JPH08225301A

JPH08225301A - メタノール改質装置

Info

Publication number: JPH08225301A
Application number: JP7056640A
Authority: JP
Inventors: Masayoshi Taki; 正佳滝
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-02-21
Filing date: 1995-02-21
Publication date: 1996-09-03

Abstract

(57)【要約】【目的】良好な改質率を維持しつつ、メタノール改質
装置を小型化する。【構成】改質原料ガス供給部１０が、改質原料液が気
化する改質原料液気化部１４と、この改質原料液気化部
１４で気化した改質原料ガスが流通する改質原料ガス流
路１５と、この流路１５を流通するガスにより流動化す
る粒子２２とを備え、また、改質原料ガスを燃料ガスに
改質する改質反応部１１が、改質原料ガスが導入されて
燃料ガスに改質される改質反応流路２６と、この流路２
６を流通するガスにより流動化する触媒の粒子２８とを
備え、さらに、改質原料ガス流路１５および改質反応流
路２６と熱授受可能に配設された熱源流体流路１８に熱
源流体の流通により流動化する粒子２５が封入された。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、メタノールと水とを
含有する改質原料液から水素ガスを含有する燃料ガスを
生成するメタノール改質装置に関し、特に、このメタノ
ール改質装置における改質反応を促進させるための構造
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】騒音の低減や排気ガスの浄化等における
低公害化を図る車両として電気自動車の開発が進められ
ている。そのエネルギ源として蓄電池を用いる形式と、
燃料電池を用いる形式とが試みられている。この燃料電
池をエネルギ源として用いる場合、燃焼によって生じる
排気ガスがクリーンな水素ガスを燃料とすることが望ま
しい。そこで最近では、炭化水素例えばメタノールを原
料とし、これの水蒸気改質反応を行うメタノール改質装
置を車両に搭載して、水素ガスを含有する燃料ガスを得
ることが提案されている。

【０００３】この種のメタノール改質装置が、特開昭６
２−１０８７０４号公報に開示されている。これを図９
に示し、簡単に説明する。このメタノール改質装置１
は、バーナ２が配設された燃焼室３と、この燃焼室３の
内部に配設された管からなる改質原料液の気化器４と、
この気化器４から供給される改質原料ガスを燃料ガスに
改質する改質反応器５とを備え、前記気化器４の内部に
金属小片等からなる熱容量の大きな熱粒子６を充填させ
たものである。

【０００４】このメタノール改質装置１によれば、気化
器４の内部に形成された熱粒子６の充填層が有する熱容
量によって、気化器４における局部的な温度の低下が防
止され、気化器４の気化領域が安定し、改質反応器５に
所定の圧力の改質原料ガスが連続的に供給される。

【０００５】一方、燃料ガスを生成する水蒸気改質反応
は、２００〜３００℃において、改質反応部となるＣu
−Ｚn 系やＣu −Ｃr 系等の触媒部分に、メタノールと
水とが混合した改質原料液が気化した改質原料ガスを通
して、水素と二酸化炭素を得る反応であり、これは下記
の式に示されるように段階的に進行する。ＣＨ₃ＯＨ＝２Ｈ₂＋ＣＯ−９０ kJ/mol ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ＝Ｈ₂＋ＣＯ₂＋４０ kJ/mol したがって、ＣＨ₃ＯＨ＋Ｈ₂Ｏ＝３Ｈ₂＋ＣＯ₂−５０ kJ/mol

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】この改質反応による改
質率、すなわち供給したメタノールの量に対する反応し
たメタノールの量の割合が１００％にならないと、燃料
ガスに微量の未反応のメタノールもしくは一酸化炭素が
排出される。これらの未反応生成物は、燃料電池の電極
触媒に被毒をもたらし、燃料電池の発電出力の低下を招
くので、可及的に零にすることが望まれる。

【０００７】ここで、車両に搭載するというスペース上
の制限があるため、この種のメタノール改質装置を大型
に構成することが適わず、上式に示したように吸熱反応
である改質反応に外部から熱エネルギを供給して、この
改質反応部の温度、具体的には改質原料ガスや触媒部分
などの温度を所定の値以上に保持し、改質反応を促進さ
せる必要がある。このとき、燃料電池発電システム全体
の効率の低下を招かないように、必要最小限の熱エネル
ギを投入するようにして、前記改質反応部の温度を所定
の範囲内に保持することが望ましい。

