水素生成装置及び燃料電池システム
【課題】改質触媒が充填された改質器を設けた水素生成装置は、装置の使用が進むにつれてアンモニアの生成量が増加する場合があった。
【解決手段】第１の改質触媒１と、第１の改質触媒１の下流かつ下方に設けられ、第１の改質触媒１よりも高温に維持される第２の改質触媒２とを備え、第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも改質反応に対する触媒能が高く、第１の改質触媒１と第２の改質触媒２との間に設けられた粉化した第１の改質触媒１をトラップするトラップ器を備える、水素生成装置。
【解決手段】第１の改質触媒１と、第１の改質触媒１の下流かつ下方に設けられ、第１の改質触媒１よりも高温に維持される第２の改質触媒２とを備え、第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも改質反応に対する触媒能が高く、第１の改質触媒１と第２の改質触媒２との間に設けられた粉化した第１の改質触媒１をトラップするトラップ器を備える、水素生成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置及び燃料電池システムに関する。より詳しくは、改質触媒を備える水素生成装置、及び、かかる水素生成装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水素ガスの供給は一般的なインフラとして整備されていない。このため、大量に水素を必要とする機器、例えば分散型発電装置として開発され商品化が進められている燃料電池システムを動かす場合、機器設置場所で個別に、水素生成装置を併設する構成がとられることが多い。
【０００３】
水素生成装置は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素原料と水蒸気とを水蒸気改質反応させることによって、水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気を成分とする水素含有ガスを生成する改質部を備える。改質部には、改質触媒が配設されている。
【０００４】
特許文献１は、改質触媒が充填された改質器を備え、改質反応に対する活性が高い貴金属系改質触媒を改質器の入口側に、改質反応に対する活性が低い卑金属酸化物系改質触媒を出口側に配設した水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０１／０３７９８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の水素生成装置に対して、窒素分子及び窒素含有化合物の少なくともいずれかを含む原料ガスを用いると、装置の使用が進むにつれてアンモニアの生成量が増加する場合があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、装置の使用が進んでも、従来の水素生成装置よりもアンモニアの生成量が抑制される水素生成装置及びかかる水素生成装置を備えた燃料電池システム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】
【０００８】
本発明者らは、改質触媒を備える水素生成装置において、装置の使用が進んでも従来の水素生成装置よりもアンモニアの生成量を抑制するべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００９】
水素生成装置は、起動停止による構造体の熱伸縮により、ペレット状、粒状、ハニカム状等に形成された改質触媒の強度が低下し、割れたり、粒径が小さくなったり、粉状になったりすることがある。以下、改質触媒が割れたり、粒径が小さくなったり、粉状になったりすることを、総称して「粉化」という。
【００１０】
また、改質触媒は、通常、吸熱反応である改質反応の反応量が多い上流側の方が温度が低く、下流側の方が高温に維持されやすい。また、水素生成装置は、燃焼排ガスが、改質触媒の下流側から上流側に向けて加熱するよう構成される場合があり、この構成によっても、改質触媒の下流側の方が高温に維持されやすい。
【００１１】
さらに、反応温度が高いほど窒素と水素からアンモニアを生成する反応は促進される。従って、装置の使用が進むにつれて粉化した上流側の改質触媒が、より高温に維持されるへ脱落すると、アンモニアの生成が促進される。
【００１２】
また、改質反応に対する触媒能が高いほどアンモニアの生成は促進されるので、これによりアンモニアの生成を更に促進させる。
【００１３】
そこで本発明者らは、下流側の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高い上流側の改質触媒の下方に、粉化した改質触媒をトラップするトラップ器を備え、より高温である下流側の改質触媒への混入を抑制することにより、装置の使用が進んでもアンモニアの生成を抑制しうることに想到した。
【００１４】
すなわち本発明の水素生成装置は、第１の改質触媒と、前記第１の改質触媒の下流かつ下方に設けられ、前記第１の改質触媒よりも高温に維持される第２の改質触媒とを備え、前記第１の改質触媒は、前記第２の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高く、前記第１の改質触媒と第２の改質触媒との間に設けられた粉化した前記第１の改質触媒をトラップするトラップ器を備えるよう構成されている。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムは、装置の使用が進んでも、従来に比べ、アンモニアの生成量が抑制されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の実施例１にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図２】第１実施形態の実施例２にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図３】第１実施形態の実施例３にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図４】第１実施形態の実施例４にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図５】第１実施形態の実施例５にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図６】第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す側方断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態の水素生成装置は、第１の改質触媒と、第１の改質触媒の下流かつ下方に設けられ、第１の改質触媒よりも高温に維持される第２の改質触媒とを備え、第１の改質触媒は、第２の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高く、第１の改質触媒と第２の改質触媒との間に設けられた粉化した第１の改質触媒をトラップするトラップ器を備える。
【００１９】
一般的に、装置の使用が進み、粉化した第１の改質触媒が、より高温に維持された第２の改質触媒に飛散すると、アンモニアの生成量が促進される。
【００２０】
しかしながら、かかる構成では、粉化した改質触媒がトラップされ、従来の水素生成装置及び燃料電池システムに比べ、第２の改質触媒への飛散量が低減されるので、アンモニアの生成量が抑制される。
【００２１】
