(57)【要約】      （修正有）【課題】簡素な構造の水素製造用反応管を有し、かつ耐久性の高い水素製造装置を提供すること。【解決手段】本発明による水素製造装置１０１は、反応器１０２とヘッダ部１０３と加熱部１０４を備えている。反応器１０２を構成する水素製造用反応管１１２は、管壁２０３と、水蒸気改質触媒を担持する担体２０２と、表面に水素分離膜２０６を有する多孔質製管２０５であるメンブレン管２０４と、原料ガス供給管１１６と、水素回収管１１７と、オフガス回収管１１８とを備えている。担体２０２は、水素製造用反応管２０１の管壁２０３と一体に接合されているため、担体２０２と水素分離膜２０６との接触は完全に防止され、水素分離膜２０６の耐久性が向上する。水素製造用反応管１１２の壁面と担体２０２とが一体に接合されるので水素製造用反応管の構造を簡素にでき、製造が容易になる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水蒸気改質触媒を担持する担体と、前記担体を支持する担体支持部材と、水素分離膜とを内包する水素製造用反応管と、
前記水素製造用反応管に原料ガスを供給する供給手段と、
前記水素製造用反応管から水素を回収する回収手段
とを備え、
前記担体と前記担体支持部材とは、一体に接合されて、前記水素分離膜に対向して離れて設置される
水素製造装置。
【請求項２】
前記担体支持部材が前記水素製造用反応管の内壁であり、
前記担体は、前記内壁と一体に接合される
請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記水素製造用反応管を加熱する加熱手段を更に備え、
前記加熱手段で生成された加熱流体が、前記水素製造用反応管の外壁に接触される
請求項１または請求項２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記担体支持部材が貫通孔を有する金属板であり、
前記金属板の表面が前記担体に被覆される
請求項１から請求項３のいずれかに記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記金属板が、スペーサを介して前記水素分離膜に固定される
請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記担体と前期水素分離膜は、１ｍｍ以下の間隔を以って設置されることを特徴とする
請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項７】
水素製造用反応管の内壁に、水蒸気改質触媒を担持する担体を支持させる工程と、
表面に水素分離膜を有するメンブレン管を前記水素製造用反応管内に、前記水素分離膜に対向して離して設置させる工程
とを含む
水素製造用反応管の製造方法。
【請求項８】
前記担体を支持させる工程は、
水素製造用反応管の内壁に担体を設ける工程と、
前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程
とを含む
請求項７に記載の水素製造用反応管の製造方法。
【請求項９】
前記水素製造用反応管の内壁に担体を設ける工程は、ＣＶＤまたはＰＶＤによって前記内壁に前記担体を設ける工程である
請求項８に記載の水素製造用反応管の製造方法。
【請求項１０】
前記担体を支持させる工程は、
担体を所定の形状に成形する工程と、
前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程と、
前記担体を水素製造用反応管の内壁に固定する工程
とを含む
請求項７に記載の水素製造用反応管の製造方法。
【請求項１１】
貫通孔を有する金属板の表面を担体で被覆させる工程と、
前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程と、
前記金属板と、表面に水素分離膜を有するメンブレン管とを、前記水蒸気改質触媒が前記水素分離膜に対向して離れるように固定させる工程と、
前記メンブレン管を水素製造用反応管内に設置させる工程
とを含む水素製造用反応管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素製造用反応管に関し、特に、水蒸気改質触媒と水素分離膜を利用する水素製造用反応管に関する。
【背景技術】
【０００２】
