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JP2002201004A - Hydrogen extraction device - Google Patents

Hydrogen extraction device

Info

Publication number
JP2002201004A
JP2002201004A JP2001324466A JP2001324466A JP2002201004A JP 2002201004 A JP2002201004 A JP 2002201004A JP 2001324466 A JP2001324466 A JP 2001324466A JP 2001324466 A JP2001324466 A JP 2001324466A JP 2002201004 A JP2002201004 A JP 2002201004A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
hydrogen
flow path
gas
hydrogen separation
separation membrane
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2001324466A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Toshihide Nakada
俊秀 中田
Satoshi Aoyama
智 青山
Hiromichi Sato
博道 佐藤
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Priority to JP2001324466A priority Critical patent/JP2002201004A/en
Publication of JP2002201004A publication Critical patent/JP2002201004A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30Hydrogen technology
    • Y02E60/50Fuel cells

Landscapes

  • Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)
  • Fuel Cell (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス流路におけるシール性を充分に確保しつ
つ、装置全体をよりコンパクトにする。 【解決手段】 水素抽出装置10は、外殻側壁14内
に、積層された複数の水素分離膜20を備えている。積
層された各水素分離膜20間には、インナースペーサ2
4およびアウタースペーサ26が配設されており、これ
らの水素分離膜20とスペーサとによって、水素抽出装
置10内の空間は2つに分割されている。一方の空間
は、水素を含有する改質ガスが通過する改質ガス流路3
3として働き、他方の空間は、パージガスが通過するパ
ージガス流路30として働く。水素分離膜20と各スペ
ーサとの間の接続部は、充分なシール性が確保されてお
り、改質ガス中の水素のみが水素分離膜20を透過する
ことによってパージガス流路側に移動可能であって、こ
れによって水素の抽出が行なわれる。
(57) [Summary] [PROBLEMS] To make the whole device more compact while ensuring sufficient sealing performance in a gas flow path. SOLUTION: The hydrogen extraction device 10 includes a plurality of hydrogen separation membranes 20 stacked in an outer shell side wall 14. An inner spacer 2 is provided between the stacked hydrogen separation membranes 20.
4 and an outer spacer 26, and the space inside the hydrogen extraction device 10 is divided into two by the hydrogen separation membrane 20 and the spacer. One space has a reformed gas passage 3 through which a reformed gas containing hydrogen passes.
The other space serves as a purge gas passage 30 through which the purge gas passes. The connection between the hydrogen separation membrane 20 and each spacer has a sufficient sealing property, and only hydrogen in the reformed gas can move toward the purge gas flow path by permeating the hydrogen separation membrane 20. Thus, hydrogen is extracted.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、水素を含有するガ
スから水素の抽出を行なう水素抽出装置に関する。
The present invention relates to a hydrogen extraction apparatus for extracting hydrogen from a gas containing hydrogen.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来、水素を含有するガスから水素を抽
出する装置としては、水素を選択的に透過させる性質を
有する金属(例えば、パラジウムあるいはパラジウム合
金など)を備える水素分離膜を利用する装置が知られて
いる。このような水素抽出装置は、例えば、燃料電池を
備える燃料電池装置において用いられる。燃料電池は、
水素を含有する燃料ガスを供給されて電気化学反応によ
って起電力を得る装置である。燃料電池に燃料ガスを供
給する方法としては、炭化水素系の燃料を改質して得る
改質ガス(水素リッチガス)を用いる方法が知られてい
るが、この改質ガスを燃料ガスとして用いるのに先立っ
て、上記水素抽出装置を用いて改質ガスから水素を抽出
して燃料電池に供給する構成が提案されている。すなわ
ち、水素分離膜の一方の面側に上記改質ガスが通過する
流路を設ければ、改質ガス中の水素だけが水素分離膜を
透過するため、水素分離膜の他方の面側に設けた流路中
に水素を抽出することができる。
2. Description of the Related Art Conventionally, as an apparatus for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas, an apparatus using a hydrogen separation membrane provided with a metal having a property of selectively permeating hydrogen (for example, palladium or a palladium alloy) is used. It has been known. Such a hydrogen extraction device is used, for example, in a fuel cell device including a fuel cell. Fuel cells are
This is a device that is supplied with a fuel gas containing hydrogen and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction. As a method of supplying a fuel gas to a fuel cell, a method of using a reformed gas (hydrogen-rich gas) obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel is known. However, this reformed gas is used as a fuel gas. Prior to this, there has been proposed a configuration in which hydrogen is extracted from reformed gas using the hydrogen extraction device and supplied to a fuel cell. That is, if a flow path through which the reformed gas passes is provided on one surface side of the hydrogen separation membrane, only hydrogen in the reformed gas passes through the hydrogen separation membrane, so that the other surface side of the hydrogen separation membrane Hydrogen can be extracted into the provided channel.

【0003】燃料電池などの水素を消費する装置に対し
て水素を供給する装置であって、上記水素分離膜を備え
る水素抽出装置としては、上記改質ガスなどの水素含有
気体が流通する流路を構成する層と、水素分離膜と、水
素分離膜によって抽出された水素が流通する流路を構成
する層とを、複数積層したものが提案されている(例え
ば、特開平6−345408号公報など)。このよう
に、水素分離膜を間に挟んだ2つの流路(水素含有気体
が流通する流路と、抽出された水素が通過する流路)か
ら成る構造を積層することによって、装置全体をコンパ
クトに形成しつつ、水素分離膜の表面積を装置全体でよ
り広く確保して、水素抽出の効率を向上させることが可
能となる。なお、上記公報に開示された構成では、上記
改質ガスが流通する流路を構成する層において改質触媒
を備えさせ、炭化水素系燃料から水素を生成する改質反
応を流路内で進行させることによって、改質反応で生じ
た水素を直ちに抽出可能とし、改質反応と水素抽出の効
率を向上させている。
An apparatus for supplying hydrogen to an apparatus that consumes hydrogen, such as a fuel cell, includes a hydrogen extraction device including the hydrogen separation membrane. , A hydrogen separation membrane, and a plurality of layers constituting a flow path through which hydrogen extracted by the hydrogen separation membrane flows (for example, JP-A-6-345408). Such). As described above, by laminating the structure including the two flow paths (the flow path through which the hydrogen-containing gas flows and the flow path through which the extracted hydrogen passes) sandwiching the hydrogen separation membrane, the entire apparatus is compact. In addition, the surface area of the hydrogen separation membrane can be secured more widely in the entire apparatus, and the efficiency of hydrogen extraction can be improved. In the configuration disclosed in the above publication, a reforming catalyst is provided in a layer constituting a flow path through which the reformed gas flows, and a reforming reaction for generating hydrogen from a hydrocarbon-based fuel proceeds in the flow path. By doing so, hydrogen generated in the reforming reaction can be immediately extracted, and the efficiency of the reforming reaction and hydrogen extraction is improved.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
たように水素分離膜を間に挟んだ2つの流路から成る構
造を積層して、水素抽出装置を構成する場合には、各流
路、特にその端部において、充分なシール性を確保する
ことが困難であるという問題があった。また、積層した
各流路にガスを分配したり、あるいは積層した各流路に
ガスを順次引き回すために、大型のマニホールドが必要
となったりマニホールド構造が複雑になったりして、こ
れによって装置全体の大型化を引き起こすという問題が
あった。さらに、このようなマニホールドと各流路との
間のシール性(接続部における気密性)を充分に確保す
ることも困難であった。したがって、上記したように水
素分離膜と流路とを積層した水素抽出装置において、マ
ニホールド構造を含めて全体構造をよりコンパクトに形
成したり、流路の端部や接続部などにおけるシール性を
より容易に確保可能とする構成が望まれていた。
However, as described above, when a structure composed of two flow paths sandwiching a hydrogen separation membrane is laminated to constitute a hydrogen extraction device, each flow path, particularly At the end, there is a problem that it is difficult to ensure sufficient sealing performance. In addition, a large manifold is required to distribute the gas to each of the laminated flow paths or to sequentially route the gas to each of the laminated flow paths, and the manifold structure becomes complicated. There is a problem that it causes an increase in size. Further, it has been difficult to sufficiently secure the sealing property (airtightness at the connection portion) between such a manifold and each flow path. Therefore, in the hydrogen extraction device in which the hydrogen separation membrane and the flow path are stacked as described above, the entire structure including the manifold structure can be formed more compactly, and the sealing performance at the end of the flow path and the connection portion can be improved. A configuration that can be easily secured has been desired.

【0005】本発明の水素抽出装置は、こうした問題を
解決し、流路におけるシール性を充分に確保しつつ、装
置全体をよりコンパクトに形成することを目的としてな
され、次の構成を採った。
[0005] The hydrogen extraction apparatus of the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and to make the entire apparatus more compact while ensuring sufficient sealing performance in the flow path, and has the following configuration.

【0006】[0006]

【課題を解決するための手段およびその作用・効果】本
発明の第1の水素抽出装置は、水素を含有する水素含有
気体から水素の抽出を行なう水素抽出装置であって、内
部に所定の空間を形成する外殻部と、水素を選択的に透
過させる性質によって、前記水素含有気体から水素を抽
出することが可能であって、前記外殻部内に於いて所定
の間隔をおいて積層された複数の水素分離膜と、前記外
殻部内に於いて、前記積層された各水素分離膜間に配設
されて、該水素分離膜間に前記所定の間隔を確保し、前
記積層された各水素分離膜の膜面と共に前記所定の空間
内を区切る境界を成すスペーサと、前記積層された各水
素分離膜の膜面と前記スペーサとが前記所定の空間を区
切ることによって前記外殻部内に形成され、前記水素含
有気体が通過する第1の流路と、前記積層された各水素
分離膜の膜面とスペーサとが前記所定の空間を区切るこ
とによって、前記外殻部内において前記水素分離膜を挟
んで前記第1の流路に対向する側に形成され、前記第1
の流路を通過する前記水素含有気体から前記水素分離膜
によって抽出された水素が通過する第2の流路と、を備
えることを要旨とする。
A first hydrogen extraction device of the present invention is a hydrogen extraction device for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas containing hydrogen, and has a predetermined space therein. It is possible to extract hydrogen from the hydrogen-containing gas by the property of selectively permeating hydrogen with the outer shell that forms, and the outer shell is stacked at a predetermined interval in the outer shell. A plurality of hydrogen separation membranes, disposed in the outer shell portion, between the stacked hydrogen separation membranes, to secure the predetermined spacing between the hydrogen separation membranes, A spacer forming a boundary that divides the predetermined space together with the membrane surface of the separation membrane, and a film surface of each of the stacked hydrogen separation membranes and the spacer are formed in the outer shell by dividing the predetermined space. , Through which the hydrogen-containing gas passes The first flow path, the membrane surface of each of the stacked hydrogen separation membranes, and the spacer separate the predetermined space, so that the first flow path faces the first flow path with the hydrogen separation membrane interposed in the outer shell. Formed on the side where
And a second flow path through which hydrogen extracted by the hydrogen separation membrane from the hydrogen-containing gas passing through the flow path passes.

【0007】以上のように構成された本発明の第1の水
素抽出装置は、水素を選択的に透過させる性質によっ
て、前記水素含有気体から水素を抽出することが可能で
あって、前記外殻部内に於いて所定の間隔をおいて積層
された複数の水素分離膜の膜面と、前記積層された各水
素分離膜間に配設されて、該水素分離膜間に前記所定の
間隔を確保するスペーサとが境界を成すことによって、
外殻部内に形成される所定の空間が、第1の流路と第2
の流路とに区切られる。水素を含有する水素含有気体が
第1の流路を通過し、この水素含有気体から前記水素分
離膜によって水素が抽出されると、抽出された水素は第
2の流路を通過する。
[0007] The first hydrogen extraction apparatus of the present invention configured as described above can extract hydrogen from the hydrogen-containing gas by virtue of the property of selectively permeating hydrogen. The plurality of hydrogen separation membranes stacked at a predetermined interval in the unit and the stacked hydrogen separation membranes are disposed between the hydrogen separation membranes to secure the predetermined interval between the hydrogen separation membranes. By forming a boundary with the spacer
A predetermined space formed in the outer shell portion is formed between the first flow path and the second flow path.
And the flow path. When a hydrogen-containing gas containing hydrogen passes through the first flow path, and hydrogen is extracted from the hydrogen-containing gas by the hydrogen separation membrane, the extracted hydrogen passes through the second flow path.

【0008】このような本発明の第1の水素抽出装置に
よれば、複数の水素分離膜を積層して形成することによ
って、装置全体をコンパクトにしつつ、水素の抽出に関
わる水素分離膜の面積を充分に確保することができる。
さらに、外殻部の内部の空間を水素分離膜の膜面とスペ
ーサとによって区切り、これによって、水素含有気体が
通過する第1の流路と抽出された水素が通過する第2の
流路とを形成しているため、各水素分離膜上に形成され
るガスの流路に対してガスを給排するために大型のマニ
ホールドを設ける必要がなく、水素分離膜上のガス流路
にガスを給排するマニホールドの構造を簡素化すること
ができる。マニホールドの構造を簡素化できることによ
り、流路同士を接続する接続部の構造を簡素化すること
が可能となり、上記接続部においてシール性(気密性)
を確保することが容易になる。
According to the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, by stacking a plurality of hydrogen separation membranes, the area of the hydrogen separation membrane involved in hydrogen extraction can be reduced while the whole apparatus is made compact. Can be sufficiently secured.
Further, the inner space of the outer shell is separated by the membrane surface of the hydrogen separation membrane and the spacer, whereby the first passage through which the hydrogen-containing gas passes and the second passage through which the extracted hydrogen passes. Because there is no need to provide a large manifold to supply and exhaust gas to and from the gas flow path formed on each hydrogen separation membrane, gas is supplied to the gas flow path on the hydrogen separation membrane. The structure of the supply / discharge manifold can be simplified. By simplifying the structure of the manifold, it is possible to simplify the structure of the connecting portion that connects the flow paths, and the sealing (airtightness) at the connecting portion
Is easy to secure.

【0009】さらに、水素分離膜間にスペーサを配設す
ることによって外殻部内を区切り、上記2つの流路を形
成しているため、各水素分離膜上に形成される第1の流
路あるいは第2の流路は、各水素分離膜上に形成される
流路同士が互いに直列に接続されることになる。したが
って、各水素分離膜上に形成される上記第1の流路に
は、水素抽出装置に供給される水素含有気体が分割され
ることなく供給され、上記第1の流路と第2の流路との
間で充分な水素濃度差を確保することができ、水素抽出
の効率を向上させることができる。
Furthermore, since the outer shell is separated by arranging a spacer between the hydrogen separation membranes to form the two flow paths, the first flow path formed on each hydrogen separation membrane or In the second flow path, the flow paths formed on each hydrogen separation membrane are connected in series with each other. Therefore, the hydrogen-containing gas supplied to the hydrogen extraction device is supplied to the first flow path formed on each hydrogen separation membrane without being divided, and the first flow path and the second flow path are supplied to the first flow path. A sufficient hydrogen concentration difference can be secured with the road, and the efficiency of hydrogen extraction can be improved.

【0010】本発明の第1の水素抽出装置は、前記水素
分離膜および前記スペーサを用いて、前記第1の流路と
前記第2の流路とのうちの一方の流路を内部に形成する
水素分離部を形成し、前記水素分離部と前記外殻部との
間に、前記第1の流路と前記第2の流路とのうちの他方
の流路を形成するように、前記外殻部内に前記水素分離
部を収納して成ることとしてもよい。
In the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, one of the first flow path and the second flow path is formed in the inside using the hydrogen separation membrane and the spacer. Forming a hydrogen separation part, and forming the other of the first flow path and the second flow path between the hydrogen separation part and the outer shell part, The hydrogen separator may be housed in an outer shell.

【0011】また、このような本発明の第1の水素抽出
装置において、前記複数の水素分離膜のそれぞれは、略
同一の形状に形成され、積層方向から見て互いに重なる
ように配置されており、その端部において、前記スペー
サと接続されていることとしてもよい。
In the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, each of the plurality of hydrogen separation membranes is formed in substantially the same shape, and is arranged so as to overlap each other when viewed from the lamination direction. The end may be connected to the spacer.

【0012】このような構成とすれば、水素抽出装置全
体をよりコンパクトにすることができる。また、水素分
離膜の膜面全体が、水素抽出の動作に寄与することが可
能となり、装置全体で水素抽出の効率を充分に確保する
ことができる。
With such a configuration, the entire hydrogen extraction apparatus can be made more compact. Further, the entire membrane surface of the hydrogen separation membrane can contribute to the operation of hydrogen extraction, and the efficiency of hydrogen extraction can be sufficiently ensured in the entire apparatus.

【0013】ここで、前記水素分離膜は、外周が円弧を
成し、中央部に円形の穴を有するドーナツ型に形成さ
れ、前記外殻部は円筒形状を成し、前記外殻部内におい
て、積層された前記水素分離膜のそれぞれが有する前記
穴は、前記第1の流路と前記第2の流路のうちの一方の
流路の一部を形成すると共に、円筒形状を成す前記外殻
部の内側面と、前記積層された各水素分離膜の外周との
間に、前記第1の流路と前記第2の流路のうちの他方の
流路の一部を形成することとしてもよい。
Here, the hydrogen separation membrane is formed in a donut shape having a circular arc at the outer periphery and a circular hole at the center, and the outer shell has a cylindrical shape. The hole of each of the stacked hydrogen separation membranes forms a part of one of the first flow path and the second flow path and has a cylindrical outer shell. A part of the other of the first flow path and the second flow path may be formed between the inner surface of the unit and the outer periphery of each of the stacked hydrogen separation membranes. Good.

【0014】このような構成とすれば、各水素分離膜上
に形成される各流路におけるガスの流れ(流量)を、水
素抽出装置全体でより均一にすることができる。
With this configuration, the flow (flow rate) of gas in each flow path formed on each hydrogen separation membrane can be made more uniform throughout the hydrogen extraction apparatus.

【0015】本発明の第1の水素抽出装置において、前
記水素分離膜と前記スペーサとは、前記水素分離膜の膜
面と、該膜面に略平行な前記スペーサの面との間で接続
されると共に、前記水素分離膜と前記スペーサとの間の
気密性を確保するようにシールされていることとしても
よい。
In the first hydrogen extraction device of the present invention, the hydrogen separation membrane and the spacer are connected between a membrane surface of the hydrogen separation membrane and a surface of the spacer substantially parallel to the membrane surface. In addition, it may be sealed so as to secure airtightness between the hydrogen separation membrane and the spacer.

【0016】このような構成とすれば、水素分離膜の膜
面と、該膜面に略平行な前記スペーサの面との間で、水
素分離膜とスペーサとの接続が行なわれるため、両者を
接続する接続部において気密性を確保することが容易と
なり、シールのための構成を簡素化することが可能とな
る。
With such a configuration, the hydrogen separation membrane and the spacer are connected between the membrane surface of the hydrogen separation membrane and the surface of the spacer substantially parallel to the membrane surface. It becomes easy to secure airtightness at the connecting portion to be connected, and the configuration for sealing can be simplified.

【0017】本発明の第1の水素抽出装置において、前
記水素分離膜は、5族金属または5族金属合金で形成さ
れた基材の両面にパラジウムまたはパラジウム合金の被
膜を形成していることとしても良い。
In the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, the hydrogen separation membrane is formed by forming a palladium or palladium alloy film on both surfaces of a base material formed of a group 5 metal or a group 5 metal alloy. Is also good.

【0018】このような水素抽出装置において、前記水
素分離膜と前記スペーサとは、ガスケット、ろう付け、
ガラス接着のいずれかによってシールされていることと
しても良い。水素分離膜に平行な面同士の接着は、上記
した手段によって容易に気密性を確保することができ、
充分な気密性を実現するための動作が煩雑化するのを抑
えることができる。
[0018] In such a hydrogen extraction apparatus, the hydrogen separation membrane and the spacer are formed by a gasket, brazing,
It may be sealed by any of glass bonding. Adhesion between the surfaces parallel to the hydrogen separation membrane can easily ensure airtightness by the means described above,
The operation for realizing sufficient airtightness can be prevented from becoming complicated.

【0019】このような水素抽出装置において、前記水
素分離膜は、多孔質基材上に水素分離金属を担持して成
り、前記多孔質基材は、前記水素分離膜と前記スペーサ
とが接続される接続部における気密性を確保可能とする
ガス不透過なコート層を備え、前記水素分離膜と前記ス
ペーサとは、前記コート層と前記スペーサとの間でシー
ルされていることとしてもよい。
In such a hydrogen extraction device, the hydrogen separation membrane is formed by supporting a hydrogen separation metal on a porous substrate, and the porous substrate is connected to the hydrogen separation membrane and the spacer. A gas-impermeable coat layer capable of ensuring airtightness at the connection portion, and the hydrogen separation membrane and the spacer may be sealed between the coat layer and the spacer.

【0020】水素分離膜を、多孔質基材上に水素分離金
属を担持させて形成することで、水素分離膜の強度を向
上させることができる。また、コート層を設けることに
よって、多孔質基材がガス透過性を有することに起因し
て、上記接続部で気密性が損なわれるのを防止すること
ができる。
By forming the hydrogen separation membrane by supporting a hydrogen separation metal on a porous substrate, the strength of the hydrogen separation membrane can be improved. Further, by providing the coat layer, it is possible to prevent the airtightness from being impaired at the connection portion due to the gas permeability of the porous base material.

【0021】本発明の水素抽出装置において、隣り合う
前記水素分離膜の間に配設され、該隣り合う水素分離膜
間に形成される前記第1の流路あるいは第2の流路のう
ちの少なくとも一方の流路内を仕切ると共に、該仕切ら
れた流路内を通過する気体を前記水素分離膜に沿って導
くガス整流板をさらに備えることとしても良い。
In the hydrogen extraction device of the present invention, the hydrogen extraction device is provided between the adjacent hydrogen separation membranes, and is provided between the first flow passage and the second flow passage formed between the adjacent hydrogen separation membranes. The apparatus may further include a gas rectifying plate that partitions at least one of the flow paths and guides a gas passing through the partitioned flow path along the hydrogen separation membrane.

