JPH0847621A - 一酸化炭素の除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 触媒による一酸化炭素の酸化反応の効率を高
めて一酸化炭素の除去効率を向上させる。 【構成】 ＣＯ除去装置１６は、第１〜第３の三つの酸
化反応器を改質ガス管路３６に直列に備える。各酸化反
応器を改質ガスが酸素と共に通過する間に、各酸化反応
器中の触媒によりＣＯを酸化除去する。それぞれの酸化
反応器には、第１酸化反応器３０上流のＣＯ濃度センサ
のＣＯ検出濃度により決定された導入空気総量Ｌを三分
割した量（Ｌ／３）の空気が各分岐管から導入される。
更に、第２，第３の酸化反応器にあっては、その上流の
ＣＯ濃度センサのＣＯ検出濃度により空気量が増減補正
される。よって、各酸化反応器における触媒は、ＣＯを
含有する改質ガスとＣＯ濃度に応じた流量の空気（酸
素）とが混在した状態に同時におかれることになり、各
酸化反応器でほぼ同時にＣＯの酸化反応が進行する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一酸化炭素を含有する
ガスから該一酸化炭素を酸化除去する除去装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年になって、環境保全の観点からガソ
リンや軽油の燃焼エネルギを用いたエンジンの代替えが
求められており、車両等の駆動エネルギを燃料電池から
得ることが実用化されている。この燃料電池では、燃料
ガスとして水素リッチガスと酸素リッチガスを必要とす
る。そして、メタノール等の炭化水素化合物を水蒸気改
質して生成されたいわゆる改質ガスが一般的に水素リッ
チガスとして用いられ、酸素リッチガスとしては入手の
容易な空気が一般的に用いられている。

【０００３】炭化水素化合物、例えばメタノールの水蒸
気改質反応では、その反応の過程で中間生成物として一
酸化炭素が生成されることがよく知られている。この一
酸化炭素は燃料電池における電極の触媒を被毒して電池
性能の低下をもたらすので、一酸化炭素を燃料電池に水
素ガスと共に導入しないよう種々の技術が提案されてい
る。

【０００４】まず、一酸化炭素の生成源である水蒸気改
質器では、改質反応の反応温度や水蒸気比を制御して、
生成する一酸化炭素量を低減することが通常行なわれて
いる。また、水素リッチガス（改質ガス）の供給系にお
いては、特開平５−２０１７０２に提案されているよう
に、改質ガス中の一酸化炭素をルテニウム，ロジウム等
の特定の触媒で酸化して二酸化炭素とし、改質ガスから
一酸化炭素を除去することが行なわれている。

【０００５】この場合、触媒は細長の鋼管容器（反応容
器）に収納されており、この反応容器にその長手方向に
沿って、改質ガスを空気と共に導入するよう構成されて
いる。そして、この改質ガスが反応容器を通過する間
に、改質ガス中の一酸化炭素が触媒により酸化除去され
ている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来の一酸化炭素の除去装置では、次のような問題点
が未解決のまま残されている。

【０００７】反応容器のガス入り口側では、改質ガスと
空気とが混合して流入するため、空気中の酸素と改質ガ
ス中の一酸化炭素との触媒による酸化反応が急激に進行
する。この際、改質ガスの水素は、その一部が触媒によ
り空気中の酸素と反応（酸化反応）して消費され、水が
生成される。その一方、反応容器のガス出口側では、入
り口側での酸化反応により酸素が消費されて酸素不足が
起きると共に、酸化対象である一酸化炭素も減少する。
このため、ガス出口側ほど一酸化炭素の酸化反応は進行
しない。もっとも、触媒による反応の性質から、酸素不
足の事態の方が一酸化炭素の減少の事態より酸化反応の
進行の妨げへの影響が大きい。

【０００８】ところで、触媒による一酸化炭素の酸化反
応は発熱反応であり酸化反応の進行に伴い発熱量も増加
するので、発熱量は反応容器のガス入り口側ほど多くガ
ス出口側では少ない。このため、反応容器内の温度は反
応容器の長手方向、換言すれば改質ガスの流れ方向に沿
って一律ではなくなり、これに応じて反応容器内の触媒
の温度もばらつくことになる。よって、反応に関与する
触媒を反応容器の長手方向（ガスの流れ方向）に亘って
適切な温度下に置くことができなくなり、酸化反応の効
率低下を来して一酸化炭素を効率よく除去できない虞が
あった。具体的な触媒を例に採り説明すると、白金触媒
（Ｐｔ触媒）を用いた場合には、その一酸化炭素酸化最
適温度は１２０〜１４０℃であるが、反応容器のガス入
り口側でこの範囲の温度を大きく越え、出口側では下回
ってしまう。