以下、本実施形態の水素生成装置の具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の水素生成装置は、第１の改質触媒を支持するとともに、第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、トラップ器は、支持板の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。
【００２２】
かかる構成により、装置の使用が進んだ際に第１の改質触媒が粉化し下方に落下しても、トラップ器でトラップされ、第１の改質触媒の粉体が第２の改質触媒へ飛散量が低減するので、従来の水素生成装置に比べ、アンモニアの生成量が抑制される。
【００２３】
図１は、実施例１にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００２４】
図１に示す例において、本実施例の水素生成装置は、第１の改質触媒１と、第２の改質触媒２と、トラップ器４とを備える。
【００２５】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２は、改質反応を進行させ、原料から水素含有ガスを生成するための触媒である。改質反応は、いずれの改質反応でもよく、具体的には、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応が例示される。本例では、水蒸気改質反応が用いられている。
【００２６】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２は、改質反応を進行させることが可能であれば、いずれの触媒であっても構わないが、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ及びＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種が触媒金属に好適に用いられる。
【００２７】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２の担持体としては、活性成分を高分散状態で担持できるものであれば、特に限定されない。担持体としては、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ゼオライトからなる群の中から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
【００２８】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２としては、触媒と反応室中のガスとの接触面積を充分に確保できるものが用いられる。基材としては、ハニカム形状、連通孔を有する発泡体形状の基材などが好ましく、ペレット形状でもよい。触媒の保持方法としては、基材がペレット形状もしくはコージェライトハニカムであれば、触媒充填位置の下部に網状もしくは開口部を有する触媒保持板１４を設置し、保持してもよい。基材がメタルハニカムであれば、水素生成装置１００のステンレス構造体に溶接し、保持してもよい。
【００２９】
原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含み、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素が例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。原料供給源として、原料のインフラストラクチャ、及び、原料を貯蔵するボンベ等が例示される。
【００３０】
本実施例の水素生成装置１００では、第１の改質触媒１が粒状に形成され、第１の改質触媒１を支持する支持体８によって保持されている。ただし、支持体８は必須ではなく、例えば、第１の改質触媒１がハニカム構造をなすように構成されているような場合には、支持体８が設けられなくてもよい。
【００３１】
第２の改質触媒２は、第１の改質触媒１の下流かつ下方に設けられ、かつ第１の改質触媒１よりも高温に維持される。
【００３２】
本実施例の水素生成装置では、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２は、これらを覆う第１の側壁５を介して燃焼器（図示せず）で生成され、燃焼排ガス流路３を流れる燃焼排ガスにより第２の改質触媒２及び第１の改質触媒１の順に加熱するよう構成されている。なお、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２を加熱する手段は、上記に限定されず、第２の改質触媒２が、第１の改質触媒１よりも高温に維持されれば、いずれの形態であっても構わない。
【００３３】
第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも、改質反応に対して高い触媒能を有する。具体的には、第１の改質触媒１と第２の改質触媒２において触媒金属が異なる場合、第１の改質触媒が備える触媒金属は、第２の改質触媒２が備える触媒金属よりも改質反応に対する触媒能が高い。例えば、第１の改質触媒１には第２の改質触媒２よりも高い触媒能を有するＲｕ、及びＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種の触媒金属が好適に用いられ、第２の改質触媒２には第１の改質触媒１よりも低い触媒能を有するＰｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群の中から選択される少なくとも１種の触媒金属が好適に用いられる。
【００３４】
また、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２が、同種の触媒金属で、第２の改質触媒２より第１の改質触媒１の方が、担体による単位体積あたりの触媒金属の担持量が多くなるよう構成してもよい。このような構成でも、第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも、改質反応に対して高い触媒能を有する。
【００３５】
また、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２が、同種の触媒金属を同量備え、第１の改質触媒１が、第２の改質触媒２よりも高い比表面積であるよう構成してもよい。このような構成でも、第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも、改質反応に対して高い触媒能を有する。
【００３６】
トラップ器４は、支持体８の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。トラップ器４の容積は、粉化して堆積した第１の改質触媒１により、第１の改質触媒１を通過したガスが第２の改質触媒２に流入するためのガス流路が塞がれることのない大きさに設定されていてもよい。
【００３７】
なお、本実施例の水素生成装置１００は、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２を備える改質器の下流に反応器を設けない形態であるが、改質器の下流に水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器（図示せず）を設ける形態であっても構わない。なお、ＣＯ低減器は、シフト反応により水素含有ガス中の一酸化炭素を低減する変成器と、メタン化反応及び酸化反応の少なくともいずれか一方により水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。