燃料電池に使用する水素は、高純度であることが求められている。そのため、高純度の水素を得ることができる水素製造装置の開発が進められている。
【０００３】
高純度の水素を得る水素製造装置を実現する一つの方法は、水蒸気改質触媒と水素分離膜とを備えた水素製造装置を使用することである。水蒸気改質触媒は、水蒸気が転化された炭化水素や含酸素炭化水素を転化して水素を生成する。水素分離膜は、生成された水素を分離して取り出す。水素分離膜によって水素を分離する該水素製造装置は、高純度の水素を発生することが可能である。
【０００４】
水蒸気改質触媒と水素分離膜を備えた水素製造装置は、水蒸気改質反応の効率を高めることもできる。炭化水素の水蒸気改質反応は式（１）の改質反応と式（２）の一酸化炭素変成反応で表される。
ＣｎＨｍ＋ｎＨ２Ｏ←→ｎＣＯ＋（ｎ＋ｍ／２）Ｈ２    （１）
ＣＯ＋Ｈ２Ｏ←→ＣＯ２＋Ｈ２                （２）
上記の水蒸気改質反応で生成した水素を、反応の場から分離すると、式（１）（２）の反応は右側に進行する。水素分離膜を備えた水素製造装置は、生成した水素を逐次分離することができるので、低い反応温度で高い転化率を実現することができる。
【０００５】
水素製造装置は、原料ガスの流量変化すなわち運転負荷の変動に対応可能で、かつ、粉化しやすい水蒸気改質触媒でも適用可能な構造を備えていることが望まれる。
【０００６】
特許文献１は、このような水素製造装置を開示している。図７は、特許文献１に開示された水素製造装置５０１の構造を示している。公知のその水素製造装置５０１は、外筒５０２と、外筒の内側に順次内包された中筒５０３、５０４とを有しており、２つの中筒の間に形成される環状空間５０５の上部は閉塞されている。環状空間５０５は原料ガスを供給する原料ガス供給口５１０に接続されている。原料ガスとしては、水蒸気を添加した炭化水素又は含酸素炭化水素が使用される。環状空間５０５内には、水素透過膜（図示せず）を有するメンブレン管５０６が一定の間隔を置いて複数配置されている。メンブレン管５０６は、その上部が自由端になるように設置されている。該環状空間５０５内のメンブレン管５０６の周囲には、粒子状の水蒸気改質触媒５０７が充填されている。メンブレン管５０６は、その下端で相互に連通され、水素出口５１１に接続されている。中筒５０４の内側には燃焼室５０９が形成されている。燃焼室５０９の下部には、バーナー５０８が上向きに設置されている。
【特許文献１】特許第３２０２４４０号公報
【０００７】
水素製造装置５０１は、下記の動作によって水素を発生する。バーナー５０８には空気と燃料とが供給される。供給された空気と燃料とは、バーナー５０８によって燃焼され、高温の燃焼ガスが発生される。その燃焼ガスにより水蒸気改質触媒５０７は、水蒸気改質反応温度である５００〜６００℃に加熱される。水蒸気改質触媒５０７が加熱された状態で原料ガスが環状空間５０５に導入される。導入された原料ガスは水蒸気改質触媒５０７によって分解され、主に水素と二酸化炭素とが生成される。生成された水素は、水素分離膜によって分離され、これにより、高純度の水素がメンブレン管５０６の内部に収集される。収集された高純度の水素は、水素出口５１１から回収される。
【０００８】
上述されたメンブレン管５０６及びバーナー５０８の構造は、運転負荷の変動に柔軟に安定して対応し、かつ、粉化しやすい触媒を水蒸気改質触媒５０７に適用することを可能にする。その上部が自由端になるように設置されているメンブレン管５０６は、熱膨張によって生じる水蒸気改質触媒５０７と水素分離膜との相互摩擦を軽減する。更に、下置き上向きに設置されたバーナー５０８は、燃焼ガスを発生する火炎を安定化する。そのため、水素製造装置５０１は、運転負荷の変動に柔軟に安定して対応可能であり、かつ、粉化しやすい水蒸気改質触媒を水蒸気改質触媒５０７に適用可能である。
【０００９】
水素製造装置には、水蒸気改質触媒を均一に充填することと、水素分離膜の耐久性を向上させることも望まれている。上記の課題を解決する水素製造装置が特許文献２に開示されている。
【特許文献２】特開２００１−３１４０３号公報
【００１０】
