(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気源に連結されて空気を供給する空気供給管と、燃料供給源に連結されて燃料を供給し、内部に着火触媒が配置された燃料供給管と、発生した改質ガスを排出する排出管とが形成された上部プレート；
原料供給源に連結されて原料ガスを供給する原料供給管と、発生した排気ガスを排出する排出管とが形成された下部プレート；
前記上部プレートの下部に設けられ、前記空気供給管から供給された空気を改質ガスの残熱によって予熱し、着火した燃料に混合燃焼させる加熱プレートと改質プレートが交互に積層された空気予熱部；
前記空気予熱部の下側に設けられ、燃焼した排気ガス及び改質ガスのみを通過させる上側流路隔離プレート；
前記上側流路隔離プレートの下部に設けられ、前記排気ガスの燃焼熱を伝導する加熱プレートと、前記加熱プレートの下側に設けられ、上部改質ガス流通プレートと下部改質ガス流通プレートの間に配置され、改質触媒が上下側に露出するように設置されることにより原料ガスが前記改質触媒の垂直方向に移動して接触する触媒ホルダープレートとを有する改質反応部；
前記改質反応部の下側に設けられ、改質反応部を通過した排気ガスと予熱された原料ガスのみを通過させる下側流路隔離プレート；及び
前記下側流路隔離プレートの下部及び前記下部プレートの上部の間に設けられ、前記原料ガスを前記改質反応部を通過した排気ガスで予熱する廃熱回収プレートと改質予熱プレートが交互に配置された改質予熱部；を含み、
前記加熱プレートの上面と、前記改質プレートの上面と、前記上部改質ガス流通プレートの下面と、前記下部改質ガス流通プレートの上面と、前記廃熱回収プレートの上面と、前記改質予熱プレートの上面とにはそれぞれ微細流路が形成されたことを特徴とする、微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項２】
上部プレートにおいて、空気供給管と燃料供給管が互いに対向するように配置され、改質ガス排出管は前記空気供給管及び前記燃料供給管に対して距離を置いて配置され、
下部プレートは前記上部プレートと同一の断面形状及び断面積を有し、原料供給管は前記上部プレートの燃料供給管と同一位置に配置されることを特徴とする、請求項１に記載の微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項３】
加熱プレートには四つの貫通孔が互いに距離を置いて形成され、このうち二つの貫通孔が微細流路によって連通するように形成され、前記微細流路が残り二つの貫通孔の間を横切るように配置され、
改質プレート及び下部改質ガス流通プレートは、前記加熱プレートを水平面上で１８０度回転させたもののように四つの貫通孔及び微細流路が配置され、
上部改質ガス流通プレートは、前記下部改質ガス流通プレートと微細流路が対向するように前記加熱プレートを覆したものと同一であることを特徴とする、請求項１に記載の微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項４】
空気源に連結されて空気を供給する空気供給管と、燃料供給源に連結されて燃料を供給し、内部に着火触媒が配置された燃料供給管と、発生した改質ガスを排出する排出管とが形成された上部プレート；
前記上部プレートの下部に設けられ、それぞれの上面に微細流路が形成され、交互に一対以上が積層されて前記空気供給管に連結される空気流入管と、前記燃料供給管に連結される燃焼管と、前記改質ガス排出管に連結される改質ガス流出管と、前記空気流入管と前記燃焼管と前記改質ガス流出管に対して距離を置いて配置される改質ガス流通管とが形成された空気予熱プレート及び改質ガス冷却プレートを有し、前記空気予熱プレートは前記微細流路によって前記空気供給管と前記燃焼管が連結され、前記改質ガス冷却プレートは前記微細流路によって前記改質ガス排出管と前記改質ガス流通管が連結された空気予熱部；
前記空気予熱部の下側に配置され、前記改質ガス流出管と前記空気流入管の下側を閉鎖する上側流路隔離プレート；
前記上側流路隔離プレートの下部に設置され、前記燃焼管と前記改質ガス流通管と連通し、上面に排気ガス流通管と前記燃焼管と連結する微細流路が形成された１枚以上の燃焼熱交換プレートと、前記燃焼熱交換プレートの下部に設置され、前記排気ガス流通管と連通し前記排気ガス流通管から隔離され、前記改質ガス流通管に連通する微細流路が形成された上部改質ガス流通プレートと、前記上部改質ガス流通プレートの下側に配置され、中心に改質触媒が設けられ、前記排気ガス流通管に連通する触媒ホルダープレートと、前記触媒ホルダープレートの下側に設けられ、前記排気ガス流通管と連通し、前記排気ガス流通管から隔離され、原料ガス流通管に連通する微細流路が形成された下部改質ガス流通プレートとを有する改質反応部；
前記改質反応部の下側に配置され、原料ガス流入管と排気ガス流出管の上側を閉鎖する下側流路隔離プレート；
前記下側流路隔離プレートの下部に設けられ、それぞれの上面に微細流路が形成され、交互に一対以上が積層され、前記排気ガス流通管と前記排気ガス流出管と前記原料ガス流入管と前記原料ガス流通管とが形成された廃熱回収プレート及び改質予熱プレートを有し、前記廃熱回収プレートは、前記微細流路によって前記排気ガス流通管と前記排気ガス流出管が連結され、前記改質予熱プレートは、前記微細流路によって前記原料ガス流入管と前記原料ガス流通管が連結された改質予熱部；及び
前記改質予熱部の下側に配置され、原料供給源に連結されて原料を供給し、前記原料ガス流入管に連通する原料供給管と、前記排気ガス流出管に連通する排気ガス排出管とが形成された下部プレートを含むことを特徴とする、微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項５】
上部プレートには改質ガス流通管に連通する改質ガス温度測定管が設けられ、下部プレートには原料ガス流通管に連通する原料ガス温度測定管が設けられ、前記改質ガス温度測定管と前記原料ガス温度測定管には熱電対が配置されることを特徴とする、請求項４に記載の微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項６】
改質触媒の底面は触媒ホルダープレートの底面と同一面をなすように設置され、前記改質触媒の厚さは前記触媒ホルダープレートの厚さより薄く、前記改質触媒の上側に上部３次元ミキシング流路が設置されて前記触媒ホルダープレートの上面と同一高さを有し、前記触媒ホルダープレートの底面には中心部に下部３次元ミキシング流路が補助プレートによって設けられることを特徴とする、請求項１または４に記載の微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項７】
