JPH04321502A - 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 - Google Patents
燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法Info
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- JPH04321502A JPH04321502A JP3092144A JP9214491A JPH04321502A JP H04321502 A JPH04321502 A JP H04321502A JP 3092144 A JP3092144 A JP 3092144A JP 9214491 A JP9214491 A JP 9214491A JP H04321502 A JPH04321502 A JP H04321502A
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Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/30—Hydrogen technology
- Y02E60/50—Fuel cells
-
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- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は燃料電池に供給する水素
含有ガスの製造方法及び装置並びに同水素の燃料電池へ
の水素の供給方法に関し、特に２００℃以下で作動する
燃料電池に有利に適用し得る方法及び装置に関する。
含有ガスの製造方法及び装置並びに同水素の燃料電池へ
の水素の供給方法に関し、特に２００℃以下で作動する
燃料電池に有利に適用し得る方法及び装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】燃料電池は水素と酸素との反応により発
生するエネルギーを電気エネルギーとして取り出すもの
である。 Ｈ２ ＋ Ｏ２ → Ｈ
２ Ｏ
（１）この水素製造方法としては、石油、天然ガス
等の炭化水素のスチームリフォーミング法がある。これ
は、触媒層中で原料ガスとスチームとを反応させる方法
である。主要な反応は以下の通りである。 Ｃｎ Ｈｍ ＋ ｎＨ２ Ｏ＝ ｎＣＯ ＋
（ｎ＋ｍ／２）Ｈ２ （平衡反応） （２）
Ｃｎ Ｈｍ ＋２ｎＨ２ Ｏ＝ ｎＣＯ２ ＋（
２ｎ＋ｍ／２）Ｈ２ （平衡反応） （３）
生するエネルギーを電気エネルギーとして取り出すもの
である。 Ｈ２ ＋ Ｏ２ → Ｈ
２ Ｏ
（１）この水素製造方法としては、石油、天然ガス
等の炭化水素のスチームリフォーミング法がある。これ
は、触媒層中で原料ガスとスチームとを反応させる方法
である。主要な反応は以下の通りである。 Ｃｎ Ｈｍ ＋ ｎＨ２ Ｏ＝ ｎＣＯ ＋
（ｎ＋ｍ／２）Ｈ２ （平衡反応） （２）
Ｃｎ Ｈｍ ＋２ｎＨ２ Ｏ＝ ｎＣＯ２ ＋（
２ｎ＋ｍ／２）Ｈ２ （平衡反応） （３）
【０
００３】これらの反応は触媒層中で生じ、反応速度及び
転化率は触媒層中の各ガス成分の分圧の影響を大きく受
ける。従来の方法では生成ガス全体を触媒層から系外に
抜き出す方法であるから熱力学的平衡状態までしか反応
は進まないという問題点があった。
００３】これらの反応は触媒層中で生じ、反応速度及び
転化率は触媒層中の各ガス成分の分圧の影響を大きく受
ける。従来の方法では生成ガス全体を触媒層から系外に
抜き出す方法であるから熱力学的平衡状態までしか反応
は進まないという問題点があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】前記反応（２）、（３
）は、大きな吸熱を伴う反応で、熱力学平衡上、転化率
を高くするためには通常７００℃以上の高温にする必要
がある。前記反応（２）、（３）の代表例として、メタ
ンのスチームリフォーミング反応における平衡転化率を
下記の表１に示す。表１に示すように圧力１ｋｇ／ｃｍ
２ ａｂｓ．の場合、７００℃でメタンの平衡転化率は
９７％であるが、圧力を高くすると平衡転化率は低くな
るので、反応温度をさらに高くする必要がある。
）は、大きな吸熱を伴う反応で、熱力学平衡上、転化率
を高くするためには通常７００℃以上の高温にする必要
がある。前記反応（２）、（３）の代表例として、メタ
ンのスチームリフォーミング反応における平衡転化率を
下記の表１に示す。表１に示すように圧力１ｋｇ／ｃｍ
２ ａｂｓ．の場合、７００℃でメタンの平衡転化率は
９７％であるが、圧力を高くすると平衡転化率は低くな
るので、反応温度をさらに高くする必要がある。
【表１】
【０００５】また従来の方法では、触媒層から得られる
ガスには表２に示す熱力学平衡農度に近いＣＯが生成す
る。
ガスには表２に示す熱力学平衡農度に近いＣＯが生成す
る。
【表２】
【０００６】一方、２００℃以下で作動する燃料電池に
おいては、電極の白金などの触媒がＣＯにより被毒され
るため、該燃料電池に供給する水素含有ガス中のＣＯ濃
