(57)【要約】【課題】改質部における原料の流れを触媒全体に亘る均一な流れとし、触媒の有効活用を図ると共と過負荷を防止すること。【解決手段】水蒸気改質部８において、原料を供給する手段９と、水を供給する手段１０により供給された都市ガスや水蒸気などの原料成分は、複数に分岐した分岐路２２Ａを有する触媒容器１１に流入し、触媒層１２を通過することによって水素と二酸化炭素および一酸化炭素とを生成する。この後、生成ガス出口２１から流出してＣＯ変成部、ＣＯ除去部を通過し、燃料電池へ供給される。これによって、触媒の有効活用と過負荷防止が図られると共に、触媒の劣化を防止して耐久信頼性を向上することが可能となる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料を供給する手段、水を供給する手段及び加熱手段とを有する改質部に、順次、ＣＯ変成部及びＣＯ除去部とを接続して形成された水素生成器において、前記改質部内の流れは、少なくとも複数に分岐した流れとなり、その後合流した流れとなることを特徴とする水素生成器。
【請求項２】
改質部は、複数に分岐した分岐路を有する触媒容器を備え、前記分岐路内の流れに対して直交する各分岐路の断面積が等しくなるように形成した請求項１に記載の水素生成器。
【請求項３】
各分岐路は、加熱手段にそれぞれ対峙するように形成された請求項２に記載の水素生成器。
【請求項４】
各分岐路に絞り部を設けた請求項２又は３に記載の水素生成器。
【請求項５】
絞り部を分岐路の入口側に設けた請求項４に記載の水素生成器。
【請求項６】
加熱手段を触媒容器で覆われるように形成し、前記触媒容器における流れは、前記加熱手段の燃焼ガスの流れ方向と平行に複数の分岐路内を流れた後合流する請求項２〜５のいずれか１項に記載の水素生成器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固体高分子形燃料電池の燃料として用いる水素を得る為に、原料は水蒸気を用いて改質し水素ガスを生成する水素生成器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年開発が進められている固体高分子形燃料電池の燃料としては水素が用いられ、この水素の製造法としては炭化水素の水蒸気改質法が多用されている。水蒸気改質法は、メタン、エタン、プロパン、ブタン、都市ガス、ＬＰガス、天然ガス、その他の炭化水素ガスを水蒸気により改質して水素リッチな改質ガスを生成させる方法である。水蒸気改質法では改質部中での接触反応によりそれら炭化水素が水素リッチな改質ガスへ変えられ、該水素リッチな改質ガスはＣＯ除去部でＣＯを低減して利用される。
【０００３】
図５は、水蒸気改質器を用いた原料、水蒸気の供給から水素ガスの出口に至るまでを示すブロック図である。燃焼部を配した加熱部と改質触媒を配置した改質部とにより構成される。高温となった改質部では炭化水素が水蒸気と反応して水素リッチな改質ガスが生成される。改質部は、炭化水素を原料とする場合には５００〜７００℃の温度に加温することが必要であり、改質触媒としては例えばＮｉ系、Ｒｕ系等の触媒が用いられる。改質触媒は、原料ガス中の硫黄化合物により被毒し性能劣化をきたすので、それらの硫黄化合物を除去するために脱硫部へ導入される。
【０００４】
次いで、別途設けられた水蒸気発生部からの水蒸気を添加、混合して水蒸気改質器の改質部へ導入される。原料ガスがメタンである場合の改質反応はＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２で示される。生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸気、生成炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が発生して８〜１５％程度含まれている。このため改質ガスは、この一酸化炭素を二酸化炭素と水素へ変えて除去するためにＣＯ変成部にかけられる。ＣＯ変成部では例えばＦｅ−Ｃｒ系触媒、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒、あるいはＰｔ触媒が用いられる。ＣＯ変成部中での反応は  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２で必要な水蒸気は改質部の残留水蒸気を利用する。
【０００５】
