JP2002128505A - Hydrogen extraction apparatus - Google Patents

Hydrogen extraction apparatus

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JP2002128505A
JP2002128505A JP2000316343A JP2000316343A JP2002128505A JP 2002128505 A JP2002128505 A JP 2002128505A JP 2000316343 A JP2000316343 A JP 2000316343A JP 2000316343 A JP2000316343 A JP 2000316343A JP 2002128505 A JP2002128505 A JP 2002128505A
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JP
Japan
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hydrogen
separation membrane
hydrogen separation
gas
extraction device
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Application number
JP2000316343A
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Japanese (ja)
Inventor
Toshihide Nakada
俊秀 中田
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
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  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To maintain the capability of extracting hydrogen in a stable condition using a hydrogen separation membrane. SOLUTION: In a hydrogen extraction apparatus 10, hydrogen in a gas mixture is extracted to an extraction unit 23 using the selective permeation of a hydrogen separation membrane 12 when a gas mixture containing hydrogen is supplied to a gas mixture unit 20. In the apparatus, the hydrogen separation membrane 12 is formed on a porous material 14, which is heated with the current going through, thus heating the hydrogen separation membrane 12. Since the hydrogen separation membrane 12 is featured by a higher hydrogen permeability at a higher temperature, the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 is ensured by heating the porous material 14 by electricity.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素を含有する混
合ガスから水素を抽出する水素抽出装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a hydrogen extracting apparatus for extracting hydrogen from a mixed gas containing hydrogen.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水素を含有する混合ガスから水素
を抽出する装置としては、パラジウムあるいはパラジウ
ム合金から成る水素分離膜を備えるものが知られている
(例えば、特開平5−123548号公報など)。ここ
では、上記水素分離膜が水素を選択的に透過させる性質
を利用して、水素を含有する混合ガスから水素の抽出を
行なう。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for extracting hydrogen from a mixed gas containing hydrogen, an apparatus equipped with a hydrogen separation membrane made of palladium or a palladium alloy is known (for example, Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-123548, etc.). ). Here, hydrogen is extracted from a hydrogen-containing gas mixture by utilizing the property of the hydrogen separation membrane to selectively permeate hydrogen.

【0003】このような水素抽出装置は、例えば、燃料
電池を備える燃料電池装置において用いられる。燃料電
池は、水素を含有する燃料ガスを供給されて電気化学反
応によって起電力を得る装置である。燃料電池に燃料ガ
スを供給する方法としては、炭化水素系の燃料を改質し
て得る改質ガス(水素リッチガス)を用いる方法が知ら
れているが、この改質ガスを燃料ガスとして用いるのに
先立って、上記水素抽出装置を用いて改質ガスから水素
を分離して燃料電池に供給する構成が提案されている。
[0003] Such a hydrogen extraction device is used, for example, in a fuel cell device provided with a fuel cell. A fuel cell is a device that is supplied with a fuel gas containing hydrogen and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction. As a method for supplying a fuel gas to a fuel cell, a method using a reformed gas (hydrogen-rich gas) obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel is known. However, this reformed gas is used as a fuel gas. Prior to this, there has been proposed a configuration in which hydrogen is separated from reformed gas using the hydrogen extraction device and supplied to a fuel cell.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記水
素分離膜は、温度が低下するに従って水素透過量が次第
に低下してしまうという性質を有しているため、温度変
化が生じ得る環境では、上記のような水素抽出装置にお
いて、上記混合ガスから水素を抽出する性能を安定して
維持することは困難であった。また、上記水素分離膜
は、その表面に一酸化炭素を吸着するという性質を有し
ているため、上記改質ガスのように一酸化炭素を含有す
るガスから水素を分離する際には、水素分離膜上に一酸
化炭素が吸着することによって次第に水素透過性が低下
するという問題を生じる。
However, the hydrogen separation membrane has a property that the hydrogen permeation amount gradually decreases as the temperature decreases. In such a hydrogen extraction device, it has been difficult to stably maintain the performance of extracting hydrogen from the mixed gas. Further, since the hydrogen separation membrane has a property of adsorbing carbon monoxide on its surface, when separating hydrogen from a gas containing carbon monoxide such as the reformed gas, hydrogen There is a problem that the hydrogen permeability gradually decreases due to the adsorption of carbon monoxide on the separation membrane.

【0005】本発明の水素抽出装置は、こうした問題を
解決し、水素分離膜が水素を透過する性能を安定した状
態で維持することを目的としてなされ、次の構成を採っ
た。
[0005] The hydrogen extraction apparatus of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems and has an object to maintain the hydrogen permeation performance of the hydrogen separation membrane in a stable state, and has the following configuration.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の水素抽出装置は、水素を含有する混合ガスから水
素を抽出する水素抽出装置であって、通電により熱を生
じる多孔質体から成る基材と、該基材上に形成され、水
素を選択的に透過させる性質を有する水素分離膜と、前
記基材に電流を流す通電手段とを備え、前記混合ガスを
前記水素分離膜に供給し、該水素分離膜によって前記混
合ガスから水素を抽出する際に、前記通電手段により前
記基材に通電することで、前記水素分離膜を加熱するこ
とが可能なことを要旨とする。
The hydrogen extracting apparatus of the present invention is a hydrogen extracting apparatus for extracting hydrogen from a mixed gas containing hydrogen, and is composed of a porous body that generates heat when energized. A base material, a hydrogen separation membrane formed on the base material and having a property of selectively permeating hydrogen, and an energizing means for passing a current through the base material, and supplying the mixed gas to the hydrogen separation membrane. In addition, when hydrogen is extracted from the mixed gas by the hydrogen separation membrane, the gist is that the hydrogen separation membrane can be heated by energizing the base material by the energization means.

【0007】以上のように構成された本発明の水素抽出
装置は、水素を含有する混合ガスを、多孔質体から成る
基材上に形成される水素分離膜に供給し、該水素分離膜
によって前記混合ガスから水素を抽出する際に、通電に
より熱を生じる前記基材に対して前記通電手段を用いて
通電すると、前記水素分離膜を加熱することができる。
The hydrogen extraction apparatus of the present invention configured as described above supplies a mixed gas containing hydrogen to a hydrogen separation membrane formed on a base material made of a porous material, and the hydrogen separation membrane When hydrogen is extracted from the mixed gas, the hydrogen separation membrane can be heated by energizing the base material that generates heat by energization using the energizing unit.

【0008】このような水素抽出装置によれば、水素分
離膜を加熱することができるため、水素透過量が温度に
依存する性質を有する水素分離膜を用いる場合に、上記
基材に通電することによって水素分離膜の水素透過性を
充分に確保することが可能となる。また、水素分離膜
は、発熱する基材上に形成されており、基材で生じた熱
は速やかに水素分離膜に伝えられるため、水素分離膜を
加熱することによってエネルギ効率が低下するのを抑え
ることができる。また、水素分離膜がその上に形成され
た上記基材を発熱させることで水素分離膜を加熱するた
め、水素分離膜を加熱する構成を設けることによって水
素抽出装置が大型化してしまうことがない。
According to such a hydrogen extraction apparatus, the hydrogen separation membrane can be heated. Therefore, when a hydrogen separation membrane having a property that the hydrogen permeation amount depends on the temperature is used, it is necessary to energize the base material. This makes it possible to sufficiently secure the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane. In addition, the hydrogen separation membrane is formed on a substrate that generates heat, and heat generated in the substrate is quickly transmitted to the hydrogen separation membrane. Can be suppressed. In addition, since the hydrogen separation membrane is heated by causing the base material formed thereon to generate heat, the hydrogen separation membrane is heated. By providing a configuration for heating the hydrogen separation membrane, the size of the hydrogen extraction device does not increase. .

【0009】さらに、上記基材で生じた熱が速やかに水
素分離膜に伝えられることにより、例えば、水素抽出装
置の始動時にも、上記基材に通電することによって、直
ちに、水素分離膜が充分な水素透過性を示す温度にまで
水素分離膜を昇温することができ、水素抽出装置をより
速く運転可能とすることができる。なお、上記構成にお
いて水素分離膜に混合ガスを供給する動作は、基材上に
形成される水素分離膜上に混合ガスを直接供給すること
としても良いし、基材側に混合ガスを供給して、この基
材を介して混合ガスを水素分離膜に供給することとして
も良い。すなわち、水素分離膜の一方の面側に到達した
混合ガス中の水素が、水素分離膜によってもう一方の面
側に分離される動作が行なわれればよい。
Further, the heat generated in the base material is quickly transmitted to the hydrogen separation membrane. For example, even when the hydrogen extraction device is started, the hydrogen separation membrane can be sufficiently supplied immediately by energizing the base material. It is possible to raise the temperature of the hydrogen separation membrane to a temperature that shows a high hydrogen permeability, and it is possible to operate the hydrogen extraction device more quickly. In the above configuration, the operation of supplying the mixed gas to the hydrogen separation membrane may be such that the mixed gas is directly supplied to the hydrogen separation membrane formed on the base material or the mixed gas is supplied to the base material side. Then, the mixed gas may be supplied to the hydrogen separation membrane via the base material. That is, an operation may be performed in which hydrogen in the mixed gas reaching one surface of the hydrogen separation membrane is separated by the hydrogen separation membrane to the other surface.

【0010】本発明の水素抽出装置において、前記水素
分離膜の温度を検出するセンサと、前記センサが検出す
る温度が所定の温度以下のときに、前記基材に電流を流
すよう、前記通電手段を制御する制御手段とをさらに備
えることとしてもよい。
[0010] In the hydrogen extraction apparatus of the present invention, a sensor for detecting the temperature of the hydrogen separation membrane, and the energizing means for flowing an electric current to the base material when the temperature detected by the sensor is lower than a predetermined temperature. May be further provided with control means for controlling

【0011】このような構成とすれば、水素分離膜の温
度が所定の温度以下のときには、上記基材に電流を流し
てこれを発熱させることで、水素分離膜を加熱すること
ができる。このように水素分離膜を加熱することで、周
囲の温度など他の条件に関わらず、水素分離膜の水素透
過性を確保することができ、水素抽出装置の性能を確保
することができる。ここで、上記センサは、上記水素分
離膜の温度を、必ずしも直接に検出する必要はなく、水
素分離膜の温度を反映する他の部位の温度を検出するな
どとしてもよく、水素分離膜の温度に基づいて基材への
通電状態を制御することができればよい。
With such a configuration, when the temperature of the hydrogen separation membrane is equal to or lower than a predetermined temperature, an electric current is applied to the base material to generate heat, thereby heating the hydrogen separation membrane. By heating the hydrogen separation membrane in this way, the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane can be ensured regardless of other conditions such as the ambient temperature, and the performance of the hydrogen extraction device can be ensured. Here, the sensor does not necessarily need to directly detect the temperature of the hydrogen separation membrane, and may detect the temperature of another portion reflecting the temperature of the hydrogen separation membrane. It suffices if the state of energization to the base material can be controlled based on the above.

【0012】本発明の水素抽出装置において、前記水素
分離膜は、パラジウムまたはパラジウムを含有する金属
から成ることとしてもよい。パラジウムまたはパラジウ
ムを含有する金属から成る水素分離膜は、温度が高いほ
ど水素透過性が向上するという性質を有しており、本発
明を適用することにより、既述した効果を充分に得るこ
とができる。
In the hydrogen extraction device of the present invention, the hydrogen separation membrane may be made of palladium or a metal containing palladium. The hydrogen separation membrane made of palladium or a metal containing palladium has a property that the higher the temperature, the higher the hydrogen permeability, and by applying the present invention, it is possible to sufficiently obtain the effects described above. it can.

【0013】このような水素抽出装置において、前記所
定の温度は300℃であることとしてもよい。このよう
な構成とすることで、水素分離膜が水素脆化を起こす
(水素分離膜を構成する分子構造内に水素が留まったり
排出されたりすることで水素分離膜が劣化する)のを防
止することができる。
[0013] In such a hydrogen extraction device, the predetermined temperature may be 300 ° C. With such a structure, hydrogen embrittlement of the hydrogen separation membrane (deterioration of hydrogen separation membrane due to retention or discharge of hydrogen in the molecular structure of the hydrogen separation membrane) is prevented. be able to.

