(57)【要約】【課題】図（ｂ）に示すような構成では、改質触媒１７の熱が筒型容器１１を伝わってＣＯ変性触媒１８を温めるという現象が起こり、ＣＯ変性触媒１８で目的とする変性が十分に行えない虞があった。【解決手段】図（ａ）に示す通りに、改質触媒１７と筒型容器１１との間に断熱層１６を介在させて、改質触媒１７の熱が筒型容器１１に伝わらないようにした。【効果】ＣＯ変性触媒１８を目標温度に保つことができ、目的とする変性が良好に行えるようになった。図示する通りに、構造が極めて簡単で、軽量で且つ小型の水素発生装置を提供することができる。【選択図】　　　　図２
2004043232.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒型容器に、改質触媒、ＣＯ変性触媒及びＣＯ除去触媒をこの順に直列に収納し、炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを前記改質触媒で水素と一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガスに改質し、この混合ガスを前記ＣＯ変性触媒で変性処理することにより一酸化炭素濃度を低減し、さらにＣＯ除去触媒により一酸化炭素濃度を低レベルまで低減しつつ、水素を発生させる水素発生装置であって、
前記筒型容器の内面と、前記改質触媒の外周面との間に、断熱層を介在させたことを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】
前記改質触媒で、部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせることを特徴とする請求項１記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを前記改質触媒で水素と一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガスに改質し、この混合ガスを前記ＣＯ変性触媒で変性処理することにより一酸化炭素濃度を低減し、さらにＣＯ除去触媒により一酸化炭素濃度を低レベルまで低減しつつ、水素を発生させる水素発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新しい発電手法とし、燃料電池の実用化が急ピッチで行われている。燃料電池は水素と酸素とを反応させることで電気エネルギーを発生させる機器であるため、水素と酸素との供給が必須となる。酸素は大気（空気）から得ることができるが、水素は大規模には水素発生プラント設備、小規模には改質器と称する小型水素発生装置が必要となる。
【０００３】
小型水素発生装置は、可搬式発電機など、水素ボンベを装備しにくい機器に好適である。この様な水素発生装置は、例えば特開２００１−１７２００３公報「改質器」が知られている。
【０００４】
図５は特開２００１−１７２００３公報の図３の再掲図である。ただし、符号は振り直した。なお、図面は符号の向きに見ることとする。
１０１は、改質反応部であり、原料ガスから部分酸化反応を含む反応により水素リッチな改質ガスを生成する（上記公報段落番号［００３１］下から第１、２行参照）。
【０００５】
１０２は、シフト反応部であり、改質ガス中のＣＯ濃度を水性ガスシフト反応により低減させる（上記公報段落番号［００３２］第３、４行参照）。
１０３は、ＣＯ選択酸化反応部であり、ＣＯ濃度をＣＯ選択酸化反応によってさらに低減させる（上記公報段落番号［００３２］第７、８行参照）。
【０００６】
１０４、１０４は冷却水入口、１０５は冷却水通路、１０６は冷却水出口であり、シフト反応部１０２及びＣＯ選択酸化反応部１０３は、水で強制冷却する。周知の通り、改質反応は７５０℃で反応が進行するために、改質反応部１０１は高温に保つ必要がある。これに対して、シフト反応は触媒の種類により異なるが３５０℃前後で反応が進行し、ＣＯ選択酸化反応は２００℃で反応が進行する。そのために、シフト反応部１０２及びＣＯ選択酸化反応部１０３を水冷により、温度を制御することにしたのが上記公報の装置である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
冷却水通路１０５を設けるために、筒体１０７の壁厚を増さなければならず、改質器が大型になるとともに、重くなる。
加えて、冷却水を循環させるためのポンプや水タンクが不可欠となり、設備のコンパクト化が難しくなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、水冷構造を無水冷化する研究を進める中で、冷却水の供給を停止して筒体１０７の温度を調べた。すると、筒体１０７が熱伝導材となって改質反応部１０１からシフト反応部１０２に熱を伝え、結果、シフト反応部１０２が高温になることが確認できた。そこで、筒体１０７と改質反応部１０１とを分離し、且つ両者の間に断熱材を介在させる考えが浮かび、この構成を試したところ、シフト反応部１０２への伝熱を阻止することに成功した。
【０００９】
すなわち、請求項１は、改質触媒、ＣＯ変性触媒及びＣＯ除去触媒をこの順に直列に収納し、炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを前記改質触媒で水素と一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガスに改質し、この混合ガスを前記ＣＯ変性触媒で変性処理することにより一酸化炭素濃度を低減し、さらにＣＯ除去触媒により一酸化炭素濃度を低レベルまで低減しつつ、水素を発生させる水素発生装置であって、筒型容器の内面と、改質触媒の外周面との間に、断熱層を介在させたことを特徴とする。
【００１０】
筒型容器と改質触媒とを分離し、それらの間に断熱層を介在させることで、高温の改質触媒から筒型容器への伝熱を阻止する。改質触媒を高温に保ちながら、筒型容器をそれより低温にすることができる。これにより、水冷却や空気冷却などの強制冷却を講じることなく、後段のＣＯ変性触媒を所定の温度に保つことができる。
請求項１によれば、水冷却構造を採用した改質器に比較して、装置のコンパクト化及び軽量化が達成できる。
【００１１】
請求項２は、改質触媒で、部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせることを特徴とする。