上部３次元ミキシング流路は接合の前には触媒ホルダープレートより突出し、接合の際に圧縮力によって圧縮されて前記触媒ホルダープレートの上面と同一高さを有することを特徴とする、請求項６に記載の微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【請求項８】
下部３次元ミキシング流路の断面積は改質触媒の断面積より小さいことを特徴とする、請求項６に記載の微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置に係り、より詳しくは微細流路を持つ金属薄板を多層に積層し、燃料の燃消によって発生する高温の排気ガスと改質触媒層が交差する供給システム構成において触媒プレートの上下に伝熱プレートを位置させて炭化水素の改質に必要な伝熱速度を向上させた微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種産業の発展につれてオンサイト（ｏｎ−ｓｉｔｅ）またはオンボード（ｏｎ−ｂｏａｒｄ）用小型水素製造装置の需要が増加すると予想される。商用化した大型水素製造工程は図１に示すようである。すなわち、炭化水素類を改質器１０で水素及び一酸化炭素を含む合成ガスに転換させ、一酸化炭素水性反応器２０で水性ガスシフト（ＷＧＳ；Ｗａｔｅｒ Ｇａｓ Ｓｈｉｆｔ）させた後、水素分離装置３０で触媒または分離膜などによって改質ガスから一酸化炭素を除去して水素を生成する。この際、改質器１０で必要とする反応熱は、水素分離装置３０で生成された水素の一部を燃焼機４０で燃消させることにより発生する燃焼熱を活用する。
炭化水素を用いた水素の生成反応を見れば、反応式１〜３のように多様な反応を用いた進行が可能である。
【０００３】
［反応式１］
ＣＨ４＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ＋３Ｈ２、                 反応熱：＋２０６ｋＪ／ｍｏｌ
［反応式２］
ＣＯ２＋ＣＨ４→２ＣＯ＋２Ｈ２、               反応熱：＋２４７ｋＪ／ｍｏｌ
［反応式３］
ＣＨ４＋１／２Ｏ２→ＣＯ＋２Ｈ２、             反応熱：−３６ｋＪ／ｍｏｌ
【０００４】
このうち、生成物の水素濃度が最も高い反応式１による水蒸気改質（ｓｔｅａｍ ｒｅｆｏｒｍｉｎｇ）が注目を引いている。
この過程での困難さは、反応式１に示したように、反応に必要な熱の供給がカギとして作用している。水蒸気改質反応の場合、反応温度７５０℃以上で炭化水素（メタン）の転換率を９５％以上にすることができるので、高温の維持とともに反応熱を供給するために刻苦の努力を必要とする。
前記反応式１に必要な反応熱は反応式４のように炭化水素の燃焼（触媒酸化または燃焼）によって生成される。
【０００５】
［反応式４］
ＣＨ４＋２Ｏ２→ＣＯ２＋２Ｈ２Ｏ、             反応熱：−８０１ｋＪ／ｍｏｌ
【０００６】
反応式４の過程で伝熱を効果的になすために、大きな温度差（△Ｔ）、広い接触面積（Ａ）、高い伝熱係数（ｋ）を持つ物質を必要とする。
しかし、温度差を得るために加熱に必要な火炎の温度を無制限に上げることは不可能であるだけでなく、構成材質の問題点がある。また、伝熱係数も構成材料の固有の値によって決定される限界性がある。
したがって、反応器の構成の際に調節可能な項目は伝熱面積（Ａ）の拡大方向に帰結される。
【０００７】
このような用途の反応器として、金属薄板に微細流路を持つ反応器を用いようとする試みがあった。特に、本発明の出願人は特許文献１（マイクロ燃焼／改質反応器）及び特許文献２（微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置）を開発した。前記発明などは、加工された金属薄板を多層に積層することで、単位体積当たり広い接触面積を確保することができる具体的なモジュール構成のマイクロ燃焼／改質反応器を開示している。
【０００８】
反応熱生成に必要な炭化水素（ＮＧ、ＬＰＧ、アルコール類）の燃焼反応は非常に高い発熱量を生成する激しい反応で、触媒燃焼または無触媒燃焼によって進めることができる。
前記触媒酸化は、酸化反応を開始することができる温度帯域まで触媒層を予熱するとともに微細流路の内部に被覆するときに長期間高熱に露出される場合にその耐久性に問題がある。すなわち、酸化触媒の場合、燃焼装置が運用される全時間に高熱に露出されるとき、その酸化活性の維持が難しいため、実用化に限界点として作用している。また、無触媒燃焼には、着火花火が拡張することができる空間が必要であるため、コンパクトな微細流路反応器に適用は不可能である。
炭化水素改質触媒は、多様な形態が実用化されており、多くの特許及び文献で触媒剤の被覆方法を開示しているが、本発明のように微細流路反応器に適用するためにその特性によく合う反応器の構成が必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】大韓民国特許登録第１０−０７１９４８６号明細書
【特許文献２】大韓民国特許出願第１０−２００９−０１２４０９１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
したがって、本発明は前記問題を解決するためになされたもので、その目的は、微細流路を持つ金属薄板を多層に積層して、改質触媒プレートに燃焼熱を効果的に伝達することができる高効率の炭化水素改質装置を提供することにある。
本発明の他の目的は、微細流路反応器に改質触媒を適用する方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、反応式５のような水素酸化反応が貴金属触媒表面で常温から開始することができることに着目して完成した。
【００１２】
［反応式５］
Ｈ２＋１／２Ｏ２→Ｈ２Ｏ                ＋生成熱：５６ｋＪ／ｍｏｌ
【００１３】
すなわち、反応器の起動初期に水素を使って一定温度まで加熱し、メタンを供給して主熱源を生産するように運用することができる。または、反応器の起動初期から水素とその他の炭化水素の混合ガスを使って常温から着火するようにすることができる。
このように着火性の良い水素を単独で使用するかあるいは炭化水素と混用すると、反応器加熱システムを簡素化することができるので、微細流路反応器のようにコンパクト型反応器の競争力を高めることができる。
【００１４】
また、本発明においては、ニッケル系触媒を用いて炭化水素から合成ガスを製造する。ニッケル系触媒の炭化水素改質特性は公知の事実である。特に、本発明においては、ニッケル系プレート型触媒を微細流路型反応器に連係した炭化水素改質器を提供する。
そして、加熱システムにおいて、着火のために空気及び燃料の最初混合地点領域に酸化触媒被覆物質を位置させる。起動の際、水素または水素を含む炭化水素と空気の混合ガスが着火触媒に接触して着火することを特徴とする。
【００１５】