【０００８】しかしながら、改質原料ガスの熱交換率が
低いため、改質原料ガスの温度を所定の範囲内に保持す
ることが困難であり、この改質原料ガスを加熱する部分
が大型化されるという問題がある。さらに、上述した吸
熱を伴う改質反応は、改質反応部のうち改質原料ガスの
供給側で多く進行するが、熱エネルギの供給が追い付か
ず、改質率の低下を招くという不都合もある。

【０００９】また、起動・停止を繰り返される車両に搭
載される場合、前記改質原料ガスを加熱する部分が所定
の温度まで昇温するまでの時間、すなわち立ち上がり時
間が長くなると、車両に搭載されるバッテリ等の蓄電装
置の負担が増大する等、この種の燃料電池発電システム
を搭載する電気自動車の実用化や実用性が著しく阻害さ
れるという問題がある。

【００１０】この発明は、上記の事情を背景としてなさ
れたもので、安定した改質反応を行うように改質原料ガ
スもしくは改質反応部の温度を所定の範囲に維持するこ
とができるとともに、特に車両等への搭載に適し、さら
に小型化することができるメタノール改質装置を提供す
ることを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１に記載した発明は、熱源と、この熱源か
らの熱エネルギが供給されて、メタノールと水とを含有
する改質原料液を改質原料ガスに調製するとともに、こ
の調製された改質原料ガスを水素を含有する燃料ガスに
改質する部分へ供給する改質原料ガス供給部とを備えた
メタノール改質装置において、前記改質原料ガス供給部
が、前記改質原料液が気化する改質原料液気化部と、前
記熱源と熱授受可能に配設されるとともに、前記改質原
料液気化部で気化した改質原料ガスが流通し、かつこの
改質原料ガスの流通に伴って該改質原料ガスと熱授受を
行う改質原料ガス流路と、この改質原料ガス流路に配設
され、かつ流通する改質原料ガスによって流動化する所
定量の粒子と、これらの粒子より小さい孔が複数形成さ
れ、かつ前記粒子を前記改質原料ガス流路の所定の位置
に封入するよう配設された多孔質部材とを備えているこ
とを特徴とするものである。

【００１２】このとき、請求項２に記載した発明は、熱
源から得られる熱源流体が流通する熱源流体流路が、前
記改質原料ガス流路と熱授受可能に配設されるととも
に、この熱源流体流路を流通する熱源流体によって流動
化する所定量の粒子が、これらの粒子より小さい孔が複
数形成された多孔質部材によって前記熱源流体流路の位
置に封入されていることを特徴とするものである。

【００１３】また、請求項３に記載した発明は、熱源
と、この熱源から熱エネルギが供給されて、メタノール
と水とを含有する改質原料ガスを、触媒を介して、水素
ガスを含有する燃料ガスに改質する改質反応部とを備え
たメタノール改質装置において、前記改質反応部が、前
記熱源と熱授受可能に配設されるとともに、前記改質原
料ガスが流通し、かつこの改質原料ガスの流通に伴って
該改質原料ガスと熱授受を行いながら該改質原料ガスを
燃料ガスに改質する改質反応流路と、この改質反応流路
に配設され、かつ流通する改質原料ガスもしくは改質原
料ガスの改質ガスによって流動化する前記触媒からなる
所定量の触媒粒子と、これらの触媒粒子より小さい孔が
複数形成され、かつ前記触媒粒子を前記改質反応流路の
所定の位置に封入するよう配設された多孔質部材とを備
えていることを特徴とするものである。

