JP2002128506A - 水素生成装置 - Google Patents

水素生成装置

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 積層構造の水素分離機構の強度および信頼性
を向上する。 【解決手段】 水素の抽出層２１０，水素分離膜を有す
る分離層２２０、改質ガス層２３０、分離層２２０の順
で３種類の層を繰り返して積層する。各層を多孔質のセ
ラミックスで形成することにより、強度を確保する。改
質ガス層、抽出層はそれぞれガスの流れ方向を統一する
ことにより、ガスの供給、排出用の構造を簡素化する。
緩衝材を挟んで全体をケーシングで被覆することによ
り、強度およびシール性を確保する。さらに、分離層２
２０または抽出層２１０に一酸化炭素をメタン化する触
媒を担持し、ピンホール等による一酸化炭素の混入によ
る悪影響を回避する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、水素原子を含有す
る所定の原料から水素ガスを生成する水素生成装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、水素イオンを透過する電解
質層を挟んで備えられたアノード（水素極）とカソード
（酸素極）に供給された水素と酸素の反応によって起電
力を発生する。アノードに供給する水素は、例えば、燃
料として用意されたメタノールおよび天然ガスなどの所
定の原料から改質反応等の化学反応で生成される。天然
ガスなどの燃料は、一般に次式などの反応によって水素
を含む混合ガスに分解される。 ＣnＨm＋ｎＨ2Ｏ →ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ2； ＣnＨm＋２ｎＨ2Ｏ→ｎＣＯ2＋（２ｎ＋ｍ／２）Ｈ2； 混合ガスを燃料電池に直接供給すると、電極における水
素分圧が低下して電極での反応を阻害する他、電極が一
酸化炭素により被毒して安定した反応が阻害されるとい
う弊害が生じるおそれがあるため、水素のみを分離して
燃料電池に供給することが多い。水素の分離には、水素
のみを選択的に透過する性質を有する水素分離膜、例え
ばパラジウムの薄膜が用いられる。分離機構としては、
水素分離膜で形成された円管中に混合ガスを通過させる
ことによって、円管の外に水素ガスが抽出される構造が
知られている。また、改質反応を行う触媒が担持された
多孔質体の層、水素分離層、抽出された水素が流れるた
めの空隙とを積層した機構も知られている（例えば、特
開平６−３４５４０８記載の機構）。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】円管を利用した機構
は、構造が複雑であるため、製造コストの増大、装置の
大型化という課題があった。積層構造では、強度不足と
いう課題、およびシールが不十分であることに起因して
原料ガスが水素ガス中に漏洩しやすいという課題があっ
た。十分な強度およびシール性を確保しようとすれば、
積層構造の大型化という別の課題を招くことになる。
【０００４】水素分離膜は、非常に薄いため、ピンホー
ルの存在や部分的な破損によって一酸化炭素が抽出側に
リークする可能性がある。かかるリークへの対策とし
て、一酸化炭素をメタン化して電極の被毒を防ぐ反応部
を、分離膜の後段に設けることも可能ではあるが、かか
る構成は、水素生成装置の大型化という課題を招くこと
になる。また、メタン化反応を促進するための温度制御
が別途必要になり、装置が複雑化するという課題も招
く。
【０００５】近年では、燃料電池を車両などに搭載する
ことも検討されており、水素生成装置の小型化、強度増
大、信頼性向上、製造コスト低減への要求は特に厳しく
なっている。本発明は、これらの要求について改善を図
った水素生成装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】上
記課題の少なくとも一部を解決するために、本発明で
は、第１の構成として、所定の原料から水素を生成する
水素生成装置において、水素ガスを含む混合ガスが流れ
る多孔質体の混合ガス層と、水素ガスのみを選択的に透
過する水素分離層と、前記水素分離層により分離された
水素が流れる多孔質体の水素抽出層とを備えるものと
し、これらの各層が、前記混合ガス層と前記水素抽出層
との間に前記水素分離層が介在する状態で積層された積
層構造を成すものとした。
【０００７】上記構成では、各層はセラミックス等の多
孔質体で形成されるため、積層構造における強度を向上
することができる。この結果、水素生成装置の小型化を
図ることができる。積層構造は比較的製造が容易であ
り、水素生成装置の製造コストの低減を図ることができ
る利点もある。多孔質体は、ガスの流路を兼ねることか
ら、いわゆるフォーム、即ち発泡ウレタンとセラミック
ス原料を混ぜ、焼成して形成された空孔率の高い構造の
材料を用いることが特に好ましい。セラミックスに限ら
ず、金属樹脂を用いても構わない。
【０００８】上記構造においては、前記水素分離層と多
孔質体との間に緩衝材を挟むことが望ましい。緩衝材と
しては、耐熱性、耐燃性のガラスウール、カーボンクロ
ス、カーボンペーパー等を用いることができる。かかる
構成により、水素分離層が多孔質体と直接接触すること
を回避でき、水素分離層の損傷を抑制することができ
る。従って、装置の耐衝撃性、耐振動性を向上すること
ができる。
【０００９】同様の目的から、前記水素分離層と多孔質
体の少なくとも一方には、両者が全面にわたって直接接
触することを回避する回避機構が設けられているものと
することも望ましい。回避機構の設け方としては、例え
ば、一方の層を凹凸形状にしたり、一方の層において周
囲の一部にスペーサの機能を奏する突起を設けたりする
方法が挙げられる。回避機構は、必ずしもいずれかの層
と一体的に設けられている必要はなく、別部材のスペー
サとして構成されていてもよい。
【００１０】本発明では、第２の構成として、前記各層
は、前記混合ガス層および前記水素抽出層のそれぞれに
おけるガスの流入口、排出口が側面の所定の方向に統一
的に並ぶ状態で積層された積層構造を成すものとした。
第２の構成においては、前記水素抽出層は、必ずしも多
孔質体で構成されている必要はなく、空隙であってもよ
い。
【００１１】一例として、矩形の層を積層する場合に
は、その４側面をそれぞれ混合ガス層の流入口、排出口
および水素抽出層の流入口、排出口に割り当てることが
できる。このように各流入口および排出口を側面の所定
の方向に統一的に配置することにより、複数の層が積層
された構造に対してガスの供給および排出を効率的に行
うことができる。ガスの供給および排出を行う配管と積
層構造との接合部の小型化を図ることもできる。なお、
水素抽出層へのガスの流入口は、抽出された水素を運搬
するためのパージガスを供給するために使用される。パ
ージガスを供給することにより、水素抽出層の水素分圧
の上昇を抑えることができ、水素分離効率を向上するこ
とができる。パージガスとしては、水蒸気その他の凝縮
性ガスや不活性ガスを用いることができる。水素の抽出
にパージガスを利用しない場合には、側面の３方向に混
合ガス層の流入口、排出口および水素抽出層の排出口を
割り当てる態様で構成することができる。
【００１２】上記水素生成装置において、前記積層構造
は、複数の前記混合ガス層と複数の前記水素抽出層を備
えており、前記複数の混合ガス層と前記複数の水素抽出
層のうちの少なくとも一方は、少なくとも一部において
所定のガスが各層を順次直列に流れるように接続する接
続部を備えるようにしてもよい。
【００１３】上記積層構造にガス、特に混合ガスを流す
ときに、ガスの流路の長さが短いと、混合ガス中の水素
を水素抽出層に十分に透過しきれない場合がある。水素
が水素分離層を透過する速度に上限があるからである。
水素を含有する混合ガスが混合ガス層を順次直列に流れ
るようにすることによって、単位体積当たりのガスの流
路が長くなるので、水素抽出層への水素の透過量を増加
させることができる。なお、各層において、複数の層
は、その全ての層に所定のガスが直列に流れるように接
続されている必要はなく、その一部において直列に流れ
るように接続されていればよい。
【００１４】本発明には、水素分圧の観点から以下の効
果もある。積層構造の水素生成装置では、それぞれのガ
スの流し方によって、混合ガス層と水素抽出層の水素分
圧差が小さい部位が生じ、水素透過量が減少することが
ある。例えば、前述した矩形の積層構造について考え
る。図３１は、改質ガス（混合ガス）を混合ガス層に直
列に流した場合の混合ガス層と水素抽出層の水素分圧差
の分布を示す説明図である。混合ガス層においては、改
質ガスの供給口から排出口にかけて水素が抽出されるた
め水素分圧が低くなる。逆に、水素抽出層においては、
パージガスの供給口から排出口にかけて水素分圧が高く
なる。このため、改質ガスおよびパージガスの供給口付
近では、水素分圧差が大きく、改質ガスおよびパージガ
スの排出口付近では、水素分圧差が小さい。図３１
（ｂ）には、混合ガス層Ａと水素抽出層との水素分圧差
の分布を示した。図３１（ｃ）には、混合ガスＢと水素
抽出層との水素分圧差の分布を示した。積層構造におい
て各混合ガス層に順次直列に改質ガスを流すことは、隣
り合う混合ガス層では改質ガスが対向するように流れる
ことを意味している。このため、図３１（ｂ），（ｃ）
からも分かるように、水素分圧差の分布は改質ガスの流
れ方向（Ｘ軸方向）で反転し、水素抽出層での水素分圧
がＸ軸方向で平均化される。同様にパージガスについて
も各水素抽出層に順次直列に流すことによって、各水素
抽出層間の水素分圧の分布を積層構造全体として平均化
できる。この結果、混合ガス層から水素抽出層への水素
の透過量を増加させることができる。
【００１５】上記水素生成装置において、前記混合ガス
層と前記水素抽出層のうちの少なくとも一方は、所定の
