JP2003089502A - メタノール改質装置 - Google Patents

メタノール改質装置

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JP2003089502A JP2001275912A JP2001275912A JP2003089502A JP 2003089502 A JP2003089502 A JP 2003089502A JP 2001275912 A JP2001275912 A JP 2001275912A JP 2001275912 A JP2001275912 A JP 2001275912A JP 2003089502 A JP2003089502 A JP 2003089502A
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文和 木俣
Nobutoshi Konagai
信寿 小長井
Yukio Yamamoto
幸生 山本
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 負荷変動時に改質ガス中のＣＯ濃度を燃料電
池の許容濃度以下に低減可能であるコンパクトかつ高効
率なメタノール改質装置を提供すること。 【解決手段】 メタノールの改質装置の改質器２０は、
平板の積層構造により形成されている。改質器２０は、
改質燃料を気化して予熱する気化、予熱部１３，１４と
メタノールとしての改質燃料の反応を促進する燃焼触媒
を備えた改質部１２とを備えている。また、改質部１２
の下流側には改質部１２で生成された副生成物としての
ＣＯを酸化させる酸化部１５を設けている。酸化部１５
ではセンサ８を設け、ＣＯ酸化部冷却用空気が適度に供
給される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、燃料電池電気自動車に
必要な燃料水素を高効率で発生させることができ、ＣＯ
濃度を十分に低減するコンパクトなメタノール改質装置
に関する。
【０００２】
【従来の技術】メタノールの水蒸気改質により水素を発
生させる場合、この反応が吸熱反応であり、また、メタ
ノールの水蒸気改質では、銅系の触媒を用いると通常２
５０〜３５０℃の温度で反応を行う必要がある。そのた
め、改質原料ガスや改質触媒に熱を供給する必要があ
る。この加熱方法として、メタノールや燃料電池からの
オフガスを燃焼触媒により燃焼させる燃焼室と改質反応
を行わせる改質室とを隔壁を介して交互に積み重ねて、
改質反応に効率よく燃焼熱を供給する積層型の改質器が
提案されている。
【０００３】改質ガス中には、Ｈ2、ＣＯ2の他に副生成
物として１％程度のＣＯが含まれるが、燃料電池スタッ
クのアノードに使用されているＰｔ触媒は、改質ガス中
にＣＯが含まれると被毒され、電池の出力が大幅に低下
してしまう。そのため、ＣＯ濃度をできるだけ少なくす
る必要がある。通常、改質ガスは２５０〜３００℃の温
度で改質器から排出されるので、ＣＯの酸化に適した温
度に改質ガスを冷却する必要がある。また、ＣＯ選択酸
化反応に使用する触媒は、反応温度が低すぎるとＣＯ転
化率が低下し、高すぎるとＣＯ転化率の低下とともに改
質ガス中のＣＯと水素の反応によりメタンが発生してし
まうため、最適な温度範囲（１１０〜１２０℃）に正確
にコントロールする必要がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】特開平11-228103号公
報や特願2000-154001号では、ＣＯ酸化部を設けた積層
型の改質器が提案されているが、改質システム全体の温
度は定常条件でのみ制御が可能であるため、加減速によ
る負荷変動が激しい燃料電池電気自動車に搭載し、改
質、燃焼燃料の流量が変動した場合、ＣＯ酸化部の温度
が反応に適した温度域からずれて、ＣＯを十分に低減で
きないおそれがある。また、改質システム中に、改質ガ
スの冷却機能を持たせた特願2000-323162号があるが、
冷却用の熱交換器とＣＯ酸化部が改質部と別体であり装
