JPH04325402A - 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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- JPH04325402A JPH04325402A JP3095268A JP9526891A JPH04325402A JP H04325402 A JPH04325402 A JP H04325402A JP 3095268 A JP3095268 A JP 3095268A JP 9526891 A JP9526891 A JP 9526891A JP H04325402 A JPH04325402 A JP H04325402A
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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
-
- 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
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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)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (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
除去するのみ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
除去するのみ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に示す熱力学平衡温度に近いＣＯが生成す
る。
ガスには表２に示す熱力学平衡温度に近い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更にＣＯ
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更にＣＯ
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、水素透過側を減圧吸引し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、水素透過側を減圧吸引し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
取出す減圧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
取出す減圧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）減圧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。
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、減圧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、減圧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
かの装置から取出される減圧水素を加圧し燃料電池の水
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。
かの装置から取出される減圧水素を加圧し燃料電池の水
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）上記（２）〜（４）のうちのいずれ
かの装置から取出される減圧水素を加圧すると同時に水
蒸気を添加して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。
かの装置から取出される減圧水素を加圧すると同時に水
蒸気を添加して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。
【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）
又は（６）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）
又は（６）記載の燃料電池への水素の供給方法。である
。
【００１５】すなわち、本発明は以下の構成を新規とす
るものである。 （１）リフォーミング触媒層中にＨ２ を選択的に分離
する膜を設置する。 （２）選択的に透過したＨ２ を分離膜内から系外へ移
動させるために大気圧以下に減圧する。 （３）分離したＨ２ ガスは、燃料電池用原料ガスとし
て使用し、Ｈ２ 消費後のガスは燃料電池に循環使用す
る。 （４）必要に応じて、触媒反応で必要な反応熱を、リフ
ォーミング触媒が充填された反応管の外筒に分離膜を透
過しない非透過ガスを流入させて燃焼させることにより
供給する。
るものである。 （１）リフォーミング触媒層中にＨ２ を選択的に分離
する膜を設置する。 （２）選択的に透過したＨ２ を分離膜内から系外へ移
動させるために大気圧以下に減圧する。 （３）分離したＨ２ ガスは、燃料電池用原料ガスとし
て使用し、Ｈ２ 消費後のガスは燃料電池に循環使用す
る。 （４）必要に応じて、触媒反応で必要な反応熱を、リフ
ォーミング触媒が充填された反応管の外筒に分離膜を透
過しない非透過ガスを流入させて燃焼させることにより
供給する。
【００１６】
【作用】（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
、すなわちＨ２ の生成速度が増大する。 （２）透過側の圧力を大気圧以下に減圧することにより
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、２
００℃以下で作動する燃料電池にそのまま供給できる。 （４）透過側の圧力を大気圧以下に減圧する本発明方法
は、選択的に透過したＨ２ を分離膜内から系外へ移動
させるために同伴ガスとしてスチーム及び／又はイナー
トガスを使用する方法と比較し、分離膜同一面積当たり
の水素透過速度が高い。
去することにより、スチームリフォーミング反応の速度
、すなわちＨ２ の生成速度が増大する。 （２）透過側の圧力を大気圧以下に減圧することにより
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、２
００℃以下で作動する燃料電池にそのまま供給できる。 （４）透過側の圧力を大気圧以下に減圧する本発明方法
は、選択的に透過したＨ２ を分離膜内から系外へ移動
させるために同伴ガスとしてスチーム及び／又はイナー
トガスを使用する方法と比較し、分離膜同一面積当たり
の水素透過速度が高い。
【００１７】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
ンブレンリアクタと呼ぶ）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）、７は
Ｈ２ 含有ガス、８は非透過ガス、９は加熱用ガス、１
０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
ンブレンリアクタと呼ぶ）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）、７は
Ｈ２ 含有ガス、８は非透過ガス、９は加熱用ガス、１
０は燃焼排ガスである。
【００１８】反応管１内の分離膜３と区切られた空間に
は触媒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、
大気圧以下に減圧された分離膜３の内側からＨ２ 含有
ガス７が取出される。分離膜３を通して触媒層から水素
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、
大気圧以下に減圧された分離膜３の内側からＨ２ 含有
ガス７が取出される。分離膜３を通して触媒層から水素