【００３８】
変成器には、変成触媒が充填される。変成触媒としては、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｔなどの金属が例示できる。
【００３９】
ＣＯ除去器には、メタン化触媒及び酸化触媒の少なくともいずれか一方が充填される。酸化触媒としては、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ及びＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。メタン化触媒としては、Ｒｕ等が好適に用いられる。
【００４０】
水素生成装置１００の水素生成運転時において、変成器の温度は例えば、摂氏１６０度以上かつ摂氏３２０度以下であり、ＣＯ除去器の温度は例えば、摂氏１２０度以上かつ摂氏２４０度以下である。
【００４１】
図１の例では、トラップ器４が、底面と、底面の縁から立ち上がる第２の側壁６とを備え、底面と第２の側壁６とで粉化した第１の改質触媒１を保持するように構成されている。ただし、トラップ部は、本構成に限定されるものではなく、粉化した改質触媒をトラップ可能であれば、いずれの構成であっても構わない。例えば、トラップ器４が第１の側壁５から斜め上方に延びる斜面をなすように構成されていてもよい。また図１の例では、トラップ器４が第１の側壁５により支持されているが、他の部位によって支持されていてもよい。
【００４２】
本実施例の水素生成装置１００では、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスは、第２の改質触媒２へと供給される。本例においては、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスは、トラップ器４の第２の側壁６と第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２を保持する第３の側壁１０との間に形成されたガス流路を通じて第２の改質触媒２に流入する。
［実施例２］
実施例２の水素生成装置は、第１の改質触媒を支持するとともに、第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、トラップ器は、支持板の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。
【００４３】
また、本実施例の水素生成装置は、トラップ器の側壁が、第１の改質触媒を保持する側壁の外側に形成されている。
【００４４】
また、本実施例の水素生成装置は、第１の改質触媒を保持する側壁とトラップ器の側壁とで形成される流路を通過した後のガスを転回させトラップ器の側壁の外側を通過させるためのガイド部を備える。
【００４５】
トラップ器の側壁が長いほど、トラップ器に蓄積された第１の改質触媒の粉体が第２の改質触媒に流入しにくくなるので好ましいが、実施例１の水素生成装置において、トラップ器の側壁を長くすると第１の改質触媒と第２の改質触媒とを隔てる距離が長くなる。第１の改質触媒及び第２の改質触媒を保持する側壁（第１の側壁５及び第３の側壁１０）で囲まれた空間のうち各触媒を最適な温度に維持する範囲は決まっているので、上記のように第１の改質触媒と第２の改質触媒とを隔てる距離が長くなると、第１の改質触媒及び第２の改質触媒の少なくともいずれか一方の充填長を短くせざるを得ない。第１の改質触媒及び第２の改質触媒の少なくともいずれか一方の充填長が短くなると、改質反応の転化率が低下してしまう。 しかしながら、かかる構成により、第１の改質触媒及び第２の改質触媒を隔てる距離を長くすることなく、トラップ器の側壁の長さを長くすることができるので、改質反応の転化率の低下を抑制しながら、実施例１の水素生成装置よりトラップ器に蓄積された第１の改質触媒の粉体の流出を抑制し得る。 図２は、本実施例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００４６】
図２に示すように、本実施例の水素生成装置１００では、トラップ器４の第２の側壁６が、第１の改質触媒１を保持する第４の側壁１０ａよりも外側に形成されている。
【００４７】
ガイド部１１は、第１の改質触媒１を保持する第４の側壁１０ａとトラップ器４の第２の側壁６とで形成される流路を通過した後のガスを転回させトラップ器４の第２の側壁６の外側を通過させるように構成されている。
【００４８】
水素生成装置１００において、その他の構成要素は、図１の水素生成装置１００と同様とすることができる。よって、図１と図２とで共通する構成については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
［実施例３］
実施例３の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置において、トラップ器の側壁が、第１の改質触媒を保持する側壁よりも外側に形成されるとともに支持板の下方において段形状を有する。
【００４９】
かかる構成により、粉化した第１の改質触媒が蓄積するトラップ器の底の断面積が小さくなるので、第１の改質触媒を通過した水素含有ガスが第１の改質触媒が蓄積する箇所に流入しにくくなり、ガス流れに淀みが生じ易くなる。これにより、本実施例の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置に比べ、トラップ器に蓄積した第１の改質触媒の粉体が、第２の改質触媒へ飛散することをより抑制し得る。
【００５０】
図３は、実施例３にかかる水素生成装置１００の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００５１】
図３に示すように、本実施例の水素生成装置１００では、トラップ器４の第２の側壁６が、第１の改質触媒１を保持する第４の側壁１０ａよりも外側に形成されるとともに、支持体８の下方において段形状を有する。
【００５２】
水素生成装置１００において、その他の構成要素は、図２の水素生成装置１００と同様とすることができる。よって、図２と図３とで共通する構成については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００５３】
ここで、図３に示すように本実施例の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置１００に比べ、トラップ器４の底断面積が小さくなるので、第１の改質触媒を通過した水素含有ガスが第１の改質触媒が蓄積する箇所に流入しにくくなり、ガス流れに淀みが生じ易くなる。
【００５４】
従って、本実施例の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置に比べ、トラップ器に蓄積した第１の改質触媒の粉体が、第１の改質触媒を通過した水素含有ガスの流れに乗って第２の改質触媒へ飛散しにくくなる。
［実施例４］
実施例４の水素生成装置は、第１の改質触媒１を支持するとともに、第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、トラップ器は、支持板の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。
【００５５】
また、本実施例の水素生成装置は、トラップ器の側壁が、第１の改質触媒を保持する側壁よりも外側に形成されている。
【００５６】
また、本実施例の水素生成装置は、第１の改質触媒を保持する側壁とトラップ器の側壁とで形成される流路を通過した後のガスを転回させトラップ器の側壁の外側を通過させるためのガイド部を備える。
【００５７】