【００１４】このとき、請求項４に記載した発明は、熱
源から得られる熱源流体が流通する熱源流体流路が、前
記改質反応流路と熱授受可能に配設されるとともに、こ
の熱源流体流路を流通する熱源流体によって流動化する
所定量の粒子が、これらの粒子より小さい孔が複数形成
された多孔質部材によって前記熱源流体流路の位置に封
入されていることを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】請求項１に記載した発明によれば、改質原料液
気化部において気化した改質原料ガスは、改質原料ガス
流路すなわち改質原料ガス流路に配設された多孔質部材
を通過する。そのため、多孔質部材によって封入されて
いる所定量の粒子が多孔質部材を通過した改質原料ガス
により流動化され、改質原料ガス流路に流動層が形成さ
れる。

【００１６】より具体的に説明すると、多孔質部材を通
過する改質原料ガスが、封入されている粒子を浮遊懸濁
の状態にする。したがって、封入されている粒子および
流通する改質原料ガスの攪拌が行われる。そのため、熱
源の壁面もしくはこの熱源と熱授受可能に配設された改
質原料ガス流路の壁面と改質原料ガスとの境界層が薄く
なり、熱源と改質原料ガスとの熱交換が促進される。さ
らに、前記流動層中を下降する粒子によって該流動層の
上部から下部へ熱エネルギの輸送が行われる。

【００１７】そのため、改質原料ガス流路とこの流路を
流通する改質原料ガスとの熱伝達率が増大し、改質原料
ガス流路に供給された熱エネルギは、この改質原料ガス
流路を流通する改質原料ガスに良好に伝達される。

【００１８】さらに、請求項２に記載した発明によれ
ば、改質原料ガス流路と熱授受を行うよう配設され、か
つ熱源流体が流通する熱源流体流路においても流動層が
形成されるため、熱源流体流路とこの流路を流通する熱
源流体との間の熱伝達率が増大する。そのため、熱源か
らの熱エネルギは、改質原料ガス流路を流通する改質原
料ガスに良好に伝達される。

【００１９】また、請求項３に記載した発明によれば、
改質原料ガスは、改質反応流路に配設された多孔質部材
を通過して、多孔質部材によって封入されている触媒粒
子を流動化させ、熱源もしくは改質反応流路とこの流路
を流通するガスとの間の熱伝達率が増大する。そのた
め、改質反応が行われる部分に、熱エネルギが効率良く
輸送され、その改質反応が促進される。

【００２０】このとき、改質反応流路の中央部分を流通
するガスの温度と改質反応流路の内壁部分を流通するガ
スの温度とがほぼ等しくされるとともに、改質反応流路
を流通するガスの混合が行われるので、改質反応流路に
おける改質反応はほぼ均一に進行する。そのため、改質
反応流路における単位体積（長さ）あたりの改質率が向
上する。

【００２１】そして、請求項４に記載した発明によれ
ば、改質反応流路と熱授受を行う熱源流体流路において
も、請求項２に記載の発明と同様な流動層が形成される
ため、改質反応流路を流通するガスと熱源流体流路を流
通する熱源流体との間の熱伝達率が増大し、熱源からの
熱エネルギが改質反応が行われる部分に効率良く輸送さ
れて、その改質反応が促進される。

【００２２】

【実施例】以下、この発明を図１ないし図５に示した第
１実施例ないし第４実施例に基づいて詳細に説明する。
これらの実施例は、車両等に搭載される燃料電池システ
ムのメタノール改質装置であり、メタノールと水とを含
有する改質原料液を所定の温度の改質原料ガスにする改
質原料ガス供給部１０と、前記改質原料ガスを水素ガス
を含有する燃料ガスに改質する改質反応部１１とを備
え、図示しない改質原料液タンクより導入される改質原
料液を燃料ガスに改質して、図示しない燃料電池に導出
するよう構成されている。

【００２３】まず、請求項１に記載の発明に係るメタノ
ール改質装置の実施例（以下、第１実施例という。）、
具体的には改質原料ガス供給部１０につき、図１および
図５に基づいて説明する。図１において、この改質原料
ガス供給部１０は熱源となる燃焼器（バーナ）１２を備
えており、前記改質原料液タンクからメタノールおよび
燃料電池から排出される発電に未使用の燃料ガス（水素
ガス）や空気（酸素ガス）等が供給されるようになって
いる。