置として大きなものとなってしまう。また、複数の部品
から構成されるので装置および組付けが複雑になるた
め、コストが高くなり、量産も難しい。
【０００５】本発明はこのような事情に鑑みてなされ、
熱効率に優れる積層型改質器にＣＯ選択酸化装置を積層
構造内に組み込み、さらに、ＣＯ酸化部の温度を正確に
コントロールして負荷変動時に改質ガス中のＣＯ濃度を
燃料電池の許容濃度以下に低減可能であるコンパクトか
つ高効率なメタノール改質装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、平板の積層構造により燃焼触媒を備えた燃
焼部と、改質燃料を反応させて水素と二酸化炭素にする
触媒を備えた改質部とを設けるとともに、上記燃焼部へ
連通する通路と、改質部へ連通する通路とを設けたメタ
ノール改質装置において、上記改質部で生成された副生
成物としての一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させる酸化
部を設けた。上記発明の上記平板は一対の通路を複数有
する薄板と、任意の一対の通路に出入り口が連通し上記
薄板で仕切られる流体の流路を設けたスペーサとを交互
に積層することによって、上記流路を有する燃焼部、改
質部及び酸化部を形成したものであって、上記複数の通
路を有する薄板は、該複数の通路を有するものと上記一
対の通路のうち１つを閉塞したものとを用い、上記スペ
ーサは流路の出入り口が上記薄板の一対の通路に連通す
るものと流路の出入り口の１つが一対の通路以外のいず
れか１つの通路に連通させたものとを用い、これら通路
の異なる薄板と流体の流路の出入り口が異なるスペーサ
とを適宜選択し、上記燃焼部、改質部、気化部及び酸化
部を通る流体の流れを規制することができる。また、上
記発明の上記酸化部を一酸化炭素の酸化反応に適した温
度に制御するために上記酸化部に冷却用空気の流路を設
けることができ。さらに上記酸化部は上記改質部の下流
側に設置することができる。上記発明は、上記酸化部の
冷却に使用した冷却用空気を酸化部の冷却後に、メタノ
ール燃焼用空気として利用することができ、上記改質部
を通過した流体の熱を改質燃料の気化部の加熱に利用す
ることもできる。
【０００７】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態におけ
るメタノール改質装置ついて、図面を参照しながら説明
する。図１に積層型メタノール改質装置の改質器の基本
構造を示す。この装置は、片面に燃焼触媒１ａを、もう
一方の面に改質触媒１ｂをコートした流体の通路を有す
る金属製薄板１と、角形に曲がっているスリット状の流
路を有しスペーサ３を交互に何重にも積層して燃焼部１
１と改質部１２を有する改質器１０が形成されている。
詳しくは、円形の薄板１の外周部側には、点対称の位置
にある一対の通路１ｃが９０度間隔で４組が配設され、
薄板１の中心部は、通路を有せず表裏両面のうち一方の
面に燃焼触媒１ａを装着し、他方の面に改質触媒１ｂを
装着している。他方、スペーサ３は、薄板１に対応する
位置に通路３ｃを形成し、中心部側には一筋の曲がった
スリット状の流路が設けられている。この流路の一端
は、上記一対の通路のうち任意の１つと連通し、他端は
その他方側の通路に連通している。
【０００８】燃焼部１１ではスペーサ３の燃焼室として
の流路の上下に燃焼触媒１ａが位置するように、改質部
１２ではスペーサ３の改質室としての流路の上下に改質
触媒１ｂが位置するように金属製薄板１を積層し、燃焼
部１１と改質部１２とが交互に配設されている。スペー
サ３は燃焼部１１と改質部１２とで同一形状のものを使
用し、向きを周方向に１８０度変えることにより、燃焼
ガスと改質ガスが混合することのない独立したガス流路
を形成できる。その結果、金属製薄板１とスペーサ３の
二種類だけの部品を組み合わせることで改質器１０を作
製でき、部品点数が少なくて済むので、低コストな改質
器１０とすることができる。また、組付けはボルト、ナ
ットによる締め付けだけで行うことができ、溶接等の手
間のかかる工程を必要としないので、この点でも低コス