【0014】本発明の水素抽出装置において、前記基材
を構成する前記多孔質体は、導電性セラミックを含むも
のであることとしてもよい。
[0014] In the hydrogen extraction device of the present invention, the porous body constituting the base material may include a conductive ceramic.

【0015】また、このような水素抽出装置において、
前記導電性セラミックは、炭化珪素を含むものであるこ
ととしてもよい。
In such a hydrogen extraction apparatus,
The conductive ceramic may include silicon carbide.

【0016】本発明の水素抽出装置において、前記水素
分離膜に、前記混合ガスに代えて、前記水素分離膜上に
吸着する不純物を前記水素分離膜から除去するために働
く回復ガスを供給する回復ガス供給手段をさらに備え、
前記回復ガス供給手段を用いて前記水素分離膜に前記回
復ガスを供給するときに、前記通電手段を用いて前記基
材に通電することで、前記水素分離膜の加熱を行なうこ
ととしてもよい。
In the hydrogen extraction apparatus according to the present invention, a recovery gas is supplied to the hydrogen separation membrane, instead of the mixed gas, a recovery gas acting to remove impurities adsorbed on the hydrogen separation membrane from the hydrogen separation membrane. Further comprising gas supply means,
When the recovery gas is supplied to the hydrogen separation membrane using the recovery gas supply unit, the hydrogen separation membrane may be heated by energizing the base using the current supply unit.

【0017】このような構成とすれば、上記水素分離膜
に上記回復ガスを供給するときには、上記基材に通電す
ることで上記水素分離膜の温度を上昇させることができ
るため、上記水素分離膜上に吸着する不純物をこの水素
分離膜から除去する動作を行なうのに充分な温度にま
で、水素分離膜を昇温させることが可能となる。したが
って、上記水素分離膜上に吸着する不純物を取り除き、
水素分離膜の水素透過性を回復する動作を良好に行なう
ことができる。水素分離膜上に吸着する不純物を取り除
く動作としては、例えば、上記不純物と、上記回復ガス
が含有する物質との間で、化学反応を進行させる方法を
挙げることができる。このような場合には、上記基材に
通電して水素分離膜を昇温させることで、上記化学反応
の活性を充分に確保することが可能となる。
With this configuration, when the recovery gas is supplied to the hydrogen separation membrane, the temperature of the hydrogen separation membrane can be increased by supplying electricity to the base material. It is possible to raise the temperature of the hydrogen separation membrane to a temperature sufficient to perform an operation of removing impurities adsorbed thereon from the hydrogen separation membrane. Therefore, the impurities adsorbed on the hydrogen separation membrane are removed,
The operation of restoring the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane can be favorably performed. As an operation of removing the impurities adsorbed on the hydrogen separation membrane, for example, a method of causing a chemical reaction to proceed between the impurities and a substance contained in the recovery gas can be given. In such a case, by energizing the base material to raise the temperature of the hydrogen separation membrane, it is possible to sufficiently secure the activity of the chemical reaction.

【0018】また、本実施例の水素抽出装置において、
前記水素分離膜に、前記混合ガスに代えて、実質的に水
素を含有しないガスを供給する停止時ガス供給手段をさ
らに備え、前記水素抽出装置を停止する動作を行なうと
判断されるときには、前記停止時ガス供給手段を用いて
前記水素分離膜に前記水素を含有しないガスを供給する
と共に、前記通電手段を用いて前記基材に通電すること
で、前記水素分離膜の加熱を行なうこととしてもよい。
Further, in the hydrogen extraction apparatus of this embodiment,
The hydrogen separation membrane, in place of the mixed gas, further comprises a stop-time gas supply means for supplying a gas substantially containing no hydrogen, when it is determined to perform the operation of stopping the hydrogen extraction device, By supplying the gas not containing hydrogen to the hydrogen separation membrane using a gas supply unit at the time of stoppage, and supplying electricity to the base material using the current supply unit, the hydrogen separation membrane may be heated. Good.

【0019】このような構成とすれば、上記水素抽出装
置を停止する動作を行なうと判断されるときには、上記
基材に通電することで上記水素分離膜の温度を上昇させ
ることができるため、上記水素分離膜に、上記混合ガス
に代えて、実質的に水素を含有しないガスを供給するこ
とによって、水素分離膜内に水素が滞留するのを防止す
ることができる。これによって、水素分離膜が水素脆化
を起こすのを防止することができる。
With such a configuration, when it is determined that the operation of stopping the hydrogen extraction device is performed, the temperature of the hydrogen separation membrane can be increased by energizing the base material. By supplying a gas substantially containing no hydrogen to the hydrogen separation membrane instead of the above-mentioned mixed gas, it is possible to prevent the hydrogen from remaining in the hydrogen separation membrane. This can prevent hydrogen embrittlement of the hydrogen separation membrane.

【0020】本発明の水素抽出方法は、水素を含有する
混合ガスから水素を抽出する水素抽出方法であって、多
孔質体から成る基材上に形成され、水素を選択的に透過
させる性質を有する水素分離膜を用いて、前記混合ガス
から水素の抽出を行なう際に、前記基材に電流を流して
前記基材を発熱させることによって前記水素分離膜を加
熱することを要旨とする。
The hydrogen extraction method of the present invention is a hydrogen extraction method for extracting hydrogen from a mixed gas containing hydrogen, which is formed on a porous base material and has a property of selectively permeating hydrogen. When extracting hydrogen from the mixed gas using the hydrogen separation membrane having the above, the gist is to heat the hydrogen separation membrane by causing an electric current to flow through the base material to generate heat in the base material.

【0021】このような水素抽出方法によれば、水素分
離膜を加熱することができるため、水素透過量が温度に
依存する性質を有する水素分離膜を用いる場合に、上記
基材に通電することによって水素分離膜の水素透過性を
充分に確保することが可能となる。また、水素分離膜
は、発熱する基材上に形成されており、基材で生じた熱
は速やかに水素分離膜に伝えられるため、水素分離膜を
加熱することによってエネルギ効率が低下するのを抑え
ることができる。また、水素分離膜がその上に形成され
た上記基材を発熱させることで水素分離膜を加熱するた
め、水素分離膜を加熱する構成を設けることによって水
素抽出装置が大型化してしまうことがない。
According to such a hydrogen extraction method, the hydrogen separation membrane can be heated. Therefore, when using a hydrogen separation membrane having a property that the hydrogen permeation amount depends on the temperature, it is necessary to energize the base material. This makes it possible to sufficiently secure the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane. In addition, the hydrogen separation membrane is formed on a substrate that generates heat, and heat generated in the substrate is quickly transmitted to the hydrogen separation membrane. Can be suppressed. In addition, since the hydrogen separation membrane is heated by causing the base material formed thereon to generate heat, the hydrogen separation membrane is heated. By providing a configuration for heating the hydrogen separation membrane, the size of the hydrogen extraction device does not increase. .

【0022】このような本発明の水素抽出方法におい
て、前記水素分離膜の温度に応じて、前記基材への通電
状態を変化させることとしてもよい。このような構成と
すれば、周囲の温度など他の条件に関わらず水素分離膜
を所望の温度に昇温させ、水素分離膜の水素透過性を確
保することができる。なお、基材への通電状態を変化さ
せるとは、通電のオン・オフを切り替えたり、基材へ流
す電流量を変化させたり等、種々の態様が可能である。
通電によって基材を発熱させ、水素分離膜の温度制御が
所望の状態で行なわれればよい。
[0022] In the hydrogen extraction method of the present invention, the energization state to the substrate may be changed according to the temperature of the hydrogen separation membrane. With such a configuration, the hydrogen separation membrane can be heated to a desired temperature regardless of other conditions such as the ambient temperature, and the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane can be secured. Changing the state of energization to the base material may be in various forms, such as switching on / off of energization, changing the amount of current flowing to the base material, and the like.
The substrate may be heated by energization to control the temperature of the hydrogen separation membrane in a desired state.

【0023】本発明の燃料電池装置は、水素を用いた電
気化学反応により起電力を得る燃料電池を備える燃料電
池装置であって、炭化水素系燃料を改質して水素含有ガ
スを生成する改質器と、請求項1ないし8いずれか記載
の水素抽出装置であって、前記改質器から前記水素含有
ガスの供給を受けて、該水素含有ガスから水素を抽出す
る水素抽出装置と、前記水素抽出装置が抽出した水素
を、前記燃料電池に供給する供給手段とを備えることを
要旨とする。
The fuel cell device according to the present invention is a fuel cell device provided with a fuel cell which obtains an electromotive force by an electrochemical reaction using hydrogen, wherein the fuel cell device reforms a hydrocarbon-based fuel to generate a hydrogen-containing gas. A hydrogen extraction device according to any one of claims 1 to 8, wherein the hydrogen extraction device receives the supply of the hydrogen-containing gas from the reformer and extracts hydrogen from the hydrogen-containing gas. The gist of the invention is to provide a supply means for supplying hydrogen extracted by the hydrogen extraction device to the fuel cell.

【0024】このような燃料電池装置によれば、水素抽
出装置が備える水素分離膜を加熱することによって水素
分離膜の水素透過性を確保することができるため、燃料
電池に対する水素の供給を安定して行なうことができ
る。
According to such a fuel cell device, the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane can be ensured by heating the hydrogen separation membrane provided in the hydrogen extraction device, so that the supply of hydrogen to the fuel cell can be stabilized. Can be done.

【0025】[0025]

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、本発明の実施の形態を、実
施例に基づき以下の順序で説明する。 (1)水素抽出装置10の構成 (2)水素分離膜12の性質 (3)水素抽出装置10を備える燃料電池装置30の構
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the configuration and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described in the following order based on examples. (1) Configuration of hydrogen extraction device 10 (2) Properties of hydrogen separation membrane 12 (3) Configuration of fuel cell device 30 including hydrogen extraction device 10

【0026】(1)水素抽出装置10の構成:図1は、
本実施例の水素抽出装置10の構成の概略を表わす説明
図である。図1では、水素抽出装置10の断面の様子を
模式的に表わしている。水素抽出装置10は、水素を選
択的に透過する性質を有する金属から成る水素分離膜1
2と、水素分離膜12を表面に形成する多孔質基材14
と、多孔質基材14に接続して多孔質基材14に通電す
る際に電力を供給する電源26と、多孔質基材14と電
源26とを接続する回路中に設けられ、多孔質基材14
への通電のオンオフを行なうスイッチ28と、水素分離
膜12の表面温度を検出する温度センサ27と、多孔質
基材14への通電状態を制御する制御部29とを主な構
成要素とする。
(1) Configuration of hydrogen extraction device 10: FIG.
It is an explanatory view showing the outline of the composition of hydrogen extraction device 10 of this example. FIG. 1 schematically illustrates a cross section of the hydrogen extraction device 10. The hydrogen extraction device 10 includes a hydrogen separation membrane 1 made of a metal having a property of selectively permeating hydrogen.
2, a porous substrate 14 on which a hydrogen separation membrane 12 is formed
And a power supply 26 connected to the porous substrate 14 and supplying power when the porous substrate 14 is energized, and a porous substrate provided in a circuit connecting the porous substrate 14 and the power supply 26. Lumber 14
The main components are a switch 28 for turning on and off the power supply to the temperature, a temperature sensor 27 for detecting the surface temperature of the hydrogen separation membrane 12, and a control unit 29 for controlling the state of power supply to the porous substrate 14.