前記の改質用触媒は金属パウダープレートであることを特徴とする。また、触媒プレートの上下部分に３次元ミキシングプレートが位置することにより、炭化水素及び水分は垂直方向に触媒層を通過することを特徴とする。この際、３次元ミキシングプレートの使用によって触媒プレートに連結された触媒ホルダープレートの結合力を付与し、反応物の流動空間の付与及び加熱プレートから触媒プレートへの熱エネルギー伝達体の役目をするように構成されることを特徴とする。
【００１６】
したがって、前記の目的を達成するために、本発明は、空気源に連結されて空気を供給する空気供給管と、燃料供給源に連結されて燃料を供給し、内部に着火触媒が配置された燃料供給管と、発生した改質ガスを排出する排出管とが形成された上部プレート；原料供給源に連結されて原料ガスを供給する原料供給管と、発生した排気ガスを排出する排出管とが形成された下部プレート；前記上部プレートの下部に設けられ、前記空気供給管から供給された空気を改質ガスの残熱によって予熱させ、着火した燃料に混合燃消させる加熱プレートと改質プレートが交互に積層された空気予熱部；前記空気予熱部の下側に設けられ、燃焼した排気ガス及び改質ガスのみを通過させる上側流路隔離プレート；前記上側流路隔離プレートの下部に設けられ、前記排気ガスの燃焼熱を伝導する加熱プレートと、前記加熱プレートの下側に設けられ、上部改質ガス流通プレートと下部改質ガス流通プレートの間に配置され、改質触媒が上下側に露出するように設置されることにより原料ガスが前記改質触媒の垂直方向に移動して接触する改質プレートとを持つ改質反応部；前記改質反応部の下側に設けられ、改質反応部を通過した排気ガスと予熱された原料ガスのみを通過させる上側流路隔離プレート；及び前記上側流路隔離プレートの下部及び前記下部プレートの上部の間に設けられ、前記原料ガスを前記改質反応部を通過した排気ガスで予熱させる廃熱回収プレートと改質予熱プレートが交互に配置された改質予熱部；を含み、前記加熱プレートの上面と、前記改質プレートの上面と、前記上部改質ガス流通プレートの下面と、前記下部改質ガス流通プレートの上面とにはそれぞれ微細流路が形成された、微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置を提供する。
【００１７】
前記上部プレートにおいて、前記空気供給管と前記燃料供給管が互いに対向するように配置され、前記改質ガス排出管は前記空気供給管及び前記燃料供給管に対して距離を置いて配置され、前記下部プレートは前記上部プレートと同一の断面形状及び断面積を有し、前記原料供給管は前記上部プレートの燃料供給管と同一位置に配置されることが好ましい。
前記加熱プレートには四つの貫通孔が互いに距離を置いて形成され、このうち二つの貫通孔が前記微細流路によって連通するように形成され、前記微細流路が残り二つの貫通孔の間を横切るように配置され、前記改質プレート及び前記下部改質ガス流通プレートは、前記加熱プレートを水平面上で１８０度回転させたもののように四つの貫通孔及び微細流路が配置され、前記上部改質ガス流通プレートは、前記下部改質ガス流通プレートと微細流路が対向するように前記加熱プレートを覆したものと同一であることを特徴とする。
【００１８】
また、前記目的を達成するために、本発明は、空気源に連結されて空気を供給する空気供給管と、燃料供給源に連結されて燃料を供給し、内部に着火触媒が配置された燃料供給管と、発生した改質ガスを排出する排出管とが形成された上部プレート；前記上部プレートの下部に設けられ、それぞれの上面に微細流路が形成され、交互に一対以上が積層されて前記空気供給管に連結される空気流入管と、前記燃料供給管に連結される燃焼管と、前記改質ガス排出管に連結される改質ガス流出管と、前記空気流出管と前記燃焼管と前記改質ガス流出管に対して距離を置いて配置される改質ガス流通管とが形成された空気予熱プレート及び改質ガス冷却プレートを持ち、前記空気予熱プレートは前記微細流路によって前記空気供給管と前記燃焼管が連結され、前記改質ガス冷却プレートは前記微細流路によって前記改質ガス排出管と前記改質ガス流通管が連結された空気予熱部；前記空気予熱部の下側に配置され、前記改質ガス流出管と前記空気流入管の下側を閉鎖する上側流路隔離プレート；前記上側流路隔離プレートの下部に設置され、前記燃焼管と前記改質ガス流通管と連通し、上面に排気ガス流通管と前記燃焼管と連結する微細流路が形成された１枚以上の燃焼熱交換プレートと、前記燃焼熱交換プレートの下部に設置され、前記排気ガス流通管と連通し前記排気ガス流通管から隔離され、前記改質ガス流通管に連通する微細流路が形成された上部改質ガス流通プレートと、前記上部改質ガス流通プレートの下側に配置され、中心に改質触媒が設けられ、前記排気ガス流通管に連通する触媒ホルダープレートと、前記触媒ホルダープレートの下側に設けられ、前記排気ガス流通管と連通し、前記排気ガス流通管から隔離され、原料ガス流通管に連通する微細流路が形成された下部改質ガス流通プレートとを持つ改質反応部；前記改質反応部の下側に配置され、原料ガス流入管と排気ガス流出管の上側を閉鎖する下側流路隔離プレート；前記下側流路隔離プレートの下部に設けられ、それぞれの上面に微細流路が形成され、交互に一対以上が積層され、前記排気ガス流通管と前記排気ガス流出管と前記原料ガス流入管と前記原料ガス流通管とが形成された廃熱回収プレート及び改質予熱プレートを持ち、前記廃熱回収プレートは、前記微細流路によって前記排気ガス流通管と前記排気ガス流出管が連結され、前記改質予熱プレートは、前記微細流路によって前記原料ガス流入管と前記原料ガス流通管が連結された改質予熱部；及び前記改質予熱部の下側に配置され、原料供給源に連結されて原料を供給し、前記原料ガス流通管に連通する原料供給管と、前記排気ガス流出管に連通する排気ガス排出管とが形成された下部プレートを含む、微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置を提供する。
【００１９】
前記上部プレートには前記改質ガス流通管に連通する改質ガス温度測定管が設けられ、前記下部プレートには前記原料ガス流通管に連通する原料ガス温度測定管が設けられ、前記改質ガス温度測定管と前記原料ガス温度測定管には熱電対が配置されることができる。
前記改質触媒の底面は前記触媒ホルダープレートの底面と同一面をなすように設置され、前記改質触媒の厚さは前記触媒ホルダープレートの厚さより薄く、前記改質触媒の上側に上部３次元ミキシング流路が設置されて前記触媒ホルダープレートの上面と同一高さを有し、前記触媒ホルダープレートの底面には中心部に下部３次元ミキシング流路が補助プレートによって設けられることができる。
前記上部３次元ミキシング流路は接合の前には前記触媒ホルダープレートより突出し、接合の際に圧縮力によって圧縮されて前記触媒ホルダープレートの上面と同一高さを有することができる。これにより、前記触媒ホルダープレートの接触効率を高めることができるので好ましい。