度は１％以下にする必要がある。２００℃以下で作動す
る燃料電池としては１５０℃〜２００℃で作動するリン
酸型燃料電池、１００℃以下で作動する固体高分子膜型
、アルカリ型燃料電池などがある。特に１００℃以下で
作動する燃料電池に供給する水素含有ガス中のＣＯ濃度
は１０ｐｐｍ以下にする必要があると言われている。
おいては、電極の白金などの触媒がＣＯにより被毒され
るため、該燃料電池に供給する水素含有ガス中のＣＯ濃
度は１％以下にする必要がある。２００℃以下で作動す
る燃料電池としては１５０℃〜２００℃で作動するリン
酸型燃料電池、１００℃以下で作動する固体高分子膜型
、アルカリ型燃料電池などがある。特に１００℃以下で
作動する燃料電池に供給する水素含有ガス中のＣＯ濃度
は１０ｐｐｍ以下にする必要があると言われている。
【０００７】前述したように従来の方法ではリフォーミ
ング触媒層から得られるガスのＣＯ濃度は通常１０％以
上であり、更に追設したＣＯコンバーターを通しても０
．２％程度までにしか低減できない。そのため上記燃料
電池に供給する場合、許容濃度以下になるように更にＣ
Ｏを除去しなければならないなどの問題点がある。
ング触媒層から得られるガスのＣＯ濃度は通常１０％以
上であり、更に追設したＣＯコンバーターを通しても０
．２％程度までにしか低減できない。そのため上記燃料
電池に供給する場合、許容濃度以下になるように更にＣ
Ｏを除去しなければならないなどの問題点がある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明は、（１）炭化水
素又はメタノールをスチームリフォーミングにより燃料
電池用水素を製造するに際し、スチームリフォーミング
により生成する水素を逐次水素分離機能膜により透過さ
せ、イナートガス又はイナートガス及びスチームに同伴
させて水素を系外に取出すことを特徴とする燃料電池用
水素の製造方法。
素又はメタノールをスチームリフォーミングにより燃料
電池用水素を製造するに際し、スチームリフォーミング
により生成する水素を逐次水素分離機能膜により透過さ
せ、イナートガス又はイナートガス及びスチームに同伴
させて水素を系外に取出すことを特徴とする燃料電池用
水素の製造方法。
【０００９】（２）炭化水素又はメタノールと水蒸気よ
りなる原料供給手段を有するリフォーミング触媒充填部
の一方に水素分離機能膜を隣接して設置すると共に、リ
フォーミング触媒充填部の他方に加熱部を隣接して設置
してなり、前記水素分離機能膜を透過した水素を系外に
取出すイナートガス又はイナートガス及びスチームの供
給手段を設けてなることを特徴とする燃料電池用水素の
製造装置。
りなる原料供給手段を有するリフォーミング触媒充填部
の一方に水素分離機能膜を隣接して設置すると共に、リ
フォーミング触媒充填部の他方に加熱部を隣接して設置
してなり、前記水素分離機能膜を透過した水素を系外に
取出すイナートガス又はイナートガス及びスチームの供
給手段を設けてなることを特徴とする燃料電池用水素の
製造装置。
【００１０】（３）イナートガス又はイナートガス及び
スチームの供給手段を有する水素分離機能膜製筒体、該
水素分離機能膜製筒体を囲撓し、炭化水素又はメタノー
ルと水蒸気よりなる原料供給手段を有するリフォーミン
グ触媒充填筒体、該スチームリフォーミング触媒充填筒
体を囲撓し、未反応リフォーミング原料と空気の供給手
段を有する加熱筒体を具備してなることを特徴とする燃
料電池用水素の製造装置。
スチームの供給手段を有する水素分離機能膜製筒体、該
水素分離機能膜製筒体を囲撓し、炭化水素又はメタノー
ルと水蒸気よりなる原料供給手段を有するリフォーミン
グ触媒充填筒体、該スチームリフォーミング触媒充填筒
体を囲撓し、未反応リフォーミング原料と空気の供給手
段を有する加熱筒体を具備してなることを特徴とする燃
料電池用水素の製造装置。
【００１１】（４）未反応リフォーミング原料と空気の
供給手段を有する加熱筒体、該加熱筒体を囲撓し、炭化
水素又はメタノールと水蒸気よりなる原料供給手段を有
するリフォーミング触媒充填筒体、該リフォーミング触
媒充填筒を囲撓し、イナートガス又はイナートガス及び
スチームの供給手段を有する水素分離機能膜製筒体を具
備してなることを特徴とする燃料電池用水素の製造装置
。
供給手段を有する加熱筒体、該加熱筒体を囲撓し、炭化
水素又はメタノールと水蒸気よりなる原料供給手段を有
するリフォーミング触媒充填筒体、該リフォーミング触
媒充填筒を囲撓し、イナートガス又はイナートガス及び
スチームの供給手段を有する水素分離機能膜製筒体を具
備してなることを特徴とする燃料電池用水素の製造装置
。
【００１２】（５）上記（２）〜（４）のうちのいずれ
かの水素分離機能膜部から取出されるイナートガス又は
イナートガス及びスチーム同伴水素ガスを燃料電池の水
素極に供給することを特徴とする燃料電池への水素の供
給方法。
かの水素分離機能膜部から取出されるイナートガス又は
イナートガス及びスチーム同伴水素ガスを燃料電池の水
素極に供給することを特徴とする燃料電池への水素の供
給方法。
【００１３】（６）燃料電池の水素極出口ガスを水素分
離機能膜部に循環することを特徴とする上記（５）記載