【００２４】そして、この燃焼器１２の上部に、前記改
質原料液タンクに接続された改質原料液導入路１３と、
この改質原料液導入路１３に分岐するよう複数接続さ
れ、導入される改質原料液が気化する改質原料液気化部
１４と、この改質原料液気化部１４で得られた改質原料
ガスが流通する改質原料ガス流路１５と、改質反応部に
接続された改質原料ガス導出路１６とが順に配設されて
いる。ここで、改質原料液気化部１４や改質原料ガス流
路１５等には、図５に示すようなハニカム状のフィン１
７が設けられている。

【００２５】すなわち、これら改質原料液もしくは改質
原料ガスの流路１３，１４，１５，１６の外側に設けら
れたフィン１７同士の間に、燃焼器１２で発生する燃焼
ガスの流路すなわち熱源流体流路１８が形成されるよう
に構成されており、これらの流路１３，１４，１５，１
６を流通する改質原料液もしくは改質原料ガスに熱源か
ら熱エネルギが与えられるようになっている。そして、
熱交換が済んだ燃焼ガスは、熱源流体排出路１９を介し
て、改質原料ガス供給部１０の外部に導出されるよう構
成されている。

【００２６】そして、この第１実施例の改質原料ガス供
給部１０の改質原料ガス流路１５の上下に、多孔質部材
２０，２１が配設され、これら多孔質部材２０，２１の
間に改質原料ガスの流通により流動化する適量の粒子２
２が配設されている。そして、下側に配設される多孔質
部材２１を通過する改質原料ガスにより、改質原料ガス
流路１５の内部に粒子２２の流動層を形成するよう構成
されている。

【００２７】当然、多孔質部材２０，２１に形成された
孔径は、粒子２２より小さく構成されて、粒子２２の流
失を防止するよう構成されている。例えば、φ１００μ
ｍに形成されたアルミナの粒子が、最大孔径φ８０μｍ
に形成された耐食性に優れるニッケル系の焼結金属板等
により、保持されるように封入されている。

【００２８】つぎに、上記のように構成された第１実施
例の動作につき説明する。改質原料タンクから改質原料
液導入路１３を介して導入される改質原料液は、燃焼ガ
スの熱エネルギにより、改質原料液気化部１４において
完全に気化し、多孔質部材２１を介して改質原料ガス流
路１５に導入される。そして、気化した改質原料ガス
は、改質原料ガス流路１５内に封入された粒子２２を流
動化させ、多孔質部材２０を介して改質原料ガス導出路
１６に導出される。

【００２９】すなわち、改質原料液気化部１４で気化し
た改質原料ガスは、多孔質部材２１に形成されている複
数の孔部により、ほぼ均一なガス流にされて改質原料ガ
ス流路１５に封入されている粒子２２の間を進行し、改
質原料ガス流路１５内に封入された粒子２２を浮遊懸濁
させる。このようにして粒子２２が流動化すると、流動
する粒子により、改質原料ガスと改質原料ガス流路１５
の壁面との境界層が薄く形成され、すなわち、流通する
改質原料ガスが液体になったかのような薄い境界層が形
成され、改質原料ガス流路１５の壁面と改質原料ガスと
の熱通過率が増大する。

【００３０】さらに、粒子２２の流動化によるその活発
な攪拌作用、具体的には、改質原料ガス流路１５の上部
から下部へ移動する粒子２２により、改質原料ガス流路
１５の上部から下部への熱エネルギの輸送が行われる。
したがって、熱源からの熱エネルギが、改質原料ガス流
路を流通する改質原料ガスに良好に伝達される。

【００３１】また、粒子２２の流動化によるその活発な
攪拌作用により、改質原料ガス流路１５において、半径
方向外周側から内周側に移動する粒子２２により、熱エ
ネルギの輸送が行われ、改質原料ガス流路１５を流通す
る改質原料ガスの半径方向の温度がほぼ均一になる。こ
のとき、流通する改質原料ガスの攪拌も行われる。

【００３２】したがって、改質原料ガス流路１５から導
出される改質原料ガスの温度がほぼ均一になるととも
に、流通する改質原料ガスにおけるメタノールと水との
混合割合がほぼ均一になる。そのため、改質原料ガス流
路１５を小型化しても、均一な濃度で所定の温度まで過
不足なく加熱された改質原料ガスを改質反応部に供給す
ることができ、改質反応部において良好な改質反応を行
うことができる。