前記下部３次元ミキシング流路の断面積は前記改質触媒の断面積より小さいことができる。こうすると、前記改質触媒を支持するのに有利である。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による微細流路炭化水素改質器の提供によって中小型のコンパクトな水素製造装置の活用性が期待される。特に、水素精製工程を分離膜と連係した水素製造装置として活用するとき、水素が含まれた分離膜未透過ガスを燃料として活用することができるので、高効率の水素製造システムとして活用することができる。
また、本発明のシステムは、オフガス（ｏｆｆ ｇａｓ）中に水素が含まれた廃ガスが存在する各種の燃料電池に連係する場合に高い効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来技術による水素製造のブロック工程図である。
【図２】本発明による炭化水素改質装置の分解斜視図である。
【図３】図２の炭化水素改質装置において、上部改質ガス流通プレートの底面斜視図である。
【図４ａ】図２の炭化水素改質装置において、触媒ホルダープレートと、触媒ホルダープレートの上下に結合される改質反応プレートの接合前の断面図である。
【図４ｂ】図２の炭化水素改質装置において、触媒ホルダープレートと、触媒ホルダープレートの上下に結合される改質反応プレートの接合後の断面図である。
【図５】図２の炭化水素改質装置の組立状態を示す斜視図である。
【図６】本発明によって制作された炭化水素改質装置の写真
【図７】多孔性金属触媒が内臓された図6の改質装置で実験した例(メタン改質反応、温度別メタン転換率)
【図８】多孔性金属触媒が内臓された図6の改質装置で実験した例(メタン改質反応、GHSV別メタン転換率と水素生産量)
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の好適な実施例を添付図面に基づいて説明する。
下記の各図の構成要素に符号を付けるにあたり、同じ構成要素であるなら、たとえ他の図面上に示されていてもできるだけ同一符号を付けることにし、本発明の要旨を不要にあいまいにすることができると判断される公知の機能及び構成についての詳細な説明は省略する。
【００２３】
本発明の実施例による微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置２０００は、図２に示すように、多数のプレートを積層して構成し、これらを拡散接合、電気熔接またはアーク熔接などの方法で接合させることで、図４に示すようなコンパクトな形態になる。
前記炭化水素改質装置２０００は、上部プレート１００と下部プレート２６０が最上側と最下側に配置される。
そして、上部プレート１００と下部プレート２６０の間に、空気または燃料を加熱するための空気予熱プレート１１０、１３０と改質ガスの排出温度を降下させる改質ガス冷却プレート１２０、１４０が交互に積層されてなる空気予熱部と、前記予熱された燃料及び空気を燃消させる燃焼熱交換プレート１６０、１７０と改質ガス流通プレート１８０、２００と前記改質ガス流通プレート１８０、２００の間に原料ガスを改質させて改質ガスを発生させる触媒ホルダープレート１９０を持つ改質反応部と、原料ガスを予熱するための改質予熱プレート２３０、２５０と燃焼排気ガスの残熱を回収する廃熱回収プレート２２０、２４０が交互に積層される改質予熱部とが順に配置されることを主な特徴とする。そして、空気、燃料、改質ガス、及び原料ガスの流れ制御のために、前記空気予熱部と前記改質反応部の間に上側流路隔離プレート１５０が配置され、前記改質反応部と前記改質予熱部の間に下側流路隔離プレート２１０が配置される。
【００２４】
前記炭化水素改質装置２０００は断面形状を基本的に長方形に形成して流路を対角線方向に形成することが製作の容易性及び単位面積当たり効率の面から容易である。
前記上部プレート１００の外側には、空気供給管１０１、改質ガス排出管１０２、燃料供給管１０３、及び改質ガス温度測定管１０４が配置される。前記空気供給管１０１と前記燃料供給管１０３は対角線方向に対向し、前記改質ガス排出管１０２と前記改質ガス温度測定管１０４は対角線方向に対向する。
そして、前記燃料供給管１０３の内壁面には、流入する燃料ガスを着火させるための着火触媒１０５が被覆される。前記着火触媒１０５については後述する。前記着火触媒１０５は、ＦｅＣｒ Ａｌｌｏｙ纎維織造ウールの表面にＺｒＯ２をゾルゲル法でアンダーコートし、９００℃で１０時間焼成して触媒成分の支持体を形成し、その上部に白金０．１重量％を担持、乾燥、焼成（空気雰囲気、８００℃、１０時間）することで製造した。このような着火触媒１０５を燃料供給管１０３の内壁面に位置させることにより、燃料中に水素が微量含まれたガスを使用するとき、下記の燃焼熱交換プレート１６０、１７０の第６及び第７微細流路１６５、１７５の表面に酸化触媒を被覆する過程を省略することができる。
【００２５】
特に、本発明による着火触媒を燃料供給管１０３に配置させる効果、つまり着火地点の位置設定による効果は、着火触媒を排気ガス排出口２６３に位置させる構成とは全く違う結果を見せる。すなわち、排気ガス排出口２６３内に着火触媒が位置する場合、着火地点が燃料と空気の最初混合地点に移動するためには、着火フレームの冷却を防止するためにプレート１６０、１７０、２２０、２４０の表面に単一微細流路のサイズが消炎距離（ｑｕｅｎｃｈｉｎｇ ｄｉｓｔａｎｃｅ）以上にならなければならないため、伝熱面積の減少は避けることができない。よって、伝熱効率の極大化のために、着火地点を本発明のように燃料供給管１０３に位置させ、微細流路の溝径をより小さく維持することが好ましい。
前記着火触媒の支持体は、粒子状、チューブ状、または棒状のセラミックを使って製造してもかまわない。
【００２６】
着火触媒の耐久性を向上させるために、外部で着火させて花火を最初混合地点に移動させる構成が好ましい。この際、着火は高電圧によるスパークの誘導あるいは貴金属が被覆された触媒を使用することができる。このような構成のために、水素と空気の混合ガスを反応器の外部に排出するように、ガス流れの方向転換が必要である。すなわち、着火のために、混合ガスを外部に排出させ、着火後に燃焼ガスが加熱プレート１６０、１７０側に供給されるように転換する。前記着火は、触媒だけでなく、高電圧放電による開始も本発明の目的に合う。
【００２７】
前記上部プレート１００の下側には、空気予熱部に相当する、空気予熱プレート１１０、１３０と改質ガス冷却プレート１２０、１４０が交互に配置される。前記空気予熱プレート１１０、１３０は流入する空気を燃焼し易くなるように予熱させ、予熱に必要な熱量は排出される改質ガスから吸収する。また、前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０は改質ガスに含まれた熱を回収してエネルギー効率を高めることができる。本発明の実施例では前記空気予熱プレート１１０、１３０と前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０がそれぞれ２枚ずつ使われたが、その枚数を増やすことも可能である。ただし、全厚さの増加及び製造コストなどを考慮しなければならない。