特許文献２に開示されている水素製造装置は、粒子状の水蒸気改質触媒に代えて、成形された板状触媒を用いている。その水素製造装置は、特許文献１の水素製造装置と同様に、外筒の内側に順次内包された２つの中筒の間に形成される環状空間を有している。該環状空間内には、水素透過膜を有する直方体のメンブレン管と板状の水蒸気改質触媒を備えたユニットが収められている。図８は、環状空間に収められるメンブレン管と板状の水蒸気改質触媒のユニットを示している。板状の水蒸気改質触媒６０１は、壁面に水素分離膜（図示せず）を持つ複数のメンブレン管６０２間に、スペーサ６０３を介して配置されている。スペーサ６０３は、メンブレン管６０２と板状の水蒸気改質触媒６０１に溶接により固定されている。中筒の内側の空間部は、特許文献１に開示された水素製造装置と同様、燃焼室となっている。燃焼室の上部にはバーナーが下向きに設置されている。
【００１１】
特許文献２に開示された水素製造装置は、バーナーの設置位置が特許文献１に開示された水素製造装置と異なるが、特許文献１に開示された水素製造装置と同様に動作する。
【００１２】
上述されたメンブレン管６０２と板状の水蒸気改質触媒６０１の構造は、水蒸気改質触媒の均一充填と、水素分離膜の高寿命化を可能にする。水蒸気改質触媒６０１が板状に成形されているため、水蒸気改質触媒をメンブレン管６０２の周りに均一に充填させることができる。さらに、板状の水蒸気改質触媒６０１と水素分離膜（図示せず）との間にスペーサ６０３があるので、水蒸気改質触媒と水素分離膜との適切な間隔が保たれ、水素分離膜と板状水蒸気改質触媒との接触を防ぐことができ、水素分離膜を高寿命化できる。
【００１３】
水素分離膜を更に高寿命化させるためには、水素分離膜と水蒸気改質触媒の接触を完全に防ぐことが重要である。加えて、水素製造用反応管には、構造が簡素で製造が容易であることが望まれる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明の目的は、簡素な構造の水素製造用反応管を有し、かつ耐久性の高い水素製造装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る水素製造装置は、水蒸気改質触媒を担持する担体、前記担体を支持する担体支持部材及び水素分離膜を内包する水素製造用反応管と、前記水素製造用反応管に原料ガスを供給する供給手段と、前記水素製造用反応管から水素を回収する回収手段とを備えている。前記担体と前記担体支持部材とは、一体に接合されて、前記水素分離膜に対向して離れて設置され、好ましくは、前記担体と前記水素分離膜との間の隙間を１ｍｍ以下、さらに好ましくは０．０５ｍｍ以下に保った状態で設置される。
【００１６】
上述の水素製造装置によれば、水素分離膜と水蒸気改質触媒の接触を完全になくすことができるため、水素分離膜の耐久性を向上させることができる。水素分離膜と対向して離れた位置に設置され、かつ、水蒸気改質触媒が支持部材に固定されているため、熱膨張によって水素製造用反応管壁や水素分離膜の位置に変動が生じても水蒸気改質触媒と水素分離膜が直接接触することはない。
【００１７】
更に、上述の水素製造装置によれば、水素製造用反応管の構造を簡素化することができる。水蒸気改質触媒を担持した担体と担体支持部材とを一体に固定してから組み立てることができるためである。
【００１８】
更に、上述の水素製造装置によれば、効率よく水素を製造することができる。水蒸気改質媒体を担持した担体と水素分離膜間の隙間を狭くすることでガス流速を増大させ、ガス流れと直角方向の今後拡散を向上させ、水蒸気改質反応速度の低下を防ぐことができる。
【００１９】
前記担体支持部材として、水素製造用反応管の内壁が用いられてもよい。担体を水素製造用反応管の内壁と一体に接合する一つの方法は、該内壁面に担体を設けることである。水素製造用反応管の内壁を担体でコーティングして、そこに水蒸気改質触媒を担持させることで、該内壁と担体とを一体に接合させることができる。
【００２０】
上述の水素製造用反応管は、水素製造用反応管の内壁に、水蒸気改質触媒を担持する担体を支持させる工程と、表面に水素分離膜を有するメンブレン管を水素製造用反応管内に、前記水素分離膜に対向して離して設置させる工程によって製造できる。
【００２１】
前記担体は、該内壁に担体を設ける工程と、該担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程とによって、水素製造用反応管の内壁に支持させることができる。前記の方法の他、担体を所定の形状に成形し、該担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程と、該担体を水素製造用反応管の内壁に固定させる工程とによっても、該壁面と水蒸気改質触媒を一体に接合させることができる。
