JPH08231201A - 水素発生装置 - Google Patents

水素発生装置

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JPH08231201A
JPH08231201A JP3879095A JP3879095A JPH08231201A JP H08231201 A JPH08231201 A JP H08231201A JP 3879095 A JP3879095 A JP 3879095A JP 3879095 A JP3879095 A JP 3879095A JP H08231201 A JPH08231201 A JP H08231201A
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Yasuo Kuwabara
原 保 雄 桑
Akira Matsuoka
岡 晃 松
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 一酸化炭素の低減効果が大きい水素発生装置
の提供を目的とする。 【構成】 内部空間10a内に触媒11が充満されてい
るハウジング10と、内部空間内の上流側に開口した第
1供給管12と、内部空間内で反応して発生される改質
ガスが内部空間から流れ出るための吹き出し管14と、
第1供給管に接続されたメタノール供給手段(20、2
1、22)と、第1供給管に接続された酸素供給手段
(30、31、32)とを備えた水素発生装置におい
て、内部空間内の下流側に開口した第2供給管15と、
第2供給管に水を供給する水供給手段(40、41、4
2)とを備えたことを特徴とする水素発生装置。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、水素発生装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】この種の従来技術としては、水蒸気改質
法及び部分酸化改質法を用いた装置が知られている。
【0003】前者の水蒸気改質法は、反応管内にメタノ
ールと水を混入して、反応管に熱を加えることによって
両者を下式の如く反応させ、水素を得るものである。
【0004】 CH3 OH + H2 O → CO2 + 3H2 上記水蒸気改質法の長所としては、得られる改質ガス中
の水素濃度が高いことが挙げられるが、短所として水
の貯蔵手段及び加熱手段が必要であるため構造が複雑で
あり小型化が困難であること、吸熱反応であるために
加熱が必要であること、が挙げられる。このため、装置
の搭載性(装置が大型化する)、始動性(始動開始から
十分な水素が得られるまでに時間が掛かる)、応答性
(発生される水素量を一時的に増大させたい場合に必要
量が発生されるまでに時間が掛かる)が悪いという問題
点があった。
【0005】このような問題点から後者の部分酸化改質
法が提案されている。この方法を用いた装置としては、
特開昭62−59501号公報に開示されるような装置
が知られている。これは、メタノールと酸素(空気)の
混合物を触媒が収納されたハウジング内に供給管を通じ
て流入させることによって、両者を下式の如く反応さ
せ、水素を得るものである。
【0006】 CH3 OH + 1/2O2 → CO2 + 2H2 上記部分酸化改質法の長所としては、構造がシンプル
であるために装置を小型化できること、発熱反応であ
るために反応を起こさせるための熱源が不要であるこ
と、が挙げられる。このため、装置の搭載性(即ち、小
型化)、始動性、応答性を良好なものとすることができ
る。
【0007】又、特開昭62−59501号公報に開示
される水素発生装置では、一部不完全な反応により生じ
る一酸化炭素を低減するために、メタノール中に水を混
入させて、水と一酸化炭素とを下式の如く反応させるこ
とにより低減させる方法が採用されている。
【0008】H2 O + CO → CO2 + H2
【0009】
【発明が解決しようとする課題】上記した水と一酸化炭
素とは、低温度(150℃程度)の方が反応が促進され
るが、上記したようにメタノールに水を混入する方法で
は、ホットスポット領域(メタノールと酸素とが活発に
反応する領域であり、通常作動時は300℃〜400℃
のとなっている)にて水と一散化炭素とが反応されるた
めに、一酸化炭素の低減効果が小さい。
【0010】本発明は、一酸化炭素の低減効果が大きい
水素発生装置の提供を技術的課題とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記した技術的課題を解
決するため請求項1の発明において講じた技術的手段
は、内部空間内に触媒が充満されているハウジングと、
内部空間内の上流側に開口した第1供給管と、内部空間
内で反応して発生される改質ガスが内部空間から流れ出
るための吹き出し管と、第1供給管に接続されたメタノ
ール供給手段と、第1供給管に接続された酸素供給手段
とを備えた水素発生装置において、内部空間内の下流側
に開口した第2供給管と、第2供給管に水を供給する水
供給手段とを備えたことである。
【0012】一酸化炭素の低減効果を更に向上させるた