トとなる。また、積層する金属製薄板１とスペーサ３の
枚数を増減することにより、改質器１０の水素発生容量
を自由に変更できる利点がある。
【０００９】改質器１０の上面と下面には、交互に積層
した金属製薄板１とスペーサ３を上下からボルト締めに
より押さえつけ、各ガスの漏れを防ぐための押さえ板５
ａ，５ｂを設けている。そして、図２に示すように積層
した改質器１０を、真空断熱層６ａを持つステンレス製
の容器６に収容するとともに、断熱蓋としての断熱材７
で上部を覆い外部への放熱によるロスを極力抑えること
により、効率の高い装置としている。
【００１０】本発明は、この基本的なメタノール改質装
置の積層構造内に気化、予熱部及びＣＯ酸化部を一体的
に組み込んだものであり、さらには負荷変動時も最適な
温度域で改質ガス中のＣＯ濃度を低減することができる
ようＣＯ酸化部冷却装置も積層構造内に組み込んだもの
である。以下、それらの構造について詳細に説明する。
【００１１】図３に改質部１２、気化、予熱部１３，１
４、ＣＯ酸化部１５およびＣＯ酸化部冷却装置を組み込
んだ改質器２０について、ＣＨ3ＯＨ（メタノール）と
水とからなる改質燃料を反応させてＨ2とＣＯ2にする改
質ガスの流路２１を図中の実線で示す。また、ＣＨ3Ｏ
Ｈと空気とからなる燃焼燃料がＣＯ2と水に燃焼される
燃焼排ガスの流路２２を破線で示し、ＣＯ酸化用空気の
流路２３を実線で示し、ＣＯ酸化部冷却用空気の流路２
４を一点鎖線で示す。ＣＯ酸化部１５は積層構造の最上
部に設置し、以下、気化、予熱部１３，１４と続き、温
度が最も高い改質部１２を一番下に設置して、上部から
下部へ向かうに従って温度が高くなるよう改質装置を構
成する。これにより、熱エネルギーを最も効率的に利用
できる温度分布にすることができる。
【００１２】改質燃料のメタノールと水は、液体の状態
で改質装置内の気化、予熱部１３，１４に導入され、燃
焼部１１での燃焼反応による熱が金属製薄板を介して気
化、予熱部１３，１４に伝わり、改質燃料が気化され、
改質反応に適した温度（２５０℃以上）まで予熱され
る。予熱された改質燃料は改質部１２に導入され、改質
触媒１ｂにより改質反応が進行する。改質部１２でも吸
熱反応である改質反応に燃焼部１１での反応熱が金属製
薄板１Ｂ（図８，１１参照）を介して供給され、高い反
応率で改質反応が進行する。改質されたガスは、出口ス
リット位置の異なるスペーサ４により改質器２０の上部
へ戻される。上部へ戻される途中で、改質部上面の空気
導入穴から流路２３を介してＣＯ酸化用空気が供給さ
れ、流路２１から供給される改質ガスと混合され、ＣＯ
酸化部１５に導入される。ＣＯ酸化部１５では、改質ガ
スが金属製薄板１Ｃ（図４参照）を介して冷却用空気に
より冷却され、反応に最適な温度範囲（１１０〜１２０
℃）に制御され、ＣＯ酸化触媒１ｆにより改質ガス中の
ＣＯ濃度が十分に低減される。負荷変動時はＣＯ酸化部
に設けられた温度センサ８からの信号により導入する空
気の流量を制御し、ＣＯ酸化部１５を最適な温度に制御
する。さらに、冷却に使った空気は熱を持っているの
で、ＣＨ3ＯＨ燃焼用の空気の流路２２に供給し、再利
用することにより改質システム全体の熱効率が向上す
る。
【００１３】図４にＣＯ酸化部１５における改質ガスの
流路２１、ＣＯ酸化用空気の流路２３、ＣＯ酸化部冷却
用空気の流路２４の具体例を示す。改質部１２から上方
に排出された改質ガスは、ガス流路２１中の改質部上面
の空気導入穴から供給されたＣＯ酸化用空気の流路２３
と合流点Ｐで合流されて、ＣＯ酸化部１５に導入され
る。ＣＯ酸化部１５では、片面にのみＣＯ選択酸化触媒
１ｆがコーティングされた金属製薄板１Ｃを使用し、改
質ガスが流れるスペーサ３の上下がＣＯ選択酸化触媒１
ｆになるよう金属製薄板１Ｃを積層する。ＣＯ選択酸化
触媒１ｆとしては、ＣＯ選択酸化反応に対する活性と選
択性を有する触媒であれば特に限定されないが、Ｒｕ系
やＰｔ／Ｒｕ系触媒が好ましい。
【００１４】ＣＯ酸化部１５では、改質ガスが金属製薄
板１Ｃを介して冷却用空気により冷却され、反応に最適
な温度範囲（１１０〜１２０℃）に制御される。改質ガ