【００３３】なお、この第１実施例では、改質原料ガス
流路１５を流通する改質原料ガスに、燃焼器１２から発
生する燃焼ガスを介して熱エネルギの輸送を行うように
構成したが、請求項１に係るメタノール改質装置は、改
質原料ガス流路１５内に流動層が形成されれば良く、燃
焼器１２で改質原料ガス流路１５の外壁を直接加熱する
ようにも構成することができる。

【００３４】つぎに、請求項２に記載の発明に係るメタ
ノール改質装置の実施例（以下、第２実施例という。）
につき、図２および図５に基づいて説明する。この第２
実施例の改質原料ガス供給部１０は、第１実施例の熱源
流体流路１８にも、流動層を形成するよう構成したもの
である。

【００３５】すなわち、主として改質原料液気化部１４
および改質原料ガス流路１５に隣接する熱源流体流路１
８の部分に流動層を形成するよう、熱源流体流路１８の
上下に多孔質部材２３，２４が配設され、これらの多孔
質部材２３，２４の間に燃焼器１２から発生する燃焼ガ
スの流通により流動化する適量の粒子２５が配設されて
いる。勿論、多孔質部材２３，２４の孔径は粒子２５の
粒径より小さく構成されている。

【００３６】そのため、この第２実施例によれば、熱源
流体流路１８においても流動層が形成されるため、熱源
流体流路１８の内壁と燃焼ガスとの間の熱伝達率が増大
し、改質原料液気化部１４や改質原料ガス流路１５にお
ける熱通過率（熱交換率）が一層向上する。つまり、改
質原料液気化部１４や改質原料ガス流路１５等の小型
化、すなわち改質原料ガス供給部１０ひいてはメタノー
ル改質装置の小型化を図ることができる。

【００３７】つぎに、請求項３に記載の発明に係るメタ
ノール改質装置の実施例（以下、第３実施例という。）
につき、図３および図５に基づいて説明する。図３にお
いて、この第３実施例のメタノール改質装置は、熱源と
なる燃焼器１２の上部に、改質原料ガス供給部１０と改
質反応部１１とが一体に構成されている。

【００３８】具体的には、改質原料ガス供給部１０は、
改質原料液タンクに接続される改質原料液導入路１３
と、この改質原料液導入路１３に接続され、導入される
改質原料液が気化する改質原料液気化部１４と、この改
質原料液気化部１４で得られた改質原料ガスが流通する
改質原料ガス流路１５と、この改質原料ガス流路１５の
上下に配設される多孔質部材２０，２１と、この多孔質
部材２０，２１により封入され、流通する改質原料ガス
によって流動化する適量の粒子２２とを備えている。

【００３９】また、改質反応部１１は、改質原料ガス流
路１５に多孔質部材２０を介して接続され、導入される
改質原料ガスの改質を行う改質反応流路２６と、この改
質反応流路２６の上端に配設される多孔質部材２７と、
多孔質部材２０，２７により封入され、改質反応流路２
６を流通するガスにより流動化するφ１００μｍのＣu
−Ｚn 系などの触媒粒子２８と、燃料電池の燃料電極側
に接続される燃料ガス導出路２９とを備えている。

【００４０】そして、改質原料液気化部１４および改質
原料ガス流路１５および改質反応流路２６等には、図５
に示すようなハニカム状のフィン１７が設けられてお
り、このフィン１７同士の間に、燃焼器１２から発生す
る燃焼ガスが流通するようになっている。すなわち、熱
源流体流路１８を流通する燃焼ガスと改質原料ガスの流
路１３，１４，１５，１６および改質反応流路２６を流
通するガスとが熱交換可能になるようになっている。ま
た、メタノール改質装置の上部には、熱源流体排出路１
９が設けられている。

