(57)【要約】  【課題】外部ヒータを省略することが可能であり、しかも、ヒートショックによる問題の発生を抑制できる水素製造装置を提供すること。  【解決手段】水素製造装置３は、水素分離筒８の内周面、即ち多孔質支持管１１の内周面に、ヒータパターン２５と、このヒータパターン２５に電圧を印加する一対の電極端子パターン２７、２９とが形成され、各電極端子パターン２７、２９に、リード線３１、３３がろう付けされたものである。前記ヒータパターン２５は、多孔質支持管１１の内周面の表面全体を覆う様に、蛇行状に形成されている。また、電極端子パターン２７、２９は、水素分離筒８の内側にて、その基端側に形成されており、各電極端子パターン２７、２９は、ヒータパターン２５の両端にそれぞれ接続されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスから水素を選択して分離する水素透過膜と、
前記原料ガスを改質する改質触媒を含むとともに前記水素透過膜を支持する支持筒と、  を有する水素分離筒を備えた水素製造装置において、
前記水素分離筒の表面又は内部に、前記水素分離筒を加熱するヒータパターンを設けたことを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記水素分離筒の外側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の内側に、前記支持筒を設けた水素製造装置であって、
前記支持筒の内側表面に、前記ヒータパターンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項３】
前記水素分離筒の内側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の外側に、前記支持筒を設けた水素製造装置であって、
前記支持筒の外側表面に、前記ヒータパターンを設けたことを特徴とする請求項１に記載の水素製造装置。
【請求項４】
原料ガスから水素を選択して分離する水素透過膜と、
前記原料ガスを改質する改質触媒を含むとともに前記水素透過膜を支持する支持筒と、  を有する水素分離筒を備えた水素製造装置において、
前記水素分離筒の表面又は内部に、前記支持筒に通電して発熱させる少なくとも一対の印加電極を設けたことを特徴とする水素製造装置。
【請求項５】
前記水素分離筒の外側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の内側に前記支持筒を設けた水素製造装置であって、
前記支持筒の内側表面に、前記一対の印加電極を設けたことを特徴とする請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項６】
前記水素分離筒の外側に、前記水素透過膜を設けた水素製造装置であって、
前記水素透過膜の外側表面に、一方の印加電極を設けるとともに、前記水素分離筒の内側の前記支持筒に、他方の印加電極を設けたことを特徴とする請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記水素分離筒の内側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の外側に前記支持筒を設けた水素製造装置であって、
前記支持筒の外側表面に、前記一対の印加電極を設けたことを特徴とする請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項８】
前記水素分離筒の内側に、前記水素透過膜を設けた水素製造装置であって、
前記水素分離筒の外側の前記支持筒に、一方の印加電極を設けるとともに、前記水素透過膜の内側表面に、他方の印加電極を設けたことを特徴とする請求項４に記載の水素製造装置。
【請求項９】
原料ガスから水素を選択して分離する水素透過膜と、
前記原料ガスを改質する改質触媒を含むとともに前記水素透過膜を支持する支持筒と、
を有する水素分離筒を備えた水素製造装置において、
