JPH06168733A - 燃料電池用水素の製造方法及び装置並びに供給方法 - Google Patents
燃料電池用水素の製造方法及び装置並びに供給方法Info
- Publication number
- JPH06168733A JPH06168733A JP3063221A JP6322191A JPH06168733A JP H06168733 A JPH06168733 A JP H06168733A JP 3063221 A JP3063221 A JP 3063221A JP 6322191 A JP6322191 A JP 6322191A JP H06168733 A JPH06168733 A JP H06168733A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- hydrogen
- fuel cell
- steam
- gas
- catalyst
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
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
Landscapes
- Fuel Cell (AREA)
- Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 燃料電池に供給する水素含有ガスの製造方法
及び装置並びに燃料電池への水素の供給方法に関する。 【構成】 炭化水素又はメタノールをスチームリフォー
ミングにより水素を生成させ、生成する水素を逐次水素
分離機能膜により透過させて水蒸気に同伴させて系外に
取出すようにした燃料電池用水素の製造方法及び同装置
であり、上記方法及び装置で得た水蒸気同伴水素を燃料
電池の水素極に供給する方法である。
及び装置並びに燃料電池への水素の供給方法に関する。 【構成】 炭化水素又はメタノールをスチームリフォー
ミングにより水素を生成させ、生成する水素を逐次水素
分離機能膜により透過させて水蒸気に同伴させて系外に
取出すようにした燃料電池用水素の製造方法及び同装置
であり、上記方法及び装置で得た水蒸気同伴水素を燃料
電池の水素極に供給する方法である。
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 → Ｈ2 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 → Ｈ2 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）
【０００３】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化学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。
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化学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／
ｃｍ2 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。
（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／
ｃｍ2 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に示す熱力学平衡濃度に近いＣＯが生成す
る。
ガスには表２に示す熱力学平衡濃度に近い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触媒層から
得られるガスのＣＯ濃度は通常１０％以上であり、上記
燃料電池に供給する場合ＣＯを除去しなければならない
などの問題点がある。
得られるガスのＣＯ濃度は通常１０％以上であり、上記
燃料電池に供給する場合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、水蒸気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。
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、水蒸気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
取出す水蒸気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
取出す水蒸気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）水蒸気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。
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
媒充填筒体を囲撓し、水蒸気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
媒充填筒体を囲撓し、水蒸気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水蒸気同伴水素ガ
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水蒸気同伴水素ガ
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、すなわち
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スチームを使用するので、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。（４）燃料電池として固体
高分子膜型燃料電池を使用する場合、燃料電池に供給す
る水素含有ガスを加湿する必要がある。本発明では同伴
ガスとしてスチームを使用するので、加湿装置が不溶で
ある。（５）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。
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）選択的に透過された
Ｈ2 の同伴ガスとしてスチームを使用し、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スチームを使用するので、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。（４）燃料電池として固体
高分子膜型燃料電池を使用する場合、燃料電池に供給す
る水素含有ガスを加湿する必要がある。本発明では同伴
ガスとしてスチームを使用するので、加湿装置が不溶で
ある。（５）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はスチーム又はスチー
ム及び循環ガス、７はスチームとＨ2 ガスの混合ガス、
８は未反応ガス、９は加熱要ガス、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はスチーム又はスチー
ム及び循環ガス、７はスチームとＨ2 ガスの混合ガス、
８は未反応ガス、９は加熱要ガス、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、ここに供給されるスチーム又はスチ
ーム及び循環ガス６により系外にスチーム＋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、ここに供給されるスチーム又はスチ
ーム及び循環ガス６により系外にスチーム＋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】触媒４充填部から排出される未反応ガス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、この熱によって触媒４充填部の加熱に用い
た後、該ガスは燃焼排ガス１０となって系外に排出され
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、この熱によって触媒４充填部の加熱に用い
た後、該ガスは燃焼排ガス１０となって系外に排出され
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１００μ以上のＰｄを含有
する合金膜又は多孔体に膜厚５０μ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１００μ以上のＰｄを含有
する合金膜又は多孔体に膜厚５０μ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。
【００２０】触媒としては第VIII族金属（Ｆｅ，Ｃｏ，
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ＮｉＯ含
有触媒が特に好ましい。
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ＮｉＯ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、スチー
ム又はスチーム及び循環ガス６に同伴されてスチーム＋