部分酸化改質反応又は併用改質反応では、改質触媒で発熱反応が進むため、特に改質触媒が高温になりやすい。高温の改質触媒の熱を断熱層で断熱することで筒型容器への伝熱を阻止する。すなわち、本発明は、改質触媒で部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせるタイプの水素発生装置に特に効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る水素発生装置（第１実施例）の断面図であり、水素発生装置１０は、筒型容器１１と、この容器１１の上部鏡板１２に取付けたガス入口１３と、下部鏡板１４に取付けたガス出口１５と、筒型容器１１内の上部に嵌めた環状の断熱層１６と、この断熱層１６に嵌めた改質触媒１７と、筒型容器１１内の中段から下部鏡板１４に掛けて嵌めたＣＯ変性触媒１８（上段変性触媒１８ａと下段変性触媒１８ｂとからなる。）及びその下のＣＯ除去触媒１９と、上部鏡板１２上面及び断熱層１６に掛かる程度に筒型容器１１の上部外周に被せた保温材２１とからなり、上部鏡板１２と改質触媒１７との間にガス分散室２２、改質触媒１７とＣＯ変性触媒１８との間に空間２３をおいたことを構造的な特徴とする。
【００１３】
筒型容器１１は、円筒容器を基本とするが、四角、五角、六角、八角などの角筒容器や、楕円筒容器であったもよく、要は筒であればよい。
【００１４】
ガス分散室２２には、ガス流れの偏りを防止するためにラシング材（粒体、金網等）を詰める若しくは介在させる。これでガスは均等に上から下へ流すことができる。ただし、図面ではラシング材の表示を省いた。
【００１５】
筒型容器１１は、例えば内径１２０ｍｍ、外径１２４ｍｍ、板厚２ｍｍのＳＵＳ３１６ステンレス板で構成し、同材の上下鏡板１２、１４で塞いだ耐食・耐熱性密封容器である。
断熱層１６の材質は、アルミナシリカウールが好ましい。その理由は、化学的に安定であり、耐熱性が高く、熱伝導率が低いからである。
【００１６】
改質触媒１７は、ルテニウム系触媒が望ましい。
ＣＯ変性触媒１８のうち、上段変性触媒１８ａは鉄−クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）系触媒、下段変性触媒１８ｂは銅−亜鉛（Ｃｕ−Ｚｎ）系触媒が適当である。
ＣＯ除去触媒１９は、ルテニウム系触媒が望ましい。
【００１７】
図２（ａ）は本発明の実施例１に係る実験装置図、（ｂ）は比較例１に係る実験装置図であり、（ｂ）の比較例１は、断熱層を有さずに、改質触媒１７が筒型容器１１に接触していることに差異があり、その他は同じにした。
○共通実験条件：
筒型容器１１の大きさ：内径１２０ｍｍ×肉厚２ｍｍ×長さ１７５ｍｍ
ガス分散室２２の高さＨ１：２５ｍｍ
改質触媒１７の高さＨ２：２０ｍｍ
改質触媒１７の種類：ルテニウム系
空間２３の高さＨ３：４０ｍｍ
ＣＯ変性触媒１８の高さＨ４：６０ｍｍ
ＣＯ変性触媒１８の種類：上段Ｆｅ−Ｃｒ系／下段Ｃｕ−Ｚｎ系
ＣＯ除去触媒１９の高さＨ５：３０ｍｍ
ＣＯ除去触媒１９の種類：ルテニウム系
【００１８】
○実施例１特有の実験条件
実験装置：図２（ａ）
断熱層１６の有無：有り
断熱層１６の厚さｔ１：５ｍｍ（筒型容器内面−改質触媒外面間距離）
原料ガスの組成：イソブタンと水と空気の混合
イソブタンの量：毎分　２０００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１２ｃｍ３（液体）
空気の量：毎分　１６０００ｃｍ３（気体）
【００１９】
以上の条件で、実験を開始したところ、改質触媒１７では次に示す併用改質反応が進行した。
【００２０】
【化１】
2004043232.tif 000003
【００２１】
添え字ｘ（エックスの小文字）は０〜１の間の分圧係数（Ｈ２Ｏ／０２）である。例えば、分圧係数が０．７であれば、Ｈ２Ｏ（水蒸気）が７０％、０２が３０％の割合である。
【００２２】
▲１▼式、▲２▼式共に、左辺第３項の０２は第１項のＣ４Ｈ１０と酸化反応を起こす。この反応は発熱反応である。
一方、第２項のＨ２Ｏが第１項のＣ４Ｈ１０と水蒸気反応を起こす。この反応は外部から熱を加える必要がある吸熱反応である。
改質触媒１７では酸化反応と水蒸気反応を併用して行うため、この様な改質法を「併用改質」と呼ぶ。
【００２３】
前記▲１▼式、▲２▼式の右辺から明らかなように、改質ガスは、Ｈ２とＣＯ２とＣＯの混合ガスとなる。
ＣＯ変性触媒１８で、次の反応を起こさせることで、ＣＯの約９０％をからＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００２４】
【化２】
2004043232.tif 000004
【００２５】
すなわち、残存ＣＯに残存水蒸気（Ｈ２Ｏ）を接触させて、ＣＯをＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００２６】
これで、ＣＯ濃度は１％まで低下するが、ＣＯは燃料電池の触媒にとって有害なガスであるため、このままでは燃料電池へ供給できない。そこで、ＣＯ除去触媒１９で、次の反応を起こさせ、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ程度まで低減する。
【００２７】
【化３】
2004043232.tif 000005
【００２８】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口１５からは、毎分１８．２×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と７．４×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）と１２．７×１０３ｃｍ３の窒素（Ｎ２）とを得た。
【００２９】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置１０の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図２（ａ）に示した。
測定点Ｔ１（改質触媒中央）　　７００℃
測定点Ｔ２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　４００℃