【０００９】もっとも、加熱機器や冷却機器を用いて反
応容器内温度が反応容器の長手方向に沿って一律になる
よう温度制御する構成を採ることもできるが、次のよう
な理由から実益がない。つまり、反応容器のガス出口側
を加熱制御しても、ガス入り口側では依然として活発に
酸素が消費されるので、ガス出口側での酸素不足と一酸
化炭素の減少の事態が解消されるわけではない。よっ
て、ガス出口側における一酸化炭素の酸化反応は、温度
制御の有無に拘らず活発には進行せず、酸化反応の効率
向上を図ることはできない。また、ガス出口側の加熱に
加えてガス入り口側の冷却を行なう場合には、ガス入り
口側での触媒による反応をある程度抑制してガス出口側
での酸素不足等の事態をやや改善できる。しかし、加熱
と冷却とを同時制御するため、温度調整に用いるエネル
ギ損失が大きくなり実用的ではない。

【００１０】また、ガス出口側にも酸素が行き届くよう
に多量の酸素を供給する構成を採ることもできるが、次
のような理由からやはり実益がない。つまり、酸素供給
量が過多になれば、触媒を介した酸素との反応がより進
行するため、改質ガス中の水素消費量と水の生成量も増
大する。よって、改質ガス中の水素量の減少を招くこと
になり好ましくない。

【００１１】本発明は、上記問題点を解決するためにな
され、触媒による一酸化炭素の酸化反応の効率を高めて
一酸化炭素の除去効率を向上させることを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに請求項１記載の一酸化炭素の除去装置で採用した手
段は、一酸化炭素を含有するガスから該一酸化炭素を酸
化除去する除去装置であって、酸素存在下で一酸化炭素
の酸化反応に関与する触媒を収納した触媒収納体を、該
触媒の収納部を前記ガスが通過するようにガス通過管路
に設け、前記ガスの流れに沿った複数の箇所から、前記
触媒収納体の前記触媒の収納部に酸素を導入する酸素導
入手段を備えることをその要旨とする。

【００１３】また、請求項２記載の一酸化炭素の除去装
置で採用した手段は、一酸化炭素を含有するガスから該
一酸化炭素を酸化除去する除去装置であって、酸素存在
下で一酸化炭素の酸化反応に関与する触媒を収納した触
媒収納体を、該触媒の収納部を前記ガスが通過するよう
にガス通過管路に設け、前記触媒収納体の上流側で前記
ガス通過管路に酸素を導入する酸素導入手段を備え、前
記触媒収納体は、前記ガスの流れの下流側に対する上流
側の単位体積当たりの触媒量が少なくなるように前記触
媒を収納していることをその要旨とする。

【００１４】

【作用】上記構成を有する請求項１記載の一酸化炭素の
除去装置では、酸素導入手段によりガスの流れに沿った
複数の箇所から触媒収納体の触媒の収納部に酸素が導入
される。よって、酸素導入箇所のそれぞれの箇所におい
ては、一酸化炭素と酸素との混在が同時に発現すると共
に、酸素不足の事態を起こさない。このため、酸素導入
箇所のそれぞれの箇所において、触媒により一酸化炭素
の酸化反応がほぼ同時に進行する。よって、酸化反応の
進行に伴う発熱量もガスの流れに沿った複数の箇所でほ
ぼ同時に増加するので、収納された触媒のガスの流れ方
向に亘る温度分布のばらつきを抑制し、触媒をガスの流
れ方向に亘って適切な温度下に置くことが可能となる。

【００１５】また、請求項２記載の一酸化炭素の除去装
置では、酸素導入手段により触媒収納体の上流側でガス
通過管路に酸素を導入して、触媒収納体の触媒をガスの
流れの上流側で一酸化炭素と酸素との混在状態におく。
しかし、触媒収納体の収納する単位体積当たりの触媒量
は、ガスの流れの上流側で少ないので、触媒による一酸
化炭素の酸化反応の急激な進行は上流側では抑制され
る。これにより、上流側では、酸化反応に伴う発熱と酸
素の消費を抑制する。そして、上流側では酸素消費が抑
制されるので、下流側には比較的多くの酸素を混在させ
酸素不足を招かない。しかも、この下流側では、触媒収
納体の収納する単位体積当たりの触媒量が多いことか
ら、酸素不足ではないことと相俟って、触媒による一酸
化炭素の酸化反応の進行を阻害しない。このため、触媒
による一酸化炭素の酸化反応を、触媒収納体におけるガ
スの流れに沿ってほぼ一律に進行させることが可能とな
る。この結果、収納された触媒のガスの流れ方向に亘る
温度分布のばらつきを抑制し、触媒をガスの流れ方向に
亘って適切な温度下に置くことが可能となる。

