(57)【要約】【課題】外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水蒸気改質方式の水素製造装置を提供する。【解決手段】水素製造装置１０は、第１反応室１１と、第２反応室１２と、第１反応室と第２反応室とを区画する隔壁２０と、を有する。隔壁は、板状の基材２１と、基材の第１反応室側に支持された第１触媒２３と、基材の第２反応室側に支持された第２触媒２８と、を有する。第１触媒は、第１反応室内での炭化水素と水蒸気との反応を促進させる。第２触媒は、第２反応室内での炭化水素の触媒燃焼反応を促進させる。【選択図】図３
2009143732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
炭化水素を水蒸気と反応させて水素を製造する水素製造装置であって、
炭化水素を含む原料と水蒸気とが送り込まれる第１反応室と、
炭化水素を含む原料と酸素とが送り込まれる第２反応室と、を備え、
前記第１反応室と前記第２反応室との間に、前記第１反応室と前記第２反応室とを区画する隔壁が設けられ、
前記隔壁は、板状の基材と、前記基材の前記第１反応室側に支持された触媒であって、前記第１反応室内での炭化水素と水蒸気との反応を促進させるための第１触媒と、前記基材の前記第２反応室側に支持された触媒であって、前記第２反応室内での炭化水素の触媒燃焼反応を促進させるための第２触媒と、を有する
ことを特徴とする水素製造装置。
【請求項２】
前記隔壁は、前記基材の前記第１反応室側の面上に支持され、粒子状の前記第１触媒を担持する第１多孔質担体と、前記基材の前記第２反応室側の面上に支持され、粒子状の前記第２触媒を担持する第２多孔質担体と、をさらに有する
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】
前記第１反応室および前記第２反応室が交互に並べて複数配置されており、
隣り合う前記第１反応室および前記第２反応室の間には、それぞれ、前記隔壁が配置されている
ことを特徴とする請求項１または２に記載の水素製造装置。
【請求項４】
前記第１反応室および前記第２反応室は、それぞれ、流路として形成されている
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項５】
前記第１反応室内において炭化水素を含む原料および水蒸気が流れる方向と、前記第２反応室内において炭化水素を含む原料および酸素が流れる方向と、が平行となるように、前記第１反応室および前記第２反応室が配置され、
前記第１反応室内において炭化水素を含む原料および水蒸気が流れる向きと、前記第２反応室内において炭化水素を含む原料および酸素が流れる向きと、は逆向きになっている
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】
前記炭化水素を含む原料は、天然ガス、アルコールおよび石油のいずれかからなる
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項７】
前記炭化水素はメタンを含む
ことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項８】
前記第１触媒は、白金属元素およびニッケルのうちの少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項９】
前記第２触媒は、白金属元素、ニッケルおよび銅のうちの少なくともいずれか一つを含む
ことを特徴とする請求項１乃至８のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１０】
第１多孔質担体および第２多孔質担体の少なくとも一方は、アルミナまたは二酸化ケイ素からなる
ことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１１】
前記隔壁の前記基材は、金属板からなる
ことを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の水素製造装置。
【請求項１２】
請求項１乃至１１のいずれか一項に記載された水素製造装置を備える
ことを特徴とする燃料電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、炭化水素を水蒸気と反応させて水素を製造する水蒸気改質方式の水素製造装置に係り、とりわけ、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水素製造装置に関する。