の燃料電池への水素の供給方法。
離機能膜部に循環することを特徴とする上記（５）記載
の燃料電池への水素の供給方法。
【００１４】（７）燃料電池の水素極出口ガスを燃料電
池の水素極入口に循環することを特徴とする上記（５）
記載の燃料電池への水素の供給方法。である。
池の水素極入口に循環することを特徴とする上記（５）
記載の燃料電池への水素の供給方法。である。
【００１５】
【作用】本発明により下記の作用が奏される。（１）生
成ガス中のＨ２ を選択的に分離・除去することにより
、スチームリフォーミング反応の速度、即ちＨ２ の生
成速度が増大する。（２）選択的に透過されたＨ２の同
伴ガスとしてイナートガス又はイナートガスとスチーム
を使用し、透過側の水素分圧を下げることにより分離膜
の水素透過速度を増大させる。（３）分離膜を透過する
ガスは水素のみであるので、２００℃以下で作動する燃
料電池にそのまま供給できる。また同伴ガスとしてイナ
ートガスとスチームを使用する場合、冷却により凝縮さ
せる方法などによりスチームの分圧を容易に制御するこ
とができるし、燃料電池に供給するガスの加湿装置を省
略又はコンパクトにすることができ、同伴ガスとしてイ
ナートガスを利用する場合、スチームを発生させる装置
をコンパクトにすることができる。（４）燃料電池の水
素極出口ガスを循環使用することによって燃料電池の効
率が向上する。
成ガス中のＨ２ を選択的に分離・除去することにより
、スチームリフォーミング反応の速度、即ちＨ２ の生
成速度が増大する。（２）選択的に透過されたＨ２の同
伴ガスとしてイナートガス又はイナートガスとスチーム
を使用し、透過側の水素分圧を下げることにより分離膜
の水素透過速度を増大させる。（３）分離膜を透過する
ガスは水素のみであるので、２００℃以下で作動する燃
料電池にそのまま供給できる。また同伴ガスとしてイナ
ートガスとスチームを使用する場合、冷却により凝縮さ
せる方法などによりスチームの分圧を容易に制御するこ
とができるし、燃料電池に供給するガスの加湿装置を省
略又はコンパクトにすることができ、同伴ガスとしてイ
ナートガスを利用する場合、スチームを発生させる装置
をコンパクトにすることができる。（４）燃料電池の水
素極出口ガスを循環使用することによって燃料電池の効
率が向上する。
【００１６】以下、本発明方法を実施する装置の概要を
説明する。図１は本発明方法を実施する装置の要部（メ
ンブレンリアクタ）の概略図で、１は反応管、２は外筒
、３は分離膜、４はリフォーミング触媒、５は原料ガス
（スチームリフォーミング反応原料ガス）、６はイナー
トガス又はイナートガスとスチーム又は循環ガス、７は
イナートガス又はイナートガスとスチームとＨ２ ガス
の混合ガス、８は非透過ガス（本反応ガス）、９は加熱
用ガス、１０は燃焼排ガスである。
説明する。図１は本発明方法を実施する装置の要部（メ
ンブレンリアクタ）の概略図で、１は反応管、２は外筒
、３は分離膜、４はリフォーミング触媒、５は原料ガス
（スチームリフォーミング反応原料ガス）、６はイナー
トガス又はイナートガスとスチーム又は循環ガス、７は
イナートガス又はイナートガスとスチームとＨ２ ガス
の混合ガス、８は非透過ガス（本反応ガス）、９は加熱
用ガス、１０は燃焼排ガスである。
【００１７】反応管１内の分離膜３と区切られた空間に
はリフォーミング触媒４が充填されており、この触媒４
充填部に原料ガス５が供給され、前記反応（２）、（３
）を行わせる。反応の進行に伴い発生したＨ２ は分離
膜３を透過し分離膜３内の空間に至り、ここに供給され
るイナートガス又はイナートガスとスチーム又は循環ガ
ス６により系外にイナートガス又はイナートガスとスチ
ーム＋Ｈ２ 混合ガス７として取出される。分離膜３を
通して触媒４充填層から水素が系外に取り出されるので
、反応（２）、（３）は右側に進行し熱力学平衡転化率
以上の転化率が得られる。
はリフォーミング触媒４が充填されており、この触媒４
充填部に原料ガス５が供給され、前記反応（２）、（３
）を行わせる。反応の進行に伴い発生したＨ２ は分離
膜３を透過し分離膜３内の空間に至り、ここに供給され
るイナートガス又はイナートガスとスチーム又は循環ガ
ス６により系外にイナートガス又はイナートガスとスチ
ーム＋Ｈ２ 混合ガス７として取出される。分離膜３を
通して触媒４充填層から水素が系外に取り出されるので
、反応（２）、（３）は右側に進行し熱力学平衡転化率
以上の転化率が得られる。
【００１８】リフォーミング触媒４充填部から排出され
る非透過ガス（未反応ガス）８は、別に設置する燃焼器
又は反応管１と外筒２の間の空間に循環供給され、ここ
で燃焼させることによって燃焼熱を発生させ、リフォー
ミング触媒４充填部の加熱に用いられた後、燃焼排ガス
１０は系外に排出される。
る非透過ガス（未反応ガス）８は、別に設置する燃焼器
又は反応管１と外筒２の間の空間に循環供給され、ここ
で燃焼させることによって燃焼熱を発生させ、リフォー
ミング触媒４充填部の加熱に用いられた後、燃焼排ガス
１０は系外に排出される。
【００１９】上記構成の装置に使用できる分離膜３とし
ては水素を選択的に透過する膜で、かつ耐熱性を有する