前記水素分離筒の表面又は内部に、電気絶縁層を介して前記水素分離筒を加熱するヒータパターンを設けたことを特徴とする水素製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、原料ガスから水素を選択して分離すること、即ち原料ガスから水素を製造することができる水素製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、水素の工業的製造方法の一つとして、炭化水素ガスの水蒸気改質法が知られており、この水蒸気改質法では、通常、粒状等の改質触媒を充填した改質器が用いられる。
【０００３】
ところが、改質器で得られる改質ガスには、主成分である水素のほか、ＣＯ、ＣＯ2等の副生成分や余剰Ｈ2Ｏが含まれているので、改質ガスを、例えば燃料電池にそのまま用いたのでは電池性能を阻害してしまう。
【０００４】
つまり、燃料電池のうち、リン酸形燃料電池で用いる水素ガス中のＣＯは１％（ｖｏｌ％）程度、固体高分子形燃料電池では１００ｐｐｍ（ｖｏｌｐｐｍ）程度が限度であり、これらを超えると電池性能が著しく劣化するため、それら副生成分は燃料電池へ導入する前に除去する必要がある。
【０００５】
この対策として、改質器による改質ガスの生成と該改質ガスの精製とを一つの装置で行えるように一体化したメンブレンリアクタが開発されている（特許文献１参照）。
また、近年では、メンブレンリアクタの（複雑な構造に起因する）問題点を解決するために、水素透過膜とその支持筒として改質触媒兼支持筒とを備えた試験管状の水素分離筒を用いた水素製造装置が提案されている（特許文献２参照）。
【０００６】
この水素製造装置は、バーナーで原料ガスを加熱し、この原料ガスを円筒状の改質触媒兼支持筒の内側に通して改質ガスを生成し、改質ガスを水素透過膜により精製して高純度水素を製造する装置である。
【特許文献１】特開２００４−０１９８７９号公報
【特許文献２】特開２００４−１４９３３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上述した引用文献２の技術では、原料ガスを加熱するために、バーナー等の外部ヒータを使用するので、装置が大型になり、加熱時間もかかるという問題があった。
【０００８】
また、水素分離筒で行われる改質反応は、吸熱反応であるため、原料ガスの導入時に、ヒートショックによって水素分離筒にクラック等が発生する恐れがあった。
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、外部ヒータを省略することが可能であり、しかも、ヒートショックによる問題の発生を抑制できる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】
【０００９】
（１）請求項１の発明は、原料ガスから水素を選択して分離する水素透過膜と、前記原料ガスを改質する改質触媒を含むとともに前記水素透過膜を支持する支持筒と、を有する水素分離筒を備えた水素製造装置において、前記水素分離筒の表面又は内部に、前記水素分離筒を加熱するヒータパターンを設けたことを特徴とする。
【００１０】
本発明では、水素分離筒の表面又は内部にヒータパターンを設けたので、原料ガスの改質の際にこのヒータパターンによって水素分離筒を加熱することができる。それにより、上述した吸熱反応によるヒートショックを抑制することができるので、水素分離筒のクラック等の発生を防止することができる。
【００１１】
また、従来の様なバーナー等の外部ヒータを省略することも可能であるので、装置を小型化できるとともに、加熱時間を短縮することもできる。なお、加熱時間を一層高めるために、外部ヒータを併用してもよい。
【００１２】
更に、ヒータパターンによって、装置全体が完全に暖まる前に、水素分離筒を速やかに加熱することが可能である。
ここで、ヒータパターンに通電して発熱させるために、例えば支持筒中の改質触媒の種類や量を調節する等により、支持筒の抵抗（交流の場合はインピーダンス）を適度に設定する。この抵抗値（又はインピーダンス値としては）、０．５〜５Ωの範囲が好適である。
【００１３】
なお、ヒータパターンは、水素分離筒の表面に形成することが製造上好適であるが、支持筒の内部に形成することも可能である。
（２）請求項２の発明は、前記水素分離筒の外側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の内側に、前記支持筒を設けた水素製造装置であって、前記支持筒の内側表面に、前記ヒータパターンを設けたことを特徴とする。
【００１４】