【0027】水素分離膜12は、上記したように水素を
選択的に透過する性質を有する金属(以下、水素分離金
属と呼ぶ)から成る膜であるが、この水素分離金属とし
ては、パラジウムあるいはパラジウム合金など、パラジ
ウムを含有する金属から選択することができる。多孔質
基材14は、ガスが透過可能な多孔質体として形成され
ており、また、所定の抵抗値を有する導電性材料によっ
て形成されている。後述するように、本実施例の水素抽
出装置10は、多孔質基材14に通電することによって
これを発熱させ、上記水素分離膜12における水素透過
性が充分に確保できる温度に水素分離膜12を加熱する
ことに特徴があるため、多孔質基材14を構成する材料
は、水素透過性を確保するために水素分離膜12を加熱
するのに充分な熱を、通電時に発生できる抵抗値を有す
る材料から選択される。本実施例では、多孔質基材14
は、導電性セラミックである炭化珪素によって形成する
こととした。セラミック発熱体としては種々の導電性セ
ラミックが知られているが、これらのうち、通電したと
きに、表面に形成した水素分離膜を充分に昇温させるこ
とができる熱を生じるものであれば、上記多孔質基材1
4を形成する材料として用いることができる。また、多
孔質基材14は、全体を導電性セラミックで形成する代
わりに、導電性セラミックを所定の割合で備えることと
し、これによって通電時に所望の発熱を得ることとして
も良い。例えば、多孔質基材14を、上記導電性セラミ
ックから成る層と、導電性を有しない絶縁性セラミック
から成る層とを重ね合わせて形成することとしても良
い。あるいは、このような導電性セラミックの他に、充
分な抵抗値を示す金属、例えば、ニッケル−クロム合金
等によって多孔質基材14を形成することとしてもよ
い。
The hydrogen separation membrane 12 is a membrane made of a metal having a property of selectively permeating hydrogen as described above (hereinafter, referred to as a hydrogen separation metal). The hydrogen separation metal may be palladium or palladium. It can be selected from metals containing palladium, such as alloys. The porous substrate 14 is formed as a porous body through which gas can pass, and is formed of a conductive material having a predetermined resistance value. As will be described later, the hydrogen extraction device 10 of the present embodiment generates heat by energizing the porous base material 14 and raises the temperature of the hydrogen separation membrane 12 to a temperature at which the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 can be sufficiently ensured. Is heated, the material constituting the porous substrate 14 has sufficient resistance to heat the hydrogen separation membrane 12 in order to secure hydrogen permeability, It is selected from materials having. In this embodiment, the porous substrate 14
Is formed of silicon carbide which is a conductive ceramic. Various conductive ceramics are known as ceramic heating elements. Of these, any of these, when energized, generates heat that can sufficiently raise the temperature of the hydrogen separation membrane formed on the surface. The above porous substrate 1
4 can be used as a material. Further, instead of forming the entirety of the porous base material 14 with conductive ceramic, conductive ceramic may be provided at a predetermined ratio, so that desired heat generation may be obtained at the time of energization. For example, the porous substrate 14 may be formed by laminating a layer made of the conductive ceramic and a layer made of an insulating ceramic having no conductivity. Alternatively, in addition to such a conductive ceramic, the porous substrate 14 may be formed of a metal exhibiting a sufficient resistance value, for example, a nickel-chromium alloy or the like.

【0028】ここで、多孔質基材14上に設けられた水
素分離膜12としては、種々の構成を適用可能である。
水素分離膜12は、例えば、多孔質基材14上を、めっ
きや、化学蒸着法(CVD)、物理蒸着法(PVD)等
によりコーティングすることによって形成することがで
きる。あるいは、多孔質基材14の細孔に上記水素分離
金属を担持させることによって形成することとしてもよ
い。このような水素分離金属の担持法としては、例え
ば、水素分離金属を含有した溶液に多孔質基材14を浸
漬する含浸担持法、水素分離金属を有機溶剤中に混ぜた
ペーストを多孔質基材14の表面に塗布して焼成する方
法などを用いることができる。
Here, as the hydrogen separation membrane 12 provided on the porous substrate 14, various configurations can be applied.
The hydrogen separation membrane 12 can be formed, for example, by coating the porous substrate 14 by plating, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or the like. Alternatively, it may be formed by supporting the hydrogen separation metal in the pores of the porous substrate 14. Examples of the method for supporting the hydrogen separation metal include, for example, an impregnation support method in which the porous substrate 14 is immersed in a solution containing the hydrogen separation metal, and a paste in which the hydrogen separation metal is mixed in an organic solvent. For example, a method of applying to the surface of No. 14 and firing it can be used.

【0029】制御部29は、スイッチ28を駆動するこ
とによって、多孔質基材14への通電状態を制御する。
制御部29は、内部にCPU、RAM,ROM等を備え
るワンチップ・マイクロコンピュータであり、ROMに
記録されたプログラムに従い、CPUが制御処理を行
う。制御部29は、図1に示した温度センサ27や、電
源26、スイッチ28と接続しており、温度センサ27
から入力される検出信号に基づいて、水素分離膜12の
温度が所定の温度以下になったと判断したときにはスイ
ッチ28をオン状態にして、多孔質基材14に所定量の
電流を流してこれを発熱させる。また、水素分離膜12
の温度が所定の温度以上になったと判断したときには、
スイッチ28をオフ状態にして、多孔質基材14への通
電を停止させる。
The control section 29 controls the state of energization of the porous substrate 14 by driving the switch 28.
The control unit 29 is a one-chip microcomputer including a CPU, a RAM, a ROM, and the like, and the CPU performs control processing according to a program recorded in the ROM. The control unit 29 is connected to the temperature sensor 27 shown in FIG.
When it is determined that the temperature of the hydrogen separation membrane 12 has become equal to or lower than a predetermined temperature based on the detection signal input from the switch 28, the switch 28 is turned on and a predetermined amount of current flows through the porous Generate heat. The hydrogen separation membrane 12
When it is determined that the temperature of the
The switch 28 is turned off to stop energizing the porous substrate 14.

【0030】水素分離膜12と多孔質基材14とを間に
挟んで多孔質基材14側には、気体の流路である混合ガ
ス部20が形成されており、この混合ガス部20へは、
水素を含有する混合ガスが流入口21より供給される。
水素分離膜12と多孔質基材14とを間に挟んで水素分
離膜12側には、気体の流路である抽出部23が形成さ
れている。この抽出部23へは、混合ガス部20側か
ら、混合ガス中の水素が水素分離膜12を透過して流入
する(図1参照)。水素分離膜12によって混合ガス中
から分離部23側に抽出された水素は、排出口25を介
して水素抽出装置10外に排出される。なお、水素分離
膜12による水素の抽出が行なわれた後の残余ガスは、
排出口22を介して水素抽出装置10外に排出される。
もとより、図1に示した水素抽出装置10において、混
合ガス部20と抽出部23とを逆に設けることとしても
構わない。
On the porous substrate 14 side with the hydrogen separation membrane 12 and the porous substrate 14 interposed therebetween, a mixed gas portion 20 as a gas flow path is formed. Is
A mixed gas containing hydrogen is supplied from the inlet 21.
On the side of the hydrogen separation membrane 12 with the hydrogen separation membrane 12 and the porous substrate 14 interposed therebetween, an extraction portion 23 as a gas flow path is formed. Hydrogen in the mixed gas permeates through the hydrogen separation membrane 12 and flows into the extraction unit 23 from the mixed gas unit 20 side (see FIG. 1). The hydrogen extracted from the mixed gas to the separation unit 23 side by the hydrogen separation membrane 12 is discharged to the outside of the hydrogen extraction device 10 through the discharge port 25. The residual gas after the extraction of hydrogen by the hydrogen separation membrane 12 is:
It is discharged out of the hydrogen extraction device 10 through the discharge port 22.
Of course, in the hydrogen extraction device 10 shown in FIG. 1, the mixed gas section 20 and the extraction section 23 may be provided in reverse.

【0031】上記したように、本実施例の水素抽出装置
10では、水素分離膜12が水素を選択的に透過させる
性質を利用して、水素を含有する混合ガスから水素を抽
出して排出口25から取り出し可能となっている。ここ
で、水素が水素分離膜12を透過する速度は、水素分離
膜12を挟んで設けられた混合ガス部20と抽出部23
との間の水素濃度差に依存する。すなわち、抽出部23
内における水素濃度が低いほど抽出部23側に水素が透
過する効率が向上する。そこで、抽出部23側の水素濃
度を充分に低い状態に維持するために、流入口24を介
して抽出部23側に適当な気体(以下、パージガスと呼
ぶ)を供給し、水素分離膜12を透過した水素をパージ
ガスによって排出口25から外部に排出する構成として
もよい。パージガスとしては、水素抽出装置10から取
り出した水素を用いる後の工程で不都合を生じない気体
であって、充分に水素濃度が低い気体を、目的に応じて
適宜選択すればよい。
As described above, in the hydrogen extraction apparatus 10 according to the present embodiment, hydrogen is extracted from the hydrogen-containing mixed gas by utilizing the property of the hydrogen separation membrane 12 to selectively permeate hydrogen, and the hydrogen is discharged to the outlet. 25. Here, the speed at which hydrogen permeates the hydrogen separation membrane 12 depends on the mixed gas section 20 and the extraction section 23 provided with the hydrogen separation membrane 12 interposed therebetween.
And the hydrogen concentration difference between That is, the extraction unit 23
The lower the hydrogen concentration in the inside, the higher the efficiency of hydrogen permeation to the extraction unit 23 side. Therefore, in order to maintain the hydrogen concentration on the extraction unit 23 side at a sufficiently low state, an appropriate gas (hereinafter, referred to as a purge gas) is supplied to the extraction unit 23 side through the inflow port 24 to remove the hydrogen separation membrane 12. The configuration may be such that the permeated hydrogen is discharged to the outside from the discharge port 25 by the purge gas. As the purge gas, a gas that does not cause inconvenience in the subsequent process using hydrogen extracted from the hydrogen extraction device 10 and that has a sufficiently low hydrogen concentration may be appropriately selected according to the purpose.

【0032】また、図1に示した水素抽出装置10で
は、温度センサ27を水素分離膜12上に設けたが、異
なる構成としてもよい。すなわち、水素分離膜12の温
度を反映する値を検出可能であれば、水素分離膜12上
で直接水素分離膜12の温度を検知する以外の構成をと
ることとしてもよい。
In the hydrogen extraction apparatus 10 shown in FIG. 1, the temperature sensor 27 is provided on the hydrogen separation membrane 12, but may have a different configuration. That is, if a value reflecting the temperature of the hydrogen separation membrane 12 can be detected, a configuration other than directly detecting the temperature of the hydrogen separation membrane 12 on the hydrogen separation membrane 12 may be adopted.

【0033】(2)水素分離膜12の性質:本実施例の
水素抽出装置10は、多孔質基材14に通電することに
よってこれを発熱させ、多孔質基材14上に設けた水素
分離膜12を加熱することによって、水素分離膜12に
おける水素の透過性を確保する構成となっているが、以
下に、水素分離膜12の性質について説明する。図2
は、水素分離膜における水素透過性と温度との関係を表
わす図である。
(2) Properties of Hydrogen Separation Membrane 12: In the hydrogen extraction apparatus 10 of the present embodiment, a current is applied to the porous substrate 14 to generate heat, and the hydrogen extraction membrane 10 is provided on the porous substrate 14. The structure of securing hydrogen permeability in the hydrogen separation membrane 12 by heating the hydrogen separation membrane 12 will be described below. The properties of the hydrogen separation membrane 12 will be described below. FIG.
FIG. 3 is a diagram showing a relationship between hydrogen permeability and temperature in a hydrogen separation membrane.

【0034】図2に示すように、水素分離膜は、温度が
上昇するほど高い水素透過性を示す。図2では、パラジ
ウムからなる水素分離膜の性質を示しているが、パラジ
ウム−銀合金からなる水素分離膜など、パラジウムを含
有する他種の水素分離膜も同様の性質を示す。したがっ
て、このような水素分離膜を備える水素抽出装置10で
は、水素分離膜の温度が低下したと判断されるときに
は、多孔質基材14に通電してこれを発熱させることに
よって、水素分離膜12の水素透過性を向上させること
ができる。
As shown in FIG. 2, the hydrogen separation membrane shows higher hydrogen permeability as the temperature increases. FIG. 2 shows the properties of a hydrogen separation membrane made of palladium, but other types of hydrogen separation membranes containing palladium, such as a hydrogen separation membrane made of a palladium-silver alloy, show similar properties. Therefore, in the hydrogen extraction apparatus 10 including such a hydrogen separation membrane, when it is determined that the temperature of the hydrogen separation membrane has decreased, the porous base material 14 is energized to generate heat, so that the hydrogen separation membrane 12 Can improve hydrogen permeability.