そして、ＣＯ変成部から出る改質ガスは、未反応のメタンと余剰水蒸気と、水素と、二酸化炭素とからなる。しかし、この改質ガスには、ＣＯは完全には除去されず、１％程度以下ではあるがＣＯが含まれている。燃料電池に供給する燃料水素中のＣＯの許容濃度は１０ｐｐｍ程度であり、これを越えると電池性能が著しく劣化するので、ＣＯ成分は燃料電池へ導入する前にできる限り除去する必要がある。このため、改質ガスはＣＯ変成部によりＣＯ濃度を１％前後まで低下させた後、ＣＯ除去部にかけられる。ＣＯ除去部では空気などの酸化剤が添加され、２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２  とＣＯ２に変えることでＣＯを除去し、改質ガスのＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減させる。
【０００６】
従来、この方式の水素生成器は性能向上のために、原料と水蒸気を均一に混合させることに注目していた。（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
図５は、水蒸気改質器の改質反応器の断面図である。改質反応器は、円筒状の容器１内の上部に、液体原料を気化しつつ別途供給される気体原料と均一混合した混合原料ガスとして改質反応部２に導く原料蒸発導入部３を備え、容器１内の下部には、改質触媒によって混合原料ガスを改質する改質反応部２と、改質反応部２に反応熱を供給する加熱部４とを備えている。そして、改質反応部２は、全体が円筒状に形成され、容器１の底部側に該容器１の底面との間に若干の空間を空けて、円筒状の容器１と同軸に配設されており、加熱部４は容器１の底面に設けられた燃焼器５と、この燃焼器５の燃焼ガスが容器１の軸に沿って上方に向けて通る燃焼ガス流路６と、この燃焼ガスを容器１の外に排気するために容器１の上面に設けた排気管７とで構成されている。
【０００８】
このため、改質反応器の改質原料即ち混合原料ガスは気体原料としてのメタンと液体原料としての水が気化されたスチーム（水）である。供給されたメタンに水が液滴化されて混入し、液滴下された水は細かい水滴となってメタンの流れに乗り、メタンと相俟って気液混相体となって、原料蒸発導入部３に供給される。この気液混相体は原料蒸発導入部３を流下して行く過程で、気液混相体中の水滴が気化（蒸発）して気液混相体は混合原料ガスとなって、反応部２に供給される。
【０００９】
即ち、原料蒸発導入部３での蒸発は、第２成分であるメタンの存在により原料の流れ方向に沸点を順次変化しながら、メタン気相中に水分が飽和蒸気圧まで加湿していく蒸発形態であり、常に、一定の蒸発速度で安定した蒸発を実現させることができる。そのため、常に、均一混合された脈動の無い安定した混合原料ガスを供給することができる。又、脈動の無い安定した混合原料ガスが供給されるため、電池の電圧変動や改質反応部２の加熱部４の安定燃焼、即ちＣＯやＮＯ等の発生が抑制されて、システムの運転を安定に行うことができる。又、改質反応部２に混合原料ガスとしての改質反応ガスが均一組成で供給されるため、従来のような、改質触媒への炭素析出や改質率の低下等が抑制される。
【特許文献１】特開２００３−１１９００１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、前記従来の構成では、気体原料としてのメタンと液体原料としての水が気化されたスチーム（水）を均一混合された脈動の無い安定した混合原料ガスを改質部に供給することができる。そのため、、電池の電圧変動や改質反応部２の加熱部４の安定燃焼、システムの運転を安定に行うことができ、改質触媒への炭素析出や改質率の低下等が抑制できる。
【００１１】
一方、改質部は、原料と水蒸気を触媒による反応を促進させる構成とするため、改質部に充填する触媒は、原料と水蒸気の接触する通路の確保と吸熱反応に応じた加熱構成が重要である。そのため、改質部は、多数の粒状の担体に触媒を担持させてあり、原料と水蒸気は改質部の触媒の入り口から入りこの触媒の粒の間を通って出口に至る。
【００１２】
しかし、改質部内を流れる原料と水蒸気に偏流を生じ、十分な性能の確保ができなかった。すなわち、原料と水蒸気は、入り口から出口へ最短付近に多く流れる。また、初期の充填や運転による熱の繰り返しによって、触媒粒の並び方に偏りが生じ、触媒粒間の寸法が偏りを生じる。このため、原料と水蒸気は、隙間の大きい所を多く流れる。
【００１３】
このため、改質部内の触媒の一部には原料と水蒸気が流れない所が生じ、また、触媒の他の部分には原料と水蒸気が過度に流れＳＶ値が大きくなり十分触媒反応をしないうちに改質部から出て行くことになる。そのため、改質効率が低くなり、また、改質触媒への過度の負荷による劣化が生じ、長期信頼性を確保できなくシステム効率が低下するという課題を有していた。
