JP2003251179A

JP2003251179A - メタノール改質触媒及び装置並びに燃料電池発電装置

Info

Publication number: JP2003251179A
Application number: JP2002053625A
Authority: JP
Inventors: Fumihiro Haga; 史浩羽賀; Yutaka Morikawa; 豊森川; Toru Mori; 亨森; Jun Kubo; 純久保
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2002-02-28
Filing date: 2002-02-28
Publication date: 2003-09-09
Anticipated expiration: 2022-02-28
Also published as: JP4187086B2

Abstract

(57)【要約】【課題】始動時、定常運転時や停止時等で水の供給を
必須条件とせず、水の凍結による不具合が無く、改質ガ
ス中のＣＯ濃度を低減し得るメタノール改質触媒、メタ
ノール改質装置、燃料電池発電装置及び燃料電池発電方
法を提供すること。【解決手段】メタノールを転化して水素、二酸化炭素
及びメタンを生成する改質触媒である。スズ、鉛、ビス
マス、アンチモン、インジウム、モリブデン及びタンタ
ル等を含有する。燃料電池発電装置は、ブロア５を有
し、メタノール改質触媒が設置された改質部１の下流に
燃料電池３を設置し、燃料電池３にブロア５からの酸素
と改質ガスとを供給し水素を消費させて発電を実行し、
且つこの燃料電池３から排出されるメタン含有ガスをバ
ーナー４に供給して燃焼に供させ、燃料電池３をメタン
回収手段としても機能させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、メタノールを改質
して水素を含有した改質ガスを製造するのに用いられる
改質触媒及びこれを用いたメタノール改質装置に係り、
詳しくは、移動体の動力源等に使用される固体高分子型
燃料電池やリン酸型燃料電池等の燃料ガス製造などに適
していて、始動時及び／又は定常運転時における水の供
給を必須条件とせず、しかも改質ガス中のＣＯ濃度を低
減し得るメタノール改質触媒、これを用いたメタノール
改質装置及び燃料電池発電装置などに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種のメタノール改質装置とし
ては、水蒸気とメタノールを反応させて水蒸気改質反応
を行なう方法や、水蒸気とメタノールと酸素を反応させ
てメタノールの水蒸気改質反応と酸化反応を組み合わせ
る方法（いわゆるオートサーマル法）などを採用した装
置が提案されている（例えば、特開平９−３１５８０
１、特開２０００−２８１３０７号公報など）。かかる
改質方法は、次の（１）式及び（２）式で示されるが、
メタノール以外にも水が主要な反応物として含まれてい
る。ＣＨ_３ＯＨ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋３Ｈ_２…（１）ＨＣＨＯ＋Ｈ_２Ｏ→ＣＯ_２＋２Ｈ_２…（２）

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうし
た改質装置では、上述のように水を用いる反応を利用し
ているために、装置停止後も反応器内、配管内及びタン
ク内部などに水が残存ないしは存在し、零下の状態で長
時間放置された場合には、かかる水が凍結してしまい、
改質反応に用いる水を再供給できなくなって装置の再起
動が不可能になったり、氷の解凍に時間を要するために
始動時間が長くなってしまうといった問題点を有してい
る。

【０００４】本発明は、このような従来技術の有する課
題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところ
は、始動時、定常運転時や停止時などにおいて水の供給
を必須条件とせず、水の凍結による不具合が無く、しか
も改質ガス中のＣＯ濃度を低減し得るメタノール改質触
媒、メタノール改質装置、燃料電池発電装置及び燃料電
池発電方法を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記目的
を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、水を用いることな
くメタノールを改質して水素を生成できる新規な改質反
応を実現する触媒を知見し、この触媒を用いることなど
により、上記目的が達成できることを見出し、本発明を
完成するに至った。

【０００６】即ち、本発明のメタノール改質触媒は、メ
タノールを転化して水素、二酸化炭素及びメタンを生成
する改質触媒であって、スズ、鉛、ビスマス、アンチモ
ン、インジウム、モリブデン及びタンタルから成る群よ
り選ばれた少なくとも１種の元素を含有することを特徴
とする。