【0035】なお、図2では、温度と水素透過量との関
係を300〜500℃の温度範囲にわたって示したが、
温度の上昇に従って水素透過量が増加する傾向は、この
温度範囲以下、あるいはこの温度範囲以上の温度におい
てもみられる。水素分離膜の水素透過量を確保するため
に多孔質基材14への通電を制御する際に、通電を行な
う基準とする温度は、水素分離膜12に要求する水素透
過量の下限や、検出温度に基づいて水素透過量を確保す
るために通電を制御する際の精度や、装置全体のエネル
ギ効率などを考慮して設定されるが、水素分離膜12の
温度が300℃以下のときには、水素分離膜12におい
てはさらに水素脆化の問題が生じる。
In FIG. 2, the relationship between the temperature and the amount of permeated hydrogen is shown over a temperature range of 300 to 500 ° C.
The tendency that the amount of hydrogen permeation increases with an increase in temperature is also observed at temperatures below this temperature range or above this temperature range. When controlling the power supply to the porous substrate 14 in order to secure the hydrogen permeation amount of the hydrogen separation membrane, the temperature at which the power supply is performed is controlled by the lower limit of the hydrogen permeation amount required for the hydrogen separation membrane 12, It is set in consideration of the accuracy in controlling the current supply and the energy efficiency of the entire apparatus in order to secure the hydrogen permeation amount based on the temperature. When the temperature of the hydrogen separation membrane 12 is 300 ° C. or lower, hydrogen In the separation membrane 12, the problem of hydrogen embrittlement further arises.

【0036】水素脆化とは、上記水素分離膜の温度が充
分に高く維持されないときに水素分離膜が次第に劣化す
ることをいう。すなわち、水素分離膜の温度が充分に高
くないときには、水素分離膜を水素が透過する代わり
に、水素分離膜を構成する分子構造内に水素が留まった
り、一旦留まった水素が再び排出されたりし、このよう
に水素分離膜の分子構造において水素が出入りすること
によって、この分子構造が次第に崩壊することをいう。
したがって、水素分離膜12の温度を充分に高く維持す
るために、また、水素分離膜12における水素脆化を防
止するために、多孔質基材14への通電を開始する基準
となる温度は、300℃以上に設定することが望まし
い。
Hydrogen embrittlement means that the hydrogen separation membrane gradually deteriorates when the temperature of the hydrogen separation membrane is not maintained sufficiently high. That is, when the temperature of the hydrogen separation membrane is not high enough, instead of permeating the hydrogen through the hydrogen separation membrane, the hydrogen may remain in the molecular structure constituting the hydrogen separation membrane, or may be discharged once again. In this manner, the entry and exit of hydrogen in the molecular structure of the hydrogen separation membrane means that the molecular structure gradually collapses.
Therefore, in order to maintain the temperature of the hydrogen separation membrane 12 sufficiently high, and to prevent hydrogen embrittlement in the hydrogen separation membrane 12, the reference temperature for starting the energization of the porous substrate 14 is as follows: It is desirable to set the temperature to 300 ° C. or higher.

【0037】また、水素分離膜は、温度が低いほど一酸
化炭素による被毒を強く受けるため、多孔質基材14へ
の通電を開始する基準となる温度は、この一酸化炭素被
毒の影響を考慮して設定することが望ましい。図3は、
水素分離膜における一酸化炭素被毒と温度との関係を表
わす図である。ここでは、水素抽出装置10と同様の装
置において、パージガスとして窒素ガスを用い、混合ガ
スとして水素ガスを用いる場合と、混合ガスとして5%
の一酸化炭素を含有する水素ガスを用いる場合とで、水
素透過量を比較した様子を表わしている。縦軸に示した
「一酸化炭素被毒に起因する水素透過量の減少率」と
は、「一酸化炭素を含有しないガスを混合ガスとして用
いたときの水素透過量」に対する「一酸化炭素を含有す
るガスを混合ガスとして用いたときの水素透過量の割
合」を表わす。図3に示すように、温度が高いほど、一
酸化炭素に起因する水素透過量の減少の影響は小さくな
る。したがって、一酸化炭素に起因して水素透過量が減
少してしまうのを抑えるためには、多孔質基材14への
通電を開始する基準となる温度をより高く設定すること
とすれば良く、本実施例の水素抽出装置10では、上記
基準となる温度を500℃に設定することとした。
The lower the temperature, the more strongly the hydrogen separation membrane is poisoned by carbon monoxide. Therefore, the temperature at which the energization of the porous substrate 14 is started depends on the influence of the carbon monoxide poisoning. It is desirable to set in consideration of. FIG.
It is a figure showing the relationship between carbon monoxide poisoning and temperature in a hydrogen separation membrane. Here, in a device similar to the hydrogen extraction device 10, nitrogen gas is used as a purge gas and hydrogen gas is used as a mixed gas, and 5% is used as a mixed gas.
2 shows a state in which the hydrogen permeation amount is compared with the case where a hydrogen gas containing carbon monoxide is used. The “reduction rate of the amount of hydrogen permeation due to carbon monoxide poisoning” shown on the vertical axis is “the amount of hydrogen permeation when a gas containing no carbon monoxide is used as a mixed gas” and “ The ratio of the amount of hydrogen permeation when the contained gas is used as a mixed gas. " As shown in FIG. 3, the higher the temperature, the smaller the effect of the decrease in the amount of permeated hydrogen caused by carbon monoxide. Therefore, in order to suppress a decrease in the amount of hydrogen permeation due to carbon monoxide, it is only necessary to set a higher temperature as a reference for starting energization of the porous base material 14, In the hydrogen extraction device 10 of the present embodiment, the reference temperature is set to 500 ° C.

【0038】なお、多孔質基材14を発熱させることで
水素分離膜12を過度に加熱してしまうことは、水素抽
出装置10を構成する各部材の劣化を引き起こすなどの
不都合を生じるおそれがあり、また、装置全体のエネル
ギ効率が低下してしまうおそれがあるため、このような
不都合を考慮して、充分な効率で水素が透過する温度と
して、多孔質基材14に通電する際の水素分離膜の温度
の上限を設定すればよい。
Excessive heating of the hydrogen separation membrane 12 by causing the porous substrate 14 to generate heat may cause inconvenience such as deterioration of the members constituting the hydrogen extraction device 10. In addition, there is a possibility that the energy efficiency of the entire apparatus may be reduced. Therefore, in consideration of such inconveniences, the temperature at which hydrogen is permeated with sufficient efficiency is set as a temperature at which hydrogen is passed through the porous substrate 14 when energizing the porous substrate 14. What is necessary is just to set the upper limit of the film temperature.

【0039】以上のように構成された水素抽出装置10
によれば、その表面に水素分離膜12を形成する多孔質
基材14を、所定の抵抗値を示す導電性材料によって形
成すると共に、この多孔質基材14に通電可能な構成で
あるため、多孔質基材14に通電してこれを発熱させ、
水素分離膜12を加熱することができ、水素分離膜12
における水素透過性を周囲の温度に関わらず充分に確保
することが可能となる。また、水素分離膜12は、多孔
質基材14上に形成されているため、多孔質基材14に
通電することで生じた熱を無駄なく水素分離膜12に伝
えることができ、効率良く水素分離膜12の加熱を行な
うことができると共に、水素分離膜12を加熱する手段
を設けることによって水素抽出装置10を大型化を引き
起こすことがない。さらに、上記のように水素分離膜1
2を加熱して水素分離膜12の温度を充分に高く維持す
ることによって、混合ガス中に一酸化炭素が含まれてい
る場合にも、水素分離膜12が一酸化炭素被毒を受けて
水素透過性が低下してしまうのを抑えることが可能とな
る。
The hydrogen extraction apparatus 10 constructed as described above
According to this, the porous substrate 14 on which the hydrogen separation membrane 12 is formed is formed of a conductive material having a predetermined resistance value, and the porous substrate 14 is configured to be able to conduct electricity. The porous substrate 14 is energized to generate heat,
The hydrogen separation membrane 12 can be heated.
Can be sufficiently ensured regardless of the ambient temperature. Further, since the hydrogen separation membrane 12 is formed on the porous base material 14, heat generated by energizing the porous base material 14 can be transmitted to the hydrogen separation membrane 12 without waste, and hydrogen The separation membrane 12 can be heated, and the provision of the means for heating the hydrogen separation membrane 12 does not cause an increase in the size of the hydrogen extraction device 10. Further, as described above, the hydrogen separation membrane 1
2 to maintain the temperature of the hydrogen separation membrane 12 sufficiently high, the hydrogen separation membrane 12 is poisoned with carbon monoxide even if the mixed gas contains carbon monoxide. It is possible to suppress a decrease in transmittance.

【0040】なお、水素抽出装置10の構成を模式的に
図1に示したが、本発明を適用できる水素抽出装置の形
状はこのような形状に限るものではなく、図1に示した
構造を単位としてこれを積層するなど、異なる形状とし
ても良い。所定の抵抗を有する材料によって形成された
多孔質基材14に通電してこれを発熱させ、水素分離膜
を加熱することができるならば、同様の効果を奏するこ
とができる。また、温度を上昇させることによって水素
透過性を充分に確保することが可能となる性質を有する
水素分離膜を用いるならば、他種の水素分離膜を用いる
場合であっても、本実施例の構成を適用することができ
る。
Although the structure of the hydrogen extraction device 10 is schematically shown in FIG. 1, the shape of the hydrogen extraction device to which the present invention can be applied is not limited to such a shape, and the structure shown in FIG. Different shapes may be used, such as laminating them as a unit. A similar effect can be obtained if the porous substrate 14 formed of a material having a predetermined resistance can be energized to generate heat and heat the hydrogen separation membrane. In addition, if a hydrogen separation membrane having a property capable of sufficiently securing hydrogen permeability by increasing the temperature is used, even when another type of hydrogen separation membrane is used, the present embodiment is not limited to this. Configuration can be applied.

【0041】(2−1)水素透過性を回復する動作:な
お、より長い時間にわたって水素抽出装置10を動作さ
せる場合には、混合ガス中に一酸化炭素が含有されるな
らば、上記したように水素分離膜12の加熱を行なって
も徐々に一酸化炭素被毒が進行するおそれがある。ま
た、水素抽出装置10に供給される混合ガス中に、一酸
化炭素以外にも、炭素や炭素化合物などの不純物が含有
される場合には、これらの不純物も水素分離膜12上に
吸着して水素透過性を低下させてしまうおそれがある。
本実施例の水素抽出装置10のように、水素分離膜12
を加熱する構成を有している場合には、これら不純物の
吸着によって低下した水素透過性(水素分離性能)を回
復させる動作を行なうことが可能となる。以下に、この
ような動作について説明する。
(2-1) Operation for Restoring Hydrogen Permeability: When operating the hydrogen extraction device 10 for a longer period of time, if carbon monoxide is contained in the mixed gas, the operation is performed as described above. Even if the hydrogen separation membrane 12 is heated in advance, the carbon monoxide poisoning may gradually progress. If the mixed gas supplied to the hydrogen extraction device 10 contains impurities such as carbon and carbon compounds in addition to carbon monoxide, these impurities are also adsorbed on the hydrogen separation membrane 12 and There is a possibility that hydrogen permeability may be reduced.
As in the hydrogen extraction device 10 of the present embodiment, the hydrogen separation membrane 12
In the case of having a configuration for heating the hydrogen, it is possible to perform an operation of restoring the hydrogen permeability (hydrogen separation performance) lowered by the adsorption of these impurities. Hereinafter, such an operation will be described.

【0042】水素分離膜12上に吸着した一酸化炭素を
始めとする上記不純物を取り除くには、水素抽出装置1
0において水素を抽出する動作を一旦中止し、多孔質基
材14への通電状態の制御によって水素分離膜12の温
度を所定の温度(例えば、300〜400℃程度の温
度)に保ち、混合ガス部20に対して、混合ガスに代え
て、酸素含有ガスあるいは水蒸気などの回復ガスを供給
すればよい。このような構成とすれば、水素分離膜12
上に吸着した一酸化炭素や上記不純物が水素分離膜から
除去される動作が促進され、水素分離膜の水素透過性を
回復させることができる。例えば、水素分離膜12上に
一酸化炭素が吸着しているときに、回復ガスとして酸素
含有ガス(空気)を供給すると、水素分離膜12上に吸
着した一酸化炭素は酸化されて二酸化炭素となり、上記
回復ガスと共に水素抽出装置10外に排出される。
To remove the above-mentioned impurities such as carbon monoxide adsorbed on the hydrogen separation membrane 12, the hydrogen extraction device 1
0, the operation of extracting hydrogen is temporarily stopped, the temperature of the hydrogen separation membrane 12 is maintained at a predetermined temperature (for example, a temperature of about 300 to 400 ° C.) by controlling the energization state of the porous base material 14, and the mixed gas is removed. A recovery gas such as an oxygen-containing gas or water vapor may be supplied to the unit 20 instead of the mixed gas. With such a configuration, the hydrogen separation membrane 12
The operation of removing the carbon monoxide and the impurities adsorbed thereon from the hydrogen separation membrane is promoted, and the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane can be restored. For example, when an oxygen-containing gas (air) is supplied as a recovery gas while carbon monoxide is being adsorbed on the hydrogen separation membrane 12, the carbon monoxide adsorbed on the hydrogen separation membrane 12 is oxidized to carbon dioxide. , Together with the recovery gas.