スはＣＯ酸化触媒によりＣＯ濃度が十分に低減された
後、上方に排出され、燃料電池スタックへと供給され
る。また、ＣＯ酸化部に温度センサ８を設け、センサ８
からの信号により導入する空気の流量を制御し、負荷変
動時もＣＯ酸化部１５を最適な温度に制御することが可
能である。
【００１５】さらに、ＣＯ酸化反応の最適温度は１１０
〜１２０℃であるのに対し、改質ガスは２５０〜３００
℃の高温で改質部１２から出てくる。よって、この改質
ガスの熱を気化、予熱部１３，１４の熱源として利用し
改質システム全体の熱効率を向上させることが可能であ
る。図５に改質ガスを気化、予熱部１３，１４の加熱に
利用する場合の各ガスの流れを示す。ただし、気化、予
熱部１３，１４の熱源を全部改質ガスにしてしまうと始
動時に改質燃料を気化することができなくなるため、始
動に必要な分だけ燃焼部１１を気化、予熱部１３，１４
内に積層する必要がある。
【００１６】以下、本発明に適用する改質器２０の構成
部品の詳細について説明する。図６にガスの通路穴１ｃ
がすべて開いている金属製薄板１の拡大図、図７にガス
の通路穴１ｃを一つ閉じた金属製薄板２の拡大図を示
す。金属製薄板１の中央部には、気化、予熱部１３，１
４では片面にのみ燃焼触媒１ａがコーティングされる。
この金属製薄板１を符号１Ａで示す。改質部１２では片
面に燃焼触媒１ａがコーティングされ、もう一方の面に
改質触媒１ｂがコーティングされている。この金属製薄
板１を符号１Ｂで示す。ＣＯ酸化部１５では片面にのみ
ＣＯ選択酸化触媒１ｆがコーティングされる。この金属
製薄板１を符号１Ｃ（なお、これらの金属性薄板１Ａ〜
１Ｃを、単に金属製薄板１と称すこともある）で示す。
一対の通路穴１ｃの間には、各々にボルト孔１ｄが形成
されている。
【００１７】他方、金属製薄板２の中央部には、片面に
のみ燃焼触媒１ａがコーティングされている。図７に示
すように、触媒コート部の周囲には、燃焼燃料ガス、燃
焼排ガス、改質燃料、改質ガス、ＣＯ酸化用空気、ＣＯ
酸化部冷却用空気を通す７個の通路穴２ｃを設けてい
る。この金属製薄板２では、ガスの通路穴２ｃが一つ開
いていない部分２ｆが存在する。金属製薄板２の一対の
通路穴２ｃの間及び通路穴２ｃと通路穴２ｃが開いてい
ない部分２ｆの間には、ボルトで上下から締め付けるた
めのボルト穴２ｄが形成されている。さらに、触媒コー
ト部１ａ，１ｂ、および、ガス通路１ｃ，２ｃおよびガ
スの通路穴２ｃが一つ開いていない部分２ｆの周囲に
は、図６，７の破線で示す位置にビード１ｅ，２ｅを付
けて、上下からのボルトナットの締め付けだけで、ガス
漏れのない装置を組み立てることを可能にしている。金
属製薄板１，２の材質としては、熱伝導を良くするため
に板厚の薄い方が良く、さらに、３００〜４００℃付近
での強度、耐熱性や耐食性を考えるとステンレス製が最
も良い。熱伝達を効率よくするために、このステンレス
製薄板の厚みは、０．５ｍｍ以下とするとさらに良い。
【００１８】図８にガスの通路穴２ｃを一つ閉じた金属
製薄板２を使用したときの気化部１３、予熱部１４、改
質部１２における各ガスの流れを示す。図を見やすくす
るために、気化部１３、予熱部１４、改質部１２の金属
製薄板１と改質燃料、改質ガスの流路２１だけを示し
た。実際には、各金属製薄板１の間にはスペーサ３が存
在し、さらに、燃焼部１１が各層の間に存在するが、そ
れらを省略している。気化部１３に導入された改質燃料
は、金属製薄板２の通路穴２ｃが一つ閉じられた部分２
ｆまで導入され、ここから２系統に分岐し、金属製薄板
２より上にある金属製薄板１Ａとこの金属製薄板２上
（面）で気化され、通路穴２ｃで合流する。
【００１９】気化された改質燃料は、金属製薄板２の気
化部１３用スペーサ出口スリットとつながった通路穴２
ｃから排出される。気化部１３の改質燃料出口が予熱部
１４の入口となり、同様にして次の金属製薄板２の層ま
で予熱部１４が形成され、下流側の改質部１２につなが
っている。図では２層毎にガスの通路穴を一つ閉じた金
属製薄板２を設けているが、積層するスペーサ３と金属
製薄板１，２の枚数は自由に変更できる。例えば、気化