さらに、トラップ器の側壁は、第１の改質触媒の側壁及び第２の改質触媒の側壁の外に設けられている。
【００５８】
かかる構成により、トラップ器４は、第１の改質触媒の側壁及び第２の改質触媒２の側壁の外にまで、その底部を拡張しているため、実施例２の水素生成装置に比べ、トラップ器の容体の容積を低下させずに、第１の改質触媒と第２の改質触媒とを隔てる距離を短くし得る。
【００５９】
図４は、実施例４にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００６０】
図４に示すように、本実施例の水素生成装置では、ガイド部１１は、第１の改質触媒１の第４の側壁１０ａ及び第２の改質触媒２の第５の側壁１０ｂの外に設けられている。
【００６１】
水素生成装置１００において、その他の構成要素は、図２の水素生成装置１００と同様とすることができる。よって、図４と図２とで共通する構成については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の構成では、トラップ器４を第１の改質触媒１の第４の側壁１０ａ及び第２の改質触媒２の第５の側壁１０ｂの外に設けているため、トラップ器４の容体の容積を水素含有ガス流路が塞がれることがないよう設定する際に、実施例１よりもトラップ器４を高さ方向に短小化させることができる。
【００６３】
なお、上記実施例１−４の水素生成装置１００において、トラップ器４の容体の容積が、粉化して堆積した第１の改質触媒１により、第１の改質触媒１を通過したガスが第２の改質触媒２に流入するためのガス流路が塞がれることのない大きさに設定されていてもよい。
【００６４】
かかる構成により、第１の改質触媒１が粉化してトラップ器４に堆積しても、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスが、第２の改質触媒２に流入するまでに流れるガス流路が閉塞されにくくなる。
【００６５】
また、上記実施例１−４の水素生成装置１００において、支持体８とトラップ器４との距離が、粉化して堆積した第１の改質触媒１により、第１の改質触媒１を通過したガスが第２の改質触媒２に流入するためのガス流路が塞がれることのない長さに設定されていてもよい。
【００６６】
かかる構成により、第１の改質触媒１が粉化してトラップ器４に堆積しても、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスが、第２の改質触媒２に流入するまでに流れるガス流路が閉塞されにくくなる。
［実施例５］
実施例５の水素生成装置は、トラップ器４が、第１の改質触媒１を支持するとともに、粉化した前記第１の改質触媒１を通過させず、かつ第１の改質触媒１を通過したガスが通過する孔を備える支持体である。
【００６７】
かかる構成では、トラップ部と支持板を共用しているため、実施例１−４の水素生成装置に比べ、トラップ器４の構成が簡素化されるとともに、低コスト化される。
【００６８】
図５は、実施例５にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００６９】
図５に示すように、本実施例の水素生成装置１００では、トラップ器４が、第１の改質触媒１を支持するとともに、粉化した第１の改質触媒１を通過させず、かつ第１の改質触媒１を通過したガスが通過する孔を備える支持体である。ただし、トラップ部は、本構成に限定されるものではなく、粉化した改質触媒をトラップ可能であれば、いずれの構成であっても構わない。
【００７０】
水素生成装置１００において、図１と同様の符号を付したその他の構成要素は、実施例１の水素生成装置とその名称及び具体的な構成が同様であるので、詳細な説明を省略する。
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態及びその実施例１−５のいずれかの水素生成装置と、該水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
図６は、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００７１】
図６に示すように、本実施形態の燃料電池システム２００は、水素生成装置１００と、燃料電池２０とを備える。
【００７２】
燃料電池２０は、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池２０は、水素含有ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。燃料電池２０は、いずれの種類の燃料電池であってもよいが、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、リン酸形燃料電池、または溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。
【００７３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の水素生成装置及び燃料電池は、従来の水素生成装置及び燃料電池システムに比べ、転化率が向上される水素生成装置及び燃料電池として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 第１の改質触媒
２ 第２の改質触媒
３ 燃焼排ガス流路
４ トラップ器
５ 第１の側壁
６ 第２の側壁
８ 支持体
１０ 第３の側壁
１０ａ 第４の側壁
１０ｂ 第５の側壁
１１ ガイド部
２０ 燃料電池
１００ 水素生成装置
２００ 燃料電池システム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、水素生成装置及び燃料電池システムに関する。より詳しくは、改質触媒を備える水素生成装置、及び、かかる水素生成装置を備えた燃料電池システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、水素ガスの供給は一般的なインフラとして整備されていない。このため、大量に水素を必要とする機器、例えば分散型発電装置として開発され商品化が進められている燃料電池システムを動かす場合、機器設置場所で個別に、水素生成装置を併設する構成がとられることが多い。
【０００３】
水素生成装置は、都市ガスやＬＰＧ等の炭化水素原料と水蒸気とを水蒸気改質反応させることによって、水素、メタン、一酸化炭素、二酸化炭素、水蒸気を成分とする水素含有ガスを生成する改質部を備える。改質部には、改質触媒が配設されている。
【０００４】
特許文献１は、改質触媒が充填された改質器を備え、改質反応に対する活性が高い貴金属系改質触媒を改質器の入口側に、改質反応に対する活性が低い卑金属酸化物系改質触媒を出口側に配設した水素生成装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】国際公開第０１／０３７９８８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載の水素生成装置に対して、窒素分子及び窒素含有化合物の少なくともいずれかを含む原料ガスを用いると、装置の使用が進むにつれてアンモニアの生成量が増加する場合があった。
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するものであり、装置の使用が進んでも、従来の水素生成装置よりもアンモニアの生成量が抑制される水素生成装置及びかかる水素生成装置を備えた燃料電池システム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】
【０００８】