測定点Ｔ３（ＣＯ変性触媒上面）　　３５０℃
測定点Ｔ４（ＣＯ除去触媒上面）　　１８０℃
【００３０】
次に、比較例の実験を実施した。
○比較例１特有の実験条件
実験装置：図２（ｂ）
断熱層の有無：無し
原料ガスの組成：イソブタンと水と空気の混合
イソブタンの量：毎分　２５００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１２ｃｍ３（液体）
空気の量：毎分　３００００ｃｍ３（気体）
【００３１】
以上の条件で、比較例の実験を開始した。改質触媒１７では上記の［化１］で示した併用改質反応が進行し、ＣＯ変性触媒１８では上記［化２］の反応が進行し、ＣＯ除去触媒１９では上記［化３］の反応が進行したと認められる。これらは本発明装置の実験の項で詳述したので、ここでは説明を省略する。
【００３２】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口１５からは、毎分１５．５×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と４．３×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）と５．３×１０３ｃｍ３の一酸化炭素（ＣＯ）と２３．８×１０３ｃｍ３の窒素（Ｎ２）とを得た。
すなわち、ＣＯが少なからず残っており、変性反応が期待通りに起こっていないと予想される。
【００３３】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置１０の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図２（ｂ）に示した。
測定点Ｔ１１（改質触媒中央）　　７００℃
測定点Ｔ１２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　６００℃
測定点Ｔ１３（ＣＯ変性触媒上面）　　５５０℃
測定点Ｔ１４（ＣＯ除去触媒上面）　　３８０℃
【００３４】
この比較例１では、断熱層が無いため、測定点Ｔ１２が６００℃の高温になり、その影響を受けて、測定点Ｔ１３が５５０℃になった。ＣＯ変性触媒は、３５０℃前後で機能を発揮するため、５５０℃では十分に機能しない。そのために、ＣＯ変性反応が薄弱となり、結果的にガス出口から少なからぬＣＯが出てきたと考えられる。
【００３５】
次に本発明の別実施例を説明する。
図３は本発明に係る水素発生装置（第２実施例）の断面図であり、水素発生装置３０は、筒型容器３１と、この容器３１の上部鏡板３２に取付けたガス入口３３と、下部鏡板３４に取付けたガス出口３５と、筒型容器３１内の上部に嵌めた環状の断熱層３６と、この断熱層３６に嵌めた改質触媒３７と、この改質触媒３７を加熱するために上部鏡板３２、改質触媒３７及び筒型容器３１壁を貫通して設けた加熱器４５と、この加熱器４５の適所に介在させた燃焼触媒４６と、筒型容器３１内の中段から下部鏡板３４に掛けて嵌めたＣＯ変性触媒３８（上段変性触媒３８ａと下段変性触媒３８ｂとからなる。）及びその下のＣＯ除去触媒３９と、上部鏡板３２上面及び断熱層３６に掛かる程度に筒型容器３１の上部外周に被せた保温材４１とからなり、上部鏡板３２と改質触媒３７との間にガス分散室４２、改質触媒３７とＣＯ変性触媒３８との間に空間４３をおいたことを構造的な特徴とする。
【００３６】
筒型容器３１は、例えば内径１２０ｍｍ、外径１２４ｍｍ、板厚２ｍｍのＳＵＳ３１６ステンレス板で構成し、同材の上下鏡板３２、３４で塞いだ耐食・耐熱性密封容器である。
断熱層３６の材質は、アルミナシリカウールが好ましい。その理由は、化学的に安定であり、耐熱性が高く、熱伝導率が低いからである。
【００３７】
改質触媒３７は、ルテニウム系触媒が望ましい。
ＣＯ変性触媒３８のうち、上段変性触媒３８ａは鉄−クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）系触媒、下段変性触媒３８ｂは銅−亜鉛（Ｃｕ−Ｚｎ）系触媒が適当である。
ＣＯ除去触媒３９は、ルテニウム系触媒が望ましい。
【００３８】
図４（ａ）は本発明の実施例２に係る実験装置図、（ｂ）は比較例２に係る実験装置図であり、（ｂ）の比較例２は、断熱層を有さずに、改質触媒３７が筒型筒型容器３１に接触していることに差異があり、その他は同じにした。
○共通実験条件：
筒型容器３１の大きさ：内径１２０ｍｍ×肉厚２ｍｍ×長さ１８０ｍｍ
ガス分散室４２の高さＨ２１：２５ｍｍ
改質触媒３７の高さＨ２２：２５ｍｍ
改質触媒３７の種類：ルテニウム系
空間４３の高さＨ２３：４０ｍｍ
ＣＯ変性触媒３８の高さＨ２４：６０ｍｍ
ＣＯ変性触媒３８の種類：上段Ｆｅ−Ｃｒ系／下段Ｃｕ−Ｚｎ系
ＣＯ除去触媒３９の高さＨ２５：３０ｍｍ
ＣＯ除去触媒３９の種類：ルテニウム系
【００３９】
加熱器４５に供給する燃料：イソブタン毎分　１５００ｃｍ３（気体）
加熱器４５に供給する空気：毎分　４８０００ｃｍ３（気体）
【００４０】
○比較例２特有の実験条件
実験装置：図４（ａ）
断熱層３６の有無：有り
断熱層３６の厚さｔ２：５ｍｍ（筒型容器内面−改質触媒外面間距離）
原料ガスの組成：イソブタンと水の混合
イソブタンの量：毎分　１５００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１５ｃｍ３（液体）
【００４１】
以上の条件で、実験を開始したところ、改質触媒３７では次に示す水蒸気改質反応が進行した。
【００４２】
【化４】
2004043232.tif 000006
【００４３】
▲３▼式、▲４▼式共に、左辺第２項のＨ２Ｏが第１項のＣ４Ｈ１０と反応するには、外部から熱を加える必要がある。この反応は吸熱反応である。そのために、加熱器４５で必要な熱を加える。
【００４４】
前記▲３▼式、▲４▼式の右辺から明らかなように、改質ガスは、Ｈ２とＣＯ２とＣＯの混合ガスとなる。
ＣＯ変性触媒３８で、次の反応を起こさせることで、ＣＯの約９０％をからＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００４５】
【化５】
2004043232.tif 000007
【００４６】
すなわち、残存ＣＯに残存水蒸気（Ｈ２Ｏ）を接触させて、ＣＯをＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００４７】
