JP2002143675A - 反応器並びに該反応器に用いる触媒及びその製造方法 - Google Patents
反応器並びに該反応器に用いる触媒及びその製造方法Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 例えば、触媒燃焼室と改質室が交互に積層さ
れた構造のプレートフィン型反応器等において、触媒燃
焼と改質の熱収支をバランスさせる。また、局所的に温
度が上昇し過ぎたり、改質に必要な熱が不足すること等
を回避する。 【解決手段】 伝熱面を触媒化したプレートフィン型反
応器等において、枚数、高さ、厚さ、形状の異なるフィ
ンを組み合わせたり、フィンに担持する触媒の担持量を
調整したり、フィンに担持する触媒の種類を変えたりす
る。
れた構造のプレートフィン型反応器等において、触媒燃
焼と改質の熱収支をバランスさせる。また、局所的に温
度が上昇し過ぎたり、改質に必要な熱が不足すること等
を回避する。 【解決手段】 伝熱面を触媒化したプレートフィン型反
応器等において、枚数、高さ、厚さ、形状の異なるフィ
ンを組み合わせたり、フィンに担持する触媒の担持量を
調整したり、フィンに担持する触媒の種類を変えたりす
る。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、一例として、炭化
水素（例えば、天然ガス、プロパンガス等）、メタノー
ル等に水蒸気を混合して改質反応を行わせ、工業用の水
素や燃料電池用の燃料となる水素を効率的に提供できる
プレートフィン型リフォーマ等の反応器、並びに該反応
器に用いる触媒及びその製造方法に関するものである。
水素（例えば、天然ガス、プロパンガス等）、メタノー
ル等に水蒸気を混合して改質反応を行わせ、工業用の水
素や燃料電池用の燃料となる水素を効率的に提供できる
プレートフィン型リフォーマ等の反応器、並びに該反応
器に用いる触媒及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は、高効率かつ環境への影響が
少ない等、従来の発電装置にはない特徴を有しており、
現在世界各国で研究開発されている。特に、天然ガスや
メタノール等を燃料とする燃料電池発電では、図２６に
示すように燃料電池８と共に改質器（リフォーマ）６が
用いられる。この改質器６は、隔壁で分離された燃焼側
通路１と改質側通路２からなり、燃焼側通路１で燃料ガ
スを触媒表面で燃焼させ、その熱で改質側通路２を加熱
し、その内部に充填された改質触媒４により改質側通路
２を流れる天然ガスやメタノール等の原料ガスを改質ガ
スに改質するようになっている。水素ガスを主成分とす
る改質ガスは、燃料電池８のアノード側に供給され、大
部分の水素が発電用に消費され、その排ガスが燃料ガス
として改質器６に供給される。燃料電池用の改質器６と
しては、一例として、改質側通路２と燃焼側通路１が平
板状のプレートフィンで構成されたプレートフィン型反
応器が提案され、既に用いられている。また、一例とし
て、図２７に示すような改質側通路１２と燃焼側通路１
１が波板状のプレートフィンで構成されたプレートフィ
ン型反応器も用いられている。
少ない等、従来の発電装置にはない特徴を有しており、
現在世界各国で研究開発されている。特に、天然ガスや
メタノール等を燃料とする燃料電池発電では、図２６に
示すように燃料電池８と共に改質器（リフォーマ）６が
用いられる。この改質器６は、隔壁で分離された燃焼側
通路１と改質側通路２からなり、燃焼側通路１で燃料ガ
スを触媒表面で燃焼させ、その熱で改質側通路２を加熱
し、その内部に充填された改質触媒４により改質側通路
２を流れる天然ガスやメタノール等の原料ガスを改質ガ
スに改質するようになっている。水素ガスを主成分とす
る改質ガスは、燃料電池８のアノード側に供給され、大
部分の水素が発電用に消費され、その排ガスが燃料ガス
として改質器６に供給される。燃料電池用の改質器６と
しては、一例として、改質側通路２と燃焼側通路１が平
板状のプレートフィンで構成されたプレートフィン型反
応器が提案され、既に用いられている。また、一例とし
て、図２７に示すような改質側通路１２と燃焼側通路１
１が波板状のプレートフィンで構成されたプレートフィ
ン型反応器も用いられている。
【０００３】このような形式のプレートフィン型反応器
を使った改質器では、燃料ガスの入口、即ち、ガス濃度
が高い部分での反応速度が大きいため、ホットスポット
を生じる。また、負荷変動があった場合、燃焼側の温度
制御が難しい。燃焼側、改質側のガス流量をタイミング
良くコントロールしないと、温度が低下したり急激に上
昇したりして水素発生量が不安定になる。また、一旦、
温度が上昇すると、改質触媒が劣化してしまう。また、
燃焼側は、燃料ガスを供給してもすぐに着火せず、燃焼
反応が生じるまで数分を要するため、起動性が悪い等の
問題があった。
を使った改質器では、燃料ガスの入口、即ち、ガス濃度
が高い部分での反応速度が大きいため、ホットスポット
を生じる。また、負荷変動があった場合、燃焼側の温度
制御が難しい。燃焼側、改質側のガス流量をタイミング
良くコントロールしないと、温度が低下したり急激に上
昇したりして水素発生量が不安定になる。また、一旦、
温度が上昇すると、改質触媒が劣化してしまう。また、
燃焼側は、燃料ガスを供給してもすぐに着火せず、燃焼
反応が生じるまで数分を要するため、起動性が悪い等の
問題があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】図２７に示すような燃
焼側通路（触媒燃焼室）１１と改質側通路（改質室）１
２が交互に積層されている構造をもつ反応器において
は、改質反応（吸熱）に必要な熱は触媒燃焼反応の反応
熱（発熱）によってまかなわれる。しかし、下記のよう
な問題点があり、触媒燃焼と改質の熱収支をバランスさ
せる必要がある。 （１） 触媒燃焼の反応速度は改質反応よりも大きい
が、改質で必要とする分だけ、発熱反応を行わせ、熱量
をバランスさせる必要がある。 （２） 反応はガス濃度が高い入口付近で反応速度が大
きく、出口に向かって反応速度が小さくなっていく。し
たがって、反応熱もガスの入口付近が大きく、出口に向
かって小さくなっていく。しかし、燃焼と改質の反応の
次数が異なると、図２８に示すように、反応率の分布が
異なってくるため、反応器全体で熱収支がとれても、局
所的に温度分布が生じる。 触媒燃焼で発生した熱を、速やかに除去しなければ、触
媒の温度が上昇し過ぎ、反応が暴走したり、触媒金属の
焼結、担体層の破壊など、触媒にダメージを与えたりす
る。また、改質に必要な熱が速やかに供給されなけれ
ば、触媒温度が低下してしまい、反応が停止するなどの
問題がある。
焼側通路（触媒燃焼室）１１と改質側通路（改質室）１
２が交互に積層されている構造をもつ反応器において
は、改質反応（吸熱）に必要な熱は触媒燃焼反応の反応
熱（発熱）によってまかなわれる。しかし、下記のよう
な問題点があり、触媒燃焼と改質の熱収支をバランスさ
せる必要がある。 （１） 触媒燃焼の反応速度は改質反応よりも大きい
が、改質で必要とする分だけ、発熱反応を行わせ、熱量
をバランスさせる必要がある。 （２） 反応はガス濃度が高い入口付近で反応速度が大
きく、出口に向かって反応速度が小さくなっていく。し
たがって、反応熱もガスの入口付近が大きく、出口に向
かって小さくなっていく。しかし、燃焼と改質の反応の
次数が異なると、図２８に示すように、反応率の分布が
異なってくるため、反応器全体で熱収支がとれても、局
所的に温度分布が生じる。 触媒燃焼で発生した熱を、速やかに除去しなければ、触
媒の温度が上昇し過ぎ、反応が暴走したり、触媒金属の
焼結、担体層の破壊など、触媒にダメージを与えたりす
る。また、改質に必要な熱が速やかに供給されなけれ
ば、触媒温度が低下してしまい、反応が停止するなどの
問題がある。
【０００５】本発明は、上記種々の欠点を解決すべくな
されたもので、例えば、プレートフィン型反応器におい
て、性状の異なる触媒化フィンを配置することにより、
反応速度を制御するようにしたものである。また、本発
明は、このような性状の異なる触媒化フィン及びその製
造方法を提供するものである。また、本発明は、上記種
々の欠点を解決すべくなされたもので、燃料ガスの反応
速度を平均化させ、温度を均一に保持できるプレートフ
ィン型反応器を提供し、より効率的に水素を生成しよう
とするものである。
されたもので、例えば、プレートフィン型反応器におい
て、性状の異なる触媒化フィンを配置することにより、
反応速度を制御するようにしたものである。また、本発
明は、このような性状の異なる触媒化フィン及びその製
造方法を提供するものである。また、本発明は、上記種
々の欠点を解決すべくなされたもので、燃料ガスの反応
速度を平均化させ、温度を均一に保持できるプレートフ
ィン型反応器を提供し、より効率的に水素を生成しよう
とするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１に記載の発明は、伝熱面を触媒化した発熱
反応側通路と吸熱反応側通路とで構成された反応器であ
って、発熱反応側通路及び吸熱反応側通路の少なくとも
いずれかの触媒を担持した伝熱面の面積を調整して、発
熱反応と吸熱反応の熱収支をバランスさせるようにした
ものである。上記発明において、請求項２に記載の発明
は、枚数、高さ、厚さ及び形状の少なくともいずれかが
異なる伝熱面の部材を組み合わせて、伝熱面に担持した
触媒の面積を調整するようにしたものである。
め、請求項１に記載の発明は、伝熱面を触媒化した発熱
反応側通路と吸熱反応側通路とで構成された反応器であ
って、発熱反応側通路及び吸熱反応側通路の少なくとも
いずれかの触媒を担持した伝熱面の面積を調整して、発
熱反応と吸熱反応の熱収支をバランスさせるようにした
ものである。上記発明において、請求項２に記載の発明
は、枚数、高さ、厚さ及び形状の少なくともいずれかが
異なる伝熱面の部材を組み合わせて、伝熱面に担持した
触媒の面積を調整するようにしたものである。
【０００７】請求項３に記載の発明は、伝熱面を触媒化
した発熱反応側通路と吸熱反応側通路とで構成された反
応器であって、発熱反応用触媒及び吸熱反応用触媒の少
なくともいずれかの担持量を調整して、発熱反応と吸熱
反応の熱収支をバランスさせるようにしたものである。
請求項４に記載の発明は、伝熱面を触媒化した発熱反応
側通路と吸熱反応側通路とで構成された反応器であっ
て、発熱反応側通路及び吸熱反応側通路の少なくともい
ずれかの伝熱面に活性の異なる触媒を担持させ、発熱反
応と吸熱反応の熱収支をバランスさせるようにしたもの
である。
した発熱反応側通路と吸熱反応側通路とで構成された反
応器であって、発熱反応用触媒及び吸熱反応用触媒の少
なくともいずれかの担持量を調整して、発熱反応と吸熱