【０００７】また、本発明のメタノール改質装置は、メ
タノール供給手段と、改質器と、この改質器を加熱する
燃焼器と、メタン回収手段を備え、上記改質器には、上
述の如きメタノール改質触媒が設置され、供給されたメ
タノールから水素、二酸化炭素及びメタンを含有する改
質ガスが生成され、上記メタン回収手段によって、上記
改質ガスからメタン含有ガスが回収されて上記燃焼器で
の燃焼に供されることを特徴とする。

【０００８】更に、本発明の燃料電池発電装置は、上述
の如きメタノール改質装置を用いた燃料電池発電装置で
あって、酸素供給手段を有し、上記改質器の下流に燃料
電池を設置し、この燃料電池に上記酸素供給手段からの
酸素と上記改質ガスとを供給し水素を消費させて発電を
実行し、且つこの燃料電池から排出されるメタン含有ガ
スを上記燃焼器に供給して燃焼に供させ、この燃料電池
を上記メタン回収手段としても機能させることを特徴と
する。

【０００９】更にまた、本発明の燃料電池発電方法は、
上述の如き燃料電池発電装置を用いる発電方法であっ
て、この燃料電池発電装置は、水収容器と、水を気化さ
せる気化器と、この水収容器からこの気化器に水を送出
する送出手段を有する水蒸気供給手段を備え、少なくと
も装置始動時は、メタノールを上記改質器に導入して水
素、二酸化炭素及びメタンを含有する第１改質ガスを生
成し、この第１改質ガスを上記燃料電池に供給する第１
発電方式で発電を実行し、必要に応じて、メタノールと
水蒸気を上記改質器に導入して水素と二酸化炭素を含有
する第２改質ガスを生成し、上記燃料電池に供給する第
２発電方式と、第１発電方式とを切り替え又は併用して
発電を実行することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明のメタノール改質触
媒について詳細に説明する。なお、本明細書において、
「％」は特記しない限り質量百分率を示すものとする。
上述の如く、本発明のメタノール改質触媒は、スズ、
鉛、ビスマス、アンチモン、インジウム、モリブデン又
はタンタル及びこれらの任意の混合物を含有して成る。
また、本発明のメタノール改質触媒は、次の（３）式で
表される改質反応を実現する。２ＣＨ_３ＯＨ→２Ｈ_２＋ＣＯ_２＋ＣＨ_４…（３）このように、本発明のメタノール改質触媒の存在下で
は、（３）式の反応が優先的に起こり、メタノールが改
質され、主として水素、二酸化炭素及びメタンが生成す
る。

【００１１】これに対し、従来の燃料改質装置にメタノ
ールを導入した場合には、（４）式の反応によりアルデ
ヒドが、（５）式の反応により一酸化炭素が、また
（６）式の反応によりジメチルエーテルが生成してしま
う。ＣＨ_３ＯＨ→ＨＣＨＯ＋Ｈ_２…（４）ＣＨ_３ＯＨ→ＣＯ＋２Ｈ_２…（５）２ＣＨ_３ＯＨ→ＣＨ_３ＯＣＨ_３＋Ｈ_２Ｏ…（６）

【００１２】このような一酸化炭素やアルデヒドの濃度
が高い改質ガスを燃料電池に導入すると、発電効率が大
幅に低下し、パワープラントとしての性能が大幅に低下
する。しかし、本発明においては、（３）式で示される
ように、一酸化炭素やアルデヒドの生成がほとんど無い
ため、燃料電池の性能を低下することなく発電が可能と
なる。また、生成したメタンは、後述するように、例え
ば燃焼させることにより有効利用できる。なお、（３）
式で示される反応は理論上可能とされていたものである
が、本発明の改質触媒を用いることにより、初めて現実
化されたものである。

【００１３】本発明の改質触媒の活性化温度は、３００
〜５００℃程度であり、特に３５０〜４５０℃での活性
が高く、メタンとＣＯ_２の選択性が高くなってアルデヒ
ドやエーテルの生成が無くなるか又は極めて少なくな
る。また、本発明の改質触媒は、上述した金属元素又は
金属混合物を含んでいれば十分であるが、かかる金属元
素を金属酸化物の形態で含んでいることが好ましく、特
に好ましい触媒成分としては酸化スズ（ＳｎＯ_２）を挙
げることができる。かかる必須成分以外にも、アルミナ
等の高比表面積基材などの各種添加成分を併用できるの
はいうまでもない。