これで、ＣＯ濃度は１％まで低下するが、ＣＯは燃料電池の触媒にとって有害なガスであるため、このままでは燃料電池へ供給できない。そこで、ＣＯ除去触媒３９で、次の反応を起こさせ、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ程度まで低減する。
【００４８】
【化６】
2004043232.tif 000008
【００４９】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口３５からは、毎分１８．２×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と７．４×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）とを得た。
【００５０】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置３０の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図４（ａ）に示した。
測定点Ｔ２１（改質触媒）　　７００℃
測定点Ｔ２２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　３８０℃
測定点Ｔ２３（ＣＯ変性触媒上面）　３４０℃
測定点Ｔ２４（ＣＯ除去触媒上面）　１８０℃
【００５１】
次に、比較例２の実験を実施した。
○比較例２特有の実験条件
実験装置：図４（ｂ）
断熱層の有無：無し
原料ガスの組成：イソブタンと水の混合
イソブタンの量：毎分　１５００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１５ｃｍ３（液体）
【００５２】
加熱器に供給する燃料：イソブタン毎分　２０００ｃｍ３（気体）
加熱器に供給する空気：毎分　６４０００ｃｍ３（気体）
【００５３】
以上の条件で、比較例の実験を開始した。改質触媒３７では上記の［化４］で示した水蒸気改質反応が進行し、ＣＯ変性触媒では上記［化５］の反応が進行し、ＣＯ除去触媒では上記［化６］の反応が進行したと認められる。これらは本発明装置（第２実施例）の実験の項で詳述したので、ここでは説明を省略する。
【００５４】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口３５からは、毎分１５．２×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と２．６×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）と３．５×１０３ｃｍ３の一酸化炭素（ＣＯ）とを得た。
すなわち、ＣＯが少なからず残っており、変性反応が期待通りに起こっていないと予想される。
【００５５】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図４（ｂ）に示した。
測定点Ｔ３１（改質触媒中央）　　７００℃
測定点Ｔ３２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　５８０℃
測定点Ｔ３３（ＣＯ変性触媒上面）　　５６０℃
測定点Ｔ３４（ＣＯ除去触媒上面）　　３８０℃
【００５６】
この比較例２では、断熱層が無いため、測定点Ｔ４２が５８０℃の高温になり、その影響を受けて、測定点Ｔ４３が５６０℃になった。ＣＯ変性触媒は、３５０℃前後で機能を発揮するため、５６０℃では十分に機能しない。そのために、ＣＯ変性反応が薄弱となり、結果的にガス出口から少なからぬＣＯが出てきたと考えられる。
【００５７】
尚、第１実施例（実施例１、比較例１）では、改質触媒で「併用改質」反応を行い、第２実施例（実施例２、比較例２）では、改質触媒で「水蒸気改質」反応を行わせた。原料ガスの組成を、イソブタンと空気にすることにより、次の化７に示す酸化反応を起こさせることができる。この反応を「部分酸化改質」という。
【００５８】
【化７】
2004043232.tif 000009
【００５９】
すなわち、改質は「併用改質」、「水蒸気改質」、「部分酸化改質」の何れであっても差し支えない。
【００６０】
また、原料ガスに含めるイソブタンは、ＬＰＧ、ＬＮＧ、都市ガスと称するガス、ナフサ、ガソリン、軽油、灯油などの軽質炭化水素であってもよく、さらにはメタノールやエタノールに代表される脂肪族アルコールであっても差し支えない。
【００６１】
改質触媒は、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈを担持した触媒やＮｉＯ含有触媒が好適であるが、炭化水素や脂肪酸アルコールを改質する機能を有する触媒であれば、種類は限定しない。
【００６２】
ＣＯ変性触媒は、Ｆｅ−Ｃｒ含有触媒やＣｕ−Ｚｎ含有触媒が好適であるが、ＣＯを水素と二酸化炭素に変質する機能を有する触媒であれば、種類は限定しない。
【００６３】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、筒型容器と改質触媒とを分離し、それらの間に断熱層を介在させることで、高温の改質触媒から筒型容器への伝熱を阻止する。改質触媒を高温に保ちながら、筒型容器をそれより低温にすることができる。これにより、水冷却や空気冷却などの強制冷却を講じることなく、後段のＣＯ変性触媒を所定の温度に保つことができる。
従って請求項１によれば、水冷却構造を採用した改質器に比較して、装置のコンパクト化及び軽量化が達成できる。
【００６４】
請求項２は、改質触媒で、部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせることを特徴とする。
部分酸化改質反応又は併用改質反応では、改質触媒で発熱反応が進むため、特に改質触媒が高温になりやすい。高温の改質触媒の熱を断熱層で断熱することで筒型容器への伝熱を阻止する。すなわち、本発明は、改質触媒で部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせるタイプの水素発生装置に特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水素発生装置（第１実施例）の断面図