部１３に金属製薄板１Ａ，２が複数組ある場合は、次の
金属製薄板１Ａ，２でも同様に２系統に分岐し、次の通
路穴２ｃで合流させることができる。また、気化部１
３、予熱部１４、改質部１２の各部の中でガスの通路穴
２ｃを一つ閉じた金属製薄板２のみを使用することによ
り、ガスの流路２１長を長くすることができる。例え
ば、改質部１２の中でガスの通路穴を一つ閉じた金属製
薄板を複数枚使用して、上記のようにガスの通路を２系
統に分岐することなく、それを直列に並べて１系統にす
ることによって、ガス通路長を長くし、燃料ガスと触媒
との接触距離（時間）を長くすることで改質効率を向上
できる。
【００２０】さらに、改質部１２のスペーサの出口スリ
ットの位置を変更することにより、入口側に折り返すよ
うにして、入口（上面）側と同じ方向に改質ガスを排出
し、改質器２０から外部への放熱を防ぐため、図２に示
すような真空断熱層６ａをもつステンレス製容器６に収
容することを可能としている。図９，１０に出口スリッ
トの位置が異なる２種類のスペーサ３，４の拡大図を示
す。このスペーサ３，４には、中央部に金属製薄板１の
触媒コート部とほぼ同じ形状の空間３ａ，４ａを設けて
いる。さらに、凸部３ｂ，４ｂを付けることにより流路
をほぼＳ次形状に迂回させ、ガス通路を長くすることで
燃焼部１１と気化、予熱部１３，１４、改質部１２との
熱交換効率向上を図っている。ガス流路としての中央部
の空間３ａ，４ａの周囲には、金属製薄板１と同じ形状
のガス通路３ｃ，４ｃを、さらに、ボルトで上下から締
め付けるためのボルト穴３ｄ，４ｄを設けている。
【００２１】スペーサ３，４には、中央の触媒部の空間
３ａと各ガス通路部３ｃを結ぶ断面が凹凸形状の入口ス
リット３ｅ，４ｅ及び出口スリット３ｆ，４ｆを設けて
いる。スリット形状にすることにより、入口及び出口部
分でもスペーサ３，４と金属製薄板１，２を押さえつけ
ることができ、ガスの漏れを防ぐことができる。スペー
サ３，４のうち一方のスペーサ４は、スペーサ３だけを
使用したときにガス通路穴４ｃとして使われていないガ
ス通路穴の位置に出口スリット４ｆを設けている。この
スペーサ３，４の厚さは０．５〜５ｍｍ程度にすると良
い。薄すぎると、ガスの通りが悪くなり、ガス圧の上昇
やガス流の不均一が生じる。また、厚すぎると、未反応
ガスが生じたり、容積や重量が増加してしまう。スペー
サ３、４の材質としては、３００〜４００℃付近で使用
できれば良く、ステンレスや銅が使用でき、軽量化を考
えるとアルミとチタンなどが考えられる。図１１に出口
スリットの位置を変更したスペーサ４を使用した改質器
２０における改質ガスの流れを示す。複数ある通路穴４
ｃのうち他の通路で使われていないガス通路穴４ｃに出
口スリット４ｆを連通することにより、燃料入口と同じ
方向の上面側にガスを戻すことができ、真空断熱層を持
つ容器に収容できるようになり、外部への放熱によるロ
スを抑えることにより、効率の高い装置とすることがで
きる。
【００２２】改質器２０の上面と下面には、図１２に示
すように、交互に積層した金属製薄板１，２とスペーサ
３，４を上下からボルトにより押さえつけ、各ガスの漏
れを防ぐための押さえ板５ａ，５ｂを設ける。上面の押
さえ板５ａには、燃焼燃料、燃焼排ガス、改質燃料ガ
ス、改質ガス、ＣＯ酸化用空気、ＣＯ酸化部冷却用空気
を通す通路穴５ｃを設けている。この通路穴５ｃは、ス
ペーサ３，４と金属製薄板１，２のガス通路穴１ｃ，２
ｃに一致するよう任意の位置に設けることができる。上
面および下面の押さえ板５ａ，５ｂには、ボルトで上下
から締め付けるためのボルト穴５ｄを設けている。ま
た、上面および下面の押さえ板５ａ，５ｂには、ボルト
で上下から締め付けるためのボルト穴５ｄを設けてい
る。さらに、本発明では、図２に示すように、積層した
改質器２０を真空断熱層６ａを持つステンレス製の容器
６に収容して、外部への放熱によるロスを抑えることに
より、効率の高い装置としている。改質器２０の上部に
はセラミックス製の断熱材７を設置し、上部からの放熱
を抑えている。
【００２３】以上、ガス通路穴の一つが閉じているかど