【0022】このような構成とすれば、流路内を通過す
る気体は水素分離膜に沿って流れるため、水素分離膜に
おいて水素を抽出する動作が効果的に行なわれ、水素抽
出の効率を向上させることができる。
With such a configuration, since the gas passing through the flow path flows along the hydrogen separation membrane, the operation of extracting hydrogen in the hydrogen separation membrane is effectively performed, and the efficiency of hydrogen extraction is improved. Can be done.

【0023】このような水素抽出装置において、前記ガ
ス整流板は、前記スペーサと前記外殻部とのうちの少な
くとも一方と一体で形成されることとしても良い。
In such a hydrogen extraction device, the gas flow regulating plate may be formed integrally with at least one of the spacer and the outer shell.

【0024】また、このような水素抽出装置において、
前記ガス整流板を間に挟んで隣り合う前記水素分離膜間
に配設され、該水素分離膜間を接続すると共に前記ガス
整流板を支持する補強部材をさらに備えることとしても
良い。補強部材を設けることで、水素抽出装置全体の強
度を向上させることができる。
In such a hydrogen extraction device,
The gas rectifying plate may be further provided with a reinforcing member disposed between the hydrogen separation membranes adjacent to each other with the gas rectifying plate interposed therebetween, for connecting the hydrogen separation membranes and for supporting the gas rectification plate. By providing the reinforcing member, the strength of the entire hydrogen extraction device can be improved.

【0025】このような水素抽出装置において、前記ガ
ス整流板と前記スペーサと前記補強部材とを備え、前記
水素分離膜との間で前記第1の流路の少なくとも一部を
形成する第1の積層部材と、前記ガス整流板と前記スペ
ーサと前記補強部材とを備え、前記水素分離膜との間で
前記第2の流路の少なくとも一部を形成する第2の積層
部材とを備え、前記第1の積層部材、前記水素分離膜、
前記第2の積層部材、前記水素分離膜、の順で各部材を
積層して成り、積層された互いに隣接する部材間は、前
記各部材を積層する際の積層面と略平行な面において接
続されると共に、前記互いに隣接する部材間の気密性を
確保するようにシールされていることとしても良い。
[0025] In such a hydrogen extraction apparatus, the first gas channel, the spacer, and the reinforcing member, wherein at least a part of the first flow path is formed between the gas flow plate and the hydrogen separation membrane. A laminated member, comprising: the gas flow regulating plate, the spacer, and the reinforcing member; and a second laminated member that forms at least a part of the second flow path between the hydrogen separation membrane, A first laminated member, the hydrogen separation membrane,
Each member is laminated in the order of the second laminated member and the hydrogen separation membrane, and the laminated adjacent members are connected to each other in a plane substantially parallel to a laminated surface when the respective members are laminated. In addition, the sealing member may be sealed so as to ensure airtightness between the adjacent members.

【0026】このような構成とすれば、第1および第2
の積層部材を水素分離膜と共に順次積層するという簡便
な動作によって、上記した構造を備える水素抽出装置を
容易に製造することが可能となる。このとき、積層面と
略平行な面において各部材間をシールするため、気密性
を確保するための構成を簡素化し、容易に充分な気密性
を確保することが可能となる。また、第1の積層部材と
第2の積層部材とのうちの少なくとも一方の部材におい
て、外殻部の一部を形成し、上記各部材を積層する際に
外殻部も形成される構成とすれば、水素抽出装置を製造
する工程をさらに簡素化することができる。
With such a configuration, the first and second
The simple operation of sequentially stacking the stacked members together with the hydrogen separation membrane makes it possible to easily manufacture a hydrogen extraction device having the above-described structure. At this time, since the members are sealed in a plane substantially parallel to the lamination surface, the configuration for ensuring airtightness is simplified, and sufficient airtightness can be easily ensured. Further, in at least one of the first laminated member and the second laminated member, a part of the outer shell portion is formed, and the outer shell portion is also formed when the respective members are stacked. Then, the process of manufacturing the hydrogen extraction device can be further simplified.

【0027】また、本発明の第1の水素抽出装置におい
て、前記水素含有気体から抽出された水素と共に前記第
2の流路を通過して、前記水素を前記第2の流路外に導
く導出気体を、前記第2の流路に対して供給する導出気
体供給手段を、さらに備えることとしても良い。
[0027] In the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, the hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas passes through the second flow path and guides the hydrogen to outside the second flow path. Derived gas supply means for supplying gas to the second flow path may be further provided.

【0028】このような構成とすれば、水素分離膜によ
って水素含有気体から第2の流路側へ抽出された水素
は、上記導出気体によって第2の流路外へ順次導かれる
ため、第1の流路と第2の流路との間で、充分な水素濃
度差を維持することが可能となる。これにより、水素抽
出装置における水素抽出の効率を向上させることができ
る。
With this configuration, the hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas to the second flow path side by the hydrogen separation membrane is successively guided to the outside of the second flow path by the above-mentioned derived gas. It is possible to maintain a sufficient hydrogen concentration difference between the flow path and the second flow path. Thereby, the efficiency of hydrogen extraction in the hydrogen extraction device can be improved.

【0029】このような水素抽出装置において、前記第
1の流路内を通過する前記水素含有気体と、該水素含有
気体から抽出された水素と共に前記第2の流路内を通過
する前記導出気体とは、互いに対向する方向に流れる構
成も好適である。
[0029] In such a hydrogen extraction device, the hydrogen-containing gas passing through the first flow path and the derived gas passing through the second flow path together with hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas. Also, a configuration in which the gas flows in the directions facing each other is preferable.

【0030】このような構成とすれば、水素抽出装置全
体で、第1の流路と第2の流路との間の水素濃度差を充
分に維持することができ、水素抽出の効率をさらに向上
させることができる。
With such a configuration, the hydrogen concentration difference between the first flow path and the second flow path can be sufficiently maintained in the entire hydrogen extraction apparatus, and the hydrogen extraction efficiency can be further improved. Can be improved.

【0031】本発明の第1の水素抽出装置において、前
記第1の流路は、炭化水素系燃料から水素含有気体を生
成する改質反応を促進する改質触媒を備えると共に、前
記炭化水素系燃料の供給を受け、前記改質触媒によって
前記炭化水素系燃料が改質されて生じた前記水素含有気
体が通過することとしてもよい。
[0031] In the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, the first flow path includes a reforming catalyst for promoting a reforming reaction for generating a hydrogen-containing gas from a hydrocarbon-based fuel. The fuel may be supplied, and the hydrogen-containing gas generated by reforming the hydrocarbon-based fuel by the reforming catalyst may pass through.

【0032】このような構成とすれば、水素抽出装置に
おいて、炭化水素系燃料の改質と水素抽出とを同時に行
なうことができる。ここで、炭化水素系燃料とは、ガソ
リンなどの液体炭化水素や、メタノールなどのアルコー
ルやアルデヒド類、あるいは天然ガスなど、改質反応に
よって水素を生成可能な種々の燃料を選択することがで
きる。
With such a configuration, in the hydrogen extraction device, the reforming of the hydrocarbon fuel and the extraction of hydrogen can be performed simultaneously. Here, as the hydrocarbon-based fuel, various fuels that can generate hydrogen by a reforming reaction, such as liquid hydrocarbons such as gasoline, alcohols and aldehydes such as methanol, and natural gas, can be selected.

【0033】ここで、前記第1の流路は、前記水素含有
気体中の一酸化炭素濃度を低減させる反応を促進するC
O低減触媒をさらに備えることとしても良い。このよう
な構成とすれば、水素含有気体から水素を抽出するのに
先立って、水素含有気体中の一酸化炭素濃度が低減され
るため、水素分離膜が一酸化炭素によって被毒するとい
った不都合が生じるのを抑えることができる。
Here, the first flow path is provided with C for promoting a reaction for reducing the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas.
An O reduction catalyst may be further provided. With such a configuration, the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas is reduced prior to extracting hydrogen from the hydrogen-containing gas. The occurrence can be suppressed.

【0034】また、本発明の第1の水素抽出装置におい
て、前記第1の流路を通過する前記水素含有気体は、一
酸化炭素をさらに含有し、前記第1の流路は、気体中の
一酸化炭素濃度を低減させる反応を促進するCO低減触
媒を備えることとしても良い。このような構成とすれ
ば、水素抽出に供される水素含有気体が含有する一酸化
炭素によって、水素分離膜が被毒するといった不都合が
生じるのを抑えることができる。
[0034] In the first hydrogen extraction apparatus of the present invention, the hydrogen-containing gas passing through the first flow path further contains carbon monoxide, and the first flow path includes a gas contained in the gas. A CO reduction catalyst that promotes a reaction for reducing the concentration of carbon monoxide may be provided. With such a configuration, it is possible to suppress the problem that the hydrogen separation membrane is poisoned by carbon monoxide contained in the hydrogen-containing gas used for hydrogen extraction.

【0035】本発明の第2の水素抽出装置は、水素を外
部に排出する水素抽出装置であって、水素を選択的に透
過させる性質を有する複数の積層された水素分離膜と、
水素を含有する水素含有気体が通過すると共に、前記水
素分離膜によって壁面の一部が形成される第1の流路
と、前記水素分離膜を介して前記第1の流路と隣接し、
前記水素分離膜によって前記第1の流路内を通過する前
記水素含有気体から抽出された水素が流入する第2の流
路と、前記第2の流路内を通過することによって、前記
第2の流路に流入した前記水素を前記第2の流路外に導
く導出気体を、前記第2の流路に対して供給する導出気
体供給手段とを備え、前記第1の流路を通過する前記水
素含有気体と、該水素含有気体から抽出された水素と共
に前記第2の流路内を通過する前記導出気体とは、互い
に対向する方向に流れることを要旨とする。
The second hydrogen extraction device of the present invention is a hydrogen extraction device for discharging hydrogen to the outside, wherein a plurality of stacked hydrogen separation membranes having a property of selectively permeating hydrogen are provided;
A hydrogen-containing gas containing hydrogen passes therethrough, a first flow path in which a part of a wall surface is formed by the hydrogen separation membrane, and the first flow path is adjacent to the first flow path through the hydrogen separation membrane,
A second flow path into which hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas passing through the first flow path by the hydrogen separation membrane flows, and a second flow path passing through the second flow path; And a derivation gas supply means for supplying a derivation gas for guiding the hydrogen flowing into the second flow path to the outside of the second flow path to the second flow path, and passing through the first flow path. The gist is that the hydrogen-containing gas and the derived gas passing through the second flow path together with the hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas flow in directions opposite to each other.

【0036】以上のように構成された本発明の第2の水
素抽出装置は、水素を選択的に透過させる性質を有する
複数の積層された水素分離膜によって、この水素分離膜
によって壁面の一部が形成される第1の流路を通過する
水素含有気体から、水素が抽出される。抽出された水素
は、前記水素分離膜を介して前記第1の流路と隣接する
第2の流路に流入する。第2の流路へは、前記第2の流
路内を通過することによって、前記第2の流路に流入し
た前記水素を前記第2の流路外に導く導出気体が、前記
第1の流路を通過する前記水素含有気体と互いに対向す
る方向に流れる様に供給される。
The second hydrogen extraction apparatus of the present invention having the above-described structure is characterized in that a plurality of stacked hydrogen separation membranes having a property of selectively permeating hydrogen are partially separated by the hydrogen separation membrane. Is extracted from the hydrogen-containing gas passing through the first flow path in which is formed. The extracted hydrogen flows through the hydrogen separation membrane into a second flow path adjacent to the first flow path. To the second flow path, a derived gas that guides the hydrogen that has flowed into the second flow path to the outside of the second flow path by passing through the inside of the second flow path is used as the first gas. The gas is supplied so as to flow in a direction opposite to the hydrogen-containing gas passing through the flow path.

【0037】このような本発明の第2の水素抽出装置に
よれば、水素分離膜によって水素含有気体から第2の流
路側へ抽出された水素は、上記導出気体によって第2の
流路外へ順次導かれるため、第1の流路と第2の流路と
の間で、充分な水素濃度差を維持することが可能とな
る。これにより、水素抽出装置における水素抽出の効率
を向上させることができる。さらに、第1の流路を通過
する水素含有気体と第2の流路を通過する導出気体と
が、互いに対向する方向に流れることにより、水素抽出
装置全体で、第1の流路と第2の流路との間の水素濃度
差を充分に維持することができ、水素抽出の効率をさら
に向上させることができる。
According to the second hydrogen extraction apparatus of the present invention, the hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas to the second flow path by the hydrogen separation membrane is moved out of the second flow path by the above-mentioned derived gas. Since they are sequentially guided, it is possible to maintain a sufficient hydrogen concentration difference between the first flow path and the second flow path. Thereby, the efficiency of hydrogen extraction in the hydrogen extraction device can be improved. Further, the hydrogen-containing gas passing through the first flow path and the derived gas passing through the second flow path flow in directions opposite to each other. The difference in hydrogen concentration between the flow path and the flow path can be sufficiently maintained, and the efficiency of hydrogen extraction can be further improved.

【0038】本発明の燃料電池装置は、水素を含有する
ガスと酸素を含有するガスの供給を受け、前記ガスを利
用した電気化学反応によって起電力を得る燃料電池を備
える燃料電池装置であって、請求項1ないし17いずれ
か記載の水素抽出装置を備え、該水素抽出装置が抽出し
た水素を、前記電気化学反応に利用することを要旨とす
る。
The fuel cell device of the present invention is a fuel cell device provided with a fuel cell which receives a supply of a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction utilizing the gas. A hydrogen extraction device according to any one of claims 1 to 17, wherein hydrogen extracted by the hydrogen extraction device is used for the electrochemical reaction.

【0039】このような構成とすれば、簡素なマニホー
ルド構造を有する本発明の水素抽出装置を備えるため、
燃料電池装置全体の大型化を抑えることができる。ま
た、容易に充分なシール性を確保することができる本発
明の水素抽出装置を備えるため、水素を含有するガスを
燃料電池に対して供給する装置における信頼度を高める
ことができる。
With such a configuration, the hydrogen extraction device of the present invention having a simple manifold structure is provided.
An increase in the size of the entire fuel cell device can be suppressed. In addition, since the hydrogen extraction device of the present invention, which can easily ensure sufficient sealing performance, is provided, the reliability of a device for supplying a gas containing hydrogen to a fuel cell can be increased.

【0040】[0040]

【発明の実施の形態】以上説明した本発明の構成・作用
を一層明らかにするために、本発明の実施の形態を、以
下の順序で実施例に基づき説明する。 1.第1実施例の水素抽出装置10の構成 2.第2実施例の水素抽出装置110の構成 3.変形例 4.燃料電池装置への適用
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In order to further clarify the structure and operation of the present invention described above, embodiments of the present invention will be described based on examples in the following order. 1. 1. Configuration of hydrogen extraction device 10 of first embodiment 2. Configuration of hydrogen extraction device 110 of second embodiment Modified example 4. Application to fuel cell devices

【0041】(1)第1実施例の水素抽出装置10の構
成:本発明の好適な一実施例である水素抽出装置10の
構成を図1に示す。この図1は、第1実施例の水素抽出
装置10の構造の一部を分解した様子を表わす斜視図で
ある。水素抽出装置10は、水素分離コンポーネント1
2、外殻側壁14を形成する2つの側壁部材15、上端
部および下端部に配設される2つの外殻蓋16を主な構
成要素として備える。図2は、上記各構成要素を組み立
てて成る水素抽出装置10の断面の概略を表わす説明図
である。この図2では、水素抽出装置10の断面の様子
を、その中心線(図1に示したA−A線)に対して片側
についてのみ表わした。なお、中心線に対してもう一方
の側は、図2に示した側と対称に形成されている。
(1) Configuration of hydrogen extraction apparatus 10 of first embodiment: FIG. 1 shows the configuration of a hydrogen extraction apparatus 10 according to a preferred embodiment of the present invention. FIG. 1 is a perspective view showing a state in which a part of the structure of the hydrogen extraction device 10 of the first embodiment is partially disassembled. The hydrogen extraction device 10 includes the hydrogen separation component 1
2. It comprises two side wall members 15 forming the outer shell side wall 14 and two outer shell lids 16 disposed at the upper end and the lower end as main components. FIG. 2 is an explanatory diagram schematically showing a cross section of the hydrogen extraction device 10 formed by assembling the above components. In FIG. 2, the state of the cross section of the hydrogen extraction device 10 is shown only on one side with respect to the center line (AA line shown in FIG. 1). The other side with respect to the center line is formed symmetrically with the side shown in FIG.

【0042】水素分離コンポーネント12は、円形(ド
ーナツ形)の水素分離膜20およびパージガス整流板2
2と、隣り合う水素分離膜20間に配設されて円柱側面
を成す形状(図1参照)に形成されたインナースペーサ
24およびアウタースペーサ26とを備える部材であ
り、内部にパージガス流路30を形成している(パージ
ガスについては後に説明する)。また、水素分離コンポ
ーネント12の上端および下端には、パージガス導入口
31およびパージガス排出口32が設けられており、こ
れらは内部のパージガス流路30と連通している。
The hydrogen separation component 12 includes a circular (donut-shaped) hydrogen separation membrane 20 and a purge gas rectifying plate 2.
2 and an inner spacer 24 and an outer spacer 26 formed between adjacent hydrogen separation membranes 20 to form a cylindrical side surface (see FIG. 1). (The purge gas will be described later). Further, a purge gas inlet 31 and a purge gas outlet 32 are provided at the upper end and the lower end of the hydrogen separation component 12, and these are communicated with the internal purge gas flow path 30.

【0043】側壁部材15は、その内側に改質ガス整流
板28を備えており、上記水素分離コンポーネント12
を内部に収納しつつ、上端部および下端部に配設される
外殻蓋16と共に組み合わされることで、水素分離コン
ポーネント12との間に改質ガス流路33を形成する。
なお、内部に水素分離コンポーネント12を収納して2
つの側壁部材15を組み合わせ、水素抽出装置10を形
成したときには、側壁部材15が備える改質ガス整流板
28は、もう一方の側壁部材15が備える対応する改質
ガス整流板28と接続してドーナツ形を成し、水素分離
コンポーネントにおいてインナースペーサ24を間に介
して隣り合う2枚の水素分離膜20間の空間に配設され
る(図1および図2参照)。また、2つの外殻蓋16に
は、それぞれ、改質ガス導入口34および改質ガス排出
口35が設けられており、これらは外殻側壁14内に形
成される改質ガス流路33と連通している。
The side wall member 15 is provided with a reformed gas straightening plate 28 inside the side wall member 15.
Is stored inside, and combined with the outer shell lids 16 disposed at the upper end and the lower end, thereby forming a reformed gas flow path 33 between the hydrogen separation component 12 and the hydrogen separation component 12.
Note that the hydrogen separation component 12 is housed inside
When the hydrogen extraction device 10 is formed by combining the two side wall members 15, the reformed gas rectifying plate 28 provided on the side wall member 15 is connected to the corresponding reformed gas rectifying plate 28 provided on the other side wall member 15 to form a donut. In the hydrogen separation component, the hydrogen separation component is disposed in a space between two adjacent hydrogen separation membranes 20 with an inner spacer 24 interposed therebetween (see FIGS. 1 and 2). The two outer shell lids 16 are provided with a reformed gas inlet 34 and a reformed gas outlet 35, respectively, which are connected to a reformed gas passage 33 formed in the outer shell side wall 14. Communicating.

【0044】水素分離膜20は、水素を選択的に透過す
る性質を有する金属(以下、水素分離金属と呼ぶ)を備
える膜であるが、この水素分離金属としては、パラジウ
ムあるいはパラジウム合金(例えば、パラジウム−銀合
金)など、パラジウムを含有する金属から選択すること
ができる。また、本実施例では、この水素分離膜20
は、所定の多孔質基材上に上記水素分離金属を担持させ
て成ることとした。多孔質基材上に水素分離金属を担持
させることで、水素分離膜の強度を向上させることがで
きる。ここで、水素分離膜20としては、種々の構成を
適用可能である。水素分離膜20は、例えば、上記多孔
質基材上を、めっきや、化学蒸着法(CVD)、物理蒸
着法(PVD)等により水素分離金属でコーティングす
ることによって形成することができる。あるいは、多孔
質基材の細孔に上記水素分離金属を担持させることによ
って形成することとしてもよい。このような水素分離金
属の担持法としては、例えば、水素分離金属を含有した
溶液に多孔質基材を浸漬する含浸担持法、水素分離金属
を有機溶剤中に混ぜたペーストを多孔質基材の表面に塗
布して焼成する方法などを用いることができる。なお、
多孔質基材は、充分な強度と耐熱性とを有する材料によ
って形成されるガス透過性を有する部材であり、その材
料としては、例えば、セラミックスや金属などから選択
することができる。
The hydrogen separation membrane 20 is a membrane including a metal having a property of selectively permeating hydrogen (hereinafter, referred to as a hydrogen separation metal). As the hydrogen separation metal, palladium or a palladium alloy (for example, Metal such as palladium-silver alloy). In this embodiment, the hydrogen separation membrane 20 is used.
In this method, the hydrogen separation metal is supported on a predetermined porous substrate. By supporting the hydrogen separation metal on the porous substrate, the strength of the hydrogen separation membrane can be improved. Here, as the hydrogen separation membrane 20, various configurations can be applied. The hydrogen separation membrane 20 can be formed, for example, by coating the porous substrate with a hydrogen separation metal by plating, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), or the like. Alternatively, it may be formed by supporting the hydrogen separation metal on the pores of the porous substrate. Examples of such a method of supporting a hydrogen separation metal include, for example, an impregnation support method in which a porous substrate is immersed in a solution containing the hydrogen separation metal, and a paste in which the hydrogen separation metal is mixed in an organic solvent. A method in which the composition is applied to the surface and fired can be used. In addition,
The porous substrate is a gas-permeable member formed of a material having sufficient strength and heat resistance, and the material can be selected from, for example, ceramics and metal.