反応の熱収支をバランスさせるようにしたものである。
請求項４に記載の発明は、伝熱面を触媒化した発熱反応
側通路と吸熱反応側通路とで構成された反応器であっ
て、発熱反応側通路及び吸熱反応側通路の少なくともい
ずれかの伝熱面に活性の異なる触媒を担持させ、発熱反
応と吸熱反応の熱収支をバランスさせるようにしたもの
である。
【０００８】また、反応器の吸熱反応側通路で吸熱反応
の代わりに除熱を行う除熱用熱媒（ガスあるいは液）を
流し、発熱反応と除熱の熱収支をバランスさせるように
しても良い。また、反応器の発熱反応側通路で発熱反応
の代わりに加熱を行う加熱用熱媒（ガスあるいは液）を
流し、吸熱反応と加熱の熱収支をバランスさせるように
しても良い。
の代わりに除熱を行う除熱用熱媒（ガスあるいは液）を
流し、発熱反応と除熱の熱収支をバランスさせるように
しても良い。また、反応器の発熱反応側通路で発熱反応
の代わりに加熱を行う加熱用熱媒（ガスあるいは液）を
流し、吸熱反応と加熱の熱収支をバランスさせるように
しても良い。
【０００９】上記発明において、反応器の吸熱反応側通
路で行われる吸熱反応は、一例として、メタノール等の
アルコールの水蒸気改質、メタンやプロパン等の炭化水
素の水蒸気改質、アセトンの脱水素等である。また、反
応器の発熱反応側通路で行われる発熱反応は、一例とし
て、水素の触媒燃焼、炭化水素やアルコールの触媒燃
焼、部分酸化、一酸化炭素の水性シフト反応、一酸化炭
素の選択酸化反応等である。また、上記発明において、
反応器の伝熱面となる部材は、一例として、波板状のフ
ィン、平板、チューブ、内部及び／又は外部にフィンを
持ったチューブ等である。
路で行われる吸熱反応は、一例として、メタノール等の
アルコールの水蒸気改質、メタンやプロパン等の炭化水
素の水蒸気改質、アセトンの脱水素等である。また、反
応器の発熱反応側通路で行われる発熱反応は、一例とし
て、水素の触媒燃焼、炭化水素やアルコールの触媒燃
焼、部分酸化、一酸化炭素の水性シフト反応、一酸化炭
素の選択酸化反応等である。また、上記発明において、
反応器の伝熱面となる部材は、一例として、波板状のフ
ィン、平板、チューブ、内部及び／又は外部にフィンを
持ったチューブ等である。
【００１０】請求項１０に記載の発明は、反応器が燃焼
側通路と改質側通路とで構成されたプレートフィン型燃
料電池用リフォーマであって、該反応器の触媒燃焼側に
活性の異なる燃焼触媒を担持させ、発熱と吸熱の熱収支
をバランスさせるようにしたものである。上記発明にお
いて、請求項１１に記載の発明は、燃焼側通路の反応器
出口付近に活性の高い貴金属系触媒を担持させ、反応器
入口付近に活性の低い酸化物系触媒を担持させたもので
ある。
側通路と改質側通路とで構成されたプレートフィン型燃
料電池用リフォーマであって、該反応器の触媒燃焼側に
活性の異なる燃焼触媒を担持させ、発熱と吸熱の熱収支
をバランスさせるようにしたものである。上記発明にお
いて、請求項１１に記載の発明は、燃焼側通路の反応器
出口付近に活性の高い貴金属系触媒を担持させ、反応器
入口付近に活性の低い酸化物系触媒を担持させたもので
ある。
【００１１】請求項１２に記載の発明は、反応器が燃焼
側通路と改質側通路とで構成されたプレートフィン型燃
料電池用リフォーマであって、燃焼側通路にある燃焼触
媒の金属担持量を調整して、発熱と吸熱の熱収支をバラ
ンスさせるようにしたものである。上記発明において、
請求項１３に記載の発明は、燃焼側通路の反応器出口付
近における燃焼触媒の金属担持量を多くし、反応器入口
付近における燃焼触媒の金属担持量を少なくしたもので
ある。
側通路と改質側通路とで構成されたプレートフィン型燃
料電池用リフォーマであって、燃焼側通路にある燃焼触
媒の金属担持量を調整して、発熱と吸熱の熱収支をバラ
ンスさせるようにしたものである。上記発明において、
請求項１３に記載の発明は、燃焼側通路の反応器出口付
近における燃焼触媒の金属担持量を多くし、反応器入口
付近における燃焼触媒の金属担持量を少なくしたもので
ある。
【００１２】請求項１４に記載の発明は、反応器が燃焼
側通路と改質側通路とで構成されたプレートフィン型燃
料電池用リフォーマであって、燃焼側通路にある燃焼触
媒を担持したフィンの面積を調整して、発熱と吸熱の熱
収支をバランスさせるようにしたものである。上記発明
において、請求項１５に記載の発明は、枚数、高さ、厚
さ及び形状の少なくともいずれかが異なるフィンを組み
合わせて、燃焼触媒の面積を調整するようにしたもので
ある。また、上記発明において、請求項１６に記載の発
明は、燃焼側通路の反応器出口付近における燃焼触媒の
面積を大きくし、反応器入口付近における燃焼触媒の面
積を小さくしたものである。
側通路と改質側通路とで構成されたプレートフィン型燃
料電池用リフォーマであって、燃焼側通路にある燃焼触
媒を担持したフィンの面積を調整して、発熱と吸熱の熱
収支をバランスさせるようにしたものである。上記発明
において、請求項１５に記載の発明は、枚数、高さ、厚
さ及び形状の少なくともいずれかが異なるフィンを組み
合わせて、燃焼触媒の面積を調整するようにしたもので
ある。また、上記発明において、請求項１６に記載の発
明は、燃焼側通路の反応器出口付近における燃焼触媒の
面積を大きくし、反応器入口付近における燃焼触媒の面
積を小さくしたものである。
【００１３】上記発明において、請求項１７に記載の発
明は、プレートフィン型燃料電池用リフォーマの燃焼側
通路と改質側通路の間に、オイル等の熱容量の大きな熱
媒を流して、温度を均一化するようにしたものである。
上記発明において、請求項１８に記載の発明は、プレー
トフィン型燃料電池用リフォーマの燃焼側通路で直接燃
焼反応させるのではなく、燃焼側通路にオイル等の熱容
量の大きな熱媒を循環させる。熱媒は蓄熱槽等で保温し
ておき、始動時にこれを反応器に送り込むことにより、
特に間欠的な使用の際の起動時間を短縮することができ
る。
明は、プレートフィン型燃料電池用リフォーマの燃焼側
通路と改質側通路の間に、オイル等の熱容量の大きな熱
媒を流して、温度を均一化するようにしたものである。
上記発明において、請求項１８に記載の発明は、プレー
トフィン型燃料電池用リフォーマの燃焼側通路で直接燃
焼反応させるのではなく、燃焼側通路にオイル等の熱容
量の大きな熱媒を循環させる。熱媒は蓄熱槽等で保温し
ておき、始動時にこれを反応器に送り込むことにより、
特に間欠的な使用の際の起動時間を短縮することができ
る。
【００１４】請求項１９に記載の発明は、伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒であって、枚数、高さ、厚さ
及び形状の少なくともいずれかが異なる伝熱面の部材を
組み合わせて、伝熱面に担持された触媒の面積を調整
し、反応速度を制御するようにしたものである。請求項
２０に記載の発明は、伝熱面を触媒化した反応器に用い
る触媒であって、伝熱面に担持する触媒の担持量を反応
速度に応じて調整するようにしたものである。請求項２
１に記載の発明は、伝熱面を触媒化した反応器に用いる
触媒であって、伝熱面に担持する触媒の種類を変えるこ
とにより、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させて反応
速度を制御するようにしたものである。
化した反応器に用いる触媒であって、枚数、高さ、厚さ
及び形状の少なくともいずれかが異なる伝熱面の部材を
組み合わせて、伝熱面に担持された触媒の面積を調整
し、反応速度を制御するようにしたものである。請求項
２０に記載の発明は、伝熱面を触媒化した反応器に用い
る触媒であって、伝熱面に担持する触媒の担持量を反応
速度に応じて調整するようにしたものである。請求項２
１に記載の発明は、伝熱面を触媒化した反応器に用いる
触媒であって、伝熱面に担持する触媒の種類を変えるこ
とにより、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させて反応
速度を制御するようにしたものである。
【００１５】請求項２２に記載の発明は、燃焼側通路と
改質側通路とで構成されたプレートフィン型反応器に用
いる触媒であって、触媒燃焼側で、枚数、高さ、厚さ及
び形状の少なくともいずれかが異なるフィンを組み合わ
せて、燃焼触媒の面積を調整するようにしたものであ
る。上記発明において、請求項２３に記載の発明は、燃
焼側通路の反応器出口付近で燃焼触媒の面積が大きくな
り、反応器入口付近で燃焼触媒の面積が小さくなるよう
に形成させたものである。
改質側通路とで構成されたプレートフィン型反応器に用
いる触媒であって、触媒燃焼側で、枚数、高さ、厚さ及
び形状の少なくともいずれかが異なるフィンを組み合わ
せて、燃焼触媒の面積を調整するようにしたものであ
る。上記発明において、請求項２３に記載の発明は、燃
焼側通路の反応器出口付近で燃焼触媒の面積が大きくな
り、反応器入口付近で燃焼触媒の面積が小さくなるよう
に形成させたものである。
【００１６】請求項２４に記載の発明は、燃焼側通路と
改質側通路とで構成されたプレートフィン型反応器に用
いる触媒であって、触媒燃焼側のフィンに担持する燃焼
触媒の金属担持量を反応速度に応じて調整するようにし
たものである。上記発明において、請求項２５に記載の
発明は、燃焼側通路の反応器出口付近で燃焼触媒の金属
担持量が多くなり、反応器入口付近で燃焼触媒の金属担
持量が少なくなるように形成させたものである。
改質側通路とで構成されたプレートフィン型反応器に用
いる触媒であって、触媒燃焼側のフィンに担持する燃焼
触媒の金属担持量を反応速度に応じて調整するようにし
たものである。上記発明において、請求項２５に記載の
発明は、燃焼側通路の反応器出口付近で燃焼触媒の金属
担持量が多くなり、反応器入口付近で燃焼触媒の金属担
持量が少なくなるように形成させたものである。
【００１７】請求項２６に記載の発明は、燃焼側通路と
改質側通路とで構成されたプレートフィン型反応器に用
いる触媒であって、触媒燃焼側のフィンに担持する燃焼
触媒の種類を変えることにより、触媒燃焼側に活性の異
なる燃焼触媒を担持させて反応速度を制御するようにし
たものである。上記発明において、請求項２７に記載の
発明は、燃焼側通路の反応器出口付近に活性の高い貴金
属系触媒が担持され、反応器入口付近に活性の低い酸化
物系触媒が担持されるようにしたものである。
改質側通路とで構成されたプレートフィン型反応器に用
いる触媒であって、触媒燃焼側のフィンに担持する燃焼
触媒の種類を変えることにより、触媒燃焼側に活性の異
なる燃焼触媒を担持させて反応速度を制御するようにし
たものである。上記発明において、請求項２７に記載の
発明は、燃焼側通路の反応器出口付近に活性の高い貴金
属系触媒が担持され、反応器入口付近に活性の低い酸化
物系触媒が担持されるようにしたものである。