【００４１】上記のように構成された第３実施例の動作
につき説明する。改質原料タンクから導入される改質原
料液は、燃焼ガスの熱エネルギにより、改質原料液気化
部１４において完全に気化し、改質原料ガス流路１５に
導入される。多孔質部材２１を介して改質原料ガス流路
１５に導入された改質原料ガスは、封入されている粒子
２２を流動化させつつ、所定の温度、例えば２５０℃ま
で加熱されて、多孔質部材２０を介して改質反応流路２
６に導入される。すなわち、ほぼ均一な濃度にされた所
定温度の改質原料ガスが改質反応部１１に供給される。

【００４２】そして、改質反応流路２６に導入された改
質原料ガスは、改質反応流路２６内に封入されている触
媒粒子２８を流動化させるとともに、触媒粒子２８との
接触により燃料ガスに改質されて、多孔質部材２７を介
して燃料ガス導出路２９に導出される。

【００４３】この改質反応流路２６に形成される触媒粒
子２８による流動層によって、触媒粒子２８と改質原料
ガスとが懸濁されるので、これらの接触面積が増大する
とともに、燃焼ガスと改質原料ガスとの熱交換が活発に
行われ、改質反応が促進される。

【００４４】特に、改質反応流路２６における改質原料
ガスの導入部付近、すなわち多孔質部材２０付近におい
て、急激な改質反応が生じるが、熱通過率が増大してい
るので、この部分の温度すなわち流通するガスの温度が
低下することなく、良好な改質反応が継続して行われ
る。すなわち、改質反応流路２６における改質反応はほ
ぼ均一に進行し、改質反応流路における単位体積（長
さ）あたりの改質率が向上する。したがって、燃料電池
に有害な一酸化炭素等の未反応生成物の生成を防止しな
がら、改質反応流路２６を小型化することができる。

【００４５】つぎに、請求項４に記載の発明に係るメタ
ノール改質装置の実施例（以下、第４実施例という。）
につき、図４および図５に基づいて説明する。この第４
実施例のメタノール改質装置は、第３実施例の熱源流体
流路１８にも、流動層を形成するよう構成したものであ
る。

【００４６】つまり、改質原料液気化部１４および改質
原料ガス流路１５および改質反応流路２６と熱授受を行
う熱源流体流路１８の部分に、燃焼ガスの流通により流
動化する適量の粒子２５が多孔質部材２３，２４に封入
されて構成されている。

【００４７】したがって、この第４実施例によれば、熱
源流体流路１８においても流動層が形成されるため、熱
源流体流路１８の内壁と燃焼ガスとの間の熱伝達率が増
大し、改質原料液気化部１４および改質原料ガス流路１
５および改質反応流路２６における熱通過率が向上する
ため、改質原料ガス供給部１０および改質反応部１１ひ
いてはメタノール改質装置の小型化を図ることができ
る。

【００４８】ここで、本発明者による第１実施例ないし
第４実施例における熱交換部分における熱通過率の測定
結果を図６に、また改質原料液気化部１４と改質原料ガ
ス流路１５および改質反応流路２６の必要長さの測定結
果を図７および図８に示す。なお、比較例として、ガ
ス流路１５，２６，１８に流動層を形成しないように構
成されたものについての測定を行った。ここで、図７お
よび図８の横軸の単位ａ．ｕ(arbitray units)は、任意
単位を示している。

【００４９】図６に示したように、流動層を形成しない
比較例における熱交換部の熱通過率（Ｗ／ｍ²・deg ）
は、１７．５〜２９．２程度であったのに対し、第１実
施例および第３実施例における熱交換部の熱通過率
は４０．８〜５２．５であり、およそ２倍になってい
る。さらに、第２実施例および第４実施例における
熱交換部の熱通過率は２１０〜２５７となり、およそ１
０倍になっている。

【００５０】そのため、第１実施例および第３実施例に
おける改質原料ガス流路１５の長さ（Ｐ₁−Ｐ₁′）を
比較例の改質原料ガス流路の約１／２の長さに構成する
ことができ、第２実施例および第４実施例における改質
原料ガス流路１５の長さ（Ｐ₂−Ｐ₂′）を約１／１０
の長さに構成することができる。