【0045】水素分離膜20以外のスペーサや整流板お
よび側壁部材等は、充分な強度と、充分な耐熱性(改質
反応は所定の高温下で進行するため、供給される改質ガ
スの温度に対する充分な耐熱性)とを有するガス不透過
な部材として形成されている。本実施例では、上記各部
材をステンレスによって形成したが、このような金属材
料以外に、セラミックスなど種々の材料が選択可能であ
る。また、これらの各部材間は、充分な気密性を確保す
るように接続されている。これによって、水素抽出装置
10の内部の空間は、水素分離コンポーネント12内に
形成されるパージガス流路30と、水素分離コンポーネ
ント12と外殻側壁14との間に形成される改質ガス流
路33とに分離されており、水素分離膜20を透過する
ことによって水素のみが両流路の間を移動可能となって
いる。なお、側壁部材15および外殻蓋16を互いに接
続する部位は、図1において「+」の記号を付した領域
として示した。また、各部材間を接続するシール構造に
ついては後に詳述する。
The spacers, rectifying plates, side wall members and the like other than the hydrogen separation membrane 20 have sufficient strength and sufficient heat resistance (because the reforming reaction proceeds at a predetermined high temperature, the temperature of the supplied reformed gas is low). (Sufficient heat resistance). In the present embodiment, each of the above members is formed of stainless steel, but various materials such as ceramics can be selected in addition to such a metal material. These members are connected so as to ensure sufficient airtightness. Accordingly, the space inside the hydrogen extraction device 10 is divided into a purge gas passage 30 formed in the hydrogen separation component 12 and a reformed gas passage 33 formed between the hydrogen separation component 12 and the outer shell side wall 14. By passing through the hydrogen separation membrane 20, only hydrogen can move between the two flow paths. The part connecting the side wall member 15 and the outer shell lid 16 to each other is shown in FIG. 1 as a region with a “+” sign. The seal structure for connecting the members will be described later in detail.

【0046】なお、上記ように水素分離金属としてパラ
ジウムを含有する金属を用いる場合には、水素分離金属
が水素を抽出する効率は水素分離金属の温度に依存す
る。したがって、水素抽出の効率を充分に確保するため
には、水素分離膜20で水素抽出が行なわれる際の温度
を所定の温度以上(例えば300℃以上、好ましくは5
00℃以上)に維持する必要がある。水素抽出の動作に
供される改質ガスとして、高温の改質ガスを用いること
で、水素抽出の動作を行なう際の温度を確保することと
しても良いし、水素抽出装置10に所定の加熱装置を設
け、この加熱装置によって、水素抽出装置10全体、あ
るいは、水素分離膜20を加熱することとしても良い。
When a metal containing palladium is used as the hydrogen separation metal as described above, the efficiency with which the hydrogen separation metal extracts hydrogen depends on the temperature of the hydrogen separation metal. Therefore, in order to ensure sufficient hydrogen extraction efficiency, the temperature at which hydrogen is extracted in the hydrogen separation membrane 20 is set to a predetermined temperature or higher (for example, 300 ° C. or higher, preferably 5 ° C. or higher).
(00 ° C. or higher). By using a high-temperature reformed gas as the reformed gas provided for the hydrogen extraction operation, a temperature at the time of performing the hydrogen extraction operation may be ensured. And the heating device may be used to heat the entire hydrogen extraction device 10 or the hydrogen separation membrane 20.

【0047】次に、水素抽出装置10におけるガスの流
れと、水素抽出の動作について、図2に基づいて説明す
る。水素抽出装置10内の改質ガス流路33には、外部
から、改質ガス導入口34を介して、水素含有気体であ
る改質ガスが供給される(本実施例では、水素抽出装置
10を燃料電池装置に適用することを想定しており、炭
化水素系燃料を改質して得る改質ガスから水素を抽出す
る動作に基づいて説明する。なお、改質ガスの生成な
ど、燃料電池装置に関わる構成については後に説明す
る)。水素抽出装置10内に形成される改質ガス流路3
3は、アウタースペーサ26と外殻側壁14との間に形
成され、部材の積層方向に改質ガスを導くマニホールド
領域33aと、水素分離膜20および改質ガス整流板2
8に沿って改質ガスを導く水素抽出領域33bとを備え
ている。改質ガスから水素を抽出する動作は、上記水素
抽出領域33bを改質ガスが通過する際に行なわれ、マ
ニホールド領域33aは、各水素抽出領域33bに対し
て改質ガスを給排するために働く。
Next, the flow of gas in the hydrogen extraction device 10 and the operation of hydrogen extraction will be described with reference to FIG. A reformed gas, which is a hydrogen-containing gas, is supplied to the reformed gas flow path 33 in the hydrogen extraction device 10 from the outside via a reformed gas inlet 34 (in the present embodiment, the hydrogen extraction device 10 is It is assumed that the present invention is applied to a fuel cell device, and a description will be given based on an operation of extracting hydrogen from a reformed gas obtained by reforming a hydrocarbon-based fuel. The configuration related to the device will be described later). Reformed gas passage 3 formed in hydrogen extraction device 10
Reference numeral 3 denotes a manifold region 33a formed between the outer spacer 26 and the outer shell side wall 14 and guiding the reformed gas in the direction in which the members are stacked.
And a hydrogen extraction region 33b for guiding the reformed gas along the line 8. The operation of extracting hydrogen from the reformed gas is performed when the reformed gas passes through the hydrogen extraction region 33b. The manifold region 33a is used to supply and discharge the reformed gas to and from each hydrogen extraction region 33b. work.

【0048】改質ガス導入口34を介して改質ガス流路
33に供給された改質ガスは、改質ガス導入口34に最
も近いマニホールド領域33aを通過した後、改質ガス
整流板28に導かれて流れの向きを変え、改質ガス導入
口34の最も近くに配設された水素分離膜20(第1の
水素分離膜20)上に形成された水素抽出領域33b
(第1の水素抽出領域33b)に導かれる。このように
第1の水素抽出領域33bを通過した改質ガスは、上記
第1の水素分離膜20の端部に接続するインナースペー
サ24に導かれて流れの向きを変え、上記第1の水素分
離膜20の隣に配設された水素分離膜20(第2の水素
分離膜20)上に形成される水素抽出領域33b(第2
の水素抽出領域33b)に導かれる。
The reformed gas supplied to the reformed gas passage 33 via the reformed gas inlet 34 passes through the manifold region 33a closest to the reformed gas inlet 34, and then passes through the reformed gas rectifying plate 28. The hydrogen extraction region 33b formed on the hydrogen separation membrane 20 (first hydrogen separation membrane 20) disposed closest to the reformed gas inlet 34
(First hydrogen extraction region 33b). The reformed gas that has passed through the first hydrogen extraction region 33b is guided to the inner spacer 24 connected to the end of the first hydrogen separation membrane 20, and changes the flow direction, and the first hydrogen The hydrogen extraction region 33b (second hydrogen separation region) formed on the hydrogen separation film 20 (second hydrogen separation film 20) disposed next to the separation film 20
To the hydrogen extraction region 33b).

【0049】第2の水素抽出領域33bを通過した改質
ガスは、アウタースペーサ26と外殻側壁14との間に
形成されるマニホールド領域33aによって、上記第2
の水素分離膜20のさらに隣に配設される第3の水素分
離膜20上に形成される第3の水素抽出領域33bに導
かれる。このような動作を積層の数に応じて繰り返して
改質ガス排出口35に至り、外部に排出される。すなわ
ち、改質ガスは、マニホールド領域33aおよびインナ
ースペーサ24に導かれながら、改質ガス導入口34側
から改質ガス排出口35側に向かって、各水素分離膜2
0上に形成される水素抽出領域33b内を順次流れてい
く。このように改質ガスが水素抽出領域33b内を流れ
る際には、改質ガス中の水素は、水素分離膜20を透過
することによって改質ガスから抽出され、パージガス流
路30側に移動する。
The reformed gas that has passed through the second hydrogen extraction region 33b is supplied to the second region by the manifold region 33a formed between the outer spacer 26 and the outer shell side wall 14.
To the third hydrogen extraction region 33b formed on the third hydrogen separation membrane 20 provided next to the hydrogen separation membrane 20 of FIG. Such an operation is repeated according to the number of layers to reach the reformed gas discharge port 35 and discharged to the outside. In other words, the reformed gas flows from the reformed gas inlet 34 toward the reformed gas outlet 35 while being guided to the manifold region 33a and the inner spacer 24.
It flows sequentially in the hydrogen extraction region 33b formed on the zero. As described above, when the reformed gas flows in the hydrogen extraction region 33b, hydrogen in the reformed gas is extracted from the reformed gas by permeating the hydrogen separation membrane 20, and moves to the purge gas passage 30 side. .

【0050】本実施例の水素抽出装置10では、水素分
離膜20による水素抽出の効率を向上させるために、水
素分離膜20を間に介して改質ガス流路33と接する流
路をパージガス流路30とし、このパージガス流路30
に対して、抽出された水素を外部に導くためのパージガ
スを流している。すなわち、上記パージガス流路30に
パージガスを流して、水素分離膜20を透過して改質ガ
スから抽出された水素をパージガスによって運び去るこ
とによって、上記対向する流路における水素濃度を常に
低く抑え、水素抽出の効率の確保を図っている。パージ
ガスとしては、水素抽出装置10から取り出した水素を
用いる後の工程で不都合を生じない気体であって、充分
に水素濃度が低い気体を、目的に応じて適宜選択すれば
よい。
In the hydrogen extraction apparatus 10 of this embodiment, in order to improve the efficiency of hydrogen extraction by the hydrogen separation membrane 20, the flow path in contact with the reformed gas flow path 33 with the hydrogen separation membrane 20 interposed therebetween is And the purge gas passage 30
, A purge gas is introduced to guide the extracted hydrogen to the outside. That is, by flowing a purge gas through the purge gas flow path 30 and carrying hydrogen extracted through the hydrogen separation membrane 20 and extracted from the reformed gas by the purge gas, the hydrogen concentration in the opposed flow path is always kept low. The aim is to ensure the efficiency of hydrogen extraction. As the purge gas, a gas that does not cause any inconvenience in the subsequent process using hydrogen extracted from the hydrogen extraction device 10 and that has a sufficiently low hydrogen concentration may be appropriately selected according to the purpose.

【0051】パージガス流路30には、外部から、パー
ジガス導入口31を介して、上記パージガスが供給され
る。水素抽出装置10内に形成されるパージガス流路3
0は、インナースペーサ24によって形成され、部材の
積層方向にパージガスを導くマニホールド領域30a
と、水素分離膜20およびパージガス整流板22に沿っ
てパージガスを導く水素抽出領域30bとを備えてい
る。改質ガスから抽出された水素は、上記水素抽出領域
30bにおいてパージガス内に流入し、マニホールド領
域30aは、水素抽出領域30bに対してパージガスを
給排するために働く。
The purge gas is supplied from the outside to the purge gas passage 30 through a purge gas inlet 31. Purge gas flow path 3 formed in hydrogen extraction device 10
Reference numeral 0 denotes a manifold region 30a formed by the inner spacer 24 and guiding the purge gas in the stacking direction of the members.
And a hydrogen extraction region 30b for guiding a purge gas along the hydrogen separation membrane 20 and the purge gas flow control plate 22. Hydrogen extracted from the reformed gas flows into the purge gas in the hydrogen extraction region 30b, and the manifold region 30a functions to supply and discharge the purge gas to and from the hydrogen extraction region 30b.

【0052】パージガス導入口31を介してパージガス
流路30に供給されたパージガスは、パージガス整流板
22によって、パージガス導入口31の最も近くに配設
された水素分離膜20(第1の水素分離膜20。ただ
し、上記改質ガス側の説明における第1の水素分離膜2
0とは反対側の端部に位置する。以下同じ)上に形成さ
れた水素抽出領域30b(第1の水素抽出領域30b)
に導かれる。このように第1の水素抽出領域30bを通
過したパージガスは、インナースペーサ24が形成する
マニホールド領域30aによって、上記第1の水素分離
膜20の隣に配設された水素分離膜20(第2の水素分
離膜20)上に形成される水素抽出領域30b(第2の
水素抽出領域30b)に導かれる。
The purge gas supplied to the purge gas passage 30 through the purge gas inlet 31 is supplied to the hydrogen separation membrane 20 (first hydrogen separation membrane) disposed closest to the purge gas inlet 31 by the purge gas straightening plate 22. 20. However, the first hydrogen separation membrane 2 in the above description of the reformed gas side
It is located at the end opposite to 0. The same applies to the following) The hydrogen extraction region 30b (first hydrogen extraction region 30b) formed above
It is led to. The purge gas that has passed through the first hydrogen extraction region 30b is supplied by the manifold region 30a formed by the inner spacer 24 to the hydrogen separation film 20 (the second hydrogen separation film 20) disposed next to the first hydrogen separation film 20. It is led to the hydrogen extraction region 30b (second hydrogen extraction region 30b) formed on the hydrogen separation membrane 20).

【0053】第2の水素抽出領域30bを通過したパー
ジガスは、上記第2の水素分離膜20の端部に接続する
アウタースペーサ26に導かれて流れの向きを変え、上
記第2の水素分離膜20の隣に配設された水素分離膜2
0(第3の水素分離膜20)上に形成される水素抽出領
域30b(第3の水素抽出領域30b)に導かれる。第
3の水素抽出領域30bを通過した改質ガスは、インナ
ースペーサ24が形成するマニホールド領域30aに導
かれ、このような動作を積層の数に応じて繰り返してパ
ージガス排出口32に至り、外部に排出される。すなわ
ち、パージガスは、マニホールド領域30aおよびアウ
タースペーサ26に導かれながら、パージガス導入口3
1側からパージガス排出口32側に向かって、各水素分
離膜20上に形成される水素抽出領域30b内を順次流
れていく。このようにパージガスが水素抽出領域30b
内を流れる際には、水素分離膜20を透過して改質ガス
から抽出された水素はパージガスに混合されて、外部に
導かれる。
The purge gas that has passed through the second hydrogen extraction region 30b is guided to the outer spacer 26 connected to the end of the second hydrogen separation membrane 20, and changes the flow direction. Hydrogen separation membrane 2 arranged next to 20
0 (third hydrogen separation membrane 20) is led to a hydrogen extraction area 30b (third hydrogen extraction area 30b) formed on the third hydrogen separation membrane 20. The reformed gas that has passed through the third hydrogen extraction region 30b is led to the manifold region 30a formed by the inner spacer 24, and the above operation is repeated according to the number of layers to reach the purge gas discharge port 32, and to the outside. Is discharged. That is, the purge gas is introduced into the purge gas inlet 3 while being guided to the manifold region 30a and the outer spacer 26.
From the first side toward the purge gas discharge port 32 side, the hydrogen gas sequentially flows in the hydrogen extraction region 30b formed on each hydrogen separation membrane 20. Thus, the purge gas is supplied to the hydrogen extraction region 30b.
When flowing through the inside, hydrogen extracted from the reformed gas through the hydrogen separation membrane 20 is mixed with the purge gas and guided to the outside.

【0054】パージガス流路30および改質ガス流路3
3内を通過するガスの流れの方向は、図2において矢印
で示した。上記2種類のガスの流れ方向は、水素分離膜
20を間に介して隣接する改質ガス流路33とパージガ
ス流路30とにおいて、両者を同じ向きに流すこととし
ても良いが、本実施例では、両者が対向する向きに流す
こととした。水素分離膜による水素抽出の効率(速度)
は、水素分離膜を介して隣り合う二つの流路間の水素濃
度差に応じたものとなるため、このような構成とするこ
とによって、水素抽出装置10全体で水素抽出の効率を
向上させることができる。
The purge gas passage 30 and the reformed gas passage 3
The direction of the flow of the gas passing through the inside 3 is indicated by an arrow in FIG. The flow direction of the two gases may be the same in the reformed gas flow path 33 and the purge gas flow path 30 adjacent to each other with the hydrogen separation membrane 20 interposed therebetween. Then, it was decided to flow in the direction in which both face each other. Efficiency of hydrogen extraction by hydrogen separation membrane (speed)
Depends on the difference in hydrogen concentration between two adjacent flow paths via the hydrogen separation membrane. By adopting such a configuration, the efficiency of hydrogen extraction in the entire hydrogen extraction device 10 can be improved. Can be.

【0055】本実施例のように両者を対向する向きに流
す場合(図3(a)参照)には、上流側の改質ガス、す
なわち水素抽出がまだあまり行なわれず水素濃度が高い
改質ガスは、下流側のパージガス、すなわち抽出された
水素を多く含んで水素濃度が高くなっているパージガス
と、水素分離膜20を介して接することになる。また、
下流側の改質ガス、すなわち水素抽出がかなり進行して
水素濃度が低下した改質ガスは、上流側のパージガス、
すなわち抽出された水素をほとんど含まず水素濃度が非
常に低いパージガスと、水素分離膜20を介して接する
ことになる。この様子を図3(b)に示す。なお、図3
(b)において、横軸に示した流路に沿う長さは、改質
ガス流路の上流側が左側、下流側が右側となるように表
わした。改質ガスからパージガスへの水素の移動は、上
記したように両者間の水素濃度差に応じて行なわれる
が、図3(b)に示すように、両者を対向する向きに流
す場合には、改質ガス流路33およびパージガス流路3
0の流路長全体にわたって、それぞれの流路内を流れる
ガス間の水素濃度差は一定以上に保たれるため、流路全
体にわたって、効果的に水素分離膜20による水素抽出
が行なわれる。
In the case where both are flowed in opposite directions as in this embodiment (see FIG. 3 (a)), the reformed gas on the upstream side, that is, the reformed gas having a high hydrogen concentration without much hydrogen extraction yet. Is in contact with a downstream purge gas, that is, a purge gas containing a large amount of extracted hydrogen and having a high hydrogen concentration, via the hydrogen separation membrane 20. Also,
The reformed gas on the downstream side, that is, the reformed gas whose hydrogen concentration has decreased due to the substantial progress of hydrogen extraction, is purge gas on the upstream side,
That is, the gas comes into contact with the purge gas containing almost no extracted hydrogen and having a very low hydrogen concentration via the hydrogen separation membrane 20. This state is shown in FIG. Note that FIG.
In (b), the length along the flow path shown on the horizontal axis is represented such that the upstream side of the reformed gas flow path is on the left side and the downstream side is on the right side. The movement of hydrogen from the reformed gas to the purge gas is performed in accordance with the difference in hydrogen concentration between the two as described above. However, as shown in FIG. Reformed gas passage 33 and purge gas passage 3
Since the hydrogen concentration difference between the gases flowing in the respective flow paths is maintained at a certain value or more over the entire flow path length of 0, hydrogen extraction by the hydrogen separation membrane 20 is effectively performed over the entire flow path.

【0056】これに対して、上記2種類のガスを同じ向
きに流す場合(図4(a)参照)には、上流側の改質ガ
ス、すなわち水素抽出がまだあまり行なわれず水素濃度
が高い改質ガスは、上流側のパージガス、すなわち抽出
された水素をほとんど含まず水素濃度が非常に低いパー
ジガスと、水素分離膜20を介して接することになる。
また、下流側の改質ガス、すなわち水素抽出がかなり進
行して水素濃度が低下した改質ガスは、下流側のパージ
ガス、すなわち抽出された水素を多く含んで水素濃度が
高くなっているパージガスと、水素分離膜20を介して
接することになる。この様子を図4(b)に示す。上流
側では、改質ガスとパージガスの間の水素濃度差は極め
て大きく、水素分離膜20による水素抽出は活発に行な
われるが、両者間の水素濃度差が小さくなる下流側で
は、水素抽出は充分に行なわれなくなってしまう。した
がって、本実施例のように、上記2種類のガスを対向す
る向きに流すことが、水素抽出装置10全体で水素抽出
の効率を充分に確保する上で望ましい。
On the other hand, in the case where the two types of gases are flowed in the same direction (see FIG. 4A), the reformed gas on the upstream side, that is, the reformed gas in which the hydrogen concentration is high and the hydrogen concentration is not high yet is high. The pure gas comes into contact with the purge gas on the upstream side, that is, the purge gas containing almost no extracted hydrogen and having a very low hydrogen concentration, through the hydrogen separation membrane 20.
Also, the downstream reformed gas, that is, the reformed gas whose hydrogen concentration has decreased due to the substantial progress of hydrogen extraction, is the same as the downstream purge gas, that is, the purge gas containing a large amount of extracted hydrogen and having a high hydrogen concentration. , Through the hydrogen separation membrane 20. This is shown in FIG. On the upstream side, the hydrogen concentration difference between the reformed gas and the purge gas is extremely large, and hydrogen extraction by the hydrogen separation membrane 20 is actively performed. On the downstream side where the hydrogen concentration difference between the two is small, hydrogen extraction is not sufficient. Will not be performed. Therefore, as in the present embodiment, it is desirable to flow the two types of gases in opposite directions in order to sufficiently secure the hydrogen extraction efficiency in the entire hydrogen extraction apparatus 10.