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、スチー
ム又はスチーム及び循環ガス６に同伴されてスチーム＋
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Ｏ
2 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。
2 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６０
０ｍｍ 反応管４ ： 外径２７．２ｍｍ（内径２３．２ｍｍ）
×長さ５５０ｍｍ 外筒 ２ ： 外径４２．７ｍｍ（内径３８．７ｍｍ）
×長さ５５０ｍｍ
０ｍｍ 反応管４ ： 外径２７．２ｍｍ（内径２３．２ｍｍ）
×長さ５５０ｍｍ 外筒 ２ ： 外径４２．７ｍｍ（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 メタンのスチームリフォーミング触媒 ＮｉＯ ７０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１
５０ｍｌ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。
ァイト２重量％の組成を有する平均粒径１ｍｍの触媒１
５０ｍｌ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，Ｈ
2 Ｏ：８５Ｎｌ／ｈ、温度：５００℃ スチーム ６ ： スチーム：５４Ｎｌ／ｈ 燃焼用空気１４： ３４０Ｎｌ／ｈ、温度：３５０
℃ 燃料電池用空気１３： ３５０Ｎｌ／ｈ、温度：６
０℃
2 Ｏ：８５Ｎｌ／ｈ、温度：５００℃ スチーム ６ ： スチーム：５４Ｎｌ／ｈ 燃焼用空気１４： ３４０Ｎｌ／ｈ、温度：３５０
℃ 燃料電池用空気１３： ３５０Ｎｌ／ｈ、温度：６
０℃
【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。
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出口の未反応ガス８のガス流量８６Ｎｌ／
ｈ ガス温度 ： ５４０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ2 ：２４％、ＣＯ：６％、Ｃ
Ｏ2 ：２３％、ＣＨ4 ：４％、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の出口のスチームとＨ2 混合ガス７ ガス温度 ： ５２０℃ ガス流量 ： スチーム：７０Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 ：７２Ｎ
ｌ／ｈ
ランス 触媒層４出口の未反応ガス８のガス流量８６Ｎｌ／
ｈ ガス温度 ： ５４０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ2 ：２４％、ＣＯ：６％、Ｃ
Ｏ2 ：２３％、ＣＨ4 ：４％、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の出口のスチームとＨ2 混合ガス７ ガス温度 ： ５２０℃ ガス流量 ： スチーム：７０Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 ：７２Ｎ
ｌ／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、Ｈ2 ：７２Ｎｌ／ｈ 出口ガス スチーム：１０Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 ：２７Ｎｌ／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 ：５１Ｎｌ／ｈ、Ｈ2
Ｏ：１０５Ｎｌ／ｈ 燃料電池の性能 電圧 ３．５Ｖ、 電流 ２１．４Ａ、 得られた電力
７５Ｗ
Ｏ：１０５Ｎｌ／ｈ 燃料電池の性能 電圧 ３．５Ｖ、 電流 ２１．４Ａ、 得られた電力
７５Ｗ
【００３２】（例２） （Ａ）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。 （Ｂ）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（すなわち、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：１００Ｎｌ／ｈ（スチーム供給ライン１５の
流量９１Ｎｌ／ｈ）、Ｈ2 ：２８Ｎｌ／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。 （Ｂ）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（すなわち、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：１００Ｎｌ／ｈ（スチーム供給ライン１５の
流量９１Ｎｌ／ｈ）、Ｈ2 ：２８Ｎｌ／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８５Ｎｌ／
ｈ ガス温度 ： ５５０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ2 ：２３％、ＣＯ：６％、Ｃ
Ｏ2 ：２２％、ＣＨ4 ：５％、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出口のスチームとＨ2 混合ガス７ ガス温度 ： ５３０℃ ガス流量 ： スチーム：１００Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 ：９５
Ｎｌ／ｈ
ランス 触媒層４出口の未反応ガス８のガス流量８５Ｎｌ／
ｈ ガス温度 ： ５５０℃ ガス組成（ｍｏｌ％）：Ｈ2 ：２３％、ＣＯ：６％、Ｃ
Ｏ2 ：２２％、ＣＨ4 ：５％、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出口のスチームとＨ2 混合ガス７ ガス温度 ： ５３０℃ ガス流量 ： スチーム：１００Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 ：９５
Ｎｌ／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、Ｈ2 ：９５Ｎｌ／ｈ 出口ガス スチーム：９Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 ：２８Ｎｌ／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 ：４０Ｎｌ／ｈ、スチ
ーム：１５８Ｎｌ／ｈ 燃料電池の性能 電圧 ３．２Ｖ、 電流 ３２．２Ａ、 得られた電力
１０３Ｗ
ーム：１５８Ｎｌ／ｈ 燃料電池の性能 電圧 ３．２Ｖ、 電流 ３２．２Ａ、 得られた電力
１０３Ｗ
【００３５】（例３）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した場合の燃料電池の水素極ま
わりのマスバランスを図３により説明する。図３のよう
な水素極まわりのマスバランスにおいて、空気極入口ガ
スがＮ2 ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ2 ：７３．５Ｎｌ／
ｈ、空気極出口ガスがＮ2 ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、
Ｏ2 ：４４．５Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 Ｏ：１２３Ｎｌ／ｈの
時、燃料電池の性能としては電圧３．５Ｖ、電流：２
７．５Ａ、得られた電力：９６Ｗであった。
電池の水素極入口に循環した場合の燃料電池の水素極ま
わりのマスバランスを図３により説明する。図３のよう
な水素極まわりのマスバランスにおいて、空気極入口ガ
スがＮ2 ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、Ｏ2 ：７３．５Ｎｌ／
ｈ、空気極出口ガスがＮ2 ：２７６．５Ｎｌ／ｈ、
Ｏ2 ：４４．５Ｎｌ／ｈ、Ｈ2 Ｏ：１２３Ｎｌ／ｈの
時、燃料電池の性能としては電圧３．５Ｖ、電流：２
７．５Ａ、得られた電力：９６Ｗであった。
【００３６】以上、本発明の主な実施例をあげて本発明
の効果を立証したが、他の実施例はこれら実施例の効果
より自明であるので省略する。
の効果を立証したが、他の実施例はこれら実施例の効果
より自明であるので省略する。
【００３７】
（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
スチームを流入させて分離膜を透過した水素をスチーム
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。
グ反応原料を供給して水素を発生させ、分離膜の内側に
スチームを流入させて分離膜を透過した水素をスチーム
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
【図３】本発明の一実施例のマスバランスの説明図
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、水蒸気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