【００２２】
前記担体支持部材が水素製造用反応管の内壁である場合、前記水素製造用反応管が前記内壁に対向する外壁を有し、前記外壁には加熱手段で生成された加熱流体が接触されてもよい。加熱流体とは、例えば、炭化水素や含酸素炭化水素を燃焼させて得られる高温の燃焼ガスである。
【００２３】
上述の水素製造用反応管によれば、水素製造用反応管の壁を通して直接水蒸気改質触媒を加熱することができる。水蒸気改質反応に必要な熱が効率よく供給される。
【００２４】
前記担体支持部材として、貫通孔を有する金属板が用いられてもよい。金属板は、担体でその表面を覆われ、該担体は水蒸気改質触媒を担持する。このようにして担体と担体支持部材とを一体に接合させることができる。担体と一体となった該金属板は、スペーサを介して水素分離膜と接着されることで、水素分離膜と対向して離れた位置に設置される。好ましくは、担体と水素分離膜との間の隙間が１ｍｍ以下、更に好ましくは０．０５ｍｍ以下となるようにする。
【００２５】
上述の水素製造用反応管において、担体は、貫通孔を有する金属板の表面を担体で被覆させる工程と、前記担体に水蒸気改質触媒を担持させる工程とによって、該金属板と一体に接合される。該金属板は、表面に水素分離膜を有するメンブレン管に、前記水素分離膜に対向して離れるように固定させる工程によって固定される。該金属板と該水素分離膜との間にスペーサを介して固定されてもよい。前記金属板と前記メンブレン管とは一体に固定されて、水素製造用反応管内に設置される。以上のように、水素製造用反応管は、金属板と水素分離膜とをスペーサを介して接着する工程と、一体になった金属板と水素分離膜とを水素製造用反応管に挿入する工程のみで製造できる。
【００２６】
上述の水素製造装置によれば、担体支持部材として水素製造用反応管の壁面を用いた水素製造装置が奏する効果の他、製造工程が少なく、簡素な構造の水素製造用反応管を提供することができるという効果がある。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、水素分離膜が水蒸気改質触媒に対向した位置に離れて設置されており、水蒸気改質触媒と水素分離膜が接触しないため、水蒸気改質触媒の強い接触によって水素分離膜が破損することがなく、水素分離膜の耐久性が向上する。
【００２８】
また、本発明によれば、反応管の壁面と水蒸気改質触媒が一体に接合されることになり、反応管の構造を簡素にできる。また、反応管壁と水素分離膜との隙間を小さくできるため反応管をコンパクトにすることができる。
【００２９】
また、本発明によれば、原料ガスの通路が水蒸気改質触媒と水素分離膜との間にできる空間であるため、当該隙間を狭くすることでガス流速を増大し、ガス流れと直角方向のガスの混合拡散を促進させることができ、水素濃度が低い水素分離膜近傍と水素濃度が高い水蒸気改質触媒近傍とでガスが拡散しやすくなり、水素濃度分布の偏りが解消し、水蒸気改質反応の効率が上がる。
【００３０】
高温の燃焼ガスにより、反応管壁を通して水蒸気改質触媒が直接加熱されるため、水蒸気改質反応に必要な熱が効率よく供給される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１にかかる水素製造装置１０１の概略図である。水素製造装置１０１は、反応器１０２とヘッダ部１０３と加熱部１０４を備えている。反応器１０２は、縦横に配列した反応管ユニット１０５（図１においては横に９列）から構成されている。ヘッダ部１０３は、反応管ユニット１０５に原料ガスを供給する供給手段である供給配管１０６、１０７と、製造した水素を反応管ユニットから回収する回収手段である水素回収配管１０８、１０９と、未反応の原料ガスや二酸化炭素（オフガス）を反応管ユニット１０５から回収するオフガス回収配管（図示せず）から構成されている。本実施の形態においては、ヘッダ部１０３は反応器１０２の上側に設置されている。加熱部１０４は、加熱手段である燃焼バーナー１１０と燃焼室１１９とから構成されている。本実施の形態において、加熱部１０４は、反応器１０２の下側に設置されている。
【００３２】