【0057】なお、パージガス流路30と改質ガス流路
33とは、水素分離膜20を間に挟んで隣接するよう配
設すれば良く、両者の配置を逆にすることも可能であ
る。すなわち、水素抽出装置10において、水素分離コ
ンポーネント12内に形成する流路を改質ガス流路33
とし、水素分離コンポーネント12と外殻側壁14との
間に形成する流路をパージガス流路30としても構わな
い。
The purge gas passage 30 and the reformed gas passage 33 may be disposed adjacent to each other with the hydrogen separation membrane 20 interposed therebetween, and the arrangement of both may be reversed. That is, in the hydrogen extraction device 10, the flow path formed in the hydrogen separation component 12 is changed to the reformed gas flow path 33.
The flow path formed between the hydrogen separation component 12 and the outer shell side wall 14 may be the purge gas flow path 30.

【0058】以上のように構成された本実施例の水素抽
出装置10によれば、水素抽出装置10の内部の空間
を、積層された複数の水素分離膜とスペーサとによっ
て、改質ガス流路33とパージガス流路30とに分割し
ている。したがって、水素分離膜を積層して水素抽出装
置を構成することによって、装置全体を小型化すると共
に水素分離膜の表面積を確保して水素抽出の効率を向上
させる効果を奏することに加えて、積層して形成される
ガス流路にガスを引き回すことに起因してマニホールド
構造が複雑化・大型化してしまうのを抑えるという効果
を得ることができる。さらに、積層した水素分離膜間に
配設したスペーサによって、各水素分離膜上に形成した
流路へのガスの引き回しを行なっているため、管状の流
路などからなるマニホールドを別途設けてガスの引き回
しを行なう場合に比べて、流路の接続部の形状を簡素化
することができる。すなわち、本実施例では、水素分離
膜20とインナースペーサ24との接続、あるいは、水
素分離膜20とアウタースペーサ26との接続は、互い
に略平行な面同士の接着により行なうことが可能とな
り、接続部のシール性を確保することが容易となる。な
お、流路の接続部の形状が簡素化されることにより、上
記部材間の接続は、部材間にシール部材を配設したり、
ろう付けやガラス接着を行なうなどの汎用的な接着方法
を用いることで、容易に充分なシール性を確保すること
ができる(接続部の具体的な構造の例については後述す
る)。
According to the hydrogen extraction apparatus 10 of the present embodiment configured as described above, the space inside the hydrogen extraction apparatus 10 is divided into a reformed gas flow path by a plurality of stacked hydrogen separation membranes and spacers. 33 and a purge gas channel 30. Therefore, by forming the hydrogen extraction device by stacking the hydrogen separation membranes, in addition to the effect of reducing the size of the entire device and securing the surface area of the hydrogen separation membrane to improve the efficiency of hydrogen extraction, The effect of suppressing the manifold structure from becoming complicated and large due to drawing the gas into the gas flow path formed as described above can be obtained. Furthermore, since the gas is led to the flow paths formed on the respective hydrogen separation membranes by the spacers disposed between the stacked hydrogen separation membranes, a manifold composed of a tubular flow path or the like is separately provided to supply the gas. The shape of the connection part of the flow path can be simplified as compared with the case where the wiring is performed. That is, in the present embodiment, the connection between the hydrogen separation membrane 20 and the inner spacer 24 or the connection between the hydrogen separation membrane 20 and the outer spacer 26 can be performed by bonding substantially parallel surfaces to each other. It becomes easy to secure the sealing performance of the part. In addition, by simplifying the shape of the connecting portion of the flow path, the connection between the above members, such as disposing a seal member between the members,
By using a general-purpose bonding method such as brazing or glass bonding, sufficient sealing performance can be easily ensured (an example of a specific structure of the connection portion will be described later).

【0059】さらに、本実施例の水素抽出装置10によ
れば、水素分離膜20によって改質ガスから抽出した水
素が流れる流路に対してパージガスを流すため、水素分
離膜20を透過した水素は直ちに下流側に取り除かれ
て、流路内に滞留することがない。したがって、水素抽
出の効率を充分に維持することができる。また、水素分
離膜20を間に挟んで設けられた2つの流路において、
改質ガスとパージガスとをそれぞれ対向する向きに流す
ため、既述したように、水素抽出装置10全体で、水素
抽出の効率を充分に高く確保することができる。
Further, according to the hydrogen extraction apparatus 10 of the present embodiment, since the purge gas flows into the flow path through which the hydrogen extracted from the reformed gas by the hydrogen separation membrane 20 flows, the hydrogen permeating the hydrogen separation membrane 20 is It is immediately removed downstream and does not stay in the flow path. Therefore, the efficiency of hydrogen extraction can be sufficiently maintained. Further, in two flow paths provided with the hydrogen separation membrane 20 interposed therebetween,
Since the reformed gas and the purge gas flow in opposite directions, the efficiency of hydrogen extraction can be ensured sufficiently high in the entire hydrogen extraction device 10 as described above.

【0060】また、水素抽出装置10の内部の空間を水
素分離膜20とスペーサとによって2つの流路に分割す
る際に、水素分離膜20の端部にスペーサ(インナース
ペーサ24およびアウタースペーサ26)を設け、ま
た、隣り合う水素分離膜20間に、これらと略平行に整
流板(パージガス整流板22および改質ガス整流板2
8)を設けているため、水素分離膜20の表面積を、水
素抽出のためにより効果的に利用することができる。す
なわち、水素分離膜20の端部でスペーサによって流れ
の向きが転換されるまで、改質ガス流路33内の改質ガ
スは水素分離膜20の表面に沿って流れることができ、
水素を抽出する動作を行なう際に、水素分離膜20にお
いて実質的にすべての膜面を、効果的に水素抽出のため
に利用することができる。
When the space inside the hydrogen extraction device 10 is divided into two flow paths by the hydrogen separation membrane 20 and the spacer, a spacer (an inner spacer 24 and an outer spacer 26) is formed at an end of the hydrogen separation membrane 20. A rectifying plate (purge gas rectifying plate 22 and reformed gas rectifying plate 2
8), the surface area of the hydrogen separation membrane 20 can be more effectively used for hydrogen extraction. That is, the reformed gas in the reformed gas flow path 33 can flow along the surface of the hydrogen separation membrane 20 until the flow direction is changed by the spacer at the end of the hydrogen separation membrane 20,
When performing the operation of extracting hydrogen, substantially all the membrane surfaces of the hydrogen separation membrane 20 can be effectively used for hydrogen extraction.

【0061】なお、水素分離膜を積層して水素抽出装置
を構成すれば、上記したように、装置全体をコンパクト
にしつつ、水素分離膜の面積を充分に確保することが可
能となるが、本実施例の水素抽出装置10のように、積
層した各水素分離膜20上に形成されるガス流路を直列
に接続して、各水素分離膜20上に形成されるガス流路
内を積層方向に順次ガスが流れていく構成とすれば、各
水素分離膜上に形成されるガス流路を並列に接続する場
合に比べて、水素抽出の効率をより充分に確保すること
ができるという効果を奏する。ここで、各水素分離膜上
に形成されるガス流路を並列に接続する構成の例とし
て、水素抽出装置310を図18に示す。図18では、
積層された各層とガスの流れについてのみ示し、水素抽
出装置10と共通する部材には、値300を加えた部材
番号を付した。
If a hydrogen extraction device is constructed by stacking hydrogen separation membranes, as described above, it is possible to secure a sufficient area of the hydrogen separation membrane while making the entire device compact. As in the hydrogen extraction apparatus 10 of the embodiment, the gas flow paths formed on the respective stacked hydrogen separation membranes 20 are connected in series, and the gas flow paths formed on the respective hydrogen separation membranes 20 are stacked in the stacking direction. In this configuration, the gas can flow more sequentially, so that the efficiency of hydrogen extraction can be more sufficiently secured than in the case where gas flow paths formed on each hydrogen separation membrane are connected in parallel. Play. Here, a hydrogen extraction device 310 is shown in FIG. 18 as an example of a configuration in which gas channels formed on each hydrogen separation membrane are connected in parallel. In FIG.
Only the stacked layers and the flow of gas are shown, and members common to the hydrogen extraction device 10 are given member numbers obtained by adding the value 300.

【0062】本実施例の水素抽出装置10のように、積
層した各水素分離膜20上に形成されるガス流路を直列
に接続する場合には、改質ガスとパージガスの流れの方
向を互いに対向する向きとする構成を容易に実現するこ
とができ、これによって既述したように水素抽出の効率
を高めることができる。これに対して、水素抽出装置3
10のように、各水素分離膜220上に形成されるガス
流路を並列に接続する場合には、両ガスの流れの方向を
対向する向きにすることは極めて困難である。図18で
は、水素分離膜上に形成される流路において、改質ガス
とパージガスとの流れの方向が互いに直交するように構
成しているが、両ガスの流れの向きを互いに対向させよ
うとすると、ガス流路の配管および接続に関わる構成が
極めて複雑となり、現実的には採用困難である。
When the gas flow paths formed on the respective stacked hydrogen separation membranes 20 are connected in series as in the hydrogen extraction apparatus 10 of this embodiment, the flow directions of the reformed gas and the purge gas are It is possible to easily realize a configuration in which the components are opposed to each other, and thereby it is possible to increase the efficiency of hydrogen extraction as described above. In contrast, the hydrogen extraction device 3
When the gas flow paths formed on each hydrogen separation membrane 220 are connected in parallel as in 10, it is extremely difficult to make the flow directions of both gases opposite. In FIG. 18, in the flow path formed on the hydrogen separation membrane, the flow directions of the reformed gas and the purge gas are configured to be orthogonal to each other, but the flow directions of both gases may be opposed to each other. Then, the configuration related to the piping and connection of the gas flow path becomes extremely complicated, and it is practically difficult to adopt the configuration.

【0063】また、本実施例の水素抽出装置10では、
各水素分離膜20上に形成されるガス流路内を順次ガス
が流れていくため、各ガス流路においては、水素抽出装
置10に供給されるガス量に見合った流量のガスが流
れ、水素抽出装置10内では、供給されるガス量に応じ
た所定の効率で水素抽出の動作が進行する。これに対し
て、水素抽出装置310のようにガス流路を並列に接続
する場合には、各水素分離膜上に形成される各流路に対
して、常に均等に、あるいは予め設定した条件で、安定
してガスを分配することが困難であり、水素抽出の動作
が期待した効率で行なわれない場合が生じるおそれがあ
る。さらに、本実施例のように、積層した各水素分離膜
20上に形成されるガス流路を直列に接続する場合に
は、水素抽出装置の製造時に、改質ガス流路33とパー
ジガス流路30の流路長に関して設計変更を行なう際に
は、積層する部材の数を調節することによって、このよ
うな設計変更を容易に行なうことが可能となる。
Further, in the hydrogen extraction device 10 of this embodiment,
Since the gas sequentially flows in the gas passage formed on each hydrogen separation membrane 20, a gas having a flow rate corresponding to the amount of gas supplied to the hydrogen extraction device 10 flows in each gas passage, In the extraction device 10, the operation of hydrogen extraction proceeds at a predetermined efficiency according to the supplied gas amount. On the other hand, when the gas flow paths are connected in parallel as in the hydrogen extraction device 310, the flow paths formed on the respective hydrogen separation membranes are always uniformly or constantly set. In addition, it is difficult to stably distribute the gas, and there is a possibility that the operation of extracting hydrogen may not be performed at the expected efficiency. Further, when the gas flow paths formed on the respective stacked hydrogen separation membranes 20 are connected in series as in this embodiment, the reformed gas flow path 33 and the purge gas flow path When a design change is made for the flow path length of 30, such a design change can be easily made by adjusting the number of members to be laminated.

【0064】また、各水素分離膜20上に形成されるガ
ス流路を直列に接続する構成は、並列に接続する構成に
比べて、マニホールドの構造をより簡素化することがで
きるという効果を奏する。すなわち、図18に示した様
に上記各流路を並列に接続する場合には、水素抽出装置
に供給されたガスを積層された各流路に分配するための
マニホールドや、積層された各流路から排出されたガス
を集合させるためのマニホールドが必要となるが(図1
8参照)、本実施例の水素抽出装置10では、このよう
な分配のための構成は不要であり、マニホールドの構造
およびその接続のための構造をより簡素化することがで
きる。
Further, the configuration in which the gas flow paths formed on each hydrogen separation membrane 20 are connected in series has an effect that the structure of the manifold can be simplified more than the configuration in which the gas flow paths are connected in parallel. . That is, as shown in FIG. 18, when the above-mentioned respective flow paths are connected in parallel, a manifold for distributing the gas supplied to the hydrogen extraction device to the respective stacked flow paths, A manifold is required to collect the gas discharged from the road (Fig. 1
8), the hydrogen extraction device 10 of the present embodiment does not require such a configuration for distribution, and can further simplify the structure of the manifold and the structure for connection thereof.

【0065】なお、図1および図2に示した水素抽出装
置10では、パージガス導入口31、パージガス排出口
32、改質ガス導入口34、改質ガス排出口35は、そ
れぞれ1箇所ずつ設けることとしたが、複数個設けるこ
ととしても良い。外部から供給されたガスの各導入口に
おけるガスの流れの様子や、各排出口から外部に排出さ
れる際のガスの流れの様子などを考慮して、例えば、水
素分離膜20表面でガスの流れがより均一な状態となる
ように、適宜、上記供給口あるいは排出口を設ける数や
位置を設定すればよい。
In the hydrogen extraction apparatus 10 shown in FIG. 1 and FIG. However, a plurality may be provided. In consideration of the state of the gas flow at each inlet of the gas supplied from the outside and the state of the gas flow when the gas is discharged to the outside from each outlet, for example, the gas flow on the surface of the hydrogen separation membrane 20 is considered. The number and positions of the supply ports or discharge ports may be appropriately set so that the flow becomes more uniform.

【0066】さらに、上記したように、パージガス流路
30あるいは改質ガス流路33におけるガスの流れが、
水素分離膜20上でより均一な状態となるように、上記
各導入口あるいは排出口の近傍等に、ガスの流れを整流
するための部材(バッフル板など)をさらに設けること
としても良い。
Further, as described above, the gas flow in the purge gas passage 30 or the reformed gas passage 33 is
A member (a baffle plate or the like) for rectifying the flow of gas may be further provided near the above-described inlets or outlets so that the state becomes more uniform on the hydrogen separation membrane 20.

【0067】ここで、各部材のシール方法および保持方
法についてさらに説明する。図5に、水素分離膜20と
スペーサ(インナースペーサ24あるいはアウタースペ
ーサ26)との間の接続に関わる構成の一例を示す。図
5では、図2に示した水素抽出装置10の断面と同様の
断面において、水素分離膜20とスペーサとの接続に関
わる要部のみを示した。既述したように、水素分離膜2
0は、多孔質基材上に水素分離金属を担持させて成る部
材である。水素分離膜20とスペーサとの接続部におい
て、通気性を有する多孔質基材によってシール性が損な
われないように、本実施例では、多孔質基材の端部(ス
ペーサとの接続に関わる領域)を覆うコート部21を、
ガス不透過であって充分な耐熱性を有する材料によって
形成した。このコート部21は、例えばステンレスのよ
うな水素を透過しない金属材料などによって形成するこ
とができ、その材料に応じて、ガラスコート、ガラス含
浸、銀鏡反応、めっき、スパッタなどの方法を用いて、
水素分離膜20の所定の領域をコートすることによって
形成すればよい。
Here, the sealing method and the holding method of each member will be further described. FIG. 5 shows an example of a configuration related to the connection between the hydrogen separation membrane 20 and the spacer (the inner spacer 24 or the outer spacer 26). FIG. 5 shows only a main part related to the connection between the hydrogen separation membrane 20 and the spacer in a cross section similar to the cross section of the hydrogen extraction device 10 shown in FIG. As described above, the hydrogen separation membrane 2
Numeral 0 is a member formed by supporting a hydrogen separation metal on a porous substrate. In the present embodiment, at the connection portion between the hydrogen separation membrane 20 and the spacer, the end of the porous base material (the region related to the connection with the spacer) is used so that the sealing performance is not impaired by the porous base material having air permeability. ) To cover the
It was formed of a material that was gas impermeable and had sufficient heat resistance. The coating portion 21 can be formed of, for example, a metal material that does not transmit hydrogen, such as stainless steel, and according to the material, using a method such as glass coating, glass impregnation, silver mirror reaction, plating, and sputtering.
It may be formed by coating a predetermined region of the hydrogen separation membrane 20.

【0068】また、スペーサには、水素分離膜20との
間で充分な接着面積を確保するために、折り曲げ部25
が設けられている。水素分離膜20に設けたコート部2
1と、スペーサに設けた折り曲げ部25との間には、パ
ージガス流路30と改質ガス流路33との間のガスリー
クを防止するための構造であるシール部23が設けられ
ている。シール部23は、例えば、ガスケットによって
構成することができる。あるいは、スペーサとコート部
21との間を、ろう付けやガラス接着によって接着する
こととし、この接着部によって上記シール部23を構成
することとしても良い。スペーサや多孔質基材あるいは
コート部21を構成する材料などに応じて、シール部2
3の構成を適宜選択すればよい。なお、スペーサが充分
に厚く形成されており、水素分離膜20と略平行な接続
面として充分な面積を確保可能であれば、折り曲げ部2
5は設けないこととしても構わない。
In order to secure a sufficient bonding area between the spacer and the hydrogen separation membrane 20, the bent portion 25 is formed on the spacer.
Is provided. Coating part 2 provided on hydrogen separation membrane 20
A seal portion 23 having a structure for preventing gas leakage between the purge gas flow channel 30 and the reformed gas flow channel 33 is provided between 1 and the bent portion 25 provided on the spacer. The seal part 23 can be constituted by a gasket, for example. Alternatively, the spacer and the coating portion 21 may be bonded by brazing or glass bonding, and the sealing portion 23 may be configured by the bonding portion. Depending on the spacer, the porous base material, or the material forming the coating portion 21, the sealing portion 2
The configuration of No. 3 may be appropriately selected. If the spacer is formed to be sufficiently thick and a sufficient area can be secured as a connection surface substantially parallel to the hydrogen separation membrane 20, the bent portion 2
5 may not be provided.

【0069】図6は、水素分離コンポーネント12内に
配設したパージガス整流板22の保持方法の一例を示す
説明図である。ここでは、水素抽出装置10の断面にお
いて、パージガス整流板22の保持に関わる要部のみを
示した。なお、この図6から後述する図11において
は、水素抽出装置10の中心線に相当する線を、図1お
よび図2と同様に、図中にA−A線として示した。パー
ジガス整流板22は、水素分離コンポーネント12内に
おいて、隣り合う2枚の水素分離膜間に配設されて、こ
れら2枚の水素分離膜間に形成されるパージガス流路3
0を仕切り、水素分離膜に沿ってパージガスの流れを導
く部材である。図6に示したパージガス整流板22は、
パージガスの通り道であるパージガス流通部27(図6
参照)を形成する穴部あるいは切欠き部を、その外周付
近に有する円盤状構造として形成されている。このよう
な円盤構造として形成されるパージガス整流板22は、
その外周部においてアウタースペーサ26と接続してい
る。円盤状構造として形成されるパージガス整流板22
を、図6に示したように、その外周部において支持する
ことにより、2枚の水素分離膜20間の所望の位置にパ
ージガス整流板22を正確に配設することが可能とな
る。
FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a method of holding the purge gas flow regulating plate 22 disposed in the hydrogen separation component 12. Here, in the cross section of the hydrogen extraction device 10, only the main parts related to the holding of the purge gas straightening plate 22 are shown. In addition, in FIG. 11 to be described later from FIG. 6, a line corresponding to the center line of the hydrogen extraction device 10 is shown as an AA line in the drawings, similarly to FIGS. 1 and 2. The purge gas flow control plate 22 is disposed between two adjacent hydrogen separation membranes in the hydrogen separation component 12, and the purge gas flow path 3 formed between the two hydrogen separation membranes is formed.
0 is a member that guides the flow of purge gas along the hydrogen separation membrane. The purge gas straightening plate 22 shown in FIG.
The purge gas circulation section 27 (FIG. 6)
) Is formed as a disc-shaped structure having a hole or notch near its outer periphery. The purge gas straightening plate 22 formed as such a disk structure is
The outer peripheral portion is connected to the outer spacer 26. Purge gas straightening plate 22 formed as a disc-shaped structure
As shown in FIG. 6, the purge gas rectifying plate 22 can be accurately disposed at a desired position between the two hydrogen separation membranes 20 by supporting the outer periphery of the purge gas rectifying plate 22.

【0070】図7は、パージガス整流板22の保持方法
の他の例を示す説明図であり、図6と同様に、水素抽出
装置10の断面において、パージガス整流板22の保持
に関わる要部のみを示している。図7に示したパージガ
ス整流板22は、図6のようにアウタースペーサ26と
接続する代わりに、隣り合う水素分離膜20の内周部同
士を接続するステー40と接続して設けられて(例えば
一体で形成されて)いる。ステー40は、水素分離コン
ポーネント12内において、水素分離膜20の中央部に
設けられた穴に沿って、隣り合う2枚の水素分離膜20
間を接続する部材である。このようなステー40と接続
して設けることによって、水素分離膜20と略平行に配
設されるパージガス整流板22を、水素分離コンポーネ
ント12内において保持しており、ステー40を設ける
ことで、水素抽出装置10において(積層方向に加わる
力に対する)強度を向上させることができる。ステー4
0には、パージガスの通り道であるパージガス流通部4
1を形成する穴部と、水素分離膜20との間の接着面積
を確保するための折り曲げ部46とが設けられている
(図7参照)。ステー40の折り曲げ部46と水素分離
膜20との間の接続の方法は、既述した水素分離膜20
とスペーサとの間の接続方法に準じたものとすればよ
い。
FIG. 7 is an explanatory view showing another example of the method of holding the purge gas straightening plate 22. Similar to FIG. 6, only the main parts related to holding the purge gas straightening plate 22 in the cross section of the hydrogen extraction device 10 are shown. Is shown. The purge gas straightening plate 22 shown in FIG. 7 is provided so as to be connected to a stay 40 connecting the inner peripheral portions of the adjacent hydrogen separation membranes 20 instead of being connected to the outer spacer 26 as shown in FIG. (Integrally formed). The stay 40 is provided between two adjacent hydrogen separation membranes 20 along a hole provided at the center of the hydrogen separation membrane 20 in the hydrogen separation component 12.
It is a member that connects between them. By providing such a connection with the stay 40, the purge gas rectifying plate 22 disposed substantially in parallel with the hydrogen separation membrane 20 is held in the hydrogen separation component 12. The strength (with respect to the force applied in the stacking direction) of the extraction device 10 can be improved. Stay 4
0 indicates a purge gas flow path 4 which is a path of the purge gas.
1 and a bent portion 46 for securing an adhesion area between the hydrogen separation membrane 20 and the hydrogen separation membrane 20 (see FIG. 7). The connection method between the bent portion 46 of the stay 40 and the hydrogen separation membrane 20 is based on the hydrogen separation membrane 20 described above.
What is necessary is just to follow the method of connection between the and the spacer.