【0043】水素分離膜の水素透過性が低下したとき
に、水素分離膜を所定の高温に保った上で酸素含有ガス
や水蒸気を供給して水素透過性を回復する構成は、例え
ば、特開平8−257376号公報や、特開2000−
140584号公報などに開示されているが、本実施例
の水素抽出装置10では、水素分離膜12に直接接する
多孔質基材14を発熱させることによって水素分離膜1
2を加熱するため、加熱に起因するエネルギ効率の低下
を極めて低く抑えることができる。さらに、このように
効率良く水素分離膜12を加熱することにより、必要に
応じて直ちに水素分離膜12を所望の温度に昇温するこ
とができると共に、水素透過性の回復の動作を行なった
後には水素分離膜12が充分に昇温しているため、直ち
に水素抽出の動作を行なうことができる。また、水素分
離膜12を表面に形成する多孔質基材14を発熱させる
ことによって水素分離膜12を加熱するため、上記回復
ガスを予め昇温させておく必要はなく、回復ガスなどを
加熱するためにエネルギを消費する必要がない。
When the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane is reduced, a configuration in which the hydrogen separation membrane is maintained at a predetermined high temperature and an oxygen-containing gas or water vapor is supplied to restore the hydrogen permeability is disclosed in, for example, Japanese Patent Laid-Open Publication JP-A-8-257376 and JP-A-2000-
As disclosed in Japanese Patent Publication No. 140584, the hydrogen extraction apparatus 10 of the present embodiment employs the hydrogen separation membrane 1 by heating the porous substrate 14 which is in direct contact with the hydrogen separation membrane 12.
2 is heated, the decrease in energy efficiency due to the heating can be kept extremely low. Furthermore, by heating the hydrogen separation membrane 12 efficiently as described above, the temperature of the hydrogen separation membrane 12 can be immediately raised to a desired temperature if necessary, and after the operation of restoring the hydrogen permeability is performed. Since the temperature of the hydrogen separation membrane 12 is sufficiently raised, the hydrogen extraction operation can be performed immediately. Further, since the hydrogen separation membrane 12 is heated by generating heat from the porous substrate 14 on which the hydrogen separation membrane 12 is formed, it is not necessary to raise the temperature of the recovery gas in advance, and the recovery gas is heated. Therefore, there is no need to consume energy.

【0044】(2−2)水素抽出装置10を停止する動
作:既述したように、水素分離膜12の温度が充分に高
くないときには、水素分離膜12において水素脆化が起
こるおそれがあるが、以下に、水素抽出装置10の停止
時に、水素分離膜12が水素脆化を起こすのを防止する
ために行なう動作について説明する。
(2-2) Operation for Stopping the Hydrogen Extraction Device 10: As described above, when the temperature of the hydrogen separation membrane 12 is not sufficiently high, hydrogen embrittlement may occur in the hydrogen separation membrane 12. Hereinafter, an operation performed to prevent the hydrogen separation membrane 12 from causing hydrogen embrittlement when the hydrogen extraction device 10 is stopped will be described.

【0045】水素抽出装置10の停止時に水素抽出装置
10への混合ガスの供給を停止すると、停止直前に供給
された混合ガスに含まれる水素の一部が、水素分離膜1
2を構成する分子構造内に滞留し、水素脆化を引き起こ
すおそれがある。そこで、水素抽出装置10を停止する
ときには、水素分離膜12を充分に高い温度に維持しつ
つ、混合ガス部20に対して実質的に水素を含有しない
ガス(水素濃度が充分に低いガス)を供給して、混合ガ
ス部20内を上記水素を含有しないガスで置き換えて、
水素分離膜12内に水素が滞留しない状態とすることが
望ましい。
When the supply of the mixed gas to the hydrogen extraction apparatus 10 is stopped when the hydrogen extraction apparatus 10 is stopped, a part of the hydrogen contained in the mixed gas supplied immediately before the stop is turned off.
2 may be retained in the molecular structure constituting hydrogen and cause hydrogen embrittlement. Therefore, when the hydrogen extraction device 10 is stopped, while maintaining the hydrogen separation membrane 12 at a sufficiently high temperature, a gas containing substantially no hydrogen (a gas having a sufficiently low hydrogen concentration) is supplied to the mixed gas portion 20. And replace the inside of the mixed gas section 20 with the above-mentioned gas containing no hydrogen,
It is desirable that hydrogen does not stay in the hydrogen separation membrane 12.

【0046】本実施例の水素抽出装置10によれば、混
合ガス部20に対して上記水素を含有しないガスを供給
する際に、多孔質基材14への通電によって水素分離膜
12を加熱すればよく、これによって、水素を含有しな
いガスに混合ガス部20内が置き換えられるときには、
混合ガス部20側から水素分離膜12内に流入する水素
は速やかに水素分離膜12内を透過して抽出部23側に
排出される。したがって、水素を含有しないガスに混合
ガス部20内が置き換わってしまったときには、水素分
離膜12は、内部に水素が滞留しない状態となってお
り、水素抽出装置10の停止時に水素分離膜12の水素
脆化が引き起こされるのを防止することができる。ま
た、このような水素分離膜12の加熱は、水素分離膜1
2に直接接する多孔質基材14を発熱させることによっ
てなされるため、高い効率で水素分離膜12の加熱を行
なうことができると共に、水素分離膜12を加熱する構
成を設けることによって装置が大型化してしまうことが
ない。
According to the hydrogen extraction apparatus 10 of the present embodiment, when supplying the gas containing no hydrogen to the mixed gas section 20, the hydrogen separation membrane 12 is heated by energizing the porous substrate 14. Therefore, when the inside of the mixed gas section 20 is replaced with a gas containing no hydrogen,
Hydrogen flowing into the hydrogen separation membrane 12 from the mixed gas section 20 side quickly permeates through the hydrogen separation membrane 12 and is discharged to the extraction section 23 side. Therefore, when the inside of the mixed gas portion 20 is replaced with a gas containing no hydrogen, the hydrogen separation membrane 12 is in a state where hydrogen does not stay inside, and the hydrogen separation membrane 12 is stopped when the hydrogen extraction device 10 is stopped. Hydrogen embrittlement can be prevented from being caused. The heating of the hydrogen separation membrane 12 is performed by the hydrogen separation membrane 1.
Since the heating is performed by heating the porous base material 14 that is in direct contact with the fuel cell 2, the hydrogen separation membrane 12 can be heated with high efficiency, and the apparatus is increased in size by providing a configuration for heating the hydrogen separation membrane 12. I won't.

【0047】(3)水素抽出装置10を備える燃料電池
装置30の構成:上記実施例の水素抽出装置10は、水
素を消費する種々の装置に対して水素を供給するために
用いることが可能であるが、以下に、水素抽出装置10
を燃料電池装置に適用する構成について説明すると共
に、燃料電池装置に適用する構成に即して、水素抽出装
置10が奏する効果について説明する。図4は、上記実
施例の水素抽出装置10を備える燃料電池装置の一例で
ある燃料電池装置30の構成の概略を表わす説明図であ
る。燃料電池装置30は、改質燃料を貯蔵する燃料タン
ク32、水を貯蔵する水タンク34、改質燃料および水
の昇温と混合を行なう蒸発・混合部36、改質反応を促
進する改質触媒を備える改質器38、水素抽出装置1
0、燃料電池40、ブロワ42を主な構成要素としてい
る。
(3) Configuration of the fuel cell device 30 including the hydrogen extraction device 10: The hydrogen extraction device 10 of the above embodiment can be used to supply hydrogen to various devices that consume hydrogen. However, the following describes the hydrogen extraction device 10
The configuration applied to the fuel cell device will be described, and the effect of the hydrogen extraction device 10 will be described according to the configuration applied to the fuel cell device. FIG. 4 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a fuel cell device 30 which is an example of a fuel cell device provided with the hydrogen extraction device 10 of the above embodiment. The fuel cell device 30 includes a fuel tank 32 for storing reformed fuel, a water tank 34 for storing water, an evaporator / mixer 36 for raising and mixing the temperature of reformed fuel and water, and a reformer for accelerating a reforming reaction. Reformer 38 with catalyst, hydrogen extraction device 1
0, a fuel cell 40, and a blower 42 as main components.

【0048】燃料タンク32が貯蔵する改質燃料は、改
質器38で進行する改質反応に供されるものであり、こ
の改質燃料としては、ガソリンなどの液体炭化水素や、
メタノールなどのアルコールやアルデヒド類、あるいは
天然ガスなど、改質反応によって水素を生成可能な種々
の炭化水素系燃料を選択することができる。蒸発・混合
部36は、燃料タンク32から供給される改質燃料およ
び水タンク34から供給される水を気化・昇温させると
共に両者を混合するための構造である。
The reformed fuel stored in the fuel tank 32 is used for a reforming reaction that proceeds in a reformer 38. Examples of the reformed fuel include liquid hydrocarbons such as gasoline and the like.
Various hydrocarbon fuels that can generate hydrogen by a reforming reaction, such as alcohols such as methanol, aldehydes, and natural gas, can be selected. The evaporating / mixing unit 36 has a structure for evaporating and raising the temperature of the reformed fuel supplied from the fuel tank 32 and the water supplied from the water tank 34 and mixing the two.

【0049】蒸発・混合部36から排出された改質燃料
と水との混合ガスは、改質器38において改質反応に供
されて水素リッチガスを生成する。ここで、改質器38
には、用いる改質燃料に応じた改質触媒が備えられてお
り、この改質燃料を改質する反応に適した温度となるよ
うに、改質器38の内部温度が制御される。また、改質
器38で進行する改質反応は、水蒸気改質反応や部分酸
化反応、あるいは両者を組み合わせたものなど種々の態
様を選択することができ、改質触媒は、このように改質
器38内で進行させる改質反応に応じたものを選択すれ
ばよい。
The mixed gas of the reformed fuel and water discharged from the evaporator / mixer 36 is subjected to a reforming reaction in a reformer 38 to generate a hydrogen-rich gas. Here, the reformer 38
Is provided with a reforming catalyst corresponding to the reformed fuel to be used, and the internal temperature of the reformer 38 is controlled so as to be a temperature suitable for a reaction for reforming the reformed fuel. The reforming reaction that proceeds in the reformer 38 can be selected from various modes such as a steam reforming reaction, a partial oxidation reaction, or a combination of both. What is necessary is just to select the thing according to the reforming reaction advanced in the vessel 38.

【0050】改質器38で生成された水素リッチガス
は、既述した水素抽出装置10の混合ガス部20に供給
されて、この水素リッチガスから水素が抽出される。抽
出された水素は、燃料電池40のアノード側に対して燃
料ガスとして供給される。また、燃料電池40のカソー
ド側に対しては、ブロワ42から圧縮空気が酸化ガスと
して供給される。これら燃料ガスおよび酸化ガスを利用
して、燃料電池40では電気化学反応によって起電力が
生じる。
The hydrogen-rich gas generated by the reformer 38 is supplied to the mixed gas section 20 of the hydrogen extraction device 10 described above, and hydrogen is extracted from the hydrogen-rich gas. The extracted hydrogen is supplied as fuel gas to the anode side of the fuel cell 40. Further, compressed air is supplied as an oxidizing gas from the blower 42 to the cathode side of the fuel cell 40. By using the fuel gas and the oxidizing gas, an electromotive force is generated in the fuel cell 40 by an electrochemical reaction.