【００１４】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、改質部を複数に分岐した後合流させた構成とすることにより、原料の流れを改質部の触媒全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高い水素生成器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記従来の課題を解決するために、本発明の水素生成器は、原料を供給する手段と、水を供給する手段と、加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部を順次接続し、前記改質部は、少なくとも複数に分岐した後合流させた構成としている。
【００１６】
このことにより、原料の流れを改質部の触媒全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高い水素生成器を提供する。
【００１７】
すなわち、改質部に入った原料供給量を複数に分岐したことにより、この分岐した各々の通路では、流量が少ない時は流速が遅く流れ損失抵抗が小さくなり流量増加し、流量が多い時は流速が早く流れ損失抵抗が大きくなり流量が減少する。このため、各流路を流れる原料の流速が均一化でき、原料は改質部の触媒全体に偏り無く均一に流れる。
【００１８】
このため、原料は、改質部の触媒全体に広がり反応するため、ＳＶ値が小さくでき、原料の水素への転化率が高くでき、触媒への負荷が偏らず小さくすることが可能となり、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性が向上する。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の水素生成器は、原料を供給する手段と、水を供給する手段と、加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部を順次接続し、前記改質部は、少なくとも複数に分岐した後合流させた構成としていることにより、原料の流れを改質部の触媒全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性を高い水素生成器となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
第１の発明は、原料を供給する手段と、水を供給する手段と、加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部を順次接続し、前記改質部は、少なくとも複数に分岐した後合流させた構成としている。このことにより、原料の流れを改質部の触媒全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高い水素生成器を提供することが可能となる。
【００２１】
すなわち、改質部に入った原料供給量を複数に分岐したことにより、この分岐した各々の通路では、流量が少ない時は流速が遅く流れ損失抵抗が小さくなり流量増加し、流量が多い時は流速が早く流れ損失抵抗が大きくなり流量減少する。このため、各流路を流れる原料の流速が均一化でき、原料は改質部の触媒全体に偏り無く均一に流れる。このため、原料は、改質部の触媒全体に広がり反応するため、ＳＶ値が小さくでき、原料の水素への転化率が高くでき、触媒への負荷が偏らず小さくすることが可能となり、改質効率の向上による効率的なシステムとなり、触媒の劣化が防止され耐久信頼性が向上する。
【００２２】
請求項２記載の発明は、特に請求項１の水素生成器を改質部の複数の分岐した各々は、流れに対して等断面積として構成してある。そのために、改質部の分岐された各々の通路は、同じ流量の原料が流れまた、充填する触媒量も同じにできる。このため、触媒面積に対する原料量を均一とすることが可能となり、改質効率の向上による効率的なシステムとなり、また触媒の劣化が防止され耐久信頼性が向上する。
【００２３】
請求項３記載の発明は、特に請求項１の水素生成器を改質部の複数の分岐した各々は、加熱手段に各々接続して構成したことにより、触媒反応を均一に促進できる。すなわち、原料の水蒸気による水素への改質は吸熱反応である。そのため、改質反応を均一に促進させるためには、反応している触媒近くのガスに熱を連続的に供給する必要がある。そこで、分岐した各々は加熱手段により各々加熱できる構成としたことにより、各分岐のそれぞれで原料の水素への改質が進み、より改質効率の向上により効率的なシステムとなる。
【００２４】