す水蒸気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】 水蒸気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
填筒体を囲撓し、水蒸気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水蒸気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 |
|---|---|---|---|
| JP3063221A JP2955040B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 燃料電池用水素の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 |
|---|---|---|---|
| JP3063221A JP2955040B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 燃料電池用水素の製造方法及び装置並びに供給方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06168733A true JPH06168733A (ja) | 1994-06-14 |
| JP2955040B2 JP2955040B2 (ja) | 1999-10-04 |
Family
ID=13222940
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3063221A Expired - Lifetime JP2955040B2 (ja) | 1991-03-27 | 1991-03-27 | 燃料電池用水素の製造方法及び装置並びに供給方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2955040B2 (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000031816A1 (en) * | 1998-11-19 | 2000-06-02 | Sk Corporation | Miniature fuel reformer and system using metal thin film |
| JP2001110437A (ja) * | 1999-10-12 | 2001-04-20 | Kansai Research Institute | 燃料電池用水素燃料供給システム |
| JP2001143733A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Daikin Ind Ltd | 燃料電池システムの加湿装置 |
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
| US6656617B2 (en) | 2000-01-24 | 2003-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel gas production system for fuel cells |
-
1991
- 1991-03-27 JP JP3063221A patent/JP2955040B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2000031816A1 (en) * | 1998-11-19 | 2000-06-02 | Sk Corporation | Miniature fuel reformer and system using metal thin film |
| US6896709B1 (en) | 1998-11-19 | 2005-05-24 | Sk Corporation | Miniature fuel reformer and system using metal thin film |
| JP2001110437A (ja) * | 1999-10-12 | 2001-04-20 | Kansai Research Institute | 燃料電池用水素燃料供給システム |
| JP2001143733A (ja) * | 1999-11-16 | 2001-05-25 | Daikin Ind Ltd | 燃料電池システムの加湿装置 |
| US6656617B2 (en) | 2000-01-24 | 2003-12-02 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Fuel gas production system for fuel cells |
| JP2001223017A (ja) * | 2000-02-09 | 2001-08-17 | Toyota Motor Corp | 燃料電池用燃料ガスの生成システム |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2955040B2 (ja) | 1999-10-04 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6171574B1 (en) | Method of linking membrane purification of hydrogen to its generation by steam reforming of a methanol-like fuel | |
| JP4184037B2 (ja) | 水素製造装置 | |
| Ledjeff-Hey et al. | Compact hydrogen production systems for solid polymer fuel cells | |
| US4684581A (en) | Hydrogen diffusion fuel cell | |
| US7731918B2 (en) | Catalyst incorporation in a microreactor | |
| US7201979B2 (en) | SORFC system and method with an exothermic net electrolysis reaction | |
| US6896709B1 (en) | Miniature fuel reformer and system using metal thin film | |
| JPH07330304A (ja) | 改質ガスのｃｏ除去方法 | |
| JPS6117401A (ja) | 石炭或は炭化水素を用いた水蒸気転化の方法及びその装置 | |
| KR20180053795A (ko) | 일산화탄소 제거부를 포함한 수소제조 반응기 | |
| JP2955054B2 (ja) | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 | |
| JP3971564B2 (ja) | 燃料電池システム | |
| JP3297246B2 (ja) | 熱併給発電方法 | |
| JP2955040B2 (ja) | 燃料電池用水素の製造方法及び装置並びに供給方法 | |
| JP4008051B2 (ja) | 発電方法 | |
| JP2001146404A (ja) | 水素ガス生成装置 | |
| JPH04325402A (ja) | 燃料電池用水素製造方法及び装置並びに供給方法 | |
| JP2755685B2 (ja) | 燃料電池用水素製造方法 | |
| JP2007270256A (ja) | 水素製造装置、水素製造方法および燃料電池発電装置 | |
| JPH08295503A (ja) | 水素ガス中のｃｏの除去方法 | |
| JPH06345405A (ja) | 水素製造装置 | |
| JP3690833B2 (ja) | 発電方法 | |
| JPH0757758A (ja) | 燃料電池システム | |
| JPH08321321A (ja) | 燃料電池 | |
| JPH08261014A (ja) | 発電方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 19990615 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080716 Year of fee payment: 9 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090716 Year of fee payment: 10 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100716 Year of fee payment: 11 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110716 Year of fee payment: 12 |
|
| EXPY | Cancellation because of completion of term | ||
| FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110716 Year of fee payment: 12 |