【０００２】
また、本発明は、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水素製造装置を備えた燃料電池に関する。
【背景技術】
【０００３】
今日、燃料電池が、現存する発電システムに置き換わり得る発電器として、注目されている。一般的に、燃料電池は、燃料としての水素を酸素と反応させ、電力と水とを発生させるようになっている。このような燃料電池に対し、発電効率の面や環境への影響の面だけでなく、コスト面においても、現存する発電システムや動力システム等よりも優位にたつことが強く要望されている。
【０００４】
燃料電池に燃料として用いられる水素は、炭化水素を改質することによって得られる。炭化水素の改質方法としては、炭化水素を水蒸気と反応させる水蒸気改質法が今日における主流となっている（例えば、非特許文献１）。
【非特許文献１】「図解燃料電池のすべて」（監修：本間琢也氏、発行：株式会社工業調査会）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、水蒸気改質法においては、以下の式（１）のような吸熱反応が行われる。すなわち、エネルギ生成のための燃料となる水素を得るためにエネルギを供給することになり、燃料電池全体としての発電効率を考えると非常に好ましくない。
ＣＨ4  ＋  ２Ｈ2Ｏ（ｇ）  →  ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2      ・・・式（１）
【０００６】
また、エネルギを供給しながら水素を生成する場合、水素製造装置の構成および操作が複雑化してしまう。このため、水素製造装置の装置コストおよび操作コストが高価となってしまい、結果として、燃料電池を用いて安価に発電することができなくなってしまう。
【０００７】
本発明は、このような状況の下でなされたものであり、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水蒸気改質方式の水素製造装置を提供することを目的とする。また、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水蒸気改質方式の水素製造装置を備えた燃料電池を提供することを目的とする。
【０００８】
なお、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水蒸気改質方式の水素製造装置は、燃料電池の分野だけでなく、水素を製造する際に広く利用され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による水素製造装置は、炭化水素を水蒸気と反応させて水素を製造する水素製造装置であって、炭化水素を含む原料と水蒸気とが送り込まれる第１反応室と、炭化水素を含む原料と酸素とが送り込まれる第２反応室と、を備え、前記第１反応室と前記第２反応室との間に、前記第１反応室と前記第２反応室とを区画する隔壁が設けられ、前記隔壁は、板状の基材と、前記基材の前記第１反応室側に支持された触媒であって、前記第１反応室内での炭化水素と水蒸気との反応を促進させるための第１触媒と、前記基材の前記第２反応室側に支持された触媒であって、前記第２反応室内での炭化水素の触媒燃焼反応を促進させるための第２触媒と、を有することを特徴とする。
【００１０】
本発明による水素製造装置において、前記隔壁は、前記基材の前記第１反応室側の面上に支持され、粒子状の前記第１触媒を担持する第１多孔質担体と、前記基材の前記第２反応室側の面上に支持され、粒子状の前記第２触媒を担持する第２多孔質担体と、をさらに有するようにしてもよい。
【００１１】
また、本発明による水素製造装置において、前記第１反応室および前記第２反応室が交互に並べて複数配置されており、隣り合う前記第１反応室および前記第２反応室の間には、それぞれ、前記隔壁が配置されているようにしてもよい。
【００１２】
さらに、本発明による水素製造装置において、前記第１反応室および前記第２反応室は、それぞれ、流路として形成されているようにしてもよい。このような本発明による水素製造装置において、前記第１反応室内において炭化水素を含む原料および水蒸気が流れる方向と、前記第２反応室内において炭化水素を含む原料および酸素が流れる方向と、が平行となるように、前記第１反応室および前記第２反応室が配置され、前記第１反応室内において炭化水素を含む原料および水蒸気が流れる向きと、前記第２反応室内において炭化水素を含む原料および酸素が流れる向きと、は逆向きになっているようにしてもよい。