【図２】（ａ）は本発明の実施例１に係る実験装置図、（ｂ）は比較例１に係る実験装置図
【図３】本発明に係る水素発生装置（第２実施例）の断面図
【図４】（ａ）は本発明の実施例２に係る実験装置図、（ｂ）は比較例２に係る実験装置図
【図５】特開２００１−１７２００３公報の図３の再掲図
【符号の説明】
１０、３０…水素発生装置、１１、３１…筒型容器、１６、３６…断熱層、１７、３７…改質触媒、１８、３８…ＣＯ変性触媒、１９、３９…ＣＯ除去触媒。
【図１】
2004043232.tif 000010
【図２】
2004043232.tif 000011
【図３】
2004043232.tif 000012
【図４】
2004043232.tif 000013
【図５】
2004043232.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成14年7月15日(2002.7.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【特許請求の範囲】
【請求項１】筒型容器に、改質触媒、ＣＯ変成触媒及びＣＯ除去触媒をこの順に直列に収納し、炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを前記改質触媒で水素と一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガスに改質し、この混合ガスを前記ＣＯ変成触媒で変成処理することにより一酸化炭素濃度を低減し、さらにＣＯ除去触媒により一酸化炭素濃度を低レベルまで低減しつつ、水素を発生させる水素発生装置であって、
前記筒型容器の内面と、前記改質触媒の外周面との間に、断熱層を介在させたことを特徴とする水素発生装置。
【請求項２】前記改質触媒で、部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせることを特徴とする請求項１記載の水素発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを前記改質触媒で水素と一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガスに改質し、この混合ガスを前記ＣＯ変成触媒で変成処理することにより一酸化炭素濃度を低減し、さらにＣＯ除去触媒により一酸化炭素濃度を低レベルまで低減しつつ、水素を発生させる水素発生装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
新しい発電手法とし、燃料電池の実用化が急ピッチで行われている。燃料電池は水素と酸素とを反応させることで電気エネルギーを発生させる機器であるため、水素と酸素との供給が必須となる。酸素は大気（空気）から得ることができるが、水素は大規模には水素発生プラント設備、小規模には改質器と称する小型水素発生装置が必要となる。
【０００３】
小型水素発生装置は、可搬式発電機など、水素ボンベを装備しにくい機器に好適である。この様な水素発生装置は、例えば特開２００１−１７２００３公報「改質器」が知られている。
【０００４】
図５は特開２００１−１７２００３公報の図３の再掲図である。ただし、符号は振り直した。なお、図面は符号の向きに見ることとする。
１０１は、改質反応部であり、原料ガスから部分酸化反応を含む反応により水素リッチな改質ガスを生成する（上記公報段落番号［００３１］下から第１、２行参照）。
【０００５】
１０２は、シフト反応部であり、改質ガス中のＣＯ濃度を水性ガスシフト反応により低減させる（上記公報段落番号［００３２］第３、４行参照）。
１０３は、ＣＯ選択酸化反応部であり、ＣＯ濃度をＣＯ選択酸化反応によってさらに低減させる（上記公報段落番号［００３２］第７、８行参照）。
【０００６】
１０４、１０４は冷却水入口、１０５は冷却水通路、１０６は冷却水出口であり、シフト反応部１０２及びＣＯ選択酸化反応部１０３は、水で強制冷却する。
周知の通り、改質反応は７５０℃で反応が進行するために、改質反応部１０１は高温に保つ必要がある。これに対して、シフト反応は触媒の種類により異なるが３５０℃前後で反応が進行し、ＣＯ選択酸化反応は２００℃で反応が進行する。そのために、シフト反応部１０２及びＣＯ選択酸化反応部１０３を水冷により、温度を制御することにしたのが上記公報の装置である。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
冷却水通路１０５を設けるために、筒体１０７の壁厚を増さなければならず、改質器が大型になるとともに、重くなる。
加えて、冷却水を循環させるためのポンプや水タンクが不可欠となり、設備のコンパクト化が難しくなる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明者らは、水冷構造を無水冷化する研究を進める中で、冷却水の供給を停止して筒体１０７の温度を調べた。すると、筒体１０７が熱伝導材となって改質反応部１０１からシフト反応部１０２に熱を伝え、結果、シフト反応部１０２が高温になることが確認できた。そこで、筒体１０７と改質反応部１０１とを分離し、且つ両者の間に断熱材を介在させる考えが浮かび、この構成を試したところ、シフト反応部１０２への伝熱を阻止することに成功した。
【０００９】
すなわち、請求項１は、改質触媒、ＣＯ変成触媒及びＣＯ除去触媒をこの順に直列に収納し、炭化水素又は脂肪族アルコールからなる原料ガスを前記改質触媒で水素と一酸化炭素と二酸化炭素との混合ガスに改質し、この混合ガスを前記ＣＯ変成触媒で変成処理することにより一酸化炭素濃度を低減し、さらにＣＯ除去触媒により一酸化炭素濃度を低レベルまで低減しつつ、水素を発生させる水素発生装置であって、筒型容器の内面と、改質触媒の外周面との間に、断熱層を介在させたことを特徴とする。
【００１０】
筒型容器と改質触媒とを分離し、それらの間に断熱層を介在させることで、高温の改質触媒から筒型容器への伝熱を阻止する。改質触媒を高温に保ちながら、筒型容器をそれより低温にすることができる。これにより、水冷却や空気冷却などの強制冷却を講じることなく、後段のＣＯ変成触媒を所定の温度に保つことができる。
請求項１によれば、水冷却構造を採用した改質器に比較して、装置のコンパクト化及び軽量化が達成できる。