膜が用いられる。例えば膜厚１００μｍ以上のＰｄを含
有する合金膜又は多孔体に膜厚５０μｍ以下のＰｄを含
有する薄膜をコーティングしたものが用いられる。Ｐｄ
を含有する膜はＰｄ１００％又はＰｄを１０重量％以上
含有する合金をさし、Ｐｄを１０重量％以上含有する合
金としてはＰｄ以外にＰｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，ＩｒなどのＶ
ＩＩＩ族元素、Ｃｕ，Ａｇ，ＡｕなどのＩｂ族元素を含
有するものをさす。上記膜以外にＶ（バナジウム）を含
有する合金膜、例えばＮｉ−Ｃｏ−Ｖ合金にＰｄをコー
ティングした膜などが用いられる。また上記多孔体とし
てはセラミックス製多孔体または金属製多孔体が用いら
れる。これらの多孔体にＰｄ又はＶを含有する薄膜をコ
ーティングする方法としてはメッキなどの液相法、真空
蒸着法、イオンプレーティング法、気相化学反応法（Ｃ
ＶＤ）などの気相法が用いられる。
ては水素を選択的に透過する膜で、かつ耐熱性を有する
膜が用いられる。例えば膜厚１００μｍ以上のＰｄを含
有する合金膜又は多孔体に膜厚５０μｍ以下のＰｄを含
有する薄膜をコーティングしたものが用いられる。Ｐｄ
を含有する膜はＰｄ１００％又はＰｄを１０重量％以上
含有する合金をさし、Ｐｄを１０重量％以上含有する合
金としてはＰｄ以外にＰｔ，Ｒｈ，Ｒｕ，ＩｒなどのＶ
ＩＩＩ族元素、Ｃｕ，Ａｇ，ＡｕなどのＩｂ族元素を含
有するものをさす。上記膜以外にＶ（バナジウム）を含
有する合金膜、例えばＮｉ−Ｃｏ−Ｖ合金にＰｄをコー
ティングした膜などが用いられる。また上記多孔体とし
てはセラミックス製多孔体または金属製多孔体が用いら
れる。これらの多孔体にＰｄ又はＶを含有する薄膜をコ
ーティングする方法としてはメッキなどの液相法、真空
蒸着法、イオンプレーティング法、気相化学反応法（Ｃ
ＶＤ）などの気相法が用いられる。
【００２０】触媒としては第ＶＩＩＩ族金属（Ｆｅ，Ｃ
ｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ等）を含有する触媒
が好ましく、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈを担持した触媒又はＮｉ
Ｏ含有触媒が特に好ましい。
ｏ，Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈ，Ｐｄ，Ｐｔ等）を含有する触媒
が好ましく、Ｎｉ，Ｒｕ，Ｒｈを担持した触媒又はＮｉ
Ｏ含有触媒が特に好ましい。
【００２１】
（例１）本発明の一実施例を図２によって説明する。Ｃ
Ｈ４ ，Ｈ２ Ｏ等の原料ガス５は触媒４充填部に供給
されてスチームリフォーミング反応によりＨ２ を生成
する。 生成ガス中のＨ２ は分離膜３により選択的に分離・除
去されて触媒４充填部から反応系外に抜き出され、イナ
ートガス又はイナートガス及びスチーム又は循環ガス６
に同伴されてイナートガス又はイナートガス及びスチー
ム＋Ｈ２ 混合ガス７となって燃料電池１２に供給され
る。
Ｈ４ ，Ｈ２ Ｏ等の原料ガス５は触媒４充填部に供給
されてスチームリフォーミング反応によりＨ２ を生成
する。 生成ガス中のＨ２ は分離膜３により選択的に分離・除
去されて触媒４充填部から反応系外に抜き出され、イナ
ートガス又はイナートガス及びスチーム又は循環ガス６
に同伴されてイナートガス又はイナートガス及びスチー
ム＋Ｈ２ 混合ガス７となって燃料電池１２に供給され
る。
【００２２】燃料電池１２内ではＨ２ と空気１３中の
Ｏ２ が反応してＨ２ Ｏを生成する。燃料電池ではＨ
＋ イオン又はＯＨ− イオンの移動に伴う電子の移動
を電流として取り出す。Ｈ２ の大半を燃料電池１２で
消費した後のガス６は再度分離膜３内に循環使用される
。
Ｏ２ が反応してＨ２ Ｏを生成する。燃料電池ではＨ
＋ イオン又はＯＨ− イオンの移動に伴う電子の移動
を電流として取り出す。Ｈ２ の大半を燃料電池１２で
消費した後のガス６は再度分離膜３内に循環使用される
。
【００２３】一方、スチームリフォーミング反応で未反
応のＣＨ４ 等の非透過ガス（未反応ガス）８は外筒２
に供給され、別途外部から導入される空気１４により燃
焼して燃焼熱を発生する。この燃焼熱をスチームリフォ
ーミング反応の反応熱として使用する。
応のＣＨ４ 等の非透過ガス（未反応ガス）８は外筒２
に供給され、別途外部から導入される空気１４により燃
焼して燃焼熱を発生する。この燃焼熱をスチームリフォ
ーミング反応の反応熱として使用する。
【００２４】図２に示したフローに従って、下記のよう
な具体的条件で水素を製造し、燃料電池の発電を行った
。
な具体的条件で水素を製造し、燃料電池の発電を行った
。
【００２５】
（１）装置寸法
分離膜３：外径１０ｍｍ（内径７ｍｍ）×
長さ６００ｍｍ 反応管４：外径２７．２ｍ
（内径２３．２ｍｍ）×長さ５５０ｍｍ 外
筒 ２：外径４２．７ｍ（内径３８．７ｍｍ）×長さ
５５０ｍｍ
長さ６００ｍｍ 反応管４：外径２７．２ｍ
（内径２３．２ｍｍ）×長さ５５０ｍｍ 外
筒 ２：外径４２．７ｍ（内径３８．７ｍｍ）×長さ
５５０ｍｍ
【００２６】（２）分離膜