【００１３】
さらに、本発明による水素製造装置において、前記炭化水素を含む原料は、天然ガス、アルコールおよび石油のいずれかからなるようにしてもよい。
【００１４】
さらに、本発明による水素製造装置において、前記炭化水素はメタンを含むようにしてもよい。
【００１５】
さらに、本発明による水素製造装置において、前記第１触媒は、白金属元素およびニッケルのうちの少なくともいずれか一つを含むようにしてもよい。
【００１６】
さらに、前記第２触媒は、白金属元素、ニッケルおよび銅のうちの少なくともいずれか一つを含むようにしてもよい。
【００１７】
さらに、本発明による水素製造装置において、第１多孔質担体および第２多孔質担体の少なくとも一方は、アルミナまたは二酸化ケイ素からなるようにしてもよい。
【００１８】
さらに、前記隔壁の前記基材は、金属板からなるようにしてもよい。
【００１９】
本発明による燃料電池は、上述したいずれかの水素製造装置を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水蒸気改質方式の水素製造装置、および、外部から水素製造装置へエネルギ供給することなく水素を製造することができる水蒸気改質方式の水素製造装置を備えた燃料電池が得られる。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の一実施の形態について説明する。
【００２２】
図１乃至図５は本発明による水素製造装置および燃料電池の一実施の形態を説明するための図である。このうち図１は燃料電池の構成を示す模式図であり、図２は水素製造装置を示す断面図であり、図３は水素製造装置の作用を説明するための図である。
【００２３】
図１に示すように、燃料電池５は、水素を生成する水素製造装置１０と、水素製造装置１０によって製造された水素を燃料として発電を行う燃料電池本体３０と、を備えている。このうち、まず、水素製造装置１０について説明する。燃料電池（燃料電池装置）５に組み込まれる水素製造装置１０は、水素改質器または燃料改質器とも呼ばれる。水素製造装置１０は、炭化水素を水蒸気と反応させ、いわゆる水蒸気改質法によって水素を製造する装置である。
【００２４】
図２に示すように、本実施の形態における水素製造装置１０は、反応器本体１０ａと、反応器本体１０ａ内に接続された第１供給管１６ａおよび第２供給管１６ｂと、反応器本体１０ａ内に接続された第１排出管１７ａおよび第２排出管１７ｂと、を備えている。反応器本体１０ａ内には、第１反応室１１と第２反応室１２とが設けられている。図２および図３に示すように、第１反応室１１および第２反応室１２の間には隔壁２０が設けられており、この隔壁２０によって、第１反応室１１と第２反応室１２とが区分けされている。なお、本実施の形態においては、第１反応室１１および第２反応室１２が交互に並べて複数配置されている。そして、隣り合う第１反応室１１および第２反応室１２の間には、それぞれ、隔壁２０が配置されている。
【００２５】
第１反応室１１には、第１供給管１６ａと第１排出管１７ａとが連通している。第１供給管１６ａから第１反応室１１へは、炭化水素を含む原料（炭化水素系原料）と水蒸気とが供給される。そして、第１反応室１１では、炭化水素系原料中の炭化水素が水蒸気と反応して水素が生成されるようになる。一方、第２反応室１２には、第２供給管１６ｂと第２排出管１７ｂとが連通している。第２供給管１６ｂから第２反応室１２へは、第１反応室１１へ供給されるものと同一の炭化水素を含む原料（炭化水素系原料）と、酸素（あるいは酸素を含んだ気体、例えば空気）と、が供給される。そして、第２反応室１２では、炭化水素系原料の触媒燃焼反応が引き起こされるようになる。
【００２６】
ここで、炭化水素系原料とは、天然ガス、都市ガス、アルコール類、石油等であり、炭化水素系原料に含まれる炭化水素としては、メタンやメタノール等が挙げられる。そして、本実施の形態においては、炭化水素（炭化水素系原料）としてメタンガス（ＣＨ4）を用いた例を説明する。
【００２７】