【００１６】

【実施例】次に、本発明に係る一酸化炭素の除去装置の
好適な実施例について、図面に基づき説明する。まず、
第１実施例の一酸化炭素の除去装置を適用した燃料電池
システムについて簡単に説明する。

【００１７】図１に示すように、燃料電池システム１０
は、メタノールを水蒸気改質し水素リッチの改質ガスを
生成する改質器１２と、水素ガス並びに酸素ガスを燃料
ガスとする燃料電池１４と、ガス中の一酸化炭素を酸素
存在下で酸化除去する一酸化炭素除去装置（以下、ＣＯ
除去装置という）１６とを備える。

【００１８】改質器１２は、メタノール改質用触媒（例
えば、Ｃｕ−Ｚｎ系触媒，Ｃｕ−Ｃｒ系触媒等）を収納
した改質反応部１８と、この改質反応部１８におけるメ
タノール改質用触媒をその適正温度に加熱するための加
熱部２０とを備える。そして、改質器１２は、改質反応
部１８に水とメタノールとの供給を受け、改質反応部１
８のメタノール改質用触媒による下記の２段の化学反応
を進行させて水素リッチの改質ガス（Ｈ₂ ：７５％）を
生成し、水蒸気と共にこの改質ガスを下流に送り出す。

【００１９】ＣＨ₃ＯＨ → ２Ｈ₂ ＋ＣＯ ＣＯ＋Ｈ₂Ｏ → Ｈ₂ ＋ＣＯ₂

【００２０】従って、改質器１２から送り出される改質
ガスは、水素と二酸化炭素とでその大部分を占める混合
ガスであるが、上記反応の中間生成物である一酸化炭素
（ＣＯ）を約０．１〜５％程度含む。そして、このＣＯ
含有の改質ガスは、ＣＯ除去装置１６に送り出される。

【００２１】上記した化学反応は、改質反応部１８にお
けるメタノール改質用触媒が適正温度（例えば、２００
〜３００℃）の環境下で進行する。よって、改質器１２
は、加熱部２０に発熱エネルギ源としてメタノールと水
素（ガス）の供給を受け、改質器１２にてメタノールと
水素とをそれぞれ燃焼させその燃焼熱により改質反応部
１８を加熱する。なお、この水素ガスには、燃料電池１
４からの余剰の水素ガスが用いられる。

【００２２】ＣＯ除去装置１６は、加熱部２０からの改
質ガスと空気の供給を受け、改質ガス中のＣＯを酸化除
去して燃料電池１４に水素リッチの改質ガスを送り出
す。なお、ＣＯ除去装置１６の詳細な構成とＣＯの酸化
除去については後述する。

【００２３】燃料電池１４は、水素イオンを選択的に透
過する電解質膜（例えば、固体高分子電解質膜）２２
を、アノード２４とカソード２６とで挟持して備え、ア
ノードとカソードに供給される燃料ガスの電気化学反応
を経て起電力を呈する。つまり、燃料電池１４は、アノ
ード２４にＣＯ除去装置１６を経てＣＯ酸化除去後の改
質ガス（水素リッチ）の供給を受け、カソード２６に空
気の供給を受けると、下記反応式で示される電気化学反
応を進行させる。

【００２４】アノード（水素極）： Ｈ₂→２Ｈ⁺＋２ｅ^- … カソード（酸素極）： ２Ｈ⁺＋２ｅ^-＋（１／２）Ｏ₂→Ｈ₂Ｏ …

【００２５】アノード２４で式の反応により生成した
水素イオンは、Ｈ⁺ （_xＨ₂Ｏ）の水和状態で電解質膜２
２を透過（拡散）し、膜を透過した水素イオンは、カソ
ード２６で式の反応に供される。この結果として、燃
料電池１４は、起電力を呈しモータ等の外部負荷にこの
起電力を給電する。この場合、図示するように、アノー
ド２４からは余剰の改質ガスが改質器１２の加熱部２０
に送り出され、カソード２６からは余剰の空気が大気放
出される。そして、加熱部２０では、アノード２４から
送り出された改質ガス中の未使用水素（式に供されな
かった水素）をメタノールと共に燃焼させる。