【0071】また、パージガス整流板22は、図6に示
したようにアウタースペーサ26と接続すると共に、図
7に示したようにステー40と一体で形成することによ
って保持することとしても良い。このような構成を図8
に示す。図7に示したように、隣り合う水素分離膜20
間を接続する部材(ステー40)をさらに設けることに
よって、また、図8に示したようにこの部材をアウター
スペーサ26とも接続することによって、水素抽出装置
10の強度をさらに向上させることができるという効果
を奏する。
Further, the purge gas flow regulating plate 22 may be connected to the outer spacer 26 as shown in FIG. 6 and may be held integrally with the stay 40 as shown in FIG. FIG. 8 shows such a configuration.
Shown in As shown in FIG. 7, the adjacent hydrogen separation membrane 20
It is said that the strength of the hydrogen extraction device 10 can be further improved by further providing a member (stay 40) for connecting between them, and by connecting this member to the outer spacer 26 as shown in FIG. It works.

【0072】次に、改質ガス整流板28の保持および接
続方法について例を挙げて説明する。図1では、側壁部
材15の内壁に改質ガス整流板28を設けた様子を示し
た。図9は、図1と同様の構成を、断面図として、改質
ガス整流板28の保持に関わる要部のみを示したもので
ある。図10は、改質ガス整流板28を、側壁部材15
に代えてインナースペーサ24と一体で成形した構成を
例示するものであり、図9と同様に断面の要部の様子を
表わす説明図である。図10に示したように、改質ガス
整流板28をインナースペーサ24と一体で成形する場
合には、改質ガス整流板28には、インナースペーサ2
4との接続部の近傍において、改質ガスの通り道である
改質ガス流通部42を形成する穴部を設けることとす
る。また、改質ガス整流板28と外殻側壁14の内壁面
との間は、シール部43を設けることによって接続して
いる。このシール部43では、例えば、アルミナマット
などのシール材を配設するという簡便な方法により、両
者を接続することが可能である。もとより、ろう付けや
ガラス接着などにより両者を接着することでシール部4
3を形成し、より充分なシール性を確保することとして
も良い。ドーナツ形に形成される改質ガス整流板28
を、図10に示したように、その外周部と内周部の両方
で保持する(外周部は外殻側壁14と接続し、内周部は
インナースペーサ24と接続する)ことにより、より正
確に、2枚の水素分離膜20間の所望の位置に改質ガス
整流板28を配設することが可能となる。
Next, a method for holding and connecting the reformed gas flow control plate 28 will be described with reference to examples. FIG. 1 shows a state in which the reformed gas straightening plate 28 is provided on the inner wall of the side wall member 15. FIG. 9 is a cross-sectional view of the same configuration as that of FIG. FIG. 10 shows that the reformed gas straightening plate 28 is
FIG. 10 is an explanatory view showing a state of a main part of a cross section similarly to FIG. 9, which illustrates a configuration molded integrally with an inner spacer 24 in place of FIG. As shown in FIG. 10, when the reformed gas straightening plate 28 is formed integrally with the inner spacer 24, the reformed gas straightening plate 28 is
A hole for forming a reformed gas flowing portion 42 which is a passage of the reformed gas is provided in the vicinity of a connection portion with the reformed gas 4. Further, the reformed gas flow control plate 28 and the inner wall surface of the outer shell side wall 14 are connected by providing a seal portion 43. In the seal portion 43, both can be connected by a simple method of disposing a seal material such as alumina mat, for example. Of course, the two parts are bonded together by brazing, glass bonding, etc.
3 may be formed to secure more sufficient sealing performance. Donut-shaped reformed gas straightening plate 28
As shown in FIG. 10, the outer peripheral portion is held at both the outer peripheral portion and the inner peripheral portion (the outer peripheral portion is connected to the outer shell side wall 14, and the inner peripheral portion is connected to the inner spacer 24), whereby more accurate In addition, it becomes possible to dispose the reformed gas straightening plate 28 at a desired position between the two hydrogen separation membranes 20.

【0073】図11は、その間に改質ガス流路33を形
成する隣り合う2枚の水素分離膜20の間に、両者を接
続するステー44を設け、改質ガス整流板28は、この
ステー44と接続して設ける(例えば一体で成形する)
様子を表わす。図11に示した構成においては、ステー
44には、改質ガスの通り道である改質ガス流通部45
を形成する穴部を設けることとする。また、ステー44
と外殻側壁14の内壁と接続部には、図10と同様のシ
ール部43を設ける。ステー44を設けることで、水素
抽出装置10において(積層方向に加わる力に対する)
強度をさらに向上させることができる。もとより、図1
0の構成と図11の構成とを組み合わせ、改質ガス整流
板28は、インナースペーサ24と、ステー44と、外
殻側壁14の内壁とのすべてと接続することとしても良
い。このような構成とすることで、図10の構成および
図11の構成によって得られる効果の両方を得ることが
できる。
FIG. 11 shows a state in which a stay 44 is provided between two adjacent hydrogen separation membranes 20 forming a reformed gas flow path 33 therebetween to connect the two. Provided in connection with 44 (for example, molded integrally)
Show the situation. In the configuration shown in FIG.
Is provided. Also, stay 44
The inner wall and the connecting portion of the outer shell side wall 14 are provided with the same sealing portion 43 as in FIG. By providing the stay 44, in the hydrogen extraction device 10 (with respect to the force applied in the stacking direction)
Strength can be further improved. Figure 1
11 and the configuration of FIG. 11, the reformed gas flow control plate 28 may be connected to all of the inner spacer 24, the stay 44, and the inner wall of the outer shell side wall 14. With such a configuration, both effects obtained by the configuration of FIG. 10 and the configuration of FIG. 11 can be obtained.

【0074】なお、上記した改質ガス整流板28とステ
ー44、あるいは、パージガス整流板22とステー40
とは、製造時に一体成形する必要はなく、複数の部材を
組み合わせて接着することで、整流板とステーとを備え
る部材を形成することとしても良い。また、ステー40
に設けられてパージガス流通部41を形成する穴部や、
捨て44に設けられて改質ガス流通部45を形成する穴
部は、ガスが通過可能であれば、種々の形状を選択する
ことができる。例えば、ステー40においてパージガス
流通部41を形成する領域や、ステー44において改質
ガス流通部45を形成する領域を、メッシュ状に形成す
ることとしても良い。また、上記したステー40および
44は、隣り合う2枚の水素分離膜20間を接続してい
るため、水素抽出装置10の強度を向上させる効果を得
ることができるが、これらのステーを、上記隣り合う2
枚の水素分離膜20のうちのいずれか一方の水素分離膜
とだけ接続する構成としても、ガス整流板を支持するこ
とは可能である。
The reformed gas straightening plate 28 and the stay 44 or the purge gas straightening plate 22 and the stay 40
It is not necessary to integrally mold at the time of manufacture, and a member including a current plate and a stay may be formed by combining and bonding a plurality of members. Also, stay 40
Holes formed in the purge gas flow portion 41,
Various shapes can be selected for the hole provided in the waste 44 and forming the reformed gas flowing portion 45 as long as the gas can pass therethrough. For example, a region where the purge gas flow portion 41 is formed in the stay 40 and a region where the reformed gas flow portion 45 is formed in the stay 44 may be formed in a mesh shape. In addition, since the stays 40 and 44 described above connect between two adjacent hydrogen separation membranes 20, an effect of improving the strength of the hydrogen extraction device 10 can be obtained. Two adjacent
The gas rectifying plate can be supported even if it is configured to be connected to only one of the two hydrogen separation membranes 20.

【0075】上記した実施例の水素抽出装置10では、
既述したように、内部の空間を、積層した複数の水素分
離膜20とそれらの間を接続するスペーサとによって、
改質ガス流路33とパージガス流路30とに分割して、
水素抽出に関わる水素分離膜の面積を確保しながら全体
を小型化すると共に、マニホールド構造の簡素化を実現
している。また、このように水素抽出装置10の内部の
空間を分割して改質ガス流路33とパージガス流路30
とを形成することによって、水素分離膜20を間に介し
て隣接する改質ガス流路33とパージガス流路30と
で、それぞれを通過する改質ガスとパージガスの流れの
向きを、対向する向きとすることが可能となり、水素抽
出の効率を向上させることができる。ここで、上記実施
例では、積層する各水素分離膜20をドーナツ形に形成
することで全体を円筒状に形成し、水素分離膜20の外
周と外殻側壁14との間、および、水素分離膜20の穴
部に対応する中央部とをマニホールド様に構成している
ため、水素抽出を行なう上で、各水素分離膜全体でガス
の流れの状態(流量)を均一化し、水素分離膜全体を無
駄なく動作させるという効果がより充分に得られる。す
なわち、水素分離膜をドーナツ形とする上記構成は、中
央部にマニホールド様に構成されるガス流路から、各水
素分離膜20上に形成される流路内に流れ込むガスの流
れ、および、外殻側壁内側に沿ってマニホールド様に形
成されるガス流路から、各水素分離膜20上に形成され
る流路内に流れ込むガスの流れが、均一性の高いものと
なり望ましい。さらに、ドーナツ形あるいは円盤形の各
部材を積層して水素抽出装置10全体を円筒形状とする
構成は、多角形の部材を積層して水素抽出装置を形成す
る場合に比べて、水素抽出装置が動作する際に内部の温
度が上昇して各部材が熱膨張するときに、強度的に有利
となるという効果を奏する。
In the hydrogen extraction apparatus 10 of the above embodiment,
As described above, the internal space is formed by the stacked hydrogen separation membranes 20 and the spacers connecting them.
Divided into the reformed gas channel 33 and the purge gas channel 30,
The size of the whole is reduced while securing the area of the hydrogen separation membrane involved in hydrogen extraction, and the manifold structure is simplified. Further, the space inside the hydrogen extraction device 10 is divided in this way to divide the reformed gas passage 33 and the purge gas passage 30.
Is formed, the flow direction of the reformed gas and the flow of the purge gas passing through the reformed gas flow path 33 and the purge gas flow path 30 adjacent to each other with the hydrogen separation membrane 20 interposed therebetween are set to the opposite directions. And the efficiency of hydrogen extraction can be improved. Here, in the above embodiment, each hydrogen separation membrane 20 to be laminated is formed in a donut shape so that the whole is formed in a cylindrical shape, and between the outer periphery of the hydrogen separation membrane 20 and the outer shell side wall 14, and the hydrogen separation membrane Since the central portion corresponding to the hole of the membrane 20 is configured like a manifold, the gas flow state (flow rate) is made uniform throughout each hydrogen separation membrane in performing hydrogen extraction, and the entire hydrogen separation membrane is Can be obtained more effectively. That is, the above-described configuration in which the hydrogen separation membrane has a donut shape is such that the flow of the gas flowing from the gas flow path configured in the central portion into a flow path formed on each hydrogen separation membrane 20 from the gas flow path configured like a manifold, and It is desirable that the flow of gas flowing from the gas flow path formed like a manifold along the inside of the shell side wall into the flow path formed on each hydrogen separation membrane 20 becomes highly uniform. Furthermore, the configuration in which the doughnut-shaped or disk-shaped members are stacked to form the entire hydrogen extraction device 10 into a cylindrical shape is different from the case where the hydrogen extraction device is formed by stacking polygonal members. When the internal temperature rises during operation and each member thermally expands, there is an effect that strength is advantageous.

【0076】このように、水素抽出装置10を円筒形状
とすることは、各水素分離膜20全体を無駄なく動作さ
せることが容易となって望ましいが、水素抽出装置10
を異なる形状としても構わない。水素分離膜20上を通
過するガスの流れの均一さを所望の程度に確保できるな
らば、例えば、水素分離膜や整流板などの積層部材を四
角形の板状部材として形成し、水素抽出装置全体を四角
柱状に形成することとしても良い。このような構成を、
第1実施例の変形例として、その概略を図12に示す。
図12は、四角形の板状部材として形成された水素分離
膜および整流板を、スペーサを間に介して積層して成る
水素抽出装置10Aにおいて、その一側面を、破断して
内部の様子を示した斜視図である。図12の水素抽出装
置10Aでは、水素抽出装置10の構成に対応する部材
には、その部材番号に「A」を付して示した。
As described above, it is desirable to make the hydrogen extraction device 10 cylindrical so that each hydrogen separation membrane 20 can be easily operated without waste.
May have different shapes. If the uniformity of the flow of the gas passing over the hydrogen separation membrane 20 can be ensured to a desired degree, for example, a laminated member such as a hydrogen separation membrane or a rectifying plate is formed as a square plate-like member, and the entire hydrogen extraction apparatus is formed. May be formed in the shape of a quadrangular prism. Such a configuration,
FIG. 12 schematically shows a modification of the first embodiment.
FIG. 12 shows the inside of a hydrogen extraction device 10A in which a hydrogen separation membrane and a flow straightening plate formed as a rectangular plate-like member are stacked with spacers interposed therebetween, with one side surface cut off. FIG. In the hydrogen extraction device 10A of FIG. 12, members corresponding to the configuration of the hydrogen extraction device 10 are indicated by adding "A" to the member numbers.

【0077】水素抽出装置10Aでは、水素抽出装置1
0のように、内部に流路を形成する水素分離コンポーネ
ントを構成していないが、水素抽出装置10Aにおける
ガスの流れを、その断面から見た様子は、図2に示した
水素抽出装置10と同様、すなわち、水素抽出装置10
の中心線より一方の側の領域の断面と同様になる。この
ような場合にも、水素分離膜の面積を充分に確保すると
共にマニホールド構造を簡素化し、それによって接続部
のシール性を容易に確保可能にすると共に、改質ガス流
路を流れる改質ガスとパージガス流路を流れるパージガ
スとで、ガスの流れる向きを対向させて水素抽出の効率
を向上させることが可能となる。なお、図12に示した
水素抽出装置10Aにおいても、部材間の接続部におい
てシール性を確保したり、水素抽出装置の強度を向上さ
せるための、上記第1実施例で説明した種々の構成(図
5〜図11参照)を適用可能である
In the hydrogen extraction device 10A, the hydrogen extraction device 1
As shown in FIG. 2, a hydrogen separation component forming a flow path therein is not configured, but the flow of gas in the hydrogen extraction device 10A is similar to that of the hydrogen extraction device 10 shown in FIG. Similarly, that is, the hydrogen extraction device 10
Is the same as the cross section of the region on one side from the center line. In such a case as well, the area of the hydrogen separation membrane is sufficiently ensured and the manifold structure is simplified, whereby the sealability of the connection portion can be easily ensured, and the reformed gas flowing through the reformed gas flow path It is possible to improve the efficiency of hydrogen extraction by causing the gas flow direction to oppose the purge gas flowing through the purge gas flow path. Also in the hydrogen extraction device 10A shown in FIG. 12, various configurations described in the first embodiment (for securing the sealing performance at the connection between the members and improving the strength of the hydrogen extraction device) are also used. 5 to 11) can be applied.

【0078】(2)第2実施例の水素抽出装置110の
構成:図1に示した第1実施例の水素抽出装置10で
は、その製造時に、内部にパージガス流路30を形成す
る水素分離コンポーネント12を組み立てると共に、水
素分離コンポーネント12の外側にさらに、外殻側壁1
4を成す側壁部材15を組み付ける。ここで、上記水素
抽出装置10と同様の動作を実現する水素抽出装置を、
組み付けがより容易となる形状の部材を積層することに
よって形成することが可能である。このような構成を、
第2実施例として以下に説明する。
(2) Structure of the hydrogen extraction device 110 of the second embodiment: The hydrogen extraction device 10 of the first embodiment shown in FIG. 12 and further, the outer shell side wall 1 is provided outside the hydrogen separation component 12.
4 is assembled. Here, a hydrogen extraction device that realizes the same operation as the hydrogen extraction device 10 is
It can be formed by stacking members having a shape that facilitates assembly. Such a configuration,
A second embodiment will be described below.

【0079】図13は、第2実施例の水素抽出装置11
0の構成の概略を表わす説明図である。図13は、水素
抽出装置110の構成を表わす断面模式図であり、内部
におけるガスの流れの様子も併せて記載している。水素
抽出装置110は、横断面が円形を成す部材である外壁
一体改質ガス流路部材50とパージガス流路部材52と
を、間にドーナツ形の薄板状部材である水素分離膜を配
設しつつ積層することによって構成される。パージガス
流路部材52と、水素分離膜120と、外壁一体改質ガ
ス流路部材50の外観を表わす斜視図を、それぞれ、図
14(a)、(b)、(c)に示す。なお、図13の断
面図では、これら 積層される各部材間が分離された状
態で表わされているが、実際の水素抽出装置110は、
部材間にガスケットなどのシール部材を挟みつつ充分な
シール性を確保しながら所定の順序で各部材を積層し、
積層方向に所定の押圧力を加えることによって全体構造
を保持している。
FIG. 13 shows a hydrogen extraction apparatus 11 according to the second embodiment.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing an outline of a configuration of No. 0. FIG. 13 is a schematic cross-sectional view illustrating the configuration of the hydrogen extraction device 110, and also illustrates the flow of gas inside. In the hydrogen extraction device 110, the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 and the purge gas flow path member 52, each of which is a member having a circular cross section, are provided with a hydrogen separation membrane, which is a donut-shaped thin plate member, between them. It is constituted by laminating. FIGS. 14A, 14B, and 14C are perspective views showing appearances of the purge gas flow path member 52, the hydrogen separation membrane 120, and the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50, respectively. Note that, in the cross-sectional view of FIG. 13, these stacked members are shown separated from each other, but the actual hydrogen extraction device 110 is
Each member is laminated in a predetermined order while securing a sufficient sealing property while sandwiching a sealing member such as a gasket between the members,
The entire structure is maintained by applying a predetermined pressing force in the laminating direction.

【0080】図13および図14では、第1実施例の水
素抽出装置10が備える既述した各部材に対応する部材
には、水素抽出装置10で付した部材番号に値100を
加えた部材番号を付した。また、図13および図14に
おいては、図1および図2と同様に、水素抽出装置11
0の中心線を、A−A線と表わした。水素抽出装置11
0において、外壁一体改質ガス流路部材50は、各部材
を積層して水素抽出装置110を形成したときに、水素
抽出装置10における外殻側壁14に相当する構造を構
成する側壁部115と、改質ガス整流板128と、イン
ナースペーサ124と、ステー144とを一体で備えて
いる。ここで、インナースペーサ124は、ドーナツ形
の平板状に形成された改質ガス整流板128の内周部に
形成される凸構造として設けられており、その内側に
は、パージガスの流路を形成する穴部170が設けられ
ている。また、ステー144は、上記改質ガス整流板1
28の外周部に形成される凸構造として設けられてお
り、このステー144と側壁部115との間には、改質
ガスの流路を形成する凹部172が設けられている。こ
のような外壁一体改質ガス流路部材50では、改質ガス
整流板128を形成する領域において、インナースペー
サ124との接続部の近傍に、改質ガスの通り道を形成
する穴部160が設けられており、ステー144におい
て、改質ガスの通り道を形成する穴部162が設けられ
ている。
In FIGS. 13 and 14, the members corresponding to the above-described members provided in the hydrogen extraction device 10 of the first embodiment have the member numbers obtained by adding the value 100 to the member numbers assigned by the hydrogen extraction device 10. Is attached. 13 and FIG. 14, similarly to FIG. 1 and FIG.
The center line of 0 was designated as line AA. Hydrogen extraction device 11
In FIG. 0, the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 has a side wall portion 115 that constitutes a structure corresponding to the outer shell side wall 14 in the hydrogen extraction device 10 when the members are stacked to form the hydrogen extraction device 110. , A reformed gas flow regulating plate 128, an inner spacer 124, and a stay 144. Here, the inner spacer 124 is provided as a convex structure formed on the inner peripheral portion of the reformed gas straightening plate 128 formed in a donut-shaped flat plate shape, and inside the inner spacer 124, a purge gas flow path is formed. Hole 170 is provided. Also, the stay 144 is provided with the reformed gas straightening plate 1.
A protrusion 172 is formed between the stay 144 and the side wall 115. The recess 172 forms a flow path for the reformed gas. In such an outer wall-integrated reformed gas flow path member 50, in a region where the reformed gas straightening plate 128 is formed, a hole 160 that forms a passage for the reformed gas is provided near a connection portion with the inner spacer 124. The stay 144 is provided with a hole 162 that forms a passage for the reformed gas.