うかの違いだけの金属製薄板２種類と、出口スリットの
位置が異なるだけのスペーサ２種類とを合わせて４種類
の部品だけを組み合わせることで改質部、燃焼部、気化
予熱部、ＣＯ酸化部、ＣＯ酸化部冷却装置の全ての一体
化した改質器２０を作製でき、部品点数が少なく低コス
トな改質器２０とすることができる。また、改質器２０
の組付けはボルト、ナットによる締め付けだけで行うこ
とができ、溶接等の手間のかかる工程を必要としないの
で、この点でも低コストとなり量産性も高い。また、積
層する金属製薄板とスペーサの枚数を増減することによ
り、改質器２０の水素発生容量を自由に変更できる。
【００２４】
【実施例】改質器の構成は以下の通りである。 ［金属製薄板］金属製薄板としてＳＵＳ３０１Ｈ、外径
はφ１６０ｍｍ、板厚０．２ｍｍのものを使用した。 ・気化、予熱部 気化、予熱部では、金属製薄板の片面に燃焼触媒として
１〜５ｗｔ％／Ｐｔ／アルミナの触媒を塗布し、もう一
方の面には何も塗布しないで使用した。 ・改質部 改質部では、金属製薄板の片面に燃焼触媒として１〜５
ｗｔ％／Ｐｔ／アルミナの触媒を塗布し、もう一方にＣ
ｕ−Ｚｎ系の改質触媒を塗布した。 ・ＣＯ酸化部 ＣＯ酸化部では、金属製薄板の片面にＣＯ選択酸化触媒
として１ｗｔ％Ｐｔ−Ｒｕ／アルミナ触媒を塗布し、も
う一方の面には何も塗布しないで使用した。触媒塗布面
積は金属製薄板一枚の片面につき１００ｍｍ×１００ｍ
ｍとした。 ［スペーサ］スペーサはＳＵＳ３０４、外径はφ１６０
ｍｍ、板厚２ｍｍのものを使用した。
【００２５】改質器は、ＣＯ選択反応部５層、気化予熱
部を８層、改質部を１０層、燃焼部を１９層とし、スペ
ーサと金属製薄板を積層させた改質器を作製した。反応
部の上部と下部には、ＳＵＳ３０４製で厚さ１０ｍｍの
押さえ板を取り付け、ボルト、ナットにより固定した。
さらに、放熱による熱のロスを低減するために、真空断
熱層をもつステンレス製の容器内に改質器を収容した。
【００２６】燃焼部の入口から燃焼燃料ガスとしてメタ
ノールと空気を供給し、気化部の入口からメタノールと
水のモル比が１対１の改質燃料を液体の状態で供給し、
ＣＯ選択酸化用に空気を供給した。供給空気量は、十分
にＣＯ濃度を低減するために、改質ガス中のＣＯ濃度か
ら計算される必要空気量の２〜５倍にした。実験の結
果、改質部の温度約３００℃で、９５％の改質率と、４
０リットル／ｍｉｎの水素を発生させることができた。
さらに、ＣＯ酸化部冷却用空気を導入してＣＯ酸化部の
温度を１１５℃に制御して改質ガス中のＣＯ濃度を１０
ｐｐｍに低減することができた。
【００２７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技
術的思想に基づいて種々の変形または変更が可能であ
る。例えば、金属製薄板とスペーサの組合せ方法は、改
質器のサイズや水素発生容量等に最適になるように選択
すれば良く、本発明で示した組合せに限定されない。さ
らには、金属製薄板とスペーサとを各々１枚を１組とし
て一体形成し、それを積層したものであってもよい。改
質燃料としては、メタノールの変わりにジメチルエーテ
ル（ＤＭＥ）を使用することができる。この場合、ＤＭ
Ｅは常温で気体であるため気化部を必要としない。燃焼
燃料としてメタノールの変わりに燃料電池スタックから
のオフガス（Ｈ2ガス）を使用することにより、効率を
更に高めることができる。
【００２８】
【発明の効果】本発明の請求項１のメタノール改質装置
によると、平板の積層構造により燃焼触媒を備えた燃焼
部と、改質燃料を反応させて水素と二酸化炭素にする触
媒を備えた改質部とを設けるとともに、上記燃焼部へ連
通する通路と、改質部へ連通する通路とを設けたメタノ
ール改質装置において、上記改質部で生成された副生成
物としての一酸化炭素を二酸化炭素に酸化させる酸化部
を設けたので、改質器の外部にＣＯ除去装置を設ける必
要がなく、コンパクトなメタノール改質装置とすること
ができる。本発明の請求項２のメタノール改質装置によ
ると、上記積層構造内の上記改質部の手前側に上記改質
燃料を気化させる気化部を設けたので、効率良くメタノ