【００１８】請求項２８に記載の発明は、伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法であって、枚数、
高さ、厚さ及び形状の少なくともいずれかが異なる伝熱
面の部材を組み合わせて触媒を担持した伝熱面を配置
し、反応速度に応じた触媒の面積に調整するものであ
る。
化した反応器に用いる触媒の製造方法であって、枚数、
高さ、厚さ及び形状の少なくともいずれかが異なる伝熱
面の部材を組み合わせて触媒を担持した伝熱面を配置
し、反応速度に応じた触媒の面積に調整するものであ
る。
【００１９】請求項２９に記載の発明は、伝熱面となる
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材をすべて溶液中に浸
漬させた状態から、徐々に部材を引き上げることによ
り、部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多く
するものである。また、請求項３０に記載の発明は、伝
熱面となる部材の表面に担体となる酸化層を形成させた
後、この部材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱
面に触媒を担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用い
る触媒の製造方法において、伝熱面となる部材を下端部
から徐々に溶液中に浸漬していくことにより、部材の下
部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多くするものであ
る。上記発明において、請求項３１に記載の発明は、伝
熱面となる部材の溶液中での移動を、連続的に行うか、
段階的に行うか、又は移動速度を変化させて行うもので
ある。
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材をすべて溶液中に浸
漬させた状態から、徐々に部材を引き上げることによ
り、部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多く
するものである。また、請求項３０に記載の発明は、伝
熱面となる部材の表面に担体となる酸化層を形成させた
後、この部材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱
面に触媒を担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用い
る触媒の製造方法において、伝熱面となる部材を下端部
から徐々に溶液中に浸漬していくことにより、部材の下
部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多くするものであ
る。上記発明において、請求項３１に記載の発明は、伝
熱面となる部材の溶液中での移動を、連続的に行うか、
段階的に行うか、又は移動速度を変化させて行うもので
ある。
【００２０】請求項３２に記載の発明は、伝熱面となる
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材をすべて溶液中に浸
漬させた状態から、徐々に溶液量を減らして溶液の液面
を下げていくことにより、部材の下部にいくほど伝熱面
への触媒担持量を多くするものである。請求項３３に記
載の発明は、伝熱面となる部材の表面に担体となる酸化
層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶液中
に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒化し
た反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面とな
る部材を空の容器内に設置した状態から、容器内に徐々
に溶液を供給して溶液の液面を上げていくことにより、
部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多くする
ものである。上記発明において、請求項３４に記載の発
明は、溶液の液面の調整を連続的もしくは段階的に行う
か、又は液面の移動速度を変化させて行うものである。
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材をすべて溶液中に浸
漬させた状態から、徐々に溶液量を減らして溶液の液面
を下げていくことにより、部材の下部にいくほど伝熱面
への触媒担持量を多くするものである。請求項３３に記
載の発明は、伝熱面となる部材の表面に担体となる酸化
層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶液中
に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒化し
た反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面とな
る部材を空の容器内に設置した状態から、容器内に徐々
に溶液を供給して溶液の液面を上げていくことにより、
部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多くする
ものである。上記発明において、請求項３４に記載の発
明は、溶液の液面の調整を連続的もしくは段階的に行う
か、又は液面の移動速度を変化させて行うものである。
【００２１】請求項３５に記載の発明は、伝熱面となる
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材を一方の端から途中
まで溶液に浸漬して途中まで触媒を担持し、ついで、こ
の部材を別の溶液に他方の端から浸漬して触媒を担持す
ることにより、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させる
ものである。請求項３６に記載の発明は、伝熱面となる
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材を一方の端から途中
までシール部材で被覆した後、この部材全体を溶液に浸
漬してシール部材で被覆されていない部分に触媒を担持
し、ついで、この部材からシール部材を除去した後、触
媒が担持された部分を別のシール部材で被覆し、又はそ
のままの状態で、別の溶液に浸漬して触媒を担持するこ
とにより、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させるもの
である。
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材を一方の端から途中
まで溶液に浸漬して途中まで触媒を担持し、ついで、こ
の部材を別の溶液に他方の端から浸漬して触媒を担持す
ることにより、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させる
ものである。請求項３６に記載の発明は、伝熱面となる
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材を一方の端から途中
までシール部材で被覆した後、この部材全体を溶液に浸
漬してシール部材で被覆されていない部分に触媒を担持
し、ついで、この部材からシール部材を除去した後、触
媒が担持された部分を別のシール部材で被覆し、又はそ
のままの状態で、別の溶液に浸漬して触媒を担持するこ
とにより、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させるもの
である。
【００２２】上記発明においては、別の溶液として、同
じ金属化合物で異なる濃度の溶液を用いる場合と、異な
る金属化合物の溶液を用いる場合とがある。また、上記
発明においては、２回目の担持を、１回目に触媒が担持
されている部分までとする場合、１回目の担持と重なる
部分がある場合、途中に触媒がない部分を有する担持と
する場合がある。また、上記発明において、触媒金属を
含んだ溶液を３種類以上用いることも可能である。
じ金属化合物で異なる濃度の溶液を用いる場合と、異な
る金属化合物の溶液を用いる場合とがある。また、上記
発明においては、２回目の担持を、１回目に触媒が担持
されている部分までとする場合、１回目の担持と重なる
部分がある場合、途中に触媒がない部分を有する担持と
する場合がある。また、上記発明において、触媒金属を
含んだ溶液を３種類以上用いることも可能である。
【００２３】請求項４０に記載の発明は、伝熱面となる
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を厚さに傾斜をつけて形成させ、これを溶液中に
浸漬して触媒を担持させることにより、担体層の厚さが
厚い部分ほど触媒担持量が多くなるようにして伝熱面へ
の触媒担持量を調整するものである。上記発明におい
て、請求項４１に記載の発明は、担体となる酸化層の厚
さに連続的又は段階的な傾斜をつけるものである。上記
発明において、伝熱面となる部材の表面に担体となる酸
化層を形成させる方法は、陽極酸化、溶射、高温酸化、
ウォッシュコート等があり、酸化層の厚さをこれらの条
件により調整することができる。
部材の表面に担体となる酸化層を形成させた後、この部
材を触媒金属を含んだ溶液中に浸漬して伝熱面に触媒を
担持させる伝熱面を触媒化した反応器に用いる触媒の製
造方法において、伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を厚さに傾斜をつけて形成させ、これを溶液中に
浸漬して触媒を担持させることにより、担体層の厚さが
厚い部分ほど触媒担持量が多くなるようにして伝熱面へ
の触媒担持量を調整するものである。上記発明におい
て、請求項４１に記載の発明は、担体となる酸化層の厚
さに連続的又は段階的な傾斜をつけるものである。上記
発明において、伝熱面となる部材の表面に担体となる酸
化層を形成させる方法は、陽極酸化、溶射、高温酸化、
ウォッシュコート等があり、酸化層の厚さをこれらの条
件により調整することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。すなわち、本発明の実施の形態及び後述す
る実施例では、吸熱反応としてメタノール等の水蒸気改
質、発熱反応として水素等の触媒燃焼を例にしている
が、特にこれらに限定されるわけではなく、吸熱反応と
しては、メタンやプロパン等の水蒸気改質、アセトン等
の脱水素など吸熱反応であれば何でも良く、発熱反応と
しては、メタン、メタノール等の炭化水素やアルコール
の触媒燃焼、部分酸化、一酸化炭素の水性シフト反応な
ど発熱反応であれば何でも良い。また、発熱反応と吸熱
反応の組み合わせだけでなく、発熱反応と除熱用熱媒