【0081】水素抽出装置110内では、外壁一体改質
ガス流路部材50の一方の面側に設けられた上記凹部1
72が形成する流路に到達した改質ガスは、この凹部1
72の内側壁面を成すステー144に形成される穴部1
62を介して、改質ガス整流板128の一方の面側に形
成される流路に流入し、この改質ガス整流板128の一
方の面に沿って内周部に向かって流れる。このような改
質ガスは、改質ガス整流板128の内周部に設けられた
穴部160を介して、改質ガス整流板128の他方の面
側に形成される流路に流入し、この改質ガス整流板12
8の他方の面に沿って外周部に向かって流れる。このよ
うな改質ガスは、上記他方の面側に形成されるステー1
44に到達すると、このステー144が備える穴部16
2を介して、上記他方の面側に設けられた凹部172が
形成する流路に流出し、さらに、隣接する外壁一体改質
ガス流路部材50が備える凹部172が形成する流路を
介して、この隣接する外壁一体改質ガス流路部材50が
形成する同様の流路に順次導かれる。
In the hydrogen extraction device 110, the concave portion 1 provided on one surface side of the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 is provided.
The reformed gas that has reached the flow path formed by
Hole 1 formed in stay 144 forming the inner wall surface of 72
It flows into the flow path formed on one surface side of the reformed gas straightening plate 128 via 62, and flows toward the inner peripheral portion along one surface of the reformed gas straightening plate 128. Such a reformed gas flows into a flow path formed on the other surface side of the reformed gas rectification plate 128 through a hole 160 provided on an inner peripheral portion of the reformed gas rectification plate 128, This reformed gas straightening plate 12
8 flows toward the outer peripheral portion along the other surface. Such a reformed gas is supplied to the stay 1 formed on the other surface side.
When the stay 144 is reached, the holes 16 of the stay 144 are provided.
2, flows out to the flow path formed by the concave portion 172 provided on the other surface side, and further flows through the flow path formed by the concave portion 172 provided in the adjacent outer wall integrated reformed gas flow path member 50. Are successively guided to a similar flow path formed by the adjacent outer wall-integrated reformed gas flow path member 50.

【0082】また、パージガス流路部材52は、パージ
ガス整流板122と、アウタースペーサ126と、ステ
ー140とを一体で備えている。ここで、ステー140
は、ドーナツ形の平板状に形成されたパージガス整流板
122の内周部に形成される凸構造として設けられてお
り、パージガス流路部材52の両方の面においてステー
140の内側には、パージガスの流路を形成する凹部1
74が設けられている。また、アウタースペーサ126
は、上記パージガス整流板122の外周部に形成される
凸構造として設けられている。このようなパージガス流
路部材52では、パージガス整流板122を形成する領
域において、アウタースペーサ126との接続部の近傍
に、パージガスの通り道を形成する穴部164が設けら
れており、ステー140において、パージガスの通り道
を形成する穴部166が設けられている。
The purge gas flow path member 52 integrally includes a purge gas flow regulating plate 122, an outer spacer 126, and a stay 140. Here, stay 140
Is provided as a convex structure formed on the inner peripheral portion of the doughnut-shaped flat plate-shaped purge gas rectifying plate 122, and the purge gas Recess 1 that forms a flow path
74 are provided. Also, the outer spacer 126
Is provided as a convex structure formed on the outer peripheral portion of the purge gas straightening plate 122. In such a purge gas flow path member 52, in a region where the purge gas straightening plate 122 is formed, a hole 164 that forms a passage for the purge gas is provided near a connection portion with the outer spacer 126. A hole 166 that forms a passage for the purge gas is provided.

【0083】水素抽出装置110内では、パージガス流
路部材52の一方の面側に設けられた上記凹部174が
形成する流路に到達したパージガスは、この凹部174
を囲んで形成されるステー140に設けられた穴部16
6を介して、パージガス整流板122の一方の面側に形
成される流路に流入し、このパージガス整流板122の
一方の面に沿って外周部に向かって流れる。このような
パージガスは、パージガス整流板122の外周部に設け
られた穴部164を介して、パージガス整流板122の
他方の面側に形成される流路に流入し、このパージガス
整流板122の他方の面に沿って内周部に向かって流れ
る。このようなパージガスは、他方の面側に形成された
ステー140に到達すると、ステー140が備える穴部
166を介して、上記他方の面側に形成される凹部17
4が形成する流路に流出し、隣接する外壁一体改質ガス
流路部材50が備える穴部170が形成する流路(およ
び水素分離膜120が備える穴部が形成する流路)を介
して、さらにその隣に配設されるパージガス流路部材5
2が形成する同様の流路に順次導かれる。
In the hydrogen extraction device 110, the purge gas reaching the flow path formed by the concave portion 174 provided on one surface side of the purge gas flow path member 52 is removed by the concave portion 174.
Hole 16 provided in a stay 140 formed around
6, flows into a flow path formed on one surface side of the purge gas straightening plate 122, and flows toward the outer peripheral portion along one surface of the purge gas straightening plate 122. Such a purge gas flows into a flow path formed on the other surface side of the purge gas straightening plate 122 through a hole 164 provided on an outer peripheral portion of the purge gas straightening plate 122, and the other side of the purge gas straightening plate 122. Flows toward the inner periphery along the surface of. When the purge gas reaches the stay 140 formed on the other surface side, the purge gas passes through the hole 166 provided in the stay 140 and the recess 17 formed on the other surface side.
4 flows through the flow path formed by the hole 170 provided in the adjacent outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 (and the flow path formed by the hole provided in the hydrogen separation membrane 120). , A purge gas flow path member 5 disposed next to the
2 are successively guided to the same flow path formed by them.

【0084】水素分離膜120は、既述したようにドー
ナツ形の薄板状部材であるが、円形を成すその内周は、
外壁一体改質ガス流路部材50におけるインナースペー
サ124の内周、および、パージガス流路部材52にお
けるステー140の内周と、略同一の径となるように形
成されている。また、水素分離膜120の外周は、外壁
一体改質ガス流路部材50におけるステー144の外
周、および、パージガス流路部材52におけるアウター
スペーサ126の外周と、略同一の径となるように形成
されている。これらの部材を、外壁一体改質ガス流路部
材50、水素分離膜120、パージガス流路部材52、
水素分離膜120、外壁一体改質ガス流路部材50の順
で所定の枚数積層し、上端と下端に外殻蓋116を配設
して、水素抽出装置110を完成する。このような水素
抽出装置110内における改質ガスおよびパージガスの
流れの様子は図13に示しており、水素抽出装置110
は、第1実施例の水素抽出装置10と同様の動作を実現
することができる。
As described above, the hydrogen separation membrane 120 is a donut-shaped thin plate-shaped member.
The inner wall of the inner spacer 124 in the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 and the inner circumference of the stay 140 in the purge gas flow path member 52 have substantially the same diameter. The outer circumference of the hydrogen separation membrane 120 is formed to have substantially the same diameter as the outer circumference of the stay 144 in the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 and the outer circumference of the outer spacer 126 in the purge gas flow path member 52. ing. These members are connected to an outer wall-integrated reformed gas flow path member 50, a hydrogen separation membrane 120, a purge gas flow path member 52,
A predetermined number of the hydrogen separation membranes 120 and the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 are stacked in this order, and the outer cover 116 is provided at the upper and lower ends to complete the hydrogen extraction device 110. The flow of the reformed gas and the purge gas in the hydrogen extraction device 110 is shown in FIG.
Can realize the same operation as the hydrogen extraction device 10 of the first embodiment.

【0085】なお、水素抽出装置110において、隣り
合う外壁一体改質ガス流路部材50が備える側壁部11
5同士を接続する部位は、図14において、「+」の符
号を付した領域として示した。このような接続部位は、
例えば部材間にガスケットなどのシール部材を配設する
ことにより、容易にシール性を確保することができる。
また、水素分離膜120と隣接する部材との間の接続部
位(外壁一体改質ガス流路部材50が備えるインナース
ペーサ124と水素分離膜120の内周部との接続部、
パージガス流路部材52が備えるステー140と水素分
離膜120の内周部との接続部、外壁一体改質ガス流路
部材50が備えるステー144と水素分離膜120の外
周部との接続部、パージガス流路部材52が備えるアウ
タースペーサ126と水素分離膜120の外周部との接
続部)は、第1実施例と同様の方法で接着することがで
きる。すなわち、水素分離膜120の内周部あるいは外
周部に、コート部21と同様の構造を設け、隣接する部
材とコート部21との間にシール部23と同様の構造を
設けて、充分なシール性を確保することとすればよい
(図5参照)。なお、積層する各部材間のシール性を確
保するために、上記したようにガスケットを用い、水素
抽出装置110において積層方向に押圧力を加えて保持
することとすれば、組み付けの動作を簡便にすることが
できる。また、ろう付けやガラス接着などの方法で各部
材を接着する場合には、上記押圧力を加えて水素抽出装
置110を保持する必要はない。
In the hydrogen extraction device 110, the side wall portion 11 of the adjacent outer wall integrated reformed gas flow path member 50 is provided.
In FIG. 14, the part connecting the five elements 5 is indicated as an area with a “+” sign. Such a connection site,
For example, by arranging a sealing member such as a gasket between the members, the sealing property can be easily ensured.
Further, a connection portion between the hydrogen separation membrane 120 and an adjacent member (a connection portion between the inner spacer 124 provided in the outer wall-integrated reformed gas flow path member 50 and the inner peripheral portion of the hydrogen separation membrane 120,
A connection between the stay 140 provided in the purge gas flow path member 52 and the inner periphery of the hydrogen separation membrane 120, a connection between the stay 144 provided in the outer wall integrated reformed gas flow path member 50 and the outer periphery of the hydrogen separation membrane 120, the purge gas The connection between the outer spacer 126 provided in the flow path member 52 and the outer peripheral portion of the hydrogen separation membrane 120) can be bonded in the same manner as in the first embodiment. That is, a structure similar to that of the coating portion 21 is provided on the inner peripheral portion or the outer peripheral portion of the hydrogen separation membrane 120, and a structure similar to that of the seal portion 23 is provided between the adjacent member and the coating portion 21, so that a sufficient seal What is necessary is just to ensure the property (see FIG. 5). In addition, in order to secure the sealing property between the members to be stacked, if the gasket is used as described above and the pressing force is applied and held in the stacking direction in the hydrogen extraction device 110, the assembling operation is simplified. can do. Further, when the members are bonded by a method such as brazing or glass bonding, it is not necessary to hold the hydrogen extraction device 110 by applying the above pressing force.

【0086】以上のように構成された第2実施例の水素
抽出装置110によれば、積層する各部材間の接着に関
わる部位が、いずれも互いに略平行な面となるため、第
1実施例の水素抽出装置10に比べて、部材間のシール
性の確保をより容易に行なうことが可能となる。例え
ば、第1実施例の水素抽出装置10では、2つの側壁部
材15と2つの外殻蓋16とを接続する際には、互いに
平行ではない面を同時に接続する必要がある(図1参
照)。このような構成においてこれらの接続面で充分な
シール性を確保するためには、各部材を製造する際に、
厳密な精度で各部材を成形する必要がある。これに対し
て、本実施例では、各部材を順次積層する際に積層面に
略平行な面でシール性を確保できればよいため、第1実
施例の水素抽出装置10ほどには、部材の成形における
厳密さを要求しない。したがって、製造工程(部材の成
形の工程)を、より簡素化することが可能となると共
に、これによって製造コストの引き下げが可能となる。
さらに、水素抽出装置110の製造時には各部材を所定
の順序で積層すればよいため、組み付けの動作をより容
易とすることができる。
According to the hydrogen extracting apparatus 110 of the second embodiment configured as described above, all of the parts involved in the adhesion between the members to be laminated are substantially parallel to each other. As compared with the hydrogen extraction device 10 described above, it is possible to more easily ensure the sealing performance between the members. For example, in the hydrogen extraction device 10 of the first embodiment, when connecting the two side wall members 15 and the two outer shell lids 16, it is necessary to simultaneously connect non-parallel surfaces (see FIG. 1). . In order to ensure sufficient sealing performance at these connection surfaces in such a configuration, when manufacturing each member,
Each member must be formed with strict accuracy. On the other hand, in the present embodiment, when each member is sequentially stacked, it is only necessary to secure the sealing property in a plane substantially parallel to the stacking surface. Does not require strictness in Therefore, the manufacturing process (the process of forming the member) can be simplified, and the manufacturing cost can be reduced.
Furthermore, when the hydrogen extraction device 110 is manufactured, the respective members may be stacked in a predetermined order, so that the assembling operation can be further facilitated.

【0087】なお、既述したように、水素抽出装置にお
いては、改質ガスとパージガスとは互いに対向する向き
に流れるように構成することが望ましいが、水素分離膜
120を間に介して互いに同じ向きに流れるように構成
することも可能である。もとより、水素抽出装置110
において、改質ガス流路側とパージガス流路側とを入れ
替える構成としても構わない。
As described above, in the hydrogen extraction apparatus, it is desirable that the reformed gas and the purge gas be configured to flow in opposite directions. It is also possible to make it flow in the direction. Of course, the hydrogen extraction device 110
In the above, the configuration may be such that the side of the reformed gas channel and the side of the purge gas channel are interchanged.

【0088】(3)変形例:上記第1および第2実施例
では、水素分離膜20あるいは水素分離膜120は、多
孔質基材上に水素分離金属を担持させることによって形
成した。これに対して、複数種の金属を組み合わせて金
属材料だけによって形成した水素分離膜を用いて、水素
抽出装置を製造する構成も好適である。例えば、上記実
施例の水素抽出装置において、水素分離膜20,120
に代えて、5族の金属または5族金属の合金から成る基
板の両面に、パラジウムまたはパラジウム合金の被膜を
備えるサンドイッチ構造を有する金属膜を用いることと
しても良い。このような水素分離膜220の構造を変形
例として図15に示す。
(3) Modification: In the first and second embodiments, the hydrogen separation membrane 20 or the hydrogen separation membrane 120 is formed by supporting a hydrogen separation metal on a porous substrate. On the other hand, a configuration in which a hydrogen extraction device is manufactured using a hydrogen separation membrane formed of only a metal material by combining a plurality of types of metals is also preferable. For example, in the hydrogen extraction device of the above embodiment, the hydrogen separation membranes 20, 120
Alternatively, a metal film having a sandwich structure provided with a palladium or palladium alloy film may be used on both surfaces of a substrate made of a Group 5 metal or a Group 5 metal alloy. FIG. 15 shows a modified example of such a structure of the hydrogen separation membrane 220.

【0089】図15は、変形例としての水素分離膜22
0の断面の様子を表わす説明図である。水素分離膜22
0は、基板部60と、その両面に形成された被覆部62
とを備える。基板部60は、上記したように、5族の金
属または5族の金属の合金によって形成されている。5
族の金属としては、バナジウム、ニオブ、タンタルを挙
げることができる。被覆部62は、上記したように、パ
ラジウムまたはパラジウム合金によって形成されてい
る。
FIG. 15 shows a hydrogen separation membrane 22 as a modification.
It is explanatory drawing showing the mode of the cross section of 0. Hydrogen separation membrane 22
0 denotes a substrate portion 60 and coating portions 62 formed on both surfaces thereof.
And As described above, the substrate section 60 is formed of a Group 5 metal or an alloy of a Group 5 metal. 5
The group metals include vanadium, niobium, and tantalum. The covering portion 62 is formed of palladium or a palladium alloy as described above.

【0090】ここで、水素分離膜によって水素が抽出さ
れる機構について説明する。水素分離膜を用いて水素含
有気体から水素を抽出する動作は、以下のように進行す
ると考えられる。すなわち、まず水素分離膜表面で、各
々の水素分子が2つの水素原子に分離する工程が進行
し、次に水素原子が水素分離膜20内を透過する工程が
進行し、その後、膜の反対側に透過した水素原子同士が
結合して水素分子となる工程が進行する。したがって、
水素分離膜においては、上記した水素分子の分離や水素
原子の結合の反応を促進する活性と、水素原子に内部を
透過させる活性とを有していることが求められる。
Here, the mechanism by which hydrogen is extracted by the hydrogen separation membrane will be described. The operation of extracting hydrogen from the hydrogen-containing gas using the hydrogen separation membrane is considered to proceed as follows. That is, first, on the surface of the hydrogen separation membrane, a step in which each hydrogen molecule is separated into two hydrogen atoms proceeds, and then, a step in which hydrogen atoms pass through the hydrogen separation membrane 20 proceeds. The process in which the hydrogen atoms that have permeated into the hydrogen bond to form hydrogen molecules proceeds. Therefore,
The hydrogen separation membrane is required to have the activity of promoting the above-described reaction of separating hydrogen molecules and bonding of hydrogen atoms, and the activity of allowing hydrogen atoms to pass through the inside.

【0091】パラジウムやパラジウム合金は、水素分子
の分離や水素原子の結合の反応を促進する活性と、水素
(原子)透過性の両方を有する金属である。また、5族
の金属あるいは5族の金属合金は、水素(原子)透過性
を有しており、その水素透過性は、パラジウムやパラジ
ウム合金に比べてよりすぐれている。このような材料を
用いて構成された上記水素分離膜220においては、表
面に形成された被覆部62を構成するパラジウムやパラ
ジウム合金によって、水素分子の分離や水素原子の結合
の反応が促進される。また、被覆部62において生成し
た水素原子は、基板部60内を他方の面側に向かって移
動する。
Palladium and palladium alloys are metals having both the activity of promoting the separation of hydrogen molecules and the reaction of bonding of hydrogen atoms, and the permeability of hydrogen (atoms). Group 5 metals or Group 5 metal alloys have hydrogen (atomic) permeability, and the hydrogen permeability is better than palladium or palladium alloys. In the hydrogen separation membrane 220 made of such a material, the separation of hydrogen molecules and the reaction of bonding of hydrogen atoms are promoted by palladium or a palladium alloy constituting the covering portion 62 formed on the surface. . The hydrogen atoms generated in the covering portion 62 move inside the substrate portion 60 toward the other surface.

【0092】このような水素分離膜220によれば、水
素分離膜の水素透過性を損なうことなく水素分離膜の膜
厚をより厚くできる。すなわち、水素分離膜は、より薄
く形成するほど、その水素透過性を向上させることがで
きるが、基板部60を構成する5族の金属や5族の金属
合金は、パラジウムやパラジウム合金に比べて優れた水
素透過性を有している。そのため、5族の金属や5族の
金属合金によって基板部60を形成することで、充分な
水素透過性を確保しつつ基板部60をより厚く形成する
ことができる。したがって、水素抽出機能をパラジウム
やパラジウム合金だけによって実現する場合に比べて、
充分な水素分離能を確保しつつ水素分離膜の膜厚を厚く
することができる。例えば、水素分離膜220の厚みを
数十μm程度としても、水素分離膜220全体の水素透
過性を充分に確保することが可能となる。したがって、
多孔質基材を用いることなく金属材料だけによって構成
した水素分離膜220は、水素抽出装置の組み立ての際
に取り扱う上での充分な強度や、水素抽出装置内で機能
するための充分な強度を、充分に有する自立膜とするこ
とができる。
According to such a hydrogen separation membrane 220, the thickness of the hydrogen separation membrane can be increased without impairing the hydrogen permeability of the hydrogen separation membrane. That is, as the hydrogen separation membrane is formed thinner, the hydrogen permeability thereof can be improved, but the Group 5 metal or the Group 5 metal alloy constituting the substrate portion 60 is more palladium or a palladium alloy. Has excellent hydrogen permeability. Therefore, by forming the substrate portion 60 using a Group 5 metal or a Group 5 metal alloy, the substrate portion 60 can be formed to be thicker while ensuring sufficient hydrogen permeability. Therefore, compared to the case where the hydrogen extraction function is realized only by palladium or a palladium alloy,
The thickness of the hydrogen separation membrane can be increased while ensuring sufficient hydrogen separation ability. For example, even if the thickness of the hydrogen separation membrane 220 is about several tens of μm, it is possible to sufficiently secure the hydrogen permeability of the entire hydrogen separation membrane 220. Therefore,
The hydrogen separation membrane 220 composed of only a metal material without using a porous substrate has sufficient strength for handling when assembling the hydrogen extraction device and sufficient strength for functioning in the hydrogen extraction device. And a self-supporting film having a sufficient thickness.

【0093】また、水素分離膜220においては、その
表面に、水素分子の分離や水素原子の結合の反応を促進
することができるだけの量のパラジウムあるいはパラジ
ウム合金が確保されていればよい。したがって、被覆部
62の厚さは極めて薄く(例えば1μm以下に)するこ
とができ、高価なパラジウム量を少なくすることによ
り、製造コストを削減することが可能となる。
In the hydrogen separation membrane 220, palladium or a palladium alloy in an amount sufficient to promote the separation of hydrogen molecules and the reaction of bonding of hydrogen atoms may be secured on the surface. Therefore, the thickness of the covering portion 62 can be made extremely thin (for example, 1 μm or less), and the production cost can be reduced by reducing the amount of expensive palladium.

【0094】さらに、金属材料は、セラミックスに比べ
て振動に対する強度や耐熱性に優れている。そのため、
金属材料だけから成る水素分離膜220を用いること
で、セラミックスの多孔質基材を有する水素分離膜を用
いる場合に比べて、水素抽出装置の耐久性を向上させる
ことができる。また、水素分離膜220を用いて水素抽
出装置全体を金属材料によって構成する場合には、装置
全体の熱膨張率を均一化することができるため、熱応力
を緩和して水素抽出装置の耐久性を向上させることがで
きる。
Further, the metal material is excellent in strength against vibration and heat resistance as compared with ceramics. for that reason,
By using the hydrogen separation membrane 220 composed of only a metal material, the durability of the hydrogen extraction device can be improved as compared with the case where a hydrogen separation membrane having a ceramic porous substrate is used. Further, when the entire hydrogen extraction device is made of a metal material using the hydrogen separation membrane 220, the thermal expansion coefficient of the entire device can be made uniform. Can be improved.

