1999
- 1999-11-16 JP JP32518299A patent/JP2001146404A/ja active Pending
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