（ガスあるいは液）、吸熱反応と加熱用熱媒（ガスある
いは液）の組み合わせでも良い。また、触媒化した伝熱
面を形成させる部材としては、波板状のフィンや平板だ
けでなく、チューブ、内部や外部にフィンを持ったチュ
ーブなど種々の形状のものを用いることができる。ま
た、担体となる酸化層の形成方法は、アルミニウムの陽
極酸化に限定されるものではなく、セラミックスの溶
射、ステンレスの高温酸化、ウォッシュコートなど、金
属上に酸化被膜を形成させることができる方法であれば
良い。
て説明するが、本発明は下記の実施の形態に何ら限定さ
れるものではなく、適宜変更して実施することが可能な
ものである。すなわち、本発明の実施の形態及び後述す
る実施例では、吸熱反応としてメタノール等の水蒸気改
質、発熱反応として水素等の触媒燃焼を例にしている
が、特にこれらに限定されるわけではなく、吸熱反応と
しては、メタンやプロパン等の水蒸気改質、アセトン等
の脱水素など吸熱反応であれば何でも良く、発熱反応と
しては、メタン、メタノール等の炭化水素やアルコール
の触媒燃焼、部分酸化、一酸化炭素の水性シフト反応な
ど発熱反応であれば何でも良い。また、発熱反応と吸熱
反応の組み合わせだけでなく、発熱反応と除熱用熱媒
（ガスあるいは液）、吸熱反応と加熱用熱媒（ガスある
いは液）の組み合わせでも良い。また、触媒化した伝熱
面を形成させる部材としては、波板状のフィンや平板だ
けでなく、チューブ、内部や外部にフィンを持ったチュ
ーブなど種々の形状のものを用いることができる。ま
た、担体となる酸化層の形成方法は、アルミニウムの陽
極酸化に限定されるものではなく、セラミックスの溶
射、ステンレスの高温酸化、ウォッシュコートなど、金
属上に酸化被膜を形成させることができる方法であれば
良い。
【００２５】図面に基づいて本発明の第１の実施形態を
説明する。図１は、第１の実施の形態に係る伝熱面を触
媒化したプレートフィン型反応器の全体図である。同図
に示したように、プレートフィン型反応器は、燃焼側通
路１と改質側通路２とで構成され、燃焼側通路１には燃
焼触媒３が、改質側通路２には改質触媒４が、それぞれ
担持されている。燃焼側通路１において、均一な触媒を
用いた場合、燃焼排ガスの出口付近等温度の低い部分に
は燃焼触媒３の金属担持量を多くする、または白金やパ
ラジウム等の活性の高い触媒を担持する等の方法によ
り、反応速度を高め、逆に、燃料ガス入口等の温度の高
い部分には燃焼触媒３の金属担持量を少なくする、また
は酸化銅や酸化バナジウム等の活性の低い触媒を担持す
る等の方法により、反応速度を抑え、温度を均一に保
つ。
説明する。図１は、第１の実施の形態に係る伝熱面を触
媒化したプレートフィン型反応器の全体図である。同図
に示したように、プレートフィン型反応器は、燃焼側通
路１と改質側通路２とで構成され、燃焼側通路１には燃
焼触媒３が、改質側通路２には改質触媒４が、それぞれ
担持されている。燃焼側通路１において、均一な触媒を
用いた場合、燃焼排ガスの出口付近等温度の低い部分に
は燃焼触媒３の金属担持量を多くする、または白金やパ
ラジウム等の活性の高い触媒を担持する等の方法によ
り、反応速度を高め、逆に、燃料ガス入口等の温度の高
い部分には燃焼触媒３の金属担持量を少なくする、また
は酸化銅や酸化バナジウム等の活性の低い触媒を担持す
る等の方法により、反応速度を抑え、温度を均一に保
つ。
【００２６】次に図２に基づいて本発明の第２の実施形
態を説明する。同図は第２の実施の形態に係る伝熱面を
触媒化したプレートフィン型反応器の全体図で、燃焼側
通路１と改質側通路２の間にオイル等の通路５を設け、
オイル等の熱容量の大きな熱媒を流すことにより、燃焼
側通路１より熱媒が熱を受け取り温度を均一化した後、
改質側通路２へ熱を伝えることにより、改質側通路全体
の温度を均一化する。
態を説明する。同図は第２の実施の形態に係る伝熱面を
触媒化したプレートフィン型反応器の全体図で、燃焼側
通路１と改質側通路２の間にオイル等の通路５を設け、
オイル等の熱容量の大きな熱媒を流すことにより、燃焼
側通路１より熱媒が熱を受け取り温度を均一化した後、
改質側通路２へ熱を伝えることにより、改質側通路全体
の温度を均一化する。
【００２７】次に図３、図４及び図２６に基づいて本発
明の第３の実施形態を説明する。図３は第３の実施の形
態に係る伝熱面を触媒化したプレートフィン型反応器の
全体図である。同図に示したように、燃焼側通路１は燃
焼ガスを直接反応させるのではなく、オイル等の熱容量
の大きい熱媒を循環させる。熱媒の加熱は、図４に示す
ようにオフガス燃焼ボイラ等の熱媒加熱装置１０によ
る。熱媒は蓄熱槽９等で保温しておき、始動時にこれを
反応器６に送り込むことにより、特に間欠的な使用時の
起動時間を短縮する。
明の第３の実施形態を説明する。図３は第３の実施の形
態に係る伝熱面を触媒化したプレートフィン型反応器の
全体図である。同図に示したように、燃焼側通路１は燃
焼ガスを直接反応させるのではなく、オイル等の熱容量
の大きい熱媒を循環させる。熱媒の加熱は、図４に示す
ようにオフガス燃焼ボイラ等の熱媒加熱装置１０によ
る。熱媒は蓄熱槽９等で保温しておき、始動時にこれを
反応器６に送り込むことにより、特に間欠的な使用時の
起動時間を短縮する。
【００２８】図２７に示すようなプレートフィン型反応
器、すなわち、触媒燃焼室（燃焼側通路１１）と改質室
（改質側通路１２）が交互に積層された構造の反応器で
は、触媒燃焼（発熱）と改質（吸熱）の熱収支をバラン
スさせる必要があり、また、局所的に温度が上昇し過ぎ
たり、改質に必要な熱が不足すること等も回避する必要
がある。これらの課題を解決するため、本発明では、性
状の異なる触媒化フィンを配置することにより、反応速
度を制御することにしている。以下、性状の異なる触媒
化フィンの形態及びそれらの製造方法について説明す
る。
器、すなわち、触媒燃焼室（燃焼側通路１１）と改質室
（改質側通路１２）が交互に積層された構造の反応器で
は、触媒燃焼（発熱）と改質（吸熱）の熱収支をバラン
スさせる必要があり、また、局所的に温度が上昇し過ぎ
たり、改質に必要な熱が不足すること等も回避する必要
がある。これらの課題を解決するため、本発明では、性
状の異なる触媒化フィンを配置することにより、反応速
度を制御することにしている。以下、性状の異なる触媒
化フィンの形態及びそれらの製造方法について説明す
る。
【００２９】（１） フィンの形状等を変える（図５〜
図８）。 枚数、高さ、厚さ、形状等の異なるフィンを組み合わせ
る。例えば、触媒燃焼の反応速度が大きい場合はフィン
の枚数を少なく、高さを低くする、あるいは形状の違う
フィンにより、触媒の面積を調整し、改質との反応速度
をバランスさせる。フィンの形状としては、ストレート
型、ヘリングボーン型、セレート型等がある。図５、図
６には、燃焼触媒１３と改質触媒１４のフィン枚数を変
えた場合の例を示している。図７、図８は、改質器（プ
レートフィン型反応器）１６を上から見た断面図であ
り、図７は反応速度が大きい入口側のフィン１８の枚数
を少なくしたものであり、図８は反応速度が小さい出口
側に形状の異なるフィン２０を配置して触媒の面積が大
きくなるようにしたものである。
図８）。 枚数、高さ、厚さ、形状等の異なるフィンを組み合わせ
る。例えば、触媒燃焼の反応速度が大きい場合はフィン
の枚数を少なく、高さを低くする、あるいは形状の違う
フィンにより、触媒の面積を調整し、改質との反応速度
をバランスさせる。フィンの形状としては、ストレート
型、ヘリングボーン型、セレート型等がある。図５、図
６には、燃焼触媒１３と改質触媒１４のフィン枚数を変
えた場合の例を示している。図７、図８は、改質器（プ
レートフィン型反応器）１６を上から見た断面図であ
り、図７は反応速度が大きい入口側のフィン１８の枚数
を少なくしたものであり、図８は反応速度が小さい出口
側に形状の異なるフィン２０を配置して触媒の面積が大
きくなるようにしたものである。
【００３０】（２） 触媒の担持量を変える。 反応速度に応じて、フィンに担持する触媒の担持量に差
をつけ、反応速度を調節する。あるいは、触媒担持量の
異なるフィンを並べる。 （３） 触媒の種類を変える。 改質器の性能は、改質触媒の性能に左右されるため、改
質触媒はできるだけ性能が高く触媒量が大きい方が望ま
しい。一方、触媒燃焼は改質反応より反応速度が大きい
ため、燃焼触媒量で熱バランスをとる方が望ましい。Ｐ
ｔ、Ｐｄ等の貴金属は着火温度が低く活性が高いが高コ
ストである。一方、ＮｉＯ、Ｃｏ2Ｏ3、ＣｕＯ等の酸化
物系触媒は、着火温度が高く活性も低いが低コストであ
る。必要十分な活性であれば低コストの触媒の方が望ま
しい。これらの触媒を組み合わせることにより、反応速
度を調整する。図９は、反応器１６の燃焼側通路を上か
ら見た断面図であり、活性の異なる触媒化フィンの配置
の例を示している。図９では、酸化物系触媒を担持した
フィン２６を中心に配置し、反応速度が低下してくる出
口付近にＰｔ担持量の多いフィン２２を、すぐに着火す
る必要があるがそれほど大きい活性が必要でない入口付
近にＰｔ担持量の少ないフィン２４を配置している。
をつけ、反応速度を調節する。あるいは、触媒担持量の
異なるフィンを並べる。 （３） 触媒の種類を変える。 改質器の性能は、改質触媒の性能に左右されるため、改
質触媒はできるだけ性能が高く触媒量が大きい方が望ま
しい。一方、触媒燃焼は改質反応より反応速度が大きい
ため、燃焼触媒量で熱バランスをとる方が望ましい。Ｐ
ｔ、Ｐｄ等の貴金属は着火温度が低く活性が高いが高コ
ストである。一方、ＮｉＯ、Ｃｏ2Ｏ3、ＣｕＯ等の酸化
物系触媒は、着火温度が高く活性も低いが低コストであ
る。必要十分な活性であれば低コストの触媒の方が望ま
しい。これらの触媒を組み合わせることにより、反応速
度を調整する。図９は、反応器１６の燃焼側通路を上か
ら見た断面図であり、活性の異なる触媒化フィンの配置
の例を示している。図９では、酸化物系触媒を担持した
フィン２６を中心に配置し、反応速度が低下してくる出
口付近にＰｔ担持量の多いフィン２２を、すぐに着火す
る必要があるがそれほど大きい活性が必要でない入口付
近にＰｔ担持量の少ないフィン２４を配置している。
【００３１】（４） 担持量、触媒種類の調整法 フィンへの触媒担持は、フィン表面に担体となる酸化層
を形成しておき、触媒金属を含んだ水溶液あるいは有機
溶媒溶液に、フィンを浸漬して担持することができる。
浸漬時間が長い方が触媒の担持量が大きくなる。 フィンを徐々に引き上げる、あるいは徐々に沈めて
いく。 図１０、図１１のように、まず、フィン２８をすべて溶
液中に浸漬しておき、徐々にフィン２８を引き上げるこ
とにより、あるいは逆に、フィン２８の端から徐々に溶
液中に浸漬していくことにより、フィン２８の下部の方
が浸漬時間が長くなるので触媒担持量が多くなる。３０