図２に示すように、第１反応室１１および第２反応室１２はともに流路として形成されている。供給管１６ａ，１６ｂから供給された炭化水素系原料等は反応室１１，１２内を流れながら反応する。そして、反応による生成物および反応しなかった炭化水素系原料等は、排出管１７ａ，１７ｂを介して反応室１１，１２から排出される。本実施の形態においては、図２に示すように、第１反応室１１内において炭化水素系原料と水蒸気とが流れる方向と、第２反応室１２内において炭化水素系原料と酸素とが流れる方向と、が平行となるように、反応室１１，１２、供給管１６ａ，１６ｂおよび排出管１７ａ，１７ｂが配置されている。そして、第１反応室１１内において炭化水素系原料と水蒸気とが流れる向きと、第２反応室１２内において炭化水素系原料と酸素とが流れる向きと、は逆向きになっている。
【００２８】
図３に示すように、隔壁２０は、板状（シート状）の基材２１と、基材２１の第１反応室１１側の面上に支持された第１多孔質担体２２と、基材２１の第２反応室１２側の面上に支持された第２多孔質担体２７と、を有している。第１多孔質担体２２は、第１反応室１１に露出しており、粒子状の第１触媒２３を担持している。第２多孔質担体２７は、第２反応室１２に露出しており、粒子状の第２触媒２８を担持している。なお、ここでいう粒子とは、球状、多角形状、繊維状等の種々の形状を有した微小片を含む概念である。
【００２９】
このうち、基材２１は、第１反応室１１と第２反応室１２とを区画することができ、熱伝達率および熱伝導率の高い材料からなっていることが好ましい。また、基材２１の厚みを薄くして水素製造装置１０の小型化を図るため、基材２１が高強度の材料から形成されていることが好ましい。このような観点から、基材２１を金属板、より具体的にはステンレス板やアルミニウム板から構成することが好ましい。
【００３０】
なお、基材２１は、１００μｍから数ｍｍの間隔を空けて配置され得る。すなわち、第１反応室１１および第２反応室１２の厚み（流れ方向に直交する方向の厚み）は、１００μｍから数ｍｍとすることができる。
【００３１】
第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７は、同様に構成され得る。本実施の形態において、第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７は、多数の担体粒子（担体粉体）を互いに接合することによって形成されている。担体粒子としては、アルミナ粒子や二酸化ケイ素粒子等を用いることができる。担体粒子１６の粒径（長径）は、比表面積（単位重量あたりの表面積）の値を大きくするため、小さい方が好ましく、例えば数十ｎｍとすることができる。なお、ここでいう粒子とは、球状、多角形状、繊維状等の種々の形状を有した微小片を含む概念である。
【００３２】
第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７は、種々の既知な形成方法により、基材２１の表面上に保持させることができる。例えば、基材２１の表面上に配置した担体粒子を焼成することによって、担体粒子を焼結するとともに基材２１に対して担体粒子を固定することができる。なお、基材２１の表面に凹凸が形成されている場合には、多孔質担体２２，２７を基材２１に対して強固に固定することができる。
【００３３】
第１多孔質担体２２に担持された第１触媒２３は、第１反応室１１内にさらされ、第１反応室１１内での炭化水素と水蒸気との反応を促進させる触媒として機能する。このような第１の粒子状触媒２３として、ニッケル（Ｎｉ）、ルテニウム（Ｒｕ）、白金属元素（例えば、ルテウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ））等の粒子を用いることができる。また、第２多孔質担体２７に担持された第２触媒２８は、第２反応室１２内にさらされ、第２反応室１２内での炭化水素の触媒燃焼反応を促進させる触媒として機能する。このような第２の粒子状触媒２８として、白金属元素（例えば、ルテウム（Ｒｕ）、ロジウム（Ｒｈ）、パラジウム（Ｐｄ）、白金（Ｐｔ））、ニッケル（Ｎｉ）、銅（Ｃｕ）等の粒子を用いることができる。
【００３４】
