JP2001220105A - 改質器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明は、改質器のコンパクト化、軽量化等を
図ることを課題とする。 【解決手段】液体もしくは気体燃料と水蒸気を反応させ
て水素を生成する改質器において、１つの容器１１内に
水蒸気改質水素製造用触媒１５と一酸化炭素低減用触媒
１９の２種類の触媒を配置するとともに、両触媒１５，
１９間に生成ガス冷却用の熱交換器１８を配置したこと
を特徴とする改質器。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料電池発電シス
テムに組み込んで使用される改質器に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知の如く、燃料電池発電システムに
は、メタノールなどの燃料を改質するために、図１に示
すような改質器が組み込まれている。即ち、改質器は、
水素製造触媒を収納した容器１と、熱交換器２と、一酸
化炭素（ＣＯ）低減用触媒を収納した容器３と、熱交換
器４と、ＣＯ低減用触媒を収納した容器５とを、配管６
を用いて接続した構成となっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の改質器
によれば、容器１，３及び熱交換器２，５を配管６を用
いて接続した構成であるため、改質器の設置に広いスペ
ースを必要とするという問題があった。

【０００４】また、水蒸気改質触媒の吸熱反応に対して
は、触媒収納容器本体を電気ヒータ７を用いて加熱する
か、あるいは触媒内部に電気ヒータを配置して加熱する
か、あるいは熱媒等を循環し、吸熱反応に必要な熱を供
給する必要がある。従って、そのために別な加熱装置が
必要になるという問題があった。

【０００５】本発明は上記の課題を解決するためになさ
れたもので、１つの容器内に水蒸気改質水素製造用触媒
と一酸化炭素低減用触媒の２種類の触媒を配置するとと
もに、両触媒間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置した
構成とすることにより、従来と比べコンパクトな改質器
を提供することを目的とする。

【０００６】また、本発明は、１つの容器内に水蒸気改
質水素製造用触媒と一酸化炭素低減用触媒付き熱交換器
を配置するとともに、前記水蒸気改質水素製造用触媒と
前記熱交換器間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置した
構成とすることにより、上記と同様、コンパクトな改質
器を提供することを目的とする。

【０００７】更に、本発明は、水蒸気改質水素製造用触
媒と、生成ガス冷却用の熱交換器と、一酸化炭素低減用
触媒と、空気供給装置とが一体となって１つの容器を構
成することにより、上記と同様、コンパクトな改質器を
提供することを目的とする。

【０００８】更には、本発明は、従来のヒータに代えて
空気供給器を水蒸気改質水素製造用触媒、あるいは一酸
化炭素低減用触媒の上流側に配置することにより、従来
のような加熱用装置を不要にしえる改質器を提供するこ
とを目的とする。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願第１の発明は、液体
もしくは気体燃料と水蒸気を反応させて水素を生成する
改質器において、１つの容器内に水蒸気改質水素製造用
触媒と一酸化炭素低減用触媒の２種類の触媒を配置する
とともに、両触媒間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置
したことを特徴とする改質器である。

【００１０】本願第２の発明は、液体もしくは気体燃料
と水蒸気を反応させて水素を生成する改質器において、
１つの容器内に水蒸気改質水素製造用触媒と一酸化炭素
低減用触媒付き熱交換器を配置するとともに、前記水蒸
気改質水素製造用触媒と前記熱交換器間に生成ガス冷却
用の熱交換器を配置したことを特徴とする改質器であ
る。

【００１１】本願第３の発明は、液体もしくは気体燃料
と水蒸気を反応させて水素を生成する改質器において、
水蒸気改質水素製造用触媒を収納した槽と、生成ガス冷
却用の熱交換器と、一酸化炭素低減用触媒を収納した槽
と、空気供給装置とが一体となって１つの容器を構成し
ていることを特徴とする改質器である。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明について更に詳しく
説明する。

【００１３】本発明は、基本的に下記の形態のいずれか
を有することを特徴とする。

【００１４】（１）１つの容器内に水蒸気改質水素製造
用触媒と一酸化炭素低減用触媒の２種類の触媒を配置す
るとともに、両触媒間に生成ガス冷却用の熱交換器を配
置する（第１の発明）。