【００２６】なお、上記した燃料電池システム１０にお
けるメタノール，水，空気等の供給管路には、適宜な箇
所に逆止弁や流体圧送ポンプ等が設けられている。ま
た、各ポンプは、例えば水とメタノールのポンプでは両
者のモル比が所定の値となるよう駆動制御されているこ
とは勿論であるが、本発明の要旨とは直接関係しないの
で、その説明は省略することとする。

【００２７】次に、ＣＯ除去装置１６の詳細な構成につ
いて説明する。ＣＯ除去装置１６は、図２のブロック図
に示すように、ガス（改質器１２からの改質ガス）の流
れ方向に３分割された第１酸化反応器３０と第２酸化反
応器３２と第３酸化反応器３４を、改質器１２からの改
質ガスの流路である改質ガス管路３６に直列に備える。
そして、改質ガスを各酸化反応器にその上流から順次通
過させた後に燃料電池１４へ送り出す。また、改質ガス
管路３６には、それぞれの酸化反応器の上流において管
路を通過するガス中のＣＯ濃度を検出するＣＯ濃度セン
サ３１ａ，３１ｂ，３１ｃが設置されている。このた
め、各ＣＯ濃度センサにより、それぞれの酸化反応器に
流入するガス中のＣＯ濃度が検出され、その信号は図示
しない制御装置に送られる。

【００２８】第１酸化反応器３０，第２酸化反応器３
２，第３酸化反応器３４の各酸化反応器は、酸素存在下
でＣＯの酸化反応（２ＣＯ＋Ｏ₂ →２ＣＯ₂ ）に関与す
る触媒（例えば、Ｐｔ触媒）を担体に担持して収納す
る。そして、この触媒によりＣＯを酸化してＣＯ₂ とし
ガス中のＣＯを除去する。

【００２９】このほか、ＣＯ除去装置１６は、第１酸化
反応器３０，第２酸化反応器３２，第３酸化反応器３４
に空気を導入するための空気導入管路３８を備え、当該
管路の分岐管３８ａ，３８ｂ，３８ｃをそれぞれの酸化
反応器の上流で且つ該当するＣＯ濃度センサの下流に改
質ガス管路３６に合流させている。また、各分岐管３８
ａ，３８ｂ，３８ｃには、管路を通過する空気の流量を
調整する流量調整器４０ａ，４０ｂ，４０ｃが設けられ
ている。この各流量調整器４０ａ，４０ｂ，４０ｃは、
図示しない制御装置に接続されており、この制御装置か
らの制御信号により流量を調整する。制御装置はＣＯ濃
度センサの検出したＣＯ濃度に応じた流量の制御信号を
各流量調整器に出力するので、各流量調整器はＣＯ濃度
に応じた流量の空気を該当する酸化反応器に導入する。
このため、各酸化反応器における触媒は、ＣＯを含有す
る改質ガスとＣＯ濃度に応じた流量の空気とが混在した
状態、即ちＣＯと酸素とが混在した状態におかれること
になる。

【００３０】ここで、各酸化反応器に導入される空気量
と各酸化反応器上流のＣＯ濃度センサの検出したＣＯ濃
度との関係について詳述する。まず、第１酸化反応器３
０上流のＣＯ濃度センサ３１ａの検出したＣＯ濃度に応
じて、導入すべき空気の総量（導入空気総量）Ｌを定め
る。この導入空気総量Ｌは、検出した濃度のＣＯを総て
酸化してＣＯ₂ とするに不足のない空気量であり、触媒
により改質ガス中の水素と反応する酸素量を見越して決
定される。なお、この導入空気総量Ｌは、酸素（空気）
を反応器の上流でのみ改質ガスに導入する従来の技術に
おける空気の導入量に相当する。

【００３１】そして、各流量調整器４０ａ，４０ｂ，４
０ｃは、管路の流量を導入空気総量Ｌの１／３に調整
し、該当する各酸化反応器にはＬ／３ずつの空気が導入
される。その後は、第２酸化反応器３２，第３酸化反応
器３４にあっては、このＬ／３の導入空気量が次のよう
にして更に調整される。即ち、この両酸化反応器への空
気の導入量は、両酸化反応器上流のＣＯ濃度センサ３１
ｂ，３１ｃの検出したＣＯ濃度に応じて増減補正され
る。具体的には、第２酸化反応器３２にはＬ／３±αの
量の空気が、第３酸化反応器３４にはＬ／３±βの量の
空気が、それぞれ導入される。