請求項４記載の発明は、特に請求項１〜３の水素生成器を改質部の複数の分岐した各々は、絞り部を構成したことにより、この絞り部で各分岐を流れる原料は均一な流れ抵抗を受ける。この絞り部の通路では、流量が少ない時は流速が遅く流れ損失抵抗が小さくなり流量増加し、流量が多い時は流速が早く流れ損失抵抗が大きくなり流量減少する。このため、各分岐した流路を流れる原料の流速が均一化でき、原料は改質部の触媒全体に偏り無くより均一に流れる。このため、原料は、改質部の触媒全体に広がり反応するため、ＳＶ値をより小さくでき、原料の水素への転化率が高くでき、触媒への負荷が偏らず小さくすることが可能となり、改質効率の向上による効率的なシステムとなり、また触媒の劣化を防止して耐久信頼性が向上する。
【００２５】
請求項５記載の発明は、特に請求項１〜４の水素生成器を流れに対して加熱手段の後流に絞り部を構成したことにより、より各分岐した流路を流れる原料の流速が均一化でき、原料は改質部の触媒全体に偏り無くより均一に流れることができる。すなわち、原料ガスの流量は、改質反応により体積が大きく増加する。
【００２６】
メタンの反応では、ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ２となり体積は２．３倍になる。また、温度上昇により粘性係数、ガス温度の影響により２０％〜６０％の体積増加相当の影響がある。このため、絞り部での流れるガスの体積が最大となるため、流量変化により流れ抵抗の変化する影響が増幅され、各分岐の各々の流量はより均一化が可能となる。このため、原料は改質部の触媒全体に偏り無くより均一に流れることができ、改質効率のより向上による効率的なシステムとなり、また触媒の劣化を防止して耐久信頼性を向上することができる。
【００２７】
請求項６記載の発明は、特に請求項２〜５の水素生成器の加熱手段を触媒容器で覆い、前記触媒容器内における流れは、前記加熱手段の燃焼ガスの流れ方向と平行に複数の分岐路内を流れた後合流することにより、加熱手段で発生した熱は覆われた触媒容器に全て伝熱するため、外部への放熱が少なく加熱エネルギー効率が向上できる。そして、前記触媒容器は流れ方向に平行に複数の分岐した後合流させたことにより、各分岐した流れに等分に加熱手段で発生した熱を伝熱できるため、改質効率の向上による効率的なシステムが確立され、また触媒の劣化が防止され耐久信頼性を向上することができる。
【００２８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２９】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施形態１における水素生成器における改質部の断面図を示すものであり、図２は改質部の断面図である。水素生成器全体は、図４に示したように原料を供給する手段と、水を供給する手段と、加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部を順次接続した構成として、生成した水素ガスを燃料電池に接続して利用する。
【００３０】
図１において、８は、都市ガスを原料として燃料電池発電装置に供給する水素を生成する改質部であり、９は、都市ガスに連結した原料を供給する手段、１０は、水蒸気として水を供給する手段であり、触媒容器１１に連結して設けてある。
【００３１】
１２は、例えば、鉄板やセラミックス等の支持体の担体にニッケルもしくはルテニウムを主成分とする触媒を表面に担持させた多数の触媒粒で充填した触媒層で、この触媒層１２で原料ガス２を反応させることにより、水素と二酸化炭素および一酸化炭素からなる生成ガスを反応生成する。この生成反応は５００〜７００℃程度の高温で生じる吸熱反応である。このため、加熱手段として燃焼器５により高温の燃焼ガスを供給して水蒸気を含む原料ガスと触媒層１２を加熱している。燃焼器５は、都市ガス（天然ガス）や燃料電池から排出されるオフガス（未反応水素ガス）、または都市ガスとオフガスを混合して燃料として燃料管１３から供給してディストリビュータ１４から噴出し、燃焼用空気は空気管１５から供給して空気噴出部１６から噴出することにより燃焼を行っている。１８は、燃焼器５によって生じる火炎１９が触媒容器１１に直接触れることを避け、さらに燃焼ガス２０の流路を規定するための燃焼筒である。燃焼ガス２０は、触媒容器１１の周囲に沿って流れ、排気管７より改質部８の外部に排出される。
【００３２】
水蒸気改質部８の中で、都市ガスに連結した原料を供給する手段９と水蒸気として水を供給する手段１０により供給された原料ガスは、触媒容器１１に流入し、触媒容器１１内の触媒層１２で原料ガスは水素と二酸化炭素および一酸化炭素に反応生成して、生成ガス出口２１からＣＯ変成部、ＣＯ除去部、燃料電池（図示せず）へと順次接続してある。
【００３３】