【００５１】ここで、改質原料ガス供給部１０から２５
０℃の改質原料ガスを改質反応部１１に供給して、３×
１０^-3 m³/sの燃料ガスを得るよう構成した場合、図７
に示すように、第１実施例における改質原料液気化部
１４および改質原料ガス流路１５の長さは、比較例の
約２／３の長さで構成され得る。また、第２実施例に
おける改質原料液気化部１４および改質原料ガス流路１
５の長さは、比較例の約１／３の長さ以下で構成され
得る。

【００５２】同様に、改質原料ガス供給部１０から２５
０℃の改質原料ガスを改質反応部１１に供給して、３×
１０^-3 m³/sの良好に改質された燃料ガスを得るよう構
成した場合、図８に示すように、改質反応が促進されて
改質率が向上した第３実施例および第４実施例にお
ける改質反応流路２６の長さ（Ｐ₃−Ｐ₃′間，Ｐ₄−
Ｐ₄′間）は、それぞれ、比較例における改質反応流
路の長さ（Ｐ₅−Ｐ₅′間）の約９／１０の長さ、約８
／１０の長さ以下で構成することができた。

【００５３】また、比較例において生じる改質反応流
路の導入口付近の急激な温度低下が、第３実施例およ
び第４実施例において防止されていることからも、第
３実施例および第４実施例によれば、熱通過率の向
上によって改質率の向上していることが判るであろう。

【００５４】上記説明した第３実施例および第４実施例
では、改質原料ガス供給部１０と改質反応部１１とを一
体に構成したメタノール改質装置を説明したが、改質原
料ガス供給部１０と改質反応部１１とを別個に配設する
ことができ、当然、改質反応部１１における改質率は向
上している。

【００５５】なお、上記説明した実施例では、改質原料
ガス流路１５および改質反応流路２６の外部に熱源とな
る燃焼器１２を配設したが、これら流路１５，２６の内
側に電気ヒータ等の熱源を配設し、これら流路１５，２
６を流通するガスと電気ヒータ等の壁面との境界層を薄
くして、熱通過率の増大を図ることもできる。

【００５６】また、改質原料ガス流路１５および熱源流
体流路１８に封入される粒子２２，２５として、クロ
ム、ニッケル、シリカ、タングステン等の粒子を用いる
ことができ、その粒径やこれら粒子に対応する多孔質部
材の孔径などは適宜設定することができる。

【００５７】

【発明の効果】以上説明したように、請求項１に記載し
た発明によれば、改質原料ガス流路に流動層が形成され
るため、この流動層を通過する改質原料ガスの温度がほ
ぼ均一にされるとともに、熱源から改質原料ガスへの熱
通過率、すなわち熱エネルギの供給量が増大される。

【００５８】そのため、小型化された改質原料ガス供給
部によっても、所定の流量および性状の改質原料ガスを
調製することができる。すなわち、必要以上の熱エネル
ギの投入を伴わないで、改質原料ガス供給部ひいてはメ
タノール改質装置を小型化することができる。また、こ
の改質原料ガス供給部から得られる改質原料ガスの成分
がほぼ均一に混合されているため、良好な改質反応、す
なわち改質率を向上させることができる。

【００５９】このとき、請求項２に記載したように、改
質原料ガス流路と熱授受可能に配設された熱源流体流路
にも流動層を形成すれば、さらに熱源から改質原料ガス
への熱通過率が増大するため、より小型化されたメタノ
ール改質装置を得ることができる。

【００６０】また、請求項３に記載した発明によれば、
改質反応流路に触媒の流動層が形成されるため、熱源と
改質反応流路を流通するガスとの間の熱伝達率が増大さ
れる。このとき、前記流通するガスすなわち改質原料ガ
スと改質によって得られた燃料ガス等との混合が良好に
行われるとともに、前記流通するガスの温度がほぼ均一
にされるため、改質率が向上すなわち改質反応部におい
て良好な改質反応が行われる。

【００６１】つまり、小型化された改質反応部によって
も、所定の流量および性状の燃料ガスを得ることができ
る。すなわち、必要以上の熱エネルギの投入を伴わない
で、改質反応部ひいてはメタノール改質装置を小型化す
ることができる。