ガスが蛇行して流れるように形成されている層を含んで
いてもよい。
【００１６】例えば、各層内にガスの流れを制限する仕
切りを設けることによってガスを蛇行させることができ
る。このようにすることによっても、ガス流路を長く
し、更に、水素分圧差の分布を平均化させることができ
るので、混合ガス層から水素抽出層への水素の透過量を
増加させることができる。なお、ここで「蛇行して流れ
る」とは、Ｓ字形をつなぎ合わせた形に流れる状態だけ
でなく、Ｕ字形に流れる状態も含んでいる。各層が複数
の層を有するときには、その全ての層がガスが蛇行して
流れるように形成されていてもよいし、一部の層がガス
が蛇行して流れるように形成されていてもよい。
【００１７】なお、上記水素生成装置において、前記混
合ガス層と前記水素抽出層のうちの少なくとも一方の前
記流入口と前記排出口とが前記積層構造の同一方向に存
在するようにしてもよい。こうすることによって、水素
生成装置の配管の配置をコンパクトにすることが可能と
なり、水素生成装置を小型化することができる。
【００１８】上記水素生成装置において、前記水素分離
層の一層は、大面積で一体的に形成することも可能では
あるが、前記水素分離層は、水素分離金属を担持した複
数の小片基材と、該小片基材を２次元的な配列で保持す
る保持機構とを有するようにしてもよい。
【００１９】水素分離層は、水素透過率の観点から薄膜
化が要求されている一方、強度も要求されている。本発
明では、水素分離膜を小面積にすることにより、曲げ強
度を向上することができるとともに、強度の強い保持機
構を用いて小面積の水素分離金属を担持した複数の小片
基材を２次元的な配列で保持できるので、水素分離層の
強度を向上することができる。更に、水素分離層の強度
の向上により、水素分離層の薄膜化が可能となり、水素
透過率を向上することができる。
【００２０】水素分離層は、面内で水素分離金属を均一
に分布させ、均一な水素分離性能を実現することが望ま
しい。水素分離層の製造は、大面積になるほど水素分離
金属の分布の均一性を確保することが困難となるので、
水素分離性能の面内分布の観点から、小面積の水素分離
層の製造よりも難しく、歩留まりが低下する。従って、
比較的歩留まりのよい小面積の水素分離層を複数２次元
的な配列で保持することによって、水素分離層の製造工
程における歩留まりを向上することができる。
【００２１】例えば、前記保持機構は、前記小片基材を
嵌合可能な嵌合部を有するフレームであるものとするこ
とができる。
【００２２】こうすることによって、水素分離層の製造
を容易に行うことができる。また、このフレームは、小
片基材を嵌合した際に、その部分が凹んだ状態になるよ
うにすれば、水素分離層（小片基材）と多孔質体とが全
面にわたって直接接触することを回避するためのスペー
サとしても機能する。なお、前記小片基材の形状は、限
定されるものではなく、多角形でも円形でもよい。
【００２３】本発明の第１および第２の構成において
は、前記積層構造全体を被覆する気密性のケーシング部
材を備えるものとすることが望ましい。こうすることに
より、積層構造からのガスの漏洩、異種のガス同士の混
合を抑制できる、即ち、シール性を向上することができ
る。また、外部からの衝撃に対し積層構造を保護するこ
ともできる。ケーシング部材は、かかる目的に添った種
々の材料および形状で構成することができ、特に金属製
とすることが望ましい。
【００２４】かかるケーシング部材には、前記混合ガス
層および水素抽出層におけるガスの各流入口および排出
口にそれぞれ連通し、前記積層構造と外部とのガスの供
給または排出を行うマニホールドを備えることも望まし
い。こうすれば、各層のガスの供給、排出を比較的容易
に行うことができる。水素抽出層にパージガスを供給す
る場合には、各流入口、排出口に連通する４カ所のマニ
ホールドが設けられる。パージガスを供給しない場合に
は、３カ所のマニホールドが設けられる。マニホールド
と積層構造とのガスの供給、排出は種々の構成が適用可
能である。
【００２５】なお、上記水素生成装置において、前記マ
ニホールドは、前記混合ガス層および前記水素抽出層に
おける各流入口側に流入ガスの流量を均一化するための
ガス流入量均一化機構を備えるようにすることが好まし
い。ガス流入量均一化機構としては、例えば、オリフィ
スを設けたバッフル板を用いた機構が適用できる。
【００２６】こうすることによって、各混合ガス層にお
ける水素分圧の分布を均一化できるので、各水素抽出層
における水素透過量を均一化し、効率よく水素を分離す
ることができる。
【００２７】上記水素生成装置において、前記ケーシン
グ部材は、前記混合ガス層におけるガスの流入口と前記
水素抽出層におけるガスの流入口との間、前記混合ガス
層におけるガスの流入口と前記水素抽出層におけるガス
の排出口との間、前記混合ガス層におけるガスの排出口
と前記水素抽出層におけるガスの流入口との間、前記混
合ガス層におけるガスの排出口と前記水素抽出層におけ
るガスの排出口との間の少なくとも一部にガスのリーク
を防止するガスリーク防止機構を備えるようにしてもよ
い。
【００２８】こうすることによって、積層構造とマニホ
ールドとの接合部での気密性が完全でなくてもガスのリ
ークを防止することができる。
【００２９】なお、前記ガスリーク防止機構は、前記流
入口および前記排出口におけるガス圧力よりも圧力が高
い所定のガスを前記流入口および前記排出口に流すため
の流路を備える機構としてもよい。
【００３０】前記流入口および前記排出口に圧力の高い
所定のガスを流すことによって、相互間の気密性が悪い
部位があっても、相互間のガスの流れを遮断し、リーク
を防止することができる。
【００３１】ガスリーク防止機構の流路に流すガスとし
ては、例えば、水蒸気を用いることができる。
【００３２】前述したように、水素生成装置は原料ガス
と水との化学反応によって水素を生成する。このため、
従来の水素生成装置においても水蒸気は用いられてい
る。従って、新たにガスリーク防止機構のためのガスを
準備することなく比較的容易にガスリーク防止機構を構
成することができる。
【００３３】前記ケーシング部材と前記積層構造との間
に緩衝材を挟むことも望ましい。緩衝材としては、耐熱
性、耐燃性のガラスウール等を用いることができる。緩
衝材の作用により、積層構造とケーシングとの間のシー
ル性を確保するとともに、外部からケーシングを介して
積層構造に加えられる衝撃を緩和することができる。ケ
ーシングと積層構造の熱膨張率の相違に起因する熱応力
を緩和することができる。
【００３４】各多孔質体においてガスが流れる流路は種
々の方法で形成することができるが、一例として、前記
多孔質体は側面の一部を緻密な構造にすることによって
内部のガスの流れ方向を規制する規制構造を備えるもの
とすることができる。例えば、緻密質セラミックスを側
面に用いることができる。多孔質体と一体構造でガスの
流路を形成することができるため、製造が容易となる利
点がある。矩形の層において対向する両辺を緻密な構造
にすれば、矩形の各頂点近傍におけるシール性を向上す
ることができる。
【００３５】本発明の第１および第２の構成において
は、前記混合ガス層および水素抽出層におけるガスの流
入口および排出口の相互間にシールを施すものとしても
よい。こうすることにより異種のガスの混合を抑制する
ことができる。シールは、アルミナ、ガラス等をコーテ
ィングすることで可能となる。一例として、矩形の層を
積層し、各流入口および排出口がそれぞれの側面に統一
的に設けられている場合には、各頂点近傍をシールすれ
ばよい。一般に矩形の頂点近傍は、シール性が比較的損
なわれやすい部位であるため、別途シール部材を設ける
利点が大きい。
【００３６】本発明の第１および第２の構成は任意の数
の層を積層して構成することができるが、一例として、
前記各層は、両端に前記水素抽出層が位置する状態で積
層されていることが望ましい。全ての混合ガス層の両面
に水素抽出層が存在する構成となる。こうすることによ
り、水素を効率的に抽出することができる。
【００３７】本発明は、水素ガスを含有する混合ガスの
供給を受けて、水素を分離する機構として構成すること
ができる。また、水素原子を含む所定の原料の供給を受
けて化学反応により水素を生成するとともに、生成され
た水素を分離する機構として構成することもできる。後
者の場合には、前記混合ガス層に、供給されるガスの種
類に応じた所定の化学反応を促進するための触媒を担持
することにより、構成可能である。なお、化学反応とし
てはいわゆる改質反応、シフト反応が挙げられる。メタ
ノール、天然ガスなどの原料の供給を受ける場合には、
改質反応を促進する触媒を担持すればよい。改質反応後
の混合ガスの供給を受ける場合には、シフト反応を促進
する触媒を担持すればよい。化学反応は必ずしも水素を
生成する反応に限定されるものではない。混合ガスの供
給を受ける場合において、混合ガス中の一酸化炭素を選
択的に酸化する反応を行わせるものとしてもよい。こう
することにより、水素分離層にピンホールが存在した場
合でも、燃料電池にとって有害な一酸化炭素が水素ガス
中に混じることを抑制できる。
【００３８】本発明において、水素分離層は、種々の構
成を適用可能である。水素分離膜としては、パラジウム
またはパラジウム銀合金で形成された膜や、これらの金
属をセラミックスのような多孔質支持体にめっき、化学
蒸着法（ＣＶＤ）、物理蒸着法（ＰＶＤ）等によりコー
ティングしたものが知られている。また、前記水素分離
層は、多孔質支持体の細孔に水素分離金属を担持して形
成された層とすることも好ましい。かかる水素分離層
は、例えばセラミックス等の多孔質支持体の細孔に微細
化されたパラジウムその他の水素分離金属を担持するこ
とにより形成される。担持方法は、水素分離金属を含有
した溶液に多孔質支持体を浸透させる含浸担持法、水素
分離金属を有機溶剤中に混ぜたペーストを多孔質支持体
表面に塗布し焼成する方法などを用いることができる。