【0051】なお、図4では、燃料電池装置としての主
要な構成要素を示したが、上記したように改質燃料とし
ては種々のものが選択可能であり、用いる改質燃料に応
じて燃料電池装置30の構成は適宜変更すればよい。例
えば、ガソリンなど硫黄分を含有する改質燃料を用いる
場合には、蒸発・混合部36に先立って脱硫器を設けて
改質燃料の脱硫を行なうこととすればよい。また、改質
器38と水素抽出装置10との間にさらに、改質ガス中
の一酸化炭素濃度を低減する装置を設けることとしても
良い。改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置とし
ては、例えば、一酸化炭素と水蒸気とから二酸化炭素と
水を生じるシフト反応を促進するシフト触媒を備えるシ
フト部や、改質ガス中の一酸化炭素を優先的に酸化する
一酸化炭素選択酸化反応を促進するCO選択酸化触媒を
備えるCO選択酸化部などを挙げることができる。
Although FIG. 4 shows the main constituent elements of the fuel cell device, as described above, various types of reformed fuel can be selected, and the fuel cell can be selected depending on the reformed fuel used. The configuration of the device 30 may be appropriately changed. For example, when a reformed fuel containing a sulfur content such as gasoline is used, a desulfurizer may be provided prior to the evaporation / mixing section 36 to desulfurize the reformed fuel. Further, a device for reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas may be provided between the reformer 38 and the hydrogen extraction device 10. As a device for reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, for example, a shift unit provided with a shift catalyst for promoting a shift reaction to generate carbon dioxide and water from carbon monoxide and water vapor, A CO selective oxidation unit having a CO selective oxidation catalyst for promoting a selective oxidation reaction of carbon monoxide that preferentially oxidizes carbon oxide can be used.

【0052】以上のように構成された本実施例の燃料電
池装置30によれば、水素分離膜12を加熱することに
よって水素分離膜12の水素透過性を確保すると共に、
水素分離膜12が一酸化炭素被毒を起こすのを抑えると
いう既述した効果を奏することができる。したがって、
水素抽出装置10における水素透過量を安定した状態に
保ち、燃料電池40への燃料ガスの供給を安定化するこ
とができる。
According to the fuel cell device 30 of the present embodiment configured as described above, the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 is ensured by heating the hydrogen separation membrane 12,
The above-described effect of suppressing the occurrence of carbon monoxide poisoning by the hydrogen separation membrane 12 can be obtained. Therefore,
The hydrogen permeation amount in the hydrogen extraction device 10 can be kept stable, and the supply of the fuel gas to the fuel cell 40 can be stabilized.

【0053】なお、燃料電池装置30は、燃料電池装置
30を構成する各部の運転状態に関する検出信号(各部
の反応温度や、燃料電池40に接続される負荷の大きさ
に関する信号など)を入力すると共に、燃料電池装置3
0を構成する各部の運転状態を制御するための駆動信号
(各部に供給する流体の流量を調節する弁や、ブロワ4
2に対する駆動信号など)を出力する図示しない制御部
を備えている。このような制御部は、水素抽出装置10
が備える既述した制御部29と共通する部材として設け
ても良く、また、両者を別体で設けて、両者間で通信が
行なわれる構成としてもよい。
The fuel cell device 30 receives a detection signal (such as a reaction temperature of each component or a signal relating to the magnitude of a load connected to the fuel cell 40) relating to the operating state of each component of the fuel cell device 30. Together with the fuel cell device 3
Drive signals for controlling the operating state of each part constituting the unit 0 (a valve for adjusting the flow rate of the fluid supplied to each part, a blower 4).
2 which outputs a drive signal for the second device (not shown). Such a control unit includes the hydrogen extraction device 10
May be provided as a member in common with the above-described control unit 29 provided in the first embodiment. Alternatively, both may be provided separately and communication may be performed between the two.

【0054】また、燃料電池装置30は、少なくともそ
の始動時のように燃料電池40から充分な電力が得られ
ないときに、燃料電池装置30を構成する各部で要する
電力を賄うために、図示しない2次電池を備えている。
水素抽出装置10が備える既述した電源26は、このよ
うな2次電池によって構成することとしても良いし、燃
料電池40から充分な電力が得られるときには燃料電池
40によって構成することとしても良い。
The fuel cell device 30 is not shown in order to cover the power required by each component of the fuel cell device 30 at least when sufficient power cannot be obtained from the fuel cell 40 at the time of start-up. It has a secondary battery.
The above-described power supply 26 included in the hydrogen extraction device 10 may be configured by such a secondary battery, or may be configured by the fuel cell 40 when sufficient power is obtained from the fuel cell 40.

【0055】さらに、既述した実施例では、水素抽出装
置10の抽出部23側に所定のパージガスを流して、水
素抽出の効率を向上させる構成について説明したが、こ
のようなパージガスを用いる場合には、燃料電池40に
供給したときに電気化学反応に不都合を生じないガスを
パージガスとして選択すればよい。例えば、所定の蒸発
器を用いて水を気化して水蒸気を生成し、これをパージ
ガスとして抽出部23側に供給することとしてもよい。
あるいは、燃料電池装置30を構成する種々の部材から
排出されるガスをパージガスとして用いる構成も可能で
ある。例えば、電気化学反応に供された後に燃料電池4
0のアノード側から排出されるアノードオフガスをパー
ジガスとして用いることが可能である。あるいは、水素
分離膜12による水素の抽出が行なわれた後に排出口2
2から排出される残余ガスについてさらに一酸化炭素濃
度の低減を行なったガスを、パージガスとして用いるこ
ととしても良い。
Furthermore, in the above-described embodiment, a configuration has been described in which a predetermined purge gas is flown to the extraction section 23 side of the hydrogen extraction apparatus 10 to improve the efficiency of hydrogen extraction. However, when such a purge gas is used, In this case, a gas that does not cause a problem in the electrochemical reaction when supplied to the fuel cell 40 may be selected as the purge gas. For example, water may be vaporized using a predetermined evaporator to generate steam, and this may be supplied to the extraction unit 23 as a purge gas.
Alternatively, a configuration is also possible in which gas discharged from various members constituting the fuel cell device 30 is used as a purge gas. For example, after being subjected to an electrochemical reaction, the fuel cell 4
It is possible to use the anode off-gas discharged from the anode side of 0 as a purge gas. Alternatively, after hydrogen is extracted by the hydrogen separation membrane 12, the outlet 2
A gas obtained by further reducing the concentration of carbon monoxide in the residual gas discharged from Step 2 may be used as a purge gas.

【0056】また、図1では、水素抽出装置10が備え
る混合ガス部20および抽出部23は、所定の外壁に囲
まれた空間として表わしたが、これら混合ガス部20お
よび抽出部23は、ガスが通過可能であれば、多孔質部
材を内部に備える構成とすることもできる。このような
水素抽出装置を燃料電池装置に適用する場合には、上記
多孔質部材上に所定の触媒を担持させることが可能とな
る。例えば、混合ガス部20内に多孔質部材を備えさ
せ、この多孔質部材上に既述した改質触媒を担持させれ
ば、水素抽出装置10と改質器38とを一体で形成する
ことが可能となる。また、既述したシフト触媒、あるい
はCO選択酸化触媒のような一酸化炭素濃度の低減に関
わる触媒を担持させることとし、水素抽出装置10と、
シフト部やCO選択酸化部とを一体として形成すること
としても良い。あるいは、上記した触媒のうちの複数を
備えることとし、水素抽出装置10を、改質器やシフト
部やCO選択酸化部のうちの複数の部材と一体として形
成することとしてもよい。
In FIG. 1, the mixed gas section 20 and the extraction section 23 provided in the hydrogen extraction device 10 are represented as spaces surrounded by predetermined outer walls. Can pass through, a porous member may be provided inside. When such a hydrogen extraction device is applied to a fuel cell device, a predetermined catalyst can be supported on the porous member. For example, if a porous member is provided in the mixed gas section 20 and the above-described reforming catalyst is supported on the porous member, the hydrogen extraction device 10 and the reformer 38 can be integrally formed. It becomes possible. Further, it is assumed that a catalyst relating to the reduction of the concentration of carbon monoxide such as the shift catalyst or the CO selective oxidation catalyst described above is supported, and the hydrogen extraction device 10
The shift portion and the CO selective oxidation portion may be formed integrally. Alternatively, a plurality of the above-described catalysts may be provided, and the hydrogen extraction device 10 may be formed integrally with a plurality of members of the reformer, the shift unit, and the CO selective oxidation unit.

【0057】上記したように混合ガス部20内に改質触
媒を備えさせる場合には、定常運転中は、改質触媒を所
望の温度に保つことによって、水素分離膜12も、改質
触媒の反応温度に応じた温度に昇温した状態に保たれ
る。ここで、改質反応に供される改質燃料の量が変動す
る場合などは、改質触媒において一時的・部分的に温度
が低下するおそれがあるが、このような場合にも、水素
分離膜12は温度の変動の影響を受けることなく、多孔
質基材14に通電することによって別個に温度制御し、
充分な水素透過性を維持することができる。もとより、
水素分離膜12の性能を充分に確保できる温度が、改質
反応の温度よりも高い場合には、多孔質基材14に通電
することによって水素透過性を充分に維持することがで
きる。
In the case where the reforming catalyst is provided in the mixed gas section 20 as described above, the hydrogen separation membrane 12 is maintained at a desired temperature during the steady operation, so that the hydrogen separation membrane 12 also serves as the reforming catalyst. The temperature is maintained at a temperature corresponding to the reaction temperature. Here, for example, when the amount of the reforming fuel supplied to the reforming reaction fluctuates, the temperature of the reforming catalyst may temporarily and partially decrease, but even in such a case, the hydrogen separation The film 12 is independently affected by temperature fluctuations, and is separately temperature-controlled by supplying electricity to the porous substrate 14.
Sufficient hydrogen permeability can be maintained. Of course,
When the temperature at which the performance of the hydrogen separation membrane 12 can be sufficiently ensured is higher than the temperature of the reforming reaction, the hydrogen permeability can be sufficiently maintained by energizing the porous substrate 14.

【0058】(3−1)燃料電池装置30の始動時の動
作:水素抽出装置10を備える燃料電池装置30は、種
々の運転状態をとり得るが、以下に、燃料電池装置30
の始動時の動作について説明する。燃料電池装置30の
始動時には、燃料電池装置30を構成する各部の暖機運
転がなされる。例えば、蒸発・混合部36は、改質器3
8側に供給する混合ガスを気化・昇温させるための熱源
を有しているが、暖機運転では、上記混合ガスを充分に
昇温可能となるように、上記熱源によって内部を加熱す
る。
(3-1) Start-up operation of the fuel cell device 30: The fuel cell device 30 including the hydrogen extraction device 10 can take various operation states.
The operation at the time of starting will be described. When the fuel cell device 30 is started, the components of the fuel cell device 30 are warmed up. For example, the evaporator / mixer 36 includes the reformer 3
Although a heat source for evaporating and raising the temperature of the mixed gas supplied to the side 8 is provided, in the warm-up operation, the inside of the mixed gas is heated by the heat source so that the temperature of the mixed gas can be sufficiently raised.

【0059】改質器38は、暖機運転では、改質反応が
良好に進行する温度に達するまで内部を昇温させる。改
質反応で要する熱を供給するために改質器38が加熱装
置を備えている場合には、この加熱装置によって改質器
38内部を昇温させればよい。また、蒸発・混合部36
が次第に昇温して、蒸発・混合部36側から高温の混合
ガスが供給されるようになると、この高温の混合ガスに
よっても改質器38は加熱される。
In the warm-up operation, the inside of the reformer 38 is heated until the temperature reaches a temperature at which the reforming reaction proceeds favorably. When the reformer 38 is provided with a heating device for supplying heat required for the reforming reaction, the temperature of the inside of the reformer 38 may be raised by the heating device. The evaporating / mixing unit 36
Gradually rises, and a high-temperature mixed gas is supplied from the evaporating / mixing section 36 side, so that the reformer 38 is also heated by the high-temperature mixed gas.