めに、請求項2の発明において講じた技術的手段は、第
2供給管の前記開口部を、第1供給管の開口部に対向し
た位置に配設したことである。
【0013】一酸化炭素の低減効果を維持するために、
請求項3の発明において講じた技術的手段は、内部空間
内の下流側に配設され触媒の温度を低下させる熱交換手
段を備えたことである。
【0014】
【作用】請求項1の発明においては、メタノール供給手
段と酸素供給手段より第1供給管に供給されたメタノー
ルと酸素は、第1供給管の開口から触媒中に吹き出され
る。メタノールと酸素の混合流体は、ホットスポット領
域(第1供給管の開口部近傍)において触媒に接触する
ことによって反応する。この反応によって発生した改質
ガス(二酸化炭素と水素の混合ガス)は、吹き出し管よ
り順次吹き出される。
【0015】一方、反応が一部不完全により発生した一
酸化炭素は、水供給手段から第2供給管を通って内部空
間内に流入した水と下流側の低温領域(150℃程度)
にて反応し、二酸化炭素と水素になって吹き出し管より
順次吹き出される。これにより、一酸化炭素が低減され
る。
【0016】請求項2の発明においては、第2供給管の
開口部が第1供給管の開口部の対向した位置に配設され
ているために、メタノールと酸素が反応して発生した改
質ガスの下流域(一酸化炭素の濃度が低い)で高濃度の
水による高い反応確率が得られ、一酸化炭素の低減効果
を更に向上させることができる。
【0017】請求項3の発明においては、内部空間の下
流側の触媒にホットスポット領域の熱が伝わり、内部空
間下流側の触媒の温度が上がり過ぎるのを、熱交換手段
が内部空間下流側の触媒の温度を奪うことにて防止する
ことができるために、内部空間の下流側の触媒温度を水
と一酸化炭素が活発に反応する温度領域に保つことがで
き、一酸化炭素の低減効果を維持することができる。
【0018】
【実施例】本発明に係る実施例を図面に基づいて説明す
る。
【0019】図1は本発明に係る第1実施例の水素発生
装置の構成図である。同図において、ハウジング10の
内部空間10a内には、触媒11が充満されている。触
媒11には、銅系触媒、ニッケル系触媒、貴金属系触媒
等が用いられる。
【0020】ハウジング10の図中上面には、開口部1
2aがハウジングの内部空間10a内に開口した第1供
給管12が挿入されている。この第1供給管12の開口
部12aは内部空間10aの図中上部(上流側)に位置
している。
【0021】第1供給管12は、後述するメタノール供
給手段及び酸素供給手段に接続されている。メタノール
供給手段は、液体のメタノールを貯えるメタノールタン
ク20と、このメタノールタンク20内に貯えられてい
るメタノールを第1供給管12に順次供給するためのメ
タノールポンプ21と、液体のメタノールを気化するた
めの気化器22とから構成されている。酸素供給手段
は、酸素(空気)を取り入れる取り入れ口30と、この
取り入れ口30から吸い込んだ酸素のゴミを取り除くフ
ィルター31と、酸素を第1供給管12に順次供給する
ためのエアポンプ32とから構成されている。
【0022】一方、ハウジング10の図中下面には、ハ
ウジング10内で反応して発生する改質ガスが流れだす
ための吹き出し管14が取り付けられている。この吹き
出し管14を流れる改質ガスは、例えば燃料電池に供給
されて電力の発生源として利用される。
【0023】吹き出し管14内には、水供給手段に接続
される第2供給管15が挿通されている。第2供給管1
5の開口部15aは、内部空間10aの下方で且つ第1
供給管12の開口部12aに対向した位置に配設されて
いる。
【0024】水供給手段は、水を貯える水タンク40
と、この水タンク40内に貯えられている水を第2供給
管15に順次供給するウォータポンプ41と、水を気化
して水蒸気とするための気化器42とから構成されてい
る。
【0025】尚、メタノールポンプ21、エアポンプ3
2、ウォータポンプ41の作動制御は、図示しない制御
装置により成される。
【0026】上記した第1実施例の水素発生装置の作用
を説明する。
【0027】制御装置によりメタノールポンプ21、エ
アポンプ32、ウォータポンプ41が作動されると、第
1供給管12よりメタノールと酸素の混合流体が内部空
間10aに供給されると共に、第2供給管15より水蒸
気が内部空間に供給される。
【0028】第1供給管より供給される混合流体は、ホ
ットスポット領域HSにて触媒に接触することにより反
応して、水素と二酸化炭素とからなる改質ガスを発生す
る。
【0029】このとき、一部不完全な反応により生じる
一酸化炭素は、内部空間10a内の図中下方(下流)に
て、第2供給管15より図中上方に向けて吹き出される
水蒸気(水)と反応して二酸化炭素と水素になる。
【0030】上記第1実施例の水素発生装置において
は、一酸化炭素と水は内部空間10aの下流側の低温領
域(150℃程度)にて反応されるために、水と一酸化
炭素との反応が促進されて一酸化炭素の低減効果が大き
いものである。
【0031】又、第1実施例の水素発生装置において
は、第2供給管15の開口部15aが第1供給管12の
開口部12aの対向した位置に配設されているために、
改質ガスと供給された水蒸気の流れが対向し、改質ガス