【００１５】（２）１つの容器内に水蒸気改質水素製造
用触媒と一酸化炭素低減用触媒付き熱交換器を配置する
とともに、前記水蒸気改質水素製造用触媒と前記熱交換
器間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置する（第２の発
明）。

【００１６】（３）水蒸気改質水素製造用触媒を収納し
た槽と、生成ガス冷却用の熱交換器と、一酸化炭素低減
用触媒を収納した槽と、空気供給装置とが一体となって
１つの容器を構成している（第３の発明）。

【００１７】第１の発明において、水蒸気改質水素製造
用触媒は複数に分割して容器内に配置してもよい。この
場合、これらの複数の触媒間、及び容器内で原料ガス入
口側に空気供給器を配置することが好ましい。空気供給
器の配置により、水蒸気改質水素製造用触媒の内部での
吸熱反応により触媒の温度が低下するのを防止する働き
をする。つまり、空気供給器空の空気と例えばメタノー
ル蒸気を反応させ、吸熱反応熱量に相当する熱量を供給
して触媒の温度低下を防ぐ。前記空気供給器としては、
例えば板型のものが挙げられる。

【００１８】第１の発明において、一酸化炭素（ＣＯ）
低減用触媒は複数に分割して容器内に配置し、かつこれ
ら触媒の直前に夫々空気供給器を配置し、かつ各触媒の
直後に生成ガス冷却用の熱交換器を配置することが好ま
しい。空気供給器の配置により、空気供給器から供給さ
れる空気がＣＯ低減用触媒中で生成ガス中のＣＯを選択
的に酸化し、ＣＯ_２にする働きをする。また、ＣＯ低減
用触媒の作動温度は例えば１１０℃±１０℃と狭いの
で、熱交換器によりガスを例えば２００℃〜１００℃へ
冷却し、再び空気供給器から空気を流入し、前記触媒へ
生成ガスを流入し、ＣＯ濃度を低減させる。

【００１９】第２の発明において、ＣＯ低減用触媒は、
例えばアルマイト、ベーマイト表面処理した熱交換器の
フィン部、チューブ部に塗布する。また、ＣＯ低減用触
媒付き熱交換器の前に空気供給器を配置することが好ま
しい。これにより、容器の収納容量、重量を低減でき、
また触媒温度を均一化でき、より少ない触媒量でＣＯを
低減できる。

【００２０】第３の発明において、水蒸気改質水素製造
用触媒を収納した槽と、生成ガス冷却用の熱交換器と、
ＣＯ低減用触媒を収納した槽と、空気供給器とは、例え
ばフランジにより一体化して１つの容器を構成すること
が好ましい。また、フランジを使用せず、原料ガスの出
入口のみを有する筒状の容器の中に各構成部材を配置し
た構成にすれば、いっそう改質器の軽量化を図ることが
できる。

【００２１】

【実施例】以下、本発明の一実施例について図面を参照
して説明する。なお、下記実施例で述べる各構成部材の
材料や数値は一例を示すもので、本発明の権利範囲を特
定するものではない。

【００２２】（実施例１）図２及び図３を参照する。こ
こで、図２は本発明の実施例１に係る改質器の説明図を
示す。また、図３は同改質器の一構成部材である空気供
給器の説明図を示し、図３（Ａ）は空気供給器の平面
図、図３（Ｂ）は図３（Ａ）のＸ−Ｘ線に沿う断面図、
図３（Ｃ）は図３（Ｂ）のＹ−Ｙ線に沿う断面図を示
す。

【００２３】図中の付番１１は、容器を示す。この容器
１１は、２分割された分割容器１１ａ，１１ｂとこれら
分割容器１１ａ，１１ｂ同士を接続する接続フランジ１
２とにより構成されている。一方の分割容器１１ａ内に
は、原料ガス１３の上流側から順に板型の空気供給器１
４、水蒸気改質水素製造用触媒（以下、水素用触媒と呼
ぶ）１５、板型の空気供給器１６、水蒸気改質水素製造
用触媒１７、及び生成ガス冷却用の熱交換器１８が順次
配置されている。ここで、前記水素用触媒１５、１７の
形状は、ペレット状又はハニカム状になっている。ま
た、原料ガス１３は、水蒸気とメタノール蒸気の混合ガ
スである。更に、前記熱交換器１８により、原料ガス１
３が例えば２５０℃から１００℃まで冷却する。他方の
分割容器１１ｂ内には、一酸化炭素（ＣＯ）低減用触媒
（以下、ＣＯ低減用触媒と呼ぶ）１９が配置されてい
る。