本発明は、ヒータパターンの配置箇所等を例示したものである。本発明の場合は、水素分離筒の内側から原料ガスを供給する。
（３）請求項３の発明は、前記水素分離筒の内側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の外側に、前記支持筒を設けた水素製造装置であって、前記支持筒の外側表面に、前記ヒータパターンを設けたことを特徴とする。
【００１５】
本発明は、ヒータパターンの配置箇所等を例示したものである。本発明の場合は、水素分離筒の外側から原料ガスを供給する。本発明の場合は、ヒータパターンを水素分離筒の外側に形成するので、ヒータパターンを形成し易いという利点がある。
【００１６】
（４）請求項４の発明は、原料ガスから水素を選択して分離する水素透過膜と、前記原料ガスを改質する改質触媒を含むとともに前記水素透過膜を支持する支持筒と、を有する水素分離筒を備えた水素製造装置において、前記水素分離筒の表面又は内部に、前記支持筒に通電して発熱させる少なくとも一対の印加電極を設けたことを特徴とする。
【００１７】
本発明では、水素分離筒の表面又は内部に、支持筒に（直接又は間接的に）通電可能な一対の印加電極を設けたので、この印加電極に電圧をかけることによって、支持筒に通電して支持筒自体を発熱させることができる。それにより、上述した吸熱反応によるヒートショックを抑制することができるので、水素分離筒のクラック等の発生を防止することができる。
【００１８】
また、従来の様なバーナー等の外部ヒータを省略することも可能であるので、装置を小型化できるとともに、加熱時間を短縮することもできる。
更に、本発明の場合には、一対の印加電極間に通電して、支持筒の抵抗値を測定することにより、支持筒の改質触媒の劣化の程度を判定することもできる。
【００１９】
ここで、支持筒に通電して発熱させるために、例えば支持筒中の改質触媒の種類や量を調節する等により、支持筒の抵抗（交流の場合はインピーダンス）を適度に設定する。この抵抗値（又はインピーダンス値としては）、０．５〜５Ωの範囲が好適である。
【００２０】
なお、印加電極は、水素分離筒の表面に形成することが製造上好適であるが、支持筒の内部に形成することも可能である。
（５）請求項５の発明は、前記水素分離筒の外側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の内側に前記支持筒を設けた水素製造装置であって、前記支持筒の内側表面に、前記一対の印加電極を設けたことを特徴とする。
【００２１】
本発明は、印加電極の配置箇所等を例示したものである。本発明の場合は、水素分離筒の内側から原料ガスを供給する。
（６）請求項６の発明は、前記水素分離筒の外側に、前記水素透過膜を設けた水素製造装置であって、前記水素透過膜の外側表面に、一方の印加電極を設けるとともに、前記水素分離筒の内側の前記支持筒に、他方の印加電極を設けたことを特徴とする。
【００２２】
本発明は、印加電極の配置箇所等を例示したものである。本発明の場合は、水素分離筒の内側から原料ガスを供給する。
（７）請求項７の発明は、前記水素分離筒の内側に、前記水素透過膜を設けるとともに、前記水素分離筒の外側に前記支持筒を設けた水素製造装置であって、前記支持筒の外側表面に、前記一対の印加電極を設けたことを特徴とする。
【００２３】
本発明は、印加電極の配置箇所等を例示したものである。本発明の場合は、水素分離筒の外側から原料ガスを供給する。
（８）請求項８の発明は、前記水素分離筒の内側に、前記水素透過膜を設けた水素製造装置であって、前記水素分離筒の外側の前記支持筒に、一方の印加電極を設けるとともに、前記水素透過膜の内側表面に、他方の印加電極を設けたことを特徴とする。
【００２４】
本発明は、印加電極の配置箇所等を例示したものである。本発明の場合は、水素分離筒の外側から原料ガスを供給する。
（９）請求項９の発明は、原料ガスから水素を選択して分離する水素透過膜と、前記原料ガスを改質する改質触媒を含むとともに前記水素透過膜を支持する支持筒と、を有する水素分離筒を備えた水素製造装置において、前記水素分離筒の表面又は内部に、電気絶縁層を介して前記水素分離筒を加熱するヒータパターンを設けたことを特徴とする。
【００２５】