は金属塩溶液が入った容器である。フィンの移動は連続
的あるいは段階的でも良い。また、途中で移動速度が変
わっても良い。
を形成しておき、触媒金属を含んだ水溶液あるいは有機
溶媒溶液に、フィンを浸漬して担持することができる。
浸漬時間が長い方が触媒の担持量が大きくなる。 フィンを徐々に引き上げる、あるいは徐々に沈めて
いく。 図１０、図１１のように、まず、フィン２８をすべて溶
液中に浸漬しておき、徐々にフィン２８を引き上げるこ
とにより、あるいは逆に、フィン２８の端から徐々に溶
液中に浸漬していくことにより、フィン２８の下部の方
が浸漬時間が長くなるので触媒担持量が多くなる。３０
は金属塩溶液が入った容器である。フィンの移動は連続
的あるいは段階的でも良い。また、途中で移動速度が変
わっても良い。
【００３２】 触媒金属を含んだ溶液の液面を制御す
る。 図１２、図１３のように、容器３０内にフィン２８を設
置し、金属塩溶液を徐々に入れていく。あるいは、図１
４、図１５のように、最初に溶液を容器３０内に満たし
て、フィン２８をすべて浸漬しておき、徐々に溶液量を
減らして、液面を下げていく。このようにすると、フィ
ン２８の下部の方が浸漬時間が長くなるので触媒担持量
が多くなる。液面の調整は連続的であっても、段階的で
あっても良い。また、液面の移動速度が変わってもよ
い。
る。 図１２、図１３のように、容器３０内にフィン２８を設
置し、金属塩溶液を徐々に入れていく。あるいは、図１
４、図１５のように、最初に溶液を容器３０内に満たし
て、フィン２８をすべて浸漬しておき、徐々に溶液量を
減らして、液面を下げていく。このようにすると、フィ
ン２８の下部の方が浸漬時間が長くなるので触媒担持量
が多くなる。液面の調整は連続的であっても、段階的で
あっても良い。また、液面の移動速度が変わってもよ
い。
【００３３】 濃度の異なる溶液やゾルに浸漬する。 図１６のように、まず、フィン２８を片方の端から途中
まで金属塩溶液（溶液Ａ）に浸漬して、途中まで触媒
（触媒Ａ）を担持する。次に、図１７のように、別の組
成の溶液（溶液Ｂ）に、フィン２８を別の端から浸漬す
ることにより触媒Ｂを担持する。あるいは、フィンの片
方をシールテープ等で被覆しておき、第１の溶液に全体
を浸漬した後、第１の溶液に浸漬した部分をシールして
第２の溶液に浸漬しても良い。溶液の種類は３種類以上
でも良い。別の溶液は、同じ金属化合物で異なる濃度の
溶液、あるいは別の金属化合物の溶液でも良い。また、
２回目の担持は１回目に触媒が担持されている部分まで
でも良いし、１回目の担持と重なる部分があっても良
い。また、途中で触媒のない部分があっても良い。
まで金属塩溶液（溶液Ａ）に浸漬して、途中まで触媒
（触媒Ａ）を担持する。次に、図１７のように、別の組
成の溶液（溶液Ｂ）に、フィン２８を別の端から浸漬す
ることにより触媒Ｂを担持する。あるいは、フィンの片
方をシールテープ等で被覆しておき、第１の溶液に全体
を浸漬した後、第１の溶液に浸漬した部分をシールして
第２の溶液に浸漬しても良い。溶液の種類は３種類以上
でも良い。別の溶液は、同じ金属化合物で異なる濃度の
溶液、あるいは別の金属化合物の溶液でも良い。また、
２回目の担持は１回目に触媒が担持されている部分まで
でも良いし、１回目の担持と重なる部分があっても良
い。また、途中で触媒のない部分があっても良い。
【００３４】 担持層の厚さを変える、陽極酸化条件
の異なる板を使う。 担体層の厚さが厚い方が、フィンの面積当たりの触媒担
持量は大きくなる。そこで、フィン表面の酸化被膜の厚
さに傾斜をつけておき、金属塩溶液に浸漬する。酸化被
膜の形成方法は、陽極酸化、溶射、高温酸化、ウォッシ
ュコート等の方法があり、酸化被膜の厚さはこれらの条
件により調整できる。図１８、図１９は、酸化被膜の厚
さに傾斜をつけた基板金属３２上に触媒を担持して触媒
担持量を調整したものであり、図１８では触媒層３４が
段階的に、図１９では触媒層３４が連続的に傾斜してい
る。
の異なる板を使う。 担体層の厚さが厚い方が、フィンの面積当たりの触媒担
持量は大きくなる。そこで、フィン表面の酸化被膜の厚
さに傾斜をつけておき、金属塩溶液に浸漬する。酸化被
膜の形成方法は、陽極酸化、溶射、高温酸化、ウォッシ
ュコート等の方法があり、酸化被膜の厚さはこれらの条
件により調整できる。図１８、図１９は、酸化被膜の厚
さに傾斜をつけた基板金属３２上に触媒を担持して触媒
担持量を調整したものであり、図１８では触媒層３４が
段階的に、図１９では触媒層３４が連続的に傾斜してい
る。
【００３５】
【実施例】つぎに、本発明の実施例等について説明す
る。 （１） 形状の異なるフィンの調製 下記のアルミニウム製フィンを用意した。なお、フィン
の寸法の計測箇所は、図２０、図２１のフィン３６で説
明した通りである。 フィンＡ：厚さ０．６mm、高さ６mm、ピッチ１．４mm、
ストレート型 フィンＢ：厚さ０．３mm、高さ３mm、ピッチ１．４mm、
ストレート型 フィンＣ：厚さ０．３mm、高さ１１mm、ピッチ２．１m
m、ストレート型 フィンＤ：厚さ０．３mm、高さ６mm、ピッチ１．４mm、
セレート型 フィンＥ：厚さ０．３mm、高さ６mm、ピッチ２．１mm、
ストレート型 フィンＦ：厚さ０．３mm、高さ６mm、ピッチ４mm、スト
レート型 これらを、それぞれ２０℃の４wt％シュウ酸水溶液中
で、電流密度２５A／m2の直流電流で陽極酸化した。こ
れを乾燥した後、空気中で３５０℃にて１時間焼成し
た。次に、これを８０℃の水中に１時間浸漬した後、空
気中で４００℃にて３時間焼成した。次に、塩化白金酸
六水和物１mmol／L水溶液中に、これらの陽極酸化フィ
ンを浸漬し、室温から昇温速度１℃／minで８０℃まで
昇温し、１時間一定に保った後、取り出した。これを一
昼夜、室温で乾燥後、空気中で４００℃にて３時間焼成
して、燃焼触媒とした。
る。 （１） 形状の異なるフィンの調製 下記のアルミニウム製フィンを用意した。なお、フィン
の寸法の計測箇所は、図２０、図２１のフィン３６で説
明した通りである。 フィンＡ：厚さ０．６mm、高さ６mm、ピッチ１．４mm、
ストレート型 フィンＢ：厚さ０．３mm、高さ３mm、ピッチ１．４mm、
ストレート型 フィンＣ：厚さ０．３mm、高さ１１mm、ピッチ２．１m
m、ストレート型 フィンＤ：厚さ０．３mm、高さ６mm、ピッチ１．４mm、
セレート型 フィンＥ：厚さ０．３mm、高さ６mm、ピッチ２．１mm、
ストレート型 フィンＦ：厚さ０．３mm、高さ６mm、ピッチ４mm、スト
レート型 これらを、それぞれ２０℃の４wt％シュウ酸水溶液中
で、電流密度２５A／m2の直流電流で陽極酸化した。こ
れを乾燥した後、空気中で３５０℃にて１時間焼成し
た。次に、これを８０℃の水中に１時間浸漬した後、空
気中で４００℃にて３時間焼成した。次に、塩化白金酸
六水和物１mmol／L水溶液中に、これらの陽極酸化フィ
ンを浸漬し、室温から昇温速度１℃／minで８０℃まで
昇温し、１時間一定に保った後、取り出した。これを一
昼夜、室温で乾燥後、空気中で４００℃にて３時間焼成
して、燃焼触媒とした。
【００３６】（２） 担持量に分布をつけた触媒の調製
（連続）（図１０、図１１） 塩化白金酸六水和物を蒸留水に溶解し、１mmol／Lの水
溶液を調製した。これにアンモニア水を添加し、pH１１
に調整した。この溶液を８０℃に昇温した後、長さ３０
cmの基板フィンＡ全体を溶液中に浸漬した。浸漬してか
ら１０分後、１cm／minの速度でフィンＡを徐々に引き
上げた。これを室温にて乾燥した後、空気中で４００℃
にて３時間焼成して燃焼触媒とした。長さ方向の白金担
持量の分布を下記に示す。
（連続）（図１０、図１１） 塩化白金酸六水和物を蒸留水に溶解し、１mmol／Lの水
溶液を調製した。これにアンモニア水を添加し、pH１１
に調整した。この溶液を８０℃に昇温した後、長さ３０
cmの基板フィンＡ全体を溶液中に浸漬した。浸漬してか
ら１０分後、１cm／minの速度でフィンＡを徐々に引き
上げた。これを室温にて乾燥した後、空気中で４００℃
にて３時間焼成して燃焼触媒とした。長さ方向の白金担
持量の分布を下記に示す。
【００３７】（３） 担持量に分布をつけた触媒の調製
（段階的）（図１０、図１１） 塩化白金酸六水和物を蒸留水に溶解し、１mmol／Lの水
溶液を調製した。これにアンモニア水を添加し、pH１１
に調整した。この溶液を８０℃に昇温した後、長さ３０
cmの基板フィンＡ全体を溶液中に浸漬した。浸漬してか
ら１０分後に１０cm、２０分後にさらに１０cm、６０分
後に全体を引き上げた。これを室温にて乾燥した後、空
気中で４００℃にて３時間焼成して燃焼触媒とした。長
さ方向の白金担持量の分布を下記に示す。
（段階的）（図１０、図１１） 塩化白金酸六水和物を蒸留水に溶解し、１mmol／Lの水
溶液を調製した。これにアンモニア水を添加し、pH１１
に調整した。この溶液を８０℃に昇温した後、長さ３０
cmの基板フィンＡ全体を溶液中に浸漬した。浸漬してか
ら１０分後に１０cm、２０分後にさらに１０cm、６０分
後に全体を引き上げた。これを室温にて乾燥した後、空
気中で４００℃にて３時間焼成して燃焼触媒とした。長
さ方向の白金担持量の分布を下記に示す。
【００３８】（４） 種類の異なる触媒の担持（図１
６、図１７） 塩化白金酸六水和物を蒸留水に溶解し、１mmol／Lの水
溶液を調製した。これにアンモニア水を添加し、pH１１
に調整した。この溶液を８０℃に昇温した後、長さ２０
cmの基板フィンＤの端から５cmを溶液に浸漬し、６０分
後に全体を引き上げた。次に、酢酸コバルト０．１mol
／L水溶液中に、基板フィンＤの白金溶液に浸漬した反
対の端から１５cmを浸漬し、室温から昇温速度１℃／mi
nで８０℃まで昇温し、１時間一定に保った後、取り出
した。これを一昼夜、室温で乾燥後、空気中で４００℃
にて３時間焼成して、燃焼触媒とした。白金水溶液に浸
漬した部分のＰｔ担持量は０．５０g／m2、コバルト水
溶液に浸漬した部分のＣｏ担持量は３．３g／m2であっ
た。
６、図１７） 塩化白金酸六水和物を蒸留水に溶解し、１mmol／Lの水
溶液を調製した。これにアンモニア水を添加し、pH１１
に調整した。この溶液を８０℃に昇温した後、長さ２０
cmの基板フィンＤの端から５cmを溶液に浸漬し、６０分
後に全体を引き上げた。次に、酢酸コバルト０．１mol
／L水溶液中に、基板フィンＤの白金溶液に浸漬した反
対の端から１５cmを浸漬し、室温から昇温速度１℃／mi
nで８０℃まで昇温し、１時間一定に保った後、取り出
した。これを一昼夜、室温で乾燥後、空気中で４００℃
にて３時間焼成して、燃焼触媒とした。白金水溶液に浸
漬した部分のＰｔ担持量は０．５０g／m2、コバルト水
溶液に浸漬した部分のＣｏ担持量は３．３g／m2であっ
た。
【００３９】（５） 担持量に分布をつけた触媒の調製
（図１２〜図１５） 酢酸パラジウムをアセトンに溶解し、０．００２mo