図２は、１つの反応管ユニット１０５を上面から見た図である。図２においてヘッダ部１０３は取り外されている。反応管ユニット１０５は、複数の水素製造用反応管１１２（図２においては６本）と、ユニット枠１１３と、補強部材１１５とから構成される。水素製造用反応管１１２と補強部材１１５とは、ユニット枠１１３aと１１３bとにはめられて固定されている。水素製造用反応管１１２同士の間及び端の水素製造用反応管１１２とユニット枠１１３aとの間に補強部材１１５が配置されている。補強部材１１５は、燃焼ガス流路１１４を有しており、燃焼ガス流路１１４は水素製造用反応管１１２に沿って延設されている。各水素製造用反応管１１２には、原料ガス供給管１１６、水素回収管１１７、オフガス回収管１１８が設置されている。
【００３３】
図３は、図２に示す水素製造用反応管１１２の断面図である。水素製造用反応管１１２は、管壁２０３と、水蒸気改質触媒を担持した担体２０２と、メンブレン管２０４と、原料ガス供給管１１６と、水素回収管１１７と、オフガス回収管１１８とを備えている。担体２０２としては、アルミナのようなセラミック基材が使用され得る。担体２０２は、水素製造用反応管１１２の管壁２０３と分離不能に接合されている。担体２０２は、水素分離膜２０６と対向して離れて設置されている。メンブレン管２０４は、水素製造用反応管１１２の中に設置されている。メンブレン管２０４は、多孔質製管２０５の表面に水素分離膜２０６を担持したものである。水素製造用反応管１１２には、更に、ヘッダ部１０３の供給配管１０７から分岐している原料ガス供給管１１６と、水素回収配管１０９から分岐している水素回収管１１７と、オフガス回収配管から分岐しているオフガス回収管１１８とが設置されている。
【００３４】
水素製造用反応管１１２は、以下の製造方法によって製造される。まず、水素製造用反応管１１２の内壁に、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）やＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）によって担体２０２を形成する。次に、担体２０２にＮi系水蒸気改質触媒、Ｒu系水蒸気改質触媒から選ばれる水蒸気改質触媒を担持させる。例えばＮiを担持させる場合、担体２０２を形成した部分硝酸ニッケル水溶液に浸漬させた後、焼成する。
【００３５】
焼成した後、水素製造用反応管１１２内にメンブレン管２０４を挿入する。メンブレン管２０４は、多孔質製の管２０５の外表面に水素分離膜２０６を有している。メンブレン管２０４は、水素分離膜２０６と担体２０２との間隔が０．０５ｍｍから１ｍｍになるように設置される。
【００３６】
図３の水素製造用反応管１１２を組み込んだ図１の水素製造装置１０１は、下記の動作によって水素を製造する。図１に示されているように、バーナー１１０は炭化水素又は含酸素炭化水素を燃焼し、高温の燃焼ガス１１１を生成する。図２を参照して、燃焼ガス１１１は、反応管ユニット１０５同士の間及び反応管ユニット１０５の補強部材１１５に設けられた燃焼ガス流路１１４を通過する。燃焼ガス１１１は、燃焼ガス流路１１４を通過するときに水素製造用反応管１１２の外壁に接触し、水素製造用反応管１１２を水蒸気改質反応温度である５００〜６００℃に加熱する。
【００３７】
図３を参照して、炭化水素又は含酸素炭化水素は、水蒸気と混合され、原料ガス１２０になる。原料ガス１２０は、予熱され、供給配管１０６、１０７を介して原料ガス供給管１１６から水素製造用反応管１１２に導入される。原料ガス供給管１１６から導入された原料ガス１２０は、担体２０２と水素分離膜２０６との間にできる空間に導入される。この空間内で水蒸気改質反応が起こり、水素と二酸化炭素とが生成される。このうち水素のみが水素分離膜２０６を通過し、メンブレン管２０４内に分離される。分離された水素１２１は、水素回収管１１７によって水素回収配管１０８、１０９に送られて回収される。回収方法として、不活性ガスによる払い出しや、真空ポンプによる回収側の減圧が挙げられる。未反応の原料ガスや二酸化炭素からなるオフガス１２２は、オフガス回収管１１８から回収されて、バーナー１１０で燃焼ガスを生成させる燃料として使われる。
【００３８】
本実施の形態の水素製造装置によれば、担体２０２と水素分離膜２０６との接触を完全に防ぐことができるため、担体２０２の強い接触によって水素分離膜２０６が破損することがなく、水素分離膜２０６の耐久性が向上する。
【００３９】
また、水素製造用反応管１１２の壁面と担体２０２とが一体に接合され、水蒸気改質触媒を別途充填する工程が不要になり、水素製造用反応管１１２の構造を簡素にでき、製造が容易になる。水素製造用反応管１１２の管壁２０３と水素分離膜２０６との隙間を小さくできるため水素製造用反応管１１２をコンパクトにすることができ、水素製造装置１０１を小型化できる。