ールと水を水素とＣＯ2にすることができ、装置自体も
コンパクトである。本発明の請求項３のメタノール改質
装置によると、上記平板は一対の通路を複数有する薄板
と、任意の一対の通路に出入り口が連通し上記薄板で仕
切られる流体の流路を設けたスペーサとを交互に積層す
ることによって、上記流路を有する燃焼部、改質部及び
酸化部を形成したものであって、上記複数の通路を有す
る薄板は、該複数の通路を有するものと上記一対の通路
のうち１つを閉塞したものとを用い、上記スペーサは流
路の出入り口が上記薄板の一対の通路に連通するものと
流路の出入り口の１つが一対の通路以外のいずれか１つ
の通路に連通させたものとを用い、これら通路の異なる
薄板と流体の流路の出入り口が異なるスペーサとを適宜
選択し、上記燃焼部、改質部、気化部及び酸化部を通る
流体の流れを規制するようにしたので、金属製薄板とス
ペーサのわずかな形状の変更だけで積層型改質器にＣＯ
酸化部を組み込むことができる。本発明の請求項４のメ
タノール改質装置によると、上記酸化部を一酸化炭素の
酸化反応に適した温度に制御するために上記酸化部に冷
却用空気の流路を設けたので、負荷変動時も改質ガス中
のＣＯ濃度を十分に低減できる。本発明の請求項５のメ
タノール改質装置によると、上記酸化部は上記改質側の
下流側に設置するようにしたので、改質装置が最も熱効
率の良い温度分布となる。本発明の請求項６のメタノー
ル改質装置によると、上記酸化部の冷却に使用した冷却
用空気を酸化部の空気を冷却した後に、メタノール燃焼
用空気として利用することにより、廃熱利用によりシス
テム全体の熱効率が向上するようになる。本発明の請求
項７のメタノール改質装置によると、上記改質部を通過
した流体の熱を改質燃料の気化部の加熱に利用すること
により、改質ガスの廃熱利用によりシステム全体の熱効
率が向上するようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態で説明した基本的な積層型
のメタノール改質装置の改質器の全体概略図である。
【図２】図１の改質器を真空断熱容器に入れた状態を示
す図である。
【図３】本発明の実施の形態における改質部、気化、予
熱部、ＣＯ酸化部を含む一体型改質器のガスの流れ全体
を示す概略図である。
【図４】図３のＣＯ酸化部における改質ガス、ＣＯ酸化
部冷却用空気の流れを金属製薄板とスペーサで示した斜
視図である。
【図５】図３に示した改質器を変形させて改質ガスを気
化部、予熱部の加熱に利用したときのガスの流れ全体を
示す概略図である。
【図６】本発明の実施の形態で説明した複数あるガス通
路穴が全部開いている金属製薄板の平面図である。
【図７】図６の複数あるガス通路穴が一つ閉じられてい
る金属製薄板の平面図である。
【図８】図７のガス通路穴が一つ閉じられている金属製
薄板と図６のガス通路穴が全部開いている金属製薄板を
使用したときの改質燃料、ガスの流れを示す金属製薄板
の斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態に用いたガスの流路として
スリットを形成した基本的なスペーサの平面図である。
【図１０】図９のスリットに対して通路穴への連通口を
変更した出口スリットの位置が異なるスペーサの平面図
である。
【図１１】図１０の出口スリットの位置が異なるスペー
サと図９の基本的な形状のスペーサを使用いたときの改
質燃料、ガスの流れを示すスペーサと金属製薄板の斜視
図である。
【図１２】本発明の実施の形態に用いたスペーサと金属
製薄板を挟持する上下押さえ板の斜視図である。
【符号の説明】
１ ガス通路穴が全部開いている金属製薄板 １Ａ 片面に燃焼触媒を塗布した金属製薄板 １Ｂ 片面に燃焼触媒をもう一方の片面に改質触媒を塗
