KATO Yukitaka Laboratory 加藤之貴研究室
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研究活動
プレート型水素分離式燃料改質器
はじめに: 
燃料電池は水素をエネルギー源にして駆動する。
燃料電池の開発において水素の供給方法の確立は大切なテーマである。燃料改質と呼ばれる炭化水素燃料から水素を抽出する方法が注目されており、現在多くの研究がなされている。例えば基本的な炭化水素のメタンについてメタン水蒸気改質を例とする。反応は次の2段反応で進む。
改質主反応  CH4+H2O ≪3H2 +CO, DH°1=+205.6 kJ/mol
転換反応      CO+H2O ≪H2 +CO2, DH°2=-41.1kJ/mol
結果として水素4モル、二酸化炭素1モルが理想的に得られる。実際にこの反応を実現するには従来は図1(a)の構成となり脱硫器、改質器、転換器そして改質用外部加熱器の4アイテムが必要である。
そこで本研究では図1(b)に示すような一段でかつ高純度水素が得られる反応器の実現を検討している。
プレート型改質器の提案: 
対応策として、金属プレート型触媒と水素透過膜とを積層したプレート型水素分離式の燃料改質器を提案している。この構造により単段改質と小型化が可能になる。同時に水素透過膜の利用による反応の非平衡化、反応収率の向上、二酸化炭素分離による水素高純度化、発電効率の向上の実現が可能になる。提案する改質器を図2に示す。図中の区間Aに関する詳細を図3に示す。改質触媒プレート型燃料改質器が基本構成となり、改質触媒プレート、水素透過膜、回収水素プレートの3種のプレートから構成される。流路を適切に設定することで、改質原料を改質触媒のみに、純水素を回収側から抽出できる。この装置は軽量・小型が期待できるため移動体への応用に可能性を持っている。また、メタンのみならず高級炭化水素であるガソリン類への応用も可能であり、燃料電池市場自体を変える可能性を持っている。
研究開発: 
水素透過膜の開発が鍵になる。低コスト、高効率水素分離能、高耐久性を兼ね備えた透過膜が望まれる。本研究では新規な透過膜開発の研究を計画している。次いでプレート型燃料改質器の実証運転の実現を目指している。水素透過膜を用いた改質器による高純度水素製造の実証を進めている。
図1
図1 燃料改質器についての従来型と求められる型の比較
図2
図2 プレート型燃料改質器の外観
図3
図3 プレート型燃料改質器のプレート構成(図2中の区間Aに関して)
参考文献: 
・ 加藤之貴、燃料改質器、特開2001-315659 (2001/10/12)
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