【0095】なお、被覆部62を構成する金属として
は、上記したように水素分子の分離や水素原子の結合の
反応を促進する活性が充分に高い金属を用いれば良い。
上記したようにパラジウムあるいはパラジウム合金が好
適であるが、他の貴金属を用いることとしても良い。ま
た、基板部60は、5族の金属あるいは5族の金属合金
に加えて、さらに、ニッケルなどの他種の金属を含有す
ることとしても良い。
As the metal forming the covering portion 62, a metal having sufficiently high activity to promote the separation of hydrogen molecules and the reaction of bonding of hydrogen atoms may be used as described above.
As described above, palladium or a palladium alloy is preferable, but another noble metal may be used. In addition, the substrate section 60 may further contain another kind of metal such as nickel in addition to the group 5 metal or the group 5 metal alloy.

【0096】このような水素分離膜220の製造方法と
しては、種々の方法が可能である。ここでは、基板部6
0をバナジウムによって形成し、被覆部62をパラジウ
ムによって形成する場合について説明する。
Various methods can be used for manufacturing the hydrogen separation membrane 220. Here, the substrate section 6
The case where 0 is formed of vanadium and the covering portion 62 is formed of palladium will be described.

【0097】例えば、圧延によって、所望の厚さの基板
部60となるバナジウム箔を形成し、このバナジウム箔
の両面上に、パラジウムを用いて成膜する。パラジウム
を用いた成膜方法としては、めっきや、化学蒸着法(C
VD)、物理蒸着法(PVD)等の周知の成膜方法から
任意に選択することができる。あるいは、バナジウムの
薄板の両面上に、パラジウムの薄板を接合したりパラジ
ウムの層を成膜して、サンドイッチ状の薄板を形成した
後に、この薄板を圧延することによって、水素分離膜2
20を製造しても良い。
For example, a vanadium foil serving as the substrate portion 60 having a desired thickness is formed by rolling, and a film is formed on both surfaces of the vanadium foil using palladium. As a film formation method using palladium, plating or chemical vapor deposition (C
VD) or a known film forming method such as physical vapor deposition (PVD). Alternatively, after joining a palladium sheet or forming a palladium layer on both surfaces of a vanadium sheet to form a sandwich-like sheet, this sheet is rolled to form a hydrogen separation membrane 2.
20 may be manufactured.

【0098】水素抽出装置を製造する際に、水素分離膜
220を、隣接する部材と接合する方法としては、既述
した実施例と同様に、ガスケット等のシール部材を用い
たり、ろう付けや、ガラス接着などの方法を用いること
ができる。さらに、金属材料だけから成る水素分離膜2
20を用いる場合には、拡散接合によって、隣接する部
材と接合することも可能である。拡散接合とは、接合し
たい金属部材同士を、融点よりも低い温度で加熱・加圧
し、原子の拡散を利用して接合する方法である。接触面
では、接合しようとする双方の金属が相互に拡散し合
い、両者が一体化する。拡散接合やろう付けのように、
母材の溶融を伴わない接合方法を用いると、装置全体を
より薄型化することができる。
When manufacturing the hydrogen extraction device, the hydrogen separation membrane 220 may be joined to an adjacent member by using a sealing member such as a gasket, brazing, A method such as glass bonding can be used. Further, a hydrogen separation membrane 2 made of only a metal material
When using 20, it is also possible to join with an adjacent member by diffusion bonding. Diffusion bonding is a method in which metal members to be bonded are heated and pressurized at a temperature lower than the melting point, and bonded by utilizing the diffusion of atoms. At the contact surface, both metals to be joined diffuse into each other, and the two are integrated. Like diffusion bonding and brazing,
When a joining method that does not involve melting of the base material is used, the entire device can be made thinner.

【0099】また、水素分離膜220において、隣接す
る部材との接合に関わる領域(水素透過に関与しない領
域)には、パラジウムから成る被覆部62を形成しない
こととしても良い。このような水素分離膜の一例とし
て、水素分離膜220Aを図16に示す。水素分離膜2
20Aは、水素分離膜120と同様のドーナツ型に形成
されており、第2実施例の水素抽出装置110と同様の
水素抽出装置において、水素分離膜120に代えて用い
られる。また、水素分離膜220Aは、基板部60と被
覆部62とを備えるサンドイッチ構造を有している。
Further, in the hydrogen separation membrane 220, a covering portion 62 made of palladium may not be formed in a region related to bonding with an adjacent member (a region not related to hydrogen permeation). FIG. 16 shows a hydrogen separation membrane 220A as an example of such a hydrogen separation membrane. Hydrogen separation membrane 2
20A is formed in the same donut shape as the hydrogen separation membrane 120, and is used in place of the hydrogen separation membrane 120 in a hydrogen extraction device similar to the hydrogen extraction device 110 of the second embodiment. Further, the hydrogen separation membrane 220A has a sandwich structure including the substrate section 60 and the covering section 62.

【0100】図16では、水素抽出装置を組み立てたと
きに隣接する部材との接続に関わる領域を、接合部65
として示した。水素分離膜220Aは、この接合部65
を除く領域(水素透過に関与する領域)には被覆部62
を備えているが、接合部65には被覆部62を備えてい
ない。すなわち、接合部65では、基板部60を構成す
るバナジウム層が露出した状態となっている。このよう
な水素分離膜220Aを用いる場合には、水素分離膜2
20Aに隣接する部材(パージガス流路部材52や外壁
一体改質ガス流路部材50)を、基板部60と同じ材料
(バナジウム)で形成する構成も好適である。両者を同
種の金属で形成することによって、水素分離膜220A
との接合をより良好に行なうことができると共に、熱膨
張率の違いに起因する不都合が生じるのを防ぐことがで
きる。
In FIG. 16, a region related to connection with an adjacent member when assembling the hydrogen extraction device is indicated by a joint 65.
As shown. The hydrogen separation membrane 220A is
In the region except for (the region involved in hydrogen permeation),
However, the joining portion 65 does not include the covering portion 62. That is, at the joint portion 65, the vanadium layer forming the substrate portion 60 is exposed. When such a hydrogen separation membrane 220A is used, the hydrogen separation membrane 2
It is also preferable that the members (purge gas flow channel member 52 and outer wall integrated reformed gas flow channel member 50) adjacent to 20A are formed of the same material (vanadium) as the substrate unit 60. By forming both with the same kind of metal, the hydrogen separation membrane 220A
Can be performed more favorably, and inconvenience caused by a difference in coefficient of thermal expansion can be prevented.

【0101】また、接合部65は、被覆部62を形成す
る金属とは異なる種類の金属によって被覆することとし
ても良い。このような場合に、水素分離膜220Aに隣
接する部材において、少なくとも水素分離膜220Aと
の接合に関わる領域と、水素分離膜220Aの接合部6
5とを、同種の金属で被覆する構成も好適である。ここ
で、上記隣接する部材と接合部65とを被覆する金属と
しては、例えば、チタン、銅、アルミニウム等を用いる
ことができる。
The joining portion 65 may be covered with a metal of a different type from the metal forming the covering portion 62. In such a case, in the member adjacent to the hydrogen separation membrane 220A, at least a region related to the bonding with the hydrogen separation membrane 220A and the bonding portion 6 of the hydrogen separation membrane 220A.
5 is coated with the same kind of metal. Here, as the metal that covers the adjacent member and the joint portion 65, for example, titanium, copper, aluminum, or the like can be used.

【0102】(4)燃料電池装置への適用:上記第1お
よび第2実施例では、水素抽出装置内に改質ガス流路を
設け、水素を抽出すべき水素含有ガスである改質ガス
を、この改質ガス流路内に供給することとした。このよ
うに動作する水素抽出装置を備える装置の例として、以
下に、本発明の水素抽出装置を備える燃料電池装置の構
成について説明する。
(4) Application to fuel cell device: In the first and second embodiments, a reformed gas flow path is provided in the hydrogen extraction device, and the reformed gas which is a hydrogen-containing gas from which hydrogen is to be extracted is supplied. Is supplied into the reformed gas channel. As an example of a device including the hydrogen extraction device that operates as described above, a configuration of a fuel cell device including the hydrogen extraction device of the present invention will be described below.

【0103】図17は、上記実施例の水素抽出装置10
を備える燃料電池装置の一例である燃料電池装置80の
構成の概略を表わす説明図である。燃料電池装置80
は、改質燃料を貯蔵する燃料タンク82、水を貯蔵する
水タンク84、改質燃料および水の昇温と混合を行なう
蒸発・混合部86、改質反応を促進する改質触媒を備え
る改質器88、水素抽出装置10、燃料電池90、ブロ
ワ92を主な構成要素としている。なお、図17に基づ
く以下の説明では、燃料電池装置80は第1実施例に示
した水素抽出装置10を備えることとしたが、第2実施
例の水素抽出装置110を備えることとしてもよい。
FIG. 17 shows the hydrogen extraction apparatus 10 of the above embodiment.
FIG. 1 is an explanatory diagram schematically showing a configuration of a fuel cell device 80 which is an example of a fuel cell device provided with a fuel cell. Fuel cell device 80
Includes a fuel tank 82 for storing reformed fuel, a water tank 84 for storing water, an evaporator / mixer 86 for heating and mixing the reformed fuel and water, and a reforming catalyst for promoting a reforming reaction. The main component is a purifier 88, a hydrogen extraction device 10, a fuel cell 90, and a blower 92. In the following description based on FIG. 17, the fuel cell device 80 includes the hydrogen extraction device 10 described in the first embodiment, but may include the hydrogen extraction device 110 according to the second embodiment.

【0104】燃料タンク82が貯蔵する改質燃料は、改
質器88で進行する改質反応に供されるものであり、こ
の改質燃料としては、ガソリンなどの液体炭化水素や、
メタノールなどのアルコールやアルデヒド類、あるいは
天然ガスなど、改質反応によって水素を生成可能な種々
の炭化水素系燃料を選択することができる。蒸発・混合
部86は、燃料タンク82から供給される改質燃料およ
び水タンク84から供給される水を気化・昇温させると
共に両者を混合するための構造である。
The reformed fuel stored in the fuel tank 82 is used for a reforming reaction that proceeds in the reformer 88. Examples of the reformed fuel include liquid hydrocarbons such as gasoline and the like.
Various hydrocarbon fuels that can generate hydrogen by a reforming reaction, such as alcohols such as methanol, aldehydes, and natural gas, can be selected. The evaporating / mixing section 86 has a structure for evaporating and raising the temperature of the reformed fuel supplied from the fuel tank 82 and the water supplied from the water tank 84 and mixing them.

【0105】蒸発・混合部86から排出された改質燃料
と水との混合ガスは、改質器88において改質反応に供
されて改質ガス(水素リッチガス)を生成する。ここ
で、改質器88には、用いる改質燃料に応じた改質触媒
が備えられており、この改質燃料を改質する反応に適し
た温度となるように、改質器88の内部温度が制御され
る。また、改質器88で進行する改質反応は、水蒸気改
質反応や部分酸化反応、あるいは両者を組み合わせたも
のなど種々の態様を選択することができ、改質触媒は、
このように改質器88内で進行させる改質反応に応じた
ものを選択すればよい。
The mixed gas of the reformed fuel and water discharged from the evaporating / mixing section 86 is subjected to a reforming reaction in a reformer 88 to generate a reformed gas (hydrogen-rich gas). Here, the reformer 88 is provided with a reforming catalyst corresponding to the reformed fuel to be used, and the inside of the reformer 88 is adjusted to a temperature suitable for a reaction for reforming the reformed fuel. Temperature is controlled. The reforming reaction that proceeds in the reformer 88 can be selected from various modes such as a steam reforming reaction, a partial oxidation reaction, or a combination of both.
Thus, what is necessary is just to select the thing according to the reforming reaction which advances in the reformer 88.

【0106】改質器88で生成された改質ガスは、既述
した水素抽出装置10の改質ガス導入口34を介して改
質ガス流路33に供給されて、この改質ガスから水素が
分離・抽出される。抽出された水素は、燃料電池90の
アノード側に対して燃料ガスとして供給される。また、
燃料電池90のカソード側に対しては、ブロワ92から
圧縮空気が酸化ガスとして供給される。これら燃料ガス
および酸化ガスを利用して、燃料電池90では電気化学
反応によって起電力が生じる。
The reformed gas generated by the reformer 88 is supplied to the reformed gas passage 33 through the reformed gas inlet 34 of the hydrogen extraction device 10 described above, and the hydrogen is converted from the reformed gas to hydrogen. Are separated and extracted. The extracted hydrogen is supplied to the anode side of the fuel cell 90 as a fuel gas. Also,
Compressed air is supplied as an oxidizing gas from a blower 92 to the cathode side of the fuel cell 90. In the fuel cell 90, an electromotive force is generated by an electrochemical reaction using the fuel gas and the oxidizing gas.

【0107】なお、図17では、燃料電池装置としての
主要な構成要素を示したが、上記したように改質燃料と
しては種々のものが選択可能であり、用いる改質燃料に
応じて燃料電池装置80の構成は適宜変更すればよい。
例えば、ガソリンなど硫黄分を含有する改質燃料を用い
る場合には、蒸発・混合部86に先立って脱硫器を設け
て改質燃料の脱硫を行なうこととすればよい。また、改
質器88と水素抽出装置10との間にさらに、改質ガス
中の一酸化炭素濃度を低減する装置を設けることとして
も良い。改質ガス中の一酸化炭素濃度を低減する装置と
しては、例えば、一酸化炭素と水蒸気とから二酸化炭素
と水を生じるシフト反応を促進するシフト触媒を備える
シフト部や、改質ガス中の一酸化炭素を優先的に酸化す
る一酸化炭素選択酸化反応を促進するCO選択酸化触媒
を備えるCO選択酸化部などを挙げることができる。
Although FIG. 17 shows the main components of the fuel cell device, various types of reformed fuel can be selected as described above, and the fuel cell can be selected according to the reformed fuel used. The configuration of the device 80 may be changed as appropriate.
For example, when using a reformed fuel containing sulfur such as gasoline, a desulfurizer may be provided prior to the evaporating / mixing section 86 to desulfurize the reformed fuel. Further, a device for reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas may be provided between the reformer 88 and the hydrogen extraction device 10. As a device for reducing the concentration of carbon monoxide in the reformed gas, for example, a shift unit provided with a shift catalyst for promoting a shift reaction of generating carbon dioxide and water from carbon monoxide and water vapor, A CO selective oxidation unit having a CO selective oxidation catalyst for promoting a selective oxidation reaction of carbon monoxide that preferentially oxidizes carbon oxide can be used.

【0108】以上のように構成された本実施例の燃料電
池装置80によれば、水素抽出装置10において、改質
器88で生成した改質ガスから水素を抽出して、これを
燃料電池90に対して燃料ガスとして供給するため、一
酸化炭素などの不純物の含有量が極めて低い燃料ガスを
燃料電池90に供給することができ、燃料電池90にお
ける発電性能を安定して維持することができる。また、
水素抽出装置10は、既述したように、改質ガスからの
水素の抽出に関わる水素分離膜の面積を充分に確保しつ
つ、全体をコンパクトに構成することが可能であるた
め、燃料電池装置80全体をよりコンパクトにすること
が可能となる。
According to the fuel cell device 80 of the present embodiment configured as described above, in the hydrogen extraction device 10, hydrogen is extracted from the reformed gas generated in the reformer 88, and the hydrogen is extracted from the fuel cell 90. Since the fuel cell 90 is supplied as a fuel gas to the fuel cell 90, a fuel gas having an extremely low content of impurities such as carbon monoxide can be supplied to the fuel cell 90, and the power generation performance of the fuel cell 90 can be stably maintained. . Also,
As described above, the hydrogen extraction device 10 can be configured to be compact as a whole while sufficiently securing the area of the hydrogen separation membrane relating to the extraction of hydrogen from the reformed gas. The whole 80 can be made more compact.

【0109】なお、既述した実施例では、水素抽出装置
10のパージガス流路30側に所定のパージガスを流し
て、水素抽出の効率を向上させる構成について説明した
が、燃料電池装置80が備える水素抽出装置10におい
は、燃料電池90に供給したときに電気化学反応に不都
合を生じないガスをパージガスとして選択すればよい。
例えば、所定の蒸発器を用いて水を気化して水蒸気を生
成し、これをパージガスとしてパージガス流路30に供
給することとしてもよい。あるいは、燃料電池装置80
を構成する種々の部材から排出されるガスをパージガス
として用いる構成も可能である。例えば、電気化学反応
に供された後に燃料電池90のアノード側から排出され
るアノードオフガスをパージガスとして用いることが可
能である。あるいは、水素分離膜20による水素の抽出
が行なわれた後に改質ガス排出口35から排出される残
余ガスについてさらに一酸化炭素濃度の低減を行なった
ガスを、パージガスとして用いることとしても良い。
In the above-described embodiment, a configuration has been described in which a predetermined purge gas is supplied to the purge gas passage 30 side of the hydrogen extraction device 10 to improve the efficiency of hydrogen extraction. In the extraction device 10, a gas that does not cause a problem in the electrochemical reaction when supplied to the fuel cell 90 may be selected as the purge gas.
For example, water may be vaporized using a predetermined evaporator to generate steam, and this may be supplied to the purge gas passage 30 as a purge gas. Alternatively, the fuel cell device 80
It is also possible to employ a configuration in which gas discharged from various members constituting the above is used as a purge gas. For example, an anode off-gas discharged from the anode side of the fuel cell 90 after being subjected to an electrochemical reaction can be used as a purge gas. Alternatively, a gas obtained by further reducing the concentration of carbon monoxide in the residual gas discharged from the reformed gas discharge port 35 after hydrogen is extracted by the hydrogen separation membrane 20 may be used as a purge gas.

【0110】また、図2では、水素抽出装置10が備え
る改質ガス流路33およびパージガス流路30は、所定
の部材に囲まれた空間として表わしたが、これら改質ガ
ス流路33およびパージガス流路30は、ガスが通過可
能であれば、多孔質部材を内部に備える構成とすること
もできる。このような水素抽出装置を燃料電池装置に適
用する場合には、上記ガス流路が備える多孔質部材上に
所定の触媒を担持させることが可能となる。例えば、改
質ガス流路33内に多孔質部材を備えさせ、この多孔質
部材上に既述した改質触媒を担持させれば、水素抽出装
置10と改質器88とを一体で形成することが可能とな
る。また、既述したシフト触媒、あるいはCO選択酸化
触媒のような一酸化炭素濃度の低減に関わる触媒を担持
させることとし、水素抽出装置10と、シフト部やCO
選択酸化部とを一体として形成することとしても良い。
あるいは、上記した触媒のうちの複数を備えることと
し、水素抽出装置10を、改質器やシフト部やCO選択
酸化部のうちの複数の部材と一体として形成することと
してもよい。
In FIG. 2, the reformed gas passage 33 and the purge gas passage 30 provided in the hydrogen extraction device 10 are represented as spaces surrounded by predetermined members. The channel 30 may have a configuration in which a porous member is provided inside as long as gas can pass therethrough. When such a hydrogen extraction device is applied to a fuel cell device, a predetermined catalyst can be supported on a porous member provided in the gas flow path. For example, if a porous member is provided in the reformed gas flow path 33 and the above-described reforming catalyst is supported on the porous member, the hydrogen extraction device 10 and the reformer 88 are integrally formed. It becomes possible. In addition, a catalyst relating to the reduction of the concentration of carbon monoxide, such as the above-described shift catalyst or CO selective oxidation catalyst, is supported.
The selective oxidation part may be formed integrally.
Alternatively, a plurality of the above-described catalysts may be provided, and the hydrogen extraction device 10 may be formed integrally with a plurality of members of the reformer, the shift unit, and the CO selective oxidation unit.

【0111】既述したように、水素抽出装置10におい
ては、水素分離膜20が水素を透過する性能を確保する
ために、水素抽出装置10全体あるいは水素分離膜20
を加熱するための加熱装置を設ける構成が可能である
が、上記のようにガス流路に触媒を備えさせる場合に
は、触媒が促進する反応の活性を維持する目的で、加熱
装置を設けることとしてもよい。例えば、改質ガス流路
33内に改質触媒を設ける場合には、改質ガス流路33
の近傍に、反応に要する熱を発生する反応を進行させる
ために、燃焼触媒を備える層をさらに設けることとして
も良い。
As described above, in the hydrogen extraction device 10, the entire hydrogen extraction device 10 or the hydrogen separation membrane 20 is required to ensure that the hydrogen separation membrane 20 permeates hydrogen.
Although it is possible to provide a heating device for heating the gas, when the catalyst is provided in the gas flow path as described above, the heating device may be provided for the purpose of maintaining the activity of the reaction promoted by the catalyst. It may be. For example, when a reforming catalyst is provided in the reformed gas passage 33, the reformed gas passage 33
A layer provided with a combustion catalyst may be further provided in the vicinity of in order to advance the reaction that generates the heat required for the reaction.

【0112】既述した説明では、水素抽出装置は、改質
ガスから水素を抽出することとしたが、改質ガス以外の
水素含有ガスから水素を抽出するために、本発明の水素
抽出装置を用いることとしても良い。また、水素分離膜
を用いて水素含有ガスから抽出されて、水素抽出装置か
ら排出される水素を、燃料電池以外の水素を消費する装
置に対して供給することとしてもよい。あるいは、この
ような水素を消費する装置に直接供給するのではなく、
一旦貯蔵することとしても良い。
In the above description, the hydrogen extraction device extracts hydrogen from the reformed gas. However, in order to extract hydrogen from a hydrogen-containing gas other than the reformed gas, the hydrogen extraction device of the present invention is used. It may be used. Further, the hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas using the hydrogen separation membrane and discharged from the hydrogen extraction device may be supplied to a device consuming hydrogen other than the fuel cell. Alternatively, instead of supplying directly to such hydrogen-consuming devices,
It may be stored once.