高価な触媒を効果的に利用することを目的として、粒子状の第１触媒２３および第２触媒２８の粒径を小さくして、第１触媒２３および第２触媒２８の比表面積（単位重量あたりの表面積）の値を大きくすることが有効である。とりわけ、第１触媒２３および第２触媒２８の粒径（長径）を例えば数ｎｍとした場合には、量子サイズ効果を期待することができる点において非常に好ましい。また、上述したように、本実施の形態においては、第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７が多数の担体粒子の結合体として構成され、第１触媒２３および第２触媒２８は担体粒子に担持される。すなわち、第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７の比表面積を非常に大きくすることができ、これにより、第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７によって、第１触媒２３および第２触媒２８をむらなく分散させた状態で担持することができる。したがって、第１触媒２３および第２触媒２８を大幅に小径化して、高価な触媒を効率的に用いることが可能となる。
【００３５】
なお、粒子状の第１触媒２３および第２触媒２８を第１多孔質担体２２および第２多孔質担体２７に担持させる方法としては、種々の既知な方法、例えば含浸法を用いることができる。
【００３６】
次に、以上のような構成からなる水素製造装置１０によって水素を生成する際の作用について説明する。
【００３７】
まず、第１供給管１６ａから炭化水素系原料および水蒸気が第１反応室１１へ供給されるとともに、第２供給管１６ｂから炭化水素系材料および酸素が第２反応室１２へ供給される。第１反応室１１へ供給された炭化水素系原料および水蒸気は、第１供給管１６ａ側から第１排出管１７ａ側へ第１反応室１１内を流れる。第２反応室１２へ供給された炭化水素系原料および酸素は、第２供給管１６ｂ側から第２排出管１７ｂ側へ第２反応室１２内を流れる。上述したように、炭化水素系原料として、種々の炭化水素を選択することができるが、以下においては、メタン（ＣＨ4）を炭化水素原料として第１反応室１１および第２反応室１２へ供給する例について説明する。
【００３８】
第２反応室１２内には、第２多孔質担体２７に担持された第２触媒２８が露出している。そして、この第２触媒２８により、供給されたメタンが酸素と反応する。この反応は、以下の式（２）に示す触媒燃焼反応であり、放熱反応である。
ＣＨ4  ＋  ２Ｏ2  →  ＣＯ2  ＋  ２Ｈ2Ｏ    ・・・式（２）
すなわち、第２反応室１２では、ＮＯxを生成することなく、熱が放出されるようになる。放出された熱は、隔壁２０を熱伝導して、第１反応室１１まで伝達される。上述したように、隔壁２０の第１反応室１１側は、非常に大きな表面積を有した第１多孔質担体２２からなっている。同様に、隔壁２０の第２反応室１２側は、非常に大きな表面積を有した第２多孔質担体２７からなっている。したがって、第２反応室１２から隔壁２０への熱移動、および、隔壁２０から第１反応室１１への熱移動は、極めて効率的に行われるようになる。
【００３９】
一方、第１反応室１１内には、第１多孔質担体２２に担持された第１触媒２３が露出している。そして、この第１触媒２３により、供給されたメタンが水蒸気と反応する。この反応は、以下の式（３）に示す反応であり、この結果、第１反応室１１において水素が生成されるようになる。
ＣＨ4  ＋  Ｈ2Ｏ（ｇ）  →  ＣＯ  ＋  ３Ｈ2      ・・・式（３）
また、式（３）の反応で生成された一酸化炭素（ＣＯ）は、シフト反応として、式（４）に示すように水蒸気とさらに反応する。
ＣＯ  ＋  Ｈ2Ｏ（ｇ）  →  ＣＯ2  ＋  Ｈ2      ・・・式（４）
結果として、第１反応室１１においては、式（５）の水蒸気改質反応が行われることになる。
ＣＨ4  ＋  ２Ｈ2Ｏ（ｇ）  →  ＣＯ2  ＋  ４Ｈ2      ・・・式（５）
【００４０】
なお、上述した式（３）は吸熱反応であり、またこれに伴って、式（５）も吸熱反応となる。しかしながら式（３）および式（５）の反応に必要となる熱は、隔壁２０を介して、第２反応室１２から供給され得る。すなわち、水素製造装置１０の外部からエネルギ（熱）が供給されることなく、水素製造装置１０の反応室１０ａ内において、水蒸気改質反応（式（５））が行われて、水素が製造されるようになる。
【００４１】
以上のようにして、水素製造装置１０によって、炭化水素系原料から水素ガスを安定して効率良く生成することができる。第１反応室１１での生成物は第１排出管１７ｂを介して燃料電池本体５へ送り込まれる。この際、水素を選択的に透過させる水素透過膜、さらに好ましくは、水素のみを透過させる水素透過膜（図示せず）を用いて水素ガスを精製し、得られた水素ガスが燃料電池本体５へ送り込まれる。
【００４２】