【００４０】
原料ガスの通路が担体２０２と水素分離膜２０６との間にできる空間であるため、当該隙間を狭くすることでガス流速を増大し、ガス流れと直角方向のガスの混合拡散を促進させることで、水素濃度が低い水素分離膜２０６近傍と水素濃度が高い担体２０２近傍とでガスが拡散しやすくなり、水素濃度分布の偏りが解消し、水蒸気改質反応の効率が上がる。
【００４１】
高温の燃焼ガスにより、水素製造用反応管１１２の管壁２０３を通して水蒸気改質触媒が直接加熱されるため、水蒸気改質反応に必要な熱が効率よく供給される。
【００４２】
なお、担体２０２と管壁２０３とを一体に接合する方法は、上述した方法の他に、板状に成形した担体に水蒸気改質触媒を担持したものを水素製造用反応管の壁面に接着させる方法もある。
【００４３】
（実施形態２）
実施形態２の水素製造装置は、担体支持部材として、水素製造用反応管の内壁ではなく貫通孔を有する金属板を用いたものである。
【００４４】
図４は、本発明の実施形態２にかかる水素製造装置１０１に用いられる水素製造用反応管１１２の断面図である。水素製造用反応管１１２は、図２に示される反応管ユニット１０５を形成し、図１に示される水素製造装置１０１に組み込まれて使用される。
【００４５】
図４に示す水素製造用反応管１１２は、管壁３０３と、金属板３０４と、水蒸気改質触媒を担持した担体３０２と、スペーサ３０８と、表面に水素分離膜３０７を有する多孔質製管３０６であるメンブレン管３０５と、原料ガス供給管１１６と、水素回収管１１７と、オフガス回収管１１８とを備えている。金属板３０４は、図５に示されるように、貫通孔３１２を有している。図４に示されているように、第１の実施形態と同様、水素製造用反応管１１２の内部にはメンブレン管３０５が挿入されている。担体３０２としては、アルミナのようなセラミック基材が使用され得る。金属板の３０４の表面を担体３０２で被覆させることにより、担体３０２と金属板３０４とが分離不能に接合される。金属板３０４は、スペーサ３０８を介してメンブレン管３０５に固定される。以上のようにして、担体３０２と水素分離膜３０７とは対向して離れて設置される。原料ガス供給管１１６、水素回収管１１７、オフガス回収管１１８は、第１の実施例と同様に水素製造装置１０１のヘッダ部１０３に接続されるように配置されている。
【００４６】
本実施形態の水素製造用反応管１１２は、以下の製造方法によって製造される。まず、貫通孔３１２を有する金属板３０４の表面を担体３０２で被覆する。次に、該担体３０２に水蒸気改質触媒を担持させる。例えば担体３０２としてアルミナを用い、水蒸気改質触媒としてＮi触媒を用いる場合は、金属板３０４をアルミナの液に浸漬し焼成して表面をアルミナで被覆し、該金属板を硝酸ニッケル水溶液に浸漬し焼成する。
【００４７】
上記の方法で担体３０２と金属板３０４とを分離不能に接合した後、メンブレン管３０５にスペーサ３０８を介して固定する。水素製造用反応管１１２は、金属板３０４がスペーサ３０８を介して固定されたメンブレン管を水素製造用反応管１１２内に挿入することで作製される。
【００４８】
図４に示す水素製造用反応管１１２において、原料ガス１２０は原料ガス供給管１１６から、反応管壁３０３と金属板３０４との間の空間に導入され、さらに金属板３０４の貫通孔３１２を通過して金属板３０４と水素分離膜３０７との間の空間にも導入される。これらの空間内で水蒸気改質反応が起こり、主に水素と二酸化炭素とが生成される。このうち水素のみが水素分離膜３０７を通過し、メンブレン管３０５内に分離される。分離された水素１２１、オフガス１２２は第１の実施例と同様にそれぞれ水素回収管１１７、オフガス回収管１１８によってヘッダ部１０３に回収される。
【００４９】
本実施形態の水素製造装置によれば、担体３０２と水素分離膜３０７との接触を完全に防ぐことができるため、水素分離膜３０７の耐久性が向上する。また、担体３０２とメンブレン管３０５とを一体に固定し、それらを水素製造用反応管１１２内に設置するため、水素製造用反応管１１２の製造を容易にすることができる。
【００５０】
（実施形態３）
実施形態３は、担体支持部材として水素製造用反応管の管壁と貫通孔を有する金属板との両方を用いたものである。
【００５１】