このように多孔質支持体の細孔内に微細化された水素分
離金属を担持することにより、混合ガスと水素分離金属
との接触面積を実質的に増大することができ、水素分離
効率の向上を図ることができる。水素分離層の強度を向
上することもできる。
【００３９】本発明においては、水素分離層に存在する
ピンホール等によって水素抽出層に一酸化炭素が混入す
る場合への対策として、ガス中の一酸化炭素濃度を低減
させる化学反応用の低減触媒を担持した一酸化炭素低減
層を、前記透過された水素の流路内に備えることも望ま
しい。こうすれば、一酸化炭素が混入した場合でも、そ
の悪影響を回避することができる。特に、生成された水
素ガスを燃料電池に供給する場合には、電極の被毒を防
ぐことができる点で有効である。
【００４０】低減触媒は、一酸化炭素の選択酸化用の触
媒など種々の触媒を用いることができる。一例として、
一酸化炭素をメタン化する触媒を用いることが望まし
く、より具体的には、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム
（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）のいずれかを含む触媒用い
ることが望ましい。これらを単独で用いても良いし、他
の触媒とともに用いてもよい。メタン化とは、次式の反
応をいう。ガス中に二酸化炭素が存在する場合には、そ
のメタン化も同時に進行する。 ＣＯ＋３Ｈ2→２Ｈ2Ｏ＋ＣＨ4； ＣＯ2＋４Ｈ2→３Ｈ2Ｏ＋ＣＨ4；
【００４１】メタン化反応は約１４０℃以上で生じるこ
とが知られている。一般に改質反応は原料に応じて３０
０℃〜８００℃程度で生じるため、改質反応後の高温ガ
スの供給により、格段の温度制御を施さなくてもメタン
化反応を促進することができる。
【００４２】メタン化は、上式の通り、一酸化炭素等と
水素との反応であるから、水素分離層を透過したガス中
に存在する成分のみで起きうる反応である。従って、一
酸化炭素低減層に反応用に別途特定のガスを供給する機
構を設ける必要がない。つまり、水素生成装置の構成の
複雑化を回避しつつ、一酸化炭素濃度を低減することが
できる利点がある。
【００４３】一酸化炭素低減層は、種々の態様で形成可
能である。例えば、水素分離層は、多孔質支持体の表層
に水素分離膜を形成して構成された層である場合には、
一酸化炭素低減層は、該多孔質支持体の前記水素分離膜
が形成されていない部位に、前記低減触媒を担持するこ
とにより形成できる。つまり、多孔質支持体には、水素
分離膜と一酸化炭素低減層の両者が一体的に形成される
ことになる。一酸化炭素低減層は、水素分離膜と混在し
て形成される訳ではなく、水素分離膜よりも下流側に形
成される。
【００４４】ここで、多孔質支持体と一体的に水素分離
膜が形成された水素分離層とは、多孔質支持体の細孔に
水素分離金属を担持して形成された層、支持体の表面に
水素分離膜を貼り付け、コート等して形成された層の双
方が含まれる。一酸化炭素低減層は、水素分離膜と対向
する面に低減触媒をコートする方法、多孔質支持体内部
に低減触媒を担持する方法によって形成できる。低減触
媒をコートする場合には、物理蒸着法（ＰＶＤ）、化学
蒸着法（ＣＤＶ）などの気相蒸着法、低減触媒を担持し
たアルミナ等の粉末をスラリー状にしてコートする方
法、メッキ法などを適用することができる。セラミック
ス系の多孔質支持体に担持する場合には、先に水素分離
金属の担持方法として説明した種々の方法によって低減
触媒自体を担持すればよい。金属セルメットなど、金属
系の多孔質支持体の場合には、低減触媒と支持体との合
金化を回避するため、アルミナ等のセラミックスをコー
トした上で低減触媒を担持することが望ましい。
【００４５】また、一酸化炭素低減層は、前記水素抽出
層内に前記低減触媒を担持することによって、前記水素
抽出層と一体的に形成してもよい。かかる構成は、水素
抽出層が多孔質支持体で形成されている場合には、低減
触媒を支持体内に担持することにより実現される。水素
抽出層が空隙となっている場合には、ペレット状の低減
触媒を充填することにより実現される。なお、このよう
に水素抽出層と一体的に一酸化炭素低減層を形成する場
合、水素分離層は、多孔質支持体に水素分離金属を担持
した構成に限らず、セラミックス、樹脂等の多孔質分離
膜など種々の分離膜を適用可能である。
【００４６】本発明では、第３の構成として、水素ガス
を含む混合ガスが流れる混合ガス層と、水素ガスのみを
選択的に透過する水素分離層と、前記水素分離層により
分離された水素が流れる水素抽出層と、を備え、前記混
合ガス層および前記水素抽出層は、それぞれ側面にガス
流入口とガス流出口とを有するメタルフレームで形成さ
れており、前記各層は、前記混合ガス層と前記水素抽出
層との間に前記水素分離層が介在する状態で前記メタル
フレーム間を接合した積層構造を成すものとした。
【００４７】メタルフレームは、加工が容易であり、上
記構成によって、前記積層構造の強度を向上することが
できる。また、金属であるため、水素生成装置の他の構
成要素との接続も容易に行うことができる。
【００４８】本発明のメタルフレームを用いた積層構造
に、先に説明したマニホールドを有する気密性のケーシ
ング部材や、ガスリーク防止機構を備えることによっ
て、先に説明した水素生成装置と同様の効果が得られる
が、上記水素生成装置において、前記メタルフレーム
は、更に、積層時に互いに連結されることによって、前
記積層方向にガスを流すとともに前記ガス流入口へのガ
スの流入および前記ガス排出口からのガスの排出を行う
ガス流路を形成するための流路形成部を備えるようにし
てもよい。
【００４９】こうすることによって、先に説明したマニ
ホールドやガスリーク防止機構の機能をより容易かつ確
実に実現できる。
【００５０】なお、上記水素生成装置において、前記積
層構造は、複数の前記混合ガス層と複数の前記水素抽出
層を備え、前記ガス流路は、前記混合ガス層と前記水素
抽出層のうちの少なくとも一方に所定のガスが並列に流
れるように形成されているようにすることができる。
【００５１】また、前記流路形成部は、少なくとも一部
に前記積層方向へのガスの流れを遮断するガス遮断部を
備え、前記ガス遮断部の作用によって、前記複数の混合
ガス層および前記複数の水素抽出層のうちの少なくとも
一方に所定のガスを直列に流すガス流路を形成するよう
にしてもよい。
【００５２】この場合、少なくとも複数の混合ガス層に
混合ガスが順次直列に流れるようにすることが好まし
い。こうすることによって、混合ガスが流れる流路を長
くすることができるので、水素抽出層への水素の透過量
を増加させることができる。
【００５３】なお、メタルフレームの形状や、ガス流入
口およびガス排出口の形成位置は、特に限定されるもの
ではないが、前記メタルフレームは、前記積層方向を軸
とする４回対称の外形状を有しており、前記ガス流入口
と前記ガス排出口は、該積層方向と直交する面内で対向
する位置に形成されていることが好ましい。
【００５４】ここで、ｎ回対称とは、回転軸を中心に
（３６０／ｎ）度の回転によって重なり合うことを言
う。従って、「４回対称の外形状」とは、９０度ずつ回
転させたときに重なり合う外形状を言う。メタルフレー
ムを４回対称の外形状とすることによって、同一形状の
メタルフレームを９０度ずつ回転させつつ水素分離層を
介在する状態で積層し、上記積層構造を構成することが
できる。この結果、水素生成装置を構成する部品点数を
減らすことができる。
【００５５】本発明の第３の構成において、前記積層構
造は、前記混合ガス層と前記水素抽出層との間でのガス
のリークを防止するガスリーク防止機構として、前記混
合ガス層および前記水素抽出層におけるガス圧力よりも
圧力が高い所定のガスを流すための流路を備えるように
してもよい。
【００５６】こうすることによって、積層構造において
気密性の悪い部位があっても、その部位からは前記所定
のガスがリークし、混合ガス層と水素抽出層との間での
ガスの混合を防止し、所望のガスを所望の経路で流すこ
とができる。また、本発明では、混合ガス層と水素抽出
層とはメタルフレームを用いて構成されるため、ガスリ
ーク防止機構を容易にメタルフレームと一体的に作製す
ることができる。
【００５７】なお、上記ガスリーク防止機構の流路に流
すガスとしては、例えば、水蒸気を用いることができ
る。
【００５８】水素生成装置は原料ガスと水との化学反応
によって水素を生成する。このため、従来の水素生成装
置においても水蒸気は用いられている。従って、新たに
ガスリーク防止機構のためのガスを準備することなく、
ガスリーク防止機構を構成することができる。
【００５９】本発明の水素生成装置は、水素の生成が要
求されるシステムに幅広く適用でき、一例として燃料電
池に供給する燃料ガスを生成するシステムとして適用す
ることができる。車載用の燃料電池に対し、車上で水素
ガスを生成するシステムとして適用することもできる。
【００６０】
【発明の実施の形態】Ａ．第１実施例：図１は第１実施
例の水素生成装置における水素分離機構の斜視図であ
る。水素生成装置は、まず、メタノール、天然ガスなど
の所定の原料を改質し、水素および一酸化炭素などを含
有する改質ガスを生成する。次に、水素分離機構によっ
て改質ガスから水素を抽出して水素リッチなガスを生成
する。生成されたガスは、燃料電池の燃料ガスなどの用
途に利用できる。原料を改質するユニットについては、
周知の構成を適用可能であるため、図１では、図示を省
略した。
【００６１】本実施例における水素分離機構は、水素を
選択的に透過する性質の水素分離膜を利用して水素を分
離する水素分離フィルタ２００と、それを被覆するケー
シング１００とから構成される。水素分離機構に改質ガ
ス、および抽出された水素を運搬するためのパージガス
を供給すると、水素分離フィルタ２００の作用によって
水素が分離され、パージガスとともに排出される。水素
が分離された後の改質ガスは排気となる。パージガス