次に、得られた水素を燃料として発電を行う燃料電池本体（スタックとも呼ばれる）について、主に図４および図５を参照して説明する。ここで、図４は燃料電池本体（スタック）を示す斜視図であり、図５は燃料電池本体（スタック）を構成する燃料電池セルを示す分解斜視図である。
【００４３】
図４に示すように、燃料電池本体（スタック）３０は、多数の燃料電池セル３１を含んでいる。図５に示すように、燃料電池本体３０の各燃料電池セル３１は、電解質膜３３と、電解質膜３３の両側に配置された一対の触媒担持電極３５，３７と、電解質膜３３および触媒担持電極３５，３７を挟むようにして配置された一対のセパレータ３９，４１と、を有している。触媒担持電極は、電解質膜３３の一方の側に配置された水素極（燃料極）３７と、電解質膜３３の他方の側に配置された酸素極（空気極）３５と、を含んでいる。各セパレータ３９，４１には、四隅のそれぞれの近傍に一つずつ貫通孔４２が形成されている。また、各セパレータ３９，４１の触媒担持電極３５，３７に対面する側の面に、サーペンタイン状（曲がりくねって蛇行した形状、serpentine）の溝４３が形成されている。溝４３の両端は、それぞれ一つの貫通孔４２に通じている。
【００４４】
次に、このような燃料電池本体３０の発電方法について説明する。まず、各燃料電池セル３１の水素極３７側のセパレータ４１に形成された溝４３の一端に通じる貫通孔４２のうちの一つへ、水素製造装置１０で製造された水素が送り込まれる。また、各燃料電池セル３１の酸素極３５側のセパレータ３９に形成された溝４３の一端に通じる貫通孔４２のうちの一つへ、酸素または空気が送り込まれる。各燃料電池セル３１において、セパレータ３９，４１に形成された溝４３は、ガス流路として機能する。そして、図４および図５に示すように、以下に説明する反応に用いられなかったガスは、溝４３の他端に通ずる貫通孔４２を介して回収されるようになる。
【００４５】
水素極３７側において、セパレータ４１の溝４３内に送り込まれた水素は、水素極３７に到達する。水素極３７において、水素分子Ｈ2は、電子ｅ-を放出してプロトン化（イオン化）Ｈ+する。その後、プロトンＨ+は、電解質膜３３を透過して、酸素極３５へ到達する。
【００４６】
一方、酸素極３５においては、セパレータ３９の溝４３内を流れるガス中の酸素Ｏ2が、電子ｅ-と、電解質膜３３を透過してきたプロトンＨ+と、を取り込み、水Ｈ2Ｏが生成される。このような水の生成にともない、水素極３７および酸素極３５の間で電子の移動が生じることによって電力が生成される。
【００４７】
図４に示すように、燃料電池本体３０は、多数の燃料電池セル３１を重ね合わせることによって、構成されている。この燃料電池本体３０において、例えば導電性のセパレータ３９，４１を介し、隣り合う燃料電池セル３１の触媒担持電極３５，３７が直列に接続されている。これにより、燃料電池本体３０は所望の起電力を有するようになる。また、各燃料電池セル３１のセパレータ３９，４１に形成された貫通孔４２は、互いに接続されている。これにより、各燃料電池セル３１へ水素および酸素を供給することができ、また使用されなかった水素および酸素、並びに、生成された水を回収することができる。
【００４８】
以上のように本実施の形態によれば、水素製造装置１０の第２反応室１２において、触媒燃焼反応によって熱が生成される。生成された熱は、隔壁２０を熱伝導して、第２反応室１２から第１反応室１１へ伝達される。そして、第１反応室１１では、第２反応室１２からの熱によって、炭化水素を水蒸気と反応させて水素が生成されるようになる。すなわち、外部から水素製造装置１０へ熱（エネルギ）を供給することなく、水蒸気改質法により、水素を生成することができる。この結果、この水素製造装置１０が組み込まれた燃料電池５の全体としての発電効率を、大幅に向上させることができる。
【００４９】
とりわけ、本実施の形態においては、第１反応室１１に供給される炭化水素系原料と同一の炭化水素系原料が、第２反応室１２に供給されて燃焼反応を起こす。すなわち、第２反応室１２には、第１反応室１１と同一の原料と、酸素と、を供給すればよいので、装置の構成および操作を極めて簡略化することができる。これにより、装置の製造コストおよび装置の操作コストを低減して、水素および電力を安価に製造することができる。
【００５０】