本発明では、電気絶縁層内にヒータパターンを設けたので、原料ガスの改質の際にこのヒータパターンによって水素分離筒を加熱することができる。それにより、上述した吸熱反応によるヒートショックを抑制することができるので、水素分離筒のクラック等の発生を防止することができる。
【００２６】
また、従来の様なバーナー等の外部ヒータを省略することも可能であるので、装置を小型化できるとともに、加熱時間を短縮することもできる。
更に、電気絶縁層を介してヒータパターンを形成するので、例えば支持筒の抵抗値が低い場合でも、ヒータパターンを形成できる。
【００２７】
＜以下、本発明の水素製造装置の各構成について説明する＞
・前記原料ガスとしては、都市ガス等の炭化水素ガスと水蒸気の混合ガス等が挙げられる。
【００２８】
・前記水素分離筒としては、改質触媒兼支持筒である多孔質支持管（支持筒）の表面に水素透過膜が形成された筒状体や、支持筒の表面に（金属の拡散を防止する）バリア層が形成され、更にバリア層の表面に水素透過膜が形成された筒状体が挙げられる。
【００２９】
このうち、支持筒を構成する材料としては、例えばニッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合物の焼結体、ニッケルとイットリア安定化ジルコニアの混合物を主体とする焼結体（Ｎｉ−ＹＳＺサーメット等）、その他、支持筒としての機能と改質触媒としての機能の両機能を合わせ有する多孔質セラミックス、多孔質サーメットなどが挙げられる。
【００３０】
水素透過膜としては、例えばＰｄ膜やＰｄ合金膜などの金属膜が挙げられる。
・前記電気絶縁層の材料としては、例えばジルコニア、安定化ジルコニア、部分安定化ジルコニア、アルミナ、マグネシア、もしくはそれらの材料の混合物もしくは化合物など、電気的絶縁性を有する材料を用いることができる。なお、バリア層を設ける場合には、バリア層と同様な材料を採用できる。
【００３１】
・前記ヒータパターンの材料としては、Ｐｔ、Ｐｄ、Ｒｈなどを採用できる。
このヒータパターンは、例えば水素分離筒の内側又は外側の表面全体にわたって形成できるが、ヒートショックが発生し易い箇所に重点的に形成してもよい。例えば内挿管を利用して水素分離筒の内側に原料ガスを供給する場合は、内挿管の吹き出し口付近の水素分離筒に吸熱反応によるヒートショックが発生し易いので、その周囲（例えば水素分離筒の先端側）にヒータパターンを形成することが好ましい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
以下、本発明の最良の実施形態について説明する。
［第１実施形態］
ここでは、原料ガスから水素ガスを分離して、燃料電池に水素ガスを供給することができる水素製造装置について説明する。
【００３３】
ａ）まず、本実施形態の水素製造装置が用いられる水素製造システムについて説明する。
図１に示す様に、本実施形態における水素製造システム１は、水素製造システム１の中央に立設された水素製造装置３と、水素製造装置３の内側に挿入された内挿管５と、水素製造装置３の外側に配置された外管７とを備えている。
【００３４】
前記水素製造装置３は、一端が閉塞された試験管状の水素分離筒８を主要部としており、水素分離筒８は、その軸中心の中心孔９に導入された原料ガス（例えばメタンなどの炭化水素ガスと水蒸気の混合ガス）を改質し、得られた改質ガスから、水素を選択的に分離して、水素分離筒３の外周側に供給する部材である。この水素分離筒３は、一端が閉塞された試験管状の多孔質支持管１１と、多孔質支持管１１の外側表面を覆うバリア層１３と、バリア層１３の外側表面を覆う水素透過膜１５とから構成されている。
【００３５】
このうち、多孔質支持管１１は、改質触媒としての役割と水素透過膜１５等を支持する役割とを有する通気性を有する試験管状のセラミックス製の支持筒（即ち改質触媒兼支持筒である支持筒）であり、この多孔質支持管１１では、原料ガスを水蒸気改質して改質ガスを生成する。
【００３６】
水素透過膜１５は、多孔質支持管１１内で改質された改質ガスから水素を選択的に透過して精製する機能を有する金属製の薄膜である。
バリア層１３は、多孔質支持管１１の金属成分（例えばＮｉ）と水素透過膜１５の成分（例えばＰｄ）とが互いに入り込む（拡散する）ことにより、水素透過膜１５が損傷したり、水素透過性能が劣化したりすることを防止するためのセラミックス製の多孔質層（相互拡散防止層）である。