【００３２】従って、第１実施例のＣＯ除去装置１６
は、第１酸化反応器３０，第２酸化反応器３２，第３酸
化反応器３４のそれぞれの酸化反応器において、一酸化
炭素と酸素との混在を同時に発現させると共に、ＣＯ濃
度に応じた量の空気を導入することで酸素不足の事態を
起こさない。このため、ＣＯ除去装置１６では、それぞ
れの酸化反応器において、触媒による一酸化炭素の酸化
反応を同時に進行させる。よって、酸化反応の進行に伴
う発熱量もそれぞれの酸化反応器でほぼ同時に増加する
ので、それぞれの酸化反応器に収納した触媒の温度分布
のばらつきを抑制する。この結果、ＣＯ除去装置１６に
よれば、それぞれの酸化反応器の触媒を適切な温度下に
置くことができるため、触媒による一酸化炭素の酸化反
応の効率を高めて一酸化炭素の除去効率を向上させるこ
とができる。

【００３３】また、このＣＯ除去装置１６では、第１酸
化反応器３０，第２酸化反応器３２，第３酸化反応器３
４のそれぞれの酸化反応器の触媒を酸素不足の状態にお
かないと共に、下流の酸化反応器（第２酸化反応器３２
および第３酸化反応器３４）には、その上流の酸化反応
器でＣＯの一部を酸化除去後のＣＯ混在ガス（改質ガ
ス）を流入させる。このため、改質器１２からの改質ガ
スのＣＯ濃度やガス温度等が変動してもその変動が抑制
された状態の改質ガスを第２酸化反応器３２および第３
酸化反応器３４でＣＯ除去処理できるので、燃料電池１
４へはＣＯ濃度を確実に低下させた水素リッチの改質ガ
スを送り出す。よって、ＣＯ除去装置１６によれば、燃
料電池１４のアノードにおける触媒のＣＯ被毒を確実に
防止して電池性能の低下を回避することができる。

【００３４】次に、ＣＯ除去装置１６の奏する上記した
効果を具体的な数値をもって説明する。第１酸化反応器
３０，第２酸化反応器３２，第３酸化反応器３４の各酸
化反応器は、断面積が２ｃｍ² で長さが５ｃｍの管状体
であり、Ｐｔ触媒を担体に担持して収納（触媒担持量：
２ｇ／リットル）する。そして、改質器１２からは改質
ガス管路３６を経て改質ガス（Ｈ₂ ：７５％，ＣＯ₂ ：
２４％，ＣＯ：１％）を１０リットル／ｍｉｎの流量で
送りだした。

【００３５】この条件下で、既述したようにそれぞれの
酸化反応器に分岐管３８ａ，３８ｂ，３８ｃから空気を
導入した。そして、第３酸化反応器３４の下流で改質ガ
ス管路３６における改質ガスのＣＯ濃度を測定したとこ
ろ、１０ｐｐｍであった。これに対して、分岐管３８ａ
からのみ空気を所定流量（０．５リットル／ｍｉｎ）で
導入した場合、即ち、酸素を反応器の上流でのみ改質ガ
スに導入する従来の技術の場合には、第３酸化反応器３
４下流でのＣＯ濃度は２００ｐｐｍであった。このこと
から、ＣＯ除去装置１６によれば、従来に比べてＣＯの
除去効率が向上したことが判明した。

【００３６】次に、第２実施例のＣＯ除去装置１６につ
いて説明する。この第２実施例のＣＯ除去装置１６は、
上記した第１実施例と、酸化反応器の構成と空気導入の
構成とが相違する。よって、以下の説明に当たっては、
第１実施例と同一の機能を果たす部材についてはその説
明を省略することとする。

【００３７】第２実施例のＣＯ除去装置１６は、図３の
概略断面図に示すように、改質ガス管路３６の経路途中
にただ一つの酸化反応器４２を備え、当該反応器には、
酸素存在下でＣＯの酸化反応に関与するＰｔ触媒が担体
４４に担持して収納されている。よって、改質ガス管路
３６から流入した改質ガスをＰｔ触媒と接触させつつ燃
料電池１４に送り出す。

【００３８】また、この酸化反応器４２には、改質ガス
管路３６との接続部近傍、即ち改質ガスの入り口側に、
空気を導入するための空気導入管路４６が接続されてい
る。この空気導入管路４６は、酸化反応器４２の内部に
おいては、図示するように螺旋状とされており、その末
端は閉塞されている。そして、空気導入管路４６の螺旋
状部分には、即ち空気導入管路４６の酸化反応器内部部
分には、多数の空気排出孔４８が適宜な間隔で管末端ま
でに亘ってあけられている。