【００２８】
前記空気予熱プレート１１０、１３０と前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０には、それぞれ前記空気供給管１０１に連通する第１〜第４空気供給孔１１１、１２１、１３１、１４１と、前記改質ガス排出管１０２に連通する第１〜第４改質ガス排出孔１１２、１２２、１３２、１４２と、前記燃料供給管１０３に連通する第１〜第４燃焼孔１１３、１２３、１３３、１４３と、前記改質ガス温度測定管１０４に連通する第１〜第４改質ガス流通孔１１４、１２４、１３４、１４４とが形成される。
そして、前記空気予熱プレート１１０、１３０と前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０の上部にはそれぞれ第１〜第４微細流路１１５、１２５、１３５、１４５が凹状に形成される。前記第１微細流路１１５は前記第１空気供給孔１１１と前記第１燃焼孔１１３を互いに連通させ、前記第１改質ガス排出孔１１２と前記第１改質ガス流通孔１１４を互いに隔離させる。前記第２微細流路１２５は前記第２改質ガス排出孔１２２と前記第２改質ガス流通孔１２４を互いに連通させ、前記第１空気供給孔１２１と前記第２燃焼孔１２３を互いに隔離させる。前記第３微細流路１３５は前記第３空気供給孔１３１と前記第１燃焼孔１３３を互いに連通させ、前記第３改質ガス排出孔１３２と前記第３改質ガス流通孔１３４を互いに隔離させる。前記第４微細流路１４５は前記第４改質ガス排出孔１４２と前記第４改質ガス流通孔１４４を互いに連通させ、前記第１空気供給孔１４１と前記第２燃焼孔１４３を互いに隔離させる。
【００２９】
前記空気予熱部の下側には、前記空気供給管１０１と前記改質ガス排出管１０２の連通を遮断するために、上側流路隔離プレート１５０が配置される。前記上側流路隔離プレート１５０には、前記改質ガス温度測定管１０４と前記燃料供給管１０３にそれぞれ連通するように第５改質ガス流通孔１５４と第５燃焼孔１５３が形成される。
前記上側流路隔離プレート１５０の下側には改質反応部が配置され、前記改質反応部には、燃焼熱交換プレート１６０、１７０と、触媒ホルダープレート１９０と、一対の改質ガス流通プレート１８０、２００とが含まれる。前記触媒ホルダープレート１９０は前記上部改質ガス流通プレート１８０と下部改質ガス流通プレート２００の間に介在される。
前記上側流路隔離プレート１５０の下側に接して前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０が配置される。前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０の枚数は必要によって増減できる。前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０の形状は概して予熱プレート１１０、１３０に似ている。すなわち、前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０は、前記第１〜第４空気供給孔１１１、１２１、１３１、１４１に対応する位置の第６及び第７排気ガス流通孔１６１、１７１と、前記第１〜第４改質ガス排出孔１１２、１２２、１３２、１４２に対応する位置の第６及び第７アイドル孔１６２、１７２と、前記第１〜第５燃焼孔１１３、１２３、１３３、１４３、１５３に連通する第６及び第７燃焼孔１６３、１７３と、前記第１〜第５改質ガス流通孔１１４、１２４、１２４、１３４、１４４に連通する第６及び第７改質ガス流通孔１６４、１７４とが形成される。
そして、前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０の上部にはそれぞれ第６及び第７微細流路１６５、１７５が凹状に形成される。前記第６及び第７微細流路１６５、１７５は前記第６及び第７排気ガス流通孔１６１、１７１と前記第６及び第７燃焼孔１６３、１７３を互いに連通させ、前記第６及び第７アイドル孔１６２、１７２と前記第６及び第７改質ガス流通孔１６４、１７４を互いに隔離させる。
【００３０】
前記第６及び第７アイドル孔１６２、１７２は前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０に形成されなくても良い。ただ、製作の便利性のために空気予熱プレート１１０、１３０と同様に形成される。
また、前記第６及び第７微細流路１６５、１７５には、燃焼を補助するために、白金などの燃焼触媒を塗布することも可能である。
前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０の下側には前記上部改質ガス流通プレート１８０が配置される。図３に示すように、前記上部改質ガス流通プレート１８０は他のプレートとは異なり第８微細流路１８５が底面に形成される。前記上部改質ガス流通プレート１８０には第８改質ガス流通孔１８４が形成され、前記第８改質ガス流通孔１８４は前記第１及び第７改質ガス流通孔１１４、１２４、１３４、１４４、１５４、１６４、１７４を介して改質ガス温度測定管１０４に連通する。また、第８排気ガス流通孔１８１が前記第６及び第７排気ガス流通孔１６１、１７１に連通する。
また、前記改質ガス流通プレート１８０には第８アイドル孔１８２、１８３が形成される。前記第８アイドル孔１８２、１８３は前記上部改質ガス流通プレート１８０に形成されなくても良い。ただ、製作の便利性のために、空気予熱プレート１１０、１３０と同様に形成される。
【００３１】
前記第８微細流路１８５は前記第８アイドル孔１８２と前記第８改質ガス流通孔１８４を連通するように形成され、前記第８微細流路１８５によって前記第８排気ガス流通孔１８１と前記第８アイドル孔１８３は隔離される。
前記上部改質ガス流通プレート１８０の下側には前記触媒ホルダープレート１９０が配置され、前記触媒ホルダープレート１９０の下側には、前記上部改質ガス流通プレート１８０の第８微細流路１８５と対向する第１０微細流路２０５が形成された下部改質ガス流通プレート２００が配置される。
したがって、前記下部改質ガス流通プレート２００は、前記第１０微細流路２０５が前記下部改質ガス流通プレート２００の上面に形成されたことを除き、前記上部改質ガス流通プレート１８０と同様な構造を持つ。
【００３２】
前記下部改質ガス流通プレート２００の形状は概して前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０に似ている。すなわち、前記下部改質ガス流通プレート２００は、前記第１〜第４空気供給孔１１１、１２１、１３１、１４１に対応する位置の第１０排気ガス流通孔２０１と、前記第１〜第４改質ガス排出孔１１２、１２２、１３２、１４２に対応する位置の第１０原料ガス流通孔２０２と、前記第１〜第５燃焼孔１１３、１２３、１３３、１４３、１５３に対応する位置の第１０アイドル孔２０３と、前記第１〜第５改質ガス流通孔１１４、１２４、１２４、１３４、１４４に対応する位置の第１０改質ガス流通孔２０４とが形成される。