本発明者らは、改質触媒を備える水素生成装置において、装置の使用が進んでも従来の水素生成装置よりもアンモニアの生成量を抑制するべく、鋭意検討を行った。その結果、以下の知見を得た。
【０００９】
水素生成装置は、起動停止による構造体の熱伸縮により、ペレット状、粒状、ハニカム状等に形成された改質触媒の強度が低下し、割れたり、粒径が小さくなったり、粉状になったりすることがある。以下、改質触媒が割れたり、粒径が小さくなったり、粉状になったりすることを、総称して「粉化」という。
【００１０】
また、改質触媒は、通常、吸熱反応である改質反応の反応量が多い上流側の方が温度が低く、下流側の方が高温に維持されやすい。また、水素生成装置は、燃焼排ガスが、改質触媒の下流側から上流側に向けて加熱するよう構成される場合があり、この構成によっても、改質触媒の下流側の方が高温に維持されやすい。
【００１１】
さらに、反応温度が高いほど窒素と水素からアンモニアを生成する反応は促進される。従って、装置の使用が進むにつれて粉化した上流側の改質触媒が、より高温に維持されるへ脱落すると、アンモニアの生成が促進される。
【００１２】
また、改質反応に対する触媒能が高いほどアンモニアの生成は促進されるので、これによりアンモニアの生成を更に促進させる。
【００１３】
そこで本発明者らは、下流側の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高い上流側の改質触媒の下方に、粉化した改質触媒をトラップするトラップ器を備え、より高温である下流側の改質触媒への混入を抑制することにより、装置の使用が進んでもアンモニアの生成を抑制しうることに想到した。
【００１４】
すなわち本発明の水素生成装置は、第１の改質触媒と、前記第１の改質触媒の下流かつ下方に設けられ、前記第１の改質触媒よりも高温に維持される第２の改質触媒とを備え、前記第１の改質触媒は、前記第２の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高く、前記第１の改質触媒と第２の改質触媒との間に設けられた粉化した前記第１の改質触媒をトラップするトラップ器を備えるよう構成されている。
【００１５】
また、本発明の燃料電池システムは、前記水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される前記水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の水素生成装置及び燃料電池システムは、装置の使用が進んでも、従来に比べ、アンモニアの生成量が抑制されるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】第１実施形態の実施例１にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図２】第１実施形態の実施例２にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図３】第１実施形態の実施例３にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図４】第１実施形態の実施例４にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図５】第１実施形態の実施例５にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図
【図６】第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す側方断面図
【発明を実施するための形態】
【００１８】
（第１実施形態）
第１実施形態の水素生成装置は、第１の改質触媒と、第１の改質触媒の下流かつ下方に設けられ、第１の改質触媒よりも高温に維持される第２の改質触媒とを備え、第１の改質触媒は、第２の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高く、第１の改質触媒と第２の改質触媒との間に設けられた粉化した第１の改質触媒をトラップするトラップ器を備える。
【００１９】
一般的に、装置の使用が進み、粉化した第１の改質触媒が、より高温に維持された第２の改質触媒に飛散すると、アンモニアの生成量が促進される。
【００２０】
しかしながら、かかる構成では、粉化した改質触媒がトラップされ、従来の水素生成装置及び燃料電池システムに比べ、第２の改質触媒への飛散量が低減されるので、アンモニアの生成量が抑制される。
【００２１】
以下、本実施形態の水素生成装置の具体的な実施例について説明する。
［実施例１］
実施例１の水素生成装置は、第１の改質触媒を支持するとともに、第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、トラップ器は、支持板の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。
【００２２】
かかる構成により、装置の使用が進んだ際に第１の改質触媒が粉化し下方に落下しても、トラップ器でトラップされ、第１の改質触媒の粉体が第２の改質触媒へ飛散量が低減するので、従来の水素生成装置に比べ、アンモニアの生成量が抑制される。
【００２３】
図１は、実施例１にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００２４】
図１に示す例において、本実施例の水素生成装置は、第１の改質触媒１と、第２の改質触媒２と、トラップ器４とを備える。
【００２５】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２は、改質反応を進行させ、原料から水素含有ガスを生成するための触媒である。改質反応は、いずれの改質反応でもよく、具体的には、水蒸気改質反応、オートサーマル反応及び部分酸化反応が例示される。本例では、水蒸気改質反応が用いられている。
【００２６】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２は、改質反応を進行させることが可能であれば、いずれの触媒であっても構わないが、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ及びＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種が触媒金属に好適に用いられる。
【００２７】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２の担持体としては、活性成分を高分散状態で担持できるものであれば、特に限定されない。担持体としては、アルミナ、シリカ、シリカアルミナ、マグネシア、ジルコニア、チタニア、ゼオライトからなる群の中から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。
【００２８】
第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２としては、触媒と反応室中のガスとの接触面積を充分に確保できるものが用いられる。基材としては、ハニカム形状、連通孔を有する発泡体形状の基材などが好ましく、ペレット形状でもよい。触媒の保持方法としては、基材がペレット形状もしくはコージェライトハニカムであれば、触媒充填位置の下部に網状もしくは開口部を有する触媒保持板１４を設置し、保持してもよい。基材がメタルハニカムであれば、水素生成装置１００のステンレス構造体に溶接し、保持してもよい。
【００２９】