東芝セラミックス（株）製セラミックフィルターＭＥＭ
ＢＲＡＬＯＸ（外表面細孔径：約０．２μｍ）にＰｄ及
びＡｇをメッキし８００℃で５時間合金化処理を行い、
Ｐｄ：Ａｇ＝７５：２５（重量比）の合金膜１０μｍを
コーティングしたパイプ。
ＢＲＡＬＯＸ（外表面細孔径：約０．２μｍ）にＰｄ及
びＡｇをメッキし８００℃で５時間合金化処理を行い、
Ｐｄ：Ａｇ＝７５：２５（重量比）の合金膜１０μｍを
コーティングしたパイプ。
【００２７】（３）触媒
■ メンタのスチームリフォーミング触媒ＮｉＯ７０
重量％、Ａｌ２ Ｏ３ ２８重量％、グラファイト２重
量％の組成を有する平均粒径１ｍｍの触媒１５０ｍｌを
反応管１と分離膜３の間（図１の触媒４充填部）に充填
する。 ■ 燃焼触媒 Ｐｄを５ｇ／ｌ含有する平均粒径１．５ｍｍの触媒３５
０ｍｌを反応管１と外筒２の間に充填する。
重量％、Ａｌ２ Ｏ３ ２８重量％、グラファイト２重
量％の組成を有する平均粒径１ｍｍの触媒１５０ｍｌを
反応管１と分離膜３の間（図１の触媒４充填部）に充填
する。 ■ 燃焼触媒 Ｐｄを５ｇ／ｌ含有する平均粒径１．５ｍｍの触媒３５
０ｍｌを反応管１と外筒２の間に充填する。
【００２８】（４）ガス流量及び温度
■ 原料ガス５：ＣＨ４ ：２８Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ Ｏ
：８５Ｎｌ／ｈ、温度：５００℃ ■ イナートガス及びスチーム６：スチーム：７０Ｎ
ｌ／ｈ、Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ ■ 燃焼用空気１４：３４０Ｎｌ／ｈ、温度：３５０
℃■ 燃料電池用空気１３：３５０Ｎｌ／ｈ、温度：
６０℃
：８５Ｎｌ／ｈ、温度：５００℃ ■ イナートガス及びスチーム６：スチーム：７０Ｎ
ｌ／ｈ、Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ ■ 燃焼用空気１４：３４０Ｎｌ／ｈ、温度：３５０
℃■ 燃料電池用空気１３：３５０Ｎｌ／ｈ、温度：
６０℃
【００２９】（５）燃料電池
固体高分子膜型燃料電池
■ 電極面積 ７０ｃｍ２ 、５セル■ 温度
８５℃ 以上の条件で試験を行った結果、以下の性能が確認され
た。
８５℃ 以上の条件で試験を行った結果、以下の性能が確認され
た。
【００３０】（１）メンブレンリアクタまわりのマスバ
ランス ■ 触媒層４出口の非透過ガス（未反応ガス）８のガ
ス流量８３Ｎｌ／ｈ ガス温度 ： ５４０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ２ ：２４％、ＣＯ：６％、
ＣＯ２ ：２４％、ＣＨ４ ：３％、Ｈ２ Ｏ：４３％
■ 上記ガスと空気１４を混合後、燃焼させた触媒層
の温度 最高８８０℃、燃焼排ガス１０の温度 ５９０℃■
分離膜３の出口のイナートガス及びスチームとＨ２
混合ガス７ ガス温度 ： ５２０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：スチーム：７０Ｎｌ／ｈ、Ｎ２
：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ ：７５Ｎｌ／ｈ
ランス ■ 触媒層４出口の非透過ガス（未反応ガス）８のガ
ス流量８３Ｎｌ／ｈ ガス温度 ： ５４０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ２ ：２４％、ＣＯ：６％、
ＣＯ２ ：２４％、ＣＨ４ ：３％、Ｈ２ Ｏ：４３％
■ 上記ガスと空気１４を混合後、燃焼させた触媒層
の温度 最高８８０℃、燃焼排ガス１０の温度 ５９０℃■
分離膜３の出口のイナートガス及びスチームとＨ２
混合ガス７ ガス温度 ： ５２０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：スチーム：７０Ｎｌ／ｈ、Ｎ２
：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ ：７５Ｎｌ／ｈ
【００３１】
（２）燃料電池まわりのマスバランス■ 水素極 入口ガス スチーム：７０Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２
：７５Ｎｌ／ｈ 出口ガス スチーム：７０Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２
：２６Ｎｌ／ｈ ■ 空気極 入口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：７３．５Ｎｌ／
ｈ出口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：４９Ｎｌ／ｈ、
Ｈ２ Ｏ：１１２Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．５Ｖ、電流 ２３．２Ａ、得られた電力
８１Ｗ
（２）燃料電池まわりのマスバランス■ 水素極 入口ガス スチーム：７０Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２