【００３９】よって、空気導入管路４６から空気を導入
すると、その導入された空気は、空気導入管路４６の螺
旋状部分の空気排出孔４８から、酸化反応器４２内部の
隅々にまで排出される。換言すれば、酸化反応器４２に
おける改質ガスの流れに沿った複数の箇所（空気排出孔
４８の穿孔箇所）から、酸化反応器４２内に空気が導入
されることになる。このため、第２実施例のＣＯ除去装
置１６は、酸化反応器４２における改質ガスの流れに沿
った複数の箇所（空気排出孔４８の穿孔箇所）で、ＣＯ
を含有する改質ガスと空気とが混在した状態、即ちＣＯ
と酸素とが混在した状態を同時に発現させ、酸素不足の
事態を起こさない。

【００４０】このため、第２実施例のＣＯ除去装置１６
では、酸化反応器４２における改質ガスの流れに沿った
複数の箇所で、触媒による一酸化炭素の酸化反応を同時
に進行させる。よって、酸化反応の進行に伴う発熱量も
酸化反応器４２における改質ガスの流れに沿った複数の
箇所でほぼ同時に増加するので、酸化反応器４２のガス
入り口側から出口側に至るまでの触媒の温度分布のばら
つきを抑制する。この結果、第２実施例のＣＯ除去装置
１６によっても、酸化反応器４２のガス入り口側から出
口側に至るまでの触媒を適切な温度下に置くことができ
るため、触媒による一酸化炭素の酸化反応の効率を高め
て一酸化炭素の除去効率を向上させることができる。

【００４１】次に、触媒を収納するに当たり、その触媒
量を規定する実施例について説明する。第３実施例のＣ
Ｏ除去装置１６は、図４の概略断面図に示すように、改
質ガス管路３６の経路途中にただ一つの酸化反応器５０
を備え、その上流には、改質ガス管路３６に空気を導入
する空気導入管路５２を備える。

【００４２】酸化反応器５０は、酸素存在下でＣＯの酸
化反応に関与するＰｔ触媒をペレット状触媒として次の
ように収納する。つまり、酸化反応器５０のガス入り口
側には、外径が約６ｍｍのペレット状Ｐｔ触媒５４ａが
所定範囲に亘り層状に収納され、その下流には、外径が
約３ｍｍのペレット状Ｐｔ触媒５４ｂが所定範囲に亘り
層状に収納され、その下流、即ち酸化反応器５０のガス
出口側には、外径が約１ｍｍのペレット状Ｐｔ触媒５４
ｃが所定範囲に亘り層状に収納されている。よって、改
質ガス管路３６から流入した改質ガスを、外径が異なる
ペレット状Ｐｔ触媒に順次接触させながら燃料電池１４
に送り出す。

【００４３】このように酸化反応器５０に３層に分かれ
て収納されている各ペレット状Ｐｔ触媒はその外径が酸
化反応器５０のガス入り口側から小さくなっているの
で、各層におけるペレット状Ｐｔ触媒の表面積は、ガス
入り口側から層順に増大する。このため、酸化反応器５
０における触媒量は、ガス入り口側からガス出口側にい
くほど、即ち酸化反応器５０における改質ガスの流れの
上流側から下流側にいくほど漸増することになる。そし
て、酸化反応器５０の上流側で改質ガス管路３６に空気
導入管路５２から空気を導入して改質ガスと空気とを混
在させ、ＣＯを含有する改質ガスと空気とが混在した状
態、即ちＣＯと酸素とが混在した状態のガスが酸化反応
器５０に送り込まれる。

【００４４】この酸化反応器５０では、ガス入り口側の
触媒量は既述したように少ないので、Ｐｔ触媒による一
酸化炭素の酸化反応の急激な進行は抑制されることにな
り、酸化反応器５０のガス入り口側では酸化反応に伴う
発熱と酸素の消費が抑制される。そして、ガス入り口側
では酸素消費が抑制されて、その下流側のペレット状Ｐ
ｔ触媒５４ｂ，ペレット状Ｐｔ触媒５４ｃの収納範囲に
は、比較的多くの酸素が混在したガスが流れ込むので酸
素不足を招かない。しかも、この下流側では、収納した
触媒の触媒量が多いことから、酸素不足ではないことと
相俟って、触媒による一酸化炭素の酸化反応の進行を阻
害しない。このため、触媒による一酸化炭素の酸化反応
を、酸化反応器５０における改質ガスの流れに沿ってほ
ぼ一律に進行させることができる。よって、酸化反応器
５０に収納した各層における触媒の温度分布のばらつき
は抑制される。この結果、第３実施例のＣＯ除去装置１
６によれば、酸化反応器５０のガス入り口側から出口側
に亘る各層の触媒を適切な温度下に置くことができるた
め、触媒による一酸化炭素の酸化反応の効率を高めて一
酸化炭素の除去効率を向上させることができる。