また、本実施の形態によれば、第１触媒２３は、比表面積の大きい第１多孔質担体２２によって担持され、第２触媒２８は、比表面積の大きい第２多孔質担体２７によって担持されている。したがって、触媒を担持し得る面積を非常に大きくすることができ、これにより、粒子状の触媒の粒径を大幅に小径化することができる。したがって、高価な触媒２３，２８の比表面積（単位重量あたりの表面積）を大きくすることができ、触媒２３，２８を効率的に用いることが可能となる。また、所定の能力を有した触媒２３，２８を反応室１１，１２内に分散して効率的に担持することができるので、水素製造装置１０および燃料電池５を小型化することが可能となる。
【００５１】
さらに、上述した実施の形態によれば、第１反応室１２内において炭化水素を含む原料と水蒸気とが流れる方向と、第２反応室１２内において炭化水素を含む原料と酸素とが流れる方向と、が平行となるように、第１反応室１１および第２反応室１２が配置され、第１反応室１１内において炭化水素を含む原料と水蒸気とが流れる向きと、第２反応室１２内において炭化水素を含む原料と酸素とが流れる向きと、が逆向きになっている。このような水素製造装置１０によれば、反応器１０ａ内における温度の分布を均一化しやすくすることができる。この結果、水素製造装置１０内において、期待した反応が行われ、水素を安定して製造することができる。
【００５２】
なお、上述した実施の形態に関し、本発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。
【００５３】
例えば、上述した実施の形態において、水素製造装置１０が燃料電池５に組み込まれている例を示したが、これに限られず、水素製造装置１０が燃料電池以外の用途に用いられてもよい。
【００５４】
また、上述した水素製造装置１０の構成は単なる例示に過ぎず、水素製造装置の構成を種々変更することができる。例えば、上述した実施の形態において、第１反応室１１内において炭化水素を含む原料と水蒸気とが流れる向きと、第２反応室１２内において炭化水素を含む原料と酸素とが流れる向きと、が逆向きになっている例を示したが、これに限られず、第１反応室１１内において炭化水素を含む原料と水蒸気とが流れる向きと、第２反応室１２内において炭化水素を含む原料と酸素とが流れる向きと、が同じ向きになっていてもよい。また、上述した実施の形態において、第１反応室１２内において炭化水素を含む原料と水蒸気とが流れる方向と、第２反応室１２内において炭化水素を含む原料と酸素とが流れる方向と、が平行となるようにした例を示したが、これに限られず、第１反応室１２内において炭化水素を含む原料と水蒸気とが流れる方向と、第２反応室１２内において炭化水素を含む原料と酸素とが流れる方向と、が非平行となるようにしてもよい。
【００５５】
さらに、上述した燃料電池３０の構成も単なる例示に過ぎず、燃料電池の構成を種々変更することができる。例えば、各年流電池セル３１の水素極をなす触媒担持電極３７と水素極側のセパレータ４１との間に、水素を選択的に透過させる水素透過膜、さらに好ましくは水素のみを透過させる水素透過膜を配置するようにしてもよい。
【００５６】
さらに、上述した実施の形態において、第１反応室１１に供給される炭化水素系原料と第２反応室１２に供給される炭化水素系原料とが同一である例を示したが、これに限られず、第１反応室１１に供給される炭化水素系原料と第２反応室１２に供給される炭化水素系原料とが異なるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】図１は、本発明による一実施の形態を示す図であって、燃料電池の構成を示す模式図である。
【図２】図２は、図１に示された燃料電池に組み込まれた水素製造装置を示す断面図である。
【図３】図３は、図２に示された水素製造装置の作用を説明するための図である。
【図４】図４は、図１に示された燃料電池に組み込まれた燃料電池本体（スタック）を示す斜視図である。
【図５】図５は、図４に示された燃料電池本体（スタック）を構成する燃料電池セルを示す分解斜視図である。
【符号の説明】
【００５８】
５  燃料電池
１０  水素製造装置
１０ａ  反応器
１１  第１反応室
１２  第２反応室
１６ａ，１６ｂ  供給管
１７ａ，１７ｂ  排出管
２０  隔壁
２１  基材
２２  第１多孔質担体
２３  第１触媒
２７  第２多孔質担体
２８  第２触媒
３０  燃料電池本体
３１  燃料電池セル
【図１】
2009143732.tif 000003
【図２】
2009143732.tif 000004
【図３】
2009143732.tif 000005
【図４】
2009143732.tif 000006
【図５】
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