【００３７】
また、前記内挿管５は、原料ガスを水素分離筒３の中心孔９に供給する円筒部材であり、その外周側の空間（第１間隙）１７は、オフガス（即ち空間１７に供給された原料ガスのうち未反応のまま排出されるガス）を外部に排出する排出孔１９に連通している。
【００３８】
前記外管７は、水素分離筒３の外周側に供給される水素ガスを捕集する上部及び下部が閉塞された円筒状の容器であり、その内側の空間（第２間隙）２１は、水素分離筒３により分離された水素ガスを外部に供給する供給孔２３に連通している。
【００３９】
ｂ）次に、前記水素製造装置３について詳細に説明する。
図２及び図３に拡大して示す様に、本実施形態の水素製造装置３は、水素分離筒８の内周面、即ち電気的絶縁性を有する多孔質支持管１１の内周面に、ヒータパターン２５と、このヒータパターン２５に電圧をかける一対の電極端子パターン２７、２９とが形成され、各電極端子パターン２７、２９に、リード線３１、３３がろう付けされたものである。
【００４０】
前記ヒータパターン２５は、多孔質支持管１１の内周面における径方向（軸方向と垂直方向）の表面全体を覆う様に、蛇行状に形成されている。
また、電極端子パターン２７、２９は、水素分離筒８の内側にて、その基端側（開放端側：図２（ａ）の右方）に形成されており、各電極端子パターン２７、２９は、ヒータパターン２５の両端にそれぞれ接続されている。
【００４１】
なお、図３（ａ）に示す様に、ヒータパターン２５は、各電極端子パターン２７、２９から分岐して、図２（ｂ）の左右方向に対称に形成されている。
従って、本実施形態では、この電極端子パターン２７、２９に電圧をかけることにより、ヒータパターン２５を発熱させて、水素分離筒８を加熱することができる。
【００４２】
この電極端子パターン２７、２９にかける電圧としては、直流又は交流の例えば１０〜１５Ｖが挙げられる。
ｃ）次に、水素製造装置３の製造方法について説明する。
＜水素分離筒８の形成方法＞
例えば酸化ニッケル１０質量部と、イットリア８モル％を固溶させたジルコニア９０質量部（８ＹＳＺ）とを混合する。更に造孔剤として黒鉛粉（又はコンスターチ）を混合して混合材を作製する。
【００４３】
そして、この混合材を用い、押出成形によって、有底円筒管を成形する。
次に、有底円筒管を乾燥した後に、脱脂処理を行い、１４００℃で１時間焼成して、ＮｉＯ−ＹＳＺサーメットで形成された多孔質支持管１１を作製する。
【００４４】
これとは別に、８ＹＳＺとバインダとエタノールを添加して、スラリーを調製する。
次に、このスラリーを、ディップコート法（又はスプレー吹き付け法、印刷法等）により、多孔質支持管１１の表面上に塗布してコート層を形成する。
【００４５】
次に、このコート層を１３００℃で加熱処理して焼き付けし、バリア層１３を形成する。
このバリア層１３により被覆された多孔質支持管１１を、エタノールで３０分間超音波洗浄し、１２０℃で乾燥させる。
【００４６】
次に、バリア層１３を覆う様に、無電解メッキ法（又は真空蒸着法、スパッタリング法等）により、Ｐｄ等からなる水素透過膜１５を形成する。
次に、水素雰囲気下にて６００℃で３時間還元処理を施し、これにより、水素分離筒８を作製する。
＜ヒータパターン２５及び電極端子パターン２７、２９の形成方法＞
ここでは、水素分離筒８の表面が曲面であるため、パッド印刷機を用いたパッド印刷（タンポ印刷）によりヒータパターン２５及び電極端子パターン２７、２９を形成する。
【００４７】
次に、白金ペーストを１０００℃で加熱処理して焼き付けし、ヒータパターン２５及び電極端子パターン２７、２９を形成する。
その後、Ａｇろうを用いて、電極端子パターン２７、２９上にリード線３１、３３をろう付けし、水素製造装置３を完成する。
【００４８】
ｄ）この様に、本実施形態では、水素分離筒８の外側に水素透過膜１５を備えるとともに、水素分離筒８の内側（即ち多孔質支持管１１の内側）の表面に、ヒータパターン２５を備えている。
【００４９】
従って、水素製造システム１によって水素を製造する際に、このヒータパターン２５に電圧をかけることによって、水素分離筒８を加熱することができる。それにより、ガス改質に伴う吸熱反応によって生じるヒートショックを抑制できるので、水素分離筒８のクラック等の発生を防止することができる。
【００５０】