【００４５】また、酸化反応器５０を既存の装置におけ
る酸化反応器と交換するという極めて単純な改造で、一
酸化炭素の除去効率が向上したＣＯ除去装置を提供する
ことができる。よって、この第３実施例のＣＯ除去装置
１６によれば、既存設備の有効理由を図ることができ
る。

【００４６】次に、第４実施例のＣＯ除去装置１６につ
いて説明する。この第４実施例のＣＯ除去装置１６は、
触媒の触媒量の調整の仕方について、上記の第３実施例
とその構成が異なる。即ち、第４実施例のＣＯ除去装置
１６は、図５の概略断面図に示すように、改質ガス管路
３６の経路途中にただ一つ設けられた酸化反応器５６に
次のようにして触媒を収納する。

【００４７】図示するように、酸化反応器５６は、改質
ガスの流れに沿って４つの触媒収納セル室５６ａ〜５６
ｄに区画・分割されている。そして、改質ガスの入り口
側の触媒収納セル室５６ａには、酸素存在下でＣＯの酸
化反応に関与するＰｔ触媒を担持したメタル担体セルを
そのセル数が３１／ｃｍ² となるよう収納されている。
その下流の触媒収納セル室５６ｂには、上記のメタル担
体セルをそのセル数が４７／ｃｍ² となるよう収納され
ている。また、触媒収納セル室５６ｃにはセル数が３２
／ｃｍ² となるよう、触媒収納セル室５６ｄにはセル数
が７８／ｃｍ²となるよう、それぞれメタル担体が収納
されている。

【００４８】従って、この第４実施例の１６にあって
も、上記した第３実施例と同様に、各触媒収納セル室に
おけるＰｔ触媒の表面積は、ガス入り口側からセル室の
順に増大する。このため、酸化反応器５６における触媒
量は、酸化反応器５６における改質ガスの流れの上流側
から下流側にいくほど漸増することになる。この結果、
この第４実施例の１６によっても、第３実施例と同様
に、酸化反応器５６のガス入り口側から出口側に亘る触
媒を適切な温度下に置くことを通して、触媒による一酸
化炭素の酸化反応の効率を高めて一酸化炭素の除去効率
を向上させることができる。

【００４９】以上本発明の一実施例について説明した
が、本発明はこの様な実施例になんら限定されるもので
はなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々な
る態様で実施し得ることは勿論である。

【００５０】例えば、第１実施例のＣＯ除去装置１６で
は、第１酸化反応器３０，第２酸化反応器３２，第３酸
化反応器３４のそれぞれに空気を導入するに当たり、Ｃ
Ｏ濃度に応じた流量の空気を導入し、更に第２酸化反応
器３２，第３酸化反応器３４については、その上流のＣ
Ｏ濃度で流量を補正するように構成したが、これに限る
わけではない。つまり、第１〜第３のそれぞれの酸化反
応器に同一流量の空気を導入するだけの構成としてもよ
い。このように構成しても、各酸化反応器において酸素
不足の事態を起こさないので、触媒のガスの流れ方向に
亘る温度分布の一律化を通してＣＯの酸化反応の効率を
高め、ＣＯの除去効率を向上させることができる。ま
た、流量制御が不要なため構成の簡略化を図ることがで
きる。

【００５１】また、第１実施例のＣＯ除去装置１６にお
いて、ＣＯ濃度センサを第１酸化反応器３０上流の一個
にすることもできる。この場合でも、第１酸化反応器３
０や第２酸化反応器３２の下流でのＣＯ濃度を、元の改
質ガス中のＣＯ濃度，各酸化反応器への導入空気量，第
１酸化反応器３０や第２酸化反応器３２におけるＣＯ除
去量（予測値）等から算出し、その算出ＣＯ濃度に応じ
た流量の空気を第２酸化反応器３２と第３酸化反応器３
４に導入できる。よって、このように構成した場合に
は、ＣＯ濃度センサの設置個数の低減を通して、構成の
簡略化や部品点数の低減、延いてはコスト低減を図るこ
とができる。

【００５２】更に、第１実施例のＣＯ除去装置１６で
は、三つの酸化反応器を用いたが、第１酸化反応器３０
と第２酸化反応器３２を備えた簡略な構成とすることも
できることは勿論である。