【００６２】このとき、請求項４に記載したように、改
質反応流路と熱授受可能に配設された熱源流体流路にも
流動層を形成することもでき、熱源から改質原料ガスへ
の熱通過率を増大させて、さらにメタノール改質装置の
小型化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明のメタノール改質装置の第１実施例を
概略的に示す断面図である。

【図２】この発明のメタノール改質装置の第２実施例を
概略的に示す断面図である。

【図３】この発明のメタノール改質装置の第３実施例を
概略的に示す断面図である。

【図４】この発明のメタノール改質装置の第４実施例を
概略的に示す断面図である。

【図５】図１ないし図４のＶ−Ｖ断面図であり、メタノ
ール改質装置における改質原料ガスおよび燃焼ガスの流
路を概略的に示した図である。

【図６】第１実施例ないし第４実施例における熱源流体
と改質原料液との間の熱通過率を測定した結果を示す図
表である。

【図７】第１実施例および第２実施例における改質原料
液気化部と改質原料ガス流路との長さと改質原料ガスの
温度との関係を示した線図である。

【図８】第３実施例および第４実施例における改質原料
液気化部と改質原料ガス流路と改質反応流路との長さと
これを流通するガスの温度との関係を示した線図であ
る。

【図９】従来のメタノール改質装置の構造の一例を示す
断面図である。

【符号の説明】

１０改質原料ガス供給部１１改質反応部１４改質原料液気化部１５改質原料ガス流路１８熱源流体流路２０，２１，２３，２４，２７多孔質部材２２，２５粒子２６改質反応流路２８触媒粒子

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】熱源と、この熱源からの熱エネルギが供
給されて、メタノールと水とを含有する改質原料液を改
質原料ガスに調製するとともに、この調製された改質原
料ガスを水素を含有する燃料ガスに改質する部分へ供給
する改質原料ガス供給部とを備えたメタノール改質装置
において、前記改質原料ガス供給部が、前記改質原料液が気化する
改質原料液気化部と、前記熱源と熱授受可能に配設され
るとともに、前記改質原料液気化部で気化した改質原料
ガスが流通し、かつこの改質原料ガスの流通に伴って該
改質原料ガスと熱授受を行う改質原料ガス流路と、この
改質原料ガス流路に配設され、かつ流通する改質原料ガ
スによって流動化する所定量の粒子と、これらの粒子よ
り小さい孔が複数形成され、かつ前記粒子を前記改質原
料ガス流路の所定の位置に封入するよう配設された多孔
質部材とを備えていることを特徴とするメタノール改質
装置。
【請求項２】熱源から得られる熱源流体が流通する熱
源流体流路が、前記改質原料ガス流路と熱授受可能に配
設されるとともに、この熱源流体流路を流通する熱源流
体によって流動化する所定量の粒子が、これらの粒子よ
り小さい孔が複数形成された多孔質部材によって前記熱
源流体流路の位置に封入されている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。
【請求項３】熱源と、この熱源から熱エネルギが供給
されて、メタノールと水とを含有する改質原料ガスを、
触媒を介して、水素ガスを含有する燃料ガスに改質する
改質反応部とを備えたメタノール改質装置において、前記改質反応部が、前記熱源と熱授受可能に配設される
とともに、前記改質原料ガスが流通し、かつこの改質原
料ガスの流通に伴って該改質原料ガスと熱授受を行いな
がら該改質原料ガスを燃料ガスに改質する改質反応流路
と、この改質反応流路に配設され、かつ流通する改質原
料ガスもしくは改質原料ガスの改質ガスによって流動化
する前記触媒からなる所定量の触媒粒子と、これらの触
媒粒子より小さい孔が複数形成され、かつ前記触媒粒子
を前記改質反応流路の所定の位置に封入するよう配設さ
れた多孔質部材とを備えていることを特徴とするメタノ
ール改質装置。
【請求項４】熱源から得られる熱源流体が流通する熱
源流体流路が、前記改質反応流路と熱授受可能に配設さ
れるとともに、この熱源流体流路を流通する熱源流体に
よって流動化する所定量の粒子が、これらの粒子より小
さい孔が複数形成された多孔質部材によって前記熱源流
体流路の位置に封入されていることを特徴とする請求項
３に記載のメタノール改質装置。