l／Lに調製した。この溶液に長さ３０cmの基板フィンＡ
を長さ方向を上下方向にして全体を浸漬した。１時間後
に溶液を排出し液面がフィンの上端から５cmに、５時間
後にも溶液を排出し液面がフィンの上端から１０cmにな
るように調整し、２４時間後に溶液をすべて排出した。
このフィンを室温で乾燥した後、空気中で４００℃にて
３時間焼成することにより燃焼触媒とした（図１４、図
１５）。 また、容器に長さ３０cmの基板フィンＡを長さ方向
を上下方向にして設置した。ここに、酢酸パラジウムを
アセトンに溶解して０．００２mol／Lに調製した溶液を
加え、液面がフィンの下端から２０cmになるように調整
した。１９時間後、液面がフィンの下端から２５cmにな
るように溶液を追加した。さらに２３時間後、フィン全
体が浸漬されるように溶液を追加した。２４時間後、フ
ィンを取り出し、室温で乾燥した後、空気中で４００℃
にて３時間焼成することにより燃焼触媒とした（図１
２、図１３）。 、の場合の長さ方向のパラジウム担持量の分布を下
記に示す。
（図１２〜図１５） 酢酸パラジウムをアセトンに溶解し、０．００２mo
l／Lに調製した。この溶液に長さ３０cmの基板フィンＡ
を長さ方向を上下方向にして全体を浸漬した。１時間後
に溶液を排出し液面がフィンの上端から５cmに、５時間
後にも溶液を排出し液面がフィンの上端から１０cmにな
るように調整し、２４時間後に溶液をすべて排出した。
このフィンを室温で乾燥した後、空気中で４００℃にて
３時間焼成することにより燃焼触媒とした（図１４、図
１５）。 また、容器に長さ３０cmの基板フィンＡを長さ方向
を上下方向にして設置した。ここに、酢酸パラジウムを
アセトンに溶解して０．００２mol／Lに調製した溶液を
加え、液面がフィンの下端から２０cmになるように調整
した。１９時間後、液面がフィンの下端から２５cmにな
るように溶液を追加した。さらに２３時間後、フィン全
体が浸漬されるように溶液を追加した。２４時間後、フ
ィンを取り出し、室温で乾燥した後、空気中で４００℃
にて３時間焼成することにより燃焼触媒とした（図１
２、図１３）。 、の場合の長さ方向のパラジウム担持量の分布を下
記に示す。
【００４０】（６） 触媒層の厚さの異なる触媒の調製
（図１８） 長さ３０cmの基板フィンＡを、長さ方向を上下方向に、
２０℃の４wt％シュウ酸水溶液中に２０cm浸漬し、電流
密度２５A／m2の直流電流で１６時間陽極酸化した。次
に、このフィンの上下を逆にし、フィンを１０cmシュウ
酸水溶液中に浸漬し、電流密度１５A／m2の直流電流で
８時間陽極酸化を行った。このフィンを空気中で３５０
℃にて１時間焼成した。次に、これを８０℃の水中に浸
漬した後、空気中で４００℃にて３時間焼成した。この
フィンを０．００２mol／Lの酢酸パラジウム／アセトン
溶液に２４時間浸漬してパラジウムを担持させた。これ
を４００℃にて３時間焼成して燃焼触媒とした。酸化層
の厚さ及びパラジウム担持量は、２５A／m2で陽極酸化
した部分はそれぞれ５５μm、３．４g／m2、１５A／m2
で陽極酸化した部分はそれぞれ２８μm、２．８g／m2で
あった。
（図１８） 長さ３０cmの基板フィンＡを、長さ方向を上下方向に、
２０℃の４wt％シュウ酸水溶液中に２０cm浸漬し、電流
密度２５A／m2の直流電流で１６時間陽極酸化した。次
に、このフィンの上下を逆にし、フィンを１０cmシュウ
酸水溶液中に浸漬し、電流密度１５A／m2の直流電流で
８時間陽極酸化を行った。このフィンを空気中で３５０
℃にて１時間焼成した。次に、これを８０℃の水中に浸
漬した後、空気中で４００℃にて３時間焼成した。この
フィンを０．００２mol／Lの酢酸パラジウム／アセトン
溶液に２４時間浸漬してパラジウムを担持させた。これ
を４００℃にて３時間焼成して燃焼触媒とした。酸化層
の厚さ及びパラジウム担持量は、２５A／m2で陽極酸化
した部分はそれぞれ５５μm、３．４g／m2、１５A／m2
で陽極酸化した部分はそれぞれ２８μm、２．８g／m2で
あった。
【００４１】（７） 反応器 基板フィンＡを酢酸銅０．１mol／L水溶液中に浸漬し、
室温から昇温速度１℃／minで８０℃まで昇温し、１時
間一定に保った後、取り出した。これを一昼夜、室温で
乾燥後、空気中で４００℃にて３時間焼成して、メタノ
ール水蒸気改質触媒とした。
室温から昇温速度１℃／minで８０℃まで昇温し、１時
間一定に保った後、取り出した。これを一昼夜、室温で
乾燥後、空気中で４００℃にて３時間焼成して、メタノ
ール水蒸気改質触媒とした。
【００４２】反応器１（比較例） このフィンと上記の（１）で調製した触媒化フィンＣと
を交互に積層し反応器を作成した。改質側には水蒸気と
メタノールガスを、触媒燃焼側には水素と空気を流し、
水蒸気改質と触媒燃焼を同時に行った。触媒酸化層と改
質層のガス温度分布を図２２に示す。反応器入口付近の
温度が極端に高く、出口付近は低くなる。ガス流通開始
直後はメタノールはほぼ１００％反応していたが、１０
０時間運転後には８０％に低下した。また、燃焼側に触
媒化フィンＢを用いた場合も、温度上昇はフィンＣの場
合より小さいものの同様な傾向であった。
を交互に積層し反応器を作成した。改質側には水蒸気と
メタノールガスを、触媒燃焼側には水素と空気を流し、
水蒸気改質と触媒燃焼を同時に行った。触媒酸化層と改
質層のガス温度分布を図２２に示す。反応器入口付近の
温度が極端に高く、出口付近は低くなる。ガス流通開始
直後はメタノールはほぼ１００％反応していたが、１０
０時間運転後には８０％に低下した。また、燃焼側に触
媒化フィンＢを用いた場合も、温度上昇はフィンＣの場
合より小さいものの同様な傾向であった。
【００４３】反応器２ 反応器１のフィンＣの代わりに（１）で調製した長さ１
０cmの触媒化フィンＦ、フィンＥ、フィンＤをそれぞれ
燃焼ガスの入口から順に配置した。触媒酸化層と改質層
のガス温度分布は図２３のようになり、反応器１より最
高温度は低くなった。
０cmの触媒化フィンＦ、フィンＥ、フィンＤをそれぞれ
燃焼ガスの入口から順に配置した。触媒酸化層と改質層
のガス温度分布は図２３のようになり、反応器１より最
高温度は低くなった。
【００４４】反応器３ 燃焼側に（３）で調製した触媒化フィンＡをＰｔ担持量
が少ない側をガス入口に配置して反応器を作成した。水
蒸気改質と触媒燃焼を同時に行ったときのそれぞれの層
の温度分布を図２４に示す。触媒燃焼側を活性の異なる
触媒化フィンで構成した場合は、温度の上昇が小さくな
った。１００時間運転後も活性の低下はほとんどなかっ
た。また、燃焼側に（２）、（５）又は（６）で調製し
た触媒を担持量の少ない方をガス入口側に配置した場合
もほぼ同様な結果であった。
が少ない側をガス入口に配置して反応器を作成した。水
蒸気改質と触媒燃焼を同時に行ったときのそれぞれの層
の温度分布を図２４に示す。触媒燃焼側を活性の異なる
触媒化フィンで構成した場合は、温度の上昇が小さくな
った。１００時間運転後も活性の低下はほとんどなかっ
た。また、燃焼側に（２）、（５）又は（６）で調製し
た触媒を担持量の少ない方をガス入口側に配置した場合
もほぼ同様な結果であった。
【００４５】反応器４ 燃焼側に（１）で調製した長さ１０cmの触媒化フィンＦ
をガス入口に配置し、（４）で調製した触媒化フィンを
Ｃｏを担持した側をガスの入口方向に配置して反応器を
作成した。水蒸気改質と触媒燃焼を同時に行ったときの
それぞれの層の温度分布を図２５に示す。温度分布が小
さく、１００時間運転後も活性の低下はほとんどなかっ
た。
をガス入口に配置し、（４）で調製した触媒化フィンを
Ｃｏを担持した側をガスの入口方向に配置して反応器を
作成した。水蒸気改質と触媒燃焼を同時に行ったときの
それぞれの層の温度分布を図２５に示す。温度分布が小
さく、１００時間運転後も活性の低下はほとんどなかっ
た。
【００４６】
【発明の効果】本発明は上記のように構成されているの
で、つぎのような効果を奏する。 （１） プレートフィン型反応器等において、性状の異
なる触媒化フィンを配置することにより、反応速度を制
御することができ、例えば、触媒燃焼室と改質室が交互
に積層された構造の反応器では、触媒燃焼と改質の熱収
支をバランスさせることができ、しかも、局所的に温度
が上昇し過ぎたり、改質に必要な熱が不足すること等も
防止できる。 （２） 枚数、高さ、厚さ、形状の異なるフィンを組み
合わせたり、フィンに担持する触媒の担持量を調整した
り、フィンに担持する触媒の種類を変えたりすること等
により、性状の異なる触媒化フィンを容易に調製するこ
とができる。
で、つぎのような効果を奏する。 （１） プレートフィン型反応器等において、性状の異
なる触媒化フィンを配置することにより、反応速度を制
御することができ、例えば、触媒燃焼室と改質室が交互
に積層された構造の反応器では、触媒燃焼と改質の熱収
支をバランスさせることができ、しかも、局所的に温度
が上昇し過ぎたり、改質に必要な熱が不足すること等も
防止できる。 （２） 枚数、高さ、厚さ、形状の異なるフィンを組み
合わせたり、フィンに担持する触媒の担持量を調整した
り、フィンに担持する触媒の種類を変えたりすること等
により、性状の異なる触媒化フィンを容易に調製するこ
とができる。
【００４７】（３） プレートフィン型燃料電池用リフ
ォーマ等において、触媒燃焼側通路に活性の異なる燃焼
触媒を担持することにより、ガス濃度の異なる部分での
反応速度を平均化し、温度を均一化しホットスポットが
生じるのを防ぐことができる。 （４） プレートフィン型燃料電池用リフォーマ等にお
いて、負荷変動があった場合でも、燃焼側通路と改質側
通路の間にオイル等の熱容量の大きい熱媒を流すことに
より燃焼側通路の温度制御を容易にし、温度の急激な変
化を防ぐことができる。 （５） プレートフィン型燃料電池用リフォーマ等にお
いて、燃焼側通路で直接燃焼反応させるのではなく、燃
焼側通路にオイル等の熱容量の大きな熱媒を循環させる
場合は、間欠的な使用時においても、熱媒を保温してお
き、始動時にこれを反応器に送り込むことにより瞬時に
起動させることができる。
ォーマ等において、触媒燃焼側通路に活性の異なる燃焼
触媒を担持することにより、ガス濃度の異なる部分での
反応速度を平均化し、温度を均一化しホットスポットが
生じるのを防ぐことができる。 （４） プレートフィン型燃料電池用リフォーマ等にお
いて、負荷変動があった場合でも、燃焼側通路と改質側
通路の間にオイル等の熱容量の大きい熱媒を流すことに
より燃焼側通路の温度制御を容易にし、温度の急激な変
化を防ぐことができる。 （５） プレートフィン型燃料電池用リフォーマ等にお
いて、燃焼側通路で直接燃焼反応させるのではなく、燃
焼側通路にオイル等の熱容量の大きな熱媒を循環させる
場合は、間欠的な使用時においても、熱媒を保温してお