そして、前記下部改質ガス流通プレート２００の上部には第１０微細流路２０５が凹状に形成される。前記第１０微細流路２０５は前記第１０原料ガス流通孔２０２と前記第１０改質ガス流通孔１８４を互いに連通させ、前記第１０排気ガス流通孔２０１と前記第１０アイドル孔２０３は互いに隔離させる。
前記第１０アイドル孔２０３は前記下部改質ガス流通プレート２００に形成されなくても良い。ただ、製作の便利性のために、前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０と同様に形成される。
【００３３】
また、前記第８微細流路１８５及び前記第１０微細流路２０５には改質反応を補助するために、ニッケルなどの改質触媒を塗布することも可能である。
前記上部改質ガス流通プレート１８０と前記下部改質ガス流通プレート２００の間に介在される前記触媒ホルダープレート１９０は図４ａのように構成される。
すなわち、前記触媒ホルダープレート１９０には貫通孔が形成され、前記貫通孔に前記触媒ホルダープレート１９０の厚さより小さな厚さの改質触媒１９５が設けられる。この際、前記改質触媒１９５の底面は前記触媒ホルダープレート１９０の底面と同一面をなすように設置される。そして、前記貫通孔にはさらに上部３次元ミキシング流路１９７が設けられ、前記上部３次元ミキシング流路１９７は最初状態、つまり圧縮接合の前には、図４ａに示すように、前記触媒ホルダープレート１９０の上面より突出している。そして、コンパクトな反応器に接合すれば、図４ｂに示すように、前記上部３次元ミキシング流路１９７及び前記改質触媒１９５を押す力によって前記触媒ホルダープレート１９０と前記補助プレート１９６の接触効率を極大化することができる。
【００３４】
前記改質触媒１９５はニッケルパウダー（平均粒径１．０μｍ）を６１８ｋｇｆ／ｃｍ２の圧力で加圧して厚さ１．２ｍｍに成形した。成形体は水素ガス雰囲気で７００℃で２時間焼結して円形のディスクを製作し、これを矩形に切断して製作する。
前記改質触媒１９５は改質原料によって違うことができる。メタン、軽油、ガソリンの場合、ニッケルパウダーを使って製造することができ、エタノールまたはメタノールを原料として使用して合成ガスの製造を目標とする場合、銅を主成分とする微細金属パウダーを使って製造することができる。
【００３５】
また、前記触媒ホルダープレート１９０の底面には、下部３次元ミキシング流路１９８を付着させるための補助プレート１９６が設けられる。前記補助プレート１９６は前記下部改質ガス流通プレート２００から垂直に供給されるガスの漏出を防止する役目をする。
前記補助プレート１９６の中心に形成された貫通孔に前記下部３次元ミキシング流路１９８が挿入固定され、前記下部３次元ミキシング流路１９８の厚さは前記補助プレート１９６の厚さと同一である。また、前記下部３次元ミキシング流路１９８は前記改質触媒１９５の断面積より小さくして、前記補助プレート１９６の上面が前記改質触媒１９５を支持するようにする。
したがって、前記上部改質ガス流通プレート１８０の第８微細流路１８５と前記上部３次元ミキシング流路１９７が対向して当触し、前記下部改質ガス流通プレート２００の第１０微細流路２０５と前記下部３次元ミキシング流路１９８が対向して当触するようになる。また、前記改質触媒１９５の上面は前記上部３次元ミキシング流路１９７と接触し、前記改質触媒１９５の下面は前記下部３次元ミキシング流路１９８と接触するようになる。
【００３６】
したがって、前記改質触媒１９５は、前記上部改質ガス流通プレート１８０の下部において前記上部３次元ミキシング流路１９７の下面と前記下部３次元ミキシング流路プレート１９８の上面の間に支持されるので、高圧にも耐えることができる。
前記上部３次元ミキシング流路１９７及び前記下部３次元ミキシング流路プレート１９８は金属メッシュ部材または多孔性金属板から成ることができる。
【００３７】
また、図２に示すように、本発明者が出願した大韓民国特許出願（１０−２００９−０１２４０９１）のように改質ガスと平行な方向に接触する方法より多い改質ガスとの接触面積が大きいので、改質性能においてより高い活性を示す。また、前記改質触媒１９５の面積は第１０微細流路２０５をカバーするように前記第１０微細流路２０５より大きいことが改質反応に効果的である。
このような構成によって、前記改質触媒１９５と第１０微細流路２０５の間の空間で原料ガスが前記改質触媒１９５の平面に垂直な方向に移動可能である。
そして、前記触媒ホルダープレート１９０及び前記補助プレート１９６には、前記第１〜第４空気供給孔１１１、１２１、１３１、１４１に対応する位置に、第９排気ガス排出孔１９１が形成される。
【００３８】
また、前記触媒ホルダープレート１９０及び前記補助プレート１９６において、前記第１〜第４改質ガス排出孔１１２、１２２、１３２、１４２と対応する位置と、前記第１〜第５燃焼孔１１３、１２３、１３３、１４３、１５３と対応する位置と、前記第１〜第４改質ガス流通孔１１４、１２４、１３４、１４４と対応する位置は閉鎖して気体が流通できなくなる。
前記改質反応部の下側には、前記下部改質ガス流通プレート２００の第１０アイドル孔２０３、２０４との連通を遮断するために、下側流路隔離プレート２１０が配置される。前記下側流路隔離プレート２１０には、第１０排気ガス流通孔２０１と第１０原料ガス流通孔２０２がそれぞれ連通するように、第１１排気ガス流通孔２１１と第１１原料ガス流通孔２１２が形成される。
前記下側流路隔離プレート２１０の下側には改質予熱部が配置される。前記改質予熱部は、廃熱回収プレート２２０、２４０と改質予熱プレート２３０、２５０が交互に配置される。前記改質予熱プレート２３０、２５０は流入する原料ガスを容易に改質反応するように予熱させ、予熱に必要な熱量は排出される排気ガスから吸収する。また、前記廃熱回収プレート２２０、２４０は、排気ガスに含まれた熱を回収してエネルギー効率を高めることができる。本発明の実施例においては前記廃熱回収プレート２２０、２４０と前記改質予熱プレート２３０、２５０がそれぞれ２枚ずつ使われたが、その枚数を増やすことも可能である。ただし、全厚さの増加及び製造コストなどを考慮しなければならない。
【００３９】
前記廃熱回収プレート２２０、２４０と前記改質予熱プレート２３０、２５０には、それぞれ前記第１１排気ガス流通孔２１１に連通する第１２〜第１５排気ガス流通孔２２１、２３１、２４１、２５１と、前記第１１原料ガス流通孔２１２に連通する第１２〜第１５原料ガス流通孔２２２、２３２、２４２、２５２と、前記第１〜第７燃焼孔１１３、１２３、１３３、１４３、１５３、１６３、１７３に対応する位置の第１２〜第１５排気ガス排出孔２２３、２３３、２４３、２５３と、前記第１〜第４改質ガス流通孔１１４、１２４、１３４、１４４に対応する位置の第１２〜第１５原料ガス供給孔２２４、２３４、２４４、２５４とが形成される。