は、水蒸気などの凝縮性ガスその他の不活性ガスを用い
ることができる。
【００６２】図１に示す通り、ケーシング１００には前
面に改質ガスを供給するためのマニホールド１０３が設
けられている。左側面には、パージガスを供給するため
のマニホールド１０１が設けられている。右側面には、
パージガスとともに抽出された水素を排出するマニホー
ルド１０２が設けられている。図１では死角となる背面
には水素が分離後のガスを排出するためのマニホールド
が設けられている。
【００６３】図２は水素分離フィルタ２００の斜視図で
ある。水素分離フィルタ２００は、改質ガスが流れる改
質ガス層２３０、改質ガスから水素を分離する分離層２
２０、パージガスおよび抽出された水素が流れる抽出層
２１０の３種類の矩形層が積層されて構成されている。
積層は、「抽出層２１０，分離層２２０、改質ガス層２
３０、分離層２２０」の順で繰り返されている。最下層
および最上層は、抽出層２１０となっている。このよう
に積層することにより、各改質ガス層２３０は、上下を
抽出層２１０で挟まれることになるため、水素の分離効
率を向上することができる利点がある。抽出層２１０が
最下層および最上層とならない積層方法を採っても構わ
ない。
【００６４】改質ガス層２３０および抽出層２１０はそ
れぞれ多孔質のセラミックスで形成されている。本実施
例では、良好なガスの流れを確保するために、いわゆる
フォームと呼ばれるセラミック多孔質体を用いた。フォ
ームとは、発泡ウレタンとセラミックス原料を混ぜ、焼
成することにより形成され、発泡ウレタンの隙間に存在
したセラミックスのみが骨格として残った多孔質材料で
ある。
【００６５】改質ガス層２３０および抽出層２１０の側
面には、ガスが漏れることを防止するためのシールが施
されている。図１中にハッチングを付した部分がシール
である。シール材としては、アルミナ、ガラス等を用い
ることができる。図示する通り、水素分離フィルタの上
下面も同様にシールされている。
【００６６】改質ガス層２３０および抽出層２１０にお
けるガスの流れ方向が、それぞれの層で統一される条
件、かつ、前者と後者が直交する条件を満たすように、
それぞれの層は積層されている。こうすることにより、
ガスの供給および排出を水素分離フィルタ２００の４側
面からそれぞれ行うことができる。例えば、マニホール
ドから供給された改質ガスは、各改質ガス層２３０に分
かれて流れ、背面の排気用マニホールドに集約されて排
出される。マニホールドから供給されたパージガスは、
各抽出層２１０に分かれて流れ、右側面のマニホールド
に集約されて排出される。このように、改質ガス層２３
０と抽出層２１０におけるガスの流れ方向を統一するこ
とにより、マニホールドの構造を簡素化できる利点があ
る。各層に適切なガスを供給、排出可能であれば、改質
ガス層２３０および抽出層２１０におけるガスの流れ方
向は、上述の条件を満足する必要はない。
【００６７】図３は水素分離フィルタ２００とケーシン
グ１００との組み付け部近傍の拡大断面図である。図１
中のＡ−Ａ断面に相当する。水素分離フィルタ２００
は、緩衝材１１１を挟んでケーシング１００に組み付け
られている。緩衝材１１１は、耐熱性、耐燃性に優れた
材料が適しており、例えばガラスウールを用いることが
できる。緩衝材を挟むことにより、水素分離フィルタ２
００とケーシングとの間でのガスのリークを回避しつ
つ、ケーシング１００を介して水素分離フィルタ２００
に加えられる外力の緩和、ケーシング１００と水素分離
フィルタ２００の熱膨張率の差に起因する熱応力の緩和
を図ることができる。
【００６８】図３には、水素が分離される様子を併せて
示した。改質ガスは改質ガス層２３０を図中の左から右
方向に流れる。パージガスは抽出層２１０を紙面に直交
する方向に流れる。抽出層２１０の側面には、図中の左
右方向へのガスの漏れを防ぐシール２１０ｓが施されて
いる。改質ガス中の水素は、分離層２２０の作用によ
り、上下に位置する抽出層２１０にそれぞれ抽出され、
パージガスとともに外部に排出される。
【００６９】図４は分離層２２０の拡大断面図である。
本実施例では、セラミックス等の多孔質支持体２２１の
細孔に水素の選択透過性を有する分離金属２２２を担持
して構成した。図は模式的なものであり、実際には、微
細化された分離金属２２２は細孔を実質的に塞ぐ状態で
担持されている。分離金属２２２としては、例えば、パ
ラジウム、パラジウム合金を適用できる。かかる構造の
分離層２２０は、分離金属２２２の溶液に多孔質支持体
２２１を浸す方法、即ち含浸担持法で形成することがで
きる。多孔質支持体２２１の表面に分離金属２２２を含
有する有機溶剤のペーストを塗布した後、加熱するもの
としてもよい。このように多孔質支持体の細孔に分離金
属２２２を担持すれば、分離層２２０内部で改質ガスと
分離金属２２２とが接触可能となる。従って、分離金属
単体の薄膜に比較して改質ガスと分離金属との接触面積
が増大し、水素の分離効率を向上することができる。多
孔質支持体により、分離層２２０の強度を確保すること
ができる利点もある。分離層２２０は、かかる構成のみ
ならず、分離金属単体の薄膜を適用しても構わない。
【００７０】図５は分離層２２０と抽出層２１０の接触
部の拡大断面図である。図示する通り、両者は緩衝材２
１１を挟んで積層されている。緩衝材２１１は、例え
ば、カーボンクロス、カーボンペーパー、ガラスウール
を用いることができる。緩衝材２１１を挟むことによ
り、分離層２２０が多孔質体で形成された抽出層２１０
と直接接触することを回避できる。従って、両者間の摩
擦等による分離層２２０の損傷を回避できる。改質ガス
層２３０と分離層２２０との間にも同様の緩衝材２１１
が挟まれている。
【００７１】次の態様で、分離層の保護を図ることもで
きる。図６は変形例としての分離層２２０Ａと抽出層２
１０Ａの接触部の拡大断面図である。変形例では、各層
にそれぞれ突起２１２，２２２が設けられている。突起
２１２，２２２の作用により、分離層２２０Ａと抽出層
２１０Ａが全面に亘って直接接触するのを回避できる。
従って、分離層２２０Ａが損傷を受ける領域を抑制で
き、分離層２２０Ａをある程度保護できる。水素分離作
用への寄与が低い領域、例えば各層の周辺近傍などに突
起２１２，２２２を設けることが望ましい。
【００７２】また、次の態様で、分離層の保護を図るこ
ともできる。図７は、変形例としての分離層を示す説明
図である。この分離層は、改質ガス層２３０や抽出層２
１０と同じサイズのメタルフレーム２２０ｍに設けられ
た複数の穴部２２０ｈに複数の分離膜プレート２２０ｆ
を嵌め合わせて形成される。分離膜プレート２２０ｆ
は、図４を用いて説明した分離層２２０と同じ構成であ
る。分離層分離膜プレート２２０ｆの厚さは、メタルフ
レーム２２０ｍの厚さよりも薄い。そして、メタルフレ
ーム２２０ｍは、穴部２２０ｈに分離膜２２０ｆを嵌め
合わせても、その部分ではメタルフレーム２２０ｍから
凹んだ状態となるように加工されている（図７
（ｂ））。
【００７３】このような小面積の分離膜プレート２２０
ｆをメタルフレーム２２０ｍに嵌め合わせて分離層を形
成することにより、分離層の強度を向上することができ
る。更に、分離層の強度の向上により分離膜プレート２
２０ｆの薄膜化が可能となり、水素分離機構の小型化お
よび水素透過率の向上が図れる。実際の使用に際して
は、分離膜プレート２２０ｆを複数用いるため熱応力等
を複数箇所に分散することができ、分離層の破損を抑制
することができる効果もある。
【００７４】大面積の分離膜プレートを作製すること
は、水素分離性能の面内分布の観点から小面積の分離膜
プレート２２０ｆの製造よりも難しく、歩留まりが低下
する。小面積の分離膜プレート２２０ｆは歩留まりがよ
いので、分離層作製時の歩留まりを向上することができ
る。なお、図７には、矩形の分離膜プレート２２０ｆを
示したが、他の多角形であってもよいし、円形であって
もよい。
【００７５】図８は、図７に示した分離層と、抽出層２
１０と改質ガス層２３０との接触部の拡大断面図であ
る。このような態様により、分離膜プレート２２０ｆが
抽出層２２０や改質ガス層２３０と直接接するのを回避
し、分離膜プレートの損傷を抑制できる。なお、メタル
フレーム２２０ｍの代わりに、緻密質セラミックスを用
いるようにしてもよい。
【００７６】以上で説明した第１実施例の水素分離機構
は、積層構造を採ることにより、装置の小型化、製造コ
ストの低減を図ることができる。この際、各層を多孔質
体で形成することにより、水素分離フィルタ２００の強
度を向上することができる。さらに、先に説明した種々
の作用により、水素を効率的に分離することができる。
【００７７】Ｂ．第１実施例の変形例：図９は変形例と
しての水素分離フィルタ２００Ａの斜視図である。第１
実施例の水素分離フィルタ２００に対し、積層構造の四
隅にシール２４０を備える点で相違する。シール２４０
の材料は、例えば、アルミナ、ガラス等を適用できる。
その他の構造は第１実施例の水素分離フィルタ２００と
同じである。
【００７８】各層の側面のみをシールした場合、積層構
造の四隅はシールが行き届かず、各ガスのリークが生じ
やすい。変形例のように四隅にシール２４０を施すこと
により、かかるリークをより確実に回避できる。従っ
て、水素分離機構の信頼性を向上することができる。
【００７９】次に、マニホールド間のガスのリーク防止
機構について説明する。図１０は、マニホールド間のガ
ス防止機構を示す説明図である。図１０（ｂ）は、図１
０（ａ）に示した水素分離機構の斜視図の斜線で示した
改質ガス供給口とパージガス供給口との境界部分をＡ方
向から見た断面図である。ガスケット３０を水素分離フ
ィルタ２００Ａのシールした隅の部分と、改質ガス用の
マニホールド１０３およびパージガス用のマニホールド
１０１とで挟んでシールする。ガスケット３０とマニホ
ールド１０１，１０３とで囲まれた空間は、スチーム供
給流路５０として用いられる。スチーム供給流路５０に
は、改質ガスやパージガスよりも若干圧力の高い水蒸気