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。
【００１９】触媒４充填部から排出される非透過ガス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、触媒４充填部の加熱に用いられ、燃焼排ガ
ス１０は系外に排出される。
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、触媒４充填部の加熱に用いられ、燃焼排ガ
ス１０は系外に排出される。
【００２０】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
ＶＩＩＩ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
（ＣＶＤ）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
ＶＩＩＩ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
（ＣＶＤ）などの気相法が用いられる。
【００２１】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。
【００２２】
（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。 分離膜３の内側を大気圧以下に減圧することにより、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、抜き出
されたＨ２ 含有ガス７は減圧装置６により加圧され、
スチーム１５が添加されたＨ２ 含有ガス１１が燃料電
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。 分離膜３の内側を大気圧以下に減圧することにより、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、抜き出
されたＨ２ 含有ガス７は減圧装置６により加圧され、
スチーム１５が添加されたＨ２ 含有ガス１１が燃料電
池１２に供給される。
【００２３】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。
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。
【００２４】Ｈ２ の大半を燃料電池１２で消費した後
のガス１６は再度燃料電池１２に循環使用される。
のガス１６は再度燃料電池１２に循環使用される。
【００２５】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。
【００２６】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
。
【００２７】（１）装置寸法
分離膜３：外径１０ｍｍ（内径７ｍｍ）×長さ６００ｍ
ｍ 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
ｍ 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
【００２８】（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。
【００２９】（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。
【００３０】（４）ガス流量及び温度
■ 原料ガス５：ＣＨ４ ：２８Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ Ｏ
：８５Ｎｌ／ｈ、温度：５００℃ ■ 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℃ ■ 燃焼用空気１４：３４０Ｎｌ／ｈ、温度：３５０
℃■ 燃料電池用空気１３：３５０Ｎｌ／ｈ、温度：
６０℃
【００３１】（５）圧力
■ 原料ガス側 ： １ｋｇ／ｃｍ２ ａｂｓ．
■ 分離膜３の内側： ０．１ｋｇ／ｃｍ２ ａｂ
ｓ．
■ 分離膜３の内側： ０．１ｋｇ／ｃｍ２ ａｂ
ｓ．
【００３２】（６）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。
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出口の非透過ガス８のガス流量７８Ｎｌ
／ｈ ガス温度 ： ５４０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ２ ：２４％、ＣＯ：６％、
ＣＯ２ ：２５％、 ＣＨ４ ：２％、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の出口の水素含有ガス７ガス温度 ：
５２０℃ Ｈ２ 流量 ： ８０Ｎｌ／ｈ
ランス ■ 触媒層４出口の非透過ガス８のガス流量７８Ｎｌ
／ｈ ガス温度 ： ５４０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ２ ：２４％、ＣＯ：６％、
ＣＯ２ ：２５％、 ＣＨ４ ：２％、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の出口の水素含有ガス７ガス温度 ：
５２０℃ Ｈ２ 流量 ： ８０Ｎｌ／ｈ
【００３４】（２）燃料電池まわりのマスバランスメン
ブレンリアクタ出口のＨ２ 含有ガス７にスチーム供給
ライン１５よりスチームを供給。 ■ 水素極 入口ガス スチーム：８０Ｎｌ／ｈ：Ｈ２ ：８０Ｎｌ／ｈ出口ガ
ス スチーム：５Ｎｌ／ｈ：Ｈ２ ：２０Ｎｌ／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 ：４３．５Ｎｌ／
ｈ、Ｈ２ Ｏ：１３５Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．５Ｖ、電流 ２８．３Ａ、得られた電力
９９Ｗ
ブレンリアクタ出口のＨ２ 含有ガス７にスチーム供給
ライン１５よりスチームを供給。 ■ 水素極 入口ガス スチーム：８０Ｎｌ／ｈ：Ｈ２ ：８０Ｎｌ／ｈ出口ガ
ス スチーム：５Ｎｌ／ｈ：Ｈ２ ：２０Ｎｌ／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 ：４３．５Ｎｌ／
ｈ、Ｈ２ Ｏ：１３５Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．５Ｖ、電流 ２８．３Ａ、得られた電力
９９Ｗ
【００３５】（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）分離膜３内側の圧力：０．１５ｋｇ／ｃｍ２ ａ
ｂｓ． （３）ガス流量 ■ 循環ガス１６のガス流量 スチーム：８Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ ：２５Ｎｌ／ｈ■ ス
チーム供給ライン１５の流量 ９２Ｎｌ／ｈ以上の条
件以外は、実施例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）分離膜３内側の圧力：０．１５ｋｇ／ｃｍ２ ａ
ｂｓ． （３）ガス流量 ■ 循環ガス１６のガス流量 スチーム：８Ｎｌ／ｈ、Ｈ２ ：２５Ｎｌ／ｈ■ ス
チーム供給ライン１５の流量 ９２Ｎｌ／ｈ以上の条
件以外は、実施例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。
【００３６】（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８のガス流量８２Ｎｌ
／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Ｈ２ ガス７ ガス温度 ： ５３０℃ Ｈ２ 流量 ： ７０Ｎｌ／ｈ
ランス ■ 触媒層４出口の非透過ガス８のガス流量８２Ｎｌ
／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Ｈ２ ガス７ ガス温度 ： ５３０℃ Ｈ２ 流量 ： ７０Ｎｌ／ｈ