下流域の一酸化炭素濃度の低い領域で高い密度の高い水
蒸気が当たることになり、一酸化炭素の低減効果を更に
向上させることができる。
【0032】図2は本発明に係る第2実施例の水素発生
装置のハウジングとその周辺の構成図である。同図にお
いて、上記第1実施例の水素発生装置との相違点につい
てのみ説明する。
【0033】図2において、第1供給管12のメタノー
ル通路12bは、ハウジング10の図中下方より挿通さ
れていて、触媒11中の熱を第1供給管12に効率よく
伝達させるためにフィン状を呈した熱交換部材(熱交換
手段)50が複数設けられている。一方、第1供給管1
2の酸素通路12cは、ハウジング10の下方より内部
空間10a内に挿通されて内部空間10aの内周面に沿
って螺旋状に配設されている。そして、内部空間10a
の中央付近にてメタノール通路12bと酸素通路12c
の両者は接続され、更にその開口部12aは図中上方に
向けて開口している。
【0034】次に、第2実施例の水素発生装置の作用に
ついて説明する。
【0035】メタノールポンプ21及び酸素ポンプ32
から供給されるメタノールと酸素は、それぞれの通路1
2b、12cを通って混合され、第1供給管12の開口
部12aから内部空間10aに供給される。第1供給管
12より供給される混合流体は、ホットスポット領域H
Sにて触媒に接触することにより反応して、水素と二酸
化炭素とからなる改質ガスを発生する。
【0036】第2実施例においては、内部空間10a内
に配設されている第1供給管12のメタノール通路12
bは熱交換部材50を介して触媒11の熱を吸収し、酸
素通路12cは直接触媒11の熱を吸収して、下流側に
位置する触媒11の熱を奪う構成となっている。このた
め、内部空間10aの下流側の触媒11に、ホットスポ
ット領域HSの熱が伝わり、内部空間10aの下流側の
触媒11の温度が上がり過ぎるのを、熱交換部材50及
び酸素通路12cが内部空間10a下流側の触媒11の
温度を奪うことにて防止することができるために、内部
空間10aの下流側の触媒温度を水と一酸化炭素が活発
に反応する温度領域に保ことがができ、一酸化炭素の低
減効果を維持することができる。
【0037】
【発明の効果】請求項1の発明においては、ハウジング
内部空間の下流側に水が供給され、水と一酸化炭素とは
下流側の低温領域にて反応されるために、水と一酸化炭
素との反応が促進されて一酸化炭素の低減効果が大きい
ものである。
【0038】請求項2の発明においては、第2供給管の
開口部が第1供給管の開口部の対向した位置に配設され
ているために、改質ガスと供給された水蒸気の流れが対
向し、改質ガス下流域の一酸化炭素濃度の低い領域で高
い密度の高い水蒸気が当たることになり、一酸化炭素の
低減効果を更に向上させることができる。
【0039】請求項3の発明においては、内部空間の下
流側の触媒にホットスポット領域の熱が伝わり、内部空
間下流側の触媒の温度が上がり過ぎるのを、熱交換手段
が内部空間下流側の触媒の温度を奪うことにて防止する
ことができるために、内部空間の下流側の触媒温度を水
と一酸化炭素が活発に反応する温度領域に保つことがで
き、一酸化炭素の低減効果を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る第1実施例の水素発生装置の構成
図を示す。
【図2】本発明に係る第2実施例の水素発生装置のハウ
ジングとその周辺の構成図を示す。
【符号の説明】
10・・・ハウジング 10a・・・内部空間 11・・・触媒 12・・・第1供給管 14・・・吹き出し管 15・・・第2供給管 20・・・メタノールタンク(メタノール供給手段) 21・・・メタノールポンプ(メタノール供給手段) 22・・・気化器(酸素供給手段) 30・・・吸い込み口(酸素供給手段) 31・・・フィルター(酸素供給手段) 32・・・酸素ポンプ(酸素供給手段) 40・・・水タンク(水供給手段) 41・・・ウォータポンプ(水供給手段) 42・・・気化器 50・・・熱交換部材(熱交換手段)

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 内部空間内に触媒が充満されているハウ
    ジングと、 前記内部空間内の上流側に開口した第1供給管と、 前記内部空間内で反応して発生される改質ガスが前記内
    部空間から流れ出るための吹き出し管と、 前記第1供給管に接続されたメタノール供給手段と、 前記第1供給管に接続された酸素供給手段とを備えた水
    素発生装置において、 前記内部空間内の下流側に開口した第2供給管と、 該第2供給管に水を供給する水供給手段とを備えたこと
    を特徴とする水素発生装置。
  2. 【請求項2】 前記第2供給管の前記開口部を、前記第
    1供給管の前記開口部に対向した位置に配設したことを
    特徴とする請求項1記載の水素発生装置。
  3. 【請求項3】 前記内部空間内の下流側に配設され前記
    触媒の温度を低下させる熱交換手段を備えたことを特徴
    とする請求項1又は請求項2記載の水素発生装置。
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