【0060】燃料電池40は、電気化学反応が充分な活
性で進行する温度範囲が決まっており(例えば、固体高
分子型燃料電池では60〜100℃程度)、このような
温度に達するまで暖機運転が行なわれる。燃料電池40
に特別な加熱装置が設けられていない場合には、燃料電
池40の暖機は、燃料電池40に供給されるガスが持ち
込む熱によって開始される。燃料電池40に供給される
ガスの温度が上昇して燃料電池40の内部温度が上昇を
始め、燃料電池40において次第に電気化学反応が進行
するようになると、電気化学反応に伴って熱が生じるた
め、この熱によって燃料電池40の暖機はさらに進行す
る。
In the fuel cell 40, a temperature range in which the electrochemical reaction proceeds with sufficient activity is determined (for example, about 60 to 100 ° C. in the case of a polymer electrolyte fuel cell). Driving is performed. Fuel cell 40
Is not provided with a special heating device, the warm-up of the fuel cell 40 is started by the heat introduced by the gas supplied to the fuel cell 40. When the temperature of the gas supplied to the fuel cell 40 rises and the internal temperature of the fuel cell 40 starts to rise, and the electrochemical reaction in the fuel cell 40 gradually progresses, heat is generated due to the electrochemical reaction. This heat further warms up the fuel cell 40.

【0061】ここで、改質器38の下流側に設けた水素
抽出装置において、水素分離膜を加熱する構成が設けら
れていない場合には、上流側から充分に昇温した改質ガ
スが供給されるようになるまで、水素の抽出の動作を開
始することは困難であるが、本実施例の水素抽出装置1
0のように水素分離膜12を加熱する構成を備える場合
には、上流側から水素を含有するガスの供給が開始され
ると、速やかに水素分離膜12を加熱して水素抽出の動
作を開始し、水素を燃料電池40に供給することが可能
となる。特に、本実施例の水素抽出装置10は、加熱装
置として働く多孔質基材14上に水素分離膜12が形成
されているため、多孔質基材14に対する通電によって
生じた熱は、水素分離膜12を昇温させるために効率よ
く利用され、水素抽出装置10を暖機するために燃料電
池装置30全体の暖機が遅れてしまうことがない。ま
た、水素分離膜12の加熱が効率よく行なわれ、水素分
離膜12を昇温させるのに時間を要することがないた
め、水素分離膜12の温度が充分に昇温する前に水素抽
出の動作を行なうことに起因して、水素分離膜12にお
いて水素脆化を引き起こしてしまうおそれがない。
Here, if the hydrogen extraction device provided downstream of the reformer 38 is not provided with a structure for heating the hydrogen separation membrane, the reformed gas sufficiently heated from the upstream side is supplied. It is difficult to start the operation of hydrogen extraction until the hydrogen extraction device 1
In the case where a configuration for heating the hydrogen separation membrane 12 such as 0 is provided, when the supply of the gas containing hydrogen is started from the upstream side, the hydrogen separation membrane 12 is immediately heated to start the operation of hydrogen extraction. Then, hydrogen can be supplied to the fuel cell 40. In particular, in the hydrogen extraction device 10 of the present embodiment, since the hydrogen separation membrane 12 is formed on the porous base material 14 acting as a heating device, the heat generated by energizing the porous base material 14 The fuel cell device 30 is efficiently used to raise the temperature of the fuel cell 12, and does not delay the warming-up of the entire fuel cell device 30 to warm up the hydrogen extraction device 10. In addition, since the heating of the hydrogen separation membrane 12 is performed efficiently and no time is required to raise the temperature of the hydrogen separation membrane 12, the operation of hydrogen extraction before the temperature of the hydrogen separation membrane 12 is sufficiently increased is performed. Does not cause hydrogen embrittlement in the hydrogen separation membrane 12.

【0062】また、このように水素分離膜12を加熱し
て水素の抽出を開始すると、加熱された水素分離膜12
を透過することで水素もまた加熱されるため、燃料電池
40への水素の供給を開始する際には、より温度の高い
水素を燃料電池40に対して供給することができる。し
たがって、燃料電池40において、より速く電気化学反
応を活発化させることができ、このような電気化学反応
で生じる熱によってさらに燃料電池40の暖機を進行さ
せ、燃料電池装置30全体の暖機時間をより短縮するこ
とができる。なお、既述したように混合ガス部20内に
改質触媒を備えさせ、水素抽出装置10を改質器38と
一体で形成する場合には、始動時には多孔質基材14へ
の通電によって改質触媒を効果的に加熱して、改質器3
8の暖機を促進することもできる。燃料電池装置30の
暖機を速やかに行なうことができるというこのような効
果は、水素抽出装置10を備える燃料電池装置30を、
電気自動車のような移動体の駆動用電源として用いる場
合のように、始動と停止とを繰り返し行なう用途に用い
る場合に、特に顕著に得ることができる。
When the hydrogen separation membrane 12 is heated to start extracting hydrogen, the heated hydrogen separation membrane 12 is heated.
When the supply of hydrogen to the fuel cell 40 is started, hydrogen at a higher temperature can be supplied to the fuel cell 40 because the hydrogen is also heated by the permeation of the hydrogen. Therefore, in the fuel cell 40, the electrochemical reaction can be activated more quickly, and the heat generated by such an electrochemical reaction further warms up the fuel cell 40, and the warm-up time of the entire fuel cell device 30 is increased. Can be further shortened. As described above, when the reforming catalyst is provided in the mixed gas section 20 and the hydrogen extraction device 10 is formed integrally with the reformer 38, the reforming is performed by supplying electricity to the porous base material 14 at the time of startup. Effectively heats the high-quality catalyst to form the reformer 3
8 can also promote warm-up. Such an effect that the warm-up of the fuel cell device 30 can be promptly performed is because the fuel cell device 30 including the hydrogen extraction device 10
This can be obtained particularly remarkably when it is used for repeated starting and stopping, such as when it is used as a power source for driving a moving body such as an electric vehicle.

【0063】(3−2)水素分離性能回復の動作の燃料
電池装置30への適用:燃料電池装置30では、水素抽
出装置10に対して改質器38側から供給される改質ガ
スは所定量の一酸化炭素を含有しているため、水素分離
膜12において一酸化炭素被毒が進行するおそれがあ
り、水素分離膜12の水素透過性を回復させるための既
述した動作を実行することが有用である。
(3-2) Application of Operation for Recovering Hydrogen Separation Performance to Fuel Cell Device 30: In the fuel cell device 30, the reformed gas supplied from the reformer 38 side to the hydrogen extraction device 10 is somewhere. Since a fixed amount of carbon monoxide is contained, carbon monoxide poisoning may proceed in the hydrogen separation membrane 12, and the above-described operation for restoring the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 is performed. Is useful.

【0064】水素分離膜12の水素透過性を回復させる
動作を実行するには、既述したように、水素抽出装置1
0において水素を抽出する動作を一旦中止すると共に、
水素分離膜12を所定の温度に保ちつつ、混合ガス部2
0に対して、改質ガスに代えて、酸素含有ガスあるいは
水蒸気などの回復ガスの供給を行なう。例えば、水素抽
出装置10にブロワを併設し、このブロワによって、空
気を上記回復ガスとして混合ガス部20に供給すること
とすれば良い。あるいは、蒸発・混合部36において、
水タンク34から供給された水が気化されて成る水蒸気
が通過する流路に分岐路を設け、この分岐路を介して、
水蒸気を上記回復ガスとして混合ガス部20に供給する
こととしても良い。
In order to execute the operation for restoring the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12, as described above, the hydrogen extraction device 1 is used.
At 0, the operation of extracting hydrogen is temporarily stopped,
While maintaining the hydrogen separation membrane 12 at a predetermined temperature, the mixed gas section 2
For 0, supply of a recovery gas such as an oxygen-containing gas or water vapor is performed instead of the reformed gas. For example, a blower may be provided in addition to the hydrogen extraction device 10, and air may be supplied to the mixed gas section 20 as the recovery gas by the blower. Alternatively, in the evaporation / mixing unit 36,
A branch path is provided in a flow path through which water vapor formed by evaporating water supplied from the water tank 34 passes, and through this branch path,
Steam may be supplied to the mixed gas section 20 as the recovery gas.

【0065】燃料電池装置30では、このような水素分
離膜12の水素透過性を回復させる動作は、例えば、燃
料電池装置30を起動してから所定の時間経過するごと
に行なうこととしても良い。あるいは、燃料電池40に
おいて所定量の発電が行なわれるごとに、あるいは、燃
料タンク32に貯蔵される燃料が所定量消費されるごと
に行なうこととしても良い。これによって、水素分離膜
12の水素透過性を良好な状態に維持することができ、
所望量の水素を燃料電池装置30に供給することが可能
となる。
In the fuel cell device 30, such an operation of restoring the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 may be performed, for example, every time a predetermined time elapses after the fuel cell device 30 is started. Alternatively, it may be performed every time a predetermined amount of power is generated in the fuel cell 40 or every time a predetermined amount of fuel stored in the fuel tank 32 is consumed. Thereby, the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 can be maintained in a favorable state,
A desired amount of hydrogen can be supplied to the fuel cell device 30.

【0066】なお、上記水素透過性を回復させる動作
は、水素抽出の動作を中断して行なう動作であるため、
燃料電池装置30においては、発電を中断あるいは停止
しても差し支えないと判断される場合に、この水素透過
性を回復させる動作を行なうこととすれば、燃料電池4
0から所望量の電力を得る動作に支障を来たすことがな
い。例えば、燃料電池装置30を、電気自動車などの移
動体の駆動用電源として用いる場合には、移動体の始動
時やアイドリング時、あるいは移動体の減速時など、燃
料電池40の発電を行なわない動作が移動体において可
能な状態であるときに、上記水素透過性を回復する動作
を実行すればよく、このような構成とすれば、水素透過
性の回復の動作に伴って移動体の移動性能を制限してし
まうことがない。始動時に燃料電池装置30を構成する
各部の暖機を行なう際に、上記水素透過性を回復する動
作を実行すれば、燃料電池装置30が定常状態となるの
に先立って水素分離膜12の水素透過性を回復し、充分
な性能を有する水素分離膜12を備える状態で、燃料電
池40による発電を開始することができる。上記水素透
過性を回復させる動作は、燃料電池40の発電を行なわ
ない動作が移動体において可能な状態であると、燃料電
池装置30の制御部が判断したときに自動的に実行する
こととしても良いし、上記水素透過性を回復させる動作
の実行を、移動体の使用者が外部から指示入力すること
としても良い。
Since the operation of restoring the hydrogen permeability is an operation performed by interrupting the operation of hydrogen extraction,
In the fuel cell device 30, if it is determined that the power generation may be interrupted or stopped, the operation of restoring the hydrogen permeability may be performed.
There is no hindrance to the operation of obtaining a desired amount of power from zero. For example, when the fuel cell device 30 is used as a power source for driving a moving body such as an electric vehicle, an operation in which the fuel cell 40 does not generate power, such as when the moving body is started or idling or when the moving body is decelerated. It is sufficient to perform the operation of restoring the hydrogen permeability when the state is possible in the moving body. With such a configuration, the moving performance of the moving body is reduced with the operation of restoring the hydrogen permeability. There is no limit. If the above-described operation of restoring the hydrogen permeability is performed when warming up each part of the fuel cell device 30 at the time of start-up, the hydrogen separation membrane 12 can be hydrogenated before the fuel cell device 30 enters a steady state. Power generation by the fuel cell 40 can be started in a state where the permeability is recovered and the hydrogen separation membrane 12 having sufficient performance is provided. The operation of restoring the hydrogen permeability may be automatically executed when the control unit of the fuel cell device 30 determines that the operation of not generating power of the fuel cell 40 is possible in the moving body. Alternatively, the operation of restoring the hydrogen permeability may be performed by a user of the mobile object inputting instructions from outside.