【００３７】（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：Ｈ２ ：９５Ｎｌ／ｈ出口
ガス スチーム：８Ｎｌ／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 ：３８．５Ｎｌ／
ｈ、スチーム：１６２Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．２Ｖ、電流 ３３．５Ａ、得られた電力
１０７Ｗ
水素極 入口ガス スチーム：１００Ｎｌ／ｈ：Ｈ２ ：９５Ｎｌ／ｈ出口
ガス スチーム：８Ｎｌ／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 ：３８．５Ｎｌ／
ｈ、スチーム：１６２Ｎｌ／ｈ ■ 燃料電池の性能 電圧 ３．２Ｖ、電流 ３３．５Ａ、得られた電力
１０７Ｗ
【００３８】
【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、
分離膜の内側を大気圧以下に減圧にし、分離膜を透過し
た水素を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、
分離膜の内側を大気圧以下に減圧にし、分離膜を透過し
た水素を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概略図
【図２】本発明
の一実施例の説明図
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、水素透過側を減圧吸引して
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
出す減圧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】 減圧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、減圧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装置
から取出される減圧水素を加圧し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】 請求項２〜４のうちのいずれかの装置
から取出される減圧水素を加圧すると同時に水蒸気を添
加して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又は
６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 |
|---|---|---|---|
| JP3095268A JPH04325402A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 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 |
|---|---|---|---|
| JP3095268A JPH04325402A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04325402A true JPH04325402A (ja) | 1992-11-13 |
Family
ID=14133023
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3095268A Pending JPH04325402A (ja) | 1991-04-25 | 1991-04-25 | 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) | JPH04325402A (ja) |
Cited By (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06231792A (ja) * | 1993-02-04 | 1994-08-19 | Youyuu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | 燃料電池システムとその制御方法 |
| JPH06345404A (ja) * | 1993-06-02 | 1994-12-20 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | 非平衡反応用プレートフィン型反応器 |
| US5612012A (en) * | 1994-06-08 | 1997-03-18 | Ngk Insulators, Ltd. | Method for removing carbon monoxide from reformed gas |
| WO2001036077A1 (fr) * | 1999-11-18 | 2001-05-25 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Dispositif generateur de gaz combustible pour pile a combustible et matiere composite pour la separation de l'hydrogene |
| WO2004035182A1 (ja) * | 2002-10-07 | 2004-04-29 | Bussan Nanotech Research Institute, Inc. | 多管式分離膜モジュール |
| US6802876B1 (en) | 1999-06-09 | 2004-10-12 | Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. | Apparatus for producing hydrogen |
| JP2012066199A (ja) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素分離方法及び装置 |
| JP5803928B2 (ja) * | 2010-09-24 | 2015-11-04 | 東京瓦斯株式会社 | 水素分離膜 |
-
1991
- 1991-04-25 JP JP3095268A patent/JPH04325402A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06231792A (ja) * | 1993-02-04 | 1994-08-19 | Youyuu Tansanengata Nenryo Denchi Hatsuden Syst Gijutsu Kenkyu Kumiai | 燃料電池システムとその制御方法 |
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| JP2002033113A (ja) * | 1999-11-18 | 2002-01-31 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガス生成装置および水素分離用複合材 |
| US7255721B1 (en) | 1999-11-18 | 2007-08-14 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Device forming fuel gas for fuel cell and composite material for hydrogen separation |
| WO2004035182A1 (ja) * | 2002-10-07 | 2004-04-29 | Bussan Nanotech Research Institute, Inc. | 多管式分離膜モジュール |
| JP2012066199A (ja) * | 2010-09-24 | 2012-04-05 | Tokyo Gas Co Ltd | 水素分離方法及び装置 |
| JP5803928B2 (ja) * | 2010-09-24 | 2015-11-04 | 東京瓦斯株式会社 | 水素分離膜 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 19990309 |