【００１４】なお、本発明の改質触媒は、粒状やペレッ
ト状でも使用することができるが、反応効率を向上すべ
く、上述した触媒成分をセラミックス製又は金属製の一
体構造型担体にコートして用いることが好ましく、この
場合、反応表面積を拡大すべく、アルミナやシリカ等の
高比表面積基材に触媒成分を担持したものをコートする
ことが好ましい。かかる一体構造型担体としては、ハニ
カム状のモノリス担体を好適に使用できる。

【００１５】次に、本発明のメタノール改質装置、燃料
電池発電装置及び発電方法について説明する。本発明の
メタノール改質装置や発電装置などは、上述した本発明
の改質触媒を用いて（３）式に示した有用な改質反応を
起こし、且つこの改質反応により生成するメタンを有効
利用することを骨子とするものである。

【００１６】即ち、従来のアルコールや炭化水素系燃料
の改質装置では、いわゆる水蒸気改質反応を利用するも
のであるため、装置が暖まり改質器に水蒸気が供給され
るまでは水素含有ガスを生成することができず、例え
ば、このような改質装置に接続した燃料電池では、その
改質器に水蒸気が供給されるようになる時点まで発電を
開始することができなかったが、本発明の改質装置や発
電装置などによれば、水蒸気供給を改質反応開始の必要
条件としないため（（３）式参照）、始動時間を迅速化
でき燃料電池の発電開始までの時間を短縮することが可
能になる。一方、本発明の改質装置や発電装置から排出
された、水素を含まないがメタンを含んだガスはバーナ
ー等の燃焼器に供給されて燃焼され、これにより発生し
た熱は、改質触媒が設置されている改質器、メタノール
や水を気化する気化器及び水収容器に伝達され、熱交換
器を介することなどによって、（３）式の改質反応を促
進したり、エネルギー効率を改善して発電効率を向上し
たり、場合によっては解氷にも貢献する。

【００１７】［改質装置］上述の如く、本発明のメタノ
ール改質装置は、メタノール供給手段と、改質器と、こ
の改質器を加熱する燃焼器と、メタン回収手段を備え
る。そして、この改質器には、本発明のメタノール改質
触媒が設置されており、メタノール供給手段から供給さ
れたメタノール（ガス）は、（３）式に従って水素、二
酸化炭素及びメタンを含有する改質ガス（以下、「第１
改質ガス」という）に転化される。また、メタン回収手
段は、この第１改質ガスから少なくともメタンを回収
し、回収したメタン又はメタンと二酸化炭素を含有する
ガスを上記燃焼器に供給してここでの燃焼に供し、燃焼
により生じた熱は、少なくとも改質器の加熱に用いられ
て上記改質反応の促進に利用される。なお、回収されな
かった水素（場合によっては二酸化炭素も含まれる）
は、燃料電池等の所望の装置などに供給される。

【００１８】ここで、改質器としては、本発明の改質触
媒を設置できれば十分であり、特に限定されるものでは
なく、通常の固定床や流動床形式の触媒反応器を例示す
ることができる。また、メタノール供給手段としては、
メタノールガスを改質器に供給できれば十分であるが、
代表的には、メタノール溶液を収容しておくタンクなど
のメタノール収容器と、メタノール溶液を気化させる蒸
発器などの気化器と、メタノール溶液をメタノール収容
器に送出するポンプなどの送出手段とによって構成され
る。更に、メタン回収手段としては、第１改質ガスから
メタンを回収できれば十分であるが、更に二酸化炭素を
回収する機能を有していてもよい。燃料電池もメタン回
収手段として機能し得る。なお、回収メタンが寄与し得
る燃焼器からの熱は、上記メタノール気化器に伝達して
もよく、これにより、更に装置全体としてのエネルギー
効率を向上できる。