図６は、本発明の実施形態３にかかる水素製造装置に用いられる水素製造用反応管１１２の断面図である。水素製造用反応管１１２は、図２に示される反応管ユニット１０５を形成し、図１に示した水素製造装置１０１に組み込まれて使用される。
【００５２】
図６に示す水素製造用反応管１１２は、管壁４０２と、水蒸気改質触媒を担持する担体４０３、４０４と、貫通孔４１０を有する金属板４０５と、スペーサ４０６と、表面に水素分離膜４０９を有する多孔質製管４０８からなるメンブレン管４０７と、原料ガス供給管１１６と、水素回収管１１７と、オフガス回収管１１８とを備えている。
【００５３】
水素製造用反応管１１２の内部は、以下のような構造をしている。担体４０３と管壁４０２とは、第１の実施形態に記載した方法で一体に接合される。担体４０４と金属板４０５とは、第２の実施形態に記載した方法で一体に接合され、スペーサ４０６を介してメンブレン管４０７に固定される。メンブレン管４０７は、他の実施形態と同様に、水素製造用反応管内に設置されている。
【００５４】
本実施形態の水素製造用反応管１１２は、第１の実施形態に記載した管壁４０２に水蒸気改質触媒４０３を一体に接合する工程と、第２の実施形態に記載した貫通孔を有する金属板４０５に水蒸気改質触媒４０４を一体に接合してメンブレン管４０７に固定する工程と、水素製造用反応管１１２内にメンブレン管４０７を挿入する工程で製造される。
【００５５】
図６に示す水素製造用反応管１１２において、原料ガス１２０は原料ガス供給管１１６から、反応管壁４０２と金属板４０５との間の空間に導入され、さらに金属板４０５の貫通孔４１０を通過して金属板４０５と水素分離膜４０９との間の空間にも導入される。これらの空間内で水蒸気改質反応が起こり、主に水素と二酸化炭素とが生成される。このうち水素のみが水素分離膜４０９を通過し、メンブレン管４０７内に分離される。分離された水素１２１、オフガス１２２は第１及び第２の実施例と同様にそれぞれ水素回収管１１７、オフガス回収管１１８によってヘッダ部１０３に回収される。
【００５６】
本実施の形態の水素製造装置によれば、担体４０３、４０４と水素分離膜との接触を完全に防ぐことができるため、水素分離膜の耐久性が向上する。簡素な構造で製造が容易でありながら、原料ガスと水蒸気改質触媒との接触面積を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明の実施形態にかかる水素製造装置の概略図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態にかかる反応管ユニットの上面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１にかかる水素製造用反応管の断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態２にかかる水素製造用反応管の断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態２にかかる水素製造用反応管の一部である金属板の正面図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態３にかかる水素製造用反応管の断面図である。
【図７】図７は、従来の水素製造装置の概略図である。
【図８】図８は、従来の水素製造装置に用いられる、メンブレン管と板状の水蒸気改質触媒とのユニットの概略図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０１  水素製造装置
１０２  反応器
１０３  ヘッダ部
１０４  加熱部
１０５  反応管ユニット
１１２  水素製造用反応管
１１６  原料ガス供給管
１１７  水素回収管
１１８  オフガス回収管
１２０  原料ガス
１２１  水素
１２２  オフガス
２０２、３０２、４０３、４０４  担体
２０３、３０３、４０２  管壁
２０４、３０９、４０７  メンブレン管
２０６、３０７、４０９  水素分離膜
３０４、４０５  金属板
３０８、４０６  スペーサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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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