が供給される。本実施例では、約９．８×１０4Ｐａ
（１ｋｇｆ／ｃｍ2）程度の圧力差を持たせた。このよ
うにすれば、ガスケット３０とマニホールド１０１，１
０３間、ガスケット３０と水素分離フィルタ間の気密性
が悪い部位があっても、そこから改質ガス供給口やパー
ジガス供給口に水蒸気がリークするのみで、改質ガスと
パージガスとの混合を防止できる。このようなガスリー
ク防止機構は、水素分離フィルタ２００Ａの四隅に適用
することができる。
【００８０】図１１は、マニホールド間のガスリーク防
止機構の変形例を示す説明図である。先に示したガスリ
ーク防止機構では、ガスケット３０をマニホールド１０
１，１０３と水素分離フィルタ２００Ａとで挟むことに
よってスチーム供給流路５０を形成していたが、この変
形例では、スチーム供給流路５０Ａが予めマニホールド
と一体的に形成されている。そして、スチーム供給流路
５０Ａには、改質ガス供給口側に水蒸気を流すための水
蒸気供給溝５１と、パージガス供給口側に水蒸気を流す
ための水蒸気供給溝５２が形成されている。この構成で
は、改質ガス供給口とパージガス供給口に積極的に、改
質ガスやパージガスよりも圧力の高い水蒸気を流す。こ
れにより、改質ガスとパージガスとの混合を防止するこ
とができる。
【００８１】Ｃ．第２実施例：図１２は第２実施例とし
ての水素分離フィルタ３００の斜視図である。第１実施
例と同様、改質ガス層３３０、分離層３２０、抽出層３
１０の３種類の層が積層されている。ガスの流れ方向も
第１実施例と同様である。第２実施例では、改質ガス層
３３０および抽出層３１０の側面のシール部材３３０
ｓ、３１０ｓの構造が第１実施例と相違する。分離層３
２０は第１実施例の分離層２２０と同じ構造である。
【００８２】図１３は第２実施例における抽出層３１０
の斜視図である。抽出層３１０は、第１実施例と同様の
多孔質体で形成された中央部材３１０ｆと、その両側を
挟むシール部材３１０ｓから構成される。図中でハッチ
ングを付した部分がシール部材３１０ｓであり、ガスが
流れない素材、例えば緻密性セラミックスで形成されて
いる。パージガスおよび水素は、中央部材３１０ｆの部
分のみを流れる。改質ガス層３３０も同様に構成されて
いる。
【００８３】第２実施例の水素分離フィルタ３００によ
れば、側面のシール性が向上する利点がある。特に、積
層構造の四隅でシール性を大きく向上することができ
る。図１２において、領域Ｃに示される通り、水素分離
フィルタ３００の四隅近傍では、緻密性セラミックスの
みが積層される。従って、四隅近傍でのガスのリークを
より確実に抑制することができる。先に変形例（図９）
で示したシール２４０と同等の効果を、積層構造自体で
実現することができ、製造コストを低減することができ
る利点がある。
【００８４】Ｄ．第２実施例の変形例：第２実施例にお
いては、抽出層３１０の中央部材３１０ｆを除去しても
よい。つまり、シール部材３１０ｓをスペーサとして活
用し、抽出層３１０のガス流路を中空にして構成しても
よい。改質ガス層３３０を中空にして構成することも可
能である。
【００８５】第１実施例および第２実施例において、改
質ガス層にシフト反応触媒または一酸化炭素の酸化反応
触媒を担持してもよい。シフト反応触媒を担持すれば、
水と改質ガス中の一酸化炭素から、改質ガス層内で水素
を生成することができ、水素の生成効率を向上すること
ができる。酸化反応触媒を担持すれば、改質ガス中の一
酸化炭素濃度を低減することができる。従って、分離層
にピンホールがあった場合でも、抽出層への一酸化炭素
の漏れを抑制できる。生成された水素を燃料電池に供給
する場合、燃料電池の電極に悪影響を与える一酸化炭素
の水素ガスへの混入を抑制できる点で有効である。
【００８６】第１実施例および第２実施例において、改
質ガス層に改質触媒を担持し、メタノールなど改質反応
前の原料を水素分離機構に供給するものとしてもよい。
改質ガス層で原料を改質して水素を生成しつつ、抽出層
で水素を取り出すことができる。別途、改質反応を行う
ユニットを省略できるため、水素生成装置全体の小型化
を図ることができる。上述の複数の触媒を改質ガス層に
担持し、複数の反応を並行して行わせるものとしてもよ
い。
【００８７】上述の実施例では、各層を平板状に形成し
たが、凹凸を有する形状としてもよい。こうすれば、各
層の実質的な表面積を増大でき、水素の分離効率を向上
することができる。
【００８８】Ｅ．第３実施例：以上の実施例では、水素
分離膜を用いて水素を分離する構成について例示した。
水素分離膜は薄膜であるため、ピンホールの存在、部分
的な破損等によって、改質ガス中の一酸化炭素が水素ガ
スに混入する可能性もある。第３実施例では、一酸化炭
素の混入による影響を低減するための機構を備える構成
について例示する。この機構は、分離された水素の流路
中に一酸化炭素をメタン化するための触媒を担持するこ
とにより構成される。
【００８９】第３実施例における水素生成装置の概略構
成は、第１実施例（図１）と同じである。水素分離フィ
ルタ２００の積層構造（図２）も第１実施例と同じであ
る。第３実施例では、水素分離層の構成が第１実施例と
相違する。
【００９０】図１４は第３実施例の水素分離層２２０Ｂ
の拡大図である。水素分離層２２０Ｂは、セラミックス
等の多孔質支持体２２１Ｂの細孔に水素の選択透過性を
有する分離金属を担持して構成されている。分離金属が
担持された分離金属層２２２Ｂの構造は、第１実施例
（図４）と同じである。水素分離層２２０Ｂは、分離金
属層２２２Ｂと対向する面側にメタン化触媒層２２３Ｂ
が形成されている。メタン化触媒層２２３Ｂには、多孔
質支持体２２１Ｂの細孔に、一酸化炭素をメタン化する
触媒が担持された層である。触媒としては、Ｎｉ、Ｒ
ｕ、Ｒｈなどが適用できる。
【００９１】メタン化触媒層２２３Ｂは、種々の方法で
形成可能である。第１に多孔質支持体２２１Ｂの表面に
メタン化触媒をコートして形成することができる。コー
トには、物理蒸着法（ＰＤＶ）、化学蒸着法（ＣＤＶ）
などの気相蒸着法を用いることができる。触媒を担持し
たアルミナ等の粉末をスラリー状にして、多孔質支持体
２２１Ｂに塗布してもよい。メッキ法によって形成して
もよい。
【００９２】第２に多孔質支持体２２１Ｂにメタン化触
媒を直接担持してもよい。多孔質支持体２２１Ｂにセラ
ミックスを用いる場合には、その細孔内にメタン化触媒
を直接担持させることができる。この方法では、アルミ
ナ等に触媒を担持させる工程を省略することができる利
点がある。担持方法は、分離層２２０の構成（図４参
照）で列挙した種々の方法を適用可能である。多孔質支
持体２２１Ｂに金属セルメットなど金属系の素材を用い
る場合には、メタン化触媒と支持体との合金化を回避す
るため、アルミナ等の粉末をコートした後にメタン化触
媒を担持する方法、またはアルミナ等の粉末にメタン化
触媒を担持させた上でコートする方法を採ることが望ま
しい。
【００９３】図１４には、水素分離相２２０Ｂと併せ
て、積層時の改質ガス層２３０、抽出層２１０も示し
た。改質ガス層２３０に供給された改質ガス中の水素
は、図示する通り、分離金属層２２２Ｂにより抽出層２
１０側に抽出される。メタン化触媒層２２３Ｂは、分離
金属層２２２Ｂよりも下流に配置されている。ピンホー
ルや局所的な破損に起因して、一酸化炭素が分離金属層
２２２Ｂを透過した場合、一酸化炭素はメタン化触媒層
２２３Ｂで、メタン化される。この反応には、分離金属
層２２２Ｂを透過した水素の一部が用いられる。つま
り、メタン化触媒層２２３Ｂには、反応用に特定のガス
を別途供給する機構を設ける必要はない。
【００９４】メタン化反応は、約１４０℃以上で生じる
ことが知られている。一般に改質反応は、原料に応じて
３００℃〜８００℃程度で生じるため、改質ガスはメタ
ン化の反応温度以上となっている。本実施例の構成によ
れば、高温状態のガスの供給により、格段の温度制御を
施さなくてもメタン化反応を促進することができる。
【００９５】以上で説明した第３実施例の水素生成装置
によれば、メタン化触媒層２２３Ｂの作用により、生成
された水素ガス中への一酸化炭素の混入を抑制すること
ができる。このため、有害な成分である一酸化炭素の混
入による悪影響を抑制できる。特に、生成された水素ガ
スが燃料電池に供給される場合には、その電極の被毒を
回避できる利点がある。
【００９６】メタン化触媒層２２３Ｂでの反応を生じさ
せるために、温度制御、特定のガスの供給が不要である
ため、水素生成装置の構成の複雑化を招かない利点もあ
る。
【００９７】Ｆ．第３実施例の変形例：図１５は第３実
施例の変形例としての水素分離層２２０Ｃの拡大図であ
る。水素抽出層２１０Ｃにメタン化触媒を担持させた構
成を例示した。メタン化触媒層と水素抽出層とを一体的
に構成した例に相当する。水素分離層２２０Ｃは、第１
実施例（図４）に示した構成の他、種々の構成を適用可
能である。例えば、パラジウムまたはパラジウム銀合金
で形成された層、これらの金属をセラミックスのような
多孔質支持体にコートして形成された層、セラミックス
や樹脂等の多孔質分離膜などを適用できる。
【００９８】水素抽出層２１０Ｃには、メタン化触媒が
担持されている。水素抽出層２１０Ｃが、セラミックス
等の多孔質体で形成されている場合には、その細孔内に
メタン化触媒を担持させればよい。担持方法は、分離層
２２０の構成（図４参照）で列挙した種々の方法を適用
可能である。第２実施例で例示した構成など、水素抽出
層２１０Ｃが空隙となっている場合には、ペレット状に
したメタン化触媒を充填すればよい。
【００９９】このように水素抽出層２１０Ｃにメタン化
触媒を担持した場合も、透過されたガス中への一酸化炭
素の混入による悪影響を回避することができる。メタン
化反応を生じさせるために、格別な温度制御、特定のガ
スの供給が不要となる利点は、第３実施例と同様であ
る。
【０１００】Ｇ．第４実施例：上記実施例では、水素分
離フィルタの複数の改質ガス層と複数の抽出層に改質ガ