また、従来の様なバーナー等の外部ヒータを省略することも可能であるので、装置を小型化できるとともに、加熱時間を短縮することもできる。
更に、ヒータパターン２５によって、必要な部分のみを急速加熱し、起動時間を短縮できる。
【００５１】
なお、本実施形態では、水素分離筒８の表面にヒータパターン２５を形成したが、他の例として、水素分離筒の内部にヒータパターンを形成してもよい。この場合には、例えば水素分離筒を２層構造として、内側の一層（筒状体）の表面にヒータパターンを形成し、その後、このヒータパターンを覆うように、外側の層（筒状体）を形成してもよい。
［第２実施形態］
次に、第２実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００５２】
図４に示す様に、本実施形態の水素製造装置４０では、前記第１実施形態と同様に、水素分離筒４１は、多孔質支持管４３の外側表面にバリア層４５を介して水素透過膜４７が形成されたものである。
【００５３】
本実施形態においても、多孔質支持管４３の内側表面に、ヒータパターン４９と電極端子パターン５１、５３とが形成されているが、ヒータパターン４９は、水素分離筒４１の先端側（図４（ａ）左側）のみに形成されている。そのため、電極端子パターン５１、５３は、前記第１実施形態よりも長尺とされている。
【００５４】
つまり、上述した様に、内挿管５（図１参照）を利用して水素分離筒４１の内側に原料ガスを供給する場合は、内挿管５の吹き出し口付近の水素分離筒４１に吸熱反応によるヒートショックが発生し易いので、本実施形態では、その周囲（例えば水素分離筒４１の先端側）にヒータパターン４９を形成している。
【００５５】
これにより、ヒータパターン４９を小さくできるとともに、ヒートショックによりクラック等が発生することを効果的に抑制できるという利点がある。
［第３実施形態］
次に、第３実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００５６】
ａ）まず、本実施形態における水素製造システムについて説明する。
図５に示す様に、本実施形態における水素製造システム６１は、水素製造システム６１の中央の水素製造装置６３と、水素製造装置６３の外側に配置された円筒状の外管６５とを備えている。
【００５７】
前記水素製造装置６３の主要部を構成する水素分離筒６８は、その外側に多孔質支持管６９を備えるとともに、多孔質支持管６９の内側に、バリア層７１を介して水素透過膜７３を備えている。
【００５８】
また、この水素製造装置６１では、原料ガスは外管６５と水素分離筒６３との間の空間７５に供給され、この空間７５を抜けた残余の原料ガスは、外管６５の上部から外部に排出される。一方、水素分離筒６８にて分離された水素は、水素分離筒６８内の中心孔７９から外部に供給される。
【００５９】
特に本実施形態では、図６に示す様に、水素分離筒６８の外側（即ち多孔質支持管６９の外側）の表面に、ヒータパターン８１や電極端子パターン８３、８５が形成されている。
【００６０】
ｂ）次に、ヒータパターン８１及び電極端子パターン８３、８５の形成方法について説明する。
まず、水素分離筒６８に対して、ヒータパターン８１及び電極端子パターン８３、８５を、パッド印刷により形成する。
【００６１】
具体的には、図７に示す様に、パッド８７上に、各パターン用のガラス等を含む白金ペーストを付ける。そして、このパッド８７を水素分離筒６８（ここでは多孔質支持管６９）の外周面に押しつけて印刷する。そして、この白金ペーストを加熱処理して焼き付けし、ヒータパターン８１及び電極端子パターン８３、８５を形成する。
【００６２】
その後、Ａｇろうを用いて、電極端子パターン８３、８５上にリード線８７、８９をろう付けする。
ｃ）本実施形態においても、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、ヒータパターン８１及び電極端子パターン８３、８５は、水素分離筒６８の外側に形成されるので、その形成が容易であるという利点がある。
［第４実施形態］
次に、第４実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００６３】
図８に示す様に、本実施形態の水素製造装置１１０では、その水素分離筒１１１は、多孔質支持管１１３の外側に、バリア層１１５を介して水素透過膜１１７が形成されたものである。