【００１１】
請求項２は、改質触媒で、部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせることを特徴とする。
部分酸化改質反応又は併用改質反応では、改質触媒で発熱反応が進むため、特に改質触媒が高温になりやすい。高温の改質触媒の熱を断熱層で断熱することで筒型容器への伝熱を阻止する。すなわち、本発明は、改質触媒で部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせるタイプの水素発生装置に特に効果がある。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。
図１は本発明に係る水素発生装置（第１実施例）の断面図であり、水素発生装置１０は、筒型容器１１と、この容器１１の上部鏡板１２に取付けたガス入口１３と、下部鏡板１４に取付けたガス出口１５と、筒型容器１１内の上部に嵌めた環状の断熱層１６と、この断熱層１６に嵌めた改質触媒１７と、筒型容器１１内の中段から下部鏡板１４に掛けて嵌めたＣＯ変成触媒１８（上段変成触媒１８ａと下段変成触媒１８ｂとからなる。）及びその下のＣＯ除去触媒１９と、上部鏡板１２上面及び断熱層１６に掛かる程度に筒型容器１１の上部外周に被せた保温材２１とからなり、上部鏡板１２と改質触媒１７との間にガス分散室２２、改質触媒１７とＣＯ変成触媒１８との間に空間２３をおいたことを構造的な特徴とする。
【００１３】
筒型容器１１は、円筒容器を基本とするが、四角、五角、六角、八角などの角筒容器や、楕円筒容器であったもよく、要は筒であればよい。
【００１４】
ガス分散室２２には、ガス流れの偏りを防止するためにラッシリング（粒体、金網等）を詰める若しくは介在させる。これでガスは均等に上から下へ流すことができる。ただし、図面ではラッシリングの表示を省いた。
【００１５】
筒型容器１１は、例えば内径１２０ｍｍ、外径１２４ｍｍ、板厚２ｍｍのＳＵＳ３１６ステンレス板で構成し、同材の上下鏡板１２、１４で塞いだ耐食・耐熱性密封容器である。
断熱層１６の材質は、アルミナシリカウールが好ましい。その理由は、化学的に安定であり、耐熱性が高く、熱伝導率が低いからである。
【００１６】
改質触媒１７は、ルテニウム系触媒が望ましい。
ＣＯ変成触媒１８のうち、上段変成触媒１８ａは鉄−クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）系触媒、下段変成触媒１８ｂは銅−亜鉛（Ｃｕ−Ｚｎ）系触媒が適当である。
ＣＯ除去触媒１９は、ルテニウム系触媒が望ましい。
【００１７】
図２（ａ）は本発明の実施例１に係る実験装置図、（ｂ）は比較例１に係る実験装置図であり、（ｂ）の比較例１は、断熱層を有さずに、改質触媒１７が筒型容器１１に接触していることに差異があり、その他は同じにした。
○共通実験条件：
筒型容器１１の大きさ：内径１２０ｍｍ×肉厚２ｍｍ×長さ１７５ｍｍ
ガス分散室２２の高さＨ１：２５ｍｍ
改質触媒１７の高さＨ２：２０ｍｍ
改質触媒１７の種類：ルテニウム系
空間２３の高さＨ３：４０ｍｍ
ＣＯ変成触媒１８の高さＨ４：６０ｍｍ
ＣＯ変成触媒１８の種類：上段Ｆｅ−Ｃｒ系／下段Ｃｕ−Ｚｎ系
ＣＯ除去触媒１９の高さＨ５：３０ｍｍ
ＣＯ除去触媒１９の種類：ルテニウム系
【００１８】
○実施例１特有の実験条件
実験装置：図２（ａ）
断熱層１６の有無：有り
断熱層１６の厚さｔ１：５ｍｍ（筒型容器内面−改質触媒外面間距離）
原料ガスの組成：イソブタンと水と空気の混合
イソブタンの量：毎分　２０００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１２ｃｍ３（液体）
空気の量：毎分　１６０００ｃｍ３（気体）
【００１９】
以上の条件で、実験を開始したところ、改質触媒１７では次に示す併用改質反応が進行した。
【００２０】
【化１】
2004043232.tif 000015
【００２１】
▲１▼式、▲２▼式共に、左辺第３項の０２は第１項のＣ４Ｈ１０と酸化反応を起こす。この反応は発熱反応である。
一方、第２項のＨ２Ｏが第１項のＣ４Ｈ１０と水蒸気反応を起こす。この反応は外部から熱を加える必要がある吸熱反応である。
改質触媒１７では酸化反応と水蒸気反応を併用して行うため、この様な改質法を「併用改質」と呼ぶ。
【００２２】
前記▲１▼式、▲２▼式の右辺から明らかなように、改質ガスは、Ｈ２とＣＯ２とＣＯの混合ガスとなる。
ＣＯ変成触媒１８で、次の反応を起こさせることで、ＣＯの約９０％をからＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００２３】
【化２】
2004043232.tif 000016
【００２４】
すなわち、残存ＣＯに残存水蒸気（Ｈ２Ｏ）を接触させて、ＣＯをＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００２５】
これで、ＣＯ濃度は１％まで低下するが、ＣＯは燃料電池の触媒にとって有害なガスであるため、このままでは燃料電池へ供給できない。そこで、ＣＯ除去触媒１９で、次の反応を起こさせ、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ程度まで低減する。
【００２６】
【化３】
2004043232.tif 000017
【００２７】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口１５からは、毎分１８．２×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と７．４×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）と１２．７×１０３ｃｍ３の窒素（Ｎ２）とを得た。
【００２８】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置１０の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図２（ａ）に示した。
測定点Ｔ１（改質触媒中央）　　　　　　　　　　　　　　　　　７００℃
測定点Ｔ２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　４００℃