【００２４】前記空気供給器１４，１６は、夫々図３に
示すように、２枚の多孔板２１と、異種ガス供給チュー
ブ２２と、１枚の仕切板２３と、固定枠２４とにより構
成されている。前記多孔板２１は、図３（Ｂ）に示すよ
うに、分割容器１１ａと略同じサイズであり、図３
（Ａ）に示すように、通気用の分散穴２５が略全面にわ
たって複数設けられている。

【００２５】前記異種ガス供給チューブ２２には、図３
（Ｃ）に示すように、異種ガス用の吹出し穴２６が長手
方向（同図における左右方向）に沿って列状に複数設け
られている。異種ガス供給チューブ２２は、図３（Ｂ）
に示すように、略平行に配置した前記多孔板２１に挟み
込まれるように固定されていて、多孔板２１の一辺即ち
上辺に沿ってその上端部に設けられている。

【００２６】前記仕切板２３の外形は、多孔板２１より
小さく、通気用の穴が設けられていない。仕切板２３
は、異種ガス供給チューブ２２と離間するように配設さ
れており、また、各多孔板２１との離間距離が略同一と
なるように、略平行に配設されている。前記固定枠２４
は、図３（Ｂ），（Ｃ）に示すように、多孔板２１、異
種ガス供給チューブ２２及び仕切板２３を相互に固定し
てしてまとめるものであり、空気分散板の側周面部に配
設されている。

【００２７】前記空気供給器１４，１６において、原料
ガス１３が上流側の多孔板２１に到達すると、その圧力
損失により分散穴２５から均一に空気供給器内部に原料
ガス１３が流入する。その内部のガスは、仕切板２３に
衝突して上方へと移動し、異種ガス供給チューブ２２の
吹出し穴２６に面する混合位置２７まで導かれる。即
ち、空気供給器内部に流入しが原料ガス１３は、必ず混
合位置２７へと導かれる。混合位置２７では、吹出し穴
２６から異種ガス２８が噴射されていて、流入した原料
ガスがこの異種ガスと混合される。その後、混合したガ
スは、下流側の仕切板２３に沿って下方へ流れ、多孔板
２１の圧力損失により、分散穴２５から下流側に均一に
吹出す。このため、空気供給器の下流側の分割容器内１
１ａには，異種ガス２８を均一に混合したガスが流れ
る。

【００２８】上記実施例１によれば、１つの容器１１内
に水素用触媒１５、１７、ＣＯ低減用触媒１９、空気供
給器１４，１６及び熱交換器１８を配置した構成となっ
ているため、従来の改質器のように各構成部材をつなぐ
ための配管が不要となり、軽量でコンパクトな改質器を
実現できる。また、空気供給器１４，１６は薄形である
ため、容器１１を一層コンパクトにでき、軽量化を図る
ことができる。

【００２９】また、こうした構成の改質器において、容
器１１内に流入された原料ガス１３は、空気供給器１
４，１６により均一に空気が混合され、夫々水素用触媒
１５，１７に流入する。この水素用触媒１５，１７の内
部では水蒸気改質反応により水素が生成されるが、その
時、吸熱反応により水素用触媒１５，１７の温度が低下
する。しかるに、触媒温度が低下すると、水素生成能力
が低下するため、空気供給器１４，１６により供給した
空気と例えばメタノール蒸気を反応させ、吸熱反応に伴
う熱量に相当する熱量を供給して、水素用触媒１５，１
７の温度低下を防ぐ。このように、実施例１によれば、
空気供給器１４，１６を適宜な位置に配置することによ
り、従来使用したような加熱装置を不要にすることがで
きる。