き、始動時にこれを反応器に送り込むことにより瞬時に
起動させることができる。
【図１】本発明による第１の実施の形態であるプレート
フィン型反応器の断面説明図である。
フィン型反応器の断面説明図である。
【図２】本発明による第２の実施の形態であるプレート
フィン型反応器の断面説明図である。
フィン型反応器の断面説明図である。
【図３】本発明による第３の実施の形態であるプレート
フィン型反応器の断面説明図である。
フィン型反応器の断面説明図である。
【図４】本発明による第３の実施の形態での燃料電池と
改質器の組み合わせを示すフロー構成図である。
改質器の組み合わせを示すフロー構成図である。
【図５】本発明による第４の実施の形態での燃焼触媒と
改質触媒のフィン枚数を変えた場合の斜視図の一例であ
る。
改質触媒のフィン枚数を変えた場合の斜視図の一例であ
る。
【図６】本発明による第４の実施の形態での燃焼触媒と
改質触媒のフィン枚数を変えた場合の斜視図の他の例で
ある。
改質触媒のフィン枚数を変えた場合の斜視図の他の例で
ある。
【図７】本発明による第４の実施の形態でのフィン枚数
を変えた場合の例を示す反応器上面からの断面図であ
る。
を変えた場合の例を示す反応器上面からの断面図であ
る。
【図８】本発明による第４の実施の形態でのフィン形状
を変えた場合の例を示す反応器上面からの断面図であ
る。
を変えた場合の例を示す反応器上面からの断面図であ
る。
【図９】本発明による第５の実施の形態での活性の異な
る触媒化フィンの配置の例を示す反応器上面からの断面
図である。
る触媒化フィンの配置の例を示す反応器上面からの断面
図である。
【図１０】本発明による第６の実施の形態での触媒担持
量に分布をつける調製法の一例（フィンを移動させる場
合）を示す説明図である。
量に分布をつける調製法の一例（フィンを移動させる場
合）を示す説明図である。
【図１１】本発明による第６の実施の形態での触媒担持
量に分布をつける調製法の一例（フィンを移動させる場
合）を示す説明図である。
量に分布をつける調製法の一例（フィンを移動させる場
合）を示す説明図である。
【図１２】本発明による第６の実施の形態での触媒担持
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の補給により液
面を変化させる場合）を示す説明図である。
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の補給により液
面を変化させる場合）を示す説明図である。
【図１３】本発明による第６の実施の形態での触媒担持
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の補給により液
面を変化させる場合）を示す説明図である。
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の補給により液
面を変化させる場合）を示す説明図である。
【図１４】本発明による第６の実施の形態での触媒担持
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の抜出しにより
液面を変化させる場合）を示す説明図である。
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の抜出しにより
液面を変化させる場合）を示す説明図である。
【図１５】本発明による第６の実施の形態での触媒担持
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の抜出しにより
液面を変化させる場合）を示す説明図である。
量に分布をつける調製法の他の例（溶液の抜出しにより
液面を変化させる場合）を示す説明図である。
【図１６】本発明による第７の実施の形態での１枚のフ
ィンに触媒担持量の分布をつける、あるいは異なる触媒
を担持する調製法の例を示す説明図である。
ィンに触媒担持量の分布をつける、あるいは異なる触媒
を担持する調製法の例を示す説明図である。
【図１７】本発明による第７の実施の形態での１枚のフ
ィンに触媒担持量の分布をつける、あるいは異なる触媒
を担持する調製法の例を示す説明図である。
ィンに触媒担持量の分布をつける、あるいは異なる触媒
を担持する調製法の例を示す説明図である。
【図１８】本発明による第８の実施の形態での触媒担持
量に分布をつけた状態の一例を示す断面図である。
量に分布をつけた状態の一例を示す断面図である。
【図１９】本発明による第８の実施の形態での触媒担持
量に分布をつけた状態の他の例を示す断面図である。
量に分布をつけた状態の他の例を示す断面図である。
【図２０】本発明の実施例でのフィンの寸法の計測箇所
を説明する斜視図である。
を説明する斜視図である。
【図２１】図２０のａで囲まれた部分の側面拡大図であ
る。
る。
【図２２】反応器１（比較例）のガス流れ方向の温度分
布を示すグラフである。
布を示すグラフである。
【図２３】本発明の実施例での反応器２のガス流れ方向
の温度分布を示すグラフである。
の温度分布を示すグラフである。
【図２４】本発明の実施例での反応器３のガス流れ方向
の温度分布を示すグラフである。
の温度分布を示すグラフである。
【図２５】本発明の実施例での反応器４のガス流れ方向
の温度分布を示すグラフである。
の温度分布を示すグラフである。
【図２６】従来の燃料電池と改質器の組み合わせを示す
フロー構成図である。
フロー構成図である。
【図２７】プレートフィン型反応器における触媒燃焼室
と改質室が交互に積層された構造を示す斜視図である。
と改質室が交互に積層された構造を示す斜視図である。
【図２８】従来のプレートフィン型反応器におけるガス
流れ方向の反応率、反応熱、温度の分布を示すグラフで
ある。
流れ方向の反応率、反応熱、温度の分布を示すグラフで
ある。
１、１１ 燃焼側通路 ２、１２ 改質側通路 ３、１３ 燃焼触媒 ４、１４ 改質触媒 ５ オイル等の通路 ６、１６ 改質器（プレートフィン型反応器） ７ 蒸発器 ８ 燃料電池 ９ 蓄熱槽（オイルタンク） １０ 熱媒加熱装置 １８、２０、２２、２４、２６、２８、３６ フィン ３０ 容器 ３２ 基板金属 ３４ 触媒層
───────────────────────────────────────────────────── 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） Ｂ０１Ｊ 35/02 Ｃ０１Ｂ 3/32 Ａ Ｃ０１Ｂ 3/32 3/38 3/38 Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｇ Ｈ０１Ｍ 8/06 Ｂ０１Ｊ 23/74 ３１１Ｍ (72)発明者 岡田 俊治 兵庫県明石市川崎町１番１号 川崎重工業 株式会社明石工場内 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA03 EA06 EB12 EB22 EB31 EB32 EB42 EB46 EC08 4G069 AA03 AA08 AA11 BA17 BA18 BB02A BB02B BB04A BB04B BC31A BC67A BC67B BC68A BC69A BC72A BC72B BC75A BC75B CC17 CC25 EA06 EA11 EB14Y EB15Y EC29 EE04 FA01 FA06 FB14 FB15 FB16 FB17 FB18 FB19 FB20 FB22 FB23 FB42 FB66 4G075 AA03 AA05 AA46 AA63 BA01 BA05 CA54 DA01 EA06 EC06 EE12 EE21 EE33 FA06 4G140 EA02 EA03 EA06 EB12 EB22 EB31 EB32 EB42 EB46 EC08 5H027 AA02 BA01
Claims (44)
- 【請求項１】 伝熱面を触媒化した発熱反応側通路と吸
熱反応側通路とで構成された反応器であって、発熱反応
側通路及び吸熱反応側通路の少なくともいずれかの触媒
を担持した伝熱面の面積を調整して、発熱反応と吸熱反
応の熱収支をバランスさせるようにしたことを特徴とす
る反応器。 - 【請求項２】 枚数、高さ、厚さ及び形状の少なくとも
いずれかが異なる伝熱面の部材を組み合わせて、伝熱面
に担持した触媒の面積を調整するようにしたことを特徴
とする請求項１記載の反応器。 - 【請求項３】 伝熱面を触媒化した発熱反応側通路と吸
熱反応側通路とで構成された反応器であって、発熱反応
用触媒及び吸熱反応用触媒の少なくともいずれかの担持
量を調整して、発熱反応と吸熱反応の熱収支をバランス
させるようにしたことを特徴とする反応器。 - 【請求項４】 伝熱面を触媒化した発熱反応側通路と吸
熱反応側通路とで構成された反応器であって、発熱反応
側通路及び吸熱反応側通路の少なくともいずれかの伝熱
面に活性の異なる触媒を担持させ、発熱反応と吸熱反応
の熱収支をバランスさせるようにしたことを特徴とする
反応器。 - 【請求項５】 反応器の吸熱反応側通路で吸熱反応の代
わりに除熱を行う除熱用熱媒を流し、発熱反応と除熱の
熱収支をバランスさせるようにしたことを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の反応器。 - 【請求項６】 反応器の発熱反応側通路で発熱反応の代
わりに加熱を行う加熱用熱媒を流し、吸熱反応と加熱の
熱収支をバランスさせるようにしたことを特徴とする請
求項１〜４のいずれかに記載の反応器。 - 【請求項７】 吸熱反応側通路で行われる吸熱反応が、
アルコールの水蒸気改質、炭化水素の水蒸気改質又は脱
水素反応であることを特徴とする請求項１、２、３、４
又は６記載の反応器。 - 【請求項８】 発熱反応側通路で行われる発熱反応が、
水素の触媒燃焼、炭化水素やアルコールの触媒燃焼、部
分酸化、一酸化炭素の水性シフト反応又は一酸化炭素の
選択酸化反応であることを特徴とする請求項１、２、
３、４、５又は７記載の反応器。 - 【請求項９】 反応器の伝熱面となる部材が、波板状の
フィン、平板、チューブ並びに内部及び／又は外部にフ
ィンを持ったチューブのいずれかであることを特徴とす
る請求項１〜８のいずれかに記載の反応器。 - 【請求項１０】 反応器が燃焼側通路と改質側通路とで
構成されたプレートフィン型燃料電池用リフォーマであ
って、該反応器の触媒燃焼側に活性の異なる燃焼触媒を
担持させ、発熱と吸熱の熱収支をバランスさせるように
したことを特徴とする反応器。 - 【請求項１１】 燃焼側通路の反応器出口付近に活性の
高い貴金属系触媒を担持させ、反応器入口付近に活性の
低い酸化物系触媒を担持させたことを特徴とする請求項
１０記載の反応器。 - 【請求項１２】 反応器が燃焼側通路と改質側通路とで
構成されたプレートフィン型燃料電池用リフォーマであ