：７５Ｎｌ／ｈ 出口ガス スチーム：７０Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２
：２６Ｎｌ／ｈ ■ 空気極 入口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：７３．５Ｎｌ／
ｈ出口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：４９Ｎｌ／ｈ、
Ｈ２ Ｏ：１１２Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．５Ｖ、電流 ２３．２Ａ、得られた電力
８１Ｗ
【００３２】（例２）
（１）分離膜
外表面細孔径３μｍの金属多孔体の表面にＰｄとＡｇの
合金を膜厚１０μｍ蒸着したパイプ。 （２）ガス流量 ■ 図２において分離膜３内のガス流れを逆にし、向
流にする。（即ち、原料ガス５側からＨ２ 混合ガス７
を取り出す。） ■ スチーム及び循環ガス６のガス流量スチーム：１
００Ｎｌ／ｈ（スチーム供給ライン１５の流量９２Ｎｌ
／ｈ）、 Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ：２５Ｎｌ／ｈ以上の条件以
外は例１と同じ条件で試験を行った結果、以下の性能が
確認された。
合金を膜厚１０μｍ蒸着したパイプ。 （２）ガス流量 ■ 図２において分離膜３内のガス流れを逆にし、向
流にする。（即ち、原料ガス５側からＨ２ 混合ガス７
を取り出す。） ■ スチーム及び循環ガス６のガス流量スチーム：１
００Ｎｌ／ｈ（スチーム供給ライン１５の流量９２Ｎｌ
／ｈ）、 Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ：２５Ｎｌ／ｈ以上の条件以
外は例１と同じ条件で試験を行った結果、以下の性能が
確認された。
【００３３】（１）メンブレンリアクタまわりのマスバ
ランス ■ 触媒層４出口の未反応ガス８のガス流量８０Ｎｌ
／ｈ ガス温度 ： ５５０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ２ ：２３％、ＣＯ：６％、
ＣＯ２ ：２３％、ＣＨ４ ：４％、Ｈ２ Ｏ：４４％
■ 上記ガスと空気１４を混合後燃焼させた触媒層の
温度 最高８９０℃、燃焼排ガス１０の温度 ６００℃■
分離膜３の出口のイナートガス及びスチームとＨ２
混合ガス７ ガス温度 ： ５３０℃ ガス流量 ： スチーム：１００Ｎｌ／ｈ、Ｎ２
：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ ：１００Ｎｌ／ｈ
ランス ■ 触媒層４出口の未反応ガス８のガス流量８０Ｎｌ
／ｈ ガス温度 ： ５５０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ２ ：２３％、ＣＯ：６％、
ＣＯ２ ：２３％、ＣＨ４ ：４％、Ｈ２ Ｏ：４４％
■ 上記ガスと空気１４を混合後燃焼させた触媒層の
温度 最高８９０℃、燃焼排ガス１０の温度 ６００℃■
分離膜３の出口のイナートガス及びスチームとＨ２
混合ガス７ ガス温度 ： ５３０℃ ガス流量 ： スチーム：１００Ｎｌ／ｈ、Ｎ２
：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ ：１００Ｎｌ／ｈ
【００３４】（２）燃料電池まわりのマスバランス■
水素極 入口ガス スチーム：１００Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ
２ ：１００Ｎｌ／ｈ 出口ガス スチーム：８Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２
：２５Ｎｌ／ｈ ■ 空気極 入口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：７３．５Ｎｌ／
ｈ出口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：３６Ｎｌ／ｈ、
スチーム：１６７Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．２Ｖ、電流 ３６Ａ、得られた電力
１１５Ｗ
水素極 入口ガス スチーム：１００Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ
２ ：１００Ｎｌ／ｈ 出口ガス スチーム：８Ｎｌ／ｈ：Ｎ２ ：３０Ｎｌ／ｈ、Ｈ２
：２５Ｎｌ／ｈ ■ 空気極 入口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：７３．５Ｎｌ／
ｈ出口ガス Ｎ２ ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ２ ：３６Ｎｌ／ｈ、
スチーム：１６７Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．２Ｖ、電流 ３６Ａ、得られた電力
１１５Ｗ
【００３５】
【発明の効果】（１）触媒を充填した反応管内にスチー
ムリフォーミング反応原料を供給して水素を発生させ、