そして図２に示すように、改質部８には触媒層１２を流れ方向に多数に分離する仕切り板２２によって分岐路２２Ａが形成され、原料ガスはこの分岐路２２Ａ内を流れ、そして再び合流した後生成ガス出口２１から流出するように構成されている。
【００３４】
ＣＯ変成部は、生成する改質ガス中には未反応のメタン、未反応の水蒸気、生成炭酸ガスのほか、一酸化炭素（ＣＯ）が発生して８〜１５％程度含まれている。このため改質ガスは、この一酸化炭素を二酸化炭素と水素へ変えて除去するためにＣＯ変成部を設ける。ＣＯ変成部では例えばＦｅ−Ｃｒ系触媒、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒、あるいはＰｔ触媒が用いられ、約３００℃程度で反応が行われる。
【００３５】
ＣＯ変成部中での反応は  ＣＯ＋Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋Ｈ２  で必要な水蒸気は改質部８の残留水蒸気を利用する。そして、ＣＯ変成部から出る改質ガスは、未反応のメタンと余剰水蒸気と、水素と、二酸化炭素とからなる。しかし、この改質ガスには、ＣＯは完全には除去されず、１％程度以下ではあるがＣＯが含まれている。燃料電池に供給する燃料水素中のＣＯの許容濃度は１０ｐｐｍ程度であり、これを越えると電池性能が著しく劣化するので、ＣＯ成分は燃料電池へ導入する前にできる限り除去する必要がある。このため、改質ガスはＣＯ変成部によりＣＯ濃度を１％前後まで低下させた後、ＣＯ除去部を設ける。ＣＯ除去部は、一酸化炭素を選択的に酸化する触媒が担持されており、空気などの酸化剤が添加され、２ＣＯ＋Ｏ２→２ＣＯ２  とＣＯ２に変えることでＣＯを除去し、改質ガスのＣＯ濃度を１０ｐｐｍ以下に低減させる。このような構成と動作で、定常時は原料ガスから水素に改質して燃料電池を運転し発電を継続する。
【００３６】
以上のように構成された水素生成器について、以下その動作、作用を説明する。運転時、都市ガスに連結した原料を供給する手段９と水蒸気として水を供給する手段１０により触媒容器１１に原料ガスとして供給する。触媒容器１１に入った原料ガスは、充填された多数の触媒層１２の隙間を伝って生成ガス出口２１に至る。このため、触媒層１２を流れる原料ガスは偏流することは避けられなかった。すなわち、触媒層１２を形成する触媒粒の大きさのバラツキ、詰めた時の状態、熱等による計時的な寸法変化、原料の入り口から出口までの距離等により、原料ガスが流れる隙間の面積と長さを一様にするのは困難である。そこで、本実施形態では、改質部８は、少なくとも複数に分岐した後合流させた構成とし、原料の流れを改質部８の触媒層１２全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高い水素生成器を提供する。
【００３７】
すなわち、改質部に入った原料供給量を複数に分岐したことにより、この分岐した各々の分岐路２２Ａでは、流量が少ない時は流速が遅く流れ損失抵抗が小さくなり流量増加し、流量が多い時は流速が早く流れ損失抵抗が大きくなり流量減少する。このため、各流路を流れる原料の流速が均一化でき、原料は改質部８の触媒層１２全体に偏り無く均一に流れる。このため、原料ガスは、触媒全体に広がり反応するため、ＳＶ値が小さくでき、原料の水素への転化率が高くでき、触媒への負荷が偏らず小さくすることが可能となり、改質効率の向上による効率的なシステムが確立され、また触媒の劣化を防止して耐久信頼性が向上する。
【００３８】
特に、水蒸気改質反応では、原料が都市ガスである時、主反応がＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋４Ｈ２であり、メタン１モルが水素４モルになり急激な体積膨張を伴う。すなわち、触媒層１２の触媒粒に原料ガスを当て反応させると、体積が大きくなり、原料が流れる抵抗が増加し、より均一な流れとなる。これにより、原料の流れを改質部の触媒全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高い水素生成器を提供できる。
【００３９】
また、本実施の形態では、改質部８の複数の分岐した各々は、流れに対して仕切り板２２により等断面積として構成してある。そのために、改質部８の分岐された各々の通路は、同じ流量の原料が流れまた、充填する触媒層１２の触媒量も同じにできる。このため、触媒面積に対する原料流量を均一とすることが可能となり、改質効率の向上による効率的なシステムが確立され、また触媒の劣化を防止して耐久信頼性が向上する。
【００４０】