スおよびパージガスをそれぞれ並行に流していた。換言
すれば、各ガスが各層の最短経路を通過するように流し
ていた。即ち、ガスの流路長は、各層の一辺の長さ相当
である。
【０１０１】図１６は、改質ガスとパージガスとをそれ
ぞれ並行に流した場合の改質ガス層と抽出層の水素分圧
差の分布を示す説明図である。改質ガス層においては、
改質ガスの供給口から排出口にかけて水素が抽出される
ため水素分圧が小さくなる。逆に、抽出層においては、
パージガスの供給口から排出口にかけて水素分圧が高く
なる。このため、改質ガスおよびパージガスの供給口付
近では、水素分圧差が大きく、改質ガスおよびパージガ
スの排出口付近では、水素分圧差が小さい（図１６
（ｂ））。
【０１０２】第４実施例では、改質ガスとパージガスの
各層への流し方が第１実施例と異なる。図１７は、第４
実施例の第１のガスの流し方を示す説明図である。この
例では、改質ガスとパージガスとをともに、それぞれ複
数の改質ガス層と抽出層に順次直列に流す。このように
すれば、改質ガスの流路を長くすることができる。ま
た、複数の改質ガス層と抽出層において、各層を順次直
列に流れる各ガスは対向するように流れので、前述した
水素分圧差の分布を均一化できる。ある抽出層に着目し
たとき、水素分離層を挟んで隣の改質ガス層との水素分
圧差が小さい領域では、水素分離層を挟んでもう片方の
隣の改質ガス層との水素分圧差が大きい領域となる。従
って、両隣の改質ガス層のいずれかから水素を抽出する
ことができる。この結果、改質ガスからの水素の透過量
を増加させることができる。
【０１０３】図１８は、第４実施例の第２のガスの流し
方を示す説明図である。この例では、改質ガスは、複数
の改質ガス層に順次直列に流し、パージガスは、複数の
抽出層に並列に流す。このようにしても、改質ガスから
の水素の透過量を増加させることができる。
【０１０４】Ｈ．第４実施例の変形例：上記第４実施例
では、ガスを複数の層に直列に流すことによってガスの
流路を長くし、水素分圧差の均一化を図ったが、変形例
では、これらを１層の中で行う。図１９は、第４実施例
の変形例のガスの流し方を示す説明図である。図１９
（ｂ），（ｃ）に示したように、この例では、改質層１
層中に仕切り板を設けて、改質ガス層中をガスが蛇行し
て流れるようにしている。改質層の周辺部には、所望の
流路が得られるように、適宜シールがなされている（斜
線部）。このようにすることによっても、水素の透過量
を増加させることができる。この変形例は、抽出層につ
いても同様に適用してもよい。なお、図１９（ｃ）に示
したように、仕切り板を奇数枚とすれば、ガスの供給口
と排出口とを同じ方向に設けることができる。こうすれ
ば、ガス配管の配置をコンパクトにすることが可能にな
り、水素生成装置を小型化することもできる。
【０１０５】なお、上記第４実施例および第４実施例の
変形例において、ガスを複数の層に順次直列に流した
り、１層中においてガスを蛇行させて流したりして、ガ
スの流路を長くし、水素の抽出量の増加を図る構成を示
したが、これらは水素分離フィルタの積層構造の一部に
このような構成を含んでいればよい。
【０１０６】以上で説明した実施例において、複数の層
に並行にガスを供給する場合には、ガスが各層に均等な
流量で供給されることが好ましい。以下、複数の層にガ
スを均等な流量で供給するための手段について説明す
る。図２０、図２１は、複数の層にガスを均等な流量で
供給するための概念機構を例示する説明図である。これ
らの図は、それぞれマニホールド部およびケーシング１
００を含む改質ガス層２３０と分離層２２０と抽出層２
１０の積層部の断面を表している。なお、図２０
（ｂ），（ｃ），（ｄ）では、マニホールド部のみを示
し、改質ガス層２３０と分離層２２０と抽出層２１０の
積層部の図示は省略している。
【０１０７】図２０（ａ）の例では、オリフィスを設け
たバッフル板を設置したマニホールド１０３Ａを用い
る。オリフィスの径を適当に設定することによって、ガ
ス流量を調節することができる。マニホールド１０３Ａ
のガス供給口から離れるにつれてオリフィスの径を大き
く設定し、各改質層２３０に均等な流量の改質ガスを供
給することができる。
【０１０８】図２０（ｂ）の例では、図２０（ａ）のバ
ッフル板の上流側に更にじゃま板を設けたマニホールド
１０３Ｂを用いる。こうすることによって、各改質層２
３０により均等な流量の改質ガスを供給することができ
る。
【０１０９】図２０（ｃ）の例では、改質ガスの供給方
向をバッフル板と平行にしたマニホールド１０３Ｃを用
いる。こうすることによっても、各改質ガス層２３０に
均等な流量の改質ガスを供給することができる。
【０１１０】図２０（ｄ）の例では、コーン型のバッフ
ル板を設けたマニホールド１０３Ｄを用いる。オリフィ
ス径を一定とし、バッフル板の角度を適当に設定するこ
とによって、各改質ガス層２３０に均等な流量の改質ガ
スを供給することができる。
【０１１１】図２１（ａ）の例では、マニホールド内に
ノズルを設け、そこから改質ガスを噴出する。こうする
ことによって、改質ガスをマニホールド全域に均一に分
散することができるので、各改質ガス層に均等な流量の
改質ガスを供給することができる。
【０１１２】図２１（ｂ）の例では、マニホールド内に
整流板を設ける。こうすることによって、改質ガスを整
流し、各改質ガス層に均等な流量の改質ガスを供給する
ことができる。
【０１１３】図２１（ｃ）の例では、改質ガス層の厚さ
をマニホールドのガス供給口からの距離に応じて変更し
て設定する。即ち、改質ガスの流路の断面積を変更して
設定する。こうすることによって、圧力損失差により各
改質ガス層に流れる改質ガスの流量を均等にすることが
できる。
【０１１４】図２１（ｄ）の例では、改質ガスの供給方
向を改質ガス層と垂直にし、マニホールドの改質ガス供
給口から離れるにつれてマニホールドを狭める。こうす
ることによって、各改質ガス層に均等な流量の改質ガス
を供給することができる。
【０１１５】Ｉ．第５実施例：図２２は、第５実施例と
しての水素分離フィルタ４００の斜視図である。また、
図２３は、第５実施例としての水素分離フィルタ４００
の分解斜視図である。水素分離フィルタ４００は、外形
状が正方形のメタルフレーム４１０と分離膜５００をガ
スケット（図示省略）を介して交互に積層して構成され
ている。メタルフレーム４１０の両面は、メタルフレー
ム４１０と分離膜５００を交互に積層したときにメタル
フレーム４１０の枠同士が接触するように分離膜５００
の厚さの約１／２分凹ませてある。この凹部には、分離
膜５００の位置決めのための突起４２０が形成されてい
る。凹部の対角する位置には、メタルフレーム４１０を
貫通する水蒸気を流すためのスチーム供給口４３０が設
けられている。メタルフレーム４１０の対向する側面に
は、メタルフレーム４１０と分離膜５００に囲まれた領
域に改質ガスまたはパージガスを供給するためのガス供
給口４４０と、ガスを排出するためのガス排出口４４０
が設けられている。改質ガスを流すメタルフレーム４１
０と分離膜５００に囲まれた領域は、改質ガス層として
機能する。パージガスを流すメタルフレーム４１０と分
離膜５００に囲まれた領域は、抽出層として機能する。
なお、メタルフレーム４１０は、改質ガスとパージガス
とを直交する向きに流すために、交互に９０度回転させ
て積層させている。
【０１１６】図２４は、水素分離フィルタ４００の断面
の一部を示しており、ガスリーク防止機構を示す説明図
である。スチーム供給口４３０には、改質ガスやパージ
ガスよりも若干圧力の高い水蒸気が供給される。本実施
例では、約９．８×１０4Ｐａ（１ｋｇｆ／ｃｍ2）程度
の圧力差を持たせた。ガスケットと分離膜５００を挟ん
で接触するメタルフィルタ４１０同士は溶接されてお
り、ここから水蒸気が水素分離フィルタ４００の外部に
リークすることはない。そして水蒸気は、２つのメタル
フレーム４１０の凹部と分離膜５００とによってできる
空間に満たされる。メタルフレーム４１０と分離膜５０
０との気密性が悪い部分があれば、その部分から改質ガ
ス層または抽出層に水蒸気がリークし、改質ガスとパー
ジガスとの混合を防止できる。
【０１１７】このように第５実施例の水素分離フィルタ
４００によれば、メタルフレーム４１０を用いているの
で、加工が容易であり、改質ガス層、抽出層、各層の側
面からのガス漏れを防止するシール、ガスリーク防止機
構を一体的に形成することができる。また、マニホール
ドや、他の燃料電池の構成部品との接続も容易となる。
【０１１８】Ｊ．第６実施例：図２５は、第６実施例と
しての水素分離フィルタ４００Ａに用いられるメタルフ
レーム４１０Ａの概略正面図である。メタルフレーム４
１０Ａは、第５実施例のメタルフレーム４１０の４つの
角と円筒状のメタルフレームとを接合した形状である。
このような形状は、溶接によって容易に形成することが
できる。なお、このような形状を溶接ではなく、一体的
に成形するようにしてもよい。
【０１１９】メタルフレーム４１０Ａの正方形の内枠と
円形の外枠の間の４つの空間は、それぞれ流路形成部４
１１，４１２，４１３，４１４を構成する。内枠には、
流路形成部４１１，４１３を構成する面内に、ガス供給
口４４０およびガス排出口４４０が設けられている。流
路形成部４１２，４１４を構成する面にはこれらの口は
設けられていない。４つの流路形成部４１１〜４１４
は、それぞれメタルフレーム４１０Ａを積層させたとき
に、その積層方向にガスを流すための４つの流路を形成
する。これら４つの流路は、少なくともメタルフレーム
ごとに見れば、それぞれ完全に隔離された流路となる。
これ以外は、第５実施例のメタルフレーム４１０と同じ
である。
【０１２０】図２６は、水素分離フィルタ４００Ａの断
面の一部を示しており、ガスの流れを示す説明図であ
る。水素分離フィルタ４００Ａは、メタルフレーム４１
０Ａを交互に９０度回転させて積層することによって構
成されている。なお、図２４に示したガスリーク防止機