そして、前記廃熱回収プレート２２０、２４０と前記改質予熱プレート２３０、２５０の上部にはそれぞれ第１２〜第１５微細流路２２５、２３５、２４５、２５５が凹状に形成される。前記第１２微細流路２２５は前記第１２排気ガス流通孔２２１と前記第１２排気ガス排出孔２２３を互いに連通させ、前記第１２原料ガス流通孔２２２と前記第１２原料ガス供給孔２２４を互いに隔離させる。前記第１３微細流路２３５は前記第１３原料ガス流通孔２３２と前記第１３原料ガス供給孔２３４を互いに連通させ、前記第１３排気ガス流通孔２３１と前記第１３排気ガス排出孔２３３を互いに隔離させる。前記第１４微細流路２４５は前記第１４排気ガス流通孔２４１と前記第１４排気ガス排出孔２４３を互いに連通させ、前記第１４原料ガス流通孔２４２と前記第１４原料ガス供給孔２４４を互いに隔離させる。前記第１５微細流路２５５は前記第１５原料ガス流通孔２５２と前記第１５原料ガス供給孔２５４を互いに連通させ、前記第１５排気ガス流通孔２５１と前記第１５排気ガス排出孔２５３を互いに隔離させる。
前記改質予熱部の下側には前記下部プレート２６０が配置される。前記下部プレートには、前記第１１〜第１５原料ガス流通孔２２２、２３２、２４２、２５２に連通する原料ガス温度測定管２６２と、前記第１２〜第１５排気ガス排出孔２２３、２３３、２４３、２５３に連通する排気ガス排出管２６３と、前記第１２〜第１５原料ガス供給孔２２４、２３４、２４４、２５４に連通する原料ガス供給管２６４とが一体的に形成される。
そして、前記上部プレート１００の改質ガス温度測定管１０４と前記下部プレートの原料ガス温度測定管２６２にはそれぞれ熱電対（図示せず）が設置されることで、排出される改質ガスと供給される原料ガスの温度を測定することができる。
【００４０】
また、前記微細流路１１５、１２５、１３５、１４５、１６５、１７５、１８５、２０５、２２５、２３５、２４５、２５５は真上に存在するプレートの底面との間に密閉した流路を形成するようになる。また、前記微細流路１１５、１２５、１３５、１４５、１６５、１７５、１８５、２０５、２２５、２３５、２４５、２５５は周りの孔に比べて断面積が大きいので、空気、原料ガス、排気ガス、及び改質ガスの流動速度を低下させて伝熱効率を高める役目をする。そして、前記上部３次元ミキシング流路１９７と前記下部３次元ミキシング流路１９８は断面積が大きいので、伝熱効率の向上によって反応物との接触効率を極大化することができる。
そして、前記空気予熱プレート１１０、１３０と燃焼熱交換プレート１６０、１７０と前記廃熱回収プレート２２０、２４０は同一加熱プレートに相当する。そして、前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０、前記改質反応プレート２００及び前記改質予熱プレート２３０、２５０は同一改質プレートに相当する。そして、前記加熱プレートを１８０度の位相だけ変化させれば（１８０度回転させれば）前記改質プレートと同一である。よって、本発明は同一部品を使うことができるので、製造コストを大幅に節減することができる。
【００４１】
本発明の実施例による前記炭化水素改質装置２０００は基本的に前述したように構成される。以下、前記炭化水素改質装置２０００の作動について説明する。
前記炭化水素改質装置２０００の燃料供給管１０３、原料供給管２６４、及び空気供給管１０１に燃料ガス供給源と、原料ガス供給源、空気源をそれぞれ連結し、前記改質ガス温度測定管１０４及び前記原料ガス温度測定管２６２に熱電対（図示せず）を設置して反応器加熱及び改質反応を進めた。
まず、空気の移動経路は次のようである。前記空気供給管１０１に流入した空気は前記第１〜第４空気供給孔１１１、１２１、１３１、１４１がなす空気流入管内に供給される。そして、前記空気流入管内の空気は前記空気予熱プレート１１０、１３０の第１及び第３微細流路１１５、１３５を通り、第１〜第７燃焼孔１１３、１２３、１３３、１４３、１５３、１６３、１７３がなす燃焼管に供給されて燃料と混合される。この際、前記空気流入管の下部は前記上側流路隔離プレート１５０によって閉鎖される。特に、空気は前記第１及び第３微細流路１１５、１３５を通る間、前記空気予熱プレート１１０、１３０と交互に積層された前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０から伝達される熱によって予熱される。
ついで、燃料の移動経路は次のようである。前記燃料供給管１０３に供給された気体状態の燃料は前記燃料供給管１０３内に被覆された着火触媒１０５によって着火した状態で前記燃焼管を通りながら燃焼されて、結果物である排気ガスのままで前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０に到逹する。燃焼によって燃焼熱を含んでいる高温の排気ガスは前記燃焼熱交換プレート１６０、１７０の第６及び第７微細流路１６５、１７５を通り、前記第６〜第１５排気ガス流通孔１６１、１７１、１８１、１９１、２０１、２１１、２２１、２３１、２４１、２５１がなす排気ガス供給管を通過し、前記廃熱回収プレート２２０、２４０の第１２及び第１４微細流路２２５、２４５を通り、前記第１２〜第１５排気ガス排出孔２２３、２３３、２４３、２５３がなす排気ガス流通管を通り、前記下部プレート２６０の排気ガス排出管２６３に排出される。前記排気ガス供給管は前記上部流路隔離プレート１５０によって上部が閉鎖され、前記下部プレート２６０の上面によって下部が閉鎖される。
そして、原料ガス及び改質ガスの移動経路は次のようである。まず、前記原料供給管２６４を通して原料ガスが供給され、前記原料ガスは前記第１２〜第１５原料ガス供給孔２２４、２３４、２４４、２５４がなす原料ガス流入管を通り、前記改質予熱プレート２３０、２５０の第１３及び第１５微細流路２３５、２５５を通りながら予熱される。この際、原料ガスの予熱は、前記廃熱回収プレート２２０、２４０の第１２及び第１４微細流路２２５、２４５を通る排気ガスの残熱を熱伝導によって受けることでなされる。前記第１０〜第１５原料ガス流通孔２０２、２１２、２２２、２３２、２４２、２５２がなす原料ガス流通管を通して前記第１０微細流路２０５に供給される。前記原料ガス流入管は前記下側流路隔離プレート２１０によって上側が閉鎖され、前記原料ガス流通管は前記触媒ホルダープレート１９０及び前記補助プレート１９６によって上側が閉鎖される。
【００４２】