【００１９】また、本発明の改質装置においては、いわ
ゆる水蒸気改質触媒と水蒸気供給手段を付加することに
よって、上記（１）式などによって示される水蒸気改質
反応と（３）式の反応とを、必要に応じて切り替え又は
併用することが可能である。かかる水蒸気改質触媒とし
ては、従来公知のものを用いることができ、例えばＣｕ
−ＺｎＯ、Ｃｕ−ＺｎＯ−Ａｌ_２Ｏ、Ｃｕ−ＳｉＯ_２及
びＰｂ−ＺｎＯなどを用いることができる。なお、水蒸
気改質触媒は、本発明の改質触媒と同一の改質器に設置
することが可能であるが、別の改質器を付加して水蒸気
改質触媒を設置してもよく、その場合には、必要に応じ
てバイパスや切替弁を設ければよい。水蒸気供給手段も
特に限定されるものではないが、代表的には、水を収容
しておくタンクなどの水収容器と、水を気化させる気化
器と、水を水収容器から気化器に送出するポンプなどの
送出手段とで構成することができる。なお、この場合、
水の気化器にもメタノールの気化器と同様に燃焼器から
の熱を伝達してもよく、また、両気化器を同一のもので
兼用することも可能である。

【００２０】更に、本発明の改質装置においては、次の
（７）式２ＣＨ_３ＯＨ＋Ｏ_２→２ＣＯ_２＋４Ｈ_２…（７）で表される部分酸化反応を起こすいわゆる部分酸化触媒
と酸素供給手段を付加することにより、（３）式の改質
反応と部分酸化反応とを切り替え又は併用することも可
能であり、また、これに水蒸気改質反応を組み合わせる
ことも可能である。部分酸化反応と水蒸気改質反応とを
併用する改質法は、いわゆるオートサーマル改質として
も知られている、部分酸化触媒としても、従来公知のも
のを用いることができ、例えば、Ｐｂ−ＺｎＯ、Ｐｂ−
Ａｌ_２Ｏ及びＰｔ−Ａｌ_２Ｏ_３などを用いることができ
る。部分酸化触媒の設置についても、本発明の改質触
媒と同一改質器又は別の改質器で行うことができる。酸
素供給手段については、酸素を供給できれば十分であ
り、例えばブロアやエアコンプレッサーでも十分であ
る。

【００２１】［燃料電池発電装置及び発電方法］本発明
の燃料電池発電装置は、上述した本発明のメタノール改
質装置を利用したものであり、かかるメタノール改質装
置に酸素供給手段を付加し、更に燃料電池にメタン回収
手段の役割を担わせたものである。即ち、メタノール改
質装置から得られる水素、二酸化炭素及びメタンを含有
する第２改質ガスを燃料として燃料電池に供給し、且つ
酸素供給手段からの酸素も燃料電池に供給して発電を行
うものであるが、第１改質ガス中の水素は燃料電池での
発電に使用されるので、燃料電池からの排気には原則と
してメタンと二酸化炭素が残存しており、この排気を上
記メタノール改質装置の燃焼器にメタン含有ガスとして
供給するものである。

【００２２】以上のことより、本発明の燃料電池発電装
置は、基本的に本発明のメタノール改質装置の利点をそ
のまま具備するものである。よって、従来の水蒸気改質
型の燃料改質器に接続した燃料電池発電装置では実現で
きない迅速で手間のかからない始動が可能になってお
り、更には回収メタンに起因する熱の有効利用が図られ
ている。即ち、第１改質ガスからのメタン含有ガスを燃
焼することにより発生した熱は、起動時の氷の解凍、装
置の暖気、定常時の燃料蒸発及び燃料改質反応等に利用
することが可能であり、発生した熱を有効に利用するこ
とが可能となっている。

【００２３】特に、水蒸気改質法との切り替え又は併用
方式を採用すれば、この発電装置がまだ暖まっていない
始動時には、メタノールのみ触媒反応器に導入して
（３）式の反応により第１改質ガスを生成し、この第１
改質ガスを燃料電池に導入して発電を行ない（第１発電
方式の実行）、燃料電池より排出されたメタン含有ガス
をバーナー等の燃焼器により燃焼し、この燃焼ガスの熱
で改質器全体を暖める。そして、装置全体が適切な運転
温度に達した後には、メタノールと水蒸気を改質器に導
入し、水素と二酸化炭素を含有する改質ガス（以下、
「第２改質ガス」という）を生成し、この第２改質ガス
を燃料電池に導入して発電を行う（第２発電方式の実
行）定常運転に切り替えることができる。