【００６４】
特に本実施形態では、多孔質支持管１１３の内側表面に、直接に（多孔質支持管１１３に通電するための）一対の印加電極パターン１１９、１２１が形成されている。
また、本実施形態では、印加電極パターン１１９、１２１に１０〜１５Ｖの電圧が印加された場合に、多孔質支持管１１３自体が発熱が可能なように、多孔質支持管１１３の抵抗値が設定されている。例えば多孔質支持管１１３の材料としてＮｉ−ＹＳＺを用いる場合には、気孔率、Ｎｉの粒子径、含有量を調節して多孔質支持管１１３の抵抗（又はインピーダンス）が、０．５〜５Ωとなるように設定されている。
【００６５】
従って、本実施形態では、印加電極パターン１１９、１２１に直流（又は交流）を印加することにより、多孔質支持管１１３（従って水素分離筒１１１）を加熱できるので、前記第１実施形態と同様な効果を奏する。
【００６６】
また、本実施形態の場合には、一対の印加電極パターン１１９、１２１間に通電して、多孔質支持管１１３の抵抗値を測定することにより、多孔質支持管１１３の改質触媒の劣化の程度を判定することもできる。
【００６７】
また、本実施形態では、水素分離筒１１１の表面に印加電極パターン１１９、１２１を形成したが、他の例として、水素分離筒の内部に印加電極パターンを形成してもよい。
［第５実施形態］
次に、第５実施形態について説明するが、前記第４実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００６８】
図９に示す様に、本実施形態の水素製造装置１３０では、その水素分離筒１３１は、多孔質支持管１３３の外側に、直接に水素透過膜１３５が形成されたものである。
本実施形態では、水素透過膜１３５の外側表面に、直接に一方の印加電極パターン１３７が形成されるとともに、多孔質支持管１３３の内側表面に、直接に他方の印加電極パターン１３９が形成されている。
【００６９】
また、本実施形態においても、前記第４実施形態と同様に、印加電極パターン１３７、１３９に直流（又は交流）が印加された場合に、多孔質支持管１３３自体が発熱が可能なように、多孔質支持管１３３の抵抗値（又はインピーダンス値）が設定されている。
【００７０】
従って、本実施形態では、前記第４実施形態と同様な効果を奏する。
［第６実施形態］
次に、第６実施形態について説明するが、前記第４実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００７１】
図１０に示す様に、本実施形態の水素製造装置１４０では、その水素分離筒１４１は、多孔質支持管１４３の内側に、バリア層１４５を介して水素透過膜１４７が形成されたものである。
【００７２】
本実施形態では、多孔質支持管１４３の外側表面に、直接に（多孔質支持管１４３に通電するための）一対の印加電極パターン１４９、１５１が形成されている。
また、本実施形態では、印加電極パターン１４９、１５１に直流（又は交流）が印加された場合に、多孔質支持管１４３自体が発熱が可能なように、多孔質支持管１４３の抵抗値（又はインピーダンス値）が設定されている。
【００７３】
従って、本実施形態では、前記第４実施形態と同様な効果を奏する。
［第７実施形態］
次に、第７実施形態について説明するが、前記第５実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００７４】
図１１に示す様に、本実施形態の水素製造装置１６０では、その水素分離筒１６１は、多孔質支持管１６３の内側に、直接に水素透過膜１６５が形成されたものである。
本実施形態では、多孔質支持管１６３の外側表面に、直接に一方の印加電極パターン１６７が形成されるとともに、水素透過膜１６５の内側表面に、直接に他方の印加電極パターン１６９が形成されている。
【００７５】
また、本実施形態においても、前記第７実施形態と同様に、印加電極パターン１６７、１６９に直流（又は交流）が印加された場合に、多孔質支持管１６３自体が発熱が可能なように、多孔質支持管１６３の抵抗値（又はインピーダンス値）が設定されている。
【００７６】
従って、本実施形態では、前記第５実施形態と同様な効果を奏する。
［第８実施形態］
次に、第８実施形態について説明するが、前記第１実施形態と同様な内容の説明は省略する。
【００７７】