原料は、少なくとも炭素及び水素を構成元素とする有機化合物を含み、具体的には、天然ガス、都市ガス、ＬＰＧ、ＬＮＧ等の炭化水素が例示される。都市ガスとは、ガス会社から配管を通じて各家庭等に供給されるガスをいう。原料供給源として、原料のインフラストラクチャ、及び、原料を貯蔵するボンベ等が例示される。
【００３０】
本実施例の水素生成装置１００では、第１の改質触媒１が粒状に形成され、第１の改質触媒１を支持する支持体８によって保持されている。ただし、支持体８は必須ではなく、例えば、第１の改質触媒１がハニカム構造をなすように構成されているような場合には、支持体８が設けられなくてもよい。
【００３１】
第２の改質触媒２は、第１の改質触媒１の下流かつ下方に設けられ、かつ第１の改質触媒１よりも高温に維持される。
【００３２】
本実施例の水素生成装置では、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２は、これらを覆う第１の側壁５を介して燃焼器（図示せず）で生成され、燃焼排ガス流路３を流れる燃焼排ガスにより第２の改質触媒２及び第１の改質触媒１の順に加熱するよう構成されている。なお、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２を加熱する手段は、上記に限定されず、第２の改質触媒２が、第１の改質触媒１よりも高温に維持されれば、いずれの形態であっても構わない。
【００３３】
第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも、改質反応に対して高い触媒能を有する。具体的には、第１の改質触媒１と第２の改質触媒２において触媒金属が異なる場合、第１の改質触媒が備える触媒金属は、第２の改質触媒２が備える触媒金属よりも改質反応に対する触媒能が高い。例えば、第１の改質触媒１には第２の改質触媒２よりも高い触媒能を有するＲｕ、及びＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種の触媒金属が好適に用いられ、第２の改質触媒２には第１の改質触媒１よりも低い触媒能を有するＰｔ、Ｒｈ、及びＰｄからなる群の中から選択される少なくとも１種の触媒金属が好適に用いられる。
【００３４】
また、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２が、同種の触媒金属で、第２の改質触媒２より第１の改質触媒１の方が、担体による単位体積あたりの触媒金属の担持量が多くなるよう構成してもよい。このような構成でも、第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも、改質反応に対して高い触媒能を有する。
【００３５】
また、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２が、同種の触媒金属を同量備え、第１の改質触媒１が、第２の改質触媒２よりも高い比表面積であるよう構成してもよい。このような構成でも、第１の改質触媒１は、第２の改質触媒２よりも、改質反応に対して高い触媒能を有する。
【００３６】
トラップ器４は、支持体８の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。トラップ器４の容積は、粉化して堆積した第１の改質触媒１により、第１の改質触媒１を通過したガスが第２の改質触媒２に流入するためのガス流路が塞がれることのない大きさに設定されていてもよい。
【００３７】
なお、本実施例の水素生成装置１００は、第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２を備える改質器の下流に反応器を設けない形態であるが、改質器の下流に水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ低減器（図示せず）を設ける形態であっても構わない。なお、ＣＯ低減器は、シフト反応により水素含有ガス中の一酸化炭素を低減する変成器と、メタン化反応及び酸化反応の少なくともいずれか一方により水素含有ガス中の一酸化炭素を低減するＣＯ除去器との少なくともいずれか一方を備える。
【００３８】
変成器には、変成触媒が充填される。変成触媒としては、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｐｔなどの金属が例示できる。
【００３９】
ＣＯ除去器には、メタン化触媒及び酸化触媒の少なくともいずれか一方が充填される。酸化触媒としては、一般的に、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｒｈ、Ｐｄ及びＮｉからなる群の中から選択される少なくとも１種が好適に用いられる。メタン化触媒としては、Ｒｕ等が好適に用いられる。
【００４０】
水素生成装置１００の水素生成運転時において、変成器の温度は例えば、摂氏１６０度以上かつ摂氏３２０度以下であり、ＣＯ除去器の温度は例えば、摂氏１２０度以上かつ摂氏２４０度以下である。
【００４１】
図１の例では、トラップ器４が、底面と、底面の縁から立ち上がる第２の側壁６とを備え、底面と第２の側壁６とで粉化した第１の改質触媒１を保持するように構成されている。ただし、トラップ部は、本構成に限定されるものではなく、粉化した改質触媒をトラップ可能であれば、いずれの構成であっても構わない。例えば、トラップ器４が第１の側壁５から斜め上方に延びる斜面をなすように構成されていてもよい。また図１の例では、トラップ器４が第１の側壁５により支持されているが、他の部位によって支持されていてもよい。
【００４２】
本実施例の水素生成装置１００では、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスは、第２の改質触媒２へと供給される。本例においては、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスは、トラップ器４の第２の側壁６と第１の改質触媒１及び第２の改質触媒２を保持する第３の側壁１０との間に形成されたガス流路を通じて第２の改質触媒２に流入する。
［実施例２］
実施例２の水素生成装置は、第１の改質触媒を支持するとともに、第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、トラップ器は、支持板の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。
【００４３】
また、本実施例の水素生成装置は、トラップ器の側壁が、第１の改質触媒を保持する側壁の外側に形成されている。
【００４４】
また、本実施例の水素生成装置は、第１の改質触媒を保持する側壁とトラップ器の側壁とで形成される流路を通過した後のガスを転回させトラップ器の側壁の外側を通過させるためのガイド部を備える。
【００４５】
トラップ器の側壁が長いほど、トラップ器に蓄積された第１の改質触媒の粉体が第２の改質触媒に流入しにくくなるので好ましいが、実施例１の水素生成装置において、トラップ器の側壁を長くすると第１の改質触媒と第２の改質触媒とを隔てる距離が長くなる。第１の改質触媒及び第２の改質触媒を保持する側壁（第１の側壁５及び第３の側壁１０）で囲まれた空間のうち各触媒を最適な温度に維持する範囲は決まっているので、上記のように第１の改質触媒と第２の改質触媒とを隔てる距離が長くなると、第１の改質触媒及び第２の改質触媒の少なくともいずれか一方の充填長を短くせざるを得ない。第１の改質触媒及び第２の改質触媒の少なくともいずれか一方の充填長が短くなると、改質反応の転化率が低下してしまう。 しかしながら、かかる構成により、第１の改質触媒及び第２の改質触媒を隔てる距離を長くすることなく、トラップ器の側壁の長さを長くすることができるので、改質反応の転化率の低下を抑制しながら、実施例１の水素生成装置よりトラップ器に蓄積された第１の改質触媒の粉体の流出を抑制し得る。 図２は、本実施例にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００４６】