【００２４】かかる発電方法を実行することにより、改
質器への水蒸気供給が始動の必須条件ではなくなり、燃
料電池の発電開始までの始動時間を短縮することが可能
になった。特に、第２発電方式実行後に運転を停止した
後に外気温が零下になり、水蒸気に起因する水を含んだ
改質器、配管及びタンク等が凍結した場合であっても、
始動時には第１発電方式を実行して迅速に発電を開始す
ることができ、また、回収メタンによる熱をタンク等の
凍結箇所に伝達すれば、凍結箇所が解凍され、装置全体
が適切な運転温度に達するので、この時点からは第２発
電方式を実行すればよい。これに対し、水蒸気改質法を
基本とする従来の燃料改質装置や発電装置では、凍結に
より水蒸気が供給されなくなるので、燃料電池での発電
を開始することができなかったが、本発明の発電装置や
発電方法を用いれば、このような不具合は解消される。
よって、本発明の発電装置は、寒冷地でも簡易に使用で
き、いわゆるオンサイト発電装置として極めて取扱性に
優れるものであるといえる。

【００２５】また、かかる第１発電方式と第２発電方式
との切り替え又は併用法においては、第２発電方式を実
行後の装置停止前に、メタノールのみを改質器に導入す
る第１発電方式を実行すれば、装置内に残存する水分を
低減し又は放出することができ、次回の装置始動をいっ
そう円滑なものとすることができる。即ち、従来の水蒸
気改質型の燃料改質装置では、装置停止時に水をパージ
するために窒素など不活性ガスを導入する必要があった
が、本発明の発電装置や発電方法においては、水パージ
用の不活性ガスが不要で手間がかからず、また、発電停
止から改質装置停止までの時間が大幅に短縮される。

【００２６】

【実施例】以下、本発明を若干の実施例により更に詳細
に説明するが、本発明はこれら実施形態例に限定される
ものではない。

【００２７】［メタノール改質触媒］（実施例１）市販の酸化スズ粉末３００ｇと８％硝酸酸
性アルミナゾル１００ｇとを混合したスラリーを、セラ
ミック製モノリス担体に触媒粉末重量として３００ｇ／
Ｌになるように塗布し、１５０℃で１０分乾燥後、空気
中４００℃で焼成して本例の触媒を得た。

【００２８】（実施例２）ＳｎＣｌ_４・５Ｈ_２Ｏ水溶液
にＮａ_２ＣＯ_３溶液を滴下し、沈殿物をろ過、洗浄後、
空気中４５０℃、２時間焼成して得られた酸化スズ粉末
３００ｇと、８％硝酸酸性アルミナゾル１００ｇとを混
合したスラリーをセラミック製モノリス担体に触媒粉末
重量として３００ｇ／Ｌになるように塗布し、１５０℃
で１０分乾燥後、空気中４００℃で焼成して本例の触媒
を得た。

【００２９】（比較例１）炭酸マグネシウムを窒素雰囲
気で４５０℃、２時間焼成して得られた酸化マグネシウ
ム粉末３００ｇと８％硝酸酸性アルミナゾル１００ｇと
を混合したスラリーをセラミック製モノリス担体に触媒
粉末重量として３００ｇ／Ｌになるように塗布し、１５
０℃で１０分乾燥後、空気中４００℃で焼成して本例の
触媒を得た。

【００３０】［性能評価］実施例１及び２と比較例１で
得られた触媒について、固定床常圧流通式反応装置を用
いて、メタノールの改質反応を行った。反応器入口温度
を３５０〜４００℃とし、２５ｖｏｌ％メタノールを窒
素ガスとともに供給した。改質ガス組成をガスクロマト
グラフで分析し、メタノール転化率、及び主要組成の濃
度として表１の結果を得た。

【００３１】

【表１】

【００３２】表１に示す結果より明らかなように、本発
明の範囲に属する実施例１及び２の触媒は、比較例１と
比較して、ＣＯ濃度が低く触媒活性に優れたメタノール
改質触媒であることが確認された。