構は図示を省略した。メタルフレーム４１０Ａ１の流路
形成部４１１から供給された改質ガスは、メタルフレー
ム４１０Ａ２の流路形成部４１４、メタルフレーム４１
０Ａ３の流路形成部４１１、メタルフレーム４１０Ａ４
の流路形成部４１４、…の順序で積層方向に流れるとと
もに、ガス供給口４４０から各改質ガス層に並列に流れ
る。パージガスも改質ガスと同様に、各メタルフレーム
の流路形成部を積層方向に流れるとともに、各抽出層に
並列に（図２６では、表面から裏面の向きに）流れる。
このように、これらの流路は、マニホールドとして機能
する。
【０１２１】第５実施例のメタルフレーム４１０を用い
た水素分離フィルタ４００に、図１に示したマニホール
ドを有するケーシングを適用することによって、水素分
離機構を構成することは可能である。しかし、両者間、
特に水素分離フィルタ４００のコーナー部でのシールが
困難である。第６実施例では、隔離された流路を形成す
る４つの流路形成部４１１〜４１４を有するメタルフレ
ーム４１０Ａを積層させているので、４つ流路同士のガ
スリークを考慮せずに、各メタルフレーム４１０Ａの接
合面での気密性を確保することによって、比較的容易に
水素分離機構を製造することができる。また、水素分離
フィルタ４００Ａは、マニホールドを一体的に備えるの
で、図１に示した水素分離機構よりも小型化できる。
【０１２２】Ｋ．第６実施例の変形例：図２７は、第６
実施例の変形例としての水素分離フィルタ４００Ｂに用
いられるメタルフレーム４１０Ｂの概略正面図である。
メタルフレーム４１０Ｂは、図２５に示したメタルフレ
ーム４１０Ａの流路形成部４１１にガス遮断部４１１ｂ
を設けた、つまり、図２８の断面図に示すように、流路
形成部４１１Ｂが積層方向に貫通しないように一方の面
を塞いだこと以外はメタルフレーム４１０Ａと同じであ
る。なお、流路形成部４１１Ｂ以外にガス遮断部を設け
るようにしてもよい。
【０１２３】図２８は、水素分離フィルタ４００Ｂの断
面の一部を示しており、ガスの流れを示す説明図であ
る。水素分離フィルタ４００Ｂは、メタルフレーム４１
０Ｂを９０度ずつ回転させて積層することによって構成
されている。ガス遮断部４１１ｂの作用によって、メタ
ルフレーム４１０Ｂ１の流路形成部４１１Ｂから供給さ
れた改質ガスは、図中に矢印で示すとおり、各改質ガス
層を順次直列に流れる。パージガスも改質ガスと同様
に、各抽出層を順次直列に（図２８では、メタルフレー
ム４１０Ｂ２を表面から裏面の向きに、メタルフレーム
４１０Ｂ４を裏面から表面の向きに）流れる。
【０１２４】第６実施例の変形例として、以下の水素分
離フィルタ４００Ｃを構成することもできる。上述した
メタルフレーム４１０Ａとメタルフレーム４１０Ｂを交
互に積層させた構成である。水素分離フィルタ４００Ｃ
では、メタルフレーム４１０Ｂを１８０度ずつ回転させ
て積層することによって複数の改質ガス層を構成し、ま
た、メタルフレーム４１０Ａをパージガスが改質ガスと
直交する方向に流れる向きで積層することによって複数
の抽出層を構成する。
【０１２５】図２９は、水素分離フィルタ４００Ｃの断
面の一部を示しており、ガスの流れを示す説明図であ
る。水素分離フィルタ４００Ｃにおいて、改質ガスは水
素分離フィルタ４００Ｂと同様に各改質ガス層を順次直
列に流れ、パージガスは水素分離フィルタ４００Ａと同
様に各抽出層を並列に流れる。
【０１２６】このように、第６実施例の変形例によれ
ば、図１７、図１８に示した改質ガスを直列に流す構造
を、加工が容易なメタルフレームを用いて形成すること
ができる。この結果、水素の透過量を増加させることが
できる。
【０１２７】上述の実施例では、矩形の層を積層した例
を示した。各層は任意の形状を採ることができる。ま
た、上記第６実施例および第６実施例の変形例では、円
筒状のメタルフレームを用いて流路形成部を構成するよ
うにしたが、矩形の流路形成部にしてもよい。メタルフ
レームの形状は、４回対称であることが好ましい。４回
対称とは、回転軸を中心に９０度ずつ回転させたときに
重なり合うことを言う。こうすることによって、改質ガ
ス層と抽出層とを共通部品で形成することができるの
で、水素分離フィルタの部品点数を減らすことができ
る。図３０は、第６実施例の変形例としての水素分離フ
ィルタ４００Ｄに用いられる矩形の流路形成部を備える
メタルフレーム４１０Ｄの概略正面図である。このよう
にしても同様の効果を得ることができる。また、水素分
離フィルタ４００Ｄの周囲を平面にすることができるの
で、保管や設置がしやすくなる効果もある。
【０１２８】以上、本発明の種々の実施例について説明
したが、本発明はこれらの実施例に限定されず、その趣
旨を逸脱しない範囲で種々の構成を採ることができるこ
とはいうまでもない。
【０１２９】例えば、第３実施例の構成（図１４参照）
において、さらに水素抽出層にメタン化触媒を担持する
構成を採るものとしてもよい。第３実施例およびその変
形例では、一酸化炭素をメタン化する構成を例示した
が、一酸化炭素を選択酸化する触媒を担持するものとし
てもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施例の水素生成装置における水素分離機
構の斜視図である。
【図２】水素分離フィルタ２００の斜視図である。
【図３】水素分離フィルタ２００とケーシング１００と
の組み付け部近傍の拡大断面図である。
【図４】分離層２２０の拡大断面図である。
【図５】分離層２２０と抽出層２１０の接触部の拡大断
面図である。
【図６】変形例としての分離層２２０Ａと抽出層２１０
Ａの接触部の拡大断面図である。
【図７】変形例としての分離層を示す説明図である。
【図８】図７に示した分離層と、抽出層２１０と改質ガ
ス層２３０との接触部の拡大断面図である。
【図９】変形例としての水素分離フィルタ２００Ａの斜
視図である。
【図１０】マニホールド間のガス防止機構を示す説明図
である。
【図１１】マニホールド間のガスリーク防止機構の変形
例を示す説明図である。
【図１２】第２実施例としての水素分離フィルタ３００
の斜視図である。
【図１３】第２実施例における抽出層３１０の斜視図で
ある。
【図１４】第３実施例の水素分離層２２０Ｂの拡大図で
ある。
【図１５】第３実施例の変形例としての水素分離層２２
０Ｃの拡大図である。
【図１６】改質ガスとパージガスとをそれぞれ並行に流
した場合の改質ガス層と抽出層の水素分圧差の分布を示
す説明図である。
【図１７】第４実施例の第１のガスの流し方を示す説明
図である。
【図１８】第４実施例の第２のガスの流し方を示す説明
図である。
【図１９】第４実施例の変形例のガスの流し方を示す説
明図である。
【図２０】複数の層にガスを均等な流量で供給するため
の概念機構を例示する説明図である。
【図２１】複数の層にガスを均等な流量で供給するため
の概念機構を例示する説明図である。
【図２２】第５実施例としての水素分離フィルタ４００
の斜視図である。
【図２３】第５実施例としての水素分離フィルタ４００
の分解斜視図である。
【図２４】水素分離フィルタ４００のガスリーク防止機
構を示す説明図である。
【図２５】第６実施例としての水素分離フィルタ４００
Ａに用いられるメタルフレーム４１０Ａの概略正面図で
ある。
【図２６】水素分離フィルタ４００Ａの断面の一部を示
す説明図である。
【図２７】第６実施例の変形例としての水素分離フィル
タ４００Ｂに用いられるメタルフレーム４１０Ｂの概略
正面図である。
【図２８】水素分離フィルタ４００Ｂの断面の一部を示
す説明図である。
【図２９】第６実施例の変形例としての水素分離フィル
タ４００Ｃの断面の一部を示す説明図である。
【図３０】第６実施例の変形例としての水素分離フィル
タ４００Ｄに用いられる矩形の流路形成部を備えるメタ
ルフレーム４１０Ｄの概略正面図である。
【図３１】改質ガス（混合ガス）を混合ガス層に直列に
流した場合の混合ガス層と水素抽出層の水素分圧差の分
布を示す説明図である。
【符号の説明】
３０，３０Ａ…ガスケット ５０，５０Ａ…スチーム供給流路 ５１，５２…水蒸気供給溝 １００、１００Ａ…ケーシング １０１、１０２、１０３、１０３Ａ〜１０３Ｄ…マニホ
ールド １１１…緩衝材 ２００、２００Ａ…水素分離フィルタ ２１０ｓ…シール ２１０，２１０Ａ…抽出層 ２１１…緩衝材 ２１２，２２２…突起 ２２０，２２０Ａ，２２０Ｂ，２２０Ｃ…分離層 ２２０ｆ…分離膜プレート ２２０ｍ…メタルフレーム ２２０ｈ…穴部 ２２１，２２１Ｂ…多孔質支持体 ２２２，２２２Ｂ…分離金属層 ２２３Ｂ…メタン化触媒層 ２３０…改質ガス層 ２４０…シール ３００…水素分離フィルタ ３１０…抽出層 ３１０ｆ…中央部材 ３１０ｓ…シール部材 ３２０…分離層 ３３０…改質ガス層 ３３０ｓ…シール部材 ４００，４００Ａ，４００Ｂ，４００Ｃ，４００Ｄ…水
素分離フィルタ ４１０，４１０Ａ，４１０Ｂ，４１０Ｃ，４１０Ｄ…メ
タルフレーム ４１１，４１２，４１３，４１４…流路形成部 ４１１Ｂ，４１２Ｂ，４１３Ｂ，４１４Ｂ…流路形成部 ４１１Ｄ，４１２Ｄ，４１３Ｄ，４１４Ｄ…流路形成部 ４１１ｂ…ガス遮断部 ４２０…突起 ４３０…スチーム供給口 ４４０…ガス供給口、ガス排出口 ５００…分離膜
フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ (72)発明者 青山 智 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自動 車株式会社内 Ｆターム(参考） 4D006 GA41 HA42 JA70A MA06 MB04 MC02X MC03X NA05 NA31 PA01 PB66 PC80 4G040 EA06 EB33 EC01 FA06 FB09 FC07 FE01 4G140 EA06 EB37 EC01 FA06 FB09 FC07 FE01 5H027 AA02 BA01 BA16