図２に示すように、本実施例の水素生成装置１００では、トラップ器４の第２の側壁６が、第１の改質触媒１を保持する第４の側壁１０ａよりも外側に形成されている。
【００４７】
ガイド部１１は、第１の改質触媒１を保持する第４の側壁１０ａとトラップ器４の第２の側壁６とで形成される流路を通過した後のガスを転回させトラップ器４の第２の側壁６の外側を通過させるように構成されている。
【００４８】
水素生成装置１００において、その他の構成要素は、図１の水素生成装置１００と同様とすることができる。よって、図１と図２とで共通する構成については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
［実施例３］
実施例３の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置において、トラップ器の側壁が、第１の改質触媒を保持する側壁よりも外側に形成されるとともに支持板の下方において段形状を有する。
【００４９】
かかる構成により、粉化した第１の改質触媒が蓄積するトラップ器の底の断面積が小さくなるので、第１の改質触媒を通過した水素含有ガスが第１の改質触媒が蓄積する箇所に流入しにくくなり、ガス流れに淀みが生じ易くなる。これにより、本実施例の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置に比べ、トラップ器に蓄積した第１の改質触媒の粉体が、第２の改質触媒へ飛散することをより抑制し得る。
【００５０】
図３は、実施例３にかかる水素生成装置１００の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００５１】
図３に示すように、本実施例の水素生成装置１００では、トラップ器４の第２の側壁６が、第１の改質触媒１を保持する第４の側壁１０ａよりも外側に形成されるとともに、支持体８の下方において段形状を有する。
【００５２】
水素生成装置１００において、その他の構成要素は、図２の水素生成装置１００と同様とすることができる。よって、図２と図３とで共通する構成については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００５３】
ここで、図３に示すように本実施例の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置１００に比べ、トラップ器４の底断面積が小さくなるので、第１の改質触媒を通過した水素含有ガスが第１の改質触媒が蓄積する箇所に流入しにくくなり、ガス流れに淀みが生じ易くなる。
【００５４】
従って、本実施例の水素生成装置は、実施例２の水素生成装置に比べ、トラップ器に蓄積した第１の改質触媒の粉体が、第１の改質触媒を通過した水素含有ガスの流れに乗って第２の改質触媒へ飛散しにくくなる。
［実施例４］
実施例４の水素生成装置は、第１の改質触媒１を支持するとともに、第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、トラップ器は、支持板の下方に設けられ、粉化した第１の改質触媒を収める容体である。
【００５５】
また、本実施例の水素生成装置は、トラップ器の側壁が、第１の改質触媒を保持する側壁よりも外側に形成されている。
【００５６】
また、本実施例の水素生成装置は、第１の改質触媒を保持する側壁とトラップ器の側壁とで形成される流路を通過した後のガスを転回させトラップ器の側壁の外側を通過させるためのガイド部を備える。
【００５７】
さらに、トラップ器の側壁は、第１の改質触媒の側壁及び第２の改質触媒の側壁の外に設けられている。
【００５８】
かかる構成により、トラップ器４は、第１の改質触媒の側壁及び第２の改質触媒２の側壁の外にまで、その底部を拡張しているため、実施例２の水素生成装置に比べ、トラップ器の容体の容積を低下させずに、第１の改質触媒と第２の改質触媒とを隔てる距離を短くし得る。
【００５９】
図４は、実施例４にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００６０】
図４に示すように、本実施例の水素生成装置では、ガイド部１１は、第１の改質触媒１の第４の側壁１０ａ及び第２の改質触媒２の第５の側壁１０ｂの外に設けられている。
【００６１】
水素生成装置１００において、その他の構成要素は、図２の水素生成装置１００と同様とすることができる。よって、図４と図２とで共通する構成については同一の符号および名称を付して、詳細な説明を省略する。
【００６２】
本実施形態の構成では、トラップ器４を第１の改質触媒１の第４の側壁１０ａ及び第２の改質触媒２の第５の側壁１０ｂの外に設けているため、トラップ器４の容体の容積を水素含有ガス流路が塞がれることがないよう設定する際に、実施例１よりもトラップ器４を高さ方向に短小化させることができる。
【００６３】
なお、上記実施例１−４の水素生成装置１００において、トラップ器４の容体の容積が、粉化して堆積した第１の改質触媒１により、第１の改質触媒１を通過したガスが第２の改質触媒２に流入するためのガス流路が塞がれることのない大きさに設定されていてもよい。
【００６４】
かかる構成により、第１の改質触媒１が粉化してトラップ器４に堆積しても、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスが、第２の改質触媒２に流入するまでに流れるガス流路が閉塞されにくくなる。
【００６５】
また、上記実施例１−４の水素生成装置１００において、支持体８とトラップ器４との距離が、粉化して堆積した第１の改質触媒１により、第１の改質触媒１を通過したガスが第２の改質触媒２に流入するためのガス流路が塞がれることのない長さに設定されていてもよい。
【００６６】
かかる構成により、第１の改質触媒１が粉化してトラップ器４に堆積しても、第１の改質触媒１を通過した水素含有ガスが、第２の改質触媒２に流入するまでに流れるガス流路が閉塞されにくくなる。
［実施例５］
実施例５の水素生成装置は、トラップ器４が、第１の改質触媒１を支持するとともに、粉化した前記第１の改質触媒１を通過させず、かつ第１の改質触媒１を通過したガスが通過する孔を備える支持体である。
【００６７】
かかる構成では、トラップ部と支持板を共用しているため、実施例１−４の水素生成装置に比べ、トラップ器４の構成が簡素化されるとともに、低コスト化される。
【００６８】
図５は、実施例５にかかる水素生成装置の概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００６９】
図５に示すように、本実施例の水素生成装置１００では、トラップ器４が、第１の改質触媒１を支持するとともに、粉化した第１の改質触媒１を通過させず、かつ第１の改質触媒１を通過したガスが通過する孔を備える支持体である。ただし、トラップ部は、本構成に限定されるものではなく、粉化した改質触媒をトラップ可能であれば、いずれの構成であっても構わない。
【００７０】
水素生成装置１００において、図１と同様の符号を付したその他の構成要素は、実施例１の水素生成装置とその名称及び具体的な構成が同様であるので、詳細な説明を省略する。
（第２実施形態）
第２実施形態の燃料電池システムは、第１実施形態及びその実施例１−５のいずれかの水素生成装置と、該水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える。