図１２に示す様に、本実施形態の水素製造装置１７０では、その水素分離筒１７１は、多孔質支持管１７３の外側に、電気絶縁層（例えばバリア層）１７５を介して水素透過膜１７７が形成されたものであり、特に本実施形態では、電気絶縁層１７５の内部にヒータパターン１７９が形成されている。
【００７８】
なお、電源からヒータパターン１７９に電圧をかける構成としては、図示しないが、例えば水素分離筒１７１の内側表面に形成した電極端子パターンをスルーホールを介して接続すればよい。
【００７９】
ここで、電気絶縁層１７５中にヒータパターン１７９を形成する場合には、多孔質支持管１７３の表面に下側電気絶縁層１７５ａを形成し、その後、下側電気絶縁層１７５ａの表面にヒータパターン１７９を形成した後、ヒータパターン１７９を覆うように下側電気絶縁層１７５ａの外側に上側電気絶縁層１７５ｂを形成する。
【００８０】
従って、本実施形態では、前記ヒータパターン１７９に通電することにより、前記第１実施形態と同様な効果を奏するとともに、特に、ヒータパターン１７９は電気絶縁層１７５を介して設けられるので、周囲の部材の導電性にかかわらず、ヒータパターン１７９を形成できるという利点がある。
【００８１】
なお、電気絶縁層１７５の材料としては、上述したバリア層と同様な材料を採用できる。
また、この実施形態では、水素透過膜と多孔質支持管の間にヒータパターンを形成したが、電気絶縁層を間に挟めば、多孔質支持管の表面側又は水素透過膜の表面側にヒータパターンを形成してもよい。
【００８２】
尚、本発明は前記実施形態になんら限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲において種々の態様で実施しうることはいうまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】第１実施形態の水素製造装置が使用された水素製造システムの断面図である。
【図２】（ａ）は第１実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図３】（ａ）は電極端子パターン近傍を拡大して示す説明図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図４】（ａ）は第２実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図５】第３実施形態の水素製造装置が使用された水素製造システムの断面図である。
【図６】（ａ）は第３実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図７】第３実施形態の水素製造装置の製造方法の説明図である。
【図８】（ａ）は第４実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図９】（ａ）は第５実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１０】（ａ）は第６実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１１】（ａ）は第７実施形態の水素製造装置の側面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１２】第８実施形態の水素製造装置の断面を、一部拡大して示す説明図である。
【符号の説明】
【００８４】
１、６１…水素製造システム
３、４０、６３、１１０、１３０、１４０、１６０、１７０…水素製造装置
８、４１、６８、１１１、１３１、１４１、１６１、１７１…水素分離筒
１１、４３、６９、１１３、１３３、１４３、１６３、１７３…多孔質支持管
１３、４５、７１、１１５、１４５、１７５…バリア層
１５、４７、７３、１１７、１３５、１４７、１６５、１７７…水素透過膜
２５、４９、８１、１７９…ヒータパターン
２７、２９、５１、５３、８３、８５…電極端子パターン
３５、４４、８０…電気絶縁層
１１９、１２１、１３７、１３９、１４９、１５１、１６７、１６９…印加電極パターン
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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