分離膜の内側にイナートガス又はイナートガス及びスチ
ームを流入させて分離膜を透過した水素をイナートガス
又はイナートガス及びスチームに同伴させて系外に抜出
すことにより、平衡転化率以上のメタン転化率を得ると
ともに高純度の水素を得ることができる。 （２）上記方法で得られた水素含有ガスを燃料電池に供
給することにより、効率良く電力を得ることができる。
ムリフォーミング反応原料を供給して水素を発生させ、
分離膜の内側にイナートガス又はイナートガス及びスチ
ームを流入させて分離膜を透過した水素をイナートガス
又はイナートガス及びスチームに同伴させて系外に抜出
すことにより、平衡転化率以上のメタン転化率を得ると
ともに高純度の水素を得ることができる。 （２）上記方法で得られた水素含有ガスを燃料電池に供
給することにより、効率良く電力を得ることができる。
【図１】本発明を実施する装置の要部の概略図
【図２】
本発明の一実施例の説明図
本発明の一実施例の説明図
Claims (7)
- 【請求項１】 炭化水素又はメタノールをスチームリ
フォーミングにより燃料電池用水素を製造するに際し、
スチームリフォーミングにより生成する水素を逐次水素
分離機能膜により透過させ、イナートガス又はイナート
ガス及びスチームに同伴させて水素を系外に取出すこと
を特徴とする燃料電池用水素の製造方法。 - 【請求項２】 炭化水素又はメタノールと水蒸気より
なる原料供給手段を有するリフォーミング触媒充填部の
一方に水素分離機能膜を隣接して設置すると共に、リフ
ォーミング触媒充填部の他方に加熱部を隣接して設置し
てなり、前記水素分離機能膜を透過した水素を系外に取
出すイナートガス又はイナートガス及びスチームの供給
手段を設けてなることを特徴とする燃料電池用水素の製
造装置。 - 【請求項３】 イナートガス又はイナートガス及びス
チームの供給手段を有する水素分離機能膜製筒体、該水
素分離機能膜製筒体を囲撓し、炭化水素又はメタノール
と水蒸気よりなる原料供給手段を有するリフォーミング
触媒充填筒体、該スチームリフォーミング触媒充填筒体
を囲撓し、未反応リフォーミング原料と空気の供給手段
を有する加熱筒体を具備してなることを特徴とする燃料
電池用水素の製造装置。 - 【請求項４】 未反応リフォーミング原料と空気の供
給手段を有する加熱筒体、該加熱筒体を囲撓し、炭化水
素又はメタノールと水蒸気よりなる原料供給手段を有す
るリフォーミング触媒充填筒体、該リフォーミング触媒
充填筒を囲撓し、イナートガス又はイナートガス及びス
チームの供給手段を有する水素分離機能膜製筒体を具備
してなることを特徴とする燃料電池用水素の製造装置。 - 【請求項５】 請求項２〜４のうちのいずれかの水素
分離機能膜部から取出されるイナートガス又はイナート
ガス及びスチーム同伴水素ガスを燃料電池の水素極に供
給することを特徴とする燃料電池への水素の供給方法。 - 【請求項６】 燃料電池の水素極出口ガスを水素分離
機能膜部に循環することを特徴とする請求項５記載の燃
料電池への水素の供給方法。 - 【請求項７】 燃料電池の水素極出口ガスを燃料電池
の水素極入口に循環することを特徴とする請求項５記載
の燃料電池への水素の供給方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3092144A JP2955054B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3092144A JP2955054B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04321502A true JPH04321502A (ja) | 1992-11-11 |
| JP2955054B2 JP2955054B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=14046243
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3092144A Expired - Lifetime JP2955054B2 (ja) | 1991-04-23 | 1991-04-23 | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955054B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL1013876C2 (nl) * | 1999-12-17 | 2001-07-03 | Stichting Energie | Lage-temperatuur-brandstofcel-samenstel alsmede werkwijze voor het bedrijven daarvan. |
| US6268075B1 (en) | 1997-12-16 | 2001-07-31 | Xcellsis Gmbh | Process for the water vapor reforming of a hydrocarbon or a hydrocarbon derivative, reforming system operable thereby, and fuel cell operating process |