【００３０】なお、上記実施例１では、分割容器１１ａ
内の出口部に熱交換器を配置した場合について述べた
が、これに限らず、分割容器１１ｂの入口部に配置して
もよい。また、上記実施例１では、水素用触媒１５，１
７の夫々の上流側に空気供給器１４，１６を夫々配置し
た場合について述べたが、これに限らず、一方の空気供
給器１４を使用せず、配管２０中で空気を混入してもよ
い。

【００３１】（実施例２）図４を参照する。但し、図２
と同部材は同付番を付して説明を省略する。

【００３２】図中の付番３１，３２は、分割容器１１ｂ
内に互いに離間して配置されたＣＯ低減用触媒を示す。
ここで、ＣＯ低減用触媒３１，３２は、実施例１で述べ
たＣＯ低減用触媒と同様、ハニカム形状又はペレット形
状をしている。また、分割容器１１ｂ内でＣＯ低減用触
媒３１，３２の直前には、板型の空気供給器３３，３４
が配置されている。ここで、空気供給器３３，３４は実
施例１で述べた空気供給器と同様な構成となっている。
また、前記分割容器１１ｂ内でＣＯ低減用触媒３１，３
２の直後には、生成ガス冷却用の熱交換器３５，３６が
配置されている。

【００３３】こうした構成の改質器において、空気供給
器３３，３４から供給される空気は、夫々ＣＯ低減用触
媒３１，３２で生成ガス中のＣＯを選択的に酸化しＣＯ
_２にする役割をもつ。この反応は発熱反応であるため、
ＣＯ生成触媒温度が例えば１００℃から２００℃に増加
する。ところで、ＣＯ低減用触媒３１，３２の作動温度
は狭く、例えば１１０℃±１０℃なので、熱交換器３
５，３６でガスを例えば２００℃から１００℃へ冷却
し、再び空気供給器３３，３４から空気を流入し、触媒
３１，３２へ生成ガスを流入し、ＣＯ濃度を低減させ
る。

【００３４】実施例２によれば、実施例１と同様な効果
が得られる。

【００３５】（実施例３）図５を参照する。但し、図２
と同部材は同付番を付して説明を省略する。

【００３６】図中の付番４１，４２は、分割容器１１ｂ
内に互いに離間して配置されたＣＯ低減用触媒付き熱交
換器を示す。ここで、ＣＯ低減用触媒は、熱交換器の一
構成である図示しないフィン及びチューブ等に付着され
ている。

【００３７】実施例３によれば、分割容器１１ｂ内にＣ
Ｏ低減用触媒付き熱交換器４１，４２を配置することに
より、実施例２のようにＣＯ低減用触媒及び熱交換器を
別々に設ける必要がないため、実施例２と比べていっそ
うコンパクト化かつ軽量化を図ることができる。また、
ＣＯ低減用触媒を単独で配置する場合と比べ、ＣＯ低減
用触媒が作動効率のよい温度域で使用できるため、触媒
量を少なくできる。

【００３８】（実施例４）図６を参照する。但し、図
２、図４、図５と同部材は同付番を付して説明を省略す
る。本実施例４は、一方の分割容器１１ａ内の水素用触
媒１５，１７の直前に空気供給器１４，１６を夫々配置
するとともに、他方の分割容器１１ｂ内のＣＯ低減用触
媒付き熱交換器４１，４２の直前に空気供給器３３，３
４を配置したことを特徴とする。

【００３９】実施例４によれば、実施例３と比べいっそ
う改質器をコンパクト化かつ軽量化を図ることができる
とともに、実施例１のように特別な加熱装置が不要とな
る。

【００４０】（実施例５）図７を参照する。但し、図２
と同部材は同付番を付して説明を省略する。

【００４１】図中の付番５１は水素用触媒を収納した槽
を示し、付番５２はＣＯ低減用触媒を収納した槽を示
す。本実施例５は、空気供給器１４、槽５１，５２、及
び熱交換器１８を複数のフランジ１２を介して１つの容
器５３を構成することを特徴とする。

【００４２】実施例５によれば、コンパクトかつ軽量
で、特別な加熱装置が不要な改質器が得られる。なお、
実施例５においては、フランジを介して各構成部材を連
結した場合について述べたが、これに限らず、フランジ
を使用せず、原料ガスの出入口のみを有する筒状の容器
の中に各構成部材を配置した構成のものでもよい。