Claims (33)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 所定の原料から水素を生成する水素生成
    装置であって、 水素ガスを含む混合ガスが流れる多孔質体の混合ガス層
    と、 水素ガスのみを選択的に透過する水素分離層と、 前記水素分離層により分離された水素が流れる多孔質体
    の水素抽出層とを備え、 前記各層は、前記混合ガス層と前記水素抽出層との間に
    前記水素分離層が介在する状態で積層された積層構造を
    成す水素生成装置。
  2. 【請求項２】 前記水素分離層と前記多孔質体との間に
    緩衝材が挟まれている請求項１記載の水素生成装置。
  3. 【請求項３】 前記水素分離層と前記多孔質体の少なく
    とも一方には、両者が全面にわたって直接接触すること
    を回避する回避機構が設けられている請求項１記載の水
    素生成装置。
  4. 【請求項４】 所定の原料から水素を生成する水素生成
    装置であって、 水素ガスを含む混合ガスが流れる多孔質体の混合ガス層
    と、 水素ガスのみを選択的に透過する水素分離層と、 前記水素分離層により分離された水素が流れる水素抽出
    層とを備え、 前記各層は、前記混合ガス層および前記水素抽出層のそ
    れぞれにおけるガスの流入口、排出口が側面の所定の方
    向に統一的に並ぶ状態、かつ前記混合ガス層と前記水素
    抽出層との間に前記水素分離層が介在する状態で積層さ
    れた積層構造を成す水素生成装置。
  5. 【請求項５】 請求項４記載の水素生成装置であって、 前記積層構造は、複数の前記混合ガス層と複数の前記水
    素抽出層を備えており、 前記複数の混合ガス層と前記複数の水素抽出層のうちの
    少なくとも一方は、少なくとも一部において所定のガス
    が各層を順次直列に流れるように接続する接続部を備え
    る、水素生成装置。
  6. 【請求項６】 請求項４記載の水素生成装置であって、 前記混合ガス層と前記水素抽出層のうちの少なくとも一
    方は、所定のガスが蛇行して流れるように形成されてい
    る層を含む、水素生成装置。
  7. 【請求項７】 請求項６記載の水素生成装置であって、 前記混合ガス層と前記水素抽出層のうちの少なくとも一
    方の前記流入口と前記排出口とが前記積層構造の同一方
    向に存在する、水素生成装置。
  8. 【請求項８】 請求項１または４記載の水素生成装置で
    あって、 前記水素分離層は、水素分離金属を担持した複数の小片
    基材と、該小片基材を２次元的な配列で保持する保持機
    構とを有する、水素生成装置。
  9. 【請求項９】 請求項８記載の水素生成装置であって、 前記保持機構は、前記小片基材を嵌合可能な嵌合部を有
    するフレームである、水素生成装置。
  10. 【請求項１０】 前記積層構造全体を被覆する気密性の
    ケーシング部材を備える請求項１または４記載の水素生
    成装置。
  11. 【請求項１１】 請求項１０記載の水素生成装置であっ
    て、 前記ケーシング部材は、前記混合ガス層および前記水素
    抽出層におけるガスの各流入口および排出口にそれぞれ
    連通し、前記積層構造と外部とのガスの供給または排出
    を行うマニホールドを備える水素生成装置。
  12. 【請求項１２】 請求項１１記載の水素生成装置であっ
    て、 前記マニホールドは、前記混合ガス層および前記水素抽
    出層における各流入口側に流入ガスの流量を均一化する
    ためのガス流入量均一化機構を備える、水素生成装置。
  13. 【請求項１３】 請求項１１記載の水素生成装置であっ
    て、 前記ケーシング部材は、前記混合ガス層におけるガスの
    流入口と前記水素抽出層におけるガスの流入口との間、
    前記混合ガス層におけるガスの流入口と前記水素抽出層
    におけるガスの排出口との間、前記混合ガス層における
    ガスの排出口と前記水素抽出層におけるガスの流入口と
    の間、前記混合ガス層におけるガスの排出口と前記水素
    抽出層におけるガスの排出口との間の少なくとも一部に
    ガスのリークを防止するガスリーク防止機構を備える、
    水素生成装置。
  14. 【請求項１４】 請求項１３記載の水素生成装置であっ
    て、 前記ガスリーク防止機構は、前記流入口および前記排出
    口におけるガス圧力よりも圧力が高い所定のガスを前記
    流入口および前記排出口に流すための流路を備える機構
    である、水素生成装置。
  15. 【請求項１５】 請求項１４記載の水素生成装置であっ
    て、 前記所定のガスは水蒸気である、水素生成装置。
  16. 【請求項１６】 前記ケーシング部材と前記積層構造と
    の間に緩衝材が挟まれている請求項１０記載の水素生成
    装置。
  17. 【請求項１７】 前記多孔質体は側面の一部を緻密な構
    造にすることによって内部のガスの流れ方向を規制する
    規制構造を備える請求項１または４記載の水素生成装
    置。
  18. 【請求項１８】 前記混合ガス層および前記水素抽出層
    におけるガスの流入口および排出口の相互間にシールが
    施されている請求項１または４記載の水素生成装置。
  19. 【請求項１９】 前記各層は、両端に前記水素抽出層が
    位置する状態で積層されている請求項１または４記載の
    水素生成装置。
  20. 【請求項２０】 前記混合ガス層には、供給されるガス
    の種類に応じた所定の化学反応を促進するための触媒が
    担持されている請求項１または４記載の水素生成装置。
  21. 【請求項２１】 前記水素分離層は、多孔質支持体の細
    孔に水素分離金属を担持して形成された層である請求項
    １または４記載の水素生成装置。
  22. 【請求項２２】 請求項１または請求項４記載の水素生
    成装置であって、ガス中の一酸化炭素濃度を低減させる
    化学反応用の低減触媒を担持した一酸化炭素低減層を、
    前記透過された水素の流路内に備える水素生成装置。
  23. 【請求項２３】 前記低減触媒は、一酸化炭素をメタン
    化する触媒である請求項２２記載の水素生成装置。
  24. 【請求項２４】 前記低減触媒は、ニッケル、ルテニウ
    ム、ロジウムのいずれかを含む触媒である請求項２３記
    載の水素生成装置。
  25. 【請求項２５】 請求項２２記載の水素生成装置であっ
    て、 前記水素分離層は、多孔質支持体と一体的に水素分離膜
    を形成して構成された層であり、 前記一酸化炭素低減層は、該多孔質支持体の前記水素分
    離膜が形成されていない部位に、前記低減触媒を担持し
    て形成される水素生成装置。
  26. 【請求項２６】 請求項２２記載の水素生成装置であっ
    て、 前記一酸化炭素低減層は、前記水素抽出層内に前記低減
    触媒を担持することによって、前記水素抽出層と一体的
    に形成された層である水素生成装置。
  27. 【請求項２７】 所定の原料から水素を生成する水素生
    成装置であって、 水素ガスを含む混合ガスが流れる混合ガス層と、 水素ガスのみを選択的に透過する水素分離層と、 前記水素分離層により分離された水素が流れる水素抽出
    層と、 を備え、 前記混合ガス層および前記水素抽出層は、それぞれ側面
    にガス流入口とガス排出口とを有するメタルフレームで
    形成されており、 前記各層は、前記混合ガス層と前記水素抽出層との間に
    前記水素分離層が介在する状態で前記メタルフレーム間
    を接合した積層構造を成す、水素生成装置。
  28. 【請求項２８】 請求項２７記載の水素生成装置であっ
    て、 前記メタルフレームは、更に、積層時に互いに連結され
    ることによって、前記積層方向にガスを流すとともに前
    記ガス流入口へのガスの流入および前記ガス排出口から
    のガスの排出を行うガス流路を形成するための流路形成
    部を備える、 水素生成装置。
  29. 【請求項２９】 請求項２８記載の水素生成装置であっ
    て、 前記積層構造は、複数の前記混合ガス層と複数の前記水
    素抽出層を備え、 前記ガス流路は、前記混合ガス層と前記水素抽出層のう
    ちの少なくとも一方に所定のガスが並列に流れるように
    形成されている、 水素生成装置。
  30. 【請求項３０】 請求項２８記載の水素生成装置であっ
    て、 前記積層構造は、複数の前記混合ガス層と複数の前記水
    素抽出層を備え、 前記流路形成部は、少なくとも一部に前記積層方向への
    ガスの流れを遮断するガス遮断部を備え、該ガス遮断部
    の作用によって、前記複数の混合ガス層および前記複数
    の水素抽出層のうちの少なくとも一方に所定のガスを直
    列に流すガス流路を形成する、 水素生成装置。
  31. 【請求項３１】 請求項２７記載の水素生成装置であっ
    て、 前記メタルフレームは、前記積層方向を軸とする４回対
    称の外形状を有しており、 前記ガス流入口と前記ガス排出口は、該積層方向と直交
    する面内で対向する位置に形成されている、 水素ガス生成装置。
  32. 【請求項３２】 請求項２７記載の水素生成装置であっ
    て、 前記積層構造は、前記混合ガス層と前記水素抽出層との
    間でのガスのリークを防止するガスリーク防止機構とし
    て、前記混合ガス層および前記水素抽出層におけるガス
    圧力よりも圧力が高い所定のガスを流すための流路を備
    える、水素生成装置。
  33. 【請求項３３】 請求項３２記載の水素生成装置であっ
    て、 前記所定のガスは水蒸気である、水素生成装置。
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