測定点Ｔ３（ＣＯ変成触媒上面）　　　　　　３５０℃
測定点Ｔ４（ＣＯ除去触媒上面）　　　　　　　　　　　　　１８０℃
【００２９】
次に、比較例の実験を実施した。
○比較例１特有の実験条件
実験装置：図２（ｂ）
断熱層の有無：無し
原料ガスの組成：イソブタンと水と空気の混合
イソブタンの量：毎分　２５００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１２ｃｍ３（液体）
空気の量：毎分　３００００ｃｍ３（気体）
【００３０】
以上の条件で、比較例の実験を開始した。改質触媒１７では上記の［化１］で示した併用改質反応が進行し、ＣＯ変成触媒１８では上記［化２］の反応が進行し、ＣＯ除去触媒１９では上記［化３］の反応が進行したと認められる。これらは本発明装置の実験の項で詳述したので、ここでは説明を省略する。
【００３１】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口１５からは、毎分１５．５×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と４．３×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）と５．３×１０３ｃｍ３の一酸化炭素（ＣＯ）と２３．８×１０３ｃｍ３の窒素（Ｎ２）とを得た。
すなわち、ＣＯが少なからず残っており、変成反応が期待通りに起こっていないと予想される。
【００３２】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置１０の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図２（ｂ）に示した。
測定点Ｔ１１（改質触媒中央）　　　　　　　　　　　　　　　　　７００℃
測定点Ｔ１２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　６００℃
測定点Ｔ１３（ＣＯ変成触媒上面）　　　　　　５５０℃
測定点Ｔ１４（ＣＯ除去触媒上面）　　　　　　　　　　　　　３８０℃
【００３３】
この比較例１では、断熱層が無いため、測定点Ｔ１２が６００℃の高温になり、その影響を受けて、測定点Ｔ１３が５５０℃になった。ＣＯ変成触媒は、３５０℃前後で機能を発揮するため、５５０℃では十分に機能しない。そのために、ＣＯ変成反応が薄弱となり、結果的にガス出口から少なからぬＣＯが出てきたと考えられる。
【００３４】
次に本発明の別実施例を説明する。
図３は本発明に係る水素発生装置（第２実施例）の断面図であり、水素発生装置３０は、筒型容器３１と、この容器３１の上部鏡板３２に取付けたガス入口３３と、下部鏡板３４に取付けたガス出口３５と、筒型容器３１内の上部に嵌めた環状の断熱層３６と、この断熱層３６に嵌めた改質触媒３７と、この改質触媒３７を加熱するために上部鏡板３２、改質触媒３７及び筒型容器３１壁を貫通して設けた加熱器４５と、この加熱器４５の適所に介在させた燃焼触媒４６と、筒型容器３１内の中段から下部鏡板３４に掛けて嵌めたＣＯ変成触媒３８（上段変成触媒３８ａと下段変成触媒３８ｂとからなる。）及びその下のＣＯ除去触媒３９と、上部鏡板３２上面及び断熱層３６に掛かる程度に筒型容器３１の上部外周に被せた保温材４１とからなり、上部鏡板３２と改質触媒３７との間にガス分散室４２、改質触媒３７とＣＯ変成触媒３８との間に空間４３をおいたことを構造的な特徴とする。
【００３５】
筒型容器３１は、例えば内径１２０ｍｍ、外径１２４ｍｍ、板厚２ｍｍのＳＵＳ３１６ステンレス板で構成し、同材の上下鏡板３２、３４で塞いだ耐食・耐熱性密封容器である。
断熱層３６の材質は、アルミナシリカウールが好ましい。その理由は、化学的に安定であり、耐熱性が高く、熱伝導率が低いからである。
【００３６】
改質触媒３７は、ルテニウム系触媒が望ましい。
ＣＯ変成触媒３８のうち、上段変成触媒３８ａは鉄−クロム（Ｆｅ−Ｃｒ）系触媒、下段変成触媒３８ｂは銅−亜鉛（Ｃｕ−Ｚｎ）系触媒が適当である。
ＣＯ除去触媒３９は、ルテニウム系触媒が望ましい。
【００３７】
図４（ａ）は本発明の実施例２に係る実験装置図、（ｂ）は比較例２に係る実験装置図であり、（ｂ）の比較例２は、断熱層を有さずに、改質触媒３７が筒型筒型容器３１に接触していることに差異があり、その他は同じにした。
○共通実験条件：
筒型容器３１の大きさ：内径１２０ｍｍ×肉厚２ｍｍ×長さ１８０ｍｍ
ガス分散室４２の高さＨ２１：２５ｍｍ
改質触媒３７の高さＨ２２：２５ｍｍ
改質触媒３７の種類：ルテニウム系
空間４３の高さＨ２３：４０ｍｍ
ＣＯ変成触媒３８の高さＨ２４：６０ｍｍ
ＣＯ変成触媒３８の種類：上段Ｆｅ−Ｃｒ系／下段Ｃｕ−Ｚｎ系
ＣＯ除去触媒３９の高さＨ２５：３０ｍｍ
ＣＯ除去触媒３９の種類：ルテニウム系
【００３８】
加熱器４５に供給する燃料：イソブタン毎分　１５００ｃｍ３（気体）
加熱器４５に供給する空気：毎分　４８０００ｃｍ３（気体）
【００３９】
○実施例２特有の実験条件
実験装置：図４（ａ）
断熱層３６の有無：有り
断熱層３６の厚さｔ２：５ｍｍ（筒型容器内面−改質触媒外面間距離）
原料ガスの組成：イソブタンと水の混合
イソブタンの量：毎分　１５００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１５ｃｍ３（液体）
【００４０】
以上の条件で、実験を開始したところ、改質触媒３７では次に示す水蒸気改質反応が進行した。
【００４１】
【化４】
2004043232.tif 000018
【００４２】
▲３▼式、▲４▼式共に、左辺第２項のＨ２Ｏが第１項のＣ４Ｈ１０と反応するには、外部から熱を加える必要がある。この反応は吸熱反応である。そのために、加熱器４５で必要な熱を加える。
【００４３】
前記▲３▼式、▲４▼式の右辺から明らかなように、改質ガスは、Ｈ２とＣＯ２とＣＯの混合ガスとなる。
ＣＯ変成触媒３８で、次の反応を起こさせることで、ＣＯの約９０％をからＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００４４】
【化５】
2004043232.tif 000019
【００４５】
すなわち、残存ＣＯに残存水蒸気（Ｈ２Ｏ）を接触させて、ＣＯをＨ２とＣＯ２とに変化させる。
【００４６】