【００４３】

【発明の効果】以上詳述したように、第１の発明によれ
ば、１つの容器内に水蒸気改質水素製造用触媒と一酸化
炭素低減用触媒の２種類の触媒を配置するとともに、両
触媒間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置した構成とす
ることにより、従来と比べコンパクト且つ軽量な改質器
を提供できる。

【００４４】第２の発明によれば、１つの容器内に水蒸
気改質水素製造用触媒と一酸化炭素低減用触媒付き熱交
換器を配置するとともに、前記水蒸気改質水素製造用触
媒と前記熱交換器間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置
した構成とすることにより、上記と同様、コンパクト且
つ軽量な改質器を提供できる。

【００４５】第３の発明によれば、水蒸気改質水素製造
用触媒と、生成ガス冷却用の熱交換器と、一酸化炭素低
減用触媒と、空気供給装置とが一体となって１つの容器
を構成することにより、上記と同様、コンパクト且つ軽
量な改質器を提供することを目的とする。

【００４６】更に、本発明によれば、従来のヒータに代
えて空気供給器を水蒸気改質水素製造用触媒、あるいは
一酸化炭素低減用触媒の上流側に配置することにより、
従来のような加熱用装置を不要にしえる改質器を提供で
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来の改質器の説明図。

【図２】本発明の実施例１に係る改質器の説明図。

【図３】図２の改質器の一構成部材である空気供給器の
説明図。

【図４】本発明の実施例２に係る改質器の説明図。

【図５】本発明の実施例３に係る改質器の説明図。

【図６】本発明の実施例４に係る改質器の説明図。

【図７】本発明の実施例５に係る改質器の説明図。

【符号の説明】

１１…容器、 １１ａ，１１ｂ…分割容器、 １３…原料ガス、 １４，１６，３３，３４…空気供給器、 １５，１７…水素用触媒（水蒸気改質水素製造用触
媒）、 １８，３５，３６…熱交換器、 １９，３１，３２…一酸化炭素（ＣＯ）低減用触媒、 ２１…多孔板、 ２２…異種ガス供給チューブ、 ２３…仕切板、 ２４…固定枠、 ４１，４２…ＣＯ低減用触媒付き熱交換器。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 野島 繁 広島県広島市西区観音新町四丁目６番22号 三菱重工業株式会社広島研究所内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB14 EB23 EB35 5H027 BA01 BA16

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液体もしくは気体燃料と水蒸気を反応さ
   せて水素を生成する改質器において、 １つの容器内に水蒸気改質水素製造用触媒と一酸化炭素
   低減用触媒の２種類の触媒を配置するとともに、両触媒
   間に生成ガス冷却用の熱交換器を配置したことを特徴と
   する改質器。
2. 【請求項２】 前記水蒸気改質水素製造用触媒が複数箇
   所互いに離間して配置され、これら触媒間及び前記容器
   内で原料ガス入口側に空気供給器を配置したことを特徴
   とする請求項１記載の改質器。
3. 【請求項３】 前記一酸化炭素低減用触媒が複数個配置
   され、これら触媒の直前に空気供給装置が配置され、か
   つ各触媒の直後に生成ガス冷却用の熱交換器が配置され
   ていることを特徴とする請求項１記載の改質器。
4. 【請求項４】 液体もしくは気体燃料と水蒸気を反応さ
   せて水素を生成する改質器において、 １つの容器内に水蒸気改質水素製造用触媒と一酸化炭素
   低減用触媒付き熱交換器を配置するとともに、前記水蒸
   気改質水素製造用触媒と前記熱交換器間に生成ガス冷却
   用の熱交換器を配置したことを特徴とする改質器。
5. 【請求項５】 前記熱交換器の前に空気供給器が配置さ
   れていることを特徴とする請求項４記載の改質器。
6. 【請求項６】 液体もしくは気体燃料と水蒸気を反応さ
   せて水素を生成する改質器において、 水蒸気改質水素製造用触媒を収納した槽と、生成ガス冷
   却用の熱交換器と、一酸化炭素低減用触媒を収納した槽
   と、空気供給器とが一体となって１つの容器を構成して
   いることを特徴とする改質器。