【００５３】第２実施例のＣＯ除去装置１６において、
空気導入管路４６の螺旋状部分に空気排出孔４８をあけ
るに際して、酸化反応器４２のガス入り口側と出口側と
でその穿孔密度を異なるよう構成してもよい。例えば、
空気排出孔４８の穿孔密度が酸化反応器４２のガス入り
口側から徐々に高くなるよう、具体的には、ガス入り口
側から空気排出孔４８の穿孔個数が徐々に増加するよう
構成することもできる。更に、空気導入管路４６の酸化
反応器４２内部部分を、螺旋状ではなく、網目状，ツリ
ー状等の形状とすることもできる。

【００５４】第３実施例のＣＯ除去装置１６において、
触媒量を改質ガスの流れの上流側から下流側にいくほど
漸増するに当たり、触媒としてペレット状触媒を採用し
その外径を変えることとした。しかし、ペレット状触媒
に替えてモノリス状触媒としてその大きさを変えたり、
触媒を担持する担体の大きさを変えることで、触媒量を
改質ガスの流れの上流側から下流側にいくほど漸増する
よう構成することもできる。或いは、同一形状の担体で
あっても、触媒の担持量が異なる担体を用いて、酸化反
応器５０に収納する触媒の触媒量を改質ガスの流れの上
流側から下流側にいくほど漸増するよう構成することも
できる。

【００５５】更に、第３，第４のＣＯ除去装置１６で
は、触媒量を多段階に変えるよう構成したが、酸化反応
器のガス入り口側では触媒量を少なく出口側では大きく
するよう２段の触媒量の有する構成とすることもでき
る。

【００５６】また、上記の各実施例は、ＣＯ除去装置１
６を燃料電池システム１０に適用した場合について説明
したが、ガス中の一酸化炭素の酸化除去を必要とするも
のであれば、如何なる装置にも適用できることは勿論で
ある。

【００５７】

【発明の効果】以上詳述したように請求項１および請求
項２記載の一酸化炭素の除去装置では、触媒のガスの流
れ方向に亘る温度分布のばらつきを抑制して触媒をガス
の流れ方向に亘って適切な温度下に置くことができる。
よって、請求項１および請求項２記載の一酸化炭素の除
去装置によれば、触媒による一酸化炭素の酸化反応の効
率を高めて一酸化炭素の除去効率を向上させることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料電池システム１０の概略構成を示すブロッ
ク図。

【図２】第１実施例のＣＯ除去装置１６の概略構成を示
すブロック図。

【図３】第２実施例のＣＯ除去装置１６の概略構成を示
す断面図。

【図４】第３実施例のＣＯ除去装置１６の概略構成を示
す断面図。

【図５】第４実施例のＣＯ除去装置１６の概略構成を示
す断面図。

【符号の説明】

１０…燃料電池システム １２…改質器 １４…燃料電池 １６…ＣＯ除去装置 １８…改質反応部 ２０…加熱部 ２２…電解質膜 ２４…アノード ２６…カソード ３０…第１酸化反応器 ３１ａ，３１ｂ，３１ｃ…ＣＯ濃度センサ ３２…第２酸化反応器 ３４…第３酸化反応器 ３６…改質ガス管路 ３８…空気導入管路 ３８ａ，３８ｂ，３８ｃ…分岐管 ４０ａ，４０ｂ，４０ｃ…流量調整器 ４２…酸化反応器 ４４…担体 ４６…空気導入管路 ４８…空気排出孔 ５０…酸化反応器 ５２…空気導入管路 ５４ａ…ペレット状Ｐｔ触媒 ５４ｂ…ペレット状Ｐｔ触媒 ５４ｃ…ペレット状Ｐｔ触媒 ５６…酸化反応器 ５６ａ〜５６ｄ…触媒収納セル室

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一酸化炭素を含有するガスから該一酸化
   炭素を酸化除去する除去装置であって、 酸素存在下で一酸化炭素の酸化反応に関与する触媒を収
   納した触媒収納体を、該触媒の収納部を前記ガスが通過
   するようにガス通過管路に設け、 前記ガスの流れに沿った複数の箇所から、前記触媒収納
   体の前記触媒の収納部に酸素を導入する酸素導入手段を
   備えることを特徴とする一酸化炭素の除去装置。
2. 【請求項２】 一酸化炭素を含有するガスから該一酸化
   炭素を酸化除去する除去装置であって、 酸素存在下で一酸化炭素の酸化反応に関与する触媒を収
   納した触媒収納体を、該触媒の収納部を前記ガスが通過
   するようにガス通過管路に設け、 前記触媒収納体の上流側で前記ガス通過管路に酸素を導
   入する酸素導入手段を備え、 前記触媒収納体は、前記ガスの流れの下流側に対する上
   流側の単位体積当たりの触媒量が少なくなるように前記
   触媒を収納していることを特徴とする一酸化炭素の除去
   装置。