【００３３】［改質装置及び発電装置］（実施例３）図１は、本発明のメタノール改質装置を用
いた燃料電池発電装置の一実施例を示す構成図である。
この発電装置において、改質用燃料であるメタノールは
メタノール溶液タンク８に収容されていて、ポンプ７に
よって蒸発器６に送られ、ここで加熱されて気化され
る。蒸発器６で気化されたメタノール蒸気が導入された
改質部１では、バーナー４からの燃焼ガスから伝えられ
た熱の作用により、酸化スズ触媒上で（３）式のメタノ
ール改質反応が行われ、水素、二酸化炭素及びメタンを
含有する改質ガス（第１改質ガス）が製造される。

【００３４】この第１改質ガス中のＣＯ濃度は、メタノ
ールの改質反応が選択的に行われる酸化スズ触媒上で改
質反応が起きるので、１ｖｏｌ％以下の低い濃度とな
る。この１ｖｏｌ％以下のＣＯを含んだ第１改質ガス
は、ＣＯ除去部２によりＣＯ濃度が数十ｐｐｍまで低減
され、燃料電池３に導入されて発電に供される。そし
て、燃料電池３のカソードより排出されたメタンを含む
ガスは、ブロアー５からの空気と混合されてバーナー４
で燃焼され、改質部１や蒸発器６に熱を供給する。

【００３５】（実施例４）図２は、本発明の燃料電池発
電装置の他の実施例を示す構成図であって、水蒸気改質
との切り替え形式の発電装置を示している。この発電装
置の始動時には、燃料であるメタノールがメタノール溶
液タンク８よりポンプ７によってバーナー４及び蒸発器
６に送られる。ブロアー５により供給された空気及びポ
ンプ７により供給されたメタノールはバーナー４で燃焼
され、改質部１及び蒸発器６を加熱する。一方、蒸発器
６で気化されたメタノール蒸気が導入された改質部１で
は、バーナー４からの燃焼ガスより伝えられた熱の作用
により、酸化スズ触媒上で（３）式のメタノール改質反
応が行われ、第１改質ガスが製造される。

【００３６】この第１改質ガス中のＣＯ濃度は、メタノ
ールの改質反応が選択的に行われる酸化スズ触媒上で反
応が起きるので、１ｖｏｌ％以下の低い濃度となる。こ
の１ｖｏｌ％以下のＣＯを含んだ改質ガスは、ＣＯ除去
部２によりＣＯ濃度が数十ｐｐｍまで低減され、燃料電
池３に導入されて発電に供される。燃料電池３のカソー
ドより排出されたメタン含有ガスは、ブロアー５からの
空気と混合されバーナー４で燃焼され、改質部１や蒸発
器６に熱を供給する。

【００３７】また、発電装置が所定温度に達した後に
は、ポンプ７によって水タンク９から蒸発器６へ水も供
給される。蒸発器６で気化されたメタノール及び水の蒸
気が導入された改質部１では、バーナー４からの燃焼ガ
スより伝えられた熱の作用により、酸化スズ触媒上でメ
タノールの水蒸気改質反応が行われ、水素と二酸化炭素
を含有する改質ガス（第２改質ガス）が製造される。こ
の第２改質ガス中のＣＯ濃度は、メタノールの水蒸気改
質反応が選択的に行われる酸化スズ触媒上で、反応が起
きるので１ｖｏｌ％以下の低い濃度となる。この１ｖｏ
ｌ％以下のＣＯを含んだ改質ガスは、ＣＯ除去部２によ
り数十ｐｐｍまでＣＯ濃度が低減され、燃料電池３に導
入されて発電に供される。燃料電池３のカソードより排
出された残存水素を含むガスは、ブロアー５からの空気
と混合されバーナー４で燃焼され、改質部１や蒸発器６
に熱を供給する。

【００３８】装置の停止時には、水タンク９からの蒸発
器６への水の供給が停止され、蒸発器６ではメタノール
のみが気化され、改質部１へ導入される。メタノール蒸
気が導入された改質部１では、バーナー４からの燃焼ガ
スより伝えられた熱の作用により、酸化スズ触媒上でメ
タノール改質反応（（３）式）が行われ、第１改質ガス
が製造される。この第１改質ガスは、ＣＯ除去部２によ
り数十ｐｐｍまでＣＯ濃度が低減され、燃料電池３に導
入されて発電に供される。改質器内から水蒸気が排出さ
れた後、装置を停止する。この操作により装置内で水蒸
気改質反応に使用されていた水分が装置内から排出され
るため、不活性ガスによる水のパージ操作をする必要無
く装置を停止することが可能になる。