って、燃焼側通路にある燃焼触媒の金属担持量を調整し
て、発熱と吸熱の熱収支をバランスさせるようにしたこ
とを特徴とする反応器。 - 【請求項１３】 燃焼側通路の反応器出口付近における
燃焼触媒の金属担持量を多くし、反応器入口付近におけ
る燃焼触媒の金属担持量を少なくしたことを特徴とする
請求項１２記載の反応器。 - 【請求項１４】 反応器が燃焼側通路と改質側通路とで
構成されたプレートフィン型燃料電池用リフォーマであ
って、燃焼側通路にある燃焼触媒を担持したフィンの面
積を調整して、発熱と吸熱の熱収支をバランスさせるよ
うにしたことを特徴とする反応器。 - 【請求項１５】 枚数、高さ、厚さ及び形状の少なくと
もいずれかが異なるフィンを組み合わせて、燃焼触媒の
面積を調整するようにしたことを特徴とする請求項１４
記載の反応器。 - 【請求項１６】 燃焼側通路の反応器出口付近における
燃焼触媒の面積を大きくし、反応器入口付近における燃
焼触媒の面積を小さくしたことを特徴とする請求項１４
又は１５記載の反応器。 - 【請求項１７】 プレートフィン型燃料電池用リフォー
マの燃焼側通路と改質側通路の間に熱媒を流すことを特
徴とする請求項１０〜１６のいずれかに記載の反応器。 - 【請求項１８】 プレートフィン型燃料電池用リフォー
マの燃焼側通路に熱媒を循環させることを特徴とする請
求項１０〜１６のいずれかに記載の反応器。 - 【請求項１９】 伝熱面を触媒化した反応器に用いる触
媒であって、枚数、高さ、厚さ及び形状の少なくともい
ずれかが異なる伝熱面の部材を組み合わせて、伝熱面に
担持された触媒の面積を調整し、反応速度を制御するよ
うにしたことを特徴とする反応器に用いる触媒。 - 【請求項２０】 伝熱面を触媒化した反応器に用いる触
媒であって、伝熱面に担持する触媒の担持量を反応速度
に応じて調整するようにしたことを特徴とする反応器に
用いる触媒。 - 【請求項２１】 伝熱面を触媒化した反応器に用いる触
媒であって、伝熱面に担持する触媒の種類を変えること
により、伝熱面に活性の異なる触媒を担持させて反応速
度を制御するようにしたことを特徴とする反応器に用い
る触媒。 - 【請求項２２】 燃焼側通路と改質側通路とで構成され
たプレートフィン型反応器に用いる触媒であって、触媒
燃焼側で、枚数、高さ、厚さ及び形状の少なくともいず
れかが異なるフィンを組み合わせて、燃焼触媒の面積を
調整するようにしたことを特徴とする反応器に用いる触
媒。 - 【請求項２３】 燃焼側通路の反応器出口付近で燃焼触
媒の面積が大きくなり、反応器入口付近で燃焼触媒の面
積が小さくなるように形成させたことを特徴とする請求
項２２記載の反応器に用いる触媒。 - 【請求項２４】 燃焼側通路と改質側通路とで構成され
たプレートフィン型反応器に用いる触媒であって、触媒
燃焼側のフィンに担持する燃焼触媒の金属担持量を反応
速度に応じて調整するようにしたことを特徴とする反応
器に用いる触媒。 - 【請求項２５】 燃焼側通路の反応器出口付近で燃焼触
媒の金属担持量が多くなり、反応器入口付近で燃焼触媒
の金属担持量が少なくなるように形成させたことを特徴
とする請求項２４記載の反応器に用いる触媒。 - 【請求項２６】 燃焼側通路と改質側通路とで構成され
たプレートフィン型反応器に用いる触媒であって、触媒
燃焼側のフィンに担持する燃焼触媒の種類を変えること
により、触媒燃焼側に活性の異なる燃焼触媒を担持させ
て反応速度を制御するようにしたことを特徴とする反応
器に用いる触媒。 - 【請求項２７】 燃焼側通路の反応器出口付近に活性の
高い貴金属系触媒が担持され、反応器入口付近に活性の
低い酸化物系触媒が担持されるようにしたことを特徴と
する請求項２６記載の反応器に用いる触媒。 - 【請求項２８】 伝熱面を触媒化した反応器に用いる触
媒の製造方法であって、枚数、高さ、厚さ及び形状の少
なくともいずれかが異なる伝熱面の部材を組み合わせて
触媒を担持した伝熱面を配置し、反応速度に応じた触媒
の面積に調整することを特徴とする反応器に用いる触媒
の製造方法。 - 【請求項２９】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材をすべて溶液中に浸漬させた状態から、徐々
に部材を引き上げることにより、部材の下部にいくほど
伝熱面への触媒担持量を多くすることを特徴とする反応
器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３０】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材を下端部から徐々に溶液中に浸漬していくこ
とにより、部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量
を多くすることを特徴とする反応器に用いる触媒の製造
方法。 - 【請求項３１】 伝熱面となる部材の溶液中での移動
を、連続的に行うか、段階的に行うか、又は移動速度を
変化させて行うことを特徴とする請求項２９又は３０記
載の反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３２】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材をすべて溶液中に浸漬させた状態から、徐々
に溶液量を減らして溶液の液面を下げていくことによ
り、部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多く
することを特徴とする反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３３】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材を空の容器内に設置した状態から、容器内に
徐々に溶液を供給して溶液の液面を上げていくことによ
り、部材の下部にいくほど伝熱面への触媒担持量を多く
することを特徴とする反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３４】 溶液の液面の調整を連続的もしくは段
階的に行うか、又は液面の移動速度を変化させて行うこ
とを特徴とする請求項３２又は３３記載の反応器に用い
る触媒の製造方法。 - 【請求項３５】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材を一方の端から途中まで溶液に浸漬して途中
まで触媒を担持し、ついで、この部材を別の溶液に他方
の端から浸漬して触媒を担持することにより、伝熱面に
活性の異なる触媒を担持させることを特徴とする反応器
に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３６】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材を一方の端から途中までシール部材で被覆し
た後、この部材全体を溶液に浸漬してシール部材で被覆
されていない部分に触媒を担持し、ついで、この部材か
らシール部材を除去した後、触媒が担持された部分を別
のシール部材で被覆し、又はそのままの状態で、別の溶
液に浸漬して触媒を担持することにより、伝熱面に活性
の異なる触媒を担持させることを特徴とする反応器に用
いる触媒の製造方法。 - 【請求項３７】 別の溶液として、同じ金属化合物で異
なる濃度の溶液を用いるか、又は異なる金属化合物の溶
液を用いることを特徴とする請求項３５又は３６記載の
反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３８】 ２回目の担持を、１回目に触媒が担持
されている部分までとするか、１回目の担持と重なる部
分がある担持とするか、又は途中に触媒がない部分を有
する担持とすることを特徴とする請求項３５、３６又は
３７記載の反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項３９】 触媒金属を含んだ溶液を３種類以上用
いることを特徴とする請求項３５〜３８のいずれかに記
載の反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項４０】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させた後、この部材を触媒金属を含んだ溶
液中に浸漬して伝熱面に触媒を担持させる伝熱面を触媒
化した反応器に用いる触媒の製造方法において、伝熱面
となる部材の表面に担体となる酸化層を厚さに傾斜をつ
けて形成させ、これを溶液中に浸漬して触媒を担持させ
ることにより、担体層の厚さが厚い部分ほど触媒担持量
が多くなるようにして伝熱面への触媒担持量を調整する
ことを特徴とする反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項４１】 担体となる酸化層の厚さに連続的又は
段階的な傾斜をつけることを特徴とする請求項４０記載
の反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項４２】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させる方法が、陽極酸化、溶射、高温酸化
及びウォッシュコートのいずれか、あるいはこれらの方
法の組み合せであり、酸化層の厚さをこれらの条件によ
り調整することを特徴とする請求項４０又は４１記載の
反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項４３】 伝熱面となる部材の表面に担体となる
酸化層を形成させる方法が、陽極酸化、溶射、高温酸化
及びウォッシュコートのいずれか、あるいはこれらの方
法の組み合せであることを特徴とする請求項２８〜３９
のいずれかに記載の反応器に用いる触媒の製造方法。 - 【請求項４４】 伝熱面となる部材として、波板状のフ
ィン、平板、チューブ並びに内部及び／又は外部にフィ
ンを持ったチューブのいずれかを用いることを特徴とす
る請求項２８〜４３のいずれかに記載の反応器に用いる
触媒の製造方法。
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|---|---|---|---|
| JP2000328767A JP2002143675A (ja) | 2000-09-04 | 2000-10-27 | 反応器並びに該反応器に用いる触媒及びその製造方法 |
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| JP2000-266593 | 2000-09-04 | ||
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