また、改質部８の複数の分岐した各々は、加熱手段である燃焼器５に各々接続して構成したことにより、触媒反応を均一に促進できる。すなわち、原料ガスの水蒸気による水素への改質は吸熱反応である。そのため、改質反応を均一に促進させるためには、反応している触媒近くのガスに熱を連続的に供給する必要がある。そこで、分岐した各々は加熱手段である燃焼器５により各々加熱できる構成としたことにより、各分岐のそれぞれで原料の水素への改質が進み、より改質効率の向上により効率的なシステムとなる。
【００４１】
（実施の形態２）
図３は、本発明の実施形態２における水素生成器における改質部の断面図を示すものである。実施例１と異なるところは、改質部８の複数の仕切り板２２分岐した各々は、出口に絞り部２３を構成してある。この絞り部２３で各分岐を流れる原料は均一な流れ抵抗を受ける。この絞り部２３の通路では、流量が少ない時は流速が遅く流れ損失抵抗が小さくなり流量増加し、流量が多い時は流速が早く流れ損失抵抗が大きくなり流量減少する。このため、各分岐した流路を流れる原料の流速が均一化でき、原料は改質部の触媒全体に偏り無くより均一に流れる。このため、原料ガスは、改質部８の触媒層１２の触媒全体に広がり反応するため、ＳＶ値をより小さくでき、原料の水素への転化率が高くでき、触媒への負荷が偏らず小さくすることが可能となり、改質効率のより向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高くできる。
【００４２】
また、改質部８の出口に絞り部２３を構成して、流れに対して加熱手段である燃焼器５の後流に絞り部２３を構成したことにより、より各分岐した流路を流れる原料ガスの流速が均一化でき、原料ガスは改質部８の触媒層１２の触媒全体に偏り無くより均一な流れにすることができる。
【００４３】
すなわち、原料ガスの流量は、改質反応により体積が大きく増加する。メタンの反応では、ＣＨ４＋２Ｈ２Ｏ→ＣＯ２＋６Ｈ２  となり  体積は２．３倍になる。また、温度上昇により粘性係数、ガス温度の影響により２０％〜６０％の体積増加相当の影響がある。このため、絞り部での流れるガスの体積が最大となるため、流量変化により流れ抵抗の変化する影響が増幅され、各分岐の各々の流量はより均一化が可能となる。このため、原料は改質部の触媒全体に偏り無くより均一に流れることができ、改質効率のより向上による効率的なシステムとなり、また触媒の劣化を防止して耐久信頼性を向上することができる。
【００４４】
そして、加熱手段である燃焼器５を改質部８で覆い、改質部８は流れ方向に平行に複数の分岐した後合流させたことにより、加熱手段である燃焼器５で発生した熱は覆われた改質部８の化学反応に全て伝熱するため、外部への放熱が少なく加熱エネルギー効率が向上できる。そして、改質部８は流れ方向に平行に複数の分岐した後合流させたことにより、各分岐した流れに等分に加熱手段である燃焼器５で発生した熱を伝熱できるため、改質効率の向上による効率的なシステムとなり、また触媒の劣化を防止して耐久信頼性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
以上のように、本発明にかかる水素生成器は、原料を供給する手段と、水を供給する手段と、加熱手段を有する改質部と、ＣＯ変成部と、ＣＯ除去部を順次接続し、前記改質部は、少なくとも複数に分岐した後合流させた構成としている。このことにより、原料の流れを改質部の触媒全体に均一な流れとして、触媒全体の活用と過負荷を防止することにより、改質効率の向上による効率的なシステムと触媒の劣化を防止して耐久信頼性の高い水素生成器を提供でき、燃料電池の水素源等の用途に適応できる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態１における水素生成器の改質部を示す縦断面図
【図２】同水素生成器の他の改質部を示す横断面図
【図３】本発明の実施の形態２における水素生成器の改質部を示す断面図
【図４】本発明の水素生成器において水蒸気改質器を用い原料、水蒸気の供給から水素ガスの生成までを示すブロック図
【図５】従来の水素生成器における改質部の断面図
【符号の説明】
【００４７】
５  燃焼器
８  改質部
９  原料を供給する手段
１０  水を供給する手段
１１  触媒容器
１２  触媒層
２１  生成ガス出口
２２  仕切り板
２２Ａ  分岐路
【図１】
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【図２】
2006124188.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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