【００３９】（実施例５）図３に、本発明の燃料電池発
電装置の更に他の実施例を示す。零下の状態で放置され
たこの発電装置の始動時には、燃料であるメタノールが
メタノール溶液タンク８よりポンプ７によってバーナー
４及び蒸発器６に送られる。プロアー５により供給され
た空気及びポンプ７により供給されたメタノールはバー
ナー４で燃焼され、改質部１、蒸発器６及び凍結した水
タンク９を加熱する。一方、蒸発器６で気化されたメタ
ノール蒸気が導入された改質部１では、バーナー４から
の燃焼ガスにより伝えられた熱の作用により、酸化スズ
触媒上でメタノールの改質反応が行われ、第１改質ガス
が製造される。この第１改質ガス中のＣＯ濃度は、メタ
ノールの改質反応が選択的に行われる酸化スズ触媒上
で、反応が起きるので１ｖｏｌ％以下の低い濃度とな
る。この１％以下のＣＯを含んだ改質ガスは、ＣＯ除去
部２により数十ｐｐｍまでＣＯ濃度が低減され、燃料電
池３に導入されて発電が行なわれる。燃料電池３のカソ
ードより排出されたメタンを含むガスは、ブロアー５か
らの空気と混合されバーナー４で燃焼され、改質部１や
蒸発器６に熱を供給する。

【００４０】水タンク９内の氷が解凍され、発電装置が
所定温度に達した後には、ポンプ７によって水タンク９
から蒸発器６へ水も供給される。蒸発器６で気化された
メタノール及び水の蒸気が導入された改質部１では、バ
ーナー４からの燃焼ガスより伝えられた熱の作用によ
り、酸化スズ触媒上でメタノール水蒸気改質反応が行わ
れ、第２改質ガスが製造される。この第２改質ガス中の
ＣＯ濃度は、メタノールの水蒸気改質反応が選択的に行
われる酸化スズ触媒上で反応が起きるので、１ｖｏｌ％
以下の低い濃度となる。この１ｖｏｌ％以下のＣＯを含
んだ改質ガスは、ＣＯ除去部２により数十ｐｐｍまでＣ
Ｏ濃度が低減され、燃料電池３に導入されて発電に供さ
れる。燃料電池３のカソードより排出された水素を含む
ガスは、ブロアー５からの空気と混合されバーナー４で
燃焼され、改質部１や蒸発器６に熱を供給する。

【００４１】以上、本発明を若干の好適実施例により更
に詳細に説明したが、本発明はこれら実施例に限定され
るものではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の
変形が可能である。例えば、本発明の燃料改質装置は、
燃料電池、特に固体高分子型燃料電池用の燃料改質装置
に用いるのに好適であり、これにより、簡易な構成で小
型の発電システムを得ることができ、かかる発電システ
ムは電気自動車の動力源として有望である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、水を用いることなくメタノールを改質して水素を生
成できる新規な改質反応を実現する触媒を用いることな
どとしたため、始動時、定常運転時や停止時などにおい
て水の供給を必須条件とせず、水の凍結による不具合が
無く、しかも改質ガス中のＣＯ濃度を低減し得るメタノ
ール改質触媒、メタノール改質装置、燃料電池発電装置
及び燃料電池発電方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の燃料電池発電装置の一実施例を示す構
成図である。

【図２】本発明の燃料電池発電装置の他の実施例を示す
構成図である。

【図３】本発明の燃料電池発電装置の更に他の実施例を
示す構成図である。

【符号の説明】

１触媒部２ＣＯ除去部３燃料電池４バーナー５空気プロアー６蒸発器７ポンプ８メタノールタンク９水タンク

───────────────────────────────────────────────────── 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 8/04 Ｈ０１Ｍ 8/04 Ｙ 8/06 8/06 ＡＧ // Ｈ０１Ｍ 8/10 8/10 (71)出願人 502074138 久保純神奈川県大和市南林間２−５−11−203 (72)発明者羽賀史浩神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内 (72)発明者森川豊東京都町田市南成瀬５−２−７ (72)発明者森亨神奈川県相模原市上鶴間５−11−６ (72)発明者久保純神奈川県大和市南林間２−５−11−203 Ｆターム(参考） 4G040 EA02 EA06 EB03 EB12 EB41 EC01 4G069 AA03 AA08 BA01B BB04A BB04B BC18A BC21A BC22A BC22B BC26A BC56A BC59A CC25 DA06 EA19 FA01 FA03 FB23 FB30 5H026 AA04 AA06 5H027 AA04 AA06 BA01 BA09 MM14