| US6294149B1 (en) | 1997-12-16 | 2001-09-25 | Xcellsis Gmbh | Process for operating a water vapor reforming system, a reforming system operable thereby and a fuel cell system operating process |
| US6656617B2 (en) | 2000-01-24 | 2003-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel gas production system for fuel cells |
| US7135050B2 (en) | 2000-08-25 | 2006-11-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generator |
| KR100649676B1 (ko) * | 2005-06-10 | 2006-11-27 | 삼성전기주식회사 | 와이어형 소형 개질기 및 이를 구비한 소형 연료전지 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4923371B2 (ja) | 2001-09-21 | 2012-04-25 | トヨタ自動車株式会社 | 水素分離膜を備える水素生成装置の起動方法 |
-
1991
- 1991-04-23 JP JP3092144A patent/JP2955054B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6268075B1 (en) | 1997-12-16 | 2001-07-31 | Xcellsis Gmbh | Process for the water vapor reforming of a hydrocarbon or a hydrocarbon derivative, reforming system operable thereby, and fuel cell operating process |
| US6294149B1 (en) | 1997-12-16 | 2001-09-25 | Xcellsis Gmbh | Process for operating a water vapor reforming system, a reforming system operable thereby and a fuel cell system operating process |
| NL1013876C2 (nl) * | 1999-12-17 | 2001-07-03 | Stichting Energie | Lage-temperatuur-brandstofcel-samenstel alsmede werkwijze voor het bedrijven daarvan. |
| WO2001045188A3 (en) * | 1999-12-17 | 2001-12-27 | Stichting Energie | Low-temperature fuel cell assembly and method for the operation thereof |
| US6872482B2 (en) | 1999-12-17 | 2005-03-29 | Stichting Energieonderzoek Centrum Nederland | Low-temperature fuel cell assembly and method for the operation thereof |
| US6656617B2 (en) | 2000-01-24 | 2003-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel gas production system for fuel cells |
| US7135050B2 (en) | 2000-08-25 | 2006-11-14 | Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. | Hydrogen generator |
| KR100649676B1 (ko) * | 2005-06-10 | 2006-11-27 | 삼성전기주식회사 | 와이어형 소형 개질기 및 이를 구비한 소형 연료전지 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2955054B2 (ja) | 1999-10-04 |
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|---|---|---|---|
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