図６は、第２実施形態にかかる燃料電池システムの概略構成の一例を示す側方断面図である。
【００７１】
図６に示すように、本実施形態の燃料電池システム２００は、水素生成装置１００と、燃料電池２０とを備える。
【００７２】
燃料電池２０は、水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する。燃料電池２０は、水素含有ガスと酸化剤ガスとを反応させて発電する。燃料電池２０は、いずれの種類の燃料電池であってもよいが、例えば、高分子電解質形燃料電池、固体酸化物形燃料電池、リン酸形燃料電池、または溶融炭酸塩形燃料電池等を用いることができる。
【００７３】
上記説明から、当業者にとっては、本発明の多くの改良や他の実施形態が明らかである。従って、上記説明は、例示としてのみ解釈されるべきであり、本発明を実行する最良の態様を当業者に教示する目的で提供されたものである。本発明の精神を逸脱することなく、その構造及び／又は機能の詳細を実質的に変更できる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
本発明の水素生成装置及び燃料電池は、従来の水素生成装置及び燃料電池システムに比べ、転化率が向上される水素生成装置及び燃料電池として有用である。
【符号の説明】
【００７５】
１ 第１の改質触媒
２ 第２の改質触媒
３ 燃焼排ガス流路
４ トラップ器
５ 第１の側壁
６ 第２の側壁
８ 支持体
１０ 第３の側壁
１０ａ 第４の側壁
１０ｂ 第５の側壁
１１ ガイド部
２０ 燃料電池
１００ 水素生成装置
２００ 燃料電池システム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の改質触媒と、前記第１の改質触媒の下流かつ下方に設けられ、前記第１の改質触媒よりも高温に維持される第２の改質触媒とを備え、前記第１の改質触媒は、前記第２の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高く、前記第１の改質触媒と第２の改質触媒との間に設けられた粉化した前記第１の改質触媒をトラップするトラップ器を備える、水素生成装置。
【請求項２】
前記トラップ器が、前記第１の改質触媒を支持するとともに、粉化した前記第１の改質触媒を通過させず、かつ前記第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体である、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記第１の改質触媒を支持するとともに、前記第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、前記トラップ器は、前記支持体の下方に設けられ、粉化した前記第１の改質触媒を収める容体である、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記容体の容積が、粉化して堆積した前記第１の改質触媒により、前記第１の改質触媒を通過したガスが前記第２の改質触媒に流入するためのガス流路が塞がれることのない大きさに設定されている、請求項３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記支持体と前記トラップ器との距離が、粉化して堆積した前記第１の改質触媒により、前記第１の改質触媒を通過したガスが前記第２の改質触媒に流入するためのガス流路が塞がれることのない長さに設定されている、請求項３記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記トラップ器の側壁が、前記第１の改質触媒を保持する側壁の外側に形成されている、請求項３−５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記第１の改質触媒を保持する側壁と前記トラップ器の側壁とで形成される流路を通過した後のガスを転回させ前記トラップ器の側壁の外側を通過させるためのガイド部を備える、請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記トラップ器の側壁が、第１の改質触媒の側壁及び第２の改質触媒の側壁の外に設けられている、請求項６または７記載の水素生成装置。
【請求項９】
請求項１−８のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える、燃料電池システム。
【請求項１】
第１の改質触媒と、前記第１の改質触媒の下流かつ下方に設けられ、前記第１の改質触媒よりも高温に維持される第２の改質触媒とを備え、前記第１の改質触媒は、前記第２の改質触媒よりも改質反応に対する触媒能が高く、前記第１の改質触媒と第２の改質触媒との間に設けられた粉化した前記第１の改質触媒をトラップするトラップ器を備える、水素生成装置。
【請求項２】
前記トラップ器が、前記第１の改質触媒を支持するとともに、粉化した前記第１の改質触媒を通過させず、かつ前記第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体である、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項３】
前記第１の改質触媒を支持するとともに、前記第１の改質触媒を通過したガスが通過する孔を備える支持体を備え、前記トラップ器は、前記支持体の下方に設けられ、粉化した前記第１の改質触媒を収める容体である、請求項１記載の水素生成装置。
【請求項４】
前記容体の容積が、粉化して堆積した前記第１の改質触媒により、前記第１の改質触媒を通過したガスが前記第２の改質触媒に流入するためのガス流路が塞がれることのない大きさに設定されている、請求項３のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項５】
前記支持体と前記トラップ器との距離が、粉化して堆積した前記第１の改質触媒により、前記第１の改質触媒を通過したガスが前記第２の改質触媒に流入するためのガス流路が塞がれることのない長さに設定されている、請求項３記載の水素生成装置。
【請求項６】
前記トラップ器の側壁が、前記第１の改質触媒を保持する側壁の外側に形成されている、請求項３−５のいずれかに記載の水素生成装置。
【請求項７】
前記第１の改質触媒を保持する側壁と前記トラップ器の側壁とで形成される流路を通過した後のガスを転回させ前記トラップ器の側壁の外側を通過させるためのガイド部を備える、請求項６記載の水素生成装置。
【請求項８】
前記トラップ器の側壁が、第１の改質触媒の側壁及び第２の改質触媒の側壁の外に設けられている、請求項６または７記載の水素生成装置。
【請求項９】
請求項１−８のいずれかに記載の水素生成装置と、前記水素生成装置より供給される水素含有ガスを用いて発電する燃料電池とを備える、燃料電池システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１３−７９１７４（Ｐ２０１３−７９１７４Ａ）
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２２０５８３（Ｐ２０１１−２２０５８３）
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月２日（２０１３．５．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月５日（２０１１．１０．５）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]