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】メタノールを転化して水素、二酸化炭素
及びメタンを生成する改質触媒であって、スズ、鉛、ビスマス、アンチモン、インジウム、モリブ
デン及びタンタルから成る群より選ばれた少なくとも１
種の元素を含有することを特徴とするメタノール改質触
媒。
【請求項２】上記元素が酸化物形態で含有されている
ことを特徴とする請求項１に記載のメタノール改質触
媒。
【請求項３】メタノール供給手段と、改質器と、この
改質器を加熱する燃焼器と、メタン回収手段を備え、上記改質器には、請求項１又は２に記載のメタノール改
質触媒が設置され、供給されたメタノールから水素、二
酸化炭素及びメタンを含有する改質ガスが生成され、上記メタン回収手段によって、上記改質ガスからメタン
含有ガスが回収されて上記燃焼器での燃焼に供されるこ
とを特徴とするメタノール改質装置。
【請求項４】上記改質器に水蒸気を供給する水蒸気供
給手段を付加し、且つこの改質器に水蒸気改質触媒を付
加して成ることを特徴とする請求項３に記載のメタノー
ル改質装置。
【請求項５】上記メタノール供給手段が、メタノール
溶液収容器と、メタノールを気化させる気化器と、この
メタノール溶液収容器からこの気化器にメタノール溶液
を送出する送出手段とを有し、上記燃焼器からの熱を、この気化器にも伝達させること
を特徴とする請求項３又は４に記載のメタノール改質装
置。
【請求項６】上記水蒸気供給手段が、水収容器と、水
を気化させる気化器と、この水収容器からこの気化器に
水を送出する送出手段とを有し、上記燃焼器からの熱を、この気化器又はこの気化器と上
記水収容器の双方にも伝達させることを特徴とする請求
項３〜５のいずれか１つの項に記載のメタノール改質装
置。
【請求項７】請求項３〜６のいずれか１つの項に記載
のメタノール改質装置を用いた燃料電池発電装置であっ
て、酸素供給手段を有し、上記改質器の下流に燃料電池を設置し、この燃料電池に
上記酸素供給手段からの酸素と上記改質ガスとを供給し
水素を消費させて発電を実行し、且つこの燃料電池から
排出されるメタン含有ガスを上記燃焼器に供給して燃焼
に供させ、この燃料電池を上記メタン回収手段としても
機能させることを特徴とする燃料電池発電装置。
【請求項８】請求項７に記載の燃料電池発電装置を用
いる発電方法であって、この燃料電池発電装置は、水収容器と、水を気化させる
気化器と、この水収容器からこの気化器に水を送出する
送出手段を有する水蒸気供給手段を備え、少なくとも装置始動時は、メタノールを上記改質器に導
入して水素、二酸化炭素及びメタンを含有する第１改質
ガスを生成し、この第１改質ガスを上記燃料電池に供給
する第１発電方式で発電を実行し、必要に応じて、メタノールと水蒸気を上記改質器に導入
して水素と二酸化炭素を含有する第２改質ガスを生成
し、上記燃料電池に供給する第２発電方式と、第１発電
方式とを切り替え又は併用して発電を実行することを特
徴とする燃料電池発電方法。
【請求項９】第２発電方式の発電を実行した後に装置
を停止する前に、第１発電方式の発電のみを実行して装
置内の水分を低減し又は除去することを特徴とする請求
項８に記載の燃料電池発電方法。
【請求項１０】上記水収容器に充填されている水が氷
結している場合、第１発電方式で回収されるメタンに起
因する熱を、上記氷結水の解凍にも利用することを特徴
とする請求項８又は９に記載の燃料電池発電方法。