前記第１０微細流路２０５は前記改質触媒１９５と接しているため、前記第１０微細流路２０５と前記改質触媒１９５がなす空間で改質反応によって改質ガスが形成される。発生した改質ガスは前記第１〜第８改質ガス流通孔１１４、１２４、１３４、１４４、１５４、１６４、１７４、１８４がなす改質ガス流通管を通り、前記改質ガス冷却プレート１２０、１４０の第２及び第４微細流路１２５、１４５を通る。前記第２及び第４微細流路１２５、１４５を通りながら冷却された改質ガスは前記第１〜第４改質ガス排出孔１１２、１２２、１３２、１４２がなす改質ガス流出孔を通して前記上部プレート１００の改質ガス排出管１０２に排出される。前記改質ガス流通管の下側は前記下側流路隔離プレート２１０によって閉鎖され、前記改質ガス流出管の下側は前記上側流路隔離プレート１５０によって閉鎖される。
そして、前記改質ガス温度測定管１０４は前記改質ガス流通管に連通するので、内部に熱電対（図示せず）によって冷却前の改質ガスの温度を測定することができる。前記改質ガス温度測定管１０４は閉鎖されているので、前記改質ガス温度測定管１０４を通じての改質ガスの漏出はない。
【００４３】
また、前記原料ガス温度測定管２６２は前記原料ガス流通管に連通するので、内部の熱電対（図示せず）によって予熱された後の原料ガスの温度を測定することができる。前記原料ガス温度測定管２６２は閉鎖されているので、前記原料ガス温度測定管２６２を通じての改質ガスの漏出はない。
【００４４】
＜反応器の製作及び実験例＞
前記実施例による反応器を図６のように製作した。構成プレートは食刻で流路を形成し、これを前述したような手順に積層し、８００℃で拡散接合することで完成した。
前記反応器の性能を測定した結果は図７及び図８に示す通りである。
空間速度１０，０００／ｈｒでメタン水蒸気改質（Ｓ／Ｃ＝３）の結果、５８０〜６２０℃の範囲でメタン転換率９０〜９５％を得ることができた。これは当該温度で平衡転換率３０〜５０％を超える結果で、生成物である水素が触媒プレートを速かに透過することにより得られる結果である。また、反応温度６５０℃で空間速度別メタン転換率を測定した結果、５，０００〜５０，０００／ｈｒの範囲で９５％以上の転換率を得ることができた。このような結果は、改質反応に必要な反応熱の供給速度が非常に速いことにより得られる結果である。すなわち、既存のセラミック材が主成分である触媒の使用の際、伝熱速度の限界によって空間速度１０，０００／ｈｒの運転が難しい反面、本発明による反応器構成及びガス透過形態によって得られる驚くべき効果である。
したがって、本発明による、多孔性金属触媒を透過する形態のＭＣＲ反応器の構成は、既存の限界を克服する新概念の改質反応器を提供することができる。
前記のように、本発明を好適な実施例に基づいて説明したが、当該技術分野の当業者であるなら、下記の特許請求範囲に記載した本発明の思想及び領域から逸脱しない範疇内で本発明を多様に修正及び変更することができることが分かるであろう。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明は、微細流路を持つ金属板を多層に積層し、燃料の燃消によって発生する高温の排気ガスと改質触媒層が交差する供給システム構成において触媒プレートの上下に伝熱プレートを位置させて炭化水素の改質に必要な伝熱速度を向上させた微細流路加熱器を用いた炭化水素改質装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００４６】
１０    改質器
２０    一酸化炭素水性反応器
３０    水素分離装置
４０    燃焼機
１００    上部プレート
１０１    空気供給管
１０２    改質ガス排出管
１０３    燃料供給管
１０４    改質ガス温度測定管
１０５    着火触媒
１１０、１３０    空気予熱プレート
１１１    第１空気供給孔
１１２    第１改質ガス排出孔
１１３    第１燃焼孔
１１４    第１改質ガス流通孔
１１５    第１微細流路
１２０、１４０    改質ガス冷却プレート
１２１    第２空気供給孔
１２２    第２改質ガス排出孔
１２３    第２燃焼孔
１２４    第２改質ガス流通孔
１２５    第２微細流路
１３１    第３空気供給孔
１３２    第３改質ガス排出孔
１３３    第３燃焼孔
１３４    第３改質ガス流通孔
１３５    第３微細流路
１４１    第４空気供給孔
１４２    第４改質ガス排出孔
１４３    第４燃焼孔
１４４    第４改質ガス流通孔
１４５    第４微細流路
１５０    上側隔離プレート
１５３    第５燃焼孔
１５４    第５改質ガス流通孔
１６０、１７０    燃焼熱交換プレート
１６１    第６排気ガス流通孔
１６２    第６アイドル孔
１６３    第６燃焼孔
１６４    第６改質ガス流通孔
１６５    第６微細流路
１７１    第７排気ガス流通孔
１７２    第７アイドル孔
１７３    第７燃焼孔
１７４    第７改質ガス流通孔
１７５    第７微細流路
１８０    上部改質ガス流通プレート
１８１    第８排気ガス流通孔
１８２    第８アイドル孔
１８３    第９アイドル孔
１８４    第８改質ガス流通孔
１８５    第８微細流路
１９０    触媒ホルダープレート
１９１    第９排気ガス流通孔
１９５    改質触媒
１９６    補助プレート
１９７    上部３次元ミキシング流路
１９８    下部３次元ミキシング流路
２００    改質反応プレート
２０１    第１０排気ガス流通孔
２０２    第１０原料ガス流通孔
２０３    第１０アイドル孔
２０４    第１１アイドル孔
２０５    第１０微細流路
２１０    下側流路隔離プレート
２１１    第１１排気ガス流通孔
２１２    第１１原料ガス流通孔
２２０、２４０    廃熱回収プレート
２２１    第１２排気ガス流通孔
２２２    第１２原料ガス流通孔
２２３    第１２排気ガス排出孔
２２４    第１２アイドル孔
２２５    第１２微細流路
２３０、２５０    改質予熱プレート
２３１    第１３排気ガス流通孔
２３２    第１３原料ガス流通孔
２３３    第１３排気ガス排出孔
２３４    第１３原料ガス供給孔
２３５    第１３微細流路
２４１    第１４排気ガス流通孔
２４２    第１４原料ガス流通孔
２４３    第１４排気ガス排出孔
２４４    第１４原料ガス供給孔
２４５    第１４微細流路
２５１    第１５排気ガス流通孔
２５２    第１５原料ガス流通孔
２５３    第１５排気ガス排出孔
２５４    第１５原料ガス供給孔
２５５    第１５微細流路
２６０    下部プレート
２６２    原料ガス温度測定管
２６３    排気ガス排出管
２６４    原料ガス供給管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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