【0113】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々なる
様態で実施し得ることは勿論である。
The embodiments of the present invention have been described above.
The present invention is not limited to such embodiments at all, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various modes without departing from the gist of the present invention.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明の好適な一実施例である水素抽出装置1
0の構成を表わす説明図である。
FIG. 1 is a hydrogen extraction apparatus 1 according to a preferred embodiment of the present invention.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a configuration of a zero.

【図2】水素抽出装置10の断面の様子を表わす説明図
である。
FIG. 2 is an explanatory diagram showing a state of a cross section of the hydrogen extraction device 10.

【図3】改質ガスおよびパージガスが流れる向きと、両
者の間の水素濃度差を表わす説明図である。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing directions in which a reformed gas and a purge gas flow and a hydrogen concentration difference between the two.

【図4】改質ガスおよびパージガスが流れる向きと、両
者の間の水素濃度差を表わす説明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing directions in which a reformed gas and a purge gas flow and a hydrogen concentration difference between the two.

【図5】水素分離膜20とスペーサとの間の接続に関わ
る構成を表わす説明図である。
FIG. 5 is an explanatory diagram illustrating a configuration related to a connection between a hydrogen separation membrane 20 and a spacer.

【図6】パージガス整流板22の保持方法の一例を示す
説明図である。
FIG. 6 is an explanatory view showing an example of a method of holding the purge gas flow regulating plate 22.

【図7】パージガス整流板22の保持方法の例を示す説
明図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an example of a method of holding the purge gas flow regulating plate 22.

【図8】パージガス整流板22の保持方法の例を示す説
明図である。
FIG. 8 is an explanatory view showing an example of a method of holding the purge gas flow regulating plate 22.

【図9】改質ガス整流板28の保持方法の例を示す説明
図である。
FIG. 9 is an explanatory view showing an example of a method of holding the reformed gas flow plate 28.

【図10】改質ガス整流板28の保持方法の例を示す説
明図である。
FIG. 10 is an explanatory view showing an example of a method of holding the reformed gas flow control plate 28.

【図11】改質ガス整流板28の保持方法の例を示す説
明図である。
FIG. 11 is an explanatory diagram showing an example of a method of holding the reformed gas flow regulating plate.

【図12】第1実施例の変形例である水素抽出装置10
Aの構成を表わす説明図である。
FIG. 12 is a hydrogen extraction apparatus 10 according to a modification of the first embodiment.
It is explanatory drawing showing the structure of A.

【図13】第2実施例の水素抽出装置110の構成の概
略を表わす説明図である
FIG. 13 is an explanatory diagram showing a schematic configuration of a hydrogen extraction device 110 according to a second embodiment.

【図14】パージガス流路部材52と、水素分離膜12
0と、外壁一体改質ガス流路部材50の外観を表わす斜
視図である。
FIG. 14 shows a purge gas flow path member 52 and a hydrogen separation membrane 12
FIG. 2 is a perspective view showing the appearance of a reformed gas passage member 50 with an outer wall.

【図15】水素分離膜220の断面の様子を表わす説明
図である。
FIG. 15 is an explanatory diagram illustrating a state of a cross section of the hydrogen separation membrane 220.

【図16】水素分離膜220Aを表わす図である。FIG. 16 is a diagram illustrating a hydrogen separation membrane 220A.

【図17】燃料電池装置80の構成の概略を表わす説明
図である。
FIG. 17 is an explanatory diagram illustrating a schematic configuration of a fuel cell device 80.

【図18】積層された各流路を並列に接続する水素抽出
装置310の構成の概略を表わす説明図である。
FIG. 18 is an explanatory diagram schematically showing the configuration of a hydrogen extraction device 310 that connects stacked channels in parallel.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

10,10A,110,310…水素抽出装置 12…水素分離コンポーネント 14…外殻側壁 15…側壁部材 16,116…外殻蓋 20,120,220,220A…水素分離膜 21…コート部 22,122…パージガス整流板 23…シール部 24,124…インナースペーサ 25…折り曲げ部 26,126…アウタースペーサ 27…パージガス流通部 28,128…改質ガス整流板 30,…パージガス流路 30a…マニホールド領域 30b…水素抽出領域 31…パージガス導入口 32…パージガス排出口 33,…改質ガス流路 33a…マニホールド領域 33b…水素抽出領域 34…改質ガス導入口 35…改質ガス排出口 40,140…ステー 41…パージガス流通部 42…改質ガス流通部 43…シール部 44,144…ステー 45…改質ガス流通部 46…折り曲げ部 50…外壁一体改質ガス流路部材 52…パージガス流路部材 80…燃料電池装置 82…燃料タンク 84…水タンク 86…蒸発・混合部 88…改質器 90…燃料電池 92…ブロワ 115…側壁部 160,162,164,166,170…穴部 172,174…凹部 10, 10A, 110, 310 ... hydrogen extraction device 12 ... hydrogen separation component 14 ... outer shell side wall 15 ... side wall member 16, 116 ... outer shell lid 20, 120, 220, 220A ... hydrogen separation membrane 21 ... coating part 22, 122 ... Purge gas rectifying plate 23 ... Seal part 24,124 ... Inner spacer 25 ... Bent part 26,126 ... Outer spacer 27 ... Purge gas flow part 28,128 ... Reformed gas rectifying plate 30, ... Purge gas flow path 30a ... Manifold area 30b Hydrogen extraction area 31 ... Purge gas inlet 32 ... Purge gas outlet 33 ... Reformed gas flow path 33a ... Manifold area 33b ... Hydrogen extraction area 34 ... Reformed gas inlet 35 ... Reformed gas outlet 40, 140 ... Stay 41 ... Purge gas flow part 42 ... Reformed gas flow part 43 ... Seal part 44,144 ... Stay 45: reformed gas flow section 46: bent section 50: outer wall-integrated reformed gas flow path member 52: purge gas flow path member 80: fuel cell device 82: fuel tank 84: water tank 86: evaporation / mixing section 88: break Porcelain 90 ... Fuel cell 92 ... Blower 115 ... Side wall 160,162,164,166,170 ... Hole 172,174 ... Recess

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) H01M 8/06 H01M 8/06 R (72)発明者 佐藤 博道 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 Fターム(参考) 4D006 GA41 HA55 JA02A JA04A JA29A MA03 MA09 MA10 MB04 MB06 MC02 MC03 PA05 PB18 PB66 PC80 4G040 EA03 EB31 FA02 FC01 FD04 FE01 5H027 AA02 BA01 BA16 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (51) Int.Cl. 7 Identification symbol FI Theme coat ゛ (Reference) H01M 8/06 H01M 8/06 R (72) Inventor Hiromichi Sato 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor F term in reference (reference) 4D006 GA41 HA55 JA02A JA04A JA29A MA03 MA09 MA10 MB04 MB06 MC02 MC03 PA05 PB18 PB66 PC80 4G040 EA03 EB31 FA02 FC01 FD04 FE01 5H027 AA02 BA01 BA16

Claims (19)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 水素を含有する水素含有気体から水素の
抽出を行なう水素抽出装置であって、 内部に所定の空間を形成する外殻部と、 水素を選択的に透過させる性質によって、前記水素含有
気体から水素を抽出することが可能であって、前記外殻
部内に於いて所定の間隔をおいて積層された複数の水素
分離膜と、 前記外殻部内に於いて、前記積層された各水素分離膜間
に配設されて、該水素分離膜間に前記所定の間隔を確保
し、前記積層された各水素分離膜の膜面と共に前記所定
の空間内を区切る境界を成すスペーサと、 前記積層された各水素分離膜の膜面と前記スペーサとが
前記所定の空間を区切ることによって前記外殻部内に形
成され、前記水素含有気体が通過する第1の流路と、 前記積層された各水素分離膜の膜面とスペーサとが前記
所定の空間を区切ることによって、前記外殻部内におい
て前記水素分離膜を挟んで前記第1の流路に対向する側
に形成され、前記第1の流路を通過する前記水素含有気
体から前記水素分離膜によって抽出された水素が通過す
る第2の流路と、 を備えることを特徴とする水素抽出装置。
1. A hydrogen extraction device for extracting hydrogen from a hydrogen-containing gas containing hydrogen, the hydrogen extraction device comprising: an outer shell forming a predetermined space therein; It is possible to extract hydrogen from the contained gas, and a plurality of hydrogen separation membranes stacked at predetermined intervals in the outer shell, and each of the stacked hydrogen separation membranes in the outer shell. A spacer disposed between the hydrogen separation membranes, securing the predetermined interval between the hydrogen separation membranes, and forming a boundary that separates the predetermined space with the film surface of each of the stacked hydrogen separation membranes; A first flow path through which the hydrogen-containing gas passes, formed in the outer shell by dividing the predetermined space by the membrane surface of each of the stacked hydrogen separation membranes and the spacer; Hydrogen separation membrane surface and spacer in front By dividing a predetermined space, the hydrogen-containing gas is formed on the side facing the first flow path with the hydrogen separation membrane interposed therebetween in the outer shell part, and the hydrogen-containing gas passes through the first flow path. And a second flow path through which hydrogen extracted by the separation membrane passes.
【請求項2】 請求項1記載の水素抽出装置であって、 前記水素分離膜および前記スペーサを用いて、前記第1
の流路と前記第2の流路とのうちの一方の流路を内部に
形成する水素分離部を形成し、 前記水素分離部と前記外殻部との間に、前記第1の流路
と前記第2の流路とのうちの他方の流路を形成するよう
に、前記外殻部内に前記水素分離部を収納して成る水素
抽出装置。
2. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein the first hydrogen is extracted using the hydrogen separation membrane and the spacer.
Forming a hydrogen separation part that forms one of the flow path and the second flow path inside, and the first flow path between the hydrogen separation part and the outer shell part A hydrogen extraction device including the hydrogen separation unit housed in the outer shell so as to form the other of the flow path and the second flow path.
【請求項3】 前記複数の水素分離膜のそれぞれは、略
同一の形状に形成され、積層方向から見て互いに重なる
ように配置されており、その端部において、前記スペー
サと接続されていることを特徴とする請求項1または2
記載の水素抽出装置。
3. Each of the plurality of hydrogen separation membranes is formed in substantially the same shape, is disposed so as to overlap each other when viewed in the laminating direction, and is connected to the spacer at an end thereof. 3. The method according to claim 1, wherein
The hydrogen extraction device according to claim 1.
【請求項4】 請求項3記載の水素抽出装置であって、 前記水素分離膜は、外周が円弧を成し、中央部に円形の
穴を有するドーナツ型に形成され、 前記外殻部は円筒形状を成し、 前記外殻部内において、積層された前記水素分離膜のそ
れぞれが有する前記穴は、前記第1の流路と前記第2の
流路のうちの一方の流路の一部を形成すると共に、円筒
形状を成す前記外殻部の内側面と、前記積層された各水
素分離膜の外周との間に、前記第1の流路と前記第2の
流路のうちの他方の流路の一部を形成することを特徴と
する水素抽出装置。
4. The hydrogen extraction device according to claim 3, wherein the hydrogen separation membrane is formed in a donut shape having an outer periphery in an arc shape and a circular hole in a central portion, and the outer shell portion is a cylinder. In the outer shell portion, the hole of each of the stacked hydrogen separation membranes forms a part of one of the first flow path and the second flow path. The other of the first flow path and the second flow path is formed between the inner surface of the outer shell portion having a cylindrical shape and the outer periphery of each of the stacked hydrogen separation membranes. A hydrogen extraction device characterized by forming a part of a flow path.
【請求項5】 請求項1ないし4いずれか記載の水素抽
出装置であって、 前記水素分離膜と前記スペーサとは、前記水素分離膜の
膜面と、該膜面に略平行な前記スペーサの面との間で接
続されると共に、前記水素分離膜と前記スペーサとの間
の気密性を確保するようにシールされていることを特徴
とする水素抽出装置。
5. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein the hydrogen separation membrane and the spacer are formed of a surface of the hydrogen separation membrane and a surface of the spacer substantially parallel to the surface of the hydrogen separation membrane. A hydrogen extraction device that is connected between the hydrogen extraction membrane and the spacer and is sealed so as to ensure airtightness between the hydrogen separation membrane and the spacer.
【請求項6】 前記水素分離膜と前記スペーサとは、ガ
スケット、ろう付け、ガラス接着のいずれかによってシ
ールされていることを特徴とする請求項5記載の水素抽
出装置。
6. The hydrogen extraction device according to claim 5, wherein the hydrogen separation membrane and the spacer are sealed by any one of gasket, brazing, and glass bonding.
【請求項7】 請求項5または6記載の水素抽出装置で
あって、 前記水素分離膜は、多孔質基材上に水素分離金属を担持
して成り、 前記多孔質基材は、前記水素分離膜と前記スペーサとが
接続される接続部における気密性を確保可能とするガス
不透過なコート層を備え、 前記水素分離膜と前記スペーサとは、前記コート層と前
記スペーサとの間でシールされていることを特徴とする
水素抽出装置。
7. The hydrogen extraction device according to claim 5, wherein the hydrogen separation membrane is formed by supporting a hydrogen separation metal on a porous substrate, and the porous substrate is configured to perform the hydrogen separation. A gas-impermeable coat layer that enables airtightness to be secured at a connection portion where the membrane and the spacer are connected, wherein the hydrogen separation membrane and the spacer are sealed between the coat layer and the spacer. A hydrogen extraction device, comprising:
【請求項8】 請求項1ないし6いずれか記載の水素抽
出装置であって、 前記水素分離膜は、5族金属または5族金属合金で形成
された基材の両面にパラジウムまたはパラジウム合金の
被膜を形成している水素抽出装置。
8. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein the hydrogen separation membrane is a film of palladium or a palladium alloy on both surfaces of a base material formed of a Group 5 metal or a Group 5 metal alloy. A hydrogen extraction device.
【請求項9】 隣り合う前記水素分離膜の間に配設さ
れ、該隣り合う水素分離膜間に形成される前記第1の流
路あるいは第2の流路のうちの少なくとも一方の流路内
を仕切ると共に、該仕切られた流路内を通過する気体を
前記水素分離膜に沿って導くガス整流板をさらに備える
請求項1ないし8いずれか記載の水素抽出装置。
9. A method according to claim 1, further comprising the step of: disposing between the adjacent hydrogen separation membranes, at least one of the first flow path and the second flow path formed between the adjacent hydrogen separation membranes. The hydrogen extraction device according to any one of claims 1 to 8, further comprising: a gas rectifying plate for partitioning the gas and guiding a gas passing through the partitioned flow path along the hydrogen separation membrane.
【請求項10】 前記ガス整流板は、前記スペーサと前
記外殻部とのうちの少なくとも一方と一体で形成される
ことを特徴とする請求項9記載の水素抽出装置。
10. The hydrogen extraction device according to claim 9, wherein the gas flow regulating plate is formed integrally with at least one of the spacer and the outer shell.
【請求項11】 前記ガス整流板を間に挟んで隣り合う
前記水素分離膜間に配設され、該水素分離膜間を接続す
ると共に前記ガス整流板を支持する補強部材をさらに備
える請求項9または10記載の水素抽出装置。
11. A reinforcing member provided between the hydrogen separation membranes adjacent to each other with the gas straightening plate interposed therebetween, and connecting the hydrogen separation membranes and supporting the gas straightening plate. Or the hydrogen extraction apparatus according to 10.
【請求項12】 請求項11記載の水素抽出装置であっ
て、 前記ガス整流板と前記スペーサと前記補強部材とを備
え、前記水素分離膜との間で前記第1の流路の少なくと
も一部を形成する第1の積層部材と、 前記ガス整流板と前記スペーサと前記補強部材とを備
え、前記水素分離膜との間で前記第2の流路の少なくと
も一部を形成する第2の積層部材とを備え、 前記第1の積層部材、前記水素分離膜、前記第2の積層
部材、前記水素分離膜、の順で各部材を積層して成り、 積層された互いに隣接する部材間は、前記各部材を積層
する際の積層面と略平行な面において接続されると共
に、前記互いに隣接する部材間の気密性を確保するよう
にシールされていることを特徴とする水素抽出装置。
12. The hydrogen extraction device according to claim 11, further comprising the gas flow regulating plate, the spacer, and the reinforcing member, wherein at least a part of the first flow path is provided between the gas flow plate and the hydrogen separation membrane. A second laminated member comprising: a gas rectifying plate, the spacer, and the reinforcing member, wherein at least a portion of the second flow path is formed between the first flow member and the hydrogen separation membrane. The first laminated member, the hydrogen separation membrane, the second laminated member, the hydrogen separation membrane, the members are laminated in this order, between the laminated members adjacent to each other, A hydrogen extraction apparatus, wherein the hydrogen extraction device is connected on a surface substantially parallel to a stacking surface when the members are stacked, and is sealed so as to ensure airtightness between the adjacent members.
【請求項13】 前記水素含有気体から抽出された水素
と共に前記第2の流路を通過して、前記水素を前記第2
の流路外に導く導出気体を、前記第2の流路に対して供
給する導出気体供給手段を、さらに備えることを特徴と
する請求項1ないし12いずれか記載の水素抽出装置。
13. Passing through the second flow path together with hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas, the hydrogen is supplied to the second flow path.
The hydrogen extraction device according to any one of claims 1 to 12, further comprising a derivation gas supply unit configured to supply a derivation gas guided outside the flow path to the second flow path.
【請求項14】 前記第1の流路内を通過する前記水素
含有気体と、該水素含有気体から抽出された水素と共に
前記第2の流路内を通過する前記導出気体とは、互いに
対向する方向に流れることを特徴とする請求項13記載
の水素抽出装置。
14. The hydrogen-containing gas passing through the first flow path and the derived gas passing through the second flow path together with hydrogen extracted from the hydrogen-containing gas are opposed to each other. 14. The hydrogen extraction device according to claim 13, wherein the hydrogen flows in a direction.
【請求項15】 前記第1の流路は、炭化水素系燃料か
ら水素含有気体を生成する改質反応を促進する改質触媒
を備えると共に、前記炭化水素系燃料の供給を受け、前
記改質触媒によって前記炭化水素系燃料が改質されて生
じた前記水素含有気体が通過することを特徴とする請求
項1ないし14いずれか記載の水素抽出装置。
15. The first flow path includes a reforming catalyst for accelerating a reforming reaction for generating a hydrogen-containing gas from a hydrocarbon-based fuel, and receives the supply of the hydrocarbon-based fuel to perform the reforming. The hydrogen extraction device according to any one of claims 1 to 14, wherein the hydrogen-containing gas generated by reforming the hydrocarbon-based fuel by a catalyst passes therethrough.
【請求項16】 前記第1の流路は、前記水素含有気体
中の一酸化炭素濃度を低減させる反応を促進するCO低
減触媒をさらに備える請求項15記載の水素抽出装置。
16. The hydrogen extraction device according to claim 15, wherein the first flow path further includes a CO reduction catalyst that promotes a reaction for reducing the concentration of carbon monoxide in the hydrogen-containing gas.
【請求項17】 請求項1ないし14いずれか記載の水
素抽出装置であって、 前記第1の流路を通過する前記水素含有気体は、一酸化
炭素をさらに含有し、 前記第1の流路は、気体中の一酸化炭素濃度を低減させ
る反応を促進するCO低減触媒を備える水素抽出装置。
17. The hydrogen extraction device according to claim 1, wherein the hydrogen-containing gas passing through the first flow path further contains carbon monoxide, and the first flow path Is a hydrogen extraction device provided with a CO reduction catalyst that promotes a reaction for reducing the concentration of carbon monoxide in gas.
【請求項18】 水素を外部に排出する水素抽出装置で
あって、 水素を選択的に透過させる性質を有する複数の積層され
た水素分離膜と、 水素を含有する水素含有気体が通過すると共に、前記水
素分離膜によって壁面の一部が形成される第1の流路
と、 前記水素分離膜を介して前記第1の流路と隣接し、前記
水素分離膜によって前記第1の流路内を通過する前記水
素含有気体から抽出された水素が流入する第2の流路
と、 前記第2の流路内を通過することによって、前記第2の
流路に流入した前記水素を前記第2の流路外に導く導出
気体を、前記第2の流路に対して供給する導出気体供給
手段とを備え、 前記第1の流路を通過する前記水素含有気体と、該水素
含有気体から抽出された水素と共に前記第2の流路内を
通過する前記導出気体とは、互いに対向する方向に流れ
ることを特徴とする水素抽出装置。
18. A hydrogen extraction device for discharging hydrogen to the outside, comprising: a plurality of stacked hydrogen separation membranes having a property of selectively permeating hydrogen; and a hydrogen-containing gas containing hydrogen passing therethrough. A first flow path in which a part of a wall surface is formed by the hydrogen separation membrane; and a first flow path adjacent to the first flow path via the hydrogen separation membrane, and the first flow path is formed by the hydrogen separation membrane. A second flow path into which hydrogen extracted from the passing hydrogen-containing gas flows, and a second flow path through which the hydrogen flowing into the second flow path is passed through the second flow path. A derivation gas supply means for supplying a derivation gas guided to the outside of the flow path to the second flow path, wherein the hydrogen-containing gas passing through the first flow path and extracted from the hydrogen-containing gas The derived gas passing through the second flow path together with the hydrogen , The hydrogen extraction apparatus characterized by flow in opposite directions to each other.
【請求項19】 水素を含有するガスと酸素を含有する
ガスの供給を受け、前記ガスを利用した電気化学反応に
よって起電力を得る燃料電池を備える燃料電池装置であ
って、 請求項1ないし18いずれか記載の水素抽出装置を備
え、該水素抽出装置が抽出した水素を、前記電気化学反
応に利用することを特徴とする燃料電池装置
19. A fuel cell device comprising a fuel cell which receives a supply of a gas containing hydrogen and a gas containing oxygen, and obtains an electromotive force by an electrochemical reaction using the gas. A fuel cell device comprising the hydrogen extraction device according to any one of the preceding claims, wherein hydrogen extracted by the hydrogen extraction device is used for the electrochemical reaction.
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