布した金属製薄板 １Ｃ 片面にＣＯ選択酸化触媒を塗布した金属製薄板 １ａ 燃焼触媒 １ｂ 改質触媒 １ｃ，２ｃ，３ｃ，４ｃ，５ｃ 燃料又はガス通路穴 １ｄ，２ｄ，３ｄ，４ｄ，５ｄ ボルト穴 １ｅ，２ｅ ビード １ｆ ＣＯ選択酸化触媒 ２ ガス通路穴が一つ閉じている金属製薄板 ２ｆ ガス通路穴を閉じた部分 ３ スペーサ ３ａ，４ａ 中央部空間 ３ｂ 凸部 ３ｅ，４ｅ 入口スリット ３ｆ，４ｆ 出口スリット ４ 出口スリットの位置が異なるスペーサ ４ｂ 凸部 ５ａ 上面押さえ板 ５ｂ 下面押さえ板 ６ 真空保温容器 ６ａ 真空断熱層 ７ 断熱材 ８ ＣＯ酸化部温度センサ １０ 積層型改質器 １１ 燃焼部 １２ 改質部 １３ 気化部 １４ 予熱部 １５ ＣＯ酸化部 ２０ ＣＯ酸化部一体型改質器 ２１〜２４ 流路
─────────────────────────────────────────────────────
【手続補正書】
【提出日】平成１４年９月１３日（２００２．９．１
３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図５
【補正方法】変更
【補正内容】
【図５】
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正内容】
【図８】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 幸生 静岡県浜松市高塚町300番地 スズキ株式 会社内 Ｆターム(参考） 4G040 EA01 EA02 EA06 EB03 EB12 EB23 EB31 EB44 EB46 5H027 AA02 BA01 BA16 BA17

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 平板の積層構造により燃焼触媒を備えた
    燃焼部と、改質燃料を反応させて水素と二酸化炭素にす
    る触媒を備えた改質部とを設けるとともに、上記燃焼部
    へ連通する通路と、改質部へ連通する通路とを設けたメ
    タノール改質装置において、 上記改質部で生成された副生成物としての一酸化炭素を
    二酸化炭素に酸化させる酸化部を設けたことを特徴とす
    るメタノール改質装置。
  2. 【請求項２】 上記積層構造内に上記改質部の手前側に
    上記改質燃料を気化させる気化部を設けたことを特徴と
    する請求項１に記載のメタノール改質装置。
  3. 【請求項３】 上記平板は一対の通路を複数有する薄板
    と、任意の一対の通路に出入り口が連通し上記薄板で仕
    切られる流体の流路を設けたスペーサとを交互に積層す
    ることによって、上記流路を有する燃焼部、改質部及び
    酸化部を形成したものであって、 上記複数の通路を有する薄板は、該複数の通路を有する
    ものと上記一対の通路のうち１つを閉塞したものとを用
    い、上記スペーサは流路の出入り口が上記薄板の一対の
    通路に連通するものと流路の出入り口の１つが一対の通
    路以外のいずれか１つの通路に連通させたものとを用
    い、これら通路の異なる薄板と流体の流路の出入り口が
    異なるスペーサとを適宜選択し、上記燃焼部、改質部、
    及び酸化部を通る流体の流れを規制するようにしたこと
    を特徴とする請求項１または２に記載のメタノール改質
    装置。
  4. 【請求項４】 上記酸化部を一酸化炭素の酸化反応に適
    した温度に制御するために上記酸化部に冷却用空気の流
    路を設けたことを特徴とする請求項１または３のいずれ
    かに記載のメタノール改質装置。
  5. 【請求項５】 上記酸化部は上記改質部の下流側に設置
    するようにしたことを特徴とする請求項１〜４のいずれ
    かに記載のメタノール改質装置。
  6. 【請求項６】 上記酸化部の冷却に使用した冷却用空気
    を酸化部の空気を冷却した後に、メタノール燃焼用空気
    として利用することを特徴とする請求項１〜５のいずれ
    かに記載のメタノール改質装置。
  7. 【請求項７】 上記改質部を通過した流体の熱を改質燃
    料の気化部の加熱に利用するようにしたことを特徴とす
    る請求項２〜６のいずれかに記載のメタノール改質装
    置。
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