これで、ＣＯ濃度は１％まで低下するが、ＣＯは燃料電池の触媒にとって有害なガスであるため、このままでは燃料電池へ供給できない。そこで、ＣＯ除去触媒３９で、次の反応を起こさせ、ＣＯ濃度を１０ｐｐｍ程度まで低減する。
【００４７】
【化６】
2004043232.tif 000020
【００４８】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口３５からは、毎分１８．２×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と７．４×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）とを得た。
【００４９】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置３０の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図４（ａ）に示した。
測定点Ｔ２１（改質触媒）　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　７００℃
測定点Ｔ２２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　　３８０℃
測定点Ｔ２３（ＣＯ変成触媒上面）　　　　　　　３４０℃
測定点Ｔ２４（ＣＯ除去触媒上面）　　　　　　　　　　　　　　１８０℃
【００５０】
次に、比較例２の実験を実施した。
○比較例２特有の実験条件
実験装置：図４（ｂ）
断熱層の有無：無し
原料ガスの組成：イソブタンと水の混合
イソブタンの量：毎分　１５００ｃｍ３（気体）
水の量：毎分　１５ｃｍ３（液体）
【００５１】
加熱器に供給する燃料：イソブタン毎分　２０００ｃｍ３（気体）
加熱器に供給する空気：毎分　６４０００ｃｍ３（気体）
【００５２】
以上の条件で、比較例の実験を開始した。改質触媒３７では上記の［化４］で示した水蒸気改質反応が進行し、ＣＯ変成触媒では上記［化５］の反応が進行し、ＣＯ除去触媒では上記［化６］の反応が進行したと認められる。これらは本発明装置（第２実施例）の実験の項で詳述したので、ここでは説明を省略する。
【００５３】
以上の複数段の反応を実施した結果、ガス出口３５からは、毎分１５．２×１０３ｃｍ３の水素（Ｈ２）と０．２×１０３ｃｍ３のメタン（ＣＨ４）と２．６×１０３ｃｍ３の二酸化炭素（ＣＯ２）と３．５×１０３ｃｍ３の一酸化炭素（ＣＯ）とを得た。
すなわち、ＣＯが少なからず残っており、変成反応が期待通りに起こっていないと予想される。
【００５４】
そして、水素発生が安定した後に、水素発生装置の複数箇所の温度を計測したところ、次の通りであった。なお、測定点は図４（ｂ）に示した。
測定点Ｔ３１（改質触媒中央）　　　　　　　　　　　　　　　　　７００℃
測定点Ｔ３２（改質触媒に臨む筒型容器の温度）　５８０℃
測定点Ｔ３３（ＣＯ変成触媒上面）　　　　　　５６０℃
測定点Ｔ３４（ＣＯ除去触媒上面）　　　　　　　　　　　　　３８０℃
【００５５】
この比較例２では、断熱層が無いため、測定点Ｔ４２が５８０℃の高温になり、その影響を受けて、測定点Ｔ４３が５６０℃になった。ＣＯ変成触媒は、３５０℃前後で機能を発揮するため、５６０℃では十分に機能しない。そのために、ＣＯ変成反応が薄弱となり、結果的にガス出口から少なからぬＣＯが出てきたと考えられる。
【００５６】
尚、第１実施例（実施例１、比較例１）では、改質触媒で「併用改質」反応を行い、第２実施例（実施例２、比較例２）では、改質触媒で「水蒸気改質」反応を行わせた。原料ガスの組成を、イソブタンと空気にすることにより、次の化７に示す酸化反応を起こさせることができる。この反応を「部分酸化改質」という。
【００５７】
【化７】
2004043232.tif 000021
【００５８】
すなわち、改質は「併用改質」、「水蒸気改質」、「部分酸化改質」の何れであっても差し支えない。
【００５９】
また、原料ガスに含めるイソブタンは、ＬＰＧ、ＬＮＧ、都市ガスと称するガス、ナフサ、ガソリン、軽油、灯油などの軽質炭化水素であってもよく、さらにはメタノールやエタノールに代表される脂肪族アルコールであっても差し支えない。
【００６０】
改質触媒は、Ｎｉ、Ｒｕ、Ｒｈを担持した触媒やＮｉＯ含有触媒が好適であるが、炭化水素や脂肪酸アルコールを改質する機能を有する触媒であれば、種類は限定しない。
【００６１】
ＣＯ変成触媒は、Ｆｅ−Ｃｒ含有触媒やＣｕ−Ｚｎ含有触媒が好適であるが、ＣＯを水素と二酸化炭素に変質する機能を有する触媒であれば、種類は限定しない。
【００６２】
【発明の効果】
本発明は上記構成により次の効果を発揮する。
請求項１では、筒型容器と改質触媒とを分離し、それらの間に断熱層を介在させることで、高温の改質触媒から筒型容器への伝熱を阻止する。改質触媒を高温に保ちながら、筒型容器をそれより低温にすることができる。これにより、水冷却や空気冷却などの強制冷却を講じることなく、後段のＣＯ変成触媒を所定の温度に保つことができる。
従って請求項１によれば、水冷却構造を採用した改質器に比較して、装置のコンパクト化及び軽量化が達成できる。
【００６３】
請求項２は、改質触媒で、部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせることを特徴とする。
部分酸化改質反応又は併用改質反応では、改質触媒で発熱反応が進むため、特に改質触媒が高温になりやすい。高温の改質触媒の熱を断熱層で断熱することで筒型容器への伝熱を阻止する。すなわち、本発明は、改質触媒で部分酸化改質反応又は併用改質反応を起こさせるタイプの水素発生装置に特に効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る水素発生装置（第１実施例）の断面図
【図２】（ａ）は本発明の実施例１に係る実験装置図、（ｂ）は比較例１に係る実験装置図
【図３】本発明に係る水素発生装置（第２実施例）の断面図
【図４】（ａ）は本発明の実施例２に係る実験装置図、（ｂ）は比較例２に係る実験装置図
【図５】特開２００１−１７２００３公報の図３の再掲図
【符号の説明】
１０、３０…水素発生装置、１１、３１…筒型容器、１６、３６…断熱層、１７、３７…改質触媒、１８、３８…ＣＯ変成触媒、１９、３９…ＣＯ除去触媒。