【0067】また、本発明の燃料電池装置30では、水
素分離膜12に直接接する多孔質基材14を発熱させる
ことによって水素分離膜12を加熱するため、水素透過
性を回復させるために水素分離膜12を加熱する構成を
設けることによって装置全体が大型化することがなく、
上記したように燃料電池装置30を移動体の駆動用電源
として用いる場合には特に有利である。また、水素分離
膜12の加熱に起因してエネルギ効率が低下してしまう
のが抑えられるため、上記したように燃料電池装置30
を移動体の駆動用電源として用い、搭載できる燃料量に
限りがある場合には特に有利である。さらに、上記水素
透過性を回復する動作を行なう間、水素分離膜12は所
定の高温に保たれるため、水素透過性を回復する動作の
終了後は、直ちに水素を抽出する動作を開始すると共に
燃料電池40による発電を行なうことが可能となる。
Further, in the fuel cell device 30 of the present invention, the hydrogen separation membrane 12 is heated by heating the porous base material 14 which is in direct contact with the hydrogen separation membrane 12, so that the hydrogen separation membrane is restored to restore the hydrogen permeability. By providing a configuration for heating the film 12, the entire apparatus does not increase in size,
It is particularly advantageous when the fuel cell device 30 is used as a power source for driving a moving body as described above. In addition, since the energy efficiency is prevented from being reduced due to the heating of the hydrogen separation membrane 12, the fuel cell device 30
This is particularly advantageous when the is used as a power source for driving the moving body and the amount of fuel that can be mounted is limited. Further, during the operation of restoring the hydrogen permeability, the hydrogen separation membrane 12 is kept at a predetermined high temperature, so that after the operation of restoring the hydrogen permeability is completed, the operation of extracting hydrogen is started immediately. Power generation by the fuel cell 40 can be performed.

【0068】(3−3)燃料電池装置30の停止時の動
作:次に、燃料電池装置30の停止時の動作について説
明する。燃料電池装置30の停止時には、既述した水素
抽出装置10の停止時の動作を実行することによって、
水素分離膜12が水素脆化を起こすのを防止することが
できる。
(3-3) Operation when the fuel cell device 30 is stopped: Next, the operation when the fuel cell device 30 is stopped will be described. When the fuel cell device 30 is stopped, by performing the above-described operation when the hydrogen extraction device 10 is stopped,
Hydrogen embrittlement of the hydrogen separation membrane 12 can be prevented.

【0069】燃料電池装置30の停止時には、燃料タン
ク32からの改質燃料の供給と、水タンク34からの水
の供給とが停止され、上流側、すなわち、蒸発・混合部
36側から順次運転が終了し、最終的には燃料電池40
への燃料ガスの供給が停止することによって燃料電池4
0で起電力が生じなくなる。このとき、水素抽出装置1
0への改質ガスの供給量が減少するのに従って水素抽出
装置10の温度は低下するおそれがあるが、本実施例で
は、水素抽出装置10において既述した停止時の動作を
実行することによって、燃料電池装置30の停止時に
も、水素分離膜12の温度を充分に高く保って水素が内
部に滞留しないように水素を透過させ、水素分離膜12
において水素脆化が起こるのを防ぐことができる。な
お、燃料電池装置30の停止時、すなわち、水素抽出装
置10において上記停止時の動作を実行する際に、混合
ガスに代えて混合ガス部20に供給する水素を含有しな
いガスとして、既述した回復ガス(酸素を含有するガス
や水蒸気)を用いれば、燃料電池装置30の停止時に、
水素分離膜12の水素透過性を回復する動作を同時に行
なうことができる。
When the fuel cell device 30 is stopped, the supply of the reformed fuel from the fuel tank 32 and the supply of water from the water tank 34 are stopped, and the operation is sequentially performed from the upstream side, that is, from the evaporation / mixing unit 36 side. Is completed, and finally the fuel cell 40
When the supply of fuel gas to the fuel cell is stopped, the fuel cell 4
At 0, no electromotive force is generated. At this time, the hydrogen extraction device 1
Although the temperature of the hydrogen extraction device 10 may decrease as the supply amount of the reformed gas to zero decreases, in the present embodiment, the above-described operation at the time of stop in the hydrogen extraction device 10 is performed. Even when the fuel cell device 30 is stopped, the temperature of the hydrogen separation membrane 12 is kept sufficiently high so that hydrogen permeates the hydrogen separation membrane 12 so that the hydrogen does not stay inside.
In this case, hydrogen embrittlement can be prevented. Note that when the fuel cell device 30 is stopped, that is, when the above-described operation at the time of stop is performed in the hydrogen extraction device 10, the hydrogen-free gas supplied to the mixed gas unit 20 instead of the mixed gas is described above. If a recovery gas (a gas containing oxygen or water vapor) is used, when the fuel cell device 30 is stopped,
The operation of restoring the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane 12 can be performed simultaneously.

【0070】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to such embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本実施例の水素抽出装置10の構成の概略を表
わす説明図である。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen extraction device 10 of the present embodiment.

【図2】水素分離膜における水素透過性と温度との関係
を表わす図である。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between hydrogen permeability and temperature in a hydrogen separation membrane.

【図3】一酸化炭素被毒に起因する水素透過量の減少率
と温度との関係を示す説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing the relationship between the rate of decrease in the amount of hydrogen permeation caused by carbon monoxide poisoning and temperature.

【図4】水素抽出装置10を備える燃料電池装置30の
構成の概略を表わす説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a fuel cell device 30 including the hydrogen extraction device 10.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10…水素抽出装置 12…水素分離膜 14…多孔質基材 15…水素分離膜 20…混合ガス部 21,24…流入口 22,25…排出口 23…抽出部 23…分離部 26…電源 27…温度センサ 28…スイッチ 29…制御部 30…燃料電池装置 32…燃料タンク 34…水タンク 36…蒸発・混合部 38…改質器 40…燃料電池 42…ブロワ DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Hydrogen extraction apparatus 12 ... Hydrogen separation membrane 14 ... Porous base material 15 ... Hydrogen separation membrane 20 ... Mixed gas part 21, 24 ... Inlet 22, 25 ... Outlet 23 ... Extraction part 23 ... Separation part 26 ... Power supply 27 ... Temperature sensor 28 ... Switch 29 ... Control unit 30 ... Fuel cell device 32 ... Fuel tank 34 ... Water tank 36 ... Evaporation / mixing unit 38 ... Reformer 40 ... Fuel cell 42 ... Blower

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Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素を含有する混合ガスから水素を抽出
する水素抽出装置であって、 通電により熱を生じる多孔質体から成る基材と、 該基材上に形成され、水素を選択的に透過させる性質を
有する水素分離膜と、 前記基材に電流を流す通電手段とを備え、 前記混合ガスを前記水素分離膜に供給し、該水素分離膜
によって前記混合ガスから水素を抽出する際に、前記通
電手段により前記基材に通電することで、前記水素分離
膜を加熱することが可能な水素抽出装置。
1. A hydrogen extraction device for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas mixture, comprising: a base material made of a porous material that generates heat when energized; A hydrogen separation membrane having a property of allowing permeation; and an energizing means for flowing an electric current to the base material, wherein the mixed gas is supplied to the hydrogen separation membrane, and hydrogen is extracted from the mixed gas by the hydrogen separation membrane. A hydrogen extraction device capable of heating the hydrogen separation membrane by energizing the substrate by the energization means.
【請求項2】 請求項1記載の水素抽出装置であって、 前記水素分離膜の温度を検出するセンサと、 前記センサが検出する温度が所定の温度以下のときに、
前記基材に電流を流すよう、前記通電手段を制御する制
御手段とをさらに備える水素抽出装置。
2. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein: a sensor for detecting a temperature of the hydrogen separation membrane; and a temperature detected by the sensor being equal to or lower than a predetermined temperature.
A hydrogen extraction device further comprising: control means for controlling the energization means so that an electric current flows through the base material.
【請求項3】 前記水素分離膜は、パラジウムまたはパ
ラジウムを含有する金属から成ることを特徴とする請求
項1または2記載の水素抽出装置。
3. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein the hydrogen separation membrane is made of palladium or a metal containing palladium.
【請求項4】 前記所定の温度は300℃であることを
特徴とする請求項2または3記載の水素抽出装置。
4. The hydrogen extraction device according to claim 2, wherein the predetermined temperature is 300 ° C.
【請求項5】 前記基材を構成する前記多孔質体は、導
電性セラミックを含むものであることを特徴とする請求
項1ないし4いずれか記載の水素抽出装置。
5. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein the porous body constituting the base material contains a conductive ceramic.
【請求項6】 前記導電性セラミックは、炭化珪素を含
むものであることを特徴とする請求項5記載の水素抽出
装置
6. The hydrogen extraction device according to claim 5, wherein the conductive ceramic contains silicon carbide.
【請求項7】 請求項1ないし6いずれか記載の水素抽
出装置であって、前記水素分離膜に、前記混合ガスに代
えて、前記水素分離膜上に吸着する不純物を前記水素分
離膜から除去するために働く回復ガスを供給する回復ガ
ス供給手段をさらに備え、 前記回復ガス供給手段を用いて前記水素分離膜に前記回
復ガスを供給するときに、前記通電手段を用いて前記基
材に通電することで、前記水素分離膜の加熱を行なう水
素抽出装置。
7. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein impurities adsorbed on the hydrogen separation membrane are removed from the hydrogen separation membrane instead of the mixed gas. Further comprising a recovery gas supply unit for supplying a recovery gas that works to perform the operation. When the recovery gas is supplied to the hydrogen separation membrane using the recovery gas supply unit, the base material is energized using the energization unit. A hydrogen extraction device for heating the hydrogen separation membrane.
【請求項8】 請求項1ないし7いずれか記載の水素抽
出装置であって、 前記水素分離膜に、前記混合ガスに代えて、実質的に水
素を含有しないガスを供給する停止時ガス供給手段をさ
らに備え、 前記水素抽出装置を停止する動作を行なうと判断される
ときには、前記停止時ガス供給手段を用いて前記水素分
離膜に前記水素を含有しないガスを供給すると共に、前
記前記通電手段を用いて前記基材に通電することで、前
記水素分離膜の加熱を行なう水素抽出装置。
8. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein a gas containing substantially no hydrogen is supplied to the hydrogen separation membrane in place of the mixed gas. When it is determined that the operation of stopping the hydrogen extraction device is performed, the non-hydrogen-containing gas is supplied to the hydrogen separation membrane using the stop-time gas supply unit, and the energizing unit is connected to the gas supply unit. A hydrogen extraction apparatus for heating the hydrogen separation membrane by applying electricity to the base material using the hydrogen extraction membrane.
【請求項9】 水素を含有する混合ガスから水素を抽出
する水素抽出方法であって、 多孔質体から成る基材上に形成され、水素を選択的に透
過させる性質を有する水素分離膜を用いて、前記混合ガ
スから水素の抽出を行なう際に、前記基材に電流を流し
て前記基材を発熱させることによって前記水素分離膜を
加熱することを特徴とする水素抽出方法。
9. A hydrogen extraction method for extracting hydrogen from a mixed gas containing hydrogen, comprising using a hydrogen separation membrane formed on a base material made of a porous material and having a property of selectively permeating hydrogen. A method of extracting hydrogen from the mixed gas, wherein a current is applied to the base material to generate heat in the base material, thereby heating the hydrogen separation membrane.
【請求項10】 前記水素分離膜の温度に応じて、前記
基材への通電状態を変化させることを特徴とする請求項
9記載の水素抽出方法。
10. The method for extracting hydrogen according to claim 9, wherein an energization state of the substrate is changed according to a temperature of the hydrogen separation membrane.
【請求項11】 水素を用いた電気化学反応により起電
力を得る燃料電池を備える燃料電池装置であって、 炭化水素系燃料を改質して水素含有ガスを生成する改質
器と、 請求項1ないし8いずれか記載の水素抽出装置であっ
て、前記改質器から前記水素含有ガスの供給を受けて、
該水素含有ガスから水素を抽出する水素抽出装置と、 前記水素抽出装置が抽出した水素を、前記燃料電池に供
給する供給手段とを備える燃料電池装置。
11. A fuel cell device comprising a fuel cell that obtains an electromotive force by an electrochemical reaction using hydrogen, comprising: a reformer that reforms a hydrocarbon-based fuel to generate a hydrogen-containing gas; The hydrogen extraction apparatus according to any one of 1 to 8, wherein the hydrogen-containing gas is supplied from the reformer,
A fuel cell device comprising: a hydrogen extraction device that extracts hydrogen from the hydrogen-containing gas; and a supply unit that supplies the hydrogen extracted by the hydrogen extraction device to the fuel cell.
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